JPH07109427B2 - 電力系統の事故様相特定装置 - Google Patents
電力系統の事故様相特定装置Info
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- JPH07109427B2 JPH07109427B2 JP7231693A JP7231693A JPH07109427B2 JP H07109427 B2 JPH07109427 B2 JP H07109427B2 JP 7231693 A JP7231693 A JP 7231693A JP 7231693 A JP7231693 A JP 7231693A JP H07109427 B2 JPH07109427 B2 JP H07109427B2
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Description
路の電圧及び電流を用いて、送電線路の端子数、回線
数、計測点に無関係に、故障点の標定を行なう電力系統
の事故様相特定装置に関する。
伴う電力供給の信頼性に対する要請への高まりから、電
力会社では、停電事故の発生を極力回避し、また、ひと
たび事故が発生した場合には、迅速に復旧するための種
々の対策を講じている。
事故様相の特定が復旧時間に大きく影響することから、
故障点を迅速に、かつ、正確に標定する必要があり、例
えば以下に示すような様々な方法が提案されている。
方法。
法。
定する方法。
し、線路にそって検出器の移動を行い、検出される信号
の変化により、故障点を標定するもので、標定精度の良
好なことが特徴である反面、発電地点と需要地点との遠
隔化や都市部での線路の地中化に伴い、この巡視点検に
よる方法は困難となっている。
ージを利用する方式と、標定パルスを線路に送出するパ
ルスレーダー方式に大別され、故障サージを利用する方
式は、故障点と線路端を往復する故障サージの伝播時間
を直接測定する方式と、別に受信装置、計数装置を備え
るものとに分けられる。パルスレーダー方式も標定期間
中に単一のパルスを送出する方式と繰り返しパルスを送
出する方式とに分けられる。この方式では、線路に沿っ
て移動して故障点を標定する方式のように、多くの人
手や時間を必要とせず、しかも精度の高い標定をするこ
とができるが、故障サージの判別やパルスの送出及び判
別に複雑な装置を有するという問題がある。
際の誤差や演算を行なう際の誤差が必然的に存在するた
め、標定精度は他の方式に比べ劣るが、装置の簡便さ及
び保護装置との関連から、近年、の方法、即ち、故障
時の系統の電圧及び電流を用いて標定を行なう方式が注
目を集めている。
圧及び電流検出手段を設置し、その検出手段の測定する
送電線の各相各端子の電圧・電流データと、あらかじめ
設定された送電線路単位長当たりの相互インピーダンス
ZL を定数とし、事故点までの距離K及び事故点抵抗R
1,R2,……R6 を未知数とし、閃絡点をノードとしてキ
ルヒホッフの法則から導出された、例えば以下に示す送
電線路の回路方程式を演算処理装置で解析することによ
り、前記距離K及び事故点抵抗R1,R2,……R6,RE を
算出し、故障点の標定を行なっている。
故障時の電圧と電流とによる標定を演算処理装置により
行なうものでは、デジタルコンピュータ技術の導入によ
り、コストパフォーマンス面からは有利になると考えら
れているが、現状では次の様な問題がある。
と、両線路に事故電流が分流し、故障点の標定精度が低
下する。
電流が少なくなり、標定精度が低下する。
なると、故障電流が分散し、事故点の標定が困難にな
る。
端子以外に接続された発電機や負荷の影響が出て、故障
点の標定精度が低下する。
線の一線地絡事故は地絡電流が少なく、故障点標定が困
難である。
相関関係が強いと考えられるが、この閃絡抵抗の抵抗誤
差が大きいため、原因特定の信頼性が低い。
精度が高く、系統構成が複雑になっても事故点の標定が
行なえ、発電機や負荷により故障点の標定精度の低下を
起こさず、地絡電流が少ない場合でも故障点の標定が容
易に行なえ、原因特定の信頼性の高い、事故様相特定装
置を提供することである。
め、この発明では、電力系統の送電区間の電圧を検出す
る電圧検出手段と、各送電端子ごとの電流を検出する電
流検出手段と、その電流検出手段と電圧検出手段の測定
データに基づいて、 事故区間をキルヒホッフの第1法則
と第2法則とにより、送電線の各相の送端子と受端子電
圧及び電流と、各相の事故点抵抗と、事故相に共通な事
故点抵抗と、各送電線間の相互インピーダンスとを回路
変数として導出した回路方程式と、上記事故区間以外の
健全区間をキルヒホッフの第1法則と第2法則とによ
り、送電線の各相の送端子と受端子電圧及び電流と、各
送電線間の相互インピーダンスとを回路変数として導出
した回路方程式と、 電力系統に接続される発電機と負荷
とを等価回路に置き換えてキルヒホッフの第1法則によ
り導出した回路方程式と、 上記回路方程式中の電流検出
手段CTの測定データの入力される変数と電圧検出手段
PTの測定データ値の入力される変数の関係式と、 事故
区間とその隣接区間の間の電圧が等しいことを与える条
件式と、からなる方程式を解くことにより、電力系統の
事故様相を算出する演算処理装置とからなる構成を採用
したのである。
及び事故地点を事故点閃絡インピーダンスのリアクタン
ス成分が0となることにより算出することや、その際、
上記事故点閃絡インピーダンスのリアクタンス成分を実
験式
求めることにより、事故点地点を算出することもでき
る。
算出によって求められた事故点電圧及び事故点電流によ
り、事故点抵抗を求めることや上記演算処理装置が上記
方程式をマトリックス演算により解析したり、その演算
を上記マトリックスを系統構成に従がって結合して行な
うようにすることもできる。
装置では、演算処理装置が、電力系統の送電区間の電圧
を検出する電圧検出手段と、各送電端子ごとの電流を検
出する電流検出手段の検出する測定データに基づいて、
事故区間をキルヒホッフの第1法則と第2法則とにより
導出した送電区間の事故現象の回路方程式と、上記事故
区間以外の健全区間をキルヒホッフの第1法則と第2法
則とにより、導出した回路方程式と、電力系統に接続さ
れる発電機と負荷とを等価回路に置き換えてキルヒホッ
フの第1法則により導出した回路方程式と、上記回路方
程式の回路変数の内、上記電流検出手段と電圧検出手段
の測定データ値の入力される変数による関係式と、事故
区間の隣接区間の間の電圧が等しいことを与える条件式
との解析を行うことにより、変電所から事故点までの距
離と事故点の抵抗値を算出し、事故様相を特定する。
機と送電線の負荷の振舞を端子電圧と電流との関係式で
表される等価回路で推定し、各ノードブランチにキルヒ
ホッフの第1及び第2法則を適用することによって作ら
れる前記等価回路の方程式を条件式として同時に解析す
ることにより、少ない情報から複雑な事故を特定し、標
定の算出誤差の減少を図る。その際、上記回路方程式で
は、送電線の両端電圧を、区間毎に個別の変数として扱
っており、事故区間とその隣接区間の間の電圧が等しい
ことを与える条件式は、区間接続のために、隣接区間の
電圧が等しいという条件を与えて方程式の解法ができる
ようにする。
検出手段CTの測定データの入力される変数と電圧検出
手段PTの測定データ値の入力される変数の関係式は、
上記回路方程式の変数のうち、計測できる測定データを
等号で結んで作った方程式で、この関係式を用いること
によって方程式の解法ができるようにする。 さらに、事
故区間以外の送電区間の回路方程式を同時に解析するこ
とにより、事故区間以外の区間の電流・電圧検出手段が
反映する事故情報を解法データとして用いることができ
るようにして、標定時の算出誤差の減少を図れるように
する。
のリアクタンス成分が0になることにより、算出するよ
うにしたものでは、短絡あるいは、地絡状態にある事故
点のインピーダンスZf は、 Zf =Vf /If で示され、虚数部が0であると推定されることから、逆
に、この事故点のインピーダンスのリアクタンス成分の
0となる送電区間及び事故点距離を算出することによ
り、事故様相を特定する。
り、事故点及び事故点距離を算出するようにしたもので
は、Kとリアクタンス成分Xf の関係が、三次展開され
た実験式 Xf =aK3 +bK2 +cK+d で近似できることから、この方程式を解法し、Xf =0
となる根を求める。
算出によって求められた事故点電圧及び事故点電流によ
り、事故点抵抗を求めることとしたものでは、その求め
られた事故点抵抗は、逐次入力される電流及び電圧検出
手段からの測定値によって算出されることから、その算
出された事故点抵抗の変化から事故原因を推定するため
の時系列データを得ることができる。
り行なうものでは、多項式である上記回路方程式の解が
容易に求められる。
て結合することにより行なうものでは、マトリックスの
結合により、事故区間以外の未知数を含むマトリックス
を縮約し、コンパクトなマトリックスに変換して演算の
高速化を図る。
明する。
交流並行2回線3端子系統に用いた場合の一実施例を示
すシステム構成図を示したものである。1L、2Lは1
号、2号送電線で各々単線で示しているが、それぞれ3
相3線引きによって構成されている。
続点までを区間NSと呼び、図1は3区間NS1〜3で
構成されており、本実施例では、この亘長上において、
短絡・地絡などの事故が発生したときに、事故区間と事
故点及び事故点抵抗を算出する。
荷Lが接続され、送電線1L、2Lの引出口には各相ご
とにしゃ断器CBが設置されている。CTは変流器、P
Tは変成器であり、それぞれ電流検出手段、電圧検出手
段として送電区間NS1〜3の情報を取り込むためのも
のである。本実施例では、PT、CTは区間1(NS
1)の母線1側の電圧及び電流情報を時系列データとし
て端末機100へ入力する。
流信号をデジタル量に変換し記憶する機能をもつ信号入
力部110と、信号の伝送ができる伝送部120とから
構成されている。200は、中央処理装置で、前記端末
100からの信号受信装置210とその受信装置210
の受信する前記PT、CTの検出した母線1電圧と送電
線1L、2Lの電流のサンプリングデータから事故点の
位置及び事故点抵抗を算出する演算処理装置220と、
事故特定結果を出力する表示記憶装置230からなって
いる。
り、次に、演算処理装置220が事故点の位置及び事故
点抵抗を算出し、標定を行なう際の演算方法を、図2に
従って説明する。
ヒホッフの第1及び第2法則を使って区間ごとに多相事
故の一般式を作り、その一般式と発電機G、その他の事
故時の一般式とをマトリックス合成し、その合成された
マトリックスを解析し、それらの情報によって事故点と
事故点抵抗を精度を向上させたマトリックス演算により
算出する。以下、これらのことについて詳細に説明する
こととする。
式化(300)について述べる。
示したものである。1号送電線1L、2号送電線2Lに
またがる事故が発生するので、相をNO1〜NO6によ
り表示してある。また、送電線の送端子及び受端子の電
圧、電流にそれぞれ添字S、Rを付け表示してある。K
は事故点までの距離で全長を1とおいた割合によって示
してあり、S端子至近端事故のときK=0である。R1
〜R6は各相の事故点抵抗であり、RE は事故相に共通
な事故点抵抗である。Zijは図4(a)に示すように送
電線1L、2Lの相互インピーダンスであり、図4
(b)に示すように送電線1L、2Lの各相ごとの架線
状態に応じてあらかじめ、インピーダンステーブルが決
められており、その値が代入されるようになっている。
係をキルヒホッフの第1及び第2法則を用いて定式化す
ると(1)〜(4)式となる。ここで変数V、I、Zij
は複素数でKは実数である。
し(301)、更にIs 、IR 部分を単位行列化すると
(5)式となる。
リックスである。
送電線の対地アドミツタンスをY(i) とすると、(6)
式となり、
ックス表現すると(7)式となる。
あとのVs 、VR の要素マトリックスである。また、
(7)式は区間毎に作成されるものである。
の第1法則を適用してノード方程式を立てて、事故前の
端末機100の検出値あるいは推定値を使って等価回路
を定式化する(302)。この定式化(302)は、図
5で発電機出力と負荷の値がそれぞれベクトルWG 、W
L で与えられ、片端の電圧、電流がベクトルVM 、
I1 、I2 で計測された場合、遠隔端子のノード電圧は
潮流計算で求めることができる。さらに、この電圧と前
記ベクトルWL 、WG から、負荷Lと発電機Gの等価回
路を次のように求めることができる。
ように3相対称内部誘起電圧ベクトルEa 、Eb 、Ec
と直列インピーダンスZG で表すと、発電機端子電圧ベ
クトルVa 、Vb 、Vc と電流ベクトルIa 、Ib 、I
c の関係は(8)式の通りとなる。
20°の位相差があるものとし、また、事故前の発電機
出力がWG =PG +jQG であること。発電機Gの至近
端事故での故障電流IGFが
ダンスZG と等価内部誘起電圧Eとを求めると(9)
(10)式となる。
値を、三相対象座標法での基準相Ea とした場合、他の
相の値Eb 、Ec はこれをそれぞれ120°、240°
おくれさせたものとして求めることができる。また、こ
うして求めたEa 、Eb 、Ec の値は(8)式に対応す
る。
うに定インピーダンス特性として定式化する。潮流計算
で負荷端子の電圧をVL (=Va )とし事故前の負荷を
WL(PL +jQL )とすると
タンスを求めることができる。さらに、負荷端子の電圧
と電流の関係は(12)式で表すことができる。
各ノード(1〜5)にキルヒホッフの第1法則を適用し
て一般化し(303)、マトリックス表示を行なうと
(13)式のようになる。
(10)、(11)式で求めた等価回路の定数である。
2Lは、送電線の分岐点あるいは電気所の母線1、2で
他の送電線1L、2Lと結合される。一方、図3の等価
回路で、送電線1L、2Lの両端電圧は、区間NS=1
〜3毎に個別の変数として扱っているので、区間NS=
1〜3の接続のためには隣接区間の電圧が等しくなけれ
ばならず、そのことを(14)式で表す(304)。
の片端の電流は、CTで計測され既知となるので、これ
を定式化すると、マトリックスは(15)式となる(3
05)。
(13)、(14)、(15)式を合成したマトリック
スは(16)式の様になる。これが系統の事故現象と計
測値を表す、全ての方程式である(306)。
は、演算処理装置220にプログラミングされ、PT、
CTから入力される電圧、電流データをパラメータとし
て解析される。
SFと事故点の位置Kによって内容が相違する。また、
方程式(16)は変数同士の乗算があり一度では解けな
い。
(307)について説明する。
常の解法手法では、解を得るのは困難であるが、事故点
の位置Kが与えられれば方程式(16)は容易に解ける
わけである。そこで、事故区間NSFと事故点Kに適当
な値を代入することによって、数学的にV、Iを求め、
それが物理的現象として最も確からしいことを判定でき
れば解が求まったことになる。
し、(16)式からVS 、VR 、If を求め、これを
(1)式に代入すると、事故点電圧Vf が求まる。ま
た、事故点の閃絡インピーダンスはZf =Vf /If で
推定できる。この事故点の閃絡抵抗は、事故原因によっ
て様々な値をとるが、Zf の虚数部である閃絡リアクタ
ンスは、ほとんど零である。ここに着目し、事故点の閃
絡リアクタンスXf が零であるようなNSF、Kを見つ
ければ、それが求めようとする解である。実際KとjX
の関係を演算によるシュミレーション結果例で示すと、
図8のとおりである。事故点に近くなるとjXが減少
し、過ぎるとjXの符号が反転するのでKを特定するこ
とができる。
シュミレーション例では、自区間外に事故があればKは
0〜1.0の範囲を越えた値となる。
SFと事故点の位置Kは線形方程式となり解は容易に求
まるが、演算時間を短縮するため、マトリックスを縮約
する必要がある(308)。
IS 、IR を消去するため対角化行列に変換して(1
7)式を求め、
程式を解くと、
行なわれる。
は、(18)式の左辺マトリックスD2の逆マトリックス
D2 -1を作り、右辺の定数マトリックスに掛け、EG ,
PT,CTの値を代入すると、(18)式が解ける。こ
こで、D2 -1ならびにB2 は事故前潮流状態が与えられ
れば一義的に決まるものである。従って、NSF、Kに
対するD2 -1,B2 を計算して記憶させておき、PT,
CTの計測値が与えられたときに演算し、事故点閃絡イ
ンピーダンスを求めることができる。
前述のマトリックス演算でVS 、VR 、If が求まる
が、事故区間NS=1〜3は、3区間をすべて繰り返し
計算することによって求める。そのときのKの仮想値
は、あらかじめ決められた、例えば表1に示すテーブル
の値を使用することとする。
F(NW) は、
ピーダンスZf(NW) は、 Zf(NW) =Vf(NW) /If(NW) …… (21) (21)式から求められる。
定しており、Kと事故点閃絡リアクタンスXf の関係を
三次の実験式(22) Xf =aK3 +bK2 +CK+d …… (22) により近似し、その、Xf =0となる根Kをニュートン
法で求める。
K≦1.5の範囲のものを信憑性があるとしてその平均
をとり区間の解を求める。同時に、この解に対するjX
の誤差を記憶し、想定事故区間NSFの計算がすべてく
り返されたあと、誤差の小さいものを事故区間と判定す
る。
が特定されると、次に事故点抵抗R1 〜R6 、RE の時
系列計算法(311)によって、事故点抵抗の時系列変
化を求め事故原因を推定する。事故点抵抗の時間的変化
はPT、CTからの入力変化となって現れるため、(1
9)式にPT、CTの計測値を代入し、VS 、VR、I
f を求め、更に、各時間断面のVf(NW) 、If(NW) を求
めることにより算出することができる。
法則を適用すると(21)式が得られ、これに
Vf(NW) 、If(NW) を代入した方程式(23)式を、
ここでU7 は地絡事故でない場合の仮想の電源で、地絡
時は零の値をとるものである。
上述のような演算処理を行い、事故区間NSFと事故地
点K、更に各線の事故点抵抗の時間的推移が求められる
と、その結果を、出力表示装置230で画面に表示し、
ラインプリンタへ出力して、フロッピーディスクへ記録
する。
所、給電所等の有人事業所に設置され電気所端末装置は
電気所側に複数設置されるので、中央処理装置200は
事故毎に特定対象を選択して使用される。
発電機や負荷また、事故区間以外のデータを事故様相の
特定の際用いることによって標定精度を高め、故障電流
が小さな多相事故や、閃絡抵抗が大きな故障点の標定も
高精度に行なうことができる。さらに、発電機や負荷の
影響も折り込み済のため、事前潮流の大きな送電線の検
出にも使用できる。また、事故点抵抗の時系列計算も行
なえるため、閃絡抵抗と相関関係の強い事故原因の特定
も可能となる。
うに構成し、片端子の時系列データを用いて演算処理す
るものであるが、事故時の系統状態を把握することによ
ってキルヒホッフの第1、第2法則を適用して方程式の
数を増やし、多端子送電線や2回線にまたがるような複
雑な事故をも特定できるようにしている。また非線形連
立方程式の解法としてシュミレーション手法を適用し、
送電線の全区間の中から最も確からしい事故地点を検出
しているので、従来の方式で特定不能となった重負荷送
電線の遠端事故や高抵抗地絡事故などにも適用できる。
以上の機能向上により、電力系統における停電事故復旧
の迅速化、保守の省力化さらには従来捕捉出来なかった
不明事故の原因を把握し、設備上弱い箇所への設備補強
対策を的確に行なうことができる。
ステム構成図
地充電容量を示す模式図、(b)はインピーダンスマト
リックス
用図
クタンス成分との作用図
ための等価回路
Claims (6)
- 【請求項1】 電力系統の送電区間の電圧を検出する電
圧検出手段PTと、各送電端子ごとの電流を検出する電
流検出手段CTと、その電流検出手段CTと電圧検出手
段PTの測定データに基づいて、事故区間NSFをキルヒホッフの第1法則と第2法則と
により、送電線の各相の送端子と受端子電圧VS(i),V
R(i)及び電流IS(i),IR(i)と、各相の事故点抵抗Ri
と、事故相に共通な事故点抵抗RE と、各送電線間の相
互インピーダンスZijとを回路変数として導出した回路
方程式と、 上記事故区間NSF以外の健全区間をキルヒホッフの第
1法則と第2法則とにより、送電線の各相の送端子と受
端子電圧VS(i),VR(i)及び電流IS(i),IR(i)と、各
送電線間の相互インピーダンスZijとを回路変数として
導出した回路方程式と、 電力系統に接続される発電機Gと負荷Lとを等価回路に
置き換えてキルヒホッフの第1法則により導出した回路
方程式と、 上記回路方程式中の電流検出手段CTの測定データの入
力される変数と電圧検出手段PTの測定データ値の入力
される変数の関係式と、 事故区間NSFとその隣接区間の間の電圧が等しいこと
を与える条件式と、からなる方程式を解くことにより、
電力系統の事故様相を算出する演算処理装置100とか
らなる電力系統の事故様相特定装置。 - 【請求項2】 上記事故区間NSF及び事故地点Kを事
故点閃絡インピーダンスZf のリアクタンス成分Xf が
0となることにより算出することを特徴とする請求項1
に記載の電力系統の事故様相特定装置。 - 【請求項3】 上記事故点閃絡インピーダンスZf のリ
アクタンス成分Xfを実験式 【数1】 より求め、その展開式のXf =0なるKを求めることに
より、事故点閃絡インピ ーダンスZf を算出することを
特徴する請求項2記載の電力系統の事故様相特定装置。 - 【請求項4】 請求項2または3記載の電力系統の事故
様相特定装置において、事故区間NSF及び事故点Kの
算出後、その算出によって求められた事故点電圧VF 及
び事故点電流If により、事故点抵抗RE を求めること
を特徴とする電力系統の事故様相特定装置。 - 【請求項5】 上記演算処理装置100が上記方程式を
マトリックス演算により解析することを特徴とする請求
項1乃至3に記載の電力系統の事故様相特定装置。 - 【請求項6】 上記演算処理装置100が上記回路方程
式のマトリックスを系統構成に従って結合し、マトリッ
クス演算を行なうことを特徴とする請求項5に記載の電
力系統の事故様相特定装置。
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JP7231693A JPH07109427B2 (ja) | 1993-03-30 | 1993-03-30 | 電力系統の事故様相特定装置 |
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