DE2529897B2

DE2529897B2 - Verfahren zur Fehlerortung auf einer Leitung

Info

Publication number: DE2529897B2
Application number: DE2529897A
Authority: DE
Inventors: Hans Dr.-Ing. Nussbaumen Glavitsch; Michael Dr. Zuerich Vitins
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-06-05
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1978-08-17
Also published as: SE422245B; FR2313683A2; GB1545610A; DE2529897C3; JPS51147733A; CA1056015A; DE2529897A1; CH608917A5; SE7606186L; US4063166A

Description

Die Erfindung betrifft ein 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 Zeiiverlauf einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes Wanderwellensignal erzeugt wird und bei dem eine durch ihr Vorzeichen die Richtung und gegebenenfalls durch ihren Betrag die Fehlerdistanz eines Fehlerortes bezüglich des Meßortes kennzeichnende Auswertefunktion gebildet wird, insbesondere nach Patentanmeldung 25 23 006.2.

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 35 90 368). Hier werden solche WanderweUensignale an beiden Endstationen des zu überwachenden Leitungsabschnitts gebildet und über eine besondere Leitung zwecks Fehlerortung miteinander in Beziehung gesetzt.

Darüber hinaus 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 Meßspannungssignals — sowie durch Summierung mit verschiedenen Vorzeichen mindestens zwei WanderweUensignale der erwähnten Art gebildet werden, die zueinander gegenläufigen Wanderwellen auf der Leitung zugeordnet sind, und bei dem sodann wiederum eine Auswertefunktion erzeugt wird. Letztere kann durch geeignete Verarbeitung und Verknüpfung der WanderweUensignale so geschehen, daß die Auswertefunktion mit ihrem Vorzeichen die Richtung der Fehlerortslage bezüglich des Meßortes und mit ihrem Betrag die Distanz des Fehlerortet 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 der Auswertefunktion von der Fehlerortslage in der Umgebung des Meßortes im allgemeinen so beschaffen, daß diese Funktion im Meßort mit Vorzeichenwechsel stetig durch Null geht. Hieraus folgt auch unabhängig vom Spannungszusammenbruch bei Nahfehlern ein u. U. beträchtlicher Unsicherheitsbereich für die Fehlerrichtungsentscheidung in der Umgebung des Meßortes.
Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung eines

so Fehlerortungsverfahrens, das auch bei Fehlerortlagen in der Nähe des Meßortes eine sichere Richtungsentscheidung ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich bei einem Verfahren der eingangs angegebenen Art durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1. Diese Lösung beruht auf der Tatsache, daß in der Leitungsspannung praktisch immer eine Frequenzkomponente enthalten ist, deren Phasenlage durch den Fehlereintritt 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 Nulldurchgang, 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 Richtungsentscheidung nicht und kann im allgemeinen für eine Distanzbestimmung bezüglich des Meßortes durch geeignete Eichung der funktionalen Abhängigkeit der Auswertefunktion von der Disitanz Fehlerort— Meßort berücksichtigt werden.

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 x~Q als Meßort eine Meßstation 2 mit Spannungswandler 2a und Stromwandler 2b vorgesehen, wo ein Meßspannungssignal u_m und ein Meßstromsignal i_m gebildet wird. Bei x=zin 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

Im Beispielsfall sind zwei Auswertungskanäle vorhanden, nämlich ein erster, mit den unveränderten bzw. ursprünglichen Meßsignalen arbeitender Kanal H und ein zweiter, mit einem Ersatz-Meßspannumgssignal und entsprechenden Ersatz-Wanderwellensignalen arbeitender Kanal //'.

Der Kanal //wird von der Meßstation 2 unmittelbar mit dem Meßspannungssignal u_m und über einen Konstantfaktormultiplikator 3 mit dem Produkt des Meßstromsignals i_m und eines Widerstandsi'aktors R_w — beispielsweise des Wellenwiderstandes der Leitung — angesteuert und bildet hieraus in einem Additionsverstärker 4 und sinem Subtraktionsverstäirker 5 zwei gegenläufigen Wanderwellen auf der Leitung zugeordnete Wanderwellensignale a (0,t)una b(O,t), die also den Zeitverlauf dieser Wanderwellen am Meßort Jf=O wiedergeben.

Wie in der eingangs genannten Hauptpatentanmeldung 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 Tin einer Integrationsschaltung 7 und durch Verknüpfung der erhaltenen Zeitintegrale A. B in einer Auswerteschaltung 8 eine Auswertefunktion F erzeugt, welche mit ihrem Vorzeichen die Richtung der Fehlerortslage bezüglich des Meßortes und gegebenenfalls mit ihrem 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 Halbpierioden 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 es Netzfrequenzkomponente und einen Phasendetektor 10 zu einer in Abhängigkeit von der Phasenlage des Integrationsintervalls in der ansteigenden oder fallenden Halbperiode der dominanten Netzfrequenz-Wanderwellensignalkomponente aktivierbaren Vorzeichenumkehrschaltung 11 vorgesehen, die gegebenenfalls das Vorzeichen der Auswertefunktion umkehrt und damit den Richtungsentscheid insoweit eindeutig macht Wie im Hauptpatent ebenfalls im einzelnen beschrieben, kann diese Phasendetektion durch eine Mehrfachintegration für jede Fortpflanzungsrichtung bzw. die zugehörigen Wanderwellensignale in Verbindung mit einer geeigneten Auswertefunktion — etwa von der Form

F =

A_xB₂-A₂B₁ A₁B₁ + A₂B₂

(D

oder für alleinigen Richtungsentscheid nur in der Form des Zählers dieser Funktion, mit gegeneinander verschobenen Zeitintegralen A\ und A₂ bzw. B\ und B₂ für jede Wellenfortpflanzungsrichtung — ersetzt werden.

Im übrigen kann durch geeignete Gewichtung der Wanderwellensignale mit unterschiedlichen — insbesondere gegeneinander zeitlich verschobenen — Gewichtsfunktionen ein beliebiger Referenzort Zr 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 Gewichtsfunktionen für die gegenläufigen Wanderwellensignale 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 MeEsignalen arbeitenden Kanal H ist der zusätzliche Kanal H' vorgesehen, der mit dem gleichen, mit R_w multiplizierten Meßstromsignal R_w ■ i_m jedoch mit einem in einer Schwingschaltung 13 gewonnenen Ersatz-Meßspannungssignal u_m' 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 Zeitinvervall, das für die Auswertung und Fehlerortung ausreicht, von der Leitungsspannung unabhängig ist. Am Ausgang 12' des Kanals //'entsteht so eine modifizierte Auswertefunktion F', das gegenüber der Auswertefunktion Fdes Kanals //verzerrt ist, jedoch mindestens einen sicheren Fehlerrichtungsentscheid bezüglich des Meßortes auch für Nahfehler ermöglicht.

Für die Erzeugung des Ersatz-Meßspannungssignals kommen neben Filterschaltungen mit Energiespeichern auch aktive Filter, Laufzeitglieder, synchronisierbare Oszillatoren u. dgl. in Frage.

Um für Fcrnfehler die in mancher Hinsicht vorteilhaftere, aus den ursprünglichen Maßsignalen gebildete Auswertefunktion verwenden zu können, ist eine Vergleichsschaltung vorgesehen, die ein direkt oder indiiskt von der jeweiligen Meßort-Fehlerortdistanz abhängiges Gültigkeitskriterium für die Ersatz-Auswertefunktion F' bzw. für die ursprüngliche Auswertefunktion 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 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 ι ο Bildung der Differenz zwischen Meßspannungssignal u_m und Ersatz-Meßspannungssignal u_m' 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. Überschreiten dieses Grenzwertes.

Vom Ausgang des Schwellenwertschalters 15 win alternativ jeweils ein von zwei UND-Schaltungen K und 17 für die Weiterleitung des Auswertungssignals I bzw. F'über eine ODER-Schaltung 18 zum Endausganj 19 der Schaltung freigegeben. Infolge des definierte! Übergangs zwischen den beiden Auswertefunktionei mit ihren unterschiedlichen Distanz-Eichkurven ergib sich ein geschlossener Anzeigebereich für die Fehlerdi stanz mit zwei aneinanderstoßenden Abschnitten um eindeutigem Übergang, wobei im Fernabschnitt unte der Herrschaft des Kanals //insbesondere die erwähnt! Referenzortsfestlegung und damit eine Einteilung de Leitung in beliebige Unterabschnitte vorgenommei werden kann, die im Nahabschnitt von geringeren Interesse ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. 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 eine durch ihr Vorzeichen die Richtung und gegebenenfalls durch ihren Betrag die Fehlerdistanz eines Fehlerortes bezüglich des Meßortes kennzeichende Auswertefunktion gebildet wird, insbesondere nach Patentanmeldung 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 (U_n,') abgeleitet und für die Bildung mindestens eines Ersatz-Wanderwellensignals (a', b') sowie einer Ersatz-Auswertefunktion (F) verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß einerseits unter Verwendung des ursprünglichen Meßspannungssignals (u_m) eine Auswertefunktion (F) und andererseits unter Verwendung eines Ersatz-Meßspannungssignals (u_m') eine Ersatz-Auswertefunktion (F) gebildet wird und daß ein von der jeweiligen Meßort-Fehlerortsdistanz abhängiges Gültigkeitskriterium für die Ersatz-Auswertefunktion (F') bzw. für die ursprüngliche Auswertefunktion ^erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gültigkeitskriterium für die Ersatz-Auswertefunktion bzw. die ursprüngliche Auswertefunktion durch einen Augenblickswertoder Betragsvergleich des Meßspannungssignals oder einer davon abgeleiteten Größe 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: