CH640373A5

CH640373A5 - Richtungsempfindlicher wellendetektor in einer relaisschutzanordnung.

Info

Publication number: CH640373A5
Application number: CH211879A
Authority: CH
Inventors: Salomon Liberman
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1978-04-06
Filing date: 1979-03-05
Publication date: 1983-12-30
Also published as: SE410925B; DE2911844A1; SE7803868L; GB2020120B; DE2911844C2; FR2422278A1; US4351011A; GB2020120A; FR2422278B1

Description

Die Erfindung betrifft einen richtungsempfindlichen Wellendetektor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein solcher Wellendetektor dient zur Richtungsbestimmung einer Fehlerquelle, um beurteilen zu können, ob die Fehlerquelle innerhalb oder ausserhalb des Schutzbereiches in den Wellendetektor enthaltenden Relaisschutzanordnung liegt.

Beim Auftreten eines Fehlers in einem Starkstromnetz entstehen Wanderwellen, die sich im Netz fortbewegen. Es ist beispielsweise aus den CH-Patentschriften 560391 und 579331 bekannt, die Bewegungsrichtung dieser Wanderwellen an einem Messpunkt festzustellen, um die Richtung zur Fehlerquelle bestimmen zu können. Die Relaisschutzanordnung dient zur Überwachung eines bestimmten Leitungsabschnittes. Ein in diesem Leitungsabschnitt auftretender Fehler wird innerhalb des Schutzbereiches liegender oder auch davorliegender Fehler genannt, weil er in Überwachungsrichtung gesehen «vor» dem Wellendetektor liegt.

Die sich von einer Fehlerquelle ausbreitenden Wanderwellen weisen am Messpunkt einer Relaisschutzanordnung Strom- und Spannungswellen mit verschiedenen Vorzeichen auf, so dass sich eine Beziehung nach der nachfolgenden Formel ergibt:

u = -Zo • i wobei u die Spannung, i der Strom und Zo die Wellenimpedanz ist. Wenn die Fehlerquelle in der entgegengesetzten Richtung von der Messstelle aus liegt, so erfasst die Relaisschutzanordnung, dass die Spannungs- und Stromwellen die gleichen Vorzeichen haben, so dass sich eine Beziehung nach der nachfolgenden Formel ergibt:

Die Relaisschutzanordnung bewertet einen solchen Fehler als einen ausserhalb des Schutzbereiches liegenden bzw. dahin-terliegenden Fehler, weil er in Überwachungsrichtung gesehen «hinter» dem Wellendetektor liegt.

Die sich von einer Fehlerquelle aus längs einer Leitung fortpflanzenden Wanderwellen enthalten Transienten innerhalb eines breiten Frequenzbereiches. Um nur diese Transienten zu erfassen, ist es bekannt, mittels eines Bandsperrfilters die Grundfrequenz des Wechselstromes auszufiltern. Sodann können die Vorzeichen der Spannungs- und Stromwellen der Transienten miteinander verglichen werden, um danach die Richtung zur Fehlerquelle zu bestimmen. Es ist jedoch auch bekannt, als zweite Alternative auf eine Filterung zu verzichten und die Spannungs- und Stromwellen ohne Ausfilterung 15 der Grundfrequenz auszuwerten.

Die Erfindung ist durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gekennzeichnet.

Die erfmdungsgemässe Ausführung entspricht einer dritten Alternative, indem aus den Strom- und Spannungskompo-20 nenten der Wanderwellen oder davon abgeleiteter Grössen das Produkt oder der Quotient gebildet wird. Die Richtung zur Fehlerquelle kann dann vom Vorzeichen bestimmt werden. Wie aus dem Vorstehenden hervorgeht, haben die Spannungs- und Stromwellen bei einem davorliegenden Fehler 25 verschiedene Vorzeichen. Bei einem dahinterliegenden Fehler haben die Spannungs- und Stromwellen gleiche Vorzeichen. Das aus dem gebildeten Produkt von Strom und Spannung erhaltene Vorzeichen dient erfindungsgemäss dazu, um die Richtung zur Fehlerquelle zu bestimmen. Die für die erfin-30 dungsgemässe Lösung erforderlichen Schaltungsglieder sind einfacher als diejenigen der bisher bekannten Wellendetektoren.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

35 Fig. la ein Schaltschema für einen einphasigen Wellendetektor, bei welchem die Grundfrequenz ausgefiltert wird,

Fig. lb eine Variante zur Fig. la,

Fig. 2a ein Schaltschema eines einphasigen Wellendetektors, bei welchem die Grundfrequenz mit ausgewertet wird 40 und

Fig. 2b eine Variante zur Fig. 2a.

Da in den Fig. jeweils nur ein einphasiger Wellendetektor dargestellt ist, ist es für eine dreiphasige Relaisschutzanordnung erforderlich, für jede Phase einen solchen Wellendetek-45 tor vorzusehen.

