JP5383580B2

JP5383580B2 - 遮断器制御装置

Info

Publication number: JP5383580B2
Application number: JP2010088009A
Authority: JP
Inventors: 充浩竹下
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2010-04-06
Publication date: 2014-01-08
Anticipated expiration: 2030-04-06
Also published as: JP2011223686A

Description

本発明は、遮断器制御装置に関する。

落雷等の影響により送電線に地絡事故等が発生した場合、事故の影響を電力系統から除去すべく、送電線が遮断されることがある。このような事故の影響は、一般に短時間で消滅するため、送電線の絶縁は短時間で回復する。このため、事故が発生した際は、送電線を遮断した後の短時間で再閉路する、いわゆる高速再閉路が実施されることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−３３１８６号公報

一般に、再閉路のタイミングは、送電線の絶縁状態が回復するまでの絶縁回復時間に基づいて定められる。しかしながら、事故が発生すると、電力系統に動揺が発生するため、再閉路のタイミングにおいて電力系統には動揺が継続していることがある。このため、例えば、絶縁回復時間のみに基づいて再閉路のタイミングを定めると、再閉路された際に電力系統の動揺が助長され、脱調状態に至る場合がある。

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、電力系統の脱調状態を防ぎつつ安定に送電線を再閉路することが可能な遮断器制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の一つの側面に係る遮断器制御装置は、電力系統の送電線の事故を検出する検出装置と、所定のタイミングを示すタイミング情報を記憶する記憶装置と、前記検出装置が前記事故を検出すると前記送電線を遮断する遮断器を遮断し、その後、前記タイミング情報に基づいて前記所定のタイミングで前記遮断器を投入する制御装置と、を備え、前記タイミング情報は、前記遮断器が遮断されてから所定の条件下で前記送電線の状態が地絡状態または短絡状態から絶縁状態とされるまでの所定時間である、所定の条件下で計算して得られる絶縁回復時間の経過後であるとともに、前記絶縁回復時間に所定の刻み時間を加算したタイミングにおいて、複数の事故の様相と様々な系統の状態とを組み合わせた複数のパターンの夫々に対して、前記送電線の異なる２点間における相差角の時間変化を示す相差角情報を算出して安定度計算を実行し、前記安定度計算の結果に基づいて、前記複数のパターンの何れかで前記遮断器を投入した場合に前記電力系統の状態が脱調状態となると判別されたときに前記タイミングに前記所定の刻み時間を更に加算して前記安定度計算を再度実行し、前記複数の何れのパターンで前記遮断器を投入した場合でも前記電力系統の状態が脱調状態とならないと判別されたときの前記タイミングを示す情報とされること、を特徴とする。

本発明によれば、電力系統の脱調状態を防ぎつつ安定に送電線を再閉路することが可能な遮断器制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態である遮断器制御装置７０〜７３が設けられた電力系統１０の構成例を示す図である。遮断器制御装置７０の構成の一例を示す図である。相差角の時間変化の一例を示す図である。コンピュータ１００の構成の一例を示す図である。再閉路のタイミングを算出する際のフローチャートである。事故様相に応じた相差角の時間変化の一例を示す図である。遮断器制御装置７０の処理の一例を示すフローチャートである。本発明の一実施形態である遮断器制御装置２００が設けられた電力系統１５の構成例を示す図である。遮断器制御装置２００の構成の一例を示す図である。算出装置２１２の構成の一例を示す図である。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
図１は、本発明の一実施形態である遮断器制御装置７０〜７３が設けられた電力系統１０の構成例を示す図である。

まず、電力系統１０の概要について説明する。発電所Ａでは、発電機２０〜２２が母線３０に接続されている。

変電所Ｂには、変圧器２５、負荷２６，２７、及び母線３５が設けられている。変圧器２５は母線３５に接続され、母線３５の電圧を変圧する。変圧器２５が変圧した電力は、負荷２６，２７に供給される。

発電所Ａの母線３０と送電線５０との間には遮断器６０が設けられ、送電線５０と変電所Ｂの母線３５との間には遮断器６１が設けられる。また、母線３０と送電線５１との間には遮断器６２が設けられ、送電線５１と母線３５との間には遮断器６３が設けられる。

遮断器６０〜６３の夫々は、遮断器制御装置７０〜７３からの指示に基づいて、投入、遮断される。

このため、遮断器６０，６１が投入されている際には、発電所Ａの電力は送電線５０を介して変電所Ｂに供給される。また、遮断器６２，６３が投入されている際には、発電所Ａの電力は、送電線５１を介して変電所Ｂに供給される。なお、発電所Ａは、例えば、他の発電所（不図示）に接続され、変電所Ｂは、他の変電所（不図示）に接続される。

遮断器制御装置７０は、遮断器６０を制御するために設けられ、送電線５０に地絡事故や短絡事故等の事故が発生した際、遮断器６０に高速再閉路を実行させるための装置である。具体的には、送電線５０に事故が発生すると、遮断器６０を遮断し、その後、所定のタイミングで遮断器６０を投入する。遮断器制御装置７０は、図２に示すように、例えば、事故検出装置８０、記憶装置８１、及び制御装置８２を含んで構成される。

事故検出装置８０（検出装置）は、送電線５０に設けられた例えば保護リレー（不図示）の状態に基づいて、送電線５０に事故が発生したか否かを検出する。また、事故検出装置８０は、事故の発生、事故位置、事故様相等を示す事故情報を制御装置８２に出力する。

記憶装置８１は、所定のタイミングを示す情報、すなわち再閉路のタイミングを示す情報を記憶する。なお、記憶装置８１に記憶される所定のタイミングに関するタイミング情報については後述する。

制御装置８２は、事故検出装置８０からの事故情報と、記憶装置７３に記憶されたタイミング情報とに基づいて遮断器６０を制御する。具体的には、例えば、送電線５０に事故が発生したことを示す事故情報が入力される場合、制御装置８２は、遮断器６０を遮断する。そして、制御装置８２は、遮断器６０を遮断した後、タイミング情報に基づいて、所定のタイミングで遮断器６０を投入する。

遮断器制御装置７１は、遮断器６１を制御するために設けられ、送電線５０に地絡事故や短絡事故等の事故が発生した際、遮断器６１に高速再閉路を実行させるための装置である。遮断器制御装置７２は、遮断器６２を制御するために設けられ、送電線５１に地絡事故や短絡事故等の事故が発生した際、遮断器６２に高速再閉路を実行させるための装置である。遮断器制御装置７３は、遮断器６３を制御するために設けられ、送電線５１に地絡事故や短絡事故等の事故が発生した際、遮断器６３に高速再閉路を実行させるための装置である。なお、遮断器制御装置７１〜７３は遮断器制御装置７０と同様であるため、ここでは詳細な説明は省略する。

＝＝再閉路のタイミング（所定のタイミング）について＝＝
ここで、遮断器制御装置７０〜７３が遮断器６０〜６３を投入する所定のタイミングについて説明する。

例えば送電線５０に地絡事故が発生すると、例えば図３に示すように、事故の発生とともに遮断器６０，６１は遮断され、送電線５０には動揺が発生する。図３は、送電線５０における異なる２点間の相差角の時間変化（相差角情報）である。なお、相差角の時間変化は、例えば、事故様相や送電線５０に流れる電流等の電力系統１０の状態に応じて異なる。

ところで、送電線５０に動揺が発生している場合に遮断器６０，６１を投入すると、動揺が助長され電力系統１０の状態が脱調状態となる場合と、結果的に動揺が抑制され電力系統１０の状態が脱調状態とならない場合とが存在する。つまり、再閉路された際に脱調状態となる場合と、ならない場合とが存在する。再閉路された際に電力家系統１０の状態が脱調状態となるかならないかは、例えば相差角情報を用いることにより判別可能である。

そこで、本実施形態では、例えば、事前に複数の事故様相（例えば、地絡、短絡、断線等の事故）と様々な系統の状態とを組み合わせたパターンを想定し、何れの事故が発生した場合であっても電力系統１０の状態が脱調状態とならないようなタイミングを、例えば、図４に示すようなコンピュータ１００で処理して算出する。

コンピュータ１００は、例えば制御所に設けられ、メモリ１１０及びＣＰＵ（Central Processing Unit）１１１を含んで構成される。

メモリ１１０は、ＣＰＵ１１１が実行するプログラムを記憶する。ＣＰＵ１１１は、メモリ１１０に記憶されたプログラムを実行することにより算出部１２０，１２２、判定部１２１の機能を実現する。

算出部１２０は、例えば、事故様相と系統状態との組み合わせがｎ個ある場合、パターン１〜パターンｎの夫々について相差角情報を求める。

判定部１２１は、例えば、事故様相と系統状態に基づいて、高速再閉路失敗時に電力系統１０において、残回線はあるか、または送電するための他のルートはあるかを判定する。具体的には、例えば、図１において、送電線５０に永久事故が発生した場合、送電線５０が再閉路されても再閉路は失敗することになる。この場合において、発電所Ａと変電所Bとの間には、送電線５１が残回線として存在する。このため、このような場合、判定部１２１は残回線有りと判定する。また、例えば、発電所Ａと変電所Bとが、例えば図示しない他の変電所や送電線を介して接続されている場合、判定部１２１は他のルート有りと判定する。

算出部１２２は、パターン１〜パターンｎの夫々について相差角情報に基づいて、何れの事故が発生した場合であっても電力系統１０の状態が脱調状態とならないような高速再閉路のタイミングを算出する。

ここで、図５を参照しつつ、何れの事故が発生した場合であっても電力系統１０の状態が脱調状態とならないようなタイミング、すなわち、所定のタイミングを求めるためのＣＰＵ１１１が実行する処理について説明する。

まず、算出部１２０は、再閉路のタイミングの初期値として、絶縁回復時間（絶縁状態が回復されるまでの所定時間）から、所定の刻み時間（例えば、０．１秒）を減算した値を算出する（Ｓ１００）。なお、絶縁回復時間は、例えば、電力系統１０の状態、送電線５０，５１の周辺環境、短絡事故の規模等に応じて変化するため、予め正確に予測することは難しい。このため、ここでは、所定の条件下で計算して得られる絶縁回復時間を想定する。

そして、算出部１２０は、処理Ｓ１００で算出したタイミングに刻み時間を加算する（Ｓ１０１）。また、算出部１２０は、ｎ個のパターン全ての相差角情報を算出し、安定度計算を行う（Ｓ１０２）。なお、ｎ個のパターンの相差角の時間変化は、例えば、図６に示されるような波形となる。なお、図６において時刻ｔａは、事故が発生するタイミングである。

そして、判定部１２１は、再閉路失敗時に残回線があるか、他のルートがあるか否かを判定する（Ｓ１０３）。その結果、残回線等がある場合（Ｓ１０３：ＹＥＳ）、算出部１２２は、算出されたパターンごとの相差角情報に基づいて、処理Ｓ１０１で算出されたタイミングで、何れかのパターンで再閉路失敗時に脱調するか否かを判定する（Ｓ１０４）。そして、算出部１２２が、処理Ｓ１０１で算出されたタイミングで、何れかのパターンで再閉路失敗時に脱調すると判定すると（Ｓ１０４：ＹＥＳ）、処理Ｓ１０１が実行される。したがって、脱調すると判定されたタイミングに刻み時間が加算され、再度、再閉路失敗時に脱調するか否かが判定されることになる。

一方、残回線は無いと判定されるか（Ｓ１０３：ＮＯ）、処理Ｓ１０１で算出されたタイミングで、全てのパターンで再閉路失敗時に脱調しないと判定されると（Ｓ１０４：ＮＯ）、算出部１２２は、何れかのパターンで再閉路成功時に脱調するか否かを判定する（Ｓ１０５）。そして、何れかのパターンで再閉路成功時に脱調すると判定すると（Ｓ１０５：ＹＥＳ）、処理Ｓ１０１が実行される。一方、全てのパターンで再閉路成功時に脱調しないと判定されると（Ｓ１０５：ＮＯ）、処理Ｓ１０５でＮＯとされたタイミングを所定のタイミング、すなわち高速再閉路のタイミングとして決定する（Ｓ１０６）。なお、図６では、例えばタイミングｔｂが前述した所定のタイミングとなる。

また、脱調するか否かのシミュレーションによる判定方法は、例えば「電気協同研究（第６３巻第３号：社団法人電気協同研究会）」Ｐ３９〜Ｐ４７等に開示されている。

＝＝遮断器制御装置７０の動作＝＝
ここで、図１，２，７を参照しつつ、遮断器制御装置７０〜７３の動作について説明する。なお、ここでは、遮断器制御装置７０〜７３の各メモリには、コンピュータ１００で算出された全てのパターンで脱調しないような所定のタイミング（タイミングｔｂ）を示すタイミング情報が記憶されていることとする。また、ここでは、例えば送電線５０に地絡事故が発生することとする。なお、遮断器制御装置７０，７１の動作は同じであるため、ここでは、遮断器制御装置７０についてのみ説明する。

まず、事故検出装置８０は、保護リレー（不図示）の状態に基づいて、送電線５０に地絡事故が発生しているか否かを検出する（Ｓ２００）。そして、事故検出装置８０が例えば、送電線５０の地絡事故を検出すると（Ｓ２００：ＹＥＳ）、事故情報を制御装置８２に出力する。制御装置８２は、事故情報に基づいて、遮断器６０を遮断する（Ｓ２０１）。なお、遮断器６０が遮断されるタイミングでは、遮断器６１も遮断される。そして、制御装置８２は、記憶装置８３に記憶されたタイミング情報に基づいて、送電線５０に事故が発生してから所定のタイミングであるタイミングｔｂとなると（Ｓ２０２：ＹＥＳ）、遮断器６０を投入する（Ｓ２０３）。なお、処理Ｓ２０３のタイミングで、遮断器６１も投入される。

送遮断器６０，６１が投入された際に、送電線５０の絶縁状態が回復している場合、例えば短絡事故が永久事故でない場合、事故検出装置８０が事故を検出することは無い。事故検出装置８０が事故を検出しない場合（Ｓ２０４：ＹＥＳ）、再閉路は成功することになり、処理は終了される。

一方、送電線５０の絶縁状態が回復していない場合、例えば短絡事故が永久事故である場合、送遮断器６０，６１が投入された際に、事故検出装置８０は再び送電線５０に短絡事故が発生したことを検出する。このように、再閉路が失敗した場合（Ｓ２０４：ＮＯ）、再び遮断器６０,６１は遮断される（Ｓ２０５）。なお、前述のような所定のタイミングで再閉路が実施されることにより、再閉路の成功、失敗に関わらず、電力系統１０が脱調状態となることを防ぐことが可能となる。

＝＝記憶装置８１が複数の再閉路のタイミングを記憶する場合＝＝
ところで、前述した記憶装置８１に記憶される高速再閉路のタイミングは、タイミングｔｂの一つのみである。しかしながら、例えば、算出部１２２に、パターン１〜パターンｎの夫々に応じて、電力系統１０の状態が脱調状態とならないようなｎ個の高速再閉路のタイミングを算出させても良い。そして、算出されたｎ個の高速再閉路のタイミングの情報を記憶装置８１に記憶させても良い。この場合、制御装置８２は、事故検出装置８０から事故情報と記憶装置８１に記憶された情報とに基づいて、ｎ個のタイミングのうち事故に応じたタイミングで高速再閉路を実施しても良い。なお、ｎ個の高速再閉路のタイミングを算出する際には、例えば図５におけるフローチャートの処理をパターン毎に実施させれば良い。つまり、図５において、処理Ｓ１０２,Ｓ１０４,Ｓ１０５をパターン毎に実施させれば良い。

＝＝遮断器制御装置の他の実施形態＝＝
図８は、本発明の一実施形態である遮断器制御装置２００が設けられた電力系統１５の構成例を示す図である。図８では、図１と比較して、遮断器６０〜６３の代わりに遮断器１５０〜１５３が設けられ、さらに、遮断器制御装置７０〜７３の代わりに遮断器制御装置２００が設けられている。なお、図８と図１とで同じ符号が付されているブロックは同じである。

遮断器１５０は、遮断器制御装置２００からの指示に基づいて、投入、遮断される。遮断器１５１〜１５３も同様に、遮断器制御装置２００からの指示に基づいて、投入、遮断される。

遮断器制御装置２００は、例えば制御所に設けられ、電力系統１５の系統情報と、電力系統に設けられた保護リレーの状態に基づいて、遮断器１５０〜１５３を制御する。具体的には、遮断器制御装置２００は、図９に示すように、事故検出装置２１０、系統情報取得装置２１１、算出装置２１２、及び制御装置２１３を含んで構成される。

事故検出装置２１０（検出装置）は、送電線５０，５１に設けられた例えば保護リレー（不図示）の状態に基づいて、送電線５０，５１に事故が発生したか否か及び事故位置を検出する。また、事故検出装置２１０は、事故が発生したことを検出すると、事故位置及び事故様相を示す事故情報を生成し、算出装置２１２、制御装置２１３に送信する。

系統情報取得装置２１１（取得装置）は、例えば電力系統１５に分散配置された測定用の変流器、変圧器等（不図示）からの出力に基づいて母線３０，３５の電圧や、送電線５０，５１、母線３０，３５の有効電力及び無効電力等の系統情報を収集する。なお、系統情報取得装置２１１は、例えば、所定の時間間隔ごとに系統情報を収集する。

算出装置２１２は、前述の系統情報及び事故情報に基づいて、電力系統１５の状態を脱調状態としないための再閉路のタイミングを算出する。

制御装置２１３は、事故検出装置２１０が事故を検出すると、事故情報に応じて事故が発生した送電線の遮断器を遮断する。そして、算出装置２１２が算出した再閉路のタイミングで遮断した遮断器を投入する。

＝＝算出装置２１２の詳細＝＝
算出装置２１２は、メモリ２２０、ＣＰＵ２２１を含んで構成される。ＣＰＵ２２１は、メモリ２２０に記憶されたプログラムデータを実行し、算出部２３０,２３１の機能を実現する。

算出部２３０（第１算出部）は、系統情報及び事故情報に基づいて、遮断器が遮断された際に送電線の異なる２点間における相差角の時間変化を示す相差角情報を算出する。

算出部２３１（第２算出部）は、算出部２３０が算出した相差角情報に基づいて、電力系統１５の状態が脱調状態とならないようなタイミングを再閉路のタイミングとして算出する。なお、算出部２３０,２３１は、前述の図５に示すような処理を実行することにより、再閉路のタイミングを算出する。

算出部２３１で算出されたタイミングが記憶された遮断器制御装置２００は、前述の遮断器制御装置７０と同様に動作する。つまり、例えば、送電線５０に事故が発生すると、遮断器制御装置２００は、遮断器１５０,１５１を遮断した後、算出部２３１で算出された再閉路のタイミングで、遮断器１５０,１５１を投入する。前述のように、算出部２３１で算出されるタイミングは、脱調状態を防ぐことができるタイミングである。このため、本実施形態では、電力系統１５を脱調状態とすることを防ぐことが可能である。

以上、本実施形態の遮断器制御装置について説明した。例えば、絶縁回復時間のタイミングで再閉路される場合、電力系統１０の動揺に影響が考慮されていないため、電力系統１０の状態が脱調状態となることがある。本実施形態では、絶縁回復時間時間より遅く、電力系統１０の動揺を示す相差角情報と、絶縁回復時間とに基づいて定められる脱調しないタイミングで再閉路される。このため、遮断器制御装置７０は、電力系統１０の脱調状態を防ぎつつ安定に送電線５０を再閉路させることが可能となる。

さらに、絶縁回復時間のみに基づいて再閉路のタイミングを定めた場合に、系統の状態が脱調状態となると、いわゆる電制、負制を実行し、系統の安定性を確保しなければならないことがある。本実施形態では、電源、負制を実行する必要がないため、停電等を発生させる可能性を抑制できる。

また、図５の処理が実行されると、電力系統１０の状態が脱調状態とならないようなタイミングのうち、時間的に最も早いタイミングが所定のタイミングｔｂとして算出されている。このため、本実施形態では、脱調状態を防ぎつつ高速で再閉路することが可能となる。

また、例えば、再閉路のタイミングをｎ個のパターン毎に求めても良い。そして、事故が発生してから、ｎ個のパターンのうち事故に対応した再閉路のタイミングで遮断器を投入しても良い。このような場合とｎ個のパターンの全てで共通のタイミングで遮断器を投入する場合とを比較すると、より事故に対応した再閉路のタイミングで遮断器を制御できる。このため、電力系統１０の動揺が時間的に早く収まることになる。

また、事故が発生した後の事故情報と、実際の系統情報とに基づいて相差角情報を算出しても良い。そして、その相差角情報に基づいて脱調が発生しないタイミングを求めてもよい。このような構成とすることで、発生した事故に応じたタイミングで再閉路することが可能となる。

前述した実施の形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく変更、改良されるとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

例えば、所定のタイミングｔｂを絶縁回復時間から高速再閉路の一般的な規定時間（例えば、２秒）内に定めることとしても良い。

１０，１５電力系統
２０〜２２発電機
２５，２６負荷
３０，３５母線
６０〜６３，１５０〜１５３遮断器
５０，５１送電線
７０〜７３，２００遮断器制御装置
８０，２１０事故検出装置
８１記憶装置
８２，２１３制御装置
１００コンピュータ
１１０，２２０メモリ
１１１，２２１ CPU
１２０，１２２，２３０，２３１算出部
１２１判定部
２１１系統情報取得装置
２１２算出装置

Claims

電力系統の送電線の事故を検出する検出装置と、
所定のタイミングを示すタイミング情報を記憶する記憶装置と、
前記検出装置が前記事故を検出すると前記送電線を遮断する遮断器を遮断し、その後、前記タイミング情報に基づいて前記所定のタイミングで前記遮断器を投入する制御装置と、
を備え、
前記タイミング情報は、
前記遮断器が遮断されてから所定の条件下で前記送電線の状態が地絡状態または短絡状態から絶縁状態とされるまでの所定時間である、所定の条件下で計算して得られる絶縁回復時間の経過後であるとともに、
前記絶縁回復時間に所定の刻み時間を加算したタイミングにおいて、複数の事故の様相と様々な系統の状態とを組み合わせた複数のパターンの夫々に対して、前記送電線の異なる２点間における相差角の時間変化を示す相差角情報を算出して安定度計算を実行し、前記安定度計算の結果に基づいて、前記複数のパターンの何れかで前記遮断器を投入した場合に前記電力系統の状態が脱調状態となると判別されたときに前記タイミングに前記所定の刻み時間を更に加算して前記安定度計算を再度実行し、前記複数の何れのパターンで前記遮断器を投入した場合でも前記電力系統の状態が脱調状態とならないと判別されたときの前記タイミングを示す情報とされること、
を特徴とする遮断器制御装置。
請求項１に記載の遮断器制御装置であって、
前記タイミング情報は、
前記電力系統の状態が脱調状態とならないようなタイミングのうち、時間的に最も早いタイミングを示す情報であること、
を特徴とする遮断器制御装置。