JPH0580106A

JPH0580106A - 故障点標定装置

Info

Publication number: JPH0580106A
Application number: JP23827691A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sasaki; 宏佐々木; Kazuhiro Sano; 和汪佐野
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electric Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Electric Systems Co Ltd
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-04-02

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は、故障点標定演算を単純化するため
に、ベクトル演算で故障点標定を行なう故障点標定装置
を提供することを目的とする。【構成】電力系統の電圧、電流信号を、各測定地点間で
同期をとって受付ける複数のアナログディジタル変換部
３３と、各地点で受付けた信号を予め定めた特定の場所
に伝送する伝送回線５０，６０と、上記伝送回線５０，
６０からの信号をもとにベクトル量をもとめて、故障点
の位置を標定する演算処理部１０４とを有する。【効果】本発明によれば、故障点標定演算方式として、
各端子の電圧、電流信号のベクトル量を伝送し合い、Ｖ_F＝Ｖ_A−ＬＺＩ_A＝Ｖ_B−（ｍ−Ｌ）ＺＩ_B Ｖ_F＝Ｚ_F（Ｉ_A＋Ｉ_B）により、故障点までの距離、故障点の電圧、故障点のイ
ンピーダンス等を標定できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電力系統の保守管理、事
故復旧業務を支援するための故障点標定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関する従来技術の公知例とし
て、昭和６３年電気学会全国大会発表ＮＯ．１２３７が
ある。

【０００３】上記文献では各測定地点での信号を非同期
サンプリングによって得ているので、主要な演算式がベ
クトル量の絶対値に関するものであった。そして、この
式により故障点の標定をする方式である。この方式は、
ベクトル量の絶対値に関する演算を行なうために、ベク
トル演算に比べて演算が複雑であるという問題があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、故障
点標定演算を単純化するために、ベクトル演算で故障点
標定を行なう故障点標定装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、電力系統の故障点を標定する故障点標定装置にお
いて、電力系統の電圧、電流信号を、各測定地点間で同
期をとって受付ける複数の入力手段と、各地点で受付け
た信号を予め定めた特定の場所に伝送する伝送手段と、
上記伝送手段からの信号をもとにベクトル量をもとめ
て、故障点の位置を標定する標定手段とを有することと
したものである。

【０００６】

【作用】電力系統の故障点を標定する故障点標定装置に
おいて、複数の入力手段は、電力系統の電圧、電流信号
を、各測定地点間で同期をとって受付ける。伝送手段
は、各地点で受付けた信号を予め定めた特定の場所に伝
送する。標定手段は、上記伝送手段からの信号をもとに
ベクトル量をもとめて、故障点の位置を標定する。

【０００７】

【実施例】本発明では、故障点標定のために、交流回路
についてキルヒホッフの法則に従う電圧方程式を解く。
その際に交流信号のベクトル量を用いて、故障点の位置
（あるいは故障点までの距離、インピーダンスでもよ
い）、故障点の電圧、故障点に生じたインピーダンス
（健全時には無限大、完全地絡や短絡では零Ω）を算出
する。

【０００８】また、信号伝送においては、交流信号のサ
ンプル値そのものを伝送すると、波形を忠実に再現しよ
うとする程、サンプルを密にとり伝送しなければならな
くなるが、ベクトル量に変換したのち伝送する場合は、
１ベクトル量のみの伝送でも適用可能である。

【０００９】もちろん、情報量は多い程きめ細かに標定
できるので、１回に限定せず複数回伝送することも有効
である。

【００１０】本発明の実施例を以下に図を用いて説明す
る。

【００１１】図１は本発明の全体説明図である。以下、
同図の記号とその動作内容について述べる。

【００１２】１０は故障点を標定する対象送電線であ
り、電気所（測定地点）Ａと電気所Ｂでそれぞれ図示し
ていないが、発電所や負荷、変圧器などが接続されてい
る地点とする。

【００１３】送電線１０は通常三相交流であって、３本
の線路で１回線の構成となるが、ここでは本発明の原理
を説明するために、代表相として１線のみ示してある。

【００１４】Ｆは故障点である。電気所Ａ，Ｂ間に設置
された送電線１０の全長をｍ（ｋｍ）として、ｍの値は
既知とする。

【００１５】故障点Ｆは電気所ＡよりＬ（ｋｍ）の地点
とする。送電線１０の各所の電圧を、電気所ＡでＶ_A、
故障点ＦでＶ_F、電気所ＢでＶ_Bとおく。これらの電圧信
号Ｖ_A，Ｖ_F，Ｖ_Bはいずれもベクトル量である。また、
各所の電流を電気所ＡでＩ_A、電気所ＢでＩ_B、故障点Ｆ
にＩ_Fが通電されているものとする。これらの電流Ｉ_A，
Ｉ_B，Ｉ_Fもベクトル量である。

【００１６】２１，２２は変流器であり、送電線の電流
信号を入力するために用いる。２３，２４は電圧変成器
であり、送電線の電圧信号を入力するために用いる。本
説明においては説明を簡単化するためこれらの変流器２
１，２２、及び電圧変成器２３，２４は理想特性をもつ
１：１の変換比として取扱う。

【００１７】故障点標定装置は、データ変換器３０，４
０と、伝送手段である伝送回線５０，６０と、標定手段
である演算処理部１００とを有する。データ変換器３０
では電気所Ａの電圧、電流信号Ｖ_A，Ｉ_Aの波形をサンプ
リングしてディジタル量に変換して取込む。サンプリン
グ周期はたとえば基本波の３０度毎などである。サンプ
リングによって得た値はサンプル時点の瞬時値であるか
ら、これをベクトル量に変換して、入力信号Ｖ_A，Ｉ_Aに
相当するデータを得るのがデータ変換器３０である。

【００１８】データ変換器４０も３０と同様の機能をも
つもので、電気所Ｂの電圧信号Ｖ_B、電流信号Ｉ_Bをベク
トル量として変換し出力できるものである。

【００１９】各電圧、電流信号のベクトル量は実数部と
虚数部に分離した複素数表現か、絶対値と位相角で表現
する極座標方法いずれでもよい。

【００２０】伝送回線５０，６０は、データ変換器３０
及び４０によって収集したデータを伝送する機能をもつ
ものである。

【００２１】また、必要によって、データ変換器３０，
４０への制御信号として、たとえばサンプリング同期信
号やベクトル量変換用基準位相信号などを送信するため
に用いる。

【００２２】演算処理部１００では伝送回線５０、６０
を介して入力した各電気所Ａ，Ｂの電圧、電流信号をも
とに故障点までの距離Ｌ、故障点の電圧Ｖ_F、故障点の
電流Ｉ_F、故障点のインピーダンスＺ_Fなどを以下の（数
１）〜（数４）により求める。

【００２３】

【数１】Ｖ_F＝Ｖ_A−ＬＺＩ_Ａ

【００２４】

【数２】Ｖ_Ｆ＝Ｖ_B−（ｍ−Ｌ）ＺＩ_B

【００２５】

【数３】Ｉ_F＝Ｉ_A＋Ｉ_B

【００２６】

【数４】Ｚ_F＝Ｖ_F／Ｉ_F ただし、（数１）、（数２）におけるＺは送電線１０の
１ｋｍ当りの線路定数であり、線路の構造物から予め算
出し、整定できる値とする。

【００２７】（数１）は電気所Ａから故障点Ｆまでの電
圧方程式である。（数２）は電気所Ｂから故障点Ｆまで
の電圧方程式である。（数１）と（数２）において、未
知数は故障点までの距離Ｌと故障点の電圧Ｖ_Fの２ケで
あるから、（数１）と（数２）の連立方程式によって未
知数であるＬとＶ_Fが解ける。

【００２８】ただし、（数１）と（数２）で用いた送電
線の亘長ｍと故障点までの距離Ｌは実際は実数である。
しかし（数１）、（数２）の方程式において何ら誤差も
なく信号が計測でき、また整定値の線路定数Ｚも実際の
値に一致しているならば、算出される故障点までの距離
Ｌは実数のみとなって表現されるはずであるが、各方程
式において計測量や整定対に誤差が含まれていると、故
障点までの距離Ｌが複素数となり、虚数部にも零でない
数値が入ってくることが考えられる。

【００２９】そこで、（数１）と（数２）の連立方程式
から得た未知数Ｌの解として、Ｌの絶対値又は実数部を
距離標定の対象とし、その精度を表現する手段としてＬ
の絶対値に対する有効分の比を示す。あるいはＬの誤差
の程度を表現する手段として、Ｌの絶対値に対する虚数
部の比を併せて出力することもできる。つまり、Ｌに含
まれる虚数部の割合によって標定精度を評価する。

【００３０】以上、（数１）と（数２）から未知数であ
る故障点の電圧Ｖ_Fと故障点までの距離Ｌが算出できる
ので、これらの解を用いて（数３）と（数４）から故障
点のインピーダンスＺ_Fと故障点の電流を標定すること
ができる。

【００３１】以上、２端子系統における構成と演算式の
説明を行ったが、図２により、多端子分岐系統における
演算処理方法について述べる。

【００３２】図２においては、データ変換器及び伝送回
線、演算処理部については示していないが、これらの構
成は図１に示した電気所Ａ，Ｂとそれぞれ同様の構成と
すればよいので、図示を省略した。

【００３３】図２は多端子分岐系統の一例として、電気
所Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄの４端子構成を示す。

【００３４】各端子間の線路亘長は図示したとおり、ｍ
₁，ｍ₂，ｍ₃，ｍ₄，ｍ₅（ｋｍ）であり、それらの線路
定数は一様分布で、Ｚ（Ω／ｋｍ）であり、いずれも既
知とする。

【００３５】故障点Ｆは電気所ＡとＣからの線路の接続
点からＬ（ｋｍ）のところとし、Ｌが未知数である。

【００３６】また、故障点の電圧Ｖ_Fと故障点のインピ
ーダンスＺ_Fが未知数である。

【００３７】図２の４端子構成において、故障点の電圧
Ｖ_Fについて各端子の電気所からみたそれぞれの電圧方
程式が以下の（数５）、（数６）、（数７）、（数８）
により示される。

【００３８】

【数５】Ｖ_F＝Ｖ_A−ｍ₁ＺＩ_A−ＬＺ（Ｉ_A＋Ｉ_C）

【００３９】

【数６】Ｖ_F＝Ｖ_B−ｍ₂ＺＩ_B−（ｍ₅−Ｌ）（Ｉ_B＋Ｉ_D）

【００４０】

【数７】Ｖ_F＝Ｖ_C−ｍ₃ＺＩ_C−ＬＺ（Ｉ_A＋Ｉ_C）

【００４１】

【数８】Ｖ_F＝Ｖ_D−ｍ₄ＺＩ_D−（ｍ₅−Ｌ）（Ｉ_B＋Ｉ_D）ここに未知数は故障点の電圧Ｖ_Fと故障点の距離を表わ
すＬの２ケである。

【００４２】したがって、（数５）〜（数８）の４本の
方程式のうちの任意の２本の方程式の組合せにて未知数
であるＶ_FとＬの解が得られる。

【００４３】つまり、４本の式から２本の式の組合せケ
ースは全部で６ケースとなるので、未知数１ケについて
６種類の解を得ることができる。

【００４４】本発明では、このような多端子系統で故障
点の電圧Ｖ_F及び故障点の距離Ｌを標定する方法とし
て、任意の２つの数式から求めた複数の解の平均値を最
終的に標定値として用いる。

【００４５】また、故障点のインピーダンスの算出は以
下の（数９）により求める。

【００４６】

【数９】Ｚ_F＝Ｖ_F／（Ｉ_A＋Ｉ_B＋Ｉ_C＋Ｉ_D）このときも、故障点の電圧Ｖ_Fには、さきに述べた複数
の解の平均値を用いる。

【００４７】つぎに、図１で説明したデータ変換器３０
及び４０の実施例について説明する。データ変換器３
０，４０では、各電気所Ａ，Ｂにおける電圧、電流信号
のサンプリングを同期をとって行い、演算処理部１００
では各端子について同一時刻のデータを対象に演算処理
を行う必要がある。このためデータ変換器では、各端子
間で同期したサンプリングの他に、ベクトル量に変換す
るための基準ベクトルが必要である。

【００４８】図３はデータ変換器と演算処理に関するデ
ータ入力システム構成の一実施例である。

【００４９】同図において図１と同一記号はそれぞれ図
１と同等物を示す。

【００５０】演算処理部１００に備えた同期パルス発生
部１０１からサンプリング指令パルスと基準ベクトル指
令パルスを発生し、伝送回線５０及び６０により、電気
所Ａのデータ変換器３０、電気所Ｂのデータ変換器４０
に送信する。以下、データ変換器４０はデータ変換器３
０と同様のものにつき、データ変換器３０の動作内容を
代表例として説明する。

【００５１】データ変換器３０に設けた３１はサンプリ
ング指令信号受信部であり、入力交流電圧、電流信号Ｖ
_A，Ｉ_Aのサンプリング、すなわち、アナログディジタル
変換を行うためのパルスを発生するものである。

【００５２】３３が入力手段であるアナログディジタル
変換部である。

【００５３】３４は３３のアナログディジタル変換した
サンプル値を記憶するためのメモリである。このメモリ
３４は、後に交流信号のベクトル量変換するために一時
データを記憶するためのものである。

【００５４】３２は基準ベクトル指令パルス検出部であ
り、たとえば基本波の１サイクルに１回パルスを発生
し、このパルスを基準ベクトルの０度として取扱っても
よい。

【００５５】３５は変換手段であるベクトル量変換部で
あって、基準ベクトル指令パルスを基点として、ディジ
タル変換された入力電圧、電流信号それぞれについて、
たとえば実数部、虚数部に分離表示を行う機能をもつも
のである。３６はメモリであり、３５のベクトル量変換
部の出力を一時記憶するのに用いる。

【００５６】本発明では、伝送回線５０，６０が電話回
線などを使用できるように想定し、たとえば送・受信各
々について、各端子毎に２４００ビット／秒の伝送速度
とするとき、サンプリングパルスは５０Ｈｚ系統では６
００Ｈｚ、（６０Ｈｚ系統では７２０Ｈｚ）などであ
り、２４００ビット／秒の伝送速度であれば、サンプリ
ング指令パルスも基準ベクトル指令パルスも十分伝送可
能である。このため、安価な電話回線を使うことも可能
である。

【００５７】ベクトル量に変換したデータはメモリ３６
から伝送回線５０を介して、演算処理部１００のデータ
収集メモリ１０２に取り込む。

【００５８】電気所Ｂのデータも同様にデータ収集メモ
リ１０３に取り込む。

【００５９】各端子のベクトル量に変換した信号はワー
クステーション（あるいはディジタルコンピュータ）で
ある１０４に入力して、先に述べた故障点標定演算を行
い、それらの演算結果を出力表示する。

【００６０】ここで、１電気所からの情報量は、少なく
とも１回の系統故障状態において、三相交流１回線につ
き、電圧３相分、電流３相分の信号が送れれば良く、ベ
クトル量の実数部、虚数部に分離すると、２×（３＋
３）＝１２ワードとなる。１ワードを仮りに１２ビット
で構成（１２ビットのディジタル変換としたもの）とす
ると信号は１２ビット×１２ワードで１４４ビットとな
る。伝送速度２４００ビット／秒においては１４４ビッ
トを送信するのに６０ｍｓかかる。

【００６１】実際の信号伝送では同期信号や符号検定信
号などを付加するのでさらに伝送時間がかかることにな
るので、２４００ビット／秒では、６０ｍｓ以内のリア
ルタイムの信号伝送は無理であり、系統故障が発生した
ときのみ故障継続中の信号を選択して、実現象よりも遅
延するが時間をかけてデータを伝送することとする。

【００６２】本発明の目的に対しては、各電気所で同期
したサンプリングを行うことが必要であるから、サンプ
リング指令パルスが各端子同時に機能するように、伝送
遅延の最も大きいところに同期するように、伝送時間の
短い端子では、意図的にデータ受信に遅延補償をかけて
やる。このような伝送時間差に伴う補償は基準ベクトル
指令パルスの送、受信、ベクトル量に変換したデータ伝
送についても同様である。以上により、ワークステーシ
ョン１０４では同時刻に得た各端子のベクトル量信号に
よって故障点標定演算を行う。

【００６３】基準ベクトル指令パルスとして、系統故障
継続中の信号を選択して用いる方法としては、同系統に
設置されている図示以外の保護リレーの動作出力信号が
存在しているときの電圧、電流信号を抽出すること、あ
るいは、図示していないが送電線１０に設置されている
遮断器のトリップされた時点から、基本波ベースで２サ
イクル程度以前までの入力電圧、電流信号を有効とする
方法もある。これらの入力信号の有効時間帯の選択演算
は図３に示したベクトル量変換部３５において、基準ベ
クトル指令パルスと、ベクトル量変換部３５への入力信
号との有効時間帯の一致条件によって、入力信号の実数
部と虚数部を演算する。

【００６４】ベクトル量変換部３５での実数部の算出方
法としては、基準ベクトル指令パルス受信直後から基本
波の半サイクル間のサンプル値を積分し、虚数部の算出
方法は実数部の算出のための積分区間よりも、さらに１
／４サイクル、つまり基本波ベースで９０度後ろ側にシ
フトして、半サイクル間のサンプル値を積分する。こう
して、基準ベクトル指令パルス受信時点における実数
部、虚数部の実効値に比例した値が得られるので、実効
値に換算するための係数を乗じることによって、ベクト
ル量に変換できる。

【００６５】上記説明では交流入力信号の半サイクル分
のデータでベクトル量に変換することになるが、系統の
故障継続時間が長いとき、たとえば数サイクル続いたと
きなどは、この間各サイクル毎にベクトル量への変換を
行い、その平均値を１故障時のデータとして伝送しても
よい。あるいは、平均化しないで、各サイクル毎のベク
トル量を伝送し、演算処理部１００で故障標定演算のデ
ータとして用いてもよい。

【００６６】なお、上記の実施例では、標定手段から同
期信号を送信して、同期を取ることとしたが、本発明は
これに限られるものではなく、各電気所において、正確
なクロックを有することとし、これらのクロックを時々
同期を取らせれば良い。同期を取らせる方法としては、
無線による時刻情報でも良い。

【００６７】図４は、サンプリング指令パルスの受信時
の安定化方策の実施例を示す。

【００６８】すなわち、データ伝送においては、一時的
にノイズや瞬断等によって、受信パルス情報が失なわれ
ることも想定される。このような一時的な受信データ欠
損対策として、受信データの一時記憶による信頼度向上
策を示す。

【００６９】図４において、３１は図３で示した３１と
同等物であり、サンプリング指令パルスを受信し、アナ
ログディジタル変換器にそのサンプリング指令パルスを
与える部分である。

【００７０】３１０は受信信号、３１１は保持手段であ
るシフトレジスタであり、受信信号を一時的、たとえば
時間Ｔの間入力信号である３１０の受信信号を遅延し
て、出力するものである。３１２はオアゲートであり、
信号３１１とシフトレジスタ３１１の出力信号のいずれ
かのパルスが存在すれば、そのパルスを発生するもので
ある。３１３はオアゲート３１２の出力信号でありこの
信号によって、アナログディジタル変換用同期信号とし
て用いるほか、シフトレジスタ３１１の動作クロック３
１５として用いる。シフトレジスタ３１１は動作クロッ
ク３１５によって、受信したサンプリング指令パルスに
同期して歩進され、目的とする同期サンプリングが可能
なサンプリング指令パルスを発生することができるもの
である。

