Harmonic/Transient analysis of the RARIK distribution network

Abstract

The RARIK distribution grid is the longest power grid in Iceland reaching 9000km. In the last couple of decades has RARIK been systematically phasing out all overhead lines and replacing them with underground cables. Now 70% of the distribution grid of RARIK are underground cables. RARIK has noticed that the number of damaged electronics being reported to them, due to events in their grid has increased over the years. Thus, it is of great interest for RARIK to study if the increase in underground cables is having negative effects to their grid with regards to transient/harmonic overvoltages. This research starts with reviewing damage reports to locate where it is common for damages to occur. One of the locations found from that analysis was the Borgarnes/Skorradalur area, that area has a reasonably compact grid, thus it was chosen as the case study for this research. The next steps were to create a model of the system, validating it and then performing simulations. Twelve different cases were created to simulate the response in that area. These cases give a good representation of the general response of the system to different types of switching transients. These transient overvoltages were then evaluated using the ITIC curve to see if the overvoltages might be causing damages. A frequency sweep was also performed to see if the resonant frequency of the system had been changed due to the increased underground cables. These simulations were then compared to identical simulations, performed in an identical grid that utilizes overhead lines instead of underground cables. These comparisons show that the transient response of the current grid is composed of lower frequencies, where the transient overvoltages are also smaller in magnitude. These lower frequency overvoltages can be considered negative with regards to the ITIC curve, as it seems that lower frequencies are generally closer to violating the ITIC curve compared to higher frequencies. These lower frequencies of the transients also increase the likelihood of the transient including frequencies that are close to the resonance of the system, as it could also be seen through the comparisons that the resonant frequency of the grid has shifted towards the lower end of the frequency spectrum.

Dreifikerfið sem RARIK rekur er lengsta dreifikerfi sem finna má á Íslandi, en það er um 9000 km langt. Undanfarna áratugi hefur RARIK markvisst verið að skipta út loftlínum fyrir jarðstrengi, en eins og staðan er núna er um 70% af kerfinu jarðstrengir. Fjölgun hefur orðið á skemmdum á raftækjum viðskiptavina sem tengdir eru við dreifikerfi RARIK. Tengja má hluta af þessum skemmdum við atvik sem áttu sér stað í dreifikerfinu. Sökum þess er mikill ávinningur fyrir RARIK að rannsaka hvort rekja megi þessa aukningu á skemmdum til jarðstrengjavæðingu kerfisins og hegðun þess með tilliti til yfirspennu vegna yfirsveiflna/svipulla. Í upphafi rannsóknar var farið yfir allar kvartanaskýrslur sem innihéldu tilkynningar um skemmdir og þær kortlagðar til að finna hvar algengast væri að tjón ætti sér stað. Ein staðsetninganna sem kom upp var svæðið Borgarnes/Skorradalur. Kerfið þar er fremur auðskilgreint og varð það því fyrir valinu sem rannsóknartilvik. Næstu skref rannsóknarinnar voru að búa til líkan af dreifikerfinu, staðfesta nákvæmni þess og framkvæma hermanir. Til þess að herma svörun kerfisins þegar kemur að svipullum vegna rofahreyfinga voru tólf mismunandi mál búin til. Þessi tólf mál gefa mjög góða og heildstæða mynd af því hvernig almenn svipul svörun kerfisins er þegar kemur að rofahreyfingum. Svipulu yfirspennurnar eru því næst metnar með ITIC spennugæða kúrvunni til þess að athuga hvort þessar yfirspennur gætu verið að valda tjóni. Tíðnisvörun kerfisins er einnig skoðuð til þess að sjá hvernig eigintíðni kerfisins hefur breyst vegna strengvæðingarinnar. Niðurstöður hermananna voru síðan bornar saman við niður-\\stöður hermana úr kerfi sem uppbyggt var að mestu með loftlínum í stað jarðstrengja. Með þessum samanburði mátti sjá að svipul svörun núverandi kerfis samanstendur almennt af lægri tíðnum og lægri yfirspennum samanborið við svörun loftlínukerfisins. Það getur talist neikvætt með tilliti til ITIC kúrvunnar þar sem lægri tíðnir virðast almennt koma verr út en hærri tíðnir. Lægri tíðnir svipulanna eru einnig líklegri til að hitta á eigintíðni kerfisins þar sem tíðnisvörun núverandi kerfis hefur hliðrast neðar á tíðnisviðið samanborið við loftlínukerfi vegna jarðstrengjavæðingarinnar.