(57)【要約】【課題】無負荷送電線の残留直流電圧を測定する特殊な電圧計測器を必要とすることなく、再閉路時に発生するサージ電圧を効果的に抑制することが出来る、実用性の高い開閉器制御装置を得ることを目的とする。【解決手段】零点間隔検出回路２１は、電流変成器８からの出力の零点の時間間隔を逐一検出し、遮断時刻判定回路２３は、開極時刻以降であって零点間隔検出回路２１で検出された零点の時間間隔と交流電圧の商用周波数の半周期との差が所定量を越えたとき当該所定量を越えたことを検出した零点の１つ手前の零点の時刻を遮断時刻と判定し、投入時刻決定回路２４は、主回路電流の、遮断時刻における傾きを検出し、傾きが、それぞれ正のときは交流電圧が負の最大値となる位相を投入時刻として決定し、負のときは交流電圧が正の最大値となる位相を上記投入時刻として決定する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
無負荷送電線の遮断・再閉路を行う開閉器の開閉操作を制御するものであって、
上記開閉器の主回路電源側の交流電圧を検出する電圧検出器、上記開閉器の主回路電流を検出する電流変成器、上記遮断動作における上記開閉器の主回路接点の開極時刻を検出する開極時刻検出手段、上記電流変成器からの出力と上記開極時刻検出手段で検出した開極時刻とから上記開閉器の主回路電流の遮断時刻を検出する遮断時刻検出手段、および上記電圧検出器からの出力と上記電流変成器からの出力と上記遮断時刻検出手段で検出した遮断時刻とから上記再閉路動作における上記開閉器の主回路接点の投入時刻を決定する投入時刻決定手段を備えた開閉器制御装置。
【請求項２】
上記開極時刻検出手段は、上記開閉器の主回路接点と機械的に連動する補助接点の開閉動作信号に基づき上記開閉器の主回路接点の開極時刻を検出するものであることを特徴とする請求項１記載の開閉器制御装置。
【請求項３】
上記遮断時刻検出手段は、上記電流変成器からの出力の零点の時間間隔を逐一検出する零点間隔検出回路、および上記開極時刻検出手段で検出された開極時刻以降であって上記零点間隔検出回路で検出された零点の時間間隔と上記主回路電源側の交流電圧の商用周波数の半周期との差が所定量を越えたとき当該所定量を越えたことを検出した零点の１つ手前の零点の時刻を上記遮断時刻と判定する遮断時刻判定回路を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の開閉器制御装置。
【請求項４】
上記遮断時刻検出手段は、上記電流変成器からの出力の零点の時間間隔を逐一検出し１つ手前で検出した上記時間間隔との変化量を演算する零点間隔変化量検出回路、および上記開極時刻検出手段で検出された開極時刻以降であって上記零点間隔変化量検出回路で検出された零点の時間間隔の変化量が所定量を越えたとき当該所定量を越えたことを検出した零点の１つ手前の零点の時刻を上記遮断時刻と判定する遮断時刻判定回路を備えたことを特徴とする請求項１または２記載の開閉器制御装置。
【請求項５】
上記投入時刻決定手段は、上記電流変成器で検出された上記開閉器の主回路電流の、上記遮断時刻検出手段で検出された遮断時刻における傾きを検出し、それぞれ上記傾きが正のときは上記電圧検出器で検出される上記主回路電源側の交流電圧が負の最大値となる位相を上記投入時刻として決定し、上記傾きが負のときは上記電圧検出器で検出される上記主回路電源側の交流電圧が正の最大値となる位相を上記投入時刻として決定することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の開閉器制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送電線の遮断・再閉路を行う開閉器の開閉操作を制御する開閉器制御装置に係り、特に、無負荷送電線の再閉路時に発生するサージ電圧を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
この無負荷送電線の再閉路時に発生するサージ電圧を抑制するため、従来から開閉極位相制御が適用されている。この制御方式は、開閉器両端の電圧を検出し、両者が同極性となる時点で開閉器を投入するものであった（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５５−１５１７２４号公報
【特許文献２】特開昭５５−１５１７２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、無負荷送電線の、いわゆる高速度再閉路時には、遮断前に送電線に充電されていた電荷が遮断後もほとんど放電されず直流電圧として残留する。この残留電圧を正確に測定するためには、先の公知文献に記載されたように、コンデンサ分圧器などの特殊な電圧計測器が必要となる。しかるに、一般の電力設備では、このような特殊な電圧計測器を備えている場合は少なく、従来の制御方式は実用性に劣るものであった。
【０００５】
この発明は、以上のような従来の問題点を解消するためになされたもので、無負荷送電線の残留直流電圧を測定する特殊な電圧計測器を必要とすることなく、再閉路時に発生するサージ電圧を効果的に抑制することが出来る、実用性の高い開閉器制御装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る開閉器制御装置は、無負荷送電線の遮断・再閉路を行う開閉器の開閉操作を制御するものであって、
開閉器の主回路電源側の交流電圧を検出する電圧検出器、開閉器の主回路電流を検出する電流変成器、遮断動作における開閉器の主回路接点の開極時刻を検出する開極時刻検出手段、電流変成器からの出力と開極時刻検出手段で検出した開極時刻とから開閉器の主回路電流の遮断時刻を検出する遮断時刻検出手段、および電圧検出器からの出力と電流変成器からの出力と遮断時刻検出手段で検出した遮断時刻とから再閉路動作における開閉器の主回路接点の投入時刻を決定する投入時刻決定手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００７】
以上のように、この発明では、開閉器の主回路電源側の交流電圧、開閉器の主回路電流、および開閉器の主回路接点の開極時刻を検出し、これらの検出結果に基づき開閉器の主回路接点の投入時刻を決定することができるので、直流電圧成分の検出が可能な特殊な電圧計測器を必要とすることなく、再閉路時に発生するサージ電圧を効果的に抑制することが出来る、実用性の高い開閉器制御装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における開閉器制御装置を適用した電力設備の構成を示す図である。図２は、図１の演算部９の内部構成を示すブロック図で、この発明の要部となるものである。
図１において、開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔを介して３相交流電源１と送電線６Ｒ、６Ｓ、６Ｔとが接続されており、開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔの開閉操作により、無負荷の送電線６Ｒ、６Ｓ、６Ｔの遮断・再閉路が行われる。各相の開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔには、その主回路電流を開閉する主回路接点３Ｒ、３Ｓ、３Ｔ、この主回路接点３Ｒ、３Ｓ、３Ｔと機械的に連動して開閉動作を行う補助接点５Ｒ、５Ｓ、５Ｔ、および主回路接点３Ｒ、３Ｓ、３Ｔを開閉駆動する操作装置４Ｒ、４Ｓ、４Ｔが備えられている。
【０００９】
電圧検出器７Ｒ、７Ｓ、７Ｔは、３相交流電源１の各相電圧を検出し、その出力は電圧検出部１１を経て演算部９に送り込まれる。電流変成器８Ｒ、８Ｓ、８Ｔは、各相の送電線６Ｒ、６Ｓ、６Ｔに流れる電流を検出し、その出力は電流検出部１２を経て演算部９に送り込まれる。また、補助接点５Ｒ、５Ｓ、５Ｔの開閉動作で出力される補助接点信号が補助接点信号検出部１３を経て演算部９に送り込まれる。
そして、演算部９は、開閉器２Ｒ、２Ｓ、２Ｔの遮断・再閉路に係る指令Ｑを指令検出部１０を経て受信すると、遮断の操作指令を指令出力部１４を経て操作装置４Ｒ、４Ｓ、４Ｔに出力すると共に、電圧検出部１１、電流検出部１２および補助接点信号検出部１３からの情報を基に主回路接点３Ｒ、３Ｓ、３Ｔの再閉路に係る投入時刻を決定し、その投入の操作指令を指令出力部１４を経て操作装置４Ｒ、４Ｓ、４Ｔに出力する。
【００１０】
次に、図２を参照して演算部９の構成について説明する。なお、遮断・再閉路に係る操作は、Ｒ、Ｓ、Ｔ各相毎に行われるので、以下、特に必要な場合以外は、Ｒ、Ｓ、Ｔの符号は省略して説明するものとする。開極時刻検出回路２０は、補助接点信号検出部１３からの補助接点信号Ａに基づき開閉器２の主回路接点３の開極時刻を検出してその開極時刻信号を後述の遮断時刻判定回路２３に出力する。零点間隔検出回路２１は、電流検出部１２からの電流検出信号Ｉの零点の間隔を逐一検出してその零点間隔信号を遮断時刻判定回路２３に出力する。遮断時刻判定回路２３は、開極時刻検出回路２０からの開極時刻信号と零点間隔検出回路２１からの零点間隔信号と遮断時刻判定基準設定器２２からの遮断時刻判定基準値Ｊ１とに基づき開閉器２の主回路電流の遮断時刻を検出しその遮断時刻信号を後述の投入時刻決定回路２４に出力する。
【００１１】
なお、電流変成器８は、本来、その１次側に流れる主回路電流波形をその２次側に忠実に出力すべきものであるが、電流変成器８自体およびそれに接続された回路の持つ時定数により、特に、主回路電流遮断直後の過渡時の２次側出力波形は１次側波形を正確に反映したものとならない。即ち、主回路電流遮断後も所定時間、電流変成器８の出力である電流検出信号Ｉは零にならない状態が継続する。従って、電流検出信号Ｉから主回路電流の遮断時刻を正確に検出するためには、新たな処理演算が必要となる。この内容は、後段の動作の説明の部分で更に詳述する。
【００１２】
投入時刻決定回路２４は、電圧検出部１１からの電圧検出信号Ｖと電流検出部１２からの電流検出信号Ｉと遮断時刻判定回路２３からの遮断時刻信号とに基づき、再閉路時にサージ電圧がほとんど発生しない開閉器２の投入時刻を決定しその投入時刻信号を指令出力部１４に出力する。
【００１３】
次に、この発明の実施の形態１における開閉器制御装置の動作を、主として、先の図２と各部の波形を示す図３とを参照して説明する。図３（ａ）は、電圧検出信号Ｖ、即ち、電圧検出部１１を介して電圧検出器７により検出される３相交流電源１の電圧波形を示す。勿論、３相交流電源１の電圧は常に交番する交流電圧であり、この電圧を検出する電圧検出器７は、直流成分も検出可能な特殊な形式のものは必要なく、標準の形式のもので足りる。
同図（ｂ）は、電流検出信号Ｉ、即ち、電流検出部１２を介して電流変成器８により検出される電流の波形である。この電流波形は、本来、主回路電流波形を示すものであるが、既述したように、電流変成器８の持つ電気特性等により、特に、電流遮断直後の過渡時には、正確な主回路電流波形を示さない可能性がある。
【００１４】
同図（ｃ）は、開閉器２の主回路接点３の動きを模擬的に示すもので、上段位置が接点閉の状態、下段位置が接点開の状態を示す。同図（ｄ）は、補助接点信号Ａで、主回路接点３が接点閉の状態から接点開へ向けた動作を機械的に開始した時点（開極時刻）で、この信号Ａはオンからオフに変化する。また、接点開の状態から接点閉へ向けた動作が終了し接点閉に到達した時点で、この信号Ａはオフからオンに変化する。同図（ｅ）は、電流変成器８の出力である電流検出信号Ｉの傾きの正負の変化を示す。
【００１５】
ところで、無負荷送電線の充電電流は、送電線６が容量性のインピーダンスを有するため、図３（ａ）（ｂ）に示すように、相電圧に対して９０゜進んだ位相を持つ。一方で、送電線６の開閉に用いられる開閉器２は、一般的に電流の零点にて電流を遮断するため、電流遮断は電圧の最大点近傍で行われ、送電線６には相電圧の最大値に近い直流性の電圧が残留する。
このような残留電圧を有する送電線６を再度３相交流電源１に接続する際には、開閉器２の投入時点における電源側電圧の瞬時値と送電線側残留電圧との差分に応じた投入サージ電圧が発生するため、このサージ電圧を抑制するには、電源側電圧が送電線側残留電圧に等しくなる時点で開閉器２を投入する必要がある。
【００１６】
相電圧と充電電流は上記のように一定の位相差を有するため、電流が正の傾きを有する電流零点で遮断が行われた場合には、送電線６には負の電圧が残留し、電流が負の傾きを有する電流零点で遮断が行われた場合には、送電線６には正の電圧が残留する。これら残留電圧の減衰時定数は一般的に１秒以上と長く、送電線６の再閉路が行われる電流遮断後０．３秒後程度ではその減衰は少ないため、再閉路時点では電流遮断時とほぼ同じ値の電圧が残留しているとみなしてよい。
【００１７】
この発明は、遮断・再閉路に係る以上のような現象に着目してなされたもので、以下、図２で示す各部の具体的な動作手順について説明する。
先ず、電流変成器８の出力である電流検出信号Ｉから主回路電流の遮断時刻を検出する。このため、この発明の実施の形態１では、零点間隔検出回路２１が電流検出信号Ｉの電流零点を検出し、更に、各零点間の時間間隔を逐一検出する。図３（ｂ）に示すように、零点Ｐｎ＋１と零点Ｐｎとの時間間隔Ｔｎ、零点Ｐｎ＋２と零点Ｐｎ＋１との時間間隔Ｔｎ＋１、零点Ｐｎ＋３と零点Ｐｎ＋２との時間間隔Ｔｎ＋２・・・と検出を進め、この零点間各信号を遮断時刻判定回路２３に出力する。
【００１８】
遮断時刻判定回路２３は、この逐一検出される時間間隔と３相交流電源１の商用周波数の半周期との差を演算し、更に、この差と遮断時刻判定基準設定器２２からの遮断時刻判定基準値Ｊ１との比較を行う。そして、前者が後者を越えたことを検出すると、当該時間間隔を形成する零点の１つ手前の零点を主回路電流の遮断時刻と判定し、遮断時刻信号として投入時刻決定回路２４に出力する。
以上のように、零点間隔の変化有無から遮断時刻を判定するのは、既述したように、主回路電流遮断後、従って、電流変成器８の１次側には電流は流れていない状態でも、２次側には電流変成器８の過渡的な特性に応じて交番する電流波形が現れる。しかし、その周波数、従って、零点間隔は商用周波から外れたものになる。この零点間隔の変化を検出して遮断時刻を推定するものである。
【００１９】
この変化の有無を判定するための遮断時刻判定基準値Ｊ１を設定するに当たっては、電力系統の周波数変動、例えば、±５％程度、各電流検出部品における検出誤差、例えば、±１％程度等を考慮しておく必要がある。この結果、この発明の実施の形態１では、上記差を定格の周波数を基準とした％で表示した場合に、例えば、±１０％の値に設定するのが望ましい。
なお、遮断時刻は、現象としては、当然ながら主回路接点３が開極動作を開始する時刻である開極時刻以降となるので、遮断時刻判定回路２３における遮断時刻の判定には、開極時刻検出回路２０から入力した開極時刻以降という条件を付加することで誤判定の確率を低減している。
【００２０】
具体的に図３の場合で説明すると、補助接点信号Ａがオンからオフになる開極時刻以降に検出された時間間隔Ｔｎ＋２についての判定時点で基準値Ｊ１を越え、そのときの零点Ｐｎ＋３の１つ手前の零点Ｐｎ＋２が遮断時刻と判定される。
投入時刻決定回路２４は、遮断時刻判定回路２３から遮断時刻信号を入力し、遮断時刻：Ｐｎ＋２における電流検出信号Ｉの傾きが負であることを検出すると（図３（ｅ）参照）、遮断後の送電線６の残留電圧は正の最大値になるので、再閉路における主回路接点３の投入時刻を、電圧検出信号Ｖに基づきその正の最大点に決定し、投入時刻信号として指令出力部１４に出力する。そして、操作装置４は、指令出力部１４からその操作指令を受けて開閉器２が３相交流電源１の電圧の正の最大点で閉路するよう主回路接点３を駆動する。以上の結果、主回路接点３は、その両極電圧がほぼ等しい状態で投入されることになり、再閉路に伴うサージ電圧はほとんど発生せず、信頼度の高い系統運用が可能となる。
当然ながら、判定した遮断時刻における電流検出信号Ｉの傾きが正のときは、遮断後の送電線６の残留電圧は負の最大値になるので、再閉路における主回路接点３の投入時刻を、電圧検出信号Ｖに基づきその負の最大点に決定する。
【００２１】
なお、以上の説明では、主回路接点３の開極時刻を補助接点５の信号から検出するようにしたが、図３（ｃ）に示す、主回路接点３の動き自体を表示する接点動作信号から検出するようにしてもよい。
また、電流変成器８は、主回路接点３の送電線６側に接続したが、この発明に関する限り、主回路接点３の３相交流電源１側に接続するようにしてもよい。
【００２２】
以上のように、この発明の実施の形態１における開閉器制御装置では、上述した開極時刻検出回路２０、零点間隔検出回路２１、遮断時刻判定回路２３および投入時刻決定回路２４を備えたので、直流電圧成分の検出が可能な特殊な電圧計測器を必要とすることなく、再閉路時に発生するサージ電圧を効果的に抑制することが出来る、実用性の高い開閉器制御装置を得ることができる。
【００２３】
実施の形態２．
先の実施の形態１における遮断時刻判定回路２３は、電流検出信号Ｉから遮断時刻を判定するのに、零点間隔検出回路２１で検出した零点間隔の商用周波半周期からの変化が所定の設定値Ｊ１を越えることで判断したが、その変形例をこの実施の形態２で説明する。他の部分は、先の実施の形態１と同様であるので、以下では、この零点間隔の変化の検出方式についてのみ説明する。
即ち、実施の形態２の遮断時刻判定回路２３は、開極時刻検出回路２０で逐一検出する零点間隔と１つ手前で検出した零点間隔との変化、例えば、両者の比率を演算し、この演算を継続して行い、上記比率が所定の設定値を越えたことを遮断時刻を判定する。
先の図３（ｂ）を引用して説明すると、
Ｔｎ＋１／Ｔｎ、Ｔｎ＋２／Ｔｎ＋１、Ｔｎ＋３／Ｔｎ＋２・・・と演算を進めるわけである。
【００２４】
この場合の変化有りの判定のための設定値としては、上記の判定対象値が、直前の半周期検出値との比率であるので、電力系統の周波数変動や各電流検出部品における検出誤差等の考慮が不要となり、比較的小さな値の設定値でよく、零点間隔の変化をより確実に判定することが出来るという利点がある。
【００２５】
また、この発明の各変形例において、開極時刻検出手段は、開閉器の主回路接点と機械的に連動する補助接点の開閉動作信号に基づき開閉器の主回路接点の開極時刻を検出するので、開極時刻の検出が容易確実になされる。
【００２６】
また、遮断時刻検出手段は、電流変成器からの出力の零点の時間間隔を逐一検出する零点間隔検出回路、および開極時刻検出手段で検出された開極時刻以降であって零点間隔検出回路で検出された零点の時間間隔と主回路電源側の交流電圧の商用周波数の半周期との差が所定量を越えたとき当該所定量を越えたことを検出した零点の１つ手前の零点の時刻を遮断時刻と判定する遮断時刻判定回路を備えたので、電流変成器の出力から遮断時刻を容易確実に検出できる。
【００２７】
また、遮断時刻検出手段は、電流変成器からの出力の零点の時間間隔を逐一検出し１つ手前で検出した時間間隔との変化量を演算する零点間隔変化量検出回路、および開極時刻検出手段で検出された開極時刻以降であって零点間隔変化量検出回路で検出された零点の時間間隔の変化量が所定量を越えたとき当該所定量を越えたことを検出した零点の１つ手前の零点の時刻を遮断時刻と判定する遮断時刻判定回路を備えたので、電流変成器の出力から遮断時刻をより容易確実に検出できる。
【００２８】
また、投入時刻決定手段は、電流変成器で検出された開閉器の主回路電流の、遮断時刻検出手段で検出された遮断時刻における傾きを検出し、それぞれ傾きが正のときは電圧検出器で検出される主回路電源側の交流電圧が負の最大値となる位相を投入時刻として決定し、傾きが負のときは電圧検出器で検出される主回路電源側の交流電圧が正の最大値となる位相を投入時刻として決定するので、開閉器の再閉路時のサージ電圧の発生を確実に抑制することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】この発明の実施の形態１における開閉器制御装置を適用した電力設備の構成を示す図である。
【図２】図１の演算部９の内部構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態１における開閉器制御装置の動作を説明するための波形図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  ３相交流電源、２，２Ｒ，２Ｓ，２Ｔ  開閉器、
３，３Ｒ，３Ｓ，３Ｔ  主回路接点、４，４Ｒ，４Ｓ，４Ｔ  操作装置、
５，５Ｒ，５Ｓ，５Ｔ  補助接点、６，６Ｒ，６Ｓ，６Ｔ  送電線、
７，７Ｒ，７Ｓ，７Ｔ  電圧検出器、８，８Ｒ，８Ｓ，８Ｔ  電流変成器、９  演算部、２０  開極時刻検出回路、２１  零点間隔検出回路、２２  遮断時刻判定基準設定器、
２３  遮断時刻判定回路、２４  投入時刻決定回路。
【図１】
2008136290.tif 000003
【図２】
2008136290.tif 000004
【図３】
2008136290.tif 000005