(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多相送電媒体における故障位置距離を決定するための装置（３０）であって、
前記送電媒体の多相電流の相の測定点における電圧および電流値の測定サンプルならびに故障タイプに基づいて、線故障パラメータのセットｕｐ、ｉｐＲ、ｉｐＸおよびｉｐ０を決定することであって、前記線故障パラメータのセットは複数のサンプル時間ｎにおいて決定され、ｕｐは、故障相の電圧の測定値、または、相間故障を有する２つの相の電圧の測定値間の電圧差であり、ｉｐＲは、故障相の電流の抵抗測定値、または、相間故障を有する２つの相の電流測定値間の差であり、ｉｐＸは、故障相の電流の誘導測定値、または、相間故障を有する２つの相の電流測定値間の差であり、ｉｐ０は、すべての相電流の合計を含む残差電流測定値である、決定することと、
測定された故障相電流の誘導部分を表す前記線故障パラメータｉｐＸのうちの１つの時間に関する微分を決定することと、
前記複数のサンプル時間における前記微分および残りの線故障パラメータのフーリエ変換を使用して位相ベクトルのセット
【数１】
0006711844.tif 000068
【数２】
0006711844.tif 000069
【数３】
0006711844.tif 000070
および
【数４】
0006711844.tif 000071
を決定し、前記位相ベクトルのセットを使用して、前記送電媒体に沿った故障位置距離を決定することと
を行うように構成されており、
前記故障位置距離の決定は、以下の線方程式に基づき、
【数５】
0006711844.tif 000072
【数６】
0006711844.tif 000073
【数７】
0006711844.tif 000074
および
【数８】
0006711844.tif 000075
は、前記線故障パラメータｕｐ、ｉｐＲおよび前記微分ｉｐＸのフーリエ変換を含み、
【数９】
0006711844.tif 000076
は、前記故障位置における電圧のフーリエ変換であり、Ｒ１は長さ当たりの前記送電媒体の正相抵抗（オーム／ｋｍ）であり、ＤＦは故障位置距離であり、Ｘ１は長さ当たりの前記送電媒体の正相リアクタンス（オーム／ｋｍ）であり、ω０は基本角周波数であり、ω０＝２πｆ０であり、ｆ０は前記送電媒体の電流の基本周波数である、装置（３０）。
【請求項２】
前記装置（３０）は、
以下の故障状態、すなわち、
ｉ）相間故障および／または相間−地絡故障および／または三相故障であって、
【数１０】
0006711844.tif 000077
であり、式中、関数ｉｍａｇ［ｙ］は、項ｙの虚数部を取ることを定義する、相間故障および／または相間−地絡故障および／または三相故障、
ｉｉ）単相−地絡故障であって、
【数１１】
0006711844.tif 000078
であり、式中、
【数１２】
0006711844.tif 000079
は
【数１３】
0006711844.tif 000080
の共役である、単相−地絡故障、ならびに、
ｉｉｉ）距離保護であって、
【数１４】
0006711844.tif 000081
であり、式中、Ｄｓｅｔは距離保護距離であり、
【数１５】
0006711844.tif 000082
は動作電圧のフーリエ変換であり、前記動作電圧は以下の基準を満たし、
【数１６】
0006711844.tif 000083
内部故障が決定される、
距離保護の１つまたは複数のための、または、距離保護のための故障位置距離を決定する
ように構成されている、請求項１に記載の装置（３０）。
【請求項３】
前記装置（３０）は、以下の故障タイプ、すなわち、
多相の第１相−地絡故障、
多相の第２相−地絡故障、
多相の第３相−地絡故障、
第１相−第２相故障、
第２相−第３相故障、
第３相−第１相故障、
第１相−第２相−地絡故障、
第２相−第３相−地絡故障、
第３相−第１相−地絡故障、
三相送電媒体の三相故障
のうちの１つまたは複数の故障位置距離を決定するように構成されている、請求項１または２に記載の装置（３０）。
【請求項４】
前記装置（３０）は、時間に関する微分の近似を決定するように構成されている、請求項１乃至３のいずれかに記載の装置（３０）。
【請求項５】
前記装置（３０）は、
サンプル時間ｎにおける時間に対するｉＰＸの微分の近似、ならびに、
ｎと比較して遅延したサンプル時間における残りの線故障パラメータｕＰ、ｉＰＲおよびｉＰ０に基づいてフーリエ変換を決定するように構成されており、前記遅延は前記近似に基づく、
請求項４に記載の装置（３０）。
【請求項６】
前記装置（３０）は、前記線パラメータｉＰＸの１つの時間に関する前記微分の近似を決定するように構成され、前記近似は、以下の式によってＭ個のサンプルセットｎを使用して行われ、
【数１７】
0006711844.tif 000084
式中、ｉＰＸＤｅｒは前記時間微分の前記近似を含み、｛ｈ（ｋ）｝は微分演算子の近似の係数であり、Ｔｓは電圧および電流値の測定サンプルのサンプリング期間である、請求項４に記載の装置（３０）。
【請求項７】
前記装置（３０）は、サンプル時間ｎにおけるｉＰＸの前記微分の前記近似、ならびに、
前記近似の次数Ｍに基づく時間ｎに対する時間遅延を有する、前記残りの線故障パラメータｕｐ，ｉｐＲおよびｉｐ０を提供するように構成され、前記時間遅延は、位相ベクトルのセットの決定のためのＭ／２を含む、請求項６に記載の装置（３０）。
【請求項８】
前記装置（３０）は、相−地絡故障を決定し、以下の線故障パラメータ、すなわち、故障相の電圧測定値としてのｕｐ、
前記故障相の電流測定値にＫＲ（ΣｉＭＰ）を加えたものとしてのｉｐＲであって、ΣｉＭＰは、前記多相送電媒体の相の瞬時電流測定値の各々の合計に等しく、ＫＲは抵抗に基づく線係数を含む、ｉｐ、
前記故障相の電流測定値にＫＸ（ΣｉＭＰ）を加えたものとしてのｉｐＸであって、ΣｉＭＰは、前記多相送電媒体の各相の瞬時電流測定値の各々の合計に等しく、ＫＸは、リアクタンスに基づく線係数を含む、ｉｐＸ、
前記多相送電媒体の各相の瞬時電流測定値の合計としてのｉｐ０
の定義を提供するように構成されている、請求項１乃至７のいずれかに記載の装置（３０）。
【請求項９】
前記装置（３０）は、以下の式を使用して前記線故障パラメータのフーリエ変換を実行するように構成されており、
【数１８】
0006711844.tif 000085
【数１９】
0006711844.tif 000086
【数２０】
0006711844.tif 000087
【数２１】
0006711844.tif 000088
式中、Ｎは基本周波数のサイクルあたりのサンプル数である、請求項６に記載の装置（３０）。
【請求項１０】
前記装置（３０）は、
以下の式を使用して単相−地絡故障の前記故障位置距離を決定し、
【数２２】
0006711844.tif 000089
式中、ＤＦは前記故障位置距離であり、
【数２３】
0006711844.tif 000090
は
【数２４】
0006711844.tif 000091
の共役である、請求項１乃至９のいずれかに記載の装置（３０）。
【請求項１１】
前記装置（３０）は、相間故障を決定し、以下の線故障パラメータ、すなわち、２つの故障相の電圧測定値間の差としてのｕｐ、
２つの故障相の電流測定値間の差としてのｉｐＲ、
２つの故障相の電流測定値間の差としてのｉｐＸ、
前記多相送電媒体の各相の瞬時電流測定値の合計としてのｉｐ０
の定義を提供するように構成されている、請求項６または９に記載の装置（３０）。
【請求項１２】
前記装置（３０）は、
以下の式を使用して前記線故障パラメータのフーリエ変換を実行するように構成されており、
【数２５】
0006711844.tif 000092
式中、Ｎは基本周波数のサイクルあたりのサンプル数である、請求項１１に記載の装置（３０）。
【請求項１３】
前記装置（３０）は、以下の式を使用して、相間故障の前記故障位置距離ＤＦを決定するように構成されており、
【数２６】
0006711844.tif 000093
式中、関数ｉｍａｇ［ｙ］は項ｙの虚数部を取ることを定義する、請求項１２に記載の装置（３０）。
【請求項１４】
多相送電媒体における故障位置距離を決定するための方法であって、
前記送電媒体の多相電流の相の測定点における電圧および電流値の測定サンプルならびに故障タイプに基づいて、線故障パラメータのセットｕｐ、ｉｐＲ、ｉｐＸおよびｉｐ０を決定することであって、前記線故障パラメータのセットは複数のサンプル時間ｎにおいて決定され、ｕｐは、故障相の電圧の測定値、または、相間故障を有する２つの相の電圧の測定値間の電圧差であり、ｉｐＲは、故障相の電流の抵抗測定値、または、相間故障を有する２つの相の電流測定値間の差であり、ｉｐＸは、故障相の電流の誘導測定値、または、相間故障を有する２つの相の電流測定値間の差であり、ｉｐ０は、すべての相電流の合計を含む残差電流測定値である、決定することと、
前記線故障パラメータｉｐＸのうちの１つの時間に関する微分を決定することと、
前記複数のサンプル時間における前記微分および残りの線故障パラメータのフーリエ変換を使用して位相ベクトルのセット
【数２７】
0006711844.tif 000094
【数２８】
0006711844.tif 000095
【数２９】
0006711844.tif 000096
および
【数３０】
0006711844.tif 000097
を決定し、前記位相ベクトルのセットを使用して、前記送電媒体に沿った故障位置距離を決定することと
を含み、
前記故障位置距離の前記決定は、以下の線方程式に基づき、
【数３１】
0006711844.tif 000098
【数３２】
0006711844.tif 000099
【数３３】
0006711844.tif 000100
および
【数３４】
0006711844.tif 000101
は、前記線故障パラメータｕｐ、ｉｐＲおよび微分ｉｐＸのフーリエ変換を含み、
【数３５】
0006711844.tif 000102
は、前記故障位置における電圧のフーリエ変換であり、Ｒ１は長さ当たりの前記送電媒体の正相抵抗（オーム／ｋｍ）であり、ＤＦは前記故障位置距離であり、Ｘ１は長さ当たりの前記送電媒体の正相リアクタンス（オーム／ｋｍ）であり、ω０は基本角周波数であり、ω０＝２πｆ０であり、ｆ０は前記送電媒体の電流の基本周波数である、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障検出および／または遠隔保護のための装置に関する。本発明はまた、関連する方法および上記装置を含む送電ネットワークに関する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００２】
【特許文献１】欧州特許第０６７１０１１号明細書
【発明の概要】
【０００３】
本発明の第１の態様によれば、多相送電媒体における故障位置距離または距離保護のための距離を決定するための装置が提供され、本装置は、
上記送電媒体の多相電流の相の測定点における電圧および電流値の測定サンプルならびに故障タイプに基づいて、線故障パラメータのセットｕp、ｉPR、ｉPXおよびｉP0を決定することであって、線故障パラメータのセットは複数のサンプル時間ｎにおいて決定される、決定することと、
測定された故障相電流の誘導部分を表す線故障パラメータｉPXのうちの１つの時間に関する微分を決定することと、
複数のサンプル時間における上記微分および残りの線故障パラメータのフーリエ変換を使用して位相ベクトルのセット
【０００４】
【数１】
0006711844.tif 000002
【０００５】
【数２】
0006711844.tif 000003
【０００６】
【数３】
0006711844.tif 000004
【０００７】
および
【０００８】
【数４】
0006711844.tif 000005
【０００９】
を決定し、上記位相ベクトルのセットを使用して、送電媒体に沿った故障位置距離または距離保護距離を決定することと
を行うように構成されており、
故障位置距離または距離保護距離の決定は、以下の線方程式に基づき、
【００１０】
【数５】
0006711844.tif 000006
【００１１】
【数６】
0006711844.tif 000007
【００１２】
【数７】
0006711844.tif 000008
【００１３】
および
【００１４】
【数８】
0006711844.tif 000009
【００１５】
は、線故障パラメータｕp、ｉPRおよび微分ｉPXのフーリエ変換を含み、
【００１６】
【数９】
0006711844.tif 000010
【００１７】
は、故障位置における電圧のフーリエ変換であり、Ｒ1は長さ当たりの送電媒体の正相抵抗（オーム／ｋｍ）であり、ＤFは故障位置距離であり、Ｘ1は長さ当たりの送電媒体の正相リアクタンス（オーム／ｋｍ）であり、ω0は基本角周波数であり、ω0＝２πｆ0であり、ｆ0は送電媒体の電流の基本周波数である。
【００１８】
この装置は、測定が容易な線故障パラメータを使用して、それらのうちの１つの微分を使用することにより、故障位置距離および／または距離保護距離を正確に求めることができるため、有利である。
【００１９】
線故障パラメータのセットは、少なくとも故障相の電圧および電流の測定値を含むことができる。ｕpは、故障相の電圧の測定値、または、相間故障を有する２つの相の電圧の測定値間の電圧差を含むことができる。ｉPRは、故障相の電流の抵抗測定値、または、相間故障を有する２つの相の電流測定値間の差を含むことができる。ｉPXは、故障相の電流の誘導測定値、または、相間故障を有する２つの相の電流測定値間の差を含むことができる。ｉP0は、すべての（一般に３つの）相電流の合計を含む残差電流測定値を含むことができる。
【００２０】
故障タイプは、故障を受けている送電媒体の相を検出し識別するように構成された故障タイプ検出器によって装置に提供することができる。
【００２１】
任意選択で、装置は、
以下の故障状態の１つまたは複数のための、または、距離保護のための故障位置距離を決定するように構成されている。
【００２２】
ｉ）相間故障。ここで、
【００２３】
【数１０】
0006711844.tif 000011
【００２４】
であり、式中、関数ｉｍａｇ［ｙ］は、項ｙの虚数部を取ることを定義する。
【００２５】
ｉｉ）単相−地絡故障、ここで、
【００２６】
【数１１】
0006711844.tif 000012
【００２７】
であり、式中、
【００２８】
【数１２】
0006711844.tif 000013
【００２９】
は
【００３０】
【数１３】
0006711844.tif 000014
【００３１】
の共役である。
【００３２】
ｉｉｉ）距離保護。ここで、
【００３３】
【数１４】
0006711844.tif 000015
【００３４】
であり、式中、Ｄsetは距離保護のための設定距離であり、
【００３５】
【数１５】
0006711844.tif 000016
【００３６】
は動作電圧のフーリエ変換である。さらに、この動作電圧が以下の基準を満たす場合には、距離保護のトリップ信号がピックアップされる、すなわち、故障が内部故障として決定される。
【００３７】
【数１６】
0006711844.tif 000017
【００３８】
任意選択的に、装置は、以下の故障タイプ、すなわち、
多相の第１相−地絡故障、
多相の第２相−地絡故障、
多相の第３相−地絡故障、
第１相−第２相故障、
第２相−第３相故障、
第３相−第１相故障、
第１相−第２相−地絡故障、
第２相−第３相−地絡故障、
第３相−第１相−地絡故障、
三相送電媒体の三相故障
のうちの１つまたは複数の故障位置距離を決定するように構成されている。
【００３９】
任意選択的に、装置は、線故障パラメータｉPXの時間に関する微分の近似を決定するように構成される。
【００４０】
任意選択的に、装置は、
サンプル時間ｎにおける時間に対するｉPXの微分の近似、ならびに、
ｎと比較して遅延したサンプル時間における残りの線故障パラメータｕp、ｉPRおよびｉP0に基づいてフーリエ変換
を決定するように構成されており、遅延は近似に基づく。
【００４１】
任意選択的に、装置は、線パラメータｉPXの１つの時間に関する微分の近似を決定するように構成され、近似は、以下の式によってＭ個のサンプルセットｎを使用して行われる。
【００４２】
【数１７】
0006711844.tif 000018
【００４３】
式中、ｉPXDerは時間微分の近似を含み、｛ｈ（ｋ）｝は微分演算子の近似の係数であり、Ｔｓは電圧および電流値の測定サンプルのサンプリング期間である。
【００４４】
任意選択的に、装置は、サンプル時間ｎにおけるｉPXの微分の近似、ならびに、近似の次数Ｍに基づく時間ｎに対する時間遅延を有する、上記残りの線故障パラメータｕp，ｉPRおよびｉP0を提供するように構成され、時間遅延は、位相ベクトルのセットの決定のためのＭ／２を含む。
【００４５】
任意選択的に、装置は、相−地絡故障を決定し、以下の線故障パラメータの定義を提供するように構成される。
【００４６】
故障相の電圧測定値としてのｕP、
故障相の電流測定値にＫR（ΣｉMP）を加えたものとしてのｉPR、ここで、ΣｉMPは、多相送電媒体の相の瞬時電流測定値の各々の合計に等しく、ＫRは抵抗に基づく線係数を含み、ＫR＝（Ｒ0−Ｒ1）／３Ｒ1であり、Ｒ0は線の長さ当たりの零相抵抗であり、Ｒ1は、線の長さ当たりの正相抵抗である、
故障相の電流測定値にＫX（ΣｉMP）を加えたものとしてのｉPX、ここで、ΣｉMPは、多相送電媒体の各相の瞬時電流測定値の各々の合計に等しく、ＫXは、リアクタンスに基づく線係数を含み、ＫX＝（Ｘ0−Ｘ1）／３Ｘ1であり、Ｘ0は線の長さ当たりの零相リアクタンスであり、Ｘ1は線の長さ当たりの正相リアクタンスである、
多相送電媒体の各相の瞬時電流測定値の合計としてのｉP0。
【００４７】
任意選択的に、装置は、以下の式を使用して線故障パラメータのフーリエ変換を実行するように構成される。
【００４８】
【数１８】
0006711844.tif 000019
【００４９】
式中、Ｎは基本周波数のサイクルあたりのサンプル数である。
【００５０】
任意選択的に、装置は、
以下の式を使用して単相−地絡故障の故障位置距離を決定するように構成される。
【００５１】
【数１９】
0006711844.tif 000020
【００５２】
式中、ＤFは故障位置距離であり、
【００５３】
【数２０】
0006711844.tif 000021
【００５４】
は
【００５５】
【数２１】
0006711844.tif 000022
【００５６】
の共役である。
【００５７】
任意選択的に、装置は、相間故障（相間−地絡故障を含む）を決定し、以下の線故障パラメータの定義を提供するように構成されている。
【００５８】
２つの故障相の電圧測定値間の差としてのｕP、
２つの故障相の電流測定値間の差としてのｉPR、
２つの故障相の電流測定値間の差としてのｉPX、
多相送電媒体の各相の瞬時電流測定値の合計としてのｉP0。
【００５９】
任意選択的に、装置は、以下の式を使用して線故障パラメータのフーリエ変換を実行するように構成される。
【００６０】
【数２２】
0006711844.tif 000023
【００６１】
式中、Ｎは基本周波数のサイクルあたりのサンプル数である。
【００６２】
任意選択的に、装置は、
以下の式を使用して、相間故障の故障位置距離ＤFを決定するように構成される。
【００６３】
【数２３】
0006711844.tif 000024
【００６４】
式中、関数ｉｍａｇ［ｙ］は項ｙの虚数部を取ることを定義する。
【００６５】
任意選択的に、距離保護のための動作電圧は、以下のように定義される。
【００６６】
【数２４】
0006711844.tif 000025
【００６７】
式中、Ｄsetは距離保護のための設定距離であり、
【００６８】
【数２５】
0006711844.tif 000026
【００６９】
は動作電圧のフーリエ変換である。
【００７０】
この動作電圧が以下の基準を満たす場合には、距離保護のトリップ信号がピックアップされる、すなわち、故障が内部故障として決定される。
【００７１】
【数２６】
0006711844.tif 000027
【００７２】
本発明のさらなる態様によれば、多相送電媒体における故障位置距離または距離保護のための距離を決定するための方法が提供され、方法は、
上記送電媒体の多相電流の相の測定点における電圧および電流値の測定サンプルならびに故障タイプに基づいて、線故障パラメータのセットｕp、ｉPR、ｉPXおよびｉP0を決定することであって、線故障パラメータのセットは複数のサンプル時間ｎにおいて決定される、決定することと、
線故障パラメータｉPXのうちの１つの時間に関する微分を決定することと、
複数のサンプル時間における上記微分および残りの線故障パラメータのフーリエ変換を使用して位相ベクトルのセット
【００７３】
【数２７】
0006711844.tif 000028
【００７４】
【数２８】
0006711844.tif 000029
【００７５】
【数２９】
0006711844.tif 000030
【００７６】
および
【００７７】
【数３０】
0006711844.tif 000031
【００７８】
を決定し、上記位相ベクトルのセットを使用して、送電媒体に沿った故障位置距離または距離保護距離を決定することと
を含み、故障位置距離または距離保護距離の決定は、以下の線方程式に基づき、
【００７９】
【数３１】
0006711844.tif 000032
【００８０】
【数３２】
0006711844.tif 000033
【００８１】
【数３３】
0006711844.tif 000034
【００８２】
および
【００８３】
【数３４】
0006711844.tif 000035
【００８４】
は、線故障パラメータｕp、ｉPRおよび微分ｉPXのフーリエ変換を含み、
【００８５】
【数３５】
0006711844.tif 000036
【００８６】
は、故障位置における電圧のフーリエ変換であり、Ｒ1は長さ当たりの送電媒体の正相抵抗（オーム／ｋｍ）であり、ＤFは故障位置距離であり、Ｘ1は長さ当たりの送電媒体の正相リアクタンス（オーム／ｋｍ）であり、ω0は基本角周波数であり、ω0＝２πｆ0であり、ｆ0は送電媒体の電流の基本周波数である。
【００８７】
上記任意選択の特徴として定義された第１の態様の装置によって実行される方法は、このさらなる態様に任意選択の特徴として適用されてもよい。
【００８８】
ここで、添付の図面を参照して、例としてのみ、本発明の好ましい実施形態の詳細な説明を行う。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】送電媒体の故障位置および／または距離保護を決定する例示的なステップを示す方法を示す図である。
【図２】減衰するＤＣ成分を示す、故障状態中の送電媒体に沿った距離継電器によって記録される三相電流の例を示す図である。
【図３】故障位置および／または距離保護の決定のための例示的な装置を示す図である。
【図４】フーリエ変換の決定のための図３の構成要素のより詳細な図である。
【発明を実施するための形態】
【００９０】
測定値からの故障位置の正確な計算は、送電媒体に沿った故障点を見つけるのに役立つ。故障位置を正確に特定することは、費用のかかるパトロールを避け、長時間の停電による収益の損失を減らすことによって、運用コストを削減することができる。距離保護は、保護中継デバイスに対して保護領域内で故障が発生していることを条件として、遮断器にトリップ指示を送信することによって故障を取り除くことができる送電媒体内の保護中継装置の使用を含む。故障位置および距離保護のための現行の技法は、測定電圧および電流における、故障によって誘発されるＤＣオフセット成分のために不正確であり得る。
【００９１】
故障位置の決定中に故障位置特定装置によって行われる電圧および電流測定に存在する減衰ＤＣ成分の存在のために、インピーダンスに基づく故障位置決定は不正確であることが分かっている。以下の実施例は、測定電流の微分を利用する装置および方法を提供し、これは、相−地絡、相間、相間−地絡故障の間に発生する可能性のある減衰ＤＣ成分を考慮することができる。
【００９２】
図１は、距離の保護のために使用することもできる故障位置特定の例示的な方法を示す。本方法は、ステップ１０において、電力線などの送電媒体に沿った測定点で計測される複数の瞬時電圧および電流測定値を使用する。測定点は、故障検出装置の位置であってもよいし、または、測定を行うことができる測定点であってもよい。多相送電媒体の場合、電圧および電流測定値は、各相について取得することができる。測定値はリアルタイムでサンプリングすることができる。すなわち、測定値は連続的に測定され、故障位置特定または距離保護のために記録される。サンプリングレートは、例えば、１サイクル当たり２４サンプル（基本周波数のサイクルは５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり得る）、１サイクル当たり１６サンプルまたは１サイクル当たり１２サンプルであってもよい。他のサンプリング周波数を使用してもよいことは理解されよう。以下の説明では、三相送電媒体について説明するが、他の数の相を使用することもできる。
【００９３】
故障状態の通知がステップ１１に示されている。線の故障状態の識別は、異なる装置によって実行されてもよい。したがって、本装置は、故障状態を示す通知信号を受信することができる。ステップ１１は、複数の瞬時電圧および電流測定値ならびに故障状態に基づいて線故障パラメータのセットを決定することを含む。故障状態は、いずれの１つまたは複数の相が故障状態に遭遇しているかを示すことができる。故障状態は、相−地絡故障を受けている少なくとも１つの相を識別することができ、いずれの相が相間故障または相間−地絡故障を受けているかを識別し、３つ以上の相が故障を受けているか否か（例えば、三相システムの場合は三相故障）を識別する。
【００９４】
時間に関する準備された電流値の１つの微分、または、特に線故障パラメータの１つの時間に関する微分の近似を決定することが、ステップ１２に示されている。微分の利用は、以下に説明するような線方程式によって、減衰ＤＣ成分の存在にもかかわらず、故障位置距離または距離保護距離の正確な決定を可能にすることが分かっている。
【００９５】
ステップ１３は、ステップ１２で得られた微分およびステップ１１からの残りの線故障パラメータのフーリエ変換の決定を示す。フーリエ変換のために提供される残りの線故障パラメータは、時間遅延値だけ微分に対して時間遅延され得る。時間遅延値は、ステップ１２で使用される微分演算子の近似のパラメータに基づくことができる。フーリエ変換は、その後の故障位置および距離保護計算における高周波ノイズの影響を低減することが分かっている。ステップ１３の出力は、線故障パラメータの１つの近似された微分に基づく、および残りの線故障パラメータに基づく、ベクトルまたは位相ベクトルのセットを含む。
【００９６】
故障の位置または距離保護距離の計算は、ステップ１４において、フーリエ変換ステップ１３の出力に基づいて実行される。
【００９７】
図２は、中継器によって記録された電流シグネチャの例を示す。故障電流２０（三相システムの相Ｃの電流）に重畳する著しい減衰ＤＣオフセット成分が存在する。この例では、故障抵抗はほぼゼロ（０．０１Ω）であり、中継器からの故障距離は３５ｋｍである。一例として、減衰ＤＣオフセットを考慮しない従来の方法では、既知のインピーダンスベースの方法による故障位置が３２．３１ｋｍになり得ることが分かっている。したがって、これは５．３７％までの相対誤差を含み、これは、多くの送電媒体運営者の予測を上回るものである。さらに、ＤＣオフセット成分は、特に同時の距離保護領域Ｉについて、距離保護に大きな影響を与える。
【００９８】
図３は、故障位置決定および／または遠隔保護のために構成された装置３０を示す。装置３０は、電力線などの送電媒体に関連して配置された故障検出モジュールの一部を形成することができる。装置は、送電媒体から遠隔することができ、当該送電媒体から電圧および電流測定値を受信するように構成することができる。この装置は、（任意選択的に）送電媒体の故障または送電媒体の相を識別するように構成された前処理ブロック３１を備える。前処理ブロックは、各相からの瞬時電圧および電流測定値（多相送電媒体の場合）を使用し、異なる相の測定値間および所定の値との比較を使用して、故障相を決定する。
【００９９】
前処理ブロック３１は、上記電圧および電流測定値ならびに前記故障状態に基づいて、線故障パラメータのセットｕp、ｉPR、ｉPXおよびｉP0を決定する。
【０１００】
装置３０は、以下に説明するようにフーリエ変換を適用することによって、線故障パラメータ（ｕP、ｉPR、ｉPX、ｉP0）からベクトルまたは位相ベクトルを導出するための測定処理ブロック３２をさらに備える。
【０１０１】
装置は、上記位相ベクトルを使用して故障位置距離（ＤF）および／または距離保護距離（ＤＤＢ＿ＤＩＳＴ）を決定するように構成された故障位置／距離保護決定ブロック３３をさらに備える。
【０１０２】
したがって、装置３０は、測定点における電圧および電流値の測定サンプルに基づいて、線故障パラメータのセットを決定するように構成される。次に、ブロック３２において、電流に基づく線故障パラメータの１つ（特に誘導電流に基づく線故障パラメータ）の時間に対する微分の近似を決定し、近似に関連する時間における残りの線故障パラメータを決定する。さらに、ブロック３２において、位相ベクトル
【０１０３】
【数３６】
0006711844.tif 000037
【０１０４】
【数３７】
0006711844.tif 000038
【０１０５】
【数３８】
0006711844.tif 000039
【０１０６】
【数３９】
0006711844.tif 000040
【０１０７】
をもたらすフーリエ変換を決定し、当該フーリエ変換を使用して、ブロック３３において、フーリエ変換値を使用して、送電媒体に沿った故障位置距離または距離保護を決定する。
【０１０８】
前処理ブロック３１は、送電媒体の各相から瞬時電圧測定値Ｕmおよび瞬時電流測定値ｉmを受信するように構成されている。したがって、相Ａ、Ｂ、およびＣを有する三相構成の場合、ブロック３１は、相Ａの電圧測定値ｕmAおよび電流測定値ｉmA、相ＢのｕmBおよびｉmB、および相ＣのｕmCおよびｉmCを受信するように構成される。ブロック３１は、故障相検出器から故障相検出信号ＦｔＰｈｓｌｄを受信する。したがって、一例では、前処理ブロック３１は、故障相検出器から受信される信号ＦｔＰｈｓｌｄを介して故障相を通知され、その測定値から導き出される適切な線故障パラメータのセットをブロック３２に提供するように構成される。
【０１０９】
前処理ブロック３１は、瞬時相電圧および電流測定値から、「線故障パラメータ」と呼ばれる４つのパラメータ
【０１１０】
【数４０】
0006711844.tif 000041
【０１１１】
【数４１】
0006711844.tif 000042
【０１１２】
【数４２】
0006711844.tif 000043
【０１１３】
【数４３】
0006711844.tif 000044
【０１１４】
を決定するように構成されている。
【０１１５】
【数４４】
0006711844.tif 000045
【０１１６】
は、故障相の電圧を表すことができる。
【０１１７】
【数４５】
0006711844.tif 000046
【０１１８】
は、故障相電流の抵抗部分を表すことができる。
【０１１９】
【数４６】
0006711844.tif 000047
【０１２０】
は、故障相電流の誘導部分を表すことができる。
【０１２１】
【数４７】
0006711844.tif 000048
【０１２２】
は、零相電流を表すことができる。送電線の三相導体間に相互抵抗（アース抵抗）および相互インダクタンスが存在する。非対称故障の場合、１つの相電圧は、対応する相の電流だけでなく、他の２相すべての電流にも関連し、そのような状態の決定を可能にするように線故障パラメータが選択される。
【０１２３】
この例では、前処理ブロックは、故障識別信号ＦｔＰｈｓｌｄを受信し、以下のように４つのパラメータを割り当てるように構成される。
【０１２４】
ａ）相Ａ−地絡故障である場合（ＦｔＰｈｓＩｄ＝＝１の場合）：ｕp＝ｕmA
ｉPR−ｉmA＋ＫR（ｉmA＋ｉmB＋ｉmC）
ｉPX＝ｉmA＋ＫX（ｉmA＋ｉmB＋ｉmC）
ｉP0＝ｉmA＋ｉmB＋ｉmC
ｂ）相Ｂ−地絡故障である場合（ＦｔＰｈｓＩｄ＝＝２の場合）：ｕP＝ｕmB
ｉPR−ｉmB＋ＫR（ｉmA＋ｉmB＋ｉmC）
ｉPX＝ｉmB＋ＫX（ｉmA＋ｉmB＋ｉmC）
ｉP0＝ｉmA＋ｉmB＋ｉmC
ｃ）相Ｃ−地絡故障である場合（ＦｔＰｈｓＩｄ＝＝３の場合）：ｕP＝ｕmC
ｉPR−ｉmC＋ＫR（ｉmA＋ｉmB＋ｉmC）
ｉPX＝ｉmC＋ＫX（ｉmA＋ｉmB＋ｉmC）
ｉP0＝ｉmA＋ｉmB＋ｉmC
ｄ）相Ａ−相Ｂ故障、または相Ａ−相Ｂ−地絡故障（ＦｔＰｈｓＩｄ＝＝４の場合）：ｕP＝ｕmA−ｕmB
ｉPR＝ｉmA−ｉmB
ｉPX＝ｉmA−ｉmB
ｉP0＝ｉmA＋ｉmB＋ｉmC
ｅ）相Ｂ−相Ｃ故障、または相Ｂ−相Ｃ−地絡故障（ＦｔＰｈｓＩｄ＝＝５の場合）
ｕP＝ｕmB−ｕmC
ｉPR＝ｉmB−ｉmC
ｉPX＝ｉmB−ｉmC
ｉP0＝ｉmA＋ｉmB＋ｉmC
ｆ）相Ｃ−相Ａ故障、または相Ｃ−相Ａ−地絡故障（ＦｔＰｈｓＩｄ＝＝６の場合）
ｕP＝ｕmC−ｕmA
ｉPR＝ｉmC−ｉmA
ｉPX＝ｉmC−ｉmA
ｉP0＝ｉmA＋ｉmB＋ｉmC
ｇ）三相故障である場合（ＦｔＰｈｓＩｄ＝＝７の場合）
ｕP＝ｕmB−ｕmC
ｉPR＝ｉmB−ｉmC
ｉPX＝ｉmB−ｉmC
ｉP0＝ｉmA＋ｉmB＋ｉmC
【０１２５】
【数４８】
0006711844.tif 000049
【０１２６】
は第１の線形数であり、これは、相電媒体または線の長さ当たりの零相抵抗（長さ当たりの零相インピーダンスＺ0の実数部「Ｒ0」、オーム／ｋｍ）および長さ当たりの正相抵抗（正相インピーダンスｚ1の実数部「Ｒ」、ｏｈｍ／ｋｍ）から計算される。第１の線係数は、装置３０がそれに対して動作するように構成されている送電媒体のパラメータであり、したがって所定値として装置３０に供給されることが理解されよう。
【０１２７】
【数４９】
0006711844.tif 000050
【０１２８】
は第２の線形数であり、送電媒体または線の長さ当たりの零相リアクタンス（零相インピーダンスＺ0の虚数部「Ｘ0」、オーム／ｋｍ）および長さ当たりの正相リアクタンス（正相インピーダンスｚ1の虚数部「Ｘ1」、オーム／ｋｍ）によって計算される。第２の線係数は、装置３０がそれに対して動作するように構成されている送電媒体のパラメータであり、したがって所定値として装置３０に供給されることが理解されよう。
【０１２９】
相ＢおよびＣは三相故障タイプに使用されるが、線故障パラメータｕp、ｉPRおよびｉPXは、相Ｂと相Ｃとの間、相Ｃと相Ａとの間、または相Ａと相Ｂとの間の差を含んでもよいことは理解されよう。
【０１３０】
装置は、故障検出器から故障タイプを受信し、測定する線故障パラメータを決定することができる。代替的に、複数の線故障パラメータ、電圧または電流を測定および／または計算し、故障タイプを決定する際に、適切な線故障パラメータを選択してもよい。
【０１３１】
図４は、測定処理ブロック３２のより詳細な図を示す。ブロック３２は、各サンプル時間インスタンスｎにおいて４つの線故障パラメータを受信するように構成される。ブロック３２の出力は、フーリエ変換によって変換されている４つの位相ベクトル（または相ベクトル）を含む。ブロック３２は、微分近似ブロック４０と、時間シフトブロック４１と、フーリエ変換ブロック４２とを含む。
【０１３２】
微分近似ブロック４０は、以下の式によって電流ｉPXの微分関数の近似値を計算するように構成されており、微分関数の近似値は、その相の電流測定値に基づく線故障パラメータのうちの１つを含む（すなわち、ｉPXDerとして表記される
【０１３３】
【数５０】
0006711844.tif 000051
【０１３４】
）。
【０１３５】
【数５１】
0006711844.tif 000052
【０１３６】
式中、｛ｈ（ｋ）｝は微分演算子の近似の係数であり、Ｍは近似の次数であり、Ｔｓはブロック３１のサンプリング周期である。近似の係数は、所定の分解能における、スケール関数基底、例えばＤａｕｂｅｃｈｉｅｓスケール関数上の微分演算子の投影に基づいて予め決定される。
【０１３７】
これらの係数を用いて、微分演算子は、これらの係数を導出されている信号と畳み込むことによって、効率的かつ正確に近似することができる。次数Ｍは、必要とされる精度に基づいて選択される。この次数は、微分関数の近似に使用されるｉPXサンプルの数に対応する。
【０１３８】
例えば、Ｍ＝１、ｈ（ｋ）＝｛１、−１｝の場合、微分演算子のｉPXへの近似は、ｉPXDer（ｎ）＝［ｉPX（ｎ）−ｉPX（ｎ−１）］／Ｔsである。
【０１３９】
Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ直交基底に基づくより高い精度の近似、例えば４次近似を得るためには、任意選択的に、Ｍ＝４、ｈ（ｋ）＝｛−０．０８３３，０．６６６７，０、−０．６６６７、０．０８３３｝となる。
【０１４０】
時間シフトブロック４１は、線故障パラメータｕP、ｉPR、およびｉp0のサブセットを受信するように構成されている。ブロック４１は、パラメータのサブセットをＭ／２だけ時間遅延させるように構成される。これは、微分の近似がＭ／２の時間シフトを有し、時間遅延が微分演算子の時間シフトに対応するように選択されるからである。ブロック４１の機能は、このような時間シフトを補償することである。したがって、サンプル時間ｎにおけるｉPXの微分、および、サンプル時間ｎ−Ｍ／２における残りの線故障パラメータの近似が、フーリエ変換ブロック４２に提供される。
【０１４１】
したがって、以下が与えられる。
【０１４２】
ｕP（ｎ−Ｍ／２）
ｉPR（ｎ−Ｍ／２）
ｉP0（ｎ−Ｍ／２）
Ｍ／２が整数でない場合、線形補間を利用することができる。
【０１４３】
ｕp（ｎ−Ｍ／２）＝［ｕp（ｎ）＋ｕp（ｎ−Ｍ）］／２
ｉPR（ｎ−Ｍ／２）＝［ｉpR（ｎ）＋ｉpR（ｎ−Ｍ）］／２
ｉP0（ｎ−Ｍ／２）＝［ｉp0（ｎ）＋ｉp0（ｎ−Ｍ）］／２
例えば、Ｍ＝１の場合：ｕp（ｎ−１／２）＝［ｕp（ｎ）＋ｕp（ｎ−１）］／２
ｉPR（ｎ−１／２）＝［ｉpR（ｎ）＋ｉpR（ｎ−１）］／２
ｉP0（ｎ−１／２）＝［ｉp0（ｎ）＋ｉp0（ｎ−１）］／２
フーリエ変換ブロック４２は、ブロック４１からのｕp（ｎ−Ｍ／２）、ｉPR（ｎ−Ｍ／２）およびｉP0（ｎ−Ｍ／２）ならびに微分近似ブロック４０からのｉPXDer（ｎ）を受信する。
【０１４４】
フーリエ変換は、以下の式を使用して決定される。
【０１４５】
【数５２】
0006711844.tif 000053
【０１４６】
【数５３】
0006711844.tif 000054
【０１４７】
式中、Ｎは基本周波数のサイクル当たりのサンプルであり、例えば、５０Ｈｚシステムの場合、Ｎは０．０２秒当たり１６サンプルとして選択することができる。
【０１４８】
フーリエ変換ブロック４２は、フーリエ変換の適用により、高次高調波をフィルタリングするように構成することができる。
【０１４９】
測定処理ブロック３２は、フーリエ変換された項または位相ベクトル
【０１５０】
【数５４】
0006711844.tif 000055
【０１５１】
【数５５】
0006711844.tif 000056
【０１５２】
【数５６】
0006711844.tif 000057
【０１５３】
および
【０１５４】
【数５７】
0006711844.tif 000058
【０１５５】
を故障位置／距離保護決定ブロック３３に渡すように構成されている。
【０１５６】
故障位置／距離保護決定ブロック３３は、ブロック３２から受信した１つまたは複数の位相ベクトルおよび下記の線方程式に基づいてその故障位置および／または距離保護の計算を実行し、電流の微分は既に近似されている微分演算子の係数との畳み込みによって計算されている。
【０１５７】
【数５８】
0006711844.tif 000059
【０１５８】
式中、Ｒ1は長さ当たりの線の正相抵抗（オーム／ｋｍ）であり、Ｘ1は、線の長さ当たりの正相リアクタンス（オーム／ｋｍ）であり、ＵFは線上の故障点の電圧であり、ω0＝２πｆであり、ここで、ｆは線周波数であり、ＤFは測定点からのキロメートル単位の故障距離である。
【０１５９】
故障位置について、ブロック３３は、故障のタイプに応じて以下の式を決定するように構成され、これは、インジケータＦｔＰｈｓｌｄから決定することができる。故障のタイプを示すシグナリングが前処理ブロック３１から提供され得、代替的に、シグナリングは別個の故障相検出器から提供されてもよい。
【０１６０】
故障が相間故障（相間−地絡故障を含む）または三相故障である場合、故障距離は以下の式によって特定される。
【０１６１】
【数５９】
0006711844.tif 000060
【０１６２】
式中、「ｉｍａｇ」は虚数部を取ることを意味する。故障耐性は常に抵抗性であるため、
【０１６３】
【数６０】
0006711844.tif 000061
【０１６４】
は虚数部から除外されることは理解されよう。
【０１６５】
故障が相−地絡故障である場合、故障距離は以下の式によって与えられる。
【０１６６】
【数６１】
0006711844.tif 000062
【０１６７】
式中、
【０１６８】
【数６２】
0006711844.tif 000063
【０１６９】
は
【０１７０】
【数６３】
0006711844.tif 000064
【０１７１】
の共役である。
【０１７２】
距離保護について、ブロック３３は、以下の式によって動作電圧
【０１７３】
【数６４】
0006711844.tif 000065
【０１７４】
（動作電圧のフーリエ変換）を規定する。
【０１７５】
【数６５】
0006711844.tif 000066
【０１７６】
式中、Ｄsetは設定距離である。したがって、これは、作動電圧を測定電圧と比較するように構成することができる距離保護中継器デバイスのための情報を提供する。それらが反対の方向にある場合、それは内部故障として決定される。そうでない場合、外部故障が決定される。内部故障が検出されると、トリップ信号が生成され、続いて遮断器をトリガして回路を開くことができる。
【０１７７】
したがって、ブロック３３の出力は、測定点から故障までの距離を提供する故障位置距離または距離保護で使用するための距離Ｄｓｅｔである。
【０１７８】
さらに、トリップピックアップパラメータを、以下の基準によって決定することができる。
【０１７９】
【数６６】
0006711844.tif 000067
【０１８０】
動作電圧と測定電圧との比較が上記の基準を満たす場合、トリップ信号がピックアップされ、その後、遮断器をトリガして回路を開き、故障を取り除く。
【符号の説明】
【０１８１】
２０  故障電流
３０  装置
３１  前処理ブロック
３２  測定処理ブロック
３３  距離保護決定ブロック
４０  微分近似ブロック
４１  時間シフトブロック
４２  フーリエ変換ブロック
【図１】
0006711844.tif 000103
【図２】
0006711844.tif 000104
【図３】
0006711844.tif 000105
【図４】
0006711844.tif 000106