Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Matestasjoner

Fra Teknisk regelverk utgitt 1. februar 2017
< Banestrømforsyning‎ | Prosjektering og bygging
Hopp til: navigasjon, søk

1 Hensikt og omfang

1.1 Hensikt

Hensikten med dette kapittelet er å stille de krav som gjelder for prosjektering og bygging av matestasjoner til Bane NOR. Kravene kan være en utdyping og komplettering av generelle krav gitt overordnet i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem. Derfor er også herværende kapittel bygd opp etter samme disposisjon.

1.2 Omfang

Matestasjoner kan være omformerstasjoner, transformatorstasjoner eller kraftstasjoner (NB Utvidelse av definisjonen i EN50122-1:2011).

Kapittelet omfatter likevel i hovedsak bare omformerstasjoner og transformatorstasjoner som er de vanligste matestasjonstypene. Ved prosjektering og bygging av matestasjoner som fungerer etter andre prinsipper må det tas fram tilpassede krav.

Matestasjoner inneholder også mate- og returkabler og koblingsanlegg med vern og er normalt fjernstyrte.

Dette kapittelet omfatter derfor de krav som gjelder til selve matestasjonsfunksjonaliteten og de viktige mateenhetene. For relevante krav til de andre delene av matestasjonen, se respektive kapitler. Videre gjelder krav gitt i Felles elektro/Prosjektering og bygging, Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav og Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem også for matestasjoner.

Kapittelet er skrevet med utgangspunkt i nominell spenning og frekvens på 15000 V og 16,7 Hz (frekvensstivt). Kravene gjelder for øvrig også tilsvarende ved autotransformatorsystem 2∙15 000 V. Ved andre systemer må nye relevante krav fremtas.

2 Systemkrav

Samkjøring: Sterk eller svak forbindelse til andre matestasjoner i kraftsystemet. Dette betyr at uten aktuell matestasjon i drift vil resten av kraftsystemet fremdeles være spenningssatt.
Øydrift: Ingen forbindelse til andre matestasjoner i kraftsystemet. Dette betyr at uten aktuell matestasjon i drift er kraftsystemet spenningsløst.

2.1 Egenskaper

2.1.1 Spenning og frekvens

Krav til nominell frekvens og spenning er gitt i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Generelle tekniske krav. For øvrig gjelder:

For omformerstasjoner er frekvensomformingen gitt av krav til fasevinkeregulering, både i samkjøring og øydrift.

a) Tomgangsfasevinkel: For korrekt samkjøring mellom parallelle omformerenheter og omformerstasjoner skal tomgangsspenningen for alle omformerenheter i et samkjørt kraftsystem ha lik fasevinkel {\Psi}_{0Ref} (se definisjon i Tabell 1) med referanse til det norske sentralnettet.

  1. Utførelse: Tomgangsfasevinkelen {\Psi}_{0Ref} skal være forskjøvet ??? ± 120 grader ved 16 2/3 Hz i forhold til referansefasen (fase R) i sentralnettet. Det innebærer at nullgjennomgang for kontaktledningsspenningen skal komme ??? ± 20 ms før/etter nullgjennomgang for referansefasen i sentralnettet.
  2. Utførelse: En omformerenhet skal ved hver oppstart mot samkjørt nett bestemme hvilken faseposisjon som er riktig, og starte opp i denne faseposisjonen.
  3. Verifisering: Riktig tomgangsfasevinkel skal verifiseres ved teknisk beskrivelse av løsning og ved test.

NB: Tallverdier (???) er under utarbeidelse, men det foreløpige kravet er tatt med allerede for å vise helheten.

Sentralnettet på 50 Hz har tre sykluser for hver syklus i kontaktledningsanlegget på 16 2/3 Hz. Derfor har kontaktledningsspenningen tre mulige faseposisjoner med 120 elektriske graders forskyvning som alle samsvarer med kravet. Figur 1 angir dette grafisk. {\Psi}_{0Ref} for kontaktledningsnettet er bestemt av fasedreiende transformatorer mellom sentralnett og omformerenhet, og fysisk konstruksjon av eksisterende omformerenheter.

Figur 1: Mulige faseposisjoner


b) Fasevinkelregulering: For frekvensstiv omforming og optimal lastdeling i samkjøring skal omformerenheter ha en fasevinkelregulering som etterligner fasevinkelkarakteristikken til eksisterende roterende omformere.

  1. Utførelse: Karakteristikken skal være iht. Ligning 1 som viser fasevinkelvridning gjennom omformeren fra trefasesiden til enfase 15 kV-samleskinnespenning (Ligning 3).
  2. Utførelse: De ulike parameterne skal ha innstillingsområde og bør ha standardinnstilling iht. Tabell 1 dersom ikke lastflytanalyse sier noe annet.
  3. Verifisering: Egenskapen skal verifiseres med målinger og test forut for idriftsettelse av statisk omformerenhet ved ulike kombinasjoner av innstilling og belastning for sammenligning med teoretisk beregnet verdi.
  4. Verifisering: Grunnfasevinkel for roterende omformere skal verifiseres med måling.
{\Psi}\mathrm{=}{\Psi }_{\mathrm{0}}-\frac{1}{3}\text{arctan}({x}_{\text{qM}}\mathrm{\cdot }{i}_{G}\mathrm{\cdot}\text{cos}{\phi }_{G})-\text{arctan}\frac{{x}_{\text{qG}}\mathrm{\cdot}{i}_{G}\mathrm{\cdot}\text{cos}{\phi }_{G}}{1+{x}_{\text{qG}}\mathrm{\cdot }{i}_{G}\mathrm{\cdot}\text{sin}{\phi }_{G}}
{\Psi}_{0}\mathrm{=}{\Psi }_{\mathrm{0Ref}}+{\Delta}{\Psi }_{\mathrm{LK}}+{\Delta}{\Psi }_{\mathrm{LD}}+{\Delta}{\Psi }_{\mathrm{EFS}}
{\delta}_{1}\mathrm{=}\frac{{\delta}_{\mathrm{3}}}{3}+{\Psi}

