JP5050220B2 - 事故点探査システム - Google Patents

Description

本発明は、電力の供給を停止あるいは健全区間から切り離された事故配電線に探査電流を流して事故点を探査する事故点探査システムに関する。

健全区間から切り離された事故配電線の事故点を探査する方式として、特許文献１には、切り離された配電線に高電圧パルスを印加して事故点を焼成することで電流を流し、変流器で検出された電流の大きさと方向とに基づいて探査を行う方式が開示されている。ここでの検出は、事故点が焼成された後、高圧架空配電線の探査区間内の各部における電流の大きさおよび方向を、例えば長尺竿で高圧架空配電線に掛けたCT（変流器）を含む送信部により検出して地上に送信し、これを地上の受信部で受信することにより行われる。課電装置−高圧架空配電線−地絡事故点−課電装置の閉回路に含まれる高圧架空配電線に流れる探査電流は、その閉開路外の高圧架空配電線に流れる電流よりも大きな値を示し、かつ地絡事故点を境にして電流の値が大きく変わるので、その位置を特定できる。

特許文献２には、直流電圧を印加して検出された直流電流の大きさまたは方向に基づいて地絡事故地点の特定を可能とした方式が提案されている。ここでは、磁束の大きさを検出するホール素子が鉄心に組み込まれたクランプ式変流器を使用し、直流電流が所定の検出レベル以上の大きさで発光する。抵抗地絡とギャップ地絡とで検出レベルを調整する零調整器が設けられている。また、配電線に流れる直流電流による磁界の検出後に鉄心が完全に消磁されず僅かな磁気が残存しているため、その残存磁気による零点のずれを補正できる。
特開２００３−４３０９３号公報 特開２００３−３５７４０号公報

特許文献１では、直流電圧を周期性の電圧に変換し、少なくとも変換した周期性の１周期期間オンとしてオン・オフ振幅変調する電圧を昇圧した高電圧パルスで消費電力を低減すると共に装置をコンパクト化し、かつオン・オフの時間幅で高電圧の調整を行うことが提案されている。しかしながら、課電部のオン・オフの変調を検出に利用するまでに至っていない。

さらに、従来の探査電流を検出する方式は、検出レベルの設定や零点の補正によりなされている。しかしながら、課電部の省電力化やコンパクト化を考えた場合には、検出すべき電流が微小となり、検出感度の向上と耐雑音性の強化とが大きな課題となる。

本発明の目的は、上記した従来技術の課題を解決し、配電線路の事故点を特定するための探査電流を精度良く検出できる配電線の事故点探査システムを提供することにある。

上記した目的を達成するために、本発明は、電力の供給を停止あるいは電力供給源から切り離された事故停電区間の配電線に課電し、この配電線に流れる電流に基づいて事故点を探査する事故点探査システムにおいて、以下のような手段を講じた点に特徴がある。

(1)１符号長が商用周期のN倍にされた所定の課電パターンによる課電を繰り返して、事故点を有する配電線に探査電流を供給する手段と、配電線に流れる探査電流を計測し、この探査電流を１符号長の整数倍だけ遅延させた遅延後探査電流を生成し、探査電流から前記遅延後探査電流を減じて得られる信号に基づいて事故点を探査する探査装置とを具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、探査電流から遅延後探査電流が減ぜられるので、回路等で発生する直流雑音を除去できる。また、探査電流に対して遅延後探査電流が商用周期の整数倍だけ遅延されているので、探査電流から商用周波および高調波成分の雑音を除去できる。

前記1符合長が商用周期またはそのN倍でなくとも，直流雑音は除去できる。

(2)１符号長が商用周期のN倍にされた所定の課電パターンによる課電を繰り返して、事故点を有する配電線に探査電流を供給する手段と、配電線に流れる探査電流を計測し、その１符号長の整数倍の期間の移動平均を算出し、この移動平均に基づいて事故点を探査する探査装置とを具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、探査電流が平均化されるのでランダム雑音を低減できる。また、探査電流が課電パターンの一周期にわたって加算されることで商業周波雑音が相殺されるので、探査電流から商用周波および高調波成分の雑音を除去できる。

