JP5775641B2 - オンライン電気回路の定数測定による電力設備状態の監視システム及び方法 - Google Patents

オンライン電気回路の定数測定による電力設備状態の監視システム及び方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5775641B2
JP5775641B2 JP2014528307A JP2014528307A JP5775641B2 JP 5775641 B2 JP5775641 B2 JP 5775641B2 JP 2014528307 A JP2014528307 A JP 2014528307A JP 2014528307 A JP2014528307 A JP 2014528307A JP 5775641 B2 JP5775641 B2 JP 5775641B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
constant
line
equipment
line constant
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2014528307A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2014532388A (ja
Inventor
イルドン キム
イルドン キム
ジンラック イ
ジンラック イ
Original Assignee
ユソン インストルメント アンド エレクトリック カンパニー リミテッド
ユソン インストルメント アンド エレクトリック カンパニー リミテッド
イルドン キム
イルドン キム
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ユソン インストルメント アンド エレクトリック カンパニー リミテッド, ユソン インストルメント アンド エレクトリック カンパニー リミテッド, イルドン キム, イルドン キム filed Critical ユソン インストルメント アンド エレクトリック カンパニー リミテッド
Publication of JP2014532388A publication Critical patent/JP2014532388A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5775641B2 publication Critical patent/JP5775641B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00006Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment
    • H02J13/00016Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network characterised by information or instructions transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated power network element or electrical equipment using a wired telecommunication network or a data transmission bus
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/04Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/28Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response
    • G01R27/32Measuring attenuation, gain, phase shift or derived characteristics of electric four pole networks, i.e. two-port networks; Measuring transient response in circuits having distributed constants, e.g. having very long conductors or involving high frequencies
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/2832Specific tests of electronic circuits not provided for elsewhere
    • G01R31/2836Fault-finding or characterising
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J13/00Circuit arrangements for providing remote indication of network conditions, e.g. an instantaneous record of the open or closed condition of each circuitbreaker in the network; Circuit arrangements for providing remote control of switching means in a power distribution network, e.g. switching in and out of current consumers by using a pulse code signal carried by the network
    • H02J13/00032Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for
    • H02J13/00034Systems characterised by the controlled or operated power network elements or equipment, the power network elements or equipment not otherwise provided for the elements or equipment being or involving an electric power substation
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
    • G01R19/25Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof using digital measurement techniques
    • G01R19/2513Arrangements for monitoring electric power systems, e.g. power lines or loads; Logging
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04SSYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S40/00Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them
    • Y04S40/12Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment
    • Y04S40/124Systems for electrical power generation, transmission, distribution or end-user application management characterised by the use of communication or information technologies, or communication or information technology specific aspects supporting them characterised by data transport means between the monitoring, controlling or managing units and monitored, controlled or operated electrical equipment using wired telecommunication networks or data transmission busses

