DE2529897A1

DE2529897A1 - Verfahren zur fehlerortung auf einer leitung

Info

Publication number: DE2529897A1
Application number: DE19752529897
Authority: DE
Inventors: Hans Dr Ing Glavitsch; Michael Dr Vitins
Original assignee: BBC Brown Boveri France SA
Current assignee: BBC Brown Boveri France SA
Priority date: 1975-06-05
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1976-12-09
Also published as: DE2529897B2; CH608917A5; DE2529897C3; FR2313683A2; JPS51147733A; GB1545610A; US4063166A; SE7606186L; CA1056015A; SE422245B

Description

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EBC Aktiengesellschaft Brown, Boveri & Cie., Baden(Schweiz)

Zusatz zu Hauptpatent .... (Pat.Anm. P 25.23 CO6.2)

Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung, bei dem wenigstens an einem Messort mindestens ein von einer Leiturigsspannung abgeleitetes Messspannurigssignal und mindestens ein von einem Leitungsstrom abgeleitetes Messstromsignal gebildet und aus diesen Messsignalen mindestens ein dem am Messort herrschenden Zeitverlauf einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes Wanderwellensignal erzeugt wird und bei dem ein mindestens die Richtung der Lage eines Fehlerortes bezüglich des Messortes kennzeichnendes Auswertesignal gebildet wird, insbesondere eir. Verfahren naeh Patent Nr

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(Pat.Arim.P 25 23 OO6.2)

Es sind Verfahren zur Prüfung auf Vorhandensein eines Leitungsfehlers, insbesondere eines Kurzschlusses, innerhalb eines vorgegebenen Leitungsabschnitts bekannt, die mit Wanderwellensignalen im eingangs genannten Sinn arbeiten (US-Patentschrift Nr. 3.590.368). Hier werden solche Wanderwellensignale an beiden Endstationen des zu überwachenden Leitungsabschnitts gebildet und über eine besondere Leitung zwecks Fehlerortung miteinander in Beziehung gesetzt.

Darüberhinaus ist in dem eingangs genannten Hauptpatent (nicht vorveröffentlicht) ein Fehlerortungsverfahren angegeben, bei dem an einem Messort mindestens ein von einer Leitungsspannung abgeleitetes Messspannungssignal und mindestens ein von einem Leitungsstrom abgeleitetes Messstromsignal gebildet und aus diesen Messsignalen durch Multiplikation mit unterschiedlichen Konstantfaktoren - insbesondere durch Multiplikation des Messstromsignals mit einem dem Wellenwiderstand der Leitung entsprechenden Faktor "ohne Veränderung des Messspannungssignäls sowie durch Summierung mit verschiedenen Vorzeichen mindestens zwei Wanderwellensignale der erwähnten Art gebildet werden, die zueinander gegenläufigen Wanderwellen auf der Leitung zugeordnet sind, und bei dem sodann wiederum ein Auswertungssignal erzeugt wird. Letzteres kann durch geeignete Verarbeitung und

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Verknüpfung der Wanderwellensignale so geschehen, dass das Auswertungssignal mit seinem Vorzeichen die Richtung der Fehlerortslage bezüglich des Messortes und mit seinem Betrag die Distanz des Fehlerortes vom Messort kennzeichnet.

Die vorstehend erwähnten und sonstige mit Wanderwellensignalen arbeitende Verfahren zur Fehlerrichtungs- und/oder Fehlerdistanzbestimmung sowie gegebenenfalls auch zur Fehlerdetektion auf Leitungen haben den gemeinsamen Nachteil, dass die zur Wanderwellensignalbildung mit erforderliche Leitungsspannung am Messort bzw. das entsprechende Messspannungssignal bei dem Messort sehr naheliegenden Kurzschlüssen infolge. Zusammenbruchs auf dem Störsignalpegel nahe Werte keine einwandfreie Auswertung mehr ermöglicht. Ausserdem ist die funktionale Abhängigkeit des Auswertesignals von der Fehlerortslage in der Umgebung des Messortes im allgemeinen so beschaffen dass dieses Signal im Messort mit Vorzeichenwechsel stetig durch Null geht. Hieraus folgt auch unabhängig vom Spannungszusainmenbruch bei Nahfehlern ein u.U. beträchtlicher Unsicherheitsbereich für die Fehlerrichtungsentscheidung in der Umgebung des Messortes.

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines Fehlerortungsverfahrens, das auch bei Fehlerortlagen in der Nähe des Messortes eine sichere Richtungsentscheidung ermöglicht.

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Die erfindungsgemässe Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art durch die Merkmale des Patentanspruchs. Diese Lösung beruht auf der Tatsache, dass in der Leitungsspannung praktisch immer eine Frequenzkomponente enthalten ist, deren Phasenlage durch den Fehle*reintritt und insbesondere einen Kurzschlusseintritt sehr wenig beeinflusst wird. Bei Wechselstromleitungen als dem wesentlichen Anwendungsfall der vorliegenden Wanderwellen-Fehlerortungsverfahren trifft dies für die Grund- oder Netzfrequenzkomponente der Leitungsspannung zu, die im allgemeinen auch in dem Ausgleichsvorgang nach Fehlereintritt dominiert.

Die auf diese Weise erhaltenen Ersatz-Wanderwellensignale sind von der Unsicherheit im Bereich von messortnahen Fehlern frei und erlauben die Bildung von Auswertesignalen mit einem sprungartigen Verlauf im Nulldurehgang, vermeiden also auch den selbst bei ausreichendem Restspannungspegel sonst vorhandenen Unsicherheitsbereich der Richtungsentscheidung, sind aber selbstverständlich gegenüber den ursprünglichen Wanderwellensignalen verzerrt. Dies stört jedoch für die Riohtungsentscheidung nicht und kann im allgemeinen für eine Distanzbestimmung bezüglich des Messortes durch geeignete Eichung -der funktionalen Abhängigkeit des Auswertesignals von Distanz Fehlerort-Messort berücksichtigt werden.

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Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, das eine Schaltung zur Fehlerortung mit Nahfehlerkompensation darstellt.

An einer beispielsweise aus einem Leiter über Erde bestehenden Leitung 1 mit der Längskoordinate χ sei bei χ = 0 als Messort eine Messstation 2 mit Spannungswandler 2a und Stromwandler 2b vorgesehen, wo ein Messspannungssignal u und ein Messstromsignal i gebildet wird. Bei χ = ζ in der Nähe des Messortes sei ein Kurzschluss angenommen, der die Leitungsspannung am Messort und damit das ursprüngliche Messspannungssignal auf Werte im Bereich des Störsignalpegels zusammenbrechen lässt.

Jm Beispielsfall sind zwei Auswertungskanäle vorhanden, nämlich ein erster, mit den unveränderten bzw. ursprünglichen Messsignalen arbeitender Kanal H und ein zweiter, mit einem Ersatz-Messspannungssignal und entsprechenden Ersatz-Wanderwellensignalen arbeitender Kanal H^f.

Der Kanal H wird von der Messstation 2 unmittelbar mit dem Messspannungssignal u und über einen Konstantfaktormultiplikator 3 mit dem Produkt des Messstromsignals i und eines Widerstandsfaktors R - beispielsweise des Wellenwiderstandes der Leitung - angesteuert und bildet hieraus· in einem Additionsverstärker 4 und einem Subtraktionsverstärker 5 zwei gegenläu-

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flgen Wanderwellen auf der Leitung zugeordnete Wanderwellensignale a(O,t) und b(O,t), die also den Zeitverlauf dieser Wanderwellen am Messort χ = 0 wiedergeben.

Wie im eingangs genannten Hauptpatent im einzelnen beschrieben, wird aus diesen Wanderwellensignalen durch Multiplikation mit einer oder auch mehreren Gewichtsfunktionen g in einer Multiplikationsschaltung 6 sowie durch Integration über Integrationsintervalle T in einer Integrationsschaltung 7 und durch Verknüpfung der erhaltenen Zeitintegrale A, B in einer Auswerteschaltung 8 ein Auswertesignal P erzeugt, welches mit seinem Vorzeichen die Richtung der Fehlerortslage bezüglich des Messortes und gegebenenfalls mit seinem Betrag die Distanz des Fehlerortes vom Messort kennzeichnet. Im Falle der Bildung nur eines Zeitintegrals A bzw. B für jedes der beiden gegenläufigen Wanderwellensignale ist.der Richtungsentscheid noch von der Phasenlage des Integrationsintervalls bezüglich der Haibperioden der dominanten Grundschwingung - in der Praxis also der Netzfrequenzkomponente - der Wanderwellensignale abhängig. Für die phasenabhängige Vorzeichenbestimmung des Auswertungssignals ist daher beispielsweise ein Hilfszweig vom Ausgang der Verstärker 4 und 5 über ein Frequenzfilter 9 für die Hervorhebung der Netzfrequenzkomponente und einen Phasendetektor 10 zu einer In Abhängigkeit von der Phasenlage des Integrationsintervalls In der ansteigenden oder fallenden

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.Halbperiode der dominanten Netzfrequenz-Wanderwellensignalkomponente aktivierbaren Vorzeichenumkehrsehaltung 11 vorgesehen, die gegebenenfalls das Vorzeichen des Auswertesignals umkehrt und damit den Richtungsentscheid insoweit eindeutig macht. Wie im Hauptpatent ebenfalls im einzelnen beschrieben, kann diese Phasendetektion durch eine Mehrfachintegration für jede Portpflanzungsrichtung bzw. die zugehörigen Wanderwellensignale in Verbindung mit einer geeigneten Auswertefunktion - etwa von der Form

A₁B - A Bi
~ ^A1^B1 ^{+ A}2^B2

oder für alleinigen Richtungsentscheid nur in der Form des Zählers dieser Funktion, mit gegeneinander verschobenen Zeitintegralen A, und Ap bzw. B. und Bp für jede Wellenfortpflanzungsrichtung - ersetzt werden.

Im übrigen kann durch geeignete Gewichtung der Wanderwellensignale mit unterschiedlichen - insbesondere gegeneinander zeitlich verschobenen - Gewichtsfunktionen ein beliebiger
Referenzort z„ auf der Leitung bestimmt werden, wie in der Zeichnung angedeutet/ wobei die Fehlerrichtungs- und Fehlerdistanzbestimmung bezüglich dieses Referenzortes erfolgt. Insbesondere kommt hierfür eine Zeitverschiebung der Gewichts-

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funktionen für die gegenläufigen Wanderwellensignalen um die doppelte Wellenlaufzeit zwischen Messort und Referenzort in Betracht. Auch durch eine derartige zeitliche Verschiebung zwischen den gegenläufigen Wanderwellensignalen selbst und/ oder zwischen den Integrationsintervallen kann für eine Referenzortfestlegung eingeführt werden.

Neben diesem mit den unveränderten Messsignalen arbeitenden Kanal H ist der zusätzliche Kanal H¹ vorgesehen, der mit dem gleichen,, mit R multiplizierten Messstromsignäl R .1 , jedoch mit einem in einer Schwingschaltüng 13 gewonnenen Ersatz-Mess-Spannungssignal u' angesteuert wird. Im Beispielsfall stellt diese Schwingschaltung ein auf die Netzfrequenz abgestimmtes Bandpassfilter mit mehreren induktiven und kapazitiven Energiespeichern dar, die nach Zusammenbruch des eingangsseitigen Messspannungssignals mit einer der Netzfrequenz entsprechenden Eigenfrequenz gedämpft weiterschwingt und somit für ein begrenztes Zeitintervall, das für die Auswertung und Fehlerortung ausreicht, von der Leitungsspannung unabhängig ist. Am Ausgang 12' des Kanals H¹ entsteht so ein modifiziertes Auswertungssignal F', das gegenüber dem Auswertungssignal F des Kanals H verzerrt ist, jedoch mindestens einen sicheren Fehlerrichtungsents.cheid bezüglich des Messortes auch für Nahfehler ermöglicht.

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Für die Erzeugung des Ersatz-Messspannungssignals kommen neben Filterschaltungen.mit Energiespeichern auch aktive Filter, Laufzeitglieder, synchronisierbare Oszillatoren und dergl. infrage.

Um für Fernfehler das in mancher Hinsicht vorteilhaftere, aus den ursprünglichen Messsignalen gebildete Auswertungssignal verwenden zu können, ist eine Vergleichsschaltung vorgesehen, die ein direkt oder indirekt von der jeweiligen Messort-Fehlerortdistanz abhängiges Gültigkeitskriterium für das Ersatz-Auswertungssignal F' bzw. für das ursprüngliche Auswertungssignal F erzeugt. Im^-Beispielsfall wird das ursprüngliche Messspannungssignal mit einer Bezugsgrösse verglichen und das genannte Kriterium vom Absinken des Messspannungssignals unter diese Bezugsgrösse abgeleitet. Grundsätzlich kommt eine kommt eine konstante Bezugsgrösse in Betracht, jedoch wird hier speziell den im Normalbetrieb als Ausgangszustand für den Fehlereintritt vorhandenen Schwankungen der Leitungsspannung durch Verwendung einer mit dem Ersatz-Messspannungssignal und damit auch mit der Leitungsspannung vor Fehlereintritt gleichsinnig veränderlichen Bezugsgrösse Rechnung getragen. Dies erfolgt durch Bildung der Differenz zwischen Messspannungssignal u und Ersatz-Messspannungssignal u' in einem Differenzverstärker 14 sowie Vergleich des so erhaltenen Differenzsignals mit einem festen Grenzwert s in einem Schwellenwertschalter 15. Letzterer liefert ein duales Ausgangssignal in Abhängigkeit vom Unter- bzw. Ueberschreiten dieses Grenzwertes.

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Vom Ausgang des Schwellenwertschalters 15 wird alternativ jeweils ein von zwei UND-Schaltungen 16 und 17 für die Weiterleitung des Auswertungssignals P¹ bzw. F¹ über eine ODER-Schaltung 18 zum Endausgang 19 der Schaltung freigegeben. Infolge des definierten Uebergangs zwischen den beiden Auswertungssignalen mit ihren unterschiedlichen Distanz-Eichkurven ergibt sich ein geschlossener Anzeigebereich für die Fehlerdistanz mit zwei aneinanderstossenden Abschnitten und eindeutigem Uebergang, wobei im Fernabschnitt unter der Herrschaft des Kanals H insbesondere die erwähnte Referenzortsfestlegung und damit eine Einteilung der Leitung in beliebige Unterabschnitte vorgenommen werden kann, die inr Nahabschnitt von geringerem Interesse ist.

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Claims

Patentansprüche

. ) Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung, bei dem wenigstens an einem Messort mindestens ein von einer Leitungsspannung abgeleitetes Messspannungssignal und mindestens ein von einem Leitungsstrom abgeleitetes Messstromsignal gebildet und aus diesen Messsignalen mindestens ein dem am Messort herrschenden Zeitverlauf einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes Wanderwellensignal erzeugt wird und bei dem ein mindestens die Richtung der Lage eines Fehlerortes bezüglich des Messortes kennzeichnendes Auswertesignal gebildet wird, insbesondere nach Patent Nr. (Patentgesuch P 25 23 006.2),dadurch gekennzeichnet, dass von einem fehlerfreien Betriebszustand der Leitung ausgehend ein wenigstens annähernd einer Frequenzkomponente einer Leitungsspannung nach Betrag und Phase entsprechendes, von einem Zusammenbruch der Leitungsspannung wenigstens für ein begrenztes Zeitintervall mindestens annähernd unabhängiges Ersatz-Messspannungssignal (u¹) abgeleitet und für die Bildung mindestens eines Ersatz-Wanderwellensignals (a¹, b¹) sowie eines Ersatz-Auswertungssignals (F¹) verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass einerseits unter Verwendung des ursprünglichen Messspan-

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nungssignals (u ) ein Auswertungssignal (F) und andererseits unter Verwendung eines Ersatz-Messspannungssignals (u¹) ein Ersatz-Auswertungssignal (P¹) gebildet wird und dass ein von der jeweiligen Messort-Fehlerortsdistanz abhängiges Gültigkeitskriterium für das Ersatz-Auswertungssignal (F¹) bzw. für das ursprüngliche Auswertungssignal (F) erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das Glütigkeitskriterium für das Ersatz-Auswertungssignal bzw. das ursprüngliche Auswertungssignal durch einen Augenblickswert- oder Betragsvergleich des Messspannungssignals oder einer davon abgeleiteten Grosse mit einer
Bezugsgrösse erzeugt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass
eine mit dem Ersatz-Messspannungssignal gleichsinnig veränderliche Bezugsgrösse für den Vergleich mit dem Messspannungssignal verwendet -wird.

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