JP4996939B2 - 事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法、そのシステム、及びそのプログラム - Google Patents

Description

本発明は、送電線事故発生時の事故点の特定を、故障点標定装置を設置せずに、リレー応動シミュレータを用いて行う、事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法、そのシステム、及びそのプログラムに関する。

送電線には、系統事故の波及を防ぐために送電線保護リレーが設置されており、送電線短絡・地絡事故の発生時には、この保護リレーが瞬時に動作し、送電線両端に設置された開閉器を開いて事故を除去する。しかし、遮断される送電線は何十ｋｍもの長さであることが一般的であり、その長い送電線中で事故点の特定するのは容易なことではない。例えば、山間部などでの架設が多い高圧送電線でこのような事故が発生すると、ヘリコプターで上空から事故の痕跡（アーク痕など）を探さなければならなかったり、膨大な労力と費用を要していた。

そこで、通常は、特開２００２−２４３７８８号公報に開示されるように、フォールト・ロケータ（ＦＬ：fault locator、故障点標定装置）と呼ばれる装置を送電線に設置し、短絡および地絡事故発生時の電圧および電流データと事前に整定された送電線インピーダンスとから、設置個所から事故点までの距離を算出することで事故点の標定を行っている。

また、特開平８−２８９４５６号公報に開示されているように、保護リレーの整定について、様々な系統条件下での保護リレー整定値を算出する電力系統保護リレー整定計算システムが開発されている。
特開２００２−２４３７８８号公報 特開平８−２８９４５６号公報

しかしながら、特許文献１のフォールト・ロケータは、一般に高額な装置であり、また送電線毎に設置する必要があり、コストがかかるという問題点があった。また、系統構成の変化に伴い、その都度インピーダンス等のオペレータが設定したデータを見直す作業が必要となり、手間がかかる点も問題となっていた。

また、特許文献２の電力系統保護リレー整定計算システムでは、各保護リレーの整定値を計算するものであり、事故点を特定することまではできなかった。

そこで、本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、フォールト・ロケータのような事故点標定用の装置を設置せずに、電力系統および保護リレーを模擬するリレー応動シミュレータを用いて事故点の推定を行う、事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法そのシステム、及びそのプログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１の発明においては、オペレータの指示により、系統状態入力設定手段にて発電機出力、負荷電力、調相設備量、開閉器の入切状態、リレーの整定値等の系統状態データを設定するステップと、リレー動作判定手段にて、前記系統状態入力設定手段で設定した前記系統状態データに基づいて潮流計算を行い、事故条件ファイルから読み込んだ事故条件に沿ってリレー動作を模擬したリレー動作結果をリレー動作結果ファイルに格納するステップと、事故探索ルール入力設定手段にて事故点推定のための事故探索ルールを設定するステップと、事故点探索手段にて、前記事故探索ルールに従って作成された事故条件について、前記リレー動作結果ファイルに格納されたリレー動作結果と、実事故時リレー動作結果ファイルに格納された実事故時リレー動作結果とを、前記事故条件を変更しながら比較することにより事故点を検出するステップとからなることを特徴とする。

電力系統および保護リレーを模擬するリレー応動シミュレータにおいて、リレー応動シミュレータの計算結果と、事故発生時の実際のリレー動作結果を比較することにより事故点を推定できるようになり、事故点標定用の装置を設置しなくても、オフラインで容易に事故点を特定することが可能である。

以下、本発明に係る事故点推定機能付きリレー応動シミュレータの実施例について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るリレー応動シミュレータの機能構成を示す図である。リレー応動シミュレータは、ＣＲＴ表示装置５０と、電子計算機のプログラムとして実現される設定手段１００、リレー動作判定手段１１０、事故点探索ルール入力手段１２０、事故点探索手段１３０と、設備データベース１、系統状態ファイル２、リレー動作結果ファイル３、事故条件ファイル４、事故点検索ルールファイル５、実事故時リレー動作結果ファイル６、事故点探索結果ファイル７で構成される。

ＣＲＴ表示装置５０は必要により表示部を備えた入力装置である。

ここで、設備データベース１は、送電線の長さやインピーダンスといった電力系統を構成する各電力設備の定数と電力系統の接続状態、開閉器と保護リレーの装置情報および電力設備との関連付け情報を格納する。系統状態ファイル２は、発電機出力、負荷電力、調相設備量、開閉器の入切状態、リレーの整定値や使用／不使用設定などのデータを格納する。

リレー動作結果ファイル３は、事故発生時刻、事故により動作したリレーの動作時刻、リレーにより開閉した開閉器の開閉時刻、リレー動作判定に用いられた電流、電圧などの入力値、リレーの使用／不使用設定などの補足情報を格納する。

事故条件ファイル４は、事故が発生する設備ＩＤと事故の様相、事故の継続時間、事故時のアーク抵抗値および送電線事故の場合事故発生地点情報として送電端からの距離あるいは送電端と受電端を結ぶ送電線全長に対する送電端からの距離の割合などの情報を格納する。

事故点探索ルールファイル５は、事故点探索ルールを格納する。実事故時リレー動作結果ファイル６は、リレー動作結果ファイルと同じ構成で実系統において実際に事故が発生した際に採取されたデータを格納する。事故点探索結果ファイル７は、事故点探索の結果として事故発生設備と事故様相，送電線内の送電端から距離など事故点を特定する情報を格納する。

次に、リレー応動シミュレータの動作について説明する。

まず、系統状態入力設定手段１００は、オペレータによりＣＲＴ表示装置５０から入力された指示に従い、系統状態ファイル２に、任意の発電機出力、負荷電力、調相設備量、開閉器の入切状態、リレーの整定値や使用／不使用設定などのデータを格納する。

次に、リレー動作判定手段１１０が動作する。図２は、リレー動作判定手段１１０の処理の流れをフローチャートで示したものである。ステップＳ１で設備データベース１，系統状態ファイル２を読み込み、ステップＳ２では読み込んだデータについて、すべての系統状態をノード・ブランチ番号に対応した並びに編集し、ノードブランチモデルを作成する。ステップＳ３では、例えばニュートンラプソン法（ＮＲ）により潮流計算を実行して解を求める。（この潮流計算の結果はステップＳ５、Ｓ６で実施する故障計算において、故障点の故障前電圧及びブランチの負荷電流として説明するが、負荷電流を無視できる場合にはステップＳ３は割愛してもよい。その場合、故障計算における故障前電圧は定格電圧、負荷電流は０として扱うことになる。）ステップＳ４では事故条件ファイル４より事故条件を読み込み、ステップＳ５で対称座標法を用いた故障計算を実行し事故発生時に各電力設備に流れる故障電流などの電気量を求める。ステップＳ６では電力系統内に設置された各リレーの動作判定を行い、ステップＳ７では最短時間断面にて動作するリレーを抽出し、この抽出されたリレーを動作済として、このリレーの動作時刻まで時間を進める。ステップＳ８では、動作可能なリレーがあるか否かを判定し、ステップＳ５、Ｓ６、Ｓ７は、ステップＳ８で動作可能なリレーが無いと判定されるまで繰り返される。ステップＳ９では、リレー動作結果ファイル３に事故発生時刻、事故により動作した全てのリレーの動作時刻、リレーにより開閉した開閉器の開閉時刻、リレー動作判定に用いられた電流、電圧などの入力値、リレーの使用／不使用設定などの補足情報を格納し処理を終了する。

次に、事故点を推定する動作について、保護リレーが動作した送電線短絡事故を例に説明する。まず、事故点探索ルール入力設定手段１２０は、オペレータによりＣＲＴ表示装置５０から入力された指示により、事故点探索ルール情報を事故点探索ルールファイル５に格納する。事故点探索ルールとして、例えば、送電線ＩＤと送電端など探索開始点および１０ｍなどの探索刻み幅を格納する。

次に、事故点探索手段１３０が動作する。図３は、事故点探索手段１３０の処理の流れをフローチャートで示したものである。ステップＳ１０では、事故点探索ルールファイル５と実事故時リレー動作結果ファイル６を読み込み、ステップＳ１１では探索開始点に事故を設定して事故条件ファイル４を作成する。ここで、リレー動作判定手段１１０が起動する。リレー動作判定手段１１０よりリレー動作結果ファイル３にリレー動作結果が格納されると、ステップＳ１２ではリレー動作結果ファイル３を読込み、ステップＳ１３にて実事故時リレー動作結果ファイル６の内容と比較する。ステップＳ１４では、事故点検出と判断する否か、または事故点探索ルール事故条件の変更が可能か否かを判定する。ステップＳ１１、Ｓ１２、Ｓ１３は、ステップＳ１４で事故点検出と判断されるか事故条件の変更ができなくなるまで事故条件を変更しながら繰り返す。事故条件の変更とは、例えば事故点を受電端よりに探索刻み幅１０ｍ分移動するということであり、この場合、事故点が受電端に到達したか越えた時点で事故条件は変更できなくなったと判断される。

ここで、図４は、ステップＳ１４で事故点検出と判定する方法を示す図である。母線Ａと母線Ｂの間に敷設された長さＬａｂの送電線ＡＢにおいて母線Ａを送電端，母線Ｂを受電端とし、送電線の単位長あたりのインピーダンスをｄＺとすると、送電線ＡＢの送電端から受電端までの線路インピーダンスはｄＺ×Ｌａｂとなる。送電線ＡＢ上の任意の地点ｔにおける送電端からの距離をＬ（ｔ）とすれば、送電端から地点ｔまでの線路インピーダンスＺ（ｔ）はｄＺ×Ｌ（ｔ）となるため、送電端から地点ｔまでの線路インピーダンスＺ（ｔ）がわかれば、送電端からｔまでの距離Ｌ（ｔ）は容易に求められる。

一方、保護リレーは設置箇所で事故発生時の送電線の電圧と電流を観測しキルヒホッフの法則等を用いて事故点が動作責務（保護範囲）内か否かを判定する。

従って、母線Ａに保護リレーが設置されている場合に、ｔを事故点としてシミュレーション計算した結果得られた保護リレーが観測する事故電流および電圧が、実事故時開閉器の遮断動作を実施した保護リレーで観測された事故電流および電圧と一致あるいは所定の許容誤差範囲の値となった場合、シミュレータ上で保護リレーが検出したと実事故で保護リレーが動作したときの事故点は同一と判断することができる。これにより地点ｔを事故点と検出する。

このように事故点が検出されると、図３のステップＳ１４では、ステップＳ１５に進み、ステップＳ１１にて作成した事故条件ファイルの内容を事故探索結果として事故探索結果ファイル７に格納して終了する。また、事故条件変更不可となった場合、ステップＳ１５へ進み、事故探索結果無しを実行探索結果ファイル７に格納して終了する。

このように、本実施の形態によれば、事故点標定用の装置を設置しなくても、実事故発生時に動作したリレー装置から採取した電圧および電流値をオフラインで解析して、容易に事故点を推定することができる。

また、図４の変形例として、開閉器の遮断動作を行った保護リレーで観測した電圧、電流値だけでなく、開閉器の遮断動作を実施していない保護リレーで観測した電圧、電流値も同時に比較することにより、各リレーが検出した事故点間の中間地点を求め、推定した事故点を補正することもできる。保護リレー近傍で事故が発生した場合、観測する電圧が非常に小さくなることから、計算されるインピーダンス精度が悪くなり、事故点推定の誤差が大きくなることが考えられるが、遠方のリレーが観測した電圧、電流値からもインピーダンスを推定することにより、事故点の推定精度を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るリレー応動シミュレータの機能構成を示す図 リレー動作判定手段の処理の流れを示すフローチャート 事故点探索手段の処理の流れを示すフローチャート 事故点探索方法を説明する図

符号の説明

１… 設備データベース
２…系統状態ファイル
３…リレー動作結果ファイル
４…事故条件ファイル
５…事故点検索ルールファイル
６…実事故時リレー動作結果ファイル
７…事故点探索結果ファイル
５０…ＣＲＴ表示装置
１００…系統状態入力設定手段
１１０…リレー動作判定手段
１２０…事故点探索ルール入力設定手段
１３０…事故点探索手段

Claims (9)

1. オペレータの指示により、系統状態入力設定手段にて発電機出力、負荷電力、調相設備量、開閉器の入切状態、リレーの整定値等の系統状態データを設定するステップと、
   リレー動作判定手段にて、前記系統状態入力設定手段で設定した前記系統状態データに基づいて潮流計算を行い、事故条件ファイルから読み込んだ事故条件に沿ってリレー動作を模擬したリレー動作結果をリレー動作結果ファイルに格納するステップと、
   事故探索ルール入力設定手段にて事故点推定のための事故探索ルールを設定するステップと、
   事故点探索手段にて、前記事故探索ルールに従って作成された事故条件について、前記リレー動作結果ファイルに格納されたリレー動作結果と、実事故時リレー動作結果ファイルに格納された実事故時リレー動作結果とを、前記事故条件を変更しながら比較することにより事故点を検出するステップと、からなる事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法。
2. 請求項１記載の事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法において、前記事故点探索手段は、送電線上の地点ｔについて送電端からｔまでの距離を求めるステップと、地点ｔを事故点と仮定して事故電流、電圧をシミュレーション計算するステップと、前記シミュレーション計算した事故電流、電圧を、実事故時に動作した保護リレーで観測された事故電流、電圧と比較し、一致あるいは所定の許容誤差範囲内となった場合に、地点ｔを事故点と判定するステップとからなる事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法。
3. 請求項２記載の事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法において、前記事故点探索手段は、前記シミュレーション計算した事故電流、電圧を、実事故時に動作した保護リレーの電流、電圧だけで無く、動作しなかった保護リレーの電流、電圧とも比較するようにした事故点推定機能付きリレー応動シミュレーション方法。
4. オペレータの指示により、発電機出力、負荷電力、調相設備量、開閉器の入切状態、リレーの整定値等の系統状態データを設定する系統状態入力設定手段、
   前記系統状態入力設定手段で設定した前記系統状態データに基づいて潮流計算を行い、事故条件ファイルから読み込んだ事故条件に沿ってリレー動作を模擬したリレー動作結果をリレー動作結果ファイルに格納するリレー動作判定手段と、
   事故点推定のための事故探索ルールを設定する事故探索ルール入力設定手段と、
   前記事故探索ルールに従って作成された事故条件について、前記リレー動作結果ファイルに格納されたリレー動作結果と、実事故時リレー動作結果ファイルに格納された実事故時リレー動作結果とを、前記事故条件を変更しながら比較することにより事故点を検出する事故点探索手段とからなる事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションシステム。
5. 請求項４記載の事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションシステムにおいて、前記事故点探索手段は、送電線上の地点ｔについて送電端からｔまでの距離を求め、地点ｔを事故点と仮定して事故電流、電圧をシミュレーション計算し、前記シミュレーション計算した事故電流、電圧を、実事故時に動作した保護リレーで観測された事故電流、電圧と比較し、一致あるいは所定の許容誤差範囲内となった場合に、地点ｔを事故点と判定する事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションシステム。
6. 請求項５記載の事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションシステムにおいて、前記事故点探索手段は、前記シミュレーション計算した事故電流、電圧を、実事故時に動作した保護リレーの電流、電圧だけで無く、動作しなかった保護リレーの電流、電圧とも比較するようにした事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションシステム。
7. オペレータの指示により、系統状態入力設定手段にて発電機出力、負荷電力、調相設備量、開閉器の入切状態、リレーの整定値等の系統状態データを設定するステップと、
   リレー動作判定手段にて、前記系統状態入力設定手段で設定した前記系統状態データに基づいて潮流計算を行い、事故条件ファイルから読み込んだ事故条件に沿ってリレー動作を模擬したリレー動作結果をリレー動作結果ファイルに格納するステップと、
   事故探索ルール入力設定手段にて事故点推定のための事故探索ルールを設定するステップと、
   事故点探索手段にて、前記事故探索ルールに従って作成された事故条件について、前記リレー動作結果ファイルに格納されたリレー動作結果と、実事故時リレー動作結果ファイルに格納された実事故時リレー動作結果とを、前記事故条件を変更しながら比較することにより事故点を検出するステップと、からなるとからなることを特徴とする事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションプログラム。
8. 請求項７記載の事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションプログラムにおいて、前記事故点探索手段は、送電線上の地点ｔについて送電端からｔまでの距離を求めるステップと、地点ｔを事故点と仮定して事故電流、電圧をシミュレーション計算するステップと、前記シミュレーション計算した事故電流、電圧を、実事故時に動作した保護リレーで観測された事故電流、電圧と比較し、一致あるいは所定の許容誤差範囲内となった場合に、地点ｔを事故点と判定するステップとからなる事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションプログラム。
9. 請求項８記載の事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションプログラムにおいて、前記事故点探索手段は、前記シミュレーション計算した事故電流、電圧を、実事故時に動作した保護リレーの電流、電圧だけで無く、動作しなかった保護リレーの電流、電圧とも比較するようにした事故点推定機能付きリレー応動シミュレーションプログラム。

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