JPH0554633B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、分岐負荷を有する送電線の故障点標
定方式に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

従来、送電線の故障点標定方式としてサージ受
信方式、パルスレーダ方式、あるいはインピーダ
ンス測定方式等がある。前二者は高価な通信装置
あるいは送電線への信号結合装置を必要とする。
これに対し後者のインピーダンス測定方式は、電
圧変成器および変流器より得られる電圧・電流に
より標定するもので、入力量を得るために新たな
設備を必要としない。このため最近、インピーダ
ンス測定方式が特に注目されており、例えば特公
昭58−29471号「事故点判別方式」等が提案され
ている。

〔背景技術の問題点〕

上記特公昭58−29471号の発明を含む従来のイ
ンピーダンス測定方式は送電線に分岐がないこと
を前提としている。分岐がある場合は分岐点まで
の標定を前提としている。このことは基幹送電線
では特に支障はない。また分岐があるとしても極
く限られているので分岐毎に装置を設定してもそ
の設置数が著増することがないからである。しか
し66KV等の下位系送電線では需要家への引込み
が多数あり、その引込み点毎に装置を設置するこ
とは経済的にも、また運用する上からも困難であ
る。

〔発明の目的〕

本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、
その目的は分岐の多い送電線において分岐負荷の
影響を受けることのない故障点標定方式を提供し
ようとするものである。

〔発明の概要〕

インピーダンス測定形の故障点標定方式は、要
約すれば自端から故障点までの電圧降下を、当該
送電線の単位長当りの電圧降下で除算して距離を
求める方式である。分岐のある送電線では区間に
よつて電流が異なるため単位長当りの電圧降下が
異なる。そこで本発明は分岐を有する送電線の故
障点を標定する故障点標定方式において、送電線
の送出端の電流の計測値を設定値の比率で配分し
て各分岐負荷の電流を推定し、この推定値を送出
端の電流から順次差引いて各区間の電流とみな
し、各区間の単位長当りの電圧降下を求めること
により正しい距離を算出しようとするものであ
る。また、上記設定値としては例えば各分岐負荷
の想定需要電力等が用いられる。

〔発明の実施例〕

〔実施例の構成および作用〕 第１図は本発明の一実施例のハードウエアを示
す構成図である。１は対象となる送電線、２は変
成器、３は変流器、４および５は入力変換回路、
６はアナログデジタル変換回路（以後AD変換回
路と称す）、７は演算回路、８は表示回路、L₁〜
L₄は分岐負荷または末端負荷（以下総称して分
岐負荷と称す。）、F₁〜F₄は故障点、l₁〜l₄は各区
間の距離、x₁〜x₄は自端あるいは各分岐点から故
障点までの距離、Ｖは自端電圧、Ｉは自端電流で
ある。特に混乱のない限り、例えば３相電圧V_a，
V_b，V_cを代表してＶ、３相電流I_a，I_b，I_cを代表
してＩで表してある。なお故障点F₁〜F₄は、こ
のうちの何れか１箇所のみ実際に故障が発生して
いるものとする。

入力変換回路４は変成器２の出力を適当なレベ
ルに変換し、更に高域の周波数成分を除去するた
めの前置フイルタを経て出力を生ずる。これらは
通常用いられる手法であり、特に内部構成図を掲
げない。入力変換回路５もほぼ同様であり、変流
器３の２次電流を適当な電圧レベルに変換し、前
置フイルタを経て出力を生ずる。AD変換回路６
は入力を一定間隔でサンプリングし、AD変換し
てデジタル出力を演算回路７へ入力する。AD変
換回路６のこの様な内部構成についても周知の技
術であり、その構成図は省略する。

演算回路７は後に第２図により説明する演算を
実施し、その結果を表示回路８により表示する。

なお、ここで入力変換回路４および５の出力
は、特に混乱のおそれのない限り自端電圧Ｖおよ
び自端電流Ｉと区別しないで説明する。これらの
用法は通常用いられるものである。更にはAD変
換回路６で変換されたデジタル出力も混乱のない
限りＶおよびＩで表すものとする。また分岐負荷
L₁〜L₄は送電線１の直下あるいは極く近距離に
あるのが通常であり、分岐以後の距離は特に考え
ないものとする。

