DE1463137B2

DE1463137B2 - Distantrelais

Info

Publication number: DE1463137B2
Application number: DE19651463137
Authority: DE
Inventors: Hans Oslo Humpage William Derek Glossop Derbyshire Sabberwal Sudesh Parkash Coventry Warwickshire Hoel, (Großbri tanmen)
Original assignee: The English Electric Co Ltd , London
Priority date: 1964-04-28
Filing date: 1965-04-27
Publication date: 1972-01-05
Also published as: GB1096412A; US3378728A; FR1432173A; US3379934A; FR1447229A; JPS4310926B1; GB1096413A; DE1463137A1; DE1463138A1; DE1463138B2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Distanzrelais mit Signalgeneratoren, die Nachbildungen der vektoriellen Größen von Strom und Spannungen einem Vergleichssystem zuführen, das bei vorbestimmten, sich durch den Vergleich ergebenden Bedingungen eine Schutzfunktion auslöst. Bei einem bekannten Selektivschutzsystem dieser Bauart werden während der ersten Halbwelle des Überstromes die Momentanwerte der Spannungsabfälle an der Leitungsschleife und an der Nachbildung nach Art der vorgenannten Signalgeneratoren einem Vergleichssystem zugeführt, welches in ausreichendem zeitlichem Abstand von den Polstellen aus diesen Momentanwerten ein Entfernungsund ein Richtungskriterium für die Lage der Störstelle bildet und das aus diesen beiden Kriterien die Entscheidung über die Auslösung des zugehörigen Schalters trifft (deutsche Auslegeschrift 1 087 249). ■

Zweck dieser bekannten Anordnung ist es, schon innerhalb der ersten Halbwelle eines Kurzschlußstrom.es die selektive Abschaltung einzuleiten. ·

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, einen Distanzschutz zu schaffen, der an beliebige Leistungsverhältnisse anpaßbar ist und eine Zeitstaffelung in mehreren Auslösezonen aufweist, so · daß beliebige Relaischarakteristiken in unterschiedlichen Distanzzonen erhalten werden.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einem Distanzrelais der eingangs genannten Bauart dadurch gelöst, daß wenigstens zwei Paare von Signalgeneratoren vorgesehen sind, deren Ausgangsspannungsvektoren entsprechend der gewünschten Relaischarakteristiken, in an sich bekannter Weise z. B. durch Einstellung des Übersetzungsverhältnisses von im Strombzw. Spannungspfad liegenden Wandlern, Änderung der Polarität oder Änderung der Impedanz der Bürde eines Wandlers, einstellbar sind und daß die Ausgangsspannungsvektoren jedes Signalgeneratorpaares je einem Phasenwinkelkomparator zugeführt sind, deren Ausgänge an einen dritten Phasenwinkelkomparator angeschlossen sind, dessen Ausgang unmittelbar mit dem die Schutzfunktion durchführenden Leistungsschalter verbunden ist. ■

Dadurch, daß die Länge der von den Signalgeneratoren gelieferten Vektoren durch entsprechende schaltungstechnische Maßnahmen innerhalb dieser Generatoren geändert werden, kann eine bequeme Anpassung an unterschiedlichste Betriebsverhältnisse gewährleistet werden. Die (wenigstens) zwei parallelgeschalteten Phasenwinkelkomparatoren erlauben in Verbindung mit dem ihnen nachgeschalteten Phasenwinkelkomparator eine vielseitige Anpassung der durch die Lage und Größe der Spannungsvektoren bestimmten Bedingungen, unter denen eine selektive sofortige oder zeitverzögerte Abschaltung erfolgt.

Eine unverzögerte selektive Abschaltung eines in einer Nahzone liegenden Fehlers wird dabei unmittelbar durch das Äusgangssignal des nachgeschalteten Phasenwinkelkomparators bewirkt, wobei die Einstellung der Signalgeneratoren und der vorgeschalteten Phasenwinkelkomparatoren so getroffen ist, daß dem nachgeschalteten Phasenwinkelkomparator, der ein UND-Gatter aufweist, gleichzeitig von den beiden Phasenwinkelkomparatoren Ausgangssignale geliefert werden.

Eine erste Zeitverzögerung kann gemäß einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung dadurch bewirkt werden, daß ein zweiter Ausgang eines der von den Signalgeneratorpaaren gespeisten Phasenwinkelkomparatoren über eine Zeitgeberstufe an einen weiteren Eingang eines Signalgenerators des anderen Signalgeneratorpaares geschaltet ist.

Diese erste Zeitverzögerungsstufe wirkt demgemäß so auf einen der Signalgeneratoren eines anderen Paares ein, daß der diesem Paar zugeordnete Phasenwinkelkomparator ein zweites Ausgangssignal erhält und damit nunmehr unverzögert den Leistungsschalter zur Abschaltung veranlaßt.

Eine weitere Zeitverzögerung für eine noch ferner liegende Zone kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch erhalten werden, daß der weitere Ausgang des Phasenwinkelkomparators über eine zweite Zeitgeberstufe an die Auslösestufe angeschaltet ist, wobei die zweite Zeitgeberstufe eine größere Zeitverzögerung als die erste Zeitgeberstufe hat. Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Distanzrelais,

F i g. 2 die Schaltung eines der Signalgeneratoren des Distanzrelais nach Fig. 1,

F i g. 3 ein Impedanzdiagramm, welches verschiedene typische Arbeitscharakteristiken des Relais erkennen läßt.

Gemäß F i g. 1 sind an eine Leitung 10 des zu schützenden Netzes ein Stromwandler 11 und ein Spannungswandler 12 angeschaltet. Der Stromwandler 11 speist einen Eingangskreis 13 und der Spannungswandler 12 einen Eingangskreis 14 für die innerhalb des Relais 15 angeordneten Signalgeneratoren 18, 19, 20, 21. Der Ausgang 16 führt die Auslösesignale des Distanzrelais einem Leistungsschalter 17 zu, der in der Leitung 10 liegt und die Schutzabschaltung bewirkt.

Die von den Strom- und Spannungssignalen gespeisten Signalgeneratoren 18 bis 21 liefern Ausgangssignale, die als Eingangssignale S₁ bis S₄ Phasenwinkelkomparatoren 22 bzw. 23 zugeführt werden, die einen Phasenvergleich der Eingangssignale durchführen. Der Phasenwinkelkomparator 22 erzeugt ein Ausgangssignal für zwei Zeitgeberstufen immer dann, wenn der Phasenwinkel zwischen seinen Eingangssignalen kleiner als 90° ist, d. h. beispielsweise immer dann, wenn die dem Phasenwinkelkomparator 22 zugeführten Eingangssignale S₁ und S₂ den gleichen Richtungssinn während einer Zeitspanne innerhalb einer Periode besitzen, die größer ist als ein Viertel dieser Periode. Der andere Phasenwinkelkomparator 23, der von den Signalgeneratoren 20 bzw. 21 durch Signale S₃ bzw. S₄ gespeist wird, ist nur ein Koinzidenzdetektor, d. h., er arbeitet nach Art eines UND-Gatters.

Der Phasenwinkelkomparator 22 weist ein der Erzeugung eines Zwischensignals dienendes UND-Gatter auf, dem eine Zeitgeberstufe folgt, die einen Eingang mit dem Zwischensignal gespeist wird. Die Zeitgeberstufe verzögert das Zwischensignal um eine vorbestimmte Zeitspanne, so daß es zusammen mit dem weiteren UND-Gatter wirksam ist, um die Breite des Zwischensignals zu überprüfen, so daß die durch diese Stufe eingeführte Zeitverzögerung die tatsächlichen Phasenwinkel, die durch den Phasenwinkelkomparator festgestellt werden, bestimmt. .

Der Zeitgeber 24 erzeugt nach Ablauf einer Verzögerungszeit T₁ ein Signal, das dem Signalgenerator 21 zugeführt wird, und zwar gemäß einem Ausgangssignal des Phasenwinkelkomparators 22. Dieses vom Zeitgeber 24 gelieferte Signal beeinflußt den Ausgang des Signalgenerators 21. Der zweite Zeitgeber 25 erzeugt ein Auslösesignal für den Leistungsschalter 17 nach Ablauf einer längeren Zeitverzögerung T₂, und zwar ebenfalls gemäß dem Ausgangssignal des Phasenwinkelkomparators 22. Wie erwähnt, erzeugt der Phasenwinkelkomparator 22 ein von der Phasenbeziehung seiner Eingangssignale abhängiges Zwischensignal, und dieses Zwischensignal wird zusammen mit dem Ausgang des Phasenwinkelkomparators 23 einem weiteren Phasenwinkelkomparator 26 zugeführt. Der Phasenwinkelkomparator 26 ist in der gleichen Weise aufgebaut wie der Phasenwinkelkomparator 22, und er erzeugt ein Auslösesignal für den Leistungsschalter 17 immer dann, wenn seine Eingangssignale den gleichen Richtungssinn über eine Zeitdauer beibehalten, die größer oder gleich ist einer Viertelperiode.

