(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用周波交流の送電線の端子に接続された電圧分圧器の２次側回路と接地との間または計測用変圧器の２次側回路と接地との間に接続されたサージ電流分流用コンデンサに、上記送電線の電気事故時に発生したサージ電流が上記電圧分圧器または上記計測用変圧器を介して流れたとき、上記サージ電流分流用コンデンサに流れる上記サージ電流を電流センサにより検出して、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形と上記サージ電流の到着時刻に基づいて、上記送電線の故障点を故障点標定装置により標定することを特徴とする故障点標定方法。
【請求項２】
請求項１に記載の故障点標定方法において、
上記故障点標定装置は、上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形とそれ以降の波形部分との相関関数を算出して、その相関関数の絶対値がピークとなる時間軸上の点を上記サージ電流の反射波の到達時刻とし、上記サージ電流の先頭部分の到着時刻と上記サージ電流の反射波の到達時刻に基づいて、上記送電線の故障点を標定することを特徴とする故障点標定方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の故障点標定方法において、
上記送電線が複数接続された構成の系統であって、
上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報に基づいて、上記故障点標定装置により、上記電気事故が発生した送電線の区間に対して上記送電線の故障点を標定することを特徴とする故障点標定方法。
【請求項４】
請求項３に記載の故障点標定方法において、
上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報は、上記電気事故が発生した上記送電線の保護リレーの動作信号であることを特徴とする故障点標定方法。
【請求項５】
商用周波交流の送電線の端子に接続された電圧分圧器の２次側回路と接地との間または計測用変圧器の２次側回路と接地との間に接続され、上記送電線の電気事故時に発生したサージ電流が上記電圧分圧器または上記計測用変圧器を介して流れるサージ電流分流用コンデンサと、
上記サージ電流分流用コンデンサに流れる上記サージ電流を検出する電流センサと、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形と上記サージ電流の到着時刻に基づいて、上記送電線の故障点を標定する故障点標定装置と
を備えたことを特徴とする故障点標定システム。
【請求項６】
請求項５に記載の故障点標定システムにおいて、
上記故障点標定装置は、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形を抽出する先頭サージ抽出部と、
上記先頭サージ抽出部により抽出された上記サージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形とそれ以降の波形部分との相関関数を算出する相関関数算出部と、
上記相関関数算出部により算出された相関関数の絶対値がピークとなる時間軸上の点を上記サージ電流の反射波の到達時刻とし、上記サージ電流の先頭部分の到着時刻と上記サージ電流の反射波の到達時刻に基づいて、上記送電線の故障点を標定する故障点標定部と
を有することを特徴とする故障点標定システム。
【請求項７】
請求項５または６に記載の故障点標定システムにおいて、
上記送電線が複数接続された構成の系統であって、
上記故障点標定装置は、上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報に基づいて、上記電気事故が発生した送電線の区間に対して上記送電線の故障点を標定することを特徴とする故障点標定システム。
【請求項８】
請求項７に記載の故障点標定システムにおいて、
上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報は、上記電気事故が発生した上記送電線の保護リレーの動作信号であり、
上記故障点標定装置は、上記送電線の保護リレーの動作信号が入力される信号入力部を有することを特徴とする故障点標定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、故障点標定方法および故障点標定システムに関し、より詳しくは、商用周波交流の送電線の短絡および地絡等の電気事故時に発生する事故サージ波形を検出して故障点を標定する故障点標定方法およびそれを用いた故障点標定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、故障点標定方法としては、送電線に接続されたコンデンサの電流を専用の電流センサで観測して、故障点を標定するものがある(例えば、特開平１−１６１１６５号公報(特許文献１)参照)。また、従来の他の故障点標定方法としては、送電線路に接続された複数のコンデンサの電流波形の立ち上がりの傾きから故障点を求めるものがある(例えば、特許第３７６７５２８号(特許文献２)参照)。
