Kvittingen kraftverk har vært i drift siden 1984 og det er behov for en større revisjon. BKK Produksjon, eier av kraftverket, ønsker å bringe kraftverket til en slik tilstand at videre drift kan sikres, med normalt vedlikehold, i minst 20 år etter revisjonens ferdigstillelse. Ved store revisjoner kartlegges også muligheten for effektøkning. Alle større prosjekter i BKK Produksjon bygges opp etter prosjektfasemodellen beskrevet i selskapets kvalitetsstyringssystem (KVALIK). Denne rapporten er en del av første fase i prosjektfasemodellen og vil være en del av mulighetsstudien for prosjektet. I rapporten er det utført en tilstandsvurdering av de ulike komponentene i kraftverket. BKK Produksjon bruker FDV-systemet ISY JobTech til forvaltning, drift og vedlikehold av sine produksjonsanlegg og tilstandsvurderingen er i hovedsak basert på informasjon registrert i dette systemet. Rapporten inneholder i tillegg en tilstandsrapport utarbeidet i forbindelse med inspeksjon av generator høsten 2011. Tilstanden for komponentene i kraftverket er generelt god og tiltak utover omfang for valgt reinvestering- og vedlikeholdsprogram utføres ikke.Sweco Norge har utført en studie av oppgraderingspotensialet for turbinen i Kvittingen. I studien ble det sett på to alternativer, der 10 % og 15 % effektøkning i forhold til dagens effekt ble vurdert. Dette tilsvarer ny turbineffekt på henholdsvis 46 MW og 48 MW. I vurderingene inngikk mekaniske beregninger av akselkoblinger, servokapasitet, stabilitets-beregninger, vannveistransienter i forbindelse med lastavslag, kavitasjonsmarginer og beregning av turbin- og anleggsvirkningsgrad. I modelleringen ble simuleringsverktøyet Alab benyttet. Studien viser at turbinen er romslig dimensjonert, og har betydelig potensiale for oppgradering til høyere effekt. Mye av potensialet vil kunne utløses ved å skifte løpehjul, stasjonære spalteringer og øvre del av sugerørskonus.Det ikke utført en ekstern studie for oppgraderingspotensialet for generatoren, men beregner av generatoren, Johan Amundsen er i den forbindelse kontaktet. Generatoren er mekanisk dimensjonert for 56 MW, men FIKS stiller krav om reaktiv reserve tilsvarende kapasitiv effektfaktor på 0,86 (overmagnetisert). Dette tilsvarer en aktiv effekt på 48 MW. Dette blir dermed begrensingen i generatoren. Selv om det ikke er behov for oppgradering av generatoren i dette tilfelle, er det i hoved-oppgaven utført en vurdering av hele energikjeden i kraftverket med tanke på flaskehalser. Resultatet viser at komponentene i kraftverket generelt har gode marginer med tanke på økt effekt. Under revisjonen skal kontrollanlegget i kraftverket fornyes. Dette innebærer blant annet nytt generatorvern og linjevern. I den forbindelse er det i hovedoppgaven utarbeidet en foreløpig releplan for generator, hovedtransformator og 132 kV linje. Valg av vernfunksjoner og forslag til innstillinger er utarbeidet i henhold til prinsippunderlag utarbeidet av BKK Produksjon og BKK Nett for vernebestykning i kraftverk og transformatorstasjoner.I hovedoppgaven er det utført to analyser i forbindelse med stor revisjon av Kvittingen kraftverk. Den første analysen tar i bruk en sviktmodell, utarbeidet av SINTEF Energi, for å vurdere lønnsomheten av omfang for- og intervall mellom hovedrevisjoner. I analysen ble tre alternativer vurdert. Referansealternativet representerer normalt omfang og intervall, mens de andre alternativene tar utgangspunkt i lengere intervall og mindre omfang. Kostnader i forbindelse med svikt, reinvesteringer, modifikasjoner, rehabiliteringer og utilgjengelighet blir sammen med inntekter for økt virkningsgrad i turbin, økt falltap, optimalisering av drift, redusert flomtap og grønne sertifikater, sammenlignet i verktøyet Vedlikeholdskalkyle. Årlig kostnad for svikt ble beregnet ut i fra etablerte levetidskurver for ni utvalgte skadetyper i turbin, generator og hovedtransformator. Disse ble etablert med utgangspunkt i design, tilstand og alder. Analysen viser at normalt omfang og intervall i referansealternativet gir høyest netto nåverdi og er mest lønnsomt. Modellen tar ikke hensyn til skatter og inflasjon. I den andre analysen ble det utført en investeringsanalyse for økt effekt. Alternativer for økt effekt, beskrevet i studie fra Sweco, ble vurdert opp mot alternativ for utbedring av eksisterende løpehjul. Beregninger i analysen ble utført av investeringsanalytiker i BKK Produksjon, Erik Ferning, men oppsett og inputverdier ble utarbeidet i denne hovedoppgaven. Analysen viser at økt effekt vil være lønnsomt. Dette med økt nåverdi på 12 MNOK og 16 MNOK for henholdsvis ny effekt på 46 MW og 48 MW. I rapporten ble det sett på sensitivitet i forhold til kraftpris, levetid, drift- og vedlikeholdskostnader, investeringskostnader, analyse-periode og virkningsgrad. Sensitiviteten viser at investeringen er robust, der kraftpris har størst innvirkning på lønnsomheten. I denne analysen er både skatter og inflasjon inkludert.

