JP2010130811A - 微地絡検出装置及び微地絡検出方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】変圧器11の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、フィーダ22a〜22nの夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出されたフィーダ22a〜22nの零相電流から今回の微地絡発生のフィーダ22a〜22nを特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定する。
【選択図】図7
Description
図12において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器111が設けられている。そして、変圧器111は、遮断器112を介して高圧配線に接続されると共に、遮断器112を介して低圧配線に接続され、変圧器111の中性点は接地抵抗115を介して接地されている。また、地絡時に変圧器111の中性点に発生する零相電流を検出する変流器123が設けられ、変流器123は地絡過電流継電器119に接続されている。なお、変圧器111は、例えば154kVの高圧を22kVの低圧に変圧することができる。
また、前記特許文献1に開示された方法では、地絡過電流継電器119及び地絡過電圧継電器120が微地絡などの微弱な電圧/電流変動に反応しないようにするため、商用交流電圧に重畳される地絡時の放電波形が直接観測される。このため、数nsec〜数msecの急峻なパルス波形を検出する必要があり、検出漏れが発生する恐れがあるだけでなく、そのパルス波形を解析しただけでは、微地絡の発生箇所を特定することができないという問題があった。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすると共に、微地絡の発生箇所を絞り込むことが可能な微地絡検出装置及び微地絡検出方法を提供することを目的とするものである。
図1は、本発明の第1実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
図1において、電力系統には、高圧を低圧に変圧する変圧器11が設けられている。そして、変圧器11は、遮断器12を介して高圧配線に接続されると共に、遮断器13を介して低圧配線に接続され、変圧器11の中性点は中性点接地抵抗器15を介して接地されている。また、地絡時に変圧器11の中性点に発生する零相電流を検出する変流器23が設けられ、変流器23は微地絡電流センサ16に接続されている。なお、変圧器11は、例えば、154kVの高圧を22kVの低圧に変圧することができる。ここで、微地絡電流センサ16は、変圧器11の中性点に発生する微地絡時の電流波形を検出することができる。
また、電力系統の母線にはカプラ20が接続されている。ここで、カプラ20は、微地絡時に電力系統の母線に発生する各相の電圧変動を検出することができる。なお、カプラ20としては、コンデンサを用いることができる。
また、微地絡の発生時に各フィーダ22a〜22nに流れた零相電流は零相変流器17a〜17nにて夫々検出され、フィーダ用微地絡電流センサ18a〜18nに夫々入力される。各フィーダ22a〜22nの電流波形がフィーダ用微地絡電流センサ18a〜18nにて夫々検出され、その検出結果が波形診断装置21に入力される。
また、微地絡の発生時に電力系統の母線の各相に発生した電圧変動は、カプラ20にてコンデンサ共振されながら検出され、その検出結果が波形診断装置21に入力される。
波形診断装置21は、微地絡時の電流波形が微地絡電流センサ16から入力されると、その電流波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定する。
例えば、微地絡電流センサ16にて検出された電流波形による放電の強さが数A程度の場合、遮断器の不揃い(3相の開閉ズレ)が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ16にて検出された電流波形による放電の強さが数A程度の場合、変圧器やコンデンサなどの内部異常が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ16にて検出された電流波形による放電の強さが数mA程度の場合、負荷側(回転機など)の絶縁異常が発生していると推定することができる。
また、微地絡電流センサ16にて検出された電流波形による放電の強さが数μA程度の場合、22kVケーブルの異常が発生していると推定することができる。
ここで、フィーダ用微地絡電流センサ18a〜18nにて電流波形を検出することにより、数nsec〜数msecの急峻なパルス波形を検出することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となると共に、微地絡の発生箇所を各フィーダ22a〜22n上で特定することが可能となる。
ここで、微地絡電圧センサ19にて電圧波形を検出することにより、数nsec〜数msecの急峻なパルス波形を検出することなく、地絡事故が起こる前の予兆を検出することができ、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすることが可能となる。
ここで、母線の各相に発生した電圧変動をカプラ20にて検出することにより、コンデンサ共振を起こさせながら電圧変動を検出することができる、数nsecオーダーの急峻なパルス波形を捉えることが可能となることから、電力系統に設けられたケーブルや回転機などの異常を監視することができる。
図2において、変圧器11は、例えば、154kVの高圧を22kVの低圧に変圧し、100MVAの出力があるものとする。また、例えば、変圧器11のリアクトルの値Lが0.5H、各フィーダ22a〜22nの容量Cが0.9μF、中性点接地抵抗器15の抵抗値Rが127Ωであるとする。
そして、例えば、負荷電流I1が1000Aであるとすると、正常時にはR相電流(a相電流とも言う)、S相電流(b相電流とも言う)、T相電流(c相電流とも言う)がバランスし、変圧器11の中性点に発生する零相電流I2は0Aになる。
ここで、地絡事故点Pにて地絡電流を観測すると、50Hzの交流電圧に重畳されたR相放電波形W1が検出され、このR相放電波形W1は数nsec〜数msecの急峻なパルス波形となる。
1)ケーブルの末端の遮断器の不揃い
2)ドライブ装置のコンデンサ成分及び点弧などの不揃い
4)硝子などの沿面放電
5)油入変圧器の内部放電
6)PTなどのアクセサリの内部放電
7)回転機や乾式変圧器の放電
8)CVケーブルの部分放電
9)雷・開閉サージ
図5において、地絡事故点Pで放電が起こると、変圧器11の中性点と電力ケーブル間に形成される経路を通して零相電流I2が流れる。この零相電流I2が流れる経路は、電力系統のLCRの回路定数を用いて等価回路で表すことができる。
零相電流の波形周期に影響を与えるのは、地絡地点と検出地点までに存在するインダクタンスと抵抗、そして、その地絡が発生した電力系統全体の静電容量である。地絡が発生した電力系統全体、つまり変圧器11から各フィーダ22a〜22nまでの静電容量は一定であるから、検出地点から地絡発生箇所までの距離が長くなるとインダクタンスと抵抗が大きくなり、波形周期が長くなる。逆に、検出地点から地絡発生箇所までの距離が短くなるとインダクタンスと抵抗が小さくなり、波形周期が短くなる。
ケーブル種類:CVケーブル
断面積:200sq
敷設状況:平行4条
中性点から間欠地絡発生場所までの距離:1.1km
中性点接地抵抗:127Ω
変圧器巻線インダクタンス:0.5H
この演算処理は、例えば所定のサンプリング周期毎にタイマ割込によって実行され、まずステップS1で、変圧器11の中性点の零相電流から微地絡が発生したか否かを判定し、微地絡が発生した場合にはステップS2に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
ステップS2では、フィーダ用微地絡電流センサ18a〜18nで検出された零相電流から微地絡の発生したフィーダ(方向)22a〜22nを特定する。
次にステップS4に移行して、前記ステップS3で算出された零相電流波形の周期と同等の周期を、過去に生じた中性点の零相電流波形から検索する。
次にステップS5に移行して、前記ステップS3で算出された零相電流波形の周期と同等の周期を、過去に生じた中性点の零相電流波形から検出することができたか否かを判定し、同等の周期を検出できた場合にはステップS6に移行し、そうでない場合にはメインプログラムに復帰する。
このように、本実施形態の微地絡検出装置によれば、変圧器11の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、フィーダ22a〜22nの夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出されたフィーダ22a〜22nの零相電流から今回の微地絡発生のフィーダ22a〜22nを特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することとしたため、微地絡発生点で発生した地絡電流が変圧器11の中性点に戻るときの比較的穏やかな電流波形によって地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を検出し易くすると共に、微地絡発生時の特徴的な変圧器11の中性点の零相電流の電流波形周期から微地絡の発生箇所を絞り込むことができる。
図10において、この微地絡検出装置には、前記図1の構成に加え、微地絡時の電流波形の振幅を減衰させる補償回路24が設けられ、補償回路24は変圧器11の中性点に接続されている。なお、補償回路24は、小規模な電力系統を大規模な電力系統に見かけ上変換するために用いることができ、例えば、LCR回路から構成することができる。
図11は、本発明の第3実施形態に係る微地絡検出装置が適用された電力系統の概略構成を示すブロック図である。
また、微地絡検出装置には波形診断装置41が設けられ、波形診断装置41には、微地絡警報装置51、53及びカプラ41が接続されている。波形診断装置41は、微地絡警報装置51から出力された微地絡時の電流波形に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置41は、微地絡警報装置53から出力された微地絡時の電流波形に基づいて、各フィーダ42a〜42nに発生した微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。また、波形診断装置41は、カプラ40にて検出された微地絡時の電圧変動に基づいて、微地絡の発生箇所又は様相を推定することができる。
また、変流器43にて検出された零相電流の検出値は、地絡過電流継電器52に入力される。そして、地絡過電流継電器52は、変流器43にて検出された零相電流が30Aを越えたかどうかを判断し、その零相電流が30Aを越えた場合、遮断器112、113を動作させることで、事故設備を電力系統から切離する。
これにより、地絡事故が起こる前の予兆となる微地絡を容易に検出しながら、微地絡の発生箇所を特定することが可能となると共に、地絡事故発生時に事故設備を系統から切離することができ、地絡事故発生時の被害の拡大を防止することが可能となると共に、重大な地絡事故に至る前に異常箇所を保全したり補修したりすることができる。
12、13、32、33、112、113 遮断器
14、114 計器用変圧器
15、35、115 中性点接地抵抗器
16、36 微地絡電流センサ
18a〜18n、38a〜38n フィーダ用微地絡電流センサ
17a〜17n、37a〜37n、117a〜117n 零相変流器
19 微地絡電圧センサ
20、40 カプラ
21、41 波形診断装置
22a〜22n、122a〜122n フィーダ
23、43、123 変流器
24 補償回路
51、53 微地絡警報装置
52、119 地絡過電流継電器
54a〜54n、118a〜118n 地絡方向継電器
Claims (2)
- 変圧器の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出する中性点零相電流検出手段と、電力分岐系統の夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出する分岐系統零相電流検出手段と、前記分岐系統零相電流検出手段で検出された分岐系統の零相電流から今回の微地絡発生の分岐系統を特定し且つ前記中性点零相電流検出手段で検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定する波形診断装置とを備え、前記波形診断装置は、前記今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することを特徴とする微地絡検出装置。
- 変圧器の中性点に発生する微地絡時の零相電流を検出すると共に、電力分岐系統の夫々に発生する微地絡時の零相電流を検出し、検出された分岐系統の零相電流から今回の微地絡発生の分岐系統を特定し且つ検出された中性点の零相電流の電流波形から今回の微地絡発生箇所を特定するにあたり、前記今回の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期と同等の周期の過去の微地絡発生時の中性点の零相電流の電流波形周期を検索し、検出された同等周期の過去の微地絡発生箇所を今回の微地絡発生箇所に特定することを特徴とする微地絡検出方法。
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