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Die Erfindung bezieht sich auf Distanzschutzgeräte zum Überwachen einer elektrischen Energieübertragungsleitung und zum Erzeugen eines Fehlersignals im Falle eines Fehlers auf der Energieübertragungsleitung.
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Ein derartiges Distanzschutzgerät wird von der Siemens AG unter dem Produktnamen 7SA87 vertrieben. Dieses Distanzschutzgerät ist derart ausgestaltet, dass es im Rahmen der Fehlerüberwachung einen komplexen Impedanzwert, der die Impedanz der Energieübertragungsleitung, einschließlich einer oder mehrerer an die Energieübertragungsleitung angeschlossener elektrischer Lasten, nach Betrag und Phase angibt, bildet und den jeweiligen Impedanzwert hinsichtlich eines Fehlers auf der Energieübertragungsleitung auswertet. Das Distanzschutzgerät blockiert oder unterlässt eine Fehlersignalerzeugung, wenn der Impedanzwert innerhalb eines als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs liegt. Bei dem vorbekannten Distanzschutzgerät erfolgt die Prüfung, ob der jeweilige Impedanzwert innerhalb des als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs liegt oder nicht, unter anderem in Abhängigkeit von dem Betrag einer Vergleichsimpedanz.
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Außerdem ist ein solches Distanzschutzgerät auch aus der
US 5,367,426 A bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Distanzschutzgerät der eingangs angegebenen Art hinsichtlich des Auslöseverhaltens zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Distanzschutzgerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Distanzschutzgeräts sind in Unteransprüchen angegeben.
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Danach ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Distanzschutzgerät derart ausgestaltet ist, dass es die Fehlersignalerzeugung blockiert oder unterlässt, wenn der Phasenwinkel des Impedanzwerts innerhalb eines vorgegebenen Lastwinkelbereichs liegt, eine mit einem Stromschwellenwert gebildete und damit strombezogene Vergleichsbedingung erfüllt ist und eine mit einem Spannungsschwellenwert gebildete und damit spannungsbezogene Vergleichsbedingung, die von der strombezogenen Vergleichsbedingung verschieden ist, erfüllt ist.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Distanzschutzgeräts besteht darin, dass die Entscheidung, ob der Impedanzwert innerhalb eines als fehlerfrei anzusehenden Lastbereichs liegt oder nicht, näher als beim Stand der Technik anhand der physikalisch tatsächlich relevanten Größen, nämlich Strom und Spannung, getroffen wird. Beim Stand der Technik werden diese Größen lediglich mittelbar über die bereits erwähnte Vergleichsimpedanz berücksichtigt, wohingegen erfindungsgemäß eine konkrete individuelle Bezugnahme auf jede einzelne dieser Größen erfolgt, indem nämlich unabhängig voneinander sowohl eine strombezogene Vergleichsbedingung als auch eine spannungsbezogene Vergleichsbedingung geprüft wird. Aufgrund dieser Vorgehensweise lässt sich die Empfindlichkeit des Distanzschutzes verbessern oder es ergibt sich die Möglichkeit, die zu schützende Energieübertragungsleitung bei gleicher Empfindlichkeit stärker auszulasten.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Distanzschutzgeräts ist darin zu sehen, dass die Parameter, die in der strombezogenen Vergleichsbedingung und der spannungsbezogenen Vergleichsbedingung berücksichtigt werden, während des Betriebs der Energieübertragungsleitung angepasst oder aktualisiert werden können, beispielsweise anhand von Messwerten, die sich auf die Kurzschlussleistung einer an die Energieübertragungsleitung angeschlossenen Spannungsquelle und/oder den Phasenwinkel einer Innenimpedanz einer solchen Spannungsquelle beziehen.
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Vorzugsweise erfolgt die Prüfung, ob die strombezogene und die spannungsbezogene Vergleichsbedingung erfüllt sind, anhand des jeweiligen Impedanzwerts; demgemäß wird es als vorteilhaft angesehen, wenn die strombezogene Vergleichsbedingung und die spannungsbezogene Vergleichsbedingung jeweils den Impedanzmesswert oder zumindest auch den Impedanzmesswert betreffen. Das Distanzschutzgerät ist demgemäß bevorzugt derart ausgestaltet, dass es die Fehlersignalerzeugung blockiert oder unterlässt, wenn der Impedanzwert sowohl die strombezogene als auch die spannungsbezogene Vergleichsbedingung erfüllt.
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Besonders einfach und damit vorteilhaft lässt sich der als fehlerfrei angesehene bzw. anzusehende Lastbereich ermitteln und das Verfahren durchführen, wenn das Distanzschutzgerät derart ausgestaltet ist, dass es die Fehlersignalerzeugung blockiert oder unterlässt, wenn
die Bedingung |Z m – Z I| > rI und
die Bedingung |Z m – Z U| > rU
erfüllt sind, wobei Z m den Impedanzwert, Z U einen spannungsbezogenen Referenzzeiger, Z I, einen strombezogenen Referenzzeiger, rU einen spannungsbezogenen Schwellenwert und rI einen strombezogenen Schwellenwert bezeichnet.
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Vorzugsweise werden der spannungsbezogene Referenzzeiger, der strombezogene Referenzzeiger, der spannungsbezogene Schwellenwert und der strombezogene Schwellenwert ermittelt gemäß:
wobei U
N die Nennspannung einer an die Energieübertragungsleitung angeschlossenen Spannungsquelle, u
min den auf die Nennspannung bezogenen Spannungsschwellenwert (u
min = U
min/U
N), I
max den Stromschwellenwert, S
k die Kurzschlussleistung der Spannungsquelle und φ
TH den Phasenwinkel einer Innenimpedanz der Spannungsquelle bezeichnet.
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Falls die Kurzschlussleistung der Spannungsquelle sowie die Innenimpedanz der Spannungsquelle nicht ausreichend genau quantitativ bezifferbar sind, wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Distanzschutzgerät derart ausgestaltet ist, dass es die Fehlersignalerzeugung blockiert oder unterlässt, wenn die folgenden Bedingungen
erfüllt sind, wobei
Z m den Impedanzwert,
Z U,min einen spannungsbezogenen minimalen Referenzzeiger,
Z I,min einen strombezogenen minimalen Referenzzeiger,
Z U,max einen spannungsbezogenen maximalen Referenzzeiger,
Z I,max einen strombezogenen maximalen Referenzzeiger, r
U einen spannungsbezogenen Schwellenwert, r
I einen strombezogenen Schwellenwert, u
min den auf die Nennspannung bezogenen Spannungsschwellenwert und I
max den Stromschwellenwert bezeichnet.
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Bei der letztgenannten Ausgestaltung werden der spannungsbezogene minimale Referenzzeiger, der strombezogene minimale Referenzzeiger, der spannungsbezogene maximale Referenzzeiger, der strombezogene maximale Referenzzeiger, der spannungsbezogene Schwellenwert und der strombezogene Schwellenwert vorzugsweise berechnet gemäß:
wobei U
N die Nennspannung einer an die Energieübertragungsleitung angeschlossenen Spannungsquelle, u
min den auf die Nennspannung bezogenen Spannungsschwellenwert, I
max den Stromschwellenwert, S
k,max eine geschätzte maximale Kurzschlussleistung der Spannungsquelle, φ
TH,max einen geschätzten maximalen Phasenwinkel einer Innenimpedanz der Spannungsquelle, S
k,min eine geschätzte minimale Kurzschlussleistung der Spannungsquelle und φ
TH,min einen geschätzten minimalen Phasenwinkel der Innenimpedanz der Spannungsquelle bezeichnet.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung des Distanzschutzgeräts ist vorgesehen, dass die strombezogene Vergleichsbedingung und die spannungsbezogene Vergleichsbedingung nicht anhand des jeweiligen Impedanzwerts geprüft werden, sondern anhand des jeweiligen Stroms und der jeweiligen Spannung. Bei einer solchen Ausgestaltung wird es als vorteilhaft angesehen, wenn das Distanzschutzgerät derart ausgebildet ist, dass es die Fehlersignalerzeugung blockiert oder unterlässt, wenn der Strom durch die Energieübertragungsleitung die strombezogene Vergleichsbedingung erfüllt und die Spannung an der Energieübertragungsleitung die spannungsbezogene Vergleichsbedingung erfüllt.
