DE2523006C3

DE2523006C3 - Verfahren und Einrichtung zur Fehlerortung auf einer Leitung

Info

Publication number: DE2523006C3
Application number: DE2523006A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Niederrohrdorf Lanz; Michael Dr. Zuerich Vitins
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-04-28
Filing date: 1975-05-23
Publication date: 1978-04-27
Also published as: JPS51130841A; CA1056908A; DE2523006B2; SE7602785L; US4063160A; SE413615B; CH608916A5; GB1539616A; DE2523006A1; FR2309877B1; FR2309877A1

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.

Unter »Fehlerortung« sei im vorliegenden Zusammenhang die Bestimmung der Richtung und/oder des 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 Fehlereintritt ausgelösten Ausgleichsvorgänge zur Verfügung. Fs muß daher eine entsprechende Verzögerungszeit in Kauf genommen werden. Auch die Vorschaltung von Filtern, die aus den? anfangs vorhandenen, breiten Spektrum der Ausgleichsvorgänge eine geeignete so Frequenzkomponente heraussieben sollen, verursachen durch ihre trägheitsbehaftete Übergangsfunktion ebenfalls wieder eine Verzögerung und stellen im übrigen einen unerwünschten, zusätzlichen Schaltungsaufwand dar.

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, ho

F.s wäre daher ein bereits während der Ausgleichsvorgänge funktionsfähige, mit seinem eigentlichen Funktionsablauf möglichst verzögerungsarm einsetzendes l'ehlerortungsverfahren erwünscht.

In diesem Zusammenhang sind bereits mil Wander- 6s wellen arbeilende Fehlerortungsverfahren bekannt. Hierbei wird ein bes</nders erzeugtes Testsignal mit steiler Wellenfront erzeugt und auf der zu überwachenden Leitung in Lauf gesetzt Das Wiedereintreffen der durch die Unstetigkeitsstelle des Fehlers reflektier :en 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 differentielle 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 Wande?-.vellensignalen arbeitende Einrichtung zur Eingrenzung eines Fehlerortes L bezug auf zwei Meßstationen auf einer Leitung begannt In beiden Meßstationen werden hier nur einer einzigen Fortpflanzungsrichtung zugeordnete Wanderwellensignale aus den Meßspannungen 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 Leitungsabschnitt 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 r ehlerdistanz bezüglich des Meßortes kennzeichnendes Signal liefern.

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

Wesentlich für das erfindungsgemäße Verfahren ist also die Bildung von Zeitintegralen aus gegenläufigen Wanderwellensigialen. Als »Wanderwellensignal« wird dabei der Einfachheit halber ein Signal bezeichnet, dessen Zeitverlauf demjenigen einer an einem bestimmter. 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 Leitungsort, 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 ermöglicht. Insbesondere erleichtert der definierte Integrationsbeginn mit ebensolchem Anfangswert bei Ingangsetzen des Verfahrens durch eine qualitative Fehlermeldune (»Anreeiine«) an

sich üblicher Art eine ver/ögerungsarmc Fchlerortseingrenzung, weil der Zeitbedarf für die Beseitigung von vorangehend gespeicherter, fehlerortsirrelevanter Information — z. B. die Entladung von unterschiedlich aufgeladenen Integrationsgliedern 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 Fehlerortseingrenzung i<> bereits im wesentlichen zur Verfugung stehen und nur noch einer praktisch verzögerungsfreien logischen oder arithmetischen Verknüpfung bedürfen.

Hier ist anzumerken, daß die Anwendung von Korrelationsmethoden mit Zeitintegration entspre- is chend einer angenäherten Fouriertransformation auf Ströme und Spannungen zur Fehlerortsbestimmung 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 — definier'.c Frequenzkomponenten von Spannungen oder Strömen durch Korrelationsfilterung isoliert und für eine übliche, anschließende Fehlerortsbestimmung nach einem Impedanzverfahren zur Verfügung gestellt. Demgemäß ist as hier eine Inlegrationsdauer von mindestens einer Periode der auszufilternden Frequenzkomponente — bei Wechselslromleitungen im allgemeinen der Netzfrequenz — mit entsprechendem Zeitaufwand erforderlich. Mit Wanderwellensignalen wird nach diesem bekannten in Verfahren nicht gearbeitet.

