JP2006003195A

JP2006003195A - 絶縁診断装置

Info

Publication number: JP2006003195A
Application number: JP2004179494A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Kato; 俊介加藤; Yasunobu Fujita; 康信藤田; Shindai Sato; 深大佐藤; Hirokatsu Koga; 博勝古賀; Yoichiro Taniguchi; 洋一郎谷口
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-06-17
Filing date: 2004-06-17
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2024-06-17
Also published as: JP4223999B2

Abstract

【課題】零相電圧の発生タイミングの影響を受けず、精度の高い診断結果を得る。
【解決手段】零相電圧Ｖ０を正極性、負極性でそれぞれピークホールドし、一定の時定数（電気角１２０°の近傍）で減衰させた波形を得、この波形を実効値演算し予め定めた整定値と比較する。比較の結果、実効値が大きい場合は地絡がある場合で、線間電圧を相変換した各相電圧と実効値を積総和演算し、最大値をとる。この結果、最大値となる相に地絡相を検出できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、電力系統の絶縁診断装置に係り、受変電設備の絶縁を常時診断し、重大事故に至る以前に劣化傾向を判断する絶縁診断装置に関する。

受変電設備の絶縁劣化は時間的に進展し、最終的に地絡事故や短絡事故に至る場合が多い。絶縁劣化の代表的なものとして、ケーブル周囲に存在する水分が樹木が生長するようにケーブル内部に進展する水トリー現象がある。水トリーが絶縁物を貫通し導体まで到達すると地絡が発生する。この現象は間欠弧光地絡と呼ばれ、ジュール熱により水分が瞬時に乾燥して絶縁が回復するため、地絡の持続時間は短い。

非接地系ケーブル高圧配電系の場合、間欠弧光地絡発生時の零相電流は持続時間が数百μs、零相電圧は線路のCにもよるが最低数msのパルス状となることが知られている。劣化したケーブルにおいては、間欠弧光地絡が繰り返し発生した後、完全地絡に至る。そのため間欠弧光地絡を検出する事ができれば、ケーブルの初期絶縁診断が可能となるが、現象が瞬時に終了するため従来の地絡過電圧継電器や地絡方向継電器等では検出が困難であった。

特許文献１に記載の絶縁監視装置は、パルス状の零相電圧をピークホールドし、各相電圧の立ち下り０クロス点でリセットした波形を生成し、この波形を実効値演算し整定値比較をおこなう。実効値演算結果が整定値を超えた場合、ピークホールド処理部で生成した波形と各相電圧を位相演算比較し、地絡相の判別をおこなう。

特開2003−161756号公報

特許文献1に記載の技術は、零相電圧の相電圧ピークに対する発生タイミングが変化すると、零相電圧が発生しピークホールドされてからリセットされるまでの時間が変化するため、実効値演算結果が変化する。このため、零相電圧の波高値やパルス幅が同一であっても、零相電圧の発生タイミングによって整定値比較結果が変化することがある。

また、正極性の零相電圧波形と負極性の零相電圧波形は、ピークホールドされてからリセットされるまでの時間が異なる。このため、波高値やパルス幅が同一であっても、零相電圧が正極性のみ発生した場合の実効値演算結果と、負極性のみ発生した場合の実効値演算結果が異なる。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を克服し、零相電圧の発生タイミングに左右されない、または零相電圧の発生する極性に左右されない絶縁診断装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明は、零相電圧と線間電圧を入力する間欠弧光地絡の検出可能な絶縁診断装置であって、前記零相電圧をピークホールドするピークホールド回路と、ピークホールドした零相電圧を一定の時定数で減衰させた波形を生成する回路と、前記波形の実効値を求める回路と、前記線間電圧を変換した相電圧と前記波形との積・総和演算を求める回路と、その結果から最大値の相を求める回路を設けることを特徴とする。

前記零相電圧を正極性と負極性にそれぞれピークホールドするピークホールド回路を設け、ピークホールドした正極性及び負極性の零相電圧を一定の時定数で減衰させた波形を生成することを特徴とする。

前記時定数は電源周波数の電気角約120°またはその近傍であることを特徴とする。

本発明によれば、ピークホールドした零相電圧をリセットせず、一定の時定数で減衰させるので、実効値演算結果および整定値比較結果が発生タイミングによる影響を受けず、精度の高い絶縁診断装置を得ることができる。

また、零相電圧が正極性のみ発生した場合と、負極性のみ発生した場合の実効値演算結果に差が生じない。さらに、リセット回路を省略できるため、回路を簡略化できる。

図1は絶縁診断装置を備えた受変電設備の構成図である。図において対象となる受変電設備は、変圧器１に接続される遮断器２と、これに接続される母線９と、母線９から引き出される複数のフィーダ用遮断器３〜６、接地変圧器７、各フィーダ毎に配置された零相変流器10、負荷11とから構成されている。

図２は絶縁診断装置の内部構成を示す。絶縁診断装置８は、接地変圧器７からの零相電圧と線間電圧を入力信号として取り込む。接地変圧器７のパルス状の零相電圧を正極性ピークホールド回路12、負極性ピークホールド回路13で変換し、それぞれピークホールドした零相電圧を減衰回路14、15で一定の時定数で減衰させた波形を生成し、実効値演算・整定値比較部16で実効値演算後予め定めた整定値と比較する。

実効値が整定値以上のとき、線間電圧Ｖ_１−２、Ｖ_２−３、Ｖ_３−１を位相シフト回路26〜28で相電圧VR、VS、VT（R相、S相、T相の電圧）に変換する。積総和回路19〜21は零相電圧をピークホールドし減衰させた波形と相電圧の波形との間で積総和演算を行う。すなわち、積総和回路19〜21で減衰させた波形と相電圧の積総和を演算し、最大値演算部22で最大値を求め、最大値となる相を地絡相として表示器23〜25で表示する。また、実効値は表示器29で表示する。

図3はR相にて間欠弧光地絡が発生した例である。パルス状の零相電圧波形33は、R相電圧波形34の正負ピーク付近で発生している。このとき、R相電圧波形34と、パルス状の零相電圧波形をピークホールド処理したピークホールド出力39の積を求めると、R相電圧波形とピークホールド出力の符号が同一となり、積が正となっている領域が大きいため、積総和結果は大きな値となる。

一方、S相電圧波形35とピークホールド出力39の積を求めると、S相電圧波形とピークホールド出力の符号が逆となり、積が負になっている領域が大きく、積総和結果は小さな値となる。同様に、T相電圧波形36とピークホールド出力39の積総和についても、積総和結果は小さな値となる。このため、各相電圧波形とピークホールド出力の積総和結果の大小を比較し、最大となる相を地絡相として検出することができる。

ピークホールド演算部は、零相電圧の正極性ピークホールド12と負極性ピークホールド13を別々に行う。ピークホールドした零相電圧値は減衰回路14、15で電源周波数の電気角約120°の時定数で減衰させ、両者の加算値をピークホールド出力としている。

図４は本発明の効果を説明する波形図で、図３の零相電圧の発生タイミングを早めたものである。図４のパルス状の零相電圧波形45をピークホールド処理したピークホールド出力51は実効値演算して実効値52となる。この結果は、図３のピークホールド出力39を実効値演算した実効値40と同等で、零相電圧の発生タイミングによって左右されない値となる。

図５、図６に時定数を変えた場合のピークホールド出力を示す。図5に示すように、ピークホールドした零相電圧を減衰させる時定数を電気角120°より小さくすると、ピークホールド出力波形の面積が小さくなり、実効値演算結果は小さくなる。また、図6に示すように、時定数を電気角120°より大きくすると、正極性ピークホールドと負極性ピークホールドの加算値がピークホールド出力となっているため、ピークホールド出力波形の面積が小さくなり実効値は小さくなる。

このように、時定数とピークホールド出力の実効値の関係は図７の実線のようになり、時定数が電気角約120°付近で、時定数の変化による実効値の変化が小さい。このため、時定数を電源周波数の電気角約120°またはその近傍とすれば、回路素子の誤差により時定数が変化しても、実効値演算結果の誤差を小さく抑えることができる。

また、正極性ピークホールドと負極性ピークホールドの加算を行わず、単極のみのピークホールドとした場合は、時定数とピークホールド出力の実効値の関係は図７の破線ようになる。時定数の変化による実効値の変化が小さくなる部分が存在しないため、実効値演算結果の誤差を小さく抑えることができない。

本発明を適用する受変電設備の構成図。本発明の一実施例による絶縁監視装置の構成図。絶縁監視装置の各部の処理波形を示す波形図。図３に比べ零相電圧の発生タイミングを早めた波形図。時定数を小さくした場合のピークホールド出力を示す波形図。時定数を大きくした場合のピークホールド出力を示す波形図。時定数の変化に対する実効値の変動を示す特性図。

符号の説明

１…変圧器、２…遮断器、３〜６…フィーダ用遮断器、７…接地変圧器、８…絶縁診断装置、９…母線、10…零相変流器、11…負荷、12…正極性ピークホールド回路、13…負極性ピークホールド回路、14，15…減衰回路、18…実効値演算・整定値比較部、19〜21…積・総和処理部、22…最大値処理部、23〜25…地絡相表示部、26〜28…位相シフト処理部、29…実効値表示部、33…零相電圧波形、34…R相電圧波形、35…S相電圧波形、36…T相電圧波形、37…正極性ピークホールド波形、38…負極性ピークホールド波形、39…ピークホールド出力、40…実効値演算結果、45…零相電圧波形、46…R相電圧波形、47…S相電圧波形、48…T相電圧波形、49…正極性ピークホールド波形、50…負極性ピークホールド波形、51…ピークホールド出力、52…実効値演算結果。

Claims

零相電圧と線間電圧を入力する間欠弧光地絡の検出可能な絶縁診断装置であって、
前記零相電圧をピークホールドするピークホールド回路と、前記ピークホールドした零相電圧を所定の時定数で減衰させた波形を生成する回路と、前記波形の実効値を求める回路と、前記線間電圧を変換した相電圧と前記波形の積・総和演算を求める回路と、その結果から最大値の相を求める回路を設けることを特徴とする絶縁診断装置。
零相電圧と線間電圧を入力する間欠弧光地絡の検出可能な絶縁診断装置であって、
前記零相電圧を正極性と負極性にそれぞれピークホールドするピークホールド回路と、前記ピークホールドした正極性及び負極性の零相電圧を所定の時定数で減衰させた波形を生成する回路と、前記波形の実効値を求める回路と、前記線間電圧を変換した相電圧と前記波形の積・総和演算を求める回路と、その結果から最大値の相を求める回路を設けることを特徴とする絶縁診断装置。
請求項１または２において、前記時定数は電源周波数の電気角約120°またはその近傍であることを特徴とする絶縁診断装置。
請求項１、２または３において、前記実効値は予め定められた整定値と比較され、前記実効値が大きい場合に地絡検出を行うことを特徴とする絶縁診断装置。