JP2017192276A - 地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】双極運転を行っている場合でも地絡を検出できる地絡検出装置を提供する。
【解決手段】一対の交直変換器１１Ａ、１１Ｂを有する第１極の送電系統１０１と、他の一対の交直変換器１２Ａ、１２Ｂを有する第２極の送電系統１０２とが、地中を介して相互に接続された直流送電系統１００に、第１極の送電系統１０１及び第２極の送電系統１０２の双方を運転する双極運転を指示する双極運転指示部３２０と、双極運転において、第１極の送電系統１０１の送電電力と第２極の送電系統１０２の送電電力とに差を設けて運転させるアンバランス運転を指示するアンバランス指示部３４０と、アンバランス運転中に検出された地絡を判定する判定部３５０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、直流送電系統における地絡を検出する地絡検出装置に関する。

近年、電力の損失が少なく、ケーブル数を抑えることができる直流送電が、遠隔地間の交流系統や周波数の異なる交流系統の連系等に利用されている。例えば、２つの単位直流送電系統を、正側の第１極の送電系統と負側の第２極の送電系統に区分して、２つの極の中性線に相当する線路を帰線として別々に設けた双極直流送電系統が提案されている。このような双極直流送電系統では、第１極と第２極の送電系統を選択的に運転又は停止することにより、電力需要に応じて送電電力を調整することができる。

例えば、第１極及び第２極の送電系統のいずれか一方による運転を片極運転、第１極及び第２極の送電系統の双方による運転を双極運転とする。電力需要が少ない場合には片極運転とし、電力需要が多い場合には双極運転に切り替えることができる。双極運転を行う場合には、第１極の送電系統の送電電力及び第２の送電系統の送電電力を等しくするバランス運転を行い、双極の合計電力を送電電力としている。

特開平１１−１８２７８号公報

上記のような双極直流送電系統では、２極の帰線としてのケーブルを別々に設ける必要があり、設備にコストがかかる。これに対処するため、送電側と受電側の海底等の双方の地中に電極を挿入した電極部を有し、電極間の地中を中性線の一部として利用することにより、ケーブルを省略した直流送電系統が提案されている。

このような直流送電系統において片極運転をする場合には、第１極の送電系統又は第２極の送電系統が、帰線として電極部を使用する。つまり、地中を介して電極間に電流が流れる。しかし、双極運転をする場合には、第１極の送電系統と第２極の送電系統とでループ状の回路が形成されるので、電極部には電流が流れない。このため、帰線に地絡が生じる状態であっても、地絡を検出することができない。

もし、帰線に地絡が生じる状態であった場合、片極運転に切り替えると、電極部に電流が流れるので、保護継電装置が初めて事故を検出することになる。保護継電装置が事故を検出すると、運転停止になるので、運用者としては、双極運転から片極運転に切り替えると同時に送電停止になり、混乱が生じるとともに、運用性が悪い。

本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、双極運転を行っている場合でも地絡を検出できる地絡検出装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の実施形態である地絡検出装置は、一対の交直変換器を有する第１極の送電系統と、他の一対の交直変換器を有する第２極の送電系統とが、地中を介して相互に接続された直流送電系統に、前記第１極の送電系統及び前記第２極の送電系統の双方を使用する双極運転を指示する双極運転指示部と、前記双極運転において、前記第１極の送電系統の送電電力と前記第２の送電系統の送電電力とに差を設けて運転させるアンバランス運転を指示するアンバランス指示部と、前記アンバランス運転中に検出された地絡を判定する判定部と、を有する。

実施形態が適用される直流送電系統を示す結線図である。 実施形態の直流保護継電システムを示すブロック図である。 実施形態の制御装置を示すブロック図である。 直流送電系統の双極運転を示す結線図である。 直流送電系統の片極運転を示す結線図である。 直流送電系統の双極運転において地絡が発生する状態にあることを示す結線図である。 直流送電系統の片極運転において地絡が検出された状態を示す結線図である。 直流送電系統のアンバランス運転を示す結線図である。 直流送電系統のアンバランス運転において地絡が検出された状態を示す結線図である。 所定時間のアンバランス運転における電力量の変化を示すグラフである。 アンバランス運転から解列条件でバランス運転に戻る電力量の変化を示すグラフである。 リミッタにより制約されるアンバランス運転における電力量の変化を示すグラフである。 リミッタによる制約を超えるアンバランス運転における電力量の変化を示すグラフである。 第１極の送電系統のみが送電電力量を変化させるアンバランス運転を示すグラフである。

