DE3643391A1

DE3643391A1 - Verfahren zur automatischen einstellung von erdschlussspulen

Info

Publication number: DE3643391A1
Application number: DE19863643391
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr Mecklenburg
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Areva Energietechnik GmbH
Priority date: 1986-01-31
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 1987-08-06
Also published as: DE3643391C2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen in elektrischen Netzen, bei dem die Sternpunkt-Erd-Spannung ständig gemessen und die Induktivität der Erdschlußspule innerhalb eines vorgegebenen, die Resonanzinduktivitäten einschließenden Induktivitätsbereich in Abhängigkeit von der gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannung geändert wird, bis eine einem Resonanzwert entsprechende Sternpunkt-Erd-Spannung oder ein Teilbetrag davon erreicht ist. Als Mittel zur Verminderung der Auswirkungen von Erdschlüssel in Mittel- und Hochspannungsnetzen wird die Erdschlußkompensation verwendet. Man versteht darunter die Verbindung von einem oder mehreren Netzsternpunkten mit Erde über verlustarme Spulen, deren Induktivitäten mit den Leiter- Erdkapazitäten einen Parallelschwingkreis bilden. Die Spulen werden so bemessen, daß die Resonanzfrequenz des Schwingkreises mit der Netzfrequenz übereinstimmt. Damit hängt die erforderliche Spuleninduktivität, die aus der Angabe der Spulenleistung zu ermitteln ist, von der Ausdehnung und Ausführung des Netzes ab. Die benötigte Spulenleistung ist also von der Größe des Erdschlußstromes und der Höhe der Leiter-Erdspannung des Netzes abhängig.

An die Erdschlußkompensation wird die Bedingung gestellt, daß die Erdschlußspule mit den sich ständig ändernden, vom Netzzustand bestimmten Leiter-Erdkapazitäten, bei Netzfrequenz in Resonanz oder in einem bestimmten Zustand der Unter- oder Überkompensation ist. Nach jeder Betriebsschaltung im Netz muß daher die Spuleninduktivität auf die neue Leiter-Erdkapazität abgestimmt werden. Es ist eine Einrichtung zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen (PETERSEN-Spulen) bekannt, bei dem während der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule die Polarität des Differentialquotienten der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit festgestellt wird. Tritt beim Verändern der Induktivität ein positiver Differentialquotient auf, dann wird die Richtung der Veränderung der Iduktivität zunächst so lange beibehalten, bis die Resonanzinduktivität erreicht ist, d. h. bis die Sternpunkt-Erd-Spannung ihren Maximalwert erreicht hat. Die nach dem Beginn eines Einstellzyklus eingeleitete Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule kann aber auch zu einem negativen Differentialquotienten der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit führen. Dann wird die Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule nach einer vorgebbaren Zeitspanne geändert. Die Induktivität wird also nur für diese vorgebbare Zeit in einer Richtung geändert, in der die maximale Sternpunkt-Erd-Spannung nicht festgestellt werden kann. Anschließend wird durch die Umkehr der Einstellrichtung die Möglichkeit der Feststellung der maximalen Sternpunkt-Erd-Spannung geschaffen. Beim Erreichen der Resonanzinduktivität wird die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule und die Richtung dieser Veränderung zunächst noch beibehalten, so daß nunmehr die Sternpunkt-Erd-Spannung wieder abnimmt, also ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit entsteht. Liegt nun dieser negative Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nach der Zeit die vorgegebene Zeitspanne vor, so wird die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule gestoppt. Die zuvor beschriebene "vorgebbare Zeitspanne", innerhalb der ein negativer Differentialquotient der Sternpunkt-Erd-Spannung nicht zu einer Änderung der Richtung der Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule führt, verhindert also, durch Spannungseinbrüche im Drehstromnetz entstehende Maxima der Sternpunkt-Erd-Spannung als das die Resonanzinduktivität anzeigende Maximum der Sternpunkt-Erd-Spannung zu erkennen (CH-PS 2 95 806).

Der Einstellzyklus wird nach Ablauf der vorgebbaren Zeitspanne nach dem Erreichen der Resonanzinduktivität beendet.

Bekannt ist auch ein Verfahren zum automatischen Einstellen von Erdschlußspulen, bei dem in einem ersten Einstellschritt die maximal auftretende Sternpunkt-Erd-Spannung gemessen und gespeichert wird. In einem anschließenden zweiten Einstellschritt wird die Veränderung der Induktivität der Erdschlußspule beim Erreichen der gespeicherten Sternpunkt-Erd-Spannung oder eines vorgebbaren Teilbetrags dieser Spannung beendet. Damit soll die gewünschte Kompensation mit hoher Genauigkeit erzielt werden (DE-PS 23 58 197).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Gattung derart weiterzuentwickeln, daß für die Einstellung des Kompensationszustands weniger Zeit benötigt wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch 1 beschriebenen Maßnahmen gelöst. Die Spuleninduktivität wird bei dem im Patentanspruch 1 angegebenen Verfahren zu Beginn eines jeden Einstellvorgangs entweder sofort oder nach kurzer Zeit in der richtigen Richtung verstellt. Eine weitere Umkehr der Verstelleinrichtung nach einer vorgebbaren Zeit ist bis zum Erreichen der Resonanzstellung nicht notwendig. Die Resonanzinduktivität wird daher im allgemeinen in kürzerer Zeit erreicht. Die Einstellvorgänge werden somit abgekürzt, was zu einer größeren Sicherheit im Netz beiträgt.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform ist vorgesehen, daß die Neigung der Tangente an die Resonanzkurve der Sternpunkt-Erd-Spannung als Funktion der Induktivität für die jeweils eingestellte Induktivität gespeichert wird, daß in vorgebbaren Zeitabständen die Neigung durch Veränderung der Induktivität, Messung der Sternpunkt- Erd-Spannung und Quotientenbildung bestimmt und mit dem gespeicherten Wert verglichen wird und daß bei Vorzeichenabweichungen oder Abweichungen, die eine vorgebbare Schwelle überschreiten, ein Einstellzyklus ausgelöst wird, bei dem der erste kurz nach dem Beginn der Verstellung der Erdschluß-Löschspule gemessene Wert der Sternpunkt-Erd-Spannung zur Bildung der ersten Differenz vom Wert der vor dem Einstellzyklus gemessenen Sternpunkt- Erd-Spannung subtrahiert wird. Diese Methode eignet sich zur Feststellung von Änderungen des Netzes, wenn die Sternpunkt-Erd- Spannung gleich bleibt. Dieser Fall tritt ein, wenn die Sternpunkt- Erd-Spannung dem Schnittpunkt der Resonanzkurve vor der Änderung der Parameter des Netzes und der Resonanzkurve nach der Parameteränderung entspricht. Durch Ermittlung der Neigung der Tangente kann festgestellt werden, ob sich die Resonanzkurve und damit der Netzzustand geändert hat. Die Methode ist auch in Verbindung mit bekannten Verfahren zum automatischen Einstellen von Erdschluß-Löschspulen, wie sie z. B. in der DE-PS 23 58 197 beschrieben sind, einsetzbar. Die Neigung der Tangente wird vorwiegend näherungsweise nach der Differenzmethode bestimmt, d. h. es wird neben dem Einstellwert der Sternpunkt-Erd-Spannung ein zweiter Wert durch geringfügige Verstellung der Erdschluß-Löschspule gemessen. Aus der Differenz und der Differenz der den gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannungen zugeordneten Induktivitätswerten wird dann die Neigung der Tangente näherungsweise bestimmt. Die Neigung wird mit der schon vorher für den Einstellwert ermittelten Neigung der Tangente verglichen. Wenn zwischen beiden Neigungswerten ein Unterschied besteht, der über einer vorgegebenen Schwelle liegt, wird ein Einstellzyklus eingeleitet.

Eine Vorrichtung zur Durchführung der oben beschriebenen Verfahren weist erfindungsgemäß die im Anspruch 6 beschriebenen Merkmale auf.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus dem sich weitere Merkmale sowie Vorteile ergeben.

Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm von Sternpunkt-Erd-Spannungen in Abhängigkeit von der Induktivität der Erdschluß-Löschspule für verschiedene Netzkonfigurationen,

Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur automatischen Einstellung einer Erdschlußspule.

Die Fig. 1 zeigt drei verschiedene Resonanzkurven 1, 2, 3, die jeweils verschiedenen Netzkonfigurationen entsprechen, die beispielsweise durch Zu- oder Abschaltung einzelner Netzteile und durch Änderung der atmosphärischen Einflüsse auf die Elemente des Netzes auftreten können. In Fig. 2 ist ein Sternpunktsystem R, S, T eines Netzes dargestellt. Der Sternpunkt ist über eine Erdschluß- Löschspule an Erde gelegt. Bei der Erdschluß-Löschspule 4 handelt es sich um eine Tauchkernspule. Es sei angenommen, daß die in Fig. 1 mit L bezeichnete Induktivität der Erdschluß-Löschspule 4 nicht auf den Resonanzfall, sondern auf eine Überkompensation eingestellt sein soll, um die im Resonanzfall möglicherweise auftretenden, unerwünscht hohen Sternpunkt-Erd-Spannungen zu vermeiden.

In Fig. 1 ist für die der Resonanzkurve 2 entsprechende Netzfiguration die einer Einstellung L ₂ der Induktivität der Erdschluß- Löschspule entsprechende Sternpunkt-Erd-Spannung U _E2 dargestellt. Es liegt somit eine Überkompensation vor. Tritt nun eine andere Netzkonfiguration auf, wie sie der Resonanzkurve 1 entspricht, dann geht die Sternpunkt-Erd-Spannung U _E bei gleicher Induktivität L ₂ auf den Wert U _E2′ zurück. Die Induktivität L ₂ führt jedoch bei der der Resonanzkurve 1 entsprechenden Netzkonfiguration nicht zu dem gewünschten Kompensationszustand des Netzes. Es muß daher mit einem Regelvorgang die Induktivität der Erdschluß-Löschspule neu auf den gewünschten Kompensationszustand eingestellt werden. Die Sternpunkt-Erd-Spannung wird hierzu laufend gemessen. Wenn die Sternpunkt-Erd-Spannung von dem einem bestimmten Kompensationszustand entsprechenden Wert U _E2 um einen bestimmten, vorgebbaren Betrag abweicht, dann beginnt ein neuer Einstellzyklus. Der Sternpunkt- Erd-Spannung U _E2′ weicht in so starkem Maße von der Sternpunkt- Erd-Spannung U _E2 ab, daß ein neuer Einstellzyklus notwendig ist.

Die eingestellte Stenpunkt-Erd-Spannung U _E2 wird gespeichert. Zu Beginn des Einstellzyklus wird die Spannung U _E2′ gemessen und gespeichert. Es wird die Differenz Δ U ₁ = U _E2 - U _E2- gebildet. Gespeichert wird der Betrag Δ U ₁ und das Vorzeichen. Danach wird die Erdschluß-Löschtaste neu eingestellt, d. h. die Induktivität wird verändert. Von den während der Veränderung der Induktivität aufretenden Sternpunkt-Erd-Spannungen wird zumindest eine kurz nach Beginn der Verstellung gemessen und gespeichert. Es handelt sich beispielsweise um U _E1′, der die Induktivität L ₁ entspricht. Diese Spannung U _E1′ wird ebenfalls von der Spannung U _E2 subtrahiert. Es ergibt sich die Differenz Δ U ₂ = U _E2- - U _E1′. Weiterverarbeitet wird nur der Betrag Δ U ₂ ,der mit dem Betrag der ersten Differenz Δ U ₁ verglichen wird. Wenn die zweite Differenz Δ U ₂ kleiner als die erste Differenz Δ U ₁ ist, dann wird bei positivem Vorzeichen der ersten Differenz Δ U ₁ die gerade vorhandene Verstelleinrichtung des Tauchkerns der Erdschluß- Löschspule beibehalten. Ergibt sich, daß Δ U ₂ ≦ωτ - Δ U ₁ ist, dann wird bei negativem Vorzeichen von Δ U ₁ die gerade vorhandene Verstelleinrichtung des Tauchkerns beibehalten. Wenn Δ U ₂ ≦λτ Δ U ₁ ist, wird bei positivem Vorzeichen von U ₁ die Verstellrichtung umgekehrt. Ebenso wird bei Δ U ₂ ≦ωτ Δ U ₁ und negativem Vorzeichen von Δ U ₁ die Verstellrichtung des Tauchkerns umgekehrt.

Es können auch zu Beginn des Vergleichs mehrere Sternpunkt-Erd- Spannungen in vorgebbaren Zeitabständen gemessen und auf die oben beschriebene Weise zu zweiten, dritten usw. Differenzen mit dem Wert U _E2 verrechnet werden. Mit diesen Differenzen werden dann ebenfalls die oben für den Wert U _E1′ erläuterten Vergleichsoperationen durchgeführt. Die mehrfache Durchführung der oben angegebenen Verfahrensmaßnahmen macht das Ergebnis sicherer gegen Störimpulseinflüsse. Gespeichert wird auch eine Information, die sich auf die Verstellrichtung der Induktivität in Verbindung mit einer Zunahme oder einer Abnahme der Induktivität bezieht. Diese Information wird zusammen mit dem Ergebnis des Vergleichs verarbeitet. Zeigt der Vergleich eine Zunahme der Sternpunkt-Erd-Spannung bei abnehmender Induktivität L, dann findet der Einstellzyklus im Bereich der Überkompensation statt, d. h. nach der Feststellung des Spannungsmaximums U _1max muß die Verstellrichtung der Induktivität wieder umgekehrt werden, bis eine Sternpunkt- Erd-Spannung U _E1 erreicht wird, die der gewünschten Überkompensation für die durch die Resonanzkurve 1 gegebenen Netzkonfiguration entspricht. Bei einer Unterkompensation ist eine Umkehr der Verstellrichtung nicht notwendig. Falls durch Schaltmaßnahmen bzw. atmosphärische Einflüsse ein Übergang von der durch die Resonanzkurve 2 repräsentierten Netzkonfiguration zu der der Resonanzkurve 3 entsprechenden Netzkonfiguration eintritt, wird eine Spannung U _E3′ gemessen. Die Größe der Spannungsdifferenz U _E2 - U _E3′ ruft einen Regelzyklus vor. Die Verstellrichtung der Tauschkernspule wird auf die oben beschriebene Weise bestimmt. Eine Zunahme der Sternpunkt-Erd-Spannung in Verbindung mit einer Zunahme der Induktivität bedeutet, daß das Spannungsmaximum U _3max der Resonanzkurve 3 überfahren werden muß, damit der Regelzyklus nach Erreichen der Spannung U _E3 beendet werden kann, die der gewünschte Überkompensation im Netz entspricht.

Die Sternpunkt-Erd-Spannung wird mittels einer Hilfswicklung 5 an der Erdschlußlöschspule abgegriffen und einem Gleitrichter 6 zugeführt, dem ein A/D-Wandler 7 nachgeschaltet ist, der mit einem Bus 8 verbunden ist. An den Bus 8 sind ein Mikroprozessor 9 sowie ein PROM 10, ein RAM 11 und eine Eingabe/Ausgabeschaltung 12 abgeschlossen. Im PROM 10, einem Festwertspeicher, ist ein Programm für den Mikroprozessor 9 gespeichert. Das RAM 11, ein Speicher mit wahlfreiem Zugriff, enthält die über der A/D-Wandler 7 gewonnenen Meßwerte der Sternpunkt-Erd-Spannung. An die Eingabe/Ausgabeschaltung sind z. B. Relais 13, 14 angeschlossen, mit denen über Kontakte 15, 16 die Drehrichtung eines Motors 7 eingestellt werden kann, der den Tauchkern der Erdschlußlöschspule 4 antreibt. Der Mikroprozessor 9 steuert den A/D-Wandler, das Einlesen der Meßwerte in das RAM 11, überwacht die Meßwerte auf Änderungen im Hinblick auf eine vorgebbare Schwelle und wickelt im Bedarfsfalle einen Regelzyklus durch Anschaltung des Motors 17 an eine Spannungsquelle, Vergleich der Meßwerte und Einschaltung der richtigen Verstellrichtung der Induktivität L ab, bis der gewünschte Kompensationszustand erreicht ist.

Unter Umständen ist die Tauchkernspule auf die Induktivität L 3 bei einer Sternpunkt-Erd-Spannung U _L3 eingestellt. Wenn infolge Änderung des Netzzustands die Resonanzkurve 2 in die Resonanzkurve 3 übergeht, ändert sich die Sternpunkt-Erd-Spannung nicht. Bei der Resonanzkurve 3 kann jedoch ein anderer Einstellwert, z. B. U _E3′, gewünscht sein. Die Änderung des Netzzustands wird wie folgt festgestellt. Zu dem für die Resonanzkurve 2 eingestellten Wert U _L3 wird die Neigung der Tangente an die Resonanzkurve 2 festgestellt und gespeichert. Die Neigung kann näherungsweise nach der Differenzmethode ermittelt werden, indem die Differenz aus der Spannung U _L3 und einer dieser auf der Resonanzkurve 2 in kleinem Abstand benachbarten Spannung gebildet wird. Die diesen Spannungen zugeordneten Induktivitäten werden ebenfalls voneinander subtrahiert. Der Quotient der Differenzen ergibt den Sinus des Neigungswinkels. Der Quotient kann in regelmäßigen Zeitabständen festgestellt und mit dem ursprünglichen Quotienten für den Einstellwert U _L3 auch in Bezug auf das Vorzeichen verglichen werden. Falls eine Abweichung zwischen beiden Quotienten vorliegt, t die eine vorgebbare Schwelle überschreitet, wird ein Einstellzyklus eingeleitet. Bei einem derartigen Einstellzyklus wird erst nach dem Beginn der Tauchkernspulenverstellung eine Sternpunkt- Erd-Spannung gemessen und als Ausgangswert für die oben beschriebene Richtungsfestlegung verwendet werden. Der erste Meßwert der Sternpunkt-Erd-Spannung wird dann wie der Wert U _E2 weiterverarbeitet, während der Wert U _L3 dem Wert U _L3 dem Wert U _L2 entspricht.

Claims

1. Verfahren zur automatischen Einstellung von Erdschlußspulen in elektrischen Netzen, bei dem die Sternpunkt-End-Spannung ständig gemessen und die Induktivität der Erdschlußspule innerhalb eines vorgegebenen, die Resonanzinduktivitäten einschließenden Induktivitätsbereichs in Abhängigkeit von der gemessenen Sternpunkt-Erd- Spannung geändert wird, bis eine einem Resonanzwert entsprechende Sternpunkt-Erdspannung oder ein Teilbetrag davon erreicht ist, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Neueinstellung der Erdschlußlöschspule auslösenden Änderung der Sternpunkt-Erd-Spannung die Differenz zwischen den vor und nach der Änderung festgestellten Sternpunkt-Erd-Spannungen gebildet und als erste Differenz nach Betrag und Vorzeichen gespeichert wird, daß wenigstens kurz nach dem Beginn der Verstellung der Erdschluß-Löschspule die Sternpunkt-Erd-Spannung mindestens einmal gemessen und von dem Wert der Sternpunkt-Erd- Spannung der Änderung subtrahiert wird, daß der Betrag der zweiten Differenz mit dem Betrag der ersten Differenz verglichen wird und daß die Verstellrichtung der Induktivität der Erdschluß- Löschspule dann beibehalten wird, wenn das Vorzeichen der ersten Differenz positiv und die zweite Differenz kleiner als die erste Differenz oder das Vorzeichen der ersten Differenz negativ und die zweite Differenz größer als die erste Differenz ist und dann umgekehrt wird, wenn das Vorzeichen der ersten Differenz positiv und die zweite Differenz größer als die erste Differenz oder das Vorzeichen der ersten Differenz negativ und die zweite Differenz kleiner als die erste Differenz ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Beginn der Verstellung der Erdschluß-Löschspule mehrere Sternpunkt-Erd-Spannungen in vorgebbaren zeitlichen Abständen gemessen und von dem Wert der Sternpunkt-Erd-Spannung vor der Änderung subtrahiert werden und daß die Differenzen als weitere Differenzen gespeichert und mit der ersten Differenz nach Betrag und Vorzeichen zur Festlegung der Verstelleinrichtung der Induktivität der Erdschluß-Löschspule verglichen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Tangente an die Resonanzkurve der Sternpunkt- Erd-Spannung als Funktion für die jeweils eingestellte Induktivität gespeichert wird, daß in vorgebbaren Zeitabständen die Neigung durch Veränderung der Induktivität, Messung der Sternpunkt-Erd- Spannung und Quotientenbildung bestimmt und mit dem gespeicherten Wert verglichen wird und daß die Vorzeichenabweichungen oder Abweichungen, die eine vorgebbare Schwelle überschreiten, einen Einstellzyklus auslösen, bei dem der erste kurz nach dem Beginn der Verstellung der Erdschluß-Löschspule gemessene Wert der Sternpunkt- Erd-Spannung zur Bildung der ersten Differenz vom Wert der vor dem Einstellzyklus gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannung subtrahiert wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei Zunahme der Induktivität und bei einer oder mehreren gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannungen, die die zu Beginn des Einstellzyklus festgestellte Sternpunkt-Erd-Spannung überschreiten, die Verstellrichtung nach dem Erreichen des einem Resonanzfall entsprechenden Maximums der Sternpunkt-Erd-Spannung zur Einstellung einer Überkompensation beibehalten und zur Einstellung einer Unterkompensation umgekehrt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei Abnahme der Induktivität und bei einer oder mehreren gemessenen Sternpunkt-Erd-Spannungen, die die zu Beginn des Einstellzyklus festgestellte Sternpunkt-Erd-Spannung überschreiten, die Verstellrichtung nach dem Erreichen des einem Resonanzfall entsprechenden Maximus der Sternpunkt-Erd-Spannung zur Einstellung einer Überkompensation geändert und zur Einstellung einer Unterkompensation beibehalten wird.

6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die an einer Meßwicklung anstehende Sternpunkt-Erd-Spannung über einen Gleichrichter (6) an einen A/D-Wandler (7) gelegt ist, der über einen Bus (8) mit einem Mikroprozessor (9), einem PROM (10), einem RAM (11) und einer Eingabe-/Ausgabeschaltung (12) verbunden ist, der Relais (13, 14) zur Einstellung der Drehrichtung eines Motors (17) nachgeschaltet sind, der als Antrieb für einen Tauchkern der Erdschluß-Löschspule (4) vorgesehen ist.