Denna studie utreder alternativ för hur en testutrustning för generatorskydd skulle kunna konstrueras. Den är utförd på uppdrag av Siemens Industrial Turbomachinery, SIT. Målet är att underlätta konfigureringen av generatorskyddet för de konstruktörer som arbetar på SIT samt förebygga fel i provningsfasen som försenar färdigställandet av de turbinanläggningar i vilka generatorskydden skall användas. Testutrustningen behöver vara billig vilket medfört att fokus har legat på att undersöka möjligheten för konstruktion av en egen lösning av signalgenereringen, som är den del av utrustningen som kostar mest. Konstruktionen är tänkt att fungera genom användandet av ett styrsystem vars analoga utsignaler förstärks till nivåer passande generatorskyddet. Spänningssignalerna transformeras upp med hjälp av en transformator och strömsignalerna förstärks genom användande av en förstärkarkrets innehållandes transistorer och en operationsförstärkare. Kostnaden för konstruktionen är låg jämfört med att köpa in en utrustning motsvarande det reläprovningsinstrument som används i provningsfasen. Det upptäcktes dock att det fanns möjlighet att köpa in ett begagnat reläprovningsinstrument till ett likvärdigt pris. Då detta instrument är av samma fabrikat som det reläprovningsinstrument som används av SIT vid funktionsprovning och dessutom en väl beprövad produkt anses det lämpligare att istället köpa in ett sådant.

Uddevalla Energi AB äger fem vattenkraftstationer uppförda från 1920 och framåt. De är lokaliserade i Bäveån i Uddevalla kommun. Den totala installerade effekten i vattenkraftstationerna uppgår till omkring 2 MW. Vattenkraftstationen K4 Fossumsberg,vars installerade effekt uppgår till 1 MW, är den största utav anläggningarna ur denna aspekt. Utöver energiproduktion ska anläggningarna även svara för reglering av vattenståndet i Öresjö och i Bäveån. På uppdrag av Uddevalla Energi Elnät AB utförs detta examensarbete för att fastställa vilken utrustning som rekommenderas till kontrollanläggningarna för vattenkraftstationerna. De huvudområden som undersöks är generatorskydd, reglering, kommunikation och HMI. Krav från Uddevalla Energi Elnät AB ställs på olika skyddsfunktioner som exempelvi söverströmsskydd, jordfelsskydd, över- och underspänningsskydd, samt bakeffektskydd.Vidare önskas även att ny utrustning ska vara kompatibel med protokoll som stödjer MicroSCADA och har möjligheter för framtida användning av protokollet IEC 60870-5 för kommunikation mellan stationsutrustning och SCADA-systemet i driftcentralen. En rad produkter, varav ett flertal skulle kunna lämpa sig väl för ändamålen, undersöks från leverantörerna Schneider Electric, ABB och DEIF. Slutsatser dras bland annat om att Uddevalla Energi Elnät AB bör investera i separata enheter för reglering och för generatorskydd och inte kombinerade lösningar. Detta för att uppnå större säkerhet i händelse av fel i anläggningarna. Vidare konstateras att för att få ett komplett underlag att luta sig mot vid val av utrustning bör priser undersökas ytterligare, för att kunna väga in denna aspekt. / Five small hydroelectric power plants, constructed 1920 and later, are owned by UddevallaEnergi AB. The hydroelectric power plants are located in Bäveån in Uddevalla. The total installed power is approximately 2 MW. K4 Fossumsberg is the largest hydroelectric powerplant and has a production capacity of 1 MW. The hydroelectric power plants is not only used for energy production but also for regulation of the water levels in Bäveån and Öresjö. On behalf of Uddevalla Energi Elnät AB this bachelor thesis has been done to specify which equipment is preferable as the station monitoring and control equipment. The key areas ofthe report is generator protection, control and regulation, communication and HMI in the plants. There are demands from Uddevalla Energi Elnät AB regarding for instance overcurrent protection, earth fault protection, over- and under voltage protection and reversepower protection. Furthermore it is requested that the new station monitoring and controlequipment is compatible with MicroSCADA and has further options for using the protocol IEC 60870-5 for communication between station and the SCADA system used in the operating centre. Numerous products has been studied and many of them fulfil the requirements stated by Uddevalla Energi Elnät AB. The manufactures mentioned in this report are Schneider Electric, ABB and DEIF. Conclusions are made that Uddevalla Energi Elnät AB should invest in separate units for control and generator protection to achieve a higher level of safety in case of a fault in either generator protection or control equipment. Furthermore it is concluded that to obtain a more complete specification to use when choosing equipment one should consider the cost. More research is needed to take this into account.

