DE2032497C3 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung des Fehlerortes in elektrischen Fernleitungen - Google Patents

Description

entlang dem Leitungsabschnitt bis zur Fehlerstelle tung der elektromagnetischen Wellen vom Fehlerort gleich ist. zur Meßstelle an der Gleichstromfernleitung,

Darüber hinaus sind Fehlerortmeßeinrichtungen Fig. 2 das Blockschaltbild der Fehlerortmeßein-

für Femleitungen bekannt, die eine Zeitsignalqueile richtung,

an einem der Leitungsenden und zwei Empfänger für 5 Fig. 3 das Prinzipschaltbild einer möglichen Ausdie von dem Fehlerort zu den entgegengesetzten Lei- führung der Wellenempfangseinheit der Fehlerorttungsenden sich ausbreitenden Wellen enthalten. meßeinrichtung.

Nachteil der erwähnten Einrichtungen ist entweder Bei einer Störung an der Femleitung entstehen an

die geringe Meßgenauigkeit der Geräte zur Ermitt- . dem Fehlerort elektromagnetische Wellen, die sich lung der elektrischen Normalfrequenzgrößen oder die io nach beiden Seiten von dem Fehlerort entlang der große Kompliziertheit und folglich die geringe Zuver- Leitung ausbreiten. Kennzeichnend hierfür ist eine lässigkeit der Einrichtungen für die Messung der schlagartige Änderung des Stroms und der Spannung. Laufzeit der elektromagnetischen Wellen. Ein wei- Gerät z. B. einer der Drähte der Leitung in Kurzterer Nachteil derselben ist die erforderliche Hoch- Schluß mit der Erde, so wird an dieser Stelle die Spanfrequenzbearbeitung der zu überwachenden Leitung 15 nung praktisch unverzüglich den Wert des Erdpotensowie die notwendigen speziellen Impulsgeneratoren, tials annehmen. Die schlagartige Spannungsänderung die die erwähnten Einrichtungen beträchtlich ver- hat damit den Wert, den die im Draht vor der Beteuern. Außerdem ist bei den Einrichtungen, die Zeit- Schädigung herrschende Spannung hatte,
signale benutzen, der vorhandene Verbindungskanal Wegen der elektromagnetischen Kopplung zwi-

zwischen den Leitungsenden, der bei Störungen an ao sehen den beiden Leiterdrähten wird auch in dem der zu überwachenden Leitung unterbrochen werden nicht beschädigten Leiterdraht eine sprungartige kann, als mögliche Störungsquelle nachteilig. Spannungsänderung auftreten, und zwar sowohl

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter gegenüber der Erde als auch gegenüber dem beVermeidung der erwähnten Nachteile ein einfacheres schädigten Leiterdraht.

und zuverlässigeres Fehlerortmeßverfahren und eine as Diese am Fehlerort auftretenden Spannungs-Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu Sprünge pflanzen sich als Wellen auf zwei Wegen schaffen. (über zwei Kreise) fort: Über den Kreis, der nur

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem durch die Drähte der Femleitung und über den Verfahren der eingangs genannten Art gemäß der Kreis, der durch die Leitungsdrähte und die Erde geErfindung wenigstens an einer Meßstelle dir Leitung 30 bildet ist.

der Zeitabstand zwischen dem Eintreffen der Front Die zwischen den Drähten der Femleitung fort-

der am Fehlerort entstandenen und über den durch geleitete Welle U_n „ ist symmetrisch bezüglich der die Leiterdrähte gebildeten Kreis fortgeleiteten dek- Erde ausgebildet, d. h., die Potentialsprünge ^:.a den tromagnetischen Wellen und dem Eintreffen der Leitern sind von gleicher Größe und entgegengesetz-Front der am Fehlerort entstandenen und über den 35 tem Vorzeichen. Ihre Geschwindigkeit V_n._n liegt in durch die Leiterdrähte und die Erde gebildeten Kreis der Nähe der Lichtgeschwindigkeit,
fortgeleiteten elektromagnetischen Wellen gemessen Die zwischen den Drähten einerseits und der Erde

und die Entfernung bis zum Fehlerort als Funktion andererseits fortgeleitete Welle t/„._s (die zu keiner dieses Zeitabstandes bestimmt wird. Änderung der Potentialdifferenz zwischen den Leiter-