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

本発明は運転中の電力設備の線路定数(抵抗R、インダクタンスL、静電容量C、漏れコンダクタンスg)をオンラインで測定し監視して電力設備の状態を正確に診断・監視可能にするオンライン電気回路の定数測定による電力設備状態の監視システム及び方法に関する。
電力設備の状態変化は、線路定数(抵抗R、インダクタンスL、静電容量C、漏れコンダクタンスg)の変化から現れる。しかし、これまでは運転中の電力設備の線路定数を測定する方法がなくて、電力設備に多数のセンサを取り付けて設備の線路定数の変化から発生した2次的な物理現象である温度、圧力、及び振動の変化および部分放電現象などを検知して電力設備の状態を予測して利用してきていた。
センサを用いる方式の場合、センサの取付位置や個数及び分布などによって異常状態を検出できない領域が発生することがある。例えば、温度によって監視する場合、設備のすべての部分温度を検知するものではなく、温度センサが取り付けられた箇所の過熱や温度変化のみを検出するため、検知できない領域が存在することがある
また、電気設備自体の変化から発生した2次的な物理現象が現われるまでタイムラグさえもあって、設備の異常状態を監視するには幾つかの限界があり、特に広い空間に亘って設置される送電線の場合は、多数のセンサを設置しているため、メンテナンスに多くの手間がかかるので、実用的ではない。
さらに、今まで電力設備自体の各接続部と設備とを連結する遮断器、開閉機類の接続及び接触部の状態不良、古い設備における電線の断電などに対するオンライン監視および設備の絶縁状態を示す漏れコンダクタンス及び静電容量の変化をオンラインで測定・監視する技術がなかったが、本発明によってこれらの現象を常時測定・監視することができるようになる。
本発明は、上述のような従来の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、電力設備に存在するそれ自体の固有物理量である線路定数(抵抗R、インダクタンスL、静電容量C、漏れコンダクタンスg)を設備運転中に測定し、その測定された値に基づいて電力設備の状態(接続状態及び絶縁状態など)を監視するオンライン電気回路の定数測定による電力設備状態の監視システム及び方法を提供することにある。
前述した課題を解決するために、本発明による線路定数を用いた電力設備状態監視システムは、変流器(CT:Current Transformer)及び電圧変成器(PT:Potential Transformer)によって測定される電力設備の電流及び電圧を時間同期信号に同期させて同時にサンプリングしてデジタル信号に変換するA/D(analog/digital)変換部と、前記A/D変換部に前記時間同期信号を提供するGPS(Global Positioning System)モジュールと、前記A/D変換部から出力される電流、電圧信号をイーサネット(登録商標)を介して伝送する通信モジュールとを含む測定装置と、前記通信モジュールを介して送信される計測データを受け取るための入力部と、前記入力部を介して入力される計測データを用いて被監視対象の電力設備に対する線路定数を算出する演算部と、前記算出された線路定数を所定の通信規格によって伝送する通信部と、前記各構成要素の動作を制御しつつ前記算出された線路定数の増減率が既に設定された基準値を外れるかどうかによって異常有無を判断した上でアラーム、状態通知メッセージまたはトリップ信号を出力して電力設備を監視制御する監視制御部とを備える電力設備状態監視装置と、前記電力設備状態監視装置から提供される線路定数を用いて電力設備の状態を予測するHMI(Human Machine Interface)とを含み、前記測定対象は、短距離設備、中距離設備、および長距離設備を含み、前記線路定数は、抵抗、インダクタンス、静電容量、および漏れコンダクタンスを含み、前記演算部は、前記測定対象が短距離送電線路または中小容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスと静電容量を除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスからなる等価回路を用いて、前記線路定数のうち抵抗およびインダクタンスを計算し、前記測定対象が中距離送電線路または大容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスを除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスと並列要素である静電容量からなる等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算し、前記測定対象が長距離送電線路または百万KVA級以上の超大容量の電力設備の場合、π型等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算することを特徴とする。
また、本発明による線路定数測定による電力設備状態監視方法は、外部入力によって測定時間の設定及び測定対象設備を選択する段階と、前記選択された測定対象設備で計測された電流及び電圧データを受け取る段階と、前記入力された電流及び電圧データにタグ付き時間情報を参照して前記設定された測定時間にあたる電流及び電圧データを抽出する段階と、前記抽出された電流及び電圧データから零相分を除去する段階と、前記零相分が除去された電流及び電圧データを用いて前記選択された測定対象に対する線路定数を算出する段階と、前記算出された線路定数の増減率や絶対値の大きさが、設定された基準値を外れるかどうかによって電力設備の異常有無を判断してアラーム、状態通知メッセージまたはトリップ信号を出力する段階とを含み、前記測定対象は、短距離設備、中距離設備、および長距離設備を含み、前記線路定数は、抵抗、インダクタンス、静電容量、および漏れコンダクタンスを含み、線路定数の算出段階は、前記測定対象が短距離送電線路または中小容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスと静電容量を除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスからなる等価回路を用いて、前記線路定数のうち抵抗およびインダクタンスを計算し、前記測定対象が中距離送電線路または大容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスを除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスと並列要素である静電容量からなる等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算し、前記測定対象が長距離送電線路または百万KVA級以上の超大容量の電力設備の場合、π型等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算することを特徴とする。
したがって、本発明は電力設備に異常現象が発生する場合、1次的な物理現象である電子回路定数(R、L、C、g)が変化したものであるから、その定数を測定、監視することで電力設備の状態を正確に監視することができるようになる。
また、本発明は、電力設備の両端の入出力電圧および電流を同時に測定し、これらのデータをスマートグリッド用通信手段などを介して受け取って電力設備の電気的線路定数を算出して常時に監視することで、電力設備の状態診断及び異常有無が分かる。
本発明に係る電力設備状態監視システムを示すダイアグラムである。 図1の測定装置を示したブロック図である。 図1の電力設備状態監視装置を示したブロック図である。 本発明の実施例による電力設備状態監視装置の線路定数算出方法を示したフローチャートである。 本発明に係る電力設備の入力端及び出力端(3相分)を示した図である。 本発明に係る短距離設備の等価回路(1相分)を示した図である。 本発明に係る中距離設備の等価回路(1相分)を示した図である。 本発明に係る4端子網を示した図である。 本発明に係る長距離設備の等価回路を示した図である。 本発明に係る長距離設備(線路)のπ型等価回路を示した図である。
以下、添付された図面を参照して本発明によるオンライン線路定数(回路定数)の測定による電力設備状態の監視システムを詳細に説明する。
図1は本発明に係る電力設備状態監視システムを示したダイアグラムである。
電力設備状態監視システムは、送電線路の監視領域の両端に3相電流及び電圧を同時に測定する測定装置(merging unit)10と、前記測定装置10を介して測定された計測データを用いて線路定数を演算する電力設備状態監視装置20と、前記電力設備状態監視装置20から線路定数を受け取ってデータベースに格納し、その受信された線路定数に基づいて時間別及び季節別にモニタリングして電力設備の状態を判定・監視するHMI(Human Machine Interface)30とを含む。
これらの装置は、設置・適用するデジタル変電所の情報通信(IT)の規格に合わせて通信プログラムが製作されて用いられる。変電所の情報通信ネットワークの構成は、前記測定装置10と電力設備状態監視装置20との間の通信媒体であるプロセスバス(process bus)と、前記電力設備状態監視装置20とHMIとの間の通信媒体であるステーションバス(station bus)30とで構成される。
前記測定装置10は、複数箇所に設置された変流器(CT)1及び電圧変成器(PT)20から入力される計測データを、イーサネット網(Ethernet)(登録商標)を介して電力設備状態監視装置20へ伝送する。前記変流器1および電圧変成器2は、監視しようとする電力設備の両端に設置され、電力設備に流れる電流及び電圧を測定する。また、監視しようとする電力設備の両端に遮断器及び断路器などで構成されたガス絶縁開閉装置(Gas Insulated Switchgear;GIS)3が存在するようになる。
前記電力設備状態監視装置20は、前記測定装置10から3相電圧及び電流を標本値(sample value)信号として受け取って3相電圧及び電流のうち測定時間が同一のデータをもって4端子線路定数の演算によって設備別の線路定数を演算してメモリに格納する。また、前記電力設備状態監視装置20は、前記メモリに格納された線路定数を、変電所内の通信プロトコルを介して標本値信号として前記HMI30に伝送する。
前記電力設備状態監視装置20は、前記算出された線路定数の増減率が既に設定された基準値を外れるかどうかによって異常有無を判断してアラーム、状態通知メッセージまたはトリップ信号を出力して電力設備を監視制御する。前記電力設備状態監視装置20は、電力設備の状態情報を前記HMI30に伝送する。前記電力設備の状態情報は、遮断器の開閉(open/close)状態を含む。
図2は図1の測定装置10を示したブロック図である。
図2に示しているように、測定装置10は、A/D(analog to digital)変換部11と、通信モジュール12と、GPS(Global Positioning System)受信モジュール13とを含む。
前記A/D変換部11は、電力設備上の電流を測定する変流器1と、前記電力設備上の電圧を測定する電圧変成器2との両者から出力される計測データ(電流値、電圧値)を時間同期信号に同期させてデジタルデータに変換させる。
前記通信モジュール12は、前記A/D変換部11から出力されるデジタルデータを標本値(sample value)としてイーサネット(登録商標)を介して電力設備状態監視装置20に伝送する。
前記GPS受信モジュール13は、アンテナANTを介して衛星から国際標準時間情報を受信し、その時間情報をタグ形態で前記A/D変換部11に伝送する。前記A/D変換部11は、前記GPS受信モジュール13から提供される時間情報を前記時間同期信号として用い、前記計測データをデジタルデータに変換する際に前記変換されたデジタルデータに前記時間情報をタグとして挿入する。
図3は図1の電力設備状態監視装置を示したブロック図である。
電力設備状態監視装置20は、入力部21と、表示部22と、操作部23と、演算部24と、電源部25と、出力部26と、通信部27と、保存部28と、監視制御部29とを含む。
前記入力部21は、測定装置10から出力されるデータを受け取る役割を果たし、フォトカプラ(photo coupler)と、optic 100B−FX S(RANを介した電流及び電圧データの入力)とで構成されることができる。電力設備入力端と出力端(複数個所)の3相電流及び電圧値と遮断器の開閉状態が入力される。
前記表示部22は、前記電力設備状態監視装置20の動作による各種情報(設定情報及びメニューなど)を表示して電力設備の監視区域に対する線路定数を表示する。前記表示部22は、LCD(Liquid Crystal Display)及びLED(Light Emittering Diode)などで具現されるか、タッチスクリーン(touch screen)で具現され得る。前記表示部22がタッチスクリーンで具現される場合、前記表示部22は表示装置としてだけでなく、入力装置としての役割をも果たす。
前記操作部23は、メニューの選択及びデータの設定のためのキーで構成される。
前記演算部24は、測定装置10から時間情報の同一の3相電圧値及び電流値を標本値として受け取って、線路定数演算過程を介して監視対象設備の線路定数を演算する。前記線路定数は、直列インピーダンスである抵抗(resistance:R)及びインダクタンス(inductance:L)と、並列アドミタンスである静電容量(capacitance:C)と、漏れコンダクタンス(conductance:g)とを含む。
前記演算部24は、デジタル信号処理器(Digital Signal Processor)で具現されることができる。例えば、前記演算部はTMS320F28335で具現できる。
前記電源部25は、前記電力設備状態監視装置20を構成する各構成要素に電源を供給するSMPSで具現される。例えば、前記電源部25は変電所の制御電源たるDC 125Vを受け取って内部の入力電圧たるDC 24Vに変換して内部電源に供給する。
前記出力部26は、内部リレーで構成され、アラーム、メッセージ及びトリップ信号を出力する。
前記通信部27は、リナックス(登録商標)ベースのARM系列MCUであって、IEC61850及びIEC61970のような通信プロトコルが具現され、その具現された通信プロトコルによって時間タグ付きの標本値を受け取って、前記演算部24で算出された線路定数を出力する。
前記保存部28は、前記監視制御部29、演算部24、通信部27のデータ値を格納し、内部通信を共有する。
前記監視制御部29は、前記した各構成要素の動作を監視制御する。
図4は本発明の実施例による電力設備状態監視装置の線路定数算出方法を示したフローチャートである。
図4を参照すれば、監視制御部29は、ユーザによる操作部の操作によって3相電圧及び電流値の測定時間(秒、分、時間)を設定し、線路定数測定対象の設備を選択する(S11)。ここで、前記測定対象設備は短距離設備、中距離設備、長距離設備を含む。
その後、前記監視制御部29は、測定装置10との通信によって複数個所の両端(入力端、出力端)の3相電流値及び電圧値を受信して演算部24に入力する(S12)。この時、前記監視制御部29は、計測データの時間タグを確認して前記設定された測定時間に当たる計測データをアクセスする。
前記演算部24は、前記監視制御部の制御によって前記計測データから零相分を除去する(S13)。ここで、前記演算部24は、前記計測データから零相分電流および電圧を算出し、前記計測データから前記算出された零相分電流および電圧を除去する。
前記測定対象設備が短距離設備である場合、前記演算部24は、前記計測データを用いて線路定数のうち抵抗およびインダクタンス(直列インピーダンス)を算出する(S14)。
一方、前記測定対象設備が中距離設備である場合、前記演算部24は、4端子定数を演算し(S15)、その演算された4端子定数を用いて中距離設備の線路定数の抵抗R、インダクタンスL、静電容量C、および漏れコンダクタンスgを算出する(S16)。
一方、前記測定対象設備が長距離設備である場合、前記演算部24は、π型等価回路に変換し、4端子定数を演算する(S17、S18)。また、前記演算部24は、減衰定数及び位相定数を演算し、長距離設備の線路定数を算出する(S19、S20)。
前記監視制御部29は、前記算出された線路定数値が、ユーザが指定しておいた設定範囲を外れるかどうかを確認する(S21)。
前記確認結果、前記監視制御部29は前記算出された線路定数値が、ユーザが指定しておいた設定範囲を外れると、アラーム及び状態通知メッセージを出力し、トリップ信号を出力して遮断器の動作を制御する(S22)。
次に、線路定数を算出する方法について詳細に説明する。
まず、測定装置10は図5に示されているように、電力設備の入力端および出力端で各相の電圧及び電流値を同時に測定する。電力設備状態監視装置20の演算部24は、監視制御部29の制御によって、測定装置10によって測定された電圧値及び電流値から各相の複素数値または他の形態のフェーザ値を演算する。
測定された入力端及び出力端の各相の電圧を数1のように示す。
Figure 0005775641
ここで、Esa、Esb、Escは、入力端におけるA相、B相、C相の電圧を測定した後、計算によって算出された値であり、Era、Erb、Ercは出力端におけるA相、B相、C相の電圧を測定した後に算出された値である。上記式中、上付き「r」は実数部であり、「i」は虚数部である。
すなわち、前記演算部24は、送電端の零相電圧(Eso)、送電端の零相電流(Iso)、受電端の零相電圧(Ero)、及び受電端の零相電流(Iro)を数2を用いて計算して算出する。
Figure 0005775641
前記演算部24は、前記各相の零相分電流及び電圧が算出されれば、入力端および出力端で算出された各相の電圧及び電流から数2で求めた零相分を複素数差し引き算する。
零相成分が除去された送電端の各相電圧(E'sa、E'sb、E'sc)、各相電流(I'sa、I'sb、I'sc)、受電端の各相電圧(E'ra、E'rb、E'rc)、受電端の各相電流(I'ra、I'rb、I'rc)は下記数3のように表される。
Figure 0005775641
次に、線路定数を算出する方法を各測定対象の電力設備別(送電線の種類別)に詳細に説明する。
送電線路の場合、短距離線路または静電容量やリーク電流を無視することができる短距離の場合、短距離設備を任意の一つの相および中性点を基準とした時、等価回路は図6のようであり、この場合、演算部24は両端間のインピーダンスは数4を用いて算出する。
Figure 0005775641
実際に各相のインピーダンス値である抵抗Rおよびリアクタンス(ωL)は数5のように具現することができる。
Figure 0005775641
短距離設備の場合、数5において、Ieqは実際にI'=I'である場合なので、Ieq=I'またはIeq=I'と演算することができる。
次いで、150km以下の超高圧の短距離線路及び特高圧の中長距離線路にあたる中距離送電設備の場合(静電容量がある場合)、任意の一つの相を基準とした時、等価回路は図7のようであり、4端子網は図8のようである。
演算部24は4端子定数を次のような手順により演算する。
4端子網において、入力端の電圧及び電流と、出力端の電圧及び電流との関係を数6のような方程式で表すことができる。
