DE19514698C1

DE19514698C1 - Verfahren zum Durchführen einer Distanzmessung

Info

Publication number: DE19514698C1
Application number: DE1995114698
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr Ing Jurisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1995-04-13
Filing date: 1995-04-13
Publication date: 1996-12-12
Anticipated expiration: 2015-04-14
Also published as: EP0820600A1; WO1996032652A1

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Durchführen einer Distanzmessung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Wird ein Verfahren zum Durchführen einer Distanzmessung an einer mehrphasigen elektrischen Energieübertragungsleitung auf digitalem Wege unter Einsatz eines Rechners durchgeführt, dann ergeben sich Meßfehler, die algorithmenspezifisch sind. Darüber hinaus ergeben sich weitere Meßfehler aufgrund der Annahme, daß die gemessene und durch die folgende Gleichung (1)

beschreibbare Schleifenreaktanz X als Imaginärteil des Quoti enten aus der Schleifenspannung U _Schl und dem Schleifenstrom I _Schl der Fehlerentfernung direkt proportional ist. Diese An nahme gilt nämlich nur dann, wenn die Energieübertragungslei tung am anderen Ende offen ist. Durch die in der Regel gegebene Belastung der Leitung zum Zeitpunkt des Fehlereintritts und die Speisung des Fehlerstromes vom anderen Ende der Energie übertragungsleitung her entstehen zusätzliche Meßfehler, die besonders in Hochspannungsnetzen die Größenordnung von 50% und mehr erreichen können. Fig. 1 veranschaulicht diese Meßfehler im Prinzip anhand eines Ersatzschaltbildes für eine einfache von zwei Seiten aus gespeiste Energieübertragungsleitung.

Wie der Fig. 1 im einzelnen zu entnehmen ist, wird im ange nommenen Fall eine elektrische Energieübertragungsleitung mit zwei Leitern L₁ und L₂ von zwei Speisestellen Ua und Ub ge speist. Es fließt ein Laststrom I _L. Die einzelnen Impedanzen des dargestellten Systems sind durch eine Ersatzimpedanz Z _1A für den Bereich von der Speisestelle Ua bis zu einem speise stellennahen Meßort A für eine Distanzmessung, eine weitere Ersatzimpedanz mZ _1L für den Teil der Energieübertragungsleitung vom Meßort A bis zu einem angenommenen Fehlerort F, eine weitere Ersatzimpedanz (1-m)Z _1L für den Rest der Energieüber tragungsleitung und eine zusätzliche Ersatzimpedanz Z _1B der anderen Speisestelle Ub veranschaulicht; die Ersatzimpedanz der Fehlerstelle F selbst ist mit 3·R_f bezeichnet und der Strom über die Fehlerstelle mit I _F.

Die am Meßort A bei einem Kurzschluß an der Fehlerstelle F ge messene Spannung U _RA setzt sich aus mehreren Teilspannungen zusammen. So erzeugt der von der Speisestelle Ua im Kurz schlußfall abgegebene Fehlerstrom I _FA einen Spannungsabfall über der auszumessenden Leiterschleife. Weiterhin erzeugt der Laststrom I _L einen Spannungsabfall an der Ersatzimpedanz mZ _1L für den Leitungsabschnitt zwischen dem Meßort A und der Feh lerstelle F. Eine weitere zu berücksichtigende Teilspannung entsteht durch den vom anderen Ende der Leitung von der Speise stelle Ub gespeisten Fehlerstrom I _FB über dem Fehlerwiderstand 3R_f. Die beiden letztgenannten Teilspannungsabfälle verursachen die genannten Meßfehler. Um diese Meßfehler exakt korrigieren zu können, müssen diese vorher genau quantifiziert werden.

Es bedarf zur genauen Distanzmessung mit einer Distanzschutz anordnung also einer Laststromkompensation, die bisher nur bei Fehlerortern üblich ist. In dem Buch von H. Opperskalski "Verhalten impedanzbestimmender Distanzschutzalgorithmen", Fortschritt-Berichte VDI Reihe 6 Energieerzeugung Nr. 256, Sei ten 45 bis 47 ist ein Verfahren beschrieben, das zur Berechnung des Fehlerortes ein Iterationsverfahren benutzt. Derartige Verfahren haben kein definiertes Laufzeitverhalten, da die zur Durchführung des Verfahrens benötigte Rechenzeit von der nicht vorhersagbaren Anzahl der benötigten Iterationszyklen abhängt. Damit eignet sich ein solches Verfahren prinzipiell nicht für eine Echtzeitanwendung, wie sie bei einer Distanzmessung im Rahmen einer Distanzschutzanordnung erforderlich ist, um bei einem Kurzschluß den fehlerbehafteten Leitungsabschnitt in kürzester Zeit abschalten zu können.

Ein weiteres Iterationsverfahren zum Bestimmen eines Fehler ortes ist in der britischen Offenlegungsschrift GB 2 036 478 A beschrieben. Bei diesem Verfahren werden unter anderem ein Strom und eine Spannung an der Fehlerstelle errechnet, und es wird anschließend die Phasenlage der beiden Größen zueinander festgestellt; ergibt sich eine Phasenabweichung, wird eine an dere Spannung an der Fehlerstelle errechnet und erneut die Phasenlage zum errechneten Strom bestimmt. Ist schließlich Phasenübereinstimmung erreicht, wird aus den dabei berücksich tigten Größen auf den Fehlerort geschlossen.

Ferner ist in der europäischen Offenlegungsschrift EP 0 106 790 A1 ein Verfahren zum Lokalisieren einer Fehler stelle auf einer Freileitung beschrieben, bei dem in einem er sten Verfahrens schritt die Berechnung von komplexen Strom- und Spannungszeigern vorgenommen wird. In einem zweiten Verfahrens schritt wird unter Verwendung der als bekannt vorausgesetzten komplexen Impedanzen der Leitung selbst und der Einspeiseimpe danzen von beiden Leitungsenden sowie der Fehlerart eine quadratische Gleichung gelöst. Aufgrund der als bekannt vor ausgesetzten komplexen Einspeiseimpedanzen eignet sich dieses Verfahren ausschließlich für den Einsatz in Fehlerortern, da die Einspeiseimpedanzen in einem typischen Netz von Schaltzu stand des Netzes abhängig sind und somit eine Datenübertragung für die Bereitstellung dieser Informationen im Schutzgerät benötigt wird. Eine Distanzschutzanordnung muß jedoch un abhängig von solchen Datenverbindungen funktionsfähig sein. Weiterhin ist der arithmetische Aufwand zur Berechnung des Fehlerortes mit diesem bekannten Verfahren zwar niedriger als mit dem oben behandelten Iterationsverfahren, aber immer noch sehr hoch.

Es ist auch ein Verfahren zum Prüfen von Anordnungen bekannt (europäische Patentschrift EP 0 284 546 B1), das sich zum ge nauen Bestimmen des Fehlerortes auf einer elektrischen Ener gieübertragungsleitung einsetzen läßt. Bei diesem bekannten Verfahren werden Strom und Spannung der Energieübertragungs leitung bzw. daraus abgeleitete Größen in einer Filtereinheit mit nichtrekursiven digitalen Filtern (FIR-Filtern) verarbei tet; in einer nachgeordneten Recheneinheit werden daraus nach Fehlerkorrektur den Fehlerort angebende Größen errechnet. Um mit diesem Verfahren genau und in Echtzeit im Rahmen einer Di stanzschutzanordnung arbeiten zu können, muß ein relativ leistungsfähiger und damit relativ kostenintensiver Rechner eingesetzt werden.

Die Erfindung geht von dem oben zuletzt behandelten Verfahren aus, bezieht sich also auf ein Verfahren zum Durchführen einer Distanzmessung an einer mehrphasigen elektrischen Energieüber tragungsleitung, bei dem die Spannung an einem fehlerbehafteten Phasenleiter erfaßt, digitalisiert und in einem linearphasigen, nichtrekursiven Digitalfilter (FIR-Filter) eines ersten Typs (mit Gewichtsfaktoren g_i) einer Filtereinheit bewertet wird, der Strom in dem fehlerbehafteten Phasenleiter erfaßt, digitalisiert und einerseits in einem weiteren FIR-Filter des ersten Typs und andererseits in einem FIR-Filter eines zweiten Typs (mit Gewichtsfaktoren f_i) der Filtereinheit bewertet wird, wobei die Gewichtsfaktoren frei vorgegeben werden und eine Fehlerkorrektur mittels eines Korrekturfaktors durchgeführt wird, der als Quotient aus den Amplitudengängen der FIR-Filter ersten und zweiten Typs gebildet wird, und aus den Ausgangsgrößen der Filtereinheit in einer Recheneinheit die jeweilige Distanz der Fehlerstelle von einem Meßort angebende Impedanzmeßgrößen ermittelt werden, und stellt sich die Aufgabe, dieses bekannte Verfahren so fortzuentwickeln, daß es zur Distanzmessung besonders gut geeignet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß zur Distanz messung bei einpoligen Erdkurzschlüssen ein der Summe der Ströme in den Phasenleitern der Energieübertragungsleitung entsprechender Summenstrom erfaßt, digitalisiert und einerseits in einem zusätzlichen FIR-Filter des ersten Typs und an dererseits in einem zusätzlichen Filter des zweiten Typs der Filtereinheit unter Bildung jeweils einer Ausgangsgröße bewer tet; in der Recheneinheit wird aus der Ausgangsgröße des weite ren FIR-Filters des ersten Typs eine erste Hilfsgröße durch Multiplikation mit dem kilometrischen ohmschen Widerstand des Mitsystems der Energieübertragungsleitung gebildet, und in der Recheneinheit wird ferner aus der Ausgangsgröße des einen FIR- Filters des zweiten Typs durch Multiplikation mit der kilometrischen Induktivität des Mitsystems der Energieüber tragungsleitung eine zweite Hilfsgröße gebildet; in der Recheneinheit wird außerdem aus der Ausgangsgröße des zusätz lichen FIR-Filters des ersten Typs durch Multiplikation mit der Differenz aus kilometrischem ohmschen Widerstand des Null systems und des Mitsystems der Energieübertragungsleitung eine dritte Hilfsgröße gewonnen und darüber hinaus aus der Ausgangs größe des zusätzlichen FIR-Filters des zweiten Typs durch Multiplikation mit der Differenz aus kilometrischer Indukti vität des Nullsystems und des Mitsystems der Energieübertra gungsleitung eine vierte Hilfsgröße gebildet; in der Rechen einheit wird aus den Ausgangsgrößen der FIR-Filter und den Hilfsgrößen ein Längenfaktor und ein dem Widerstand an der Fehlerstelle proportionaler Widerstandswert errechnet und durch Multiplikation des Längenfaktors mit der kilometrischen Resistanz des Mitsystems und Addition des Widerstandswertes sowie durch Multiplikation der kilometrischen Reaktanz des Mitsystems mit dem Längenfaktor die die Distanz der Fehler stelle kennzeichnende Impedanz gebildet.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be steht darin, daß es mit lediglich zwei zusätzlichen FIR-Filtern in der Filtereinheit und einem im Vergleich zu dem bekannten Verfahren in bezug auf eine Fehlerortsbestimmung nur unwesentlich erhöhten Rechenaufwand in der Recheneinheit eine genaue Distanzmessung in Echtzeit bei einpoligen Erdkurz schlüssen durch Laststromkompensation erlaubt. Dies erfolgt unter ausschließlicher Verwendung der am Meßort verfügbaren Meßgrößen sowie in Kenntnis und mit Brücksichtigung der kilome trischen Resistanz und Reaktanz von Mitsystem und Gegensystem der zu schützenden Energieübertragungsleitung. Dieses Verfahren zeichnet sich also durch eine genau definierte Laufzeit und einen besonders niedrigen arithmetischen Aufwand aus und ist somit für Echtzeitanwendungen besondert geeignet.

Um die Genauigkeit der Distanzmessung bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch im Falle einer zu der zu überwachenden Ener gieübertragungsleitung parallelen weiteren Energieübertra gungsleitung sicherzustellen, wird bei einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Vorhanden sein einer parallelen mehrphasigen elektrischen Energieüber tragungsleitung ein der Summe der Strömen in den Phasenleitern dieser Energieübertragungsleitung entsprechender Nullstrom er faßt und digitalisiert und der Realteil des aufsummierten Stromes am Eingang des zusätzlichen FIR-Filters des ersten Typs dem digitalisierten Summenstrom und der Imaginärteil des auf summierten Stromes am Eingang des zusätzlichen FIR-Filters des zweiten Typs dem digitalisierten Summenstrom hinzu addiert.

Eine Distanzmessung muß in einem Distanzschutzgerät nicht nur schnell erfolgen, sondern sie muß auch genau und zuverlässig sein, damit das Gerät nicht aufgrund einer ungenauen Messung eine Auslösung und damit ein Abschalten der zu überwachenden Energieübertragungsleitung vornimmt. Deshalb wird bei Distanz schutzgeräten mit sogenannter Meßwiederholung gearbeitet; dazu wird allerdings zusätzlich Zeit benötigt und zwar auch dann, wenn - wie sich dann später zeigt - die Distanzmessung an sich genau war. Diesbezüglich ist eine Weiterbildung des erfindungs gemäßen Verfahrens vorteilhaft, bei der zeitlich parallel eine weitere Distanzmessung vorgenommen wird, indem die Spannung an dem fehlerbehafteten Phasenleiter in einem ergänzenden FIR- Filter eines dritten Typs (mit Gewichtsfaktoren h_i) in der Filtereinheit unter Bildung einer Ausgangsgröße bewertet wird, der Strom in dem fehlerbehaftetem Phasenleiter in einem weite ren ergänzenden FIR-Filter des dritten Typs unter Bildung einer Ausgangshilfsgröße bewertet wird, der Summenstrom in einem zu sätzlichen ergänzenden FIR-Filter des dritten Typs unter Bil dung einer zusätzlichen Ausgangshilfsgröße bewertet wird, in der Recheneinheit aus der Ausgangshilfsgröße des weiteren er gänzenden FIR-Filters des dritten Typs eine erste Zusatzhilfs größe durch Multiplikation mit dem kilometrischen Widerstand des Mitsystems der Energieübertragungsleitung gebildet wird, in der Recheneinheit ferner aus der Ausgangsgröße des weiteren FIR-Filters des ersten Typs durch Multiplikation mit der kilo metrischen Induktivität des Mitsystems der Energieübertra gungsleitung eine zweite Zusatzgröße gebildet wird, in der Re cheneinheit außerdem aus der Ausgangshilfsgröße des zusätzli chen ergänzenden FIR-Filters des ersten Typs durch Multiplika tion mit der Differenz aus kilometrischem ohmschen Widerstand des Nullsystems und des Mitsystems der Energieübertragungslei tung eine dritte Zusatzgröße gewonnen wird, in der Rechenein heit darüber hinaus aus der Ausgangsgröße des zusätzlichen ergänzenden FIR-Filters des dritten Typs durch Multiplikation mit der Differenz aus kilometrischer Induktivität des Nullsy stems und des Mitsystems der Energieübertragungsleitung eine vierte Zusatzgröße gebildet wird, in der Recheneinheit aus den Ausgangsgrößen der FIR-Filter und den Zusatzgrößen ein Längen faktor und ein dem Widerstand an der Fehlerstelle proportiona ler Widerstandswert errechnet wird, in der Recheneinheit durch Multiplikation des Längenfaktors mit der kilometrischen Reak tanz des Mitsystems mit dem Längenfaktor eine die Distanz der Fehlerstelle kennzeichnende Vergleichs-Impedanz gebildet wird, und die Distanzmessung als hinreichend genau betrachtet wird, wenn sich die Differenz zwischen der Meßimpedanz und der Ver gleichs-Impedanz innerhalb einer vorgegebenen Größe hält.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung ist in