Tabell 1: Forklaring av verdier for fasevinkelregulering
Variabel Enhet Beskrivelse Behandling Standardinnstilling
{\Psi} Grader Fasevinkelvridning Beregnes iht. Ligning 1 -
{\Psi}_{0} Grader Grunnfasevinkel (tomgang) Statiske: beregnes iht. Ligning 2
Roterende: Bør konstrueres basert på lastflytanalyse
-
{\delta}_{1} Grader Fasevinkel 15 kV-samleskinnespenning Gitt av Ligning 3 -
{\delta}_{3} Grader Fasevinkel trefasenettet Skal måles -
{x}_{qM} Per unit Motor q-akse reaktans (inklusive eventuelt trefasetransformatorreaktans) Statiske: Innstillbar 0,000 … 1,500 med oppløsning 0,001
Roterende: Bør konstrueres basert på lastflytanalyse mm.
0,49
{x}_{qG} Per unit Generator q-akse reaktans (inklusive enfasetransformatorreaktans) Statiske: Innstillbar 0,000 … 1,500 med oppløsning 0,001
Roterende: Bør konstrueres basert på lastflytanalyse mm.
0,53
{i}_{G} Per unit Generator strøm Skal måles -
{\phi}_{G} Grader Generatorens lastvinkel (mellom strøm og spenning) Skal måles -
{\Psi}_{0Ref} Grader Tomgangsfasevinkel Statiske: Innstillbar 0,0 … 360,0 med oppløsning 0,1
Roterende: Konstrueres
Se krav om Tomgangsfasevinkel (a)
{\Delta}{\Psi}_{LK} Grader Statiske: Lokal fasevinkeljustering, for eksempel for testing Innstillbar -60,0 … +60,0 med oppløsning 0,1 0,0
{\Delta}{\Psi}_{LD} Grader Statiske: Fasevinkeljustering fra lokal lastdelingsalgoritme i stasjonen Ekstern input: -35,0 … 35,0 med oppløsning 0,1 0,0*
{\Delta}{\Psi}_{EFS} Grader Statiske: Fasevinkeljustering fra sentral lastdelingsalgoritme i kraftsystemet Ekstern input: -35,0 … 35,0 med oppløsning 0,1 0,0*

* Brukes per i dag ikke i Bane NOR, men er tatt med for felles spesifisering med Trafikverket.

c) Spenningsregulering: For å bidra til god spenningskvalitet, god lastdeling og samkjøring skal utspenningen fra en mateenhet, automatisk og med rimelig hastighet reguleres mot et settpunkt (tomgangsspenning) kompensert for belastningen (spenningsstatikk) for hver enkelt mateenhet.

  1. Utførelse: Spenningsreguleringen skal skje etter Ligning 4 med separat kompensering for aktiv og reaktiv belastning.
  2. Utførelse: De ulike parameterne skal ha innstillingsområde og bør ha standardinnstilling om ikke lastflytanalyse sier noe annet iht. Tabell 2.
  3. Unntak: For transformatorstasjoner skal omsetningsforhold, kortslutningsimpedans, trinnkoblere og trinnregulatorer planlegges for å oppnå god samkjøring i kraftsystemet.
  4. Unntak: Kravet gjelder ikke ved eventuell lastbegrensning.
  5. Verifikasjon: Funksjonen skal testes ved flere ulike kombinasjoner av tomgangsspenning og innstilt statikk for forskjellige belastninger.
  6. Verifikasjon: Effektivverdien av spenningen på matestasjonens 15 kV-samleskinne i normal drift bør være innenfor +/- 1 % og skal være innenfor +/- 3 % ved måling av innstilt verdi for karakteristikk. (Gjelder ikke ved lastbegrensning).
{U}\mathrm{=}{U}_{0}+{U}_{c}(\frac{Rc}{100%}\cdot{i}_{G}{\cdot \cos}({\phi}){+}\frac{Xc}{100%}\cdot{i}_{G}{\cdot \sin}({\phi}))

Tabell 2: Forklaring av verdier for spenningsregulering
Variabel Enhet Beskrivelse Behandling Standardinnstilling
{U} kV Omformerens utspenning Beregnes iht. Ligning 4 -
{U}_{0} kV Tomgangsspenning Innstillbar 15,00…17,25 med oppløsning 0,05 16,50
{U}_{c} kV Kompenseringsspenning Innstillbar 15,00…17,25 med oppløsning 0,05 16,50
{i}_{G} Per unit Generator strøm Skal måles -
{\phi}_{G} Grader Generatorens lastvinkel (mellom strøm og spenning) Skal måles -
{Rc}  % Aktiv lastkompensering Innstillbar -15,0...0,0 med oppløsning 0,1 0,0
{Xc}  % Reaktiv lastkompensering Innstillbar -15,0...0,0 med oppløsning 0,1 -8,0

2.1.2 Samkjøring

a) Samkjøring: En mateenhet skal kunne starte opp mot, fase inn mot, mate ut effekt til og tilbakemate effekt fra resten av kraftsystemet med forbindelse til andre mateenheter.

  1. Betingelse: Det skal forventes samkjøring med matestasjoner som ligger minst to matestrekninger fra tiltenkt plassering ved utfall av mating fra mellomliggende matestasjoner.
  2. Utførelse: Dersom stasjonens 16,7 Hz-samleskinne er spenningssatt, skal omformerenheter ved oppstart synkronisere mot samleskinnespenningen.
  3. Unntak: Transformatorer (som mateenheter) kan i stedet for synkroniseringfunksjonalitet utstyres med fasesperre for å hindre innkopling i feil fase.
  4. Verifikasjon: Funksjonen skal undersøkes teoretisk på forhånd og skal verifiseres ved test.

