JP4420259B2

JP4420259B2 - 並行二回線地中送電線の地絡事故検出方法

Info

Publication number: JP4420259B2
Application number: JP17008599A
Authority: JP
Inventors: 数英渡辺
Original assignee: 美和電気株式会社
Priority date: 1999-05-14
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2019-05-14
Also published as: JP2000321316A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗接地系の並行二回線送電形態における地中送電線の地絡事故検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
これまでの高抵抗接地系送電線の地絡事故検出方法としては、瞬時に送電系統を保護する目的から高価なパイロットワイヤリレー方式等が採用されているが、事故復旧の早期対応のために、地絡事故の発生個所の早期判定の必要性から、ある一定区間単位で地絡事故の検出可能な装置が設置されている。
【０００３】
通常、電力ケーブル等による送電系統は、鉄塔懸架による送電系統（架空送電系統）と、市街地での地中送電線（地中ケーブル）による送電系統（地中送電系統）の混在系統で構成され、地絡事故が発生した場合、架空送電系統の事故なのか、地中送電系統の事故なのかを早期に判定する必要がある。特に、地中送電線での地絡事故の場合、地中送電線の破損による永久故障となるため、送電系統から早期に故障送電線を切り離すことが必要となる。そのため、地中送電線の区間単位での地絡事故の検出が必要となり、一般的には地中送電線の区間の両端に変流器を設置して両変流器の出力の差電流を検出する安価な差電流検出方式が採用される。通常、送電系統はその故障時に備え、最低、並行二回線で送電され、どちらの系統が故障しても、故障送電線を送電停止状態となし、健全な系統から送電することにより電力の供給に支障がないように構成され、回線毎に検出装置が設置されている。
【０００４】
しかし、この差電流検出方式では、地絡事故が発生したと判定する検出設定値を、高抵抗接地系での送電側変圧器の中性点接地抵抗にて決まる地絡電流値と送電系統の対地静電容量にて決まる充電電流値とから決定される狭い範囲内で適切に選択する必要があり、系統条件の変化などによっては検出設定値の適切な整定が困難な場合があった。特に、需要者の変動などの社会状況の変化により送電本線から分岐線が増設された際、それに伴って対地静電容量が増加し、充電電流の増加を招くため、前記検出設定値の整定を見直す必要があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題点を解決するものであって、差電流検出方式を基本原理として地中送電線の地絡事故を安価で速やかに検出することことができるとともに、この方式の欠点である充電電流に起因する検出設定値の整定の困難性を軽減することができ、しかも二回線のいずれか一方に生じた地絡事故を一括して検出することが可能な並行二回線地中送電線の地絡事故検出方法を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の並行二回線地中送電線の地絡事故検出方法は、並行二回線地中送電線の区間ごとに、その両端部に各回線ごとにそれぞれ変流器を設置し、二回線の一端側部の極性を揃えた両変流器の二次側を交差接続して同極性側からの出力を検出器へ入力する一方、二回線の他端側部の極性を揃えた両変流器の二次側を交差接続して同極性側からの出力を伝送して、検出器へ入力し、検出器にて両出力の差電流を検出することを特徴とするものである。
【０００７】
【発明の実施態様】
以下、本発明を図示の実施例に従って説明する。
【０００８】
図において、Ｌ_１、Ｌ_２は並行二回線による送電形態を例とした送電線であって、高抵抗接地系の変電所からの送電は、まず、架空送電線Ｌ_１１、Ｌ_２１でなされ、市街地近くでの送電は地中送電線Ｌ_１２、Ｌ_２２でなされている。なお、市街地で新規に電力需要が増加した場合、新たに送電ルートを確保することは市街地の環境条件や投資面で困難なため、地中送電線（本線）Ｌ_１２、Ｌ_２２の途中から地中分岐線Ｌ_１３、Ｌ_２３が分岐されて、新規な電力需要に対応している。
【０００９】
ＣＴ_１〜ＣＴ_６は、地中送電線と架空送電線の地絡事故の発生個所を判別するための地絡電流変成用変流器（貫通形変流器）である。この場合、地中送電線には一回線単位が三相独立のケーブルで構成される単心ケーブルの場合と、三相分を一体化した三心ケーブルの場合があり、単心ケーブルの場合は各ケーブルに変流器を設置し各変流器の二次側を並列に接続して残留回路を構成することにより、地絡電流を取り出す場合と、三心ケーブルに一個の変流器で地絡電流を取り出す場合があるが、本発明ではいずれの構成でもよい。
【００１０】
ＣＴ_１〜ＣＴ_２は地中送電線（本線）Ｌ_１２、Ｌ_２２の一端に配設された変流器であり、ＣＴ_３〜ＣＴ_４は地中送電線（本線）Ｌ_１２、Ｌ_２２の他端に配設された変流器であり、ＣＴ_５〜ＣＴ_６は地中分岐線Ｌ_１３、Ｌ_２３の端に配設された変流器である。
【００１１】
変流器ＣＴ_３〜ＣＴ_４側には、送量器１を配設して地絡二次電流を通信線２を経て変流器ＣＴ_１〜ＣＴ_２側の検出器３に伝送するようになっている。
検出器３においては、変流器ＣＴ_１〜ＣＴ_２の地絡二次電流は前記送量器１から送られた変流器ＣＴ_３〜ＣＴ_４の地絡二次電流とともに差動トランスＴ_１に入力される。このさい、両地絡二次電流は逆位相となるように入力されるため、変流器ＣＴ_１〜ＣＴ_２側と変流器ＣＴ_３〜ＣＴ_４側との間に電流差がある場合には差動トランスＴ_１に出力電流が生じ、警報などが発せられることとなる。
また、分岐線の変流器ＣＴ_５〜ＣＴ_６側にも同様にして、検出器４にて地絡電流を検出するようになっている。
【００１２】
各送電線Ｌ_１１，Ｌ_２１，Ｌ_１２，Ｌ_２２，Ｌ_１３，Ｌ_２３には、それぞれ対地静電容量Ｃ_５，Ｃ_６，Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４が存在し、その値は、送電線の恒長により決まる。特に地中送電線の静電容量Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４は送電線の材質、構造から決定し、これらの単位長あたりの静電容量は架空電線より大きい。
これらの対地静電容量Ｃ_５，Ｃ_６，Ｃ_１，Ｃ_２，Ｃ_３，Ｃ_４は送電時の充電電流として作用し、初送電時や、地絡事故時に変流器を通過する。
【００１３】
通常、高抵抗接地系地中送電線において、差電流検出方式での検出器の検出設定値はこの充電電流を考慮に入れて次式にて整定する。
（１／Ｎ）×（Ｋ／１．５）×ＩＮＲ＞検出設定値＞（１／Ｎ）×Ｍ×３Ｉｃ
ここで、
Ｎ：変流比
Ｋ：ケーブル事故深度（１００％の事故電流が流れるときを１とする）
ＩＮＲ：変電所の中性点電流値
Ｍ：ケーブルの充電電流に対する裕度
Ｉ_ｃ：ケーブル充電電流値（１相分）
である。
【００１４】
上式の左辺は、検出器の地絡電流の検出設定値を中性点抵抗値で抑制される地絡電流より小さくせねばならないことを示すものであり、上式の右辺は、この送電系統の充電電流値より大きくせねばならないことを示すものであり、後者の充電電流による誤動作の防止が本発明の要点である。
しかし、一旦、検出器の検出設定値を決定しても、地中分岐線が増設されると、再度、充電電流を算定して検出設定値を検証する必要がある。
【００１５】
通常、並行二回線送電時の本線Ｌ_１２、Ｌ_２２は二回線とも送電状態にあり、どちらかの回線に故障が発生した場合には、故障回線を送電停止状態として故障個所の復旧をはかり、片側送電状態となる。また、分岐線Ｌ_１３，Ｌ_２３は直接需要家へ送電供給されるため、片側送電形態をとっているが、送電線に故障が発生した場合には、故障送電線を送電停止状態（図ではＬＳ６の状態）とし、送電停止状態の送電線を送電状態に切り換えて需要家に送電供給に支障がないようにしている。
【００１６】
ここで、本発明の要点である変流器ＣＴ_１〜ＣＴ_６の接続について、説明することとする。
地中送電線（本線）の一回線Ｌ_１２に設置する変流器ＣＴ_１と他の回線Ｌ_２２に設置する変流器ＣＴ_２は、その極性を揃えて（図において、ｋとｋとが同一方向となるように）設置する。各変流器ＣＴ_１，ＣＴ_２の二次側を交差接続（図において、ｋと１とを接続する）し、各変流器ＣＴ_１，ＣＴ_２の二次側の同極性（図において、１と１）から検出器３へ入力されるように接続する。変流器ＣＴ_３，ＣＴ_４についても同様の接続を行い、変流器ＣＴ_３，ＣＴ_４の二次側の同極性から送量器１へ入力されるように接続する。また、変流器ＣＴ_５，ＣＴ_６は、分岐線Ｌ_１３、Ｌ_２３より外部の地絡事故を検出するための変流器で、同様の形態で設置される。
【００１７】
次に、各送電線の対地静電容量Ｃ_１〜Ｃ_６に対応する充電電流をＩ_ｃ１〜Ｉ_ｃ６とし、想定される各地絡事故点Ｆ_１〜Ｆ_７に流れる地絡電流をＩｇとして、地絡事故が発生した場合について説明することとする。
【００１８】
まず、地中送電線（本線）Ｌ_１２のＦ_１で地絡事故が発生した場合には、地絡事故点Ｆ_１へ流れる地絡電流は中性点抵抗値で決まる地絡電流Ｉｇと系統全体の充電電流Ｉ_ｃ１〜Ｉ_ｃ６との和が流れるが、変流器ＣＴ_１と変流器ＣＴ_２の二次側にはＩｇと送電線Ｌ_１側充電電流と、送電線Ｌ_２側充電電流の和もしくは差（地絡事故点Ｆ_１と変流器ＣＴ_１と変流器ＣＴ_２との距離によって異なる）の充電電流が流れる。ここで、地絡電流Ｉｇは抵抗性電流で、充電電流は容量性電流であるから、両者の位相は９０゜異なり、合成された電流の絶対値は地絡電流Ｉｇよりも必ず大きくなる。そのため検出器３の検出設定値を地絡電流Ｉｇのみを考慮にいれて整定すれば、検出が可能となる。これは地中送電線（本線Ｌ_２２、分岐線Ｌ_１３，Ｌ_２３）内の他の地絡事故点Ｆ_２〜Ｆ_４についても同様である。
【００１９】
次に、地中送電線外の架空送電線のＦ_５で地絡事故が発生した場合を検討する。この場合には地絡電流Ｉｇはいずれの変流器も通過しないが、地中送電線内の全充電電流と本線末端側の充電電流、分岐線末端側の充電電流が地絡事故点Ｆ_５へ向かって流れる。ここで、Ｌ_１とＬ_２の送電恒長は同等であり、対地静電容量も同等となり、よって充電電流も同等となる。そのため、変流器ＣＴ_１、ＣＴ_２には同等の充電電流が流れ、しかも二次側が差接続されているため、
（Ｉ_ｃ１＋Ｉ_ｃ３）−（Ｉ_ｃ２＋Ｉ_ｃ４）≒０
となり、充電電流の影響はほとんどなくなることとなる。
仮に、充電電流の総和（Ｉ_ｃ１＋Ｉ_ｃ２＋Ｉ_ｃ３＋Ｉ_ｃ４）が地絡電流Ｉｇより大きい場合であっても、充電電流の影響は相殺されるため、検出器３の誤動作を防ぐことができる。
地中送電線外のＦ_７で地絡事故が発生した場合もこれと同等に扱うことができる。
【００２０】
また、地中分岐線外のＦ６で地絡事故が発生した場合には、変流器ＣＴ_２にはＩ_ｃ４＋Ｉ_ｃ２の充電電流が流れ、変流器ＣＴ_１にはＩ_ｃ５＋Ｉ_ｃ６＋Ｉｇの充電電流と地絡電流が流れ、検出器３は動作する。また、変流器ＣＴ_５にはＩ_ｃ４＋Ｉ_ｃ２＋Ｉ_ｃ５＋Ｉ_ｃ６＋Ｉｇの充電電流と地絡電流が流れ、検出器４も動作する。したがって、検出器３と検出器４の両方が動作するが、この場合には地中送電線外部の地絡事故が発生したとするとの条件付けをすれば、地中送電線外の地絡事故の判定は可能となる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、並行二回線地中送電線の片側に極性を揃えて設置された変流器の二次側を差接続（交差接続）することにより、地絡事故時や初送電時の充電電流を相殺することにより検出器の誤動作を阻止し、地絡事故時の地絡電流のみを検出器へ送ることにより、差電流検出方式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】本発明に係る地中送電線の地絡事故検出装置の一実施例を示すブロック図である。
【符号の説明】
Ｌ_１１，Ｌ_２１架空送電線
Ｌ_１２，Ｌ_２２地中送電線
Ｌ_１３，Ｌ_２３地中分岐線
１送量器
２通信線
３，４検出器
ＣＴ_１〜ＣＴ_６変流器
Ｔ_１差動トランス

Claims

並行二回線地中送電線の区間ごとに、その両端部に各回線ごとにそれぞれ変流器を設置し、二回線の一端側部の極性を揃えた両変流器の二次側を交差接続して同極性側からの出力を検出器へ入力する一方、二回線の他端側部の極性を揃えた両変流器の二次側を交差接続して同極性側からの出力を伝送して、検出器へ入力し、検出器にて両出力の差電流を検出することを特徴とする並行二回線地中送電線の地絡事故検出方法。