(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源変電所から引き出された高圧配電線に絶縁変圧器からなる受電用変圧器を備えた受配電設備が接続されている配電系統の前記高圧配電線で地絡事故が生じたことを前記受配電設備で検出する地絡検出装置において、
前記受電用変圧器の低圧側の回路を流れる３相交流電流を検出する３相交流検出部と、
前記３相交流検出部により検出された３相交流電流の基本波の逆相分を検出する基本波逆相分検出部と、
前記基本波逆相分検出部により検出された逆相分から地絡事故の発生の有無を判定する地絡判定部と、
を具備したことを特徴とする配電系統の地絡検出装置。
【請求項２】
前記基本波逆相分検出部は、
前記３相交流検出部により検出された３相交流電流を３軸静止座標系におけるベクトル量として扱って該３軸静止座標系における３相交流電流を、２軸が互いに直交する２軸静止座標系における２相交流電流に変換する３相／２相変換部と、
前記２軸静止座標系を前記２相交流電流の基本波正相分の相回転方向または基本波逆相分の相回転方向に回転する第１の２軸回転座標系に変換することにより前記２相交流電流の基本波正相分及び基本波逆相分の一方を直流電流に変換し、他方を基本波周波数の２倍の周波数の交流電流に変換する第１の回転座標変換部と、
前記第１の回転座標変換部の出力から２相交流電流の基本波正相分を除去して基本波逆相分を抽出するフィルタ手段と、
前記第１の２軸回転座標系を該第１の２軸回転座標系と逆方向に回転する第２の２軸回転座標系に変換することにより、前記フィルタ手段により抽出された２相交流電流の基本波逆相分を２軸静止座標系における２相交流電流の基本波逆相分に逆変換する第２の回転座標変換部とを備え、
前記第２の回転座標変換部から得られる２相交流電流の基本波逆相分、または該２相交流電流の基本波逆相分を２相／３相変換することにより得た３相交流電流の基本波逆相分を前記基本波逆相分検出部の検出出力として用いることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出装置。
【請求項３】
電源変電所から引き出された高圧配電線に高圧側が接続された絶縁変圧器からなる受電用変圧器と該受電用変圧器の高圧側の回路または低圧側の回路を開閉する遮断器とを備えた受配電設備において、
前記受電用変圧器の低圧側の回路に設けられて該受電用変圧器を通して流れる３相交流電流を検出する変流器と、
前記変流器により検出された３相交流電流の基本波の逆相分を検出する基本波逆相分検出部と、
前記基本波逆相分検出部により検出された逆相分から前記受電用変圧器につながる前記高圧配電線側の回路で地絡事故が発生したか否かを判定する地絡判定部と、
前記地絡判定部が地絡事故が発生したと判定した時に前記遮断器に遮断指令を与える遮断器制御部と、
を具備したことを特徴とする受配電設備。
【請求項４】
電源変電所から引き出された複数の高圧配電線にそれぞれ高圧側が接続された絶縁変圧器からなる複数のネットワーク変圧器と、前記複数のネットワーク変圧器に対して共通に設けられたネットワーク母線と、各ネットワーク変圧器の低圧側と前記ネットワーク母線との間に設けられたネットワークプロテクタとを備え、
前記ネットワークプロテクタは、対応するネットワーク変圧器の低圧側と前記ネットワーク母線との間に設けられたプロテクタ遮断器と、対応するネットワーク変圧器の低圧側の回路を流れる電流を検出する変流器と、対応するネットワーク変圧器の低圧側から高圧側に逆電力の潮流が生じたことを検出した時に前記プロテクタ遮断器を開くネットワーク継電器とを備えている受配電設備において、
前記ネットワークプロテクタは、
前記変流器が検出した３相交流電流の基本波の逆相分を検出する基本波逆相分検出部と、
前記基本波逆相分検出部が検出した逆相分から対応するネットワーク変圧器につながる前記高圧配電線側の回路で地絡事故が発生したか否かを判定する地絡判定部と、
前記地絡判定部が地絡事故が発生したと判定したときに前記プロテクタ遮断器に遮断指令を与える遮断器制御部と、
を具備したことを特徴とする受配電設備。
【請求項５】
前記基本波逆相分検出部は、
前記変流器により検出された３相交流電流を３軸静止座標系におけるベクトル量として扱って該３軸静止座標系の３相交流電流を、２軸が互いに直交する２軸静止座標系における２相交流電流に変換する３相／２相変換部と、
前記２軸静止座標系を前記２相交流電流の基本波正相分の相回転方向または基本波逆相分の相回転方向に回転する第１の２軸回転座標系に変換することにより前記２相交流電流の基本波正相分及び基本波逆相分の一方を直流電流に変換し、他方を基本波周波数の２倍の周波数の交流電流に変換する第１の回転座標変換部と、
前記第１の回転座標変換部の出力から２相交流電流の基本波正相分を除去して基本波逆相分を抽出するフィルタ手段と、
前記第１の２軸回転座標系を該第１の２軸回転座標系と逆方向に回転する第２の２軸回転座標系に変換することにより、前記フィルタ手段により抽出された２相交流電流の基本波逆相分を２軸静止座標系における２相交流電流の基本波逆相分に逆変換する第２の回転座標変換部とを備え、
前記第２の回転座標変換部から得られる２相交流電流の基本波逆相分、または該２相交流電流の基本波逆相分を２相／３相変換することにより得た３相交流電流の基本波逆相分を前記基本波逆相分検出部の検出出力として用いることを特徴とする請求項３または４に記載の受配電設備。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、受配電設備で高圧配電線の地絡事故を検出するために用いる地絡検出装置、及び該地絡検出装置を用いた受配電設備に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
配電系統においては、電源変電所から引き出された複数の高圧配電線にネットワーク受配電設備や常用予備受配電設備などの様々な受配電設備が接続されている。また最近では、配電系統に、自家発電設備や太陽光発電設備などの分散型電源が接続されるため、該分散型電源を配電系統と連系させることが必要になっている。
【０００３】
配電系統において、いずれかの高圧配電線で地絡事故が発生した場合には、電源変電所の変圧器と事故が生じた高圧配電線との間に設けられた遮断器に遮断動作を行なわせて、地絡事故が生じた高圧配電線を電源変電所の変圧器から切り離すようにしている。
【０００４】
地絡事故が生じた場合には、事故が生じた高圧配電線を直ちに無電圧状態として、その事故の復旧作業を行う必要がある。ところが、配電系統にネットワーク受配電設備が設けられている場合には、複数の高圧配電線の間がネットワーク受配電設備内の回路を通して相互に接続されるため、事故が発生した高圧配電線を電源変電所の変圧器から切り離しても、他の健全な高圧配電線からネットワーク変圧器を通して、事故が発生した高圧配電線に逆電力の潮流が起る。
【０００５】
ネットワーク受配電設備では、事故が生じた配電線につながるネットワーク変圧器（受電用変圧器）の励磁電流と事故が生じた配電線の対地静電容量を通して流れる充電電流との合成電流から逆電力の潮流が生じたことを、各ネットワーク変圧器の低圧側で検出するネットワーク継電器を各ネットワーク変圧器に対して設けて、該ネットワーク継電器により所定の位相、及びしきい値以上の逆電力の潮流が検出されたときに、ネットワーク変圧器の低圧側に設けられたプロテクタ遮断器を開くことにより、直ちにその回線を事故が生じた高圧配電線から切り離して逆電力の潮流を遮断するようにしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ネットワーク受配電設備や常用予備受配電設備などの各種の受配電設備が設けられている配電系統に分散型電源が連系している場合には、系統の負荷バランス状態や分散型電源の発電状態等の系統条件によって電力の潮流状況が複雑に変わり、地絡事故の発生がない定常状態でも、ネットワーク受配電設備のネットワーク母線側からネットワーク変圧器を通して高圧配電線側に逆電力の潮流が起ることがある。このような定常時の逆電力の潮流に応答してネットワーク受配電設備内の遮断器が遮断動作を行なうことは避ける必要があるため、系統に分散型電源が連系している場合等の、逆電力の潮流が発生し易い系統条件の下では、ネットワーク受配電設備内で逆電力の潮流を検出している継電器のしきい値を高く設定して、該受配電設備内のプロテクタ遮断器の遮断動作に抑制をかける必要がある。
【０００７】
ところが、高圧配電線側で地絡事故が発生して変電所側の遮断器が開いたときに、ネットワーク変圧器の励磁電流と高圧配電線の対地静電容量を通して流れる充電電流との合成電流は極めて小さいため、各ネットワーク受配電設備内の逆電力検出用の継電器のしきい値を高く設定すると、高圧配電線で地絡事故が発生したときに生じる逆電力の潮流を検出できなくなり、事故が生じた高圧配電線につながるネットワーク受配電設備内の回線を高圧配電線から切り離すことができなくなる。その結果、他の健全な高圧配電線から事故が生じた高圧配電線に給電され続けることになり、事故の復旧のための点検、修理作業等を行なうことができなくなる。
【０００８】
上記のような事態を避けるためには、ネットワーク受配電設備内に高圧配電線の地絡事故を検出する地絡検出装置を設けて、該地絡検出装置が地絡を検出した時に直ちにネットワーク変圧器に直列に接続されているプロテクタ遮断器を開いて、事故が生じた高圧配電線につながるネットワーク受配電設備内の回線を該高圧配電線から切り離すことができるようにしておく必要がある。
【０００９】
配電系統で従来から用いられている地絡検出装置は、零相変流器を用いて地絡事故発生時に流れる零相分を検出するようにしたものが多く、該地絡検出装置によりネットワーク受配電設備内で高圧配電線の地絡事故を検出するためには、ネットワーク変圧器の高圧側の回路に地絡検出装置を接続する必要がある。
【００１０】
ところが、ネットワーク変圧器の高圧側の回路には高い電圧が印加されているため、この回路に零相変流器などの検出器を取り付けることは好ましくない。またネットワーク受配電設備では、ネットワーク変圧器と高圧配電線との間の構成をできるだけ簡素にしたいとの要請があるため、ネットワーク変圧器の高圧側の回路に余計な装置を接続することは避ける必要がある。
【００１１】
そこで、高圧配電線側で生じた地絡事故を、ネットワーク変圧器の低圧側の回路で検出できるようにするのが望ましいが、高圧配電線側で地絡事故が生じた際に流れる零相電流は絶縁変圧器からなるネットワーク変圧器を通らないため、従来の地絡検出装置をネットワーク変圧器の低圧側の回路に接続しても高圧配電線側の地絡事故を検出することはできない。
【００１２】
高圧配電線に高圧側が接続された受電用変圧器を備えたネットワーク受配電設備以外の受配電設備、例えば、低圧側に分散型電源を連系している受配電設備でも、同様の理由により、従来の地絡検出装置を用いて受電用変圧器の低圧側の回路で高圧配電線側の回路の地絡事故を検出することはできない。
【００１３】
本発明の目的は、配電系統に設けられている受電用変圧器の低圧側の回路で高圧配電線側の地絡事故を検出することができるようにした配電系統の地絡検出装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、高圧配電線の地絡事故が生じたときにその事故を受電用変圧器の低圧側の回路で検出することにより受電用変圧器の高圧側の回路と低圧側の回路とを切り離して、事故が生じた高圧配電線への給電を停止するようにした受配電設備を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、電源変電所から引き出された複数の高圧配電線にそれぞれ絶縁変圧器からなる受電用変圧器を備えた受配電設備が接続されている配電系統の高圧配電線で地絡事故が生じたことを検出する地絡検出装置に係わるもので、受電用変圧器の低圧側の回路を流れる３相交流電流を検出する３相交流検出部と、３相交流検出部により検出された３相交流電流の基本波の逆相分を検出する基本波逆相分検出部と、該基本波逆相分検出部により検出された逆相分から地絡事故の発生の有無を判定する地絡判定部とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
電源変電所から複数の高圧配電線が引き出されている配電系統において、いずれかの高圧配電線で地絡事故が生じると、変電所の遮断器が動作して事故が生じた高圧配電線を変電所の変圧器から切り離す。このとき、例えば他の健全な高圧配電線側から事故が生じた高圧配電線につながる受電用変圧器の低圧側に給電されるようになっていると、該受電用変圧器の低圧コイルに励磁電流が流れるとともに、該受電用変圧器を通して地絡事故が生じた高圧配電線側に、該高圧配電線の対地静電容量を充電する充電電流が流れる。地絡が生じた高圧配電線に流れる充電電流は不平衡３相交流電流となり、該不平衡３相電流に含まれる成分のうち、正相分と逆相分は受電用変圧器を低圧側から高圧側に通過するため、事故が生じた高圧配電線につながる受電用変圧器の低圧側の回路で逆相分電流の顕著な変化が生じる。
【００１７】
従って、上記のように、受配電設備に設けられた絶縁変圧器の低圧側の回路を流れる３相交流電流から基本波の逆相分を検出するようにすると、検出された逆相分電流を予め定めた判定基準と比較することにより、受配電設備の各変圧器がつながる高圧配電線で地絡事故が生じたか否かを検出することができる。
【００１８】
上記逆相分から地絡事故の有無を判定するには、例えば、一定の時間毎に逆相分を検出するようにしておいて、各検出時刻において検出された逆相分と前回検出された逆相分との差をとることにより逆相分の変化量を検出し、検出された逆相分の変化量が所定の判定基準値以上になったときに地絡事故が発生したと判定するようにすればよい。
【００１９】
また随時検出される逆相分に対して所定の判定基準を定めておいて、随時検出される逆相分が判定基準以上になったときに地絡事故が発生したと判定するようにしてもよい。
【００２０】
上記のように、本発明によれば、配電系統に設けられている各受電用変圧器の低圧側の回路でその回路がつながる高圧配電線で地絡事故が発生したことを検出することができるため、受電用変圧器と高圧配電線との間の回路の構成を簡素にするという要請に応えつつ、各受配電設備で高圧配電線の地絡事故を検出して、事故が生じた高圧配電線につながる回線を該高圧配電線から切り離すなどの措置を講じることができる。
【００２１】
上記基本波逆相分検出部は、例えば、３相交流検出部により検出された３相交流電流を３軸静止座標系におけるベクトル量として扱って該３軸静止座標系の３相交流電流を２軸が互いに直交する２軸静止座標系における２相交流電流に変換する３相／２相変換部と、２軸静止座標系を２相交流電流の基本波正相分の相回転方向または基本波逆相分の相回転方向に回転する第１の２軸回転座標系に変換することにより２相交流電流の基本波正相分及び基本波逆相分の一方を直流電流に変換し、他方を基本波周波数の２倍の周波数の交流電流に変換する第１の回転座標変換部と、第１の回転座標変換部の出力から２相交流電流の基本波正相分を除去して基本波逆相分を抽出するフィルタ手段と、第１の２軸回転座標系を該第１の２軸回転座標系と逆方向に回転する第２の２軸回転座標系に変換することにより、フィルタ手段により抽出された２相交流電流の基本波逆相分を２軸静止座標系における２相交流電流の基本波逆相分に逆変換する第２の回転座標変換部とを備えることにより構成できる。この場合、第２の回転座標変換部から得られる２相交流電流の基本波逆相分を基本波逆相分検出部の検出出力として用いるようにしてもよく、該２相交流電流の基本波逆相分を２相／３相変換することにより得た３相交流電流の基本波逆相分を基本波逆相分検出部の検出出力として用いるようにしてもよい。
【００２２】
上記３相／２相変換部と、第１の回転座標変換部と、フィルタ手段と、第２の回転座標変換部と、地絡判定部とは、コンピュータと、該コンピュータに実行させる所定のプログラムとにより実現することができる。
【００２３】
本発明において、３相不平衡電流の逆相分を検出するための演算は、３相の各相の電流にベクトル演算子ａ［＝exp{ｊ（２π／３)}］及びａ2 を乗じることにより逆相分を求める対称座標法によってもよい。
【００２４】
但し、対称座標法により３相不平衡電流の逆相分を求めるためには、ベクトル演算子ａ，ａ2 を乗じるための移相演算と、各相電流の平均化処理とを必要とするため、演算に要する時間が長くなり、逆相分を検出するまでに時間がかかるのを避けられない。
【００２５】
これに対し、上記のように、座標変換法により逆相分を求めるようにすれば、演算を比較的短い時間で終えることができるため、逆相分の検出を高速で行なうことができ、逆相分電流の時々刻々の変化を容易かつ迅速に検出することができる。
【００２６】
本発明において、第２の回転座標変換部から得られる２相交流電流の基本波逆相分を基本波逆相分検出部の検出出力として用いるようにした場合には、３相不平衡電流の様相を検証することはできない。しかし、高圧配電線側の回路で地絡事故が生じたことの検出のみを行なうのであれば、第２の回転座標変換部から得られる２相交流電流の基本波逆相分を基本波逆相分検出部の検出出力として用いてもなんら問題はない。
【００２７】
第２の回転座標変換部から得られる２相交流電流の基本波逆相分を２相／３相変換することにより得た基本波３相交流の逆相分を基本波逆相分検出部の検出出力として用いるようにした場合には、高圧配電線側の回路で地絡事故が生じた場合に、その地絡事故を検出することができるだけでなく、受電用変圧器を流れる３相不平衡電流の様相の検証をも行なうことができる。
【００２８】
上記３相交流検出部は、例えば受電用変圧器の低圧側回路に取り付けた変流器により構成できるが、通常、ネットワーク受配電設備などの受配電設備では、受電用変圧器の低圧側の回路に変流器が設けられているので、その既設の変流器を利用して上記３相交流検出部を構成することができる。
【００２９】
本発明に係わる受配電設備は、電源変電所から引き出された高圧配電線に高圧側が接続された絶縁変圧器からなる受電用変圧器と該受電用変圧器の高圧側の回路または低圧側の回路を開閉する遮断器とを備えたもので、受電用変圧器の低圧側の回路に設けられて該受電用変圧器を通して流れる３相交流電流を検出する変流器と、変流器により検出された３相交流電流の基本波の逆相分を検出する基本波逆相分検出部と、基本波逆相分検出部により検出された逆相分から受電用変圧器につながる高圧配電線側の回路で地絡事故が発生したか否かを判定する地絡判定部と、該地絡判定部により地絡事故が発生したと判定した時に遮断器に遮断指令を与える遮断器制御部とを備えたことを特徴とする。
【００３０】
上記受配電設備としては、電源変電所から引き出された複数の高圧配電線にそれぞれ高圧側が接続された絶縁変圧器からなる複数のネットワーク変圧器と、該複数のネットワーク変圧器に対して共通に設けられたネットワーク母線と、各ネットワーク変圧器の低圧側とネットワーク母線との間に設けられたネットワークプロテクタとを備えたネットワーク受配電設備が多く用いられている。ネットワークプロテクタは、対応するネットワーク変圧器の低圧側とネットワーク母線との間に設けられたプロテクタ遮断器と、対応するネットワーク変圧器の低圧側の回路を流れる電流を検出する変流器と、対応するネットワーク変圧器の低圧側から高圧側に逆電力の潮流が生じたことを検出したときにプロテクタ遮断器に遮断指令を与えるネットワーク継電器とを備えていて、ネットワーク継電器が逆電力の潮流を検出したときにプロテクタ遮断器を遮断する。
【００３１】
このようなネットワーク受配電設備に本発明を適用する場合には、上記変流器が検出した３相交流電流の基本波の逆相分を検出する基本波逆相分検出部と、該基本波逆相分検出部が検出した逆相分から対応するネットワーク変圧器につながる回路で地絡事故が発生したか否かを判定する地絡判定部と、地絡判定部が地絡事故が発生したと判定したときにプロテクタ遮断器に遮断指令を与える遮断器制御部とをネットワークプロテクタに設ける。
【００３２】
上記のようにネットワーク受配電設備に地絡検出装置を設けておくと、受配電設備内で高圧配電線側の回路の地絡事故を検出することができるため、地絡事故が検出された高圧配電線につながる受電用変圧器の高圧側の回路と低圧側の回路とを切り離して、事故が生じた高圧配電線への給電を停止するなどの措置を迅速に講じることができるようになる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明に係わる地絡検出装置の構成例を説明する。
【００３４】
図４は本発明を適用する配電系統の構成例を示したもので、同図において１は発電所２に送電線を通して高圧側が接続された変圧器１A1〜１A3と、変圧器１A1〜１A3のそれぞれの低圧側に接続された母線１B1〜１B3とを備えた電源側変電所である。
【００３５】
変電所１の母線１B1〜１B3にはそれぞれ遮断器１C1〜１C3を介して高圧配電線３ａ〜３ｃが接続されている。母線１B3には更に遮断器１C4を通して高圧配電線３ｄが接続されている。この例では、変圧器１A1〜１A3から母線１B1〜１B3と遮断器１C1〜１C4とを通して配電線３ａ〜３ｄに２０ＫＶ級の特別高圧の電圧が印加されている。
【００３６】
図示してないが、電源変電所１には配電線３ａ〜３ｄを流れる電流が制限値を超えた時に遮断器１C1〜１c4をトリップする過電流継電器（ＯＣ）と、高圧配電線３ａ〜３ｃで地絡事故が発生した時に遮断器１c1〜１C3をトリップする地絡継電器（ＧＲ）とが設けられている。
【００３７】
図示の例では、本発明に係わるネットワーク受配電設備４が高圧配電線３ａ〜３ｃに接続されている。この受配電設備は、高圧配電線３ａ〜３ｃにそれぞれ断路器４Aa〜４Acを通して高圧側が接続されたネットワーク変圧器４Ba〜４Bcと、変圧器４Ba〜４Bcの低圧側にそれぞれプロテクタヒューズ４Ca〜４Ccを通して一端が接続されたプロテクタ遮断器４Da〜４Dcと、遮断器４Da〜４Dcの他端に接続されたネットワーク母線ＢＵＳ1 と、遮断器４Da〜４Dcを制御する遮断器制御部４Ea〜４Ecとを備えている。変圧器４Ba〜４Bcの低圧側の回路には変流器４Fa〜４Fcが取り付けられていて、これらの変流器により検出された３相交流の信号が遮断器制御部４Ea〜４Ecに与えられている。遮断器制御部４Ea〜４Ecにはまたネットワーク変圧器４Ba〜４Bcの低圧側の電圧が与えられている。
【００３８】
遮断器制御部４Ea〜４Ecはそれぞれ、ネットワーク継電器を備えていて、ネットワーク変圧器４Ba〜４Bcの低圧側から高圧側に（ネットワーク母線側ＢＵＳ1 から高圧配電線３ａ〜３ｃ側に）しきい値以上の逆電力の潮流が生じた時に、プロテクタ遮断器４Da〜４Dcをトリップするようになっている。
【００３９】
ネットワーク母線ＢＵＳ1 には、高圧配電線３ａ〜３ｃの特別高圧の電圧（２２ＫＶ）をネットワーク変圧器４Ba〜４Bcにより降圧して得た電圧（例えば４００Ｖ）が印加されている。
【００４０】
図示の例では、プロテクタヒューズ４Ca、プロテクタ遮断器４Da、変流器４Fa及び遮断器制御部４Eaにより、ネットワークプロテクタ４Gaが構成され、プロテクタヒューズ４Cb、プロテクタ遮断器４Db、変流器４Fb及び遮断器制御部４Ebにより、ネットワークプロテクタ４Gbが構成されている。またプロテクタ遮断器４Dc、変流器４Fc及び遮断器制御部４Ecにより、ネットワークプロテクタ４Gcが構成されている。
【００４１】
また、図示の例では、本発明に係わるネットワーク受配電設備以外に、本発明に係わる地絡検出装置を用いた受配電設備として、低圧側に分散型電源を連系した常用予備受配電設備５が高圧配電線３ａ及び３ｂに接続されている。この受配電設備は、配電線３ａ及び３ｂにそれぞれ遮断器５Aa及び５Abを介して高圧側が接続された受電用変圧器５Ｂと、受電用変圧器５Ｂの低圧側に遮断器５Ｃを通して接続された母線ＢＵＳ2 と、変圧器５Ｂの低圧側の回路に取り付けられた変流器５Ｄと、変流器５Ｄの出力及び変圧器５Ｂの低圧側の電圧を入力として、変圧器５Ｂの低圧側から高圧側に逆電力の潮流が生じたことが検出されたときに遮断器５Ｃをトリップする継電器を有する遮断器制御部５Ｅとを備えている。母線ＢＵＳ2 には、特別高圧の電圧を変圧器５Ｂにより降圧して得た電圧（例えば６０００Ｖ）が印加されている。
【００４２】
図示の例では、ネットワーク母線ＢＵＳ1 に開閉器ＳＷ0 を通して配電線用変圧器Ｔr の高圧側が接続されるとともに、開閉器ＳＷ1 〜ＳＷ4 を通して負荷Ａ1 〜Ａ4 が接続されている。また常用予備受配電設備５の母線ＢＵＳ2 には負荷Ａ5 及びＡ6 が接続され、高圧配電線３ｄには、２２［ＫＶ］の負荷Ａ7 が接続されている。
【００４３】
更に、ネットワーク母線ＢＵＳ1 及び常用予備受配電設備の母線ＢＵＳ2 にそれぞれ分散型電源Ｇ1 及びＧ2 が接続されている。
【００４４】
図４には図示してないが、配電系統には更に配電塔などの各種の受配電設備や分散型電源が接続されることがある。
【００４５】
図４に示したような配電系統において、例えば高圧配電線３ａのＸ点で地絡事故が発生した場合には、変電所１に設けられている地絡保護継電器が変圧器１A1と事故が生じた高圧配電線３ａとの間に設けられた遮断器１c1に遮断動作を行なわせて、地絡事故が生じた配電線３ａを変電所の変圧器１A1から切り離す。このとき、健全な高圧配電線３ｂ及び３ｃ側から、ネットワーク受配電設備４内の回路（断路器４Ab−ネットワーク変圧器４Bb−遮断器４Dbの回路及び断路器４Ac−ネットワーク変圧器４Bc−遮断器４Dcの回路）とネットワーク母線ＢＵＳ1 とを通して事故が起きた高圧配電線３ａにつながるネットワーク変圧器４Baに電流が流れ込み、該変圧器４Baの低圧側から高圧側に逆電力の潮流が生じる。このとき、遮断器制御部４Ｅa に設けられたネットワーク継電器は、変圧器４Baの励磁電流と、ネットワーク母線ＢＵＳ1 側から変圧器４Baを通して高圧配電線３ａの対地静電容量Ｃに流れる充電電流との合成電流及び変圧器４Ｂa の低圧側の電圧を検出して逆電力の潮流を検出し、プロテクタ遮断器４Daを開く。
【００４６】
図４に示したネットワーク受配電設備４において、逆電力に対するネットワーク継電器のしきい値を低くしておくと、高圧配電線３ａ〜３ｃに地絡事故が生じていない状態で、分散型電源Ｇ1 からネットワーク母線ＢＵＳ1 とネットワーク変圧器４Ba〜４Bcとを通して配電線３ａ〜３ｃ側に逆電力の潮流が生じたときにもプロテクタ遮断器４Da〜４Dcが遮断動作を行ってしまう。
【００４７】
上記のように定常時の逆電力の潮流に応答してネットワーク受配電設備４内の遮断器が遮断動作を行なうことは避ける必要がある。従って、図４に示したように系統に分散型電源が連系している場合には、受配電設備４内で逆電力の潮流を検出している継電器のしきい値を高く設定して、該受配電設備内の遮断器の動作に抑制をかける必要があり、高圧配電線３ａ〜３ｃ側で地絡事故が生じた時に、事故が生じた高圧配電線につながる回線を切り離すことができなくなることがある。このような事態が生じないようにするためには、ネットワーク受配電設備４内に高圧配電線の地絡事故を検出する地絡検出装置を設けて、該地絡検出装置により高圧配電線の地絡事故が検出された時にネットワーク変圧器の高圧側の回路と低圧側の回路とを切り離すようにしておけばよい。
【００４８】
図１は、本発明に係わる地絡検出装置の全体的な構成を示したもので、同図において、１０ｕ〜１０ｗは配電系統に接続されている絶縁変圧器（図４の例では、ネットワーク変圧器４Ba〜４Bc）の低圧側のＵ，Ｖ，Ｗ３相の回路であり、これらの回路には、変流器ＣＴau，ＣＴav及びＣＴawが取り付けられている。ネットワーク受配電設備のように、絶縁変圧器の低圧側の回路に既に変流器（例えば図４の変流器４Fa〜４Fc）が設けられている場合には、その既設の変流器を変流器ＣＴau〜ＣＴawとして利用することができる。図１に示した例では、変流器ＣＴau，ＣＴav及びＣＴawにより、絶縁変圧器の低圧側の回路を流れる３相交流電流を検出する３相交流検出部１１が構成され、この３相交流検出部１１から得られる３相交流電流の検出値が基本波逆相分検出部１２に与えられている。
【００４９】
基本波逆相分検出部１２は、座標変換法により不平衡３相交流電流の逆相分を検出する部分で、この基本波逆相分検出部は、３相交流検出部１１により検出された３相交流を３軸静止座標系におけるベクトル量として扱って該３軸静止座標系における３相交流電流を２軸が互いに直交する２軸静止座標系における２相交流電流に変換する３相／２相変換部１３と、２軸静止座標系を２相交流電流の基本波正相分の相回転方向または基本波逆相分の相回転方向に回転する第１の２軸回転座標系に変換することにより３相／２相変換部１３が求めた２相交流電流の基本波正相分及び基本波逆相分の一方を直流電流に変換し、他方を基本波周波数の２倍の周波数の交流電流に変換する第１の回転座標変換部１４と、該第１の回転座標変換部１４の出力から２相交流電流の基本波正相分を除去して基本波逆相分を抽出するフィルタ手段１５と、第１の２軸回転座標系を該第１の２軸回転座標系と逆方向に回転する第２の２軸回転座標系に変換することにより、フィルタ手段１５により抽出された２相交流電流の基本波逆相分を２軸静止座標系における２軸静止座標系における２相交流電流の基本波逆相分に逆変換する第２の回転座標変換部１６と、該基本波２相交流を２相／３相変換することにより３相交流電流の基本波逆相分を得る２相／３相変換部１７とからなっている。２相／３相変換部１７から得られる３相交流電流の基本波逆相分は、地絡事故の発生の有無を判定する地絡判定部１８に与えられている。基本波逆相分検出部１２及び地絡判定部１８は、マイクロコンピュータと該マイクロコンピュータに実行させる所定のプログラムとにより実現される。
【００５０】
３相／２相変換部１３は、３相交流検出部１１により検出された３軸静止座標系の３相交流電流を２軸が互いに直交する２軸静止座標系における２相交流電流に変換する部分で、図２に示したように、Ｕ，Ｖ，Ｗの３軸が平面上で互いに１２０度の角度間隔をもって交差する３軸静止座標系をα及びβの２軸が直交する２軸静止座標系に変換する演算（３相／２相変換）を行なって、３軸静止座標系の３相交流Ｉｕ，Ｉｖ及びＩｗ（文章中ではベクトル量を示すドットの表示を省略する。）の信号を、２軸静止座標系の２相交流電流Ｉα及びＩβの信号に変換する。図２に示したように、３軸静止座標と２軸静止座標とがなす角をδとした場合、３相／２相変換の演算は下記の式［数１］の通りである。
【００５１】
【数１】
0003879792.tif 000002
ここでδ＝０となるように、α軸及びβ軸を定めると、上記の式は次の式［数２］のようになる。
【００５２】
【数２】
0003879792.tif 000003
また［数２］の式の電流（Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗ）は、対称座標法により、対称分である零相分電流Ｉ0 、正相分電流Ｉ1 及び逆相分電流Ｉ2 とベクトル演算子ａ及びａ2 とを用いて、下記の［数３］のように表される。
【００５３】
【数３】
0003879792.tif 000004
ここで、零相分電流を無視すると、Ｉ0 ＝０となるため、［数３］の式は下記の［数４］のようになる。
【００５４】
【数４】
0003879792.tif 000005
［数４］の式を［数２］の式に代入すると、Ｉα及びＩβを求める式は下記の［数５］のようになる。
【００５５】
【数５】
0003879792.tif 000006
ここで［数５］の行列式を展開してＩαを演算する式を求めると、下記の［数６］のようになる。
【００５６】
【数６】
0003879792.tif 000007
ベクトル演算子ａ及びａ2 はそれぞれ下記の［数７］及び［数８］の通りである。
【００５７】
【数７】
0003879792.tif 000008
【数８】
0003879792.tif 000009
［数７］及び［数８］の式を［数６］の式に代入すると、電流Ｉαは下記の式［数９］で与えられる。
【００５８】
【数９】
0003879792.tif 000010
図３に示すように、基準電圧Ｖ1 と正相分電流Ｉ1 とがなす角度をΦとし、基準電圧Ｖ1 と逆相分電流Ｉ2 がなす角度をθとすると、Ｉ1 （ベクトル）＝Ｉ1 εｊ（ωｔ＋Φ）、Ｉ2 （ベクトル）＝Ｉ2 εｊ（ωｔ＋θ）と表示できるため、電流Ｉαは、下記の［数１０］で与えられる。
【００５９】
【数１０】
0003879792.tif 000011
同様にして、電流Ｉβは、下記の式［数１１］から求められる。
【００６０】
【数１１】
0003879792.tif 000012
上記の式［数１０］及び［数１１］の演算をコンピュータに行なわせることにより、３相／２相変換を行い、２軸静止座標系における２相交流Ｉα及びＩβを求める。
【００６１】
次に第１の回転座標変換部１４は、α，βの２軸静止座標系を２相交流電流の基本波正相分の相回転方向または基本波逆相分の相回転方向に相回転の速度と同速度で回転する第１の２軸回転座標系に変換することにより３相／２相変換部１３が求めた２相交流電流Ｉα及びＩβの基本波正相分及び基本波逆相分の一方を直流成分に変換し、他方を基本波周波数の２倍の周波数成分に変換する。ここで、第１の２軸回転座標系を基本波正相分の相回転方向と同方向に該基本波正相分と同速度で回転させると、基本波正相分は直流分として現れ、基本波逆相分は基本波の周波数の２倍の周波数の成分として現れる。また第１の２軸回転座標系を基本波逆相分の相回転方向と同方向に該逆相分と同速度で回転させると、基本波正相分は基本波周波数の２倍の周波数の成分として現れ、基本波逆相分は直流分として現れる。
【００６２】
第１の２軸回転座標系の回転方向はいずれの方向としてもよいが、以下の説明では、第１の２軸回転座標系の回転方向が、基本波逆相分の相回転方向と同方向（配電系統の電圧ベクトルの回転方向と逆方向）であるとする。
【００６３】
すなわち、２相変換した２相電流Ｉα及びＩβ（いずれもベクトル量）のα，β直交２軸静止座標系を、配電系統の電圧ベクトルと逆方向に、該電圧ベクトルと同速度で回転する直交２軸回転座標系の２相電流Ｉｐ及びＩｑ（ベクトル量）に変換する。直交２軸静止座標系から直交２軸回転座標系への変換式は下記の式［数１２］の通りである。
【００６４】
【数１２】
0003879792.tif 000013
この行列式を開いて回転座標系の電流Ｉｐを求めると下記の［数１３］のようになる。
【００６５】
【数１３】
0003879792.tif 000014
同様にして、回転座標系の電流Ｉｑは、下記の［数１４］から求められる。
【００６６】
【数１４】
0003879792.tif 000015
回転座標系の電流Ｉｐ及びＩｑの第１項は正相分電流Ｉ1 であり、角速度２ωｔの交流成分となる。また第２項は逆相分電流Ｉ2 であり、この逆相分電流Ｉ2 は時間的要素がないので直流成分となる。
【００６７】
図１のフィルタ手段１５は、ローパスフィルタからなっていて、上記Ｉｐ及びＩｑから交流成分（正相分電流）を除去することにより、ｐ，ｑ２軸回転座標系における逆相分電流を抽出する。
【００６８】
ｐ，ｑ２軸回転座標系における逆相分電流のｐ軸成分Ｉp-DCは下記の式［数１５］のようになる。
【００６９】
【数１５】
0003879792.tif 000016
またｐ，ｑ２軸回転座標系における逆相分電流のｑ軸成分Ｉq-DCは下記の式［数１６］のようになる。
【００７０】
【数１６】
0003879792.tif 000017
第２の回転座標変換部１６は、第１の回転座標変換部１４により行った演算処理と逆の手順でｐ，ｑ２軸回転座標系（第１の２軸回転座標系）を該第１の２軸回転座標系と逆方向に、該第１の２軸回転座標系と同速度で回転する第２の２軸回転座標系に変換することによって、フィルタ手段１５により抽出された２相逆相分電流（上記［数１５］及び［数１６］の逆相成分Ｉp-DC及びＩq-DCを有する２相交流）を、α，β２軸静止座標系における２相交流電流の基本波逆相分に逆変換する。
【００７１】
２相／３相変換部１７は、第２の回転座標変換部１６から得られる２相交流電流の基本波逆相分を、３相／２相変換部１３で行った処理と逆の手順で３軸静止座標系における３相交流電流の基本波逆相分（受電用変圧器の低圧側の回路から検出された３相交流電流Ｉｕ，Ｉｖ，Ｉｗに含まれる逆相分電流）に変換する。
地絡判定部１８は、基本波逆相分検出部１２により検出された逆相分から地絡事故の発生の有無を判定する。基本波逆相分検出部１２により検出された逆相分から地絡事故の有無を判定するには、例えば、一定の時間毎に逆相分を検出するようにしておいて、各検出時刻において検出された逆相分と前回検出された逆相分との差をとることにより逆相分の変化量を検出し、検出された逆相分の変化量が所定の判定値以上になったときに地絡事故が発生したと判定するようにすればよい。
【００７２】
また随時検出される逆相分に対して所定の判定基準を定めておいて、検出された逆相分が判定基準以上になったときに地絡事故が発生したと判定するようにしてもよい。
【００７３】
上記の例では、第１の回転座標変換部１４で、２軸回転座標系を系統電圧に含まれる逆相分の相回転方向と同方向に回転させたが、該２軸回転座標系を系統電圧に含まれる正相分の相回転方向と同方向に回転させるようにしてもよい。この場合には、逆相分電流が基本波周波数の２倍の周波数の信号として得られるので、フィルタ手段１５はハイパスフィルタにより構成する。
【００７４】
上記の例では、基本波逆相分検出部１２において、第２の回転座標変換部１６により得た２相交流電流の逆相分を２相／３相変換部により３相交流電流の逆相分に変換するようにしたが、このように構成すると、外部回路で地絡事故が生じた場合に、その地絡事故を検出することができるだけでなく、受電用変圧器を流れる３相不平衡電流の様相の検証をも行なうことができる。
【００７５】
なお外部回路で地絡事故が生じたことの検出のみを行なうのであれば、第２の回転座標変換部１６から得られる２相交流電流の基本波逆相分を基本波逆相分検出部の検出出力として用いてもなんら問題はないので、２相／３相変換部１７は省略することもできる。
【００７６】
図１に示した例では、３相交流検出部１１と、基本波逆相分検出部１２と、地絡判定部１８とにより、本発明に係わる地絡検出装置が構成されている。
【００７７】
図４に示した配電系統に本発明を適用する場合には、図１に示した基本波逆相分検出部１２と地絡判定部１８とをネットワークプロテクタ４Ga〜４Gcのそれぞれに設けるとともに、ネットワークプロテクタ４Ga〜４Gcにそれぞれに設けられた地絡判定部１８により高圧配電線３ａ〜３ｃで地絡事故が発生したと判定されたときに、遮断器制御部４Ea〜４Ecがそれぞれ遮断器４Da〜４Dcに遮断指令を与えるようにしておく。
【００７８】
同様に、常用予備受配電設備５にも基本波逆相分検出部１２と地絡判定部１８とを設けるとともに、地絡判定部１８により高圧配電線側で地絡事故が発生したと判定されたときに、遮断器制御部５Ｅが遮断器５Ｃに遮断指令を与えるように構成しておく。また遮断器５Ｃに代えて、遮断器５Aaまたは５Abに遮断指令を与えるようにしてもよい。
【００７９】
上記のように構成すると、例えば図４のＸ点で地絡事故が生じて、高圧配電線３ａが変電所１の母線１B1から切り離されたときに、ネットワーク受配電設備では、遮断器制御部４Eaに設けられた地絡判定部が高圧配電線３ａで地絡事故が発生したことを検出するため、プロテクタ遮断器４Daが開いて、変圧器４Baの高圧側回路と低圧側回路とを切り離す。これにより、他の健全な配電線３ｂ及び３ｃ側から変圧器４Bb及び４Bcとネットワーク母線ＢＵＳ1 と変圧器４Baとを通して高圧配電線３ａ側に逆電力の潮流が生じるのを防止することができる。
【００８０】
また常用予備受配電設備でも、上記のように構成すると、例えば図４のＸ点で地絡事故が生じて、高圧配電線３ａが変電所１の母線１B1から切り離されたときに、遮断器制御部５Ｅに設けられた地絡判定部が高圧配電線３ａで地絡事故が発生したことを検出するため、遮断器５Ｃが開いて、変圧器５Ｂの高圧側回路と低圧側回路とを切り離す。これにより、分散型電源Ｇ2 から母線ＢＵＳ2 と変圧器５Ｂとを通して高圧配電線３ａ側に逆電力の潮流が生じるのを防止することができる。
【００８１】
本発明に係わる地絡検出装置は、低圧側に例えば分散型電源を連系している受配電設備または他の配電系統と連系している受配電設備に適用できる。
【００８２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、配電系統に設けられている各受電用変圧器の低圧側の回路でその回路がつながる高圧配電線で地絡事故が発生したことを検出することができるため、受電用変圧器と高圧配電線との間の回路の構成を簡素にするという要請に応えつつ、各受配電設備で高圧配電線の地絡事故を検出して、事故が生じた高圧配電線につながる回線を該高圧配電線から切り離すなどの措置を講じることができる利点がある。
【００８３】
また本発明のように受配電設備を構成すれば、該受配電設備内で高圧配電線側の回路の地絡事故を検出することができるため、地絡事故が検出された高圧配電線につながる受電用変圧器の高圧側の回路と低圧側の回路とを切り離して、事故が生じた高圧配電線への給電を停止するなどの措置を迅速に講じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる地絡検出装置の構成例を示したブロック図である。
【図２】本発明に係わる地絡検出装置を説明するために用いるベクトル図である。
【図３】本発明に係わる地絡検出装置を説明するために用いるベクトル図である。
【図４】本発明を適用する配電系統の構成例を示した回路図である。
【符号の説明】
１  電源変電所
３ａ〜３ｄ  配電線
４  ネットワーク受配電設備
４Aa〜４Ac  断路器
４Ba〜４Bc  ネットワーク変圧器
４Da〜４Dc  プロテクタ遮断器
４Ea〜４Ec  遮断器制御部
ＢＵＳ1 ネットワーク母線
１１  ３相交流検出部
１２  基本波逆相分検出部
１８  地絡判定部
【図１】
0003879792.tif 000018
【図２】
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【図３】
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【図４】
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