JP4490758B2

JP4490758B2 - 送電系統用の事故特定装置

Info

Publication number: JP4490758B2
Application number: JP2004235114A
Authority: JP
Inventors: 浩一辻
Original assignee: 浩一辻
Priority date: 2004-08-12
Filing date: 2004-08-12
Publication date: 2010-06-30
Anticipated expiration: 2024-08-12
Also published as: JP2006054965A

Description

この発明は、並行２回線区間（２回線併用区間）を有する送電系統に好適に適用することができる送電系統用の事故特定装置に関する。

送電線において、事故点位置を精度よく標定することができるマトリックス方式の事故特定装置が知られている（特許文献１）。

このものは、たとえば並行２回線の特別高圧送電線に対し、キルヒホッフの第１法則、第２法則を適用して基本式を定立し、マトリックス計算により事故点位置を高速標定する技術であり、事故点位置を標定するフォルトロケータ装置や、事故時の系統擾乱に関する事故データ収集用のオシロ装置などに加えて、事故区間を除去するためのしゃ断器操作用のリレーと組み合わせ、保護リレー装置としても十分実用可能な精度と応答性とを備えている。
特開２００２−６４９２６号公報

かかる従来技術によるときは、事故点位置（以下、事故地点ともいう）は、区間の途中における事故を想定して特定しているので、基本式中に事故点位置を示す変数ｋ（０≦ｋ≦１）が入り、並行２回線区間の終端近傍の事故標定誤差が大きくなりがちであるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、各ブランチの始端または終端における事故点電流を想定して固定マトリックスを作成することによって、基本式そのものを簡略化し、並行２回線区間の終端近傍の事故をも精度よく標定することができる送電系統用の事故特定装置を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、系統の設備データに基づき、各ブランチの始端または終端に仮想する事故時の事故点電圧、事故点電流算出用の固定マトリックスを作成して記憶させる事前計算手段と、データサンプリングごとに作動し、計測端の電圧、電流をサンプリングして更新記憶させる常時監視手段と、事故発生時に常時監視手段によって起動される事故時計算手段とを備えてなり、事前計算手段は、各ブランチの始端または終端における事故点電流を想定して固定マトリックスを作成し、事故時計算手段は、事前計算手段によって記憶される固定マトリックスと、常時監視手段によって収集される事故時のサンプリングデータとを使用して各ブランチの両端の事故点リアクタンスを算出し、事故ブランチ、事故地点を特定することをその要旨とする。

なお、事前計算手段は、並行２回線区間の終端の母線に仮想の移相器を想定して固定マトリックスを作成することができる。

また、事故時計算手段は、非計測端における事故前の負荷、発電機出力を併せ使用して各ブランチの両端の事故点リアクタンスを算出することができ、両端の事故点リアクタンスが異符号のブランチを事故ブランチとして特定することができ、事故ブランチにおいて、事故点リアクタンスがゼロとなる地点を事故地点として特定することができる。

ただし、この発明において、「ノード」とは、送電線の接続点、分岐点をいい、「区間」とは、送電線のノードからノードまでをいい、「ブランチ」とは、各区間の各回線をいうものとする。

かかる発明の構成によるときは、事前計算手段は、各ブランチの始端または終端における事故を仮想し、系統の設備データに基づいて、各区間について、ブランチの始端、終端ごとの固定マトリックスを算出する。そこで、事故地点を示す変数ｋ（０≦ｋ≦１）が基本式中に入らず、基本式そのものを簡略化し、マトリックス計算を簡略化することができる。一方、各ブランチの両端における事故点電流を想定することは、各ブランチの両端の事故点インピーダンスを想定することに他ならず、事故点インピーダンスのリアクタンス分、すなわち事故点リアクタンスは、事故地点においてゼロとなり、事故ブランチの両端において異符号となって、事故ブランチの検出判定、事故地点の特定にダイレクトに使用することができる。

なお、常時監視手段のデータサンプリングは、たとえば系統周波数の１０倍以上の高頻度に設定することが好ましい。また、事故時計算手段は、事故発生直後の事故電流の直流分の影響を小さくするために、事故発生からたとえば位相角９０°以上の時間経過後のデータを事故時のサンプリングデータとして使用することが好ましい。そこで、常時監視手段は、たとえば過去の１サイクル分のサンプリングデータを更新記憶するものとする。

