JP4443099B2

JP4443099B2 - 架空配電線の事故点探査方法

Info

Publication number: JP4443099B2
Application number: JP2002200775A
Authority: JP
Inventors: 信之金井; 義典荻原; 孝充伊藤; 敏朗藤本
Original assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Current assignee: Meidensha Corp; Tokyo Electric Power Co Inc
Priority date: 2002-07-10
Filing date: 2002-07-10
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2022-07-10
Also published as: JP2004045118A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、架空配電線において、事故点探査を行うための探査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の探査方法は、電気協同研究第４２巻第１号P.23-24に示されており、図１６のようになる。配電線事故が発生すると、変電所の遮断器再閉路システムによる時限順送式の自動区分開閉器により事故区間が検出され、電源側の健全区間に送電される。この後、事故区間（停電区間）に対して、車載式電源Ａから１５ｋＶ高圧パルス電圧を印加し、アンテナと探査器によって事故点を探査するものである。
【０００３】
ここで探査器による探査原理は、配電線に流れる電流が事故点の両端で大きく変化することを利用している。したがって、事故点を直ちに特定できるものではなく、数回の測定で事故範囲を徐々にしぼっていき、最終的に事故点を特定するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来方法では以下の問題がある。
【０００５】
（１）課電点での昇柱（高圧印加ケーブル接続のため）と測定点での昇柱（電柱にアンテナを引っかけるため）を必要とし、測定点は数カ所であるので、昇柱回数は多数回におよび、多くの時間と労力を要する。
【０００６】
（２）１回の測定では事故点を特定することができず、複数回の測定で事故範囲を徐々にしぼっていく必要があるため、多くの時間と労力を要する。
【０００７】
本発明の目的は、事故点の特定を正確にし、探査作業が簡易になる架空配電線の事故点探査方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、以下の方法とする。
【０００９】
（１）複数の分岐がある架空配電線の事故区間位置で事故点探査を行う事故点探査方法であって、
車載式課電装置は、前記事故区間位置で架空配電線の課電点への交流電圧印加と、この課電点での電圧、電流の測定を異なる地点から２回以上行い、
事故点探査演算装置は、前記課電点の電圧、電流の測定値から架空配電線路の測定インピーダンスを求め、該インピーダンスの虚部を測定インダクタンスとして取り出し、この測定インダクタンスを架空配電線路の単位長のインダクタンスで割ることによって課電点から事故点までの距離特定を、前記異なる地点から２回以上行うことによって１点の事故点に絞ることを特徴とする。
【００１１】
（２）前記車載式課電装置は、前記電圧と電流の測定を、２回の測定で時系列データを得、前記事故点探査演算装置はこれら時系列データから２つの連立方程式をたて、これら連立方程式を解くことによって前記測定インダクタンスを求めることを特徴とする。
【００１２】
（３）前記車載式課電装置で測定する前記電流について、前記事故点探査演算装置は事故相電流から健全相電流を引いて配電線の対地静電容量分の電流を除いた電流を求め、この電流を使用して事故点までの距離演算を行うことを特徴とする。
【００１３】
（４）前記車載式課電装置で測定される前記電圧および電流を、前記事故点探査演算装置はバンドパスフィルタを通して単一周波数成分を抽出し、これら単一周波数成分の電圧と電流から事故点までの距離演算を行うことを特徴とする。
【００１４】
（５）前記車載式課電装置で測定される前記電圧と電流について、前記事故点探査演算装置は、測定時の測定系の位相ズレを補正し、これら位相ズレを補正した電圧と電流から事故点までの距離演算を行うことを特徴とする。
【００１５】
（６）前記事故点探査演算装置は、前記単位長インダクタンスに、過去に測定された実線路での値を用いることを特徴とする。
【００１６】
（７）前記車載式課電装置で測定される２カ所の前記電圧と電流の計測データから、前記事故点探査演算装置は、前記単位長インダクタンスを除いた演算により前記測定インダクタンスを求めることを特徴とする。
【００１７】
（８）前記事故点探査演算装置は、前記車載式課電装置で測定される２カ所の前記電圧と電流の測定データと、過去に測定された実線路での単位長インダクタンスを用いた事故点までの距離演算により、配電線の対地静電容量による誤差成分を除去することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
従来方法では課電点と複数の測定点での作業を必要とするため、複数の作業チームが必要であり、かつ時間のかかる作業となっている。
【００１９】
これを改善するため、本実施形態では、課電点から電圧を印加し、課電点での電圧、電流の測定値から、課電点〜事故点のインピーダンスを算出し、これを架空配電線の単位長のインピーダンスで割ることにより、事故点までの距離を特定するものである。
【００２０】
図１のように、車載式課電装置１には、電圧発生源１Ａと、電圧、電流を測定するための装置（ＰＴ又は電圧プローブ・ＣＴ）１Ｂ，１Ｃおよびこれら測定値をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１Ｄを内蔵させ、その電圧発生源１Ａを昇柱作業で課電点に電圧を印加し、課電点での対地電圧と配電線に流れ込む電流を計測し、それを事故点探査演算装置（以下、ＰＣと呼ぶ）２に取り込む。
【００２１】
ＰＣ２では、図２に距離標定フローを示すように、計測した電圧Ｖを電流Ｉで割ることによって測定インピーダンスＺを以下のような式で得る。
【００２２】
【数１】

【００２３】
ただし、Ｒ：事故点までの線路抵抗、Ｒ_f：事故点の地絡抵抗、Ｌ：事故点までの線路インダクタンス。
【００２４】
式（１）において、実部は未知数である地絡抵抗Ｒ_fの情報を含んでいるが、虚部はこの情報を含んでおらず、課電点から事故点までの線路長に比例したインダクタンス値Ｌが得られる。
【００２５】
したがって、このインダクタンス値Ｌを配電線路の単位長のインダクタンス値Ｌ₀で割ることによって、事故点までの距離ｋを求めることができる。
【００２６】
【数２】

【００２７】
この方法で求まるのは、課電点から事故点までの距離のみであり、これを配電線配置図面上にプロットすると、配電線に複数の分岐がある場合は１回の測定では事故点の候補が複数存在する。しかし、図３のように、この測定を異なる地点から２又は３回行うなど、２回以上行うことによって、１点の事故点に絞ることができる。
【００２８】
以上のように、本実施形態では、課電点から電圧を印加し、課電点での電圧、電流を測定し、それらから事故点までのインピーダンスを算出することにより、課電点〜事故点距離を求めることができる。
【００２９】
従来方法は課電点での作業と複数回数の測定が必要である。この方法を用いることにより、事故点距離が求められ、少ない測定回数で済むことから、時間と労力を大幅に短縮することができる効果が得られる。
【００３０】
（実施形態２）
実施形態１は、測定電圧と電流のある周波数成分に着目したデータを使用しているため、測定値に含まれる全ての周波数成分の情報を含んでいるわけではない。これは理想的な正弦波のような波形には適用可能であるが、複数の周波数成分を含んでいる場合は算出距離精度の悪化が懸念される。実際に車載式課電装置では正弦波を連続的に印加することが困難であるため、この精度向上のための方法が必要とされる。これを改善するために、本実施形態では、以下のような方法を提案する。
【００３１】
この方法は実施形態１と比べ、測定インダクタンスＬの導出方法が異なるのみで、他の点については実施形態１と同様である。図１の回路において、計測される電圧Ｖと電流Ｉの時系列データＶ（ｔ）、Ｉ（ｔ）は任意の時刻において以下のように表すことができる。
【００３２】
【数３】