Se også krav til fasesperre på utgående linjeavganger i Banestrømforsyning/Prosjektering/Energiforsyning .

b) Øydrift: En mateenehet skal kunne starte opp mot, spenningssette, mate ut effekt til og tilbakemate effekt fra resten av kraftsystemet uten forbindelse med andre mateeneheter

  1. Verifikasjon: Funksjonen skal verifiseres ved test.

c) Lastdeling: For å utnytte fordelene med samkjøring og hindre stor skjevbelastning internt i en stasjon med flere mateenheter bør matestasjoner og mateenheter i parallell dele den elektriske belastningen prosentvis likt basert på kontinuerlig ytelse under ellers like forhold og dersom ikke lastflytanalyse tilsier noe annet.

  1. Utførelse: Aktiv og reaktiv lastdeling skal foretas med en innstillbar spenningsregulering og fasevinkelkarakteristikkfasevinkelregulering.
  2. Utførelse: For deling av overharmonisk belastning bør alle mateenheter ha relative indre impedans i samme størrelsesorden som eksisterende roterende omformerenheter.
  3. Verifikasjon: Tilstrekkelig lastdeling skal verifiseres med teoretisk analyse på forhånd og bør understøttes av målinger ved idriftsettelse.

2.1.3 Kortslutningsstrøm

a) Bidrag til maksimal kortslutningsstrøm: For å overholde maksimal kortslutningsstrøm i kraftsystemet skal ny eller endret matestasjon ikke føre til at kortslutningsstrømmen i kraftsystemet overskrider dimensjonerende maksimale kortslutningsstrømmer i Felles elektro/Prosjektering og bygging/Jording.

  1. Verifikasjon: Verifikasjon kan gjøres ved beregning.
  2. Utførelse: Ved verifikasjonen skal det tas hensyn til bidrag fra andre matestasjoner og fremtidig økning av kortslutningsbidrag på grunn av endring i kraftsystemet for øvrig bør vurderes, for eksempel endret ytelse i nabostasjoner eller endringer i overføringsnett.

b) Tilstrekkelig og forutsigbart kortslutningsbidrag: Matestasjonen skal gi et tilstrekkelig og forutsigbart kortslutningsbidrag både i amplitude, fase og kontinuitet til at separate eksterne verneenheter skal kunne detektere de feil de er ment å detektere.

  1. Utførelse: Statiske omformerenheter bør etterligne oppførselen til synkronmaskiner ved at
    1. umiddelbar kortslutningsstrøm er høyere enn maksimal belastningsstrøm
    2. kortslutningsstrømmens grunnharmoniske fase er tilpasset parallelle omformeraggregater.
  2. Utførelse: Bidraget skal kunne beregnes ved hjelp av stasjonære modeller.
  3. Operative tiltak: Tilstrekkelig informasjon til modellering skal leveres Bane NOR forut for releplanlegging.
  4. Verifikasjon: Tilstrekkelig kortslutningsbidrag skal testes før idriftsettelse.

2.1.4 Fjern- og lokalkontroll

a) Fjernovervåkning: Matestasjoner skal overføre driftsstatus og samlemeldinger ved hendelser til elkraftsentral for hver mateenhet og -stasjon.

  1. Utførelse: Driftsstatus bør for enkel og standardisert informasjon til elkraftoperatør omfatte I drift, Startklar eller Ikke i drift samt eventuelle spesielle driftsmoder som Lokalkontroll, VAR-kompensering, Termografering etc.
  2. Utførelse: For å bidra til rask og riktig prioritering av meldinger bør det legges stor vekt på utforming av samlemeldinger som elkraftoperatør kan videreformidle til kompetent personale for nærmere undersøkelse, for eksempel gjennom servicetilgang.

b) Fjernstyring: Elkraftoperatør skal kunne starte, stoppe og blokkere mateenheter og koble og (de)blokkere tilhørende brytere, i tillegg til å utføre regulering av disse som er nødvendig for den løpende driften.

c) Lokalkontroll: Driftsansvarlig skal lokalt i en matestasjon minst kunne styre, overvåke, regulere og feilsøke ned på komponentnivå tilstrekkelig for kunne håndtere situasjoner som oppstår oftere enn hvert 10. år.

d) Servicetilgang: For effektiv detaljert feilsøking bør mateenheter og -stasjoner ha fjerntilgang til samme funksjonalitet som ved lokalkontroll i stasjonen, såkalt servicetilgang.

e) Loggføring av signaler: Alle hendelser (endring av binære signaler inklusive passering av grenseverdier og aktivering av begrenserfunksjoner og vernefunksjoner) og alarmer i en matestasjon skal føres i henholdsvis Hendelsesliste og Alarmliste.

  1. Utførelse: Listene skal være tilstrekkelige for og tilgjengelige i lokalkontroll.
  2. Utførelse: Alarmlista skal være levende, det vil si at kvitterte og avsluttede alarmer skal fjernes fra lista. Med avsluttet alarm menes at årsaken til alarmen er utbedret.
  3. Utførelse: Hendelseslista skal være en historisk rapport og også inkludere endringer i alarmlista.
  4. Utførelse: Alle signaler skal være tidsstemplet og angitt hvilken komponent eller del som har generert signalet.
  5. Utførelse: Alarmer bør for enkel og standardisert differensiering klassifiseres og håndteres ihht. Tabell 3.

Tabell 3: Veiledende alarmklasser sortert etter stigende alvorlighetsgrad
Alarmklasse Konsekvens Tiltak
(Feilfri/ingen feil) (Ingen alarm eller konsekvens) (Ingen tiltak)
Varsel Viktig informasjon (spesielt for å kunne iverksette tiltak for å hindre at Feil eller Alvorlig feil oppstår) Undersøkelse, nødvendige aksjoner og eventuell utkvittering
Feil Enhet stopper og blokkeres Undersøkelse, nødvendige aksjoner og eventuell deblokkering og start via fjernkontroll
Alvorlig feil Enhet stopper og blokkeres Undersøkelse, nødvendige aksjoner og eventuell deblokkering og start fysisk i stasjonen (ikke ved lokalkontroll via servicetilgang)

f) Loggføring av måleverdier: Alle målte verdier skal logges med minimum ettsekundsoppløsning og lagres i minimum 60 dager for detaljert analyse.

