WO2017220465A1 - Testing device and method for testing a monitoring device with travelling wave capture - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a test apparatus for testing a traveling wave detection monitor, and a method of testing a traveling wave detection monitor.
- An energy transmission network essentially consists of energy generators, switchgears, substations and power lines (overhead lines or underground cables). To the power transmission network electrical consumers are connected. Furthermore, as a rule, there are still various monitoring and safety devices which switch off certain network sections, for example in the case of faults in the energy transmission network. The power lines extend over many kilometers. An important functionality of the monitoring of a power transmission network is therefore not only the detection of errors, but also the most accurate location of errors. The faster an error is detected, the faster the network section can be switched off. The more accurately the fault location can be determined, the quicker a fault can be found and corrected by the maintenance personnel and the faster a disconnected network section can be switched on again. There is a wealth of methods for error detection and fault location in the prior art.
- One of these methods is the method of detecting traveling waves. This method is based on the fact that in the event of a fault starting from the fault location, a traveling wave propagates in both directions via the power line. The time that elapses until the traveling wave is detected in a stationarily arranged protective device can be measured and concluded therefrom with the known propagation speed of the traveling wave to the fault location. After a traveling wave can also be triggered on other events on the power line, for example in the case of a switching operation, these methods can also distinguish between errors and other events. When traveling wave process often the arrival of a traveling wave at both ends of a conductor is detected with two temporally exactly synchronized protection devices, which allows easy determination of the fault location.
- the traveling wave is highly transient with flank rise times in the range of a few 100ns and can In high-voltage networks, the traveling wave on the conductor can reach peak currents of a few 100 to 1000 A and voltage peaks of a few 100 to 1000 kV., These are usually very high primary currents and voltages on the power line via current / voltage converter on transformed lower secondary values and these supplied to the protection devices. On the secondary side, too, high current and voltage peaks occur.
- the traveling wave can also be closed to certain types of errors, for example, a single-pole ground fault (short circuit of a conductor to ground) generates a different traveling wave than a conductor-conductor fault between two conductors.
- the method of detecting traveling waves enables a very rapid and accurate detection and location of errors.
- the method of detecting traveling waves is therefore used not only to detect and locate a fault, but also to generate a tripping pulse for switchgear for disconnecting network sections.
- monitoring devices are not only used in protective devices, but also in fault locations, ie in devices that are used only to locate a fault, or fault recorder, so devices only record the error.
- Protective devices, fault locators and fault recorders, as well as other devices for monitoring and / or diagnosing an energy transmission network are generally referred to below as monitoring devices.
- Monitoring devices are placed in power transmission network fixed at specific locations. For safety reasons, the monitoring devices must be checked for proper operation during commissioning and, as a rule, also at regular intervals.
- a monitor is tested directly in the field on site by the monitor is separated from the power transmission network and / or connected to a switchgear and is connected to a special tester. The tester can be used to simulate various network conditions and to check the correct response of the monitor to it.
- the low-frequency fault currents can be up to 100A (secondary values). So it would be an amplifier required, on the one hand can generate very high currents and voltages and on the other hand, at the same time can generate very high-frequency currents and voltages. In addition, such amplifiers usually can not provide the required for the replica of a traveling wave steep flanks of the current and / or voltage signals. In addition, for a field test in a system with monitoring devices at both, or even more ends, the power line must also use multiple distributed test equipment, which further complicates the test.
- the object of the invention is therefore to specify a test device and a test method for a monitoring device with traveling wave detection, which enable an integrated test of the monitoring device in the field, as they are also installed in real operation.
- a synchronization interface is provided on the test device in order to connect the test device to a, preferably high-precision, time synchronization source. This is particularly advantageous when several test equipment must work together for a test. If a test control unit is provided as part of the test apparatus, wherein the simulation unit is implemented in the test control unit, several distributed monitoring devices can be tested particularly advantageously. All that is required is to connect the test control unit to the several testers for testing the monitoring equipment. The fault simulation can then be carried out centrally on the test control unit. For this purpose, the testers are preferably synchronized with one another in terms of time.
- FIG. 1 shows a topology of a power transmission network with monitoring devices
- FIG. 3 shows a test configuration for testing the monitoring devices by means of testing devices according to the invention
- FIG. 1 shows schematically a part of a power transmission network 1 with a line section 2 with a power line 3.
- the power line 3 can be designed as an overhead line or as underground cable, which is irrelevant to the invention.
- A, B the ends of the line section 2 and the power line 3 are designated.
- the ends A, B are often provided by substations 4 or switchgear 5.
- monitoring devices 6 are also often provided in power transmission networks 1, e.g. the error detection and fault location are used.
- the monitoring devices 6 can also trigger switching operations of a switchgear 5, as indicated by dashed lines in Figure 1.
- a monitoring device 6 detects the voltage and / or the current on the power line 3 in order to fulfill its function.
- an energy transmission network can also be multiphase.
- monitoring devices 6 may be provided at each phase, or multi-phase monitoring devices 6 may be used.
- other network topologies are conceivable. For example, could also branch off between the ends A, B in Figure 1, a further power line, as indicated by dashed lines in Figure 1, at the end C, a further monitoring device 6 could be arranged.
- An error F on the power line 3 generates a current and a voltage pulse which propagates in both directions as a traveling wave W.
- the propagation velocity v w of the traveling wave W is approximately the speed of light and is known.
- monitoring devices 6 are arranged with traveling wave detection, which detect the voltage U L and / or the current I L on the power line 3 and evaluate.
- a current and / or voltage converter can also be connected in order to transform the high primary currents and / or voltages on the power line 3 into lower secondary currents and / or voltages which are supplied to the monitoring device 6 ,
- the time t A i or t B i of the arrival of the traveling wave W in the respective monitoring device 6 can be detected.
- the distance L between the two monitoring devices 6 is known. Assuming that the two monitoring devices 6 are exactly synchronized in time, which is indicated by the dashed connection, the fault location x can easily be derived from the relationship
- X " ⁇ ( L + ( t A " t B) 'V w).
- the monitoring devices 6 exchange the arrival times t A , t B.
- the monitoring device 6 or the cooperating monitoring devices 6 are suspended from the power line 3 and connected to a test device 10, as shown in Figure 3.
- a test device 10 generates a test voltage U T and / or a test current I T , which are supplied to the connected monitoring device 6 via its respective voltage and current input.
- the tester 10 generates the secondary quantities according to the current / voltage transformers of the power line 3.
- appropriate cables for connecting the monitoring device 6 may be provided with a tester 10.
- a tester 10 may be executed again multi-phase, for example, to be connected to a multi-phase monitoring device 6.
- a test apparatus 10 In order to enable a realistic on-site test, a test apparatus 10 generates the temporal current course I T (t) and voltage curve U T (t), which at a certain point of the power line 3 in the case of a specific error F at a Failure point x can be expected.
- the test apparatus 10 is constructed as explained below with reference to FIG.
- a simulation unit 12 (hardware and / or software) is provided, in which the time course of the low-frequency component of the error quantities, ie the low-frequency fault currents l F (t) and / or low-frequency error voltages U F (t) are simulated ,
- a line model that simulates these error variables can be implemented in the simulation unit 12.
- the line model can be a model of the line with fixed quantities.
- a more realistic line model with a dynamic simulation of the transient curves of current and voltage can also be implemented.
- the time profile of the low-frequency component of current and voltage on the power line 3 need not be calculated with particularly high sampling rates.
- the low-frequency fault current I F (t) and / or the low-frequency fault voltage U F (t) are calculated, for example, at a sampling rate in the kHz range (that is to say a few current or voltage values per ms) Reduced paperwork.
- the simulation thus calculates the low-frequency fault current I F (t) and the low-frequency fault voltage U F (t) at a location of the power line 3 which lies at a distance x or Lx from an assumed or predetermined fault location F, thus in particular the time course the low-frequency error quantities at the ends A, B at which the monitoring device 6 is arranged.
- Low frequency means frequency components between fundamental (50Hz / 60Hz) and harmonics up to the single-digit kHz range, eg 1 -3kHz.
- the simulation can also simulate various types of faults (eg earth faults, line faults, etc.) with different characteristics.
- the test can also be configured via a user interface 13, for example by specifying a fault location F and / or a fault type.