Shaft current protection in hydro and turbo generators is an important generatorprotection issue. Currents owing in the generator shaft might damagegenerator bearings which, in turn, could reduce operating time and cause largenancial losses. Therefore, it is important to prevent operation of the generatorunder conditions of high shaft currents.In this project, task was to develop measurement and protection system thatis able to operate under certain conditions. Measurement device has to be ableto accurately measure currents lower than 1 A in a generator shaft that canvary in diameter from 16 cm up to 3 m. Also, those currents might appear infrequencies equal to multiples of line frequency. Device is to be located in alimited space and in a proximity of the generator. Thus, stray ux is expectedwhich might inuence measurements. Furthermore, since currents that haveto be measured are low, output of a measurement device is usually a low levelsignal. Such signal had to be catered for and adapted in a way that it can beused with numerical relay. After literature review and overview of possible solutions, Rogowski coil waschosen as the measurement device which will be further analysed. Two othercurrent transformers were considered which served as a good comparison withRogowski coil. Several dierent tests and measurements were made on mentionedmeasurement devices. Also, it was investigated how IEC61850-9-2 andMerging Unit (MU) could be used in this application. Upon this investigation,complete protection systems were assembled in the laboratory and they weretested. To asses the behaviour of dierent systems in the real environment, test installationwas built in the hydro power plant, Hallstahammar. This installationincluded traditional systems, with measurement signals connected to the relaya,and the one which utilized concepts of Process Bus and Merging Unit. Measurementsand tests that were made there served as a nal proof of successfulnessof protection systems. Results showed that Rogowski coil was a suitable choice for a measurementdevice due to its benecial mechanical and electrical properties. Also, tests madewith actual shaft current showed advantages of using Rogowski coil in pair withMerging Unit and process bus over traditional protection systems. Nevertheless,it was conrmed that both types of systems satisfy project requirements. / Skydd mot axelstrommar i vattenkraft- och turbo-generatorer ar mycket viktiga. Strommar kan uppkomma i generatoraxeln beroende pamagnetisk osymmetri istatorkarnan. Denna osymmetri ger upphov till en inducerad spanning i axelnsom sedan kan ge en axel-strom vid kortslutning av isolationen som rotornslager vilar pa. Om axel-strommen gar genom generatorns lager, kan lagretskadas allvarligt. Detta kommer i sin tur minska drifttiden och orsaka storaekonomiska forluster vid produktionsbortfall. Darfor ar det viktigt att detekteraom det gar axelstrommar genom generatorns lager. Examensarbetets mal var att utveckla ett mat- och skyddssystem for att detekteraaxel-strommar. Den matande enheten maste kunna detektera strommarmindre an 1 A i generatoraxeln vilken kan variera i diameter fran 16 cm upp till3 m. Dessutom kan dessa strommar ha frekvenser lika med eller multiplar avkraftnatets frekvens (50 eller 60Hz). Den matande enheten skall vidare kunnamonteras i ett trangt utrymme och i narhet av generatorns stator. Lackodefran statorn kan forvantas vara stort, och detta kan antas ha stor paverkanpamatningarna. Eftersom axelstrommen som mats ar lag, ar utsignalen franden matande enheten vanligtvis en lagnivasignal. Denna laga signalnivamasteanpassas saatt den kan anvandas i ett numeriskt rela, vilka vanligtvis kraverhogre energinivaer paingangsignalerna.Efter genomford litteraturstudie och oversikt over mojliga losningar, konkluderadesdet att en losning med Rogowski spole som matanordning borde varaintressant, och denna analyserades ytterligare. Tvastromtransformatorer medkonventionell konstruktion med karna av elektroplat valdes som jamforelse medlosningen baserad paRogowski spole. Flera olika tester och matningar gjordes. Dessutom undersoktes hur en process-bus losning enligt IEC61850-9-2LE meden Merging Unit (MU) skulle kunna anvandas i denna tillampning. Vid alladessa undersokningar har kompletta system for matning och skydd monteratsoch testats i laboratoriemiljo.For att registrera funktionen for de olika systemlosningarna i en verkligmiljo, monterades det kompletta systemet fran laboratorietesterna in i ett vattenkraftverki Hallstahammar. I detta vattenkraftverk ingar traditionella skydd-, styrnings- och kontroll-system och aven en aldre losning for att skydda generatornmot axelstrommar. Darmed kunde man jamfora prestanda mellan deolika losningarna baserade pastromtransformatorer av konventionell konstruktionmed karna av elektroplat och losningen med Rogowski spole. Signalerfran bada givarna anslots till ett numeriskt rela, och anslutning av Rogowskispolen gjordes aven via en MU till det numeriska relat. Matningar och testersom gjordes i kraftstationen kunde tas som ett slutligt bevis paatt de olikalosningarna baserade pa Rogowski spole ar en framtida losning for ett valfungerande axel-stroms skydd for generatorer. Resultaten visar att Rogowskispolen ar ett lampligt val aven med avseendepadess fordelaktiga mekaniska och elektriska egenskaper. Testerna som gjordesmed en verklig axel-strom visade tydligt fordelarna med att anvanda Rogowskispolen i kombination med MU och process bus jamfort med traditionella skyddssystem. Det ska dock understrykas att bade systemet med och det utan MUuppfyllde projektets krav.