(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非接地系ループ配電線に設置される差電流継電装置であって、
配電線を流れる零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出手段と、
零相電圧Ｖ0を検出する零相電圧検出手段と、
零相電流Ｉ0と、零相電圧Ｖ0の複素共役Ｖ0*との積の虚数部Ｉｍ［Ｉ0AＶ0A*］を算出する虚数部算出手段と、
同じ配電線に設置された隣の差電流継電装置より、伝送回線を通して虚数部Ｉｍ［Ｉ0BＶ0B*］を取得し、この取得された虚数部と、前記虚数部算出手段で算出した虚数部との和の符号を判定することにより、地絡故障が前記隣の差電流継電装置との区間内で発生しているか否かを判定する判定手段とを有することを特徴とする差電流継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非接地系ループ配電線に設置される差電流継電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
非接地系ループ配電線の地絡故障を検出するために、電気所間を光ファイバーで結び、電流、電圧データを同期サンプリングして伝送する方式が一般に用いられている。
同期サンプリングをするのは、電気所の電流、電圧データの位相情報が必要となるからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記方式では、サンプリングするとき同期をとるのが面倒であり、また、データを伝送するときに、伝送時間などの補正も必要となる。
したがって、非接地系ループ配電線に設置される場合に、同期をとる必要のない、簡易で安価な伝送回路で済む差電流継電装置が求められている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の差電流継電装置は、配電線を流れる零相電流Ｉ0を検出する零相電流検出手段と、配電線の零相電圧Ｖ0を検出する零相電圧検出手段と、零相電流Ｉ0と、零相電圧Ｖ0の複素共役Ｖ0*との積の虚数部Ｉｍ［Ｉ0AＶ0A*］を算出する虚数部算出手段と、同じ配電線に設置された隣の差電流継電装置より、伝送回線を通して虚数部Ｉｍ［Ｉ0BＶ0B*］を取得し、この取得された虚数部と、前記虚数部算出手段で算出した虚数部との和の符号を判定することにより、地絡故障が前記隣の差電流継電装置との区間内で発生しているか否かを判定する判定手段とを有するものである。
【０００５】
前記の構成に基づく動作を、以下に説明する。
以後、電圧Ｖ、電流Ｉは、ベクトルを表すものとする。
図１は、本発明の差電流継電装置が適用される典型的な非接地系ループ配電線の回路図である。
本配電線は電気所Ａから、電気所Ｂ、電気所Ｃを通過して、もとの電気所Ａに戻るループ形状となっている。電気所Ａは、変電所から送電されている。
【０００６】
各電気所Ａ，Ｂ，Ｃには、方向別に零相変流器ＺＣＴが接地されている。また、母線に零相変圧器ＧＰＴが接地されている。
配電線は電気所Ａ，Ｂ間、電気所Ｂ，Ｃ間、電気所Ｃ，Ａ間の３つの区間に分けられており、それぞれを区間１、区間２、区間３という。各区間の大地間容量は、それぞれＣ1，Ｃ2，Ｃ3とする。
区間１の一相（ａ相とする）で、地絡が発生しているとする。地絡抵抗値をＲgと書く。Ｒgの値は、もちろん未知である。配電線路での電圧降下は小さく、配電線の各相電圧Ｖa，Ｖb，Ｖcは、ループ内で等しいものとする。
【０００７】
変電所からの送電電流を、Ｉa，Ｉb，Ｉcとする。区間ｎ（ｎ＝１，２，３）の両端から流れ込む各相電流をＩan，Ｉbn，Ｉcn；Ｉan′，Ｉbn′，Ｉcn′、零相電流をＩ0n，Ｉ0n′とする。
区間１に着目すれば、
Ｉa1＋Ｉa1′＝ｊωＣ1Ｖa＋Ｖa／Ｒg，
Ｉb1＋Ｉb1′＝ｊωＣ1Ｖb，
Ｉc1＋Ｉc1′＝ｊωＣ1Ｖc
が成り立つ。３つの式を加算すれば、
３Ｉ01＋３Ｉ01′＝ｊω３Ｃ1Ｖ0＋Ｖa／Ｒg                     (1)
となる。区間２に着目すれば、
Ｉa2＋Ｉa2′＝ｊωＣ2Ｖa，
Ｉb2＋Ｉb2′＝ｊωＣ2Ｖb，
Ｉc2＋Ｉc2′＝ｊωＣ2Ｖc
が成り立つ。３つの式を加算すれば、
３Ｉ02＋３Ｉ02′＝ｊω３Ｃ2Ｖ0                        (2)
となる。区間３に着目すれば、
Ｉa3＋Ｉa3′＝ｊωＣ3Ｖa，
Ｉb3＋Ｉb3′＝ｊωＣ3Ｖb，
Ｉc3＋Ｉc3′＝ｊωＣ3Ｖc
が成り立つ。３つの式を加算すれば、
３Ｉ03＋３Ｉ03′＝ｊω３Ｃ3Ｖ0                        (3)
となる。
【０００８】
変電所から電気所Ａに流れる電流に着目して、
Ｉa＝Ｉa1＋Ｉa3′，
Ｉb＝Ｉb1＋Ｉb3′，
Ｉc＝Ｉc1＋Ｉc3′
が成り立つ。３つの式を加算すれば、Ｉa＋Ｉb＋Ｉc＝０なので（変圧器がΔ巻き線のため）、
０＝３Ｉ01＋Ｉ03′                                    (4)
となる。また電気所Ｂにおいて、
Ｉa1′＋Ｉa2＝０，
Ｉb1′＋Ｉb2＝０，
Ｉc1′＋Ｉc2＝０
が成り立ち、３つの式を加算すれば、
３Ｉ01′＋３Ｉ02＝０                                  (5)
となる。電気所Ｃにおいて、
Ｉa2′＋Ｉa3＝０，
Ｉb2′＋Ｉb3＝０，
Ｉc2′＋Ｉc3＝０
が成り立ち、３つの式を加算すれば、
３Ｉ02′＋３Ｉ03＝０                                  (6)
となる。
【０００９】
前記(1)(2)(3)式を加算すれば、左辺は、
３Ｉ01＋３Ｉ01′＋３Ｉ02＋３Ｉ02′＋３Ｉ03＋３Ｉ03′
となるが、(4)(5)(6)式を用いれば、この左辺は０となる。したがって、前記(1)(2)(3)式を加算した式は、
０＝ｊω３（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3）Ｖ0＋Ｖa／Ｒg                     (7)
となる。この式を変形すれば、
Ｖa／Ｒg＝−ｊω３（Ｃ1＋Ｃ2＋Ｃ3）Ｖ0                (8)
となる。この(8)式を(1)式に代入すれば、
３Ｉ01＋３Ｉ01′＝−ｊω３（Ｃ2＋Ｃ3）Ｖ0             (9)
が成り立つ。
【００１０】
前記(2)(3)式を見ると、地絡故障のない区間２又は区間３の両端の零相電流のベクトル和は、零相電圧Ｖ0に９０°回転ベクトルｊをかけたものとなる。一方、前記(9)式を見ると、地絡故障のある区間１の両端の零相電流のベクトル和は、零相電圧Ｖ0に−９０°回転ベクトル−ｊをかけたものとなっている。つまり、区間内の両端零相電流のベクトル和は、区間内の地絡故障の有無により、位相平面上で位相差があることが判る。
【００１１】
図２は、零相電圧Ｖ0を基準とした位相平面図であり、内部事故のある区間１のベクトル３Ｉ01＋３Ｉ01′は右半平面にあり、外部事故のある区間２，３のベクトル３Ｉ02＋３Ｉ02′，３Ｉ03＋３Ｉ03′は左半平面にある。
したがって、区間内の両端零相電流のベクトル和を求めて位相を判定すれば、区間内部の故障か区間外部の故障かが分かる。
しかし、この判定をするには、区間両端の零相電流データの同期サンプリングが必要であり、データの伝送遅延時間の補正も必要になる。したがって、データ収集装置や伝送装置の構成が複雑、高価になる。
【００１２】
そこで、データの収集が非同期のサンプリングでよく、かつ、伝送路も簡易なもので済む差電流継電装置を提案する。
前記(9)式の両辺に零相電圧Ｖ0の複素共役零相電圧Ｖ0*をかける。
0003669269.tif 000002
この式の虚数部をとると、
0003669269.tif 000003
となる。前記(2)式の両辺に零相電圧Ｖ0*をかけて虚数部をとると、
Ｉｍ［３Ｉ02Ｖ0*］＋Ｉｍ［３Ｉ02′Ｖ0*］＝ω３Ｃ2｜Ｖ0｜2    (11)
となる。前記(3)式の両辺に零相電圧Ｖ0*をかけて虚数部をとると、
Ｉｍ［３Ｉ03Ｖ0*］＋Ｉｍ［３Ｉ03′Ｖ0*］＝ω３Ｃ3｜Ｖ0｜2    (12)
となる。
【００１３】
前記(10)(11)(12)式の左辺のＩｍ［３Ｉ01Ｖ0*］等の量はスカラー量である。これらの式の左辺を計算して、その符号を判定し、プラスならば区間外故障、マイナスならば区間内故障と判定できる。
この方法によれば、各端子でサンプリングするときに、端子間の同期は必要でなく、各端子ごとに独立して計算できる。また、データを伝送するときに、伝送時間などの補正も必要としないので、伝送回路も簡単な安価なもので済む。
【００１４】
なお、零相電圧Ｖ0としてどこの電圧を採取するかであるが、一線地絡時の零相電圧は配電線の全端子でほとんど差がないことを考えれば、零相電圧は、零相変流器ＺＣＴの設置されている電気所の零相電圧を用いればよい。具体的には、電気所の計器用変圧器ＧＰＴより零相電圧を採取すればよい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図３は、図１に示した非接地系ループ配電線の一部の、電気所Ａ，Ｂ間の通信線路２及び差電流継電装置１を示す図である。
差電流継電装置１の内部は、電圧変換する変圧器、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄ変換器、ＣＰＵ（中央処理装置）、ＲＯＭ，ＲＡＭなどの各種メモリ、モデムなど公知のハートウェアで構成されている。
【００１６】
電気所Ａには、配電線を流れる零相電流を測定する零相変流器ＺＣＴと、母線零相電圧を測定するための計器用変圧器ＧＰＴとが設置されている。ＺＣＴ及びＧＰＴの測定信号は、差電流継電装置１に入力される。
電気所Ｂにも、ＺＣＴ及びＧＰＴが設置され、これらの測定信号が差電流継電装置１に入力される。
両差電流継電装置１は、モデムを通して、有線又は無線の伝送回線で結ばれていて、後述するスカラー値Ａ，Ｂの伝送が行われる。そして、各差電流継電装置１のＣＰＵで区間内の地絡故障判定が行われる。区間内の地絡故障が検出されたときは、差電流継電装置１はトリップ指令を出し、配電線に設置された遮断器（図示せず）を動作させる。
【００１７】
図４は、電気所Ａに設置された差電流継電装置１のＣＰＵが行う、地絡故障判定のための処理の流れを示すフローチャートである。
まず、ＧＰＴで測定される零相電圧Ｖ0Aが整定値以上かどうかを判定する(ステップＳ１)。整定値以上であれば、ループ配電線のどこかに地絡故障が発生していると判断できる。
ステップＳ１でＹＥＳの場合に、Ａ＝Ｉｍ［３Ｉ0AＶ0A*］を計算する(ステップＳ２)。ここでＩ0Aは、電気所ＡのＺＣＴで測定された零相電流である。虚数部をとるので、Ａは位相に関係のないスカラー値になる。
【００１８】
次に、電気所Ｂに設置された差電流継電装置１から、スカラー値Ｂ＝Ｉｍ［３Ｉ0BＶ0B*］を取得し(ステップＳ３)、Ａ＋Ｂを計算する(ステップＳ４)。
そして、このＡ＋Ｂの符号を判定する。具体的には、−３Ｉ0S｜Ｖ0A｜以下であるかどうかを判定する(ステップＳ５)。ここで、Ｉ0Sは手動で設定することのできる整定値（地絡故障時の最小流出電流）である。｜Ｖ0A｜がかかっているのは、単位を合わせるためである。｜Ｖ0A｜はほぼ一定値とみなすことができる。なお、｜Ｖ0A｜に代えて｜Ｖ0B｜を採用してもよい。｜Ｖ0A｜と｜Ｖ0B｜とは、ほぼ等しいからである。
【００１９】
Ａ＋Ｂが−Ｉ0S｜Ｖ0A｜よりも大きければ、区間外事故と判定し、Ａ＋Ｂが−Ｉ0S｜Ｖ0A｜以下であれば、区間内事故と判定して、トリップ指令を出す(ステップＳ６)。
図５は、電気所Ｂに設置された差電流継電装置１のＣＰＵが行う、地絡故障判定のための処理の流れを示すフローチャートである。
図４の処理と比べると、電気所Ｂに設置されているＺＣＴ及びＧＰＴの測定電流、電圧を用いること(ステップＴ１，Ｔ２)、Ａを伝送路を通して取得すること(ステップＴ３)、Ｂ＋Ａを−Ｉ0S｜Ｖ0B｜と比較すること(ステップＴ５)、が異なっているが、あとは図４の処理と同様である。
【００２０】
以上で、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の実施は、前記の形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変更を施すことが可能である。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように非接地系ループ配電線に設置される本発明の差電流継電装置によれば、各端子で収集されたデータ間の同期をとる必要がなく、簡易で安価な伝送回路を使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の差電流継電装置が適用される典型的な非接地系ループ配電線の回路図である。
【図２】零相電圧Ｖ0を基準とした位相平面図である。
【図３】図１に示した非接地系ループ配電線の一部の、電気所Ａ，Ｂ間の通信線路２及び差電流継電装置１を示す図である。
【図４】電気所Ａに設置された差電流継電装置１のＣＰＵが行う、地絡故障判定のための処理の流れを示すフローチャートである。
【図５】電気所Ｂに設置された差電流継電装置１のＣＰＵが行う、地絡故障判定のための処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  差電流継電装置
２  通信線路
【図１】
0003669269.tif 000004
【図２】
0003669269.tif 000005
【図３】
0003669269.tif 000006
【図４】
0003669269.tif 000007
【図５】
0003669269.tif 000008