JP2017093069A - 地絡検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出された零相電圧又は零相電流の信号から、デジタルフィルタで基本波の周波数成分を取り出した場合でも、適切に地絡事故の発生を検出することができる地絡検出装置を提供する。
【解決手段】配電線に設けられた開閉器子局３に配置され、配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置１において、配電線に配置された零相電流検出器２２によって検出された零相電流信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１ａと、Ａ／Ｄ変換部より出力される零相電流信号から基本波成分を抽出するデジタルフィルタ１１ｂと、デジタルフィルタからの出力に基づいて零相電流ベクトルＩｏを生成するベクトル生成部１１ｃと、零相電流ベクトルＩｏから所定時間前に生成された零相電流ベクトルＩｏ’を減算して零相電流変化ベクトルΔＩｏを生成する差分検出部１４と、零相電流変化ベクトルに基づいて地絡の判定を行う地絡判定部１６とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、配電線に設けられた開閉器子局に配置され、前記配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置に関する。

配電線事故の一つである地絡事故の検出には、零相電圧または零相電流の大きさを用いる手法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかし、地絡事故の発生原因により、検出された零相電圧および零相電流の波形が大きく歪む場合がある。歪んだ波形から精度よく目的の周波数成分（基本波成分）を取り出すために、デジタルフィルタを採用することが考えられる。

特開２０１１−２１７４８１号公報

デジタルフィルタを用いた場合、基本波の周波数以外の周波数成分が大きく減衰されて、基本波の周波数成分を取り出すことができるが、取り出された信号の信号強度は大きく減少する。この場合、系統で発生している残留零相電圧および残留零相電流の影響が大きくなり、地絡を適切に検出できない場合がある。特に、配電線の上流側（電源側）にステップ式自動電圧調整器（Step Voltage Regulator：以下では、「ＳＶＲ」とする）が配置されている場合、残留零相電圧および残留零相電流は大きくなり、また、ＳＶＲのタップの切り替えによって残留零相電圧および残留零相電流は変化する。したがって、残留零相電圧および残留零相電流の影響がさらに大きくなる。

図７は、残留零相電圧が地絡検出に及ぼす影響を説明するための図である。同図に示す実線矢印は、地絡事故が発生したときの実際の零相電流のベクトルを示している。破線で示す円Ｃは地絡事故が発生したと判定するための閾値を示しており、実線矢印で示すベクトルの先端が円Ｃの外側に達している場合、零相電流の大きさが閾値を超えているので、地絡事故が発生したと判定される。しかし、系統で残留零相電流が発生している場合、一点鎖線矢印が残留零相電流のベクトルとすると、検出される零相電流は、実際の零相電流（実線矢印で示すベクトル）と残留零相電流（一点鎖線矢印で示すベクトル）とが合成された、見かけ上の零相電流（破線矢印で示すベクトル）になってしまう。この場合、破線矢印で示すベクトルの先端が円Ｃの外側に達していないので、地絡事故が発生したと判定されない。つまり、地絡が未検出となる。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、検出された零相電圧または零相電流の信号から、デジタルフィルタで基本波の周波数成分を取り出した場合でも、適切に地絡事故の発生を検出することができる地絡検出装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の側面によって提供される地絡検出装置は、配電線に設けられた開閉器子局に配置され、前記配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置であって、前記配電線に配置された零相電流検出器によって検出された零相電流信号をデジタル信号に変換する零相電流Ａ／Ｄ変換手段と、前記零相電流Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電流信号から所定の周波数成分を抽出する零相電流デジタルフィルタと、前記零相電流デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電流ベクトルを生成する零相電流ベクトル生成手段と、前記零相電流ベクトルから、所定時間前に生成された零相電流ベクトルを減算して、零相電流変化ベクトルを生成する零相電流変化ベクトル生成手段と、前記零相電流変化ベクトルの大きさが所定の閾値より大きい場合に、地絡事故が発生したと判定する地絡判定手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記配電線の上流側には、ステップ式自動電圧調整器が配置されており、前記所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電流の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されている。

本発明の第２の側面によって提供される地絡検出装置は、配電線に設けられた開閉器子局に配置され、前記配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置であって、前記配電線に配置された零相電圧検出器によって検出された零相電圧信号をデジタル信号に変換する零相電圧Ａ／Ｄ変換手段と、前記零相電圧Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電圧信号から所定の周波数成分を抽出する零相電圧デジタルフィルタと、前記零相電圧デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電圧ベクトルを生成する零相電圧ベクトル生成手段と、前記零相電圧ベクトルから、所定時間前に生成された零相電圧ベクトルを減算して、零相電圧変化ベクトルを生成する零相電圧変化ベクトル生成手段と、前記零相電圧変化ベクトルの大きさが所定の閾値より大きい場合に、地絡事故が発生したと判定する地絡判定手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記配電線の上流側には、ステップ式自動電圧調整器が配置されており、前記所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電圧の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されている。

