FI89118C - Redundant digitalt distansskydd - Google Patents

Description

1 89118

Redundantti digitaalinen distanssisuoja

Distanssisuojaa käytetään oikosulun ja maavian yhteydessä voimaverkon ilmajohtojen ja kaapeleiden yhteydessä. Nykyään tällaiset suojat muodostetaan yleensä staattisilla puolijohdekomponenteilla ja digitaalitekniikkaa hyväksi käyttäen käynnistysreleissä, mittaus-, vaiheenvalinta-, aika- ja lau-kaisupiireissä, mikä aiheuttaa hyvin lyhyitä toiminta-aikoja.

Aluksi selostetaan modernin distanssisuojan toimintaperiaatteet. Suoja liitetään muuntajiin johdon virran ja jännitteen mittaamiseksi. Näiden suureiden amplitudin ja vaiheasennon avulla voidaan johdon impedanssi mitata toivotussa suunnassa suojan mittausmuuntajalta ja verrata suojassa säädettyyn toimintoalueeseen impedanssitasossa. Toimintoalueen ulompi raja määrittää pienimmän impedanssiarvon, joka johdolla voi olla normaalikäytössä. Kun johdon impedanssi on toimintoalu-eella, on johdossa vika, ja suojan on lähetettävä laukaisu-pulssi kytkimelle.

Toimintoalue muodostetaan usein nelikulmiona impedanssi-tasossa (R-X-taso) , ja alueen ulottuvuus resistiivisessä ja reaktiivisessa suunnassa on yleensä yksittäin säädettävissä.

Suojan toimintoaluetta voidaan myös lisätä säädettävissä, ajasta riippuvissa askeleissa, jolloin aikaansaadaan va-rasuojatoiminto, joka perustuu aikaselektiivisyyteen. Tällä ; tavalla voi suoja käsittää useita suoja- tai mittausalueita.

Lyhyesti tämä toimii siten, että esim. suoja toimii hetkel-lisesti vioilla sellaisilla johto-osilla, jotka alkavat mit-tauskohdasta. Toisella mittausalueella, joka käsittää ensim-"* mäisen alueen johto-osan lisättynä toisella johto-osalla, i · · toimii suoja tietyn säädetyn ajan päästä. Kolmannella mit-·:··: tausalueella, joka käsittää mittausalueen kaksi lisättynä 2 89118 toisella johto-osalla, aikaansaadaan toiminto vialla, joka esiintyy edelleen pienen aikalisän päästä jne.

Distanssisuojilla on yleensä myös suuntaa tunnistava toiminto. Johtoa, jota syötetään useasta asemasta, voidaan siksi suojata sekä edessä että takana sijaitsevien vikojen suhteen (suhteessa asemaan ja määritettyyn mittaussuuntaan). Suojien johdon tai johto-osan kummassakin päässä on siksi myös voitava kommunikoida toistensa kanssa.

Kuten aikaisemmin mainittiin, rakennetaan distanssisuojat nykyisin usein staattisista komponenteista ja digitaalitekniikkaa soveltaen mikroprosessorin ohjaamana. Vaikkakin sekä tällaisilla komponenteilla että mikroprosessoreilla on suuri luotettavuus, ei tietenkään vikoja tai tekemättä jääneitä toimintoja voida täysin välttää. Koska tapahtumatta jäänyt toiminto vian yhteydessä voi saada huomattavia seuraamuksia, näissä yhteyksissä yritetään eri tavalla hankkia redundanssia.

Usein redundanssi aikaansaadaan rinnakkain työnkentelevillä suojilla, joilla on suurinpiirtein sama toiminto, mahdollisesti eri mittausperiaatteilla jne. Usein valitaan rinnakkaiset suojat eri toimittajilta, tai suojat, joilla on eri pitkä toimintoaika.

Toinen tapa suojautua tapahtumatta jäänyttä toimintoa vastaan distanssisuojissa on suorittaa laukaisutoiminnon testejä. Nämä voidaan suorittaa ulkoisella testilaitteistolla tai suojaan sisäänrakennetulla testitoiminnolla. Suojan toimintojen kokeet voidaan suorittaa määrävälein tai muilla perusteilla, esim. kun kuormatilanteet osoittavat tukevia olosuhteita.

Vaikkakin testiajat voidaan pitää lyhyinä ja erilaisia hyvin nerokkaita menetelmiä on kehitetty milloin testit viedään läpi, on kuitenkin todettava, että johtovikoja testiajän 3 89118 aikana ei voida todeta. Tämä merkitsee ei-toivottua epävarmuutta suojan kokonaistoiminnon suhteen, joka voi olla häiritsevää .

Keksintö tarjoaa menetelmän ja laitteen menetelmän toteuttamiseksi, jolla vian esiintyessä digitaalisessa signaalin käsittelyssä ja/tai mikäli on todettu vikoja automaattisten testien yhteydessä, saadaan varatoiminto digitaalisille dis-tanssisuoj ille.

Menetelmä merkitsee tämän tyyppisten suojien redundanssin uutta luonnosta. Suojat yleensä, ja erityisesti distanssi-suojat, sijaitsevat valvottavien suureiden vastaavine mit-tauselimineen "on line", jotta vikatason tultua ylitettyä distanssisuoja suhteellisen suoraan voi vaikuttaa laukaisu-tai ehkäisytoimintoihin. Kuten mainittiin tekniikan tason kuvauksessa, ei tätä suoraa laukaisu- tai ehkäisymahdollisuutta kuitenkaan ole suojan eri osien testauksen yhteydessä.

Keksinnön mukainen uusi luonnos merkitsee, että suoja, sen sijaan että se sijaitsisi suoraan on line -laukaisua tai estämistä varten, on keskeisen prosessoriyksikön kautta sovitettu testaamaan digitaalista signaalin käsittelyä.

Mittaussignaalit suojan eri mittausalueilta johdetaan kuten tunnetussa tekniikassa normaalia tietoväylää pitkin keskeiseen käsittely-yksikköön, jossa ne ovat käytettävissä. Näi-: den normaalien mittaussignaalien lisäksi on keskeinen pro- sessoriyksikkö, lähtöelementit ja/tai mittauselementit va-rustettava hyvin kiinteillä signaaleilla, jotka aktivoitu-. vat, kun kriittinen muutos, jonka normaalit mittauselimet • # ovat todenneet, on esiintynyt voimaverkossa.

Keskeinen prosessoriyksikkö, joka niin kuin yllä selostet-.:*· tiin, jatkuvasti testaa signaalin käsittelyä, kytketään tes- ... ; tauksesta tavanomaiseen mittausprosessiin voimaverkon vika- 4 β 911 8 tilanteen selektiiviseksi käsittelemiseksi mikäli jokin näistä kiinteistä signaaleista osoittaa, että on tapahtunut kriittinen muutos verkossa. Mittaussignaalit ovat, kuten mainittiin, suoraan käytettävissä.

Sen jälkeen, kun on todettu vika verkossa, kytkimet ovat lauenneet, vika on korjattu ja verkko jälleen on stabilisoi-tunut, palaa suoja jälleen testaamaan digitaalista signaalinkäsittelyä keskeisen prosessoriyksikön kautta.

Mikäli testauksen yhteydessä havaitaan vikoja suojan sisällä käsittää keksintö sen, että aktivoidaan hälytystoiminto, jolloin voidaan käynnistää korjaustoimenpiteitä. Hyvin kiinteiden signaalien avulla, jotka aktivoidaan, mikäli kriittinen muutos on tapahtunut voimaverkossa, voidaan, myös vikojen esiintyessä digitaalisessa signaalin käsittelyssä, aikaansaada laukaisu- tai estotoiminto siten, että nämä signaalit suoraan tai aikapiirien kautta aktivoivat suojatoi-mintoa.

Keksintöön sisältyy myös se, että keskeinen prosessoriyksik-kö käsittelee kolmen mittausalueen mittauselementtien testausta, säännöllisesti toistuvin aikavälein tietoväylän kautta. Mittauselementtejä testattaessa testataan yhden alueen mittauselementit kerralla, jolloin tämä mittausalue on estotilassa. Mikäli havaitaan vika jossain mittauselementis-sä testiajan aikana, tämä jää estotilaan ja hälytyssignaali aktivoidaan, jolloin voidaan käynnistää toimenpiteet asian korjaamiseksi. Mikäli tällaisen estotilan yhteydessä havaitaan vika verkossa, kytkeytyy keskeinen prosessoriyksikkö, kuten mainittiin, testauksesta tavanomaiseen mittausprosessiin vikatilanteen käsittelemiseksi selektiivisesti, mutta yhdellä tärkeällä muutoksella. Mikäli alue 1 on estetty, käsitellään aluetta 2 siten kuin se olisi alue 1, ja mikäli alue 2 on estotilassa, käsitellään aluetta 3 siten kuin se olisi alue 2 jne. Tällä tavalla aikaansaadaan redundanssi vaikkakin yksi alueista ei ole käytettävissä.

Il 5 89118

Keksinnön mukainen uusi redundanssiperiaate mahdollistaa suurempaa saatavuutta testien ja havaittujen vikojen yhteydessä kuin mihin päästään tavanomaisilla redundanssi -menetelmillä.

Koska redundanssia mainitulla tavalla voidaan rakentaa suojan sisään ja integroida siihen, aikaansaadaan suhteessa tavanomaisiin redundanssimenetelmiin helpompi valmistus ja asennus ja yksinkertaisempi redundanssijärjestelmä, jolloin kokonaiskustannukset tyydyttävällä redundanssilla ovat pienemmät .

Kuviosta 1 ilmenee laite keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi. Kuvio 2 esittää suojan toimintoaluetta R-X-tasossa, jossa on kolme mittausaluetta.

Seuraavassa selostetaan laitetta keksinnön mukaisen menetelmän toteuttamiseksi viittaamalla oheiseen kuvioon 1.

Kuviossa 2 esitetään impedanssitasossa johtimen kolmen alueen tyypillistä toimintoaluetta siten kuin se esiintyy tunnetussa tekniikassa. Mikäli virta- ja jänniternittaukset osoittavat, että johdon impedanssi sijaitsee alueella 1, 2 tai 3, esim. impedanssin Zl, Z2 tai Z3 mukaisesti kuviossa 2, aikaansaadaan tunnetun tekniikan mukaisesti aikaselektii-vinen tieto tästä, mikä tähän kuuluvan digitaalisen signaalinkäsittelyn jälkeen keskeisessä prosessoriyksikössä johtaa kytkimen laukaisemiseen jne.

Kuviossa 1 on yksiköt 1, 2 ja 3 symbolisesti esitetty nimellä Zl, Z2 ja vastaavasti Z3. Tämän tarkoituksena on osoittaa, että yksiköiden Zl, Z2 ja vastaavasti Z3 antosignaalit muodostavat signaaleja, jotka saadaan, mikäli suoja havaitsee vikoja vastaavilla alueilla 1, 2 tai 3. Yksiköitä kutsutaan siksi jatkossa mittaussignaaliyksiköiksi. Antosignaalit viedään tietoväylän 4 kautta keskeiselle prosessoriyksikölle 5, joka on esitetty nimellä CPU. Mikäli signaalin käsittely- 6 89118 osa on virheetön CPUrssa, ja mikäli on todettu kriittinen vika verkossa aikaansaadaan laukaisusignaalit, jotka perustuvat mittausarvoihin, tietoväylän kautta ajankohtaisten vikavaiheiden kytkimille CPU-annon RST kautta.

Mittaussignaaliyksiköiltä l, 2 ja/tai 3 voidaan myös saada kiinteitä signaaleja, jotka aktivoituvat mikäli kriittinen muutos on tapahtunut voimaverkossa. Aktivointi voi tapahtua esim.

- mikäli vaihevirta ylittää tietyn arvon, - mikäli nollavirta ylittää tietyn arvon, tai - mikäli suojattavan johdon impedanssi sijaitsee alueella 1, 2 tai 3.

