JPS6122266A - 送電系の故障点標定方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は送電系において送電端から故障点までの距離を
標定する故障点標定方式に関するものである。

〔技術的背景〕

送電線に地絡事故などの故障が発生した場合に、その故
障点を標定する故障点標定方式としては、故障の発生に
より故障から直進してきたサージ電圧が送電線の両端に
到達するまでの時間差によつて標定する方式と、故障発
生時の送電端電圧および電流の基本周波数成分によシ故
障点までのインダクタンス成分を検出し、これによって
送電端から故障点までの距離を標定する方式がある。

ところが、前者の方式は送を線の両端にサージ検出器を
必要とし、高価なものになると共に、送電線のインダク
タンス成分によシサージ電圧が歪を受けるために標定誤
差が太きいという欠点がある。また後者の方式は、高抵
抗を介しての間欠故障のように断続的な故障に対しては
原理的に故障点を標定できないという欠点がある。さら
に、いずれの方式においても線路定数は全区間に亘って
一定のものと見做しているため、線路定数が所定区間毎
に異なる場合は標定結果に誤差が生じるという欠点があ
る。

〔発明の目的〕

本発明はこのような技術的背景のもとでなされたもので
、その目的は簡単な構成で、しかも断続的故障に対して
も故障点を精度よく標定でき、さらに線路定数が所定区
間毎に異なる場合でも故障点を精度よく標定できる送電
系の故障点標定方式を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、故障発生時に送電系の所定の標点観測点にお
いて電圧および電流の瞬時値を検出し、この検出値を所
定の積分幅において積分することにより線形変換し、こ
の変換値と電圧、電流の瞬時値および既知の線路定数と
により故障点までの距離を求めるようにし、かつ故障点
までの距離を算出するに際しては故障点を含むと思われ
る故障区間を仮設定し、かつ区間の一端を標定出発点と
して設定し、前記標定観測点から前記標定出発点までの
線路定数および仮設定故障区間の線路定数とを代入して
求めた標定距離が仮設定の故障区間内にあるか否かを判
別し、故障区間内であればこの時求めた標定距離の位置
を故障点として判定し、故障区間外であれば仮設定故障
区間を再設定して故障点を標定するようにしたものであ
る。

〔実施例〕

以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明する。

まず本発明の原理について説明する。第１図は交流送電
系の等価（ロ）路を示す図であり、交流源１からの送電
電圧ｖ（ｔ）は線路抵抗ｒおよび線路インダクタンスＬ
を介して故障点Ｘに印加され、電流１（ｔ）が故障点抵
抗Ｒｆに流れる。なお、ｚＯは交流源１の内部インピー
ダンスでおシ、以下では無視するものとする。

この等価回路はＬＲ直列回路構成となっているため、故
障点Ｘで故障点抵抗Ｒ１−を介して地絡事故を起した場
合、送電端電圧ｖ　（ｔ）は次の微分方程式で表すこと
ができる。

Ｒ＝　ｒ　＋　Ｒｆとすると、 ・（ｔ）＝Ｒ・ｚ（ｔ）＋Ｌ二〇　　　　　　・・・・
・・（２）ｔ そこで、有限の時間幅（ｔ−’Ｌ！、ｔ）について第（
２）式を線形変換すると、 となる。

右辺第２項の積分は部分積分によって ＝　１（ｔ）ｅ−”ｔ−１（ｔ−Ｔ） であるから第（４）式を第（３）式に代入すると、・・
・・・・（５） となる。

ここで、 とすると、第（５）式は次のように表すことができる。

ｖ（ｓ、ｔ）＝ＲＩ（ｓ、ｔ） ＋Ｌ（８Ｉ（ｓ、ｔ）　−１（ｔ−〒）＋１（ｔ）ｅ　
　”）　・曲−（８）従って、第（６）式〜第（８Ｊ式
よｊ）ｔ−’ｌ’＝ｊｏ　　として固定し、かつｔ→ω
とすると、 第（８）式よりｓ　Ｖ（ｓ）＝ＲＩ＠）＋Ｌ（８Ｉ（ｓ
）　ｉ（ｔ□））となる。これは第（２）式のラプラス
変換を意味する。

本発明は、積分幅が無限大のラプラス変換ではなく、有
限の積分幅Ｔを取ることによって得られる第（８）式の
変換式を利用するものである。

すなわち第（８）式よシ故障点抵抗Ｒｆを含む８項を消
去してインダクタンスＬを求め、さらにとのＬを単位長
のインダクタンスｔで割シ算することによシ故障点距離
を算出するものである。

この場合、第（８）式を利用するのに２つの方法がある
。

１つは実数８を固定し、時間ｔを２つ取ることで得られ
る２つの連立方程式よシインダクタンスＬを求める方法
でアリ、他方は時間ｔを固定し実数８を２つとした同様
な方法である。

具体的にｊ　”　ｔｔ　＊　　ｔｌとすると、の２つの
方程式が得られる。そこで、第（９）式×Ｉ（ｓ、を冨
）−第００式ＸＩ（ｓ、ｔｌ）としてこれらの方程式か
ら８項を消去すると、インダクタンスＬは・・・・・・
（ロ） となる。

一方、第（３）式においてｔを固足し、実数Ｓを８＝　
８１　、　Ｓ、　　とすると、 の２つの方程式が得られる。

そこで、第（６）式ＸＩ（ｓ２．ｔ）−第（２）式ＸＩ
（ｓ、、ｔ）としてこれらの方程式から８項を消去する
と、インダクタンスＬは （５２Ｉ（ｓ２．ｔ）−１（ｔ−’Ｉ’）＋１（ｔ）ｅ
−”２Ｔ）Ｉ（ｓ、、ｔ）となる。

従って、これら第αυ式および第ａ＜式で示される演算
を行うことによって得たインダクタンスＬを単位長当り
のインダクタンスｔ（Ｖｍ）で割シ算すれば、故障点Ｘ
までの距離Ｄ（ｍ）を求めることができる。この場合、
第Ｑυ式において扱う電流ｉ　（ｔｌを図示すると第２
図に示すようなものとなり、同様に第０４式における電
流１（ｔ）は第３図に示すようなものとなる。

ところで、第ａυ式および第ａ勺式においてＶ（日、１
）、■（θ、１）　　は第（６）式および第（７）式で
示すように電圧。

電流の瞬時値に基づき容易に算出するととができる。−
例として一定間隔毎にサンプリングされた電圧、ｖｌｔ
流のデータより算出する方法を以下に説明する。第４図
に示すように１つのサンプリング区間（ｔｋ、　ｔｋ＋
ｓ　）において電圧ｖ　ｆｔ）を直線近似すると、 ｖ（ｔ）＃ｖｋ　＋　（１代”　−”　）　（ｔ　−ｔ
ｋ）　　　　　　・”・・・％△ｔ で表すことができる。

但し、ｖｋ　：　ｔｋ時点のサンプリング値、ｖｋ＋１
　：　ｔｌｃ＋１　＝　ｔｋ＋△を時点のサンプリング
値、 △ｔ：サンプリング間隔 である。

そして、連続したｎ個のサンプリング区間〔０゜ｓＴ Ｔ〕においてｅ　　を乗じた積分値は以下のようにして
算出できる。

・・・・・・（２） 従って、以上のような演算を行う演算手段を設けること
によって故障点Ｘまでの距１ＩｌｌＩｉＤを算出するこ
とができる。

要約すると本発明の原理は、故障発生時に送電端で検出
した電圧、電流の瞬時値をｆ（ｔ）％積分幅をＴ１任意
の実数を８１積分開始時刻を１（、としたとき Ｆ（ｓ、ｔ。）＝ｔ３．．十Ｔｆ（ｔ）８−Ｂ（ｔ−ｔ
ｏ弘ｔ。

で示される変換式によシ、所定積分中管における電圧、
電流ｆ（υの線形変換値を２つ以上の積分開始時刻また
は実数について求め、この線形変換値・を用いて故障点
ｉｔでの距離りを算出するものである。従って、第５図
（ａ）に示す交流電圧Ｖａ）が故障点Ｘで断続的に地絡
し、電流１（ｔｌが第５図（ｂ）に示すようになってい
る場合でも、積分中Ｔを又流電圧Ｖ（りの１／４周期程
度に設定することにより第５図（０）に示すような電流
１（ｔ）の線形変換１匝を得て故障点Ｘまでの距離りを
算出することができる。

第６図は以上説明した原理に基づく故障点標定装置の一
実施例を示すブロック図であシ、送電端電圧ｖ　（ｔ）
および電流１（ｔ）を検出する検出部１０．１１と、前
述の第（９）式および第αＱ式で示した線形変換演算を
行う線形変換部１２と、第１１式で示した標定演算を行
ってインダクタンスＬを算出する標定演算部１３とから
構成され、送電端電圧ｖ　（ｔ）および電流１（ｔ）は
検出部１０．１１でそれぞれ検出され、ざらに所定周期
でサンプリングされる。そして、そのサンプル値ｖ（ｔ
）′および１（ｔ）’はディジタル値Ｖ（ｔ）’および
Ｉ（ｔ）’に変換された後線形変換部１２の積分回路１
２０．　１２１で積分＠Ｔの間積分される。この積分値
は演算回路１２２．　１２３に導かれ、ここで第（ｌｆ
ｊ式および第（２）式で示した演算式によシ、時刻ｔ１
およびｔＩにおける線形値Ｖ　（Ｂ　＋　ｉｌ　）　、
ｌ　Ｂ＊　ｔＩ）　１■（θ＊　ｔｔ　）、Ｉ　（ｓ、
ｔＩ）　　に変換される。

一方、ディジタル化された電流値Ｉ（ｔ）’は標定演算
部１３の演算回路１３０に入力され、ここで時刻ｔ１と
（ｔｚＴ）およびｔＩと（ｔ２’ｌ’）における差の値
ｌ５−（１（、ｔＩ）ｅ−８Ｔ−ｔ（ｔｌ−〒））、Ｉ
ｒ（ｉ（ｔＩ）ｅ−”−１（ｔｒＴ））がそれぞれ求め
られる。

この電流差Ｉ１．　：ｔｚのうち■は乗算器１３１に入
力され、ここで演算回路１２３から出力される線形変換
値Ｔ（ｓ、ｔｚ）と乗算された後加算器１３３に入力さ
れるＣまた電流差■２は乗算器１３２に入力され、ここ
で演算回路１２３から出力される線形変換値紙６゜１＋
）と乗算された後加算器１３３に入力される。これによ
って、加算器１３３からは第ｃ１η式の分母で示される
演算結果の値が出力される。

一方、演算回路１２２から出力される電圧の線形変換値
Ｖ（Ｂ＊　ｔｌ）、Ｖ（Ｂ＊　ｔＩ）は乗算器１３４　
オｊび１３５に入力され、ここで電流の線形変換１匝（
８゜ｔｚ）、　Ｉ（ｓ、　ｔＩ）とそれぞれ乗算された
後加算器１３６に入力される。これによって、加算器１
３６からは第０９式の分子で示される演算結果の値が出
力される。この後、加算器１３６の出力は被除数、加算
器１３３の出力は除数として割り算器１３７に入力され
る。これによって、第０９式で示した故障発生時のイン
ダクタンスＬが求められる。このようにして求められた
インダクタンスＬは単位長当りのインダクタンスｔ　（
Ｈ／ｒｎ）によって割シ算される。この結果、故障点Ｘ
までの距離が算出される。

ところで、以上述べたことは送電系の全区間における線
路定数がすべて一様であることを前提としている。しか
し、実際の送電系においては山間部と市街地とで使用す
る線材の種類が異なり、線路定数が一様であることは少
ない。

本発明はこのような場合でも故障点を精度よく標定する
ために、故障点までの距離を算出するに際し故障点を含
むと思われる故障区間を仮設定し、かつこの区間の一端
を標定出発点として設定し、送電端から前記標定出発点
までの線路定数および仮設定故障区間の線路定数とを代
入して求めた標定距離が仮設定の故障区間内にあるか否
かを判別し、故障区間内であればこの時求めた標定距離
の位置を故障点として判定し、故障区間外であれば仮設
定故障区間を書設足して故障点を標定するようにしてい
る。

すなわち、第７図に示すように区間ａ　−ｆのうち区間
ｆに地絡事故が発生したものと仮定すると、区間ｆの一
端Ｘｏを標点出発点として仮設定し前述した第０９式ま
たは第０弔式で示てれる演算を行い、次にこの時求めた
インダクタンスＬが送電端から区間θの終点までのイン
ダクタンスＬｏより大きいか小さいかを判別する。すな
わち、区間ｅの終点までのインダクタンスＬＯおよび距
Ｔ４　Ｄｏは各区間ａ〜θの距離および線種が既知であ
るため、この間のインダクタンスＬｏと仮設定の標定出
発点ＸＯまでのインダクタンスＬとを比較し、その大小
を判別する。すると、Ｌ（Ｌｏ　　の場合には故障区間
は区間ｆの送電端側に近い方にあるものと想定される。

また、区間ｆの距離をＤｆ、単位長のインダクタンスを
ｔｆとすれば、Ｌ＞Ｌｏ＋Ｄｆ−ｔｆの場合には、故障
区間は区間ｆよシさらに遠方にあるものと想定される。

しかしｓ　Ｌｏ　＜　Ｌ　（Ｌｏ　＋Ｄｆ　−ｔｆの場
合には故障点は区間ｆ内にあるものと想定される。

そこで次に、故障点が区間ｆ内に存在しないものと想定
された場合には標定出発点Ｘｏを別の地点に設定して同
様の判定が行われる。しかし、ＬＯくＬ＜ＬＯ＋Ｄｆ１
１ｔｆの場合にはを演算することによシ送電端から故障
点までの距離が算出される。

なお、この演算はインダクタンスＬの成分で行つている
が、各区間の距離および単位長尚すのインダクタンスが
既知であるため、Ｌを距離換算し５て故障点までの距離
を算出するようにしてもよい。

この場合、標点出発点Ｘｏの設定の仕方については次の
ような方法がある。

（１）標定全区間の線路定数の平均値によって標定した
地点を含む区間を出発区間とする。

（２）電源に最も近い区間を出発区間とする。

（３）　　ｍ源に最も遠い区間を出発区間とする。

（４）過去の標定結果を順次参照する。

（１）の方法によれば、１回の標定演算によって故障点
を標点するのに都合がよく、連続した標定演算では（４
）の方法が都合がよい。

一方、故障点が区間の境界付近にある場合には以上のよ
うな標定演算が繰返され、故障点を定めにくくなること
も考えられる。このような場合には故障点を一定の範囲
で表すようにしてもよく、複数回の演算結果の平均値で
表すようにしてもよい。

なお、このような演算はマイクロコンピュータなどによ
って行うことにより、構成をさらに簡略化す゛ることか
できる。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、送電端
のみに電圧、電流の検出器を配置するだけでよく、既設
の変成器や変流器を用いることによシ極めて簡単にして
経済的な構成で故障点を標定することができる。また、
積分によ多線形変換処理を行っているため、電圧、電流
に高調波成分が含まれていても精度よく故障点を標定す
ることができる。さらに、積分時間巾を適切に設定する
ことにより断続的な故障においても故障点を正しく標定
することができるＣ％に、線路定数が所定区間毎に異な
る場合であっても、各区間の距離および線路定数が既知
である限り、どの区間に故障が発生しても標点観測点か
らの距離を精度よく算出することができ、実用上極めて
画期的な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は交流送電系の等価回路図、第２〜第５図は線形
変換処理を説明するだめの電流、１ｈ１圧を示す図、第
６図は本発明を適用した故障点標定装置の一実施例を示
すブロック図、第７図は線路定数の異なる送電系におい
て故障点を標定する場合の等価回路図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 線路定数が所定区間毎に異なる送電系の所定の標定観測
   点において電圧、電流を検出し、その検出電圧、検出電
   流を所定周期でサンプリングし、そのサンプル値を所定
   時間幅において積分することにより電圧、電流の線形近
   似値を求め、その線形近似値と単位長当りの既知の線路
   定数とによつて故障点までの距離を求める送電系の故障
   点標定方式であつて、故障区間を仮設定し、かつこの区
   間の一端を標定出発点として設定し、前記標定観測点か
   ら前記標定出発点までの線路定数および仮設定故障区間
   の線路定数とを代入して求めた標定距離が仮設定の故障
   区間内にあるか否かを判別し、故障区間内であればこの
   時求めた標定距離の位置を故障点として判定し、故障区
   間外であれば仮設定故障区間を再設定して故障点を標定
   することを特徴とする送電系の故障点標定方式。