DE19630614A1 - Schaltanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltanlage für Hoch- oder Mit­ telspannung mit einer zentralen Steuereinrichtung.

Schaltgeräte in der Hoch- oder Mittelspannungstechnik werden in der Regel über konkrete Steuerleitungen angesteuert, die beispielsweise einer sogenannten "Leittechnik für Schaltanla­ gen" zugehören können. In dem Aufsatz "Neue Leittechnik für Schaltanlagen durch Einsatz von Mikrorechnern" aus ETG-Fach­ berichte Nr. 14, Titel: "Mikroelektronik in der Energietech­ nik", Seiten 22 bis 31, sind hierzu verschiedenste Leitungs­ konfigurationen beispielhaft beschrieben.

Dabei ist jedem Abzweig einer Schaltanlage jeweils ein Ab­ zweiggerät zugeordnet, das über eine Eigenbedarfsspannungs­ versorgung der Anlage mit Energie versorgt ist und über eine parallele Verdrahtung mit den Schaltgeräten verbunden ist.

Aus der EP-0 355 532 B1 ist eine Anordnung zum Übertragen von Daten und einer Versorgungsspannung über eine Busleitung be­ kannt, wobei eine Anwendung in der Verfahrens- und Prozeß­ technik vorgesehen ist. Dabei können räumlich voneinander entfernt liegende Feldgeräte eigensicher und explosionsge­ schützt mit geringem Aufwand an eine entfernte Zentrale an­ geschlossen werden. Als Busleitung kann dabei bevorzugt eine Spannungsversorgungsleitung in der jeweiligen Anlage dienen.

Derartige Versorgungsleitungen sind jedoch in der Regel von Fehlern und Spannungseinbrüchen betroffen, so daß in sicher­ heitstechnischen Anlagen eine zuverlässige Datenübertragung zwischen den jeweiligen Geräten nicht unbedingt gewährleistet ist. Dies ist insbesondere bei der Anwendung in Schaltanlagen zur Energieversorgung kritisch, bei denen noch zusätzlich die Problematik der elektromagnetischen Beeinflussung besteht.

In der älteren deutschen Patentanmeldung 195 20 596.0 wurde bereits vorgeschlagen, bei Schaltanlagen eine redundante In­ formationsübertragung über eine Hilfsspannungsversorgung vor­ zusehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache prak­ tikable Lösung für eine Informationsübertragung mit hoher Ausfallsicherheit bei einer Schaltanlage für Hoch- oder Mit­ telspannung anzugeben.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer Schaltan­ lage für Hoch- oder Mittelspannung mit einer zentralen Steu­ ereinrichtung, die über eine erste Busleitung mit einer vor­ gegebenen Anzahl von Feldgeräten verbunden ist, wobei die Feldgeräte jeweils eine erste und zweite Schnittstelle auf­ weisen, wobei an die zweite Schnittstelle eine feldbezogene zweite Busleitung angeschlossen ist, an die Steuergeräte von Erdungs- und/oder Trennungsschaltern anschließbar sind, wobei die Busleitung von einer Eigenbedarfsleitung gebildet ist, und wobei an einer vorgegebenen Anzahl von Feldgeräten je­ weils zumindest ein Leistungsschalter anschließbar ist.

Diese Schaltanlage weist bezogen auf ihren leittechnischen Aufbau eine Struktur auf, die optimal den Bedürfnissen der Schaltanlage angepaßt ist, wobei auf Feldleitebene der Ver­ drahtungsaufwand für Steuerleitungen gering gehalten ist. Da­ bei können beispielsweise für ein durchschnittliches Schalt­ gerät circa 20 Adern eingespart werden.

Es ist dabei günstig, wenn die Leistungsschalter über eine dritte Schnittstelle an die jeweils zugeordneten Feldgeräte angeschlossen sind. Damit können zeitkritische Betriebsvor­ gänge, z. B. Schutz-Aus-Befehle, schnell und sicher direkt ausgeführt werden, ohne daß die Betriebssicherheit der Anlage kritisch gefährdet ist.

Die dritte Schnittstelle kann dabei als Busschnittstelle aus­ gebildet sein, an die weitere Teilnehmergeräte anschließbar sind. Somit ist diese Schnittstelle multifunktionell. Als weitere Teilnehmergeräte kommen beispielsweise mobile Termi­ nals, insbesondere ein Laptop, zur Dateneingabe und -abfrage, Schutzgeräte, Eingabegeräte für Meldungen und Meßwerte oder sonstige auf Feldleitebene benötigte Einrichtungen in Frage.

Die dritte Schnittstelle weist bevorzugt eine höhere Daten­ übertragungsrate als die erste Schnittstelle auf, wodurch dem erhöhten Informationsflußbedarf an dieser Schnittstelle Rech­ nung getragen ist.

Die Steuereinrichtungen der jeweiligen Leistungsschalter kön­ nen eine Baueinheit mit den jeweils zugeordneten Feldgeräten bilden. Damit ist ein platzsparender Aufbau innerhalb der Schaltanlage möglich. Die feldbezogene "Intelligenz" kann so­ mit beispielsweise in dem Steuerschrank des Leistungsschal­ ters integriert werden.

Den Feldgeräten kann mit Vorteil jeweils eine Schaltfehler­ schutz-Einrichtung zugeordnet sein, so daß auf Feldebene ein sicheres Schalten gewährleistet ist. Dabei können feld- und anlagenbezogene Verriegelungsbedingungen zur Anwendung kom­ men. Dabei ist es günstig, wenn die jeweiligen Schaltfehler­ schutz-Einrichtungen mit den zugeordneten Feldgeräten jeweils eine Baueinheit bilden, wodurch der platzsparende Aufbau ver­ bessert ist. Die Schaltfehlerschutz-Einrichtung kann auch funktioneller Bestandteil des Feldgerätes im Sinne eines Pro­ grammbausteins bei Ausbildung mit einer digitalen Datenverar­ beitung mit Rechner sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung, weitere Vorteile und De­ tails werden nachfolgend anhand der Zeichnung beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schaltanlage in einer Prinzipdarstellung ihres leittechnischen Aufbaus,

Fig. 2 eine weitere alternative Schaltanlage und

Fig. 3 eine Schaltanlage gemäß Fig. 1 mit einer feldübergrei­ fenden Datenverbindung.

Fig. 1 zeigt eine erste Schaltanlage 1a mit einer Prinzipdar­ stellung seiner leittechnischen Datenverbindungen. Dabei ist auf Stationsleitebene S eine zentrale Steuereinrichtung 3 vorgesehen, die als zentrale Leit- und Kommandozentrale für die gesamte Schaltanlage oder Station dient. Diese kann selbstverständlich nach dem Stand der Technik mit nicht näher gezeigten Bedien- und Visualisierungsmitteln, insbesondere Bildschirm, Tastatur, Drucker usw., ausgestattet sein.

Für eine Verbindung zu einer übergeordneten Netzleitzentrale kann eine sogenannte Fernwirkschnittstelle 5 vorgesehen sein. Zu derartigen allgemeinen leittechnischen Gesichtspunkten bei Schaltanlagen nach dem Stand der Technik wird auch auf den bereits eingangs erwähnten Aufsatz verwiesen. Mit F und U sind nachfolgend die Feldleitebene bzw. die Geräteebene be­ zeichnet. In den Figuren sind die Ebenen durch strichpunk­ tierte Linien voneinander getrennt.

Die zentrale Steuereinrichtung 3 ist über eine erste Buslei­ tung 7 mit einer beliebigen Anzahl von Feldgeräten 9 verbun­ den. Der Einfachheit halber ist vorliegend lediglich ein Feldgerät 9 dargestellt. Für eine Mehrfachanordnung siehe beispielhaft auch Fig. 3.

Zum Anschluß der ersten Busleitung 7 weist die zentrale Steu­ ereinrichtung 3 einen entsprechenden Ausgang oder eine ent­ sprechende Schnittstelle auf. Da diese erste Busleitung 7 für die gesamte Station zur Verfügung stehen soll, kann diese auch als Stationsbus bezeichnet werden.

Das Feldgerät 9 weist eine erste Schnittstelle 11 für den An­ schluß der ersten Busleitung 7 und eine zweite Schnittstelle 13 für den Anschluß einer feldbezogenen zweite Busleitung 15 auf. Über diese zweite Busleitung 15 sind alle Schaltgeräte eines Feldes, beispielsweise ein Leistungsschalter 17, eine vorgebbare Anzahl von Erdungsschaltern 19a bis 19n und eine vorgebbare Anzahl von Trennungsschalter 21a bis 21n ange­ schlossen.

Die zweite Busleitung 15 ist dabei von einer Eigenbedarfslei­ tung gebildet, die zur Eigenbedarfsspannungsversorgung der feldinternen Geräte dient. Zur Darstellung dieser Funktion ist die zweite Busleitung 15 mit einer Gleichspannungsquelle 23 verbunden. Die Gleichspannungsquelle 23 liefert die elek­ trische Energie für die Hilfseinrichtungen der im Feld vorge­ sehenen Geräte, z. B. für Motorantriebe von Schaltgeräten, für Meldeeinrichtungen usw.

In diesem Sinne kann bei der zweiten Busleitung 15 auch von einem sogenannten "Eigenbedarfsbus" gesprochen werden. Es wird also die Eigenbedarfsversorgung gleichzeitig als Bus verwendet. Dies erfolgt bevorzugt feldbezogen. Es sind also für eine Befehls- oder Meldeübertragung zwischen der Zentral­ steuereinrichtung 3 und den jeweiligen Schaltgeräten 17 bis 21n keine parallelen Verdrahtungen zur Übermittlung der je­ weiligen Informationen nötig. Es wird eine bereits vorhandene Leitung, nämlich eine Eigenbedarfsleitung, als zweite Buslei­ tung 15 verwendet.

Das feldbezogene Feldgerät 9 kann dabei mehrere Funktionen, Einrichtungen oder Komponenten umfassen. Es kann auch eine Gehäuseeinheit darstellen, in dem verschiedene Komponenten zur Erfüllung der nachfolgend beschriebenen Funktionen unter­ gebracht sein können. Die an sich bekannten Komponenten sind in den Figuren separat ohne Verbindungslinien dargestellt.

Ein Buskoppler 25 sorgt für den Datenverkehr zwischen dem Feldgerät 9 und der zweiten Busleitung 15. Hier können bei­ spielsweise auch Prioritäten in der Bearbeitungsreihenfolge zwischen unterschiedlichen Schaltgeräten beachtet oder vorge­ geben werden.

Eine weitere Einrichtung oder Funktion ist eine Schaltfehler-Schutz­ einrichtung, nachfolgend Schaltfehlerschutz 27 genannt, der gemäß den einschlägigen Vorschriften für die Reihenfolge von Schalthandlungen entsprechende Freigaben oder Sperrungen übernimmt. Hier werden also die Verrieglungsbedingungen für die jeweiligen Schaltgeräte 17 bis 21n bearbeitet. Diese kön­ nen feldbezogen oder unter Berücksichtigung von übergeordne­ ten Gesichtspunkten über die zentrale Steuereinrichtung 3 auch anlagenbezogen sein.

Weiterhin umfaßt das Feldgerät 9 eine allgemeine Feldleitein­ richtung 29, die insbesondere für den Datenverkehr zur und von der zentralen Steuereinrichtung 3 zuständig ist und all­ gemeine Funktionsaufgaben für das jeweilige Feld übernimmt. Hier können beispielsweise auch Parameterdaten oder allge­ meine feldbezogene Funktionen, z. B. für eine Meldungsverar­ beitung oder die Hinterlegung von Parametrierdaten, vorgese­ hen sein.

Zusätzlich kann optional an das Feldgerät 9 auch über eine beliebig ausgestaltete dritte Schnittstelle 31 eine weitere Einrichtung 30, z. B. ein Parametriergerät oder ein Handtermi­ nal angeschlossen werden.

Bei der gezeigten zweiten Busleitung 15 kann es sich auch prinzipiell um ein Busleitungssystem handeln, bei dem bei­ spielsweise eine redundante Informationsübertragung gegeben ist. Dazu eignen sich insbesondere Anlagen, in denen je Feld mehrere Eigenbedarfsversorgungen, z. B. eine Wechselspannungs- und Gleichspannungsversorgung, befinden. Durch diese redun­ dante Lösung kann die Datenübertragung im Feld wesentlich si­ cherer ausgestaltet werden.

Ein derartiger Eigenbedarfsbus ist eine kosten- und aufwand­ günstige Ergänzung zu einem zentralen Bussystem (gemäß der ersten Busleitung 7) oder einem feldbezogenen Prozeßbus anzu­ sehen, an dem alle Betriebsmittel im Feld angeschlossen wer­ den müßten. Durch die vorliegende Lösung tritt also nicht nur eine Dezentralisierung der Verarbeitungseinrichtung, sondern auch der gesamten Bustechnik ein.

Fig. 2 zeigt eine alternative zweite Schaltanlage 1b, bei der bezogen auf das gesamte Feld, also auf Feldleitebene F, das Feldgerät 9 eine dritte Schnittstelle 31 für eine dritte Bus­ leitung 33 aufweist. Diese dritte Busleitung 33 weist gegen­ über der zweiten Busleitung 15 eine wesentlich höhere Daten­ übertragungsrate auf und eignet sich daher insbesondere für den Anschluß von Geräten mit hohem Informationsbedarf oder solchen, die eine zeitkritische Bearbeitung benötigen. Hierzu gehören insbesondere der Leistungsschalter 17 mit seiner zu­ gehörigen Steuerung. Weitere Geräte können beispielsweise ein Terminal 34 oder sonstige feldbezogene Geräte, z. B. ein Schutzgerät, ein aktiver Meßwandler und ein Ein-Ausgabegerät sein. Für derartige Geräte ist beispielhaft ein Gerät mit dem Bezugszeichen 35 gezeigt.

Selbstverständlich kann für diese feldbezogene dritte Buslei­ tung 33 zusätzlich eine redundante Datenverbindung über eine weitere Busleitung 36 (strichliert dargestellt) vorgesehen werden. Auf diese Weise ist auch bei den sicherheitstechnisch relevanten Informationsübertragungen mit einer hohen Daten­ übertragungsrate eine sichere Betriebsführung gewährleistet. Sinngemäß ist auch die zweite Busleitung 15 redundant aus­ führbar. Die Fig. 2 zeigt hierzu ein Doppelsystem bei dem eine Eigenbedarfsversorgung über eine Gleich- und Wechselspan­ nungsquelle 23 bzw. 23a erfolgt.

Für die Ausführung gemäß Fig. 2 gilt selbstverständlich, daß die Anordnung der Geräte oder Funktionsblöcke, insbesondere Buskoppler 25, Schaltfehlerschutz 27 und Feldleiteinrichtung 29, beliebig konfiguriert, gruppiert oder aufgeteilt sein können. So ist z. B. denkbar, daß einzelne Teilfunktionen auch eine Baueinheit mit der nicht näher gezeigten Steuereinrich­ tung des Leistungsschalters 17 bilden. Hierzu würde sich bei­ spielsweise eine Integration des Schaltfehlerschutzes 27 im Leistungsschalter 17 anbieten. Die örtliche und/oder funktio­ nelle Einbindung ist also variabel.

Fig. 3 zeigt eine Schaltanlage 1c mit mehreren Feldern, wobei die Feldgeräte 9a, 9b, 9c beispielhaft einem Abzweigfeld, einem Kuppelfeld bzw. einem weiteren Abzweigfeld zugeordnet sein können. Für den internen Aufbau der Feldgeräte 9a, 9b, 9c gilt das bereits oben Gesagte.

Der feldbezogene Aufbau gleicht im Prinzip der Ausführung ge­ mäß Fig. 1, wobei für die jeweiligen Leistungsschalter 17a, 17b, 17c eine alternative Ankopplung direkt an die Feldge­ räte 9a, 9b, 9c strichliert dargestellt ist.

Zusätzlich ist bei dieser Gesamtdarstellung ein Bus 36 vorge­ sehen, der ebenfalls als Eigenbedarfsbus oder auch als zu­ sätzlicher Bus auf herkömmlicher Bustechnik ausgebildet sein kann. Wichtig ist dabei, daß der Bus 36 feldübergreifend wirksam ist und dabei die Feldgeräte 9a bis 9c miteinander verbindet. Dies kann beispielsweise für die Schaltfehler­ schutzfunktion von besonderem Interesse sein. Dies gilt ins­ besondere, wenn feldübergreifende Verriegelungen vorgesehen werden müssen, bei denen zentrale Informationen im Kuppelfeld vorliegen. Dabei erfolgt dann eine Abfrage vom jeweiligen Ab­ zweig zu dem übergeordneten Feldgerät mit Zentralfunktion, vorliegend Feldgerät 9b.

Wesentlich für die vorliegende Idee ist, daß bezogen auf die leittechnischen Einrichtungen der Schaltanlage ein hierarchi­ scher Aufbau vorgesehen ist, der auch die Busstruktur umfaßt. Die unterste Bus ebene im Feld wird dabei kostensparend von einem Eigenbedarfsbus gebildet, bei dem keine zusätzliche Verdrahtung im Feld vorgesehen werden muß.

Ausgehend vom Innovationstempo in der Elektronik kann davon ausgegangen werden, daß zukünftig eine erhebliche Erhöhung der Datenübertragungsraten für derartige Eigenbedarfsbussy­ steme zu erwarten ist. Dadurch ist es prinzipiell möglich, daß in Zukunft sogar der gesamte Datenverkehr einer Anlage über ein Eigenbedarfsbussystem geführt werden kann. Dies gilt auch für Daten, Parameter sonstiger Geräte, wobei zeitkriti­ schen Funktionen bei der Entwicklung besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muß.

Claims (7)

1. Schaltanlage (1a, 1b, 1c) für Hoch- oder Mittelspannung mit einer zentralen Steuereinrichtung (3), mit der über eine er­ ste Busleitung (7) eine vorgebbare Anzahl von Feldgeräten (9) mit jeweiligen ersten Schnittstellen (11) verbunden ist,

• - wobei die Feldgeräte (9) jeweils eine zweite Schnittstelle (13) für eine feldbezogene zweite Busleitung (15) aufweisen, an die die Steuergeräte von Erdungs- und/oder Trennungsschal­ tern (19a bis 21n) angeschlossen sind,
• - wobei die zweite Busleitung (15) von einer Eigenbedarfslei­ tung gebildet ist, und
• - wobei an einer vorgebbaren Anzahl von Feldgeräten (9) je­ weils zumindest ein Leistungsschalter (17) angeschlossen ist.

2. Schaltanlage nach Anspruch 1, wobei der/die Leistungs­ schalter (17) über die zweite oder eine dritte Schnittstelle (13 bzw. 31) an die jeweils zugeordneten Feldgeräte (31) an­ geschlossen ist/sind.

3. Schaltanlage nach Anspruch 2, wobei die dritte Schnitt­ stelle (13) als Busschnittstelle ausgebildet ist, an die wei­ tere Teilnehmergeräte, insbesondere Bedien- und/oder Schutz­ geräte, anschließbar sind.

4. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die dritte Schnittstelle (31) eine höhere Datenübertragungsrate als die zweite Schnittstelle (13) aufweist.

5. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuereinrichtungen der jeweiligen Leistungsschalter (17) eine Baueinheit mit den jeweils zugeordneten Feldgeräten (9) bilden.

6. Schaltanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Feldgeräte (9) jeweils eine Schaltfehler-Schutzeinrichtung (27) umfassen.

7. Schaltanlage nach Anspruch 6, wobei die jeweiligen Schalt­ fehler-Schutzeinrichtungen (27) mit den jeweils zugeordneten Feldgeräten (9) eine Baueinheit bilden.