Demgegenüber ist es beim erfindungsgemäüen Verfahren grundsätzlich nicht erforderlich, eine bestimmte Frequenzkomponente oder auch nur einen engeren Frequenzbereich für die Fehlerortseingren- is zung zu isolieren. Vielmehr ist die Mindestdauer des Integrationsintervalls beim erfindungsgemäßen Verfahren dadurch bestimmt, daß trotz der in den Wanderwellensignalen im allgemeinen hervortretenden Schwingungen mit einer in der Größenordnung der Wellenlaufzeiten über die betrachtete Leitung liegenden Periodendauer keine Überschneidungen der Zeitintegrale mehr auftreten und somit beim Ende der Integrationen eine eindeutige Zuordnung zwischen dem Vorzeichen der Differenz der Zeitintegrale für die gegenläufigen 4s Wanderwellensignale und der Richtung der Zeitverschiebung zwischen diesen Wanderwellensignalen gegeben ist. Dies ist bei extrem kurzen Integrationsintervallen im allgemeinen nicht der Fall, weil die Zeitintegrale in Anbetracht der zufälligen Lage des so Integrationsbeginns bezüglich der genannten, höherfrequenten Schwingungen zunächst entsprechend zufallsbedingte Größenverhältnisse aufweisen. Praktische Untersuchungen haben aber gezeigt, daß Integrationsintervalle von einigen Millisekunden für die Gewinnung ^s einer eindeutigen Information über die fehlerortsabhängige Zeitverschiebung zwischen den Wanderwellensignalen und damit für einen eindeutigen Richtungsentscheid für die Fehlerortslage bezüglich des Referenzortes ausreichen. fo

Als Auswertefunktion kommen auch andere als die einfache Differenz je eines Zeitintegrals der beiden gegenläufigen Wanderwellensignale in Betracht, insbesondere die Differenz zweier aus mehreren Wanderwellensignal-Zeitintegralen gebildeten Produkte (wird noch fts näher erläutert). Für seiche Ausführungsfcrmcn kommt es nicht mehr unbedingt auf die Überschneidungsfreiheit der Zeitintegralfunktionen der Wanderwellensignale selbst, sondern unter Umständen auf die Übcrschnci dungsfreiheit der subtraktiv verknüpften Polynomglie der. die aus den WanderwellenZeitintegralfunktionct gebildet sind. Dafür können geringere Mindestdauerr der Integrationsintervallc im Vergleich zu denjeniger bei einfacher Differenzbildung der Zeitintegralc ausrei chend sein. Es besteht also die Möglichkeit besonder¹ günstiger Auswertefunktionen.

Die Bildung von Wanderwellensignalen mit definier ter Fortpflanzungsgeschwindigkeit und zugehöriger Wellenwiderständen setzt voraus, daß keine Kopplung mit anderen Wanderwellen mit im allgemeinen ver schiedenen Fortpflanzungsgeschwindigkeiten und WeI lenwiderständen besteht. Diese Voraussetzung ist be aus nur einem Leiter bzw. einer Phase gegen Erde odei Masse bestehenden Leitungen ohnehin erfüllt, so da[ die Wanderwellensignale unmittelbar aus Meßspannung und Meßstrom gebildet werden kön ne.n:afl).l) — ii~ + R- ■ L· und hf\j) = - «_ -i- »„ ■ i. mit der Meßspannung u_m und dem Meflstrom /„,. Be Mehrleitersystemen müssen die Meßspannungen unc Meßströme — abgesehen von dem Fall sehr wer voneinander entfernter und daher praktisch enlkoppel ter Leiter — dagegen auf entkoppelte, fiktive Leitungssignalc umgeformt werden.

Grundsätzlich ist mit einer Integration für jedes vor zwei gegenläufigen Wanderwellensignalen eine fehler ortseingrfi/ende Information erzielbar. Bei der vor herrschenden Anwendung auf Wechselstromlcitunger enthalten nun die Wanderwellensignale auch nact Fehlereintritt, insbesondere also n^ch Kurzschlußein tritt, eine vorherrschende netzfreq-_;:ente Komponente deren Perioden den Grobverlauf und damit entsprc chend ansteigende und fallende Abschnitte sowie die Nulldurchgänge der Wanderwellensignale bestimmen Diese dominante Periodizität findet sich unabhängig von der Dauer der Integrationsintervalle auch in den Wanderwellen-Zeitintegralen wieder. Bei ein und derselben Zeitverschiebung zwischen den gegenläufigen Wanderwellensignalen ergeben sich somit umgekehrte Größenverhältnisse der Zeitintegrale für die zufallsbedingte Lage der Integrationsintervalle in den ansteigenden oder fallenden Zweigen der Integral-Zeitverläufe. Um die hierdurch bedingte Zweideutigkeit hinsichtlich des Fehlerort-Richtungsentscheides bezüglich des Meßortes zu beseitigen, ist entweder eine zusätzliche Detektion der Zeitlage des Fehlereintritts bezüglich der Perioden der dominanten Netzfrequenzkomponente — z. B. eine solche Phasendetektion an sich üblicher Art — oder die Bildung mehrerer — im allgemeinen zweier — Zeitintegrale für mindest ns eines der beiden gegenläufigen Wanderwellensignale erforderlich. Bevorzugt wird die letztgenannte Mehrfachintegration für jede Fortpflanzungsrichtung angewendet, weil dies nur vergleichsweise geringe Erweiterungen der Verfahrensschritte bzw. der zugehörigen Schaltung erfordert.

Insbesondere zweckmäßig ist die Bildung zweier Zeitintegrale für jedes Wanderwellensignal mit einer Zeitverschiebung zwischen den betreffenden Integrandensignalen. Die Größe dieser Zeitverschiebung ist auf die Periodendauer der bei Wechselstromleitungen vorauszusetzenden, dominanten Grundschwingung der Wanderwellensignale abzustimmen. Zweckmäßig ist eine Verschiebung in der Größenordnung einer Vicrtelperiode der Gruridschwingung. Die Auswertefunktion wird dann aus den vier Zeitintegralen zweckmäßig in Form eines Produktpolynoms gebildet.

wobei jede, tier beiden l'olynomglirdrr dis l'n-dukl eines /eitintegrals des ι men Wnndcrwrllrn.igniili nni einem /.ei !integral des anderen, und /war de. verschollen :n Windcrwellensignals darstellt Auf . liest· Weise kanr wieder eine eindeutige Vor/eichen/uord niing der Auswcrtefunktion zur Richtung der I chic ortslage bezüglich des Meßortes er/iell wnln lintspTchendcs läßt sich auch durch Mehrfai hintcgi a lion mi¹, unterschiedlichen Inicgralionsinlcrvallen urul durch (Jew chtiiiu' der Wanderwellensignalr mn ver schicdenen. insbesondere zeitlich verschobenen (> <■ wichtsftinklioncn für jede I ortpfliin/.ungsrichtung sown Integration der so erhaltenen, gewichletcn I unktionet erreichen.

Die Erfindung wird im folgenden unter lle/iigicilmu auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführung¹* bcispiele erl iulert. Hierin /.eigt

(ig I cla> I Jbersichtsbild einer Leitung irit Mellsta tion sowie Signalverarbeilungs und Aiiswertcsch.il Hing,

I i g. 2A ein /eitdiagramm /wrier gegenlaiiligcr Wandcrwcllcnsignale.

I i g. 211 ein /.eitdiagramm der zu I i g. 2Λ gehörigen Wandcrwcllensignal-Zcitinlegralfunktionen. I ι g. 5 <l;is /.eitdiagramm einer für eine Ausführung mit gewi< hte ten Wandcrwellcnsignalen anwendbare (>cwk hlsfunk tion.

I i g. 4 das Amplitiidenspcktrum der Gcwichtsfimk tion nach I i g. J.