The subsurface grounding network of high voltage substations is installed as a protective measure to prevent dangerous touch- and step voltages inside the substation area. The main objective of this master thesis is to map the different parameters that will influence the performance of the grounding system, and to what extent the performance will be affected. Samnanger substation and the electrical network connected to it are used as a basis for the simulations conducted in CDEGS – AutoGrid Pro.Two different networks were used in the simulations; Network 1 with a specified two layer soil model, and Network 2 with a specified grounding network resistance to earth of 2 Ω. Network 1 was used where the simulation objective was to investigate how the resistance to earth changed with varying parameters, while Network 2 was used for all other simulations.Thirteen different simulations were conducted: Initial modeling, Insulating surface layer modeling, Varying fault duration, Varying soil conditions at Samnanger substation, Varying RE at adjacent substations, Varying Rt for overhead line towers, Varying mesh density, Varying cross sectional value of earth electrodes, Meshed network including vertical rods, Meshed network including vertical rods embedded in conductive additives, Disconnection of overhead line earth conductors, Increased single-phase-to-earth short circuit current, and Three phase short circuit current.The simulations showed that:•UT < UTp inside the switchyard bays during normal conditions when tfault = 1 second, but in some of the “open” areas inside the substation UT > UTp. Using a 3000 Ωm-10 cm insulating surface layer and tfault = 0.06 second eliminates all dangerous UT for an Ik1 fault. Same effect for Ik3 using 3500 Ωm-20 cm surface layer and tfault = 0.06 second•US < USp for all simulations•The soil resistivity and its composition is decisive when it comes to UT and US•The value of RE of adjacent substations have very little to neglectable effect on the grounding network performance at Samnanger•The value of Rt has a large effect on the grounding network performance at Samnanger and adjacent substations•Based on conditions used in this master thesis, Statnett Earthing Guidelines with respect to mesh density seems too conservative when considering 50 Hz grounding. Transient conditions have not been simulated•The cross sectional value of the grounding network electrodes has little effect on the grounding network performance•Vertical grounding rods have little effect in soils with high resistivity•Vertical rods embedded in conductive additives were ineffective using the recommended modeling method in AutoGrid Pro

Denne rapporten er et resultat av en masteroppgave våren 2012 ved NTNU omhandlende vurdering av styringsstrategier for veglys og tilleggsfunksjonalitet med AMS i veglysanlegg. Vegbelysning er et viktig tiltak for trafikksikkerhet, men medfører også store kostnader til investering, drift og vedlikehold. Slike kostnader er mulig å redusere ved å bytte fra konvensjonell av-/på-styring til regulering av belysning etter behov med intelligente styrings-system via toveiskommunikasjon.Oppgaven er basert på måledata fra 9 av totalt 11 lysarmaturer i et testanlegg i Høgskole-ringen ved NTNU Gløshaugen. Armaturene er tilknyttet et intelligent styringssystem med toveis¬¬kommunikasjon over powerline med LonWorks. Styringsprogrammet for testanlegget muliggjør kontinuerlig regulering av belysningsnivå ut fra målt luminans i vegbanen sammenlignet med gjeldende krav. Resultatene fra funksjonsprøving av testanlegget er basert på måledata fra perioden 14. januar til 31. mai 2012. Over hele perioden er det oppnådd et gjennomsnittlig pådrag til armaturene i testanlegget på 69 %. Dette har sammen med redusert brenntid på 6,5 % og 8,1 % ført til besparelser på 31,6 % (642 kWh) og 32,8 % (678 kWh) med behovsstyring, i forhold til av-/på-styring med henholdsvis fotocelle og astronomisk ur.Funksjonalitet med eksisterende AMS-løsninger for veglysanlegg har flere likhetstrekk med intelligente styringssystem i tilknytning til overvåkning og styring. Intelligente styringssystem har imidlertid bedre muligheter for regulering av belysning, som fører til et større spare-potensial og vil gi en helhetlig bedre løsning. Bruksområder for måledata i AMS som er vurdert med størst nyttevirkning i veglysanlegg er; jordfeilregistrering, deteksjon av utløste vern, deteksjon av lampeutfall basert på timesverdier for energiforbruk samt overvåkning av komponenter i tennskap.

In the course TDT4501 - Specialization Project - “ReqSec project”, the preparatory course to this thesis, through purely analytical evaluation of the eight modeling approaches, the advantages and disadvantages were illustrated based on the categories - i*-based modeling approach and Use Case-based modeling approach.However, only a purely analytical evaluation of the modeling approaches does not alwaysreflect their practical usefulness. Hence, the [motivation] of the thesis was selecting two modeling approaches, those are Secure Tropos and Misuse Cases, using an empirical investigation for such evaluations to guide the researchers and practitioners a better overview and understanding of the benefits of the two modeling approaches in a real life usage. The objective was to see if the advantages claimed analytically in the previous project also come true in practice. [Questions] Through a controlled experiment, two core problems shall be investigated: a) How about the participants’ performance when they applied the two modeling approaches to finish tasks in the experiment and b) Their preference for the two modeling approaches after the experiment. The [principle] was using two modeling approaches to perform the experiment, through the participants’ performance on the identified number of threats and mitigations for the experiment cases, and their perception of the two modeling approaches by means of asking them to estimate the usage of modeling diagrams, textual description of cases, and memory in the experiment. And combining with the evaluation of post-questionnaire analysis, the conclusions were summarized based on the empirical study of statistical results and the previous analytical study results, to investigate whether the empirical evaluation could match well with analytical evaluation or not.[Contribution] The experiment project was the first time to compare the Secure Troposand Misuse Cases comprehensibly. The results illustrated that both modeling techniqueshad no significant difference of identifying threats but they had significant difference of identifying mitigations in this controlled experiment with 50 students who apply to both modeling approaches with relevant cases. And through analyzing the same case with the same modeling approach or different modeling approach of the experiment, it was found that Net Shopping case was identified more mitigations and threats by the participants when considering the aspect of technique criteria of threats and mitigations. The participants were complementary regarding goal-based modeling approach in some security issues and performed non-techniques threats and mitigations in this controlled experiment. Hence, Secure Tropos was investigated perceiving more favorable. In the last, comparing with the six dimensions from previous analytical comparison, the investigation shows that most of the two modeling approaches’ advantages were confirmed, and the results also coincided to the previous analytical evaluation.Keywords: Secure Tropos, Misuse Case, Empirical Study, Security Modeling

