DE10163408B4

DE10163408B4 - Anordnungen und Verfahren zur Fehlerortbestimmung auf einer Kraftübertragungsleitung mit einer einzelnen Anzapfungslast

Info

Publication number: DE10163408B4
Application number: DE10163408A
Authority: DE
Inventors: Yi Hu; David Lubkeman; Reto Buettner; David Hart
Original assignee: ABB Power Automation AG
Current assignee: ABB Power Automation AG
Priority date: 2000-12-29
Filing date: 2001-12-21
Publication date: 2013-07-04
Anticipated expiration: 2021-12-22
Also published as: FR2819053A1; DE10163408A1; GB2373586B; JP2002243789A; AU9743401A; NO20016195D0; US6466030B2; NO20016195L; SE519964C2; US20020121903A1; GB0129198D0; SE0104169D0; GB2373586A; SE0104169L

Abstract

Verfahren zur Fehlerortbestimmung in einer Übertragungsleitung (10) mit einem sendenden und einem empfangenden Ende (S, R), einer an einem Anzapfungsknoten (T1) mit der Übertragungsleitung (10) verbundenen Anzapfungslast (L1), wobei der Anzapfungsknoten die Übertragungsleitung (10) in eine sendende Seite (11) und eine empfangende Seite (12) unterteilt, wobei am sendenden Ende und am empfangenden Ende je ein Messgerät (120) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Ermitteln gemessener Strom- und Spannungswerte vor und nach Eintritt eines Fehlers am sendenden Ende und am empfangenden Ende der Übertragungsleitung (10), einschließlich der Werte Vp¹ _S, Ip¹ _S,T1, Vp¹ _R, Ip¹ _R,T1, V¹ _S, I¹ _S,T1, V¹ _R, and I¹ _R,T1 worin sind
Vp¹ _S die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende nach Erde,
Ip¹ _S,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten,
Vp¹ _R die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende nach Erde,
Ip¹ _R,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten ...

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Anordnungen und Verfahren zur Fehlerortbestimmung in einem Kraftübertragungssystem, insbesondere ein Kraftübertragungssystem mit einer einzelnen an einer Anzapfung der Leitung angeschlossenen Last, im folgenden ”Anzapfungslast”.
Kraftübertragungsleitungen übertragen Strom von Erzeugern zu elektrischen Verbrauchern. Kraftübertragungsleitungen sind normalerweise Hochspannungsleitungen. Die Hochspannung wird an Unterstationen auf eine niedrigere Spannung herabtransformiert, bevor die Energie auf einzelne elektrische Verbraucher (zum Beispiel Haushalte, Geschäftsgebäude) verteilt wird. An vielen Unterstationen befinden sich Schutzrelais, die zusammen mit dem Übertragungssystem die folgenden Funktionen ausführen: (A) Steuerung der Unterstation und Datengewinnung und (B) Schutz. Die Datengewinnung umfasst normalerweise die Funktionen (a) Überwachung des Systems, um festzustellen, ob es sich in einem normalen oder abnormalen Zustand befindet, (b) Messen, was die Messung gewisser elektrischer Größen für die Betriebssteuerung bedeutet und (c) Alarmgabe, wodurch vor anstehenden Problemen gewarnt wird. Der Schutz bedingt üblicherweise eine schnelle Auslösung eines Leistungsschalters bei Erfassung eines Kurzschlusses (eines Fehlers), im allgemeinen innerhalb einiger weniger elektrische Zyklen nach Auftreten des Fehlers.
Die Erfassung eines Fehlers in einer Schutzfunktion bedingt die Messung kritischer Systemparameter und, bei Auftreten eines Fehlers, eine schnelle ungefähre Abschätzung des Fehlerorts und bestimmter Eigenschaften des Fehlers, so dass die fehlerhafte Leitung so schnell wie möglich vom Netz isoliert werden kann. Ein Fehler tritt auf, wenn eine Übertragungsleitung, im allgemeinen wegen äußerer Ursachen, elektrischen Strom vom normalen-Pfad längs der Übertragungsleitung ableitet.
Die Hauptarten und Ursachen von Fehlern sind: Isolationsfehler infolge von Konstruktions- und Herstellungsfehlern, falsche Installation und Alterung der Isolierung, elektrische Fehler durch Blitzeinschläge, Schalt-Überspannungen und dynamische Überspannungen, mechanische Fehler durch Wind, Schnee, Eis, Verschmutzung, Bäume und Tiere und thermische Fehler durch Überströme oder Überspannungen.
Eine Übertragungsleitung hat im allgemeinen drei Phasenleitungen. Eine Übertragungsleitung kann aber auch eine Phase oder eine andere Anzahl von Phasen haben. Bei einer dreiphasigen Übertragungsleitung gibt es verschiedene Arten möglicher Fehler. Ein einphasiger Fehler ist ein Fehler von einer einzelnen Phase nach Erde (zum Beispiel Phase a nach Erde). Ein Fehler von Phase zu Phase ist ein Fehler von einer zu anderen Phase (zum Beispiel Phase a nach Phase b). Ein Phase-Phase-Erde-Fehler ist ein Fehler, der zwei Phasen und Erde betrifft (zum Beispiel Phase a und Phase b nach Erde). Ein dreiphasiger Fehler betrifft alle drei Phasen und kann auch nach Erde gehen (zum Beispiel Phase a, Phase b, Phase c nach Erde).
Zusätzlich zu Schutzfunktionen können an einer Unterstation oder einem entfernten Ort Fehlerrekorder oder andere Prozessoren zum Berechnen von Fehlerorten vorgesehen sein. Die Fehlerortbestimmung braucht nicht so schnell zu sein wie die Schutzfunktion; sie kann berechnet werden, nachdem der Fehler von der Schutzfunktion behandelt wurde, sollte jedoch den tatsächlichen Fehlerort genauer abschätzen als eine Schutzfunktion. Eine genaue Fehlerortbestimmung erleichtert die schnelle Lokalisierung und Isolation eines beschädigten Übertragungsleitungsabschnitts und eine schnelle Wiederaufnahme des Betriebs beim Kunden nach Reparatur der fehlerhaften Leitung.
Zusätzlich zur Zufuhr von Energie zu einem elektrischen Verbraucher durch eine Kraft-Unterstation mit zugehörigen Schutzeinrichtungen können Netzbetreiber Energie zu elektrischen Verbrauchern auch über eine Anzapfung liefern. Eine solche Anzapfung wird als Anzapfungsknoten bezeichnet. Die Anzapfung ist ein Verbindungspunkt mit einer oder mehreren Phasen des Kraftübertragungssystems. Die Anzapfung ist an eine Anzapfungsverteilung angeschlossen, die ihrerseits mit einer Last verbunden ist und dieser Energie zuführt. An einer Anzapfungsverteilung können mehr als eine Anzapfungslast hängen. Eine Anzapfungslast hat typischerweise keine Schutzeinrichtungen oder -relais. Strom- und Spannungsdaten werden daher üblicherweise nicht gemessen oder aufgezeichnet.
Es gibt viele Fehlerort-Berechnungssysteme zur Bestimmung des Fehlerorts auf einer Kraftübertragungsleitung. Bei diesen Systemen werden Strom und Spannung an einem oder beiden Enden eines Abschnitts der Übertragungsleitung gemessen. Bei manchen Systemen sind die Spannungs- und Strommessungen an beiden Enden eines Abschnitts synchronisiert.
Bei einer synchronisierten Anordnung müssen die Spannungs- und Stromablesungen synchronisiert erfolgen. Bei manchen Anordnungen werden vor Eintritt des Fehlers gewonnene Daten bei der Berechnung verwendet. Manche bekannten Fehlerortberechnungen sind für Übertragungsleitungen mit Anzapfungslasten ungenau, weil sie zur Verwendung bei Übertragungsleitungen ohne Anzapfungslasten entworfen wurden. Manche Fehlerortberechnungen sind nur auf bestimmte Arten von Fehlern anwendbar. Es muß daher ein Fehlertyp vor oder während der Berechnung gewählt werden und die Leistungsfähigkeit dieser Systeme kann durch die Wahl des Fehlertyps nachträglich beeinflusst werden. Der Stand der Technik befasst sich nicht mit der Berechnung von Fehlerorten auf einer Kraftübertragungsleitung mit einer einzelnen Anzapfungslast unter Verwendung synchronisierter oder nicht synchronisierter Daten von zwei Enden (zum Beispiel zwei Schutzeinrichtungen, die Strom- und Spannungswerte liefern). Bei einer Kraftübertragungsleitung mit einer Anzapfungslast liefern die früher angewendeten Berechnungen weniger genaue Abschätzungen des Fehlerorts. Die Fehlerortberechnung auf Übertragungsleitungen mit einer einzelnen Anzapfungslast muß die Hauptschwierigkeiten des Fehlens einer Messung am Anzapfungsknoten lösen, nämlich die Tatsache, dass Messungen an beiden Enden der angezapften Leitung synchronisiert oder nicht synchronisiert erfolgen können und die Tatsache, dass eine Anzapfungslast normal keine feste, sondern eine veränderliche Last ist.
Die Druckschrift EP 0 464 662 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur Fehlerlokalisierung in einem elektrischen Netzwerk, das eine Hauptversorgungsleitung und mehrere Anzapfungspunkte, an denen Anzapfungslasten an die Hauptversorgungsleitung angeschlossen sind, umfasst. Mit dem dort beschriebenen Verfahren und der dort beschriebenen Vorrichtung kann bestimmt werden, ob der Fehlerort auf der Hauptversorgungsleitung oder in einer Anzapfungsleitung liegt.
Die Druckschrift EP 0 334 310 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Lokalisieren eines Fehlers in einer Übertragungsleitung, der zwischen zwei Stationen (P, Q) auftritt. Dabei werden sogenannte Fernschutzvorrichtungen verwendet. Dabei werden die Spannung an einer der Messstationen, der Spannungsabfall auf dem Teil der Leitung, der zwischen einer der Messstationen (P, Q) und dem angenommenen Fehlerort (F) liegt, und der Spannungsabfall am Fehlerort gemessen. Die Spannungen werden mit einer kapazitiven Spannungsmessung ermittelt. Durch die kapazitive Spannungsmessung entsteht eine Messfehlerspannung, die auch berücksichtigt wird. Mit Kenntnis der Impedanz der fehlerlosen Leitung und des vorgesehenen Stroms kann mit den obigen Größen unter Verwendung einer linearen Regression die Fehlerposition bestimmt werden.
Die Druckschrift US 5 825 189 A beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung für das Lokalisieren eines Fehlers in einer Übertragungsleitung. Der Fehler befinde sich dabei zwischen zwei Stationen (L, R). Das Verfahren und die Vorrichtung umfassen dabei Strom- und Spannungsmessungen vor Auftreten des Fehlers und nach Auftreten des Fehlers an einem Ende der Leitung. Anschließend wird die komplexe Fehlerimpedanz an einer Vielzahl von angenommenen Fehlerorten zwischen L und R berechnet. Die Berechnung der Fehlerimpedanz an jeder angenommenen Position wird unter Verwendung der Strom- und Spannungswerte an einem Ende der Leitung, Parameter der Leitung und der angenommenen Impedanz am zweiten Ende der Leitung berechnet. Die tatsächliche Fehlerposition wird aus der Vielzahl der angenommenen Fehlerposition ausgewählt, indem die Position gewählt wird, bei der das Argument der komplexen Fehlerimpedanz am dichtesten bei Null liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung und ein Verfahren zum Berechnen eines Fehlerorts auf einer Übertragungsleitung mit einer einzelnen Anzapfungslast unter Verwendung synchronisierter oder nicht synchronisierter Messungen von beiden Enden der Leitung zu schaffen.
Die Aufgabe wird mit den im Haupt- und mit den in den Nebenansprüchen angegebenen Gegenständen gelöst.
Besondere Ausführungsarten der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Nach einem Aspekt der Erfindung liegt ein Fehler vor auf einer Übertragungsleitung mit einem sendenden und einem empfangenden Ende und einer an die Übertragungsleitung an einem Anzapfungsknoten angeschlossenen Anzapfungslast. Der Anzapfungsknoten unterteilt die Übertragungsleitung in eine sendende und eine empfangende Seite. Sowohl am sendenden oder am empfangenden Ende ist ein Messgerät vorgesehen. Der Fehlerort wird bestimmt durch Gewinnung von gemessenen Schaltungsparametern einschließlich von Strom- und Spannungswerten vor Eintritt des Fehlers und während des Fehlers am sendenden Ende und am empfangenden Ende der Übertragungsleitung. Die Phasenwinkeldifferenz infolge nicht synchronisierter Messung kann unter Verwendung der gemessenen Strom- und Spannungswerte vor Eintritt des Fehlers berechnet werden. Die Lastimpedanz der Anzapfungslast wird berechnet. Ein erster Fehlerort wird berechnet unter der Annahme, dass der Fehler auf der sendenden Seite des Anzapfungsknotens liegt. Ein zweiter Fehlerort wird berechnet unter der Annahme, dass der Fehler auf der empfangenden Seite des Anzapfungsknotens liegt. Der endgültige Fehlerort wird vom ersten und zweiten Fehlerort ausgewählt, indem derjenige Fehlerort gewählt wird, dessen Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der einen vollen Abstand zwischen zwei Knoten darstellt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann der Fehlerort für viele Arten von Fehlern berechnet werden.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung kann der Fehlerort sowohl für einphasige als auch für dreiphasige Übertragungsleitungen berechnet werden.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung können die Messdaten synchronisiert oder nicht synchronisiert sein.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
1 das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Übertragungsleitung mit einer einzelnen Anzapfungslast,
2 ein Blockschaltbild der Übertragungsleitung der 1 zur beispielhaften Erläuterung der Bedingungen vor Eintritt eines Fehlers,
3a ein Blockschaltbild der Übertragungsleitung der 1 zur Erläuterung eines Beispiels der Fehlerbedingungen,
3b ein Blockschaltbild der Übertragungsleitung der 1 zur Erläuterung eines Beispiels der Fehlerbedingungen mit positiven Sequenzwerten,
4 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Anordnung und
5 ein Fließbild mit den Einzelheiten einer Ausführungsform der Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Übertragungsleitung 10 ein sendendes Ende S, ein empfangendes Ende R und eine Anzapfung T1, die hier auch als Anzapfungsknoten T1 bezeichnet wird; sie liegt zwischen dem sendenden und dem empfangenden Ende S beziehungsweise R. Ein Lastknoten L1 ist über eine Verteilung mit dem Anzapfungsknoten T1 verbunden. An den Lastknoten L1 ist eine Last angeschlossen. Der Anzapfungsknoten T1 unterteilt die Übertragungsleitung in eine sendende Seite 11 und eine empfangende Seite 12.