Figure 0005775641
ここで、A、B、C、Dは4端子線路定数といい、A及びDは次元のない単なる比例常数であり、Bは回路の抵抗またはインピーダンスと同等であり、Ω(Ohm)単位を有する定数である。そしてCは回路のアドミタンスと同等であり、モー(Mho)単位の定数である。
数6は、未知数が4個(A、B、C、D)であるため、方程式が最小限4個以上にならなければならないので、相異なる入出力端の電圧、電流(E、E、I、I)値を少なくとも2回以上測定しなければならない。
したがって、2組の入出力端の電圧、電流から4個の方程式が立てられるので、4個の未知数(A、B、C、D)を計算して求めることができる。
しかし、電力設備の運転状態が類似する状態下で、繰り返して測定すれば測定値に基づいて立てられた方程式が既存のものと類似するため方程式の解を求めることができないので、このような過程を自動に行うためには、次のような2つの方法のうちいずれか一つを選択して処理する。
第一の方法は、測定された値に基づいて方程式を立てて4端子の線路定数(A、B、C、D)の解を求めて、前後の方程式が互いに類似して解を求めることができない場合、監視制御部29は「解が求められない」とのメッセージを表示部22に表示する。しかるのち、次に測定された電圧、電流に基づいて再び方程式を立てて解を求めるまで繰り返す。
第二の方法は、新たに測定された入出力端の電圧、電流(E、E、I、I)を先に測定・格納されている値と比べて4個中少なくともいずれか一つが一定値(例えば、20%)以上変化した場合に限って、新たに測定された入出力端の電圧・電流を用いて数6の2組の方程式を立てて4端子の線路定数(A、B、C、D)の解を求める。
このようにして立てられたA相に対する方程式(組)は次の数7のように表される。
Figure 0005775641
上記式中、上付きの「1」は先に測定されたものであり、「2」は後で測定されたものである。数7で使用される各相の電圧、電流(E、E、I、I)及び線路定数(A、B、C、D)は、いずれも複素数(実数値+j虚数値)である。
前述した如く、中距離線路の場合、方程式で解された線路定数A、B、C、DのうちBは線路のインピーダンスであり、Cはアドミタンスである。よって、線路定数R、L、g、Cは、数8のように計算して求めることができる。
Figure 0005775641
ここで、gは漏れコンダクタンスである。
最後に、150km以上の超高圧線路及び静電容量が大きくかつ全区間に分布された長距離設備の場合、任意の一つの相を基準に図9に示すような等価回路に変換して分布定数回路で表示することができる。
この時、4端子網の方程式は数9の通りである。
Figure 0005775641
ここで、Zωは特性インピーダンスまたは波動インピーダンスであり、数10のように表すことができる。
Figure 0005775641
ここで、zは、単位長さ当たりのインピーダンスであり、yは単位長さ当たりのアドミタンスであり、rは伝搬定数である。前記伝搬定数は数11のように表される。
Figure 0005775641
ここで、lは線路の長さである。
この場合、長距離線路を図10に示されたπ型等価回路に変換することができる。該π型等価回路は、従来のπ型等価回路と同じものであるが、ZおよびYの代わりにZ'およびY'/2で表される点が異なる。
前記π型等価回路から数12のような関係式を使うことができ、この式を長距離送電線のインピーダンス値の計算に適用することができる。
Figure 0005775641
ここで、coshγlは数9におけるπ型等価回路と同じであり、パラメーターBはπ型等価回路のZ'であるので、B=Z'=Z・(sinhγl)/γlである。
次に、前記Zを算出する過程について説明する。
数12で表される2組の式から4端子の線路定数(A、B、C、D)を算出し、BからZを求める。ここで、求めようとするZは数13の通りである。
Figure 0005775641
ここで、γlはα+jβであり、αは減衰定数であり、βは位相定数である。
4端子線路定数のAは、coshγl=cosh(α+jβ)と同じなので、cosh(α+jβ)=A+jAであって、数14のように表される。
Figure 0005775641
ここで、A=[εαcosβ+ε−αcosβ]/2であるから、εαで整理すれば、εα=2A/cosβ−ε−αのように表すことができる。
εα=2A/cosβ−ε−αをA=[εαsinβ+ε−αsinβ]/2に代入すれば、数15のように表される。
Figure 0005775641
数15のA=[εαcosβ+ε−αcosβ]/2をεαで整理すれば数16のようである。
Figure 0005775641
数15と数16とを互いに掛け算すると、数17のようになり、これを展開すれば式18のようになる。
Figure 0005775641
Figure 0005775641
ここで、X=sinβとすれば、数19のような2次式になる。
Figure 0005775641
この方程式は一般解法で計算可能であり、求められたXから数20のようにβを求める。
Figure 0005775641
ここで、βは正(+)、負(−)の二つの解が存在することができるが、物理的に負の値は存在しないので、正の値だけを採択する。
求められたβ値を数16に代入してαを求め、その後、γl=α+jβを求める。最後に線路インピーダンスであるZはZ=Bγl/(sinhγl)を代入して求め、Z=R+jωLであるので、回路抵抗(R)とインダクタンス(ωL)を求めるようになる。
次いで、数12においてC=Y'(1+Z'Y'/4)であるので、算出されたB、C値と先に求めたZ値とを用いてY(Y')を算出する。
最終的に線路アドミタンスYは、Y=Y'/2(Y'=Y/2)に代入して求めることができる。
したがって、Y=g+jωCから漏れコンダクタンスgと静電容量ωCを求めるようになる。
以下、送電線路ではない変圧器、発電機などのような電力設備について説明する。
数万KVA程度以下の小容量の設備に対しては短距離送電線路のように数5を用いて線路定数を測定し、数十万KVA以上の電力設備の場合は、中距離送電線路のように数6のような4端子網回路を用いた測定方法によることができる。
百万KVA級以上の場合は、長距離送電線路のように数9以下の過程を適用することができる。
特に、超伝導電力設備(ケーブル、寒流機、変圧機、発電機など)に対しては超伝導状態が保持できない場合に発生するクエンチ現象に対する状態監視及び保護機能を発揮することができる。

