JPH0758308B2 - ３端子送電系統における故障点標定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【発明の属する技術分野】

本発明は３端子の送電系統において電力供給信頼度確保
のために、送電線に発生した故障位置を送電線各端にお
いて検出された故障後の各相の電圧量，電流量をもとに
標定することで故障復旧の迅速化を図った故障点標定方
式に関する。

【従来技術とその問題点】

第５図に示すように３つの電気所A,B,Cが各端子にある
系統において故障が発生した場合、Ａ端子,B端子または
Ｃ端子から故障点Ｆまでの距離を知ることは、それに引
き続く不良箇所の修復作業のために必要であり、不可欠
なものである。このために、従来よりサージ受信方式、
パルスレーダ方式の他に特殊な装置を必要としないもの
として、系統の故障時の電圧、電流を用いてインピーダ
ンスを計測し、故障点を求める方式がある。 今、故障時の状態として第６図に示すものを想定する
と、故障点Ｆにはアーク等による故障点抵抗R_Fが存在す
る。なお、以下の説明において電気量はすべてことわら
ない限りベクトル量を示している。第６図では故障点Ｆ
には各端子A,B,Cから流入する故障電流I^A,I^B,I^Cが流れ
ることになる。ここで、Ａ端子における電圧，電流の関
係を式で表わせば、 V^A=Z_A・I^A+R_F(I^A+I^B+I^C) ……（１） となる。但し、Z_AはＡ端子から故障点Ｆまでのインピー
ダンスを示している。この（１）式よりＡ端子からみた
故障時の系統インピーダンスＺは、 となり、インピーダンスZ_Aのほかに の項が入ってきて誤差を含むことになる。 が純抵抗分であれば故障点抵抗R_Fのリアクタンス分のみ
を分離することにより故障点Ｆまでの距離はリアクタン
スが距離に比例するところから計測できることになる
が、 にはI^B,I^Cが含まれるためＢ端子,C端子側のインピーダ
ンス構成がＡ端子側と異なれば抵抗分としての扱いはで
きなくなり誤差を生じることになる。実際の場合には
I^A,I^B,I^Cの位相が一致することはまずあり得ず、誤差分
の補正は困難である。 上記（２）式の第２項のような誤差を生じない方式とし
て特開昭58-208675号公報が提案されている。この方式
は第５図に示すようにＡ端子,B端子,C端子に端末装置A
1,B1,C1を設け、この端末装置A1,B1,C1で測定した電圧
量、電流量をデータとして中央装置Ｄに伝送し、中央装
置Ｄにおいて各端子からのデータを用いて所定の標定演
算式によりベクトル演算にて故障点位置を標定するもの
である。しかし、この方式は対称座標法により標定演算
式を得ているため、各相が同一条件であることを前提と
している。ところが、実際の送電系統では各相が同一条
件であることはありえないため、実際の送電系統に適用
する場合に高い標定精度が要求されると不充分な場合が
ある。

【発明の目的】

本発明は以上に鑑み、前述の（２）式における第２項の
ような誤差を生じない計測方式による故障点標定方式を
更に標定精度を上げ、かつ標定演算式のパラメータを変
えることで故障種別、故障相により標定演算式を変える
ことなく標定を行えるようにした３端子送電系統におけ
る故障点標定方式を提供することを目的とする。

【発明の要点】

本発明の要点は、３端子よりなる送電系統において、各
端子A,B,Cに設置した端末装置により各端子の電圧、電
流をサンプリングし、各端末装置でサンプリングされた
電圧データV_a ^A,V_a ^B,V_a ^C，電流データI_a ^A,I_a ^B,I_a ^Cを１箇
所に収集して各電圧データ，電流データの同期をとった
のち、各電流による各端子A,B,Cから故障点までの送電
系統の単位長さ当たりの電圧降下分V_aa ^A,V_aa ^B,V_aa ^Cをそ
れぞれ求め、これらの電圧降下分V_aa ^A,V_aa ^B,V_aa ^Cと、各
電圧データV_a ^A,V_a ^B,V_a ^Cと、各端子A,B,Cと分岐Ｐ間の距
離L^A,L^B,L^Cとを用いて故障が各端子と分岐Ｐとにより区
分される何れの区間に発生したかを判別したのち、故障
が発生したと判別された故障区間の端子Ａからの故障点
までの距離αL^Aを、 にて算出するようにした点にある。

【発明の実施例】

第２図は３端子系１回線における非対称三相回路の各相
の単位長さ当たりの等価回路を示しており、Z_aa,Z_bb,Z
_ccは単位長さ当たりの各相自己インピーダンス、Z_ab,Z
_bc,Z_caはab相間,bc相間,ca相間の単位長さ当たりの回線
内相互インピーダンスを示している。ここで、Ａ端子,B
端子,C端子で計測されるa,b,c相に流れる電流をI_a ^A,
I_b ^A,I_c ^A,I_a ^B,I_b ^B,I_c ^B,I_a ^C,I_b ^C,I_c ^Cとすると、各電流に
よるＡ端子,B端子およびＣ端子から故障点までの各相の
単位長さ当たりの各電圧降下分はそれぞれ次のように表
わすことができる。 ここで、ａ相１線地絡故障を想定し、故障点抵抗をR_Fと
すると、その時の等価回路図は第１図に示すようにな
る。但し、Ａ端子〜分岐Ｐ間の距離をL^A,B端子〜分岐Ｐ
間の距離をL^B,C端子〜分岐Ｐ間の距離をL^Cとし、故障点
はＡ端子と分岐Ｐとの間であり、Ａ端子よりαL^Aの距離
（但し０＜α＜１）としている。したがって、故障点Ｆ
とＡ端子，分岐Ｐまでの距離αL^A，（１−α）L^AはＡ端
子，分岐Ｐから故障点Ｆまでの電圧降下分を単位長さ当
たりの電圧降下分によって除算することにより求めるこ
とができる。ここで、分岐Ｐの電位V_a ^PはＢ端子もしく
はＣ端子から分岐Ｐまでの電圧降下を考えることで求め
ることができる。故障点Ｆにおけるａ相電圧V_a ^Fは故障
点抵抗R_FによりV_a ^F=R_F(I_a ^A+I_a ^B+I_a ^C)となるので、Ａ端
子を測定点とすると、 V_a ^A−αL^AV_aa ^A=V_a ^F=R_F(I_a ^A+I_a ^B+I_a ^C) ……（６） 分岐Ｐを測定点とすると、 V_a ^P−（１−α）L^AV_aa ^P=V_a ^F=R_F(I_a ^A+I_a ^B+I_a ^C) ……
（７） が成立する。但し、V_a ^P=V_a ^B-L^BV_aa ^B=V_a ^C-L^CV_aa ^C，V_aa ^P=
V_aa ^B+V_aa ^Cである。 ここで、故障点抵抗R_F＝０の場合には（６），（７）式
の右辺が“0"となるので、Ａ端子，分岐Ｐから故障点Ｆ
までの距離αL^A，（１−α）L^Aの標定演算式はそれぞれ
次式のように表わすことができる。 これに対して故障点抵抗R_Fが存在するときには、この抵
抗R_Fは測定できないため、（６），（７）式を用いてR_F
を消去することでＡ端子，分岐Ｐから故障点Ｆまでの距
離αL^A，（１−α）L^Aの標定演算式を求めると、それぞ
れ次式のように表わすことができる。 （８）〜（11）式に用いられている各値は、A,B,C端子
で測定された電圧、電流値あるいはこれらから求めるこ
とのできる値であるので、A,B,C端子で測定された電
圧、電流値を１ヵ所に集めて同期をとって使用すること
により故障点の標定を行なうことができる。 ｂ相、ｃ相の１線地絡故障の場合も同様にして標定演算
式を求めることができる。故障点抵抗R_Fが存在する場合
のｂ相１線地絡故障時のＡ端子および分岐Ｐから故障点
Ｆまでの距離αL^A，（１−α）L^Aの標定演算式は次式の
ように表わすことができる。 同様にして、故障点抵抗R_Fが存在する場合のｃ相１線地
絡故障時のＡ端子および分岐Ｐから故障点Ｆまでの距離
αL^A，（１−α）L^Aの標定演算式は次式のように表わす
ことができる。 このように各標定式（10）〜（15）の形は同形であり、
パラメータを変えるだけで各相の故障点の標定を行なう
ことができる。同様にしてＢ端子〜分岐Ｐまでの故障、
Ｃ端子〜分岐Ｐまでの故障の標定式も表わすことができ
る。 ３相短絡時には（10），（12），（14）式の標定値およ
び（11），（13），（15）式の標定値がそれぞれ等しく
なる。また、２線短絡や２線地絡時には（10），（1
2），（14）式および（11），（13），（15）式のうち
の故障相の２相の標定値が等しくなる。１線地絡時は故
障相の標定式を用いれば良い。つまり、故障種別により
異なった標定式を用いる必要はなく故障相の標定式を用
いれば各種の故障が標定できる。３相短絡または２線短
絡，地絡の場合には故障相の平均値を用いることもでき
る。 以上に説明した標定式を適用するにあたっては故障相を
判定する必要があるが、故障相は各端子で計測された電
流の和を計算することにより容易に知ることができる。
例えば、ａ相１線地絡の場合には、 となり、健全相のｂ相,c相の和は零となるが、故障相の
ａ相は零とならないことにより故障相を知ることができ
る。さらに、（16）式の条件に零相電圧、零相電流の有
無をみることで短絡、地絡の区別をつけることができ
る。 また、前述の標定式を適用するためには故障点が各端子
と分岐とで形成される区間のどこに存在するかを知る必
要がある。そこで、以下に故障点が存在する区間の判別
方法について２つの実施例を説明する。

【区間判別方法−その１】 Ａ端子〜Ｂ端子間（以下においてはAB間と呼ぶ）、Ｂ端
子〜Ｃ端子間（以下においてはBC間と呼ぶ）、Ｃ端子〜
Ａ端子間（以下においてはCA間と呼ぶ）について２端子
と想定して２端子の場合の故障点標定式を適用してその
演算結果により故障区間を判別する。この２端子の場合
の故障点標定式は本願出願人が先に出願した特願昭61-9
3070号「故障点標定方式」において説明がなされている
ので、詳細な説明は省略するが、ａ相故障に対する各区
間の標定式は次のように求めることができる。 A,B端子から故障点Ｆまでの距離αL^AB，（１−α）L^AB
の標定演算式を求めると、それぞれ次式のように表わす
ことができる。 （17）式に用いられている各値は、A,B端子で測定され
た電圧、電流データあるいはこれらから求めることので
きる値であるので、A,B端子で測定された電圧、電流値
を１ヵ所に集めて同期をとって使用することにより故障
点の標定を行なうことができる。 BC間の標定式はBC間の距離をL^BCとすると、（17）式と
同様に次のように表わすことができる。 CA間の標定式はCA間の距離をL^CAとすると、（17）式と
同様に次のように表わすことができる。 各区間について（17）〜（19）式により故障点標定を行
なった場合に故障が存在する区間の判別を次の条件によ
り行なう。 （イ） Ａ端子と分岐Ｐとの間の故障判定条件 （17），（19）式による標定結果がＡ端子と分岐Ｐとの
間の故障を示し、かつ（18）式による標定結果が分岐Ｐ
の故障を示す。 （ロ） Ｂ端子と分岐Ｐとの間の故障判定条件 （17），（18）式による標定結果がＢ端子と分岐Ｐとの
間の故障を示し、かつ（19）式による標定結果が分岐Ｐ
の故障を示す。 （ハ） Ｃ端子と分岐Ｐとの間の故障判定条件 （18），（19）式による標定結果がＣ端子と分岐Ｐとの
間の故障を示し、かつ（17）式による標定結果が分岐Ｐ
の故障を示す。 （イ）〜（ハ）に示すように、故障が発生した区間を含
まない２端子系の標定式による標定結果は分岐Ｐの故障
と標定することを利用して故障区間を判別することがで
きる。

【区間判別方法−その２】 ａ相について考えた場合、各端子から見た分岐Ｐの電位
V_a ^Pは次のようにして表わされる。なお、各端子から分
岐Ｐまでの距離をL^AP,L^BP,L^CPとして示す。 （Ａ端子から）V_a ^P=V_a ^A-L^APV_aa ^A ……（20） （Ｂ端子から）V_a ^P=V_a ^B-L^BPV_aa ^B ……（21） （Ｃ端子から）V_a ^P=V_a ^C-L^CPV_aa ^C ……（22） 故障がない健全時には（20）式＝（21）式＝（22）式と
なる。故障が存在する区間の判別は（20）〜（22）式を
用いて次の条件により行なわれる。 （イ） Ａ端子と分岐Ｐとの間の故障判定条件 各端子からみた故障点Ｆの電位が等しいことにより、故
障相ａ相の故障点の電位をV_a ^Fとすると、 （Ａ端子から） V_a ^F=V_a ^A−αL^APV_aa ^A ……（23） （Ｂ端子から） V_a ^F=V_a ^B-L^BPV_aa ^B−（１−α）L^AP(V_aa ^B+V_aa ^C) ……（2
4） （Ｃ端子から） V_a ^F=V_a ^C-L^BPV_aa ^C−（１−α）L^AP(V_aa ^B+V_aa ^C) ……（2
5） が成立する。これにより、（24），（25）式より、 V_a ^B-L^BPV_aa ^B−（１−α）L^AP(V_aa ^B+V_aa ^C) =V_a ^C-L^BPV_aa ^C−（１−α）L^AP(V_aa ^B+V_aa ^C) ∴ V_a ^B-L^BPV_aa ^B=V_a ^C-L^CPV_aa ^C ……（26） が成立する。また、（23），（24）式より、 V_a ^A−αL^APV_aa ^A =V_a ^B-L^BPV_aa ^B−（１−α）L^AP(V_aa ^B+V_aa ^C) ∴ V_a ^A-L^APV_aa ^A =V_a ^B-L^BPV_aa ^B−（１−α）L^AP(V_aa ^A+V_aa ^B+V_aa ^C) ０＜α＜１であるので、 ∴V_a ^A−αL^APV_aa ^A≠V_a ^B-L^BPV_aa ^B ……（27） が成立する。したがって、（26）、（27）式より明らか
なように、（20）、（21）、（22）式により求めた分岐
Ｐの電位を比較して（20）式≠（21）式＝（22）式とな
ればＡ端子と分岐Ｐとの間の故障と判定する。 （ロ） Ｂ端子と分岐Ｐとの間の故障判定条件 （イ）と同様に考えることにより、 V_a ^B-L^BPV_aa ^B≠V_a ^A-L^APV_aa ^A =V_a ^C-L^CPV_aa ^C ……（28） が成立する。したがって、（21）式≠（20）式＝（22）
式となればＢ端子と分岐Ｐとの間の故障と判定される。 （ハ） Ｃ端子と分岐Ｐとの間の故障判定条件 （イ）と同様に考えることにより、 V_a ^C-L^CPV_aa ^C≠V_a ^A-L^APV_aa ^A =V_a ^B-L^BPV_aa ^B ……（29） が成立する。したがって、（22）式≠（21）式＝（20）
式となればＣ端子と分岐Ｐとの間の故障と判定される。 このように（20）〜（22）式の値を比較することにより
故障区間を判別することができる。 以上に説明したように、本発明によれば測定した各相電
圧に基づいて、まず故障区間を判別し、次にこの故障区
間に該当する端子と分岐Ｐとの間の故障点標定式を用い
て標定を行なう。 以上の説明では３端子系１回線について述べたが、３端
子系平行２回線においても同様に取扱うことができる。 第３図は３端子系平行２回線における非対称三相回線の
ａ相に関する単位長さ当たりの等価回路図を示してい
る。図においてZ_aa,Z_bb,Z_ccは1L回線の単位長さ当たり
の各相自己インピーダンス、Z_ab,Z_caは1L回線のab相
間、ca相間の単位長さ当たりの相互インピーダンス、Z
_aa′，Z_ab′，Z_ca′は1L回線のａ相と2L回線の各相との
回線間インピーダンスを示している。なお、ここでは1L
回線のａ相故障について説明するため他の相の相互イン
ピーダンス、回線間相互インピーダンスは省略されてい
る。 ここで、A,B,C端子で測定される1L回線,2L回線のa,b,c
相に流れる電流をそれぞれ、I_a ^A,I_b ^A,I_c ^A,I_a ^B,I_b ^B,I_c ^B,
I_a ^C,I_b ^C,I_c ^C,I_2a ^A,I_2b ^A,I_2c ^A,I_2a ^B,I_2b ^B,I_2c ^B,I_2a ^C,I_2b
^C,I_2c ^Cとすると各電流によるＡ端子,B端子およびＣ端子
から故障点Ｆまでの1L回線ａ相の単位長さ当たりの電圧
降下分V_aa′^A，V_aa′^B，V_aa′^Cはそれぞれ次のように表
わすことができる。 なお、他相についても同様に表わすことができる。 ここで、区間AP間のａ相１線地絡故障を想定し、故障点
抵抗をR_Fとすると、前述の３端子系１回線と同様にし
て、各標定演算式は次のように表わすことができる。 まず、故障点抵抗R_F＝０のばあいには、Ａ端子および分
岐Ｐから故障点Ｆまでの距離αL^A，（１−α）L^Aの標定
演算式は（８），（９）式と同様にして次式のように表
わすことができる。 また、故障点抵抗R_Fが存在する場合には、Ａ端子および
分岐Ｐから故障点Ｆまでの距離αL^A，（１−α）L^Aの標
定演算式は（10），（11）式と同様にして次式のように
表わすことができる。 同様にしてｂ相、ｃ相についても、（30）式と同様にし
て単位長さ当たりの電圧降下分を求めて（31）〜（34）
式の電圧降下分V_aa′^A，V_aa′^B，V_aa′^Cに置きかえて適
用することにより標定を行なうことができる。 また、１線地絡故障でなく２線短絡、地絡の場合も本発
明によれば各相の測定端子から故障点までの電圧低下を
考え、各端子からの電圧降下が故障点で等しくなること
により標定を行なっているため、各故障相毎の標定演算
式を適用することにより標定を行なうことができる。例
えば第４図に示すようにa,b相の２線短絡を考えると、
ａ相については各端子からの電圧降下が故障点Ｆで等し
くなるので（33），（34）式で標定を行なうことがで
き、ｂ相についても同様に標定することができる。この
とき、各標定演算式は同じ故障点を標定することにな
る。３相短絡の場合にもａ相,b相,c相毎に標定を行なう
ことによりそれぞれの標定演算式が同じ故障点を標定す
ることになる。したがって、２線短絡、地絡、３相短絡
の場合は標定結果が複雑になるのでそれらを個々に表示
することもできるし、平均をとることもできる。

【発明の効果】

本発明によれば、各相の測定端子から故障点までの電圧
降下を考え、演算により故障発生区間を判別し、各端子
からの電圧降下が故障点で等しくなることを利用して標
定演算を行なうようにし、かつ電圧降下に系統の各相の
自己インピーダンス、回線内相互インピーダンス、回線
間相互インピーダンスを使用するように構成したことに
より、従来のように誤差が生じることはなく、しかも標
定演算式のパラメータを変えることで故障種別、故障相
により別の標定演算式を用いることなく標定を行なうこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はａ相１線地絡故障時の等価回路図、第２図は３
端子系１回線における非対称三相回路の各相の単位長さ
当たりの等価回路図、第３図は３端子系平行２回線にお
ける非対称三相回路の各相の単位長さ当たりの等価回路
図、第４図はａ・ｂ相の２線短絡故障の説明図、第５図
は３端子送電系統の構成図、第６図は３端子送電系統に
おける故障時の状態説明図である。 A1,B1,C1……端末装置、Ｄ……中央装置、Z_aa,Z_bb,Z_cc
……自己インピーダンス、Z_ab,Z_bc,Z_ca……回線内相互
インピーダンス、Z_aa′，Z_ab′，Z_ca′……回線間相互
インピーダンス、L^A……Ａ端子〜分岐Ｐ間距離、L^B……
Ｂ端子〜分岐Ｐ間距離、L^C……Ｃ端子〜分岐Ｐ間距離。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 満雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 成田 茂 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】３端子よりなる送電系統において、各端子
   A,B,Cに設置した端末装置により各端子の電圧、電流を
   サンプリングし、各端末装置でサンプリングされた電圧
   データV_a ^A,V_a ^B,V_a ^C，電流データI_a ^A,I_a ^B,I_a ^Cを１箇所に
   収集して各電圧データ，電流データの同期をとったの
   ち、各電流による各端子A,B,Cから故障点までの送電系
   統の単位長さ当たりの電圧降下分V_aa ^A,V_aa ^B,V_aa ^Cをそれ
   ぞれ求め、これらの電圧降下分V_aa ^A,V_aa ^B,V_aa ^Cと、各電
   圧データV_a ^A,V_a ^B,V_a ^Cと、各端子A,B,Cと分岐Ｐ間の距離
   L^A,L^B,L^Cとを用いて故障が各端子と分岐Ｐとにより区分
   される何れの区間に発生したかを判別したのち、 故障が発生したと判別された故障区間の端子Ａからの故
   障点までの距離αL^Aを、 にて算出することを特徴とする３端子送電系統における
   故障点標定方式。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項に記載の故障点標定
   方式において、送電系統を１回線運用とし、単位長さ当
   たりの電圧降下分の算出に送電線の自己インピーダンス
   と回線内相互インピーダンスとを用いたことを特徴とす
   る３端子送電系統における故障点標定方式。
3. 【請求項３】特許請求の範囲第１項に記載の故障点標定
   方式において、送電系統を平行２回線運用とし、単位長
   さ当たりの電圧降下分の算出に送電線の自己インピーダ
   ンスと回線内相互インピーダンスと回線間相互インピー
   ダンスとを用いたことを特徴とする３端子送電系統にお
   ける故障点標定方式。
4. 【請求項４】特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか
   の項に記載の故障点標定方式において、３端子から各２
   端子をそれぞれ選択し、この選択された２端子について
   ２端子系統と想定して２端子の場合の故障点標定演算式
   を適用してそれぞれの標定演算を行い、故障点を含まな
   い区間の２端子の標定演算結果が分岐の故障を示すこと
   に基づいて故障区間を判別することを特徴とする３端子
   送電系統における故障点標定方式。
5. 【請求項５】特許請求の範囲第１項乃至第３項の何れか
   の項に記載の故障点標定方式において、端子A,B,Cから
   みた分岐Ｐの電位V_a ^Pを次の演算式にてそれぞれ演算
   し、 端子ＡからV_a ^P=V_a ^A-L^A・V_aa ^A 端子ＢからV_a ^P=V_a ^B-L^B・V_aa ^B 端子ＣからV_a ^P=V_a ^C-L^C・V_aa ^C 演算結果が他とは異なる値となった端子と分岐による区
   間を故障区間と判別することを特徴とする３端子送電系
   統における故障点標定方式。