本発明の第３の側面によって提供される地絡検出装置は、配電線に設けられた開閉器子局に配置され、前記配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置であって、前記配電線に配置された零相電流検出器によって検出された零相電流信号をデジタル信号に変換する零相電流Ａ／Ｄ変換手段と、前記配電線に配置された零相電圧検出器によって検出された零相電圧信号をデジタル信号に変換する零相電圧Ａ／Ｄ変換手段と、前記零相電流Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電流信号から所定の周波数成分を抽出する零相電流デジタルフィルタと、前記零相電圧Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電圧信号から所定の周波数成分を抽出する零相電圧デジタルフィルタと、前記零相電流デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電流ベクトルを生成する零相電流ベクトル生成手段と、前記零相電圧デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電圧ベクトルを生成する零相電圧ベクトル生成手段と、前記零相電流ベクトルから、所定時間前に生成された零相電流ベクトルを減算して、零相電流変化ベクトルを生成する零相電流変化ベクトル生成手段と、前記零相電圧ベクトルから、所定時間前に生成された零相電圧ベクトルを減算して、零相電圧変化ベクトルを生成する零相電圧変化ベクトル生成手段と、前記零相電流変化ベクトルの大きさ、または、前記零相電圧変化ベクトルの大きさに基づいて、地絡事故が発生したと判定する地絡判定手段と、前記地絡判定手段によって地絡事故が発生したと判定された場合に、前記零相電流変化ベクトルと前記零相電圧変化ベクトルとの位相差に基づいて、地絡方向の判定を行う方向判定手段とを備えていることを特徴とする。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記地絡判定手段は、前記零相電流変化ベクトルの大きさが第１の所定の閾値より大きく、かつ、前記零相電圧変化ベクトルの大きさが第２の所定の閾値より大きい場合に、地絡事故が発生したと判定する。

本発明の好ましい実施の形態においては、前記配電線の上流側には、ステップ式自動電圧調整器が配置されており、前記第１の所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電流の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されており、前記第２の所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電圧の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されている。

本発明によると、零相電流検出器によって検出された零相電流信号が、零相電流Ａ／Ｄ変換手段によってデジタル信号に変換され、零相電流デジタルフィルタによって所定の周波数成分を抽出されて、零相電流ベクトル生成手段によってベクトル化される。そして、零相電流ベクトルから、所定時間前に生成された零相電流ベクトルが減算された零相電流変化ベクトルが生成される。地絡判定手段は、零相電流変化ベクトルの大きさに基づいて、地絡の判定を行う。零相電流デジタルフィルタを通過することで信号強度が大きく減少して、零相電流ベクトルに含まれる残留零相電流の影響が大きくなっていても、零相電流変化ベクトルにおいては、残留零相電流の成分が打ち消されているので、適切に地絡事故の発生を検出することができる。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

第１実施形態に係る地絡検出装置を説明するための図である。 第１実施形態に係るデジタルフィルタを説明するための図である。 零相電流変化ベクトルをベクトル図で表したものである。 零相電流変化ベクトルおよび零相電圧変化ベクトルをベクトル図で表したものである。 地絡検出装置が行う地絡検出処理の処理手順について説明するためのフローチャートである。 第１実施形態に係る地絡検出装置の他の実施例を説明するための図である。 残留零相電圧が地絡検出に及ぼす影響を説明するためのベクトル図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面を参照して具体的に説明する。

図１は、第1実施形態に係る地絡検出装置１を説明するための図であり、三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の配電線に設けられた開閉器子局３に配置されている状態を示している。開閉器子局３は、配電線に複数設けられている各開閉器２に対応して設けられており、親局との間で通信部３１を介して通信を行っている。開閉器子局３は、地絡検出装置１や過電流検出装置（図示しない）などを備えており、各種検出装置による検出結果を親局に送信する。親局は、各開閉器子局３から受信した情報に基づいて、各開閉器子局３に、対応する開閉器２を開閉する指示を送信する。なお、開閉器子局３は、各種検出装置による検出結果を表示するための表示装置なども備えているが、図１においては記載を省略している。

開閉器２は、親局からの指示に応じて、配電線の開路および閉路を行うものである。開閉器２は、各相の配電線に直列接続された開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを備えており、開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃを開閉することで、配電線の開路および閉路を行う。また、開閉器２は、零相電流検出器２２および零相電圧検出器２３を備えている。なお、開閉器２は、各相の配電線で電流を検出する電流検出器や、電圧を検出する電圧検出器も備えているが、図１においては図示していない。

