JP4700110B2 - 位相制御開閉装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力用開閉機器の開閉タイミングを開閉サージがより小さくなるような最適位相にて制御する位相制御開閉装置に関するものである。

従来、三相の無負荷の送電線に電源を投入する際に、各相の電源電圧を計測すると共に、各相ごとの電源電圧零点を検出し、検出した電源電圧零点近傍にて各相の遮断器を個別に投入することにより、過渡的な電圧、電流の発生を抑制するようにした位相制御開閉装置が存在する（例えば下記特許文献１）。

再表ＷＯ００／００４５６４号公報（第２８〜２９頁、第１図、第３図）

一般に無負荷の送電線を遮断すると、遮断器の電源側だけでなく、遮断器の負荷側にも送電線側の条件に応じて様々な電圧が発生することが知られている。例えば、負荷側に分路リアクトルを有する補償送電線を接続した場合、負荷側には一定周波数の正弦波電圧が発生する。

このような状況下において、遮断器を再投入する際の過電圧を抑制するためには、電源側電圧と負荷側電圧との差が最小となるタイミング（すなわち、電源側電圧と負荷側電圧とを合成した電圧波形が現れる遮断器極間の電圧が最小となるタイミング）で投入されるように遮断器を閉極させる必要がある。

しかしながら、上記特許文献１などに代表される従来の位相制御開閉装置では、各相の電源電圧の零点や各相間電圧の零点のみに着目した遮断器の投入位相制御が行われているので、上記のように、負荷側に意図しない電圧波形が生じているような場合には、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流が抑制できない場合があるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、負荷側電圧の状態如何に関わらず、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流の抑制を可能とする閉極位相制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる位相制御開閉装置は、電源側送電線と分路リアクトルを有する補償送電線との間に接続された三相開閉装置の閉極位相を制御する位相制御開閉装置において、前記電源側送電線における各相電圧を計測する電圧計測部と、前記電圧計測部によって計測された各相電圧を時間微分して得られる各相電圧変化率の零点の周期を検出する電圧変化率零点周期検出部と、前記補償送電線の各相ごとに挿入された前記分路リアクトルに流れる各相電流を計測する電流計測部と、前記電流計測部によって計測された各相電流の零点の周期を検出する電流零点周期検出部と、前記三相開閉装置に対する閉極指令に基づき動作し、前記電圧変化率の零点と前記分路リアクトル電流の零点とが一致する零点のうち、互いの極性が、ともに同極性に反転する零点で閉極されるような閉極位相を各相ごとに生成して前記三相開閉装置を制御する閉極位相制御部と、を備えたことを特徴とする。

本発明にかかる位相制御開閉装置によれば、電圧計測部によって計測された各相電圧を時間微分して得られる電圧変化率の零点と電流計測部によって計測された分路リアクトル電流の零点とが一致する零点のうち、互いの極性が、ともに同極性に反転する零点で閉極されるような閉極位相を各相ごとに生成して遮断器を制御するようにしているので、補償送電線側の電圧の状態如何に関わらず、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流の抑制を可能とすることができるという効果を奏する。

図１は、本発明にかかる位相制御開閉装置の好適な実施の形態を説明するための構成図である。 図２は、図１に示した位相制御開閉装置の動作を説明するための波形図である。

符号の説明

１Ｒ，１Ｓ，１Ｔ 送電線
１０ 遮断器
１１Ｒ，１１Ｓ，１１Ｔ 消弧室
１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔ 操作部
１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔ 電圧計測部
２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔ 分路リアクトル
２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔ 電流計測部
３０ 閉極位相演算処理部
３１ 電圧変化率零点周期検出部
３２ 電流零点周期検出部
３３ 閉極位相制御部
４０ 閉極指令

以下に、本発明にかかる位相制御開閉装置の好適な実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。

（本発明の特徴）
本発明は、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流を負荷側電圧の状態如何に関わらず抑制可能とする閉極位相制御装置を提供することを目的とし、従来の技術思想では解決し得ない課題を解決することができるようにしたものであり、その特徴とするところは、遮断器閉極過程における遮断器極間の絶縁耐力特性（ＲＤＤＳ）を考慮することにより、遮断器極間電圧が低くなるタイミングでの遮断器投入が常時可能になるというところにある。

