31
2016-06-14 EXAMENSARBETE Högskoletekniker, Elkraft Institutionen för ingenjörsvetenskap Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-station Daniel Lundstedt Henrik Nordqvist

Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

  • Upload
    vandat

  • View
    218

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

2016-06-14

EXAMENSARBETE Högskoletekniker, Elkraft Institutionen för ingenjörsvetenskap

Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-station

Daniel Lundstedt Henrik Nordqvist

Page 2: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

i

Förord

Detta examensarbete är utfört av två elkraftsstudenter på programmet Högskoletekniker

med inriktning elkraft på Högskolan Väst i Trollhättan under tio veckor vårterminen 2016.

Vi vill tacka både vår examinator Lars Holmblad och vår handledare Andreas Petersson för

det stöd som de har gett oss genom detta arbete. Vi vill även ge ett stort tack till ABB och

Dan Boström-Fors som har gett oss möjligheten att få utföra detta arbete under åtta veckor

på ABB. Vi vill även passa på att tacka berörd personal som har hjälpt oss att få fram diverse

dokumentation och delat med sig av den kunskap de besitter.

Rapporten har skrivits gemensamt av båda författarna medans ritandet av kretsscheman har

delats upp till hälften var. Henrik Nordqvist har ritat utrustningen i Neutral Area och Daniel

Lundstedt har ritat utrustningen i Pole Area. Båda dessa områden kan ses på enlinjeschemat

senare i rapporten.

Figurerna i denna rapport är egenkonstruerade eller tagna ur ABB:s bildbank med tillåtelse

av ABB.

Page 3: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

EXAMENSARBETE

ii

Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-station

Sammanfattning

Detta examensarbete är gjort på uppdrag av ABB i Ludvika. ABB har fått en beställning på

en uppgradering av en högspänd likströmstation, på engelska High Voltage Direct Current

(HVDC).

Det finns huvudsakligen två olika tekniker gällande HVDC. Det är HVDC med Line

Commutated Converters (LCC) och HVDC med Voltage Source Converters (VSC). LCC-

tekniken är den äldsta och mest använda tekniken och är den teknik som stationen som

uppgraderas använder. VSC-HVDC är en något nyare teknik som har fördelen att den inte

kräver ett genererande nät på båda sidor av HVDC-länken men nackdelen att den inte klarar

av lika höga effekter som LCC gör. Den har med dessa egenskaper blivit en populär teknik

att använda för att till exempel överföra energi från vindkraftsparker ute till havs in till

fastlandet eller för att förse oljeplattformar med energi. VSC-tekniken introducerades för

första gången 1997 av ABB där den går under namnet HVDC-Light.

Den aktuella HVDC-länken är en förbindelse mellan två länder och har en

överföringskapacitet på totalt 600 MW. Uppgraderingen innefattar även uppdatering av

befintliga scheman för att de skall finnas tillgängliga i den nya programvaran Engineering

Base. Ritningarna har ritats i Microsoft Visio. Den utrustning som har ritats om och

behandlas i denna rapport gäller utrustningen på likströmssidan av HVDC-stationen. Det

innefattar jordknivar, frånskiljare, strömtransformatorer, spänningsdelare, överströmsskydd

och genomföringar.

Datum: 2016-06-14 Författare: Daniel Lundstedt, Henrik Nordqvist Examinator: Lars Holmblad Handledare: Andreas Petersson (Gothia Powers), Dan Boström-Fors (ABB) Program: Högskoletekniker, Elkraft, 120 hp Huvudområde: Elektroteknik Kurspoäng: 15 högskolepoäng Utgivare: Högskolan Väst, Institutionen för ingenjörsvetenskap, 461 86 Trollhättan Tel: 0520-22 30 00, E-post: [email protected], Web: www.hv.se

Page 4: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

HIGHER EDUCATION DIPLOMA THESIS

iii

Upgrading of circuit diagrams in a HVDC-station

Summary

This thesis was conducted on behalf of ABB in Ludvika. ABB has received an order for an

upgrade of a high voltage direct current (HVDC) station.

There are two main technologies that HVDC is based on; line commutated converters (LCC)

and voltage source converters (VSC). The LCC technology is the oldest and most widely

used. It’s also the technology that the upgraded station is based on. VSC HVDC is a newer

technology that has the advantage of not requiring a generating power grid on both sides of

the HVDC link but has the disadvantage that it cannot handle as high power as LCC can.

With these qualities it has become a popular technology to use to transfer energy from

offshore wind farms to the mainland or to provide oil platforms with energy. VSC technology

was first introduced in 1997 by ABB where it is called HVDC Light.

The revised HVDC link is a connection between two countries and has a total power

transmission of 600 MW. The upgrade also includes updating existing circuit diagrams for

the HVDC station to be available in the new software Engineering Base. The circuit diagrams

have been drawn in Microsoft Visio. The equipment which have been designed and

examined in this report applies to equipment on the DC side of the HVDC station. This

includes grounding knives, disconnectors, power transformers, voltage dividers, current

protection units and wall bushings.

Date: June 14, 2016 Author(s): Daniel Lundstedt, Henrik Nordqvist Examiner: Lars Holmblad Advisor(s): Andreas Petersson (University West), Dan Boström-Fors (ABB) Programme name: Higher Education Technician, Electric Power Technology, 120 HE credits Main field of study: Electrical engineering Course credits: 15 HE credits Publisher: University West, Department of Engineering Science, S-461 86 Trollhättan, SWEDEN Phone: +46 520 22 30 00, E-mail: [email protected], Web: www.hv.se

Page 5: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

iv

Innehåll

Förord i

Sammanfattning ii

Summary iii

Nomenklatur v

1 Inledning 1

Bakgrund .......................................................................................................................... 1

Syfte ................................................................................................................................. 1

Problembeskrivning och avgränsningar ........................................................................... 1

Etappmål .......................................................................................................................... 1

2 Teori om HVDC 3

HVDC jämfört med HVAC ................................................................................................ 3

Utformning av HVDC ........................................................................................................ 4

Olika typer av HVDC-system ............................................................................................ 4 LCC - Line Commutated Converter .......................................................................... 4 VSC - Voltage Source Converter .............................................................................. 5

HVDC-anläggningens delar.............................................................................................. 6 Komponentskillnad mellan VSC och LCC ................................................................ 7 Omriktare och likströmssida ..................................................................................... 7 Växelströmssidan ...................................................................................................... 9

3 Uppdatering av elkretsscheman 12

Engineering Base och Microsoft Visio ............................................................................ 12

Beskrivning av uppdateringsarbetet ............................................................................... 12

Beskrivning av uppdaterade elkretsscheman ................................................................ 13 Jordknivar ............................................................................................................... 13 Frånskiljare ............................................................................................................. 14 DCCT – Direct Current Current Transformer och spänningsdelare ....................... 15 Strömtransformator och överströmsskydd .............................................................. 16 WBDS - Wall bushing density switch ...................................................................... 17

4 Diskussion 19

5 Slutsats 20

Referenser 21 Bilagor

A: Enlinjeschema över HVDC-stationen. BILD:ABB.......................................................... A:1

B: Schema för jordkniv WP.Q22 och överströmsskydd WP.F2. BILD:ABB ...................... B:1

C: Schema för frånskiljare WP.Q22 BILD:ABB .................................................................. C:1

D: Schema DCCT och spänningsdelare. BILD: ABB ........................................................ D:1

Page 6: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

v

Nomenklatur

DCCT = Direct Current Current Transformer – Nollflödesmätare.