Nämä kiinteät signaalit FI, F2 ja F3 viedään aikaviive-elementtien 6, 7 ja 8 kautta TAI-elementille 9. Mikäli jokin signaaleista Fl, F2 tai F3 on aktivoitunut, saadaan täten signaali TAI-elementin 9 antoon, joka signaali viedään JA-elementin 10 yhteen ottoon. Tähän elementtiin viedään myös signaali mikäli järjestelmä ei ole estotilassa, so. BLOCK.

Jokaisesta mittaussignaaliyksiköstä 1, 2 ja 3 saadaan lisäksi kiinteä signaali SI, S2 ja S3, mikäli sama kriittinen muutos voimaverkossa on tapahtunut, joka aktivoi signaalit Fl, F2 tai F3. Signaalien SI, S2 ja S3 linjat viedään yhdessä prosessoriyksikön CPU käynnistysottoon SA.

Prosessoriyksikkö on muodostettu generoimaan pulssijono ( nn )i joka viedään annosta P valvontayksikölle 10, joka on esitetty merkeillä WU (watch-dog unit), niin kauan kuin virheetön tila esiintyy suojan digitaalisessa käsittelyosassa. WU:n anto on tässä tilassa nollattu.

Prosessoriyksikkö on myös muodostettu jatkuvasti testaamaan suojan digitaalisia signaalinkäsittelypiirejä, jotka sisältyvät prosessoriyksikköön CPU. Tämä testaus jatkuu niin kauan kuin ei mikään käynnistyssignaaleista SI, S2 tai S3 7 H 91 ί 8 esiinny, so. niin kauan kuin prosessoriyksikön ottoon SA ei tule ottosignaalia.

Mikäli testi nyt osoittaa, että CPU:n digitaalisessa signaa-linkäsittelyosassa on vika, loppuu pulssijono valvontayksikölle WU, jolloin saadaan signaali WU:n annossa. Tietyn aikaviiveen jälkeen elementissä 12 saadaan hälytys, jolloin vian laatu ja sen sijainti esitetään näyttöruudulle (ei esitetty) .

Valvontayksikön anto on myös kytketty JA-elementin 10 yhteen ottoon. Tämä tarkoittaa sitä, että mikäli sinä aikana, kun virhe esiintyy CPU:n signaalin käsittelyosassa, kriittinen muutos tapahtuu voimaverkossa, tämä aikaansaa kaikkien vaiheiden laukaisun - TRIP -, koska JA-elementin 10 kaikissa otoissa esiintyy signaali. Laite 13 on tavanomainen vahvis-tinyksikkö, joka mahdollistaa enemmän tehoa vaativien lau-kaisutoimintojen ohjauksen.

Mikäli digitaalisen signaalin käsittelyosan virheettömässä tilassa kriittinen vika esiintyy voimaverkossa, aikaansaadaan signaali prosessoriyksikön ottoon SA. Pulssijono WU-yksikölle jatkuu, jolloin JA-elementti 10 on estotilassa. Antosignaali ottoon SA näissä olosuhteissa merkitsee, että tieto verkon tilanteesta, joka tulee tietoväylän kautta, nyt on digitaalisen signaalin käsittelyn käytettävissä, joka, mikäli havaittu johtoimpedanssi on jonkin toimintoalueen sisällä, aikaansaa kyseisen tai kyseisten kytkimien laukaisun.

Kuten keksinnön selostuksen yhteydessä ilmeni, testataan myös alueiden mittaussignaaliyksiköitä 1, 2 ja 3. Mikäli vika havaitaan jossain näistä, antaa prosessoriyksikkö annon A kautta ja TAI-elementin 14 kautta hälytystoiminnon.

Kuten on esitetty tekniikan tason selostuksessa yllä, on välttämätöntä, että distanssisuojat, jotka sijaitsevat joh- s 89118 don tai johto-osan kummassakin päässä, pystyvät kommunikoimaan toistensa kanssa mitatun johtoimpedanssin jne. suhteen. Moderneihin distanssisuojiin sisältyy siksi nk. kommunikoin-tiyksikkö COMU, ks. kuvio 1, viitenumero 15. Keskeinen pro-sessoriyksikkö CPU käsittelee tietoa kommunikointiyksiköltä yhdessä mittaussignaaliyksiköiltä tulevan tiedon kanssa siten, että aikaansaadaan oikeita laukaisusignaaleja.

