DE3640643C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Prüfung eines Steuerstromkreises eines Fernwirkgerätes, wel­ ches von einer Zentralstation einen Fernsteuerbefehl empfängt und diesen durch Anschaltung des Steuerstromkreises an eine Steuerenergiequelle ausführt.

Fernwirkgeräte zur Ausführung zentral ausgegebener Fernsteuer­ befehle werden z. B. von Energieversorgungsunternehmen eingesetzt, um in Umspannwerken, Trafostationen oder ähnlichen dezentralen Einrichtungen Schalthandlungen auszulösen (EP 01 92 120 A2). An die Zuverlässig­ keit solcher Fernsteuerungen werden hohe Anforderungen gestellt. So etwa werden die von der Zentralstation ausgehenden Fernsteuer­ befehle (Telegramme) mittels eines hochredundanten, störsicheren Codes zum jeweiligen Fernwirkgerät übertragen. Dort wird der empfangene Fernsteuerbefehl erst einmal auf seine Plausibilität überprüft; z. B. darf die Anweisung aus sicherheitstechnischen Gründen normalerweise nur auf die Anschaltung eines einzigen Steuerstromkreises (oder einer einzigen Gruppe von Steuerstrom­ kreisen) lauten. Unstimmigkeiten, die von seiten des Fernwirk­ gerätes festgestellt werden, führen zur Annahmeverweigerung und Störungsrückmeldung an die Zentralstation.

Aber auch wenn ein Befehl vom Fernwirkgerät als akzeptabel er­ kannt und quittiert worden ist, werden vor seiner Ausführung, z. B. der Betätigung von Leistungsschaltern, Trennern usw., weitere Kontrollen vorgenommen, die sich auf den Zustand des anzuschaltenden Stromkreises (bzw. der anzuschaltenden Gruppe von Stromkreisen) beziehen. Diese abschließende Prüfung vor der eigentlichen Befehlsausführung ist auch unter der Bezeich­ nung Schaltstromkontrolle bekannt. Ihre Aufgabe ist es, den (die) ausgewählten Steuerstromkreis(e) auf Kurzschluß, Schluß mit dem positiven oder negativen Potential der Steuerspannung, Schluß zwischen zwei Steuerstromkreisen oder, als allgemeines Kriterium, die Einhaltung eines vorgegebenen Widerstandswertes zu überprü­ fen. Wenn nämlich z. B. aufgrund mechanischer Effekte, wie ver­ schweißter Relaiskontakte, überbrückter Ausgangsklemmen, zu­ sammengebogener Lötfahnen, beschädigter Adernisolierung o. ä., zwei Steuerstromkreise, die normalerweise nur einzeln aktiviert werden dürfen, unzulässigerweise parallel geschaltet sind, läßt sich dieser Zustand an dem herabgesetzten Widerstandswert er­ kennen. Umgekehrt führt z. B. ein Leiterbruch zu einem unzulässig hohen Widerstandswert.

Aus der DE 35 13 849 A1 ist ein Verfahren zur passiven Überwa­ chung und aktiven Bestimmung der Isolationswiderstände von Bau­ gruppen bekannt. Zur passiven Überwachung dient dabei ein so­ genanntes "Bewegungsfenster", dessen oberer und unterer Grenz­ wert von sogenannten "Fehlerspannungsverhältnissen" gebildet wird. Innerhalb des "Bewegungsfensters" darf sich ein zu über­ wachendes und die jeweiligen Isolationswiderstände repräsen­ tierendes Spannungsverhältnis verändern. Bei Überschreiten der Grenzwerte wird ein Signal ausgelöst und es werden die Isola­ tionswiderstände ermittelt. Hierzu wird der zu überwachenden Baugruppe ein Eingangsmeßkreis mit Referenzwiderständen vor­ geschaltet.

Aus der DE 29 40 598 A1 ist des weiteren eine Störungserken­ nungseinrichtung bekannt. Dabei wird mit Hilfe von zwei Schwell­ wertschaltungen eine Spannungspegel-Überwachung für ein Signal durchgeführt. Hierzu wird der Spannungspegel des Signales über eine Konstantstromquelle in einen Strompegel umgesetzt, welcher anschließend von zwei, jeweils aus Operationsverstärkern auf­ gebauten Schwellwertschaltern auf Einhaltung einer oberen bzw. unteren Grenze überwacht wird.

