WO2020104124A1 - Verfahren und messanordnung zur fehlererkennung auf elektrischen leitungen - Google Patents

Verfahren und messanordnung zur fehlererkennung auf elektrischen leitungen

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WO2020104124A1
WO2020104124A1 PCT/EP2019/078502 EP2019078502W WO2020104124A1 WO 2020104124 A1 WO2020104124 A1 WO 2020104124A1 EP 2019078502 W EP2019078502 W EP 2019078502W WO 2020104124 A1 WO2020104124 A1 WO 2020104124A1
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line
measurement signal
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reflected
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PCT/EP2019/078502
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Robert Baumgartner
Claus Seisenberger
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Siemens Aktiengesellschaft
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/11—Locating faults in cables, transmission lines, or networks using pulse reflection methods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/50—Testing of electric apparatus, lines, cables or components for short-circuits, continuity, leakage current or incorrect line connections
    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response
    • G01R27/32—Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references

Definitions

  • the invention relates to a method for fault detection on electrical lines according to the preamble of claim 1 and a measuring arrangement according to the preamble of claim 11.
  • HVDC high-voltage direct current
  • Reflectometry methods are often used for fault detection and fault localization on high-voltage overhead lines.
  • a device for sending and receiving measurement signals is coupled to the line at the beginning of the line. This device generates e.g. periodically a measuring pulse that is injected into the line. This pulse signal propagates along the overhead line. If a line fault occurs on a line, this causes a jump in the line impedance at the fault location. An earth fault causes an impedance close to zero, while an open circuit causes a high-resistance fault.
  • a measuring signal that meets the impedance jump at the fault location is partially or completely reflected at this point. animals.
  • the reflected signal runs back to the measuring device. There the signal can be detected and the position of the error can be determined from the running time.
  • the object of the invention is to provide a method with which a comparatively accurate determination of a fault location can be achieved, in particular with long electrical lines.
  • the invention solves this problem by a method according to claim 1.
  • the first location is, for example, a first line end or another point along the line at which the measuring arrangement is connected.
  • the fault location is the location of a fault on the line.
  • the fault location is often located between the first location and the reflection location.
  • the fault location can also be behind the reflection location, viewed from the first location, because the reflection location does not have to cause total reflection of the measurement signal.
  • a reflection location is a location along the line, e.g. a second conductor end with a galvanic connection to a downstream electrical device.
  • An open conductor end i.e. a cable end without such a galvanic connection, can also be a place of reflection.
  • the method according to the invention takes into account that a line loss of e.g. Overhead lines do not remain constant during operation, but change due to environmental influences (e.g. the ambient temperature.
  • the actual line attenuation can therefore deviate from the set line attenuation, which in previous methods results in a different sensitivity of error detection over the line length.
  • a line loss of e.g. Overhead lines do not remain constant during operation, but change due to environmental influences (e.g. the ambient temperature.
  • the actual line attenuation can therefore deviate from the set line attenuation, which in previous methods results in a different sensitivity of error detection over the line length.
  • very long lines For example, with a length of more than 100 km, the line attenuation - caused by the temperature change within one day - can fluctuate by several dB.
  • the main idea of the present method is to use a reflection, such as an end reflection at a second line end of a high-voltage overhead line, to determine a current line loss and thus to readjust a detection threshold for errors. For example, this readjustment can take place continuously, that is to say with a short time cycle of, for example, a few minutes. It is an advantage of the method according to the invention that the detection sensitivity for errors is constant over the entire line length. The detection sensitivity remains constant even with changes in the line attenuation. Furthermore, the detection threshold can be set more sensitively since there are no sensitivity fluctuations over the line length. This also makes it possible to detect high-resistance faults.
  • the damping fluctuations are considerable, in particular in the case of very long lines, so that the sensitivity in the distant region can be significantly stabilized with the method according to the invention.
  • the fault location is transmitted to a control center and used to trigger a shutdown of the line or an affected line section. Furthermore, the control center can initiate maintenance or repair at the fault location.
  • an impedance device is used at the reflection site.
  • a choke coil is used for the impedance device.
  • a choke coil causes a strong impedance jump at the end of the line, which causes an end reflection and thus makes the measurement method according to the invention possible.
  • the inductor is used as part of a powerline communication device.
  • PLC Power Line Communication
  • a choke is typically connected in series on both lines to prevent the propagation of the communication signals transmitted via the power line beyond the end of the line.
  • Such a choke forms a high-impedance impedance at signal frequencies in the kHz range.
  • a short circuit between the line and earth is used for the impedance device.
  • a measurement signal in the kHz frequency range is used.
  • a kHz frequency range includes, for example, frequencies between 1 kHz and 1000 kHz. This is an advantage because such a measurement signal can be reflected in particular by a choke.
