En komplex serie händelser inträffade i ett mellanspänningsnät i Finland och registrerades av dLabs smarta plattform. Vad som till en början verkade vara en isolerad jordfelsincident visade sig snabbt utveckla sig till en kedja av händelser som involverade flera ledningar. Här bryts händelseförloppet ned och analyseras av Victor Bagge, en erfaren kraftsystemingenjör på dLab, samtidigt som han lyfter fram betydelsen av smart dataanalys för att diagnostisera och åtgärda komplexa störningar i distributionsnätet.

Den 30 januari 2023 registrerades en serie händelser i dLabs plattform från ett mellanspänningsnät i Finland, som vid första anblick var ganska komplext och med flera ledningar inblandade.

Låt oss ta det från början:

Ett jordfel uppstod på ledning x och bara några hundra millisekunder senare uppstod ytterligare ett jordfel på ledning y, vilket resulterade i ett dubbelt jordfel. Båda ledningarna kopplades bort av skyddsutrustningen i fördelningsstationen och felsökningsprocessen startade genom att försöka återinkoppla ledning y. Det visade sig att felet fortfarande var kvar vilket ledde till en ny bortkoppling av ledningen nästan omedelbart. Ledning x provtillkopplades även den och höll.

Efter felsökning på ledning y konstaterades felet vara en ventilavledare i en nätstation. Delen av nätstationen med de felaktiga komponenterna kunde kopplas förbi och ledning y kunde spänningssättas igen.

Detta kunde ha varit slutet på störningen, men ca 1h 20 min efter det första felet dök felet på ledning x upp igen. Ledning x kopplades bort som förväntat, men den här gången löste skyddsutrustningen ut även på en annan ledning, ledning z.

Nu blev det hela lite mer komplicerat. Var detta en ny situation med dubbelt jordfel som vi precis hade sett mellan ledning x och y, men nu mellan ledning x och z istället?

Felsökningen påbörjades med att försöka återinkoppla ledningarna igen. I ledning x återkom felet nästan omedelbart, så ledningen lämnades ur drift och en fältundersökning påbörjades för att hitta felet. När det kom till ledning z återinkopplades den framgångsrikt utan att utlösas igen.

Felet i ledning x visade sig vara en trädgren som låg på ledningen och orsakade intermittenta jordfel. Vid denna tidpunkt var orsaken till att ledning z utlöstes fortfarande okänd. Trädgrenen på ledning x togs bort och ledningen kunde spänningssättas igen.

Analysresultaten från dLab förenklade utredningsarbetet

En grundlig utredning av händelserna behövde nu göras för att säkerställa vad som hade hänt så att lämpliga åtgärder kunde vidtas.

Tack vare dLabs smarta plattform var all information om händelserna lättillgängliga och den automatiska analysen av felregistreringarna gjorde att utredningsarbetet gick enklare och snabbare att genomföra. Framför allt gav analysresultaten från plattformen en tydlig bild av händelseförloppet enligt ovan.

Efter ytterligare utredning visade det sig att det andra felet på ledning x var ett transient jordfel. Den här typen av fel är en utmaning även för de modernaste reläskydden att detektera korrekt, men den patenterade dLab-algoritmen pekade tydligt ut den felaktiga ledningen. På grund av detta fel löste även reläskyddet för ledning z ut, men tack vare analysen i plattformen kunde det snabbt uteslutas som en felaktig bortkoppling.

Det kunde konstateras att det var ett fel på ledning x som ledde till ytterligare ett fel på ledning y. Anledningen till att detta kan hända är att spänningen ökar i de två faserna som inte är drabbade av jordfelet. Denna spänningshöjning ska normalt sett inte orsaka några problem, men om det finns en defekt i isolationen någonstans på ledningen i någon av dessa två faser kan ett överslag ske och ett andra jordfel uppstå. I detta fall var det p.g.a. felaktig montering av ventilavledare i en nätstation som felet uppstod just där. uppstod där.

Felet på ledning x (trädgrenen) återkom och kunde också hittas och åtgärdas. Samtidigt kopplades ledning z bort, men denna bortkoppling kunde uteslutas som obefogad, därför behövde ingen tid läggas på att leta efter ett fel som inte fanns på den ledningen i det operativa skedet. Den exakta orsaken till den felaktiga bortkopplingen kan undersökas närmare vid ett senare tillfälle.

Ventilavledarna visade sig som nämnt ovan vara felinstallerade vilket ledde till överslag mot jord när spänningen ökade vid felet på den andra ledningen.

Hur såg händelsesekvensen ut i dLabs plattform?

1. Första händelsen som startade kl. 18:03:28 börjar med ett jordfel på ledning x fas 3. Detta jordfel pågår i 290 ms, och sedan uppstår ett annat jordfel på ledning y fas 2. Detta fel var i en ventilavledare och berodde på ett överslag när spänningen höjdes i denna fas på grund av jordfelet i fas 3.

Det betyder att vi nu har ett dubbelt jordfel mellan x och y, vilket kan ses som en tvåfasig kortslutning som går genom marken mellan ledningarna. Strömmen var runt 730 A RMS och detta fortsatte i 130 ms.

Det första transienta jordfelet på ledning x syns till vänster i det nedre diagrammet, och vid den andra transienten startar felet på ledning y. Tittar man på spänningen i den övre grafen så var toppspänningen i fas 2 ganska hög, och detta var för mycket för ventilavledaren. Även om ventilavledaren skulle vara designad för att börja leda vid den här nivån var det som hände därefter inte inom specifikationerna, vilket tyder på ett komponentfel.

2. Klockan 18:06:25 spänningssattes ledning y igen. Jordfelet fanns fortfarande i fas 2 och fortsatte i 1156 ms. Sedan utvecklades felet till en tvåfasig kortslutning tillsammans med fas 3 (detta syntes senare vid inspektion av ventilavledarna i ställverket). Detta fel pågick i 359 ms innan det kopplades bort. Strömmen var cirka 970 A RMS.

3. Försök att tillkoppla ledning y gjordes, men felet kvarstod och bortkoppling skedde direkt igen. Ett ytterligare tillkopplingsförsök med följande bortkoppling noterades också lite senare, kl 19:05:51. Ledning x tillkopplades och höll 18:06:44. Detta avslutar den första delen av störningen.

4. Cirka 1h 20 min senare återkom felet i ledning x som ett intermittent jordfel. Ledning z bortkopplas först efter 3,07 s (vilket den inte borde ha gjort), sedan ledning x efter totalt 3,75 s.

5. Ledning x återinkopplas kl. 20:24:53 och ledning z kl. 20:25:14.

6. 37 sekunder efter spänningssättning återkommer felet på ledning x, denna gång som ett stationärt jordfel. En reläskyddsutlösning följdes av en snabbåterinkoppling och ytterligare en reläskyddsutlösning eftersom felet fortfarande fanns kvar. Ledning x tillkopplades sedan manuellt, bara för att lösa ut igen efter 17 sekunder med samma snabba sekvens av snabbåterinkoplling och definitiv reläskyddsutlösning.

7. Några minuter senare tillkopplas ledning x och visar omedelbart några transienta/intermittenta jordfel och 2 sekunder senare löser reläskyddet ut ledningen. Sista gången ledning x bortkopplas är klockan 21:12:22. Detta avslutar den andra delen av störningen.

Sammanfattning

• En trädgren på ledning x orsakade ett jordfel i fas 3. Detta startade ytterligare ett jordfel i lednings y fas 2 i en ventilavledare.
• Ventilavledarfelet utvecklades till en kortslutning tillsammans med ventilavledaren i fas 3.
• När trädgrensfelet i ledning x senare återkom kopplades ledning z bort felaktigt vid ett tillfälle.

Victor Bagge
Kraftsystemingenjör, dLab