- the simulated time profile of the low-frequency error variables is fed to a control unit 1 1, which thus controls a voltage amplifier 14 and / or a current amplifier 15, for example via digital-to-analog converter DAC.
- the voltage amplifier 14 generates the low-frequency voltage component U Tn of the test voltage U T requested from the simulation.
- the current amplifier 15 generates at the respective sampling times the demanded from the simulation low-frequency current component l Tn of the test current l T.
- the voltage amplifier 14 and the current amplifier 15 need for this no high bandwidth (no fast voltage or current changes) and can thus be easily realized.
- the high-transient (ie high-frequency) traveling wave W which is detected by a monitoring device 6 with traveling wave detection per se, can thus due to the low Bandwidth, however, can not be generated.
- a voltage pulse generator 16 and / or a current pulse generator 17 are provided in the test apparatus 10.
- the simulation unit 12 also calculates the time t A , t B of the arrival of the traveling wave W at the location of the monitoring device 6, for example using the above equations.
- the time t A , t B of the arrival of the traveling wave W could, however, also be calculated from a highly dynamic simulation model with high sampling rates of the calculation (> 1 MHz).
- the necessary requirements such as the distance L between two monitoring devices 6 or a propagation velocity v w of the traveling wave W, are known or can be configured again via the user interface 13 for this purpose.
- the control unit 11 activates the voltage pulse generator 16 and / or the current pulse generator 17, which then generate a high-voltage voltage pulse U T and / or current pulse I T simulating the traveling wave W low-frequency voltage component U Tn or the low-frequency current component l Tn superimposed and output as an error voltage U T at a voltage output or as a fault current l T at a current output.
- flank rise times in the range of several 100ns and pulse durations in ⁇ ⁇ - ⁇ at currents in the range of 1 to 100A (secondary value) or voltages in the range of 50 to 250V (secondary value) are typical. These requirements can be achieved with conventional or simply constructed pulse generators.
- a test device 10 may also have a synchronization interface 18 to a time synchronization source 19, such as a GPS clock with a typical accuracy of less than 100 ns. On this time synchronization source 19 then multiple testers 10 can synchronize.
- each monitor 6 is connected to a tester 10.
- Each involved testing device 10 can control itself, for example, whereby the individual testing devices 10 are synchronized with each other in time in order to simulate the traveling waves W at the right time.
- One of the testing devices 10 involved could also take over the control of other testing devices 10 involved in the test. In this case, it would also be sufficient to carry out the simulation of the traveling wave W, and possibly also of the low-frequency error variables, only in a test device 10, which can then send the simulation result and / or corresponding control signals to the other test devices 10.
- the test devices 10 can be connected to one another via a data communication network via which the simulation result and / or the control signals can be transmitted.
- corresponding data communication interfaces in the test devices 10 are then provided. The temporal synchronization of the test devices 10 could also take place via the data communication network.
- a test control unit 20 for example a computing unit with corresponding test software, can be provided, which is connected to the test devices 10 involved in the test. If the two testers 10 are too far apart, the connection may also be realized via suitable data communication interfaces.
- the test control unit 20 can be used to control the synchronized execution of the test, for example the start of the test. After the tester 10 are synchronized in time, they can each output the test voltage U T and / or the test Ström l T synchronized in time.
- the test control unit 20 may also include the simulation unit 12 and the low-frequency error variables U F (t), l F (t) and the times t A , t B of the occurrence of the traveling wave W at the location of the Monitor monitors 6, as shown in Figure 5.
- the test control unit 20 thus forms part of the testing device 10 involved. In the individual test devices 10, only the control unit 1 1 is then available,
- simulation unit 12 and control unit 11 are provided, which can simulate the traveling wave propagation of all phases.
- the simulation unit 12 can also be integrated in the control unit 11.
- the simulation unit 12 can also be implemented as software, e.g. as simulation software with a simulation model.
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Abstract
In order to make it possible to test a monitoring device with travelling wave capture in the field, as are also installed in real operation, provision is made for the temporal profile of a low-frequency fault voltage (UF(t)) and/or the temporal profile of a low-frequency fault current (IF(t)) of a fault (F) on a current conductor (3) and the time (tA, tB) at which a travelling wave (W) starting from the fault location (F) arrives at a predetermined location (x, L-x) of the current conductor (3) to be calculated in the testing device (10), and for a voltage amplifier (14) for generating the temporal profile of the low-frequency fault voltage (UF(t)) and/or a current amplifier (15) for generating the temporal profile of the low-frequency fault current (IF(t)) to be controlled by a control unit (11) in the testing device (10) in order to output the low-frequency fault voltage (UF(t)) at a voltage output of the testing device (10) and/or the low-frequency fault current (IF(t)) at a current output of the testing device (10), and for a voltage pulse generator (16) for generating a voltage pulse and/or a current pulse generator (17) for generating a current pulse to be controlled by the control unit (11) at the calculated time (tA, tB) of the arrival of the travelling wave (W) in order to superimpose a voltage pulse on the fault voltage (UF(t)) and/or to superimpose a current pulse on the fault current (IF(t)).
Description
Prüfgerät und Verfahren zum Prüfen eines Überwachungsgeräts mit Wanderwellenerfassung Test apparatus and method for testing a traveling wave detection monitor
Die gegenständliche Erfindung betrifft ein Prüfgerät zum Prüfen eines Überwachungsgeräts mit Wanderwellenerfassung, sowie ein Verfahren zum Prüfen eines Überwachungsgeräts mit Wanderwellenerfassung. The present invention relates to a test apparatus for testing a traveling wave detection monitor, and a method of testing a traveling wave detection monitor.
Ein Energieübertragungsnetz besteht im Wesentlichen aus Energieerzeugern, Schaltanlagen, Umspannwerken und Stromleitungen (Freileitung oder Erdkabel). An das Energieübertragungsnetz sind elektrische Verbraucher angeschlossen. Weiters gibt es in der Regel noch diverse Überwachungs- und Sicherheitseinrichtungen, die beispielsweise im Falle von Fehlern im Energieübertragungsnetz gewisse Netzabschnitte wegschalten. Die Stromleitungen erstrecken sich dabei über viele Kilometer. Eine wichtige Funktionalität der Überwachung eines Energieübertragungsnetzes ist daher nicht nur die Erkennung von Fehlern, sondern auch die möglichst genaue Ortung von Fehlern. Je schneller ein Fehler erkannt wird, umso schneller kann der Netzabschnitt weggeschaltet werden. Je genauer der Fehlerort bestimmt werden kann, umso rascher kann ein Fehler vom Wartungspersonal gefunden und behoben werden und umso schneller kann ein abgeschalteter Netzabschnitt wieder zugeschaltet werden. Es finden sich im Stand der Technik eine Fülle von Verfahren zur Fehlererkennung und Fehlerortung. An energy transmission network essentially consists of energy generators, switchgears, substations and power lines (overhead lines or underground cables). To the power transmission network electrical consumers are connected. Furthermore, as a rule, there are still various monitoring and safety devices which switch off certain network sections, for example in the case of faults in the energy transmission network. The power lines extend over many kilometers. An important functionality of the monitoring of a power transmission network is therefore not only the detection of errors, but also the most accurate location of errors. The faster an error is detected, the faster the network section can be switched off. The more accurately the fault location can be determined, the quicker a fault can be found and corrected by the maintenance personnel and the faster a disconnected network section can be switched on again. There is a wealth of methods for error detection and fault location in the prior art.
Eines dieser Verfahren ist die Methode der Erfassung von Wanderwellen. Diesem Verfahren liegt der Umstand zugrunde, dass sich im Falle eines Fehlers vom Fehlerort ausgehend über die Stromleitung in beide Richtungen eine Wanderwelle ausbreitet. Die Zeit die vergeht, bis die Wanderwelle in einem ortsfest angeordneten Schutzgerät erfasst wird kann gemessen werden und daraus mit der bekannten Ausbreitungsgeschwindigkeit der Wanderwelle auf den Fehlerort geschlossen werden. Nachdem eine Wanderwelle auch bei anderen Ereignis- sen auf der Stromleitung ausgelöst werden kann, beispielsweise im Falle einer Schalthandlung, können diese Verfahren auch zwischen Fehlern und anderen Ereignissen unterscheiden. Beim Wanderwellenverfahren wird auch oftmals das Eintreffen einer Wanderwelle an beiden Enden eines Stromleiters mit zwei zeitlich genau synchronisierten Schutzgeräten erfasst, was eine einfache Ermittlung des Fehlerortes ermöglicht. Diese Methode ist z.B. in Schweitzer E.O., et al.,„Locating Faults by the Traveling Waves They Launch", 40th Annual Western Protective Relay Conference, Oct. 2013 beschrieben. Die Wanderwelle ist dabei hochtransient mit Flankenanstiegszeiten im Bereich von wenigen 100ns und kann auch hohe Spannungs- und Stromspitzen erreichen. In Hochspannungsnetzen kann die Wanderwelle auf dem Stromleiter durchaus Stromspitzen von einigen 100 bis 1000A und Spannungsspit- zen von einigen 100 bis 1000kV erreichen. Normalerweise werden diese sehr hohen primären Ströme und Spannungen auf der Stromleitung über Strom-/Spannungswandler auf
niedrigere Sekundärwerte transformiert und diese den Schutzgeräten zugeführt. Auch auf der Sekundärseite treten dann hohe Strom- und Spannungsspitzen auf. Zusätzlich kann aus der Form der Wanderwelle auch auf bestimmte Arten von Fehlern geschlossen werden, z.B. erzeugt ein einpoliger Erdfehler (Kurzschluss eines Stromleiters gegen Erde) eine andere Wanderwelle als ein Leiter-Leiter-Fehler zwischen zwei Stromleitern. Die Methode der Erfassung von Wanderwellen ermöglicht eine sehr rasche und genaue Erkennung und Ortung von Fehlern. In einer neuen Generation von Schutzgeräten wird die Methode der Erfassung von Wanderwellen daher nicht nur zum Erkennen und Orten eines Fehlers verwendet, sondern auch um einen Auslöseimpuls für Schaltanlagen zum Wegschalten von Netzabschnitten zu erzeugen. One of these methods is the method of detecting traveling waves. This method is based on the fact that in the event of a fault starting from the fault location, a traveling wave propagates in both directions via the power line. The time that elapses until the traveling wave is detected in a stationarily arranged protective device can be measured and concluded therefrom with the known propagation speed of the traveling wave to the fault location. After a traveling wave can also be triggered on other events on the power line, for example in the case of a switching operation, these methods can also distinguish between errors and other events. When traveling wave process often the arrival of a traveling wave at both ends of a conductor is detected with two temporally exactly synchronized protection devices, which allows easy determination of the fault location. This method is described, for example, in Schweitzer EO, et al., "Locating Faults by the Traveling Waves They Launch", 40th Annual Western Protective Relay Conference, Oct. 2013. The traveling wave is highly transient with flank rise times in the range of a few 100ns and can In high-voltage networks, the traveling wave on the conductor can reach peak currents of a few 100 to 1000 A and voltage peaks of a few 100 to 1000 kV., These are usually very high primary currents and voltages on the power line via current / voltage converter on transformed lower secondary values and these supplied to the protection devices. On the secondary side, too, high current and voltage peaks occur. In addition, from the shape of the traveling wave can also be closed to certain types of errors, for example, a single-pole ground fault (short circuit of a conductor to ground) generates a different traveling wave than a conductor-conductor fault between two conductors. The method of detecting traveling waves enables a very rapid and accurate detection and location of errors. In a new generation of protection devices, the method of detecting traveling waves is therefore used not only to detect and locate a fault, but also to generate a tripping pulse for switchgear for disconnecting network sections.
Das Verfahren der Wanderwellenerfassung wird aber nicht nur in Schutzgeräten verwendet, sondern auch in Fehlerortern, also in Geräten die nur der Ortung eines Fehlers dienen, oder Störschreibern, also Geräte die Fehler nur aufzeichnen. Schutzgeräte, Fehlerorter und Störschreiber, und auch andere Geräte zur Überwachung- und/oder Diagnose eines Ener- gieübertragungsnetzes werden nachfolgend allgemein als Überwachungsgeräte bezeichnet. However, the method of traveling wave detection is not only used in protective devices, but also in fault locations, ie in devices that are used only to locate a fault, or fault recorder, so devices only record the error. Protective devices, fault locators and fault recorders, as well as other devices for monitoring and / or diagnosing an energy transmission network are generally referred to below as monitoring devices.
Überwachungsgeräte werden in Energieübertragungsnetz ortsfest an bestimmten Stellen angeordnet. Aus Sicherheitsgründen müssen die Überwachungsgeräte bei der Inbetriebnahme und in der Regel auch in regelmäßigen Abständen auf ordnungsgemäße Funktion geprüft werden. Dabei wird ein Überwachungsgerät direkt im Feld vor Ort geprüft, indem das Überwachungsgerät vom Energieübertragungsnetz und/oder von einer daran angeschlossenen Schaltanlage getrennt wird und mit einem speziellen Prüfgerät verbunden wird. Mit dem Prüfgerät können verschiedene Netzzustände simuliert werden und die korrekte Reaktion des Überwachungsgerätes darauf kann überprüft werden. Monitoring devices are placed in power transmission network fixed at specific locations. For safety reasons, the monitoring devices must be checked for proper operation during commissioning and, as a rule, also at regular intervals. In this case, a monitor is tested directly in the field on site by the monitor is separated from the power transmission network and / or connected to a switchgear and is connected to a special tester. The tester can be used to simulate various network conditions and to check the correct response of the monitor to it.
Die Prüfung dieser Wanderwellenfunktionalität in Überwachungsgeräten gestaltet sich aller- dings sehr schwierig, da ein Fehler nicht nur eine Wanderwelle mit sehr hochfrequenten Strom-/Spannungsverläufen erzeugt, sondern auch niederfrequente Strom- /Spannungsanteile aufweist. Herkömmliche Prüfgeräte, weisen nur eine beschränkte Bandbreite im kHz Bereich auf, d.h. es können Ströme und/oder Spannungen nur in diesem Frequenzbereich ausgegeben werden. Für herkömmliche Prüfungen ist das ausreichend weil für die Prüfung nur die Grundwelle (Netzfrequenz typisch 50 oder 60Hz) und einige Oberwellen abgedeckt werden müsse. Eine hochfrequente Wanderwelle (mit Frequenzen im MHz- Bereich) können aber mit solchen herkömmlichen Prüfgeräten aufgrund der beschränkten Bandbreite nicht simuliert werden. Herkömmliche Prüfgeräte können daher keine realistischen Strom-/Spannungsverläufe einer Wanderwelle nachbilden. Auf der anderen Seite sind Verstärker mit einer hohen Bandbreite (im MHz-Bereich), die hochfrequente Strom- The testing of this traveling wave functionality in monitoring devices, however, is very difficult, since an error not only generates a traveling wave with very high-frequency current / voltage curves, but also has low-frequency current / voltage components. Conventional testers have only a limited bandwidth in the kHz range, i. currents and / or voltages can only be output in this frequency range. This is sufficient for conventional tests because only the fundamental (mains frequency typically 50 or 60 Hz) and some harmonics must be covered for the test. A high-frequency traveling wave (with frequencies in the MHz range) can not be simulated with such conventional test equipment due to the limited bandwidth. Conventional testing devices can therefore not simulate realistic current / voltage characteristics of a traveling wave. On the other hand, high bandwidth amplifiers (in the MHz range) that use high frequency current
/Spannungsverläufe ermöglichen würden, für die Prüfung im Feld nicht verfügbar, weil diese nicht gleichzeitig die notwendigen niederfrequenten Strom- und Spannungswerte liefern kön-
nen. Beispielsweise können die niederfrequenten Fehlerströme bis zu 100A (Sekundärwerte) betragen. Es wäre also ein Verstärker erforderlich, der einerseits sehr hohe Ströme und Spannungen erzeugen kann und anderseits auch gleichzeitig sehr hochfrequente Ströme und Spannungen erzeugen kann. Hinzu kommt, dass solche Verstärker meist auch nicht die für die Nachbildung einer Wanderwelle geforderten steilen Flanken der Strom- und/oder Spannungssignale bereitstellen können. Zudem müssen für eine Prüfung im Feld bei einem System mit Überwachungsgeräten an beiden, oder auch mehreren Enden, der Stromleitung auch mehrere verteilte Prüfgeräte verwendet werden, was die Prüfung zusätzlich verkompliziert. / Voltage waveforms are not available for field testing because they can not simultaneously provide the necessary low frequency current and voltage values. NEN. For example, the low-frequency fault currents can be up to 100A (secondary values). So it would be an amplifier required, on the one hand can generate very high currents and voltages and on the other hand, at the same time can generate very high-frequency currents and voltages. In addition, such amplifiers usually can not provide the required for the replica of a traveling wave steep flanks of the current and / or voltage signals. In addition, for a field test in a system with monitoring devices at both, or even more ends, the power line must also use multiple distributed test equipment, which further complicates the test.
Eine praktikable Prüfung solcher Überwachungsgeräte mit Wanderwellenerfassung im Feld ist daher bis heute nicht bekannt. Heutiger Standard ist die Prüfung der Überwachungsgeräte im Labor vor der Inbetriebnahme im Feld. Vielfach wird im Labor nach den Eingangswandlern im Überwachungsgerät, die die hohen Spannungen und Ströme (Sekundärwerte) auf verarbeitbare elektrische Kleinsignale wandeln, zur Simulation einer Wanderwelle ein hoch- frequentes Kleinsignal eingespeist. Eine vollständige Prüfung aller Funktionen des Überwachungsgerätes ist damit nicht mehr möglich. Außerdem ist dieses Vorgehen im Feld kaum praktikabel, da dazu das Überwachungsgerät geöffnet werden müsste. A practicable testing such monitoring devices with traveling wave detection in the field is therefore not known until today. Today's standard is the testing of the monitoring equipment in the laboratory before commissioning in the field. In many cases, in the laboratory, after the input transducers in the monitoring device, which convert the high voltages and currents (secondary values) into small, processable electrical signals, a high-frequency small signal is simulated to simulate a traveling wave. A complete check of all functions of the monitoring device is thus no longer possible. In addition, this procedure in the field is hardly practicable, as to the monitor would have to be opened.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Prüfgerät und ein Prüfverfahren für ein Überwachungsgerät mit Wanderwellenerfassung anzugeben, die eine integrierte Prüfung des Über- wachungsgerätes im Feld, so wie sie auch im realen Betrieb installiert sind, ermöglichen. The object of the invention is therefore to specify a test device and a test method for a monitoring device with traveling wave detection, which enable an integrated test of the monitoring device in the field, as they are also installed in real operation.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Für das Prüfen des Überwachungsgerätes muss nicht die hochtransiente Wellenausbreitung nachgebildet werden, sondern es reicht aus, die niederfrequenten Fehlerströme und/oder Fehlerspannungen an das Überwachungsgerät anzulegen, wenn diesen niederfrequenten Fehlergrößen zum richtigen Zeitpunkt ein hochfrequenter Strom- und Spannungspuls zur Nachbildung des Eintreffens der Wanderwelle überlagert wird. Durch diese Trennung der niederfrequenten und der hochfrequenten Fehleranteile können einfache Spannungsverstärker und Stromverstärker verwendet werden. Ebenso können damit auch einfache Pulsgeneratoren zur Erzeugung des Spannungs- und Strompulses verwendet werden. Auf diese Weise lassen sich direkt im Feld mit einfachem Mitteln realistische Prüfungen an Überwachungsgeräten mit Wanderwellenerfassung realisieren. This object is achieved with the features of the independent claims. It is not necessary to simulate the high-transient wave propagation for testing the monitoring device; it is sufficient to apply the low-frequency fault currents and / or error voltages to the monitoring device if a high-frequency current and voltage pulse superimposes these low-frequency error variables at the correct time to simulate the arrival of the traveling wave becomes. This separation of the low frequency and the high frequency error components makes it possible to use simple voltage amplifiers and current amplifiers. Likewise, it is also possible to use simple pulse generators for generating the voltage and current pulses. In this way, realistic tests on monitoring devices with traveling wave detection can be realized directly in the field with simple means.
Um die Spannungspulse und/oder Strompulse zum richtigen Zeitpunkt erzeugen zu können, ist es vorteilhaft, wenn am Prüfgerät eine Synchronisationsschnittstelle vorgesehen ist, um das Prüfgerät mit einer, vorzugsweise hochgenauen, Zeitsynchronisationsquelle zu verbin- den. Das insbesondere vorteilhaft, wenn für eine Prüfung mehrere Prüfgeräte zusammenarbeiten müssen.
Wenn eine Prüfsteuereinheit als Teil des Prüfgeräts vorgesehen ist, wobei die Simulationseinheit in der Prüfsteuereinheit implementiert ist, lassen sich mehrere verteilte Überwachungsgeräte besonders vorteilhaft prüfen. Dazu muss lediglich die Prüfsteuereinheit mit den mehreren Prüfgeräten zum Prüfen der Überwachungsgeräte verbinden. Auf der Prüfsteuer- einheit kann dann zentral die Fehlersimulation durchgeführt werden. Dazu sind die Prüfgeräte vorzugsweise zeitlich zueinander synchronisiert. In order to be able to generate the voltage pulses and / or current pulses at the correct time, it is advantageous if a synchronization interface is provided on the test device in order to connect the test device to a, preferably high-precision, time synchronization source. This is particularly advantageous when several test equipment must work together for a test. If a test control unit is provided as part of the test apparatus, wherein the simulation unit is implemented in the test control unit, several distributed monitoring devices can be tested particularly advantageously. All that is required is to connect the test control unit to the several testers for testing the monitoring equipment. The fault simulation can then be carried out centrally on the test control unit. For this purpose, the testers are preferably synchronized with one another in terms of time.
Die gegenständliche Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren 1 bis 5 näher erläutert, die beispielhaft, schematisch und nicht einschränkend vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zeigen. Dabei zeigt The subject invention will be explained in more detail below with reference to Figures 1 to 5, which show by way of example, schematically and not by way of limitation advantageous embodiments of the invention. It shows
Fig.1 eine Topologie eines Energieübertragungsnetzes mit Überwachungsgeräten, 1 shows a topology of a power transmission network with monitoring devices,
Fig.2 das Prinzip der Wanderwellenerfassung, 2 shows the principle of traveling wave detection,
Fig.3 eine Prüfkonfiguration zum Prüfen der Überwachungsgeräte mittels erfindungsgemäße Prüfgeräten, 3 shows a test configuration for testing the monitoring devices by means of testing devices according to the invention,
Fig.4 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Prüfgerätes und 4 shows an embodiment of a test device according to the invention and
Fig.5 eine bevorzugte Ausführung des Prüfgeräts zum Prüfen mehrerer beteiligter 5 shows a preferred embodiment of the tester for testing several involved
Überwachungsgeräte. Monitoring equipment.
Die Fig.1 zeigt schematisch einen Teil eines Energieübertragungsnetzes 1 mit einem Leitungsabschnitt 2 mit einer Stromleitung 3. Die Stromleitung 3 kann als Freileitung oder als Erdkabel ausgeführt sein, was für die Erfindung aber unerheblich ist. Mit A, B werden die Enden des Leitungsabschnittes 2 bzw. der Stromleitung 3 bezeichnet. Die Enden A, B ergeben sich oftmals durch Umspannwerke 4 oder Schaltanlagen 5. An den Enden A, B sind in Energieübertragungsnetzen 1 auch oftmals Überwachungsgeräte 6 vorgesehen, die z.B. der Fehlererkennung und der Fehlerortung dienen. Die Überwachungsgeräte 6 können dabei auch Schalthandlungen einer Schaltanlage 5 auslösen, wie in Fig.1 strichliert angedeutet. Ein Überwachungsgerät 6 erfasst zur Erfüllung ihrer Funktion in der Regel die Spannung und/oder den Strom auf der Stromleitung 3. Selbstverständlich kann ein Energieübertragungsnetz auch mehrphasig ausgeführt sein. In diesem Fall können an jeder Phase Überwachungsgeräte 6 vorgesehen sein, oder es können mehrphasige Überwachungsgeräte 6 verwendet werden. Genauso sind auch andere Netztopologien denkbar. Beispielsweise könnte zwischen den Enden A, B in Fig.1 auch eine weitere Stromleitung abzweigen, wie in Fig.1 strichliert angedeutet, an deren Ende C auch ein weiteres Überwachungsgerät 6 angeordnet sein könnte. 1 shows schematically a part of a power transmission network 1 with a line section 2 with a power line 3. The power line 3 can be designed as an overhead line or as underground cable, which is irrelevant to the invention. With A, B, the ends of the line section 2 and the power line 3 are designated. The ends A, B are often provided by substations 4 or switchgear 5. At the ends A, B, monitoring devices 6 are also often provided in power transmission networks 1, e.g. the error detection and fault location are used. The monitoring devices 6 can also trigger switching operations of a switchgear 5, as indicated by dashed lines in Figure 1. As a rule, a monitoring device 6 detects the voltage and / or the current on the power line 3 in order to fulfill its function. Of course, an energy transmission network can also be multiphase. In this case, monitoring devices 6 may be provided at each phase, or multi-phase monitoring devices 6 may be used. Similarly, other network topologies are conceivable. For example, could also branch off between the ends A, B in Figure 1, a further power line, as indicated by dashed lines in Figure 1, at the end C, a further monitoring device 6 could be arranged.
Mit Fig.2 wird kurz das bekannte Prinzip der Wanderwellenerfassung erläutert. Ein Fehler F auf der Stromleitung 3 erzeugt einen Strom- und einen Spannungsimpuls, der sich in beide Richtungen als Wanderwelle W ausbreitet. Neben dieser hochfrequenten Wanderwelle (im MHz-Bereich) entstehen im Fehlerfalls aber auch niederfrequente Strom- und einen Span-
nungsanteile (im kHz-Bereich). Die Ausbreitungsgeschwindigkeit vw der Wanderwelle W ist dabei annähernd Lichtgeschwindigkeit und ist bekannt. An den Enden A, B der Stromleitung 3 sind Überwachungsgeräte 6 mit Wanderwellenerfassung angeordnet, die die Spannung UL und/oder den Strom lL auf der Stromleitung 3 erfassen und auswerten. Vor einem Überwa- chungsgerät 6 kann auch noch ein Strom- und/oder Spannungswandler geschaltet sein, um die hohen primären Ströme und/oder Spannungen auf der Stromleitung 3 in niedrigere sekundäre Ströme und/oder Spannungen, die dem Überwachungsgerät 6 zugeführt werden, zu transformieren. Damit kann der Zeitpunkt tAi bzw. tBi des Eintreffens der Wanderwelle W im jeweiligen Überwachungsgerät 6 detektiert werden. Ebenso ist der Abstand L zwischen den beiden Überwachungsgeräten 6 bekannt. Unter der Voraussetzung, dass die beiden Überwachungsgeräte 6 zeitlich genau synchronisiert sind, was durch die strichlierte Verbindung angedeutet ist, kann daraus der Fehlerort x einfach aus der Beziehung 2, the known principle of traveling wave detection is briefly explained. An error F on the power line 3 generates a current and a voltage pulse which propagates in both directions as a traveling wave W. In addition to this high-frequency traveling wave (in the MHz range), in the event of a fault, low-frequency current and voltage components (in the kHz range). The propagation velocity v w of the traveling wave W is approximately the speed of light and is known. At the ends A, B of the power line 3 monitoring devices 6 are arranged with traveling wave detection, which detect the voltage U L and / or the current I L on the power line 3 and evaluate. Before a monitoring device 6, a current and / or voltage converter can also be connected in order to transform the high primary currents and / or voltages on the power line 3 into lower secondary currents and / or voltages which are supplied to the monitoring device 6 , Thus, the time t A i or t B i of the arrival of the traveling wave W in the respective monitoring device 6 can be detected. Likewise, the distance L between the two monitoring devices 6 is known. Assuming that the two monitoring devices 6 are exactly synchronized in time, which is indicated by the dashed connection, the fault location x can easily be derived from the relationship
X = "^ (L + (tA " tB ) ' Vw ) berechnet werden. Dazu tauschen die Überwachungsgeräte 6 die Eintreffzeiten tA, tB aus. In Fig.2 ist noch angedeutet, dass die Wanderwellen W an Stellen einer Änderung des Ausbreitungsmediums (Stromleitung 3) auch reflektiert werden. Es kommt damit an den Überwachungsgeräten 6 zu mehrfachen Detektionen von Wanderwellen W. Für die Berechnung des Fehlerortes x sind daher die verschiedenen Eintreffzeitpunkte auseinanderzuhalten, was durch die Überwachungsgeräte 6 sichergestellt wird. Wenn nur ein Überwachungsgerät 6 an nur einem Ende A oder B verwendet wird, kann der Fehlerort x aus dem mehrfachen Eintreffen der Wanderwelle W bestimmt werden, z.B. gemäß x = ^A1 ^ A2 ^ · vw . X = " ^ ( L + ( t A " t B) 'V w). For this purpose, the monitoring devices 6 exchange the arrival times t A , t B. It is also indicated in FIG. 2 that the traveling waves W are also reflected at locations of a change in the propagation medium (power line 3). It thus comes at the monitoring devices 6 to multiple detections of traveling waves W. For the calculation of the fault location x therefore the different arrival times are to be distinguished, which is ensured by the monitoring devices 6. If only one monitoring device 6 is used at only one end A or B, the error location x can be determined from the multiple arrival of the traveling wave W, eg according to x = ^ A1 ^ A2 ^ · v w .
Zur Prüfung der Überwachungsgeräte 6 mit Wanderwellenerfassung im Feld wird das Überwachungsgerät 6 bzw. werden die zusammenarbeitenden Überwachungsgeräte 6 von der Stromleitung 3 abgehängt und mit einem Prüfgerät 10 verbunden, wie in Fig.3 dargestellt. Ein Prüfgerät 10 erzeugt eine Prüfspannung UT und/oder einen Prüfstrom lT, die dem angeschlossenen Überwachungsgerät 6 über dessen jeweiligen Spannungs- und Stromeingang zugeführt werden. Normalerweise erzeugt das Prüfgerät 10 die Sekundärgrößen nach den Strom-/Spannungswandlern der Stromleitung 3. Alternativ ist aber auch eine Einspeisung der Primärgrößen in die Wandler möglich, womit das Prüfgerät 10 die Primärgrößen erzeugen müsste. Dazu können natürlich entsprechende Kabel zur Verbindung des Überwachungsgerätes 6 mit einem Prüfgerät 10 vorgesehen sein. Selbstverständlich kann ein Prüfgerät 10 wieder mehrphasig ausgeführt sein, beispielsweise um mit einem mehrphasigen Überwachungsgerät 6 verbunden zu werden. Um eine realistische Prüfung vor Ort zu ermöglichen erzeugt ein Prüfgerät 10 den zeitlichen Stromverlauf lT(t) und Spannungsverlauf UT(t), der an einer bestimmten Stelle der Stromleitung 3 im Falle eines bestimmten Fehlers F an einer
Fehlerstelle x erwartet werden kann. Das Prüfgerät 10 ist dazu wie nachfolgend mit Bezugnahme auf die Fig.4 erläutert aufgebaut. To check the monitoring devices 6 with traveling wave detection in the field, the monitoring device 6 or the cooperating monitoring devices 6 are suspended from the power line 3 and connected to a test device 10, as shown in Figure 3. A test device 10 generates a test voltage U T and / or a test current I T , which are supplied to the connected monitoring device 6 via its respective voltage and current input. Normally, the tester 10 generates the secondary quantities according to the current / voltage transformers of the power line 3. Alternatively, however, it is also possible to feed the primary variables into the converters, with which the test apparatus 10 would then have to generate the primary variables. For this purpose, of course, appropriate cables for connecting the monitoring device 6 may be provided with a tester 10. Of course, a tester 10 may be executed again multi-phase, for example, to be connected to a multi-phase monitoring device 6. In order to enable a realistic on-site test, a test apparatus 10 generates the temporal current course I T (t) and voltage curve U T (t), which at a certain point of the power line 3 in the case of a specific error F at a Failure point x can be expected. The test apparatus 10 is constructed as explained below with reference to FIG.
Im Prüfgerät 10 ist eine Simulationseinheit 12 (Hardware und/oder Software) vorgesehen, in der der zeitliche Verlauf des niederfrequenten Anteils der Fehlergrößen, also der niederfre- quenten Fehlerströme lF(t) und/oder niederfrequenten Fehlerspannungen UF(t) simuliert werden. Dazu kann in der Simulationseinheit 12 ein Leitungsmodell implementiert sein, das diese Fehlergrößen simuliert. Das Leitungsmodell kann im einfachen Fall ein Modell der Leitung mit eingeschwungenen Größen sein. Es kann aber auch ein realistischeres Leitungsmodell mit einer dynamischen Simulation der transienten Verläufe von Strom und Spannung imple- mentiert sein. Der zeitliche Verlauf des niederfrequenten Anteils von Strom und Spannung auf der Stromleitung 3 muss allerdings nicht mit besonders hohen Abtastraten berechnet werden. Grundsätzlich reicht es aus, wenn der niederfrequente Fehlerstrom lF(t) und/oder die niederfrequente Fehlerspannung UF(t) beispielsweise mit einer Abtastrate im kHz-Bereich (also einige wenige Strom- bzw. Spannungswerte pro ms) berechnet werden, was den Re- chenaufwand reduziert. Es spricht aber natürlich auch nichts dagegen, eine höhere Abtastrate für die Simulation zu verwenden. Die Simulation berechnet damit den niederfrequenten Fehlerstrom lF(t) und die niederfrequente Fehlerspannung UF(t) an einer Stelle der Stromleitung 3, die im Abstand x bzw. L-x von einem angenommenen oder vorgegebenen Fehlerort F liegt, also somit insbesondere den zeitlichen Verlauf der niederfrequenten Fehlergrößen an den Enden A, B an denen das Überwachungsgerät 6 angeordnet ist. Niederfrequent bedeutet dabei Frequenzanteile zwischen Grundwelle (50Hz/60Hz) und den Harmonischen bis in den einstelligen kHz-Bereich, z.B. 1 -3kHz. Die Simulation kann auch verschiedene Fehlerarten (z.B. Erdfehler, Leitungs-Leitungsfehler, usw.) mit verschiedenen Charakteristiken simulieren. Dazu kann über eine Benutzerschnittstelle 13 der Test auch konfiguriert werden, bei- spielsweise durch Vorgabe eines Fehlerortes F und/oder einer Fehlerart. In the test apparatus 10, a simulation unit 12 (hardware and / or software) is provided, in which the time course of the low-frequency component of the error quantities, ie the low-frequency fault currents l F (t) and / or low-frequency error voltages U F (t) are simulated , For this purpose, a line model that simulates these error variables can be implemented in the simulation unit 12. In the simple case, the line model can be a model of the line with fixed quantities. However, a more realistic line model with a dynamic simulation of the transient curves of current and voltage can also be implemented. However, the time profile of the low-frequency component of current and voltage on the power line 3 need not be calculated with particularly high sampling rates. In principle, it is sufficient if the low-frequency fault current I F (t) and / or the low-frequency fault voltage U F (t) are calculated, for example, at a sampling rate in the kHz range (that is to say a few current or voltage values per ms) Reduced paperwork. Of course, there is nothing wrong with using a higher sampling rate for the simulation. The simulation thus calculates the low-frequency fault current I F (t) and the low-frequency fault voltage U F (t) at a location of the power line 3 which lies at a distance x or Lx from an assumed or predetermined fault location F, thus in particular the time course the low-frequency error quantities at the ends A, B at which the monitoring device 6 is arranged. Low frequency means frequency components between fundamental (50Hz / 60Hz) and harmonics up to the single-digit kHz range, eg 1 -3kHz. The simulation can also simulate various types of faults (eg earth faults, line faults, etc.) with different characteristics. For this purpose, the test can also be configured via a user interface 13, for example by specifying a fault location F and / or a fault type.
Der simulierte zeitliche Verlauf der niederfrequenten Fehlergrößen wird einer Steuereinheit 1 1 zugeführt, die damit einen Spannungsverstärker 14 und/oder einen Stromverstärker 15 ansteuert, beispielsweise über Digital-Analog-Wandler DAC. Der Spannungsverstärker 14 erzeugt zu den jeweiligen Abtastzeitpunkten den aus der Simulation angeforderten nieder- frequenten Spannungsanteil UTn der Prüfspannung UT. Der Stromverstärker 15 erzeugt zu den jeweiligen Abtastzeitpunkten den aus der Simulation angeforderten niederfrequenten Stromanteil lTn des Prüfstroms lT. Der Spannungsverstärker 14 und der Stromverstärker 15 benötigen hierfür keine hohe Bandbreite (keine schnellen Spannungs- oder Stromänderungen) und können damit einfach realisiert werden. The simulated time profile of the low-frequency error variables is fed to a control unit 1 1, which thus controls a voltage amplifier 14 and / or a current amplifier 15, for example via digital-to-analog converter DAC. At the respective sampling instants, the voltage amplifier 14 generates the low-frequency voltage component U Tn of the test voltage U T requested from the simulation. The current amplifier 15 generates at the respective sampling times the demanded from the simulation low-frequency current component l Tn of the test current l T. The voltage amplifier 14 and the current amplifier 15 need for this no high bandwidth (no fast voltage or current changes) and can thus be easily realized.
Die hochtransiente (also hochfrequente) Wanderwelle W, die von einem Überwachungsgerät 6 mit Wanderwellenerfassung an sich detektiert wird, kann damit aufgrund der geringen
Bandbreite allerdings nicht erzeugt werden. Dafür sind im Prüfgerät 10 ein Spannungspulsgenerator 16 und/oder ein Strompulsgenerator 17 vorgesehen. The high-transient (ie high-frequency) traveling wave W, which is detected by a monitoring device 6 with traveling wave detection per se, can thus due to the low Bandwidth, however, can not be generated. For this purpose, a voltage pulse generator 16 and / or a current pulse generator 17 are provided in the test apparatus 10.
In der Simulationseinheit 12 wird daher neben den niederfrequenten Fehlergrößen auch der Zeitpunkt tA, tB des Eintreffens der Wanderwelle W am Ort des Überwachungsgerätes 6 be- rechnet, beispielsweise anhand der obigen Gleichungen. Der Zeitpunkt tA, tB des Eintreffens der Wanderwelle W könnte aber auch aus einem hochdynamischen Simulationsmodell mit hohen Abtastraten der Berechnung (>1 MHz) berechnet werden. Die dafür notwendigen Vorgaben, wie z.B. der Abstand L zwischen zwei Überwachungsgeräten 6 oder eine Ausbreitungsgeschwindigkeit vw der Wanderwelle W, sind bekannt bzw. können hierzu wieder über die Benutzerschnittstelle 13 konfiguriert werden. Zum ermittelten Zeitpunkt tA, tB des Eintreffens der Wanderwelle W steuert die Steuereinheit 1 1 den Spannungspulsgenerator 16 und/oder den Strompulsgenerator 17 an, die daraufhin einen die Wanderwelle W simulierenden hochtransienten Spannungspuls UT und/oder Strompuls lT erzeugen, die dem niederfrequenten Spannungsanteil UTn bzw. dem niederfrequenten Stromanteil lTn überlagert und als Fehlerspannung UT an einem Spannungsausgang bzw. als Fehlerstrom lT an einem Stromausgang ausgegeben werden. In addition to the low-frequency error variables, therefore, the simulation unit 12 also calculates the time t A , t B of the arrival of the traveling wave W at the location of the monitoring device 6, for example using the above equations. The time t A , t B of the arrival of the traveling wave W could, however, also be calculated from a highly dynamic simulation model with high sampling rates of the calculation (> 1 MHz). The necessary requirements, such as the distance L between two monitoring devices 6 or a propagation velocity v w of the traveling wave W, are known or can be configured again via the user interface 13 for this purpose. At the determined time t A , t B of the arrival of the traveling wave W, the control unit 11 activates the voltage pulse generator 16 and / or the current pulse generator 17, which then generate a high-voltage voltage pulse U T and / or current pulse I T simulating the traveling wave W low-frequency voltage component U Tn or the low-frequency current component l Tn superimposed and output as an error voltage U T at a voltage output or as a fault current l T at a current output.
