Examensarbetet är utfört under hösten 2022 hos Hitachi Energy i Ludvika. Rapporten handlar om att utvärdera befintliga skydd samt ge förslag på vilka skyddsfunktioner som är möjligt att använda till en kortslutningskrongenerator i ett högeffektlab. De nuvarande skydden anses vara gamla och det finns en önskan om att förbättra skyddsfunktionerna för att säkerställa en hög nivå av driftsäkerhet och skydd för både människor och utrustning.

I arbetet ingår grundläggande principerna för skyddsfilosofi och reläskyddsteori. I detta arbete redovisas de beräkningsmetoder som kan användas för att färdigställa de nya inställningarna för reläskydd. Det finns många olika reläskydd, var och en med sina specifika egenskaper och användningsområde. De vanligaste typerna är överströmsskydd, differentiellskydd och jordfelsskydd. I denna rapport har en undersökning utförts för att utvärdera elektromekaniska skydd och identifiera möjliga förbättringar av dessa skydd för att öka driftsäkerheten och minska risken för driftavbrott. Genom granskning av provningsprotokoll och datablad har det konstaterats att de befintliga elektromekaniska skydden är fungerande men åldersrelaterade problem kan uppstå på grund av de rörliga och servicekrävande delarna i dessa skydd.

En möjlig lösning som har identifierats är att byta ut de befintliga elektromekaniska skydden mot REG 670, ett digitalt reläskydd med hög prestanda och tillförlitlighet. REG 670 har en rad skyddsfunktioner som kan anpassas efter de specifika kraven för skydd av elektriska maskiner och system. För att uppnå en korrekt och tillförlitlig skyddsnivå för kortslutningsgeneratorn krävs anpassade reläskyddsinställningar för att hantera höga kortslutningsströmmar utan att utlösa oavsiktliga utlösningshändelser. Jordskydd är också en viktig faktor att beakta eftersom höga jordfelströmmar kan förekomma på grund av den höga kortslutningskapaciteten.

För att säkerställa att skydden fungerar som det ska, föreslås högre tidsinställningar för de befintliga överströmsskydden. Slutligen, som framtida arbete, rekommenderas att ytterligare undersöka selektiviteten i hela anläggningen samt samla in viktiga dokument för att säkerställa en korrekt och tillförlitlig skyddsnivå för elektriska maskiner och system.

The degree work is carried out in autumn 2022 at Hitachi Energy in Ludvika. The report is about evaluating existing protections and giving suggestions on which protection functions are possible to use for a synchronous generator in a high-power lab. The current protections are considered old and there is a desire to improve the protection functions to ensure a high level of operational safety and protection for both people and equipment.

The work includes the basic principles of protection philosophy and relay protection theory. In this work, the calculation methods that can be used to finalize the new settings for relay protection are presented. There are many different relay protections, each with its specific characteristics and area of use. The most common types are overcurrent protection, differential protection and earth fault protection. In this report, an investigation has been carried out to evaluate electromechanical protections and identify possible improvements to these protections to increase operational reliability and reduce the risk of operational interruptions. Through examination of test reports and data sheets, it has been established that the existing electromechanical guards are functional, but age-related problems may arise due to the moving and service-requiring parts of these guards.

A possible solution that has been identified is to replace the existing electromechanical protections with the REG 670, a digital relay protection with high performance and reliability. The REG 670 has a range of protection functions that can be adapted to the specific requirements for the protection of electrical machines and systems. Achieving an accurate and reliable level of protection for the short-circuit generator requires custom relay protection settings to handle high short-circuit currents without triggering unintended tripping events. Earth protection is also an important factor to consider as high earth fault currents can occur due to the high short circuit capacity.

To ensure that the protections work properly, higher time settings are suggested for the existing overcurrent protections. Finally, as future work, it is recommended to further investigate the selectivity of the whole plant as well as collect important documents to ensure a correct and reliable level of protection for the generator.