Oheisten patenttivaatimusten puitteissa voidaan keksinnön mukainen laite menetelmän läpiviemiseksi muodostaa usealla vastaavalla tavalla.

Il

Claims (14)

1. Menetelmä digitaalisen distanssisuojan signaalinkäsittelyn virheen yhteydessä, joka suoja käsittää keskeisen pro-sessoriyksikön (5), tietoväylän (4), mittaussignaaliyksiköt (1, 2, 3) mittaussignaalien generoimiseksi distanssisuojan eri mittausalueilta (Zl, Z2, Z3) voimaverkossa, jolla menetelmällä aikaansaadaan varatoiminto, tunnettu siitä, että prosessoriyksikkö on muodostettu siten, että distanssisuojan signaalinkäsittelyä jatkuvasti testataan sen virheettömän toiminnon suhteen, ja mikäli signaalinkäsittelyn virheettömän toiminnon yhteydessä kriittinen muutos, johon mahdollisesti toimenpiteitä pitäisi suorittaa, esiintyy voimaverkossa, aktivoituu kyseiseen tai kyseisiin mittaussig-naaliyksikköihin ensimmäinen kiinteä signaali (SI, S2, S3) käynnistyssignaalin muodossa, joka viedään prosessoriyksik-köön (SA), jolloin prosessoriyksikkö kytkeytyy testitoiminnosta distanssisuojatoimintoon tietoväylän kautta tulevilla mittaussignaaleilla mittaussignaaliyksiköiltä, jolloin lau-kaisutoiminto tai -toimintoja (TripR, TripS, TripT) saadaan prosessoriyksiköltä (R, S, T).

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, ja jossa dis-tanssisuoja myös käsittää valvontayksikön (11), ensimmäisen aikaviiveyksikön (12) ja ensimmäisen TAI-elementin (14), tunnettu siitä, että vikatoiminnon esiintyessä pro-sessoriyksikön signaalinkäsittelyssä saadaan prosessoriyksiköltä (P) valvontayksikön, ensimmäisen aikaviiveyksikön ja ensimmäisen TAI-elementin kautta hälytyssignaali (ALARM).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että vikatoiminnon esiintyessä jonkin mittaus-signaaliyksikön signaalinkäsittelyssä viallisen mittaussig-naaliyksikön tehtävät siirtyvät viereisen mittausalueen mit-taussignaaliyksikölle.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että vikatoiminnon esiintyessä jonkin mittaus- 10 8 9 1 1 8 signaaliyksikön signaalinkäsittelyssä virheellinen mittaus-signaaliyksikkö sovitetaan estotilaan prosessoriyksikön kautta.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että vikatoiminnon esiintyessä jonkin mittaus -signaaliyksikön signaalinkäsittelyssä hälytyssignaali (ALARM) aktivoidaan prosessoriyksikön (A) ja ensimmäisen TAI-elementin kautta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet -t u siitä, että sellaisen kriittisen muutoksen esiintyessä voimaverkossa, jota vastaan on ehkä ryhdyttävä toimenpiteisiin, aktivoidaan kyseessä olevassa tai kyseessä olevissa mittaussignaaliyksiköissä toinen kiinteä signaali (FI, F2, F3) .

7. Patenttivaatimuksen 1 ja 6 mukainen menetelmä ja jossa distanssisuoja myös käsittää toisen, kolmannen ja neljännen aikaviiveyksikön (6, 7, 8), toisen TAI-elementin (9), JA-elementin (10), vahvistusasteen (13) ja invertoidun estosig-naalin (BLOCK), tunnettu siitä, että toisen kiinteän signaalin esiintyessä aikavälillä siitä lähtien, kun vika on havaittu prosessoriyksikön signaalin käsittelyssä, siihen asti, että tämä vika on korjattu, saadaan laukaisutoiminto (TripR, TripS, TripT) distanssisuojalta toisen, kolmannen ja/tai neljännen aikaviiveyksikön, toisen TAI-elementin ja vahvistinasteen kautta.