Für den Spannungspuls UT und/oder Strompuls lTp sind die steigenden Flanke des jeweiligen Pulses wichtig, da diese auch im Überwachungsgerät 6 detektiert werden. Aus der bekannten Charakteristik einer Wanderwelle W sind Flankenanstiegszeiten im Bereich einiger 100ns und Pulsdauern im Ι Ομβ-ΒβΓβίοϊι bei Strömen im Bereich von 1 bis 100A (Sekundärwert) bzw. Spannungen im Bereich von 50 bis 250V (Sekundärwert) typisch. Diese Anforderungen können mit herkömmlichen bzw. einfach aufgebauten Pulsgeneratoren erzielt werden. For the voltage pulse U T and / or current pulse l Tp , the rising edge of the respective pulse is important, since these are also detected in the monitoring device 6. From the known characteristic of a traveling wave W, flank rise times in the range of several 100ns and pulse durations in Ι Ομβ-ΒβΓβίοϊι at currents in the range of 1 to 100A (secondary value) or voltages in the range of 50 to 250V (secondary value) are typical. These requirements can be achieved with conventional or simply constructed pulse generators.
Für die Prüfung eines Überwachungsgerätes 6 ist die zeitliche Genauigkeit des Aufschaltens des Spannungspulses UT und/oder des Strompulses lT wichtig, da daraus der Fehlerort ermittelt wird. Wenn nur ein Überwachungsgerät 6 geprüft wird, muss nicht unbedingt zu einer globalen Zeit synchronisiert werden. Hier reicht beispielsweise auch eine interne Uhr aus. Wenn gleichzeitig zwei weit voneinander entfernte Überwachungsgeräte 6 geprüft werden, ist aber auch die möglichst genaue zeitliche Synchronisation der beiden Prüfgeräte 10 vorteilhaft. Anzustreben sind hier zeitliche Genauigkeiten im 100ns-Bereich. Dazu kann ein Prüfgerät 10 auch eine Synchronisationsschnittstelle 18 zu einer Zeitsynchronisationsquelle 19, wie beispielsweise eine GPS-Uhr mit einer typischen Genauigkeit von kleiner 100ns, aufweisen. Auf diese Zeitsynchronisationsquelle 19 können sich dann mehrere Prüfgeräte 10 synchronisieren. For the examination of a monitoring device 6, the timing accuracy of the switching on of the voltage pulse U T and / or the current pulse I T is important because the fault location is determined therefrom. If only one monitor 6 is being tested, it does not necessarily have to be synchronized to one global time. Here, for example, an internal clock is sufficient. If at the same time two remote monitoring devices 6 are tested, but also the most accurate timing synchronization of the two testers 10 is advantageous. The aim is to achieve temporal accuracies in the 100ns range. For this purpose, a test device 10 may also have a synchronization interface 18 to a time synchronization source 19, such as a GPS clock with a typical accuracy of less than 100 ns. On this time synchronization source 19 then multiple testers 10 can synchronize.
Wenn zwei oder mehrere Überwachungsgeräte 6 gleichzeitig im Feld geprüft werden, wird jedes Überwachungsgerät 6 mit einem Prüfgerät 10 verbunden. Hier sind verschiedene
Prüfszenarios vorstellbar. Jedes beteiligte Prüfgerät 10 kann sich beispielsweise selbst steuern, wobei die einzelnen Prüfgeräte 10 zeitlich zueinander synchronisiert sind, um die Wanderwellen W jeweils zum richtigen Zeitpunkt zu simulieren. Eines der beteiligten Prüfgeräte 10 könnte auch die Steuerung anderer an der Prüfung beteiligter Prüfgeräte 10 übernehmen. In diesem Fall würde es auch ausreichen, die Simulation der Wanderwelle W, und gegebenenfalls auch der niederfrequenten Fehlergrößen, nur in einem Prüfgerät 10 durchzuführen, das dann das Simulationsergebnis und/oder entsprechende Steuersignale an die anderen Prüfgeräte 10 senden kann. Dazu können die Prüfgeräte 10 über ein Datenkommunikationsnetzwerk miteinander verbunden sein, über das das Simulationsergebnis und/oder die Steu- ersignale gesendet werden können. Hierfür sind dann auch entsprechende Datenkommunikationsschnittstellen in den Prüfgeräten 10 vorgesehen. Die zeitliche Synchronisierung der Prüfgeräte 10 könnte dabei ebenfalls über das Datenkommunikationsnetzwerk erfolgen.When two or more monitors 6 are simultaneously tested in the field, each monitor 6 is connected to a tester 10. Here are different Audit scenarios conceivable. Each involved testing device 10 can control itself, for example, whereby the individual testing devices 10 are synchronized with each other in time in order to simulate the traveling waves W at the right time. One of the testing devices 10 involved could also take over the control of other testing devices 10 involved in the test. In this case, it would also be sufficient to carry out the simulation of the traveling wave W, and possibly also of the low-frequency error variables, only in a test device 10, which can then send the simulation result and / or corresponding control signals to the other test devices 10. For this purpose, the test devices 10 can be connected to one another via a data communication network via which the simulation result and / or the control signals can be transmitted. For this purpose, corresponding data communication interfaces in the test devices 10 are then provided. The temporal synchronization of the test devices 10 could also take place via the data communication network.
In einer weiteren Möglichkeit, wie in Fig.5 dargestellt, kann eine Prüfsteuereinheit 20, beispielsweise eine Recheneinheit mit entsprechender Prüfsoftware, vorgesehen sein, die mit den an der Prüfung beteiligten Prüfgeräten 10 verbunden ist. Wenn die beiden Prüfgeräte 10 zu weit auseinander sind, kann die Verbindung auch über geeignete Datenkommunikationsschnittstellen realisiert sein. Mit der Prüfsteuereinheit 20 kann der synchronisierte Ablauf der Prüfung gesteuert werden, beispielsweise der Start der Prüfung. Nachdem die Prüfgerät 10 zeitlich synchronisiert sind, können diese jeweils die Prüfspannung UT und/oder den Prüf- ström lT zeitlich synchronisiert ausgeben. In einer bevorzugten Ausgestaltung kann die Prüfsteuereinheit 20 aber auch die Simulationseinheit 12 umfassen und für alle beteiligten Prüfgeräte 10 die niederfrequenten Fehlergrößen UF(t), lF(t) und die Zeitpunkte tA, tB des Auftretens der Wanderwelle W am Ort der Überwachungsgeräte 6 berechnen, so wie in Fig.5 dargestellt. In diesem Fall bildet die Prüfsteuereinheit 20 somit einen Teil der beteiligten Prüfgerät 10. In den einzelnen Prüfgeräten 10 sind dann nur mehr die Steuereinheit 1 1 ,In a further possibility, as shown in FIG. 5, a test control unit 20, for example a computing unit with corresponding test software, can be provided, which is connected to the test devices 10 involved in the test. If the two testers 10 are too far apart, the connection may also be realized via suitable data communication interfaces. The test control unit 20 can be used to control the synchronized execution of the test, for example the start of the test. After the tester 10 are synchronized in time, they can each output the test voltage U T and / or the test Ström l T synchronized in time. In a preferred embodiment, however, the test control unit 20 may also include the simulation unit 12 and the low-frequency error variables U F (t), l F (t) and the times t A , t B of the occurrence of the traveling wave W at the location of the Monitor monitors 6, as shown in Figure 5. In this case, the test control unit 20 thus forms part of the testing device 10 involved. In the individual test devices 10, only the control unit 1 1 is then available,
Spannungsverstärker 14 und/oder der Stromverstärker 15, sowie der Spannungspulsgenerator 16 und/oder der Strompulsgenerator 17 verbaut. Voltage amplifier 14 and / or the current amplifier 15, and the voltage pulse generator 16 and / or the current pulse generator 17 installed.
Für ein mehrphasiges Prüfgerät 10 ist vorzugsweise nur eine Simulationseinheit 12 und Steuereinheit 1 1 vorgesehen, die die Wanderwellenausbreitung aller Phasen simulieren können. For a multiphase test apparatus 10, preferably only one simulation unit 12 and control unit 11 are provided, which can simulate the traveling wave propagation of all phases.
Die Simulationseinheit 12 kann dabei auch in der Steuereinheit 1 1 integriert sein. Die Simulationseinheit 12 kann dabei auch als Software realisiert sein, z.B. als Simulationssoftware mit einem Simulationsmodell.
