(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統の設備データに基づき、各ノードに仮想する事故時の事故点電圧、事故点電流算出用の固定マトリックスと各ノードの負荷電流算出用の潮流計算用マトリックスとを作成して記憶させる事前計算手段と、系統の送電端に設ける電圧変成器、電流変成器の各計測値をデータサンプリングごとに読み取り、少なくとも過去の１サイクル分の計測値データを更新記憶させる常時計算手段と、事故発生時に前記常時計算手段によって起動される事故時計算手段とを備えてなり、該事故時計算手段は、潮流計算用マトリックスに基づいて事故前の送電端から各ノードまでの電圧降下を算出した上、事故時の事故点電流と送電端の事故相電圧との位相差に着目して各ノードの事故点リアクタンスを算出し、一線地絡事故の事故区間、事故地点を特定することを特徴とする配電系統用の事故特定装置。
【請求項２】
前記事故時計算手段は、零相電流変成器の誤差補正計算を含むことを特徴とする請求項１記載の配電系統用の事故特定装置。
【請求項３】
系統の設備データに基づき、各ノードに仮想する事故時の事故点電圧、事故点電流算出用の固定マトリックスと各ノードの負荷電流算出用の潮流計算用マトリックスとを作成して記憶させる事前計算手段と、系統の送電端に設ける電圧変成器、電流変成器の各計測値をデータサンプリングごとに読み取り、少なくとも過去の１サイクル分の計測値データを更新記憶させる常時計算手段と、事故発生時に前記常時計算手段によって起動される事故時計算手段とを備えてなり、該事故時計算手段は、潮流計算用マトリックスに基づいて事故前の各ノードの負荷電流を算出した上、各ノードごとの事故点電圧、事故点電流に対し、事故前の負荷電流と事故時の電圧変成器、電流変成器の各計測値とを反映して各ノードの事故点リアクタンスを算出し、一線地絡事故以外の地絡事故、短絡事故の事故区間、事故地点を特定することを特徴とする配電系統用の事故特定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、多数のノード、区間を有する配電系統に好適に適用することができる配電系統用の事故特定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
送電線において、事故点位置を精度よく標定することができるマトリックス方式の事故特定装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
このものは、たとえば平行２回線の特別高圧送電線に対し、キルヒホッフの第１法則、第２法則を適用して基本式を定立し、マトリックス計算により事故点位置を高速標定する技術であり、事故点位置を標定するフォルトロケータ装置や、事故時の系統擾乱に関する事故データ収集用の自動オシロ装置などに加えて、事故区間を除去するためのしゃ断器操作用のリレーと組み合わせ、保護リレー装置としても十分実用可能な精度と応答性とを備えている。
【特許文献１】特開２００２−６４９２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
かかる従来技術によるときは、事故点位置（以下、事故地点ともいう）は、区間の途中における事故を想定して特定していたので、基本式中に事故点位置を示す変数ｋ（０≦ｋ≦１）が入り、マトリックス計算が複雑大規模になるため、多数のノード、区間を有する配電系統に適用することが必ずしも容易でないという問題があった。また、配電系統は、非接地系統が多いため、事故電流が小さい一線地絡事故の標定精度が必ずしも十分でないという問題もあった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、各ノードにおける事故を想定することによって、基本式そのものを簡略化し、多数のノード、区間を有する配電系統に好適に適用することができる上、事故電流が小さな一線地絡事故、特に微地絡事故に対しても十分精度よく事故標定することができる配電系統用の事故特定装置を提供することにある。なお、この発明が対象とする配電系統とは、たとえば６．