HVAC = High Voltage Alternating Current – Högspänd växelström.

HVDC = High Voltage Direct Current – Högspänd likström.

IGBT = Insulated Gate Bipolar Transistor – Bipolär transistor med

isolerat styre.

LCC = Line Commutated Converts – Nätkommuterad omriktare.

PWM = Pulse Width Modulation – Pulsbreddsmodulering.

UHVDC = Ultra High Voltage Direct Current – Ultrahögspänd likström.

VSC = Voltage Source Converter – Spänningsstyv omriktare.

WBDS = Wall Bushing Density Switch – Densitetsvakt.

WP = Pole Area – Positiva området innan överföringslänken.

WN = Neutral Area – Området innan nollan vid överföringen.

Page 7: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

1

1 Inledning

Examensarbetet utfördes åt ABB i Ludvika. ABB bildades 1987 då det svenska företaget

ASEA och schweiziska Brown Boveri gick samman och bildade ABB [1]. ABB är ett av de

ledande kraftföretagen vad gäller överföring av högspänd likström, på engelska High Voltage

Direct Current (HVDC). Det är den effektivaste tekniken för att överföra stora mängder

energi över långa avstånd med små förluster. Växelström omvandlas till likström för att

sedan, efter överföring, konverteras tillbaka till växelström.

Bakgrund

En kund till ABB har beställt en uppgradering av stationens kontrollutrustning i HVDC-länk

mellan två länder. Länken är på 600 MW men länkens namn har utelämnats på ABBs

begäran. Kunden har även beställt en uppdatering av anläggningens kretsschema för att den

ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till att all den

dokumentation kunden har finns tillgänglig i samma konstruktionsprogram. För att få en bra

utgångspunkt för hur arbetet skall genomföras har examensarbetet ”Jämförelse av

hjälpkraftssystem för HVDC-stationer” använts som underlag [2].

Syfte

Syftet med detta arbete är att färdigställa uppdatering av kretsscheman för likströmssidan av

en HVDC-station. Denna uppdatering behöver genomföras för att kunden som har beställt

uppgraderingen av kontrollutrustningen har gammal utrustning som behöver integreras med

den nya.

Problembeskrivning och avgränsningar

Efter den uppgradering av stationen som skall genomföras kommer även gammal utrustning

att finnas kvar. Det gäller både utrustning på växelströmssidan av stationen och utrustning

på likströmssidan. För att få den gamla och den nya utrustningens dokumentation under

samma programvara och i samma databas behöver de gamla schemana ritas om. De ritningar

som har ändras i detta examensarbete gäller enbart likströmssidan av stationen. Detta

innefattar utrustningen jordknivar, likströmstransformatorer (direct current current

transformers - DCCTs), densitetsvakter (wall bushing density switches - WBDS),

överströmsskydd, strömtransformatorer och spänningsdelare.

Etappmål

För att få kunskap om hur ABB:s programvara Engineering Base fungerar har en utbildning

för detta genomförts vid uppstarten av arbetet på ABB i Ludvika. Arbetet har sedan

genomförts i närhet av personal från ABB som jobbar med liknande scheman inom samma

projekt och har erfarenhet av programvaran Engineering Base.

Page 8: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

2

Etappmål:

1. Projektstart

2. Genomföra utbildning

3. Beskrivning av underlag för schemakonstruktion

4. Uppgradering av elkretsscheman.

5. Insamling av fakta om HVDC

6. Färdigställa kretsscheman.

7. Inlämnat kretsschema godkänt av ABB.

8. Färdigställd datainsamling för rapportskrivning.

Page 9: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

3

2 Teori om HVDC

HVDC jämfört med HVAC

HVDC är högspänd likström som används för att överföra stora mängder energi över långa

avstånd med små förluster. HVDC har ett flertal fördelar gentemot HVAC. De största

fördelarna med HVDC är att tekniken klarar att hantera högre effekter och att förlusterna

vid likström är mindre än de förluster som växelström har. Förlusterna är mindre tack vare

att vid överföring av likström uppkommer enbart resistansförluster. Dessa kan minskas

genom att höja spänningen och minska strömmen för att fortfarande uppnå samma

effektöverföring. Både likström och växelström transporterar aktiv effekt men växelström

transporterar även reaktiv effekt som kan undvikas vid likström för att minska förlusterna.

Detta innebär att HVDC-överföringar kan göras längre sträckor än HVAC men ändå

bibehålla låga förluster [3].

HVDC kräver mindre kabel eller ledning då enbart en eller två ledare krävs beroende på

vilken typ av återledare som används. Ledningsgatan som en HVDC-länk använder är ca 50

% av den bredd som HVAC använder. HVDC-stationer har dock nackdelar där den största

är investeringskostnaden. Investeringskostnaden för en HVDC-station är högre än för en

HVAC-anläggning. HVDC lönar sig vid överföring över längre sträckor då ledningarna och

kablarna kräver mindre material, mindre ledningsgator, mindre kabelgravar och därmed blir

totalkostnaden för HVDC lägre vid längre sträckor [3].

Det krävs även att en stor mängd energi skall överföras och tekniken är inte försvarbar

ekonomisk vid lägre effekter på grund av den höga investeringskostnaden. Med HVDC är

det även möjligt att snabbt ändra åt vilket håll energin skall överföras. Detta styrs genom att

höja spänningsnivån på ena sidan av länken så att strömmen ändrar riktning. HVDC blir med

dessa egenskaper ett effektivt sätt att överföra stora mängder energi från kraftkällor ifrån

avlägsna platser till tätbefolkade områden där energikonsumtionen är stor. Tekniken är även

lämplig för att sälja och köpa energi mellan länder [3].

Förläggningen av kabeln eller montering av ledningen som används för HVDC skiljer sig

beroende om den är på land eller i vatten. När HVDC förläggs i vatten används vanligtvis

en kabel och vattnet fungerar då som en återledare och fångas upp i en elektrodstation som

är placerad ett par tusen meter ut till havs på havets botten. För sträckor över 50 km till havs

är HVDC det enda praktiska alternativet då förlusterna vid växelström skulle bli för stora.

På land är den brytpunkt då det är lönsamt att använda HVDC ca 600-800 km. Metoden att

vattnet används som återledare fungerar även på land där jorden fungerar som återledare,

dock kan detta få konsekvenser. De konsekvenser som kan uppstå är korrosion på till

exempel gasledningar som även de kommer att ingå i den krets som bildas. För att undvika

att detta sker används istället en ledare som återledare [3].

