JP3796428B2 - 配電線地絡電流増幅装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は配電線地絡電流増幅装置に関し、例えば６．６ｋＶ高圧の非接地系配電線系統で発生した地絡事故を検出して地絡保護継電器を動作させる配電線地絡電流増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば６．６ｋＶの高圧配電線を持つ非接地系配電線系統を図７に示す。同図は例えば二つの配電用変電所（Ａ変電所、Ｂ変電所）を持つ非接地系配電線系統Ｎを例示する。この配電線系統Ｎでは、Ａ変電所、Ｂ変電所から延びる多数の配電線Ｌ1A〜Ｌ4A、Ｌ1B〜Ｌ3Bのうち、いずれかの配電線で高圧機器の絶縁劣化や絶縁不良などにより地絡事故が発生した場合（図では配電線Ｌ2Aで地絡事故が発生した場合を示す）、その地絡事故により配電線Ｌ2Aに流れる地絡電流Ｉｏを変流器ＣＴ2Aにより検出し、その検出された地絡電流Ｉｏに基づいて地絡保護継電器ＲＹ2Aを動作させ、その地絡保護継電器ＲＹ2Aの出力でもって配電線Ｌ2Aの地絡事故発生を検出するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した非接地系配電線系統Ｎでは、配電線ごとに負荷状態が異なっていることから、配電線における電圧降下が絶えず変動している。そのため、配電用変電所で送り出し電圧を調整するだけでは配電線における電圧降下を補償することが困難となっている。そこで一般的に、電圧降下が大きい配電線（図７では配電線Ｌ4A）の途中にＳＶＲ（Step Voltage Regulator：自動電圧調整器）を設置し、そのＳＶＲのタップ切り替えで系統電圧を自動的に調整することにより配電線における電圧降下を補償するようにしている。
【０００４】
一方、配電線の負荷切り替え時には、その負荷切り替えが実施される配電線（図７ではＡ変電所の配電線Ｌ4A）を、同一変電所の他の配電線あるいは異なる変電所の配電線（図７ではＢ変電所の配電線Ｌ1B）とループ接続（ループＩＮ）することにより、負荷切り替え作業を無停電で行えるようにしている。
【０００５】
一般的に、前述したＳＶＲによる電圧調整でもって配電線に残留電圧が発生するため、その残留電圧の発生により残留電流が増大することが明らかとなっている。図８（ａ）は、Ｃ変電所の非接地系配電線系統における配電線Ｌ1C〜Ｌ4Cの残留電圧Ｖｏおよび残留電流Ｉｏを示す。ＳＶＲが設置された配電線Ｌ3Cでループ接続がない場合、残留電圧Ｖｏの発生によりＳＶＲ動作が起因となって配電線Ｌ3Cの残留電流Ｉｏが増大していることが明らかである。
【０００６】
また、ＳＶＲを設置した配電線を負荷切り替え時に他の配電線とループ接続した場合には残留電流が非常に増大することも明らかになっている。図８（ｂ）は、Ｄ変電所の非接地系配電線系統における配電線Ｌ1D〜Ｌ4Dの残留電圧Ｖｏおよび残留電流Ｉｏを示す。ＳＶＲが設置された配電線Ｌ2Dをループ接続（ループＩＮ）した時、配電線Ｌ2Dの残留電流Ｉｏが非常に増大していることが明らかである。
【０００７】
このように非接地系配電線系統において、ＳＶＲが設置された配電線をループ接続した場合、そのループ接続時に発生する残留電流レベルが増大して地絡事故発生時に流れる残留電流レベル、つまり地絡電流レベルとほぼ同程度になるため、配電線のループ接続と地絡事故発生との判別が困難となる。その結果、地絡事故が発生していないにもかかわらず、ループ接続時に発生する残留電流により地絡保護継電器が誤動作するという不具合があった。
【０００８】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ループ接続時に発生した残留電流により地絡保護継電器が誤動作することを未然に防止し得る配電線地絡電流増幅装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電圧調整器が設置された非接地系配電線系統と、その配電線系統で発生した地絡事故により動作する地絡保護継電器と間に設置される配電線地絡電流増幅装置であって、前記電圧調整器により地絡事故発生の配電線に現出した残留電圧を検出する電圧入力部、および前記残留電圧の発生により前記配電線に流れる残留電流を検出する電流入力部と、基準となる線間電圧に対する前記残留電圧の位相差に基づいて地絡事故と配電線のループ接続とを判別する判定部と、その判定部から出力される指令に基づいて地絡事故時に前記残留電流を増大させて出力し、配電線のループ接続時に前記残留電流を抑制して出力する電流増幅部とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
ここで、非接地系配電線系統では、配電線に電圧調整器を設置したことにより残留電圧が発生し、その残留電圧の発生により残留電流が増大する。なお、配電線のループ接続とは、配電線の負荷切り替え作業を無停電で行う際に、その負荷切り替えが実施される配電線を、同一変電所の他の配電線あるいは異なる変電所の配電線と接続することを意味する。また、基準電圧には、非接地系配電線系統の配電線から検出される線間電圧を適用することが可能である。
【００１１】
本発明では、地絡事故時の基準電圧に対する残留電圧の位相差と、配電線のループ接続時の基準電圧に対する残留電圧の位相差とが異なることから、この地絡事故時とループ接続時の位相差の違いにより判定部にて地絡事故とループ接続とを判別する。ＳＶＲ動作（電圧調整）により配電線に流れる残留電流が増大してその残留電流レベルが地絡事故レベルと同程度になっても、配電線のループ接続時には電流増幅部で残留電流を抑制して出力させることで、残留電流レベルを強制的に低下させるので、配電線地絡電流増幅装置から出力される残留電流レベルが地絡電流レベルと同程度にならないため、ループ接続時に発生する残留電流により地絡保護継電器が動作することはない。これに対して、地絡事故時には電流増幅部で残留電流を増大させて出力することで、地絡保護継電器を確実に動作させることができる。
【００１２】
このように地絡事故時と配電線のループ接続時については配電線地絡電流増幅装置の出力により地絡保護継電器を制御し、地絡事故時には地絡保護継電器を確実に動作させ、配電線のループ接続時には地絡保護継電器を強制的に動作させないようにしている。
【００１３】
前記構成における判定部は、正常な配電線に流れる残留電流に対して逆位相の残留電流が地絡事故発生により流れる配電線の数を検出することにより地絡事故発生の配電線が複数であるか否かを判別し、地絡事故発生の配電線が複数の場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする。このように配電線の多重事故、つまり、複数の配電線において地絡事故が発生した場合には、配電線地絡電流増幅装置が残留電流を１００％出力することにより、配電線地絡電流増幅装置の出力により地絡保護継電器を制御することなく、配電線の多重事故を地絡保護継電器で検出する。
【００１４】
前記構成における判定部は、残留電圧が増加しているか否かを判別し、残留電圧が減少している場合、前記電流増幅部で残留電流を抑制して出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする。ここで、配電線のループ接続を開放した場合には、ＳＶＲの影響で配電線に流れる残留電圧が減少するため、その減少による残留電圧の変動分で地絡保護継電器が誤動作しないようにする。つまり、残留電圧が増加していない場合には、残留電流を抑制して出力することにより、配電線地絡電流増幅装置の出力で地絡保護継電器を制御して強制的に動作させないようにする。
【００１５】
前記構成における判定部は、基準となる線間電圧または装置電源の異常があるか否かを判別し、線間電圧または装置電源の異常が発生した場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする。このように基準電圧または装置電源の異常が発生した場合には、配電線地絡電流増幅装置が残留電流を１００％出力することにより、配電線地絡電流増幅装置の出力により地絡保護継電器を制御することなく、基準電圧または装置電源の異常時に発生した地絡事故を地絡保護継電器で検出する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は非接地系配電線系統Ｎと地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3との間に配電線地絡電流増幅装置Ｍを設置した実施形態を示す。図示の非接地系配電線系統Ｎは、配電用変電所から延びる６．６ｋＶの系統母線ＢＬから分岐した複数（図では三つ）の配電線Ｌ1〜Ｌ3を例示している。この配電線Ｌ1〜Ｌ3の架設数に対応させた数（図では三つ）の地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3が設置されている。これら地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3は、配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた後述の変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3などを内蔵した機器筐体に配設されている。本発明の配電線地絡電流増幅装置Ｍは機器筐体に対してケーブルを介して簡単に外付けされる。但し、配電線地絡電流増幅装置Ｍを前述の機器筐体に内蔵させることも可能である。なお、図中、ＣＢ1〜ＣＢ3は各配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた開閉器である。
【００１７】
同図に示すように非接地系配電線系統Ｎの各配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3のそれぞれを配電線地絡電流増幅装置Ｍの入力に接続し、この変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3により配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏを検出する。また、系統母線ＢＬに設けられた計器用変圧器ＧＰＴを配電線地絡電流増幅装置Ｍの入力に接続し、この計器用変圧器ＧＰＴにより、配電線Ｌ1〜Ｌ3に発生した基準電圧Ｖａｂ〔例えば三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）のうち、ａ相とｂ相の線間電圧〕と残留電圧Ｖｏを検出する。なお、基準電圧Ｖａｂは計器用変圧器ＧＰＴの二次側出力から検出可能であり、残留電圧Ｖｏは計器用変圧器ＧＰＴの三次側出力から検出可能である。一方、配電線Ｌ1〜Ｌ3の架設数に対応させた数（図では三つ）の地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力に接続する。
【００１８】
図２は配電線地絡電流増幅装置Ｍの回路構成ブロック図である。同図に示すように配電線地絡電流増幅装置Ｍは、電流入力部１、電圧入力部２、電流増幅率設定部３、Ａ／Ｄ変換部４、電流増幅部７、ＣＰＵ部５（判定部）、電源部８とを主要部として構成されている。
【００１９】
電流入力部１では、配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3が入力接続され、その変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3により検出された残留電流Ｉｏがデータ入力される。この電流入力部１には、例えば、他の周辺機器との絶縁を確保するために高精度の貫通型変流器（図示せず）が設けられている。また、電圧入力部２では、系統母線ＢＬに設けられた計器用変圧器ＧＰＴが入力接続され、その計器用変圧器ＧＰＴの二次側出力と三次側出力で検出された基準電圧Ｖａｂと残留電圧Ｖｏがデータ入力される。この電圧入力部２には、例えば、他の周辺機器との絶縁を確保するために絶縁型変圧器（図示せず）が設けられている。
【００２０】
電流増幅率設定部３では、例えばディップスイッチによるゲイン抵抗の切り替えでもって、地絡事故時の残留電流Ｉｏの増幅率と、定常時の残留電流Ｉｏの増幅率と、多重事故時および異常時の残留電流Ｉｏの増幅率をそれぞれ設定入力する。例えば、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故時における残留電流Ｉｏの増幅率を８００％（８倍）、配電線Ｌ1〜Ｌ3の定常時における残留電流Ｉｏの増幅率を２５％（１／４倍）、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故時または装置の異常時における残留電流Ｉｏの増幅率を１００％（１倍）に設定することが可能である。
【００２１】
これら増幅率は一つの例示であり、スイッチの切り替え等により、地絡事故時の増幅率、定常時の増幅率を非接地系配電線系統Ｎに応じて他の値に設定変更することも可能である。例えば、地絡事故時の増幅率を２００％（２倍）または４００％（４倍）に、定常時の増幅率を５０％（１／２倍）または１００％（１倍）に設定変更することが可能である。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部４は、例えば比較的単純なアナログフィルタと１２ビットＡ／Ｄ変換器で、Ａ／Ｄ変換後のＦＦＴ演算によるデジタルフィルタが構成されている。電流入力部１から出力される残留電流Ｉｏと、電圧入力部２から出力される基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧ＶｏをＡ／Ｄ変換し、デジタル変換されたデータは８サイクルのＦＦＴ演算（高速フーリエ変換）により高周波成分を除去して基本成分（６０Ｈｚ成分）を抽出する。これにより、残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧Ｖｏの基本波実効値、位相角を算出している。なお、電流入力部１および電圧入力部２では、貫通型変流器および絶縁型変圧器での検出レベルが微小であるため、それらの出力をレベル変換によりＡ／Ｄ変換器の入力仕様に合わせて増幅するようにしている。
【００２３】
電流増幅部７では、例えば増幅アンプ、絶縁アンプ、電流出力アンプからなり、電流入力部１から出力される残留電流Ｉｏを、電流増幅率設定部３により予め設定された増幅率でもって増大または抑制させて出力するか、あるいは１００％出力する。この増幅率の選定は、Ａ／Ｄ変換部４から出力される残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧Ｖｏの基本波実効値、位相角に基づいてＣＰＵ部５で判定され、後述する事故判定アルゴリズム（図３参照）により残留電流Ｉｏの出力状態を切り替える指令をアナログスイッチ６に送出することにより三段階切り替えで行われる。その切り替え指令としては、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故時には残留電流Ｉｏを例えば８００％に増大する指令と、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時を含む定常時には残留電流Ｉｏを例えば２５％に抑制する指令と、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故時や装置の異常時には残留電流Ｉｏを１００％出力する指令とに分別されている。
【００２４】
図３は配電線地絡電流増幅装置Ｍの事故判定アルゴリズムを示す。この事故判定アルゴリズムに基づいて配電線地絡電流増幅装置ＭのＣＰＵ部５では、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故（特に単独事故）が発生したか否かを判定し、その判定時に地絡事故（単独事故）と配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続とを識別し得る。さらに、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故が多重事故であるか否かや、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続が開放されたか否か、基準電圧または装置電源の異常が発生しているか否かについても判定する。
【００２５】
まず最初に装置内部の各構成回路について自己点検を実行する（STEP１）。この自己点検はＣＰＵ部５からの点検指令に基づいて各構成回路が正常に動作するか否かをチェックする。装置内部の各構成回路が正常であれば、配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏを電流入力部１で取り込むと共に、その配電線Ｌ1〜Ｌ3に発生した基準電圧Ｖａｂ、残留電圧Ｖｏを電圧入力部２で取り組む（STEP２）。
【００２６】
これら残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧ＶｏからなるデータをＡ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄ変換後のＦＦＴ演算により高周波成分を除去して基本成分（６０Ｈｚ成分）を抽出することにより、残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧Ｖｏの基本波実効値、位相角を算出する（STEP３）。このＦＦＴ演算では例えば５０ｍ秒ごとに演算結果が得られるように複数の演算処理を平行して動作させるようにして装置の事故検出速度の向上を図っている。
【００２７】
このＡ／Ｄ変換部４で５０ｍ秒ごとにサンプリングされた演算結果から残留電圧Ｖｏの基本波実効値の平均を算出し（STEP４）、その残留電圧Ｖｏの実効値が増加しているか否かをＣＰＵ部５で判別する（STEP５）。この判別により、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続開放時における地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3の誤動作を未然に防止することができる。
【００２８】
配電線Ｌ1〜Ｌ3の負荷切り替え時には、その負荷切り替えが実施される配電線（図７ではＡ変電所の配電線Ｌ4A）を、同一変電所の他の配電線あるいは異なる変電所の配電線（図７ではＢ変電所の配電線Ｌ1B）とループ接続することにより、負荷切り替え作業を無停電で行えるようにしているが、そのループ接続を開放した場合には、ＳＶＲの影響で配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電圧Ｖｏが減少する。 そこで、残留電圧Ｖｏの減少による変動分で地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3が誤動作しないようにするためには、前述したように残留電圧Ｖｏが増加しているか否かを判別することが有効である。
【００２９】
従って、ＣＰＵ部５で残留電圧Ｖｏが増加していない、つまり、残留電圧Ｖｏが減少したと判断した場合には、ＣＰＵ部５からの抑制出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを抑制して出力する（STEP１４）。このように配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続を開放した場合には、配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電圧Ｖｏが増加しないことを配電線地絡電流増幅装置Ｍで判定し、その配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させないようにする。
【００３０】
次に、残留電圧Ｖｏの増加分が例えば５Ｖより大きく、かつ、８Ｖより小さいか否かをＣＰＵ部５で判別する（STEP６，７）。この判別基準となる下限値（５Ｖ）と上限値（８Ｖ）は配電線地絡電流増幅装置Ｍが適用される配電線系統Ｎに応じて任意に設定変更され得る。ＣＰＵ部５では、配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏの実効値が例えば１００μＡ以上であれば、その配電線Ｌ1〜Ｌ3を有効な判定対象としてその数が１より大きいか否かを判別する（STEP８）。
【００３１】
なお、ＣＰＵ部５の判断基準を、残留電流Ｉｏの実効値が例えば１００μＡとした理由は次のとおりである。前述したＡ／Ｄ変換部４には、残留電流Ｉｏの実効値を算出するための演算可能な最低レベルがあり、その最低レベルに基づいて基準値を例えば１００μＡに設定している。従って、Ａ／Ｄ変換部４の性能に応じてこの基準値は任意に設定変更され得る。
【００３２】
この有効な判定対象となる配電線Ｌ1〜Ｌ3の数が０であれば、地絡事故が発生しておらず、かつ、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続がない状態であることから、ＣＰＵ部５からの抑制指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを抑制して出力することにより、定常時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍにより地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させない（STEP１４）。
【００３３】
一方、有効な判定対象となる配電線Ｌ1〜Ｌ3の数が１より大きければ、地絡事故が発生しているか、あるいは、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続となっている状態かのいずれかである。ここで、それら有効な判定対象となる配電線Ｌ1〜Ｌ3のうち、逆位相の配電線Ｌ1〜Ｌ3の数を検出する（STEP９）。これにより配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故、つまり、複数の配電線Ｌ1〜Ｌ3で地絡事故が発生している状態を検出することができる。なお、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故は、例えば落雷などにより発生するのが一般的であり、そのような場合、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続は実施されないことが通例となっているため、この多重事故発生の場合には配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続は除外される。
【００３４】
図４（ａ）は一つの配電線Ｌ1で地絡事故が発生した単独事故の場合、同図（ｂ）は二つの配電線Ｌ1，Ｌ2で地絡事故が発生した多重事故の場合をそれぞれ例示する。配電線に地絡事故が発生した場合、地絡事故が発生した配電線以外の正常な配電線〔図４（ａ）の単独事故の場合は配電線Ｌ2，Ｌ3、同図（ｂ）の多重事故の場合は配電線Ｌ3〕には、大地との間に存在する対地静電容量〔図４（ａ）の単独事故の場合は対地静電容量Ｃ2，Ｃ3、同図（ｂ）の多重事故の場合は対地静電容量Ｃ3〕を介して地絡電流が流入する。
【００３５】
そのため、地絡事故が発生した配電線〔図４（ａ）の単独事故の場合は配電線Ｌ1、同図（ｂ）の多重事故の場合は配電線Ｌ1，Ｌ2〕には、正常な配電線に流れる残留電流Ｉｏ’に対して逆位相の残留電流Ｉｏが流れていることになる。従って、逆位相の配電線数が１であれば、図４（ａ）に示すように一つの配電線Ｌ1で地絡事故が発生した単独事故であり、逆位相の配電線数が１よりも大きければ、同図（ｂ）に示すように複数の配電線Ｌ1，Ｌ2で地絡事故が発生した多重事故であると判定することができる。
【００３６】
前述したように有効な判定対象となる配電線のうち、逆位相の配電線の数を検出して１よりも大きければ、配電線の多重事故であるとＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５からの１００％出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを１００％出力することにより（STEP１３）、配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏを配電線地絡電流増幅装置Ｍにより増大または抑制することなく、そのまま地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3に出力する。このように配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御することなく、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故を地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3で検出する。
【００３７】
一方、逆位相の配電線の数が１であれば、配電線Ｌ1〜Ｌ3の単独事故あるいは配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続であるとＣＰＵ部５で判定する。その場合、逆位相の配電線に流れる残留電流Ｉｏが例えば１ｍＡ以上であるか否かをＣＰＵ部５で判別する（STEP１０）。
【００３８】
ここで、ＳＶＲのタップ切り替えにより配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏが増加する場合があり、その場合でも残留電流Ｉｏの増加量が１ｍＡより小さいことから、前記ＣＰＵ部５の判断基準を残留電流Ｉｏが１ｍＡとしたのは、ＳＶＲのタップ切り替えにより残留電流Ｉｏが増加する場合を除外するものである。
【００３９】
従って、逆位相の配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏが１ｍＡより小さい場合には、地絡事故が発生しておらず、かつ、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続がない状態であることから、ＣＰＵ部５からの抑制出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを抑制して出力することにより、定常時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍにより地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させない（STEP１４）。
【００４０】
逆位相の配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏが１ｍＡ以上である場合、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相差を測定することにより（STEP１１）、地絡事故（単独事故）による残留電圧Ｖｏの増加であるのか、あるいは配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続による残留電圧Ｖｏの増加であるのかを判別する。この判別は、地絡事故（単独事故）時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡と配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡の差異に基づいて行うことが可能である。
【００４１】
すなわち、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡は、図５に示すようにａ相電圧Ｖａ、ｂ相電圧Ｖｂまたはｃ相電圧Ｖｃのいずれかの位相と一致する。同図（ａ）はａ相配電線のループ接続、同図（ｂ）はｂ相配電線のループ接続、同図（ｃ）はｃ相配電線のループ接続の場合をそれぞれ示す。
【００４２】
これに対して地絡事故（単独事故）時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡は、図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように基準電圧Ｖａｂに対して所定の位相角θを持つ。ａ相地絡、ｂ相地絡、ｃ相地絡のそれぞれの場合、残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡は、その電圧値に応じて図中破線で示すような半円弧上に位置するが、前述したように残留電圧Ｖｏを５Ｖより大きく、かつ、８Ｖより小さい値の範囲内で判別するようにしたことから、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相角θは、ａ相地絡の場合は２９０〜３００°、ｂ相地絡の場合は５０〜６０°、ｃ相地絡の場合は１７０〜１８０°となる。
【００４３】
なお、非接地系配電線系統Ｎに応じて適正な残留電圧Ｖｏの判定範囲を設定変更することにより、残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡において、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相角が前記配電線系統Ｎに適合した範囲に選定される。
【００４４】
このようにして、残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡から、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相角が前記所定の範囲内（ａ相地絡：２９０〜３００°、ｂ相地絡：５０〜６０°、ｃ相地絡：１７０〜１８０°）にあれば、地絡事故（単独事故）が発生しているとＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５から出力される増大出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを８００％に増大させて出力することで、地絡事故時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を確実に動作させる。
【００４５】
一方、残留電圧Ｖｏが前記所定の範囲外、つまり、残留電圧Ｖｏがａ相電圧Ｖａ、ｂ相電圧Ｖｂまたはｃ相電圧Ｖｃのいずれかの位相と一致すれば、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続であるとＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５から出力される抑制出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを２５％に抑制して出力することで、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させないようにする。
【００４６】
なお、配電線地絡電流増幅装置Ｍの電源部８は、装置の信頼性を向上させるために二つの電源を具備し、一方の電源が故障しても他方の電源により正常動作するようになっている。また、電源の二次電圧を監視し、その二次電圧が±５％の範囲を逸脱する場合には装置電源の異常信号がＣＰＵ部５に出力される。また、計器用変圧器ＧＰＴの二次側出力を監視し、その二次電圧が例えば４０Ｖより小さくなった場合には基準電圧Ｖａｂの異常信号がＣＰＵ部５に出力される。
【００４７】
この配電線地絡電流増幅装置Ｍでは、基準電圧異常や装置電源異常が発生した場合（STEP１２）、その異常信号に基づいてＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５から出力される１００％出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを１００％出力する（STEP１３）。これにより、配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏを配電線地絡電流増幅装置Ｍにより増大または抑制することなく、そのまま地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3に出力することにより、配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御することなく、配電線地絡電流増幅装置Ｍにおいて基準電圧や装置電源の異常が発生している最中であっても地絡事故を地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3で検出することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、地絡事故時の基準電圧に対する残留電圧の位相差と、定常時、特に配電線のループ接続時の基準電圧に対する残留電圧の位相差とが異なることから、地絡事故時とループ接続時の位相差の違いにより判定部にて地絡事故とループ接続とを判別する。ＳＶＲ動作（電圧調整）により配電線に流れる残留電流が増大しても、判定部で地絡事故発生と配電線のループ接続とを判別することにより、配電線のループ接続時には電流増幅部で残留電流を抑制して出力させることで、残留電流レベルを強制的に低下させるので、その残留電流レベルが地絡電流レベルと同程度にならないため、ループ接続時に発生する残留電流により地絡保護継電器が誤動作することはないので、装置の信頼性が大幅に向上する。
【００４９】
判定部は、地絡事故発生により逆位相の残留電流が流れる配電線の数を検出することにより地絡事故発生の配電線が複数であるか否かを判別し、地絡事故発生の配電線が複数の場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することにより、配電線の多重事故、つまり、複数の配電線において地絡事故が発生した場合には、配電線地絡電流増幅装置が残留電流を１００％出力することにより、配電線地絡電流増幅装置による単独事故の検出だけでなく、配電線の多重事故については既設の地絡保護継電器で検出させることができるので、多重事故検出に関する信頼性を維持することができる。
【００５０】
判定部は、残留電圧が増加しているか否かを判別し、残留電圧が増加していない場合、前記電流増幅部で残留電流を抑制して出力させる指令を前記電流増幅部に送出することにより、配電線地絡電流増幅装置で定常状態であると判定させるので、配電線のループ接続を開放した場合でも、地絡保護継電器が誤動作することはなく、装置の信頼性がより一層向上する。
【００５１】
判定部は、基準電圧または装置電源の異常があるか否かを判別し、基準電圧または装置電源の異常が発生した場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することにより、配電線地絡電流増幅装置において基準電圧や装置電源の異常が発生している最中であっても地絡事故を既設の地絡保護継電器で検出することができるので、異常発生時における装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で、非接地系配電線系統と地絡保護継電器との間に配電線地絡電流増幅装置を設置した概略構成図である。
【図２】図１の配電線地絡電流増幅装置の概略構成ブロック図である。
【図３】図１の配電線地絡電流増幅装置による地絡事故判定のアルゴリズムフロー図である。
【図４】（ａ）は非接地系配電線系統に単独事故が発生した場合を示す系統配線図、（ｂ）は多重事故が発生した場合を示す系統配線図である。
【図５】基準電圧に対する残留電圧のベクトル軌跡で、（ａ）はａ相配電線のループ接続時、（ｂ）はｂ相配電線のループ接続時、（ｃ）はｃ相配電線のループ接続時をそれぞれ示す。
【図６】基準電圧に対する残留電圧のベクトル軌跡で、（ａ）はａ相地絡事故の発生時、（ｂ）はｂ相地絡事故の発生時、（ｃ）はｃ相地絡事故の発生時をそれぞれ示す。
【図７】二つの変電所の非接地系配電線系統間でのループ接続を説明するための概略構成図である。
【図８】残留電圧および残留電流の発生状況を説明するためのもので、（ａ）は配電線のループ接続がない場合の波形図、（ｂ）は配電線のループ接続がある場合の波形図である。
【符号の説明】
１ 電流入力部
２ 電圧入力部
５ 判定部（ＣＰＵ部）
７ 電流増幅部
Ｉｏ 残留電流
Ｌ1〜Ｌ3 配電線
Ｍ 配電線地絡電流増幅装置
Ｎ 非接地系配電線系統
ＳＶＲ 電圧調整器
Ｖｏ 残留電圧
Ｖａｂ 基準電圧
【発明の属する技術分野】
本発明は配電線地絡電流増幅装置に関し、例えば６．６ｋＶ高圧の非接地系配電線系統で発生した地絡事故を検出して地絡保護継電器を動作させる配電線地絡電流増幅装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば６．６ｋＶの高圧配電線を持つ非接地系配電線系統を図７に示す。同図は例えば二つの配電用変電所（Ａ変電所、Ｂ変電所）を持つ非接地系配電線系統Ｎを例示する。この配電線系統Ｎでは、Ａ変電所、Ｂ変電所から延びる多数の配電線Ｌ1A〜Ｌ4A、Ｌ1B〜Ｌ3Bのうち、いずれかの配電線で高圧機器の絶縁劣化や絶縁不良などにより地絡事故が発生した場合（図では配電線Ｌ2Aで地絡事故が発生した場合を示す）、その地絡事故により配電線Ｌ2Aに流れる地絡電流Ｉｏを変流器ＣＴ2Aにより検出し、その検出された地絡電流Ｉｏに基づいて地絡保護継電器ＲＹ2Aを動作させ、その地絡保護継電器ＲＹ2Aの出力でもって配電線Ｌ2Aの地絡事故発生を検出するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した非接地系配電線系統Ｎでは、配電線ごとに負荷状態が異なっていることから、配電線における電圧降下が絶えず変動している。そのため、配電用変電所で送り出し電圧を調整するだけでは配電線における電圧降下を補償することが困難となっている。そこで一般的に、電圧降下が大きい配電線（図７では配電線Ｌ4A）の途中にＳＶＲ（Step Voltage Regulator：自動電圧調整器）を設置し、そのＳＶＲのタップ切り替えで系統電圧を自動的に調整することにより配電線における電圧降下を補償するようにしている。
【０００４】
一方、配電線の負荷切り替え時には、その負荷切り替えが実施される配電線（図７ではＡ変電所の配電線Ｌ4A）を、同一変電所の他の配電線あるいは異なる変電所の配電線（図７ではＢ変電所の配電線Ｌ1B）とループ接続（ループＩＮ）することにより、負荷切り替え作業を無停電で行えるようにしている。
【０００５】
一般的に、前述したＳＶＲによる電圧調整でもって配電線に残留電圧が発生するため、その残留電圧の発生により残留電流が増大することが明らかとなっている。図８（ａ）は、Ｃ変電所の非接地系配電線系統における配電線Ｌ1C〜Ｌ4Cの残留電圧Ｖｏおよび残留電流Ｉｏを示す。ＳＶＲが設置された配電線Ｌ3Cでループ接続がない場合、残留電圧Ｖｏの発生によりＳＶＲ動作が起因となって配電線Ｌ3Cの残留電流Ｉｏが増大していることが明らかである。
【０００６】
また、ＳＶＲを設置した配電線を負荷切り替え時に他の配電線とループ接続した場合には残留電流が非常に増大することも明らかになっている。図８（ｂ）は、Ｄ変電所の非接地系配電線系統における配電線Ｌ1D〜Ｌ4Dの残留電圧Ｖｏおよび残留電流Ｉｏを示す。ＳＶＲが設置された配電線Ｌ2Dをループ接続（ループＩＮ）した時、配電線Ｌ2Dの残留電流Ｉｏが非常に増大していることが明らかである。
【０００７】
このように非接地系配電線系統において、ＳＶＲが設置された配電線をループ接続した場合、そのループ接続時に発生する残留電流レベルが増大して地絡事故発生時に流れる残留電流レベル、つまり地絡電流レベルとほぼ同程度になるため、配電線のループ接続と地絡事故発生との判別が困難となる。その結果、地絡事故が発生していないにもかかわらず、ループ接続時に発生する残留電流により地絡保護継電器が誤動作するという不具合があった。
【０００８】
そこで、本発明は前記問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、ループ接続時に発生した残留電流により地絡保護継電器が誤動作することを未然に防止し得る配電線地絡電流増幅装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための技術的手段として、本発明は、電圧調整器が設置された非接地系配電線系統と、その配電線系統で発生した地絡事故により動作する地絡保護継電器と間に設置される配電線地絡電流増幅装置であって、前記電圧調整器により地絡事故発生の配電線に現出した残留電圧を検出する電圧入力部、および前記残留電圧の発生により前記配電線に流れる残留電流を検出する電流入力部と、基準となる線間電圧に対する前記残留電圧の位相差に基づいて地絡事故と配電線のループ接続とを判別する判定部と、その判定部から出力される指令に基づいて地絡事故時に前記残留電流を増大させて出力し、配電線のループ接続時に前記残留電流を抑制して出力する電流増幅部とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
ここで、非接地系配電線系統では、配電線に電圧調整器を設置したことにより残留電圧が発生し、その残留電圧の発生により残留電流が増大する。なお、配電線のループ接続とは、配電線の負荷切り替え作業を無停電で行う際に、その負荷切り替えが実施される配電線を、同一変電所の他の配電線あるいは異なる変電所の配電線と接続することを意味する。また、基準電圧には、非接地系配電線系統の配電線から検出される線間電圧を適用することが可能である。
【００１１】
本発明では、地絡事故時の基準電圧に対する残留電圧の位相差と、配電線のループ接続時の基準電圧に対する残留電圧の位相差とが異なることから、この地絡事故時とループ接続時の位相差の違いにより判定部にて地絡事故とループ接続とを判別する。ＳＶＲ動作（電圧調整）により配電線に流れる残留電流が増大してその残留電流レベルが地絡事故レベルと同程度になっても、配電線のループ接続時には電流増幅部で残留電流を抑制して出力させることで、残留電流レベルを強制的に低下させるので、配電線地絡電流増幅装置から出力される残留電流レベルが地絡電流レベルと同程度にならないため、ループ接続時に発生する残留電流により地絡保護継電器が動作することはない。これに対して、地絡事故時には電流増幅部で残留電流を増大させて出力することで、地絡保護継電器を確実に動作させることができる。
【００１２】
このように地絡事故時と配電線のループ接続時については配電線地絡電流増幅装置の出力により地絡保護継電器を制御し、地絡事故時には地絡保護継電器を確実に動作させ、配電線のループ接続時には地絡保護継電器を強制的に動作させないようにしている。
【００１３】
前記構成における判定部は、正常な配電線に流れる残留電流に対して逆位相の残留電流が地絡事故発生により流れる配電線の数を検出することにより地絡事故発生の配電線が複数であるか否かを判別し、地絡事故発生の配電線が複数の場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする。このように配電線の多重事故、つまり、複数の配電線において地絡事故が発生した場合には、配電線地絡電流増幅装置が残留電流を１００％出力することにより、配電線地絡電流増幅装置の出力により地絡保護継電器を制御することなく、配電線の多重事故を地絡保護継電器で検出する。
【００１４】
前記構成における判定部は、残留電圧が増加しているか否かを判別し、残留電圧が減少している場合、前記電流増幅部で残留電流を抑制して出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする。ここで、配電線のループ接続を開放した場合には、ＳＶＲの影響で配電線に流れる残留電圧が減少するため、その減少による残留電圧の変動分で地絡保護継電器が誤動作しないようにする。つまり、残留電圧が増加していない場合には、残留電流を抑制して出力することにより、配電線地絡電流増幅装置の出力で地絡保護継電器を制御して強制的に動作させないようにする。
【００１５】
前記構成における判定部は、基準となる線間電圧または装置電源の異常があるか否かを判別し、線間電圧または装置電源の異常が発生した場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする。このように基準電圧または装置電源の異常が発生した場合には、配電線地絡電流増幅装置が残留電流を１００％出力することにより、配電線地絡電流増幅装置の出力により地絡保護継電器を制御することなく、基準電圧または装置電源の異常時に発生した地絡事故を地絡保護継電器で検出する。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は非接地系配電線系統Ｎと地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3との間に配電線地絡電流増幅装置Ｍを設置した実施形態を示す。図示の非接地系配電線系統Ｎは、配電用変電所から延びる６．６ｋＶの系統母線ＢＬから分岐した複数（図では三つ）の配電線Ｌ1〜Ｌ3を例示している。この配電線Ｌ1〜Ｌ3の架設数に対応させた数（図では三つ）の地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3が設置されている。これら地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3は、配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた後述の変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3などを内蔵した機器筐体に配設されている。本発明の配電線地絡電流増幅装置Ｍは機器筐体に対してケーブルを介して簡単に外付けされる。但し、配電線地絡電流増幅装置Ｍを前述の機器筐体に内蔵させることも可能である。なお、図中、ＣＢ1〜ＣＢ3は各配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた開閉器である。
【００１７】
同図に示すように非接地系配電線系統Ｎの各配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3のそれぞれを配電線地絡電流増幅装置Ｍの入力に接続し、この変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3により配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏを検出する。また、系統母線ＢＬに設けられた計器用変圧器ＧＰＴを配電線地絡電流増幅装置Ｍの入力に接続し、この計器用変圧器ＧＰＴにより、配電線Ｌ1〜Ｌ3に発生した基準電圧Ｖａｂ〔例えば三相（ａ相、ｂ相、ｃ相）のうち、ａ相とｂ相の線間電圧〕と残留電圧Ｖｏを検出する。なお、基準電圧Ｖａｂは計器用変圧器ＧＰＴの二次側出力から検出可能であり、残留電圧Ｖｏは計器用変圧器ＧＰＴの三次側出力から検出可能である。一方、配電線Ｌ1〜Ｌ3の架設数に対応させた数（図では三つ）の地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力に接続する。
【００１８】
図２は配電線地絡電流増幅装置Ｍの回路構成ブロック図である。同図に示すように配電線地絡電流増幅装置Ｍは、電流入力部１、電圧入力部２、電流増幅率設定部３、Ａ／Ｄ変換部４、電流増幅部７、ＣＰＵ部５（判定部）、電源部８とを主要部として構成されている。
【００１９】
電流入力部１では、配電線Ｌ1〜Ｌ3に設けられた変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3が入力接続され、その変流器ＺＣＴ1〜ＺＣＴ3により検出された残留電流Ｉｏがデータ入力される。この電流入力部１には、例えば、他の周辺機器との絶縁を確保するために高精度の貫通型変流器（図示せず）が設けられている。また、電圧入力部２では、系統母線ＢＬに設けられた計器用変圧器ＧＰＴが入力接続され、その計器用変圧器ＧＰＴの二次側出力と三次側出力で検出された基準電圧Ｖａｂと残留電圧Ｖｏがデータ入力される。この電圧入力部２には、例えば、他の周辺機器との絶縁を確保するために絶縁型変圧器（図示せず）が設けられている。
【００２０】
電流増幅率設定部３では、例えばディップスイッチによるゲイン抵抗の切り替えでもって、地絡事故時の残留電流Ｉｏの増幅率と、定常時の残留電流Ｉｏの増幅率と、多重事故時および異常時の残留電流Ｉｏの増幅率をそれぞれ設定入力する。例えば、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故時における残留電流Ｉｏの増幅率を８００％（８倍）、配電線Ｌ1〜Ｌ3の定常時における残留電流Ｉｏの増幅率を２５％（１／４倍）、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故時または装置の異常時における残留電流Ｉｏの増幅率を１００％（１倍）に設定することが可能である。
【００２１】
これら増幅率は一つの例示であり、スイッチの切り替え等により、地絡事故時の増幅率、定常時の増幅率を非接地系配電線系統Ｎに応じて他の値に設定変更することも可能である。例えば、地絡事故時の増幅率を２００％（２倍）または４００％（４倍）に、定常時の増幅率を５０％（１／２倍）または１００％（１倍）に設定変更することが可能である。
【００２２】
Ａ／Ｄ変換部４は、例えば比較的単純なアナログフィルタと１２ビットＡ／Ｄ変換器で、Ａ／Ｄ変換後のＦＦＴ演算によるデジタルフィルタが構成されている。電流入力部１から出力される残留電流Ｉｏと、電圧入力部２から出力される基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧ＶｏをＡ／Ｄ変換し、デジタル変換されたデータは８サイクルのＦＦＴ演算（高速フーリエ変換）により高周波成分を除去して基本成分（６０Ｈｚ成分）を抽出する。これにより、残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧Ｖｏの基本波実効値、位相角を算出している。なお、電流入力部１および電圧入力部２では、貫通型変流器および絶縁型変圧器での検出レベルが微小であるため、それらの出力をレベル変換によりＡ／Ｄ変換器の入力仕様に合わせて増幅するようにしている。
【００２３】
電流増幅部７では、例えば増幅アンプ、絶縁アンプ、電流出力アンプからなり、電流入力部１から出力される残留電流Ｉｏを、電流増幅率設定部３により予め設定された増幅率でもって増大または抑制させて出力するか、あるいは１００％出力する。この増幅率の選定は、Ａ／Ｄ変換部４から出力される残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧Ｖｏの基本波実効値、位相角に基づいてＣＰＵ部５で判定され、後述する事故判定アルゴリズム（図３参照）により残留電流Ｉｏの出力状態を切り替える指令をアナログスイッチ６に送出することにより三段階切り替えで行われる。その切り替え指令としては、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故時には残留電流Ｉｏを例えば８００％に増大する指令と、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時を含む定常時には残留電流Ｉｏを例えば２５％に抑制する指令と、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故時や装置の異常時には残留電流Ｉｏを１００％出力する指令とに分別されている。
【００２４】
図３は配電線地絡電流増幅装置Ｍの事故判定アルゴリズムを示す。この事故判定アルゴリズムに基づいて配電線地絡電流増幅装置ＭのＣＰＵ部５では、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故（特に単独事故）が発生したか否かを判定し、その判定時に地絡事故（単独事故）と配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続とを識別し得る。さらに、配電線Ｌ1〜Ｌ3の地絡事故が多重事故であるか否かや、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続が開放されたか否か、基準電圧または装置電源の異常が発生しているか否かについても判定する。
【００２５】
まず最初に装置内部の各構成回路について自己点検を実行する（STEP１）。この自己点検はＣＰＵ部５からの点検指令に基づいて各構成回路が正常に動作するか否かをチェックする。装置内部の各構成回路が正常であれば、配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏを電流入力部１で取り込むと共に、その配電線Ｌ1〜Ｌ3に発生した基準電圧Ｖａｂ、残留電圧Ｖｏを電圧入力部２で取り組む（STEP２）。
【００２６】
これら残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧ＶｏからなるデータをＡ／Ｄ変換部４でＡ／Ｄ変換後のＦＦＴ演算により高周波成分を除去して基本成分（６０Ｈｚ成分）を抽出することにより、残留電流Ｉｏ、基準電圧Ｖａｂおよび残留電圧Ｖｏの基本波実効値、位相角を算出する（STEP３）。このＦＦＴ演算では例えば５０ｍ秒ごとに演算結果が得られるように複数の演算処理を平行して動作させるようにして装置の事故検出速度の向上を図っている。
【００２７】
このＡ／Ｄ変換部４で５０ｍ秒ごとにサンプリングされた演算結果から残留電圧Ｖｏの基本波実効値の平均を算出し（STEP４）、その残留電圧Ｖｏの実効値が増加しているか否かをＣＰＵ部５で判別する（STEP５）。この判別により、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続開放時における地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3の誤動作を未然に防止することができる。
【００２８】
配電線Ｌ1〜Ｌ3の負荷切り替え時には、その負荷切り替えが実施される配電線（図７ではＡ変電所の配電線Ｌ4A）を、同一変電所の他の配電線あるいは異なる変電所の配電線（図７ではＢ変電所の配電線Ｌ1B）とループ接続することにより、負荷切り替え作業を無停電で行えるようにしているが、そのループ接続を開放した場合には、ＳＶＲの影響で配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電圧Ｖｏが減少する。 そこで、残留電圧Ｖｏの減少による変動分で地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3が誤動作しないようにするためには、前述したように残留電圧Ｖｏが増加しているか否かを判別することが有効である。
【００２９】
従って、ＣＰＵ部５で残留電圧Ｖｏが増加していない、つまり、残留電圧Ｖｏが減少したと判断した場合には、ＣＰＵ部５からの抑制出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを抑制して出力する（STEP１４）。このように配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続を開放した場合には、配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電圧Ｖｏが増加しないことを配電線地絡電流増幅装置Ｍで判定し、その配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させないようにする。
【００３０】
次に、残留電圧Ｖｏの増加分が例えば５Ｖより大きく、かつ、８Ｖより小さいか否かをＣＰＵ部５で判別する（STEP６，７）。この判別基準となる下限値（５Ｖ）と上限値（８Ｖ）は配電線地絡電流増幅装置Ｍが適用される配電線系統Ｎに応じて任意に設定変更され得る。ＣＰＵ部５では、配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏの実効値が例えば１００μＡ以上であれば、その配電線Ｌ1〜Ｌ3を有効な判定対象としてその数が１より大きいか否かを判別する（STEP８）。
【００３１】
なお、ＣＰＵ部５の判断基準を、残留電流Ｉｏの実効値が例えば１００μＡとした理由は次のとおりである。前述したＡ／Ｄ変換部４には、残留電流Ｉｏの実効値を算出するための演算可能な最低レベルがあり、その最低レベルに基づいて基準値を例えば１００μＡに設定している。従って、Ａ／Ｄ変換部４の性能に応じてこの基準値は任意に設定変更され得る。
【００３２】
この有効な判定対象となる配電線Ｌ1〜Ｌ3の数が０であれば、地絡事故が発生しておらず、かつ、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続がない状態であることから、ＣＰＵ部５からの抑制指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを抑制して出力することにより、定常時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍにより地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させない（STEP１４）。
【００３３】
一方、有効な判定対象となる配電線Ｌ1〜Ｌ3の数が１より大きければ、地絡事故が発生しているか、あるいは、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続となっている状態かのいずれかである。ここで、それら有効な判定対象となる配電線Ｌ1〜Ｌ3のうち、逆位相の配電線Ｌ1〜Ｌ3の数を検出する（STEP９）。これにより配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故、つまり、複数の配電線Ｌ1〜Ｌ3で地絡事故が発生している状態を検出することができる。なお、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故は、例えば落雷などにより発生するのが一般的であり、そのような場合、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続は実施されないことが通例となっているため、この多重事故発生の場合には配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続は除外される。
【００３４】
図４（ａ）は一つの配電線Ｌ1で地絡事故が発生した単独事故の場合、同図（ｂ）は二つの配電線Ｌ1，Ｌ2で地絡事故が発生した多重事故の場合をそれぞれ例示する。配電線に地絡事故が発生した場合、地絡事故が発生した配電線以外の正常な配電線〔図４（ａ）の単独事故の場合は配電線Ｌ2，Ｌ3、同図（ｂ）の多重事故の場合は配電線Ｌ3〕には、大地との間に存在する対地静電容量〔図４（ａ）の単独事故の場合は対地静電容量Ｃ2，Ｃ3、同図（ｂ）の多重事故の場合は対地静電容量Ｃ3〕を介して地絡電流が流入する。
【００３５】
そのため、地絡事故が発生した配電線〔図４（ａ）の単独事故の場合は配電線Ｌ1、同図（ｂ）の多重事故の場合は配電線Ｌ1，Ｌ2〕には、正常な配電線に流れる残留電流Ｉｏ’に対して逆位相の残留電流Ｉｏが流れていることになる。従って、逆位相の配電線数が１であれば、図４（ａ）に示すように一つの配電線Ｌ1で地絡事故が発生した単独事故であり、逆位相の配電線数が１よりも大きければ、同図（ｂ）に示すように複数の配電線Ｌ1，Ｌ2で地絡事故が発生した多重事故であると判定することができる。
【００３６】
前述したように有効な判定対象となる配電線のうち、逆位相の配電線の数を検出して１よりも大きければ、配電線の多重事故であるとＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５からの１００％出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを１００％出力することにより（STEP１３）、配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏを配電線地絡電流増幅装置Ｍにより増大または抑制することなく、そのまま地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3に出力する。このように配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御することなく、配電線Ｌ1〜Ｌ3の多重事故を地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3で検出する。
【００３７】
一方、逆位相の配電線の数が１であれば、配電線Ｌ1〜Ｌ3の単独事故あるいは配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続であるとＣＰＵ部５で判定する。その場合、逆位相の配電線に流れる残留電流Ｉｏが例えば１ｍＡ以上であるか否かをＣＰＵ部５で判別する（STEP１０）。
【００３８】
ここで、ＳＶＲのタップ切り替えにより配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏが増加する場合があり、その場合でも残留電流Ｉｏの増加量が１ｍＡより小さいことから、前記ＣＰＵ部５の判断基準を残留電流Ｉｏが１ｍＡとしたのは、ＳＶＲのタップ切り替えにより残留電流Ｉｏが増加する場合を除外するものである。
【００３９】
従って、逆位相の配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏが１ｍＡより小さい場合には、地絡事故が発生しておらず、かつ、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続がない状態であることから、ＣＰＵ部５からの抑制出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを抑制して出力することにより、定常時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍにより地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させない（STEP１４）。
【００４０】
逆位相の配電線Ｌ1〜Ｌ3に流れる残留電流Ｉｏが１ｍＡ以上である場合、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相差を測定することにより（STEP１１）、地絡事故（単独事故）による残留電圧Ｖｏの増加であるのか、あるいは配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続による残留電圧Ｖｏの増加であるのかを判別する。この判別は、地絡事故（単独事故）時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡と配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡の差異に基づいて行うことが可能である。
【００４１】
すなわち、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡は、図５に示すようにａ相電圧Ｖａ、ｂ相電圧Ｖｂまたはｃ相電圧Ｖｃのいずれかの位相と一致する。同図（ａ）はａ相配電線のループ接続、同図（ｂ）はｂ相配電線のループ接続、同図（ｃ）はｃ相配電線のループ接続の場合をそれぞれ示す。
【００４２】
これに対して地絡事故（単独事故）時における残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡は、図（ａ）（ｂ）（ｃ）に示すように基準電圧Ｖａｂに対して所定の位相角θを持つ。ａ相地絡、ｂ相地絡、ｃ相地絡のそれぞれの場合、残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡は、その電圧値に応じて図中破線で示すような半円弧上に位置するが、前述したように残留電圧Ｖｏを５Ｖより大きく、かつ、８Ｖより小さい値の範囲内で判別するようにしたことから、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相角θは、ａ相地絡の場合は２９０〜３００°、ｂ相地絡の場合は５０〜６０°、ｃ相地絡の場合は１７０〜１８０°となる。
【００４３】
なお、非接地系配電線系統Ｎに応じて適正な残留電圧Ｖｏの判定範囲を設定変更することにより、残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡において、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相角が前記配電線系統Ｎに適合した範囲に選定される。
【００４４】
このようにして、残留電圧Ｖｏのベクトル軌跡から、基準電圧Ｖａｂに対する残留電圧Ｖｏの位相角が前記所定の範囲内（ａ相地絡：２９０〜３００°、ｂ相地絡：５０〜６０°、ｃ相地絡：１７０〜１８０°）にあれば、地絡事故（単独事故）が発生しているとＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５から出力される増大出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを８００％に増大させて出力することで、地絡事故時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を確実に動作させる。
【００４５】
一方、残留電圧Ｖｏが前記所定の範囲外、つまり、残留電圧Ｖｏがａ相電圧Ｖａ、ｂ相電圧Ｖｂまたはｃ相電圧Ｖｃのいずれかの位相と一致すれば、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続であるとＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５から出力される抑制出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを２５％に抑制して出力することで、配電線Ｌ1〜Ｌ3のループ接続時の処理として、配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御し、その地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を強制的に動作させないようにする。
【００４６】
なお、配電線地絡電流増幅装置Ｍの電源部８は、装置の信頼性を向上させるために二つの電源を具備し、一方の電源が故障しても他方の電源により正常動作するようになっている。また、電源の二次電圧を監視し、その二次電圧が±５％の範囲を逸脱する場合には装置電源の異常信号がＣＰＵ部５に出力される。また、計器用変圧器ＧＰＴの二次側出力を監視し、その二次電圧が例えば４０Ｖより小さくなった場合には基準電圧Ｖａｂの異常信号がＣＰＵ部５に出力される。
【００４７】
この配電線地絡電流増幅装置Ｍでは、基準電圧異常や装置電源異常が発生した場合（STEP１２）、その異常信号に基づいてＣＰＵ部５で判定し、そのＣＰＵ部５から出力される１００％出力指令により電流増幅部７で残留電流Ｉｏを１００％出力する（STEP１３）。これにより、配電線Ｌ1〜Ｌ3の残留電流Ｉｏを配電線地絡電流増幅装置Ｍにより増大または抑制することなく、そのまま地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3に出力することにより、配電線地絡電流増幅装置Ｍの出力により地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3を制御することなく、配電線地絡電流増幅装置Ｍにおいて基準電圧や装置電源の異常が発生している最中であっても地絡事故を地絡保護継電器ＲＹ1〜ＲＹ3で検出することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によれば、地絡事故時の基準電圧に対する残留電圧の位相差と、定常時、特に配電線のループ接続時の基準電圧に対する残留電圧の位相差とが異なることから、地絡事故時とループ接続時の位相差の違いにより判定部にて地絡事故とループ接続とを判別する。ＳＶＲ動作（電圧調整）により配電線に流れる残留電流が増大しても、判定部で地絡事故発生と配電線のループ接続とを判別することにより、配電線のループ接続時には電流増幅部で残留電流を抑制して出力させることで、残留電流レベルを強制的に低下させるので、その残留電流レベルが地絡電流レベルと同程度にならないため、ループ接続時に発生する残留電流により地絡保護継電器が誤動作することはないので、装置の信頼性が大幅に向上する。
【００４９】
判定部は、地絡事故発生により逆位相の残留電流が流れる配電線の数を検出することにより地絡事故発生の配電線が複数であるか否かを判別し、地絡事故発生の配電線が複数の場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することにより、配電線の多重事故、つまり、複数の配電線において地絡事故が発生した場合には、配電線地絡電流増幅装置が残留電流を１００％出力することにより、配電線地絡電流増幅装置による単独事故の検出だけでなく、配電線の多重事故については既設の地絡保護継電器で検出させることができるので、多重事故検出に関する信頼性を維持することができる。
【００５０】
判定部は、残留電圧が増加しているか否かを判別し、残留電圧が増加していない場合、前記電流増幅部で残留電流を抑制して出力させる指令を前記電流増幅部に送出することにより、配電線地絡電流増幅装置で定常状態であると判定させるので、配電線のループ接続を開放した場合でも、地絡保護継電器が誤動作することはなく、装置の信頼性がより一層向上する。
【００５１】
判定部は、基準電圧または装置電源の異常があるか否かを判別し、基準電圧または装置電源の異常が発生した場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することにより、配電線地絡電流増幅装置において基準電圧や装置電源の異常が発生している最中であっても地絡事故を既設の地絡保護継電器で検出することができるので、異常発生時における装置の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態で、非接地系配電線系統と地絡保護継電器との間に配電線地絡電流増幅装置を設置した概略構成図である。
【図２】図１の配電線地絡電流増幅装置の概略構成ブロック図である。
【図３】図１の配電線地絡電流増幅装置による地絡事故判定のアルゴリズムフロー図である。
【図４】（ａ）は非接地系配電線系統に単独事故が発生した場合を示す系統配線図、（ｂ）は多重事故が発生した場合を示す系統配線図である。
【図５】基準電圧に対する残留電圧のベクトル軌跡で、（ａ）はａ相配電線のループ接続時、（ｂ）はｂ相配電線のループ接続時、（ｃ）はｃ相配電線のループ接続時をそれぞれ示す。
【図６】基準電圧に対する残留電圧のベクトル軌跡で、（ａ）はａ相地絡事故の発生時、（ｂ）はｂ相地絡事故の発生時、（ｃ）はｃ相地絡事故の発生時をそれぞれ示す。
【図７】二つの変電所の非接地系配電線系統間でのループ接続を説明するための概略構成図である。
【図８】残留電圧および残留電流の発生状況を説明するためのもので、（ａ）は配電線のループ接続がない場合の波形図、（ｂ）は配電線のループ接続がある場合の波形図である。
【符号の説明】
１ 電流入力部
２ 電圧入力部
５ 判定部（ＣＰＵ部）
７ 電流増幅部
Ｉｏ 残留電流
Ｌ1〜Ｌ3 配電線
Ｍ 配電線地絡電流増幅装置
Ｎ 非接地系配電線系統
ＳＶＲ 電圧調整器
Ｖｏ 残留電圧
Ｖａｂ 基準電圧
Claims (4)
- 電圧調整器が設置された非接地系配電線系統と、その配電線系統で発生した地絡事故により動作する地絡保護継電器と間に設置される配電線地絡電流増幅装置であって、前記電圧調整器により地絡事故発生の配電線に現出した残留電圧を検出する電圧入力部、および前記残留電圧の発生により前記配電線に流れる残留電流を検出する電流入力部と、基準となる線間電圧に対する前記残留電圧の位相差に基づいて地絡事故と配電線のループ接続とを判別する判定部と、その判定部から出力される指令に基づいて地絡事故時に前記残留電流を増大させて出力し、配電線のループ接続時に前記残留電流を抑制して出力する電流増幅部とを具備したことを特徴とする配電線地絡電流増幅装置。
- 前記判定部は、正常な配電線に流れる残留電流に対して逆位相の残留電流が地絡事故発生により流れる配電線の数を検出することにより地絡事故発生の配電線が複数であるか否かを判別し、地絡事故発生の配電線が複数の場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする請求項１に記載の配電線地絡電流増幅装置。
- 前記判定部は、残留電圧が増加しているか否かを判別し、残留電圧が減少している場合、前記電流増幅部で残留電流を抑制して出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする請求項１又は２に記載の配電線地絡電流増幅装置。
- 前記判定部は、基準となる線間電圧または装置電源の異常があるか否かを判別し、線間電圧または装置電源の異常が発生した場合、前記電流増幅部で残留電流を１００％出力させる指令を前記電流増幅部に送出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の配電線地絡電流増幅装置。
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