JP2021067464A - 異常位置特定装置、システム及びプログラム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ケーブルで発生した異常の位置をより精度よく特定することを目的とする。
このように、異常位置特定装置は、送配電線110上における電流の伝搬速度のように送配電線110の状態に応じて変化しうる不安定な値を用いずに異常が発生した位置を特定する。そのため、異常位置特定装置は、より精度よく異常が発生した位置を特定できる。
(概要)
現在、国内で使用される電力設備の多くは高経年化が進行し、特に電力ケーブルの劣化による事故や火災などが日本各地で後を絶たない。そのため、これらの電力ケーブルの安全性及び信頼性の確保は今後の大きな課題とされる。一方で、電力需要の頭打ちの傾向や電力自由化等を背景にした近年の電力事業では新規設備の導入や交換作業への多額の投資は難しく、保守、監視作業は効率的に低コストで実施できることが望ましい。このように電力ケーブルの高経年化及び、電力需要の減少によるコスト削減や経済的な設備運用が重要視される中、既設設備の円滑な運用と維持管理への関心が一層高まっている。
図1は、本実施形態の特定システムのシステム構成の一例等を示す図である。
特定システムは、情報処理装置100、101、アナログ/デジタル変換器102、103、アンテナ104、105、CT(Current Transformer)センサ106、107、電源装置108、インジェクションコイル109を含む。
また、情報処理装置100と情報処理装置101とは、接続されていないこととしてもよい。その場合、情報処理装置100と情報処理装置101とは、通信と異なる方法(例えば、外付け記憶媒体を介して情報のやり取りを行う方法)で、情報のやり取りを行う。
また、情報処理装置100、101と異なる他の情報処理装置が、送配電線110上における異常が発生した位置を特定する処理を行うこととしてもよい。その場合、例えば、他の情報処理装置が、ネットワーク112や外付け記憶媒体等を介して、情報処理装置100及び情報処理装置101と情報のやり取りを行い、送配電線110上における異常が発生した位置を特定する処理を行う。
また、送配電線110の稼働状態において、インジェクション電流として利用可能な電流が送配電線110を伝搬している場合、特定システム内に、インジェクション電流を注入する構成がないこととしてもよい。例えば、送配電線110を定期的に予め定められた電流が地点Aから地点Bの方向に流れている場合、特定システムは、その電流をインジェクション電流として用いることとしてもよい。
図2は、情報処理装置100のハードウェア構成の一例を示す図である。情報処理装置100は、CPU(Central Processing Unit)200、主記憶装置201、補助記憶装置202、入出力部203、デバイスI/F204、ネットワークI/F205を含む。各要素は、システムバス206を介して相互に通信可能に接続されている。
デバイスI/F204は、アナログ/デジタル変換器102等の外部のデバイスとの接続に用いられるインターフェースである。ネットワークI/F205は、ネットワーク112への接続に用いられるインターフェースである。CPU200は、ネットワークI/F205を介して、ネットワーク112を経由して、情報処理装置101と通信を行う。
以下では、情報処理装置100のハードウェア構成要素の番号200〜206それぞれを、200A〜206Aと記載する。また、以下では、情報処理装置101のハードウェア構成要素の番号200〜206それぞれを、200B〜206Bと記載する。
また、CPU200Bが、補助記憶装置202Bに記憶されたプログラムにしたがって処理を実行することで、情報処理装置101の機能、図4で後述するシーケンス図における情報処理装置101の処理等が実現される。
図3は、情報処理装置100の機能構成の一例を示す図である。
情報処理装置100は、計測制御部300、通信制御部301、特定部302、出力制御部303を含む。
通信制御部301は、情報処理装置101等の外部の装置との間の通信を制御する。
出力制御部303は、特定部302が特定した、異常が発生した位置の情報を出力する。
以下では、情報処理装置100の機能構成要素の番号300〜303それぞれを、300A〜303Aと記載する。また、以下では、情報処理装置101のハードウェア構成要素の番号300、301それぞれを、300B、301Bと記載する。
ここで、本実施形態で特定システムが、異常が発生した位置を特定するアルゴリズムを説明する。
部分放電113が発生した地点から地点Aまでの送配電線110上の距離を、l1とおく。また、部分放電113が発生した地点から地点Bまでの送配電線110上の距離を、l2とおく。その場合、以下の式1が成り立つ。
L=l1+l2 (式1)
l1 = (tPDA − Δtx)v (式2)
l2 = (tPDB − Δtx)v (式3)
L = 11+12 = v(tPDA − Δtx + tPDB − Δtx)
= v (tPDA + tPDB - 2Δtx) (式4)
Δtx = (tPDA + tPDB - L/v)/2 (式5)
Δtx = (tPDA + tPDB − ΔT)/2 (式6)
tPDB − tPDA = Δt (式7)
tPDB = Δt + tPDA (式8)
式8を式6に代入すると、以下の式9が得られる。
Δtx = (2tPDA +Δt − ΔT) / 2 (式9)
l1 = L(1 − Δt/ΔT) / 2 (式10)
また、式10からl2は、以下の式11のように表すことができる。
l2 = L − l1 = L (1 + Δt/ΔT) / 2 (式11)
本実施形態では、特定システムは、式10、又は式11を用いて、異常が発生した位置を特定することとする。ただし、特定システムは、式10、又は式11を用いずに、異常が発生した位置を特定することとしてもよい。例えば、特定システムは、式10、又は式11を式変形した式を用いて、異常が発生した位置を特定することとしてもよい。
情報処理装置100、101それぞれに搭載されているOSは、自機内で時間を管理している。しかし、情報処理装置100のOSにより管理されている時間と、情報処理装置101のOSにより管理されている時間と、は必ずしも同期されているわけではない。例えば、情報処理装置100において午前9時丁度の時刻において、情報処理装置101において午前9時丁度となっているとは限らない。そのため、以下のような問題が生じうる。
計測制御部300Aは、アンテナ104を介して予め定められたPPS信号を受信する。そして、計測制御部300Aは、このPPS信号を受信した時刻を、時刻0として、内部時間の管理を開始する。また、計測制御部300Bは、アンテナ105を介して同じPPS信号を受信する。そして、計測制御部300Aは、このPPS信号を受信した時刻を、時刻0として、内部時間の管理を開始する。これにより、計測制御部300A及び計測制御部300Bの内部時間が同期されることとなる。
また、計測制御部300Aと計測制御部300Bとの内部時間が、予め同期されていることとしてもよい。その場合、計測制御部300Aと計測制御部300Bとは、内部時間の同期処理を行わなくてもよい。
より高精度に異常が発生した位置を特定するためには、Δt、ΔTの値を、ms単位よりも高精度に取得することが望ましい。
本実施形態では、計測制御部300Aと計測制御部300Bとは、それぞれ自機に接続されたアナログ/デジタル変換器から設定された時間間隔で周期的に送信される信号を用いて、10ns単位で内部時間を管理することとしたが、ns単位、100ns単位、μs等の他の時間単位で管理してもよい。
インジェクション電流が、送配電線110上で地点Aから地点Bまで伝搬しなければ、ΔTの取得ができない。送配電線110上で地点Aから地点Bまでの距離が長いほど、インジェクション電流の伝搬が難しくなる。また、リレーが動作するために送配電線110には一定の水準よりも高い電流を入力できない、周波数帯が高い信号ほど減衰率が大きい等、懸念される点がある。そのため、インジェクション電流の周波数の選定は重要である。
インジェクション電流のパルスの立ち上がり時間τ < 4×(電流が送配電線110上を地点Aから地点Bまで伝搬する時間T) (式12)
τ = 1/(4f) (式13)
T = L/Cl (式14)
1/(4f) < 4L/Cl (式15)
f > Cl/(16L) (式16)
また、ケーブル上を伝搬する電流は、高周波になるほど、伝搬による減衰が大きくなる。電流が高周波になるほど、伝搬によってより減衰するのは、電流は波として伝搬しており、高周波になるにつれて波長が短くなり、個々の波がより長い距離を伝搬することになるためである。
そのため、fの値が大きいほど、インジェクション電流は、伝搬によりより大きく減衰することとなる。減衰が過大になると、地点Bでインジェクション電流を計測できない事態が生じうる。そこで、fの値は、式16を満たしつつ過大にならないように選定されることとする。本実施形態では、fの値は、設定可能な周波数のうち、式16を満たし、Cl/Lとの差分が設定された閾値以下となる値として選定されている。
特定システムが送配電線110上の異常が発生した位置を特定する処理を、図4を用いて説明する。図4の処理の開始前に、計測制御部300Aと計測制御部300Bとは、(内部時間管理処理)で説明した内部時間の同期を行っている。また、図4の処理の開始前に、電源装置108は、予め選定された周波数のインジェクション電流を、送配電線110に注入する。
S402において、計測制御部300Aは、S401でインジェクション電流を計測した時刻であって、計測制御部300Aが管理する内部時間における時刻を特定する。
S405において、通信制御部301Bは、S404で特定された時刻を、情報処理装置100に対して送信する。そして、通信制御部301Aは、S404で特定された時刻を受信する。
S407において、計測制御部300Aは、S406で異常電流を計測した時刻であって、計測制御部300Aが管理する内部時間における時刻を特定する。
S410において、通信制御部301Bは、S409で特定された時刻を、情報処理装置100に対して送信する。そして、通信制御部301Aは、S409で特定された時刻を受信する。
S413の処理は、第1の特定処理の一例である。
以上、本実施形態では、特定システムは、インジェクション電流が地点Aから地点Bまで伝搬する期間ΔTと、地点Aと地点Bとで異常電流が計測された時刻の差分Δtと、地点Aと地点Bとの距離Lと、に基づいて、異常が発生した位置を特定することとした。
このように、特定システムは、送配電線110上における電流の伝搬速度のように送配電線110の状態に応じて変化しうる不安定な値を用いずに異常が発生した位置を特定するため、より精度よく異常が発生した位置を特定できる。
実施形態1では、処理対象のケーブル(送配電線110における地点Aと地点Bとの間)には、分岐がないこととした。本実施形態では、処理対象のケーブルに、分岐がある場合の特定システムの処理について説明する。
送配電線110等のケーブルには、分岐が存在する場合がある。発明者らは、送配電線110等の電力ケーブルが分岐を有する配電線路である場合、電力ケーブルにおける部分放電に係る異常電流の伝搬特性の過渡解析、及び実験を行った。以下に、この過渡解析、及び実験の詳細を説明する。
部分放電に係る異常電流は、高周波成分(数MHz以上)を含んで伝搬するため、分岐点において、その多くが長尺側へ流れる。したがって、部分放電に係る異常電流は複数の分岐を有する線路においても、長距離に亘って伝搬することが予想される。
供試ケーブル(22kV−XLPEケーブル150mm2)及びY分岐接続材(西日本電線株式会社製・22kV級Y分岐接続筒)を用いて分岐点における模擬的な部分放電(以下では、模擬部分放電)の異常電流の伝搬特性を観測した。実験の概要を図10に示す。
本実施形態では、特定システムは、更に、発生した異常の規模を特定する処理を行う。
本実施形態の特定システムのシステム構成は、実施形態1と同様である。また、特定システムの各構成要素についても、実施形態1と同様である。
部分放電に係る異常電流の大きさは、発生した異常の規模に応じて大きくなると仮定できる。すなわち、異常の電流の大きさから異常の規模を特定することができる。しかし、部分放電に係る異常電流は、伝搬する距離に応じて減衰していく。
ここで、送配電線110に、図15に示すように接続部111Cで分岐があるとする。接続部111Cよりも地点A側において部分放電113が発生した場合、異常電流は、接続部111Cで分流することとなる。そのため、地点Bで計測された異常電流から、異常電流全体についての元の大きさを求めることができない。
例えば、地点A側から入ってきた電流の接続部111Cにおける分岐特性が、地点C側の分岐先に4/5分流して、地点B側の分岐先に1/5分流することを示すとする。その場合、特定部302Aは、地点Bに伝搬された成分の減衰される前の大きさを1/5で除することで、減衰される前の異常電流の大きさを特定する。このような分岐特性は、例えば、異常電流として想定される電流を実際に送配電線110上に流して、分岐先での電流を計測することで、予め求めることができる。
そして、特定部302は、特定した減衰される前の異常電流の大きさに基づいて、異常の規模を示す指標を特定する。
実施形態1〜3では、特定システムは、式10又は式11を用いて求めた地点を、異常が発生した位置として特定した。
発明者らは、実施形態1の処理で特定システムが特定した異常が発生した位置と、異常の実際の場所と、の一致の度合いを確認した。その結果、発明者らは、特定システムが特定した位置が、異常の実際の場所から誤差がある場合があることを見出した。
本実施形態の特定システムのシステム構成は、実施形態1と同様である。また、特定システムの各構成要素についても、実施形態1と同様である。
S413では、特定部302Aは、S411で取得したΔtと、S412で取得したΔTと、送配電線110上における地点Aから地点Bまでの距離Lと、を式10に代入することでl1を求める。そして、特定部302Aは、送配電線110上において地点Aから地点Bの方向へ距離l1の地点を中心に、設定された幅(例えば、Lの4%、Lの5%、Lの5.25%、10m、50m等)を有する範囲を、異常が発生した位置として特定する。この設定された幅の値は、例えば、実施形態1の処理で特定システムが特定した異常が発生した位置と、異常の実際の場所と、の誤差から決定されることとしてもよい。
近年、送配電線等のケーブルの製造技術の向上によりケーブル自体に異常が発生する事態が減少してきている。そのため、ケーブル上で異常は発生しうる部分を、ケーブル上の接続部であると仮定できる場合がある。
本実施形態の特定システムのシステム構成は、実施形態1と同様である。また、特定システムの各構成要素についても、実施形態1と同様である。
S413において、特定部302Aは、実施形態4で説明したS413と同様の処理により、異常が存在する範囲を特定する。そして、特定部302Aは、送配電線110上の接続部111のうち、特定した範囲に含まれる接続部111を特定する。特定部302Aは、特定した接続部111が存在する地点を、異常が存在する位置として特定する。
実施形態1〜5では、特定システムは、ユーザによる電源装置108の操作部の操作に応じて、電源装置108を介して、インジェクションコイル109に電圧を印加することで、インジェクション電流を送配電線110に注入することとした。
本実施形態では、情報処理装置100がインジェクション電流の注入を制御する場合について説明する。
本実施形態の特定システムのシステム構成は、実施形態1と同様である。また、特定システムの各構成要素についても、実施形態1と同様である。ただし、情報処理装置100は、デバイスI/F204を介して電源装置108と接続される。
また、計測制御部300Aは、距離Lと予め定められたClとから、式16を満たすインジェクション電流の周波数を決定し、決定した周波数の電流の注入を電源装置108に指示することとしてもよい。例えば、計測制御部300Aは、設定可能な周波数のうち、式16を満たし、Cl/Lとの差分が設定された閾値以下となる周波数を、インジェクション電流の周波数として決定し、決定した周波数の電流の注入を電源装置108に指示することとしてもよい。
上述した特定システムの機能構成の一部又は全てをハードウェアとして情報処理装置100又は情報処理装置101等に実装してもよい。
以上、本発明の実施形態の一例について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではない。例えば、上述した実施形態を任意に組み合わせる等してもよい。
101 情報処理装置
102 アナログ/デジタル変換器
103 アナログ/デジタル変換器
104 アンテナ
105 アンテナ
106 CTセンサ
107 CTセンサ
108 電源装置
109 インジェクションコイル
200 CPU
Claims (11)
- ケーブルにおける一の地点と他の地点との間で発生した異常に係る異常電気信号が前記一の地点と前記他の地点とに到達した時間差である到達時間差を取得する第1の取得手段と、
前記ケーブル上を前記一の地点から前記他の地点への方向に流れる伝搬電気信号が前記一の地点から前記他の地点まで伝搬する期間である信号伝搬期間を取得する第2の取得手段と、
前記第1の取得手段により取得された前記到達時間差と、前記第2の取得手段により取得された前記信号伝搬期間と、前記一の地点から前記他の地点までの前記ケーブル上における距離と、に基づいて、前記異常が発生した位置を特定する第1の特定手段と、
を備える異常位置特定装置。 - 請求項1に記載の異常位置特定装置において、
前記第1の取得手段は、前記一の地点において前記異常電気信号が計測された時刻と、前記他の地点において前記異常電気信号が計測された時刻と、の差分を前記到達時間差として取得する異常位置特定装置。 - 請求項1又は2に記載の異常位置特定装置において、
前記第1の取得手段は、第1の計測部により前記一の地点において前記異常電気信号が計測された前記第1の計測部の第1の内部時間における時刻と、第2の計測部により前記他の地点において前記異常電気信号が計測された前記第2の計測部の第2の内部時間における時刻と、の差分を前記到達時間差として取得し、
前記第1の内部時間は、前記第1の計測部により用いられる設定されたデバイスが周期的に発する信号に基づく、時間であり、
前記第2の内部時間は、前記第1の内部時間と同期された時間であって、前記第2の計測部により用いられる設定されたデバイスが周期的に発する信号に基づく、時間である異常位置特定装置。 - 請求項3に記載の異常位置特定装置において、
前記第1の内部時間、及び、前記第2の内部時間は、前記第1の計測部のアンテナ部及び前記第2の計測部のアンテナ部により受信されたGPSに用いられるPPS(Pulse Per Second)信号に基づいて同期されている異常位置特定装置。 - 請求項3又は4に記載の異常位置特定装置において、
前記第1の計測部と前記第2の計測部とは、前記ケーブルを伝搬する電気信号を、接地線を介さずに検知するセンサを用いて、前記ケーブルを伝搬する電気信号を計測する異常位置特定装置。 - 請求項1乃至5の何れか1項に記載の異常位置特定装置において、
前記第2の取得手段は、前記距離に応じた周波数の電気信号である前記伝搬電気信号が前記一の地点から前記他の地点まで伝搬する期間を前記信号伝搬期間として取得する異常位置特定装置。 - 請求項1乃至6の何れか1項に記載の異常位置特定装置において、
前記一の地点、又は前記他の地点で計測された前記異常電気信号の大きさと、前記ケーブルにおける電気信号の減衰特性と、前記第1の特定手段により特定された前記異常が発生した位置と、に基づいて、前記異常の規模を特定する第2の特定手段を更に備える異常位置特定装置。 - 請求項7に記載の異常位置特定装置において、
前記第2の特定手段は、前記ケーブル上において前記一の地点と前記他の地点との間に前記ケーブルの分岐部が存在する場合、前記一の地点、又は前記他の地点で計測された前記異常電気信号の大きさと、前記ケーブルにおける電気信号の減衰特性と、前記分岐部における電気信号の分岐特性と、前記第1の特定手段により特定された前記異常が発生した位置と、に基づいて、前記異常の規模を特定する異常位置特定装置。 - 請求項1乃至8の何れか1項に記載の異常位置特定装置において、
前記第1の特定手段は、前記ケーブル上の前記一の地点と前記他の地点との間に1つ以上の接続部が存在する場合、前記第1の取得手段により取得された前記到達時間差と、前記第2の取得手段により取得された前記信号伝搬期間と、前記距離と、に基づいて、前記1つ以上の接続部の何れかの位置を、前記異常が発生した位置として特定する異常位置特定装置。 - ケーブル上の一の地点に設置される第1のセンサと、前記ケーブル上の他の地点に設置される第2のセンサと、前記ケーブルに電気信号を注入する注入部と、異常位置特定装置と、を含むシステムであって、
前記異常位置特定装置は、
前記ケーブルにおける前記一の地点と前記他の地点との間で発生した異常に係る異常電気信号が前記一の地点において前記第1のセンサを介して計測された時刻と、前記異常電気信号が前記他の地点において前記第2のセンサを介して計測された時刻と、の差分を、前記異常電気信号が前記一の地点と前記他の地点とに到達した時間差である到達時間差として取得する第1の取得手段と、
前記注入部により前記ケーブルに注入され、前記ケーブル上を前記一の地点から前記他の地点への方向に流れる伝搬電気信号が前記一の地点から前記他の地点まで伝搬する期間である信号伝搬期間を取得する第2の取得手段と、
前記第1の取得手段により取得された前記到達時間差と、前記第2の取得手段により取得された前記信号伝搬期間と、前記一の地点から前記他の地点までの前記ケーブル上における距離と、に基づいて、前記異常が発生した位置を特定する特定手段と、
を備えるシステム。 - コンピュータを、請求項1乃至9の何れか1項に記載の異常位置特定装置の各手段として機能させるためのプログラム。
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