(57)【要約】【課題】系統操作を行わずに得られた線路定数から故障点標定が可能である故障点標定装置を提供する。【解決手段】故障点標定装置は、電気量取込手段と、時刻同期手段と、線路定数算出手段と、故障点標定手段を有する。線路定数算出手段は、電気量取込手段が通常送電状態で取り込む零相電圧に基づいてコモンモードの線路定数を算出する。故障点標定手段は、線路定数算出手段の算出したコモンモードの線路定数を用いて故障点標定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象とする平行２回線送電線の両端に設置され、定常運用における少なくとも２つ以上の異なる時点で送電線両端の電気量を取り込む電気量取込手段と、
前記電気量取込手段が取り込んだ電気量を入力して平行２回線送電線をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで平行２回線送電線を２つの１回線送電線モデルとして取り扱い、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成することで平行２回線送電線モデルに復元することにより、平行２回線送電線の線路定数を算出する線路定数算出手段と、
前記線路定数算出手段の算出した線路定数に関わる整定値を補正あるいは再設定して故障点標定を行う故障点標定手段、を有する故障点標定装置において、
前記線路定数算出手段は、前記電気量取込手段が通常送電状態で取り込む零相電圧に基づいてコモンモードの線路定数を算出するように構成し、
前記故障点標定手段は、前記線路定数算出手段の算出したコモンモードの線路定数を用いて故障点標定を行うように構成したことを特徴とする故障点標定装置。
【請求項２】
測定対象とする平行２回線送電線の両端に設置され、定常運用における少なくとも２つ以上の異なる時点で送電線両端の電気量を取り込む電気量取込手段と、
前記電気量取込手段が取り込んだ電気量を入力して平行２回線送電線をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで平行２回線送電線を２つの１回線送電線モデルとして取り扱い、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成することで平行２回線送電線モデルに復元することにより、平行２回線送電線の線路定数を算出する線路定数算出手段と、
前記線路定数算出手段の算出した線路定数に関わる整定値を補正あるいは再設定して故障点標定を行う故障点標定手段、を有する故障点標定装置において、
前記故障点標定手段は多線分布定数線路の四端子定数としてπ型等価回路モデルの線路定数を用いて故障点標定を行うことを特徴とする故障点標定装置。
【請求項３】
前記故障点標定手段は射影行列を用いて事故相のみを取り出して故障点標定を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の故障点標定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、平行２回線送電線の線路定数を求めて故障点を標定する故障点標定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
線路定数は送電線の電気的特性を決定する要素であり、故障点を標定する上で重要である。したがって、故障点標定装置では故障点標定の精度を高めるためには、正確な線路定数を求めなくてはならない。線路定数を得る手法としては、従来より次のようなものが提案されている。
【０００３】
頻繁に使われる手法としては、Carson-Polarczhek法が知られている。この手法は、ねん架の有無や各相の対象性の有無を実際の送電線と合致させて、線路定数をコンピュータによりオフラインで計算するものである。ただし、Carson-Polarczhek法では、線路の幾何学的な配置や周囲温度、大地の導電率など多数のパラメータをコンピュータに入力する必要がある。そのため、多大な労力を要する点が指摘されている。
【０００４】
また、送電線の線路定数を求める他の方法としては、建設時の送電線に対し印加用電源を接続して試験電圧を相ごとに入力し、その際の電流及び電圧を実際に計測してインピーダンス及びアドミッタンスを求める方法がある。しかし、この方法は、線路の停止時にしか送電線の電流及び電圧を実測することができない。また、測定精度を高めるためには試験電圧の増大が余儀なくされる。したがって、労力やコストがかかり、作業性も低い点が問題となっている。
【０００５】
上述したCarson-Polarczhek法や試験電圧を印加による線路定数測定方法の持つ問題点を解決するために、送電線事故発生時の送電線両端の電圧及び電流から線路定数を求める方法が知られている。例えば、送電線を集中定数回路あるいは分布定数回路としてモデル化し、送電線事故発生時の同時刻の送電線両端の電圧及び電流を獲得して、これらから線路定数を求める方法などが提案されている。これらの線路定数測定方法では、該当送電線の内部に事故が発生することを前提条件にして、送電線両端の電気量と線路定数の関係を定式化することで、故障点標定のための線路定数を算出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２７０２８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１２２９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１，２で紹介されている技術は、送電線の故障点標定のための線路定数を求める手法であり、該当送電線内部に事故が発生することを条件にして、両端の電気量と線路定数の関係を定式化している。したがって、送電線に送電線内部事故が発生しないかぎり、該当送電線の線路定数を求めることができず、系統事故の発生時点では線路定数を得られていないことになる。
【０００８】
しかし、送電線内部事故が発生してから該当送電線の線路定数が求めるのでは、事故の発生時点で即座に故障点標定を行うことができず、不適当である。そこで、送電線内部の事故が発生する前に、線路定数を求めておくことが不可欠である。線路定数を事故の発生以前に求めるためには、事故を模擬的に発生させる必要があるが、その際、少なくとも送電線の送電状態を維持しなくてはならない。
【０００９】
したがって、母線の開放操作や片側回線の切断操作などの系統操作が行われるのが一般的である。すなわち、送電線の線路定数を求める場合には系統操作の実施が不可欠であり、面倒であった。そこで従来から、面倒な系統操作を行うことなく、簡単に線路定数を得ることが求められており、そうして得た線路定数から故障点標定を行う故障点標定装置が待たれていた。
【００１０】
本実施形態の故障点標定装置は、上記の課題を解決するためのものである。本実施形態の目的は、系統操作を行わずに得られた線路定数から故障点標定が可能である故障点標定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本実施形態の故障点標定装置は、
(ａ)測定対象とする平行２回線送電線の両端に設置され、定常運用における少なくとも２つ以上の異なる時点で送電線両端の電気量を取り込む電気量取込手段と、
(ｂ)前記電気量取込手段が取り込んだ電気量を入力して平行２回線送電線をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで平行２回線送電線を２つの１回線送電線モデルとして取り扱い、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成することで平行２回線送電線モデルに復元することにより、平行２回線送電線の線路定数を算出する線路定数算出手段と、
(ｃ)前記線路定数算出手段の算出した線路定数に関わる整定値を補正あるいは再設定して故障点標定を行う故障点標定手段、を有する故障点標定装置において、
(ｄ)前記線路定数算出手段は、前記電気量取込手段が通常送電状態で取り込む零相電圧に基づいてコモンモードの線路定数を算出するように構成し、
(ｅ)前記故障点標定手段は、前記線路定数算出手段の算出したコモンモードの線路定数を用いて故障点標定を行うように構成したことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態のブロック図。
【図２】第１の実施形態のフローチャート。
【図３】事故発生時の回路のモデル図。
【図４】コモンモードに影響を与えない事故を示すための送電線の配置図。
【図５】分布定数回路による送電線の故障点標定を示すモデル図。
【図６】π型等価回路のモデル図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（１）第１の実施形態
（構成）
第１の実施形態について、図１を用いて説明する。第１の実施形態は平行２回線送電線１，２の線路定数を測定して故障点標定を行う故障点標定装置１１０である。故障点標定装置１１０は、電気量取込手段１１１と、時刻同期手段１１２と、線路定数算出手段１１３と、故障点標定手段１１７を有している。
【００１４】
電気量取込手段１１１では、自端の電気量と、相手側電気所１０６から通信回線１０５を介して送られてきた相手端電気量とを取り込む。電気量取込手段１１１の入力側には時刻同期手段１１２が接続されている。時刻同期手段１１２はＧＰＳ１１９から絶対時刻信号を受信し、この絶対時刻信号に基づいて時刻情報を電気量取込手段１１１に出力する。さらに、電気量取込手段１１１の出力側には２回線送電線１，２の線路定数算出手段１１３が接続されている。
【００１５】
線路定数算出手段１１３が送電線１、送電線２の線路定数を測定するためには、送電線１，２両端の故障点標定装置１１０にて同時刻にデータをサンプリングする必要がある。そこで、電気量取込手段１１１は、時刻同期手段１１２から入力した時刻情報に基づいて内部クロックの時刻を高精度に合わせる。
【００１６】
電気量取込手段１１１では、この内部クロックに従って、運用状態にある送電線１，２両端の電流及び電圧の瞬時値を一定時間間隔でサンプリングし、ディジタル信号に変換する。さらに、電気量取込手段１１１はディジタル化したデータをメモリ(図示せず)に記録する。
【００１７】
線路定数算出手段１１３は、電気量取込手段１１１内のメモリに記録した送電線１，２両端の電流及び電圧データを入力し、これらのデータを用いて演算し、送電線１，２の線路定数を求める。なお、相手端子の電流及び電圧は通信回線１０５を利用して自端子の電気量取込手段１１１に入る。
【００１８】
故障点標定手段１１７は線路定数算出手段１１３によって得られた線路定数を、電気量取込手段１１１で取得した各時点の電気量と共に入力するものである。第１の実施形態では、故障点標定手段１１７がコモンモードの線路定数を用いて故障点標定の演算を行うことを特徴としている。
【００１９】
送電線１，２は２回線６本であるが、その相配列は次の３つに分類可能である。
（Ａ）向かい合った全ての送電線の組合せが同相である同相配列…ａ−ａ、ｂ−ｂ、ｃ−ｃ。
（Ｂ）向かい合った全ての送電線の組合せのうち、一組だけが同相である逆相配列…すなわち、ａ相が同じであるａ−ａ、ｂ−ｃ、ｃ−ｂという配列。ｂ相が同じであるａ−ｃ、ｂ−ｂ、ｃ−ａという配列。ｃ相が同じであるａ−ｂ、ｂ−ａ、ｃ−ｃという配列。
（Ｃ）向かい合った全ての送電線の組合せに同相のものが無い相ずれ配列…ａ−ｃ、ｂ−ａ、ｃ−ｂ。あるいはａ−ｂ、ｂ−ｃ、ｃ−ａ。
これら３種類の相配列のうち、同相配列および相ずれ配列では、通常送電状態であっても取得可能である零相電圧のみ存在すれば、線路定数算出手段１１３がコモンモードの線路定数を算出可能であることが知られている。
【００２０】
（処理フロー）
図２のフローチャートに基づいて、第１の実施形態の特徴である電気量取込及び線路定数算出の手順について説明する。まず、ステップＳ１にて、電気量取込手段１１１はある時刻ｔ１時点の自端子及び相手端子の電気量を取り込む。相手端子の電気量は通信回線１０５を用いて取り込むが、すでに相手端子でＧＰＳ１１９の絶対時刻信号によりｔ１時点の電気量が取り込まれているので、通信回線１０５の遅延は問題とならない。
【００２１】
次に、電気量取込手段１１１は、ｔ１時点と異なるｔ２時点の電気量を、ステップＳ２にて取り込む。以下同様にしてステップＳｎ（ｎ≧２）まで、電気量取込手段１１１が、ｔ１，ｔ２時点とは異なるｔｎ時点の自端子及び相手端子の電気量を取り込む。最後に、ステップＳｎ＋１にて、２回線送電線の線路定数算出手段１１３により、線路定数をアドミッタンス及びインピーダンス行列として算出する。
【００２２】
その後、ステップＳｎ＋１で求めた線路定数算出手段１１３の算出結果を故障点標定手段１１７に入力し、故障点標定手段１１７が線路定数算出手段１１３の出力を用いて故障点標定の整定値を補正あるいは再設定する（ステップ４１）。
【００２３】
次に、ステップ４２において事故の発生の有無を判定し、事故が発生すれば（ステップ４２のＹｅｓ）、故障点標定手段１１７により故障点標定処理を行う（ステップ４３）。また、事故が発生しなければ（ステップ４２のＮｏ）、故障点標定処理なしとする（ステップ４４）。
【００２４】
（作用効果）
第１の実施形態では、平行２回線送電線１，２が運用されている状態で、異なる複数時点ｔ１，ｔ２…ｔｎの電気量を取り込み、さらに平行２回線送電線１，２をコモンモードとディファレンシャルモードにモード分解することで、平行２回線送電線１，２を、２つの仮想的な１回線送電線モデルに置き換える。
【００２５】
これにより、１回線送電線の線路定数を算出する手段と同様の手段によって、平行２回線送電線１，２の線路定数を算出することが可能となる。そして、第１の実施形態では、２つの１回線送電線モデルとして算出した線路定数を、モード合成することで平行２回線送電線モデルに復元する。このような第１の実施形態では、送電線に関連する整定計算の大幅な省力化を実現しつつ、平行２回線送電線の線路定数を求めることが可能である。
【００２６】
また、第１の実施形態においては、送電線１，２の内部事故発生時の電気量を必要とせず、常時の潮流を利用して線路定数を求めることができ、運用中の送電線周囲の環境変化に迅速に適応して、正確な線路定数を算出することが可能である。このため、整定値を適切に補正あるいは再設定することが可能であり、線路定数の測定に際して経済性及び信頼性が大幅に向上する。
【００２７】
故障点標定のアルゴリズムは種々提案されてきており、距離リレーのように線路のインピーダンスを測距するもの、電流の分布を求めるものなどがあるが、いずれも正しい線路定数が必要となる。従来の故障点標定装置では通常、線路定数を求めるために前述したCarson-Polarczhek法を利用した計算をコンピュータにてオフラインで行い、装置の運用開始前に故障点標定の整定値を設定していた。装置運用後は整定の変更を行わずに固定で運用するのが一般的であった。
【００２８】
これに対して第１の実施形態では、事前に従来方法で故障点標定の整定値を設定しておいた場合でも、運用後に実際の潮流から線路定数を求めることができる。このため、故障点標定の補正あるいは再設定を自動的に行うことが可能である。したがって、精度の高い故障点標定装置を得ることができる。また、従来のCarson-Polarczhek法を利用した計算は線路の幾何学的な配置を入力する必要があり、しかも周囲温度や大地の導電率などを推測で入力する必要がある。このため、Carson-Polarczhek法には経済性や信頼性に課題があった。
【００２９】
一方、第１の実施形態においては、運用開始前に多大な労力をかけて線路定数を求める必要がなく、しかも運用中の周囲の環境変化を時々刻々反映させながら線路定数を適切に算出することができる。これにより、労力の省力化を進めて経済性を高めることができ、信頼性も大幅に向上する。
【００３０】
なお、故障点標定装置には、相手端子からの電流を自端子に取込んで標定演算を行う上述のもの以外に、各端子の時刻同期した電気量データを中央の演算装置に集約し、演算装置で故障点標定演算を行うものもある。この場合は、上述の線路定数算出手段１１３はこの中央の演算装置に置くことになるが、その効果は上述の例と同等である。
【００３１】
そもそも、故障点標定とは、送電線一区間内に一地点事故が発生した時、その事故発生地点を線路両端状態から推定することである。図３では事故発生時の回路モデルを示している。図３では事故両端の電流、電圧をそれぞれｉｉ，ｉｏ，ｖｉ，ｖｏとし、Ｙｆを事故アドミッタンスとする。サフィックスのCL,DLはそれぞれコモンモード、ディファレンシャルモードを指す(例えばＹｆＣＬＤＬは、コモンモードとディファレンシャルモードの相互アドミッタンス)。
【００３２】
事故発生地点前後の微小距離に注目すると故障点前後では電圧が変化しないと考えることができ、故障点標定の基本式は次の（Ａ）式で表せる。
【数１】
2014126374.tif 000003
【００３３】
ここで、ディファレンシャルモードの線路定数を求めなくてはならない事故とは，コモンモードに影響しない事故である。故障点標定の基本式の観点から言うと、次の（Ｂ）式が成立した場合が、コモンモードに影響しない事故となる。
【数２】
2014126374.tif 000004
【００３４】
この式が成立するためには、次の（Ｃ）式が成立する必要がある。
【数３】
2014126374.tif 000005
【００３５】
これを満たすようなＹｆ、すなわちコモンモードに影響を与えないＹｆは、（Ｄ）式で表わされる。
【数４】
2014126374.tif 000006
【００３６】
これを図で表すと、図４のように、向かい合った３組の送電線１〜６同士で、回線を跨ぐような短絡事故である。このような短絡事故に対しては、コモンモードに影響が現れず、ディファレンシャルモードの線路定数を必要とする。このため、コモンモードの線路定数のみでは故障点が標定できないことが分かる。しかしながら、実際の送電系統において、この様な事故が起こることは極めて稀であり、実用上問題とならない。そこで以上の結果から、平行２回線においてはコモンモードの線路定数のみを用いて故障点標定が可能であると言える。
【００３７】
上述したように、第１の実施形態では、系統操作を行わずに得られたコモンモードのみの線路定数を用いて故障点標定を行うことができる。すなわち、系統操作が不要であり、より容易に故障点標定を行うことができる。
【００３８】
（２）第２の実施形態
（構成）
第２の実施形態も、第１の実施形態と同じく故障点標定手段１１７を有する故障点標定装置１１０である。第２の実施形態に係る故障点標定手段１１７では、送電線線路モデルとして多線分布定数回路を用いることを特徴としている。
【００３９】
(処理フロー)
第２の実施形態では、図１に示した事故標定手段１１７の内部処理において、送電線線路モデルとして多線分布定数回路を用いたことにより、線路の四端子定数としてπ型線路定数を用いて故障点標定を行うことができ、演算や分析を簡単化しながらも高精度な故障点標定が可能になる。その仕組みについて下記に示す。
【００４０】
前述したように、故障点標定とは、送電線一区間内に一地点事故が発生した時、その事故発生地点を線路両端状態から推定する方法である。前記図３で示した事故発生時の回路モデルにおいて、送電線１，２の両端の電圧及び電流状態をベクトルで表すと、以下の（Ｅ）式となる。
【数５】
2014126374.tif 000007
【００４１】
上記両端の測定値から線路の特性を表すものとして、以下の様な四端子定数行列がある。
【数６】
2014126374.tif 000008
この（Ｆ）式は線路の不平衡や不均一など全ての要素を含んだ形で一意に定まり、誤差無く現実の線路特性を表せる。よって、この四端子定数を正確に求めることが線路の特性を最も厳密に表現することとなる。
【００４２】
図３のような、長さl の送電線に対して入力側から距離x の位置で事故が起きた場合、その線路状態を四端子定数で表すとするならば、以下の式（Ｇ）が適切である。
【数７】
2014126374.tif 000009
ただし、Ｆｔ（ｘ）は長さｘの送電線を表す四端子定数である。
【００４３】
つまりこの時には故障点までの距離で分割した形の四端子定数が必要となる。本実施形態では、距離で分割可能な線路モデルとして図５に示す多線分布定数線路モデルを用いる。これを用いることで、以下の形で故障点x に対する方程式を立てることができる。
【数８】
2014126374.tif 000010
【００４４】
このような（Ｈ）式を双曲線関数の加法定理によってx についてまとめると、以下の（Ｉ）式が得られる。
【数９】
2014126374.tif 000011
【００４５】
この多線分布定数線路の線路定数を求めることは簡単ではないが、本実施形態では、この多線分布定数線路の四端子定数として、図６に表すπ型等価回路モデルの線路定数を擬似的に使うこととする。分布定数回路をπ型等価回路と見立てることによって以下の（Ｊ）式が成り立つ。
【数１０】
2014126374.tif 000012
【００４６】
この分布定数とπ型線路定数の変換式を用いると、故障点xを表す式は次の（Ｋ）式で表せる。
【数１１】
2014126374.tif 000013
【００４７】
残りの線路定数Γｄ，Ｚ０ｄについても、同様に分布定数とπ型線路定数の変換式である（Ｌ）式を用いて、
【数１２】
2014126374.tif 000014
と表すことができる。
【００４８】
これらの線路定数Γｄ，Ｚ０ｄを、それぞれπ型線路定数を経て求めた擬似的な値であるという意味で、Γ’ｄ，Ｚ’０ｄと表す事とすると、故障点は結局、以下の（Ｍ）式で表される。
【数１３】
2014126374.tif 000015
なお、上記（Ｍ）式で、１×３型の射影行列Ｐを掛けることによって、この方程式を解く際にその誤差が最小となる成分をこちらで指定できるようになる。
【００４９】
(作用効果)
故障点標定を厳密に行うためには長さに対して分割できる回路モデルが必要である。従来の故障点標定法では、得られている線路定数を近似的に単位長さ辺りに変換し、その値を適当な線路モデルに与えて標定を行っていた。これに対し本実施形態では、距離分割に厳密に対応できる分布定数線路モデルを、四端子定数化したπ型線路定数のみから再現できる。そのため、推定の難しい分布定数線路の線路定数を用いずに分布定数線路モデルによる故障点標定が可能であり、演算や分析が簡単化される。
【００５０】
（３）他の実施形態
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００５１】
例えば、測定値や線路定数に誤差が入った場合の故障点標定を行う場合に、標定の演算結果を事故相に射影するようにしてもよい。すなわち、射影行列を用いて事故相のみを取り出して故障点標定演算を行うことにより、測定値や線路定数に誤差が入った場合の影響を軽減することができる。
【符号の説明】
【００５２】
１、２…平行2回線送電線
１０５…通信回線
１０６…相手側電気所
１１０…故障点標定装置
１１１…電気量取込手段
１１２…時刻同期手段
１１３…線路定数算出手段
１１７…故障点標定手段
１１９…ＧＰＳ
【図１】
2014126374.tif 000016
【図２】
2014126374.tif 000017
【図３】
2014126374.tif 000018
【図４】
2014126374.tif 000019
【図５】
2014126374.tif 000020
【図６】
2014126374.tif 000021