JP5528862B2 - リアクトル接地配電系統の後備地絡保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、リアクトル接地配電系統の地絡保護装置に関する。

６．６ｋＶ等の配電系統の多くでは、従来から中性点接地方式として非接地方式が採用されている。当該非接地方式では、地絡保護システムとして、接地変圧器（又は接地形計器用変圧器、Earthed Voltage Transformer：略称ＥＶＴ）によって検出される零相電圧と、零相変流器（Zero-phase-sequence Current Transformer：略称ＺＣＴ）からの零相電流とで地絡方向を判定して動作する地絡方向継電器（Directional Ground Relay：略称ＤＧＲ）が用いられる。

ところで、都市部では、景観の改善や災害時の安全面等に配慮して、架空電線路が地中化される範囲が拡大される傾向にある。地中電線路は、架空電線路と比較すると、対地静電容量が数１０倍程度大きく、充電電流は大きな値となる。この充電電流の増大により地絡事故時に事故点に流れる地絡電流が大きくなると、公衆の感電事故防止として関係法令に規定されているＢ種接地抵抗を規制値以下に確保する接地工事が困難になる。

この対策として、補償リアクトル（Neutral Grounding Reactor：略称ＮＧＬ）を設置して地絡電流を低減させ、Ｂ種接地抵抗の規制値を大きくすることができる補償リアクトル接地方式が採用されることがある（以下に示す特許文献１を参照）。また、補償リアクトルを設置する方式としては、各電線路に分散して設置する分散リアクトル接地方式と、変電所内の母線に一括して設置する集中リアクトル接地方式とがある。

しかし、これらのリアクトル接地方式は、配電系統が負荷の増加に伴う線路強化、あるいは負荷シフト等により系統構成が時々変化することが原因で、地絡保護継電器の誤不動作が発生し易く採用が難しい状況にある。

特開２００５−７７３１６号公報

リアクトル接地方式の場合、補償リアクトルの補償容量は配電系統の対地静電容量に応じて適正な値に設定する。しかしながら、配電系統は負荷の増減に応じた線路増強、あるいは負荷シフト等のため、系統構成が時々変化することがある。このため、過補償あるいは不足補償になる状態が発生すると、変電所や電線路に設置された地絡方向継電器が適正感度で動作せず、動作すべきときに動作しない誤不動作による事故電線路の遮断不能が生じる虞があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、主保護システムとして用いられる地絡方向継電器の誤不動作を検出し、地絡方向継電器が動作すべき電線路の遮断器を正しく遮断させることができる、後備保護として機能する地絡保護装置を提供することである。

上記課題を解決するための主たる本発明は、複数の地絡方向継電器から出力される遮断信号に応じてそれぞれ遮断される複数の遮断器を介して、複数の電線路がそれぞれ変電所変圧器の二次側母線に接続された電力系統における後備地絡保護装置であって、一端が大地に接続され、前記複数の電線路のいずれかで地絡事故が発生した場合の地絡電流が流れる補償リアクトルを、前記電力系統から解列又は前記電力系統へ投入するスイッチと、前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記複数の遮断器の遮断又は投入を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記二次側母線の零相電圧に基づいて前記地絡事故が発生したと判定した場合に、前記複数の地絡方向継電器の動作状況に応じて前記複数の地絡方向継電器がいずれも動作しない誤不動作であるか否かを判定し、前記誤不動作であると判定したときには、前記補償リアクトルを前記電力系統から解列することによる、前記複数の電線路のそれぞれの零相電流の変化に基づいて前記複数の電線路のうち前記地絡事故が発生した事故電線路を特定しつつ、前記複数の遮断器のうち前記事故電線路の遮断器を遮断させることを特徴とする。

その他、本願が開示する課題及びその解決方法は、発明を実施するための最良の形態の欄、及び図面により明らかにされる。

本発明によれば、充電電流の増大により、Ｂ種接地抵抗値を規制値以下に確保することが困難になった非接地配電系統を、確実に地絡保護ができるリアクトル接地配電系統にすることで、Ｂ種接地抵抗値を確保し、公衆の感電事故を防ぐための安全性の向上を図るとともに地絡保護を確実に行うことができる。