Fig. 2 ein Komponentennetzwerk einer zu überwachenden elek trischen Energieübertragungsleitung bei einem einpo ligen Erdkurzschluß, in

Fig. 3 in Form eines Blockschaltbildes ein Ausführungsbei spiel einer Anordnung zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens, in

Fig. 4 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung zur Durchführung des Verfahrens und in

Fig. 5 ein zusätzliches Ausführungsbeispiel dargestellt.

Für einen einpoligen Erdkurzschluß auf einer dreiphasigen Ener gieübertragungsleitung gilt das in Fig. 2 dargestellte Ersatz schaltbild, in dem mit I das Mitsystem, mit II das Gegensystem und III das Nullsystem bezeichnet ist. Die Fig. 2 gibt also die Verhältnisse auf der mehrphasigen Energieübertragungsleitung in symmetrischen Komponenten in einer Darstellung wieder, die z. B. dem Buch von R. Roeper "Kurzschlußströme in Drehstromnetzen", 1984, Seiten 48 bis 51 entnehmbar ist.

Von den beiden Speisestellen Ua und Ub wird nur durch das Mit system ein Laststrom I _1FA erzeugt; außerdem entsteht ein Fehler strom I _F. Die Aufteilung des Fehlerstromes I _F auf die einzelnen Teile I bis III des Komponentennetzwerkes berechnet sich wie folgt anhand der nachstehenden Stromaufteilungsfaktoren c₀ und c₁:

Dabei ist mit I _0FA ein Teil des Fehlerstroms I _F und mit I _0FB, der weitere Anteil dieses Fehlerstromes bezeichnet; die Ersat zimpedanzen in den drei Teilen I bis III des Komponenten netzwerkes sind entsprechend Fig. 1 definiert. Der Strom I _0FA entspricht der Summe der Ströme in den einzelnen Phasenleitern der zu überwachenden Energieübertragungsleitung.

Stellt man die Maschengleichung für die in Fig. 2 eingetragene Masche auf, so erhält man nach der Rücktransformation in natür liche Komponenten:

In dieser Formel sind die Einflüsse durch den Laststrom I_FA und die Einspeisung von der Speisestelle Ub bereits berücksichtigt. Diese Gleichung enthält jedoch noch die am Punkt A nicht meßbare Größe I_f. Durch Einsetzen des Stromaufteilungsfaktors c₀ für das Nullsystem erhält man:

Unter der Annahme, daß sich die Phasenwinkel der beiden Ströme I _0FA und I _0FB nicht voneinander unterscheiden, kann man den Feh lerwiderstand R_f und den Stromteilungsfaktor c₀ zu einem fikti ven Fehlerwiderstand R_cf zusammenfassen:

Diese Gleichung ist linear und enthält neben den Leitungskon stanten und den am Einbauort meßbaren Signalen nur noch die beiden Unbekannten in und R_cf. Nach der Transformation der obigen Gleichung in den Zeitbereich erhält man:

Es sind also die Parameter m und R_cf zu ermitteln, was mit dem aus der oben bereits erwähnten europäischen Patent schrift 0 284 546 B1 bekannten Verfahren erfolgt. Dazu werden die Größen u_RA, i_oFA und i_FA nach Normierung in einer Filter einheit 1 gemäß Fig. 3 bewertet. Eine solche Bewertung erfolgt durch Faltungsoperationen (symbolisch mit _* im Blockschaltbild dargestellt). Die normierte Spannung u_RA wird dazu über einen Analog-Digital-Umsetzer 2, der die Spannung u_RA nach Abtastung mit einer entsprechend gewählten Abtastzeit Ta in eine Zahlen folge u_k umsetzt, einem linearphasigen, nichtrekursiven Digi talfilter, also einem FIR-Filter 3 zugeführt. Dieses FIR-Filter 3 gehört zu einem ersten Filtertyp und weist eine symmetrische Gewichtsfaktorenverteilung g_i = g_n-i auf; n bezeichnet dabei den Zählergrad. An dem Ausgang des FIR-Filters 3 entsteht eine Folge y_k, deren Abbildungsvorschrift lautet:

Weiterhin wird nach entsprechender Abtastung in einem weiteren Analog-Digital-Umsetzer 4 die normierte Größe i_FA umgesetzt und die entstandenen Werte x_K einem weiteren FIR-Filter 5 zuge führt, das ebenfalls zum ersten Filtertyp gehört und dessen Ge wichtsfaktorenverteilung identisch ist mit der des FIR-Filters 3; am Ausgang des weiteren Filters 5 wird eine Folge w_k er zeugt, die beschrieben ist mit:

Außerdem werden die Werte x_k einem weiteren FIR-Filter 6 zuge führt, das einem zweiten Typ angehört, dessen Gewichtsfakto renverteilung lautet:

f_i = - f_n-i (10).

Am Ausgang dieses FIR-Filters 6 entsteht eine Folge v_k, deren Abbildungsvorschrift lautet (mit "x" wieder für Stromabtastwer te):

Der Summenstrom i_OFA wird nach Normierung einem zusätzlichen Analog-Digital-Wandler 7 zugeführt, der am Ausgang eine Zah lenfolge i_ok abgibt. Diese Zahlenfolge wird in einem zusätzli chen FIR-Filter 8 des ersten Typs gefaltet, wodurch am Ausgang dieses Filters eine Ausgangsgröße m_k gebildet wird. Außerdem wird in einem zusätzlichen FIR-Filter 9 des zweiten Typs eine zusätzliche Ausgangsgröße n_k erzeugt.

Grundsätzlich gilt dabei, daß die verwendeten FIR-Filter der Beziehung genügen

F(p) = p · G(p) (12).

Äquivalent zum Vorgehen bei dem Meßverfahren nach der europäi schen Patentschrift 0 284 546 wird die obige Gleichung (6) für zwei verschiedene Zeitpunkte T₁ und T₂ aufgestellt und nach den beiden unbekannten Größen m und R_cf aufgelöst. Man erhält folgende Bestimmungsvorschrift für m und R_cf:

mit

Dabei bezeichnet R₁ · G _* I _FA1,2 eine erste Hilfsgröße H1,
L₁·F_* I _FA1,2 eine zweite Hilfsgröße H2,
(R₀-R₁) · G_* I _0FA1,2 eine dritte Hilfsgröße H3 und
(L₀ - L₁) · F_* I _0FA1,2 eine vierte Hilfsgröße H4.

Die Indexzahlen "1" und "2" kennzeichnen die zu verschiedenen Abtastzeitpunkten abgetasteten Werte von I_FA und I_0FA. Die für die Polygoneinordnung notwendigen Größen R und X erhält man aus diesen Berechnungsergebnissen. Dabei wird auf die Rekonstruk tion des tatsächlichen Fehlerwiderstandes aus dem berechneten virtuellen Fehlerwiderstand R_cf verzichtet. Der tatsächliche Fehlerwiderstand R berechnet sich nach folgender Formel:

R_f = c₀ · R_cf.

Aus dem Verhältnis des für den Spannungsabfall über R_f maßge benden Stromes I _f zum meßbaren Fehlerstromanteil I_0FA und dessen Winkel kann mittels der Stromteilerregel folgende Beziehung abgeleitet werden:

Der Winkel β hat in Energiesystemen normalerweise einen sehr kleinen Wert. Verschiedentlich wird ein Bereich von 0 . . . 6° ange geben. Deshalb kann davon ausgegangen werden, daß die Korrektur der direkten Messung relativ geringen Einfluß auf die ermit telte Reaktanz X haben wird. Da eine Einstellung einer Lichtbo genreserve relativ problemlos möglich ist, wird auch auf eine Korrektur des virtuellen Fehlerwiderstandes R_cf verzichtet. Mit diesen Voraussetzungen werden die zur Polygoneinordnung ver wendeten Größen nach folgender Vorschrift berechnet:

Dabei ist mit X′₁ die kilometrische Reaktanz und mit R′₁ die ki lometrische Resistanz der zu überwachenden Energieübertra gungsleitung bezeichnet.

Diese Art der Berechnung der zur Polygoneinordnung verwendeten Größen hat den Vorteil, daß keine Parameter zur Beschreibung der Vorimpedanzen der zu schützenden Leitung notwendig sind.

Um eine induktive Einkopplung durch den Nullstrom einer zu der überwachenden Energieübertragungsleitung parallelen Nachbar leitung zu berücksichtigen, dient ein Verfahren, das sich durch das in Fig. 4 dargestellte Blockschaltbild veranschaulichen läßt. Bei diesem Verfahren wird ein Nullstrom i_0MA eines nicht gezeigten Nachbarsystems (Summe der Ströme in den Phasenleitern des Nachbarsystems) nach Normierung einem ergänzenden Analog- Digital-Wandler 12 zugeführt, dem ein Rechenwerk 13 nachgeord net ist. Dieses Rechenwerk erzeugt an seinem einen Ausgang A1 eine Zusatzgröße ZG1, die dem Realteil Re{K _0M} · I _OAM entspricht; am Ausgang A2 wird eine weitere Zusatzgröße ZG2 gebildet, die dem Imaginärteil Im{K _0M} · I _OAM entspricht. In nachgeordneten Sum mierern 14 und 15 werden die Summen dieser Anteile mit der Größe x_k gebildet.

Dabei wird induktive Einkopplung durch den Nullstrom des Nach barsystemes mittels des komplexen Korrekturfaktors k _0M berück sichtigt. Der Real- und Imaginärteil des komplexen Faktors k _0M repräsentiert jeweils einen Parameter des Schutzgerätes. Diese Parameter spiegeln das Verhältnis der Zwischensystemkopplung der beiden Teilsysteme der Doppelleitung zur Leitungsimpedanz der zu schützenden Leitung wider.

In der Recheneinheit 10 wird der Einfluß einer Nachbarleitung dadurch berücksichtigt, daß in den oben angegebenen Gleichungen (15) und (16) die Ausdrücke F _* I _0A1 und G _* I _0A1 durch die nach stehenden Ausdrücke ersetzt werden.

Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind mit dem Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 3 übereinstimmende Bausteine mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist hier eine Filtereinrich tung 16 anders aufgebaut, indem sie ergänzend zu den FIR-Fil tern 3, 5, 6, 8 und 9 gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ein ergänzendes FIR-Filter 17 eines dritten Typs mit Gewichts faktoren h_i aufweist, in dem durch eine Faltungsoperation die Spannung u_RA bewertet wird; am Ausgang des ergänzenden FIR-Fil ters 17 ergibt sich dann eine Ausgangshilfsgröße o_k. Ferner ist in der Filtereinheit 16 ein weiteres ergänzendes FIR-Filter 18 des dritten Typs angeordnet, in dem der Strom in dem fehlerbe hafteten Phasenleiter der zu überwachenden Energieübertragungs leitung bewertet wird; ausgangsseitig tritt an diesem FIR-Fil ter 18 eine weitere Ausgangshilfsgröße p_k auf. Schließlich ist die Filtereinheit 16 noch mit einem zusätzlichen ergänzenden FIR-Filter 19 des dritten Typs ausgerüstet, indem der Summen strom i_oFA bewertet wird. Am Ausgang dieses zusätzlichen ergän zenden FIR-Filters 19 ergibt sich eine zusätzliche Ausgangs hilfsgröße r_k.

Bezüglich der Ausgestaltung der ergänzenden FIR-Filter 17, 18 und 19 des dritten Typs ist darauf hinzuweisen, daß die FIR- Filter G(jΩ), F(jΩ) und H(jΩ) der folgenden Beziehung (20) ge nügen müssen

G(jω)= j sin Ω · H(jω)
F(jω)= j sin Ω · G(jω) mit Ω =T_A · ω_Netz (20).

Darin gibt ω_Netz die Netzfrequenz der zu überwachenden Energie übertragungsleitung und TA die Abtastzeit wieder. Für kleine Werte von Ω gilt näherungsweise, daß sinΩ = Ω ist. Dies wie derum bedeutet, daß die verwendeten FIR-Filter der unterschied lichen Typen untereinander über den d/dt-Operator bzw. im Frequenzbereich über den p-Operator verknüpft sind. Die einzel nen FIR-Filter lassen sich daher durch Faltung eines Grundfil ters mit einem Basisfilter erzeugen. Dabei wird der Faltungs satz der Fourier-Transformation ausgenutzt. Als Basisfilter wird zweckmäßigerweise ein Transversalfilter mit einer Übertra gungsfunktion gemäß der nachfolgenden Gleichung (21) verwendet:

z^-1 - z ⇔ j sin Ω (21).

Führt man mit einer Filtereinheit 16 gemäß der Fig. 5 analog zu dem Vorgehen gemäß den Gleichungen (13) bis (16) eine Unter suchung mit den FIR-Filtern des dritten Typs durch, dann läßt sich analog zu der Gleichung (13) ein Vergleichslängenfaktor m_v gemäß der nachstehenden Gleichung (22) ermitteln:

in der mit R′₁·H_*I_FA1 eine erste Zusatzgröße H5, mit
L′₁·G_*I_FA1 eine weitere Zusatzgröße H6, mit
(R′₀-R′₁)·H_*I_0FA2 eine dritte Zusatzgröße H7 und mit
(L′₀-L′₁)·G_* I_0FA1 eine vierte Zusatzgröße H8 bezeichnet ist.

Die Indexzahlen "1" und "2" kennzeichnen auch hier wieder die zu verschiedenen Abtastzeitpunkten abgetasteten Werte von I_FA und I_OFA.

Ganz entsprechend wie es oben bereits erläutert worden ist, er gibt sich dann ein Vergleichs-Fehlerwiderstand R_V, der sich durch folgende Gleichung (23)

Entsprechend läßt sich eine Vergleichs-Reaktanz X_V gemäß der nachstehenden Gleichung (24) ermitteln:

X_V = m_VX′₁ (24).

Damit ist eine Vergleichs-Impedanz gewonnen. Da die Gewinnung dieser Vergleichsimpedanz zeitlich parallel zur Gewinnung der Meßimpedanz erfolgt, erhält man bei Anwendung des erfindungsge mäßen Verfahrens nach einem Meßzyklus für die Distanzmessung eine Aussage in Form der Meßimpedanz und eine weitere Aussage in Form der Vergleichsimpedanz. Sind beide Impedanzen gleich groß, dann ist dies eine deutliche Aussage dafür, daß die Di stanzmessung genau durchgeführt worden ist, so daß ein nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitendes Distanzschutzgerät auf der Basis dieser Distanzmessung sofort entscheiden kann, ob eine Auslösung vorzunehmen ist. Im allgemeinen ist es zweckmä ßig, eine gewisse Abweichung der beiden gemessenen Impedanz werte zuzulassen; beispielsweise wird es als vertretbar angese hen, bei Abweichung von < als 10% noch von einer hinreichend genauen Distanzmessung auszugehen. Es wird dann ein Vergleich gemäß der nachstehenden Gleichung (25) vorgenommen:

|X-X_V| < 0.1 |Z| (25).

Zeigt der Vergleich, daß die Differenz zwischen der Meßimpedanz und der Vergleichs-Impedanz verhältnismäßig groß ist, dann wird die Messung von Meßimpedanz und Vergleichs-Impedanz in einem nächsten Meßzyklus wiederholt; ist die Bedingung gemäß Glei chung (25) erfüllt, dann wird ein endgültiger Schutzentscheid gebildet.

Claims

1. Verfahren zum Durchführen einer Distanzmessung an einer mehrphasigen elektrischen Energieübertragungsleitung, bei dem

- die Spannung (U _RA) an einem fehlerbehafteten Phasenleiter erfaßt, digitalisiert und in einem linearphasigen, nicht rekursiven Digitalfilter (FIR-Filter) (3) eines ersten Typs (mit Gewichtsfaktoren g_i) einer Filtereinheit (1) be wertet wird,
- der Strom (i_FA) in dem fehlerbehafteten Phasenleiter erfaßt, digitalisiert und einerseits in einem weiteren FIR-Filter (5) des ersten Typs und andererseits in einem FIR-Filter (6) eines zweiten Typs (mit Gewichtsfaktoren (f_i) der Fil tereinheit (1) bewertet wird,
- wobei die Gewichtsfaktoren (g_i, f_i) frei vorgegeben werden und
- eine Fehlerkorrektur mittels eines Korrekturfaktors (k_c) durchgeführt wird, der als Quotient aus den Ampli tudengängen der FIR-Filter ersten und zweiten Typs ge bildet wird, und
- aus den Ausgangsgrößen der Filtereinheit (1) in einer Rechen einheit (10) die jeweilige Distanz der Fehlerstelle von einem Meßort angebenden Impedanzmeßgrößen ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß
- zur Distanzmessung bei einpoligen Erdkurzschlüssen ein der Summe der Ströme in den Phasenleitern der Energieübertra gungsleitung entsprechender Summenstrom (I _0FA) erfaßt, digitalisiert und einerseits in einem zusätzlichen FIR- Filter (8) des ersten Typs und andererseits in einem zu sätzlichen Filter (9) des zweiten Typs der Filtereinheit (1) unter Bildung jeweils einer Ausgangsgröße (m_k, n_k) be wertet wird,
- in der Recheneinheit (10) aus der Ausgangsgröße (w_k) des weiteren FIR-Filters (5) des ersten Typs eine erste Hilfs größe (H1) durch Multiplikation mit dem kilometrischen ohmschen Widerstand (R₁) des Mitsystems der Energieüber tragungsleitung gebildet wird,
- in der Recheneinheit ferner aus der Ausgangsgröße (V_k) des weiteren FIR-Filters (6) des zweiten Typs durch Multipli kation mit der kilometrischen Induktivität (L₁) des Mit systems der Energieübertragungsleitung eine zweite Hilfs größe (H2) gebildet wird,
- in der Recheneinheit außerdem aus der Ausgangsgröße (m_k) des zusätzlichen FIR-Filters (8) des ersten Typs durch Multiplikation mit der Differenz (R₀-R₁) aus kilometri schem ohmschen Widerstand des Nullsystems und des Mitsy stems der Energieübertragungsleitung eine dritte Hilfs größe (H3) gewonnen wird,
- in der Recheneinheit darüberhinaus aus der Ausgangsgröße (n_k) des zusätzlichen FIR-Filters (9) des zweiten Typs durch Multiplikation mit der Differenz (L₀-L₁) aus kilo metrischer Induktivität des Nullsystems und des Mitsystems der Energieübertragungsleitung eine vierte Hilfsgröße (H4) gebildet wird,
- in der Recheneinheit aus den Ausgangsgrößen (y_k, m_k, n_k, w_k, v_k) der FIR-Filter (3, 8, 9, 5, 6) und den Hilfsgrößen (H1 bis H4) ein Längenfaktor (in) und ein dem Widerstand an der Fehlerstelle proportionaler Widerstandswert (R_f) errechnet wird und
- in der Recheneinheit durch Multiplikation des Längenfak tors (in) mit der kilometrischen Resistanz (R′₁) des Mit systems und Addition des Widerstandswertes (R_f) sowie durch Multiplikation der kilometrischen Reaktanz (L′₁) des Mitsystems mit dem Längenfaktor (m) die die Distanz der Fehlerstelle kennzeichnende Meßimpedanz (R, X) gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß - beim Vorhandensein einer parallelen mehrphasigen elektri schen Energieübertragungsleitung ein der Summe der Strömen in den Phasenleitern dieser Energieübertragungsleitung entsprechender Nullstrom (I _OAM) erfaßt und digitalisiert wird und

- eine dem Realteil des Nullstromes proportionale Größe am Eingang des zusätzlichen FIR-Filters (8) des ersten Typs dem digitalisierten Summenstrom (i_ok) und eine dem Ima ginärteil des Nullstromes (I _OAM) am Eingang des zusätzli chen FIR-Filters (9) des zweiten Typs dem digitalisierten Summenstrom (i_ok) hinzu addiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß

- zeitlich parallel eine weitere Distanzmessung vorgenommen wird, indem
- die Spannung (u_RA) an dem fehlerbehafteten Phasenleiter in einem ergänzenden FIR-Filter (17) eines dritten Typs (mit Gewichtsfaktoren (h_i) in der Filtereinheit (16) unter Bil dung einer Ausgangsgröße (o_k) bewertet wird,
- der Strom (i_FA) in dem fehlerbehaftetem Phasenleiter in einem weiteren ergänzenden FIR-Filter (17) des dritten Typs unter Bildung einer Ausgangshilfsgröße (p_k) bewertet wird,
- der Summenstrom (i_0FA) in einem zusätzlichen ergänzenden FIR-Filter (19) des dritten Typs unter Bildung einer zu sätzlichen Ausgangshilfsgröße (r_k) bewertet wird,
- in der Recheneinheit (20) aus der Ausgangshilfsgröße (p_k) des weiteren ergänzenden FIR-Filters (18) des dritten Typs eine erste Zusatzhilfsgröße (H5) durch Multiplikation mit dem kilometrischen Widerstand (R′₁) des Mitsystems der Energieübertragungsleitung gebildet wird,
- in der Recheneinheit (20) ferner aus der Ausgangsgröße (w_k) des weiteren FIR-Filters (5) des ersten Typs durch Multiplikation mit der kilometrischen Induktivität (L′₁) des Mitsystems der Energieübertragungsleitung eine zweite Zusatzgröße (H6) gebildet wird,
- in der Recheneinheit (20) außerdem aus der Ausgangshilfs größe (r_k) des zusätzlichen ergänzenden FIR-Filters (19) des ersten Typs durch Multiplikation mit der Differenz (R₀ - R₁) aus kilometrischem ohmschen Widerstand des Null systems und des Mitsystems der Energieübertragungsleitung eine dritte Zusatzgröße (H7) gewonnen wird,

in der Recheneinheit (20) darüber hinaus aus der Ausgangs größe (r_k) des zusätzlichen ergänzenden FIR-Filters (11) des dritten Typs durch Multiplikation mit der Differenz (L₀ - L₁) aus kilometrischer Induktivität des Nullsystems und des Mitsystems der Energieübertragungsleitung eine vierte Zusatzgröße (H8) gebildet wird,

- in der Recheneinheit (20) aus den Ausgangsgrößen (o_k, p_k, r_k) der FIR-Filter (17, 18, 19) und den Zusatzgrößen (H5 bis H8) ein Längenfaktor (m_v) und ein dem Widerstand an der Fehlerstelle proportionaler Widerstandswert (R_fv) errechnet wird,
- in der Recheneinheit (20) durch Multiplikation des Längen faktors (m_v) mit der kilometrischen Reaktanz (L′₁) des Mitsystems mit dem Längenfaktor (m_v) eine die Distanz der Fehlerstelle kennzeichnende Vergleichs-Impedanz (R_v, X_v) gebildet wird, und
- die Distanzmessung als hinreichend genau betrachtet wird, wenn sich die Differenz zwischen der Meßimpedanz (R, X) und der Vergleichsimpedanz (R_v, X_v) innerhalb einer vorgegebe nen Größe hält.