DE2850412A1

DE2850412A1 - Relaisschutzanordnung fuer anlagenteile elektrischer netze

Info

Publication number: DE2850412A1
Application number: DE19782850412
Authority: DE
Inventors: Leif Dipl Ing Eriksson; Salomon Dipl Ing Liberman
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1977-11-28
Filing date: 1978-11-21
Publication date: 1979-05-31
Also published as: IT7869708A0; IT1160971B; GB2011740A; GB2011740B; FR2410386A1; CA1117585A; SE7713409L; FR2410386B1; US4254444A; SE409153B; CH641917A5

Description

Relaisschutzanordnung für Anlagentelle elektrischer Netze

Die Erfindung betrifft eine Relaisschutzanordnung für Anlagenteile elektrischer Netze gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Beim Auftreten eines Fehlers in einem Starkstromnetz entsteht eine elektrische Wanderwelle, die sich im Netz fortbewegt. Aufgrund wiederholter Reflexionen an verschiedenen Unstetigkeitsstellen im Netz, wie z.B. Transformatoren, Netzstationen und Fehlerstellen werden transiente Ströme und Spannungen erzeugt, welche die korrekte Arbeitsweise der Relais in einer Relaisschutzanordnung erschweren. Die in diesen Transienten (Ausgleichschwingungen) überwiegenden Frequenzen sind vom Abstand von der Fehlerstelle und der Netzkonfiguration abhängig. Untersuchungen haben gezeigt, daß. es auch bei Verwendung von Filtern zur Sperrung der Transienten schwierig ist, beispielsweise konventionelle Impedanzrelais für eine Relaisschutzanordnung zu verwenden, deren Ansprechzeit kleiner sein soll als eine Periodendauer. Bei höheren Netzspannungen werden höhere Ansprüche an die Schnelligkeit der Relaisschutzanordnung gestellt,während die Dämpfung der Wanderwellen gleichzeitig abnimmt. Die Anwendung traditioneller Meßprinzipien für eine Relaisschutz-

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anordnung ist bei höheren Meßspannungen daher schwieriger.

Es 1st beispielsweise durch die DE-PS 24 38 354 bekannt, die Bewegungsrichtung der Wanderwellen in einem Meßpunkt für die Bestimmung der Richtung zur Fehlerquelle zu verwenden. Beispielsweise durch einen Vergleich der Vorzeichen von Strom- und Spannungswelle läßt sich feststellen, ob es sich, gesehen vom Meßpunkt aus in Überwachungsrichtung der Schutzanordnung, um einen davor- oder dahinterliegenden Fehler handelt.

Bei einphasigen Fehlern in Netzen mit hohen Spannungen, insbesondere in Strahlennetzen oder schwach vermaschten Netzen, besteht oft der Wunsch, daß die Relaisschutzanordnung nur die fehlerhafte Phase auslöst, also eine sogenannte einpolige Auslösung stattfindet. Da die beiden anderen Phasen fehlerfrei sind, ist es leichter, die Stabilität des Netzes wenigstens so lange aufrechtzuerhalten, bis ein schnelles Wiedereinschalten der fehlerhaft gewesenen Phase geschehen kann.

Nachdem eine einpolige Abschaltung erfolgt ist, kann es vorkommen, daß ein weiterer einphasiger Fehler in einer der fehlerfrei gebliebenen Phasen auftritt, noch bevor ein schnelles Wiedereinschalten der zuerst ausgefallenen Phase erfolgt ist, was normalerweise inner-

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halb von 0,5 - 1,5 Sekunden nach der Abschaltung erfolgt. In diesem Fall möchte man eine weitere einphasige Abschaltung verhindern, da sonst nur noch eine fehlerfreie Phase verbliebe, die allein nicht in der Lage sein würde, die Stabilität im Netz aufrechtzuerhalten. In solchen Fällen besteht der Wunsch, daß die beiden zunächst fehlerfrei verbliebenen Phasen abgeschaltet werden. In konventionellen Distanzschutzanordnungen erreicht man dies durch eine Art Unterspannungskriterium von der abgeschalteten Phase und durch Impedanzmessung in den fehlerfreien Phasen. Der Nachteil dieser bekannten Methode besteht darin, daß es schwierig ist, auf Ansprechzeiten unter 0,5-1 Perioden der Grundschwingung zu kommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Relaisschutzanordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der eine sehr schnelle dreiphasige Abschaltung möglich ist, wenn zwei einphasige Fehler in verschiedenen Phasen unmittelbar hintereinander auftreten.

Anhand des in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispieles soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 einen zu einer Relaisschutzanordnung nach der Erfindung gehörenden Wellendetektor,

Fig. 2 einen zur Relaisschutzanordnung gehörenden Niveaudetektor, dessen Eingänge an die Ausgänge des Wellendetektors angeschlossen werden,

Fig. 3 einen zur Relaisschutzanordnung gehörenden Sequenzdetektor, dessen Eingänge an die Ausgänge des Niveaudetektors angeschlossen werden,

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Fig. 4 einen an den Sequenzdetektor anzuschließenden Phasenwähler,

Fig. 5 einen Unterspannungsdetektor, dessen Eingänge eineran

seits/die Ausgänge des Phasenwählers und andererseits an die Spannungseingänge des Wellendetektors angeschlossen sind,
Flg. 6 eine zur Relaisschutzanordnung gehörende Relaiseinheit·

Fig. 1 zeigt einen dreiphasigen, gerichteten Wellendetektor, der aus drei gleichen einphasigen Teildetektoren,-VDR, VDS und VDT, einer für jede Phase, aufgebaut ist und der das Grundglied der Schutzanordnung bildet. Nur der Teildetektor VDR ist vollständig in der Figur darstellt. Jeder Teildetektor hat einen Eingang !„, i_g bzw. im für Strommeßwertsignale der drei Phasen sowie einen Eingang u_Rf u_g bzw. u^ für Spannungsmeßwertsignale. Die Signale entsprechen den drei Phasenströmen im Meßpunkt und drei zweckmäßig gewählten Phasenspannungen und werden im allgemeinen durch Meßwandler gewonnen. Jeder Teildetektor hat für jedes Eingangssignal je ein Bandsperrfilter 11, das vor einem Integrationsglied liegt und die netzfrequente Komponente des Eingangs signals sperrt. Ein an den Ausgang des Integrationsgliedes angeschlossener Vorzeichengeber 13 hat einen Plus-Ausgang und einen Minus-Ausgang. Der Vorzeichengeber 13 leitet die positiven Ausgangssignale des Integratiönsgliedes an seinen Plus-Ausgang und die negativen Ausgangssignale des Integrationsgliedes an seinen Minus-Ausgang, und zwar ebenfalls al3 positive Signale. Jeder Teildetektor enthält einen Richtungsdetektor 14, der im Teildetektor VDR gestrichelt

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umrandet dargestellt ist. Der Richtungsdetektor 14 ist aus einer Anzahl Dioden D1 bis D16 aufgebaut, die, wie aus der Figur ersichtlich, über Widerstände 16 an den Pluspol einer Spannungsquelle 15 angeschlossen angeschlossen sind. Der Richtungsdetektor erzeugt ein Ausgangssignal an seinem Ausgang RA und an dem für den ganzen Wellendetektor gemeinsamen Ausgang UA, wenn die Signale der beiden Vorzeichengeber 13 verschiedene Vorzeichen haben, während ein Ausgangssignal an den Ausgängen RB und UB auftritt, wenn die genannten Signale gleiche Vorzeichen haben. Das Ausgangssignal" ist in der in der Figur gezeigten Ausführung positiv, und seine Amplitude entspricht der Amplitude des kleinsten der Eingangs signale an die Vorzeichengeber 13. An den Ausgängen UA und UB,_t die für alle drei Teildetektor eh gemeinsam sind, erhält man das größte der Signale, die an RA₁ SA, TA bzw. RB, SB, TB auftreten. Dies hängt damit zusammen, daß die Richtungsdetektoren 14 auf der Ausgangsseite mit Dioden D9 bis D16 versehen sind.

Bei jedem Anschluß an einen Anlageteil wird diejenige Stromrichtung als positiv definiert, die in den Anlagenteil hineinweist. Bewegt sich eine Wanderwelle in negativer Richtung, so erzeugt der Wellendetektor Auslösesignale an den Ausgängen RA, SA, TA sowie UA, die Auslöseausgänge genannt werden. Bewegt sich die Wanderwelle jedoch in positiver Richtung, so erhält man Blockierungssignale an den Ausgängen RB, SB oder TB sowie an UB, und diese Ausgänge werden Blockierungsausgänge genannt. Wird ein bestimmter Wellendetektor zum Schütze eines anderen, danebenliegenden Anlagenteils verwendet, so erhalten für diesen anderen Anlagenteil die Blockierungssignale eine auslösende Wirkung und die Auslöse signale eine blockierende

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Die Ausgangs Signale des Wellendetektors werden einem Niveaudetektor gemäß Fig. 2 zugeführt. Der Niveaudetektor hat drei niveauabtastende Teildetektoren NRU, NSU, NTU für Auslösesignale, und zwar einen für jede Phase. Die Eingänge NRU1, NSU 1, NTU1 der Teildetektoren sind jeweils an einen der Phase entsprechenden Auslöseausgang des Wellendetektors angeschlossen. Jeder Teildetektor hat einen Ausgang NRU2, NSU2 bzw. NTU2. Zu dem Niveaudetektor gehören ferner drei niveauabtastende Teildetektoren NRB, NSB, NTB für Blockierungssignale, von denen jeder einen Eingang, der an den entsprechenden Blockierungsausgang des Wellendetektors angeschlossen ist, und einen Ausgang hat, wie es in der Figur gezeigt ist.

Fig. 3 zeigt einen zu der Schaltlogik gehörenden Sequenzdetektor SD. Dieser enthält drei gleiche Teildetektoren, einen für jede Phase. Da die drei Teildetektoren gleich sind, wird nur der Teildetektor SR der Phase R genauer beschrieben. Zu dem Teildetektor gehört ein erstes UND-Glied 30, dessen einer Eingang an den Eingang SR1 angeschlossen ist, der in der Schaltlogik an den Ausgang NR2 des Niveaudetektors angeschlossen ist. Der Ausgang des UND-Gliedes ist über ein Verzögerungsglied 31 an den Ausgang SR2 des Sequenzdetektor» angeschlossen. Ein zweites UND-Glied 32 ist mit seinem Eingang an den Ausgang eines ODER-Gliedes 33 angeschlossen, dessen einer Eingang an den Eingang SRB1 des Teildetektors SR angeschlossen ist, der ein Blockierungseingang ist und der in der Schaltlogik an den Blockierungsausgang NRB2 des Niveaudetektors gemäß Fig. 2 angeschlossen ist. Der andere Eingang.des ODER-Gliedes ist an einen für den ganzen Sequenzdetektor gemeinsamen Blockierungseingang GB angeschlossen, dem ein Block!erungssignal zugeführt

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wird, das beispielsweise von einer Schutzanordnung in einem benachbarten Anlagenteil kommt, wenn diese letztgenannte Schutzanordnung ausgelöst hat.Der andere Eingang des UND-Gliedes 32 ist invertiert und ist an den Ausgang SR2 angeschlossen.Der Ausgang des UND-Gliedes 32 ist über ein zweites Verzögerungsglied 34 einerseits an den Blockierungsausgang SRB2 und andererseits an den invertierten zweiten Eingang .des ersten UND-Gliedes 30 angeschlossen.

Ist kein Signal vorhanden, so liegt eine logische "Eins" an dem unteren, invertierten Eingang der beiden UND-Glieder 30 und 32. Wenn ein Auslösesignal an den oberen Eingang des UND-Gliedes 30 gelangt, so erscheint eine "Eins" an seinem Ausgang, und ein

Aganzen

Auslösesignal tritt mindestens während der/Zeitspanne t^ am Ausgang SR2 auf. Der untere Eingang des UND-Gliedes 32 erhält dann eine logische "Null", wodurch ein eventuelles Blockierungssignal am Eingang SRBI nicht das Glied 32 passieren und als Blockierungssignal am Ausgang SRB2 auftreten kann.

Zur einpoligen Auslösung des Schalters bei einphasigen Erdschlüssen enthält die Schaltlogik einen Phasenwähler FV, der in Fig. 4 gezeigt ist. Auch dieser ist aus logischen Schaltelementen aufgebaut, und die Figur zeigt nur ein Beispiel eines solchen Aufbaus. Der Phasenwähler liefert eine "Eins" an sämtlichen Ausgängen FR2, FS2 und FT2, wenn wenigstens zwei der Eingänge FR1, FS1 und FT1 eine "Eins" erhalten. Wenn dagegen, wie es bei einphasigen Fehlern der Fall ist, nur einer der Eingänge eine "Eins" erhält, so wird, nur der entsprechende Ausgang eine "Eins" abgeben.

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Fig. 5 zeigt einen ünterspannungsdetektor UD, der mit seinen Eingängen UR1, US1 und UT1 an die Ausgänge FR2, FS2 und FT2 des Phasenwählers angeschlossen ist. Die Aufgabe dieses Detektors besteht darin, eine weitere einpolige Ausschaltung einer der beiden fehlerfreien Phasen zu verhindern, nachdem eine einpolige Ausschaltung erfolgt ist und ein neuer Einphasenfehler in einer der beiden fehlerfreien Phasen auftritt, bevor die fehlerhafte Phase wieder schnell eingeschaltet werden konnte. Eine solche weitere einpolige Ausschaltung würde bedeuten, daß nur eine fehlerfreie Phase übrig bliebe,und diese Phase könnte die Stabilität allein nicht aufrechterhalten. In derartigen Fällen soll der Detektor daher eine dreipolige Ausschaltung bewirken. Jeder Eingang des Unterspannungsdetektors ist an den einen Eingang eines ihm zugeordneten ODER-Gliedes 51 angeschlossen, dessen Ausgang an den jeweiligen Ausgang UR2, US2 bzw. UT2 des Detektors angeschlossen ist. Die zweiten Eingänge der ODER-Glieder sind an den Ausgang eines weiteren ODER-Gliedes 52 angeschlossen. Der Unterspannungsdetektor hat drei weitere Eingänge Un, Ug, Um, die an entsprechende Eingänge des Wellendetektors VD angeschlossen sind. Jeder dieser Eingänge geht auf einen Spannungsdetektor 53» der bei einem Absinken der Eingangsspannung unter ein bestimmtes, einstellbares Niveau ein Signal an ein Zeitverzögerungsglied 54 gibt, das ein Signal mit mindestens der Zeitdauer t₂ liefert, wenn der Spannungsabfall mindestens die Zeit t₁ gedauert hat. Dieses Signal geht auf den einen Eingang eines der Phase zugeordneten ODER-Gliedes 55. Der zweite Eingang jedes dieser drei ODER-Glieder

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ist an den ersten Eingang jeweils eines anderen der ODER-Glieder angeschlossen, so daß man eine Art Dreieckschaltung erhält. Der Ausgang jedes ODER-Gliedes ist auf den einen Eingang eines zugeordneten UND-Gliedes 56 angeschlossen. Der andere Eingang jedes dieser UND-Glieder 56 ist an einen solchen der Eingänge UR1, US1 bzw. UT1 angeschlossen, dessen Phase nicht mit der Phase identisch ist, die an den Eingang des zugehörigen ODER-Gliedes 55 angeschlossen ist. Jedes UND-Glied 56 ist somit mit seinen Eingängen entweder direkt oder über ein ODER-Glied 55 an alle drei Phasen angeschlossen. Die Ausgänge der UND-Glieder 56 sind an je einen Eingang des ODER-Gliedes 52 angeschlossen.

Tritt ein einphasiger Fehler beispielsweise in der R-Phase auf, so wird das Auslösesignal direkt durch den Unterspannungsdetektor vom Eingang UR1 durch das zugehörige ODER-Glied 51 zum Ausgang UR2 gehen. Gleichzeitig erhält das UND-Glied 56RJeine "Eins" an seinem oberen Eingang, doch kann eine dreipolige Ausschaltung nicht stattfinden, da an allen Eingängen des ODER-Gliedes 52 eine Null anliegt. Wenn die Spannung U_R mindestens während einer Zeitspanne t^ kleiner als der im Spannungsdetektor 53R eingestellte Wert gemessen ist, so wird das Zeityerzögerungsglied 54R eine "Eins" an seinem Ausgang abgeben, die über die ODER-Glieder 55R und 55T auf die unteren Eingänge der UND-Glieder 56T und 56S durchgeschaltet wird« Auch wenn anschließend die Spannung U_R wieder größer' als die am Spannungsdetektor 53R eingestellte Spannung werden sollte, so bleibt die genannte "Eins" doch mindestens während einer Zeitspanne t₂ bestehen. Sollte nun ein weiterer einphasiger Fehler auf einer der

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Phasen S oder T, beispielsweise auf T, auftreten, so wird eine "Eins" am Eingang UT1 und somit auch am oberen Eingang des UND-Gliedes 56T auftreten. Da am unteren Eingang des UND-Gliedes 56T

bereits eine "Eins" aufgrund der Unterspannung in der Phase R vorhanden let, erscheint eine "Eins" am Ausgang des UND-Gliedes 56T, so daß das Glied 52 "Einsen" auf die unteren Eingänge aller drei ODER-Glieder 51 gibt, wodurch ein Auslösesignal an den Ausgängen UR2, US2, UT2 erscheint.

Die Ausgänge UR2, US2, UT2 des Unterspannungsdetektors sind an ihre entsprechenden Eingänge RR1, RS1, RT1 einer Relaiseinheit R gemäß Flg. 6 angeschlossen, die je Phase ein Zeitverzögerungsglied 61 und einen Verstärker 62 enthalten. Das Zeitverzögerungsglied liefert ein Ausgangssignal nur, wenn das Eingangssignal mindestens die Zeit t,. lang ist. Das dann erscheinende Ausgangssignal ist also um die Zeit t^ verzögert und hat mindestens eine zeitliche Länge von t^. Das Eingangssignal wird also nicht nur verzögert, sondern auch verlängert. Der Verstärker 62 speist die Wicklung eines Auslöserelais, dessen Schließkontakt mit 64 bezeichnet ist. Beim Ansprechen des Relais wird ein Auslösestrom zu den Ausgängen RR2, RS2, RT2 geleitet. Die Relaiseinheit hat ferner drei Eingänge RRB1, RSB1, RTB1 für Blockierungssignale, und diese Eingänge sind an entsprechende Blockierungaauegänge SRB2, S3B2, STB2 des Sequenzdetektora angeschlossen. Auch hier ist in jeder Phase ein Verstärker 62 angeordnet. Die Blockierungssignale treten an den Ausgängen RRB2, RSB2, RTB2 auf.

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Das Zeitverzögerungsglied 61 ist zumindest in den Fällen erforderlich, in denen der geschützte Anlagenteil eine Leitungsstrecke ist, da man dann ein eventuelles Blockierungssignal vom anderen Ende der Strecke abwarten muß. Die Verzögerungszeit t^ muß so lang sein, daß ein Blockierungssignal vom anderen Ende wirklich durchkommt, bevor ein Auslösesignal gegeben wird. Es muß möglich sein, die Einschaltzelt zwecks Anpassung an die Verzögerung auf dem Fernmeldekanal zu variieren, der die Signale zwischen den beiden Enden der Leitungsstrecke überträgt. Die zeitliche Verlängerung des Auslöseimpulses entsprechend der Zeit t~ ist nur dann erforderlich, wenn die Dauer des Auslöseimpulses kürzer als die Ansprechzeit des Auslöserelais 63 ist.

Die in den verschiedenen Figuren vorkommenden Verzögerungsglieder haben folgende Charakteristik:

Die Verzögerungsglieder 31 und 34 verlängern den eintreffenden Impuls um die Zeit t^. Am Ausgang tritt also ein Signal auf, das zur gleichen Zeit wie das Eingangssignal beginnt und nach der Zeit t^ plus der Läng« des Eingangsimpulses verschwindet.

Die Verzögerungsglieder 54 und 61 liefern nur dann ein Ausgangssignal, wenn das Eingangssignal winden tone die Zeit t^ lang ist. Das unter dieser Voraussetzung erscheinende Auagangssignal beginnt also um die Zeit t.| gegenüber dem Eingangssignal verzögert und hat eine Länge, die gleich der Summe von t₂ und der Restlänge des Eingangsimpulses ist. Di' Restlänge des Eingangsimpulses ist die gesamte Länge des Eingangsimpulses minus der Zeit t...

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ORIGINAL INSPECTED

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

/ 1. kelaisschutzanordnung für Anlagenteile elektrischer Netze, wie Leitungsstrecken, Sammelschienen, Transformatoren usw., vorzugsweise sehr schnell arbeitende Relaisschutzanordnung beispielsweise von der Art, die auf der Erfassung der Ausbreitung von Wanderwellen in Anlagenteilen bei auftretenden Fehlern basiert und die Anordnungen enthält zur Erzeugung von Auslösesignalen bzw. Blockierungssignalen in Abhängigkeit der Richtungslage des Fehlers (davor- oder dahinterliegender Fehler), dadurch gekennzeichnet, daß Anordnungen vorhanden sind, die eine weitere einpolige Abschaltung verhindern und eine dreipolige Abschaltung herbeiführen, wenn bereits eine einpolige Abschaltung erfolgt ist und ein weiterer Einphasenfehler in einer der verbliebenen Phasen auftritt, bevor die erste fehlerhafte Phase wieder eingeschaltet worden ist.

2. Relaisschutzanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zur Verhinderung einer einpoligen Abschaltung und zur Herbeiführung einer dreipoligen Abschaltung ein Unterspannungsdetektor (UD) mit drei den drei Phasen zugeordneten ersten Eingängen (UR1, US1, UT1) ist, die an die Ausgänge (FR2, FS2, FT2) eines zur Relaisschutzanordnung gehörenden Phasenwählers (F) angeschlossen sind, daß der Unterspannungsdetektor drei den drei Phasen zugeordnete zweite Eingänge (UR, US, UT) hat, die jeweils an einen Eingang

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für Spannungsmeßwertsignale eines zur Relaisschutzanordnung gehörenden Wellendetektors (VD) angeschlossen sind und daß der Unterspannungsdetektor drei den drei Phasen zugeordnete Ausgänge (UR2, US2, UT2) hat, die Jeweils an einen Eingang (RR1, RS1, RT1) einer zur Relaisschutzanordnung gehörenden Relaiseinheit (R) angeschlossen sind.

3. Relaisschutzanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der ersten Eingänge (UR1, US1, UT1) des Unterspannungsdetektors über ein ODER-Glied (51) jeweils an einen der Ausgänge (UR2_y US2, UT2) angeschlossen ist und daß die zweiten Eingänge (UR, US, UT) des Unterspannungsdetektors über logische Schaltelemente (53_f 54, 55, 56, 52) an die Ausgänge (UR2, US2, UT2) derart angeschlossen sind, daß an allen drei Ausgängen Auslösesignale auftreten, wenn ein Auslösesignal an einem der ersten Eingänge und ein Unterspannungssignal an einem solchen der zweiten Eingänge liegt, der nicht zu derselben Phase wie der genannte erste Eingang gehört.

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