JP4892914B2 - 充電電流測定方法および充電電流測定プログラム - Google Patents
充電電流測定方法および充電電流測定プログラムInfo
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Description
従来の充電電流の測定方法は、まず、リアクトルのタップを明らかに共振から離れたインダクタンスになるように選択し、中性点抵抗を開放して充電電流の各相アンバランスにより発生する零相電圧を測定し、引き続き、零相電圧が系統上問題のない程度までリアクトルのインダクタンスを共振点に徐々に近づけつつ零相電圧の測定を繰り返し、最後に、共振点に隣接する測定結果から共振点のインダクタンスを推測して充電電流を求める(例えば、特許文献1参照)。
また、各相の充電電流がバランスしている系統の場合、必ずしも共振点に向かって零相電圧が大きくなるとは限らないので、零相電圧の測定結果から共振点を推測することが困難であるという問題がある。
また、共振点の零相電圧そのものは地絡リレーの不要なトリップを回避するために実測できず、共振点に隣接する測定点の測定結果から共振点を推測しているので、推測による誤差が発生して正確さに欠けるという問題がある。
図1は、この発明に係わる充電電流測定方法の説明に用いる消弧リアクトル接地電力系統図である。
この発明に係わる消弧リアクトル接地電力系統の変電所1において、電圧154kVの3相電力を高圧線路2から受電し、電圧66kVの3相電圧に変電して中圧線路3に送り出している。そして、各相対地電位の低下や地絡電流の減少を目的として変圧器4の中性点5を接地している。特に、アーク地絡に伴う異常電圧発生の防止を目的として変圧器4の中性点5が並列に接続された中性点抵抗6とリアクトル7とを介して接地されている。中性点抵抗6にはスイッチ8が直列に接続されており、地絡事故が発生したときにはスイッチ8を開放して、中性点5がリアクトル7だけを介して接地される。
アーク地絡は地絡電流が線路の静電容量を充電する進相電流であるために起こるので、リアクトル7により地絡電流の位相を変化して抑止することができる。
リアクトル7のリアクタンスをXL、自己インダクタンスをLとし、a相、b相およびc相からなる各相の対地静電容量によるリアクタンスをXC、各相の対地静電容量をCとして以下の説明を行う。リアクトル7のリアクタンスXLは、XL=ωL、各相の対地静電容量によるリアクタンスXCは、XC=1/ωCである。なお、変圧器のリアクタンスは小さいので無視して説明する。
例えば、a相で1線地絡事故が起こったとき、XC−3XL=0の条件を満足するようにリアクトル7のタップが選択されていれば、地絡電流を零にすることができる。この条件を満足するXLは、XL=XC/3である。送電線と大地との間で例えば落雷により地絡電流が流れたとき、LC共振回路により地絡電流を打ち消すことにより、地絡電流を消弧することができる。そして、完全地絡時のリアクトル7の端子に加わる電圧は、線路の星形電圧であり、そのときリアクトル7に流れる電流は、線間電圧と全対地静電容量によるリアクタンス3XCとの積である。なお、この線間電圧と3XCの積は全対地充電電流であるので、リアクトル7のタップを調整して共振点に合わされたときリアクトル7に流れる電流が全対地充電電流に等しくなる。
補償率K(%)は、リアクトル7のタップを選択することにより既知であるリアクトル電流(IL)と未知の全対地充電電流(IC)とを用いて式(1)により表される。
共振周波数fR(Hz)は、リアクトル7のインピーダンス(L)と系統のキャパシタンス(C)とを用いて式(2)により表される。
また、補償率100%の場合、系統周波数f0と共振することになり、これを完全補償と称し、系統周波数f0は、式(3)により表される。
そこで、式(2)と式(3)とから補償率Kは、式(4)で表される。
未知の全対地充電電流(IC)は、式(1)から分かるように、既知のリアクトル電流(IL)と補償率Kとから求めることができるので、補償率Kが分かれば全対地充電電流を求めることができる。
リアクトル7を流れる零相電流の周波数(fR)は、リアクトル7のインピーダンスLと全対地静電容量Cにより構成されるLC共振回路の共振周波数であり、それは式(2)で表される。一方、線路を流れる電流の周波数は、補償率100%のリアクトル7のインピーダンス(K×10−2×L)と全対地静電容量Cにより構成される共振回路の共振周波数であり、これは電力系統の系統周波数に等しく、系統周波数(f0)は、式(3)で表される。
そこで、補償率Kについてのリアクトル電流(IL)と全対地充電電流(IC)との関係を補償率Kについての零相電圧の周波数(fR)と電力系統の系統周波数(f0)との関係に式(4)にように置き換えられる。
そして、零相電圧の周波数(fR)と電力系統の系統周波数(f0)を今日広く記録されている変圧器4の3相電圧と零相電圧のデータ波形から読み取る。なお、以下の説明においては3相電圧の中の任意の1つを各相電圧と称する。
データ波形は、地絡事故が発生したとき中性点抵抗6が開放されてからの各相電圧および中性点電圧からなる零相電圧を時間軸を横軸として記録されている。