【００７１】図５には、図４の各部の信号の動作例を併
せて示してある。各信号の番号は図４の各部分の番号に
相当する。

【００７２】以上のとおり、一時期受信データを欠損し
ても、必要な同期サンプリング用指令パルスが得られ
る。

【００７３】その他、図４のシフトレジスタに変わり、
位相記憶発振器を用いてもよい。位相記憶発振器は予め
定められたパルス幅を必要とするサンプリング指令パル
スと同一周波数で発振し、受信信号が一時的に止まって
も所望のパルスが発振できる機能をもつものである。

【００７４】また、図４ではサンプリング指令パルスの
安定化方策を示したが、同様の方法により、基準ベクト
ル指令パルスの安定化方策にも応用できる。

【００７５】また、サンプリング指令パルスや基準ベク
トル指令パルスは、図１に示した演算処理部１００から
受信するのみならず、他の方法、たとえば、標準時報を
告げる時計用電波や電話の時報サービスの出力信号を受
信し、使用してもよい。

【００７６】この様に、本発明によれば、故障点標定演
算を単純化し、しかも精度の高い標定機能を実現するこ
とができる。

【００７７】また、信号伝送容量を低減し、その結果、
安価な回線がつかえるので、経済性の向上を図ることも
できる。

【００７８】

【発明の効果】以上、本発明によれば、故障点標定演算
を単純化するために、ベクトル演算で故障点標定を行な
う故障点標定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る故障点標定装置の構成図である。

【図２】３点以上で測定するときの説明図である。

【図３】データ変換器の説明図である。

【図４】サンプリング指令信号の保持手段の構成図であ
る。

【図５】サンプリング指令信号の保持手段の動作の説明
図である。

【符号の説明】

１０…故障点標定対象送電線、３０，４０…データ変換
器、５０，６０…伝送回線、１００…演算処理部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統の故障点を標定する故障点標定装
置であって、電力系統の電圧、電流信号を、各測定地点間で同期をと
って受付ける複数の入力手段と、各地点で受付けた信号を予め定めた特定の場所に伝送す
る伝送手段と、上記伝送手段からの信号をもとにベクトル量をもとめ
て、故障点の位置を標定する標定手段とを有することを
特徴とする故障点標定装置。
【請求項２】電力系統の故障点を標定する故障点標定装
置であって、電力系統の電圧、電流信号を、各測定地点間で同期をと
って受付ける複数の入力手段と、各地点で受付けた信号について、各々ベクトル量に変換
する変換手段と、上記変換手段によって得たベクトル量を予め定めた特定
の場所に伝送する伝送手段と、上記伝送手段からのベクトル量をもとに故障点の位置を
標定する標定手段とを有することを特徴とする故障点標
定装置。
【請求項３】請求項１または２記載の故障点標定装置に
おいて、上記標定手段は、故障点の電圧、および故障点のインピ
ーダンスのうち少なくとも１方を標定することを特徴と
する故障点標定装置。
【請求項４】請求項１、２または３記載の故障点標定装
置において、同期を取るためにサンプリング指令パルスを各入力手段
に与える同期パルス発生部を有することを特徴とする故
障点標定装置。
【請求項５】請求項４記載の故障点標定装置において、上記同期パルス発生部は、ベクトル量に変換するために
基準ベクトル指令パルスを各変換手段に与えることを特
徴とする故障点標定装置。
【請求項６】請求項４または５記載の故障点標定装置に
おいて、上記同期パルス発生部からのサンプリング指令パルスま
たは基準ベクトル指令パルスを一定時間保持する保持手
段を有することを特徴とする故障点標定装置。
【請求項７】請求項１、２、３、４、５または６記載の
故障点標定装置において、上記標定手段は、３点以上の測定地点を有する場合に、
任意の２地点の測定値を組として、それぞれの組合せか
ら故障点に対する連立方程式を導き、得られた複数組の
連立方程式から解を求め、得た解の平均値によって、故
障点標定を行うことを特徴とする故障点標定装置。