Den vanligaste typen av ledare för HVDC är en kabel eller ledning med kopparledare. Runt

kopplarledaren finns ett halvledande skikt för att få ett jämt fält. Utanför detta läggs isolering

Page 10: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

4

som i sin tur sedan skall täckas av en blymantel, ett skyddande plastskikt, ett metalband och

metalltrådar [4].

Utformning av HVDC

Överföringskapaciteten hos en HVDC-länk kan ökas till det dubbla om HVDC-länken har

en bipolär överföring istället för en monopolär, se figur 1. Vid en bipolär ström går endast

en skillnadsström mellan de två polerna i jorden istället som vid en monopolär överföring

där hela returströmmen går i jord. En bipolär HVDC-överföring har även högre

tillförlitlighet än en HVAC-överföring. Detta beror på att även om ett fel skulle uppstå på

ena delen av överföringen så kan den andra köras men med reducerad kapacitet [3].

Monopolär

Bipolär

Id1

Id2

Id1-Id2

Id

Id

Figur 1: Monopolär och bipolär HVDC-överföring

Olika typer av HVDC-system

Det finns två olika typer av HVDC system:

System baserade på LCC

System baserade på VSC [3].

LCC - Line Commutated Converter

HVDC med LCC-tekniken är den äldsta och mest använda HVDC-tekniken. Den användes

första gången 1954 [3]. Tekniken används bland annat för att binda samman olika länders

elnät för att enkelt kunna köpa och sälja el vid behov. Världens första HVDC länk var en

Page 11: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

5

undervattenskabel som var förlagd mellan Gotland och Västervik. Denna kabel överförde

till en början 20 MW vid en spänning på 100 kV. LCC-HVDC har 2016 en kapacitet att

överföra effekter på upp till 8000 MW. Den kraftfullaste länken 2016 finns mellan Jinping

och Sunan i Kina och har en kapacitet på 7200 MW, detta vid en spänning på 800 kV. Vid

denna spänning eller högre kallas tekniken för UHVDC [5].

Kabeln som används består av isolation av oljeimpregnerat papper vilket gör att det är svårt

att skarva kabeln. Detta ställer till det när det kommer till förläggningen av kabeln på land.

På grund av kabelns vikt är det omöjligt att transportera den mängd kabel som krävs för att

lägga hela sträckan utan skarvning. Detta problem minskar vid förläggning av kabel till havs

där stora båtar kan bära flera mil kabel. På grund av problemet med skarvningen används

vanligtvis luftledningar på land, vilket också är billigare.

Tekniken använder tyristorer för att likrikta strömmen. Fördelen med att använda tyristorer

är att tekniken är väl beprövad och inte så komplicerad. Den är dock inte flexibel eftersom

det inte går att styra när tyristorerna skall släckas för att på så vis kunna styra när ström

blockeras. Det beror på att det är nätet som kommuterar tyristorn. Detta får konsekvensen

att dyr utrustning krävs för att ta hand om den reaktiva effekt och den dåliga effektfaktor

som uppkommer [3]. När ABB använder sig av LCC-HVDC kallas tekniken för HVDC-

Classic [6].

VSC - Voltage Source Converter

Den andra HVDC-tekniken kallas för VSC. VSC-tekniken har flera fördelar men även vissa

nackdelar jämfört med LCC-HVDC. Användningsområdet skiljer sig mellan VSC- och LCC-

HVDC. VSC är självkommuterande till skillnad från LCC som är baserad på AC-nätets

kortslutningseffekt. Detta gör det möjligt för VSC-tekniken att fungera även om det ansluta

nätet har liten kortslutningseffekt. Det är möjligt att tända och släcka transistorerna som VSC

använder upp till 2000 gånger per sekund. Vanligtvis används Insulated Gate Bipolar

Transistors (IGBT). Detta innebär att en HVDC-länk baserad på VSC kan fungera även om

en sida av länken inte har ett genererande nät. Detta gör att tekniken är lämplig att använda

för att transportera energi från vindkraftsparker till havs in till fastlandet, förse

oljeplattformar med energi, koppla samman elnät med olika frekvens eller stabilisera upp

ostabila nät med så kallad back to back station.

Det krävs inte den utsträckning av filter som LCC-HVDC kräver. Detta beror på att det är

transistorer istället för tyristorer som används. VSC-tekniken använder även Pulse Width

Modulation (PWM) vilket gör att det är framförallt de högre övertonerna som kvarstår. De

högre övertonerna innefattar till exempel överton 11, 13 och 17 medan de lägre övertonerna

fem och sju elimineras. Användningen av PWM får dock konsekvensen att extra

energiförluster uppstår. Eftersom det inte krävs den utsträckning av filter som LCC-HVDC

kräver kan framförallt AC-sidan av en VSC-station minskas jämfört med en LCC-station.

Det krävs inte heller shuntkondensatorer på växelströmssidan hos en VSC-station som en

LCC-station kräver. Stationerna blir tack vare detta mindre. En VSC-station byggs efter en

Page 12: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

6

standardmodell till skillnad från en LCC-station som är anpassad beroende på hur situationen

ser ut för varje projekt.

Kabeln som används vid VSC-HVDC skiljer sig ifrån den som LCC-HVDC använder. VSC-

HVDC är alltid tvåpolig och består av två ledare vars isolation är gjord utav polymer som är

mycket lättare att skarva än kabeln med isolation av oljeimpregnerat papper. En annan

nackdel med VSC är att den inte klarar av lika höga spänningar och därmed inte lika höga

effekter som LCC gör. Detta ihop med att tekniken är dyrare än den beprövade LCC-

tekniken och att den har större förluster är de största anledningarna till att LCC fortfarande

är den mest använda tekniken [3]. Denna teknik går hos ABB under namnet HVDC-Light

och klarar 2016 att hantera effekter på upp till 1200 MW vid en spänning på 500 kV [7].

HVDC-anläggningens delar

En HVDC anläggning består i stort sett av en station för att konvertera växelström till

likström, en länk för att överföra likströmmen samt en station för att konvertera likströmmen

tillbaka till växelström. Se figur 2.

Växelspänningsnät 1

Växelspänningsnät 2

HVDC station likriktare

HVDC station växelriktare

L1 L1 L1 L1

L2 L2L2 L2

L3 L3 L3 L3

+

-

+

-

N N

HVDC-länk

IAC1 IAC2

IDC

Figur 2: Bipolär HVDC-förbindelse.

Naturligtvis är det mycket mera komplicerat än förklarat här och de olika stationerna består

av olika komponenter. Det förekommer olika komponenter för DC- respektive AC-sidan

men det finns även komponenter som förekommer på båda sidor för både LCC- och VSC-

HVDC [3]:

Jordkniv - detta är ett alternativ för hur jordning i en anläggning kan utföras. Jorda görs för

att säkert kunna utföra arbeten nära eller på objekt. Knivarna kombineras ofta ihop med

frånskiljare. Det finns ett flertal tillfällen då det är viktigt att använda sig utav fast installerade

jordknivar. Bland annat när:

Stora felströmmar kan uppstå vid jordning.