  1. Utførelse: Loggene skal være tilstrekkelige for utførelse av lokalkontroll og tilgjengelige ved lokalkontroll.

g) Feilskriver: Mateenheter skal for effektiv feilsøking og -analyse ha feilskriver som høyoppløselig (ca. 10 kHz) logger relevante analoge signaler og prosessverdier trigget av alt som klassifiseres som Alvorlig feil fra minimum 10 sekunder før til 5 sekunder etter trigging.

  1. Utførelse: Loggingen skal være tilstrekkelig for utførelse av lokalkontroll og tilgjengelig ved lokalkontroll.

h) Standardiserte systembilder og symboler: Symboler og systembilder skal følge spesifikasjon fra FJEL.

2.2 Funksjoner

a) Behov for koblingsanlegg: Matestasjoner skal kobles til kontaktledningsanlegget ved hjelp av koblingsanlegg.

  1. Utførelse: Se Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Koblingsanlegg.

2.2.1 Elektrisitetsmålere

a) Enfase elektrisitetsmåling: For beregning av tapstariffer for avregning av togselskapene og for oppfølging av stasjonens energileveranse skal det være elektrisitetsmåling av sum enfase energi for alle mateenhetene alternativt hver enkelt mateenhet for seg.

b) Trefase elektrisitetsmåling: For beregning av tapstariffer for omformerstasjoner kan beregningen baseres på målinger utført av trefase netteier dersom det er disse målingene som legges til grunn for faktureringen.

2.2.2 Termograferingsfunksjon

a) Termograferingsfunksjon: For å muliggjøre termofotografering og impedansmåling av kontaktledningsanlegget med mer skal det i hver matestasjon være mulig å regulere utspenningen fra 0,0 til 17,3 kV i steg av maksimalt 0,1 kV og utstrømmen mellom 0 og 50 % av kontaktledningsanleggets strømføringsevne (se Kontaktledning/Prosjektering/Kontaktledningssystemer#Valg_av_kontaktledningssystem tabell 1) i steg av maksimalt 0,01 kA.

  1. Unntak: Kravet gjelder ikke transformatorstasjoner.
  2. Utførelse: Både maksimal innstilt spenning og strøm bør være aktiv som begrensning samtidig, og mateenheten bør rampe opp utspenningen fra 0 til den begrensningen som inntreffer først.
  3. Verifikasjon: Funksjonen skal verifiseres ved test og bør koordineres med en reell impedansmåling for verifisering av input til releplanen.

3 Robusthet

Pålitelighet, tilgjengelighet og vedlikeholdbarhet er viktig for kraftsystemet og anleggene det består av for å sikre en robust strømforsyning til togene. Som underlag for regelverket er det gjennomført en kvalitativ risikoanalyse som har resultert i de generelle kravene som er gjengitt i dette kapittelet. Kravene indikerer et forventet tilgjengelighetsnivå som de ulike kravene til de ulike anleggene er harmonisert ut i fra. De er også input til momenter som det er naturlig å undersøke i en tilgjengelighetsstudie, se Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Robusthet. Ettersom det sannsynligvis finnes flere løsninger som oppfyller strekningens tilgjengelighetskrav er det naturlig at tilgjengelighetsstudien brukes som underlag til en eventuell dispensasjon. Kravene fritar ikke for Vurdering av risiko og erklæring om samsvar iht. FEF §2-2.

3.1 Sårbarhet og redundans

For å gjøre kraftsystemet robust mot unormale driftsituasjoner gjelder følgende grunnleggende krav til oppfyllelse av det generelle n-1 kriteriet slik at faren for serieutfall reduseres:

a) Minimering av konsekvens ved utfall: Matestasjoner skal designes og utrustes for å minimere konsekvens av feil, utfall og unormale driftssituasjoner

  1. Utførelse: Det skal ikke være fellesfunksjoner som kan ramme flere parallelle komponenter utover det som er absolutt nødvendig, det vil si at redundante komponenter skal være uavhengige.
  2. Utførelse: Anlegg og komponenter skal i størst mulig grad være autonome enheter som kan operere uten avhengighet til overordnet styring og som kan beskytte seg selv.
  3. Utførelse: Konsekvensen av utfall av en mateenhet kan minimeres ved bruk av tekniske løsninger som automatisk gjeninnkobling, automatisk start-/stoppautomatikk, mateenhet i kald eller varm reserve, reduksjon av oppstartstid, lastbegrensning osv. se egne krav.
  4. Verifikasjon: Robustheten skal testes før idriftsettelse under mest mulig realistiske forhold.

Følgende konkrete krav gjelder derfor videre for matestasjoner:

b) Nødstopp: Matestasjoner kan ha automatisk eller manuell nødstoppfunksjon som kobler fra avgrensede deler av anlegget i nødsituasjoner.

  1. Utførelse: Funksjonen skal være selektiv og bare koble fra aktuell anleggsdel for dermed å sikre tilgjengelig mating fra de andre mateenhetene.

c) Selvstendig matestasjon: Matestasjoner skal kunne styre videre sine mateenheter og koblingsanlegg selvstendig dersom kommunikasjonsforbindelsen til fjernstyringssentralen brytes.

  1. Utførelse: Ved brudd i forbindelsen bør matestasjonen kunne tilpasse antall aggregater i drift til lastbehovet i kraftsystemet ved hjelp av en start/stopp-automatikk (se annet krav), alternativt starte alle aggregater i stasjonen som står i stand-by.
  2. Operative tiltak: Det skal være rutiner for ettersyn av matestasjoner dersom forbindelsen til fjernstyringssentralen brytes.
  3. Verifikasjon: Overholdelse skal verifiseres ved realistisk test i drift.

d) Selvstendige matenheter: Hver enkelt mateenhet i en matestasjon skal kunne fortsette å mate selvstendig dersom kommunikasjonsforbindelsen til stasjonens overordnede styring (eks. stasjonsdatamaskin) brytes eller andre mateenheter i stasjonen faller ut.