  • a measurement signal with a frequency in the frequency range from 50 kHz to 5 MHz is used. This is an advantage because it has been shown that this frequency range is particularly well suited for a reflection measurement. This applies particularly to long lines with a length of more than 100 km.
  • a line with a length of more than 100 km is used for the electrical line.
  • the line attenuation is compensated by normalizing the level of the measurement signal reflected from the reflection location to zero decibels and linearly increasing the level of the reflected measurement signal along the line length.
  • a first threshold value for the level of the normalized reflected measurement signal is defined, an error on the line being detected when the first threshold value is exceeded.
  • a first threshold of -10 dB can be set.
  • another suitable threshold value can be determined from empirical values from series tests, which on the one hand makes errors reliably recognizable and on the other hand minimizes the risk of false alarms.
  • the compensation of the line loss is adjusted at a regular time interval in order to compensate for a change in the line loss due to a temperature change in the environment of the line.
  • the line loss can be adjusted every 10 seconds, every hour or several times a day. The more often a readjustment takes place or the reflection measurement is repeated, the more precisely the line loss is compensated for and the more reliable the error detection.
  • the compensation of the line loss is adapted for each error-free measurement.
  • the line attenuation is tracked in order to achieve a constant sensitivity to errors, for example during the course of the day.
  • the reflection location is determined on the basis of a period of time until reception of the reflected measurement signal and taking into account line attenuation. This is an advantage because temperature-related changes in the line length can also be determined.
  • a second threshold value is set for the level of the normalized reflected measurement signal, an error in the measurement arrangement and / or a line attenuation being below the second threshold value such that a reliable fault location cannot be determined , be recognized.
  • a second threshold of -80 dB can be set.
  • a line which is in the fault-free operating state and is de-energized in a high-voltage direct current transmission line is used as the line.
  • the method according to the invention can also advantageously be used for earth electrode lines at HVDC stations.
  • an overhead line is used as the line. This is an advantage because precise fault detection and fault location determination are important, especially with long overhead lines.
  • a pulse method is used for the measurement signal.
  • a frequency-modulated continuous wave (FMCW) method is used for the measurement signal.
  • a continuous measurement signal is fed in, the operating frequency of which is changed.
  • FMCW methods are known for example as frequency-modulated continuous wave radar.
  • another reflection point within the line course is used to determine the line loss.
  • the object of the invention is to provide a measuring arrangement with which a comparatively precise determination of a fault location can be achieved, in particular in the case of long electrical lines.
  • the invention solves this problem by a measuring arrangement according to claim 11.
  • a signal transmitter device is, for example, a device that is suitable for generating a measurement signal in the kHz range.
  • a receiving device in turn is suitable for collecting the reflected measurement signal and, if necessary, amplifying it for further evaluation.
  • the signaling device and the receiving device can be positioned at the same location.
  • An evaluation device is, for example, a computer or a computer with a data memory, the evaluation being carried out by software provided for this purpose.
  • the evaluation device can be provided together with the signaling device and the receiving device at the same location or also centrally, for example as a cloud application on a remote data center.
  • Preferred embodiments of the measuring arrangement according to the invention result from claims 12 to 15.
  • the reflection location has an impedance device which is suitable for reflecting the measurement signal.
  • the reflection location is a second line end.
  • the impedance device has a choke coil. This is an advantage because a choke coil causes a strong impedance jump at the line end, which causes an end reflection and thus makes the measurement method according to the invention possible.
  • the inductor is provided as part of a powerline communication device.
  • a choke is typically connected in series on both lines to prevent the communication signals transmitted via the power line from spreading beyond the end of the line.
  • Such a choke forms a high-impedance impedance at signal frequencies in the kHz range.
  • a short circuit between the line and earth is used for the impedance device.
  • Figure 1 shows a first reflection diagram of an electrical
  • Figure 2 shows a second reflection diagram of an electrical
  • Figure 3 shows a third reflection diagram of an electrical
  • Figure 4 shows a fourth reflection diagram of an electrical
  • Figure 5 shows a measuring arrangement
  • FIG. 1 shows a first reflection diagram of an electrical line.
  • the length of the line in km is plotted on the horizontal axis.
  • the level or the maximum amplitude of a reflected measurement signal 1 received at the first end of the line - at zero km - is plotted in decibels.
  • a received signal level of zero decibels corresponds to the fed-in signal level of the original measurement signal.
  • the line is 190 km long, so that there is a high level for an end reflection 2 at the second end of the line at 190 km line length L.
  • the level of the reflected signal continues to decrease with increasing cable length.
  • FIG. 2 shows a second reflection diagram of an electrical line with compensation for the line loss.
  • the level of the reflection at the end of the line - the end reflection - is used to continuously determine the line loss and to adjust the detection threshold accordingly. After each reflection measurement, such as in FIG. 1, the level of the final reflection 2 is determined. With the assumption that the end reflection 2 usually corresponds to a total reflection and the line loss increases proportionally with the line length, the line loss can be compensated for. For this purpose, the level of the reflection signal 4 is raised linearly with the line length, in such a way that the level of the end reflection 3 in FIG. 2 is OdB.