Jeder der dargestellten Wellendetektoren weist einen ersten Eingang 1 für ein Signal i auf, welches den Strom an einem Messpunkt proportional ist. Das Eingangssignal i kann auch durch eine dem Strom proportionale Spannung gebildet 50 sein. Ferner weist jeder der Wellendetektoren einen zweiten Eingang 2 für ein Signal u auf, welches der Spannung am Messpunkt proportional ist.

In den Fig. la und lb werden die beiden Signale i und u je einem Bandsperrfilter 3 beziehungsweise 4 zur Ausfilterung 55 der Netzfrequenz zugeführt.

In der Fig. la sind die Ausgänge der beiden Bandsperrfilter 3 und 4 mit den Eingängen eines Multiplikators 5 verbunden, um diesem die Signale Ài und Au zuzuführen. Der Ausgang des Multiplikators 5 ist mit einem Eingang eines Inte-60 grators 6 verbunden, um diesem ein Signal Ài ■ Au zuzuführen. Der Integrator 6 liefert an seinem Ausgang ein Signalf Ài • Au.

Anstelle des Integrators 6 kann auch ein differenzierendes Glied verwendet werden. Ob ein Integrator oder ein differen-05 zierendes Glied zur Anwendung kommt, wird u.a. im Hinblick darauf bestimmt, wie schnell die Relaisschutzanordnung ansprechen soll. Ein Integrator bewirkt eine bestimmte Glättung des Ausgangssignals und eine Verzögerung dessel-

ben, während ein differenzierendes Glied ein Ausgangssignal schneller abgibt, insbesondere bei starken und hochfrequenten Transienten. Es ist jedoch auch möglich, das in der Fig. la mit 6 bezeichnete und gestrichelt dargestellte Glied vollständig wegzulassen.

Der Ausgang des Integrators 6 ist mit den parallel geschalteten Eingängen je eines Niveaudetektors 7 und 8 verbunden. Der Niveaudetektor 7 spricht auf Signale mit positivem Vorzeichen und der Niveaudetektor 8 spricht auf Signale mit negativem Vorzeichen an. Die Ausgänge der beiden Niveaudetektoren 7 und 8 sind mit den beiden Eingängen eines Speichers 9 verbunden. Der Speicher 9 ist zur Speicherung des Vorzeichens des zuerst erhaltenen Produktes eingerichtet, unabhängig davon, ob dieses positiv oder negativ ist. Der Ausgang des Speichers 9 ist mit dem Eingang eines logischen Schaltgliedes 10 verbunden, welches zwei Ausgänge 11 und 12 aufweist. Am Ausgang 11 erscheint ein Signal, wenn es sich um einen dahinterliegenden Fehler handelt, für den die benachbarte Relaisschutzanordnung für den nachfolgenden Leitungsabschnitt zuständig ist. Durch ein solches Signal wird der benachbarten Relaisschutzanordnung eine Richtungsinformation übermittelt. Am Ausgang 12 erscheint ein Auslösesignal, wenn es sich um einen davorliegenden Fehler handelt, der in den Schutzbereich derjenigen Relaisschutzanordnung fällt, welcher der Wellendetektor zugeordnet ist.

Bei der in der Fig. lb dargestellten Schaltungsanordnung eines Wellendetektors sind anstelle von nur einem zwei Integratoren 6 vorgesehen, von denen dem einen das Signal Ài und dem anderen das Signal Àu zugeführt wird. Der Multiplikator 5 ist in diesem Fall den beiden Integratoren 6 nachgeschaltet, deren Ausgänge mit je einem Eingang des Multiplikators 5 verbunden sind. Da der eine Integrator ein Signal J Ai und der andere ein Signal f Au an den Multiplikator 5 liefert, erscheint an dessen Ausgang ein Signal f Ai • JAu, welches den beiden Niveaudetektoren 7 und 8 dazugeführt wird. In allen übrigen Merkmalen entspricht die in der Fig. lb dargestellte Schaltungsanordnung derjenigen nach der Fig. la.

Jeder der beiden Niveaudetektoren 7 und 8 kann mit einem weiteren auf ein niedrigeres Niveau als die beiden Niveaudetektoren 7 und 8 ansprechenden Niveaudetektor kombiniert werden, um zu gewährleisten, dass eine unter dem Niveau der beiden Niveaudetektoren 7 und 8 liegende Störung mit Sicherheit keine Auslösung in einer benachbarten Relaisschutzanordnung nach einer Reflexion in der Schaltstation zur Folge hat. Eine solche Anordnung ist ausführlicher in der CH-PS 590575 dargestellt und beschrieben.

Die in den Fig. 2a und 2b dargestellten Schaltungsanordnungen von Wellendetektoren unterscheiden sich von den in den Fig. la und lb dargestellten Schaltungsanordnungen insbesondere dadurch, dass keine Bandsperrfilter vorhanden sind, so dass der netzfrequente Anteil der Signale nicht ausgefiltert wird, sondern zusammen mit den Transienten-Signal-

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anteilen in Form der Signale i und u im Wellendetektor mit diesem ausgewertet wird.

Gemäss Fig. 2a werden die beiden Eingangssignale i und u je einem Integrator 6 zugeführt, deren Ausgänge mit den beiden Eingängen des Multiplikators 5 verbunden sind. Nach der Multiplikation der Signale im Multiplikator 5 wird das erhaltene Produkt dem positiven Eingang eines Summie-rungsgliedes 13 zugeführt. Zusätzlich ist ein zweiter Multiplikator 16 den Eingängen des erstgenannten Multiplikators 5 parallelgeschaltet. Der Ausgang des zweiten Multiplikators 16 ist mit dem Eingang eines Speichers 17 verbunden, dessen Ausgang mit dem negativen Eingang des Summierungsgliedes 13 verbunden ist. Das in einem bestimmten Verhältnis zum Ausgangssignal des erstgenannten Multiplikators 5 stehenden Ausgangssignal des zweiten Multiplikators 16 wird durch den als Zeitverzögerungsglied dienenden Speicher 17 derart verzögert, dass das Ausgangssignal fi • Ju des erstgenannten Multiplikators 5, das die von einem Fehler verursachten Transienten enthält, mit Sicherheit den positiven Eingang des Summierungsgliedes 13 erreicht, bevor das Ausgangssignal des Speichers 17 dem negativen Eingang des Summierungsgliedes 13 zugeführt wird. Bei einem fehlerfreien Netz sind die Ausgangssignale der beiden Multiplikatoren 5 und 16 gleich, so dass am Ausgang 18 des Summierungsgliedes 13 kein Signal erscheint. Die dem Summierungsglied 13 nachgeschalteten Glieder 7 bis 10 sind mit jenen identisch, die in den Fig. la und lb dargestellt und bereits beschrieben wurden.

Bei der in der Fig. 2b dargestellten Schaltungsanordnung eines Wellendetektors werden die beiden Eingangssignale i und u dem ersten Multiplikator 5 unmittelbar und dem zweiten Multiplikator 16 über je einen Speicher 17 zugeführt,

wobei die beiden Speicher 17 hier als Verzögerungsglieder dienen. Das Produktsignal i • u des ersten Multiplikators 5 wird im Integrator 6 integriert und danach dem positiven Eingang des Summierungsgliedes 13 zugeführt. Ebenso wird das Ausgangssignal des zweiten Multiplikators 16 im zweiten Integrator 18 integriert und dann jedoch dem negativen Eingang des Summierungsgliedes 13 zugeführt. Die dem Summierungsglied 13 nachgeschalteten Glieder 7 bis 10 sind zur Erfüllung der gleichen Funktionen wie in den vorstehenden Figuren im gleichen Sinn geschaltet.

Obwohl bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen die durch die Signale i und u dargestellten Wanderwellen miteinander multipliziert werden, ist es ebenso möglich, durch eine Division von Au durch Ai einen Quotienten zu erhalten, dessen Vorzeichen die Richtung zum Fehler gleichermassen anzeigt, wie das Produkt von Au und Ai. Bei der Richtungsbestimmung der in einem Freileitungs- oder Kabelnetz auftretender Fehler ist es für den Wellendetektor entscheidend, die Vorzeichen bei Strom- und Spannungsänderungen miteinander zu vergleichen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

640 373 ■y PATENTANSPRÜCHE

1. Richtungsempfindlicher Wellendetektor in einer Relaisschutzanordnung für ein Freileitungen oder Kabel aufweisendes elektrisches Leitungsnetz, wobei der Wellendetektor dazu bestimmt ist, anhand der eine Messstelle passierenden Wan- D derweilen die Richtung zu der die Wanderwellen verursachenden Fehlerquelle zu bestimmen, wobei im Wellendetektor Strom und Spannungskomponenten der Wanderwellen oder davon abgeleitete Grössen ausgewertet werden, gekennzeichnet durch Schaltungselemente (5, 16) zum Multiplizieren 10 oder Dividieren der Strom- und Spannungskomponenten bzw. der davon abgeleiteten Grössen, zur Bestimmung des Vorzeichens dabei erhaltenen Produktes oder Quotienten sowie zum Abgeben eines Auslöse- oder Blockierungssignals, wobei das bei der Multiplikation oder Division erhaltene Vorzeichen des Produktes oder des Quotienten anzeigt, ob die Fehlerquelle innerhalb oder ausserhalb des Schutzbereiches der Relaisschutzanordnung liegt.

2. Wellendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Strom- und in einem Spannungspfad für die Wander wellen je ein auf die Netzfrequenz abgestimmtes Bandsperrfilter (3, 4) angeordnet ist.

3. Wellendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Vorzeichens des Produktes oder des Quotienten Niveaudetektoren (7, 8) angeordnet sind.

4. Wellendetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Speicherung des Vorzeichens des zuerst erhaltenen Produktes ein Speicher (9) angeordnet ist.