Stora urladdningar av kondensatorer kan uppstå.

Det är svårt att finna lämpliga punkter för arbetsjordning.

Människor inte kan gå in i ett utrymme innan det är jordat.

När en lös arbetsjordning som har av misstag glömts kvar kan orsaka stor skada.

Page 13: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

7

Det är framförallt de tre sista punkterna som är anledningen till att fasta jordknivar används

vid HVDC. Manövreringen av både jordfelsknivarna och frånskiljarna är oftast motordrivna.

Vanliga anledningar till att dessa är motordrivna är när:

Kopplingsanordningen ingår i en automatiserad händelse.

Det skall vara möjligt att fjärrstyra utrustningen.

Det är svårt att komma åt kopplingsanordningen.

Det finns risk att en ljusbåge uppstår vid manövrering [3].

Reaktor - fungerar som skydd mot överströmmar. Reaktorn begränsar strömmar som är för

höga och skulle kunna ha skadlig inverkan på övrig utrustning i kretsen. Reaktorer används

ofta för att skydda till exempel brytare som har lägre kortslutningsförmåga och inte klarar av

de höga strömmar som kan förekomma [3].

Strömtransformator - används både som skydd av utrustning samt reglering av strömmar.

Vid en HVDC-station används två sätt för att mäta ström. Det ena är med hjälp av en Direct

Current Current Transformer (DCCT) och det andra är med en traditionell

strömtransformator [8].

Överströmsskydd - används för att koppla bort en elektrisk krets om strömmen som finns i

kretsen överstiger ett förinställt värde [3].

Komponentskillnad mellan VSC och LCC

På grund av att VSC fungerar på ett annorlunda sätt än vad LCC gör så krävs även andra

komponenter. Utöver den skillnad som finns när det kommer till användningen av tyristorer

och transistorer finns det även andra skillnader. Med VSC-tekniken används inte AC-filter i

den utsträckning som LCC gör, men det krävs en synkronmotor för att producera

kortslutningseffekt till nätet. Vid VSC krävs det även kondensatorer på likströmssidan för att

hålla uppe spänningen på det avlägsna nätet med liten kortslutningseffekt.

Omriktare och likströmssida

För HVDC-stationer är den huvudsakliga komponenten för att likrikta växelströmmen

strömriktaren. I HVDC-Classic som ABB använder består denna av sex eller 12 stycken

ventiler. Varje ventil består av upp till nio tyristorer beroende på vilken effekt som skall

överföras. I en HVDC-Light består strömriktaren av sex stycken ventiler. Ventilerna består

i sin tur av 16 stycken stakpaks. En stakpak är en låda som består av fyra till sex

parallellkopplade IGBT:s beroende på vilken strömnivå som gäller1. I både LCC- respektive

VSC-HVDC är utrustningen i strömriktaren seriekopplad för att på så vis klara av att hantera

högre spänningar [3].

Strömriktaren är vanligtvis takmonterad inne i en ventilhall för att göra hela anordningen

motståndskraftig mot jordbävningar. Placeringen inomhus skyddar även mot de problem

1 Dan Boström-Fors, Manager Hardware Integration, 2016-05-10

Page 14: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

8

som kan uppstå till följd av vädret. Strömriktaren är vanligtvis den enda anordning som är

placerad inomhus. Tyristorerna är i sin tur monterade i moduler om sex stycken. Dessa kyls

med hjälp av kylblock. Fram till slutet på 70-talet gjordes kylningen med hjälp av luft och

stora fläktar. Detta i sin tur krävde att andra fläktar tog hand om den varmluft som bildades,

vilket krävde mycket energi. Metoden med fläktar som kylsystem användes fram till 1983 då

de första vattenkylda ventilerna togs i drift [3].

Förutom strömriktaren finns det två andra komponenter som är unika för likströmsdelen.

Dessa är Direct Current Current Transformer (DCCT) och Wall Bushing Density Switch

(WBDS). De ingår i de scheman som har ritats om och är på grund av detta de huvudsakliga

komponenterna som har hanterats i teoridelen1.

DCCT – kan även kallas för nollflödesmätare. DCCT:n består av en strömtransformator

med en styrd kompenseringslindning. Denna ger ett flöde i mätkärnan i motfas mot

huvudflödet. Mätningen som sker är beroende av att det inte finns effektförluster i kärna och

lindning. Den kompenseringsström som krävs ger således ett direkt mått på

primärströmmen. Den mätnoggrannhet som uppstår är beroende av två faktorer;

noggrannheten i omsättning hos mätkärnan men även av noggrannheten hos elektroniken

som mäter. Detta i sin tur innebär att när väl enheten är korrekt kalibrerad beror

mätnoggrannheten enbart på den elektronik som används. Med den elektronik som används

i dagsläget har mätresultatet en noggrannhet på 99,8 %. Att få ett så noggrant mätvärde som

möjligt är viktigt för att veta hur mycket påfrestning som utrustningen utsätts för men även

för att kunderna ska veta hur mycket effekt som säljs respektive köps [8].

WBDS - på svenska ofta kallad densitetsvakt, används vid genomföring genom

ventilhallsväggen. Denna vakt krävs för att brytaren ska slå ifrån och bryta kretsen om det

skulle ske ett överslag vid genomföringen så att inte ventilhallsväggen skall bli

spänningsförande. Huvudisoleringen består av SF6-gas. Genomföringen är uppbyggd av två

isolatorer på var sida av väggen och mellan dessa finns en aluminiumfläns som håller SF6-

gasen. Isolatorerna består av glasfiberförstärkta rör [8]. Ett exempel på hur en ventilhall kan

se ut finns i figur 3 och ett exempel på hur en WBDS ser ut finns i figur 4.

Page 15: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

9

Figur 3: Ventilhall North-East Agra, Indien. Foto: ABB

Figur 4: WBDS modell GGFL FOTO: ABB

Växelströmssidan

Det finns en mängd ställverksutrustning på AC-sidan av stationen. Utöver utrustning som

isolatorer, skenor och ledningar och de komponenter som nämns i avsnitt 2.3 finns det

utrustning som är unikt för AC-sidan av anläggningen. Dessa är transformatorer, resistorer

och dämpkretsar. Anledningen till att transformatorn sitter på AC-sidan är för att det är

enbart växelström som kan transformeras1.

Innan transformatorn sitter det dämpkretsar. Dessa är uppbyggda av reaktorer,

kondensatorer, brytare och överströmsskydd för att skydda utrustningen i kretsen. Så länge

som det inte finns något fel i kretsen kommer dämpkretsarna inte att vara ledande. Det är

Page 16: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

10

först när ett fel uppstår och en strömpik förekommer som dämpkretsen blir ledande och på

så vis leder felströmmen ner i jord1.

