DE102008024420A1

DE102008024420A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Schaltzeitpunktes eines elektrischen Schaltgerätes

Info

Publication number: DE102008024420A1
Application number: DE200810024420
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Dipl.-Ing. Richter; Christian Dr. Wallner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2008-05-16
Filing date: 2008-05-16
Publication date: 2009-11-19
Also published as: CA2724224A1; US20110148222A1; CN102027557A; RU2507623C2; EP2274758A1; CN102027557B; BRPI0911975A2; RU2010151662A; WO2009138395A1

Abstract

Um ein Verfahren zur Bestimmung eines Schaltzeitpunktes eines elektrischen Schaltgerätes mit einer Unterbrecherstrecke (1), die zwischen einem mit einer treibenden Spannung (4) beaufschlagten ersten Leistungsabschnitt (2) und einem nach einem Ausschaltvorgang des Schaltgerätes einen Schwingkreis ausbildenden zweiten Leitungsabschnitt (3) angeordnet ist, auszubilden, mit dem ein bestmöglicher Schaltzeitpunkt für ein elektrisches Schaltgerät zur Minimierung von transienten Überspannungen bestimmbar ist, wird vorgeschlagen, dass entweder - ein zeitlicher Verlauf einer sich über der Unterbrecherstrecke (1) einstellenden Spannung während eines Abtastzeitraumes (t1) ermittelt wird, - aus dem zeitlichen Verlauf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und daraus wiederum ein Zeitfenster (Deltat) bestimmt werden - und ein Schaltzeitpunkt durch Bestimmung eines Nulldurchganges einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Einhüllenden eines anhand des zeitlichen Verlaufs berechneten zukünftigen Verlaufes nach einem definierten Zeitraum (t2) nach dem Ausschaltvorgang in dem Zeitfenster (Deltat) festgelegt wird oder dass - ein zeitlicher Verlauf einer sich über der Unterbrecherstrecke (1) einstellenden Spannung während eines Abtastzeitraumes (t1) ermittelt wird, - ein zukünftiger Verlauf der Spannung über der Unterbrecherstrecke, die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und daraus wiederum ein Zeitfenster (Deltat) aus dem ermittelten zeitlichen Verlauf bestimmt werden und - ein ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Schaltzeitpunktes eines elektrischen Schaltgerätes mit einer Unterbrecherstrecke, die zwischen einem mit einer treibenden Spannung beaufschlagten ersten Leitungsabschnitt und einem nach einem Ausschaltvorgang des Schaltgerätes einen Schwingkreis ausbildenden zweiten Leitungsabschnitt angeordnet ist.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 2005 005 228 A1 bekannt. Dort offenbart ist ein Verfahren zur Bestimmung eines Schaltzeitpunktes eines elektrischen Schaltgerätes in Form einer gasisolierten Schaltanlage, die einen ersten Leitungsabschnitt mit einem Generator, welcher den ersten Leitungsabschnitt mit einer treibenden Spannung beaufschlagt mit einem zweiten Leitungsabschnitt in Form einer Freileitung verbindet bzw. von diesem trennen kann. Eine solche Freileitung bildet in bekannter Weise nach Abschalten des elektrischen Schaltgerätes und Trennen von dem ersten Leitungsabschnitt mit dem Generator und der treibenden Spannung einen Schwingkreis aus, wobei die Freileitung in bekannter Weise sowohl über kapazitive als auch induktive Widerstände verfügt und mittels Drosseln als variablen Induktivitäten kompensiert werden kann. Beim Zuschalten des ersten Leitungsabschnittes mit der treibenden Spannung entstehen transiente Überspannungen, die zu Überschlägen oder anderen Störungen führen können. Zur Reduzierung dieser transienten Überspannungen offenbart die DE 10 2005 005 228 A1 daher ein Verfahren, mit dem ein Schaltzeitpunkt zum Zuschalten eines elektrischen Schaltgerätes bestimmbar ist, wobei mittels mathema tischer Methoden ein Schaltzeitpunkt bestimmt wird, der möglichst nahe an Nulldurchgängen der treibenden Spannung und einer sich in dem Schwingkreis der Freileitung einstellenden Schwingspannung durch Gewichtung mit verschiedenen Kriterien ausgewählt wird. Das in der DE 10 2005 005 228 A1 offenbarte Verfahren zur Ermittlung der zeitliche Verläufe der Spannungen beruht dabei auf der dort beschriebenen Prony-Methode.
Ein anderes bekanntes Verfahren der eingangs erwähnten Art beruht auf der so genannten Mustererkennung, bei der ein Schaltzeitpunkt eines elektrischen Schaltgerätes aus einem Nulldurchgang einer Einhüllenden der sich über der Unterbrecherstrecke einstellenden Spannung bestimmbar ist.
Das in der DE 10 2005 005 228 A1 beschriebene Verfahren ist aufwendig, weil dabei eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden Nulldurchgängen der treibenden und der resultierenden Spannung in Relation zueinander betrachtet und mit verschiedenen Kriterien gewichtet werden müssen. Das andere Verfahren der Mustererkennung führt nicht immer zu dem gewünschten Ergebnis, weil die Einhüllende der sich über der Unterbrecherstrecke einstellenden Spannung eine vom Kompensationsgrad der Freileitung und damit von der Resonanzfrequenz des Schwingkreises abhängende Frequenz aufweist, so dass gegebenenfalls bei einem festgelegten Zeitfenster ein solcher Nulldurchgang der Einhüllenden bei einem veränderten Kompensationsgrad nicht im Zeitfenster liegt und somit kein bestmöglicher Schaltzeitpunkt bestimmbar ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs erwähnten Art auszubilden, mit dem ein bestmöglicher Schaltzeitpunkt für ein elektrisches Schaltgerät zur Minimierung von transienten Überspannungen bestimmbar ist.
Erfindungsgemäß gelöst wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch, dass

– ein zeitlicher Verlauf einer sich über der Unterbrecherstrecke einstellenden Spannung während eines Abtastzeitraumes ermittelt wird,
– aus dem zeitlichen Verlauf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und daraus wiederum ein Zeitfenster bestimmt werden,
– und ein Schaltzeitpunkt durch Bestimmung eines Nulldurchganges einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Einhüllenden eines anhand des zeitlichen Verlaufs berechneten zukünftigen Verlaufes nach einem definierten Zeitraum nach dem Ausschaltvorgang in dem Zeitfenster festgelegt wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei den Vorteil auf, dass das ermittelte Zeitfenster durch die Resonanzfrequenz des von der Freileitung mit ihrem kapazitiven Leitungswiderstand und den Kompensationsdrosseln gebildeten Schwingkreises in Abhängigkeit vom Kompensationsgrad bestimmt ist, so dass gewährleistet ist, dass in diesem Zeitfenster ein Nulldurchgang der Einhüllenden des zeitlichen Verlaufes der sich über der Unterbrecherstrecke einstellenden Spannung enthalten ist, und damit ein optimaler Schaltzeitpunkt in dem Zeitfenster bestimmbar ist und ein Zuschalten des Schaltgerätes und des ersten Leitungsabschnittes an dem zweiten Leitungsabschnitt unter geringstmöglichen transienten Überspannungen stattfinden kann. Der definierte Zeitraum nach dem Ausschaltvorgang bestimmt sich dabei aus allgemeinen Anforderungen an den Schaltzeitpunkt, beispielsweise kann dies bei einer Hochspannungsübertragungsleitung ein Zeitraum von 300 ms sein, nach dem beispielsweise bei einer Kurzunterbrechung das Schaltgerät frühestens wieder zugeschaltet werden darf.
In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die genannte Aufgabe dadurch gelöst, dass

– ein zeitlicher Verlauf einer sich über der Unterbrecherstrecke einstellenden Spannung während eines Abtastzeitraumes ermittelt wird,
– ein zukünftiger Verlauf der Spannung über der Unterbrecherstrecke, die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und daraus wiederum ein Zeitfenster aus dem ermittelten zeitlichen Verlauf bestimmt werden,
– und ein Schaltzeitpunkt durch Bestimmung eines mit Kriterien der treibenden Spannung und Schwingkreisspannung gewichteten Nulldurchganges der Spannung über der Unterbrecherstrecke nach einem definierten Zeitraum nach dem Ausschaltvorgang im ermittelten Zeitfenster festgelegt wird.

Die eines mit Kriterien der treibenden Spannung und Schwingkreisspannung gewichteten Nulldurchganges der Spannung über der Unterbrecherstrecke geschieht dabei wie in der DE 10 2005 005 228 A1 beschrieben, die mit dieser Bezugnahme Teil der vorliegenden Offenbarung ist. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird dabei in vorteilhafter Weise die Anzahl der zueinander in Relation zu setzenden Verlaufspunkte von treibender und Schwingkreisspannung bei Nulldurchgängen der ermittelten Spannung über der Unterbrecherstrecke und deren Gewichtung zueinander auf den durch das Zeitfenster bestimmten Zeitraum begrenzt, so dass der zu betreibende Aufwand deutlich reduziert ist, weil das ermittelte Zeitfenster durch die Resonanzfrequenz des von der Freileitung mit ihrem kapazitiven Leitungswiderstand und den Kompensationsdrosseln gebildeten Schwingkreises in Abhängigkeit vom Kompensationsgrad bestimmt ist, so dass gewährleistet ist, dass in diesem Zeitfenster ein optimaler Schaltzeitpunkt in dem Zeitfenster be stimmbar ist und ein Zuschalten des Schaltgerätes und des ersten Leitungsabschnittes an dem zweiten Leitungsabschnitt unter geringstmöglichen transienten Überspannungen stattfinden kann. Der definierte Zeitraum nach dem Ausschaltvorgang bestimmt sich dabei aus allgemeinen Anforderungen an den Schaltzeitpunkt, beispielsweise kann dies bei einer Hochspannungsübertragungsleitung ein Zeitraum von 300 ms sein, nach dem beispielsweise bei einer Kurzunterbrechung das Schaltgerät wieder zugeschaltet werden darf.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur und von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die beiliegenden Figuren näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen schematischen Aufbau eines Elektroenergieübertragungsnetzes,
2 den Verlauf einer resultierenden Spannung, und
3 einen Verlauf von verschiedenen Spannungen.
1 zeigt einen prinzipiellen Aufbau eines Leitungsabschnittes innerhalb eines Elektroenergieübertragungsnetzes. Ein elektrisches Schaltgerät weist eine Unterbrecherstrecke 1 auf, die beispielsweise aus zwei relativ zueinander bewegbaren Kontaktstücken gebildet ist. Über die Unterbrecherstrecke 1 sind ein erster Leitungsabschnitt 2 sowie ein zweiter Leitungsabschnitt 3 miteinander zusammenschaltbar bzw. auftrennbar. Der erste Leitungsabschnitt 2 weist einen Generator 4 auf, welcher eine treibende Spannung liefert, die beispielsweise eine 50 Hz Wechselspannung eines Mehrphasenspannungs systems ist. Der zweite Leitungsabschnitt 3 weist eine Freileitung 5 auf, welche an ihrem ersten Ende mit einer ersten Drossel 6 gegen Erdpotential 7 und an ihrem zweiten Ende über eine zweite Drossel 8 gegen Erdpotential 7 verschaltbar ist. Weiterhin kann auch zusätzlich vorgesehen sein, eine weitere Drossel 9 zu der zweiten Drossel 8 zu verschalten. Durch verschiedene Schalteinrichtungen 10 sind die Drosseln 6, 8, 9 in verschiedenen Varianten gegen das Erdpotential 7 verschaltbar. Dadurch ist es möglich, in Abhängigkeit der Lastsituation die Freileitung 5 mit verschiedenen Graden zu kompensieren, so dass der kapazitive Widerstand XC der Freileitung durch den induktiven Widerstand XL der Drosseln überkompensiert oder unterkompensiert werden kann. Über das Verhältnis des kapazitiven Widerstandes XC der Freileitung und des induktiven Widerstandes XL aller Drosseln ist ein Kompensationsgrad K ermittelbar. Zur Einstellung des Kompensationsgrades K sind die Drosseln 6, 8, 9 verschieden zueinander schaltbar. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Drosseln einen verstellbaren induktiven Widerstand XL aufweisen. Dazu sind beispielsweise Tauchkerndrosseln einsetzbar.
In dem zweiten Leitungsabschnitt 3 ist nach einem Öffnen der Unterbrecherstrecke 1 über das Erdpotential 7 ein Schwingkreis ausbildbar. Zur Ausbildung eines Schwingkreises in dem zweiten Leitungsabschnitt 3 müssen entsprechende Strompfade über die Schalteinrichtungen 10 gegen Erdpotential 7 ausgebildet werden. Über die induktiven und kapazitiven Widerstände bildet sich ein Schwingkreis aus und in dem Schwingkreis kann ein Schwingstrom fließen, der von einer Schwingspannung getrieben ist.
2 zeigt beispielhaft einen sich über der Unterbrecherstrecke 1 ausbildenden resultierenden Spannungsverlauf bei einem bestimmten Kompensationsgrad durch die Drosseln 6, 8 und 9. Der Spannungsverlauf weist eine Vielzahl von Spannungsnulldurchgängen auf und zeigt eine Schwebung, welche im Wesentlichen bestimmt ist durch den Kompensationsgrad der Freileitung und damit durch die Resonanzfrequenz des Schwingkreises der Freileitung. Nach einem Abschaltvorgang des Schaltgerätes 1 zum Zeitpunkt t = 0 wird nun während eines Abtastzeitraumes t1, der größer, kleiner oder auch gleich einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Zeit sein kann, das sich einstellende Spannungssignal abgetastet und daraus eine gestrichelt dargestellte Einhüllende und somit die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und der Kompensationsgrad der Freileitung bestimmt, um daraus wiederum ein Zeitfenster Δt zu bestimmen, innerhalb dessen ein Nulldurchgang der Einhüllenden des Spannungssignals liegen muss, weil seine Breite mindestens einer halben Periode des Verlaufs der Einhüllenden des Spannungssignals entspricht. Nach einem Abschaltvorgang des Schaltgerätes 1 wird je nach Anforderung des Elektroenergieübertragungsnetzes nach einem bestimmten Zeitraum t2 als frühestmöglichem Zuschaltzeitpunkt die Zuschaltung des Schaltgerätes 1 wieder ermöglicht, wobei ab dem Zeitpunkt t2 der Zeitrahmen der Fensterbreite Δt für das Zuschalten des Schaltgerätes 1 zur Verfügung steht, in welchem Zeitrahmen Δt mindestens ein Nulldurchgang der Einhüllenden des Spannungssignals liegt, zu welchem Zeitpunkt dann ein Zuschalten des Schaltgerätes unter geringstmöglichen transienten Überspannungen ermöglicht ist.
3 zeigt eine andere Möglichkeit zur Bestimmung eines optimalen Zeitschaltpunktes für das Schaltgerät 1. A1 zeigt dabei den zeitlichen Verlauf der treibenden Spannung des Generators 4 der 1, B1 den zeitlichen Verlauf der resultierenden Schwingspannung der Freileitung 5 des zweiten Lei tungsabschnittes 3 aus der 1 und C1 die resultierende Spannung über der Unterbrechereinheit 1 als Differenz zwischen der treibenden Spannung A1 und der Schwingspannung B1. Die Nulldurchgänge der resultierenden Spannung C1 stellen potentielle Schaltzeitpunkte dar, wobei optimale Schaltzeitpunkte zum Zuschalten eines Schaltgerätes auch unter Gewichtung durch die Verläufe der treibenden Spannung A1 und der Schwingspannung B1 herausgefunden werden können, wie bereits in der DE 10 2005 005 228 A1 beschrieben, die hiermit Teil der vorliegenden Offenbarung ist. Im Ausführungsbeispiel wird dabei während eines Zeitraumes t1 nach einem Abschalten des Schaltgerätes der Spannungsverlauf ermittelt und daraus wie bereits mit Bezug auf die 2 beschrieben ein Zeitfenster anhand der Resonanzfrequenz des Schwingkreises und damit des Kompensationsgrades der Freileitung bestimmt, so dass nach einem durch die Anforderungen des Elektroenergieübertragungsnetzes bestimmten frühestmöglichen Zeitraum t2 das sich aus der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ergebende Zeitfenster Δt für einen Schaltzeitpunkt zur Verfügung steht, in welchem Zeitfenster Δt Nulldurchgänge der resultierenden Spannung C1 zu den Zeitpunkten T1 bzw. T2 als mögliche Schaltzeitpunkte unter Gewichtung mit den Verläufen der treibenden Spannung A1 und der Schwingspannung B1 durch mathematische Methoden wie in der DE 10 2005 005 228 A1 beschrieben ermittelt werden. Dazu sind die Spannungsverläufe A1, B1 und C1 lediglich in dem Zeitfenster Δt zu betrachten und miteinander in Beziehung zu setzen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005005228 A1 [0002, 0002, 0002, 0004, 0009, 0018, 0018]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Schaltzeitpunktes eines elektrischen Schaltgerätes mit einer Unterbrecherstrecke (1), die zwischen einem mit einer treibenden Spannung (4) beaufschlagten ersten Leitungsabschnitt (2) und einem nach einem Ausschaltvorgang des Schaltgerätes einen Schwingkreis ausbildenden zweiten Leitungsabschnitt (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zeitlicher Verlauf einer sich über der Unterbrecherstrecke (1) einstellenden Spannung während eines Abtastzeitraumes (t1) ermittelt wird, – aus dem zeitlichen Verlauf die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und daraus wiederum ein Zeitfenster (Δt) bestimmt werden, – und ein Schaltzeitpunkt durch Bestimmung eines Nulldurchganges einer der Resonanzfrequenz entsprechenden Einhüllenden eines anhand des zeitlichen Verlaufs berechneten zukünftigen Verlaufes nach einem definierten Zeitraum (t2) nach dem Ausschaltvorgang in dem Zeitfenster (Δt) festgelegt wird.
Verfahren zur Bestimmung eines Schaltzeitpunktes eines elektrischen Schaltgerätes (1) mit einer Unterbrecherstrecke, die zwischen einem mit einer treibenden Spannung (4) beaufschlagten ersten Leitungsabschnitt (2) und einem nach einem Ausschaltvorgang des Schaltgerätes (1) einen Schwingkreis ausbildenden zweiten Leitungsabschnitt (3) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – ein zeitlicher Verlauf einer sich über der Unterbrecherstrecke (1) einstellenden Spannung während eines Abtastzeitraumes (t1) ermittelt wird, – ein zukünftiger Verlauf der Spannung über der Unterbrecherstrecke, die Resonanzfrequenz des Schwingkreises und daraus wiederum ein Zeitfenster (Δt) aus dem ermittelten zeitlichen Verlauf bestimmt werden, – und ein Schaltzeitpunkt durch Bestimmung eines mit Kriterien der treibenden Spannung und Schwingkreisspannung gewichteten Nulldurchganges der Spannung über der Unterbrecherstrecke nach einem definierten Zeitraum (t2) nach dem Ausschaltvorgang im ermittelten Zeitfenster (Δt) festgelegt wird.