６kV、２２kVクラスの放射状１回線の高圧・特別高圧配電系統である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明（請求項１に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、系統の設備データに基づき、各ノードに仮想する事故時の事故点電圧、事故点電流算出用の固定マトリックスと各ノードの負荷電流算出用の潮流計算用マトリックスとを作成して記憶させる事前計算手段と、系統の送電端に設ける電圧変成器、電流変成器の各計測値をデータサンプリングごとに読み取り、少なくとも過去の１サイクル分の計測値データを更新記憶させる常時計算手段と、事故発生時に常時計算手段によって起動される事故時計算手段とを備えてなり、事故時計算手段は、潮流計算用マトリックスに基づいて事故前の送電端から各ノードまでの電圧降下を算出した上、事故時の事故点電流と送電端の事故相電圧との位相差に着目して各ノードの事故点リアクタンスを算出し、一線地絡事故の事故区間、事故地点を特定することをその要旨とする。
【０００７】
なお、事故時計算手段は、零相電流変成器の誤差補正計算を含むことができる。
【０００８】
第２発明（請求項３に係る発明をいう、以下同じ）の構成は、系統の設備データに基づき、各ノードに仮想する事故時の事故点電圧、事故点電流算出用の固定マトリックスと各ノードの負荷電流算出用の潮流計算用マトリックスとを作成して記憶させる事前計算手段と、系統の送電端に設ける電圧変成器、電流変成器の各計測値をデータサンプリングごとに読み取り、少なくとも過去の１サイクル分の計測値データを更新記憶させる常時計算手段と、事故発生時に常時計算手段によって起動される事故時計算手段とを備えてなり、事故時計算手段は、潮流計算用マトリックスに基づいて事故前の各ノードの負荷電流を算出した上、各ノードごとの事故点電圧、事故点電流に対し、事故前の負荷電流と事故時の電圧変成器、電流変成器の各計測値とを反映して各ノードの事故点リアクタンスを算出し、一線地絡事故以外の地絡事故、短絡事故の事故区間、事故地点を特定することをその要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
かかる第１発明、第２発明の構成によるときは、事前計算手段は、各ノードにおける事故を仮想し、系統の設備データに基づいてノードごとの固定マトリックスを算出する。そこで、事故地点を示す変数ｋ（０≦ｋ≦１）が基本式中に入らず、基本式そのものを簡略化することができる上、マトリックス計算をも簡略化することができ、多数のノード、区間を有する配電系統に対し、容易に好適に適用することができる。
【００１０】
なお、負荷電流は、各ノードに接続されるものとし、事故時における負荷の電圧特性は、定電流特性として事故の前後において一定であるものとする。すなわち、事故時計算手段は、事故時の各ノードの事故点リアクタンスを算出するに際し、事故前の負荷電流をそのまま使用するものとする。ただし、ここでいう事故前とは、事故発生から系統周波数のｎサイクル（ｎ＝１、２…）前をいうものとする。常時計算手段のデータサンプリングは、たとえば系統周波数の１０倍以上の高頻度に設定することが好ましいが、ｎサイクル前でないと、事故発生のタイミングと負荷電流の算出タイミングとの位相が違ってしまうからである。なお、整数ｎは、系統の周波数変動の影響を排除するために、ｎ＝１とすることが好ましく、このために、常時計算手段は、少なくとも過去の１サイクル分の計測値データを更新記憶させればよい。
【００１１】
事故時計算手段は、事故時の計測値データとして、系統の送電端に設ける電圧変成器、電流変成器、零相電流変成器の各計測値を読み取る。また、常時計算手段は、事故前の計測値データとして、同様の計測値を読み取り、少なくとも過去の１サイクル分を更新記憶させる。ただし、常時計算手段は、零相電流変成器の計測値の読取りや更新記憶を省略してもよい。
【００１２】
なお、第１発明において、事故時計算手段は、一線地絡事故に対し、事故時における事故点電流と送電端の事故相電圧との位相差に着目し、この位相差と、各ノードにおける事故想定時の事故点電流と送電端から各ノードまでの電圧降下との位相差とを比較して各ノードの事故点リアクタンスを算出し、事故区間、事故地点を特定することができる。このときの各位相差は、いずれも事故点電流が基準であるから、零相電流変成器の比誤差の影響が消去され、標定精度を向上させることができる。ただし、一線地絡事故の場合、事故時の事故点電流は、送電端の零相電流変成器によって検出でき、送電端の事故相電圧は、送電端の電圧変成器によって検出できる。また、事故点電流と事故相電圧との位相差は、送電端から事故地点までの電気的距離を示している。