  1. Utførelse: Enkeltfeil i lokale hjelpesystemer som kontrollanlegg, kjøleanlegg, ventilasjonsanlegg, strømforsyningsanlegg, alarmanlegg, automatisk eller manuell nødstopp etc. skal ikke påvirke mer enn en mateenhet.
  2. Operative tiltak: Det skal være rutiner for ettersyn av mateenheter dersom forbindelsen til lokalkontroll brytes.
  3. Verifikasjon: Overholdelse skal verifiseres ved realistisk test i drift.

e) Redundant hjelpekraftforsyning: Matestasjonen skal kunne starte opp, operere og stoppe uavhengig av enkeltfeil i ekstern strømforsyning, for eksempel bortfall av lokalstrømforsyning (“bygdestrøm”), eller kort dipp i trefaseforsyningen til omformerstasjoner.

  1. Utførelse: Kravet kan tilfredsstilles ved hjelp av batterianlegg, prioritering av laster, dublering av anlegg som en er avhengig av eller et anlegg per redundant mateenhet med omkoblingsmulighet.
  2. Verifikasjon: Overholdelse skal verifiseres ved realistisk test basert på en enkel risikovurdering.

f) Matestasjon som koblingshus: For å sikre samkjøring dersom en matestasjon midlertidig mister sin matefunksjon på grunn av manglende innkommende forsyning, brann i mateenhet etc. skal matestasjonen fremdeles kunne driftes som koblingshus.

  1. Utførelse: Funksjonaliteten skal være som for koblingshus.
  2. Utførelse: Se også krav vedrørende fasekompensering.
  3. Verifikasjon: Funksjonaliteten skal testes under realistiske forhold mtp. hendelse, tid osv.

g) Uavhengig trefaseforsyning: For å hindre manglende forsyning fra flere omformerstasjoner i samme område, bør de ikke forsynes fra samme radial i det overliggende nettet.

h) Tosidig trefaseforsyning: For å redusere sannsynligheten for manglende primærforsyning til omformerstasjoner bør innkommende mating være tosidig dersom ikke radialen er svært kort.

3.2 Tilgjengelighet

Det arbeides med å ta fram overordnede krav eller mål for tilgjengeligheten for infrastrukturen generelt og kraftsystemet spesielt. Etablering av RAM-krav er uansett steg 4 i RAMS-prosessen og må ses i sammenheng med forutsetningene matestasjonen skal driftes under (kraftsystem stasjonen er en del av, beredskap, omgivelser osv.).

99,5 % tilgjengelighet mot feil er normalt oppnåelig for en ny mateenhet.

3.3 Brann

a) Beskyttelse mot brann: Matestasjoner skal prosjekteres og bygges slik at personskader, materielle skader og utetid som følge av brann begrenses.

  1. Utførelse: Matestasjonen skal utføres med egne brannceller for redundante enheter, og for øvrig for komponenter med høyt brannpotensial, stor kostnad, lang reparasjonstid, eller liknende, slik som transformatorer og omformerenheter.
  2. Utførelse: Branncellene skal utføres slik at brann og røyk i en branncelle ikke sprer seg til andre brannceller.
  3. Dokumentasjon: Det skal gjennomføres en risikoanalyse som skal ligge til grunn for valg av brannsikringstiltak. Risikoanalysen bør etter tidligere praksis legge til grunn at alle matestasjonsanlegg er særskilte brannobjekter.

b) Varsling ved brann: Det skal installeres brannvarslingsanlegg som detekterer og varsler brann i alle rom slik at tiltak kan iverksettes for å begrense personskader, materielle skader og utetid som følge av brann.

  1. Utførelse: Utløst brannalarm skal medføre akustisk alarm og lysalarm i hele stasjonen slik at alt personell varles.
  2. Utførelse: Brannvarslingsanlegget skal sende signal til fjernstyringsanlegget med angivelse av hvilket rom det er detektert brann i, slik at operatør kan iverksette tiltak.
  3. Utførelse: En enkelt feil (for eksempel falsk alarm) i brannvarslingsanlegget skal ikke redusere matestasjonens tilgjengelighet, det vil si at dersom brannvarslingsanlegget automatisk kobler ut komponenter skal dette skje på en selektiv måte.

4 Dimensjonering

Dette avsnittet gir krav til funksjoner som har innvirkning på dimensjoneringen av kraftsystemet og matestasjonene.

a) Standardløsninger: Statiske omformerstasjoner skal for enklere standardisering av spesifikasjoner og anlegg baseres på internasjonale standarder som NEK EN 50327:2003, NEK EN 50328:2003 og NEK EN 50329:2003.

b) Start-/stoppautomatikk: Matestasjoner skal automatisk kunne starte og stoppe egne mateenheter etter lastbehov i kraftsystemet ut fra en overordnet styring for tilstrekkelig kapasitet til lavest mulig tap.

  1. Unntak: Ved tilsvarende overordnet automatisk styring på kraftsystemnivå, for eksempel fra elkraftsentral, kan stasjonens start/-stoppautomatikk som beskrevet her utelates.
  2. Utførelse: Automatikken skal tilpasses mateenhetens starttid og risikoen for overbelastning av andre mateenheter i nærheten før mateenheten starter.
  3. Utførelse: Automatikken skal automatisk starte alternativ ledig mateenhet dersom en enhet i drift faller ut.
  4. Verifikasjon: Automatikken skal testes og innjusteres i prøvedriftsperioden.
  5. Dokumentasjon: Det skal beskrives hvordan automatikken fungerer og kan justeres.

c) Starttid: Tid fra startkommando gis til mateenheten kan mate ut merkeeffekt skal minimeres for å kunne optimalisere startautomatikk og ha tilgjengelig effekt innen rimelig tid.

  1. Utførelse: Det innebærer at det ikke skal ta lengre tid enn nødvendig å starte en mateenhet. For eksempel skal tidkrevende deler av startrutinene i størst mulig grad skje parallelt, og tidsforsinkelser skal ikke settes lengre enn nødvendig
  2. Verifisering: Tilstrekkelig kort starttid skal verifiseres med test, alternativt begrunnes ved overskridelse av preaksepterte verdier
  3. Vurdering: Følgende starttider kan vurderes som preaksepterte verdier:
    1. Statiske omformerenheter mot spenningssatt 15 kV-samleskinne: 15 sekunder
    2. Statiske omformerenheter mot spenningsløs 15 kV-samleskinne: 30 sekunder
    3. Roterende omformerenheter: 4 minutter
    4. Transformatorenheter: 15 sekunder

d) Lastbegrensning: For å kunne redusere driftsmarginer og unngå unødvendige utkoblinger skal mateenheter være utstyrt med lastbegrensningsfunksjon som skyver last over til andre matenheter (inklusive andre matestasjoner) i samkjøring og reduserer togenes last i øydrift framfor å koble ut for å hindre overbelastning.

  1. Unntak: Der strategien om å redusere belastningen ikke lykkes kan mateenheten kobles ut selektivt for å verne seg selv, med påfølgende automatisk eller fjernstyrt oppstart.
    For øydrift er riktig reguleringsstrategi vanskelig definerbar når aktiv og reaktiv effekt flyter i ulik retning.
  2. Unntak: Kravet gjelder ikke transformatorstasjoner uten tilstrekkelig reguleringsmulighet.
  3. Verifikasjon: Funksjonaliteten og virkemåten skal beskrives i en teknisk rapport samt verifiseres med test

e) Fasekompensering: Matestasjoner kan gå som fasekompensatorer (kun levere/motta reaktiv effekt) ved manglende innkommende forsyning dersom det er anbefalt av lastflytanalyse og nyttig for systemstabiliteten.

  1. Verifikasjon: Ved bruk av fasekompensering skal dette undersøkes teoretisk på forhånd.

g) Tilbakemating: For å tilfredsstille krav i ENE TSI om tilbakemating og redusere driftsproblemer/-begrensninger skal mateeneheter kunne håndtere tilbakematet effekt fra togene både i samkjøring og øydrift.

  1. Utførelse: Omformerstasjoner bør mate tilbakematet effekt tilbake til trefasenettet på samme måte som eksisterende roterende omformerstasjoner dersom kraftsystemet forøvrig ikke kan motta effekten, det vil si gjennom fasevinkelkarakteristikken.
  2. Verifikasjon: Funksjonaliteten og virkemåten skal beskrives i en teknisk rapport samt verifiseres med test.

h) Fremtidig utvidelse: For i rimelig grad å legge til rette for senere utvidelse eller endring bør det settes av plass til en ekstra mateenhet i hver stasjon (stasjonær eller mobil).

5 Overharmoniske og dynamiske fenomener

5.1 Generelt

Dette avsnittet bygger i sin helhet på avsnittet med samme tittel i det overordnede Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Overharmoniske og dynamiske fenomener. Det overordnede avsnittet inneholder de overordnede og generelle kravene som også gjelder for matestasjoner. Herværende avsnitt utdyper eller spesifiserer kravene som gjelder matestasjoner i den grad dette er funnet nødvendig. For tilknytning av omformerstasjoner matende trefasenett gjelder forøvrig Leveringskvalitetsforskriften.

5.2 Elektrisk resonansustabilitet

Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Elektrisk resonansustabilitet stiller krav til laveste elektriske resonansfrekvens i kraftsystemet. Matestasjoner er en del av kraftsystemet og derfor gjelder:

a) Innvirkning på kraftsystemresonans: Innvirkning fra matestasjoner på elektriske resonansfrekvenser i kraftsystemet skal undersøkes spesifikt for hver enkelt plassering og driftsmodi for stasjonen.

  1. Verifikasjon: Undersøkelsen kan gjøres teoretisk.
  2. Dokumentasjon: Overholdelse av det overordnede kravet skal dokumenteres i en teknisk rapport.

5.3 Lavfrekvent stabilitet

a) Egengenererte pendlinger: Matestasjonen skal ikke selv forårsake effektpendlinger, verken gjennom dårlig dempede resonanser eller diskontinuerlig regulering.

  1. Verifikasjon: Teoretiske analyser skal vise at alle lavfrekvente resonanser som matestasjonen genererer eller bidrar til er godt dempet og at ulineære fenomener i overgangen mellom ulike driftsmodi ikke gir opphav til stående pendlinger.
  2. Verifikasjon: Praktiske tester ved idriftsettelse skal støtte de teoretiske analysene (isolerte tester med matestasjonen alene og i samtrafikk med annen infrastruktur og rullende materiell), for eksempel ved å undersøke reaksjonene ved sprangforstyrrelser.
  3. Dokumentasjon: Eventuelle resonansers demping kan dokumenteres ved hjelp av frekvensresponsene for d- og q-akse, se eget vedlegg (under utarbeidelse).
  4. Vurdering: Dersom effektpendlinger oppstår skal akseptansen være basert på hvor ofte og av hvilken grunn de oppstår og hvordan de påvirker den totale oppførselen til systemet.

b) Nøytral oppførsel: Matestasjonen skal være nøytral, det vil si ikke forsterke lavfrekvente pendlinger eller resonanser som initieres av eller tilhører andre komponenter i kraftsystemet, og kan være dempende.

  1. Verifikasjon: Teoretiske undersøkelser som viser hvordan matestasjonen reagerer på pendlinger i strøm eller spenning på frekvenser i området 0,1…16,0 Hz
  2. Verifikasjon: Egenskapene skal undersøkes spesielt med tanke på roterende omformere sin elektromekaniske egenfrekvens på 1,4…2,0 Hz, for eksempel ved hjelp av simuleringsmodell for roterende omformere, se eget vedlegg (under utarbeidelse).
  3. Verifikasjon: Oppfyllelse av kravet skal minimum verifiseres ved test sammen med omkringliggende matestasjoner.

c) Regulatordynamikk: For å bidra til rask regulering og samtidig redusere bidrag til pendlinger og oversving i kraftsystemet skal spennings- og fasevinkelreguleringen designes slik at utspenningen under påregnelige påkjenninger (se Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Påregnelige påkjenninger) er iht. NEK EN50163:2004 (inklusive Annex A).

  1. Utførelse: Regulatorer bør utformes slik at de ikke går i begrensning for påregnelige dynamiske påkjenninger uten at risikoen er vurdert særskilt.
  2. Utførelse: Regulatorer bør ha et dempeforhold på 0,5…1,0.
  3. Verifikasjon: Regulatorresponsen skal verifiseres med teoretisk studie og måles/testes så langt praktisk mulig.

d) Demping av roterende omformeres egenfrekvens: For ikke å forringe dynamikken og stabiliteten i kraftsystemet skal ikke endringer i eksisterende roterende omformere medføre redusert demping av den elektromekaniske egenfrekvensen, men bør i stedet bidra til å øke dempingen.

  1. Utførelse: Magnetiseringssystemet skal forberedes for PSS (power system stabiliser) med mindre en slik funksjon implementeres og idriftsettes.
  2. Utførelse: Kravspesifikasjon for nye magnetiseringssystemer bør ta hensyn til krav ut i utført generisk kompatibilitetsstudie, se EB.800126.
  3. Verifikasjon: Eventuell endring kan verifiseres med enkel vurdering eller teoretisk studie i forkant av endringen og eventuelt måling eller test i etterkant for kontroll.

5.4 Overharmoniske

Overharmoniske strømmer og spenninger kan føre til eksitasjon av elektriske resonanser i kraftnettet som resulterer i overspenninger, ekstra energitap i og slitasje på elektriske komponenter samt føre til elektromagnetisk påvirkning på andre elektrotekniske systemer. Se også de overordnede kravene til overspenninger i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Overharmoniske og dynamiske effekter. Derfor gjelder følgende:

a) Overspenning på grunn av overharmoniske: For å tillate andre komponenter i kraftsystemet å generere overharmoniske samtidig som kravet om overspenningen overholdes skal matestasjoner ikke generere overspenninger noe sted i nettet som har toppverdi over 27 kV kontinuerlig og 29 kV over 5 minutter, det vil si 1 kV margin til kravene gitt for kraftsystemet totalt.

  1. Betingelse: Spenningen på matestasjonens 15 kV-samleskinne skal være mindre eller lik Umax1 i NEK EN50163:2004.
  2. Verifikasjon: Overholdelse skal verifiseres ved teoretisk beregning gitt kraftsystemet (uten tog) matestasjonen skal plasseres i.
  3. Verifikasjon: En detaljert modell av kraftsystemet som påkrevd i verifikasjon 1 kan erstattes av en antatt og forenklet worst-case modell i vedlegg Forenklet beregningsmodell (informativt) (uten tilhørende tog) dersom denne antas å være representativ.
  4. Verifikasjon: Resultatene fra verifikasjon (2) alternativt (3) skal sannsynliggjøres med relevante målinger.
  5. Dokumentasjon: Frekvensspekter for mateenhetens utspenning, både fra mateenheten og til 15 kV-samleskinne, skal leveres med tilstrekkelig oppløsning og båndbredde på et åpent format.

b) Total harmonisk forvrenging: For å begrense overharmonisk innhold i nettspenningen bør matestasjonen ikke føre til total harmonisk forvrengt spenning (THDu) referert grunnharmoniske som overstiger 4…6 % på hvilket som helst sted i kraftsystemet iht. IEEE Std 519-1992 punkt 11.5.

  1. Verifikasjon: Overholdelse kan verifiseres med beregninger på den forenklede worst-case modellen i vedlegg Forenklet beregningsmodell (informativt) (uten tilhørende tog).
  2. Verifikasjon: Resultatene fra verifikasjon 1 skal verifiseres med representative målinger.
  3. Vurdering: Akseptanse ved manglende oppfyllelse av kravet skal vurderes ut fra totale kostnader for forbedring av matestasjonen, økte tap, stabilitet (resonansfrekvens) og slitasje samt risikoen for elektromagnetisk påvirkning av andre elektrotekniske systemer.

c) Overharmonisk belastningsstrøm: Mateenheter skal dimensjoneres for påregnelig overharmonisk belastningsstrøm på minumum 30 % av grunnharmonisk merkelast og kan utover dette redusere utmatet effekt til 65 % av merkelast ved 96 % overharmonisk belastningstrøm av merkelast.

  1. Verifikasjon: Se Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Påregnelige påkjenninger, blant annet for fordeling av lavere overharmoniske frekvenskomponenter.

Se også krav om overharmonisk lastdeling.

5.5 Påvirkning på togdeteksjonsanlegg

a) Lavfrekvente sporfelt (95/105 Hz) - vern: For å sikre at det ikke mates ut strømmer som fører til sikkerhetsfeil og driftsfeil for lavfrekvente sporfelt skal matestasjoner med statiske mateenheter, og bør matestasjoner med andre typer mateenheter, utstyres med vern som kobler bort banestrømmen ved for stort innhold av 95 eller 105 Hz-komponenter.

  1. Betingelse: Kravet skal kun gjelde når mateenheten kan mate ut til en strekning der disse sporfeltene benyttes.
  2. Utførelse: Vernet bør monteres på utgående linjeavganger for selektiv utkobling og automatisk gjeninnkobling.
  3. Utførelse: Vernet skal beregne støystrømmen i henhold til evalueringsmetoden gitt i NEK CLC/TS 50238-2:2015.
  4. Utførelse: Se Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Vern#Vern av sporfelt for nærmere innstilling.
  5. Verifikasjon: Korrekt funksjon skal verifiseres med minimum laboratorietest som viser at vernet løser for frekvenser i angitt frekvensområde og ikke løser for frekvenser utenfor.
  6. Dokumentasjon: Verifikasjonen skal dokumenteres i en testrapport.

b) Lavfrekvente sporfelt (95/105 Hz) – selvgenerering: Matestasjonen skal for å redusere antall vernutkoblinger selv ikke generere mer støystrøm enn i størrelsesorden 1 A i 1 s etter samme evalueringsmetode som for vernet i krav a).

  1. Verifikasjon: Overholdelse bør verifiseres med teoretiske undersøkelser, simuleringer eller målinger under relevante feilmoder i stasjonen og påregnelige påkjenninger, se Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Dimensjonering/Påregnelige påkjenninger.

c) Audiofrekvente sporfelt: For å redusere sannsynligheten for driftsforstyrrelse for audiofrekvente sporfelt skal overharmonisk spenning fra en matestasjon med statiske mateenheter ikke føre til overharmoniske strømmer i returstrømmen gjennom et sporfelt til matestasjonen som overskrider 10 % av tillatte grenseverdier for “influencing unit” i NEK CLC/TS 50238-2:2015.

  1. Betingelse: Kravet skal kun gjelde når mateenheten kan mate ut til en strekning der disse sporfeltene benyttes: TI21 (avsnitt A.12), FTGS 46 og FTGS 917 (avsnitt A.3).
  2. Verifikasjon: Overholdelse skal verifiseres ved teoretisk beregning gitt kraftsystemet matestasjonen skal plasseres i sammen med et for strekningen representativt togsett plassert nært og fjernt fra matestasjonen.
  3. Verifikasjon: En detaljert modell av kraftsystemet som påkrevd i verifikasjon 2 kan erstattes av en antatt og forenklet worst-case modell i vedlegg Forenklet beregningsmodell (informativt) (med tilhørende tog) dersom denne antas å være representativ.
  4. Verifisering: Oppfyllelse av kravet skal verifiseres ved måling i 15-20 sekunder etter at transienter er dødd ut og for alle driftsmodi av mateenheten (variasjon av modulasjonsindeks, ulike kontrollstrategier, filterkonfigurasjoner, mateenheter i drift osv.)
  5. Utførelse av verifikasjon: Ved bruk av typisk og kjent svitsjeteknologi med filterkonfigurasjon LC eller LCL, tog (“influencing unit”) som beskrevet i prEN 50617-1 punkt C.3 og verste tilfelle med ensidig mating kan verdier gitt i EB.000127-000 mtp. audiofrekvente sporfelt benyttes som veiledning til krav til matestasjonens 15 kV-samleskinnespenning i tomgang når alle utgående linjebrytere er utkoblet.
  6. Vurdering: Vurdering av overholdelse skal gjøres hjelp av evalueringsmetoden (båndpassfilter og integrasjonstid) som er angitt i NEK CLC/TS 50238-2:2015.
  7. Vurdering: I tilfelle det er betydelige økonomiske gevinster ved økt emisjon fra mateenheten, kan tillatt emmisjon økes med en faktor på maksimalt 2…3 forutsatt at det overordnede kravet i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#EMC fremdeles overholdes.

Ingen særskilte krav gjelder med tanke på akseltellere som togdeteksjonsteknologi. Ingen særlige krav gjelder for sporfelt for innkoblingssportfelt for planoverganger (10 og 50 kHz). Det er en forutsetning i design av banestrømforsyningen at det ikke benyttes likestrømssporfelter på elektrifisert bane ettersom denne kombinasjonen ikke tidligere har vært brukt i Norge.

5.6 EMC forøvrig

Det er vanskelig å sette eksplisitte krav til matestasjoner uavhengig av resten av kraftsystemet. Det er mange lokale forhold som spiller inn. Endelig og generell kvantifisering er vanskelig å utforme. Følgende krav er derfor forslag til konkretisering av EMC-planen som NEK EN 50121-1:2006 krever.

a) Psofometrisk støy: For å begrense påvirkningen på gjenværende analoge telesamband bør overharmoniske fra matestasjoner med statiske mateenheter ikke føre til sum psofometrisk vektet returstrøm ihht. ITU-T REC K.68 som overstiger i størrelsesorden 0,5 A.

  1. Betingelse: Oppfyllelse av kravet kan legge til grunn at matestasjonen forsyner en ensidig matet linje som angitt i vedlegg Forenklet beregningsmodell (informativt) (uten tog).
  2. Verifisering: Oppfyllelse kan verifiseres med beregning eller simulering beskrevet i en teknisk rapport.
  3. Vurdering: Oppfyllelse av kravet skal vike for kravoppfyllelse av krav til systemstabilitet, se #Elektrisk resonansustabilitet.
  4. Vurdering: Manglende oppfyllelse av kravet bør i tillegg vurderes mot risiko for påvirkning av stedlige telesamband og økonomiske konsekvenser for endring av matestasjonen.

5.7 Simuleringsmodell

Dette avsnittet er en detaljering av det generelle kravet om simuleringsmodell i Banestrømforsyning/Prosjektering og bygging/Kraftsystem#Overharmoniske og dynamiske fenoméner.

a) Generelt: Simuleringsmodellene skal være gyldige i alle driftsmodi og overgang mellom disse (for eksempel effektflyt i alle kvadranter, lastbegrensning) for lastflytanalyse opp til 9. harmoniske og dynamiske analyser som kortslutningsforløp, sprangrespons og lavfrekvente pendlinger (amplitude- og fasemodulasjon av grunnharmonisk strøm og spenning) opp til over halve grunnharmoniske.

  1. Utførelse: Alle parametere som kan endres i matestasjonen skal kunne endres tilsvarende i modellen.
  2. Verifisering: Modellen skal verifiseres mot målinger minimum på nivå med en real-time simulator.

b) Statiske omformere: For statiske mateenheter skal det leveres blokkskjema og parameterlister tilstrekkelig for modellering av enheten inklusive eventuelle filter.

c) Roterende maskiner: For synkronmaskiner skal det leveres synkronmaskinparametere for stasjonær, transient og sub-transient drift både for d- og q-akse, opplysning om innfesting til aksel (for mekanisk vinkel) og blokkskjema med parameterlister tilstrekkelig for modellering av spenningsregulering.

  1. Utførelse: Spenningsreguleringsmodellen skal være verifisert med måling.
  2. Dokumentasjon: Dokumentasjonen bør tilsvare IEEE 421.5-2005.

d) Transformatorer: For transformatorer skal det leveres kortslutnings- og omsetningsdata sammen med blokkskjema med parameterlister tilstrekkelig for modellering av eventuelle spenningsregulering med mer.

6 Vedlegg