DE2037390A1

DE2037390A1 - Distanzschutz fur vermaschte elektrische Netze

Info

Publication number: DE2037390A1
Application number: DE19702037390
Authority: DE
Inventors: Adolf Dipl Ing Neuenhof Kolar (Schweiz) M
Original assignee: Sprecher und Schuh AG
Current assignee: Rockwell Automation Switzerland GmbH
Priority date: 1969-11-21
Filing date: 1970-07-28
Publication date: 1971-05-27
Also published as: DE2037390C3; CH493126A; DE2037390B2; GB1280739A; AT297128B

Description

28. Juli 1970

Distanzschutz für vermasehte elektrische Netze

Die Erfindung betrifft einen Distanzschutz für vermaschte elektrische Netze zum selektiven Abschalten einer fehlerhaften Leitung, bei welchem di£ p'-Stanzreiai s mehrere verstellbare Distanzmesstufen enthalten und in mehreren ~ Ze >'.t stufen, richtunqsabhängig die Abschaltung der zu der fehlerhaften Leitung gehörenden Schaltelemente direkt bewirken, wobei die Sc^altzustände der SchaItelemente im Netz über Uebermittlungsverbindungen einer zentralen alle Daten des Netzes speichernden f Rechenanlage eingegeben werden.

Distanzschutzrelais bestimmen durch Quotientenbildung aus der gemessenen Spannung und aus dem gemessenen Kurzschlusstrom die Impedanz, die z.B. in einem Hochspannungsnetz zwischen der Messstelle des Distanzrelais und dem Fehlerort liegt, Wenn der Pehlerort in der zu schützenden Strecke der Leitung liegt, d.h, die gemessene Impedanz kleiner ist als der eingestellte Wert, gibt das Distanzrelais dem entsprechenden Leistungsschalter einen Ausschaltbefehl und die Fehlerstelle wird abgeschaltet, Diese Auslösung erfolgt bei fehlerfreiem Funktionieren des Distanzschutzes mit einer Auslösezeit die der Grundzeit des ™ Distanzrelais entspricht. Liegt aber der Fehlerort im nächsten, benachbarten Netzabschnitt, so wird dieses Distanzrelais nur angeregt, löst aber nicht aus. Die Abschaltung des benachbarten Netzabschnittes muss das diesem Netzabschnitt zugeordnete Distanzrelais mit seiner der Grundzeit entsprechenden Auslösezeit bewirken.

Versagt jedoch das Distanzrelais de» nächsten benachbarten Net?«- abschnittes, dann erfolgt die Abschaltung dos ersten übergeordneten Schalters durch das zugeordnete Distanzrelais mit der

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Auslösezeit der zweiten Stufe. In einfachen Strahlennetzen erfolgen die Auslösungen aller Stufen immer richtig.

In vermaschten Netzen herrschen jedoch andere Verhältnisse. Wenn nämlich zwischen der Messteile des Distanzrelais und dem Fehlerort noch Einspeisungen liegen, was in der zweiten und den höheren Distanzstufen möglich ist. wird das Distanzrelais in diesen Stufen aus der an der Messteile erfassten höheren Spannung und aus dem Kurzschlussstrom nicht die zwischen Messstelle und Fehlerort liegende Impedanz messen, sondern eine höhere. Deshalb kann es vorkommen, dass nach Versagen des

™ Distanzrelais in der ersten Stufe mit der Grundzeit, das nächste übergeordnete Distanzrelais in der zweiten Stufe mit der zweiten Auslösezeit auch nicht auslöst, weil es eine zu hohe impedanz gemessen hat. Der aus der gemessenen höheren Impedanz bestimmte Fehlerort liegt weiter entfernt als die Grenze des zu der zweiten Stufe gehörenden Leitungsabschnittes.

Bei Abschaltungen mit den Auslöseseiten der dritten oder der Grenzstufen werden meistens so viele Schalter ausgeschaltet, dass ein Netzzusammenbruch entstehen kann.