第２図は第１図の演算回路７の機能を説明する
ブロツク図である。本発明は頻度の多い１線地絡
故障を対象とするものであり、以下ａ相地絡故障
について説明する。他相の地絡についても、地絡
相を基準としてａ相地絡故障の場合と同様の演算
をすることは通常の手法と同様である。

第２図において９は設定手段であり、定数Z〓、
Z₀、Ｍ、l₁〜l₄、K₁〜K₄等が設定され記憶されて
いる。Z〓およびZ₀は夫々送電線単位長当りのαモ
ードおよびＯモードインピーダンス、Ｍは故障点
の零相電流と自端電流の比、l₁〜l₄は第１図と同
様各区間の距離、K₁〜K₄は各分岐負荷に関する
定数である。定数K₁〜K₄としては例えば各分岐
負荷の設備容量あるいは実質的な最大電力の想定
値等が用いられる。

１０は演算手段で電圧Ｖ、電流Ｉ、定数Z〓、Z₀
およびＭを入力として次の演算を実施し、出力
J_V、J_IおよびJ_Lを出力する。

J_V＝I_n（V_aI^* _D）、J_I＝I_n｛（Z〓I〓＋Z₀I₀）I^* _D｝、 J_L＝I_n｛Z〓（I〓−2MI₀）I^* _D I_D＝故障分電流＝［I〓の故障中の値］ −［I〓の事前潮流値］ ＊：共役複素数 I〓＝１／３（2I_a−I_b−I_c）、I₀＝１／３（I_a＋I_b＋I_c
）(1) これらの演算については特公昭58−29471号公
報に記載されているように周知のものである。１
１は演算手段で次の演算を実施し出力G₁，G₂，
G₃を出力する。

G₁＝K₁／K_T、G₂＝K₂／K_T、G₃＝K₃／K_T、K_T＝K₁＋K₂＋
K₃＋K₄……(2) １２は演算手段で次の演算を実施し出力x_iを生
ずる。

先ず、演算手段１３によりJ_V／J_I＝ｘが実行さ
れ比較手段１４により入力ｘと入力l₁とが比較さ
れ、ｘl₁であれば出力Ａを生じゲート要素１５
を通じてこのｘがx_i（ｉ＝１）として出力される。
ｘ＞l₁であれば出力Ｂを生じ演算手段１３は第２
の組を除算する。第２の組とは演算手段１６およ
び１７の出力、即ち、J_V−l₁J_IおよびJ_I−G₁J_Lで
あり、（J_V−l₁J_I）／（J_I−G₁J_L）＝ｘが実行され、
前述と同様にしてｘl₂であればx_i（ｉ＝２）とし
て出力され、ｘ＞l₂であれば第３の組へ移る。第
３の組は演算手段１８および１９の出力であり同
様にして｛J_V−l₁J_I−l₂（J_L−G₁J_L）｝／（J_I−G₁J_L
−G₂J_L）＝ｘが実行されｘl₃であればx_i（ｉ＝
３）として出力され、ｘ＞l₃であれば第４の組へ
移る。第４の組は演算手段２０および２１の出力
であり、前述と同様にして｛J_V−l₁J_I−l₂（J_I−
G₁J_L）｝／l₃（J_L−G₁J_L−G₂J_L）｝／（J_I−G₁J_L−
G₂J_L−G₃J_L）＝ｘが実行されｘl₄であればx_i（ｉ
＝４）として出力され、ｘ＞l₄であれば、比較手
段１４より出力Ｃを生ずる。出力Ｃは第１図で表
示回路８により、例えば区間外故障として表示さ
れる。

第３図は第２図の作用を説明するための等価回
路図である。第３図では、第２図の一般的な作用
を説明する前に理解を容易にする様に公知の内容
の複習を兼ねて、故障点をF₁に限定した等価回
路図を示してある。すなわち同図はａ相１線地絡
故障の等価回路を表しており、ここでV_Sは電源
電圧、Z〓_BおよびZ_0Bは自端背後のαモードおよび
Ｏモードインピーダンス、Z_0Tは末端負荷背後の
Ｏモードインピーダンス、V_Fは故障点電圧、I_0F
およびI_0Tは夫々故障点および末端側からの零相
電流で、その他の記号は前出しているのでその説
明は省略する。この図で V_a＝V〓＋V₀＝x₁Z〓I〓＋x₁Z₀I₀＋V_F ……(3) であり、前述の故障分電流I_Dは故障点電圧と近似
的に同相で I_n（V_FI^* _D）≒０ ……(4) であるから J_V＝I_n（V_aI^* _D）≒I_n｛（x₁Z〓I〓 ＋x₁Z₀I₀）I^* _D｝＝x₁J_I …(5) 以上のように故障点が第１区間にあるときの第
２図の演算回路の機能が正しいことが説明され
る。

第４図は第２図の作用を説明するための等価回
路図である。この図では故障点がF₄つまり第４
区間にある場合の前述と同様の等価回路図を示
す。故障点がF₂あるいはF₃の場合についても容
易に類推できるので、F₄の場合の説明を以つて
一般的な説明とする。同図でI_La1，I_La2，I_La3は各
分岐負荷のαモード電流である。末端負荷以外の
分岐負荷は通常非接地であるので、ａ相１線地絡
で同図の様な等価回路となることは周知のところ
である。この等価回路から次式を得る。

V_a＝V〓＋V₀＝l₁（Z〓I〓＋Z₀I₀） ＋l₂｛Z〓（I〓−I_L〓₁）＋Z₀I₀｝ ＋l₃｛Z〓（I〓−I_L〓₁−I_L〓₂）＋Z₀I₀｝ ＋x₄｛Z〓（I〓−L_L〓₁−I_L〓₂−I_L〓₃） ＋Z₀I₀｝＋V_F ……(6) 末端負荷以外の分岐負荷が非接地であると、故
障点Ｏモード電流I_0Fと自端Ｏモード電流I₀との比
は略々一定であり、ΣI_L〓_i＝I〓−2MI₀となる。但し
Ｍ＝I_0F／I₀＝（I₀＋I_0T）／I₀＝１＋I_0T／I₀である
が、対象として考えている分岐の多い送電線は一
般に高抵抗接地系であり、I_0T／I₀は近似的に
Z_0B／Z_0Tで定まり、Ｍの値を予め設定しておくこ
とができる。そして分岐負荷の配分比に関する限
り、線路インピーダンスl₁Z〓等は省略できるの
で、(2)式より次式を得る。

I_L〓_i＝G_i（〓−2MI₀）、（ｉ＝１〜ｎ−１）
……(7) ここでG_iは、各分岐負荷の力率が略々等しいと
すると、近似的に実数となる。この様な近似は極
めて有効であり、その条件で説明するが、それが
成立たない場合については別の実施例で述べる。

(7)式より次式を得る。

I_n（Z〓L_L〓_iI^* _D） ＝G_iI_n｛Z〓（I〓−2MI₀）I^* _D｝＝G_iJ_L……(8) 従つて(1)、(6)、(8)式およびI_n（V_FI^* _D）≒０より
次式を得る。

J_V≒l₁J_I＋l₂（J_I−G₁J_L）＋l₃（J_I−G₁J_L−G₂J_L） ＋x₄（J_I−G₁J_L−G₂J_L−G₃J_L） ……(9) ∴x₄＝J_V−l₁J_I−l₂（J_I−G₁J_L）l₃（J_I−G₁
J_L−G₂J_L）／J_I−G₁J_L−G₂J_L−G₃J_L……(10) 以上により第２図の作用が説明された。

〔実施例の効果〕

以上の様に本実施例は、各分岐負荷の力率が
略々等しいとして、最大電力の想定値等を設定値
として、分岐負荷電流の総和I〓−2MI₀をその設定
値の比で配分して各分岐負荷電流を推定し、これ
を用いて送電線の各区間の電流を算出し、分岐負
荷の影響を消去することができた。

この実施例では各分岐負荷の力率が近似的に等
しいとしたので、上述の設定値は有効分電力のみ
を想定すればよい。この際無効分電力について
も、有効分電力の規模に略々比例することが想像
される。仮に無効分電力の配分誤差が有効分のそ
れに比しやや大きいとしても以下に示される様
に、その誤差の最終的な影響は比較的小さく、無
視することができる。

ところで、前述の様に対象として考えている送
電線は一般に高抵抗接地系であり、この場合故障
点電圧V_Fは自端ａ相電圧V_aと略々同相である。
故障分電流I_Dは故障点電圧V_Fと略々同相となる様
に選ぶ。従つて分岐負荷の有効分電流および無効
分電流は結局故障分電流I_Dと略々同相および略々
直角成分である。そこで分岐負荷電流の総和I〓−
2MI₀の有効分および無効分電流を夫々I_pおよび
jI_qとし、各分岐負荷の有効分の配分比をG_i、無
効分の配分比をG_i＋△_i（ｉ＝１〜４）とし、Z〓
＝ｒ＋j_xとすると(8)式の代りに次式を得る。

I_n（Z〓I_L〓₁I^* _D）＝I_n｛（ｒ＋j_x）G_iI_pI^* _D ＋（ｒ＋j_x）（G_i＋△_i）jI_qI^* _D｝ ＝I_n｛（ｒ＋j_x）G_i（I_p＋jI_q）I^* _D｝ ＋l_n｛（ｒ＋j_x）△_ijI_qI^* _D｝ ≒G_iI_n｛Z〓（I〓−2MI₀）I^* _D＋ｒ△_iI_q｜I_D｜ ＝G_iJ_L＋ｒ△_iI_q｜I_D｜ ……（8′） この（8′）式の右辺第２項は比較的小さい。何
故ならｒはｘに比し小さく、I_qはI_pに比し小さ
い。また△_iはG_iに比し比較的小さい筈である。
無効分の配分比も略々有効分の規模で定まると考
えてよいからである。この様な理由から（8′）式
は(8)式で十分に近似される。

以上の様に本実施例では有効分電力の最大値等
を想定して分岐負荷に関する配分比を設定すれば
よく、容易に運用することができる。

〔他の実施例〕

第５図は他の実施例を示すブロツク図であり、
第２図の一部を変形したものである。この実施例
は上述の無効分の配分を考慮した例であり、有効
分の配分比をG_i、無効分の配分比ををH_i（ｉ＝１
〜３）とし、第２図のG_iJ_Lの代りにG_iJ_p＋H_iJ_qと
する他第２図と同様である。但しJ_pおよびJ_qは次
式で与えられる。

J_p＝XR_e｛（I〓−2MI₀）I^* _D｝、 J_q＝rI_n｛（I〓−2MI₀）I^* _D｝ ……(11) これらの関係は以下の様に説明される。

I_L〓_iI^* _D＝G_iR_e｛（I〓−2MI₀） I^* _D＋jH_iI_n｛（I〓−2MI₀）I^* _D｝ ……(12) I_n（Z〓L_L〓_iI^* _D） ＝I_n［（ｒ＋j_x）G_iR_e｛（I〓−2MI₀）I^* _D｝］ ＋I_n［（ｒ＋j_x）jH_iI_n｛（I〓−2MI₀）I^* _D｝］ ＝G_iXR_e｛（I〓−2MI₀）I^* _D｝＋H_irI_n｛（I〓−2MI₀
）
I^* _D ＝G_iJ_p＋H_iJ_q ……(13) 第５図で２２は設定手段、２３〜３０に演算手
段である。その他は第２図と同様であり、第２図
と共通部を一部省略して示してある。設定手段２
２で第２図の９と異なるのは設定値K_iの他Q_iが設
定される点である。演算手段２３については前述
の(11)式が第２図と異なる。演算手段２４について
は(2)式の他 H₁＝Q₁／Q_T、H₂＝Q₂／Q_T、H₃＝Q₃／Q_T、Q_T＝Q₁＋
Q₂＋Q₃＋Q₄……(14) が演算される点が第２図と異なる。演算手段２６
〜３０については第２図の演算手段１７〜２１の
G_iJ_Lの代りにG_iJα_p＋H_iJ_q（ｉ＝１〜３）となつて
いる点が異なる。

以上の様に必要なら無効分の配分を考えること
もできる。つまり、有効分と無効分の配分が著し
く異なる系統ではこの実施例を適用することがで
きる。

第６図は更に他の実施例を示すブロツク図であ
る。この実施例は対象とする送電線の単位長当り
のインピーダンスが区間毎に異なる場合の例であ
る。３１は設定手段で、第２図のZ〓、Z₀の代りに
区間毎の単位長当りのインピーダンスZ〓₁〜Z〓₄お
よびZ₀₁〜Z₀₄が設定される。３２は演算手段で第
２図のJ_I、J_Lの代りに次の様なJ_I1〜J_I4およびJ_L2
〜J_L4が演算される。

J_Ii＝I_n｛（Z〓_iI〓＋Z_0iI₀）I^* _D｝、（ｉ＝１〜４）…
…(15) J_Li＝I_n｛Z〓_i（I〓−2MI₀）I^* _D｝＝２〜４ ……(16) ３３〜３９は演算手段で第２図の演算手段１
２，１６〜２１に準ずる。そして共通部は一部省
略してある。

第１区間の故障の場合、(3)式に準じて次の様に
なる。

V_a＝x₁（Z〓₁I〓＋Z₀₁I₀）＋V_F ∴x₁＝J_V／j_I1……(17
) 第４区間の故障では(6)式に準じて次式となる。

V_a＝l₁（Z〓₁I〓＋Z₀₁I₀） ＋l₂｛Z〓₂（I〓−I_L〓₁）＋Z₀₂I₀｝ ＋l₃｛Z〓₃｛I〓−I_L〓₁−I_L〓₂）＋Z₀₃I₀｝ ＋x₄｛Z〓₄｛I〓−I_L〓₁−I_L〓₂I_L〓₃） ＋Z₀₃I₀＋V_F ∴x₄＝J_V−l₁J_I1−l₂（J_I2−G₁J_L2）−l₃｛J_I3−
（G₁＋G₂）J_L〓｝／J_I4−（G₁＋G₂＋G₃）J_L4……(18) 第２区間あるいは第３区間は上の説明から容易
に類推できるので省略する。またこれらの式と演
算手段３３の内部との対応も第２図に準じて容易
に理解できるので詳述を略す。

これまでの実施例は前記特公昭58−29471号発
明の改良方法として説明された。特公昭58−
29471号発明は故障分電流I_Dとして変化分電流を
使用することを特徴とするが、本発明はこれに限
定されるものではない。例えば同様の趣旨で故障
点電流として零相電流を用いる方式（昭和53年電
気学会全国大会No.933、高抵抗接地系送電線にお
ける地絡距離測定の一方法）とか、逆相電流を用
いる方式（特願昭43−57858地絡距離継電器）等
があり、一般にこれらの方式に全て適用できる。

以下は構成図等を特に掲げないが、同一趣旨に
より各種変形が可能なことを示す例であり、この
様な変形により本発明を免れることはできない。

(10)式は次の様に変形される。

x₄＝J_V−l₁G₁J_L（l₁＋l₂）G₂J_L−（l₁＋l₂＋l₃）
G₃J_L／J_I−G₁J_L−G₂J_L−G₃J_L−l₁−l₂−l₃……（10′）
（10′）式も第２図に準じて実行できることは
明白である。

(1)式のうちJ_Lの計算に際し、Ｏモード電流I₀が
αモード電流I〓に比し小さい系統では分岐負荷の
αモード電流の総和I〓−2MI₀をαモード電流I〓で
近似することもできる。

更に分岐負荷のαモード電流の総和I〓−2MI₀は
故障前のαモード電流に略々等しく、これを記憶
しておいて計算しても趣旨は変らない。

第１図の対象送電線では説明の煩雑さを避ける
為に区間数を４とし、第２図もこれに応じた構成
となつている。しかし区間数が変つても同様であ
ることは明らかである。

第２図の実施例では、ｘl₄であればx_i（ｉ＝
４）として出力され、ｘ＞l₄であれば出力Ｃを生
ずるとした。そして出力Ｃは例えば区間外故障と
して表示されると説明した。しかし若干の誤差を
考慮し、ｘ＞l₄のときｘl₄＋（許容値）であれば
x_i＝l₄（ｉ＝４）として出力し、ｘ＞l₄＋（許容値）
であれば出力Ｃを生じ、例えば区間外故障として
表示するという様に変形してもよい。

第１図の構成では演算回路７の出力が表示回路
８に印加され、表示されるとしたが、演算回路７
の出力を伝送手段により伝送し、遠方で受信し
て、これを表示することも可能である。

上記の許容値を設けるとか、遠方で表示する方
式は実用に際して屡々用いられる手法である。

第１図の説明において、説明の煩雑さを避ける
ため、分岐負荷は送電線の直下あるいは極く近距
離にあるとした。しかしこれは本発明を限定する
ものではない。分岐線が長い場合、分岐線を対象
送電線とみなし、もともとの対象送電線を分岐線
とみなして同じ手法を適用することが可能だから
である。この場合複数の故障点を想定するため複
数の標定値が得られ、そのうちの一つが正しい
が、その程度の模索は通常許容されるので支障は
ない。

これまで述べた実施例では故障点零相電流と自
端零相電流の比Ｍを設定するとしたが、これは
種々の変形が可能である。例えば上記の比Ｍを直
接設定する代りに自端および末端の零相背後イン
ピーダンスの比M′＝Z_0B／Z_0Tを設定しＭ＝１＋
M′としても本発明の趣旨は変らない。

また上記の比ＭあるいはM′は必ずしも実数で
ある必要はなく複素数でもよい。これは系統の接
地インピーダンスが抵抗の他にリアクトルが並列
されている場合に適用できる。要するに自端零相
電流から故障点零相電流が近似的に求め得る様な
定数を設定しておくことにより本発明の目的が達
成でき、この様な変形によつて本発明を免れるも
のではない。

〔発明の効果〕

以上の様に本発明は自端零相電流から故障点零
相電流を求め、これより分岐負荷電流の総和を求
め、これと設定値による配分比から各分岐負荷電
流を推定することにより故障点を標定するもので
あり、分岐負荷の影響を除去することができる。
また、この設定値は有効分電力の配分比のみ、あ
るいは無効分電力の配分比を加味したものでもよ
いが、近似的に線路電圧降下を省略しているの
で、電流の配分比とも考えてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は
第１図の一部を詳細に説明するブロツク図、第３
図および第４図は第２図の作用を説明するための
等価回路図、第５図および第６図は第２図の他の
実施例を示すブロツク図である。 １……送電線、２……変成器、３……変流器、
４，５……入力変換回路、６……アナログデジタ
ル変換回路、７……演算回路、８……表示回路、
９，２２，３１……設定手段、１０〜１３，１６
〜２１，２３〜３０，３２〜３９……演算手段、
１４……比較手段、１５……ゲート要素。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 分岐を有する送電線の故障点を標定する故障
   点標定方式において、分岐負荷電力の想定される
   配分比および故障点零相電流と自端零相電流の比
   またはその比を求め得る定数を設定し、その設定
   された値と自端電流の計測値とから前記分岐負荷
   に流れる分岐負荷電流を求め、この分岐負荷電流
   を前記自端電流の計測値から差引いたものと、自
   端電圧の計測値とを用いて故障点を標定すること
   を特徴とする送電線故障点標定方式。 ２ 分岐負荷電力の想定される配分比を分岐負荷
   電力の有効分の想定される配分比とする特許請求
   の範囲第１項記載の送電線故障点標定方式。