JP2011259620A - 配電線の対地静電容量補償装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置構成で、非接地系のリアルタイムの系統における配電線の対地静電容量を連続的に補償する装置。
【解決手段】接地変圧器を介して系統の零相回路に可変リアクトルを挿入すると共に、残留零相電圧に基づく配電線の対地静電容量測定装置を設け、タイマー装置により所定のタイミングで、配電線の対地静電容量を測定し、測定結果に基づいて可変リアクトルを制御する。可変リアクトルは、直流制御巻線と交流主巻線を有し、対地静電容量の測定結果に基づき直流制御巻線の制御電流を調整して、交流主巻線のインダクタンスを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接地系電力系統である配電系統における配電線の対地間に存在する静電容量を所望の対地静電容量に補償する配電線の対地静電容量補償装置に関する。

近年、非接地系電力系統である配電系統における系統の拡大や地中ケーブルの適用拡大により配電線の対地静電容量が増加しており、今後も更なる増加が見込まれている。非接地系電力系統の電路における対地静電容量の増加は、該電路における地絡発生時の地絡電流の増大を招き、変電所における地絡検出の感度低下と、電路に接続された電力設備・機器の保安のために必要なＢ種接地抵抗値が低くなり、規定値を確保するための接地工事が困難になる等の問題が生じている。

この問題を解決するため、配電用変電所等にリアクトルを設置する等により、電力系統の零相回路における配電線の対地静電容量を相殺し、電気量的に対地静電容量を補償することが行われている。上記の補償は、通常、所定の対地充電電流が得られる所定の不足補償で行われている。
しかしながら、近年、配電系統の運用が自動化され、配電系統の負荷状況に応じ、損失電力、供給電圧等が最適となるように配電線（フィーダ）に対する電力供給の切替が行われており、それによって、運用中の系統における配電線の対地静電容量は頻繁に変化する。そのため、配電系統の運用においては、系統の状況に応じて、例えば、前記補償用のリアクトルのタップを切り替える等の適切な補償を維持するための作業が必要であった。

これに対し、特許文献１に開示のような、配電自動化システムと連携し、自動化システムから運用中の配電系統の状況を取得し、一方、自動化運用対象のすべての配電線の区分区間ごとの対地静電容量のデータベースを保有し、当該データベースを参照して前記取得した運用中の配電系統における配電線の対地静電容量を算出して当該静電容量に対応する補償リアクトルの値を算出し、当該リアクトル値に対応してリアクトルのタップを自動的に切替えるものが提案されている。

特開２００９−１８３１２２号公報

特許文献１に開示されたものは、配電自動化システムと一体に運用されるものであるために、配電自動化システムとの間の通信設備等が必要であり、装置構成が複雑になり、また、自動化システムから見ても、前述のように運用する全ての配電線の区分区間ごとの対地静電容量のデータベースが必要であり、いずれにしても、複雑で高コストの装置になっている。
更に、補償リアクトルは、タップを切替えるものであり、インダクタンスの値は段階的に制御されるので、必ずしも常に最適な制御が達成されるものでもない。
本発明は、簡単な構成により、変電所の母線に接続するだけで、リアルタイムの運用中の配電系統における配電線の対地静電容量を測定し、測定結果に応じて、連続的にインダクタンス値を可変可能な可変リアクトルを制御して常に最適な補償を達成する配電線の対地静電容量補償装置を提供するものである。

本発明の課題は以下の技術手段により解決される。
第１の技術手段は、変電所母線に接続される接地変圧器と、該接地変圧器を介して電力系統の零相回路に挿入される可変リアクトルと、接地変圧器を介して取得した残留零相電圧に基づく配電線の対地静電容量測定装置と、該対地静電容量の測定タイミングを設定するタイマー装置と、前記対地静電容量測定装置の測定結果に基づいて前記可変リアクトルを制御する制御装置とを備え、前記可変リアクトルは直流制御巻線と交流主巻線を有し、前記制御装置による前記直流制御巻線の制御電流の調整によって、前記交流主巻線のインダクタンスを連続的に可変されることにより、リアルタイムの配電系統の配電線の対地静電容量値に基づいて前記可変リアクトルのインダクタンスを制御する配電線の対地静電容量補償装置を特徴とする。

第２の技術手段は、第１の技術手段の配電線の対地静電容量補償装置において、前記可変リアクトルは、田の字型磁心に交流主巻線、直流制御巻線がそれぞれ対称的に巻装されて構成される可変リアクトルであることを特徴とする。

第３の技術手段は、第１又は第２の技術手段の配電線の対地静電容量補償装置において、前記対地静電容量測定装置は、接地変圧器のオープンデルタ回路に接続するインピーダンスの切替えによって生じる残留零相電圧の変化により算出することを特徴とする。

第４の技術手段は、第３の技術手段の配電線の対地静電容量補償装置において、前記オープンデルタ回路は前記可変リアクトルを零相回路に挿入するための接地変圧器の三次巻線、又は、該接地変圧器とは独立した接地変圧器の巻線であることを特徴とする。

第５の技術手段は、第１〜第３の何れかの技術手段の配電線の対地静電容量補償装置において、前記タイマー装置は予め設定されたタイミング及び／又は所定の時間間隔で前記対地静電容量測定装置の測定タイミングを制御することを特徴とする。

本発明によれば、簡単な構造で、変電所に設置し母線に接続するだけで、非接地系電力系統である配電系統のリアルタイムの運用中の系統における配電線の対地静電容量を目標とする適切な対地静電容量値へ無段階に、連続的且つ瞬時に可変することが可能である。
配電系統は需要家の負荷状況に対応し最適な電力供給のために頻繁に系統の切替えが行われるが、リアルタイムの運用系統における配電線の対地静電容量の測定を短時間で且つ高頻度で行うことが出来るので、常に目標とする適切な対地静電容量の制御が達成できる。

本発明の実施形態及び適用形態を説明する図である。 配電系統の切替えを説明する図である。 本発明による対地静電容量の補償を説明する図である。 本発明に適用される可変リアクトルの１例を説明する図である。 本発明に適用される対地静電容量測定装置を説明する図である。

以下に図面を参照して、本発明の実施形態及び配電系統への適用について説明する。
第１図は、本発明に係る配電線の対地静電容量補償装置を非接地系電力系統の配電用変電所に設置して運用する形態を示す図である。
図において、Ｔｒは配電用の主変圧器であり、該変圧器の２次側には複数の配電線（フィーダ）Ｆ１〜Ｆｎに電力を供給する母線（ＢＵＳ）が接続されている。
配電線Ｆ１〜Ｆｎは、それぞれ遮断器ＣＢ１〜ＣＢｎを介して前記母線に接続されており、通常、これらの配電算は６．６ｋＶの非接地系である。
各配電線Ｆ１〜Ｆｎ及び母線ＢＵＳには対地間に各線路の亘長や構造に応じた静電容量が存在し、図ではこれをωＣ１〜ωＣｎ及びωＣｂとして示している。

また、この配電線Ｆ１〜Ｆｎには、図２に示すように当該配電線を所定の区間で区分できるように所定の間隔で区分開閉器Ｃｓを設けられている。この区分開閉器は、配電線の負荷の状況に応じて電力供給を最適化するために開閉され、配電線の各フィーダＦ１〜Ｆｎに対する電力供給系統が切替えられる。
このように、配電系統の運用中の切替えにより、当該変電所の母線から電力供給する各配電線Ｆ１〜Ｆｎの対地静電容量は変化する。

本発明に係る配電線の対地静電容量補償装置は、図中１で示している。本発明の装置は、開閉器ＬＳを介して前記母線に接続され、当該母線に接続されている運用中の配電線Ｆ１〜Ｆｎの対地静電容量を補償するものである。
ＧＴｒは可変リアクトル２０を零相回路に挿入するための接地変圧器であり、２次側のオープンデルタ回路に可変リアクトルの交流主巻線２２が接続される。
ＭＴｒは対地静電容量測定のために配電系統の残留零相電圧を抽出するための接地変圧器である。

３は対地静電容量測定のタイミングを設定するタイマー装置である。該タイマー装置の設定に従って、静電容量測定装置４が前記接地変圧器ＭＴｒの２次側オープンデルタ回路に接続するインピーダンスを切替えて残留零層電圧Ｖ０１、Ｖ０２を取得し、この２つの残留零相電圧に基づいて対地静電容量ωＣを算出する。また、測定のタイミングは外部入力信号、例えば、配電自動化システムによる遠方の有人監視所からの指令によることも可能である。
算出されるωＣは、図３に示すように実際に配電線に存在する対地静電容量ωＣ０に対し、本発明の装置によって零相回路に挿入されているリアクトルωＬで相殺（補償）された値（ωＣ０−１／ωＬ）である。

可変リアクトルの制御装置５は、配電系統における対地静電容量を目標の設定値ωＣｒへ補償するため、測定結果のωＣに基づいて直流制御巻線２１に通電する制御電流を算出し制御電流を調整して交流主巻線２２のインダクタンスを制御する。
ここで、目標値のωＣｒは、配電系統の状況により異なるが、前述のように保安用のＢ種接地の接地抵抗の確保や、保護リレーの動作の確保等を考慮して設定され、例えば、地絡電流（充電電流）２０アンペア程度となるように設定されている。

図４は、本発明の装置に用いられる可変リアクトルの１例を示す図である。可変リアクトルは、田の字型の磁心１１の中心軸磁心に交流主巻線１２（図１の２２）が図示のように交流主磁束１４を発生するように巻装され、前記中心軸磁心を連結する周囲の磁心に直流制御巻線１１（図１の２１）が図示のように直流制御磁束１５を発生するように巻装されている。
交流主磁束１４と直流制御磁束１５は一部の磁路を共有しているので、直流制御磁束を制御することによって、交流主磁束と直流制御磁束の共通磁路の一部が磁気飽和することにより当該磁路の磁気抵抗が変化し、交流主磁束が変化するので交流主巻線１２のインダクタンスを連続的に可変することができる。

図における直流制御巻線１３の巻装は、田の字型磁心の側辺部に限られるものではなく、交流主巻線が巻装される中心軸磁心と交叉する他方の中心軸磁心に巻装することもできる。
補償用リアクトルを可変する手法として、リアクトルに対する交流通電電流の位相を制御するものもあるが、その場合、地絡電流の波形が歪むことになり、保護リレーの動作に影響を与えることになる。しかし、本発明におけるリアクトルは通電電流に歪みを生ずることはなく、保護装置の動作に影響はない。
なお、この可変リアクトルは本願出願人等が開発したものであり、詳細は特許第３７８９３３３号参照されたい。

図５は、本発明における配電線の対地静電容量測定装置を説明する図である。図は、対地静電容量測定装置４のＶ０１、Ｖ０２取得部を説明する図であり、Ｒ１、Ｒ２は接地変圧器ＭＴｒのオープンデルタ回路に接続されるインピーダンス（制限抵抗）であり、対地静電容量測定の時にスイッチＳがタイマー装置により閉じられる。
図５は、零相等価回路を示しており、Ｅは対地電圧で、Ｖ／√３（Ｖは線路電圧）、Ｃは三相一括の対地静電容量、Ｃ′は各相の対地静電容量のアンバランス分である。
スイッチＳを開路しているときの残留零相電圧をＶ０１、同閉じた時の電圧をＶ０２とした場合、図示の式によってωＣを算出できる。
この測定手法も出願人等が開発した手法であり、詳細は特許第１９７２６８８号を参照されたい。

図１では、特に静電容量測定のために接地変圧器MＴｒを設けているが、可変リアクトル挿入用の接地変圧器ＧＴｒに３次巻線を設けて対応することもできる。
以上のように、本発明の配電線の対地静電容量補償装置は、公知の従来の装置に対して極めて簡単な構成であり、配電系統を運用するために必要な他の設備とは独立しており、変電所に設置して母線に接続するだけで直ちに運用可能なものである。それ故、設備の導入コストも低く、保守の負担が少なく、配電用変電所に広く適用できるものである。

１…本発明の装置、２…可変リアクトル、３…タイマー装置、４…対地静電容量測定装置、５…可変リアクトルの制御装置、１１…田の字型磁心、１２…交流主巻線、１３…直流制御巻線、１４…交流主磁束、１５…直流制御磁束、Ｔｒ…主変圧器、ＧＴｒ，ＭＴｒ…接地変圧器、ＣＢ…遮断器、ＬＳ…開閉器、ＣＳ…区分開閉器、Ｃ…対地静電容量、Ｒ１，Ｒ２…制限抵抗。

Claims (5)

1. 変電所母線に接続される接地変圧器と、該接地変圧器を介して電力系統の零相回路に挿入される可変リアクトルと、接地変圧器を介して取得した残留零相電圧に基づく配電線の対地静電容量測定装置と、該対地静電容量の測定タイミングを設定するタイマー装置と、前記対地静電容量測定装置の測定結果に基づいて前記可変リアクトルを制御する制御装置とを備え、前記可変リアクトルは直流制御巻線と交流主巻線を有し、前記制御装置による前記直流制御巻線の制御電流の調整によって、前記交流主巻線のインダクタンスを連続的に可変されることにより、リアルタイムの配電系統の配電線の対地静電容量値に基づいて前記可変リアクトルのインダクタンスを制御することを特徴とする配電線の対地静電容量補償装置。
2. 前記可変リアクトルは、田の字型磁心に交流主巻線、直流制御巻線がそれぞれ対称的に巻装されて構成される可変リアクトルであることを特徴とする請求項１に記載の配電線の対地静電容量補償装置。
3. 前記対地静電容量測定装置は、接地変圧器のオープンデルタ回路に接続するインピーダンスの切替えによって生じる残留零相電圧の変化により算出することを特徴とする請求項１又は２に記載の配電線の対地静電容量補償装置。
4. 前記オープンデルタ回路は前記可変リアクトルを零相回路に挿入するための接地変圧器の三次巻線、又は、該接地変圧器とは独立した接地変圧器の巻線であることを特徴とする請求項３に記載の配電線の対地静電容量補償装置。
5. 前記タイマー装置は予め設定されたタイミング及び／又は所定の時間間隔で前記対地静電容量測定装置の測定タイミングを制御することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の配電線の対地静電容量補償装置。

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