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Netzschutzeinrichtung
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Technisches Gebiet Die Erfindung bezieht sich auf eine Netzschutzeinrichtung,
bei welcher die Meßwerte der analogen Phasengrößen als digitalisierte Informationen
einem Mehrfach-Mikroprozessorsystem zugeführt sind, dessen Mikroprozessorsysteme
unter Anwendung bestimmter Algorithmen unter schiedliche Aufgaben ausführen.
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Stand der Technik Die bisher bekannten Netzschutzeinrichtungen sind
entweder als elektromechanische oder elektronische Relais ausgebildet, wobei diese
Netzschutzeinrichtungen j #eils nur eine Schutzaufgabe erfüllen, also entweder als
Sammelschienenschutzrelais oder als Differentialschutzrelais oder als Distanzschutzrelais
usw ausgebildet sind.
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Die jeweilige Netzschutzeinrichtung überwacht ein Betriebsmittel der
Energieversorgung (beispielsweise Abschnitt einer Sammelschiene) und trennt dieses
bei auftretendem Fehler ab, unabhängig von etwa weiteren vorhandenen NetzschLutzeinrichtz
gen und vom Zustand des elektrischen Energieversorgungsnetzes, dessen Betrlebsführung
wiederum mittels eines Netzleitsystems erfolgt; Netzschutzeinrichtungen und Netzleitsysteme
erfüllen somit unabhängig voneinander ihre Funktionen.
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Bei den bekannten Netzschutzeinrichtungen sind etwa durch Ausbau von
Energieversorgungsnetzen erforderliche Erweiterungen entweder gar nicht oder nur
mit hohem technischen Aufwand möglich. Beim Sammelschienenschutz können von den
Abgängen beispielsweise bis zu 30 x 3 Meßwerte der Phasengrößen anfallen und entsprechend
ist die elektronische Sammelschienenschutseinrichtung ausgelegt; vergrößert sich
die Anzahl der Meßstellen durch nachträgliche Erweiterung eines Energieve@@orgungsnetzes,
so sind
diese neuen Meßstellen nicht mehr von der vorhandenen Sammelschienenschutzeinrichtung
erfaßbar, sondern es muß eine weitere, an die Anzahl der neuen Meßstellen angepaßte
Schutzeinrichtung erstellt werden.
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Auch der Informationsaustausch der bekannten Netzschutzeinrichtungen
mit anderen Überwachungssystemen ist entweder gar nicht oder nur mit hohem technischen
Aufwand möglich.
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Es ist auch bereits eine Distanzschutzeinrichtung mit einem Mehrfach-Mikroprozessorsystem
bekannt, bei welcher zur Bearbeitung der Aufgaben des Distanzschutzes, wie Grundwellenberechnung,
Anregung, Impedanzberechnung, Auslösung mit Kurzunterbrechung, jeder Aufgabe ein
Mikroprozessorsystem zugeordnet ist, wobei alle Mikroprozessorsysteme über einen
Bus miteinander verbunden sind und der Datentransfer zwischen den Mikroprozessorsystemen
mittels eines programmierbaren Steuerwerkes erfolgt (Literaturstelle oevelopments
in Power Systems Protection, IEE Conference Publ. t85, 1980).
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Diese bekannte Distanzschutzeinrichtung erlaubt zwar bereits eine
Ankopplung an Netzleitsysteme und damit eine Kommunikation mit dem Bedienungspersonal
für die Netzautomatisierung, sie ist jedoch nicht ohne weiteres für weitere Schutzaufgaben,
wie beispielsweise Sammelschienenschut z, verwendbar.
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Aufgabe Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Netzschutzeinrichtung
der eingangs genannten Art zu schaffen, die durch geeignete Kombination von relativ
wenigen elektronischen Baugruppen an die Aufgaben eines Sammelschienenschutzes1
eines Distanzschutzes, eines Differentialschutzes usw. anpaßbar und leicht erweiterbar
ist.
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Lösung Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
einzelnen Mikroprozessorsysteme in zwei Hierarchieebenen (A, B) angeordnet sind
und daß die Mikroprozessorsysteme der zweiten Hierarchieebene (13) die digitalen
zeitdiskreten Meßwerte der Phasengrößen in Echt zeit verarbeiten und derart transformieren,
daß die Mikroprozessorsysteme der übergeordneten ersten Hierarchieebene (A) die
Berechnung der Schutzalgorithmen und die Bestimmung der Fehler mit einer reduzierten
Datenmenge durchführen.
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Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Vorteile Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere
darin, daß die aus nur wenigen Baueinheiten bestehende Netzschutzeinrichtung einfach
an eine Mehrzahl von Schutzaufgaben angepaßt werden kann; es ist ferner der Aufbau
eines integrierten Netzschutz-Automatisierungssystems möglich, so daß jederzeit
von einer Zentrale der Zustand des Netzschutzsystems oder die Netzgrößen wie Phasenströme,
Phasenspannungen, Leistungen usw. abgefragt werden können; aufgrund der VOeD Netzschutzsystem
bereitgestellten Meßdaten kann das Netzschutz-Automatisierullgs -system bei Netzfehlern
oder Netzüberlastungen automatische Netzumschaltungen vornehmen, um die Energieversorgung
zu sichern und gegebenenfalls die Schutzparameter zu ändern.
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Darstellung der Erfindung Die Erfindung wird nachstehend anhand eines
in der Zeicha nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert.
Es zeigen
Fig. l eine prinzipielle Ausbildung einer Netzschutzeinrichtung
mit einer Meßwerterfassungs-Einheit, mit die Meßwerte zeit-frequenztransformierenden
Einheiten, Speichern und Mikroprozessorsystemen, Fig. 2 eine genauere Ausbildung
einer Meßwerterfassungs-Einheit, Fig. 3 eine genauere Ausbildung eines zeit-frequenztransformierenden
Mikroprozessorsystems, Fig. 4 eine prinzipielle Ausbildung eines eine Fehlerberechnung
durchführenden Mikroprozessorsystems, Fig. 5 eine Schutzeinrichtung nach Fig. l
als Distanzschutzeinrichtung, Fig. 6 eine Schutzeinrichtung nach Fig. 1 als Differentialschutzeinrichtung,
Fig. 7 eine Schutzeinrichtung nach Fig. l als Sammelschienenschutzeinri chtung,
Fig. 8 ein Takt diagramm der Sammelschienenschutzeinrichtung nach Fig. 7.
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Net zs chut zeinri chtung NSE Die Netzschutzeinrichtung NSE nach der
Fig. l umfaßt mindestens eine Meßwerterfassungs-Einheit MWE, welcher die analogen
Phasengrößen Pa und Schalterzustandssignale Sz zugeführt werden, wie schematisch
durch die Phasenleitung 100 mit Meßwandlern lOl, 102 und Leistungsschalter 20 einer
Schaltanlage angedeutet ist; ferner ist eine aus einem Nehrfach-Mikroprozessorsystem
bestehende Datenverarbeitungs-Einheit VE mit zwei Hierarchieebenen A, B vorgesehen,
wobei die zweite Hierarchieebene B aus die ankommenden zeitlichen, digitalisierten
Meßwerte MW zeitfrequenztransformierenden Mikroprozessorsystemen Tl-Tm besteht,
während die übergeordnete erste Hierarchieebene A Mikroprozessorsysteme Ml-Mn umfaßt,
die mit den Komponenten der Hierarchieebene B über einen Systembus 3 miteinander
verbunden sind und denen zusätzlich besondere Arbeits- und Programmspeicher RAM,
ROM zugeordnet sind.
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Der Datentransfer zwischen den Mikroprozessorsystemen Ml-Mn erfolgt
ohne besonderes Steuerwerk allein durch die Mikroprozessorsysteme Ml-Mn unter Zuhilfenahme
des Arbeitsspeichers RAM, welcher als "Briefkasten" dient. Der Datentransfer zwischen
den Mikroprozessorsystemen M und T erfolgt unter Kontrolle der Mikroprozessorsysteme
M unter Heranziehung eines jedem der Mikroprozessorsysteme T zugeordneten Koppelspeichers
37, Fig. 3 Meßwerterfassungs-Einheit MWE Eine Meßwerterfassungs-Einheit mm besteht
nach Fig. 2 aus Abtast-Haltegliedern 6, 6', deren Ausgänge an einen Multiplexer
7 mit beispielsweise sechs Kanälen K1 bis K6 geführt sind, welcher mit einem Analog-Digital-War@@er
8 verbunden ist, dem eine Bus-Ankoppelstufe 9 nachgeordnet ist; es ist ferner ein
Mikroprozessorsystem 10 mit einer Zentraleinheit 11, einem Programm und Arbeitsspeicher
12 und einem Zeitgeber 13 vorgesehen (beispielsweise Typ 8086 der Fa. Intel); ferner
ist eine Signal-Ein- und Ausgabeeinheit 14 vorgesehen, welche einerseits über Leitungen
16 bis 18 auf die Abtast-Halteglieder 6, 6', den Multiplexer 7 und den Analog-Digitl-Wandier
8 einwirkt und andererseits über Optokoppler 19 auf den Leistungsschalter 20, welcher
seinerseits Zustandssignaie über Optokoppler 21 an die Signaleinheit 14 gibt; schließlich
ist eine Sende-Empfangs-Einheit 22, beispielsweise Baustein 1D 250l der Fa. Western
Digital vorgesehen, der zwei elektro-optische Wandler 23, 24 nachgeordnet sind an
die je ein Lichtleiter 25, 26 gekoppelt ist.
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Die Steuerung des Ablaufs der Abtast-Halteglieder 6, 62 des Multiplexers
7, des Analog-Digital-Wandlers 8, der Signaleinheit 14 und der Sende-Empfangs-Einheit
22 erfolgt mittels des Mikroprozessorsystems 10.
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Der Leistungsschalter 20 liegt in der Phasenleitung 100, in welcher
ferner als Strom- und Spannungswandler ausgebildete Meßwendler 101, 102 angeordnet
sind, deren analoge Phasengrößen Pa den Abtast-Haltegliedern 6, 6' zugeführt sind.
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Die Abtast-Haltglieder 6, 6' bilden aus den zeitkontinuierlichen Signalen
der Meßwandler synchron zeit diskrete Signale, die über den Multiplexer 7 an den
Analog-Digital-Wandler 8 gelangen, dessen digitale Ausgangsinformationen in die
Ankoppelstufe 9 gelangen, von der sie über einen Bus 27 in den Speicher 12 des Mikroprozessors
10 gelangen; das Einspeichern und Auslesen der Informationen erfolgt mittels der
Zentraleinheit 11.
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Die Übertragung und Wandlung der an den Eingängen der Abtast-Halteglieder
6, 6' anstehenden analogen Signale erfolgt derart, daß von der Signaleinheit 14
ein Signal an die Abtast-Halteglieder 6, 6' gegeben wird, so daß die anstehenden
Werte abgetastet werden, worauf der erste Kanal Kl des Multiplexers 7 von der Signaleinheit
14 aktiviert und auf den Analog-Digital-Wandler 8 geschaltet wird, welcher ebenfalls
aktiviert wird, so daß der digital gewandelte Wert in den Speicher 12 eingelesen
werden kann; darauf wird der nächste Kanal des Multiplexers 7 aktiviert und dann
die Abtast-Halteglieder 6, 6', so daß die zu dieser Zeit an diesen anstehenden Werte
vom Analog-Digital-Wandler 8 digitalisiert und ebenfalls in den Speicher 12 eingelesen
werden können usw. bis zur Aktivierung des letzten Kanals K6 des Multiplexers 7.
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Die analogen Phasengrößen Pa können mit einer konstanten Frequenz
von beispielsweise 1 kHz abgetastet und gewandelt werden; eine derartige Abtastung
ist besonders gut geeignet für eine nachfolgende Grundwellenberechnung nach
der
Fourier-Technik. Andere Netzschutzalgorithmen, wie beispielsweise die Verwendung
der Leitungsdifferentialgleichung, bevorzugen statt der äquidistanten eine variierende
Abtastung; in diesem Falle werden kurz nacheinander mehrere Werte (beispielsweise
drei) von den Abtast-Haltegliedern 6, 6' abgetastet und unter Heranziehung dieser
Abtastwerte erfolgt eine Überprüfung der Phasenleitung, worauf eine erneute Abtastung
von wieder drei Werten erfolgt mit anschließender Überprüfung der Phasenleitung
usf. Zweckmäßig ist die Abt ast frequenz einstellbar ausgebildet, was in Verbindung
mit dem Mikroprozessorsystem 10 über den als Taktgeber arbeitenden Zeitgeber 13
erfolgt.
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Die Übertragung der im Arbeitsspeicher .12 des Mikro prozessorsystems
10 befindlichen MeßlFerte MW zur der Meßwerterfassungs-Einheit MWE nachgeordneten
Datenverarbei tungs-Einheit VE und umgekehrt der Daten und Befehlen dieser Verarbeitungs-Einheit
VE zur MeSwerterfassungs-Einheit MWE erfolgt mittels der Sende-Empfangs-Einheit
22 die aus einer im Speicher l2 abgelegten Tabelle Blockanfang und Blocklänge des
zu übertragenden Datenblocks entnimmt und den Datentransfer durchfuhrt. Von der
Verarbeitungs-Einheit VE kommende Steuerdaten gelangen über den Lichtleiter 26 zur
Sende-Empfangs--Einheit 22 und werden gleichfalls im Speicher 12 des Mikroprozessorsystems
10 abgelegt und von dessen Zentraleinheit 11 für die Steuerung der Meßwert erfassung
über die Signaleinheit 14 ausgewertet.
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Die Meßwerterfassungs-Einheit MEE übernimmt die Ansteuerung und Überwachung
des Leistungsschalters 20; die am Optokoppler 21 auftretenden Rückmeldesignale des
Schalters 20 sind für eine Überprüfung desselben durch die Zentraleinheit 11 des
Mikroprozessorsystems tQ herangezogen.
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Schließlich führt die Meßwerterfassungs-Einheit MWE bei Ausfall der
nachgeordneten Verarbeitungs-Einheit VE Reserveschutzaufgaben, wie beispielsweise
Überstromschutz, durch, wobei wieder die Zentraleinheit 11 des Mikroprozessorsystems
10 und die in dessen Speicher 12 befindlichen Meßwerte MW herangezogen sind.
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In der Praxis werden diese Meßwerterfassungs-Einheiten MWE zweckmäßig
direkt vor Ort an den Abgängen des Energieversorgungsnetzes angeordnet und die als
Augenblickswerte vorliegenden, digitalisierten Meßwerte MW der Phasengrößen und
der Schalterzustände mittels der störsicheren Lichtleiter 25, 26 an die Datenverarbeitungs-Einheit
VE übertragen.
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Mikroprozessorsysteme Tl-Tm Das eine Zeit -Frequenzt ransformati on
durchführende Mikroprozessorsystem TI nach der Fig. 3 besteht in seinem Eingangskreis
aus mit den Lichtleitfasern 25, 26 gekoppelten elektro-optischen Wandlern 31, 32,
über welche die von der Meßwerterfassungs-Einheit MWE eingehenden bitseriellen Meßwerte
MW an eine Sende-Empfangs-Einheit 33, beispielsweise Baustein WD 2501 der Fa. Western
Digital, gelangen, die die Meßwerte parallel umsetzt; es ist ferner eine Zentraleinheit
35 (beispielsweise Typ 8086 der Fa. Intel) mit Arbeits- und Programmspeicher 36
vorgesehen, sowie ein der Datenübertragung zwischen dem Mikroprozessorsystem T1
und den übergeordneten Mikroprozessorsystemen Ml-Mn dienender Koppelspeicher 37.
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Die parallel umgesetzten Meßwerte der Sende-Empfangs-Einheit 33 gelangen
über einen Bus 38 zur Zentraleinheit 35 und werden in deren Arbeitsspeicher 36 eingeschrieben.
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Die Zentraleinheit 35 führt nun die Transformation der von der Meßwerterfassungs-Einheit
NZ¢E kommenden zeitlichen digitalisierten Meßwerte MW in den Frequenzbereich durch
und das Ergebnis dieser Berechnung wird in dem Koppelspeicher 37 abgelegt, der somit
Daten im Frequenzbereich enthält.
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Wie in der Beschreibungseinleitung erwähnt, werden beim Sammelschienenschutz
eine Vielzahl von Abgängen der Phasengrößen herangezogen, so daß eine relativ große
Anzahl von Daten verarbeitet werden muß. Um in diesem Fall eine Entlastung der Mikroprozessorsysteme
Ml- Mn zu erreichen, führt die Zentraleinheit 35 beispielsweise eine Fourier-Transformation
durch, bei welcher aus den im Speis r 36 befindlichen Meßwerte der Zeitgrößen das
Spektrum bestimmt und zur Weiterverarbeitung herangezogen wird. Dadurch ist für
die Mikroprozessorsysteme Ml-Mn eine grossere Zeitunabhängigkeit sowie Datenreduzierung
erzielt und diese Systeme sind von der Echtzeitverarbeitung der Meßwerterfassungs-Einheit
MWE entkoppelt.
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Die Mikroprozessorsysteme Tl-Tm der zweiten Hierarchieebene B führen
also eine Vorverarbeitung der Daten für die Mikroprozessorsysteme Ml-Mh der übergeordneten
ersten Hierarchieebene A durch, so daß die Abtastfrequenz der Daten für die Weiterverarbeitung
nicht mehr relevant ist Wie schematisch angedeutet, sind mit dem Bus 38 weitere
Sende-Empfangs-Einheiten 33' mit elektro-optischen Wandlern 31', 32' verbunden,
welche Meßwerte von weiteren Meßwerterfassungs-Einheiten MWE empfangen oder Daten
an diese übertragen; die parallel umgesetzten Meßwerte dieser weiteren Meßwerterfassungs-Einheiten
werden ebenfalls in den Arbeitsspeicher 36 eiFgeEi¢hrieben.
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Wie weiter ersichtlich, sind über den Systembus 3 eine Mehrzahl von
Mikroprozessorsystemen T1-Tm mit den Mikroprozessorsystemen M1-Mn verbunden, die
über den Systembus 3 Zugriff auf die im Koppelspeicher 37 befindlichen Meßwerte
im Frequenzbereich haben.
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Mikroprozessorsysteme Ml-Mn Die Mikroprozessorsysteme Ml-Mn bestehen,
wie aus der Fig. 4 ersichtlich, im wesentlichen aus einer Zentraleinheit 60 (beispielsweise
Typ 8086 der Fa. Intel), einem Arbeits- und Programmspeicher 61 sowie einer Busankopplung
und -zugriffssteuerung 62, über welche eine Ankopplung an den Systembus 3 erfolgt;
die Elemente 60, 61, 62 sind untereinander mit dem Bus 63 verbunden.
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Die Mikroprozessorsysteme M1-Mn verarbeiten die zeitfrequenztransformierten
Daten der Mikroprozessorsysteme T1-Tm der zweiten Hierarchieebene B im Frequenzbereich
und und sind damit von der Echtzeitverarbeitung entkoppelt; sie sind herangezogen
für den Schutzalgorithmus im Frequenzbereich. Die Mikroprozessorsysteme Ml-Mn greifen
über den Systembus 3 auf die Mikroprozessorsysteme TI-Tm und die besonderen Arbeits-
und Programmspeicher 40, 41 zu.
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Der Arbeitsspeicher 41 dient als Pufferspeicher für die Datenübertragung
zwischen den Mikroprozessorsystemen Ml-Mn und als 'tBriefkasten" für die Ablaufsteuerung
der Verarbeitungseinheit VE. Für den Fall, daß die Verarbeitungseinheit VE die Funktion
eines Störschreibers erfüllen soll, können in diesem Speicher die Kurzschlußdaten
zwischengespeichert und anschließend ausgegeben werden. Weiterhin werden die Einstellparameter
für die Verarbeitungseinheit hier abgelegt. Daraus ergibt sich, da die Parameter
bei Spannungsausfall erhalten bleiben
sollen, daß der Arbeitsspeicher
als nicht flüchtiger Speicher, beispielsweise als gepuffertes OMOS-RAMXausgeführt
werden muß.
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Der Programmspeicher 40 enthalt sämtliche zu einer Netzschutzaufgabe
gehörenden Arbeitsprogramme und legt somit die Funktion der Verarbeitungseinheit
VE fest. Nach dem Einschalten der Verarbeitungseinheit VE lesen die Mikroprozessorsysteme
M1-Mn mit Hilfe eines sich permanent in ihrem Programmspeicher befindlichen Ladeprogramms
das ihnen für die bestimmte Schutzaufgabe zugewiesene Programm ein und beginnen,
sobald alle mit dem Lesen fertig sind, mit der Ausführung.
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Nachfolgend werden verschiedene Anwendungen der Netzschutzeinrichtung
näher erläutert.
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Die Fig. 5 zeigt die prinzipielle Ausbildung als Distanzschutzeinrichtung.
Vorgesehen ist eine Meßwerterfassungs-Einheit MWE und eine Datenverarbeitungs-Einheit
VE mit einem Mikroprozessorsystem Tm in der zweiten Hierarchieebene B und Mikroprozessorsystemen
Ml bis M3 in der übergeordneten ersten Hierarchieebene A sowie die Arbeits-und Programmspeicher
40, 4i.
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Für die Lösung eines Distanzschutzes mit Mikroprozessoren können zwei
prinzipiell unterschiedliche Algorithmen herangezogen werden. Entweder erfolgt eine
Ermittlung der Kurzschlußimpedanz aus der Grundwelle der Phasenspannungen und -ströme
oder es wird die vereinfachte Leitungs-Differentialgleichung angewendet.
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Bei der Verwendung des ersten Algorithmus' wird die Meßwerterfassungs-Einheit
Mt von der Verarbeitungs-Einheit VE so eingestellt, daß sie mit einer konstanten
Albtast-
frequenz die Phasenspannungen und -ströme der Leitung
100 abtastet und die Meßwerte an das Mikroprozessorsystem Tm überträgt. Dort stehen
sie dann im Koppelspeicher (37, Fig. 3) den Mikroprozessorsystemen Ml bis M3 zur
Weiterverarbeitung zur Verfügung. Die drei Mikroprozessorsysteme M1 bis M3 ermitteln
sodann die Auslösesignale, wobei jedes Mikroprozessorsystem folgende Aufgaben zu
erfüllen hat: Ml Anregung M2 Impedanzberechnung M3 Ermittlung der zeitgestaffelten
Auslösesignale mit und ohne Kurzunt erbre chung Die ermittelten Auslösesignale werden
von dem Mikroprozessorsystem Tm zur Meßwerterfassungs-Einheit KWE übertragen, welche
die Ansteuerung und Überwachung des Leistungsschalters 20 vornimmt. Weitere Aufgaben
des Mikroprozessorsystems Tm sind die Übertragung von Meßwerten oder Rechenergebnissen
an einen Sammelschienenschutz SSS oder/und an ein Netzautomatisierungssystem NAS
sowie die Bedienung einer Drucker- und Tastatureinheit DrE, die als tragbare und
an jede Verarbeitungseinheit anschließbare Einheit ausgeführt sein kann.
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Durch Austausch der Arbeitsprogramme im Speicher 40 der Verarbeitungs-Einheit
VE kann eine Umstellung des Distanzschutz-Algorithmus' auf die Leitungs-Differentialgleichung
erfolgen. In diesem Fall entnimmt die Meßwerterfassungs-Einheit MWE der Leitung
100 zu drei Zeitpunkten die Spannungs- und Stromwerte, wobei die Zeitintervalle
zwischen den drei Meß-Zeitpunkten konstant und einstellbar sind. Aus diesen Meßwerten,
die nach der Übertragung zum Mikroprozessorsystem Tm im Koppelspeicher 37 stehen,
ermittelndie Mikroprozessorsysteme Ml
bis M3 mit Hilfe der Leitungsdifferentialgleichung
die Leitungsimpedanzen und daraus die Auslösesignale. In welcher Form dabei die
Differentialgleichung gelöst wird, hängt allein von den Arbeitsprogrammen für die
Mikroprozessorsysteme M1 bis M3 ab. Die zeit gestaffelten Auslosesignale werden
vom Mikroprozessorsystem Tm Tm zur Meßwerterfassungs-Einheit MWE übertragena die
die Steuerung des Leistungsschalters 100 übernimmt. Mit dem Abtasten dreier neuer
Spannungs- und Stromwerte beginnt dann ein neuer Rechenzyklus.
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Die Fig. 6 zeigt die prinzipielle Ausbildung als Leitungs- oder Transformator-Differentialschutz
unter Anwendung der Datenverarbeitungs-Einheit VE nach Fig. 3 Ad mehreren Meßwerterfassungs-Einheiten
MWE1 bis MWE4 nach Fig. 2.
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Die Meßwerterfassung erfolgt beim Leitungs.Differentialschutz LDS
durch zwei vor Ort angeordnete MeSwerterfassungs-Einheiten MWI, MW2, welche die
Phasenströme abtasten und an die Verarbeitungs-Einheit VE übertragen.
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Da sich diese Verarbeitungs-Einheit VE an einem der beiden Leitungsenden
100' befindet1 mäusen die Meßwerte einer MWE entsprechend der Leitungslänge über
eine grössere Entfernung übertragen werden. Dies kann beispielsweise über einen1
in das Leiterseil eingeflochtenen, nicht weiter dargestellten Licht leiter erfolgen.
Die Verarbeitungs-Einheit VE ermittelt aus den ankommenden Meßwerten den Summenstrom,
der aus den Grundwellen oder den Augenblickswerten der Phasenströme gebildet werden
kann und leitet daraus die Auslösesignale ab. Probleme bei der Summenbildung der
Grundwellen durch die Phasenlage ergeben sich hierbei nicht da eine einzige Verarbeitungs-Einheit
VE sämtliche Grundwellen berechnet und somit die gleiche Korrelationsfunktion zugrunde
liegt.
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Maßnahmen zur Stabilisierung der Auslösesignale, d.h. die Abhängigkeit
des auslösenden Summenstroms zum Phasenstrom, können durch die Verarbeitungs-Einheit
VE getroffen werden. Ist nun ein Fehler auf der zu überwachenden Leitung 100 aufgetreten,
der sich durch einen aufgetretenen Summenstrom äußert, überträgt die Verarbeitungs-Einheit
VE ein AUS-Signal an die beiden Meßwerterfassungs Einheiten MW1, MW2, die daraufhin
die fehlerhafte Leitung heraustrennen. Eine Ausführung des beschriebenen Leitungs-Differentialschutzes
mit zwei Verarbeitungs-Einheiten VE an den beiden Leitungsenden oder die Verwendung
eines geänderten Schutzalgorithmus' ist naturlich ebenfalls möglich.
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Beim Transformator-Differentialschutz TDS1 der prinzipiell wie ein
Leitungs-Differentialschutz arbeitet, muß von der Verarbeitungs-Einheit VE zusätzlich
Einschaltverhalten, Schaltgruppe und Übersetzung des Transformators TR mitberücksichtigt
werden. Ein Problem bildet hierbei der beim Einschalten entstehende Summenstrom,
der nicht aus einem Transformatorfehler, sondern aus den magnetischen Ausgleichsvorgängen
resultiert. Als Erkennungskriterium eines solchen Einschaltvorganges können die
dabei auftretenden geradzahligen Oberwellen herangezogen werden. Sie werden, ähnlich
den Grundwellen, von der Verarbeitungs-Einheit VE durch digitale Filterung ermittelt
und dienen als Sperrkriterium für die Auslosesignale. Die Berücksichtigung der Schalt
gruppe und des Übersetzungsverhältnisses kann sehr einfach durch deren Eingabe in
die Verarbeitungs-Einheit VE erfolgen.
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Die Fig. 7 zeigt die prinzipielle Ausbildung als Sammelschienenschutz
unter Verwendung von mehreren Meßwerterfassungs-Einheiten MWE1 bis MWEn entsprechend
der Anzahl von Abgän$en 1 Abgänge 1 bis n und einer Datenverarbeitungs-Einheit
VE.
Angedeutet ist eine Sammelschiene SS mit Abschnitten SSi, SSy und einer Kupplung
K Jede Meßwerterfassungs-Einheit MfEt bis MWEn kann maximal die Meßwerte von zwei
Abgängen erfassen, da für den Sammelschienenschutz nur die Phasenströme erfaßt werden
müssen. Die Meßwerte werden von den MeBwerterfas3ungs-Einheiten MWE1 bis MWEn zu
den Mikroprozssorsystemen T1-Tm übertragen, die eine Datenvorverarbeitung durchführen,
welche das Differenzieren der Phasenströme, das Ermitteln der Stromrichtungen der
differenzierten Phasenströme, die Grundwellenberechnung aus den nicht differenzierten
Phasenströmen, die Anregebestimmung für die Abgänge und die Schalterstellung der
Abgänge umfaßt.
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Auf diese aufbereiteten und im jeweiligen Koppeispeicher stehenden
Daten greifen die Mikroprozessorsysteme Ml, M2 zu. Es werden zyklisch Stromrichtung,
Anregung und Schalterstellung eingelesen und damit der Zustand der Sammelschiene
SS nachgebildet und im Fehlerfall ein Aus lösesignal für alle an der Sammelschiene
liegenden Schalter gebildet.
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Nachstehend wird die Wirkungsweise des Sammelschienenschutzes nach
der Fig. 7 anhand des Taktsignaldiagramms nach der Fig. 8 näher erläutert Aus dem
Diagramm ist der Ablauf in der Meßwerterfassungs-Einheit MWE, der Datentransfer
von dieser Einheit zum Mikroprozessorsystem T der Verarbeitungs-Einheit VE, der
Ablauf in diesem Mikroprozessorsystem T und die Übergabe der Grundwellenberechnung
dieses Mikroprozessorsystems T an das Mikroprozessorsystem M und dessen Fehlerübergabe
an die Meßwerterfassungs-Einheit MWE ersichtlich.
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Mit AI ist die Abtastimpulsfolge der Abtast-Halteglieder 6, 6' bezeichnet,
durch welche die Meßwerte abgetastet werden; es liegt beispielsweise eine feste
Abtastfrequenz von 1 kHz vor1 die gegenüber der Grundwelle der Phasengrößen von
50 Hz relativ hoch ist. Innerhalb der Zeitdauer t2 bis t3, t9 bis ttO, ti6 bis t17
usw. werden die Meßwerte der Phasenleitungen abgetastet.
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Innerhalb jeweils zweier Abtastimpulse I läuft im Zeitraum t3 bis
t7, t10 bis t14 usw. eine Meßkreis- und Schaltersteuerung MP ab, in welcher die
Analog-Digitalwandlung der abgetasteten Meßwerte durch die Meßwerterfassungs-Einheit
MWE erfolgt; diese digitalisierten Meßwerte befinden sich im Speicher 12 des Mikroprozessorsystems
10 der Meßwerterfassungs-Einheit MWE.
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Die Impulsfolge VM stellt den Datentransfer von der Verarbeitungs-Einheit
VE zur Meßwerterfassungs-Einheit MWE dar. Von der Verarbeitungs-Einheit VE werden
Schalterinformationen an die Meßwerterfassungs-Einheit MWE übertragen; durch die
gestrichelten Linien sind beispielsweise 6 Bytes angedeutet, welche Schalterinformationen
und Steuerparameter für die Meßwerterfassungs-Einheit MWE beinhalten; es ist ferner
ein Synchronisations-Byte L' vorgesehen, welches die Abtastimpulse I aktiviert,
wie durch den Pfeil A' angedeutet. Dieses Synchronisations-Byte tritt zum Zeitpunkt
tl auf und endet zum Zeitpunkt t2, zu welchem der erste Abtastimpuls I der Impulsfolge
AI auftritt.
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Die Impulsfoige MV stellt den Datenverkehr von der MeB-werterfassungs-Einheit
MWE zur Verarbeitungs-Einheit VE dar; es werden die im Speicher 12 befindlichen
digitalisierten Meßwerte, wie beispielsweise Phasenströme beginnend ab Zeitpunkt
tl, t7, ti4, t21 zum Mikroprozessor-
system T der Verarbeitungs-Einheit
VE übertragen, wie durch die Pfeile NW' angedeutet 9 und dort abgelegt.
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Innerhalb des Zeitraumes t1 bis t69 t7 bis t13 9 t21 bis t27 ist jeweils
ein Satz Daten übertragen1 wie durch die Strichelung L" angedeutet ist.
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Mit GW ist der Ablauf für die mittels des Mikroprozessorsystems T
durchgeführte Grundwellenberechnung angedeutet; diese beginnt nach der Übertragung
eines Datensatzes von der Meßwerterfassungs-Einheit in das Mikroprozessor system
T, durch Pfeil MWT angedeutet, zu den Zeitpunkten t6, t13, t20, t27.
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Das Programm für die Grundwellenberechnung befi 3t sich im Mikroprozessorsystem
Tl.
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Mit FE ist der Ablauf für das 4ikroprozessorsystem M an gedeutet,
welches aus den Amplituden Fehler erkennt. Der Start der Fehlerberechnung fällt
immer mit dem Ende einer Grundwellenberechnung zusammen, im dargestellten Fall zum
Zeitpunkt t5 bzw. t26 und endet zum Zeitpunkt t21 bzw.
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tO; liegt ein Sammelschienen-Fehler vor, so werden vom Mikroprozessorsystem
M zu diesen Zeitpunkten Aus-Signale als Informationen für die Schalter an die Meßwerterfassungs-Einheit
gegeben, wie aus der Impulsfolge VM ersichtlich und durch die Pfeile TN angedeutet
ist. Der nächste Start einer Fehlerberechnung liegt zum Zeitpunkt t26, nachdem in
den Zeiträumen t6 bis t12, t13 bis t19, t20 bis t26 mehrere Grundwellenberechnungen
durchgeführt wurden, Für jede neue Fehlerberechnung FE wird stets der zur Startzeit
gültige Wert der Grundwellenberechnung herangezogen. Da die Mikroprozessorsysteme
M, T und die Meßwerterfassungs-Einheit MWE unabhängig voneinander
arbeiten,
hat die Dauer der Fehlerberechnung FE keinen Einfluß auf die Grundwellenberechnung
und die Abtastung der Phasenströme.