Zugl.: Zürich, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008.

Detta examensarbete är utfört på uppdrag av Rejlers Ingenjörer i Göteborg. Syftet med arbetet är att genom en projektering övergripande presentera utförandet, komponenter, funktioner, ekonomi och situationsplaner för två förslag på stationsutformningar i samband med en ombyggnation och utvidgning av en transformatorstation. Transformatorstationen har i nuläget två spänningsnivåer på 40 kV och 10 kV. I samband med ombyggnationen skall stationen kompletteras med ytterligare en spänningsnivå på 20 kV, för anslutning av ett antal vindkraftverk. För att anläggningen skall uppfylla grundläggande krav, utförs projekteringen genom att sortera och sammanställa relevant information från gällande föreskrifter, standarder och tekniska riktlinjer. Vidare inhämtas ytterligare information från litteratur, kataloger, produktblad och muntlig kontakt med uppdragsgivaren. I arbetet presenteras två förslag på stationsutformningar i enlighet med syftet. Stationens högspänningsapparater dimensioneras och presenteras, och dess reläskyddsfunktioner identifieras. I båda alternativen är transformatorerna placerade utomhus med en stationsbyggnad som rymmer 10 kV-, 20 kV-ställverket, ett batterirum och ett kontrollrum. Skillnaden mellan alternativen ligger främst i att ett av alternativen har ett utomhusbyggt luftisolerat 40 kV-ställverk medan det andra alternativet har ett kompaktare inomhusbyggt luftisolerat 40 kV-ställverk. Den totalt beräknade kostnaden, inklusive drift- och underhållskostnader, under en 25-årsperiod beräknas uppgå till 22,7 Mkr för utomhusalternativet och 22,4 Mkr för inomhusalternativet. Skillnaden mellan alternativen förväntas stiga till inomhusalternativets fördel, om även samhällskostnader vid avbrott vägs in i kalkylen. Rekommendationen är att transformatorstationen uppförs enligt inomhusalternativet, eftersom detta torde anses ge bäst totalekonomi, driftsäkerhet och skydd mot obehörigt tillträde. / This bachelor´s thesis is carried out on behalf of Rejlers Ingenjörer in Gothenburg. The work aims to overall present the realization of two station design proposals, including components, functions, financial aspects and plans, in connection with a reconstruction and expansion of a substation. The substation currently has two voltage levels of 40 kV and 10 kV. In connection with the reconstruction, the station is supplemented by a further voltage level of 20 kV, for connection of a number of wind turbines. For the installation to meet basic requirements, the work is performed by sorting and putting together relevant information from applicable regulations, standards and technical guidelines. Further information is obtained through additional information from literature, catalogues, product sheets and verbal contact with the job requestor. In the thesis the two station design proposals are presented in compliance with the aim. The high voltage equipment is dimensioned and presented, and the relay protection functions are identified. In both options, the transformers are located outdoors with a station building that houses 10 kV, 20 kV switchgear, a battery room and a control room. The main difference between the alternatives is that one of the options has an outdoor air insulated 40 kV switchgear, while the second one has a more compact indoor air insulated switchgear. The total estimated cost, including operation and maintenance costs, over a 25-year period is estimated at 22.7 million Swedish kronor for the outdoor option and 22.4 million Swedish kronor for the indoor alternative. The difference in costs is expected to rise to the advantage of the indoor option if social costs during a power failure also are taken into account in the calculation. It is recommended that the substation be built according to the indoor option, since this is considered to provide the best overall economy, safety of operation and protection against unauthorized access.

Arbetet beskriver möjligheten att kunna utföra prediktivt underhåll med hjälp av information frånCOMTRADE störningsfiler. En mjukvarualgoritm som hämtar tidsförlopp för händelser som uppstårvid störningar och kan ge indikationer på ifall reläer eller strömbrytare faller utanför optimalaarbetsförhållanden har utvecklats. På detta sett kan underhållsarbete utföras vid behov vilket kanspara tid och pengar för att inte göras efter schemalagda tider.Tillsammans med uppdragsgivare från Megger och Ellevio utfördes arbetet med syfte att utvecklaen programvara som stöd för prediktivt underhåll. Programvaran kunde ta ut tidshändelser förregistrerade störningar och kunde hantera flertalet scenarion för vilka typer av information somfunnits tillgängligt ur filen. En användare har tillgång till en automatisk algoritm som gör analysav filen och ett manuellt verktyg där vidare analyser kan göras ifall utfallet från algoritmen inte ärgodtyckligt.Trender över tid är något som finns möjlighet att få ut ur algoritmen, men det kräver en större mängddataset än som varit tillgänglig under arbetet. / The work describes the opportunities to perform preventive maintenance with the help of informationfrom COMTRADE disturbance files. A software algorithm was developed which collects disturbancedata and gives indications if equipment are not working within optimal conditions.Using thisinformation preventive maintenance can be performed based on need instead of scheduling to savetime and money.Together with supervisors from involved companies a software was developed to be used as a supportfor preventive maintenance. The software can extract disturbance times and handle multiple scenariosbased on information collected from disturbance files. A user has access to a algoritm that createsautomatical analysis of the COMTRADE file and a manual tool for extensive analysis when the algoritmdoes not give proper results.Trends over time can be analysed with the algortim, this do require a larger amount of data than whatwas available during the work.

Magnetgärdets transformatorstation är belägen i Ludvika och ägs av Västerbergslagens Energi AB. Transformatorstationen är nyligen ombyggd och nu mer placerad inomhus, vilket gör att påkänningar från väder och vind minskar. För att minimera behovet av personlig tillsyn och öka tillgängligheten behövs dock någon form av tillståndsövervakning. Syftet med examensarbetet har varit att undersöka om det med hjälp av värmekameror är möjligt att tillståndsövervaka de kritiska punkterna i transformatorstationen. För att fastställa detta har teori kring tillståndsövervakning, termografering och värmekameror sammanställts tillsammans med utförda mätningar och tester. Resultaten har sedan diskuterats för att se om ett möjligt lösningsförslag kan presenteras. Viktiga kriterier för att möjligöra tillståndsövervakning med hjälp av värmekameror har tagits fram. Slutsatsen är att det är möjligt, men kräver en komplicerad systemlösning. Lösningsförslaget bygger på flera samspelande delar och bör bli ett kraftfullt övervakningssystem. Huruvida värmekameror är det bästa och enda verktyget är dock tveksamt. Det anses därför väsentligt att även undersöka andra övervakningsmöligheter, som exempel termistorgivare. / The substation called Magnetgärdet is located in Ludvika, Sweden and it is owned by Västerbergslagens Energi AB. The substation has recently been renovated and is now placed indoors, which reduces the influence of weather on the station. To decrease the need for personal supervision and increase the availability of the station a monitoring solution is needed. The purpose of this degree thesis is to examine if it is possible to monitor the condition of critical items in the station with infrared cameras. To determine this, theory on condition monitoring, thermography and thermal imaging cameras has been compiled together with relevant measurements and tests. The results are then discussed to see if a possible solution can be presented. Important criteria for making condition monitoring with infrared cameras possible have also been formulated in this degree thesis. The conclusion is that it is possible, but a complicated system is required. The solution we have given is based on different parts interplaying with each other and it should become a powerful monitoring system. It is however uncertain whether infrared cameras are the only and best tools, therefore other tools should be considered. It might be possible to use thermistors with, or instead of infrared cameras.

Transformatorstationer i det svenska elnätet innehar en vital funktion för att försörjningen av elenergi från producent till konsument skall fungera. Stationerna finns på olika spännings-nivåer – men de har alla en sak gemensamt: Behov av att lokalkraftsförsörjningen skall fungera enligt angivna krav. Försörjningen av en stations lokalkraftanläggning kan ske på flera olika sätt. I rapporten belyses alternativen stationstransformator, externt abonnemang, ok-lindning och ABB:s SSVT (Station Service Voltage Transformer). De olika lösningarna karaktäriseras av olika tekniska och ekonomiska aspekter och tillhörande för- respektive nackdelar. Studien utvärderar de fyra olika lokalkraftslösningarna ur ett helhetsperspektiv. Först redogörs för den bakomliggande grundläggande teorin kring lokalkraft och elkraftsekonomi. Därefter jämförs de tekniska och ekonomiska skiljaktigheterna gentemot varandra för respektive given transformatorstationstyp; fördelnings-, region- och stamstation. Vattenfall eftersöker de teknisk-ekonomiskt bästa lokalkraftsalternativen för deras transformatorstationer och rapporten skall fungera som underlag. Ur rapporten kan följande resultat och slutsatser erhållas: • Fördelningsstation: Stationstransformator och ok-lindning rekommenderas då de erbjuder teknisk funktionalitet till ett ekonomiskt försvarbart och likvärdigt pris. • Regionstation: Primärt rekommenderas alternativet ok-lindning. • Stamstation: Likväl som på de andra stationerna rekommenderas ok-lindning för försörjning av lokalkraft. Sammanfattningsvis erbjuder alla fyra alternativ de tekniska krav som finns för lokalkraftsförsörjning, men att en avvägning av vilken lösning som lämpar sig bäst för respektive transformatorstation bör utföras från fall till fall. / Substations in the Swedish electric power network have a vital function regarding the supply of electric energy from producer to consumer. The substations are represented on different voltage levels in the network – but they all have one thing in common: The need for auxiliary power to function as intended. There are different options for the supply of substations auxiliary feed. In the thesis the following alternatives are described holistic: local transformer, external power subscription, auxiliary winding on ordinary transformer, and a new (for the Swedish market) alternative from ABB called SSVT (Station Service Voltage Transformer). The distinct solutions are characterized with different technical and economic aspects and associated pros and cons. The study evaluates the four different auxiliary power solutions from a holistic view. First, the underlying essential theory about auxiliary power and electrical power economy is explained. Afterwards, the technical and economical differences are visualized for each of the solutions, and in comparison to each other for each defined substation type; distribution, region and national substation. The company Vattenfall strives for the best technical-economical alternatives for their different types of substations and the report intends to act as a supportive document. From the report, the following results and conclusions can be obtained: • Distribution substation: Local transformer and auxiliary winding is recommended due the technical functionality relative to its equivalent economic aspects. • Region substation: Primarily, the auxiliary winding alternative is recommended, mostly because of the cost-effectiveness. There are fewer alternatives in this type of substation. • National substation: The auxiliary winding is recommended as local power solution. To sum up, all of the four alternatives fill the technical requirements, but consideration for which solution for which substation type must be done on a case to case basis.

Der Flyer veranschaulicht die Möglichkeiten der Menschen, trotz der Sanierung vieler Häuser, Dächer und Fassaden z.B. mit Hilfe von nicht mehr genutzten alten Trafohäusern Tieren Unterschlupf zu gewähren.

Vid ombyggnationer och utbyggnationer av elnät förändras dess karakteristik.Detta leder till att skyddsfunktioner kan behöva justeras för att passa elnätets nyakarakteristik. Justeringar kan medföra att selektiviteten mellan skydden försvinner.Selektivitet innebär att endast skyddet närmast felet bryter strömmen, så atten så liten del som möjligt av elnätet blir strömlöst. För att säkerställa att selektivitetråder mellan skydden utformas selektivplaner där selektiviteten visuellt kananalyseras och vid behov utförs justering av skydden. Rotebro mottagningsstation iSollentuna ägs och drivs av Sollentuna Energi & Miljö (SEOM). Stationen står införombyggnationer och selektivplanerna behöver därför ses över.Då problemställningen är att selektiviteten mellan skydden behöver kontrollerasblir målsättningen att skapa en selektivplan för Rotebro mottagningsstation. Dennabaseras på mottagningsstationens skyddsinställningar och det anslutna elnätetskarakteristik. Arbetet resulterade i att en modell av Rotebro mottagningsstationskapades i programmet PSS Sincal. Från denna genererades selektivplaner somvisar att små justeringar av skydden kan göras. Det utfördes även en generell analyssom visar att selektivplaner har stor betydelse för samhället. / In case of build out and rebuilding electricity grids, the electrical characteristicschange. This means that protection features may need to be adjusted to suit theelectrical grids’ new characteristics. Adjustments may lead to loss of selectivity betweenprotective relays. Selectivity means that only the protection device closest tothe fault break the current, so only the smallest possible part of the electrical gridgets disconnected. To assure selectivity, selective tripping schedule is created andprotective relays are adjusted if needed. Rotebro substation in Sollentuna is ownedand operated by Sollentuna Energi & Miljö (SEOM). The substation is facing rebuildingand its selective tripping schedule needs to be reviewed.Since the problem is that selectivity between the protective relays needs to bechecked the goal is to create a selective tripping schedule for Rotebro substation.This is based on the substation protective settings and the connected electricalgrids characteristics. The thesis resulted in a model of Rotebro substation createdin the computer program PSS Sincal. From this a selective tripping schedule weregenerated that shows that small adjustments of the protective relays can be made.A general analysis was also conducted which shows that a selective tripping scheduleis of great importance to the society.

Power systems in the industry today are adopting automated substations because of a growing trend of digitization. Substation automation has greatly reduced intervention from human as well as operation and maintenance costs. Although it has brought benefits, new challenges arise regarding security vulnerabilities, which can be opportunities for attackers to damage whole systems and eavesdrop communication. To keep the automated substations secure and free from attackers, threat modeling is one of the alternative methods that can be used to do attack simulation and assess the security of systems. KTH has developed Meta Attack Language, a framework for constructing domain specific languages in which threat models can be produced, based on which attack graphs will be created and attacks can be simulated. It is a framework for developers that eases them to generate attack graphs with new languages. Meta Attack Language has been applied to various of domains by now, such as In-vehicle Network and Amazon Web Services. This thesis is carried out in ABB, extending the previous work of SCLLang and ABB’s existing security assessment tool, and doing threat modeling specifically for substation automation. The final threat model is used to assess the security of products in ABB, which will also serve as a basis for further extension for the company. / Energisystemen i industrin i dag antar automatiserade transformatorstationer på grund av en växande tendens till digitalisering. Automatisering av transformatorstationer har väldigt minskat interventionen från såväl mänskliga som drifts-och underhållskostnader. Även om det har medfört fördelar uppstår nya utmaningar när det gäller säkerhetsmässiga sårbarheter, vilket kan ge möjligheter för angripare att fördärva hela system och tjuvlyssna kommunikation. För att hålla de automatiserade transformatorstationerna säkra och fria från angripare är hotmodell en av de alternativa metoder som kan användas för att utföra attacksimulering och bedöma systemens säkerhet. KTH har utvecklat Meta Attack Language, en ram för att konstruera domänspecifika språk där hotmodeller kan framställas, på grund av vilka attackgraf kommer att skapas och angrepp kan simuleras. Det är en ram för utvecklare som underlättar för dem att skapa attackgraf med nya språk. Meta Attack Language har tillämpats på olika dömäner vid det här laget, såsom fordons-IT och Amazon Web Services. Avhandlingen genomförs hos ABB, som utvidgar SCLLang och ABB:s tidigare arbete med det befintliga säkerhetsbedömningsverktyget, och gör hotmodeller särskilt för automatisering av transformatorstationer. Den sista hotmodellen används för att bedöma säkerheten av produkter hos ABB, som också kommer att tjäna som grund för ytterligare utvidgning av företaget.

I detta examensarbete har en undersökning utförts på konsultföretaget ÅF, och deras arbetssätt inom dokumentation och kontrollanläggningar för att utreda om det fanns effektiviseringspotentialer. Undersökningen har i största del innefattat intervjuer med verksamma konsulter inom kontrollanläggningar och elmontage på transformatorstationer. Konsulterna arbetade som konstruktörer och tog fram ritningar främst till kontrollutrustningar. Resultatet från intervjuerna analyserades för att sedan dra slutsatser om effektiviseringsmöjligheter inom verksamheten. Olika kontor i verksamheten undersöktes och arbetssättet varierade på de olika kontoren. En skillnad var det CAD-program som användes och ett förslag var att använda samma program. Effektiviseringspotentialer fanns också genom att återanvända kretsscheman till viss del från föregående projekt. Ett annat förslag var därför att införa databaser där kretsscheman kan samlas in och delas mellan de olika kontoren. / In this thesis, a study has been carried out for the consulting company ÅF, and their work method within documentation and control facilities to investigate whether there were any potential for efficiency improvements. The investigation has largely involved interviews with operating consultants within the control facility on substations. The consultants worked as electrical designers and produced drawings mainly for control equipment. The results of the interviews were analyzed to draw conclusions about the efficiency potentials within the business. Different offices in the business were examined and the work approach varied between the offices. One difference was the CAD-software used and a suggestion was to use the same program. Efficiency improvement potentials were also by re-using electrical schematics to some extent from previous projects and another suggestion was to establish databases where electrical schematics can be gathered and shared between the different offices.