När strömmen likriktas används vanligtvis en 12-pulskoppling. Efter att likriktning av

strömmen skett kan en likström med små förluster erhållas. Likströmmen efter 12-

pulskopplingen innehåller fortfarande komponenter från växelströmmen i form av övertoner

där de vanligaste är övertonerna 11, 12, 13, 24 och 36. Anledningen till att just en 12-

pulskoppling används är för att denna är vanligtvis det lönsamaste alternativet. Det går att

använda 18- eller 24-pulskopplingar men dessa är dyrare och inte lönsamma även om

övertonerna kan minskas. 12-pulskopplingen består av två stycken 6-pulskopplingar, med en

D- respektive en Y-kopplad transformator. Se figur 5 för en 12-pulskoppling [3].

Figur 5: Trelindningstransformator och omriktare med 12-pulskoppling.

Det är tack vare användningen av de två olika kopplingarna som en stor del av de rippel som

finns går att eliminera. För att ytterligare minska de rippel som finns kvar används en

glättningsreaktor som antingen är oljeisolerad eller luftisolerad. Den luftisolerade

glättningsreaktorn tar betydligt mer plats än vad den oljeisolerade gör men används ofta på

grund av det lägre priset. Utöver att ta bort ojämnheter i likströmmen fungerar även reaktorn

som ett filter som tar bort plötsliga strömtoppar från linje- och ventilfel. Den utrustning som

tar mest plats på växelsidan är övertonsfiltret [3]. Det förekommer två olika typer av

övertonsfilter:

Avstämda filter som med stor noggrannhet filtrerar bort övertoner. De avstämda filtren är bra för att filtrera bort de lägre övertonerna som till exempel överton 11, 12 och 13. De är dock inte lämpliga för att hantera högre övertoner så som överton 24 och 36 på grund av att de är känsliga för frekvensförändringar.

1 Dan Boström-Fors, Manager Hardware Integration, 2016-05-10

Page 17: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

11

Bredbandsfiltret, detta används vanligtvis för att täcka från överton 23 och högre där övertonerna som förekommer är mindre än vid de lägre övertonerna så som överton fem och sju [9].

Båda övertonsfiltrena som används är uppbyggda av kondensatorer, reaktorer och resistorer.

Ett problem som uppstår är den reaktiva effekten som finns kvar i AC-nätet efter att

strömmen har likriktats i 12-pulskopplingen. De vanligaste sätten som används för att

kompensera för detta är med:

Växelströmsfilter

Shuntkondensatorer

Statiska kompensatorer

Överskott av reaktiv effekt från the mottagande nätet

Roterande synkronmaskiner [8].

Page 18: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

12

3 Uppdatering av elkretsscheman

Ritningarna som har uppdaterats för anläggningen var tidigare konstruerat i ett

tvådimensionellt CAD-program som gick under namnet Graffy. Då konstruktionsverktyget

inte längre används av ABB finns därför den äldre dokumentationen enbart i PDF samt

pappersformat.

Engineering Base och Microsoft Visio

Uppdateringen har utförts i programvaran Engineering Base [10]. I detta program både

konstrueras och lagras samtliga ritningar för ABBs projekt. I Engineering Base lagras alla

ritningar och gör det möjligt att sammanlänka olika sidor med varandra för att på så vis se

vilka scheman och signaler som hör ihop. Engineering Base har inte ritningsfunktionen utan

får den funktionen genom att vara sammanlänkat med ritningsprogrammet Microsoft Visio.

Microsoft Visio används för att skapa flödesscheman, diagram och ritningar [11].

Beskrivning av uppdateringsarbetet

De arbete som genomförts är att den tidigare dokumentation som enbart fanns tillgänglig i

PDF och pappersformat har nykonstruerats och lagras numera i mjukvaran Engineering

Base. Dokumentation för stationen erhölls och då påbörjades en granskning av denna. Efter

granskningen kunde ett första schema ritas i Microsoft Visio som sedan har använts som

mall för resterande ritningar. Efter att konstruktionen av ritningarna var färdigställd i

Microsoft Visio fördes de automatiskt in i Engineering Base. Det arbete som kvarstod efter

konstruktionen av de olika kretsscheman var sammanlänkningen av signaler mellan

ritningarna. Detta gjordes i Engineering Base och krävde inte verktyget Microsoft Visio.

Många av de ritningar som har nykonstruerats följer samma standard och därför redovisas

inte samtliga 21 ritningar i detta examensarbete.

Page 19: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

13

Beskrivning av uppdaterade elkretsscheman

De elkretsscheman som har ritats om gäller utrustning för HVDC-anläggningens

likströmsida. Se figur 6 för berörd utrustning (Se bilaga A för hela enlinjeschemat för

stationen).

Figur 6: Ritning över berörd utrustning. BILD: ABB

Detta innefattar utrustning inne i ventilhallen men även utrustning för WP och WN. Det går

signaler från all utrustning till olika kontrollutrustningar. Dessa signaler har länkats samman

inom Engineering Base för att se vilka signaler och vilken utrustning som hör ihop och

kommunicerar med varandra. De streckade rutor som finns är för att få referenser mellan all

utrustning i databasen och att allt skall kunna länkas ihop. Dessa rutor kallas för funktioner.

Vid enlinjeschemat är första funktionen stationen. Stationen i detta fall är S1. Sedan inom S1

finns pol 1, det vill säga P1 och inom P1 finns funktionen WP där P:et står för Pole och W:et

är taget ur en standard och används bland annat för signaler skall kunna länkas ihop. Det är

21 stycken apparater som berörs av uppdateringen vid detta examensarbete. De 21 olika

apparaterna är sex stycken jordknivar, två stycken frånskiljare, fyra stycken DCCT’s, två

stycken spänningsdelare, en strömtransformator, fyra stycken överströmsskydd och två

stycken WBDS.

Jordknivar

Jordknivarna i figur 6 är benämnda med bokstaven Q och första siffran är alltid en 2.

Beroende på vilket område dom tillhör har dom antingen bokstaven U, WN eller WP framför

Q. Jordknivarna blir i schemat således: -U.Q23, -U.Q24, -WP.Q21, , -WP.Q22, -WN.Q21,

och -WN.Q22. Det som skiljer de olika ritningarna åt är att utrustning ritas på samma ritning

ifall ytan tillåter detta men annars på separata ritningar. Även signalerna som tas emot samt

de som skickas ut skiljer sig mellan ritningarna. Schemat för jordkniv -WP.Q22 är det schema

som redovisas i denna rapport. Detta schema finns i bilaga B. I detta schema återfinns även

ett överströmsskydd. Jordkniven i bilaga B är normalt öppen. Ett överströmsskydd är

påkopplat på huvudkretsen precis som jordkniven. Jordkniven har tre stycken olika lägen.