常時監視手段は、サンプリングデータとして、系統の計測端に設ける電圧変成器、電流変成器の各計測値を計測端の電圧、電流として読み取る。また、事故時計算手段は、各ブランチの両端の事故点リアクタンスの符号に着目し、各ブランチの両端における事故点リアクタンスが異符号のブランチを事故ブランチとして特定することができ、事故ブランチの両端間において、事故点リアクタンスがゼロとなる地点を区間の亘長に対する比例按分によって求め、事故地点として特定することができる。一般に、事故点インピーダンスのリアクタンス分、すなわち事故点リアクタンスは、事故点抵抗に較べて無視し得るオーダであり、実際の事故地点から偏移するに従って、送電線インピーダンスのリアクタンス分相当だけ正または負方向にシフトすることがわかっているからである。

事前計算手段は、各区間の並行ブランチの終端の母線に仮想の移相器を想定することによって、各回線に事故電流が不平衡に流れる事故を矛盾なく模擬することができ、並行２回線区間の終端近傍の事故標定精度を向上させることができる。

事故時計算手段は、非計測端における事故前の負荷、発電機出力を併せ使用することにより、各ブランチの両端の事故点リアクタンスの計算精度を高め、事故標定精度を向上させることができる。なお、非計測端の負荷、発電機出力は、たとえばテレメータを介してデータ収集するものとし、事故発生から系統周波数のｎサイクル（ｎ＝１、２…）前のデータを使用する。ただし、整数ｎは、系統の周波数変動の影響を排除するために、ｎ＝１とすることが好ましい。また、負荷は、定電流特性とし、事故の前後において負荷電流が一定であるものとし、発電機は、事故の前後において内部誘起電圧が不変とみなして算出する発電機電流の固定分を抽出し、事故点リアクタンスの算出に使用するものとする。

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

送電系統用の事故特定装置１０は、事前計算手段１１、常時監視手段１３、事故時計算手段１４を備えてなる（図１）。ただし、事故特定装置１０は、並行２回線区間を有する送電系統を対象とするフォルトロケータ装置、オシロ装置、または保護リレー装置として使用するものとする。

事前計算手段１１には、図示しないデータ入力装置を介し、保護対象となる送電系統の設備データが入力されている。また、事前計算手段１１の出力は、記憶手段１２に接続され、記憶手段１２の出力は、事故時計算手段１４に接続されている。

常時監視手段１３の出力は、記憶手段１２、事故時計算手段１４に個別に接続されている。また、事故時計算手段１４の出力は、たとえばプリンタ装置、ディスプレイ装置、トリップ信号Ｓt1、Ｓt2用の出力リレーなどを含む出力手段１５に接続されている。なお、常時監視手段１３には、送電系統の計測端に設ける電圧変成器ＰＴ、電流変成器ＣＴの他、テレメータＴＭの各計測値が入力されている（図５のモデル系統図）。ただし、図５のモデル系統図には、系統内のしゃ断器ＣＢに加えて、非計測端の負荷Ｗ_L 、発電機出力Ｗ_G のデータを収集するテレメータＴＭが併せて図示されている。また、図５〜図１５には、事前計算手段１１、常時監視手段１３、事故時計算手段１４によって実行される一連の計算内容の技術的根拠が数式により詳細に説明されている。

事前計算手段１１は、送電系統の設備データが入力されると、図２のプログラムフローチャートに従って作動する。

すなわち、プログラムは、設備データの入力データを保存すると（図２のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）、図１１の(3.13)、(3.14)式に従って、

の各区間について、ブランチの始端、終端ごとに算出される。なお、事前計算手段１１は

れているように、並行２回線区間の各ブランチの終端の母線に仮想の移相器Ｖ_h(1)、Ｖ

記憶手段１２に出力して記憶させる（３）。

常時監視手段１３は、たとえば系統電圧波形の３０°ごと、すなわち系統周波数の１０倍以上の高頻度に設定されるデータサンプリングごとに起動され、図３のプログラムフローチャートに従って作動する。

