JP3809956B2

JP3809956B2 - 伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法

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Publication number: JP3809956B2
Application number: JP2003402997A
Authority: JP
Inventors: キムチュル−フワン; ヘオジェオング−ヨング
Original assignee: スングキュンクワンユニバーシティ
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2023-12-02
Also published as: US20050021300A1; KR100471726B1; KR20050007043A; JP2005033982A; CH697108A5; US6944554B2

Description

本発明は、伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法に関し、特に、電力系統の高調波と状態遷移図を用いて故障を精度よく検出するために、正常状態特性の皮相インピーダンスと過度状態特性の高調波を状態遷移図の入力として用い、系統の状態を推定して電圧不安定、過負荷等の状態でも線路の故障が検出可能な伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法に関する。

距離継電器は、線路の電圧と電流を用いて求められた皮相インピーダンスを用いる。線路上において地絡、短絡等の故障が発生すると、距離継電器の皮相インピーダンスが小さい値に落ち、このように小さくなった皮相インピーダンスが一定のゾーンに入ると故障として判断する。図１を参照すると、故障の発生による皮相インピーダンスの軌跡を示す。故障後に収斂される皮相インピーダンスの位置は、距離継電器から故障地点までの距離によって異なる。従って、皮相インピーダンスの位置を用いて故障有無と故障距離を判断することができる。

一方、前記距離継電器の誤動作について説明すると、伝送線路において電力系統の負荷が増大すると電圧は減少する反面電流は増加し、距離継電器で求められた皮相インピーダンスは減少する。負荷が継続して増大すると、皮相インピーダンスがゾーンに入ることがある。故障でない負荷の増大により皮相インピーダンスがゾーンに入ることを負荷侵入（ｌｏａｄｅｎｃｒｏａｃｈｍｅｎｔ）といい、このような負荷侵入により距離継電器が誤動作するようになる。また、電圧不安定現象が発生して電圧が減少し電流が増加すると、皮相インピーダンスがゾーンに侵入することがある。

かかる誤動作は、ゾーンの最も外側に位置する感知区間のゾーン３で発生する可能性が最も高い。

従来では、伝送線路の故障を検出するために高周波帯域を有するトラップ（Ｔｒａｐ）とチューナー（Ｔｕｎｅｒ）を設計して線路の両端に配設した後、高周波成分から取り出した抑制信号と動作信号を用いて伝送線路の故障を検出し判別したが、高周波成分を取り出すためには、別のハードウェアを更に必要とし、高周波成分だけでは信頼性のある故障の検出が困難であった。

そこで、本発明は、前記のような従来の技術の問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、伝送線路で故障が発生した時、高調波と状態遷移図を用いて正常状態特性の皮相インピーダンスと過度状態特性の高調波成分の大きさの和を用いて二つのロジック信号を出力し、前記二つのロジック信号を状態遷移図の入力として用いると、系統の状態によって状態遷移図の状態遷移が発生することにより系統の状態を推定することができ、負荷の増大または電圧不安定等のような状態で距離継電器の誤動作を防ぐことができる伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法を提供することである。

前記本発明の目的を達成するための伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法は、電力伝送線路で電力系統の電圧と電流を用いて皮相インピーダンスの軌跡がゾーン（ｚｏｎｅ）に進入したか否かによる進入確認信号が発生し、前記伝送線路の高調波成分の大きさの和を求め、予め設定された臨界値を超えたか否かによる臨界確認信号が発生する進入確認信号及び臨界確認信号の発生ステップと、前記進入確認信号と臨界確認信号を状態遷移図に適用させて進入確認信号と臨界確認信号の変化によって状態遷移が発生する進入確認信号及び臨界確認信号の状態遷移ステップ、及び前記状態遷移図から進入確認信号と臨界確認信号による状態遷移過程を読み取って電力系統の状態を推定し、故障、非故障または故障でない負荷の増大により皮相インピーダンスの軌跡がゾーンに入る現象の負荷侵入等を区分する判定ステップと、を含んでなることを特徴とする。

また、前記臨界確認信号は、次の数式で求められる高調波成分の大きさの和（H_sum）によって発生し、

ここで、高調波成分（X(n)）は、次の数式で求められ、

この時、

である。

一方、前記進入確認信号及び臨界確認信号の状態遷移段階は、初期状態から前記進入確認信号と臨界確認信号の入力に対し負荷の増大によりゾーン３への進入が行われると負荷侵入状態に遷移し、高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると故障発生進行状態に遷移するステップと、前記故障発生進行状態に遷移した後に前記進入確認信号と臨界確認信号によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷が減少してゾーン３の外に出るか高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなると初期状態に遷移し、臨界値を超えた状態で負荷が増大してゾーン３への進入が行われると故障状態に遷移するステップと、前記故障状態に遷移した後に時間遅延により遮断器がトリップする遮断器トリップ状態に遷移し、前記進入確認信号と臨界確認信号によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷が減少してゾーン３の外に進入すると初期状態に遷移し、負荷が増大された状態で高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると故障解消進行状態に遷移するステップ、及び前記故障解消進行状態に遷移した後に前記進入確認信号と臨界確認信号によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の増大によりゾーン３への進入を維持した状態で高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなると前記故障状態に遷移するステップと、を進める。

更に、前記負荷侵入状態に遷移した以降に、前記進入確認信号と臨界確認信号によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外への進入が行われると初期状態に遷移し、負荷の増大によりゾーン３への進入が行われ高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると一次負荷遮断または故障状態に遷移するステップと、前記一次負荷遮断または故障状態に遷移した後に前記進入確認信号と臨界確認信号によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外への進入が行われ高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなると初期状態に遷移し、負荷の増大が維持されると負荷遮断進行状態と、二次負荷遮断または故障状態に選択的に遷移するステップ、及び前記二次負荷遮断または故障状態に遷移した後に時間遅延によって前記故障状態に遷移し、前記進入確認信号と臨界確認信号によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外に進入した状態で高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると前記負荷遮断進行状態に遷移するステップと、を更に進める。

また、前記負荷遮断進行状態に遷移した以降に、前記進入確認信号と臨界確認信号によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外へ進入し高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなる場合には初期状態に遷移し、負荷の増大がそのまま維持されると故障発生進行状態に遷移するステップを更に進める。

前記判定ステップは、前記入力される進入確認信号と臨界確認信号によって状態遷移する過程が、初期状態−故障発生進行状態−故障状態−遮断器トリップ状態の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、故障が発生した状態で時間遅延により故障が解消できなくて遮断器がトリップしたことと判定する。

また、前記入力される進入確認信号と臨界確認信号によって状態遷移する過程が、初期状態−故障発生進行状態−故障状態−故障解消進行状態−初期状態または初期状態−故障発生進行状態−故障状態−初期状態の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、故障が発生した状態で主保護により故障が解消したことと判定する
そして、前記入力される進入確認信号と臨界確認信号によって状態遷移する過程が、初期状態−負荷侵入状態−初期状態の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、負荷が増大した状態でゾーン３から離れて負荷が減少したことと判定する。

また、前記入力される進入確認信号と臨界確認信号によって状態遷移する過程が、初期状態−負荷侵入状態−一次負荷遮断または故障状態−二次負荷遮断または故障状態−初期状態の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、負荷が増大した状態で故障が発生した後に負荷が遮断されたことと判定する。

更に、前記入力される進入確認信号と臨界確認信号によって状態遷移する過程が、初期状態−負荷侵入状態−一次負荷遮断または故障状態−二次負荷遮断または故障状態−故障状態−遮断器トリップ状態の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、負荷が増大した状態で故障が発生した後に時間遅延により故障が解消できなくて遮断器がトリップしたことと判定する。

そして、前記入力される進入確認信号と臨界確認信号によって状態遷移する過程が、初期状態−故障発生進行状態−初期状態の順に遷移すると、故障が発生する途中に負荷が遮断されたことと判定する。

前述したような本発明に係る伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法では、高調波を用いた方法と既存の皮相インピーダンスを用いた方法とを結合して系統の状態を推定し故障を検出することにより、距離継電器の誤動作の可能性を減少し、この結果、より信頼性のある動作を行うことができるようになる。

併せて、状態遷移図を用いて故障以外の現在の系統状態遷移図も推定することができる。特に、基本周波数の整数倍の高調波を用いることにより、ハードウェアの修正を不要としソフトウェアの簡単な変更だけで具現することができるという側面で優れた効果を奏する。

以下、添付した図面を参照して、本発明の好適な実施例について説明する。

図１は、従来の技術に係る距離継電器のインピーダンス平面において皮相インピーダンスの軌跡を示す図であって、伝送線路上において故障が発生する前には皮相インピーダンスがゾーンの外に位置しているが、故障が発生すると、皮相インピーダンスがゾーンの内に進入するようになる。このようなゾーンへの進入を用いて故障を検出する。

故障発生距離が近いほど皮相インピーダンスは原点に近接するようになる。この時、原点より皮相インピーダンスの収斂位置の間の距離は、故障発生距離に比例するため、原点を基準にしてゾーンを分けると、故障発生位置によって遮断器投入の遅延時間を調節することができる。

現に一般に使用されている距離継電器は、ゾーン１、ゾーン２、ゾーン３の３段階に分け、それぞれ０秒、０．２秒、２秒の遅延時間を適用している。

図２は、従来の技術に係る電力系統の状態による皮相インピーダンスの軌跡を示す図であって、図２における点線は、負荷の増減のような漸進的に変化する正常状態の変化を示す。そして、実線は、故障発生、故障解消、負荷遮断のような過度状態の変化を示し、皮相インピーダンスが急激に変化する。

過度状態の変換中では大きな高調波成分が発生し、高調波を検出して過度状態であるか否かを判断する。

図３は、本発明の全体的なブロック図であって、伝送線路の計器用変圧器（ＰＴ）と変流器（ＣＴ）を介して電圧と電流が入力される。

“正常状態特性を用いた故障検出”ブロックでは、皮相インピーダンスとゾーンを用いて皮相インピーダンスのゾーンへの進入有無のロジック信号である進入確認信号（Ｓ）が出力される。即ち、皮相インピーダンスがゾーンに進入すると１の信号が出力され、そうでない場合は０の信号が出力される。

一方、図面中の“過度状態特性を用いた故障検出”ブロックでは、次の数式１と２を用いて高調波成分の大きさの和を求める。

前記数式１において、

であり、
式中、X(n)は高調波成分である。

高調波成分の大きさの和が臨界値を超えるか否かによるロジック信号である臨界確認信号（Ｔ）が出力される。即ち、高調波成分の大きさの和が臨界値を超える時は“１”の信号が出力され、そうでない場合は“０”の信号が出力される。

前記“故障検出”ブロックでは、ロジック信号である進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）を状態遷移図（図４参照）の入力として用い、状態遷移図の出力値を最終的な故障検出出力信号として出力する。

図４は、本発明の実施例に係る信号ＳとＴを用いて故障を検出する状態遷移図であって、前記図３の“故障検出”ブロックにおいて、入力された信号の進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）を用いて故障を検出する状態遷移図である。

正常状態特性を用いた故障検出信号である進入確認信号（Ｓ）と過度状態特性を用いた故障検出信号である臨界確認信号（Ｔ）により状態の変化が発生する。

次の表１で表わすように、故障発生、負荷増大等のような状態で状態遷移が発生する。

前記における初期状態は（I）であり、図３の臨界確認信号（Ｔ）と進入確認信号（Ｓ）によって状態が変わり、故障状態（III）で一定の時間この状態が続くと、遮断器トリップ状態（IX）に遷移してトリップ信号を出力する。

前記表１は、系統で発生する事件によって図４の状態値が変化することを示す表である。

故障が発生した時は、故障状態（III）に遷移して故障と判断し、２秒以上この状態が続くと遮断器トリップ状態（IX）に遷移して遮断器トリップ信号を出力する。しかし、故障でない負荷侵入だけが発生すると負荷侵入状態（V）に遷移し故障と判断しない。

図５は、本発明の実施例に係る系統状態による信号Ｓ、Ｔの変化を示す図であって、次のような系統変化による信号である進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）の変化を示す図である。

図５ａは、故障発生から故障解消に進む過程を示し、
図５ｂは、負荷増大から負荷減少に進む変化を示し、
図５ｃは、負荷増大から負荷遮断に進む変化を示し、
図５ｄは、負荷増大から故障発生に進む変化を示している。

前記図５ｂ、図５ｃ、図５ｄに示すように負荷の増大によって負荷侵入が発生すると、故障が発生しなくても進入確認信号（Ｓ）が出力されるため、進入確認信号（Ｓ）だけでは故障を的確に検出することができない。しかし、進入確認信号（Ｓ）を臨界確認信号（Ｔ）と共に用いると故障を的確に検出することができる。

図６は、本発明の実施例に係る１５４ｋＶの３母線両端系統図であって、それぞれの母線に負荷が接続されており、母線１に継電器が接続されている。そして、ゾーン３に当たる母線２と母線３との間の線路での３相故障発生、母線２の負荷の増大と負荷遮断等の条件で本発明のアルゴリズムを適用した。

図７は、本発明の実施例に係る３相故障発生時における皮相インピーダンスの軌跡を示す図であって、前記図６での母線２と母線３との間で３相故障が発生した時、継電器での皮相インピーダンスはゾーンに進入し、進入確認信号（Ｓ）は“１”を出力する。

図８は、本発明の実施例に係る３相故障発生時における電流の高調波成分の大きさの和を示す図であって、前記図６での母線２と母線３との間で３相故障が発生した時、継電器での電流の高調波成分の大きさの和が臨界値を超え、臨界確認信号（Ｔ）は“１”を出力する。

図９は、本発明の実施例に係る３相故障発生時における状態値と信号Ｓ、Ｔを示す図であって、母線２と母線３との間で３相故障が発生した時、発生した進入確認信号（Ｓ）、臨界確認信号（Ｔ）によって状態が（I）−（II）−（III）の順に遷移し最終的に遮断器トリップ状態の（IX）に遷移する。

図１０は、本発明の実施例に係る負荷増大と負荷遮断時における皮相インピーダンスの軌跡を示す図であって、母線２の負荷が増大する時、継電器での皮相インピーダンスが徐々に減少してゾーンに進入し、進入確認信号（Ｓ）は“１”を出力する。そして、負荷が遮断されると皮相インピーダンスが急激に増加してゾーンから離れ、進入確認信号（Ｓ）は“０”を出力する。

図１１は、本発明の実施例に係る負荷増大と負荷遮断時における高調波成分の大きさの和を示す図であって、母線２の負荷が増大する時は、継電器での電流の高調波成分の大きさの和がほぼ零の値を有するため、臨界確認信号（Ｔ）は“０”を維持する。しかし、負荷が遮断されると高調波成分の大きさの和が臨界値を超えることで臨界確認信号（Ｔ）は“１”を出力する。

図１２は、本発明の実施例に係る負荷増大と負荷遮断時における状態値と信号Ｓ、Ｔを示す図であって、母線２の負荷が増大すると進入確認信号（Ｓ）は“１”に、臨界確認信号（Ｔ）は“０”になるため、状態（I）−（V）に遷移し、負荷が遮断されると（V）−（VI）−（VIII）−（VII）−（I）の順に遷移し初期状態に戻る。従って、負荷侵入により継電器が誤動作したりすることがない。

図１３は、本発明の実施例に係る重負荷時における皮相インピーダンスの軌跡を示す図であって、母線２の負荷が増大する時、継電器での皮相インピーダンスが徐々に減少してゾーンに進入し、進入確認信号（Ｓ）は“１”を出力する。そして、故障が発生すると進入確認信号（Ｓ）は“１”を維持し続ける。

図１４は、本発明の実施例に係る重負荷時における高調波成分の大きさの和を示す図であって、母線２の負荷が増大する時は、継電器での電流の高調波成分の大きさの和がほぼ零の値を有するため、臨界確認信号（Ｔ）は“０”を維持する。しかし、故障が発生すると高調波成分の大きさの和が臨界値を超えることで臨界確認信号（Ｔ）は“１”を出力する。

図１５は、本発明の実施例に係る重負荷時における状態値と信号Ｓ、Ｔを示す図であって、母線２の負荷が増大すると進入確認信号（Ｓ）は“１”に、臨界確認信号（Ｔ）は“０”になるため、状態（I）−（V）に遷移し、この時、故障が発生すると（V）−（VI）−（VIII）−（III）の順に遷移し最終的に遮断器トリップ状態の（IX）に遷移する。

従って、負荷の増大により継電器が誤動作したりすることがなく、また、重負荷状態の下で故障を的確に検出することができる。

図１６は、本発明の実施例に係る全体的な流れを示すブロック図であって、電力伝送線路で電力系統の電圧と電流を用いて皮相インピーダンスのゾーンへの進入有無のロジック信号である進入確認信号（Ｓ）が出力され、前記伝送線路の高調波成分の大きさの和を求め、予め設定された臨界値を超えたか否かによるロジック信号である臨界確認信号（Ｔ）が出力される進入確認信号及び臨界確認信号の発生ステップと、前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）を状態遷移図の入力として用いて進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）の変化によって状態遷移図の状態遷移が発生する進入確認信号、臨界確認信号の状態遷移ステップ、及び前記状態遷移図の進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）による状態値を用いて電力系統の状態を推定し、故障、非故障または負荷侵入等を区分する判定ステップと、からなる。

図１７は、本発明の実施例に係る進入確認信号及び臨界確認信号の状態遷移を示す状態遷移図であって、初期状態（Ｓ１）で図１６での進入確認信号（Ｓ；以下、Ｓ信号という）と臨界確認信号（Ｔ；以下、Ｔ信号という）の入力状態によってＳ信号とＴ信号の変動がない時（Ｓ１１）には現状を維持し、Ｓ信号だけが“１”に変更された場合、即ち、ゾーン３に進入した場合（Ｓ１２）に負荷侵入状態（Ｓ５）に遷移し、Ｓ信号はそのままでＴ信号だけが“１”に変更された場合、即ち、臨界値を超えた場合（Ｓ１２）に故障発生が進行する故障発生進行状態（Ｓ２）に遷移する。

前記故障発生進行状態（Ｓ２）に遷移した後、Ｓ信号とＴ信号の変動がない時（Ｓ２１）には現状を維持し、Ｓ信号とＴ信号が“０、０”に変更された場合（Ｓ２２）、即ち、ゾーン３に進入していなく、臨界値を超えていない場合には、前記初期状態に遷移し、Ｔ信号はそのままでＳ信号だけが“１”に変更された場合、即ち、ゾーン３に進入した場合（Ｓ２２）、故障状態（Ｓ３）に遷移する。

前記故障状態（Ｓ３）に遷移した後には駆動タイマーが駆動し、一定時間が遅延すると（Ｓ３１）遮断器がトリップする遮断器トリップ状態（Ｓ９）に遷移し、そうでない場合、Ｓ信号とＴ信号の変動がない時（Ｓ３２）には現状を維持し、Ｓ信号の変動のない状態でＴ信号の変動がないか“１”に変更された場合、即ち、臨界値を超えた場合（Ｓ３３）に前記初期状態（Ｓ１）遷移し、Ｓ信号とＴ信号が“１、１”に変更された場合（Ｓ３３）、即ち、ゾーン３に進入し、臨界値を超えた場合（Ｓ３３）には前記故障解消進行状態（Ｓ４）に遷移する。

前記故障解消進行状態（Ｓ４）に遷移した後、Ｓ信号とＴ信号の変動がない場合（Ｓ４１）には現状を維持し、Ｓ信号とＴ信号が“０、０”に変更された場合（Ｓ４２）、即ち、ゾーン３に進入していなく、臨界値を超えていない場合（Ｓ４２）には前記初期状態（Ｓ１）に遷移し、Ｓ信号とＴ信号が“１、０”に変更された場合、即ち、ゾーン３に進入し、臨界値を超えていない場合（Ｓ４２）には前記故障状態（Ｓ３）に遷移する。

一方、前記負荷侵入状態（Ｓ５）に遷移した後、Ｓ信号とＴ信号の変動がない場合（Ｓ５１）には現状を維持し、Ｓ信号とＴ信号が“０、０”または“０、１”に変更された場合（Ｓ５２）、即ち、ゾーン３に進入していなく、臨界値を超えていない場合、またはゾーン３に進入していなく、臨界値を超えた場合には、前記初期状態（Ｓ１）に遷移し、Ｓ信号とＴ信号が“１、１”に変更された場合（Ｓ５２）、即ち、ゾーン３に進入し、臨界値を超えた場合には一次負荷遮断または故障状態（Ｓ６）に遷移する。

前記一次負荷遮断または故障状態（Ｓ６）に遷移した後、Ｓ信号とＴ信号の変動がない場合（Ｓ６１）には現状を維持し、Ｓ信号とＴ信号が“０、０”に変更された場合（Ｓ６２）、即ち、ゾーン３に進入していなく、臨界値を超えていない場合には前記初期状態（Ｓ１）に遷移し、Ｓ信号とＴ信号が“０、１”に変更された場合（Ｓ６３）、即ち、ゾーン３に進入していなく、臨界値を超えた場合には負荷遮断進行状態（Ｓ７）に遷移し、Ｓ信号とＴ信号が“１、０”に変更された場合、即ち、ゾーン３に進入し、臨界値を超えていない場合（Ｓ６３）には、二次負荷遮断または故障状態（Ｓ８）に遷移する。

前記二次負荷遮断または故障状態（Ｓ８）に遷移した後にはタイマーが駆動し、一定時間が遅延すると（Ｓ８１）前記故障状態（Ｓ３）に遷移し、Ｓ信号とＴ信号が“１、０”または“１、１”に変更された場合（Ｓ５２）、即ち、ゾーン３に進入し、臨界値を超えていない場合、またはゾーン３に進入し、臨界値を超えた場合には現状を維持し、Ｓ信号とＴ信号が“０、０”に変更された場合（Ｓ６２）、即ち、ゾーン３に進入していなく、臨界値を超えていない場合には、前記負荷遮断進行状態（Ｓ８）に遷移し、そうでない場合には前記初期状態（Ｓ１）に遷移する。

一方、前記負荷遮断進行状態（Ｓ７）に遷移した後、Ｓ信号とＴ信号の変動がない場合（Ｓ７１）には現状を維持し、Ｓ信号とＴ信号が“０、０”に変更された場合（Ｓ７２）、即ち、ゾーン３に進入していなく、臨界値を超えていない場合には前記初期状態（Ｓ１）に遷移し、Ｓ信号だけが“０”に変更された場合（Ｓ７２）、即ち、ゾーン３に進入していない場合には、前記故障発生進行状態（Ｓ３）に遷移する。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で当該分野における通常の知識を有する者であれば各種の変更が可能であることは明らかである。

従来の技術に係る距離継電器のインピーダンス平面において皮相インピーダンスの軌跡を示す図である。従来の技術に係る電力系統の状態による皮相インピーダンスの軌跡を示す図である。本発明の全体を示すブロック図である。本発明の実施例に係る信号ＳとＴを用いて故障を検出する状態遷移図である。本発明の実施例に係る系統状態による信号Ｓ、Ｔの変化を示す図である。本発明の実施例に係る１５４ｋＶの３母線両端系統図である。本発明の実施例に係る３相故障発生時における皮相インピーダンスの軌跡を示す図である。本発明の実施例に係る３相故障発生時における電流の高調波成分の大きさの和を示す図である。本発明の実施例に係る３相故障発生時における状態値と信号Ｓ、Ｔを示す図である。本発明の実施例に係る負荷の増大と負荷の遮断時における皮相インピーダンスの軌跡を示す図である。本発明の実施例に係る負荷の増大と負荷の遮断時における高調波成分の大きさの和を示す図である。本発明の実施例に係る負荷の増大と負荷の遮断時における状態値と信号Ｓ、Ｔを示す図である。本発明の実施例に係る重負荷時における皮相インピーダンスの軌跡を示す図である。本発明の実施例に係る重負荷時における高調波成分の大きさの和を示す図である。本発明の実施例に係る重負荷時における状態値と信号Ｓ、Ｔを示す図である。本発明の実施例に係る全体的な流れを示すブロック図である。本発明の実施例に係る進入確認信号及び臨界確認信号の状態遷移を示す状態遷移図である。

Claims

電力伝送線路で電力系統の電圧と電流を用いて皮相インピーダンスの軌跡がゾーン（ｚｏｎｅ）に進入したか否かによる進入確認信号（Ｓ）が発生し、前記伝送線路の高調波成分の大きさの和を求め、予め設定された臨界値を超えたか否かによる臨界確認信号（Ｔ）が発生する進入確認信号及び臨界確認信号の発生ステップと；
前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）を状態遷移図に適用させて進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）の変化によって状態遷移が発生する進入確認信号及び臨界確認信号の状態遷移ステップ；及び
前記状態遷移図から進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）による状態遷移過程を読み取って電力系統の状態を推定し、故障、非故障または故障でない負荷の増大により皮相インピーダンスの軌跡がゾーンに入る現象の負荷侵入等を区分する判定ステップと；
を含んでなることを特徴とする伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記臨界確認信号は、次の数式で求められる高調波成分の大きさの和（H_sum）によって発生し、

ここで、高調波成分（X(n)）は、次の数式で求められ、

この時、

であることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記進入確認信号及び臨界確認信号の状態遷移段階は、
初期状態（Ｓ１）から前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）の入力に対し負荷の増大によりゾーン３への進入が行われると負荷侵入状態（Ｓ５）に遷移し、高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると故障発生進行状態（Ｓ２）に遷移するステップと；
前記故障発生進行状態（Ｓ２）に遷移した後に前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷が減少してゾーン３の外に出るか高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなると初期状態（Ｓ１）に遷移し、臨界値を超えた状態で負荷が増大してゾーン３への進入が行われると故障状態（Ｓ３）に遷移するステップと；
前記故障状態（Ｓ３）に遷移した後に時間遅延により遮断器がトリップする遮断器トリップ状態（Ｓ９）に遷移し、前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷が減少してゾーン３の外に進入すると初期状態（Ｓ１）に遷移し、負荷が増大された状態で高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると故障解消進行状態（Ｓ４）に遷移するステップ；及び
前記故障解消進行状態（Ｓ４）に遷移した後に前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の増大によりゾーン３への進入を維持した状態で高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなると前記故障状態（Ｓ３）に遷移するステップと；
を進めることを特徴とする請求項１に記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記負荷侵入状態に遷移した以降に、
前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外への進入が行われると初期状態（Ｓ１）に遷移し、負荷の増大によりゾーン３への進入が行われ高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると一次負荷遮断または故障状態（Ｓ６）に遷移するステップと；
前記一次負荷遮断または故障状態（Ｓ６）に遷移した後に前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外への進入が行われ高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなると初期状態（Ｓ１）に遷移し、負荷の増大が維持されると負荷遮断進行状態（Ｓ７）と、二次負荷遮断または故障状態（Ｓ８）に選択的に遷移するステップ；及び
前記二次負荷遮断または故障状態（Ｓ８）に遷移した後に時間遅延によって前記故障状態（Ｓ３）に遷移し、前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外に進入した状態で高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値を超えると前記負荷遮断進行状態（Ｓ７）に遷移するステップと；
を更に進めることを特徴とする請求項３に記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記負荷遮断進行状態に遷移した以降に、
前記進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって入力される信号の変動事項がない場合には現状を維持し、負荷の減少によりゾーン３の外へ進入し高調波成分の大きさの和が予め設定された臨界値より小さくなる場合には初期状態（Ｓ１）に遷移し、負荷の増大がそのまま維持されると故障発生進行状態（Ｓ２）に遷移するステップを更に進めることを特徴とする請求項４に記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記判定ステップは、
前記入力される進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって状態遷移する過程が、初期状態（Ｓ１）−故障発生進行状態（Ｓ２）−故障状態（Ｓ３）−遮断器トリップ状態（Ｓ９）の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、故障が発生した状態で時間遅延により故障が解消できなくて遮断器がトリップしたことと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記判定ステップは、
前記入力される進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって状態遷移する過程が、初期状態（Ｓ１）−故障発生進行状態（Ｓ２）−故障状態（Ｓ３）−故障解消進行状態（Ｓ４）−初期状態（Ｓ１）または初期状態（Ｓ１）−故障発生進行状態（Ｓ２）−故障状態（Ｓ３）−初期状態（Ｓ１）の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、故障が発生した状態で主保護により故障が解消したことと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記判定ステップは、
前記入力される進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって状態遷移する過程が、初期状態（Ｓ１）−負荷侵入状態（Ｓ５）−初期状態（Ｓ１）の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、負荷が増大した状態でゾーン３から離れて負荷が減少したことと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記判定ステップは、
前記入力される進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって状態遷移する過程が、初期状態（Ｓ１）−負荷侵入状態（Ｓ５）−一次負荷遮断または故障状態（Ｓ６）−二次負荷遮断または故障状態（Ｓ８）−初期状態（Ｓ１）の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、負荷が増大した状態で故障が発生した後に負荷が遮断されたことと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記判定ステップは、
前記入力される進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって状態遷移する過程が、初期状態（Ｓ１）−負荷侵入状態（Ｓ５）−一次負荷遮断または故障状態（Ｓ６）−二次負荷遮断または故障状態（Ｓ８）−故障状態（Ｓ３）−遮断器トリップ状態（Ｓ９）の順に遷移すると、距離継電器のゾーン３に進入して、負荷が増大した状態で故障が発生した後に時間遅延により故障が解消できなくて遮断器がトリップしたことと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。
前記判定ステップは、
前記入力される進入確認信号（Ｓ）と臨界確認信号（Ｔ）によって状態遷移する過程が、初期状態（Ｓ１）−故障発生進行状態（Ｓ２）−初期状態（Ｓ１）の順に遷移すると、故障が発生する途中に負荷が遮断されたことと判定することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の伝送線路で高調波と状態遷移図を用いた故障検出方法。