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Patent Searching and Data


Title:
PROCESS FOR MONITORING A THREE-PHASE MAINS FOR A CHANGE IN THE TUNING OF THE ARC SUPRESSION COIL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/1996/034293
Kind Code:
A2
Abstract:
A process for monitoring a three-phase mains for a change in the tuning of the arc suppression coil (ZN) in which the neutral point shift voltage (Uo) arising at the arc suppression coil is continuously measured and compared with a tolerance range and if the tolerance range is exceeded signals a tuning change, in which an auxiliary signal (Ii) is continuously applied to the arc suppression coil (ZN) in order to increase the neutral point shift voltage (Uo).

Inventors:
PAPP KLAUS
DRUML GERNOT
Application Number:
PCT/AT1996/000081
Publication Date:
October 31, 1996
Filing Date:
April 24, 1996
Export Citation:
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Assignee:
HAEFELY TRENCH AUSTRIA GMBH (AT)
International Classes:
G01R27/16; G01R27/26; G01R29/16; G01R31/08; H02H9/08; H02J3/26; (IPC1-7): G01R27/16; G01R29/16; G01R31/08; H02H9/08; H02J3/26
Foreign References:
EP0595677A11994-05-04
DE2849083A11980-05-22
EP0235145B11991-02-27
CH155905A1932-07-15
DE2735756A11979-02-22
DE2426871A11975-10-30
DE4329382A11995-03-02
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Claims:
Patentansprüche:
1. Verfahren zum Überwachen eines Drehstromnetzes auf eine Abstimmungsänderung der Erdschlußlöschspule, wobei die an der Erdschlußlöschspule auftretende SternpunktVerlagerungs¬ spannung kontinuierlich gemessen und mit einem Toleranzbereich verglichen wird und ein Verlassen des Toleranzbereiches eine Abstimmungsänderung anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die Erdschlußlöschspule (ZN) kontinuierlich mit einem Hilfssignal (Ii) beaufschlagt wird, um eine Erhöhung der SternpunktVerla¬ gerungsspannung (U0) hervorzurufen.
2. Verfahren zum Überwachen eines Drehstromnetzes auf eine Abstimmungsänderung der Erdschlußlöschspule, wobei die an der Erdschlußlöschspule auftretende SternpunktVerlagerungs¬ spannung kontinuierlich gemessen und mit einem Toleranzbereich verglichen wird und ein Verlassen des Toleranzbereiches eine Abstimmungsanderung anzeigt, dadurch gekennzeichnet, daß die SternpunktVerlagerungsspannung (U0) kontinuierlich mit einem vorgegebbaren unteren Schwellwert verglichen wird, unter dem Änderungen der SternpunktVerlagerungsspannung nicht mehr mit ausreichender Empfindlichkeit gemessen werden können, und daß bei einem Unterschreiten des Schwellwertes die Erdschlußlösch¬ spule (ZN) mit einem Hilfssignal (Ii) beaufschlagt wird, um ei ne Erhöhung der SternpunktVerlagerungsspannung (U0) hervorzu¬ rufen.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, zusätzlich zur ma¬ nuellen oder automatischen Abstimmung der Erdschlußlöschspule auf einen vorgewählten Kompensationsgrad, dadurch gekennzeich net, daß im Falle des Erkennens einer Abstimmungsänderung das eingespeiste Hilfssignal (I ) in Betrag und/oder Phase diskret oder kontinuierlich verändert bzw. die Erdschlußlöschspule (ZN) mit dem Hilfssignal (Ii) beaufschlagt wird, um eine Änderung der Verlagerungsspannung (U0) hervorzurufen, aus welcher die Verstimmung der Erdschlußlöschspule (ZN) in an sich bekannter Weise anhand eines komplexen Vergleiches der Änderung der SternpunktVerlagerungsspannung mit der Änderung des Hilfssi¬ gnales ermittelt wird, woraufhin die Erdschlußlöschspule auf Grundlage der ermittelten Verstimmung auf den vorgewählten Kom¬ pensationsgrad eingestellt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Hilfsignal (Ii) durch Umpolen in seiner Phase verändert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der Erdschlußlöschspule (ZN) mit dem Hilfsignal (Ii) durch direktes Einspeisen eines Hilfsstromes in den Sternpunkt des Drehstromnetzes erfolgt.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Beaufschlagung der Erdschlußlöschspule (ZN) mit dem Hilfsignal (Ii) durch Einspeisen eines Hilfsstro¬ mes in eine Leistungshilfswicklung der Erdschlußlöschspule er¬ folgt.
Description:
Verfahren zum Überwachen eines Drehstromnetzes auf eine Ab¬ stimmungsänderung der Erdschlußlöschspule

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Über¬ wachen eines Drehstromnetzes auf eine Abstimmungsänderung der Erdschlußlöschspule, wobei die an der Erdschlußlöschspule auf¬ tretende Sternpunkt-Verlagerungsspannung kontinuierlich gemes¬ sen und mit einem Toleranzbereich verglichen wird und ein Ver- lassen des Toleranzbereiches eine Abstimmungsänderung anzeigt.

Derartige Verfahren sind bekannt und nützen die Tatsache aus, daß bei realen Drehstromnetzen stets eine gewisse Unsymme- trie der einzelnen Phasen vorliegt, so daß im Sternpunkt, d.h. an der Erdschlußlöschspule, eine bestimmte Sternpunkt-Ver- lagerungsspannung auftritt, welche bei Resonanzabstimmung der Erdschlußlöschspule ein Maximum hat und eine Resonanzkurve beschreibt. Eine Änderung der Abstimmung der Erdschlußlösch¬ spule kann daher an einer Änderung der Sternpunkt-Verlagerungs¬ spannung erkannt werden. Moderne Drehstromnetze sind in zunehmendem Maße phasen¬ symmetrisch, nicht zuletzt wegen des zunehmenden Überganges von Freileitungssystemen auf Kabelsysteme, so daß die Verlagerungs¬ spannungen immer kleiner werden und signifikante Änderungen der Verlagerungsspannung nicht mehr meßbar sind. Beispielsweise stellt sich beim Zuschalten eines symmetrischen Leitungsab¬ schnittes keine Änderung der Verlagerungsspannung ein, so daß eine derartige Änderung des Schaltzustandes bzw. der Netz¬ konfiguration nicht erkannt werden kann. Anderseits erfolgt durch das Zuschalten des symmetrischen Leitungsabschnittes eine Erhöhung der Erdkapazität des Netzes, so daß der Resonanzkreis aus Erdschlußlöschspule und Erdkapazität an sich verstimmt ist, ohne daß dies im fehlerfreien Normalbetrieb erkennbar ist.

Um auch bei weitgehend symmetrischen Drehstromnetzen eine Verstimmung der Erdschlußlöschspule bereits im fehlerfreien Netzbetrieb erkennen zu können, wurden verschiedene Maßnahmen vorgeschlagen, die alle darauf beruhen, eine künstliche Unsym- metrie in das Netz einzuführen. Beispielsweise kann eine der Phasen des Netzes an der Sammelschiene mit einem Widerstand,

einer Induktivität, einem Kondensator oder einer Stromeinspei¬ sung beschaltet werden, oder es werden bereits beim Aufbauen des Netzes unterschiedliche Kabellängen je Phase verlegt. Diese Lösungen sind nicht nur aufwendig, sondern es kann die einge- führte künstliche Unsymmetrie bei bestimmten Schaltzuständen in gemischten Netzen sich mit anderen künstlichen oder natürlichen Unsymmetrien wieder aufheben.

Aus der EP-A-0 595 677 ist ein Verfahren bekannt, mit wel¬ chem die Verstimmung einer Erdschlußlöschspule zu einem be- stimmten Zeitpunkt gemessen werden kann, u.zw. durch Beauf¬ schlagen der Erdschlußlöschspule mit einem Hilfssignal, wobei die Verstimmung aus der durch diese Beaufschlagung hervorgeru¬ fenen Änderung der Sternpunkt-Verlagerungsspannung im Vergleich zu der eingespeisten Beaufschlagung ermittelt wird. Als Hilfs- signal wird ein Hilfsstrom in den Sternpunkt eingespeist. Obwohl dieses Verfahren keine vorhandene Sternpunkt-Verlage¬ rungsspannung voraussetzt und daher auch bei symmetrischen Netzen anwendbar ist, ermöglicht es nur eine zeitlich punktuelle, momentane Messung des Verstimmungsgrades der Erd- schlußlöschspule; eine kontinuierliche Überwachung der Abstimmung ist nicht möglich. Zwar könnte mit diesem Verfahren die Abstimmung in bestimmten Zeitabständen, z.B. periodisch, gemessen werden, doch bleibt das Problem, daß eine Verstimmung der Erdschlußlöschspule damit erst nach einiger Zeit entdeckt wird, d.h. das Netz ist jeweils über längere Zeitspannen nicht abgestimmt.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Verfahren zum Über¬ wachen eines Drehstromnetzes auf eine Abstimmungsänderung der Erdschlußlöschspule zu schaffen, das auch bei symmetrischen Netzen anwendbar ist, die Symmetrie des Netzes selbst nicht be¬ einträchtigt und die unverzügliche Erkennung einer Änderung der Abstimmung ermöglicht, so daß umgehend Gegenmaßnahmen ergriffen werden können. Dieses Ziel wird mit einem Verfahren der einlei¬ tend genannten Art erreicht, das sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß die Erdschlußlöschspule kontinuierlich mit ei¬ nem Hilfssignal beaufschlagt wird, um eine Erhöhung der Stern¬ punkt-Verlagerungsspannung hervorzurufen.

Dadurch wird es erstmals auch bei symmetrischen Netzen möglich, die Sternpunkt-Verlagerungsspannung als Meßgröße her¬ anzuziehen, was eine fortlaufende Überwachung ermöglicht. Die Beaufschlagung der Erdschlußlöschspule, d.h. Signaleinspeisung in den Sternpunkt, wird dadurch zum ersten Mal für die laufende Netzüberwachung eingesetzt, was einen völlig neuen Lösungsan¬ satz in Abkehr von den oben geschilderten Verfahren darstellt.

Eine bevorzugte Alternative des erfindungsgemäßen Verfah¬ rens besteht darin, daß die Sternpunkt-Verlagerungsspannung kontinuierlich mit einem vorgegebbaren unteren Schwellwert ver¬ glichen wird, unter dem Änderungen der Sternpunkt-Verlagerungs¬ spannung nicht mehr mit ausreichender Empfindlichkeit gemessen werden können, und daß bei einem Unterschreiten des Schwellwer¬ tes die Erdschlußlöschspule mit einem Hilfssignal beaufschlagt wird, um eine Erhöhung der Sternpunkt-Verlagerungsspannung hervorzurufen. Auf diese Weise kann die Einspeisung auf jene Zeiten beschränkt werden, in welchen keine ausreichende Ver¬ lagerungsspannung für die Überwachung zur Verfügung steht.

Wenn mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Veränderung der Abstimmung der Erdschlußlöschspule erkannt worden ist, kann die anschließende Abstimmung der Erdschlußlöschspule auf Reso¬ nanz oder einen vorgewählten Kompensationsgrad an sich mit je¬ dem bekannten Abstimmverfahren durchgeführt werden, beispiels¬ weise mittels Durchstimmen der Erdschlußlöschspule auf das Ma- ximum der Verlagerungsspannung. Das erfindungsgemäße Uberwa- chungsverfahren eignet sich jedoch insbesondere für eine Ver¬ bindung mit dem aus der EP-A-0 595 677 bekannten Verfahren zur Bestimmung des momentanen Verstimmungsgrades der Erdschlu߬ löschspule, weil für dieses Verfahren die Teile jener konstruk- tiven Einrichtungen mitverwendet können, die für das erfin¬ dungsgemäße Verfahren eingesetzt werden. Gemäß einer besonders vorteilhaften Variante der Erfindung wird daher vorgesehen, daß im Falle des Erkennens einer Abstimmungsänderung das eingespeiste Hilfssignal in Betrag und/oder Phase diskret oder kontinuierlich verändert bzw. die Erdschlußlöschspule- mit dem Hilfssignal beaufschlagt wird, um eine Änderung der Verlage¬ rungsspannung hervorzurufen, aus welcher die Verstimmung der Erdschlußlöschspule in an sich bekannter Weise an Hand eines

komplexen Vergleiches der Änderung der Sternpunkt-Verlagerungs¬ spannung mit der Änderung des Hilfssignales ermittelt wird, woraufhin die Erdschlußlöschspule auf Grundlage der ermittelten Verstimmung auf den vorgewählten Kompensationsgrad eingestellt wird.

In diesem Fall ist es besonders günstig, wenn die Änderung des eingespeisten Hilfssignales, welche für das Verfahren zur Ermittlung der Verstimmung durchgeführt werden muß, durch ein einfaches Umpolen des Hilfssignales erfolgt. Das Beaufschlagen der Erdschlußlöschspule mit dem Hilfssi¬ gnal kann auf jede dem Fachmann bekannte Art erfolgen, bei¬ spielsweise auf alle in der EP-A-0 595 677 beschriebenen Vari¬ anten. Besonders bevorzugt erfolgt die Beaufschlagung durch di¬ rektes Einspeisen eines Hilfsstromes in den Sternpunkt des Drehstromnetzes, oder durch Einspeisen eines Hilfsstromes in eine Leistungshilfswicklung der Erdschlußlöschspule.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines in den Zeich¬ nungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 das vereinfachte Ersatzschaltbild eines mit einer Erdschlußlöschspule betriebenen Drehstromsystems in Verbindung mit einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens,

Fig. 2 die nach dem Verfahren der Symmetrischen Komponen- ten ermittelte Ersatzschaltbilddarstellung des Nullsystems des Drehstromnetzes von Fig. 1,

Fig. 3 die Resonanzkurve der Sternpunkt-Verlagerungs¬ spannung über der Sternpunkt-Admittanz und

Fig. 4 den Ortskreis der Sternpunkt-Verlagerungsspannung bezüglich der Sternpunkt-Admittanz.

Das in Fig. 1 dargestellte Drehstromnetz umfaßt einen Transformator Tr, welcher die drei Phasenspannungen El, a 2 El und aEl in den drei Phasen erzeugt, wobei a = -0,5+jV3) ist. Die Leitungskapazitäten und -leitwerte der drei Phasen gegen Erde sind durch die Admittanzen a ii, γ al2 und γ al3 darge¬ stellt. Das Zuschalten eines weiteren Leitungsabschnittes mit den Admittanzen Y a 21' γ a22 und γ a23 ist it Hilfe eines Schützes LS möglich.

Der Sternpunkt des Drehstromnetzes ist über eine Erd¬ schlußlöschspule ZN (Petersen-Spule) der Induktivität L geer¬ det. Die Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Ver¬ fahrens umfaßt eine den Sternpunkt des Netzes speisende Hilfs- Stromquelle 1 und eine Steuereinrichtung 2, welche einen Me߬ wert der Sternpunkt-Verlagerungsspannung U 0 empfängt und später beschrieben wird.

Durch Anwendung des Verfahrens der Symmetrischen Komponen¬ ten kann aus dem Ersatzschaltbild von Fig. 1 das Symmetrische Komponentenersatzschaltbild für das Nullsystem gemäß Fig. 2 aufgestellt werden. Das Ersatzschaltbild für das Nullsystem zeigt, daß sich eine Unsymmetrie der Erdadmittanzen Y a ii, γ al2' γ al3 a ^ s Innenimpedanz 3Zu einer Spannungsquelle El auswirkt, die einen Parallelschwingkreis aus Erdschlußlöschspule 3L, Summe der oh schen Ableitungen der Phasen gegen Erde 3R und Er¬ satzkapazität C für die Erdkapazitäten der drei Phasen speist.

Bei stark symmetrischen Netzen ist die Innenimpedanz 3Zu sehr hoch (3Zu>>) , so daß die an der Erdschlußlöschspule auftretende Nullpunkt-Verlagerungsspannung U 0 sehr klein wird und Änderungen derselben nicht mehr signifikant meßbar sind. Wird beispielsweise der Schaltzustand des Drehstromnetzes geändert, z.B. durch Schließen des Schalters LS, ändert sich die Kapazität C des Schwingkreises von Fig. 2 und die Erd¬ schlußlöschspule ist nicht mehr abgestimmt. Wenn der zuge- schaltete Leitungsabschnitt weitgehend symmetrisch ist

(Ya21 a22~ γ a23) ' tritt dabei keine nennenswerte Änderung der

Sternpunkt-Verlagerungsspannung U 0 auf. Die folgende Anordnung und Verfahrensweise ermöglichen nun auch unter diesen

Betriebsbedingungen die ständige Erzeugung eines Anzeigekrite- riums für eine Änderung der Verstimmung des Erdschlußlösch¬ kreises.

Zu diesem Zweck wird die Erdschlußlöschspule ZN mit einem Hilfssignal beaufschlagt, um eine Speisung des Parallelreson¬ anzkreises zu erzielen, so daß an der Erdschlußlöschspule eine Sternpunkt-Verlagerungsspannung U 0 abfällt, welche auf eine Än¬ derung überwacht werden kann. Das Hilfssignal hat bevorzugt Netzfrequenz, was allerdings für den bloßen Zweck der Erkennung einer Änderung des Resonanzkreises nicht zwingend ist. Die

Verwendung eines netzfrequenten Hilfssignales hat jedoch den Vorteil, daß die überwachte Resonanzkurve der Resonanzkurve im Fehlerfall entspricht.

Die Beaufschlagung der Erdschlußlöschspule ZN mit dem Hilfssignal kann auf jede beliebige, dem Fachmann bekannte Art erfolgen. Einige Varianten sind in der EP-A-0 595 677 beschrieben, wie das Einspeisen eines Hilfsstromes in eine Leistungshilfswicklung der Erdschlußlöschspule, was den Vorteil hat, daß die einspeisende Stromquelle nur für die Nieder- spannungsseite dimensioniert werden muß. Die Einspeisung erfolgt wie dargestellt durch direktes Anschalten der Strom¬ quelle 1 an den Sternpunkt, so daß diesem ein Hilfsstrom I_ zu¬ geführt wird. Als Stromquelle 1 kann eine steuerbare Strom¬ quelle verwendet werden, deren Betrag und Winkel kontinuierlich oder in diskreten Schritten einstellbar sind.

Die Erdschlußlöschspule ZN kann permanent mit einem Hilfs¬ signal beaufschlagt werden. Eine Alternative besteht darin, das Hilfssignal nur dann einzuspeisen, wenn die Sternpunkt-Verlage¬ rungsspannung unter einen vorgebbaren Schwellwert fällt, welcher vorzugsweise die Meßgrenze darstellt, unter der Ände¬ rungen der Sternpunkt-Verlagerungsspannung nicht mehr signifi¬ kant gemessen bzw. erkannt werden können. Die Steuereinrichtung 2 überwacht daher die Sternpunkt-Verlagerungsspannung U 0 auf einem Meßpfad 3 und schaltet bei einem Unterschreiten des Schwellwertes die Stromquelle 1 über einen Steuerpfad 4 ein.

Die Steuereinrichtung 2 führt auch die Überwachung der Sternpunkt-Verlagerungsspannung U 0 im Hinblick auf eine signi¬ fikante Änderung durch und gibt auf einem Ausgabepfad 5 ein Anzeigesignal A aus, wenn eine derartige Änderung auftritt. Das Kriterium zur Erzeugung des Anzeigesignales A wird an Hand der Diagramme der Fig. 3 und 4 beschrieben, welche zwei Alternati¬ ven zeigen.

Bei der Variante gemäß Fig. 3 wird festgestellt, ob der Betrag der Verlagerungsspannung |U 0 | einen Toleranzbereich verläßt, der durch einen oberen Grenzwert U 0 _ re f+dU 0 und einen unteren Grenzwert U 0 _ re f-dU 0 bestimmt wird, d.h.

A = (|U 0 | > lUo^ef+düol) ODER (|U 0 | < lU^ef-dUo| )

Bei der Variante gemäß Fig. 4 wird die Verlagerungsspan¬ nung U 0 vektoriell nach Betrag und Phase gemessen und das Ver¬ lassen eines Toleranzkreises mit dem Radius dU 0 angezeigt, d.h.

A = lUo-Uo^efl > |dU 0 l Sobald eine den Toleranzbereich überschreitende Änderung der Sternpunkt-Verlagerungsspannung erkannt worden ist, können Maßnahmen veranlaßt werden, um eine Neuabstimmung der Erd¬ schlußlöschspule vorzunehmen. Dies kann an sich mit Hilfe jedes dem Fachmann bekannten Verfahrens durchgeführt werden, sei es manueller oder automatischer Natur; im einfachsten Fall wird die Erdschlußlöschspule per Hand auf das Maximum der Stern¬ punkt-Verlagerungsspannung oder auf den gewünschten Kompensa¬ tionsgrad eingestellt.

Das vorgeschlagene Uberwachungsverfahren eignet sich insbesondere für eine Verbindung mit dem aus der EP-A-0 595 677 bekannten Meßverfahren zur Ermittlung der momentanen Ver¬ stimmung der Erschlußlöschspule. Anstelle des für dieses Me߬ verfahren notwendigen vorübergehenden Einspeisens eines Hilfs¬ signales wird das für das gegenständliche Uberwachungsverfahren bereits eingespeiste Hilfssignal in seinem Betrag und/oder seiner Phase diskret oder kontinuierlich verändert, um die Ver¬ stimmungsmessung durchzuführen. Im einfachsten Fall wird das eingespeiste Hilfssignal vorübergehend abgeschaltet, bevorzugt wird es aber lediglich umgepolt, d.h. in seiner Phase um 180° gedreht. Nach Ermittlung der Verstimmung kann die Erdschlu߬ löschspule in dem durch die Verstimmung angegebenen Ausmaß auf Abstimmung oder den gewünschten Kompensationsgrad zurückge¬ stellt werden.

Der gesamte Ablauf des offenbarten Überwachungsverfahrens sowie der gegebenenfalls anschließenden Verstimmungsmessung und Neueinstellung der Erdschlußlöschspule kann manuell oder mittels eines entsprechend programmierten Rechners automatisch durchgeführt werden.