DE2523006B2

DE2523006B2 - Verfahren und einrichtung zur fehlerortung auf einer leitung

Info

Publication number: DE2523006B2
Application number: DE19752523006
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl Ing Nieder rohrdorf Vitins Michael Dr Zurich Lanz, (Schweiz)
Original assignee: BBC AG Brown Boven & Cie Baden, Aargau (Schweiz)
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1975-05-23
Publication date: 1977-09-01
Also published as: CH608916A5; DE2523006C3; JPS51130841A; US4063160A; SE413615B; CA1056908A; FR2309877B1; DE2523006A1; GB1539616A; FR2309877A1; SE7602785L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung, bei dem aus Spannung und Strom an einem Meßort mindestens ein einer Wanderwelle zugeordnetes Signal gebildet wird. Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Untet »Fehlerortung« sei im vorliegenden Zusammenhang die Bestimmung der Richtung und/oder des _io Abstandes eines Leitungsfehlers in bezug auf einen Meßort mit Meßeinrichtungen zur Erfassung der Leitungsspannungen und Leitungsströme verstanden.

In der Praxis handelt es sich im allgemeinen um die Ortung von spannungsabsenkenden Fehlern auf der Leitung, d. h. von Kurzschlüssen mit geringer und oft vernachlässigbarer Restspannung am Fehlerort.

Diese Aufgabe wird üblicherweise mit Hilfe von elektromechanischen oder elektronischen Distanzrelais gelöst, die im wesentlichen die Eingangsimpedanz der gestörten Leitung mit derjenigen in einem Normalzustand verglichen und demgemäß das Vorhandensein oder die Bildung von wenigstens annähernd sinusförmigen Eingangssignalen voraussetzen. Solche Meßsignale stehen jedoch nach Abklingen der durch den Fehlerein- ^s tritt ausgelösten Ausgleichsvorgänge zur Verfügung. Es muß daher eine entsprechende Verzögerungszeit in Kauf genommen werden. Auch die Vorschaltung von Filtern, die aus dem anfangs vorhandenen, breiten Spektrum der Ausgleichsvorgänge eine geeignete w Frequenzkomponente heraussieben sollen, verursachen durch ihre trägheitsbehaftete Übergangsfunktion ebenfalls wieder eine Verzögerung und stellen im übrigen einen unerwünschten, zusätzlichen Schaltungsaufwand dar. ;s

Allgemein geht das Bestreben dahin, das Zeitintervall ab Fehlereintritt bzw. Fehlerdetektion und Anregung des Distanzrelais bis zur Verfügbarkeit zuverlässiger Information über Fehlerrichtung bzw. Fehlerdistanz so gering wie möglich zu halten. "■

Es wäre daher ein bereits während der Ausgleichsvorgange funktionsfähige, mit seinem eigentlichen Funktionsablauf möglichst verzögerungsarm einsetzendes Fehlerortungsverfahren erwünscht.

In diesem Zusammenhang sind bereits mit Wander- "·. wellen arbeitende Fehlerortungsverfahren bekannt. Hierbei wird ein besonders erzeugtes Testsignal mit ctpilrr Wellenfront erzeugt und auf der zu überwachenden Leitung in Lauf gesetzt. Das Wiedereintreffen der durch die Unstetigkeitsstelle des Fehlers reflektierten Welle am Sende- bzw. Meßort und die Dauer des für Hin- und Rücklauf benötigten Zeitintervalls liefern in Verbindung mit der bekannten Wellengeschwindigkeit auf der Leitung die Distanz zwischen Fehler- und Meßort.

Nachteilig ist hier neben dem Erfordernis eines besonderen Senders die Empfindlichkeit gegenüber Störsignalen, wie sie insbesondere auf Starkstrom- und vor allem Hochspannungsleitungen mit großer Intensität und zum Teil steilen Flanken auftreten. Diese Empfindlichkeit beruht darauf, daß es sich letztlich um eine Signalflankendetektion handelt, die auf zeitlich differentieile Meßverfahren hinausläuft. Im übrigen wird die Messung für dem Meßort sehr nahe Fehlerortslagen infolge sehr geringer Laufzeit kritisch.

Ferner ist aus der US-Patentschrift 35 90 368 eine mit Wanderwellensignalen arbeitende Einrichtung zur Eingrenzung eines Fehlerortes in bezug auf zwei Meßstationen auf einer Leitung bekannt. In beiden Meßstationen werden hier nur einer einzigen Fortpflanzungsrichtung zugeordnete Wanderwellensignaie aus den Meßspannuntjen und Meßströmen gebildet und nach Multiplikation eines der beiden Wanderwellensignale mit dem komplexen Übertragungsfaktor des Leitungsabschnitts zwischen den beiden Meßstationen über eine neben der zu überwachenden Leitung installierte Kontroll-Leitung miteinander verglichen. Übereinstimmung der verglichenen Signale bedeutet Fehlerfreiheit, Abweichung das Vorhandensein eines Fehlers in dem Leitungsabschnht zwischen den Meßstationen.

Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Schaffung eines Verfahrens bzw. einer Einrichtung zur Fehlerortung in bezug auf eine einzige Meßstation, die in kürzerer Zeit ab Fehlereintritt bzw. Anregung ein zuverlässiges, die Fehlerrichtung und/oder die Fehlerdistanz bezüglich des Meßortes kennzeichnendes Signal liefern.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale, während die zum Erfindungsgegenstand gehörende Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens im Patentanspruch 13 gekennzeichnet ist.

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist also die Bildung von Zeitintegralen aus gegenläufigen Wanderwellensignalen. Als »Wanderwellensignal« wird dabei der Einfachheit halber ein Signal bezeichnet, dessen Zeitverlauf demjenigen einer an einem bestimmten Leitungsort betrachteten Wanderwelle entspricht. Insbesondere ist hierunter im folgenden ein dem Zeitverlauf einer Wanderwelle am Meßort entsprechendes Signal zu verstehen, sofern keine anderweitige Lagebestimmung des Leitungsortes angegeben ist. Unter »gegenläufigen Wanderwellensignalen« sind demgemäß dem Zeitverlauf gegenläufiger Wanderwellen an einem bestimmten l.eilungsort. insbesondere am Meßort, entsprechende Signale zu verstehen.

Wesentlich ist ferner die Integration über definierte Integrationsintervalle, die eine verzögerungsarme logische oder arithmetische Verarbeitung und Auswertung der erhaltenen Zeitintegrale '-rmoglicht. Insbesondere erleichtert der definierte Iniegrationsbeginn irrt ebensolchem Anfangswett bei Ingangsetzen des Verfahrens durch eine qualitative Fehlermeldung (»Anregung«) an

sich üblicher Art eine verzögerungsarme Fehlerortseingrenzung, weil der Zeitbedarf für die Beseitigung von vorangehend gespeicherter, fchlerorisirrelevanter Information — z. B. die Entladung von unterschiedlich aufgeladenen lntegrationsgliedcrn über mit Zeitkonstanten behaftete Entladungsglieder entfällt oder doch stark vermindert ist. Das Integrationsintervall stellt dagegen beim vorliegenden Verfahren bereits die eigentliche Signalverarbeitungszeit dar, an deren Ende die Bestimmungsgrößen für die Fchlerortseingrcnzung bereits im wesentlichen zur Verfugung stehen und nur noch einer praktisch verzögerungsfreien logischen oder arithmetischen Verknüpfung bedürfen.

Hier ist anzumerken, daß die Anwendung von Korrelationsmcthoden mit Zeitintegration entsprechend einer angenäherten Fouriertransformation auf Ströme und Spannungen zur Fehlcrortsbestimmung auf Leitungen an sich bekannt ist (IEEE Transactions on Power Applications and Systems, Vol. PAS-93, Nr. 5, S. 1522 — 34, veröffentlicht Nov. 1973). Hier werden aber lediglich — mehr oder weniger angenähert — definierte Frequenzkomponenten von Spannungen oder Strömen durch Korrelationsfilterung isoliert und für eine übliche, anschließende Fehlerortsbestimmung nach einem Impedanzverfahren zur Verfügung gestellt. Demgemäß ist hier eine Integrationsdauer von mindestens einer Periode der auszufilternden Frequenzkomponente — bei Wechselstromleitungen im allgemeinen der Netzfrequenz — mit entsprechendem Zeitaufwand erforderlich. Mit Wanderwellensignalen wird nach diesem bekannten Verfahren nicht gearbeitet.

Demgegenüber ist es beim erfindungsgemäßen Verfahren grundsätzlich nicht erforderlich, eine bestimmte Frequenzkomponente oder auch nur einen engeren Frequenzbereich für die Fchlcrorlscingren-/ung zu isolieren. Vielmehr ist die Mindestdauer des Integrationsintcrvalls beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch bestimmt, daß trotz der in den Wanderwcllcnsignalcn im allgemeinen hervortretenden Schwingungen mit einer in der Größenordnung der Wellenlauf-/citen über die betrachtete Leitung liegenden Periodendauer keine Überschneidungen der Zeitintegralc mehr auftreten und somit beim Ende der Integrationen eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Vorzeichen der Differenz der Zeitintegralc für die gegenläufigen Wandcrwellcnsignale und der Richtung der Zeitverschiebung zwischen diesen Wanderwcllcnsignalcn gegeben ist. Dies ist bei extrem kurzen Intcgrationsintcrvallen im allgemeinen nicht der Fall, weil die Zeitintegrale in Anbetracht der zufälligen Lage des Integrationsbeginns bezüglich der genannten, höherfrequcntcn Schwingungen zunächst entsprechend zufallsbcclingtc Größenverhältnisse aufweisen. Praktische Untersuchungen haben aber gezeigt, daß Integrations-Intervalle von einigen Millisekunden für die Gewinnung einer eindeutigen Information über die fchlerortsabhän· gigc Zeitverschiebung zwischen den Wanclcrwcllensignalcn und damit für einen eindeutigen Richtungscntscheid für die Fchlerortslagc bezüglich des Referenzortes ausreichen.

