JPS5830554B2 - 送電線故障点探査・送電線保護用の故障点標定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は送電線路の故障点標定において、その標定精度
を向上する標定方式に関するものである。

現在広く実用化されている故障点標定方式には送電線路
の故障に伴い故障点で発生するサージを送電線路両端で
受信し基準時刻から受信時刻までの時間を測定し故障点
距離を求めるサージ受信方式、あるいは故障発生時に一
端からパルスを印加送信し、故障点からの反射波を受信
するまでの時間を測定し故障点距離を求めるパルス送信
方式がある。

しかしながら、これらはいずれもパルス、サージによる
測定法であるために線路伝播過程での波形の歪または減
衰が大きく、さらに故障様相によってサージあるいは反
射パルスの波形が著しく異なるなどの現象により標定精
度の向上が困難である。

この外に従来から送電線保護装置ｌこ実用されており距
離継電方式として知られているところの送電線路の一端
で計測した電圧と電流値とを用いて当該電線路のインピ
ーダンスを算出し、故障点距離を求める手法によって故
障点標定を行なうことも考えられる。

しかしながら、この方法は故障点抵抗の影響による誤差
が大きくなるので、正確な故障点距離を必要とせず故障
区間の判別のみを行なえば足りる保護方式としての実用
性はあっても、標定精度を重視する故障点標定方式とし
ての実用には無理があった。

本発明は前述の従来故障点標定方式における問題を解消
し、送電線路の任意の一端の電気所σこて計測した電圧
値および電流値と概知である当該送電線路の線路定数と
を用いて故障抵抗の影響を受けることなく高精度に故障
点標定を行なう手法を提供するものである。

以下、まず送電線路の故障時に成立する基本的現象につ
いて第１図、第２図、第３図を用いて説明する。

第１図は単相送電線路を分布定数回路として扱った等価
回路をしめすものであり、１，２はそれぞれ送電線路の
両端子を、また点Ｆは故障点をしめすものとする。

第１図にて端子１と故障点Ｆ間の距離をＸとすれば、１
とＦの間の回路の４端子定数はＸの関数となり、これら
をＡ（ｘ） 、 Ｂ（ｘ） 、 Ｃ（ｘ） 、 Ｄ（ｘ
）とすれば次式にてしめされる。

ただし二は送電線路の伝播定数、Ｚｏは波動インピーダ
ンスであり、Ｌｏは送電線路単位長当りのインダクタン
ス、ＲＯは送電線路単位長当りの抵抗、Ｃｏは送電線路
単位長当りのキャパシタンス、Ｇｏは送電線路単位長当
りのコンダクタンスである。

とおいたとき 第１図にてＥＦは故障点Ｆの電圧、ｉＦは故障点ＦＭこ
流れこむ電流、ＩＦｔは故障点Ｆに端子１の方向から流
れる電流とし、またＥｌは端子１の電圧、資２は端子２
の電圧、Ｔ１は端子１から端子２の方向へ流れる電流、
■２は端子２から端子１の方向へ流れる電流として、Ｅ
Ｆ、Ｉ をＥｔ、Ｉｔにてしめせば次式（２）のとお
りである。

ここで第１図の回路は重畳の埋によって第２図と第３図
にしめす回路を重畳したものと等価である。

第２図は第１図から点Ｆにおける故障抵抗をとり除いた
ものであり、送電線路の故障発生直前の状態に等しい。

第２図にてＬＦｏは点Ｆの電圧、ｆＦｏは点Ｆから端子
１の方向へ流れる電流とし、またＥｌｏは端子１の電圧
、ＩＩＯは端子１から端子２の方向へ流れる電流として
、Ｆｐｏ ＴＦｏをＥＩＯＩ ’Ｉｔｏにてしめせば
次式（３）のとおりである。

第３図は第１図から回路中のすべての起電力をとり去り
、故障点Ｆに故障抵抗ＲＦと第２図にしめした回路が挿
入され、これＩこよって故障点Ｆから端子１および２の
方向へ故障電流が分流している。

第３図にてＩＥ：ｐ’ｃｔ故障点故障点圧、ｉＦｌは故
障点Ｆから端子１の方向へ流出する電流、ｉＦ２は故障
点Ｆから端子２の方向へ流れる電流、’ＩＦは故障点Ｆ
へ流入する電流を示す。

Ｅｌｌは故障電流により生ずる端子１の電圧、■１′は
端子１に流れる故障電流としてＥＦ ＋ ＴＦｔをＥｌ
。

ｉ１′にてしめせば次式（４）のとおりである。

以上（１）〜（９）の基本関係式に基づき特許請求範囲
第１項の故障点標定方式を説明する。

故障点Ｆから端子１および端子２の方向を眺めたインピ
ーダンスをそれぞれＺＦＩ ｒ Ｚｒ２とすれば”ＺＦ
’ｌ／ΣＦ’２は故障電流が故障点Ｆを流出するさいの
端子１および２方向への分流比である。

この分流比はＸの関係であり、これをＫ（ｘ）とおく。

以上の結果を用いて故障点距離（ｘ）を算定するために
計測の可能な端子１における電圧”１． ”１ｏ。

電流１１．１１ｏおよび機知の送電線線路定数とＸとの
関係式を導く。

故障点Ｆにおける故障発生後の電圧ＬＦにていて（２Ｘ
９Ｘ１０）式より０９式を得る。

ここでＫ（ｘＪの性質すなわち２Ｆ′１ ついて吟味する。

、乞Ｆ′２の関係に ’Ｚｐ′１．ｚＦ′２はそれぞれ故障点Ｆから端子１お
よび端子２までの送電線インピーダンスに端子１および
２以遠の背後インピーダンスを接続したものである。

一般に送電線路のインピーダンスとアドミタンスはイン
ダクタンスとキャパシタンスが主成分であり抵抗弁とコ
ンダクタンス分は少なく無視しても差支えない場合が多
い。

また端子１および２の背後インピーダンスは電気所１お
よび２における変圧器、発電機、などの機器のインピー
ダンスと端子１および２坦遠の送電線・負荷・電源など
のインピーダンスが合成されたものであるが、最近の電
力系統においてはこれらのインピーダンスも抵抗弁が比
較的低い値でありインダクタンスによるリアクタンス成
分のみとみなしても差支えない。

よってこれらが合成された前述のｚｐ／、 ＋ ｚＦ／
。

はともにリアクタンス成分のみとみなしても差支えない
。

したがってＺＦＩ１とＺ Ｆ’２の相差角は殆んどなく
両者の比であるＫ（ｘ）も虚数部を含まない実数である
とみなし得る。

また故障抵抗ＲＦは一般にアーク抵抗でありリアクタン
スを持たない純抵抗とみなし得る。

以上のように０３）式の左辺の因数１十Ｋ（ｘＪとＲＦ
は、ともに実数であるので、右辺の演算結果も当然実数
になる。

この結果を用いれば（１３）式はＸについて解くことが
できるが、そのため（こはサンプリングした電圧・電流
瞬時値から（１３）式に含まれるベクトル量の電圧・電
流値に変換する必要がある。

いまこれを次の０４）式の複素量としてあられすことに
する。

また送電線路の線路定数については前述のとおり抵抗と
コンダクタンスを無視し得るので伝播定数μと波動イン
ピーダンスＺ。

はそれぞれすでに説明した（１３）式の演算結果が実数
になること、換言すれば虚数部がＯであることにより（
１６）（１７）の虚数部と実数部について次の（１８）
が成立する。

ＥＦｉ ・ＩＦｔｒ ＥＦｒ ” ＩＦｔｉ二０
（１８）州に（１６）（１７）で得られた実数部、
虚数部の値を代入し整理して（１９）式を得る。

すなわち（２２）の演算によって故障点距離を算定する
ことができる。

以上の説明で明らかなように（２湯式の故障距離算出式
には故障抵抗ＲＦならびに故障点距離Ｘの函数となる故
障電流分流比が含まれていない。

これは本発明の故障点標定方式が故障抵抗と故障位置の
影響を全たく受けることなく故障点距離を算定し得るこ
とをしめすものであり、本発明の重要な特徴の一つであ
る。

また本発明では算出した故障点距離に基づき故障抵抗の
算定が可能であることも特徴の一つであり、以下この故
障抵抗の算定法について説明する。

（１３）式を再掲する。

開式の右辺に前述の故障点距離算定で算定した故障点距
離Ｘを代入すれば−（１＋Ｋ（ｘ） ） ＲＦを得る。

ここでＫ（ｘ）はすでに説明したようにＺＦ／１／ＺＦ
６であり、２Ｆｚ、 ｌ ｆｉＦ４はそれぞれ故障点Ｆ
から端子１あるいは端子２の方向を眺めたインピーダン
スすなわち故障点Ｆから端子１あるいは端子２までの線
路インピーダンスと端子１あるいは端子２における背後
インピーダンスとの和である。

線路インピーダンスは故障点距離が定まれば算出可能で
あり、また背後インピーダンスは端子１あるいは端子２
背後の電力系統構成に基づき予め算出しておくことが可
能である。

よって式（１８）のＸに故障点距離を代入し算出した値
をさらに前述の方法で算出した−（１＋Ｋ（ｘ） ）の
値で除せば故障抵抗ＲＦを算定し得る。

以上が特許請求範囲第１項および第２項に対する説明で
ある。

故障点距離Ｘの算定は算出式（２布とよらずに、例えば
ニュートンラプソン法として知られている収束計算法を
用いても行なうことができる。

特許請求範囲第１項の説明の中で導き出した（２０）式
を再掲する。

以下（２０）式の左辺をＦ（ｘＪとして説明する。

端子１と端子２間の送電線距離をｄとしたときにＯ≦Ｘ
１≦ｄの範囲にある任意の距離Ｘ１を想定し、これを仮
想故障点とする。

Ｘｌ が真の故障点距離と一致しない場合Ｆ （ｘ）の
演算結果は００こ等しくならない。

しかしながらＸｌを第１近似値としたとぎ、次の（２３
Ｋによって算出した第２近似値はＸｌ より真の故障点
距離に近くなる。

ただしＦ（ｘ）はＦ （ｘ）をＸについて微分したもの
とする。

以下同様にして（２４）式（こしめす第ｎ近似値の演算
を第（ｎ−１）近似値との差が許容誤差より小さくなる
までくり返し行なえば算出された第ｎ近似値は真の故障
点距離とみなして差支えない。

故障抵抗の算出は前述の演算で算定した故障点距離をも
とにすでに説明した特許請求範囲第２項の方法と全たく
同様に可能であるので、その説明は省略する。

以上が特許請求範囲第３項の説明である。

以上述べた本発明についての説明は便宜上単相交流送電
線に例をとって説明を行った。

しかしながら電力系統の３相交流送電線をはじめ多相交
流送電線についても、これを複数の単相モード成分に分
解すれば全たく同様な結果を得るので、多相送電線に適
用することは容易である。

次に本発明の実施例について第４〜６図により説明する
。

第４図は本発明を適用した故障点標定システムの構成概
念図である。

第４図の１０１は送電線をしめす。

１０２〜１０５は送電線１０１の一端の電気所に設置さ
れる機械装置をしめすものであり、第４図の１０２は送
電線の電圧値を検出計測する電圧変成器、１０３は送電
線の電流値を検出計測する変流器、１０４は電圧変成器
１０２、変流器１０３が検出計測したアナログ量の電圧
・電流値をディジタル信号に変換する変換器、１０５は
送電線１０１を開閉するしゃ断器をそれぞれ示す。

１０６は伝送路をしめし、変換器の出力するディジタル
信号を次に述べる装置まで伝送する。

１０γは電子計算機により構成される情報処理装置であ
り、伝送路１０６を介して受信する送電線１０１の電圧
・電流値データと電子計算機１０７′の記憶部１０γ“
に記憶させた送電線の線路定数値とを用いて、電子計算
機の記憶部に記憶させた特許請求範囲第２項の演算式を
含む故障点標定用情報処理プログラムに基づき故障点標
定を行ない、その結果を１０８にしめず表示装置に出力
１表示させる。

本方式は故障点標定を目的とするものであるが次にしめ
すように送電線保護装置として用いることも可能である
。

すなわち故障点標定用情報処理プログラムに、故障距離
算定結果が送電線１０１の相手端電気所までの距離より
少ない場合、換言すれば送電線１０１の内部Ｏこ故障が
発生したと判定した場合に第４図の点線にしめすように
しや断器１０５にしゃ断指令信号を送信する処理を追加
するように構成すれば送電線路保護装置としても機能す
る。

第５図および第６図は第４図１０１の演算処理装置にて
実行される故障判定情報処理プログラムの概略をしめず
流れ図であり、第５図は特許請求範囲第１，２項の故障
点標定処理をしめす。

第５図の１はサンプリングして得られた送電線の電圧・
電流瞬時値から電圧・電流値（実効値）の振中値および
電圧・電流の位相角値を演算し、これらのデータを記憶
部に一時記憶させる処理である。

２は１で算出した電圧・電流値に基づき電力系統に故障
があるか否かを検出（電圧降下あるいは過電流など）す
る条件判定処理である。

故障なしと判定した場合は１の処理に戻り１と２の処理
がくり返し行なわれて記憶部に一時記憶される送電線の
電圧・電流値に関するデータは次々に更新される。

故障ありと判定した場合は次の処理に進む。３は１の処
理で算出し記憶部に一時記憶されている送電線の電圧・
電流値データのうちから故障発生直前および直後の電圧
・電流値データを読みこみ、これと送電線の線路定数値
とを用いて特許請求範囲第２項の演算式に基づく故障点
距離を演算し、その結果を標示装置に出力させる処理で
ある。

４は３で算出された故障点距離に基づき５故障抵抗を演
算し、その結果を表示装置に出力させる処理である。

第５図の点線でしめした５と６は第４図の説明の中で述
べた本方式を送電線保護装置として機能させる場合に必
要な処理である。

すなわち５は３で算出した故障点距離に基づき故障点が
送電線の内部か否かをみて、故障しゃ断の要否を判定す
る条件判定処理であり、６は故障しゃ断の要ありと判定
した場合にしゃ断器にしゃ断指令信号を送信する処理で
ある。

第６図は特許請求範囲第３項の故障点標定処理をしめす
。

第６図の１１の処理は第５図の１の処理と、第６図の１
２の処理は第５図の２の処理とそれぞれ全く同等である
ので説明は省略する。

１３．１４．１５は故障点距離を収束演算法により算定
する処理である。

すなわち１３は先づ仮想故障点を想定し、この仮想故障
点距離を第１近似値とみなし、この第１近似値をもとに
さらに真値に近い第２近似値を算出する処理である。

１４は１３の処理結果の第１と第２近似値の差を演算し
、これが許容誤差以内であるか否かをみて収束演算打切
りの可否を判定する条件判定処理である。

１４の判定処理結果が許容誤差を上回り収束演算打切り
は否と判定したときは、１３の処理に戻って収束演算が
継続される。

１４の処理結果が許容誤差以内（こおさまり収束演算打
切りを可と判定したときには収束演算を打切り次に進む
。

１５は１３および１４の収束演算における最終近似値を
真値とみなし、その結果（故障点距離の決定）を表示装
置に出力させる処理である。

第６図の１６の処理は第５図の４の処理と、第６図のＩ
Ｔの処理は第５図の５の処理と、第６図の１８の処理は
第５図の６の処理とそれぞれ全たく同等であるので、そ
の説明を省略する。

以上本発明の原理と実施例について述べたように、本発
明は電力系統を構成する送電線に接続される任意の一個
所の電気所において計測し得られる当該送電線の電圧・
電流値を用いて故障個所ならびＯこ故障抵抗の影響を受
けることなく高精度の故障点標定を行なうよう構成した
もＱつである。

以下その特長を列記すれば次の通りである。

（１） 従来は電気所における電力系統と設備の監視
制御ｌこ供するために計測している商用周波数の電圧・
電流値を用いて故障点標定を行なうことは、故障抵抗に
よる誤差が大きくなるため実用不可能とされ、このため
電気所に故障点標定専用のパルス電源を設置し送電線に
パルス電圧を印加しその反射電圧を検出するか、あるい
は故障個所で発生するサージ電圧を検出するなど商用周
波数以外の周波数を用いての計測Ｇこよる故障点標定を
行なわざるを得なかった。

これに対し本発明では、これらの装置を必要とせず、監
視制御に供するための計測値をそのまま用い、その演算
処理によって故障点標定を行なうことが可能である。

（２）従来のパルスまたはサージによる故障点標定ある
いは送電線保護用の距離継続方式に比し故障点標定精度
を著しく向上し得る。

（３）従来の故障点標定では不可能であった故障抵抗の
算定が可能となるので故障様相・故障原因についての推
察が可能になる。

（４）単一の装置にて故障点標定と保護の二つの機能を
実行させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は故障発生送電線の等価回路図、第２図は故障発
生直前の送電線の等価回路図、第３図は故障成分の等価
回路図、第４図は本発明実施例の故障点標定システム構
成図、第５図は特許請求範囲第２項の故障点標定用情報
処理プログラム流れ図例、第６図は特許請求範囲第３項
の故障点標定用情報処理プログラム流れ図例を示す。 １０１・・・・・・送電線路、１０２・・・・・・電圧
変成器、１０３・・・・・・変流器、１０４・・・・・
・アナログ−ディジタル変換器、１０５・・・・・・し
ゃ断器、１０６・・・・・・伝送路、１０γ・・・・・
・情報処理装置、１０１′・・・・・・電子計算機、１
０γべ・・・・・記憶部、１０８・・・・・・表示装置
、１．１１・・・・・・電圧・電流値データの算出処理
、２゜１２・・・・・・故障発生有無の判定処理、３・
・・・・・故障点距離の算定処理、４，１６・・・・・
・故障抵抗の算定処理、５，１γ・・・・・・故障しゃ
断要否の判定処理、６゜１８・・・・・・しゃ断指令送
信処理、１３・・・・・・仮想故障点想定と故障点距離
近似値算出処理、１４・・・・・・収束計算打切可否の
判定処理、 の決定処理。 １５・・・・・・故障点距離

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力系統を構成する送電線路の任意の一端の電気所
   にて、サンプリングして得られる当該送電線路の電圧お
   よび電流の瞬時値から算出した当該送電線路における故
   障発生直前の電圧値（立。 ）および電流値（１ｏ）と、故障発生直後の電圧値（ｂ
   および電流値（Ｉ）と、当該送電線路の単位長当りのイ
   ンダクタンス（ＬＯ） およびキャパシタンス（ＣＯ）
   とを用いて、当該送電線路における当該電気所から故障
   点までの距離Ｘに関する所定の演算を行ない、故障点距
   離を算定し、故障点標定を行なうことを特徴とする送電
   線故障点探査標定方式。 ２ 所定の演算が であることを特徴とする特許請求範囲の第１項記載の故
   障点探査標定方式。 ３ 前記第１項のように構成したものにおいて、当該送
   電線路上の任意の距離に想定した仮想故障点における故
   障成分電圧と上記仮想故障点から当該送電線路の当該電
   気所方向に流出する故障成分電流との比の演算を行ない
   、上記演算値が虚数部を含まない実数部のみＯこて構成
   されるような故障点距離を求める収束演算法により故障
   点距離を算定し、故障点標定を行なうことを特徴とする
   特許請求範囲第１項記載の送電線故障点探査標定方式。 ４ 求められた故障点距離を用いて故障抵抗を算定する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１〜３項の何れか記
   載の送電線故障点探査標定方式。