【０００３】
このような従来の故障点標定方法を用いたサージ型故障点標定装置では、専用のサージセンサを送電線の付近に設置し、得られた波形データを電気信号として、または電気光変換(ＥＯ変換)を行って光信号で、変電所の建屋内まで送り、建屋内に設置した専用装置において解析して、故障点を標定している。
【０００４】
しかし、この方法では、送電線の近傍にサージセンサを設置しなければならず、高圧電力設備での作業は危険な上、屋外であることからサージセンサの耐環境性も必要となり、また変電所の建屋内までの配線工事も必要となるため、コストが高くつくという問題がある。また、送電線路毎にサージセンサを設置しなければならず、２回路１２線路の場合は２×１２×３＝７２個のサージセンサおよびそれらのサージセンサと建屋間の配線工事が必要となる。
【特許文献１】特開平１−１６１１６５号公報
【特許文献２】特許第３７６７５２８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、この発明の課題は、変電所などの既存の設備である電圧分圧器または計測用変圧器を利用することで、簡単な構成でかつ低コストで送電線の故障点を標定できる故障点標定方法および故障点標定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明の故障点標定方法は、
商用周波交流の送電線の端子に接続された電圧分圧器の２次側回路と接地との間または計測用変圧器の２次側回路と接地との間に接続されたサージ電流分流用コンデンサに、上記送電線の電気事故時に発生したサージ電流が上記電圧分圧器または上記計測用変圧器を介して流れたとき、上記サージ電流分流用コンデンサに流れる上記サージ電流を電流センサにより検出して、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形と上記サージ電流の到着時刻に基づいて、上記送電線の故障点を故障点標定装置により標定することを特徴とする。
【０００７】
本出願人は、商用周波交流の送電線の端子に接続された電力設備のある変電所において、送電線の電気事故時に発生したサージの伝搬について調査した結果、既存の電力設備である電圧分圧器または計測用変圧器の２次側回路からサージ電流波形成分を抽出して、抽出されたサージ電流波形成分が故障点標定に使用できることを見出した。
【０００８】
このようなサージの伝搬特性を利用して、上記構成の故障点標定方法によれば、商用周波交流の送電線の端子に接続された電圧分圧器(または計測用変圧器)の２次側回路と接地との間に接続されたサージ電流分流用コンデンサに、上記送電線の電気事故時に発生したサージ電流が電圧分圧器(または計測用変圧器)を介して流れたとき、電流センサにより検出された上記サージ電流分流用コンデンサに流れるサージ電流の波形とそのサージ電流の到着時刻に基づいて、送電線の故障点を故障点標定装置により標定することによって、送電線に端子に接続された電圧分圧器または計測用変圧器の２次側回路に、上記サージ電流分流用コンデンサと電流センサと故障点標定装置を１組設置すればよく、コストを大幅に低減できる。また、配電盤室などの故障点標定装置の設置場所までは、既存の計測用変圧器ラインのケーブルがそのまま流用できる。さらに、故障点標定装置は室内設置の仕様でよく、屋外設置基準に基づいた耐環境性能を満たす必要がない。したがって、簡単な構成でかつ低コストで送電線の故障点を標定できる。
【０００９】
また、一実施形態の故障点標定方法では、上記故障点標定装置は、上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形とそれ以降の波形部分との相関関数を算出して、その相関関数の絶対値がピークとなる時間軸上の点を上記サージ電流の反射波の到達時刻とし、上記サージ電流の先頭部分の到着時刻と上記サージ電流の反射波の到達時刻に基づいて、上記送電線の故障点を標定する。
【００１０】
上記実施形態によれば、上記故障点標定装置により、電流センサにより検出されたサージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形とそれ以降の波形部分との相関関数を算出して、その相関関数の絶対値がピークとなる時間軸上の点を上記サージ電流の反射波の到達時刻とし、サージ電流の先頭部分の到着時刻とサージ電流の反射波の到達時刻に基づいて、送電線の故障点を標定することによって、故障点標定を高精度にかつ高速に行うことができる。
【００１１】
また、一実施形態の故障点標定方法では、
上記送電線が複数接続された構成の系統であって、
上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報に基づいて、上記故障点標定装置により、上記電気事故が発生した送電線の区間に対して上記送電線の故障点を標定する。
【００１２】
上記実施形態によれば、上記送電線が複数接続された構成の系統において、複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報に基づいて、故障点標定装置により電気事故が発生した送電線の区間に対して送電線の故障点を標定することによって、送電線の回線数分のセンサを用いることなく、電気事故が発生した送電線を識別して故障点標定ができる。
【００１３】
また、一実施形態の故障点標定方法では、上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報は、上記電気事故が発生した上記送電線の保護リレーの動作信号である。
【００１４】
上記実施形態によれば、上記複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報として、電気事故が発生した送電線の保護リレーの動作信号を用いることによって、回線数分のセンサを設置する場合に比べてコストを低減できる。
【００１５】
また、この発明の故障点標定システムでは、
商用周波交流の送電線の端子に接続された電圧分圧器の２次側回路と接地との間または計測用変圧器の２次側回路と接地との間に接続され、上記送電線の電気事故時に発生したサージ電流が上記電圧分圧器または上記計測用変圧器を介して流れるサージ電流分流用コンデンサと、
上記サージ電流分流用コンデンサに流れる上記サージ電流を検出する電流センサと、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形と上記サージ電流の到着時刻に基づいて、上記送電線の故障点を標定する故障点標定装置と
を備えたことを特徴とする。
【００１６】
上記構成によれば、商用周波交流の送電線の端子に接続された電圧分圧器(または計測用変圧器)の２次側回路と接地との間に接続されたサージ電流分流用コンデンサに、上記送電線の電気事故時に発生したサージ電流が電圧分圧器(または計測用変圧器)を介して流れたとき、電流センサにより検出された上記サージ電流分流用コンデンサに流れるサージ電流の波形とそのサージ電流の到着時刻に基づいて、送電線の故障点を故障点標定装置により標定することによって、送電線に端子に接続された電圧分圧器または計測用変圧器の２次側回路に、上記サージ電流分流用コンデンサと電流センサと故障点標定装置を１組設置すればよく、コストを大幅に低減できる。また、配電盤室などの故障点標定装置の設置場所までは、既存の計測用変圧器ラインのケーブルがそのまま流用できる。さらに、故障点標定装置は室内設置の仕様でよく、屋外設置基準に基づいた耐環境性能を満たす必要がない。したがって、簡単な構成でかつ低コストで送電線の故障点を標定できる。
【００１７】
また、一実施形態の故障点標定システムでは、
上記故障点標定装置は、
上記電流センサにより検出された上記サージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形を抽出する先頭サージ抽出部と、
上記先頭サージ抽出部により抽出された上記サージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形とそれ以降の波形部分との相関関数を算出する相関関数算出部と、
上記相関関数算出部により算出された相関関数の絶対値がピークとなる時間軸上の点を上記サージ電流の反射波の到達時刻とし、上記サージ電流の先頭部分の到着時刻と上記サージ電流の反射波の到達時刻に基づいて、上記送電線の故障点を標定する故障点標定部と
を有する。
【００１８】
上記実施形態によれば、上記電流センサにより検出されたサージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形を先頭サージ抽出部により抽出し、その抽出された先頭部分の波形とそれ以降の波形部分との相関関数を相関関数算出部により算出して、その相関関数の絶対値がピークとなる時間軸上の点を上記サージ電流の反射波の到達時刻とし、サージ電流の先頭部分の到着時刻とサージ電流の反射波の到達時刻に基づいて、故障点標定部により送電線の故障点を標定することによって、故障点標定を高精度にかつ高速に行うことができる。
【００１９】
また、一実施形態の故障点標定システムでは、
上記送電線が複数接続された構成の系統であって、
上記故障点標定装置は、上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報に基づいて、上記電気事故が発生した送電線の区間に対して上記送電線の故障点を標定する。
【００２０】
上記実施形態によれば、上記送電線が複数接続された構成の系統において、複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報に基づいて、故障点標定装置により電気事故が発生した送電線の区間に対して送電線の故障点を標定することによって、送電線の回線数分のセンサを用いることなく、電気事故が発生した送電線を識別して故障点標定ができる。
【００２１】
また、一実施形態の故障点標定システムでは、
上記複数の送電線のうちの上記電気事故が発生した送電線の区間を示す情報は、上記電気事故が発生した上記送電線の保護リレーの動作信号であり、
上記故障点標定装置は、上記送電線の保護リレーの動作信号が入力される信号入力部を有する。
【００２２】
上記実施形態によれば、上記複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報として、電気事故が発生した送電線の保護リレーの動作信号を用いることによって、回線数分のセンサを設置する場合に比べてコストを低減できる。
【発明の効果】
【００２３】
以上より明らかなように、この発明の故障点標定方法および故障点標定システムによれば、変電所などの既存の設備である電圧分圧器または計測用変圧器を利用することで、低コストで送電線の故障点を標定できる故障点標定方法および故障点標定システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、この発明の故障点標定方法および故障点標定システムを図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２５】
図１Ａはこの発明の実施の一形態の故障点標定方法を用いた故障点標定システムと電力系統の模式図を示しており、図１Ａにおいて、１aは観測対象の平行２回線の３相送電線、１bは送電線１aと異なる電圧階級の平行２回線の３相送電線、２aは上記送電線１aの一端に接続された端子(母線)、２bは上記送電線１bの一端に接続された端子(母線)、３は送電線１aの端子(母線)２aと送電線１bの端子(母線)２bとを連系するトランス、４は端子(母線)２aの電圧を検出する電圧分圧器(Potential Divider)、５は上記電圧分圧器４の２次側回路と接地間に接続されたサージ対策用のアレスタ、Ｃは上記電圧分圧器４の２次側回路と接地間に接続され、サージ電流成分を分流させるためのサージ電流分流用コンデンサ、ＣＴは上記サージ電流分流用コンデンサＣに流れる高周波電流を検出する高周波電流センサ、１１は上記高周波電流センサＣＴにより検出された高周波電流であるサージ電流とその到着時刻を記録する電流波形記録部、１２は上記電流波形記録部１１に記録されたサージ電流とその到着時刻に基づいて故障点を標定する電流波形解析部である。上記電流波形記録部１１と電流波形解析部１２に、複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報の一例として、電気事故が発生した送電線１a,１bの保護リレーの動作信号(リレー接点)が入力される。ここで、複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報は、保護リレーの動作信号に限らず、電気事故が発生した送電線の区間を示す情報を表す他の回路の信号を用いてもよい。
【００２６】
上記電流波形記録部１１と電流波形解析部１２で故障点標定装置１０を構成している。上記サージ電流分流用コンデンサＣと高周波電流センサＣＴと故障点標定装置１０で故障点標定システムを構成している。
【００２７】
上記電圧分圧器４の代わりに計測用変圧器(Potential Transformer)の２次側回路に、サージ電流分流用コンデンサを設置してもよい。また、サージ対策用のアレスタ５の代わりにサージ対策用のコンデンサを用いてもよい。
【００２８】
上記電流波形記録部１１では、商用周波数の三相交流の送電線の送電端や受電端の送電設備において通常設置されている電圧分圧器４(または計測用変圧器)の２次側回路のサージ電流分流用コンデンサＣを介して流れるサージ電流波形を、１０ＭＨz程度以上のサンプリング周波数でサンプリングして、所定時間分の電流波形データをリングバッファに常に保持しておき、系統事故時に保護リレーの動作信号(リレー接点)が入力されたとき、例えば事故前６０msec、事故後１４０msecの合計２００msecの波形データを収録する。
【００２９】
また、図１Ｂは上記電流波形解析部１２のブロック図を示している。
【００３０】
上記電流波形解析部１２は、図１Ｂに示すように、電流波形記録部１１からのサージ電流波形データを受けて、先頭サージ波形を抽出する先頭サージ抽出部１２aと、上記先頭サージ抽出部１２aにより抽出された先頭サージ波形に基づいて得られたマザーウエーブレット関数Ψ(t)を用いて相関関数を算出する相関関数算出部１２bと、上記相関関数算出部１２bにより算出された相関関数により反射波サージ波形を検出して、先頭サージ波形の到着時刻と絶対値および反射波サージ波形の到着時刻と絶対値に基づいて送電線の故障点を標定する故障点標定部１２cと、送電線の保護リレー(図示せず)の動作接点が入力されて、その動作接点入力を表す信号を故障点標定部１２cに出力する信号入力部１２dとを有する。
【００３１】
ここで、信号入力部１２dは、送電線が複数接続された構成の系統において、送電線毎に保護リレー(図示せず)の動作接点が入力され、故障点標定部１２cは、どの送電線の電気事故であるかが分かる。
【００３２】
上記構成の故障点標定システムによれば、送電線１aの端子(母線)２aに接続された電圧分圧器４(または計測用変圧器)の２次側回路おいて、送電線の電気事故時に発生する事故サージ波形データ(事故開始点を含む)を電流波形記録部１１によりサンプリングする。
【００３３】
次に、上記電流波形解析部１２において、電流波形記録部１１によりサンプリングされた事故サージ波形データを、式３を用い事故先頭部分をマザーウエーブレットとし、スケールファクタを１とした専用のウエーブレット変換(事故先頭部分波形と後続波形との相関関数演算)により、変換結果の波形データを得て更にそれを絶対値化してピーク点を検出し、反射波サージ波形およびその到着時刻を得る。
【００３４】
次に、保護リレーの動作接点の入力と送電線を含む系統の構成に基づいて、電気事故が発生した送電線を認識する。ここで、例えば、事故の発生した送電線が分岐のない単純な送電線路でかつ、事故点が至近端であることが判っている場合は、最初のサージが観測されてからその反射波サージが到着するまでの時間差を２で割ってサージの伝播速度(およそ２８０〜３００ｍ／μｓｅｃ)を掛ければ事故点までのおよその距離が算出できる。
【００３５】
しかるに反射波は必ずしも事故点からの反射波とは限らず、受電端からの反射波である場合もあり、また２回線送電線においては非事故回線を経由して送電端に伝播する反射波も有り得るため、上記方法では正しく標定できない場合が出てくる。そのため、電気事故が発生した送電線に沿って仮想故障点を移動させながら仮想事故波形の直接波の到着時刻と絶対値および反射波の到着時刻と絶対値をシミュレーションにより予測し、上記直接波の到着時刻と絶対値および反射波の到着時刻と絶対値に対して、最も相関関係のある予測された直接波の到着時刻と絶対値および反射波の到着時刻と絶対値に対応する仮想故障点を、送電線の故障点とする。
【００３６】
なお、故障点標定はこれ以外にも他の方法を用いても良く、例えば、分岐の無い送電線の場合、送電線の両端で送電線または変電所の母線に設置された電圧分圧器または計器用変圧器の２次側にＧＰＳ等によって時刻同期したサージ電流観測装置を設置し、電圧分圧器または計器用変圧器の２次側のサージ電流を観測してサージ波形の到達時間差から標定する方法などを用いても良い。
【００３７】
変電所などに設置されている電圧分圧器(Potential Divider)や計測用変圧器(Potential Transformer)は、その特性試験の結果から、外来サージがかなり減衰されるものの全く通過させないというものではないことが判っている。通常、電圧分圧器または計測用変圧器の２次側回路は、アレスタやコンデンサといったサージ対策品が設置されている場合が多いため、一般には、変電所の建屋内でサージ波形を観測することは困難であった。
【００３８】
そこで、本願出願人により、電圧分圧器または計測用変圧器の２次側回路の電圧波形ではなく、２次側回路内のサージ電流波形を観測し、それを高周波電流センサＣＴで電圧に変換して、増幅器(図示せず)で増幅したところ、充分検出可能な振幅でサージ波形を観測することが判明した。さらに、このサージ電流波形は変電所の変圧用トランスを殆ど遅延されずに伝播することも判明した。
【００３９】
図２は計測用変圧器の出力の電圧波形の一例を示し、上から相電圧Ｖa、相電圧Ｖb、相電圧Ｖcの波形を示している。また、図３は高周波電流センサの出力の電流波形を示し、上からＡ相、Ｂ相、Ｃ相のサージ電流波形の一例を示している。
【００４０】
図２に示す計測用変圧器の電圧波形では、サージ波形およびその反射波は判然としないが、図３に示す高周波電流センサの出力の電流波形では、先頭サージ波形とその反射波サージ波形が目視で判読できる。
【００４１】
図３における先頭サージ波形と反射波サージ波形の時間差から故障点までの距離を推測可能であるが、このままでは、毎回目視によってサージ波形を確認する必要があり、効率的ではない。
【００４２】
そこで、本発明では、ハイパスフィルタによって比較的ゆっくりとした振動成分を排除し、更に先頭サージ波形の部分と他の波形部分との相関関数を算出して、図４に示すグラフ上に表した。
【００４３】
図４はフィルタリングされたサージ波形および相関関数による変換結果を示し、上から元波形(サージ波形)、動揺成分(ハイパスフィルタにより除去された成分)、サージ成分、サージ(ノイズカット)、変換波形(絶対値)を示している。
【００４４】
相関関数によってサージ波形の到着時刻を推定する方法は従来の技術であるが、変電所の計測用変圧器の２次側回路の波形は、通常電圧・電流とも複雑な要因による振動波形となっており、計測用変圧器の１次側の送電線のサージ波形とは全く波形が異なり、かつ、２次側回路の時定数によって決まるかなりの時間に渡って減衰しつつ振動を続ける。このため、その計測用変圧器の２次側回路の波形から送電線上に発生するサージ波形の到着時刻を推定することは困難であると考えられていた。
【００４５】
通常、電圧分圧器や計測用変圧器は、その周波数特性からも数ＭＨｚに及ぶサージ波形成分を観測に充分なゲインで伝播させることは不可能であり、その２次側回路からサージ波形成分を抽出することは困難であるとの考え方が一般的であった。
【００４６】
そのため、サージ型の故障点標定装置は、専用のセンサを送電線の近くに配置してサージ検出する方法が一般的であるが、屋外に設置する設備は耐環境性能が要求され、非常に高価なものになり、それを線路毎に設置するのは現実的でない。
【００４７】
本発明の故障点標定方法では、敢えて既存の設備である計測用変圧器の２次側回路からサージ波形成分を抽出し、それが故障点標定に使用できるか否かの検証を行った。
【００４８】
その結果、故障点標定に充分使用でき得るサージ波形成分の検出が可能なことが判明した。
【００４９】
図５は反射波サージの検出例を示し、上から元波形(サージ波形)、動揺成分(ハイパスフィルタにより除去された成分)、サージ成分、サージ(ノイズカット)、変換波形(絶対値)を示している。
【００５０】
次に、変電所内のサージの伝播について調査した結果の一例を図６Ａ,図６Ｂに示しており、この図６Ａは１５４ｋＶ系統の送電線路における電気事故時のサージ波形の例を示し、図６Ｂは図６Ａの領域Ｓの拡大図を示している。これによると、１５４ｋＶ系統の電気事故にも関わらず、７７ｋＶ系統の方が波形の変化は急峻で、変化点が判りやすく、故障点の標定に適していることが判る。
【００５１】
また、１５４ｋＶ系統と７７ｋＶ系統の間にはトランスが設置されているが、トランスを経由してもサージの伝播には殆ど時間が掛っていないことが判る。
【００５２】
このようなサージの伝搬現象を応用することにより、事故回線がどの送電線であるかの情報があれば、異なる電圧階級の送電線の電気事故時でも故障点標定が可能なことが判明した。実際、図５は１５４ｋＶ系統の送電線路の電気事故であるにも関わらず、７７ｋＶ系統の計測用変圧器の２次側回路のサージ波形を用いて算出したものである。
【００５３】
次に、従来技術と本発明との相異点(a)〜(d)について説明する。
【００５４】
(a)  機器の必要個数
従来は標定対象の線路毎にセンサが必要であるのに対して、本発明では、母線の電圧分圧器または計測用変圧器の２次側回路に１台設置すれば良く、異なる電圧階級の送電線の電気事故でも標定可能となる場合がある。
【００５５】
(b)  布設ケーブル
従来は送電線付近から波形収録装置まで専用のケーブルが必要であるのに対して、本発明では、配電盤室までは既存の計測用変圧器ラインのケーブルがそのまま流用できる。
【００５６】
(c)  耐環境性能
従来は屋外設置部分が生じるため、その部分に屋外設置基準に基づいた耐環境性能,仕様が要求されるのに対して、本発明では、故障点標定装置は室内設置の仕様で良い。
【００５７】
(d)  事故回線情報
従来は対象回線数分のセンサを設置するため、事故回線の情報は不要であるのに対して、本発明では、事故回線がどれであるかの情報を別途に入力する必要があるが、接点情報を入力するのに要するコストは回線数分のセンサを設置する場合に比べて比較的安価である。
【００５８】
このように、本発明の故障点標定方法が従来のサージ検出型故障点標定方法に比べて多大なコストメリットを有するものであることが判る。
【００５９】
次に、「サージ波形の先頭部分のみの波形とそれ以降の波形との相関」について説明する。
【００６０】
自己相関関数Ｇ(τ)の定義式は、次の式１で表される。
0004914306.tif 000002
【００６１】
ここで、ｆ(t)は元の関数、Ｔは積分区間、τは時間ファクタである。
【００６２】
一方、ウエーブレット変換は次の式２のような定義になっている。
0004914306.tif 000003
【００６３】
ここで、ｆ(t)は元の関数、Ψ(t)はマザーウエーブレット関数、τは時間ファクタ、ａはスケールファクタである。
【００６４】
このマザーウエーブレット関数Ψ(t)は、区間[−∞、＋∞]でその積分が存在する(∞にならない)という制約のみで、自己相関関数の場合のように区間[−∞、＋∞]で、時間差τとなっている同一関数同士の積の積分でなければならないというものではない。そこで、本発明で使用した計算方法は、先頭サージ部分をマザーウエーブレット関数Ψ(t)とし、スケールファクタaを１とした場合のウエーブレット変換を行って、絶対値化している。
【００６５】
本発明の故障点標定方法における相関関数Ｇ(τ)を求める変換式は、次の式３で表される。
0004914306.tif 000004
【００６６】
次に、サージ到着時刻の認識方法について説明する。
【００６７】
１)  まず、先頭サージ波形をマザーウエーブレット関数としてウエーブレット変換を行う。
【００６８】
図７は式３を適用したウエーブレット変換を説明するための図を示しており、図７に示すように、元の波形ｆ(t)のうちの時刻Ｔ1からＴ1+τまでの区間を先頭サージ波形として、この先頭サージ波形をマザーウエーブレット関数Ψ(t)とする。そして、マザーウエーブレット関数Ψ(t)は、時間ファクタτの増加にしたがってΨ(t−τ)となって時間軸方向に移動する。
【００６９】
そして、マザーウエーブレット関数Ψ(t−τ)と元の波形ｆ(t)の積を積分する。
【００７０】
２)  ウエーブレット変換の積分結果を絶対値化する。
【００７１】
図８(A)は式３の積分結果を示し、図８(B)はその積分結果を絶対値化した波形を示している。図８(B)において、ピーク点はその前の２つの山のピークと後の２つの山のピークを判定して決定する。このピーク点が反射波サージ波形の位置を表す。
【００７２】
図９は本発明の故障点標定方法を適用した例を示している。図９に示すように、円で囲まれた先頭サージ波形の区間を時間軸方向に移動させつつマザーウエーブレット関数Ψ(t−τ)を計算し、マザーウエーブレット関数Ψ(t−τ)と元の波形ｆ(t)の積を積分して絶対値化した結果が下側に示す変換分総合波形である。
【００７３】
なお、相関関数を算出するにあたって「サージ波形の先頭部分の波形」は、次のようにして抽出する。
【００７４】
従来の故障点標定装置では、商用電圧または電流波形に重畳したサージ波形の中からサージ成分のみを検出しなければならなかったので、その検出方法には種々の手法が考えられている(特許第３７６７５２８号他)。しかし、本発明の故障点標定方法では、変電所の計測用変圧器の２次側回路内のサージ電流成分を観測しているので、電気事故が無い場合の振幅は零に近くなっている。実際の故障点標定装置では、事故検出部分の前２０msec程度から先の波形を元にその中の振幅最大となっている部分の１０％程度以上の振幅を検出した時点を基準として、それより後５０μsec間(サンプル数５００個分)のデータを「サージ波形の先頭部分の波形」としている。
【００７５】
そして、マザーウエーブレット関数Ψ(t)と元の関数ｆ(t)の２つの関数の積の積分値は、２つの関数が相似波形になっている部分で絶対値が最大となる(ピーク点)。
【００７６】
図１０は変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示しており、図１０において、横軸は時間[サンプル数]、縦軸は電流レベル[任意目盛]を表している。
【００７７】
図１０に示すように、太い線で示す元の波形のうちの先頭サージ波形のピーク点から２５０サンプルをマザーウエーブレット関数Ψ(t)として使用し、そのマザーウエーブレット関数Ψ(t)と元の波形の積を区間[−∞、＋∞]で積分した結果を絶対値化した結果を細い線で示している。この変換結果では、先頭サージ波形のピーク点以外に反射波サージ波形のピーク点が２つある。
【００７８】
図１０におけるマザーウエーブレット関数Ψ(t)の時間幅を変動させ場合の変換結果を図１１,図１２,図１３に示している。
【００７９】
図１１は太い線で示す元の波形のうちの先頭サージ波形のピーク点から１００サンプルをマザーウエーブレット関数Ψ(t)として使用したときの変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示している。
【００８０】
また、図１２は太い線で示す元の波形のうちの先頭サージ波形のピーク点から５０サンプルをマザーウエーブレット関数Ψ(t)として使用したときの変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示している。
【００８１】
また、図１３は太い線で示す元の波形のうちの先頭サージ波形のピーク点から２５サンプルをマザーウエーブレット関数Ψ(t)として使用したときの変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示している。
【００８２】
図１１,図１２,図１３に示すように、マザーウエーブレット関数Ψ(t)の時間幅をかなり変動させても変換結果のピーク点の位置が変化しないことが分かる。
【００８３】
上記実施形態の故障点標定方法およびそれを用いた故障点標定システムによれば、商用周波交流の送電線の端子に接続された電圧分圧器(または計測用変圧器)の２次側回路と接地との間に接続されたサージ電流分流用コンデンサに、上記送電線の電気事故時に発生したサージ電流が電圧分圧器(または計測用変圧器)を介して流れたとき、高周波電流センサにより検出された上記サージ電流分流用コンデンサに流れるサージ電流の波形とそのサージ電流の到着時刻に基づいて、送電線の故障点を故障点標定装置により標定することによって、送電線に端子に接続された電圧分圧器(または計測用変圧器)の２次側回路に、サージ電流分流用コンデンサＣと高周波電流センサＣＴと故障点標定装置１０を１組設置すればよく、コストを大幅に低減することができる。また、配電盤室などの故障点標定装置の設置場所までは、既存の計測用変圧器ラインのケーブルがそのまま流用できる。さらに、故障点標定装置は室内設置の仕様でよく、屋外設置基準に基づいた耐環境性能を満たす必要がない。したがって、簡単な構成でかつ低コストで送電線の故障点を標定できる故障点標定システムを実現することができる。
【００８４】
一般に高電圧の送電線に直接波形検出手段を設置することは非常にコストが掛かり、また電力会社の変電所は通常広大な敷地の上に建設されているため、観測結果を変電所の建て屋内までで数百ｍ伝送しなければならないため、既存の電圧分圧器(または計測用変圧器)とその２次側回路の既設のケーブルをそのまま利用することにより遥かに低コストとなる。
【００８５】
通常、電圧変換器の周波数特性は数十ｋＨzまでであり、数１００ｋＨz〜数ＭＨｚの波形は観測できないと考えられていた。ところが、電圧分圧器(または計測用変圧器)の２次側の電圧波形を観測するのではなく、電圧分圧器(または計測用変圧器)の２次側回路内のサージ電流を観測した結果、事故時のサージ電流波形を容易に検出できることが判った。本発明の故障点標定方法およびそれを用いた故障点標定システムは、このサージ電流波形を利用して故障点標定したものである。
【００８６】
また、上記高周波電流センサＣＴにより検出されたサージ電流の波形のうちの先頭サージ部分の波形を先頭サージ抽出部１２aにより抽出し、その抽出された先頭部分の波形とそれ以降の波形部分との相関関数を相関関数算出部１２bにより算出して、その相関関数の絶対値がピークとなる時間軸上の点を上記サージ電流の反射波の到達時刻とし、サージ電流の先頭部分の到着時刻とサージ電流の反射波の到達時刻に基づいて、故障点標定部１２cにより送電線の故障点を標定することによって、故障点標定を高精度にかつ高速に行うことができる。
【００８７】
また、上記送電線が複数接続された構成の系統において、複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報に基づいて、故障点標定装置１０により電気事故が発生した送電線の区間に対して送電線の故障点を標定することによって、送電線の回線数分のセンサを用いることなく、電気事故が発生した送電線を識別して故障点標定ができる。
【００８８】
また、上記複数の送電線のうちの電気事故が発生した送電線の区間を示す情報として、電気事故が発生した送電線の保護リレーの動作信号を用いることによって、回線数分のセンサを設置する場合に比べてコストを低減することができる。
【００８９】
通常の変電所では、送電を停止する時期や期間が制限され、変電所内での故障点標定装置の設置工事の時期や期間も制限される。このような状況において、本発明の故障点標定方法およびそれを用いた故障点標定システムによれば、高圧系統の事故サージを変電所内のより低い電圧階級の母線の計測用変圧器の２次側回路で観測して、例えば図６Ａ,図６Ｂに示すように１５４ｋＶ系統の事故サージ波形を７７ｋＶ系統の母線の計測用変圧器の２次側回路内のサージ電流成分として検出することができる。
【００９０】
この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９１】
【図１Ａ】図１Ａはこの発明の実施の一形態の故障点標定方法を用いた故障点標定装置と電力系統の模式図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは上記故障点標定装置の電流波形解析部のブロック図である。
【図２】図２は計測用変圧器の出力の電圧波形を示す図である。
【図３】図３は高周波電流センサの出力の電流波形を示す図である。
【図４】図４はフィルタリングされたサージ波形および相関関数による変換結果を示す図である。
【図５】図５は反射波サージの検出例を示す図である。
【図６Ａ】図６Ａは１５４ｋＶ系統の送電線路における電気事故時のサージ波形の例を示す図である。
【図６Ｂ】図６Ｂは図６Ａに示す領域Ｓの拡大図である。
【図７】図７はウエーブレット変換を説明するための図である。
【図８】図８(A)はウエーブレット変換の積分結果を示す図であり、図８(B)はその積分結果を絶対値化した波形を示す図である。
【図９】図９は本発明の故障点標定方法を適用した例を示す図である。
【図１０】図１０は変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示す図である。
【図１１】図１１は１００サンプルの先頭サージ波形をマザーウエーブレット関数Ψ(t)として使用したときの変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示す図である。
【図１２】図１２は５０サンプルの先頭サージ波形をマザーウエーブレット関数Ψ(t)として使用したときの変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示す図である。
【図１３】図１３は２５サンプルの先頭サージ波形をマザーウエーブレット関数Ψ(t)として使用したときの変換波形の説明のための模擬サージ波形とその変換結果を示す図である。
【符号の説明】
【００９２】
１a…平行２回線の３相送電線
１b…平行２回線の３相送電線
２a…端子(母線)
２b…端子(母線)
３…トランス
４…電圧分圧器
５…サージ対策用のアレスタ
１０…故障点標定装置
１１…電流波形記録部
１２…電流波形解析部
１２a…先頭サージ抽出部
１２b…相関関数算出部
１２c…故障点標定部
１２d…信号入力部
Ｃ…サージ電流分流用コンデンサ
ＣＴ…高周波電流センサ
【図１Ａ】
0004914306.tif 000005
【図１Ｂ】
0004914306.tif 000006
【図６Ｂ】
0004914306.tif 000007
【図７】
0004914306.tif 000008
【図８】
0004914306.tif 000009
【図１０】
0004914306.tif 000010
【図１１】
0004914306.tif 000011
【図１２】
0004914306.tif 000012
【図１３】
0004914306.tif 000013
【図２】
0004914306.tif 000014
【図３】
0004914306.tif 000015
【図４】
0004914306.tif 000016
【図５】
0004914306.tif 000017
【図６Ａ】
0004914306.tif 000018
【図９】
0004914306.tif 000019