DE10164119B4

DE10164119B4 - Elektrisches Hochspannungsnetz

Info

Publication number: DE10164119B4
Application number: DE10164119A
Authority: DE
Inventors: Michael Igel; Prof. Dr. Koglin Hans Jürgen
Original assignee: Schneider Electric Energy France SAS; Alstom Grid SAS
Current assignee: Grid Solutions SAS; Schneider Electric Energy France SAS
Priority date: 2001-12-24
Filing date: 2001-12-24
Publication date: 2012-06-21
Anticipated expiration: 2021-12-25
Also published as: DE10164119A1

Abstract

Elektrisches Hochspannungsnetz mit einer zwischen mindestens zwei Messorten verlaufenden Leitung und einer Verarbeitungseinrichtung, wobei die beiden Messorte mit Mitteln zur Messung des in einem Abtastzeitpunkt über die Leitung fließenden Stroms und der in diesem Abtastzeitpunkt zugehörigen Spannung versehen sind, und wobei die Ströme in den beiden Messorten um einen Phasenwinkel zueinander verschoben sind, und wobei Mittel zur Übermittlung der gemessenen Ströme und der gemessenen Spannungen an die Verarbeitungseinrichtung vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung mit Mitteln versehen ist, um aus den gemessenen Strömen und den gemessenen Spannungen die Phasenwinkel im fehlerfreien Zustand abzuleiten, und dass die Verarbeitungseinrichtung mit Mitteln zur Erkennung eines Fehlers in Abhängigkeit von den Phasenwinkeln versehen ist, wobei die Erkennung eines Fehlers abhängig ist von einer relativen Diskrepanz der gemessenen und über die Phasenwinkel angepassten Ströme hinsichtlich eines vorgegeben Schwellwerts, und wobei die Verarbeitungseinrichtung den zuletzt abgeleiteten Phasenwinkel im Fehlerfall beibehält.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Hochspannungsnetz nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
In einem derartigen Hochspannungsnetz ist es erforderlich, einfache oder verzweigte Leitungen im Rahmen eines Schutzbereichs zu überwachen und zu schützen. Dies soll anhand eines sogenannten Zweitors erläutert werden.
Bei dem Zweitor weist eine Leitung zwei Messorte auf, in denen jeweils der über die Leitung fließende Strom gemessen wird. Ist der Strom in beiden Messorten gleich, so liegt kein Fehler vor. Bei Ungleichheit kann kann z. B. auf einen Erdschluss oder dergleichen geschlossen werden.
Die in den beiden Messorten gemessenen Ströme sind um einen Phasenwinkel zueinander gedreht. Dies muss bei der Messung oder bei dem Vergleich der Ströme berücksichtigt werden. Z. B. können die Messungen der Ströme mit Hilfe des Global Positioning Systems (GPS) miteinander synchronisiert werden.
Der Wert des synchronisierten Stroms des einen Messorts wird dann an den anderen Messort übermittelt. Dort wird die Differenz aus den Werten der beiden synchronisierten Ströme der beiden Messorte gebildet. Ist diese Differenz ungleich Null, so meldet die Überwachung der Leitung einen Fehler.
Der Aufwand für die beschriebene Synchronisierung der Messungen der beiden Ströme ist ersichtlich hoch.
Weiterer Stand der Technik ist aus der DE 196 05 022 A1 , der US 5,455,776 A1 , der DE 198 26 906 A1 und der DE 44 41 334 C1 bekannt.
Aufgabe der Erfindung ist es, einfache oder verzweigte Leitungen mit einem geringeren Aufwand zu überwachen und zu schützen.
Lösung und Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein elektrisches Hochspannungsnetz nach dem Anspruch 1 gelöst.
Durch die Messung der Ströme und Spannungen wird die Möglichkeit eröffnet, die Phasenwinkel auf einfache Art und Weise zu berechnen. Eine Synchronisierung und der damit verbundene Aufwand ist somit nicht mehr erforderlich. Statt dessen kann der Phasenwinkel direkt bei der Überwachung der Leitung auf Fehler herangezogen werden.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung leitet die Verarbeitungseinrichtung die Phasenwinkel im fehlerfreien Zustand ab, um danach den abgeleiteten Phasenwinkel im Fehlerfall beizubehalten.
Damit wird erreicht, dass der Phasenwinkel im Fehlerfall nicht verfälscht wird. Statt dessen wird derjenige Phasenwinkel weiterverwendet, der kurz vor dem Fehlerfall ermittelt worden ist. Dies bewirkt eine weitere Verminderung des Aufwands, ohne dass dadurch eine Ungenauigkeit entsteht.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die in der Zeichnung dargestellt sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein schematisches Ersatzschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer verzweigten elektrischen Leitung.
In der Figur sind drei Teilleitungen a, b, c eines Hochspannungsnetzes dargestellt, die an einem Verknüpfungspunkt V miteinander verbunden sind, und die damit eine verzweigte Leitung bilden. Jede der drei Teilleitungen a, b, c weist an ihrem dem Verknüpfungspunkt V abgewandten freien Ende einen Messort A, B, C auf.
Jede der drei Teilleitungen a, b, c ist in der Figur mit Hilfe der sogenannten Π-Ersatzschaltung dargestellt. Auf dieser Grundlage sind auch die nachfolgenden Erläuterungen und Berechnungen durchgeführt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass anstelle der Π-Ersatzschaltung auch eine Berechnung auf der Grundlage von homogenen Leitungen möglich ist.
Die Π-Ersatzschaltung der Figur weist eine Mehrzahl von Ersatzwiderständen, -kapazitäten und -induktivitäten auf, deren Werte aus den tatsächlichen Parametern der drei Teilleitungen a, b, c des Hochspannungsnetzes durch Messungen und/oder Berechnungen ermittelt werden können.
Für die Teilleitung a gilt für die Spannung und den Strom am Verknüpfungspunkt V die folgende Gleichung (1):
Entsprechende Gleichungen gelten auch für die beiden anderen Teilleitungen b, c.
Am Verknüpfungspunkt V muss die folgende Gleichung (2) gelten: I _VA + I _VB + I _VC = 0 (2)
Es wird davon ausgegangen, dass die Ströme und Spannungen an den Messorten A, B, C nicht synchronisiert sind, dass jedoch die Spannungen an den Messorten A, B, C im fehlerfreien Zustand per Definition in der reellen Achse liegen und damit keinen Imaginärteil aufweisen.
Die Ströme hingegen besitzen in jedem der Messorte A, B, C jeweils einen Real- und einen Imaginärteil nach den folgenden Gleichungen (3): I (A) / A = I_wA – jI_bA; I (B) / B = I_wB – jI_bB; I (C) / C = I_wC – jI_bC. (3)
Die Ströme und Spannungen werden nunmehr in eine gemeinsame komplexe Ebene transformiert, bei der im fehlerfreien Zustand die Spannung am Verknüpfungspunkt V in der reellen Achse liegt und damit keinen Imaginärteil aufweist. Dies hat zur Folge, dass die Ströme und Spannungen in den Messorten A, B, C jeweils um einen Phasenwinkel ϑ_A, ϑ_B, ϑ_A, zueinander verschoben sind.
Für die Teilleitung a gelten dann die folgenden Gleichungen (4):
Daraus kann unter anderem der Phasenwinkel ϑ_A gemäß der folgenden Gleichung (5) ermittelt werden:
Entsprechende Zusammenhänge gelten auch für die anderen beiden Teilleitungen b, c. Die zugehörigen Gleichungen ergeben sich durch entsprechende Vertauschungen der Indices.
Es werden nunmehr in einem ersten Schritt die Ströme und Spannungen in den Messorten A, B, C gemessen. Diese Messungen erfolgen in zeitlich aufeinanderfolgenden Abtastzeitpunkten, so dass sich immer jeweilige Abtastwerte für die Ströme und die Spannungen ergeben.
Diese zeitlich aufeinanderfolgenden Ströme und Spannungen werden von jedem der Messorte A, B, C an jeden anderen Messort übermittelt, wobei immer die Realteile und die Imaginärteile weitergegeben werden. Ebenfalls ist es möglich, dass die Ströme und Spannungen von jedem der Messorte A, B, C an eine zentrale Stelle übermittelt werden. Die Übermittlungen können wieder auf beliebige Art und Weise erfolgen, insbesondere mit Hilfe von zusätzlichen Informationsleitungen.
In einem zweiten Schritt wird überprüft, ob ein Kurzschluss vorhanden ist. Dies kann dadurch erfolgen, dass geprüft wird, ob die folgende Gleichung (6) erfüllt ist:
Bei dieser Gleichung (6) wird von einem dreiphasigen Hochspannungsnetz mit der Nennspannung U_n ausgegangen.
Liegt kein Kurzschluss vor, so wird in einem dritten Schritt aus der Gleichung (5) unter Zuhilfenahme der ermittelten Ersatzwiderstände, -kapazitäten und -induktivitäten der Π-Ersatzschaltung auf den Phasenwinkel ϑ_A geschlossen. Entsprechendes gilt für die beiden anderen Phasenwinkel ϑ_B, ϑ_C.
In nachfolgenden Schritten wird fortlaufend mit Hilfe der Gleichung (6) überprüft, ob ein Kurzschluss vorliegt. Solange dies nicht der Fall ist, werden ebenfalls fortlaufend die Phasenwinkel ϑ_A, ϑ_B, ϑ_C berechnet. Diese Schritte können dabei auf die Abtastzeitpunkte für die Ströme und Spannungen abgestimmt sein.
Wird nunmehr aufgrund der Gleichung (6) ein Kurzschluss erkannt, so werden die zuletzt ermittelten Phasenwinkel ϑ_A, ϑ_B, ϑ_C beibehalten. Mit diesen zuletzt ermittelten Phasenwinkel ϑ_A, ϑ_B, ϑ_C sowie unter Zugrundelegung der Gleichung (1) werden dann die Ströme im Verknüpfungspunkt V nach den folgenden Gleichungen (7) berechnet:
Ein Fehler in den Teilleitungen a, b, c kann dadurch erkannt werden, dass eine relative Diskrepanz nach der folgenden Gleichung (8) berechnet wird:
In diese Gleichung (8) werden die sich aus den Messungen ergebenden und für die einzelnen Abtastzeitpunkte berechneten Ströme eingesetzt.
Ist die sich ergebende relative Diskrepanz größer als beispielsweise der Wert 0,1, so kann in diesem Fall auf einen vorhandenen Fehler geschlossen werden.
Die Berechnung der relativen Diskrepanz nach der Gleichung (8) und damit letztlich die Erkennung eines Fehlers kann in jedem der Messorte A, B, C durchgeführt werden. Ebenfalls ist es möglich, diese Berechnung und die Fehlererkennung in der bereits erwähnten zentralen Stelle durchzuführen.

Claims

Elektrisches Hochspannungsnetz mit einer zwischen mindestens zwei Messorten verlaufenden Leitung und einer Verarbeitungseinrichtung, wobei die beiden Messorte mit Mitteln zur Messung des in einem Abtastzeitpunkt über die Leitung fließenden Stroms und der in diesem Abtastzeitpunkt zugehörigen Spannung versehen sind, und wobei die Ströme in den beiden Messorten um einen Phasenwinkel zueinander verschoben sind, und wobei Mittel zur Übermittlung der gemessenen Ströme und der gemessenen Spannungen an die Verarbeitungseinrichtung vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verarbeitungseinrichtung mit Mitteln versehen ist, um aus den gemessenen Strömen und den gemessenen Spannungen die Phasenwinkel im fehlerfreien Zustand abzuleiten, und dass die Verarbeitungseinrichtung mit Mitteln zur Erkennung eines Fehlers in Abhängigkeit von den Phasenwinkeln versehen ist, wobei die Erkennung eines Fehlers abhängig ist von einer relativen Diskrepanz der gemessenen und über die Phasenwinkel angepassten Ströme hinsichtlich eines vorgegeben Schwellwerts, und wobei die Verarbeitungseinrichtung den zuletzt abgeleiteten Phasenwinkel im Fehlerfall beibehält.
Hochspannungsnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Verarbeitungseinrichtung sich in einem der Messorte befindet.
Hochspannungsnetz nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei drei Teilleitungen vorhanden sind, die eine verzweigte Leitung bilden.