S101で、図3に示すb相電圧の波形データから20サイクル分の波長を計測して、基準波長Wn0(秒)とする。
S102で、図4に示す零相電圧の波形データから20サイクル分の波長を計測して、共振波長WnK(秒)とする。
S103で、基準波長Wn0を共振波長WnKで除算した値を2乗して補償率Kを式(5)として求める。
S104で、既知のリアクトル電流(IL)を補償率Kで除算して全対地充電電流(IC)を式(6)から求める。
また、実際に地絡事故時に記録された波形データを直接用いており、推定するという手順が含まれないので、正確な全対地充電電流を求めることができる。
この発明の実施の形態2に係わる充電電流測定方法は、周波数の異なる2つの交流が重ね合わされたとき、各相電位の波形データにうなり現象が発生することに着目して補償率Kを求めることが実施の形態1に係わる充電電流測定方法と異なり、その他は実施の形態1に係わる充電電流測定方法と同様である。
うなり現象は、地絡事故が発生し、リアクトル7を流れる電流が各相の送電線だけに流れる系統電流と重畳して流れるとき、リアクトル7を流れる電流の共振周波数fRと系統電流の系統周波数f0が異なっているために、各相電圧の振幅が増減を繰り返すことである。
そして、うなりの1サイクルに含まれる各相電圧のサイクル数を地絡事故が発生したときに記録された各相電圧の波形データから求め、零相電圧のサイクル数が各相電圧のサイクル数より1つ多いことを利用して求める。それから、零相電圧のサイクル数と各相電圧のサイクル数との比の2乗が補償率であることを利用して求め、既知のリアクトル電流を補償率で除算して全対地充電電流を求めることができる。
S201で、図6に示すb相電圧の波形データからb相電圧の20サイクル分の波長Wn0を計測する。
S202で、b相電圧の1サイクルの波長W10を式(7)から求める。
S204で、波長W4uを波長W10で除算して、4サイクルのうなりに含まれる各相電圧のサイクル数N0を求める。
S205で、リアクトル7は過補償に設定されているので、4サイクルのうなりに含まれる零相電圧のサイクル数は、同じ時間帯のb相電圧のサイクル数より4サイクル多くなり、周波数の比は、同じ時間帯に含まれるサイクル数の比に等しいので、補償率Kを式(8)から求める。
また、各相電圧のうなりから補償率を求めるので、3相の平衡が良好であっても、精度良く全対地充電電流を測定することができる。
また、1回線の送電線が停止中など、系統条件が異なる場合のデータを蓄積することにより、系統ごと正確な充電電流を求めることができる。
Claims (5)
- 中性点が定められたリアクトル電流のリアクトルを介して接地されている電力系統に関する全対地充電電流を測定する充電電流測定方法において、
地絡事故が発生したときに記録された零相電圧の波形データから上記零相電圧の波長を求める手順と、
上記電力系統の3相電圧のうちの1つの相電圧の波長を上記零相電圧の波長で除算した値を2乗して補償率を求める手順と、
上記リアクトル電流を上記補償率で除算して上記全対地充電電流を求める手順と、
を有することを特徴とする充電電流測定方法。 - 上記地絡事故が発生したときに記録された3相電圧の波形データから1つの相電圧の波長を求める手順を有することを特徴とする請求項1に記載する充電電流測定方法。
- 中性点が定められたリアクトル電流のリアクトルを介して接地されている電力系統に関する全対地充電電流を測定する充電電流測定方法において、
地絡事故が発生したときに記録された3相電圧の波形データから1つの相電圧のうなりに含まれるサイクル数を求める手順と、
上記サイクル数に1を加算した値を上記サイクル数で除算した値を2乗して補償率を求める手順と、
上記リアクトル電流を上記補償率で除算して上記全対地充電電流を求める手順と、
を有することを特徴とする充電電流測定方法。 - 中性点が定められたリアクトル電流のリアクトルを介して接地されている電力系統に関する全対地充電電流を測定する充電電流測定プログラムにおいて、
地絡事故が発生したときに記録された零相電圧の波形データから零相電圧の波長を求める手順と、
上記地絡事故が発生したときに記録された3相電圧の波形データから1つの相電圧の波長を求める手順と、
上記相電圧の波長を上記零相電圧の波長で除算した値を2乗して補償率を求める手順と、
上記リアクトル電流を上記補償率で除算して上記全対地充電電流を求める手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする充電電流測定プログラム。 - 中性点が定められたリアクトル電流のリアクトルを介して接地されている電力系統に関する全対地充電電流を測定する充電電流測定プログラムにおいて、
地絡事故が発生したときに記録された3相電圧の波形データから1つの相電圧のうなりに含まれるサイクル数を求める手順と、
上記サイクル数に1を加算した値を上記サイクル数で除算した値を2乗して補償率を求める手順と、
上記リアクトル電流を上記補償率で除算して上記全対地充電電流を求める手順と、
をコンピュータに実行させることを特徴とする充電電流測定プログラム。
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