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WO2014067831A1 - Verfahren und anordnung für die lokalisierung von kurzschlüssen in energieversorgungsnetzen - Google Patents

Verfahren und anordnung für die lokalisierung von kurzschlüssen in energieversorgungsnetzen Download PDF

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Publication number
WO2014067831A1
WO2014067831A1 PCT/EP2013/072162 EP2013072162W WO2014067831A1 WO 2014067831 A1 WO2014067831 A1 WO 2014067831A1 EP 2013072162 W EP2013072162 W EP 2013072162W WO 2014067831 A1 WO2014067831 A1 WO 2014067831A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
transformer
current
medium
low
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2013/072162
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan KÄMPFER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Technology AG
Original Assignee
ABB Technology AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ABB Technology AG filed Critical ABB Technology AG
Priority to DE112013005232.6T priority Critical patent/DE112013005232A5/de
Priority to SE1550489A priority patent/SE1550489A1/sv
Priority to CN201380057387.8A priority patent/CN104769448B/zh
Publication of WO2014067831A1 publication Critical patent/WO2014067831A1/de
Priority to IN2838DEN2015 priority patent/IN2015DN02838A/en
Priority to US14/700,781 priority patent/US9910080B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications
    • Y04S10/52—Outage or fault management, e.g. fault detection or location

Definitions

  • the invention relates to a method and an arrangement for determining the direction of overcurrents in power supply networks, in particular in medium-voltage networks.
  • local network or substations are used to transform and distribute the electric current.
  • the local network or substation which connect a medium voltage and low voltage level of a power grid with each other, are usually constructed of a medium-voltage switchgear, a transformer and a low-voltage distribution.
  • short circuit indicators are installed in the local network stations, which indicate an occurring overcurrent.
  • a clearly directed load flow and radially operated networks have so far lead to a clear direction of the short circuits in the power supply networks, so that a fault can be limited with the short circuit indicators.
  • medium-voltage networks are operated in closed rings or as a meshed network (ie in this network each network node is connected to one or more other network nodes), occurring short circuits can be fed from different directions.
  • decentralized systems lead to changed load flows and can also contribute to overcurrent. In both cases, a pure overcurrent detection for clear fault location is not enough. However, a clear localization of the faulty network section can be achieved by adding the direction information of the short-circuit or overcurrent.
  • newer short-circuit indicators use the capacitive tap of the medium-voltage switchgear, which is provided in the true sense only to determine the absence of voltage, for a voltage measurement with low measurement quality. If a capacitive tap, especially in air-insulated systems, not available, no direction detection of the short-circuit or overcurrent can take place.
  • a method for determining the direction of overcurrents in a power supply network which connects a medium-voltage network and a low-voltage network, also called medium voltage and low voltage level, via a transformer, wherein the arranged between the medium voltage level and the low voltage level transformer, the medium voltage in a low voltage is transformed.
  • the method according to the invention comprises the following steps.
  • a current measurement is carried out in at least one outflow of the medium voltage level by means of a first measuring transducer, and in the low-voltage level of the transformer or a downstream low-voltage distribution a voltage measurement is carried out and an overcurrent is detected.
  • current transformer or current sensors are used for current measurement.
  • the voltage measurement in the low-voltage plane can be advantageously carried out by a direct recording of the voltage in a transmitter or a processing unit. A voltage transformer or voltage sensor is not needed.
  • phase position between the current measured in the medium voltage level 1 and the measured voltage in the low voltage level 3 are determined from the current and voltage measurement.
  • the phase relationship between the measured current in the medium voltage level and the measured voltage in the low voltage level is evaluated to the effect that the direction Overcurrent is determined and the particular directional decision is corrected in response to the phase rotation of the transformer.
  • the error may be located in front of or behind the measuring point. This direction can be determined on the basis of the value of the phase position.
  • a correction angle which takes into account, for example, the line angle, set become.
  • the line angle accounts for the phase rotation of the current caused by the line impedance.
  • a second transmitter is arranged at the low voltage level of the transformer, with which an additional current and voltage measurement is carried out at the low voltage level, wherein the additional measurement, a power flow across the transformer and thus a load-dependent voltage difference from the Amount of power flow and the phase angle is determined.
  • This is done using a transformer equivalent circuit diagram or transformer model implemented in the processing unit.
  • the phase angle between the medium voltage current and the voltage in the low voltage level can be additionally corrected, which is particularly relevant, even if in the case of short circuit, a load flow through the transformer, for example, by decentralized energy systems arranged in the supply network and thus a not to be neglected angular rotation arises.
  • the power flow and thus the power flow direction in the medium-voltage network can also be determined with the method described above.
  • a directional decision regarding the direction of the overcurrent can also be determined, wherein the error is in the feed direction of the power.
  • an updating of the voltage before the occurrence of the short-circuit or the occurrence of the overcurrent is carried out in a memory or processing unit integrated in the transmitter, and the direction of the current is determined therefrom on the basis of these stored values, thereby ensuring the reliability of the direction determination very small voltage values is increased in an advantageous manner.
  • an arrangement for determining the direction of overcurrents in a power supply network having at least one local network or substation, which interconnects a medium voltage and low voltage level via a transformer is provided.
  • the arrangement according to the invention is equipped with a first measuring transducer in which an overcurrent detection and a directional determination of the current in the medium voltage level are implemented.
  • the first transmitter is arranged in at least one outlet of the medium voltage level and performs a current measurement on the medium voltage level and a voltage measurement on the low voltage level of the transformer and detects from this a pending overcurrent.
  • the first transmitter or a processing unit cooperating therewith determines from the current and voltage measurement the phase relationship between current and voltage or a power flow in the medium voltage level and, taking into account the phase rotation of the transformer, evaluates the phase position or the power flow and determines therefrom the direction of the overcurrent.
  • a second transmitter which cooperates with the first transmitter and performs an additional current and voltage measurement at the low voltage level of the transformer. From this measurement, a power flow over the transformer and thus a load-dependent voltage difference can be determined from the magnitude of the power flow and the phase angle.
  • the current measurements of the transducers are designed as current transformers or current sensors.
  • the first transmitter and / or the second transmitter for limiting a fault location in the energy supply network by remote diagnosis via a communication unit with a network control center or a running, for example, as control / control system, higher-level system connected by the transmitter or by the processing unit of the local network.
  • Umspannstation provided measured values or messages to the direction of the overcurrent for further processing receives.
  • a control system from the messages received from several local network or substations automatically limit the fault location by means of a stored network topology, suggest switching operations for enabling affected power supplies and a re-supply of unaffected power supplies or run this automated.
  • the communication unit is preferably housed in a separate device, but may also be integrated into the processing unit.
  • the local network or substation is equipped with a display device which visualizes the data or messages obtained from the measured values for the direction of the overcurrent and, for example, a suppression group sent to the substation, to provide.
  • FIGURE 1 shows schematically a partial area of a power supply network, which may also comprise decentralized power plants, with a medium voltage level 1 and a low voltage level 3.
  • the medium-voltage network is via a transformer station, which has a transformer 4 shown here as the main component, the higher voltages from the medium voltage level 2 to lower voltages of the low voltage level 3 transformed.
  • the substation between the medium voltage level 1 and the low voltage level 3 is also referred to as a local network station, since this is located near the households in localities and provides a network voltage for end consumers.
  • the current is measured by means of a first transmitter 2 and detects an overcurrent.
  • the first transmitter 2 performs a voltage measurement on the low-voltage level 3 of the transformer 4 or in a downstream low-voltage distribution.
  • the phase position between measured current and measured voltage is now determined.
  • the phase position is evaluated and determines the direction of the overcurrent.
  • the correction angle which takes into account, for example, the line angle, can also be set not only in the first transmitter 2 but also in the further processing unit 5.
  • the arrangement according to the invention for an additional current and voltage measurement has a second measuring transducer 6, which is connected to the low-voltage transformer.
  • voltage level 3 of the transformer 4 is arranged and cooperates with the first transmitter 2 and the processing unit 5.
  • the load-dependent voltage angle difference across the transformer 4 is taken into account in the direction determination by the measurement of current and voltage on the low voltage level 3.
  • the measurement takes place via the measuring transducer 6 and the corrected direction determination in the further processing unit 5.
  • the direction is determined by means of the power direction of the transformer 4.
  • the power from the current and voltage measurements of the low voltage level 3 and the current measurement on medium voltage level 2 is determined taking into account the characteristics of the transformer 4 in the further processing unit 5.
  • the second transmitter 6 determines the power flow through the transformer 4 and thus the load-dependent voltage difference, which results from the magnitude of the power flow and the phase angle. To determine the load-dependent voltage difference, the values of the additional current and voltage measurement are supplied by the second transmitter 6 to the further processed unit 5, in which a transformer equivalent circuit diagram or transformer model are implemented.
  • the phase angle between the current flowing in the medium voltage level 1 and the voltage in the low voltage level 3 can be additionally corrected. This is particularly relevant if, even in the event of a short circuit, a load flow occurs via the transformer 4, for example caused by decentralized energy systems, and as a result an unavoidable angular rotation of the phase position arises.
  • an overcurrent detection and a direction determination of the current are implemented in the first transmitter 2.
  • the phase rotation of the transformer and an additional correction angle can be parameterized.
  • Processing unit processing unit

Landscapes

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in Energieversorgungsnetzen mit wenigstens einer Ortsnetz- bzw. Umspannstation, welche ein Mittelspannungsnetz (1) und ein Niederspannungsnetz (3) über einen Transformator (4) miteinander verbindet. Mittels eines ersten Messumformers (2) wird in mindestens einem Abgang des Mittelspannungsnetzes (1) eine Strommessung sowie in der Niederspannungsebene (3) des Transformators (4) oder einer nachgeordneten Niederspannungsverteilung eine Spannungsmessung durchgeführt und ein Überstrom detektiert. Aus der Strom- und Spannungsmessung wird die Phasenlage zwischen dem in der Mittelspannungsebene (1) gemessenem Stromes und der gemessenen Spannung in der Niederspannungsebene (3) oder der Leistungsfluss im Mittelspannungsnetz (1) ermittelt. Mittels des ersten Messumformers (2) oder einer damit zusammenwirkenden Verarbeitungseinheit (5) wird unter Berücksichtigung der Phasendrehung des Transformators (4) die Phasenlage oder der Leistungsfluss im Mittelspannungsnetz (1) ausgewertet und daraus die Richtung des Überstromes bestimmt.

Description

Beschreibung
Verfahren und Anordnung für die Lokalisierung von Kurzschlüssen in Energiever- sorqungsnetzen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in Energieversorgungsnetzen, insbesondere in Mittelspannungsnetzen.
In Energieversorgungsnetzen, auch als elektrischen Verteilungsnetze bezeichnet, werden Ortsnetz- bzw. Umspannstationen zur Transformation und Verteilung des elektrischen Stromes eingesetzt. Die Ortsnetz- bzw. Umspannstationen, welche eine Mittelspannungs- und Niederspannungsebene eines Stromnetzes miteinander verbinden, sind üblicherweise aus einer Mittelspannungsschaltanlage, einem Transformator und einer Niederspannungsverteilung aufgebaut. Um Kurzschlüsse im Mittelspannungsnetz zu lokalisieren, werden in den Ortsnetzstationen Kurzschlussanzeiger eingebaut, die einen auftretenden Überstrom anzeigen.
Ein eindeutig gerichteter Lastfluss und radial betriebene Netze führen bisher zu einer eindeutigen Richtung der Kurzschlüsse in den Energieversorgungsnetzen, so dass eine Fehlerstelle mit den Kurzschlussanzeigern eingegrenzt werden kann. Werden Mittelspannungsnetze in geschlossenen Ringen bzw. als vermaschtes Netz (d.h. in diesem Netz ist jeder Netzwerkknoten mit einem oder mehreren anderen Netzwerkknoten verbunden) betrieben, können auftretende Kurzschlüsse von unterschiedlichen Richtungen gespeist werden. Des Weiteren führen dezentrale Anlagen zu veränderten Lastflüssen und können ebenfalls einen Beitrag zum Überstrom liefern. In beiden Fällen reicht eine reine Überstromerkennung zur eindeutigen Fehlerorteingrenzung nicht aus. Eine eindeutige Lokalisierung des fehlerbehafteten Netzabschnittes kann jedoch durch Hinzunahme der Richtungsinformation des Kurzschluss- oder Überstromes erreicht werden. Hierzu nutzen neuere Kurzschlussanzeiger den kapazitiven Abgriff der Mittelspannungsschaltanlage, der im eigentlichen Sinne nur zur Feststellung der Spannungsfreiheit vorgesehen ist, für eine Spannungsmessung mit geringer Messgüte. Ist ein kapazitiver Abgriff, insbesondere in luftisolierten Anlagen, nicht vorhanden, kann keine Richtungserkennung des Kurzschluss- oder Überstromes erfolgen.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in Energieversorgungsnetzen, insbesondere in Mittelspannungsnetzen, anzugeben, mit denen eine zuverlässige Eingrenzung eines Fehlerortes bedingt durch einen Kurzschluss- oder Überstrom ermöglicht ist, insbesondere auch dann, wenn die Schaltanlagen des Energieversorgungsnetzes keinen kapazitiven Abgriff aufweisen.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in einem Energieversorgungsnetz gemäß Anspruch 1 sowie durch die Anordnung gemäß dem nebengeordneten Anspruch 7 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in einem Energieversorgungsnetz vorgesehen, welche ein Mittelspannungsnetz und ein Niederspannungsnetz, auch Mittelspannungs- und Niederspannungsebene genannt, über einen Transformator miteinander verbindet, wobei der zwischen der Mittelspannungsebene und der Niederspannungsebene angeordnete Transformator die Mittelspannung in eine Niederspannung transformiert. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die nachfolgenden Schritte.
In einem ersten Schritt wird in mindestens einem Abgang der Mittelspannungsebene mittels eines ersten Messumformers eine Strommessung sowie in der Niederspannungsebene des Transformators oder einer nachgeordneten Niederspannungsverteilung eine Spannungsmessung durchgeführt und ein Überstrom detek- tiert. Dabei werden zur Strommessung beispielsweise Stromwandler oder Stromsensoren eingesetzt. Die Spannungsmessung in der Niederspannungsebene kann in vorteilhafter Weise durch eine direkte Aufnahme der Spannung in einem Messumformer oder einer verarbeitenden Einheit erfolgen. Ein Spannungswandler oder Spannungssensor wird nicht benötigt.
In einem zweiten Schritt werden aus der Strom- und Spannungsmessung die Phasenlage zwischen dem in der Mittelspannungsebene 1 gemessenem Stroms und der gemessenen Spannung in der Niederspannungsebene 3 ermittelt.
Nun wird im ersten Messumformer oder in einer damit zusammenwirkenden Verarbeitungseinheit, beispielsweise einer Fernwirkeinheit, in einem weiteren Schritt unter Berücksichtigung der Phasendrehung des Transformators die Phasenlage zwischen dem in der Mittelspannungsebene gemessenem Stromes und der gemessenen Spannung in der Niederspannungsebene dahingehend ausgewertet, dass daraus die Richtung des Überstromes bestimmt wird und der bestimmte Richtungsentscheid in Abhängigkeit der Phasendrehung des Transformators korrigiert wird. Je nach Bezugssystem kann sich der Fehler vor oder hinter der Messstelle befinden. Diese Richtung ist anhand des Wertes der Phasenlage zu bestimmbar.
Zur einer genaueren Richtungsbestimmung des Überstromes kann in einer Ausgestaltung der Erfindung im ersten Messumformer oder der Verarbeitungseinheit ein Korrekturwinkel, der beispielsweise den Leitungswinkel berücksichtigt, eingestellt werden. Der Leitungswinkel berücksichtigt die Phasendrehung des Stromes, die durch die Leitungsimpedanz verursacht wird.
In einer weiteren verbesserten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein zweiter Messumformer an der Niederspannungsebene des Transformators angeordnet, mit dem eine zusätzliche Strom- und Spannungsmessung an der Niederspannungsebene durchgeführt wird, wobei aus der zusätzlichen Messung ein Leistungsfluss über dem Transformator und damit eine lastabhängige Spannungsdifferenz aus dem Betrag des Leistungsflusses und dem Phasenwinkel bestimmt wird. Dies erfolgt unter Verwendung eines in der Verarbeitungseinheit implementierten Transformatorersatzschaltbildes oder Transformatormodelles. Mit dem bestimmten Phasenwinkel kann die Phasenlage zwischen Mittelspannungs- Strom und der Spannung in der Niederspannungsebene zusätzlich korrigiert werden, was insbesondere dann relevant ist, wenn auch im Kurzschlussfall ein Last- fluss über den Transformator, beispielsweise durch im Versorgungsnetz angeordnete dezentrale Energieanlagen erfolgt und dadurch eine nicht zu vernachlässigende Winkeldrehung entsteht.
Alternativ zur Nutzung der Phasenlage zwischen dem gemessenen Strom und der gemessenen Spannung kann mit dem vorab beschriebenen Verfahren auch der Leistungsfluss und damit die Leistungsflussrichtung im Mittelspannungsnetz bestimmt werden. Auf Basis der Leistungsflussrichtung kann ebenfalls ein Richtungsentscheid betreffend der Richtung des Überstromes bestimmt werden, wobei sich der Fehler in Speiserichtung der Leistung befindet.
In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Fortschreibung der Spannung vor dem Kurzschlusseintritt bzw. dem Eintritt des Überstromes in einem im Messumformer integrierten Speicher oder der Verarbeitungseinheit durchgeführt und daraus die Richtung des Stromes auf Basis dieser abgespeicherten Werte ermittelt, wodurch die Zuverlässigkeit der Richtungsbestimmung bei sehr kleinen Spannungswerten in vorteilhafter Weise erhöht wird. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in einem Energieversorgungsnetz mit wenigstens einer Ortsnetz- bzw. Umspannstation, welche eine Mittelspannungs- und Niederspannungsebene über einen Transformator miteinander verbindet, vorgesehen.
Die erfindungsgemäße Anordnung ist mit einem ersten Messumformer ausgestattet, in dem eine Überstromerkennung und eine Richtungsbestimmung des Stromes in der Mittelspannungsebene implementiert sind.
Der erste Messumformer ist in mindestens einem Abgang der Mittelspannungsebene angeordnet und führt eine Strommessung auf der Mittelspannungsebene sowie eine Spannungsmessung auf der Niederspannungsebene des Transformators durch und detektiert daraus einen anstehenden Überstrom.
Der erste Messumformer oder eine damit zusammenwirkenden Verarbeitungseinheit ermittelt aus der Strom- und Spannungsmessung die Phasenlage zwischen Strom und Spannung oder einen Leistungsfluss in der Mittelspannungsebene und wertet unter Berücksichtigung der Phasendrehung des Transformators die Phasenlage oder den Leistungsfluss aus und bestimmt daraus die Richtung des Überstromes.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist ein zweiter Messumformer vorgesehen, der mit dem ersten Messumformer zusammenwirkt und eine zusätzliche Strom- und Spannungsmessung an der Niederspannungsebene des Transformators ausführt. Aus dieser Messung ist dann ein Leistungsfluss über dem Transformator und damit eine lastabhängige Spannungsdifferenz aus dem Betrag des Leistungsflusses und dem Phasenwinkel bestimmbar. Die Strommessungen der Messumformer sind als Stromwandler oder Stromsensoren ausgeführt.
Erfindungsgemäß sind der erste Messumformer und/oder der zweite Messumformer zur Eingrenzung eines Fehlerortes im Energieversorgungsnetz per Ferndiagnose über eine Kommunikationseinheit mit einer Netzleitstelle oder einem, beispielsweise als Leit/Steuersystem ausgeführtem, übergeordneten System verbunden, welches die vom Messumformer oder von der Verarbeitungseinheit der Ortsnetz- bzw. Umspannstation bereitgestellten Messwerte oder Meldungen zur Richtung des Überstromes zur weiteren Verarbeitung empfängt. So kann beispielsweise ein Leitsystem aus den empfangenen Meldungen aus mehreren Ortsnetz- bzw. Umspannstationen automatisch den Fehlerort mittels einer hinterlegten Netztopo- logie eingrenzen, daraus Schalthandlungen zur Freischaltung betroffener Netzteile und eine Wiederversorgung nicht-betroffener Netzteile vorschlagen oder diese automatisiert ausführen.
Die Kommunikationseinheit ist vorzugsweise in einem separaten Gerät untergebracht, kann aber auch in die Verarbeitungseinheit integriert sein.
In einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung zur Lokalisierung von Kurzschlüssen in der Mittelspannungsebene des Energieversorgungsnetzes ist die Ortsnetz- bzw. Umspannstation mit einer Anzeigevorrichtung ausgestattet, welche die aus den Messwerten gewonnenen Daten oder Meldungen zur Richtung des Überstromes visualisiert und, beispielsweise einem zur Umspannstation entsendeten Entstörtrupp, zur Verfügung gestellt werden.
Anhand von dem in der Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Anordnung sollen die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung näher erläutert und beschrieben werden. In der einzigen Figur 1 ist schematisch ein Teilbereich eines Energieversorgungsnetzes dargestellt, welches auch dezentrale Energieanlagen umfassen kann, mit einer Mittelspannungsebene 1 und einer Niederspannungsebene 3.
Das Mittelspannungsnetz ist über eine Umspannstation, die als Hauptkomponente einen hier dargestellten Transformator 4 aufweist, der höhere Spannungen von der Mittelspannungsebene 2 zu niedrigeren Spannungen der Niederspannungsebene 3 transformiert.
Die Umspannstation zwischen der Mittelspannungsebene 1 und der Niederspannungsebene 3 wird auch als Ortsnetzstation bezeichnet, da diese nahe der Haushalte in Ortschaften angeordnet ist und eine Netzspannung für End-Verbraucher bereitstellt.
In einem Abgang der Mittelspannungsebene 1 wird der Strom mittels eines ersten Messumformers 2 gemessen und ein Überstrom detektiert. Gleichzeitig führt der erste Messumformer 2 eine Spannungsmessung auf der Niederspannungsebene 3 des Transformators 4 oder in einer nachgeordneten Niederspannungsverteilung durch. Mittels der beiden Messungen wird nun die Phasenlage zwischen gemessenem Strom und gemessener Spannung bestimmt. Nun wird innerhalb des ersten Messumformers 2 oder in einer mit dem ersten Messumformer 2 verbundenen weiterverarbeitenden Einheit 5, beispielsweise in einer Fernwirkeinheit, unter Berücksichtigung der Phasendrehung des Transformators 4 die Phasenlage ausgewertet und daraus die Richtung des Überstromes bestimmt.
Zur verbesserten Richtungsbestimmung kann außerdem der Korrekturwinkel, der beispielsweise den Leitungswinkel berücksichtigt, nicht nur im ersten Messumformer 2 sondern auch in der weiterverarbeitenden Einheit 5 eingestellt werden.
Optional weist die erfindungsgemäße Anordnung für eine zusätzliche Strom- und Spannungsmessung einen zweiten Messumformer 6 auf, der an der Niederspan- nungsebene 3 des Transformators 4 angeordnet ist und mit dem ersten Messumformer 2 und der Verarbeitungseinheit 5 zusammenwirkt.
Erfindungsgemäß wird durch die Messung von Strom und Spannung auf der Niederspannungsebene 3 die lastabhängige Spannungswinkeldifferenz über dem Transformator 4 bei der Richtungsbestimmung berücksichtigt. Dabei erfolgt die Messung über den Messumformer 6 und die korrigierte Richtungsbestimmung in der weiterverarbeitenden Einheit 5.
Die Richtungsbestimmung erfolgt mittels der Leistungsrichtung am Transformator 4. Dabei wird die Leistung aus den Strom- und Spannungsmessungen der Niederspannungsebene 3 und der Strommessung auf Mittelspannungsebene 2 unter Berücksichtigung der Kenndaten des Transformators 4 in der weiterverarbeitenden Einheit 5 bestimmt.
Der zweite Messumformer 6 ermittelt den Leistungsfluss über den Transformator 4 und damit die lastabhängige Spannungsdifferenz, die sich aus dem Betrag des Leistungsflusses und dem Phasenwinkel ergibt. Zur Ermittlung der lastabhängige Spannungsdifferenz werden die Werte der zusätzlichen Strom- und Spannungsmessung durch den zweiten Messumformer 6 der weiterverarbeiteten Einheit 5 zugeführt, in der ein Transformatorersatzschaltbild oder Transformatormodell implementiert sind.
Mit dem bestimmten Phasenwinkel kann die Phasenlage zwischen dem in der Mittelspannungsebene 1 fließendem Strom und der Spannung in der Niederspannungsebene 3 zusätzlich korrigiert werden. Dies ist insbesondere relevant, wenn auch im Kurzschlussfalle ein Lastfluss über den Transformator 4, beispielsweise verursacht durch dezentrale Energieanlagen, erfolgt und dadurch eine nicht zu vernachlässigende Winkeldrehung der Phasenlage entsteht. Erfindungsgemäß sind im ersten Messumformer 2 eine Überstromerkennung und eine Richtungsbestimmung des Stromes implementiert. Dabei sind die Phasendrehung des Transformators und ein zusätzlicher Korrekturwinkel parametrierbar.
Bezuqszeichenliste
Mittelspannungsnetz, Mittelspannungsebene
erster Messumformer
Niederspannungsnetz, Niederspannungsebene
Transformator zur Transformation der Mittelspannung in eine Niederspannung
Verarbeitungseinheit, weiterverarbeitende Einheit
zweiter Messumformer
Kommunikationseinheit

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in einem Energieversorgungsnetz mit wenigstens einer Ortsnetz- bzw. Umspannstation, welche ein Mittelspannungsnetz (1 ) und ein Niederspannungsnetz (3), auch Mittelspannungs- und Niederspannungsebene genannt, über einen Transformator (4) miteinander verbindet, umfassend folgende Schritte:
- mittels eines ersten Messumformers (2) wird in mindestens einem Abgang des Mittelspannungsnetzes (1 ) eine Strommessung sowie in der Niederspannungsebene (3) des Transformators (4) oder einer nachgeordneten Niederspannungsverteilung eine Spannungsmessung durchgeführt und ein Überstrom detektiert,
- aus der Strom- und Spannungsmessung wird die Phasenlage zwischen dem in der Mittelspannungsebene (1 ) gemessenem Strom und der gemessenen Spannung in der Niederspannungsebene (3) oder der Leistungsfluss im Mittelspannungsnetz (1 ) ermittelt,
- mittels des ersten Messumformers (2) oder einer damit zusammenwirkenden Verarbeitungseinheit (5) wird unter Berücksichtigung der Phasendrehung des Transformators (4) die Phasenlage oder der Leistungsfluss im Mittelspannungsnetz (1 ) ausgewertet und daraus die Richtung des Überstromes bestimmt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass für eine verbesserten Richtungsbestimmung des Überstromes im ersten Messumformer (2) oder der Verarbeitungseinheit (5) ein Korrekturwinkel, der beispielsweise den Leitungswinkel berücksichtigt, eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines zweiten Messumformers (6) eine zusätzliche Strom- und Spannungsmessung an der Niederspannungsebene (3) des Transformators (4) durchgeführt wird, wobei aus der Messung ein Leistungsfluss über dem Trans- formator (4) und damit eine lastabhängige Spannungsdifferenz aus dem Betrag des Leistungsflusses und dem Phasenwinkel bestimmt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungs- fluss über dem Transformator (4) und damit eine lastabhängige Spannungsdifferenz mittels eines in der weiterverarbeitenden Einheit (5) implementierten Transformatorersatzschaltbildes oder Transformatormodelles bestimmt wird, um mit dem so bestimmbaren Phasenwinkel die Phasenlage zwischen dem in der Mittelspannungsebene (1 ) gemessenen Stromes und der in der Niederspannungsebene (3) gemessenen Spannung zusätzlich korrigiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Messumformer (2) oder die Verarbeitungseinheit (5) einen Speicher aufweisen, in welchen Spannungswerte bis zur Detektion des Überstromes abgelegt werden und daraus die Richtung des Stromes bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Strommessung Stromwandler oder Stromsensoren eingesetzt werden.
7. Anordnung zur Bestimmung der Richtung von Überströmen in einem Energieversorgungsnetz mit wenigstens einer Ortsnetz- bzw. Umspannstation, welche eine Mittelspannungs- und Niederspannungsebene (1 , 3) über einen Transformator (4) miteinander verbindet, umfassend
- einen ersten Messumformer (2) mit dem in mindestens einem Abgang der Mittelspannungsebene (1 ) eine Strommessung sowie auf der Niederspannungsebene (3) des Transformators (4) oder einer nachgeordneten Niederspannungsverteilung eine Spannungsmessung durchführbar und ein Überstrom detektierbar ist, - der erste Messumformer (2) oder eine damit zusammenwirkenden Verarbeitungseinheit (5) dazu ausgebildet ist, aus der Strom- und Spannungsmessung die Phasenlage zwischen dem in der Mittelspannungsebene (1 ) gemessenem Strom und der gemessenen Spannung in der Niederspannungsebene (3) oder der Leistungsfluss in der Mittelspannungsebene (1 ) zu ermitteln,
- unter Berücksichtigung der Phasendrehung des Transformators (4) die Phasenlage oder der Leistungsfluss auswertet und daraus die Richtung des Überstromes bestimmt.
8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Messumformer (6), der mit dem ersten Messumformer (2) zusammenwirkt, eine zusätzliche Strom- und Spannungsmessung an der Niederspannungsebene (3) des Transformators (4) ausführt, wobei aus dieser Messung ein Leistungsfluss über dem Transformator (4) und damit eine lastabhängige Spannungsdifferenz aus dem Betrag des Leistungsflusses und dem Phasenwinkel bestimmbar ist.
9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messumformer (2, 6) zur Strommessung Stromwandler oder Stromsensoren nutzen.
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Eingrenzung eines Fehlerortes im Energieversorgungsnetz per Ferndiagnose die vom Messumformer (2), (6) oder von der Verarbeitungseinheit (5) bereitgestellten Messwerte und/oder Meldungen zur Richtung des Überstromes über eine Kommunikationseinheit (7) an eine Netzleitstelle o- der eine übergeordnete leittechnische Einheit übertragbar sind.
1 1 . Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit (7) in einem separaten Gerät oder in der Verarbeitungseinheit (5) angeordnet ist.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ortsnetz- bzw. Umspannstation mit einer Anzeigevorrichtung ausgestattet ist, welche die aus den Messwerten gewonnenen Daten oder Meldungen zur die Richtung des Überstromes visualisiert.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Energieversorgungsnetz auch dezentrale Energieanlagen um- fasst.
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