前記1符合長が商用周期またはそのN倍でなくとも，ランダム雑音は低減できる。

(3)所定の課電パターンによる課電を繰り返して、事故点を有する配電線に探査電流を供給する手段と、配電線に流れる探査電流を検出し、この探査電流と前記課電パターンとの相関を代表する信号に基づいて事故点を探査する探査装置とを具備したことを特徴とする。

このような構成によれば、検出された探査電流の各符号期間の振幅が微小であって、符号ごとの評価が難しい場合であっても、探査電流の符号列に周期性があり、両者の相関が高ければ各符号列に応答した出力が得られるので、検出感度を上げることができる。

(4)探査電流の課電パターンをM系列符号とすることにより、相互相関形状が既知で急峻な相互相関値を得られるので、検出がさらに容易となる。

本発明によれば、事故点探査時の探査電流に重畳される直流雑音、商用周波雑音、およびランダム雑音を効率良く除去できるので探査電流を精度良く検出できるようになる。したがって、探査電流を検出できる位置および検出できない位置、さらには探査電流の大きさに基づいて、事故点を正確に探査できるようになる。

以下、図面を参照して本発明の最良の実施の形態について詳細に説明する。図１は、本発明に係る事故点探査システムが適用される配電設備の主要部の構成を示したブロック図である。

事故区間が切り離された、もしくは停電された配電線１を対象とした事故点の探査は、課電部４を、前記配電線１の各相（１ａ，１ｂ，１ｃ）へは接続線４ａで接続し、大地３へは接地線４ｂで接続することで配電線１と大地３との間を課電し、事故点２を介して配電線１と大地３との間に流れる探査電流７を検出部５で検出することにより行われる。事故点２より遠方の配電線１や、事故点２の手前であっても健全相（１ａ，１ｂ）には探査電流７がほとんど流れないため、検出部５で検出される電流値の大きさなどで事故点２を探査できる。

図２は、前記課電部４および検出部５の主要部の構成を示した機能ブロック図であり、前記と同一の符号は同一または同等部分を表している。

課電部４において、課電パターン発生部４１は、符号系列が例えば[１１１００１０]であるような７ビットパターン、あるいは図３に示したように、この符号系列の１符合の時間幅が商用周波数（６０Hz）の１周期の整数倍（本実施形態では、１８倍）である０．３secに設定され、前記７ビットパターンを１kHz毎のポイント値としたM系列パターンを課電の基本パターンとして発生する。

コントロール部４２は、探査電流発生部４３の電源部４３ａを前記課電パターンで繰り返しスイッチングする。探査電流発生部４３では、図４に示したように、前記課電パターンによる課電が繰り返され、この課電パターンに応じた探査電流７が、接続線４ａ、配電線１（事故相１ｃ）、事故点２、大地３および接地線４ｂをループとして流れる。なお、ここでは探査電流７が直流波形であるものとして説明するが、本発明はこれのみに限定されず、交流波形であっても良い。

検出部５において、計測部５１はホール素子、磁気センサあるいはCT（電流変成器）などのセンサを含み、前記探査電流７の電流値を所定のサンプリング周期で繰り返しデジタル値に変換している。なお、本実施形態では計測部５１がアナログフィルタ５１ａを含み、計測された探査電流値はアナログフィルタ５１ａで雑音を除去されAD変換部５２へ供給される。AD変換部５２は、入力された探査電流波形を、制御部５３から指示される所定の時間間隔でサンプリングし、デジタル値に変換して波形記憶部５４に時系列で記憶する。上記した探査電流７のサンプリング、およびそのデジタル値の記憶はリアルタイムで実行される。

制御部５３は、波形記憶部５４に記憶された探査電流の波形データを読み出して演算部５５に提供する。演算部５５は、後に詳述するように、ノイズ成分を含む探査電流の波形データに所定の波形成形処理を施して探査電流の波形を検出する。表示部５６は、検出された探査電流を表示する。またブザーなどで知らせる場合や通信される場合もある。

次いで、本実施形態の動作を、(1)回路等で発生するランダム雑音、(2)地磁気や回路オフセットにより生じる直流雑音、および(3)他の回線からの影響により生じる商用周波雑音、に隠れてしまう探査電流の検出を例にして詳細に説明する。

図５は、前記演算部５５の第１実施形態の構成を模式的に示したブロック図であり、図６は、図５の各部の波形を示した図である。本実施形態は、商用周波数雑音および直流雑音が重畳された探査電流から各雑音成分が除去されて探査電流が検出される。

探査電流に重畳された商用周波雑音は、探査電流から商用周期時間前の波形データを差し引くことで除去できる。そこで、本実施形態では演算部５５に１符号長遅延部５５１および引算部５５２を設け、探査電流の波形データDinを１符号長遅延部５５１で１符合長時間幅だけ遅延させ、この遅延波形データD1を探査電流の波形データDinから減じて得られた波形データが処理結果Doutとして出力される。

図７は、前記演算部５５の第２実施形態の構成を示したブロック図であり、図８は、図７の各部の波形を示した図である。本実施形態は、商用周波雑音およびランダム雑音が重畳された探査電流から各雑音成分が除去されて探査電流が検出される。

探査電流に重畳されたランダム雑音は平均処理で低減できる。そこで、本実施形態では演算部５５に１符号長移動平均部５５３を設け、探査電流の波形データDinを１符号長平均部５５３において１符合長時間幅で移動平均化して得られる波形データが処理結果Doutとして出力される。

図９は、前記演算部５５の第３実施形態の構成を示したブロック図であり、図１０は、図９の各部の波形を示した図である。本実施形態は、商用周波数雑音、ランダム雑音および直流雑音が重畳された探査電流から各雑音成分が除去されて探査電流が検出される。

本実施形態では、演算部５５にM系列符号長移動平均部５５４、引算部５５５、M系列符号長相互相関部５５６およびM系列符号記憶部５５７を設けている。探査電流の波形データDinはM系列符号長移動平均部５５４においてM系列符合長時間幅で移動平均化され、この移動平均波形データD2を引算部５５５で探査電流の波形データDinから減じて中間データD3を生成し、さらに、この中間データD3に対してM系列符号長相互相関部５５６でM系列符号D4と相互相関処理を行って得られた波形データが処理結果Doutとして出力される。前記M系列符号長相互相関部５５６は、中間データD3と課電パターンのM系列符号D4との相互相関処理を行い、その相関値を出力する。

次いで、上記した各実施形態の動作を更に詳細に説明する。図４に示した課電パターンにより発生した探査電流７に商用周波雑音および直流雑音が重畳されていると、計測部５１では、図１１に示したような雑音重畳波形が検出される。この雑音重畳波形に対して、前記演算部５５において、前記図５，６に関して説明した波形成形処理（１符号長遅延波形の減算）を実行すると、図１２に示したように、商用周波雑音と直流雑音とが除去されて探査電流７を検出できるようになる。

図１３では、検出波形のスペクトルが破線で、演算処理後のスペクトルが実線で、それぞれ示されており、演算処理により雑音の成分が低減されていることが確認できる。

一方、前記探査電流７が流れず、商用周波雑音および直流雑音のみの相では、計測部５１において図１４に示した波形が検出される。この波形に対して、前記演算部５５において、前記図５，６に関して説明した波形成形処理（１符号長遅延）を同様に実行すると、図１５に示したように、商用周波雑音と直流雑音とが全て除去される。図１６では、検出波形のスペクトルが破線で、演算処理後のスペクトルが実線で、それぞれ示されており、１符号長遅延波形を雑音波形から減じる演算処理により雑音成分が除去されていることが確認できる。

図１２，１５を比較すれば明らかなように、本実施形態によれば、事故点２を有する配電線１の任意の箇所において、探査電流７が流れる相と流れない相および探査電流７が流れる事故点２より課電部４側と流れない事故点２以降とで、検出される波形を全く異ならせることができるので、探査電流７が流れる配電位置と探査電流７が流れない配電位置とを簡単かつ正確に識別できるようになる。

図１７は、図４に示した課電パターンにより発生した探査電流７に商用周波雑音およびランダム雑音が重畳されているときに、前記計測部５１で検出される雑音重畳波形を示した図である。この雑音重畳波形に対して、前記演算部５５において、前記図７，８に関して説明した波形成形処理（１符号長移動平均）を実行すると、図１８に示した波形が検出される。

図１９では、検出波形のスペクトルが破線で、演算処理後のスペクトルが実線で、それぞれ示されており、１符号長移動平均の演算処理により雑音の成分が低減されていることが確認できる。

一方、前記探査電流７が流れず、商用周波雑音およびランダム雑音のみの相では、計測部５１において図２０に示した波形が検出され、この波形に対して、前記演算部５５において、前記図７，８に関して説明した波形成形処理を同様に実行すると、図２１に示したように、商用周波雑音および直流雑音が除去される。

図２２では、検出波形のスペクトルが破線で、演算処理後のスペクトルが実線で、それぞれ示されており、１符号長移動平均の演算処理により雑音の成分が低減されていることが確認できる。

図１８，２１を比較すれば明らかなように、本実施形態でも、事故点２を有する配電線１の任意の箇所において、探査電流７が流れる相と流れない相および探査電流７が流れる事故点２より課電部４側と流れない事故点２以降とで、検出される波形を全く異ならせることができるので、探査電流７が流れる配電位置と探査電流７が流れない配電位置とを簡単かつ正確に識別できるようになる。

図２３は、図４に示した課電パターンにより発生した探査電流７に直流雑音、商用周波雑音およびランダム雑音が重畳されているときに、前記計測部５１で検出される雑音重畳波形を示した図である。この雑音重畳波形に対して、前記演算部５５において、前記図９，１０に関して説明した波形成形処理（移動平均波形の減算および相関処理）を実行すると、図２４に示した波形が検出される。

図２５では、検出波形のスペクトルが破線で、演算処理後のスペクトルが実線で、それぞれ示されており、演算処理により雑音の成分が低減されていることが確認できる。

一方、前記探査電流７が流れず、直流雑音、商用周波雑音およびランダム雑音のみの相では、計測部５１において図２６に示した波形が検出され、この波形に対して、前記演算部５５において、前記図９，１０に関して説明した波形成形処理を同様に実行すると、図２７に示したように、直流雑音、商用周波雑音およびランダム雑音が全て除去される。

図２８では、検出波形のスペクトルが破線で、演算処理後のスペクトルが実線で、それぞれ示されており、演算処理により雑音の成分が低減されていることが確認できる。

図２４，２７を比較すれば明らかなように、本実施形態でも、事故点２を有する配電線１の任意の箇所において、探査電流７が流れる相と流れない相および探査電流７が流れる事故点２より課電部４側と流れない事故点２以降とで、検出される波形を全く異ならせることができるので、探査電流７が流れる配電位置と探査電流７が流れない配電位置とを簡単かつ正確に識別できるようになる。

このように、本実施形態によれば、探査電流７が流れる配電位置と探査電流７が流れないは配電位置とを簡単かつ正確に識別できるようになるので、検出器５による検出位置を変えながら探査電流７を監視すれば、事故点を正確かつ容易に探索できるようになる。

本発明に係る事故点探査システムが適用される配電設備のブロック図である。 課電部および検出部の主要部の構成を示した機能ブロック図である。 課電の符号パターンを示した図である。 課電パターンを示した図である。 本発明の第１実施形態の構成を示したブロック図である。 図５の各部の波形を示した図である。 本発明の第２実施形態の構成を示したブロック図である。 図７の各部の波形を示した図である。 本発明の第３実施形態の構成を示したブロック図である。 図９の各部の波形を示した図である。 商用周波雑音および直流雑音が重畳された探査電流の波形図である。 図１１の探査電流を図５の構成で処理して得られる雑音除去後の波形図である。 雑音除去の前後における探査電流のスペクトルを比較して示した図である。 商用周波雑音および直流雑音の重畳波形図である。 図１４の雑音を図５の構成で処理して得られる出力波形図である。 雑音除去の前後における出力波形のスペクトルを比較して示した図である。 商用周波雑音およびランダム雑音が重畳された探査電流の波形図である。 図１７の探査電流を図７の構成で処理して得られる雑音除去後の波形図である。 雑音除去の前後における探査電流のスペクトルを比較して示した図である。 商用周波雑音およびランダム雑音の重畳波形図である。 図２０の雑音を図７の構成で処理して得られる出力波形図である。 雑音除去の前後における出力波形のスペクトルを比較して示した図である。 商用周波雑音、直流雑音およびランダム雑音が重畳された探査電流の波形図である。 図２３の探査電流を図９の構成で処理して得られる雑音除去後の波形図である。 雑音除去の前後における探査電流のスペクトルを比較して示した図である。 商用周波雑音、直流雑音およびランダム雑音の重畳波形図である。 図２６の雑音を図９の構成で処理して得られる出力波形図である。 雑音除去の前後における出力波形のスペクトルを比較して示した図である。

符号の説明

１…配電線，２…事故点，３…大地，４ａ…接続線，４ｂ…接地線，５…検出部，７…探査電流

Claims (6)

1. 電力の供給を停止あるいは電力供給源から切り離された事故停電区間の配電線を課電し、この配電線に流れる電流に基づいて事故点を探査する事故点探査システムにおいて、
   一定時間の１符号長である所定の課電パターンを発生する課電パターン発生手段と、
   前記課電パターンによる課電を繰り返して、事故点を有する配電線に探査電流を供給する探査電流発生手段と、
   前記配電線に流れる探査電流を計測する探査電流計測手段と、
   前記計測された探査電流を前記１符号長の整数倍だけ遅延させた遅延後探査電流を出力する遅延手段と、
   前記計測された探査電流から前記遅延後探査電流を減じる減算手段とを含み、
   前記減算手段の出力に基づいて探査電流の有無を検出することを特徴とする事故点探査システム。
2. 電力の供給を停止あるいは電力供給源から切り離された事故停電区間の配電線に課電し、この配電線に流れる電流に基づいて事故点を探査する事故点探査システムにおいて、
   一定時間の１符号長である所定の課電パターンを発生する課電パターン発生手段と、
   前記課電パターンによる課電を繰り返して、事故点を有する配電線に探査電流を供給する探査電流発生手段と、
   前記配電線に流れる探査電流を計測する探査電流計測手段と、
   前記計測された探査電流の、前記１符号長の整数倍の期間の移動平均を算出する移動平均手段とを含み、
   前記移動平均手段の出力に基づいて探査電流の有無を検出することを特徴とする事故点探査システム。
3. 前記1符合長を商用周期またはその整数倍N倍とすることを特徴とする請求項１または２に記載の事故点探査システム。
4. 電力の供給を停止あるいは電力供給源から切り離された事故停電区間の配電線に課電し、この配電線に流れる電流に基づいて事故点を探査する事故点探査システムにおいて、
   所定の課電パターンを発生する課電パターン発生手段と、
   前記課電パターンによる課電を繰り返して、事故点を有する配電線に探査電流を供給する探査電流発生手段と、
   前記配電線に流れる探査電流を計測する探査電流計測手段と、
   前記計測された探査電流と前記課電パターンとの相関を代表する信号を出力する相関出力手段とを含み、
   前記相関出力手段の出力に基づいて探査電流の有無を検出することを特徴とする事故点探査システム。
5. 前記計測された探査電流の移動平均を算出する移動平均手段と、
   前記計測された探査電流から前記移動平均手段の出力信号を減じる減算手段とを含み、
   前記相関算出手段は、前記減算手段の出力信号と前記課電パターンとの相関を求めることを特徴とする請求項４に記載の事故点探査システム。
6. 前記課電パターンがM（最大周期：maximal）系列であることを特徴とする請求項４または５に記載の事故点探査システム。

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