Seriefeil, dvs. overgangsmotstand i kontaktpunkter, har i lang tid vært en fremtredende brannårsak i norske bygninger, og er en av de hyppigste brannårsakene i elektriske anlegg. På grunn av begrensninger i tilgjengelige løsninger for deteksjon av seriefeil på det norske markedet, er det hittil ikke blitt stilt krav til seriefeilvern i Norge. Andre land har imidlertid begynt å stille krav til slike vern. Hovedmålet med denne oppgaven var derfor å undersøke om det finnes løsninger for deteksjon av seriefeil på markedet, hvilke krav andre land stiller til slike vern og hvilke løsninger for deteksjon av seriefeil som finnes i de land som stiller til krav seriefeilvern.Denne rapporten presenterer flere løsninger for deteksjon av seriefeil, som enten allerede finnes på det norske markedet eller gjøres tilgjengelig innen kort tid. Det er derfor ikke mangelen på tilgjengelige løsninger som begrenser muligheten for å installere disse produktene i norske elektriske anlegg. Det foreslås derfor at tilsynsmyndighetene vurderer å anbefale installasjon av seriefeilvern i norske elektriske installasjoner, slik det gjøres i bl.a. USA, for å redusere antall branner med elektrisk årsak.Rapporten presenterer laboratorieforsøk hvor det ble undersøkt hvilke temperaturer som kan oppstå i reelle elektriske installasjoner med skjult installasjonsmetode, under både normale forhold og ved elektriske feil. Forsøkene undersøkte også funksjonaliteten til et seriefeilvern, kalt Electric Temperature Increase Monitoring, og hvor mye den termiske isolasjonen i veggen influerer temperaturutviklingen i koblingspunktene. Seriefeilvernet var kun en prototype på det tidspunktet det ble testet. Resultatene fra forsøkene gav følgende konklusjoner:- Hovedproblemet med seriefeil i elektriske installasjoner er sannsynligvis hovedsakelig glødende kontaktforbindelser, og ikke serielysbue. Begrunnelsen for dette ble basert på observasjoner foretatt under forsøk med regulerbare gap, hvor det var vanskelig å opprettholde en strømbegrenset lysbue over lang tid ved 230 V AC.- Ved forskriftsmessig utførelse kan det oppstå temperaturer på 55,3 °C i koblingspunkt i løpet av 5 timer. Ledertemperaturen var sannsynligvis noe høyere, og dermed nær lederisolasjonens temperaturgrense på 70 °C. - Ved kontaktsvikt ble det for alle forsøkene registrert temperaturer over lederisolasjonens temperaturgrense. Forsøk på 2,5 mm2 ledertverrsnitt medførte temperaturer på 94,3 °C ved 15,5 A, og 131,9 °C ved 17,5 A belastningsstrøm. - Høye belastningsstrømmer i kombinasjon med dårlig kontaktforbindelse medførte større skader på installasjonsmateriellet, og det konkluderes derfor med at denne typen elektrisk feil i høyeste grad kan være brannfarlig.- Det ble kun observert mindre temperaturforskjeller ved ulik grad av termisk isolasjon.- Seriefeilvernet som ble undersøkt fungerte hensiktsmessig, både under normale forhold og ved elektriske feilkilder i kretsen.

This work makes a detailed analysis on the principles and characteristics of Direct Power Control (DPC) and Model Predictive Control (MPC) applied to three-phase half-bridge PWM Rectifier. Model predictive control has merits of forecast and real-time optimization. MPC controller computes the optimal space vector of input voltage to the PWM rectifier in the dq frame and then this desired space vector is modulated via space vector pulse width modulation. The simulation results from Matlab/Simulink illustrate the flexibility and effectiveness of MPC-SVPWM approach.

A hypothesis regarding temperature dependant discharge levels was the starting grounds for this student work. Based on calculations and conversations with experienced people in this field, there should be cavity-induced discharges at relatively low voltages when dealing with a paper-mass cable at room temperature.PD measurements with a paper-mass HVDC cable under AC stress have been carried out. To get an understanding on the cavity characteristics at different temperature levels, the cable has been heated to temperatures of 20, 30, 40, 50 and 60 ̊C. Discharges over a large range of magnitude, from 101 to 104 pC was observed. The largest discharges measured coincide with rather large portions of a butt gap being drained of oil.Partial discharges are a stochastic variable, thus one cannot expect values to coincide from measurement to measurement, but rather focus on finding tendencies. The maximum discharge levels showed a temperature dependency, but not as easily interpretable as expected. During the first half of the temperature cycles the maximum discharge levels varied as anticipated; small to non existing discharges at high temperatures and larger discharges at room temperature. This correlation became less clear over time. The deviation from the anticipated characteristics could be caused by: •Temperature gradients over the insulation due to insufficient time to stabilize at the wanted temperature level.•Axial oil flow in the test object.•Irreversible deterioration of the insulation caused by large discharges mid-test. The discharge characteristics did show two clear tendencies throughout the lab work:•Whenever the temperature was raised from one level to a higher level, the maximum discharge size was reduced.•The inception voltage increases with increasing temperature and decreases with decreasing temperatureThe cable was installed in a test rig prior to start-up of the student project. Initially there was PD activity in one of the terminations which had to be modified to some extent to avoid interferences on the measurements. A new test object is under preparation and new terminations have been designed. The new terminations are based on the old design and the modifications made on it. Drawings for the new terminations have been made for the workshop and the fabrication process followed up. Measurements to locate the discharge sites were performed at room temperature at the end of the lab work. These measurements indicated an even distribution of the discharge sites along the length of the cable, meaning the terminations can be deemed healthy.