Claims (6)

  1. 変流器(CT)及び電圧変成器(PT)によって測定される電力設備の電流及び電圧を時間同期信号に同期させてデジタル信号に変換するA/D(analog/digital)変換部と、前記A/D変換部に前記時間同期信号を提供するGPS(Global Positioning System)モジュールと、前記A/D変換部から出力される信号をイーサネット(登録商標)を介して伝送する通信モジュールとを含む測定装置と、
    前記通信モジュールを介して送信される計測データを受け取るための入力部と、前記入力部を介して入力される計測データを用いて測定対象の設備に対する線路定数を算出する演算部と、前記算出された線路定数を所定の通信規格によって伝送する通信部と、前記入力部と演算部と通信部との動作を制御しつつ前記算出された線路定数の大きさや増減率が既に設定された基準値を外れるかどうかによって電力設備の異常有無を判断した上でアラーム、状態通知メッセージまたはトリップ信号を出力して電力設備を監視制御する監視制御部とを備える電力設備状態監視装置と、
    前記電力設備状態監視装置から提供される線路定数を用いて電力設備の状態を予測するHMI(Human Machine Interface)とを含み、
    前記測定対象は、短距離設備、中距離設備、および長距離設備を含み、
    前記線路定数は、抵抗、インダクタンス、静電容量、および漏れコンダクタンスを含み、
    前記演算部は、
    前記測定対象が短距離送電線路または中小容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスと静電容量を除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスからなる等価回路を用いて、前記線路定数のうち抵抗およびインダクタンスを計算し、
    前記測定対象が中距離送電線路または大容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスを除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスと並列要素である静電容量からなる等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算し、
    前記測定対象が長距離送電線路または百万KVA級以上の超大容量の電力設備の場合、π型等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算することを特徴とする線路定数を用いた電力設備状態監視システム。
  2. 前記通信規格は、デジタル変電所で使用するIEC61850及びIEC61970のような通信プロトコルであることを特徴とする請求項1に記載の線路定数を用いた電力設備状態監視システム。
  3. 前記演算部は、前記計測データに対する零相分を算出して前記計測データから前記算出された零相分を差し引いて除去することを特徴とする請求項1に記載の線路定数を用いた電力設備状態監視システム。
  4. 外部入力によって測定時間の設定及び測定対象設備を選択する段階と、
    前記選択された測定対象設備で計測された電流及び電圧データを受け取る段階と、
    前記入力された電流及び電圧データにタグ付き時間情報を参照して前記設定された測定時間にあたる電流及び電圧データを抽出する段階と、
    前記抽出された電流及び電圧データから零相分を除去する段階と、
    前記零相分が除去された電流及び電圧データを用いて前記選択された測定対象に対する線路定数を算出する段階と、
    前記算出された線路定数の大きさや増減率が、既に設定された基準値を外れるかどうかによって電力設備の異常有無を判断してアラーム、状態通知メッセージまたはトリップ信号を出力する段階とを含み、
    前記測定対象は、短距離設備、中距離設備、および長距離設備を含み、
    前記線路定数は、抵抗、インダクタンス、静電容量、および漏れコンダクタンスを含み、
    線路定数の算出段階は、
    前記測定対象が短距離送電線路または中小容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスと静電容量を除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスからなる等価回路を用いて、前記線路定数のうち抵抗およびインダクタンスを計算し、
    前記測定対象が中距離送電線路または大容量の電力設備の場合、前記漏れコンダクタンスを除いて、直列要素である抵抗およびインダクタンスと並列要素である静電容量からなる等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算し、
    前記測定対象が長距離送電線路または百万KVA級以上の超大容量の電力設備の場合、π型等価回路を用いて、且つ、4端子線路定数の計算によって前記線路定数を演算することを特徴とする線路定数測定による電力設備のオンライン状態監視方法。
  5. 前記時間情報は、前記電流及び電圧データの計測時、GPSの受信によって受信されることを特徴とする請求項に記載の線路定数測定による電力設備のオンライン状態監視方法。
  6. 前記線路定数の算出段階は、前記測定対象が長距離送電線路または百万KVA級以上の超大容量の電力設備の場合、π型等価回路に変換して4端子定数の計算及び減衰定数、位相定数を計算し、その計算された4端子定数及び減衰定数、位相定数を用いて長距離設備の線路定数を演算することを特徴とする請求項に記載の線路定数測定による電力設備オンライン状態監視方法。
JP2014528307A 2011-09-20 2012-09-19 オンライン電気回路の定数測定による電力設備状態の監視システム及び方法 Expired - Fee Related JP5775641B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110094725A KR101171027B1 (ko) 2011-09-20 2011-09-20 온라인 전기회로 정수 측정에 의한 전력설비 상태감시 시스템 및 방법
KR10-2011-0094725 2011-09-20
PCT/KR2012/007475 WO2013042925A1 (ko) 2011-09-20 2012-09-19 온라인 전기회로 정수 측정에 의한 전력설비 상태감시 시스템 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014532388A JP2014532388A (ja) 2014-12-04
JP5775641B2 true JP5775641B2 (ja) 2015-09-09

Family

ID=46886971

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2014528307A Expired - Fee Related JP5775641B2 (ja) 2011-09-20 2012-09-19 オンライン電気回路の定数測定による電力設備状態の監視システム及び方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140327448A1 (ja)
EP (1) EP2765430A4 (ja)
JP (1) JP5775641B2 (ja)
KR (1) KR101171027B1 (ja)
CN (1) CN103814300B (ja)
WO (1) WO2013042925A1 (ja)

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102050711B1 (ko) * 2013-09-30 2019-12-03 한국전력공사 지중송전선로의 선로정수 분석장치 및 분석방법
CN103529360B (zh) * 2013-10-15 2017-01-18 上海交通大学 一种支持地理信息的电力故障指示装置
GB2524055B (en) * 2014-03-13 2017-11-15 Cresatech Ltd Improvements in or relating to power service monitoring
CN104502738A (zh) * 2014-05-26 2015-04-08 苏州上电科电气设备有限公司 一种变压器损耗检测装置
CN104184216A (zh) * 2014-09-16 2014-12-03 国家电网公司 一种针对电力自动化设备进行远程综合在线监测方法
CN104462655A (zh) * 2014-11-12 2015-03-25 国家电网公司 Gis金属管道系统安全性的模拟计算方法
CN105759737A (zh) * 2014-12-17 2016-07-13 齐鲁工业大学 一种高压电缆监测控制平台及其预测控制方法
KR102011330B1 (ko) 2015-08-27 2019-08-16 엘에스산전 주식회사 Hvdc 시스템에서의 데이터측정장치 및 데이터측정방법
CN105842575B (zh) * 2016-03-09 2018-11-02 国网浙江省电力公司湖州供电公司 一种输变电设备状态监测数据挖掘与隐患排查方法和装置
CN105896487B (zh) * 2016-04-20 2018-08-14 国电南瑞科技股份有限公司 基于故障分量的补偿到平衡点的导纳差动保护方法
CN106771733B (zh) * 2016-12-07 2019-06-21 电子科技大学 一种多芯测井电缆的模拟装置
CN108318786B (zh) * 2017-01-18 2022-02-25 中国电力科学研究院 一种配电网电缆线路绝缘老化风险的辨识方法和装置
CN108132423B (zh) * 2017-12-14 2019-11-22 武汉大学 一种基于状态转移概率电力系统监测数据失真的快速定位方法
CN108061824A (zh) * 2017-12-26 2018-05-22 安徽博达通信工程监理有限责任公司 一种电缆电阻检测通讯系统
CN109031024B (zh) * 2018-08-17 2024-07-26 国网江苏省电力有限公司盐城供电分公司 一种基于电网的漏电检测系统及其检测方法
KR102260550B1 (ko) 2019-07-31 2021-06-04 김일동 운전 중인 전력설비 내부 전기회로정수 측정에 의한 설비 건전상태 감시 방법
KR102419753B1 (ko) 2019-07-31 2022-07-12 김일동 운전 중인 전력설비 내부 전기회로정수 측정에 의한 설비 건전상태 감시 방법
CN113219295A (zh) * 2021-03-05 2021-08-06 国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司 一种基于工作环境的输配电线路异常检测方法
CN118244180B (zh) * 2024-03-07 2024-09-24 青岛水下机器人系统有限公司 一种面向电机的多电流传感器故障诊断方法

