JP3899730B2

JP3899730B2 - 故障点標定方法

Info

Publication number: JP3899730B2
Application number: JP15759399A
Authority: JP
Inventors: 雅則戸井; 浩次湯谷; 永二朗伊原木
Original assignee: Fuji Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1999-06-04
Filing date: 1999-06-04
Publication date: 2007-03-28
Anticipated expiration: 2019-06-04
Also published as: JP2000346900A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送配電線上の複数のデータ収集装置により収集された電圧や電流を用いて故障点を標定する故障点標定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
送配電線の故障点標定に関する技術としては、１地点または複数地点の変電所におけるＣＴ・ＰＴ等の電気量収集手段により得た電圧・電流を用い、距離継電器原理や故障電流の分流比に着目した故障点標定原理を使用するものが実用化されている（特公平６−６８５３５号公報、特開平８−１２２３９５号公報等）。また、故障発生に起因するサージの送電線各端における到達時間差に着目した方式（以下、サージ方式という）やパルスを送電線上に印加し、その反射波の到達時間に着目した方式（以下、パルス方式という）が実用化されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特公平６−６８５３５号公報、特開平８−１２２３９５号公報等に示された送電線各端の電気量を用いる方式は、以下の問題がある。
特開平８−１２２３９５号公報に代表される送電線１端の電気量を用いた標定方法（以下、１端子判定形という）は、送電線に複数の電源や負荷が分岐接続されている場合、故障点に流れる電流や負荷に流れる電流に未知量が含まれるために、原理的な標定誤差を生じる。
【０００４】
特公平６−６８５３５号公報、特開昭５８−２０８６７６号公報等に代表される送電線各端の電気量を収集して標定するシステム（以下、多端子判定形という）は、電源から故障点に流れる電流や負荷に流れる電流が測定量となるために、１端子判定形より標定誤差が軽減されるという利点がある。
しかし、電線各端子での収集電気量を１ヶ所に集めるための通信手段に、電力会社の専用回線設備等の長距離通信インフラが必要になるという問題がある。また、送電線の一部の端が需要家である場合、需要家の都合等によりデータ収集設備が設置できない場合がある。電気量を収集できない端があるということは、その端に流入・流出する電流は未知量となり、故障点標定精度に大きく影響する。更に、多数の分岐を含む送電線では標定が複雑になり、電線の途中で発生する対地充電電流が各端で検出できずに標定精度を低下させるという問題もある。
【０００５】
また、サージ方式やパルス方式は、１端子判定形、多端子判定形と比較して、一般的に故障点標定のための設備規模が大きくなる。更に、多端子送配電線ではサージやパルスの反射点が多数存在するので、正確な故障点標定が困難である。
【０００６】
そこで本発明は、送配電線の複数の電源端や送配電線の途中地点から同期させて収集した電気量を用いることにより多端子判定形の利点を活かし、しかも大規模かつ長距離の通信設備、伝送手段等を用いることなく高精度な標定が行えるようにした故障点標定方法を提供しようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発明は、送配電線のすべての電源端に電気量を同期させて収集可能なデータ収集装置をそれぞれ配置し、故障発生時に一つの電源端にて収集した電圧及び電流と、他のすべての電源端にて収集した電流と、既知である送配電線インピーダンスとを用いて、送配電線上の電圧の、すべての電源端にて収集した故障相電流の和のベクトルに直交する成分が最小（ほぼゼロ）となる地点を故障点として標定するものである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、送配電線上のすべての電源端及び送配電線の途中に電気量を同期させて収集可能なデータ収集装置を複数配置し、故障発生時に一つの電源端にて収集した電圧及び電流と、送配電線の途中にて収集した電流と、既知である送配電線インピーダンスとを用いて、送配電線上の電圧分布を求め、送配電線上の電圧の、すべての電源端にて収集した故障相電流の和のベクトルに直交する成分が最小となる地点を故障点として標定するものである。つまり、この発明では、請求項１の発明と異なり、送配電線の途中地点における電流量も使用するため、送配電線上の各地点における電圧計算精度を向上させることができ、この電圧の直交成分が最小となる地点を探す標定処理の高精度化に寄与する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
まず、図１は本発明の実施形態におけるデータ収集装置の設置例を示す図である。図１において、１００は変電所（Ａ端）、２００は変電所（Ｂ端）、３００は変電所（Ｃ端）、４０１〜４０７はデータ収集装置、５０１，５０２は送配電線である。
上記データ収集装置は何れも同一の構成であるものとし、その大きさは変電所構内や送配電線の任意地点の鉄塔または電柱上に設置可能なコンパクトなサイズとする。ここで、データ収集装置の設置地点は図示例に何ら限定されるものではないが、請求項１の発明では少なくともすべての電源端に、請求項２の発明では送配電線上の所定間隔おきに、請求項３の発明では少なくとも一つの電源端と送配電線上の任意の位置に配置される。
【００１１】
データ収集装置４０１〜４０７は、送配電線からＰＴ・ＣＴ等の電気量検出手段により電圧や電流を検出して取り込み、これらのアナログ電気量をディジタル値に変換して振幅値・実効値・位相差・インピーダンス・変化幅等の諸電気量を演算する。これらの電気量は必要に応じてメモリに保存されると共に、前区間のデータ収集装置から伝送された電気量に付加して次区間のデータ収集装置に伝送される。そして、図１では変電所１００のデータ収集装置４０１にすべての収集電気量が集約され、例えばディジタルリレーのハードウェアを流用した故障点標定装置に伝送される。
データ収集装置間の伝送手段としては、携帯電話やＰＨＳ等の公衆無線電話通信、あるいは小電力無線通信等が利用可能であり、これにより通信設備、伝送手段の簡素化、省電力化を図ることができる。
【００１２】
データ収集装置による電気量の収集動作は、予め設定された周期や操作員による操作入力、遠隔からの指令によって起動される。
また、データ収集装置に過電流継電器・変化幅過電流継電器・過電圧継電器・不足電圧継電器等の故障検出継電器機能や過電流検出機能を備え、故障検出時にのみ電気量を伝送したり、過電流検出時にのみ電源を供給して電気量の収集、伝送を行わせても良い。これにより、省電力化、伝送容量の低減、周囲環境へのノイズの影響低減等が可能である。
【００１３】
更に、各データ収集装置４０１〜４０７にＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）を用いた時計機能を持たせても良い。現在のＧＰＳでは、１秒周期で高精度の時刻データを人工衛星から発信している。従って、この時刻データを送配電線上の各データ収集装置４０１〜４０７が検知することにより、すべての収集装置が同一の時刻情報を取得することができる。
【００１４】
上記ＧＰＳにより、各データ収集装置４０１〜４０７が電気量収集時にその時刻データを電気量に付加して収集時刻付きの電気量を１ヶ所に集約すれば、集約先で各収集データ間のタイミング差、つまり時刻差の補正が可能である。例えば、第１、第２の二つのデータ収集装置による収集データが各々時刻（ｔ₁，ｔ₂）に収集されたデータである場合、時刻差（△ｔ＝ｔ₂−ｔ₁）と電気量の周波数ｆとを用い、第２のデータ収集装置の電気量に対して２πｆ△ｔ〔rad〕（πは円周率）の位相補正（加算）を行うことにより、第２のデータ収集装置の電気量があたかも時刻ｔ₁に収集されたかの如く取り扱うことができる。
このような技術は例えば特開平６−３３８０３７号公報等によって確立されているから、これらの技術を利用すれば、複数のデータ収集装置間での電気量のベクトル位相同期が可能になり、多端子電気量を用いた故障点標定を高精度に実現することができる。
【００１５】
先の図１において、変電所１００（Ａ端）のデータ収集装置は電圧・電流を収集するものとし、変電所２００（Ｂ端）、変電所３００（Ｃ端）のデータ収集装置は電流のみを収集するものとする。なお、Ｂ端、Ｃ端のうち、電源端でないもの（図１の例ではＣ端）はデータ収集装置の設置を省略する。
いま、図２に示すように片端電源または両端電源の２端末送配電線を想定して、本実施形態の動作を説明する。
【００１６】
図２（Ａ）は一端に電源６０１、他端に負荷８００を有する片端電源の場合であり、図２（Ｂ）は一端にＳ電源７０１、他端にＲ電源７０２を有する両端電源の場合である。なお、４１１〜４１４は前述したデータ収集装置である。
送配電線に故障が発生すると、図２（Ａ），（Ｂ）に示すごとく、常時の負荷電流の他に各電源端から故障点に向かって故障電流が流れる。
【００１７】
故障発生時の送配電線各地点における電圧分布例を図４、図５に示す。
図４（Ａ）は図２（Ａ）のような片端電源時の電圧分布であり、電源端から故障点までは、電流Ｉが大きく、Ｖ−Ｚ・Ｉ（Ｚは線路インピーダンス）によって決まる電圧変化も大きい。また、故障点から負荷端までは、Ｉが負荷電流のみであり、電圧変化は小さくなる。
図４（Ｂ）は図２（Ｂ）のような両端電源時の電圧分布であり、故障点を中心として両端側に対称の電圧分布となる。
【００１８】
図５（Ａ）は、両端電源時における故障相電流の和のベクトル、つまり両端合成電流（極性電流）と同相の電圧成分Ｒｅ｛Ｖ｝の分布を示し、図５（Ｂ）は直交する電圧成分Ｉｍ｛Ｖ｝の分布を示している。ここで、送配電線上の電圧ベクトルＶ＝Ｒｅ｛Ｖ｝＋Ｉｍ｛Ｖ｝である。
これらの図から、電圧成分Ｒｅ｛Ｖ｝についてはほぼ故障点抵抗値×Ｉに相当する電圧分変化となり、電圧成分Ｉｍ｛Ｖ｝についてはほぼ電線のリアクタンス値×Ｉに相当する電圧分変化となる。
【００１９】
特開平８−１２２３９５号公報等の従来技術において１端子電圧・電流で実施するインピーダンス演算を基にした故障点標定は、各地点の電圧値のうち、両端合成電流に直交する電圧成分が故障点においてほぼ０〔Ｖ〕になる特徴を使い、０〔Ｖ〕になる地点を故障点と見なしている。これは、故障点の残り電圧が故障点抵抗（ほぼ純抵抗とされている）とこれに流れる故障点の故障電流との積により発生するので、故障点残り電圧のうち故障電流に直交する電圧成分は０〔Ｖ〕になる特徴を用いたものである。故障点の故障電流は未知量であるので、送配電線の端で検出した電流に基づいていかに故障点の故障電流と同位相の電流を求めるかが標定精度を決定する大きな技術課題であった。
従来技術では、故障点の故障電流と同位相の電流を求める方法として、故障相電流、対象座標法に基づく零相・逆相電流、α−β−Ｏ法に基づくα回路電流等を用いるものが提案されており、各々特徴がある。
【００２０】
しかし、いずれの方法も故障点標定装置の設置点背後の電源（送配電線の一電源端）から故障点に流れる故障電流を模擬したものであるのに対し、実際の故障電流は図２（Ｂ）の両端電源の電流イメージ図にあるように全電源端からの電流和となる。このため、従来技術では何れも他の電源端からの故障電流を模擬することができず、各電源端からの故障電流に位相差がある場合には、送配電線一端の電気量のみで故障点の故障電流と同位相の電流を求めるのが困難であり、前記位相差によって故障点標定誤差を生じてしまう。
【００２１】
そこで、請求項１記載の発明の実施形態では、全電源端の時刻同期のとれた電流を直接求め、その合成電流（各電流の和のベクトル）を極性電流に用いることを特徴とする。例えば、図１の例において、変電所１００，２００が共に電源端である場合、変電所１００内のデータ収集装置４０１は電圧・電流を収集し、変電所２００内のデータ収集装置４０１は電流のみを収集してデータ収集装置４０１へ伝送し、故障点標定装置に伝送する。図２（Ｂ）の例に即して言えば、Ｓ電源７０１の端のデータ収集装置４１１が電圧・電流を収集し、Ｒ電源７０２の端のデータ収集装置４１４が電流のみを収集する。
前述のように、ＧＰＳの時計機能を利用して各データ収集装置による収集電気量の位相同期が可能であるから、データ収集装置４１１，４１４により収集した故障電流に位相差がある場合にもその位相差をほぼゼロにすることができる。そして、これらの電気量を用いて以下のように故障点標定を行う。
【００２２】
具体的な故障点標定方法としては、従来の１端子電圧・電流で実施するインピーダンス演算に基づく故障点標定方法を用いるものとする。
すなわち、図２のＳ電源７０１の端においてデータ収集装置４１１が収集した電圧ベクトルＶの成分であって、両端合成電流ベクトル（データ収集装置４１１，４１４による位相同期した収集電流の和のベクトル）に直交する電圧成分Ｉｍ｛Ｖ｝は、図５（Ｂ）に示した如く故障点においてほぼゼロになる。このため、Ｓ電源７０１の端においてデータ収集装置４１１が収集した電流（故障電流）と送配電線リアクタンス値（送配電線の長さに比例）との積による電圧降下が前記電圧成分Ｉｍ｛Ｖ｝に等しくなるような地点を演算により求めれば、その地点を故障点として標定することができる。
これにより、各電源端からの故障電流の位相差を見かけ上、なくして高精度に故障点を標定することができる。
【００２３】
次に、本発明の参考形態を説明する。
図２の系統において、各収集装置が収集した各電流のベクトル例を図３に示す。片端電源時（図２（Ａ）、図３（Ａ））において、電源〜故障点間は、（故障電流＋負荷電流）でほぼ一様であり、この（故障電流＋負荷電流）はデータ収集装置４１１，４１２によって収集される。故障点〜負荷端間は負荷電流のみであり、この負荷電流はデータ収集装置４１３，４１４によって収集される。すなわち、故障点を挟む前後では電流値の急変がある。
また、両端電源時（図２（Ｂ）、図３（Ｂ））では、データ収集装置４１１，４１２がＳ電源７０１からの故障電流を収集し、データ収集装置４１３，４１４がＲ電源７０２からの故障電流を収集する。これらの電流ベクトルの絶対値は図３（Ｂ）ではほぼ等しいが、電流ベクトルの差分は大きくなる。
【００２４】
上記の点に着目し、この参考形態では、送配電線上の任意地点に配置されたデータ収集装置により各地点の電流量を同期させて収集し、隣接するデータ収集装置がそれぞれ収集した電流ベクトル同士を比較して両者の差分が一定値を超える（つまり隣接データ収集装置間で収集電流ベクトルが急変している）ような隣接データ収集装置の間に故障点があるものとして、故障点を標定するものである。
これにより、図２、図３の例ではデータ収集装置４１２，４１３間が故障点として標定される。
上記の方法によれば、電源が複数ある系統でも、故障点を挟んで電流ベクトルの急変があるので、片端系統と同様に故障点を確実に標定することができる。
【００２５】
上記の方法では、故障時の電流データのみで故障点標定を実施することができる利点がある。また、送配電線上の各データ収集装置が収集した電流ベクトルの差分を見るだけの簡単な原理であり、故障形態（単純故障・同一地点多重故障・異地点多重故障）も問わない。更に、インピーダンス整定値の設定もなく、これらの整定誤差も存在しないという特徴があり、標定誤差は、データ収集装置の設置間隔で決まるので、送配電線上に短距離（例えば鉄塔毎）の間隔（数百メートルおき）でデータ収集装置を設置できれば、高精度の標定が可能になる。
【００２６】
次に、請求項２に記載した発明の実施形態を説明する。まず、上述した標定方法には、二つの問題点がある。
一つは、物理的・経済的な理由であり、データ収集装置を短い間隔で設置できない場合には設置間隔が長距離になるほど標定誤差が大きくなる。
もう一つは、故障電流が小さく、隣接するデータ収集装置間の電流ベクトルの差分が微小である場合である。この場合、例えば特公平６−６８５３５号公報等の従来技術による故障点標定が考えられる。しかし、これらの従来技術では、データ収集装置のない端、特に都合によってデータ収集装置を設置できない需要家（負荷端及び電源端）につながる分岐線への故障電流の分流や、端からの故障電流の流入は標定誤差要因となる。
また、端の電流には電線の対地容量等に起因する充電電流が含まれていないので、これも標定誤差要因となる。
【００２７】
そこで、請求項２に記載した発明では、一つの電源端の電圧・電流及び既知の送配電線インピーダンス、更には送配電線の途中地点の電流から、従来技術の如く送配電線各地点における電圧分布を計算する。ここでも、各収集電気量の位相同期をとることは言うまでもない。特に本実施形態では、電流値として端の電流を無条件に使用するのではなく、送配電線の途中のデータ収集装置設置点以遠の区間では当該データ収集装置による収集電流量を使用する。このように送配電線の途中のデータ収集装置によって収集した電流には充電電流が含まれているので、充電電流に起因する誤差を軽減することができる。また、端にデータ収集装置がない分岐線でも、分岐点〜端の間に少なくとも一つデータ収集装置を設置することで、分流する故障電流の検出は容易である。
【００２８】
本実施形態では、以上のように収集装置における収集電流を用いることで、充電電流や分流故障電流を検出可能であり、送配電線上の電圧分布を一層正確に計算することができる。こうして送配電線上の電圧分布が正確に求められれば、送配電線上の電圧の極性電流と直交する電圧成分がほぼゼロになるような地点つまり故障点の標定は、請求項１の実施形態と同様に送配電線のリアクタンスを用いたインピーダンス演算によって容易に実現可能である。
【００２９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、送配電線の複数の電源端や送配電線の途中地点から同期させて収集した電圧・電流を用いることにより、従来の多端子判定形の利点を活かし、しかも専用回線等の大規模かつ長距離の通信設備、伝送手段を用いることなく高精度に故障点を標定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるデータ収集装置の設置例を示す図である。
【図２】片端電源時・両端電源時における電流分布の説明図である。
【図３】図２における電流ベクトルの説明図である。
【図４】片端電源時・両端電源時における電圧分布の説明図である。
【図５】両端電源系統における電圧分布の説明図である。
【符号の説明】
１００，２００，３００変電所
４０１，４０２，４０３，４０４，４０５，４０６，４０７，４１１，４１２，４１３，４１４データ収集装置
５０１，５０２送配電線
６０１，７０１，７０２電源
８００負荷

Claims

送配電線のすべての電源端に電気量を同期させて収集可能なデータ収集装置をそれぞれ配置し、故障発生時に一つの電源端にて収集した電圧及び電流と、他のすべての電源端にて収集した電流と、既知である送配電線インピーダンスとを用いて、送配電線上の電圧の、すべての電源端にて収集した故障相電流の和のベクトルに直交する成分が最小となる地点を故障点として標定することを特徴とする故障点標定方法。
送配電線上のすべての電源端及び送配電線の途中に電気量を同期させて収集可能なデータ収集装置を複数配置し、故障発生時に一つの電源端にて収集した電圧及び電流と、送配電線の途中にて収集した電流と、既知である送配電線インピーダンスとを用いて、送配電線上の電圧分布を求め、送配電線上の電圧の、すべての電源端にて収集した故障相電流の和のベクトルに直交する成分が最小となる地点を故障点として標定することを特徴とする故障点標定方法。