【００１３】
一方、第２発明において、事故時計算手段は、一線地絡事故以外の地絡事故、短絡事故に対し、各ノードごとに事故を想定した場合の事故点電圧、事故点電流に対し、事故前の負荷電流と事故時の電圧変成器、電流変成器の各計測値とを反映して各ノードの事故点リアクタンスを算出し、事故区間、事故地点を特定することができる。また、事故時計算手段は、二線以上の地絡事故の場合、事故線ごとの事故点リアクタンスの平均値を事故点リアクタンスとして採用するものとし、非地絡の短絡事故の場合、事故線間の事故点電圧の差、事故点電流の差から事故点インピーダンスを求めるものとする。前者の場合、各事故線ごとの事故点リアクタンスのばらつきによる誤差を排除することができ、後者の場合、不必要な柱脚電圧の影響を排除することができる。
【００１４】
第１発明、第２発明において、事故時計算手段は、各ノードの事故点リアクタンスの符号に着目し、各区間の両端の各ノードにおける事故点リアクタンスが異符号の区間を事故区間として特定することができ、両端の各ノード間において、区間の亘長に対する比例按分によって事故点リアクタンスがゼロとなる地点を求め、事故地点として特定することができる。一般に、事故点インピーダンスのリアクタンス分、すなわち事故点リアクタンスは、事故点抵抗に較べて無視し得るオーダであり、実際の事故地点から偏移するに従って、系統インピーダンスのリアクタンス分相当だけ正または負方向にシフトすることがわかっているからである。
【００１５】
なお、事故時計算手段は、事前計算手段によって作成され、記憶される潮流計算用マトリックスを使用することにより、各ノードの負荷電流、送電端から各ノードまでの電圧降下を一層高速に演算することができる。また、各ノードの負荷電流は、たとえば、負荷電流の合計値に対し、外部から設定する各ノードごとの負荷配分率を適用して求めることができる。
【００１６】
ちなみに、事故時計算手段は、事故地点における事故点インピーダンスの実数部から事故点抵抗を算出することができ、事故点インピーダンスは、事故地点に最も近いノードに仮想した事故時の事故点電圧、事故点電流から計算するものとする。事故地点における事故点抵抗は、事故原因の推定に利用することができる。
【００１７】
また、事故時計算手段は、事故点抵抗の時間変化を求めることにより、事故原因を一層適確に推定することができる。配電系統の事故原因は、風雨、氷雪、落雷、樹木や飛来物の接触、鳥獣害、公衆過失など極めて多様であるが、事故継続中の事故点抵抗と、その時間変化に注目することにより、かなりの確度で事故原因が推定可能であるからである。なお、事故時計算手段は、事故点抵抗の時間変化を求めるために、一旦起動すると、以後、事故がクリアされるまで、たとえば常時計算手段に同期してサイクリックに作動させるものとする。
【００１８】
事故時計算手段は、送電端に設ける電圧変成器、零相電流変成器の誤差補正計算を含むことにより、一線地絡事故に対する標定精度を一段と向上させることができる。なお、このとき、標定精度に最も影響を与えるのは、零相電流変成器の位相誤差であり、比誤差の影響は、さほど大きくない。また、電圧変成器の比誤差、位相誤差は、それ自体小さいものである。よって、実用的には、零相電流変成器の位相誤差にのみ着目して誤差補正計算を実行すればよく、他の項目については、必要に応じて誤差補正計算すればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００２０】
配電系統用の事故特定装置１０は、事前計算手段１１、常時計算手段１３、事故時計算手段１４を備えてなる（図１）。ただし、図１の事故特定装置１０は、放射状１回線の高圧・特別高圧配電系統を対象とするフォルトロケータ装置または自動オシロ装置として使用するものとする。
【００２１】
事前計算手段１１には、図示しないデータ入力装置を介し、保護対象となる配電系統の設備データと、配電系統の各ノードに接続する負荷電流の配分比率、すなわち負荷配分率とが入力されている。また、事前計算手段１１の出力は、記憶手段１２に接続され、記憶手段１２の出力は、事故時計算手段１４に接続されている。
【００２２】
