SE451101B - Forfarande for att vid fel i signalbehandlingen hos ett digitalt distansskydd erhalla en reservfunktion samt anordning for genomforande av det nemnda forfarandet - Google Patents

Description

15 20 25 30 451 'iÛl Efter det att ett fel har konstaterats på nätet, brytare har utlösts, fel har avhjälpas och nätet åter har blivit stabilt, återgår skyddet till att via den centrala processorenheten kontinuerligt testa den digitala signal- behandlingen.

Om vid testningen fel upptäckas inom skyddet ingår i uppfinningen att en alarmfunktion aktiveras, varvid åtgärder för avhjälpning kan initieras.

Med hjälp av de extra fasta signalerna, som aktiveras då någon kritisk för- ändring har skett i kraftnätet, kan, även vid fel i den digitala signal- behandlingen, utlösnings- och blockeringsfunktion erhållas genom att dessa signaler direkt eller via tidsfördröjningskretsar aktiverar skyddsfunktio- Hell. l uppfinningen ingår också att centrala processorenheten hanterar testning av de tre mätzonernas mätelement, vid regelbundet återkommande tidsinter- vall via databussen. Vid testning av mätelement testas en zons mätelement i taget, varvid denna mätzon är blockerad. Vid upptäckt fel i något mät- element under testtiden förblir detta blockerat och alarmsignal aktiveras, varvid åtgärder för avhjälpning kan initieras. Om vid sådan blockering fel konstateras på nätet kommer den centrala processorenheten, såsom om- talat, att kopplas om från testning till den konventionella mätprocessen för selektiv behandling av feltillståndet, men med en viktig förändring.

Om zon 1 är blockerad behandlas zon 2 som om den vore zon l och om zon 2 är blockerad behandlas zon 3 som om den vore zon 2 osv. På så sätt erhålls en redundans även om en av zonerna ej är tillgänglig.

Den nya redundansprincipen enligt uppfinningen medger större tillgänglig- het i samband med test och upptäckta fel än vad som erhålles med konven- tionella redundansförfaranden.

Genom att redundans på angivet sätt kan byggas in i och integreras med skyddet erhålles relativt konventionella redundansförfaranden enklare till- verkning och montage, enklare redundanssystem och totalkostanden för till- fredsställande redundans blir lägre.

RITNINGAR En anordning för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen framgår av figur 1. Figur 2 visar ett skydds funktionsområden i ett R-X-plan med tre mätzoner. ß/ 451 101 TEKNISKT OMRÄDE Ett distansskydd används som skydd vid kortslutning och jordfel för fri- ledningar och kablar i kraftnät. Numera utformas sådana skydd i regel med statiska halvledarkomponenter och med digital teknik i startreläer mät-, fasvals-, tids~ och utlösningskretsar; vilket medför mycket korta funktionstider.

TEKNIKENS STÅNDPUNKT Inledningsvis skall först beskrivas principen för hur ett modernt distans- skydd fungerar. Skyddet ansluts till transformatorer för mätning av led- ningens ström och spänning. Med hjälp av dessa storheters amplitud och fasläge kan_ledningsimpedansen mätas i önskad riktning från skyddets mät- transformatorer och jämföras med i skyddet inställt funktionsområde i ett impedansplan. Funktionsområdcts yttre gräns anger det minsta impedans- värde ledningen kan ha vid normal drift. När ledningsimpedansen ligger inom funktionsområdet finns ett fel på ledningen och skyddet skall ge ut- lösningspuls till brytare. 15 30 451 161 Funktionsområdet utformas ofta som en fyrhörning i impedansplanet (R-X- planet) och områdets räckvidd i resistiv och reaktiv riktning är i regel individuellt inställbara.

Skyddets funktionsområde kan också utökas 1 1nfi;ä11bapa, tids- beroende steg, varigenom en reservskyddsfunktion baserad på tidsselektí- vitet erhålles. På detta sätt kan ett skydd omfatta flera skydds- eller mätzoner. I stora drag fungerar detta så att t ex skyddet fungerar momen- tant för fel inom en ledningssektion utgående från mätstället. Inom en andra mätzon, som omfattar första zonens ledningssektion plus ytterli- gare en ledningssektion, fungerar skyddet efter en viss inställd tid. Inom en tredje mätzon, omfattande mätzon nummer två plus ytterligare en led- ningssektion, erhålles funktion vid fel efter ytterligare viss tidsfördröj- ning osv.

