DE2529898B2

DE2529898B2 - Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung

Info

Publication number: DE2529898B2
Application number: DE2529898A
Authority: DE
Inventors: Otto Dipl.-Ing. Niederrohrdorf Lanz (Schweiz)
Original assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Current assignee: BBC Brown Boveri AG Switzerland
Priority date: 1975-06-06
Filing date: 1975-07-04
Publication date: 1979-04-05
Also published as: DE2529898A1; GB1544250A; SE7606187L; DE2529898C3; CA1056909A; JPS51149551A; CH609180A5; FR2313684A2; US4063165A; SE423156B

Description

a) an einem Meßort (V=O) auf der Leitung ist eine Spannungs- und Strom-Meßschaltung (2) vorgesehen, deren Ausgänge eine der Phasenzahl oder Leiterzahl der Leitung entsprechende Anzahl von in bezug auf die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten voneinander unabhängigen Spannungs- und Stromsignalpaaren (u_mi_m) führen;

b) mit der Meßschaltung (2) ist über mindestens einen Spannungs- und einen Stromsignalkanal eine Summierschaltung (4, 5) mit mindestens zwei Ausgängen (a, b) verbunden, in der mindestens ein Paar der voneinander unabhängigen Spannungs- und Stromsignale (u_m i_m), gegebenenfalls nach Multiplikation mindestens eines dieser Signale mit einem Konstantfaktor, jeweils additiv und subtraktiv zu zwei gegenläufigen Wanderwellen zugeordneten Wanderwellensignalen (a(Q,t), b(O,t)) überlagert werden, die an jeweils zugehörigen Ausgängen der Summierschaltung (4,5) anstehen;

c) es ist eine Integrationsschaltung (7) für die Bildung von Zeitintegralen (A, B) der Wanderwellensignale und eine Auswerteschaltung zur subtraktiven Verknüpfung mindestens zweier Wanderwellen-Zeitintegrale (A, B) oder davon abgeleiteter Größen zu einer durch ihr Vorzeichen die Fehlerrichtung bzw. durch ihren Betrag die Fehlerdistanz bezüglich des Meßortes oder eines vorgegebenen Referenzortes auf der Leitung kennzeichnenden Auswertefunktion (F, F') vorgesehen;

d) der Spannungssignalkanal (u_m) umfaßt zwei ausgangsseitig überlagerte Parallelzweige (13, 14), deren einer (13) eine Schwingschaltung (13b,) mit einer in der fehlerfreien Leitungsspannung enthaltenen Eigenfrequenz umfaßt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Schwingschaltung (i3b) ein wenigstens annähernd auf die Netzfrequenz der Leitung abgestimmtes Bandpaßfilter vorgesehen ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in mindestens einem der beiden Parallelzweige (13, 14) des Spannungssignalkanals (u_m) ein Konstantfaktomultiplikator (13a bzw. 14a,) vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem der beiden Parallelzweige (13, 14) ein Konstantfaktormultiplikator (13a, Ha) vorgesehen ist und daß sich die Faktoren dieser beiden Multiplikatoren additiv wenigstens annähernd zu Eins ergänzen.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Nahfehlerlerortdistanz abhängigen Gültigkeitskriterium aktivierende Schalteinrichtung (16,17) vorgesehen ist

kompensation gemäß einem von der Mcßort-Fch-Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung, in der aus Spannung und Strom an einem Meßort mindestens ein einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes und deren

ίο zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal (Wanderwellensignal) gebildet wird, insbesondere nach Patent 25 23 006.

In dem letztgenannten Hauptpatent ist eine Einrichtung zur Fehlerortung, d.h. zur Richtungs- und/oder Distanzbestimmung eines Fehlerortes in bezug auf einen Meßort an einer Leitung, mit Hilfe von sogenannten Wanderwellensignalen angegeben. Hierunter ist in diesem Zusammenhang der am Meßort herrschende Zeitveriauf einer sich über die Leitung in der einen oder anderen Richtung ausbreitenden Wanderwelle zu verstehen. Die Einrichtung arbeitet jeweils mit Paaren von gegenläufigen Wanderwellensignalen, d. h. von Wanderwellensignalen, die zueinander gegenläufigen Wanderwellen auf der Leitung zugeordnet sind.

