それらのソースを決定するために、電力品質イベント間の相関を確立する
| 場所 | 工業地区 — 小さな都市, アメリカ中西部 |
| 原因 | 鳥 (カラス) 高圧商用開閉装置に飛び込んだ - 地絡事故 |
| ネットワークへの影響 | 数マイルにわたる電圧低下と瞬間的な停電, 影響を与える 200+ 顧客 |
| 監視 | 近隣全体に分散された 4 台の I-Sense モニター - GPS 時刻同期 |
| ソースの決定 | タイムスタンプの相関関係 4 監視記録により、電力会社による単一のグリッドイベントが確認されました |
| 確認方法 | ユーティリティリレーの操作記録は、4 台すべてのモニターからの GPS タイムスタンプと一致しました |
| 顧客への影響 | 監視対象の顧客の 1 人は 13 時間のプロセスのシャットダウンを経験しました |
| 重要な発見 | 複数ポイントの時間同期監視により、PQ イベントの原因を電力会社または顧客のソースに帰すことができ、産業用 PQ 紛争で最も議論の多い問題を解決できます。 |
01 コンテキスト — 出典の帰属の問題
産業用電力品質エンジニアリングにおいて最も議論の余地があり、実際的に重要な問題の 1 つは、一見単純な問題です。: 電圧低下や停電により顧客のプロセスが中断された場合, 誰がそれを引き起こしたのか? 答えによって、その出来事に対して誰が責任を負うかが決まります, 緩和に誰が資金提供するのか, そして、規制された公共事業環境において、サービス品質に関する苦情にメリットがあるかどうか.
電力品質イベントは公共料金メーターのどちらの側からも発生する可能性があります:
- 公共事業によるもの (グリッドイベント) — 送電線または配電線の障害, スイッチング操作, コンデンサバンク切り替え, 電圧調整器の動作. これらは、同じフィーダまたは変電所に接続されているすべての顧客に影響を及ぼし、電力会社の運用責任となります。
- 顧客起因 (内部イベント) — モーターが始動します, アーク炉の操業, プラント内でのコンデンサの切り替え, 内部配線の故障状態. これらは顧客の責任であり、同じ配信バスに接続されている近隣の顧客にも影響を与える可能性があります。
- 近隣の顧客起因の出来事 — 隣接するプラントにおける大きな非線形または断続的な負荷 (アーク炉, 大型モーター, 抵抗溶接機) 共有配電網を通じて他の顧客に電圧障害を伝播する
適切なモニタリングがなければ、具体的には, 複数の場所で同時にイベントを捕捉する多点時間同期監視 - 単一の測定点からこれら 3 つのケースを区別することは不可能. プラントの引き込み口にある 1 台のモニターがイベントを記録しますが、それが上流で発生したかどうかを判断できません (ユーティリティ) または近隣のお客様の敷地内で.
ほとんどの管轄区域では, 指定された制限内で電力品質を提供する電力会社の義務 (電圧の大きさ, ちらつき, ハーモニックス) 公共事業ネットワークに起因する障害に適用されます. 顧客のプロセス中断が近隣の顧客の操業によって引き起こされた場合 - フィーダー 2 つ離れた大型アーク炉, たとえば、電力会社は規制上の行動義務が限定的である可能性があります。, たとえ影響を受けた顧客の経験が公共事業に起因する出来事と同一であっても、. したがって、出典の帰属は単なる技術的な問題ではありません: それは責任を割り当て、正しい緩和戦略を決定するための前提条件です。.
02 イベント — 開閉装置の中の鳥
中西部の小さな都市の工業地帯にある, カラスが変電所の中圧開閉装置に飛び込みました. 鳥と通電中の機器との接触により、配電システムに相地絡事故が発生しました。. 事故電流により、配電網のかなりの部分で電圧低下と瞬間的な電圧損失が発生し、数マイル以上にわたる顧客に影響を与えました。 200 顧客アカウント.
I-Grid 監視ネットワークの一部として、4 台の I-Sense モニターが近隣全域に分散されました。. 各モニターはイベントを個別に記録しました, GPS 精度のタイムスタンプにより、記録されたデータを時間的に正確に関連付けることができます。.
ある変電所での鳥との接触によって引き起こされた単相地絡事故は、複数の地域に影響を与えました。 200 数マイルにわたる販売ネットワークにわたる顧客アカウント. これは、停電とは異なり、電圧低下のネットワーク伝播特性を示しています。, これは通常、障害が発生したフィーダに局所的に発生します。, 電圧低下は光の速さでネットワーク全体に伝播します, ネットワーク インピーダンス トポロジによっては、隣接するフィーダ、さらには隣接する変電所の顧客に影響を与える. ザ 200+ この事象を経験した顧客は、共通のフィーダを共有していませんでした。彼らは、故障電流によって低下した共通の変電所バス電圧を共有していました。.
03 ソースの帰属 — モニタリングによって原因がどのように証明されたか
手順 1 — GPS タイムスタンプの相関関係
各 I-Sense モニターは電圧イベントを個別に記録しました, GPS精度のタイムスタンプ付き. 4つのレコードを共通の時間軸上に並べた場合, 4 つのモニターすべてが、GPS 同期精度が約 100 の範囲内で、まったく同じ瞬間に電圧降下が始まることを示しました。 1 マイクロ秒. この同時発生はグリッドイベントの決定的な兆候です: 個々の顧客の敷地内で発生したイベントは、測定可能な伝播遅延を伴って他の 3 つの監視場所に到達します。, 同時にではない.
手順 2 — Waveform analysis
Analysis of the waveforms at all four monitors showed the characteristic signature of a single-line-to-ground (SLG) fault — the most common fault type on distribution systems, accounting for approximately 70–80% of all distribution faults. Note that Monitor #1 recorded line-to-line voltage while the other three recorded line-to-neutral voltage — the different measurement configurations produced different waveform shapes from the same event, which could appear inconsistent without the time-synchronisation context.
手順 3 — Utility record confirmation
4 つの記録すべてが単一の電力会社に起因するイベントを表しているという仮説は、電力会社の記録によって、4 つのモニターすべてによって記録された電力品質イベントとまったく同じタイムスタンプを持つ並列フィーダでのリレー動作が明らかになったことで決定的に確認されました。. リレーはカラスによる障害を解消するために動作しました - 日常的な保護動作です - しかし、そのタイムスタンプは、イベントの原因と時間の両方について反論の余地のない確認を提供しました.
この出来事は明らかに公益事業が原因であった. 変電所の開閉装置でのカラスによる故障により、電圧低下が影響を受けた配電網に接続されているすべての顧客に伝わりました。. イベントを引き起こした、またはイベントに関与した顧客のアクションはありません. この判断は、マルチポイントの GPS 同期監視ネットワークのおかげでのみ可能でした。いずれかの顧客のサービス入口にある 1 台のモニターでは低下を記録できましたが、隣接する顧客の負荷切り替えイベントとそれを区別することはできませんでした。.
04 顧客への影響と軽減
監視対象の 4 人の顧客のうち 1 人は、このイベントの結果として 13 時間のプロセスのシャットダウンを経験しました。. シャットダウンの継続時間は電気的イベントの継続時間と不釣り合いです - 電圧障害自体は数サイクルしか続きませんでした. 13 時間のシャットダウンは、再起動時間と顧客の産業プロセスの複雑さを反映しています。, 電力品質イベントの期間ではありません. これはプロセス産業ではよくあるパターンです: ミリ秒の電気的イベントが数時間にわたる生産中断を引き起こす.
元の調査では、4 つの監視場所すべてからの波形の分析により、市販の電圧低下緩和装置が 4 つの監視場所すべてで顧客の機器をこの事象から保護できたであろうことが示されていると記載されています。. 電圧低下特性 (深さと持続時間) は、動的電圧回復装置の動作範囲内にありました。 (DVR) および無停電電源装置 (UPS) プロセス保護のために設計されたシステム. 3 サイクルのサグによる 13 時間の生産損失 $50,000 サグ補正器があれば完全に防止できたはずであり、プロセスが重要な環境における電圧サグ緩和の経済性を示しています.
監視ネットワーク設計への影響
この調査では、ネットワーク密度の監視に関する重要な結論が導き出されています。. なぜなら、公共事業ネットワークの障害によって引き起こされるグリッド イベントはネットワーク全体に伝播し、地理的領域内のすべての顧客が同時に経験するからです。, 地域の電力品質環境を評価するためにすべての顧客を監視する必要はありません. 少数の顧客をカバーする監視ネットワーク, 適切に設計され、時刻が同期されていれば, 地域全体の統計的に代表的なデータを提供します.
この原則は、公共事業の PQ 監視プログラムの設計に重大な影響を及ぼします。: まばらな, 適切に配置された, 時間同期されたモニターは、高密度モニターよりもはるかに効率的にネットワーク全体の PQ 動作を特徴付けることができます。, 個々の顧客サービス入口での調整されていない単一点測定.
05 電力品質の観点
このケーススタディは、ソースの特定に顧客側の測定だけではなく、ネットワーク監視が必要な理由を可能な限り明確に示したものです。. ユーティリティエンジニアリングの観点から, このケーススタディは、流通 PQ 管理の基本となる原則を検証します。: グリッド イベントはネットワーク現象です, 個々の顧客の現象ではない. ある変電所の開閉装置にカラスがいると、電圧低下が発生します。 200+ 顧客の場所を同時に. 個別の顧客の測定はありません, どんなに洗練されていても, これを単一のグリッド イベントとして識別できます。 200 個別のイベント.
I-Grid システムで使用される GPS 同期テクノロジーが重要な実現要因です. マイクロ秒レベルまで正確な時刻同期なし, 4 つのモニター レコードを確実に関連付けることができませんでした。 60 Hz の電力システム サイクルはおよそ 16,700 マイクロ秒, 同時発症の区別 (グリッドイベント) ほぼ同時の発症から (内部イベントの伝播) サイクルレベルの時間分解能よりもはるかに優れた時間分解能が必要です.
で 30 長年にわたる商用電力の品質向上に向けた取り組み, 出典の帰属に関する質問 — “これは私たちのせいですか、それとも彼らのせいですか?” — 電力会社と産業顧客の間で最も頻繁に論争となる問題です. お客様はプロセスの中断と生産損失を経験します. 彼らはユーティリティに電話します. ユーティリティはリレー記録をチェックします. お客様のフィーダでリレーが動作しない場合, ユーティリティはイベントが内部的なものであると結論付けます. 顧客が同意しない. 多点時刻同期監視なし, どちらの側も自分たちの主張を決定的に証明することはできない. このケーススタディは、この疑問を決定的に解決するテクノロジーが少なくとも以前から存在していたことを示しています。 2003. ギャップはテクノロジーではなく導入と調整にあった. 適切に設計された PQ 監視ネットワークを備えたユーティリティは、ソース帰属に関する紛争を数分で解決できます。. 一つもなければ, 紛争は何年も続くことがある.
参照
- ディバンD, ブルームシックル W, 江藤J. 電力品質と電力信頼性のモニタリングへの新しいアプローチ — I-Grid の機能を示すケーススタディの図™ システム. アーネストオーランドローレンス·バークレー国立研究所, LBNL-52048, 4月 2003.
- IEEE規格 1159-2019. IEEE が推奨する電力品質監視の実践方法. IEEE, ニューヨーク, NY, 2019.
- IEC 61000-4-30:2015+AMD1:2021. 電磁両立性 - パート 4-30: 電力品質測定方法. IEC, ジュネーブ.
ディバンD, ブルームシックル W, 江藤J. 電力品質と電力信頼性のモニタリングへの新しいアプローチ — I-Grid の機能を示すケーススタディの図™ システム. ローレンス・バークレー国立研究所, LBNL-52048, 4月 2003.
このケーススタディは、教育目的のために概要と解説の形で提示されています。. 元の資料は著者およびローレンス バークレー国立研究所に帰属します. PQ の視点セクション (セクション 5) および SVG 図は、Denis Ruest によるオリジナルの IPQDF 編集コンテンツです。, 修士号. (適用済み), P.Eng. (レット。). IPQDF は元の研究の著者であることを主張していません.