JPS62239815A - 電力系統内の故障領域決定、直接トリツピングのための方法および装置 - 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】 （産業上の利用分野） 発送電系統の保護装置は通常、複数の異なる形態の故障
を処理する。例えば、インピーダンス保護または距離保
護装置は、インピーダンス測定機能の他に、保護効果に
影響を与える種々の特性を備えている。その中には方向
特性や領域特性が含まれ、これらは過電流保護や絶対選
択性保護、電力系統の発振防止等の始動手段として利用
することができる。

本発明は、電力系統に故障が発生した場合に領域制限と
直接トリツピングを行うための方法および装置に関する
ものである。

（背景技術、問題点） 従来技術によるインピーダンス保３装置の領域特性およ
び領域制限は、保護装置に直接的または間接的に含まれ
るモデル・インピーダンスと呼ばれるものと関係がある
。Ｒ−Ｘ面の七デル・インピーダンスによって決まるイ
ンピーダンス範囲内で負荷のインピーダンスが低下する
ときは、電力系統の故障とみなされる。その場合、領域
特性はモデル・インピーダンスの抵抗値とインダクタン
ス値（両者は独立にＵＡ整可能〉にｃｏｕｐｌｅされる
。

したがって、電力系統の故障を意味するインピーダンス
領域は様々な形を取る。この原理に基づくアナログ構成
の保護装置の一例が米国特許第３゜６２９．６５８号（
ｔｌｅｌａｅ、　Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ）　ニ開示されて
いる。この保護装置には、選択度およびスピードの点で
制約のあるアナログ・フィルタが使われている。希望の
保護機能特性、特に領域限度を得るためには、構成部品
の周波数依存性等に起因する困難な問題がある。

米国特許出願第６９６．６３４号にも、同じ原理に曇づ
くディジタル構成の保護装置が記載されている。

（発明の開示、理論的背景、特長） 日本特許出願用１２８４４０／８５号には、測定点から
故障箇所へ進む電圧波と、故障箇所からの反射波とに基
づいて送電線の故障箇所を発見する方法および装置が開
示されている。この発明においては、一定時間ごとに、
送電線の終端、例えば発電所などで電圧および電流の瞬
時値が測定される。そして、それら測定値と進行波モデ
ルを用いて、送電線上の一連の制御点における電圧が計
算される。上記出願に記載されている進行波モデルが、
本発明の基礎、すなわち、インピーダンス保護装置の領
域制限および故障発生時の直接トリツピングを行うため
の基本要素となっている。

第１図は、２つの発電所すなわち観測点Ｐ、Ｑ間の送電
線を示す。この例では送電線は２つの゛電源Δ、Ｂを接
続している。線ＰＱは２つの回路網Ａ、Ｂ間の送電線や
、環状回路網、発電所へと受電端Ｂを結ぶ送電線などを
想定したものである。

第２図は、正常時の送電線上における実際の電圧分布を
示しており、Ｅ　とＥ、は各電源の起電力、Ｕ′　とＵ
′。はそれぞれＰおよびＱで測定された電圧である。

発電所ＰおよびＱで電圧値、電流値を測定すれば、送電
線上のＰからＱｌそしてＱからＰへの制ｍ＋電圧または
電圧分布は、日本特許出願第１２８４４０／８５号記載
の進行波モデルから計けすることができる。正常な状態
では、測定値処理中の測定誤差と不確定パラメータによ
って決まる誤差範囲内で、第２図と同じ電圧分布が得ら
れる。

第１図の送電線上に内部故障すなわち点Ｐ、Ｑ間（第３
図参照）の故障が発生した場合、実際の電圧分布は故障
抵抗等に依存し、第４図に示すようなものになる。ここ
で、点Ｐでの実測電圧をＵ　１点Ｑでの実１ｌｌｌ電圧
をＵ。と定義する。故障箇所での電圧値１ノ、は故障点
の抵抗に依存する。

Ｕ　およびＵ。も、この抵抗の影響を受ける。

第５図は、進行波モデルにしたがって発電所Ｐで計算さ
れた送電線上の電圧分布を示している。

これを第４図と比較すると、このモデルの電圧分布はＰ
−Ｆ間で正しいことが明らかになる。進行波モデルにし
たがって計算された電圧分布は、電圧分布の適正部分を
求めるとき以外に、本発明では、送電線故障時の距離制
限および直接トリツピングを行うためにＦからＰ以遠の
電圧分布を求めるときにも利用される。

点Ｐにおいて進行波モデルを利用することにより、例え
ば、ある時刻ｔの瞬時電圧と半周期前の対応電圧として
、発電所Ｐの電圧を表わすことが可能である。そして、
最後に測定された電圧をＵ“　、その半周期前の電圧を
Ｕ′。とすれば、静的、正常状態の電圧差 Δｕ　　＝Ｕ”　　−＋−ｕ’。　　　　　　　（１）
Ｑ はぜ口になる。

新たな測定値が得られると、その値がＵ　ＩＩ　　とな
り、その半周期前に記録された測定値が、新しいＵ′ｏ
になる。このような更新動作は連続的に行われ、故障が
発生すると、Δｕｏの値がゼロ以外の値になる。

電圧差Δｕｏの絶対値と、故障前の電圧の絶対値ＩＵ′
Ｑ　Ｉとを用いて、下記に示す電圧差が得られる。

δｕｏ＝ｌΔｕｏｌ−ＩＵ’ｏｌ　　　（２）そして、
第５図から明らかなように、δｕｏがゼロより大きいと
きは、ＰＱ間の故障すなわら内部故障が存在することに
なる。δｕｏの値は故障箇所Ｆの故障抵抗に依存するの
で、この値からは、ＰＱ間送電線上の故障箇所の位置に
関する情報は得られない。

以上は制御点および故Ｆａ箇所の電圧に関する一般説明
である。詳細は後述するが、上記結論は相電圧、主電圧
の双方に対して有効である。有用な電圧値を得るために
は、例えば平均値など、適切な特性量の利用が適してい
る。これについても後述する。

以上から明らかなように、故障方向に関する情報ととも
にδｕ、＞Ｏを利用することにより、故障相の決定後に
問題の回路遮断器の直接トリツピングを行うことができ
る。

ここでは保護装置の距離範囲はＲ０間の全長に相当する
。上記から明らかなように、送電線上における任意の数
のｕ１１１１点について進行波モデルを用いて送電線の
電圧を計算することが可能である。

第６図において点Ｆが故障箇所の場合、Ｒ０間にある制
御点りの電圧計算は次のようになる。

δｕＤ−１ΔｕＤ　　ｌ　　　！”ｏ　　ｌ＜Ｏこのよ
うにｉ、ＩＪ　６９点を適当に選んでδｕを計算するこ
とによって距離限度が得られる。第５図、第６図におい
て、所要の保護装置の距離範囲をＰＤとすると、点Ｆに
おける故障は保護笥囲外の故障であるので、発電所Ｐか
らは故障対策を取ることができない。

直接トリツピングと距離制限のための上記基本的方法を
実用化するため、以下にさらに具体的に説明する。

故障の前後に引算された前記の電圧差△Ｕは既に述べた
ように、ある時刻ｔの電圧の瞬時値と半周期前の同電圧
値で表わすことができ、■を周期とすれば、次のように
表わすことができる。

Δｕ−ｕ（ｔ）＋ｕ（ｔ−Ｔ／２＞　　　（３）同様に
して、サンプル法により、各周期ごとのに番目の測定に
対して次の式が得られる。

Δｕ　ｋ−ｕ　ｋ＋　ｕ　ｋ−Ｎ／２　　　　　　　　
　（４）ただし、Ｎ−Ｔ／Δｔ、Δｔ−サンプル間の時
間とする。本発明の方法および装置に関する以下の説明
はサンプル測定に基づいている。

先行周期のゼロ交差を利用してＮを求めると云う意味か
ら、適応フィルタを使用することも可能である。その場
合、緩慢な周波数変化の発振への影響を避けることがで
きる。

なお、以下の記述において、点Ｐにおける保護装置の所
望距離範囲は線分ＰＱの全長とする。

発電所Ｐにおいて式（４）にしたがって計算された発電
所Ｑの電圧差は次のようになる。

Δ’　ｑｋ”　ｕｑｋ＋ｕｑ（ｋ−Ｎ／２）　　　　　
　　（５）前記日本特許出願第１２８４４０／８５号か
ら明らかなように、進行波モデルを利用して相電圧およ
び主電圧を計算することができる。相電圧の差を表わす
値には添字「ρ」を付けるものとすると、式（５）は次
のようになる。

ρｑｋ　　　ρｑ　ｋ＋　Ｉ−Ｊρｑ（ｋ−Ｎ／２）　
　　　（６）△ｕ＝ｕ また、Ｒ８，５ＴＳＴＲの各相間主電圧を表わす値には
添字「ρσ」を付けるものとすると、式１式％ 同様に、式（２）で表わされる電圧差について相電圧Ｒ
−８−Ｔを特定するために添字「ρ」を付けるものとす
ると、そのδｕ、ｑは発電所または制御点Ｑについて計
算された何れかの相のに番目の電圧差を表わす値となる
。したがって、式（２）は次のように書き換えられる。

そして、主電圧に関する式は次のようになる。

適正な電圧差を得るため、適当な方法でろＵの平均値を
算出する必要がある。下記はその例である。

ここで、式（１０）または式（１１）から得られた平均
値δｕの内、何れかがゼロより大きい場合、送電線上の
点Ｐに設置された保護装置の保護領域ＰＱ内の故障、す
なわち内部故障があることになる。

この情報の他に故障方向情報や相故障情報があれば、そ
れらを組み合わせることにより、問題の回路遮断器の直
接トリツピングを実行することができる。すなわち、保
護システムに含まれる通信チャンネルから独立した直接
トリツピング・モードを方向比較用保護装置に付加する
ことが可能になる。

（実施例） 本発明による方法を実行するための装置は第７図にした
がって設計することができる。保護装置を設置した発電
所における相電流と相電圧は進行波モデル１に供給され
る。図示した例では、保護装置は発電所Ｐに設置され、
相電流’　ＲＰ、１８１、ＴＰ　　　　　　ＲＰ　　　
ＳＰ”Ｔ−進行波モデルにｉ　と相電圧Ｕ　　、Ｕ 供給される。ある送電線領域のために特別に設置された
保護装置の場合は、その保護領域の終点で制御電圧を計
算するだけの簡易形の進行波モデルを使用することが可
能である。もし、保護装置が可変領域用のものであれば
、数箇所の制御点で電圧測定が可能な進行波モデルを使
用する必要がある。これは進行波モデルの出力ＬＪ、Ｕ
ｋで例示することができる。

相電圧に関する電圧差Δｕ、すなわち式（６）の△ｕ７
ｐｐｋは、２つの隣接半周期の電圧値を加えることによ
って得られる。時間差は遅延素子２．３．４から得られ
、そして、和は加算器５．６．７から得られる。

主電圧に関する電圧差Δｕ、すなわち式（７）のΔｕｐ
ａｇｋは、加算′Ｐ１８．９．１０から各相電圧の差を
抽出することによって得られる。

電圧差Δｕは、ある一つの周期の電圧値と先行周期中の
対応値との比較によって得られると考えてよい。涯延素
子２．３．４からは１つの周期Ｔに相当する遅れが発生
する。差電圧△Ｕを発生させるため、時間差値はマイナ
ス符号を付けて加算器に供給する必要がある。なお、こ
の方法による装置は第７図に示されていない。

相電圧に関する電圧差δｕ、すなわち式（８）のδｕ　
　を得るため、まず最初に、数値発生器１ρｑｋ １．１２．１３によってΔｕ　　の数値が惇出さρＱｋ れ、そして、数値発生器１４．１５．１６によって半周
期前の対応電圧の数値が搾出される。その後、加算器１
７．１８．１９において、式（８）から得られる数値の
差が算出される。

主電圧に関する電圧差δｕ１すなわら式（９）のδｕ　
　　を得るためには、まず最初に、数値光ρσｑｐ 土器２０，２１．２２によって△Ｕ　　　の数値ρσｑ
ｐ が算出される。Ｕ、。ｑ（ｋ−Ｎ／２）の値は加算器２
３．２４．２５から発生し、数値発生器２６．２７．２
８によって各数値が算出される。そして、得られた数値
の差は加算器２９．３０．３１において式（９）にした
がって算出される。

相電圧については、δｕの平均値すなわち式（１０）の
δｕ　ｑｋは、加算器３２．３３．３４において、δｕ
　　の値と前回サンプルのδｕｑの平均ρＱｋ 値δｕ　　　を加え、半周１町前のδｕ、の値ｑ（ｋ−
１） δｕＱ（に−Ｎ／２）を差し引くことによって得られる
。

半周期の時間差は遅延素子３５．３６．３７において生
じ、また、時間差Δｔは遅延素子３８．３９．４０にお
いて生じる。

主電圧については、δｕの平均値すなわち式　　４゜（
１１）のδｕｐｃｙｑｋは、加算器４１．４２．４３に
おいてδｕｌ：）（７ｑｋの値と前回サンプルのδｕ　
　　の平均値でてｏｃｙｑ（ｋ−１）を加え、半周ρσ
ｑ 期前のδｕ　　　の値δｕＤａ　ｑ（ｋ−Ｎ／２）を差
し引ρσｑ くことによって得られる。半周期の時間差は遅延索子４
４．４５．４６において生じ、遅延時間△ｔは遅延素子
４７．４８．４９において生じる。

本発明によれば、上記で得られた平均値の何れかがゼロ
より大ぎい場合は、保護装置の監視領域内に故障がある
ことになる。この比較動作は比較器５０．５１，５２．
５３．５４．５５によって行われ、各比較器の論理出力
ＤＲ，ＤＲ８ＳＤＳ、ＤＳＴ、ＤＴ、ＤＴＲはＯＲ素子
５６に供給され、保護装置が動作状態に入る時に、この
ＯＲ素子から信号ＤＦが発生する。

本装置の構成要素、例えば進行波モデル、加算器、比較
器、遅延素子等はアナログ技術的またはディジタル技術
的に多少集積することが可能である。

図面の簡単な説明 第１図は電源ＡおよびＢに接続された二個所Ｐ、Ｑを結
ぶ正常時の送電線を示す図、 第２図は第１図の送電線上の実測電圧分布図、または進
行波モデルにしたがって計算した送電線電圧分布図、 第３図は第１図と同様の図であって、点Ｐ、Ｑ間で故障
Ｆが発生した場合を示す図、 第４図は第３図の点Ｆでの故障発生時の送電線電圧分布
の一例を示す図、 第５図は第３図における送電線上の点Ｆでの故障発生時
に点Ｐで進行波モデルにしたがって計算した電圧分布図
、 第６図は第３図と同様の図であって、制御点りで計算じ
た送電線電圧分布図、 第７図は本発明を実行するための装置を示す図である。

（参照符号の説明） １・・・進行波モデル ５．６．７・・・加算器、 ８．９．１０・・・加算器、 １７．１８．１９・・・加算器、 ２３．２４．２５・・・加算器、 ２９．３０．３１・・・加算器、 ３２．３３．３４・・・加算器、 ４１．４２．４３・・・加算器、 ５０．５１．５２．５３．５４．５５・・・比較器、５
６・・・ＯＲ素子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）多相配電または多相送電系統内の送電線（ＰＱ）
   の保護に関連して領域決定および直接トリツピングを行
   うために、送電線近傍の観測所（Ｐ）において各相ごと
   に電流および電圧を測定し、その測定値を観測所内の進
   行波モデル（１）に供給することによつて送電線上の一
   連の制御点における電圧分布が得られるようにした領域
   決定・直接トリツピング方法において、 ある時刻における制御点の電圧計算値Ｕ″と半周期前の
   対応電圧Ｕ″の和を電圧差Δｕで表わし、電圧差Δｕの
   絶対値と、同一測定点の電圧Ｕ′の絶対値の差を電圧差
   δｕで表わし、観測所内の保護装置の有効領域を測定点
   から制御点までの距離とした場合、その領域内での実際
   の送電線上の対応点で低抵抗故障が発生したときにδｕ
   がゼロになることを特徴とする前記方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、制御点の電圧差
   Δｕがゼロより大きい時に、観測所と測定点の間の送電
   線区間の保護回路遮断器を直接トリツピングするための
   信号が得られることを特徴とする前記方法。
3. （３）多相配電または多相送電系統内の送電線の保護に
   関連して領域決定および直接トリツピングを行うための
   特許請求の範囲第１項記載の方法を実行するため、進行
   波モデル（１）、遅延索子、加算器、数値発生器、比較
   器、ＯＲ索子を有し、送電線近傍の観測所に設置された
   装置において、前記点Ｐから前記装置の有効距離だけ離
   れた点Ｑに関して、 進行波モデルにしたがつて計算されたＲ相電圧と半周期
   前の対応電圧との差に等しい電圧差Δｕ＿Ｒ＿ｑが第１
   加算器（５）によつて算出され、進行波モデルにしたが
   つて計算されたＳ相電圧と半周期前の対応電圧との差に
   等しい電圧差Δｕ＿Ｓ＿ｑが、第２加算器（６）によつ
   て算出され、進行波モデルにしたがつて計算されたＴ相
   電圧と半周期前の対応電圧との差に等しい電圧差Δｕ＿
   Ｔ＿ｑが、第３加算器（７）によつて算出され、数値｜
   Δｕ＿Ｒ＿ｑ｜と半周期前の数値｜ｕ＿Ｒ＿ｑ｜の差に
   等しい電圧差δｕ＿Ｒ＿ｑが、第４加算器（１７）によ
   つて算出され、 数値｜Δｕ＿Ｓ＿ｑ｜と半周期前の数値｜ｕ＿Ｓ＿ｑ｜
   の差に等しい電圧差δｕ＿Ｓ＿ｑが、第５加算器（１８
   ）によつて算出され、 数値｜Δｕ＿Ｔ＿ｑ｜と半周期前の数値｜ｕ＿Ｔ＿ｑ｜
   の差に等しい電圧差δｕ＿Ｔ＿ｑが、第６加算器（１９
   ）によつて算出され、 電圧差δｕ＿Ｒ＿ｑの平均値ｕ＿Ｒ＿ｑが第７加算器（
   ３２）によつて算出され、 電圧差δｕ＿Ｓ＿ｑの平均値ｕ＿Ｓ＿ｑが第８加算器（
   ３３）によつて算出され、 電圧差δｕ＿Ｔ＿ｑの平均値ｕ＿Ｔ＿ｑが第９加算器（
   ３４）によつて算出され、 Δｕ＿Ｓ＿ｑとΔｕ＿Ｒ＿ｑの差に等しい電圧差Δ＿Ｒ
   ＿Ｓ＿ｑが第１０加算器（８）によつて算出され、 Δｕ＿Ｔ＿ｑとΔｕ＿Ｓ＿ｑの差に等しい電圧差Δ＿Ｓ
   ＿Ｔ＿ｑが第１１加算器（９）によつて算出され、 Δｕ＿Ｒ＿ｑとΔｕ＿Ｔ＿ｑの差に等しい電圧差Δ＿Ｔ
   ＿Ｒ＿ｑが第１２加算器（１０）によつて算出され、 各Δｕ値の半周期前のｕ＿Ｓ＿ｑとｕ＿Ｒ＿ｑの差に等
   しい電圧差ｕ＿Ｒ＿Ｓ＿ｑが第１３加算器（２３）によ
   つて算出され、 各Δｕ値の半周期前のｕ＿Ｔ＿ｑとｕ＿Ｓ＿ｑの差に等
   しい電圧差ｕ＿Ｓ＿Ｔ＿ｑが第１４加算器（２４）によ
   つて算出され、 各Δｕ値の半周期前のｕ＿Ｒ＿ｑとｕ＿Ｔ＿ｑの差に等
   しい電圧差ｕ＿Ｔ＿Ｒ＿ｑが第１５加算器（２５）によ
   つて算出され、 数値｜Δｕ＿Ｒ＿Ｓ＿ｑ｜と｜ｕ＿Ｒ＿Ｓ＿ｑ｜の差に
   等しい電圧差δｕ＿Ｒ＿Ｓ＿ｑが第１６加算器（２９）
   によつて算出され、 数値｜Δｕ＿Ｓ＿Ｔ＿ｑ｜と｜ｕ＿Ｓ＿Ｔ＿ｑ｜の差に
   等しい電圧差δｕ＿Ｓ＿Ｔ＿ｑが第１７加算器（３０）
   によつて算出され、 数値｜Δｕ＿Ｔ＿Ｒ＿ｑ｜と｜ｕ＿Ｔ＿Ｒ＿ｑ｜の差に
   等しい電圧差δｕ＿Ｔ＿Ｒ＿ｑが第１８加算器（３１）
   によつて算出され、 電圧差δ＿Ｒ＿Ｓ＿ｑの平均値δ＿Ｒ＿Ｓ＿ｑが第１９
   加算器（４１）によつて算出され、 電圧差δ＿Ｓ＿Ｔ＿ｑの平均値δ＿Ｓ＿Ｔ＿ｑが第２０
   加算器（４２）によつて算出され、 電圧差δ＿Ｔ＿Ｒ＿ｑの平均値δ＿Ｔ＿Ｒ＿ｑが第２１
   加算器（４３）によつて算出され、 各平均値がそれぞれの比較器（５０、５１、５２、５３
   、５４、５５）によつてゼロと比較され、何れかの平均
   値がゼロより大きい場合に、保護装置の有効領域内での
   故障発生を指示する信号がＯＲ素子（５６）を介して算
   出されることを特徴とする前記装置。