Modelling and power flow analysis of the electrical distribution system at Norðurál aluminium plant

Abstract

Norðurál has operated an aluminium plant in Iceland since 1998, where aluminium slaps are produced. The power used for the aluminium production is supplied by the transmission system, operated by the Transmission System Operator (TSO). The supplied power is distributed to various loads in the plant, using an Electrical Distribution System (EDS), operated by Norðurál. Norðurál is currently in the process of expanding their aluminium production, by introducing a new product line. The new product line requires the construction of a new casthouse and substations, increasing the load on the EDS. Since its construction, the EDS has been operated with minimal change but increased load. As a result, the power flow and loading of the EDS is relatively unstudied. This paper describes a model building of the EDS using the power system analysis software PowerFactory, with the aim of analysing possible power flow problems with the added load of the new expansions. Two models arebuilt of the EDS, one of the original system and another that includes the aluminium plant expansion. The analysis of the system model, shows that a single three winding transformer is operated at a high loading, supplying the entire 6 kV section of the system. The model of the new additions shows that the three winding transformer approaches full loading with the added load of the new additions. Underground cables are used to transmit power within the EDS and does the model account for thereduced current capacity of cables installed underground. Analysis of cable loading identifies cables in both models that are operated at high or overloading. Preliminary harmonic analysis shows how the harmonic distortion of the loads in the new casthouse propagate through the system.

Norðurál hefur starfrækt álver á íslandi síðan 1998, þar sem framleiðsla á ál hleifum fer fram. Norðurál rekur sitt eigið dreifikerfi sem fær afhenta raforku frá rekstraraðila íslenska raforkukerfisins og sér öllum notendum álversins fyrir raforku. Frá byggingu álversins hefur dreifikerfið verið rekið án meiriháttar breytinga, meðan álag kerfisins hefur verið aukið. Norðurál er að stækka álverið með byggingu nýssteypuskála fyrir nýja framleiðslulínu, með tilheyrandi álagsaukningu á dreifikerfið. Þessi loka ritgerð lýsir byggingu líkans af dreifikerfinu, sem hægt er að nota til að greina hugsanleg vandamál vegna aukins álags á dreifikerfið. Við byggingu líkansins, er raforku greiningar forritið PowerFactory notað. Tvö líkön eru smíðuð, annars vegar af kerfinu eins og það er í dag, og hins vegar eins og það verður með nýja steypuskálanum. Greining á líkani af núverandi kerfi sýnir einn þrívafa spenni, rekinn á háu álagi, fæða allan 6 kV hluta dreifikerfisins. Nýi steypuskálinn tengist 6 kV hluta dreifikerfisins og eykur því 6 kV aflþörfina. Greining á líkani af stækkun álversins sýnir að með álagsaukningunni vegna nýja steypuskálans, er þrívafa spennirinn aðnálgast fullt álag. Jarðstrengir eru notaðir til raforku dreifingar innan álversins og tekur líkanið mið af minnkuðu straumþoli strengja sem eru grafnir í jörðu. Greining á báðum líkunum sýnir að einstaka strengir eru reknir á háu eða fullu álagi. Skoðun á harmonískum bylgjum vegna afriðla álags í nýja steypuskálaun sýnir útbreiðslu spennubjögunar í dreifikerfinu.