［第１の実施形態］
［直流送電系統］
本実施形態の適用対象となる直流送電系統１００は、図１に示すように、複数の交直変換器１１Ａ、１１Ｂの間、１２Ａ、１２Ｂの間で、直流送電を行う系統である。

直流送電系統１００は、後述する中性線となる電極部１２０に対して、正側となる第１極の送電系統１０１、負側となる第２極の送電系統１０２を有する。一対の交直変換器１１Ａ、１１Ｂは、第１極の送電系統１０１を構成し、一対の交直変換器１２Ａ、１２Ｂは、第２極の直流送電系統１０２を構成している。

交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂは、交流を直流に又は直流を交流に変換する変換器である。交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂは、複数のバルブデバイスを組み合わせて、各バルブデバイスの通電タイミングを切り替えることにより、直流を交流に変換し又は交流を直流に変換する。バルブデバイスは、一方向に電流を流す半導体素子であり、例えば、光パルスにより点弧するサイリスタを用いる。

交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂは、それぞれ過電流保護器１１１Ａ、１１２Ａ、１１１Ｂ、１１２Ｂを介して接地されている。過電流保護器１１１Ａ、１１２Ａ、１１１Ｂ、１１２Ｂは、過電流を地面に逃がすアレスタである。

交直変換器１１Ａ、１２Ａの設置場所と、交直変換器１１Ｂ、１２Ｂの設置場所は、例えば、海を挟んだ遠隔地である。本実施形態では、交直変換器１１Ａ、１２Ａを送電側、交直変換器１１Ｂ、１２Ｂを受電側とする。つまり、交直変換器１１Ａ、１２Ａは交流を直流に変換し、交直変換器１１Ｂ、１２Ｂは直流を交流に変換する。なお、送電側、受電側は、交直変換器１１Ａ、１２Ａが直流を交流に変換し、交直変換器１１Ｂ、１２Ｂが交流を直流に変換することにより逆にすることも可能である。

交直変換器１１Ａ、１２Ａは、その設置場所に延長された交流系統ＳＡに、変圧器２１Ａ、２２Ａを介して接続されている。交直変換器１１Ｂ、１２Ｂは、その設置場所に延長された交流系統ＳＢに、変圧器２１Ｂ、２２Ｂを介して接続されている。変圧器２１Ａ、２２Ａ、２１Ｂ、２２Ｂは、交流系統ＳＡ、ＳＢとの間で、電圧の昇降により連系を行う変換器用変圧器である。

なお、交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂは、それぞれ図示しない制御部により制御される。制御部は、後述する保護継電装置２００、制御装置３００Ａ、３００Ｂとの間で情報の送受信を行い、交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂの動作を制御する。例えば、指令値の受信に応じて送電電力を制御する。また、トリップ信号の受信に応じて、交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂを停止させる。さらに、交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂが起動しているか否かの状態情報を保護継電装置２００、制御装置３００Ａ、３００Ｂに出力する。

また、制御部は、直流送電系統１００に、双極運転、片極運転を行わせる。双極運転は、第１極の送電系統１０１及び第２極の送電系統１０２の双方による運転である。特に、本実施形態では、制御部は、第１極の送電系統１０１と第２極の送電系統１０２の送電電力に差を設けるアンバランス制御を行わせることができる。片極運転は、第１極の送電系統１０１及び第２極の送電系統１０２のいずれか一方による運転である。このような双極運転、片極運転の切り替えを実現するために、直流送電系統１００は、以下のような中性線の構造を有している。

まず、第１極の送電系統１０１においては、交直変換器１１Ａ、１１Ｂの正側が、ケーブルである本線３０Ａを介して、相互に接続されている。第２極の送電系統１０２においては、交直変換器１２Ａ、１２Ｂの負側が、ケーブルである本線３０Ｂを介して、相互に接続されている。

一方、交直変換器１１Ａにおける本線３０Ａと反対端、交直変換器１１Ｂにおける本線３０Ａと反対端は、正側の本線３０Ａの電位に対して基準電位となる中性線を構成する電極部１２０に接続されている。また、交直変換器１２Ａにおける本線３０Ｂと反対端、交直変換器１２Ｂにおける本線３０Ｂと反対端も、負側の本線３０Ｂの電位に対する基準となる中性線を構成する電極部１２０に接続されている。

電極部１２０は、送電経路の一部として地中を使用する領域である。電極部１２０は、送電側電極部１２１Ａ、受電側電極部１２１Ｂを有する。送電側電極部１２１Ａ、受電側電極部１２１Ｂは、それぞれ電極１２２Ａ、１２２Ｂ、断路器１２３Ａ、１２３Ｂ、変流器１２４Ａ、１２４Ｂを有する。

電極１２２Ａは送電側において、電極１２２Ｂは受電側において、それぞれ地中に挿入された導電性の部材である。電極１２２Ａは、断路器１２３Ａを介して、上記のように交直変換器１１Ａ、１２Ａにケーブルで接続されている。電極１２２Ｂは、断路器１２３Ｂを介して、上記のように交直変換器１１Ｂ、１２Ｂにケーブルで接続されている。

断路器１２３Ａ、１２３Ｂは、非通電時又は無負荷時に電路を開閉する開閉装置である（以下、断路器は同様である）。変流器１２４Ａ、１２４Ｂは、送電側電極部１２１Ａ、受電側電極部１２１Ｂの通電電流を計測する検出器である（以下、変流器は同様である）。送電側電極部１２１Ａにおける電極１２２Ａ、断路器１２３Ａ及び変流器１２４Ａは、それぞれ一対が並列に設けられている。受電側電極部１２１Ｂの電極１２２Ｂ、断路器１２３Ｂ及び変流器１２４Ｂも、それぞれ一対が並列に設けられている。

送電側電極部１２１Ａと交直変換器１１Ａ、１２Ａとの間のケーブルは、遮断器１２５Ａにより開閉可能に設けられ、さらに、遮断器１２６Ａを介して接地されている。遮断器１２５Ａ、遮断器１２６Ａは、通電時に電路を開閉可能な開閉装置である（以下、遮断器は同様である）。受電側電極部１２１Ｂと交直変換器１１Ｂ、１２Ｂとの間のケーブルには断路器１２８が設けられ、さらに、遮断器１２６Ｂを介して接地されている。遮断器１２６Ａ、１２６Ｂと接地面の間には変流器１２７Ａ、１２７Ｂが設けられている。

また、交直変換器１１Ａの中性線側及び交直変換器１２Ａの中性線側には、一対の開閉器１４１Ａ、１４２Ａ及び一対の変流器１３５Ａ、１３６Ａが設けられている。さらに、交直変換器１１Ｂの中性線側及び交直変換器１２Ｂの中性線側にも、一対の開閉器１４１Ｂ、１４２Ｂ及び一対の変流器１３５Ｂ、１３６Ｂが設けられている。これらの開閉器１４１Ａ、１４１Ｂと、開閉器１４２Ａ、１４２Ｂとのいずれを開閉するかによって、第１極の送電系統１０１、第２極の送電系統１０２のいずれにより片極運転をするかを切り替えることができる。

本線３０Ａ、本線３０Ｂとの間には、両者を接続するバイパス経路３１、３２が、送電側と受電側にそれぞれ設けられている。バイパス経路３１、３２には、それぞれ正側に断路器３３Ａ、３４Ａ、負側に断路器３３Ｂ、３４Ｂが設けられている。

送電側電極部１２１Ａと交直変換器１１Ａ、１２Ａとの間のケーブルは分岐して、バイパス経路３１に接続されている。この分岐したケーブルには、断路器１３１、遮断器１３２が設けられている。受電側電極部１２１Ｂと交直変換器１１Ｂ、１２Ｂとの間のケーブルは分岐して、バイパス経路３２に接続されている。この分岐したケーブルには、断路器１３３、１３４が設けられている。送電側のみ遮断器１２５Ａ、１２６Ａ、１３２を用いているのは、コスト面で有利なためである。

なお、直流送電系統１００には、上記で説明した以外にも、適宜、遮断器、断路器、過電流保護器、変流器、リアクトル等が設置されているが、説明を省略する。

［直流保護継電システム］
上記のような直流送電系統１００を保護対象とする直流保護継電システムを、図２及び図３を参照して説明する。直流保護継電システムは、ネットワークＮを介して接続された保護継電装置２００、制御装置３００Ａ、３００Ｂ、監視装置４００Ａ、４００Ｂにより構成されている。

［保護継電装置］
保護継電装置２００は、直流送電系統１００における各部に保護動作を行わせる装置である。保護継電装置２００は、交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂを保護領域とする装置、中性線である電極部１２０を保護領域とする装置、本線３０Ａ、３０Ｂを保護領域とする装置等が、それぞれ設けられている。これらの保護継電装置２００は、それぞれの保護領域の変流器等からの検出信号、交直変換器、遮断器等からの状態情報を専用の通信線を介して受信して、地絡の検出によるトリップ信号の出力等の保護動作を行う。また、保護継電装置２００は、ネットワークＮを介して、後述する制御装置３００Ａ、３００Ｂ、監視装置４００Ａ、４００Ｂと情報を送受信可能に設けられている。

例えば、中性線を保護領域とする保護継電装置２００は、変流器１２４Ａ、１３５Ａ、１３６Ａ等により検出された電流に基づいて、地絡を検出し、送電を停止させるトリップ信号、異常を報知する警報を出力する。トリップ信号は、直流送電系統１００による送電を停止させる信号である。トリップ信号による送電の停止は、これを受信した交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂの各制御部が、交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂを停止させることにより行う。このトリップ信号及び警報の出力は、遅延タイマにより所望のタイミングとすることができる。

［制御装置］
制御装置３００Ａ、３００Ｂは、各保護継電装置２００の情報をネットワークＮを介して収集して、より上位のシステム又は制御装置３００Ａ、３００Ｂ同士で送受信を行う装置である。送電側の保護継電装置２００と受電側の保護継電装置２００とは、ネットワークＮを介して情報を送受信することができる。

送電側の制御装置３００Ａと受電側の制御装置３００Ｂとは、連係して直流送電系統１００を制御する。本実施形態の地絡検出装置は、制御装置３００Ａ、３００Ｂの機能の一部として構成される。このような地絡検出のための制御装置３００Ａ、３００Ｂの機能を、図３に示すように、ブロック化して図示した仮想的な機能ブロック図によって、地絡検出装置３００を説明する。

地絡検出装置３００は、送受信部３１０、双極運転指示部３２０、片極運転指示部３３０、アンバランス指示部３４０、判定部３５０、警報指示部３６０、停止部３７０、記憶部３８０を有する。

送受信部３１０は、交直変換器１１Ａ、１２Ａ、１１Ｂ、１２Ｂの制御部、保護継電装置２００、監視装置４００Ａ、４００Ｂとの間で情報の送受信を行う。双極運転指示部３２０は、直流送電系統１００に、第１極の送電系統１０１及び第２極の送電系統１０２の双方により送電する双極運転を指示する。片極運転指示部３３０は、直流送電系統１００に、第１極の送電系統１０１及び第２極の送電系統１０２のいずれか一方により送電する片極運転を指示する。

アンバランス指示部３４０は、双極運転において、第１極の送電系統１０１の送電電力と第２極の送電系統１０２の送電電力とに差を設けて運転させるアンバランス運転を指示する。この送電電力の差としては、あらかじめしきい値が設定されており、このアンバランス指示部３４０は、この差がしきい値以上となるように指示する。また、アンバランス制御を開始させる開始タイミングも、あらかじめ設定されている。

判定部３５０は、アンバランス運転中に検出された地絡を判定する。この地絡の判定は、保護継電装置２００による地絡検出に基づいて行う。警報指示部３６０は、判定部３５０が地絡と判定した場合に、監視装置４００Ａ、４００Ｂに、警報の出力を指示する。

停止部３７０は、あらかじめ設定された条件に応じて、アンバランス運転を停止させる。条件としては、開始タイミングからの経過時間、直流送電系統１００のリミッタ等があるが、具体例は後述する。記憶部３８０は、上記の処理に必要な情報を記憶する。例えば、記憶部３８０は、アンバランスの差のしきい値、アンバランス運転を停止させる条件等を記憶する。

