(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中性点非接地系統の一線地絡事故の事故点を標定するに際し、各相の対地電圧をサンプリングして健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出し、自由振動の周波数に基づいて事故点までの距離を算出することを特徴とする事故点標定方法。
【請求項２】
変電所の母線における各相の対地電圧をサンプリングしてデータ収集するデータ収集手段と、該データ収集手段からの収集データを使用して、いずれかの健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出し、自由振動の周波数に基づいて事故点までの距離を算出する解析手段と、該解析手段からの事故点までの距離に関する情報を外部に出力する出力手段とを備えてなる事故点標定装置。
【請求項３】
変電所の母線における各相の対地電圧、母線に接続するフィーダの各相電流をサンプリングしてデータ収集するデータ収集手段と、事故が発生したフィーダを特定する解析手段と、該解析手段によって特定されたフィーダのしゃ断器をトリップさせる出力手段とを備えてなり、前記解析手段は、前記データ収集手段からの収集データを使用して、いずれかの健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出し、自由振動の周波数に基づいて事故点までの距離を算出することを特徴とする地絡保護リレー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般需要家向けの配電線系統に多用されている中性点非接地系統の一線地絡事故に対して有効に適用し得る事故点標定方法と、それを使用する事故点標定装置、地絡保護リレー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般需要家向けの３．３kV、６．６kV級の配電線系統は、公衆に対する安全性の見地から、中性点非接地方式を採用するのが普通である。
【０００３】
中性点非接地系統は、一線地絡事故が発生しても、事故電流が極めて少ないため、事故の検出自体が容易でない。そこで、従来の保護方式は、たとえば二次側をオープンデルタ結線とする零相電圧変成器（ＺＰＴ）を使用して事故の発生を検知し、各フィーダごとに設ける零相変流器（ＺＣＴ）の出力と組み合わせることにより、事故が発生したフィーダのしゃ断器をトリップさせるというものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術によるときは、零相電圧、零相電流の検出精度を十分に高くすることが難しく、残留電圧や、誘導雷による零相電圧、電流波形歪みなどに基づく誤動作が避けられない上、零相変流器が高価であるという問題があった。また、従来の保護方式では、事故点の標定ができないため、事故復旧に要する時間や労力が過大になりがちであるという問題もあった。
【０００５】
そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、一線地絡事故により、事故相の対地電圧が消失し、健全相の対地電圧が３1/2 倍に急変することに伴って発生する過渡現象に着目することによって、中性点非接地系統の一線地絡事故に対して有効に適用することができる事故点標定方法と、それを使用する事故点標定装置、地絡保護リレー装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
かかる目的を達成するためのこの出願に係る第１発明の構成は、中性点非接地系統の一線地絡事故の事故点を標定するに際し、各相の対地電圧をサンプリングして健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出し、自由振動の周波数に基づいて事故点までの距離を算出することをその要旨とする。
【０００７】
第２発明の構成は、変電所の母線における各相の対地電圧をサンプリングしてデータ収集するデータ収集手段と、データ収集手段からの収集データを使用して、いずれかの健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出し、自由振動の周波数に基づいて事故点までの距離を算出する解析手段と、解析手段からの事故点までの距離に関する情報を外部に出力する出力手段とを備えることをその要旨とする。
【０００８】
第３発明の構成は、変電所の母線における各相の対地電圧、母線に接続するフィーダの各相電流をサンプリングしてデータ収集するデータ収集手段と、事故が発生したフィーダを特定する解析手段と、解析手段によって特定されたフィーダのしゃ断器をトリップさせる出力手段とを備えてなり、解析手段は、データ収集手段からの収集データを使用して、いずれかの健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出し、自由振動の周波数に基づいて事故点までの距離を算出することをその要旨とする。
【００１０】
【作用】
かかる第１発明の構成によるときは、健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出することにより、事故点までの距離を精度よく算出して事故点を標定することができる。中性点非接地系統において、一線地絡事故が発生すると、事故相の対地電圧が消失するとともに健全相の対地電圧が３1/2 倍に上昇し、それに伴って、過渡現象による減衰自由振動が発生するからである（図５）。すなわち、この明細書において、自由振動とは、減衰自由振動をいうものとする。ただし、図５において、横軸、縦軸は、それぞれ時刻ｔ、電圧ｖt であり、事故発生の時点を時刻ｔ＝ｔ1 とする。
【００１１】
いま、中性点非接地方式の変圧器Ｔ、母線Ｂを有する変電所ＳＳからフィーダＦi （ｉ＝１、２…ｎ）が給電されており（図６（Ａ））、任意のフィーダＦi の事故点Ｇにおいてａ相に一線地絡事故が発生した場合を考える。ただし、フィーダＦi の単位亘長当りの抵抗ｒ、インダクタンスｌ、変電所ＳＳから事故点Ｇまでの距離ｘとし、フィーダＦ1 、Ｆ2 …Ｆn の全系の対地容量Ｃとして、母線Ｂに集中して接続されるものとする。事故点Ｇにおける一線地絡事故の際に生じる過渡現象は、商用周波数に対して十分高周波であるから、事故点Ｇにおいて、スイッチＳを介し、対地電圧Ｖa 相当の逆位相の直流電圧Ｅを投入することと等価である（図６（Ｂ））。ただし、図６（Ｂ）において、抵抗Ｒ＝ｒｘ、インダクタンスＬ＝ｌｘである。
【００１２】
時刻ｔ＝０においてスイッチＳを投入したときの電流ｉt 、電圧ｖt は、
ｉt ＝Ｅ／（Ｌβ）・ε-αtsin βｔ
ｖt ＝Ｅ（１−（（ＬＣ）-1/2／β）・ε-αtsin （βｔ＋θ））
ただし、
α＝Ｒ／（２Ｌ）
β＝（１／（ＬＣ）−（Ｒ／（２Ｌ））2 ）1/2
sin θ＝β／（α2 ＋β2 ）1/2
すなわち、電圧ｖt 、電流ｉt の自由振動の周波数ｆは、
ｆ＝１／（２π）・（１／（ＬＣ）−（Ｒ／（２Ｌ））2 ）1/2
一般に、１／（ＬＣ）≫（Ｒ／（２Ｌ））2 が成立するので、
ｆ≒１／（２π（ｌｘＣ）1/2 ）
ｘ＝１／（（２πｆ）2 ｌＣ）
となり、自由振動の周波数ｆに基づき、事故点Ｇまでの距離ｘを算出することができる。
【００１３】
たとえば、電線サイズ１００mm2 、Ｔ形装柱のフィーダの単位亘長当りの抵抗ｒ＝０．１８０Ω/km 、インダクタンスｌ＝１．０２４mH/km 、容量ｃ＝０．０１１４μＦ/km とし、１フィーダの亘長４km、フィーダ数ｎ＝８とすると、全系の対地容量Ｃ＝０．３６５μＦとなり、
α＝Ｒ／（２Ｌ）＝８７．９
β≒（ＬＣ）-1/2＝５１．７×１０3 ・ｘ-1/2
ｆ＝β／（２π）＝８．２３×１０3 ・ｘ-1/2
となる。すなわち、
ｘ＝４kmのとき、ｆ＝４．１２kHz
ｘ＝１kmのとき、ｆ＝８．２３kHz
であり、減衰時定数１／α＝１１．３mS（６０Hzベースで約０．６８サイクル）である。
【００１４】
そこで、変電所ＳＳの母線Ｂにおいて、各相の対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc を十分速くサンプリングして健全相の対地電圧Ｖb 、Ｖc に生じる自由振動の周波数ｆを検出することにより、周波数ｆに基づいて事故点Ｇを標定することができる。
【００１５】
第２発明の構成によるときは、データ収集手段、解析手段、出力手段を設けることにより、第１発明を円滑に実施することができる。データ収集手段は、各相の対地電圧をサンプリングしてデータ収集し、解析手段は、第１発明の手順に従って事故点までの距離を算出し、出力手段は、事故点までの距離に関する情報を外部に出力することができるからである。
【００１６】
第３発明の構成によるときは、データ収集手段、解析手段、出力手段を設けることによって、一線地絡事故を生じたフィーダを速やかに切り離して保護することができる。解析手段は、事故が発生したフィーダを特定し、出力手段は、特定されたフィーダのしゃ断器をトリップさせるからである。なお、解析手段は、たとえば、いずれかの健全相の対地電圧に生じた自由振動の周波数と実質的に同一周波数の自由振動がいずれのフィーダの相電流に生じたかにより、事故が発生したフィーダを特定することができ、各フィーダの事故相の相電流（事故相電流）にのみ着目すれば十分である。また、解析手段により事故点までの距離を算出すれば、事故点の標定ができ、事故復旧に要する時間や労力を最少に削減することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。
【００１８】
地絡保護リレー装置１０は、データ収集手段１１、解析手段１２、出力手段１３を備えてなる（図１）。ただし、地絡保護リレー装置１０は、中性点非接地方式の変圧器Ｔ、母線Ｂを有する変電所ＳＳから給電するフィーダＦi （ｉ＝１、２…ｎ）に適用するものとする（図２）。
【００１９】
データ収集手段１１には、各フィーダＦi の各相電流Ｉai、Ｉbi、Ｉci（ｉ＝１、２…ｎ）と、母線Ｂにおける各相の対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc とが入力されている。ただし、各相電流Ｉai、Ｉbi、Ｉciは、各フィーダＦi の各相の変流器ＣＴ、ＣＴ…により検出され、対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc は、母線Ｂに接続する電圧変成器ＰＴにより検出されている。
【００２０】
データ収集手段１１の出力は、解析手段１２を介して出力手段１３に接続され、出力手段１３の出力は、外部の表示器２１、制御回路２２に個別に接続されている。また、制御回路２２の出力は、フィーダＦi の変電所ＳＳ側のしゃ断器ＣＢi （ｉ＝１、２…ｎ）に個別に接続されている。
【００２１】
データ収集手段１１は、所定のサンプリング周期ごとに、各相の対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc 、各フィーダＦi の各相電流Ｉai、Ｉbi、Ｉciを十分高速にサンプリングしてデータ収集する（図３のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。なお、サンプリングされた収集データは、フィーダＦi の減衰時定数１／αを十分カバーする期間相当の最新のデータセットとして順次記憶更新される（２）。次いで、データ収集手段１１は、対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc のいずれかに急変を生じたか否かをチェックし（３）、急変がなければそのまま終了する。一方、対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc のいずれかに急変が生じたときは（３）、解析手段１２を起動する（４）。
【００２２】
解析手段１２は、データ収集手段１１から起動されると、図４のプログラムフローチャートに従って作動する。すなわち、プログラムは、対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc のいずれかに急変を生じた後に収集されたデータ収集手段１１からの収集データを使用して、いずれかの健全相の対地電圧Ｖj （ｊ＝ａ、ｂ、ｃ）の自由振動の周波数ｆを分析して検出し（図４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、周波数ｆに基づいて、事故点Ｇまでの距離ｘを算出する（２）。ただし、このときの事故点Ｇは、フィーダＦ1 のａ相について、変電所ＳＳからの距離ｘの位置において一線地絡事故を生じたものとすると（図２）、健全相の対地電圧Ｖj ＝Ｖb またはＶc とすればよい。
【００２３】
次に、プログラムは、事故が発生したフィーダＦ1 を特定する（３）。なお、フィーダＦ1 の特定は、フィーダＦ1 のａ相の相電流Ｉa1において、健全相の対地電圧Ｖb 、Ｖc のいずれかに生じた自由振動の周波数ｆと実質的に同一周波数の自由振動成分を検出することによって特定することができる。
【００２４】
つづいて、プログラムは、出力手段１３を介し、外部の表示器２１に対して、事故点Ｇまでの距離ｘに関する情報を出力するとともに、制御回路２２に対して、フィーダＦ1 のしゃ断器ＣＢ1 をトリップさせるトリップ信号を出力することができる（４）。すなわち、図４のプログラムステップ（４）は、出力手段１３に対応しており、表示器２１上には、フィーダＦ1 のａ相において、距離ｘの地点で一線地絡事故が発生した旨が表示され、制御回路２２は、フィーダＦ1 のしゃ断器ＣＢ1 を速やかにトリップさせることができる。なお、制御回路２２は、しゃ断器ＣＢ1 に対するその後の自動再閉路動作などを必要に応じて併せて実行するものとする。
【００２５】
以上の説明において、いずれかの健全相の対地電圧Ｖj に生じる自由振動の周波数ｆに基づいて事故点Ｇまでの距離ｘを算出する具体的な手順は、図５、図６を使用して先きに説明したとおりである。ただし、解析手段１２には、フィーダＦi の単位亘長当りの抵抗ｒ、インダクタンスｌ、容量ｃを含む必要なデータをあらかじめ設定記憶しておくものとする。また、一線地絡事故が、フィーダＦ1 以外の任意のフィーダＦi において発生した場合、ａ相以外のｂ相またはｃ相において発生した場合も、以上の説明に準じて処理することができる。
【００２６】
なお、データ収集手段１１には、対地電圧Ｖa 、Ｖb 、Ｖc のみを入力させ、解析手段１２は、事故点Ｇまでの距離ｘを算出するに止めてもよい。このときの出力手段１３は、表示器２１に対し、事故点Ｇまでの距離ｘに関する情報を出力するだけであり、制御回路２２にトリップ信号を出力することがなく、したがって、データ収集手段１１、解析手段１２、出力手段１３は、事故点標定装置を構成することができる。
【００２７】
一方、図２において、フィーダＦ1 のａ相において一線地絡事故が発生すると、過渡現象による自由振動は、健全相の対地電圧Ｖb 、Ｖc に生じるのみならず、事故相の対地電圧Ｖa 、相電流Ｉa1にも生じることが確かめられている。ただし、事故相の対地電圧Ｖa は、事故相の相電流Ｉa1によるフィーダＦ1 上の電圧降下分であり、対地電圧Ｖa 、相電流Ｉa1に生じる自由振動の周波数ｆは、健全相の対地電圧Ｖb 、Ｖc に生じるそれと同一である。そこで、図１の解析手段１２は、いずれかの健全相の対地電圧Ｖj に代えて、事故相の対地電圧Ｖa または相電流Ｉa1に生じる自由振動の周波数ｆに基づいて事故点Ｇまでの距離ｘを算出することも可能である。
【００２８】
また、一線地絡事故が生じると、事故相の相電流Ｉa1は、対地電圧Ｖa に対して約９０°遅れる。よって、事故が発生したフィーダＦi は、このような極端な位相遅れの相電流Ｉai、Ｉbi、Ｉciが生じたフィーダを検出することによっても特定することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、この出願に係る第１発明によれば、各相の対地電圧をサンプリングし、健全相の対地電圧に生じる自由振動の周波数を検出して事故点までの距離を算出することによって、零相電圧変成器や零相変流器を使用することなく、中性点非接地系統の一線地絡事故の事故点の標定を適確に実現することができるという優れた効果がある。
【００３０】
第２発明によれば、データ収集手段、解析手段、出力手段を設けることによって、第１発明をそのまま実施することができ、第３発明によれば、事故が発生したフィーダを特定して一線地絡事故の保護動作を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  全体構成ブロック系統図
【図２】  保護対象系統図
【図３】  プログラムフローチャート（１）
【図４】  プログラムフローチャート（２）
【図５】  動作原理説明線図
【図６】  動作原理説明図
【符号の説明】
Ｇ…事故点
ｘ…距離
ｆ…周波数
ＳＳ…変電所
Ｂ…母線
Ｆi （ｉ…１、２…ｎ）…フィーダ
ＣＢi （ｉ…１、２…ｎ）…しゃ断器
Ｖj （ｊ＝ａ、ｂ、ｃ）…対地電圧
ｉai、Ｉbi、Ｉci（ｉ…１、２…ｎ）…相電流
１０…地絡保護リレー装置
１１…データ収集手段
１２…解析手段
１３…出力手段
【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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