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Mit Blick auf eine Fehlersignalerzeugung im Allgemeinen, also unabhängig bzw. getrennt von der Frage, ob der Impedanzwert innerhalb eines als fehlerfrei anzusehenden Lastbereichs liegt oder nicht, ist es vorteilhaft, wenn das Distanzschutzgerät derart ausgestaltet ist, dass es ein Fehlersignal erzeugt, wenn der Impedanzwert eines oder mehrere Auslösekriterien erfüllt, insbesondere innerhalb eines vorgegebenen Auslösepolygons in der komplexen Impedanzebene liegt, und die Fehlersignalerzeugung, wie oben beschrieben, nicht blockiert oder unterlassen werden soll.
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Vorzugsweise weist das Distanzschutzgerät eine Recheneinrichtung sowie einen Speicher auf, in dem unter anderem ein die Arbeitsweise des Distanzschutzgeräts festlegendes Betriebsprogramm sowie Betriebsparameter abgespeichert sind, die die zu schützende Energieübertragungsanordnung, insbesondere die zu schützende Energieübertragungsleitung und eine daran angeschlossene Spannungsquelle beschreiben. Das Betriebsprogramm ist bevorzugt derart ausgestaltet, dass die Recheneinrichtung eines der oder alle der oben beschriebenen Verfahren durchführen kann.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Energieübertragungsleitung und zum Erzeugen eines Fehlersignals im Falle eines Fehlers auf der Energieübertragungsleitung, wobei
- – im Rahmen der Fehlerüberwachung ein komplexer Impedanzwert, der die Impedanz der Energieübertragungsleitung, einschließlich einer oder mehrerer an die Energieübertragungsleitung angeschlossener elektrischer Lasten, nach Betrag und Phase angibt, gebildet wird und
- – der jeweilige Impedanzwert hinsichtlich eines Fehlers auf der Energieübertragungsleitung ausgewertet wird,
- – wobei eine Fehlersignalerzeugung blockiert oder unterlassen wird, wenn der Impedanzwert innerhalb eines als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs liegt.
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Bezüglich eines solchen Verfahrens wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Fehlersignalerzeugung blockiert oder unterlassen wird, wenn
- – der Phasenwinkel des Impedanzwerts innerhalb eines vorgegebenen Phasenwinkelbereichs liegt,
- – eine mit einem Stromschwellenwert gebildete und damit strombezogene Vergleichsbedingung erfüllt ist und
- – eine mit einem Spannungsschwellenwert gebildete und damit spannungsbezogene Vergleichsbedingung, die von der strombezogenen Vergleichsbedingung verschieden ist, erfüllt ist.
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Bezüglich der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Distanzschutzgerät verwiesen, da die Vorteile des erfindungsgemäßen Distanzschutzgeräts denen des erfindungsgemäßen Verfahrens im Wesentlichen entsprechen.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert; dabei zeigen beispielhaft
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1 ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Energieübertragungsanordnung, die mit einem Ausführungsbeispiel für ein erfindungsgemäßes Distanzschutzgerät ausgestattet ist,
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2 ein Ausführungsbeispiel für einen von dem Distanzschutzgerät gemäß 1 als fehlerfrei angesehenen Lastbereich innerhalb der Impedanzebene,
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3 die Ermittlung der Bereichsgrenzen des Lastbereichs gemäß 2 näher im Detail,
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4 ein Ausführungsbeispiel für ein Betriebsverfahren, das das Distanzschutzgerät gemäß 1 ausführen kann,
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5 ein zweites Ausführungsbeispiel für ein Betriebsverfahren, das das Distanzschutzgerät gemäß 1 ausführen kann und
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6 ein Ausführungsbeispiel für eine aus logischen Gattern bestehende Gatteranordnung, die das Betriebsverfahren gemäß 5 ausführen kann,
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7 ein drittes Ausführungsbeispiel für ein Betriebsverfahren, das das Distanzschutzgerät gemäß 1 ausführen kann.
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Die 1 zeigt eine elektrische Energieübertragungsanordnung, die eine eine Innenimpedanz Z th aufweisende Spannungsquelle 10 und eine beispielsweise dreiphasige Energieübertragungsleitung 20 umfasst.
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Die Energieübertragungsleitung 20 wird von einem Distanzschutzgerät 30 überwacht, das im Falle eines Fehlers auf der Energieübertragungsleitung 20 ein Fehlersignal Sf erzeugt. Das Distanzschutzgerät 30 ist zu diesem Zweck mittels Messsensoren oder Messwandlern oder dergleichen an die Energieübertragungsleitung 20 angeschlossen und misst die an der Energieübertragungsleitung 20 anliegenden Leiterspannungen U und die durch die Energieübertragungsleitung 20 fließenden Leiterströme I. Die Messsensoren bzw. Messwandler sind aus Gründen der Übersicht in der 1 nicht weiter dargestellt.
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Das Distanzschutzgerät 30 weist eine Recheneinrichtung 31 sowie einen Speicher 32 auf, in dem unter anderem ein die Arbeitsweise des Distanzschutzgeräts 30 festlegendes Betriebsprogramm B sowie Betriebsparameter P abgespeichert sind, die die Energieübertragungsanordnung, also die Spannungsquelle 10 und die dreiphasige Energieübertragungsleitung 20, beschreiben.
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Im Rahmen der Fehlerüberwachung bildet das Distanzschutzgerät 30 mit den gemessenen Strom- und Spannungsmesswerten für jede Leiter-Leiter-Schleife jeweils einen komplexen Impedanzwert Z m, der die Impedanz der Energieübertragungsleitung 20 sowie der daran angeschlossenen elektrischen Last nach Betrag und Phase für die jeweilige Leiter-Leiter-Schleife angibt. Den jeweiligen Impedanzwert Z m wertet das Distanzschutzgerät 30 aus und erzeugt das Fehlersignal Sf, wenn der Impedanzwert Z m eines oder mehrere Auslösekriterien erfüllt, insbesondere innerhalb eines vorgegebenen Auslösepolygons in der komplexen Impedanzebene liegt. Ein solches Auslösepolygon ist beispielhaft in der 2 gezeigt und dort mit dem Bezugszeichen ALP bezeichnet.
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Um zu vermeiden, dass ein Fehlersignal Sf erzeugt wird, obwohl dies nicht nötig wäre, ist bei dem Distanzschutzgerät 30 eine Blockierung und/oder ein Unterlassen der Fehlersignalerzeugung vorgesehen. Konkret blockiert oder unterlässt das Distanzschutzgerät 30 eine Fehlersignalerzeugung, wenn der Impedanzwert Z m innerhalb eines als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs LB liegt. Der Lastbereich LB wird durch zwei unter einem Winkel 2·φmax auseinander laufende Geraden G1 und G2, die eine Phasenwinkelbedingung für den Impedanzwert Z m bilden, sowie durch zwei krummlinige Kurvenabschnitte K1 und K2 begrenzt, die jeweils eine strombezogene Vergleichsbedingung und eine spannungsbezogene Vergleichsbedingung repräsentieren, wie weiter unten noch um Detail erläutert wird.
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Die 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel, wie der krummlinige Kurvenabschnitt K1 in 2 durch eine strombezogene Vergleichsbedingung und eine spannungsbezogene Vergleichsbedingung definiert werden kann, und zwar anhand einer Darstellung in der komplexen Impedanzebene. Die nachfolgenden Erläuterungen gelten für den krummlinigen Kurvenabschnitt K2 in 2 entsprechend.
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Es lässt sich in der 3 erkennen, dass der Kurvenabschnitt K1 aus zwei Kreisbögen KB1 und KB2 zusammengesetzt ist, die zu einem spannungsbezogenen Impedanzkreis Ki und einem strombezogenen Impedanzkreis Ku gehören.
