WO2012065620A1 - Schnellumschaltung in einem elektrischen energieversorgungssystem - Google Patents

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WO2012065620A1
WO2012065620A1 PCT/EP2010/067474 EP2010067474W WO2012065620A1 WO 2012065620 A1 WO2012065620 A1 WO 2012065620A1 EP 2010067474 W EP2010067474 W EP 2010067474W WO 2012065620 A1 WO2012065620 A1 WO 2012065620A1
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switch
field device
busbar
feed line
switching
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PCT/EP2010/067474
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hans-Joachim Herrmann
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source
    • H02J9/06—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source with automatic change-over, e.g. UPS systems

Definitions

  • the invention relates to a method for performing a Schneilumscnies in an electrical energy supply system, in which a bus bar with a first Einspei ⁇ supply line and at least one other feed line is connected and the power supply of the busbar is switched from the first feed line to one of the other feed lines.
  • the invention also relates to an electrical field device for performing a quick toggle in an electrical power supply system and a correspondingly equipped electric power supply ⁇ system.
  • a Schneilumscnies is a fast and safe switching of the electrical feeds of busbars (also referred to as so-called "Eigen waistsammischienen"), are supplied via the electrical loads, such as electric ⁇ cal drives such as asynchronous or synchronous motors, with electrical energy such electric loads in blocks of power plants, industrial plants in domestic or production equipment can be used. Since such systems have to be operated without interruption as possible, independent electrical energy as possible ⁇ supply sources are here generally to power supply at least two from each other, between which in case of failure or manual Switching off the currently active energy supply must be switched as smooth as possible.
  • a predetermined switch-on criterion is checked in the case of a manual switchover, for example differences in voltages and frequencies be considered between the busbar and zuzulitden feed line, and only when the power-on criterion, the connection of the other feed ⁇ line is triggered.
  • the proper time of the switch of the supply line to be connected is taken into account, ie the time which elapses between the delivery of the switch-on command and the final closing of the switch contacts of the relevant switch.
  • a method of the type mentioned is known for example from European Patent EP 0 604 540 Bl.
  • the voltages on a busbar and two are with a field device in the form of a so-called "High Speed" detected with the busbar associated feeders and it is needed, the power supply of the busbar Zvi ⁇ rule switched the infeed.
  • the High Speed Transfer a corresponding switch-on command for the supply line to be connected, which has been formed on the basis of a difference between the voltage on the domestic demand busbar and the voltage of the supply line to be connected.
  • FIG. 1 shows a power supply system 10 with a rapid switching device 11 according to the prior art.
  • the energy supply system 10 has a collection rail ⁇ 12, which serves to supply electrical loads 13 a and 13 b with electrical energy.
  • the electrical loads 13a, 13b may, for example, be electrical drives a power plant or an industrial plant that need to be little interruption as possible with electrical energy in order to avoid a failure of the power ⁇ factory or on industrial plant.
  • the bus bar 12 is provided with a redundant power input; namely, a first feed inlet 14a and a second feed line 14b are provided for supplying voltage to the busbar 12.
  • the first feeder ⁇ line 14a and the second feed line 14b are Transformers 15a, 15b connected to not shown in Figure 1, each other independent electrical energy sources.
  • both the first feed line 14a and the second feed line 14b are connected to the busbar 12 via power switches 16a and 16b, respectively.
  • a voltage supply of the busbar ⁇ 12 takes place through the first feed line 14a.
  • the corresponding switch 16a is therefore shown in its closed position in FIG. If, due to a manual changeover by a corresponding user input (eg to carry out a maintenance on the first feed line) or because of a fault, for example a short circuit , on the first feed line 14a, a shutdown of the first feed line 14a required, so provides Quick changeover device 11 that switching the power supply of the busbar 12 as quickly as possible and as smooth as possible on the second Einspeiselei ⁇ tion 14b.
  • the quick-change device 11 is connected to voltage transformers 17a, 17b and 17c, which are indicated only schematically in FIG. 1, for detecting the voltages on the busbar 12 and the two supply lines 14a and 14b.
  • the High Speed Transfer takes the voltages at the second feed line 14b and the bus bar 12 and compares from the measured tensioning ⁇ voltages detected electrical quantities, such as amp litude and / or RMS, phase angle and frequency of the respective voltages, with each other and triggers an activation of the second feed line 14b when the sizes compared with each other fulfill a corresponding switch-on criterion.
  • Figure 1 shows a comparatively simple example of an energy supply system with a Schnellumschalteinrich ⁇ device.
  • busbars with more than two supply lines and optionally also on the busbar itself existing so-called longitudinal switches (also referred to as longitudinal clutches) in use, so that must be monitored and controlled by the fast switching device, a comparatively complex power supply system.
  • a high outlay is required for setting up the rapid changeover device, which involves the high costs for the material, the laying of the wiring, the corresponding control cabinet structures, as well as the checking of the correct wiring and the commissioning of the quick changeover device.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a possi ⁇ ability to perform a Schneilumscnies in an electrical power supply system, in which a comparatively simple and cheaper construction of the power supply system is made possible.
  • a method of the initially be give ⁇ NEN type in which generates an off command to open a switch of the first supply conduit through a first field device, which is associated with the switch of the first feed line, or a related to the first field device protection device is when an error on the ers ⁇ th feed line is present or a manual OFF signal for the first feed line has been detected.
  • the first field device transmits a first switching enable signal to a further field device which is assigned to a switch of one of the further feed lines, and from the further field device receiving the switch enable signal a voltage at its feed line and a voltage at the busbar are detected.
  • the further field device are amplitude and / or RMS, phase angle and Fre acid sequence of the voltages at its supply line and the Sam- determined melschiene, and from the other field device, a further switching enable signal is generated when a predetermined switch-on criterion is met by amplitude and / or effective value, phase angle and frequency of the two voltages or variables derived therefrom.
  • the further field device generates a switch-on command for closing the switch on its feed line when both the first and the further switch enable signal are present.
  • the invention is based on the finding that cost and complexity for the function of a Schneilumscnies in a power supply system can be significantly reduced, that instead of a central quick switching device, the system, so for the entire energy supply system, set switch-related, ie the respective switches the energy supply system ⁇ assigned and arranged in their local vicinity field devices for performing a Schneilumscnies be used.
  • the switch-related field devices must be connected only by communication links with each other and arranged so that they can make the previously centralized executed functionality of Schneilumscquaint in distribution ⁇ th devices.
  • existing field devices such as protective devices or control devices, which may already be present in the proximity of the switches, may also be used if these can be adapted to the new function by means of a modified programming.
  • advantageously associated in one of the feeder inexpensiveschal- ended field device generates a switch enable signal and Gesen ⁇ det to the one further field device, whose feed line is to make the restoration of the supply voltage of the busbar.
  • the relevant further field device independently carries out the measurement of the necessary voltages and the evaluation with respect to the predetermined switch-on criterion on the supply line to be switched on and then automatically takes over its feed-in line in front. This way can be completely centralized
  • the busbar has a longitudinal switch, which divides the busbar into a first section, which is connected to the first feed line, and a second section, which is connected to the at least one further feed line , Open, during the Publ ⁇ nens of the switch of the first feed line longitudinal switch the first switching enable signal to a the longitudinal switch associated field device is received, the respectively detected a voltage at the first and the second section of the bus bar and amplitude and / or RMS, phase angle and frequency of the Strains of the first and second sections of the busbar determined.
  • the further switching ⁇ enable signal is generated when mean-square value of amplitude and / or effec-, phase angle and frequency of the two voltages, or quantities derived a predetermined switch-on criterion is met, there will be a switch-on command to close the longitudinal switch generated if both the first and the further switching enable signal are present.
  • the method according to the invention can also be carried out in such busbars which are divided into different sections by a so-called longitudinal switch (also referred to as a “longitudinal coupling") Since, in part, the individual sections of such busbars are supplied with electrical energy from different supply lines when the longitudinal switch is open in the event of failure of one of the supply lines for restoration of the power supply for the then de-energized portion of the longitudinal switch must be closed to connect the de-energized portion with a voltage-carrying portion of the busbar.
  • a longitudinal switch also referred to as a "longitudinal coupling
  • a further advantageous embodiment of the invention shown SEN method provides that in a storage device of the respective field devices, a topology information is stored, the (thus the structural design) indicating the topology of the power supply system and the switching state of all switches, after a change of the switching state of the switch, the a field device assigned to this switch
  • each of the field devices at any time a complete overview of the nature of the current voltage ⁇ supply the busbar and it will be made a dynamic tracking of the topology information.
  • the first field device on the basis of Topologiein- formation determined those switch, which is close to restore the power supply to the bus bar, and the first field device to the associated first Weggabesig- nal to the switch identified Field device sends.
  • the dynamically adapted topology information enables the field device of the switched off infeed line to independently be able to make a decision as to how the voltage supply for the busbar should be restored, for example, which of several infeed lines should be switched on.
  • Switch to be switched on the feed line associated with the field device to be turned on can determine the A ⁇ feeder line, the first field device.
  • a further advantageous embodiment of the inventive SEN method provides that upon detection of the jeweili ⁇ gen voltages by the field devices, a tracking of a sampling rate for sampling the voltages on the frequency of the voltage to be measured is performed.
  • a tracking of a sampling rate for sampling the voltages on the frequency of the voltage to be measured is performed.
  • the individual voltages can be detected even more reliably and the comparison of the voltages at the busbar and zuzuparden feed line or at different sections of the busbar can be performed even more precisely, eg usually the busbar after switching off the first feed line of a significant Frequency change is affected. This is taken into account in the measurement of the respective voltages according to this embodiment.
  • a further advantageous embodiment of the invention shown SEN procedure provides that the field devices determine the on ⁇ time period between the delivery of a switch-and the final closing of the respective switch and / or the off period between the delivery of a disconnection command and the final opening the respective switch.
  • the measured switch-on time duration and / or the switch-off time duration are stored with a switch-on time parameter and / or switch-off time parameter stored in the respective field device.
  • parameter and a deviation between the on-time and the on-time parameter or the off-time and the off-time parameter a respective deviation signal is generated.
  • the deviation signal can for example be used to ⁇ to generate a corresponding message to the operator of the power system to provide him with the Notwen ⁇ speed a review of Einschaltzeitparameter or Ausschaltzeitparameter.
  • the specific switch-on time instead of the previous switch-on time as a new switch-on time or the specific switch-off instead of the previous switch-off time parameter is adopted as the new switch-off time parameter.
  • Switching contacts may be subject to be made.
  • a further advantageous embodiment of the invention shown KISSING method provides furthermore that from that Feldge advises ⁇ that restores the power supply of the busbar by closing its switch, load shedding signal is generated prior to dispensing the closing command, the turning off some or all of the busbar Connected electrical loads causes.
  • some or all of the electrical loads connected to the busbar can be switched off in certain situations, for example in the presence of a too large voltage difference between the busbar and zuzusaltenden Einspeiselei ⁇ tion.
  • the electrical loads may voltage supply for the bus bar to be switched on again then to restore the chip, for example an electric drive can be CONTROL ⁇ lines up again.
  • the Kunststoffok ⁇ gabesignale in the form of GOOSE data telegrams according to the IEC 61850 standard transmitted between the field devices who ⁇ .
  • the switching enable signals can be transmitted very quickly over the communication link between the individual field devices.
  • an electric field device for carrying out a fast switching in an electrical energy supply system with a data processing device, in which the data processing device is set up with a data processing device of at least one further electric field device a method according to one of claims 1 to perform 10.
  • Concretely vorgese ⁇ hen may be with respect to such field device that the field device is a protective device for monitoring an electric power system.
  • Electrical field devices in the form of protective devices are usually used on busbars and supply lines anyway, so that for the purposes of Schneilumsctreu le ⁇ diglich a retrofitting of the respective device software must be done and incur no additional costs.
  • an electric power supply system with a busbar, which is connected to a first feed line and at least one further feed line via a respective switch, and field devices associated with the respective switch, which detect a voltage at the respective one Feed line and a voltage to the busbar are set up, solved, in which the field devices are designed according to one of claims 11 or 12.
  • FIG. 2 is a single-line diagram of a first embodiment of an electrical power supply system with two feed lines
  • FIG. 3 is a schematic representation of anossbau ⁇ stone of an electric field device
  • Fig. 5 is a single-line diagram of a second embodiment of an electrical power supply system with two feed lines and egg ⁇ nem longitudinal switch.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of a Energyver ⁇ medical supply system 20 in single-line diagram which includes a bus bar 21, by means of the electrical loads 22a, 22b, for example, drives a power plant or industrial plant ⁇ be supplied with electrical energy.
  • the busbar 21 is connected via switches 24a and 24b to two supply lines 23a and 23b.
  • the busbar 21 is usually supplied with electrical energy by the first supply line 23a.
  • each of the switches 24a and 24b is assigned to a field device 25a, 25b, which may be for example an electrical protection device for over ⁇ monitoring of the respective feed line 23a, 23b or to a controller for remote control of the respective switch 24a, 24b, respectively.
  • the field devices 25a, 25b have (not shown) measured value detection devices with which they are connected to the feed lines 23a, 23b and the busbar 21 voltage converters 26 are connected.
  • the measured value detection devices of the field devices 25a, 25b can also be connected to current transformers 27.
  • a Kommunikati ⁇ onstress 28 which may be an Ethernet communication link, for example.
  • the field device 25a assigned to the first supply line 23a is an electrical protection device, then this recognizes the error on the basis of the usual monitoring of the first supply line 23a, in which protection algorithms, for example a distance protection algorithm or an overcurrent protection algorithm, are used First feeder line 23a and controls the switch 24a with a turn-off A accordingly. If it is at the field device 25a not by a protective device, the switch command may for example also be generated to open the switch 24a from an adjacent protection device that transmitted the field device 25a a corresponding trigger signal for starting the Schneil ⁇ switching.
  • protection algorithms for example a distance protection algorithm or an overcurrent protection algorithm
  • the field device 25a generates a first Wegoka besignal ⁇ S Fi and transmits it via the communication ⁇ connection 28 to the further field device 25b.
  • the measuring value detection device uses the voltage signals provided by the voltage converters 26 to measure both the voltage U2 of the second supply line 23b and the one after opening the switch 24a Busbar 21 pending residual voltage u s through.
  • the voltages U2 and u s particular their properties such as amplitude and / or effective value and phase angle and Fre acid sequence can be determined.
  • the existence of a predetermined The switch-on criterion is checked. Possible Einschaltkrite ⁇ rien are explained in more detail later in connection with Figure 4.
  • FIG. 3 shows a functional module 30 of a field device which provides the functionality of the snow changeover and which is usually implemented in the form of a program module in the control software of the relevant field device.
  • the function module 30 has a measuring module 31 and a logic module 32, both modules work together to carry out the functionality of the Schneilumscnies in ⁇ written way.
  • the function block 30 leads steps through. First, the operation of the function block 30 to be described, if it in the field device 25b (FIG. Cf. 2) is installed and a one ⁇ circuit of the switch 24b at the zuzugateden further feed line 23b to cause.
  • the logic module 32 of the function module 30 communicates with a communication interface of the field device and receives the first release signal SFi via the communication connection 28 and then activates the measurement function of the
  • Measurement module 31 by means of an activation signal S Akt .
  • the measurement module 31 receives the measured values recorded by the measured value detection device of the field device for the voltage U2 at the further supply line 23b and the voltage u s at the busbar 21 and checks these with respect to variables such as amplitude and / or rms value and phase angle and frequency for the presence of the turn-on criterion.
  • variables such as amplitude and / or rms value and phase angle and frequency for the presence of the turn-on criterion.
  • various ⁇ dene switch-on conditions can be checked and carried out depending on the presence of a certain Einschaltkriteriums differing ⁇ che Einschaltprogramme of the measurement module.
  • a EinschaltZeitdauer of the switch 24b indicating on-time parameter P E is stored in ei ⁇ ner memory device 33 of the field device to the the function block 30 can access.
  • a switch-off time parameter P A specifying the switch-off time duration of the switch 24b is also stored in the memory device 33.
  • the measuring module 31 can determine, for example based on a signal H of an auxiliary contact of the switch 24b, the timing of the opening or closing of the switch contacts of the switch. Alternatively, a current measurement of the current i 2 in the other feed line 23b can be done to the exact times of opening or
  • the function module 30 can also determine the switch-on or switch-off duration of the switch 24b, in that the time difference between the time of delivery of an on or off signal E or A to the switch 24b and the time of the actual Opening or closing the switch contacts (on ⁇ hand of the signal H of the auxiliary contact or the current measurement of i 2 ) is measured. If differences occur between the stored switch-on or switch-off time parameters P E or P A and the measured switch-on or switch-off time duration, a deviation signal can be output to the operator of the energy supply system, which checks the relevant switch-on or switch-off time parameters P E or P A indicates.
  • vorgese ⁇ hen can also be that there is no adap tive ⁇ tracking when a deviation is above a predetermined threshold for safety reasons, since an error during the measurement of the input or turn-off time are assumed such a large deviation can. In certain cases, it may happen that no bumpless switching between the supply lines can be guaranteed.
  • the logic module 32 of the function block 30 may create a load reduction signal L which is fed to all or some of the connected to the bus bar 21 electrical loads 22a, 22b and produces a Power off ⁇ th of the loads. Only then is closed again above the on command ⁇ e the switch 24b of the other feed line 23b so that by leaps and exemplary in this case, switching to the other power supply no damage to the electrical loads 22a, 22b can be made. After the power supply 21 has been restored, the electrical loads 22a and 22b can be switched on again in a controlled manner, for example by starting up electric drives again.
  • a topology information T is stored in the memory device 33.
  • This topology information T comprises, on the one hand, an indication of the structural design of the energy supply system and, on the other hand, information about the current switching states of the switches in the energy supply system.
  • Structure of the energy supply system can be specified.
  • the switching states of the respective switches are detected dynamically.
  • the field device 25 either the signal H of the auxiliary contact of the monitored switch 24a can evaluate which indicates whether the associated switch 24b geöff ⁇ net or closed, or to make a measurement of the current ii in the supply line 23a via the current transformer 27th At present current flow is on a closed Switch 24a closed at interrupted current flow to an open ⁇ th switch 24a.
  • Switching state of the switch 24a assigned to the field device 25a is entered into the topology information T.
  • Switching states of the other switches in the energy supply system are detected by the respective other field devices and transmitted via the communication link 28 to the field device 25a.
  • the received switching states are also entered into the topology information T.
  • the logic module of the field device 25a decide to which other field device, the first switching enable signal S Fi is to be transmitted. This decision is especially complex Energyver ⁇ supply systems with multiple feed lines and, if necessary
  • a changeover can finally be brought about except for an error on a feed line by a manual switch-off signal MS, which is triggered by a user action of an operator of the power supply system.
  • a manual switch-off signal MS can be the logic module 32 of the function block 30 conces- a trigger input leads and triggers taking into consideration the switch-off time on the one hand the switch-off command A for the associated field device switch and on the other hand the transmission of the first shift enable signal S Fi advises ⁇ to another Feldge out .
  • the still open switch is first closed during a sequential switchover and after a set overlap time (eg 150 ms) previously closed Schal ⁇ ter opened.
  • a set overlap time eg 150 ms
  • the commands are given such that both scarf ⁇ ter react simultaneously, that is at the same time a switch is closed and the other switch is opened.
  • the switch-off time is slightly shorter so that the switch-off command is delayed accordingly.
  • FIG. 4 shows a locus of the residual voltage of a motor, which is connected as an electric drive to the busbar.
  • the sizes shown in FIG. 4 mean: U HN : Voltage pointer of the first supply line
  • ⁇ first time range for instant switching
  • 2 second time range for immediate switching
  • T3 Time from which a long-term switching can take place.
  • the measuring module 31 After its activation, the measuring module 31 (see FIG. 3) checks that the subcriteria voltage difference, frequency difference and phase shift are met. At the same time, the expected difference angle is calculated from the determined frequency difference with respect to the busbar and the switch-on time of the switch. According to the locus in Fig. 4, the first instant switch must occur within ⁇ . The output or close commands are issued by the participating Feldge ⁇ councils almost simultaneously. In addition, minimum voltages of the supply line to be connected (eg> 80% of the nominal voltage) or of the busbar (eg> 50% of the rated voltage) are monitored as additional subcriteria. If these limits are violated, there is no switchover or a residual voltage or long-time changeover.
  • minimum voltages of the supply line to be connected eg> 80% of the nominal voltage
  • the busbar eg> 50% of the rated voltage
  • the switch-on command must be carried out at the synchronization point or, if OU to i is in compliance.
  • minimum voltages of the infeed line eg> 80% of the rated voltage
  • of the busbar eg> 50% of the rated voltage
  • the motors on the busbar are first allowed to run out and then the replacement feed-in line is switched on. That is, the switch-off takes place immediately by the first field device and which is a ⁇ shift command given only after a set changeover time. In this method also takes place a load dump.
  • FIG. 5 shows a second embodiment ei ⁇ nes power supply system 50 in particular differs from the energy ⁇ supply system 20 according to Fig. 2, the bus bar 21 by a series switch 51 into a first portion 52a and divided a second section 52b ,
  • the longitudinal switch 51 is associated with a field device 53, which communicates via the communication link 28 with the other field devices 25a, 25b.
  • Is intended in connection with the embodiment according to Fig. 5 reasonable taken to be that is open during normal operation of the longitudinal scarf ⁇ ter 51, so that the first portion 53a of the Sam ⁇ melschiene 21 with a closed switch 24a through the first supply line 23a and the second Section 52b of the busbar ⁇ 21 is fed with closed switch 24b through the second feed line 23b.
  • the first feed line 23a is turned off due to an error or a manual strictlyhand ⁇ ment, so that the switch 24a by the field device 25a (or a standing with the field device 25a protection device) is opened. Thereafter, the first portion 52a of the busbar is disconnected from the power supply.
  • the first field device 25a checks the structure of the power supply system 50 and the switching state of the respective switches 24a, 24b and 51 on the basis of its topology information T, and recognizes that for restoring the voltage supply for the first section 52a of the busbar 21, the switching contacts of the busbar are closed Switch 51 is necessary.
  • the first field device 25a generates a first switching ⁇ enable signal SFi and transmits it to the longitudinal ⁇ switch 51 associated field device 53.
  • a Einschaltbe ⁇ error E is finally generated for the switch 51, which causes it to turn on its switching contacts.
  • the rest of procedure ⁇ otherwise corresponds to the procedure described with reference to Figures 2 and 3.
  • either separate voltage transformers can be used for different field devices (this variant is shown for the field devices 25a and 53) or a voltage can be detected and applied with a common voltage converter two different field devices are distributed (this variant is shown for the field devices 25b and 53).
  • the choice of the variant of the voltage measurement depends essentially on the respective costs. In the case of field devices located close to one another, the costs for a separate voltage converter significantly exceed the wiring and testing costs for the distribution of the voltage signal of a common voltage converter. tion converter to a plurality of field devices, while locally far apart field devices, the use of separate voltage transformers can be cheaper.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Schnellumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem (20, 50), bei dem eine Sammelschiene (21) mit einer ersten Einspeiseleitung (23a) und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung (23b) verbunden ist und die Spannungsversorgung der Sammelschiene (21) von der ersten Einspeiseleitung (23a) zu einer der weiteren Einspeiseleitungen (23b) umgeschaltet wird. Um einen vergleichsweise einfachen und kostengünstigeren Aufbau des Energieversorgungssystems (20, 50) zu ermöglichen, wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Ausschaltbefehl (A) zum Öffnen eines Schalters (24a) der ersten Einspeiseleitung (23a) durch ein erstes Feldgerät (25a) erzeugt wird, ein erstes Schaltfreigabesignal (SF1) an ein weiteres Feldgerät (25b) übermittelt wird und von dem weiteren Feldgerät (25b) eine Spannung an seiner Einspeiseleitung (23b) und eine Spannung an der Sammelschiene (21) erfasst werden. Von dem weiteren Feldgerät (23b) bei Vorliegen eines vorgegebenes Einschaltkriterium ein weiteres Schaltfreigabesignal (SF2) erzeugt, und es wird ein Einschaltbefehl (E) zum Schließen eines Schalters (24b) an seiner Einspeiseleitung (23b) erzeugt, wenn sowohl das erste (SF1) als auch das weitere Schaltfreigabesignal (SF2) vorliegen.

Description

Beschreibung
Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem, bei dem eine Sammelschiene mit einer ersten Einspei¬ seleitung und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung ver- bunden ist und die Spannungsversorgung der Sammelschiene von der ersten Einspeiseleitung zu einer der weiteren Einspeiseleitungen umgeschaltet wird. Die Erfindung betrifft auch ein elektrisches Feldgerät zum Durchführen einer Schnellumschal- tung in einem elektrischen Energieversorgungssystem und ein entsprechend eingerichtetes elektrisches Energieversorgungs¬ system.
Der Zweck einer Schneilumschaltung ist eine schnelle und sichere Umschaltung der elektrischen Einspeisungen von Sammel- schienen (auch als sogenannte „Eigenbedarfsammeischienen" bezeichnet) , über die elektrische Lasten, beispielsweise elekt¬ rische Antriebe wie Asynchron- oder Synchronmotoren, mit elektrischer Energie versorgt werden. Häufig werden solche elektrischen Lasten in Blöcken von Kraftwerksanlagen, in In- dustrieanlagen oder Produktionsanlagen eingesetzt. Da solche Anlagen möglichst unterbrechungsfrei betrieben werden müssen, sind hier in der Regel zur Spannungsversorgung mindestens zwei voneinander möglichst unabhängige elektrische Energie¬ versorgungsquellen vorgesehen, zwischen denen bei Ausfall oder manuellem Abschalten der momentan aktiven Energieeinspeisung möglichst stoßfrei umgeschaltet werden muss.
Da bei einer fehlerhaften Umschaltung eine unzulässig hohe Beanspruchung der mit der Sammelschiene verbundenen elektri- sehen Lasten auftreten kann, wodurch im Extremfall Beschädigungen hervorgerufen werden können, wird bei einer Schneilumschaltung ein vorgegebenes Einschaltkriterium geprüft, gemäß dem beispielsweise Differenzen von Spannungen und Frequenzen zwischen der Sammelschiene und der zuzuschaltenden Einspeiseleitung betrachtet werden, und erst bei Erfüllung des Einschaltkriteriums wird die Zuschaltung der weiteren Einspeise¬ leitung ausgelöst. Hierbei wird auch die Eigenzeit des Schal- ters der zuzuschaltenden Einspeiseleitung berücksichtigt, also die Zeit, die zwischen der Abgabe des Einschaltbefehls und dem endgültigen Schließen der Schaltkontakte des betreffenden Schalters verstreicht. Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 604 540 Bl bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden mit einem Feldgerät in Form einer sogenannten „Schnellumschalteinrichtung" die Spannungen an einer Sammelschiene sowie an zwei mit der Sammel- schiene verbundenen Einspeiseleitungen erfasst und es wird bedarfsweise die Spannungsversorgung der Sammelschiene zwi¬ schen den Einspeiseleitungen umgeschaltet. Dazu erzeugt die Schnellumschalteinrichtung einen entsprechenden Einschaltbefehl für die zuzuschaltende Einspeiseleitung, der anhand ei- ner Differenz zwischen der Spannung auf der Eigenbedarfsammeischiene und der Spannung der zuzuschaltenden Einspeiseleitung gebildet worden ist.
In Figur 1 ist ein Energieversorgungssystem 10 mit einer Schnellumschalteinrichtung 11 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Das Energieversorgungssystem 10 weist eine Sammel¬ schiene 12 auf, die zur Versorgung elektrischer Lasten 13a und 13b mit elektrischer Energie dient. Bei den elektrischen Lasten 13a, 13b kann es sich beispielsweise um elektrische Antriebe einer Kraftwerksanlage oder einer Industrieanlage handeln, die möglichst unterbrechungsfrei mit elektrischer Energie versorgt werden müssen, um einen Ausfall der Kraft¬ werks- oder Industrieanlage zu vermeiden. Aus diesem Grund ist die Sammelschiene 12 mit einer redundanten Energieein- Speisung versehen; zur Spannungsversorgung der Sammelschiene 12 sind nämlich eine erste Einspeiseeinleitung 14a sowie eine zweite Einspeiseleitung 14b vorgesehen. Die erste Einspeise¬ leitung 14a und die zweite Einspeiseleitung 14b sind über Transformatoren 15a, 15b mit in Figur 1 nicht näher dargestellten voneinander unabhängigen elektrischen Energiequellen verbunden. Zudem sind sowohl die erste Einspeiseleitung 14a als auch die zweite Einspeiseleitung 14b mit der Sammelschie- ne 12 jeweils über Leistungsschalter 16a bzw. 16b verbunden.
Üblicherweise findet eine Spannungsversorgung der Sammel¬ schiene 12 durch die erste Einspeiseleitung 14a statt. Der entsprechende Schalter 16a ist daher in Figur 1 in seiner ge- schlossenen Position gezeigt. Wird aufgrund einer manuellen Umschaltung durch eine entsprechende Benutzereingabe (z.B. zur Durchführung einer Wartung an der ersten Einspeiseleitung) oder wegen eines Fehlers, beispielsweise eines Kurz¬ schlusses, auf der ersten Einspeiseleitung 14a, ein Abschal- ten der ersten Einspeiseleitung 14a erforderlich, so sorgt die Schnellumschalteinrichtung 11 dafür, dass eine Umschaltung der Spannungsversorgung der Sammelschiene 12 möglichst schnell und möglichst stoßfrei auf die zweite Einspeiselei¬ tung 14b erfolgt.
Hierzu ist die Schnellumschalteinrichtung 11 mit in Figur 1 lediglich schematisch angedeuteten Spannungswandlern 17a, 17b und 17c zur Erfassung der Spannungen auf der Sammelschiene 12 und den beiden Einspeiseleitungen 14a und 14b verbunden. Zur Durchführung einer Schneilumschaltung bei abgeschalteter erster Einspeiseleitung 14a nimmt die Schnellumschalteinrichtung die Spannungen an der zweiten Einspeiseleitung 14b und der Sammelschiene 12 auf und vergleicht aus den gemessenen Span¬ nungen ermittelte elektrische Größen, wie beispielsweise Amp- litude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der jeweiligen Spannungen, miteinander und löst eine Einschaltung der zweiten Einspeiseleitung 14b dann aus, wenn die miteinander verglichenen Größen ein entsprechendes Einschaltkriterium erfüllen. Beispielsweise darf als ein Teilkriterium die Span- nungsdifferenz im Zeitpunkt der Einschaltung der zweiten Einspeiseleitung 14b eine bestimmte Höhe nicht überschreiten. Figur 1 zeigt ein vergleichsweise einfaches Beispiel eines Energieversorgungssystems mit einer Schnellumschalteinrich¬ tung. In der Praxis sind häufig Sammelschienen mit mehr als zwei Einspeiseleitungen sowie gegebenenfalls auch auf der Sammelschiene selbst vorhandenen sogenannten Längsschaltern (auch als Längskupplungen bezeichnet) in Verwendung, so dass von der Schnellumschaltungseinrichtung ein vergleichsweise komplexes Energieversorgungssystem überwacht und gesteuert werden muss. Insbesondere bei höherer Komplexität der Ener- gieversorgungssysteme ist zur Einrichtung der Schnellumschalteinrichtung ein hoher Aufwand erforderlich, der mit hohen Kosten für das Material die Verlegung der Verdrahtungen, der entsprechenden Schaltschrankaufbauten sowie für die Prüfung der korrekten Verdrahtung und die Inbetriebnahme der Schnellumschalteinrichtung verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglich¬ keit zum Durchführen einer Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem anzugeben, bei der ein ver- gleichsweise einfacher und kostengünstigerer Aufbau des Energieversorgungssystems ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs angegebe¬ nen Art gelöst, bei dem ein Ausschaltbefehl zum Öffnen eines Schalters der ersten Einspeiseleitung durch ein erstes Feldgerät, das dem Schalter der ersten Einspeiseleitung zugeordnet ist, oder ein mit dem ersten Feldgerät in Verbindung stehendes Schutzgerät erzeugt wird, wenn ein Fehler auf der ers¬ ten Einspeiseleitung vorliegt oder ein manuelles Ausschalt- signal für die erste Einspeiseleitung erfasst worden ist. Von dem ersten Feldgerät wird ein erstes Schaltfreigabesignal an ein weiteres Feldgerät übermittelt, das einem Schalter einer der weiteren Einspeiseleitungen zugeordnet ist, und von dem das Schaltfreigabesignal empfangenden weiteren Feldgerät wer- den eine Spannung an seiner Einspeiseleitung und eine Spannung an der Sammelschiene erfasst. Von dem weiteren Feldgerät werden Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Fre¬ quenz der Spannungen an seiner Einspeiseleitung und der Sam- melschiene ermittelt, und von dem weiteren Feldgerät wird ein weiteres Schaltfreigabesignal erzeugt, wenn durch Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist. Von dem weiteren Feldgerät wird ein Einschaltbefehl zum Schließen des Schalters an seiner Einspeiseleitung erzeugt, wenn sowohl das erste als auch das weitere Schaltfreigabesignal vorliegen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Kosten und Komplexität für die Funktion einer Schneilumschaltung in einem Energieversorgungssystem dadurch deutlich gesenkt werden können, dass anstelle einer zentralen Schnellumschalteinrichtung, die anlagenbezogen, also für das gesamte Energieversorgungssystem, eingerichtet werden muss, schalterbezogene, also den jeweiligen Schaltern des Energieversorgungssystems zuge¬ ordnete und in deren örtlicher Nähe angeordnete Feldgeräte zur Durchführung einer Schneilumschaltung verwendet werden. Hierzu müssen die schalterbezogenen Feldgeräte lediglich durch Kommunikationsverbindungen untereinander verbunden und derart eingerichtet sein, dass sie die zuvor zentralisiert ausgeführte Funktionalität der Schneilumschaltung in verteil¬ ten Geräten vornehmen können. Zu diesem Zweck können ggf. auch ohnehin in der Nähe der Schalter vorhandene Feldgeräte, z.B. Schutzgeräte oder Steuergeräte, verwendet werden, wenn sich diese durch eine geänderte Programmierung an die neue Funktion anpassen lassen.
Gemäß der Erfindung wird vorteilhaft in einem der ausgeschal- teten Einspeiseleitung zugeordneten Feldgerät ein Schaltfreigabesignal erzeugt und an dasjenige weitere Feldgerät gesen¬ det, dessen Einspeiseleitung die Wiederherstellung der Spannungsversorgung der Sammelschiene vornehmen soll. Bei Empfang des Schaltfreigabesignals führt das betreffende weitere Feld- gerät an der zuzuschaltenden Einspeiseleitung selbständig die Messung der notwendigen Spannungen sowie die Auswertung bezüglich des vorgegebenen Einschaltkriteriums durch und nimmt dann selbstständig eine Einschaltung seiner Einspeiseleitung vor. Auf diese Weise kann vollständig auf ein zentrales
Schnellumschaltgerät mit der damit verbundenen aufwändigen und kostenintensiven Verdrahtung verzichtet werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Sammelschiene einen Längsschalter aufweist, der die Sammelschiene in einen ersten Abschnitt, der mit der ersten Einspeiseleitung verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit der zumindest einen weiteren Ein- speiseleitung verbunden ist, unterteilt. Bei während des Öff¬ nens des Schalters der ersten Einspeiseleitung geöffnetem Längsschalter wird das erste Schaltfreigabesignal an ein dem Längsschalter zugeordnetes Feldgerät übermittelt, das jeweils eine Spannung an dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Sammelschiene erfasst und Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der Spannungen des ersten und des zweiten Abschnitts der Sammelschiene ermittelt. Von dem dem Längsschalter zugeordneten Feldgerät wird das weitere Schalt¬ freigabesignal erzeugt, wenn durch Amplitude und/oder Effek- tivwert, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist, es wird ein Einschaltbefehl zum Schließen des Längsschalters erzeugt, wenn sowohl das erste als auch das weitere Schaltfreigabesignal vorliegen.
Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei solchen Sammelschienen durchgeführt werden, die durch einen sogenannten Längsschalter (auch als „Längskupplung" bezeichnet) in unterschiedliche Abschnitte aufgeteilt werden. Da teilweise die einzelnen Abschnitte solcher Sammelschienen bei geöffnetem Längsschalter von unterschiedlichen Einspeiseleitungen mit elektrischer Energie versorgt werden, muss bei Ausfall einer der Einspeiseleitungen zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung für den dann spannungslos gewordenen Abschnitt der Längsschalter geschlossen werden, um den spannungslosen Abschnitt mit einem Spannung führenden Abschnitt der Sammelschiene zu verbinden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens sieht vor, dass in einer Speichereinrichtung der jeweiligen Feldgeräte eine Topologieinformation gespeichert ist, die die Topologie (also den strukturellen Aufbau) des Energieversorgungssystems und den Schaltzustand aller Schalter angibt, bei Änderung des Schaltzustands eines der Schalter das diesem Schalter zugeordnete Feldgerät ein
Schaltzustandsänderungstelegramm an die anderen Feldgeräte übermittelt, das den neuen Schaltzustand des betreffenden Schalters angibt, und die das Schaltzustandsänderungstele¬ gramm empfangenden Feldgeräte ihre Topologieinformation an den geänderten Schaltzustand des betreffenden Schalters anpassen . Auf diese Weise hat jedes der Feldgeräte zu jeder Zeit eine vollständige Übersicht über die Art der momentanen Spannungs¬ versorgung der Sammelschiene und es wird eine dynamische Nachführung der Topologieinformation vorgenommen. Konkret kann in diesem Zusammenhang vorteilhafterweise vorge¬ sehen sein, dass das erste Feldgerät anhand der Topologiein- formation denjenigen Schalter ermittelt, der zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung der Sammelschiene zu schließen ist, und das erste Feldgerät das erste Schaltfreigabesig- nal an das dem ermittelten Schalter zugeordnete Feldgerät sendet .
Durch die dynamisch angepasste Topologieinformation wird das Feldgerät der ausgeschalteten Einspeiseleitung in die Lage versetzt, selbstständig eine Entscheidung treffen zu können, in welcher Weise die Spannungsversorgung für die Sammelschiene wiederhergestellt werden soll, beispielsweise welche von mehreren Einspeiseleitungen eingeschaltet werden soll. Durch Übermitteln des ersten Schaltfreigabesignals an das dem
Schalter der einzuschaltenden Einspeiseleitung zugeordnete Feldgerät kann das erste Feldgerät die einzuschaltende Ein¬ speiseleitung festlegen. In diesem Zusammenhang kann zudem vorgesehen sein, dass zur Ermittlung einer Änderung eines Schaltzustands eines Schal¬ ters von dem diesem Schalter zugeordneten Feldgerät entweder ein Zustandssignal eines Schalterhilfskontakts ausgewertet oder eine Messung des durch den Schalter fließenden Stroms durchgeführt wird und bei vorliegendem Stromfluss auf einen geschlossenen Schalter und bei fehlendem Stromfluss auf einen geöffneten Schalter geschlossen wird. Auf diese Weise kann eine einfache und zuverlässige Überwa¬ chung des jeweiligen Schalterzustandes (geöffnet oder ge¬ schlossen) durchgeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Verfahrens sieht vor, dass bei der Erfassung der jeweili¬ gen Spannungen durch die Feldgeräte eine Nachführung einer Abtastrate zur Abtastung der Spannungen an die Frequenz der zu messenden Spannung durchgeführt wird. Auf diese Weise können die einzelnen Spannungen noch zuverlässiger erfasst werden und der Vergleich der Spannungen an der Sammelschiene und der zuzuschaltenden Einspeiseleitung bzw. an unterschiedlichen Abschnitten der Sammelschiene kann noch exakter durchgeführt werden, da z.B. üblicherweise die Sammelschiene nach dem Abschalten der ersten Einspeiseleitung von einer signifikanten Frequenzänderung betroffen ist. Dies wird gemäß dieser Ausführungsform bei der Messung der jeweiligen Spannungen berücksichtigt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens sieht vor, dass die Feldgeräte die Einschalt¬ zeitdauer zwischen der Abgabe eines Einschaltbefehls und dem endgültigen Schließen des betreffenden Schalters und/oder die AusschaltZeitdauer zwischen der Abgabe eines Ausschaltbefehls und dem endgültigen Öffnen des betreffenden Schalters bestimmen. Die gemessene EinschaltZeitdauer und/oder die Ausschaltzeitdauer werden mit einem in dem jeweiligen Feldgerät gespeicherten Einschaltzeitparameter und/oder Ausschaltzeitpa- rameter verglichen und bei einer Abweichung zwischen der Einschaltzeitdauer und dem Einschaltzeitparameter bzw. der Ausschaltzeitdauer und dem Ausschaltzeitparameter wird ein jeweiliges Abweichungssignal erzeugt.
Auf diese Weise können die zum Ein- und Ausschalten benötig¬ ten sogenannten Eigenzeiten der Schalter, also die jeweilige Ein- und Ausschaltzeit der Schalter, gemessen und auf Abwei¬ chungen überwacht werden.
Das Abweichungssignal kann beispielsweise dazu verwendet wer¬ den, um eine entsprechende Mitteilung an den Betreiber des Energieversorgungssystems zu generieren, um ihm die Notwen¬ digkeit einer Überprüfung der Einschaltzeitparameter bzw. Ausschaltzeitparameter mitzuteilen. Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass als Reaktion auf das jeweilige Abweichungs¬ signal in dem jeweiligen Feldgerät die bestimmte Einschalt- Zeitdauer anstelle des bisherigen Einschaltzeitparameters als neuer Einschaltzeitparameter bzw. die bestimmte Ausschaltzeitdauer anstelle des bisherigen Ausschaltzeitparameters als neuer Ausschaltzeitparameter übernommen wird. Hierdurch kann sozusagen eine intelligente und selbstständige Nachführung der Parameter für die Eigenzeiten der jeweiligen Schalter, die beispielsweise einer Änderung aufgrund einer Alterung der Schalterantriebe oder einer Abnutzung der
Schaltkontakte unterworfen sein können, vorgenommen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä¬ ßen Verfahrens sieht zudem vor, dass von demjenigen Feldge¬ rät, das die Spannungsversorgung der Sammelschiene durch Schließen seines Schalters wiederherstellt, vor der Abgabe des Einschaltbefehls ein Lastabwurfsignal erzeugt wird, das ein Ausschalten einiger oder aller mit der Sammelschiene verbundener elektrischer Lasten bewirkt. Auf diese Weise können in bestimmten Situationen, beispielsweise bei Vorliegen einer zu großen Spannungsdifferenz zwischen der Sammelschiene und der zuzuschaltenden Einspeiselei¬ tung, einige oder alle der mit der Sammelschiene verbundenen elektrischen Lasten abgeschaltet werden. Hierdurch können beispielsweise zu hohe Belastungen der elektrischen Lasten aufgrund einer sprunghaften Wiedereinschaltung der Spannungsversorgung der Sammelschiene vermieden werden. Die elektrischen Lasten können dann nach Wiederherstellung der Span- nungsversorgung für die Sammelschiene wieder eingeschaltet werden, beispielsweise kann ein elektrischer Antrieb kontrol¬ liert wieder hochgefahren werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schaltfrei¬ gabesignale in Form von GOOSE-Datentelegrammen gemäß dem Standard IEC 61850 zwischen den Feldgeräten übermittelt wer¬ den . Auf diese Weise können unter Verwendung standardisierter und erprobter Kommunikationsprotokolle die Schaltfreigabesignale sehr schnell über die Kommunikationsverbindung zwischen den einzelnen Feldgeräten übertragen werden. Die sogenannten GOOSE-Datentelegramme (GOOSE = Generic Object Oriented Sub- Station Event) gemäß dem Standard IEC 61850 für die Kommuni¬ kation in Schaltanlagen sind vorteilhaft zur schnellen Übermittlung von Signalen zwischen einzelnen Feldgeräten eines elektrischen Energieversorgungssystems geeignet. Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein elektrisches Feldgerät zum Durchführen einer Schnellumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem mit einer Datenverarbeitungseinrichtung gelöst, bei dem die Datenverarbeitungs¬ einrichtung dazu eingerichtet ist, mit einer Datenverarbei- tungseinrichtung zumindest eines weiteren elektrischen Feldgeräts ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen . Konkret kann hinsichtlich eines solchen Feldgerätes vorgese¬ hen sein, dass das Feldgerät ein Schutzgerät zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungssystems ist. Elektrische Feldgeräte in Form von Schutzgeräten werden ohnehin üblicherweise an Sammelschienen und Einspeiseleitungen verwendet, so dass für die Zwecke der Schneilumschaltung le¬ diglich eine Ertüchtigung der jeweiligen Gerätesoftware erfolgen muss und keine zusätzlichen Kosten anfallen.
Schließlich wird die oben genannte Aufgabe auch durch ein elektrisches Energieversorgungssystem mit einer Sammelschiene, die mit einer ersten Einspeiseleitung und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung über jeweils einen Schalter verbun- den ist, und mit dem jeweiligen Schalter zugeordneten Feldgeräten, die zur Erfassung einer Spannung an der jeweiligen Einspeiseleitung und einer Spannung an der Sammelschiene eingerichtet sind, gelöst, bei dem die Feldgeräte entsprechend einem der Ansprüche 11 oder 12 ausgebildet sind.
Hinsichtlich der Vorteile wird auf die bezüglich des Verfahrens angesprochenen Vorteile verwiesen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert werden. Hierzu zeigen
Fig. 1 ein Single-Line-Diagramm eines elektrisches Energieversorgungssystems mit einer Schnellumschalt¬ einrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Single-Line-Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energieversorgungssystems mit zwei Einspeiseleitungen,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Funktionsbau¬ steins eines elektrischen Feldgerätes, Fig. 4 Ortskurve der Restspannung eines elektri- Motors zur Erläuterung von Einschaltkrite rien und
Fig. 5 ein Single-Line-Diagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energieversorgungssystems mit zwei Einspeiseleitungen und ei¬ nem Längsschalter. Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Energiever¬ sorgungssystems 20 in Single-Line-Darstellung, das eine Sammelschiene 21 umfasst, mittels der elektrische Lasten 22a, 22b beispielsweise Antriebe einer Kraftwerks- oder Industrie¬ anlage mit elektrischer Energie versorgt werden. Um eine mög- liehst unterbrechungsfreie Spannungsversorgung der elektrischen Lasten 22a, 22b zu erreichen, ist die Sammelschiene 21 über Schalter 24a und 24b mit zwei Einspeiseleitungen 23a und 23b verbunden. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 2 soll angenommen werden, dass die Sammelschiene 21 üblicherweise durch die erste Einspeiseleitung 23a mit elektrischer Energie versorgt wird. Daher sind die Schaltkontakte dieses Schalters 24a in ihrer geschlossenen Position gezeigt, während die Schaltkontakte des Schalters 24b der zweiten Einspeiseleitung 23b in geöffneter Stellung dargestellt sind. Jedem der Schalter 24a bzw. 24b ist ein Feldgerät 25a, 25b zugeordnet, bei dem es sich beispielsweise um ein elektrisches Schutzgerät zur Über¬ wachung der jeweiligen Einspeiseleitung 23a, 23b oder um ein Steuergerät zur Fernansteuerung des jeweiligen Schalters 24a bzw. 24b handeln kann. Die Feldgeräte 25a, 25b weisen (nicht dargestellte) Messwerterfassungseinrichtungen auf, mit denen sie sind mit an den Einspeiseleitungen 23a, 23b und der Sammelschiene 21 angeordneten Spannungswandlern 26 verbunden sind. Optional können die Messwerterfassungseinrichtungen der Feldgeräte 25a, 25b auch mit Stromwandlern 27 verbunden sein. Außerdem sind die Feldgeräte 25a, 25b durch eine Kommunikati¬ onsverbindung 28 miteinander verbunden, bei der es sich beispielsweise um eine Ethernet-Kommunikationsverbindung handeln kann . Im Folgenden soll die Funktionsweise für eine Schnellumschal- tung zwischen den beiden Einspeiseleitungen für den Fall beschrieben werden, dass die erste Einspeiseleitung 23a auf- grund eines Fehlers ausgeschaltet wird.
Handelt es sich bei dem der ersten Einspeiseleitung 23a zugeordneten Feldgerät 25a um ein elektrisches Schutzgerät, so erkennt dieses im Zuge der üblichen Überwachung der ersten Einspeiseleitung 23a, bei der Schutzalgorithmen, beispielsweise ein Distanzschutzalgorithmus oder ein Überstromschutz- algorithmus, verwendet werden, den Fehler auf der ersten Einspeiseleitung 23a und steuert den Schalter 24a mit einem Ausschaltbefehl A entsprechend an. Handelt es sich bei dem Feld- gerät 25a nicht um ein Schutzgerät, so kann der Schaltbefehl zum Öffnen des Schalters 24a beispielsweise auch von einem benachbarten Schutzgerät erzeugt werden, das dem Feldgerät 25a ein entsprechendes Triggersignal zum Starten der Schneil¬ umschaltung übermittelt.
Das Feldgerät 25a erzeugt daraufhin ein erstes Schaltfreiga¬ besignal S Fi und übermittelt dieses über die Kommunikations¬ verbindung 28 an das weitere Feldgerät 25b. Das erste Schalt¬ freigabesignal S Fi kann beispielsweise in Form eines soge- nannten GOOSE-Datentelegramms (GOOSE = Generic Object Orien- ted Substation Event) gemäß der IEC 61850 ausgebildet sein.
Nach dem Empfang des ersten Schaltfreigabesignals S Fi durch das weitere Feldgerät 25b führt seine Messwerterfassungsein- richtung mittels der von den Spannungswandlern 26 zur Verfügung gestellten Spannungssignale eine Messung sowohl der Spannung U2 der zweiten Einspeiseleitung 23b als auch der nach dem Öffnen des Schalters 24a noch auf der Sammelschiene 21 anstehenden Restspannung us durch. Hinsichtlich der Span- nungen U2 und us werden insbesondere deren Eigenschaften wie Amplitude und/oder Effektivwert sowie Phasenwinkel und Fre¬ quenz ermittelt. Anhand dieser spannungsbezogenen Größen oder davon abgeleiteten Größen wird das Vorliegen eines vorgegebe- nen Einschaltkriteriums überprüft. Mögliche Einschaltkrite¬ rien werden an späterer Stelle in Zusammenhang mit Figur 4 eingehender erläutert. Beispielsweise dürfen zur Durchführung einer möglichst stoßfreien Schneilumschaltung Differenzen von Amplituden und/oder Effektivwerten und Frequenzen der Spannungen U2 und us an der zuzuschaltenden Einspeiseleitung 23b und der Sammelschiene 21 nicht zu groß sein. Erkennt das wei¬ tere Feldgerät 25b, dass das Einschaltkriterium erfüllt ist, so erzeugt es ein weiteres Schaltfreigabesignal und schließ- lieh einen Einschaltbefehl für den Schalter 24b, der diesen zum Schließen seiner Schaltkontakte veranlasst. Bei der Über¬ prüfung der Einschaltkriterien und der Auswahl des geeigneten EinschaltZeitpunktes des Schalters 24b wird zudem die Eigen¬ zeit des Schalters 24b berücksichtigt, also diejenige Zeit- dauer, die zwischen der Abgabe eines Einschaltbefehls E und dem endgültigen Schließen der Schaltkontakte des Schalters 24b liegt, so dass der Einschaltbefehl um eine EinschaltZeit¬ dauer des Schalters 24b entsprechend vor dem eigentlichen EinschaltZeitpunkt abgegeben wird. Nach dem Einschalten des Schalters 24b der weiteren Einspeiseleitung 23b ist die Spannungsversorgung für die Sammelschiene 21 und die von dieser mit elektrischer Energie versorgten Lasten 22a und 22b wiederhergestellt, so dass ein Weiterbetrieb der Anlage möglich ist und der Fehler an der ersten Einspeiseleitung 23a behoben werden kann.
Fig. 3 zeigt einen Funktionsbaustein 30 eines Feldgerätes, der die Funktionalität der Schneilumschaltung bereitstellt und der üblicherweise in Form eines Programmmoduls in der Steuerungssoftware des betreffenden Feldgerätes ausgeführt ist. Der Funktionsbaustein 30 weist ein Messmodul 31 sowie ein Logikmodul 32 auf, beide Module arbeiten zur Durchführung der Funktionalität der Schneilumschaltung in nachfolgend be¬ schriebener Weise zusammen.
Der Funktionsbaustein 30 führt abhängig davon, ob der dem Feldgerät zugeordnete Schalter (beispielsweise Schalter 24a, 24b aus Figur 2) ein- oder ausgeschaltet wird, unterschiedli- che Schritte durch. Zunächst soll die Funktionsweise des Funktionsbausteins 30 beschrieben werden, wenn dieser im Feldgerät 25b (vgl. Fig. 2) installiert ist und eine Ein¬ schaltung des Schalters 24b an der zuzuschaltenden weiteren Einspeiseleitung 23b bewirken soll.
Das Logikmodul 32 des Funktionsbausteins 30 steht mit einer Kommunikationsschnittstelle des Feldgeräts in Verbindung und empfängt über die Kommunikationsverbindung 28 das erste Frei- gabesignal SFi und aktiviert daraufhin die Messfunktion des
Messmoduls 31 durch ein Aktivierungssignal SAkt · Das Messmodul 31 empfängt fortan die von der Messwerterfassungseinrichtung des Feldgerätes aufgenommenen Messwerte für die Spannung U2 an der weiteren Einspeiseleitung 23b und die Spannung us an der Sammelschiene 21 und überprüft diese hinsichtlich Größen wie Amplitude und/oder Effektivwert sowie Phasenwinkel und Frequenz auf das Vorliegen des Einschaltkriteriums. Wie spä¬ ter zu Figur 4 erläutert, können von dem Messmodul verschie¬ dene Einschaltkriterien überprüft werden und abhängig von dem Vorliegen eines bestimmten Einschaltkriteriums unterschiedli¬ che Einschaltprogramme durchgeführt werden. Sobald ein vorge¬ gebenes Einschaltkriterium erfüllt ist, erzeugt das Messmodul 31 ein zweites Schaltfreigabesignal SF2 und gibt dieses an das Logikmodul 32 zurück. Da zu diesem Zeitpunkt sowohl das erste Schaltfreigabesignal SFi als auch das zweite Schalt¬ freigabesignal SF2 vorliegen, erzeugt daraufhin das Logikmo¬ dul 32 den Einschaltbefehl E, der an den Schalter 24b abgegeben wird und diesen zum Schließen seiner Schaltkontakte veranlasst .
Zum Bestimmen des richtigen Zeitpunktes zum Erzeugen des Einschaltbefehls E muss die EinschaltZeitdauer des Schalters 24b berücksichtigt werden, da der Einschaltbefehl E mit entspre¬ chendem zeitlichen Vorlauf an den Schalter 24b abgegeben wer- den muss, damit dieser seine Schaltkontakte genau im richti¬ gen Zeitpunkt schließt. Daher ist ein die EinschaltZeitdauer des Schalters 24b angebender Einschaltzeitparameter PE in ei¬ ner Speichereinrichtung 33 des Feldgeräts abgelegt, auf die der Funktionsbaustein 30 zugreifen kann. Entsprechend ist auch ein die AusschaltZeitdauer des Schalters 24b angebender Ausschaltzeitparameter PA in der Speichereinrichtung 33 hinterlegt .
Zur Überprüfung der aktuell gespeicherten Werte der Ein- bzw. Ausschaltzeitparameter PE bzw. PA kann das Messmodul 31 z.B. anhand eines Signals H eines Hilfskontaktes des Schalters 24b den Zeitpunkt des Öffnens bzw. des Schließens der Schaltkon- takte des Schalters bestimmen. Alternativ dazu kann auch eine Strommessung des Stromes i2 in der weiteren Einspeiseleitung 23b erfolgen, um die genauen Zeitpunkte des Öffnens bzw.
Schließens der Schaltkontakte zu ermitteln. Damit kann von dem Funktionsbaustein 30 auch die Ein- bzw. Ausschaltzeitdau- er des Schalters 24b bestimmt werden, indem die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Abgabe eines Ein- bzw. Ausschalt¬ signals E bzw. A an den Schalter 24b und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Öffnens oder Schließens der Schaltkontakte (an¬ hand des Signals H des Hilfskontaktes oder der Strommessung von i2) gemessen wird. Wenn zwischen den abgespeicherten Einschalt- bzw. Ausschaltzeitparametern PE bzw. PA und der gemessenen Einschalt- bzw. der AusschaltZeitdauer Differenzen auftreten, kann ein Abweichungssignal an den Betreiber des Energieversorgungssystems abgegeben werden, das diesen auf die Überprüfung der fraglichen Ein- bzw. Ausschaltzeitparameter PE bzw. PA hinweist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine selbstständige adaptive Nachführung der Ein- bzw. Aus¬ schaltzeitparameter PE bzw. PA durchgeführt werden, indem die jeweils gemessenen Ein- bzw. AusschaltZeitdauern als neue Ein- bzw. Ausschaltzeitparameter PE bzw. PA anstelle der alten Werte verwendet werden. Hierbei kann zusätzlich vorgese¬ hen sein, dass bei einer Abweichung, die über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, aus Sicherheitsgründen keine adap¬ tive Nachführung stattfindet, da bei einer so großen Abwei- chung ein Fehler während der Messung der Ein- bzw. Ausschaltzeitdauer angenommen werden kann. In bestimmten Fällen kann es vorkommen, dass keine stoßfreie Umschaltung zwischen den Einspeiseleitungen mehr gewährleistet werden kann. In diesem Fall kann das Logikmodul 32 des Funktionsbausteins 30 ein Lastabwurfsignal L erzeugen, das allen oder einigen der mit der Sammelschiene 21 verbundenen elektrischen Lasten 22a, 22b zugeführt wird und ein Ausschal¬ ten der Lasten bewirkt. Erst danach wird über den Einschalt¬ befehl E der Schalter 24b der weiteren Einspeiseleitung 23b wieder geschlossen, so dass durch eine in diesem Fall sprung- hafte Umschaltung auf die weitere Spannungsversorgung keine Beschädigungen an den elektrischen Lasten 22a, 22b erfolgen können. Nach vorgenommener Wiederherstellung der Spannungsversorgung 21 können die elektrischen Lasten 22a und 22b in kontrollierter Weise wieder eingeschaltet werden, indem bei- spielsweise elektrische Antriebe wieder hochgefahren werden.
Nachfolgend soll die Funktionsweise des Funktionsbausteins 30 beschrieben werden, wenn dieser in einem Feldgerät 25a installiert ist, das der abgeschalteten Einspeiseleitung zuge- ordnet ist. In diesem Fall muss der Funktionsbaustein insbesondere eine Festlegung durchführen, welcher Schalter des Energieversorgungssystems zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung für die Sammelschiene geschlossen werden soll. Hierzu ist in der Speichereinrichtung 33 eine Topolo- gieinformation T gespeichert. Diese Topologieinformation T umfasst einerseits eine Angabe über den strukturellen Aufbau des Energieversorgungssystems und andererseits Angaben über die aktuellen Schaltzustände der Schalter in dem Energieversorgungssystem. Bei der Inbetriebnahme der Feldgeräte muss als statischer Bestandteil der Topologieinformation T der
Aufbau des Energieversorgungssystems vorgegeben werden. Die Schaltzustände der jeweiligen Schalter werden hingegen dynamisch erfasst. Hierzu kann das Feldgerät 25a entweder das Signal H des Hilfskontaktes des überwachten Schalters 24a auswerten, das angibt, ob der zugeordnete Schalter 24b geöff¬ net oder geschlossen ist, oder über den Stromwandler 27 eine Messung des Stromes i i in der Einspeiseleitung 23a vornehmen. Bei vorliegendem Stromfluss wird auf einen geschlossenen Schalter 24a bei unterbrochenem Stromfluss auf einen geöffne¬ ten Schalter 24a geschlossen. Die Information über den
Schaltzustand des dem Feldgerät 25a zugeordneten Schalters 24a wird in die Topologieinformation T eingepflegt. Die
Schaltzustände der anderen Schalter in dem Energieversorgungssystem werden von den jeweiligen anderen Feldgeräten er- fasst und über die Kommunikationsverbindung 28 an das Feldgerät 25a übermittelt. Die empfangenen Schaltzustände werden ebenfalls in die Topologieinformation T eingepflegt.
Anhand der Topologieinformation T kann der Logikbaustein des Feldgeräts 25a für den Fall, dass die Einspeiseleitung 23a abgeschaltet wird, entscheiden, an welches andere Feldgerät das erste Schaltfreigabesignal S Fi übermittelt werden soll. Diese Entscheidung ist insbesondere für komplexe Energiever¬ sorgungssysteme mit mehreren Einspeiseleitungen und ggf.
Längsschaltern auf der Sammelschiene zu treffen.
Eine Umschaltung kann schließlich außer bei einem Fehler auf einer Einspeiseleitung auch durch ein manuelles Ausschaltsignal MS herbeigeführt werden, das durch eine Benutzerhandlung eines Bedieners des Energieversorgungssystems ausgelöst wird. Ein solches manuelles Ausschaltsignal MS kann dem Logikmodul 32 des Funktionsbausteins 30 über einen Triggereingang zuge- führt werden und löst unter Berücksichtigung der Ausschaltzeitdauer einerseits den Ausschaltbefehl A für den dem Feldgerät zugeordneten Schalter und andererseits die Übermittlung des ersten Schaltfreigabesignals S Fi an ein weiteres Feldge¬ rät aus .
Obwohl bei der Beschreibung der Erfindung durchgehend der Begriff „Schnellumschaltung" verwendet wird, können bei der Umschaltung der Spannungsversorgung für die Sammelschiene verschiedene Umschaltprogramme mit unterschiedlichen Eigen¬ schaften (insbesondere Umschaltzeiten) zum Einsatz kommen. Alle diese Umschaltprogramme sollen inhaltlich unter dem Beg¬ riff „Schnellumschaltung" zusammengefasst werden. Bezüglich der Umschaltprogramme sind einerseits eine Umschaltung auf¬ grund einer manuellen Schalthandlung und andererseits eine Umschaltung aufgrund eines Fehlers auf der ersten Einspeise¬ leitung zu unterscheiden.
Hinsichtlich einer Umschaltung bei normalen Betriebsbedingungen durch eine manuelle Ansteuerung, die ferngesteuert oder vor Ort erfolgen kann, sind die sequentielle (überlappte) und die gleichzeitige Umschaltung zu unterscheiden.
Wird als Einschaltkriterium eine Vorgabe hinsichtlich einer maximal erlaubten Spannungsdifferenz, einer maximal erlaubten Frequenzdifferenz und einer maximal erlaubten Phasenverschiebung zwischen den gemessenen Spannungen erfüllt, so wird bei einer sequentiellen Umschaltung zunächst der noch offene Schalter geschlossen und nach Ablauf einer eingestellten Überlappungszeit (z.B. 150 ms) der bisher geschlossene Schal¬ ter geöffnet. Bei einer gleichzeitigen Umschaltung soll nur eine vernachlässigbar kurze Lücke oder kurze Überlappung bei der Umschaltung auftreten. Bei bekannten Ein- und AusschaltZeitdauern der Schalter werden die Befehle so gegeben, dass beide Schal¬ ter gleichzeitig reagieren, also gleichzeitig der eine Schal- ter geschlossen und der andere Schalter geöffnet wird. In der Regel ist die AusschaltZeitdauer etwas kürzer, so dass der Ausschaltbefehl entsprechend verzögert wird. Damit beträgt die spannungslose Zeit nur wenige Millisekunden. Bei fehlerbedingten Umschaltungen bei transienten Anlagenbedingungen sind die Sofortumschaltung, die Restspannungsum- schaltung und die Langzeitumschaltung zu unterscheiden. Diese werden anhand von Fig. 4 erläutert. Hierzu zeigt Fig. 4 eine Ortskurve des Restspannung eines Motors, der als elektrischer Antrieb mit der Sammelschiene verbunden ist. Die in Fig. 4 dargstellten Größen bedeuten: UHN: Spannungszeiger der ersten Einspeiseleitung
(„Hauptnetz" ) ;
URN · Spannungszeiger des zweiten Einspeiseleitung
(„Reservenetz") ;
UMo : Spannungszeiger der Motorrestspannung auf der
Sammelschiene zum Zeitpunkt t=0;
UMt: Spannungszeiger der Motorrestspannung auf der
Sammelschiene zu einem beliebigen Zeitpunkt t;
Δυζι1ι : zulässige Spannungsdifferenz;
5zui : zulässiger Winkel für Überlapptumschaltung;
ΤΊ: erster Zeitbereich für die Sofortumschaltung; 2 : zweiter Zeitbereich für die Sofortumschaltung;
T3 : Zeitpunkt, ab dem eine Langzeitschaltung erfolgen kann.
Nach seiner Aktivierung überprüft das Messmodul 31 (vgl. Fig. 3) die Einhaltung der Teilkriterien Spannungsdifferenz, Frequenzdifferenz und Phasenverschiebung. Gleichzeitig wird aus der ermittelten Frequenzdifferenz bezüglich der Sammelschiene und der EinschaltZeitdauer des Schalters der zu erwartende Differenzwinkel berechnet. Gemäß der Ortskurve in Fig. 4 muss die erste Sofortumschaltung innerhalb von ΤΊ erfolgen. Die Aus- bzw. Einschaltbefehle werden von den beteiligten Feldge¬ räten nahezu gleichzeitig abgegeben. Zusätzlich werden als weitere Teilkriterien noch Mindestspannungen der zuzuschaltenden Einspeiseleitung (z.B. > 80% der Nennspannung) bzw. der Sammelschiene (z.B. > 50% der Nennspannung) überwacht. Werden diese Grenzen verletzt, wird nicht umgeschaltet bzw. erfolgt eine Restspannungs- bzw. Langzeitumschaltung .
Schafft man aufgrund der Fehlerbedingungen die Umschaltung nicht in ΤΊ, so muss der erneute Eintritt in den zulässigen Bereich abgewartet werden. Dieser Bereich ist in Fig. 4 mit T2 gekennzeichnet. Der Einschaltbefehl muss im Synchronpunkt bzw. bei Einhaltung von ÄUzui erfolgen. Zusätzlich werden noch Mindestspannungen der Einspeiseleitung (z.B. > 80% der Nennspannung) bzw. der Sammelschiene (z.B. > 50% der Nennspannung) überwacht. Werden diese Grenzen verletzt, wird nicht umgeschaltet bzw. erfolgt eine Restspannungs- bzw.
Langzeitumschaltung .
Kann auch in 2 nicht umgeschaltet werden, so wird eine Rest- spannungsumschaltung geprüft. Diese erfolgt innerhalb T3 der Ortskurve in Fig. 4. Ab diesem Zeitpunkt wird ÄUzui nicht mehr überschritten. Das bedeutet, das die Spannung an der Sammelschiene ist unter den Wert der Restspannung gesunken ist. Bei dieser Art der Umschaltung wird auch ggf. ein Last- abwurf durch ein Lastabwurfsignal L (vgl. Fig. 3) durchge¬ führt .
Bei der Langezeitumschaltung lässt man die Motoren an der Sammelschiene zuerst auslaufen, um dann die Ersatz- Einspeiseleitung zuschalten. Das heißt, dass der Ausschaltbefehl durch das erste Feldgerät sofort erfolgt und der Ein¬ schaltbefehl erst nach Ablauf einer eingestellten Umschaltzeit gegeben wird. Bei diesem Verfahren findet ebenfalls ein Lastabwurf statt.
Fig. 5 zeigt schließlich ein zweites Ausführungsbeispiel ei¬ nes Energieversorgungssystems 50, das sich von dem Energie¬ versorgungssystem 20 gemäß Fig. 2 insbesondere dadurch unterscheidet, dass die Sammelschiene 21 durch einen Längsschalter 51 in einen ersten Abschnitt 52a und einen zweiten Abschnitt 52b geteilt ist. Dem Längsschalter 51 ist ein Feldgerät 53 zugeordnet, das über die Kommunikationsverbindung 28 mit den anderen Feldgeräten 25a, 25b in Verbindung steht. Im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 soll ange- nommen werden, dass im normalen Betriebsfall der Längsschal¬ ter 51 geöffnet ist, so dass der erste Abschnitt 53a der Sam¬ melschiene 21 bei geschlossenem Schalter 24a durch die erste Einspeiseleitung 23a und der zweite Abschnitt 52b der Sammel¬ schiene 21 bei geschlossenem Schalter 24b durch die zweite Einspeiseleitung 23b gespeist wird.
Zur Beschreibung der Funktionsweise bei einer Umschaltung soll nun angenommen werden, dass die erste Einspeiseleitung 23a aufgrund eines Fehlers oder einer manuellen Bedienhand¬ lung ausgeschaltet wird, so dass der Schalter 24a durch das Feldgerät 25a (oder ein mit dem Feldgerät 25a in Verbindung stehendes Schutzgerät) geöffnet wird. Danach ist der erste Abschnitt 52a der Sammelschiene von der Spannungsversorgung abgekoppelt. Das erste Feldgerät 25a prüft anhand seiner To- pologieinformation T den Aufbau des Energieversorgungssystems 50 sowie den Schaltzustand der jeweiligen Schalter 24a, 24b und 51 und erkennt, dass zum Wiederherstellen der Spannungs- Versorgung für den ersten Abschnitt 52a der Sammelschiene 21 ein Schließen der Schaltkontakte des Schalters 51 notwendig ist. Daher erzeugt das erste Feldgerät 25a ein erstes Schalt¬ freigabesignal SFi und übermittelt dieses an das dem Längs¬ schalter 51 zugeordnete Feldgerät 53. Dieses überprüft anhand der Spannungen für den mit Spannung versorgten zweiten Abschnitt 52b der Sammelschiene 21 sowie der auf dem abgeschal¬ teten ersten Abschnitt 52a der Sammelschiene 21 vorliegenden Restspannung uSi bzw. uS2 das Vorliegen eines Einschaltkrite¬ riums und gibt ggf. ein zweites Schaltfreigabesignal SF2 ab. Bei vorliegendem ersten und zweiten Schaltfreigabesignal SFi und SF2 in dem Feldgerät 53 wird schließlich ein Einschaltbe¬ fehl E für den Schalter 51 erzeugt, das diesen zum Einschalten seiner Schaltkontakte veranlasst. Die übrige Vorgehens¬ weise entspricht ansonsten der hinsichtlich Figuren 2 und 3 beschriebenen Vorgehensweise.
Für die Messung der Spannungen auf den Abschnitten 52a bzw. 52b der Sammelschiene 21 können für verschiedene Feldgeräte entweder separate Spannungswandler verwendet werden (diese Variante ist für die Feldgeräte 25a und 53 gezeigt) oder es kann mit einem gemeinsamen Spannungswandler eine Spannung er- fasst und an zwei verschiedene Feldgeräte verteilt werden (diese Variante ist für die Feldgeräte 25b und 53 gezeigt) . Die Wahl der Variante der Spannungsmessung hängt wesentlich von den jeweiligen Kosten ab. Bei nahe beieinander liegenden Feldgeräten übersteigen die Kosten für einen separaten Spannungswandler deutlich den Verdrahtungs- und Prüfaufwand für die Verteilung des Spannungssignals eines gemeinsamen Span- nungswandlers an mehrere Feldgeräte, während bei örtlich weit auseinander liegenden Feldgeräten die Verwendung separater Spannungswandler günstiger sein kann. In den Figuren 2 und 5 wurden zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines Energieversorgungssystems mit der Mög¬ lichkeit einer Schnellumschaltung beschrieben. Darüber hinaus lässt sich die Schnellumschaltungsfunktion gemäß der beschriebenen Erfindung selbstverständlich auch auf beliebige andere Topologien von Energieversorgungssystemen anwenden, beispielsweise bei Energieversorgungssystemen mit drei oder mehr Einspeiseleitungen oder auch mehr als einem Längsschalter auf der Sammelschiene.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Durchführen einer Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem (20, 50), bei dem eine Sammelschiene (21) mit einer ersten Einspeiseleitung (23a) und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung (23b) verbunden ist und die Spannungsversorgung der Sammelschiene (21) von der ersten Einspeiseleitung (21a) zu einer der weiteren Einspeiseleitungen (21b) umgeschaltet wird, wobei
- ein Ausschaltbefehl (A) zum Öffnen eines Schalters (24a) der ersten Einspeiseleitung (23a) durch ein erstes Feldgerät (25a) , das dem Schalter (24a) der ersten Einspeiseleitung (23a) zugeordnet ist, oder ein mit dem ersten Feldgerät (25a) in Verbindung stehendes Schutzgerät erzeugt wird, wenn ein Fehler auf der ersten Einspeiseleitung (23a) vorliegt oder ein manuelles Ausschaltsignal für die erste Einspeiseleitung (23a) erfasst worden ist;
- ein erstes Schaltfreigabesignal (SFi) von dem ersten Feld¬ gerät (25a) an ein weiteres Feldgerät (25b) übermittelt wird, das einem Schalter (24b) einer der weiteren Einspeiseleitungen (23b) zugeordnet ist;
- von dem das erste Schaltfreigabesignal (SFi) empfangenden weiteren Feldgerät (25b) eine Spannung an seiner Einspeise¬ leitung (23b) und eine Spannung an der Sammelschiene (21) er- fasst werden;
- von dem weiteren Feldgerät (25b) Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der Spannungen an seiner Einspeiseleitung (23b) und der Sammelschiene (21) ermittelt werden;
- von dem weiteren Feldgerät (25b) ein weiteres Schaltfreiga¬ besignal (SF2) erzeugt wird, wenn durch Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist; und
- von dem weiteren Feldgerät (25b) ein Einschaltbefehl (E) zum Schließen des Schalters (24b) an seiner Einspeiseleitung (23b) erzeugt wird, wenn sowohl das erste (SFi) als auch das weitere Schaltfreigabesignal (SF2) vorliegen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Sammelschiene (21) einen Längsschalter (51) aufweist, der die Sammelschiene (21) in einen ersten Abschnitt (52a), der mit der ersten Einspeiseleitung (23a) verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt (52b) , der mit der zumindest einen weiteren Einspeiseleitung (23b) verbunden ist, unterteilt;
- bei während des Öffnens des Schalters (24a) der ersten Ein- speiseleitung (23a) geöffnetem Längsschalter (51) das erste
Schaltfreigabesignal (SFi) an ein dem Längsschalter (51) zu¬ geordnetes Feldgerät (53) übermittelt wird;
- von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) jeweils eine Spannung an dem ersten (52a) und dem zweiten Ab- schnitt (52b) der Sammelschiene (21) erfasst werden;
- von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) Amplitude, Phasenwinkel und Frequenz der Spannungen des ers¬ ten (52a) und des zweiten Abschnitts (52b) der Sammelschiene (21) ermittelt werden;
- von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) das weitere Schaltfreigabesignal (SF2) erzeugt wird, wenn durch Amplitude, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist; und
- von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) ein Einschaltbefehl (E) zum Schließen des Längsschalters (51) erzeugt wird, wenn sowohl das erste (SFi) als auch das weite¬ re Schaltfreigabesignal (SF2) vorliegen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- in einer Speichereinrichtung (33) der jeweiligen Feldgeräte (25a, 25b, 53) eine Topologieinformation (T) gespeichert ist, die die Topologie des Energieversorgungssystems (20, 50) und den Schaltzustand aller Schalter (24a, 24b, 51) angibt;
- bei Änderung des Schaltzustands eines der Schalter (24a, 24b, 51) das diesem Schalter (24a, 24b, 51) zugeordnete Feld¬ gerät (25a, 25b, 53) ein Schaltzustandsänderungstelegramm an die anderen Feldgeräte (25a, 25b, 53) übermittelt, das den neuen Schaltzustand des betreffenden Schalters (24a, 24b, 51) angibt; und
- die das Schaltzustandsänderungstelegramm empfangenden Feld- geräte (25a, 25b, 53) ihre Topologieinformation (T) an den geänderten Schaltzustand des betreffenden Schalters (24a, 24b, 51) anpassen.
4. Verfahren nach Anspruch 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- das erste Feldgerät (25a) anhand der Topologieinformation (T) denjenigen Schalter (z.B. 51) ermittelt, der zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung der Sammelschiene (21) zu schließen ist; und
- das erste Feldgerät (25a) das erste Schaltfreigabesignal (SFi) an das dem ermittelten Schalter (z.B. 51) zugeordnete Feldgerät (z.B. 53) sendet.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- zur Ermittlung einer Änderung eines Schaltzustands eines Schalters (24a, 24b, 51) von dem diesem Schalter (24a, 24b, 51) zugeordneten Feldgerät (25a, 25b, 53) entweder
- ein Zustandssignal (H) eines Schalterhilfskontakts ausgewertet wird; oder
- eine Messung des durch den Schalter (24a, 24b, 51) fließenden Stroms durchgeführt wird und bei vorliegendem Stromfluss auf einen geschlossenen Schalter (24a, 24b, 51) und bei fehlendem Stromfluss auf einen geöffneten Schalter (24a, 24b, 51) geschlossen wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- bei der Erfassung der jeweiligen Spannungen durch die Feld- geräte (25a, 25b, 53) eine Nachführung einer Abtastrate zur
Abtastung der Spannungen an die Frequenz der zu messenden Spannung durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Feldgeräte (25a, 25b, 53) die EinschaltZeitdauer zwi¬ schen der Abgabe eines Einschaltbefehls (E) und dem endgülti- gen Schließen des betreffenden Schalters (24a, 24b, 51) und/oder die AusschaltZeitdauer zwischen der Abgabe eines Ausschaltbefehls (A) und dem endgültigen Öffnen des betref¬ fenden Schalters (24a, 24b, 51) bestimmen;
- die EinschaltZeitdauer und/oder die AusschaltZeitdauer mit einem in dem jeweiligen Feldgerät (25a, 25b, 53) gespeicherten Einschaltzeitparameter (PE) und/oder Ausschaltzeitparame- ter (PA) verglichen werden; und
- bei einer Abweichung zwischen der EinschaltZeitdauer und dem Einschaltzeitparameter (PE) bzw. der AusschaltZeitdauer und dem Ausschaltzeitparameter (PA) ein jeweiliges Abweichungssignal erzeugt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- als Reaktion auf das jeweilige Abweichungssignal in dem je¬ weiligen Feldgerät (25a, 25b, 53) die bestimmte Einschalt¬ zeitdauer anstelle des bisherigen Einschaltzeitparameters (PE) als neuer Einschaltzeitparameter (PE) bzw. die bestimmte AusschaltZeitdauer anstelle des bisherigen Ausschaltzeitpara- meters (PA) als neuer Ausschaltzeitparameter (PA) übernommen wird .
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- von demjenigen Feldgerät (25a, 25b, 53), das die Spannungs¬ versorgung der Sammelschiene (21) durch Schließen seines Schalters (24a, 24b, 51) wiederherstellt, vor der Abgabe des Einschaltbefehls (E) ein Lastabwurfsignal (L) erzeugt wird, das ein Ausschalten einiger oder aller mit der Sammelschiene (21) verbundener elektrischer Lasten (22a, 22b) bewirkt.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Schaltfreigabesignale in Form von GOOSE- Datentelegrammen gemäß dem Standard IEC 61850 zwischen den Feldgeräten (25a, 25b, 53) übermittelt werden.
11. Elektrisches Feldgerät (25a, 25b, 53) zum Durchführen ei¬ ner Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem (20, 50) mit einer einen Funktionsbaustein (30) zur Steuerung einer Schneilumschaltung aufweisenden Datenverarbeitungseinrichtung;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, mit einer Datenverarbeitungseinrichtung zumindest eines weiteren elektrischen Feldgeräts (25a, 25b, 53) ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen.
12. Elektrisches Feldgerät nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- das Feldgerät (25a, 25b, 53) ein Schutzgerät zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungssystems (20, 50) ist.
13. Elektrisches Energieversorgungssystem (20, 50) mit
- einer Sammelschiene (21), die mit einer ersten Einspeise¬ leitung (23a) und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung (23b) über jeweils einen Schalter (24a, 24b) verbunden ist; und mit
- dem jeweiligen Schalter (24a, 24b) zugeordneten Feldgeräten (25a, 25b), die zur Erfassung einer Spannung an der jeweiligen Einspeiseleitung (23a, 23b) und einer Spannung an der Sammelschiene (21) eingerichtet sind;
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass
- die Feldgeräte (25a, 25b) entsprechend einem der Ansprüche 11 oder 12 ausgebildet sind.
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