JP2016220502A - 保護継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】事故時において、事故相の距離継電器を確実に動作させて、電力系統に対する保護機能を向上できるようにする。【解決手段】本発明に係る保護継電装置は、複数相のうちのいずれの相の送電線に事故が発生したのか検出する事故検出回路と、相毎に設けられ、且つ前記送電線で発生する事故を想定して該送電線の電路を遮断するために標準整定値が予め設定された複数の距離継電器とを備え、前記事故検出回路によって事故相であると判断された相の距離継電器は、前記標準整定値から、事故点で発生するアーク抵抗が考慮された標準整定値よりも大きい拡大整定値に切り換えるように構成される。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば短絡事故や地絡事故等から電力系統を保護するための保護継電装置に関する。

電力系統には、保護継電装置が設置される。該保護継電装置は、複数相のうちの２相間の短絡を検知する距離継電器を備える。

距離継電器には、図５（ａ）に示す如く、インピーダンス中の抵抗成分とリアクタンス成分とに基づいて標準整定値ＳＭ１が予め設定されている。具体的に、標準整定値ＳＭ１は、ｊＸ軸（リアクタンス成分を示す軸）とＲ軸（抵抗成分を示す軸）とが交差する座標の原点を通る円を通常時の動作域としている。つまり、距離継電器は、標準整定値ＳＭ１内（円内）を動作域とし、標準整定値ＳＭ１外（円外）を非動作域としている。なお、標準整定値ＳＭ１内（円内）の動作域において、Ｒ軸に対して所定の角度を有する直線Ｓは、リレー最高感度角を示す。また、距離継電器は座標の原点を自己の設置点としている。

また、距離継電器は、複数相のうちのいずれの相の送電線で発生した事故点（インピーダンス（Ｆ点））が標準整定値ＳＭ１内にあると認識すると、動作（例えば、遮断器を動作させるトリップ信号を遮断器に送信）する。これにより、事故相の送電線の電路が遮断される。

ところで、前記距離継電器は、水力発電所など背後電源が小さく、事故点Ｆにアーク抵抗が生じた場合には、予め設定された距離継電器の標準整定値ＳＭ１（保護範囲）から事故点（インピーダンス（点ａ１））が外れて、確実に動作できないことがある。

特開２００８−１３６２６４号公報

このため、図５（ｂ）に示す如く、アーク抵抗を考慮し、３相すべての距離継電器の通常の標準整定値ＳＭ１を拡大した拡大標準整定値ＳＭ２に設定することが考えられるが、このようにすると、非事故相の距離継電器がオーバーリーチにより不要動作することになる、という問題がある。具体的に説明すると、非事故相の距離継電器から見た事故点のインピーダンス（点ａ２）は、事故相の距離継電器から見たインピーダンスよりも小さいため、３相すべての距離継電器の通常の標準整定値ＳＭ１を拡大標準整定値ＳＭ２に大きく設定することで、通常の標準整定値ＳＭ１では認識しなかった非事故相の距離継電器が、事故相の距離継電器よりも早く事故を認識してしまい、結果的に非事故相の送電線の電路を遮断する。

そこで、本発明は、上記問題に鑑み、事故時において、事故相の距離継電器を確実に動作させて、電力系統に対する保護機能を向上することができる保護継電装置を提供することを目的とする。

本発明に係る保護継電装置は、複数相のうちのいずれの相の送電線に事故が発生したのか検出する事故検出回路と、相毎に設けられ、且つ前記送電線で発生する事故を想定して該送電線の電路を遮断するために標準整定値が予め設定された複数の距離継電器とを備え、前記事故検出回路によって事故相であると判断された相の距離継電器は、前記標準整定値から、事故点で発生するアーク抵抗を考慮された標準整定値よりも大きい拡大整定値に切り換えるように構成されたことを特徴とする。

かかる構成によれば、事故相の距離継電器は、事故検出回路の事故相の情報に基づいて標準整定値からアーク抵抗を考慮した拡大整定値に切り換えられるため、事故点にアーク抵抗が発生していないときは勿論、事故点にアーク抵抗が発生しても事故を認識して確実に動作する。特に、至近端事故において、事故点にアーク抵抗が発生すると、事故のあった相（以下、事故相という）の距離継電器から見た、事故点のインピーダンスが通常の標準整定値を大きく超える傾向にあるが、拡大整定値にすることで確実に認識して動作する。また、非事故相の距離継電器は、通常の標準整定値に設定されているため、オーバーリーチにより不要動作することがない。

本発明に係る保護継電装置の一態様として、前記事故検出回路は、複数相のうちの相間の電流を比較して事故を検出することが好ましい。

かかる構成によれば、複数相のうちの相間の電流を比較して事故を検出するため、事故相のアーク抵抗を正確に把握することができ、事故相の距離継電器に対してアーク抵抗を考慮した拡大整定値に確実に変更することができる。

以上のように、本発明によれば、事故時において、事故相の距離継電器を確実に動作させて、電力系統に対する保護機能を向上することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る保護継電装置を示す回路図である。 図２は、電力系統に対する距離継電器の保護を説明する図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る保護継電装置のフローを示す図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る保護継電装置の動作特性を示す図である。 図５（ａ）は、従来の距離継電器の標準整定値を示す図、図５（ｂ）は、距離継電器の標準整定値を広げた状態の図である。

本発明の一実施形態に係る保護継電装置について図面を参照しながら説明する。
図１に示す如く、本実施形態に係る保護継電装置１は、複数相のうちのいずれの相の送電線Ｌに事故が発生したのか検出する事故検出回路２と、相毎に設けられ、且つ送電線Ｌで発生する事故を想定して該送電線Ｌの電路を遮断するために標準整定値ＳＭ１（図４参照）が予め設定された複数の第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３とを備える。また、本実施形態においては、事故相の第一距離継電器４４ＳＭを判断することを前提に、遮断器に対してトリップ信号出力するか否かを判断するための第二距離継電器４４ＳＸ１、４４ＳＸ２をさらに備える。

事故検出回路２は、相毎に設けられた過電流継電器５１−Ｒ，５１−Ｓ，５１−Ｔと、２相間の事故の有無を判断する事故判断回路２０とを備える。

事故判断回路２０は、過電流継電器５１−Ｒ，５１−Ｔの出力と、過電流継電器５１−Ｓ，５１−Ｔの出力とをそれぞれアンド条件として出力する第一の論理積素子２０ＲＴ，２０ＳＲ，２０ＴＳを備える。すなわち、事故検出回路２は、３相のうちの２相間における電流を比較して事故を検出する。この検出信号は、第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３の標準整定値ＳＭ１から拡大整定値ＳＭ２（図４参照）に変更する条件となる。

また、本実施形態においては、第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３の出力と事故検出回路２の出力とに基づいて、事故相の第一距離継電器４４ＳＭ（標準整定値ＳＭ１から拡大整定値ＳＭ２に切り換えられた第一距離継電器４４ＳＭ）を判断する事故相の距離継電器判断回路３０を備える。

事故相の距離継電器判断回路３０は、４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３の拡大整定値ＳＭ２の出力と事故検出回路２の出力とをアンド条件として出力する第二の論理積素子３ＲＴ，３ＳＲ，３ＴＳと、第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３の標準整定値ＳＭ１の出力と第二の論理積素子３ＲＴ，３ＳＲ，３ＴＳの出力とをオア条件として出力する第一の論理和素子４ＲＴ，４ＳＲ，４ＴＳとを備える。

また、本実施形態においては、複数の相のうちいずれの相の第一距離継電器が事故を検出して動作したのかを判断する第二の論理和素子５と、２つの第二距離継電器４４ＳＸ１，４４ＳＸ２のうちいずれの第二距離継電器４４ＳＸが動作したのかを判断する第三の論理和素子６と、第一距離継電器４４ＳＭ及び第二距離継電器４４ＳＸの動作に基づいて、遮断器に対するトリップ信号の出力の是非を判断する第二の論理積素子７とをさらに備える。

第一距離継電器４４ＳＭは、インピーダンス中の抵抗成分とリアクタンス成分とに基づいて標準整定値ＳＭ１が予め標準的に設定される。具体的に、標準整定値ＳＭ１は、図１に示す如く、ｊＸ軸（リアクタンス成分を示す軸）とＲ軸（抵抗を成分を示す軸）とが交差する座標の原点を通る円を通常時の動作域としている。つまり、第一距離継電器４４ＳＭは、標準整定値ＳＭ１内（円内）を動作域とし、標準整定値ＳＭ１外（円外）を非動作域としている。ここでいう動作域とは、遮断器にトリップ信号を出力する動作範囲をいう。なお、標準整定値ＳＭ１内（円内）の動作域において、Ｒ軸に対して所定の角度を有する直線Ｓは、リレー最高感度角を示す。また、第一距離継電器４４ＳＭは座標の原点を自己の設置点としている。そして、前記事故検出回路２によって事故相であると判断された相の第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３は、前記標準整定値ＳＭ１から、事故点Ｆで発生するアーク抵抗を考慮された標準整定値ＳＭ１よりも大きい拡大整定値ＳＭ２に切り換えるように構成される。

