(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の受電線と複数の変圧器バンクと複数の送電線とを接続した２つの母線から成る直接接地方式変電所の前記各受電線、各変圧器バンク、および各送電線のそれぞれの人形部から前記第１の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第１の短絡方向継電器群と、
前記それぞれの人形部から前記第２の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第２の短絡方向継電器群と、
前記第１の母線の各線間電圧低下を検出する第１の不足電圧継電器と、
前記第１の母線の各相電圧低下を検出する第２の不足電圧継電器と、
前記第２の母線の各線間電圧低下を検出する第３の不足電圧継電器と、
前記第２の母線の各相電圧低下を検出する第４の不足電圧継電器と、
前記第１の不足電圧継電器の各相動作信号と前記第２の不足電圧継電器の各相動作信号とから前記第１の母線の係わる母線事故の事故相を検出し、前記第１の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第１の事故相選択部群と、
前記第３の不足電圧継電器の各相動作信号と前記第４の不足電圧継電器の各相動作信号とから前記第２の母線の係わる母線事故の事故相を検出し、前記第２の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第２の事故相選択部群と、
前記第１の事故相選択部群の出力と前記第２の事故相選択部群の出力とから母線事故の事故区間を検出する判定部と、
を備えたことを特徴とする変電所故障区間判定装置。
【請求項２】
複数の受電線と複数の変圧器バンクと複数の送電線とを接続した２つの母線から成る直接接地方式変電所の前記各受電線、各変圧器バンク、および各送電線のそれぞれの人形部から前記第１の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第１の短絡方向継電器群と、
前記それぞれの人形部から前記第２の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第２の短絡方向継電器群と、
前記第１の母線の係わる母線事故の保護を行う各相電流差動方式母線保護継電器の各相動作信号を用いて、前記第１の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第１の事故相選択部群と、
前記第２の母線の係わる母線事故の保護を行う各相電流差動方式母線保護継電器の各相動作信号を用いて、前記第２の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第２の事故相選択部群と、
前記第１の事故相選択部群の出力と前記第２の事故相選択部群の出力とから母線事故の事故区間を検出する判定部と、
を備えたことを特徴とする変電所故障区間判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、送電用変電所の内部で地絡または短絡事故が発生した際に、故障区間を自動的に検出することができる変電所の故障区間判定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
２重母線方式の送電用変電所の故障区間を検出する装置は、例えば、特開平２−２２３３３４号公報に記載されている。図１２は従来の変電所故障区間検出システムの一例を示したものである。
図１２において、１は第１の母線（以下、甲母線とする。）、２は第２の母線（以下、乙母線とする。）、５，６は第１および第２の変圧器バンク（以下、バンクとする。）、１０，１１は第１および第２の負荷線路である。各バンク５，６および各負荷線路１０，１１は、甲母線１と乙母線２の中央にある人形部と呼ばれる部分からそれぞれの甲母線側断路器３ａ〜６ａ、および乙母線側断路器３ｂ〜６ｂによって、甲母線１および乙母線２の両方に接続できる構造となっているが、通常は甲母線側断路器３ａ〜６ａあるいは乙母線側断路器３ｂ〜６ｂのいずれか一方を閉じ、他方を開くことによって、甲母線１あるいは乙母線２のいずれかに選択的に接続されている。図１２はその標準的な接続を示し、甲母線１は第１のバンク５から給電され、乙母線２は第２のバンク６から給電されるようになっている。また、第１の負荷線路１０は甲母線１に接続され、第２の負荷線路１１は乙母線２に接続されている。
【０００３】
３ｃ〜６ｃはバンク５，６の人形部および負荷線路１０，１１の人形部の甲母線側断路器３ａ〜６ａの近傍にそれぞれ取り付けた光ＣＴであり、各人形部から甲母線１へ出入する電流を検出するための電流センサである。同様に、３ｄ〜６ｄはバンク５，６の人形部および負荷線路１０，１１の人形部の乙母線側断路器３ｂ〜６ｂの近傍にそれぞれ取り付けた光ＣＴであり、各人形部から乙母線２へ出入りする電流を検出するための電流センサである。また、７は甲母線１の計器用変圧器、８は乙母線２の計器用変圧器である。９は光ＣＴ３ｃ〜６ｃおよび光ＣＴ３ｄ〜６ｄの出力信号を伝達する光ファイバケーブルである。
【０００４】
３ｇ〜６ｇは光ＣＴ３ｃ〜６ｃで検出した電流に応動する方向継電器であり、甲母線１の母線電圧を基準に各人形部の甲母線１側を通過する事故電流の方向を判別する。３ｈ〜６ｈは光ＣＴ３ｄ〜６ｄで検出した電流に応動する方向継電器であり、乙母線２の母線電圧を基準に各人形部の乙母線２側を通過する事故電流の方向を判別する。
このように２つの母線１，２に複数のバンク５，６と複数の負荷線路１０，１１とを接続した変電所の各バンク側人形部および各線路側人形部の母線断路器３ａ〜６ａ，３ｂ〜６ｂの近傍に、光ＣＴ３ｃ〜６ｃ，３ｄ〜６ｄを取り付けるとともに、光ＣＴ３ｃ〜６ｃ，３ｄ〜６ｄからの事故電流の方向を検出できる方向継電器３ｇ〜６ｇ，３ｈ〜６ｈを設け、母線事故発生時の事故電流を光ＣＴ３ｃ〜６ｃ，３ｄ〜６ｄによって検出し、その電流から方向継電器３ｇ〜６ｇ，３ｈ〜６ｈによって事故電流の流れる方向を判別し、その結果を判定部１６に入力して事故が発生した区間を自動的に検出していた。
【０００５】
ここで、上記従来の故障区間判定装置において、光ＣＴ３ｃ〜６ｃ，３ｄ〜６ｄからの事故電流の流れる方向を判別するための方向継電器３ｇ〜６ｇ，３ｈ〜６ｈについて説明する。
従来の故障区間判定装置の方向継電器３ｇ〜６ｇ，３ｈ〜６ｈとしては、短絡電流の方向判別には短絡方向継電器を、地絡電流の方向判別には地絡方向継電器をそれぞれ用いていた。
【０００６】
なお、図７は短絡方向継電器および地絡方向継電器の動作特性の一例を示したものである。短絡方向継電器ＲＹは、同図（ａ）に示すように、線間電圧Ｖを基準に相電流Ｉの位相差が所定範囲内の時に動作する継電器であり、３相短絡および２相短絡に応動できるように、例えば、９０°進み接続方式の場合には、Ａ相電流はＢＣ線間電圧を基準に、Ｂ相電流はＣＡ線間電圧を基準に、Ｃ相電流はＡＢ線間電圧を基準に位相差判定を行い、それら３相毎の位相差判定のＯＲ条件で動作信号を出力する構成とし、継電器設置点から見た短絡電流の方向、即ち、短絡事故発生点の方向を判別する継電器である。
同様に、地絡方向継電器ＲＹは、同図（ｂ）に示すように、零相電圧Ｖｏを基準に零相電流Ｉｏの位相差が所定範囲内の時に動作する継電器であり、継電器設置点から見た地絡電流の方向、即ち、地絡発生点の方向を判別する継電器である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
次に、上記従来の変電所故障区間判定装置を直接接地方式の変電所に適用する場合の問題点について説明する。
直接接地方式の変電所では、各受電線の送電端にある電源変圧器および各バンク変圧器の中性点が直接接地されているため、零相インピーダンスが小さく、そのため、地絡電流は短絡電流と同程度の非常に大きな事故電流となるが、零相電圧は殆ど発生しない。
したがって、零相電圧を基準に地絡電流の方向判別を行う地絡方向継電器では、基準となる零相電圧が十分に得られないことから地絡電流の方向判別が困難となる。即ち、従来の変電所故障区間判定装置は、直接接地方式の変電所における地絡時の故障区間判定が困難となる問題がある。
【０００８】
この問題に対応するため、地絡電流が短絡電流と同程度の非常に大きな電流になることを利用して、地絡電流の方向判別も短絡電流の方向判別と同様に前述の短絡方向継電器で行うことが考えられるが、直接接地方式の変電所の母線の地絡事故では、地絡相だけでなく、直接接地されたバンク変圧器中性点を通して地絡の発生していない健全相にも地絡電流が分流して流れるため、短絡方向継電器の健全相側の位相差判定が不要動作する問題がある。
【０００９】
以下に、直接接地方式の変電所において地絡が発生した場合の地絡相および健全相に流れる地絡電流と、その地絡電流に対する短絡方向継電器の応動について説明する。
図８は、直接接地系統にＡ相１線地絡が発生した場合を例に、地絡電流Ｉｇの流れる方向を示したものである。同図に示すように、直接接地系統では電源変圧器ＴＲ１およびバンク変圧器ＴＲ２の中性点Ｅ１，Ｅ２が共に直接接地されているため、地絡電流Ｉｇは電源変圧器ＴＲ１の中性点Ｅ１とバンク変圧器ＴＲ２の中性点Ｅ２に向かって分流して流れ、それぞれの中性点Ｅ１，Ｅ２から系統に流入する。この分流比は地絡点Ｐから見た電源側の零相インピーダンスとバンク側を見た零相インピーダンスの逆比となる。
【００１０】
バンク変圧器ＴＲ２の中性点Ｅ２から系統に流入した地絡電流の分流分Ｉｇ２は、更にバンク変圧器ＴＲ２の各相コイルに１／３ずつ分流し、地絡点Ｐよりバンク変圧器ＴＲ２側の地絡相電流Ｉａ２と地絡の発生していない健全相の相電流であるＢ相電流ＩｂおよびＣ相電流Ｉｃ（以下、健全相電流Ｉｂ，Ｉｃとする。）となる。地絡相電流Ｉａ２は地絡点Ｐまで流れ、健全相電流Ｉｂ，Ｉｃは、電源変圧器ＴＲ１のｂ相，ｃ相のコイルを通り、電源変圧器ＴＲ１の中性点Ｅ１から流入してくるもう一方の地絡電流Ｉｇの分流分Ｉｇ１と合成されて、地絡点Ｐより電源変圧器ＴＲ１側の地絡相電流Ｉａ１となり、電源変圧器ＴＲ１のａ相コイルを経由して地絡点Ｐまで流れる。
【００１１】
このような直接接地系統の１線地絡電流Ｉｇは、対称座標法によって（１）式のように求めることができる。
Ｉｇ＝３Ｅａ／（Ｚ０＋Ｚ１＋Ｚ２）    ・・・・・・・・（１）
但し、Ｅａ＝地絡発生前の地絡点の対地電圧
Ｚ０  ＝地絡点から見た系統全体の零相インピーダンス
Ｚ１  ＝地絡点から見た系統全体の正相インピーダンス
Ｚ２  ＝地絡点から見た系統全体の逆相インピーダンス
【００１２】
また、図９は直接接地系統の零相回路である。同図より、地絡点Ｐから見た系統全体の零相インピーダンスＺ０は、地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１側の零相インピーダンスＺ０１および地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２側の零相インピーダンスＺ０２の並列回路であるため、（２）式のように表すことができる。
Ｚ０  ＝Ｚ０１・Ｚ０２／（Ｚ０１＋Ｚ０２）    ・・・・（２）
但し、  Ｚ０１  ＝地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１側の零相インピーダンス
Ｚ０２  ＝地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２側の零相インピーダンス
【００１３】
更に、地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１側の零相インピーダンスＺ０１および地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２側の零相インピーダンスＺ０２は（３）式および（４）式となる。
Ｚ０１＝ＺＬ０１＋ｊＸｔ１                      ・・・（３）
Ｚ０２＝ＺＬ０２＋ｊＸｔ２                      ・・・（４）
但し、ＺＬ０１  ＝地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１までの線路の
零相インピーダンス
ＺＬ０２  ＝地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２までの線路の
零相インピーダンス
Ｘｔ１  ＝電源変圧器ＴＲ１の零相インピーダンス（リアクタンス）
Ｘｔ２  ＝バンク変圧器ＴＲ２の零相インピーダンス（リアクタンス）
【００１４】
同様に、地絡点Ｐから見た系統全体の正相インピーダンスＺ１および逆相インピーダンスＺ２についても、地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１側の正相および逆相インピーダンスＺ１１，Ｚ２１と地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２側の正相および逆相インピーダンスＺ１２，Ｚ２２  の並列回路であるため、（５）式および（６）式のように表すことができる。
Ｚ１  ＝Ｚ１１・Ｚ１２／（Ｚ１１＋Ｚ１２）  ・・・・・（５）
Ｚ２  ＝Ｚ２１・Ｚ２２／（Ｚ２１＋Ｚ２２）  ・・・・・（６）
但し、  Ｚ１１  ＝地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１側の正相インピーダンス
Ｚ２１  ＝地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１側の逆相インピーダンス
Ｚ１２  ＝地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２側の正相インピーダンス
Ｚ２２  ＝地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２側の逆相インピーダンス
【００１５】
ここで、計算簡略化のため、地絡点Ｐから見た系統全体の正相インピーダンスＺ１および地絡点Ｐから見た系統全体の逆相インピーダンスＺ２は小さいので無視すると、（２）式を（１）式に代入して、地絡電流Ｉｇを（７）式のように求めることができる。
0003550679.tif 000002
【００１６】
また、電源変圧器ＴＲ１およびバンク変圧器ＴＲ２のそれそれの中性点Ｅ１，Ｅ２に分流する地絡電流は地絡点Ｐから電源変圧器ＴＲ１側を見た零相インピーダンスＺ０１と地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２側を見た零相インピーダンスＺ０２の逆比になるため、電源変圧器ＴＲ１側の中性点Ｅ１に分流する地絡電流Ｉｇの分流電流Ｉｇ１は、（８）式で求めることができる。
0003550679.tif 000003
【００１７】
同様にして、バンク変圧器ＴＲ２側の中性点Ｅ２に分流する地絡電流Ｉｇの分流電流Ｉｇ２は、（９）式で求めることができる。
0003550679.tif 000004
【００１８】
したがって、地絡点Ｐよりバンク変圧器ＴＲ２側の地絡相電流Ｉａ２、および健全相電流Ｉｂ，Ｉｃは分流電流Ｉｇ２の１／３であるので、（１０）式の通りとなる。
Ｉａ２＝Ｉｂ＝Ｉｃ＝Ｅａ／（ＺＬ０２＋ｊＸｔ２）・・（１０）
【００１９】
地絡点Ｐよりバンク変圧器ＴＲ２側の地絡相電流Ｉａ２および健全相電流Ｉｂ，Ｉｃは、前記（１０）式で表すことができるが、地絡点Ｐからバンク変圧器ＴＲ２までの線路の零相インピーダンスＺＬ０２は短距離のため非常に小さく、バンク変圧器ＴＲ２の零相リアクタンスのみを考慮すると、これらの電流は地絡発生前のＡ相対地電圧Ｅａに対し、ほぼ９０°遅れ位相で、バンク変圧器ＴＲ２側から電源変圧器ＴＲ１に向かって流れる電流である。しかし、これらの電流の方向を電源変圧器ＴＲ１側からバンク変圧器ＴＲ２側に向かって流れる方向を‘正’とした場合には、地絡点Ｐよりバンク変圧器ＴＲ２側の地絡相電流Ｉａ２および健全相電流Ｉｂ，Ｉｃは、電源変圧器ＴＲ１側からバンク変圧器ＴＲ２側に向かって流れる、地絡発生前のＡ相対地電圧Ｅａに対しほぼ９０°進み位相の電流と言える。即ち、前出の（１０）式は（１１）式となる。
Ｉａ２＝Ｉｂ＝Ｉｃ＝−Ｅａ／（ＺＬ０２＋ｊＸｔ２）・・（１１）
【００２０】
また、地絡点Ｐより電源変圧器ＴＲ１側の地絡相電流Ｉａ１は、分流電流Ｉｇ１と健全相電流Ｉｂ，Ｉｃのベクトル合成電流であるので、（１２）式となる。
0003550679.tif 000005
（１２）式より、地絡点Ｐより電源変圧器ＴＲ１側の地絡相電流Ｉａ１は、
地絡発生前のＡ相対地電圧に対し、ほぼ９０°遅れ位相の電流である。
【００２１】
図１０（ａ）は、地絡点Ｐより電源変圧器ＴＲ１側の各相電流Ｉａ１，Ｉｂ，Ｉｃと母線電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの位相関係を示したベクトル図であり、図１０（ｂ）は、地絡点Ｐよりバンク変圧器ＴＲ２側の各相電流Ｉａ２，Ｉｂ，Ｉｃと母線電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃの位相関係を示したベクトル図である。
同図（ａ）に示すように、直接接地方式の変電所の母線で１線地絡が発生した場合には、地絡点Ｐより電源変圧器ＴＲ１側では、地絡相に地絡発生前のＡ相電圧Ｖａに対しほぼ９０°の遅れ電流Ｉａ１が流れ、健全相には地絡発生前のＡ相電圧Ｖａに対しほぼ９０°進み位相の電流Ｉ，Ｉｃが流れる。
また、同図（ｂ）に示すように地絡点Ｐよりバンク変圧器ＴＲ２側では、地絡相および健全相には同じ大きさで地絡発生前のＡ相電圧Ｖａに対しほぼ９０°進み位相の電流Ｉａ２，Ｉｂ，Ｉｃが流れる。
【００２２】
次に、このような直接接地方式の変電所の地絡電流に対する短絡方向継電器の応動について説明する。
図１１は、直接接地方式の変電所の母線において、Ａ相１線地絡が発生した場合に受電線側人形部の短絡方向継電器ＲＹ１とバンク側人形部の短絡方向継電器ＲＹ２とにそれぞれ入力される相電流と母線電圧の位相関係を示したベクトル図と、それらの入力に対する各短絡方向継電器ＲＹ１，ＲＹ２の応動を各相毎に示した図である。なお、受電線側人形部の短絡方向継電器ＲＹ１は、継電器設置点から電源側の事故に対して動作し、バンク側人形部の短絡方向継電器ＲＹ２は継電器設置点からバンク側の事故に対して動作するものであり、同図中に示した短絡方向継電器ＲＹ１，ＲＹ２へのそれぞれの入力電流のベクトル図は、当該継電器ＲＹ１，ＲＹ２の設置点から動作すべき事故点に向かって流れる事故電流の方向を‘正’としたものである。
【００２３】
したがって、受電線側の短絡方向継電器ＲＹ１は人形部から電源側に向かって流れる方向が動作すべき事故電流の方向であり、同図中の当該継電器ＲＹ１の入力電流のベクトル図は人形部から電源側の向かって流れる方向を‘正’としている。よって、前出の図１０（ａ）に示した地絡点Ｐより電源側の電流ベクトルＩａ１，Ｉｂ，Ｉｃとは電流の極性が逆極性になっている。
同図より、受電線側の短絡方向継電器ＲＹ１は各相とも不動作であるが、地絡点が母線であることから、これらの応動は事故点方向を正しく判別した正規応動である。これに対し、バンク変圧器側の短絡方向継電器ＲＹ２は、地絡相であるａ相は不動作であるが、健全相であるｂ相およびｃ相が動作することになり、地絡点が母線であることを考慮すると、当該継電器ＲＹ２の不動作側の事故であるにも関わらず健全相の継電器が不要動作していることになる。
【００２４】
この現象は、前述で説明したように直接接地方式変電所の母線で１線地絡事故が発生した場合の地絡電流は、地絡点よりバンク変圧器側では地絡相、健全相とも同じ大きさで、地絡相電圧Ｖａに対しほぼ９０°進み位相の電流が流れることによるものである。また、これまでＡ相１線地絡の場合について説明してきたが、他相の１線地絡および２線地絡の場合も同様に健全相の継電器が不要動作する現象となる。
したがって、直接接地方式の変電所において、短絡方向継電器によって人形部に流れる短絡電流および地絡電流の方向を判別し、その結果から故障区間を判定する場合、前記のような地絡時の健全相電流によって短絡方向継電器の健全相が不要動作するため、正確な故障区間判定ができないことになる。
【００２５】
また、この問題に対し、短絡方向継電器の動作電流値を高整定にすることで、地絡時の健全相電流では動作しないように対策することは、直接接地系統における地絡電流は短絡電流と同程度に大きく、前記のような地絡時の健全相電流の大きさも数千Ａとなり、当該系統の最小短絡電流と接近した電流値であるため、短絡事故検出性能の低下を招く可能性があり、採用困難である。
【００２６】
本発明は、直接接地方式の変電所の故障区間判定を短絡、地絡とも短絡方向継電器の動作結果から行うこととし、その場合に課題となる前述のような地絡時の健全相電流による誤判定を防止し、正しく故障区間判定できる故障区間判定装置を提供するためになされたものである。
【００２７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明の故障区間判定装置では、複数の受電線と複数の変圧器バンクと複数の送電線とを接続した２つの母線から成る直接接地方式変電所の前記各受電線、各変圧器バンク、および各送電線のそれぞれの人形部から前記第１の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第１の短絡方向継電器群と、前記それぞれの人形部から前記第２の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第２の短絡方向継電器群と、前記第１の母線の各線間電圧低下を検出する第１の不足電圧継電器と、前記第１の母線の各相電圧低下を検出する第２の不足電圧継電器と、前記第２の母線の各線間電圧低下を検出する第３の不足電圧継電器と、前記第２の母線の各相電圧低下を検出する第４の不足電圧継電器と、前記第１の不足電圧継電器の各相動作信号と前記第２の不足電圧継電器の各相動作信号とから前記第１の母線の係わる母線事故の事故相を検出し、前記第１の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第１の事故相選択部群と、前記第３の不足電圧継電器の各相動作信号と前記第４の不足電圧継電器の各相動作信号とから前記第２の母線の係わる母線事故の事故相を検出し、前記第２の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第２の事故相選択部群と、前記第１の事故相選択部群の出力と前記第２の事故相選択部群の出力とから母線事故の事故区間を検出する判定部とを備える。
【００２８】
請求項２の発明の故障区間判定装置では、複数の受電線と複数の変圧器バンクと複数の送電線とを接続した２つの母線から成る直接接地方式変電所の前記各受電線、各変圧器バンク、および各送電線のそれぞれの人形部から前記第１の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第１の短絡方向継電器群と、前記それぞれの人形部から前記第２の母線に出入りする事故電流の方向を判定する第２の短絡方向継電器群と、前記第１の母線の係わる母線事故の保護を行う各相電流差動方式母線保護継電器の各相動作信号を用いて、前記第１の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第１の事故相選択部群と、前記第２の母線の係わる母線事故の保護を行う各相電流差動方式母線保護継電器の各相動作信号を用いて、前記第２の短絡方向継電器群の各相動作信号のうち事故相の動作信号を選択する第２の事故相選択部群と、前記第１の事故相選択部群の出力と前記第２の事故相選択部群の出力とから母線事故の事故区間を検出する判定部とを備える。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図１は請求項１の発明の故障区間判定装置を２つの受電線と２つのバンク変圧器を有する２重母線構成の直接接地方式変電所に適用した場合の実施の形態の一例である。
図１において、１は甲母線、２は乙母線、３，４は第１および第２の受電線、５，６は第１および第２のバンクである。各受電線３，４の送電端の電源変圧器の中性点および各バンク変圧器５，６の中性点は直接接地されている。
【００３０】
各受電線３，４および各バンク５，６は、甲母線１と乙母線２の中央にある人形部と呼ばれる部分からそれぞれの甲母線側断路器３ａ〜６ａ、および乙母線側断路器３ｂ〜６ｂによって、甲母線１および乙母線２の両方に接続できる構造となっているが、通常は甲母線側断路器３ａ〜６ａあるいは乙母線側断路器３ｂ〜６ｂのいずれか一方を閉じ、他方を開くことによって甲母線１あるいは乙母線２のいずれかに選択的に接続されている。図１はその標準的な接続を示し、甲母線１は第１の受電線３から給電され、乙母線２は第２の受電線４から給電されるようになっている。また、第１のバンク５は甲母線１に接続され、第２のバンク６は乙母線２に接続されている。
【００３１】
３ｃ〜６ｃは受電線３，４の人形部およびバンク５，６の人形部の甲母線側断路器３ａ〜６ａの近傍に取り付けた光ＣＴであり、各人形部から甲母線１へ出入する電流を検出するための電流センサである。同様に、３ｄ〜６ｄは受電線３，４の人形部およびバンク５，６の人形部の乙母線側断路器３ｂ〜６ｂの近傍に取り付けた光ＣＴであり、各人形部から乙母線２へ出入りする電流を検出するための電流センサである。また、７は甲母線１の計器用変圧器、８は乙母線２の計器用変圧器である。９は光ＣＴ３ｃ〜６ｃおよび光ＣＴ３ｄ〜６ｄの出力信号を伝達する光ファイバケーブルである。
【００３２】
３ｇ〜６ｇは光ＣＴ３ｃ〜６ｃで検出した電流に応動する短絡方向継電器であり、甲母線１の母線電圧を基準に各人形部の甲母線１側を通過する事故電流の方向を判別する。３ｈ〜６ｈは光ＣＴ３ｄ〜６ｄで検出した電流に応動する短絡方向継電器であり、乙母線２の母線電圧を基準に各人形部の乙母線２側を通過する事故電流の方向を判別する。
【００３３】
１２は甲母線１の各線間電圧の低下を検出する第１の不足電圧継電器であり、１３は甲母線１の各相電圧の低下を検出する第２の不足電圧継電器である。１４は乙母線２のの各線間電圧の低下を検出する第３の不足電圧継電器であり、１５は乙母線２の各相電圧の低下を検出する第４の不足電圧継電器である。
また、３ｉ〜６ｉは第１の不足電圧継電器１２と第２の不足電圧継電器１３の各相動作信号から甲母線１と甲母線１に接続された受電線３、およびバンク５の短絡事故および地絡事故の事故発生相を検出し、短絡方向継電器３ｇ〜６ｇのそれぞれの各相動作信号のうち、事故発生相のみを選択出力する第１の事故相選択部である。
【００３４】
同様に、３ｊ〜６ｊは第３の不足電圧継電器１４と第４の不足電圧継電器１５の各相動作信号から乙母線２と乙母線２に接続された受電線４、およびバンク６の短絡事故および地絡事故の事故発生相を検出し、短絡方向継電器３ｈ〜６ｈのそれぞれの各相動作信号のうち、事故発生相のみを選択出力する第２の事故相選択部である。
１６は第１の事故相選択部３ｉ〜６ｉおよび第２の事故相選択部３ｊ〜６ｊの出力から母線事故の事故区間を自動判定する判定部である。
【００３５】
なお、図１は２つの受電線３，４と２つのバンク５，６を有する２重母線構成の変電所への適用例であるが、受電線数およびバンク数の増減に対しては、その数に対応した前記光ＣＴ、短絡方向継電器、事故相選択部を有する構成とすることで対応できる。また、図１は各人形部から甲母線１および乙母線２に出入りする電流を検出する電流センサに光ＣＴを適用した事例であるが、本発明による故障区間判定装置では計器用変流器などの電流センサの適用も可能である。
【００３６】
ここで、第１の不足電圧継電器１２と第２の不足電圧継電器１３の作用について説明する。
図３は３相短絡、ＢＣ相２相短絡、Ａ相１線地絡、およびＢＣ相２線地絡の場合を例に母線事故時の母線電圧のベクトル表示とその時の第１の不足電圧継電器１２と第２の不足電圧継電器１３の応動を示すものである。なお、同図中の数字は事故点抵抗を零とした完全短絡、完全地絡の場合の母線電圧の各線間電圧値および各相電圧値（計器用変圧器７の２次電圧換算）である。なお、各母線事故様相に対する第１および第２の不足電圧継電器１２，１３の応動を説明する上での各不足電圧継電器１２，１３の検出感度は、その適用の一例として事故様相の５０％検出を目途に第１の不足電圧継電器１２は５５Ｖ、第２の不足電圧継電器１３は３２Ｖにしたものである。
【００３７】
同図より、３相短絡が発生すると、Ａ−Ｂ線間電圧、Ｂ−Ｃ線間電圧、Ｃ−Ａ線間電圧が共に殆ど零に低下し、２相短絡の場合には、短絡発生相の線間電圧が殆ど零に低下する。したがって、線間電圧の低下を検出する第１の不足電圧継電器１２の動作相から短絡相を検出することができる。また、１線地絡が発生した場合には、地絡相の相電圧が殆ど零になるのに対し、健全相の相電圧は殆ど変化しない。よって、相電圧の低下を検出する第２の不足電圧継電器１３の動作相から地絡相を検出することができる。また、２線地絡は２相が大地を経由して短絡することであり、事故相の線間電圧は殆ど零となると共に、相電圧も殆ど零になるため、第１の不足電圧継電器１２および第２の不足電圧継電器１３が共に動作することになり、それらの動作相から事故相を検出できる。
【００３８】
このように、甲母線１の線間電圧の低下を検出する第１の不足電圧継電器１２と相電圧の低下を検出する第２の不足電圧継電器１３の動作相から、甲母線１および甲母線１に接続された受電線３、バンク５の短絡事故および地絡事故の事故相を検出することができる。なお、第３の不足電圧継電器１４と第４の不足電圧継電器１５の作用についても同様であり、それらの動作相から乙母線２および乙母線２に接続された受電線４、バンク６の短絡事故および地絡事故の事故相を検出できる。
【００３９】
次に、第１の事故相選択部３ｉの作用について説明する。
図４は、第１の事故相選択部３ｉの具体的な構成の一例である。
事故相選択部３ｉは第１の不足電圧継電器１２のＡＢ相、ＢＣ相、ＣＡ相の各線間電圧の低下に対するそれぞれの動作信号からＯＲゲート２０ａ、２０ｂ、２０ｃによって短絡相を検出し、更に、ＯＲゲート２１ａ、２１ｂ、２１ｃによって、第２の不足電圧継電器１３のＡ相、Ｂ相およびＣ相の各相電圧の低下に対するそれぞれの動作信号との論理和をとることによって、甲母線１および甲母線１に接続された受電線３やバンク５の短絡および地絡の事故相を検出する。
【００４０】
更に、ＡＮＤゲート２２ａ、２２ｂ、２２ｃによって、これらの事故相条件と前記短絡方向継電器３ｇのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各相電流の方向判定結果である各相の動作信号との論理積を取り、その結果をＯＲゲート２３で集約することで、短絡方向継電器３ｇの各相動作信号のうち事故相のみを選択し、当該人形部の甲母線１側を通過する事故電流の方向判定結果として、判定部１６に出力することができる。
【００４１】
他の第１の事故相選択部４ｉ〜６ｉも同様に、対応するそれぞれの短絡方向継電器４ｇ〜６ｇの各相動作信号のうち事故相のみを選択出力することができる。
また、第２の事故相選択部３ｊ〜６ｊは、第３の不足電圧継電器１４および第４の不足電圧継電器１５の動作信号から短絡方向継電器３ｈ〜６ｈの各相動作信号から事故相のみを選択出力するもので、第１の事故相選択部３ｉ〜６ｉの作用を乙母線２側に置き換えたものである。
【００４２】
このような第１の事故相選択部３ｉ〜６ｉおよび第２の事故相選択部３ｊ〜６ｊの作用によって、判定部１６では、各人形部における事故相のみの方向判定結果を基に故障区間判定を行うことが可能となり、直接接地方式の変電所における地絡事故時の方向継電器の健全相側不要動作による故障区間の誤判定を防止することができる。
【００４３】
次に、請求項２の発明の実施の形態の一例について説明する。
図２は請求項２の発明の故障区間判定装置を２つの受電線と２つのバンク変圧器を有する２重母線構成の直接接地方式変電所に適用した場合の実施の形態の一例である。
図２において、１７は甲母線１側の母線保護継電器の各相毎の動作信号、１８は乙母線２側の母線保護継電器の各相毎の動作信号である。また、３ｋ〜６ｋは甲母線１側の母線保護継電器の動作信号１７から短絡方向継電器３ｇ〜６ｇの各相動作信号のうち、事故発生相のみを選択出力する第１の事故相選択部である。同様に、３ｌ〜６ｌは乙母線２側の母線保護継電器の動作信号１８から短絡方向継電器３ｈ〜６ｈの各相動作信号のうち、事故発生相のみを選択出力する第２の事故相選択部である。また、他の構成は図１と同様に構成されているので、同一部分には同一符号を付して、その重複する説明を省略する。
【００４４】
ここで通常直接接地方式変電所の母線保護に適用される電流差動方式の母線保護継電器の動作について説明する。
常時および外部事故時には母線への流入電流は必ず流出電流となるので母線に接続された各受電線、各バンクから母線に出入りする電流をベクトル加算した合計は差し引き零となる。しかし、母線事故時には事故電流が流入するが、通常流出電流はないので、この合計は零とならない。このことから、母線保護継電器は母線に接続された各受電線および各バンクから母線に出入りする電流を各相毎にベクトル加算し、その合計を監視することで母線の内部・外部事故の判別を行うものである。
【００４５】
このように、電流差動方式の母線保護継電器は母線に接続された各受電線および各バンクから母線に出入りする電流を各相毎にベクトル加算し、その合計が所定の値を越えた場合に動作するよう構成されているので、短絡事故や地絡事故で事故相に事故電流が流入すると、その事故電流を検出し事故相の母線保護継電器が動作する。しかし、前述で説明した直接接地方式変電所の地絡事故において、直接接地された各バンク変圧器の中性点を通して健全相側に流れる地絡電流は母線を通過し電源変圧器まで流れるため、流入電流＝流出電流となり差し引き零となるため、健全相の母線保護継電器が不要動作することは無い。
【００４６】
図５は直接接地方式変電所の母線事故様相と電流差動方式の母線保護継電器の各相動作信号の関係を示したものである。同図より、３相短絡の場合には母線保護継電器は３相共動作し、２相短絡および２線地絡の場合にはその事故相である２相が動作する。また、１線地絡の場合には、母線保護継電器は事故相のみの１相が動作することになる。
このように、電流差動方式の母線保護継電器の動作相は母線事故の事故相を一致しており、即ち、電流差動方式の母線保護継電器の動作相から母線事故の事故相を判断することができる。
【００４７】
このことから、第１の事故相選択部３ｋは甲母線１側の母線保護継電器の各相動作信号１７から短絡方向継電器３ｇの各相動作信号のうち事故相のみを選択出力ものであり、図６は、第１の事故相選択部３ｋの具体的な構成の一例である。
母線保護継電器１７の動作相は母線事故の事故相と一致しているので、ＡＮＤゲート２４ａ、２４ｂ、２４ｃによって母線保護継電器の各相動作信号と短絡方向継電器３ｇのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の各相電流の方向判定結果である各相の動作信号との論理積を取り、その結果をＯＲゲート２５で集約することで、短絡方向継電器３ｇの各相動作信号のうち事故相のみを選択し、当該人形部の甲母線１側を通過する事故電流の方向判定結果として、判定部１６に出力することができる。
【００４８】
また、他の第１の事故相選択部４ｋ〜６ｋも同様に、対応する短絡方向継電器４ｇ〜６ｇの各相動作信号のうち事故相のみを選択出力するものである。また、第２の事故相選択部３ｌ〜６ｌは乙母線２側の母線保護継電器の各相動作信号１８から対応する短絡方向継電器３ｊ〜６ｊの各相動作信号のうち事故相のみを選択出力するものである。
このような第１の事故相選択部３ｋ〜６ｋおよび第２の事故相選択部３ｌ〜６ｌの作用によって、判定部１６では、各人形部における事故相のみの方向判定結果を基に故障区間判定を行うことが可能となり、直接接地方式変電所における地絡事故時の方向継電器の健全相側不要動作による故障区間の誤判定を防止することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上に説明したように、この発明によれば、直接接地方式の変電所における地絡時の健全相の方向継電器の不要動作の影響を受けないため、正確に故障区間判定ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の故障区間判定装置の実施の形態の一例を示す説明図である。
【図２】請求項２の発明の故障区間判定装置の実施の形態の一例を示す説明図である。
【図３】請求項１の発明の不足電圧継電器の動作を示す説明図である。
【図４】請求項１の発明の事故相選択部の具体的な構成の一例の説明図である。
【図５】請求項２の発明に関わる母線保護継電器の動作を示す説明図である。
【図６】請求項２の発明の事故相選択部の具体的な構成の一例の説明図である。
【図７】方向継電器の動作特性図である。
【図８】直接接地系統の地絡電流の方向の説明図である。
【図９】直接接地系統の零相回路である。
【図１０】直接接地系統の１線地絡時の電流・電圧ベクトル図である。
【図１１】直接接地系統の１線地絡時の短絡方向継電器の応動の説明図である。
【図１２】従来の故障区間判定装置の説明図である。
【符号の説明】
１，２  母線
３，４  受電線
５，６  変圧器バンク
７，８  計器用変圧器
３ｇ〜６ｇ，３ｈ〜６ｈ  方向継電器
３ｉ〜６ｉ，３ｊ〜６ｊ  請求項１の発明の事故相選択部
３ｋ〜６ｋ，３ｌ〜６ｌ  請求項２の発明の事故相選択部
１２，１３，１４，１５  不足電圧継電器
１６    判定部
１７，１８  母線保護継電器の動作信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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