Distansskydden har i regel också en riktningskännande funktion. En ledning som matas från ett flertal stationer kan därför skyddas både vad framför- liggande och bakomliggande (relativt en station och en definierad mätrikt- ning) fel beträffar. Skydd i var sin ände av ledningen eller lednings- sektionen behöver därför också kunna kommunicera med varandra.

SOM Omfialab tidigaPH byggfi ofta distansskydd numera av statiska komponenter ooh med digital teknik styrd från en mikroprocessor. Även om både sådana komponenter och mikroprocessorer har hög tillförlitlighet kan självfallet inte fel eller utebliven funktion helt undvikas. Eftersom utebliven funktion vid fel kan få betydande konsekvenser i dessa samman- hang försöker man på olika sätt skaffa sig redundans.

Ofta erhålles redundans genom att man har parallellt arbetande skydd med i stort sett samma funktion, eventuellt med olika mätprinciper m m. Ibland väljs parallella skydd från olika leverantörer eller skydd med olika lång funktionstid.

Ett annat sätt att skydda sig mot utebliven funktion i distansskydd är att företa testförlopp av utlösningsfunktionen. Detta kan ske med extern test- utrustning eller med i skyddet inbyggd testfunktion.

Provning av skyddets funktioner kan ske med bestämda tidsintervall eller efter andra kriterier, t ex då lasttillstånden indikerar stabila förhåll- anden. 25 30 451 101 REDOGÖRELSE FÖR UTFÖRINGSFORMEN En anordning för genomförande av ett förfarande enligt uppfinningen skall beskrivas med hjälp av bifogade figur I.

I figur 2 visas i impedansplan ett typiskt funktionsområde för tre zoner _av en ledning så som omtalat enligt känd teknik. Om ström- och spännings- mätning ger vid handen att ledningsimpedansen ligger inom någon av zunerna 1, 2 eller 3, t ex att man kan identifiera impedanserna Z1, Z2 eller Z3 enligt figur 2, erhålles enligt känd teknik tidsselektiv information om detta, vilket efter dithörande digital signalbehandling i den centrala processorenheten leder till utlösning av brytare m m.

I figur 1 har enheterna 1, 2 och 3 symboliskt markerats med Z1, Z2 res- pektive Z3. Avsikten med detta är att ange att utsignaler från.enheterna Z1, Z2 respektive Z3 utgör de signaler som erhålles då skyddet konstate- rar fel i respektive zon l, 2 eller 3. Enheterna kommer därför fortsätt- ningsvís att benämnas som mätsignalenheterna. Utsignaler slussas via databussen H till den centrala processorenheten 5, markerat med CPU. Vid felfri signalbehandlingsdel i CPU och då ett kritiskt fel på nätet har konstaterats kommer utlösningssignaler baserade på mätvärden via databus- z sen att utgå till brytare för aktuella felfaser via CPU-utgången RST.

Från mätsignalenhcterna 1, 2 och/eller 3 kan också erhållas fasta signa- ler som aktiveras då en kritisk förändring skett i kraftnätet. Aktiveringen kan t ex ske - då en fasström överstiger ett visst värde, - då nollföljdsströmmen överstiger ett visst värde - eller då impedansen på ledningen som skall skyddas ligger inom zon 1, 2 eller 3: Dessa fasta signaler Fl, F2 och F3 leds via tidsfördröjningselement 6, 7 och 8 till ett eller-element 9. Då någon av signalerna FI, F2 eller F3 har aktiverats erhålles sålunda en signal på eller-elementets 9 utgång, vilken signal leds till en av ingångarna på ett och-element 10. Till detta element leds också en signal om systemet inte är blockerat, dvs BLOCK. 20 30 451 101 Från vardera av mätsignalenheterna 1, 2 och 3 erhålles ytterligare en fast signal S1, S2 och S3 då samma kritiska förändring i kraftnätet har skett som aktiverar signalerna Fl, F2 eller FB. Linjerna för signalerna S1, S2 och S3 leds gemensamt till en startingång SA i processurenehten CPU.

Processorenheten är utförd för att generera ett pulstäg CHHJ, vilket leds från en utgång P till en övervakningsenhet 11, markerat med WU (watch-dog unit), så länge ett felfritt tillstånd finns i skyddets digitala behand- lingsdel. WUs utgång är i detta tillstånd nollställd.

Processorenheten är också utförd för att kontinuerligt testa skyddets digitala signalbehandlingskretsar som ingår i processorenheten CPU. Denna testning fortgår så länge ingen av startsignalerna S1, S2 eller S3 före- finnes, dvs så länge ingen insignal finns på procussorcnhetens ingång SA.