零相電流検出器２２は、三相の配電線を流れる零相電流を検出するものであり、いわゆる零相変流器（ＺＣＴ）である。零相電流検出器２２は、検出した零相電流信号を地絡検出装置１に出力する。なお、零相電流検出器２２の検出方式は限定されない。また、零相電流検出器２２は、開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの上流側（電源側）に配置されていてもよいし、下流側（末端側）に配置されていてもよい。零相電圧検出器２３は、三相の配電線の零相電圧を検出するものであり、いわゆる零相電圧変成器（ＺＰＤ）である。零相電圧検出器２３は、検出した零相電圧信号を地絡検出装置１に出力する。なお、零相電圧検出器２３の検出方式は限定されない。また、零相電圧検出器２３は、開閉スイッチ２１ａ，２１ｂ，２１ｃの下流側に配置されていてもよいし、上流側に配置されていてもよい。

開閉器２の上流側（電源側）には、ＳＶＲ４が配置されている。ＳＶＲ４は、配電線の抵抗で低下した電圧を昇圧するものであり、自動的にタップを切り替えることで昇圧比を変更する。ＳＶＲ４のタップの切り替えによって、残留零相電流および残留零相電圧は変化する。

地絡検出装置１は、配電線での地絡事故の発生を検出し、地絡事故が上流側（電源側）で発生したのか下流側（末端側）で発生したのかを示す地絡方向の判定も行う。地絡検出装置１は、零相電流検出器２２より入力される零相電流信号と、零相電圧検出器２３より入力される零相電圧信号とに基づいて、地絡の検出および地絡方向の判定を行い、検出結果（判定結果）を通信部３１に出力する。通信部３１は、検出結果（判定結果）を親局に送信する。

地絡検出装置１は、例えばマイクロコンピュータなどによって実現されており、零相電流ベクトル生成部１１、零相電圧ベクトル生成部１２、記憶部１３、差分検出部１４，１５、地絡判定部１６、および、方向判定部１７を備えている。

零相電流ベクトル生成部１１は、零相電流検出器２２によって検出された零相電流信号から、零相電流ベクトルＩ₀を生成するものである。零相電流ベクトル生成部１１は、Ａ／Ｄ変換部１１ａ、デジタルフィルタ１１ｂ、および、ベクトル生成部１１ｃを備えている。

Ａ／Ｄ変換部１１ａは、零相電流検出器２２より入力される零相電流信号を、デジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換部１１ａは、所定のサンプリング周波数で、アナログ信号である零相電流信号の標本化を行い、量子化を行って、デジタル信号に変換する。デジタル化された零相電流信号は、デジタルフィルタ１１ｂに出力される。

デジタルフィルタ１１ｂは、バンドパスフィルタであって、基本波の周波数（例えば６０Ｈｚ）成分のみを抽出するものである。デジタルフィルタ１１ｂは、Ａ／Ｄ変換部１１ａより入力されるデジタル化された零相電流信号から、基本波の周波数成分のみを抽出して、ベクトル生成部１１ｃに出力する。

零相電流検出器２２より入力される零相電流信号は、基本波成分に高調波成分などが重畳されているので、図２（ａ）に示す様に、波形が大きく歪んだものになっている。デジタルフィルタ１１ｂは、基本波以外の周波数成分を減衰させて、基本波成分のみを抽出する。図２（ｂ）は、図２（ａ）の波形に示す信号がデジタルフィルタ１１ｂを通過して出力された信号の波形を示している。図２（ｂ）に示すように、基本波成分のみが抽出されて、正弦波状の波形になっている。しかし、信号強度は大きく減少している。このため、残留零相電流の影響が大きくなる。

ベクトル生成部１１ｃは、デジタルフィルタ１１ｂより入力される信号から振幅および位相を検出し、これらに基づいて零相電流ベクトルＩ₀を生成する。零相電流ベクトルＩ₀は、複素数として扱われ、例えば、Ｉ₀＝ａ＋ｂｊ（ａ，ｂは実数であり、ｊは虚数単位である）となる。ベクトル生成部１１ｃは、所定のタイミングで生成した零相電流ベクトルＩ₀を、記憶部１３および差分検出部１４に出力する。

記憶部１３は、ベクトル生成部１１ｃより入力される零相電流ベクトルＩ₀を記憶領域に記憶する。また、記憶部１３は、記憶領域から、所定時間ｔ（例えば、数十〜数百ミリ秒）前に記憶された零相電流ベクトルＩ₀を読み出して、差分検出部１４に出力する。所定時間ｔが短すぎると、地絡事故による零相電流の変化の途中で、後述する零相電流変化ベクトルΔＩ₀を生成してしまい、適切に地絡を検出できない場合がある。一方、所定時間ｔが長すぎると、ＳＶＲのタップの切り替えによる残留零相電流の変化の影響を受けやすくなる。したがって、地絡事故による零相電流の変化に係る時間より長い時間で、できるだけ短い時間を設定するのが望ましい。以下では、記憶領域から読み出された零相電流ベクトルＩ₀を、「零相電流ベクトルＩ₀’」とする。

差分検出部１４は、ベクトル生成部１１ｃより入力される零相電流ベクトルＩ₀から、記憶部１３より入力される零相電流ベクトルＩ₀’を減算して、零相電流変化ベクトルΔＩ₀（＝Ｉ₀−Ｉ₀’）を算出する。零相電流ベクトルＩ₀’＝ａ’＋ｂ’ｉとすると、ΔＩ₀＝（ａ−ａ’）＋（ｂ−ｂ’）ｊとなる。差分検出部１４は、算出した零相電流変化ベクトルΔＩ₀を、地絡判定部１６および方向判定部１７に出力する。

地絡判定部１６は、地絡事故が発生したか否かを判定するものであり、差分検出部１４より入力される零相電流変化ベクトルΔＩ₀の大きさが所定の閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定する。例えば、閾値をＸとすると、
Ｘ＜ √｛（ａ−ａ’）²＋（ｂ−ｂ’）²｝
の場合に、地絡判定部１６は、地絡事故が発生したと判定する。地絡判定部１６は、地絡事故が発生したと判定した場合、その旨を示す信号（地絡検出信号）を、方向判定部１７および通信部３１に出力する。通信部３１は、親局に地絡検出信号を送信する。

零相電流ベクトルＩ₀には、残留零相電流の成分が含まれているために、零相電流ベクトルＩ₀を用いて地絡の判定を行うと、実際には地絡事故が発生しているにもかかわらず検出できない場合がある（図７参照）。したがって、本実施形態では、当該誤判定を防ぐために、生成した零相電流ベクトルＩ₀から、所定時間ｔ前に生成された零相電流ベクトルＩ₀’を減算した零相電流変化ベクトルΔＩ₀を用いて地絡の判定を行う。零相電流ベクトルＩ₀’にも残留零相電流の成分が含まれているので、零相電流変化ベクトルΔＩ₀は、残留零相電流の成分を含まない（残留零相電流の影響を受けていない）、実際の零相電流を表している。

図３は、零相電流ベクトルＩ₀、零相電流ベクトルＩ₀’、および、零相電流変化ベクトルΔＩ₀’をベクトル図で表したものである。破線で示す円Ｃは、地絡事故が発生したと判定するための閾値Ｘを示しており、零相電流変化ベクトルΔＩ₀’の先端が円Ｃの外側に達している場合、実際の零相電流の大きさが閾値Ｘを超えているので、地絡事故が発生したと判定される。

零相電流ベクトルＩ₀および零相電流ベクトルＩ₀’が、いずれも、地絡の発生に基づく成分を含んでいない場合（両者の検出時に地絡が発生していない場合）、零相電流ベクトルＩ₀と零相電流ベクトルＩ₀’とがほぼ同じになり（図３（ａ）参照）、零相電流変化ベクトルΔＩ₀は、極めて小さくなる（図３（ａ）においては小さすぎて表示されていない）。この場合、零相電流変化ベクトルΔＩ₀の大きさが閾値Ｘを超えないので、地絡は検出されない。

一方、零相電流ベクトルＩ₀が地絡の発生に基づく成分を含んでおり、零相電流ベクトルＩ₀’が地絡の発生に基づく成分を含んでいない場合（両者の検出時の間に地絡が発生した場合）、零相電流ベクトルＩ₀と零相電流ベクトルＩ₀’とは大きく異なり（図３（ｂ）参照）、零相電流変化ベクトルΔＩ₀は、零相電流ベクトルＩ₀から残留零相電流の成分を除去した、実際の零相電流を表している。この場合、零相電流変化ベクトルΔＩ₀の先端が円Ｃの外側に達している（零相電流変化ベクトルΔＩ₀の大きさが閾値Ｘを超えている）ので、地絡事故が発生したと判定される。