Zur Anwendung dieses Verfahrens dient eine Ein- 40 drähten untereinander führt, pflanzt sich deswegen richtung mit einer über Spannungsteiler an die Fern- mit einer anderen Geschwindigkeit fort, weil hier leitung angekoppelten Wellenempfangseinheit und die Parameter der Erde eingehen, insbesondere dieser nachgeschalteten Zeitintervallmeßeinheit, bei die elektrische Leitfähigkeit des Erdreichs entlang der ernndungsgemäß die Wellenempfangseinheit we- der Femleitung. Die Geschwindigkeit V_n.₃ der Welle nigstens zwei Transformatoren enthält, die je eine 45 U„._s ist dabei wegen des Oberflächeneffekts auf die Primärwicklung und je zwei Sekundärwicklungen Wellenfront in der Erde geringer,
enthalten, wobei die Primärwicklungen über die Bei der Ausbreitung beider Wellen von dem Feh-

Spannungsteiler an die verschiedenen Pole der Fern- lerort entlang der Femleitung eilt wegen der unterteilung gelegt sind, während die entsprechenden Se- schiedlichen Geschwindigkeiten V_n„ und V„.₃ die kundärwicklungen der Transformatoren paarweise 50 Front der Welle U₁₁₃ der Front von Welle U_n.„ um verbunden und über Gleichrichter an die Zeitinter- Zeitabstand At nach (Fig. 1). J? größer die Entfervallmeßeinheit angeschlossen sind Mnd wobei ein nung vom Fehlerort (Punkt A) bis zum Meßort Paar der verbundenen Sekundärwicklungen serien- (Punkt B) ist, desto größer ist At (A/,>J/,>*„). gleichsinnig geschaltet sind, so daß sie ein Signal lie- Der Zusammenhang ergibt sich aus der Beziehung fern, wenn die sich über den zwischen den Drähten 55 y_n -V„„

gebildeten Kreis fortpflanzende Welle eintrifft, wäh- I = At ■ —"-— -,"" ·

rcnd das andere Paar der verbundenen Sekundär- ⁿⁿ~ "

wicklungen seriengegensinnig geschaltet sind, so daß Ist der Wert des Zeitabstandes A t als Funktion

sie ein Signal liefern, wenn die sich über den zwi- der Entfernung bis zum Fehlerort bekannt und At sehen Drähten und Erde gebildeten Kreis fortpflan- 60 wenigstens an einer einzigen Stelle der Femleitung zende Welle eintrifft. gemessen, so kann man die Entfernung / bis zum

Es ist zweckmäßig, in Reihe mit den Primärwick- Fehlerort bestimmen.

lungen der Transformatoren Kondensatoren zu Die Werte At können in Abhängigkeit von der

schalten. Länge der zu überwachenden Femleitung von 0 bis

Nachfolgend wird die Erfindung durch Beschrei- 65 (3 bis 4) 10~^:1 Sekunden schwanken. Somit ist schon bung eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeich- wenige Millisekunden nach dem Beginn der Mesnungen weiter erläutert. Es zeigt sung die Entfernung des Fehlerortes bekannt.

Fig. 1 die schematische Darstellung der Ausbrei- Die Einrichtung zur Anwendung dieses Fehlerort-

meßverfahrcns für Gleichstromfernleitungen enthält den durch die Drähte (1 und 2) der Fernleitung ge-

die an die beiden Drähte 1 und 2 (Fig. 2) der zu bildeten Kreis mit der Geschwindigkeit V„„ aus.

überwachenden Fernleitung über die Spannungsteiler Die andere elektromagnetische Welle 1)_η._Ά breitet

3 und 4 angeschlossene Wellenempfangseinheit 5, an sich zum Punkt B über den durch die Drähte der

deren Ausgang die Zeitintervallmeßeinheit 6 gelegt 5 Leitung einerseits (insoweit gleichen Potentials) und

ist. Die Wellenempfangseinheit 5 dient zum Empfang die Erde andererseits gebildeten Kreis mit der Ge-

der Signale, die .beim Eintreffen der Fronten der elek- schwindigkeit K„.₃ aus.

tromagnetischen Wellen V„.„ und U„.₃ am Meßort Beim Eintreffen der Welle V_n., am Punkt B wer-

ankommen. den die Stromrnömentanwerte der Spannungsteiler 3

Die Zeitintervallmeßeinheit 6 dient zur Umwand- io und 4 (Fig. 2, 3) in ihrer Absolutgröße vermindert, lung des Zeitintervalls Δ t in einen Kode (Impulszahl, Diesem Falle entsprechen die Richtungen der Strom-Zeigerausschlag u.dgl.). Die Funktion ist z.B. die, zunähme Al„.„ der Spannungsteiler in den Stromdaß durch den ersten Signalimpuls ein Zähler in kreisen der Primärwicklungen 12 und 13 (F i g. 3) der Gang gesetzt wird und durch den zweiten Signal- Dreiwicklungstiansformatorcn 10 und 11. Hierbei ist impuls wieder gestoppt wird. Der Zählerstand ist 15 die Spanung am Ausgang 7 des Gleichrichters 20 der dann ein Maß für den zeitlichen Abstand zwischen Summenspannung der Sekundärwicklungen 18, 19 den Wellenfronten und damit auch für die Entfer- der Transformatoren 10 und 11 gleich, während die nung des Fehlerortes. Spannung am Ausgang 8 des Gleichrichters 21 gleich

Der eine Eingang (Eingang 9) der Einheit 6 ist an Null ist. Somit erscheint beim Eintreffen der elektroden Ausgang einer Leitungsschutzeinheit (nicht mit- ao magnetischen Welle U_n._n am Punkt B ein Signal nur gezeichnet) gelegt, womit erreicht wird, daß nur im an einem der Ausgänge der Wellenempfangseinheit 5 Falle einer das Abschalten des betroffenen Leiter- (Ausgang 7).

drahtes erfordernden Beschädigung (Kurzschluß mit Nach dem Zeitintervall At_x (Fig. 1) trifft am

der Erde) eine Anzeige erfolgt, während die Anzeige Punkt B die Front der Welle I/.., ein. In diesem Fall

bei sonstigen Störungen, die ein Abschalten nicht er- »5 ist die Richtung der Stromzunahme Δ /_B._s eines der

forderlich machen (z.B. beim Durchbrennen von Spannungsteiler, wie F i g. 3 zeigt, der der Stromzu-

Umformerventilen), blockiert wird. nähme. !/„.„ des anderen Spannungsteilers entgegen-

Die Wellenempfangseinheit S enthält zwei Drei- gesetzt gerichtet. Hierbei erscheint ein Signal am Wicklungstransformatoren 10 und 11 (F i g. 3), deren Ausgang des Gleichrichters 21, d. h. am zweiten AusPrimärwicklungen 12 und 13 über die Kondensa- 30 gang der Wellenempfangseinheit S. Somit erscheint toren 14 und IS an die Spannungsteiler 3 und 4 der das Signal am Ausgang 8 gegenüber dem am Ausbeiden Drähte 1 und 2 der zu überwachenden Fern- gang 7 nach einem Zeitabstand ΔI₁ (Fig. 1). Der erleitung gelegt sind und als Eingänge der Wellen- wähnte Zeitabstand At_t wird von der Einheit 6 empfangseinheit dienen. Die Sekundärwicklungen 16 (Fig. 2) gemessen, und, falls am Eingang9 der Ein- und 17 sind seriengegensinnig geschaltet und an den 35 heit 6 ein Signal von der Schutzeinrichtung der Fern-Gleichrichter 21 gelegt, während die Sekundärwick- leitung eingetroffen ist, so wird das Meßergebnis zur lungen 18 und 19 seriengleichsinnig geschaltet und an Bestimmung der Entfernung des Fehlerortes als den Gleichrichter 20 gelegt sind. Der Ausgang des Funktion des gemessenen Zeitabstandes benutzt.
Gleichrichters 20 ist der Ausgang 7 (Bild 2), und der Gegenüber den bekannten Verfahren zur Fehler-Ausgang des Gleichrichters 21 ist der Ausgang 8 der 40 ortsbestimmung ist der vorliegende Vorschlag viel Einheit 5. Die Einrichtung funktioniert wie folgt: billiger, weist höhere Zuverlässigkeit auf, benötigt

Bei einer Störung (beispielsweise einem Kurz- nicht den apparativen Aufwand der bekannten Or-

schluß) an einem der Drähte der Leitung (beispiels- tungsverfahren, besitzt eine hohe Wirkungsgeschwin-

weise an Draht 2, Fig. 1) entstehen am Fehlerort digkeit und ist mit bekanntem Meßgenauigkeitsgrad

(Punkt Λ) zwei elektromagnetische Wellen. Die eine 45 für Fernleitungen von praktisch unbegrenzter Länge

von diesen i/„„ breitet sich zum Meßpunkt B über anwendbar.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1. ι 2

   tungszeit elektromagnetischer Wellen entlang dem

   p_atemairurüche- fehlerhaften Leitungsabschnitt.

   raiemaiuprucnt.. ^ _Nachtd, _is, ^; _{den zur ersten} Uruppe gehörenden Verfahren die beträchtliche Meßdauer zu be-

   1 Verfahren zur Bestimmung der Entfernung 5 trachten, was deren Anwendung für Hochspannungs-

   des Fehlerortes in elektrischen Fernleitungen auf leitungen, wo die Abschaltzeit der erwähnten Leitun-

   der Grundlage der Fortpflanzungsgeschwindigkeit gen bei der Störung kleiner als die erforderliche Meb-

   von am Fehlerort entstehenden elektromagnet!- zeit sein kann, erschwert bzw. unmöglich macht,

   sehen Wellen entlang der Leitung, dadurch Ein weiterer Nachteil ist bei der ersten Gruppe der

   gekennzeichnet, daß an wenigstens einer io große Absolutfehler in der Bestimmung der fcntter-

   Meßstelle der Zeitabstand zwischen dem Eintref- nung des Fehlerortes bei Leitungen von grober

   fen der Front der am Fehlerort entstandenen und Länge (über 400 km) auf Grund der Änderung des

   über den durch die Leiterdrähte gebildeten Kreis Widerstandes der Nullkomponente entlang der Lei-

   fortgeleiteten elektromagnetischen Wellen und tung sowie des Einflusses des Übergangswiderstandes

   dem Eintreffen der Front der am Fehlerort ent- i_S am Fehlerort. Ein weiterer Mange der erwähnten

   standenen und über den durch die Leiterdrähte Verfahren liegt darin., daß es unmöglich ist, diese tür

   und die Erde gebildeten Kreis fortgeleiteten elek- Gleichstromfernleitungen anzuwenden, und zwar

   tromagnetischen Wellen gemessen und die Ent- wegen des Ausbleibens der Speisung der tehlerstelie

   fernung des Fehlerories als Funktion dieses Zeit- seitens der WechseJnchterunterstation.

   abstandes bestimmt wird. »o Die zweite Gruppe umfaßt das Ortungsverfahren,
2. 2. Einrichtung zur Durchführung des Verfah- das auf der Messung der Doppellautelt der elektrorens nach Anspruch 1 für eine Gleichstromfern- magnetischen Wellen an dem fehlerhaften Abschnitt leitung mit einer über Spannungsteiler an die der Leitung beruht, und das Zeitsignarvertanren, das Fernleitung angekoppelten Wellenempfangsein- auf der Messung der Laufzeit der am fenlerort entheit und dieser nachgeschalteten Zeitintervall- a_S stehenden und nach beiden Seiten, d. h. zum Antang meßeinheit, · dadurch gekennzeichnet, daß die und Ende der Leitung, sich auswertenden elektroma-Wellenempfangseinheit (5) wenigstens zwei Trans- gnetischen Wellen beruht.