（装置の構成）
つぎに、本発明にかかる位相制御開閉装置の好適な実施の形態について説明する。図１は、本発明にかかる位相制御開閉装置の好適な実施の形態を説明するための構成図である。図１において、三相開閉装置である遮断器１０は、同図左方側に示される電源側回路と同図右方側に示される送電線１Ｒ，１Ｓ，１Ｔとの間に接続されている。また、遮断器１０は、消弧室１１Ｒ，１１Ｓ，１１Ｔを具備すると共に、消弧室１１Ｒ，１１Ｓ，１１Ｔ内に設けられた各接触子が独立して開閉動作することができるように、各相独立の操作部１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔを具備している。遮断器１０の電源側には、各相の電源側電圧を計測する電圧計測部１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔが設けられている。一方、遮断器１０の送電線側には、各相毎に設けられた分路リアクトル２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔに流れる電流を計測するための電流計測部２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔが設けられている。

閉極位相演算処理部３０は、閉極位相制御を含む演算処理を行う機能を有する構成部であり、例えばマイコンや制御プロセッサ等により構成することができる。また、閉極位相制御演算処理部３０は、電圧計測部１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔからの出力に基づいて動作する電圧変化率零点周期検出部３１と、電流計測部２１Ｒ，２１Ｓ，２１Ｔからの出力に基づいて動作する電流零点周期検出部３２と、これらの構成部（電圧変化率零点周期検出部３１および電流零点周期検出部３２）からの各出力および閉極位相演算処理部３０に対して入力される閉極指令４０に基づいて動作する閉極位相制御部３３と、を備えて構成されている。

（装置の動作）
つぎに、図１に示した位相制御開閉装置の動作について図２を参照して説明する。ここで、図２は、位相制御開閉装置の動作を説明するための波形図である。なお、以下の動作説明では、まず、図２に示す各波形図の説明を行い、その後、図２の各波形図に基づいて、閉極位相を求める閉極位相制御部３３の動作について説明する。また、実際の動作は各相毎に行われるが、説明の簡素化のため、一相分（Ｒ相）の動作説明のみを行い、他相の動作説明については省略する。

図２（ａ）〜（ｅ）は、遮断器１０を波線部で示す遮断器開極点で開極させたときの各部波形の一例を示す図であり、より詳細に説明すると、同図（ａ）は電圧計測部１３Ｒから出力された電源側電圧波形、図２（ｂ）は送電線側電圧波形をそれぞれ示している。また、同図（ｃ）は、電圧計測部１３Ｒから出力され、電圧変化率零点周期検出部３１に取り込まれた電源側電圧を時間微分して得られた電源側電圧の変化率を示す波形であり、同図（ｄ）は、電流計測部２１Ｒから出力され、電流零点周期検出部３２に取り込まれる分路リアクトル電流を示す波形である。さらに、同図（ｅ）は、遮断器１０を遮断させた後の極間に現れる電圧の絶対値を示す波形である。

本実施の形態では、電源側電圧の電圧変化率の波形上における零点（図２（ｃ）参照）と、分路リアクトル電流の零点（図２（ｄ）参照）とが一致する零点の中で、それらの極性がともに同極性に反転する零点（各極性がともに負極性から正極性に反転する零点、あるいは各極性がともに正極性から負極性に反転する零点）の位相を閉極のための目標位相とする制御を行う。

つぎに、遮断器１０を構成する各極間の絶縁耐力特性（ＲＤＤＳ）を考慮した場合の動作について説明する。

ここで、図２（ｅ）の波形上に示したＴ１点およびＴ２点は、遮断器１０が機械的にコンタクトする機械的閉極点として示している。また、Ｔ１点およびＴ２点から左上方へ伸びる直線は、遮断器閉極過程における極間の絶縁耐力特性（ＲＤＤＳ）、即ち、それぞれＴ１点およびＴ２点で機械的に閉極するように遮断器を操作した場合の極間絶縁耐力を示している。したがって、これらの各直線と同図（ｅ）の波形との交点であるＡ点およびＢ点は、機械的にコンタクトする閉極点より手前の時点で電気的にコンタクトする電気的閉極点を意味することになる。

一方、図２（ｃ），（ｄ）に示すように、電源側電圧の電圧変化率と分路リアクトル電流とは、零を基線とした略正弦波の波形を呈し、互いの零点が一致する点が２種類ほど存在する。即ち、当該零点において、互いの極性が共に同極性に反転する位相点Ｔ１（共に負極から正極に反転）と、互いの極性が相反する極性に反転する位相点Ｔ２（同図（ｃ）では負極から正極、同図（ｄ）では正極から負極に反転）とが存在する。

他方、電気的閉極点であるＡ点、Ｂ点において、各点の横軸上の位置は、遮断器を閉極するときの投入位相となり、縦軸上の位置は極間の絶縁が破壊されるときの極間印加電圧の大きさとなる。また、この極間印加電圧の大きさは、遮断器の投入によって開始される過渡現象の初期値となるため、この極間印加電圧が大きいほど電力系統等への影響が大きくなる。したがって、図２の例であれば、電気的閉極点として、極間印加電圧の小さなＡ点を選択する制御を行うことが必要となる。なお、このような技術思想を、図１に示した位相制御開閉装置における制御態様として説明すれば、つぎのようになる。

即ち、閉極位相演算処理部３０は、電圧変化率零点周期検出部３１によって検出された電源側電圧の電圧変化率における零点と、電流零点周期検出部３２によって検出された負荷側電流の零点とが一致する零点のうち、当該零点の前後における振幅値の極性が共に同極性に反転する零点を選定するとともに、選定された零点が遮断器１０への投入点となるような出力（閉極位相）を遮断器１０に出力すればよい。このような制御により、遮断器１０における電気的なコンタクトが、極間電圧がより低い電圧値となる電気的閉極点で行われるようになるので、負荷側電圧の状態如何に関わらず、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流を抑制することができるという効果が得られる。

以上説明したように、この実施の形態の位相制御開閉装置によれば、計測された各相電圧を時間微分して得られる電圧変化率の零点と、計測された分路リアクトル電流の零点とが一致する零点のうち、互いの極性が、ともに同極性に反転する零点で閉極されるような閉極位相を各相ごとに生成して遮断器を制御するようにしているので、補償送電線側の電圧の状態如何に関わらず、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流の抑制が可能となる。

なお、上記実施の形態では、電圧変化率零点周期検出部３１が検出した電源側電圧の電圧変化率における零点と、電流零点周期検出部３２が検出した負荷側電流の零点とが一致するものとして説明してきた。実際のところ、分路リアクトル２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔはリアクトル（誘導リアクトル）成分のみを有する回路要素であるため、これらの零点は一致するものとして処理することが可能である。

一方、分路リアクトル２０Ｒ，２０Ｓ，２０Ｔの特性や、電圧変化率零点周期検出部３１および電流零点周期検出部３２の検出精度によっては、検出された各零点が厳密な意味で一致しない場合も考えられる。しかしながら、このような場合であっても、上記制御態様を満足する電源側電圧の電圧変化率における零点または負荷側電流の零点の中で、何れか一方の零点を基準とする制御を行えばよい。このような制御を行ったとしても、負荷側電圧の状態如何に関わらず、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流を抑制するという本願発明の課題を解決することが可能である。

また、この実施の形態では、電圧変化率零点周期検出部３１は、電圧変化率の零点周期を検出する構成部として示しているが、零点周期を検出することなく直接的に零点そのものを検出する構成部であってもよいことは勿論である。また、電流零点周期検出部３２についても、同様であり、電流零点の周期を検出することなく直接的に電流零点そのものを検出する構成部であってもよい。

以上のように、本発明にかかる位相制御開閉装置は、補償送電線側の電圧の状態如何に関わらず、遮断器投入時の過渡的な電圧、電流の抑制に寄与することができる発明として有用である。

Claims (3)

1. 電源側送電線と分路リアクトルを有する補償送電線との間に接続された三相開閉装置の閉極位相を制御する位相制御開閉装置において、
   前記電源側送電線における各相電圧を計測する電圧計測部と、
   前記電圧計測部によって計測された各相電圧を時間微分して得られる各相電圧変化率の零点の周期を検出する電圧変化率零点周期検出部と、
   前記補償送電線の各相ごとに挿入された前記分路リアクトルに流れる各相電流を計測する電流計測部と、
   前記電流計測部によって計測された各相電流の零点の周期を検出する電流零点周期検出部と、
   前記三相開閉装置に対する閉極指令に基づき動作し、前記電圧変化率の零点と前記分路リアクトル電流の零点とが一致する零点のうち、互いの極性が、ともに同極性に反転する零点で閉極されるような閉極位相を各相毎に生成して前記三相開閉装置を制御する閉極位相制御部と、
   を備えたことを特徴とする位相制御開閉装置。
2. 前記閉極位相制御部が生成する閉極位相は、前記電圧変化率の零点を基準として生成されることを特徴とする請求項１に記載の位相制御開閉装置。
3. 前記閉極位相制御部が生成する閉極位相は、前記分路リアクトル電流の零点を基準として生成されることを特徴とする請求項１に記載の位相制御開閉装置。

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