JP2721567B2 - 送電線故障点標定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、送電線の故障点標定方法、特に各相電線の
電圧情報を利用して送電線の故障点を標定する送電線故
障点標定方法に関するものである。

［従来の技術］ 送電線は、今日の電力供給業務上必要且つ不可欠な設
備であり、この設備の事故又は故障は高度に電化した現
代社会に極めて重大な影響を及ぼし、場合によってはあ
らゆる方面での社会機能が麻痺することも有り得る。

このため、落雷事故等から送電線を保護するため、架
空地線が敷設され、また閃絡事故を防止すべく極めて信
頼性の高い絶縁支持方法が採用されているが、なお落雷
事故や閃絡事故を全く無くするまでには至っていない。

そこで、万一これらの事故が送電線に発生した場合、
その発生位置を速やかに確立することが次善の課題とな
っている。

送電線の事故発生位置を検出する方法として、従来例
えばサージ受信方式，パルスレーダー方式等のいわゆる
フォールトロケータ（FL）が採用されている。これらは
変電所等の送電線の両端において、故障サージ等の到達
時間を計測し、故障点までの距離を算出するものであ
る。

また最近では、送電線端で計測した故障直後の電圧，
電流から故障点までのインピーダンスを算出して、距離
に換算するいわゆるディジタルFLも開発されている。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、これらの従来採用されているFLでは、多分
岐線路を有する送電線においては、正確な故障点の標定
が難しいという難点があった。この理由は、変電所等の
送電線の端部で計測し得る情報のみを使用して、構成が
複雑な送電線の途中に発生した故障地点を探知しようと
するためであり、送電線の途中の情報を使用していない
ことに起因している。

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、
複雑な構成の送電線においても正確な故障位置の標定を
可能とする送電線故障点標定方法を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 本発明の送電線故障点標定方法は、送電線に発生する
短絡事故，地絡事故等の発生位置を検出する方法におい
て、送電線に沿って複数の検出地点を設け、各検出地点
においては各相の電線上に当該相の対地電圧を検出する
センサを設置して送電線の各相について故障発生直後の
対地電圧を検出し、各センサの検出結果を無線又は光フ
ァイバ伝送により鉄塔上または地上の大地電位部に設置
された受信装置に送り、これらの検出結果から送電線路
全長に亘る対地電圧の分布を求め、送電線の両側から各
々対地電圧分布を外挿した線の交点で故障が発生したと
判断し、各相の電線上に設置するセンサの対地電圧検出
精度εを、 ε≦±1/（16×ｍ−３） 但し、m:検出地点の間隔を示す鉄塔径間数 と設定することにより、故障点を１鉄塔径間以内に特定
するものである。

［作用］ 本発明の要旨は、送電線路に沿って複数の検出地点を
設け、各検出地点において、故障直後の各相の対地電圧
を計測し、送電線全長に亘る対地電圧の分布図を求め、
統計学の外挿法により、送電線の両側から電圧分布を外
挿して交点を求めることにある。

故障が発生すると、線路インピーダンスによって電源
側から故障点に近づくに従い次第に電圧降下することは
よく知られているが、故障点のアーク抵抗等未知のパラ
メータが有り、特定地点のみの電圧，電流情報だけでは
故障点の標定が難しい。そこで、送電線に沿って複数の
検出地点を設けて送電線路全長に亘る対地電圧の分布を
求め、送電線の両側から各々対地電圧分布を外挿した線
の交点で故障が発生したと判断する。

標定精度は、各相の電線上に設置するセンサの対地電
圧検出精度εと検出地点の間隔を示す鉄塔径間ｍにより
決定ずけられ、 ε≦±1/（16×ｍ−３） と設定することにより、故障点を１鉄塔径間以内に精度
良く納めることができる。

［実施例］ 以下、本発明の送電線故障点標定方法を、実施例を示
す図を用いて詳細に説明する。

第１図において、送電線１のR,S,T各相には、故障標
定用のセンサ２が、電線１に沿って所定の間隔を隔て
て、複数個設置されている。これらのセンサ２は、故障
直後の対地電圧の商用周波成分を検出し得るセンサであ
り、その電圧情報を無線により大地電位部の受信装置４
に送信する機能を有する。受信装置４で受信された電圧
情報は、アプローチ光ケーブル５により鉄塔３の上部ま
で伝送され、更に光ファイバ複合架空地線（OPGW）６中
の光ファイバを通して、遠隔地点の図示しない故障点標
定装置まで光伝送される。

いま、第１図中のＴ相のＰ点に地絡故障が発生した場
合、この故障相の等価回路は第２図で示され、またＴ相
の各点の電圧Vxは、送電線インピーダンスＺと故障電流
Igによって電圧降下する。単位長さ当たりの送電線イン
ピーダンスが一定であれば、この電圧降下は第３図に示
すように線路の長手方向に直線的に低下する。即ち、故
障点までの各点の電圧Vxは次式で示される。

ｘ＝ｏ−ｇ（Rn−Ra＋jx＋Ｚ） 但し、ｏは電源電圧、Rnは中性点接地インピーダン
ス、Raは故障点のアーク抵抗、jxは電源インピーダン
ス、は送電線インピーダンスである。

また、電源とは反対側から故障点までは次式で示され
る。

ｘ＝Ra・ｇ しかし、故障点のアーク抵抗Ra等未知のパラメータが
有り、特定地点のみの電圧，電流情報だけでは、故障点
の標定が難しい。そこで、送電線に沿って複数の検出地
点を設けて送電線路全長に亘る対地電圧の分布を求め、
送電線の両側から各々対地電圧分布を外挿した線の交点
を、故障が発生した点と判断する。

第１図に示す例では、A,B及びＣのセンサ２が計測す
る対地電圧が、それぞれ第３図に示すV1,V2及びV3とな
る。従って、これらの点を電源側及び反対側から外挿す
れば、第３図に示す通り交点Ｐとして故障点が求められ
る。

第４図は、上記送電線故障点標定方法に使用するセン
サ２の具体例である。

21はセンサ・ケースであり、電線取付け金具22及び絶
縁スペーサ23によって電線１に取り付けられている。こ
のセンサ・ケース21内には、センサ・ケース21の大地に
対する浮游容量Cxに流入する充電電流Ixを計測する充電
電流検出回路24と、該充電電流検出回路で計測された充
電電流Ixを電圧値に換算し対地電圧とする対地電圧変換
回路25とが設けられている。またセンサ・ケース21内に
は、対地電圧変換回路25によって計測された対地電圧を
送信するための無線送信機26及び送信アンテナ27が設け
られている。

センサ・ケース21内部の各構成回路の電源は、送電線
１に装着した電源用電流トランス28及びこれに接続され
たセンサ・ケース21内の直流電源回路29により、送電線
１に流れる常時の負荷電流から取得している。直流電源
回路29は蓄電池を内蔵しており、これに充電しながらケ
ース内の各構成回路へ給電しているため、電池交換等の
保守は不要となっている。

センサ・ケース21の大地に対する浮游容量Cxに流入す
る充電電流Ixは充電電流検出回路24によって計測され、
対地電圧交換回路25によって対地電圧値に換算される。
この電圧情報は、無線送信機26及び送信アンテナ27によ
って第１図に示す鉄塔３に取り付けられた受信装置４に
伝送され、更にアプローチ光ケーブル５及び光ファイバ
複合架空地線（OPGW）６中の光ファイバを通して、遠隔
地点の図示しない故障点標定装置に光伝送するものであ
る。

第５図はセンサ２の対地電圧計測精度と標定精度の関
係を示した図である。各センサ２の対地電圧計測誤差を
一定±εとした場合、センシング間隔が長くなるほど、
即ち、鉄塔径間数ｍが多くなるほど標定誤差は大きくな
ること、及び、センシング間隔がｍ径間のとき、Ａのセ
ンサ２の対地電圧計測値はV1（１±ε）,Bのセンサ２の
対地電圧計測値はV2（１±ε）であることを示してい
る。センシング間隔を示す径間数ｍが増えても、第５図
の右側に示すように、計測誤差±εのとき標定誤差が１
径間以内に収まるためには、 ε≦±1/（16×ｍ−３） の関係を満足する必要がある。

次に、ε≦±1/（16×ｍ−３）とすれば、標定誤差が
１径間以内に収まることを第７図及び第８図を用いて証
明する。まず、第５図において標定結果が現れる電圧＝
一定の横線に重ねて、その電圧が小さいので０であると
仮定し、新たな横軸（第７図のｘ軸とする）を設ける。
さらに、真の電圧分布を表す斜線（第５図には示され
ず；第７図の斜線Ｌ）は、V₂（１＋ε）とV₁（１−ε）
とを結ぶ斜線（第７図の斜線L₁）と、V₂（１−ε）とV₁
（１＋ε）とを結ぶ斜線（第７図の斜線L₂）とに挟まれ
るから、斜線Ｌは、斜線L₁がｘ軸に交わる点（第７図の
点X₁）と斜線L₂がｘ軸に交わる点（第７図の点X₂）との
間でｘ軸に交わることになる。この真の電圧分布を表す
斜線Ｌがｘ軸に交わる点に、新たに縦軸（第７図のｙ軸
とする）を設けると、原点（0,0）が故障点である座標
系（第７図）が描ける。第５図のV₁（１±ε）及びV
₂（１±ε）は、第７図においてはy₁（１±ε）及びy₂
（１±ε）に置き換えられる。

V₁（１±ε）が検出される故障点に最寄りのセンサか
ら故障点までの距離は仮にｍとする。これは当該センサ
から最も遠い点で故障が発生したと仮定したもので、セ
ンシング間隔ｍにもとづいている。V₂（１±ε）が検出
される故障点から遠い方の隣のセンサから故障点までの
距離は2mとなる。

次に、新たな横軸（ｘ軸）及び新たな縦軸（ｙ軸）に
よる第７図の座標系を左右に反転して第８図とする。こ
こで、真の電圧分布を表す斜線Ｌは、原点（0,0）を通
るので、ｙ＝（y₁/m）ｘで表される。従って、ｘ＝m,2m
におけるy₁,y₂の関係はy₂＝2y₁である。以下の計算式で
はy₂に2y₁を置き換えて使用する。

この座標系における斜線L₁の式は、 ｙ＝［｛2y₁（１＋ε）−y₁（１−ε）｝/m］ｘ＋b₁ ＝｛y₁（１＋３ε）/m｝ｘ＋b₁ となる。但し、b₁はｙ切片である。ｘ＝ｍのとき、即ち
最寄りのセンサにおいてｙ＝y₁（１−ε）であるから、 y₁（１−ε）＝｛y₁（１＋３ε）/m｝ｍ＋b₁ 故に、b₁＝−4y₁ε 故に、ｙ＝｛y₁（１＋３ε）/m｝ｘ−4y₁ε これよりX₁を求める（ｙ＝０を代入して求める）と、 ０＝｛y₁（１＋３ε）/m｝X₁−4y₁ε X₁＝4y₁ε×m/｛y₁（１＋３ε）｝ ＝４εm/（１＋３ε） …… となる。

また、斜線L₂の式は、 ｙ＝［｛2y₁（１−ε）−y₁（１＋ε）｝/m］ｘ＋b₂ ＝｛y₁（１−３ε）/m｝ｘ＋b₂ となる。但し、b₂はｙ切片である。ｘ＝ｍのとき、即ち
最寄りのセンサにおいてｙ＝y₁（１＋ε）であるから、 y₁（１＋ε）＝｛y₁（１−３ε）/m｝ｍ＋b₂ 故に、b₂＝4y1ε 故に、ｙ＝｛y₁（１−３ε）/m｝ｘ＋4y₁ε これよりX₂を求める（ｙ＝０を代入して求める）と、 ０＝｛y₁（１−３ε）/m｝X₂＋4y₁ε X₂＝−4y₁ε×m/｛y₁（１−３ε）｝ ＝−４εm/（１−３ε） …… となる。

標定誤差が１径間以内に収まるためには|X₁|≦1/2か
つ|X₂|≦1/2である必要があるが、本発明では裕度を考
えて|X₁|≦1/4とした。

上記必要条件にを代入して、 |X₁|＝４εm/（１＋３ε）≦1/2 よって、ε≦1/（8m−３） …… が得られ、上記必要条件にを代入して、 |X₂|＝−４εm/（１−３ε）≦1/2 よって、ε≦1/（8m＋３） …… が得られる。

同様に、裕度を考えた条件にを代入すると、 ε≦1/（16m−３） …… が得られる。

を満足するεの最大値をε１とする。また、を満
足するεの最大値をε２とする。ｍに数値を代入する
と、ｍ＝１のとき、ε１＝0.2,ε２＝0.091、ｍ＝２の
とき、ε１＝0.077,ε２＝0.053、…、ｍ＝−のとき、
ε１＝0.091,ε２＝0.017となるのでε２を採用すれば
常に，の双方を満足するが、裕度を考えた|X₁|≦1/
4の条件では、を満足するεの最大値が、ｍ＝１のと
き、ε＝0.077（7.7％）、ｍ＝２のとき、ε＝0.034
（3.4％）、ｍ＝３のとき、ε＝0.022（2.2％）、ｍ＝
４のとき、ε＝0.016（1.6％）…、ｍ＝７のとき、ε＝
0.009（0.9％）となり、，の双方を裕度をもって満
足することがわかる。

以上により、ε≦±1/（16×ｍ−３）とすれば、標定
誤差が１径間以内に収まることが証明された。

第６図は、上記の標定誤差が１径間以内に収まるため
のセンシング間隔（鉄塔径間数ｍ）と計測誤差ε（±
％）の関係を示したものである。径間数ｍが１のとき各
センサ２に許容される対地電圧計測誤差は最大であり、
径間数ｍが増えるに従って、より高精度なセンサが要求
されることが判る。

従って、本実施例においては、センシング間隔を４径
間とし、センサ２の対地電圧計測誤差を1.5％以内とす
ることにより、１径間以内の標定精度を達成している。

以上説明した実施例では、センサ２から受信装置４ま
での間を無線によりデータ伝送したが、これは送電線１
は常時高電圧に充電されているため、金属の信号線によ
る伝送ができないためである。従って、無線伝送の代わ
りに光ファイバを使用した光データ伝送も勿論適用可能
である。

［発明の効果］ 以上説明した通り、本発明の送電線故障点標定方法に
よれば、送電線の途中に検出センサを設置し、故障情報
をきめ細かく入手可能であり、しかも送電線の各相電線
上に直接検出センサを設置しているために、従来採用さ
れているFLでは正確な故障点の標定が難しい多分岐線路
を有する送電線においても、正確な標定が可能であると
いう極めて顕著な効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の送電線故障点標定方法の一実施例を示
す構成図、第２図は故障相の等価回路図、第３図は本発
明の説明に供する故障相の電圧分布の説明図、第４図は
本発明に使用可能なセンサの一具体例を示す構成図、第
５図は標定精度とセンサの計測誤差との関係を示す説明
図、第６図は標定精度を１径間以内に達成するためのセ
ンシング間隔と計測誤差の関係を示す説明図、第７図は
第５図の座標系を置き換えた図、第８図は第７図の座標
系を左右反転した図である。 図中、１は電線、２は故障標定センサ、３は鉄塔、４は
受信装置、５はアプローチ光ケーブル、６は光ファイバ
複合架空地線、21はセンサ・ケース、22は電線取付け金
具、23は絶縁スペーサ、24は充電電流検出回路、25は対
地電圧換算回路、26は無線送信機、27は送信アンテナ、
28は電源用電流トランス、29は直流電源回路を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 笹原 久一 茨城県日立市日高町５丁目１番１号 日 立電線株式会社電線研究所内 (56)参考文献 特開 昭62−157578（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−168073（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送電線に発生する短絡事故，地絡事故等の
   発生位置を検出する方法において、送電線に沿って複数
   の検出地点を設け、各検出地点においては各相の電線上
   に当該相の対地電圧を検出するセンサを設置して送電線
   の各相について故障発生直後の対地電圧を検出し、各セ
   ンサの検出結果を無線又は光ファイバ伝送により鉄塔上
   または地上の大地電位部に設置された受信装置に送り、
   これらの検出結果から送電線路全長に亘る対地電圧の分
   布を求め、送電線の両側から各々対地電圧分布を外挿し
   た線の交点で故障が発生したと判断し、各相の電線上に
   設置するセンサの対地電圧検出精度εを、 ε≦±1/（16×ｍ−３） 但し、m:検出地点の間隔を示す鉄塔径間数 と設定することにより、故障点を１鉄塔径間以内に特定
   することを特徴とする送電線故障点標定方法。