(57)【要約】【課題】  地絡保護継電器の誤動作を防止する電力系統安定化装置を提供する。【解決手段】  この電力系統安定化装置では、対地静電容量の大きな長い亘長の高圧配電線（たとえば、６ｋＶ）において、電圧調整を行なうＹ結線のＳＶＲ１１を設ける。Ｙ結線のＳＶＲ１１では、３相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）の巻線のタップをすべて切換える。すなわち、３相の電圧をすべて昇圧または降圧することによって電圧調整を行なう。この場合、電圧ベクトルの中性点は移動しない。このため、Ｖ結線のＳＶＲを用いていた従来に比べ、電圧調整時において高圧配電線に発生する残留電圧が抑制される。したがって、地絡保護継電器が誤動作するのが防止される。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対地静電容量の大きな長い亘長の高圧配電線の電圧調整および地絡保護を行なう電力系統安定化装置であって、
前記高圧配電線の所定位置に設けられたＹ結線の３相変圧器を含み、前記高圧配電線の電圧調整を行なう自動電圧調整器、
前記高圧配電線に介挿され、地絡事故から電力系統を保護するスイッチ、および
前記高圧配電線に発生する残留電圧を検出し、予め定められたレベルの残留電圧が検出されたことに応じて前記スイッチを遮断制御する地絡保護制御手段を備える、電力系統安定化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電力系統安定化装置に関し、特に、高圧配電線の電圧調整および地絡保護を行なう電力系統安定化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６は、従来の電力系統安定化装置の要部の構成を示す図である。図６を参照して、この電力系統安定化装置は、ＳＶＲ（ステップ型自動電圧調整器）３１、残留電圧検出器２２２、地絡保護継電器２３および遮断部２４を備える。
【０００３】
ＳＶＲ３１は、電圧降下が大きい高圧配電線に設けられ、内部の変圧器のタップを自動的に切換えることによって配電線電圧を調整する。通常、高圧配電線（たとえば、６ＫＶ）系統には、Ｖ結線のＳＶＲが用いられる。Ｖ結線のＳＶＲでは、３相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）のうちの２相（たとえば、Ａ相，Ｃ相）の巻線のタップを切換える。これにより、２相の相電圧が昇圧または降圧されて、電圧調整が行なわれる。
【０００４】
残留電圧検出器２２は、高圧配電線から３相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）の電圧を受け、残留電圧（零相電圧）を検出する。この残留電圧は、絶縁劣化や絶縁不良などにより高圧配電線と地面との間に電流が流れる地絡事故が起きた場合に発生する。地絡保護継電器２３は、検出された残留電圧のレベルに基づいて、遮断部２４の動作を制御する制御信号を出力する。遮断部２４は、各相の配電線に対応した複数の遮断器ＣＢを含み、地絡保護継電器２３からの制御信号に応答して、配電線系統を遮断する。これにより、地絡事故発生時における停電範囲の拡大や公衆災害が防止される。
【０００５】
図７は、図６に示したＶ結線のＳＶＲ３１の各相の電圧ベクトルを示す図である。図７において、Ａ相およびＣ相の相電圧Ｅａ，Ｅｃが昇圧された場合のベクトル軌跡を示す。ここで、昇圧前における相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃが３相平衡であった場合、昇圧前の中性点の電圧ベクトルＥｏ↑（ただし、矢印↑はベクトルを示す）は、以下の数式（１）で示される。
【０００６】
Ｅｏ↑＝（Ｅａ↑＋Ｅｂ↑＋Ｅｃ↑）／３＝０↑                   …（１）
また、ＳＶＲ３１の変圧比をｎとすると、昇圧後における相電圧Ｅａａ，Ｅｂｂ，Ｅｃｃの電圧ベクトルは、それぞれ以下の数式（２）〜（４）で示される。