Bekannte Einrichtungen zur Überprüfung des Widerstandes von Stromkreisen arbeiten mit einer Widerstandsmeßbrücke. Der zu überprüfende Steuerstromkreis wird dabei in einen Zweig der Meßbrücke geschaltet. In einen anderen Zweig werden zwei verschieden dimensionierte Widerstände nacheinander eingefügt, um die Ein­ haltung eines oberen und eines unteren Grenzwertes des ohmschen Widerstandes des zu prüfenden Steuerstromkreises festzustellen. Der absolute Widerstandswert wird nicht gemessen; die Meßbrücken­ methode liefert als Ergebnis der beiden aufeinanderfolgenden Meßschritte lediglich eine Ja/Nein-Aussage, nämlich ob der Widerstandswert in einem bestimmten Toleranzband liegt oder nicht.

Da die bekannten Meßbrücken zur Überprüfung aller in Frage kommender Stromkreise geeignet sein sollen, dürfen dort die Widerstände der Stromkreise, d. h. der z. B. darin enthaltenen Steuerorgane inklusive ihrer Zuleitungen, nicht zu stark von­ einander abweichen. Anderenfalls müssen entweder Steuerzwischen­ relais mit vergleichbaren Widerstandswerten oder zusätzliche Meßwiderstände eingeführt werden, was bei der in der Praxis oftmals hohen Zahl von Steuerstromkreisen einen erheblichen Aufwand bedeutet. Das gleiche gilt für den Versuch eines Ab­ gleichs der Widerstandswerte der Steuerstromkreise durch An­ passung der jeweiligen Zuleitungslängen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung gattungsgemäßer Einrichtungen und Verfahren, die die Überprüfung eines Steuerstromkreises oder einer Gruppe von Steuerstromkrei­ sen in Fernwirkgeräten auf Einhaltung eines individuellen Toleranzbereiches des zu­ gehörigen ohmschen Widerstandes ohne einen individualisierenden Hardware-Aufwand erlauben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1 bzw. 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbil­ dungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Der Hauptvorteil der Erfindung besteht darin, daß jeder Steuer­ stromkreis bzw. jede Gruppe von Steuerstromkreisen individuell, d. h. ohne Beschränkung durch diskrete Meßwiderstände auf die Einhaltung eines oberen und eines unteren Grenzwertes des ohmschen Widerstandes überprüft werden kann. Dadurch ent­ fallen aufwendige Maßnahmen zur Symmetrierung der Steuerstrom­ kreise. Außerdem kann der Zustand der Steuerstromkreise zu­ verlässiger diagnostiziert werden. Auch kann die Breite des Toleranzbandes für jeden Steuerstromkreis unterschiedlich ge­ wählt werden.

Die Einleitung z. B. eines Konstantstroms als elektrische Meßgröße in einen zu prüfenden Steuer­ stromkreis, liefert in vorteilhafter Weise unmittelbar ein zum Widerstandswert des Steuerstromkreises proportionales Analogsignal, z. B. in Form eines Spannungssignales. Dieses wird bevorzugt störsicher digitalisiert. Die Ansprüche 5 bzw. 11 demonstrieren den Vorzug der Erfindung im Zusammenhang mit der Überwachung einer Mehrzahl von Steuerstromkreisen, die unter­ schiedliche Widerstandswerte aufweisen dürfen. Die individuali­ sierten Toleranzbereiche können vorteilhaft auch noch in Abhängigkeit von der Eigen- oder Umgebungstemperatur der Steuerstromkreise verschoben werden. Die Zusammenfassung einer Teilmenge paralleler Steuerstromkreise zu einer Steuer­ stromkreisgruppe, spart Speicherplatz und Meßzeit. Schließlich kann noch der Aufwand zur Inbetrieb­ setzung oder Aktualisierung der Prüfeinrichtung dadurch reduziert werden, daß der in einem Startzustand ge­ messene Widerstand mindestens eines Steuerstromkreises als zu­ gehöriger Sollwert abgespeichert wird (Selbstparametrierung).

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung nachstehend näher erläutert. Die Figur zeigt ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Fernwirkgerätes.

Das Fernwirkgerät FWG erhält von einer Zentralstation 7 über einen drahtlosen oder drahtgebundenen Fernsteuerkanal 8 einen Fernsteuerbefehl, dessen Zusammensetzung und Überprüfung be­ reits eingangs geschildert wurden. Zur weiteren Beschreibung wird daher davon ausgegangen, daß ein bereits als zulässig er­ kannter Fernsteuerbefehl an die Recheneinheit 6 gelangt. Dies sei z. B. ein Befehl, der die (ausschließliche) Anschaltung des Schaltschützes A 1 verlangt. Bevor nun die Recheneinheit 6 die Steuerspannungsquelle P, N über die Freigabekontakte FR -, FR + des Freigaberelais 3 und über den Relaiskontakt k1 des Steuer­ relais K1 an die Steuerspule des Schaltschützes A1 anschaltet, wird der Widerstand R1 des beschriebenen Steuerstromkreises k1, A1 gemessen und mit einem Sollwert S1 verglichen, um im Fall eines irregulären Widerstandswerts R1 Rückschlüsse auf etwa vor­ liegende fehlerhafte Zustände ziehen zu können. Als letztere kommen Kurzschlüsse im Steuerstromkreis (Wicklungsschluß des Schaltschützes A1), unzulässigerweise anliegende Potentiale oder unzulässige Parallelschaltungen mit Nachbarsteuerstromkreisen, z. B. aufgrund eines verschweißten Relaiskontaktes kn, in Be­ tracht.

Die Messung des Widerstands R1 des Steuerstromkreises k1, A1 geschieht in folgender Weise. Aus der Steuerspannungsquelle P, N wird eine Konstantstromquelle 1 mit einer Eingangsspannung U gespeist. Die Recheneinheit 6 veranlaßt über den Treiber TK das Anziehen des Steuerrelais K1, d. h. das Schließen des Relaiskon­ takts k1, und über den Treiber T2 das Schließen der von dem Prüfrelais 2 betätigten Kontakte, während die vom Freigaberelais 3 betätigbaren Kontakte FR-, FR+ in der gezeichneten Stellung verharren. Dadurch ist die Steuerspannungsquelle P, N vom Steuer­ stromkreis k1, A1 getrennt, während die Konstantstromquelle 1 den Konstantstrom IK durch den Steuerstromkreis k1, A1 treibt. Die Steuerspannungsquelle P, N soll erst nach erfolgter positi­ ver Prüfung an den Steuerstromkreis k1, A1 angeschaltet werden.

Die Konstantstromquelle 1 bezieht ihre Energie nicht notwendiger­ weise aus der Steuerspannungsquelle P, N, und zur Dimensionierung des Konstantstroms IK ist zu bemerken, daß er selbstverständ­ lich kleiner als der zur Betätigung des Schaltschützes A1 er­ forderliche Steuerstrom sein muß, damit nicht bereits beim Meß­ vorgang das Schaltschütz A1 anspricht. Um mehrere Meßbereiche und damit eine entsprechend breitere Meßspanne bei gleicher Meßgenauigkeit zu beherrschen, kann vorgesehen sein, daß die Höhe des Konstantstroms IK von der Recheneinheit 6 über die Steuerleitung 9 wählbar, insbesondere z. B. in mehrere Stufen umschaltbar ist.

Der von der Konstantstromquelle 1 durch den Steuerstromkreis k1, A1 getriebene Konstantstrom IK erzeugt am Eingang des Analog- Digital-Wandlers ADW nach dem ohmschen Gesetz eine zum Wider­ stand R1 des Steuerstromkreises k1, A1 proportionale Analogspan­ nung U1. Diese wird vom Analog-Digital-Wandler ADW in ein Digi­ talsignal d umgewandelt und der Recheneinheit 6 zugeführt. Dort wird das Digitalsignal d mit einem in einem Speicher der Rechen­ einheit 6 gespeicherten digitalen Sollwert S1 für den Widerstand R1 verglichen. Mit dem digitalen Sollwert S1 können Parameter für die zulässige Toleranz abgespeichert sein. Liegt das Digi­ talsignal d außerhalb eines solchen vorgegebenen Toleranzberei­ ches, setzt die Recheneinheit 6 über den Fernsteuerkanal 8 eine Störungsmeldung an die Zentralstation 7 ab. Dabei können auch bereits Diagnosedaten mitgeliefert werden, die einer in der Zentralstation 7 tätigen Bedienperson Rückschlüsse auf den Fehler und die gegebenenfalls zu ergreifenden Maßnahmen ermögli­ chen.

