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Dokumentenidentifikation DE69331199T2 04.07.2002
EP-Veröffentlichungsnummer 0671011
Titel VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR FESTSTELLUNG DES ABSTANDES ZWISCHEN EINER MESSSTATION UND EINER STÖRUNG AUF EINER ÜBERTRAGUNGSLINIE
Anmelder ABB AB, Västeras, SE
Erfinder ERIKSSON, Leif, S-733 91 Sala, SE;
SAHA, Mohan, Murari, S-722 44 Väster s, SE
Vertreter Hansmann & Vogeser, 65929 Frankfurt
DE-Aktenzeichen 69331199
Vertragsstaaten DE, FR, GB, IT
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 14.09.1993
EP-Aktenzeichen 939236915
WO-Anmeldetag 14.09.1993
PCT-Aktenzeichen PCT/SE93/00743
WO-Veröffentlichungsnummer 0009409377
WO-Veröffentlichungsdatum 28.04.1994
EP-Offenlegungsdatum 13.09.1995
EP date of grant 21.11.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 04.07.2002
IPC-Hauptklasse G01R 31/08
IPC-Nebenklasse H02H 7/26   

Beschreibung[de]
Technisches Gebiet

Für den Schutz von Kabeln und Freileitungen werden sogenannte Distanzschutz-Einrichtungen verwendet. Diese können auf unterschiedlichen technischen Prinzipien basieren, die häufig ausgehen von einem bestimmtem Funktionsbereich in einer Impedanzebene oder von einer Schaltung, die auf Wellenerkennung basiert. In diesem Zusammenhang wird normalerweise verlangt, die Entfernung von einem Meßpunkt zu einer Fehlerstelle festzustellen und auch in der Lage zu sein, die Größe des Fehlerwiderstandes zu bestimmen. Die vorliegende Erfindung umfaßt ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Entfernung zu einer Fehlerstelle von einer Meßstation und der Größe des Fehlerwiderstandes.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 zeigt eine Übertragungsleitung zwischen den Stationen P und Q auf der ein Erdfehler einer der Phasen bei F aufgetreten ist. Darüber hinaus zeigt die Figur die Spannungen, Ströme, Impedanzen und so weiter, welche in der folgenden Beschreibung erwähnt werden.

Fig. 2 zeigt, wie eine Distanzschutz-Einrichtung mit einem Fehlermodel gemäß dem Stand der Technik an ein Übertragungsnetz gemäß Fig. 1 angeschlossen ist.

Fig. 3 zeigt, wie eine Distanzschutz-Einrichtung mit einem Fehlermodel gemäß der Erfindung an ein Übertragungsnetz angeschlossen ist.

Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Fehlerbestimmung gemäß der Erfindung.

Stand der Technik, die Probleme

Die Prinzipien der Fehlerbestimmung und der Bestimmung des Fehlerwiderstandes im Falle eines Fehlers auf einem geschützten Leitungsabschnitt sind aus einer Anzahl von Publikationen bekannt, von denen einige im folgenden beschrieben werden. Das Basismaterial besteht aus Meßwerten, die mit Hilfe von Stromwandlern und Spannungswandlern in einer Meßstation nahe der geschützten Leitung gewonnen wurden. Diese Meßwerte werden einem Modell des in Frage stehenden Netzes zugeführt, wobei das Modell in die Distanzschutz-Einrichtung eingebaut ist. Zu der gegenwärtigen Technik gehört die analog-digital (A/D) Wandlung und Filterung der Meßwerte, die dann über verschiedene Distanzschutzgleichungen für das Modell die Entfernung zum Fehler und die Größe des Fehlerwiderstandes bestimmen.

US 4.906.937 beschreibt ein Verfahren, welches auf einer Netzkonfiguration gemäß Fig. 1 basiert. Es wird die fehlerfreie Leitungsimpedanz ZPQ des geschützten Leitungsabschnittes zwischen zwei Meßstationen P und Q gemessen. Nachdem ein Fehler erkannt wurde, können die Spannungen UP und UQ und die Ströme IP und IQ in den betreffenden Stationen gemessen werden. Die Spannungen und Ströme können zu jeder der Phasen R, S und T gehören. Normalerweise jedoch dienen zur Vermeidung von Kommunikation zwischen den Stationen als Ausgangspunkt die Meßwerte in einer der Stationen. Wenn in Übereinstimmung mit Fig. 1 die Annahme gemacht wird, daß ein Strom IF durch einen Fehlerwiderstand RF fließt, wobei am Fehlewiderstand eine Spannung UF auftritt, so kann die folgende Spannungskreisgleichung für das Netz aufgestellt werden:

UP = UPF + UF = α·ZPQIP + RF·IF (1)

Dabei ist α = 0 - 1 ein Maß für den zunächst angenommenen Fehlerort. Gleichung (1) kann wegen zu vieler unbekannter Parameter nicht direkt gelöst werden, und es ist deshalb notwendig, gewisse Annahmen zu machen und spezielle Verfahren zur Lösung anzuwenden, beispielsweise in Gestalt einer linearen Regression, um in der Lage zu sein die Gleichung zu lösen.

In einem Artikel in IEEE Tutorial Course: "Computer relaying", 79 EH 0148-7-PWR, Seite 22, Gliederung (18), wird die Annahme gemacht, daß der geschützte Abschnitt als ein RL-Reihenschaltung beschrieben werden kann. Die Spannungskreis-Gleichung (18) mit den Bezeichnungen dieses Artikels hat die folgende Gestalt:

V = Reff i + Leff di/dt (2)

wobei Reff sich auf die Summe aus dem Leitungs-Widerstand bis zur Fehlerstelle und dem Fehlerwiderstand bezieht und Leff sich auf die Leitungsinduktivität von der Meßstation und bis zur Fehlerstelle bezieht.

Die obigen beiden Arten der Darstellung eines Übertragungsnetzes und die Gleichungen, die daraus hergeleitet werden können, werden als Distanzschutz-Gleichungen verwendet und bilden die unmittelbare Basis des Fehlermodells gemäß Fig. 2, welches in bestehenden Distanzschutz-Einrichtungen vorhanden ist. Fig. 2 zeigt im Prinzip, wie die Distanzschutz-Einrichtung 1 mit dem in Frage stehenden Fehlermodell, zusätzlich zu ihrer Versorgung mit Informationen über die Daten des Netzes und einer Annahme über den Fehlerstrom über Instrumententransformatoren (Wandler) 2 und 3 für Spannung und Strom, auch kontinuierlich versorgt werden mit allen Phasenströmen und Phasenspannungen, deren Werte gefiltert und signalverarbeitet werden. Wegen der Transformation der Meßsignale wird die Leitungsimpedanz ZPQ in dem Fehlermodell durch eine transformierte Leitungsimpedanz ZL ersetzt. Eine Auslösung des Leistungsschalters 4 zur Abschaltung des Netzes findet statt, wenn in die Distanzschutz-Einrichtung eingebaute bestimmte Kriterien erfüllt sind.

In einem Artikel mit dem Titel "Microprocessor-based algorithm for high-resistance earth fault protection", von Q. S. Yang et al in IEE Proc., Band 139, Pt.C., Nr. 6, Nov. 1983, wird eine Spannungskreis-Gleichung für ein Netzwerk beschrieben, die von einer vereinfachten Netzkonfiguration ausgeht, in der kapazitive Leistungen vernachlässigt werden. Der Artikel macht die Annahme, daß der Fehlerstrom der Stromänderung gleich ist, die auftritt zwischen dem Strom während einer Periode vor dem Auftreten eines Fehlers und dem Strom nach dem Auftreten des Fehlers. Die Spannungskreis-Gleichungen werden ausgewertet unter Berücksichtigung der die Entfernung zur Fehlerstelle, wobei von Meßwerten aus dem Starkstromnetz zu zwei benachbarten Zeitpunkten und basierend auf bekannten Netzdaten ausgegangen wird. Das Verfahren erfordert relativ umfangreiche Ressourcen, um in der Lage zu sein, vor dem Auftreten eines Fehlers gewonnene Strommeßwerte zu speichern, und Schwierigkeiten entstehen auch, wenn diese Strommeßwerte an Ströme angepaßt werden sollen, die während des Fehlers gemessen wurden. Diese Schwierigkeiten werden noch vergrößert, wenn die Frequenz des Netzes von der Nennfrequenz abweicht. Da die Berechnungen nur auf Meßwerten basieren, die zu zwei zeitlich benachbarten Zeitpunkten gewonnen wurden, ist die Genauigkeit dort begrenzt, wo die zeitliche Ableitung des Stromes klein ist, das heißt im Spitzenbereich der Stromkurve. Der Artikel empfiehlt daher, daß die Berechnung mit Meßwerten durchgeführt wird, die nahe dem Nulldurchgang des Stromes gewonnen wurden.

Die Annahme eines Fehlerstromes gemäß dem Stand der Technik basiert, wie sich aus dem obigen ergibt, darauf, daß der Fehlerstrom IF in die Fehlerstelle nur über diejenige Station eingespeist wird, in der die Messung stattfindet, daß heißt, nur von einem Ende der Leitung. Dies resultiert in einer Fehlerquelle, da die Einspeisung von Fehlerstrom in die Fehlerstelle von dem anderen Ende der Leitung her nicht berücksichtigt wird.

In einem Artikel mit dem Titel "Numerical distance protection for sub-transmission lines" von A. Engqvist, L. Eriksson, Cigre, 34-04, 1988, wird eine Technik beschrieben, welche zeigt, wie gemessene Einzelwerte der Phasenströme und Phasenspannungen in verschiedenen Filtern verarbeitet werden, um anschließend in den Fehlermodellen verwendet zu werden. Die Filter enthalten unter anderem Tiefpassfilter und rekursiv arbeitende Fourierfilter. Die beschriebene Filtertechnik bedeutet auch, daß unerwünschte Oberwellensignale eliminiert werden sowie eine orthogonale Verarbeitung der Meßsignale erfolgt, um sie in Real- und Imaginärteile aufzuteilen.

Zusammenfassung der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Distanzschutz-Einrichtung und umfaßt ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Entfernung von einer Meßstation zu einer Fehlerstelle auf der Übertragungsleitung. Die Erfindung wird klar aus Fig. 3 und basiert auf einem Fehlermodell in einem Übertragungsnetz, in welchem, im Gegensatz zu Fehlermodellen nach dem Stand der Technik, die Nullimpedanz berücksichtigt wird. Das Fehlermodel gemäß der Erfindung wird daher unten als ein erweitertes Fehlermodell beschrieben. In der gleichen Weise wie die transformierte Leitungsimpedanz ZL, besteht die Nullimpedanz aus einer transformierten Nullimpedanz und wird hier mit ZN bezeichnet. Mit diesen Bezeichnungen läßt sich die Spannungskreis-Gleichung (1) gemäß oben für das erweiterte Fehlermodel beschreiben durch

U = α(ZLI + ZNIN) + IFRF (3)

wobei I der transformierte Phasenstrom und IN der transformierte Nullstrom (Strom des Nullsystems) ist. Wenn die Impedanzen durch ihre entsprechenden Wirkwiderstände und Induktivitäten ersetzt werden, das heißt die transformierte Leitungsimpedanz ZL ersetzt wird durch den transformierten Leitungs-Wirkwiderstand RL und die transformierte Leitungsimpedanz LL sowie die transformierte Nullimpedanz ZN ersetzt wird durch den transformierten Null- Wirkwiderstand RN und die transformierte Nullinduktivität LN, dann nimmt die Spannungskreis-Gleichung (3) für jede Phase die folgende Form an

U = α(RLI + LLdI/dt + RNIN + LNdIN/dt) + IFRF (4)

Wenn die Induktivität der Leitung ausgedrückt wird durch die Reaktanz XL der Leitung und die in Frage stehende Netzfrequenz ωo, das heißt

LL = XL/ωo

und wenn in entsprechender Weise die Nullinduktivität ausgedrückt wird durch die Nullreaktanz XN bei der in Frage stehenden Netzfrequenz ωo, das heißt

LN = XN/ωo

während gleichzeitig dI gesetzt wird zu

dI = Il - Io

das ist die Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten des Stromes I, und wenn gleichzeit dIN gesetzt wird zu

dIN = INl - INo

das ist die Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten des Nullstromes, und "dt" definiert wird als die Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten, was ebenfalls bedeutet, daß (ωodt) dem Winkel zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten entspricht, dann kann die Spannungskreis-Gleichung (4) wie folgt geschrieben werden:

U = α(RLI + XL(Il - Io)/(ωodt) + RNIN + XN(INl - INo)/(ωodt)) + IFRF (5)

Die Spannungskreis-Gleichung (3) enthält drei verschiedene Ströme nämlich I, IN und IF. Von diesen ist I direkt meßbar, der Nullstrom IN kann unter anderem gewonnen werden als die Summe aller Phasenströme, während für den Fehlerstrom IF eine Annahme gemacht werden muß.

Im Gegensatz zu dem Stand der Technik wird gemäß der vorliegenden Erfindung bei Annahme eines Fehlerstromes auch die Einspeisung von Fehlerstrom in die Fehlerstelle von beiden Enden der Leitung berücksichtigt. Ein Weg, um dies zu erreichen, wird beschrieben in der schwedischen Patentanmeldung 92019728 mit dem Titel "Fault current filter". Diese zeigt, daß ein Maß für den Fehlerstrom erhalten werden kann durch Summierung der gemessenen Stromeinzelwerte für jede Phase zu zwei benachbarten Zeitpunkten, wobei der Wert jeder Stromeinzelmessung mit einem entsprechenden Koeffizienten mulitpliziert wird, der so gewählt wird, daß der Fehlerstrom in Phase gelangt mit den Änderungen der mitlaufenden Stromkomponente und der gegenläufigen Stromkomponente.

Wenn an einem erweiterten Fehlermodell gemäß Fig. 3 Berechnungen durchgeführt werden sollen, ausgehend von entsprechenden Spannungskreis-Gleichungen, um ein Maß für "α" und RF zu erhalten, ist es auch erforderlich, Zugang zu berechneten Werten der transformierten Leitungsimpedanz ZL und den Nullimpedanz ZN mit ihren entsprechenden resistiven und induktiven Komponenten zu haben.

Um ein Maß für "α" und RF zu erhalten, kann, wie oben gezeigt, von jeder der Spannungskreis-Gleichungen (4) oder (5) ausgangen werden. Dies setzt jedoch Zugang zu den zeitlichen Ableitungen sowohl von I und IN voraus. Die zeitlichen Ableitungen können entweder durch reines Differenzieren gewonnen werden oder mit Hilfe der Stromdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten, das heißt wie in Gleichung (5) gezeigt.

Somit hat man neben dem Zugang zu den Parametern ZL und ZN des erweiterten Fehlermodels auch Zugang zu sechs der übrigen acht variierenden Signalparameter in der Gleichung, nämlich U, I, IN und folglich auch zu dI/dt und dIn/dt und dem Fehlerstrom IF. Um in der Lage zu sein, die Parameter "α" und RF zu ermitteln, wird gemäß der Erfindung von der Möglichkeit der orthogonalen Verarbeitung, wie oben erwähnt, Gebrauch gemacht. Durch diese Verarbeitung, das heißt durch Gewinnung des Realteils und des Imaginärteils der Signalparameter, können für jede Messung zwei Spannungskreis-Gleichungen (4r) und (4i) wie folgt aufgestellt werden, wobei der Index "r" den entsprechenden Realteil und der Index "i" den entsprechenden Imaginärteil angibt:

Ur = α(RLIr + LLdIr/dt + RNINr + LNdINr/dt) + IFrRF (4r)

Ui = α(RLIi + LLdIi/dt + RNINi + LNdINi/dt) + IFiRF (4i)

Ohne in irgendwelche Zwischenrechnungen einzutreten, kann gezeigt werden, daß "α", das heißt die relative Entfernung von der Meßstation zu der Fehlerstelle F, geschrieben werden kann als

α = (Ur·IFi - Ui·IFr)/(UHr·IFi - UHi·IFr) (6)

wobei

UHr = k&sub1;·Ir + k&sub2;·INr + k&sub3;·dIr + k&sub4;·dINr (7)

UHi = k&sub1;·Ii + k&sub2;·INi + k&sub3;·dIi + k&sub4;·dINi (8)

Die Koeffizienten k&sub1;, k&sub2;, k&sub3; und k&sub4; können mit Hilfe der Parameter RL, LL, RN und LN, des erweiterten Fehlermodels wie folgt bestimmt werden:

k&sub1; = RL, k&sub2; = RN, k&sub3; = XL/ωodt = LL/dt, k&sub4; = XN/ωodt = LN/dt

Von den Spannungskreis-Gleichungen (4r) und (4i) kann ein Wert für den Fehlerwiderstand RF in entsprechender Weise gewonnen werden. In der Praxis ist dieser Wert jedoch nicht von Interesse, da die Kriterien für die. Abschaltung eines Übertragungsnetzes, zusätzlich zu der Überwachung, ob der Wert von "α" zwischen 0 und 1 liegt, normalerweise auf einer Überprüfung beruht, ob

Z = UA/IA < Zin

das heißt, über ein normales Unterimpedanzrelais, bei dem Zin niedriger eingestellt wird als die normale Lastimpedanz.

Der Anschluß der Distanzschutz-Einrichtung an das Übertragungsnetz erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Übertragungsnetz gemäß Fig. 1 und wird klar aus Fig. 4, in der das äquivalente Diagramm des erweiterten Fehlermodells gezeigt wird. Das erweiterte Fehlermodell wird durch eine Distanzschutzgleichung beschrieben, die auf irgendeiner der zuvor beschriebenen Gleichungen basiert, bei der die Nullimpedanz berücksichtigt worden ist. Außerdem wird bei Annahme eines Fehlerstromes das Einspeisen von Fehlerstrom in die Fehlerstelle von beiden Enden der Leitung berücksichtigt. Die Signalverarbeitung und das Berechnungsverfahren zur Gewinnung der Basisdaten für die Kriterien für die Abschaltung der Leitung basieren auf der gleichen Filterung und orthogonalen Verarbeitung der Meßsignale, wie sie in dem oben genannten Cigre-Report erwähnt sind.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

Fig. 4 zeigt eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Gewinnung eines relativen Maßes "α" für die Entfernung von einer Meßstation zu einer Fehlerstelle auf einer Übertragungsleitung mit Hilfe eines erweiterten Fehlermodels gemäß Fig. 3. Die Anordnung stellt eine Realisierung der Spannungskreis-Gleichungen dar, wie sie in dem Abschnitt "Zusammenfassung der Erfindung" oben gewonnen wurde, und die auf den Spannungskreis-Gleichungen (4r), (4i), (7) und (8) basiert. Die Anordnung gemäß Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine der Phasen, deren Strom I und Spannung U zu irgendeiner der Phasen R, S und T gehören können. Ferner wird angenommen, daß alle Phasenströme verfügbar sind, um ein Maß für die Nullkomponente des Stromes In zu gewinnen, die bei einem Fehler in einem Übertragungsnetz auftritt, und daß ein Fehlerstrom IF, der mit Hilfe des oben erwähnten Fehlerstromfilters gewonnen wird, verfügbar ist. Alle Eingangssignale bestehen aus numerischen Einzelwerten (sampled values). Wie zuvor beziehen sich die Bezeichnungen mit den Indizes "0" und "1" auf zwei aufeinander folgende Einzelwerte. Außerdem werden bekannte Werte der Impedanz des Übertragungsnetzes und die Nullimpedanz mit ihren entsprechenden resistiven und reaktiven Teilen zum Ausgangspunkt gemacht, um in der Lage zu sein, geeignete Einstellungen des Fehlermodells zu wählen.

Somit ist bei einem Distanzschutz gemäß der Erfindung eine Anordnung gemäß Fig. 4 in jeder Phase angeordnet. Die Anordnung wird kontinuierlich versorgt mit Meßwerten oder mit Werten der Phasenspannung U, des Phasenstroms I, des Nullstroms IN und des Fehlerstroms. IF, die auf irgendeinem anderen Wege gewonnen werden. Wie sich aus den obigen Gleichungen ergibt, sind Informationen über die zeitlichen Ableitungen sowohl der Phasenströme als auch des Nullstromes erforderlich. Gemäß dem Stand der Technik stehen verschiedene Verfahren zur Gewinnung eines Maßes für diese Ableitungen zur Verfügung. Fig. 4 zeigt ein Verfahren, welches der Spannungskreis-Gleichung (5) entspricht, das heißt, daß ein Maß für die Ableitungen mit Hilfe von zwei aufeinanderfolgenden Einzelwerten gewonnen wird. Was den Phasenstrom anbetrifft, erfolgt dies über das Zeitverzögerungsglied 5 und den dI-Generator 6, und was den Nullstrom betrifft, erfolgt dies mit Hilfe des Zeitverzögerungsgliedes 7 und des dIN-Generators 8.

Wie im Abschnitt über den Stand der Technik ausgeführt wurde, ist es unter anderem aus dem Cigré-Report 34-04, 1988, von A. Engqist und L. Eriksson bekannt, wie Einzelmeßwerte derart gefiltert und verarbeitet werden können, daß die Meßsignale in ihre entsprechenden Realteile und Imaginärteile zerlegt werden können. Alle sechs der oben genannten verfügbaren Einzelsignale werden nun einer "Filter- und Orthogonalerzeugungseinheit" 9 zum Filtern und Verarbeiten zugeführt, um die Realteile und Imaginärteile dieser Signale zu erhalten, wobei Zugang besteht zu den Werten von Ur, Ui, Ir, Ii, dIr, dIi INr , Ini, dINr, dINi, IFr und IFi. Dies bedeutet, daß zusammen mit bekannten Daten des Übertragungsnetzes alle erforderlichen Parameter für die Bestimmung der relativen Entfernung zur Fehlerstelle, "α", verfügbar sind.

Wie aus der obigen Zusammenfassung der Erfindung hervorgeht, können die Koeffizienten k&sub1;, k&sub2;, k&sub3; und k&sub4; mit Hilfe der Parameter RL, LL, RN und LN des Übertragungsnetzes bestimmt werden. Indem man k&sub1; in die Koeffizienten-Einheiten 10 und 11 eingibt, k&sub2; in die Koeffizienten-Einheiten 12 und 13 eingibt, k&sub3; in die Koeffizienten-Einheiten 14 und 15 eingibt und k&sub4; in die Koeffizienten-Einheiten 16 und 17 eingibt, kann entsprechend der Gleichung (7) über ein erstes Summierungs-Glied 18 die Größe UHr bestimmt werden, welche sich zusammensetzt aus k&sub1;·I, k&sub2;·INr, k&sub3;·dIr und k&sub4;·dINr, und in entsprechender Weise kann gemäß Gleichung (8) über ein zweites Summierungs-Glied 19 die Größe UHi bestimmt werden, welche sich zusammensetzt aus k&sub1;·Ii, k&sub2;·INi, k&sub3;·dIi und k&sub4;dINi. Dann wird durch Multiplikation von UHr in einem ersten Multiplizierglied 20 mit dem Imaginärteil des Fehlerstromes, das heißt IFr, zwecks Bildung eines ersten Produktes UHr·IFi und durch Multiplikation von UHi in einem zweiten Multiplizierglied 21 mit dem Realteil des Fehlerstromes, das heißt IFr, zwecks Bildung eines zweiten Produktes UHi·IFr und danach durch Bildung der Differenz zwischen dem ersten und zweiten Produkt in einem Differenzgenerator 22, ein Wert des Denominators αn in Gleichung (6) gebildet. Durch Multiplikation des Realteils Ur der Phasenspannung mit dem Imaginärteil des Fehlerstromes, das heißt IFi, in einem dritten Multiplizierglied zwecks Bildung eines dritten Produktes Ur·IFi und durch Multiplikation des Imaginärteils Ui der Phasenspannung mit dem Realteil des Fehlerstromes, das heißt IFr, in einem vierten Multiplizierglied 24 zwecks Bildung eines vierten Produktes Ui·IFr, und anschließender Bildung der Differenz zwischen dem dritten und vierten Produkt in einem Differenzgenerator 25 kann ein Wert für den Numerator αt in Gleichung (6) gebildet werden. Mit den somit erlangten Werten für αt, und αn, kann ein Maß für den relativen Abstand zwischen der Meßstation P und der Fehlerstelle F über einen ersten Quotientengenerator 26 gewonnen werden.

Fig. 4 zeigt auch die Bedingungen, von einer praktischeren Art, unter denen der Fehler zu einer Auslösung des Leistungsschalters 3 führt. Ein erstes Kriterium dafür, daß ein Fehler als ein Fehler auf der Leitung zwischen P und Q interpretiert wird besteht darin, daß der für "α" erhaltene Wert innerhalb der Grenzen 0 < α < 1 liegt. In der Praxis wird jedoch der obere Wert auf den Wert "k" gesetzt, der etwas kleiner als 1 ist. Diese Grenzziehung kann mit Hilfe eines ersten Selektiergliedes 27 erreicht werden.

Wie im Abschnitt "Zusammenfassung der Erfindung" erwähnt wird, wird normalerweise angenommen, daß mindestens zwei Kriterien erfüllt sein sollten für eine Abschaltung der in Frage stehenden Leitung oder Phase. Das zweite Kriterium wird oft mit Hilfe eines konventionellen Unterimpedanzrelais überprüft, wobei mit Hilfe der Phasenspannung U und des Phasenstromes I über einen zweiten Quotientengenerator 28 die Impedanz des Übertragungsnetzes ermittelt wird. Wenn die so gewonnene Impedanz kleiner als die zulässige Unterimpedanz Zin ist, was über ein zweites Selektierglied 29 festgestellt werden kann, dann ist auch das zweite Kriterium für eine Auslösung erfüllt. Die Auslösung des Leistungsschalters 4 kann dann über ein UND-Glied 30 erfolgen.


Anspruch[de]

1. Verfahren im Zusammenhang mit einem Fehler auf einer Übertragungsleitung zur Bestimmung des relativen Abstandes "α" der Fehlerstelle von einer Meßstation (P), die nahe an einem der Enden der Übertragungsleitung liegt, wobei das Verfahren auf einem Fehlermodell basiert, welches im Distanzschutz eingebaut ist und das in Frage stehende Übertragungsnetz repräsentiert, und einer Annahme über den Fehler-Wirkwiderstand RF und einen Fehlerstrom IF basiert, der über die Meßstation in die Fehlerstelle eingespeist wird, und wobei der Distanzschutz mit Informationen über die Impedanz ZL den Wirkwiderstand RL und die Induktivität LL der Übertragungsleitung, transformiert auf das Fehlermodell, gespeist wird und kontinuierlich mit Einzelmeßwerten der Phasenströme I und der Phasenspannungen U des Übertragungsnetzes versorgt wird und wobei dem Distanzschutz eine Einheit (9) zur Analog-Digitalwandlung, zum Filtern und zur orthogonalen Verarbeitung der Werte zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein erweitertes Fehlermodell gebildet wird, welches die Nullimpedanz ZN, den Null-Wirkwiderstand RN und die Nullinduktivität LN des Übertragungsnetzes in auf das Fehlermodell transformierter Form und den entsprechend transformierten Nullstrom IN umfaßt, und daß angenommen wird, daß der Fehlerstrom auch von dem anderen Ende der Übertragungsleitung eingespeist wird, und daß die relative Entfernung zu der Fehlerstelle auf der Grundlage der Spannungskreis-Gleichung bestimmt wird, die für das erweiterte Fehlermodell aufgestelt werden kann.

2. Verfahren im Zusammenhang mit einem Fehler auf einer Übertragungsleitung zur Bestimmung des relativen Abstandes "α" der Fehlerstelle von einer Meßstation (P), die nahe an einem der Enden der Übertragungsleitung liegt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für das erweiterte Fehlermodell die Spannungskreis- Gleichung ausgedrückt werden kann durch

U = α(ZLI + ZNIN) + IFRF (3)

oder durch

U = α(RLI + LLdI/dt + RNIN + LNdIN/dt) + IFRF (4)

oder durch

U = α(RLI + XL(Il - Io)/(ωodt) + RNIN + XN(INl - INo)/(ωodt)) + IFRF (5)

wobei LL ersetzt wird durch XL/ωo, wobei XL die Leitungsreaktanz bei Nennfrequenz ωo ist und wobei LN ersetzt wird durch XN/ωo, wobei XN die Nullreaktanz bei Netzfrequenz wo ist, und wobei dI ersetzt wird durch die Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten Io und Il des Phasenstromes I und wobei dIN ersetzt wird durch die Differenz zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten INo und INl des Nullstromes IN und wobei dt gleich der Zeitdifferenz zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten ist und wobei (ωodt) der Winkel zwischen zwei aufeinander folgenden Einzelwerten ist.

3. Verfahren im Zusammenhang mit einem Fehler auf einer Übertragungsleitung zur Bestimmung des relativen Abstandes "α" der Fehlerstelle von einer Meßstation (P), die nahe an einem der Enden der Übertragungsleitung liegt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehlerstrom in der Spannungskreis-Gleichung auf die Summe der gemessenene Stromeinzelwerten für jede Phase für zwei benachbarte Zeitpunkte gesetzt wird und wobei der Wert jedes Stromeinzelwertes mit einem entsprechenden Koeffizienten multipliziert wird, der so gewählt wird, daß der Fehlerstrom in Phase mit den Änderungen des Stromes des mitläufigen und des gegenläufigen Systems gelangt.

4. Verfahren im Zusammenhang mit einem Fehler auf einer Übertragungsleitung zur Bestimmung des relativen Abstandes "α" der Fehlerstelle von einer Meßstation (P), die nahe an einem der Enden der Übertragungsleitung liegt, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe des orthogonalen Generators (9) in dem Distanzschutz der Realteil und der Imaginärteil der Meßsignale für jedes Einzelwert-Vorkommnis gebildet werden, wobei für jede Messung zwei Spannungskreis-Gleichungen aufgestellt werden können, welche ausgehend von

U = α(RLI + LLdI/dC + RNIN + LNdIN/dt) + IFRF (4)

die Gestalt

Ur = α(RLIr + LLdIr/dt + RNINr + LNdINr/dt) + IFrRF (4r)

Ui = α(RLIi + LLdIi/dt + RNINi + LNdINi/dt) + IFiRF (4i)

annehmen, wobei "r" den entsprechenden Realteil angibt und "i" den entsprechenden Imaginärteil angibt und wobei die Lösung dieser Gleichungen hinsichtlich der relativen Entfernung "α" von der Meßstation zu der Fehlerstelle liefert

α = (Ur·IFi - Ui·IFr)/(UHr·IFi - UHi·IFr) (6)

wobei

UHr = k&sub1;·Ir + k&sub2;·INr + k&sub3;·dIr + k&sub4;·dINr (7)

UHi = k&sub1;·Ii + k&sub2;·INi + k&sub3;·dIi + k&sub4;·dINi (8)

wobei die Koeffizienten k&sub1;, k&sub2;, k&sub3; und k&sub4; mit Hilfe der Parameter des Übertragungsnetzes bestimmt werden gemäß

k&sub1; = RL, k&sub2; = RN, k&sub3; = LL/dt, k&sub4; = LN/dt

5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zur Bestimmung, im Zusammenhang mit einem Fehler auf einer Übertragungsleitung, des relativen Abstandes "α" der Fehlerstelle von einer Meßstation (P), die nahe an einem der Enden der Übertragungsleitung liegt, welche Vorrichtung für jede Phase zu einem Distanzschutz gehört und welcher Eingangssignale in Gestalt gemessener Einzelwerte des Phasenstromes I, der Phasenspannung U, des Nullstromes IN und des Fehlerstromes IF zugeführt werden können und welche mit Informationen über die Impedanz ZL, den Wirkwiderstand RL und die Induktivität LL der Übertragungsleitung, transformiert auf das Fehlermodell, versorgt wird sowie auch mit der Nullimpedanz ZN, dem Null-Wirkwiderstand RN und der Nullinduktivität LN des Übertragungsnetzes, transformiert auf das Fehlermodell, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung imstande ist, die Gleichung

α = (Ur·IFi - Ui·IFr)/(UHr·IFi - UHi·IFr) (6)

auszurechnen wobei

UHr = k&sub1;·Ir + k&sub2;·INr + k&sub3;·dIr + k&sub4;·dINr (7)

UHi = k&sub1;·Ii + k&sub2;·INi + k&sub3;·dIi + k&sub4;·dINi (8)

wobei

k&sub1; = RL, k&sub2; = RN, k&sub3; = LL/dt, k&sub4; = LN/dt

zu welchem Zweck die Vorrichtung enthält Zeitverzögerungsglieder (5, 7), einen dI-Generator (6) und einen dIN-Generator (8), eine Filter- und Orthogonalgeneratoreinheit (9) zur Bildung des Realteils Ur und des Imaginärteils U, der Phasenspannung U, des Realteils Ir und des Imaginärteils Ii des Phasenstromes I, des Realteils dIr und des Imaginärteils dIi von dI, des Realteils INr und des Imaginärteils INi des Nullstromes IN, des Realteils dINr- und des Imaginärteils dINi, von dIN, des Realteils IFr und des Imaginärteils IFi, des Fehlerstromes IF, Koeffizienten- Einheiten (10, ... 17) für die Koeffizienten k&sub1;, k&sub2;, k&sub3; und k&sub4;, ein erstes Summierungs-Glied (18) zur Bildung von UHr gemäß der Gleichung (7), ein zweites Summierungs-Glied (19) zur Bildung von UHi gemäß der Gleichung (8), ein erstes Multiplizierglied (20) zur Bildung eines ersten Produktes UHr·IFi, ein zweites Multiplizierglied (21) zur Bildung eines zweiten Produktes UHi·IFr, einen ersten Differenzgenerator (22) zur Bildung der Differenz zwischen dem ersten und dem zweiten Produkt, ein drittes Multiplizierglied (23) zur Bildung eines dritten Produktes Ur·IFi, ein viertes Multiplizierglied (24) zur Bildung eines vierten Produktes Ui·IFr, einen zweiten Differenzgenerator (25) zur Bildung der Differenz zwischen dem dritten und vierten Produkt, und einen ersten Quotientengenerator (26) zur Bildung des Quotienten zwischen den Ausgangssignalen des zweiten und ersten Differenzgenerators, welcher Wert die relative Entfernung α zu der Fehlerstelle darstellt.







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