DE2827565C2 - Verfahren und Einrichtung zur Fehlerrichtungsbestimmung - Google Patents

Description

dadurch gekennzeichnet,

g) daß der Betrag der Quellenimpedanz (Zs_r) gleich oder größer lsi als derjenige der Leitungsimpedanz (Zu),

h) daß die Fehlerrichtungsbestimmung gleichzeitig mit oder anstelle der kürzesten Schutzzoneneinstellung einer mehrstufig gestaffelten Fehlerdistanzüberwachungseinrichtung durchgeführt wird und

i) daß der Betrag der Abbildimpedanz Ze) größer ist als derjenige der gesamten in Auslöse oder Vorwärtsrichtung bezüglich des Meßortes liegenden Netzimpedanz (Zv) aus Leitungsimpedanz (Zu) und Quellenimpedanz (Zsi).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugsspannungssignal (Ui) ein vom Fehlereintritt für eine begrenzte Zeit wenigstens annähernd unabhängiges, von einer Leitungsspannung oder einer Leitungsspannungskombination abgeleitetes Wechselspannungssignal verwendet wird.

3. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Fehlerrichtungsbestimmung nach Anspruch 1 bezüglich eines Meßortes (x — 0) an einer elektrischen Leitung mit Serienkondensator, umfassend einen Phasenwinkel-Grenzwertdetektor (Phd), der eingangsseitig an einen Differenzsignalbildner (VD) und an einen Bezugsspannungsgeber (Ref) angeschlossen ist, wobei der Differenzsignalbildner eingangsseitig an eine von einem Leitungsstromsignal durchflossene Abbildimpedanz (Ze) sowie an einen der Leitungsspannung (Uk) am Meßort zugeordneten Signalgeber angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Betrag der Abbildimpedanz (Ze) größer ist als der Betrag der Netzimpedanz in Auslöse- oder Vorwärtsrichtung bezüglich des Meßortes.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bezugsspar.nungsgeber (Ref) vorgesehen ist, der ein vom Fehlereintritt für eine begrenzte Zeit wenigstens annähernd unabhängiges, von einer Leitungsspannung oder einer Leitungsspannungskombination abgeleitetes Wechselspannungssignal liefert.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren sowie eine Einrichtung zur Fehlerrichtungsbestimmung bezüglich eines Meßortes an elektrischen Leitungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 3. Mit diesen Oberbegriffen nimmt die Erfindung auf einen Stand der Technik von Verfahren und Einrichtungen zur Fehlerrichtungsbestimmung bezüglich eines Meßortes an elektrischen Leitungen Bezug, wie er in der DE-OS 21 00 619 beschrieben ist. Dort ist ein Distanzrelais für Mehrphasennetze angegeben, bei dem für den Distanzschutz bei Leitungen mit Serienkondensator und Stromquelle eine richtungsabhängige Impedanz einbezogen ist, die eine Fehlerrichtungsbestimmung ermöglicht. Mit einer Abbildimpedanz, deren Betrag im betrachteten Bereich größer ist als der Betrag der vergleichbaren Leitungsimpedanz, wird eine Meßspannung gewonnen, welche mit einer Bezugsspannung hinsichtlich einer Phasenverschiebung verglichen wird. In Abhängigkeit von einer Grenzwertunterschreitung wird eine Auslöseeinrichtung aktiviert.

Der bekannte Serien- bzw. Längskondensator innerhalb des Leitungszuges dient der mehr oder weniger weitgehenden Kompensation der induktiven Leitungsreaktanz und ist im allgemeinen mit einer überbrückenden Funkenstrecke versehen, die bei über den Kondensator fließenden Kurzschlußströmen oberhalb einer gewissen Grenze aufgrund des entsprechenden Spannungsabfalls am Kondensator zündet und diesen vor Überlastung schützt. Wenn vorausgesetzt wird, daß zwischen dem Kondensator und einer Stromquelle, die im Ersatzschaltbild eine Quellenimpedanz aufweist, eine Leitungsimpedanz liegt, so kann man unter Berücksichtigung üblicher Funkenstreckeneinstellung kein sicheres Ansprechen der Funkenstrecke annehmen, wenn der Betrag der Quellenimpedanz bezüglich demjenigen der zwischen Quelle und Kondensator liegenden Leitung gleich oder größer ist. In Verbindung mit der Leitungsimpedanz ergibt die Quellenimpedanz dann nämlich einen Gesamtimpedanzwert, der den Kurzschlußstrom u. U. auf für das Ansprechen der Funkenstrecke nicht ausreichende Werte begrenzt. Ohne Überbrückung des Kondensators durch den niederohmigen Lichtbogen der gezündeten Funkenstrecke ergeben sich dann im Anschluß an einen Kurzschluß nahe am Kondensator auf dessen Rückseite, d. h. der Seite, die von der den Kurzschluß speisenden Quelle abgewandt ist, transiente Schwingungen mit einer Frequenz, die sich im wesentlichen durch die Kondensatorkapazität und die im Schwingkreis wirksamen Induktivitäten (Leitungs- und Quelleninduktivitäten) ergibt. Diese Schwingungen des Kurzschlußstromes führen zu Störungen in der Funktion eines z. B. zwischen Kondensator und Leitung angeordneten Richtungs- oder Distanzrelais, das auf Kurzschlüsse im Bereich zwischen Relais und Quelle ansprechen, d. h.'im Sinne einer Fehlerabschaltung aus-