Als Auswertefunktion kommen auch andere als die einfache Differenz je eines Zeilintegrals der beiden gegenläufigen Wanderwcllensignale in Betracht, insbesondere die Differenz zweier aus mehreren Wanderwellensignal-Zeitintegralcn gebildeten Produkte (wird noch näher erläutert). Für solche Ausführungsformcn kommt es nicht mehr unbedingt auf die Überschneidungsfreiheit der ZeitiiUcgraifunkiionen ili-i Wünderweilcnsigna Ie selbst, sondern unter Umständen auf die Überschneidungsfreiheit der subtraktiv verknüpften Polynomglieder, die aus den Wandcrwellen-Zcitintcgralfunktionen gebildet sind. Dafür können geringere Mindcsidauern der lntegrationsintcrvalle im Vergleich zu denjenigen bei einfacher Differenzbildung der Zeitintegralc ausreichend sein. Es besteht also die Möglichkeit besonders günstiger Auswertefunk ι ionen.

Die Bildung von Wanderwcllcnsignalcn mit definierter Fortpflanzungsgeschwindigkeit und zugehörigen Wellcnwiderständcn setzt voraus, daß keine Kopplung mit anderen Wanderwellcn mit im allgemeinen verschiedenen Fortpflanzungsgeschwindigkeiten und Wellenwiderständen besteht. Diese Voraussetzung ist bei aus nur einem Leiter bzw. einer Phase gegen Erde oder Masse bestehenden Leitungen ohnehin erfüllt, so daß die Wanderwellensignale unmittelbar aus Meßspannung und Meßstrom gebildet werden kön- ncn:a(0,i) = u„, + R_u ■ /„, und b(O,t) = - u,„ + K„ ■ /,„ mit der Meßspannung u,„ und dem Meßstrom /,„■ Bei Mchrleitersystemen müssen die Meßspannungen und Mcßströmc — abgesehen von dem Fall sehr weit voneinander entfernter und daher praktisch entkoppelter Leiter — dagegen auf entkoppelte, fiktive Leitungssignalc umgeformt werden.

Grundsätzlich ist mit einer Integration für jedes von zwei gegenläufigen Wanderwellensignalen eine fchlcrortscingren/.ende Information erzielbar. Bei der vor herrschenden Anwendung auf Wechselstromleitungen enthalten nun die Wanderwellcnsignale auch nach Fchlereintritt, insbesondere also nach Kurzschlußein tritt, eine vorherrschende nctzfrequente Komponente, deren Perioden den Grobvcrlauf und damit cntsprc chend ansteigende und fallende Abschnitte sowie die Nulldurchgänge der Wanderwcllensignale bcstimnuv Diese dominante Pcriodizität findet sich unabhängig von der Dauer der lntegrationsintcrvalle auch in den Wanderwellcn-Zeitintegralcn wieder. Bei ein und derselben Zcitvcrschicbung /wischen den gegenläufi gen Wanderwellensignalcn ergeben sich somit umge kehrte Größenverhältnissc der Zeitintegrale für die zufallsbedingtc Lage der lntegrationsintcrviille in den ansteigenden oder fallenden Zweigen der Integral-Zeit verlaufe. Um die hierdurch bedingte Zweideutigkeil hinsichtlich des Fchlcrort-Riehtungsentscheidcs bezüglich des Mcßortcs zu beseitigen, ist entweder eine zusätzliche Detektion der Zeitlagc des Fehlcreintritts bezüglich der Perioden der dominanten Neufrequen/ komponente- — z. B. eine solche Phascndclcklion an sich üblicher Art — oder die Bildung mehrerer -■· in allgemeinen zweier — Zeitintegrale für mindesten! eines der beiden gegenläufigen WandcrwellcnsignaU erforderlich. Bevorzugt wird die letztgenannte Mehr fachintegration für jede Fortpflanzungsrichtung angc wendet, weil dies nur vergleichsweise geringe Erweite rungcn der Verfahrcnsschriltc bzw. der zugehörigci Schallung erfordert.

Insbesondere zweckmäßig ist die Bildung zweie Zcilintcgrale für jedes Wandcrwcllcnsignnl mit eine ' Zeitverschiebung zwischen dien betreffenden Intcgrar dcnsignalcn. Die Größe dieser Zeitverschiebung ist al die Periodendauer der bei Wcchsclstromlcitungu vorauszusetzenden, dominanten Grundschwingung di Wanderwcllensignale abzustimmen. Zweckmäßig i eine Verschiebung in der Größenordnung eim Vierielpcriode der Grundschwingung. Die Auswert funktion wird dann aus den vier Zcilintcgralt zweckmäßig in Form nines Pmduktpolynoms gcbiltli

wobei jedes der beiden Polynomglieder this Produkt eines Zeitintegrals des einen Wanderwellensignals mit einem Zcitintegral des anderen, und zwar des verschobenen Wanderwellensignals darstellt. Auf diese Weise kann wieder eine eindeutige VorzeichenzuordiHing der Auswertefunktion zur Richtung der Fchlerortslage bezüglich des Meßortes erzielt werden. Entsprechendes läßt sich auch durch Mehrfachintegration mit unterschiedlichen Integrationsintervalleii und durch Gewichtung der Wanderwellensignale mit verschiedenen, insbesondere zeitlich verschobenen Gewichtsfunktionen für jede Fortpflanzungsrichtung sowie Integration der so erhaltenen, gewichteten Funktionen erreichen.

Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Hierin zeigt

Fig. 1 das Übersichtsbild einer Leitung mit Meßstation sowie Signalverarbeitungs- und Auswerteschaltung,

Fig. 2A ein Zeitdiagramm zweier gegenläufiger Wanderwellensignale,

F i g. 2B ein Zeitdiagramm der zu F i g. 2A gehörigen Wanderwellensignal-Zeitintegralfunktionen, Fig.3 das Zeitdiagramm einer für eine Ausführung mit gewichteten Wanderwellcnsignalen anwendbare Gewichtsfunktion,

Fig.4 das Amp'.itudenspcktrum der Gewichtsfunktion nach Fi g, 3,

F i g. 5 das Zeitdiagramm einer Mehrfachintegration für die gegenläufigen Wanderwellensignale,

Fig. 6 das Prinzipschaltbild einer Einrichtung zur Fehlerortung mit Mehrfachiniegration und Bildung einer entsprechend zusammengesetzten Auswertefunktion und

F i g. 7 eine abgewandelte Integrationsschaltung, verwendbar in einer Anordnung gemäß F i g. 6.

Zunächst wird die Wirkungsweise der Erfindung anhand der F i g. 1 bis 5 für eine aus einem Leiter 1 (siehe Fig. 1) bestehende Leitung mit einer Meßstation 2 am Meßort .v = 0, von wo aus die Leitungskoordinatc χ beispielsweise nach rechts positiv gerechnet wird. Demgemäß sei \ = v,- das Ende eines zu betriu'htendcn l.eitungsabschnittes, * = /der Ort eines als Kurzschluß mit dem Querwiderstand Null angenommenen Fehlers.

Die Meßstation 2 umfaßt einen Spannungswandler 2n zur Erfassung der Meßspannung u,„ und einen Stromwandler 2b zur Erfassung des Meßstroms /,„. In einem Multiplikator 3 wird der Meßstrom /,„ mit einem F'aktor multipliziert, der die Bedeutung eines Wcllenwidcrstandes hat, im einfachen Beispieisfall also des unmittelbar durch die Leitungsbeläge L'und C'(lnduktivitäts- bzw. Kapazitätsbclag) bei angenommener Verlustlosigkeit durch R₁₁ - ψί'/C gegebenen, reellen Wcllenwidcr-Standes. In anschließenden Summier- bzw. Subtrahierglicdern 4 und 5 werden sodann gegenläufige Wandcrwcllcnsignale

Aus den Wellcngleichungcn

dl/l	A.	I)	;	ti /(V.	/I
d	V		' I .	Cl!
di(	V.	/I		du Iv.	M
d	V			Ul

O.

für die als verlustlos angenommene Leitung mit der Leitungsspannung u(x.t) und dem Leitungsstrom i(x,i) ergeben sich für die Fehlerbedingung, im Beispielsfall also die Kurzschlußbedingung, am Fehlerort χ = ζ, is nämlich

ii(z.ι) 0.

ο die Lösungen (\ ----- 1 /.' · C" reziproke Wellenfortpflan/uiiusjicschwindiiikeiU:

2Hx.ι) --■- ic.ι ■ \[: X)) l /<=./ M = A)I.

wo i(z.i) der Strom am l'ehlerorl. d. h. nlso der Kurz- _V) schlußsirom ist. Danach setzt sich die Lcilimgsspannunu, wie durch die Schreibweise

liiix.i) a(x.i) /'(v.I

deutlich wird, an jedem l.eituntisort additiv aus dm Wandere eilen

,!(χ.ι) K„ · /Ci I \(: x))

M\. /) K„ ic·,/ \\: vlt

und

zusammen.

Für den Zusammenhang dieser Wanderwcllen welche die Dimension einer Spannung haben, mit der Leitungsspannungen und Leitunpsstrümen gilt (4) und (6) die Beziehung

und

(/(ν./) ιι(ν,/Ι f R₁₁ ■ Hx.η

/'(A./) H(V,/) I R₁₁. ■ /(V,/).

