JP2015520849A - 障害検出及び位置特定装置及び方法 - Google Patents

Abstract

三相回路における測定ポイントから障害までの距離を求める。測定ポイントは、変電所の出力部に位置し、三相回路は、正味障害線電流及び接地電流を伴うループ回路を有する。測定ポイントから測定されるループ回路の正味障害線電流の導関数を計算する。少なくともこの正味障害電流の導関数を用いてサブサイクル障害までの未補正距離を求め、ループ回路の接地電流を補正するように構成する。未補正距離に補正を適用してサブサイクル障害までの補正距離を生成する。【選択図】図１

Description

〔関連出願との相互参照〕
本出願は、２０１２年５月１１日に出願された米国特許出願公開第１３／４６９，２０８号の継続出願であるとともに、この特許出願の利益を主張するものであり、その内容は全体が引用により本明細書に組み入れられる。

本出願は、障害検出及び位置特定システムに関する。

電気システムの障害には様々なタイプがある。例えば、永久障害は、システム内に常に物理的に存在する障害である。間欠障害は、ある時点では物理的に存在するが、別の時点では消失し得る障害である。使用されてきた様々な方法は、永久障害のみを検出するためのものである。

間欠障害では、障害後の定常挙動がそれほど長く続かない。むしろ、これらの障害は、定常状態に達することなく、短い過渡期の後に直ぐ消失する。実際、これらの障害は、約１サイクルの時間長しか持続しない。例えば、（地下ケーブルの）地下絶縁破壊間欠障害又は架空送電線の持続時間は、一般に１サイクル未満であり、大抵は約１／２サイクル又はそれ以下である。これらのサブサイクル障害は永久障害の原因となる可能性もあり、永久障害に発展してしまう前にその位置を特定する必要がある。

上述したように、永久障害の検出及び位置特定には様々な方法が使用されてきた。残念ながら、これらの従来の障害位置特定方法では、サブサイクル障害の位置を特定することができない。実際には、ほとんどの場合、これまでの方法では、サブサイクル障害は単純に無視される。従って、このようなサブサイクル間欠障害までの距離の特定は試行されたことさえもない。

本発明の様々な実施形態による、障害位置特定装置を含む三相回路を示す図である。 本発明の様々な実施形態による、図１の三相回路の等価回路を示す図である。 本発明の様々な実施形態による、図２の三相回路の等価回路を示す図である。 本発明の様々な実施形態による障害位置特定方法のフローチャートである。 本発明の様々な実施形態による障害位置特定装置のブロック図である。 本発明の様々な実施形態による障害位置特定システム及び装置のブロック図である。

当業者であれば、図中の要素は単純化及び明確化を目的に示しており、必ずしも縮尺通りではないと理解するであろう。例えば、本発明の様々な実施形態の理解を深める役に立つように、図中の要素には、その寸法及び／又は相対位置を他の要素に対して誇張しているものもある。また、商業的に実現可能な実施形態において有用又は必要な、一般的ではあるが周知の要素については、これらの本発明の様々な実施形態が見にくくならないように図示していないことが多い。さらに、いくつかの動作及び／又はステップを特定の発生順で説明又は図示している場合もあるが、当業者であれば、実際にはこのような順序に関する特異性は必要でないと理解するであろう。また、本明細書で使用する用語及び表現は、本明細書に特定の意味を別途示している場合を除き、これらの対応するそれぞれの調査及び研究分野に関連するこのような用語及び表現に従う通常の意味を有することも理解されるであろう。

本明細書で説明する方法では、自己容量及び相互容量の両静電容量が高い電気回路における過渡的サブサイクル障害の存在及び位置を特定する。過渡的サブサイクル障害とは、障害が現れてから、定常的な障害状態に至ることなく、多くの場合は１サイクル未満の非常に短い持続時間後に消失する障害を意味する。いくつかの態様では、これらの障害が地下又は海底ケーブルに生じる。１つの例では、単相地絡障害である自己排除型のサブサイクル障害がケーブル回路に生じることがある。

これらの実施形態の多くでは、三相回路における測定ポイントから障害までの距離が特定される。測定ポイントは、変電所の出力部に位置し、三相回路は、正味障害線電流及び接地電流を伴うループ回路を有する。（測定ポイントから測定した）このループ回路の正味障害線電流の導関数を計算する。少なくともこの正味障害電流の導関数を用いて、サブサイクル障害までの未補正距離を求める。ループ回路の接地電流を補正するのに有効な補正係数を数式内に設定する。この補正係数を未補正距離に適用して、サブサイクル障害までの補正距離を生成する。補正距離は、インダクタンス単位で測定することができる。

他の態様では、測定ポイントにおいてループ回路の正味障害線電流を測定することができる。本明細書で使用する正味障害線電流とは、変電所の電力供給が停止した障害のある電力線の電流成分を意味する。１つの方法では、障害中に測定した線電流から障害前の線電流を減算することによって正味障害電流が求められる。測定を行う装置は、変電所に配置された既存の電力管理システムの一部とすることができる。いくつかの態様では、測定された正味障害線電流が、ネットワークを介してサーバに送信される。

さらに他の態様では、電源インダクタンスを求めることができ、この電源インダクタンスは、変電所を振り返る測定ポイントから測定することができる。いくつかの例では、電源インダクタンスが、少なくとも１つの静電容量に従って求められる。

さらに他の態様では、求められた電源インダクタンスに少なくとも基づいて障害位置の精度を特定することができる。さらに他の態様では、障害距離がユーザに表示される。ユーザには、距離と計算精度の両方を表示することができる。

他の実施形態では、装置が、三相回路における測定ポイントから障害までの距離を求めるように構成される。障害のある回路は、接地電流及び正味障害電流を伴うループ回路を有する。装置は、センサ及び処理装置を含む。

センサは、ループ回路の正味障害線電流を計算する元となる線電流を測定し、変電所の出力部に位置する測定ポイントに配置される。処理装置はセンサに結合され、正味障害線電流の導関数を計算するとともに、この導関数を用いてサブサイクル障害までの未補正距離を求めるように構成される。処理装置は、接地電流を補正し、この補正を未補正距離に適用して、障害までの補正距離を生成するようにさらに構成される。

いくつかの態様では、装置が、変電所に配置された既存の電力管理システムと共に少なくとも部分的に配置される。他の態様では、処理装置がセンサと異なる位置に配置され、センサと処理装置が通信ネットワークを介して通信する。

さらに他の態様では、処理装置が、電源インダクタンスを求めるようにさらに構成される。電源インダクタンスは、変電所を振り返る測定ポイントから測定される。電源インダクタンスは、少なくとも静電容量に従って求められる。処理装置は、この求められた電源インダクタンスに少なくとも基づいて、障害位置の精度を特定するようにさらに構成される。

さらに他の実施形態では、装置が、三相回路における測定ポイントから障害までの距離を求めるように構成される。障害のある三相回路は、接地電流及び正味障害電流を伴うループ回路を有する。装置は、インターフェイス及びプロセッサを含む。

インターフェイスは、入力部及び出力部を有する。プロセッサはインターフェイスに結合され、インターフェイスの入力部において受け取られた正味障害線電流の導関数を計算するように構成される。プロセッサは、この導関数を用いてサブサイクル障害までの未補正距離を求める。プロセッサは、接地電流を補正するとともに、この補正を未補正距離に適用して障害までの補正距離を生成し、インターフェイスの出力部に提示するようにさらに構成される。

いくつかの態様では、装置が、変電所に配置された既存の電力管理システムと共に少なくとも部分的に配置される。他の例では、装置が、通信ネットワークを介して測定ポイントのセンサと通信する。

さらに他の態様では、電源インダクタンスを求めるようにさらに構成される。電源インダクタンスは、変電所を振り返る測定ポイントから測定される。さらに別の例では、プロセッサが、求められた電源インダクタンスに少なくとも部分的に基づいて、障害位置の精度を特定するようにさらに構成される。

図１を参照すると、ケーブルジャケット１１２内に位相ケーブル１２０、１２２及び１２４を含む三相ケーブル回路１０２が変電所１０４に接続されている。ケーブル１２０、１２２及び１２４は、変電所１０４（ａ、ｂ及びｃで表記する接続点）からケーブル終端１０７（Ａ、Ｂ及びＣで表記する接続点）に延びる。変電所１０４は、各々が理想電源Ｅｓ及び（１３０、１３２及び１４３で表記する）電源インピーダンスＬｓによって順に示される三相電源１０６、１０８及び１１０を有し、これらは中性点１０９において共に接続されてバランスのとれた三相電源システムを形成している。中性点１０９は、直接アース（又は接地）に接続される。三相回路には、ａ、ｂ及びｃにおいて、（１４０、１４２及び１４４で表記する）位相容量Ｃの三相コンデンサバンクが接続され、その中性点１４１は、直接（アースなどの）接地に接続される。このコンデンサバンクの目的は、三相回路に接続された負荷の力率を改善することである。変電所とケーブル終端の間の（ｘで表記する）位置１４３は、ケーブル絶縁破壊が生じ、その後ケーブル内における自己排除型の単相地絡障害となる地点である。

障害検出及び位置特定装置１６０は、ポイント１７０において変電所の出力部に結合される。このポイントは、装置を配置できる１つの位置にすぎず、他のポイントで接続することもできると理解されるであろう。また、装置１６０は、様々な形状、サイズ及び設定で構成することができると理解されるであろう。例えば、この装置は、ハンドヘルド装置とすることもできる。また、変電所に恒久的に配置された装置とすることもできる。この装置は、サブサイクル障害の存在及び位置を特定するセンサ及び処理回路を含むことができる。装置の一部は、変電所１０４の出力部に物理的に存在しなくてもよい。この点に関し、装置は、遠隔的に配置された処理装置と通信するセンサを含み、この遠隔的に配置された処理装置が、実際に障害特定及び位置特定計算を行うようにすることもできる。このような場合の接続は、有線及び／又は（インターネット接続などを介した）無線接続とすることができる。装置１６０は、ユーザが障害の存在及び位置を確認できるようにするコンピュータ画面、端末などのユーザインターフェイスを含むこともできる。また、装置１６０は、変電所１０４の直近に存在してもしなくてもよいパーソナルコンピュータ、携帯電話機、ページャなどの他のタイプの装置と通信することもできる。

図１の三相ケーブル回路は、ケーブル回路の一般的表現法を用いて等価回路に変換することができる。この点に関し、図２に示すように、ケーブル部分は、一端が位相からアースまでの間の自己容量と位相間の相互容量とで半分ずつ構成され、他端がその逆の半分で構成されたπ回路と、これらの両端を接続するインダクタンスとによって表すことができる。本明細書の説明では、式の導出において全ての抵抗成分を省いていると理解されるであろう。また、この図は等価回路の１つの表現であり、他の例も可能であると理解されるであろう。

ここで、図２を参照しながら図１の等価回路について説明する。図１の同じ番号の要素は、図２でも同じ番号の要素に対応する。例えば、図１の要素１０４は、図２の要素２０４に対応する。三相変電所電源２０６、２０８及び２１０はケーブルπ回路に接続され、その一部は、ケーブルの位相位置ｘに一時的な絶縁障害状態２４３を示す。（図ではＣｓ’の要素で表記する）容量性要素２８０、２８１及び２８２は、ケーブル部分の自己容量を表す。（図ではＣｍ’の要素で表記する）容量性要素２８３、２８４及び２８５は、ケーブルの相互容量を表す。図中の各容量性要素は１／２の容量であると理解されるであろう。例えば、２８３で表記する２つの要素の各々は、相互容量の１／２である。

ケーブルＬのインダクタンスは、障害位置ｘによってＬｆ要素２８６、２８７及び２８８とＬｒ要素２８９、２９０及び２９１とに分割され、それぞれが変電所から障害までのインダクタンスと、障害からケーブル終端までのインダクタンスを示す。正常な位相（この例では、位相ｂ及びｃ）でも、例示のみを目的とする位相ａの障害位置ｘの対応する位置によってこれらのケーブルのインダクタンスは２つに分割される。

１つの例では、変電所の電流センサによって３つの線電流ＩａｌＮ、ＩｂｌＮ及びＩｃｌＮが測定され、例えば装置２６０などの変電所の電圧計器によって位相（ａ、ｂ及びｃ）と中性点ｎの間の３つの相電圧Ｖａｎ、Ｖｂｎ及びＶｃｎが測定される。

図２の回路の障害位置に電圧を注入し、電源を停止し、重ね合わせ法を適用すると、図３の等価回路が得られる。図１及び図２の同じ番号の要素は、図３でも同じ番号の要素に対応する。図１及び／又は図２に関連して既に説明した図３の要素は、本明細書の他の箇所で説明した方法と同じ方法で機能し、従ってここではさらに説明しない。

上記及び本明細書の他の箇所でも説明しているように、障害位置における電圧源の大きさは、３９９で表記する障害発生時の電圧レベルＶａｎ（０）と同じである。しかしながら、Ｖａｎ（０）は、自己排除型障害イベントの持続時間にわたって一連の公称電圧値に置き換えることができる。換言すれば、たとえここで、また以前に障害開始時における単一の値としてＶａｎ（０）を典型的に示していたとしても、このＶａｎ（０）は、障害の持続時間にわたる位相の公称電圧値として示すことができる。

図２及び図３を参照して、回路要素及びそれらの関係を説明する。コンデンサバンクＣはＣＳ’に平行なので、合成容量は、Ｃｐ＝Ｃ＋ＣＳ’（Ｃｐは３９８で表記）となり、ＣはＣＳ’よりも大幅に大きいので、合成したＣｐはＣに近づくことができる。位相内の正味障害電流（ＩａＦ、ＩｂＦ及びＩｃＦ）及び位相間の正味障害電流（ＩａｂＦ、ＩｂｃＦ及びＩｃａＦ）を、正味障害線電流（ＩａｌＦ、ＩｂｌＦ、及びＩｃｌＦ）と共に示している。正味障害相電圧ＶａＦ、ＶｂＦ及びＶｃＦは、位相と中性点の間で導出される。このケーブル回路の正味障害電圧の導出は、正味障害電流に関して上述したものと類似しており、正味障害電圧は、障害中の電圧から障害前の電圧を減算することによって求められる。

ここで、電源インピーダンスＬｓの導出について説明する。ポイントａ及びｎの正味障害電圧ＶａＦは、Ｌｓと正味障害電流の導関数ＩａＦの経時的な乗算と同じものであるため、ＶａＦ＝−Ｌｓ＊ｄＩａＦとなり、電源インピーダンスＬｓは、Ｌｓ＝−ＶａＦ／ｄＩａＦとして表される。式中、接頭辞ｄは微分（又は導関数）を示し、ｄｄは二重微分（又は二次導関数）を示す。

ここで、一次及び二次導関数の導出について説明する。サンプル化信号の数値微分は、時変信号の一次導関数は各標本点における信号の接線の傾きとして解釈される経時的な信号の変化率であるという定義から導出することができる。近接する標本点間の時間間隔Δｔを一定と仮定すると、例えばサンプリング時間ｊにおける（ｄＶとして表される）電圧Ｖの一次導関数を計算するための最も単純なアルゴリズムは、ｄＶ（ｊ）＝［Ｖ（ｊ＋Ｉ）−Ｖ（ｊ）］／Δｔとなる。前述の微分アルゴリズムは、一次導関数の一次前進差分公式と呼ばれる。或いは、テーラー展開を適用することにより、ｄＶ（ｊ）＝［Ｖ（ｊ）＋１）−Ｖ（ｊ）−１］／［２＊Δｔ）という一次導関数の二次中央差分公式を得ることもできる。ｄＶ（ｊ）＝［Ｖ（ｊ）−１）−８＊Ｖ（ｊ）−１）＋８＊Ｖ（ｊ）＋１）−Ｖ（ｊ）＋２）］／［１２＊Δｔ）というさらに別の形の一次導関数である四次近似を得ることもできる。１つの例では、変電所から得られるサイクル当たり１２８個のサンプルという実際のデータの場合、一般に二次微分が最良の選択肢であることが分かる。しかしながら、他の状況ではこれが当てはまらないこともある。従って、正しい次数を選択しなければならない。数値的一次導関数法を用いた正味値処理の一次導関数は、全ての正味障害電圧及び電流に当てはまる。二次導関数（例えばｄｄＶ）では、特にサンプル化信号から直接二次導関数を導出するように展開された数値法を適用することができるが、上述した一次導関数を２回使用することが便利な選択肢になる。ＩａＦは測定値ではなく、正味障害線電流ＩａｌＦのみが測定／導出されるので、変電所において測定された及び／又はその後に導出された項によってＬｓを表すように変換しなければならない。この変換は、変電所側で以下の３つの正味障害線電流方程式を考慮することによって開始する。
ノードａにおいて、ＩａｌＦ＝ＩａＦ−Ｃｐ＊ｄＶａＦ＋Ｃｍ’＊ｄＶｃａＦ−Ｃｍ’＊ｄＶａｂＦ。
ノードｂにおいて、ＩｂｌＦ＝ＩｂＦ−Ｃｐ＊ｄＶｂＦ＋Ｃｍ’＊ｄＶａｂＦ−Ｃｍ’＊ｄＶｂｃＦ。
ノードｃにおいて、ＩｃｌＦ＝ＩｃＦ−Ｃｐ＊ｄＶｃＦ＋Ｃｍ’＊ｄＶｂｃＦ−Ｃｍ’＊ｄＶｃａＦ。
３つのノード方程式を全て加算すると、
｛ＩａｌＦ＋ＩｂｌＦ＋ＩｃｌＦ｝＝｛ＩａＦ＋ＩｂＦ＋ＩｃＦ｝−Ｃｐ＊｛ｄＶａＦ＋ｄＶｂＦ＋ｄＶｃＦ｝となる。
上記の方程式の微分は、
｛ｄＩａｌＦ＋ｄＩｂｌＦ＋ｄＩｃｌＦ｝＝｛ｄＩａＦ＋ｄＩｂＦ＋ｄＩｃＦ｝−Ｃｐ＊｛ｄｄＶａＦ＋ｄｄＶｂＦ＋ｄｄＶｃＦ｝となる。
ＶａＦ＝−Ｌｓ＊ｄＩａＦの関係と、位相ｂ及びｃの他の２つの関係を用いることにより、上記方程式の右辺の最初の括弧の項は、以下のように置き換えられる。
−（１／Ｌｓ）＊｛ｄＶａＦ＋ｄＶｂＦ＋ｄＶｃＦ｝
これにより、電源インピーダンスの公式は以下にたどり着く。
Ｌｓ＝−｛ＶａＦ＋ＶｂＦ＋ＶｃＦ｝／｛［ｄＩａｌＦ＋ｄＩｂｌＦ＋ｄＩＣｌＦ］＋Ｃｐ＊［ｄｄＶａＦ＋ｄｄＶｂＦ＋ｄｄＶｃＦ］｝。

従って、電源インピーダンスの公式は、３つの正味障害電圧全ての和を２つの項、すなわち正味障害線電流の３つの導関数全ての和と、正味障害電圧の３つの二次導関数全ての和に静電容量を乗算したものとの和で乗算し、その後に結果を相殺することによって得られる。

電源インピーダンスの導出で定式化される方程式は、アース（又は接地）及び図３に示すような回路部品を通じて経路が形成された回路を想定したものである。回路経路がアース（又は接地）を含む場合、通常、回線インピーダンス方程式は、変電所におけるゼロシーケンスリアクタンス（Ｘ０）と正シーケンスリアクタンス（Ｘ１）の比率として定義される残差補正のＫ係数：Ｋ＝Ｘ０／Ｘ１によって補正される。従って、残差補正（ＬｓＫ）を含む最終的な電源インピーダンスは、ＬｓＫ＝Ｌｓ／Ｋという最終的な公式を有する。この最終的な電源インピーダンスの処理を、持続時間にわたる平滑値の同じ平滑化及び平均化を適用することにより、値が着実な安定した持続時間を有するように適用することができる。この公式は、変電所における測定可能かつ導出可能な値のみを用いて表したものであると理解されるであろう。

図３を参照しながら、Ｌｆの計算に使用する障害位置の公式化について説明する。Ｌｆの公式は、Ｖａｎ（０）、Ｌｆ、Ｃｐ及びアース（接地）によるループを形成する図３の回路の一部のみを用いて導出される。点線の楕円で示すループ周囲の電圧方程式は、ＶａＦ＝Ｌｆ＊ｄＩａｌＦ−Ｖａｎ（０）によって表される。この時、インダクタンスの面から見た障害距離Ｌｆは、Ｌｆ＝｛Ｖａｎ（０）＋ＶａＦ｝／｛ｄＩａｌＦ｝として公式化される。従って、障害位置までのインピーダンスは、障害開始時点の電圧レベルと正味障害電圧の和を障害のある位相正味障害線電流の導関数で除算することによって得られる。同様に残差補正を適用すると、インダクタンス障害までの補正距離は、Ｌｆｋ＝Ｌｆ／Ｋという最終的な公式を有する。電源インピーダンスについては、この最終的な障害距離の処理を、持続時間にわたる平滑値のデータ平滑化法及び平均化を使用することにより、値が着実な安定した持続時間を有するように適用することができる。この障害位置のための公式は、変電所における測定可能かつ導出可能な値のみを用いて表したものであると理解されるであろう。

計算された障害までの距離（Ｌｆ）は、実際の障害データ及び実際の障害距離を使用する代わりに、計算された電源インダクタンス（Ｌｓ）を用いてその精度を自己評価することができる。この自己評価が可能な理由は、ＬＦ及びＬｓの公式が同じ変数を含むからである。Ｌｓ＝−｛ＶａＦ＋ＶｂＦ＋ＶｃＦ｝／｛［ｄＩａｌＦ＋ｄＩｂｌＦ＋ｄＩｃｌＦ］＋Ｃｐ＊［ｄｄＶａＦ＋ｄｄＶｂＦ＋ｄｄＶｃＦ］｝として表されるＬｓの公式に含まれる変数は、正味障害電圧（及びその二重導関数）及び正味障害電流の導関数を含む。一方、Ｌｆ＝｛−ＶａＦ＋Ｖａｎ（０）｝／｛ｄＩａｌＦ｝として表されるＬｆの公式に含まれる変数は、正味障害電圧及び正味障害電流を含む。計算される電源インダクタンスＬｓの精度は、計算される障害位置の精度と密接に関連する。従って、測定データを用いて検査しなくても、計算したＬｓが正確であれば、計算したＬｆも正確であることが示される。

高容量回路においてこれらの導出された公式を用いて電源インピーダンスの特定及び障害位置の計算を行う方法は様々である。他の例も可能であると理解されるであろう。

電源インピーダンス及び自己排除型過渡的障害の位置の特定は、変電所で測定した電圧及び電流信号を受け取り、これらの信号を本明細書で上述したように分析し、電源インピーダンス及び障害位置を計算して結果を送信するスタンドアロン型システムにおいて実現することができる。この結果は、スタンドアロン型システムに内蔵されたディスプレイに提示することができる。さらに、この結果は、ＳＣＡＤＡ（リモート監視・制御システム）、ＤＭＳ（配電管理システム）、ＱＭＳ（停電管理システム）、ＤＡ（配電自動化システム）、又はその他の同様の種類などの商用電源管理システムに送信することもできる。さらに、この結果は、上位層システムに結果を通信できる他の電子的又は静的インテリジェント装置に送信することもできる。

本明細書で説明した電源インピーダンスの測定及び障害位置の計算を行う方法は、回路又はシステムを伴う様々な位置に展開することができる。例えば、（上述の公式などを使用する）上述した方法は、既存のコンピュータ／デジタル継電器（すなわち、現在稼働中の継電器）にコンピュータコードとして実装することができる。換言すれば、別個の新たな装置は不要である。通常、変電所内の既存の継電器は、電圧及び電流信号を読み出して、監視義務下にある回線にエネルギーを与え続けるべきか、それとも遮断すべきかを判断するように設置されている。これらの継電器内に上述した方法をコンピュータコードとして実装すれば、継電器が、障害位置及び電源インピーダンスの特定という追加機能を提供するようになる。

本明細書で説明した方法は、（２、３の例を挙げれば）ＤＭＳ、ＯＭＳ又はＤＡなどの電力管理システムの一部である処理装置によって実行されるコンピュータコードとして実装することもできる。この点において、上述した公式を実装するコンピュータコードはシステムの一部になる。電力管理システムに予め組み込まれた機構を使用して信号データが読み出される。このデータを分析して電源インピーダンス及び障害位置の計算を行い、これにより電力管理システムは障害位置の追加機能を提供することができる。

本明細書で説明した方法は、コンピュータネットワークサーバに実装することもできる。サーバは、遠隔地に配置された電力管理システムにネットワークを介して接続することができる。この点に関し、１つの態様では、サーバが、電力管理システムから信号データを受け取り、このデータを分析し、電源インピーダンス及び障害位置を計算して、結果を電力管理システムに送信する。このサーバベースのシステムは、ネットワーク信号データをサーバに（例えば、電力管理システムを介して、又はサーバが利用できるいずれかの手段によってサーバに）送信できる限り、あらゆる電気ネットワークの電源インピーダンス及び障害位置の計算を可能にする。この点に関し、適切な場合には、あらゆる電力管理システム（又は他のいずれかの適当なシステム）がサーバにネットワーク信号データを送信して、電源インピーダンス及び自己排除型の障害位置を計算することができる。過渡的な障害位置情報を使用して、過渡的なサブサイクル障害状態が永久障害及び予定外の停電に至る前に予防保全及び修復活動の準備を行うことができる。

ここで図４を参照しながら、障害位置特定方法の一例について説明する。ステップ４０２において、三相回路内の測定ポイントにおいて正味障害線電流を測定する。この測定ポイントは、変電所の出力部に位置し、障害のある三相回路は、正味障害線電流及び接地電流を伴うループ回路を有する。

ステップ４０４において、測定ポイントから測定したループ回路の正味障害線電流の導関数を計算する。ステップ４０６において、少なくとも正味障害電流の導関数を用いてサブサイクル障害までの未補正距離を求める。ステップ４０８において、この処理は、ループ回路の接地電流を補正するように構成される。

ステップ４１０において、この補正を未補正距離に適用して、サブサイクル障害までの補正距離を生成する。補正距離は、インダクタンス単位で測定することができる。

ここで図５を参照しながら、障害位置を特定するための装置５００の一例について説明する。装置５００は、三相回路５０４における測定ポイント５０２から（ここでは電圧源として示す）障害５１１までの距離を求めるように構成される。回路５０４は、接地電流Ｉｇ及び正味障害電流Ｉｆを伴うループ回路５０６を有する。装置５００は、インターフェイス５０８及びプロセッサ５１０を含む。単純化のために三相回路の１つの位相のみに接続が行われているように示しているが、他の位相に接続を行うこともできると理解されるであろう。

インターフェイス５０８は、入力部５１２及び出力部５１４を有する。プロセッサ５１０は、インターフェイス５０８に結合され、インターフェイス５０８の入力部５１２において受け取られた正味障害線電流の導関数を計算し、この導関数を用いてサブサイクル障害までの未補正距離を求めるように構成される。プロセッサ５１０は、接地電流を補正し、この補正を未補正距離に適用して障害までの補正距離を生成し、インターフェイス５０８の出力部５３４に提示するようにさらに構成される。

いくつかの態様では、装置５００が、変電所５０１に配置された既存の電力管理システムと共に少なくとも部分的に配置される。他の例では、装置５００が、通信ネットワークを介して測定ポイントにおけるセンサと通信する。

さらに他の態様では、プロセッサ５１０が、電源インダクタンスを求めるようにさらに構成され、電源インダクタンスは、変電所５０１を振り返る測定ポイントから測定される。さらに他の例では、プロセッサ５３０が、求められた電源インダクタンスに少なくとも基づいて障害位置の精度を求めるようにさらに構成される。

ここで図６を参照しながら、障害位置特定システムの一例について説明する。装置６００は、三相回路６０２における測定ポイントから障害までの距離を求めるように構成される。障害状態にある回路６０２は、接地電流及び正味障害電流を伴うループ回路６０４を有する。装置は、センサ６０６及び処理装置６０８を含む。単純化のために三相回路の１つの位相のみに接続が行われているように示しているが、他の位相に接続を行うこともできると理解されるであろう。

センサ６０６は、線電流を測定し、ループ回路６０４の正味障害線電流Ｉｆを導出し、変電所６１２の出力部に位置する測定ポイント６１０に配置される。処理装置６０８はセンサに結合され、正味障害線電流の導関数を計算するとともに、この導関数を用いてサブサイクル障害までの未補正距離を求めるように構成される。処理装置６０８は、接地電流を補正し、未補正距離に補正係数を適用して障害までの補正距離を生成するようにさらに構成される。

図示のように、処理装置６０８は、センサとは異なる位置に存在する。センサ及び処理装置６０８は、通信ネットワーク６１４を介して結合する。例えば、処理装置６０８はサーバに位置することができる。他の態様では、処理装置６０８が、電力管理システムに位置する電力管理システムに位置することができる。さらに他の態様では、処理装置が、（センサ６０６と同様に）継電器に位置する。

さらに他の態様では、処理装置６０８が、電源インダクタンスを求めるようにさらに構成される。電源インダクタンスは、変電所６１２を振り返る測定ポイント６１０から測定される。電源インダクタンスは、少なくとも静電容量に従って求められる。処理装置６０８は、求められた電源インダクタンスに少なくとも基づいて障害位置の精度を求めるようにさらに構成される。

本明細書で開示した発明は、特定の実施形態及びその応用によって説明したものであるが、当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく数多くの修正及び変形を行うことができる。

１０２ 三相ケーブル回路
１０４ 変電所
１０６ 三相電源
１０７ ケーブル終端
１０８ 三相電源
１０９ 中性点
１１０ 三相電源
１１２ ケーブルジャケット
１２０ 位相ケーブル
１２２ 位相ケーブル
１２４ 位相ケーブル
１３０ 電源インピーダンス
１３２ 電源インピーダンス
１３４ 電源インピーダンス
１４０ 三相コンデンサバンク
１４１ 中性点
１４２ 三相コンデンサバンク
１４３ 障害位置
１４４ 三相コンデンサバンク
１６０ 障害検出及び位置特定装置
１７０ ポイント

Claims (20)

1. 三相回路における測定ポイントから障害までの距離を求める方法であって、前記測定ポイントは、変電所の出力部に位置し、前記三相回路は、正味障害線電流及び接地電流を伴うループ回路を有し、前記方法は、
   前記測定ポイントから測定した前記ループ回路の前記正味障害線電流の導関数を取り、少なくとも該正味障害電流の該導関数を用いて前記サブサイクル障害までの未補正距離を求めるステップと、
   前記ループ回路の前記接地電流を補正するステップと、
   前記未補正距離に前記補正を適用して前記サブサイクル障害までの補正距離を生成するステップと、
   を含むことを特徴とする方法。
2. 前記補正距離は、インダクタンス単位で測定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記測定ポイントにおいて前記ループ回路の正味障害線電流を測定するステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
4. 前記測定するステップは、変電所に配置された既存の電力管理システムを用いて行われる、
   ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記正味障害線電流は、ネットワークを介してサーバに送信される、
   ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
6. 電源インダクタンスを求めるステップをさらに含み、該電源インダクタンスは、前記変電所を振り返る前記測定ポイントから測定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
7. 前記電源インダクタンスは、少なくとも１つの静電容量に従って求められる、
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
8. 前記求められた電源インダクタンスに少なくとも部分的に基づいて障害位置の精度を求めるステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項６に記載の方法。
9. 前記障害距離をユーザに表示するステップをさらに含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
10. 三相回路における測定ポイントから障害までの距離を求めるように構成された装置であって、前記回路は、接地電流及び正味障害電流を伴うループ回路を有し、前記装置は、
    前記ループ回路の前記正味障害線電流を測定するための、変電所の出力部に位置する前記測定ポイントに配置されたセンサと、
    前記センサに結合され、前記正味障害線電流の導関数を計算し、該導関数を用いて前記サブサイクル障害までの未補正距離を求めるように構成されるとともに、前記接地電流を補正し、該補正を前記未補正距離に適用して前記障害までの補正距離を生成するようにさらに構成された処理装置と、
    を備えることを特徴とする装置。
11. 前記装置は、前記変電所に配置された既存の電力管理システムと共に少なくとも部分的に配置される、
    ことを特徴とする前記請求項１０に記載の装置。
12. 前記処理装置は、前記センサと異なる位置に存在し、前記センサ及び前記処理装置は、通信ネットワークを介して結合する、
    ことを特徴とする前記請求項１０に記載の装置。
13. 前記処理装置は、電源インダクタンスを求めるようにさらに構成され、前記電源インダクタンスは、前記変電所を振り返る前記測定ポイントから測定される、
    ことを特徴とする前記請求項１０に記載の装置。
14. 前記電源インダクタンスは、少なくとも１つの静電容量に従って求められる、
    ことを特徴とする前記請求項１３に記載の装置。
15. 前記処理装置は、前記求められた電源インダクタンスに少なくとも基づいて障害位置の精度を求めるようにさらに構成される、
    ことを特徴とする前記請求項１３に記載の装置。
16. 三相回路における測定ポイントから障害までの距離を求めるように構成された装置であって、前記回路は、接地電流及び正味障害電流を伴うループ回路を有し、前記装置は、
    入力部及び出力部を有するインターフェイスと、
    前記インターフェイスに結合され、前記インターフェイスの前記入力部において受け取られた前記正味障害線電流の導関数を計算し、前記導関数を用いて前記サブサイクル障害までの未補正距離を求めるように構成されるとともに、前記接地電流を補正し、該補正を前記未補正距離に適用して障害までの補正距離を生成し、前記インターフェイスの前記出力部に提示するようにさらに構成されたプロセッサと、
    を備えることを特徴とする装置。
17. 前記装置は、変電所に配置された既存の電力管理システムと共に少なくとも部分的に配置される、
    ことを特徴とする前記請求項１６に記載の装置。
18. 前記装置は、通信ネットワークを介して前記測定ポイントにおけるセンサと通信する、
    ことを特徴とする前記請求項１６に記載の装置。
19. 前記プロセッサは、電源インダクタンスを求めるようにさらに構成され、該電源インダクタンスは、前記変電所を振り返る前記測定ポイントから測定される、
    ことを特徴とする前記請求項１６に記載の装置。
20. 前記プロセッサは、前記求められた電源インダクタンスに少なくとも部分的に基づいて障害位置の精度を求めるようにさらに構成される、
    ことを特徴とする前記請求項１９に記載の装置。

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