JPH069425B2 - 保護継電装置の故障点標定方法 - Google Patents

保護継電装置の故障点標定方法

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JPH069425B2
JPH069425B2 JP5082386A JP5082386A JPH069425B2 JP H069425 B2 JPH069425 B2 JP H069425B2 JP 5082386 A JP5082386 A JP 5082386A JP 5082386 A JP5082386 A JP 5082386A JP H069425 B2 JPH069425 B2 JP H069425B2
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failure
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、3端子系統の故障点標定に関し、標定を対
象とする送電線の自端の電圧、電流情報と他端の電流情
報から故障点抵抗の影響を受けず、故障点迄のインピー
ダンスを計測する保護継電装置の故障点標定方法に関す
るものである。
〔従来の技術〕
従来、この種の保護継電装置としては特公昭58−21493
号公報に示すものがあった。第7図は従来の発明を説明
するための故障発生時の電力系統の等価回路図で図中
EP,EQ及びERはP端,Q端及びR端の電源電圧、ZgP,Z
gQ,及びZgRはP,Q端及びR端の背後インピーダン
ス、2−P,2−Q及び2−RはP,Q端子及びR端の
母線、VP,VQ及びVRはP,Q端及びR端の母線電圧、
IP,IQ及びIRは系統故障時P,Q端及びR端に流れる電
流、IL1,IL2及びIL3は系統健全時P,Q端及びR端に
流れる潮流、I1,I2,I3は系統故障時P,Q端及びR端
から故障点に流入する増分電流、RFは故障点抵抗、(6)
は3端子系統の分岐点、(100)は保護継電装置(以下リ
レー:RYと記す)、lZはRY設置点から故障点迄のイ
ンピーダンスでlはRY設置点から故障点迄の距離、Z
は単位長当りのインピーダンス、LP,LQ及びLRはP,Q
端及びR端の各母線から分岐点6迄の距離を示す。
次に従来装置の考え方について説明する。
第7図において次の(1)式が成立する。
VP=lZIP+RF(I1+I2+I3) −(1) 従って、RY設置点の自端の電圧、電流情報から故障点
迄のインピーダンスを求めると次の(2)式が得られる。
ここでRFが零の場合には故障点迄のインピーダンスlZ
を求めることができる。しかし、故障発生時のRFは故障
条件によって変化する未知の値であるため(2)式中の2
項目により誤差が生じる。誤差補正として相手端の電流
情報I2及びI3を入手してもRFが未知の値であるため補正
を掛けることができなかった。
このことから従来の発明では、この誤差分をなくすため
自端及び相手端の電圧電流情報を得て故障点迄のインピ
ーダンスを計測している。
即ち、第7図より各端の電圧電流情報から次の(3),(4)
式が成立する。
VP−lZIP=VQ−LQZIQ−(LP−l)Z(IQ+IR) ー(3) VP−lZIP=VR−LRZIR−(LP−l)Z(IQ+IR) ー(4) ここで(3),(4)式を加算して2で割ると(5)式が成立す
る。
(5)式から故障点迄のインピーダンスlZは次の(6)式とな
る。
この(6)式により、自端及び相手端の電圧、電流情報を
得て故障点迄のインピーダンスを計測したものである。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の保護継電装置の故障点標定方法は(6)式の演算を
行なうため自端及び相手端の電圧電流情報を入手しなけ
ればならず伝送容器が大きくなる欠点があった。
この発明は、上記のような欠点を解消するためになされ
たもので、相手端の電圧情報を不要とし、自端の電圧、
電流情報と相手端の電流情報のみで故障点迄のインピー
ダンスを計測できる保護継電装置の故障点標定方法を提
供することを目的としている。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る保護継電装置の故障点標定方法は、RY
設置点の電流を基準としてRY設置点の電圧を正弦成分
及び余弦成分に分解し、故障電流による電圧降下成分で
等式化することにより連立方程式を解くことで故障点迄
のインピーダンスを求めるようにしたものである。
〔作用〕
この発明における方式では、RY設置点の電圧を正弦成
分及び余弦成分について2つの量を得ることで2つの式
を成立させた為、相手端の電圧情報が無くても高精度で
故障点迄のインピーダンスを計測することができる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図は、本発明のシステム構成の概略を示したもので、図
中の同一符号は同一装置、同一機能を有している。図中
に於いては符合の後に添字P,Q,Rを付して各端の装
置であることを示した。
(1)は発電機、(2)は母線、(3)は変流器、(4)は変成器、
(5)は母線から3端子系統の分岐点(6)迄の送電線、(10
0)は保護継電装置、(110)は変成器からの電圧入力端
子、(111)は変流器からの電流入力端子、111−Qと111
−RはQ端とR端の電流情報入力端子、150−Qと150−
RはQ端とR端の自区間内故障判別結果の情報を得る入
力端子、111−Pは電流入力端子(111)に得られた電気量
を相手端に伝送する端子、150−Pは保護継電装置(100)
の自区間内故障判別結果の情報を相手端に伝送する端
子、(12)は受信器、(13)は送信器、(14)は信号を送受信
するためのアンテナ、(200)は上記保護継電装置(100)と
受信器(12)と送信器(13)から構成されるシステム装置を
示す。
次に、この発明の考え方について説明する。
第2図は故障発生時の電力系統の等価回路図で符号の意
味するところは、先述の第7図と同一である。第7図と
異なる点は故障点迄のインピーダンスを計測するのに本
発明では相手端(Q端及びR端)の電圧情報が不要なた
め記載していないことである。
第3図は第2図の各々の電流成分がどのような関係にあ
るかを示した図で、IL1,IL2及びIL3は系統が健全時に
P端、Q端及びR端に流れる潮流を示し、IL1+IL2+IL3
=0の関係が成立している。
故障発生時にはP端、Q端及びR端電源による増分電流
I1,I2及びI3が故障点に流れるので故障時のP端、Q端及
びR端の電流はIP=IL1+I1,IQ=IL2+I2及びIR=IL3+I3
で示される。
ここでIP,IQ,IR及びIL1,IL2,IL3は変流器を介して
得ることの出来る値であるので故障時に流れる増分電流
I1,I2及びI3はI1=IP−IL1,I2=IQ−IL2及びI3=IR
IL3として求めることが出来る。
従ってIPとI1の位相角1が求まり、また、IPとI2の位
相角2もIPとIQの位相角βからIQとI2の位相角δ2を引
算することで求まる。同様にIPとI3の位相角3はIPとI
Rの位相角λからIRとI3の位相角δ3を引算することで求
まるので(7)式として示される。
一方、第2図の故障発生時の電力系統の等価回路図から
RY設置点の電圧VPはRY設置点から故障点迄のインピ
ーダンスlZIPに故障点での電圧降下RF(I1+I2+I3)を加算
したものであることから、第4図のように示すことがで
きる。図中αは送電線の線路面で次の(8)式で示される
値である。
但し、γ=送電線の単位長当りの抵抗分 x= 〃 〃 リアクタンス分 また、ΘはVPとIPの位相差を示す。
この第4図からVPの正弦成分及び余弦成分を得ると
(9),(10)式が成立する。
(9),(10)式を行列式に書き直すと次の(11)式となる。
従って故障点迄のインピーダンスl|Z|は次の(12)式に
より求めることができる。
ここでIn及びnは相手端の電流情報より求めることが
できるので全て既知となるため、相手端の電圧情報が無
くても故障点迄のインピーダンスが算出できたことにな
る。この式には故障点抵抗RFが存在しないためRF部に生
じる電圧降下による誤差はなく高精度で計測ができるこ
とになる。
実際の適用に際しては、上記の説明がP端の母線2−P
と分岐点6迄のP端区間内に故障が発生した時に成立す
るため、(12)式で求めたl|Z|の値がP端区間内のLP|
Z|より小さいことを判別して計測結果とする。
尚、相手端の故障の場合には、各々、P,Q,R端に設
置した保護継電装置で自区間内の故障判別が出来ること
は言うまでもない。
次に、相手端区間内での故障の場合にも、故障点迄のイ
ンピーダンス計測及び故障区間の判別ができる手法につ
いて説明する。
第5図は第2図の故障点がQ端の母線2−Qと分岐点6
の間に発生した場合の電力系統の等価回路図を示す。
第5図からRY設置点の電圧VPはRY設置点の電流IP
よるP端区間のインピーダンスLP区の電圧降下成分IPZI
PとR端からの電流IRとIPの和による分岐点から故障点
迄のインピーダンスlZの電圧降下成分lZ(IP+IR)に更に
故障点抵抗RFに生じる電圧降下成分RF(I1+I
)を加えたものであるため第6図のように示すこと
ができる。図中αは送電線の線路角、θはVPとIPの位相
差、1はIPとI1の位相角、2はIPとI2の位相角、3
はIPとI3の位相角、λはIPとIRの位相角で図3での説明
と同じである。
第6図からVPの正弦成分及び余弦成分を得ると(14),(1
5)式が成立する。
(13)式を用いて(14),(15)式を行列式に書き直すと次の
(16)式となる。
(16)式より分岐点から故障点迄のインピーダンスlZは次
の(17)式により求めることができる。
但し、E=|IR|{Asin(α+λ)−Bcos(α+β)} (17)式を(13)式を用いて書き直すと次の(18)式となる。
従ってRY設置点から故障点迄のインピーダンスは(18)
式にP端区間のインピーダンスLP|Z|を加算して次の(1
9)式により求めることができる。
また、分岐点(6)と母線2−R間に故障が発生した時は
(図示略)、上記と同様に考えると次の(20),(21)式が
成立するので (13)式を用いて(20),(21)式を行列式に書き直すと次の
(22)式となる。
(22)式より分岐点から故障点迄のインピーダンスl|Z|
は次の(23)式により求めることができる。
但し、F=|IQ|{Asin(α+β)−Bcos(α+β)} 従ってRY設置点から故障点迄のインピーダンスは(23)
式にP端区間のインピーダンスLP|Z|を加算して次の(2
4)式により求めることができる。
ここで、P端区間内で故障が発生した時に使用する演算
式(12)式を使用するか、Q端区間内(またはR端区間
内)で故障が発生した時に使用する演算式(19)式(また
は(24)式)とするかは、各端で自区間内故障の判別がで
きるので、その結果を伝送し合って該当する演算式を選
択することにより、各端で故障点迄のインピーダンスが
計測できることが判る。
以上の説明では、自区間内故障の判別が確実に行なわれ
ることを前提としているので、この点について次に補促
説明をする。
例えばP端区間内で故障が発生した時には演算式(12)式
で正確に故障点迄のインピーダンスを計測するので計測
結果と分岐点迄のインピーダンスLP|Z|の大小比較を行
なうことにより自区間(P端区間)内で故障が発生した
か否かの判別ができる。この事はQ端及びR端に設けた
保護継電装置についても言えることは言うまでもない。
次に、故障がP端区間外、例えばQ端区間内で発生した
時、即ち(19)式が成立する条件の下でP端設置のRYが
演算式(12)式よりC/Dを演算すると(19)式より(25)式
を演算していることになる。
ここでEは(17)式の但し書きと(13)式より となる。
ここで送電系統においては送電線の線路角αがλ,
123に比べ非常に大きい値であるのでEはE
>0であると言える。
Dも上記と同様に展開すると(13)式より D=|IP|{|I1|sin(α-1)+|I2|sin(α-2)+|I3|sin
(α-3)} となるのでDはD>0であると言える。
従ってP端区間外の故障では(25)式より自区間の最大イ
ンピーダンスLP|Z|より大きくなるため、区間外故障の
判別が出来、各端において自区間故障の判別が確実に行
なわれているので前述の如く各端での自区間内故障の判
別情報により、その結果を基に該当する演算式を選択し
て、各端で故障点迄のインピーダンスを計測することが
できることになる。
なお、上記実施例では単相で説明したが、3相の場合に
適用できることは言うまでもない。
また上記実施例では、相手端区間内故障の判別情報によ
り、区間外の故障に対しても故障点迄のインピーダンス
を計測できる手法について記したが、特許請求範囲1に
記載の手法により自区間内の計測結果を相手端に伝送す
ることで各端で故障点迄のインピーダンスを計測できる
ことは言うまでもない。
更に、上記実施例では故障点迄のインピーダンスを求め
たが、故障点抵抗RF求めることもできることは(11),(1
6),(22)式より明らかである。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば自端の電圧、電流情報
と相手端の電流情報で故障点迄のインピーダンスを算出
できるので伝送容量を小さくでき、また、故障点抵抗に
よる誤差もなく精度の高いものが得られる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明のシステム構成の概略図、 第2図は、故障発生時の電力系統の等価回路図、 第3図及び第4図は第2図の電流、電圧成分を描いた
図、 第5図は第2図と故障点を異にした等価回路図、 第6図は第5図の電流、電圧成分を描いた図、 第7図は、従来方式について説明するための故障発生時
の等価回路図である。 図において、(1)…発電機,(2)…母線,(3)…変流器,
(4)…変圧器,(5)…送電線,(6)…分岐点,(12)…受信
器,(13)…送信器,(14)…アンテナ,(100)…保護継電
装置,(110)…電圧入力端子,(111)…電流入力端子,(1
50)…自区間内故障判別結果送受信端子 添字P,Q,R…P端,Q端,R端に設置されているこ
とを示す。 なお図中、同一符合は同一又は相当部分を示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】自端子送電系統の継電器設置点電圧信号、
    自端子送電系統及び他端子の全ての送電系統を流れる電
    流信号を導入し、 上記継電器設置点から自端子送電系統の故障点までの距
    離と故障点抵抗を未知数とし、 自端子送電系統の継電器設置点電圧信号の正弦成分と、 上記継電器設置点から自端子送電系統の故障点までのイ
    ンピーダンスに自端子送電系統の電流信号を乗算して得
    た電圧降下成分の正弦成分及び自端子送電系統の電流信
    号を基準位相とした自端子及び他端子送電系統から各々
    故障点に流れる電流と故障点抵抗を夫々乗算して得た各
    々の電圧降下成分の正弦成分を加算した成分とを等しい
    とする等式、 自端子送電系統の継電器設置点電圧信号の余弦成分と、 上記継電器設置点から自端子送電系統の故障点までのイ
    ンピーダンスに自端子送電系統の電流信号を乗算して得
    た電圧降下成分の余弦成分及び自端子送電系統の電流信
    号を基準位相とした自端子及び他端子送電系統から各々
    故障点に流れる電流と故障点抵抗を夫々乗算して得た各
    々の電圧降下成分の余弦成分を加算した成分とを等しい
    とする等式、 とからなる連立方程式により、上記未知数の故障点まで
    の距離を導出することを特徴とする保護継電装置の故障
    点標定方法。
  2. 【請求項2】自端子送電系統の継電器設置点電圧信号、
    自端子送電系統及び他端子の全ての送電系統を流れる電
    流信号、及び他端子の事故情報を導入し、 上記継電器設置点から故障の発生した他端子送電系統の
    故障点までの距離と故障点抵抗を未知数とし、 自端子送電系統の継電器設置点電圧信号の正弦成分と、 上記継電器設置点から故障点までのインピーダンスに自
    端子送電系統の電流信号を乗算して得た電圧降下成分の
    正弦成分、各端子系統の分岐点から故障点までのインピ
    ーダンスに正常な他端子送電系統の電流信号を乗算して
    得た電圧降下成分の正弦成分、自端子送電系統の電流信
    号を基準位相とした自端子及び他端子送電系統から故障
    点に各々流れる電流と故障点抵抗を夫々乗算して得た各
    々の電圧降下成分の正弦成分を加算した成分とを等しい
    とする等式、 自端子送電系統の継電器設置点電圧信号の余弦成分と、 上記継電器設置点から故障点までのインピーダンスに自
    端子送電系統の電流信号を乗算して得た電圧降下成分の
    余弦成分、上記分岐点から故障点までのインピーダンス
    に正常な他端子送電系統の電流信号を乗算して得た電圧
    降下成分の余弦成分、自端子送電系統の電流信号を基準
    位相とした自端子及び他端子送電系統から故障点に各々
    流れる電流と故障点抵抗を夫々乗算して得た各々の電圧
    降下成分の余弦成分を加算した成分とを等しいとする等
    式、 とからなる連立方程式により、上記未知数の故障点まで
    の距離を導出することを特徴とする保護継電装置の故障
    点標定方法。
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