JPH0758309B2 - 架空送電線の故障区間標定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は架空送電線路に落雷等の故障が発生したとき、
故障の発生した位置を検知するための架空送電線の故障
区間標定方式に関するものである。

［従来の技術］ 架空送電線に事故が発生すると、常時とは異なった値お
よび位相の接線電流が流れ、これが故障点の前後で差が
あることから、隣接した検出器の位相および電流値の比
較を行い、その差がしきい値以上か否かの判定を行うこ
とにより故障点を標定する（例えば、森貞夫他「OPGWを
利用した故障点標定システムの開発」、住友電気127
号、PP119-129,昭和60年９月）システムが既に発表され
ている。

しかし、これによれば、しきい値の設定がシビアであ
り、検出結果がしきい値付近のとき、判定ミスが起こる
可能性があった。

また、しきい値を超えた区間全部を故障区間としている
ため、答えが複数個でる場合があり、その場合には標定
結果を１つに絞れないこともあった。

そこで、上記欠点を解消するために、我々は、先に、故
障の可能性を表わす指数と、故障の可能性を評価する関
数とを用いて故障区間を標定する装置を提案した（例え
ば、特願昭61-57870号（特開昭62-212581号）明細
書）。

即ち、故障電流からその電流値と位相とを求める電流値
・位相抽出回路と、区間毎に故障の可能性を表わす４つ
の指数である位相差電流値差ピーク電流値係数
を電流値と位相から算出する指数演算回路と、指数を変
数とする事故の可能性を評価する関数を区間毎に算出す
る評価関数演算回路とから演算部を構成して、演算部に
よって得られる関数の値を光ファイバ複合架空地線（OP
GW）で中央監視局に伝送し、関数の値を最大とする区間
を故障区間と標定するものである。

演算部で得られる関数は（１）式の通りである。

fe＝（Δφn/180°＋ΔIn/Imax＋ΔIpn/Imax）×An/Ia
（１） ここで、Δφｎはｎ番目の区間内の位相差、ΔInはｎ番
目の区間内の電流値差、Imaxは全区間での最大電流値、
ΔIpnは電流値にピークがあるときの電流増加増で、ピ
ークがないときはゼロとする。また、Iaは定数、Anはｎ
番目の区間内の平均電流値InがIn≧IaのときはIaで、In
＜IaのときはInとなる量である。

（１）式の括弧内の第１項が位相差指数、第２項が電流
値差指数、第３項がピーク指数であり、括弧にかかる係
数が電流値係数である。

なお、上記関数式の基本となっているのは、地絡故障の
場合、 位相が大きく変化する 電流値が大きく変化する 電流値がピークになる 等の実際の特徴を用いて評価関数式に表現したものであ
り、故障シミュレーション計算結果から効果が確認され
ている。

指数の導入は全区間の最大電流値や最大位相差で検出値
を規格化することにより、全体的、相対的な判定を可能
とする。また、指数を変数とする評価関数の導入は、各
指数の総合的な判断を可能とする。なお、電流値係数An
/Iaは故障区間では故障電流は故障のないときに比べて
大きな値をとる、という経験則から導入したものであ
る。

これにより、しきい値によって良／不良が判定されるの
ではなく、評価関数値の大小で判定を行い、そのうちの
なかで最も大きな値を出した区間が故障を起こしている
と標定するので、標定精度が向上し、また各標定関数が
故障の可能性を直接表わすことから、故障区間の候補が
複数出ても、最も故障の可能性が高い区間を１ヶ所選ぶ
ことができるようになる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記方式は送電線路の構成によっては、
次のような問題が生じなることがある。

通常の線路では、故障区間において、故障時の架空地線
電流（以下、GW電流と称す）が常時のGW電流に比べて大
きくなる。しかし、線路長が約50kmぐらいに長くなり、
かつ負荷需要のピーク時に送電許容電力に近いくらい大
きい電力を送電する可能性のある線路においては、ピー
ク時にたまたま故障が発生すると、この条件が成り立た
なくなることがある。

このようなとき、（１）式のfeの値は、故障区間で明確
な最大値とならず、標定結果として故障区間が１区間に
限定できない。この結果標定精度の低下をもたらすとい
う欠点を有していた。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消して、
線路長が長く、かつ送電容量の大きな線路であっても、
高精度で標定できる新規な架空送電線の故障区間標定方
式を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の架空送電線の故障区間標定方式は、一定区間毎
に設けた電流センサで計測した架空地線を流れる故障電
流を光ファイバ複合架空地線を用いて変電所等の中央監
視局に伝送して、故障電流の電流値と位相とから区間毎
に故障の可能性を表わす指数を求め、この求めた指数を
変数とする故障の可能性を評価する関数を区間毎に算出
して、関数の値を最大とする区間を故障区間と標定する
架空送電線の故障区間標定方式において、上記故障の可
能性を表わす指数を、各区間内の位相差、電流値差、平
均電流値ならびに全区間の平均電流値として評価関数の
パラメータとして用いたものである。

［作用］ 故障の可能性を表わす指数として、全区間の平均電流値
を採用しているため、この指数を変数とする故障の可能
性を評価する関数は、全区間を監視することが可能とな
り、したがって、故障区間で電流が小さくても関数の値
は小さくならない。その結果、故障区間で関数の値は鋭
いピークを持つことになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を添付図面を用いて説明する。

図は本発明方式を説明するための架空送電線の故障区間
標定装置例を示す。本装置は電流センサ４、光ファイバ
３、多重化伝送装置５、OPGW中の光ファイバ２、光受信
回路６、故障評価関数演算回路７より構成される。光受
信回路６及び演算回路７は変電所等の中央監視局に設け
られる。

電流センサ４はGW1に流れる電流の瞬間値を、その大き
さに対応した光の強弱信号に変換するもので、変成器
（CT）と発光ダイオードで主に構成する。精度上の点か
ら電流センサ４は送電線路の全鉄塔に設置することが望
ましいが、数基毎でも実用上問題ない。

多重化伝送装置５は、電流センサ４の出力信号を光電気
（O/E）変換、符号化し、上流からの信号に多重化した
上、電気光（E/O）変換して下流に伝送するもので、通
常の電子部品で構成できる。ただし、鉄塔上に設置する
ため、バッテリ駆動となることから低消費電力のＣ−MO
SICを用いることが望ましい。

光受信回路６は最も下流の多重化伝送装置の光出力をO/
E変換し、多重化された信号を分解して各電流センサ毎
に電流値（振幅値）と電流位相とを求めるもので、フォ
トダイオード、オペアンプ等により構成することができ
る。

故障評価関数演算回路７は、故障区間を標定するために
次に示す演算を行う回路で、例えばマイクロコンピュー
タを用いて構成することができる。

即ち、各区間内の電流値差位相差、平均電流値な
らびに全区間の平均電流値を要素とする、次式で示す
関数fnを各区間毎に計算して、この関数値が最大となる
区間を故障区間として標定する。

fn＝｛a1（Δφn/180°）^K1＋a2（An/Ia）^K2＋a3（ΔIn
/Imax）^K3｝×（B/Ib）^K4 （２） ただし、Ia,Ibは定数、Imaxは全区間の最大電流値、Δ
φｎはｎ番目の区間内の位相差、ΔInはｎ番目の区間内
の電流差、Anはｎ番目の区間内の平均電流値InがIn≧Ia
のときはIaで、In＜IaのときはInとなる量、Ｂは全区間
の平均電流値ImがIm≧IbのときはIbで、Im＜Ibのときは
Imとなる量、K1〜K4は定数、a1〜a4は定数である。

（２）式において、小括弧内が指数であるが、このよう
な指数を導入したのは、隣接した計測点間の電流値差や
位相差を、しきい値と比較する方法では、個別的、具体
的な判定しかできないのに対し、全区間での最大電流値
や最大位相差で検出値を規格化することによって全体
的、相対的な判定を可能とするためである。

また、４種類の指数を導入したのは、故障と相関のある
指数の数が多いほど標定精度が向上するからであり、地
線電流センサ１で得られる電流値及び位相から特に事故
相関の高い要素として引き出せるものが導入されてい
る。

ここで、（２）式の関数fnは、従来例である（１）式の
関数feと同様地絡故障の特徴から表現されたものである
が、その差異は、feは各区間の平均電流値Anを（１）式
の括弧内の関数全部をかけているのに対し、fnでは全区
間の平均電流値Ｂを（２）式の中括弧内の関数全部にか
けている点である。これによって注目すべきことは、fe
は故障区間で電流値が小さいと、feの値が小さくなって
しまうのに対し、fnは全区間を見ていることになるの
で、小さくならないことである。この結果、feが故障区
間で緩やかなピークを示すときでも、fnは鋭いピークを
示すことになる。

かくして、各区間毎に算出された評価関数fnの値はOPGW
2を介して中央監視局に伝送され、ここで、それらの値
が最大を示す区間を見い出し、この区間を事故区間とし
て標定する。

このようにして、本実施例では全区間の平均電流値Ｂを
関数全部にかけているので、故障区間で電流値が小さく
てもfnの値は小さくならず、鋭いピークを示す。したが
って、線路長が約50kmぐらいに長くなり、かつ負荷需要
のピーク時に送電許容電力に近いくらい大きい電力を送
電する線路において、ピーク時に故障が発生したときで
も、故障区間で明確な最大値が得られ、標定結果として
故障区間を１区間に限定でき、標定精度を可及的に向上
させることができる。

なお、上記（２）式において、K1〜K4の定数とa1〜a4の
定数とは線路によって異なるもので、具体的には各対象
線路毎に、例えばEMTP（電磁過渡解析プログラム）等を
用いて故障シミュレーション計算を実施し、その結果を
用いて関数fnが最も良好に想定故障区間を判定できる様
に決定されるもので、通常は0.5〜５程度の値をとる。
例えば、K1＝2,K2＝3,K3＝1,K4＝3,a1＝a2＝a3＝a4＝１
である。

ところで、送電線の故障時にGWを流れる電流は、分流
成分（本線からGWに流入する成分）誘導成分とに分離
でき、地絡時にはが、また短絡時はが大きくなるこ
とが知られている。ととは異なる現象であり、その
大きさも様相も異なる。

ところが、上記した実施例のものでは、ととを一応
区別はしているものの、電流値差等が小さくて標定が難
しいときに、特にを評価しようとするもので、通常
は、GWを流れるいずれか一方の電流を基に評価している
ため評価関数の値を最大とする区間であっても、故障の
種類によっては、必ずしも故障区間ではない場合があ
る。このことをもう少し説明すると、地絡故障評価関数
単独で評価する場合には、分流成分のみが評価されるこ
とになってしまい、分流成分と誘導成分とが、たまたま
一致すれが故障区間の標定に誤りはないが、現象も異な
り、大きさも、様相も異なる両者が一致することは稀で
あり、生じた故障が相関短絡故障のときは故障区間以外
の区間を故障と標定する虞れが大きい。また、反対に、
短絡故障評価関数単独で評価する場合にも、短絡故障の
ときは問題はないが、地絡故障のときには故障区間以外
の区間を故障と標定する虞れが大きい。

このように上記実施例では故障の種類を全く考慮してい
ないため、故障によっては故障区間標定精度は必ずしも
充分とはならなかった。

そこで、次に述べる実施例では故障の種類を考慮すべ
く、送電線故障時にGWを流れる電流のうち分流成分と誘
導成分とのどちらが支配的であるかを判定するために、
上記（２）式に加え下記の（３）式を導入して、２つの
評価関数を用いている。

即ち、追加式は、 fn′＝fn＋a4｛１−（2In−If）/If）²｝×（Ｂ−Ib）
^K4 （３） ただし、Ifは最も電源に近い電流センサ４で測定した電
流値。

なお追加式（３）は、短絡故障の場合には電流値が最
も電源に近い電流センサで測定した電流値の約1/2にな
ると言う特徴を表現したもので、（３）式のfn′はこの
特徴が強けば強いほど大きくなるように、fnの値に右辺
第２項を加えたものである。

そして地絡故障の場合には、電流値がピークなるため右
辺第２項中の（（2In−If）/If）²≧１となり、結果的
には第２項は負の値となってfn′≦fnとなる。一方短絡
故障の場合には、（（2In−If）/If）²≒０となり、f
n′＞fnとなる。

即ち、上記（２）式及び（３）式で求めた関数の最大値
max（fn）,max（fn′）との大きさを比較し、 max（fn）＞max（fn′）のときは地絡故障 max（fn）＜max（fn′）のときは短絡故障 として、故障の種類を判定すると共に、大きい方の最大
値をとる区間を故障区間と標定する。

このようにして、この評価では同時に地絡故障評価と短
絡故障評価とが行われ、それらの評価値の高い方が送電
線に生じた故障の種類と判定するので、上述したような
虞れや傾向がなくなり、故障の種類に関わらず精度の高
い区間標定がなされる。

なお、本実施例により故障区間及び故障の種類が判定で
きることは、故障シミュレーション計算から確認されて
いる。

［発明の効果］ 本願によれば、特に全区間の平均値電流を指数として導
入し、故障区間で電流値が小さいときでも鋭いピークを
もつ関数を用いて標定しているので、故障時のGW電流と
常時のGW電流の大きさがあまり変わらない特殊な送電線
路であっても高精度に標定できる。

【図面の簡単な説明】

図は本発明方式を説明するための架空送電線の故障区間
標定装置例を示すブロック構成図である。 図中、１は架空地線（GW）２は光ファイバ複合架空地線
（OPGW）中の光ファイバ、７は中央監視局に設けた故障
評価関数演算回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一定区間毎に設けた電流センサで計測した
   架空地線を流れる故障電流を光ファイバ複合架空地線を
   用いて変電所等の中央監視局に伝送して、故障電流の電
   流値と位相とから区間毎に故障の可能性を表わす指数を
   求め、この求めた指数を変数とする故障の可能性を評価
   する関数を区間毎に算出して、関数の値を最大とする区
   間を故障区間と標定する架空送電線の故障区間標定方式
   において、上記故障の可能性を表わす指数を、各区間内
   の位相差、電流値差、平均電流値ならびに全区間の平均
   電流値とし、上記指数を変数とする故障の可能性を評価
   する関数が次式で表わされ、関数fnとfn′の各最大値を
   それぞれmax（fn）,max（fn′）としたとき、 max（fn）＞max（fn′）のときは地絡故障 max（fn）＜max（fn′）のときは短絡故障 として故障の種類を決定することを特徴とする架空送電
   線の故障区間標定方式。 fn＝｛a1（Δφn/180°）^K1＋a2（An/Ia）^K2＋a3（ΔIn
   /Imax）^K3｝×（B/Ib）^K4 fn′＝fn＋a4｛１−（（2In−If）/If）²｝×（B/Ib）
   ^K4 ただし、Ia,Ibは定数、Imaxは全区間の最大電流値、Δ
   φｎはｎ番目の区間内の位相差、ΔInはｎ番目の区間内
   の電流差、Anはｎ番目の区間内の平均電流値InがIn≧Ia
   のときはIaで、In＜IaのときはInとなる量、Ｂは全区間
   の平均電流値ImがIm≧IbのときはIbで、Im＜Ibのときは
   Imとなる量、K1〜K4は定数、a1〜a4は定数、Ifは最も電
   源に近い電流センサで測定した電流値。