JPH07122649B2 - 区間判別による故障点標定方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】

本発明は適用系統が撚架系統の場合や系統のインピーダ
ンス値がある区間で大きく異なる場合、あるいは系統の
１部分に併架回線がある場合にも正確な故障点標定を行
えるようにした故障点標定方式に関する。

【従来技術とその問題点】

この種の故障点標定方式としては多端子系統の各端子の
電気量を１ヵ所に集め、送電線の故障発生時に所定の標
定演算式により故障点までのインピーダンスを算出して
故障点を標定するものが知られている。しかし、この方
式では、系統全体にわたって条件が同じであることを前
提として標定演算式には系統の平均インピーダンス値を
用いている。そのため、適用系統が第５図に示すような
撚架系統の場合や系統のインピーダンス値がある区間で
大きく異なる場合には標定演算式で用いられた平均イン
ピーダンス値と実際の故障点までのインピーダンス値に
大きな差異が生じ誤差の原因となってしまう。また、同
様に第６図に示すように標定回路の一部分に併架回線が
ある場合も一部分に相互誘導が生じるため誤差の原因と
なってしまう。

【発明の目的】

本発明は上記に鑑み、適用系統が撚架系統の場合や系統
のインピーダンス値がある区間で大きく異なる場合、あ
るいは一部分に併架回線がある場合にも正確な故障点の
標定を行うことのできる故障点標定方式を提供すること
を目的とする。

【発明の要点】

本発明の要点は、適用系統が撚架系統の場合や系統のイ
ンピーダンス値がある区間で大きく異なる場合、あるい
は系統の一部分に併架回線がある場合に、相配列の変更
が行われる点、系統のインピーダンスが大きく異なる
点、あるいは併架回線が分岐する点により適用系統を区
分し、最初に系統の平均インピーダンス値を用いて標定
演算式により標定を行ってどの区間に故障点が存在する
かを判別し、次に故障点が存在する区間の両端の電圧あ
るいは電流を求めて、これらの電圧あるいは電流と、こ
の区間の正確なインピーダンス値を用いて標定を行うこ
とにある。

【発明の実施例】 本発明では最初に平均インピーダンス値を用いた標定演
算式により故障点がどの区間に存在するかについての判
別を行うが、その判別について説明する。 まず、A,Bの２端子系統においてａ相１線地絡故障を想
定し、故障点抵抗うR_Fとすると、その時の等価回線図は
第２図に示すようになる。なお、第２図においては各相
の単位長さ当たりの自己インピーダンスをZ_aa,Z_bb,
Z_cc、各相に流れる電流をI_a,I_b,I_c（但し右上の添字A,B
は各端子を示している）、各相の電圧をV_a,V_b,V_c（但し
右上の添字A,Bは各端子を示している）、各相間の相互
インピーダンスをZ_ab,Z_bc,Z_ca、AB端子間の距離をL_AB、
Ａ端子から故障点Ｆまでの距離をαL_AB（但し０＜α＜
１）としている。第２図の等価回路において、故障点Ｆ
における電圧V_a ^Fは故障点抵抗R_Fにより、V_a ^F＝R_F（I_a ^A
＋I_a ^B）となるので、Ａ端子を測定点とすると、 V_a ^A−αL_AB（Z_aaI_a ^A＋Z_abI_b ^A＋Z_caI_c ^A） ＝R_F（I_a ^A＋I_a ^B） ……（１） またＢ端子を測定点とすると、 V_a ^B−（１−α）L_AB（Z_aaI_a ^B＋Z_abI_b ^B＋Z_caI_c ^B） ＝R_F（I_a ^A＋I_a ^B） ……（２） となる。故障点抵抗R_Fは測定できないため（１），
（２）式を用いてR_Fを消去することで距離を求めると、
Ａ端子から故障点Ｆまでの距離αL_ABは次式にて表わさ
れる。 この（３）式では自己インピーダンスZ_aa,Z_bb,Z_cc、相
互インピーダンスZ_ab,Z_bc,Z_caは系統全体の平均値であ
るため、たとえば系統が撚架されている場合には各区間
でインピーダンス値が異なり、（３）式の標定結果に誤
差が生じる。そこで、本発明では（３）式の標定結果に
より故障がどの区間に存在するかをまず判別し、次にこ
の判別結果に基づいて故障点が存在する区間により次に
説明するような標定演算式を適用して正確な故障点標定
を行う。 ここでは説明のために適用系統としては第１図に示すよ
うに完全撚架系統を考え、１回線運用としてａ相１線地
絡故障を想定する。第１図においては、（ａ）は完全撚
架系統の構成図を示しており、Ｐ、Ｑ点において相配列
が入れ替わっているために区間AP、PQ、QB（各区間の長
さをL_AP,L_PQ,L_QBとする）で各インピーダンス値が異な
っている。（ｂ）は各区間AP、PQ、QBの単位長さ当たり
の各インピーダンス値を示す等価回路図であり、ここで
はａ相１線地絡故障を説明するために、各区間のａ相の
自己インピーダンスZ_aa ^AP,Z_aa ^PQ,Z_aa ^QB、各区間のab相
間,ca相間の相互インピーダンスZ_ab ^AP,Z_ca ^AP,Z_ab ^PQ,Z_ca
^PQ,Z_ab ^QB,Z_ca ^QBのみが示されている。また（ｃ）は各区
間AP、PQ、QBにおいてａ相１線地絡故障が発生した場合
の状態図を示している。 前述の（３）式により区間APにおいてａ相１線地絡故障
が発生したと判別された場合には、Ｂ端子からＰ点まで
の電圧降下分を求めることによりＰ点での故障相（ａ
相）の電圧を算出し、区間APの故障として（３）式のＢ
端子の値をＰ点での値に変えて適用する。すなわち、Ｂ
端子から見たＰ点の故障相の電圧V_a ^Pは次式にて表わさ
れる。 V_a ^P＝V_a ^B−L_QB（Z_aa ^QBI_a ^B＋Z_ab ^QBI_b ^B＋Z_ca ^QBI_c ^B） −L_PQ（Z_aa ^PQI_a ^B＋Z_ab ^PQI_b ^B＋Z_ca ^PQI_c ^B） ……（４） ここで右辺第２項は区間QBの電圧降下分、第３項は区間
PQの電圧降下分を表わしている。これにより、Ｐ点の故
障相の電圧V_a ^Pを用いてＡ端子から見た故障点Ｆまでの
距離αL_APは次式にて表わされる。 前述の（３）式において区間PQにおいてａ相１線地絡故
障が発生したと判別された場合には、Ａ端子から見たＰ
点の電圧V_a ^PとＢ端子から見たＱ点の電圧V_a ^Qとを算出し
て（３）式のA,B端子の電圧V_a ^A,V_a ^Bの値をP,Q点の電圧V
_a ^P,V_a ^Qでの値に変えて適用する。すなわち、P,Q点の電
圧V_a ^P,V_a ^Qは次式で表わされる。 これによりＰ点から見た故障点Ｆまでの距離αL_PQは次
式で表わされる。 したがってＡ端子から故障点Ｆまでの距離はL_AP＋αL_PQ
により求めることができる。 同様にして、前述の区間QBにおいてａ相１線地絡故障が
発生したと判別された場合には、Ａ端子から見たＱ点の
電圧V_a ^Qを算出して（３）式のＡ端子の電圧V_a ^AをＱ点の
電圧V_a ^Qでの値に変えて適用する。Ｑ点の電圧V_a ^Qは次式
で表わされる。 V_a ^Q＝V_a ^A−L_AP（Z_aa ^API_a ^A＋Z_ab ^API_b ^B＋Z_ca ^API_c ^B） −L_PQ（Z_aa ^PQI_a ^A＋Z_ab ^PQI_b ^A＋Z_ca ^PQI_c ^A） ……（８） ここで（８）式の右辺第２項は区間APの電圧降下分、第
３項は区間PQの電圧降下分を表わしている。これによ
り、Ｑ点の故障相の電圧V_a ^Qを用いてＱ点から見た故障
点Ｆまでの距離αL_QBは次式で表わされる。 したがってＡ端子から故障点Ｆまでの処理はL_AP＋L_PQ＋
αL_QBにより求めることができる。 以上の説明ではＡ端子からの標定についてのべたが、Ｂ
端子から標定も同様に行なうことができ、また他の相の
故障や他の種類の故障でも同様に標定を行なうことがで
きる。なお、以上に用いた標定演算式は説明のための一
例であり、他の標定演算式でも良いことは勿論である。 次に併架回線が系統の途中で分岐している場合について
説明する。 併架回線が分岐している系統においては最初に併架回線
を無視または逆に併架回線が分岐していないと仮想する
ことで仮の標定を行ない、これにより故障が併架回線の
存在する区間かそれ以外の区間に存在するかを判別した
のち、併架回線の存在する区間である場合には併架回線
を考慮した標定演算式を用い、また併架回線の存在する
区間でない場合には自回線だけの標定演算式を用いる。 ここで、併架回線が存在する場合の単位長さ当たりの等
価回路を第３図に示す。第３図においてはａ相に関し
て、自己インピーダンスZ_aa,自回線内の他相との相互イ
ンピーダンスZ_ab,Z_ca,併架回線との回線間相互インピー
ダンスZ_aa′,Z_ab′,Z_ca′が示されているが、他相につ
いても同様の各インピーダンスが存在する。しかし、こ
こではａ相の故障についてのみ説明を行なうため、これ
らのインピーダンスは省略されている。第３図の等価回
路を用いてＡ端子からの単位長さ当たりの電圧降下分V
_aa ^Aを求めると次式のように表わされる。 V_aa ^A＝Z_aaI_a ^A＋Z_abI_b ^A＋Z_caI_c ^A ……（10） 同じくＡ端子からの併架回線の影響による単位長さ当た
りの電圧降下分V_aa′^Ａを求めると次式のように表わさ
れる。 V_aa′^Ａ＝Z_aa′I_a′^Ａ＋Z_ab′I_b′^Ａ＋Z_ca′I_c′^Ａ……
（11） 同様にしてＢ端子からの単位長さ当たりの電圧降下分V
_aa ^Aを求めると次式のように表わされる。 V_aa ^B＝Z_aaI_a ^B＋Z_abI_b ^B＋Z_caI_c ^B ……（12） 同じくＢ端子から併架回線の影響による単位長さ当たり
の電圧降下分V_aa′^Ｂは次式のように表わされる。 V_aa′^Ｂ＝Z_aa′I_a′^Ｂ＋Z_ab′I_b′^Ｂ＋Z_ca′I_c′^Ｂ……
（13） ここでａ相１線地絡故障時における故障点Ｆの電圧をV_a
^F、Ａ、Ｂ端子の電圧をV_a ^A,V_a ^Bとし、故障点ＦとＡ端子
との距離をαL_AB（但しL_ABはＡ、Ｂ端子間の距離，αは
Ａ端子から故障点までの百分率）とすると、併架回線を
無視した場合にはＡ、Ｂ端子から故障点Ｆまでの電圧降
下分を考えると次式が成立する。 この（14）式よりV_a ^Fを消去し、距離αL_ABを求めると次
式のように表わすことができる。 また、併架回線を考慮した場合にはＡ、Ｂ端子から故障
点Ｆまでの電圧降下分を考えると次式が成立する。 この（16）式よりV_a ^Fを消去し、距離αL_ABを求めると次
式のように表わすことができる。 本発明においては併架回線を無視あるいは逆に併架回線
が分岐していないと仮想することにより（15）式あるい
は（17）式による故障点の位置を標定して故障点がどの
区間に存在するかを判別する。 第４図は併架回線が分岐している場合の系統構成図を示
しており、図においてはＡ端子とＢ端子との距離を
L_AB、併架回線の分岐点をＰとした場合にＡ端子とＰ点
とによる区間APの距離をL_AP、Ｂ端子とＰ点とによる区
間PBの距離をL_PBとして示してある。次に前述の（15）
式あるいは（17）式により故障点Ｆが区間APに存在する
と判別された場合の標定演算について説明する。この場
合にはＢ端子からＰ点までの電圧降下L_PBとV_aa ^Bにより
Ｐ点の電圧V_a ^Pを次のように求める。 V_a ^A＝V_a ^B−L_PBV_aa ^B ……（18） このＰ点の電位V_a ^Pを（17）式のＢ端子の電圧V_a ^Bに変え
て適用することにより、区間APの故障として次の標定演
算式により標定を行なう。 また、故障点Ｆが区間PBに存在すると判別された場合に
は同様にして、Ａ端子からＰ点までの電圧降下分L_AP（V
_aa ^A＋V_aa′^Ａ）によりＰ点の電圧V_a ^Pを次のように求め
る。 V_a ^P＝V_a ^A−L_AP（V_aa ^A＋V_aa′^Ａ） ……（20） このＰ点の電圧V_a ^Pを（15）式のＡ端子の電圧V_a ^Aに変え
て適用することにより区間PBの故障として次の標定演算
式により標定を行なう。 したがって故障点ＦのＡ端子からの距離はL_AP＋αL_PBと
なる。 以上は正確なインピーダンス値を用いて行った標定値が
平均インピーダンス値を用いて判別した区間内を標定し
た場合であるが、故障点がインピーダンスが異なる区分
点に近い場合に、正確なインピーダンス値を用いて行っ
た標定値が、平均インピーダンス値を用いて判別した区
間外を標定する場合がある。しかし、分割される系統区
間は非常に長距離であり、区分点に近い箇所で故障が発
生し、かつ正確なインピーダンス値を用いて行った標定
値が平均インピーダンス値を用いて判別した区間外を標
定する可能性は小さいため、本発明でも実用上は充分で
ある。 なお、区分点に近い箇所の故障に対する標定精度を高め
る必要がある場合には、正確なインピーダンス値を用い
て行った標定値が平均インピーダンス値を用いて判別し
た区間内であるかを比較し、区間外である場合には、正
確なインピーダンス値を用いて行った標定値が示す区間
に正しい故障点があるとして、前に述べた方法によりそ
の区間の両側の電圧あるいは電流を求めて再度、正確な
インピーダンス値を用いて標定演算を行い故障点を標定
する等の方法を併用することが考えられる。

【発明の効果】 本発明によれば、まず最初に系統の平均インピーダンス
値を用いた標定演算式により標定を行なって故障点がど
の区間に存在するかを判別し、次に故障点が存在する区
間の両端の電圧あるいは電流を求めてこの区間の正確な
インピーダンス値を用いて標定を行なうように構成する
ことにより、各区間毎に最適の標定演算式の標定が可能
となり適用系統が撚架系統の場合や系統のインピーダン
ス値がある区間で大きく異なる場合、あるいは系統の一
部分に併架回線がある場合にも標定精度を上げることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は完全撚架系統における本発明による故障点標定
方式の説明図、第２図は２端子系統におけるａ相１線地
絡故障時の等価回路図、第３図は併架回線が存在する場
合の単位長さ当たりの等価回路図、第４図は併架回線が
分岐している場合の系統構成図、第５図は撚架系統の構
成図、第６図は併架回線が分岐している場合の系統構成
図を示している。 Z_aa,Z_bb,Z_cc……各相の単位長さ当たりの自己インピー
ダンス、Z_ab,Z_bc,Z_ca……各相間の相互インピーダン
ス、Z_aa′,Z_ab′,Z_ca′……併架回線との回線間相互イ
ンピーダンス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 斉藤 満雄 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (72)発明者 成田 茂 神奈川県川崎市川崎区田辺新田１番１号 富士電機株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−235072（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−22266（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】送電系統の各端子で測定された電圧、電流
   量を１ヵ所に収集し、これらの電圧、電流量に基づいて
   故障点を標定するようにした故障点標定方式において、 送電系統を系統条件が変化する地点により複数の区間に
   分割し、収集された各端子の電圧、電流量と系統の平均
   インピーダンス値とを用いて所定の標定演算式により故
   障点を標定して故障点がどの区間に存在するかを判別
   し、次に故障点が存在する区間の両端の電圧あるいは電
   流量を正確なインピーダンス値を用いて求めて、これら
   の電圧あるいは電流量とこの区間の正確なインピーダン
   ス値を用いてこの区間に応じた標定演算式により故障点
   の標定を行うことを特長とする区間判別による故障点標
   定方式。