［監視装置］
監視装置４００Ａ、４００Ｂは、ネットワークＮを介して制御装置３００Ａ、３００Ｂから入力される情報に基づいて、直流送電系統１００の状態を監視する装置である。監視装置４００Ａは送電側、監視装置４００Ｂは受電側に設置される。

監視装置４００Ａ、４００Ｂは、それぞれ図示はしないが、入力部、出力部を有する。入力部は、処理の選択や指示を入力する手段である。出力部は、直流送電系統１００の状態を出力する手段である。

入力部としては、キーボード、マウス、タッチパネル、スイッチ等、現在又は将来において利用可能な入力装置を含む。本実施形態では、入力部は、トリップ信号の出力指示を入力することができる。入力部から、トリップ信号の出力指示の入力があった場合には、監視装置４００Ａ、４００Ｂ又は保護継電装置２００からトリップ信号が出力される。

出力部としては、表示装置、プリンタ、スピーカ、ブザー等、現在又は将来において利用可能なあらゆる出力装置を含む。例えば、出力部は、図１に示したような結線図を、機器の状態、充電部等を識別できるように表示する。また、本実施形態では、出力部は、警報指示部３６０の警報指示を受けて、表示装置の表示画面及びスピーカの音声により警報を出力する。

上記の保護継電装置２００、地絡検出装置３００、監視装置４００Ａ、４００Ｂは、ＣＰＵを含むコンピュータにより構成され、プログラムをメモリ、ＨＤＤ、ＳＳＤ等の記憶部に記憶しており、プログラムに従ってＣＰＵが演算することにより、各部に必要な処理を行う。演算に必要な各種の情報も、記憶部に記憶される。記憶部には、レジスタ、揮発性のメモリのように、処理に一時的に使用される媒体も含まれる。例えば、保護継電装置２００は、地絡検出のための整定値を、記憶部に記憶している。

［動作］
以上のような本実施形態の動作を、図１〜図３に加えて、図４〜図１２を参照して説明する。なお、図４〜図９において、網掛け部分が通電部分であり、太線の矢印が電流の方向を示す。

［双極運転から片極運転への切り替え］
双極運転について説明する。まず、基本的には、断路器１２３Ａ、１２３Ｂ、１２８、１３１、１３３、１３４は閉状態にある。双極運転時には、遮断器１２５Ａ、１４１Ａ、１４１Ｂ、１４２Ａ、１４２Ｂを閉状態とする。

双極運転指示部３２０の指示により、第１極の送電系統１０１、第２極の送電系統１０２の制御部は、送電電力を等しくするバランス運転を行う。単純に、総電力６００ＭＷとしたい場合には、第１極が３００ＭＷ、第２極が３００ＭＷの送電を行う。このようにバランス運転を行っている場合、電流の流れは、図４に示すように本線３０Ａ、３０Ｂを通るループ状となり、中性線である電極部１２０には電流は流れない。

次に、片極運転指示部３３０の指示により、片極運転に切り替える場合には、遮断器１４１Ａ、１４１Ｂと、遮断器１４２Ａ、１４２Ｂのいずれか一方を開状態とする。例えば、図５に示すように、遮断器１４２Ａ、１４２Ｂを開状態とすると、第１極の送電系統１０１のみによる片極運転となる。このように、第１極のみによる片極運転を行っている場合、電流の流れは、本線３０Ａと電極部１２０を通るループ状となる。電極部１２０の電流は、本線３０Ａに流れる電流と等しくなる。

［バランス運転中における地絡の問題］
以上のように双極によるバランス運転中に、図６の遮断器１２５Ａ付近の矢印に示すように、地絡が発生する状態にある場合がある。しかし、この場合、中性線である電極部１２０には電流が流れていないため、保護継電装置２００は地絡事故を検出することができない。つまり、帰線に事故が内在していても、これを検出することができない。

このような状態で、上記のように、双極運転から片極運転に切り替えた場合、図７に示すように、電極１２０に電流が流れるので、保護継電装置２００によって地絡事故が検出される。すると、保護継電装置２００がトリップ信号を出力するので、第１の送電系統１０１の制御部は送電を停止する制御を行ってしまう。

［アンバランス運転による地絡検出］
本実施形態では、上記のようなバランス運転中に、アンバランス運転に切り替えることにより、地絡事故を検出することができる。つまり、双極運転中に、アンバランス指示部３４０が、第１極の送電系統１０１と第２極の送電系統１０２に、送電電力の差が生じるように、アンバランス運転を指示する。これにより、交直変換器１１Ａと１１Ｂと間の送電電力と、交直変換器１２Ａと１２Ｂとの間の送電電力に相違が生じるように、制御部が交直変換器１１Ａ、１１Ｂ、１２Ａ、１２Ｂを制御する。このとき、制御部は、直流送電系統１００の状態をフィードバックして、総電力が一定となるように制御する。例えば、バランス運転時と送電力に変動が生じないように第１極の送電系統１０１の電流を増やし、第２極の送電系統１０２の電流を減らす。第１極の送電系統１０１の電流を減らし、第２極の送電系統１０２の電流を増やすことも可能である。

すると、第１極の送電系統１０１における本線３０Ａを流れる電流と、第２極の送電系統１０２における本線３０Ｂを流れる電流との間に差が生じるので、帰線となる電極部１２０に電流が流れる。このような状態を、図８に示す。図８では、電流の差を、電流を示す矢印の太さで表している。

例えば、第１極の送電系統１０１において、３００Ａ（アンペア）流れ、第２極の送電系統１０２において２００Ａ（アンペア）流れるように制御する場合、帰線である電極部１２０には、３００−２００＝１００Ａ（アンペア）が流れる。

このように、アンバランス運転によって電極部１２０に電流が流れると、以下のように地絡を検出することができる。これを、図９を参照して説明する。図９において、実線の円で囲んだ変流器１３５Ａ、１３６Ａ、一対の１２４Ａによって検出される電流値をＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４とする。

アンバランス運転中、地絡事故が発生していなければ、Ｉ１−（Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）＝０となるため保護継電装置２００は動作しない。一方、地絡事故が発生していると、Ｉ１−（Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ４）≠０となる。このため、これを検出した保護継電装置２００が地絡事故を検出する。ただし、地絡事故を検出してもトリップ信号は出力させない設定とするため、アンバランス制御のためのしきい値（Ｑ１）と保護継電装置２００の整定値（Ｑ２）の間にはＱ１＜Ｑ２の関係が成り立っている。または、アンバランス運転期間を保護継電装置２００のタイマカウント期間より短くする、トリップ信号の出力を遅延させる等により、トリップ信号の出力を抑えることができる。

このように、保護継電装置２００により地絡が検出されると、判定部３５０が地絡が発生したと判定する。警報指示部３６０は、警報の出力の指示を監視装置４００Ａ、４００Ｂに出力する。すると、監視装置４００Ａ、４００Ｂの出力部に警報が出力される。この警報は、表示装置の画面上に警報を知らせる表示をするとともに、スピーカから音声を出力する。

なお、この場合、上記のようにトリップ信号の出力が抑制されるので、警報だけを出しておいて、オペレータは、警報によって何等かの異常があるか否かを判断して、異常であれば入力部を用いて強制的にトリップ信号を出力させることができる。

［アンバランス運転の実行タイミング］
以上のようなバランス運転中のアンバランス運転の開始は、オペレータが入力部を介して指示することにより行うことができる。但し、アンバランス制御の開始タイミングの設定により、アンバランス運転による地絡の点検を定期的に行うこともできる。この場合、停止時間又は開始タイミングから停止までの時間を設定することにより、一定時間だけアンバランス運転とさせることができる。

例えば、図１０に示すように、バランス運転中に、所定のアンバランス開始時間が到来すると、アンバランス指示部３４０が、アンバランス制御を開始して、第１極の送電系統１０１と第２極の送電系統１０２の電力差Ｄが、しきい値Ｔｈ以上となるように、アンバランスを生じさせる。そして、停止部３７０が、所定のアンバランス停止時間に合わせて、電力差Ｄを縮小させて、元のバランス運転に戻す。

さらに、停止部３７０は、アンバランス制御の停止は、あらかじめ設定された時間が到来しなくても、所定の条件によっても行われる。例えば、上記のように、地絡事故が検出された場合に、ただちにアンバランス運転を停止してバランス運転に戻して、その後の判断を、オペレータに委ねることが考えられる。

