JPH0656402B2

JPH0656402B2 - 地絡障害箇所同定方法及び装置

Info

Publication number: JPH0656402B2
Application number: JP61302733A
Authority: JP
Inventors: ニメルスヨグンナー
Original assignee: アセアアクチ−ボラグ
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1986-12-18
Publication date: 1994-07-27
Anticipated expiration: 2009-07-27
Also published as: EP0226210A2; EP0226210B1; DE3687451D1; US4797805A; SE449796B; CA1261921A; JPS62157578A; SE8506061D0; DE3687451T2; EP0226210A3

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は送電網内での障害箇所を同定するための方法及
び装置に関し、電力の供給が、保護されるべき送電線に
対して少くとも実質的にその送電線の一方の端からなさ
れ保護対象内である電力網内の送電線の両端には変電所
等の計測点を備えている送電網内での障害箇所を同定す
るための方法及び装置に関する。

配送電網は、地絡障害や相関短絡障害に対して保護され
ていなければならず、故障部品や送電線は例えば遮断器
によつて自動的に分離されなければならない。人身事故
や火災の危険を最少にするためにこのことは必要であ
る。

これも又非常に重要なことであるが、障害が発生し、検
出された後、障害を除去できなければならない。このこ
とは送電線上での障害発生箇所を送給に同定する方法を
前提としている。本発明はこの問題を解決するための方
法及び装置に関する。

［従来の技術］障害箇所を同定する方法には、それに先立つて障害の発
生を検出する方法がなければならない。障害の発生を検
出するには種々の方法があつて、個々には述べないが、
その中でも本発明による障害箇所同定方法及び装置の条
件となる特定の方法についてのみ紹介する。この検出方
法については本発明の詳細説明に関連して述べることに
する。

送電線上の障害箇所同定に関しては複数の異なる方法が
知られている。

そのような方法の１つは英国特許第２，０３６，４７８
号である。この中では、障害箇所を想定し、送電網の簡
略化された定数を仮定して障害箇所の電流及び電圧を決
定する方法が述べられている。この方法を電流と電圧の
位相が一致する所まで繰り返す、すなわち、位相が一致
する点が障害箇所である。

別の方法は米国特許第４，５５９，４９１号に記載され
ている。この方法は３相電力線の１区間上の故障箇所同
定方法に関するものである。

その区間の一方の端における電流と電圧を測定した後、
最初に故障の種類が決定され、その後に方程式システム
のある種のパラメータが決定される。このシステムは、
その区間内のインピーダンスの複素値、区間に近い終端
及び遠い終端部の送電網でのインピーダンス、及び障害
抵抗値、電流及び電圧の測定値、及び零相分等の関係を
記述している。この方程式の解は、その区間から障害発
生点までの距離を与える。

日本国特許明細書第１２８４４０／８５は障害点箇所同
定に関する方法及び装置が記述されており、この方法は
計測点から障害発生点に向つて放射される電圧波と、こ
れに対応する障害点からの反射波とを基本としており、
これらの波は送電線の進行波モデル内に含まれている。
この発明は、ある一定の時間間隔で送電線の終端部、例
えば変電所において電流及び電圧の瞬時値を測定してい
る。これらの測定値と進行波モデルとを基に、送電線に
沿つた多くの制御点での電圧を算出することができる。
もし送電線が行きていて、２つの連続した制御点におけ
る制御電圧の計算値の符号が常に異なつていたら、これ
ら２点間の送電線上に障害がある。問題の２点間の距離
と算出された制御電圧とから、障害点は補間方によつて
求められる。

本発明に基づく障害箇所同定方法は、上記に述べた特許
の例で使われている進行波モデルを基本としている。

［発明の要約］第１図は２つの変電所又は計測点Ｐ及びＱの間の送電線
を示す。図示された例において、送電線には２つの電源
Ａ及びＢから給電されている。

第２図は障害が無い場合の送電線沿いの実電圧分布を示
す。Ｅ_Ａ及びＥ_Ｂはそれぞれ、電源での起電力であり、
Ｕ′_Ｐ及びＵ′_Ｑはそれぞれ、Ｐ及びＱにおいて測定さ
れた電圧である。

先に述べた特許出願１２８４４０／８５において、送電
線の進行波モデルを用いていかにして、送電線沿いの電
圧分布を計算するかが示されている。変電所Ｐ及びＱに
おいて測定された電流及び電圧の値と進行波モデルとか
ら、障害が無い場合の変電所Ｐから変電所Ｑに向う送電
線沿いの制御電圧又は電圧分布、又は変電所Ｑから変電
所Ｐに向う送電線沿いの制御電圧又は電圧分布をそれぞ
れ求めることができる（第３図参照）。このことは第２
図に示すように、測定用変換器の誤差や、未知のパラメ
ータで決まる誤差の範囲内で同一の電圧分布が得られる
ことを示している。

理想的な送電系統においては障害が無い場合零相電圧と
逆相電圧とは共に零である。実際上もこれらの値は非常
に小さいと考えられる。このことは零相電圧と、逆相電
圧とが監視対象である送電線の非対称によつて生じる場
合には特に正しいと言える。地絡障害の結果生じる電圧
変化は、ヘルムホルツ・テブナンの定理によれば回路網
上の互いに異なる点間において生じる差電圧△Ｕ又はこ
の変化中の零相又は逆相分と考えることができる。この
結果はすべての△Ｕの解釈に対して可能であり、従つ
て、障害がない場合には、全計測点において△Ｕ＝０で
ある。

第１図に示す送電線に内部障害、すなわち、計測点Ｐ及
びＱの間に或る障害（第４図参照）が発生した場合、実
際の電圧分布は第５図に示すようになる。最大の電圧変
化△Ｕ_Ｆは障害発生点Ｆで生じる。計測点Ｐ及びＱにお
ける実際の測定電圧はＵ″_Ｐ及びＵ″_Ｑで示されてい
る。

以下の説明中符号（′）は障害が発生する前の値を示
し、符号（″）は障害発生後の値を示している。さらに
発明内容を説明するために、各々の値の表記方法を定め
る必要がある。

Ｐを含む表記はその値が計測点Ｐにおける測定値に基づ
いて計算されていることを示す。

Ｑを含む表記はその値が計測点Ｑにおける測定値に基づ
いて計算されていることを示す。

ｐを含む表記は、その値が計測点Ｐに対して計算された
ものであることを示す。

ｑを含む表記は、その値が計測点Ｐに対して計算された
ものであることを示す。

すなわち、例えばＵ_Pqは計測点Ｐにおいて測定された値
に基づいて計算された計測点Ｑの電圧を意味している。

この表記方法を用いて下記の差電圧を定義する： △Ｕ_Pp＝Ｕ′_Ｐ−Ｕ″_Ｐ (1) △Ｕ_Qq＝Ｕ′_Ｑ−Ｕ″_Ｑ (2) △Ｕ_Pq＝Ｕ′_Pq−Ｕ″_Pq (3) △Ｕ_Qp＝Ｕ′_Qp−Ｕ″_Qp (4) 変化における零相分は各相電圧Ｕ′_Ｐ、Ｕ′_Ｓ及びＵ′
_Ｔの和として求められる。地絡障害発生前は、Ｕ″_Ｒ＋
Ｕ′_Ｓ＋Ｕ″_Ｔ＝０であり（△Ｕ_Pp）_０、（△
Ｕ_Qq）_０、（△Ｕ_Pq）_０及び（△Ｕ_Qp）_０の単純計算
は、すべて（△Ｕ）_０＝Ｕ′_０＝Ｕ′_Ｒ＋Ｕ′_Ｓ＋Ｕ′_Ｔで求めら
れる。

逆相分はなんらかの既知の逆相分濾波器を用いて得るこ
とができる。

第６図には、式(1) 、(2) 、(3) 及び(4) で求められた
電圧が図示されている。計測点Ｐにおいて計測点Ｐから
Ｑに向けての電圧分布を算出するための装置はＰからＦ
の間は正しいが、点Ｆでは正しくない送電線モデルを有
していると考えることができる。従つてＦＱの間の電圧
分布の計算結果は正しくない。同様に計測点Ｑにおける
装置はＱ及びＦの間では正しい電圧分布を示すがＦ及び
Ｐの間の電圧分布は正しく示さない。この２つの装置を
共に用いることによつてＰＦ及びＱＦで分割された正し
い電圧分布が得られる。Ｆこそは２つの装置が同一のモ
デル電圧を示す唯一の点である。

第６図に示されているように電圧差△Ｐ及び△Ｑは、 △Ｐ＝△Ｕ_Qp−△Ｕ_Pp (5) △Ｑ＝△Ｕ_Pq−△Ｕ_Qq (6) であり、障害が無い場合は△Ｐ及び△Ｑが共に零である
ので、これらの値は地絡障害の検出に用いることができ
る。△Ｐは計測点Ｑでの計測値に基づいて推定した計測
点Ｐにおける電圧変化の実際値との誤差、そして△Ｑは
計測点Ｐでの測定値に基づいて推定した計測点Ｑにおけ
る電圧変化の実際値との誤差であり、これは地絡障害が
点Ｆにおいて発生している状態ではモデルが全送電線に
対しては正しくは適用できないために生じるものであ
る。従つて△Ｐ及び△Ｑはモデル誤差電圧と見なすこと
ができ、この誤差電圧は実際の送電線とモデルとが一致
している場合には常に零となるものである。

△Ｐ及び△Ｑを計算するための式(5) 及び(6) には、差
電圧の平均値、実効値又はピーク値を使用できる。

本発明による障害箇所同定方法及び装置は、モデル誤差
電圧△Ｐ及び△Ｑの解析を基本としている。△Ｐ及び△
Ｑに値が生じると、これは障害が発生したことを意味し
ている。第６図の図形を参照すると障害の発生箇所は簡
単に基まる。計測点ＰとＱとの距離をＰＱであらわす
と、計測点Ｐから障害発生点Ｆまでの距離は下記のよう
になる。

以上述べた電圧差を用いれば計測点の後方にある障害箇
所も同様に容易に検出できる。これは計測点Ｐについて
言えば障害が電源Ａと計測点Ｐとの間に位置している場
合であり、計測点Ｑについて言えば障害が電源Ｂと計測
点Ｑとの間に位置している場合である。

第７図に示すように障害がＡとＰとの間に生じると実際
の電圧分布は第８図に示すようになる。Ｐ及びＱの間の
進行波モデルを基に計算された差電圧分布は第９図に示
す通りである。図より明らかなように、計測点Ｐ及びＱ
における装置は全送電線域にわたつて同じ電圧分布を示
している。これは障害が計測点の後方で生じた場合には
下記の関係が成り立つていることを示す。

｜△Ｕ_Pq｜−｜△Ｕ_Qp｜＝０ (8) ｜△Ｕ_Qp｜−｜△Ｕ_Pp｜＝０ (9) 式(8) 及び(9) が障害がＢ及びＱの間で発生した場合に
も成り立つことは明らかである。障害がＡとＰの間又は
ＢとＱの間で生じたことの見分け方は、それぞれ、例え
ばＡとＰとの間に生じた障害の場合には、｜△Ｕ_Pq｜−｜△Ｕ_Pp｜＜０ (10) であり、ＢとＱとの間に生じた障害の場合には｜△Ｕ_Pq｜−｜△Ｕ_Pp｜＞０ (11) となる。

図では送電線に沿つた差電圧分布は直線で示されてい
る。これは電源及び送電線の複素インピーダンスの偏角
の差が小さい場合に相当する。このことは障害箇所同定
方程式(7) の必要条件であるが、電源と送電線の偏角の
差が普通の値であれば、式(7) は良好な結果を与える。
このことはもし偏角の差があまり大きくなければ変電所
Ｑからただ２つの計算結果、すなわち△Ｕ_Qqと△Ｕ_Qpの
みを変電所Ｐに伝送すれば良いことを示している。

一般的な、そして厳密な計算方法で、電源の不定なイン
ピーダンスに適用できるものは、障害箇所同定装置が必
要とする３つの変量を常に通信回路を介して伝送する必
要がある。一般的な場合の基本については以下に述べ
る。複素電流と複素電圧の定常状態を基本として説明す
る。△Ｉは定常故障電流であり、障害発生前の状態に重
ねあわされて、障害点を流れる電流を構成する。この電
流は計測点Ｐを流れる電流として下記のように分配でき
る。

Ｋ_1P△Ｉ_１＝△Ｉ_1P 正相分Ｋ_2P△Ｉ_２＝△Ｉ_2P 逆相分Ｋ_0P△Ｉ_０＝△Ｉ_0P 零相分である。

Ｋは障害発生点を流れる電流の各成分の分配係数であ
る。

Ｚ_1A、Ｚ_2A及びＺ_0Aは保護装置の計測点Ｐから見た電源
インピーダンスである。

Ｚ_１及びＺ_０は（Ｚ_２＝Ｚ_１）距離ＰＱに対する送電線
のインピーダンスである。

Ｕ′は障害発生前の計測点での電圧である。

位相Ｒ内の単相地絡障害が送電線で発生したと仮定す
る。

この場合、△Ｉ_１＝△Ｉ_２＝△Ｉ_０＝△Ｉである。各相
について、計測点における電圧は、障害発生後は下記の
ように表わされる。

Ｕ_RPp ＝Ｕ′_RPp −△Ｉ（Ｋ_1PＺ_1A＋Ｋ_2PＺ_2A ＋Ｋ_0PＺ_0A） (12) Ｕ_SPp ＝Ｕ′_SPp −△Ｉ（ａ^２Ｋ_1PＺ_1A＋ａＫ_2PＺ_2A＋Ｋ_0PＺ_0A） (13) Ｕ_TPp ＝Ｕ′_TPp −△Ｉ（ａＫ_1PＺ_1A＋ａ^２Ｋ_2PＺ_2A＋Ｋ_0PＺ_0A） (14) 遠隔終端点における制御電圧の計算値は下記のようにな
る。

Ｕ_RPq ＝Ｕ′_RPq −△Ｉ［Ｋ_1P（Ｚ_1A＋Ｚ_１）＋Ｋ_2P（Ｚ_2A＋Ｚ_１）＋Ｋ_0P（Ｚ_0A＋Ｚ_０）］ (15) Ｕ_SPq ＝Ｕ′_SPq −△Ｉ［ａ^２Ｋ_1P（Ｚ_1A＋Ｚ_１）＋ａＫ_2P（Ｚ_2A＋Ｚ_１）＋Ｋ_0P（Ｚ_0A ＋Ｚ_０）］ (16) Ｕ_TPq ＝Ｕ′_TPq −△Ｉ［ａＫ_1P（Ｚ_1A＋Ｚ_１）＋ａ^２Ｋ_2P（Ｚ_2A＋Ｚ_１）＋Ｋ_0P （Ｚ_0A＋Ｚ_０）］ (17) 電圧変化分を求めるための差分演算を行なう過程でＵ′
は消去される。又、障害発生後の第１周期か又は半周期
目か、又差分演算をいかに行なうかによつて以下の関係
が成り立つ。

△Ｕ_RPp ＝−△Ｉ（Ｋ_1PＺ_1A＋Ｋ_2PＺ_2A＋Ｋ_0PＺ_0A） (18) △Ｕ_SPp ＝−△Ｉ（ａ^２Ｋ_1PＺ_1A＋ａＫ_2PＺ_2A ＋Ｋ_0PＺ_0A） (19) △Ｕ_TPp ＝−△Ｉ（ａＫ_1PＺ_1A＋ａ^２Ｋ_2PＺ_2A ＋Ｋ_0PＺ_0A） (20) 及び △Ｕ_RPq ＝−△Ｉ［Ｋ_1P（Ｚ_1A＋Ｚ_１）＋Ｋ_2P（Ｚ_2A＋Ｚ_１）＋Ｋ_0P（Ｚ₂₀＋Ｚ_０）］ (21) △Ｕ_SPq ＝−△Ｉ［ａ^２Ｋ_1P（Ｚ_1A＋Ｚ_１）＋ａＫ_2P（Ｚ_2A＋Ｚ_１）＋Ｋ_0P（Ｚ_0A ＋Ｚ_０）］ (22) △Ｕ_TPq ＝−△Ｉ［ａＫ_1P（Ｚ_1A＋Ｚ_１）＋ａ^２Ｋ_2P（Ｚ_2A＋Ｚ_１）＋Ｋ_0P（Ｚ_0A＋Ｚ_０）］ (23) である。

零相分及び逆相分の変化、すなわち総電圧の３分の１は
地絡検出にとつて特に重要である。障害発生前はＵ_０＝
０が成り立つと仮定したから、Ｕ_０に値が生じると、送
電網に障害が発生したことを意味する。従つて、さらに
相電圧の総和さえ求めれば△Ｕ_０を求めるための特別な
差分演算は不要である。そして又障害発生前は△Ｕ_０＝
０であつた。仮にＫ_0P△Ｉ＝△Ｉ_0Pを使うと、総和電圧
は次のように表わされる。

そして、実際の障害点に対しては、ＰＦの零相インピーダンスを
Ｚ_0PFとして表わすと、以下の和電圧が計算できる。

同様の計算を計測点Ｑにある保護装置について行なうと
下記の関係式が得られる。

そして、である。

又、次のように変形できる。

△Ｕ_0Pq ＝−３・（Ｚ_0A＋Ｚ_0PF）・△Ｉ_0P− ３・Ｚ_0QF ・△Ｉ_0P＝△Ｕ_0Pf − ３・Ｚ_0QF ・△Ｉ_0P (30) △Ｕ_0Pp ＝−３・（Ｚ_0A＋Ｚ_0PF）・△Ｉ_0P＋３・Ｚ_0PF ・△Ｉ_0P＝△Ｕ_0Pf ＋３・Ｚ_0PF ・△Ｉ_0P (31) 又△Ｕ_0PF ＝△Ｕ_0QF であるから以下の関係が成り立
つ。

△Ｕ_0Qp ＝△Ｕ_0Pf −３・Ｚ_0PF ・△Ｉ_0Q (32) そして △Ｕ_0Qq ＝△Ｕ_0Pf ＋３・Ｚ_0QF ・△Ｉ_0Q (33) である。ここで次の式 △Ｐ_０＝△Ｕ_0Qp −△Ｕ_0Pp (34) △Ｑ_０＝△Ｕ_0Pq −△Ｕ_0Qq (35) を用いると、式(30)−(33)からが求まる。

式(36)右辺のインピーダンスの割算結果（商）は実数で
あるので△Ｐ_０及び△Ｑ_０は同じ偏角を有していると言
える。Ｚ_0PF とＺ_0QF とは同一の送電線ＰＱの一部であ
るので偏角は同じである。簡単のために電源及び送電線
の複素インピーダンスが同じ偏角を有していると仮定す
ると、 △Ｕ_0Qp 、△Ｕ_0Pq 及び△_0Qq の位相角は同じとなり、
式(5) から(7) の簡易計算式が使える。この結果先にも
述べたように、送電線の障害箇所を解析するためには、
変電所Ｑから変電所Ｐに２つの平均値｜△Ｕ_Qq｜及び｜
△Ｕ_Qp｜をデータ伝送すれば良いように限定できる。一
般化された場合には、さらに障害箇所同定のために△Ｕ
_Qpと△Ｕ_Qqとの間の位相角を求める必要がある。

電源インピーダンスが不定であるような一般化された場
合の問題は、部分電圧△Ｐと△Ｑの間の位相差を先に求
めないと、△Ｐ及び△Ｑの量が決まらない点にある。電
源インピーダンスの偏角とは関係なく、一般的な方法
は、先述の計算された終端電圧に加えて、下記の式で与
えられる差電圧を使用して構成されている。その方法
は、従つて、ピーク値か平均値しか使用しない。

△Ｕ_0Ppq＝△Ｕ_0Pq −△Ｕ_0Pp (37) △Ｕ_0Qqp＝△Ｕ_0Qp −△Ｕ_0Qq (38) この厳密な決定方法においては、先にも述べたように、
３つの変量が、障害箇所同定装置に対して常にデータ通
信線を介して伝送されていることを前提としている。

変量の表記及び活字を簡略化するために、計測点Ｐにお
いて計算される変量に次の値を導入する。

｜△Ｕ_0Pp ｜＝ａ_ｐ (39) ｜△Ｕ_0Pq ｜＝ｂ_ｐ (40) ｜△Ｕ_0Ppq｜＝ｃ_ｐ (41) そして計測点Ｑにおいて計算される変量に次の値を導入
する。

｜△Ｕ_0Qq ｜＝ａ_ｑ (42) ｜△Ｕ_0Qp ｜＝ｂ_ｑ (43) ｜△Ｕ_0Qqp｜＝ｃ_ｑ (44) 第１０図、及び第１１図のベクトル関係から明らかなよ
うに、ａ、ｂ及びｃは頂点Ｃ_ｐ、Ｂ_ｐ、Ａ_ｐ及びＣ_ｑ、
Ｂ_ｑ、Ａ_ｑを有する三角形の３辺を構成しており、これ
ら２つの三角形はｘｙ座標の直角座標形の中にＣ_ｐ及び
Ｃ_ｑを原点と一致させ、辺Ｃ_ｐＢ_ｐ及びＣ_ｑＢ_ｑをｘ軸
と一致させて置かれている。三角形のすべての辺は既知
であるから余弦定理を用いてすべての頂角を求めること
ができる。特に角γ_ｐ及びγ_ｑはそれぞれ次の式で求め
られる。

第１０図より、△Ｐ及び△Ｑの大きさも明かである。一
方式(36)に示すように、正確な△Ｐ及び△Ｑを求めるた
めには、これらが同じ偏角でなければならない。すなわ
ち、２つは平行でなければいけない。例えば三角形Ｃ_ｑ
Ｂ_ｑＢ_ｑを△Ｐが△Ｑと平行になるように角度δだけ回
転させるとこれらの正確な値が得られる。このことは第
１１図より明らかである。

第１１図において、頂点Ａ_ｑ、Ｂ_ｐ、Ａ_ｐ及びＢ_ｑの座
標は下記のようになる。

Ａ_ｑ：［ｂ_ｑ・cos （γ_ｑ＋δ）；ｂ_ｑ・sin （γ_ｑ＋δ）］Ｂ_ｐ：［ａ_ｐ；０］Ａ_ｐ：［ｂ_ｐ・cos γ_ｐ；ｂ_ｐ・sin γ_ｐ］Ｂ_ｑ：［ａ_ｑ・cos δ；ａ_ｑ・sin δ］ △Ｐ//△Ｑの条件は下記のように表現できる：この式から角δを求められる、その後各三角形の各頂点
が求められて△Ｐ及び△Ｑの値も計算できる。

Ａ＝ｂ_ｐ・ｂ_ｑ・sin （γ_ｐ−γ_ｑ） (47) Ｂ＝ａ_ｐ・ａ_ｑ−ｂ_ｐ・ｂ_ｑ・ cos （γ_ｐ−γ_ｑ） (48) およびＣ＝ａ_ｑ・ｂ_ｑ・sin γ_ｑ−ａ_ｐ・ｂ_ｐ・ sin γ_ｐ (49) を求めて、式(45)は次のように表現できる：Ａ・cos δ＋Ｂsin δ＋Ｃ＝０ (50) この式はさらに簡単化できて、次の２次式が得られる。

この解は（Ａ^２＋Ｂ^２−Ｃ^２０かつＡ−Ｃ≠０の時）Ａ≠Ｃ (52) となる。

２つの解のうちベクトルＢ_ｐ・Ａ_ｑ及びＢ_ｑ・Ａ_ｐが反
対向きとなる解はすてる。解は次の条件を満足する。

［ｂ_ｑ・cos （γ_ｑ＋δ）−ａ_ｐ］・［ｂ_ｐ・cos γ_ｐ−ａ_ｑ・cos δ］０ (53) 又、［ｂ_ｑ・sin （γ_ｑ＋δ）］・［ｂ_ｐ・sin γ_ｐ−ａ_ｑ・sin δ］０ (54) △Ｐ及び△Ｑは解析幾何の距離の公式を用いて計算でき
る。

この結果障害発生点までの距離ＰＱは式(7) に依つて計
算できる。

送電線沿いの制御電圧又は電圧分布を求めるための数学
モデルは正しく、測定誤差程度の誤差しか含まないの
で、障害箇所も高い精度で求められる。

先に述べたように、完全な進行波モデルを用いれば、全
送電線に渡つての制御電圧が求められる。しかしなが
ら、発明の詳細な説明からも明らかなように、障害箇所
同定のために必要なのは保護対象である送電線の両端で
の、互いに相手側での測定値に基づいて推定計算された
制御電圧と、Ｐ及びＱの間の通信線のみである。これは
簡略化された進行波モデルを用いることが可能であるこ
とを意味し、本発明に基づく方法を実現するための装置
も、完全な電圧分布を必要とするものに比べてかなり簡
単にできることを示している。

本発明に基づく方法ならびに装置は、主電圧、相電圧又
同様に零相分及び逆相分電圧に適用できる。

［実施例］説明からも明らかなように、障害発生箇所の同定方法の
最初の部分は地絡障害検出で用いたのと同じモデル障害
電圧△Ｐ及び△Ｑを求めることである。障害検出装置に
加えて一方の変電所と障害発生箇所との距離推定用の装
置を含むので必然的に電圧差△Ｐ及び△Ｑの発生装置は
含んでいる。

電源と送電線との複素インピーダンスの偏角が等しいと
仮定できる場合に本発明による方法を実現するための装
置は第１２図に示すとうりである。先の説明から明白な
ように、このように仮定すれば１つの変電所から他の変
電所へはただ２つの変量を伝送するだけで済む。

変電所Ｐにおいて測定された電圧及び電流Ｕ_RP、Ｕ_SP、
Ｕ_TP、ｉ_RP、ｉ_SP及びｉ_TPは、測定値変換器１におい
て、アナログ信号からデイジタル信号に変換される。同
様の変換は変電所Ｑの変換器２において行なわれる。デ
イジタル化された測定値はそれぞれの進行波モデル３及
び４に入力される。

先に説明したように、本方法では障害箇所の同定は、相
電圧、主電圧又は零相若しくは逆相の電圧を用いて行な
う。従つて進行波モデルから導かれる電圧値Ｕはこれら
の電圧のいずれか１つで良い。しかしながら、式の中で
すべては同一の電圧を用いなければならない。例えばす
べてのＵは主電圧を用いる。

Ｕ″_Ｐを１周期又は半周期の間の平均電圧とすると、こ
の値は加減算器５でＵ′_Ｐ、すなわち、同一電圧の一回
前の１周期又は半周期での平均値と比較される。障害が
無く定常的な状態ではその差△Ｕ_Ppは零となる。次の１
周期又は半周期における新しい測定値が入つて来ると、
すでに在るＵ″_Ｐは新しくＵ′_Ｐとなり新測定値が新し
くＵ″_Ｐとなる。このデータの移動量及び更新は継続的
に障害が発生するまで、すなわち△Ｕ_Ppが零以外の新し
い値をとるまで続けられる。

Ｐにおける電圧及び電流の測定値をもとに、電圧Ｕ″_Pq
すなわち変電所Ｑにおける電圧が進行波モデルを用いて
計算できる。同様にＵ′_Pqすなわち１周期又は半周期前
の値も計算できる。これら２つの値は互いに加減算器６
で比較されその差又は和である△Ｕ_Pqが出力される。

式(5) 及び(6) を実行するために、すなわち、差電圧△
Ｐ及び△Ｑを求めるためには、電圧値△Ｕ_Qq及び△Ｕ_Qp
が変電所Ｐに伝送される必要がある。この伝送は送信器
９および受信器１０を介して行なわれる。演算はもちろ
ん変電所Ｑで行なうこともできて、その場合には電圧値
△Ｕ_Pp及び△Ｕ_Pqが変電所Ｐから変電所Ｑへ伝送される
必要がある。

モデル障害電圧△Ｐは式(5) に依つて加算器１１で演算
され、同様に△Ｑは加算器１２で演算される。障害箇所
同定方法の詳細説明によれば△Ｐ及び△Ｑを求め、保護
対象である送電線の長さＰＱが判かれば式(7) に従つ
て、変電所Ｐから障害発生点までの距離が求められる。

△Ｐと△Ｑの和は加算器１５で求められる。次に割算器
１６において、△Ｐを△Ｐと△Ｑとの和、すなわち加算
器１５の出力で割り算する。掛算器１７において割算器
１の商と送電線の長さＰＱとを掛けると、変電所Ｐと障
害発生点Ｆとの距離ＰＦが得られる。

もし電源の偏角が互いに大きく違つていて、△Ｐ及び△
Ｑを求めるために一般的な方法を使用しなければならな
い場合には、先に述べたように、３つのデータを１つの
変電所から相手側に対して送らなければならない。仮に
△Ｐ及び△Ｑの演算が変電所Ｐにおいて行なわれるとす
ると、Ｐに対して伝送しなければならないデータは式(4
2)、(43)及び(44)に従つて変電所Ｑにおいて求められる
差電圧信号である。

一般的な場合についての△Ｐ及び△Ｑを算出する本発明
の方法の詳細説明は式(25)から(56)に依つて零相電圧の
変化を基に行なつた。又先にも述べたように、零相電圧
以外の逆相電圧、相電圧及び主電圧を用いても△Ｐ及び
△Ｑの算出は行なえる。これらの電圧のいずれを用いて
も可能であることを示すために、一般化された方法の実
施例の記述から、零相又は逆相の電圧、相電圧及び主電
圧に関する部分を削除する。これは実施例が以下の式を
用いて記述できることを意味している。

｜△Ｕ_Pp｜＝｜Ｕ′_Ｐ−Ｕ″_Ｐ｜＝ａ_ｐ (1) ｜△Ｕ_Qq｜＝｜Ｕ′_Ｑ−Ｕ″_Ｑ｜＝ａ_ｑ (2) ｜△Ｕ_Pq｜＝｜Ｕ′_Pq−Ｕ″_Pq｜＝ｂ_ｐ (3) ｜△Ｕ_Qp｜＝｜Ｕ′_Qp−Ｕ″_Qp｜＝ｂ_ｑ (4) ｜△Ｕ_Ppq ｜＝｜△Ｕ_Pq−△Ｕ_Pp｜＝ｃ_ｐ(57) ｜△Ｕ_Qqp ｜＝｜△Ｕ_Qp−△Ｕ_Qp｜＝ｃ_ｑ(58) 第１２図に示す実施例には、上記のＣ_ｐ及びＣ_ｑを演算
するための装置１８及び１９が追加されている。ここで
は伝送器９及び受信器１０は３つの値ａ_ｑ、ｂ_ｑ及びｃ
_ｑを送信し、これらの信号はａ_ｐ、ｂ_ｐ及びＣ_ｐと共に
演算器２０に入力されて、△Ｐ及び△Ｑが演算される。
障害発生箇所の距離ＰＦの計算は第１２図に示すのと同
じ方法で行なわれる。

第１４図には演算器２０のフロー図が示されている。こ
の図にはγ_ｐ及びγ_ｑの演算器２１及び２２、補助量
Ａ、Ｂ及びＣの演算器２３、δ演算器２４、△Ｐ及び△
Ｑの演算器２５及び２６が含まれている。

演算器２１から２６で行なう演算は簡単な算術処理であ
り、いろいろな手段で実現できるものである。式(44)に
従つてγ_ｐ及びγ_ｑを求める演算器２１及び２２は原理
的には第１５図に示すように掛算器２７及び２８、二乗
演算器２９、加算器３０、割算器３１及び逆余弦関数
（arccos)を用いて角度を求めるための関数発生器３２
とで構成できる。

式(47)、(48)及び(49)に従つて補助量Ａ、Ｂ及びＣを求
める演算器２３は、原理的には、第１６図に示すよう
に、掛算器３３〜３９、加算器４，４１及び４２、正弦
発生器４３，４４及び４５及び余弦発生器４６とで構成
できる。

式(52)に従つて角δを求めるための演算器２４は第１７
図に示すように加算器４６，４７，４８、二乗演算器４
９、開平演算器５０、割算器５１、逆正接関数を用いた
角度検出器５２とで構成できる。

式(55)に従つて△Ｐを求めるための演算器２５は、第１
８図に示すように、加算器５３，５４及び５５、掛算器
５６，５７、二乗演算器５８，５９、開平演算器６０、
それに正弦発生器６１、余弦発生器６２とで構成でき
る。

式(56)に従つて△Ｑを求めるための演算器２６は、第１
９図に示すように、加算器６３，６４，６５、掛算器６
６，６７，６８，６９、二乗演算器７０，７１、開平演
算器７２それに、正弦発生器７３，７４、余弦発生器７
５，７６とで構成できる。

電源インピーダンスと、送電線インピーダンスの偏角が
ほぼ等しいと仮定して構成された障害箇所同定装置の実
施例においても、偏角が不定であるような一般化された
実施例においても、内に含まれる部品、例えば、アナロ
グデイジタル変換器、進行波モデル、加算器、比較器等
は、最新のアナログ又はデイジタル技術を用いて、さら
に集積化して設計することも可能であろう。

方法の詳細説明でも述べたように、いずれの方法に対し
ても、ＰとＱとの間の全送電線についての電圧分布を与
える完全な進行波モデルでも、又それぞれの相手側変電
所の制御電圧のみを与える簡略化されたモデルでも同じ
ように適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は２つの電源Ａ及びＢから給電される２つの変電
所Ｐ及びＱ間の無障害時の送電線を示す図、第２図は第１図に示す送電線の電源間での実際の電圧分
布図、第３図は同じ電圧分布図を示し、この電圧は１つの進行
波モデルを用い、変電所Ｐ及び変電所Ｑにおいて、それ
ぞれでの測定された電圧値及び電流値を基に計算された
値を示す図、第４図は第１図と同じ送電線の変電所Ｐ及びＱの間で障
害が発生している状態を示す図、第５図は高抵抗地絡障害発生後の送電線沿いの測定電圧
を示す図、第６図は障害発生前に測定又計算で求められた電圧値
と、障害発生後に進行波モデルを基に計算された電圧と
の差電圧△Ｕを送電線に沿つて示している図、第７図は、第１図と同じ送電線において、障害Ｆが、変
電所Ｐ電源Ａの間で発生した場合を示す図、第８図は、第７図に示す障害が発生した時の送電線沿い
の実測又は計算された電圧分布図、第９図は、障害発生前の電圧の実測又は計算値と、第７
図に示す障害が発生した後に進行波モデルを用いて算出
された電圧値との差△Ｕを送電線沿いに示す図、第１０図及び第１１図は、電圧差の関係をベクトル表示
した図、第１２図は本発明に基づく地絡障害の障害箇所同定装置
の１つの実施例を示し、電源と送電線の複素インピーダ
ンスの偏角がほぼ等しい場合に適用できる実施例の構成
図、第１３図は本発明に基づく地絡障害の障害箇所同定装置
の１つの実施例を示し、電源と送電線の複素インピーダ
ンスの偏角が異なる場合に適用できる実施例の構成図、第１４図は本発明の実施例のうち障害箇所までの距離を
計算するための補助量△Ｐ及び△Ｑを計算するための流
れ図、第１５図は補助量γ_ｐ及びγ_ｑを算出するための実施例
の構成図、第１６図は補助量Ａ、Ｂ及びＣを算出するための実施例
の構成図、第１７図は、補助量δを算出するための実施例の構成
図、第１８図は、各種の補助量を基に△Ｐを算出する実施例
の構成図、第１９図は、各種の補助量を基に△Ｑを算出する実施例
の構成図を示す。１，２……Ａ／Ｄ変換器３，４……進行波モデル５，６，７，８，１１，１２，１５，１８，１９……加
算器９……送信器１０……受信器１６……割算器１７……掛算器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多相配送電系統内の第１変電所（Ｐ）及び
第２変電所（Ｑ）との間にある送電線上の障害箇所同定
方法であつて、前記送電線の前記２つの終端点におい
て、各相における電流及び電圧の瞬時値の測定を行な
い、対応するデイジタル値に変換し、これらの値はそれ
ぞれの変電所内にて進行波モデル（２，３）に入力さ
れ、前記進行波モデルを基に第１変電所及び第２変電所
の両側から見た送電線沿いの分布を求める前記障害箇所
同定方法において、ａ_ｐ＝｜△Ｕ_Pp｜を第１の変電所内において測定される
か又は進行波モデルを基に計算された電圧（Ｕ′_ｐ）
と、それに対応する１周期又は半周期前の電圧
（Ｕ″_ｐ）との差として求め、ａ_ｑ＝｜△Ｕ_Qq｜を第２の変電所内において測定される
か又は進行波モデルを基に計算された電圧（Ｕ′_Ｑ）
と、それに対応する１周期又は半周期半周期前の電圧
（Ｕ_Ｑ）″との差として求め、ｂ_ｐ＝｜△Ｕ_Pq｜を第１の変電所内で測定した電流及び
電圧を用いて第１の変電所内で進行波モデルを基に求め
た第２の変電所内の電圧（Ｕ′_Pq）と、それに対応する
１周期又は半周期前の電圧（Ｕ″_Pq）との差電圧として
求め、ｂ_ｑ＝｜△Ｕ_Qp｜を第２の変電所内で測定した電流及び
電圧を用いて第２の変電所内で進行波モデルを基に求め
た第１の変電所内の電圧（Ｕ′_Qp）と、それに対応する
１周期又は半周期前の電圧（Ｕ″_Qp）との差電圧として
求め、Ｃ_ｐをａ_ｐとｂ_ｐに対応する電圧のベクトル差として求
め、Ｃ_ｑをａ_ｑとｂ_ｑに対応する電圧のベクトル差として求
め、下記の式及びここでそしてＡ＝ｂ_ｐ・ｂ_ｑ・sin （γ_ｐ−γ_ｑ）Ｂ＝ａ_ｐ・ａ_ｑ−ｂ_ｐ・ｂ_ｑ・cos(γ_ｐ−γ_ｑ) Ｃ＝ａ_ｑ・ｂ_ｑ・sin γ_ｑ−ａ_ｐ・ｂ_ｐ・sin γ_ｐで求め、相互距離（ＰＱ）の第１変電所及び第２変電所
間の送電線上の障害箇所（Ｆ）と第１変電所との距離をで求めることを特徴とする地絡障害箇所同定方法。
【請求項２】特許請求の範囲第１項において、電源と送
電線との複素インピーダンスの偏角差が１０度以下の場
合、前記（△Ｐ）及び（△Ｑ）が、それぞれ、 △Ｐ＝△Ｕ_Qp−△Ｕ_Pp 及び△Ｑ＝△Ｕ_Pq−△Ｕ_Qq と表わされることを特徴とする地絡障害箇所同定方法。
【請求項３】特許請求の範囲第１項において、使用され
る前記進行波モデルによつてそれぞれの変電所から見た
全送電線沿いの電圧分布が計算できることを特徴とする
地絡障害箇所同定方法。
【請求項４】特許請求の範囲第１項において、使用され
る前記進行波モデルによつて、計算で求められるのが、
第１及び第２変電所における電圧のみであることを特徴
とする地絡障害箇所同定方法。
【請求項５】特許請求の範囲第１項において、前記進行
波モデルから導き出される電圧が相電圧であることを特
徴とする地絡障害箇所同定方法。
【請求項６】特許請求の範囲第１項において、前記進行
波モデルから導き出される電圧が主電圧であることを特
徴とする地絡障害箇所同定方法。
【請求項７】特許請求の範囲第１項において、前記進行
波モデルから導き出される電圧が逆相電圧又は零相電圧
であることを特徴とする地絡障害箇所同定方法。
【請求項８】特許請求の範囲第１項において、前記の値
（ａ_ｐ）、（ｂ_ｐ）、（ｃ_ｐ）及び（ａ_ｑ）、
（ｂ_ｑ）、（ｃ_ｑ）が、対応する電圧の整流化された平
均値、有効値又はピーク値であることを特徴とする地絡
障害箇所同定方法。
【請求項９】多相配送電系統内に含まれる第１変電所
（Ｐ）と第２変電所（Ｑ）との間の送電線上の地絡障害
箇所同定装置であつて、アナログ・デイジタル変換器
（１，２）と、進行波モデル（３，４）と、加算器
（５，６，７，８，１５，１８，１９）と、割算器（１
６）と、掛算器（１７）と、送信器（９）と、受信器
（１０）とそれに演算器（２０）とで構成され、第１の加算器（５）は、第１の変電所内において測定さ
れるか又は進行波モデルを基に計算された電圧
（Ｕ′_ｐ）と、それに対応する１周期又は半周期前の電
圧（Ｕ″_ｐ）との差に等しい差電圧ａ_ｐ＝｜△Ｕ_Pp｜を
算出するために備えられ、第２の加算器（７）は第２の変電所内において測定され
るかまたは進行波モデルを基に計算された電圧
（Ｕ′_Ｑ）と、それに対応する１周期又は半周期前の電
圧（Ｕ″_Ｑ）との差に等しい差電圧ａ_ｑ＝｜△Ｕ_Qq｜を
算出するために備えられ、第３の加算器（６）は第１の変電所内で測定した電流及
び電圧を用いて第１の変電所内で進行波モデルを基に求
めた第２の変電所内の電圧（Ｕ′_Pq）と、それに対応する１周期又は半周期前の電圧（Ｕ″_Pq）と
の差に等しい差電圧ｂ_ｐ＝｜△ＵPp｜を算出するために
備えられ、第４の加算器（８）は第２の変電所内で測定した電流及
び電圧を用いて第２の変電所内で進行波モデルを基に求
めた第１の変電所内の電圧（Ｕ′_Qp）と、それに対応す
る１周期又は半周期前の電圧（Ｕ″_Qp）との差に等しい
差電圧ｂ_ｑ＝｜△Ｕ_Qp｜を算出するために備えられ、第５の加算器（１８）は（ａ_ｐ）と（ｂ_ｐ）に対応する
電圧のベクトル差（ｃ_ｐ）を算出するために備えられ、第６の加算器（１９）は（ａ_ｑ）と（ｂ_ｑ）に対応する
電圧のベクトル差（ｃ_ｑ）を算出するために備えられ、差電圧（ａ_ｑ）、（ｂ_ｑ）及び（ｃ_ｑ）は第２の変電所
（Ｑ）から第１の変電所（Ｐ）へ、送信器及び受信器を
介して伝送されるように適合され、差電圧（ａ_ｐ）、（ｂ_ｐ）及び（ｃ_ｐ）は、第１の変電
所に送信された信号（ａ_ｑ）、（ｂ_ｑ）及び（ｃ_ｑ）と
共に前記演算器に入力され、該演算器は及びここでそしてＡ＝ｂ_ｐ・ｂ_ｑ・sin （γ_ｐ−γ_ｑ）Ｂ＝ａ_ｐ・ａ_ｑ−ｂ_ｐ・ｂ_ｑ・cos(γ_ｐ−γ_ｑ) Ｃ＝ａ_ｑ・ｂ_ｑ・sin γ_ｑ−ａ_ｐ・ｂ_ｐ・sin γ_ｐで表わされる△Ｐ、△Ｑを演算し、第７の加算器（１５）は（△Ｐ）及び（△Ｑ）の和を算
出するために備えられ、（△Ｐ）を（△Ｐ）と（△Ｑ）との和で割算するように
割算器（１６）が備えられ、相互間の距離が（ＰＱ）である第１及び第２の変電所間
の送電線上の障害発生点（Ｆ）と第１の変電所との間の
距離（ＰＦ）を掛算器（１７）によつて（△Ｐ）を（△
Ｐ）たす（△Ｑ）で割算する割算出（１６）の商に（Ｐ
Ｑ）を掛けて求めることを特徴とする地絡障害箇所同定
装置。
【請求項１０】特許請求の範囲第９項において、電源
と、送電線の複素インピーダンスの偏角間の差が１０度
以下の場合には、（△Ｐ）は前記第８の加算器（１１）
で（△Ｕ_Qp）と（△Ｕ_Pp）の差として求め、（△Ｑ）は
前記第９の加算器（１２）で（△Ｕ_Pq）と（△Ｕ_Qq）と
の差として求めることを特徴とする地絡障害箇所同定装
置。