F i g. 2 zeigt die Schaltung der Signalgeneratoren im einzelnen. Die Primärwicklungen der Transformatoren 27, 28 sind an die die Stromsignale bzw. Spann iingssignale liefernden Kreise 13 bzw. 14 angeschaltet. Der Sekundärwicklung des Transformators 27 ist eine Bürde 29 parallelgeschaltet. Hierzu in Reihe geschaltet ist die Sekundärwicklung des Transformators 28. An die Ausgangsklemmen 30,31 ist die Ausgangsleitung 32 angeschlossen. Wenn V und / Spannung und Strom in der Leitung 10 sind und wenn Z der Impedanzwert der Bürde 29 ist, dann wird das über die Leitung 32 laufende Signal einen Spannungsvektor (AV-BIZ₁) darstellen, wobei A und B Konstanten sind, die jeden Wert annehmen können mit der Ausnahme, daß A und B nicht gleichzeitig Null sein können. Die Werte von A und B können eingestellt werden, indem die Zahl ίο der Windungen der Wicklungen derTransformatoren27 und 29 geändert wird, und daß die Polarität ihrer Verbindung mit den Eingangskreisen 13, 14 entsprechend gewählt wird. Der Impedanzwert der Bürde 29 wird ebenfalls so vorgewählt, daß die gewünschten Relaisbetriebscharakteristiken erlangt werden, z. B. W, X und Ygemäß Fig. 3.

In F i g. 3 stellt der Kreis W die Anlaufcharakteristik und eine Betriebscharakteristik einer Zone 3 des Relais dar. In gleicher Weise stellen die Kreise Y und X eine Betriebscharakteristik einer Zone 1 bzw. einer Zone 2 dar.

' Die Kreischarakteristik W (Richtleitwert) wird dadurch gebildet, daß die Eingangssignale S₁ und S₂, wie oben erwähnt, verglichen werden und daß ein Ausgangssignal des Phasenwinkelkomparators 22 immer dann erzeugt wird, wenn der Phasenwinkel zwischen diesen Signalen einen 90"-Winkel überschreitet. Die Charakteristik stellt eine zusammengesetzte Charakteristik dar, von der ein Teil durch die Richtleitwertcharakteristik W begrenzt ist und eine kreisförmige Charakteristik enthält, die von den Signalen S₁ und dem modifizierten Signal S₄ abgeleitet ist und sie wird,außerdem durch Abschnitte AB und OC begrenzt, die von den Signalen S₃, S₄ (modifiziert) bzw. S₁, S₃ abgeleitet werden. Diese Charakteristik Y hängt von den dem Phasenwinkelkomparator 26 zugeführten Signalen ab, die einen Ausgang immer dann erzeugen, wenn der Phasenwinkel zwischen dem Zwischensignal und dem Ausgang des Komparators 23 größer als 90° ist. Schließlich wird die Charakteristik X von einer weiteren zusammengesetzten Charakteristik ähnlich der Charakteristik Y gebildet, jedoch stellen in diesem Falle die Kreischarakteristiken und die Begrenzungsabschnitte DE, die von S₁, S₁ bzw. S₃, S₄ abgeleitet werden, unterschiedliche Größen dar, da S₄ nunmehr unmodifiziert ist, und es wird wiederum ein Ausgang am Phasenwinkelkomparator 26 immer dann auftreten, wenn der Phasenwinkel zwischen dem Zwischensignal und dem Ausgang des Komparators 23 größer als 90° ist.

Nunmehr soll die Arbeitsweise des Relais im einzelnen betrachtet werden. Die Signalgeneratoren erzeugen Ausgangssignale, die jeweils wie folgt von den Spannungsvektoren abhängen:

5₁ Signalgenerator 18, V

5₂ Signalgenerator 19, - V + IZ₃ \θ₃ - 4>_L

5₃ Signalgenerator 20, IZ₂ | S₂ - 0_L

S₄. Signalgenerator 21, -FJa₁ +IZ₁ |O, -4>_L

dabei ist α, = - 10°, S₁ = 10°, B₂ = 80°, β, = 45°, und <P_L ist der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom.

Die Spannung des Systems wird als Bezugsvektor benutzt. Demgemäß repräsentiert

Z, |8O° einen Impedanzvektor der Größe Z₁ mit einem dem

kzugsvektor um 80' vorauseilenden Phasenwinkel, η gleicher Weise stellt

-Fl-IO

.inen Spannungsvektor der Größe — V und einen lern Bezugsvektor um 10" nacheilenden Phasenvinkel dar.

Wenn diese Werte vorhanden sind, wird das modiizierte Signal, das durch den Signalgenerator 21 bei Empfang eines Signals vom Zeitgeber 24 erzeugt vird. abhängig von

- KV 1-10 + /Z₁ |10-e_L,

AObei K eine Konstante ist, die das Verhältnis zwischen diesen zwei Ausdrücken beeinflußt.

