DE2438354B2

DE2438354B2 - Mehrphasige schutzanordnung fuer anlageteile elektrischer starkstromnetze

Info

Publication number: DE2438354B2
Application number: DE19742438354
Authority: DE
Inventors: Gunnar Dipl -Ing" Västeraas Nimmersjö (Schweden)
Original assignee: Zusatz in: 25 50 670 ASEA AB, Västeraas (Schweden)
Priority date: 1973-08-22
Filing date: 1974-08-09
Publication date: 1977-10-06
Also published as: GB1476645A; CA1028752A; IT1016630B; DE2438354C3; SE375886B; FR2241896B1; US3956671A; FR2241896A1; SE7311395L; DE2438354A1; CH579331A5

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Schutzanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 Eine solche Anordnung ist in der älteren Anmeldung P23 53 424.9-32 beschrieben.
Beim Auftreten eines Fehlers in einem Starkstromnetz entsteht eine Wanderwelle, die sich im Net2 fortbewegt. Aufgrund wiederholter Reflexionen ar verschiedenen Unstetigkeitsstellen im Netz, wie ζ. Β Transformatoren, Netzstationen und Fehlerstellen werden transiente Ströme und Spannungen erzeugt welche die korrekte Arbeitsweise der Relais in einen-Relaisschutz erschweren. Die in diesen Transienter (Ausgleichschwingungen) überwiegenden Frequenzer sind vom Abstand von dem Fehler und der Netzkonfiguration abhängig. Untersuchungen haben gezeigt, daß ei auch bei Verwendung von Sperrfiltern für die Transienten schwierig ist, beispielsweise konventionelle Impedanzrelais für den Relaisschutz zu verwenden deren Ansprechzeit kleiner sein soll als eine Periodendauer. Bei höheren Netzspannungen werden höhere Ansprüche an die Schnelligkeit des Relaisschutzes gestellt, während die Dämpfung der Wanderweller gleichzeitig abnimmt. Die Anwendung traditionellei Meßprinzipien für den Relaisschutz ist bei höherer Meßspannungen daher schwieriger.

Die in der DT-AS 23 53 424 bereits vorgeschlagene Schutzanordnung ist imstande, die Richtung einei eintreffenden Wanderwelle zu erfassen. Es kann somii das Ansprechen eines Relais, welches einen Anlageteil z. B. eine Leitung, überwacht, verhindert werden, wenr es sich um einen dahinter liegenden Fehler handelt, dei also nicht im Bereich des überwachten Anlageteils liegt In diesem Fall erzeugt der Wellendetektor eir Blockierungssignal.

Die bereits vorgeschlagene Schutzanordnung arbei tet nur einwandfrei, wenn nur eine Wanderwelle auftritt Treten hintereinander zwei Wanderwellen auf, so kant trotz Vorliegens eines Blockierungssignals durch di< unmittelbar darauffolgende Wanderwelle ein der

Anlageteil ausschaltendes Auslösesignal erzeugt werden. Darüber hinaus ist die bereits vorgeschlagene Anordnung nicht imstande, einphasige Ausschaltungen auszulösen, was beispielsweise bei einem Erdschluß erwünscht ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine mehrphasige Schutzanordnung der eingangs genannten Art in der Weise weiterzuentwickeln, daß nur die erste Wawderwelle, die durch den Meßpunkt läuft, an den die Schutzanordnung angeschlossen ist, die Schutzanordnung beeinflussen kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine mehrphasige Schutzanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, die erfindungsgernäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale aufweist.

Vorteilhafte Weiterbildungen cer Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß nur die erste Wanderwelle durch den Meßpunkt die Schutzlogik bei jedem Fehler beeinflussen kann. Durch die für die einzelnen Phasen vorhandenen individuellen Auslöse- und Blockierungssignale ist es ferner möglich, beispielsweise bei einem einphasigen Erdschluß eine einphasige Auslösung des Schalters vorzunehmen. Schließlich kann bei der Schutzanordnung nach der Erfindung durch Hinzuschaltung eines weiteren Niveaudetektors mit Ausschaltverzögerung und eines vereinfachten Sequenzdetektors mit einem Auslöserelais die Empfindlichkeit der Schutzanordnung geändert werden.

Anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 einen dreiphasigen, gerichteten Wellendetektor, dessen Prinzip der Anordnung nach der DT-AS 23 53 424 zugrunde liegt,

Fig.2 einen Niveaudetektor zum direkten Anschluß an den Wellendetektor,

Fig.3 einen zum Anschluß an die Ausgänge des Niveaudetektors vorgesehenen Sequenzdetektor,

F i g. 4 einen Phasenwähler,

F i g. 5 Auslöserelais und Blockierungsrelais,

F i g. 6 eine Zusammenstellung der Einheiten in einer Schutzanordnung.