Befindet sich das Digitalsignal d innerhalb des zulässigen Tole­ ranzbereiches, veranlaßt die Recheneinheit 6 über den Treiber T2 das Öffnen der vom Prüfrelais 2 betätigten Kontakte, d. h. die Abschaltung der Konstantstromquelle 1, und über den Treiber T3 die Umschaltung der vom Freigaberelais 3 betätigten Freigabe­ kontakte FR-, FR+, so daß die Steuerspannungsquelle P, N schließ­ lich an den Steuerstromkreis k1, A1 angeschaltet und der Fern­ steuerbefehl damit ausgeführt wird.

Eine besonders störsichere Umwandlung der Analogspannung U1 in das Digitalsignal d kann dadurch geschehen, daß die Analogspan­ nung U1 in einem Spannungs-Frequenz-Wandler 4 in eine Impulsfolge, z. B. Rechteckpulsfolge, deren Frequenz f proportional zur Anlalog­ spannung U1 ist, umgesetzt wird und daß ein Digitalzähler 5 die innerhalb eines von der Recheneinheit 6 vorgegebenen Zeitinter­ valls anfallenden Impulse zählt. die Recheneinheit 6 startet und stoppt den Digitalzähler 5 über die Steuerleitung 10. Das frei­ gegebene Zeitfenster für den Zählvorgang hat eine definierte Breite, so daß der Stand des Digitalzählers 5 am Ende eines Zählintervalls ein digitales Maß für die Analogspannung U1 und damit wiederum für den Widerstand R1 des Steuerstromkreises k1, A1 ist. Durch die Doppeldiagonale im Spannungs-Frequenz-Wandler 4 ist eine Potentialtrennung, z. B. durch Optokoppler, zum Aus­ druck gebracht, die zwischen dem Steuerstromkreis k1, A1 und der Recheneinheit 6 vorgesehen sein kann.

Anstelle des Vergleichs des Digitalsignals d mit dem digitalen Sollwert S1 kann das Digitalsignal d eines bestimmten Startzu­ standes in den Speicher der Recheneinheit 6 als zukünftiger digitaler Sollwert S1 übernommen werden, so daß sich die Prüf­ einrichtung selbst parametriert.

Da ohmsche Widerstände temperaturabhängig sind, kann zur Ver­ meidung von Fehlentscheidungen der Prüfeinrichtung in solchen Fällen, in denen die Steuerstromkreise starken Temperaturschwan­ kungen ausgesetzt sind, ein Temperatursensor Y vorgesehen sein, der über eine Meldeleitung 11 der Recheneinheit 6 Informationen über die Eigen- oder Umgebungstemperatur des Schaltschützes A1 liefert. Die Recheneinheit 6 berücksichtigt dann den Temperatur­ zustand in Form einer Verschiebung des Toleranzbandes für den Widerstand R1 des betroffenen Steuerstromkreises k1, A1.

Ein Steuerstromkreis im Sinne der Erfindung muß nicht notwendi­ gerweise aus einem einzigen Schaltschütz A1 bestehen. Er kann auch eine ganze Gruppe von Schaltschützen umfassen. Jedenfalls können mit der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Vielzahl von Steuerstromkreisen bzw. Gruppen von Steuerstromkreisen indivi­ duell überprüft werden, ohne daß für jeden möglichen Widerstands­ wert eine eigene Meßschaltung oder ein eigenes Vergleichsnormal erforderlich wäre. Die differenzierte Überwachung der Steuer­ stromkreise erhöht gleichermaßen die Zuverlässigkeit und die Wirtschaftlichkeit eines damit ausgestatteten Fernwirkgerätes.

Claims (14)

1. Prüfeinrichtung für den Steuerstromkreis (k1, A1 . . . kn, An) eines Fernwirkgerätes (FWG), welches von einer Zentralstation (7) einen Fernsteuerbefehl empfängt und diesen durch Anschaltung des Steuerstromkreises an eine Steuerspannungsquelle (P, N) ausführt, mit

• a) einer Meßanordnung aus
  • a1) einem ersten Teil, welcher einer Meßenergiequelle (1) enthält und diese zunächst an den Steuerstromkreis an­ schaltet (T2, 2; T3, 3), wobei die Meßenergiequelle den Steuerstromkreis noch nicht aktiviert, und
  • a2) einem zweiten Teil (ADW), welcher das von der Meßener­ giequelle im Steuerstromkreis hervorgerufene Analog­ signal (U1) in ein den Widerstand des Steuerstromkrei­ ses repräsentierendes Digitalsignal (d) umwandelt, und
• b) einer digitalen Recheneinheit (G), welche den Steuerstrom­ kreis (k1, A1 . . . kn, An) nur dann an die Steuerenergiequelle (P, N) anschaltet (T3, 3; FR-, FR+), wenn der Widerstand des Steuerstromkreises innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbe­ reiches um einen in einem Speicher der Recheneinheit hin­ terlegten Sollwert (S1) liegt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Konstantstromquelle als Meßenergiequelle (1).

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Spannung als das von der Meßenergiequelle im Steuerstromkreis hervorgerufene Analogsignal (U1).

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der zweite Meßanordnungsteil (ADW) einen Spannungs-Frequenz-Wandler (4) zur Erzeugung einer Impulsfolge, deren Frequenz (f) proportional zum Analog­ signal (U1) ist, und einen Digitalzähler (5) zum Zählen der innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls anfallenden Impulse enthält.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der zu über­ prüfende Steuerstromkreis (k1, A1) einer aus einer Mehrzahl (n) von Steuerstromkreisen (k1, A1; . . .; kn, An) oder Steuerstrom­ kreisgruppen ist, für deren Widerstände (R1, . . ., Rn) digitale Sollwerte (S1, . . ., Sn) im Speicher der Recheneinheit (6) gespeichert sind.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet, durch einen Temperatursensor (Y) zur Rückmeldung der Eigen- und/oder Umgebungstemperatur mindestens eines im Steuerstromkreis (k1, A1) liegenden Steuer­ organs (A1), dessen Widerstandswert temperaturabhängig ist, an die Recheneinheit (6).

7. Prüfverfahren für den Steuerstromkreis (k1, A1) eines Fern­ wirkgerätes (FWG), welches von einer Zentralstation (7) einen Fernsteuerbefehl empfängt und diesen durch Anschalten des Steuerstromkreises an eine Steuerspannungsquelle (P, N) ausführt, wobei vor einer solchen Anschaltung

• a) der Steuerstromkreis mit einer vorgebbaren elektrischen Meßgröße (IK) beaufschlagt wird, welche den Steuerstromkreis noch nicht aktiviert,
• b) der Widerstand des Steuerstromkreises aus dem von der elek­ trischen Meßgröße hervorgerufenen Analog-Signal (U1) gebil­ det wird, und
• c) der Widerstand mit einem gespeicherten Sollwert (S1) ver­ glichen und auf Einhaltung eines vorgebbaren Toleranzbe­ reiches überprüft wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen Konstantstrom als vorgebbare elektrische Meßgröße (IK).

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das den Widerstand des Steuer­ stromkreises repräsentierende Analogsignal (U1) in ein Digital­ signal (d) umgewandelt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Analogsignal (U 1) in eine Impulsfolge mit zum Analogsignal (U 1) proportionaler Frequenz (f) umgesetzt wird und daß die innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls anfallenden Impulse digital gezählt werden, wobei das am Ende des Zeitintervalls erreichte Zählergebnis als Digitalsignal (d) verwendet wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zu überprüfende Steuerstromkreis (k1, A1) aus einer Mehrzahl (n) von Steuerstromkreisen (k1, A1; . . .; kn, An) ausgewählt wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Teilmenge paralleler Steuerstromkreise (k1, A1; . . .; kn, An) zu einer Steuer­ stromkreisgruppe zusammengefaßt wird, deren resultierender Gesamtwiderstand überprüft wird.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der in einem Startzustand gemessene Widerstand (R1) mindestens eines Steuer­ stromkreises (k1, A1) als zugehöriger Sollwert (S1) abge­ speichert wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Umge­ bungstemperatur oder/und Eigentemperatur mindestens eines im Steuerstromkreis (k1, A1) liegenden Steuerorgans (A1), dessen Widerstandswert temperaturabhängig ist, überwacht wird und daß beim Vergleich zwischen dem gemessenen Widerstand (R1) des Steuerstromkreises (k1, A1) und dem zugehörigen Sollwert (S1) der Temperaturgang des Widerstands (R1 ) berücksichtigt wird.