本発明の実施の形態に係る後備地絡保護装置を備えたリアクトル接地配電系統の全体構成を示した図である。 図１に示したリアクトル接地配電系統の単線図において１線地絡事故が発生した場合の地絡電流の流れを示した図である。 図２に示した１線地絡事故の事例において地絡方向継電器ＤＧＲ１が誤不動作となる場合のベクトル線図の一例である。 本発明の実施の形態に係る後備地絡保護装置の制御部が地絡方向継電器の誤不動作を検出する場合の処理の流れを説明するためのフローチャートである。 図３に示したベクトル線図の状態から補償リアクトルを解列した場合のベクトル線図である。

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。

＜＜＜リアクトル接地配電系統の全体構成＞＞＞
図１は、本発明の実施の形態に係る後備地絡保護装置を備えたリアクトル接地配電系統の全体構成を示した図である。当該電力系統は、例えば６．６ｋＶ等の配電系統であり、中性点接地方式として補償リアクトル接地方式が採用され、特に、補償リアクトルが変電所内の母線に一括して設置される、集中リアクトル接地方式が採用されている。尚、以下では、角括弧［］で囲まれた記号はベクトル量を表している。

図１において、配電用変電所の構内にある変電所変圧器１０は、例えばＹ−Ｙ−Δ結線方式が採用され、３相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の一次側母線２と３相（ａ相、ｂ相、ｃ相）の二次側母線４との間に設けられている。つまり、変電所変圧器１０の一次側のＹ巻線１２の各接続端子には一次側母線２の各相が接続され、変電所変圧器１０の二次側のＹ巻線１４には二次側母線４が接続される。尚、変電所変圧器１０は、Ｙ−Ｙ−Δ結線に限定されず、例えばＹ−Ｙ結線、Ｙ−Δ結線であってもよい。

二次側母線４には、地絡事故時に発生する零相電圧Ｖ０を検出する接地変圧器ＥＶＴが接続される。接地変圧器ＥＶＴの一次側のＹ巻線４２の各接続端子には二次側母線４の各相が接続される。尚、一次側のＹ巻線４２の中性点は直接接地される。接地変圧器ＥＶＴの二次側のオープンデルタ４４の開放端には、二次側母線４の各相電圧ベクトル［Ｅａ］、［Ｅｂ］、［Ｅｃ］の和“［Ｅａ］＋［Ｅｂ］＋［Ｅｃ］”が現れる。接地変圧器ＥＶＴは、この電圧ベクトル“［Ｅａ］＋［Ｅｂ］＋［Ｅｃ］”を零相電圧ベクトル［Ｖ０］として検出する。

地絡事故の発生しない健全な電線路の場合、各相の電圧ベクトルは理想的には１２０°ずつ位相がずれた同じ大きさのベクトルとなるため、それらのベクトル和はゼロベクトル［０］となる。一方、地絡事故の発生した事故電線路の場合、各相の電圧ベクトルの対称性が崩れるため、ゼロベクトル［０］とはならない。従って、接地変圧器ＥＶＴにより検出される零相電圧ベクトル［Ｖ０］が所定の閾値（整定値）以上であるか否かを判定することにより、地絡事故の発生を検出することが可能となる。

接地変圧器ＥＶＴのオープンデルタ４４側には、地絡過電圧継電器ＯＶＧＲ（Ground Over Voltage Relay）が接続される。地絡過電圧継電器ＯＶＧＲは、接地変圧器ＥＶＴにより検出された零相電圧ベクトル［Ｖ０］が所定の閾値（整定値）以上となる場合に動作し、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３を対象として遮断信号ＴＲ０を出力する。しかしながら、地絡過電圧継電器ＯＶＧＲ単体では、地絡事故の発生した事故電線路を特定することができないため、後述の地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３等との組み合わせで用いられる。

二次側母線４の負荷側には、各負荷に配電する複数の電線路（フィーダ）が遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３を介して接続される。同図に示す場合、３本の電線路Ｌ１〜Ｌ３が遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３を介して二次側母線４と接続される例を示している。

電線路Ｌ１〜Ｌ３は、負荷に至る経路の途中で地中にケーブルを施設する地中化が図られている。このため、電線路Ｌ１〜Ｌ３の各相には大きな対地静電容量が存在する。例えば、電線路Ｌ１では、ａ相には対地静電容量Ｃ１ａが存在し、ｂ相には対地静電容量Ｃ１ｂが存在し、ｃ相には対地静電容量Ｃ１ｃが存在している。尚、電線路Ｌ１の３相分を合成した合成対地静電容量Ｃ１は、各相の対地静電容量の和“Ｃ１ａ＋Ｃ１ｂ＋Ｃ１ｃ”により表すことができる。電線路Ｌ２、Ｌ３の合成対地静電容量Ｃ２、Ｃ３についても、電線路Ｌ１の合成対地静電容量Ｃ１と同様に、“Ｃ２ａ＋Ｃ２ｂ＋Ｃ２ｃ”、“Ｃ３ａ＋Ｃ３ｂ＋Ｃ３ｃ”により表すことができる。

遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３の負荷側の電線路Ｌ１〜Ｌ３には、零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３が設けられる。零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３は、電線路Ｌ１〜Ｌ３の各相に流れる電流をベクトル合成した電流を、電線路Ｌ１〜Ｌ３の零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］として、２次側巻線より取り出すことができる。尚、零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３は、二次側母線４から負荷に向かう方向を正方向として、零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］を検出する。電線路Ｌ１の零相電流ベクトル［Ｉ０１］は、ａ相電流ベクトル［Ｉａ１］、ｂ相電流ベクトル［Ｉｂ１］、ｃ相電流ベクトル［Ｉｃ１］の和“［Ｉａ１］＋［Ｉｂ１］＋［Ｉｃ１］”により表すことができる。電線路Ｌ２、Ｌ３の零相電流ベクトル［Ｉ０２］、［Ｉ０３］についても、電線路Ｌ１の零相電流ベクトル［Ｉ０１］と同様に、“［Ｉａ２］＋［Ｉｂ２］＋［Ｉｃ２］”、“［Ｉａ３］＋［Ｉｂ３］＋［Ｉｃ３］”により表すことができる。

地絡事故の発生しない健全な電線路の場合、各相の電流ベクトルは理想的には１２０°ずつ位相がずれた同じ大きさのベクトルとなるため、それらをベクトル合成した結果はゼロベクトル［０］となる。一方、地絡事故の発生した場合、各相の電流ベクトルの対称性が崩れるため、ゼロベクトル［０］とはならない。従って、零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３により検出される零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］が整定値以上であるか否かを判定することで、地絡事故の発生を検出することができる。かかる地絡事故の判定を行うために、地絡電流の大きさのみならずその方向を判定可能な地絡方向継電器ＤＧＲが採用される。

地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３は、零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３の二次側に設けられ、接地変圧器ＥＶＴにより検出された零相電圧ベクトル［Ｖ０］と、零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３により検出された零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］と、が入力される。そして、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３は、零相電圧ベクトル［Ｖ０］並びに零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］の大きさが所定の閾値（整定値）以上であり、且つ零相電圧ベクトル［Ｖ０］の位相を基準とした零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］の位相が所定の整定値範囲内である場合に動作する。この動作の結果、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３は、それぞれの制御対象である遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３に向けて遮断信号ＴＲ１〜ＴＲ３を出力する。

ＡＮＤリレー５０ａ〜５０ｃは、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３から出力される遮断信号ＴＲ１〜ＴＲ３と、地絡過電圧継電器ＯＶＧＲより出力される遮断信号ＴＲ０と、の論理積をそれぞれ演算し、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３に向けて出力する。遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３は、ＡＮＤリレー５０ａ〜５０ｃの出力が、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３が動作し且つ地絡過電圧継電器ＯＶＧＲが動作したことを示すＨｉｇｈレベルの場合に遮断される。

さらに、二次側母線４には、Ｙ巻線２２及びオープンデルタ２４により構成される変圧器が接続される。当該変圧器の一次側のＹ巻線２２の各接続端子には二次側母線４の各相が接続され、中性点は直接接地されている。また、二次側のオープンデルタ２４の一方の開放端は直接接地され、他方の開放端には、スイッチ２６及び一端が接地された補償リアクトル２８の直列回路が接続されている。尚、当該変圧器は、地絡事故時に補償リアクトル２８に流れ込む地絡電流に対して、十分な容量（例えば５０ｋＶＡ）を有している。そして、スイッチ２６は、制御部１００から出力される切替信号ＣＬによって制御される。

補償リアクトル２８は、ＮＧＬと略称される油絶縁形等のリアクトルであって、地絡電流の低減化を図る目的で設けられる。

スイッチ２６は、半導体スイッチや負荷開閉器等を採用することができ、制御部１００からの切替信号ＣＬによって開閉する。尚、スイッチ２６の具体的な開閉手順の内容については、後述のフローチャートを用いて説明するため、ここでは説明を省略する。

制御部１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、スイッチ２６の開閉用の電磁リレー及び電磁タイマ（不図示）、アナログデジタル変換器（不図示）を少なくとも具備したデジタル保護継電器として機能する。また、デジタル保護継電器の態様に限定されず、上記の機能全てを電磁リレーや電磁タイマによるシーケンス回路で構成したアナログ保護継電器として実現してもよいが、以下ではデジタル保護継電器による構成を前提に説明する。

補償リアクトル２８は、スイッチ２６を介して当該電力系統に投入されることによって、１線地絡事故の際に地絡電流中の充電電流を低減する機能（以下、電流低減機能と呼ぶ。）を有する。さらに、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３が当該電力系統の主保護システムとして用いられているのに対して、後備地絡保護装置２０の制御部１００は、１線地絡事故が発生しているにも関わらず事故電線路に設けられた地絡方向継電器の誤不動作による当該事故電線路の遮断不能を防止する機能を具備しており、制御部１００は、全体として後備地絡保護として機能する。

本実施形態において、制御部１００は、上記の電流低減機能並びに上記の後備地絡保護機能を、メモリ１０２に格納されたプログラムをＣＰＵ１０１が実行することで実現する。尚、スイッチ２６を実際に開閉する場合には、上記のとおりスイッチ２６の開閉用の電磁リレーや電磁タイマが作動することで行われる。

制御部１００は、各電線路Ｌ１〜Ｌ３に設けられる零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３により検出された零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］と、接地変圧器ＥＶＴにより検出された零相電圧ベクトル［Ｖ０］と、地絡過電圧継電器ＯＶＧＲから出力される遮断信号ＴＲ０と、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３から出力される遮断信号ＴＲ１〜ＴＲ３と、が入力される。制御部１００は、電流低減機能及び後備地絡保護機能を実現すべく、これらの入力に基づいて、スイッチ２６に対して後述の開閉手順に従った切替信号ＣＬを出力するとともに、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３の誤不動作を検出する。そして、制御部１００は、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３の誤不動作を検出した場合には、地絡方向継電器が動作すべき電線路の遮断器を正しく遮断させるべく、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３に対して、遮断信号ＴＲ０、ＴＲ１〜ＴＲ３より優先的な制御信号ＣＮ１〜ＣＮ３を出力する。

＜＜＜後備地絡保護装置の動作＞＞＞
＝＝＝１線地絡事故の事例＝＝＝
図２は、図１に複線図として示したリアクトル接地配電系統を単線図として示し、且つ電線路Ｌ１に１線地絡事故が発生した場合の地絡電流の流れを示した図である。

同図に示す電線路Ｌ１の地絡事故点Ｏ（例えば、ｃ相）に１線地絡事故が発生した場合、地絡事故点Ｏより大地に向けて地絡電流Ｉｇが流れる。地絡電流Ｉｇは、大地を経由して電線路Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の対地静電容量Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、接地変圧器ＥＶＴのＹ巻線４２の中性点、補償リアクトル２８の接地変圧器のＹ巻線２２の中性点に流れ込む。

地絡電流Ｉｇのうち電線路Ｌ１の対地静電容量Ｃ１に流れ込んだ地絡電流ＩＣ１は、地絡点Ｏに向かって流れる。地絡電流Ｉｇのうち電線路Ｌ２の対地静電容量Ｃ２に流れ込んだ地絡電流Ｉ０２は、図１に示した充電電流ＩＣ２とは逆向き（１８０°位相が異なる）、つまり変電所の二次側母線４に向かう流れとなる。そして、地絡電流Ｉ０２は、零相変流器ＺＣＴ２を通過するため、零相変流器ＺＣＴ２によって零相電流ベクトル−［Ｉ０２］として検出される。尚、マイナス極性として検出される理由は、零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３は、二次側母線４から負荷に向かう方向を正方向としているからである。零相電流ベクトル−［Ｉ０２］は、零相電圧ベクトル［Ｖ０］を基準として略９０°位相が進む。

地絡電流Ｉｇのうち電線路Ｌ３の対地静電容量Ｃ３に流れ込んだ地絡電流Ｉ０３は、図１に示した充電電流ＩＣ３とは逆向き（１８０°位相が異なる）、つまり変電所の二次側母線４に向かう流れとなる。地絡電流Ｉ０３もまた、零相変流器ＺＣＴ３を通過するため、零相電流ベクトル−［Ｉ０２］と同様に、零相変流器ＺＣＴ３によって零相電流ベクトル−［Ｉ０３］として検出される。零相電流ベクトル−［Ｉ０３］は、零相電圧ベクトル［Ｖ０］を基準として略９０°位相が進む。

地絡電流Ｉｇのうち接地変圧器ＥＶＴのＹ巻線４２の中性点に流れ込んだ地絡電流Ｉｎは、Ｙ巻線４２を介して二次側母線４に流れ込む。尚、地絡電流ベクトル［Ｉｎ］は、零相電圧検出のため、オープンデルタに接続された制限抵抗４６のため、零相電圧ベクトル［Ｖ０］を基準として略同相となる。

地絡電流Ｉｇのうち補償リアクトル２８の接地変圧器のＹ巻線２２の中性点に流れ込んだ地絡電流は、電流ＩＬとして二次側母線４に流れ込む。尚、当該変圧器の角変位が十分に小さいものとすると、地絡電流ベクトル［ＩＬ］は、補償リアクトル２８の誘導性によって零相電圧ベクトル［Ｖ０］を基準として略９０°位相が遅れる。

以上のように、二次側母線４に流れ込んだ地絡電流Ｉ０２、Ｉ０３、Ｉｎ、ＩＬは、変電所変圧器１０の二次巻線１４を経由して電線路Ｌ１の地絡事故点Ｏに向かって流れる地絡電流Ｉ０１となり、零相変流器ＺＣＴ１を通過する。電線路Ｌ１を流れる地絡電流Ｉ０１は、地絡事故点Ｏより大地に向けて流れる地絡電流Ｉｇとなるため、次式が成立することになる。
［Ｉｇ］＝［Ｉ０１］＋［ＩＣ１］
［Ｉ０１］＝−［Ｉ０２］−［Ｉ０３］＋［Ｉｎ］＋［ＩＬ］ ・・・式（１）

尚、零相変流器ＺＣＴ１は、地絡電流Ｉ０１を地絡電流ベクトル［Ｉ０１］として検出する。地絡方向継電器ＤＧＲ１は、零相変流器ＺＣＴ１により検出された地絡電流ベクトル［Ｉ０１］と、接地変圧器ＥＶＴにより検出された零相電圧ベクトル［Ｖ０］と、に基づいて、零相電圧ベクトル［Ｖ０］並びに零相電流ベクトル［Ｉ０１］の大きさが所定の閾値以上であり、且つ零相電流ベクトル［Ｉ０１］の位相が所定の位相範囲内である場合に、遮断器ＣＢ１を遮断させる遮断信号ＴＲ１を出力する。

ところで、制御部１００は、上記のとおり、後備地絡保護機能として、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３の誤不動作を検出する機能を具備している。このため、制御部１００は、零相電圧ベクトル［Ｖ０］により、１線地絡事故が生じたか否かを判定した結果と、遮断信号ＴＲ０、ＴＲ１〜ＴＲ３により、電線路Ｌ１〜Ｌ３にそれぞれ配置された遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３の状態（遮断されているか否か）を判別した結果と、を照合することになる。

例えば、電線路Ｌ１〜Ｌ３のいずれかで１線地絡事故が生じたことを判定したにも関わらず、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３がいずれも投入状態となっていることを判別した場合、制御部１００は、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３のいずれかが誤って動作しなかったこと（誤不動作）を検出する。

＝＝＝地絡方向継電器の誤不動作の検出１＝＝＝
ここで、図２に示した１線地絡事故の事例において、地絡方向継電器ＤＧＲ１が誤不動作となる場合のベクトル線図の一例を図３に示す。

図３に示すベクトル線図の円では、図面中心から図面右水平方向に向かう零相電圧ベクトル［Ｖ０］を基準として、反時計廻りの方向が位相進み方向を表しており、時計廻りの方向が位相遅れ方向を表している。また、位相遅れθａ°から位相進みθｂ°までの範囲が、地絡方向継電器ＤＧＲ１を動作させる零相電流ベクトル［Ｉ０１］の位相の範囲を表している。また、円周の位相点θａから位相点θｂまでを結ぶ直線は、地絡方向継電器ＤＧＲ１の動作線Ｍを表しており、地絡方向継電器ＤＧＲ１を動作させる零相電流ベクトル［Ｉ０１］の大きさを考慮に入れている。

従って、動作線Ｍと円弧によって囲まれる動作線Ｍの斜線側の領域が、地絡方向継電器ＤＧＲ１を動作させる動作領域を表しており、動作線Ｍと円弧によって囲まれる動作線Ｍの斜線とは反対側の領域が、地絡方向継電器ＤＧＲ１を動作させない不動作領域を表している。

電線路Ｌ１に流れる地絡電流ベクトル［Ｉ０１］は、他の電線路Ｌ２、Ｌ３に流れる地絡電流ベクトル−［Ｉ０２］、−［Ｉ０３］、補償リアクトル２８を流れる地絡電流ベクトル［ＩＬ］のベクトル和として表すことができる。尚、接地変圧器ＥＶＴのＹ巻線４２の中性点に流れ込む地絡電流ベクトル［Ｉｎ］は、他の地絡電流ベクトルに対して十分に小さいものとし、説明の簡略化のためにここでは考慮に入れていない。

図３において、式（１）により求められた地絡電流ベクトル［Ｉ０１］は、ベクトル線図の円内の不動作領域に含まれているため、地絡方向継電器ＤＧＲ１は、１線地絡事故が発生しているにも関わらず停止状態、すなわち、誤不動作となっており、事故電線路Ｌ１は、遮断器ＣＢ１によって正しく遮断されない。

本実施形態では、制御部１００が、１線地絡事故電線路における地絡方向継電器の誤不動作を検出し、さらに、当該事故電線路を特定し、そして、特定された事故電線路の遮断器を遮断させることによって、前述した後備地絡保護機能を実現している。

図４は、制御部１００が１線地絡事故電線路における地絡方向継電器の誤不動作を検出する場合の処理の流れを説明するためのフローチャートである。

まず、制御部１００から閉操作を指示する切替信号ＣＬによって、スイッチ２６は、開始時において閉状態である（Ｓ３００）。つまり、補償リアクトル２８が、スイッチ２６を介して電力系統に投入された状態となっている。

制御部１００は、以上の状態で、零相変流器ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３により検出される零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］、接地変圧器ＥＶＴにより検出される零相電圧ベクトル［Ｖ０］、地絡過電圧継電器ＯＶＧＲより出力される遮断信号ＴＲ０、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３から出力される遮断信号ＴＲ１〜ＴＲ３を常時監視している。

制御部１００は、零相電圧ベクトル［Ｖ０］により、１線地絡事故が生じたか否かを判定することができる。例えば、本実施形態では、当該零相電圧ベクトルが整定値未満であるか否かを判定し（Ｓ３０１）、整定値未満である場合（Ｓ３０１：ＹＥＳ）には、電線路Ｌ１〜Ｌ３全てに１線地絡事故が発生していないことを判定し、Ｓ３０１のステップを繰り返し行う。

一方、上記零相電圧ベクトルが整定値以上の場合（Ｓ３０１：ＮＯ）には、電線路Ｌ１〜Ｌ３のいずれかで１線地絡事故が生じたことを判定し、Ｓ３０２のステップに移行する。

次に、制御部１００は、遮断信号ＴＲ０、ＴＲ１〜ＴＲ３により、電線路Ｌ１〜Ｌ３にそれぞれ配置された遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３の状態を判別し、当該遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３の状態によって、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３の誤不動作を検出する（Ｓ３０２）。

前述したように、Ｓ３０１のステップにおいて、電線路Ｌ１〜Ｌ３のいずれかで１線地絡事故が生じたことを判定しているため、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３のうちのいずれか１つのみが遮断状態となっている場合（Ｓ３０２：＝１）には、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３はいずれも正動作又は正不動作となっており、誤不動作は検出されない。この場合、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３のいずれかによって、事故電線路（図２の事例においてはＬ１）のみが正しく遮断されているため、制御部１００によって遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３を制御する必要はない（Ｓ３３０）。

一方、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３がいずれも投入状態となっている場合、すなわち、いずれも遮断状態となっていない場合（Ｓ３０２：＝０）には、地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３のいずれかが誤不動作となっており、Ｓ３１１ａのステップに移行して誤不動作時の処理を行う。

次に、制御部１００は、スイッチ２６に対して開操作を指示する切替信号ＣＬを出力する（Ｓ３１１ａ）。この結果、電力系統は、補償リアクトル２８が解列された状態となり、式（１）により求められる地絡電流ベクトル［Ｉ０１］のうち、補償リアクトル２８を流れる地絡電流ベクトル［ＩＬ］の成分がなくなるため、図３に示したベクトル線図は、図５のように変化する。

次に、制御部１００は、補償リアクトル２８が解列される前後の零相電流ベクトル［Ｉ０１］、［Ｉ０２］、［Ｉ０３］の変化に基づいて、事故電線路を特定する（Ｓ３１２ａ）。前述したように、地絡電流ベクトル［ＩＬ］は、零相電圧ベクトル［Ｖ０］を基準として略９０°位相が遅れているため、補償リアクトル２８が解列されることによって、零相電流ベクトル［Ｉ０１］は、零相電圧ベクトル［Ｖ０］を基準として略９０°位相が進んでいる電流成分が増加する。従って、制御部１００は、零相電流Ｉ０１、Ｉ０２、Ｉ０３のうち、補償リアクトル２８が解列されることによって進み無効電流成分が増加した零相電流に対応する電線路を、事故電線路として特定することができる。例えば図２の事例においては、図３及び図５に示したように、零相電流Ｉ０１は、補償リアクトル２８が解列されることによって進み無効電流成分が増加するが、零相電流Ｉ０２、Ｉ０３は、ほとんど変化しないため、制御部１００は、電線路Ｌ１を事故電線路として特定することができる。

次に、制御部１００は、事故電線路として特定された電線路に配置されている遮断器に対して、当該遮断器を遮断させるための制御信号（遮断制御信号）を出力する（Ｓ３１３ａ）。例えば図２の事例においては、制御部１００は、事故電線路として特定された電線路Ｌ１に配置されている遮断器ＣＢ１に対して、当該遮断器ＣＢ１を遮断させるための遮断制御信号ＣＮ１を出力する。

最後に、制御部１００は、スイッチ２６に対して閉操作を指示する切替信号ＣＬを出力することで補償リアクトル２８を電力系統に再投入し（Ｓ３１４ａ）、誤不動作時の処理を終了する（Ｓ３３０）。

このようにして、制御部１００は、１線地絡事故電線路における地絡方向継電器の誤不動作を検出した場合に、補償リアクトル２８を電力系統から解列することによって、当該解列前後の零相電流の変化に基づいて事故電線路を特定することができ、さらに、当該事故電線路の遮断器を遮断させることができる。以上のように、制御部１００は、主保護システムとして用いられる地絡方向継電器の誤不動作時に、後備地絡保護として機能する。

以上、リアクトル接地配電系統が系統変更されて、補償リアクトル２８の補償容量が過補償あるいは不足補償の状態になり、主保護システムとして用いられる地絡方向継電器ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３が誤不動作となった場合でも、事故電線路の遮断器を正しく遮断させることができる。この結果、電力系統の地絡保護の精度の向上化を図ることができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記の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、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

２ 一次側母線
４ 二次側母線
１０ 変電所変圧器
１２、１４ Ｙ巻線
２０ 後備地絡保護装置
２２ Ｙ巻線
２４ オープンデルタ
２６ スイッチ
２８ 補償リアクトル
４２ Ｙ巻線
４４ オープンデルタ
４６ 制限抵抗
５０ａ〜５０ｃ ＡＮＤリレー
１００ 制御部
１０１ ＣＰＵ
１０２ メモリ
Ｌ１〜Ｌ３ 電線路
ＣＢ１〜ＣＢ３ 遮断器
ＺＣＴ１〜ＺＣＴ３ 零相変流器
ＤＧＲ１〜ＤＧＲ３ 地絡方向継電器
ＥＶＴ 接地変圧器
ＯＶＧＲ 地絡過電圧継電器

Claims (3)

1. 複数の地絡方向継電器から出力される遮断信号に応じてそれぞれ遮断される複数の遮断器を介して、複数の電線路がそれぞれ変電所変圧器の二次側母線に接続された電力系統における後備地絡保護装置であって、
   一端が大地に接続され、前記複数の電線路のいずれかで地絡事故が発生した場合の地絡電流が流れる補償リアクトルを、前記電力系統から解列又は前記電力系統へ投入するスイッチと、
   前記スイッチの開閉を制御するとともに、前記複数の遮断器の遮断又は投入を制御する制御部と、
   を有し、
   前記制御部は、前記二次側母線の零相電圧に基づいて前記地絡事故が発生したと判定した場合に、前記複数の地絡方向継電器の動作状況に応じて前記複数の地絡方向継電器がいずれも動作しない誤不動作であるか否かを判定し、前記誤不動作であると判定したときには、前記補償リアクトルを前記電力系統から解列することによる、前記複数の電線路のそれぞれの零相電流の変化に基づいて前記複数の電線路のうち前記地絡事故が発生した事故電線路を特定しつつ、前記複数の遮断器のうち前記事故電線路の遮断器を遮断させることを特徴とするリアクトル接地配電系統の後備地絡保護装置。
2. 前記制御部は、前記誤不動作を検出した場合に、前記補償リアクトルを前記電力系統から解列することによって前記零相電流の進み無効電流成分が増加した電線路を前記事故電線路として特定することを特徴とする請求項１に記載のリアクトル接地配電系統の後備地絡保護装置。
3. 前記制御部は、前記地絡事故が発生したと判定し、且つ前記複数の遮断器がいずれも遮断されていない場合に、前記複数の地絡方向継電器のいずれかの誤不動作を検出しつつ、前記複数の遮断器のうち前記事故電線路の遮断器を遮断させることを特徴とする請求項２に記載のリアクトル接地配電系統の後備地絡保護装置。

Images