また、図１１に示すように、アンバランス運転を継続できない条件、つまりアンバランス運転の解列条件となった場合には、アンバランス運転を停止する。例えば、第１極の送電系統１０１と第２極の送電系統１０２における制御部は、通常は、制御装置３００Ａ、３００Ｂからの指令に応じて自動的にバランス制御、アンバランス制御を実行している。但し、第１極の送電系統１０１及び第２の送電系統１０２の一方を自動で、他方をオペレータの指示入力に応じたマニュアル運転を行うモードになる場合がる。この場合には、アンバランス運転を停止する。さらに、送電中には、交流系統ＳＡ、ＳＢの周波数変動を見て、電力指令値を変化させる必要があるが、このような電力指令値の変化が必要となる場合には、アンバランス運転を停止する。

［作用効果］
以上のような本実施形態の地絡検出装置３００は、一対の交直変換器１１Ａ、１１Ｂを有する第１極の送電系統１０１と、他の一対の交直変換器１２Ａ、１２Ｂを有する第２極の送電系統１０２とが、地中を介して相互に接続された直流送電系統１００に、第１極の送電系統１０１及び第２極の送電系統１０２の双方を運転する双極運転を指示する双極運転指示部３２０と、双極運転において、第１極の送電系統１０１の送電電力と第２極の送電系統１０２の送電電力とに差を設けて運転させるアンバランス運転を指示するアンバランス指示部３４０と、アンバランス運転中に検出された地絡を判定する判定部３５０と、を有する。

このため、双極運転においても、地絡が発生するか否かを監視することができるので、双極運転から片極運転に切り替えたときに、予期しない送電停止に至ることが防止される。また、地絡事故を早期に発見できるため、安定した運転を行うことができる。また、既存の直流送電系統１００を制御することにより、帰線に電流を流すことができるので、直流送電系統１００の回路を変更したり、地絡検出のために別途装置を用意する必要がない。

本実施形態は、アンバランス指示部３４０は、第１極の送電系統１０１の送電電力と第２の送電系統１０２の送電電力との差が、あらかじめ設定されたしきい値以上となるように指示する。このため、しきい値の設定によって、地絡検出に十分な電流を、帰線に流すことができる。さらに、上記のようにしきい値（Ｑ１）と整定値（Ｑ２）の関係を設定することにより、即座にトリップ信号を出力しない設定とすることができるので、保護継電装置２００の改造を不要として、本実施形態を実現できる。

あらかじめ設定された条件に応じて、アンバランス運転を停止させる停止部３７０を有する。このため、地絡事故を検出した場合、アンバランス運転を継続させられない条件が発生した場合、バランス運転に戻して、安定した運転を継続できる。

本実施形態は、アンバランス運転を開始させる開始タイミングが、あらかじめ設定されている。このため、オペレータによる操作によるのみならず、自動監視機能として、定期的にアンバランス運転を実行させることができる。

本実施形態は、判定部３５０が地絡と判定した場合に、警報の出力を指示する警報指示部３６０を有する。このため、オペレータは地絡が発生する状態にあることを明確に知ることができ、確認の上、必要な対応をすることができる。

［他の実施形態］
本実施形態は、上記の態様には限定されない。
（１）直流送電系統１００側の何等かの原因により、電力、電流の変化に制限、つまりリミッタがかかっている場合がある。これは、ケーブルに問題があって流す電流を上げられない場合や、バルブデバイスの冷却に限界があって電力を上げられない場合等がある。このような場合には、例えば、図１２に示すように、リミッタ値であるＬＭａｘよりも、送電電力を上げる又は下げることができないため、しきい値Ｑ１よりも電力差Ｄが小さくなってしまう。

この場合、一つの方策としては、警報指示部３６０が警報を出力して、リミッタがかかっていることをオペレータに通知することが考えられる。但し、図１３に示すように、アンバランス制御を優先させて、リミッタ値ＬＭａｘよりも、送電電力を上げて、電力差Ｄをしきい値Ｑ１まで上げてもよい。ケーブルやバルブデバイスにとって過負荷となるが、上記のように、一時的にアンバランス運転とする場合には、問題とならない。

（２）第１極の送電系統１０１、第２極の送電系統１０２のいずれか一方が、電力、電流の上げ下げが十分に行えない場合には、いずれか他方のみを上げ下げすることにより、電力差Ｄを生じさせてもよい。例えば、図１４に示すように、第１極の送電系統１０１の電力のみを上げて、電力差Ｄをしきい値Ｑ１としてもよい。

（３）第１極の送電系統１０１、第２極の送電系統１０２のいずれを正側とするか負側とするかは自由である。

（４）保護継電装置２００、地絡検出装置３００、制御装置３００Ａ、３００Ｂ、監視装置４００Ａ、４００Ｂは、コンピュータを所定のプログラムで制御することによって実現できる。この場合のプログラムは、コンピュータのハードウェアを物理的に活用することで、上記のような各部の処理を実現するものである。このため、上記の処理を実行する方法、プログラム及びプログラムを記録した記録媒体も、実施形態の一態様である。また、ハードウェアで処理する範囲、プログラムを含むソフトウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない。

（５）保護継電装置２００、制御装置３００Ａ、３００Ｂ、監視装置４００Ａ、４００Ｂの構成の全部又は一部を、共通のコンピュータで実現することもできる。例えば、制御装置３００Ａ、３００Ｂを、地絡検出装置３００として共通のコンピュータにより実現してもよい。

（６）ネットワークＮは、情報の送受信が可能な伝送路（伝送回線）を広く含む。伝送路としては、有線若しくは無線のあらゆる伝送媒体を適用可能であり、どのようなＬＡＮやＷＡＮを経由するかは問わない。通信プロトコルについても、現在又は将来において利用可能なあらゆるものを適用可能である。

（７）以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１１Ａ、１１Ｂ 交直変換器
１２Ａ、１２Ｂ 交直変換器
２１Ａ、２１Ｂ 変圧器
２２Ａ、２２Ｂ 変圧器
３１、３２ バイパス経路
３３Ａ、３３Ｂ 断路器
３４Ａ、３４Ｂ 断路器
１００ 直流送電系統
１１１Ａ、１１１Ｂ 過電流保護器
１１２Ａ、１１２Ｂ 過電流保護器
１２０ 電極部
１２１Ａ 送電側電極部
１２１Ｂ 受電側電極部
１２２Ａ、１２２Ｂ 電極
１２３Ａ、１２３Ｂ 断路器
１２３Ａ、１２４Ｂ 変流器
１２５ 遮断器
１２６Ａ、１２６Ｂ 遮断器
１２７Ａ、１２７Ｂ 変流器
１２８、１３１、１３３、１３４ 断路器
１３５Ａ、１３５Ｂ 変流器
１３６Ａ、１３６Ｂ 変流器
１４１Ａ、１４１Ｂ 遮断器
１４２Ａ、１４２Ｂ 遮断器
２００ 保護継電装置
３００Ａ、３００Ｂ 制御装置
３００ 地絡検出装置
３１０ 送受信部
３２０ 双極運転指示部
３３０ 片極運転指示部
３４０ アンバランス指示部
３５０ 判定部
３６０ 警報指示部
３７０ 停止部
４００Ａ、４００Ｂ 監視装置
Ｎ ネットワーク
ＳＡ、ＳＢ 交流系統

Claims (5)

1. 一対の交直変換器を有する第１極の送電系統と、他の一対の交直変換器を有する第２極の送電系統とが、地中を介して相互に接続された直流送電系統に、前記第１極の送電系統及び前記第２極の送電系統の双方を運転する双極運転を指示する双極運転指示部と、
   前記双極運転において、前記第１極の送電系統の送電電力と前記第２極の送電系統の送電電力とに差を設けて運転させるアンバランス運転を指示するアンバランス指示部と、
   前記アンバランス運転中に検出された地絡を判定する判定部と、
   を有することを特徴とする地絡検出装置。
2. 前記アンバランス指示部は、前記第１極の送電系統の送電電力と前記第２の送電系統の送電電力との差が、あらかじめ設定されたしきい値以上となるように指示することを特徴とする請求項１記載の地絡検出装置。
3. あらかじめ設定された条件に応じて、前記アンバランス運転を停止させる停止部を有することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の地絡検出装置。
4. 前記アンバランス運転を開始させる開始タイミングが、あらかじめ設定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１に記載の地絡検出装置。
5. 前記判定部が地絡と判定した場合に、警報の出力を指示する警報指示部を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の地絡検出装置。

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