| JP2000041345 | METHOD FOR MONITORING BATTERY VOLTAGE OF ENCODER |
| JP07227045 | CHARGED TYPE POWER UNIT |
| WO/1995/008222 | POWER SYSTEMS FOR PLUG-IN MODULES |
HERRMANN, Hans-Joachim (Dresdener Str. 15, Markt Erlbach, 91459, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Durchführen einer Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem (20, 50), bei dem eine Sammelschiene (21) mit einer ersten Einspeiseleitung (23a) und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung (23b) verbunden ist und die Spannungsversorgung der Sammelschiene (21) von der ersten Einspeiseleitung (21a) zu einer der weiteren Einspeiseleitungen (21b) umgeschaltet wird, wobei - ein Ausschaltbefehl (A) zum Öffnen eines Schalters (24a) der ersten Einspeiseleitung (23a) durch ein erstes Feldgerät (25a) , das dem Schalter (24a) der ersten Einspeiseleitung (23a) zugeordnet ist, oder ein mit dem ersten Feldgerät (25a) in Verbindung stehendes Schutzgerät erzeugt wird, wenn ein Fehler auf der ersten Einspeiseleitung (23a) vorliegt oder ein manuelles Ausschaltsignal für die erste Einspeiseleitung (23a) erfasst worden ist; - ein erstes Schaltfreigabesignal (SFi) von dem ersten Feld¬ gerät (25a) an ein weiteres Feldgerät (25b) übermittelt wird, das einem Schalter (24b) einer der weiteren Einspeiseleitungen (23b) zugeordnet ist; - von dem das erste Schaltfreigabesignal (SFi) empfangenden weiteren Feldgerät (25b) eine Spannung an seiner Einspeise¬ leitung (23b) und eine Spannung an der Sammelschiene (21) er- fasst werden; - von dem weiteren Feldgerät (25b) Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der Spannungen an seiner Einspeiseleitung (23b) und der Sammelschiene (21) ermittelt werden; - von dem weiteren Feldgerät (25b) ein weiteres Schaltfreiga¬ besignal (SF2) erzeugt wird, wenn durch Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist; und - von dem weiteren Feldgerät (25b) ein Einschaltbefehl (E) zum Schließen des Schalters (24b) an seiner Einspeiseleitung (23b) erzeugt wird, wenn sowohl das erste (SFi) als auch das weitere Schaltfreigabesignal (SF2) vorliegen. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Sammelschiene (21) einen Längsschalter (51) aufweist, der die Sammelschiene (21) in einen ersten Abschnitt (52a), der mit der ersten Einspeiseleitung (23a) verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt (52b) , der mit der zumindest einen weiteren Einspeiseleitung (23b) verbunden ist, unterteilt; - bei während des Öffnens des Schalters (24a) der ersten Ein- speiseleitung (23a) geöffnetem Längsschalter (51) das erste Schaltfreigabesignal (SFi) an ein dem Längsschalter (51) zu¬ geordnetes Feldgerät (53) übermittelt wird; - von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) jeweils eine Spannung an dem ersten (52a) und dem zweiten Ab- schnitt (52b) der Sammelschiene (21) erfasst werden; - von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) Amplitude, Phasenwinkel und Frequenz der Spannungen des ers¬ ten (52a) und des zweiten Abschnitts (52b) der Sammelschiene (21) ermittelt werden; - von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) das weitere Schaltfreigabesignal (SF2) erzeugt wird, wenn durch Amplitude, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist; und - von dem dem Längsschalter (51) zugeordneten Feldgerät (53) ein Einschaltbefehl (E) zum Schließen des Längsschalters (51) erzeugt wird, wenn sowohl das erste (SFi) als auch das weite¬ re Schaltfreigabesignal (SF2) vorliegen. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - in einer Speichereinrichtung (33) der jeweiligen Feldgeräte (25a, 25b, 53) eine Topologieinformation (T) gespeichert ist, die die Topologie des Energieversorgungssystems (20, 50) und den Schaltzustand aller Schalter (24a, 24b, 51) angibt; - bei Änderung des Schaltzustands eines der Schalter (24a, 24b, 51) das diesem Schalter (24a, 24b, 51) zugeordnete Feld¬ gerät (25a, 25b, 53) ein Schaltzustandsänderungstelegramm an die anderen Feldgeräte (25a, 25b, 53) übermittelt, das den neuen Schaltzustand des betreffenden Schalters (24a, 24b, 51) angibt; und - die das Schaltzustandsänderungstelegramm empfangenden Feld- geräte (25a, 25b, 53) ihre Topologieinformation (T) an den geänderten Schaltzustand des betreffenden Schalters (24a, 24b, 51) anpassen. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - das erste Feldgerät (25a) anhand der Topologieinformation (T) denjenigen Schalter (z.B. 51) ermittelt, der zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung der Sammelschiene (21) zu schließen ist; und - das erste Feldgerät (25a) das erste Schaltfreigabesignal (SFi) an das dem ermittelten Schalter (z.B. 51) zugeordnete Feldgerät (z.B. 53) sendet. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - zur Ermittlung einer Änderung eines Schaltzustands eines Schalters (24a, 24b, 51) von dem diesem Schalter (24a, 24b, 51) zugeordneten Feldgerät (25a, 25b, 53) entweder - ein Zustandssignal (H) eines Schalterhilfskontakts ausgewertet wird; oder - eine Messung des durch den Schalter (24a, 24b, 51) fließenden Stroms durchgeführt wird und bei vorliegendem Stromfluss auf einen geschlossenen Schalter (24a, 24b, 51) und bei fehlendem Stromfluss auf einen geöffneten Schalter (24a, 24b, 51) geschlossen wird. 6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - bei der Erfassung der jeweiligen Spannungen durch die Feld- geräte (25a, 25b, 53) eine Nachführung einer Abtastrate zur Abtastung der Spannungen an die Frequenz der zu messenden Spannung durchgeführt wird. 7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Feldgeräte (25a, 25b, 53) die EinschaltZeitdauer zwi¬ schen der Abgabe eines Einschaltbefehls (E) und dem endgülti- gen Schließen des betreffenden Schalters (24a, 24b, 51) und/oder die AusschaltZeitdauer zwischen der Abgabe eines Ausschaltbefehls (A) und dem endgültigen Öffnen des betref¬ fenden Schalters (24a, 24b, 51) bestimmen; - die EinschaltZeitdauer und/oder die AusschaltZeitdauer mit einem in dem jeweiligen Feldgerät (25a, 25b, 53) gespeicherten Einschaltzeitparameter (PE) und/oder Ausschaltzeitparame- ter (PA) verglichen werden; und - bei einer Abweichung zwischen der EinschaltZeitdauer und dem Einschaltzeitparameter (PE) bzw. der AusschaltZeitdauer und dem Ausschaltzeitparameter (PA) ein jeweiliges Abweichungssignal erzeugt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - als Reaktion auf das jeweilige Abweichungssignal in dem je¬ weiligen Feldgerät (25a, 25b, 53) die bestimmte Einschalt¬ zeitdauer anstelle des bisherigen Einschaltzeitparameters (PE) als neuer Einschaltzeitparameter (PE) bzw. die bestimmte AusschaltZeitdauer anstelle des bisherigen Ausschaltzeitpara- meters (PA) als neuer Ausschaltzeitparameter (PA) übernommen wird . 9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - von demjenigen Feldgerät (25a, 25b, 53), das die Spannungs¬ versorgung der Sammelschiene (21) durch Schließen seines Schalters (24a, 24b, 51) wiederherstellt, vor der Abgabe des Einschaltbefehls (E) ein Lastabwurfsignal (L) erzeugt wird, das ein Ausschalten einiger oder aller mit der Sammelschiene (21) verbundener elektrischer Lasten (22a, 22b) bewirkt. 10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Schaltfreigabesignale in Form von GOOSE- Datentelegrammen gemäß dem Standard IEC 61850 zwischen den Feldgeräten (25a, 25b, 53) übermittelt werden. 11. Elektrisches Feldgerät (25a, 25b, 53) zum Durchführen ei¬ ner Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem (20, 50) mit einer einen Funktionsbaustein (30) zur Steuerung einer Schneilumschaltung aufweisenden Datenverarbeitungseinrichtung; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Datenverarbeitungseinrichtung dazu eingerichtet ist, mit einer Datenverarbeitungseinrichtung zumindest eines weiteren elektrischen Feldgeräts (25a, 25b, 53) ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen. 12. Elektrisches Feldgerät nach Anspruch 11, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - das Feldgerät (25a, 25b, 53) ein Schutzgerät zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungssystems (20, 50) ist. 13. Elektrisches Energieversorgungssystem (20, 50) mit - einer Sammelschiene (21), die mit einer ersten Einspeise¬ leitung (23a) und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung (23b) über jeweils einen Schalter (24a, 24b) verbunden ist; und mit - dem jeweiligen Schalter (24a, 24b) zugeordneten Feldgeräten (25a, 25b), die zur Erfassung einer Spannung an der jeweiligen Einspeiseleitung (23a, 23b) und einer Spannung an der Sammelschiene (21) eingerichtet sind; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass - die Feldgeräte (25a, 25b) entsprechend einem der Ansprüche 11 oder 12 ausgebildet sind. |
Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Durchführen einer Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem, bei dem eine Sammelschiene mit einer ersten Einspei ¬ seleitung und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung ver- bunden ist und die Spannungsversorgung der Sammelschiene von der ersten Einspeiseleitung zu einer der weiteren Einspeiseleitungen umgeschaltet wird. Die Erfindung betrifft auch ein elektrisches Feldgerät zum Durchführen einer Schnellumschal- tung in einem elektrischen Energieversorgungssystem und ein entsprechend eingerichtetes elektrisches Energieversorgungs ¬ system.
Der Zweck einer Schneilumschaltung ist eine schnelle und sichere Umschaltung der elektrischen Einspeisungen von Sammel- schienen (auch als sogenannte „Eigenbedarfsammeischienen" bezeichnet) , über die elektrische Lasten, beispielsweise elekt ¬ rische Antriebe wie Asynchron- oder Synchronmotoren, mit elektrischer Energie versorgt werden. Häufig werden solche elektrischen Lasten in Blöcken von Kraftwerksanlagen, in In- dustrieanlagen oder Produktionsanlagen eingesetzt. Da solche Anlagen möglichst unterbrechungsfrei betrieben werden müssen, sind hier in der Regel zur Spannungsversorgung mindestens zwei voneinander möglichst unabhängige elektrische Energie ¬ versorgungsquellen vorgesehen, zwischen denen bei Ausfall oder manuellem Abschalten der momentan aktiven Energieeinspeisung möglichst stoßfrei umgeschaltet werden muss.
Da bei einer fehlerhaften Umschaltung eine unzulässig hohe Beanspruchung der mit der Sammelschiene verbundenen elektri- sehen Lasten auftreten kann, wodurch im Extremfall Beschädigungen hervorgerufen werden können, wird bei einer Schneilumschaltung ein vorgegebenes Einschaltkriterium geprüft, gemäß dem beispielsweise Differenzen von Spannungen und Frequenzen zwischen der Sammelschiene und der zuzuschaltenden Einspeiseleitung betrachtet werden, und erst bei Erfüllung des Einschaltkriteriums wird die Zuschaltung der weiteren Einspeise ¬ leitung ausgelöst. Hierbei wird auch die Eigenzeit des Schal- ters der zuzuschaltenden Einspeiseleitung berücksichtigt, also die Zeit, die zwischen der Abgabe des Einschaltbefehls und dem endgültigen Schließen der Schaltkontakte des betreffenden Schalters verstreicht. Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der europäischen Patentschrift EP 0 604 540 Bl bekannt. Bei dem bekannten Verfahren werden mit einem Feldgerät in Form einer sogenannten „Schnellumschalteinrichtung" die Spannungen an einer Sammelschiene sowie an zwei mit der Sammel- schiene verbundenen Einspeiseleitungen erfasst und es wird bedarfsweise die Spannungsversorgung der Sammelschiene zwi ¬ schen den Einspeiseleitungen umgeschaltet. Dazu erzeugt die Schnellumschalteinrichtung einen entsprechenden Einschaltbefehl für die zuzuschaltende Einspeiseleitung, der anhand ei- ner Differenz zwischen der Spannung auf der Eigenbedarfsammeischiene und der Spannung der zuzuschaltenden Einspeiseleitung gebildet worden ist.
In Figur 1 ist ein Energieversorgungssystem 10 mit einer Schnellumschalteinrichtung 11 gemäß dem Stand der Technik gezeigt. Das Energieversorgungssystem 10 weist eine Sammel ¬ schiene 12 auf, die zur Versorgung elektrischer Lasten 13a und 13b mit elektrischer Energie dient. Bei den elektrischen Lasten 13a, 13b kann es sich beispielsweise um elektrische Antriebe einer Kraftwerksanlage oder einer Industrieanlage handeln, die möglichst unterbrechungsfrei mit elektrischer Energie versorgt werden müssen, um einen Ausfall der Kraft ¬ werks- oder Industrieanlage zu vermeiden. Aus diesem Grund ist die Sammelschiene 12 mit einer redundanten Energieein- Speisung versehen; zur Spannungsversorgung der Sammelschiene 12 sind nämlich eine erste Einspeiseeinleitung 14a sowie eine zweite Einspeiseleitung 14b vorgesehen. Die erste Einspeise ¬ leitung 14a und die zweite Einspeiseleitung 14b sind über Transformatoren 15a, 15b mit in Figur 1 nicht näher dargestellten voneinander unabhängigen elektrischen Energiequellen verbunden. Zudem sind sowohl die erste Einspeiseleitung 14a als auch die zweite Einspeiseleitung 14b mit der Sammelschie- ne 12 jeweils über Leistungsschalter 16a bzw. 16b verbunden.
Üblicherweise findet eine Spannungsversorgung der Sammel ¬ schiene 12 durch die erste Einspeiseleitung 14a statt. Der entsprechende Schalter 16a ist daher in Figur 1 in seiner ge- schlossenen Position gezeigt. Wird aufgrund einer manuellen Umschaltung durch eine entsprechende Benutzereingabe (z.B. zur Durchführung einer Wartung an der ersten Einspeiseleitung) oder wegen eines Fehlers, beispielsweise eines Kurz ¬ schlusses, auf der ersten Einspeiseleitung 14a, ein Abschal- ten der ersten Einspeiseleitung 14a erforderlich, so sorgt die Schnellumschalteinrichtung 11 dafür, dass eine Umschaltung der Spannungsversorgung der Sammelschiene 12 möglichst schnell und möglichst stoßfrei auf die zweite Einspeiselei ¬ tung 14b erfolgt.