F i g. 1 zeigt einen dreiphasigen, gerichteten Wellendetektor WD, der das Grundglied der Schutzanordnung bildet, auf die sich die Erfindung bezieht. Der Wellendetektor hat drei Eingänge in, i& h für Strommeßwertsignale der drei Pascn R, S und Γ sowie drei Eingänge Ur, us und Ut für Spannungsmeßwertsignale entsprechend den drei Phasenströmen im Meßpunkt bzw. drei zweckmäßig gewählten Phasenspannungen. Ein Bandfilter 11, das die netzfrequente Welle im Eingangssignal sperrt, liegt vor einem integrierten Kreis 12. Ein Vorzeichengeber 13 hat einen positiven Ausgang und einen negativen Ausgang und führt das integrierte Signal zum positiven Ausgang, wenn dieses positiv ist, während das Signal, wenn c-s negativ ist, als positives Signal zum negativen Ausgang geführt wird.

Der Richtungsdetektor 14 ist aus einer Anzahl Dioden D1 bis D16 aufgebaut, die, wie es aus der Figur ersichtlich ist, an den Pluspol 15 einer Spannungsquelle über Widerstände 16 angeschlossen sind. Der Richtungsdetektor gibt ein Ausgangssignai an seinen Ausgängen Ri und Ui, wenn die Eingangssignale der beiden Vorzeichengeber 13 verschiedene Vorzeichen haben, während ein Ausgangssignal an den Ausgängen Rl und Ul auftritt, wenn die Eingangssignple der Vorzeichengeber dieselben Vorzeichen haben. Das Ausgangssignal ist positiv in der Ausführung, die in der Figur gezeigt wird. Die Amplitude des Ausgangssignals entspricht der Amplitude des kleinsten der Eingangssignale der Vorzeichengeber 13. An den Ausgängen Ui und Ul, die für alle drei Phasen gemeinsam sind, erhält man das größte der Signale, die bei Al, 51 und 7Ϊ bzw. Rl, Sl und 72 auftreten. Dies beruht darauf, daß man bei

ίο den Richtungsdetektoren Dioden Dd und D16 an den Ausgängen hat.

Bei jedem Anschluß an einen Anlageteil wird die Stromrichtung als positiv definiert, die in den Anlageteil hineinweist, Anlageteil Nr. 1. Bewegt sich eine Wanderwelle in negativer Richtung, so erhält man Auslösesignale an Ri, Si und 71 sowie an L/l, die Auslöseausgänge genannt werden. Bewegt sich die Welle jedoch in positiver Richtung, so erhält man Blockierungssignale an Rl, Sl oder 72 sowie an Ul, und diese Ausgänge werden Blockierungsausgänge genannt. Wird derselbe Wellendetektor zum Schutz auch eines danebenliegenden Anlageteils, Anlageteil Nr. 2, verwendet, so erhalten die Blockierungssignale eine auslösende Wirkung und die Auslösesignale eine blockierende Wirkung für den letztgenannten Anlageteil, was im Zusammenhang mit F i g. 6 erläutert wird.

Der Schutzanordnung liegt folgendes Wirkungsprinzip zugrunde.
Jeder Fehler gibt Anlaß zu Wanderwellen, die sich, ausgehend von der Fehlerstelle im Netz, ausbreiten. Die Schalter, die zum Ausschalten eines fehlerhaften Anlageteils verwendet werden, sollen als Meßpunkt für mindestens einen Wellendetektor dienen. Wie bereits erwähnt, bestehen die Anlageteile aus Leitungsstrecken, Sammelschienen, Transformatoren usw.

Auf diese Weise wird jedem Anschluß an einen Anlageteil ein Wellendetektor zugeordnet, d. h. ein Wellendetektor in jedem Endpunkt einer Leitungsstrekke, ein Wellendetektor in jeder von einer Sammelschiene abgehenden Leitung und ein Wellendetektor auf jeder Seite eines Transformators.

Jeder Wellendetektor für sich gibt durch sein aufgrund des Fehlers auftretendes Ausgangssignal am Auslöse- oder Blockierungsausgang an, daß ein Fehler aufgetreten ist, und in welcher Richtung der Fehler liegt. Die Signale von den Wellendetektoren, die an einen gewissen Anlageteil gebunden sind, werden einer zum Anlageteil gehörenden Schutzlogik zugeführt, deren Aufgabe es ist, ein Ausschalten des geschützten Anlageteils zu verhindern, wenn einer der angeschlossenen Wellendetektoren bei der Passage der ersten Wanderwelle durch den Meßpunkt ein Blockierungssignal gibt. Trifft keine Blockierung ein, dürfen die Auslösesignale mindestens einen Schalter zum Abschalten eines Anlageteils beeinflussen. Das Logiksystem muß, wenn der Anlageteii aus einer Leitungsstrecke besteht, ebenfalls einen Fernmeldekanal zur Überführung der Blockierungssignale an das andere Ende der Leitung enthalten.

Ausführung:

Die Auslösesignale vom Wellendetektor in F i g. 1 werden den Eingängen eines Niveaudetektors N (F i g. 2) zugeführt Der Niveaudetektor besteht aus vier Detektorteilen, und zwar aus je einem für jede Phase NR, NS, NTund aus einem für ein Blockierungsteil NR Der Ausgang /?1 wird somit an den Eingang NRi am Detektorteil NR angeschlossen, S1 wird an NS1 und 7Ί an NTi angeschlossen. Der gemeinsame Blockie-

rungsausgang Ul wird an NBi am Teil NB angeschlossen. Die Niveaudetektorteile geben Ausgangssignale L an ihren betreffenden Ausgängen NR2, NS2 und NT2 ab, wenn das Eingangssignal den eingestellten Funktionswert überschreitet, NR. NS und NT geben L zur Auslösung, und NB gibt L zur Blockierung. Normalerweise haben die Ausgänge die Wertigkeit 0.

Damit der transientenabtastende Schutz gemäß der Erfindung funktionieren kann, muß im Logiksystem ein Sequenzdetektor mit verzögertem Rückgang vorgesehen werden. Ein für diesen Zweck geeigneter Sequenzdetektor Swird in F i g. 3 gezeigt. Wie die Figur zeigt, ist derselbe aus bekannten logischen Schaltelementen aufgebaut. Die Eingänge SRI, SSi und STl werden Auslöseeingänge genannt und werden an die entsprechenden Ausgänge NR2, NS2 und NT2 des Niveaudetektors N angeschlossen. Die genannten Eingänge sind Auslöseeingänge, und der Eingang SBl, der an den Ausgang NB2 des Niveaudetektors angeschlossen wird, ist der Blockierungseingang. Wenn bei einem Fehler irgendeiner der Detektorteile NR, NS oder NT die Wertigkeit L auswirft, bevor L am Ausgang des Detektorteils NB erscheint, so tritt am Ausgang SB 2 die Wertigkeit 0 während der Zeit auf, in der irgendeiner der Ausgänge von NR, NS oder /vT die Wertigkeit L annimmt zuzüglich der Rückgangszeit des Sequenzdetektors für die Auslösesignale, die von den Verzögerungsgliedern 17 bestimmt wird. Jeder der Auslöseausgänge SR2, SS2 und 572 wird während der Zeit die Wertigkeit 0 annehmen, während welcher NB die Wertigkeit L hat zuzüglich der Rückgangszeit für das Blockierungssignal, wenn NB zuerst die Wertigkeit L annimmt. Hierdurch wird sichergestellt, daß nur die erste Wanderwelle durch den Meßpunkt die Schutzlogik bei jedem Fehler beeinflussen kann, und durch die Verzögerung des Rückgangs erhält man ein sicheres Auslösesignal für den Schalter.

Für eine einphasige Auslösung des Schalters bei einphasigem Erdungsfehler enthält die Schutzlogik einen Phasenwähler F, wie er in F i g. 4 gezeigt wird. Auch dieser ist aus einfachen logischen Schaltelementen aufgebaut, und die Figur zeigt lediglich ein Beispiel seines Aufbaus. Der Phasenwähler gibt die Wertigkeit L an sämtlichen Ausgängen FR2, FS2 und FT2, wenn mindestens zwei der Eingänge FAl₁ FSl und FTi die Wertigkeit L haben. Nimmt dagegen nur einer der Eingänge die Wertigkeit L an, so wird nur der entsprechende Ausgang die Wertigkeit L geben.

In dem Fall, wo der geschützte Anlagcteil aus einer Leitungsstrecke besteht, muß man ein eventuelles so Blockicrungssignal vom anderen linde der Leitung abwarten; deshalb muß die Auslösung verzögert werden, damit ein solches Blockierungssignal wirklich durchkommt. Die Verzögerung erreicht man mit der Rclaiscinhcit R gemäß F i g. 5, die drei Auslöscrrelais 18 mit verzögerter Einschaltung enthüll. Die Einschalten kann zwecks Anpassung an die Verzögerung an dem Fcrnmcldckanal varriicrl werden, der die Signale zwischen den beiden Enden der Lcitungsstrcckc überträgt. Die Rclaiscinhcit enthält außerdem ein fo Blockicrungsrclais 19, das über den Phasen wähler F mit dem Blockicrungsausgang SÖ2 des Scqucnzdctcktors S verbunden ist.

Wenn der Schutz die dreipolige Abschaltung bei allen Fchlcrtypcn durchführen soll, wird der Eingang NRi am <>■> Niveaudetektor an den gemeinsamen Ausgang Ui des Wellendetektors angeschlossen, wie es in F i g. 1 gezeigt ist, während die Niveaudetektorteile NS und NT entfallen. Der Sequenzdetektor S wird auf entsprechende Weise vereinfacht, und der Phasenwähler Ffällt ganz fort. Es werden nur ein Auslöserelais und ein Blockierungsrelais in der Relaiseinheit R benötigt.

Befindet sich ein Schalter innerhalb des geschützten Anlageteils, so kann es vorkommen, daß normale Einschaltungen des Schalters von einem Wellendetektor als Fehler aufgefaßt werden. Darum muß es eine Möglichkeit geben, die Auslösekreise zu blockieren, indem man beim Einschalten des Schalters den Wert L auf den Eingang BB des Sequenzdetektors legt. Dadurch erhält man ein Blockierungssignal am Blockierungsausgang Sß2 des Sequenzdetektors, und die Auslösung der Schalter wird verhindert. Dadurch, daß man, wie in Fig.6 gezeigt, an den Auslöseausgang Ui des Wellendetektors WD einen weiteren Niveaudetektor Λ/3 mit Abschaltverzögerung durch einen vereinfachten Sequenzdetektor S3 und ein Auslöserelais R3, wobei S3 normalerweise von einem kontinuierlichen Blockierungssignal von einem Relais R blockiert ist, anschließt und diesem Niveaudetektor ein höheres Ansprechniveau als dem normalen Niveaudetektor Ni gibt, was dem Niveaudetektor N in F i g. 2 entspricht, erhält man die Möglichkeit, die Empfindlichkeit des Schutzes zu verändern. Das Relais R ist dem Schalter zugeordnet, der vom Schutz gesteuert werden soll, und gibt ein Blockierungssignal entweder an den Eingang BB am Sequenzdetektor Sl ab oder an den weiteren Sequenzdetektor S3. Infolgedessen verschwindet das Blockierungssignal an S3 zur gleichen Zeit wie der Sequenzdetektor Sl durch ein Signal von R zum Blockierungskontakt BB blockiert wird, wonach die neue, von Λ/3 bestimmte Ansprechempfindlichkeit maßgebend ist. Die Relaiseinheit R3 kann dann direkt den Schalter auslösen, dem der betreffende Wellendetektor zugeordnet ist, wenn das neue höhere Niveau überschritten wird. Dieses Verfahren ist angebracht, wenn die Spannung auf der Sammelschienenseite des Leitungsschalters gemessen wird, da eine normale Einschaltung der Leitung eine Störung im Anlageteil bedeutet, die ein unbefugtes Ausschalten mit sich führen kann. Der Schutz kann trotzdem beim Einschalten bei einem Fehler eine korrekte, auslösende Funktion geben, da dann ebenfalls das höhere Niveau bei N3 überschritten wird.

In F i g. 6 wurde die Schutzlogik, die für einen ersten Anlagcteil Al erforderlich ist, mit einer strichpunktierten Linie im oberen rechten Teil der Figur umgeben. Innerhalb dieser Umgrenzung für Al bezeichnet der Block 20 Kreise zum Anschluß übriger Wellcndctcktoren zur Kommunikation zwischen den Wellcndctcktorcn und der Auslösung der Schalter.

Ein und derselbe Wcllcndctcktor kann auch zum Schlitz von zwei benachbarten Anlagctcilcn benutz! werden. Durch den Anschluß eines Nivcaudctcktors Nl (Fig.6) mit seinen Auslösccingängcn /VR21, /VS21 tint Λ/721 an die Ausgänge R2, S2 und 72 des Wcllcndctck tors WY) und mit seinem Blockicrungscingang Nß2i in den Ausgang Ui des Wcllendctcktors können clii Ausgangssignnlc des Nivcaudctcktors Λ/2 von scinci Ausgängen NR22, NS22, Λ/722 und NB22 de Schutzlogik A2 für den Anlagcteil 2 zugeführt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mehrphasige Schutzanordnung für Anlageteile elektrischer Starkstromnetze, z. B. Leitungen, Sammelschienen, Transformatoren, mit mindestens einem gerichteten Wellendetektor je Anlageteil, von denen jeder mindestens eine Wellendetektoreinheit je Phase zum Abtasten von im Anlageteil auftretenden fehlerbedingten Strom- und Spannungstransienten enthält, wobei jeder Wellendetektor mindestens einen Ausgang für Auslösesignale und mindestens einen Ausgang für Blockierungssignale von zum Wellendetektor gehörenden Richtungsdetektoren hat und jeder der genannten Signalausgänge an einen Niveaudetektor angesjhlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß je ein gerichteter Wellendetektor (WD) jedem Anschluß an das zu schützende Anlageteil zugeordnet ist und mit den Niveaudetcktoren an eine zum Schutz des Anlageteils gehörende Schaltlogik angeschlossen ist, welche die Ausgangssignale von den zum Anlageteil gehörenden gerichteten Wellendetektoren vergleicht und eine Ausschaltung des Anlageteils aufgrund eines Auslösesignals von einem der genannten gerichteten Wellendetektoren nur dann zuläßt, wenn keiner dieser Wellendetektoren ein Blockierungssignal abgibt.

2. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sequenzdetektor (Si), der einen verzögerten Rückgang und mindestens einen Eingang (SRi, SSi, STi) und mindestens einen Ausgang (SR2, SS2, 572) für Auslösesignale und einen Eingang (SBi) und einen Ausgang (SB2) für Blockierungssignale aufweist, mit seinen Eingängen an die Ausgänge (NR2, NS2, NTl, NB2) des Niveaudetektors (N i) und mit seinen Ausgängen an die zugehörige Schaltlogik angeschlossen ist und daß der Sequenzdetektor (S) ein Signal von einer gewissen, zweckmäßig gewählten Dauer auf einen oder mehreren seiner Auslöseausgänge oder auf seinem Blockierungsausgang in Abhängigkeit davon abgibt, ob eines der Auslösesignale oder das Blockierungssignal zuerst auf seinem betreffenden Eingang zum Sequenzdetektor auftritt.

3. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Relaiseinheit (R) mit Eingängen (RR 1, RSi, RTi) für Auslösesignale und einem Eingang (RBi) für ein Blockierungssignal und mit mindetens einem Auslöserelais (RR2, RS2, RT2) mit variabler Einschaltverzögerung und mindestens ein momentan wirkendes Blockierungsrelais (RB2).

4. Mehrphasige Schutzanordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gerichtete Wellendetektor (WD) mindestens drei Auslöseausgänge (Ri, Si, 71)hat, von denen jeder an sein Niveaudetektorteil (NR, NS, NT) angeschlossen ist, deren Ausgänge (NR2, NS2, NT2) je an ihren Auslöseeingang (SRI, SSi, STi) zum Sequenzdetektor (S) angeschlossen sind, dessen Auslöseausgänge (SR2, SS2, ST2) an die entsprechenden Eingänge (FRi, FSi, FTi) zu einem Phasenwähler (F) für einphasige Auslösung seines Schalters angeschlossen sind, wenn ein Signal nur an einem der Eingänge auftritt, und für dreiphasige Auslösung, wenn das Signal an zwei oder drei Eingängen auftritt.

5. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß außer den genann-

ten Niveaudetektoren (Ni) mindestens ein Niveaudetektor (N3) vorhanden ist, der auf ein höheres Ansprechniveau eingestellt ist, und der mindestens einen Eingang (N3i) für ein Auslösesignal von dem gerichteten Wellendetektor (WD)hal- während sein Ausgang (N32) normal blockiert ist, wobei diese Blockierung jedoch zur gleichen Zeit aufhört, in der die erstgenannten Niveaudetektoren bei Schaltvorgängen, die den geschützten Anlageteil betreffen, ein Blockierungssignal erhalten.

6. Mehrphasige Schutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Niveaudetektor (N2) enthält, der mindestens einen Eingang (NR2i, NS21) hat, der an irgendeinen Blockierungsausgang des Wellendetektors (WD) angeschlossen ist, sowie einen Eingang (NB2i), der an einen Auslöseaüsgang (Ui) des Wellendetektors angeschlossen ist und dessen Ausgänge an eine Schaltlogik (A2) angeschlossen sind, die zu einem benachbarten Anlageteil gehört, und daß die Anschlüsse zwischen dem gerichteten Wellendetektor (WD) und dem Niveaudetektor (Nl) so angeordnet sind, daß ein Auslösesignal am Wellendetektor als Blockierungssignal für den benachbarten Anlageteil dient.