常時計算手段１３の出力は、記憶手段１２、事故時計算手段１４に個別に接続されている。また、事故時計算手段１４の出力は、たとえばプリンタ装置、ディスプレイ装置などの出力手段１５に接続されている。なお、常時計算手段１３、事故時計算手段１４には、配電系統の送電端に設ける電圧変成器ＰＴ、電流変成器ＣＴ、零相電流変成器ＺＣＴの各計測値が分岐入力されている（図５のモデル系統図）。図５のモデル系統図には、送電端の変圧器Ｔ、遮断器ＣＢが併せて図示されており、図５〜図１６には、事前計算手段１１、常時計算手段１３、事故時計算手段１４によって実行される一連の計算内容の技術的根拠が数式により詳細に説明されている。
【００２３】
事前計算手段１１には、図示しないデータ入力装置を介し、電圧変成器ＰＴ、零相電流変成器ＺＣＴの誤差補正デーブルが併せて入力されている。ただし、誤差補正テーブルは、電圧変成器ＰＴ、零相電流変成器ＺＣＴの事前の試験データに基づいて、たとえば図１
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【００２４】
事前計算手段１１は、配電系統の設備データ、負荷配分率、誤差補正テーブルのいずれかが入力されると、図２のプログラムフローチャートに従って作動する。すなわち、プログラムは、設備データ、負荷配分率、誤差補正テーブルの入力データを保存すると（図２のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）、図１１の(3.17)、(3.1
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の各ノードごとに算出される。
【００２５】
つづいて、プログラムは、図１２の(4.1) 式に基づいて、配電系統のノードごとの負荷
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て与えられる配電系統の各区間の直列インピーダンスに基づき、送電端から各ノードまでの直列インピーダンスの和として求められる。また、このとき、プログラムは、負荷配分率をも併せて記憶手段１２に記憶させるものとする。
【００２６】
常時計算手段１３は、たとえば系統電圧波形の３０°ごと、すなわち系統周波数の１０倍以上の高頻度に設定されるデータサンプリングごとに起動され、図３のプログラムフローチャートに従って作動する。
【００２７】
プログラムは、まず、配電系統の送電端に設ける電圧変成器ＰＴ、電流変成器ＣＴ、零
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てサンプリングデータとして入力する（図３のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。つづいて、プログラムは、配電系統内に現実の事故が発生しているか否かを判別し（２）、事故発生のときは、事故時計算手段１４を起動して終了する（３
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ータとして記憶手段１２に出力して記憶させ（４）、終了する。ただし、記憶手段１２には、事故前の計測値データ用のメモリエリアとして、少なくとも系統周波数の１サイクル分相当が用意されており、したがって、プログラムは、データサンプリングごとにサイクリックに作動することにより、少なくとも事故直前の過去の１サイクル分の計測値データを記憶手段１２に順に更新記憶させることができる。
【００２８】
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ると、事故相の対地電圧がゼロに近付き、健全相の対地電圧が３1/2倍近くに跳ね上がる
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、二線以上の地絡、短絡事故では、大きな相電圧変化や線間短絡電流が発生する。ただし
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必ずしも有効ではないから、これを省略してもよい。すなわち、常時計算手段１３は、零
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【００２９】
事故時計算手段１４は、常時計算手段１３のプログラムステップ（３）によって起動されると、図４のプログラムフローチャートに従って作動する。
【００３０】
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Ｔ、零相電流変成器ＺＣＴの誤差補正テーブルを記憶手段１２から読み出すとともに、電