   formatoren (10, 11) enthält, die je eine Primär- Das Ortungsverfahren zur Messung der Entfernung

   wicklung (12; 13) und je zwei Sekundärwicklun- des Fehlerortes an der Fernleitung weist den Machten gen (16, 17; 18, 19) enthalten, wobei die Primär- 30 auf, daß ein spezieller Generator zur Erzeugung von wicklungen (12, 13) über die Spannungsteiler (3, leistungsstarken Impulsen erforderlich ist, die Dei 4) an die verschiedenen PcIe der Fernleitung ge- Auftreten eines Leitungsschadens in die fermeitung legt sind, während die entsprechenden Sekundär- geschickt werden. Als Nachteil ist bei dem urtungswicklungen (16, 17; 18, 19) der Transformatoren verfahren auch die erforderliche sogenannte Hoch-(10, 11) paarweise verbunden und über Gleich- 35 frequenzbearbeitung der zu überwachenden bernletrichter (20, 21) an die Zeitintervallmeßeinheit (6) tung durch Anordnung von speziellen bperrnltern zu angeschlossen sind, wobei ehi Paar der verbünde- bezeichnen. Außerdem zählen zu den Nachteilen des nen Sekundärwicklungen (18,19) seriengleichsin- Ortungsverfahrens der große Aufwand an Hiltsausnig geschaltet sind, so daß sie ein Signal liefern, rüstung und der beträchtliche Wert der der speise· wenn die sich über den zwischen den Drähten 40 quelle entnommenen Leistung. ,,^l

   gebildeten Kreis fortpflanzende Welle eintrifft, Ein weiterer Nachteil des erwähnten Vertanrens ist

   während das andere Paar der verbundenen Se- die begrenzte überwachbare Lange der hernleitung kundärwicklungen (16, 17) seriengegensinnig ge- wegen der beträchtlichen Abnahme der Meugenauigschaltet sind, so daß sie ein Signal liefern, wenn keit mit dir Zunahme der Dampfung der in die Dedie sich über den zwischen Drähten und Erde ge- 45 schädigte Leitung geschickten speziellen impulse,
   bildeten Kreis fortpflanzende Welle eintrifft. Das Verfahren unter Benutzung von Zeitsignalen
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- weist den Nachteil auf, daß eine genaue bzw. synkennzeichnet, daß in Reihe mit den Primärwick- chrone Bestimmung der Zeit an beiden MeUstellen lungen (12, 13) der Transformatoren (10, 11) nötig ist, was einen speziellen Verbindungskanal von Kondensatoren (14,15) geschaltet sind. 50 hoher WirkungsgeschwmdigKeit zwischen den erwähnten Stellen zur Übertragung der sogenannten Synchronisiersignale erfordert.

   Ein weiterer Nachteil ist die erforderliche hohe

   Stabilität der Zeitimpulsfolgefrequenz zwischen den

   55 Punkten, wo die Laufzeit der elektromagnetischen Wellen gemessen wird.

   Zu den bekannten Einrichtungen, die nach den

   Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein umrissenen Verfahren arbeiten, gehören im Falle von Verfahren sowie eine Einrichtung zur Bestimmung Wechselstromleitungen Geräte, welche die elektnder Entfernung des Fehlerortes in elektrischen Fern- 60 sehen Größen (Strom und Spannung) von Normalleitungen auf der Grundlage der Fortpflanzungs- frequenz (z. B. 50Hz) während der Störung an der geschwindigkeit von am Fehlerort entstehenden elek- Fernleitung feststellen. Weiterhin sind bekannt Urtromagnetischen Wellen entlang der Leitung. tungseinrichtungen mit einem über spezielle Filter an

   Grundsätzlich lassen sich die bekannten Fehlerort- die Leitung angeschlossenen Sendeimpulsgenerator, meßverfahren in zwei Gruppen einteilen. Die eine 65 einer Einheit zum Empfang der von dem Fehlerort Gruppe beruht auf der Messung der elektrischen reflektierten Sendeimpulse und einer Einheit zur Normalfrequenzgrößen während der Störung; die an- Messung des Zeitintervalls zwischen Aussendung und dere Gruppe beruht auf der Messung der Ausbrei- Empfang, das der Doppellaufzeit der Sendeimpulse