(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主変圧器の中性点を切替タップ付きの消弧リアクトルにより接地した電力系統内に、零相電圧Ｖ０、零相電流Ｉ０を計測する複数のセンサと、センサ毎に系統内の地絡検出と地絡点方向判定を行う子局装置を備える地絡検出装置において、
前記子局装置の地絡点方向判定機能は、計測したＶ０、Ｉ０をそれぞれフーリェ変換するＦＦＴ処理部と、ＦＦＴ処理部のＶ０、Ｉ０それぞれのスペクトルでしきい値以上のものを採用するしきい値処理部と、しきい値処理されたＶ０、Ｉ０のうち系統共振周波数以上の複数の周波数成分で、Ｖ０とＩ０間の位相差を求める位相差算出部と、自子局から地絡点方向の位相差情報を収集し、その集計結果を多数決論理で判定して地絡点方向を判定する地絡点方向判定部を設けたことを特徴とする地絡検出装置。
【請求項２】
請求項１において、各子局装置からの前記地絡点方向を比較し、方向の反転する子局装置間に地絡点を評定する地絡点標定装置を備える地絡検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力系統における地絡点標定機能を有する地絡検出システムに関わり、特に、ペデルセンコイル（ＰＣ）接地系の電力系統における地絡検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統における地絡検出は、各相の電圧、電流の合成値から算出した零相電圧や零相電流の絶対値による。また地絡点方向は、零相電圧Ｖ０を基準とした零相電流Ｉ０の位相により判定する。さらに、隣接する地絡検出器の地絡点方向が逆転する場合、その間の線路上に地絡点を評定する。
【０００３】
Ｖ０ないしＩ０の検出で地絡検出のトリガーを行い、対象系統のインピーダンスに依存したＶ０−Ｉ０間位相差の感度の高い位相差に地絡検出感度を設定して地絡検出を行う。なお、地絡Ｖ０、Ｉ０及びＶ０−Ｉ０の位相差は、対象系統の電源周波数（基本波の周波数）を評価周波数としている。この方式の地絡検出方法は、例えば中山敬造著「保護継電システム（電気書院刊，昭和４９年，２８２頁）」に詳しい。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術の地絡検出並びに地絡点方向判定は、主変圧器の中性点を非接地乃至高抵抗接地する電力系統においては良好である。しかし、配電系統などでは、中性点を消弧リアクトルで接地したペデルセンコイル（ＰＣ）が一般に使用されている。ＰＣ接地系の電力系統においては、コイルのタップ位置によりＶ０−Ｉ０間の位相差が大きく変動し、地絡点方向判定の誤りの原因となっている。
【０００５】
図２に、ペデルセンコイル接地系の電力系統における地絡点方向判定の説明図を示す。図示のように子局１と子局２間の線路に地絡点がある場合、子局１と子局２の零相電流Ｉ１，Ｉ２の方向は逆向きになる。従来は系統電源周波数（基本角周波数ω0）を評価周波数として、Ｖ０を基準にしたＩ０の位相差を求めて、Ｉ０の電流方向を検出している。
【０００６】
ペデルセンコイルのタップ位置によりＬが大きくなる不足補償の場合は（図の左下）、ＬとＣのインピーダンスはω0Ｌ＞１／ω0３Ｃの関係となるので、地絡点から電源側並びに負荷側を見たインピーダンスは、いずれも基本波的にはＣ要素に見えるので、Ｉ１，Ｉ２は逆向きとなる。これに対して、Ｌが小さくなる過補償の場合には、ω0Ｌ＜１／ω0３Ｃの関係となるので、地絡点から電源側をみた場合にＬ、負荷側を見た場合にＣに見えるので、電流Ｉ１の方向が１８０°反転し、地絡点方向判定の誤りの原因となる。
【０００７】
本発明の目的は、ＰＣ接地の電力系統において、ＰＣのタップ位置の変動に影響されずに、高精度の地絡点方向判定が可能になる地絡検出方法及び装置を提供することにある。さらに、各子局装置装置の地絡点方向から正確な地絡点の標定ができる地絡検出システムを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明は、主変圧器の中性点を切替タップ付きの消弧リアクトルにより接地した電力系統での複数の計測点から、零相電圧Ｖ０、零相電流Ｉ０を計測して系統内の地絡検出と地絡点方向の判定を行う地絡検出方法において、前記地絡点方向はＶ０とＩ０間の位相差の局性が＋のとき電源側、−のとき末端側であると判定する場合に、前記位相差を算出するときのＶ０及びＩ０の評価周波数が前記消弧リアクトルのＬと前記電力系統の線路の対地静電容量のＣとから定まる系統共振周波数より高い周波数成分とすることを特徴とする。
【０００９】
また、前記局性を検出する位相差の値は、前記リアクトルのＬが純粋インダクタンスの場合の＋９０°と−９０°を代表値とし、該代表値から抵抗分によるずれ角を含む範囲とする。
【００１０】
また、前記評価周波数は、前記消弧リアクトルのタップ位置が過補償側で、Ｌが最小値となるときの系統共振周波数より高い周波数成分とする。
【００１１】
また、Ｖ０、Ｉ０の各々にしきい値を設定し、前記系統共振周波数を超える複数点の評価周波数におけるＶ０、Ｉ０のそれぞれをしきい値処理した後に、前記位相差を算出する。しきい値未満の低レベル値は、位相差算出時の誤差が大になるので捨てられる。
【００１２】
さらに、前記複数点の評価周波数における位相差の算出値の局性を＋側と−側にグループ分けし、データ個数の多い方の局性を地絡点方向判定に採用することを特徴とする。グループは各々の許容誤差範囲を設定しておき、許容範囲外のデータは除外される。
【００１３】
上記の地絡検出方法を適用する本発明の装置は、主変圧器の中性点を切替タップ付きの消弧リアクトルにより接地した電力系統内に、零相電圧Ｖ０、零相電流Ｉ０を計測する複数のセンサと、センサ毎に系統内の地絡検出と地絡点方向判定を行う子局装置を備え、前記子局装置の地絡点方向判定機能は、計測したＶ０、Ｉ０をそれぞれフーリェ変換するＦＦＴ処理部と、ＦＦＴ処理部のＶ０、Ｉ０それぞれのスペクトルでしきい値以上のものを採用するしきい値処理部と、しきい値処理されたＶ０、Ｉ０のうち系統共振周波数以上の複数の周波数成分で、Ｖ０とＩ０間の位相差を求める位相差算出部と、自子局での地絡点方向を算出された複数の位相差から統計的に判定する地絡点方向判定部を設ける。
【００１４】
さらに、各子局装置からの前記地絡点方向を比較し、方向の反転する子局装置間に地絡点を評定する地絡点標定装置を備える。
【００１５】
本発明によれば、Ｖ０−Ｉ０間位相差の評価を基本波（電源周波数）ではなく、消弧リアクトルＬと系統線路の対地静電容量Ｃで決まる系統共振周波数ｆｃより高い周波数成分により行うことにより、ペデルセンコイルのタップ位置の変動により地絡点方向を誤判定することなく、高精度の地絡点方向検出が可能になる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例となる地絡検出システムの構成を示す。主変圧器１と、主変圧器１に接続される配電線２の複数個所に電圧、電流を測定するＰＴ、ＣＴを有し、各相の合成値から零相電圧Ｖ０，零相電流Ｉ０を検出するセンサ３−１，３−１，．．が設置されている。実際の配電系統は変圧器１に接続する母線と、母線から分岐するフィーダよりなるが、本発明の地絡検出装置の構成には直接の関わりがないので、配電線２として纏めて示している。
【００１７】
実施例はペデルセンコイル接地系の配電系統であり、主変圧器１の中性点はタップ４ａ付きの消弧リアクトル４で接地され、タップ４ａはタップ切替器５によりタップ位置が変更される。図示のリアクトル４のインダクタンスＬと、配電線路２との対地静電容量３Ｃにより、系統共振周波数ｆｃが決定される。
【００１８】
地絡検出判定回路１０１は地絡センサ３から零相電圧Ｖ０、零相電流Ｉ０を取り込む機能と、Ｖ０，Ｉ０の絶対値から周知の方法で地絡検出を行う地絡検出機能と、Ｖ０とＩ０の位相差を検出し、その局性から地絡点が自計測点の電源側か末端側かを判定する地絡点方向判定機能を備えている。地絡点方向判定機能はＰＣのタップ変更による誤判定を生じないように、位相差を評価するためのＶ０−Ｉ０の周波数成分、すなわち評価周波数を後述のように決定している。
【００１９】
地絡検出判定回路１０１による地絡検出と地絡点方向の判定結果は、子局１０２を介して親局などに設けられた事故点標定装置（ＦＬ）１０３に送られる。ＦＬ１０３では、各子局からの判定結果を比較して、地絡点方向が逆転する子局間に地絡点を標定する。なお、実際の地絡検出判定回路１０１と子局１０２は子局装置として纏まっている。
【００２０】
本実施例による地絡点方向判定方式を詳細に説明する。本実施例ではＶ０とＩ０の位相差の周波数スペクトルを評価し、地絡点から電源側をみた場合のインピーダンスが常に容量性（Ｃ）に見える周波数領域での位相差を採用する。すなわち、系統共振周波数より高い周波数での位相差を評価する。
【００２１】
図３はペデルセンコイルのＬが大きくなる不足補償の場合の説明図である。（ａ）は子局１におけるＶ０を基準としたＩ０の位相差の周波数スペクトルで、（ｂ）は子局２におけるＩ０−Ｖ０位相差の周波数スペクトルを示す。（ｃ）は子局１，２間に地絡点が存在するとした場合の等価回路である。地絡点からみて、電源側はリアクトルＬと対地静電容量３Ｃからなる共振回路、末端側は対地静電容量３Ｃのみの回路である。
【００２２】
不足補償の場合はＬが大きくなるので、共振周波数ｆｃより高い周波数領域ではωＬ＞１／ω３Ｃとなり、地絡点からみたインピーダンスは電源側、末端側ともに容量性（Ｃ）となり、子局１の零相電流Ｉ１，子局２の零相電流Ｉ２は逆向きとなっている。一方、子局１の位相差を周波数スペクトルをみると、共振周波数ｆｃ未満では約＋９０°で、ｆｃを超えると約−９０°に反転する。つまり、電源側にみえる共振回路（Ｌ，３Ｃの並列回路）のインピーダンスが共振周波数ｆｃで０になるのを境にして、ｆｃより低い領域で誘導性（Ｌ）、ｆｃより高い領域で容量性（Ｃ）となる。なお、リアクトル４には僅かに抵抗分があるので、実際には純粋Ｌの位相差である±９０°に対して若干の位相差ずれを生じる。
【００２３】
これより、共振周波数ｆｃ（この例では、約５０Ｈｚ）よりやや高い周波数（例えば、基本周波数６０Ｈｚ）以上を地絡判定の評価周波数とすれば、子局１の電流方向、つまり地絡点方向は正しく検出できることが分かる。
【００２４】
図４はペデルセンコイルのＬが小さくなる過補償の場合の説明図である。図３の不足補償の場合に比べて共振周波数ｆｃが高くなる（この例では約１００Ｈｚ）。子局１の場合、評価周波数がｆｃより高い領域ではωＬ＞１／ω３Ｃとなるので、地落端から見た電源側のインピーダンスが容量性（Ｃ）となる。この結果、Ｖ０，Ｉ０間の位相差は約−９０°となり、子局１の零相電流Ｉ１は子局２の零相電流Ｉ２とは逆向きになる。
【００２５】
このように、本実施例の地絡点方向判定は、系統の共振周波数より高い評価周波数でＶ０、Ｉ０間の位相差を評価することで、地絡点から電源側では位相差の局性が−、地絡点から末端側では位相差の局性が＋と明確に分離でき、不足補償、過補償のいずれに対しても地絡点方向の判定が確実に行えることが分かる。
【００２６】
なお、上記の実施例ではＶ０とＩ０の周波数スペクトルを評価して位相差を検出する評価周波数を決定したが、ペデルセンコイルのＬが最小となる過補償の場合での系統共振周波数が確定できれば、以後はその周波数より高い所定の評価周波数を採用することで、タップ変更に依存しない正確な地絡点方向の判定が可能になる。
【００２７】
次に、本発明の第二の実施例を説明する。図５にＶ０とＩ０のスペクトルのシミュレーションの結果を示す。高速フーリェ変換装置（ＦＥＴ）で解析した周波数０〜２００Ｈｚにおける零相電圧Ｖ０、零相電流Ｉ０のスペクトルをみると、Ｖ０、Ｉ０ともにレベルが変動し且つ大きく低下する周波数がある。この大きくレベル低下する点を評価周波数に使用すると、そのＶ０，Ｉ０から導出される位相差には大きな誤差を含んでいる恐れがある。
【００２８】
これを回避するために、本実施例では、Ｖ０−Ｉ０間の位相差評価は複数の周波数について行い、Ｖ０もしくはＩ０のレベルがしきい値以下の周波数に対しては除外し、レベルがしきい値以上となる複数の周波数で評価した位相差を統計的に処理して総合判定する方式を採用している。
【００２９】
図６に第二の実施例による地絡検出判定回路の地絡点方向判定機能の構成図を示す。本実施例の地絡点方向判定機能はＦＦＴ処理部６０１−１，２、しきい値処理部６０２−１，２、Ｉ０−Ｖ０位相差算出部６０３及び地絡点方向判定部６０４からなり、ＣＰＵによって実現される。
【００３０】
ＦＦＴ処理部６０１は地絡検出センサ３からのＶ０、Ｉ０を入力してそれぞれの周波数スペクトルを解析し（図５のスペクトルに相当）、しきい値処理部６０２はＶ０、Ｉ０の各々に設定されたしきい値で、それぞれ周波数毎にしきい値処理を行い、Ｉ０−Ｖ０位相差算出部６０３は、系統共振周波数以上且つしきい値以上の周波数に対してＩ０−Ｖ０位相差の算出を行う（図３，４のＩ０−Ｖ０位相差スペクトルに相当）。
【００３１】
図７に位相差算出部の算出結果のテーブルを示す。系統共振周波数ｆｃ（例えば、９０Ｈｚ）以上〜１２０Ｈｚの範囲で１Ｈｚ毎に、Ｉ０−Ｖ０位相差が算出される。Ｉ０−Ｖ０位相差は通常は全ての周波数で理論的には＋９０°または−９０°であるが、いくつかの周波数でこの値からずれた計算値となることがある。このため、本実施例の判定部６０４では統計的な処理によって総合判定を行う。
【００３２】
地絡点方向判定部６０４は位相差テーブルのＩ０−Ｖ０位相差値のうち、＋９０°または−９０°ないしはそれらの許容範囲内にあるデータを、＋９０°の末端側と−９０°の電源側に分け、その個数を集計する。許容範囲外のデータ、例えば、９４Ｈｚの＋１５は捨てられる。集計の結果は多数決論理で判定され、図示例では−９０°側が５個、＋９０°側が１個となるので、位相差は−９０°で地絡点方向は電源側と判定される。
【００３３】
なお、本実施例ではディジタル的に周波数処理するＦＦＴをの例を示したが、バンドパスフィルタによって評価周波数を設定し、位相判定をアナログ的に行う手法によっても、本原理の実現が可能となることは言うまでもない。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、系統の共振周波数より高い周波数成分で地絡点方向判定を行うので、ペデルセンコイル（ＰＣ）接地の配電系統においても、ＰＣのタップ位置切替に影響されない、信頼性の高い地絡検出を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例となる地絡検出システムの構成図。
【図２】従来の地絡検出の問題点を示す説明図。
【図３】不足補償の場合の地絡点方向判定の説明図。
【図４】過補償の場合の地絡点方向判定の説明図。
【図５】ＦＦＴ解析によるＶ０，Ｉ０のスペクトル図。
【図６】本発明の他の実施例による地絡検出判定回路の構成図。
【図７】複数の評価周波数による位相差値のテーブル。
【符号の説明】
１…主変圧器、２…配電線、３…地絡検出（Ｖ０，Ｉ０）センサ、４…ペデルセンコイル、４ａ…タップ、５…タップ切替器、１０１…地絡判定回路、１０２…子局、１０３…故障点標定装置（ＦＬ）、６０１…ＦＦＴ処理部、６０２…しきい値処理部、６０３…Ｉ０−Ｖ０位相差算出部、６０４…地絡点方向判定部。
【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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