DE2529898C3

DE2529898C3 - Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung

Info

Publication number: DE2529898C3
Application number: DE2529898A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Niederrohrdorf Lanz (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-06-06
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1979-11-22
Also published as: DE2529898A1; GB1544250A; SE7606187L; CA1056909A; JPS51149551A; CH609180A5; DE2529898B2; FR2313684A2; US4063165A; SE423156B

Description

a) an einem Meßort (x=Q) auf der Leitung ist eine Spannungs- und Strom-Meßschaltung (2) vorgesehen, deren Ausgänge eine der Phasenzahl oder Leiterzahl der Leitung entsprechende Anzahl von in bezug auf die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten voneinander unabhängigen Spannungs- und Stromsignalpaaren (u,.„ i_OTyJführen;

b) mit der Meßschaltung (2) ist über mindestens einen Spannungs- und einen Stromsignalkanal eine Summierschaltung (4, 5) mit mindestens zwei Ausgängen (a, b) verbunden, in der mindestens ein Paar der voneinander unabhängigen Spannungs- und Stromsignale (u_m, i_m), gegebenenfalls nach Multiplikation mindestens eines dieser Signale mit einem Konstantfaktor, jeweils additiv und subtraktiv zu zwei gegenläufigen Wanderwellen zugeordneten Wanderwellensignalen (a(Q,t), b(Q,i)) überlagert werden, die an jeweils zugehörigen Ausgängen der .Summierschaltung (4, S) anste; <:n;

c) es ist eine !ntegruionsschaltung (7) für die Bildung von Zeitintegraler [A, B) der Wariderwellensignale und eine Auswerteschaltung: zur subtraktiven Verknüpfung mindestens zweier Wanderwellen-Zeitintegrale (A, B) oder d.avon abgeleiteter Größen zu einer durch ihr Vorzeichen die Fehlerrichtung bzw. durch ihren Betrag die Fehlerdistanz bezüglich des McLSor tes oder eines vorgegebenen Referenzortes auf der Leitung kennzeichnenden Auswertefunktion (F, P^vorgesehen;

d) der Spannungssignalkanal (u_m) umfaßt zwei ausgangsseitig überlagerte Parallelzweige (13, 14), deren einer (13) emc Schwingschaltung (1Ib) m\\. einer in der fehlerfreien Leitung«,spannung enthaltenen Eigenfrequenz umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch I. dadurch gekenn zeichnet, daß als .Schwingschaltung (13ο; ein wenigstens annähernd au! die Netzfrequenz der Leitung abgestimmtes Bandpaßiilter vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der beiden Parallelzweige (13, 14) des .Spannungssignalkanals (u_m) ein Konstantfaktnrmultiplikator (13a bzw. 14a) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn zeiehnet, daß in jedem der beiden Parallelzweige(lJ, 14) ein Konstantfaktormultiplikator (13a, Ha) vorgesehen ist und daß sich die Faktoren dieser beiden Multiplikatoren additiv wenigstens annähernd zu Eins ergänzen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4. dadurch gekennzeichnet, daß eine die Nahfehlerkompensation gemäß einem von der Meßort-Fehlerortdistanz abhängigen Gülligkeitskriterium aktivierende Schalteinrichtung (16,17) vorgesehen ist.

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung, in der aus Spannung und Strom an einem Meßort mindestens ein einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes ur,.1 deren

ίο zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal (Wanderwellensignal) gebildet wird, insbesondere nach Patent 25 23 006.

In dem letztgenannten Hauptpatent ist eine Einrichtung zur Fehlerortung, d. h. zur Richtungs- und/oder Distanzbestimmung eines Fehlerortes in bezug auf einen Meßort an einer Leitung, mit Hilfe von sogenannten Wanderwellensignalen angegeben. Hierunter ist in diesem Zusammenhang der am Meßort herrschende Zeitverlauf einer sich über die Leitung in der einen oder anderen Richtung ausbreitenden Wanderwelle zu verstehen. Die Einrichtung arbeitet jeweils mit Paaren von gegenläufigen Wanderwellensignalen, d. h. von Wanderwellensignalen, die zueinander gegenläufigen Wanderwellen auf der Leitung

2ϊ zugeordnet sind.

Diese Wanderwellensignale werden aus Meßsignalen gebildet, die dem Zekverlauf von Spannung und Strom am Meßort entsprechen. Diese Signale werden im folgenden kurz als Meßspannung bzw. Meßstrom

jo bezeichnet. Die Bildung der Wanderwellensignale erfolgt durch additive und subtraktive Überlagerung von Meßspannung und Meßstrom, wobei im allgemeinen der Meßstrom oder auch die Meßspannung mit einem Faktor multipliziert wird.

j-> Speziell sei hier im folgenden angenommen, daß unmittelbar der Meßstrom mit einem Faktor von der Bedeutung eines Widerstandes multipliziert wird, jedoch kommt bei geeigneter Normierung der Beträge der Wanderwellensignale auch eine Multiplikation der Meßspannung mit einem Faktor in Betracht, der dann die Bedeutung des reziproken Widerstandes hat.

Ferner ist jeweils ein Paar von Meßspannungen und Meßsimmen erforderlich, welches im Hinblick auf die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapaziläten von

4) anderen Spannungen b/w. Strömen unabhängig sind. Diese Bedingung ist bei einem Einleitersystem über Erde ohne Beeinflussung durch andere Leiter ohnehin erfüll'. Bei Mc-hrleitersystemen ist für jeden Leiter ein Spannungs Stromsi^naipaar an der Meßstation zu

Vi erfassen, woraus über die bekannte Modalkomponen tenzcrlegung entsprechende fiktive und voneinander entkoppelte, d. h. unabhängige Spannungs Stroinsignai paare erzeugt werden. Aus letzteren wird dann durch geeignete Linearkombination mit den {-.lementen von

■,ί Modalmatrizen, die aus den gegebenen T'cilinduktivitaten und Teilkapazitaten des l.eitersystems ein fur allemal berechenbar sind, gegenläufige Wanderwellen signalpaare für die Fehlerortsbestimmung erzeugt. Im folgenden wird die Erläuterung der t.infachheii

ho halber auf ein Firileitersystem beschrankt.

Die im Hauptpatent angegebene Einrichtung air Fehlerortsbeslimmung arbeitet einwandfrei, solange die Meßspannung beim Kurzschluß auf nicht allzu geringe Werte zusammenbricht, d. h. für dem Meßort nicht allzu nahe Fehlerortslagen. Für Nahfehler mit entsprechend starkem Spannungszusammenbruch entstehen jedoch Schwierigkeiten wegen der Annäherung der Meßspannungsamplitude nach Kurzschluß an den Störsignalpe-

gel. Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher eine Weiterbildung der vorgenannten Einrichtung dahin, daß auch Nahfehler mit ausreichender Sicherheit mindestens hinsichtlich ihrer Richtung bezüglich des Meßortes erfaßbar sind. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird weiter anhand des in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert, zu dem F i g. 2 den Verlauf distanz- und richtungsabhängiger Auswertefunktionen über der Entfernung des Fehlerortes vom Meßort wiedergibt.

In Fig. 1 ist eine aus einem Leiter 1 über Erde bestehende Leitung mit der Längskoordinate χ und dem Meßort x=0 sowie einem vorgegebenen Referenzort x=zr und mit einem dazwischen angenommenen Fehlerort x—z angedeutet Am Meßort befindet sich eine Meßstation 2 mit einem Meßspannungswandler 2a und einem Meßstromwandler 2b. Hier schließen sich ein Meßspannungskanal mit der Meßspannung u_m und ein Meßstromkanal mit dem Meßstrom i_m an. Der Meßspannungskanal führt über eine Nahfehler-Kompensationseinrichtung N und der Meßstromkanal über einen Konstantfaktormultiplikator 3 mit einem zweiten Eingang für einen Widerstandsfaktor R_w an eine Summierschaltung, die aus einem Additionsverstärker 4 und einem Subtraktionsverstärker 5 besteht. Am Ausgang des ersteren entsteht somit ein erstes Wanderwellensignal

α 10. ι) - u„, h R_n /_m.

am Ausirang des letzteren ein zweites Wanderwellensi trial

MO. ο =

Diese Wanderwellensignale werden, wie im Hauptpatent im einzelnen beschrieben, in einer Multiphkationsschaltung b beispielsweise mit einer, gegebenenfalls auch mit mehreren verschiedenen, etwa gegeneinander zeitlich verschobenen Gewichtsfunklionen gfrj multipliziert, t.·. folgt eine Integrationsschaltung 7 mit beispielsweise definierten Integralionsintervallen, die übt r einen entsprechenden Steuereingang T bestimmt werden Können. Am Ausgang der Integrationsschaltung eniAit'hen mindestens zwei Zeitmtegrale A und B, die — uniei / ihilfenahme einer zusätzlichen Schaltung für die bcihminung der Phasenlage der Integrationsiniervalle b'/ut'iKii einer Ciruntischwingung. etwa der Netzfrequenzkomoonente der Wanderwellensignale — bereits ei.ie hehierrithtungs und eine F-ehlerdistanzbestim-π· mg bezüglich des Meßortes ermöglichen, und zwar dun h uie im Hai'Oipatent angegebene Verknüpfung der Zt'imtcgrak¹ zu einer Auswertefunktion F in einer vi.-.~kii!i|)fungsschaltung 8. Für die genannte Phasenbest.imnung ist ein Hilfszweig vom Ausgang der Suinmierschdiiung mit einem F requen<filter 9 für die Htrvoiiicbung der Waiiderwelkn-Grundfrequenzkompunente und ein Phasendetcktur 10 vorgesehen. In letzterem wird die Phasenlage der Integrationsintervalle bezüglich der Grundschwingungskomponente der Wanderwellensignale festgestellt und dementsprechend das Vorzeichen der Auswertefunktion mittels einer dem Ausgang der Verknüpfungsschaltung 8 nachgeschalle· ten Vorzeichenumkehrschaltung 11 gegebenenfalls korrigiert. Am Endausgang 12 der Schaltung steht somit das richtige Vorzeichen entsprechend der Fehierrichtung bezüglich des Meßortes zur Verfugung.

Im übrigen kann durch zeitliche Verschiebung dar gegenläufigen Wanderwellensignale gegeneinander, durch Gewichtung mit zeitlich gegeneinander verschobenen Gewichtsfunktionen oder durch Integration der — gegebenenfalls gewichteten — gegenläufigen Wanderwellensignale über gegeneinander verschobene Integrationsintervalle ein Referenzort auf der Leitung

ίο vorgegeben werden, bezüglich dessen dann eine Fehlerrichtungs- und/oder Fehlerdistanzbestimmung vorgenommen werden kann.

Die Nahfchler-Kompensationsschaltung N im Meßspannungskanal umfaßt eine Verzweigung auf zwei Parallelkanäle 13 und 14, von denen ersterer eine Schwingschaltung 13£» — hier beispielsweise ein auf die Netzfrequenz abgestimmtes BandpaßFilter mit mehreren induktiven und kapazitiven Energiespeichern — umfaßt. Ober je einen Konstantfaktormultiplikator 13a bzw. 14a werden die beiden Parallelkanäle mittels eines Additionsverstärkers 15 überlagert, ^n dessen Ausgang die korrigierte Meßspannung u'_m für a\c vorangehend erwähnte Weiterverarbeitung zur Verfügung steht.

Die beiden Multiplikatoren 13a und 14a sind auf bezüglich des Wertes Eins komplementäre Faktoren K bzw. 1 · K eingestellt, so daß im eingeschwungenen Zustand nach Fehlereintritt, wobei die überlagerten, durch den Kurzschluß hervorgerufenen tangenten Oberwellen der Spannung abgeklungen sind, im

ι» wesentlichen u_m=u'_m gilt. Bei geeigneter Betragsnormierung der Meßspannung, die durch entsprechende Faktoren im Meßstromkanal und gegebenenfalls durch Anpassung in der Auswerteschaltung erreicht werden kann, genügt jede unterschiedliche Konstantfaktormul-

J5 tiplikation in den beiden Parallelkanälen, so daß gegebenenfalls auf mindestens einem der beiden Multiplikatoren 13a bzw. 14a verzichtet werden kann. Im konkreten Schaltungsbeispiel ist dann selbstverständlich durch einen geeigneten Summierwidurstand im Zweigkanal 14 für die anschließende additive Überlagerung der beiden Zweigsignale zu sorgen.

Weiterhin ist gemäß Fig. 1 eine Vergleichsschaltung 16 vorgesehen, deren Eingänge mit der Meßspannung u_m bzw. mit dem Ausgangssignal der Schwipgschaltung 136 angesteuert werden und die bei Absinken der ursprünglichen Meßspannung unter die durch die Schwingschaltung quasistationär weitergeführte Meßspannung, und zwar bei Absinken über ein einstellbares Differen/maß s hinaus, einen die gesamte Verzweigung mit den Parallelkanälen 13 und 14 überbrückenden Ruheschalter 17 öffnet und damit den Obergang von der Wanderwellensignalbildung mit der ursprünglichen Meßspannung u_m zu djr vorangehend beschriebenen Wa: jerwellensignalbildung mit der korrigierten Meß spannung u '_m vollzieht. Weil das Maß des Absinkens der Meßspannung vou der Meßort-Fehlerortentfernung / abhängt, entspricht diese Umschaltung einer gewissen Fehlerortslage, die Nahfehler und Fernfehler trennt. Ein Gültigkeitskritei ium für das Nah- oder Fernfehlersignal

bo kann im übrigen auch in anderer Weise von der ungefähren Fehlerortslage abgeleitet werden, ι. D. auch durch Vergleich der Meßspannung mit einer konstanten Bezugsgröße. Der angedeutete Vergleich mit der quasistationär weitergeführten Meßspannung hat aber den Vorteil, daß Schwankungen der Leilungsspannung im Normalbetrieb selbsttätig berücksichtigt werden.

Für die Wirkungsweise gilt unter Bezugnahme auf Fig. 2 folgendes:

Die Kurve F zeigt den Verlauf der mit der ursprünglichen Meßspannung u_m die Kurve F'denjenigen der mit der korrigierten Meßspannung u'„, gewonnenen Auswertefunktion über der Meßort-Fehlerortdistanz z. Es handelt sich also um Eichkurven der Fehlerortung. Wegen des Nulldurchganges mit endlicher Steigung ist Fin diesem Bereich ifn Hinblick auf den Störsignalpegel mit einer Unsicherheit nicht nur für die Distanz-, sondern vor allem auch für die ■Richtungsbestimmung behaftet, welche die Brauchbarkeit der Einrichtung in Frage stellen würde. F' zeigt dagegen im Nulldurchgang einen sprungartigen Verlauf mit einer den Störsignalpegel sicher überragenden Stufenhöhe und ermöglicht daher einen sicheren Richtungsentscheid. Außerdem ist die Betragsverzerrung der Auswertefunktion durch die iSlahfehlerkompensation von der Meßort-Fehlerortdistanz eindeutig abhängig, so daß auch eine Fehlerdistanzbestimmung im Nahfehierbereich mii entspfec-hefiüef Eichung üiögiicli Ist.

Maßgebend für diesen Effekt ist die quasistationäre Weiterführung der Meßspannung durch die bei einem Kurzschluß mit Spannungszusammenbruch am Meßort einsetzende Aüsgleichsschwingung mit einer auf die Grundfrequenz, hier also die Netzfrequenz, abgestimmten Eigenfrequenz der Schwingschaltung. Für Fernfehler ist dagegen die Verwendung der ursprünglichen Auswertefunktion vorteilhafter, u. a. wegen der einfachen Einführbarkeit von Referenzorten wie oben erwähnt. Bei einem gewissen Fehlerort zö in einer Mindestentfernung vom Meßorl erfolgt daher selbsttätig die bereits erwähnte Umschaltung zwischen der korrigierten und der ursprünglichen Meßspannung.

Die gesamte Eichkurve setzt sich somit aus zwei Abschnitten mit unterschiedlicher Skalierung zusammen. Die Zuordnung des ermittelten Betrages der Auswertefunktion zu dem einen oder anderen Bereich läßt sich ohne weiteres z. B. vom Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 16gemäß Fig. 1 ableiten.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß der Einfluß der Meßspannungsverzerrung durch die Schwingschaltung wegen der komplementären Faktoreinstellung im eingeschwungenen Zustand entfällt und mit der Meßort-Fehlerortdistanz verhältnismäßig ab-ϊϊίϊΓιπΊί.

μ Es ist hoch zu erwähnen, daß die Weiterführung der Meßspannung außer mit den angedeuteten Schaltungsmitteln auch mit anderen schwingfähigen Einrichtungen erfolgen kann, z. B. mit aktiven Filterschaltungen, Oszillatoren mit Phasenregelkreis für die Synchronisierung mit der Netzfrequenz, elektro-akustischen Läufzeilelementen und dergleichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung, in der aus Spannung und Strom an einem MeQort mindestens ein einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes und deren zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal (Wanderwellensignal) gebildet wird, insbesondere nach Patent 25 23 006, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: