JP2011169732A - 配電線路の地絡点標定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】測定される電流波形にノイズがある場合でも高精度な地絡点標定が可能なコンデンサ付加方式による配電線路の地絡点標定方法及び装置を提供する
【解決手段】配電線路と対地間に設けられたコンデンサに流れる地絡事故電流を計測し、高調波成分を除外して第一の電流を求め、第一の電流をフーリエ変換して所定幅の周波数帯ごとにこの周波数帯に含まれる含有量の大きさを求め、含有量が大きい順に周波数帯のランキング付けを行い、所定順位までの最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯を求め、第一の電流から、最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯の成分である第二の電流を求め、第二の電流の傾きから前記配電線の地絡事故点を算出する。
【選択図】図３

Description

本発明は配電線路の地絡点標定方法及び装置に関する。

配電線路に地絡事故が発生した時に、事故区間を早期に切り離す目的で、時限順送故障区間区分方式による配電線路保護方式が広く適用されている。

この配電線路保護方式においては、配電用変電所の母線に設けたＧＰＤ（接地形計器用変圧器）と各フィーダに設けたＺＣＴ（零相変流器）により地絡を検知すると、事故フィーダを特定して、変電所の事故フィーダに繋がる遮断器とそのフィーダ上の開閉器をトリップさせる。その後、事故点を含む開閉器区間（事故区間）を検出するために、配電用変電所に近い方から開閉器を順次投入していく。

この結果、開閉器の投入により地絡点を含む配電線路に給電されると、配電用変電所の母線に設けた前述のＧＰＤ（接地形計器用変圧器）と各フィーダに設けたＺＣＴ（零相変流器）により再度地絡を検知し、遮断器と開閉器は再トリップされる。

この再トリップのときに、最後に投入した開閉器と１つ前に投入した開閉器の区間を事故区間として特定できる。この区間特定結果を基にして、再び、遮断器を投入して変電所に近い方から順に開閉器を自動投入させ、事故区間の直前の区間まで復電させることができる。

この時限順送故障区間区分方式によれば故障区間を特定でき、この区間の前の区域までは復電させることができるが、この故障区間内の具体的な地絡発生箇所は特定できないので、作業者により事故区間内の地絡点を目視探索し、その原因を究明して地絡原因を除去し、最終的にはこの区間の復電を図る必要がある。しかしながら、一般的に開閉器間の距離は長いので、作業範囲が広く、かつ夜間に地絡発生することも多いので、作業者の労力は多大である。また、地絡区間は復旧するまで停電になるので、電力品質確保の面からも好ましい状況ではない。

作業労力を軽減し復旧時間を短縮するには、事故点標定技術を確立することが必要である。事故点標定方法としては、例えば特許文献１に開示されているサージ法がある。サージ法とは、地絡時のサージ電流を２地点で測定して、サージ電流の到達時間差から地絡点標定する方法である。しかし、この方法は、サージ電流が高速に線路上を伝播するので到達時間差を評価するためには測定地点に備える測定器のサンプリング周波数を非常に高く設定する必要がある。

事故点標定方法のほかの手法としては、特許文献２に開示されているコンデンサ付加方式がある。この方法は、配電線路と対地間に配置されたコンデンサに流れる地絡電流波形から、地絡点を標定する方式の為、サージ法に比べて低いサンプリング周波数で高精度に標定できるという特徴がある。

特開２００４−６１１４２号公報 特開２００７−２４０４９４号公報

特許文献２のコンデンサ付加方式は、サージ法に較べ低いサンプリング周波数の測定器を用いて、高い精度の標定ができるという特徴がある。しかし、地絡時に検出されるコンデンサ電流波形は、ノイズを含む場合が多い。ノイズが電流波形に含まれている場合には精度の高い標定は困難となる。コンデンサ付加方式で必要になる電流立ち上がりの傾きを高精度で求めるためには、収集した電流波形から、前述のノイズを取り除く必要がある。

本発明の目的は、従来技術の問題点に鑑み、測定される電流波形にノイズがある場合でも高精度な地絡点標定が可能なコンデンサ付加方式による配電線路の地絡点標定方法及び装置を提供することにある。

本発明においては、配電線路と対地間に設けられたコンデンサに流れる地絡事故電流を計測し、高調波成分を除外して第一の電流を求め、第一の電流をフーリエ変換して所定幅の周波数帯ごとにこの周波数帯に含まれる含有量の大きさを求め、含有量が大きい順に周波数帯のランキング付けを行い、所定順位までの最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯を求め、第一の電流から、最大周波数帯と、最小周波数帯の間の所定順位までの周波数帯に含まれる各成分の合成である第二の電流を求め、第二の電流の傾きから前記配電線の地絡事故点を算出する。

また、第二の電流を、前記配電線路の複数地点のコンデンサに流れる地絡事故電流から求め、複数の第二の電流の傾きから配電線の地絡事故点を算出するのがよい。

また、第一の電流を求めるために地絡事故電流から除外する高調波成分を事前の解析により定めるのがよい。

また、最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯を定めるための所定順位を事前の解析により定めるのがよい。

また、第一の電流から第二の電流を得る手段としてのバンドパスフィルタのバンド幅は、所定周波数帯域を、所定幅の周波数帯ごとの含有量の大きさの順に定めた周波数帯ランキングの所定順位までの最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯とする。

また、所定周波数帯域通過成分を求める前に、地絡事故電流から高調波成分を除外しておくのがよい。

本発明においては、配電線路と対地間に設けられたコンデンサと、配電線路地絡事故発生時にコンデンサに流れる電流を計測する演算装置と、演算装置出力を用いて配電線路の地絡位置を標定する中央装置とを有する配電線路の地絡点標定装置において、演算装置は、計測した地絡時電流から高調波成分を除外するローパスフィルタと、ローパスフィルタ通過後の電流をフーリエ変換し、所定幅の周波数帯ごとにこの周波数帯に含まれる含有量の大きさを求める変換手段と、含有量が大きい順に周波数帯のランキング付けを行い、所定順位までの最大周波数帯と、最小周波数帯の間のバンドパスフィルタを設定するバンドパスフィルタ設定手段と、バンドパスフィルタ設定手段で定まるバンドパスフィルタとを備え、ローパスフィルタ通過後の電流をバンドパスフィルタに与えて得られた電流を出力するとともに、中央装置は、演算装置出力波形の傾きに応じて配電線路の地絡位置を標定する。

また、コンデンサと演算装置は同一配電線路に複数組設置され、中央装置は複数地点で観測された電流の傾きから定まる各々の観測地点から地絡点までの距離の比に応じて配電線路上の地絡点を標定するのがよい。

また、第二の電流を前記含有量が大きい順番の複数の周波数帯の成分を合成して地絡事故電流を再現し、再現した電流の傾きから前記配電線の地絡事故点を算出する。

本発明のフィルタリング方法によれば、コンデンサ付加方式による地絡点標定において、測定される電流波形に複雑なノイズが含まれている場合でも、精度の高い標定が得られる本来の適正な傾きの電流波形を取り出す事ができる。

本発明の地絡点標定装置の全体構成図。 事故検出装置の構成図。 自動フィルタリング処理を示すフローチャート。 実測の電流波形図。 第１段のローパスフィルタリング後電流波形図。 フーリエ係数グラフ。 フーリエ係数グラフによる周波数成分の分析図。 第２段のバンドパスフィルタリング後電流波形図。

以下、図面を用いて本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例による配電線路の地絡点標定装置の全体構成図である。配電用変電所１から幹線２が設けられている。幹線２は３相の配電線路であるが、説明を簡単にするため単線で示している。測定地点Ｍ１、Ｍ２には、事故検出装置４が設けられており、事故検出装置４で処理されたデータは、通信装置５から通信線６を介して、中央装置７に伝送される。

図２は事故検出装置４の構成図である。この例は幹線２に事故検出装置４が接続された例である。事故検出装置４は、各相の線路２ａ、２ｂ、２ｃと対地Ｇ間に繋がるコンデンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、地絡時にコンデンサ１１ａ、１１ｂ、１１ｃに流れる電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃを測定する電流センサ１２を設ける。さらに、電流センサ１２が検出した電流Ｉを記録し、特徴量抽出の演算処理を行う演算装置１４とから構成される。

このように構成される事故検出装置４は、地絡時にいずれかのコンデンサに流れる電流Ｉを電流センサ１２で測定し、このコンデンサに流れる電流波形の特徴量、ここでは立ち上がりの勾配を算出する。この際に、測定データにフィルタリング処理を適用する事によりノイズを除去して、そこから標定に必要な電流の立ち上がりの傾きを求める。中央装置７は各測定点の事故検出装置４のうち、電流の立ち上がりの傾きが大きい２地点の傾きに基づき、地絡点を標定する。

中央装置７における処理の詳細は、例えば特許文献１に示すように実施することができる。つまり、配電線の離れた２地点にコンデンサを接続し、地絡時に２つのコンデンサに流れる電流の立ち上がりの傾きの比が、この間の配電線の地絡点までの比に等しいとして、距離を標定する。

本発明は、コンデンサに流れる電流の立ち上がりの傾きを求める点に特徴を有するが、この傾きから距離を標定するときに、単にコンデンサ電流の高調波をローパスフィルタで除去したのみでは測定誤差が２０乃至３０％もあり、十分な精度を出すことができなかった。本発明者らは、地絡時電流を周波数解析してみたが多様な高調波を含み、どの成分を利用すれば正しく距離を標定することができるのかに多くの時間を費やした。

その結果、フーリエ分析を行なって得られたフーリエ係数が大きい周波数成分が、標定に使用する本来成分ではないかという推測を得るに至った。そこで、フーリエ係数を基にしたバンドパスフィルタを用いたところ、精度が大幅に向上した。

本発明の最良の実施形態においては、コンデンサ１１に流れる電流波形に施すフィルタリング処理を図３に示すように、以下に示す処理が実行される。

まず、図３のステップＳ１００において、前述のコンデンサ１１に流れる電流波形を取込む。図４はコンデンサ電流の測定データによる実測波形の一例である。実測波形は、ＲＬＣ（抵抗・インダクタンス・コンデンサ）回路の過渡波形に、反射等によるノイズ分が重畳された波形と考えられる。この波形から明らかなように事故発生直後の１００μ秒程度の期間と、５００μ秒ないし７００μ秒の期間に高周波成分が含まれていることがわかる。

ステップＳ１０１において、第１段のローパスフィルタリングを施す。ここでのローパスフィルタリング処理は、事前に調査した周波数の上限値以上の周波数成分を取り除くものであり、本処理により、測定波形に重畳しているノイズの内、測定波形のベース周波数に比較して１００倍以上の高い周波数成分を取り除く。なお、本発明の精度向上の効果は、後述するバンドパスフィルタに負うところ大であるが、ローパスフィルタと組み合わせるのがよりよい。

図５は、図４波形を処理したものであり、実測波形に重畳しているノイズ成分の内、実測波形のベース周波数に比べて１００倍以上の高いノイズ成分は、第１段のローパスフィルタリングにより除去されている。また、事故発生直後の５００μ秒ないし７００μ秒の期間の高周波成分が取り除かれる。この期間の高周波成分は、いわゆる反射波が多く含まれる。

次に、ステップＳ１０２において、第１段のローパスフィルタリングにより得られた波形をフーリエ変換して、波形に含まれる周波数成分の分析グラフを求める。図６にそのフーリエ変換後の分析グラフを示す。得られたグラフは、横軸が波形に含まれる周波数成分の種類である周波数帯（kHz）を表し、縦軸には周波数成分の含有量を棒グラフにて表すフーリエ係数グラフである。図６のグラフの例は、１kHzごとにこの周波数帯に含まれる周波数成分の含有量を求めた１kHzベースのフーリエ係数のグラフである。

ステップＳ１０３において、前述のフーリエ係数グラフから、周波数成分の多い順に周波数帯（１kHz幅）のランキングを割り付ける。この時、０kHzの箇所は直流成分として、予め除外しておく。割り付けられた周波数成分の内、解析にて求めた理論値に従って、上位何番目までが測定した波形の周波数成分かを決定する。

ここでは、まずフーリエ係数のグラフにて、グラフの縦軸により波形の周波数成分が多い順に検出する。図６を拡大して、周波数成分の多い順に番号を記した図を、図７に示す。図７の例では周波数成分が多い順に上位1５番目まで示している。但し０kHzの箇所は直流成分と考えて予め除外してある。ここで、何番目までを抽出するかについては、解析にて求めた理論値に従って決定される。本発明の例では１５番目までとされた。

ステップＳ１０４において、決定したＮ番目までの周波数帯（kHz）がすべて含まれる最大と最小の周波数帯を求め、この値を第２段にて行うバンドパスフィルタリングのバンド幅とする。この図７の例で述べると、1５番目までの周波数成分がすべて含まれる横軸の周波数値を求めると２〜２０kHzであり、これをバンドパスフィルタのバンド幅とする。

なお、本発明の初期の知見によれば、「フーリエ係数が大きい周波数成分が、標定に使用する本来成分ではないか」という観点に立っているが、これを実現する上で、例えば上位1５番目までの周波数帯の成分のみから波形を合成することも考えられるが、処理が複雑となり、かつ導出までに時間を要するため、最大と最小の周波数帯を求め、この値を第２段にて行うバンドパスフィルタリングのバンド幅とする方式とした。従って、複雑さ、時間がかかることを問題としなければ、フーリエ係数が大きい順番の複数の周波数成分から波形を合成して、すなわち最大周波数帯と、最小周波数帯の間の所定順位までの周波数帯に含まれる各成分を合成して地絡事故電流を再現し、その傾きを求めることも可能である。

ステップＳ１０５において、ステップＳ１０４において求めたバンドパスフィルタのバンド幅に従い、第２段のバンドパスフィルタリング処理を施す。図７の例でいうと、前述のステップＳ１０４にて求めたバンド幅２〜２０kHzによりバンドパスフィルタリングを施し、得られた波形が図８の波形である。以上のフィルタリングにより、反射等のノイズ分は除かれ、本来の過渡波形が得られる。すなわち最大周波数帯と、最小周波数帯の間の所定順位までの周波数帯に含まれる各成分を合成して地絡事故電流を再現する。

以上のステップＳ１００からステップＳ１０５の一連の処理が、電流波形取込み後に自動的に行われ、最後にステップＳ１０６において、自動フィルタリングした図８の
波形データから、この波形の特徴量（電流立ち上がりの傾き）を算出する。算出した特徴量は中央装置７に送信される。

以上説明したように、本発明のコンデンサ付加方式では、配電線路中の２地点以上にて対地間にコンデンサ１１と電流センサ１２を設置し、前述のコンデンサ１１に流れる電流波形を計測する為の電流センサから検出した電流波形を用いて地絡点を標定する。このときに事故電流に含まれる高調波のノイズが地絡点標定に悪影響を与えるために、図３の考え方に従いノイズを除去する。配電線幹線の各測定地点では、ここまでの処理を実行する。

このように、本発明のフィルタリングは、前述のコンデンサに流れる電流波形を取り込む際に、ノイズを除去する方法である。その特徴としては、２段階のフィルタリングを施す事にある。第１段ではローパスフィルタにて、比較的高い周波数成分のノイズを除去する。次の第２段では第１段フィルタリング後の波形にフーリエ変換を施して、波形に含まれる周波数成分の分析を行う。その分析結果と解析での理論値に基づいて第２段のフィルタリング要素を決めている。

中央装置７では、「線路のインダクタンスが距離に比例し、電流センサが検出する立ち上がりの傾きは検出点から地絡点までの距離に逆比例する」という関係を用いて、地絡点までの距離に関する情報を得る。上述したように、最大周波数帯と、最小周波数帯の間の所定順位までの周波数帯に含まれる各成分を合成して再現した地絡事故電流の立ち上がりの傾きから配電線の地絡事故点を算出する。このときに、異なる２地点で電流を観測する事で、各々の観測地点から地絡点までの距離の比が分かるので、幹線上の地絡点を標定できる。

なお、本発明の地絡点標定方法及び装置は、電力線路中に事故区間を判定する事故区間判定用装置と、前述の事故区間判定装置の近傍または同一箇所の前述の電力線路と対地間にコンデンサを配置し、前述のコンデンサに流れる電流波形を測定する手段と、前述の電流波形の立ち上がり部分の傾きを求める手段とを備えているのがよい。

本発明によれば、簡便な装置で地絡点標定することが可能なので、変電所などに設置されて利用される可能性が高い。

１…配電用変電所
２…幹線
３…分岐線
４…事故検出装置
５…通信装置
６…通信線、
７…中央装置
１１…コンデンサ
１２…電流センサ
１４…演算装置
Ｍ１〜Ｍ２…測定点
Ｆ…地絡位置

Claims (9)

1. 配電線路と対地間に設けられたコンデンサに流れる地絡事故電流を計測し、高調波成分を除外して第一の電流を求め、第一の電流をフーリエ変換して所定幅の周波数帯ごとにこの周波数帯に含まれる含有量の大きさを求め、前記含有量が大きい順に周波数帯のランキング付けを行い、所定順位までの最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯を求め、前記第一の電流から、前記最大周波数帯と、最小周波数帯の間の所定順位までの周波数帯に含まれる各成分の合成である第二の電流を求め、該第二の電流の傾きから前記配電線の地絡事故点を算出する配電線路の地絡点標定方法。
2. 請求項１記載の配電線路の地絡点標定方法において、
   前記第二の電流を、前記配電線路の複数地点のコンデンサに流れる地絡事故電流から求め、複数の第二の電流の傾きから前記配電線の地絡事故点を算出する配電線路の地絡点標定方法。
3. 請求項１又は２記載の配電線路の地絡点標定方法において、
   前記第一の電流を求めるために地絡事故電流から除外する高調波成分を事前の解析により定めることを特徴とする配電線路の地絡点標定方法。
4. 請求項１〜３記載の配電線路の地絡点標定方法において、
   前記最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯を定めるための前記所定順位を事前の解析により定めることを特徴とする配電線路の地絡点標定方法。
5. 請求項１〜４記載の配電線路の地絡点標定方法において、
   前記第一の電流から第二の電流を得る手段として、所定幅の周波数帯ごとの含有量の大きさの順に定めた周波数帯ランキングの所定順位までの最大周波数帯と、最小周波数帯の間の周波数帯をバンド幅とするバンドパスフィルタを用いることを特徴とする配電線路の地絡点標定方法。
6. 請求項１〜第５項記載の配電線路の地絡点標定方法において、
   前記所定周波数帯域通過成分を求める前に、地絡事故電流から高調波成分を除外しておくことを特徴とする配電線路の地絡点標定方法。
7. 請求項１記載の配電線路の地絡点標定方法において、
   前記第二の電流を前記含有量が大きい順番の複数の周波数帯の成分を合成して地絡事故電流を再現し、再現した電流の傾きから前記配電線の地絡事故点を算出する配電線路の地絡点標定方法。
8. 配電線路と対地間に設けられたコンデンサと、配電線路地絡事故発生時に前記コンデンサに流れる電流を計測する演算装置と、該演算装置出力を用いて配電線路の地絡位置を標定する中央装置とを有する配電線路の地絡点標定装置において、
   前記演算装置は、計測した地絡時電流から高調波成分を除外するローパスフィルタと、該ローパスフィルタ通過後の電流をフーリエ変換し、所定幅の周波数帯ごとにこの周波数帯に含まれる含有量の大きさを求める変換手段と、前記含有量が大きい順に周波数帯のランキング付けを行い、所定順位までの最大周波数帯と、最小周波数帯の間のバンドパスフィルタを設定するバンドパスフィルタ設定手段と、該バンドパスフィルタ設定手段で定まるバンドパスフィルタとを備え、前記ローパスフィルタ通過後の電流を前記バンドパスフィルタに与えて得られた電流を出力するとともに、
   前記中央装置は、前記演算装置出力波形の傾きに応じて配電線路の地絡位置を標定することを特徴とする配電線路の地絡点標定装置。
9. 請求項８記載の配電線路の地絡点標定装置において、
   前記コンデンサと前記演算装置は同一配電線路に複数組設置され、中央装置は複数地点で観測された電流の傾きから定まる各々の観測地点から地絡点までの距離の比に応じて配電線路上の地絡点を標定することを特徴とする配電線路の地絡点標定装置。

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