なお、ＳＶＲ４のタップの切り替えによって残留零相電流が変化するので、当該変化分が零相電流変化ベクトルΔＩ₀に反映される。本実施形態においては、零相電流変化ベクトルΔＩ₀が、残留零相電流の変化に基づくものであるか、地絡の発生に基づくものであるかを判定できるように、閾値Ｘを設定している。すなわち、閾値Ｘを、ＳＶＲ４のタップの切り替えによる、所定時間ｔでの残留零相電流の変化に基づくベクトルの大きさより大きいものとして設定している。図３（ｃ）は、ＳＶＲ４のタップの切り替えによって、零相電流ベクトルＩ₀と零相電流ベクトルＩ₀’とで、残留零相電流が変化した場合を示している。この場合、零相電流変化ベクトルΔＩ₀は残留零相電流の変化分となる。零相電流変化ベクトルΔＩ₀の先端は円Ｃの外側に達していないので、地絡事故が発生したとは判定されない。ただし、閾値Ｘを大きくすると、残留零相電流の変化による誤検出を抑制できるが、地絡事故の発生を検出できない場合がある。したがって、閾値Ｘは、残留零相電流の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値で、できるだけ小さい値を設定するのが望ましい。

図１に戻って、零相電圧ベクトル生成部１２は、零相電圧検出器２３によって検出された零相電圧信号から、零相電圧ベクトルＶ₀を生成するものである。零相電圧ベクトル生成部１２は、Ａ／Ｄ変換部１２ａ、デジタルフィルタ１２ｂ、および、ベクトル生成部１２ｃを備えている。

Ａ／Ｄ変換部１２ａは、零相電圧検出器２３より入力される零相電圧信号を、デジタル信号に変換するものである。Ａ／Ｄ変換部１２ａは、所定のサンプリング周波数で、アナログ信号である零相電圧信号の標本化を行い、量子化を行って、デジタル信号に変換する。デジタル化された零相電圧信号は、デジタルフィルタ１２ｂに出力される。

デジタルフィルタ１２ｂは、デジタルフィルタ１１ｂと同様、バンドパスフィルタであって、基本波の周波数（例えば６０Ｈｚ）成分のみを抽出するものである。デジタルフィルタ１２ｂは、Ａ／Ｄ変換部１２ａより入力されるデジタル化された零相電圧信号から、基本波の周波数成分のみを抽出して、ベクトル生成部１２ｃに出力する。

零相電圧検出器２３より入力される零相電圧信号も、基本波成分に高調波成分などが重畳されているので、波形が大きく歪んだものになる。デジタルフィルタ１２ｂは、基本波以外の成分を減衰させて、基本波成分のみを抽出する。デジタルフィルタ１２ｂを通過した信号も、信号強度が大きく減少するので、残留零相電圧の影響が大きくなる。

ベクトル生成部１２ｃは、デジタルフィルタ１２ｂより入力される信号から振幅および位相を検出し、これらに基づいて零相電圧ベクトルＶ₀を生成する。零相電圧ベクトルＶ₀は、複素数として扱われ、例えば、Ｖ₀＝ｃ＋ｄｊ（ｃ，ｄは実数であり、ｊは虚数単位である）となる。ベクトル生成部１２ｃは、所定のタイミングで生成した零相電圧ベクトルＶ₀を、記憶部１３および差分検出部１５に出力する。

記憶部１３は、ベクトル生成部１２ｃより入力される零相電圧ベクトルＶ₀も記憶領域に記憶する。また、記憶部１３は、記憶領域から、所定時間ｔ（例えば、数十〜数百ミリ秒）前に記憶された零相電圧ベクトルＶ₀を読み出して、差分検出部１５に出力する。以下では、記憶領域から読み出された零相電圧ベクトルＶ₀を、「零相電圧ベクトルＶ₀’」とする。

差分検出部１５は、ベクトル生成部１２ｃより入力される零相電圧ベクトルＶ₀から、記憶部１３より入力される零相電圧ベクトルＶ₀’を減算して、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀（＝Ｖ₀−Ｖ₀’）を算出する。零相電圧ベクトルＶ₀’＝ｃ’＋ｄ’ｊとすると、ΔＶ₀＝（ｃ−ｃ’）＋（ｄ−ｄ’）ｊとなる。差分検出部１５は、算出した零相電圧変化ベクトルΔＶ₀を、方向判定部１７に出力する。

零相電圧ベクトルＶ₀には、残留零相電圧の成分が含まれているため、本実施形態では、生成した零相電圧ベクトルＶ₀から、所定時間ｔ前に生成された零相電圧ベクトルＶ₀’を減算した零相電圧変化ベクトルΔＶ₀を用いて、地絡方向の判定を行う。零相電圧ベクトルＶ₀’にも残留零相電圧の成分が含まれているので、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀は、残留零相電圧の成分を含まない（残留零相電圧の影響を受けていない）、実際の零相電圧を表している。

方向判定部１７は、地絡方向を判定するものである。方向判定部１７は、差分検出部１４より入力される零相電流変化ベクトルΔＩ₀と、差分検出部１５より入力される零相電圧変化ベクトルΔＶ₀とに基づいて、その位相差から地絡方向を判定する。方向判定部１７は、位相差検出部１７ａおよび判定部１７ｂを備えている。

位相差検出部１７ａは、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀に対する零相電流変化ベクトルΔＩ₀の位相差θを検出するものである。零相電流変化ベクトルΔＩ₀＝ａ”＋ｂ”ｊとし、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀＝ｃ”＋ｄ”ｊとすると、零相電圧に対する零相電流の位相差θは、
θ＝ｔａｎ^-1｛（ｂ"・ｃ”−a"・ｄ"）／（a"・ｃ”＋ｂ"・ｄ”）｝
として算出される。位相差検出部１７ａは、検出した位相差θを、判定部１７ｂに出力する。

判定部１７ｂは、地絡方向を判定するものである。判定部１７ｂは、地絡判定部１６より地絡検出信号が入力された場合に、位相差検出部１７ａより入力される位相差θに基づいて、地絡方向を判定するものである。例えば、判定部１７ｂは、位相差θが０°＜θ＜１８０°の場合、すなわち、零相電流の位相が零相電圧の位相より進んでいる場合、電源側で地絡が発生したと判定し、位相差θが−１８０°＜θ＜０°の場合、すなわち、零相電流の位相が零相電圧の位相より遅れている場合、末端側で地絡が発生したと判定する。なお、判定部１７ｂによる地絡方向の判定方法は、これに限られない。配電線の状態による位相のずれを考慮して、位相差θの判定のための基準値を設定してもよい。また、方向判定を誤らないようにするために、位相差θが基準値付近の値の場合には、方向の判定を行わない（地絡方向は不明であると判定する）ようにしてもよい。判定部１７ｂは、判定結果を通信部３１に出力する。通信部３１は、親局に判定結果を送信する。

図４は、位相差θをベクトル図で表したものである。図４（ａ）は、零相電流ベクトルＩ₀、零相電流ベクトルＩ₀’、および、零相電流変化ベクトルΔＩ₀を表すベクトル図であり、図３(ｂ)のベクトル図と同じものである。図４（ｂ）は、零相電圧ベクトルＶ₀、零相電圧ベクトルＶ₀’、および、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀をベクトル図で表したものである。

図４（ｃ）は、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀に対する零相電流変化ベクトルΔＩ₀の位相差θ、および、零相電圧ベクトルＶ₀に対する零相電流ベクトルＩ₀の位相差θ’を表している。図４（ｃ）に示すように、０＜θ＜１８０であり、零相電流変化ベクトルΔＩ₀の位相は、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀の位相より進んでいる。一方、−１８０°＜θ’＜０°であり、零相電流ベクトルＩ₀の位相は、零相電圧ベクトルＶ₀の位相より遅れている。つまり、零相電流検出器２２によって検出された零相電流信号から生成された零相電流ベクトルＩ₀と、零相電圧検出器２３によって検出された零相電圧信号から生成された零相電圧ベクトルＶ₀とで位相差を検出して、地絡方向を判定した場合、判定を誤る場合がある。本実施形態においては、差分検出部１４および１５で、それぞれ、零相電流変化ベクトルΔＩ₀および零相電圧変化ベクトルΔＶ₀を算出して位相差を検出しているので、地絡方向を適切に判定することができる。

次に、地絡検出装置１が行う地絡検出処理の処理手順について、図５に示すフローチャートを参照して説明する。

図５は、地絡検出処理を説明するためのフローチャートである。当該処理は、地絡検出装置１が起動された時に開始される。

まず、零相電流検出器２２が検出した零相電流信号、および、零相電圧検出器２３が検出した零相電圧信号が入力される（Ｓ１）。次に、入力された零相電流信号および零相電圧信号に基づいて、零相電流ベクトルＩ₀および零相電圧ベクトルＶ₀が生成される（Ｓ２）。具体的には、入力された信号がＡ／Ｄ変換部１１ａ，１２ａによってデジタル信号に変換されて、デジタルフィルタ１１ｂ，１２ｂによって基本波の周波数成分のみが抽出され、ベクトル生成部１１ｃ，１２ｃによってベクトル化される。

次に、差分検出部１４，１５によって、零相電流変化ベクトルΔＩ₀および零相電圧変化ベクトルΔＶ₀が生成される（Ｓ３）。具体的には、零相電流ベクトルＩ₀（零相電圧ベクトルＶ₀）から、記憶部１３に記憶されていた、所定時間ｔ前の零相電流ベクトルＩ₀’（零相電圧ベクトルＶ₀’）を減算することで算出される。

次に、零相電流変化ベクトルΔＩ₀に基づいて、地絡判定が行われる（Ｓ４）。具体的には、地絡判定部１６によって、零相電流変化ベクトルΔＩ₀の大きさが所定の閾値Ｘを超えたか否かが判定され、閾値Ｘを超えた場合に、地絡事故が発生したと判定される。地絡事故が発生したと判定されなかった場合（Ｓ５：ＮＯ）、ステップＳ１に戻って、ステップＳ１〜Ｓ５が繰り返される。

一方、地絡事故が発生したと判定された場合（Ｓ５：ＹＥＳ）、地絡検出信号が、通信部３１を介して、親局に送信される（Ｓ６）。そして、方向判定部１７によって、地絡方向が判定される（Ｓ７）。具体的には、零相電流変化ベクトルΔＩ₀と零相電圧変化ベクトルΔＶ₀との位相差θが算出され、位相差θに基づいて地絡方向が判定される。そして、判定結果が、通信部３１を介して、親局に送信され（Ｓ８）、ステップＳ１に戻る。

次に、本実施形態に係る地絡検出装置の作用および効果について説明する。

本実施形態によると、零相電流検出器２２によって検出された零相電流信号が、Ａ／Ｄ変換部１１ａによってデジタル信号に変換され、デジタルフィルタ１１ｂによって基本波成分を抽出されて、ベクトル生成部１１ｃによってベクトル化される。そして、差分検出部１４によって、零相電流ベクトルＩ₀から、所定時間ｔ前に生成された零相電流ベクトルＩ₀’が減算された零相電流変化ベクトルΔＩ₀が生成される。地絡判定部１６は、零相電流変化ベクトルΔＩ₀の大きさに基づいて、地絡の判定を行う。デジタルフィルタ１１ｂを通過することで信号強度が大きく減少して、零相電流ベクトルＩ₀に含まれる残留零相電流の影響が大きくなっていても、零相電流変化ベクトルΔＩ₀においては、残留零相電流の成分が打ち消されているので、適切に地絡事故の発生を検出することができる。

また、本実施形態によると、零相電圧検出器２３によって検出された零相電圧信号が、Ａ／Ｄ変換部１２ａによってデジタル信号に変換され、デジタルフィルタ１２ｂによって基本波成分を抽出されて、ベクトル生成部１２ｃによってベクトル化される。そして、差分検出部１５によって、零相電圧ベクトルＶ₀から、所定時間ｔ前に生成された零相電圧ベクトルＶ₀’が減算された零相電圧変化ベクトルΔＶ₀が生成される。方向判定部１７は、零相電流変化ベクトルΔＩ₀と零相電圧変化ベクトルΔＶ₀との位相差θに基づいて、地絡方向の判定を行う。デジタルフィルタ１２ｂを通過することで信号強度が大きく減少して、零相電圧ベクトルＶ₀に含まれる残留零相電圧の影響が大きくなっていても、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀においては、残留零相電圧の成分が打ち消されている。したがって、適切に地絡方向を判定することができる。

なお、本実施形態においては、零相電流変化ベクトルΔＩ₀に基づいて地絡の判定を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、図６(ａ)に示す地絡検出装置１’のように、地絡判定部１６が、差分検出部１５より入力される零相電圧変化ベクトルΔＶ₀に基づいて地絡の判定を行うようにしてもよい。この場合、地絡判定部１６は、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀の大きさが所定の閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定する。閾値は、ＳＶＲ４のタップの切り替えによる、所定時間ｔでの残留零相電圧の変化に基づくベクトルの大きさより大きいものとして設定する必要がある。

また、図６(ｂ)に示す地絡検出装置１”のように、地絡判定部１６が、差分検出部１４より入力される零相電流変化ベクトルΔＩ₀、および、差分検出部１５より入力される零相電圧変化ベクトルΔＶ₀に基づいて、地絡の判定を行うようにしてもよい。この場合、零相電流変化ベクトルΔＩ₀の大きさ、および、零相電圧変化ベクトルΔＶ₀の大きさが、ともに閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定するようにしてもよいし、いずれか一方が閾値を超えた場合に、地絡事故が発生したと判定するようにしてもよい。

本発明に係る地絡検出装置は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係る地絡検出装置の各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

１ 地絡検出装置
１１ 零相電流ベクトル生成部
１１ａ Ａ／Ｄ変換部（零相電流Ａ／Ｄ変換手段）
１１ｂ デジタルフィルタ（零相電流デジタルフィルタ）
１１ｃ ベクトル生成部（零相電流ベクトル生成手段）
１２ 零相電圧ベクトル生成部
１２ａ Ａ／Ｄ変換部（零相電圧Ａ／Ｄ変換手段）
１２ｂ デジタルフィルタ（零相電圧デジタルフィルタ）
１２ｃ ベクトル生成部（零相電圧ベクトル生成手段）
１３ 記憶部
１４ 差分検出部（零相電流変化ベクトル生成手段）
１５ 差分検出部（零相電圧変化ベクトル生成手段）
１６ 地絡判定部（地絡判定手段）
１７ 方向判定部（方向判定手段）
１７ａ 位相差検出部
１７ｂ 判定部
２ 開閉器
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ 開閉スイッチ
２２ 零相電流検出器
２３ 零相電圧検出器
３ 開閉器子局
３１ 通信部
４ ＳＶＲ

