DE69921112T2

DE69921112T2 - Fehlerortung in einem mittelspannungsnetz

Info

Publication number: DE69921112T2
Application number: DE69921112T
Authority: DE
Inventors: Murari Saha; Eugeniusz Rosolowski
Original assignee: ABB AB
Current assignee: ABB AB
Priority date: 1998-03-09
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2005-10-13
Anticipated expiration: 2019-02-20
Also published as: EP1073911B1; EP1073911A1; SE9800741D0; CA2323066A1; US6420876B1; WO1999046609A1; SE9800741L; CA2323066C; SE511679C2; AU2752699A; ATE279733T1; DE69921112D1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlerortung in einem Mittelspannungsnetzwerk nach 1. In der folgenden Beschreibung wird ein Mittelspannungsnetzwerk als MV-Netzwerk bezeichnet. Ein MV-Netzwerk umfasst eine Anzahl von Leitungen, wobei alle wiederum in eine Anzahl von Abzweigungsleitungen abzweigen können. Die Leitungen werden von einer MV-Schaltvorrichtung 1 in einem MV-Netzpunkt versorgt. Die MV-Schaltvorrichtung wird mittels eines Transformators 2 von einer Hochspannungsschaltvorrichtung 3 versorgt. In einer Installation, in der die Erfindung verwendet wird, werden Messungen der gemeinsamen Versorgungsspannung und der Summenspannung der Leitungen mit den Messvorrichtungen 4 und 5 in dem MV-Netzpunkt durchgeführt, wo auch ein so genanntes Fehlerortungsmittel 6 angeordnet ist.
Fehlerortung in dem MV-Netzwerk ist normalerweise ein integraler Bestandteil von übergeordneten Schutzsystemen, welche Fehler auf Lasttrennern, Schützen, Relais usw. betreffen. Mit Hilfe von unterschiedlichen Schutz-, Überwachungs-, und so genannten Expertensystemen kann die fehlerhafte Leitung bestimmt werden.
Mittels eines Verfahrens und einer Vorrichtung gemäß der Erfindung kann ein Bestimmen des Abstandes zum Fehler auf einer fehlerhaften Leitung mit Hilfe der Werte der Spannung und des Summenstroms der Leitungen durchgeführt werden, die in dem MV-Netzknoten gemessen werden.
Das Prinzip der Abstandsbestimmung gemäß der Erfindung ist besonders nützlich für Kabelnetzwerke, kann aber vorteilhafter Weise auch für oberirdische Leitungsnetzwerke verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 zeigt den Aufbau eines üblichen Mittelspannungsnetzwerks.
2 zeigt die Anordnung von Messvorrichtungen zum Messen der Spannung und des Stromes, wenn Strommessung direkt auf der fehlerhaften Leitung durchgeführt wird.
3a und 3b zeigen die gemäß der Erfindung gemachte Annahme, das heißt während einer zentralen Messung der Spannung und des Summenstroms der Leitungen, um in der Lage zu sein, eine möglicherweise fehlerhafte Leitung vor dem Auftreten eines Fehlers hervorzuheben.
4 zeigt die gemäß der Erfindung gemachte Annahme, um die fehlerhafte Leitung nach dem Auftreten eines Fehlers hervorzuheben.
5 zeigt, wie eine fehlerhafte Leitung aus einer Anzahl von Leitungsabschnitten mit Lasten an den Abzweigungspunkten zwischen den Leitungsabschnitten bestehen kann.
6 zeigt das Verfahren zum Bestimmen des Abstandes zu einem Fehler, wenn eine Abzweigung eine Vielzahl von Unterabzweigungen aufweist.
7 zeigt eine Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Fehlerortung auf einer der Leitungen, die in einem MV-Netzwerk enthalten sind.
STAND DER TECHNIK, AUFGABEN
Der Stand der Technik bezüglich Fehlerortung in einem MV-Netzwerk umfasst zwei grundlegend unterschiedliche Verfahren. Eines der Verfahren basiert auf der Bereitstellung eines Fehlerortungsmittels auf jeder Leitung, welches hohe Investitionskosten verursacht, und das andere Verfahren umfasst ein zentrales Messen der Spannung und des Summenstroms für alle MV-Leitungen in dem MV-Netzpunkt.
Das letztere Verfahren bringt eine Vielzahl von Problemen mit sich, welche es schwierig machen, eine vergleichsweise zuverlässige Messung des Abstandes zu dem Fehler zu erhalten:

– in Verbindung mit der Fehlerortung werden oft Annahmen gemacht, dass der Strom in einer fehlerhaften Leitung gleich der Differenz zwischen dem gemessenen Strom nach und vor dem Auftreten eines Fehlers ist, was einen bestimmten Fehler in der Bestimmung des Abstandes mit sich bringt;
– falls die Leitung Motorenantriebe umfasst, kann dies dazu führen, dass Leistung in das MV-Netzwerk gespeist wird, und ein solches Einspeisen von Leistung schwierig zu kompensieren ist;
– die Leitung kann eine oder mehrere Unternetzpunkte und geschlossene Schleifen umfassen;
– ein Fehlerortungsmittel ist für eine gegebene Anzahl von Abzweigungen mit entsprechenden Lasten bei gegebenen Abständen von dem MV-Netzwerk programmiert. Da Ankoppelung und Abkoppelung von Abschnitten der Leitungen zu unterschiedlichen Zeiten auftreten können, ist es wichtig die einprogrammierten Daten zu aktualisieren.

In einem Artikel mit dem Titel „Determining Locations on Faults in Distribution Systems", Developments in Power System Protection, 25–27th March 1997, Konferenzveröffentlichung No. 434, IEE 1997, ist ein Verfahren zum Bestimmen des Abstandes beschrieben, wobei ein zentrales Messen der Spannung und des Summenstromes für alle Leitungen durchgeführt wird. Die Leitung, bei der der Fehler geortet wurde, kann eine Vielzahl von verteilten Abzweigungspunkten, Knoten aufweisen, wobei einige Abzweigungen auch parallele Lasten aufweisen. Der Startpunkt ist die Spannung und der Strom, die an dem MV-Netzpunkt vor und nach dem Auftreten eines Fehlers gemessen worden sind, woraufhin die jeweiligen Mitkomponenten bestimmt werden. Es wird angenommen, dass die Daten der Leitung zwischen jedem Knoten und die Last an jedem Knoten vor einem Fehler bekannt sind. Zuerst wird die Annahme gemacht, dass der Fehler an einem Knoten F zwischen dem Knoten x und dem Knoten x+1 angeordnet ist. Dann wird ein Lastmodell mit Lasten auf den Knoten bis zum Knoten x gebildet, gleich denen, welche vor dem Auftreten des Fehlers vorhanden waren, und dass die Last auf allen Knoten ab dem Knoten x+1 sich an dem letzten Knoten befindet. Mit Hilfe des Lastmodells werden Mitkomponenten des Stromes und der Spannung nach dem Auftreten des Fehlers an dem Knoten x und an dem entfernten Ende als eine Funktion des Abstandes von dem Knoten x zu dem Fehlerknoten F berechnet.
Ein erster angenommener Wert des Abstandes zum Fehler wird auf der Basis der Mitadmittanz des entfernten Endes vor dem Fehler bestimmt. Die Mitkomponenten des Stromes und der Spannung an dem Fehlerknoten nach dem Auftreten des Fehlers werden anschließend zum Bestimmen des ersten berechneten Wertes des Abstandes zu dem Fehler verwendet. Diese zwei Werte werden miteinander verglichen, und falls die Differenz größer als ein Mindestwert ist, der vorher gesetzt wurde, wird eine neue Annahme darüber gemacht, zwischen welchen Knoten der Fehler geortet wurde, basierend auf dem jetzt berechneten Wert. Dieses stellt eine neues Lastmodell und einen zweiten berechneten Wert des Abstandes zu dem Fehler bereit. Dieser Wert wird dann mit dem ersten berechneten Wert verglichen, wobei dieser Vergleich eine zusätzliche Anzahl von Iterationen ergeben kann, bis der Differenzwert zwischen zwei aufeinander folgenden berechneten Werten innerhalb der zulässigen Werte liegt. Das Verfahren lässt Fehlerortung im Falle eines Dreiphasenfehlers nicht zu.
Zum Bestimmen des Abstandes zu einem Fehler, wenn Spannungs- und Strommessung an der fehlerhaften Leitung durchgeführt werden, ist ein klassisches Verfahren zum Bestimmen der Mitimpedanz Z_k der fehlerhaften Leitung, wie aus der 2 klar wird, im Falle eines Phase zu Phase-Fehlers oder eines Dreiphasenfehlers gemäß dem Folgenden:
V _pp - Phase zu Phase-Spannung, z. B.: V _pp = V _R – V _S, I _kpp - Phase zu Phase-Fehlerstrom, z.B.: I _kpp = I _kR – I _kS.
Wenn der Fehler ein Phase zu Erde-Fehler ist, wird die entsprechende Impedanz bestimmt als:
V _ph - Spannung der fehlerhaften Phase, I _kph - Strom der fehlerhaften Phase,
Z ₀, Z ₁ - die Null- und Mitimpedanzen pro Längeneinheit der fehlerhaften Leitung I kN = I kR + I kS + I kT (4)
Ein Weg zum Ausführen des Bestimmens des Abstandes zu einem Fehler, wenn Messungen auf der relevanten fehlerhaften Leitung durchgeführt werden, wird klar aus einem Artikel mit dem Titel „An Interactive Approach to Fault Location on Overhead Distribution Lines with Load Taps", Development in Power System Protection, 25–27th March 1997, Konferenzveröffentlichung No. 434, IEE, 1997, in welchem der Begriff „oberirdische Verteilungsleitungen" eine oberirdische Leitung betrifft, die für Mittelspannungen vorgesehen ist. Dieser Artikel stellt eine Technik und einen Algorithmus zur Fehlerortung auf oberirdischen Leitungen vor, basierend auf ein Bestimmen der Spannungsdifferenz vor und nach dem Auftreten eines Fehlers an einem angenommenen Fehlerpunkt auf der Leitung, basierend auf Spannungen, die in der Versorgungsstation der Leitung vor und nach dem Auftreten eines Fehlers gemessen worden ist. Diese Spannung wird dann verwendet, um die Ströme in der nicht fehlerhaften Phase an dem angenommenen Fehlerpunkt zu überprüfen. Nur wenn der angenommene Fehlerpunkt korrekt ist, wird der Strom in den nicht fehlerhaften Phasen einen Wert nahe Null annehmen. Diese Verfahren erlauben keine Fehlerortung bei einem Dreiphasenfehler und die Spannungsmessung muss in der Versorgungsstation der betreffenden Leitungen durchgeführt werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG, VORTEILE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ortung eines Fehlers, welcher auf einer der Leitungen eines Mittelspannungsnetzwerks entstanden ist, durch Verwendung eines Fehlerortungsmittels, das in dem MV-Netzpunkt der Leitungen angeordnet ist. Alle Leitungen gehen von dem MV-Netzpunkt aus, wobei Spannung und Summenstrom unmittelbar vor und nach dem Auftreten eines Fehlers gemessen und aufgenommen werden. Ferner wird angenommen, dass die Daten und die Last der Leitungen bekannt sind. Dies bedeutet, dass der Abstand der Leitungen und deren Impedanz zwischen Abzweigungen und die Last der jeweiligen Abzweigung bekannt sind. Jede Abzweigung kann auch selbst eine oder mehrere Abzweigungen mit bekannten Lasten aufweisen.
Um im Stande zu sein, den Abstand von dem MV-Netzpunkt zu dem Ort eines Fehlers gemäß der Erfindung zu bestimmen, werden bestimmte Annahmen gemäß den 3a, 3b und 4 gemacht. Daher sind es dort eine Anzahl von abgehenden Leitungen, wobei jede gemäß 3a durch die Impedanz Z₁, Z₂...Z_Lk, Z_m der jeweiligen Leitung dargestellt ist. Jetzt wird angenommen, dass die Leitung mit der Impedanz Z_Lk die Leitung ist, welche einen Fehler erfahren wird. Gemäß 3b wird jetzt folgendes definiert:
Z_L - die Parallelschaltung der Impedanzen aller Leitungen außer der Impedanz der Leitung, die fehlerhaft wird; Z _Lk - Impedanz der Leitung, welche fehlerhaft wird;
V _pre, I _pre - symmetrische Phase zu Phase- oder Phase zu Erde-Spannung/Strom-Mitkomponenten.
Die Annahme bezüglich der Verhältnisse nach dem Fehler ist aus 4 klar. Die Erfindung umfasst jetzt ein Bestimmen der Mitimpedanz Z_k der MV-Leitung mit der Impedanz Z_Lk einschließlich der Fehlerimpedanz, und wobei angenommen wird, dass die Last Z_L dieselbe wie die Last vor dem Fehler ist. Abhängig vom Fehlertyp der aufgetreten ist, das heißt, ob er ein Phase zu Phase-Fehler/Dreiphasen-Fehler oder ein Phase zu Erde-Fehler ist, was mit einem übergeordneten Schutzsystem oder einem Expertensystem bestimmt werden kann, wird Z_k unterschiedlich sein.
Falls der Fehler ein Phase zu Phase-Fehler/Dreiphasen-Fehler ist, kann die Mitimpedanz der Last geschrieben werden als:
V _pp - Spannung der Phase der Fehlerschleife zu der Phase, z.B. V pp = V R – V S, I _pp - Strom der Phase der Fehlerschleife zu der Phase, gemessen an dem MV-Netzpunkt, z.B. I pp = I R –I S Z_k - die Mitimpedanz der fehlerhaften Leitung.
Das Kombinieren der Gleichungen (5) und (6) ergibt:
wobei
S _Lk - Last auf der fehlerhaften Leitung vor dem Fehler, S _Σ - Summenlast in allen Leitungen einschließlich der fehlerhaften Leitung vor dem Fehler.
Das Kombinieren der Gleichungen (5) und (8) ergibt:
Der Koeffizient k _zk für die relevante Leitung wird auf der Basis des Lastzustandes vor dem Fehler bestimmt. In einem MV-Netzpunkt mit einer großen Anzahl von Leitungen sind die Koeffizienten annähernd Null und sie verändern sich sehr geringfügig. Beispielsweise entspricht k _zk für zwei gleich belastete Leitungen 0,5 und für 20 Leitungen 0,05.
Unter Verwendung der Gleichung (6) kann Gleichung (7) auch geschrieben werden als:
Im Falle eines Einphasenfehlers zur Erde und wenn das MV-Netzwerk nur an dem MV-Netzpunkt geerdet ist, wird der Null-Sequenz-Strom, der an dem Netzpunkt gemessen wird, sowohl den Strom I _kN der fehlerhaften Leitung als auch den Null-Sequenz-Strom I _CL umfassen, der durch die Kapazitäten der nicht fehlerhaften Leitungen zur Erde fließt. Bei Erdboden-Netzwerken kann I _CL beachtlich sein, und muss beachtet werden, wenn der Abstand zum Fehler bestimmt wird. Der Null-Sequenz-Strom, der an dem Netzpunkt gemessen wird, kann daher geschrieben werden als: I N = I kN + I CL = I R + I S + I T (11)
Der gesamte kapazitive Null-Sequenz-Strom kann geschrieben werden als:
X_C0 - die kapazitive Null-Sequenz-Reaktanz des gesamten MV-Netzwerks und
C_S0 - die Null-Sequenz-Kapazität des gesamten MV-Netzwerks.
Mit Kenntnis der Null-Sequenz-Kapazität des gesamten Netzwerks und der einzelnen Leitungen, kann die kapazitive Null-Sequenz geschrieben werden als:

C_C0k - die Kapazität zur Erde in der fehlerhaften Leitung
C_S0 - die Kapazität aller Leitungen, einschließlich der fehlerhaften Leitung, zur Erde. Unter Verwendung der Gleichungen (13) und (14), wird Folgendes erhalten:
Da nur der Phasenstrom I _ph, der an dem MV-Netzpunkt gemessen wird, bereit steht, muss der Strom I _kph in Gleichung (2) als eine Funktion des Stromes I _ph ausgedrückt werden. Für eine Fehlerbedingung gemäß 4, kann daher Folgendes für die Phasenvariablen geschrieben werden: I kph = I ph – I Lph (16) I _Lph - der Strom in der nicht fehlerhaften Leitung.
Wenn es nur einen Phase zu Erde-Fehler betrifft, kann der Phasenstrom in allen nicht fehlerhaften Leitungen geschrieben werden als:
V 0 = (V R + V S + V T)/3 (18)
Einsetzen der Gleichung (17) in Gleichung (16) ergibt:
und schließlich ergibt Einsetzen der Gleichung (19) in Gleichung (2):
Unter Verwendung der Gleichungen (8) und (9) wird Folgendes erhalten:
was bedeutet, dass
Durch Einsetzen von Z _pre gemäß Gleichung (5) in Gleichung 22, kann dies umgeformt werden in:
was durch Vergleichen mit Gleichung (2) geschrieben werden kann als:
d.h., wobei
Die Umkehrung der Gleichung (24) ergibt:
Wenn ein Einphasenfehler zu Erde vorliegt, und wenn das MV-Netzwerk nur an dem MV-Netzpunkt geerdet ist, und wenn die kapazitiven Erde-Ströme, welche im Falle eines Erde-Fehlers entstehen, berücksichtigt werden sollen, um zusammenzufassen, werden die Größen und Konstanten in Gleichung (26) wie folgt definiert:
V _pre, I _pre - sind symmetrische Phase zu Phase- oder Phase zu Erde-Komponenten; Z _L - die Parallelschaltung der Impedanz aller Leitungen außer der Impedanz der fehlerhaften Leitung; Z _Lk - die Impedanz der Leitung, welche fehlerhaft wird;
V 0 = (V R + V S + V T)/3 (18) V _ph - Spannung der fehlerhaften Phase
und die Größen und Konstanten in Gleichung (25) sind wie folgt definiert: V _ph - wie für Gleichung (26), Spannung der fehlerhaften Phase; I _ph - Strom in der fehlerhaften Phase
Z ₀, Z _l - die Null- und Mitimpedanzen pro Längeneinheit der fehlerhaften Leitung
I K = I R + I S + I T (11)
C_C0k - die Nullkapazität der fehlerhaften Leitung zu der Erde,
C_S0 - die Nullkapazität aller Leitungen, einschließlich der fehlerhaften Leitung, zu der Erde.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, den Abstand von einem MV-Netzpunkt zu einem Fehler auf einer identifizierten Leitung zu bestimmen, wobei mit einem berechneten Wert, gemäß dem Vorherigen, der Mitimpedanz der fehlerhaften Leitung aus der Sicht des MV-Netzpunktes begonnen wird. In MV-Netzwerken, wie oben beschrieben, weist jede Leitung normalerweise eine Anzahl von belasteten Abzweigungen mit Zwischenleitungsabschnitten auf, wie aus 5 klar ist. Daher gibt es dort einen ersten Leitungsabschnitt mit der Impedanz Z_S1 bis zu einer ersten Abzweigung mit der Lastimpedanz Z_L1. Danach folgt der nächste Leitungsabschnitt mit der Impedanz Z_S2 bis zu der zweiten Abzweigung mit der Lastimpedanz Z_L2 etc. Die berechnete Mitimpedanz Z_k der Leitung ist in 5 als die gestrichelte Impedanz Z₀ angegeben (beachte den Unterschied hinsichtlich Z ₀', Z ₁', d.h. die Null- und Mitimpedanzen pro Längeneinheit der fehlerhaften Leitung, die in Gleichung (3) enthalten sind). Als Einführung in den Prozess der Fehlerortung wird eine fiktive Impedanz Z₁ an der ersten Abzweigung in 5 angegeben und diese entspricht dem vorderen oder verbleibenden Teil der Mitimpedanz der Leitung, aus der Sicht der ersten Abzweigung. Dieses impliziert, dass die Mitimpedanz Z₀ der Leitung als die Impedanz Z_S1 des ersten Leitungsabschnittes in Reihe mit der Parallelschaltung der ersten Lastimpedanz Z_L1 und der fiktiven Mitimpedanz Z₁ der Leitung aus der Sicht der ersten Abzweigung verstanden werden kann, das heißt:
wobei die fiktive Mitimpedanz in der ersten Abzweigung sein wird:
Infolgedessen wird die fiktive Mitimpedanz der Leitung aus der Sicht der i-ten Abzweigung sein:
Das Verfahren gemäß der Erfindung umfasst eine Berechnung der fiktiven Mitimpedanz Z₁ der Leitung aus der Sicht der ersten Abzweigung, gemäß Gleichung (28). Falls der berechnete Wert negativ ist, das heißt falls Z_S1 > Z₀, wird dies so interpretiert, als ob der Fehler auf dem ersten Leitungsabschnitt gelegen ist. Falls der berechnete Wert positiv ist, wird die Berechnung der fiktiven Mitimpedanz an den folgenden Abzweigungen gemäß Gleichung (29) fortgesetzt, bis sich zwei aufeinander folgende Werte Z_i und Z_i+1 vom positiven Wert in einen negativen Wert ändern, das heißt wenn Z_Si > Z_i, welches so interpretiert wird, als ob der Fehler auf dem Leitungsabschnitt zwischen der i-ten und der i+1-ten Abzweigung gelegen ist.
Der Abstand von l_f von der i-ten Abzweigung wird dann bestimmt als:
Wobei Im gleich dem Imaginärteil der jeweiligen fiktiven Impedanz und l_i die Länge des i-ten Leitungsabschnittes ist.
Der Gesamtabstand vom MV-Netzpunkt zu dem Fehler wird zu der Summe der Längen aller Leitungsabschnitte bis zu der i-ten Abzweigung plus dem berechneten l_f, das heißt
Nachdem zuerst Z_k gemäß den Gleichungen, die für den in Frage stehenden Fehler beschrieben wurden, bestimmt worden ist, kann das beschriebene Verfahren mit Gleichung (29) zum Bestimmen des Leitungsabschnittes, auf welchem der Fehler aufgetreten ist und mit Gleichung (30) zum Bestimmen des Fehlerabstandes auf dem relevanten Leitungsabschnitt und mit Gleichung (31) für den Gesamtabstand zu einem Fehler auch verwendet werden, wenn eine Abzweigung eine oder mehrere Abzweigungsleitungen mit Lasten aufweist, wie zum Beispiel aus 6 klar ist. Die Vorgehensweise für die Fehlerortung in einem MV-Netzwerk gemäß 6 wird aus dem Folgenden klar:
Zuerst wird die Gleichung (29) auf die Leitung von A bis zu der Abzweigung bei B angewandt. Falls der berechnete Z_i+1 bei B positiv ist, wird die Berechnung auf den Leitungsabschnitten B bis C fortgesetzt, unter der Annahme, dass die Last an der Abzweigung B aus der Gesamtlast an der Abzweigung B besteht, welche sowohl die Last auf dem Leitungsabschnitt B-C als auch die Last auf den anderen Leitungsabschnitten B-D, D-E und D-F umfasst, die mit B verbunden sind. Unabhängig davon ob der Fehler auf dem Leitungsabschnitt B-C vorliegt oder nicht, wird ein zweiter Ort des Fehlers auf dem Leitungsabschnitt B-D gesucht, mit derselben Gesamtlast wie für die Fehlerbestimmung auf dem Leitungsabschnitt B-C. Dieses Verfahren wird immer angewendet, wenn die Berechnung von einer Leitungsabzweigung mit zwei oder mehr Unter-Abzweigungen fortgesetzt wird. Falls der Fehler auf irgendeinem der Leitungsabschnitte B-C oder B-D gelegen ist, wird die Berechnung unterbrochen und die Abstandsbestimmung kann durch Verwendung der Gleichung (30) ausgeführt werden. Falls der Fehler nicht auf irgendeinem der Leitungsabschnitte B-C oder B-D geortet werden kann, wird dieselbe Vorgehensweise für den Unter-Abzweigungspunkt D fortgesetzt, solange bis derjenige Leitungsabschnitt geortet worden ist, wo der Fehler aufgetreten ist, das heißt, wenn der berechnete Wert gemäß der Gleichung (29) negativ wurde.
Mit Hilfe eines Verfahrens gemäß der Erfindung ist es somit möglich, den Abstand zu einem Fehler zu bestimmen, welcher auf einer Leitung aufgetreten ist, die Teil eines MV-Netzwerks ist, basierend auf einer Messung der gemeinsamen Spannung des Netzwerks und des Summenstromes der Leitungen und in Kenntnis der Netzwerkdaten bezüglich Leitungslängen, Impedanzen, Lasten, etc. Dies impliziert, dass es mit Strommessung und einem Fehlerortungsmittel für jede der Leitungen in dem Netzwerk nicht notwendig ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Vorrichtung 7 gemäß der Erfindung für Fehlerortung auf einer der Leitungen, die in einem MV-Netzwerk enthalten sind, ist aus der 7 klar und umfasst:

– ein Fehlerortungsmittel 6,
– Spannungs- und Strommessvorrichtungen 4 und 5 mit Filtern F_I, 8 und F_V, 9 zum kontinuierlichen Eingeben der gemessenen Spannungs- und Summenstromwerte in das Fehlerortungsmittel, die für alle im Netzwerk enthaltenen Leitungen an einem MV Netzpunkt gemessen wurden,
– eine Einheit M_N, 10, zum Eingeben von MV-Netzwerkdaten in das Fehlerortungsmittel, und
– eine Einheit M_F, 11, zum Eingeben von Information über die Fehlerart und darüber, welche Leitung fehlerhaft wurde, nachdem ein Fehler aufgetreten ist.

Das Fehlerortungsmittel 6 umfasst:

– einen Speicher, 6a, zum Speichern von aufeinander folgenden Sequenzen von eingegebenen gemessenen Daten, welche ein Bestimmen von gemessenen Werten von Spannung und Summenstrom unmittelbar vor und nach dem Auftreten eines Fehlers ermöglichen, und einen Speicher zum Speichern von eingegebenen Netzwerkdaten,
– eine Einheit E_F, 6b, zum Empfangen von Information über die Fehlerart und darüber, welche Leitung fehlerhaft wurde,
– Berechnungsverfahren, 6c, zum Berechnen des Abstandes von dem MV-Netzpunkt zu dem Ort des Fehlers auf der Basis der eingegebenen Daten,
– eine Einheit E_A, 6d, zum Bereitstellen eines Wertes des berechneten Abstandes zu dem Fehler.

Die Netzwerkdaten, welche durch die Einheit M_N, 10, in das Fehlerortungsmittel einzugeben sind, umfassen:

– Information über die MV-Netzwerkarchitektur, das heißt, wie Netzwerk, Leitungen und Abzweigungen mit dem MV-Netzwerk verbunden sind,
– Information über die Länge und Impedanz der Leitungsabschnitte,
– Information über die Lastimpedanz in allen Abzweigungen,
– Information über die Mitkapazität aller Leitungen zu der Erde.

Die Netzwerkdaten, welche durch die Einheit M_F, 11 in das Fehlerortungsmittel einzugeben sind, nachdem ein Fehler aufgetreten ist, umfassen:

– Information über die Fehlerart, das heißt, ob es ein Phase zu Phase-Fehler ist oder ob es ein Phase zu Erde-Fehler ist,
– Information darüber, welche Leitung fehlerhaft wurde.

Die Information über die Fehlerart und darüber, welche Leitung fehlerhaft wurde, wird von einem übergeordneten Schutz- und Expertensystem abgerufen.
Da die Berechnungsvorgehensweise mit den beschriebenen Algorithmen iteriert worden ist, das heißt, wenn ein berechneter Abstand zu einem Fehler von dem MV-Netzpunkt berechnet worden ist, wird dieser mittels der Einheit E_A, 6d angezeigt, beispielsweise auf einer visuellen Anzeigeneinheit 12.
Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung zur Fehlerortung auf einer der Leitungen, die in einem MV-Netzwerk enthalten sind, kann in einer Vielzahl von Weisen, ähnlich wie der in der 7 gezeigten, ausgebildet werden. Daher können beispielsweise die Filter 8 und 9 zum Filtern der gemessenen Daten für Strom und Spannung und die Eingabeeinheiten 10 und 11 für Netzwerkdaten und Fehlerinformation mehr oder weniger in das Fehlerortungsmittel 6 integriert werden.

Claims

Verfahren zur Ortung eines Fehlers, welcher auf einer Leitung eines Mittelspannungsnetzwerks aufgetreten ist, wobei sich die Leitungen aus einer in einem Netzpunkt gelegenen Schaltvorrichtung erstrecken, und wobei die Ortung mit Hilfe von gemessenen Werten der gemeinsamen Versorgungsspannung der Leitungen und des Summenstroms der Leitungen in dem Netzpunkt vor und nach dem Auftreten des Fehlers ausgeführt ist, und mit der Kenntnis der Netzwerkarchitektur und der elektrischen Daten wie Anzahl der Leitungen, Abzweigungen, Längen der Leitungen zwischen Abzweigungen und den entsprechenden Leitungsimpedanzen und von aktuellen Lasten auf den Leitungen und Lasten an den Abzweigungen, und wobei die Kenntnis durch ein übergeordnetes Schutzsystem erlangt werden kann, um zu erfahren, welche Leitung fehlerhaft geworden ist und welche Fehlerart aufgetreten ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine fiktive Mitimpedanz für die Leitung, aus der Sicht der i-ten Abzweigung betrachtet, wie folgt bestimmt wird
wobei Z_Li der Lastimpedanz an der i-ten Abzweigung entspricht, Z_i der fiktiven Mitimpedanz der Leitung aus der Sicht der (i-1)-ten Abzweigung entspricht, Z_Si der Impedanz des i-ten Leitungsabschnittes entspricht, und dass die Bestimmung durch Annahme von Z_i = Z₀ begonnen wird, wobei Z₀ der fiktiven Mitimpedanz der Leitung vom Netzpunkt aus betrachtet entspricht, und welche mit Hilfe der an dem Netzpunkt gemessenen Spannungs- und Summenstromwerte, ebenso wie die gegebenen Netzwerkdaten, bestimmt wird, und dass die Bestimmung der fiktiven Mitimpedanz der Leitung aus der Sicht der i-ten Abzweigung wiederholt wird, bis sich zwei aufeinander folgende Werte Z_i und Z_i+1 vom positiven Wert in einen negativen Wert ändern, worauf der Abstand zum Fehler aus der Sicht der i-fachen Abzweigung bestimmt wird als
wobei Im(Z_i) dem Imaginärteil von Z_i entspricht, Im(Z_Si) dem Imaginärteil von Z_Si entspricht, l_i der Länge des i-ten Leitungsabschnittes entspricht, und dass der Abstand von dem Netzpunkt zu dem Fehler der Summe der Länge von allen Leitungsabschnitten bis zu der i-ten Abzweigung plus dem berechnetem Abstand l_f von der i-ten Abzweigung zu dem Fehler entspricht
Verfahren zur Ortung eines Fehlers, welcher auf einer Leitung eines Mittelspannungsnetzwerks aufgetreten ist, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Fehler ein Einphasenfehler zur Erde ist, und wenn das Netzwerk lediglich am Netzpunkt geerdet ist, die Mitimpedanz Z₀ der Leitung aus der Sicht des Netzpunktes bestimmt wird als
wobei
V _pre, I _pre symmetrischen Phase zu Phase- oder Phase zu Erde-Komponenten entsprechen, Z _L der Parallelschaltung der Impedanzen aller Leitungen außer der Impedanz der fehlerhaften Leitung entspricht, Z _Lk der Impedanz der Leitung, welche fehlerhaft wird, entspricht
V 0 = (V R + V S + V T)/3 (18)wobei V _ph der Spannung der fehlerhaften Leitung entspricht
wobei I _ph dem Strom der fehlerhaften Leitung entspricht,
wobei Z ₀, Z _l den Null- und Mitimpedanzen pro Längeneinheit der fehlerhaften Leitung entsprechen,
I K = I R + I S + I T (11)
wobei C_C0k der Nullkapazität der fehlerhaften Leitung zu der Erde entspricht, C_S0 der Nullkapazität aller Leitungen einschließlich der fehlerhaften Leitung zu der Erde entspricht.
Verfahren zur Ortung eines Fehlers, welcher auf einer Leitung eines Mittelspannungsnetzwerks aufgetreten ist, gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der Fehler ein Phase-zu-Phase-Fehler oder ein Dreiphasenfehler ist, die Mitimpedanz Z₀ der Leitung aus der Sicht des Netzpunktes bestimmt wird als
wobei V _pp der Spannung der Phase der Fehlerschleife zu der Phase entspricht z. B. V pp = V R – V S wobei I _pp dem Strom der Phase der Fehlerschleife zu der Phase, gemessen an dem MV Netzpunkt entspricht z.B. I _pp = I _R – I _S
wobei S _Lk der Last vor dem Fehler auf der fehlerhaften Leitung entspricht, S _Σ der Summenlast in allen Leitungen vor dem Fehler, einschließlich der fehlerhaften Leitung, entspricht.
Vorrichtung angepasst zum Ausführen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 zur Ortung eines Fehlers, welcher auf einer Leitung eines Mittelspannungsnetzwerks aufgetreten ist, dadurch gekennzeichnet, dass es umfasst: – ein Fehlerortungsmittel (6) – Spannungs- und Strommessvorrichtungen (4) und (5) mit Filtern F_I (8) und F_V (9) zum kontinuierlichen Eingeben der gemessenen Spannungs- und Summenstromwerte in das Fehlerortungsmittel, die für alle im Netzwerk enthaltenen Leitungen an dem MV Netzpunkt gemessen wurden, – eine Einheit M_N (10) zum Eingeben von MV Netzwerkdaten in das Fehlerortungsmittel, und – Einheit M_F (11) zum Eingeben von Information über die Fehlerart und über welche Leitung fehlerhaft wurde, nachdem ein Fehler aufgetreten ist, und dass das Fehlerortungsmittel umfasst: – einen Speicher (6a) zum Speichern von aufeinander folgenden Sequenzen von eingegebenen gemessenen Daten unmittelbar vor und nach dem Auftreten eines Fehlers, und zum Speichern von eingegebenen Netzwerkdaten – eine Einheit E_F (6b) zum Empfangen von Information über die Fehlerart und über welche Leitung fehlerhaft wurde, – Berechnungsverfahren (6c) zum Berechnen des Abstandes von dem MV Netzpunkt zu dem Ort des Fehlers auf Basis der eingegebenen Daten, und – eine Einheit E_A (6d) zum Bereitstellen eines Wertes des berechneten Abstandes zu dem Fehler.