JP2010020985A - 位相制御開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】進相性負荷回路の電源投入に伴う過渡的な電圧、電流を効果的に抑制するように制御する位相制御開閉装置を提供すること。
【解決手段】遮断器１と並列に接続する極間コンデンサ３Ｒ，３Ｓ，３Ｔと、前記極間コンデンサ３Ｒ，３Ｓ，３Ｔに流れる電流を計測する電流計測部４Ｒ，４Ｓ，４Ｔと、電流計測部４Ｒ，４Ｓ，４Ｔによって計測された電流を時間積分して遮断器極間電圧を求める遮断器極間電圧演算部５と、遮断器極間電圧演算部５によって求められた遮断器極間電圧から、先の時刻における遮断器極間電圧波形を予測し、遮断器極間電圧波形の一周期毎に、この遮断器極間電圧波形と遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線とが、同一周期内においてただ一点で交差する中から、投入指令を受けて所定の投入時間および所定の閉極時間経過以降に最も低い電圧で交差する時刻を算出して遮断器１の投入を制御する制御部６と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、無負荷の送電線のような進相性負荷回路に、遮断器を介して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動作に伴う過渡的な電圧、電流を抑制するように制御する位相制御開閉装置に関するものである。

従来、三相の無負荷の送電線に電源を投入する際に、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測定して、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渡的な電圧、電流を抑制するようにした位相制御開閉装置がある。

再表００／００４５６４号公報（第２９〜３０頁、第１図、第２図、第３図）

無負荷の送電線（以下、無負荷送電線と呼ぶ）のような進相性負荷回路の遮断時において、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）することにより、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いく。このため、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、この残留電圧はほぼ零となり、従来の母線側の電圧のみに着目して遮断器の投入を制御する位相制御開閉装置でも過渡的な電圧、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、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を行う場合があり、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、電源から供給される交流の電圧の絶対値が高い位相で開極された直後に、送電線側の残留電圧の絶対値が高い状態で遮断器が投入された場合、遮断器の極間の電位差で発生する過渡的な電圧、電流を抑制できないという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、無負荷送電線のような進相性負荷回路の電源投入に伴う過渡的な電圧、電流を効果的に抑制するように制御する位相制御開閉装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる位相制御開閉装置は、無負荷送電線と電源からの電力が供給される母線との間に接続された三相開閉装置の閉極位相を制御する位相制御装置において、前記三相開閉装置を構成する各接触子の両端に並列に接続される極間コンデンサと、前記極間コンデンサに流れる電流を各相毎に計測する電流計測部と、前記電流計測部によって計測された電流を時間積分して各相毎の遮断器極間電圧を求める遮断器極間電圧演算部と、前記遮断器極間電圧演算部によって求められた遮断器極間電圧から、遮断器極間電圧の直流成分の時定数を求めて先の時刻における各相毎の遮断器極間電圧波形を予測し、各相毎の遮断器極間電圧波形の一周期毎に、この遮断器極間電圧波形と遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線とが、同一周期内においてただ一点で交差する中から、投入指令を受けて所定の投入時間および所定の閉極時間経過以降に最も低い電圧で交差する時刻を算出して各相毎に遮断器の投入を制御する制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる位相制御開閉装置によれば、遮断器と並列に接続された極間コンデンサに流れる極間コンデンサ電流を計測し、極間コンデンサ電流を時間積分して得られる遮断器極間電圧から、遮断器極間電圧の直流成分の減衰時定数を求めることによって遮断器開極後の遮断器極間電圧波形を予測し、その遮断器極間電圧波形の一周期毎に、遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線と最も低い電圧で交差する時刻を算出して、常に遮断器極間電圧が低いタイミングで遮断器を投入するように制御しているので、無負荷送電線の高速開閉動作における遮断器投入時の過渡的な電圧、電流の抑制が可能となる、という効果を奏する。

以下に、本発明にかかる位相制御開閉装置の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態
（本発明の要部）
本発明は、無負荷送電線の遮断器投入による過渡的な電圧、電流を抑制可能とする位相制御開閉装置を提供することを目的としている。遮断器の閉極過程では、接触子の極間距離の減少に伴い極間の絶縁耐力が低下するが、この絶縁耐力が、接触子の極間に加わる系統電圧による電界値以下になった時点で、接触子の極間の絶縁破壊に伴う先行アークが発生して電気的に投入される。接触子の極間距離の変化は、遮断器の開閉極動作時間で決まるので、機械的特性試験で評価され、接触子の極間の絶縁耐力は、接触子の極間に加わる電圧および接触子の極間距離で決まるので、電気的特性試験で評価される。これらの機械的特性試験および電気的特性試験から、遮断器の閉極過程における各遮断器固有の極間絶縁耐力変化率特性線が得られる。本発明の要部は、この遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線と遮断器開極後の遮断器極間電圧波形とから、遮断器閉極動作を制御することによって、常に遮断器極間電圧が低いタイミングで遮断器を投入可能とするところにある。

（装置の構成）
図１は、本発明にかかる位相制御開閉装置の好適な実施の形態を説明するための構成図である。図１において、三相開閉装置である遮断器１は、同図左方側に示される電源側回路と同図右方側に示される無負荷の送電線などの進相性負荷１Ｒ、１Ｓ、１Ｔとの間に接続されている。この遮断器１は各相毎に独立して開閉動作可能な接触子２Ｒ、２Ｓ、２Ｔを具備している。接触子２Ｒ、２Ｓ、２Ｔには、それぞれ並列に極間コンデンサ３Ｒ、３Ｓ、３Ｔが接続され、極間コンデンサ３Ｒ、３Ｓ、３Ｔの送電線側に、各極間コンデンサを流れる電流の瞬時値を連続的に計測する電流計測部４Ｒ、４Ｓ、４Ｔが設けられている。

また、電流計測部４Ｒ、４Ｓ、４Ｔの測定値を積分して遮断器１の接触子２Ｒ、２Ｓ、２Ｔの極間電圧を求める遮断器極間電圧演算部５と、遮断器極間電圧演算部５の出力に基づいて、遮断器極間電圧の直流成分の減衰時定数を求め、先の時刻、即ち遮断器開極後における遮断器極間電圧波形を予測し、予測した遮断器極間電圧波形と遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線とが最も低い電圧で交差する時刻を算出して遮断器を投入させる制御部６と、を備えている。遮断器極間電圧演算部５および制御部６は、例えば制御プロセッサやコンピュータ等により構成することができる。

（装置の動作）
つぎに、図１に示した位相制御開閉装置の動作について図２を参照して説明する。ここで、図２は、位相制御開閉装置の動作を説明するための波形図である。なお、以下の動作説明では、まず、図２に示す各波形図の説明を行い、その後、図２の各波形図に基づいて、閉極位相を求める制御部６の動作について説明する。また、実際の動作は各相毎に行われるが、説明の簡素化のため、一相分（Ｒ相）の動作説明のみを行い、他相の動作説明については省略する。

図２（ａ）〜（ｅ）は遮断器１が破線部で示す遮断器電流遮断点で電流遮断したときの各部波形の一例を示す図であり、より詳細に説明すると、図２（ａ）は電源側電圧波形、図２（ｂ）は送電線側電圧波形で、遮断器開極後の直流成分の残留電圧は、例えば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いく。図２（ｃ）は遮断器１の接触子２Ｒに流れる遮断器電流波形をそれぞれ示しており、図２（ｄ）は、電流計測部４Ｒから出力された極間コンデンサ３Ｒに流れる極間コンデンサ電流波形である。

図２（ｅ）は、遮断器１を遮断させた後の極間に現れる電圧の絶対値を示す波形であり、電流計測部４Ｒで計測された極間コンデンサ電流を遮断器極間電圧演算部５で時間積分して得られる遮断器極間電圧波形である。この遮断器極間電圧波形は、電源から供給される交流の電圧（図２（ａ）参照）と送電線の直流性の残留電圧（図２（ｂ）参照）との差分の絶対値を示している。制御部６で残留電圧の減衰時定数を求めれば、先の時刻における遮断器極間電圧波形を予測することができる。

本実施の形態では、制御部６で予測した遮断器極間電圧波形と遮断器１の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線とが、同一周期内においてただ一点で交差するタイミングの中から、最も低い電圧で交差する時刻を算出して、遮断器投入の目標位相とする制御を行う動作について説明する。

図２（ｅ）の波形上に示したｔ１〜ｔ８は、遮断器１の接触子２Ｒが機械的にコンタクトする機械的閉極の時刻である。また、ｔ１〜ｔ８から左上方へ伸びる直線１１〜直線１８は、遮断器１の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線である。即ち、それぞれｔ１〜ｔ８で機械的に閉極するように遮断器１を操作した場合の遮断器１の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線を示している。従って、これらの各直線と遮断器極間電圧波形とが交差するＡ〜Ｈは、機械的閉極より手前で電気的にコンタクトする電気的投入時刻である。

電気的投入時刻であるＡ〜Ｈにおいて、それぞれの横軸上の時刻は、遮断器１の接触子２Ｒが電気的に閉極する投入位相の時刻を示しており、縦軸上の値は、極間の絶縁が破壊される極間印加電圧の大きさを示している。この極間印加電圧の大きさは、遮断器１の接触子２Ｒの投入によって開始される過渡現象の初期値となるため、この極間電圧が大きいほど電力系統への影響が大きくなる。従って、図２（ｅ）に示すように、遮断器極間電圧波形と遮断器１の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線とが、同一周期内においてただ一点で交差するタイミングの中から、最も低い電圧で交差するＡ〜Ｈを遮断器１投入の目標位相にすれば、遮断器１投入時の過渡的な電圧、電流を抑制できる。

なお、制御部６が遮断器１の接触子２Ｒの閉極を指示してから接触子２Ｒが実際に電気的に投入されるまでには所定の投入時間が必要であり、制御部６が遮断器１の接触子２Ｒの閉極を指示してから接触子２Ｒが実際に機械的に閉極するまでには所定の閉極時間が必要である。このため、制御部６は上記の所定の投入時間および所定の閉極時間を考慮して、遮断器１の接触子２Ｒの閉極を指示する必要がある。

このように、制御部６は、遮断器開極後の遮断器極間電圧の絶対値波形を予測し、遮断器極間電圧波形と遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線とが、同一周期内においてただ一点で交差するタイミングの中から、遮断器投入指令を受けて所定の投入時間および所定の閉極時間経過以降に最も低い電圧で交差するタイミングで、遮断器１の接触子２Ｒが電気的に投入されるよう制御する。このような制御を行うことにより、常に遮断器極間電圧が低いタイミングで遮断器１を投入することが可能となるので、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流を抑制するという効果が得られる。

以上説明したように、この実施の形態の位相制御開閉装置によれば、遮断器と並列に接続された極間コンデンサに流れる極間コンデンサ電流を計測し、極間コンデンサ電流を時間積分して得られる遮断器極間電圧から、遮断器極間電圧の直流成分の減衰時定数を求めることによって遮断器開極後の遮断器極間電圧波形を予測し、その遮断器極間電圧波形の一周期毎に、遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線と最も低い電圧で交差する時刻を算出して、常に遮断器極間電圧が低いタイミングで遮断器を投入するように制御しているので、無負荷送電線の高速開閉動作における遮断器投入時の過渡的な電圧、電流の抑制が可能となる。

以上のように、本発明にかかる位相制御開閉装置は、無負荷送電線のような進相性負荷回路の電源投入に伴う過渡的な電圧、電流を効果的に抑制することができる発明として有用である。

本発明にかかる位相制御開閉装置の好適な実施の形態を説明するための構成図である。 図１に示した位相制御装置の動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１Ｒ，１Ｓ，１Ｔ 進相性負荷
１ 遮断器
２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ 接触子
３Ｒ，３Ｓ，３Ｔ 極間コンデンサ
４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ 電流計測部
５ 遮断器極間電圧演算部
６ 制御部

Claims (2)

1. 無負荷送電線と電源からの電力が供給される母線との間に接続された三相開閉装置の閉極位相を制御する位相制御開閉装置において、
   前記三相開閉装置を構成する各接触子の両端に並列に接続される極間コンデンサと、
   前記極間コンデンサに流れる電流を各相毎に計測する電流計測部と、
   前記電流計測部によって計測された電流を時間積分して各相毎の遮断器極間電圧を求める遮断器極間電圧演算部と、
   前記遮断器極間電圧演算部によって求められた遮断器極間電圧から、先の時刻における各相毎の遮断器極間電圧波形を予測し、各相毎の遮断器極間電圧波形の一周期毎に、この遮断器極間電圧波形と遮断器の閉極過程における極間絶縁耐力変化率特性線とが、同一周期内においてただ一点で交差する中から、投入指令を受けて所定の投入時間および所定の閉極時間経過以降に最も低い電圧で交差する時刻を算出して各相毎に遮断器の投入を制御する制御部と、
   を備えたことを特徴とする位相制御開閉装置。
2. 前記遮断器極間電圧波形は、遮断器極間電圧の直流成分の減衰時定数に基づいて予測される
   ことを特徴とする、請求項１に記載の位相制御開閉装置。

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