CH641917A5

CH641917A5 - Relaisschutzanordnung fuer ein elektrisches leitungsnetz.

Info

Publication number: CH641917A5
Application number: CH1134078A
Authority: CH
Inventors: Leif Eriksson; Salomon Liberman
Original assignee: Asea Ab
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-11-03
Publication date: 1984-03-15
Also published as: SE409153B; IT7869708A0; FR2410386B1; IT1160971B; FR2410386A1; CA1117585A; SE7713409L; DE2850412A1; GB2011740A; GB2011740B; US4254444A

Description

Die Erfindung betrifft eine Relaisschutzanordnung für ein elektrisches Leitungsnetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bekanntlich verursacht ein in einem Starkstromnetz auftretender Fehler Wanderwellen, die sich im Netz fortbewegen. Aufgrund wiederholter Reflexionen der Wanderwellen an verschiedenen Unstetigkeitsstellen im Netz, beispielsweise an Transformatoren, Schaltstationen und sonstigen Fehlerstellen, entstehen transiente Ströme und Spannungen, welche die einwandfreie Funktion der einer Schutzeinrichtung zugehörigen Relais erschweren. Die transienten Ströme und Spannungen entsprechen Ausgleichsschwingungen, deren vorherrschende Frequenzen vom Abstand zur Fehlerquelle und von der Struktur des Netzes abhängig sind. Untersuchungen haben gezeigt, dass es auch bei Verwendung von auf solche Transienten abgestimmten Sperrfiltern kaum möglich ist, beispielsweise konventionelle Impedanzrelais für die Schutzeinrichtung zu verwenden, deren Ansprechzeit kleiner als die Dauer einer Periode der Netzfrequenz sein soll. Bei höheren Netzspannungen werden zudem grössere Anforderungen an die Schnelligkeit der Schutzeinrichtung gestellt, während in solchen Anlagen die Dämpfung der Wanderwellen noch geringer ist. Aus den vorstehend genannten Gründen ist die Anwendung bisher üblicher Netzprinzipien für derartige Schutzeinrichtungen nur unter erschwerten Umständen möglich.

Aus der CH-PS 579331 ist es beispielsweise bekannt, die Bewegungsrichtung der Wanderwellen in einem Messpunkt auszuwerten, um von diesem Messpunkt aus die Richtung zur Fehlerquelle hin zu bestimmen. Eine solche Bestimmung ist möglich durch einen Vergleich der Vorzeichen des Stromes und der Spannung der Wanderwellen. Die Richtungsbestimmung ist für die Beurteilung erforderlich, ob die Fehlerquelle innerhalb oder ausserhalb des Schutzbereiches der Schutzeinrichtung liegt. Da die Schutzeinrichtung deshalb nur auf den ihr zugeordneten Schutzbereich gerichtet ist, wird ein innerhalb des Schutzbereiches auftretender Fehler als ein davorlie-gender Fehler und ein ausserhalb des Schutzbereiches auftretender Fehler als ein dahinterliegender Fehler bezeichnet.

Bei Starkstromnetzen mit hohen Netzspannungen, insbesondere in radialen oder schwachmaschigen Netzen, ist es häufig erwünscht, bei nur in einer von drei Phasen austretenden Fehlern nur die fehlerhafte Phase abzuschalten. Bei einer solchen nur einpoligen Auslösung lässt sich die Stabilität des Netzes, zumindest für kurze Zeit, besser aufrechterhalten, als bei einer dreipoligen Auslösung, wenn die beiden übrigen Phasen fehlerfrei sind. Dadurch ist ein rasches Wiedereinschalten der ursprünglich fehlerhaften Phase mit weniger Komplikationen verbunden.

Nach dem Abschalten einer Phase infolge eines in dieser Phase aufgetretenen Fehlers ist es möglich, dass ein neuer einphasiger Fehler in einer der bisher fehlerfreien Phasen auftritt, bevor ein schnelles Wiedereinschalten der Leitung erfolgt ist, was normalerweise innerhalb von 0,5 bis 1,5 Sekunden nach der Abschaltung erfolgt. In einem solchen Fall soll die einphasige Abschaltung einer weiteren Phase verhindert werden, weil dann nur noch eine einzige fehlerfreie Phase eingeschaltet wäre, die allein nicht in der Lage ist, die Stabilität im Netz aufrechtzuerhalten. Es ist deshalb erwünscht, in einem solchen Fall die beiden restlichen Phasen gemeinsam auszuschalten. In konventionellen Distanzschutzvorrichtungen wird eine solche Ausschaltung durch eine Art Unterspannungskriterium von der ausgeschalteten Phase und durch Impedanzmessung in den fehlerfreien Phasen erzielt. Bei einer solchen Methode besteht die Schwierigkeit, Ansprechzeiten zu erzielen, die weniger als 0,5 bis 1 Periode der Grundfrequenz betragen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Relaisschutzanordnung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche eine dreipolige Ausschaltung bewirkt, wenn nach einer einpoligen Ausschaltung ein neuer Fehler in einer der restlichen Phasen auftritt.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen dreiphasigen Wellendetektor einer Relaisschutzanordnung,