第二距離継電器４４ＳＸは、インピーダンス中のリアクタンス成分に基づいて整定値ＳＸが予め標準的に設定される。具体的に、整定値ＳＸは、図１に示す如く、Ｒ軸と平行な直線ＳＸを動作特性としている。つまり、第二距離継電器４４ＳＸは、直線より低い原点側のインピーダンスを動作域とし、これとは反対側の直線より高いインピーダンスを非動作域としている。ここでいう動作域とは、遮断器にトリップ信号を出力する動作範囲をいう。なお、本実施形態においては、２段階の第二距離継電器４４ＳＸ１，４４ＳＸ２が適用され、１段目の第二距離継電器４４ＳＸ１の整定値ＳＸ１、２段目の第二継電器４４ＳＸ２の整定値ＳＸ２がそれぞれ設定される。

第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３及び第二距離継電器４４ＳＸ１，ＳＸ２（図２では、距離継電器４４Ｓと表示）は、図２に示す如く、送電線Ｌの一方端は電源Ｐに接続され、他方端は変電所Ａ（距離継電器４４Ｓの設置点）を経由して受電設備に接続される。また、第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３及び第二距離継電器４４ＳＸ１，ＳＸ２は、送電線Ｌに設けられた変成器１０および変流器１１に接続される。

そして、第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３及び第二距離継電器４４ＳＸ１，ＳＸ２は、変成器１０の二次電圧に基づいて送電線Ｌの電圧Ｖを検知する。また、第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３及び第二距離継電器４４ＳＸ１，ＳＸ２は、変流器１１の二次電流に基づいて送電線Ｌの電流Ｉを検知する。第一距離継電器４４ＳＭ−１〜４４ＳＭ−３及び第二距離継電器４４ＳＸ１，ＳＸ２は、送電線Ｌ上の事故点Ｆで事故が発生したとき、設置点Ａの電圧Ｖを電流Ｉで除することにより事故点Ｆまでの電気的距離であるインピーダンスＺｆを算出する。

つぎに本実施形態に係る距離継電器の使用態様について図１〜図４を参照して説明する。なお、本実施形態においては、ＲＴ相間に短絡事故が発生したと想定する。

まず、事故検出回路２によって、３相のうちの２相間（ＲＴ相間）の電流を比較することで事故が検出される（Ｓ１）。

つぎに事故点Ｆの電圧の大きさが判定される（Ｓ２）。具体的には、変成器１０の二次電圧に基づいて事故点Ｆの電圧Ｖを検知する。このとき、事故点Ｆの電圧が規定値以下であれば、至近端事故であると判定される（Ｓ３）。具体的には、図４に示す如く、残り電圧が非常に小さく、インピーダンス中の抵抗成分のみとなるため、方向の判別が困難で、事故点のインピーダンス（点ａ２）が第一距離継電器４４ＳＭ−１の標準整定値ＳＭ１の動作域を超えて非動作域に入った場合、至近端事故と判定される。

また、事故点Ｆの電圧が規定値よりも大きいと判定されると、事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−１に対して変流器１１の二次電流に基づいて事故点Ｆの電流値が算出され、該電流値から拡大整定値ＳＭ２が演算される（Ｓ４）。具体的には、拡大整定値ＳＭ２は、アーク抵抗が発生しない時の線路インピーダンスと、アーク抵抗が発生した時の線路インピーダンスとを比較演算して求められる。

そして、事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−１が標準整定値ＳＭ１から拡大整定値ＳＭ２に切り換えられる（Ｓ５）。一方、非事故相（ＳＲ相）の第一距離継電器４４ＳＭ−２及び非事故相（ＴＳ相）の第一距離継電器４４ＳＭ−３の整定値は、予め設定された標準整定値ＳＭ１に維持される。

そして、拡大整定値ＳＭ２に基づいて、事故点にアーク抵抗がある場合の事故、至近端事故に対して第一距離継電器４４ＳＭが動作する（Ｓ６）。

具体的に説明すると、図４に示す如く、事故点Ｆにアーク抵抗が発生していれば、事故点が標準整定値ＳＭ１から外れることになるが、事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−１は、標準整定値ＳＭ１から拡大整定値ＳＭ２に切り換えられるため、事故点（点ａ１）を認識し確実に動作する。一方、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３は、標準整定値ＳＭ１に設定されているため、不要動作することがない。

至近端事故時が発生した場合、図４に示す如く、事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−１は、事故点（点ａ２）が拡大整定値ＳＭ２の範囲内で検知されるため、確実に動作する。一方、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３は、標準整定値ＳＭ１から外れるため、事故と認識することがなく、不要動作することがない。

また、図４に示す如く、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３のうちいずれか一方において、オーバーリーチが発生した場合、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３のいずれにおいても通常の標準整定値ＳＭ１に設定されているため、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３のうちいずれか一方から見た事故点のインピーダンス（点ａ３）は標準整定値ＳＭ１から外れることになる。これにより、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３のうちいずれか一方は、オーバーリーチにより不要動作することがない。

なお、図４に示す如く、事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−１は、拡大整定値ＳＭ２に設定されることから負荷インピーダンス領域Ｚｒに近づくことになるが、事故点のインピーダンスを拡大整定値ＳＭ２内で認識することにより確実に動作する。一方、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３は標準整定値ＳＭ１であることから負荷インピーダンス領域Ｚｒに近づくことはなく、不要動作することがない。

そして、事故相の第一距離継電器４４ＳＭ−１が動作し、２つのうちのいずれか１つの第二距離継電器４４ＳＸの出力があった場合は、遮断器にトリップ信号が出力される（Ｓ１４）。

このように、本実施形態に係る距離継電器によれば、事故検出回路２の事故相の情報に基づいて標準整定値ＳＭ１からアーク抵抗を考慮した拡大整定値ＳＭ２に切り換えられるため、事故点Ｆにアーク抵抗が発生していないときは勿論、事故点Ｆにアーク抵抗が発生しても事故を認識して確実に動作する。特に、至近端事故において、事故点Ｆにアーク抵抗が発生すると、事故相の第一距離継電器４４ＳＭから見た、事故点Ｆのインピーダンスが通常の標準整定値ＳＭ１を大きく超える傾向にあるが、拡大整定値ＳＭ２にすることで確実に認識して動作する。また、非事故相の第一距離継電器４４ＳＭは、通常の標準整定値ＳＭ１に設定されているため、オーバーリーチにより不要動作することがない。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論のことである。

例えば、前記実施形態の場合、第一距離継電器４４ＳＭの標準整定値ＳＭ１の円に対して、標準整定値ＳＭ１の円と同様に、座標軸の原点を通る拡大された円としたが、第一距離継電器４４ＳＭの標準整定値ＳＭ１の円に対して、同心状に拡大した拡大整定値の円であってもよい。

また、前記実施形態の場合、第一距離継電器４４ＳＭと第二距離継電器４４ＳＸとを組み合わせるようにしたが、第一距離継電器４４ＳＭのみであってもよい。

１…保護継電装置、２…事故検出回路、２０ＲＴ，２０ＳＲ，２０ＴＳ、３ＲＴ，３ＳＲ，３ＴＳ、７…論理積素子、４ＲＴ，４ＳＲ，４ＴＳ、５，６…論理和素子、４４ＳＭ−１，４４ＳＭ−２，４４ＳＭ−３…第一距離継電器、４４ＳＸ１，４４ＳＸ２…第二距離継電器、４４Ｓ…距離継電器、５１−Ｒ，５１−Ｓ，５１−Ｔ…過電流継電器、Ｆ…事故点、Ｌ…送電線、ＳＭ１…標準整定値、ＳＭ２…拡大整定値

Claims (2)

1. 複数相のうちのいずれの相の送電線に事故が発生したのか検出する事故検出回路と、相毎に設けられ、且つ前記送電線で発生する事故を想定して該送電線の電路を遮断するために標準整定値が予め設定された複数の距離継電器とを備え、前記事故検出回路によって事故相であると判断された相の距離継電器は、前記標準整定値から、事故点で発生するアーク抵抗が考慮された標準整定値よりも大きい拡大整定値に切り換えるように構成されたことを特徴とする保護継電装置。
2. 前記事故検出回路は、複数相における相間の電流を比較して事故を検出することを特徴とする請求項１に記載の保護継電装置。

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