lösen, bei Fehlern auf der Rückseite des Kondensators jedoch sperren so'L Die Störung besteht in der Praxis darin, daß trotz einer Fehlerlage im Rücken des Relais, d. n. im Sperrbereich, ein Auslösen oder Ansprechen des Relais stattfinden kann. Der umgekehrte Störungsfall, daß nämlich bei einem Kurzschluß auf der Leitung in Vorwärtsrichtung des Relais (d. L sinngemäß diejenige Richtung bezüglich des Relaisortes, in der das Relais auf Kurzschlüsse ansprechen und auslösen soll) tatsächlich nicht auslöst, tritt dagegen in der Praxis infolge von transienten Stromschwingungen nicht auf. Die Vorwärtsrichtung eines Relais mit einem Leitungs-Abbildspannungssignal und einem Differenzspannungssignal, dessen Phasenlage gegenüber einer Referenzspannung überwacht und mit einem Grenzwert von im allgemeinen 90° (kreisförmige Auslösekennlinie in der komplexen Impedanzebene) verglichen wird, ist durch die positive Stromrichtung auf der Leitung bzw. in der Abbildimpedanz gegeben.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens und einer Einrichtung zur Fehlerrichtungsbestimmung der vorausgesetzten Art, mittels deren auch im Falle des Nichtansprechens einer dem Längskondensator im allgemeinen zugeordneten Funkenstrecke ein Fehlauslösen des Relais bei rückseitigen Kurzschlüssen mit höherer Sicherheit ausgeschlossen ist. Die Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die in den Ansprüchen 1 bzw. 3 angegebenen Merkmale.

Der Grundgedanke der Erfindung ist folgender: Die kritische Größe in der Relaisfunktion ist das bereits erwähnte Differenzspannungssignal, nämlich die Differenz zwischen dem Leitungsspannungssignal am Meßort und dem Leitungs-Abbildspannungssignal, weil in diese Größe der mit transienten Schwingungen behaftete Leitungsstrom bzw. ein entsprechendes Stromsignal eingeht, und zwar in Form des Spannungsabfalls an der in Vorwärtsrichtung des Relais liegenden Impedanz (Summe aus Leitungs- und Quellenimpedanz) einerseits und an der Abbildimpedanz andererseits. Wird nun die Abbildimpedanz auf einen Betrag eingestellt, der größer ist als derjenige der Vorwärtsimpedanz auf der Leitung, d. h. größer als die Abbildimpedanz der ersten Stufe eines üblichen Distanzrelais mit mehrstufig gestaffelter Fehlerdistanzüberwachung, so erfolgt eine mehr oder weniger weitgehende Kompensation der Stromschwingungen innerhalb des Differenzspannungssignals, weil das Leitungsspannungssignal außer der praktisch oberschwingungsarrnen Quellenspannung den infolge der Stromrichtungsumkehr bei Rückwärtsfehlern negativen Spannungsabfall an der Vorwärtsimpedanz enthält und das davon zu subtrahierende Abbildungsspannungssignal infolge der Stromrichtungsumkehr ebenfalls negativ ist. Der Leitungsstrom geht also insgesamt mit einem Faktor ein, der durch die Differenz zwischen Abbildimpedanz und Vorwärtsimpedanz gegeben ist. Dieser Differenzbetrag wird aber mit über die Leitungsimpedanz, d. h. mit gewissen Abweichungen der üblichen ersten Schutzzoneneinstellung e'nes Distanzrelais, hinaus zunehmenden Abbildimpedanz kleiner, so daß sich ein verringerter Einfluß der Transienten ergibt. Wenn Abbild- und Vorwärtsimpedanz gleich werden, ist dieser Einfluß praktisch vollständig kompensiert. Bei größerer Abbildimpedanz nimmt der Kompensationsgrad wieder ab, jedoch bleibt innerhalb des Bereiches zwischen der unteren Grenze, die durch die übliche Einstellung der ersten Stufe des vorausgesetzten Distanzrelais gegeben ist, und einer durch Gesichtspunkte der zweckmäßigen praktischen Ausführung gegebenen oberen Grenze, die jedenfalls oberhalb der Vorwärtsimpedanz liegt, ein grundsätzlicher Kompensationseffekt erreichbar. Dies bedeutet, daß die Fehlerrichtungsbe:>timmung, d. h. das Nichtauslösen oder Sperren bei den hinsichtlich Trarisienten kritischen Rückwärtskurzschlüssen, sicherer gemacht werden kann. Weil aber die Überwachungsfunktion für die erste Zone durch die geänderte Einstellung verloren geht, wird daneben ein übliches Distanzrelais mit passend eingestellter erster Zone vorausgesetzt.

Durch einfache Konjunktion der Auslöse- und Sperrsignale beider Realis, d. h. desjenigen mit veränderter Abbildimpedanz und desjenigen mit üblicher Abbildimpedanz für die erste Zone, läßt sich also eine Fehlauslösung bei Rückwärtsfehlern, insbesondere Nahfehlern, detektieren und sperren.

Die Erfindung wird weiter anhand der Zeichnungen an einem Beispiel erläutert Hierin zeigt

F i g. 1 eine einphasige Netzkonfiguration mit bezüglich eines Meßortes χ = 0 mit Richtungsrelais RR und Distanzrelais RD symmetrischen Leitungsabschnitten Zu und Zu sowie beidseitiger Einspeisung mit Quellenspannungen Ei und E_r sowie zugehörigen Quellenimpedanzen Zsi und Zsr. ferner mit einem Längskondensator C

Fig.2 das Prinzipschaltbild eines im vorliegenden Zusammenhang verwendbaren Richtungs- oder Distanzrelais und

F i g. 3 eine Logikschaltung zur Verknüpfung der Signale von korrigierten Richtungsrelais und eines üblich eingestellten Distanzrelais mit gestaffelter Fehlerdistanzüberwachung.

Gemäß Fig. 1 werden am Meßort χ = 0 die Leitungsspannung Uk und der Leitungsstrom / gemessen und in je ein entsprechendes Signal umgesetzt. Die Pfei-Ie geben die jeweils als positiv gerechnete Richtung an (Zählpfeile), die auch für die Schaltung nach F i g. 2 und die darin dargestellte Differenzbildung für das Differenzspannungssignal Udmaßgebend ist. Demnach sollen die meßseitig parallelgeschalteten Relais RD und RR auf Kurzschlüsse rechts vom Meßort ansprechen. Die Auslöse- oder Blickrichtung der Relais ist also durch die positive Stromrichtung und die entsprechende Differenzbildung gemäß F i g. 2 gegeben. Ein Kurzschluß bei a 2 ist also ein Rückwärtsfehler, der in erläuterter Weise zu einem Fehlauslösen des Distanzrelais RD führen kann, und zwar in der ersten Zone, während in etwa nachfolgend eingeschalteten weiteren Zonen im allgemeinen keine störenden Schwingungen mehr auftreten. Der Schwingkreis wird im Beispielsfall durch C, Zu und

so Zsr bestimmt. Bei einem umgekehrt gepolten Relais mit Blickrichtung nach links gilt das gleiche für Cmit Z/; und Z_SI.

Gemäß Fig.2 wird die Differenzspannung durch Subtraktion des Leitungs-Abbildspannungssignals Ur von dem Leitungsspannungssignal Uk (oder einem passend eingestellten Anteil derselben, siehe Potentiometer PJ in einem Differenzbildner VD erzeugt. Die Abbildimpedanz Zt ist einstellbar bzw. beim Distanzrelais mit gestaffelter Zonenüberwachung entsprechend um· schaltbar, wie dies allgemein bekannt und nicht näher dargestellt ist. Ein Phasenwinkel- Grenzwendetektor PM gibt ein Auslösesignal über ein binäres Ausgangsglied B, wenn der Phasenwinkel zwischen Uj und einer von einem Geber /?e/"gelieferten Referenzspannung U_r einen vorgegebenen Grenzwert von z. B. 90° überschreitet. Grundsätzlich kommt als U_rdas Leitungsspannungssignal Uk in Betracht, was einen Auslösekreis in der komplexen Ebene durch den Nullpunkt ergibt. Be-

sonders vorteilhaft ist jedoch die Verwendung einsr sogenannten »Erinnerungsspannung« als Referenzspannung, wodurch der Auslösekreis aufgeweitet wird und den Nullpunkt umgreift. Dadurch werden Fehlauslösungen zusätzlich erschwert, insbesondere auch bei Leitungsspannungen mit mehr oder weniger großer kapazitiver Komponente.

In der Praxis treten die erwähnten transienten Schwingungen bei einphasigen Kurz- bzw. Erdschlüssen in Mehrphasensystemen kaum störend in Erscheinung, wohl aber bei zweiphasigen Kurzschlüssen, wobei die grundsätzlichen Verhältnisse gleichwohl anhand von einphasigen Verhältnissen gemäß Fig. 1 zu verstehen sind.

In F i g. 3 ist eine Auswerte-Logikschaltung für zweiphasige Kurzschlüsse in einem Dreiphasensystem angedeutet. Für die Phasenverkettungen RS.STxmd 77? ist je ein erfindungsgemäß korrigiertes Richtungsrelais Rrs bzw. RRst bzw. RRm vorgesehen. Die Ausgänge sind über ein ODER-Tor O 1 zusammengeführt und an ein UND-Tor t/3 gelegt, das außerdem das Ausgangssignal von einem Distanzrelais RD mit Zeitschaltung ZS erhält. Das Sperren (logisch 0) eines Richtungsrelais bei richtig erfaßtem Rückwärtsfehler sperrt also durch U 3 das etwaige Auslösen (logisch l)-von RD. Der Ausgang A 2 führt also ein korrigiertes Überwachungssignal für die erste Zone von RD. Nach dem Umschalten auf die zweite Zone bewirkt die Zeitschaltung ZS über ein UND-Tor U1 an einem weiteren Ausgang Λ 1 in jedem Fall ein Auslösen, wenn /?£>anspricht.

Zur Beschränkung der Korrektur auf zweiphasige Kurzschlüsse sind den einzelnen Phasen R, S, Γ zugeordnete Anregeschaltungen ARr, ARs, ARt mit verknüpfenden UND-Toren Urs, U_St, Uts entsprechend den Phasenverkettungen vorgesehen. Der Ausgang eines diese Verkettungen disjunktiv zusammenfassenden ODER-Tores OI liefert also dann und nur dann ein Freigabesignal (logisch 1), wenn ein beliebiger zweiphasiger Kurzschluß auftritt. Dieses Freigabesignal ist wegen eines zwischen RD und i/3 eingefügten UND-Tores U 2. das über einen Eingang von O 2 aus gesteuert wird, für ein Auslösesignal an A 2 erforderlich. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer t wird U 2 von einem Zeitglied ZG mit verneinendem Ausgang (Inverter) gesperrt, das Freigabesignal also jedenfalls beendet. Damit wird dem Umstand Rechnung getragen, daß eine in üblicher Weise mittels Schwingkreis erzeugte Erinnerungsspannung als Ur nur für eine begrenzte Zeit zur Verfügung steht

Außerdem ist an einem Ausgang A 3 eine von den korrigierten Richtungsrelais unabhängige Auslösung in Abhängigkeit von RD und O 2 (irgendein mehr als einphasiger Kurzschluß) für den Fall eines dreiphasigen Kurzschlusses vorgesehen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Fehlerrichtungsbesthnmung bezüglich eines Meßortes (x = 0) an einer elektrischen Leitung.

a) die einen Serienkondensator (C) aufweist,

b) wobei in der durch die positive Stromrichtung bestimmten Auslöse- oder Vorwärtsrichtung bezüglich des Meßortes ein Netzabschnitt mit einer Leitungsimpedanz (Zu) und eine Stromquelle mit einer Quellenimpedanz (Zs!) vorhanden ist,

c) wobei in Abhängigkeit von einem Leitungsstromsignal (I) an einer Abbildimpedanz (Ze) ein Leitungs-Abbildspannungssignal (Ue) erzeugt wird,

d) wobei ein Differenzsignal (Ud) in Abhängigkeit von der Differenz aus diesem Leitungs-Abbildspannungssignal (Ue) und einem von einem Leitungsspannungssignal (Uk) am Meßort (x = 0) abhängigen Signal gebildet wird,

e) wobei der Phasenwinkel des Differenzsignals (UJ) gegenüber einem Bezugsspannungssignal (Ur) mit einem Grenzwert, insbesondere 90°, verglichen und

f) in Abhängigkeit von einer Unter- bzw. Oberschreitung dieses Grenzwertes ein Fehlerrichtungssignal abgeleitet wird,