Cig. ¹J da; /eitdiagramm einer Mehrfach integration für i\ir gegenläufigen Wandcrwellensignale.

f'ig. b d?s l'rinzipschallbild einer Einrichtung /tu Fehlerortung mil Mehrfachintcgration und Kildiing einer entsprechend zusammengesetzten Auswertefunktion und

ΙΊ g. 7 c nc abgewandelte Iniegraiionsschalting. verwendbar in einer Anordnung gemäß I' i g. b.

Zunächst wird die Wirkungsweise der Erfindung anhand der F i g. ! bis 5 für eine aus einem Leiter 1 (siehe f'ig. 1) besehende Leitung mit einer Meßstalion 2 am Meßort λ = 0. von wo aus die i.eilungskoordinaic λ beispielsweise nach rechts positiv gerechnet wird Demgemäß sei * = Af, das Ende eines zu betrachtend· ι Leitungsabsohnittes. a = /der Ort eines als Kurzschluß mit dem Querwiderstand Null angenommenen Fehlers.

Die Meßs' ation 2 umfaßt einen Spannungswandle ■ 2a zur Erfassurg der Meßspannung u_m und einen Stromwandler 2b zur Erfassung des MeBstroms ;„. In eirem Multiplikator 3 wird der Meßstrom i„, mit einem Faktor multipliziert, der die Bedeutung eines Wellenwiderstandes hat, im einfachen Beispielsfall also des unmittelbar durch die Leitungsbeläge Z/und C'(lnduktivitäts- bzw. Kapazitätsbclag)_bei angenommener Verlustlosigkeit durch Λ» = fU/C' gegebenen, reellen Wellenwiderstandes. In anschließenden Summier- bzw. Subtrahergliedern 4 und 5 werden sodann gegenläufige Wancerwellensignali:

I l/l \ M d M >

für lic .ils verlustlos angenommene Leitung mn der Leu ingsspannung ii(x.l) und dem l.eitungsstroni i(x,tj ergeben sich für die I elilerbedingung. im Bcisp'clsfall also die Kiirzschlußbedmgung. am I ehlcrort ν = /. nämlich

μ. Ji Ii. IΊ

die I ciMiiiücn |\ , /. ( irzipioke VNcllciiloll pll,inz!Mi!">i:cM'liw iiidir.kcil I

¹IiI \. Ί K₁. IH.:./ «I. vll /I.:.! \ir viii

."Ίΐν.Μ /I.-J vl." V)I ! /IrJ >!.- vll.

uo /I.: JI de ι Sli c im .!ir I λ- h Ic Μ >rt. (I Ii .ι lsi ι der K u r/-iiom jsi l);in;icli selzl sich die l.eilnnus-1 u_ wie di rcli die Schreibweise

^Λϋ1 \ Π i/i VJl /'I VJl

deutlich wird, an icdem I eiliinisorl additiv ;iu< den üeüenliitilisten \\'aηdeiwellen

,/IvJI Ii ■ /IrJ t

Ml

/ilvjl R ■ 'IrJ ·<{: Ml

/usiimmen.

Für den Zusammenhang dieser Wanderwellen, welche die Dimension einer Sparnung haben, mit den Leitungsspannungen und Leitungsströmen gilt wegen (4) und (6) die Beziehung

(/1.VJl

H(Xf) ⁴ R„. · /(VJ)

hix.i) = -kI.vjI ^J R„. · /(VJ).

/'(OjI

//„(/) -i R_M

-i «„

gebildet

Zur Erläuterung der weiteren Signalverarbeitung sei die folgende Überlegung eingeschaltet:

An dieser Stelle sei angemerkt, daß analoge Wanderwellen- und Fehlerortsbedingungen auch für Leitun.gsunterbrechung mit Leerlauf am Fehlerort und entsprechenden Wanderwellen aufgestellt und zur Fehlerortseingrenzung ausgewertet werden können. Weiterhin ist die angegebene Fehlerortseingrenzung sinngemäß für zwischen Kurzschluß und Leerlauf liegende Leitungsfehler mit Reflexion der Wanderwellen an der Fehlerstelle anwendbar.