Denne hovedoppgaven tar for seg avansert måle- og styresystem (AMS) og innføringen av strupefunksjonen som skal kunne bryte og strupe effektuttaket i det enkelte målepunkt for å redusere effektuttaket ved perioder med knapphet i nettet. Formålet har vært å kartlegge og teste mulige styresystemer som finnes på markedet, og som kan benyttes for å oppfylle strupefunksjonens funksjonalitet. Det har i tillegg blitt sett på hvilke nettariffer som kan benyttes til å øke motivasjonen og fremheve nytteverdien for sluttbrukeren ved innføringen av AMS. Det har vist seg at dagens nettariffer ikke er tilpasset bruken av strupefunksjonen, og det er nødvendig å innføre en nettariff som motiverer sluttbruker til å investere i en slik strupefunksjon, noe den tidsvariable nettariffen med energiledd gjør. Strupefunksjonen innebærer å koble ut deler av forbrukslastene ved ulike utkoblingskriterier, for å redusere energi- og effektforbruket. De utkoblingskriteriene som er lagt til grunn er knapphet i overføringsnettet, forbruksmønster og effektforbruk. Gjennom arbeidet med kartleggingen av ulike styresystemer, har det vist seg at det finnes styresystemer som kan benyttes til å begrense effektuttaket, men disse tar kun høyde for maksimalt effektuttak hos sluttbrukeren.Behovet for et styresystem som tar høyde for samtlige utkoblingskriterier var til stede, og det ble utviklet et styresystem basert på teknologi fra PLS og KNX. Gjennom målinger og lønnsomhetsberegninger har det vist seg at styresystemet gir et redusert energiforbruk og effektuttak i høylasttimer, og at det vil gi sluttbrukeren en økonomisk besparelse. Resultatene indikerer en reduksjon i energiforbruket på 1,6 kWh/døgn og en gjennomsnittlig respons på 1,1 kWh/h i høylasttimer. De økonomiske lønnsomhetsberegningene indikerer en total årlig besparelse på kroner 554,-. Resultatene inneholder noe usikkerhet, spesielt den årlige økonomiske besparelsen, grunnet faktorer som for eksempel måleperiodens lengde og nevnte feilkilder.

Rapid aging and failure in wind-farm collector systems has become an issue for grid owners. PD measurements of the cable systems can give good diagnostics, detect aging and pinpoint faults. Different PD measuring techniques are used today and the results will vary with applied voltage and frequency. This master thesis deals with preparation, electrothermal aging and characterization of XLPE cable joints. Dissection of the test objects was performed after aging and characterization. For characterization a variable frequency PD measurement setup has been built. The setup is defined by being able to detect PD with high accuracy in test objects at ± 17 kVpeak using Omicron MPD600 measuring equipment at variable frequencies between 10 mHz and 100 Hz. A PD-free low-pass RLC filter had to be used in the setup to reduce noise from the high-voltage source. The most important findings are that PD measurement results will vary significantly with regards to measuring technique. Aging may not be detected when measuring with too low frequency or voltage.

The overall goal of this thesis is to study and understand Open Conductor Faults and to assess their impact on the stability of a power system. In particular, the thesis has investigated the effect of this type of the fault on the dynamic electromechanical behavior of synchronous machine. The thesis has also focused on the effect of generator and transformer grounding as well as the effect of transformer winding configuration on the stability of the power system during this type of fault.Open conductor faults are series faults which involve a break in one or two of the three conductors of a three phase power system. As such, the fault is an unsymmetrical fault and thus, the theory of symmetrical components was revisited. Symmetrical components and symmetrical circuits have been used to analyze both types of open conductor faults in order to understand the phenomenon and ease calculations. A dual approach to this study has been undertaken. The phenomenon is treated analytically through calculations and then the calculated results are confirmed through computer simulations using SIMPOW, a power system simulation software. In either approach, it is evidently clear, through the use of Eigen values and calculated damping coefficients, that the damping of the machine in an open conductor situation is worse than the for the normal case without the fault. A research in to the developed equations for damping has been undertaken. The theory of induction motors is applied in development of both the positive and negative damping power. The equation for negative damping power is developed first, using the symmetrical component concept and secondly, using the single phasing concept. In the investigation of transformer winding configurations and the grounding generators and transformers, different scenarios have been considered and simulated in order to show their effect during the fault. Finally the two open conductor case has also been investigated analytically and through computer simulation. The effect of grounding is shown in the results obtained. It shows that power transfer only occurs when there is a return path from the point of the fault to the generator.