JPH01227619A - 距離測定方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、距離測定方式に係り、特に、電力系統におけ
る線路定数を計測し、距離リレー装置、あるいは故障点
標定装置を構成するために用いて好適な距離測定方式に
関する。

〔従来の技術〕

この種距離測定方式に関する従来技術として、例えば、
電気協同研究第４１巻第４号（昭６ｌ−１）に、デジタ
ルリレーとして記載された技術が知られている。この文
献には、デジタルリレーのための各種のインピーダンス
計算法等について記載されている。しかし、前記文献に
は、具体的な演算手段については示されていない。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来技術は、基本波以外の高調波において、距離測
定精度を高めるという点についての配慮がなされておら
ず、広い周波数範囲で高精度に距離測定を行うことが困
難であるという問題点を有している。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、演算
データのサンプリング周期が長い場合にも、基本波以外
の高調波域においても、高い距離測定精度を得ることの
できるｉ離測定方式を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、前記目的は、一定間隔でサンプリング
することによって得た電力系統の電圧。

電流のサンプリング値の、異なる時点での複数のサンプ
リング値を用いて、電圧信号の積分値と、抵抗骨に係る
電流信号の積分値と、リアクタンスに係る電流信号の微
分値とを求め、これらの値に基づいて線路定数を算出す
ることにより達成される。

〔作用〕

サンプリング時点の異なる複数のデータを用いて演算を
実行することにより、広い周波数範囲にわたって、測定
精度を高めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明による距離測定方式の一実施例を図面によ
り詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例全体の演算処理動作を説明す
るフローチャート、第２図は本発明を適用した距離リレ
ーの系統概念図、第３図は演算信号のベクトル図である
。第２図において、１は線路、２は変流器、３は電圧変
成器、４は距離リレーである。

本発明による距離測定方式が適用される距離リレー４は
、第２図に示すように、変流器２と電圧変成器３とによ
り線路１に接続され、距離リレー４の設置点から事故点
までの線路長を求め、事故点までの距離が、距離リレー
４の保護区間内にある場合に、事故線路を系統から切り
離すようにトリップ指令を発生する。

一般に、距離リレー設置点から事故点までの線路長をｆ
ｆｉＫｍ、線路の抵抗をＲ１線路のインダクタンスをＬ
とすると、 Ｖ　＝　Ｒｉ　＋　Ｌ　　ｄｉ−−−−−−（１１ｔ なる線路方程式が成り立つ。但し、（１１式において、
■は入力電圧信号、ｉは入力電流信号である。

距離リレー４は、前述した（１１式を解き、線路の抵抗
Ｒと線路のインダクタンスＬを求め、単位長当りの抵抗
とインダクタンスをもとに、事故点までの距離を求め、
前述したトリップ指令を発生することができる。

距離リレー４において実施される前述の演算をデジタル
演算により実行する場合の処理のフローが第１図に示さ
れている。以下、第１図により演算処理動作を説明する
。

（１）　　まず、演算処理動作がスタートされる。この
ためのスタート信号は、演算全体の制御を行うマイクロ
コンピュータにより、例えば、８亥シンピユータの電源
が投入されたとき、予め設定されたプログラムにより発
生される（フロー１０）。

（２）　　このスタート信号により、距離リレー４内で
は、線路１から電力系統の電圧及び電流信号を一定間隔
でサンプリングする。本発明の実施例では、商用周波数
を基本波として、その３０度間隔でサンプリングを行う
こととする（フロー２０）。

（３）電圧及び電流信号のサンプル値が順次記憶される
（フロー３０）。

（４）複数のサンプリング時点の異なるサンプル値を用
いて、前述した（１）式の線路方程式を解き、事故点ま
での線路の抵抗Ｒ１インダクタンスＬの値等の線路定数
値を求める。本発明は、この方程式を解くための手段に
関するものであり、その詳細は後述する（フロー４０）
。

（５）　　フロー４０において算出した線路定数値を用
いて、事故点までの距離を判定し、距離リレーとして、
事故点が保護範囲にあるか否かの判定、故障点の標定等
を実行する（フロー５０）。

本発明が適用される距離リレー４は、前述の処理を、各
サンプル周期毎に繰返し実行し、電力系統保護のための
監視を続ける。

次に、第１図に示すフロー４０における線路方程式を解
くための演算手法について説明する。

本発明の一実施例では、前述の線路方程式（１）を解く
方法として、電圧信号の積分値、電流信号の積分値及び
微分値を用いることとし、次に示す（２）式及び（３）
式の連立方程式を解くことにより線路方程式（１）を解
く。

Ｖｓ＋ｔｏ、ｔ３＋　＝　Ｒ′Ｉ　ｓ＋ｔｏ、ｔ３＋　
＋　Ｘ　Ｉ　Ｄ（日日２）−（２）■５（ｔｌｌ　ｔｎ
）　−Ｒ−Ｉ　５（ｔｌｌ　ｔｎ）　４−　Ｘ　Ｉ　ｎ
（ｔｚ＋ｔ＋＋”−（３］但し、（２）式において、Ｒ
は抵抗、Ｘはリアクタンスであり、また、 Ｖ　ｓ　＋ｔｏ、　ｔ３＋　−Ｋ　＋　　Ｉ　Ｖ　（日
）＋Ｖ　（ｔｚ＋ｌ　　＋Ｋｚ　　（Ｖ　＋ｔｏ＋＋Ｖ
　＋ｔ３＋）１ｓＬｔｏ、ｔ３．＝に＋　　（Ｉ　　＋
ｔ＋＋＋Ｉ＋ｔｚ＋ｌ　　＋に２　　（Ｉ＋ｔｏ＋＋Ｉ
＋ｗ＋１Ｉ　ｎ　＋ｔ＋、　Ｌ２１−１　＋ｔ＋＋　　
Ｉ　＋ｔｚ＋　　　　　　　−−−−−−−（６１であ
る。但し、（４）弐〜（６）式において、Ｋ＋、Ｋｚは
、周波数特性を調整するための定数、 ■ｆｔｏ）　＋　　■（ｔｌｌ　”−’−””　　■（
ｔｎｌは、電圧信号のサンプル値であり、ｔＱが最新の
データ、ｔｌが１０よりも１ザンプル古いデータ、ｔｌ
がｔｏよりも２サンプル古いデータであり、一般に、ｔ
ｎは、ｔＱよりもｎサンプル古いデータであることを示
ず。Ｉ　（ｔｏ）＋　　Ｉ　＋ｔｎ　、　−−−−−１
Ｉ　（ｔｎｌは、電流信号のサンプル値であり、ｔ　Ｑ
　、　　ｔ　ｌ　、　−−−−、ｔ　ｎは、電圧信号と
同様なサンプル時刻を示すものである。

以後の説明では、前記（４）式を電圧の積分値、（５）
式を電流の積分値、（６）式を電流の微分値と称するこ
ととする。また、リアクタンスＸは、誘導性のりアクタ
ンスがＸ−ωし、容量性のリアクタンスがＸ−１／ωＣ
である。但し、ωは角周波数、Ｃはキャパシタンスであ
る。

前記（２）式は、前記（４Ｌ　（５Ｌ　（６１式によっ
て成り立ち、また、前記（２）式よりも１サンプル古い
データを用いて、前記（４）〜（６）式に相当する方程
式が得られ、第（３）式は、これらの方程式によって成
り立つ。

従って、（２）式及び（３）式の連立方程式より、Ｒと
Ｘとを次式によって求めることができる。

Ｒ＝　　　　　　　　　　　　　　　　−−−−−−−
−−−（７１Ｘ　＝　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　□−−−−−−−−−（８）前述した
（４）式に示す電圧の積分値■、。０＋　Ｌ３１は、基
本波における最新のデータＶ　（ｔｏ）よりも３０度お
くれのデータ（３０度古いデータ）Ｖ＋ｔｎと６０度お
くれのデータＶ（＋ｚ＋との加算値、及び最新のデータ
Ｖ　（ｔｏ＋とそれよりも９０度おくれのデータＶ（Ｌ
３１との加算値を用いるものであり、（４）式における
右辺の第１項、第２項とも、Ｖ（＋、ｏ＋を基準として
４５度おくれの信号となる。

前述したデータν。。ｌ＝　　Ｖ　（ｔ１１＋　　”　
（ｔｌ）＋　　■＋ｔ３）及びＶ　Ｓ　（ｔｅｌ　ｔ３
１の関係が第３図にベクトル図としで示されている。こ
れらの条件は、（５）式に示した電流の積分（！　Ｉ　
ｓ　ｔＬＤ＋　ｔ３）についても同様である。

従って、（２）式における抵抗Ｒによる電圧降下分Ｒ−
Ｉ　ｓ　＋ｔｏ、　ｔｌｌは、電圧Ｖ　Ｓ　（ｔｏ＋　
ｔ３１と同位相同ゲインとなる。

次に、（２）式におけるリアクタンスＸによる電圧降下
分について考察する。リアクタンスＸによる電圧降下分
Ｘ　’　Ｉ　ａ　ｌｔｌ＋　ｔｅｌは、（４）式に示す
電圧信号の積分値ＶＳ　（ｔｅｌ　ｔ３）よりも９０度
すすみ位相で同一のゲインであればよい。リアクタンス
Ｘによる電圧降下分にかかる電流の微分値Ｉ　ｎ　（ｔ
ｌｌ　ｔｅｌのベクトルが、電圧の積分値のベクトルを
示す第３図上に同時に示されている。

次に、前記（４）式、（５）式における周波数特性を調
整する定数に＋、Ｋｚの設定について説明する。電圧の
積分値及び電流の積分値を複数のサンプル値を用いて求
める場合、これらの定数Ｋ　＋　、　Ｋ　２を導入する
ことが可能となり、しかも、この定数を用いることによ
り、前記（４）式、（５）式が基本波以外のもう１つの
周波数で成立するようになる。いま、Ｋ＋　　（Ｖ　ｔ
ｔｕ＋Ｖ　＋ｔ２＋）　　＋に２　　（Ｖ　＋ｔｏ＋＋
Ｖ　＋ｔ：＋＋１＝　１　＋ｖ＋＋　　ｌ　＋ｔｚ＋　
　　　　　−−−−−−−−−４９１となるようにおく
。

この（９）式において、左辺は加算形のデジタルフィル
タであり、右辺は差分形のデジタルフィルタである。そ
して、これらのゲインが、 −一２・ｓｉｎ　−’リレ・−００） ω　　　　　　　２ となるように、定数ＫＩ＋に２を定めることができる。

但し、００）式において、ω。は基本波の角周波数、ω
は基本波以外で（４）式、（５）式を成り立たせること
ができる高調波の角周波数、Ｔはサンプリング間隔時間
である。

例えば、基本波とその２６５倍調波において、前記（４
）式、（５）式を成立させ、正しく、事故点までの抵抗
Ｒ、リアクタンスＸを算出することを条件に、定数Ｋ　
ｌ、　Ｋ　ｚを求めると、Ｔ　＝　１　／６００（ｓ）
、ω−ω。として、ＱＯ）式は、□ ０．９６５９に、　　＋０．７０７１に、　　＃０．２
５８８　−一−−−・−（Ｌｌｌとなる。また、Ｔ＝　
１／６００（Ｓ）　、ω−２，５ω。

とじて、αω式は、 ０．７９３４に＋　−０，３８２７に２　＃０．２４３
５　−−−・−（ロ）となる。これらのαθ式、α乃式
の連立方程式によりＫｌ、に２を求めると、Ｋ、　＝０
．２９１４、に２＝−０，０３２１を求めることができ
る。

これらのＫ　＋　、　Ｋ　ｚＯ値を（４）式、（５）式
に用い、（７）式、（８）式の演算を行うことにより、
距離リレー４は、基本波と、その２．５倍調波における
抵抗Ｒとリアクタンスを正確に求めることができる。

すなわち、線路１からの入力信号を、 とするとき、基本波における（７）式、（８）式は、−
一ち＝。ｏｓθ　　　　　　　　　　−−−一−−・ａ
ａ■１ １　、　　　　　　　　　　　　　−一”−−”αωと
して、各サンプル値毎に、事故点迄の抵抗Ｒ及びリアク
タンスＸを求めることができる。

前述した本発明の実施例による線路抵抗及びリアクタン
スの演算においては、複数個のサンプリング値と２個の
周波数特性を調整する定数を用いて、基本波以外のもう
１つの周波数で、正確な抵抗とりアクタンスを求めるこ
とができたが、使用するサンプリング値の数をさらに多
くし、また、周波数特性を調、整する定数の数をさらに
多くすれ、ば、本発明は、さらに周波数特性の改善を行
うことが可能となる。

この周波数特性の改善は、一般には、演算に用いるデー
タのサンプリング周期番短くすることによって得られる
効果であるが、本発明によれば、サンプリング周期を変
えるこ□となく、すなわち、大きなサンプリング周期の
ままでも、サンプリング周期を短くしたと同等な周波数
特性を得ることができる。このため、距離リレーにおけ
る演算処理機能を向上、増加させることが容易となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、演算のためのサ
ンプリングデータのサンプリング間隔が広い場合にも、
基本波はもちろん、基本波以外の高調波においても、距
離測定精度を高めることが可能となり、また、装置の処
理機能を増加できるという効果を奏し、経済的な効果も
向上できる。

特に、（４）式、（５）式に示したように、抵抗骨によ
る電圧降下を伴う線′路において情報を多く用いている
ので、単に（１）式により線路定数を求める場合に比較
して″、周波数特性の優れた計測精度を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例全体の演算処理動作を説明す
るフローチャート、館２図は本発明を適用した距離リレ
ーの系統概念図、第３図は演算信号のベク□トル図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力系統の電圧、電流信号を一定間隔でサンプリン
   グし、このサンプル値を用いて、線路の抵抗、インダク
   タンス、キャパシタンス等の線路定数を算出する手段を
   備える距離測定方式において、電圧信号の積分値と、電
   流信号の積分値と、電流信号の微分値とを用いることを
   特徴とする距離測定方式。 ２、前記電圧、電流の積分値として、基本波信号を４５
   度おくれ側に移相し、前記電流の微分値として、基本波
   信号を４５度すすみ側に移相して用いることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載の距離測定方式。 ３、前記基本波信号の４５度おくれ側への移相は、サン
   プリング時刻の異なる複数のサンプル値を用いて、複数
   の重み付けをした移相信号を合成することによつて行う
   ことを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の距離測定
   方式。