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【発明の名称】 電力ケーブルの故障点標定方法
【発明者】 【氏名】中村 良晴

【氏名】天野 一夫

【氏名】滝波 直樹

【氏名】千野 孝
【要約】 【課題】温度上昇以外の要素を取り入れて電力ケーブルの故障を判断して、温度上昇が少ない場合にもより正確に故障点の位置標定ができる。

【解決手段】分布型温度センサ本体４で電力ケーブル１の長手方向の温度分布を検出し、検出温度分布に基づき、コンピュータ２１により、測定点の温度上昇が定常時と比較して所定以上あるか否かの第１の判断基準〔１〕、測定点の前後所定長さの平均温度と測定点との温度差が所定以上あるか否かの第２の判断基準〔２〕、および、測定点の所定回の測定において測定毎に温度が下降するか否かの第３の判断基準〔３〕を、電力ケーブル１長手方向の各測定点について判断する。また、判断の結果に基づき、電力ケーブルの故障点を標定する。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 測定対象の電力ケーブルに沿わせて配設した分布型温度センサで当該電力ケーブルの長手方向の温度分布を検出し、検出温度分布に基づき電力ケーブルの故障点を標定する方法において、検出温度分布に基づき、測定点の温度上昇が定常時と比較して所定以上あるか否かの第１の判断基準、測定点の前後所定長さの平均温度と測定点との温度差が所定以上あるか否かの第２の判断基準、および、測定点の所定回の測定において測定毎に温度が下降するか否かの第３の判断基準を、電力ケーブル長手方向の各測定点について判断し、判断の結果に基づき、電力ケーブルの故障点を標定することを特徴とする電力ケーブルの故障点標定方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電力ケーブルの故障点標定方法に関するもので、温度上昇から事故点を標定する場合の精度を高めたもの、特に、分布型温度センサを用いる場合の故障点の標定精度を高めるものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、電力ケーブルでは、落雷による衝撃電圧の印加や、電力ケーブルの絶縁体の劣化あるいは電力ケーブルの外傷により絶縁破壊が生じ、この絶縁破壊の生じた部分から大電流が接地系に流れる地絡事故が生じて、その電力ケーブルに損傷が生じる場合がある。このような電力ケーブルの地絡事故等の故障の発生地点を検出する故障点の標定技術には、電力ケーブルに光ファイバを設けて電力ケーブルに断線事故が生じた位置をその光ファイバの破断等の異常から検出する技術がある（例えば特開昭６０−１７４９６０号、同６１−９６４７７号公報参照）。しかしながら、このような技術では光ファイバに異常が生じない限り故障点が標定できないという欠点がある。
【０００３】これに対して、分布型温度センサを電力ケーブルに設けて電力ケーブルの長手方向の温度分布を測定し、故障発生前よりも発生後に温度が上昇した地点を事故点と判断している（例えば、特開平４−７０５２７号公報参照）。すなわち、この公報記載の技術においては、ラマン散乱型光ファイバ式分布型温度計を用いてその温度検知部である光ファイバを電力ケーブルの長さ方向に沿わせて当該長さ方向における温度分布を計測することにより、電力ケーブルの線路における地絡事故等の事故により温度上昇した位置（ピーク位置）を検出して、事故発生地点を知得する。
【０００４】なお、前記ラマン散乱型光ファイバ式分布型温度センサによる温度分布計測原理は次の通りである。すなわち、光ファイバに光を入射すれば、光ファイバ内のわずかな屈折率の揺らぎや光ファイバを構成する分子、原子による吸収、再発光等による散乱が生じる。この散乱光には、入射光と同じ波長の光であるレーリ散乱光と、入射光と異なる波長の光であるラマン散乱光とがある。後者のラマン散乱光は、光ファイバを構成する分子、原子の熱振動により発生する散乱光で、その強さは温度に大きく依存する。そこで、入射光として特定波長のパルス光（通常はレーザ光）を使用し、散乱光により光が戻ってくるまでの時間の遅れとラマン後方散乱光の強さを検出することにより、光ファイバの長さ方向各位置の温度を計測することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従来の技術により電力ケーブルの長手方向の温度分布を計測して、その温度上昇が高い位置を故障点とするとしても、ケーブルの導体温度を直接計測することは困難あるいは不可能なため、電力ケーブルの遮蔽層あるいはケーブル表面の温度を測定しており、故障による温度上昇が少ない場合、正確な位置標定が困難である。例えば図１１に示すように、電力ケーブルａに沿って光ファイバケーブルｂが配設されていても地絡容量が小さい電力ケーブルａの場合、電力ケーブルａの箇所ｃで地絡事故が生じても、光ファイバケーブルｂには、事故と判断できる所定以上の温度上昇を検出できず、故障点の正確な位置標定ができないという問題点があった。
【０００６】これに対して、事故を判断する所定温度を単に下げただけでは、送電時の温度上昇で事故が生じていないにもかかわらず事故と判断してしまう恐れがある。また、図１１に破線で示すように光ファイバケーブルｂ１、ｂ２、ｂ３・・・を電力ケーブルの表面に密に配設することが考えられるが、コスト上昇を招き現実的ではない。
【０００７】本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたものであって、温度上昇以外の要素を取り入れて電力ケーブルの故障を判断して、温度上昇が少ない場合にもより正確に故障点の位置標定ができる電力ケーブルの故障点標定方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、前記課題を解決するため、測定対象の電力ケーブルに沿わせて配設した分布型温度センサで当該電力ケーブルの長手方向の温度分布を検出し、検出温度分布に基づき電力ケーブルの故障点を標定する方法において、検出温度分布に基づき、測定点の温度上昇が定常時と比較して所定以上あるか否かの第１の判断基準、測定点の前後所定長さの平均温度と測定点との温度差が所定以上あるか否かの第２の判断基準、および、測定点の所定回の測定において測定毎に温度が下降するか否かの第３の判断基準を、電力ケーブル長手方向の各測定点について判断し、判断の結果に基づき、電力ケーブルの故障点を標定することを特徴とする電力ケーブルの故障点標定方法の構成を有する。
【０００９】発明者は、電力ケーブルに光ファイバを配設して、光ファイバにより電力ケーブルの温度分布の検出するのを、例えば図５に示すように、光ファイバを円周方向に９０度おきに４本複合したケーブルを用いて行った。その結果、地絡容量が小さい（例えば２００Ａ×０．１秒）ときに故障点から円周方向で９０°離れた部分の光ファイバによる測定温度が、事故点判定レベルである温度上昇５°Ｃに満たない場合があることが分かった。
【００１０】光ファイバ２本で故障点標定を行うならば、円周方向に９０°離れた場所での故障点も標定できなければならない。そのため、温度上昇が５°Ｃ未満の場合の故障点標定方法を検討した結果、本発明をなしたものである。
【００１１】請求項１の発明によれば、分布型温度センサで当該電力ケーブルの長手方向の温度分布を検出し、検出温度分布に基づき電力ケーブルの故障点を標定するに際して、検出温度分布に基づき、測定点の温度上昇が定常時と比較して所定以上あるか否かの第１の判断基準、測定点の前後所定長さの平均温度と測定点との温度差が所定以上あるか否かの第２の判断基準、および、測定点の所定回の測定において測定毎に温度が下降するか否かの第３の判断基準を、電力ケーブル長手方向の各測定点について判断する。また、判断の結果に基づき、電力ケーブルの故障点を標定する。したがって、故障点の標定を温度上昇以外の前記第２および第３の判断基準で行うため、故障により温度上昇が少ない場合にも故障点の標定ができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。図１は本発明の実施形態に係る多回線対応型の故障点標定装置の説明図、図２はこの故障点標定装置の各光路切り替え器２ｂ、３ｂの詳細構成図、図３は各電気スイッチ１７、１８、１９の詳細説明図である。
【００１３】図１に示す故障点標定装置は、３本の電力ケーブル１（１・１、１・２、１・３）に添わせて配設した温度分布測定用光ファイバ２ａ（２ａ１〜２ａ３）、３ａ（３ａ１〜３ａ３）を有する第１、第２のファイバ検知部２、３と、第１、第２のファイバ検知部２、３にレーザパルス光を入射して温度分布測定用光ファイバ２ａ（２ａ１〜２ａ３）、３ａ（３ａ１〜３ａ３）からのラマン散乱光を検出するセンサ本体４と、検出されたラマン散乱光信号を平均化処理するデジタルアベレージャ２０と、平均化処理データを温度分布データに変換する等の他、当該故障点標定装置に制御指令を出力するコンピュータ２１とを有する。
【００１４】第１、第２のファイバ検知部２、３は、温度分布測定用光ファイバ２ａ（２ａ１〜２ａ３）、３ａ（３ａ１〜３ａ３）の他に、各温度分布測定用光ファイバ２ａ（２ａ１〜２ａ３）を切り替えてレーザパルス光を入射する第１の１ｘＮ光路切り替え器２ｂと、該光路切り替え器２ｂをセンサ本体４に接続する第１の接続部２ｃと、各温度分布測定用光ファイバ３ａ（３ａ１〜２ａ３）を切り替えてレーザパルス光を入射する第２の１ｘＮ光路切り替え器３ｂと、該光路切り替え器３ｂをセンサ本体４に接続する第２の接続部３ｃとを有している。
【００１５】前記第１、第２のファイバ検知部２、３の光路切り替え器２ｂ、３ｂの構成は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、接続部２ｃ、３ｃからの光を反射する反射鏡３３、３４と、該反射鏡３３、３４を回転軸３１、３２を介して回転させるモータ３０とを有している。また、各光ファイバ２ａ、３ａの入射側端部は反射鏡３３、３４を中心とする円周状に沿って配列されており、反射鏡３３、３４の回転により、前記接続部２ｃ、３ｃからの光を切り替えて各光ファイバ２ａ、３ａの入射側端部に入射するようになっている。
【００１６】なお、図１のように、各電力ケーブル１・１、１・２、１・３には、それに過電流が生じたことを検出する過電流センサが配設されており、過電流センサ信号は過電流信号処理装置２２に入力されるようになっている。過電流信号処理装置２２は、接点リレー信号をコンピュータ２１に出力する。
【００１７】ここで、センサ本体４の光源５から出射されたレーザパルス光は、光分岐器６に入射され、この光分岐器６は入射光を２方向に分岐する。これら２つの分岐光（レーザパルス光）の一方は、第１の分波器７を介して第１のファイバ検知部２に入射される。また、前記の分岐光は、この第１のファイバ検知部２から光ファイバ２ａ１〜２ａ３に入射され、光ファイバ２ａ１〜２ａ３からは後方ラマン散乱光が出射されて、その後方ラマン散乱光は第１のファイバ検知部２を介して第１の分波器７に入射される。
【００１８】第１の分波器７は前記後方ラマン散乱光を第１のストークス光（１）および第１の反ストークス光（１’）に分波して、それぞれを受光素子９、１０に入射する。受光素子９、１０は、それぞれ第１のストークス光（１）および第１の反ストークス光（１’）をストークス電気信号および反ストークス電気信号に変換して各増幅器１３、１４に出力する。各増幅器１３、１４ではストークス電気信号および反ストークス電気信号を増幅して第１の電気スイッチ１７に導く。
【００１９】一方、前記の２つの分岐光（レーザパルス光）の他方は、第２の分波器８を介して第２のファイバ検知部３に入射される。また、前記分岐光は、この第２のファイバ検知部３から光ファイバ３ａ１〜３ａ３に入射され、光ファイバ３ａ１〜３ａ３からは後方ラマン散乱光が出射されて、そのラマン散乱光は第２のファイバ検知部３を介して第２の分波器８に入射される。第２の分波器８は前記後方ラマン散乱光を第２のストークス光（２）および第２の反ストークス光（２’）に分波して、それぞれを受光素子１１、１２に入射する。
【００２０】受光素子１１、１２は、それぞれ第２のストークス光（２）および第２の反ストークス光（２’）をストークス電気信号および反ストークス電気信号に変換して各増幅器１５、１６に出力する。増幅器１５はストークス電気信号を増幅して第２の電気スイッチ１８に導く。増幅器１６は反ストークス電気信号を増幅して第３の電気スイッチ１９に導く。
【００２１】第１の電気スイッチ１７は、２つの入力端子１７ａ、１７ａと２つの出力端子１７ｂ、１７ｂを有している。この２つの入力端子１７ａ、１７ａは増幅器１３、１４とそれぞれ接続されている。また、２つの出力端子１７ｂ、１７ｂは第２の電気スイッチ１８および第３の電気スイッチ１９にそれぞれ接続されている。第２の電気スイッチ１８は、２つの入力端子１８ａ、１８ａと１つの出力端子１８ｂを有している。この２つの入力端子１８ａ、１８ａの内の一方は第１の電気スイッチ１７の出力端子１７ｂに接続され、他方は増幅器１５に接続される。第３の電気スイッチ１９は、２つの入力端子１９ａ、１９ａと１つの出力端子１９ｂを有している。この２つの入力端子１９ａ、１９ａの内の一方は第１の電気スイッチ１７の出力端子１７ｂに接続され、他方は増幅器１６に接続される。
【００２２】第２の電気スイッチ１８および第３の電気スイッチ１９からの出力が、センサ本体４からの出力信号としてデジタルアベレージャ２０に入力され、平均化処理が行われ、ノイズ低減がなされる。デジタルアベレージャ２０からコンピュータ２１にデータが転送され、コンピュータ２１で温度分布データに変換される。なお、デジタルアベレージャ２０には例えば汎用の２チャンネルのものを用いる。また、デジタルアベレージャ２０は光源５へトリガ信号を送るようになっている。
【００２３】ところで、各電気スイッチ１７、１８、１９はコンピュータ２１からの電気スイッチ制御信号によって制御され、図３の（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示されるような第１、第２、第３の系統に切り換えるように構成されている。第１、第２の系統は通常時の温度測定に使用され、第３の系統はケーブル故障時に使用される。
【００２４】図３の（ａ）に示すように、第１の系統は、第１のフィアバ検知部２出力のストークス光（１）を、第１の電気スイッチ１７から第２の電気スイッチ１８を介してデジタルアベレージャ２０に入力する。それと共に、第１のフィアバ検知部２出力の反ストークス光（１’）を、第１の電気スイッチ１７から第３の電気スイッチ１９を介してデジタルアベレージャ２０に入力する。また、（ｂ）に示すように、第２の系統は、第２のフィアバ検知部３出力のストークス光（２）を、第２の電気スイッチ１８を介してデジタルアベレージャ２０に入力する。それと共に、第２のファイバ検知部３出力の反ストークス光（２’）を、第３の電気スイッチ１９を介してデジタルアベレージャ２０に入力する。また、（ｃ）に示すように、第３の系統は、第１のファイバ検知部２出力の反ストークス光（１’）を、第１の電気スイッチ１７から第２の電気スイッチ１８を介してデジタルアベレージャ２０に入力する。それと共に、第２のファイバ検知部３出力の反ストークス光（２’）を第３の電気スイッチ１９を介してデジタルアベレージャ２０に入力する。
【００２５】本実施形態の故障点標定装置の基本的なフローチャートは、図４に示すようになる。図４に示すように、まず、常時、電力ケーブル１・１、１・２、１・３の温度分布を測定し、事故が発生しているか否かを判断する（ステップ１）。事故が発生したと判断したならば、常時測定から事故発生相の温度測定に瞬時に切り替える。光ファイバケーブルが断芯したか否かを判断し（ステップ２）、断芯した箇所があるならば事故による断芯とみなして故障点の標定を行い（ステップ５）、そこを故障点とする。断芯箇所がなくても、定常時よりも５°以上に温度上昇した場所があるならば（ステップ３）、故障点の標定を行う（ステップ５）。光ファイバケーブルが断芯せずかつ５°Ｃ以上温度上昇した箇所がないならば、本発明による温度上昇５°Ｃ未満の場合の故障の判別を行う（ステップ４）。故障が判別されたならば、故障点の標定を行う（ステップ５）。
【００２６】前記各ステップ１〜５を詳細に説明する。前記ステップ１の通常時の温度測定手順を説明する。電力ケーブル１に配設した第１の温度分布測定用光ファイバ２ａと第２の温度分布測定用光ファイバ３ａを光学的に接続（光コネクタ接続、光融着接続）する。コンピュータ２１から第１のファイバ検知部２および第２のファイバ検知部３へ切り替え制御信号を送出する。この信号により、第１の１ｘＮ光路切り替え器２ｂと、第２の１ｘＮ光路切り替え器３ｂが、第１の電力ケーブル１・１の温度分布測定用光ファイバ２ａ１および３ａ１に光学的に接続される。コンピュータ２１は、電気スイッチ１７、１８、１９へ電気スイッチ制御信号を送出する。この信号により第１の系統のように電気スイッチ１７、１８、１９が制御される。この結果、第１の電力ケーブル１・１の温度分布測定用光ファイバ２ａ１の温度分布が測定される。
【００２７】次いで、コンピュータ２１から、電気スイッチ１７、１８、１９へ電気スイッチ制御信号を送出する。この信号により、前記第２の系統のように電気スイッチ１７、１８、１９が制御される。この結果、第１の電力ケーブル１・１の温度分布測定用光ファイバ３ａ１の温度分布が測定される。
【００２８】次いで、コンピュータ２１から第１のファイバ検知部２および第２のファイバ検知部３へ切り替え制御信号を送出する。この信号により、第１の１ｘＮ光路切り替え器２ｂと第２の１ｘＮ光路切り替え器３ｂが、第２の電力ケーブル１・２の温度分布測定用光ファイバ２ａ２、３ａ２と光学的に接続される。コンピュータ２１は、電気スイッチ１７、１８、１９電気スイッチ制御信号を送出する。この制御信号により、前記第１の系統のように電気スイッチが１７、１８、１９が制御される。この結果、第２の電力ケーブル１・２の温度分布測定用光ファイバ３ａ２の温度分布が測定される。
【００２９】次いで、コンピュータ２１から、電気スイッチ１７、１８、１９へ電気スイッチ信号を送出する。この信号により、前記第２の系統のように電気スイッチ１７、１８、１９が制御される。この結果第２の電力ケーブル１・２の温度分布測定用光ファイバ３ａ１の温度分布が測定される。
【００３０】以後、前記と同様の手順により、第３の電力ケーブル１・３の温度分布測定用光ファイバ２ａ３、３ａ３の温度分布を測定する。
【００３１】ここで、ステップ１〜３のケーブル故障時の温度測定手順は次のようになる。ステップ１において、事故が発生したことは例えば過電流センサにより検出する。すなわち、電力ケーブル１に設けられた過電流センサからの信号により過電流信号処理装置２２が電力ケーブル１・１、１・２、１・３の少なくともいずれかに過電流が生じたことをモニターしている。過電流が発生した場合、過電流信号処理装置２２からコンピュータ２１へ接点リレー信号を送出する。その信号により、コンピュータ２１は、故障した電力ケーブル１を認識する。
【００３２】仮に第３の電力ケーブル１・３が故障した場合を仮定して説明する。コンピュータ２１から第１のファイバ検知部２および第２のファイバ検知部３へ切り替え制御信号を送出する。この信号により、第１の１ｘＮ光路切り替え器２ｂと第２の１ｘＮ光路切り替え器３ｂが、第３の電力ケーブルの温度分布測定用光ファイバ２ａ３および３ａ３の温度分布を測定する。この温度測定結果により、ケーブル故障点を標定する。
【００３３】さらにステップ４の温度上昇が５°ｃ未満の場合の故障の検出は次のようにする。故障による温度上昇があるならばその点では、以下のような特徴があるはずである。
〔１〕定常時と比較して温度上昇している。
〔２〕長手方向で前後と比較して温度が高い〔３〕故障発生後１→２→３回と測定毎に温度が下降している。
【００３４】光ファイバの各地点において、この３つの条件〔１〕〜〔３〕のそれぞれについて、光ファイバ長ｘ（ｍ）の地点が故障点である可能性の高さをしめす関数 ｆi（ｘ） （０≦ｆi（ｘ）≦１） …（１）
を導入し、 Ｐ（ｘ）＝ｗ1ｆ1（ｘ）＋ｗ2ｆ2（ｘ）＋ｗ3ｆ3（ｘ） …（２）
ただし、ｗ1，ｗ2，ｗ3：条件〔１〕，〔２〕，〔３〕に対する重みの大きい順に故障点である可能性が大きいと判別する。
【００３５】〔１〕定常時からの温度上昇。
光ファイバのｍ（ｍ）での、定常時（故障前）の温度をｔ（ｍ，０）、故障後ｎ回目の温度測定結果をｔ（ｍ，ｎ）として、ｆ1（ｘ）は次式および図５のように定める。
【数１】

【００３６】〔２〕前後平均との比較。
例えば前後３ｍの平均とその地点との温度差により、ｆ2（ｍ）を定める。ここでは、５°Ｃ以上温度差があれば、故障点である可能性が高いとする。
【数２】

【００３７】〔３〕１→２→３回と測定毎に温度が下降。
この条件については、当てはまるか、そうでないかの２通りになる。
【数３】

【００３８】（故障の判別）発明者は、本発明の効果を確認するべく、地絡直後の温度測定で５°Ｃ未満の試料４例（ＴＮｏ．８１５，８１７，８１８，８１９）について本発明方法で故障点の判別ができるか否かを検討した。この場合の試料は、７７ｋＶＣＶケーブル１×４００ｍｍ2（銅テープ遮蔽）で、図６に示すように光ファイバθ１〜θ４は電力ケーブル１の周囲に４本円周方向に当分配になるよう複合されている。また、光ファイバθ１〜θ４の電力ケーブルに配設されている長さはそれぞれほぼ６〜７（ｍ）であって、その長手方向のほぼ中央位置で電力ケーブルに針金を打ち込んで地絡を生じさせて試験したものである。また、光ファイバθ１〜θ４はシリーズに接続しており、その光ファイバθ１〜θ４の総延長について温度分布測定をしている。光ファイバθ１とθ２とを一端で光結合し、光ファイバθ２とθ３とを他端で光結合し、θ３とθ４とを一端で光結合して、光ファイバθ１の端部からレーザパルス光を入射して温度分布測定をしたものである。
【００３９】検討した４例の、地絡試験時の温度測定結果を表１と図７〜図９とに示す。図７〜図９では、電力ケーブルの地絡により断線した光ファイバθ４の温度分布は省略している。試験の結果、光ファイバは全ての試料（ＴＮｏ．８１５，８１７，８１８，８１９）においてθ４で断芯しており、θ１〜θ３の温度上昇は５°Ｃ未満である。なお、今回は、３つの条件〔１〕〜〔３〕に対する重みｗ1〜ｗ3は、ｗ1＝０．４ｗ2＝０．４ｗ3＝０．２とした。
【００４０】
【表１】

【００４１】（判別結果）判別結果を表２〜５に示す。表中の網掛部分が地絡部分の近傍の位置に対応する光ファイバθ１〜θ３の位置を表す。また、右側の表は、Ｐ（ｍ）の値の順に並べたものである。この結果から、４試料ともθ１あるいはθ３でＰ（ｍ）が一番大きくなっており、これにより、本発明方法が故障点判別の方法として有用なものであることが分かる。
【００４２】
【表２】

【００４３】
【表３】

【００４４】
【表４】

【００４５】
【表５】

【００４６】なお、前記実施形態では、複数の電力ケーブルについて故障点を標定する装置を示したが本発明の実施範囲は単数の電力ケーブルでも実施できることがもちろんである。また、故障点である可能性の高さを示す関数ｆiの前記（３）〜（５）式および重みｗ1〜ｗ3の数値は本発明の一例であり、適宜に他の数式あるいは数値を用いることができる。
【００４７】
【発明の効果】以上説明した通り本発明によれば、温度上昇以外の要素を取り入れて電力ケーブルの故障を判断して、温度上昇が少ない場合にもより正確に故障点の位置標定ができる。
【出願人】 【識別番号】０００００５１８６
【氏名又は名称】株式会社フジクラ
【出願日】 平成１０年（１９９８）３月２４日
【代理人】
【公開番号】 特開平１１−２７１３８１
【公開日】 平成１１年（１９９９）１０月８日
【出願番号】 特願平１０−７６２２６