Page 20: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

14

Fjärr (Remote)

Lokal styrning (Local)

Av (Off)

Är anordning inställd på fjärr kan den enbart styras via fjärr, lokal så styrs den lokalt och inte

via fjärr, av så är den avstängd. Om en Close Order skickas in som i detta fall till plint X1:13

startas motorn för att sluta jordkniven. Detta sker via Closing Coil. För att detta skall ske

måste fyra villkor vara uppfyllda:

Att jordkniven är i öppet läge.

Att veven som utför rörelsen inte ligger i stängt läge.

Att motorn inte är överbelastad.

Att spänningen inte är för låg.

De tre sista kraven har en invers så om alla dessa krav är uppfyllda samt att Open IND är

aktiv skickas en logisk etta och slutningen av jordkniven genomförs. Open IND är en givare

som indikerar att kretsen är öppen. Denna finns för att jordkniven inte ska öppnas om den

redan är öppen respektive stängas när den redan är stängd. Motorn matas med 220 V. För

att anordningen skall fungera finns en värmare monterad inuti anordningen. Denna

förhindrar att kondens uppstår genom att alltid ha en högre temperatur inuti anordningen än

utanför. Värmare används inte vid jordknivarna inuti ventilhallen där det inte finns risk att

kondens uppstår. Apparaten matas med plusspänning via plint X1:16 och minusspänningen

via plint X1:23. Samtliga utgående signaler är indikationer som visar vilket läge de olika

funktionerna befinner sig i, till exempel om kniven är i öppet eller slutet läge, om den är

fjärrstyrd, lokalt styrd eller avstängd. Vid plintarna X1:33, 34, 37, 38, 41, 42, 45, 46, 49 och

50 är brytarna slutna om kniven befinner sig i öppet läge. Plint X1:33 indikerar i vilket läge

kniven befinner sig i. Istället för att indikera öppet läge så indikerar istället plint X1:31 att

kniven befinner sig i slutet läge. Här befinner sig brytarna vid plint X1:31, 32, 35, 36, 39, 40,

43, 44, 47 och 48 normalt i öppet läge när jordkniven är öppen. Skulle jordknivens läge ändras

kommer även brytarnas läge att ändras. Om någon utav dessa funktioner skulle vara trasig

och inte utförs när signal ges kommer ett larm lösa som indikerar att detta inte genomförts.

Frånskiljare

Frånskiljarna som har hanterats är även de benämnda med bokstaven Q men första siffran

är en etta istället för en tvåa. Det förekommer två stycken frånskiljare på likströmssidan som

kan ses i figur 6. Dessa är -WN.Q11 och -WP.Q11. På grund av att dessa är konstruerade på

ett likadant sätt redovisas enbart –WN.Q11 och ritningen för denna kan ses i bilaga C. De

två scheman som har ritats för frånskiljarna är konstruerade på samma sätt som jordknivarna

under avsnitt 3.5 och vad signalerna fyller för funktion kan ses under det avsnittet. Det finns

viktiga skillnader mellan frånskiljarnas och jordknivarnas funktioner. Frånskiljarna används

för att separera anläggningsdelar och för att få ett synligt brytställe vid arbete på

anläggningen. De jordknivar som finns är vid drift normalt öppna. Behöver ett arbete utföras

Page 21: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

15

eller om det finns någon annan anledning till att jordning krävs sluts kopplingen så att

anordningen blir jordad. Varken jordknivarna eller frånskiljarna kan manövreras med

spänning på. Brytare på AC-sidan kopplar först bort spänningen och sedan manövreras

frånskiljarna och jordknivarna på DC-sidan. Frånskiljarna är motorstyrda medan

jordknivarna är både motorstyrda och manuellt styrda i form av en spak.

DCCT – Direct Current Current Transformer och spänningsdelare

I schemat i figur 6 finns fyra stycken DCCT:s. Det är -WN.T11, -WN.T12, -WP.T11 samt -

WP.T11. Då alla följer samma uppbyggnad så förklaras i denna rapport enbart schemat för

-WN.T11. I detta schema ingår även -WN.U1 som är en spänningsdelare, se bilaga D för

schemat och avsnitt 3.8 för teori om spänningsdelaren. Den primära kretsen i bilaga D alstrar

ett magnetiskt fält som genererar en ström i den sekundära lindningen hos DCCT:n. Om det

magnetiska flödet inte är noll känner de tre ringformade kärnorna på den sekundära kretsen

av detta. Detta flöde skulle i sin tur vara proportionerligt mot det resterande likströmsflödet.

En styrslinga genererar sedan den sekundära strömmen som eliminerar flödet. Den

sekundära strömmen, som bara är en bråkdel av den primära strömmen, matas till en resistor

som omvandlar strömsignalen till en spänningssignal som sedan skickas till

kontrollutrustningen där den avläses. Vanligt förekommande omsättningar för dessa

mättransformatorer är 4000/1, 2000/1 eller 1000/1A [12].

Spänningsdelaren, se bilaga D, består av ett överströmsskydd, två motstånd och två

kondensatorer vilket gör det möjligt att sänka spänningsnivån för att kunna mäta spänningen

utan att utrustningen går sönder. Det skulle vara omöjligt för utrustningen att mäta på 500

kV eller högre som de flesta HVDC-spänningar är på [3].

Page 22: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

16

Strömtransformator och överströmsskydd

I neutral area, som är området WN i figur 6, används en vanlig strömtransformator och ingen

DCCT. Anledningen är att här behöver det endast mätas ifall det går någon likström eller

inte. Detta eftersom det inte skall finnas någon likström alls inom detta område.

Noggrannheten är därför heller inte lika viktig som vid pole area som är området inom WP.

Då noggrannheten inte är väsentlig kommer en strömtransformator kunna användas istället

för en DCCT. Denna lösning är betydligt billigare då strömtransformatorn inte är lika

komplex och inte innefattar lika dyra komponenter som en DCCT. På schemat i figur 7 syns

hur ett överströmsskydd sitter mellan huvudkretsen och strömtransformatorn.

Överströmsskyddet, också kallad avledare, skyddar mot överlast och finns till för att skydda

annan utrustning som är dyr och skulle bli kostsamma ifall de havererar. Ledaren avger ett

magnetfält som genom strömtransformatorn omvandlas till en signal och ett värde skickas

till kontrollutrustning. Strömtransformatorn har två stycken mätkärnor, en till A systemet

och en till B systemet för att systemet skall vara redundant.

-T1

-L1

RIT

Z M

ES

SW

AN

DL

ER

-F1

25

05

5N

1..5

20

N1

.11S1

.11S2

.22S1

.22S2 1JNL325878-01/13771.G6P1 IAN2 -

1JNL325878-01/13771.G6P1 IAN2 +

1JNL325877-01/12771.G6P1 IAN1 -

1JNL325877-01/12771.G6P1 IAN1 +

P1

P2

GS

WF

10

GND

GND

Figur 7: Schema för överströmsskydd F1 och strömtransformator T1. BILD:ABB

Page 23: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

17

WBDS - Wall bushing density switch

En WBDS har tre stycken olika nivåer som indikerar hur stort ett fel som har uppstått är.

