JP3053119B2

JP3053119B2 - 事故様相特定装置

Info

Publication number: JP3053119B2
Application number: JP3043524A
Authority: JP
Inventors: 茂阿部; 浩一辻; 孫肖柳田
Original assignee: Hokuriku Electric Power Co; Hitachi Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Power Co; Hitachi Ltd
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1991-03-08
Publication date: 2000-06-19
Anticipated expiration: 2015-06-19
Also published as: JPH0572251A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統の保守，運用
に有効な情報となる送電線の事故点標定機能の向上に関
する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関する従来技術の公知例として
は、電気協同研究Ｖol．４１，Ｎo.４デジタルリレー１
８４〜１８５ページに高精度事故点標定が記載されてい
るが、標定計算に用いる線路定数の具体的な内容につい
ては不明である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、特に地絡事
故時の事故点までの距離、及び事故点抵抗を高精度で算
出することのできる事故様相特定装置を提供することを
目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
には、本発明では、地絡事故時の標定に影響が大きい事
故電流の帰路について、大地と架空地線の分流割合いに
着目し、補正した線路定数を用いる。

【０００５】

【作用】上記に示した補正した線路定数を用いた電気回
路のキルヒホッフの法則に従い、事故点までの距離、及
び事故点の抵抗を高精度で算出する。

【０００６】

【実施例】図１は本発明にかかる全体説明図である。以
下、同図の記号とその内容について説明する。

【０００７】図１は三相交流送電線における１線地絡事
故を想定し、これを単線図により表現したものである。
同図において、１１，１２は三相交流電源、１３，１４
は電源の中性点接地インピーダンスである。中性点接地
インピーダンス１３，１４は直接接地系統にあっては理
想的には零オームの導体であり、抵抗接地系統にあって
は、それぞれ地絡電流を制限する目的に応じて抵抗器が
設置される。また、リアクトルを接続するケースもある
が、これらの条件が本発明の実施を直接左右するもので
はないので、中性点インピーダンス１３，１４の内容に
ついてとくにここではこだわらない。

【０００８】２０は送電線であり、事故様相特定対象線
路である。その区間は、Ｓ端子とＲ端子間亘長Ｌ（ｋ
ｍ）である。この送電線は三相交流１回線、あるいは並
行２回線、またはそれ以上の複数の場合もあるが、ここ
では本発明の説明の都合上単線により示してある。５０
は事故様相特定装置であり、送電線２０に事故が発生し
たとき、その事故点の位置、事故点の抵抗などを特定す
るものである。事故様相特定装置５０では、入力信号と
して特定対象線路２０の両端の電圧，電流信号が必要で
ある。本実施例では、Ｓ端子の電流をＩＳ，電圧をＶ
Ｓ，Ｒ端子の電流をＩＲ，電圧をＶＲで示している。い
ずれの信号もベクトル量であり、同図の矢印の方向を正
とする。２１，２２はそれぞれ電流信号ＩＳ，ＩＲを取
り込むための変流器、２３，２４はそれぞれ電圧信号Ｖ
Ｓ，ＶＲを取り込むための電圧変成器である。３１，３
２はデータ収集装置であり、Ｓ端子，Ｒ端子それぞれの
電圧、電流信号を事故様相特定装置５０に送信する。３
３，３４はそれぞれデータ伝送回線であり、データ収集
装置３１，３２で入力した信号を事故様相特定装置５０
に伝送するための伝送回線であり、たとえば、マイクロ
波回線や、光ケーブル、あるいは電話回線などによって
構成される。Ｆは事故点であり、Ｓ端子よりＭ（ｋｍ）
の地点とする。またＲＥは事故点抵抗である。

【０００９】事故様相特定装置５０では、Ｓ端子の電圧
信号ＶＳと電流信号ＩＲをもとにキルヒホッフの法則に
従い、事故点までの距離Ｍ（ｋｍ）と事故点抵抗ＲＥを
算出し、出力表示する。

【００１０】つぎに、演算方法の具体例を示す。まず、
各端子の電圧，電流信号をもとに制約条件マトリックス
を作成する。図１に示した三相交流並行２回線送電線路
について、各相毎に表示したのが図２である。図２にお
いて、１号線１Ｌを相Ｎo.１，２，３，２号線２Ｌを相
Ｎo.４，５，６により表示した。Ｓ端子，Ｒ端子の各々
の電圧信号Ｖ１，Ｖ２…Ｖ１２、電流信号Ｉ１，Ｉ２，
Ｉ１２のように相順番と対応するように表示してある。
ＬはＳ端子からＲ端子までの線路亘長（ｋｍ）を示す。
ｋは事故点までの距離で、Ｓ端子を基点に、線路亘長Ｌ
を１とおいた割合によって示してあり、Ｓ端子至近端事
故のときｋ＝０，Ｒ端子至近端事故のときｋ＝１、中間
点での事故時ｋ＝０.５のように表わされるものであ
る。Ｒ１，Ｒ２，……Ｒ６、ＲＥは各相の事故点抵抗で
あり、ＲＥは事故相の共通な事故点抵抗である。Ｅ１，
Ｅ２，…Ｅ１２は図示していない相も同様にそれぞれの
相の線路の電圧降下に係るもので、これらの関係式を数
１に示す。

【００１１】

【数１】

【００１２】ただし、Ｚ１１，Ｚ１２，……Ｚ６６は送
電線各相間の１ｋｍ当りのインピーダンスであり、図３
に示すように各相間では対称とするインピーダンスマト
リックスからなり、説明を簡素化するためにここでは亘
長Ｌ（ｋｍ）において一様な分布定数とする。数１にお
いて、電圧信号Ｖ１，Ｖ２…Ｖ１２及び電流信号Ｖ１，
Ｖ２…Ｖ１２、インピーダンスＺ１１，Ｚ１２…Ｚ６６
はいずれも複素数であり、Ｅ１，Ｅ２…Ｅ１２も複数素
である。事故点抵抗ＲＥを流れる電流をＩＥで示すと、
数２となる。

【００１３】

【数２】

【００１４】図２において、各端子各相の電圧方程式は
数３が成立する。

【００１５】

【数３】

【００１６】数３は複素数を含むものであるが、未知数
は事故点の位置を示すｋ、各相の事故点抵抗Ｒ１，Ｒ２
…Ｒ６，ＲＥでありこれらはスカラ量である。亘長Ｌ，
線路のインピーダンスマトリックスＺ１１，Ｚ１２…Ｚ
６６は事故様相特定対象線路固有の値であり、予め整定
値として入力できるものである。Ｌはスカラ量、Ｚ11，
Ｚ１２…Ｚ６６は複素数である。また、電圧Ｖ１，Ｖ
２，Ｖ１２は複素数で計測値、電流Ｉ１，Ｉ２…Ｉ１２
も複素数であり、計測値である。未知数は８ケであるか
ら、数３を直接解くことによっても事故様相特定に必要
な事故点の位置ｋ、事故点抵抗Ｒ１，Ｒ２…Ｒ６，ＲＥ
が求められる。また、これらの値は各時刻断面毎に算出
できるほか、電圧、電流値の計測時点を時刻ｔとおき、
未知数をそれぞれｋ（ｔ），ｋ１（ｔ）…ｋＥ（ｔ）と
独立におき、全測定値を対象に数３と同様に連立方程式
として解くこともできる。また、事故点の位置は１件の
事故中は一定でｋが変化しないものと仮定し、事故点抵
抗Ｒ１，Ｒ２…ＲＥのみ各時刻断面毎に独立した未知数
として解いてもよい。また、各時刻断面で算出した事故
点の位置ｋ（ｔ）の平均値をｋとして、未知数ｋにｋを
代入して各時刻断面毎の事故点抵抗Ｒ１（ｔ），Ｒ２
（ｔ）…ＲＥ（ｔ）を再計算する方法でもよい。以上、
数３を直接解く方法について説明した。

【００１７】図４はディジタルコンピュータを用いた、
本発明の演算方法の実施例を示す演算フロー図である。
同図において、ステップ４０はシステムデータの整定を
行うもので、線路亘長Ｌの値、線路インピーダンスマト
リックスＺ１１，Ｚ１２…Ｚ６６、その他演算結果の出
力フォーマットなど、演算処理に必要な予め整定値とし
て入力できるデータ類を整定する。ステップ４１は事故
検出とデータの収集ステップを示す。事故検出は事故様
相特定装置の対象系統に事故が発生したことを検出する
もので、たとえば系統保護リレーに用いている方向距離
リレー，電流差動形キャリヤリレーなどを用いても良
い。事故検出によって事故が検出されたとき、各端子電
圧，電流信号を各端子同期したサンプリングによってデ
ィジタルデータに変形しこれを収集する。事故発生から
事故がクリヤされるまでは少なくともデータとして収集
する。各端子におけるデータの収集においては、電力系
統の短絡容量、中性点接地抵抗器電流などによっては、
事故電流が比較的小さい地絡事故と事故電流が比較的大
きい値となる短絡事故とで、ディジタル変換を行う１ビ
ット当りのレベルを変えた複数のデータ群を用意する方
法もある。電圧信号のディジタル変換についても同様で
ある。ステップ４２は事故種別の判別を行うものであ
り、短絡事故かあるいは地絡事故かを判別し、先のステ
ップ４１で収集したデータの使用先を選別するための情
報とする。ステップ４３はデータの選択過程を示すもの
で、先のステップで判別した事故種別に従い演算処理に
必要なデータを収集してあるデータから選択し取り込
む。ステップ４４は線路電圧マトリックス作成過程であ
り、上記各ステップを介して入力されたデータをもと
に、電圧方程式のマトリックスを作成する。

【００１８】もちろん、ここで用いるデータは実数部，
虚数部に表現されたものであるから、各端子で同期した
サンプリングによって得た電圧，電流信号をもとに予め
基準ベクトルを設定しておき、それに対して、各複素信
号の実数部，虚数部に分離する。実数部、虚数部のデー
タ作成は図４ではステップ４１、あるいはステップ４４
において実施してもよい。ステップ４４では、１サンプ
リング時点におけるマトリックスを作成する例を示した
もので、各１時刻断面での解を得る方法の実施例であ
る。ステップ４５は事故相判別演算を行うものである。
事故相判別演算手段としては、各相毎に両端子の電流信
号の和を求め、その値が予め定めた判定レベルＩｐを越
えたときその相が亘長Ｌの区間内において事故であると
判定する。これはキルヒホッフの第１法則を応用した保
護リレーの電流差動方式による事故相判定方式である。
ここに、判定レベルＩｐは電流信号計測時の誤差、亘長
Ｌ区間内の充電に流れ、それ他の雑音に対する誤判定防
止のための整定値であり、通過電流の大きさに従って判
定レベルＩｐを可変できる比率差動方式の保護リレーと
同様のものでもよい。また、事故相判定のための電流差
動入力信号はサンプル値そのもの、つまり瞬時値による
判別、あるいは、複素数形式での判別、あるいは実数部
と虚数部個別の判別のいずれの方式でもよい。あるいは
上記判別方式の一致条件、あるいはオア条件によるもの
でもよい。また、図２で示した共通抵抗ＲＥを流れる電
流ＩＥのレベル判定を行い地絡事故発生の有無を判別す
る。電流ＩＥのレベル判定値も上記各相の判定レベルＩ
ｐと同様に誤判別防止のために用いる。ステップ４６は
事故点の位置ｋ、事故相の事故点抵抗Ｒ１，Ｒ２…ＲＥ
の一時刻ｔにおける値ｋ（ｔ），Ｒ１（ｔ），Ｒ２
（ｔ）…ＲＥ（Ｔ）を算出するステップである。ステッ
プ４６では、先のステップ４５で判別した事故相判別に
従い、各事故点抵抗Ｒ１，Ｒ２…ＲＥの項と補正項Ｕ
１，Ｕ２…ＵＥの項についての有効、無効の処理を行っ
たのち、偏微分方程式に変換し、未知数を求める。ただ
し、遮断器の開閉状態信号から、線路が系統から切離さ
れているものについては、電圧方程式の連立からこれを
除外する。ステップ４６で計算した結果は、各サンプリ
ング値毎の解となって、時系列順の事故様相特定が可能
になる。しかし、各サンプル値毎の計測誤差の影響が異
なることが考えられる。たとえば、電力系統に発生した
事故点の位置ｋが固定で、事故点抵抗のみ変化する現象
が考えられるから、各サンプル値毎に事故点の位置ｋが
変化するのは不都合である。このため、以下、ステップ
４７、４８において第２の演算ステップとして補正演算
を行う。

【００１９】ステップ４７では、ステップ４６で算出し
た各サンプリング時点毎の事故点の位置ｋ（ｔ）の平均
値ｋａを算出するものである。以降、事故点の位置は平
均値ｋａにあるものとして、ステップ４８の演算に入
る。ステップ４８では事故点の位置ｋを平均値ｋａをも
って既知とすることによって、再停各時刻毎の事故点抵
抗Ｒ１（ｔ），Ｒ２（ｔ）…ＲＥ（ｔ）の再計算を行
う。ステップ４９では、以上述べてきた演算結果を出力
するステップである。ここでは、計測した各端子の電
圧、電流信号、及び演算結果について、そのデータを必
要とする制御所、変電所、あるいは給電指令所などに出
力するものである。また、データの記憶制御などを行
う。以上、図４の演算フローは系統事故が発生した都
度、その事故がクリヤされるまで続けられるものであ
る。

【００２０】図５は本発明のシステム構成に関する実施
例を示す。同図は、図１で説明したＳ端子側のシステム
構成例を示したもので、他の端子に対して親局となるも
のである。図５において、図１と同一記号は各々図１と
同等物を示す。以下、図５の記号と動作内容について説
明する。３１はＳ端子システムの親局部分を示す。親局
３１には、自端子の信号入力部のほか、他の端子からの
信号の伝送受信、中央装置である事故様相特定演算機
能、及び表示機能などをもつものである。親局のシステ
ム３１の内容についてさらに説明する。１１１はＡ／Ｄ
変換器であり、Ｓ端子の電圧，電流信号、及び遮断器Ｃ
Ｂの開閉状態信号をディジタル量に変換し取り込む。Ａ
／Ｄ変換器１１１は先にも述べたが、短絡事故用あるい
は地絡事故用に変換レベルを変えた複数の構成としもよ
い。１１２はオシログラムであり、親局３１で入力した
信号の記録、表示などに用いるものである。１１３は送
電線１Ｌ，２Ｌの保護リレー装置であり、場合によって
は本発明システムと入力信号を共用し、また保護リレー
装置１１３の判定結果を事故様相特定演算に使用するた
めのものである。たとえば、事故相の判別，短絡，地絡
事故の判別などは保護リレー装置１１３の判定結果を入
力信号として使用することもできる。

【００２１】１１４はメモリであり、入力信号、受信信
号データ、送信信号データなどを記憶するのに用いる。
１１５はデータ処理部である。データ処理部１１５で
は、各端子から収集した信号データについて、複素数形
式のデータ変換、系統事故の有無についての事故検出な
どを行う。系統事故を検出したときのみ、他の端子の信
号を送信させ、親局にデータを収集することもできるよ
うにしてある。１５１は信号形式変換を行う変換器であ
り、たとえば、ユニポーラ形式をバイポーラ形式の信号
に変換するＵ／Ｂ変換器である。１５２は１５１と逆変
換を行うＢ／Ｕ変換器である。１５３は信号端末機であ
り、データ伝送路のチャンネル振分けなどを行う。１５
４は搬送装置であり、各対抗端子とのデータ伝送を行う
ためのインタフェースとなる装置である。５１１は本発
明にかかる事故様相特定演算を実施するコンピュータで
ある。コンピュータ５１１では図４の演算フローを実行
する。５１２は演算結果の出力、あるいはシステムを監
視する補助コンピュータである。５１３は画面表示を行
うＣＲＴディスプレーである。５１４はデータを記録す
るラインプリンターである。３２１は親局３１と制御所
あるいは給電指令所などを結ぶデータ伝送モデムであ
る。モデム３２１は親局３１の演算結果のみ送信する場
合など、電話回線１チャンネル単位の小規模の装置とす
ることもできる。３２２は搬送装置であり、データ伝送
系のインタフェースである。

【００２２】図６は図１で示したＲ端子の端末機３２に
相当するシステム構成例を示す。図１、あるいは図５で
示した記号と同一のものは、それぞれ同等物を示す。２
１１はＡ／Ｄ変換器であり、Ｒ端子の電圧，電流信号、
及び遮断器ＣＢの開閉状態信号をディジタル量に変換し
取込むもので、図５のＡ／Ｄ変換器１１１と同様のもの
である。２１４はメモリであり、入力信号、受信信号デ
ータ、送信用データなどを記憶するために用いる。２１
５はデータ処理部であり、送信，受信データのアドレス
付けや、データの編集、あるいはデータの監視などを行
う。図５のデータ処理部１１５と同様のものでもよい。
２５１はユニポーラ，バイポーラ信号変換器で、Ｕ／Ｂ
変換器である。

【００２３】２５２はバイポーラ，ユニポーラ信号変換
器で、Ｂ／Ｕ変換器である。２５３は信号端末機であ
る。２５４は搬送装置である。データ伝送は、Ｓ端子を
親局として、Ｓ端子からのデータ伝送要求によって信号
端末機２５３，搬送装置２５４，伝送路３１０を介して
行われる。

【００２４】図７は演算結果を表示し、あるいは系統制
御情報として用いるための制御所、あるいは給電指令所
などの端末システムを示す。５０は図１に示した出力の
表示、記憶装置である。３２１は信号送受信用搬送装置
である。搬送装置３２１は必ずしも出力の表示、記憶装
置５０と同一建物、あるいは同一室内に存在するとは限
らないので、１点錯線でブロック分けして示してある。
６０１はモデムである。６０２は演算ユニットであり、
内部に送受信データを記憶できるメモリを内蔵したパー
ソナルコンピュータを用いてもよい。６０３は演算結果
を表示、記憶する装置である。

【００２５】演算ユニット６０２では、図５の親局３１
で演算した結果をデータとして収集し、事故様相が外部
から見てわかりやすいように、データの編集を行い、画
面に表示、ラインプリンタへの記録，フロッピーディス
クへの記録などができるようにデータの処理を行う。表
示，記憶装置６０３は、前記画面の表示，ラインプリン
タへの記録、フロッピーディスクへの記録などを行うも
のである。

【００２６】以上演算処理内容について説明を行ってき
たが、簡単化のために図１の系統構成においてキルヒホ
ッフの法則を適用するにあたり、送電線２０の線路定数
は一様分布として取扱い、これが、１線地絡時の往復イ
ンピーダンスに相当し、Ｚ（Ω／ｋｍ）とした場合、Ｓ
端子とＲ端子からの事故点Ｆについての電圧方程式は数
４、数５となる。この式中でＬは送電線２０の全亘長で
あり既知であるから、未知数である事故点までの距離Ｍ
と、事故点抵抗ＲＦを算出できる。

【００２７】

【数４】

【００２８】

【数５】

【００２９】ここにおいて、線路定数Ｚの精度が、事故
様相特定装置５０の算出特性を直接左右する要素となり
得ることが数４，数５から明らかである。

【００３０】本発明では、線路定数Ｚをできる限り現実
のものに一致する値とするために架空地線の有無の影響
を考慮する。図７は送電線鉄塔モデルを示し、鉄塔２８
に送電線２０を絶縁支持している。また架空地線２９は
鉄塔を通じて接地されている。このような状態におい
て、例えば１線地絡時の電流が全て大地帰路を通るなら
ば、そのときの線路定数Ｚのうち、とくにインダクタン
スＬｅについては、図８に示すように考えて、数６によ
り求められる。数６において、（ｈ＋Ｈ）は図８におけ
る相等大地面の深さＨｅの２倍に相当するものである。

【００３１】

【数６】

【００３２】ところが送電線２０に架空地線が施設され
ている場合に、もしも地絡事故電流の全てが架空地線を
帰路とするならば、図７でも明らかなように一般に地表
面高さｈよりも距離が短くなり、数６で示したインダク
タンスはその分小さくなる。たとえば、地絡相の電線が
地表面から数十メートルのところにあり、架空地線から
数メートルの位置にあることもめずらしくない。

【００３３】この場合、地絡電流が架空地線帰路となっ
た場合に対して、大地帰路となった場合を比較すると、
後者が前者よりも１.５倍程度インダクタンスＬｅが大
きくなることも考えられる。したがって、数４，数５に
用いる線路定数Ｚの値は、地絡電流が架空地線を帰路と
しているか、大地を帰路としているかで、その比率によ
り補正した値を用いることが、事故様相特定装置５０の
計算結果の精度を高める効果がある。

【００３４】たとえば、大地帰路としたときの線路定数
をＺＥ，架空地線を帰路とする線路定数をＺＷとすると
き、数４，数５の計算に用いる線路定数Ｚは、数７に示
すように帰路電流の割合に応じて案分した値とする。た
だし数７では地絡電流の全帰路分を１とおいて、そのう
ち大地帰路分がＮで、残り架空地線を１−Ｎが帰路とな
る条件としたものである。

【００３５】

【数７】

【００３６】もしも架空地線を帰路とする電流が大地帰
路電流に比較して１０％程度以下の小さい場合には、大
地帰路条件での線路定数ＺＥを計算に用いる線路定数Ｚ
として近似し用いることにより、予め整定値として必要
な線路定数Ｚを計算する負担を軽くできる経済的な利点
である。

【００３７】この線路定数Ｚは、２回線送電線の場合は
数１のＺ１１乃至Ｚ１６，Ｚ２１乃至Ｚ２６，Ｚ６１乃
至Ｚ６６を示し、演算装置では図３に示す線路のインピ
ーダンスマトリクスとして、予め整定値として入力す
る。入力は図５の事故様相特定装置５１１により行い、
系統の条件が変わった場合、逐次整定変更可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上、本発明によれば送電線の事故点標
定と事故点抵抗を算出する事故様相特定装置の性能を向
上でき、また、線路定数の整定値についても整定保守員
が容易に理解でき、システム運用の信頼性を高め、整定
計算にかかる経済的負担も軽減できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の全体説明図。

【図２】２端子平行２回線送電線による演算方式の説明
図。

【図３】線路のインピーダンスマトリクス。

【図４】演算フロ−図。

【図５】デ−タ収集並びに中央装置を含む親局装置のシ
ステム構成図。

【図６】相手端子の端末機の構成図。

【図７】送電線の鉄塔モデル。

【図８】線路定数の算出説明図。

【符号の説明】

１１，１２……三相交流電源、１３，１４……電源の中
性点接地インピーダンス、２０……送電線、５０……事
故様相特定装置、２１，２２……変流器、２３，２４…
…電圧変成器、３１，３２……データ収集装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳田孫肖富山県富山市牛島町15番１号北陸電力株式会社内 (56)参考文献特開平２−74877（ＪＰ，Ａ) 特開平３−259755（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−98273（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01R 31/08 H02H 3/38 H02H 7/26 H02J 13/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】送電線の電圧、電流信号を入力し、事故点
を標定する手段として、計測対象送電線の事故電流が架
空地線と大地を分流する割合により補正した線路定数を
用いることを特徴とする事故様相特定装置。