Fig. 2 einen dem Wellendetektor gemäss Fig. 1 nachgeschalteten Niveaudetektor,

Fig. 3 einen dem Niveaudetektor gemäss Fig. 2 nachgeschalteten Sequenzdetektor,

Fig. 4 einen dem Sequenzdetektor gemäss Fig. 3 nachgeschalteten Phasenwähler,

Fig. 5 einen Unterspannungsdetektor, dessen Eingänge einerseits mit den Ausgängen des Phasenwählers gemäss Fig. 4 und andererseits mit den Spannungseingängen des Wellendetektors gemäss Fig. 1 verbunden sind, und

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Fig. 6 eine Relaiseinheit, deren Eingänge mit den Ausgängen des Unterspannungsdetektors gemäss Fig. 5 und mit Ausgängen des Sequenzdetektors gemäss Fig. 3 verbunden sind.

Fig.l zeigt einen dreiphasigen, richtungsempfindlichen Wellendetektor, der aus drei gleichen einphasigen Teildetektoren VDR, VDS und VDT, einer für jede Phase, aufgebaut ist, und der das Grundglied der Relaisschutzanordnung bildet. Von diesen Teildetektoren ist nur VDR vollständig in der Figur gezeigt. Jeder Teildetektor hat einen Eingang iR, is bzw. iT für Strommesswertsignale in den drei Phasen und einen Eingang uR, us bzw. uT für Spannungsmesswertsignale. Die Signale entsprechen den drei Phasenströmen im Messpunkt und drei zweckmässig gewählten Phasenspannungen und sind im allgemeinen mittels Messwandlern abgeleitet. Jeder Teildetektor hat für jedes der beiden Eingangssignale ein Bandfilter 11, das die netzfrequente Komponente im Eingangssignal sperrt und vor einem Integrationsglied 12 liegt. Ein an den Ausgang des Integrationsgliedes 12 angeschlossener Vorzeichengeber 13 hat einen Plus-Ausgang und einen Minus-Ausgang und führt das vom Integrationsglied erhaltene Signal zum Plus-Ausgang, wenn dieses positiv ist und zum Minus-Ausgang als positives Signal, wenn das erhaltene Signal negativ ist.

Jeder Teildetektor enthält einen Richtungsdetektor 14, der im Teildetektor VDR mit gestrichelten Linien markiert ist. Der Richtungsdetektor 14 ist aus einer Anzahl Dioden Dl bis D16 aufgebaut, die, wie es aus der Figur ersichtlich ist, an den Pluspol einer Spannungsquelle 15 über Widerstände 16 angeschlossen sind. Der Richtungsdetektor 14 gibt ein Ausgangssignal an seinem Ausgang RA und an dem für den ganzen Wellendetektor gemeinsamen Ausgang UA, wenn die Signale an die beiden Vorzeichengeber 13 verschiedene Vorzeichen haben, während ein Ausgangssignal an den Ausgängen RB bzw. UB auftritt, wenn die genannten Signale die gleichen Vorzeichen haben. Das Ausgangssignal ist in der in der Figur gezeigten Ausführung positiv, und die Amplitude desselben entspricht der Amplitude des kleinsten der Eingangssignale an die Vorzeichengeber 13. An den Ausgängen UA und UB, die für alle drei Teildetektoren gemeinsam sind, erhält man das grösste der Signale, die an RA, SA, TA bzw. RB, SB, TB auftreten. Dies hängt damit zusammen, dass die Richtungsdetektoren 14 auf der Ausgangsseite mit Dioden D9 bis D16 versehen sind.

Bei jedem Anschluss an einen Anlageteil wird die Stromrichtung als positiv definiert, die in den Anlageteil hineinweist. Bewegt sich eine Wanderwelle in negativer Richtung, so gibt der Wellendetektor Auslösesignale an den Ausgängen RA, SA, TA sowie UA, die Auslöseausgänge genannt werden. Bewegt sich die Wanderwelle jedoch in positiver Richtung so erhält man Blockierungssignale an RB, SB oder TB sowie an UB, und diese Ausgänge werden Blockierungsausgänge genannt. Wird ein bestimmter Wellendetektor zum Schutz eines anderen, benachbarten Anlageteils verwendet, so erhalten die Blockierungssignale eine auslösende Wirkung und die Auslösesignale eine blockierende Wirkung für den anderen Anlageteil.

Die Ausgangssignale des Wellendetektors werden einem Niveaudetektor ND zugeführt, der in Fig. 2 gezeigt ist. Der Niveaudetektor hat drei niveauabtastende Teildetektoren NRU, NSU, NTU für Auslösesignale, einen für jede Phase. Die Eingänge NRU1. NSU1, NTU1 der Teildetektoren sind jeweils an einen phasenweisen Auslöseausgang des Wellendetektors angeschlossen. Die Teildetektoren haben jeder einen Ausgang NRU2, NSU2, NTU2. Zu dem Niveaudetektor gehören auch drei niveauabtastende Teildetektoren NRB, NSB, NTB für Blockierungssignale, die jeder einen Eingang, der an den entsprechenden Blockierungsausgang des Wellendetektors angschlossen ist, sowie jeweils einen Ausgang haben, wie es in der Fig. 2 gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt einen zu der Schaltlogik gehörenden Sequenzdetektor SD. Derselbe enthält drei gleiche Teildetektoren, einen für jede Phase. Da die drei Teildetektoren gleich sind, wird nur der Teildetektor SR der R-Phase genauer beschrieben. Zu dem Teildetektor gehört ein erstes UND-Glied 30, dessen einer Eingang an den Eingang SRI angeschlossen ist, der in der Schaltlogik an den Ausgang NRU2 des Niveaudek-tetors angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 30 ist über ein Zeitverzögerungsglied 31 an den Ausgang SR2 des Sequenzdetektors angschlossen. Der eine Eingang eines zweiten UND-Gliedes 32 ist an den Ausgang eines ODER-Gliedes 33 angeschlossen, dessen einer Eingang an den Eingang SRB1 des Teildetektors SR angeschlossen ist, der ein Blockierungseingang ist, und der in der Schaltlogik an den Blockierungsausgang NRB2 des Niveaudetektors angeschlossen ist. Der andere Eingang des ODER-Gliedes 33 ist an einen für den ganzen Sequenzdetektor gemeinsamen Blockierungseingang GB angeschlossen, dem ein Blockierungssignal, beispielsweise von einer Schutzanordnung in einem angrenzenden Anlageteil, zugeführt wird, wenn diese letztgenannte Schutzanordnung ausgelöst hat. Der andere Eingang des UND-Gliedes 32, der invertiert ist, ist mit dem Ausgang SR2 verbunden, und dessen Ausgang ist über ein zweites Zeitverzögerungsglied 34 teils mit dem Blockierungsausgang SRB2 und teils mit dem anderen, invertierten Eingang des ersten UND-Gliedes 30 verbunden. Ist kein Signal vorhanden, so liegt eine «Eins» an dem unteren, invertierten Eingang der beiden UND-Glieder 30 und 32. Wenn ein Auslösesignal am oberen Eingang des UND-Gliedes 30 eintrifft, so tritt eine «Eins» an dessen Ausgang auf, und ein Auslösesignal tritt mindestens während der Zeit ti am Ausgang SR2 auf. Der untere Eingang des UND-Gliedes 32 erhält dann eine «Null», wodurch ein eventuelles Blockierungssignal am Eingang SRB1 nicht das Glied 32 passieren und als Blockierungssignal am Ausgang SRB2 auftreten kann.

Zur einpoligen Auslösung des Schalters bei einphasigen Erdschlüssen enthält die Schaltlogik einen Phasenwähler F, der in Fig. 4 gezeigt ist. Auch dieser ist aus logischen Elementen aufgebaut, und die Fig. 4 ist nur ein Beispiel für den Aufbau desselben. Der Phasenwähler gibt eine «Eins» an sämtlichen Ausgängen FR2, FS2 und FT2, wenn wenigstens zwei der Eingänge FRI, FS1 und FT1 eine «Eins» haben. Wenn dahingegen, wie es bei einem einphasigen Fehler der Fall ist, nur an einem der Eingänge eine «Eins» erscheint, so wird nur der entsprechende Ausgang eine «Eins» abgeben.