Mv l

ill Ί1ΙΙΙ

I I

■ΙΠ.Μ

dv'l LOJrI

μ llhli

IXl

der gegenläufigen Wanderweiiensignale ist also eim: fur die Fchlerlokalisierung durch Vor/eichen und gegehe is nenfalls Beirag von • ausreichende Inforinaiion enthalten. Die unmittelbare Bestimmung des fehlemrtsrelevanten Verschiebungsintervalls stoßt auf wesentliche Schwierigkeiten weshalb die vorliegende lirfindung den Weg der Auswertung von /ei'integralen der :.. Wanderwellensignale beschreitet, nämlich denjenigen der Verknüpfung dieser /eitinlegrale durch eine die Fehlerortsriehtung bzw. die Fehlerortsdistanz be/üglich des MeBortes kennzeichnende Auswertefunklion

Hine solche Richtungsentscheidung läßt sich durch js vergleichsweise einfache Auswertefiinkiionen verwirklichen, beispielsweise bereits d'ireh eine einfache, subtraktive Verknüpfung zweier Integrale von gegenläufigen Wanderwellensijnalen, sofern eine zusätzliche Detektion der zeitlichen I .age der Integralionsintervalle t< > bezüglich der ansteigenden oiler fallenden Halbwelle einer meist vorhandenen dominanten Grundschwingung im Spektrum der Wanderwellensignule durchgeführt wird. Im folgenden wird nur zwecks Übersichtlichkeit der Erläuterung zu lachst eine solche einfachste is Auswertefunktion angenommen, obwohl diese in der Praxis wenig geeignet ist. Fs gilt somit:

I Mi) IHi) jr(O./|df |/i|().

Md;

F (' für ζ --- O

gemäß 1.1) und (K))

2u(z.l\ =- a[z I) h(z.l) O.

5° F ".. 0 für ζ 5

oder umgekehrt (I 11

F ?· 0 für ζ \ 0 .

jedenfalls aber mit Vorzeichenumkehr vcn F für Fehlerortslagen beidersei:s von χ = 0, wie dies für den Richtungsentscheid — abgesehen von der vorerwähnten, zusätzlichen Phasendetektion — grundsätzlich ausreichend ist.

In der Schaltungsanordnung gemäß F i g. 1 werden die Zeitintegrale in e ner mit a(0,t) und b(O,t) eingangsseitig Deaufschlagten Integrationsschaltui.g 7 mit sinem Steuer- oder Stelieingang T für die es Integrationsintervalle durchgeführt

Somit stehen an den Ausgänger: der Integrationsschaltung 7 die Zeitintegrale A und B für Vorzeichen-

κι

iind/oder lli-ti-a^sbeslimmung von / in der nachfolgen (k-ri Aiiswerteschalliing S /iir Verfügung, in der die vorstehend erläuterte Auswertcfunklion /aus Λ und Il j."-t>ildet wird, f iir den l-'all ;!er t'hfachsten Auswerte funktion mit Z'isät/Iicher llestiiniMing der Phasenlage der /eitintegrale bezüglich einer lOminanlen Wander wellengriindschwingung ist em be spielsweise von den Wanderwellensignalen über ein Frequenzfilter 9 auge steuertcr l'hasendetektor 10 vorgesehen, dem ferner die Integrationsintervalle Λ der Inlegrationsschaltung 7 eingegeben werden und der hieraus die Phasenlage dieser Intervalle bezüglich der Grundschwingung feststellt und entsprechend eine dem Ausgang der Auswcrteschaltung nachgeordnete Vorzeichcnumkehrschaltung Il steuert. Am F.ndausgang 12 der Schaltung steht somit immer das richtige Vor/eichensign;il von / zur Verfugung.

Hipr

vprallvjprnpinprnij

vorgenannte Phasendeteklion auch für solche Fälle gill, wo die dominante hrequenzkomponenle infolge einer Filterwirkung der Gewichtung und/oder der Integration erst in den modifizierten Wanderwellensignalen oder in den zeitlichen Integralfunklionen der letzteren auftritt uder von einer dominanten Frequenzkomponentc der ursprünglichen Wanderwellensignale abweichend hervortritt. Ks kommt also letztlich auf die dominante Pcriodizität 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 Aliswertefunktion F=A- ^funktionell erläutert.

In Fig. 2A ist das gegenüber bfi,!) durch den Kurzschluß um 2az nacheilende Wanderwellensignal a(f),t) mit Überschneidungen zwischen a und b dargestellt, die eine Vorzeichenbestimmung von zlf = 2(xz durch einfache Subtraktion von Signalwerten zu bestimmten Zeiten unmöglich machen, demgegenüber liefern die in Fig. 2B angedeuteten Zeitintegralfunktionen mit dem sogar ungünstig gewählten Integrationsbeginn ίο im Bereich der Nulldurchgänge der Integranden bei zunehmender Integrationsdauer zunehmend divergierende Funktionierte A(t)und B(I), die eine Auswertefunktion F=A- .5 mit eindeutiger Vorzeichenzuordnung im oben ei läuterten Sinne ergeben. Beispielsweise kann Ta, η der Praxis von Wechselstromleitungen etwa 3 msec;, als sicher ausreichende Mindestintegrationsdauer bf :rachtet werden.

Insbesondere können die Wandurwellensignale gemäß F i g. 1 in einer Multiplikationssc haltung 6 mit einer Gewichtsfunktion g mit einer bezüglich einer vorgegebenen Frequenz aus dem Spektrum der Wanderwellensignale selektiven Filterwirkung in Verbindung mit der anschließenden Integration multip tziert werden. In Fig. 3 ist ein Beispiel e'ner solchen Gewichtsfunktion mit der Periodendauer 7Ί entsprechend einer hervorzuhebenden Frequenz /i angedeutet, wozu F i g. 4 den Frequenzgang mit Hauptmaximum für F\ zeigt. Damit gewonnene Zeitintegrale der Warderweilensignale eignen sich besonders für Auswertcf jnktionen, deren Betrag ein Maß für die Fehlerdistan:: /om Referenzort 'iefern soll.

Fig. 5 zeigt die Bildung mehrere' Zeitintegrale mit gegenseitiger Versetzung für jede; Wanderwellensignai, nämlich A \ und Ai sowie Si und Bj, wobei die Integrationsintervalle für A-, und l'\ bzw. A2 und B₁

ICWi¹1Is zusammenfallen. Der F.infachhcil hiilhcr ist nur eine ;ils ώ minant angenommene Frequenzkoniponente für den Zeitverlauf der Wanderwellensigivle a 'ind h angedeutet. Fine /. H. aus den genannten Zeitintegralen gebildete Auswerteflink ion

F = A₁ ■ lh -A₂- ß,

hat die Higenschaft der Vor/eieheniinabhängigkeit von der l'hasrnlüge der Integrationsintervalle bezüglich der Periode der dominanten Wanderwellenkomponentc und macht daher die obenerwähnte zusätzliche Phasendeteklion überflüssig. An den in Fig. 5 eingetragenen, unterschiedlichen Phasenlagen I und Il der Zeitintegrale kann diese Vorzeichenunabhängigkeit anschaulich nachgeprüft werden.

Weiterhin können die vorgenannten mehrfachen Zei'integrale für die Bildung einer Auswertefunktion

an.tan

•I, Ii, \, A₁ B₁ I A₂

«I

Ii,

(14)

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

F i g. 6 zeigt im einzelnen eine .Schaltungseinrichtung mit zwei Signalkanälen für afO,t) und fyO.fJt die für eine Mehrfachintegration verzweif und mit je einem Multiplikator 71a 1, 71a2 bzw. fibi, 7ib2 für die Gewichtung mit von einem Generator 72 gelieferten Rechteck-Schaltfunktionen versehen sind. Für jeweils einen Zweig eines jeden der beiden Kanäle a(}i,l) und b(Q,t) ist eine Verzögerung der Gewichtsfunktion über ein Zeitglied 73, etwa in Form einer tnonostabilen Kippstufe mit einstellbarer Schaltzeit, vorgesehen. Damit werden entsprechend verzögerte Funktionsabschnitte aus a(0,t) und b(0,t) angetastet und eine Mehrfachintegration nach Art von Fig. 5 mit Vorzeicheneindeutigkeit der Auswertefunktion erreicht. Alternativ dazu oder gegebenenfalls auch zusätzlich können unmittelbar in den betreffenden Kanalzweigen Verzögerungsglieder 74a, 74b vorgesehen werden. Ks folgt eine Integrationsschaltung 75 mit einem eigenen Integrator für jeden Wanderwellensignal-Kanalzweig und mit einer gemeinsamen Schalteinrichtung 76, die über einen Integrationsintervallgeber 77 von einer üblichen fehlerindizierenden Anregeschaltung 78 ausgelöst wird. In naheliegender und daher nicht dargestellter Weise steuert die Schalteinrichtung auch die Entladung der Integratoren nach abgeschlossener Auswertung. Letztere erfolgt in einer Auswerleschaltung 79 mit Multiplikatoren 79,-i sowie einem Summicrghetl 79/) für ciic Bildung der Auswertefunktion

