DE1903391A1

DE1903391A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fehlerermittlung und gegebenenfalls zur Ermittlung der fehlerhaften Phase bei einer Energieuebertragungsleitung

Info

Publication number: DE1903391A1
Application number: DE19691903391
Authority: DE
Inventors: Philippe Esclangon
Original assignee: Electricite de France SA
Current assignee: Electricite de France SA
Priority date: 1968-01-24
Filing date: 1969-01-23
Publication date: 1969-09-18
Also published as: FR1560518A; CA924407A; GB1258427A; US3590368A; CH477003A; BE727129A

Description

DR. MÜLLER-BORE DIPL.-IN6. GRALFS 1903391

DIPL.-PHYS. DR. MANITZ DIPL.-CHEM. DR. DEUFEL

PATENTANWÄLTE

23. Januar 1969 Fi/Sv - E 1000

ELEOTEIGITE DE PEANCE Service National

2 Eue Louis Murat, Paris 8, !Frankreich

Verfahren und Torrichtung zur Fehlerermittlung und gegebenenfalls zur Ermittlung der fehlerhaften Phase bei einer Energieübertragung s1eitung

Die Erfindung betrifft allgemein die Fehlerermittlung bei einer Energieübertragungsleitung, und insbesondere die Fehlerermittlung bei einem Dreiphasen-Leitungsbündel mit Auswahl der fehlerhaften Phase.

Es sind bereits verschiedene Schutzarten für Energieübertragungsfreileitungen mit sehr hoher Spannung bekannt, bei denen von einer Informationsübertragung zwischen den zwei Enden der zu schützenden Leitung Gebrauch gemacht wird. Dabei handelt es sich z.B. um einen Längsvergleichsschutz,. einen Längs-Phasenschutz&& oder einen gerichteten Längsschutz.

Neben den Nachteilen, die sich bei Verwendung einer Übertragungsverbindung zwangsläufig ergeben, muß bei diesen Schutzarten in Kauf genommen werden, daß sie sich als unempfindlich gegenüber Fehlern erweisen, die nicht zu einer

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ausreichend großen Änderung des Verhältnisses der Amplituden oder der Phasenverschiebungen der verglichenen Größen ihren. Außerdem kann bei diesen Schutzarten der kapazitive Ladestrom, der für lange Leitungen groß ist, zu Störungen führen und eine zu unrechter Zeit erfolgende Auslösung bewirken.

Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Schutzverfahrens und einer Schutzvorrichtung von der Art, bei der von einer Informationsübertragung Gebrauch gemacht wird, jedoch ohne den vorstehend erwähnten Kachteilen.

Gemäß der Erfindung wird zur Fehlerermittlung, insbesondere zur Fehlerermittlung auf einer Energieübertragungsleitung zwischen einer Überwachungsstation und einer entfernten Station an der Überwachungsstation ein "Vergleich einer von der entfernten Station übertragenen Information mit einer ähnlichen Information vorgenommen, die an der Überwachungsstation entnommen wird, wobei die verwendete Information wenigstens eine Prüfgröße aufweist, die dadurch gebildet wurde, daß von einer Spannungsgröße eine mit einer charakteristischen Impedanzgröße multiplizierte Stromgröße subtrahiert wird und der Wert der Prüfgröße an der entfernten Station vor Vergleich mit dem entsprechenden Wert der Prüfgröße an der Überwachungsstation durch einen Ausbreitungsfaktor beeinflußt wird.

Je nachdem ob das Ergebnis dieses Vergleichs verschieden von Null oder Null ist, ist ein Fehler vorhanden oder nicht.

Ein derartiges Verfahren, das sowohl zur Fehlerermittlung bei einer Einphasenleitung als auch zur Fehlerermittlung

bei einer Dreiphasenleitung, bei der es außerdem die Ausgeeignet ist. wahl der fehlerhaften Phse ermöglxcht,/weist aen Vorteil auf, daß es zu einer sicheren und schnellen Fehlerermittlung führt und ausreichend empfindlich ist, um diejenigen

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Fehler festzustellen, die weder zu einer Inversion der durchgehenden Leistung noch zu einer Überlastung der Leitung führen. Außerdem ist bei diesem Verfahren eine Unempfindlichkeit gegenüber kapazitiven Strömen im Fall langer Leitungen und gegenüber Leistungsschwankungen und Lastverhältnissen gegeben.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung beispielsweise beschrieben; in dieser zeigt:

Figur 1 ein vereinfachtes Blockdiagramm zur Erläuterung der Anwendung der Erfindung bei einer Einphasenleitung, und

Figur 2 ein Blockdiagramm, das eine Dreiphasenleitung betrifft.

Bekanntlich ist es möglich, eine mehrphasige Anordnung mit η Phasen mit η Spannungs- und Strom-Einphasensystemen, die Moden genannt werden, zu vergleichen. Jedes System breitet sich unabhängig auf mehreren der η Leiter der Mehrphasenanordnung aus und folgt individuell den Ausbreitungsgesetzen auf einer Einphasenleitung, und zwar mit Ausbreitungskonstanten, die von einem zum anderen System variabel sind.

Handelt es sich beispielsweise um eine Dreiphasen-Bündelleitung, so können drei Moden bestimmt werden, nämlich ein Zwischenphasen-Modus, ein bifilarer Modus und ein homopolarer Modus.

Wird außerdem der auf einer Leitung vorliegende Dauerzustand analysiert, so ist festzustellen, daß dieser Zustand eine Folge von zwei Wellen ist, von denen sich die progressive Welle oder Vorwärtswelle genannte Welle in einer Richtung ausbreitet, während sich die als Rückwärtswelle oder reflektierte Welle bezeichnete andere Welle in der anderen

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Richtung ausbreitet.

Diese Wellen besitzen an zwei verschiedenen Punkten der Leitung ein Amplitudenverhältnis in Abhängigkeit von dem Ausbreitungsfaktor auf der Leitung und sind um eine Zeit t gegeneinander zeitlich verschoben, die gleich der Ausbreitungszeit zwischen diesen zwei Punkten ist.

Diese Beziehungen sind unabhängig von dem auf der Leitung herrschenden Zustand und hängen nur von den Charakteristiken der Leitung ab, werden jedoch durch einen beliebigen auf dieser Leitung auftretenden Fehler beeinflußt. Tatsächlich führt ein derartiger Fehler zu einer erheblichen Änderung des Ausbreitungsfaktors.

Auf diesen vorstehend zusammengefaßten Betrachtungen basiert die Erfindung.

Zum besseren Verständnis der Erfindung wird zunächst kurz eine Anwendung der Erfindung bei einer Einphasenleitung unter Bezugnahme auf die Fig. 1 betrachtet.

In dieser bei 10 dargestellten Leitung sind schematisch bei A eine Überwachungsstation und bei B eine entfernte Station angegeben, welche einen gegenseitigen Abstand von d aufweisen und zwischen denen das Auftreten eines eventuellen Fehlers festgestellt werden soll.

An der Überwachungsstation A erhält ein Rechenelement 11A die Spannung VA und IA der Leitung und bildet eine Prüfgröße:

UA = VA - Zc IA,

wobei in diesem Ausdruck Zc die charakteristische Impedanz der Leitung ist.

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In gleicher Weise bildet an der entfernten Station B ein Rechenelement 11B den entsprechenden Wert UB dieser Prüfgröße:

UB = YB - Zc IB.

Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, UA mit UB nach Multiplikation von UB mit dem Ausbreitungsfaktor e " zu vergleichen, wobei 2f die Ausbreitungskonstante auf der Leitung ist, die durch folgenden Ausdruck gegeben ist:

Das erste Glied des- Ausbreitungsfaktors e " ist somit ein Amplitudenverhältnis, und das zweite Glied stellte eine Verzögerung dar.

Im Hinblick auf die einleitenden Betrachtungen ist somit leicht zu verstehen, daß dann, wenn UB^e "* gleich UA ist, die Ausbreitung auf der Leitung normal und kein Fehler vorhanden ist. Wenn UB.e ~« von UA verschieden ist, liegt ein Fehler vor, der den Wert der Ausbreitungskonstante geändert hat.

In der Praxis und wie in 3Fig. "I schematisch angegeben ist, kann der Vergleich der Werte der Prüfgröße an den Stationen A und B gemäß der Erfindung in folgender Weise vor sich gehen;

Die eiraieimüe £Stat;ioii 3 ist mit der 'CberwaciOingsstation mittels einer Übertre.guiigsver'binduiig 15 verbunden. Gemäß dem dargestellt eil Beispiel "besitat diese Verbindung 15 ο ine Aus-

-1 S r!

treitungsseit, die die das Glied e ^ϋ *" entsprechende Verzögerung eiafüis'j > ¥=5jm die ,iiUEDrei^nngsaalt geringer als die

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gewünschte Verzögerung Ist, kann eine Verzögerungsleitung wie 16 in die Verbindung eingefügt werden. -

Die Überwachungsstation A weist ein Vergleichselement 17 "-'-

—t)L d

auf, das UA und UB empfängt und UB.e mit UA vergleicht. Es kann sich dabei beispielsweise um einen'Kathodenstrahloszillographen handeln, dessen Verstärker Verstärkungsfaktoren besitzen, die in der Weise geregelt sind, daß die Dämpfungen in der Leitung 10 und in der Leitung '15 im- Verhältnis des Amplitudenfaktors e ~ kompensiert werden.

Fig. 2 betrifft die Anwendung der Erfindung auf eine Dreiphasenleitung, deren Phasen 1, .2, 3 schematisch bei 1, 2.,-..3. angegeben sind.

Wenn es sich beispielsweise um die Phase 1 handelt, wird die Spännung V1 an der Station A einem Rechenelement 1IA über einen Spannungs-Untersetzungstransformator 20 zugeführt. Parallel dazu liegt ein Strom-Untersetzungstransformator 21, dessen Sekundärwicklung einen Nebenschlußwiderstand 22 aufweist, an das Rechenelement 11A eine zu dem Strom 11 der Phase proportionale Spannung an.

Analoge Einrichtungen sind für die anderen Phasen vorgesehen. . ■ ;

Das Rechenelement 11Ä weist einerseits numerische Wandler.23, welche die verschiedenen vorstehend angeführten Spannungen erhalten und diese beispielsweise alle Millisekunden in..-- numerische Werte -umformen, sowie andererseits einen Rechen--"block 24 auf, der an der Station J, den- Wert der awel folgenden'Prüf großen bildet; . - ' -."■'■-. - - - "' ' πΐ> Y1 + E1 V2 + ¥3 - Zd (11- + c1 12 + 13) '»" ¥1 - V3 - Zc2 (12 -

9098 3 8/Q-8 4Ö/ , ' "

BAD ORiGlNAi

In diesen Ausdrücken sind K1 und c1 die dem Zwischenphasen-Ausbreitungsmodus entsprechenden Koeffizienten für die Spannungen und die Ströme, Zd und Zc2 die dem Zwischenphasen-Ausbr-eitungsmodus und dem bifilaren Ausbreitungsmodus entsprechenden charakteristischen Impedanzeil, und 11, 12, 15 werden positiv von A nach B gezählt.

Es seien Ui (A) und U2 (A) die Werte der Prüfgrößen U1 und U2 der Überwachungsstation A, wie sie durch den Rechenblock 2Ά- des Rechenelements 11A dieser Station'gebildet werden.

Parallel dazu bildet an der entfernten Station B ein analoges Rechenelement 11B die entsprechenden Werte U1 (B) und U2 (B) dieser Prüfgrößen. Diese Werte werden über eine beliebige Übertragungsverbindung 25 zur Überwachungsstation A übertragen.

An der Station A werden die Werte U1 (B) und U2 (B) von einem Speicher 26 empfangen, der gleichermaßen die Werte TJI(A), TJ1 (B) empfängt.

Dieser Speicher spielt eine zur Verzögerungsleitung des vorhergehend beschriebenen Anwendungsbeispiels analoge Rolle.

.. erforderlichen -i/ί d Voraussetzung Zur Einfuhrung der/verzögerung e ^ü/~ ist es .,

djsr

daß die Werte/an der entfernten 'Station B entnommenen Prüfgrößen erst nach einer Zeit ausgewertet werden, die gleich der Ausbreitungszeit t auf der Leitung zwischen den Stationen A und B.ist. In der Praxis bedeutet dies:

- wenn X- , d.h. die Übertragungszeit gleich t ist, wird der Speicher 26 nicht benutzt;

- wenn Z größer als t ist, werden die Werte Ui-(A),. U2 (A) in 26 bis zur Ankunft der Werte U1 (B), U2 (B) gespeichert;

- wenn E kleiner als t ist, werden diese Werte Ui- (B), U2 (B)

bis/««/?pre.che.nd') _ . . r. 4.

zur Zeit t gespeichert.

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BAD ORIGINAL

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8 ■--■■■ -■.'■■ ' - ■

Hinter dem Speicher 26 ist ein Fergleichselement 27 vorgesehen, das aus den implituden der Prüf großen folgende Grös-

sen bildett ■

51 ₌ e "^d ^1d U1 (B) - UI (A)

52 _s e "^^2d IJ2 (B) - Ü2 (A).

In diesen Ausdrücken sind d* Λ und d, 2 jeweils die reellen Teile der Ausbreitungskonstanten )Γί ». "/"2, welche ^preils dem Zwischenphasen-Ausbreitungsmodus und dem bifilaren Äusbreitungsmodus entsprechen»

Dem Vergleichselement 27 ist ein numerischer Rechner 28 zugeordnet, der aus den Großen S1, S2 folgende Größen bildet:

oi - _§1 ^2 ■

^Hl " Zd ~ Zc2

Zc2

^ "Zd ⁺ Zc2 ·

Die mathematische Rechnung zeigt, daß dann,

■- wenn kein Fehler vorliegt, die drei Größen Q1, Q2, Q3 Null sind; -. "_: Λ -

- wenn ein einphasiger lehler vorhanden ist, zwei dieser drei Größen von Null verschieden sind, wobei derjenige, der Null bleibt, von der fehlerhaften Phase abhängt;

- wenn ein Mehrphasenfehler vorliegt, alle drei Größen Q1, Q2, Q3 von Null verschieden sind.

Diese Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle zusammengefaßt:

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BADORlQiNAL

1 Q η q q

f VJ- U O -Ul

—■ "Q- —

	Phase 1.	- Qt	Q2 Ί	■ } .05- ". j
ein- . ■ ■. phasiger fehler	- Phase.2	O . ■ - -	+	S -⁺ I
	Phase 3	+ ■	/O -	+■ -"■■
■ - - ----- mehrphasiger Fehle}?	:." + -		O
+	+	+ ^:

In dieser Tabelle ist einer von Mull verschiedenen Q-röße Q1, Q2, Q3 das Zeichen + Zugeordnet*

In der Praxis weist die Überwachangsstation A hinter dem numerischen Bechner 28 -ein.: logisches Auswahl element 29 auf, das die Größen QI, Q2, ^ prüft und auf diese Weise die gegebenenfalls fehlerhafte Phase öder die fehlerhaften Phasen feststellt. ; "■'■<-; \

Versuche bestätigen, daß die Ansprechzeit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sehr kurz ist. Sie kann in der Größenordnung einer Millisekun.de liegen, wenn eine ausreichend schnelle !übertragungseinrichtung sowie mit hoher Geschwindigkeit arbeitende numerische Rechenelemente verwendet werden. In der Praxis ist es möglich, den Bruch der Leiter einer Freileitung sogar bevor diese den Boden erreicht haben zu ermitteln.

Außerdem können mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft erweise Fehler festgestellt werden, durch die keine Überlastung, kein homopolarer oder gleichpoliger Strom und keine Änderung in. der Richtung der durchgehenden Leistungen auftritt, und zwar unabhängig von der Länge der Leitung.

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Sells st verrstSndlicili .kanu die. Erfindung ."Ie. Hinsiclit _;a"bgewajadelt tieraen;-.; InsbesonferB-' Mosmiieii- die tiberweciiuaigsstatioii «nd die entfernte- Sta%i-os ■werden. ^: -

- Patentansprüche -

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. . . BAD. ORIGINAL

Claims

1 Op, Q Q Q 1-

ί y υ ο α ό I

Pat ent an s ρ r ü e, h β

Verfahren.zur Fehlerermittlung auf einer Bnergieübertragungsleitung zwischen eiis? Überwachungsstation und einer entfernten Station, bei dem an der Überwachungsstation eine von der entfernten Station übertragene Information mit einer an der Überwachungsstation entnommenen ähnlichen Information verglichen wird, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die verwendete Information wenigstens eine Prüfgröße aufweist, die dadurch gebildet, wird, daß von einer Spannungsgröße eine mit einer charakteristischen Impedanzgröße multiplizierte Stromgröße subtrahiert wird, wobei der X-Jert der Prüf größe an der entfernten Station vor Vergleich mit dem entsprechenden Wert der Prüfgröße an der Überwachungsstation durch einen Ausbreitungsfaktor beeinflußt wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η.ζ e i c h net, daß der Ausbreitungsfaktor eine Funktion der alleinigen Amplitudendämpfung zwischen der Überwachungsstation und der entfernten Station Ist, und daß parallel dazu der Wert der - an der entfernten Station entnommenen Prüf größe nur am Eo.de einer Zeit ausgewertet wird, die gleich der Ausbreitungszeit zwischen der Überwachungs-. station und der entfernten Station ist. .

Verfahren nach Anspruch' 1, dadtirch ge k e η η ζ e ich-η e 15 daß bei der Fehlerermittlung und der Phasenauswahl auf einer dreiphasigen Eaergieübertragungs-Bündelleitung die verwendete Information zwei Prüfgrößen umfaßt, von . denen jede dadurch gebildet wird, daß von einer Spannungsgröße eine mit einer charakteristischen Impedanzgröße multiplizierte Stromgröße subtrahiert wird, und daß die Werte dieser Prüfgrößen an der entfernten Station vor Ver-

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ORIGINAL

-12"-■.-■" ■"-■'■■ ■-■■■.-. - - ·-.

gleich, mit den entsprechenden Werten an der Überwachungsstation mit einem Ausbreitungsfaktor multipliziert werden, der einem Ausbreitungsmodus für eine dieser Prüf größen und einem anderen Ausbreitungsmodus für die andere dieser Prüfgrößen entspricht.

4·. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch g e k e η η ζ e ich η et, daß die eine dieser Prüfgrößen durch folgende Gleichung gegeben ist:

U1 - V1 + Ki V2 + V3 - ZcT. (II + el 12 Vl^),

wobei VI, V2, V3 die Spannungen der verschiedenen Phasen, 11, 12, 13 die Stromstärken der verschiedenen Phasen, positiv gezählt, von der Überwachungsstation zurentfernten Station, '■' . .. ,

KI, c1 die Jeweils entsprechenden Koeffizienten für den Zwischenphasen-Ausbreitungsmodus bei den Spannungen und -den Stromstärken sind und ■■-..-

ZcI die charakteristische Impedanz ist, die dem Zwischenphasen-Ausbreitungsmodus entspricht.

5. Verfahren nach Anspruch 4-, dadurch g e k en η ζ e i c h η et, daß die andere dieser Prüfgrößen durch folgende Gleichung gegeben-ist:

U2 »VI - V3 - Zc2 (12 - 13), ■ ; ^:

wobei Zc2 die dem bifilaren Ausbreitungsmodus entsprechende charakteristische Impedanz ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch ge k e ή η ζ e i c h -*. n e t, daß an der Überwachuiigs st ation folgende Größen QI, Q2, Q3 gebildet und geprüft werden:

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S1 S2

02 = S2
ZcIT" 4. _
"7 S2
c2" (B) - UT (A) 03 = ■ si
Zd ar* UI (B) - U2 (A) Si = e ~ r2d U2 S2 :-- e ~

wobei IH (B), U1 (A)_; jeweils die Werte der Prüf größe Ui an der entfernten Station B und an der Überwachungsstation A sind, _■"■;" '---_"

U2 (B), U2 (A) die entsprechenden Werte der Prüfgröße U2 sind, .

^1 die relative Ausbreitungskonstante beim Zwischenphasenmodüs darstellt,

T2 die relative Ausbreitungskonstante beim bifilaren Modus bildet, und

d der Abstand zwischen der Überwachungsstation und der entfernten Station ist.

Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem öder mehreren der vorhergehenden Ansprüche,; g e k e η η ■ ζ ei c h η e t durch Rechenelemente zur Bildung wenigstens einer Prüfgröße an der Überwachungsstation und an •der entfernten Station, Übertragungselemente zur Übertragung der Prüfgroße von einer der Stationen zur anderen, sowie Vergleichselementen zum untereinander erfolgenden Vergleich der Werte der Prüfgröße an der Überwachungsstation und an der entfernten Station, wobei der Wert der iiPrüfgröße an der entfernten ^Station vorher durch einen Ausbreitungsfaktor beeinflußt wird«

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8. -Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch g e k e η η .zeichriet, daß die Rechenelemente Eingänge aufweisen, denen die der Leitung über eine Einrichtung zur Spannung sunt er setzung entommenen Spannungen zugeführt sind, und daß Eingänge, welche zu den Stromstärken auf der Leitung proportionale Spannungen erhalten, sowie numerische Wandler und ein Rechenblock vorgesehen sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch g e k e η η zeichne t, daß die Vergleichselemente Größen S1, -82,.'QI, Q2, Q3 bilden, wie sie durch die Ansprüche 4 bis 6 definiert sind..,

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch g e k e η η -

ζ e i c h η e t, daß außerdem ein logisches Auswahlelement vorgesehen ist, um die Größen QI, Q2, Q3 zu prüfen,= den Fehler zu ermitteln und die fehlerhafte Phase auszuwählen.

11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge ken h ζ e i c h η e t, daß die Überwachungsstation außerdem, einen Speicher aufweist, der zur Speicherung der Werte der Prüfgröße oder der Prüfgrößen dient, welche von der Überwachungsstation oder der entfernten Station kommt bzw. kommen, und zwar je nachdem ob die Übertragungszeit größer oder kleiner als die Ausbreitungszeit ist, wobei die Ausbreitungsfaktoren nur allein der Amplitudendämpfung auf der Leitung Rechnung tragen.

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INSPECTED