Um diese Erscheinung in vermaschten Netzen zu verhindern ist ^ bekannt die kleinste Auslösezeit, die Grundzeit und die grösste Auslösesseit, die Grenzzeit., auf die Schalter des zu schützenden Anlagenteils unmittelbar wirken au lassen und in einer Zentralstelle eine Rechenanlage vorzusehen, welche bei fehlerhaftem Arbeiten von Relais oder Schaltanlagenteilen eingreift und bei angeregter Schutzeinrichtung in Betrieb gesetzt wird. Der Rechenanlage sind.der Schaltzustand de© Metses₀ die Richtung der Kurzechluese.nergien an allen Netsteilen, die suläasigen Abschaltungen und ala Programm die Auswahl der Schalthandlungen bei den verschiedenen AnregenaustteJ-;-'.·;. der Schutzeinrichtungen im Netz eingegeben. Die Heehenanlage gibt ämnn «Sie aua obigen Baten berechneten Schaltbefehle ins N©ts aus,

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Nachteil dieser Anordnung ist, dass die Rechenanlage nach Versagen der Grundzeitauslösung, also im Störungsfall, das Kommando über das gesamteNstz mit Ausnahme der Grenzzeitauslösung gänzlich übernimmt.

Diese Massnahme ist in Anbetracht der in den meisten Fällen grossen Distanzen zwischen Relais und Rechenanlage stark störanfällig. Die von der Rechenanlage unabhängige Grenzzeitauslösung führt unter Umständen schon zu Netzzusammeribrüchen, abgesehen davon, dass die lange Einwirkung des Kurzschlussstromes in den Anlagen Beschädigungen hervorrufen kann» ä

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Distanzschutz auszuarbeiten, bei welchem jedes Distanzrelais im vermaschten Netz jederzeit bereit ist, in der zweiten und höheren Stufe beim Auftreten eines Fehlers im Schutzbereich des Distanzrelais richtig auszulösen.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in jedem Distanzrelais des Netzes eine durch die zentrale Rechenanlage über eine Uebermittlungsverbind ung steuerbare, auf die zweite und auf die höheren Distanzmessstufen in Abhängigkeit des durch die zentrale Rechenanlage berechneten. J nicht an der Messstelle des Distanzrelais auftretenden Anteils des Kurzschlussstromes wirkende Verstellvorrichtung vorgesehen ist.

Im folgenden wird anhand der beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben, Es zeigen Fig. 1 einen Ausschnitt aus dem Schaltschema eines vermaschten Netzes,

Fig. 2 das Schaltschema der für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile eines Distanzschutzrelais.

Das Nets nach Fig, 1 besteht im wesentlichen aus dan beiden

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an den Sammelschienen 1 und 2 angeschlossenen Generatoren 3 und 4, aus den beiden Leitungen 5 und 6 und aus der Sammelschiene 7. Die einzelnen Anlagenteile werden durch die Leistungsschalter 8,9,10,11,12 und 13 miteinander verbunden. Transformatoren, Trenner und andere für die Erläuterung der Erfindung unwesentlichen Anlagenteile wurden aus Gründen der besseren Üebersichtlxchkeit in Fig, I nicht aufgenommen.

Die Leitungen 5 und 6 sind mit Distanzschutz ausgerüstet« Die Distanzschutzrelaxs 14,15,16 und 17 sind an den Enden der Leitungen 5 und 6 eingebaut und sie bewirken direkt die Auslösung der zugeordneten Leistungsschalter,

Tritt nun zunächst bei offenem Leistungsschalter 13 in Punkt 18 an der Leitung 6 ein Kurzschluss auf, so fliesst vom Generator 3 zur Fehlerstelle 18 ein Kurzschlussstrom J-. An der Messstelle des Distanzrelais 14 wird ein Spannungsabfall auftreten, der dem Produkt aus dem Kurzschlussstrom J, und aus der Summe der Impedanzen der ganzen Leitung 5 und der Leitung 6 zwischen Sammelschiene 2 und Fehlerstelle 18 gleich ist. Beim Versagen des Distanzrelais 16 in der Grundzeitauslösung löst das Distanzrelais 14 den Schalter 9 in der zweiten Stufe aus.

Erfolgt nun der gleiche Kurzschluss in Punkt 18 bei geschlossenem Leistungsschalter 13, so speist auch der Generator 4 die Kurzschlussstelle mit dem Strom J_. Der Spannungsabfall an der Messstelle des Distanzrelais 14 ist jetst gegenüber dem vorhergehenden Fall mit eieia Produkt aus dem Kurzschlussstrom j und aus der Leitungsimpedanz zwischen der Sammelschiene 2 und der Fehlerstelle 18 grosser. Das Distanzrelais misst eine höhere Impedanz als seine Einstellung für die sielte Stufe ist und wird bei snt-sprechend grossem Kurzschlussstrota nicht auslösen.

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Wenn bei der Einstellung der zweiten Distanzmessstufe im Distanzrelais 14 der in der Leitung 6 zu erwartende Kurzschlussstrom J₂ berücksichtigt wird, erfolgt bei geschlossenem Leistungsschalter 13 eine richtige Auslösung.

In unserem Beispiel nach Fig. 1 ist die Verstellung der zweiten und höheren Distanzmessstufen im Distanzrelais 14 einzig von der Schaltstellung des Leistungsschalters 13 abhängig. Das Mass der notwendigen Verstellung hängt von der Grosse des Kurzschlussstromes J_ ab.

Die Aufgabe der Verstellung der zweiten und höheren Distanzmessstufen tibernimmt eine zentrale Rechenanlage 19. Der zentralen Rechenanlage 19 werden lediglich die Schaltstellungen aller im Netz vorhandenen Schaltelemente. Über Uebermittlungsverbindungen 20 eingegeben. In der zentralen Rechenanlage 19 sind sämtliche Netzdaten wie Kurzschlussleistung der Generatoren 3 und 4, Impedanzen der Einspeisungen bis zu den Sammelschienen 1 bzw. 2 und die Impedanzen der Leitungen 5 und 6 gespeichert. Aus dem jeweiligen Schaltzustand des Netzes rechnet die zentrale Rechenanlage mit Hilfe der gespeicherten Netzdaten für jede Sammelschiene den Kurzschlussstrom aus und verstellt in unserem Beispiel nach Fig, 1 die zweiten und M

höheren Distanzmessstufen im Distanzrelais 14 in Abhängigkeit des KurzschIussströmes J₂. Die Steuerbefehle werden von der zentralen Rechenanlage 19 über die Uebermittlungsverbindungen 21 an die Distanzrelais geführt.

In Fig. 2 ist das Schaltschema der für die Erläuterung der Erfindung wesentlichen Teile eines Distanzrelais dargestellt» Das Messsystem des Distanzrelais wird vom Spannungswandler 22 und vom Stromwandler 23 gespeist. Die Messwandler 22 und 23 sind an der Leitung 24 angeschlossen. Die Sekundärklemmen des Stromwandlers 23 sind mit der aus einem ohm'sehen Widerstand 25 und aus einer Induktivität 26 bestehenden Nachbildung der

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Leitungsimpedanz abgeschlossen» An der Sekundärwicklung des Spannungswandlers 22 sind die die Distanzmessstufen des Distanzrelais bildenden Widerstände 27,28 und 29 angeschlossen, Der Widerstand 27 ist für die erste, der Widerstand 28 für die zweite and der Widerstand 29 für die dritte Distanzmessstufe vorgesehen.

Beim Auftreten einer Störung wirkt die an den Widerständen 25,27,28,29 und an der Induktivität 26 auftretende Spannungsdifferenz auf das Messwerk 30 des Distanzrelais, Anderseits wird dem Messwerk 30 noch aus der Einheit 31 die Polarisationsspannung zugeführt. Die Polarisationsspannung erlaubt eine Energierichtungsabhängige Auslösung des Distanzrelais. Die Einheit 31 für die Polarisationsspannung ist ein aus bestehenden Distanzrelais bekanntes Element und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.

