JP4550464B2

JP4550464B2 - 地絡点標定方法および装置

Info

Publication number: JP4550464B2
Application number: JP2004113040A
Authority: JP
Inventors: 優楯身; 達朗加藤; 康則大野; 秀彦島村; 麗都遠藤; 裕一和田; 孝志笠島
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Tokyo Electric Power Co Holdings Inc
Priority date: 2004-04-07
Filing date: 2004-04-07
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-04-07
Also published as: JP2005300205A

Description

本発明は配電系統に於ける地絡点標定方式に関する。

配電系統で地絡が発生した場合、停電が発生する。現状では巡視員の目視点検により地絡点を探索し、地絡原因を除去している。停電復旧時間を短縮するには、地絡後瞬時に事故点を特定し、事故探索範囲を縮小できる事故点標定技術が必要である。

提案されている事故点標定方法に特許文献１がある。ここでは、地絡時のサージ電流を２地点で測定してサージ電流の到達時間差から地絡点標定する（以下サージ法と呼ぶ）。

特開昭63−206668号公報

しかし、上記サージ法ではサージ電流の伝播速度が高速なため、高いサンプリング周波数のＡ／Ｄ変換器が必要であり、高価となる。さらに計測点を同期化するための装置（例えばＧＰＳ）を必要とするため構成が複雑になる。

本発明では、従来技術の問題点に鑑み、低サンプリング周波数のＡ／Ｄ変換器で実現できる簡易な地絡点標定方法及び装置を提供する。

上記課題を解決するために本発明は、配電系統の電流の変化から地絡発生を検出し、変電所から地絡点までの距離を標定する地絡点標定方法であって、前記配電系統における零相電流および／または零相電圧が所定値以上かつ所定時間以上継続して発生するときに地絡と判定し、このときの前記零相電流の零相波形から共振周波数を求め、この共振周波数を予め前記配電系統について求めてある共振周波数と地絡点までの距離の関係式にあてはめて、標定値を算出し、地絡点を標定することを特徴とする。

前記関係式は、対象配電系統のモデル上で複数の地絡点を設定し、各地絡点の零相電流をシミュレーションし、該シミュレーションで得られた零相波形を高速フーリエ変換して共振周波数を求め、変電所から地絡点までの距離と共振周波数を関数形に纏める。

本発明の地絡点標定装置は、配電系統の電流の変化から地絡発生を検出する地絡検出装置を各配電線に備え、各地絡検出装置の地絡検出の結果に基いて地絡点を標定するものであって、前記地絡検出装置は、零相電流を検出する電流センサ及び相電圧を検出する電圧センサと、前記零相電流及び前記相電圧をＡ／Ｄ変換するＡＤ変換器と、前記零相電流および／または相電圧合成値からなる零相電圧が所定値以上かつ所定時間以上継続して発生するときに地絡と判定する故障判定部と、前記零相電流の零相波形を記憶するメモリとを備え、変電所から地絡点までの距離と零相波形の共振周波数を関数形に纏めた関係式を有し、前記地絡検出装置から地絡時の零相電流を取得し、該零相電流の共振周波数と前記関係式から地絡点を標定する監視装置を備えることを特徴とする。

前記配電系統が分岐系統を持つ場合、前記関係式は分岐に応じた関数形となることを特徴とする。

本発明によれば、地絡時の零相波形が分かればよいので数ｋから数十ｋＨｚのサンプリングでよく、サージ法に比べ低サンプリングのＡ／Ｄ変換器が採用できる。また、分岐に地絡検出装置を配置していれば、多数の分岐のある系統にも適用可能である。さらに、地絡点が標定できない場合でも地絡区間を特定できるので、地絡点探索範囲を縮小できる。

本発明の実施例１について図面を参照して説明する。図１に配電系統を示す。配電用変電所１の中の変圧器３から配電線４が伸びている。配電線４には、地絡検出装置２ａ，２ｂ，２ｃを配置する。地絡点検出装置２ａ，２ｂ，２ｃは通信線１０で監視システム１１と接続される。監視システム１１には図示しない電子計算機が設けられ、電子計算機には系統特性式を作成するための過渡現象解析ツールがインストールされている。

図２に地絡検出装置の構成を示す。地絡検出装置２ａ，２ｂ，２ｃでは、ZCTやPDから構成されるセンサ部２−１で零相電流Ioと相電圧を計測する。計測されたIoは事故検出部２−２で、Ａ／Ｄ変換器を通して、Io地絡事故を判定する。同様に、計測された相電圧はＡ／Ｄ変換器を通して、合成されて零相電圧Voとなり、Vo地絡事故を判定する。Io、Voは通常波形であるため、サージ法のような高サンプリングのＡ／Ｄ変換器は不用である。地絡検出装置２には地絡事故判定時にIoを記録するためのメモリ２−３が備えられる。

本発明では、地絡時のIo波形の共振周波数を求め、その共振周波数と系統特性式から地絡点標定する。図３に系統特性式を示す。系統特性式は配電用変電所から地絡点までの距離と、共振周波数との関数で表される。系統特性式は図示のような式で表され、共振周波数に対応した特性式上の位置が事故点を示す標定値となる。系統特性式はシミュレーションにより予め導出しておく必要がある。

次に、地絡点標定方法に用いる系統特性式の作成方法を説明する。図４に系統特性式の作成手順を示す。シミュレーションを実施するためには、標定の対象となる系統のモデルを作成する必要がある。系統特性式の精度が標定精度を決定するので、なるべく正確なモデルの作成が必要となる。配電線の線種・長さ、変圧器の容量・パーセントインピーダンス、対地静電容量等の系統情報に基づき、標定の対象とする系統のモデルを作成する（Ｓ０１）。図５に標定の対象となる系統のモデルを作成している計算機画面を示す。

次に、モデルで地絡点を作成し、その地絡点に対応するIoをシミュレーションで取得する（Ｓ０２）。図５のモデルでは、地絡点Ｆ１〜Ｆ４を設定し、各々の点で地絡が発生したときのIoを取得する。

Io波形から地絡点に対応した共振周波数を求めるために、シミュレーションで得られた零相波形を、高速フーリエ変換（FFT）演算する。そのスペクトルのピーク値に対応する周波数を共振周波数とする（Ｓ０３）。

図６に地絡時の零相電流波形とフーリエ変換を示す。同図（ａ）が地絡時の零相電流の波形、（ｂ）が地絡波形の周波数のスペクトルで、ピーク値が共振周波数を示す。このモデル上での地絡点の変更と、そのときの地絡波形の共振周波数の導出を、標定したい系統の全域で繰り返す。

配電用変電所から地絡点までの距離と、それに対応する共振周波数を関数形に纏める（Ｓ０４）。例えば、図３に示すような直線近似（１次近似）が得られる。

次に、地絡が発生した場合の標定方法について説明する。図７は地絡点標定の処理を示すフローである。今、図１のＰ点で地絡が発生すると（Ｓ１０）、Ｐ点より配電用変電所側の零相電流Ioと零相電圧Voが増加する。事故検出部２−２によるIoおよびVo地絡事故判定では、零相電流の閾値Io1および零相電圧の閾値Vo1に対して、Io≧Io1とVo≧Vo1が規定の時間T1以上継続するならば、地絡と判定し、地絡検出装置２のメモリ２−３にIo波形を記録する。

上記の実施例では、IoとVoのＡＮＤ条件により高精度に地絡を検出している。しかし、Io≧Io1でT1以上継続しても地絡検出が可能である。さらに、Io＜Io1の場合、Vo≧Vo1で規定の時間T1以上継続すれば、地絡として検出できる。

図１のＰ点で地絡が発生した場合は地絡検出装置2aおよび2bが作動し、Io波形を記録する。地絡検出装置2cは配電線の末端の浮遊容量に起因する零相電流を検出するが、その電流は非常に小さいため地絡と判定されない。

地絡検出装置2aおよび2bは監視システム11に事故発生を通知する。通知内容には、地絡検出装置のアドレスと発生日時等が記載されている。監視システム11は、地絡検出された地絡検出装置２ａ，２ｂの中で最も末端よりで地絡を検出した地絡検出装置2bと、2bより１つ末端側の地絡検出しない地絡検出装置2cの間（以下、地絡区間と呼ぶ）で地絡が発生したと判定する（Ｓ１１）。

監視システム11は地絡区間の電源側の地絡検出装置2bに波形データ送信要求を出し、地絡時のIo波形（地絡波形）を取得する（Ｓ１２）。Io波形は、地絡点より電源側の地絡波形であればよく、したがって、地絡検出装置2aが記録した零相電流波形でもよい。あるいは、配電用変電所で地絡波形を記録しているならば、監視システム11は、その波形を取得しても構わない。

監視システム11では、取得した零相電流波形IoをＦＦＴ演算することにより（Ｓ１３）、図６に示すように、周波数スペクトルのピークから共振周波数fcを導出する（Ｓ１４）。

導出した共振周波数を予め作成しておいた系統特性式（図３）に当てはめ、標定値を算出し（Ｓ１５）、地絡点標定の結果を表示する（Ｓ１６）。

本実施例では、地絡波形データを監視システム１１に転送後、ＦＦＴ演算したが、地絡検出装置２に波形処理装置を備え、そこでＦＦＴを実行し、得られた共振周波数を監視システム１１に転送してもよい。このような構成にすると取得した波形データを転送する必要がなくなるため、データ転送量を低減できる。

本実施例では地絡前に予め特性式を備えるので、地絡後にシミュレーションの必要が無く、短時間で地絡点標定できる。また、共振周波数を用いることにより、原理的には、地絡様相に依存しない標定結果を得る。測定点は１箇所でよく、簡素な構成で地絡点標定を実現できる。また、地絡時の零相電流の振動が分かればよいので、数キロ〜数十キロＨｚで零相電流波形をサンプリングすれば十分であり、低サンプリングのＡ／Ｄ変換器の使用が可能である。

次に本発明の実施例２を説明する。実施例２は配電系統に分岐がある場合の地絡点標定方式である。図８に分岐がある配電系統を示す。分岐点Ｂから２つの系統に分岐している。図９に図８の系統に対応する系統特性式を示す。系統特性式は、実施例１と同様な手続きで導出するが、分岐点Ｂ以降で2種類（２ｂ，２ｃ側、２ｄ，２ｅ側）の特性が得られる。その他の条件や構成は実施例１と同様である。

図８のＰ点で地絡が発生した場合の地絡点標定方法を再び図７に基づき説明する。Ｐ点で地絡が発生すると、配電用変電所側からケーブルの静電容量からの放電電流が流れるため、地絡検出装置2aと2dで地絡検出する。一方、2b、2c、2eは地絡を検出しない。地絡を検出した地絡検出装置2では、メモリに地絡時のIo波形を記録する。

地絡を検出した地絡検出装置2aと2dは監視システム11に地絡発生を通知する。監視システム11は、実施例１の時と同様に、最も末端で地絡を検出した地絡検出装置2dと、2dより１つだけ末端側の地絡を検出しない地絡検出装置2eの間を地絡区間と判定する（Ｓ１１）。

監視センタ11は、地絡を検出した地絡検出装置2dへ地絡波形を要求し、地絡波形を取得する（Ｓ１２）。地絡波形の要求は、地絡を検出した地絡検出装置2aでも構わない。

次に、取得した地絡波形Ioの共振周波数を求めるために、IoをＦＦＴ演算し（Ｓ１３）、スペクトルのピークに対応する周波数を共振周波数ｆｃとみなし、導出する（Ｓ１４）。導出した共振周波数fcを図９の系統特性式に当てはめ、配電用変電所からの距離換算し（Ｓ１５）、地絡点を表示する（Ｓ１６）。

本実施例によれば、分岐系統にも地絡検出装置を配置していれば、多数の分岐のある系統にも適用可能である。さらに、地絡点が標定できない場合でも地絡区間を特定できるので、地絡点探索範囲を縮小できる。

実施例１の地絡点標定方式を適用する配電系統図。地絡検出装置の構成を示すブロック図。実施例１の系統特性式の説明図。系統モデルの作成処理を示すフロー図。電子計算機での系統モデルの作成例を示す説明図。地絡時の波形と共振周波数の導出方法を示す波形図。地絡点標定処理を示すフロー図。実施例２の地絡点標定方式を適用する配電系統図。実施例２の系統特性式の説明図。

符号の説明

１…配電用変電所、２…地絡検出装置、２−１…センサ部、２−２…事故検出部、２−３…メモリ、３…変圧器、４…配電線、１０…通信線、１１…監視システム。

Claims

配電系統の電流の変化から地絡発生を検出し、変電所から地絡点までの距離を標定する地絡点標定方法であって、
対象配電系統のモデル上で複数の地絡点を設定し、各地絡点の零相電流をシミュレーションし、該シミュレーションで得られた零相波形を高速フーリエ変換して共振周波数を求め、変電所から地絡点までの距離と共振周波数を関数形に纏めた関係式を求めておき、
前記配電系統における零相電流および／または零相電圧が所定値以上かつ所定時間以上継続して発生するときに地絡と判定し、このときの前記零相電流の零相波形から共振周波数を求め、この共振周波数を前記関係式にあてはめて標定値を算出し、地絡点を標定することを特徴とする地絡点標定方法。