【００３３】
時刻ｔ₁およびｔ₂において式（３）を記述すれば、以下のような連立方程式を導出できる。
【００３４】
【数４】

【００３５】
式（４）において（Ｒ＋Ｒ_f）を一つの未知数とすれば、未知数は（Ｒ＋Ｒ_f）と測定インダクタンス値Ｌの２つであり、方程式も２つあるので、この方程式は解けることがわかる。すなわち、測定インダクタンス値Ｌが求まるものである。
【００３６】
以上のように、実施形態１は測定電圧、電流のある周波数成分に着目した方法で、測定値に含まれる全ての周波数成分に着目したものではない。これは理想的な正弦波のような波形には適用可能であるが、複数の周波数成分を含んでいる場合は算出距離精度の悪化が懸念される。実際に車載式の電源を想定した場合は正弦波を連続的に印加することが困難であるため、この精度向上のための方法が必要とされる。
【００３７】
本実施形態では、これを改善するため、式（３）のように測定値（時系列データ）から、連立方程式を作成し、それを解くことによって、測定インピーダンスを算出する。これにより、印加電圧がどのような波形であっても、正確に距離特定をすることが可能となり、車載式で現場適用することを考えたときに、柔軟な対応が可能となる。
【００３８】
（実施形態３）
実施形態１，２で用いた距離特定原理はいずれも配電線の浮遊のＣ分（対地静電容量）を無視している。しかし、実際にはこのＣ分は存在し、これが距離特定精度の悪化に影響を与えることが考えられる。これに対する対策として、本実施形態では以下の方法を提案する。
【００３９】
図４のように、事故相には地絡電流Ｉｇと配電線のＣへの充電電流Ｉｃ’の和が流れ込んでいると考えられる。この充電電流Ｉｃ’をキャンセルすることができれば、Ｃ分の影響を補正することができ、距離精度が向上すると考えられる。
【００４０】
この充電電流Ｉｃ’をキャンセルする方法として、事故相電流（Ｉｃ’＋Ｉｇ）から健全相電流Ｉｃを引く方法を提案する。これをベクトル図で表現すると図５のようになる。
【００４１】
地絡抵抗値が小さい場合、図５（ａ）のように事故相の充電電流Ｉｃ’は地絡電流Ｉｇに比べ非常に小さいため、事故相電流を地絡電流と見なすことができる。すなわち、この場合は健全相電流を引かなくても事故相電流のみで十分な精度が得られる。
【００４２】
しかし、地絡抵抗値が大きくなると（図５（ｂ））、地絡電流は小さくなり、充電電流を無視できないオーダーになる。すなわち、事故相電流を地絡電流と見なすことができなくなり、事故相電流のみでは距離特定精度が悪化する。さらに事故相の充電電流Ｉｃ’は健全相の充電電流に近くなるため、事故相電流から健全相電流を引くことによって、これを地絡電流と見なすことができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態は、距離特定精度悪化の原因の一つとして、配電線の浮遊のＣ分の影響が考えられ、これを補正する方法として、事故相電流から健全相電流を引いた電流値から距離算出を行う。これにより、事故相電流に含まれるＣ分への充電電流をキャンセルすることができ、距離特定精度が向上する。
【００４４】
（実施形態４）
前記までの探査方法において、車載式課電装置１は１０ｍｓ幅の矩形波を発生する装置とする場合、線路定数や地絡抵抗値等の回路インピーダンスによっては検出される電圧が図６に示すようなパルス状になるケースもあり、このような非常に急峻な波形に対して、精度よい標定を行うのは難しくなる。なお、この車載式課電装置はコストダウンの観点から従来の事故点探査器Ａを流用した場合である。
【００４５】
本実施形態では、電圧波形が急峻なパルス状になることに対する対策として、以下のような方法で解決する。
【００４６】
図６に示すパルス状の電圧波形は複数の周波数成分の合成により生成されているという特性を利用し、この波形に対して単一の周波数成分を取り出すバンドパスフィルタを施すことにより、図７のようなほぼ正弦波状の波形を生成することが可能となる。バンドパスフィルタ処理はＰＣ２内で施すこととし、ＰＣ内の処理フローを図８のように変更することとする。
【００４７】
このバンドパスフィルタ処理を適用することにより、時間幅の長い安定した単一周波数の波形を抽出することができることから、標定も容易に行えることとなる。また、バンドパスフィルタをハードで製作するのではなくソフトで製作するため、コストダウンにもつながり、メンテナンスも容易に行うことができる。これにより従来から使用している車載式課電装置を流用することができるため、コストダウンにもつながる。
【００４８】
（実施形態５）
前記までの探査方法において、測定では電流計測のためのＣＴや、電圧計測のための高圧プローブ等を用いており、それらの周波数特性により電圧データと電流データの間に位相ズレが生じており、それが標定精度を悪化させる場合がある。測定系による電圧、電流データ間の位相ズレによる標定精度悪化の対策として、本実施形態では以下の方法とする。
【００４９】
測定系に含まれる電圧、電流データ間の位相ズレは測定器個々の特性に依存するものである。しかし、言い換えれば同じ測定機器を用いた測定であれば測定系統によらず一定であると言える。すなわち、測定器構成を製作した際にその測定器構成での位相ズレを計測しておき、標定の際にそれを補正係数として補正を行えば、これらの位相ズレによる誤差を除去できることとなる。この処理もＰＣ内で行うこととし、ＰＣ内の処理フローを図９のように変更することとする。
【００５０】
本実施形態によれば、測定機器特性を補正することにより、機器の特性に依存せずに良好な精度で距離標定できる。また、補正はソフトで行えるため、機器変更時の補正係数変更も容易に行うことができる。
【００５１】
（実施形態６）
従来の標定原理では、前記式（２）のように算出されたインダクタンス値Ｌを単位長のインダクタンス値Ｌ₀で割ることによって、事故点までの距離を算出しているが、この単位長インダクタンスとして採用していた理論値が実線路のものと異なるの場合があり、この場合は標定精度を悪化させる。
【００５２】
従来の標定原理では式（２）のように単位長のインダクタンスの値Ｌ₀を必要とする。単位長のインダクタンスの理論式は一般に式（５）のとして定式化されている。
【００５３】
【数５】

【００５４】
ただし、ｒ：導体半径（ｍ）、Ｈｅ：相当大地面深さ（＝３００ｍ、平地）
実線路で単位長インダクタンスを測定した結果、式（５）から算出される値と異なることが明らかとなった。この理論式の確かさを確認する方法がないため、理論式から算出した値を単位長インダクタンス値として用いることができないということとなる。
【００５５】
本実施形態では、この対策として過去に測定された実線路での単位長インダクタンス値を保存しておき、そのデータを単位長インダクタンス値として用いることにより、この問題を解決するものである。この方法での距離標定フローを図１０に示す。
【００５６】
本実施形態によれば、単位長インダクタンスの経験値を使用することにより、理論式の精度によらず高精度の距離標定ができる。これにより、１カ所での測定のみで距離標定することが可能となる。
【００５７】
（実施形態７）
本実施形態は、前記の単位長インダクタンスの値が不明であるという問題に対するもう一つの対策として、以下の方法を適用する。
【００５８】
これまでの標定原理は図１１のような１カ所からの測定により、式（２）を用いて距離標定を行っていた。これに対し、図１２のような２カ所での測定データを用いると、式（６）のような連立方程式が得られる。
【００５９】
【数６】

【００６０】
ただし、Ｌ₁：測定点１からの測定インダクタンス（ｍＨ）、Ｌ₂：測定点２からの測定インダクタンス（ｍＨ）、Ｌ₀：単位長インダクタンス（ｍＨ／ｍ）、κ：測定地点間距離（ｍ）
式（６）は方程式が３つ、未知数はＬ₀、ｋ₁、ｋ₂の３つなので、この方程式は解けることがわかる。この方法を適用することによりＬ₀の値が不要となり、Ｌ₀が不明であるという問題は解決できることとなる。この方法での距離標定フローを図１３に示す。
【００６１】
本実施形態によれば、２カ所での測定データを用いることにより、単位長インダクタンス経験値の確かさに依存せず、良好な精度で距離標定できる。
【００６２】
（実施形態８）
前記のように、地絡抵抗値が大きい場合、線路の対地静電容量Ｃによる標定誤差が大きくなるという問題が生じる。地絡抵抗値が大きくなると、対地静電容量の影響で距離が正確に求まらないことに対する対策として、本実施形態では、以下の方法を適用する。
【００６３】
図１４のような対地静電容量も考慮した回路におけるインピーダンスは式（７）のように得られる。
【００６４】
【数７】

【００６５】
式（７）を実部と虚部で整理すると以下の式（８）のようになる。
【００６６】
【数８】

【００６７】
現行標定原理では対地静電容量を無視しているが、実際には測定インダクタンスとして求めているのは式（８）の虚部となる。すなわち。測定インダクタンスＬｍは式（９）のようになる。
【００６８】
【数９】

【００６９】
ここで、図１４のような一線地絡時の等価回路を考えると、対地静電容量Ｃに充電される充電電流は配電線全てのＣ分へ流れ込むものである。すなわち、測定点から事故点までの距離には依存しないため、測定点をどの場所にとってもＣの値は同じであると言える。このことから、式（９）において、第２項は距離に依存した変数は含まれておらず、どの場所から測定してもこの項は同じであると言える。
【００７０】
この点に着目し、本実施形態では、２地点での測定インダクタンスについて以下のような連立方程式を立てる。
【００７１】
【数１０】

【００７２】
式（１０）において第２項をＸとおき、以下のように整理する。
【００７３】
【数１１】

【００７４】
このように整理すると、未知数はｋ₁、ｋ₂、Ｌ₀、Ｘの４つであり、式は３つしかないのでこのままでは解けない。しかし、Ｌ₀に経験値を用いれば、式（１１）は解けることとなる。この方法での距離標定フローを図１５に示す。
【００７５】
本実施形態によれば、２カ所での測定データと単位長インダクタンス経験値を用いることにより、対地静電容量による誤差成分を除去することができ、良好な精度で距離標定できる。
【００７６】
【発明の効果】
以上のとおり、本発明によれば、事故点の特定を正確にし、探査作業が簡易になる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態１を示す事故点探査方法の構成図。
【図２】実施形態１における距離標定フロー。
【図３】実施形態１における事故点特定方法の原理的な説明図。
【図４】本発明の実施形態３における事故時の電流関係。
【図５】実施形態３における事故時電流のベクトル図。
【図６】車載式課電装置から配電線へ印加したときの電圧・電流波形。
【図７】図６の波形にバンドパスフィルタ処理を施した電圧・電流波形。
【図８】本発明の実施形態４を示すバンドパスフィルタ処理を追加した距離測定フロー。
【図９】本発明の実施形態５を示す測定系の位相ズレ補正処理を追加した距離標定フロー。
【図１０】本発明の実施形態６を示す単位長インダクタンスに経験値を用いた際の距離標定フロー。
【図１１】１カ所測定による距離標定の説明図。
【図１２】２カ所測定による距離標定の説明図。
【図１３】本発明の実施形態７を示す２カ所測定により単位長インダクタンス値を必要としない距離標定フロー。
【図１４】一線地絡時の等価回路。
【図１５】本発明の実施形態８を示す２カ所測定により対地静電容量による誤差を除去した距離標定フロー。
【図１６】従来の事故点探査器による事故柱発見の説明図。
【符号の説明】
１…車載式課電装置
２…事故点探査演算装置

Claims

複数の分岐がある架空配電線の事故区間位置で事故点探査を行う事故点探査方法であって、
車載式課電装置は、前記事故区間位置で架空配電線の課電点への交流電圧印加と、この課電点での電圧、電流の測定を異なる地点で２回以上行い、
事故点探査演算装置は、前記課電点の電圧、電流の測定値から架空配電線路の測定インピーダンスを求め、該インピーダンスの虚部を測定インダクタンスとして取り出し、この測定インダクタンスを架空配電線路の単位長のインダクタンスで割ることによって課電点から事故点までの距離特定を、前記異なる地点で２回以上行うことによって１点の事故点に絞ることを特徴とする架空配電線の事故点探査方法。
前記車載式課電装置は、前記電圧と電流の測定を、２回の測定で時系列データを得、前記事故点探査演算装置はこれら時系列データから２つの連立方程式をたて、これら連立方程式を解くことによって前記測定インダクタンスを求めることを特徴とする請求項１に記載の架空配電線の事故点探査方法。
前記車載式課電装置で測定する前記電流について、前記事故点探査演算装置は事故相電流から健全相電流を引いて配電線の対地静電容量分の電流を除いた電流を求め、この電流を使用して事故点までの距離演算を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の架空配電線の事故点探査方法。
前記車載式課電装置で測定される前記電圧および電流を、前記事故点探査演算装置はバンドパスフィルタを通して単一周波数成分を抽出し、これら単一周波数成分の電圧と電流から事故点までの距離演算を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の架空配電線の事故点探査方法。
前記車載式課電装置で測定される前記電圧と電流について、前記事故点探査演算装置は、測定時の測定系の位相ズレを補正し、これら位相ズレを補正した電圧と電流から事故点までの距離演算を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の架空配電線の事故点探査方法。
前記事故点探査演算装置は、前記単位長インダクタンスに、過去に測定された実線路での値を用いることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の架空配電線の事故点探査方法。
前記車載式課電装置で測定される２カ所の前記電圧と電流の計測データから、前記事故点探査演算装置は、前記単位長インダクタンスを除いた演算により前記測定インダクタンスを求めることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の架空配電線の事故点探査方法。
前記事故点探査演算装置は、前記車載式課電装置で測定される２カ所の前記電圧と電流の測定データと、過去に測定された実線路での単位長インダクタンスを用いた事故点までの距離演算により、配電線の対地静電容量による誤差成分を除去することを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の架空配電線の事故点探査方法。