CH640675A5

CH640675A5 - Verfahren und einrichtung zur fehlerrichtungsbestimmung bezueglich eines messortes an elektrischen leitungen.

Info

Publication number: CH640675A5
Application number: CH620378A
Authority: CH
Inventors: Ivan De Mesmaeker; Peter Mueller
Original assignee: Bbc Brown Boveri & Cie
Priority date: 1978-06-01
Filing date: 1978-06-01
Publication date: 1984-01-13
Also published as: CA1137611A; IT7923065A0; YU159982A; SE443686B; US4308565A; GB2025169B; SE7904605L; BR7903400A; DE2827565A1; NL7904237A; YU112179A; GB2025169A; FR2427720A1; IT1120913B; DE2827565C2; PT69699A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Fehlerichtungsbestimmung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 4.

Der demnach vorausgesetzte Längskondensator innerhalb des Leitungszuges dient in bekannter Weise der mehr oder weniger weitgehenden Kompensation der induktiven Leitungsreaktanz und ist im allgemeinen mit einer überbrückenden Funkenstrecke versehen, die bei über den Kondensator fliessenden Kurzschlussströmen oberhalb einer gewissen Grenze aufgrund des entsprechenden Spannungsabfalls am Kondensator zündet und diesen vor Überlastung schützt. Wenn vorausgesetzt wird, dass zwischen dem Kondensator und einer Stromquelle, die im Ersatzschaltbild eine Quellenimpedanz aufweist, eine Leitungsimpedanz liegt, so kann man unter Berücksichtigung üblicher Funkenstreckeneinstellung kein sicheres Ansprechen der Funkenstrecke annehmen,

wenn der Betrag der Quellenimpedanz bezüglich demjenigen der zwischen Quelle und Kondensator liegenden Leitung gleich oder grösser ist. In Verbindung mit der Leitungsimpedanz ergibt die Quellenimpedanz dann nämlich einen Gesamtimpedanzwert, der den Kurzschlussstrom u.U. auf für das Ansprechen der Funkenstrecke nicht ausreichende Werte begrenzt. Ohne Überbrückung des Kondensators durch den niederohmigen Lichtbogen der gezündeten Funkenstrecke ergeben sich dann im Anschluss an einen Kurzschluss nahe am Kondensator auf dessen Rückseite, d.h. der Seite, die von der den Kurzschluss speisenden Quelle abgewandt ist, tran-siente Schwingungen mit einer Frequenz, die sich im wesentlichen durch die Kondensatorkapazität und die im Schwingkreis wirksamen Induktivitäten (Leitungs- und Quelleninduktivitäten) ergibt. Diese Schwingungen des Kurzschlussstromes führen zu Störungen in der Funktion eines z.B. zwischen Kondensator und Leitung angeordneten Richtungs- oder Distanzrelais, das auf Kurzschlüsse im Bereich zwischen Relais und Quelle ansprechen, d.h. im Sinne einer Fehlerabschaltung auslösen, bei Fehlern auf der Rückseite des Kondensators, wie ein solcher vorstehend angenommen wurde, jedoch sperren soll. Die Störung besteht in Praxis darin, dass trotz einer Fehlerlage im Rücken des Relais, d.h. im Sperrbereich, ein Auslösen oder Ansprechen des Relais stattfindet. Der umgekehrte Störungsfall, dass nämlich bei einem Kurzschluss auf der Leitung in Vorwärtsrichtung des Relais (d.i. sinngemäss diejenige Richtung bezüglich des Relaisortes, in der das Relais auf Kurzschlüsse ansprechen und auslösen soll) tatsächlich nicht auslöst, tritt dagegen in der Praxis infolge von transienten Stromschwingungen nicht auf. Die Vorwärtsrichtung eines Relais üblichen Aufbaues mit einem Leitungs-Abbildspannungssignal und einem Differenzspannungssignal, dessen Phasenlage gegenüber einer Referenzspannung überwacht und mit einem Grenzwert von im allgemeinen 90° (kreisförmige Auslösekennlinie in der komplexen Impedanzebene) verglichen wird, ist durch die positive Stromrichtung auf der Leitung bzw. in der Abbildimpedanz gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Fehlerrichtungsbestimmung der vorausgesetzten Art, mittels deren auch im Falle des Nichtan-sprechens einer dem Längskondensator im allgemeinen zugeordneten Funkenstrecke ein Fehlauslösen des Relais bei rückseitigen Kurzschlüssen mit höherer Sicherheit ausgeschlossen ist. Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 4 angegebenen Merkmale.

Der Grundgedanke der Erfindung ist folgender: Die kritische Grösse in der Relaisfunktion ist das bereits erwähnte Differenzspannungssignal, nämlich die Differenz zwischen dem Leitungsspannungssignal am Messort und dem Leitungs-Abbildspannungssignal, weil in diese Grösse der mit transienten Schwingungen behaftete Leitungsstrom bzw. ein entsprechendes Stromsignal eingeht, und zwar in Form des Spannungsabfalls an der in Vorwärtsrichtung des Relais liegenden Impedanz (Summe aus Leitungs- und Quellenimpedanz) ei2

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nerseits und an der Abbildimpedanz andererseits. Wird nun die Abbildimpedanz auf einen Betrag eingestellt, der grösser ist als derjenige der kürzesten Schutzzone auf der Leitung, d.h. grösser als die Abbildimpedanz der ersten Stufe eines üblichen Distanzrelais mit mehrstufig gestaffelter Fehlerdistanzüberwachung, so erfolgt eine mehr oder weniger weitgehende Kompensation der Stromschwingungen innerhalb des Differenzspannungssignals, weil das Leitungsspannungssi-gnal ausser der praktisch oberschwingungsarmen Quellenspannung den infolge der Stromrichtungsumkehr bei Rückwärtsfehler negativen Spannungsabfall an der Vorwärtsimpedanz enthält und das davon zu subtrahierende Abbildspannungssignal infolge der Stromrichtungsumkehr ebenfalls negativ ist. Der Leitungsstrom geht also insgesamt mit einem Faktor ein, der durch die Differenz zwischen Abbildimpedanz und Vorwärtsimpedanz gegeben ist. Dieser Differenzbetrag wird aber mit über die Leitungsimpedanz, d.h. mit gewissen Abweichungen der üblichen ersten Schutzzoneneinstellung eines Distanzrelais, hinaus zunehmenden Abbildimpedanz kleiner, so dass sich ein verringerter Einfluss der Tran-sienten ergibt. Wenn Abbild- und Vorwärtsimpedanz gleich werden, ist dieser Einfluss praktisch vollständig kompensiert. Bei grösserer Abbildimpedanz nimmt der Kompensationsgrad wieder ab, jedoch bleibt innerhalb des Bereiches zwischen der unteren Grenze, die durch die übliche Einstellung der ersten Stufe des vorausgesetzten Distanzrelais gegeben ist, und einer durch Gesichtspunkte der zweckmässigen praktischen Ausführung gegebenen oberen Grenze, die jedenfalls oberhalb der Vorwärtsimpedanz liegt, ein grundsätzlicher Kompensationseffekt erreichbar. Dies bedeutet, dass die Fehlerrichtungsbestimmung, d.h. das Nichtauslösen oder Sperren bei den hinsichtlich Transienten kritischen Rückwärtskurzschlüssen, sicherer gemacht werden kann. Weil aber die Überwachungsfunktion für die erste Zone durch die geänderte Einstellung verloren geht, wird daneben ein übliches Distanzrelais mit passend eingestellter erster Zone vorausgesetzt. Durch einfache Konjunktion der Auslöse- und Sperrsignale beider Relais, d.h. desjenigen mit veränderter Abbildimpedanz und desjenigen mit üblicher Abbildimpedanz für die erste Zone, lässt sich also eine Fehlauslösung bei Rückwärtsfehlern, insbesondere Nahfehlern, detektieren und sperren. Die Erfindung wird weiter anhand der Zeichnungen an einem Beispiel erläutert. Hierin zeigt:

Fig. 1 eine einphasige Netzkonfiguration mit bezüglich eines Messortes x = 0 mit Richtungsrelais RR und Distanzrelais RD symmetrischen Leitungsabschnitten Zu und ZLr sowie beidseitiger Einspeisung mit Quellenspannungen Ej und Er sowie zugehörigen Quellenimpedanzen ZSi und ZSr, ferner mit einem Längskondensator C,

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines im vorliegenden Zusammenhang verwendbaren Richtungs- oder Distanzrelais und Fig. 3 eine Logikschaltung zur Verknüpfung der Signale von korrigierten Richtungsrelais und eines üblich eingestellten Distanzrelais mit gestaffelter Fehlerdistanzüberwachung.

Gemäss Fig. 1 wird am Messort x = 0 die Leitungsspannung Uk und der Leitungsstrom I gemessen und in je ein entsprechendes Signal umgesetzt. Die Pfeile geben die jeweils als positiv gerechnete Richtung an (Zählpfeile), die auch für die Schaltung nach Fig. 2 und die darin dargestellte Differenzbildung für das Differenzspannungssignal Ud massgebend ist. Demnach sollen die messseitig parallelgeschalteten Relais RD und RR auf Kurzschlüsse rechts vom Messort ansprechen. Die Auslöse- oder Blickrichtung der Relais ist also durch die positive Stromrichtung und die entsprechende Differenzbildung gemäss Fig. 2 gegeben. Ein Kurzschluss bei X2 ist also ein Rückwärtsfehler, der in erläuterter Weise zu einem Fehlauslösen des Distanzrelais RD führen kann, und zwar in der ersten Zone, während in etwa nachfolgend eingeschalteten weiteren Zonen im allgemeinen keine störenden Schwingungen mehr auftreten. Der Schwingkreis wird im Beispielsfall durch C, ZLr und ZSr bestimmt. Bei einem umgekehrt gepolten Relais mit Blickrichtung nach links gilt das gleiche für C mit ZL1 und ZSI. Gemäss Fig. 2 wird die Differenzspannung durch Subtraktion des Leitungs-Abbildspannungssig-nals Ue von dem Leitungsspannungssignal UK (oder einem passend eingestellten Anteil derselben, siehe Potentiometer P) in einem Differenzbildner VD erzeugt. Die Abbildimpedanz ZE ist einstellbar bzw. beim Distanzrelais mit gestaffelter Zonenüberwachung entsprechend umschaltbar, wie dies allgemein bekannt und nicht näher dargestellt ist. Ein Phasen-winkel-Grenzwertdetektor Phd gibt ein Auslösesignal über ein binäres Ausgangsglied B, wenn der Phasenwinkel zwischen Ud und einer von einem Geber Ref gelieferten Referenzspannung Ur einen vorgegebenen Grenzwert von z.B. 90° überschreitet. Grundsätzlich kommt als Ur das Leitungsspannungssignal Uk in Betracht, was einen Auslösekreis in der komplexen Ebene durch den Nullpunkt ergibt. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einer sogenannten «Erinnerungsspannung» als Referenzspannung, wodurch der Auslösekreis aufgeweitet wird und den Nullpunkt umgreift. Dadurch werden Fehlauslösungen zusätzlich erschwert, insbesondere auch bei Leitungsspannungen mit mehr oder weniger grosser kapazitiver Komponente.

In der Praxis treten die erwähnten transienten Schwingungen bei einphasigen Kurz- bzw. Erdschlüssen in Mehrphasensystemen kaum störend in Erscheinung, wohl aber bei zwei-phasigen Kurzschlüssen, wobei die grundsätzlichen Verhältnisse gleichwohl anhand von einphasigen Verhältnissen wie gemäss Fig. 1 zu verstehen sind.

In Fig. 3 ist eine Auswerte-Logikschaltung für zweipha-sige Kurzschlüsse in einem Dreiphasensystem angedeutet. Für die Phasenverkettungen RS, ST und TR ist je ein erfin-dungsgemäss korrigiertes Richtungsrelais RRrs bzw. RRst bzw. RRtr vorgesehen. Die Ausgänge sind über ein ODER-Tor 01 zusammengeführt und an ein UND-Tor U3 gelegt, das ausserdem das Ausgangssignal von einem Distanzrelais RD mit Zeitschaltung ZS erhält. Das Sperren (logisch 0) eines Richtungsrelais bei richtig erfasstem Rückwärtsfehler sperrt also durch U3 das etwaige Auslösen (logisch 1) von RD. Der Ausgang A2 führt also ein korrigiertes Überwachungssignal für die erste Zone von RD. Nach dem Umschalten auf die zweite Zone bewirkt die Zeitschaltung ZS über ein UND-Tor U1 an einem weiteren Ausgang AI in jedem Fall ein Auslösen, wenn RD anspricht.

Zur Beschränkung der Korrektur auf zweiphasige Kurzschlüsse sind den einzelnen Phasen R, S, T zugeordnete Anregeschaltungen ARr, ARS, ARt mit verknüpfenden UND-Toren URS, UST, UTS entsprechend den Phasenverkettungen vorgesehen. Der Ausgang eines diese Verkettungen disjunktiv zusammenfassenden ODER-Tores 02 liefert also dann und nur dann ein Freigabesignal (logisch 1), wenn ein beliebiger zweiphasiger Kurzschluss auftritt. Dieses Freigabesignal ist wegen eines zwischen RD und U3 eingefügten UND-Tores U2, das über einen Eingang von 02 aus gesteuert wird, für ein Auslösesignal an A2 erforderlich. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer t wird U2 von einem Zeitglied ZG mit verneinendem Ausgang (Inverter) gesperrt, das Freigabesignal also jedenfalls beendet. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine in üblicher Weise mittels Schwingkreis erzeugte Erinnerungsspannung als Ur nur für eine begrenzte Zeit zur Verfügung steht.