Hierzu ist die Schnellumschalteinrichtung 11 mit in Figur 1 lediglich schematisch angedeuteten Spannungswandlern 17a, 17b und 17c zur Erfassung der Spannungen auf der Sammelschiene 12 und den beiden Einspeiseleitungen 14a und 14b verbunden. Zur Durchführung einer Schneilumschaltung bei abgeschalteter erster Einspeiseleitung 14a nimmt die Schnellumschalteinrichtung die Spannungen an der zweiten Einspeiseleitung 14b und der Sammelschiene 12 auf und vergleicht aus den gemessenen Span ¬ nungen ermittelte elektrische Größen, wie beispielsweise Amp- litude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der jeweiligen Spannungen, miteinander und löst eine Einschaltung der zweiten Einspeiseleitung 14b dann aus, wenn die miteinander verglichenen Größen ein entsprechendes Einschaltkriterium erfüllen. Beispielsweise darf als ein Teilkriterium die Span- nungsdifferenz im Zeitpunkt der Einschaltung der zweiten Einspeiseleitung 14b eine bestimmte Höhe nicht überschreiten. Figur 1 zeigt ein vergleichsweise einfaches Beispiel eines Energieversorgungssystems mit einer Schnellumschalteinrich ¬ tung. In der Praxis sind häufig Sammelschienen mit mehr als zwei Einspeiseleitungen sowie gegebenenfalls auch auf der Sammelschiene selbst vorhandenen sogenannten Längsschaltern (auch als Längskupplungen bezeichnet) in Verwendung, so dass von der Schnellumschaltungseinrichtung ein vergleichsweise komplexes Energieversorgungssystem überwacht und gesteuert werden muss. Insbesondere bei höherer Komplexität der Ener- gieversorgungssysteme ist zur Einrichtung der Schnellumschalteinrichtung ein hoher Aufwand erforderlich, der mit hohen Kosten für das Material die Verlegung der Verdrahtungen, der entsprechenden Schaltschrankaufbauten sowie für die Prüfung der korrekten Verdrahtung und die Inbetriebnahme der Schnellumschalteinrichtung verbunden ist.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglich ¬ keit zum Durchführen einer Schneilumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem anzugeben, bei der ein ver- gleichsweise einfacher und kostengünstigerer Aufbau des Energieversorgungssystems ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs angegebe ¬ nen Art gelöst, bei dem ein Ausschaltbefehl zum Öffnen eines Schalters der ersten Einspeiseleitung durch ein erstes Feldgerät, das dem Schalter der ersten Einspeiseleitung zugeordnet ist, oder ein mit dem ersten Feldgerät in Verbindung stehendes Schutzgerät erzeugt wird, wenn ein Fehler auf der ers ¬ ten Einspeiseleitung vorliegt oder ein manuelles Ausschalt- signal für die erste Einspeiseleitung erfasst worden ist. Von dem ersten Feldgerät wird ein erstes Schaltfreigabesignal an ein weiteres Feldgerät übermittelt, das einem Schalter einer der weiteren Einspeiseleitungen zugeordnet ist, und von dem das Schaltfreigabesignal empfangenden weiteren Feldgerät wer- den eine Spannung an seiner Einspeiseleitung und eine Spannung an der Sammelschiene erfasst. Von dem weiteren Feldgerät werden Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Fre ¬ quenz der Spannungen an seiner Einspeiseleitung und der Sam- melschiene ermittelt, und von dem weiteren Feldgerät wird ein weiteres Schaltfreigabesignal erzeugt, wenn durch Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist. Von dem weiteren Feldgerät wird ein Einschaltbefehl zum Schließen des Schalters an seiner Einspeiseleitung erzeugt, wenn sowohl das erste als auch das weitere Schaltfreigabesignal vorliegen.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Kosten und Komplexität für die Funktion einer Schneilumschaltung in einem Energieversorgungssystem dadurch deutlich gesenkt werden können, dass anstelle einer zentralen Schnellumschalteinrichtung, die anlagenbezogen, also für das gesamte Energieversorgungssystem, eingerichtet werden muss, schalterbezogene, also den jeweiligen Schaltern des Energieversorgungssystems zuge ¬ ordnete und in deren örtlicher Nähe angeordnete Feldgeräte zur Durchführung einer Schneilumschaltung verwendet werden. Hierzu müssen die schalterbezogenen Feldgeräte lediglich durch Kommunikationsverbindungen untereinander verbunden und derart eingerichtet sein, dass sie die zuvor zentralisiert ausgeführte Funktionalität der Schneilumschaltung in verteil ¬ ten Geräten vornehmen können. Zu diesem Zweck können ggf. auch ohnehin in der Nähe der Schalter vorhandene Feldgeräte, z.B. Schutzgeräte oder Steuergeräte, verwendet werden, wenn sich diese durch eine geänderte Programmierung an die neue Funktion anpassen lassen.
Gemäß der Erfindung wird vorteilhaft in einem der ausgeschal- teten Einspeiseleitung zugeordneten Feldgerät ein Schaltfreigabesignal erzeugt und an dasjenige weitere Feldgerät gesen ¬ det, dessen Einspeiseleitung die Wiederherstellung der Spannungsversorgung der Sammelschiene vornehmen soll. Bei Empfang des Schaltfreigabesignals führt das betreffende weitere Feld- gerät an der zuzuschaltenden Einspeiseleitung selbständig die Messung der notwendigen Spannungen sowie die Auswertung bezüglich des vorgegebenen Einschaltkriteriums durch und nimmt dann selbstständig eine Einschaltung seiner Einspeiseleitung vor. Auf diese Weise kann vollständig auf ein zentrales
Schnellumschaltgerät mit der damit verbundenen aufwändigen und kostenintensiven Verdrahtung verzichtet werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass die Sammelschiene einen Längsschalter aufweist, der die Sammelschiene in einen ersten Abschnitt, der mit der ersten Einspeiseleitung verbunden ist, und einen zweiten Abschnitt, der mit der zumindest einen weiteren Ein- speiseleitung verbunden ist, unterteilt. Bei während des Öff ¬ nens des Schalters der ersten Einspeiseleitung geöffnetem Längsschalter wird das erste Schaltfreigabesignal an ein dem Längsschalter zugeordnetes Feldgerät übermittelt, das jeweils eine Spannung an dem ersten und dem zweiten Abschnitt der Sammelschiene erfasst und Amplitude und/oder Effektivwert, Phasenwinkel und Frequenz der Spannungen des ersten und des zweiten Abschnitts der Sammelschiene ermittelt. Von dem dem Längsschalter zugeordneten Feldgerät wird das weitere Schalt ¬ freigabesignal erzeugt, wenn durch Amplitude und/oder Effek- tivwert, Phasenwinkel und Frequenz der beiden Spannungen oder davon abgeleiteten Größen ein vorgegebenes Einschaltkriterium erfüllt ist, es wird ein Einschaltbefehl zum Schließen des Längsschalters erzeugt, wenn sowohl das erste als auch das weitere Schaltfreigabesignal vorliegen.
Auf diese Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren auch bei solchen Sammelschienen durchgeführt werden, die durch einen sogenannten Längsschalter (auch als „Längskupplung" bezeichnet) in unterschiedliche Abschnitte aufgeteilt werden. Da teilweise die einzelnen Abschnitte solcher Sammelschienen bei geöffnetem Längsschalter von unterschiedlichen Einspeiseleitungen mit elektrischer Energie versorgt werden, muss bei Ausfall einer der Einspeiseleitungen zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung für den dann spannungslos gewordenen Abschnitt der Längsschalter geschlossen werden, um den spannungslosen Abschnitt mit einem Spannung führenden Abschnitt der Sammelschiene zu verbinden. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä ¬ ßen Verfahrens sieht vor, dass in einer Speichereinrichtung der jeweiligen Feldgeräte eine Topologieinformation gespeichert ist, die die Topologie (also den strukturellen Aufbau) des Energieversorgungssystems und den Schaltzustand aller Schalter angibt, bei Änderung des Schaltzustands eines der Schalter das diesem Schalter zugeordnete Feldgerät ein
Schaltzustandsänderungstelegramm an die anderen Feldgeräte übermittelt, das den neuen Schaltzustand des betreffenden Schalters angibt, und die das Schaltzustandsänderungstele ¬ gramm empfangenden Feldgeräte ihre Topologieinformation an den geänderten Schaltzustand des betreffenden Schalters anpassen . Auf diese Weise hat jedes der Feldgeräte zu jeder Zeit eine vollständige Übersicht über die Art der momentanen Spannungs ¬ versorgung der Sammelschiene und es wird eine dynamische Nachführung der Topologieinformation vorgenommen. Konkret kann in diesem Zusammenhang vorteilhafterweise vorge ¬ sehen sein, dass das erste Feldgerät anhand der Topologiein- formation denjenigen Schalter ermittelt, der zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung der Sammelschiene zu schließen ist, und das erste Feldgerät das erste Schaltfreigabesig- nal an das dem ermittelten Schalter zugeordnete Feldgerät sendet .
Durch die dynamisch angepasste Topologieinformation wird das Feldgerät der ausgeschalteten Einspeiseleitung in die Lage versetzt, selbstständig eine Entscheidung treffen zu können, in welcher Weise die Spannungsversorgung für die Sammelschiene wiederhergestellt werden soll, beispielsweise welche von mehreren Einspeiseleitungen eingeschaltet werden soll. Durch Übermitteln des ersten Schaltfreigabesignals an das dem
Schalter der einzuschaltenden Einspeiseleitung zugeordnete Feldgerät kann das erste Feldgerät die einzuschaltende Ein ¬ speiseleitung festlegen. In diesem Zusammenhang kann zudem vorgesehen sein, dass zur Ermittlung einer Änderung eines Schaltzustands eines Schal ¬ ters von dem diesem Schalter zugeordneten Feldgerät entweder ein Zustandssignal eines Schalterhilfskontakts ausgewertet oder eine Messung des durch den Schalter fließenden Stroms durchgeführt wird und bei vorliegendem Stromfluss auf einen geschlossenen Schalter und bei fehlendem Stromfluss auf einen geöffneten Schalter geschlossen wird. Auf diese Weise kann eine einfache und zuverlässige Überwa ¬ chung des jeweiligen Schalterzustandes (geöffnet oder ge ¬ schlossen) durchgeführt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä- ßen Verfahrens sieht vor, dass bei der Erfassung der jeweili ¬ gen Spannungen durch die Feldgeräte eine Nachführung einer Abtastrate zur Abtastung der Spannungen an die Frequenz der zu messenden Spannung durchgeführt wird. Auf diese Weise können die einzelnen Spannungen noch zuverlässiger erfasst werden und der Vergleich der Spannungen an der Sammelschiene und der zuzuschaltenden Einspeiseleitung bzw. an unterschiedlichen Abschnitten der Sammelschiene kann noch exakter durchgeführt werden, da z.B. üblicherweise die Sammelschiene nach dem Abschalten der ersten Einspeiseleitung von einer signifikanten Frequenzänderung betroffen ist. Dies wird gemäß dieser Ausführungsform bei der Messung der jeweiligen Spannungen berücksichtigt. Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä ¬ ßen Verfahrens sieht vor, dass die Feldgeräte die Einschalt ¬ zeitdauer zwischen der Abgabe eines Einschaltbefehls und dem endgültigen Schließen des betreffenden Schalters und/oder die AusschaltZeitdauer zwischen der Abgabe eines Ausschaltbefehls und dem endgültigen Öffnen des betreffenden Schalters bestimmen. Die gemessene EinschaltZeitdauer und/oder die Ausschaltzeitdauer werden mit einem in dem jeweiligen Feldgerät gespeicherten Einschaltzeitparameter und/oder Ausschaltzeitpa- rameter verglichen und bei einer Abweichung zwischen der Einschaltzeitdauer und dem Einschaltzeitparameter bzw. der Ausschaltzeitdauer und dem Ausschaltzeitparameter wird ein jeweiliges Abweichungssignal erzeugt.
Auf diese Weise können die zum Ein- und Ausschalten benötig ¬ ten sogenannten Eigenzeiten der Schalter, also die jeweilige Ein- und Ausschaltzeit der Schalter, gemessen und auf Abwei ¬ chungen überwacht werden.
Das Abweichungssignal kann beispielsweise dazu verwendet wer ¬ den, um eine entsprechende Mitteilung an den Betreiber des Energieversorgungssystems zu generieren, um ihm die Notwen ¬ digkeit einer Überprüfung der Einschaltzeitparameter bzw. Ausschaltzeitparameter mitzuteilen. Alternativ oder zusätzlich kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens in diesem Zusammenhang auch vorgesehen sein, dass als Reaktion auf das jeweilige Abweichungs ¬ signal in dem jeweiligen Feldgerät die bestimmte Einschalt- Zeitdauer anstelle des bisherigen Einschaltzeitparameters als neuer Einschaltzeitparameter bzw. die bestimmte Ausschaltzeitdauer anstelle des bisherigen Ausschaltzeitparameters als neuer Ausschaltzeitparameter übernommen wird. Hierdurch kann sozusagen eine intelligente und selbstständige Nachführung der Parameter für die Eigenzeiten der jeweiligen Schalter, die beispielsweise einer Änderung aufgrund einer Alterung der Schalterantriebe oder einer Abnutzung der
Schaltkontakte unterworfen sein können, vorgenommen werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemä ¬ ßen Verfahrens sieht zudem vor, dass von demjenigen Feldge ¬ rät, das die Spannungsversorgung der Sammelschiene durch Schließen seines Schalters wiederherstellt, vor der Abgabe des Einschaltbefehls ein Lastabwurfsignal erzeugt wird, das ein Ausschalten einiger oder aller mit der Sammelschiene verbundener elektrischer Lasten bewirkt. Auf diese Weise können in bestimmten Situationen, beispielsweise bei Vorliegen einer zu großen Spannungsdifferenz zwischen der Sammelschiene und der zuzuschaltenden Einspeiselei ¬ tung, einige oder alle der mit der Sammelschiene verbundenen elektrischen Lasten abgeschaltet werden. Hierdurch können beispielsweise zu hohe Belastungen der elektrischen Lasten aufgrund einer sprunghaften Wiedereinschaltung der Spannungsversorgung der Sammelschiene vermieden werden. Die elektrischen Lasten können dann nach Wiederherstellung der Span- nungsversorgung für die Sammelschiene wieder eingeschaltet werden, beispielsweise kann ein elektrischer Antrieb kontrol ¬ liert wieder hochgefahren werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfin- dungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Schaltfrei ¬ gabesignale in Form von GOOSE-Datentelegrammen gemäß dem Standard IEC 61850 zwischen den Feldgeräten übermittelt wer ¬ den . Auf diese Weise können unter Verwendung standardisierter und erprobter Kommunikationsprotokolle die Schaltfreigabesignale sehr schnell über die Kommunikationsverbindung zwischen den einzelnen Feldgeräten übertragen werden. Die sogenannten GOOSE-Datentelegramme (GOOSE = Generic Object Oriented Sub- Station Event) gemäß dem Standard IEC 61850 für die Kommuni ¬ kation in Schaltanlagen sind vorteilhaft zur schnellen Übermittlung von Signalen zwischen einzelnen Feldgeräten eines elektrischen Energieversorgungssystems geeignet. Die oben genannte Aufgabe wird auch durch ein elektrisches Feldgerät zum Durchführen einer Schnellumschaltung in einem elektrischen Energieversorgungssystem mit einer Datenverarbeitungseinrichtung gelöst, bei dem die Datenverarbeitungs ¬ einrichtung dazu eingerichtet ist, mit einer Datenverarbei- tungseinrichtung zumindest eines weiteren elektrischen Feldgeräts ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen . Konkret kann hinsichtlich eines solchen Feldgerätes vorgese ¬ hen sein, dass das Feldgerät ein Schutzgerät zum Überwachen eines elektrischen Energieversorgungssystems ist. Elektrische Feldgeräte in Form von Schutzgeräten werden ohnehin üblicherweise an Sammelschienen und Einspeiseleitungen verwendet, so dass für die Zwecke der Schneilumschaltung le ¬ diglich eine Ertüchtigung der jeweiligen Gerätesoftware erfolgen muss und keine zusätzlichen Kosten anfallen.
Schließlich wird die oben genannte Aufgabe auch durch ein elektrisches Energieversorgungssystem mit einer Sammelschiene, die mit einer ersten Einspeiseleitung und zumindest einer weiteren Einspeiseleitung über jeweils einen Schalter verbun- den ist, und mit dem jeweiligen Schalter zugeordneten Feldgeräten, die zur Erfassung einer Spannung an der jeweiligen Einspeiseleitung und einer Spannung an der Sammelschiene eingerichtet sind, gelöst, bei dem die Feldgeräte entsprechend einem der Ansprüche 11 oder 12 ausgebildet sind.
Hinsichtlich der Vorteile wird auf die bezüglich des Verfahrens angesprochenen Vorteile verwiesen.
Die Erfindung soll im Folgenden anhand von Ausführungsbei- spielen näher erläutert werden. Hierzu zeigen
Fig. 1 ein Single-Line-Diagramm eines elektrisches Energieversorgungssystems mit einer Schnellumschalt ¬ einrichtung gemäß dem Stand der Technik,
Fig. 2 ein Single-Line-Diagramm eines ersten Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energieversorgungssystems mit zwei Einspeiseleitungen,
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Funktionsbau ¬ steins eines elektrischen Feldgerätes, Fig. 4 Ortskurve der Restspannung eines elektri- Motors zur Erläuterung von Einschaltkrite rien und
Fig. 5 ein Single-Line-Diagramm eines zweiten Ausführungsbeispiels eines elektrischen Energieversorgungssystems mit zwei Einspeiseleitungen und ei ¬ nem Längsschalter. Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines Energiever ¬ sorgungssystems 20 in Single-Line-Darstellung, das eine Sammelschiene 21 umfasst, mittels der elektrische Lasten 22a, 22b beispielsweise Antriebe einer Kraftwerks- oder Industrie ¬ anlage mit elektrischer Energie versorgt werden. Um eine mög- liehst unterbrechungsfreie Spannungsversorgung der elektrischen Lasten 22a, 22b zu erreichen, ist die Sammelschiene 21 über Schalter 24a und 24b mit zwei Einspeiseleitungen 23a und 23b verbunden. Bei dem Beispiel gemäß Fig. 2 soll angenommen werden, dass die Sammelschiene 21 üblicherweise durch die erste Einspeiseleitung 23a mit elektrischer Energie versorgt wird. Daher sind die Schaltkontakte dieses Schalters 24a in ihrer geschlossenen Position gezeigt, während die Schaltkontakte des Schalters 24b der zweiten Einspeiseleitung 23b in geöffneter Stellung dargestellt sind. Jedem der Schalter 24a bzw. 24b ist ein Feldgerät 25a, 25b zugeordnet, bei dem es sich beispielsweise um ein elektrisches Schutzgerät zur Über ¬ wachung der jeweiligen Einspeiseleitung 23a, 23b oder um ein Steuergerät zur Fernansteuerung des jeweiligen Schalters 24a bzw. 24b handeln kann. Die Feldgeräte 25a, 25b weisen (nicht dargestellte) Messwerterfassungseinrichtungen auf, mit denen sie sind mit an den Einspeiseleitungen 23a, 23b und der Sammelschiene 21 angeordneten Spannungswandlern 26 verbunden sind. Optional können die Messwerterfassungseinrichtungen der Feldgeräte 25a, 25b auch mit Stromwandlern 27 verbunden sein. Außerdem sind die Feldgeräte 25a, 25b durch eine Kommunikati ¬ onsverbindung 28 miteinander verbunden, bei der es sich beispielsweise um eine Ethernet-Kommunikationsverbindung handeln kann . Im Folgenden soll die Funktionsweise für eine Schnellumschal- tung zwischen den beiden Einspeiseleitungen für den Fall beschrieben werden, dass die erste Einspeiseleitung 23a auf- grund eines Fehlers ausgeschaltet wird.
Handelt es sich bei dem der ersten Einspeiseleitung 23a zugeordneten Feldgerät 25a um ein elektrisches Schutzgerät, so erkennt dieses im Zuge der üblichen Überwachung der ersten Einspeiseleitung 23a, bei der Schutzalgorithmen, beispielsweise ein Distanzschutzalgorithmus oder ein Überstromschutz- algorithmus, verwendet werden, den Fehler auf der ersten Einspeiseleitung 23a und steuert den Schalter 24a mit einem Ausschaltbefehl A entsprechend an. Handelt es sich bei dem Feld- gerät 25a nicht um ein Schutzgerät, so kann der Schaltbefehl zum Öffnen des Schalters 24a beispielsweise auch von einem benachbarten Schutzgerät erzeugt werden, das dem Feldgerät 25a ein entsprechendes Triggersignal zum Starten der Schneil ¬ umschaltung übermittelt.
Das Feldgerät 25a erzeugt daraufhin ein erstes Schaltfreiga ¬ besignal S Fi und übermittelt dieses über die Kommunikations ¬ verbindung 28 an das weitere Feldgerät 25b. Das erste Schalt ¬ freigabesignal S Fi kann beispielsweise in Form eines soge- nannten GOOSE-Datentelegramms (GOOSE = Generic Object Orien- ted Substation Event) gemäß der IEC 61850 ausgebildet sein.
Nach dem Empfang des ersten Schaltfreigabesignals S Fi durch das weitere Feldgerät 25b führt seine Messwerterfassungsein- richtung mittels der von den Spannungswandlern 26 zur Verfügung gestellten Spannungssignale eine Messung sowohl der Spannung U2 der zweiten Einspeiseleitung 23b als auch der nach dem Öffnen des Schalters 24a noch auf der Sammelschiene 21 anstehenden Restspannung u s durch. Hinsichtlich der Span- nungen U2 und u s werden insbesondere deren Eigenschaften wie Amplitude und/oder Effektivwert sowie Phasenwinkel und Fre ¬ quenz ermittelt. Anhand dieser spannungsbezogenen Größen oder davon abgeleiteten Größen wird das Vorliegen eines vorgegebe- nen Einschaltkriteriums überprüft. Mögliche Einschaltkrite ¬ rien werden an späterer Stelle in Zusammenhang mit Figur 4 eingehender erläutert. Beispielsweise dürfen zur Durchführung einer möglichst stoßfreien Schneilumschaltung Differenzen von Amplituden und/oder Effektivwerten und Frequenzen der Spannungen U2 und u s an der zuzuschaltenden Einspeiseleitung 23b und der Sammelschiene 21 nicht zu groß sein. Erkennt das wei ¬ tere Feldgerät 25b, dass das Einschaltkriterium erfüllt ist, so erzeugt es ein weiteres Schaltfreigabesignal und schließ- lieh einen Einschaltbefehl für den Schalter 24b, der diesen zum Schließen seiner Schaltkontakte veranlasst. Bei der Über ¬ prüfung der Einschaltkriterien und der Auswahl des geeigneten EinschaltZeitpunktes des Schalters 24b wird zudem die Eigen ¬ zeit des Schalters 24b berücksichtigt, also diejenige Zeit- dauer, die zwischen der Abgabe eines Einschaltbefehls E und dem endgültigen Schließen der Schaltkontakte des Schalters 24b liegt, so dass der Einschaltbefehl um eine EinschaltZeit ¬ dauer des Schalters 24b entsprechend vor dem eigentlichen EinschaltZeitpunkt abgegeben wird. Nach dem Einschalten des Schalters 24b der weiteren Einspeiseleitung 23b ist die Spannungsversorgung für die Sammelschiene 21 und die von dieser mit elektrischer Energie versorgten Lasten 22a und 22b wiederhergestellt, so dass ein Weiterbetrieb der Anlage möglich ist und der Fehler an der ersten Einspeiseleitung 23a behoben werden kann.
Fig. 3 zeigt einen Funktionsbaustein 30 eines Feldgerätes, der die Funktionalität der Schneilumschaltung bereitstellt und der üblicherweise in Form eines Programmmoduls in der Steuerungssoftware des betreffenden Feldgerätes ausgeführt ist. Der Funktionsbaustein 30 weist ein Messmodul 31 sowie ein Logikmodul 32 auf, beide Module arbeiten zur Durchführung der Funktionalität der Schneilumschaltung in nachfolgend be ¬ schriebener Weise zusammen.
Der Funktionsbaustein 30 führt abhängig davon, ob der dem Feldgerät zugeordnete Schalter (beispielsweise Schalter 24a, 24b aus Figur 2) ein- oder ausgeschaltet wird, unterschiedli- che Schritte durch. Zunächst soll die Funktionsweise des Funktionsbausteins 30 beschrieben werden, wenn dieser im Feldgerät 25b (vgl. Fig. 2) installiert ist und eine Ein ¬ schaltung des Schalters 24b an der zuzuschaltenden weiteren Einspeiseleitung 23b bewirken soll.
Das Logikmodul 32 des Funktionsbausteins 30 steht mit einer Kommunikationsschnittstelle des Feldgeräts in Verbindung und empfängt über die Kommunikationsverbindung 28 das erste Frei- gabesignal SFi und aktiviert daraufhin die Messfunktion des
Messmoduls 31 durch ein Aktivierungssignal S Akt · Das Messmodul 31 empfängt fortan die von der Messwerterfassungseinrichtung des Feldgerätes aufgenommenen Messwerte für die Spannung U2 an der weiteren Einspeiseleitung 23b und die Spannung u s an der Sammelschiene 21 und überprüft diese hinsichtlich Größen wie Amplitude und/oder Effektivwert sowie Phasenwinkel und Frequenz auf das Vorliegen des Einschaltkriteriums. Wie spä ¬ ter zu Figur 4 erläutert, können von dem Messmodul verschie ¬ dene Einschaltkriterien überprüft werden und abhängig von dem Vorliegen eines bestimmten Einschaltkriteriums unterschiedli ¬ che Einschaltprogramme durchgeführt werden. Sobald ein vorge ¬ gebenes Einschaltkriterium erfüllt ist, erzeugt das Messmodul 31 ein zweites Schaltfreigabesignal SF 2 und gibt dieses an das Logikmodul 32 zurück. Da zu diesem Zeitpunkt sowohl das erste Schaltfreigabesignal SFi als auch das zweite Schalt ¬ freigabesignal SF 2 vorliegen, erzeugt daraufhin das Logikmo ¬ dul 32 den Einschaltbefehl E, der an den Schalter 24b abgegeben wird und diesen zum Schließen seiner Schaltkontakte veranlasst .
Zum Bestimmen des richtigen Zeitpunktes zum Erzeugen des Einschaltbefehls E muss die EinschaltZeitdauer des Schalters 24b berücksichtigt werden, da der Einschaltbefehl E mit entspre ¬ chendem zeitlichen Vorlauf an den Schalter 24b abgegeben wer- den muss, damit dieser seine Schaltkontakte genau im richti ¬ gen Zeitpunkt schließt. Daher ist ein die EinschaltZeitdauer des Schalters 24b angebender Einschaltzeitparameter P E in ei ¬ ner Speichereinrichtung 33 des Feldgeräts abgelegt, auf die der Funktionsbaustein 30 zugreifen kann. Entsprechend ist auch ein die AusschaltZeitdauer des Schalters 24b angebender Ausschaltzeitparameter P A in der Speichereinrichtung 33 hinterlegt .
Zur Überprüfung der aktuell gespeicherten Werte der Ein- bzw. Ausschaltzeitparameter P E bzw. P A kann das Messmodul 31 z.B. anhand eines Signals H eines Hilfskontaktes des Schalters 24b den Zeitpunkt des Öffnens bzw. des Schließens der Schaltkon- takte des Schalters bestimmen. Alternativ dazu kann auch eine Strommessung des Stromes i 2 in der weiteren Einspeiseleitung 23b erfolgen, um die genauen Zeitpunkte des Öffnens bzw.
Schließens der Schaltkontakte zu ermitteln. Damit kann von dem Funktionsbaustein 30 auch die Ein- bzw. Ausschaltzeitdau- er des Schalters 24b bestimmt werden, indem die Zeitdifferenz zwischen dem Zeitpunkt der Abgabe eines Ein- bzw. Ausschalt ¬ signals E bzw. A an den Schalter 24b und dem Zeitpunkt des tatsächlichen Öffnens oder Schließens der Schaltkontakte (an ¬ hand des Signals H des Hilfskontaktes oder der Strommessung von i 2 ) gemessen wird. Wenn zwischen den abgespeicherten Einschalt- bzw. Ausschaltzeitparametern P E bzw. P A und der gemessenen Einschalt- bzw. der AusschaltZeitdauer Differenzen auftreten, kann ein Abweichungssignal an den Betreiber des Energieversorgungssystems abgegeben werden, das diesen auf die Überprüfung der fraglichen Ein- bzw. Ausschaltzeitparameter P E bzw. P A hinweist. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine selbstständige adaptive Nachführung der Ein- bzw. Aus ¬ schaltzeitparameter P E bzw. P A durchgeführt werden, indem die jeweils gemessenen Ein- bzw. AusschaltZeitdauern als neue Ein- bzw. Ausschaltzeitparameter P E bzw. P A anstelle der alten Werte verwendet werden. Hierbei kann zusätzlich vorgese ¬ hen sein, dass bei einer Abweichung, die über einem vorgegebenen Schwellenwert liegt, aus Sicherheitsgründen keine adap ¬ tive Nachführung stattfindet, da bei einer so großen Abwei- chung ein Fehler während der Messung der Ein- bzw. Ausschaltzeitdauer angenommen werden kann. In bestimmten Fällen kann es vorkommen, dass keine stoßfreie Umschaltung zwischen den Einspeiseleitungen mehr gewährleistet werden kann. In diesem Fall kann das Logikmodul 32 des Funktionsbausteins 30 ein Lastabwurfsignal L erzeugen, das allen oder einigen der mit der Sammelschiene 21 verbundenen elektrischen Lasten 22a, 22b zugeführt wird und ein Ausschal ¬ ten der Lasten bewirkt. Erst danach wird über den Einschalt ¬ befehl E der Schalter 24b der weiteren Einspeiseleitung 23b wieder geschlossen, so dass durch eine in diesem Fall sprung- hafte Umschaltung auf die weitere Spannungsversorgung keine Beschädigungen an den elektrischen Lasten 22a, 22b erfolgen können. Nach vorgenommener Wiederherstellung der Spannungsversorgung 21 können die elektrischen Lasten 22a und 22b in kontrollierter Weise wieder eingeschaltet werden, indem bei- spielsweise elektrische Antriebe wieder hochgefahren werden.
Nachfolgend soll die Funktionsweise des Funktionsbausteins 30 beschrieben werden, wenn dieser in einem Feldgerät 25a installiert ist, das der abgeschalteten Einspeiseleitung zuge- ordnet ist. In diesem Fall muss der Funktionsbaustein insbesondere eine Festlegung durchführen, welcher Schalter des Energieversorgungssystems zur Wiederherstellung der Spannungsversorgung für die Sammelschiene geschlossen werden soll. Hierzu ist in der Speichereinrichtung 33 eine Topolo- gieinformation T gespeichert. Diese Topologieinformation T umfasst einerseits eine Angabe über den strukturellen Aufbau des Energieversorgungssystems und andererseits Angaben über die aktuellen Schaltzustände der Schalter in dem Energieversorgungssystem. Bei der Inbetriebnahme der Feldgeräte muss als statischer Bestandteil der Topologieinformation T der
Aufbau des Energieversorgungssystems vorgegeben werden. Die Schaltzustände der jeweiligen Schalter werden hingegen dynamisch erfasst. Hierzu kann das Feldgerät 25a entweder das Signal H des Hilfskontaktes des überwachten Schalters 24a auswerten, das angibt, ob der zugeordnete Schalter 24b geöff ¬ net oder geschlossen ist, oder über den Stromwandler 27 eine Messung des Stromes i i in der Einspeiseleitung 23a vornehmen. Bei vorliegendem Stromfluss wird auf einen geschlossenen Schalter 24a bei unterbrochenem Stromfluss auf einen geöffne ¬ ten Schalter 24a geschlossen. Die Information über den
Schaltzustand des dem Feldgerät 25a zugeordneten Schalters 24a wird in die Topologieinformation T eingepflegt. Die
Schaltzustände der anderen Schalter in dem Energieversorgungssystem werden von den jeweiligen anderen Feldgeräten er- fasst und über die Kommunikationsverbindung 28 an das Feldgerät 25a übermittelt. Die empfangenen Schaltzustände werden ebenfalls in die Topologieinformation T eingepflegt.
Anhand der Topologieinformation T kann der Logikbaustein des Feldgeräts 25a für den Fall, dass die Einspeiseleitung 23a abgeschaltet wird, entscheiden, an welches andere Feldgerät das erste Schaltfreigabesignal S Fi übermittelt werden soll. Diese Entscheidung ist insbesondere für komplexe Energiever ¬ sorgungssysteme mit mehreren Einspeiseleitungen und ggf.
Längsschaltern auf der Sammelschiene zu treffen.
Eine Umschaltung kann schließlich außer bei einem Fehler auf einer Einspeiseleitung auch durch ein manuelles Ausschaltsignal MS herbeigeführt werden, das durch eine Benutzerhandlung eines Bedieners des Energieversorgungssystems ausgelöst wird. Ein solches manuelles Ausschaltsignal MS kann dem Logikmodul 32 des Funktionsbausteins 30 über einen Triggereingang zuge- führt werden und löst unter Berücksichtigung der Ausschaltzeitdauer einerseits den Ausschaltbefehl A für den dem Feldgerät zugeordneten Schalter und andererseits die Übermittlung des ersten Schaltfreigabesignals S Fi an ein weiteres Feldge ¬ rät aus .
Obwohl bei der Beschreibung der Erfindung durchgehend der Begriff „Schnellumschaltung" verwendet wird, können bei der Umschaltung der Spannungsversorgung für die Sammelschiene verschiedene Umschaltprogramme mit unterschiedlichen Eigen ¬ schaften (insbesondere Umschaltzeiten) zum Einsatz kommen. Alle diese Umschaltprogramme sollen inhaltlich unter dem Beg ¬ riff „Schnellumschaltung" zusammengefasst werden. Bezüglich der Umschaltprogramme sind einerseits eine Umschaltung auf ¬ grund einer manuellen Schalthandlung und andererseits eine Umschaltung aufgrund eines Fehlers auf der ersten Einspeise ¬ leitung zu unterscheiden.
Hinsichtlich einer Umschaltung bei normalen Betriebsbedingungen durch eine manuelle Ansteuerung, die ferngesteuert oder vor Ort erfolgen kann, sind die sequentielle (überlappte) und die gleichzeitige Umschaltung zu unterscheiden.
Wird als Einschaltkriterium eine Vorgabe hinsichtlich einer maximal erlaubten Spannungsdifferenz, einer maximal erlaubten Frequenzdifferenz und einer maximal erlaubten Phasenverschiebung zwischen den gemessenen Spannungen erfüllt, so wird bei einer sequentiellen Umschaltung zunächst der noch offene Schalter geschlossen und nach Ablauf einer eingestellten Überlappungszeit (z.B. 150 ms) der bisher geschlossene Schal ¬ ter geöffnet. Bei einer gleichzeitigen Umschaltung soll nur eine vernachlässigbar kurze Lücke oder kurze Überlappung bei der Umschaltung auftreten. Bei bekannten Ein- und AusschaltZeitdauern der Schalter werden die Befehle so gegeben, dass beide Schal ¬ ter gleichzeitig reagieren, also gleichzeitig der eine Schal- ter geschlossen und der andere Schalter geöffnet wird. In der Regel ist die AusschaltZeitdauer etwas kürzer, so dass der Ausschaltbefehl entsprechend verzögert wird. Damit beträgt die spannungslose Zeit nur wenige Millisekunden. Bei fehlerbedingten Umschaltungen bei transienten Anlagenbedingungen sind die Sofortumschaltung, die Restspannungsum- schaltung und die Langzeitumschaltung zu unterscheiden. Diese werden anhand von Fig. 4 erläutert. Hierzu zeigt Fig. 4 eine Ortskurve des Restspannung eines Motors, der als elektrischer Antrieb mit der Sammelschiene verbunden ist. Die in Fig. 4 dargstellten Größen bedeuten: U HN : Spannungszeiger der ersten Einspeiseleitung
(„Hauptnetz" ) ;
U RN · Spannungszeiger des zweiten Einspeiseleitung
(„Reservenetz") ;
U M o : Spannungszeiger der Motorrestspannung auf der
Sammelschiene zum Zeitpunkt t=0;
U M t: Spannungszeiger der Motorrestspannung auf der
Sammelschiene zu einem beliebigen Zeitpunkt t;
Δυ ζι1 ι : zulässige Spannungsdifferenz;
5 zu i : zulässiger Winkel für Überlapptumschaltung;
ΤΊ: erster Zeitbereich für die Sofortumschaltung; 2 : zweiter Zeitbereich für die Sofortumschaltung;
T3 : Zeitpunkt, ab dem eine Langzeitschaltung erfolgen kann.
Nach seiner Aktivierung überprüft das Messmodul 31 (vgl. Fig. 3) die Einhaltung der Teilkriterien Spannungsdifferenz, Frequenzdifferenz und Phasenverschiebung. Gleichzeitig wird aus der ermittelten Frequenzdifferenz bezüglich der Sammelschiene und der EinschaltZeitdauer des Schalters der zu erwartende Differenzwinkel berechnet. Gemäß der Ortskurve in Fig. 4 muss die erste Sofortumschaltung innerhalb von ΤΊ erfolgen. Die Aus- bzw. Einschaltbefehle werden von den beteiligten Feldge ¬ räten nahezu gleichzeitig abgegeben. Zusätzlich werden als weitere Teilkriterien noch Mindestspannungen der zuzuschaltenden Einspeiseleitung (z.B. > 80% der Nennspannung) bzw. der Sammelschiene (z.B. > 50% der Nennspannung) überwacht. Werden diese Grenzen verletzt, wird nicht umgeschaltet bzw. erfolgt eine Restspannungs- bzw. Langzeitumschaltung .
Schafft man aufgrund der Fehlerbedingungen die Umschaltung nicht in ΤΊ, so muss der erneute Eintritt in den zulässigen Bereich abgewartet werden. Dieser Bereich ist in Fig. 4 mit T 2 gekennzeichnet. Der Einschaltbefehl muss im Synchronpunkt bzw. bei Einhaltung von ÄU zu i erfolgen. Zusätzlich werden noch Mindestspannungen der Einspeiseleitung (z.B. > 80% der Nennspannung) bzw. der Sammelschiene (z.B. > 50% der Nennspannung) überwacht. Werden diese Grenzen verletzt, wird nicht umgeschaltet bzw. erfolgt eine Restspannungs- bzw.
Langzeitumschaltung .
Kann auch in 2 nicht umgeschaltet werden, so wird eine Rest- spannungsumschaltung geprüft. Diese erfolgt innerhalb T3 der Ortskurve in Fig. 4. Ab diesem Zeitpunkt wird ÄU zu i nicht mehr überschritten. Das bedeutet, das die Spannung an der Sammelschiene ist unter den Wert der Restspannung gesunken ist. Bei dieser Art der Umschaltung wird auch ggf. ein Last- abwurf durch ein Lastabwurfsignal L (vgl. Fig. 3) durchge ¬ führt .
Bei der Langezeitumschaltung lässt man die Motoren an der Sammelschiene zuerst auslaufen, um dann die Ersatz- Einspeiseleitung zuschalten. Das heißt, dass der Ausschaltbefehl durch das erste Feldgerät sofort erfolgt und der Ein ¬ schaltbefehl erst nach Ablauf einer eingestellten Umschaltzeit gegeben wird. Bei diesem Verfahren findet ebenfalls ein Lastabwurf statt.
Fig. 5 zeigt schließlich ein zweites Ausführungsbeispiel ei ¬ nes Energieversorgungssystems 50, das sich von dem Energie ¬ versorgungssystem 20 gemäß Fig. 2 insbesondere dadurch unterscheidet, dass die Sammelschiene 21 durch einen Längsschalter 51 in einen ersten Abschnitt 52a und einen zweiten Abschnitt 52b geteilt ist. Dem Längsschalter 51 ist ein Feldgerät 53 zugeordnet, das über die Kommunikationsverbindung 28 mit den anderen Feldgeräten 25a, 25b in Verbindung steht. Im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 soll ange- nommen werden, dass im normalen Betriebsfall der Längsschal ¬ ter 51 geöffnet ist, so dass der erste Abschnitt 53a der Sam ¬ melschiene 21 bei geschlossenem Schalter 24a durch die erste Einspeiseleitung 23a und der zweite Abschnitt 52b der Sammel ¬ schiene 21 bei geschlossenem Schalter 24b durch die zweite Einspeiseleitung 23b gespeist wird.
Zur Beschreibung der Funktionsweise bei einer Umschaltung soll nun angenommen werden, dass die erste Einspeiseleitung 23a aufgrund eines Fehlers oder einer manuellen Bedienhand ¬ lung ausgeschaltet wird, so dass der Schalter 24a durch das Feldgerät 25a (oder ein mit dem Feldgerät 25a in Verbindung stehendes Schutzgerät) geöffnet wird. Danach ist der erste Abschnitt 52a der Sammelschiene von der Spannungsversorgung abgekoppelt. Das erste Feldgerät 25a prüft anhand seiner To- pologieinformation T den Aufbau des Energieversorgungssystems 50 sowie den Schaltzustand der jeweiligen Schalter 24a, 24b und 51 und erkennt, dass zum Wiederherstellen der Spannungs- Versorgung für den ersten Abschnitt 52a der Sammelschiene 21 ein Schließen der Schaltkontakte des Schalters 51 notwendig ist. Daher erzeugt das erste Feldgerät 25a ein erstes Schalt ¬ freigabesignal SFi und übermittelt dieses an das dem Längs ¬ schalter 51 zugeordnete Feldgerät 53. Dieses überprüft anhand der Spannungen für den mit Spannung versorgten zweiten Abschnitt 52b der Sammelschiene 21 sowie der auf dem abgeschal ¬ teten ersten Abschnitt 52a der Sammelschiene 21 vorliegenden Restspannung u S i bzw. u S2 das Vorliegen eines Einschaltkrite ¬ riums und gibt ggf. ein zweites Schaltfreigabesignal SF 2 ab. Bei vorliegendem ersten und zweiten Schaltfreigabesignal SFi und SF 2 in dem Feldgerät 53 wird schließlich ein Einschaltbe ¬ fehl E für den Schalter 51 erzeugt, das diesen zum Einschalten seiner Schaltkontakte veranlasst. Die übrige Vorgehens ¬ weise entspricht ansonsten der hinsichtlich Figuren 2 und 3 beschriebenen Vorgehensweise.
Für die Messung der Spannungen auf den Abschnitten 52a bzw. 52b der Sammelschiene 21 können für verschiedene Feldgeräte entweder separate Spannungswandler verwendet werden (diese Variante ist für die Feldgeräte 25a und 53 gezeigt) oder es kann mit einem gemeinsamen Spannungswandler eine Spannung er- fasst und an zwei verschiedene Feldgeräte verteilt werden (diese Variante ist für die Feldgeräte 25b und 53 gezeigt) . Die Wahl der Variante der Spannungsmessung hängt wesentlich von den jeweiligen Kosten ab. Bei nahe beieinander liegenden Feldgeräten übersteigen die Kosten für einen separaten Spannungswandler deutlich den Verdrahtungs- und Prüfaufwand für die Verteilung des Spannungssignals eines gemeinsamen Span- nungswandlers an mehrere Feldgeräte, während bei örtlich weit auseinander liegenden Feldgeräten die Verwendung separater Spannungswandler günstiger sein kann. In den Figuren 2 und 5 wurden zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele eines Energieversorgungssystems mit der Mög ¬ lichkeit einer Schnellumschaltung beschrieben. Darüber hinaus lässt sich die Schnellumschaltungsfunktion gemäß der beschriebenen Erfindung selbstverständlich auch auf beliebige andere Topologien von Energieversorgungssystemen anwenden, beispielsweise bei Energieversorgungssystemen mit drei oder mehr Einspeiseleitungen oder auch mehr als einem Längsschalter auf der Sammelschiene.
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