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5369356A (en) * 1991-08-30 1994-11-29 Siemens Energy & Automation, Inc. Distributed current and voltage sampling function for an electric power monitoring unit
JP3317557B2 (ja) * 1992-12-21 2002-08-26 東京電力株式会社 送電線定数測定装置及びその測定精度向上方法
JPH09168226A (ja) * 1995-12-12 1997-06-24 Mitsubishi Electric Corp 保護継電装置
JP3352411B2 (ja) * 1998-03-05 2002-12-03 株式会社東芝 制御システム、電力系統保護制御システムおよびプログラムを記憶した記憶媒体
JP3756026B2 (ja) * 1999-10-04 2006-03-15 株式会社近計システム 送電線の故障点標定方法
JP2003250232A (ja) * 2002-02-22 2003-09-05 Toshiba Corp 監視制御システムとそのためのプログラム
US7174261B2 (en) * 2003-03-19 2007-02-06 Power Measurement Ltd. Power line sensors and systems incorporating same
US20070067119A1 (en) * 2005-09-16 2007-03-22 Power Measurement Ltd. Rack-mounted power meter having removable metering options module
JP2007325323A (ja) * 2006-05-30 2007-12-13 Meidensha Corp ネットワーク式電気量情報処理システム
US9136711B2 (en) * 2007-08-21 2015-09-15 Electro Industries/Gauge Tech System and method for synchronizing multiple generators with an electrical power distribution system
KR101241357B1 (ko) * 2008-11-25 2013-03-08 현대중공업 주식회사 Iec61850을 사용한 웹서비스 기반의 전력 감시 및 제어 시스템
JP2010164514A (ja) * 2009-01-19 2010-07-29 Chugoku Electric Power Co Inc:The 故障点標定装置
CN101566641B (zh) * 2009-03-06 2011-01-26 深圳市双合电气股份有限公司 一种电力系统输电线路参数同步测量与记录装置
JP2011033588A (ja) * 2009-08-05 2011-02-17 Toshiba Corp 事故点標定方法およびそのシステム
KR20110025488A (ko) * 2009-09-04 2011-03-10 현대중공업 주식회사 전력데이터 전송용 통신장치
CA2774517C (en) * 2009-09-18 2015-01-27 Schweitzer Engineering Laboratories, Inc. Electrical power system phase and ground protection using an adaptive quadrilateral characteristic
US8792217B2 (en) * 2010-09-15 2014-07-29 Schweitzer Engineering Laboratories Inc Systems and methods for protection of components in electrical power delivery systems

Also Published As

Publication number Publication date
CN103814300B (zh) 2015-11-25
EP2765430A4 (en) 2015-09-09
KR101171027B1 (ko) 2012-08-08
EP2765430A1 (en) 2014-08-13
US20140327448A1 (en) 2014-11-06
JP2014532388A (ja) 2014-12-04
WO2013042925A1 (ko) 2013-03-28
CN103814300A (zh) 2014-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5775641B2 (ja) オンライン電気回路の定数測定による電力設備状態の監視システム及び方法
US8558551B2 (en) Fault location in electric power delivery systems
CA2794964C (en) Fault location in electric power delivery systems
EP1324455B1 (en) Electric power transmission network state estimation
CN103548228B (zh) 用于保护电力网络的系统和方法
EP2387814B1 (en) Distribution system analysis using meter data
CN110337626A (zh) 用于检测变电站中的错误数据注入的系统和方法
CN103698653A (zh) 基于环流测量的单芯电力电缆护套接地故障检测系统及方法
KR20130140237A (ko) 배전 계통의 최적 신뢰도 평가 시스템 및 그 방법
Cordova et al. Fault location identification in smart distribution networks with distributed generation
WO2016007217A1 (en) Decision support system for outage management and automated crew dispatch
CN103840438B (zh) 配网系统的智能化开关设备接地保护功能的检测系统
CN112540259A (zh) 一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法和系统
CN106941252B (zh) 不需电压量的含dg配电网馈线保护方法
CN103558502A (zh) 一种单相接地故障检测电路、方法以及系统
US12009160B2 (en) Monitoring method for an electric power transmission device
KR102260550B1 (ko) 운전 중인 전력설비 내부 전기회로정수 측정에 의한 설비 건전상태 감시 방법
CN111512168A (zh) 用于分析电力传输网络的故障数据的系统和方法
Abdulveleev et al. Construction smart system for monitoring technical condition of furnace transformer vacuum circuit breaker
CN111527661A (zh) 多端子抽头线路中的故障定位
CN205016051U (zh) 一种变电站设备的温度监测系统
CN104020394A (zh) 基于网络技术的供电系统小电流选线方法
KR102419753B1 (ko) 운전 중인 전력설비 내부 전기회로정수 측정에 의한 설비 건전상태 감시 방법
CN204333937U (zh) 检测基于10kV中性点不接地配网系统的智能化开关设备单相接地保护功能的智能化检测装置
Petrov et al. Distributing Network Automation to Increase the Reliability Power Supply to Consumers

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20140903

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20141202

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20150302

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20150324

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150609

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150703

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5775641

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees