JP2000503403A - 電力ネットワークにおける高抵抗地落の検出および位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、電力ネットワークの高抵抗地落の検出および位置決めに関係する。本方法において、変電所において中性点電圧（Ｕ ₀ ）をフェーザフォーマットにおいて測定する。本方法によれば、前記ネットワークの位相レッグ電圧をフェーザフォーマットにおいて測定し、前記中性点電圧（Ｕ ₀ ）を表す零相電圧フェーザを前記測定された位相レッグ電圧のフェーザ和として形成し、零相インピーダンス（Ｚ ₀ ）をネットワークモデルによって計算し、その後、零相電圧（Ｕ ₀ ）をフェーザフォーマットにおいてネットワーク位相レッグ電圧のフェーザ（Ｕ _v）および前記ネットワークの結果としての零相インピーダンス（Ｚ ₀ ）と比較し、これらの計算された値から、各々の位相レッグに関する故障インピーダンス（Ｚ _f )を得て、その後、故障したレッグを、前記故障インピーダンス（Ｚ _f ）の実数部分の最も大きい値を有するレッグとして識別する。

Description

【発明の詳細な説明】 電力ネットワークにおける高抵抗地落の検出および位置決め方法 本発明は、電力ネットワークにおける高抵抗線路接地故障を検出および位置決 めする請求の範囲の序文による方法に関係する。 慣例的に、地落検出の必要性は、電力ネットワークの零相電圧（すなわち、中 性点電圧）を監視することによって解決されてきた。この装置において、前記中 性点電圧が予め設定された制限を越えると線路故障警報が発せられる。 米国特許明細書第４７２９０５２号において、線路接地故障を、電力システム の中性点に接続された接地システムインピーダンスを変化させ、次に中性点電圧 におけるこの変化の影響を測定することによって検出することを基礎とする方法 が開示されている。この方法は、前記中性点に接続された共振補償コイルを有す る補償化中性ネットワークに適用できる。 独国特許明細書第４１４０５５６号は、本発明に最も類似した装置を開示して いる。この装置は、リレー保護手段によって地落状態の下で故障した線路を検出 することを目的としている。この動作を、フェーザフォーマットにおける前記中 性点電圧を位相間電圧の内の１つか、正相電圧成分の内の１つか、地落に影響を 受けないなにか他の基準電圧かと比較することによって行う。しかし、前記装置 の用途領域は慣例的なリレー保護内であり、強いトリップ規準が存在し、実際の 故障検出は前記中性点電圧の絶対値に基づく。 慣例的な技術において、２０キロオーム程度以上の故障抵抗用の、信頼性があ り、一般的な目的用で、十分に感度の良い検出方法が無いことが問題であった。 本発明の目的は、上述した技術の欠点を克服し、電力ネットワークにおいて高 抵抗地落を検出し、位置決めするまったく新規の形式の方法を提供することであ る。 本発明の目的は、前記地落を、ネットワーク変電所において測定された零相電 圧（中性点電圧）を、前記ネットワークからの測定された位相電圧の正相成分と 、前記ネットワークの結果としての零相インピーダンスと比較することによって 検 出することによって達成される。この比較をフェーザフォーマットにおいて行い 、すなわち、前記電圧を零相基準ベクトルとして処理する。前記比較の結果を、 前記故障抵抗の大きさ見積もりとする。前記比較に使用した結果としての零相イ ンピーダンスは、ネットワークモデル計算から得られた近似値に基づいてもよい 。しかし、本発明は、変電所において日常的に行われる位相レッグ測定の利用を あてにする。 本発明と慣例的な装置との主な違いは、以下の通りである。 − 比較を、故障していると思われる位相レッグの正相電圧と、前記ネットワー クの結果としての零相インピーダンスとの双方に対して、フェーザフォーマット において行う。 − 前記方法は、故障した位相レッグを、三相システムのすべての位相レッグに 対して別々に計算される故障インピーダンスを比較することによって示す。前記 故障した位相レッグにおいて前記故障インピーダンスは抵抗性であり、他の２つ の位相レッグにおいて前記位相インピーダンスの計算された実数部分は負であり 、これは非現実的な状況である。 − 前記方法は、故障抵抗の大きさについて見積もりを与え、これから故障電流 のレベルを容易に計算できる。 − 計算された故障電流を前記ネットワークから実際に測定された故障電流と比 較することができ、これによって、故障検出の規準に従うことと、前記ネットワ ークにおける故障のより正確な位置決めとを得ることができる。 さらに特に、本発明による方法は、請求の範囲１の特徴部分に示したことを特 徴とする。 本発明は、重要な利益を提供する。 本発明の利点によって、前記零相電圧の絶対値の監視に基づく慣例的な故障検 出手順は、前記中性点電圧をフェーザフォーマットにおいて測定し、抵抗性故障 の発生を、このようにして得られた前記零相電圧と、前記ネットワークの零相イ ンピーダンスとを比較することによって保証するため、相当に改善される。した がって、故障検出の範囲を、本質的により高い故障抵抗値まで拡張することがで きる。 米国特許明細書第４７２９０５２号の技術を上回る本発明の利点は、前記ネッ トワークにおける故障回路の一部を直接形成する前記ネットワークの中性点に追 加の構成要素を接続する必要がないことである。他の利点は、非接地および抵抗 接地ネットワークにおける地落も検出できることである。 本発明は、引用した独国特許明細書第４１４０５５６号の技術と、前記中性点 電圧を、前記位相レッグ電圧の内の１つから計算された変数と比較するだけでな く、加えて前記ネットワークの零相インピーダンスとも比較する点と、位相角規 準をこの段におけるより以前に用いない点とにおいて異なる。ここで、引用した 独国特許明細書第４１４０５５６号に開示されている方法は、大きい地落抵抗に よって生じる地落の検出に用いることができないことに注意されたい。補償コイ ル接地中性点を有する補償ネットワークにおいて、引用した方法は、このような ネットワークにおいて前記零相インピーダンスの位相角が前記補償コイルの同調 度に応じてきわめて広い範囲（ほとんど１８０゜をおおう）で変化するため、す でにきわめて低い値の地落抵抗においてランダムな結果を与える。 ここに開示した新規の方法を採用するには、いくつかの新たな手順を地落監視 システムの格納手段にプログラミングし、簡単なネットワークモデルプログラム モジュールをネットワーク管理／制御システムのソフトウェアに対して修正する ことのみを必要とする。 この新規の方法は、新たなトランスを使用せず、代わりに、前記電圧測定に、 例えば、変電所において、この変電所の電力供給のための２つの位相レッグに慣 例的に接続された電圧変成器を利用することができる。 以下において、本発明を、例となる実施形態の助けと共に添付した図面を参照 することによってより詳細に説明する。 図１は、本発明による方法によって監視すべきネットワーク回路の等価回路を 図式的に示す。 図２ａは、非接地および抵抗接地ネットワークにおける零相インピーダンスの 等価回路を示す。 図２ｂは、全体的または部分的に補償された地落電流の容量性成分を有するネ ットワークにおける零相インピーダンスの等価回路を示す。 本方法を、慣例的なリレー保護が故障を検出できないような状況の下で、高故 障抵抗を経て生じる電力ネットワークの地落の検出および位置決めに用いること ができる。本方法の動作範囲は、５−１５０キロオーム程度における故障抵抗を カバーする。 本方法が、原理的に非接地および補償コイル接地ネットワークにおける使用向 けであっても、高接地装置抵抗を介して接地されたネットワークにおいても機能 する。 本方法は、変電所において測定された電圧の分析を基礎としている。フェーザ フォーマットにおける電力ネットワークの中性点電圧の測定と、次のこの測定値 と各々の位相レッグの正相成分との比較とによって、前記ネットワークに供給す る（中圧）変電所の保護ゾーン内の高抵抗単一相地落を検出できる。さらに、地 落における一般的な警報に加えて、前記中性点電圧分析は、故障抵抗の大きさと 、対応する故障電流の値と、前記地落によって影響を受ける位相レッグとを示す 。 これらのデータを利用することによって、前記分析を、前記ネットワークの零 相電流に対して続け、次にこれらを故障した位相レッグの電圧と比較する。この 新規の方法は、慣例的な地落保護および検出方法とは、地落電流を中性点電圧と 比較せず、代わりに各々の位相レッグ電圧の正相成分と比較する点が異なってお り、ここでは、地落点における故障インピーダンスを全く抵抗性であると考える 。 電流測定によって、前記零相電圧分析の結果を検証することができ、故障の位 置におけるより正確なデータが得られる。ネットワーク電流の適切な測定点は、 変電所の送出フィーダと、送電線に沿った分岐点と、遮断／分割ステーションと である。 前記零相分析は、地落状態を表す等価回路の構成要素を解くことを基礎として いる。電圧および抵抗性零相インピーダンスが既知である場合、仮定した故障の インピーダンスを、式、 から得ることができ、ここで、Ｚ ₀ を零相インピーダンスとし、Ｚ _f を計算された故障インピーダンスとし、Ｕ _v を位相電圧の正相成分とし、Ｕ ₀ を測定された中性点電圧とする。 零相インピーダンスＺ ₀ を、図２ａおよび２ｂに示す等価回路から、前記電力 ネットワークのネットワークモデルシミュレートによって計算する。前記モデル に必要な重要なパラメータは、前記電力ネットワークの合計の線路長と、前記ネ ットワークの領域全体の対地容量とである。後者のパラメータは、前記ネットワ ークの実際の配置によって変化するかもしれない。図２ａにおいて非接地または 抵抗接地ネットワークにおける零相インピーダンスＺ ₀ の等価回路を示し、図２ ｂは、共振接地または補償ネットワークにおける同じパラメータを各々示す。図 ２ａに示す非接地ネットワークの場合において、前記等価回路の支配的な構成要 素は、前記ネットワークの対地容量Ｃ_e である。これらの要素は、前記接地電流 の５−８％程度を表す漏れ抵抗成分Ｒ_e を有する（実用式Ｒ_e ＝１２．５−２０ ・Ｘ_c から計算され、ここでＸ_c を対地容量Ｃ_e のリアクタンスとする）。共振 接地ネットワークにおいて、これらの回路構成要素は、加えて、図２ｂに示すよ うに、並列の補償コイルＬ_e のリアクタンスを有する。図２ａの等価回路は、抵 抗接地ネットワークに対しても有効であり、これによって漏れ抵抗Ｒ_e は本質的 に減少する。 本方法において測定すべき変数は、 − 変電所における３つの位相レッグ電圧と、 − すべての電流測定点における中性点電圧および１つの位相間電圧とである。 中性点電圧Ｕ ₀ を、前記位相レッグ電圧からフェーザ和として計算する。各々 の位相レッグ電圧Ｕ _v を、計算中の瞬時において取った測定値から対称成分シス テムの正相成分として計算する。故障した位相レッグを識別するために、式(1) を３つのフェーザ方向、すなわち、 １）その無回転角におけるＵ _v ２）＋１２０電気角だけ回転したＵ _v ３）＋２４０電気角だけ回転したＵ _v に対して解く。 各々の計算サイクルは、Ｚ _f に対する見積もりを与える。これらの内、故障し た位相レッグを、Ｚ _f の実数部分が最も大きい値のものとして選択する。実際の 故障インピーダンスＺ _f は全く抵抗性であるため、２つの完全な位相レッグに対 する計算が、必ず前記故障インピーダンスの負の実数部分を与えなければならな い。 現状によれば、地落は、Ｚ _f の実数部分の最も大きい値を表す位相レッグにお いて、 − Ｚ _f の実数部分がＺ _f の虚数部分と比べて少なくとも４倍である という条件によって検出されると考えられる。この条件は、故障インピーダンス の位相角が最大±１５電気角であるという規準と等価である。前記故障インピー ダンスを計算した後、図１の等価回路を使用し、前記故障電流およびその位相角 も解くことができる。 結果として、前記零相電圧分析は、以下の情報、すなわち、 − 故障した位相レッグの指示と、 − 故障抵抗の大きさ見積もりと、 − 故障電流およびその位相角に関する見積もり とをもたらす。 前記故障抵抗が大きい場合、その前記ネットワークパラメータへの寄与は、通 常の状態の下でのゼロでない中性点電圧により、しばしば困難であるかもしれな い。このようなゼロでない通常状態の中性点電圧は、主に前記ネットワークのキ ャパシタンスの非対称性によって生じ、その値は、めったに変化しない。しかし 、前記実時間の零相電圧測定を、前記実時間零相電圧値の例えば最新の１０に計 算されたその平均値からの偏差として規定される変化値の監視を基礎とする傾向 分析と取り替えることによって、前記開示した方法の感度を増大することができ る。この方法は、地落指示感度を１００−１５０キロオームの故障抵抗まで増大 させる。これらの引用した図は、非接地ネットワークにおいて行われた実地試験 に基づいている。 一般的な地落警報が前記零相電圧分析プログラムによって作動された後、前記 零相電流測定の分析によって、前記故障検出結果を検証することができ、前記地 落により近い場所を位置決めすることができる。ここで、前記変電所においてま たはネットワークに沿って測定された零相電流を、前記零相電圧分析から得られ た零相電流と、フェーザフォーマットにおいて比較し、結果として、分析を受け た前記ネットワークの部分が、 − 前記零相電流の測定された大きさが、所定の限界内で、上述した方法に従っ て計算された値と等しく、 − 前記零相電流の測定された位相角が、所定の限界内で、上述した方法に従っ て計算された値と等しい場合、 地落を有すると考えられる。 位相角に関して許容しうる限界を、上記で引用した、仮に±１５電気角と同じ にすることができる。前記電流に関して、前記比較において許容しうる限界を、 仮に±３０％程度まで軽減してもよい。 前記零相電圧分析と同様に、高抵抗地落に対する前記方法の感度を、実時間の 零相電圧測定を瞬時の前記零相電圧のその長期の平均値からの偏差として計算さ れる変化値変数と交換することによって増大させてもよい。 本発明の基本的な概念は、中性点電圧Ｕ₀ を各々の位相レッグ電圧の正相成分Ｕ _v と比較し、さらに、前記ネットワークの結果として生じる零相インピーダン スＺ ₀ と比較することである。 本方法は、主に、各々の位相レッグ電圧の正相成分の代わりにどのような電圧 規準を故障検出に使用するかにおいて可変性を示す。好適な代案は、 １）故障の発生の直前の故障した位相レッグの電圧と、 ２）故障中の）故障したレッグの正相電圧成分と、 ３） （故障中の）故障した位相レッグの正相および負相電圧成分の和 である。 これらの代案に加えて、前記実時間の零相電圧測定を、前記零相電圧の（例え ば、最新の1１０間に計算された）その長期の平均値からの偏差の傾向分析と交 換することができる。前記各々の位相レッグ電圧の正および負相成分と、零相電 圧とを、前記測定された位相対中性点電圧から、すでに確立され、よく知られて いる対称成分の理論を使用することによって計算することができる。 前記ネットワークの零相インピーダンスを、ネットワークモデルによって近似 的に計算することができる。必要ならば、このネットワークモデルを、対地容量 Ｃ_e および漏れ抵抗Ｒ_e に関して、既知の故障抵抗値を使用する地落試験によっ て校正してもよい。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．変電所において、 − フェーザフォーマットにおける中性点電圧（Ｕ ₀ ） を測定し、電力ネットワークの高抵抗地落を検出および位置決めする方法にお いて、 − 前記ネットワークの位相レッグをフェーザフォーマットにおいて測定し、 − 前記中性点電圧（Ｕ ₀ ）を表す零相電圧フェーザを前記測定された位相レ ッグ電圧のフェーザ和として形成し、 − 零相インピーダンス（Ｚ ₀ ）をネットワークモデルによって計算し、 − 零相電圧（Ｕ ₀ ）をフェザーフォーマットにおいてネットワーク位相レッ グ電圧（Ｕ _v ）および前記ネットワークの結果としての零相インピーダンス（ Ｚ ₀ ）と比較し、 − これらの計算された変数から各々の位相レッグに関する故障インピーダン ス（Ｚ _f）を得て、それによって、故障したレッグを前記故障インピーダンス （Ｚ _f）の実数部分の最も大きい値を有するレッグとして識別することを特徴 とする方法。 ２．請求の範囲１に記載の方法において、前記零相電圧（Ｕ ₀ ）をフェーザフォ ーマットにおいて各々の位相レッグ電圧の正相成分（Ｕ _v ）と比較し、さらに 前記ネットワークの結果としての零相インピーダンス（Ｚ ₀ ）と比較すること を特徴とする方法。 ３．請求の範囲１に記載の方法において、前記零相電圧（Ｕ ₀ ）を故障の発生の 直前に測定した前記故障した位相レッグの電圧（Ｕ _v ）と比較し、さらに前記 ネットワークの結果としての零相インピーダンス（Ｚ ₀ ）と比較することを特 徴とする方法。 ４．請求の範囲１に記載の方法において、前記零相電圧（Ｕ ₀ ）を前記故障した 位相レッグの正および負相電圧成分と比較し、さらに前記ネットワークの結果 としての零相インピーダンス（Ｚ ₀ ）と比較することを特徴とする方法。 ５．請求の範囲１ないし４のいずれか１つに記載の方法において、前記零相電圧 （Ｕ ₀ ）の実時間の値を、この実時間値と、長期平均値、例えば最新の１０秒 間に計算された平均値との差による比較と交換したことを特徴とする方法。