8. Laite patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, jolla vian esiintyessä digitaalisen distanssi-suojan signaalinkäsittelyssä saadaan varatoiminto, johon laitteeseen kuuluu distanssisuojan integroitu osa, joka käsittää keskeisen prosessoriyksikön (5), tietoväylän (4) ja mittaussignaaliyksiköt (1, 2, 3) mittaussignaalien generoimiseksi distanssisuojan eri mittausalueilta (Zl, Z2, Z3) voimaverkossa, tunnettu siitä, että prosessoriyksik- II 11 8 9118 kö on sovitettu jatkuvasti testaamaan distanssisuojan signaalinkäsittelyä virheettömän toiminnon suhteen, ja että laitteeseen kuuluvat mittaussignaaliyksiköt on edelleen sovitettu kehittämään ensimmäinen kiinteä signaali {SI, S2, S3) mikäli distanssisuojan signaalin käsittelyn virheettömässä tilassa kriittinen muutos tapahtuu voimaverkossa, jota vastaan ehkä on ryhdyttävä toimenpiteisiin ja joka ensimmäinen kiinteä signaali on sovitettu vietäväksi prosessoriyksi-kölle, jolloin tämä on sovitettu kytkeytymään testitoiminnosta distanssisuojatoimintoon tietoväylän kautta tulevilla mittaussignaaleilla mittaussignaaliyksiköiltä ja antamaan laukaisutoimintoja (TripR, TripS, TripT).

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, jossa distans-sisuoja myös käsittää valvontayksikön (11), ensimmäisen ai-kaviiveyksikön (12) ja ensimmäisen TAI-elementin (14), tunnettu siitä, että vikatoiminnon esiintyessä pro-sessoriyksikön signaalinkäsittelyssä tämä on sovitettu valvontayksikön, ensimmäisen aikaviiveyksikön ja ensimmäisen TAI-elementin kautta antamaan hälytyssignaali (ALARM).

9 89118

10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että vikatoiminnon esiintyessä jonkin mittaussignaa-liyksikön signaalinkäsittelyssä viallisen mittaussignaaliyk-sikön tehtävät siirtyvät viereisen mittausalueen mittaussig-naaliyksikölle.

11. Patenttivaatimuksen 8 ja 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että vikatoiminnon esiintyessä jonkin mit-taussignaaliyksikön signaalin käsittelyssä virheellinen mit-taussignaaliyksikkö sovitetaan estotilaan prosessoriyksikön kautta.

12. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että vikatoiminnon esiintyessä jonkin mittaussignaa-liyksikön signaalin käsittelyssä hälytyssignaali (ALARM) 12 89 1 1 8 aktivoidaan prosessoriyksikön (A) ja ensimmäisen TAI-elementin kautta.

13. Patenttivaatimuksen 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että distanssisuojan signaalinkäsittelyn virheettömän toiminnan aikana sellaisen kriittisen muutoksen esiintyessä voimaverkossa, jota vastaan on ehkä ryhdyttävä toimenpiteisiin, aktivoidaan kyseessä olevassa tai kyseessä olevissa mittaussignaaliyksiköissä toinen kiinteä signaali (Fl, F2, F3) .

14. Patenttivaatimuksen 8 ja 13 mukainen laite ja jossa distanssisuoja myös käsittää toisen, kolmannen ja neljännen aikaviiveyksikön (6, 7, 8), toisen TAI-elementin (9), JA-elementin (10), vahvistusasteen (13) ja invertoidun estosig-naalin (BLOCK), tunnettu siitä, että toisen kiinteän signaalin esiintyessä aikavälillä siitä lähtien, kun vika on havaittu prosessoriyksikön signaalin käsittelyssä, siihen asti, että tämä vika on korjattu, saadaan laukaisutoiminto (TripR, TripS, TripT) distanssisuojalta toisen, kolmannen ja/tai neljännen aikaviiveyksikön, toisen TAI-elementin, JA-elementin ja vahvistinasteen kautta. li η 89118