In der weiteren Beschreibung werden folgende Bezeichnungen verwendet. Großbuchstaben, die nicht von Tief- oder hochgestellten Bezeichnungen begleitet sind, bezeichnen einen physikalischen Wert nach Tabelle 1. Die Werte können Messwerte, bekannte Werte oder berechnete Werte sein. Tabelle 1

V	Spannung, ein komplexer Wert
1	Strom, ein komplexer Wert
Z	Impedanz, komplexer Wert
R	Widerstand, realer Wert, der reale Teil der Impedanz Z
X	Blindwiderstand (Reaktanz); realer Wert, der imaginäre Teil der Impedanz Z.

Kleinbuchstaben, die einem physikalischen Wert folgen, bezeichnen einen Wert als Wert, der vor dem Fehler galt, oder als Fehlerwert nach Tabelle 2. Der Abstand zum Fehler innerhalb eines Übertragungsleitungsabschnitts wird mit m bezeichnet. Tabelle 2

p vor dem Fehler

(nichts) Fehler (während des Fehlers)

m Einheitsabstand zum Fehler innerhalb des Abschnitts, Realwert.
Bei der Fehleranalyse werden drei Phasen eines Fehlers unterschieden: vor Eintritt des Fehlers, während des Fehlers und nach Behebung des Fehlers. Vor dem Fehler ist vor dem Augenblick des Fehlers, während des Fehlers ist vom Augenblick des Eintritts des Fehlers bis zur Betätigung eines Schaltungsschutzes und nach dem Fehler bedeutet nach Betätigung des Schutzes.
Ein tiefgestelltes Zeichen bezeichnet die Phase oder die symmetrischen Sequenzkomponenten nach Tabelle 3. Tabelle 3

a Phase a

b Phase b

c Phase c

0 Nullsequenz

1 positive Sequenz

2 negative Sequenz
Eine tiefgestellte Bezeichnung bezeichnet den Knoten nach Tabelle 4. Sind zwei tiefgestellte Bezeichnungen durch ein Komma voneinander getrennt, bezeichnen sie „vom Knoten” beziehungsweise „zum Knoten”. Beispielsweise bezeichnen die tiefgestellten Bezeichnungen S, T1 die Strecke vom sendenden Ende S zum Anzapfungsknoten T1. Ist nur ein Knoten bezeichnet, bezeichnet er „vom Knoten”; der „zum-Knoten” ist Erde. So bezeichnet beispielsweise die tiefgestellte Bezeichnung T1 die Strecke vom Anzapfungsknoten T1 nach Erde. Alternativ kann der „zum-Knoten” als 0 für Erde bezeichnet werden. Tabelle 4

