DE19807778C2 - Verfahren und Vorrichtung zum netzsynchronen Schalten eines Leistungsschalters - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum netzsynchronen Schalten eines Leistungsschalters, insbesondere an einem Hochspannungsnetz, bei Verwendung eines elektronischen Steu­ ergerätes, das nach Vorliegen eines Schaltbefehls das Ein- oder Ausschalten unter Berechnung der Eigenzeit des Lei­ stungsschalters, die unter Berücksichtigung äußerer, die Eigenzeit beeinflussender Parameter erfolgt, zum nächsten, für die Ein- oder Ausschaltung in Frage kommenden Stromnull­ durchgang oder in dessen Nähe veranlaßt sowie ein elektroni­ sches Steuergerät zur Durchführung des vorgenannten Verfah­ rens.

Es ist seit langem bekannt, daß Schalthandlungen in Hochspan­ nungsnetzen zu den geringsten Schaltüberspannungen und zur geringsten Belastung der Schaltkontakte führen dann, wenn die Schalthandlungen so gesteuert werden, daß sich nur sehr kurz­ zeitig ein Schaltlichtbogen ausbilden kann. Beim Ausschalten von Leistungsschaltern bedeutet das, den Zeitpunkt des Öff­ nens der Schaltkontakte auf bzw. in die Nähe des Stromnull­ durchgangs der jeweiligen Phase zu legen. Die Steuerung muß dann in der Lage sein, die Eigenzeit des Schalters zwischen dem Auslösebefehl und dem Beginn der Kontakttrennung exakt vorauszuberechnen, um nach einem Ausschaltbefehl rechtzeitig vor dem nächsten Stromnulldurchgang das Ausschalten auszu­ lösen. Die Eigenzeit ist abhäbgig vom Schaltertyp (Antrieb durch Druckluft, Federspeicher oder Hydraulik) sowie von Um­ gebungsparametern wie z. B. Temperatur, Öldruck und Höhe der Steuerspannung.

Auch die Standzeit des Schalters kann je nach Schaltertyp eine mehr oder weniger große Beeinflussung der Eigenzeit zur Folge haben. Aus der DE-A 39 05 822 ist dazu bereits ein Ver­ fahren bekanntgeworden, nach welchem die tatsächliche Eigen­ zeit des Schalters bei einem Schaltvorgang gemessen und als Korrekturgröße bei der nächstfolgenden Schaltung berücksich­ tigt wird.

Ein ähnliches Verfahren ist auch aus der US 5 629 869 be­ kannt, nach dem aus der Temperatur, der Steuerspannung und gegebenenfalls weiteren Parametern sowie aus den Vergangen­ heitswerten der Eigenzeit ständig eine aktuelle Eigenzeit prognostiziert wird. Weiterhin ist aus der DE 38 12 734 A1 ein Verfahren zum netzsynchronen Ausschalten eines Leistungs­ schalters bekannt, das nach Vorliegen eines Schaltbefehls das Ein- oder Ausschalten unter Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters, die unter Berücksichtigung äußerer, die Eigenzeit beeinflussender Parameter erfolgt, zum nächsten für die Ein- oder Ausschaltung in Frage kommenden Stromnulldurch­ gang oder in dessen Nähe veranlasst.

Für normale Ein- und Ausschaltungen ist die exakte Vorausbe­ stimmung der Eigenzeit eines Schalters bereits ausreichend, um netzsynchron zu schalten. Bei Ausschaltungen in Folge von Fehlervorgängen im Netz tritt der nächste Stromnulldurchgang jedoch nicht zum Zeitpunkt des als nächsten zu erwartenden Sinus-Nulldurchgangs auf. Vielmehr verschiebt sich der Strom­ nulldurchgang aufgrund transienter Vorgänge im Netz in Abhän­ gigkeit von der Fehlerart, dem Fehlerort und den beteiligten Impedanzen. Neben der Eigenzeit des Schalters ist für den Fehlerfall somit für die Vorhaltezeit des Auslösebefehls auch die Verschiebung des oder der nächsten Nulldurchgänge zu be­ rücksichtigen.

Verfahren zur Berechnung der Stromnulldurchgänge im Fehler­ fall, die die Stromgrößen zu bestimmten Zeitpunkten oder aus den Stromgrößen abgeleitete Differentiale verwerten, sind beispielsweise aus der DE-B 15 65 995 oder DE-A 21 18 427 be­ kannt.

Bisherige Bemühungen zum netzsynchronen Ausschalten im Feh­ lerfall blieben dennoch nur in Ansätzen stecken, da die ver­ wendeten Schutzgeräte, die die von den Meßwandlern empfan­ genen Meßsignale auswerten, ca. 10-25 ms, d. h. unter Um­ ständen mehr als eine ganze Netzperiode, benötigen, um einen Neztfehler eindeutig zu identifizieren, ehe sie einen Befehl zum Ausschalten an die Leistungsschaltersteuerung weiter­ geben. Eine anschließende Synchronisierung des Schaltvorgangs würde das Ausschalten dann weiter verzögern, weshalb in sol­ chen Fällen von einer Synchronisierung abgesehen und der Aus­ schaltbefehl sofort an den Schalter weitergegeben wird.

Das netzsynchrone Schalten blieb deshalb bisher auf Ein­ schaltvorgänge sowie Ausschaltvorgänge bei ungestörtem Netz­ betrieb beschränkt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Ver­ fahren der eingangs genannten Art und ein zu dessen Durchfüh­ rung geeignetes Steuergerät anzugeben, mit dem ein netzsyn­ chrones Ausschalten auch beim Auftreten von Netzfehlern mög­ lich wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Maßnahmen im kennzeichnenden Teil der Ansprüche 1 und 3 im Zusammenwir­ ken mit den Merkmalen im Oberbegriff, indem durch einen mög­ lichen Netzfehler, der durch Erfassen eines transienten Vor­ gangs im Netz durch das Steuergerät des Leistungsschalters selbst detektiert wird, die Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters sowie die Berechnung der nächsten Strom­ nulldurchgänge ausgelöst wird und diese berechneten Werte bei einem innerhalb einer vorwählbaren Wartezeit folgenden Aus­ schaltbefehl eines übergeordneten Schutzgerätes verarbeitet werden, so daß kein Zeitverzug zwischen Fehlererfassung und der netzsynchronen Ausschaltung des Leistungsschalters resul­ tiert. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahren ist erfin­ dungsgemäß so aufgebaut, daß es direkt mit einem oder mehre­ ren, die Netzparameter erfassenden Meßwandlern verbunden ist und über eine Einrichtung zum Detektieren transienter Netz­ vorgänge verfügt, die mit der Berechnungseinheit zum Berech­ nen der Vorhaltezeit verbunden ist.

Bei dem oder den Meßwandlern kann es sich um die ohnehin für Schutzzwecke vorhandene oder um separate Wandler für das Steuergerät handeln.

Die Einrichtung zu Detektieren transienter Netzvorgänge kann zweckmäßig mit einem Hochpaßfilter ausgerüstet sein, der transiente Vorgänge von dem 50 Hz-Energiesignal trennt.

Das Verfahren hat den Vorteil, daß die Leistungsschalter­ steuerung bereits rechtzeitig eine Information über eine etwaige Schalthandlung bekommt und gleichzeitig mit der Feh­ leranalyse im Schutzgerät mit der Berechnung des optimalen Auslösezeitpunktes durch Bestimmung der Eigenzeit des Schal­ ters sowie der Bestimmung des nächsten Stromnulldurchgangs beginnen kann.

Kommt dann wirklich von einem übergeordneten Schutzgerät der Befehl zur Schutzausschaltung, so ist die Leistungsschalter­ steuerung bereits vorbereitet und kann somit wesentlich schneller durchgeführt werden.

Muß der betroffene Leistungsschalter nicht schalten, z. B. weil ein im Netz übergeordneter Leistungsschalter bereits ge­ schaltet hat, dann wird die "Schaltbereitschaft" nach einer vorbestimmten Wartezeit wieder aufgehoben.

Die Erfindung soll nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spiels näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt das erfindungsgemäße Verfahren schematisch anhand eines Blockschaltbildes.

Einem Hochspannungs-Leistungsschalter 1 ist ein digital arbeitendes Steuergerät 2 zur Steuerung, d. h. unter anderem zum synchronen Schalten des Hochspannungs-Leistungsschalters 1, vorgeordnet.

Im normalen Netzbetrieb kann der Hochspannungs-Leistungs­ schalter 1 von einer Schaltwarte 3 aus mit einem Befehl an das Steurgerät 2 ein- oder ausgeschaltet werden. Die für das netzsynchrone Schalten nötige Information über den Netzstrom und die Netzspannung erfogt durch Wandler 4, die mit dem Steuergerät 2 verbunden sind.

Ebenfalls mit dem Steuergerät 2 verbunden ist ein Schutzgerät 5, das bei Abweichungen von den normalen Strom- oder Spannungswerten eine Identifikation des Fehlers vornimmt und je nach der identifizierten Fehlerart ein ein- oder mehrpoli­ ges Ausschalten des Hochspannungs-Leistungsschalters 1 aus­ löst.

Das Steuergerät 2 besitzt einen eigenen Detektionsalgorithmus für den Fehlerfall, z. B. einen Hochpaßfilter, der transiente Vorgänge vom 50 Hz-Energiesignal separiert. Bei Berücksichti­ gung des transienten Fehlerstroms ist das Steuergerät 2 in der Lage, selbsttätig den nächsten Stromnulldurchgang und zum anderen auch die aktuelle Eigenzeit des Hochspannungs- Leistungsschalter 1 unter Berücksichtigung z. B. von Öldruck oder SF6-Gasdruck und Temperatur zu ermitteln, ohne dazu einen Auslösebefehl vom Schutzgerät 5 abwarten zu müssen. Die ansonsten auftretende Verzögerung zwischen den Punkten A und B wird somit vermieden.

Gibt das Schutzgerät 5 dann tatsächlich einen Auslösebefehl für eine Ausschaltung, so verfügt das Steuergerät 2 bereits über alle nötigen Informationen für ein neztsynchrones Schal­ ten.

Erfolgt trotz des Fehlers kein Auslösebefehl durch das Schutzgerät 5, weil z. B. ein übergeordneter Leistungsschal­ ter bereits die Fehlerstelle vom Netz getrennt hat, so werden die berechneten Werte für die Eigenzeit und den prognosti­ zierten Stromnulldurchgang nach einer vorgegebenen Zeit wie­ der verworfen.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf das hier dargestellte Ausführungsbeispiel. Vielmehr ist es möglich, durch Kombina­ tion und Modifikation der genannten Mittel und Merkmale wei­ tere Ausführungsvarianten zu realisieren, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims (5)

1. Verfahren zum netzsynchronen Schalten eines Leistungsschalters, insbesondere an einem Hochspannungsnetz, bei Verwendung eines elektronischen Steuergerätes, das nach Vorliegen eines Schaltbefehls das Ein- oder Ausschalten unter Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters, die unter Berücksichtigung äußerer, die Eigenzeit beeinflussender Parameter erfolgt, zum nächsten, für die Ein- oder Ausschaltung in Frage kommenden Stromnulldurchgang oder in dessen Nähe veranlasst, dadurch gekennzeichnet, dass
ein transienter Vorgang im Netz durch das Steuergerät des Leistungsschalters als Anzeichen für einen möglichen Netzfehler erfasst wird,
die Berechnung der Eigenzeit des Leistungsschalters sowie die Berechnung mindestens des nächsten Stromnulldurchgangs ausgelöst werden und
diese berechneten Werte bei einem innerhalb eines vorwählbaren Zeitintervalls folgenden Ausschaltbefehl eines übergeordneten Schutzgerätes bei der weiteren Verarbeitung des Ausschaltbefehls berücksichtigt werden, so dass kein Zeitverzug zwischen der Fehlererfassung und der netzsynchronen Ausschaltung des Leistungsschalters resultiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der aktuellen Eigenzeit des Leistungsschalters unter Berücksichtigung von Druck und/oder Temperatur der Hydraulikflüssigkeit erfolgt.

3. Elektronisches Steuergerät für das netzsynchrone Schalten eines Leistungsschalters, insbesondere an einem Hochspannungsnetz, das nach Vorliegen eines äußeren Schaltbefehls einen internen Auslösebefehl für den Leistungsschalter abgibt, bei welchem eine von der in Abhängigkeit von äußeren Bedingungen in einer Berechnungseinheit berechneten Eigenzeit des Leistungsschalters und dem nächsten Stromnulldurchgang abhängige Vorhaltezeit berücksichtigt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (2) direkt mit mindestens einem, die Netzparameter erfassenden Messwandler (4) verbunden ist und über eine Einrichtung zum Detektieren transienter Netzvorgänge verfügt, die mit der Berechnungseinheit zum Berechnen der Vorhaltezeit verbunden ist.

4. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Detektieren transienter Netzvorgänge mit einem Hochpassfilter ausgerüstet ist, der transiente Vorgänge von dem 50 Hz-Energiesignal trennt.

5. Elektronisches Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Messwandler (4) ein für Schutzzwecke vorhandener Messwandler (4) oder ein im Steuergerät (2) eingesetzter Messwandler (4) ist.