Das Messwerk 30 betätigt die Auslösekontakte des Distanzrelais und ist so bemessen, dass es nur dann auspricht, wenn die von den Widerständen 27,28 und 29 ihm zugeführte Spannung kleiner ist als am Widerstand 25 und induktivität 26.

Beim Auftreten einer Störung zieht das Relais 32 im Sekundärkreis des Stromwandlers 23 an. Seine Kontakte schliessen den Erregerkreis der beiden zeitverzögert anziehenden Relais 33 und 34. Die Zeitverzögerung des Relais 33 entspricht der Zeitverzögerung der zweiten Distanzmessstufe und die Zeitverzögerung des Relais 34 der dritten Distanzmessstufe. Wenn also.in der ersten unverzögerten Stufe keine Auslösung erfolgte, weil die Spannung am Abgriff des Widerstandes zu hoch war, schaltet das Relais 33 nach Ablauf seiner Verzögerungszeit den Abgriff des Widerstandes "28 dem Messwerk 30 zu. Wenn die Spannung jetzt am Abgriff des Widerstandes 28 kleiner ist als an der Impedanz 25,26 erfolgt die Auslösung. Wenn aber die Spannung am Abgriff des Widerstandes 28 immer noch zu hoch ist und der Fehler an der Leitung immer noch besteht, schaltet das Relais 34 nach Ablauf seiner Verzögerungs-

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zeit die dritte Stufe dem Messwerk 30 zu.

Die Anpassung der zweiten und höheren Distanzmesstufen dem nicht an der Messteile des Distanzrelais selbst auftretenden Anteils des Kurzschlusstronjes der zu schützenden Leitung erfolgt durch die Umschaltung der Anzapfungen der Widerstände 28 und 29. Die Uiüschaltungen durch Relais 3flpund 36 bewirken die Anpassungen aer zweiten, respektive der dritten Stufe. Die Relais werden von der z6ntralen Rechenanlage 19 (Fig. 1) über die Übermittlungsverbindung 21 betätigt. |

Besondere Vorteile des erfindungsgemässen Distanzschutzes liegen darin, dass der Distanzschutz bereits vor dem.Auftreten einer Störung zum richtigen Funktionieren bereit ist, und dass dazu der zentralen Rechenanlage nur der Schaltzustand des Netzes eingegeben werden iuuss.

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Claims

Patentansprüche ■;

\.J Distanzschutz für vermaschte elektrische Netze zuid selektiven Abschalten einer fehlerhaften Leitung, "bei welchem die Distanzrelais mehrere verstellbare Distanzmesstufen enthalten und in mehreren Zeitstufen richtungsabhängig die Abschaltung der zu der fehlerhaften Leitung gehörenden Schaltelemente direkt bewirken, wobei die Schaltzustände der Schaltelemente im Netz über Übermittlungsverbindungen einer zentralen, alle Daten des Netzes speichernden Rechenanlage eingegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Distanzrelais (14, 15, 16, 17) des Netzes eine durch die zentrale Rechenanlage (19) über eine Übermittlungsverbindung (21) steuerbare, auf die zweite und auf die höheren Distanzmesstufen (28, 29) in Abhängigkeit des durch die zentrale Rechenanlage (19) berechneten, nicht an der Messteile des Distanzrelais (14, 15, 16, 17) auftretenden Anteils des Kurzschlusstromes wirkende Verstellvorrichtung (35, 36) vorgesehen ist.
2. Distanzschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (35, 36) aus einem mit Relaiskontakten gebildeten Stufenschalter besteht.
3. Distanzschutz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstellvorrichtung (35, 36) aus einem mit kontaktlosen Schaltelementen gebildeten Stufenschalter besteht.

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