Den typ av fel som en WBDS kontrollerar är om det skulle uppstå ett läckage av SF6-gasen.

Ett läckage skulle orsaka att trycket i WBDS:en blir lägre och detta medför en sämre

isolationsförmåga. Vid olika nivåer kommer ett relä att lösa ut och samtliga nivåer har en

momentan utlösningstid. Se figur 8 för en överblick över ett schema för en WBDS. Nivå D1

är den lägsta nivån och löser denna är det en indikation på att det är något som behöver

kontrolleras vid nästa rutinkontroll av anläggningen. Vid nivå D2 är felet mera allvarligt och

borde kontrolleras snarast och frågan ifall stationen borde kopplas bort borde undersökas

omedelbart. Vid nivå D3, som är den högsta nivån, kommer skyddet att trippa och stationen

kopplas bort ifall densiteten i genomföringen är lägre än ett förinställt värde.

Indikationssignalerna använder ofta samma kabel för att spara på både kabel och kostnad.

Detta är inte möjligt att göra på trip A och trip B. Anledningen till detta är att dessa system

skall vara redundanta, det vill säga att systemen är både till för att skydda ifall fel skulle inträffa

men trip B är en reserv för trip A och är i stand-by läge så länge som trip A fungerar. Dessa

system har separata matningar och är ofta från olika leverantörer för att minska risken för att

fel på båda systemen ska uppstå samtidigt. Trip A matas från P1 LEV 3 LA+ och trip B från

P1 DENSITY LEV 1 IND LC +.

Page 24: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

18

-X1

D1

D2

D3

+D1

+D2

+D3

12

11

22

21

33

32

31

13

+B

D

TR

AF

AG

D3

41

69

DE

NS

ITY

SW

ITC

H

WA

LL

BU

SH

ING

27

56

04

0-7

9

..04

0

L1

L1

30

01

0

1JNL325945-01/17360.1.G6P1 DENSITY LEV 1 IND

1JNL325945-01/17360.1.G6P1 DENSITY LEV 2 IND

1JNL325945-01/17360.1.G5P1 DENSITY LEV 3 TRIP A

P1 LEV 3 LA+1JNL325945-01/17360.1.G8

P1 DENSITY LEV 1 IND LC+1JNL325945-01/17360.1.G3

1JNL325945-01/17360.1.G6P1 DENSITY LEV 3 TRIP B

Figur 8: Wall bushing density switch U.X1. BILD:ABB

Page 25: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

19

4 Diskussion

Vid arbetet med beskrivningen av HVDC var det svårt att hitta bra litteratur om HVDC.

Mycket utav den litteratur som finns, speciellt på svenska, var från 90-talet. Utvecklingen

som har skett på senare år kan innebära att gammal litteratur inte stämmer. Då VSC-tekniken

är förhållandevis ny och inte uppfanns förrän på slutet av 90-talet gäller inte den gamla

litteraturen denna. På engelska fanns modernare litteratur men detta innebär risk för

översättningsmissar. Den engelska boken Flexible Power Transmission har använts flitigt

men har problemet att den är svårläst [3].

Då de ritningar som skulle ritas redan hade klara instruktioner på hur de skulle se ut fanns

inte mycket utrymme till att designa på egen hand. Detta underlättade arbetet och gav tydliga

svar på vad som var godkänt eller inte. Då personal från ABB fanns tillgänglig under all tid

var även detta ett bra och snabbt sätt att veta ifall ritningarna som ritats uppfyllde de krav

som ställdes innan de godkändes och slutligen skickas till kunden.

Programmet Engineering Base som användes är ett stort program i den mån att den

innehåller mycket dokumentation, filer och funktioner. Detta ställde till det vid navigering i

programmet och att hitta de ritningar som skulle ändras. Även hur sammankoppling av olika

funktioner mellan olika sidor går till är komplicerat till en början. Det är därför svårt att veta

om alla funktioner är korrekt sammankopplade med varandra även om de har kontrollerats

flera gånger. Ritprogrammet Microsoft Visio, som användes vid ritningarna, är även detta ett

stort program vilket gör att det kan bli svårt att hantera alla funktioner och symboler som

finns. Den förkunskap vi hade genom att arbetat med AutoCAD i skolan och även den kurs

som genomförts på ABB underlättade hanteringen av programmet.

Utbildningen som genomfördes i början av arbetet var till stor hjälp och gav en god

förkunskap till de olika programmen som skulle hanteras och har bidragit till ett bättre

arbetsresultat. På grund av att programvaran som den gamla dokumentationen ritades i inte

längre fanns tillgänglig fick PDF-filer fungera som det enda underlaget. Detta medförde vissa

mindre problem då alla dessa var inskannade och slitna vilket kunde leda att misstolkning av

ritningarna kunde ske. Överlag så kunde dessa funderingar besvaras snabbt av personal från

ABB.

Page 26: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

20

5 Slutsats

Arbetet som har genomförts har gett oss en djup förståelse om HVDC. Vi har gått igenom

HVDC i skolan men arbetet har gett oss betydligt djupare kunskaper om hur tekniken

fungerar. Kunskaper om HVDC som erhållits genom detta arbete är bland annat:

Hur strömmen likriktas med hjälp av en 12-pulskoppling.

Vilka övertoner som är vanligast förekommande vid HVDC och hur dessa kan

minskas.

Skillnader mellan VSC- och LCC-HVDC.

Lämpliga användningsområden för VSC- och LCC-HVDC.

Varför och när det är lönsamt att använda HVDC.

Varför ventilerna, som enda utrustning, är placerade inomhus.

När det kommer till de ritningar som har uppdateras har dessa gett oss mer kunskap kring

programvaran Engineering Base och Microsoft Visio. Slutsatsen när det gäller ritningarna är

att dessa är godkända genom att de uppfyller de förbestämmelser och krav som ställdes på

konstruktionen av ritningarna från ABB.

Page 27: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

21

Referenser

[1] ABB, ”Från Asea till ABB”, 2013; http://www.abb.se/cawp/seabb361/dd5ce102d6e2635ac1256b880042aee5.aspx [hämtad 8 april, 2016]

[2] J.Frändén och K-J.Bengtsson, ”Jämförelse av hjälpkraftssystem för HVDC-stationer”, examensarbete, Högskolan Väst, Institution för ingenjörsvetenskap.