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グラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。なお、このとき、プログラムは、記憶手段１２内の負荷配分率をも併せて読み出すものとする。ただし、事故前の電圧
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手段１２から読み出すものとする。
【００３１】
つづいて、プログラムは、図１２の(4.2) 〜(4.4) 式に基づき、潮流計算用マトリック
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、零相電流変成器ＺＣＴの位相誤差Δθのみに着目してもよい。
【００３２】
次に、プログラムは、図１６の(5.8) 式により、各ノードに事故を仮想した場合の事故
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１６の（5.9）式により、事故線を判定する（５）。
【００３３】
その後、プログラムは、事故の種類ごとに、最適の算出手法を選択して各ノードにおける事故点リアクタンスＸf(ND)を算出する（（６）〜（１６））。ただし、ＮＤは、ノード番号である。
【００３４】
たとえば、一線地絡事故の場合（６）、ノード番号ＮＤ＝１〜ＮＤＭＡＸについて、図１５の(5.4)〜(5.7)式により各ノードにおける事故点リアクタンスＸf(ND)を算出する（（７）〜（９））。ただし、ＮＤＭＡＸは、ノード番号ＮＤの最大値であり、プログラムステップ（７）〜（９）は、ＮＤ＝１〜ＮＤＭＡＸの範囲において、ＮＤを１ずつインクリメントしながらプログラムステップ（８）を繰返し実行することを示している。ちなみ
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応している。
【００３５】
一方、二線以上の地絡事故の場合（（６）、（１０））、図１１の(3.21)式を使用して、各ノードにおける事故線の平均の事故点リアクタンスＸfav(ND)を各ノードの事故点リアクタンスＸf(ND)として算出する（（１１）〜（１３））。また、非地絡の線間短絡事故の場合（（６）、（１０）、（１４））、図１１の(3.19)式に代えて、図１６の(5.10) 式を使用して事故点インピーダンスＺf を算出し、各ノードにおける事故点リアクタンスＸf(ND)を算出する（（１４）〜（１６））。
【００３６】
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と、プログラムは、図１６の（３）項に従って、事故区間を特定し（１７）、事故地点を特定する（１８）。なお、事故区間は、各区間の両端の各ノードにおける事故点リアクタンスＸf(NDF)、Ｘf(NDT)の符号が異なることを検出して探索することができ、事故地点は、事故点リアクタンスＸf(NDF)、Ｘf(NDT)を区間の亘長によって比例按分することにより、図１６の(5.11) 式から求めることができる。ただし、このようにして特定される事故区間は、配電系統が放射状であるために、複数の候補区間として特定されることがあり得る。
【００３７】
プログラムは、その後、特定された事故区間の番号ＮS 、事故地点の相対位置ｋ＝Ｋsol の他、図１６の(5.12) 式によって計算される事故点抵抗Ｒf を出力手段１５に出力して（１９）、終了する。ただし、事故時計算手段１４は、その後、事故がクリアされるまで、たとえば常時計算手段１３のデータサンプリングと同一の高頻度で図４のプログラムステップ（１）〜（１９）を繰返し実行することにより、事故点抵抗Ｒf の時間変化Ｒf(t)を出力手段１５に出力することができる。
【００３８】
事故特定装置１０は、シミュレーション試験の結果、標定誤差が大きくなりがちな遠端における一線地絡事故、殊に微地絡事故を含むすべての地絡事故、短絡事故に対し、実用的に十分な標定精度を実現することができる。なお、零相電流変成器ＺＣＴの位相誤差Δθは、一線地絡事故の標定誤差Δｋd を大略比例的に増加させる傾向があるが（たとえば図１７）、事故時計算手段１４に誤差補正計算を導入することにより（図４のプログラムステップ（３））、位相誤差Δθによる標定誤差Δｋd をほぼ完全に消去することができる。ただし、図１７の横軸は、進み方向の位相誤差Δθを示す。
【他の実施の形態】
【００３９】
常時計算手段１３は、図３のプログラムステップ（３）により、事故発生時に事故時計算手段１４を起動するとともに、図示しない事故除去手段を併せて起動することにより、事故特定装置１０を保護リレー装置として機能させることができる。ただし、事故除去手段は、たとえば図１８のプログラムフローチャートに従って作動する。
【００４０】
プログラムは、まず、送電端の遮断器ＣＢをトリップさせ（図１８のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）、所定の再閉路時間の経過を待って（２）、遮断器ＣＢを投入する（３）。この結果、事故がクリアされれば（４）、プログラムは、そのまま終了するが、事故が継続しているときは（４）、遮断器ＣＢを再びトリップさせ（５）、永久事故である旨を出力手段１５に出力して（６）、手動復旧に委ねる。
【００４１】
なお、配電系統内に事故検出用の方向性センサ付きの柱上開閉器が分散設置されている場合、各柱上開閉器のセンサの作動情報と、事故時計算手段１４による複数の事故区間の候補区間の情報とを統合して使用することにより、再閉路成功によって事故がクリアされても、実際の事故区間と事故地点、事故原因を特定し、事故の再発防止対策を含む保守の省力化に役立てることができる。ただし、ここでいう再閉路動作は、図１８の事故除去手段によってもよく、図示しない送電端変電所の保護リレーシステムによってもよい。なお、各柱上開閉器の方向性センサは、その柱上開閉器の下流側に発生した事故を検出し、当該柱上開閉器を開いて永久事故による停電範囲を局限するように動作する。また、配電線の事故は、仮に永久事故でなく、再閉路成功事故であったとしても、雷撃事故以外の異物接触や設備不良などによる事故は、再発の可能性が高いため、具体的な事故地点や事故原因に関する情報が強く求められている。
【００４２】
以上の説明において、誤差補正テーブルは、一般に、電圧変成器ＰＴ、零相電流変成器ＺＣＴの設備更新がない限り更新されることがないから、事前計算手段１１を介して記憶手段１２に記憶させるに代えて、事故時計算手段１４に付属するメモリエリアに定数として記憶させても構わない。また、事前計算手段１１に入力させる設備データは、系統の事故時や保守時などに作動させる系統自動再編システムなどと連動させ、系統構成の変動に合わせて最新のデータを事前計算手段１１に自動的に供給することができる。事前計算手段１１に入力させる負荷配分率についても、全く同様であり、随時最新のデータに自動更新して事前計算手段１１に供給してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】全体構成ブロック系統図
【図２】プログラムフローチャート（１）
【図３】プログラムフローチャート（２）
【図４】プログラムフローチャート（３）
【図５】計算内容説明図（１）
【図６】計算内容説明図（２）
【図７】計算内容説明図（３）
【図８】計算内容説明図（４）
【図９】計算内容説明図（５）
【図１０】計算内容説明図（６）
【図１１】計算内容説明図（７）
【図１２】計算内容説明図（８）
【図１３】計算内容説明図（９）
【図１４】計算内容説明図（１０）
【図１５】計算内容説明図（１１）
【図１６】計算内容説明図（１２）
【図１７】標定誤差の特性線図（例）
【図１８】他の実施の形態を示すプログラムフローチャート
【符号の説明】
【００４４】
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Ｘf …事故点リアクタンス
Ｒf …事故点抵抗
Ｒf(t)…事故点抵抗の時間変化
１１…事前計算手段
１３…常時計算手段
１４…事故時計算手段
特許出願人            辻    浩  一
代理人  弁理士      松  田  忠  秋
【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１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
0004700461.tif 000051
【図１７】
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【図１８】
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【図１０】
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