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Der spannungsbezogene Impedanzkreis Ku wird durch einen spannungsbezogenen Referenzzeiger Z U und einen spannungsbezogenen Schwellenwert rU definiert.
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Der strombezogene Impedanzkreis Ki wird durch einen strombezogenen Referenzzeiger Z I und einen strombezogenen Schwellenwert rI definiert.
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Der spannungsbezogene Referenzzeiger
Z U, der strombezogene Referenzzeiger
Z I, der spannungsbezogene Schwellenwert r
U und der strombezogene Schwellenwert r
I werden vorzugsweise ermittelt gemäß:
wobei U
N die Nennspannung der an die Energieübertragungsleitung
20 angeschlossenen Spannungsquelle
10, u
min einen vorgegebenen auf die Nennspannung bezogenen Spannungsschwellenwert, I
max einen vorgegebenen Stromschwellenwert, S
k die Kurzschlussleistung der Spannungsquelle
20 und φ
TH den Phasenwinkel der Innenimpedanz
Z TH der Spannungsquelle
20 bezeichnet.
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Der vorgegebene Spannungsschwellenwert Umin anschaulich beschrieben eine Mindestspannung an, die im fehlerfreien Lastbetriebsfall an der Energieübertragungsleitung 20 zu erwarten ist.
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Der vorgegebene Stromschwellenwert Imax gibt anschaulich beschrieben einen Maximalstrom an, der im fehlerfreien Lastbetriebsfall an der Energieübertragungsleitung 20 erwartungsgemäß nicht überschritten wird.
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Zum Vergleich zeigt die 3 einen krummlinigen Kurvenabschnitt Kimp, der sich ergeben würde, wenn anstelle einer strombezogenen Vergleichsbedingung und einer spannungsbezogenen Vergleichsbedingung lediglich der Betrag der Impedanz berücksichtigt wird, also eine reine Betragsbetrachtung der Impedanz durchgeführt wird, gemäß |Z m| > |Zmin| Zmin gibt hier anschaulich beschrieben eine Minimalimpedanz an, die im fehlerfreien Lastbetriebsfall an der Energieübertragungsleitung 20 erwartungsgemäß anliegen sollte.
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In der 3 ist der Differenzbereich zwischen dem krummlinigen Kurvenabschnitt K1, der anhand der strombezogenen Vergleichsbedingung und der spannungsbezogene Vergleichsbedingung ermittelt wurde, und dem krummlinigen Kurvenabschnitt Kimp, der anhand der einfachen Minimalimpedanzbetrachtung ermittelt wurde, mit dem Bezugszeichen DIFF gekennzeichnet.
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Die 4 zeigt in Form eines Flussdiagramms ein Ausführungsbeispiel für die Arbeitsweise des Distanzschutzgeräts 30 bzw. des in dem Speicher 32 (vgl. 1) abgespeicherten Betriebsprogramms B. In dem Flussdiagramm symbolisiert das Bezugszeichen Y, dass eine Vergleichsbedingung erfüllt wird, und das Bezugszeichen N, dass eine Vergleichsbedingung nicht erfüllt wird.
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In einem Arbeitsschritt 100 wählt das Distanzschutzgerät 30 zunächst eine Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 aus. Für diese Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 ermittelt sie anschließend in einem Arbeitsschritt 110 einen Impedanzwert Z m. Dieser Schritt sowie die nachfolgenden Schritte werden vorzugsweise jeweils für jede Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 durchgeführt, sei dies parallel oder nacheinander.
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In einem nachfolgenden Arbeitsschritt 120 prüft das Distanzschutzgerät 30, ob der Impedanzwert Z m für die ausgewählte Leiter-Leiter-Schleife innerhalb eines vorgegebenen Lastwinkelbereichs liegt, der durch einen Winkelwert φmax festgelegt ist. Der Winkelwert φmax ist einer der Betriebsparameter P, die in dem Speicher 32 gemäß 1 abgespeichert sind.
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Liegt der Impedanzwert Z m innerhalb des vorgegebenen Lastwinkelbereichs, so springt das Distanzschutzgerät 30 zu Arbeitsschritt 130 und prüft die folgende strombezogene Vergleichsbedingung: |Z m – Z I| > rI wobei Z I den strombezogenen Referenzzeiger und rI den strombezogenen Schwellenwert gemäß 3 bezeichnen.
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Ist die strombezogene Vergleichsbedingung erfüllt, springt das Distanzschutzgerät 30 zu Arbeitsschritt 140 und prüft die folgende spannungsbezogene Vergleichsbedingung: |Z m – Z U| > rU Z U bezeichnet den spannungsbezogenen Referenzzeiger und rU den spannungsbezogenen Schwellenwert gemäß 3.
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Sind die strombezogene und die spannungsbezogene Vergleichsbedingung erfüllt, stellt das Distanzschutzgerät 30 fest, dass der Impedanzwert Z m innerhalb des als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs LB (vgl. 2) liegt und unterlässt oder blockiert die Erzeugung eines Fehlersignals Sf (Funktionsblock 150).
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Stellt das Distanzschutzgerät 30 bei einem der Arbeitsschritte 120, 130 oder 140 fest, dass eine der Bedingungen nicht erfüllt wird, schließt sie daraus, dass der Impedanzwert Z m nicht innerhalb des als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs LB (vgl. 2 und 3) liegt und springt zu Funktionsblock 160, in dem weitere Untersuchungen durchgeführt werden.
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Beispielsweise kann das Distanzschutzgerät 30 im Funktionsblock 160 prüfen, ob der Impedanzwert Z m innerhalb des Auslösepolygons ALP gemäß 2 liegt. Ist dies der Fall, erzeugt das Distanzschutzgerät 30 das Fehlersignal Sf, mit dem ein Fehler auf der Energieübertragungsleitung 20 angezeigt wird. Liegt der Impedanzwert Z m außerhalb des Auslösepolygons ALP gemäß 2, wird das Distanzschutzgerät 30 demgemäß kein Fehlersignal Sf erzeugen.
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Die 5 zeigt in Form eines Flussdiagramms ein zweites Ausführungsbeispiel für eine mögliche Arbeitsweise des Distanzschutzgeräts 30 bzw. des in dem Speicher 32 (vgl. 1) abgespeicherten Betriebsprogramms B. In dem Flussdiagramm symbolisiert das Bezugszeichen Y, dass eine Vergleichsbedingung erfüllt wird, und das Bezugszeichen N, dass eine Vergleichsbedingung nicht erfüllt wird.
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In einem Arbeitsschritt 200 wählt das Distanzschutzgerät 30 eine Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 aus. Für diese Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 ermittelt sie anschließend in einem Arbeitsschritt 210 einen Impedanzwert Z m. Dieser Schritt sowie die nachfolgenden Schritte werden vorzugsweise jeweils für jede Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 durchgeführt, sei dies parallel oder nacheinander.
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In einem Arbeitsschritt 220 prüft das Distanzschutzgerät 30 , ob der Impedanzwert Z m innerhalb eines vorgegebenen Lastwinkelbereichs liegt, der durch einen Winkelwert φmax festgelegt ist. Der Winkelwert φmax ist einer der Betriebsparameter P, die in dem Speicher 32 gemäß 1 abgespeichert sind.
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Liegt der Impedanzwert
Z m innerhalb des vorgegebenen Lastwinkelbereichs, so springt das Distanzschutzgerät
30 zu einem Funktionsblock
230, der anhand von Vergleichsschritten
231 bis
235 prüft, ob die folgende mehrstufige Impedanzbedingung
erfüllt ist.
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Z U,min bezeichnet hier einen spannungsbezogenen minimalen Referenzzeiger, Z l,min einen strombezogenen minimalen Referenzzeiger, Z U,max einen spannungsbezogenen maximalen Referenzzeiger, Z I,max einen strombezogenen maximalen Referenzzeiger, rU einen spannungsbezogenen Schwellenwert, rI einen strombezogenen Schwellenwert, umin den bezogenen Spannungsschwellenwert und Imax den Stromschwellenwert .
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Durch die mehrstufige Impedanzbedingung wird die Kurve K1, die den Lastbereich LB in 3 begrenzt, nicht durch zwei Kreisbögen KB1 und KB2 – wie in 3 gezeigt – definiert, sondern durch insgesamt vier Kreisbögen, die zu vier Impedanzkreisen gehören. Die vier Impedanzkreise bilden sich um den spannungsbezogenen minimalen Referenzzeiger Z U,min, den strombezogenen minimalen Referenzzeiger Z I,min den spannungsbezogenen maximalen Referenzzeiger Z U,max und den strombezogenen maximalen Referenzzeiger Z I,max und weisen jeweils als Radius den spannungsbezogenen Schwellenwert rU oder den strombezogenen Schwellenwert rI auf.
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Der spannungsbezogene minimale Referenzzeiger, der strombezogene minimale Referenzzeiger, der spannungsbezogene maximale Referenzzeiger, der strombezogene maximale Referenzzeiger, der spannungsbezogene Schwellenwert und der strombezogene Schwellenwert werden vorzugsweise berechnet gemäß:
wobei U
N die Nennspannung der an die Energieübertragungsleitung
20 angeschlossenen Spannungsquelle
10, u
min den bezogenen Spannungsschwellenwert, I
max den Stromschwellenwert, S
k,max eine geschätzte maximale Kurzschlussleistung der Spannungsquelle
10, φ
TH,max einen geschätzten maximalen Phasenwinkel der Innenimpedanz
Z TH der Spannungsquelle
10, S
k,min eine geschätzte minimale Kurzschlussleistung der Spannungsquelle
20 und φ
TH,min einen geschätzten minimalen Phasenwinkel der Innenimpedanz
Z TH der Spannungsquelle
10 bezeichnet.
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Ist die mehrstufige Impedanzbedingung erfüllt, stellt das Distanzschutzgerät 30 im Funktionsblock 250 fest, dass der Impedanzwert Z m innerhalb des als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs LB (vgl. 2) liegt und unterlässt oder blockiert die Erzeugung eines Fehlersignals Sf.
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Stellt das Distanzschutzgerät 30 hingegen fest, dass die mehrstufige Impedanzbedingung nicht erfüllt wird, schließt sie daraus, dass der Impedanzwert Z m nicht innerhalb des als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs LB (vg. 2) liegt und springt zu Funktionsblock 260, in dem weitere Untersuchungen durchgeführt werden.
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Beispielsweise kann das Distanzschutzgerät 30 im Funktionsblock 260 prüfen, ob der Impedanzwert Z m innerhalb des Auslösepolygons ALP gemäß 2 liegt. Ist dies der Fall, erzeugt das Distanzschutzgerät 30 das Fehlersignal Sf, mit dem ein Fehler auf der Energieübertragungsleitung 20 angezeigt wird. Liegt der Impedanzwert Z m außerhalb des Auslösepolygons ALP gemäß 2, wird das Distanzschutzgerät 30 demgemäß kein Fehlersignal Sf erzeugen.
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Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Implementierung des Verfahrens gemäß 4 mittels logischer Bausteine, nämlich dreier UND-Gatter 510, 520 und 530 sowie eines ODER-Gatters 540.
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Die 7 zeigt in Form eines Flussdiagramms ein drittes Ausführungsbeispiel für eine mögliche Arbeitsweise des Distanzschutzgeräts 30 bzw. des in dem Speicher 32 (vgl. 1) abgespeicherten Betriebsprogramms B. In dem Flussdiagramm symbolisiert das Bezugszeichen Y, dass eine Vergleichsbedingung erfüllt wird, und das Bezugszeichen N, dass eine Vergleichsbedingung nicht erfüllt wird.
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In einem Arbeitsschritt 300 wählt das Distanzschutzgerät 30 eine Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 aus. Für diese Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 ermittelt sie anschließend in einem Arbeitsschritt 310 einen Impedanzwert Z m. Dieser Schritt sowie die nachfolgenden Schritte werden vorzugsweise jeweils für jede Leiter-Leiter-Schleife der dreiphasigen Energieübertragungsleitung 20 durchgeführt, sei dies parallel oder nacheinander.