[3] J.Arrillaga, Y.H. Liu och N.Watson, Flexible Power Transmission – The HVDC options, Chichester, John Wiley & Sons Ltd, 2007

[4] B.Normark, Det finns ett bättre sätt, Ludvika, 1990

[5] ABB, “The most powerful transmission line in the world”, 2016; http://new.abb.com/systems/hvdc/references/jinping---sunan [hämtad 6 april, 2016]

[6] ABB, ”Introducing HVDC”, 2014; http://www04.abb.com/global/seitp/seitp202.nsf/c71c66c1f02e6575c125711f004660e6/d8e7ec7508118cf7c1257c670040069e/$FILE/Introducing+HVDC.pdf [hämtad 7 april, 2016]

[7] ABB, ”HVDC Light” 2016; http://www.abb.com/industries/se/9AAC30300394.aspx [hämtad 9 maj, 2016]

[8] G.Asplund, HVDC Lathund, Ludvika, ABBs interna dokument 2003. Sekretessbelagd

[9] H.Blomqvist (red), ELKRAFTSYSTEM 1, Stockholm, Liber, 2002

[10] Autotec, okänt datum, https://www.aucotec.com/ [hämtad 8 juni, 2016]

[11] Microsoft, 2016, https://products.office.com/en-au/visio/flowchart-software [hämtad 8 juni, 2016]

[12] HITACC, User Manual – HVDC Zero-flux, ABBs interna dokument. Nederländerna, 2015.

Page 28: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

Bilaga A:1

A: Enlinjeschema över HVDC-stationen. BILD:ABB

Page 29: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

Bilaga B:1

B: Schema för jordkniv WP.Q22 och överströmsskydd WP.F2. BILD:ABB

Op

en

Clo

se

Open IND

Crank Inserted

Motor Overload

Under Voltage

&& Close IND

Crank Inserted

Motor Overload

Under Voltage

Clo

sing

Co

il

Op

en

ing

Co

il

RemoteLocalOff

Cra

nk In

serte

d

Mo

tor O

verlo

ad

U<

M

Un

de

r Vo

ltag

e

Cra

nk

21

On

OF

F

-Q2

2

X1:13

X1:14

X1:15

X1:16

X1:17

X1:18

X1:19

X1:20

X1:21

X1:22

X1:23

X1:24

X1:25

X1:26

X1:27

X1:31

X1:32

X1:33

X1:34

X1:35

X1:36

X1:37

X1:38

X1:39

X1:40

X1:41

X1:42

X1:43

X1:44

X1:45

X1:46

X1:47

X1:48

X1:49

X1:50

1JNL325945-01/17320.G6REMOTE IND WP-Q22

1JNL325945-01/17320.G6OPEN IND WP-Q22

1JNL325945-01/17320.G6CLOSE IND WP-Q22

1JNL325945-01/17320.G7WP-Q22 OK IND

X1:1

1

X1:9

X1:1

2

X1:1

0

40

04

-01

-00

3

Sh

ee

t 4

+G

01

.01

.D0

4

..03

5L

1L

1

40

04

-00

-00

3

Sh

ee

t 10

+F

01

.04

.C0

4

X1:1

X1

:4

X1:2

X1:5

AC

WN

.Q2

2

N W

N.Q

22

22

0V

+

22

0V

-

..02

5

HEATER

MO

TO

R O

PE

RA

TE

D

GR

OU

ND

ING

SW

ITC

H

EA

C-L

-22

0H

AP

AM

A3-5

16

36

3

..02

5L

1L

1

-F2

CLOSE ORDER WP-Q221JNL325945-01/17320.G5

QA7+ WP-Q221JNL325945-01/17320.G3

PERMIT OPEN CLOSE WP-Q221JNL325945-01/17320.G4

OPEN ORDER WP-Q221JNL325945-01/17320.G5

ORDER- WP-Q221JNL325945-01/17320.G5

QA7- WP-Q221JNL325945-01/17320.G3

Page 30: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

Bilaga C:1

C: Schema för frånskiljare WP.Q22 BILD:ABB

Op

en

Clo

se

Open IND

Crank Inserted

Motor Overload

Under Voltage

&& Close IND

Crank Inserted

Motor Overload

Under Voltage

Clo

sin

g C

oil

Op

en

ing

Co

il

RemoteLocalOff

Cra

nk In

se

rted

Mo

tor O

ve

rloa

d

U<

M

Un

de

r Vo

ltag

e

Cra

nk

21

On

OF

F

-Q1

1

X1:13

X1:14

X1:15

X1:16

X1:17

X1:18

X1:19

X1:20

X1:21

X1:22

X1:23

X1:24

X1:25

X1:26

X1:27

X1:31

X1:32

X1:33

X1:34

X1:35

X1:36

X1:37

X1:38

X1:39

X1:40

X1:41

X1:42

X1:43

X1:44

X1:45

X1:46

X1:47

X1:48

X1:49

X1:50

1JNL325945-01/17354.G6REMOTE IND WN-Q11

1JNL325945-01/17354.G6OPEN IND WN-Q11

1JNL325945-01/17354.G6CLOSE IND WN-Q11

1JNL325945-01/17354.G7WN-Q11 OK IND

X1

:11

X1

:9

X1

:8

X1

:12

40

04

-02

-00

3

Sh

ee

t 2

+G

21

.01

.C2

1

..53

0N

1N

1

X1

:1

X1

:4

X1

:2

X1

:5

HE

AT

ER

40

04-0

0-0

03

Sh

ee

t 10

+F

01

.04.C

06

AC

WN

.Q1

1

N W

N.Q

11

22

0V

+

22

0V

-

..52

0

HAPAM A3-516243EAC-220

DC DISCONNECTOR

CLOSE ORDER WN-Q111JNL325945-01/17354.G5

QB5+ WN-Q111JNL325945-01/17354.G3

PERMIT OPEN CLOSE WN-Q111JNL325945-01/17354.G4

OPEN ORDER WN-Q111JNL325945-01/17354.G5

ORDER- WN-Q111JNL325945-01/17354.G5

QB5- WN-Q111JNL325945-01/17354.G3

Page 31: Uppgradering av kretsscheman i en HVDC-stationhv.diva-portal.org/smash/get/diva2:950095/FULLTEXT01.pdf · ska passa ihop med den nya utrustningen. Uppdateringen kommer även se till

Uppgradering av kretsscheman i HVDC-station

Bilaga D:1

D: Schema DCCT och spänningsdelare. BILD: ABB

-U1

E

HL

HV

25

03

0N

12

50

50

HL

1JNL325877-01/12753.G8

P1 UDN1 -

1JNL325877-01/12753.G7

P1 UDN1 +-T

11

8

10

9

7

1

2

3

4

5

6

S1

S2

S4

S3

N1

25

05

5

47

0-1

0

P2

HO

LE

C

22

17273

17273

17273

25

05

0

P1

12753

12753

1JNL325945-01/17273.G3P1 IDNC1 N4+

1JNL325945-01/17273.G2P1 IDNC1 N5+

1JNL325945-01/17273.G2P1 IDNC1 N5-

1JNL325945-01/17273.G4P1 IDNC1 N3-

1JNL325945-01/17273.G4P1 IDNC1 N3+

1JNL325945-01/17273.G5P1 IDNC1 N2-

1JNL325945-01/17273.G6P1 IDNC1 N1+

1JNL325945-01/17273.G5P1 IDNC1 N2+

1JNL325945-01/17273.G6P1 IDNC1 N1-

1JNL325945-01/17273.G3P1 IDNC1 N4-