プログラムは、まず、電圧変成器ＰＴ、電流変成器ＣＴの各計測値、すなわち計測端の電圧Ｖ_PT、電流Ｉ_CTと、テレメータＴＭを介して収集される非計測端の負荷Ｗ_L 、発電機出力Ｗ_G とを読み取ってサンプリングデータとして入力し（図３のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）、それらのサンプリングデータを記憶手段１２に出力して記憶させる（２）。つづいて、プログラムは、送電系統内に事故が発生しているか否かを判別し（３）、事故発生のときは、事故時計算手段１４を起動して終了する（４）。また、事故発生でないときは（３）、そのまま終了し、次回の起動に備えて待機する。ただし、記憶手段１２には、事故前の電圧Ｖ_PT、電流Ｉ_CT、負荷Ｗ_L 、発電機出力Ｗ_G 用のメモリエリアとして、少なくとも系統周波数の１サイクル分相当が用意されており、したがって、プログラムは、データサンプリングごとにサイクリックに作動することにより、少なくとも事故直前の過去の１サイクル分のサンプリングデータを記憶手段１２に順次更新記憶させることができる。

なお、図３のプログラムステップ（３）において、事故発生の有無は、電圧Ｖ_PT、電流Ｉ_CTの急変に基づいて判別することができる。たとえば、１線地絡事故があると、事故相の対地電圧がゼロに近付き、健全相の対地電圧が３^1/2倍近くに跳ね上がる上、電圧Ｖ_PTのベクトル和に相当する零相電圧が出現する。また、２線以上の地絡、短絡事故では、大きな線間短絡電流が発生する。

事故時計算手段１４は、常時監視手段１３のプログラムステップ（４）によって起動されると、図４のプログラムフローチャートに従って作動する。ただし、図４のプログラムステップ（１）〜（１１）は、事故時計算手段１４に対応しており、プログラムステップ（１２）〜（１７）は、出力手段１５に対応している。

もに、計測端の電圧Ｖ_PT、電流Ｉ_CT、非計測端の負荷Ｗ_L 、発電機出力Ｗ_G を記憶手段１２から読み出して入力する（図４のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。ただし、負荷Ｗ_L 、発電機出力Ｗ_G は、事故発生から系統周波数の１サイクル前のデータを記憶手段１２から読み出すものとする。また、電圧Ｖ_PT、電流Ｉ_CTは、事故発生からたとえば位相角９０°相当程度の時間経過後のデータを読み出すものとする。

その後、プログラムは、電圧Ｖ_PT、電流Ｉ_CTをフーリエ変換してベクトル値としての

づいて、プログラムは、各ブランチの始端、終端について、図１３の(4.1)、(4.2)式によ

を算出し、さらに、図１２の(3.15)〜(3.17)式を適用して各ブランチの両端における事故

、プログラムは、図１３の（4.3）式により、事故線を判定することができる。

その後、プログラムは、事故線を含むブランチごとに図１３の(4.4)式を適用して事故ブランチを特定し（１０）、図１３の(4.5)式を適用して、事故地点を特定することができる（１１）。すなわち、事故ブランチは、各ブランチの両端における事故点リアクタンスＸ_f(NF)、Ｘ_f(NT)の符号が異なることを検出して判別することができ、事故地点は、事故点リアクタンスＸ_f(NF)、Ｘ_f(NT)を区間の亘長によって比例按分することにより特定することができる。ただし、このようにして特定される事故ブランチは、複数の候補が見出される可能性がある。

プログラムは、その後、特定された事故ブランチの番号ＮＢ、事故地点の相対位置ｋ（０≦ｋ≦１）に基づいて、事故しゃ断に適切なしゃ断器ＣＢを特定してトリップ信号Ｓt1、Ｓt2を出力するとともに（（１４）、（１６）、図１４）、事故ブランチの番号ＮＢ、事故地点の相対位置ｋを外部に出力して（１７）、終了する。ただし、図４のプログラムステップ（１２）は、事故標定誤差ε（％）を見込み、事故ブランチの終端側の母線の近傍に事故地点が特定されたとき、相手端しゃ断器ＣＢの引外し後に自端の事故ブランチしゃ断器ＣＢを引き外すシリーズトリップ（（１５）、（１６））を実現するための分岐判断である。すなわち、図４のプログラムステップ（１４）、（１６）からのトリップ信号Ｓt1、Ｓt2は、それぞれ直接トリップ用、シリーズトリップ用のトリップ信号を示している。

事故特定装置１０のシミュレーション試験結果を図１６、図１７に示す。シミュレーション試験は、図１６（Ａ）の６６kV並行２回線４端子送電系統を想定し、２回線を併用する各電気所母線には、定電流特性の負荷Ｌ1 〜Ｌ3 を想定した。