Claims (7)

1. 配電線に設けられた開閉器子局に配置され、前記配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置であって、
   前記配電線に配置された零相電流検出器によって検出された零相電流信号をデジタル信号に変換する零相電流Ａ／Ｄ変換手段と、
   前記零相電流Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電流信号から所定の周波数成分を抽出する零相電流デジタルフィルタと、
   前記零相電流デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電流ベクトルを生成する零相電流ベクトル生成手段と、
   前記零相電流ベクトルから、所定時間前に生成された零相電流ベクトルを減算して、零相電流変化ベクトルを生成する零相電流変化ベクトル生成手段と、
   前記零相電流変化ベクトルの大きさが所定の閾値より大きい場合に、地絡事故が発生したと判定する地絡判定手段と、
   を備えていることを特徴とする地絡検出装置。
2. 前記配電線の上流側には、ステップ式自動電圧調整器が配置されており、
   前記所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電流の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されている、
   請求項１に記載の地絡検出装置。
3. 配電線に設けられた開閉器子局に配置され、前記配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置であって、
   前記配電線に配置された零相電圧検出器によって検出された零相電圧信号をデジタル信号に変換する零相電圧Ａ／Ｄ変換手段と、
   前記零相電圧Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電圧信号から所定の周波数成分を抽出する零相電圧デジタルフィルタと、
   前記零相電圧デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電圧ベクトルを生成する零相電圧ベクトル生成手段と、
   前記零相電圧ベクトルから、所定時間前に生成された零相電圧ベクトルを減算して、零相電圧変化ベクトルを生成する零相電圧変化ベクトル生成手段と、
   前記零相電圧変化ベクトルの大きさが所定の閾値より大きい場合に、地絡事故が発生したと判定する地絡判定手段と、
   を備えていることを特徴とする地絡検出装置。
4. 前記配電線の上流側には、ステップ式自動電圧調整器が配置されており、
   前記所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電圧の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されている、
   請求項３に記載の地絡検出装置。
5. 配電線に設けられた開閉器子局に配置され、前記配電線での地絡事故を検出する地絡検出装置であって、
   前記配電線に配置された零相電流検出器によって検出された零相電流信号をデジタル信号に変換する零相電流Ａ／Ｄ変換手段と、
   前記配電線に配置された零相電圧検出器によって検出された零相電圧信号をデジタル信号に変換する零相電圧Ａ／Ｄ変換手段と、
   前記零相電流Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電流信号から所定の周波数成分を抽出する零相電流デジタルフィルタと、
   前記零相電圧Ａ／Ｄ変換手段より出力される零相電圧信号から所定の周波数成分を抽出する零相電圧デジタルフィルタと、
   前記零相電流デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電流ベクトルを生成する零相電流ベクトル生成手段と、
   前記零相電圧デジタルフィルタからの出力に基づいて、零相電圧ベクトルを生成する零相電圧ベクトル生成手段と、
   前記零相電流ベクトルから、所定時間前に生成された零相電流ベクトルを減算して、零相電流変化ベクトルを生成する零相電流変化ベクトル生成手段と、
   前記零相電圧ベクトルから、所定時間前に生成された零相電圧ベクトルを減算して、零相電圧変化ベクトルを生成する零相電圧変化ベクトル生成手段と、
   前記零相電流変化ベクトルの大きさ、または、前記零相電圧変化ベクトルの大きさに基づいて、地絡事故が発生したと判定する地絡判定手段と、
   前記地絡判定手段によって地絡事故が発生したと判定された場合に、前記零相電流変化ベクトルと前記零相電圧変化ベクトルとの位相差に基づいて、地絡方向の判定を行う方向判定手段と、
   を備えていることを特徴とする地絡検出装置。
6. 前記地絡判定手段は、前記零相電流変化ベクトルの大きさが第１の所定の閾値より大きく、かつ、前記零相電圧変化ベクトルの大きさが第２の所定の閾値より大きい場合に、地絡事故が発生したと判定する、
   請求項５に記載の地絡検出装置。
7. 前記配電線の上流側には、ステップ式自動電圧調整器が配置されており、
   前記第１の所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電流の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されており、
   前記第２の所定の閾値は、前記ステップ式自動電圧調整器のタップの切り替えによる残留零相電圧の変化に基づくベクトルの大きさより大きい値が設定されている、
   請求項６に記載の地絡検出装置。