(/(O.f) r.JI) I R₁₁. ■ (',„(/)

uji) l

gebildet.

Zur Erliluterung der weiteren Signalverarbeitung sei die foiuende überlegiing ciitgeschahel:

An dieser Stelle sei angemerkt, daß analog Wanderwcllen- und Fehlcrartsbedingungen auch f( Leitungsunterbrechung mit Leerlauf am Fehlerort um entsprechenden Wanderwellcn aufgestellt und /\ Fehlerortscingrcnzung ausgewertet werden könne Weiterhin ist die angegebene l'chlerortseingren/.uii sinngemäß für zwischen Kurzschluß und l.eciiai liegende Leitungsfehler mit Reflexion der Wanderwe len an der Fehlerstelle anwendbar.

I'm den Mel.Vnt ν O gill somit

:. ι

MdM

In der tcgcn.se i ι igen Zeüvei Schiebung

Ii

(S)

der gegenläufigen Wanderwellensignale ist also eine für die Fehlerlokalisierung durch Vorzeichen und gegebenenfalls Betrag von / ausreichende Information enthalten. Die unmittelbare Bestimmung des fehlerortsrelevanten Verschiebungsintervalls stößt auf wesentliche Schwierigkeiten, weshalb die vorliegende Erfindung den Weg der Auswertung von Zeitintegralen der Wanderwellensignale beschreitet, nämlich denjenigen der Verknüpfung dieser Zeitintegrale durch eine die Fehlerortsrichtung bzw. die Fehlerortsdistanz bezüglich des Meßortes kennzeichnende Auswertefunktion.

Eine solche Richtungsentscheidung läßt sich durch vergleichsweise einfache Auswertefunktionen verwirklichen, beispielsweise bereits durch eine einfache, subtraktive Verknüpfung zweier Integrale von gegenläufigen Wanderwellensignalen, sofern eine zusätzliche Detektion der zeitlichen Lage der Integrationsintervalle bezüglich der ansteigenden oder fallenden Halbwelle einer meist vorhandenen dominanten Grundschwingung im Spektrum der Wanderwellensignale durchgeführt wird. Im folgenden wird nur zwecks Übersichtlichkeit der Erläuterung zunächst eine solche einfachste Auswertefunktion angenommen, obwohl diese in tier Praxis wenig geeignet ist. Es gilt somit:

IU)

H[I) J <J|0./)il/ I /i(0,/)d(

gemiiü (1| und

?.ιι{:,i\

/ O für z O

a\:J) /Mr. Ο Ο, /■ :' 0 IVu- r γ

HO)

oiler umucki'lut

(II)

/■' "■'■ I) für ;· ■" 0 .

ίο

jedenfalls aber mit Vor/.eicheiHimkehr von /·" für Fehlerortslagen beiderseits von ν =■ 0, wie dies für den Richtungsenischeid - abgesehen von der vorerwähnten, zusätzlichen Phasendetektion - grundsätzlich ausreichend ist.

In der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 1 werden die Zeitintegrule in einer mit ii(U,l) und l^),i) eingangsseilig beaufschlagten Integrationssehaltung 7 mit einem Steuer- oder Stellcingang T für die Integrationsintervalle durchgeführt.

Somit stehen an den Ausgängen der Inlegralions-

.-lUIUtlUlllt; Γ VIIV. t.(.imll«-t""*- '* """ ** '»" '"1'-VlVIH.!!

und/oder Betragsbestimmung von ζ in der nachfolgenden Auswerteschaltung 8 zur Verfügung, in der die vorstehend erläuterte Auswertefunktion F aus A und B gebildet wird. Für den Fall der einfachsten Auswerte· funktion mit zusätzlicher Bestimmung der Phasenlage der Zcitintegrale bezüglich einer dominanten Wanderwcllcngrundschwingung ist ein beispielsweise von den Wanderwellensignalen über ein Frequenzfilter 9 angesteuerter Phasendetektor 10 vorgesehen, dem ferner die Integrationsintervalle T der Integrationsschaltung 7 eingegeben werden und der hieraus die Phasenlage dieser Intervalle bezüglich der Grundschwingung feststellt und entsprechend eine dem Ausgang der Auswerteschaltung nachgeordnete Vorzeichenumkehrschaltung 11 steuert. Am Endausgang 12 der Schaltung steht somit immer das richtige Vorzeichensignal von ζ zur Verfügung.

Hier ist verallgemeinernd anzumerken, daß die vorgenannte Phasendetektion auch für solche Fälle gilt, wo die dominante Frequenzkomponente infolge einer Filterwirkung der Gewichtung und/oder der Integration erst in den modifizierten Wanderwellensignalen oder in den zeitlichen Integralfunktionen der letzteren auftritt oder von einer dominanten Frequenzkomponente der ursprünglichen Wanderwellensignalc abweichend hervortritt. Es kommt also letztlich auf die dominante Periodizität der in die Auswertefunktion eingehenden Integralfunktionen an, die hinsichtlich eindeutiger Zuordnung zwischen dem Vorzeichen der Auswertefunktion und der Fehlerortsrichtung bezüglich des Meßortes zu berücksichtigen ist.

Anhand von F i g. 2 und 3 wird nun die Integration für die angenommene, einfache Auswerlcfunktion F= A - ßfunktionell erläutert.

In Fig. 2A ist das gegenüber b(O,t) durch den Kurzschluß um 2<xz nacheilende Wanderwellensignal n(0,t) mit Überschneidungen zwischen n und t dargestellt, die eine Vorzeichcnbesiinmiung vor Δι = 2λζdurch, einfache Subtraktion von Signalwerter zu bestimmten Zeiten unmöglich machen. Demgegenüber liefern die in Fig. 2B angedeuteten Zeitintegral· funktionen mit dem sogar ungünstig gewählter Integrationsbegimi f₍₎ im Bereich der Nuiiiiurchgiingt dei Intcgianden bei zunehmender lntegrationsdauci zunehmend divergierende Funktionswerte A(I)und li(h die eine Auswertefunktion F=A-B mit eindculigei Vorzeichenzuordnung im oben erläuterten Sinnt ergeben. Beispielsweise kann 7ii, in der Praxis voi Wechselsimmleitungen etwa 3 msec, als sicher inisrei chendc Mindestintegrationsdauer betrachtet werden.

Insbesondere können die Wanderwellensignale ge maß Fig. I in einer Multiplikutionsschultung6 mil «ine Gewichtsfunkiion g mit einer bezüglich einer vorgegc benen Frequenz aus dem Spektrum der Wanderwellen signale selektiven Filterwirkung in Verbindung mit de anschließenden Integration multipliziert weiden. Ii Hg. 3 ist ein Heispiel einer solchen Gcwii'htsfimktioi mit der Periodendauer T, entsprechend einer hervor/u hebenden Frequenz /Ϊ angedeutet, wozu I¹'ig.4 dci Frequenzgang mit lliuipimnxinuim für /·Ί zeigt. Daini gewonnene Zeitintegrule der Wanderwellensignali eignen sich besonders für Atiswertefimktionen, derei Betrag ein Mull für die Fehlerdistunz vom Referen/or liefern soll.

I^Tig. 5 zeigt die Bildung mehrerer Zeitintegrale mi gegenseitiger Versetzung für jedes Wanderwellensi gnal, nilmlich A\ und A₂ sowie üi und lh. wobei dl; iniii für A< und IJ, bzw. Ai und ^fi

jeweils zusammenfallen. Der Einfachheit halber ist nur eine als dominant angenommene Frequenzkomponente für den Zeitverlauf der Wanderwellensignale u und 6 angedeutet. Kine z. B. aus den genannten Zeitintegralen gebildete Auswertefunktion

F= Ai ■ B; - A; ■ B₁

hat die Eigenschaft der Vorzeichenunabhängigkeit von der Phasenlage der Integralionsintervalle bezüglich der Periode der dominanten Wanderwellenkomponente und macht daher die obenerwähnte zusätzliche Phasendetektion überflüssig. An den in F i g. 5 eingetragenen, unterschiedlichen Phasenlagen 1 und Il der Zeitintegrale kann diese Vorzeichenunabhängigkeit anschaulich nachgeprüft werden. ι s

Weiterhin können die vorgenannten mehrfachen Zeitintegralc für die Bildung einer Auswertefunktion

arcian

B₂ B₁

A₁ B₁
.•1, ■ ö,

benutzt werden, die bei Integrationszeiten von einem Bruchteil der Periodendauer der dominanten Frequenz noch mit guter Näherung proportional zu ζ ist, jedenfalls aber ein Maß für die Fehlerdistanz darstellt.

Fig.6 zeigt im einzelnen eine Schaltungseinrichtung mit zwei Signalkanälen für a(O,t) und bß,t), die für eine Mehrfachintegration verzweigt und mit je einem Multiplikator 71a 1, 71a 2 bzw. 7161, 716 2 für die Gcwichtung mit von einem Generator 72 gelieferten Rechteck-Schaltfunktionen versehen sind. Für jeweils einen Zweig eines jeden der beiden Kanäle a(0,t) und b(O,t) ist eine Verzögerung der Gewichtsfunktion über ein Zeitglicd 73, etwa in Form einer monostabilen Kippstufe mit einstellbarer Schaltzcit, vorgesehen. Damit werden entsprechend verzögerte Funktionsabschnitte aus ;i(0,t) und bft>,t) angetastet und eine Mehrfachintegralion nach Art von Fig. 5 mit Vor/.ci cheneindcutigkeit der Auswencfunktion erreicht. Alternativ dazu oder gegebenenfalls auch zusätzlich können unmittelbar in den betreffenden Kanalzweigen Ver-/.ögcrungsglieder 74a, 746 vorgesehen werden. Ils folgt eine inicgrüiionsschaltung 75 mit einem eigenen Integrator für jeden Wanderwellensignal-Kanalzweig und mit einer gemeinsamen Schalteinrichtung 76, die über einen Inlcgrationsintervallgeber 77 von einer üblichen fehlerindizierenden Anregeschallung 78 ausgelöst wird. In naheliegender und daher nicht dargestellter Weise steuert die Schalteinrichtung auch die Kntladung der Integratoren nach abgeschlossener Auswertung. Letztere erfolgt in einer Auswerteschaltung 79 mit Multiplikatoren 79;) sowie einem Summierglied 796 für die Bildung der Auswertcfimkiion

/·■= /\, ■ B; - A; ■ Bi.

1 ι g. 7 zeigt eine Ausführung mit unterschiedlicher Integrationsintervallgebung für die zur Mehrfachintegration verzweigten Wanderwellen-Signalkanäle n(0.i) und 6(0,/J über je eigene Schalter Su I, Sn 2 h/w. Sb 1, Sb 2 mit zugehörigen Zeitgliedern Zu 1, Zn 2, Zb 1, Zb 2 für die einzelnen Intcgrationsintervallschalter und einem gemeinsamen Taktgeber Z Die nachfolgenden Integratoren /;/1 bis /6 2 liefern auch hier die Zeitintegrale Au A₂ bzw. Bu B₂ für die Bildung einer Auswertefunktion

F = AiB₂ - A₂B₁.

Auch mit dieser Schaltung wird eine Mehrfachintegration erreicht, z. B. eine solche wie in F i g. 5 gezeigt.

Im übrigen kann die Unterscheidung der Integrale für die Mehrfachintegration gemäß F i g. 5 nicht nur durch unterschiedliche Bemessung der Integrationsintervalle, d. h. gegenseitige Verschiebung oder unterschiedliche Dauer dieser Intervalle und durch zeitliehe Verschiebung der Wanderwellensignale selbst erreicht werden, sondern auch durch Multiplikation mit Gewichtsfunktionen von anderem als rechteckförmigen Zeitverlauf und zeitlich gegeneinander versetztem Schwerpunkt des Zeitintegrals dieser Gewichtsfunktionen.

Im übrigen ist anzumerken, daß die vorliegende Bildung und Verarbeitung sowie Auswertung von Wanderwcllensignalcn nicht auf die Hinführung von zu dem Leitungsspannungen und Leitungsströmen proportionalen Meßsignalen u,„und /„,beschränkt ist.

Vielmehr können gegebenfalls zusätzliche Umformungen der zunächst den Leitungsspannungen und Leitungsströmen proportionalen Meßsignale vorgenommen werden, etwa eine Amplitudenbegrenzung oder eine Hinzufügung von Spannungs- oder Stromkomponenten zur Gewinnung ausreichender Signalpe gel u.dgl. Die Fehlerorts- bzw. Richlungsdetektion wit beschrieben, labt sich gleichwohl in der angegebcnei Weise erreichen. Weiterhin kann die integration wenn auch umständlicher bzw. mit erhöhtem Schal tungsaufwand — mit den Strom- und Spannungssigna lon vor der Zusammensetzung der Wanderwellensigna Ie durchgeführt werden.

I lier/ii > Hlatl /ridmutuicn

Claims

Patentansprüche:

,chiedlichen Integrations.ntervallen gebadet werden schiedlicnen _Aus ^e _{wertefunklion mil} mindestens zwei

verknüpften Ausdrucken dieser Zeitinte-

1. Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung, bei dem aus Spannung und Strom an einem Meßort s mindestens ein einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes und deren zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal (Wanderwellensignal) gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Phasen- oder Leiterzahl der Leitung entsprechende Anzahl von in bezug auf die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten voneinander entkoppelten Paaren von gegenläufigen Wanderwellensignalen (a[O,tJ b[O,t]) gebildet wird, daß mit diesen Wanderwellensignalen oder davon abgeleiteten Signalen als integranden mindestens zwei Zeitintegrale (A, B) gebildet werden, deren jedes einer Wellenfortpflanzungsrichtung auf der Leitung zugeordnet ist, und daß diese Zeitintegrale zu einer mit ihrem Vorzeichen bzw. Betrag die :c Fehlerrichtung bzw. die Fehlerdistanz bezüglich des Meßortes (x~0) kennzeichnenden Auswertefunktion (F) verknüpft werden, die mindestens eine Differenz zweier Zeitintegrale (A bzw. B) gegenläufiger Wanderwellensignale oder davon abgeleiteter ;< Größen umfaßt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintegrale über Integrationsintervalle mit definiertem Anfangs- und Endzeitpunkt gebildet werden. y

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintegrale für mit mindestens einer zeitlichen Gewichtsfunktion (g[t]) multiplizierte Wanderwellensignale (a[Q,t], b[Q,t]) gebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Gewichtsfunktionen mit abschnittsweise konstantem Zeitverlauf verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Gewichtsfunktionen Schaltfunktionen verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintegrale aus mit mindestens zwei verschiedenen Gewichtsfunktionen (gjt], gt[t]) multiplizierten Wanderwellensignalen gebildet wer-

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch zeitliche Verschiebung und gegebenenfalls Multiplikation mit einem zeitlich konstanten Faktor ineinander überführbare Gewichtsfunktionen verwendet werden.

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus gegenläufigen Wanderwellensignalen (a[0,t], b[O,t]) gebildeten Zeitintegrale Integrationsintervalle unterschiedlicher Dauer und/oder Lage aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Fortpflanzung.⁵;-richtung mindestens zwei Zeitintegrale mit einer Zeitversc'iiebung zwischen den für die Bildung der zugehörigen Integranden verwendeten Wandcrwellensignale gebildet werden und daß aus den so erhaltenen Zcitintegralen eine Auswertefunktion mit mindestens, zwei subtraktiv verknüpften Ausdrücken dieser Zeitintegrale gebildet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Fortpflanzungsrichtung mindestens zwei Zeitintegrale mit unter Äni.ch Anspruch !dadurch gekenn- A*n !ede·, einer Fortpflanzungsrichtung WaiderSnsignai (#!|^ mit i verschiedenen Gew.chisfunKt.onen

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einer Fortpflanzungsrichtung zugeordnete Wanderwellensignal mit mindestens zwei zeitlich gegeneinander verschobenen Gewichtsfunktionen multipliziert wird.

13. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende MerKmale:

a) an einem Meßort (X = O) auf der Leitung ist eine Spannungs- und Strom-Meßschaltung (2) vorgesehen, deren Ausgänge eine der Phasen- oder Lekerzahl der Leitung entsprechende Anzahl von in bezug auf die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten voneinander unabhängigen Spannungs-Stromsignalpaaren (u,„, /„,) führen;

b) mit der Spannungs- und Strom-Meßschaltung (2) ist eine Multiplikationsschaltung (J) verbunden, in der mindestens eines der unabhängigen Stromsignale (i,„) mit einem Faktor (RJ multipliziert wird, der einem dem betreffenden Stromsignal zugeordneten Wellenwiderstand entspricht;

c) mit der Meßschaltung (2) und der Multiplikationsschaltung (3) ist eine Summierschaltung (4, 5) verbunden, in der mindestens zwei gegenläufige Wanderwellensignale der Form a = u_m+R_w ■ i_m bzw. b = -υ,,,+ /?» ■ i_m mit u,„ und /,„ als Spannungs-Stromsignalpaar und K₁, als einem zugehörigen Wellenwiderstand entsprechenden Faktor gebildet wird;

d) es ist eine Integrationsschaltung (7) für die Bildung von Zeitintegralen der Wanderwellensignale vorgesehen, die eine Integrationsintervall-Schalteinrichtung aufweist;

e) an die Ausgänge der Integrationsschaltung (7) ist eine Auswerteschaltung (8) angeschlossen, die mindestens eine Subtractions- oder Vergleichsschaltung aufweist, deren Eingänge mit der Integrationsschaltung (7) in Steuerverbindung stehen und mit mindestens zwei Zeitintegralen gegenläufiger Wanderwellensignale oder davon abgeleiteter! Größen beaufschlagt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanderwellen-Signalkanäle (a, b) für eine Bildung mehrerer Zeitintegrale (A\, Ai bzw. ß|, B₁) für jedes der gegenläufigen Wanderwellensignale verzweigt sind und daß in jedem Zweigkanal ein eigener Integrator mit einem bezüglich des anderen Zweigkanals der gleichen Wanderwellenrichtung unterschiedlichen Integrationsintervall vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadi^ch gekennzeichnet, daß die Wanderwellen-Signalkanäle (a. b) für die Bildung mehrerer Zeitintegrale (Au A₂ bzw. Bu B₂) tür jedes der gegenläufigen Wanderwellensignale verzweigt sind um! daß in jedem Zweigkanal ein Verzögerungsglied vorgesehen ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanderwellen-Signalkanäle (a. b) für die Bildung mehrerer Zeitintegrale (A_u Ai bzw. ßi, Bi) für jedes der gegenläufigen Wanderwellensignale verzweigt sind und daß in jedem Zweigkanal ein Multiplikator mit einem Gewichtsfunktionsgeber vorgesehen ist.

17. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Integrationsschaltung (7) an die Ausgänge der Summierschaltung (4, 5) angeschlossen ist.