【０００７】
Ｅａａ↑＝Ｅａ↑＋ｎ（Ｅａ↑−Ｅｂ↑）                  …（２）
Ｅｂｂ↑＝Ｅｂ↑                                        …（３）
Ｅｃｃ↑＝Ｅｂ↑＋ｎ（Ｅｃ↑−Ｅｂ↑）                  …（４）
したがって、昇圧後の中性点の電圧ベクトルＥｏｏ↑は、以下の数式（５）で示される。
【０００８】
Ｅｏｏ↑＝（Ｅａａ↑＋Ｅｂｂ↑＋Ｅｃｃ↑）／３
＝{（０↑）＋ｎ（Ｅａ↑＋Ｅｃ↑−２Ｅｂ↑）｝／３
＝{（０↑）＋ｎ（０↑−３Ｅｂ↑）｝／３
＝−ｎＥｂ↑                                     …（５）
これより、昇圧後の中性点はＢ相の電圧ベクトルＥｂ↑の負方向にずれてしまうことが分かる。このように、Ｖ結線のＳＶＲでは、タップ切換えによる電圧調整時に中性点が移動し、３相電圧が不平衡となるため残留電圧が発生してしまう。
【０００９】
したがって、Ｖ結線のＳＶＲ３１を高圧配電線に設けた場合、ＳＶＲ３１による電圧調整時に発生する残留電圧の影響によって、地絡保護継電器２３が誤動作するという問題があった。地絡保護継電器２３が誤動作することにより遮断部２４が遮断動作を行なうと、不必要に停電を引き起こしてしまう。
【００１０】
配電線に設置されるＳＶＲ３１の台数が多いほど、電圧調整時に発生する残留電圧は高くなるため、地絡保護継電器２３が誤動作する恐れが大きくなる。また、ケーブル長が長い配電線（地中線の多い配電線）は対地静電容量が大きく、対地静電容量が大きいほどＳＶＲ３１による電圧調整時に発生する残留電圧が高くなる。
【００１１】
ここで、ＳＶＲ３１の電源側の対地静電容量をＣ１、負荷側の対地静電容量をＣ２とした場合、ＳＶＲ３１によって発生する残留電圧Ｖは、簡易的に以下の数式（６）で表わされる。
【００１２】
Ｖ＝（ｎＥｂ×Ｃ２）／（Ｃ１+Ｃ２）                            …（６）
したがって、発生する残留電圧Ｖは、負荷側の対地静電容量Ｃ２が大きいほどが大きくなることが分かる。
【００１３】
一方、地絡保護継電器２３は、残留電圧が整定値以上の場合に動作するが、対地静電容量の大きな配電線では地絡事故時に発生する残留電圧が低いため整定値が小さな値に設定される。すなわち、ＳＶＲによる電圧調整時に発生する残留電圧に応答して地絡保護継電器２３が誤動作する可能性が高くなる。したがって、設置されるＳＶＲ３１の台数が多く、対地静電容量が大きい配電線では、地絡保護継電器２３が誤動作する可能性が高い。
【００１４】
下記の特許文献１には、配電線のループ接続時に発生する残留電流により地絡保護継電器が誤動作することを未然に防止し得る配電線地絡電流増幅装置が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−１３４６５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
以上のように、Ｖ結線のＳＶＲ３１が設置された配電線において、対地静電容量が大きい場合、ＳＶＲ３１による電圧調整時に配電線に現れる残留電圧の影響を受けて地絡保護継電器２３が誤動作を起こす可能性が高かった。
【００１６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、地絡保護継電器の誤動作を防止する電力系統安定化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
この発明に係る電力系統安定化装置は、対地静電容量の大きな長い亘長の高圧配電線の電圧調整および地絡保護を行なう電力系統安定化装置であって、高圧配電線の所定位置に設けられたＹ結線の３相変圧器を含み、高圧配電線の電圧調整を行なう自動電圧調整器と、高圧配電線に介挿され、地絡事故から電力系統を保護するスイッチと、高圧配電線に発生する残留電圧を検出し、予め定められたレベルの残留電圧が検出されたことに応じてスイッチを遮断制御する地絡保護制御手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１８】
この発明に係る電力系統安定化装置では、高圧配電線の所定位置に設けられたＹ結線の３相変圧器を含み、高圧配電線の電圧調整を行なう自動電圧調整器と、高圧配電線に介挿され、地絡事故から電力系統を保護するスイッチと、高圧配電線に発生する残留電圧を検出し、予め定められたレベルの残留電圧が検出されたことに応じてスイッチを遮断制御する地絡保護制御手段とが設けられる。したがって、自動電圧調整器による電圧調整時において高圧配電線に残留電圧が発生しない。このため、地絡保護制御手段が誤動作するのが防止される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１は、この発明の一実施の形態による小水力発電所の連系系統の一部を示すブロック図である。図１において、発電所１は、２９００ｋＷの電源容量を有する発電機（Ｇ）２１、残留電圧検出器２２、地絡保護継電器２３および遮断部２４を含む。発電所２は、７４００ｋＷの電源容量を有する発電機２５、残留電圧検出器２６、地絡保護継電器２７および遮断部２８を含む。変電所３は、発電所２および他の配電線系統に接続され、接続された配電線電圧の調整、系統の切換え、電力潮流の制御、事故処理などを行なう。
【００２０】
発電所１，２間は、長い亘長（たとえば、２５ｋｍ）の高圧配電線（たとえば、６ｋＶ）で接続される。また、この高圧配電線は、長い地中線（たとえば、１３ｋｍ）を含む。この発電所１，２間の高圧配電線には、電圧調整のためのＹ結線のＳＶＲ１１が複数台（たとえば、６台）設けられる。ＳＶＲ１１は、電圧降下が大きい高圧配電線の途中に取付けられ、内部の変圧器のタップを自動的に切換えることによって配電線電圧を調整する。
【００２１】
残留電圧検出器２２は、発電所１の高圧配電線から残留電圧を検出する。地絡保護継電器２３は、検出された残留電圧のレベルに基づいて、遮断部２４の動作を制御する制御信号を出力する。遮断部２４は、地絡保護継電器２３からの制御信号に応答して、配電線系統を遮断する。残留電圧検出器２６は、発電所２の高圧配電線から残留電圧を検出する。地絡保護継電器２７は、検出された残留電圧のレベルに基づいて、遮断部２８の動作を制御する制御信号を出力する。遮断部２８は、地絡保護継電器２７からの制御信号に応答して、配電線系統を遮断する。これにより、地絡事故発生時における停電範囲の拡大や公衆災害が防止される。
【００２２】
ここで、Ｙ結線のＳＶＲ１１の代わりに、図６に示したＶ結線のＳＶＲ３１を発電所１，２間の高圧配電線に設けると、タップ切換えによる電圧調整時に残留電圧が発生してしまう。高圧配電線に設置するＳＶＲの台数は６台と多いため、電圧調整時に発生する残留電圧は高い。また、この高圧配電線は亘長が長く、地中線が長いため対地静電容量が大きい。このため、ＳＶＲ３１による電圧調整時に発生する残留電圧は非常に高くなる。さらに、対地静電容量が大きいため、地絡保護継電器の整定値は小さな値に設定される。したがって、この高圧配電線に従来のＶ結線のＳＶＲ３１を設けた場合、地絡保護継電器２３，２７が誤動作する可能性が高い。
【００２３】
図２は、従来のＶ結線のＳＶＲ３１を配電線に設けた場合に発電所１付近で発生する残留電圧の算出結果を示す図である。図２を参照して、このデータはＥＭＴＰ（Electro Magnetic Transients Program）を用いて、様々な負荷形態および発電機の出力電力レベルのパターンを想定して残留電圧の予測を行なった結果を示す。
【００２４】
点線で囲まれた三角形の内側の領域は、地絡保護継電器２３が誤動作しない領域である。点線で囲まれた三角形の外側の領域は、Ａ相の電圧ベクトル方向に発生した残留電圧に応じて地絡保護継電器２３が誤動作するＡ相動作領域、Ｂ相の電圧ベクトル方向に発生した残留電圧に応じて地絡保護継電器２３が誤動作するＢ相動作領域、およびＣ相の電圧ベクトル方向に発生した残留電圧に応じて地絡保護継電器１３が誤動作するＣ相動作領域から成る。この場合、Ａ相動作領域において最大約３．７Ｖの残留電圧が発生することが予測される（丸線で囲まれた部分）ため、発電所１付近に設けられた地絡保護継電器２３が誤動作する恐れがある。なお、Ａ相動作領域に残留電圧が多く発生するのは、発電所１に最も近いＳＶＲ３１によってＡ相動作領域に残留電圧が発生するためと考えられる。
【００２５】
図３は、従来のＶ結線のＳＶＲ３１を配電線に設けた場合に発電所２付近で発生する残留電圧の算出結果を示す図である。図３を参照して、このデータは図２の場合と同様にＥＭＴＰを用いて、様々な負荷形態および発電機の出力電力レベルのパターンを想定して残留電圧の予測を行なった結果を示す。この場合、Ｂ相動作領域およびＣ相動作領域の両方において最大約２．７Ｖの残留電圧が発生することが予測される（丸線で囲まれた部分）ため、発電所２付近に設けられた地絡保護継電器２７が誤動作する恐れがある。なお、Ｂ相動作領域およびＣ相動作領域の両方に残留電圧が多く発生するのは、発電所３に最も近いＳＶＲ３１によってＢ相動作領域に残留電圧が発生し、発電所３に２番目に近いＳＶＲ３１によってＣ相動作領域に残留電圧が発生するためと考えられる。また、図２および図３を参照して、発生する残留電圧が異なるのは、発電所１と発電所２とでは電源側の対地静電容量と負荷側の対地静電容量とが異なるためと考えられる。
【００２６】
そこで、この一実施の形態では、従来のＶ結線のＳＶＲ３１に代わってＹ結線のＳＶＲ１１を用いる。すなわち、図１に示した発電所１，２間の高圧配電線にＹ結線のＳＶＲ１１を６台設置する。
【００２７】
図４は、この発明の一実施の形態による電力系統安定化装置の要部の構成を示す図であって、図６と対比される図である。図４の電力系統安定化装置を参照して、図６の電力系統安定化装置と異なる点は、Ｖ結線のＳＶＲ３１がＹ結線のＳＶＲ１１で置換されている点である。Ｙ結線のＳＶＲ１１では、３相（Ａ相，Ｂ相，Ｃ相）の巻線のタップをすべて切換える。これにより、３相の電圧がすべて昇圧または降圧されて、電圧調整が行なわれる。
【００２８】
図５は、図４に示したＹ結線のＳＶＲ１１の各相の電圧ベクトルを示す図である。図５において、Ａ相、Ｂ相およびＣ相の相電圧Ｅａ，Ｅｂ，Ｅｃが昇圧された場合のベクトル軌跡を示す。この場合、昇圧前および昇圧後において電圧ベクトルの中性点は移動しない。このように、中性点が移動しないため、高圧配電線に残留電圧は発生しない。
【００２９】
以上のように、この一実施の形態では、設置されるＳＶＲの台数が多く、対地静電容量が大きい高圧配電線において、Ｙ結線のＳＶＲを用いる。このため、ＳＶＲによる電圧調整時において、高圧配電線に残留電圧は発生しない。したがって、地絡保護継電器が誤動作するのが防止される。
【００３０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】この発明の一実施の形態による小水力発電所の連系系統の一部を示すブロック図である。
【図２】従来のＶ結線のＳＶＲを配電線に設けた場合に発電所１付近で発生する残留電圧の算出結果を示す図である。
【図３】従来のＶ結線のＳＶＲを配電線に設けた場合に発電所２付近で発生する残留電圧の算出結果を示す図である。
【図４】この発明の一実施の形態による電力系統安定化装置の要部の構成を示す図である。
【図５】図４に示したＹ結線のＳＶＲの各相の電圧ベクトルを示す図である。
【図６】従来の電力系統安定化装置の要部の構成を示す図である。
【図７】図６に示したＶ結線のＳＶＲの各相の電圧ベクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００３２】
１，２  発電所、３  変電所、１１，３１  ＳＶＲ、２１，２５  発電機、２２，２６  残留電圧検出器、２３，２７  地絡保護継電器、２４，２８  遮断部。
【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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