The simulation unit 12 can also be integrated in the control unit 11. The simulation unit 12 can also be implemented as software, e.g. as simulation software with a simulation model.
Claims
1 . Prüfgerät zum Prüfen eines Überwachungsgeräts (6) mit Wanderwellenerfassung, wobei im Prüfgerät (10) ein Spannungsverstärker (14) zum Erzeugen einer niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder ein Stromverstärker (15) zum Erzeugen eines niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)), ein Spannungspulsgenerator (16) zum Erzeugen eines Spannungspulses (UT ) und/oder ein Strompulsgenerator (17) zum Erzeugen eines Strompulses (lT ) vorgesehen sind, wobei der Ausgang des Spannungsverstärkers (14) und der Ausgang des Spannungspulsgenerators (16) mit einem Spannungsausgang des Prüfgerätes (10) ver- bunden sind und der Ausgang des Stromverstärkers (15) und der Ausgang des Strompulsgenerators (18) mit einem Stromausgang des Prüfgerätes (10) verbunden sind und im Prüfgerät (10) weiters eine Simulationseinheit (12) vorgesehen ist, in der ein Simulationsmodell implementiert ist, das den zeitlichen Verlauf der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) sowie die von einem vorgegebenen Fehlerort (F) ausgehende Ausbreitung einer Wanderwelle (W) auf einem Stromleiter (3) simuliert, indem die niederfrequente Fehlerspannung (UF(t)) und/oder der niederfrequente Fehlerstrom (lF(t)) des Fehlers (F) und der Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) an einem vorgegebenen Ort des Stromleiters (3) berechnet werden, und wobei im Prüfgerät (10) weiters eine Steuereinheit (1 1 ) vorgesehen ist, die den Spannungsverstärker (14) zum Erzeugen des zeitlichen Verlaufs der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder des zeitlichen Verlaufs des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) ansteuert und die zum berechneten Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) den Spannungspulsgenerator (16) zum Erzeugen eines Spannungspulses und/oder den Strompulsgenerator (17) zum Erzeugen eines Strompulses ansteuert. 1 . Test device for testing a monitoring device (6) with traveling wave detection, in which test device (10) a voltage amplifier (14) for generating a low-frequency error voltage (U F (t)) and / or a current amplifier (15) for generating a low-frequency fault current (l F (T)), a voltage pulse generator (16) for generating a voltage pulse (U T ) and / or a current pulse generator (17) for generating a current pulse (l T ) are provided, wherein the output of the voltage amplifier (14) and the output of the voltage pulse generator (16) are connected to a voltage output of the tester (10) and the output of the current amplifier (15) and the output of the current pulse generator (18) are connected to a current output of the tester (10) and in the tester (10) further comprises a simulation unit (12) is provided, in which a simulation model is implemented, the timing of the low-frequency error voltage (U F (t)) and / or the low-frequency Error current (l F (t)) as well as from a given fault location (F) outgoing propagation of a traveling wave (W) on a conductor (3) simulated by the low-frequency error voltage (U F (t)) and / or the low-frequency fault current (l F (t)) of the error (F) and the time (t A , t B ) of the arrival of the traveling wave (W) are calculated at a predetermined location of the conductor (3), and wherein in the tester (10) further Control unit (1 1) is provided, which controls the voltage amplifier (14) for generating the time course of the low-frequency error voltage (U F (t)) and / or the time course of the low-frequency fault current (l F (t)) and the calculated time (t a, B t) of the arrival of the traveling wave (W) the voltage pulse generator (16) for generating a voltage pulse and / or current pulse generator (17) controls to generate a current pulse.
2. Prüfgerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass am Prüfgerät (10) eine Synchronisationsschnittstelle (18) vorgesehen ist, um das Prüfgerät (10) mit einer Zeitsynchronisationsquelle (19) zu verbinden. 2. Testing device according to claim 1, characterized in that on the test device (10) has a synchronization interface (18) is provided to connect the tester (10) with a time synchronization source (19).
3. Prüfgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Prüfsteuereinheit (20) als Teil des Prüfgeräts (10) vorgesehen ist, wobei die Simulationseinheit (12) in der Prüfsteuereinheit (20) implementiert ist. 3. Testing device according to claim 1 or 2, characterized in that a test control unit (20) is provided as part of the test apparatus (10), wherein the simulation unit (12) in the test control unit (20) is implemented.
4. Prüfanordnung mit zumindest zwei Prüfgeräten (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Prüfgeräte (10) zeitlich zueinander synchronisiert sind. 4. test arrangement with at least two test devices (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the at least two test devices (10) are synchronized with each other in time.
5. Prüfanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Prüfgeräte (10) mit einer Prüfsteuereinheit (20) mit einer Simulationseinheit (12) verbunden
sind, wobei die Simulationseinheit (12) für die zumindest zwei Prüfgeräte (10) jeweils den zeitlichen Verlauf der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) sowie den Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) an einem vorgegebenen Ort (x, L-x) des Stromleiters (3) berechnet. 5. Test arrangement according to claim 4, characterized in that the at least two test devices (10) are connected to a test control unit (20) with a simulation unit (12) wherein the simulation unit (12) for the at least two test devices (10) in each case the time profile of the low-frequency error voltage (U F (t)) and / or the low-frequency fault current (l F (t)) and the time (t A , t B ) of the arrival of the traveling wave (W) at a predetermined location (x, Lx) of the conductor (3) calculated.
6. Verfahren zum Prüfen eines Überwachungsgeräts (6) mit Wanderwellenerfassung, wobei das Überwachungsgerät (6) mit dem Prüfgerät (10) verbunden wird und im Prüfgerät (10) der zeitliche Verlauf einer niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder der zeitliche Verlauf eines niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) eines Fehlers (F) auf einem Stromleiter (3) und der Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens einer vom Fehlerort (F) ausgehenden Wanderwelle (W) an einem vorgegebenen Ort (x, L-x) des Stromleiters (3) berechnet werden und im Prüfgerät (10) ein Spannungsverstärker (14) zum Erzeugen des zeitlichen Verlaufs der niederfrequenten Fehlerspannung (UF(t)) und/oder ein Stromverstärker (15) zur Erzeugung des zeitlichen Verlaufs des niederfrequenten Fehlerstromes (lF(t)) von einer Steuereinheit (1 1 ) angesteuert werden, um an einem Spannungsausgang des Prüfgeräts (10) die nie- derfrequente Fehlerspannung (UF(t)) und/oder an einem Stromausgang des Prüfgeräts (10) den niederfrequenten Fehlerstrom (lF(t)) auszugeben und zum berechneten Zeitpunkt (tA, tB) des Eintreffens der Wanderwelle (W) ein Spannungspulsgenerator (16) zum Erzeugen eines Spannungspulses und/oder ein Strompulsgenerator (17) zum Erzeugen eines Strompulses von der Steuereinheit (1 1 ) angesteuert werden, um die Fehlerspannung (UF(t)) mit einem Spannungspuls und/oder den Fehlerstrom (lF(t)) mit einem Stromimpuls zu überlagern.
6. A method for testing a monitoring device (6) with traveling wave detection, wherein the monitoring device (6) is connected to the test device (10) and in the tester (10) the time course of a low-frequency error voltage (U F (t)) and / or temporal progression of a low fault current (l F (t)) of a fault (F) on a current conductor (3) and the time (t a, t B) of the arrival of a the fault location (F) outgoing traveling wave (W) at a predetermined location (x, Lx) of the current conductor (3) are calculated and in the tester (10) a voltage amplifier (14) for generating the time course of the low-frequency error voltage (U F (t)) and / or a current amplifier (15) for generating the temporal Low-frequency fault current (l F (t)) are controlled by a control unit (1 1) to at a voltage output of the tester (10) the low-frequency error voltage (U F (t)) and / or at a current output of the tester (10) the low-frequency fault current (l F (t)) and the calculated time (t A , t B ) of arrival of the traveling wave (W) a voltage pulse generator (16) for generating a voltage pulse and / or a current pulse generator (17) for generating a current pulse be controlled by the control unit (1 1) to superimpose the fault voltage (U F (t)) with a voltage pulse and / or the fault current (l F (t)) with a current pulse.
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