(57)【要約】【課題】多数のノード、区間を有する配電系統に適用する。【解決手段】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2005304117.tif 0000412005304117.tif 000042過去の１サイクル分を更新記憶させる常時計算手段１３と、事故発生時に常時計算手段１３によって起動される事故時計算手段１４とを設ける。【選択図】図１
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【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を作成して記憶させる事前計算手段と、データサンプリングごとに作動し、ノードごとの負荷電流を算出して少なくとも過去の１サイクル分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、前記事前計算手段によって記憶される固定マトリックスと、前記常時計算手段によって記憶される事故前の負荷電流と、事故時のサンプリングデータとを使用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】
前記事前計算手段は、ノードごとの負荷電流を算出するための潮流計算用マトリックスを作成して記憶させる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】
前記事故時計算手段は、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を特徴とする請求項１または請求項２記載の配電系統用の事故特定装置。
【請求項４】
前記事故時計算手段は、事故区間の両端の各ノード間において、事故点リアクタンスがゼロとなる地点を事故地点として特定することを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の配電系統用の事故特定装置。
【請求項５】
前記事故時計算手段は、事故の種類ごとに各ノードの事故点リアクタンスの算出手法を選択することを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか記載の配電系統用の事故特定装置。
【請求項６】
前記事故時計算手段は、事故地点における事故点抵抗を算出することを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか記載の配電系統用の事故特定装置。
【請求項７】
前記事故時計算手段は、事故点抵抗の時間変化を求めることを特徴とする請求項６記載の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回線の超高圧送電線に対し、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オシロスコープ装置などに加えて、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は、必ずしも容易でないという問題があった。
【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発明の構成は、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を作成して記憶させる事前計算手段と、データサンプリングごとに作動し、ノードごとの負荷電流を算出して少なくとも過去の１サイクル分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、事前計算手段によって記憶される固定マトリックスと、常時計算手段によって記憶される事故前の負荷電流と、事故時のサンプリングデータとを使用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をその要旨とする。
【０００７】
なお、事前計算手段は、ノードごとの負荷電流を算出するための潮流計算用マトリックスを作成して記憶させることができる。
【０００８】
また、事故時計算手段は、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、事故区間の両端の各ノード間において、事故点リアクタンスがゼロとなる地点を事故地点として特定することができる。
【０００９】
さらに、事故時計算手段は、事故の種類ごとに各ノードの事故点リアクタンスの算出手法を選択してもよく、事故地点における事故点抵抗を算出してもよく、事故点抵抗の時間変化を求めてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
かかる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。
【００１１】
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サイクル分の負荷電流を更新記憶すればよい。
【００１２】
事故時計算手段は、事故時のサンプリングデータとして、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、事故前のサンプリングデータとして、同様の計測値を読み取り、ノードごとの負荷電流を算出するものとする。なお、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、事故点リアクタンスがゼロとなる地点を区間の亘長に対する比例按分によって求め、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。
【００１３】
事前計算手段が潮流計算用マトリックスを作成して記憶すれば、常時計算手段は、それを使用することにより、各ノードの負荷電流を一層高速に演算することができる。なお、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。
【００１４】
事故時計算手段は、１線地絡事故の場合、固定マトリックスによる事故点電流の計算値に代えて、零相電流変成器の計測値を各ノードにおける事故点電流として採用する。非接地系の配電系統では、１線地絡時の事故点電流が小さいため、計算誤差を生じるおそれがあるからである。また、事故時計算手段は、２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からである。
【００１５】
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る。なお、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。
【００１６】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
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、事故特定装置１０は、放射状１回線の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オシロスコープ装置として使用するものとする。
【００１９】
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、常時計算手段１３、事故時計算手段１４に個別に接続されている。
【００２０】
常時計算手段１３の出力は、事故時計算手段１４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）。ただし、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いる。また、図５〜図１３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。
【００２１】
事前計算手段１１は、配電系統の設備データ、負荷配分率の一方または双方が入力されると、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)、(3.18)式に従って、固定マトリックス
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スであって、配電系統の設備データによって決まり、配電系統のノードごとに算出される。
【００２２】
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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段１２に出力して記憶させる（４）。なお、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。
【００２３】
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。
【００２４】
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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み取ってサンプリングデータとして入力するとともに、記憶手段１２から潮流計算用マト
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に記す）。なお、このとき、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。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）。また、事故発生
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する（４）。
【００２５】
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して記憶手段１２に出力して記憶させ（５）、終了する。ただし、記憶手段１２には、事
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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
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【００２６】
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故があると、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
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現する。また、２線以上の地絡、短絡事故では、大きな零相電流ＩZCT や線間短絡電流が発生する。
【００２７】
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。
【００２８】
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事故時のサンプリングデータとして入力する（図４のプログラムステップ（１）、以下、
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周波数の１サイクル前のデータを記憶手段１２から読み出すものとする。つづいて、プロ
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ログラムは、図１３の（4.6）式により、事故線を判定する（３）。
【００２９】
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（（４）〜（１５））。ただし、ＮＤは、ノード番号である。
【００３０】
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ＩZCT を採用した上（５）、ノード番号ＮＤ＝１〜ＮＤＭＡＸについて、図１１の（3.19）、(3.20)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（（６）〜（８））。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（６）〜（８）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（７）を繰返し実行することを示している。一方、２線以上の地絡事故の場合（（４）、（９））、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（（１０）〜（１２））。また、非地絡の線間短絡事故の場合（（４）、（９）、（１３））、図１１の(3.19)式に代えて、図１３の(4.7) 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（（１３）〜（１５））。
【００３１】
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が算出されると、プログラムは、図１３の（２）項に従って、事故区間を特定し（１６）、事故地点を特定する（１７）。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判別することができ、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１３の(4.8) 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。
【００３２】
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１３の(4.9) 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（１８）、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）〜（１８）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。
【００３３】
事故特定装置１０のシミュレーション試験結果を図１４〜図１６に示す。シミュレーション試験は、図１４（Ａ）の６．６kV配電系統を想定し、同図（Ｂ）のノード、区間に分
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Ｂ）の値を設定し、送電端の負荷は、１．５MW＋ｊ０．５８７Mvarとして、各ノードに均一に分散されているものとした。
【００３４】
試験結果を図１６にまとめて示す。ただし、図１６において、符号NWG は、１：１線地絡、２：２線地絡、３：３線地絡、２ΦS：２線短絡（非地絡）の各事故の種別を示し、符号Ｖo 、Δｋd 、ΔＲf は、それぞれ事故時の零相電圧、事故地点の標定誤差、事故点抵抗Ｒf の計算誤差を示す。他の符号は、既に説明したとおりである。すなわち、図１６は、送電端から至近の区間２または遠端の区間９において種々の事故発生を模擬したとき、それぞれの場合の計算結果を示している。
【００３５】
図１６において、試番３、５〜１０、１２、１３では、計算結果としての事故区間の番号ＮS がそれぞれ複数となっている。すなわち、図４のプログラムステップ（１６）において、複数の候補区間が抽出されたことがわかる。図１６の結果を要約すると、事故地点の標定誤差Δｋd は、次のような傾向があるものの、全体として実用的に十分な精度を有することがわかる。
（１）送電端から至近の区間２の事故に対し、遠端の区間９の事故の標定誤差が大きくな
る（試番１、２）。
（２）区間９内の事故でも、遠端になる程、標定誤差が大きくなる（試番３、４）。
（３）２線地絡、３線地絡、２線短絡の各事故は、標定誤差が十分小さい（試番５〜７）
。
（４）遠端の区間９内の１線地絡事故では、事故点抵抗Ｒf が大きくなるに従って標定
誤差が大きくなる（試番８〜１２）。
（５）至近の区間２内の１線地絡事故では、極端に大きな事故点抵抗Ｒf でも、標定誤
差は極めて小さい（試番１３）。
【００３６】
以上の説明において、常時計算手段１３は、図３のプログラムステップ（１）によるサンプリングデータの収集のみを常時実行して、事故直前の少なくとも過去の１サイクル前から事故のクリアまでのデータを集積し、事故がクリアされた後、事前計算手段１１の作
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置やオシロスコープ装置としての目的を十分達成することができる。
【他の実施の形態】
【００３７】
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１７のプログラムフローチャートに従って作動する。
【００３８】
プログラムは、まず、送電端の遮断器ＣＢをトリップさせ（図１７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）、配電系統内に選択すべき区分開閉器が存在するか否かを判断する（６）。ただし、ここで、選択すべき区分開閉器とは、図４のプログラムステップ（１６）において事故区間の候補区間として抽出された１以上の区間に共通に給電している区分開閉器のうち、送電端から最も遠端にあるものをいう。プログラムは、そのような区分開閉器があるときは（６）、それを開き（７）、遮断器ＣＢを再投入して事故を適確にクリアすることができる（（３）、（４））。また、選択すべき区分開閉器がないときは（６）、永久事故である旨を出力手段１５に出力して（８）、手動復旧に委ねる。
【００３９】
なお、図１７のプログラムステップ（６）において、選択すべき区分開閉器は、候補区間として抽出された１以上の区間に共通に給電している区分開閉器に代えて、各候補区間に給電している区分開閉器を順次個別に抽出してもよい。なお、このとき、各候補区間の重要性を考慮して、たとえば配電系統の末端に近い区分開閉器から順に抽出することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【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】シミュレーション試験説明図（１）
【図１５】シミュレーション試験説明図（２）
【図１６】シミュレーション試験説明図（３）
【図１７】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】
【００４１】
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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          株式会社  戸上電機製作所
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】
2005304117.tif 000049
【図８】
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【図９】
2005304117.tif 000051
【図１１】
2005304117.tif 000052
【図１２】
2005304117.tif 000053
【図１３】
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【図１４】
2005304117.tif 000055
【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１０】
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