Fig. 5. zeigt einen Unterspannungsdetektor UD, der mit seinen Eingängen URI, USI und UT1 an die Ausgänge FR2, FS2 und FT2 des Phasenwählers angeschlossen ist. Die Aufgabe dieses Detektors ist es, eine weitere einpolige Ausschaltung einer der beiden genannten fehlerfreien Phasen zu verhindern, nachdem eine einpolige Ausschaltung durchgeführt wurde und ein neuer Einphasenfehler in einer der beiden fehlerfreien Phasen auftritt, bevor die fehlerhafte Leitung wieder eingeschaltet werden konnte. Eine solche weitere einpolige Ausschaltung würde bedeuten, dass nur eine fehlerfreie Phase zurückbleibt, und diese Phase allein kann die Stabilität nicht aufrechterhalten. In derartigen Fällen soll der Detektor eine dreipolige Ausschaltung bewirken.

Die Eingänge des Unterspannungsdetektors sind an den einen Eingang eines jeweiligen ODER-Gliedes 51 angeschlossen, dessen Ausgänge jeweils an einen der Ausgänge UR2, US2, UT2 des Detektors angeschlossen sind. Die anderen Eingänge der ODER-Glieder 51 sind an den Ausgang eines weiteren ODER-Gliedes 52 angeschlossen.

Der Unterspannungsdetektor hat drei weitere Eingänge UR, Us, UT, die an entsprechende Eingänge des Wellendetektors VD angeschlossen sind. Jeder dieser Eingänge führt zu

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einem Spannungsdetektor 53, der bei einem Spannungsabfall unter ein bestimmtes, einstellbares Niveau an der betreffenden Phase ein Signal an ein Zeitverzögerungsglied 54 gibt, das ein Signal mindestens während der Zeit t2 gibt, wenn der Spannungsabfall mindestens die Zeit ti gedauert hat. Dieses Signal wird dem einen Eingang eines ODER-Gliedes 55 zugeführt. Der andere Eingang jedes ODER-Gliedes 55 ist an den ersten Eingang eines anderen der ODER-Glieder 55 geschaltet, so dass man eine Art Dreiecksschaltung erhält. Der Ausgang des ODER-Gliedes 55 ist an den einen Eingang eines UND-Gliedes 56 angeschlossen. Der andere Eingang dieses UND-Gliedes 56 ist jeweils an denjenigen der Eingänge URI, USI und UT1 angeschlossen, dessen Phase nicht an die Eingänge des ODER-Gliedes 55 angeschlossen ist. Jedes UND-Glied 56 ist somit mit seinen Eingängen entweder direkt oder über ein ODER-Glied 55 an alle drei Phasen angeschlossen. Die Ausgänge der UND-Glieder 56 sind an Eingänge des ODER-Gliedes 52 angeschlossen.

Tritt ein einphasiger Fehler beispielsweise in der R-Phase auf, so wird das Auslösesignal direkt durch den Unterspannungsdetektor vom Eingang URI durch das ODER-Glied 51Rzum Ausgang UR2 geleitet. Gleichzeitig erhält das UND-Glied 56R eine «Eins» an seinem oberen Eingang, doch kann eine dreipolige Ausschaltung nicht erfolgen, da das ODER-Glied 52 eine Null an allen Eingängen hat. Wenn die Spannung UR während mindestens der Zeit ti niedriger gewesen ist als der am Spannungsdetektor 53 R eingestellte Wert, so wird das Zeitverzögerungsglied 54R eine «Eins» an seinem Ausgang, und somit auch am unteren Eingang des Gliedes 56T und 56S, über das Glied 55R und 55T zugeführt bekommen. Auch wenn die Spannung UR dann höher als der am Spannungsdetektor 53R eingestellte Wert sein sollte, so wird diese «Eins» mindestens während der Zeit t2 bestehen bleiben. Sollte nun ein weiterer einphasiger Fehler an einer der Phasen S oder T, beispielsweise T, eintreffen, so wird eine «Eins» am Eingang UT1 und somit auch am oberen Eingang des UND-Gliedes 56T auftreten. Da der untere Eingang des

UND-Gliedes 56T bereits eine «Eins» aufgrund der Unterspannung in der R-Phase hat, wie vorstehend erwähnt wurde, so erhält das UND-Glied 56T eine «Eins» an seinem Ausgang, und das ODER-Glied 52 gibt «Einsen» an dem unteren 5 Eingang aller drei ODER-Glieder 51 und damit ein Auslösesignal an den Ausgängen UR2, US2, UT2.

Die Ausgänge UR2, US2, UT2 des Unterspannungsdetektors sind an ihren betreffenden Eingang RR1, RS1, RT1 einer Relaiseinheit R angeschlossen, die in Fig. 6 gezeigt wird, und 10 die pro Phase ein Zeitverzögerungsglied 61 und einen Verstärker 62 enthält. Das Zeitverzögerungsglied 61 verlängert einen eintreffenden Auslöseimpuls, so dass derselbe die Dauer t2 bekommt, unter der Voraussetzung, dass der Auslöseimpuls mindestens die Zeit tt dauerte. Der Verstärker speist die 15 Wicklung eines Auslöserelais, dessen Schliesskontakt mit 64 bezeichnet ist. Beim Ansprechen des Relais wird ein Auslösestrom zu den Ausgängen RR2, RS2, RT2 geleitet. Die Relaiseinheit hat auch drei Eingänge RRB1, RSB1, RTB1 für Blok-kierungssignale, und diese Eingänge sind an entsprechende 20 Blockierungsausgänge SRB2, SSB2, STB2 am Sequenzdetektor SD (Fig. 3) angeschlossen. Auch hier ist in jeder Phase ein Verstärker 62 angeordnet. Die Blockierungssignale treten an den Ausgängen RRB2, RSB2, RTB2 auf.

Das Zeitverzögerungsglied 61 ist zumindest in den Fällen 25 erforderlich, wo der geschützte Anlageteil eine Leitungsstrecke ist, da man dann ein eventuelles Blockierungssignal vom anderen Ende der Strecke abwarten muss. Die Verzögerung tj muss so lang sein, dass ein Blockierungssignal vom anderen Ende wirklich durchkommt, bevor ein Auslösesignal 30 gegeben wird. Es muss möglich sein, die Einschaltzeit zwecks Anpassung an die Verzögerung in dem Fernmeldekanal zu variieren, der die Signale zwischen den beiden Enden der Leitungsstrecke überträgt. Die Zeit t2, die den Auslöseimpuls verlängert, ist nur dann erforderlich, wenn die Dauer des Aus-35 löseimpulses kürzer als die Ansprechzeit des obengenannten, mit Schliesskontakten 64 versehenen Auslöserelais ist.

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3 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Relaisschutzanordnung für ein elektrisches Leitungsnetz, zum Bestimmen der Ausbreitung von durch auftretende Fehler verursachte Wanderwellen, mit einem richtungsempfindlichen dreiphasigen Wellendetektor (VDR, VDS, VDT) zur Erzeugung eines Auslösesignals bei einem im Schutzbereich der Relaisschutzanordnung auftretenden Fehler und zur Erzeugung eines Blockiersignals bei einem ausserhalb des Schutzbereiches auftretenden Fehler, dadurch gekennzeichnet, dass dem Wellendetektor (VDR, VDS, VDT) eine logische Verknüpfungsglieder aufweisende Schaltungseinheit (UD) nachgeschaltet ist, um nach der Ausschaltung einer ersten Phase eine Ausschaltung einer weiteren Phase zu verhindern und stattdessen eine dreiphasige Ausschaltung zu bewirken, wenn nach einer einphasigen Ausschaltung infolge eines Fehlers in der ersten Phase ein neuer Fehler in einer der bisher fehlerfreien Phasen auftritt, bevor die erste Phase wieder eingeschaltet ist.

2. Relaisschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaltungseinheit (UD) ein Unterspannungsdetektor mit jeder der drei Phasen zugeordneten ersten und zweiten Eingängen ist, von denen die ersten Eingänge (URI, USI, UT1) mit den Ausgängen (FR2, FS2, FT2) eines Phasen Wählers (F) und die zweiten Eingänge (UR, Us, UT) mit den Eingängen für Spannungsmesswertsignale des Wellendetektors (VDR, VDS, VDT) verbunden sind und dass

-drei phasenweise Ausgänge (UR2, US2, UT2) des Unterspannungsdetektors (UD) mit den Eingängen (RR1, RS1, RT1) einer Relaiseinheit (R) verbunden ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Relaisschutzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ersten Eingänge (URI, USI, UT1) des Unterspannungsdetektors (UD) über je ein ODER-Glied (51) mit einem der Ausgänge (UR2, US2, UT2) des Unterspannungsdetektors (UD) verbunden ist und dass die zweiten Eingänge (UR, Us, UT) des Unterspannungsdetektors (UD) über die logischen Verknüpfungsglieder (53,54, 55, 56, 52) mit den Ausgängen (UR2, US2, UT2) derart verbunden sind, dass an allen drei Ausgängen Auslösesignale auftreten, wenn ein Auslösesignal an einem der ersten Eingänge und ein Unterspannungssignal an einem der zweiten Eingänge anliegt, welcher der zweiten Eingänge einer anderen Phase zugeordnet ist, als derjenigen, an welcher das Auslösesignal anliegt.