F= A₁ lh - A₂- Hu

I'ig. 7 zeigt eine Ausführung mit unterschiedlicher Integrationsintervallgebung für die zur Mehrfaeliinlegration verzweigten Waiidcrwellen-Signalkiinaie ü(0,i) und b(O.t) über je eigene Schalter .'kj I, .Va 2 bzw. Sh I, Sb 2 mit zugehörigen Zeitglicdern Zn 1, Za 2, Zb I, Zb 2 für die einzelnen Integrationsintervallschalter und einem gemeinsamen Taktgeber Z Die nachfolgenden Integiatoren /al bis lt>2 liefern auch hier die Zeitintegrale A\, A₂ bzw. B₁, B₂ für die Bildung einer Auswertefunktion

F= A₁ B₂ - AiBu

Auch mit dieser Schaltung wird eine Mehrfachintegra-

Jd tion erreicht, z. B. eine solche wie in F i g. 5 gezeigt.

Im übrigen kann die Unterscheidung der Integrale für die Mehrfachintegration gemäß Fig. 5 nicht nur durch unterschiedliche Bemessung der Integrationsintervalle, d. h. gegenseitige Verschiebung oder unterschiedliche

j=, Dauer dieser Intervalle und durch zeitliche Verschiebung der Wanderwellensignale selbst erreicht werden, sondern auch durch Multiplikation mit Gewichtsfunktionen von anderem als rechteckförmigen Zeitverlauf und zeillich gegeneinander versetztem Schwerpunkt

ίο des Zeitintegrals dieser Gewichtsfunktionen.

Im übrigen ist anzumerken, daß die vorliegende Bildung und Verarbeitung sowie Auswertung von Wanderwellensignalen nicht auf die Einführung von zu dem Leitungsspannungen und Leitungsslrömen propor-

vs tionalen Meßsignalen u,„ und /„, beschränkt ist.

Vielmehr können gegebenfalls zusätzliche Umformungen der zunächst den Leitungsspannungen und Leitungsströmen propori'onalen Meßsiguale vorgenommen werden, etwa eine Amplitudenbegrenzung

₄n wler eine Hinzufügung von Spannungs- oder Stromkomponenten zur Gewinnung ausreichender Signalpegel u. dgl. Die Fehlerorts- bzw. Richtungsdetek ion wie beschrieben, läßt sich gleichwohl in der angegebenen Weise erreichen. Weiterhin kann die Integration —

4S wenn auch umständlicher bzw. mit erhöhtem Schaltungsaufwand — mit den Strom- und Spannungssignalen vor der Zusammensetzung der Wanderwellensignale durchgeführt werden.

Hicr/u .^ Hkitl Zcichniiimcn

Claims

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung, bei dem aus Spannung und Strom an einem Meßort mindestens ein einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes und deren zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal (Wanderwellensignail) 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! Wanderwellerisignalen (aß),tj Φ.φ 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 Zeiü'ntegrale zu ekizr mit ihrem Vorzeichen bzw. Betrag die Fehilerrichiiing bzw. die Fehlerdistanz bezüglich des MelSortes (V=O) 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 Endzeitpunktgebildetwerden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintegrale für mit mindestens einer zeitiichen Gewichtsfunktion (g[t]) multiplizierte Wanderwellensignale (a[Ö,tJ b[O,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 Schaltfunktio- nen verwendet werden.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitintegrale aus mit mindestens zwei verschiedenen Gewichtsfunktionen (g/t) gi{lj) multiplizierten'Wenderwellensignalen gebildet werden.

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

8. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die aus gegenläufigen Wanderwellensignalen (afO.t) bfO.tß gebildeten Zeitintegrale lntei;rationsintervalle unterschiedlicher Dauer vs wid/oder Lage aufweisen.

9. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß für mindestens eine Fortpflanzungsrichtung mindestens zwei Zeitintegrale mit einer Zeitverschiebung zwischen den für die Bildung der r«> zugehörigen Integranden verwendeten Wanderwellensignale gebildet werden und daß aus den so erhaltenen Zeitintegralen eine Auswertefiinktion mit mindestens zwei subtraktiv verknüpften Au«, drücken dieser Zeitintegrale gebildet wird. 1,=,

10 Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekenn zeichnet, daß für mindestens eine Fortpflanzung* richtung mindestens zwei Zeilintegrale mit unter schiedlichen Integrationsinten/allen gebildet werden und daß eine Auswertefunktion mit mindestens zwei subtraktiv verknüpften Ausdrücken dieser Zeitintegrale gebildet wird.

! 1. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einer Fortpflanzungsrichtung zugeordnete Wanderwellensi|;nal (aßi,tj bfü.tj) mit wenigstens zwei verschiedenen Gewichisfunktionen (giL g& bzw. gb\, gto) multipliziert wird uno daß aus den so erhaltenen Produktfunktionen für jede Fortpflanzungsrichtung eine entsprechende Mehrzahl von Zeitintegralen (A', A" bzw. B', B") sowie eine Auswertefunktion mit mindestens zwei subtraktiv verknüpften Produkten dieser Zeitintegrale gebildet wird.

12. Verfahren nach An:;pnich 11, dadurch gekennzeichnet, daß jedes einer Fortpflanzungsrichtung zugeordnete Wanderwellensignal nr.it mindestens zwei zeitlich gegeneinander verschobenen Gewichtsfunktionen multiplizier.; wird.

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

a) an einem Meßort (V=O) auf der Leitung ist eine Spannungs- und Strom-Meüschaltung (2) vorgesehen, deren Ausgänge eine der Phasen- oder Leiterzahl eier Leitung entsprechende Anzahl von in bezug auf die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten voneinander unabhängigen Spannungs-Stromsigrialpaaren (u_nh i_m) führen;

b) mit der Spannungs- und Strom-Meßschaltung (2) ist eine Multiplikationsschaltung (3) verbunden, in der mindestens eines der unabhängigen Stromsignale (i_m) mit einem Faktor (R») multipliziert wird, der einem dem betreffenden Stromsignal zugeordneten Wellenwiderstand entspricht;

c) mit der Meßschaltung (2) nd der Multiplikationsschaltung (3) ist eine Summierschaltung (4, 5) verbunden, in der mindestens zwei gegenläufige Wanderwellensignale der Form a = u_m+R_w ■ im bzw. b= -u_m+R_w ■ i„, mit u_m und im als Spannungs-Stmrrsignalpaar und R„ als einem zugehörigen WeI'enwiderstand entsprechenden Faktor gebildet wird;

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

e) an die Ausgänge der IntegrUionsschaltung (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 Wsjiderwellensignale oder davon abgeleiteten Größen beaufschlagt sind.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet. ilaQ die Wandcrwellen-Signalkanä-Ie (a, ty für eine Bildung mehre-er Zeitintegrale (A\, Ai bzw. Bi, Bj) für jedes der gegenläufigen Wanderwellensignale verzweigt sind und daü in jedem Zweigkanal ein eigener Integrator mit einem bezüglich des anderen Zweig<anals der gleichen Wanderwellenrichtung untcrsdiiedlichen Integra tionsintervall vorgesehen ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Wanderwellen-Signalkanäle (a, b) für die Bildung mehrerer Zeitintegrale (A\, Az bzw. B₁, B₂) für jedes der gegenläufigen Wanderwellensignale verzweigt sind und 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\, A₂ bzw. B\, B₁) 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