DE2911844A1

DE2911844A1 - Gerichteter wellendetektor

Info

Publication number: DE2911844A1
Application number: DE19792911844
Authority: DE
Inventors: Salomon Dipl Ing Liberman
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1978-04-06
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1979-10-18
Also published as: SE7803868L; GB2020120A; SE410925B; CH640373A5; US4351011A; DE2911844C2; FR2422278B1; GB2020120B; FR2422278A1

Description

Die Erfindung betrifft einen gerichteten Wellendetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Mit einem solchen Wellendetektor läßt sich beurteilen, ob der Fehler innerhalb oder außerhalb des Schutzbereiches des den Wellendetektor enthaltenden Relaisschutzes liegt.

Beim Auftreten eines Fehlers in einem Starkstromnetz entstehen Wanderwellen, die sich im Netz fortbewegen. Es ist bekannt, die Bewegungsrichtung dieser Wanderwellen in einem Meßpunkt dazu zu benutzen, die Richtung zur Fehlerstelle zu bestimmen. Als Beispiel hierfür seien die DE-PSen 23 53 424 und 24 38 354 genannt. Ein Fehler, der in dem Leitungsabschnitt liegt, der von einem Relais überwacht wird, wird als davorliegender Fehler bezeichnet. Die Strom- und Spannungswelle, die sich von einer solchen Fehlerstelle zum Meßpunkt des Relais hin bewegen, haben verschiedene Vorzeichen, so daß die Beziehung u = -Z_Q ν i giit,^wobei u die Spannung, i der

^i Fehler in der ent-

Strom und Z_Q der

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gegengesetzten Richtung von der Meßstelle aus auftritt, so erfaßt das Relais eine Spannungswelle und eine Stromwelle, die gleiche Vorzeichen haben, so daß die Beziehung u = Z · i gilt. Das Relais erfaßt den Fehler dann als einen dahinterliegenden Fehler.

Die Wanderwellen, die sich, von einer Fehlerstelle ausgehend,entlang der Leitung bewegen, enthalten Transienten (Ausgleichsschwingungen) , die sich über einen breiten Frequenzbereich erstrecken. Es ist bekannt, mittels eines Bandsperrfilters die stationäre Komponente mit der Grundfrequenz herauszufiltern, so daß nur noch Veränderungen weiterverarbeitet werden, und danach die Vorzeichen der Spannungs- und Stromwellen zu vergleichen, um anhand dieses Vergleiches die Richtung zur Fehlerstelle zu bestimmen. Es ist ferner bekannt, auf die ebengenannte Filtrierung zu verzichten und die Spannungs- und Stromwellen direkt zu vergleichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gerichteten Wellendetektor der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei dem die Richtung zum Fehler mit einfacheren Gliedern als bei den bekannten Wellendetektoren bestimmt wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein gerichteter Wellendetektor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungs-

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gemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte "Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen genannt.

Im Gegensatz zum Stande der Technik werden bei der Erfindung die Spannungs- und Stromwellen nicht je für sich verarbeitet, sondern es wird das Produkt von Spannung und Strom gebildet, das heißt die Leistung oder deren Integral, nämlich die Energie. Die Richtung zum Fehler kann dann durch das Vorzeichen der augenblicklichen Leistungs- oder Energieänderung bestimmt werden. Wie aus dem Vorgesagten hervorgeht, haben die Spannungs- und Stromwellen bei einem davorliegenden Fehler verschiedene Vorzeichen, was zur Folge hat, daß die Leistungs- oder En^rgieänderung dann immer ein negatives Vorzeichen hat. Bei einem dahinterliegenden Fehler haben die Spannungs- und Stromwellen gleiche Vorzeichen, was zur Folge hat, daß die Leistungs- oder Energieänderung immer ein positives Vorzeichen hat. Das aus dem gebildeten Produkt von Spannung und Strom erhaltene Vorzeichen und der Betrag werden entsprechend der Erfindung benutzt, um die Richtung zur Fehlerstelle anzuzeigen.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausfuhrungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1a und 1b zwei Ausführungsformen der Erfindung mit Ausfiltrierung des grundfrequenten Anteils,

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Fig. 2a und 2b zwei Ausführungsformen der Erfindung, bei der der grundfrequente Anteil in den zu verarbeitenden Signalen verbleibt.

Sämtliche Figuren zeigen einen einphasigen Wellendetektor. Für einen normalen dreiphasigen Relaisschutz sind also drei gleiche Detektoren, einer für ^ede Phase, erforderlich. Der Detektor hat' zwei Eingänge 1 und 2. Dem ersten Eingang 1 wird ein Signal i zugeführt, das dem Strom im Meßpunkt proportional ist. Das Signal kann eine Spannung sein. Dem zweiten Eingang 2 wird ein Signal u zugeführt, das der Spannung im Meßpunkt proportional ist. In den Figuren 1a und 1b werden die beiden Signale auf je ein Bandsperrfilter 3, 4 gegeben, durch welche der betriebsfrequente Anteil aus den weiterverarbeitenden Signalen herausgefiltert wird. Entsprechend der in Figur 1a gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden einem Multiplikator 5 die Signale /^ i und ^\ u zugeführt, die von den Bandsperrfiltern 3'und 4 kommen. Am Ausgang des Multiplikators erscheint das Signal ^\i · Au, welches einem Integrierglied 6 zugeführt wird, an dessen Ausgang das Signal /^i * £±u auftritt. Statt des Integriergliedes kann ein Differenzierglied verwendet werden. Ob ein Integrierglied oder ein Differenzierglied verwendet wird, hängt davon ab, wie schnell die Anordnung ansprechen soll. Ein Integrierglied verursacht eine gewisse Glättung der Eingangsgröße und damit ein etwas verzögertes Ausgangssignal. Ein Differenzierglied ergibt ein schnell erscheinendes Ausgangsglied, insbesondere bei kräftigen und hochfrequenten Transienten. Auf das

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Differenzierglied bzw. Integrierglied kann auch verzichtet werden, was durch die gestrichelte Darstellung in Fig. 1a angedeutet ist. Gleiches gilt für die weiteren Figuren, in denen das Glied 6 integrierend, differenzierend oder nicht vorhanden sein kann. Das Ausgangssignal des Integriergliedes 6 wird auf zwei parallel liegende Niveaudetektoren 7 und 8 gegeben, von denen der mit 7 bezeichnete auf positive und der mit 8 bezeichnete auf negative Werte anspricht. Die Ausgänge der beiden Niveaudetektoren sind auf je einen Eingang eines Speichergliedes 9 geschaltet, welches sich gegenüber dem zuerst eintreffenden Signal schließt, egal, ob dieses positiv oder negativ ist. Der Ausgang des Speichergliedes ist an eine Schaltlogik 10 angeschlossen, welche an einem Ausgang 11 ein Signal für den Schutz am entgegengesetzten Leitungsende bereitstellt, welches Signal eine Richtungsinformation für den letztgenannten Schutz enthält. Ein zweiter Ausgang 1£ liefert ein Auslösesignal für den Schalter bei einem davorliegenden Fehler innerhalb des eigenen Schutzbereiches.

Die Anordnung nach Figur 1b stimmt mit der in Figur 1a gezeigten überein, abgesehen davon, daß die Integration vor dem Multiplikator, und zwar mit je einem Integrator für jedes Signal ^i und Au erfolgt. Das Ausgangs signal des Multiplikators ist daher /Ai · J Au. Jeder der Niveaudetektoren 7 und 8 kann mit einem weiteren Niveaudetektor kombiniert werden, der ein niedrigeres Niveau als die beiden gezeigten Glieder hat, um zu erreichen, daß eine unter dem Niveau der Glieder 7 und 8 liegende Störung mit Sicherheit keine Auslösung in einem anderen Schutz nach einer

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Reflexion in der Station zur Folge hat. Dies ist ausführlicher in der DE-PS 2 550 670 beschrieben.

Die Figuren 2a und 2b zeigen eine andere Ausführungsform des Wellendetektors gemäß der Erfindung, bei der die betriebsfrequenten Anteile nicht aus den weiterzuverarbeitenden Signalen herausgefiltert werden, sondern diese zusammen mit den Transienten in den Signalen i und u im Wellendetektor verarbeitet werden. Gemäß Figur 2a werden die Signale zunächst in je einem Integrationsglied 6 integriert, und die Ausgangssignale dieser Integrationsglieder werden im Multiplikator 5 multipliziert. Das Ausgangssignal des Multiplikators wird dem positiven Eingang eines Summierungsgliedes 13 zugeführt. Die Ausgangssignale der beiden Integrationsglieder 6 bzw. unmittelbar die Eingangssignal i und u werden ferner in einem Multiplikator 16 multipliziert, dessen Ausgangssignal folglich in einem bestimmten Verhältnis zum Ausgangssignal des Multiplikators 5 steht. Vorzugsweise wird das Verhältnis 1 gewählt, da dann die beiden Multiplikatoren gleich sind und die Verhältnisse am einfachsten sind. Das Ausgangssignal des Multiplikators 16 wird über einen Speicher 17 auf den negativen Eingang des Summierungsgliedes 13 gegeben. Der Speicher arbeitet als Zeitverzögerungsglied, dessen Verzögerung so groß ist, daß das vom Multiplikator 5 kommende Signal, das die von einem Fehler erzeugten Transienten enthält, mit Sicherheit früher auf seinen Eingang am Summierungsglied 13 gelangt, als das Signal vom Speicher

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Ausgangssignale der Geht man davon aus, daß dieYbeiden Multiplikatoren 5 und 16 gleich sind, so sind bei einem fehlerfreien Netz auch die Ausgangssignale des Multiplikators 5 und des Speichers 17 gleich, da sich die Ausgangsgrößen der Multiplikatoren 5 und 16 nicht verändern. Folglich erscheint auch am Ausgang 18 des Summierungsgliedes 13 kein Ausgangs signal. Bei einem fehlerhaften Netz dagegen ändern sich die Ausgangssignale der Multiplikatoren 5 und 16 mit der Zeit, bleiben aber untereinander stets gleich*.Infolge der Zeitverzögerung durch den Speicher 17 werden die Ausgangssignale des Multiplikators 5 und des Speichers 17 nunmehr unterschiedlich. Folglich werden auch die an den beiden Eingängen des Summierungsgliedes 13 anstehenden Signale unterschiedlich. Die Größe dieses Unterschiedes hängt einerseits davon ab, wie schnell sich die Ausgangssignale der Multiplikatoren 5 und 16 verändern und andererseits von der Größe der Zeitverzögerung im Speicher 17. Die hinter dem Summierungsglied folgenden Glieder 7, 8, 9, 10 sind identisch mit den entsprechend bezeichneten in den Figuren 1a und 1b.

Bei der in Fig. 2b gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Signale i und u direkt auf den Multiplikator 5 , gegeben, und das Ausgangssignal i' · u wird im Integrationsglied 6 integriert, dessen Ausgangssignal auf den positiven Eingang des Summierungsgliedes 13 gegeben wird. In einem anderen Zweig passieren die beiden Signale i und u je einen als Verzögerungsglied arbeitenden Speicher 17. Die Ausgangssignale der beiden Speicher werden im Multiplikator 16 multipliziert und das Aus-

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gangsprodukt des Multiplikators 16 wird über ein Integrationsglied 18 auf den negativen Eingang des Summierungsgliedes 13 gegeben. Hinter dem Summierungsglied 13 folgen wieder die bereits erläuterten Glieder 7 bis 10.

Die Erfindung'ist nicht auf die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Ausführungsformen zur Bestimmung der Richtung "beschränkt. Auch andere Anordnungen zum Vergleich verschiedener Vorzeichen bei Strom- und Spannungsänderungen sind möglich. Es ist leicht einzusehen, daß beispielsweise eine Division von Δ u durch Δ. i einen Quotienten ergibt, dessen Vorzeichen die Richtung zum Fehler auf gleiche Weise anzeigen könnte, wie das Produkt aus Δ u und Λ i.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE:

/1 .gerichteter Wellendetektor für einen Relaisschutz in einem elektrischen Freileitungs- und/oder Kabelnetz, der mit Hilfe der Bewegungsrichtimg einer Wanderwelle , die einen Meßpunkt in dem Netz passiert, die Richtung zu einem Fehler bestimmt, der die Wanderwellen verursacht hat, wobei die im Wellendetektor verarbeiteten Wanderwellen Strom- und Spannungswellen oder davon abgeleitete charakteristische Teile sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellendetektor Glieder (5, 16) zum Multiplizieren oder Dividieren der genannten Wanderwellen hat, sowie Glieder zur Bestimmung des Vorzeichens des dabei gewonnenen Produkts oder Quotienten hat sowie Glieder zur Abgabe eines Auslöseoder Blockierungssignals in Abhängigkeit davon hat, ob das bei der Multiplikation oder Division erhaltene Vorzeichen des Produktes oder Quotienten anzeigt, daß der Fehler innerhalb oder außerhalb des Schutzbereiches des Relais liegt.
2. Wellendetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für jede der Wanderwellen ein Bandsperrfilter (3» 4·) zum Herausfiltern des betriebsfrequenten Anteils aus der weiterzuverarbeitenden Wanderwelle vorhanden sind.
3. Wellendetektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Niveaudetektoren (7» 8) zur Bestimmung des Vorzeichens des Produktes oder Quotienten vorhanden sind.

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4. Wellendetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (9) zur Registrierung des Vorzeichens des zuerst auftretenden Produktes oder Quotienten vorhanden ist.

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