DE19650974A1

DE19650974A1 - Electric conductor testing method

Info

Publication number: DE19650974A1
Application number: DE1996150974
Authority: DE
Inventors: Joerg Dipl Ing Ammon; Gerhard Dipl Ing Plewka
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1996-12-09
Filing date: 1996-12-09
Publication date: 1998-06-18

Abstract

The method includes the steps of supplying a first electric pulse into a first end (3) of the conductor (1), and detecting a resulting first echo-signal from the conductor at the first end. A second electric pulse is supplied into the first end of the conductor, and a second resulting echo-signal is detected. Both echo-signals are compared with each other, and a result signal is produced corresponding to a deviation and/or an agreement between the echo-signals. A deviating pulse in the second echo-signal is selected, and an error position, error type and/or condition is preferably derived therefrom.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung eines Zustandes einer elektrischen Leitung, insbe sondere einer HGÜ-Leitung, die zur Übertragung von elektri scher Energie dient.The invention relates to a method and an arrangement for Detection of a state of an electrical line, esp in particular a HVDC line, which is used for the transmission of electri energy.

Für den sicheren Betrieb einer elektrischen Übertragungslei tung ist es besonders wichtig, Zustände oder Fehler, insbe sondere Kurzschlüsse, oder offene Verbindungen schnell und sicher zu erfassen. Dazu werden in der Regel allgemein bei Hoch- oder Mittelspannungsleitungen beispielsweise Distanz- oder auch sogenannte Differential-Schutzgeräte eingesetzt.For the safe operation of an electrical transmission line It is particularly important to determine conditions or errors, in particular special short circuits, or open connections quickly and safe to grasp. This is generally the case with High or medium voltage lines for example distance or so-called differential protection devices are used.

Eine spezielle Betrachtungsweise ist für elektrische Leitun gen bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) er forderlich. Ein spezieller Fall ist dabei die bipolare HGÜ. Bei einer bipolaren HGÜ werden mittels zweier Gleichrichter zwei symmetrische Gleichströme oder -spannungen erzeugt, wo bei jeweils nur eine Übertragungsleitung gegeben ist. Das Erdpotential bildet dabei einen gemeinsamen Pol für beide Gleichrichter. Hierzu ist es in der Praxis nötig, für die Verbindung vom gemeinsamen Anschluß der Gleichrichter zum Erdpotential im Erdreich oder im Wasser eine sogenannte Elek trodenleitung vorzusehen, die gegebenenfalls wenige km bis zu 100 km lang sein kann. In dieser Elektrodenleitung fließt im fehlerfreien Zustand - also im symmetrischen Betrieb - nahezu kein Strom. Damit können herkömmliche Schutzgeräte, die auf Basis einer Stromerhöhung arbeiten, nicht verwendet werden.A special approach is for electrical conduction conditions in high-voltage direct current (HVDC) transmission conducive. A special case is the bipolar HVDC. In the case of bipolar HVDC, two rectifiers are used generates two symmetrical direct currents or voltages where with only one transmission line at a time. The Earth potential forms a common pole for both Rectifier. In practice it is necessary for that Connection from the common connection of the rectifiers to Soil potential in the ground or in the water a so-called Elek todenleitung provided, which, if necessary, a few km up to Can be 100 km long. In this electrode line flows in error-free condition - i.e. in symmetrical operation - almost no electricity. This means that conventional protective devices based on Work on the basis of a current increase, not be used.

Durch eine entsprechende Betriebsweise der HGÜ kann zwar eine Unsymmetrie zwischen den beiden Polen oder Übertragungslei tungen und somit ein Strom in der Elektrodenleitung erzeugt werden, der prinzipiell groß genug ist, um ihn mit herkömmli chen Schutzeinrichtungen zu erfassen. Eine derartige Be triebsweise ist jedoch oftmals von den Anwendern nicht ge wünscht.Appropriate operation of the HVDC can indeed Asymmetry between the two poles or transmission line lines and thus a current is generated in the electrode line in principle, which is large enough to be used with conventional protective devices. Such a loading drive-wise, however, is often not used by users wishes.

Aus der EP 0 360 109 B1 ist eine Schutzeinrichtung bekannt, die in die Elektrodenleitung ein Wechselsignal einspeist und hiervon abhängig eine Impedanzmessung vorsieht. Es wird hier also ein zusätzliches Wechselsignal auf die Gleichstromlei tung eingespeist um quasi mit herkömmlichen Mitteln eine Mes sung vorzusehen.A protective device is known from EP 0 360 109 B1, which feeds an alternating signal into the electrode line and depending on this provides for an impedance measurement. It will be here thus an additional alternating signal on the direct current line tion is fed by a measurement with conventional means solution.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur Erfassung eines Zustandes auf einer elek trischen Leitung anzugeben, wobei unabhängig von vorhandenen Signalen Veränderungen an der Leitung sicher erkannt werden können.The invention has for its object a method and an arrangement for detecting a condition on an elek trical line, regardless of existing Signal changes on the line can be reliably detected can.

Die Lösung der Aufgabe gelingt erfindungsgemäß mit einem Ver fahren zur Erfassung eines Zustandes, insbesondere eines Feh lers auf einer elektrischen Leitung, mit folgenden Schritten:
The object is achieved according to the invention with a method for detecting a state, in particular an error on an electrical line, with the following steps:

a) There is a first electrical pulse on a first Fed into the line at the end,
b) a resulting first echo signal of the line is on grasped the first end
c) a second electrical pulse is in at the first end fed the line,
d) a second resulting echo signal is detected,
e) the two echo signals are compared with one another,
f) in the event of a deviation and / or a match between between the two echo signals becomes a corresponding one Message signal generated.

Dieses Verfahren erlaubt eine einfache Fehlererfassung im Betrieb, ohne daß vorhandene Meßsignale verwendet werden. Das Verfahren arbeitet also autark, auch ohne daß die Leitung in Betrieb (d. h. sie ist freigeschaltet) ist. Es ist also wahl weise ein Online-Betrieb oder eine getrennte Überwachung mög lich.This procedure allows simple error detection in the Operation without using existing measurement signals. The The process thus works autonomously, even without the line in Operation (i.e. it is unlocked). So it's a choice online operation or separate monitoring is possible Lich.

Es ist günstig, wenn ausgehend von dem zweiten Echosignal und einer darin selektierten Impulsabweichung der Fehlerort und/oder eine Fehlerart und/oder eine Zustandsart bestimmt wird. Damit stehen für die Auswertung und den sicheren Be trieb der HGÜ weitere Informationen zur Verfügung, die vom Personal abfragbar sind.It is advantageous if, starting from the second echo signal and a fault deviation selected therein the fault location and / or an error type and / or a status type is determined becomes. Thus stand for the evaluation and the safe loading provided the HVDC with further information, available from Personnel can be queried.

Die Schritte a) und b) können mit unterschiedlichen Be triebseinstellungen der Leitung wiederholt und entsprechende resultierende Echosignale abgespeichert werden, wobei dann der Vergleich mit zumindest einem Teil der gespeicherten Echosignale erfolgt und das Meldesignal eine Information für die erfaßte Fehlerart beinhaltet. Dadurch ist eine aktive Er kennung von vorgegebenen Fehler- oder Betriebszuständen mög lich, die bereits aus der Praxis bekannt sind.Steps a) and b) can be done with different loading drive settings of the line repeated and corresponding resulting echo signals are stored, then the comparison with at least part of the stored Echo signals occur and the signal signal provides information for contains the type of error recorded. This makes him active detection of predefined error or operating states possible Lich that are already known from practice.

Der Vergleich der Signale kann zumindest für einen Zeit- oder Frequenzbereich erfolgen. Damit ist die Auswertung oder Über wachung der Signale nur auf eine Teilmenge vorgesehen, was zu schnelleren Auslösezeiten und bei einer digitalen Verarbei tung zu einer verringerten Datenhaltung führt.The comparison of the signals can at least for a time or Frequency range. So the evaluation or over monitoring of the signals provided only for a subset, leading to faster release times and with digital processing leads to reduced data storage.

Bezüglich der Anordnung gelingt die Lösung der Aufgabe erfin dungsgemäß mit einer Anordnung zur Erfassung eines Zustandes oder Fehlers auf einer Leitung, die zur Übertragung von elek trischer Energie dient, mit einem an ein erstes Ende der Lei tung anschließbaren Impulsgenerator zum Einspeisen zumindest eines elektrischen Impulses in die Leitung, und Erfassungs mittel, insbesondere einem Koppelglied, zum Erfassen von je weils resultierenden Echoimpulsen, die einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung zuführbar sind, wobei die Auswerteein richtung zumindest einen Vergleicher umfaßt, dem ein erstes und ein zweites Echosignal zweier in die Leitung eingespei ster Impulse zuführbar sind und entsprechend einer Abweichung und/oder einer Übereinstimmung der Echosignale ein zugeordne tes Meldesignal erzeugbar ist. Diese Anordnung erlaubt eine autarke Funktion der so gebildeten Schutzeinrichtung, wobei eine Fehler- und/oder Zustandserfassung mit Erkennungsfunk tion für die Leitung gegeben ist.With regard to the arrangement, the problem is solved in accordance with an arrangement for detecting a state or fault on a line used to transmit elec tric energy, with one at a first end of the lei device connectable pulse generator for feeding at least an electrical impulse in the line, and detection medium, in particular a coupling element, for detecting each Weil resulting echo pulses that a downstream Evaluation device can be fed, the evaluation being direction includes at least one comparator, the first and a second echo signal from two fed into the line ster impulses can be supplied and according to a deviation and / or a match of the echo signals tes signal can be generated. This arrangement allows one self-sufficient function of the protective device thus formed, whereby an error and / or condition detection with detection radio tion for the management is given.

Die Auswerteeinrichtung kann zumindest einen Speicher umfas sen, in welchem die Echosignale speicherbar sind. Entspre chend vorgebbarer Betriebszustände der Leitung sind dann ent sprechende Echosignale im Speicher hinterlegt, die zum Ver gleich mit einem aktuell erfaßten Echosignal dienen. Damit ist quasi eine Betriebszustandsbibliothek gegeben, die eine positive oder negative Betriebszustandserfassung mit entspre chender Signalisierung zuläßt. Gegebenenfalls können im Be trieb auch weitere Echosignale gespeichert werden, so daß die gesamte Anordnung selbstlernend ist.The evaluation device can comprise at least one memory sen, in which the echo signals can be stored. Correspond The operating states of the line that can be predetermined are then eliminated speaking echo signals are stored in the memory for ver serve with a currently detected echo signal. In order to there is basically an operating status library, the one positive or negative operating status detection with corre sponding appropriate signaling. If necessary, in the Be also drove further echo signals are stored, so that the entire arrangement is self-learning.

Die Leitung ist bevorzugt eine Elektrodenleitung einer bipo laren Hochspannungsgleichstromübertragungsanlage (HGÜ). Gege benenfalls ist jedoch auch eine Anwendung für sonstige elek trische Leitungen in der Hoch- oder Mittelspannungstechnik möglich.The line is preferably an electrode line of a bipo laren high-voltage direct current transmission system (HVDC). Opp however, it is also an application for other electronics trical cables in high or medium voltage technology possible.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, weitere Vorteile und Details werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläu tert.An embodiment of the invention, further advantages and Details are explained below with reference to the drawing tert.

Die Figur zeigt eine elektrische Leitung 1, insbesondere eine Hochspannungsleitung für Gleichstrom, wie sie bei einer HGÜ verwendet wird in einer Prinzipdarstellung. Speziell handelt
es sich dabei um eine sogenannte Elektrodenleitung bei einer bipolaren HGÜ. Die Leitung 1 ist an ihrem ersten Ende 3 mit einer nicht näher gezeigten HGÜ-Anlage verbunden. Das zweite Ende 2 ist mit Erdpotential E verbunden. Die Leitung 1 soll über ihre gesamte Länge (gegebenenfalls von wenigen km bis 100 km) im Hinblick auf Veränderungen und/oder Betriebszu standsänderungen, insbesondere einem Fehler in Form einer Un terbrechung oder eines Kurzschlusses, überwacht werden.The figure shows an electrical line 1 , in particular a high-voltage line for direct current, as it is used in an HVDC, in a schematic diagram. Act specifically
it is a so-called electrode lead in a bipolar HVDC. The line 1 is connected at its first end 3 to an HVDC system, not shown in detail. The second end 2 is connected to earth potential E. The line 1 should be monitored over its entire length (possibly from a few km to 100 km) with regard to changes and / or changes in operating status, in particular an error in the form of an interruption or a short circuit.

Dazu ist an dem ersten Ende 3 der Leitung 1 eine Anordnung 4 mit einem Koppelglied 5, einer Auswerteeinrichtung 11 und ei nem Impulsgenerator 7 vorgesehen. Über das Koppelglied 5 wird ein elektrischer Impuls vom Impulsgenerator 7 in die Lei tung 1 eingespeist. Als Impuls kann dabei ein Rechteck- oder Hochfrequenzimpuls, wie er auch allgemein zur Fehlerortbe stimmung bei Hochspannungsleitungen bekannt ist, verwendet werden.For this purpose, an arrangement 4 with a coupling element 5 , an evaluation device 11 and a pulse generator 7 is provided at the first end 3 of the line 1 . An electrical pulse from the pulse generator 7 is fed into the circuit 1 via the coupling element 5 . As a pulse, a rectangular or high-frequency pulse, as it is also generally known for fault location determination in high-voltage lines, can be used.

Damit der elektrische Impuls nicht in die HGÜ-Anlage sondern nur in das zu überwachende Teilstück der Leitung 1 läuft, kann diese endseitig mit Dämpfungsgliedern 9 versehen sein, die eine Weiterleitung des elektrischen Impulses verhindern.So that the electrical pulse does not run into the HVDC system but only into the section of line 1 to be monitored, it can be provided at the end with attenuators 9 which prevent the electrical pulse from being forwarded.

Ausgehend von diesem ersten elektrischen Impuls ergibt sich auf Basis der vorhandenen Leitungskonfiguration eine resul tierendes erstes Echosignal in Form eines Impulsgemisches, das von der Auswerteeinrichtung 11 über das Koppelglied 5 oder gegebenenfalls über ein zugeordnet es zusätzliches Filter erfaßt und gegebenenfalls gespeichert wird. Die Auswerteein richtung 11 kann dabei als analoge oder digitale Einrichtung ausgebildet sein, die je nach dem eine Abspeicherung von ana logen oder digitalen Signalen vorsieht. Im Falle einer digi talen Signalverarbeitung können dabei gegebenenfalls digitale Signalprozessoren oder auch ein Mikrocomputer zur Anwendung kommen.Based on this first electrical pulse, a resulting first echo signal in the form of a pulse mixture is obtained on the basis of the existing line configuration, which is detected by the evaluation device 11 via the coupling element 5 or, if appropriate, via an associated additional filter and, if appropriate, stored. The Auswerteein device 11 can be designed as an analog or digital device, which, depending on the provides for storing analog or digital signals. In the case of digital signal processing, digital signal processors or a microcomputer can be used.

Das empfangene Echosignal stellt dabei ein Signalabbild der momentanen Leitungskonfiguration dar. Es kann also auch sozu sagen als signaltechnischer "Fingerprint" oder Abbild der Leitung bezeichnet werden. Gegebenenfalls können derartige Abbilder auch für mehrere Betriebssituationen der Leitung 1, z. B. für verschiedene Schaltzustände mit zugeschalteten zu sätzlichen Leitungen, erzeugt und in einem Speicher hinter legt werden, so daß quasi eine Bibliothek von verschiedenen Echosignalen oder Abbildern für verschiedene Betriebssitua tionen vorliegt.The received echo signal represents a signal image of the current line configuration. It can also be said, as it were, as a signaling "fingerprint" or image of the line. If necessary, such images can also be used for several operating situations of line 1 , e.g. B. for different switching states with additional lines connected, generated and stored in a memory, so that there is a library of different echo signals or images for different operating situations.

Nach einer vorgegebenen Zeit wird ein zweiter elektrischer Impuls auf die Leitung 1 gegeben und ein zweites resultieren des Echosignal erfaßt. Das erste und zweite Echosignal werden dann in der Auswerteeinrichtung 11 miteinander verglichen. Bei einer Abweichung kann davon ausgegangen werden, daß eine Zustandsänderung, gegebenenfalls ein Fehler, auf der Lei tung 1 vorliegt. Es wird dann von der Auswerteeinrichtung 11 ein Meldesignal im Sinne der Änderung, z. B. ein Fehlersignal, in der Auswerteeinrichtung 11 erzeugt, das je nach Bedarf auf einem Display angezeigt oder über eine nicht näher darge stellte Schnittstelle, die allgemein aus dem Stand der Tech nik bekannt ist, an eine übergeordnete leittechnische Ein richtung zur Zustands- oder Fehlersignalisierung und -bear beitung weitergegeben wird.After a predetermined time, a second electrical pulse is applied to line 1 and a second result of the echo signal is detected. The first and second echo signals are then compared with one another in the evaluation device 11 . If there is a deviation, it can be assumed that there is a change in state, possibly an error, on line 1 . It is then a signal from the evaluation device 11 in the sense of the change, for. B. generates an error signal in the evaluation device 11 , which is shown on a display as required or via an interface not shown in detail, which is generally known from the prior art, to a higher-level control device for status or error signaling and processing is passed on.

Zusätzlich oder alternativ kann gegebenenfalls das zweite Echosignal mit den ersten im Speicher hinterlegten Signalen verglichen werden, so daß aktiv festgestellt wird, daß ein bestimmter, z. B. regulär gewünschter Betriebszustand oder ein spezieller Fehler erfaßt wurde. Somit können also auch "nor male" Betriebszustandsänderungen sicher erfaßt werden. Additionally or alternatively, the second one may be used Echo signal with the first signals stored in the memory are compared so that it is actively determined that a certain, e.g. B. regularly desired operating state or a special error was detected. Thus, "nor Male "changes in operating status can be reliably detected.

Tritt beispielsweise auf der Leitung 1 am Ort 12 ein Kurz schluß oder eine Leitungsunterbrechung auf, so spiegelt sich der Fehler durch einen entsprechenden Signalimpuls im empfan genen Echosignal wieder. Durch den Fehler am Ort 12 wird der eingespeiste elektrische Impuls an der Fehlerstelle nämlich reflektiert. Auf Basis einer bei der Signalverarbeitung in der Auswerteeinrichtung 11 enthaltenen Laufzeiterfassung, kann somit auch die Fehlerortentfernung miterfaßt werden. Ge gebenenfalls kann sogar anhand der Signalform die Fehlerart genau erkannt werden. Als Fehlerart kommt dabei beispiels weise ein offenes Leitungsende oder ein Erdkurzschluß in Frage. Eine derartige Auswertung oder Analyse findet in der Auswerteeinrichtung 11 statt.If, for example, a short circuit or line break occurs on line 1 at location 12 , the error is reflected by a corresponding signal pulse in the received echo signal. Because of the fault at location 12 , the electrical pulse fed in is reflected at the fault location. On the basis of a runtime detection contained in the signal processing in the evaluation device 11 , the error location distance can thus also be recorded. If necessary, the type of error can even be recognized precisely on the basis of the signal shape. An open cable end or an earth short-circuit can be considered as a type of fault. Such an evaluation or analysis takes place in the evaluation device 11 .

An jeder Übergangsstelle der Leitung 1 wird der eingespeiste Impuls zumindest teilweise reflektiert. Es stellt sich also insgesamt ein charakteristisches Echobild mit einer Vielzahl von Reflexionen ein. Um bestimmte Echosignale zu selektieren kann es günstig sein, in der Auswerteeinrichtung 11 spezielle Echos oder Teilsignale, die im normalen Betrieb vorkommen und nicht von Belang sind, zu unterdrücken oder nicht zu berück sichtigen. Zur Auswertung können in diesem Fall z. B. Zeit- und/oder Frequenzbereiche herangezogen werden. Die gesamte Auswertung kann dann ggf. nur auf diese Bereiche einge schränkt werden.At each transition point of line 1 , the injected pulse is at least partially reflected. Overall, a characteristic echo image is created with a large number of reflections. In order to select certain echo signals, it may be expedient to suppress or not to take into account in the evaluation device 11 special echoes or partial signals which occur in normal operation and are not of concern. For evaluation in this case, for. B. time and / or frequency ranges can be used. The entire evaluation can then only be limited to these areas.

Prinzipiell läßt sich das Verfahren und die Anordnung auch bei Wechselspannungsübertragungsleitungen einsetzen. Hier ist dann gegebenenfalls eine Anpassung im Hinblick auf die Däm pfungsglieder oder der Koppelglieder erforderlich. Dabei ist es auch denkbar, daß die Einkopplung über vorhandene "power line carrier"-Komponenten oder im Rahmen von Rundsteuerkompo nenten erfolgt. Eine Einkopplung des Impulssignals mittels konventioneller Strom-Spannungswandler über eine in der Regel vorhandene parasitäre kapazitive Kopplung zwischen der Pri mär- und Sekundärwicklung der Wandler ist ebenfalls denkbar.In principle, the method and the arrangement can also use with AC transmission lines. Here is then, if necessary, an adjustment with regard to the dam link or the coupling links required. It is it is also conceivable that the coupling via existing "power line carrier "components or in the context of ripple control compo takes place. A coupling of the pulse signal by means of conventional current-voltage converter usually over a existing parasitic capacitive coupling between the Pri mär- and secondary winding of the converter is also conceivable.

Es kann auch eine Einkopplung über kapazitive Spannungsteiler zur Wechselspannungsmessung oder über Spannungswandler für Gleichspannungsmessung erfolgen. Prinzipiell sind selbstver ständlich auch sonstige alternative Einkoppelmethoden, die allgemein nach dem Stand der Technik bekannt sind, möglich.It can also be coupled via capacitive voltage dividers for AC voltage measurement or via voltage transformers for DC voltage measurement take place. In principle, self-ver of course also other alternative coupling methods, the are generally known in the art.

Wesentlicher Gesichtspunkt des neuen Verfahrens und der An ordnung ist, daß quasi mittels eines Impulses ein Impulsecho abbild der elektrischen Leitung erzeugt wird und dieses auf eine Veränderung überwacht wird.Essential aspect of the new process and the An Order is that a pulse echo, so to speak, by means of a pulse image of the electrical line is generated and this on a change is monitored.

Claims

1. A method for detecting a state of an electrical line ( 1 ) with the following steps:

a) a first electrical pulse is fed into the line ( 1 ) at a first end ( 3 ),
b) a resultant first echo signal from line ( 1 ) is detected at the first end ( 3 ),
c) a second electrical pulse is fed into the first end ( 3 ) of the line ( 1 ),
d) a second resulting echo signal is detected,
e) the two echo signals are compared with one another,
f) in the event of a deviation and / or a match between the two echo signals, a corresponding Mel designal is generated.

2. The method of claim 1, wherein in the second echo signal a different pulse is selected and a fault location and / or an error type and / or a status type is determined becomes.

3. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein steps a) and b) are repeated with different operating settings of the line ( 1 ) and corresponding resultant first echo signals are stored, the comparison with at least some of the stored first echo signals takes place and the message signal contains information for the detected status or error type.

4. The method according to any one of claims 1, 2 or 3, wherein the Comparison of the echo signals at least for a given one Time or frequency range takes place.

5. Arrangement for detecting a state of an electrical line ( 1 ), which is used to transmit electrical energy, with:

- At a first end ( 3 ) of the line ( 1 ) connectable Ren pulse generator ( 7 ) for feeding at least one electrical pulse into the line ( 1 ), and
- Detection means, in particular a coupling element, for detecting any resulting echo pulses which can be fed to a downstream evaluation device ( 11 ),
- The evaluation device ( 11 ) comprises at least one comparator, which can be supplied with a first and a second echo signal of two stored pulses and accordingly a deviation and / or a match of the echo signals, an associated message signal can be generated.

6. Arrangement according to claim 5, wherein the evaluation device ( 11 ) comprises at least one memory in which the echo signals can be stored.

7. An arrangement according to claim 5 or 6, wherein corresponding first echo signals are stored in the memory in accordance with specifiable operating states of the line ( 1 ) and are used for comparison with a currently detected second echo signal.

8. Arrangement according to claim 5, 6 or 7, wherein the line ( 1 ) is an electrode line of a bipolar high-voltage direct current transmission system.