図１６（Ｂ）は、同図（Ａ）の区間Ｓ2 のブランチＢ3 のｋ＝０．９５において１線地絡事故を模擬し、各ブランチの両端の事故点リアクタンスＸ_fの計算結果を示したものである。事故点リアクタンスＸ_fは、並行２回線区間の終端の各電気所母線に仮想の移相器Ｖ_h(1)、Ｖ_h(2)が挿入されているため、各ブランチごとに存在している。また、事故点リアクタンスＸ_fは、電源側から負荷側に向けて減少し、区間Ｓ2 のブランチＢ3 、Ｂ4 が事故ブランチであると判定でき、たとえば図１３の(4.3)式を適用して、ブランチＢ3 のａ相が事故線であり、ブランチＢ3 が事故ブランチとして特定され（ＮＢsol ＝３）、ブランチＢ3 の両端の事故点リアクタンスＸ_f＝０．１５６、−０．００５を比例按分して、ｋ＝Ｋsol ＝０．９７２として事故地点を特定している。事故標定誤差Δｋ＝０．９７２−０．９５０＝０．０２２であり、良好な事故標定結果を得た。

試験結果を図１７にまとめて示す。ただし、図１７において、比較例は、特開２００２−６４９２６号公報の従来法によるシミュレーション結果である。また、図１７のケース１〜４は、すべて１線地絡事故であり、ケース５は、２回線またがりの４線地絡事故である。各ブランチの終端近傍の事故について、比較例の平均事故標定誤差１０．２％に対し、実施例のそれは２．３％であり、大きく改善されている。

この発明の技術的な特徴をまとめると、次のとおりである。

リアクタンスＸ_f を求めるので（図１２の(3.15)、(3.16)式）、論理が単純明解であり
、運用・保守担当者が理解しやすい。
ｂ．保護区間の境界点で事故点リアクタンスＸ_fを判定するため、事故区間（事故ブラン
チ）の特定精度が高く、多端子送電線の保護に適している。
ｃ．送電線の中性点接地方式に関係なく、また、非接地系の配電線にも適用できるので、
汎用性に富んでいる。

全体構成ブロック系統図プログラムフローチャート（１）プログラムフローチャート（２）プログラムフローチャート（３）計算内容説明図（１）計算内容説明図（２）計算内容説明図（３）計算内容説明図（４）計算内容説明図（５）計算内容説明図（６）計算内容説明図（７）計算内容説明図（８）計算内容説明図（９）計算内容説明図（１０）計算内容説明図（１１）シミュレーション試験説明図シミュレーション試験結果説明図表

符号の説明

Ｖ_PT…電圧
Ｉ_CT…電流
Ｗ_L …負荷
Ｗ_G …発電機出力

Ｘ_f …事故点リアクタンス
Ｖ_h(1)、Ｖ_h(2)…移相器
１１…事前計算手段
１３…常時監視手段
１４…事故時計算手段

特許出願人辻浩一
代理人弁理士松田忠秋

Claims

系統の設備データに基づき、各ブランチの始端または終端に仮想する事故時の事故点電圧、事故点電流算出用の固定マトリックスを作成して記憶させる事前計算手段と、データサンプリングごとに作動し、計測端の電圧、電流をサンプリングして更新記憶させる常時監視手段と、事故発生時に前記常時監視手段によって起動される事故時計算手段とを備えてなり、前記事前計算手段は、各ブランチの始端または終端における事故点電流を想定して固定マトリックスを作成し、前記事故時計算手段は、前記事前計算手段によって記憶される固定マトリックスと、前記常時監視手段によって収集される事故時のサンプリングデータとを使用して各ブランチの両端の事故点リアクタンスを算出し、事故ブランチ、事故地点を特定することを特徴とする送電系統用の事故特定装置。
前記事前計算手段は、並行２回線区間の終端の母線に仮想の移相器を想定して固定マトリックスを作成することを特徴とする請求項１記載の送電系統用の事故特定装置。
前記事故時計算手段は、非計測端における事故前の負荷、発電機出力を併せ使用して各ノードの事故点リアクタンスを算出することを特徴とする請求項１または請求項２記載の送電系統用の事故特定装置。
前記事故時計算手段は、両端の事故点リアクタンスが異符号のブランチを事故ブランチとして特定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の送電系統用の事故特定装置。
前記事故時計算手段は、事故ブランチにおいて、事故点リアクタンスがゼロとなる地点を事故地点として特定することを特徴とする請求項４記載の送電系統用の事故特定装置。