Om nu testningen ger vid handen att ett fel finns i den digitala signal- behandlingsdelen av CPU upphör pulståget til] övervakningsenheten WU, var- vid signal erhålles på WUs utgång. Efter en viss tidsfördröjning i elemen- tet 12 erhålles alarm och felets art respektive var felet finns kan pre- senteras på en display (icke visad). Övervakningsenhetens utgång är också kopplad till en av ingångarna på och-elementetzlü- Detta innebär att om det under tiden ett fel finnes i " signalbehandlingsdelen av CPU en kritisk förändring inträffar i kraft- nätet kommer detta att leda till utlösning - TRIP - av samtliga faser eftersom och-elementets 10 samtliga ingångar har insignaler. Don 13 ut- göres av en vanlig förstärkarenhet som gör det möjligt att driva något mera effektkrävande utlösningsfunktioner.

Om vid felfritt tillstånd i den digitala signalbchandlingsdelen ett kri- tiskt fel på kraftnätet inträffar erhålles signal på processorenhetens åingång SA- Pulståget till WU-enheten kommer att fortsätta, varvid och- -elementet 10 är blockerat. En startsignal till SA under dessa förutsätt- ningar innebär att den information om nätets tillstånd som kommer via data- bussen nu blir tillgänglig för den digitala signalbehandlingen, vilken, om konstaterad ledningsimpedans ligger inom någon av funktionsområdena, resul- terar i utlösning av aktuell(a) brytare. 14» t) U- 10 451 101 Sum omtalat under redogörelsen för uppfinningen testas även zonernas mät- signalenheter I, 2 och 3. Om fel upptäcks i någon av dessa avger proces- sureuheten via en utgång A och ett eller-element lä alarmfunktiun.

Som indikerat under teknikens ståndpunkt behöver distansskydd, belägna i var sin ände av ledningen eller ledningssektionen, kunna kommunicera med varandra med avseende på uppmätt ledningsimpedans m m. I moderna distans- skydd ingår därför en så kallad kommuníkationsenhet COMU, se figur 1 med hänvisníngssiffra 15. Den centrala processorenheten CPU behandlar informa- tionen från kommunikationscnheten tillsammans med informationen från mät- signalenheterna så att korrekta utlösningssignaler erhålles. _Inum ramen för bifogade patentkrav kan enligt uppfinningen en anordning för förfarandets genomförande utformas på mångahanda liknande sätt.

Claims (13)

451 101 PATENTKRAV

1. Förfarandc för att vid fel i signalbehandlingen hos ett digitalt distans- skydd, vilket omfattar en central processorenhet (5), en databuss (U), mät- signalenheter (1, 2, 3) för genererande av mätsignaler från distansskyddets olika mätzoner (Z1, Z2, Z3) i ett kraftnät, erhålla en reservfunktion. Förfarandet k ä n n e t e c k n a s av att processorenheten är utförd så att distansskyddets signalbehandling kontinuerligt testas med avseende på felfri funktion. Om vid felfritt tillstånd hos signalbehandlingen en kritisk förändring som kan behöva åtgärdas uppträder i kraftnätet, aktiveras i aktu- ell(a) mätsignalenhet(er) en första fast signal (S1, S2, S3) i form av en startsignal som leds till processorenheten (SA), varvid processorenheten kopplas om från testfunktion till distansskyddsfunktion med via databussen ingående mätsignaler från mätsígnalenheterna, varvid utlösningsfunktion(er) (Tripfl, 1ripS, TripT) erhålles från processorenheten (R, S, T).

2. Förfarande enligt patentkrav 1 och vid vilket distansskyddet även om- fattar en övervakningsenhet (11), en första tidsfördröjningsenhet (12) och ett första eller-element (1H). k ä n n e t e c k n a t -av att vid fel- funktion i signalbehandlingen i processorenheten erhålles från processor- enheten (P) via övervakningsenheten, den första tidsfördröjningsenhctcn och det första eller-elementet en alarmsignal (ALARM).

3. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vid felfunktion i signalbehandlingen i någon av mätsignalenheterna, den fel- aktiga mätsignalenhetens uppgifter övertas av mätsignalenheten för en in- tilliggande mätzon.

4. H. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vid felfunktion i sígnalbehandlingen i någon av mätsignalenheterna felaktig mätsignalenhet blockeras via processorenheten.

5. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att vid fclfunktion i signalbehandlingen i någon mätsignalenhct en alarmsignal (ALARM) aktiveras via processorenheten (A) och det första eller-elementet. Åñ IJ 0)' 9 451 101

6. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t av att då en kritisk förändring som kan behöva åtgärdas uppträder i kraftnätet aktiveras i aktuell(a) mätsignalenhet(er) en andra fast signal (F1, F2, F3).

7. Förfarande enligt patentkrav 1 och 6 och vid vilket distansskyddet även omfattar en andra, tredje och fjärde tidsfördröjningsenhet (6, 7, 8), ett andra eller-element (9), ett och-element (10), ett förstärkarsteg (13) oçh en inverterad blockeringssignal (ÉÉÖEÉ), k ä n n e t e c k n a t av att då en andra fast signal förefinnes under tiden efter det att ett fel har konstaterats i signalbehandlingen i processorenheten och fram till dess att detta fel har avhjälpts, erhålles utlösningsfunktion (Tripñ, TripS, TripT) från distansskyddet via andra, tredje och/eller fjärde tidsfördröjnings- enheterna, det andra eller-elementet och förstärkarsteget.

8. Anordning för genomförandet av förfarandet enligt patentkrav 1 för att vid fel i signalbehandlingen hos ett digitalt distansskydd erhålla en reservfunktion. Anordningen ingår som en integrerad del av distansskyddet vilket omfattar en central processorenhet (5), en databuss (U) och mät- signalenheter (1, 2, 3) för genererande av mätsignaler från distansskyddets olika mätzoner (21, Z2, Z3) i ett kraftnät. Anordningen är k ä n n e t e c k n a d av att processorenheten är anordnad att kontinuerligt testa distansskyddets signalbehandling med avseende på felfri funktion. I anordningen ingående mätsignalenheter är vidare anord¿_ nade att alstra en första fast signal (S1, S2, S3) om vid felfritt tillstånd hos distansskyddets signalbehandling en kritisk förändring som kan behöva åtgärdas uppträder i kraftnätet. Denna första fasta signal är anordnad att tillföras processorenheten, varvid denna är anordnad att kopplas om från testfunktion till distansskyddsfunktion med via databussen ingående mät- signaler från mätsignalenheterna och att avge utlösningsfunktion(er) (TripR, TripS, TripT).

9. Anordning enligt patentkrav 8 och vid vilkep_distansskyddet även om- fattar en övervakningsenhet (11), en första tidsfördröjningsenhet (12) och ett första eller-element (1U), k ä n n e t e c k n a d av att vid felfunktion i signalbehandlingen i processorenheten denna är anordnad att via övervakningsenheten, den första tidsfördröjningsenheten och det första eller-elementet avge en alarmsignal (ALARM). 451 101 w

10. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n"n e t e c k n a d av att vid felfunktion i signalbehandlingen i någon av mätsignalenheterna en intill- liggande mätzons mätsignalenhet är anordnad att överta den felaktiga mät- signalenhetens funktion.

11. Anordning enligt patentkrav 8 och 10, k ä n n e t e c k n a d av att vid felfunktion i signalbehandlingen i någon mätsignalenhet processor- enheten är anordnad att blockera felaktig mätsignalenhet.

12. Anordning enligt patentkrav B, k ä n n e t e c k n a d av att vid felfunktion i signalbehandlíngen i någon mätsignalenhet processorenheten är anordnad att via det första eller-elementet avge en alarmsignal ¿ALARM)-

13. Anordning enligt patentkrav 8, k ä n n e t e c k n a d av att in- gående mätsignalenheter är anordnade att alstra en andra fast signal (F1, ,F2, F3) om vid ett felfritt tillstånd hos distansskyddets signalbehandling en kritisk förändring som kan behöva åtgärdas uppträder i kraftnätet. 1H. Anordning enligt patentkrav 8 och 13 och vid vilken distansskyddet även omfattar en andra, tredje och fjärde tidsfördröjningsenhet (6, 7, 8), ett andra eller-element (9), ett och-element (10), ett förstärkarsteg (13) och en inverterad blockeringssignal (EEÖEE), k ä n n e t e c k n a d av att då en andra fast signal förefinnes under tiden efter det att ett fel har konstaterats i signalbehandlingen i processorenheten och fram till dess att detta fel har avhjälpta, distansskyddet är anordnat att via andra, tredje och/eller fjärde tidsfördröjningsenheterna, det andra eller- elementet, och-elementet och förstärkarsteget avge en utlösningsfunktion (TrípR, TripS, TrípT).