  • FIG. 3 shows that a first threshold value as a detection threshold for line faults can be placed as a horizontal line 5 with a defined distance below the zero line (zero dB). A constant error sensitivity is thus achieved over the entire length of the line, which is a major advantage of the method according to the invention.
  • This method is used, for example, both in the first measurement after installation and in subsequent operation in order to continuously determine the line loss and to compensate for the next measurement.
  • FIG. 4 shows a measurement in which the actual line loss deviates from the previously compensated line loss and should be readjusted in the next measurement.
  • the level of the final reflection is a few dB above the zero line. After readjustment, the reflection diagram should again correspond to FIG. 2.
  • a typical frequency range for a reflection measurement with a measurement signal on high-voltage lines is between 30 kHz and 5 MHz.
  • FIG. 5 shows a measuring arrangement 7, 8, 9, 10 for error detection on an electrical line 6, having a signaling device 7, which is arranged and formed at a first end 11 of line 6, a measurement signal in the first end 11 of line 6 feed.
  • a receiving device 8, which is arranged at the first end 11 of the line 6, is designed to receive the reflected measurement signal.
  • An evaluation device 9 is designed to determine an error location 13 on line 6 on the basis of the time period until the reflected measurement signal is received and taking into account line attenuation.
  • the signaling device 7 and the receiving device 8 are integrated together with the evaluation device 9 in a first communication device 15 for powerline communication via the line 6.
  • the first communication device 15 has a throttle 16.
  • the choke 10 is suitable for reflecting the measurement signal.
  • the receiving device 8 is designed to receive the final reflection of the measurement signal from the second line end 12.
  • the evaluation device 9 is designed as a conventional computer and can determine the line loss on the basis of the level of the end reflection.

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Abstract

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Fehlererkennung auf einer elektrischen Leitung (6), bei dem mittels einer Messanordnung (7, 8, 9, 10) ein Messsignal an einen ersten Ort (11) auf der Leitung (6) eingespeist wird, und ein reflektiertes Messsignal an dem ersten Ort (11) empfangen wird, und anhand der Zeitdauer bis zum Empfang des reflektierten Messsignals und unter Berücksichtigung einer Leitungsdämpfung ein Fehlerort an der Leitung (6) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Reflektionsort (12) auf der Leitung (6) verwendet wird, an dem das Messsignal reflektiert wird, und dass anhand des Pegels des an dem ersten Ort (11) empfangenen reflektierten Messsignals die Leitungsdämpfung bestimmt wird. Ferner ist Gegenstand der Erfindung eine entsprechende Messanordnung.

Description

Beschreibung
Verfahren und Messanordnung zur Fehlererkennung auf elektri schen Leitungen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fehlererkennung auf elektrischen Leitungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Messanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 11.
Bei Freileitungen und Erdkabeln zur Energieübertragung kommt es gelegentlich zu Störungen, beispielsweise weil die Leitung abgerissen wird, ein Erdkabel durchtrennt wird oder ein Lei tungskurzschluss oder ein Erdschluss vorliegt. Dies kann, vor allem bei sehr langen Leitungen, zu einer relativ langen Stromunterbrechung führen, wenn nicht bekannt ist, an welcher Stelle der Fehler aufgetreten ist.
Neben den stromführenden Leitungen, bei denen ein Fehler zu mindest sofort erkannt werden kann, sind auch stromlose Lei tungen von Interesse, beispielsweise der dedizierte Rücklei ter bei HGÜ-Leitungen (HGÜ: Hochspannungs-Gleichstrom
übertragung), der im Normalfall keine Spannung führt.
Zur Fehlererkennung und Fehlerlokalisierung auf Hochspan nungs-Freileitungen werden häufig Reflektrometrieverfahren eingesetzt. Dabei wird am Leitungsanfang ein Gerät zum Senden und Empfangen von Messsignalen an die Leitung angekoppelt. Dieses Gerät erzeugt z.B. periodisch einen Messpuls, der in die Leitung eingekoppelt wird. Dieses Pulssignal breitet sich entlang der Freileitung aus. Tritt an einer Leitung ein Lei tungsfehler auf, so verursacht dies einen Sprung in der Lei tungsimpedanz an der Fehlerstelle. Ein Erdschluss verursacht eine Impedanz nahe Null, während eine Leitungsunterbrechung eine hochohmige Fehlerstelle bewirkt.
Ein Messsignal, dass auf den Impedanzsprung am Fehlerort trifft, wird an dieser Stelle teilweise oder ganz reflek- tiert. Das reflektierte Signal läuft zum Messgerät zurück. Dort kann das Signal detektiert und aus der Laufzeit die Po sition des Fehlers bestimmt werden.
Durch die Leitungsdämpfung weisen Reflektionen von weiter entfernten Fehlerstellen einen geringeren Pegel auf als nahe Fehlerstellen. Wird zur Fehlerdetektion ein fester Schwellen wert für den Signalpegel eines Fehlers verwendet, können ent fernte Fehler nicht oder nur mit geringerer Empfindlichkeit erkannt werden. Deshalb wird im Stand der Technik z.B. bei der Installation des Gerätes ein Kompensationsfaktor einge stellt, der laufzeitabhängig den Signalpegel anhebt. Die Lei tungsdämpfung wird folglich bei der Installation einmal er mittelt und fest eingestellt. Es wird eine feste Schwelle für die Detektion von Fehlern abgeleitet.
Aus der bisher unveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 102017214996.5 vom 28.08.2017 ist ein Verfahren zum Bestimmen der Entfernung einer Reflektionsstelle auf einem elektrischen Leiter bekannt, bei dem ein frequenz- und/oder phasenmodu liertes elektrisches Einspeisesignal erzeugt wird. Das Ein speisesignal wird an einer Messstelle in den Leiter einge speist. Ein zur Messstelle reflektiertes Signal bzw. Messsig nal wird an der Messstelle gemessen. Anhand der Frequenz und/oder Phase des Messsignals und anhand der aktuellen Fre quenz und/oder Phase des Einspeisesignals zum Zeitpunkt des Eintreffens des Messsignals wird ein die Entfernung der Re- flektionsstelle angebender Entfernungswert ermittelt.
Ausgehend von bekannten Verfahren zur Fehlererkennung auf ei ner elektrischen Leitung stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, ein Verfahren anzugeben, mit dem insbesondere bei langen elektrischen Leitungen eine vergleichsweise genaue Be stimmung eines Fehlerortes erreicht werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1. Der erste Ort ist z.B. ein erstes Leitungsende oder ein ande rer Punkt entlang der Leitung, an dem die Messanordnung ange schlossen wird.
Der Fehlerort ist der Ort eines Fehlers auf der Leitung. Der Fehlerort ist oft zwischen dem ersten Ort und dem Reflektion- sort angeordnet. Der Fehlerort kann jedoch auch - vom ersten Ort aus betrachtet - hinter dem Reflektionsort liegen, denn der Reflektionsort muss keine Totalreflektion des Messsignals bewirken .
Ein Reflektionsort ist dabei ein Ort entlang der Leitung, al so z.B. ein zweites Leiterende mit einer galvanischen Verbin dung zu einer nachgeordneten elektrischen Einrichtung. Auch ein offenes Leiterende, also ein Leitungsende ohne eine sol che galvanische Verbindung, kann ein Reflektionsort sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt, dass eine Lei tungsdämpfung von z.B. Freileitungen im Betrieb nicht kon stant bleibt, sondern sich durch Umwelteinflüsse (z.B. die Umgebungstemperatur verändert. Die tatsächliche Leitungsdämp fung kann damit von der eingestellten Leitungsdämpfung abwei chen, woraus bei bisherigen Verfahren eine unterschiedliche Empfindlichkeit der Fehlererkennung über der Leitungslänge resultiert. Insbesondere bei sehr langen Leitungen, z.B. mit einer Länge von mehr als 100km, kann die Leitungsdämpfung - verursacht durch die Temperaturänderung bereits innerhalb ei nes Tages - um mehrere dB schwanken.
Kerngedanke des vorliegenden Verfahrens ist es, eine Reflek- tion wie z.B. eine Endreflektion an einem zweiten Leitungsen de einer Hochspannungs-Freileitung dazu zu nutzen, um eine aktuelle Leitungsdämpfung zu bestimmen und damit eine Detek tionsschwelle für Fehler nachzuregeln. Beispielsweise kann diese Nachregelung kontinuierlich, also mit einem kurzen Zeittakt von z.B. einigen Minuten erfolgen. Es ist ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens, dass die Detektionsempfindlichkeit für Fehler konstant über der gesam ten Leitungslänge ist. Auch bei Veränderungen der Leitungs dämpfung bleibt die Detektionsempfindlichkeit damit konstant. Ferner kann die Detektionsschwelle empfindlicher eingestellt werden, da keine Empfindlichkeitsschwankungen über die Lei tungslänge auftreten. Damit ist auch die Detektion von hochohmigen Fehlern möglich.
Des Weiteren können langsam auftretende Fehler detektiert werden, z.B. wenn ein Baum in Richtung der Hochspannungslei tung wächst. Bei bisherigen Systemen wird dagegen oft ein Hochpassfilter in der Detektion eingesetzt, um langsame
Schwankungen zu eliminieren.
Insbesondere bei sehr langen Leitungen sind die Dämpfungs schwankungen erheblich, so dass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Empfindlichkeit im entfernten Bereich deutlich stabilisiert werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Fehlerort an eine Leitzentrale übermit telt und eingesetzt, um eine Abschaltung der Leitung oder ei nes betroffenen Leitungsabschnitts auszulösen. Ferner kann durch die Leitzentrale eine Wartung bzw. Reparatur am Fehler ort ausgelöst werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird an dem Reflektionsort eine Impedanz einrichtung verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird für die Impedanzeinrichtung eine Drosselspule verwendet. Dies ist ein Vorteil, weil eine Dros selspule einen starken Impedanzsprung am Leitungsende hervor ruft, der eine Endreflektion bewirkt und damit das erfin dungsgemäße Messverfahren möglich macht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird die Drosselspule als Teil einer Powerline-Communication-Einrichtung verwendet. Auf Leitungen mit PLC (Power Line Communication) wird an beiden Leitungsen den typischerweise eine Drossel in Serie geschaltet, um das Ausbreiten der über die Stromleitung übertragenen Kommunika tionssignale über das Leitungsende hinaus zu verhindern. Eine solche Drossel bildet eine hochohmige Impedanz bei Signalfre quenzen im kHz-Bereich aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird für die Impedanzeinrichtung ein Kurz schluss zwischen der Leitung und Erde verwendet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird ein Messsignal im kHz-Frequenzbereich eingesetzt. Ein kHz-Frequenzbereich umfasst beispielsweise Frequenzen zwischen 1kHz und 1000 kHz. Dies ist ein Vorteil, weil ein solches Messsignal insbesondere von einer Drossel reflektiert werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird ein Messsignal mit einer Frequenz im Frequenzbereich von 50 kHz bis 5 MHz eingesetzt. Dies ist ein Vorteil, weil sich gezeigt hat, dass dieser Frequenzbereich besonders gut für eine Reflektionsmessung geeignet ist. Dies gilt besonders bei langen Leitungen einer Länge von mehr als 100 km.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird für die elektrische Leitung eine Lei tung mit einer Länge von mehr als 100 km eingesetzt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird die Leitungsdämpfung kompensiert, in dem der Pegel des vom Reflektionsort reflektierten Messsig nals auf null Dezibel normalisiert und der Pegel des reflek tierten Messsignals entlang der Leitungslänge linear angeho- ben wird. Dies ist ein Vorteil, weil die Detektionsempfind lichkeit für Fehler konstant über der gesamten Leitungslänge bleibt. Diesem Ansatz liegt die Annahme zugrunde, dass die Reflektion meist in etwa einer Totalreflektion entspricht und die Leitungsdämpfung proportional mit der Leitungslänge zu nimmt .
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird ein erster Schwellenwert für den Pe gel des normalisierten reflektierten Messsignals festgelegt, wobei bei Überschreiten des ersten Schwellenwertes ein Fehler auf der Leitung erkannt wird. Beispielsweise kann ein erster Schwellenwert von -10 dB festgelegt werden. Es kann jedoch auch durch Erfahrungswerte aus Reihenversuchen ein anderer geeigneter Schwellenwert bestimmt werden, der einerseits zu verlässig Fehler erkennbar macht und andererseits das Risiko von Fehlalarmen geringhält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird die Kompensation der Leitungsdämpfung mit einem regelmäßigen Zeittakt angepasst, um eine Änderung der Leitungsdämpfung infolge einer Temperaturänderung der Um gebung der Leitung auszugleichen. Beispielsweise kann die Leitungsdämpfung alle 10 Sekunden, jede Stunde oder mehrfach am Tag angepasst werden. Je öfter eine Nachregelung erfolgt bzw. die Reflektionsmessung wiederholt wird, desto genauer wird die Leitungsdämpfung kompensiert und desto sicherer wird die Fehlererkennung.
In einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorgenannten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kompensation der Leitungsdämpfung bei jeder fehlerfreien Mes sung angepasst. Dies bedeutet, dass bei der erfindungsgemäßen Durchführung des Verfahrens zur Fehlererkennung auf der Lei tung jeweils die Leitungsdämpfung nachgeführt wird, um eine konstante Fehlerempfindflichkeit z.B. im Tagesverlauf zu er reichen . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird anhand einer Zeitdauer bis zum Emp fang des reflektierten Messsignals und unter Berücksichtigung einer Leitungsdämpfung der Reflektionsort bestimmt. Dies ist ein Vorteil, weil auch temperaturbedingte Änderungen der Lei tungslänge bestimmt werden können.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird ein zweiter Schwellenwert für den Pe gel des normalisierten reflektierten Messsignals festgelegt, wobei bei Unterschreiten des zweiten Schwellenwertes ein Feh ler in der Messanordnung und/oder eine so große Leitungsdämp fung, dass keine sichere Fehlerortbestimmung möglich ist, er kannt werden. Beispielsweise kann ein zweiter Schwellenwert von -80 dB festgelegt werden. Es kann jedoch auch durch Er fahrungswerte aus Reihenversuchen ein anderer geeigneter Schwellenwert bestimmt werden, der einerseits zuverlässig Ge rätefehler erkennbar macht und andererseits das Risiko von nicht erkannten Fehlern auf der Leitung geringhält.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird als Leitung ein im fehlerfreien Be triebszustand stromloser Rückleiter einer Hochspannungs- Gleichstrom-Übertragungsleitung eingesetzt. Vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren auch bei Erdelektrodenleitun gen an HGÜ Stationen einsetzbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird als Leitung eine Freileitung verwen det. Dies ist ein Vorteil, weil insbesondere bei langen Über landleitungen eine genaue Fehlererkennung und Fehlerortbe stimmung wichtig sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird für das Messsignal ein Pulsverfahren eingesetzt . In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird für das Messsignal ein Frequency- Modulated Continuous Wave (FMCW) - Verfahren verwendet. Dabei wird ein kontinuierliches Messsignal eingespeist, dessen Ar beitsfrequenz verändert wird. FMCW-Verfahren sind beispiels weise als Frequenzmoduliertes Dauerstrichradar bekannt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungs gemäßen Verfahrens wird alternativ und/oder zusätzlich zu ei ner Endreflektion am zweiten Ende der Leitung eine andere Re- flektionsstelle innerhalb des Leitungsverlaufes zur Bestim mung der Leitungsdämpfung verwendet.
Ausgehend von bekannten Messanordnungen zur Fehlererkennung auf einer elektrischen Leitung stellt sich an die Erfindung die Aufgabe, eine Messanordnung anzugeben, mit der insbeson dere bei langen elektrischen Leitungen eine vergleichsweise genaue Bestimmung eines Fehlerortes erreicht werden kann.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Messanordnung ge mäß Anspruch 11.
Eine Signalgebereinrichtung ist beispielsweise ein Gerät, dass zur Erzeugung eines Messsignals im kHz-Bereich geeignet ist. Eine Empfangseinrichtung wiederrum ist geeignet, das re flektierte Messsignal aufzufangen und ggf. für eine weitere Auswertung zu verstärken. Die Signalgebereinrichtung und die Empfangseinrichtung können hierfür an dem gleichen Ort posi tioniert werden.
Eine Auswertungseinrichtung ist beispielsweise ein Rechner bzw. Computer mit einem Datenspeicher, wobei die Auswertung durch eine dafür vorgesehene Software erfolgt. Die Auswer tungseinrichtung kann zusammen mit der Signalgebereinrichtung und der Empfangseinrichtung am gleichen Ort oder auch zent ral, beispielsweise als eine Cloud-Applikation auf einem ent fernten Rechenzentrum, vorgesehen sein. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Messanord nung ergeben sich aus den Ansprüchen 12 bis 15.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfin dungsgemäßen Messanordnung weist der Reflektionsort eine eine Impedanzeinrichtung auf, die geeignet ist, das Messsig nal zu reflektieren. Beispielsweise ist der Reflektionsort ein zweites Leitungsende.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Messanordnung weist die Impedanzeinrichtung eine Drosselspule auf. Dies ist ein Vorteil, weil eine Drosselspu le einen starken Impedanzsprung am Leitungsende hervorruft, der eine Endreflektion bewirkt und damit das erfindungsgemäße Messverfahren möglich macht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Messanordnung ist die Drosselspule als Teil einer Powerline-Communication-Einrichtung vorgesehen. Auf Leitungen mit PLC (Power Line Communication) wird an beiden Leitungsen den typischerweise eine Drossel in Serie geschaltet, um das Ausbreiten der über die Stromleitung übertragenen Kommunika tionssignale über das Leitungsende hinaus zu verhindern. Eine solche Drossel bildet eine hochohmige Impedanz bei Signalfre quenzen im kHz-Bereich aus.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungs gemäßen Messanordnung wird für die Impedanzeinrichtung ein Kurzschluss zwischen der Leitung und Erde verwendet.
Weitere Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens, wie sie eingangs geschildert wurden, können ohne Weiteres mittels der erfindungsgemäßen Messanordnung umgesetzt werden.
Es ergeben sich für die Messanordnung und ihre Ausführungs formen sinngemäß die gleichen Vorteile wie eingangs für das erfindungsgemäße Verfahren erläutert. Zur besseren Erläuterung der Erfindung zeigen in schemati scher Darstellung die
Figur 1 ein erstes Reflektionsdiagramm einer elektrischen
Leitung, und
Figur 2 ein zweites Reflektionsdiagramm einer elektrischen
Leitung mit Kompensation der Leitungsdämpfung, und
Figur 3 ein drittes Reflektionsdiagramm einer elektrischen
Leitung mit Kompensation der Leitungsdämpfung und einen ersten Schwellenwert für eine Fehlererken nung, und
Figur 4 ein viertes Reflektionsdiagramm einer elektrischen
Leitung mit veränderter Leitungsdämpfung, und
Figur 5 eine Messanordnung.
Figur 1 zeigt ein erstes Reflektionsdiagramm einer elektri schen Leitung. Dabei ist über die horizontale Achse die Länge der Leitung in km aufgetragen. Auf der vertikalen Achse A ist der Pegel bzw. die maximale Amplitude eines am ersten Ende der Leitung - bei null km - empfangenen reflektierten Mess signals 1 in Dezibel aufgetragen. Definitionsgemäß entspricht dabei ein empfangener Signalpegel von null Dezibel dem einge speisten Signalpegel des ursprünglichen Messsignals. Im dar gestellten Beispiel ist die Leitung 190 km lang, so dass sich ein hoher Pegel für eine Endreflektion 2 am zweiten Ende der Leitung bei 190 km Leitungslänge L ergibt. Erkennbar fällt der Pegel des reflektierten Signals mit zunehmender Leitungs länge immer weiter ab.
Figur 2 zeigt ein zweites Reflektionsdiagramm einer elektri schen Leitung mit Kompensation der Leitungsdämpfung. Der Pe gel der Reflektion am Leitungsende - die Endreflektion - wird dazu genutzt, kontinuierlich die Leitungsdämpfung zu bestim men und die Detektionsschwelle entsprechend nachzuregeln. Nach jeder Reflektionsmessung wie z.B. in Figur 1 wird der Pegel der Endreflektion 2 bestimmt. Mit der Annahme, dass die Endreflektion 2 meist einer Totalreflektion entspricht und die Leitungsdämpfung proportional mit der Leitungslänge zu nimmt, kann die Leitungsdämpfung kompensiert werden. Der Pe gel des Reflektionssignals 4 wird dazu linear mit der Lei tungslänge angehoben, in der Art, dass der Pegel der Endre- flektion 3 in Figur 2 bei OdB liegt.
Figur 3 zeigt, dass ein erster Schwellenwert als Detektions schwelle für Leitungsfehler als horizontale Line 5 mit einem festgelegten Abstand unter die Nulllinie (null dB) gelegt werden kann. Damit wird eine konstante Fehlerempfindlichkeit über die gesamte Leitungslänge erreicht, was ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist.
Dieses Verfahren wird beispielsweise sowohl bei der ersten Messung nach der Installation angewandt als auch im weiteren Betrieb, um kontinuierlich die Leitungsdämpfung zu bestimmen und bei der nächsten Messung zu kompensieren.
Figur 4 zeigt eine Messung, bei der die tatsächliche Lei tungsdämpfung von der vormals kompensierten Leitungsdämpfung abweicht und in der nächsten Messung nachgeregelt werden sollte. Der Pegel der Endreflektion liegt einige dB über der Nulllinie. Nach dem Nachregeln sollte das Reflektionsdiagramm wieder der Figur 2 entsprechen.
Ein typischer Frequenzbereich für eine Reflektionsmessung mit einem Messsignal an Hochspannungsleitungen liegt zwischen 30kHz und 5MHz .
Figur 5 zeigt eine Messanordnung 7,8,9,10 zur Fehlererkennung auf einer elektrischen Leitung 6, aufweisend eine Signalge bereinrichtung 7, die an einem ersten Ende 11 der Leitung 6 angeordnet und ausgebildet ist, ein Messsignal in das erste Ende 11 der Leitung 6 einzuspeisen. Eine Empfangseinrichtung 8, die an dem ersten Ende 11 der Leitung 6 angeordnet ist, ist dazu ausgebildet, das reflektierte Messsignal zu empfan gen .
Eine Auswertungseinrichtung 9 ist ausgebildet, anhand der Zeitdauer bis zum Empfang des reflektierten Messsignals und unter Berücksichtigung einer Leitungsdämpfung einen Fehlerort 13 an der Leitung 6 zu bestimmen.
Die Signalgebereinrichtung 7 und die Empfangseinrichtung 8 sind zusammen mit der Auswertungseinrichtung 9 in ein erstes Kommunikationsgerät 15 für Powerline-Kommunikation über die Leitung 6 integriert. Das erste Kommunikationsgerät 15 weist eine Drossel 16 auf. Am zweiten Leitungsende 12 ist eine Impedanzeinrichtung 10 angeordnet, die als eine Drossel 10 ausgebildet ist und in ein zweites Kommunikationsgerät 14 für Powerline- Kommunikation über die Leitung 6 integriert ist. Die Drossel 10 ist geeignet, das Messsignal zu reflektieren.
Ferner ist die Empfangseinrichtung 8 ausgebildet, die Endre- flektion des Messsignals vom zweiten Leitungsende 12 zu emp fangen. Die Auswertungseinrichtung 9 ist als ein üblicher Rechner ausgebildet und kann anhand des Pegels der Endreflek- tion die Leitungsdämpfung bestimmen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fehlererkennung auf einer elektrischen Lei tung (6), bei dem mittels einer Messanordnung (7,8,9,10) ein Messsignal an einen ersten Ort (11) auf der Leitung (6) ein gespeist wird, und
ein reflektiertes Messsignal an dem ersten Ort (11) empfangen wird, und
anhand der Zeitdauer bis zum Empfang des reflektierten Mess signals und unter Berücksichtigung einer Leitungsdämpfung ein Fehlerort an der Leitung (6) bestimmt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Reflektionsort (12) auf der Leitung (6) verwendet wird, an dem das Messsignal reflektiert wird, und dass
anhand des Pegels des an dem ersten Ort (11) empfangenen re flektierten Messsignals die Leitungsdämpfung bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Reflektionsort (12) eine Impedanzeinrichtung (10) verwen det wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Impedanzeinrichtung eine Drosselspule (10) verwendet wird .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignal im kHz-Frequenzbereich eingesetzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Messsignal mit einer Frequenz im Frequenzbereich von 50 kHz bis 5 MHz eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitungsdämpfung kompensiert wird, indem der Pegel des vom Reflektionsort reflektierten Messsig nals auf null Dezibel normalisiert und der Pegel des reflek- tierten Messsignals entlang der Leitungslänge linear angeho ben wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schwellenwert (5) für den Pegel des normalisierten reflektierten Messsignals (4) festgelegt wird, wobei bei Überschreiten des ersten Schwellenwertes (5) ein Fehler auf der Leitung erkannt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensation der Leitungsdämpfung mit einem regelmä ßigen Zeittakt angepasst wird, um eine Änderung der Leitungs dämpfung infolge einer Temperaturänderung der Umgebung der Leitung (6) auszugleichen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer Zeitdauer bis zum Empfang des reflektierten Messsignals und unter Berücksichtigung ei ner Leitungsdämpfung der Reflektionsort (12) bestimmt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schwellenwert für den Pegel des normalisierten reflektierten Messsignals (4) festgelegt wird, wobei bei Unterschreiten des zweiten Schwel lenwertes (4) ein Fehler in der Messanordnung (7,8,9,10) und/oder eine so große Leitungsdämpfung, dass keine sichere Fehlerortbestimmung möglich ist, erkannt werden.
11. Messanordnung (7,8,9,10) zur Fehlererkennung auf einer elektrischen Leitung (6), aufweisend eine
Signalgebereinrichtung (7), die an einem ersten Ort (11) auf der Leitung (6) angeordnet und ausgebildet ist, ein Messsig nal in die Leitung (6) einzuspeisen, und
eine Empfangseinrichtung (8), die an dem ersten Ort (11) an geordnet und ausgebildet ist, ein reflektiertes Messsignal zu empfangen, und
eine Auswertungseinrichtung (9), die ausgebildet ist, anhand der Zeitdauer bis zum Empfang des reflektierten Messsignals und unter Berücksichtigung einer Leitungsdämpfung einen
Fehlerort (13) an der Leitung (6) zu bestimmen,
dadurch gekennzeichnet, dass
auf der Leitung (6) ein Reflektionsort (12) angeordnet ist, an dem das Messsignal reflektiert wird, und dass
die Empfangseinrichtung (8) ausgebildet ist, das reflektierte Messsignal vom Reflektionsort (12) zu empfangen,
und dass
die Auswertungseinrichtung (9) ausgebildet ist, anhand des Pegels des an dem ersten Ort (11) empfangenen reflektierten Messsignals die Leitungsdämpfung zu bestimmen.
12. Messanordnung (7,8,9,10) nach Anspruch 11, dadurch ge kennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (9) ausgebildet ist, die Leitungsdämpfung zu kompensieren, indem der Pegel des vom Reflektionsort reflektierten Messsignals auf null De zibel normalisiert und der Pegel des reflektierten Messsig nals entlang der Leitungslänge linear angehoben wird.
13. Messanordnung (7,8,9,10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (9) ausgebildet ist, einen ersten Schwellenwert für den Pegel des normalisierten reflektierten Messsignals festzulegen, wobei bei Überschreiten des ersten Schwellenwertes ein Fehler auf der Leitung (6) erkannt wird.
14. Messanordnung (7,8,9,10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (9) ausgebildet ist, die Kompensation der Leitungsdämpfung mit einem regelmäßigen Zeittakt anzupassen, um eine Änderung der Leitungsdämpfung infolge einer Temperaturänderung der Umge bung der Leitung (6) auszugleichen.
15. Messanordnung (7,8,9,10) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswertungseinrichtung (9) ausgebildet ist, anhand einer Zeitdauer bis zum Empfang des reflektierten Messsignals und unter Berücksichtigung ei ner Leitungsdämpfung den Reflektionsort zu bestimmen.
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