Wenn die wirksame Impedanz der Leitung innerhalb Jer Charakteristik der Zone 1 liegt, besitzen das ^wischensignal. das vom Phasenwinkelkomparator 22 geliefert wird, und der Ausgang des Phasenwinkel- ;omparators 23 gleichzeitig den gleichen Richtungsinn während einer Zeitdauer derart, daß der Phasenvinkelkomparator 26 ohne Verzögerung dem Leistungsschalter ein Auslösesignal zuführt. ·

Immer dann, wenn ein Ausgangssignal vom Phasen-•vinkelkomparator 22 erzeugt und den Zeitgebern 24· .ind 25 geliefert wird, dann läuft jeder der Zeitgeber an, .ind seine Zeitgeberfunktion beginnt. So wird nach liner Zeitverzögerung von T₁ ein Signal dem Signafienerator 21 zugeführt, um dessen Impedanzvektor Z₁ zu ändern in einen Impedanzvektor Z₂, so daß immer dann, wenn die wirksame Impedanz innerhalb der Zone 2, aber nicht in der Zone 1, liegt, ein Auslösesignal nach einer Zeitverzögerung erzeugt wird, die im wesentlichen gleich ist T₁. Darauffolgend wird nach einer längeren Zeitverzögerung T₂ ein Auslösesignal durch den Zeitgeber 25 erzeugt und dem Leistungsschalter 17 zugeführt, so daß ein Auslösesignal immer dann erzeugt wird, wenn die wirksame Impedanz der

ίο Leitung innerhalb der Zone 3 des Relais liegt.

Die Phasenwinkelkomparatoren können als symmetrische oder asymmetrische Phasenwinkelkomparatoren ausgebildet sein, und die Phasenwinkel, auf die diese Komparatoren ansprechen, können so festgelegt werden, daß das Relais die gewünschte Gesamtbetriebscharakteristik erhält. Außerdem können Mittel zur Modifizierung der Wellenform vorgesehen werden, um das Zwischensignal des Komparators 22 zu modifizieren und die Betriebscharakteristik der Zone 1 und der Zone 2 zu beeinflussen, wobei jedoch die Zone 3 unverändert bleibt.

Es ist außerdem möglich, daß die Phasenwinkelkomparatoren 22 und 23 mehr als zwei Eingangssignale empfangen, und im allgemeinen Fall, wenn η Phasenwinkelkomparatoren vorhanden sind, können n—l Zwischensignale in einem oder allen n-Phasenwinkelkomparatoren zugeführt werden. Auf diese Weise lassen sich noch weitere Relaisbetriebscharakteristiken erzeugen.

Das Patentbegehren ist nur auf die Gesamtheit der im Anspruch 1 enthaltenen Maßnahmen gerichtet, bei

- denen Paare von Signalgeneratoren vorgesehen sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Distanzrelais mit Signalgeneratoren, die Nachbildungen der vektoriellen Größen von Strom und Spannungen einem Vergleichssystem zuführen, das bei vorbestimmten, sich durch den Vergleich ergebenden Bedingungen eine Schutzfunktion auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Paare von Signalgeneratoren (18, 19 bzw. 20, 21) vorgesehen sind, deren Ausgangsspannungsvektoren entsprechend der gewünschten Relaischarakteristiken, in an sich bekannter Weise, durch Einstellung des Übersetzungsverhältnisses von im Strom- bzw. Spannungspfad (13 bzw. 14) liegenden Wandlern (27, 28), Änderung der Polarität oder Änderung der Impedanz der Bürde (29) eines Wandlers (27), einstellbar sind und daß die Ausgangsspannungsvektoren jedes Signalgeneratorpaares (18, 19 bzw. 20, 21) je einem Phasenwinkelkomparator (22 bzw. 23) zugeführt sind, deren Ausgänge an einen dritten Phasenwinkelkomparator (26) angeschlossen sind, dessen Ausgang unmittelbar mit dem die Schutzfunktion durchführenden Leistungsschalter (17) verbunden ist.

2. Distanzrelais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Ausgang eines der von den Signalgeneratorpaaren gespeisten Phasenwinkelkomparatoren (22) über eine Zeitgeberstufe (24) an einen weiteren Eingang eines Signalgenerators (21) des anderen Signalgeneratorpaares geschaltet ist.

3. Distanzrelais nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ausgang des Phasenwinkelkomparators (22) über eine zweite Zeitgeberstufe (25) an die Auslösestufe des Leistungsschalters (17) angeschaltet ist, wobei die zweite Zeitgeberstufe (25) eine größere Zeitverzögerung als die erste Zeitgeberstufe (24) hat..