Exam text content

Opiskelija saa viedä tenttipaperin mukanaan

DFEF-24010 Sähkövoimajärjestelmän säätö ja käyttö J. Bastman
TIM Tentti 21.10.2016

Tentissä saa käyttää omaa ohjelmoitavaa laskinta

1) Vastaa seuraaviin kysymyksiin
a) Mitä tarkoittaa generaattorin hitausvakio ja mikä merkitys sillä on stabiiliuden kannalta?
b) DC-kaapelin alkupään tasajännite on 490 kV ja loppupään 500 kV. Kaapelin häviö näillä
jännitteillä on 12.5 MW. Laske kaapelin virta ja resistanssi.
c) Miten yleensä asetellaan distanssireleen suojausvyöhykkeet 400 kV johdon suojauksessa ja
miksi?

2) Tarkastellaan Pohjoismaisen voimajärjestelmän (säätövoima on 7000 MW/Hz) käyttäyty-
mistä tehonvajaustilanteessa, kun Olkiluodon yksikkö 1 (pätöteho 880 MW) irtoaa äkillisesti
verkosta.

a) Selosta aikajärjestyksessä mitä järjestelmässä tapahtuu. Voit olettaa Suomen ja Ruotsin vä-
listen vaihtosähköyhteyksien kestävän aiheutuvan muutoksen. Vastaavasti voit olettaa, että
DC-linkit Suomen ja Ruotsin välillä eivät ole käytössä.

b) Taajuuden muutosnopeus välittömästi irtoamisen jälkeen oli -0.1 Hz/s. Laske tietojen perus-
teella järjestelmän kineettinen energia.

3) 300 km pitkä 400 kV avojohto on tyypiltään 3-Finch, jonka r = 0.017 0/km, x = 0.29 O/km,
b = 4.04 US/km. Johdon loppupäässä on kuormitus 500 MW, cosg = 0.95;ng. Pitkän johdon
yhtälöitä ei tarvita.

a) Laske johdon alkupään pätö- ja loisteho, jos loppupään jännite on 400 kV.

b) Johto sarjakompensoidaan kytkemällä johdon keskelle joka vaiheeseen kapasitanssi, joka on
suuruudeltaan 0,18 F/vaihe. Laske johdon alkupään pätö- ja loisteho. Loppupään jännite ja
tehokerroin pysyvät a-kohdan arvoissa.

4) Selosta siirtokapasiteettiin liittyviä asioita
a) Mitkä tekijät rajoittavat siirtokapasiteettia?
b) Miten siirtokapasiteettia voidaan nostaa?
c) Laske montako johtoa tarvitaan 2500 MW tehon siirtämiseen 300 km päähän 400 kV jännit-
teellä, jos verkkoa käytetään (n-1) - kriteerin mukaisesti. Johdon reaktanssi on 0.33/km ja
alku- ja loppupään jännitteiden kulma-ero voi olla korkeintaan 35%.

5) Stabiilisuuskysymyksiä
a) Selosta pinta-alakriteerion käyttöä transienttistabiiliuuden tutkimiseen.
b) Tarkastellaan kuvassa 1 esitettyä järjestelmää, jossa jäykkään verkkoon siirtyvä pätöteho on
3.0 pu, napajännite v; = 1.05 pu ja jäykän verkon jännite v = 1.0 pu. Määritä järjestelmälle
tehokulmayhtälö edellä kuvatussa tilanteessa.

j0.04

l<

Jäykkä
verkko

 

Kuva 1.

 

 
 

 

Opiskelija saa viedä tenttipaperin mukanaan

Keskipitkän johdon n-sijaiskytkennän siirtovakiot

ZY

1+=
r;] [4 a][v, 2 £ [E
TI  |€ DI [+ = z

Tehonsiirron yhtälöt siirtovakioiden A= 4/0, B= B/B ja D=D/a avulla ilmaistuna. Kulma
9 on alku- ja loppupään jännitteiden välinen kulma s.e. Vs = VsZ8 ja Vr= Vr/0*.

Alkupään tehoille

alälpomn- oi

cos(B+65)

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

2.=|2|r|sin(8-0)- E sin(B+0)
Loppupään tehoille

JA 0 ö)- ; v,  cos(B-0)
D= jä A sin(B-8)- [re | in(9-0)

 

 

 

Symmetristen komponenttien muunnokset abc => 120 ja 120 => abc

Va a IK E | 11E&
1 2

Vaj=s! & altiv, Vyj=1& & 11-1V,

PS 1.10 K a am

1-vaiheisen vikavirran lauseke on alla. E, on a-vaiheen Thevenin jännite ja Ia1, Iz2 ja Iso ovat
myötä-, vasta- ja nollaverkon virrat a-vaiheessa. Z1, Z2, Zo ovat myötä-, vasta- ja nollaverkon
impedanssit ja Z' on vikaimpedanssi.

E 3E
Jd = n vikavirta Sl an
= Z,+Z,+Z,+3Z Z,+Z,+2,+3Z.

FHeilahteluyhtälö, & = tahtikulmanopeus, H = hitausvakio s

2H 25

= pm pm
o, OR ;

m

Kineettinen energia, Sn = koneen nimellisteho

W, "JW toisaalta H ="kl3]

n

heari ; Klasila Getdert tut.fi