Diese Wanderwellensignale werden aus Meßsignalen gebildet, die dem Zeitverlauf von Spannung und Strom am Meßort entsprechen. Diese Signale werden im folgenden kurz als Meßspannung bzw. Meßstrom bezeichnet. Die Bildung der Wanderwellensignale erfolgt durch additive und subtraktive Überlagerung von Meßspannung und Meßstrom, wobei im allgemeinen der Meßstrom oder auch die Meßspannung mit einem Faktor multipliziert wird.

Speziell sei hier im folgenden angenommen, daß unmittelbar der Meßstrom mit einem Faktor von der Bedeutung eines Widerstandes multipliziert wird, jedoch kommt bei geeigneter Normierung der Beträge der Wanderwellensignale auch eine Multiplikation der Meßspannung mit einem Faktor in Betracht, der dann die Bedeutung des reziproken Widerstandes hat.

Ferner ist jeweils ein Paar von Meßspannungen und Meßströmen erforderlich, welches im Hinblick auf die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten von anderen Spannungen bzw. Strömen unabhängig sind. Diese Bedingung ist bei einem Einleitersystem über Erde ohne Beeinflussung durch andere Leiter ohnehin erfüllt. Bei Mehrleitersystemen ist für jeden Leiter ein Spannungs-Stromsignalpaar an der Meßstation zu erfassen, woraus über die bekannte Modalkomponentenzerlegung entsprechende fiktive und voneinander entkoppelte, d. h. unabhängige Spannungs-Stromsignalpaare erzeugt werden. Aus letzteren wird dann durch geeignete Linearkombination mit den Elementen von Modalmatrizen, die aus den gegebenen Teilinduktivitäten und Teilkapazitäten des Leitersystems ein für allemal berechenbar sind, gegenläufige Wanderwellensignalpaare für die Fehlerortsbestimmung erzeugt.
Im folgenden wird die Erläuterung der Einfachheit halber auf ein Einleitersystem beschränkt.

Die im Hauptpatent angegebene Einrichtung zur Fehlerortsbestimmung arbeitet einwandfrei, solange die Meßspannung beim Kurzschluß auf nicht allzu geringe Werte zusammenbricht, d. h. für dem Meßort nicht allzu nahe Fehlerortslagen. Für Nahfehler mit entsprechend starkem Spannungszusammenbruch entstehen jedoch Schwierigkeiten wegen der Annäherung der Meßspannur.gsarnpütude nach Kurzschluß an den Störsignalpe-

geL Aufgabe vorliegender Erfindung ist daher eine Weiterbildung der vorgenannten Einrichtung dahin, daß auch Nahfehler mit ausreichender Sicherheit mindestens hinsichtlich ihrer Richtung bezüglich des Meßortes erfaßbar sind. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe kennzeichnet sich durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale.

Die Erfindung wird weiter anhand des in Fig. 1 veranschaulichten Ausführungsbeispiels erläutert, zu dem F i g. 2. den Verlauf distanz- und richtungsabhängiger Auswertefunktionen über der Entfernung des Fehlerortes vom Meßort wiedergibt

In F i g. 1 ist eine aus einem Leiter 1 über Erde bestehende Leitung mit der Längskoordinate χ und dem Meßort x=0 sowie einem vorgegebenen Referenzort Jf=ZA und mit einem dazwischen angenommenen Fehlerort x—z angedeutet Am Meßort befindet sich eine Meßstation 2 mit einem Meßspannungswandler la und einem Meßstromwandler 2b. Hier schließen sich ein Meßspannungskanal mit der Meßspannung u_m und ein Meßstromkanal mit dem Meßstrom i_m an. Der Meßspannungskanal führt über eine Nahfehler-Kompensationseinrichtung N und der Meßstromkanal über einen Konstantfaktormultiplikator 3 mit einem zweiten Eingang für einen Widerstandsfaktor R_w an eine Summierschaltung, die aus einem Additionsverstärker 4 und einem Subtraktionsverstärker 5 besteht. Am Ausgang des ersteren entsteht somit ein erstes Wanderwellensignal

= u_m + R_w-i_m,

am Ausgang des letzteren ein zweites Wanderwellensignal

b (0, t) = -u_m + R_w- i_m .

Diese Wanderwellensignale werden, wie im Hauptpatent im einzelnen beschrieben, in einer Multiplikationsschaltung 6 beispielsweise mit einer, gegebenenfalls auch mit mehreren verschiedenen, etwa gegeneinander zeitlich verschobenen Gewichtsfunktionen g(t) multipliziert. Es folgt eine Integrationsschaltung 7 mit beispielsweise definierten Integrationsintervallen, die über einen entsprechenden Steuereingang Γ bestimmt werden können. Am Ausgang der Integrationsschaltung entstehen mindestens zwei Zeitintegrale A und B, die — unter Zuhilfenahme einer zusätzlichen Schaltung für die Bestimmung der Phasenlage der Integrationsintervalle bezüglich einer Grundschwingung, etwa der Netzfrequenzkomponente der Wanderwellensignale — bereits eine Fehlerrichtungs- und eine Fehlerdistanzbestimmung bezüglich des Meßortes ermöglichen, und zwar durch die im Hauptpatent angegebene Verknüpfung der Zeitintegrale zu einer Auswertefunktion F in einer Verknüpfungsschaltung 8. Für die genannte Phasenbestimmung ist ein Hilfszweig vom Ausgang der Summierschaltung mit einem Frequenzfilter 9 für die Hervorhebung der Wanderwellen-Grundfrequenzkomponente und ein Phasendetektor 10 vorgesehen. In letzterem wird die Phasenlage der Integrationsintervalle bezüglich der Grundschwingungskomponente der Wanderwellensignale festgestellt und dementsprechend das Vorzeichen der Auswertefunktion mittels einer dem Ausgang der Verknüpfungsschaltung 8 nachgeschalteten Vorzeichenumkehrschaltung It gegebenenfalls korrigiert. Am Ep.dausgang 12 der Schaltung steht somit das richtige Vorzeichen entsprechend der Fehlerrichtung bezüglich des Meßortes zur Verfügung.

Im übrigen kann durch zeitliche Verschiebung der gegenläufigen Wanderwellensigiiale gegeneinander, durch Gewichtung mit zeitlich gegeneinander verschobenen Gewichtsfunktionen oder durch Integration der — gegebenenfalls gewichteten — gegenläufigen Wanderwellensignale über gegeneinander verschobene Integrationsintervalle ein Referenzort auf der Leitung

ίο vorgegeben werden, bezüglich dessen dann eine Fehlerrichtungs- und/oder Fehlerdistanzbestimmung vorgenommen werden kann.

Die Nahfehler-Kompensationsschaltung N im Meßspannungskanal umfaßt eine Verzweigung auf zwei ParaUelkanäle 13 und 14, von denen ersterer eine Schwingschaltung Mb — hier beispielsweise ein auf die Netzfrequenz abgestimmtes Bandpaßfilter mit mehreren induktiven und kapazitiven Energiespeichern — umfaßt Ober je einen Konstantfaktormultiplikator 13a bzw. 14a werden die beiden Parallelkanäle mittels eines Additionsverstärkers 15 überlagert, an dessen Ausgang die korrigierte Meßspannung u'_m für die vorangehend erwähnte Weiterverarbeitung zur Verfügung steht

Die beiden Multiplikatoren 13a und 14a sind auf bezüglich des Wertes Eins komplementäre Faktoren K bzw. 1 — K eingestellt so daß im eingeschwungenen Zustand nach Fehlereintritt, wobei die überlagerten, durch den Kurzschluß hervorgerufenen tangenten Oberwellen der Spannung abgeklungen sind, im wesentlichen u_m=u'_m gilt. Bei geeigneter Betragsnormierung der Meßspannung, die durch entsprechende Faktoren im Meßstromkanal und gegebenenfalls durch Anpassung in der Auswerteschaltung erreicht werden kann, genügt jede unterschiedliche Konstantfaktormultiplikation in den beiden Parallelkanälen, so daß gegebenenfalls auf mindestens einem der beiden Multiplikatoren 13a bzw. 14a verzichtet werden kann. Im konkreten Schaltungsbeispiel ist dann selbstverständlich durch einen geeigneten Summierwiderstand im Zweigkanal 14 für die anschließende additive Überlagerung der beiden Zweigsignale zu sorgen.

