DD266895A1 - Einrichtung zur messung und erfassung von groessen in hochspannungsnetzen - Google Patents

Abstract

Die Einrichtung dient zur Messung und Auswertung von dort auftretenden Groessen, sowie zu deren Auswertung in bezug auf Nichtperiodizitaet und Extrema, d. h. es sollen vor Ort automatisch die Groesse, der zeitliche Verlauf, der Zeitpunkt des Eintritts und die Dauer derselben messtechnisch erfasst und aufbereitet werden. Das erfolgt dadurch, dass mit einem Sensor die Groessen erfasst, mit Hilfe einer Analog-Digital-Umsetzerschaltung quantisiert und einem Einchipmikrorechner zugefuehrt werden, der diese Messwerte skaliert, wichtet und die serielle optische Signaluebertragung organisiert und dass ein weiterer Einchipmikrorechner diese Messwerte empfaengt, in Registern ablegt und aus diesen Referenzwerte gewinnt, welche er zum Vergleich aequidistanter Registerwerte heranzieht und bei einer oder einer vorgegebenen Anzahl bzw. Konzentration von Abweichungen groesser einem bestimmten Limit des betrachteten Registerbereiches diese Werte an einen anderen Speicher uebergibt, welcher von einer angeschlossenen externen Rechnerkonfiguration lesbar ist. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung Ist anwendbar in Hochspannungsnetzen zur Messung und Erfassung von dort auftretenden Größen, sowie zu deren Auswertung in bezug auf Nichtperiodlzität und Extreme.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik Im Elektroenergieversorgungsnetz f.ftretende, durch unterschiedliche Ursachen hervorgerufene Überspannungen können an

exponierten Netzpunkten Werte erreichen, die sowohl zu einer plötzlichen sofortigen Zerstörung, als auch oder durch dieerhöhte Beanspruchung zu :!ner Reduzierung der Lebensdauer elektrotechnischer Betriebsmittel führen. Es besteht daher das

Bedürfnis, die Vorgänge im Neu zu analysieren, um entsprechende Schutzmaßnahmen vorzusehen. Hierzu ist es erforderlich, die Größe, den zeitlichen Verlauf, den Zeitpunkt des Eintritts und die Dauer der Überspannung

meßtechnisch zu erfassen.

Die im Netz eingesetzten konventionellen, d. h. auf dem Transformationsprinzip beruhenden Spannungswandler, eignen sich für

derartige Meßaufgaben nur bedingt, da die Sättigung des Magnotkreises einerseits und Resonanzerscheinungen, die durch die

Reaktanzen des Wandlers hervorgerufen werden, eine unverfälschte Abbildung von Spännungshöhe und Verlauf unmöglich

machen. Mit Hilfe eine» !.apazitiven Teilers und angeschlossenem Oszillografen kann man Einzelvorgänge photografischregistrieren. Ein automatischer Meßbetrieb ist möglich, wenn eine Einrichtung zur Selektion der Überspannungen von normalen

Betriebsspannungen vorhanden ist. Der manuelle Aufwand zur Auswertung ist aber hoch. Der Verlauf der Spannung vor Eintritt der Überspannung kann nur mit hohem technischem Aufwand erfaßt werden. Der Einsatz eines bekannton kapazitiver» Teilers mit angeschlossenem Spiuenspannungsmeßgerät scheidet aus, da hiermit die Kurvenform nicht erfaßt werden kann. Die Aufzeichnung des Verlaufes der Überspannung mit einem Transientonrekordor

erfordert manuelle Überwachung. Ein automatischer Meßbetrieb ist somit nicht möglich.

(Losch, G.: Lehrbuch der Hochspannungstochnik; Berlin-Göttingen-Heldolberg 1959, S. 16)

Darüber hinaus ist ein Überspannunysklassiergerät bekannt. Hier werden jedoch lediglich die Amplituden dar Überspannung

bewertet. Der Zeitpunkt des Eintritts, die Zaitdauer sowie die Kurvenform können nicht erfaßt werden (o.g. Lohrbuch, S. 237).

Bekannt i&t ferner eine Vorrichtung zur Aufzeichnung von elektrischen Signalen, die zufällig auftretenden Störungen entsprechen (DE-PS 2926419). Hierbei werden die Werto mehrerer Sensoren nach Adressierung mit elnom Multiplexer digitalisiert und digital verzögert, Ein Abwelchon des verzögerten Wertes zum nicht verzögerten Wert bewirkt die Speicherung auf einen Datenträger, dessen Inhalt in bekannter Weise auf einem Papierstreifonschreiber kenntlich gemacht v/erden kann. Auch diese Vorrichtung erfordert das Vorhandensein geeigneter Wandler und das Erfordernis der Meßwortübertragung vom Wandler zum Registriergerät. Ferner ist von Nachteil, daß durch don Einsatz eines Multiplexers zur Adressierung dor Analogkanäle ein Datenverlust zu verzeichnen ist, was ein' /olle Erfassung dor zu überwachenden Größe im Störungsfall ausschließt.

Bekannt ist auch ein Monitor zur Überwachung wenigstens eines Betriebsparameterseiner Netzloitung (DE-OS 3211017). Diesor Monitor weist eine Eingangsstufe in Form eines Analog-Digital-Umsetzers auf, welcher die wirklichen Parameter abfragt, digitalisiert und an einen Speicher gibt. Die Werto Im Speicher werden zyklisch von einem Mikroprozessor abgefragt, welcher diese mit in tabellarischer Form eingeigebenen Worte vergleicht, um Störungen festzustellen. Die Daten werden danach einem weiteren Rechner übergeben, welcher Ein- und Ausgabegeräte zum Speichern und Drucken der Daten bodiant. Von Nachteil ist die strenge Zuordnung des Analog-Digital-Umsetzers zur Netzleitung, welche keine galvanische Trennung ermöglicht, und die Notwendigkeit des Einbaues spezieller Wandler in die Netzleitung zum Anschluß dieses Monitors. Darüber hinaus gestattet die Struktur durch die Verwendung eines Analogmultiplexers vordem Analog-Digital-Umsetzer auf Grund der endlichen Umsetzzeit des Analog-Digital-Umsetzers nicht die Erfassung von schnell veränderlichen Vorgängen. Speziell in Hochspannungsnetzen ergeben sich Probleme auch dadurch, daß die Moßwerte vom Wandler zum Monitor kabolgebundon über mehrere 100m übertragen werden müssen, was zu einer merklichen Bebürdung der Wandler führt und in den meisten Fällen den zusätzlichen Anschluß des Mon tors an im Netz eingesetzte Wandlor unmöglich macht. Von wesentlichem Nachteil ist, daß dem Monitor genaue Roferenzpai ameter eingegeben werden müssen, um Abweichungen der Netzparameter im Störungsfall erfassen zu können.

Durch die endliche Abtastzeit des einen Analog-Digital-Umsetzers in Verbindung mit einem Analogmultiplexor, welcher eine Vielzahl von Kanälen abfragt, ist es nicht möglich, nichtperiodische Extrema zwischen den Abtastpunkten zu erfassen. So können z. B. Spikes hoher Intensität, welche durchaus zur Schädigung von Betriebsmitteln führen können, vom Monitor unbeachtet bleiben.

Ferner ist bekannt, einen kapazitiven Teiler mit einem Übertrager so auszubilden, daß in Reihe mit der Oberspannungs- und Unterspannungskapazität die Primärwicklung des Übertragers liegt und daß bei entoprechondem Verhältnis der Anzapfung der Primärwicklung zu den Kapazitäten des Teilers der Meßwert unabhängig von der Bebürdung der Sekundärseite des Übertrages unverfälscht zwischen der Anzapfung und dem Fußpunkt des Unterspannungskondensators abgenommen werden kann. Somit ist eine Bereitstellung von Hilfsenergie aus dem Meßkreis möglich (DD-PS 225538).

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat zum Ziel, eine Meßeinrichtung für Hochspannungsnetze zu finden, die eine Messung und Erfassung von dort auftretenden Größen, sowie deren Auswertung anzugeben, die nicht die technischen und ökonomischen Nachteile der bekannten Anordnungen aufweist.

Wesen der Erfindung

Die technische Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Meßeinrichtung zu finden, mit der es gelingt, von im

Eioktroenergieversorgungsnetz auftretenden Überspannungen vor Ort automatisch die Größe, den zeitlichen Verlauf, den Zeitpunkt des Eintrittes und die Dauer meßtechnisch zu erfassen und aufzubereiten. Dabei soll auf den Einbau zusätzlicher Sensoren am Meßort verzichtet werden. Ebenso soll der Sender vor Ort ohne zusätzliche Hilfsenergie arbeiten.

Die technischen Mittel zur Lösung der Aufgabe

Erfindungsgemäß ist die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein als gemischter Teiler aus einem Oberspsnnungskondensator, einom

Induktiven Übertragor mit einer angezapften Primär- und mit einer Sekundärwicklung und einem Unterspannungskondensator

ausgebildeter Sensor vorgesehen Ist, wobei an die Sekundärwicklung des induktiven Übertragers eine Anordnung zur HiliGenergiöberoitstellunp. und an die Anzapfung der Primärwicklung ein Anpassungsvorstärker angeschlossen sind, dessen Ausgang über eine zwischengeschaltete Sample-and-Hold-Schaltung und einen getakteton Analog-Digital-Umsetzer mit einem ersten Einchipmikrorechner verbunden sind, von dem wiederum Steuerverbindungen zur Samplr-and-Hold-Gchaltungundzum getakteten Analog-Digital-Umsetzer zurückgeführt sind, dnß am Ausgang dieses Einchipmikrorechners in an sich bekannter Weise ein optischer (lender angeschlossen ist, dem über eine an sich bekannte Lichtwellenleiterübertragungsstrecke In ebenfalls an eich bekannter Welse ein optischer Empfänger zuyeordnet ist, an dem ein weiterer Einchipmikrorechnor angeschlossen ist, an den ein Programmspeicher, ein erster Speicher mit v/ahlfroiem Zugriff und ein weiterer, d.h. ein gemeinsamer Speicher mit wahlfreiem Zugriff angeschaltet sind, und daß an don gemeinsamon Speicher mit wahlfreiem Zugriff eine externe Rechnerkonfiguration angeschlossen ist.

Vortellhafterwelse ibt zur Mossung des Temperaturgangos des ersten Sensors oin Temperatursensor vorgesehen, dessen Ausgang mit dem ersten Einchipmikrorechner verbunden ist.

Vorteilhafterweise werden die Nulldurchgänge mit einem Nullpunktkomparator erfaßt und diese erfaßten Nulldurchgänge dem ersten Einchipmikrorechnor zugeführt, um die Vorgänge vorzugsweise Interruptgesteuert zu synchronisieren.

Weiterhin ist es von Vorteil, daß zur Aufzeichnung der Daten bei Veränderung von Elongation und/odor Periodizität und/oder zeitlichen Ablauf der Vorgänge ein Datenträger vorgesehen ist.

Durch die erfindungsgemäße Einrichtung wird nun erreicht, daß das Ausgangssignal des ersten Sensors mittels des Analog-Digital-Umsetzers quantisiert und die quan'Jsierte Größe den Eingängen des ersten Einchipmikrorechners zugeführt wird und dieser außordem weitere Parameter zugeführt erholt und daß entsprechend dem vorgegebenen Algorithmus die das Ausgangssignal des ersten Sensors repräsentierende quantisierte Größe verändert und/oder der Abtastzyklus des getakteton Analog-Digital-Umsetzers beeinflußt wird urul der erste Einchipmikrorechner das sich daraus ergebende digitale Wort in eine entsprechende serielle Sequenz überführt, die in an sich bekannter Weise über eine Lichtwellenleitorübertragungsstrocke zu einem Empfänger mit einem angeschlossenen weiteren Einchipmikrorechner übertragen wird, wobei dieser anhand von durch Vergleiche der übertragenen digitalen Worte mit in Registern abgelegten Worten mit einer bestimmten Schrittweite Referenzwerte gewinnt und diese zum Vergleich äquidistantor Rogistorworte heranzieht und bei einer oder einer vorgegebenen Anzahl bzw. Konzentration von Abweichungen der betrachteten Registerwerte von einem bzw. e>ner Anzahl von Registerwerten, deren Wort sich von den betrachteten Referenzwerten um einen vorgegebenen Schwellwert unterscheidet, die gespeicherten Werte in oln weiteres Register abgelegt werden, welches dann die überti age.ion Worte vo,·, während und nach dem Eintritt der Abweichung speichert und welches unabhängig von weiteren Vergleichszyklen von einer angeschlossenen externen Rechnerkonfiguration gelesen werden kann. Dabei können die mittels des Analog-Digital-Umsetzers quantisiorton Meßwerte aufgrund der Ausgangsgrößen des Temperatursensors oder eingegebener Parameter vom ersten Einchipmikrorechner korrigiert werden.

Ausföhrungsbelsplel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1: die'Meßwertaufbereituny auf der Sensorseite und

Fig. 2: die Meßwertauswertung nach der Meßwertübertragung via Lichtwellenleiterübertragungsstrecke.

An einen Sensor 1, der aus dem gemischten Teiler, der aus oinem Oberspannungskondensrtor 2, einem Übertrager 3 mit einer angezapften Primärwicklung 4 und einer Sekundärwicklung 5 und einem Unterspannungskondensator 6 besteht, ist eine Anordnung 7 zur Hilfsenergiebereitstellung und ein Verstärker 8 zur Anpassung angeschaltet.

Zwischen dem Verstärker 8 und den Eingängen eines Einchipmikrorechnors 9 sind eine Sample-and-Hold-Schaltung 10 und oin Analog-Digital-Umsetzer 11 geschaltet, welche vom Einchipmikrorechner 9 angesteuert werden.

Die Zusammenschaltung von Sample-and-Hold-Schaltung 10 und dem Analog-Digital-Umsetzer 11 bildet die getaktete Analog-Digital-Umsetzerschaltung 12. Am Ausgang des Einchipmikrorechners 9 ist oin optischer Sender 13, welcher auf eine Lichtwellenleiterübertragungsstrecke 14 arbeitet, angeschlossen.

Dieser tst ein optischer Empfänger 16 zugeordnet, der auf einen weiteren Einchipmikrorechner 16 arbeitet. Ebenfalls an den Einchipmikrorechner 16 sind ein Programmspeicher 17 ein Speicher 18 mit wahlfreiem Zugriff und oin gemeinsamer Speicher 19 mit wahlfreiem Zugriff angeschaltet. Auf den gemeinsamen Speicher 19 kann auch eine Rechnerkonfiguration 20 ebenfalls zugreifen. Der in bekannter Weise beschaltete gemischte Teiler speist über die Sekundärwicklung 5 dos Übertragers die Anordnung 7 zur Hilfsenergiebereitstellung. Der Meßwert wird an der Anzapfung der Primärwicklung 4 abgenommen und dem Verstärker 8 zugeführt. An den Ausgang dieses Verstärkers 8 ist die getaktete Analog-Digital-Umsetzerschaltung 12 angeschlossen, die ihrerseits an den Einchipmikrorechner 9 so angeschlossen ist, daß der Einchipmikrorechner 9 don Umsetzvorgang des Analog-Digital-Umsetzers 11 einleitet, die Sample-and-Hold-Schaltung 10 ansteuert und die Daten vom Ausgang des Analog-Digital-Umsetzers 11 einliest. In einer vom Programm vorgegebenen Sequenz (z. B. 10 Abtastungen pro Halbwelle) wird der Meßwert mittels der getakteten Analog-Digital-Umsetzerschaltung 12 abgetastet und umgesetzt. Der Einchipmikroroch. r 9 übernimmt neben der Serlalisiorung der gewonnenen Daten und der Ansteuerung des Senders 13 z.B. die Skalierung der Meßwe: (β. Bei der Verwendung eines e-bit-Einchipmikrorechners und eines 10-bit Analog-Digital-Umsetzers wird der Meßwert in zwp) Worte zu je 8 bit gepackt, wobei die freien Bits durch die Parität, durch das Vorzeichenbit und durch einen Kenncode des Senders aufgefüllt werden.

Andererseits gestattet der Einchipmikrorechner 9 auch die Beeinflussung der Abtastrate zur Detektierung von Spitzenwerten nach Auftreten von Extroma, indem die Abtastrate erhöht wird, und die Absenkung der Abtastrate im Falle des Meßwertes Null über eine längere Zeit, um vorhandene Zwischenspeicher der Hilfsenergie in der Schaltung zur Hilfsenergiebereitstollung in diesem Zeitraum nur gering zu belasten. Nach der Übertragung über die Lichtwellenleiterübertragungsstrecke 14 und dem Empfang des optischen Signals mit dem optischen Empfängor 15 muß das in serieller Form vorliegende Signal in ein parallel verfügbares Signal umgewandelt werden. Zweckmäßig ist auch hier die Verwendung eines Einchipmikrorechners 16, der neben der Serien-Parallel-Wandlung auch die Übertragung durch Auswertung der Paritätsbits überwacht. Die empfangenen Moßworte werden in dem Speicher 18 mit wahlfreiem Zugriff abgelegt. Die Ablage erfolgt derart, daß mit Hilfe des Speichers 18 mit wahlfreiem Zugriff ein Ring gebildet wird, in welchem bereits abgelegte Werte sequentiell durch aktuelle Worte ersetzt werden, wodurch im Ring stets die Daten mindestens der zwei letzten Perioden dos abgetasteten Analogvorgtings vorhanden sind. Innerhalb des Adreßbereicheo dieses Speichers 18 werden zwei Zeiger gesetzt, wobei der eine Zeiger auf einen Referenzwert gerichtet wird und der darauf folgende Abtastwert mit diesem Referenzwert in Relation gesetzt wird. Somit kann der andere Zeiger derart im Adreßbereich dieses Speichers 18 gerichtet werden, daß zwischen den durch die Zeiger markierten Speicherplätzen die Daten von einer oder mehreren Perioden des abgetasteten Analogvorganges vorhanden sind.

Nun wird der Wert im Abtastpunkt η der m-ten Periode mit dem Abtestpunkt η der (m+a)-ton Periode verglichen. Überschreitet die Differenz der verglichenen Werte eine festgelegte Schwelle und tritt eine Mindestkonzentration diosor mehr als zulässig voneinander abwolchenden Worte auf, so wird der Vergleichsmodus verlassen und die Daten vor, während und nach dieser Abweichung an don anderen Speicher 19 übergeben.

Mit Hilfe der externen Rechnerkonfiguration wird die Abspeicherung der Meßwerte mif einem Datenträger 21 vorgenommen. Eine Meßwertdarstellung und Auswertung (z.B. nach statistischen Gesichtspunkten) ist derart ebenfalls möglich. Im Sinne der Erfindung ist es möglich, zusätzlich zu den Meßwerten Im Speicher Zusatzdaten abzulegen, welche die Meßwerte mit der Zeit, dem Datum, dem Kenncode des Senders u. a. kommentieren. Bedingt durch den unterschiedlichen Aufbau des Oberspannungskondensators 2, der zumeist ein Dielektrikum aus Öl/Papier besitzt und des Untorspannungskondonsators 6, welcher als konzentriertes Bauelement vorliegt, weist der gemischte Teiler einen bestimmten Temporaturgang auf. In einer Ausgestaltung der erfindungsgomäßon Lösung weist die Schaltung einen nicht in der Fig. 1 dargestellten Temperatursensor auf, dessen Ausgangssignal auf den Einchipmikrorechner 9 wirkt und r.ine Voränderung der Skalierung der Meßworte als Funktion der Temperatur ermittelt.

Eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung weist ein Mittel zur Markierung der Nulldurchgänge der Spannungen auf. Hierzu dient ein Nullpunktkomparator 22, welcher direkt auf den Einchipmikrorechner 9 arbeitet. Der Nulldurchgang dor Meßgröße führt zur Interruptauslösung im Einchipmikrorechner 9. Dieses Ereignis kann sofort übertragen werden; gegebenenfalls mit dor Information über die Zeitdifferenz zwischen diesem und dem vorhergehenden Interrupt.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Messung und Erfassung von Größen in Hochspannungsnetzen mit einer einem Sensor zugeordneten gotakteten Analog-Digital-Umsetzerschaltung, wobei der Sensor auch die Hilfsenergiebereitstellung der getakteten Analog-Digital-Umsetzerschaltung, des Einchipmikrorechners u id des Senders übernimmt und einer Lichtwellenleiterübertragungsstrecke und einem Empfänger, dem eine Rechnerkonfiguration zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (1) als gemischter Teiler aus einem Überspannungskondensator (2), einem induktiven Übertrager (3) mit einer angezapften Primärwicklung (4) und einer Sekundärwicklung (5) und einem Unterspannungskondensator (6) ausgebildet ist, an dessen Sekundärwicklung (5) des induktiven Übertragers (3) eine Anordnung (7) zur Hilfsenergiebereitstellung und an deren Anzapfung ein Anpassungsverstärker (8) angeschlossen sind, dessen Ausgänge über eine zwischengeschaltete Sample-and-Hold-Schaltung (10) und einen Analog-Digital-Umsetzer (11) mit einem ersten Einchipmikrorechner (9) verbunden sind, von dem wiederum Steuerverbindungen zur Sample-and-Hold-Schaltung (10) und zum Analog-Digital-Umsetzer (11) zurückgeführt sind, daß am Ausgang des Einchipmikrorechners (9) in an sich bekannter Weise ein op. ischer Sender (13) angeschlossen ist, dem über eine an sich bekannte Lichtwellenleiterübertragungsstrecke (14) in ebenfalls an sich bekannter Weise ein optischer Empfänger (15) zugeordnet ist, an den ein weiterer Einchipmikrorechner (16) angeschlossen ist, an den ein Programmspeicher (17), ein erster Speicher (18) mit wahlfreiem Zugriff und ein gemeinsamer Speicher (19) mit wahlfreiem Zugriff angeschaltet sind, und daß an den gemeinsamen Speicher (19) mit wahlfreiem Zugriff eine externe Rechnerkonfiguration (20) angeschlossen ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß für die Messung des Temperaturganges des ersten Sensors (1) ein Temperatursensor vorgesehen ist, dessen Ausgang mit dem ersten Einchipmikrorechner (9) verbunden ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zum Vergleich der Phasenlage von mehreren Netzparametern und als Mittel zur Erfassung der Nulldurchgänge ein Nullpunktkomparator (22) vorgesehen ist, der mit dem ersten Einchipmikrorechner (9) diesen zusätzlich steuernd verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß zur Aufzeichnung der Daten bei Veränderung von Elongation und/oder Periodizität und/oder zeitlichem Ablauf ein Datenträger (21) vorgesehen ist.