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In einem nachfolgenden Arbeitsschritt 320 prüft das Distanzschutzgerät 30, ob der Impedanzwert Z m innerhalb eines vorgegebenen Lastwinkelbereichs liegt, der durch einen Winkelwert φmax festgelegt ist. Der Winkelwert φmax ist einer der Betriebsparameter 2, die in dem Speicher 32 gemäß 1 abgespeichert sind.
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Liegt der Impedanzwert Z m innerhalb des vorgegebenen Lastwinkelbereichs, so springt das Distanzschutzgerät 30 zu Arbeitsschritt 330 und prüft die folgende spannungsbezogene Vergleichsbedingung: Um > Umin wobei Um die Spannung an der Energieübertragungsleitung 20 und Umin einen vorgegebenen Spannungsschwellenwert bezeichnet. Der vorgegebene Spannungsschwellenwert Umin gibt anschaulich beschrieben eine Mindestspannung an, die im fehlerfreien Lastbetriebsfall an der Energieübertragungsleitung 20 zu erwarten ist.
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Ist die spannungsbezogene Vergleichsbedingung erfüllt, springt das Distanzschutzgerät 30 zu Arbeitsschritt 340 und prüft die folgende strombezogene Vergleichsbedingung: Im > Imax wobei Im den Strom durch Energieübertragungsleitung 20 und Imax einen vorgegebenen Stromschwellenwert bezeichnet. Der vorgegebene Stromschwellenwert Imax gibt anschaulich beschrieben einen Maximalstrom an, der im fehlerfreien Lastbetriebsfall an der Energieübertragungsleitung 20 erwartungsgemäß nicht überschritten wird.
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Sind die strombezogene und spannungsbezogene Vergleichsbedingung erfüllt, stellt das Distanzschutzgerät 30 in Arbeitsschritt 350 fest, dass der Impedanzwert Z m innerhalb des als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs LB (vgl. 2) liegt und unterlässt oder blockiert die Erzeugung eines Fehlersignals Sf.
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Stellt das Distanzschutzgerät 30 bei einem der Arbeitsschritte 320, 330 oder 340 fest, dass eine der Bedingungen nicht erfüllt wird, schließt sie daraus, dass der Impedanzwert Z m nicht innerhalb des als fehlerfrei angesehenen Lastbereichs LB (vgl. 2) liegt und springt zu Funktionsblock 360, in dem weitere Untersuchungen durchgeführt werden.
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Beispielsweise kann das Distanzschutzgerät 30 im Funktionsblock 360 prüfen, ob der Impedanzwert Z m innerhalb des Auslösepolygons ALP gemäß 2 liegt. Ist dies der Fall, erzeugt das Distanzschutzgerät 30 das Fehlersignal Sf, mit dem ein Fehler auf der Energieübertragungsleitung 20 angezeigt wird. Liegt der Impedanzwert Zm außerhalb des Auslösepolygons ALP gemäß 2, wird das Distanzschutzgerät 30 demgemäß kein Fehlersignal Sf erzeugen.
wobei UN die Nennspannung einer an die Energieübertragungsleitung angeschlossenen Spannungsquelle, umin den auf die Nennspannung bezogenen Spannungsschwellenwert (umin = Umin/UN), Imax den Stromschwellenwert, Sk die Kurzschlussleistung der Spannungsquelle und φTH den Phasenwinkel einer Innenimpedanz der Spannungsquelle bezeichnet.
wobei UN die Nennspannung einer an die Energieübertragungsleitung angeschlossenen Spannungsquelle, umin den auf die Nennspannung bezogenen Spannungsschwellenwert, Imax den Stromschwellenwert, Sk,max eine geschätzte maximale Kurzschlussleistung der Spannungsquelle, φTH,max einen geschätzten maximalen Phasenwinkel einer Innenimpedanz der Spannungsquelle, Sk,min eine geschätzte minimale Kurzschlussleistung der Spannungsquelle und φTH,min einen geschätzten minimalen Phasenwinkel der Innenimpedanz der Spannungsquelle bezeichnet.
wobei UN die Nennspannung einer an die Energieübertragungsleitung (