SE452534B - Forfarande och anordning for reckviddsbegrensning och direktutlosning i samband med skydd av en kraftledning - Google Patents

Description

452 534 aktuellt fel-impedansvärde kan få olika form. Ett skydd baserat på denna princip och med analoga komponenter finns bland annat beskrivet i SE 330 930. I detta skydd finns bland annat analoga filter som har sin begränsning dels i form av selektivitet och dels i form av snabbhet.

Framställning av önskad skyddsfunktionskarakteristik, bland annat räck- viddsgränser, kan bli besvärlig beroende på ingående komponentens frek- vensberoende m m.

I SE 8UO0U99-3 beskrivs också ett skydd baserat på samma princip men ut- fört med digitala komponenter.

FIGURFÖRTECKNING Figur 1 visar en kraftledning i ett felfritt tillstånd mellan två sta- tioner P och Q som matas från två kraftkällor A och B.

Figur 2 visar uppmätt eller med en vågledarmodell beräknad spännings- fördelning utefter en ledning enligt figur 1.

Figur 3 visar samma kraftledning som i figur 1, då ett fel F har upp- stått mellan stationerna P och Q.

Figur N visar exempel på en spänningsfördelning utmed ledningen då ett fel har uppstått vid F enligt figur 3.

Figur 5 visar en med en vågledarmodell i P beräknad spänningsfördelning utmed ledningen enligt figur 3 då denna utsatts för ett fel vid F.

Figur 6 visar samma spänningsfördelning som i figur 5 med angivandet av av beräknad spänning i en kontrollpunkt D.

Figur 7 visar en anordning för genomförande av ett förfarande enligt upp- finningen.

REDOGÖRELSE FÖR UPPFINNINGEN, TEORETISK BAKGRUND, FÖRDELAR I en uppfinning enligt SE 8U03226-7 anges ett förfarande och en anordning för lokalisering av ett felställe på en ledning baserat på från en måt- punkt mot ett felställe utgående spänningsvågor och motsvarande från ett 3 4524534 felställe reflekterade vågor. Uppfinningen innebär att man med vissa bestämda tidsintervall utför en mätning av strömmens och spänningens momentanvärden i ledningens ändpunkt, exempelvis i en station. Hed hjälp av dessa värden och en vågledarmodell kan spänningen i ett antal kontroll- punkter utefter ledningen beräknas. Det är den i denna patentskrift beskrivna vâgledarmodellen som ligger till grund för denna uppfinning,- dvs för att åstadkomma räckviddsbegränsning i impedansskydd ocn,direkt- utlösning vid fel.

I figur 1 visas en kraftledning mellan två stationer eller mätpunkter P och Q. Ledningen matas i det visade exemplet från två kraftkällor A och B.

Ledningen PQ kan tänkas vara en transmissionsledning mellan två nät A och B, en ledning i ett maskat nät eller en ledning som förbinder en kraft- station A med en effektförbrukning.

Figur 2 visar den verkliga spänningsfördelningen utefter ledningen i ett felfritt tillstånd. EA respektive EB är respektive kraftkällors emk och U'P respektive U'Q är uppmätt spänning i P respektive Q.

Med hjälp av i stationerna P och Q uppmätta ström- och spänningsvärden kan med den i SE 8403226-7 omtalade vågledarmodellen kontrollspänningar eller spänningsfördelningen från P och Q utmed ledningen respektive från Q mot P beräknas, vilket i ett felfritt tillstånd ger samma spännings- fördelning som i figur 2 inom de gränser som bestäms av mätfel i mätvär- destransformatorer och osäker parameterkännedom.

När ledningen enligt figur 1 utsätts för ett internt fel, dvs ett fel mellan punkterna P och Q, se figur 3, kan, beroende på felresistans m m, en verklig spänningsfördelning enligt figur 4 erhållas. Verklig, uppmätt spänning i P och Q återges nu som UP respektive UQ. Värdet på spänningen i felstället, dvs U beror på resistansen i felstället, vilken också pâ- FY verkar U och U .

P Q En med en vågledarmodell i station P beräknad spänningsfördelning utmed ledningen visas 1 figur 5. En jämförelse med figur H visar att modellens spänningsfördelning är korrekt mellan P och F. Det skall nu visas att den med vågledarmodellen beräknade spänningsfördelningen förutom för den korrekta delen av spänningsfördelningen även för spänningsfördelningen från F mot och förbi Q kan utnyttjas i enlighet med denna uppfinning för räckviddsbegränsning och direktutlösning vid fel på ledningen. 452 534 ' å» Hed hjälp av en vågledarmodell i P kan erhållas ett mått på spänningen i station O, exempelvis som ett momentanvärde vid en viss tidpunkt t och motsvarande spänning en halvperiod tidigare. Om man nu tills vidare kallar den senast uppmätta spänningen U"Q och föregående spänning en halvperiod tidigare U' så blir i ett stationärt och felfritt tillstånd Q spänningsskillnaden AUD = U"Q + U'Q (1) lika med noll.

Då ett nytt mätvärde blir tillgängligt bildas ett nytt U' av ett sparat Q mätvärde en halvperiod tidigare än det nya mätvärdet och det nya mätvärdet bildar ett nytt U" Denna skiftníng och uppdatering sker kontinuerligt.

Q.

Då ett fel inträffar blir värdet på AUQ skilt från noll.

Med hjälp av absolutvärdet av spänningsskillnaden AUQ och absolutvärdet av spänningen före ett fel, dvs |U'Q|, bildas spänningsdifferensen U : - 6 Q [AUQI |u'Q| (2) och det framgår nu av figur 5 att då ÖUQ blir större än noll finns ett fel mellan P och Q, dvs ett inre fel. Värdet av 6U säger däremot inget Q om var på ledningen mellan P och Q felet har inträffat, eftersom värdet också är beroende av felresistansen i felstället F.

Det har hittills talats rent generellt om spänningar i kontroll- och felpunkter. Det skall senare visas att de redovisade slutsatserna gäller både för fas- och huvudspänningar. För att få hanterliga spänningsvärden är det lämpligt att utnyttja något karakteristiskt mått på spänningarna, exempelvis i form av medelvärden. Detta kommer också att redovisas senare.

Informationen om att 6UQ > 0 kan därför som det har framgått tillsammans med informationen om riktning till felet och efter bestämning av felaktig(a) fas(er) utnyttjas för direktutlösning av aktuell(a) brytare.

I det redovisade fallet har skyddet en räckvidd som motsvarar hela led- ningssträckan PQ. Som det har framgått kan spänningen utmed ledningen med 452 sen vågledarmodellen beräknas 1 ett valfritt antal kontrollpunkter utefter ledningen. En beräkning av spänningar 1 en kontrollpunkt D mellan P och Q enligt figur 6 ger vid handen att sun = [AUDI -| U'D| < o vid ett fel i F. På detta sätt kan räckviddsbegränsning erhållas genom att välja kontrollpunkt för beräkning av öU. Om man önskar ett skydd med räckvidd motsvarande PD blir ett fel i F enligt figur S ooh 6 ett fel som ligger utanför skyddsområdet och följaktligen skall ett fel i F inte åtgärdas via station P.

Det principiella förfarandet som har redovisats för dírektutlösning och räckviddsbegränsning måste för att fungera i praktiken beskrivas något mera utförligt enligt följande.

Den tidigare omtalade spänningsskillnaden AU mellan beräknad spänning efter fel och före fel bildas som omtalats som momentanvärdet av spän- ningen vid en viss tidpunkt t och värdet av samma spänning en halvperiod tidigare, dvs Au = u(t) + u(t-T/2) (3) '-3 där är periodtiden. I ett samplat system erhålles på samma sätt för den kzte mätningen per period (N) Auk = uk + uk_N/2 där N = T/At och At år lika med tiden mellan samplen. Den vidare behand- lingen både av förfarandet och en anordning för genomförande av för- farandet enligt uppfinningen baseras på samplande mätning.

Ett adaptivt filter i den meningen att N bestämmes med hjälp av föregående perioders nollgenomgång kan användas. Då förhindras inverkan av långsamma frekvensändringar vid pendlingar.

Det förutsätter vidare i den följande redovisningen att önskad räckvidd för skyddet i P är hela ledningssträckan PO. 452 534 ' t; Den i station P beräknade spänningsskillnaden 1 station Q enligt ekvation (U) kan då indexeras så som AU : qk “qk + “q(k-N/2) (5) Som framgått av den tidigare omtalade SE 8403226-7 kan både fasspänningar och huvudspänningar beräknas med vågledarmodellen. För att indikera att skillnaden avser någon av fasspänningarna kan dessa indexeras med "p", dvs ekvation (5) övergår till Aupqk = upqk + upq(k-N/2) (6) och på motsvarande sätt kan huvudspänningsskillnaden indexeras "po" för att indikera någon av huvudspänningarna mellan faserna RS, ST eller TR, varvid ekvation (5) övergår till _ updqk + upoq(k-N/2) '(7) A uøflqk För att ange spänningsdifferensen enligt ekvation (2) och indikera att den avser någon av fasspänningarna R-S-T indexeras på motsvarande sätt med p, varvid med öu avses den kzte spänningsdifferensen hos någon pqk av faserna beräknad för station eller kontrollpunkt Q. Därvid överförs ekvation (2) till Öu k = IAU (8) pq pqk' ' |“pq(k-N/2)! Motsvarande för huvudspänningarna blir °“paqk = |^“«qk ' ^“pqk| ' |“øq(k-N/2) ' “pq(k-N/2)' (9) För att få hanterliga spänningsdifferenser göres lämpligen en medelvärdes- bildning av erhållna öu-värden. En sådan kan exempelvis ske genom att bilda pqk “pqk ' “pqm-N/z) * °“pqu<-1> (m) 4så :su respektive 6 = - ___ upoqk óupøqk Öupoq(k-N/2) + 6upaq(k-1) (11) Om nu någon av medelvärdena EH enligt ekvationerna (10) eller (11) blir större än noll innebär detta att ett skydd i P har ett fel inom sitt skydds- område PQ av ledningen, dvs ett inre fel. Genom att kombinera denna in- formation med information om riktning till felet och aktuell(a) felfas(er) kan direktutlösning av aktuell(a) brytare ske. Det betyder att ett rikt- ningsjämförelseskydd kan förses med en direktutlösande funktionsmode som är oberoende av den kommunikationskanal som ingår i skyddssystemet.

UTFÖRANDEFORMER En anordning för genomförande av ett förfarande enligt uppfinningen kan utformas i enlighet med figur 7. Fasströmmar och fasspänningar i den sta- tion där skyddet är placerat tillföres en vågledarmodcll 1. I det visade exemplet finns skyddet i station P och följaktligen är det fasströmmarna iflp, is? och iTP samt fasspänningarna unp, us? och uTP som tillföres våg- ledarmodellen. Om skyddet är specialtillverkat för en viss given lednings- sträcka eller räckvidd kan en förenklad version av vågledarmodellen som enbart beräknar kontrollspänningen i sträckan: ändpunkt komma till använd- ning. Om skyddet skall kunna vara omställbart för olika räckvídder måste en vågledarmodell med möjlighet till beräkning av spänningar i flera kon- trollpunkter användas. Detta exemplifieras genom vågledarmodellens ut- gangar up och uu.

Spänningsskillnaderna Au vad fasspänningar beträffar, dvs Au enligt ekvation (6) erhålles genom att addera två på varandra följafiâï halv- perioders spänningsvärden. Tidsförskjutníngen erhålles med hjälp av tids- fördröjningselementen 2, 3 och H och summeringen i summatorerna 5, 6 och 7.

Spänningsskíllnaderna Au vad huvudspänningen beträffar, dvs Aup enligt Oqk ekvation (7) erhålles genom att i summatorerna 8, 9 och 10 bilda diffe- rensen mellan respektive fasspänningar. 452 534 Qi-- Spänningsskillnaderna Au kan också tänkas bildas genom att jämföra spän- ningsvärdet för en period med motsvarande värde under föregående period.

Tidsförskjutningselementen 2, 3 och H måste då ge en förskjutning mot- svarande tiden T för en hel period. För att bilda skillnadsspänningen Au måste då det tidsförskjutna värdet tillföras summatorn med negativt tecken. En anordning i enlighet med detta förfarande har ej visats i figur 7.

För att bilda spânningsdifferenserna öu vad fasspänningar beträffar, dvs öupqk enligt ekvation (8), bildas först talvärdet av Aupqk-värdena i tal- vårdesbildningsenheterna 11, 12 och 13 och talvärdet av motsvarande spän- ningar en halvperiod tidigare i talvärdesbildningsenheterna ïü, 15 och 16. Differensen mellan de erhållna talvärdena enligt ekvation (8) bildas sedan i summatorerna 17, 18 och 19- För att bilda spänningsdifferenserna óu vad huvudspänningar beträffar, dvs öupcqk enligt ekvation (9), bildas först talvärdet av Aup i talvärdes- '” oqk bildarna 20, 21 och 22. Värdet på u bildas i summatorerna 23, p0q(k-N/2) ZU och 25 och respektive talvärden 1 talvärdesbildarna 26, 27 och 28.

Differenserna enligt ekvation (9) mellan de erhållna talvärdena bildas sedan i summatorerna 29, 30 och 31.

Medelvärdesbildningen av óu vad fasspänningar beträffar, dvs êu enligt pqk ekvation (10),'erhälles genom att i summatorerna 32, 33 och 3ü addera vär- det på ett ou Pq öu , pq(k-1) öupq(k_N/2). Halvperiodstidsförskjutningen sker i tidsfördrÖjningselemen~ k till ett medelvärde av öupq ett sampel tidigare, dvs och subtrahera ett värde på öupq en halvperiod tidigare, dvs ten 35, 36 och 37 och tidsförskjutningen At sker i tidsfördröjningselemen- ten 33. 39 och H0.

Medelvärdesbildningen av öu vad huvudspänningar beträffar, dvs Éfipoqk en- ligt ekvation (11), erhålles genom att i summatorerna H1, N2 och H3 addera värdet på ett öup till ett värde på ett medelvärde av óupuq ett sampel oqk tidigare, dvs öu och subtrahera ett värde på öu n halvperiod e PUQ Halvperiodstidsförskjutníngen sker i tidsför- p0q(k-1)' poq(k-N/2)' dröjningselementen HH, H5 och H6 och tídsfördröjningen At sker i tidsför- tidigare, dvs öu dröjningselementen H7, 48 och H9.

Claims (3)

452 534 Om nu någon av de erhållna medelvärdena är större än noll finns enligt den tidigare redogörelsen för uppfinningen ett Fel inom skyddets över- vakningsområde. Nolljämförelsen sker i olikhetselementen 50, 51, 52, 53, SH och 55, vars boolska utgångssignaler DR; ERS; DS, DBT, DT, DTR ledes till ett "eller"-element 56 som avger en signal DF då skyddet skall träda i funktion. I anordningen ingående delar såsom vågledarmodell, summatorer, jämför- elseorgan, tidsfördröjningselement m m kan utformas som mer eller mindre integrerade lösningar 1 analog eller digital teknik. PATENTKRAV

1. Förfarande för räokviddsbegränsning och direktutlösning i samband med skydd av en kraftledning (PQ) ingående i ett flerfasigt distribu- tions- eller transmissionssystem. I en mätstation (P) í anslutning til] kraftledningen utföres mätning i varje fas av ström och spänning och mät- värdena tillföres en i mätstationen befintlig vågledarmodell (1) med vars hjälp spänningsfördelningen i ett antal kontrollpunkter utmed led- ningen kan erhållas. förfarandet k ä n n e t e c k n a s a-v att en spänningsskillnad Au bildas som summan av ett för en kontroll- punkt vid en viss tidpunkt beräknat spänningsvärde U" och motsvarande spänningsvärde U' en halvperiod/period tidigare en spänningsdifferens óu bildas som differensen mellan absolutvärdet av spänningsskíllnaden Au och avsolutvärdet av spänningen U' för samma kon- trollpunkt räckvídden för ett skydd i mätstationen (P) utgöres av avståndet från mätstationen till kontrollpunkten för alla kontrollpunkter för vilka öu blir lika med noll. 10 _

2. Förfarande enligt patentkrav 1, k ä n n e t e c k n a t a v att då spänningsdifferensen 6u för kontrollpunkten blir större än noll er- hålles signal för direktutlösning av en skyddsbrytare för ledningssträckan mellan mätstationen och kontrollpunkten.

3. Anordning för genomförandet av förfarandet enligt patentkrav 1 och 2 för räckviddsbegränsning och direktutlösning i samband med skydd av en kraftledning ingående i ett flerfasigt distributions- eller transmissions- system, vilken anordning, belägen i en mätstation (P) i anslutning till kraftledningen omfattar en vågledarmodell (1), tidsfördröjningselement, summatorer, talvärdesbildare, jämförelseelement och ett "eller"-element. Anordningen k ä n n e t e c k n a s a v att för en kontrollpunkt Q, varvid avståndet mellan P och Q utgör anordningens räckvidd en första summator (5) är anordnad att bilda en spänningsskillnad AuRq lika med dífferensen mellan en med vågledarmodellen beräknad R-fasspänning och motsvarande spänning en halvperiod/period tidigare en andra summator (6) är anordnad att bilda en spänningsskillnad Ausq lika med differensen mellan en med vågledarmodellen beräknad S-fasspänning och motsvarande spänning en halvperiod/period tidigare en tredje summator (7) är anordnad att bilda en spänningsskillnad AuTq lika med differensen mellan en med vâgledarmodellen beräknad T-fasspänning och motsvarande spänning en halvperiod/period tidigare en fjärde summator (17) är anordnad att bilda en spänningsdifferens öuR lika med differemsen mellan talvärdet lauflql och taiväraec Iunql en halv- period/period tidigare en femte summator (18) är anordnad att bilda en spänningsdifferens öns lika med differensem mellan talvarden |AuSq| och talvärdec lusql en halv- period/period tidigare en sjätte summator (19) är anordnad att bilda en spänningsdifferens öu T lika differensen mellan talvärdet |AuTq| och talvärdet |uTq| en halv- period/period tidigare 11 452 534 i' _, en sjunde summator (32) är anordnad att bilda ett medelvärde 6uRq av spän- ningsdifferensen öuRq en åttonde summator (33) är anordnad att bilda ett medelvärde Éusq av spän- ningsdifferensen öusq en nionde summator (BU) är anordnad att bilda ett medelvärde ÉETQ av spän- ningsdifferensen 6uTq en tionde summator (8) är anordnad att bilda en spånningsskillnad Auñsq lika med differensen mellan Au och Au Sq Rq en elfte summator (9) är anordnad att bilda en spânningsskillnad AuSTq lika med differensen mellan Au och Au Tq SQ en tolfte summator (10) är anordnad att bilda en spänningsskillnad AuTRq lika med differensen mellan Au och Au RQ TG en trettonde summator (23) är anordnad att bilda en spänningsskillnad lika med differensen mellan värden för usq och uRq en halvperiod/ uasq period före respektive Au-värden en fjortonde summator (24) är anordnad att bilda en spänningsskillnad usTq lika med differensen mellan värden för uTq och usq en halvperiod/ period före respektive Au-värden en femtonde summator (25) är anordnad att bilda en spänningsskillnad u lika med differensen mellan värden för u och u en halvperiod/ TRq Rq Tq period före respektive Au-värden en sextonde summator (29) är anordnad att bilda en spänningsdifferens 6uRSq lika med differensen mellan talvärdet |AuRsq| och talvardet |uRsq) en sjuttonde summator (30) är anordnad att bilda en spänningsdifferens öusTq lika med differensen mellan talvärdet |AuSTq| och talvärdet |uSTq| en artonde summator (31) är anordnad att bilda en spänningsdifferens öuTRq som differens mellan talvärdet |AuTRq| och talvärdet |uTRq| .u.....~u...-.......- I -«- 452 534 w å, en nittonde summator (H1) är anordnad att bilda ett medelvärde ÖERSQ av spänningsdifferensen öu RSQ en tjugonde summator (H2) är anordnad att bilda ett medelvärde ÖESTQ av spänningsdifferensen öuSTq en tjugoförsta summator (H3) är anordnad att bilda ett medelvärde ÃÜTRq av spànnlngsdlfferensen 6uTRq de framtagna medelvärdena är anordnade att i vart sitt jämförelseelement (50, 51, 52, 53, SU, 55) jämföras med värdet noll samtattanordningen är anordnad att via ett "eller"-element (56) avge en šígnal (DF) indikerande ett fel inom skyddets räckvidd då något av medel- värdena är större än noll.