JP2007209151A - 配電系統のループ運用システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力損失低減と供給信頼度維持を実現し、設備投資対効果に優れた配電系統のループ運用システムを提供する。
【解決手段】樹枝状に構成、運用される高圧配電系統のループ点（連系開閉器の設置点）に、配電線の零相電圧、相電流、零相電流を検出するセンサ７１、配電線の地絡、短絡、及び断線を検出する事故検出装置７２、遮断器７３からなる保護装置７を介して両配電線３１，３２を接続して配電系統ループ運用システムを構成し、健全時は遮断器７３を閉路してループ状で運用し、地絡、短絡、断線等の事故を、既設の配電線保護設備よりも早く（高速に）検出して、遮断器７３を開放し、樹枝状運用に切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電系統のループ運用システム及び方法に関する。

電力自由化（規制緩和による独立発電事業者の参入など）に伴う電力の競争時代に対応するため、電気供給事業者にとって、更なる電力供給コスト低減が重要な課題となっている。このため、電力損失最小化による電力供給コスト低減などの対策が必要となっている。

非特許文献１，２に、現行の配電系統に関する技術が示されている。

現行の一般的な高圧配電系統は、これらの文献に開示されているように、樹枝状に構成、運用される。この樹枝状の配電系統では、配電線に事故が発生した場合、事故電流（零相電流、短絡電流）などにより事故が発生した配電線を特定する。そして、事故が発生した配電線に設置された遮断器又は区分開閉器により事故が発生した区間を切り離すことにより、その他の健全な区間に電力供給を継続する。

また、配電線の区分開閉器や配電線間の連系開閉器により系統切り替えを行ない、各配電線の需要の平準化と電力損失の低減が図られている。

この他、特許文献１に、配電線に事故が発生した場合、復電する前に事故区間の区分開閉器を開路して、事故区間より電源側の健全区間を迅速に復旧させることを目的としたループ系統配電線用の自動区分開閉装置について開示されている。

「電気工学ハンドブック」電気学会／オーム社出版、昭和６３年（ｐ１２２５） 「現代の配電技術」、電気書院、昭和４７年（ｐ１０） 特開平１０−２０１０８２号公報

上記各文献に開示された配電系統のループ運用システムでは、電力損失の低減と供給信頼度の維持が十分ではなかった。

すなわち、非特許文献１，２に開示された樹枝状方式では、各開閉器による系統切り替えは、各開閉器の構造から、切り替え回数に限界があるため、季節、週間、昼夜などによる需要の変動に対し、常に電力損失を最小化することができないという欠点があった。

しかしながら、ループ状方式には、次のような課題が有る。まず、電力損失低減のため、連系開閉器を閉路して配電線をループ状で運用した場合、零相循環電流の影響により保護装置が誤動作する恐れがある。さらに、事故が発生した配電線の特定が困難となるため、事故が発生した配電線（区間）だけでなく、ループ状で運用している配電線も停電することとなり、供給信頼度が低下するなどの問題があった。

一方、特許文献１に開示された技術は、復電（事故停電）時における事故区間の自動切り離しに関するものであり、供給信頼度の低下を回避するものではない。

本発明の目的は、電力損失低減と供給信頼度維持を実現する配電系統のループ運用システム及び方法を提供することにある。

本発明は、樹枝状に構成された配電線のループ点に連系開閉器を備えた配電系統において、これらの配電系統の電気量を検出するセンサと、このセンサによって検出された電気量に基づいて、この配電系統に設置された他の保護装置よりも高感度に事故を検出する事故検出装置と、前記連系開閉器として用いられる遮断器であって、この配電系統の健全時に投入状態に維持されるとともに、前記事故検出装置が事故を検出したとき開放される遮断器を備えたことを主特徴とする。

ここで、他の保護装置よりも高感度に事故を検出するとは、電気量の設定検出レベルを小さくし、又は検出時限を短くすることにより、事故検知感度を高く設定するほか、設定検出レベルや検出時限は変わらなくても、事故検知信号の伝送速度を高めるなど、結果的に、高感度に事故を検出し保護動作を開始できれば十分である。

本発明の望ましい実施態様においては、樹枝状に構成、運用される高圧配電系統のループ点（連系開閉器の設置点）に、配電線の零相電圧、相電流、及び／又は零相電流を検出するセンサと、このセンサの出力に基づいて、配電線の地絡、短絡、及び／又は断線を他の保護装置よりも高感度に検出する事故検出装置、並びに遮断器からなる保護装置を介して両配電線を接続して配電系統ループ運用システムを構成し、健全時は遮断器を閉路してループ状で運用し、高感度に事故を検出することによって、前記遮断器を開路して樹枝状に切り替えるように構成する。

本発明の望ましい実施態様によれば、健全時はループ状で運用されるため、理想的な電力損失低減を可能とするとともに、事故を速やかに検出して樹枝状運用に切り替えるため、現行の保護方式による系統保護が可能となり、供給信頼度の維持を図ることができる。

本発明によるその他の目的と特徴は、以下に述べる実施例の中で明らかにする。

以下本発明の実施例について図面を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例による配電系統のループ運用システムの構成図である。高圧配電系統を、図１に示すように、樹枝状に構成する。図１において、１は配電用変電所、２は配電用変圧器である。配電用変圧器２から、２系統の配電線３１及び３２が、樹枝状に延設される。配電用変圧器２と各配電線３１及び３２の間には、それぞれ遮断器４１及び４２が設置され、事故配電線を遮断する。５１１〜５１３及び５２１〜５２３は、区分開閉器（常時閉）を表し、それぞれ配電線３１及び３２に設置され、配電線３１及び３２を適当な区間に分割する。従来、これらの配電線３１と３２との間のループ点に、連系開閉器６が接続されていたが、この連系開閉器６の機能を含めて、本発明のこの実施例では、保護装置７を配置している。以下に、その詳細を説明する。

保護装置７は、配電線３１と３２のループ点（連系開閉器の設置点）に、両配電線３１及び３２に接続して設置される。保護装置７は、大きく分けて、センサ７１、事故検出装置７２、及び遮断器７３により構成される。

センサ７１は、零相電圧センサ７１１、電流センサ７１２、及び零相電流センサ７１３により構成されている。電流センサ７１２は、３相の配電線３１，３２の２相又は３相すべてに設置される。各センサ７１１〜７１３の出力は、事故検出装置７２に接続される。

事故検出装置７２は、地絡検出要素７２１、短絡検出要素７２２、断線検出要素７２３、並びに論理和演算回路７２４により構成される。地絡検出要素７２１には、零相電圧センサ７１１の出力が接続される。同様に、短絡検出要素７２２には電流センサ７１２、断線検出要素７２３には零相電流センサ７１３の出力が接続される。各検出要素７２１〜７２３の出力は、論理和演算回路７２４に接続される。論理和演算回路７２４の出力は、事故検出装置７２の出力として、遮断器７３を遮断するように接続される。

地絡検出要素７２１は、振幅（実効値）演算部７２１１、レベル判定部７２１２、及びタイマ７２１３で構成される。短絡検出要素７２２、断線検出要素７２３も、地絡検出要素７２１と同様に、振幅（実効値）演算部７２２１，７２３１、レベル判定部７２２２，７２３２、タイマ７２２３，７２３３で構成される。

次に、このように構成された保護装置７の動作について説明する。

センサ７１は、各センサ７１１〜７１３により、配電線３１及び３２の零相電圧、相電流、零相電流を計測する。

地絡検出要素７２１の振幅演算部７２１１は、実効値演算、又は、ＤＦＴ演算などにより、計測された零相電圧信号を、零相電圧の振幅値に変換する。レベル判定部７２１２は、予め設定された零相電圧の基準値と、零相電圧の振幅値とを比較し、振幅値が基準値以上の場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、タイマ７２１３に出力する。タイマ７２１３は、ハイレベル「１」が継続して入力された時間を計測する。また、予め設定された（継続）基準時間と、計測された時間を比較し、計測された時間が基準時間以上の場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、論理和演算回路７２４に出力する。すなわち、地絡検出要素７２１では、保護リレーで周知の地絡過電圧要素とほぼ同様な動作を行ない、配電線３１又は３２に発生した地絡事故を検出する。

短絡検出要素７２２は、地絡検出要素７２１とほぼ同様の動作により、相電流の振幅値が基準値以上となる状態が、基準時間以上継続した場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、論理和演算回路７２４に出力する。すなわち、短絡検出装置７２２では、保護リレーで周知の過電流要素とほぼ同様な動作を行ない、配電線３１又は３２に発生した短絡事故を検出する。

断線検出要素７２３は、地絡検出要素７２１とほぼ同様の動作により、零相電流の振幅値が基準値以上となる状態が、基準時間以上継続した場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、論理和演算回路７２４に出力する。すなわち、断線検出要素７２３では、保護リレーで周知の地絡過電流要素とほぼ同様な動作を行ない、配電線３１又は３２に発生した断線事故を検出する。

なお、各検出要素７２１〜７２３を、変化分方式の各保護要素で構成しても、同様の効果を得ることができる。すなわち、地絡過電圧要素又は変化分地絡過電圧要素、過電流要素又は変化分過電流要素、及び／又は、地絡過電流要素又は変化分地絡過電流要素を持つように構成することができる。

論理和演算回路７２４は、各検出要素７２１〜７２３の出力信号を論理和演算し、演算結果を開閉制御指令として、遮断器７３に出力する。また、演算結果がハイレベルの場合に、演算結果を保持する。

遮断器７３は、常閉（ノーマリ・オン）状態にあり、上記事故検出装置７２が高感度に事故を検出し、その出力が「１」となったとき、この遮断器７３は遮断される。

この結果、保護装置７は、ループ状で運用される配電線３１，３２で発生した地絡、短絡、断線事故をいち早く（高速に）検出して遮断器７３を開路し、健全時にループ状で運用される配電線３１及び３２を、事故時には、速やかに樹枝状運用に切り替えることができる。したがって、配電線３１及び３２を、可能な限りループ状で運用し、電力損失を低減することができる。その電力損失低減の一例を、図２を用いて説明する。

図２は、配電系統の樹枝状とループ運用での電力損失を比較説明する一例図である。図に示す電源２０１から、２つの配電線２０２及び２０３で構成された配電系統において、各配電線２０２及び２０３が、末端に接続された各需要家（負荷）２０４及び２０５に電力を供給する場合を考える。本例では、各配電線の線路抵抗をそれぞれ１Ω、需要家２０４の負荷を０〜１２時に１００Ａ、１２時〜２４時に０Ａ、需要家２０５の負荷を０〜１２時に０Ａ、１２時〜２４時に１００Ａと仮定する。この条件において、連系開閉器２０６を常時開路とした樹枝状方式で電力供給した場合の電力損失は、（線路電流の２乗）×線路抵抗より、（１００Ａ×１００Ａ）×１Ω×１２時間×２配電線＝２４０ｋＷｈとなる。

一方、連系開閉器２０６を常時閉路としたループ状（常時閉路ループ）方式で電力供給した場合の電力損失は、線路電流がバランスするため、（５０Ａ×５０Ａ）×１Ω×２４時間×２配電線＝１２０ｋＷｈとなり、樹枝状方式の半分となる。

このように、ループ状で可能な限り運用できる本発明の一実施例によれば、特に、昼夜による需要の変動がある場合、樹枝状の運用に比べ、大幅に電力損失を低減できる。

次に、配電系統のループ運用システムの地絡事故時の動作例について、図３及び図４を用いて説明する。

図３は、図１と同じ配電系統であり、７１はループ運用に伴う零相循環電流、８は地絡事故点、８１１及び８１２は地絡事故による零相電流を示している。今、２つの配電線３１，３２で構成された配電系統が、樹枝状（常時開路ループ方式）で運用されている場合を考える。

図４の時点ＧＡ１までの健全期間においては、零相電圧が小さいため、レベル判定部７２１２〜７２３２、タイマ７２１３〜７２３３の各出力、及び、事故検出装置７２の出力である開閉制御指令は全てローレベル「０」となる。このため、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１と３２はループ状に運用される。

ここで、時点ＧＡ１において、配電線３１の事故点８で地絡事故が発生したと仮定すると、零相電圧及び零相電流が発生する。零相電流８１１，８１２は、事故点に向かって流れるため、配電線３１（事故配電線）では負荷側方向の零相電流８１１が流れ、他方、配電線３２（健全配電線）では電源側方向の零相電流８１２が流れる。

樹枝状運用の地絡保護では、零相電圧と零相電流の発生、及び、零相電流８１１，８１２の方向から事故配電線３１を特定し、事故配電線３１を切り離して、地絡事故の除去を行っている。

一方、図３における保護装置７で両配電線３１，３２を接続し、ループ状（常時閉路ループ方式）で運用した場合、各配電線の線路インピーダンスの不平衡により負荷電流に比例した零相循環電流７０１が、ループ配電区間の両配電線３１，３２に常時発生し還流する。零相循環電流７０１は、系統条件によって変化するが、地絡事故による零相電流８１１，８１２より大きい場合がある。本例では、地絡事故による零相電流８１１，８１２に比較して零相循環電流７０１の方が大きいと仮定する。配電線３１に地絡事故が発生した場合、零相電圧、零相電流が発生し、地絡事故による零相電流８１１，８１２は、配電線３１を負荷側方向に流れる。しかしながら、地絡事故による零相電流８１１に比較して零相循環電流７０１が大きいため、零相循環電流７０１と地絡事故による零相電流８１１，８１２を加算した零相電流は、配電線３１を電源側方向、配電線３２を負荷側方向に流れる。このため、零相電流の方向から事故配電線を特定する周知の樹枝状運用の地絡保護では、事故配電線の特定を誤り、最初に健全な配電線３２を切り離すこととなる。その後、配電線３１の切り離しにより、樹枝状運用（相当）となり、零相循環電流が消滅するため、ここではじめて事故配電線である配電線３１が切り離され、地絡事故の除去が行われる。このため、最終的に、両配電線３１，３２が停電することとなる。このように、樹枝状運用における周知の地絡保護では、ループ状運用において、事故配電線の特定が困難な場合があり、事故が発生した配電線（区間）だけでなく、ループ状で運用している配電線も停電することとなり、供給信頼度が低下する問題がある。

次に、本発明の一実施例による配電系統のループ運用システムの地絡事故時の動作例について、図３に加え図４を用いて説明する。

図４の時点ＧＡ１で地絡事故が発生すると、配電系統に零相電圧が発生し、振幅演算部７２１１の出力が増加する。レベル判定部７２１２の基準値は、配電用変電所の地絡過電圧リレーの検出レベル、例えば、完全地絡時に発生する零相電圧の１０％と同程度かそれより小さい値に設定されている。したがって、零相電圧の振幅値が基準値以上となった場合、時点ＧＡ２〜ＧＡ５の期間で、レベル判定部７２１２の出力がハイレベル「１」となる。この実施例では、タイマ７２１３の基準時間は、配電用変電所の地絡過電圧リレーの検出時限より短い時間に設定されており、ハイレベル「１」の継続時間が基準時間以上となる時点ＧＡ３以降において、タイマ７２１３の出力がハイレベル「１」となる。

このように、地絡検出要素７２１は、既設の配電線（地絡）保護よりも高感度に整定されており、既設の配電線（地絡）保護よりも早く（高速に）地絡事故を検出する。この地絡事故検出により、事故検出装置７２の開閉制御指令はハイレベル「１」となり、遮断器７３が開路され、時点ＧＡ３で、配電線３１と３２は樹枝状運用に切り替えられる。

このため、既設の配電線（地絡）保護により、時点ＧＡ５において、遮断器４１を開放し、事故配電線３１のみの切り離しが可能となり、樹枝状の運用と同等の供給信頼度を確保することが可能となる。

次に、実施例１における短絡事故時の動作例について、図５、図６を用いて説明する。

図５は、図１と同じ配電系統であり、遮断器７３を含む保護装置７に近い配電線３１に短絡事故が発生したものと仮定している。８１が短絡事故点である。

図６の時点ＳＡ１以前の健全時には、相電流が基準値以下の適正範囲内であるため、事故検出装置７２内のレベル判定部７２２２、タイマ７２２３の各出力、及び、開閉制御指令は全てローレベル「０」となっている。このため、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１と３２はループ状に運用されている。

しかし、図６の時点ＳＡ１で短絡事故が発生すると、配電系統に短絡電流が流れ、相電流が増加する。また、相電流の増加に伴い、振幅演算部７２２１の出力が増加する。レベル判定部７２２２の基準値は、配電用変電所の過電流リレーの検出レベル、例えば、最大負荷電流の１５０％と同程度か、それより小さい値に設定されている。したがって、時点ＳＡ２〜ＳＡ４の期間に、相電流の振幅値が基準値以上となり、レベル判定部７２２２の出力がハイレベル「１」となる。タイマ７２２３の基準時間は、配電用変電所の過電流リレーの検出時限より短い時間に設定されており、時点ＳＡ３でハイレベル「１」の継続時間が基準時間を越えると、タイマ７２２３の出力がハイレベル「１」となる。

このように、短絡検出要素７２２は、既設の配電線（短絡）保護よりも高感度に整定されており、既設の配電線（短絡）保護よりも早く（高速に）短絡事故を検出する。時点ＳＡ３で短絡事故を検出すると、開閉制御指令はハイレベル「１」となり、遮断器７３が開路され、配電線３１と３２は樹枝状の運用に切り替えられる。

このため、その後の時点ＳＡ５において、既設の配電線（短絡）保護により遮断器４１を開放して、事故配電線３１のみの切り離しが可能となり、通常時の電力損失を小さく抑制しつつ、樹枝状の運用と同等の供給信頼度を確保することが可能となる。

次に、短絡事故時の他の動作例について、図７及び図８を用いて説明する。

図７は、図１と同じ配電系統であり、配電用変電所１の近傍の事故点８２に、短絡事故が発生したものと仮定している。

図８の時点ＳＢ１以前の健全時には、相電流が基準値以下の適正範囲内のため、レベル判定部７２２２、タイマ７２２３の各出力、及び、開閉制御指令は全てローレベル「０」に保たれている。このため、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１と３２はループ状に運用されている。

しかし、図８の時点ＳＢ１で短絡事故が発生すると、配電系統に短絡電流が流れ、相電流が増加する。ただし、事故点８２が、配電用変電所１に近い場合、大部分の短絡電流が遮断器４１から配電線３１を通して短絡事故点８２に流れるため、時点ＳＢ１〜ＳＢ２の期間では、振幅演算部７２２１の出力は殆ど増加せず、遮断器７３は閉路状態に維持される。このため、時点ＳＢ２において、既設の配電線（短絡）保護により、事故配電線３１の変電所側の遮断器４１が開路される。

遮断器４１の開路により、時点ＳＢ３〜ＳＢ５の期間には、遮断器４２→配電線３２→遮断器７３（保護装置７内）→配電線３１→短絡事故点８２の径路で、全ての短絡電流が配電線３２に流れるため、振幅演算部７２２１の出力が増加する。時点ＳＢ３〜ＳＢ５の期間に、相電流の振幅値が基準値以上となり、レベル判定部７２２２はハイレベル「１」となり、その継続時間が基準時間以上となる時点ＳＢ４でタイマ７２２３の出力がハイレベル「１」となる。

前述のように、短絡検出要素７２２は、既設の配電線（短絡）保護よりも高感度に整定されており、既設の配電線（短絡）保護よりも早く（高速に）時点ＳＢ４で短絡事故を検出する。この短絡事故検出により、開閉制御指令はハイレベル「１」となり、遮断器７３が開路され、事故配電線３１が切り離される。

以上のように、短絡事故点８２が配電用変電所１に近い場合でも、既設の配電線（短絡）保護との保護協調により、事故配電線３１のみの切り離しが可能となり、樹枝状の運用と同等の供給信頼度を確保することが可能となる。

次に、実施例１の断線事故時の動作例について、図９及び図１０を用いて説明する。

通常、図１０の時点Ｂ１以前の健全時には、零相電流が小さいため、レベル判定部７２３２、タイマ７２３３の各出力、及び、開閉制御指令は全てローレベル「０」を保っている。このため、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１と３２はループ状に運用されている。

しかし、時点Ｂ１において、断線事故が発生すると、配電系統に零相電流が流れ、振幅演算部７２３１の出力が増加する。レベル判定部７２３２の基準値は、配電用変電所の地絡方向リレーの検出レベル、例えば、高抵抗４ｋ〜６ｋΩでの地絡で発生する零相電流２００ｍＡと同程度かそれより大きい値に設定されている。したがって、時点Ｂ２〜Ｂ４の期間で、零相電流の振幅値が基準値以上となったとすると、レベル判定部７２３２の出力がハイレベル「１」となる。タイマ７２３３の基準時間は、配電用変電所の地絡過電圧リレーの検出時限より短い時間に設定されており、時点Ｂ３で、ハイレベル「１」の継続時間が基準時間を越えると、タイマ７２３３の出力がハイレベル「１」となる。

このように、断線検出要素７２３は、既設の配電線（地絡）保護よりも早く（高速に）断線事故を検出する。この断線事故検出により、開閉制御指令はハイレベル「１」となり、遮断器７３が開路され、配電線３１、３２は樹枝状の運用に切り替えられる。

この結果、断線事故による零相電流は、健全時の状態まで低下する。このため、既設の配電線保護、監視などにより、断線事故への対応が可能となり、樹枝状の運用と同等の供給信頼度を確保することが可能となる。

図１１は、本発明の他の実施例を示す配電系統のループ運用システムの構成図である。１〜５で始まる符合は、図１と同様である。９は保護制御装置、７３は遮断器である。

以下、実施例１と同様の機能要素には同一符号を付け、重複説明は避ける。この実施例２では、他系統の事故に関する動作説明も行うため、他系統の遮断器４３と、この遮断器４３から延設された他系統の配電線３３及び区分開閉器５３１〜５３３も図示している。

保護制御装置９は、配電用変電所１の近傍に設置され、２台のセンサ９１ａ，９１ｂと、事故検出装置９２により構成されている。遮断器７３は、配電線３１と３２のループ点（連系開閉器の設置点）に設置され、両配電線３１と３２が接続される。センサ９１ａ，９１ｂは、配電線３１及び３２の電源側の遮断器４１及び４２の近傍にそれぞれ１台ずつ設置される。

センサ９１ａは、零相電圧センサ７１１ａ、電流センサ７１２ａ、零相電流センサ７１３ａにより構成される。電流センサ７１２ａは、３相配電線３１の２相又は３相すべてに設置される。各センサ７１１ａ〜７１３ａの出力は、事故検出装置９２に接続される。

センサ９１ｂは、電流センサ７１２ｂ、零相電流センサ７１３ｂにより構成される。電流センサ７１２ｂは、３相配電線３２の２相又は３相すべてに設置される。各センサ７１２ｂ、７１３ｂの出力は、事故検出装置９２に接続される。

事故検出装置９２は、地絡検出要素９２１、短絡検出要素７２２、断線検出要素７２３、及び論理和演算回路７２４により構成される。地絡検出要素９２１には、零相電圧センサ７１１ａ、零相電流センサ７１３ａ、及び零相電流センサ７１３ｂの出力が接続される。同様に、短絡検出要素７２２には、電流センサ７１２ａ及び電流センサ７１２ｂの出力が、断線検出要素７２３には、零相電流センサ７１３ａの出力が接続される。各検出要素９２１、７２２、及び７２３の出力は、論理和演算回路７２４に接続される。論理和演算回路７２４の出力は、事故検出装置９２の出力として、遮断器７３を遮断するように接続される。

地絡検出要素９２１は、それぞれ２台の振幅（実効値）演算部９２１１ｖ，９２１１ｉ、レベル判定部９２１２ｖ，９２１２ｉ、及びタイマ９２１３ｖ，９２１３ｉを備えている。また、加算回路９２１４、位相差演算部９２１５、位相差判定部９２１６、並びに論理積演算回路９２１７を備えて構成される。短絡検出要素９２２は、振幅（実効値）演算部９２２１、レベル判定部９２２２、タイマ９２２３、及び加算回路９２２４で構成される。断線検出要素７２３は、振幅（実効値）演算部７２３１、レベル判定部７２３２、及びタイマ７２３３で構成される。

次に、このように構成した実施例２における保護制御装置９の動作について説明する。

２台のセンサ９１ａ，９１ｂは、各センサ７１１ａ、７１２ａ，７１２ｂ、及び７１３ａ，７１３ｂにより、配電線３１と３２の零相電圧、相電流、及び零相電流を計測する。

地絡検出要素９２１の振幅演算部９２１１ｖは、実効値演算、又は、ＤＦＴ演算などにより、計測された零相電圧信号を、零相電圧の振幅値に変換する。レベル判定部９２１２ｖは、予め設定された零相電圧の基準値と、零相電圧の振幅値とを比較し、振幅値が基準値以上の場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、タイマ９２１３ｖに出力する。タイマ９２１３ｖは、ハイレベル「１」の継続時間を計測する。また、予め設定された（継続）基準時間と、計測された時間を比較し、計測された時間が基準時間以上の場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、論理積演算回路９２１７に出力する。すなわち、地絡検出要素９２１の振幅（実効値）演算部９２１１ｖ、レベル判定部９２１２ｖ、タイマ９２１３ｖでは、保護リレーの地絡過電圧要素とほぼ同様な動作を行ない、配電線３１，３２に発生した地絡事故を検出する。

加算回路９２１４は、各センサ７１３ａ、７１３ｂで計測された零相電流信号を加算する。振幅演算部９２１１ｉは、実効値演算、又は、ＤＦＴ演算などにより、加算された零相電流信号を、零相電流の振幅値に変換する。レベル判定部９２１２ｉは、予め設定された零相電流の基準値と、零相電流の振幅値とを比較し、振幅値が基準値以上の場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、タイマ９２１３ｉに出力する。タイマ９２１３ｉは、ハイレベル「１」の継続時間を計測する。また、予め設定された（継続）基準時間と、計測された時間を比較し、計測された時間が基準時間以上の場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、論理積演算回路９２１７に出力する。すなわち、地絡検出要素９２１の振幅（実効値）演算部９２１１ｉ、レベル判定部９２１２ｉ、タイマ９２１３ｉでは、保護リレーの地絡過電流要素とほぼ同様な動作を行ない、配電線３１，３２に発生した地絡事故を検出する。

位相差演算部９２１５は、ＤＦＴ演算などにより、計測された零相電圧信号、加算された零相電流信号を、位相（角）に変換し、位相差を演算する。位相差判定部９２１６は、予め設定された位相差の基準値と、演算された位相差を比較し、位相差が基準範囲内の場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、論理積演算回路９２１７に出力する。すなわち、地絡検出要素９２１の位相差演算部９２１５、位相差判定部９２１６では、保護リレーの地絡方向要素とほぼ同様な動作を行ない、配電線３１，３２に発生した地絡事故の方向を判定する。

論理積演算回路９２１７は、各タイマ９２１３ｖ，９２１３ｉ、位相差判定部９２１６の出力信号を論理積演算し、演算結果を論理和演算回路７２４に出力する。

短絡検出要素９２２の加算回路９２２４は、各センサ７１２ａ，７１２ｂで計測された相電流信号を加算する。短絡検出要素９２２は、加算された相電流信号を入力とするが、短絡検出要素７２２とほぼ同様の動作により、相電流の振幅値が基準値以上となる状態が基準時間以上継続した場合にハイレベル「１」、そうでない場合にローレベル「０」を、論理和演算回路７２４に出力する。すなわち、短絡検出装置９２２では、保護リレーの過電流要素とほぼ同様な動作を行ない、配電線３に発生した短絡事故を検出する。

断線検出要素７２３、論理和演算回路７２４、遮断器７３は、実施例１と同様である。

このようにして、保護制御装置９は、ループ状で運用される配電線３１，３２で発生した地絡、短絡、断線事故を検出して遮断器７３を開路するため、事故時にループ状で運用される配電線３１，３２を樹枝状に切り替えることができる。

なお、各検出要素９２１、９２２、７２３を、変化分方式の各保護要素で構成しても、同様の効果を得ることができる。すなわち、地絡過電圧要素又は変化分地絡過電圧要素、過電流要素又は変化分過電流要素、及び／又は、地絡過電流要素又は変化分地絡過電流要素を持つように構成することができる。

次に、実施例２における配電系統のループ運用システムの動作について説明する。

まず、地絡事故時の動作例について、図１２及び図１３を用いて説明する。

図１２は、図１１と同じ配電系統であり、８４は地絡事故点である。９は保護制御装置、７３は遮断器である。

図１３の時点ＧＢ１以前の健全時には、零相電圧が小さいため、レベル判定部９２１２ｖ、タイマ９２１３ｖの各出力は全てローレベル「０」となる。また、健全時の零相電流は、零相循環電流のみのため、零相電流の加算値も小さく、レベル判定部９２１２ｉ、タイマ９２１３ｉの各出力、及び、開閉制御指令は全てローレベル「０」となる。このため、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１，３２はループ状に運用される。

しかし、時点ＧＢ１で地絡事故が発生すると、配電系統に零相電圧が発生し、振幅演算部９２１１ｖの出力が増加する。レベル判定部９２１２ｖの基準値は、配電用変電所の地絡過電圧リレーの検出レベル、例えば、完全地絡時に発生する零相電圧の１０％と同程度かそれより小さい値に設定されている。したがって、時点ＧＢ２〜ＧＢ５の期間に零相電圧の振幅値が基準値以上となった場合、レベル判定部９２１２ｖの出力がハイレベル「１」となる。

タイマ９２１３ｖの基準時間は、配電用変電所の地絡過電圧リレーの検出時限より短い時間に設定されており、時点ＧＢ３でハイレベル「１」の継続時間が基準時間以上となった場合、タイマ９２１３ｖの出力がハイレベル「１」となる。

また、地絡事故が発生すると、地絡事故電流により、零相電流が変化し、加算回路９２１４の出力が増加する。レベル判定部９２１２ｉの基準値は、配電用変電所の地絡過電流リレーの検出レベル、例えば、高抵抗４ｋ〜６ｋΩでの地絡時に発生する零相電流２００ｍＡと同程度かそれより小さい値に設定されている。したがって、時点ＧＢ２〜ＧＢ５の期間に零相電流の振幅値が基準値以上となった場合、レベル判定部９２１２ｉの出力がハイレベル「１」となる。タイマ９２１３ｉの基準時間は、配電用変電所の地絡過電流リレーの検出時限より短い時間に設定されており、時点ＧＢ３でハイレベル「１」の継続時間が基準時間以上となった場合、タイマ９２１３ｉの出力がハイレベル「１」となる。

さらに、位相差演算部９２１５は、ＤＦＴ演算などにより、計測された零相電圧信号、加算された零相電流信号を、位相（角）に変換し、位相差を演算する。地絡時の零相電圧と零相電流の位相差は、負荷側事故の場合、通常、零相電圧に対し、進み６０度〜進み９０度程度となる。位相差判定部９２１６の基準範囲は、前記範囲に誤差分を考慮した範囲、例えば、進み３０度〜進み１２０度に設定されており、時点ＧＢ２〜ＧＢ６の間で位相差が基準範囲内となった場合、位相差判定部９２１６の出力がハイレベル「１」となる。

時点ＧＢ３〜ＧＢ６において、各タイマ９２１３ｖ、９２１３ｉ、並びに位相差判定部９２１６の各出力が全てハイレベル「１」となった場合に、論理積演算回路９２１７の出力がハイレベル「１」となる。

このように、地絡検出要素９２１は、既設の配電線（地絡）保護よりも高感度に整定されており、既設の配電線（地絡）保護よりも早く（高速に）、時点ＧＢ３において、負荷側すなわち、ループ運用配電線区間内のみの地絡事故を検出する。この地絡事故検出により、開閉制御指令はハイレベル「１」となり、遮断器７３が開路され、配電線３１、３２は樹枝状の運用に切り替えられる。

このため、既設の配電線（地絡）保護により、時点ＧＢ５において、遮断器４１を開放し、事故配電線３１のみの切り離しが可能となり、樹枝状の運用と同等の供給信頼度を確保することが可能となる。

また、負荷側すなわち、ループ運用配電線区間内のみの地絡事故の検出が可能なため、他配電線の地絡事故による不要動作（遮断器開放）を回避でき、遮断器７３の長寿命化、及び、更なる電力損失低減、供給信頼度向上が可能となる。

次に、地絡事故時の他の動作例について、図１４及び図１５を用いて説明する。

図１４は、図１１と同じ配電系統であり、ループ運用配電線３１，３２区間外の他系統の配電線３３に地絡事故が発生した場合を示している。８５は地絡事故点である。９は保護制御装置、７３は遮断器である。

図１５の時点ＧＣ１以前の健全時には、零相電圧が小さいため、レベル判定部９２１２ｖ、タイマ９２１３ｖの各出力は全てローレベル「０」を保持している。また、健全時の零相電流は、零相循環電流のみのため、零相電流の加算値も小さく、レベル判定部９２１２ｉ、タイマ９２１３ｉの各出力、及び、開閉制御指令は全てローレベル「０」を維持する。このため、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１、３２はループ状に運用される。

しかし、時点ＧＣ１において、地絡事故が発生すると、配電系統に零相電圧が発生し、振幅演算部９２１１ｖの出力が増加する。レベル判定部９２１２ｖの基準値は、配電用変電所の地絡過電圧リレーの検出レベル、例えば、完全地絡時に発生する零相電圧の１０％と同程度かそれより小さい値に設定されている。したがって、時点ＧＣ２〜ＧＣ５の期間で、零相電圧の振幅値が基準値以上となった場合、レベル判定部９２１２ｖの出力がハイレベル「１」となる。タイマ９２１３ｖの基準時間は、配電用変電所の地絡過電圧リレーの検出時限より短い時間に設定されており、時点ＧＣ３において、ハイレベル「１」の継続時間が基準時間以上となった場合、タイマ９２１３ｖの出力がハイレベル「１」となる。

また、地絡事故が発生すると、地絡事故電流により、零相電流が変化し、加算回路９２１４の出力が増加する。レベル判定部９２１２ｉの基準値は、配電用変電所の地絡過電流リレーの検出レベル、例えば、高抵抗４ｋ〜６ｋΩで地絡時に発生する零相電流２００ｍＡと同程度かそれより小さい値に設定されている。したがって、時点ＧＣ２〜ＧＣ５の期間に、零相電流の振幅値が基準値以上となった場合、レベル判定部９２１２ｉの出力がハイレベル「１」となる。タイマ９２１３ｉの基準時間は、配電用変電所の地絡過電流リレーの検出時限より短い時間に設定されており、時点ＧＣ３でハイレベル「１」の継続時間が基準時間以上となった場合、タイマ９２１３ｉの出力がハイレベル「１」となる。

しかしながら、論理積演算回路９２１７の、もう1つの入力信号となる位相差判定部９２１６の出力は、次のようにしてローレベル「０」を維持する。すなわち、位相差演算部９２１５は、ＤＦＴ演算などにより、計測された零相電圧信号、加算された零相電流信号を、位相（角）に変換し、位相差を演算する。地絡時の零相電圧と零相電流の位相差は、電源側事故、例えば、他配電線３３の事故の場合、零相電圧基準で、遅れ９０度〜遅れ１２０度程度となる。このため、位相差が基準範囲外となり、位相差判定部９２１６の出力は、ローレベル「０」を維持することとなる。

このように、各タイマ９２１３ｖ、９２１３ｉ、及び位相差判定部９２１６の全出力がハイレベル「１」とはならないため、論理積演算回路９２１７の出力はローレベル「０」のままとなる。このため、地絡検出要素９２１は、電源側、すなわち、ループ運用配電線３１，３２の区間外の配電線３３の地絡事故を検出することはない。したがって、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１，３２では、電力損失の小さいループ状運用が継続される。

このように、負荷側、すなわち、ループ運用配電線３１，３２区間内のみの地絡事故の検出が可能なため、他系統の配電線３３等の地絡事故による不要動作（遮断器開放）を回避でき、遮断器７３の長寿命化、更なる電力損失低減、供給信頼度向上が可能となる。

最後に、実施例２における系統内の短絡事故時の動作例について、図１６及び図１７を用いて説明する。

図１６は、図１１と同じ配電系統であり、８６は短絡事故点である。９は保護制御装置、７３は遮断器である。

図１７の時点ＳＣ１以前の期間に示す健全時には、相電流が適正範囲内（基準値以下）のため、相電流の加算値も小さく、レベル判定部７２２２、タイマ７２２３の各出力、及び、開閉制御指令は全てローレベル「０」を保持している。このため、遮断器７３は閉路状態に維持され、配電線３１、３２はループ状に運用されている。

しかし、時点ＳＣ１において、配電線３１の変電所寄りの事故点８６で短絡事故が発生すると、配電系統に短絡電流が流れ、相電流が増加する。また、相電流の増加に伴い、加算回路９２２４及び振幅演算部７２２１の出力が増加する。

レベル判定部７２２２の基準値は、配電用変電所の過電流リレーの検出レベル、例えば、最大負荷電流の１５０％と同程度か、それより小さい値に設定されている。したがって、時点ＳＣ２〜ＳＣ５の期間で、相電流の振幅値が基準値以上となり、レベル判定部７２２２の出力が、この期間においてハイレベル「１」となる。タイマ７２２３の基準時間は、配電用変電所の過電流リレーの検出時限より短い時間に設定されている。したがって、時点ＳＣ３において、レベル判定部７２２２のハイレベル「１」の継続時間が基準時間以上となり、タイマ７２２３の出力がハイレベル「１」となり、遮断器７３が開放され、事故配電線３１が健全配電線３２から切り離される。

このように、短絡検出要素７２２は、既設の配電線（短絡）保護よりも高感度に整定されており、既設の配電線（短絡）保護よりも早く（高速に）短絡事故を検出し、遮断器７３が開路され、事故配電線３１が健全配電線３２から切り離される。

このため、その後の時点ＳＣ４で、既設の配電線（短絡）保護により、変電所側の遮断器４１を開放し、事故配電線３１のみの切り離しが可能となり、樹枝状の運用と同等の供給信頼度を確保することが可能となる。

また、相電流の加算値を用いることにより、事故点に関係なく、高速に短絡事故を検出して、遮断器７３を開放することができ、短絡事故による健全配電線３２への影響を低減することが可能となる。

本発明の一実施例による配電系統のループ運用システムの構成図。 配電系統の樹枝状とループ運用での電力損失を比較説明する一例図。 図１のループ運用システムにおける地絡事故時の構成を示した説明図。 図３における地絡事故発生時の動作状況説明図。 図１のループ運用システムにおける短絡事故時の構成を示した説明図。 図５における短絡事故発生時の動作状況説明図。 図１のループ運用システムにおける短絡事故時の他の構成を示した説明図。 図７における短絡事故発生時の動作状況説明図。 図１のループ運用システムにおける断線事故時の構成を示した説明図。 図９における断線事故発生時の動作状況説明図。 本発明の実施例２による配電系統のループ運用システムの構成図。 実施例２のループ運用システムの地絡事故時の構成を示した説明図。 図１２における地絡事故発生時の動作状況説明図。 実施例２のループ運用システムの他系統で地絡事故発生時の構成説明図。 図１４における地絡事故発生時の動作状況説明図。 実施例２のループ運用システムの短絡事故時の構成説明図。 図１６における短絡事故発生時の動作状況説明図。

符号の説明

１…配電用変電所、２…配電用変圧器、３１〜３３…配電線、４１〜４３…遮断器、５１１〜５１３，５２１〜５２３，５３１〜５３３…区分開閉器、７…保護装置、８，８１〜８６…事故点、９…保護制御装置、７１，９１ａ，９１ｂ…センサ、７１１，７１１ａ…零相電圧センサ、７１２，７１２ａ，７１２ｂ…相電流センサ、７１３，７１３ａ，７１３ｂ…零相電流センサ、７２，９２…事故検出装置、７２１，９２１…地絡検出要素、７２１１，９２１１ｖ，９２１１ｉ，７２２１，７２３１…振幅演算部、７２１２，９２１２ｖ，９２１２ｉ，７２２２，７２３２…レベル判定部、７２１３，９２１３ｖ，９２１３ｉ，７２２３，７２３３…タイマ、７２２，９２２…短絡検出要素、７２３…断線検出要素、７２４…論理和演算回路、７３…遮断器、９２１４，９２２４…加算回路、９２１５…位相差演算部、９２１６…位相差判定部、９２１７…論理積演算回路。

Claims (8)

1. 樹枝状に構成された配電線のループ点に連系開閉器を備えた配電系統において、前記配電系統の電気量を検出するセンサと、このセンサによって検出された電気量に基づいて、この配電系統に設置された他の保護装置よりも高感度に事故を検出する事故検出装置と、前記連系開閉器として用いられる遮断器であって、この配電系統の健全時に投入状態に維持されるとともに、前記事故検出装置が事故を検出したとき開放される遮断器を備えたことを特徴とする配電系統のループ運用システム。
2. 請求項１において、前記センサを、前記配電線のループ点の電気量を検出するように配置したことを特徴とする配電系統のループ運用システム。
3. 請求項１において、前記センサを前記配電系統の配電用変圧器からの送出し点の電気量を検出するように配置したことを特徴とする配電系統のループ運用システム。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記電気量は、零相電圧、相電流、及び／又は零相電流であることを特徴とする配電系統のループ運用システム。
5. 請求項１〜３のいずれかにおいて、前記事故検出装置は、前記配電系統内の零相電圧と零相電流がともに所定値を超え、かつ零相電圧と零相電流の位相が所定範囲内であることに応動する地絡検出手段を含むことを特徴とする配電系統のループ運用システム。
6. 樹枝状に構成された配電線のループ点に連系開閉器を備えた配電系統において、前記配電系統の電気量を検出する電気量検出ステップと、この電気量検出ステップによって検出された電気量に基づいて、この配電系統に設置された他の保護装置よりも高感度に事故を検出する事故検出ステップと、前記連系開閉器として用いられる遮断器を、この配電系統の健全時に投入状態に維持するとともに、前記事故検出ステップにより事故を検出したときに開放する遮断器制御ステップを備えたことを特徴とする配電系統のループ運用方法。
7. 樹枝状に構成された配電線のループ点に連系開閉器を備えた配電系統において、前記ループ点の零相電圧、相電流、及び零相電流を検出するように配置されたセンサと、このセンサによって検出された零相電圧、相電流、及び零相電流に基づいて、この配電系統に設置された他の保護装置よりも高感度に地絡、短絡、及び断線事故を検出する事故検出装置と、前記連系開閉器として用いるように前記ループ点に配置された遮断器であって、この配電系統の健全時に投入状態に維持されるとともに、前記事故検出装置が事故を検出したとき開放される遮断器を備えたことを特徴とする配電系統のループ運用システム。
8. 樹枝状に構成された配電線のループ点に連系開閉器を備えた配電系統において、前記配電系統の配電用変圧器からの送出し点の零相電圧、相電流、及び零相電流を検出するセンサと、このセンサによって検出された零相電圧、相電流、及び零相電流に基づいて配電線の事故を検出するとともに、この配電系統に設置された他の保護装置よりも高感度に地絡、短絡、及び断線事故を検出する事故検出装置と、前記連系開閉器として用いるように前記ループ点に配置された遮断器であって、この配電系統の健全時に投入状態に維持されるとともに、前記事故検出装置が事故を検出したとき開放される遮断器を備えたことを特徴とする配電系統のループ運用システム。

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