DE2911844C2

DE2911844C2 - Gerichteter Wellendetektor

Info

Publication number: DE2911844C2
Application number: DE2911844A
Authority: DE
Inventors: Salomon Dipl.-Ing. Ra'anana Liberman
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1978-04-06
Filing date: 1979-03-26
Publication date: 1985-09-12
Also published as: SE410925B; DE2911844A1; SE7803868L; GB2020120B; CH640373A5; FR2422278A1; US4351011A; GB2020120A; FR2422278B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen gerichteten Wellendetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Ein solcher Wellendetektor ist bekannt aus der DE-PS 23 53 424.

Mit einem solchen Wellendetektor läßt sich beurteilen, ob ein 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-PS 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„ · i gilt, wobei u die Spannung, i der Strom und Z„ der Wellenwiderstand ist. Wenn der Fehler in der entgegengesetzten 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_n ■ 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 s Transienten (Ausgieichsschwingungen), die sich über einen breiten Frequenzbereich erstrecken.

Bei dem aus der DE-PS 23 53 424 bekannten Wcllcndetektor werden mittels Bandsperrfilter die stationären Komponenten, also die Komponenten mit der Grundfrequenz, unterdrückt und nur die transienten Komponenten weiterverarbeitet Diese Verarbeitung erfolgt für die Spannungswelle und Stromwelle über jeweils einen eigenen Kanal, der eigene Integratoren und Vorzeichenindikatoren enthält Hinter den Vorzeichenindikatoren ist ein für beide Kanäle gemeinsamer Richtungsindikator vorhanden, in welchem lediglich die Vorzeichen der beiden gewonnenen Größen nach bestimmten Regeln miteinander verglichen werden. Durch diesen Vergleich wird die Richtung zur Fehlerstelle bestimmt Eine funktioneile Verknüpfung zwischen den Wanderwellen wird in dem Richtungsdetektor nicht vorgenommen. Da getrennte Kanäle für beide Wanderwellensignale erforderlich ist, ist der Aufwand für einen solchen Wellendetektor relativ groß.

Es ist auoh bereits bekannt, auf die vorgenannte Filtrierung der Wanderwellen zu verzichten und die Spannungs- und Stromwellen miteinander direkt zu vergleichen.
Aus dem Buch von Neugebauer »Selektivschutz« 1958, Seite 54f. und 6Of., ist die Verwendung eines dynamometrischen Leistungsmeßsystems zur Richtungsbestimmung des Fehlerortes in einem Netz bekannt, wobei die Richtung des mechanischen Zeigerausschlages eine Aussage über die Richtung zum Fehlerort macht.

Das vom dynamometrischen Meßsystem entwickelte Drehmoment ist dem Produkt aus Spannung, Strom und cos φ im Meßort proportional. Abgesehen von der Kompliziertheit und Anfälligkeit der Erfassung des Ausschlages eines sich bewegenden Zeigers ist dieses bekannte System praktisch ungeeignet zur Richtungsbestimmung bei einem sehr nahe am Meßort liegenden Fehler. In diesem Falle wird das von der Spannung herrührende Signal so klein, daß ein verwertbarer sicherer Ausschlag des Zeigers nicht mehr stattfindet. Gerade für solche dicht gelegenen Fehler ist die Anzeige aber besonders wichtig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen gerichteten Wellendetektor der eingangs genannten Art zu entwickeln, bei welchem die Richtungsbestimmung des Fehlerortes in zuverlässiger Weise mit einfachen Mitteln möglich ist, und bei dem es auch keine spannungsbedingte tote Zone gibt.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Wellendetektor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, der erfindungsgemäß 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 augcn-

fa5 blicklichen Leistungs- oder Energieänderung bestimmt werden. Wie aus dem Vorgesagten hervorgeht, haben die Spannungs- und Stromwellen bei einem davorlicgenden Fehler verschiedene Vorzeichen, was zur Folge

hat, daß die Leistungs- oder Energieänderung 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 Ausführungsbeispiele .soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. la und Ib zwei Ausführungsformen der Erfindung mit Ausfiltrierung des grundfrequenten Anteils,

F i g. 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 »ür jede Phase, erforderlich. Der Detektor hat zwei Eingänge 1 und 2 Dem ersten Eingang 1 wird ein Signal / zugeführt, das dem Strom im Meßpunkt proportional ist Das Signal kann eine Spannung sein. Dem zweiten Eingang 2 wird ein Signai α zugeführt, das der Spannung im Meßpunkt proportional ist In den Fig. la und Ib werden die beiden Signale auf je ein Bandsperrfilter 3, 4 gegeben, durch weiche der betriebsfrequente Anteil aus den weiterverarbeitenden Signalen herausgefiltert wird. Entsprechend der in Fig. la gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden einem Multiplikator 5 die Signale Ai und Au zugeführt, die von den Bandsperrfiltern 3 und 4 kommen. Am Ausgang des Multiplikators erscheint das Signal Ai · Au, welches einem Integrierglied 6 zugeführt wird, an dessen Ausgang das Signal JAi ■ Au 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 Differenzierglied bzw. Integrierglied kann auch verzichtet werden, was durch die gestrichelte Darstellung in Fi g. la 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 letztgenannter» Schutz enthält. Ein zweiter Ausgang 12 liefert ein Auslösesignal für den Schalter bei einem davorliegenden Fehler innerhalb des eigenen Schutzbereiches.

Die Anordnung nach Fig. Ib stimmt mit der in Fig. la gezeigten überein, abgesehen davon, daß die Integration vor dem Multiplikator, und zwar mit je einem Integrator für jedes Signal Ai und Au erfolgt. Das Ausgangssignal des Multiplikators ist daher \Ai ■ \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 Reflexion in der Station zur Folge hat Dies ist ausführlicher in der DE-PS 25 50 670 beschrieben.

Die Fig.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 Fig.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 Eingangssignale 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 17.

Geht man davon aus, daß die Ausgangssignale der beiden 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 Ausgangssignal. 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 F i g. la und Ib.

Bei der in Fig.2b gezeigten Ausführungsform der Erfindung werden die beiden Signale / und u direkt auf den Multiplikator 5 gegeben, und das Ausgangssignal / · 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 Ausgangsprodukt des Multiplikators 16 wird über ein Integrationsglied 18 auf den nega-

tiven 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 Au durch Ai einen Quotienten ergibt, dessen Vorzeichen die ι ο Richtung zum Fehler auf gleiche Weise anzeigen könnte, wie das Produkt aus Au und Ai.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

15

20

25

30

35

40

50

55

60

65

Claims

Patentansprüche:

1. Gerichteter Wellendetektor für einen Relaisschutz in einem elektrischen Freileitungs- und/oder Kabelnetz, der mit Hilfe der Bewegungsrichtung von Wanderwellen, die einen Meßpunkt in dem Netz passieren, die Richtung zu einem Fehler bestimmt, der die Wanderwellen verursacht hat, wobei die im Wellendetektor verarbeiteten Wanderwellen Strom- und Spannungswellen oder davon abgeleitete charakteristische Teüe sind und Vorzeichenindikatoren vorhanden sind zur Bestimmung der Gleichheit oder Ungleichheit der Vorzeichen der Wanderwellen, dadurch gekennzeichnet, daß der Wellendetektor Multiplikatoren (5,16) für eine solche funktioneile Verknüpfung der genannten WinderweUen hat, die eine Aussage über die Gleichheit oder Ungleichheit der Vorzeichen der Spannungsänderungen [Ai, Au) ermöglicht, daß Glieder (7, 8, 9) zur Bestimmung des Vorzeichens der funktioneilen Verknüpfung vorhanden sind, wobei die Glieder (7, 8) als Grenzwertdetektoren ausgebildet sind zur Feststellung, ob der durch die Augenblickswerte der Strom- und Spannungsänderungen bestimmte Betriebspunkt auf der einen oder anderen Seite der durch die funktionell Verknüpfung vorgegebenen Auslösegrenze liegt

2. Wellendetektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Wanderwelle ein Bandsperrfilter (3,4) zum Herausfiltern des betriebsfrequenten Anteils aus der weiterzuverarbeitenden Wanderwelle vorhanden ist.

3. Wanderwelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Speicher (9) zur Registrierung des Vorzeichens der zuerst auftretenden funktioneilen Verknüpfung vorhanden ist.