Weiterhin ist gemäß F i g. 1 eine Vergleichsschaltung 16 vorgesehen, deren Eingänge mit der Meßspannung Um bzw. mit dem Ausgangssignal der Schwingschaltung i3b angesteuert werden und die bei Absinken der ursprünglichen Meßspannung unter die durch die Schwingschaltung quasistationär weitergeführte Meßspannung, und zwar bei Absinken über ein einstellbares Differenzmaß s hinaus, einen die gesamte Verzweigung

so mit den Parallelkanälen 13 und 14 überbrückenden Ruheschalter 17 öffnet und damit den Übergang von der Wanderwellensignalbildung mit der ursprünglichen Meßspannung u_m zu der vorangehend beschriebenen Wanderwellensignalbildung mit der korrigierten Meßspannung u'_m vollzieht. Weil das Maß des Absinkens der Meßspannung von der Meßort-Fehlerortentfernung ζ abhängt, entspricht diese Umschaltung einer gewissen Fehlerortslage, die Nahfehler und Fernfehler trennt. Ein Gültigkeitskriterium für das Nah- oder Fernfehlersignal kann im übrigen auch in anderer Weise von der ungefähren Fehlerortslage abgeleitet werden, z. B. auch durch Vergleich der Meßspannung mit einer konstanten Bezugsgröße. Der angedeutete Vergleich mit der quasistationär weitergeführten Meßspannung hat aber

b5 den Vorteil, daß Schwankungen der Leitungsspannung im Normalbetrieb selbsttätig berücksichtigt werden.
Für die Wirkungsweise gilt unter Bezugnahme auf

Die Kurve F zeigt den Verlauf der mit der ursprünglichen Meßspannung u_m die Kurve F'denjenigen der mit der korrigierten Meßspannung u'_m gewonnenen Auswertefunktion über der Meßort-Feh-Ierortdistanz z. Es handelt sich also um Eichkurven der Fehlerortung. Wegen des Nulldurchganges mit endlicher Steigung ist F in diesem Bereich im Hinblick auf den Störsignalpegel mit einer Unsicherheit nicht nur für die Distanz-, sondern vor allem auch für die Richtungsbestimmung behaftet, welche die Brauchbarkeit der Einrichtung in Frage stellen würde. F' zeigt dagegen im Nulldurchgang einen sprungartigen Verlauf mit einer den Störsignalpegel sicher überragenden Stufenhöhe und ermöglicht daher einen sicheren Richtungsentscheid. Außerdem ist die Betragsverzerrung der Auswertefunktion durch die Nahfehlerkompensation von der Meßort-Fehlerortdistanz eindeutig abhängig, so daß auch eine Fehlerdistanzbestimmung im Nahfehlerbereich mit entsprechender Eichung möglich ist.

Maßgebend für diesen Effekt ist die quasistationäre Weiterführung der Meßspannung durch die bei einem Kurzschluß mit Spannungszusammenbruch am Meßort einsetzende Ausgleichsschwingung mit einer auf die Grundfrequenz, hier also die Netzfrequenz, abgestimmten Eigenfrequenz der Schwingschaltung. Für Fernfehler ist dagegen die Verwendung der ursprünglicher Auswertefunktion vorteilhafter, u. a. wegen der einfa chen Einführbarkeit von Referenzorten wie ober erwähnt. Bei einem gewissen Fehlerort zo in eine: Mindestentfernung vom Meßort erfolgt daher selbsttä tig die bereits erwähnte Umschaltung zwischen dei korrigierten und der ursprünglichen Meßspannung.

Die gesamte Eichkurve setzt sich somit aus zwe Abschnitten mit unterschiedlicher Skalierung zusam

ίο men. Die Zuordnung des ermittelten Betrages de:

Auswertefunktion zu dem einen oder anderen Bereich läßt sich ohne weiteres z. B. vom Ausgangssignal dei Vergleichsschaltung 16gemäß Fig. 1 ableiten.

Ein wesentlicher Vorteil besteht darin, daß dei Einfiuß der Meßspannungsverzerrung durch dit Schwingschaltung wegen der komplementären Faktor einstellung im eingeschwungenen Zustand entfällt unc mit der Meßort-Fehlerortdistanz verhältnismäßig ab nimmt.

Es ist noch zu erwähnen, daß die Weiterführung dei Meßspannung außer mit den angedeuteten Schaltungs mitteln auch mit anderen schwingfähigen Einrichtunger erfolgen kann, z. B. mit aktiven Filterschaltungen Oszillatoren mit Phasenregelkreis für die Synchronisierung mit der Netzfrequenz, elektro-akustischen Laufzeitelementen und dergleichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Fehlerortseingrenzung auf einer Leitung, in der aus Spannung und Strom an einem Meßort mindestens ein einer Wanderwelle auf der Leitung zugeordnetes und deren zeitlichem Verlauf am Meßort entsprechendes Signal (Wanderwellensignal) gebildet wird, insbesondere nach Patent 2523006, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: