JP2013156103A - 配電線監視制御システムおよび配電線監視制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】配電系統での断線等の事故が発生した場合、簡易な構成で速やかに事故発生箇所を検出し、事故発生区間を健全な配電系統から切り離すことで、より多くの需要家を事故区間から分離することのできる配電線監視制御システムおよび配電線監視制御方法を提供する。
【解決手段】配電母線に複数の配電線を接続し、各配電線間を連系する連系用配電線に設ける断線検出装置をポーリングし、いずれかの配電線の断線を検出すると、当該配電線の複数箇所に設ける断線検出装置のうち少なくとも１つの断線検出装置へ電力が供給されるように連系用配電線に備える連系用開閉器へ制御指令を出力し、断線が検出された配電線の複数の箇所に設ける断線検出装置を順に状態監視して断線箇所を判別することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、配電系統を構成する配電線路に異常が発生したことを検出し、異常発生区間を判定するのに適した配電線監視制御システムに関する。

配電系統は、高圧配電母線から一般需要家への電力供給のための複数の配電線を樹脂状に接続し設けられている。そして、各配電線の引き出し口にはそれぞれ配電線の各種電気量を取り込んで配電線事故を検出する保護リレーが設けられ、これらの保護リレーが配電線事故を検出した場合、配電線のフィーダ遮断器を遮断するようにしている。また各配電線は、区分開閉器により断路可能に接続されると共に、これらの配電線間は通常開状態にある連系用開閉器により連系可能に接続されている。

ここで配電系統において配電線の途中で断線が生じた場合には、断線によって発生する負荷電流の減少、対地静電容量の変化等が微小であるため、平常時の実負荷変化との識別が難しくなり、電源側上位での保護リレーによる電気量監視だけでは断線現象を検出することが困難となる。そのため、電力会社では一般需要家からの苦情通報等により断線事故を把握するのが実態であった。

上記のような配電系統での断線事故が発生した場合に、速やかに事故発生箇所を検出するシステムとして、配電系統の開閉器遠方操作や系統状態監視を主体とした配電自動化システムが知られている。配電自動化システムは、制御所などに設置された親局と配電線の各区分開閉器に併設された子局を伝送手段で接続した構成となっており、伝送手段としては、高圧配電線路を伝送路として使用する電力線搬送方式やメタル線，光ファイバなどの専用伝送路を設けた有線方式、および無線方式などがあるが、現状での大部分は電力線搬送方式を適用した配電自動化システムである。

このような配電自動化システムとして、例えば特開２００４−５３５５４号公報（特許文献１）には、配電線末端に位置する連系用区分開閉器に併設された断線検出装置を先ずポーリング監視することにより断線発生配電線を特定し、その後当該配電線に設置された断線検出装置をポーリング監視することにより短時間で断線区間を判定する方法が記載されている。

特開２００４−５３５５４号公報

上記のような配電系統の開閉器遠方操作や系統状態監視を主体とした配電自動化システムは、制御所などに設置された親局と配電線の各区分開閉器に併設された子局を伝送手段で接続した構成となっている。この伝送手段としては、高圧配電線路を伝送路として使用する電力線搬送方式やメタル線，光ファイバなどの専用伝送路を設けた有線方式、および無線方式などが用いられるが、現状では電力線搬送方式を適用したものが多い。

しかしながら、高圧配電線を伝送路として使用する電力線搬送方式を使用した配電自動化システムでは、断線箇所以降において伝送路としても障害が発生することになるため、特許文献１に記載の技術では断線箇所以降の断線検出装置の情報を収集することができず、断線区間の極小化が困難となるという課題がある。

また、区分開閉器に併設される断線検出装置の多くはその制御電源を高圧配電線の代表相から供給される構成となっている。そのため、電源供給相の断線が発生すると断線検出装置の制御電源が喪失となり、伝送路として使用している高圧配電線相が断線となった場合と同様に、断線検出装置の情報を収集することができず断線区間の極小化が困難となるという課題がある。

一方、前述の伝送路断線や制御電源喪失に対して、断線相を検出すると同時に残された健全相を伝送路として選択して情報伝送する方法及び、断線検出装置の制御電源を三相電源として１，２線断線では制御電源喪失とならいようにしたシステム構成が考えられる。しかし、この場合、各断線検出装置に伝送路の健全相選択回路や電源用変圧器の追加が必要になるため構成が複雑になってしまい、また、３線断線にはこのようなシステムでは対応できないという問題点がある。

本発明の目的は、配電系統での断線等の事故が発生した場合、簡易な構成で速やかに事故発生箇所を検出し、事故発生区間を健全な配電系統から切り離すことで、より多くの需要家を事故区間から分離することのできる配電線監視制御システムおよび配電線監視制御方法を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、配電母線に複数の配電線を接続し、各配電線の複数の箇所に設ける第一の断線検出装置と、各配電線間を連系する連系用配電線に設ける第二の断線検出装置と、前記第一の断線検出装置および前記第二の断線検出装置をポーリングして断線の有無を監視し、前記第一の断線検出装置に併設される区分開閉器または前記第二の断線検出装置に併設される連系用開閉器へ制御指令を出力して断線箇所を健全な配電系統から切り離す監視制御装置と、を有する配電線断線検出システムにおいて、前記監視制御装置は、前記第二の断線検出装置をポーリングして配電線の断線を検出すると、当該配電線に設ける少なくとも１つの前記第一の断線検出装置へ連系用配電線から電力が供給されるよう前記連系用開閉器へ制御指令を出力し、当該配電線に複数設ける前記第一の断線検出装置を順にポーリングして断線箇所を判別することを特徴とする。

本発明によれば、配電系統での断線等の事故が発生した場合、簡易な構成で速やかに事故発生箇所を検出し、事故による需要家への影響をより低減できる配電線監視制御システムおよび配電線監視制御方法を提供できる。

電力線搬送方式を用いた断線検出システムの構成図である。 電力線搬送方式の代表的な子局の構成図である。 断線区間判定および断線区間切り離し主要フローを示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による断線検出システムを示す図である。配電用トランス４の二次側に位置する高圧配電母線５には、それぞれ配電線引き出し口のフィーダ遮断器ＦＣＢ１〜ＦＣＢｎを介して通常３〜７フィーダの配電線１〜ｎが接続され、各配電線１〜ｎの途中に断路可能な区分開閉器ＤＭ１１〜ＤＭｎ３と、各配電線１〜ｎ間を接続する配電線に設けられてそれぞれ通常開状態の図示しない中間連系用区分開閉器と末端の連系用配電線に設け、通常開状態の連系用区分開閉器ＤＭ１００〜ＤＭ（ｎ−１）００が設けられ、全体として樹枝状の配電網が形成され、これによって一般需要家への電力供給が行われている。

各区分開閉器ＤＭ１１〜ＤＭｎ３および連系用区分開閉器ＤＭ１００〜ＤＭ（ｎ−１）００には、配電自動化システムの子局と兼用した断線検出装置が併設されている。子局と兼用した断線検出装置ＦＤ１１〜ＦＤｎ３，ＦＤ１００〜ＦＤ（ｎ−１）００は、配電線を伝送路とした電力線搬送方式による情報伝送機能があり、伝送路として使用している配電線を介して配電母線５に接続された結合器８から配電変電所設置の中継装置７を経由して通信路９と接続された制御所または営業所設置の遠方監視制御を行う親局６と接続されている。

通常、変電所に設けられる図示しない保護リレー装置で変電所配電線１〜ｎの短絡，地絡事故を検出すると、フィーダ遮断器ＦＣＢ１〜ＦＣＢｎを動作させ、事故の検出された配電線を切り離して事故の波及を防いでいる。しかし、地絡等が発生しないような配電線の途中の断線が生じた場合には、断線によって発生する負荷電流の減少、対地静電容量の変化等が微小な場合があり、保護リレーによる電気量監視だけでは断線現象を検出することが困難な場合がある。そこで本実施例では、各区分開閉器ＤＭ１１〜ＤＭｎ３および連系用区分開閉器ＤＭ１００〜ＤＭ（ｎ−１）００に併設される断線検出装置をポーリングして断線箇所を特定する。

図２は、前述の配電自動化システムの子局と兼用した断線検出装置の一例を示す回路図である。この断線検出装置１０は、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相から電気量を取り込み断線の有無を検出する断線検出処理１０１、親局６との情報の送受信を行う伝送処理１０２、電力線搬送方式による送受信回路１０３，１０４、および図示していない配電自動化システム子局として区分開閉器へ開閉指令を行う区分開閉器制御回路および各種電気量計測回路などから構成されている。

区分開閉器１１の設置箇所には、断線検出装置（子局）に電源を供給する電源ＴＲ１１１，１１２、電力線搬送方式に必要な結合器１１３，１１４、配電線各相電圧を検出するためのＰＤ１１５，１１６が既存の構成要素として配置されている。これら電源ＴＲ，結合器，ＰＤは通常図示の通り区分開閉器１１の両側に配置される。

図２の例では、断線検出装置の制御電源は配電線Ｒ−Ｔ相間に接続された電源ＴＲ１１１，１１２から供給され通常は予め設定されたどちらか一方の電源を選択使用しており、使用中の電源が無くなると自動的に他方に切り替わる回路を有している。電力線搬送方式による送受信は配電線Ｓ相に接続された結合器１１３，１１４を介して行われ通常は電源側の回路が選択使用されている。

断線検出処理１０１は、区分開閉器１１の両端に配置されたインピーダンス分圧方式の各相電圧検出器ＰＤ１１５，１１６の各相電圧を入力として、各相電圧をベクトル合成した零相電圧または逆相電圧を算出し、１線または２線断線時の過電圧を検出、３線断線時の各相無電圧を検出するようにしている。

このような断線検出処理は、本例のように既に配電自動化子局に取り込まれている各相電気量をもとに検出処理のみ追加すれば、新たな断線検出装置の追加なしに兼用することが可能である。断線検出のための電気量は、区分開閉器が閉の状態では両端の電気量は同じになるためどちらか一方の電気量検出のみで断線検出が可能である。区分開閉器が開の状態では各端の電気量からそれぞれ異配電線の情報として断線検出情報を扱うことができる。本例の各相電圧を入力とする方式の他に各相電流を入力とした検出方式、各相電圧入力においても零相電圧、逆相電圧以外の検出方式を用いても断線検出処理を実現できるが、断線検出方式で確度の高い検出方式は、断線箇所より負荷側で計測される電気量を用いた検出方式であるため、ここでは、断線箇所の負荷側で断線検出することを仮定して以降の説明を行う。また、伝送処理１０２は、通常の配電自動化システムで実施される送受信情報に断線検出情報を加えて送信する処理を行う。

次に図３を用いて、上述した断線検出システムによる断線検出について説明する。前述のように現在の配電系統運用は、区分開閉器の状態監視、開閉制御を主目的とした配電自動化システムが採用されており、その多くが電力線搬送方式による伝送手段を用いたシステムとなっており、この配電自動化システムの情報伝送に断線検出情報を組み込むことで説明するが、配電自動化システムの構成は一般に広く知られているためここでの詳細説明は省略し、その一部の構成を図３に示したフローチャートで説明する。また、電力線搬送方式の配電自動化システムによる状態監視は、ポーリング方式と呼ばれる監視対象装置を１台毎に呼び出し通信する方式が用いられている。

今、図１に示した断線箇所１３で断線事故が発生したとすると、断線箇所１３以降での配電障害が生じ、断線相によっては、伝送路としても障害が生じたり、また、断線検出装置の電源喪失となる場合がある。

例えば図２の接続構成では、断線箇所１３での断線事故が例えばＳ相断線の場合、制御電源はあるが伝送路断となり、Ｒ相断線の場合は、伝送路は正常であるが制御電源喪失となり結果として断線が発生すると断線箇所１３以降の断線検出装置は断線情報を上位の親局６へ伝送できなくなり無応答状態になるが、連系用区分開閉器に併設された断線検出装置は、常時開閉器が開状態で断線箇所１３がある配電線２とは逆側の伝送路および制御電源が確保されているため、断線検出情報を親局６へ伝送することができる。

このことに着目しながら図３のフローチャートの説明を進める。先ず、図３に示したステップＳ１で断線検出処理開始のタイミングになると配電線末端に位置する連系用区分開閉器ＤＭ１００〜ＤＭ（ｎ−１）００に併設した断線検出装置ＦＤ１００〜ＦＤ（ｎ−１）００のポーリングが開始される。本実施例では、数秒〜数十秒で断線検出装置ＦＤ１００〜ＦＤ（ｎ−１）００の１サイクルのポーリングが行われるものとする。次にステップＳ２で対象の断線検出装置１台毎に個別監視することで断線検出情報を収集し、ステップＳ３で断線検出情報の有無をチェックし、断線検出有の場合、ステップＳ４で断線発生配電線の特定処理を実施する。

本実施例の場合、断線検出装置ＦＤ１００の配電線２側および断線検出装置ＦＤ２００の配電線２側で断線検出有となり、他の連系用区分開閉器に併設された断線検出装置は断線検出無となるため、断線箇所は配電線２にあることが特定でき、ステップＳ５で断線発生の警報出力を発報する。

次に特定された配電線２に設置されている断線検出装置をステップＳ６で状態監視する。本実施例では、配電母線５側の断線検出装置から順に状態監視を行い、断線検出装置ＤＭ２１は断線検出無との情報が取得できる。そして、電力線搬送に用いている相、および、断線検出装置の電源に用いている相ではない相が断線している場合には、断線検出装置ＤＭ２２において、断線検出有との情報を取得でき、断線箇所１３を特定できる。この場合には、断線箇所１３を健全な配電線から切り離すよう区分開閉器ＤＭ２１，ＤＭ２２を開とし、区分開閉器ＤＭ２２より以降については、他の配電線１または３から電力が供給されるように連系用区分開閉器ＤＭ１００またはＤＭ２００を閉にすることで、事故区間を極小化できる。

一方、電力線搬送に用いている相、または、断線検出装置の電源に用いている相が断線している場合には、断線検出装置ＤＭ２２，ＤＭ２３は無応答の情報が取得できることからステップＳ７で断線区間は区分開閉器２１より負荷側で、かつ、区分開閉器ＤＭ２３より電源側の区間であることを仮判定することができ、ステップＳ８で仮判定した断線区間を表示する。

ステップＳ７での区間判定を仮判定としているのは、本来の断線箇所１３がある区間は図１に示す通り区分開閉器ＤＭ２１とＤＭ２２に挟まれた区間であるが、断線検出装置ＦＤ２２，ＦＤ２３が無応答となり断線検出情報を取得できないことを考慮する必要があるためである。断線仮判定区間は少なくともその区間内に断線箇所が存在することは確かなので、次のステップＳ９以降で断線区間の配電系統からの切り離しを行いながら断線区間極小化を実施する。

先ずステップＳ９で伝送路確保と断線箇所以降の供給障害解消をするため、連系用区分開閉器ＤＭ２００を遠方より入制御してＤＭ２００を開から閉とし、ステップＳ１０で断線仮判定区間の電源側区分開閉器ＤＭ２１を遠方より切制御してＤＭ２１を閉から開状態として断線箇所の方端を無電圧状態とする。

次にステップ１１で配電線２の負荷側より順次断線検出装置をポーリング監視し、断線検出装置ＦＤ２３，ＦＤ２２の断線検出情報を取得するとＦＤ２３，ＦＤ２２の電源側/負荷側は逆転しているため、ステップＳ１２で両方とも断線検出無の情報からステップＳ１３の処理に移り、区分開閉器ＤＭ２２から連系用区分開閉器ＤＭ２００方向には断線箇所が存在しないと判定でき、断線区間は区分開閉器ＤＭ２１とＤＭ２２に挟まれた区間であると特定できる。

ステップＳ１４で確定断線区間を表示し、ステップＳ１６で区分開閉器ＤＭ２２を遠方より切制御してＤＭ２２を開状態とし、断線箇所１３の残った方端を無電圧にすることで事故区間を極小化できる。これによって、例えば区分開閉器ＤＭ２２から区分開閉器ＤＭ２３の間に接続される需要家にも連系用配電線を通じて電力を供給することができる。

以上の実施例のように本発明によれば、配電系統での断線等の事故が発生した場合、簡易な構成で速やかに事故発生箇所を検出するとともに、事故による需要家への影響をより低減することができる。

また、本実施例では既存の構成要素を兼用して新たな設備投資せずに、短時間で断線区間を極小化するとともに配電系統から切り離し公衆安全の確保をすることができる。

また、本実施例では連系用区分開閉器側からポーリングを行う際に、断線箇所１３を特定してから区分開閉器ＤＭ２２を閉から開としたが、連系用区分開閉器ＤＭ２００を入制御した後すぐに、区分開閉器ＤＭ２２，ＤＭ２３を切り離して、ポーリング監視を行う際にＤＭ２３，ＤＭ２２と順に開から閉としていき、断線箇所を判定することもできる。これにより、断線箇所１３に電源が接続される時間をより短くできるため、より公衆安全を確保することができる。

１〜３ 配電線
４ 配電用トランス
５ 高圧配電母線
６ 親局
７ 中継装置
８ 結合器
９ 通信路
１０，ＦＤ１１〜ＦＤｎ３ 断線検出装置（子局）
１１，ＤＭ１１〜ＤＭｎ３ 区分開閉器
１０１ 断線検出処理
１０２ 伝送処理
１０３，１０４ 送受信回路
１１１，１１２ 電源ＴＲ
１１３，１１４ 結合器
１１５，１１６ ＰＤ
ＦＣＢ１〜ＦＣＢｎ フィーダ遮断器
ＤＭ１００〜ＤＭ（ｎ−１）００ 連系用区分開閉器

Claims (6)

1. 配電母線に複数の配電線を接続し、各配電線の複数の箇所に設ける第一の断線検出装置と、
   各配電線間を連系する連系用配電線に設ける第二の断線検出装置と、
   前記第一の断線検出装置および前記第二の断線検出装置をポーリングして断線の有無を監視し、前記第一の断線検出装置に併設される区分開閉器または前記第二の断線検出装置に併設される連系用開閉器へ制御指令を出力して断線箇所を健全な配電系統から切り離す監視制御装置と、を有する配電線断線検出システムにおいて、
   前記監視制御装置は、前記第二の断線検出装置をポーリングして配電線の断線を検出すると、当該配電線に設ける少なくとも１つの前記第一の断線検出装置へ連系用配電線から電力が供給されるよう前記連系用開閉器へ制御指令を出力し、
   当該配電線に複数設ける前記第一の断線検出装置を順に状態監視して断線箇所を判別することを特徴とする配電線断線検出システム。
2. 請求項１において、
   前記監視制御装置は、前記第二の断線検出装置のポーリングにより配電線の断線を検出すると、断線が検出された配電線に複数設ける前記第一の断線検出装置を順に状態監視して、状態監視したいずれかの前記第一の断線検出装置から応答が無かった場合に、当該配電線に設ける少なくとも１つの前記第一の断線検出装置へ連系用配電線から電力が供給されるよう前記連系用開閉器へ制御指令を出力することを特徴とする配電線断線検出システム。
3. 請求項２において、
   前記監視制御装置は、状態監視に対する応答が無い前記断線検出装置以降の配電線を切り離すように当該配電線に設けられるいずれかの前記区分開閉器へ制御指令を出力することを特徴とする配電線断線検出システム。
4. 請求項１において、
   前記監視制御装置は、前記第一の断線検出装置および前記第二の断線検出装置と電力線搬送通信を用いて通信を行うことを特徴とする配電線断線検出システム。
5. 請求項１において、
   前記監視制御装置は、前記第二の断線検出装置のポーリングにより配電線の断線を検出すると、断線が検出された配電線に複数設ける前記第一の断線検出装置のうち、配電母線側に設ける前記第一の断線検出装置から順に状態監視を行い、いずれかの前記第一の断線検出装置から応答が無かった場合に、当該応答が無い前記第一の断線検出装置が設置される配電線の箇所を配電母線から切り離すように当該第一の断線検出装置より配電母線側の前記区分開閉器へ制御指令を出力し、
   断線が検出された配電線に設ける少なくとも１つの前記第一の断線検出装置へ連系用配電線から電力が供給されるよう前記連系用開閉器へ制御指令を出力し、
   断線が検出された配電線に複数設ける前記第一の断線検出装置のうち、前記連系用開閉器側に設ける前記第一の断線検出装置から順に状態監視して断線箇所を判別し、
   当該断線箇所を連系用配電線から切り離すように当該断線箇所より連系用配電線側の前記区分開閉器へ制御指令を出力することを特徴とする配電線断線検出システム。
6. 配電母線に複数の配電線を接続し、各配電線間を連系する連系用配電線に設ける断線検出装置をポーリングし、
   いずれかの配電線の断線を検出すると、当該配電線の複数箇所に設ける断線検出装置のうち少なくとも１つの断線検出装置へ電力が供給されるように連系用配電線に備える連系用開閉器へ制御指令を出力し、
   断線が検出された配電線の複数の箇所に設ける断線検出装置を順に状態監視して断線箇所を判別することを特徴とする配電線断線検出方法。