JP2007305491A - 位相制御開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、送電線に接続され、無負荷の送電線の進相性負荷を遮断及び投入する遮断器が発生する過電圧や過電流を効果的に抑制できる位相制御開閉装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 この発明に係る位相制御開閉装置９は、送電線１ａと第１の電源からの電力が供給される母線３ａとに接続され、無負荷の送電線１ａと母線３ａとの間を遮断及び投入する遮断器４ａを制御するものであり、母線３ａ側の電流を計測する電流計測部１２と、母線３ａ側の母線電圧を計測する母線電圧計測部１３と、開極信号及び閉極信号を受信する開閉極信号受信部１４と、遮断位相予測手段１６ａと残留電圧極性予測手段１６ｂと投入位相予測手段１６ｃとを備える動作制御部１６と、から構成するようにした。
【選択図】 図３

Description

この発明は、無負荷の送電線に電源を投入する場合に、交流の電力系統に接続された送変電機器にとって過酷となる遮断器の開閉に伴う過電圧や過電流の発生を抑制できる位相制御開閉装置に関する。

従来、三相の無負荷の送電線に電源を投入する場合、電源が接続された母線と送電線との間に設けられた遮断器の各相の母線側の電圧を計測して、各相毎の母線側の電圧の零点を検出し、その母線側の電圧の零点近傍にて各相毎の遮断器を個別に投入することにより、過電圧や過電流の発生を抑制するようにしていた（例えば特許文献１参照）。

再表００／００４５６４号公報（第２９〜３０頁、第１図、第２図、第３図）

ところで、無負荷の送電線のような進相性負荷回路（以下、無負荷送電線と呼ぶ。）の遮断時には、遮断瞬時の遮断器の母線側の電圧の位相に応じた極性の直流性電圧が、送電線に残留（以下、残留電圧と呼ぶ。）することから、遮断器の極間には、電源から供給される交流の電圧と送電線の直流性の残留電圧とを合成した電圧波形が現れる。この残留電圧は、送電線の対地静電容量と送電線支持碍子の漏洩抵抗などによって決まる数秒から数１００秒の減衰時定数で放電して行くことから、無負荷送電線を遮断してから次回投入までの時間が十分に長い場合には、ほぼ零となるため、従来の母線側の電圧のみに着目して遮断器の投入位相を制御する位相制御開閉装置でも過電圧や過電流が抑制できた。

しかしながら、送電線に接続される遮断器においては、遮断してから次回投入までの時間間隔が、例えば０．３秒前後と短い高速度開閉動作と例えば３分前後と長い低速度開閉動作があり、前者の高速度開閉動作の場合には、投入時に送電線の残留電圧がほとんど減衰せずに残留していることから、従来の母線側の電圧のみに着目して遮断器の投入位相を制御する位相制御開閉装置では、極間電圧の高い位相で投入される場合があるため、過電圧や過電流を効果的に抑制できないという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するために為されたもので、送電線に接続され、無負荷送電線の進相性負荷を遮断及び投入する遮断器が発生する過電圧や過電流を効果的に抑制できる位相制御開閉装置を提供することを目的とする。

この発明に係る位相制御開閉装置は、進相性負荷である無負荷送電線と第１の電源からの電力が供給される母線とに接続され、無負荷送電線と母線との間を遮断及び投入する遮断器を制御するものであり、前記遮断器の母線側の電流を計測して電流位相を出力する電流計測部と、前記遮断器の前記母線側の母線電圧を計測して母線電圧位相を出力する母線電圧計測部と、遮断を指示する開極信号及び投入を指示する閉極信号を受信する開閉極信号受信部と、遮断信号に基づいて遮断器に遮断を指示し、第１の投入信号に基づいて前記遮断器の投入を指示する動作制御部とから構成されている。

ここで、前記動作制御部が、前記開閉極信号受信部が前記開極信号を受信した後に、前記電流位相に基づいて電流が零となる遮断位相を予測し、前記遮断位相で前記遮断器を遮断する前記遮断信号を出力する遮断位相予測手段、前記遮断位相で前記遮断器が遮断された時点での前記無負荷送電線に残留する残留電圧の極性を、前記時点での前記母線電圧位相に基づいて予測する残留電圧極性予測手段、及び、前記開閉極信号受信部が前記閉極信号を受信した後に、前記母線電圧位相と前記残留電圧の前記極性に基づいて、前記母線電圧の絶対値がピークとなり、かつ、前記母線電圧の極性が前記残留電圧の前記極性と同じとなる第１の投入位相を予測し、前記時点から予測された第１の投入位相までの時間間隔が予め設定された設定時間間隔以下の場合は、前記第１の投入位相で前記遮断器を投入する前記第１の投入信号を出力する投入位相予測手段とを備えるようにした。

この発明によれば、遮断器の母線側の電流が零となる遮断位相で遮断器を遮断し、遮断時点から投入までの時間間隔が設定時間間隔以下の場合は、無負荷送電線に残留する残留電圧が減衰しないものとみなして第１の投入位相を予測し、第１の投入位相で遮断器を投入するようにしたので、投入時に発生する過電圧や過電流を効果的に抑制することができるという効果がある。

以下、この発明の実施の形態による位相制御開閉装置を、三相分の進相性負荷である無負荷送電線と三相分の電源からの電力が供給される三相分の母線とに接続された三相分の遮断器を制御する位相制御開閉装置の場合を例に説明する。

なお、一相のみからなる電力系統の場合に対しても、この発明に係る位相制御開閉装置が適用でき、遮断器の投入時に発生する過電圧や過電流を効果的に抑制できることは言うまでも無い。

実施の形態１．
図１は、この発明に係る位相制御開閉装置を適用しようとする電力系統の構成を示した系統構成図である。なお、実際には同じ構成要素が三相分あるが、ここでは、簡略化のため、その内の一相分のみを示している。

この電力系統は、送電線１の一端と第１の電源２からの電力が供給される母線３とに第１の電源２側の遮断器４が接続されており、さらに、送電線１の他端には例えば工場等の負荷５が負荷用遮断器６を介して接続されている。

図１に示す電力系統において、例えば送電線１の点検等で送電を停止する必要が発生したとすると、第１の電源２側の遮断器４の遮断動作で発生する恐れのある過電圧及び過電流の影響を負荷５が受けないように、まずは、負荷用遮断器６が遮断されて、負荷５が電力系統から切り離され、次に、第１の電源２の電力が送電線１に供給されないように、第１の電源２側の遮断器４を遮断することとなる。

従って、遮断器４を遮断する時点では、送電線１には負荷５が接続されておらず、送電線１は、進相性負荷である、いわゆる無負荷送電線となっている。

また、点検終了後も、遮断器４の投入動作で発生する恐れのある過電圧及び過電流の影響を負荷５が受けないように、負荷用遮断器６が遮断されている状態で、まず最初に、遮断器４が投入され、その後に、負荷用遮断器６が投入されることとなる。

従って、点検後についても、遮断器４を投入する時点では、送電線１には負荷５が接続されておらず、送電線１は、進相性負荷である、いわゆる無負荷送電線となっている。

図２は、従来の位相制御開閉装置で、図１に示した遮断器４を一旦遮断した後に、再度、投入した場合の遮断器の遮断・投入動作を説明するための電流・電圧波形図であり、横軸は全て時間であり、図２（ａ）は遮断器４の母線３側の母線電圧、図２（ｂ）は遮断器４の送電線１側の送電線電圧、図２（ｃ）は遮断器４の極間電圧、及び、図２（ｄ）は遮断器４の送電線１側の電流の時間依存性が示されている。なお、遮断器４の送電線１側の電流と遮断器４の母線３側の電流とは、図１に示す電力系統を考える限りでは、全く同じで遮断器４を流れる電流と同義である。

点検のために負荷５を電力系統から切り離した後で遮断器４が投入されている状態では、送電線１は進相性負荷である無負荷送電線となっているので、図２（ｄ）に示す遮断器４の送電線１側の電流は図２（ｂ）に示す遮断器４の送電線１側の送電線電圧よりも位相が略９０°進んでいる。

なお、遮断器４が投入されている状態では、極間での電圧降下は略零とみなすことができるレベルであり、図２（ａ）に示す遮断器４の母線３側の母線電圧と図２（ｂ）に示す遮断器４の送電線１側の送電線電圧は略等しくなっている。

次に、第１の電源２の電力が送電線１に供給されないように、第１の電源２側の遮断器４を遮断するが、図２（ｄ）に示すように、遮断時の過電圧の発生を抑制するため、遮断器４を流れる電流が零となる遮断時点７で遮断器４を遮断すると、遮断時点７での遮断器４の送電線１側の送電線電圧は、遮断器４の送電線１側の電流よりも位相が略９０°遅れていることから、図２（ｂ）に示すように、母線３側の母線電圧の絶対値のピークの値と略等しく、極性が負の残留電圧を示すこととなる。

この負極性の残留電圧は、既に上述したように、送電線１の対地静電容量と送電線支持碍子の漏洩抵抗などによって決まる数秒から数１００秒の減衰時定数で徐々に減衰していくが、遮断してから再投入までの時間間隔が例えば０．３秒前後の高速度開閉動作を行う場合には、残留電圧の減衰は極めて小さいこととなる。

再度、遮断器４を投入する場合には、従来の位相制御開閉装置においては、図２（ａ）に示す遮断器４の母線３側の母線電圧が零となる投入時点８で遮断器４を投入するので、図２（ｃ）に示すように、送電線１の残留電圧が零でないことが原因で、遮断器４の極間電圧は大きな値を有しており、極間電圧が大きい状態で母線３と送電線１とを接続することから、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように本来の遮断時点７以前の電圧よりも大きい、いわゆる過電圧が発生するとともに、図２（ｄ）に示すように本来の遮断時点７以前の電流よりも大きい、いわゆる過電流が発生することとなる。

従って、従来の位相制御開閉装置では、進相性負荷である無負荷送電線と第１の電源２からの電力が供給される母線３とに接続された遮断器４を一旦遮断してから再度投入する際に、遮断時点７から投入時点８までの時間間隔が短い場合は、過電圧や過電流の発生を抑制できないことがわかる。

図３は、この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１の構成図である。図１においては、簡略化のために、三相分の内の一相分のみを示していたが、図３では、三相分を示しており、図１の送電線１はＲ相の送電線１ａ、Ｓ相の送電線１ｂ、Ｔ相の送電線１ｃに対応し、図１の母線３はＲ相の母線３ａ、Ｓ相の母線３ｂ、Ｔ相の母線３ｃに、図１の遮断器４はＲ相の遮断器４ａ、Ｓ相の遮断器４ｂ、Ｔ相の遮断器４ｃにそれぞれ対応している。

図３において、進相性である無負荷の送電線１ａ、送電線１ｂ、送電線１ｃと図１に示す第１の電源２からの電力が供給される母線３ａ、母線３ｂ、母線３ｃとは、それぞれ、遮断器４ａ、遮断器４ｂ、遮断器４ｃに接続されている。

また、これらの遮断器４ａ、４ｂ、４ｃの遮断及び投入を制御する位相制御開閉装置９には、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれの母線３ａ、３ｂ、３ｃ側の各々の電流を計測するための変流器１０ａ、１０ｂ、１０ｃと、同じく母線３ａ、３ｂ、３ｃ側の各々の電圧である母線電圧を計測するための交流電圧が測定可能な電圧変成器１１ａ、１１ｂ、１１ｃが接続されている。

さらに、位相制御開閉装置９は、接続された変流器１０ａ、１０ｂ、１０ｃを用いて各相の電流を計測して電流位相を出力する電流計測部１２と、接続された電圧変成器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを用いて各相の母線電圧を計測して母線電圧位相を出力する母線電圧計測部１３と、外部の例えば電力系統管制センターから送られて来る遮断を指示する開極信号及び投入を指示する閉極信号を受信する開閉極信号受信部１４と、予め設定された設定時間間隔の値を保持している時間間隔設定部１５と、受信した開極信号ないしは閉極信号と計測した電流位相と母線電圧位相と予め設定された設定時間間隔に基づいて、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれに遮断ないしは投入を指示する動作制御部１６とから構成されている。

ここで、時間間隔設定部１５に予め設定しておく設定時間間隔の値は、送電線１ａ、１ｂ、１ｃの対地静電容量と送電線支持碍子の漏洩抵抗等によって決まる減衰時定数を前もって測定しておき、この減衰時定数を考慮して、残留電圧の減衰が十分小さいとみなせる時間を設定時間間隔とする。なお、送電線１ａ、１ｂ、１ｃの有する対地静電容量は、周囲の地形等の設置環境に依存するものであり、また、送電線１ａ、１ｂ、１ｃの有する漏洩抵抗は大気中の湿度等にも依存し、例えば、晴天時と雨天時では減衰時定数が異なってくることとなるので、設置環境や天候等、減衰時定数に影響する環境要因の変化に配慮して、設定時間間隔を設定する。

さらに、この動作制御部１６は、開閉極信号受信部１４が開極信号を受信した後に、電流計測部１２から出力された電流位相に基づいて電流が零となる遮断位相を予測する遮断位相予測手段１６ａと、この遮断位相で遮断器４ａ、４ｂ、４ｃが遮断された時点の無負荷送電線に残留する残留電圧の極性を、この遮断された時点での母線電圧計測部１３から出力された母線電圧位相に基づいて予測する残留電圧極性予測手段１６ｂと、開閉極信号受信部が閉極信号を受信した後に、母線電圧位相と残留電圧の極性に基づいて、母線電圧の絶対値がピークとなり、かつ、母線電圧の極性が残留電圧の極性と同じとなる第１の投入位相を予測し、遮断された時点から予測された第１の投入位相までの時間間隔が予め時間間隔設定部１５に設定された設定時間間隔以下の場合は、第１の投入位相で遮断器４ａ、４ｂ、４ｃを投入する第１の投入信号を出力する投入位相予測手段とを備えている。

次に、この位相制御開閉装置９の動作について、以下に詳細に説明する。ここでは、送電線１ａ、１ｂ、１ｃの点検等で送電を停止する必要が発生し、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃを遮断することとなり、点検が終了した後に、再度、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃを投入する場合を例に取り、以下では三相の内の送電線１ａ、母線３ａ、遮断器４ａに関するＲ相の動作についてのみ説明し、残りのＳ相及びＴ相についてはＲ相と同様の動作をするので、説明を省略する。

図４は、この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１の位相制御開閉装置９の遮断・投入動作を説明するためのフローチャートである。

位相制御開閉装置９が図４のステップＳ１で動作をスタートした時点では、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃは投入されていて送電線１ａ、１ｂ、１ｃに電力が供給されているものとすると、まずは、位相制御開閉装置９の開閉極信号受信部１４は、電力系統管制センターからの遮断器４ａ、４ｂ、４ｃの動作に関する指示を受信すべく、図４のステップＳ２で待機している。この時、電流計測部１２は、変流器１０ａ、１０ｂ、１０ｃを用いて、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃの母線３ａ、３ｂ、３ｃ側のそれぞれの電流を計測し、電流位相を出力している。また、母線電圧計測部１３は、電圧変成器１１ａ、１１ｂ、１１ｃを用いて、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃの母線３ａ、３ｂ、３ｃ側のそれぞれの電圧である母線電圧を計測し、母線電圧位相を出力している。

この状態で、例えば、送電線１ａ、１ｂ、１ｃの点検をするために送電を停止する必要が発生し、電力系統管制センターから遮断器４ａを遮断する指示である開極信号が出されたものとすると、開閉極信号受信部１４は、その開極信号を受信したことをステップＳ３で確認する。

次に、開閉極信号受信部１４が開極信号を受信した後に、動作制御部１６の遮断位相予測手段１６ａは、ステップＳ４で、変流器１０ａを用いて電流計測部１２で計測されて出力された電流位相に基づいて、遮断器４ａの母線３ａ側の電流が零となる遮断位相を予測する。

さらに、遮断位相予測手段１６ａは、ステップＳ５で、予測した遮断位相で遮断器４ａを遮断するための遮断信号を遮断器４ａに出力し、その結果、遮断器４ａは遮断される。

次に、動作制御部１６の残留電圧予測手段１６ｂは、ステップＳ６で、遮断器４ａが遮断された時点の無負荷の送電線１ａに残留する残留電圧の極性を、遮断された時点での母線電圧計測部１３で計測されて出力された母線３ａ側の母線電圧位相に基づいて予測する。

この後、送電線１ａ、１ｂ、１ｃの点検が終了すると、電力系統管制センターから遮断器４ａを投入する指示である閉極信号が出されるまで、開閉極信号受信部１４は、ステップＳ７で、電力系統管制センターからの遮断器４ａの動作に関する指示を受信すべく、待機している。

電力系統管制センターから遮断器４ａを投入する指示である閉極信号が出されると、開閉極信号受信部１４は、その閉極信号を受信したことをステップＳ８で確認する。

次に、開閉極信号受信部１４が閉極信号を受信した後に、動作制御部１６の投入位相予測手段１６ｃは、ステップＳ９で、母線３ａ側の母線電圧位相とステップＳ６で予測された送電線１ａの残留電圧の極性に基づいて、母線電圧がピークとなり、かつ、母線電圧の極性が送電線１ａの残留電圧の極性と同じとなる第１の投入位相を予測する。

遮断器４ａを投入する上で、過電圧及び過電流の発生を抑制するためには、投入直前での遮断器４ａの極間電圧、すなわち、母線３ａ側の母線電圧の値と送電線１ａ側の送電線電圧の値の差が極力零に近いことが必要であるが、ステップＳ４で、電流計測部１２から出力された母線３ａ側の電流位相に基づいて、電流が零となる遮断位相で遮断器４ａを遮断しているので、無負荷送電線であり進相性負荷となっている送電線１ａに残留する残留電圧の遮断時点での値は、母線３ａ側の母線電圧の絶対値がピークとなる値と略等しく、かつ、この残留電圧の極性は、遮断時点での母線３ａ側の母線電圧の極性と同じである。

従って、残留電圧の減衰が略零とみなせるのであれば、予測された第１の投入位相での遮断器４ａの極間電圧は、略零となり、遮断器４ａを投入する際に過電圧及び過電流の発生を抑制することが可能となる。

そこで、ステップ１０で、遮断器４ａが遮断された時点からステップＳ９で予測された第１の投入位相までの時間が、予め時間間隔設定部１５に設定された設定時間間隔以下の場合は、ステップＳ１２で、遮断器４ａを予測された第１の投入位相で投入する。

この場合は、遮断器４ａの動作において、一般的には高速度開閉動作と呼ばれている場合に相当し、設定動作時間間隔以下での動作となるため、残留電圧の減衰は十分小さいとみなすことができ、遮断器４ａを投入する際の過電圧及び過電流の発生が抑制されることとなる。

一方、遮断器４ａが遮断された時点からステップＳ９で予測された第１の投入位相までの時間が、設定時間間隔を越える場合には、ステップＳ１１で、動作制御部１６の投入位相予測手段１６ｃが、再度、母線電圧位相に基づいて、母線電圧が零となる第２の投入位相を予測する。

この場合は、遮断器４ａの動作において、一般的には低速度開閉動作と呼ばれている場合に相当し、通常は設定動作時間間隔を大幅に越える動作となるため、残留電圧が減衰して、残留電圧の値自体を略零とみなすことができ、遮断器４ａの極間電圧は母線３ａ側の母線電圧と略同じとなるため、ステップＳ１２で、母線電圧が零となる第２の投入位相で遮断器４ａを投入すれば、過電圧及び過電流の発生を抑制することが可能となる。

以上により、遮断器４ａは一旦遮断された後に、再度、投入されて、動作がステップＳ１３にて完了する。ここで、再度投入される際に、過電圧及び過電流の発生が抑制されるので、電力系統に接続された送変電機器はその悪影響を受ける恐れが無い。

図５は、図３に記載の位相制御開閉装置９による遮断・投入動作をさらに具体的に説明するための電流・電圧波形図である。横軸は全て時間であり、図５（ａ）は遮断器４ａの母線３ａ側の母線電圧、図５（ｂ）は遮断器４ａの無負荷の送電線１ａ側の送電線電圧、図５（ｃ）は遮断器４ａの極間電圧、及び、図５（ｄ）は遮断器４ａの無負荷の送電線１ａ側の電流の時間依存性が示されている。図２と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。

さて、図５（ｄ）に示すように、遮断器４ａの遮断時の過電圧の発生を抑制するため、遮断器４ａを流れる電流が零となる遮断時点７で遮断器４ａを遮断すると、図５（ａ）に示す遮断時点７での遮断器４ａの母線３ａ側の母線電圧に応じて、遮断器４ａの送電線１ａ側の送電線電圧は、図５（ｂ）に示すように、母線３ａ側の母線電圧の絶対値のピークの値と略等しく、極性が負の残留電圧を示す。

この負極性の残留電圧は、遮断してから再投入までの時間間隔が例えば０．３秒前後の高速度開閉動作を行う場合には、残留電圧の減衰は極めて小さいこととなる。

再度、遮断器４ａを投入する場合には、図３に記載の実施の形態１の位相制御開閉装置９においては、遮断器４ａの母線３ａ側の母線電圧の絶対値がピークとなり、かつ、母線電圧の極性が送電線１ａの残留電圧の極性と同じ負極性となる第１の投入位相である投入時点１７で遮断器４ａを投入するので、図５（ｃ）に示すように、遮断器４ａの極間電圧は投入時点１７では極めて小さい値となっており、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように従来の位相制御開閉装置を用いた図２の場合に比べると過電圧の発生が十分に抑制されており、さらに、図５（ｄ）に示すように従来の位相制御開閉装置を用いた図２の場合に比べると、過電流の発生も同様に十分に抑制されていることが明らかである。

以上においては、遮断器４ａがいわゆる高速度開閉動作を行い、時間間隔が設定時間間隔以内の場合について説明したが、遮断器４ａがいわゆる低速度開閉動作を行い、時間間隔が設定時間を越える場合は、既に説明したように、送電線１ａの残留電圧は零とみなすことができるので、遮断器４ａの極間電圧は遮断器４ａの母線３ａ側の母線電圧と同じ値となり、従来の位相制御開閉装置の動作と同様に、遮断器４ａの母線３ａ側の母線電圧が零となる第２の投入位相で遮断器４ａを投入すれば、過電圧や過電流の発生を抑制できることは言うまでもない。

また、以上においては、三相の内の送電線１ａ、母線３ａ、遮断器４ａに関するＲ相の動作についてのみ説明したが、残りのＳ相及びＴ相についてもそれぞれＲ相と同様の動作となる。

以上のように、この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１においては、遮断器の母線側の電流が零となる遮断位相で遮断器を遮断し、遮断時点から投入までの時間間隔が設定時間間隔以下の場合は、無負荷送電線に残留する残留電圧が減衰しないものとみなして第１の投入位相を予測し、第１の投入位相で遮断器を投入するようにしたので、投入時に発生する過電圧や過電流を効果的に抑制することができる。

さらに、この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１においては、遮断器の母線側の電流が零となる遮断位相で遮断器を遮断し、遮断時点から投入までの時間間隔が設定時間間隔を越える場合には、無負荷送電線に残留する残留電圧が略零であるとみなして第２の投入位相を予測し、第２の投入位相で遮断器を投入するようにしたので、投入時に発生する過電圧や過電流を抑制することができる。

なお、この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１においては、直流性の残留電圧を計測することは行っておらず、母線電圧を計測するための電圧変成器は交流電圧が計測できればよく、直流電圧が計測できない例えば静電容量形変成器であってもよいことは言うまでもない。

実施の形態２．
実施の形態１が対象とした電力系統は、送電線の一端と第１の電源からの電力が供給される母線とに遮断器が接続されており、送電線の他端には負荷用遮断器を介して工場等の負荷が接続されていたが、電力系統によっては、電源が１つで無く複数存在し、送電線の他端に別の遮断器を介して別の電源が接続される場合がある。

その場合には、送電線の点検等で第１の電源側の遮断器と負荷用遮断器を一旦遮断し、点検等が終了した後に再度投入しようとする際、送電線に直流性の残留電圧が残留している場合だけでなく、送電線に別の電源からの電力が供給される場合があり、第１の電源側の遮断器の極間電圧が極力小さい時点で投入しようとすると、送電線側の電圧である送電線電圧を計測する必要が生じる。

図６は、一例として、２つの電源がそれぞれ遮断器を介して送電線に接続されている電力系統の構成を示した系統構成図である。なお、ここでは、図１と同様に実際には同じ構成要素が三相分あるが、その内の一相分のみを示している。また、図１と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。

図６に示すように、この電力系統は、送電線１の一端と第１の電源２からの電力が供給される母線３とに第１の電源２側の遮断器４が接続されており、さらに、送電線１の他端には、工場等の負荷５と負荷用遮断器６を介して接続する送電線１８と、第２の電源１９と第２の電源１９側の遮断器２０を介して接続する送電線２１とが接続されている。

図６に示す電力系統において、例えば送電線１の点検等で送電を停止する必要が発生したとすると、まずは、負荷用遮断器６が遮断されて、負荷５が電力系統から切り離され、次に、第１の電源２及び第２の電源１９の電力が送電線１に供給されないように、第１の電源２側の遮断器４と第２の電源１９側の遮断器２０のいずれもが遮断されることとなる。

従って、この時点では、送電線１、送電線１８、及び、送電線２１は、負荷５が接続されておらず、無負荷送電線となっている。

送電線１の点検終了後は、遮断器４ないしは遮断器２０の投入動作で発生する恐れのある過電圧及び過電流の影響を負荷５が受けることがないように、負荷用遮断器６が遮断されている状態で、まず最初、第１の電源２ないしは第２の電源１９から、送電線１、送電線１８、及び、送電線２１に電力が供給されることとなる。

この場合、第２の電源１９側の遮断器２０が遮断されている状態で第１の電源２側の遮断器４を投入するのであれば、送電線１、送電線１８、及び、送電線２１は、無負荷送電線となっており、直流性の残留電圧が残っていて、送電線１、送電線１８、及び、送電線２１の対地静電容量と送電線支持碍子の漏洩抵抗等によって決まる減衰時定数で残留電圧は減衰することとなる。

従って、第２の電源１９側の遮断器２０が遮断されている状態で第１の電源２側の遮断器４を投入する場合は、既に説明した図３に示す実施の形態１の位相制御開閉装置を用いて、遮断器４を制御すれば良い。

しかし、まず、第２の電源１９側の遮断器２０が先に投入されていて、次に第１の電源側の遮断器４を投入する場合には、送電線１には第２の電源１９からの電力が遮断器２０を介して供給されているために、遮断器４の極間電圧が極力小さい時点で投入しようとすると、遮断器４の送電線１側の電圧である送電線電圧を計測する必要がある。

図７は、この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態２の構成図である。図６においては、簡略化のために、三相分の内の一相分のみを示していたが、図７では、三相分を示しており、図７の送電線１はＲ相の送電線１ａ、Ｓ相の送電線１ｂ、Ｔ相の送電線１ｃに対応し、図７の母線３はＲ相の母線３ａ、Ｓ相の母線３ｂ、Ｔ相の母線３ｃに、図７の遮断器４はＲ相の遮断器４ａ、Ｓ相の遮断器４ｂ、Ｔ相の遮断器４ｃにそれぞれ対応している。さらに、図３と同一符号は同一又は相当部分を示すので説明を省略する。

図３に示す実施の形態１の位相制御装置９においては、遮断器４ａの送電線１ａ側の送電線電圧、遮断器４ｂの送電線１ｂ側の送電線電圧、及び、遮断器４ｃの送電線１ｃ側の送電線電圧を計測することができないが、図７に示す実施の形態２の位相制御装置２２においては、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃのそれぞれの送電線１ａ、１ｂ、１ｃ側の各々の電圧である送電線電圧を計測するための電圧変成器２３ａ、２３ｂ、２３ｃが接続されている。

そして、実施の形態２の位相制御装置２２は、実施の形態１の位相制御装置９の構成に加えて、電圧変成器２３ａ、２３ｂ、２３ｃを用いて、各相の送電線電圧を計測して送電線電圧位相を出力する送電線電圧計測部２４をさらに備えている。

従って、図６に示す電力系統において、例えば送電線１の点検等で送電を停止するために、負荷用遮断器６、第１の電源２側の遮断器４、及び、第２の電源１９側の遮断器２０のいずれもが遮断されている後に、送電線１の点検が終了して、電力を再度供給する際に、第２の電源１９側の遮断器２０が先に投入されていて、次に第１の電源２側の遮断器４を投入する場合は、第２の電源１９から電力が供給されている送電線１ａ、１ｂ、１ｃ側の電圧である各相の送電線電圧を、送電線電圧計測部２４が、電圧変成器２３ａ、２３ｂ、２３ｃを用いて計測し、送電線電圧位相を出力する。

動作制御部２５の投入位相予測手段２５ｃは、第２の電源１９側の遮断器２０が遮断されていて、送電線１ａ、１ｂ、１ｃに第２の電源１９からの電力が供給されていない状態で第１の電源２側の遮断器４を投入する場合は、送電線電圧計測部から出力される送電線電圧位相に基づいて第２の電源１９から交流の電力が供給されていないことを確認し、次に、母線電圧計測部から出力される母線電圧位相に基づいて、実施の形態１の投入位相予測手段１６ｃと同じ動作を行って第１の投入位相を予測し、設定時間間隔以下の場合は第１の投入位相で遮断器４を投入する第１の投入信号を、設定時間間隔を越える場合は第２の投入位相で遮断器４を投入する第２の投入信号を出力する。

一方、第２の電源１９側の遮断器２０が先に投入されていて、送電線１ａ、１ｂ、１ｃに第２の電源１９からの電力が供給されている状態で第１の電源２側の遮断器４を投入する場合には、送電線電圧計測部から出力される送電線電圧位相に基づいて第２の電源１９から交流の電力が供給されていることを確認し、開閉極信号受信部１４が閉極信号を受信した後に、母線電圧と送電線電圧の差が零となる第３の投入位相を予測し、第３の投入位相で遮断器４を投入する第３の投入信号を出力する。

遮断器４は、第１の投入信号、第２の投入信号、又は、第３の投入信号のいずれか１つを受けて投入されることとなる。

ところで、遮断器４ａ、４ｂ、４ｃ、のそれぞれの送電線１ａ、１ｂ、１ｃ側の各々の電圧である送電線電圧を計測するための電圧変成器２３ａ、２３ｂ、２３ｃは、電力系統において一般的によく使用される交流電圧は測定可能であるが直流電圧は測定できない例えば静電容量形変成器であっても良い。遮断器４ａ、４ｂ、４ｃの母線３ａ、３ｂ、３ｃ側の母線電圧と送電線１ａ、１ｂ、１ｃ側の送電線電圧を計測し、その差である遮断器４ａ、４ｂ、４ｃの各々の極間電圧が極力小さくなる時点で投入するようにすれば、投入時の過電圧や過電流の発生を抑制できるが、送電線１ａ、１ｂ、１ｃが無負荷送電線となっており、直流性の残留電圧が残っている場合には、電圧変成器２３ａ、２３ｂ、２３ｃが静電容量形変成器であると、送電線１ａ、１ｂ、１ｃ側の送電線電圧を計測することができないため、投入位相を予測することができない。

しかるに、この発明に係る位相制御開閉装置２２は、無負荷送電線となっている送電線１ａ、１ｂ、１ｃの直流性の残留電圧を計測する必要が無いので、交流電圧は測定可能であるが直流電圧は測定できない例えば静電容量形変成器が使用できる。

実施の形態２の位相制御開閉装置２２は、以上のように構成されているので、電力系統
に電源が複数存在し、電源側の遮断器を投入する際に遮断器の送電線側に投入しようとする電源とは別の電源からの電力が供給されていても、遮断器の極間電圧が極力小さい時点で投入することが可能で、投入時に発生する過電圧や過電流を抑制することができる。

なお、この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態２においては、直流性の残留電圧を計測することは行っておらず、母線電圧を計測するための電圧変成器及び送電線電圧を計測するための電圧変成器のいずれもが交流電圧を計測可能であればよく、直流電圧が計測できない例えば静電容量形変成器であってもよいことは言うまでもない。

この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１を適用しようとする電力系統の構成を示す系統構成図である。 従来の位相制御開閉装置の場合の遮断・投入動作を説明するための電流・電圧波形図である。 この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１の構成図である。 この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１の遮断・投入動作を説明するためのフローチャートである。 この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態１の遮断・投入動作を説明するための電流・電圧波形図である。 この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態２を適用しようとする電力系統の構成を示す系統構成図である。 この発明に係る位相制御開閉装置の実施の形態２の構成図である。

符号の説明

１ 送電線
１ａ 送電線
１ｂ 送電線
１ｃ 送電線
２ 第１の電源
３ 母線
３ａ Ｒ相の母線
３ｂ Ｓ相の母線
３ｃ Ｔ相の母線
４ 遮断器
４ａ Ｒ相の遮断器
４ｂ Ｓ相の遮断器
４ｃ Ｔ相の遮断器
７ 遮断時点
８ 投入時点
９ 位相制御開閉装置
１２ 電流計測部
１３ 母線電圧計測部
１４ 開閉極信号受信部
１６ 動作制御部
１６ａ 遮断位相予測手段
１６ｂ 残留電圧極性予測手段
１６ｃ 投入位相予測手段
１７ 投入時点
１８ 送電線
１９ 第２の電源
２０ 遮断器
２１ 送電線
２２ 位相制御開閉装置
２４ 送電線電圧計測部
２５ 動作制御部
２５ｃ 投入位相予測手段

Claims (3)

1. 進相性負荷である無負荷送電線と第１の電源からの電力が供給される母線とに接続され、前記無負荷送電線と前記母線との間を遮断及び投入する遮断器を制御する位相制御開閉装置において、
   前記遮断器の前記母線側の電流を計測して電流位相を出力する電流計測部と、
   前記遮断器の前記母線側の母線電圧を計測して母線電圧位相を出力する母線電圧計測部と、
   遮断を指示する開極信号及び投入を指示する閉極信号を受信する開閉極信号受信部と、
   前記開閉極信号受信部が開極信号を受信した後に、前記電流位相に基づいて前記電流が零となる遮断位相を予測し、前記遮断位相で前記遮断器を遮断する遮断信号を出力する遮断位相予測手段、前記遮断位相で前記遮断器が遮断された時点の前記無負荷送電線に残留する残留電圧の極性を、前記時点での前記母線電圧位相に基づいて予測する残留電圧極性予測手段、及び、前記開閉極信号受信部が前記閉極信号を受信した後に、前記母線電圧位相と前記残留電圧の極性に基づいて、前記母線電圧の絶対値がピークとなり、かつ、前記母線電圧の極性が前記残留電圧の極性と同じとなる第１の投入位相を予測し、前記時点から前記第１の投入位相までの時間間隔が予め設定された設定時間間隔以下の場合は、前記第１の投入位相で前記遮断器を投入する第１の投入信号を出力する投入位相予測手段とを備え、前記遮断信号に基づいて前記遮断器に遮断を指示し、前記第１の投入信号に基づいて前記遮断器に投入を指示する動作制御部と、
   を備えた位相制御開閉装置。
2. 投入位相予測手段が、第１の投入位相を予測した後に、時間間隔が設定時間間隔を越える場合には、母線電圧位相に基づいて、母線電圧が零となる第２の投入位相を予測するとともに、
   動作制御部が、前記第２の投入位相で遮断器を投入する第２の投入信号を出力し、前記第２の投入信号に基づいて前記遮断器に投入を指示することを特徴とする請求項１に記載の位相制御開閉装置。
3. 無負荷送電線の送電線電圧を計測して送電線電圧位相を出力する送電線電圧計測部をさらに備え、
   第２の電源からの電力が前記無負荷送電線に供給された場合には、
   投入位相予測手段が、開閉極信号受信部が閉極信号を受信した後に、母線電圧位相と前記送電線電圧位相に基づいて、母線電圧と前記送電線電圧の差が零となる第３の投入位相を予測し、前記第３の投入位相で遮断器を投入する第３の投入信号を出力するとともに、
   動作制御部が、前記第３の投入信号に基づいて前記遮断器に投入を指示することを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載の位相制御開閉装置。
   

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