JPS5920110B2 - 送電線故障点探査・保護用の故障点標定方式 - Google Patents

送電線故障点探査・保護用の故障点標定方式

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JPS5920110B2
JPS5920110B2 JP6290479A JP6290479A JPS5920110B2 JP S5920110 B2 JPS5920110 B2 JP S5920110B2 JP 6290479 A JP6290479 A JP 6290479A JP 6290479 A JP6290479 A JP 6290479A JP S5920110 B2 JPS5920110 B2 JP S5920110B2
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transmission line
power transmission
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fault
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JP6290479A
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利夫 高木
幸成 山越
省介 中里
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Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
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Tokyo Electric Power Co Inc
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は送電線路の故障点標定方式において、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つ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に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つて故障
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
性はあつても、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つた。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
の電気所にて計測される電圧値および電流値を用いて高
精度の故障点標定を行なう手法を提供するものである。
以下本発明における故障点標定方式の基本原理を分布定
数回路として扱つた故障発生送電線の等価回路図(第1
図)を用いて説明する。第1図A,B,Cのそれぞれに
て点1,2は送電線の両端子を、点Fは点1から距離X
にある故障点をしめすものとする。
第1図Aは時刻t=oに点Fにて故障が発生した状態を
しめすものでありe(t),i(t)は1における電圧
、電流をEf(t),If(t),RfはFにおける電
圧、電鳳故障抵抗をしめすものとする。
同図の回路による現象は周知の重畳の理によつて故障発
生直前の状態に等しい第1図Bの回路と、第1図Aの回
路から両端1,2の電源電圧を取除き時刻t=oにて点
Fに抵抗Rfを通して−e′f(t)の電圧を有する電
源回路を投入した状態をしめす第1図Cの回路とにおけ
る回路現象を重畳したものと同等である。したがつて、
第1図Bにしめす故障発生直前における点1の電圧、電
流をe(t),i′(t)とし、第1図Cにしめす回路
の点Fの電源から流出する故障電流1f(t)が点1と
点2の方向へそれぞれIfl(t),If2(t)づつ
分流し、If,(t)のために点1に生ずる電圧、電流
をeべt),i′(t)とするときに次式(1)1〜4
が成立する。
本発明においては、このEf(t),If(t)を計測
が可能な点1における前述の電圧、電流と既知である送
電線路定数との関係式としてしめすことにより、未知の
故障点距離の算定式を導き出す手法としてラブラス変換
を導入することを特徴とする。
第1図Cにおいてt=o(故障発生瞬間に相当する)に
点Fへ一e′f(t)の電圧が投入されることからその
ラプラス変換値は、第1図Bで点1におけるt=oの電
圧位相をθe(電圧実効値はE)、電流位相をθ1(電
流実効値はl)とするとき1t1.〜1vであるので、
次の(3)式にてしめされる。
ただしS:ラプラス演算子 μ:ω!τv ω:角周波数(=2πf) L:当該送電線路単位長当りのインダクタンスC:当該
送電線路単位長当りのキヤパシタンスZ:当該送電線路
のサージインピーダンス−J?〜 次に第1図Cにおいてt−0で−e′f(t)を印加し
たとき点1および点Fの端子に現われる過渡時の電圧E
fl(.t),Eff(t)と点1および点Fからそれ
ぞれ内側へ流れる電流1/(t)およびIfl(t)の
それぞれのラプラス変換値をeμs),Efff6),
iべS),If,(8)とすると、点Fに関する量El
f(S),Ifl(8)はそれぞれ点1に関する量e/
(S),iμSYC、いわゆる四端子定数回路の方程式
として次式(4),(5)式でしめされる。
ただし γ=V[で L,C,Zは前述のとおり ここで、第1図Aにおける点Fの電圧はEf(t)のラ
プラス変換値をEf(S)とすると、次式(6)式で与
えられる。
VJ♂こ1′11▼1′−V)l 次に故障点Fにおける故障電流の分流比、すなわちIf
2(8)/Ifl(S)を考えて、これをK(S,x)
とすれば、′−一!!〜1..″戸1′8Δ が成立する。
また前述のEf但)がであるので(7)と(8)から次
の(9)式が成立する。
式中1+K(S,x)の性格について検討した結果、本
方式を適用しようとする系統は計算処理に当つて適当な
Sの値Sl,S2について1+K(S,x)の値は殆ん
ど変らないことが多くの系統シミユレーシヨンを実抛し
た結果判明した。このことが本発明の基本となつている
。すなわち、\ − − 龜曾Tl八 〜
ムAが成立するとみなし得る。したがつて(9
)式と(自)成の関係から故障点抵抗Rfを消去して次
式をうる。
aノ――\″IZ聰 vエ一易 この左辺をf(x)とおき、f(x)−+Oになるよう
なxを求めればよい。
(1成に(3),(4),(5),(6)式を代入して
次式をうる。(12成はXに関する導関数が容易に得ら
れるので)のような周知の繰り返し収斂計算手法によつ
てxを求めることができる。
すなわち2つのパラメータSl,S2に関する電圧、電
流変化分のラプラス変換値d′(S1 ),Ell(S
2),i〃(S1 ),f(S2)と故障発生直前の電
圧E、電流1とそれらの位相θE,θ1を計測すること
によつて最初初期値を与え[株]成を計算し、以下(!
3成の収斂計算手法により故障点距離xを求めることが
できる。
ただし前述の(2)式では説明を簡単にするために故障
発生の瞬時を時間の原点として導き出したが、実際には
電圧、電流の計測を行なう点1においては故障発生瞬時
には故障発生を観測し、認識することは不可能である。
故障成分の電圧・電流進行波は、故障点Fから点1まで
伝播する時間γxを経て、始めて故障発生を検出するこ
とができるので、次に説明する補正が必要となる。
端子1において故障発生を検出した時刻を時間の原点と
してθe米,θi米,e汽S),1米(S)を次のとお
り定義ずれば、これらと(3)式におけるθE,θI,
e但),i(S)との間に次のい拭が成立する。
θe米:端子1において故障発生を検出した瞬時の電圧
位相角θi米:端子1において故障発生を検出した瞬時
の電流位相角♂米[F]):端子1において故障発生を
検出した瞬時を時間の原点として故障により生ずる電圧
変化分のラプラス変換値 1?ZS):端子1において故障発生を検出した瞬時を
時間の原点として故障により生ずる電流変化分のラプラ
ス変換値 上述の斡拭を用いて(3),(4),(5)式を修正し
、これにより(9)式左辺の分子、分母のEf(S),
1f1(S)を修正すれば本発明の特許請求の範囲にし
めす次式@),α6)を得る。
◆5),(V)成により斡成を修正して斡成の計算手法
でXが求められる。
式の運算手順は全く同様であるので詳細は省略する。な
おラプラス変換量を求める場合には当然有限値までの積
分となるが、多くの系統故障シミユレーシヨンを行なつ
た結果ではこれを約40msとしても実用上問題のない
ことが判明している。
以上が本発明の基本原理についての説明である。ここで
相異なる実数Sl,S2について言及する。厳密にラプ
ラス変換するためには積分時間を無限にしなければなら
ないが、実際には10〜20ミリ秒で十分収斂し、かつ
適当な間隔が必要である。
このため模擬送電線によ4る実験によればSl,S2と
して200,400あるいは300,600等の組合せ
が好ましい結果を得ている。次に本発明の実施例につい
て第2図により説明する。
第2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。同図において1は送電線をしめし、2は送
電線の電圧を検出する電圧変成器、3は送電線の電流を
検出する変流器をしめす。
第2図の点線で囲つた5〜10は本システムを構成する
機能別プロツクをしめす。
5は2,3から伝送された電圧・電流を監視し、送電線
1を含む電力系統に故障が発生した場合にこれを検出し
、電圧、電流値の故障発生直前との変化分を計測する電
圧・電流変化分計測部である。
6は故障発生前の電圧・電流の実効値を計測する実効値
計測部である。
7は故障検出時における電圧・電流それぞれの位相角θ
e米,θi米を計測する位相角計測部である。
8は5が計測した電圧・電流をもとにそれぞれ二つの実
数Sl,S2に関したラプラス変換値e銖(S1),e
昧(S2),i〃米(S,),1〃米(S2)を演算に
より出力させるラプラス変換部である。
9は6,7,8が計測した諸量と予じめ記憶・設定され
ている送電線1の線路定数により定まるγ,μ,Zの諸
量とを用いて(L1),(15),V))にしめす式に
基づく演算処理を行ない、その結果を適当な標示器に出
力させる処理を行なう標定処理部である。
なお本システムに送電線保護機能を持たせたい場合には
、9の故障点距離算定結果に基づき送電線内部に故障が
発生と判定したときにしや断器4にしや断指令信号を送
信する処理を行なう保護機能部10を設ければよろしい
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1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
流値を用いて故障点標定を行なうように構成したもので
あり、次記のような特長を有する。
(1)従来の方式は、故障点標定専用のパルス電源およ
び送電線にパルス電圧を印加とその反射波の受信を行な
うための結合用装置(結合コンデンサ、阻止コイル)な
どを必要としたが、本発明ではこれらの装置を必要とせ
ず電力系統設備の監視制御に供するための電圧・電流計
測値を用い、その演算処理のみによつて故障点標定を行
なうことができる。
(2)従来の方式に比し、故障点抵抗と故障か所の影響
を受けないので標定精度を向上し得る。
(3)本発明の特許請求の範囲外であるので詳細説明は
省略するが、算定した故障点距離をもとに故障抵抗をも
算定することが可能である。
【図面の簡単な説明】
第1図A,B,Cは本発明の基本原理を説明するための
故障発生電線の等価回路図である。 第2図は本発明の一実施例による故障点標定システムの
概念図である。第1図において、1,2・・・送電線の
両端子、F・・・1から距離Xにある故障点。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 送電線路の任意の一端の電気所において検出した当
    該送電線路の電圧および電流より得られる当該送電路に
    おける故障発生直前の電圧および電流実効値と、故障発
    生時の電圧および電流値の変化分を、それぞれ相異なる
    二つの実数に関して算出したラプラス変換値と、故障検
    出瞬時の電圧および電流の位相角値と、当該送電線路に
    おける単位長当りのインダクタンスおよびキャパシタン
    スとを用いて当該送電線路の故障発生時に成立する上記
    それぞれの値と当該送電線路の一端の当該電気所から故
    障点までの距離xを未知変数として含む次記関係式F(
    x)を未知変数xについて解く演算を行ない、故障点ま
    での距離xを算定し故障点標定を行なうことを特徴とす
    る送電線故障点標定方式。 F(x)=ef(S_1)・if_1(S_2)−ef
    (S_2)・if_1(S_1)=0ここでef(S_
    1)、if_1(S_2)、ef(S_2)、if_1
    (S_1)はそれぞれef(S)=√2/(S^2+ω
    ^2)εsγx〔S{Ecosμx・sin(θe^*
    −μx)−ZIsinμx・cos(θi^*−μx)
    }+ω{Ecosμx・cos(θe^*−μx)+Z
    Isinμx・sin(θe^*−μx)}〕+{co
    shSγx・e″^*(S)−ZsinhSγx・i″
    ^*(S)}if_1(S)=1/ZsinhSγx・
    e″^*(S)−coshSγx・i″^*(S)にて
    しめされるものとする。 ただしS:ラブラス演算子にて相異なる二つの実数S_
    1、S_2を代表する。 x:当該送電線路の当該電気所から故障点までの距離ε
    :自然対数(=2.7182・・・・・・)ω:瞬角周
    波数(=2πf)γ:当該送電線路の伝播定数(=√(
    LC))L:当該送電線路の単位長当りのインダクタン
    スC:当該送電線路の単位長当りのキャパシタンスE:
    当該送電線路の当該電気所における故障発生前の電圧実
    効値I:当該送電線路の当該電気所における故障発生前
    の電流実効値μ:ω・γ(=2πf√(LC)) θe^*:当該送電線路の当該電気所において故障発生
    を検出した瞬時の電圧位相角値θi^*:当該送電線路
    の当該電気所において故障発生を検出した瞬時の電流位
    相角値Z:当該送電線路のサージインピーダンス(=√
    L/C) e″^*(S):当該送電線路の当該電気所において故
    障発生を検出した時刻を時間の起点として故障発生によ
    つて生ずる電圧変化分のラプラス変換値i″^*(S)
    :当該送電線路の当該電気所において故障発生を検出し
    た時刻を時間の起点として故障発生によつて生ずる電流
    変化分のラプラス変換値とする。
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