Meßsystem für gekapselte Hochspannungsschaltanlagen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Meßsystem für dielektri¬ sche Störungen in gekapselten Hochspannungsschaltanlagen mit wenigstens zwei Polen, die einphasig gekapselt sind, welches wenigstens einen Sensor für jede Phase zur Erfassung von Störsignalen und eine mit den Sensoren verbundene Detektor- einrichtung zur Ausgabe eines Signals im Falle einer Störung, aufweist.

Eine gekapselte Hochspannungsschaltanlage mit einphasig ge¬ kapselten Polen und mit einem Meßsystem für dielektrische Störungen ist beispielsweise aus dem Artikel "Operation and Diagnosis Assisting System for Substations" , Hitachi-Review Vol. 40, 1991 No. 5, Seiten 359 bis 366 bekannt. Bei dem dort beschriebenen Meßsystem wird mittels eines Sensors ein Stö¬ rungssignal erfaßt und dieses wird mittels einer Spektralana- lyse weiter untersucht, um näheren Aufschluß über die Natur der Störung innerhalb der gekapselten Hochspannungsschaltan¬ lage zu erhalten.

Bei einem solchen Meßsystem gibt es viele Fehlerquellen und die Wahrscheinlichkeit eines Fehlers steigt mit der Anzahl der Sensoren.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für gekapselte Hochspannungsschaltanlagen der eingangs genannten Art das Meßsystem bei möglichst einfachem kostengünstigem Aufbau möglichst störungssicher zu gestalten.

Die Aufgabe wird erfindungsgemaß gelöst durch eine Zeitver¬ gleichseinrichtung, die die unmittelbare Ausgabe eines Si- gnals sperrt, falls die Zeitdifferenz zweier Störsignale von

Sensoren verschiedener Phasen eine bestimmte, insbesondere einstellbare Zeitspanne unterschreitet.

Der Erfindung liegt die Tatsache zugrunde, daß viele Störsi- gnale innerhalb einer gekapselten Schaltanlage in Form von elektromagnetischen Wellen nicht innerhalb der Schaltanlage durch Teilentladungen oder Schaltvorgänge oder bewegliche Partikel entstehen, sondern von außerhalb der Anlagenkapse¬ lung eingestrahlt werden, beispielsweise durch Radarsender. Solche äußeren Einflüsse produzieren Störsignale, die jedoch nicht auf wirkliche Fehler in der Anlage zurückzuführen sind und daher bei einer Störungsüberwachung ausgesondert werden sollen.

Solche Störsignale werden meistens an singulären Punkten der Anlagenkapselung, beispielsweise Freiluftdurchführungen mit großen Isolatorkδrpern eingestrahlt. Es ergibt sich dabei, daß in den meisten Fällen eine Einstrahlung in mehrere Kapse- lungsgehäuse unterschiedlicher Pole stattfindet, so daß Stö- rungen nahezu gleichzeitig auf mehreren Polen nachgewiesen werden. Umgekehrt kann das nahezu gleichzeitige Vorhandensei von Störungen bei mindestens zwei unterschiedlichen Phasen einer Hochspannungsschaltanlage mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine Einstrahlung von außen zurückgeführt werden, so daß trotz der Störsignale davon ausgegangen werden kann, daß die Schaltanlage störungsfrei funktioniert.

Ein aussagekräftiges Entscheidungskriterium für das Vorliege einer Einstrahlung von außerhalb der Schaltanlage kann bei- spielsweise darin bestehen, daß zwei Störsignale in einem zeitlichen Abstand von weniger als einer Mikrosekunde auf un¬ terschiedlichen Phasen detektiert werden.

Von dem erfindungsgemäßen Meßsystem wird ein Störsignal mit- tels eines Sensors, beispielsweise eines Teilentlandungsmeß- sensors in Form einer Antenne nachgewiesen und der Detektor-

einrichtung zugeführt. Diese gibt ein Signal mit einer Zeit¬ verzögerung weiter, die beispielsweise eine Mikrosekunde be¬ trägt, da zunächst abgewartet werden muß, ob innerhalb dieser Mikrosekunde weitere Störsignale eintreffen.

Ist dies nicht der Fall, so wird von der Detektoreinrichtung ein Signal unmittelbar an eine Auswerteeinrichtung für eine weitere Bewertung des Störsignals mit einer Warneinrichtung, beispielsweise eine Warnleuchte ausgegeben. Die Detektorein- richtung kann auch mittels einer Schutzschaltung bei¬ spielsweise einen Leistungsschalter blockieren oder gege¬ benenfalls betätigen.

Treten zwei Signale auf verschiedenen Phasen innerhalb der Zeitspanne, beispielsweise innerhalb einer Mikrosekunde auf, so wird die unmittelbare Ausgabe eines Signals gesperrt. Die registrierten Signale können in diesem Fall jedoch innerhalb der Detektoreinrichtung weiterverarbeitet und beispielsweise in einer Intensitätsvergleichseinrichtung auf ihr Intensi- tätsverhältnis untersucht werden. Die Signale werden jedoch nicht von der Zeitvergleichseinrichtung unmittelbar, d. h. ohne Durchlaufen anderer Analysestationen, ausgegeben.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Detektoreinrichtung eine Intensitätsvergleichseinrichtung enthält, an die die Zeitvergleichseinrichtung die Störsignale weiterleitet, wenn die Zeitdifferenz zweier Störsignale unterschiedlicher Phasen kleiner ist als die einstellbare Zeitspanne, und die einen Komparator zum Vergleich der Inten- sitäten der verschiedenen Störsignale enthält, welcher die Ausgabe eines Signals bewirkt, falls das größte der Störsi¬ gnale einen Intensitätsunterschied zu allen übrigen Stör¬ signalen aufweist, der einen bestimmten, insbesondere ein¬ stellbaren Faktor überschreitet.

In dem Fall, daß eine Störung von außen in die Kapselung der Hochspannungsschaltanlage eingekoppelt worden ist und dement¬ sprechend zwei Störsignale auf unterschiedlichen Phasen mit geringer Zeitverzögerung auftreten, werden die Störsignale sich in ihrer Intensität höchstens um einen bestimmten, be¬ kannten Faktor unterscheiden. Entsteht dagegen eine Störung innerhalb der Kapselung einer bestimmten Phase, so wird eine Überkopplung auf die anderen Phasen nur mit einer erheblichen Dämpfung stattfinden und entsprechend werden auf den ver- schiedenen Phasen zwar mehrere Störungssignale mit geringer Zeitverzögerung, jedoch mit sehr großem Intensitätsunter¬ schied auftreten.

Daher ist es sinnvoll, auch bei annähernd gleichzeitigen Störsignalen durch das Meßsystem ein Signal auszugeben, wenn die Intensitäten von annähernd gleichzeitigen Störsignalen auf unterschiedlichen Phasen sich wenigstens um einen be¬ stimmten, insbesondere einstellbaren Faktor unterscheiden, da dies mit hoher Wahrscheinlichkeit auf eine Störung innerhalb der Schaltanlage hindeutet.

Zur besseren Verarbeitbarkeit der Störsignale durch die Sen¬ soren kann es außerdem vorteilhaft vorgesehen sein, daß jedem Sensor ein Frequenzumsetzer zur Umsetzung eines Hochfrequenz- Signals in ein Niederfrequenzsignal nachgeschaltet ist.

Die typischen Teilentladungsstörsignale innerhalb der Kapse¬ lung einer Hochspannungsschaltanlage enthalten Frequenzantei¬ le im Hochfrequenzbereich mit hoher Intensität. Zur Bewertung von Störungen reicht aber oft die Kenntnis der Gesamtintensi- tät des Signals aus. Zu diesem Zweck wird mittels eines Fre¬ quenzumsetzers das Hochfrequenzsignal in ein Niederfrequenz¬ signal umgesetzt, das beispielsweise die Einhüllende des HochfrequenzSignals darstellen kann.

Außerdem können die Stόrsignale besonders einfach weiterver¬ arbeitet werden, wenn jedem Frequenzumsetzer ein Intensitäts¬ detektor nachgeschaltet ist.

Da die Informationen über die Störsignale dann in vereinfach¬ ter Form als Spitzenwert oder Intensitätswert vorliegen und verarbeitet werden können, können die Prozeduren des Ver- gleichens, der Zeitmessung und der Entscheidung bzw. Betäti¬ gung von bestimmten Stellgliedern beispielsweise unter Ver- wendung eines Analog/Digital-Wandlers in einfacher und ko¬ stengünstiger Form vorgenommen werden.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf ein Verfahren zur Er¬ fassung von dielektrischen Störungen in einer wenigstens zweipoligen, einphasig gekapselten Hochspannungsschaltanlage mittels eines Meßsystems, wobei mittels einer mit Sensoren verbundenen Detektoreinrichtung die Ausgabe eines Signals be¬ wirkt wird, wenn einer der Sensoren ein Störsignal abgibt, und wobei von einer Zeitvergleichseinrichtung die unmittel- bare Ausgabe eines Signals gesperrt wird, wenn die Zeitdif¬ ferenz zweier Störsignale von verschiedenen Phasen eine be¬ stimmte, insbesondere einstellbare Zeitspanne unterschreitet.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Verfahrens sieht vor, daß in dem Fall, daß die Zeitdifferenz zweier Störsignale von verschiedenen Phasen eine einstellbare Zeitspanne unter¬ schreitet, die Intensitäten der betreffenden Störsignale mit¬ einander verglichen werden und daß in dem Fall, daß das In¬ tensitätsverhältnis des größten der Störsignale zu allen üb- rigen Störsignalen einen bestimmten, insbesondere einstell¬ baren Faktor überschreitet, unabhängig von der Zeitdifferenz ein Meßsignal ausgegeben wird.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei- spiels in einer Zeichnung gezeigt und anschließend beschrie¬ ben.

Dabei zeigt die

Figur eine Ausgestaltung des Meßsystems in einer schemati¬ schen Darstellung.

Eine metallgekapselte Hochspannungsschaltanlage weist drei Hochspannung führende Pole 1, 2, 3 auf, die jeweils einphasig gekapselt sind, d. h. jeweils eine eigene Metallkapselung 17, 18, 19 aufweisen.

Innerhalb jeder der Metallkapselungen 17, 18, 19 ist jeweils mindestens ein Sensor 5, 6, 7 oder eine Gruppe von Sensoren angeordnet, die beispielsweise als Teilentladungssensoren in Form von Antennen ausgebildet sein können.

Jeder der Pole weist einen Hochspannungsleiter auf, der mit nicht dargestellten Schalteinrichtungen, beispielsweise Trenn- und Leistungsschaltern verbunden ist.

Eine Fehlfunktion innerhalb der Schaltanlage, beispielsweise im Bereich eines Schalters oder eines Isolators, der durch Teilentladungen beschädigt werden kann, ruft im allgemeinen Störsignale in Form von elektromagnetischen Wellen hervor, die sich innerhalb jeder einzelnen Metallkapselung ausbreiten und durch die Sensoren 5, 6, 7 nachweisbar sind. Das zeitliche Verhalten bzw. das Frequenzspektrum einer solchen Störung gibt nähere Aufschlüsse über die Natur des Vorgangs, durch den die Störung hervorgerufen worden ist.

Zur einfacheren Datenverarbeitung ist jedem der Sensoren 5, 6, 7 ein Frequenzumsetzer 11, 12, 13 nachgeschaltet, der das Signal mit großen hochfrequenten Anteilen in ein niederfre¬ quentes Signal umsetzt. Dieses niederfrequente Signal erlaubt noch eine hinreichend genaue Analyse der Störung.

Nach dieser Signalumformung durchläuft ein von dem jeweiligen Sensor 5, 6, 7 kommendes Signal jeweils einen Digital-Analog- Wandler 14, 15, 16, mit einem, diesen vorgeschalteten Peah- Detektor, wo eine Peah-Detektion und Digitalisierung des Si- gnals vorgenommen wird.

Die Digital-Analog-Wandler 14, 15, 16 sind jeweils mit einer Detektoreinrichtung 4 des Meßsystems verbunden.

Innerhalb der Detektoreinrichtung 4 ist jedem der Sensoren 5, 6, 7 ein Speicher 20, 21, 22 zugeordnet, von denen jeder mit einer Zeiterfassungseinrichtung 23 verbunden ist. In dem je¬ weiligen Speicher 20, 21, 22 wird das jeweils ankommende Si¬ gnal von dem entsprechenden Sensor 5, 6, 7 zusammen mit dem Zeitpunkt des Eintreffens des Signals gespeichert.

Die Speicher 20, 21, 22 sind mit der Zeitvergleichseinrich¬ tung 8 verbunden, die die Speicher 20, 21, 22 ausliest und beim Vorliegen von wenigstens zwei Störsignalen die jeweili- gen Zeitpunkte des Eintreffens der Signale miteinander ver¬ gleicht.

In die Zeitvergleichseinrichtung 8 kann über eine Zeiteinga¬ bevorrichtung 24 eine bestimmte Zeitspanne, beispielsweise eine Mikrosekunde eingegeben werden, die für die Entscheidung maßgeblich ist, ob zwei Störsignale zeitlich weit genug von¬ einander entfernt sind oder nicht.

Nachdem ein Störsignal in einem der Speicher eingetroffen ist, wird von der Zeitvergleichseinrichtung 8 wenigstens eine Zeitspanne abgewartet, die der eingegebenen Zeitspanne ent¬ spricht, um sicherzustellen, daß nicht ein zweites Störsignal eintrifft, bevor die Zeitspanne vorüber ist.

Trifft innerhalb der Zeitspanne ein zweites Signal aus einer der anderen Phasen ein, so gibt die Zeitvergleichseinrichtung

8 die beiden Signale an die Intensitätsvergleichseinrichtung

9 ab. In diesem Fall wird von der Zeitvergleichseinrichtung 8 kein Signal direkt an eine Einrichtung 25, 26, 27 zur weite¬ ren Bewertung der Signale und gegebenenfalls Ausgabe eines Warnsignals ausgegeben.

Nur in dem Fall, daß ein Störsignal innerhalb eines der Spei¬ cher 20, 21, 22 vorliegt und innerhalb der eingestellten Zeitspanne kein weiteres Störsignal in einem der anderen bei- den Kanäle eintrifft, entscheidet die Zeitvergleichseinrich¬ tung 8, daß eine interne Störung vorliegt und gibt ein Signal an eine der Einrichtungen 25, 26, 27 ab, die beispielsweise Warnleuchten beinhalten können. Außerdem kann in diesem Fall ein Signal an einen der Sicherheitsschalter 28, 29, 30 aus- gegeben werden, die jeweils die Auslösevorrichtungen eines Hochspannungsschalters blockieren oder einen Hochspannungs- schalter bestätigen können.

Außerdem wird gleichzeitig zur genaueren Diagnose der Störung jeweils ein Signal an eine Analyseeinrichtung 31 abgegeben. Dort kann das jeweilige Störungssignal dargestellt und ggf. mittels spezieller Analysemethoden weiterverarbeitet werden.

Werden in den Speichern 20, 21, 22 wenigstens zwei Störsi- gnale innerhalb der eingestellten Zeitspanne, beispielsweise innerhalb einer Mikrosekunde abgelegt, so gibt die Zeitver¬ gleichseinrichtung 8 diese Signale nur an die Intensitätsver¬ gleichseinrichtung 9 zur weiteren Verarbeitung weiter. Inner¬ halb der Intensitätsvergleichseinrichtung 9 vergleicht ein Ko parator 10 die Intensitäten der wenigstens zwei Störsi¬ gnale und gibt hiervon das größte Signal oder alle Signale nur in dem Fall weiter, wenn das größte der Störsignale sich von den übrigen Signalen um einen Faktor unterscheidet, der größer ist als ein bestimmter, mittels einer Eingabevorrich- tung 32 eingebbarer Faktor, der beispielsweise zehn betragen kann.

Wird zum Beispiel eine Zeitspanne von einer Mikrosekunde mit¬ tels der Zeiteingabevorrichtung 24 und ein Faktor 10 mittels der Eingabevorrichtung 32 eingegeben, so werden zwei Störsi- gnale, die in einem zeitlichen Abstand von einer halben Mi¬ krosekunde in den Speichern 20, 21 eintreffen, an die Inten¬ sitätsvergleichseinrichtung 9 und an den Komparator 10 wei¬ tergeleitet. Unterscheiden sich die Intensitäten der beiden Signale um einen Faktor, der größer ist als zehn so werden sie oder nur das größte von ihnen an die Bewertungs- und

Warneinrichtungen 25, 26 bzw. an die Schutzschaltungen 28, 29 und an die zusätzliche Analyseeinrichtung 31 weitergeleitet.

Unterscheiden die beiden genannten Signale sich nicht um ei- nen Faktor zehn sondern nur um einen Faktor fünf, so werden die beiden Störsignale in dem gegebenen Beispiel nicht ausge¬ geben.

Das Meßsystem erfüllt somit die Aufgabe, Stδrsignale nur dann auszugeben, wenn sie mit einer bestimmten Mindestwahrschein¬ lichkeit auf Störungen innerhalb der Metallkapselung der ge¬ kapselten Hochspannungsschaltanlage und nicht auf Störungen außerhalb der Anlage zurückzuführen sind. Somit ist die Ver¬ arbeitung von Signalen von vermeidbaren Fehlalarmen entla- stet. Es steht daher genug Zeit zur Verfügung, um die tat¬ sächlich wichtigen Störsignale gründlich zu analysieren und den Störungen nachzugehen.