Ausserdem ist an einem Ausgang A3 eine von den korrigierten Richtungsrelais unabhängige Auslösung in Abhängigkeit von RD und 02 (irgendein mehr als einphasiger Kurzschluss) für den Fall eines dreiphasigen Kurzschlusses vorgesehen.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Verfahren zur Fehl erri chtungsbestimmung bezüglich eines Messortes an elektrischen Leitungen mit Längskondensator, bei dem der Phasenwinkel der Differenz (Uj) eines Lei-tungs-Abbildspannungssignals (UE) und eines Leitungsspan-nungssignals (UK) am Messort (x = 0) gegenüber einem Bezugsspannungssignal (Ur) mit einem Grenzwert verglichen und von der Unter- bzw. Überschreitung dieses Grenzwertes ein Fehlerrichtungssignal abgeleitet wird, wobei als Leitungs-Abbildspannungssignal (UE) der Spannungsabfall an einer mit einem Leitungsstromsignal (I) beaufschlagten Abbildimpedanz (ZE) verwendet wird, wobei in der durch die positive Stromrichtung bestimmten Auslöse- oder Vorwärtsrichtung bezüglich des Messortes ein Netzabschnitt mit einer Leitungsimpedanz (ZLr) und eine Stromquelle mit einer Quellenimpedanz (ZSr) vorhanden ist und wobei ferner der Betrag der Quellenimpedanz bezüglich demjenigen der Leitungsimpedanz gleich oder grösser ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlerrichtungsbestimmung gleichzeitig mit der kürzesten Schutzzoneneinstellung einer mehrstufig gestaffelten Fehler-distanzüberwachungseinrichtung durchgeführt wird und dass das Leitungs-Abbildspannungssignal (UE) mit einer Abbildimpedanz (ZE) gewonnen wird, deren Betrag grösser ist als der Betrag derjenigen Leitungsimpedanz, welche der kürzesten Schutzzone der Fehlerdistanzüberwachungseinrichtung entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Leitungs-Abbildspannungssignal (UE) mit einer Abbildimpedanz (ZE) gewonnen wird, deren Betrag grösser als derjenige der gesamten in Auslöse- oder Vorwärtsrichtung bezüglich des Messortes liegenden Netzimpedanz ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bezugsspannungssignal (Ur) ein vom Fehlereintritt für eine begrenzte Zeit wenigstens annähernd unabhängiges, von einer Leitungsspannung oder einer Leitungs-spannungskombination (RS, ST, TR) abgeleitetes Wechselspannungssignal verwendet wird.

4. Einrichtung zur Fehlerrichtungsbestimmung bezüglich eines Messortes (x = 0) an elektrischen Leitungen mit Längskondensator, umfassend einen Phasenwinkel-Grenzwert-detektor (Phd), der eingangsseitig an einen Differenzsignalbildner (VD) und an einen Bezugsspannungsgeber (Ref) angeschlossen ist, wobei der Differenzsignalbildner eingangsseitig an eine von einem Leitungsstromsignal durchflossene Abbildimpedanz (ZE) sowie an einen der Leitungsspannung (UK) am Messort zugeordneten Signalgeber angeschlossen ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Zuordnung zu der kürzesten Schutzzoneneinstellung eines am gleichen Messort vorgesehenen Distanzschutzrelais mit mehrstufig gestaffelter, umschaltbarer Schutzzoneneinstellung sowie weiter gekennzeichnet durch einen Betrag der Abbildimpedanz (ZE), der grösser ist als der Betrag einer der kürzesten Schutzzone des Distanzschutzrelais entsprechenden Leitungsimpedanz.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Betrag der Abbildimpedanz (ZE) grösser ist als der Betrag der Netzimpedanz in Auslöse- oder Vorwärtsrichtung bezüglich des Messortes.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bezugsspannungsgeber (Ref) vorgesehen ist, der eine vom Fehlereintritt für eine begrenzte Zeit wenigstens annähernd unabhängiges, von einer Leitungsspannung oder einer Leitungsspannungskombination (RS, ST, TR) abgeleitetes Wechselspannungssignal liefert.