S sendendes Ende der Übertragungsleitung

R empfangendes Ende der Übertragungsleitung

Tx Anzapfungsknoten x

Lx Lastknoten x

F Fehlerpunkt, Fehlerknoten oder Fehlerort
Die folgenden Beispiele illustrieren die Bezeichnungen. V a / T1 oder V a / T1,0 stellen einen komplexen Fehlerwert der Spannung während eines Fehlers auf Phase a vom Anzapfungsknoten T1 nach Erde dar. Ip 0 / TA,R stellt einen komplexen Wert mit Nullsequenz vor Eintritt des Fehlers vom Anzapfungsknoten T4 zum empfangenden Ende R dar.
Wie in 1 gezeigt, ist die Impedanz vom sendenden Ende S zum Anzapfungsknoten T1 gleich Z_S,T1. Die Impedanz vom Anzapfungsknoten T1 zum empfangenden Ende R ist Z_T1,R. Die Impedanz vom Anzapfungsknoten T1 zum Lastknoten L1 ist Z_T1,L1. Die Impedanz der Last ist Z_L1. Die Impedanz vom Anzapfungsknoten T1 nach Erde ist Z_T1, was die Impedanz von Z_T1,L1 und Z_L1 umfasst.
2 zeigt ein Beispiel der Bedingungen auf der Übertragungsleitung 10 der 1 vor Eintritt des Fehlers. Vp¹ _S ist eine komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende S nach Erde. Ip¹ _S,T1 ist ein komplexer Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende S zum Anzapfungsknoten T1. Z¹ _S,T1 ist die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom sendenden Ende S zum Anzapfungsknoten T1. Vp¹ _T1 ist eine komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom Anzapfungsknoten T1 nach Erde. Ip¹ _T1 ist ein komplexer Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom Anzapfungsknoten T1 nach Erde. Z¹ _T1 ist eine komplexe Impedanz positiver Sequenz vom Anzapfungsknoten T1 nach Erde (einschließlich der Lastimpedanz Z_L1). Vp¹ _R ist die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende R nach Erde. Ip¹ _R,T1 ist der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten T1. Z¹ _T1,R ist die komplexe Impedanz positiver Sequenz der Strecke vom Anzapfungsknoten T1 zum empfangenden Ende R.
Die Werte Vp¹ _S, Ip¹ _S,T1, Vp¹ _R und Ip¹ _R,T1 sind Meßwerte. Die Werte Z¹ _S,T1 und Z¹ _T1,R sind bekannte Werte, die auf bekannte Weise aus dem Abstand des Übertragungsleitungsabschnittes und der Kennwerte der Übertragungsleitung berechnet werden können.
3a zeigt das Beispiel eines Fehlerzustandes auf der Übertragungsleitung der 1, wobei als Beispiel ein Erdschluss gewählt ist. Wie in 3a gezeigt, befindet sich auf der Übertragungsleitung 10 ein Fehlerknoten F zwischen dem sendenden Ende S und dem Anzapfungsknoten T1. Der Fehler verursacht einen Strompfad nach Erde mit der Impedanz Z_F.
Wie in 3a gezeigt, unterteilt der Anzapfungsknoten T1 die Übertragungsleitung in die sendende und empfangende Seite 11 beziehungsweise 12. Die sendende Seite 11 hat die Impedanz Z_S,T1, die empfangende Seite 12 hat die Impedanz Z_T1,R.
Der Fehlerknoten F unterteilt die Impedanz vom sendenden Ende S zum Anzapfungsknoten T1 in zwei Impedanzen. Die erste Impedanz ist (m·Z_S,T1), die zweite Impedanz ist ((1 – m)·Z_S,T1). Bei einem Beispiel liegt für einen Abstand gleich eins vom sendenden Ende S zum Anzapfungsknoten T1 der Fehlerknoten F im Abstand m vom sendenden Ende S, und der Abstand vom Anzapfungsknoten T1 beträgt (1 – m). Ist zum Beispiel m gleich 0,4 und beträgt der Abstand zwischen dem sendenden Ende S und dem Anzapfungsknoten T1 zehn Kilometer, dann beträgt der Abstand vom sendenden Ende S zum Fehlerknoten F vier Kilometer und der Abstand vom Fehlerknoten F zum Anzapfungsknoten T1 sechs Kilometer. Allgemeiner: der Fehlerknoten F liegt um einen Bruchteil von m zwischen Knoten h und Knoten i, dargestellt durch m_h,1.
Wie in 3b gezeigt, ist V¹ _S die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom sendenden Ende S nach Erde. V¹ _R ist die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom empfangende Ende R nach Erde. I¹ _S,T1 ist der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom sendenden Ende S zum Anzapfungsknoten T1. I¹ _R,T1 ist der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom empfangenden Ende R zum Anzapfungsknoten T1. Z¹ _T1 ist die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom Anzapfungsknoten T1 nach Erde (einschließlich der Lastimpedanz Z_L1). Die Werte V¹ _S, I¹ _S,T1, V¹ _R, und I¹ _R,T1 sind Messwerte. Z¹ _F ist die äquivalente Fehlerimpedanz positiver Sequenz vom Fehlerknoten F nach Erde im Netzwerk positiver Sequenz der Leitung.
Im folgenden sei angenommen, dass die Anzapfungslast eine Impedanz positiver Sequenz ist, die sich während des Fehlers nicht verändert. Es sei weiter angenommen, dass nur ein einziger Fehler auf der Übertragungsleitung besteht.
Nach der Erfindung können die Messwerte vor Eintritt des Fehlers verwendet werden, die Zeitdifferenz (oder die Phasenwinkeldifferenz) der Spannungs- und Stromsignale von beiden Enden einer Übertragungsleitung zu berechnen, um die Messsignale zu synchronisieren. Sind die Daten bereits synchronisiert, ist der Phasenwinkel gleich 0. Unter Verwendung der Daten vor Eintritt des Fehlers kann auch die äquivalente Lastimpedanz der Anzapfungslast bestimmt werden. Die synchronisierten Fehlerdaten und die berechnete Lastimpedanz werden verwendet, um die anfängliche Fehlerortbestimmung auszuführen. Eine Berechnung wird ausgeführt unter der Annahme, dass der Fehler sich auf der Sendeseite 11 des Anzapfungsknotens T1 befindet. Eine zweite Berechnung wurde ausgeführt unter der Annahme, dass sich der Fehler auf der Empfangsseite 12 des Anzapfungsknoten T1 befindet. Der richtige Fehlerort wird aus den beiden Berechnungen gewählt. Netzwerkgrößen positiver Sequenz werden verwendet, um den Fehlerabstand zu lösen.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einem Prozessor 100, einem Speicher 110, einem Messgerät 120 am sendenden Ende und einem Messgerät 130 am empfangenden Ende.
Der Prozessor 100 kann einer beliebiger Prozessor sein, der geeignet ist, Berechnungen auszuführen und Eingangsdaten von Messgeräten zu empfangen. Zum Beispiel kann der Prozessor 100 ein Schutzrelais mit oszillographischer Datenanzeige oder ein digitaler-Fehlerrekorder sein. Der Speicher 110 wird zur Speicherung der Daten verwendet, die von den Messgeräten 120, 130 am sendenden beziehungsweise empfangenden Ende empfangen wurden.
Das Messgerät 120 am sendenden Ende misst Spannung und Strom sowohl vor als auch nach Eintritt des Fehlers am sendenden Ende S der Übertragungsleitung 10. Das Messgerät 120 enthält einen Speicher 115 zur Speicherung der Messungen vor Eintritt des Fehlers. Das Messgerät 120 kann einen Spannungssensor 121 und einen Stromsensor 122 enthalten. Der Spannungssensor 121 und der Stromsensor 122 geben ein analoges Signal ab. Das Messgerät 120 wandelt auf bekannte Weise das analoge Signal in ein digitales Signal um, das dann über eine Datenverbindung 135 zum Prozessor 100 übertragen wird. Das Messgerät 120 wandelt ferner das digitale Signal in Strom und Spannung darstellende Vektoren Vp¹ _S, Ip¹ _S,T1, V¹ _S und I¹ _S,T1 am sendenden Ende S um.
Das Messgerät 130 am empfangenden Ende misst Strom und Spannung sowohl vor Eintritt als auch nach Eintritt des Fehlers am empfangenden Ende R der Übertragungsleitung 10. Das Messgerät 130 enthält einen Speicher 115 zur Speicherung der Messungen vor Eintritt des Fehlers. Das Messgerät 130 enthält einen Spannungssensor 121 und Stromsensor 122, die ein analoges Signal abgeben. Das Messgerät 130 wandelt das analoge Signal auf bekannte Weise in ein digitales Signal um, bevor es über eine Datenverbindung 135 zum Prozessor 100 übertragen wird. Das Messgerät 130 wandelt ferner das digitale Signal in Vektoren um, die Strom und Spannung Vp¹ _R, Ip¹ _R,T1, V¹ _R und I¹ _R,T1 am empfangenden Ende R darstellen.
Die Messgeräte 120, 130 sind über die Datenverbindung 135 mit dem Prozessor 100 verbunden. Die Datenverbindung 135 kann ein Modem, ein lokales Netzwerk oder eine andere geeignete Datenverbindung sein.
5 zeigt eine Flussdiagramm mit weiteren Einzelheiten des Betriebs der Anordnung der 4 und einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie in 5 gezeigt, werden beim Schritt 200 die Messwerte gewonnen. Die Messwerte vor Eintritt des Fehlers sind Vp¹ _S, Ip¹ _S,T1, Vp¹ _R und Ip¹ _R,T1. Die Fehlermesswerte sind V¹ _S, I¹ _S,T1, V¹ _R und I¹ _R,T1.
Im Schritt 210 wird die Phasenwinkeldifferenz als Vektor e^jδ berechnet, wenn die Daten nicht synchronisiert sind, wobei die Daten vor Eintritt des Fehlers nach folgender Gleichung verwendet werden. Sind die Daten synchronisiert, ist die Phasenwinkeldifferenzgleich 0.
Im Schritt 220 wird die Impedanz des Anzapfungsknotens T1 berechnet, wobei die Daten vor Eintritt des Fehlers und die Phasenwinkeldifferenz nach folgender Gleichung benutzt werden:
Im Schritt 230 wird ein erster Fehlerort m_S,T1 berechnet unter der Annahme, dass der Fehlerknoten F auf der Sendeseite 11 liegt. Der erste Fehlerort wird nach der folgenden Gleichung 3 berechnet. Für Fehlerortberechnungen sämtlicher Arten in der dreiphasigen Übertragungsleitung wird ein universales Netzwerk verwendet. Die Fehlerimpedanz und das Netzwerk mit Null-/negativer Sequenz, das für die Art eines Fehlers existiert, wird im Netzwerk positiver Sequenz der angezapften Leitung durch ein äquivalentes abgeglichenes dreiphasiges Fehlerimpedanz-Netzwerk dargestellt, das am Fehlerort angeschlossen ist, um das universale Netzwerk zu bilden. Auf diese Weise kann der Fehlerort für jegliche Fehlerart berechnet werden.
Im Schritt 240 wird ein zweiter Fehlerort m_R,T1, berechnet unter der Annahme, dass der Fehlerknoten F auf der empfangenden Seite 12 liegt. Der zweite Fehlerort wird aus der folgenden Gleichung 4 berechnet:
Im Schritt 250 wird die richtige Lösung gewählt. Wenn eine richtige Annahme getroffen wurde, ist die sich ergebende Fehlerortabschätzung stets innerhalb eines vorbestimmten Bereichs, wenn nicht, liegt das Ergebnis außerhalb des vorbestimmten Bereichs. Dieses Kriterium wird verwendet, um aus den beiden Berechnungen das richtige Fehlerortergebnis zu wählen. Der vorbestimmte Bereich repräsentiert den vollen Abstand zwischen zwei Knoten. Bei der vorliegenden Ausführungsform liegt der vorbestimmte Bereich für die Sendeseite zwischen 0 und 1,0, was den Abstand zwischen dem Sendeknoten S und dem Anzapfungsknoten D darstellt, wenn man annimmt, dass der Fehler zwischen Sendeknoten S und Anzapfungsknoten T1 liegt. Ebenso liegt der vorbestimmte Bereich für die empfangende Seite zwischen 0 und 1.0, was den Abstand zwischen dem Emfpangsknoten R und dem Anzapfungsknoten T1 darstellt, wenn man annimmt, dass der Fehler zwischen dem empfangenden Knoten R und dem Anzapfungsknoten T1 liegt. Ein Ergebnis außerhalb des vorbestimmten Bereichs kann nicht richtig sein, weil es an einem Punkt außerhalb des Abstandes zwischen den beiden Knoten liegt. Verwendet man beispielsweise einen vorbestimmten Einheitswert von m, wobei der Bereich zwischen 1,0 den Abstand zwischen zwei Knoten darstellt und wird m_S,T1 im Schritt 230 zu 2,4 und m_R,T1 im Schritt 240 zu 0,4 berechnet, dann wird m_R,T1 gewählt, m = 0,4, und der Fehlerknoten F befindet sich auf der empfangenden Seite 12. Die Wahl von 2,4 widerspräche der Annahme, dass sich der Fehler auf der Sendeseite 11 befindet.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Übertragungsleitung eine einphasige Leitung, wobei die Gleichungen die gleichen sind, mit der Ausnahme, dass der Bezug auf die Komponente positiver Sequenz durch die Phasengrößen ersetzt wird und die äquivalente Fehlerimpedanz die tatsächliche Fehlerimpedanz ist.
Die Erfindung kann in Form eines Programmcodes ausgeführt werden (d. h. in Form von Befehlen), die auf einem von einem Computer lesbaren Medium gespeichert sind wie einem magnetischen, elektrischen oder optischen Speichermedium einschließlich einer Diskette, CD-ROM, CD-RW, DVD-ROM, DVD-RAM, Magnetband, Flash-Speicher, Festplatte oder einem beliebigen anderen maschinell lesbaren Speichermedium. Wenn dabei der Programmcode in eine Maschine, beispielsweise einen Computer, geladen und von dieser ausgeführt wird, wird die Maschine eine Vorrichtung zur Ausführung der Erfindung. Die Erfindung kann auch in Form eines Programmcodes ausgeführt werden, der über ein Übertragungsmedium übertragen wird, beispielsweise über elektrische Kabel, Glasfaserkabel, ein Netzwerk wie das Internet oder wie ein Intranet, oder über eine andere Übertragungsform. Dabei wird, wenn der Programmcode von einer Maschine empfangen, in diese geladen und von dieser ausgeführt wird, beispielsweise ein Computer, die Maschine zu einem Gerät zur Ausführung der Erfindung. Wird der Programmcode in einem Allzweck-Prozessor implementiert, so kombiniert sich der Programmcode mit dem Prozessor zu einem einheitlichen Gerät, das analog zu spezifischen Logikschaltungen arbeitet.

Claims

Verfahren zur Fehlerortbestimmung in einer Übertragungsleitung (10) mit einem sendenden und einem empfangenden Ende (S, R), einer an einem Anzapfungsknoten (T1) mit der Übertragungsleitung (10) verbundenen Anzapfungslast (L1), wobei der Anzapfungsknoten die Übertragungsleitung (10) in eine sendende Seite (11) und eine empfangende Seite (12) unterteilt, wobei am sendenden Ende und am empfangenden Ende je ein Messgerät (120) vorgesehen ist, gekennzeichnet durch folgende Schritte: Ermitteln gemessener Strom- und Spannungswerte vor und nach Eintritt eines Fehlers am sendenden Ende und am empfangenden Ende der Übertragungsleitung (10), einschließlich der Werte Vp¹ _S, Ip¹ _S,T1, Vp¹ _R, Ip¹ _R,T1, V¹ _S, I¹ _S,T1, V¹ _R, and I¹ _R,T1 worin sind Vp¹ _S die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende nach Erde, Ip¹ _S,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten, Vp¹ _R die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende nach Erde, Ip¹ _R,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten, V¹ _S die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom sendenden Ende nach Erde, I¹ _S,T1 der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten, V¹ _R die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom empfangenden Ende nach Erde, und I¹ _R,T1 der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten; Berechnung eines Phasenwinkels δ, verursacht durch eine Zeitdifferenz bei den gemessenen Daten zwischen dem Messgerät am sendenden Ende und dem Messgerät am empfangenden Ende, wenn eine solche vorhanden ist, gemäß folgender Gleichung:
worin Z¹ _S,T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten ist, und worin Z¹ _R,T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten ist, Berechnen einer äquivalenten Lastimpedanz der Anzapfungslast gemäß der folgenden Gleichung
worin Z¹ _T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz des Anzapfungsknotens ist; Berechnung einer Schätzung eines ersten Fehlerorts unter der Annahme, dass sich der Fehler auf der Sendeseite des Anzapfungsknotens befindet, und unter der Annahme, dass sich die Anzapfungslast während des Fehlers nicht ändert, gemäß der folgenden Gleichung:
worin m_S,T1 die berechnete Schätzung des ersten Fehlerorts ist; Berechnen einer Schätzung eines zweiten Fehlerorts unter der Annahme, dass sich der Fehler auf der Empfangsseite des Anzapfungsknotens befindet und unter der Annahme, dass sich die Anzapfungslast während des Fehlers nicht ändert, gemäß der folgenden Gleichung:
worin m_R,T1 die berechnete Schätzung des zweiten Fehlerorts ist; und Auswählen einer der berechneten Schätzungen des Fehlerorts durch Auswählen der Schätzung, deren Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der repräsentativ ist für die Distanz zwischen dem Anzapfungsknoten (T1) und einem der sendenden oder empfangenden Enden (S, R).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Übertragungsleitung dreiphasig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten synchronisiert sind und der Phasenwinkel gleich null ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bereich zwischen Null und Eins liegt.
Anordnung zur Fehlerortbestimmung in einer Übertragungsleitung (10) mit einem sendenden und empfangenden Ende (S, R) und einer Anzapfungslast, die an einem Anzapfungsknoten (T1) an die Übertragungsleitung (10) angeschlossen ist, wobei der Anzapfungsknoten (T1) die Übertragungsleitung (10) in eine sendende und empfangende Seite (11, 12) unterteilt, gekennzeichnet durch: einen Prozessor (100) zum Berechnen eines Fehlers in der Übertragungsleitung (10), ein Messgerät (120) am sendenden Ende, das an den Prozessor (100) angeschlossen ist und Messungen vor Eintritt des Fehlers und während des Fehlers am sendenden Ende der Übertragungsleitung (10) durchführt, ein Messgerät (130) am empfangende Ende, das an den Prozessor (100) angeschlossen ist und Messungen vor Eintritt des Fehlers und während des Fehlers am empfangenden Ende der Übertragungsleitung (10) durchführt, and wobei der Prozessor geeignet ist, gemessene Strom- und Spannungswerte vor dem Fehler und während des Fehlers von Messgerät am sendenden und vom Messgerät am empfangenden Ende zu erhalten, einschließlich der Werte Vp¹ _S, Ip¹ _S,T1, Vp¹ _R, Ip¹ _R,T1, V¹ _S, I¹ _S,T1, V¹ _R, und I¹ _R,T1, worin sind Vp¹ _S die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende nach Erde, Ip¹ _S,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten, Vp¹ _R die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende nach Erde, Ip¹ _R,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten, V¹ _S die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom sendenden Ende nach Erde, I¹ _S,T1 der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten, V¹ _R die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom empfangenden Ende nach Erde, und I¹ _R,T1 der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten; Berechnung eines Phasenwinkels δ, verursacht durch eine Zeitdifferenz bei den gemessenen Daten zwischen dem Messgerät am sendenden Ende und dem Messgerät am empfangenden Ende, wenn eine solche vorhanden ist, gemäß folgender Gleichung:
worin Z¹ _S,T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten ist, und worin Z¹ _R,T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten ist, Berechnen einer äquivalenten Lastimpedanz der Anzapfungslast unter Verwendung von gemessenen Daten positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers gemäß der folgenden Gleichung
worin Z¹ _T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz des Anzapfungsknotens ist; Berechnung einer Schätzung eines ersten Fehlerorts unter der Annahme, dass sich der Fehler auf der Sendeseite des Anzapfungsknotens befindet, und unter der Annahme, dass sich die Anzapfungslast während des Fehlers nicht ändert, gemäß der folgenden Gleichung:
worin m_S,T1 die berechnete Schätzung des ersten Fehlerorts ist; Berechnen einer Schätzung eines zweiten Fehlerorts unter der Annahme, dass sich der Fehler auf der Empfangsseite des Anzapfungsknotens befindet und unter der Annahme, dass sich die Anzapfungslast während des Fehlers nicht ändert, gemäß der folgenden Gleichung:
worin m_R,T1 die berechnete Schätzung des zweiten Fehlerorts ist; und Auswählen einer der berechneten Schätzungen des Fehlerorts durch Auswählen der Schätzung, deren Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der repräsentativ ist für die Distanz zwischen dem Anzapfungsknoten (T1) und einem der sendenden oder empfangenden Enden (S, R).
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am sendenden Ende einen Spannungsfühler (121) enthält.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am sendenden Ende einen Stromfühler (122) enthält.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am empfangenden Ende einen Spannungsfühler (121) enthält.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am empfangenden Ende einen Stromfühler (122) enthält.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am sendenden Ende über eine Datenverbindung (135) mit dem Prozessor (100) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am empfangenden Ende über eine Datenverbindung (135) mit dem Prozessor (100) verbunden ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am sendenden Ende einen Speicher (115) zum Speichern der Messungen vor Eintritt des Fehlers aufweist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Messgerät am empfangenden Ende einen Speicher (115) zum Speichern der Messungen vor Eintritt des Fehlers aufweist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsleitung dreiphasig ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Messdaten synchronisiert sind und der Phasenwinkel δ gleich Null ist.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bereich zwischen Null und Eins liegt.
Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsleitung (10) einphasig ist.
Maschinell lesbares Medium mit darauf gespeicherten Befehlen zur Fehlerortbestimmung in einer Übertragungsleitung (10) mit einem sendenden und einem empfangenden Ende (S, R), einer an einen Anzapfungsknoten (T1) an die Übertragungsleitung (10) angeschlossenen Anzapfungslast (L1), wobei der Anzapfungsknoten die Übertragungsleitung (10) in eine sendende Seite (11) und eine empfangende Seite (12) unterteilt, wobei am sendenden Ende und am empfangenden Ende je ein Messgerät (120) vorgesehen ist, wobei die Befehle, wenn sie auf einem Prozessor (100) ausgeführt werden, die Ausführung folgender Schritte veranlassen: Ermitteln gemessener Strom- und Spannungswerte vor und nach Eintritt eines Fehlers am sendenden Ende und am empfangenden Ende der Übertragungsleitung (10), einschließlich der Werte Vp¹ _S, Ip¹ _S,T1, Vp¹ _R, Ip¹ _R,T1, V¹ _S, I¹ _S,T1, V¹ _R, and I¹ _R,T1, worin sind Vp¹ _S die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende nach Erde, Ip¹ _S,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten, Vp¹ _R die komplexe Spannung positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende nach Erde, Ip¹ _R,T1 der komplexe Strom positiver Sequenz vor Eintritt des Fehlers vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten, V¹ _S die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom sendenden Ende nach Erde, I¹ _S,T1 der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten, V¹ _R die komplexe Fehlerspannung positiver Sequenz vom empfangenden Ende nach Erde, und I¹ _R,T1 der komplexe Fehlerstrom positiver Sequenz vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten; Berechnung eines Phasenwinkels δ, verursacht durch eine Zeitdifferenz bei den gemessenen Daten zwischen dem Messgerät am sendenden Ende und dem Messgerät am empfangenden Ende, wenn eine solche vorhanden ist, gemäß folgender Gleichung:
worin Z¹ _S,T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom sendenden Ende zum Anzapfungsknoten ist, und worin Z¹ _R,T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz vom empfangenden Ende zum Anzapfungsknoten ist, Berechnen einer äquivalenten Lastimpedanz der Anzapfungslast gemäß der folgenden Gleichung
worin Z¹ _T1 die komplexe Impedanz positiver Sequenz des Anzapfungsknotens ist; Berechnung einer Schätzung eines ersten Fehlerorts unter der Annahme, dass sich der Fehler auf der Sendeseite des Anzapfungsknotens befindet, und unter der Annahme, dass sich die Anzapfungslast während des Fehlers nicht ändert, gemäß der folgenden Gleichung:
worin m_S,T1 die berechnete Schätzung des ersten Fehlerorts ist; Berechnen einer Schätzung eines zweiten Fehlerorts unter der Annahme, dass sich der Fehler auf der Empfangsseite des Anzapfungsknotens befindet und unter der Annahme, dass sich die Anzapfungslast während des Fehlers nicht ändert, gemäß der folgenden Gleichung:
worin m_R,T1 die berechnete Schätzung des zweiten Fehlerorts ist; und Auswählen einer der berechneten Schätzungen des Fehlerorts durch Auswählen der Schätzung, deren Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der repräsentativ ist für die Distanz zwischen dem Anzapfungsknoten (T1) und einem der sendenden oder empfangenden Enden (S, R).
Maschinell lesbares Medium nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet dass die Übertragungsleitung dreiphasig ist.
Maschinell lesbares Medium nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Messergebnisse synchronisiert sind und der Phasenwinkel δ gleich Null ist.
Maschinell lesbares Medium nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der vorbestimmte Bereich zwischen Null und Eins liegt.
Maschinell lesbares Medium nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsleitung einphasig ist.