JPH0116089B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は地絡保護継電装置に係り、特に、抵抗
接地系の多回線併架送電線で零相循環電流の発生
する場合の地絡保護に好適な地絡保護継電装置に
関する。

一般に重要送電線においては、電力の供給信頼
性を向上させるため、第１図に示すような、２回
線以上の多回線送電線を構成する例が多い。

第１図において、抵抗接地系の多回線送電線
L₁〜L₄は、電源系統１の母線１０にしや断器
SB₁₁〜SB₁₄を介してそれぞれ接続されるととも
に、負荷系統２の母線２０にしや断器SB₂₁〜
SB₂₄を介してそれぞれ接続されて構成されてい
る。電源系統１は母線１０を変圧器１１を介して
発電機などの電源１２に接続するとともに、前記
変圧器１１の中性点を抵抗１３を介して接地して
構成されている。また、負荷系統２は、母線２０
を変圧器２１を介して負荷２２に接続して構成さ
れている。

このように構成された多回線送電線系におい
て、抵抗接地系の多回線送電線L₁〜L₄は、１つ
の鉄塔に併架させる場合が多く、回線相互の誘導
に起因する零相循環電流が発生することが知られ
ている。

第２図には４回線併架送電線の一例が示されて
いる。この図において、各回線L₁〜L₄に負荷電
流I〓_L1，I〓_L2，I〓_L3，I〓_L4が流れる場合に、零相循
環電
流I〓_CO1，I〓_CO2，I〓_CO3，I〓_CO4が発生するのである
。こ
のような状態において、送電線L₁〜L₄のいずれ
か１回線に１線地絡事故が発生した場合に、抵抗
接地系の送電線では、事故電流は、変圧器１１の
中性点の接地抵抗１３によつて制限されて小さい
ため、第２図で説明した零相循環電流I〓_CO1〜I〓_CO4
と識別が困難であり、単なる地絡方向継電器では
内部・外部の事故判定出来ない場合が多かつた。
第３図は、一線地絡時の様相を、第２図と同様な
４回線平行の併架送電線の例で示したものであ
る。すなわち、地絡事故発生時において、第３図
の母線１０側の各回線L₁〜L₄の零相電流I〓₀₁〜I〓₀₄
は、事故電流（中性点接地抵抗１３に流れる電
流）I〓_F1〜I〓_F4と、零相循環電流I〓_CO1〜I〓_CO4との
合計
となり、 I〓_O1＝I〓_F1＋I〓_CO1 …(1) I〓_O2＝I〓_F2＋I〓_CO2 …(2) I〓_O3＝I〓_F3＋I〓_CO3 …(3) I〓_O4＝I〓_F4＋I〓_CO4 …(4) となる。本来の地絡事故判定は、零相電圧Ｖ〓₀と、
事故電流I〓_F1〜I〓_F4の大きさ及び位相を識別して行
なうものであるが、既に述べたように、事故電流
と比較して、零相循環電流I〓_CO1〜I〓_CO4が無視出来
ない場合には、これら電流I〓_CO1〜I〓_CO4の影響を受
けてしまい、電流I〓_F1〜I〓_F4の大きさ及び位相が変
化することになつて、正規の事故判定をすること
が出来ないことがあつた。このような現象に対し
て種々の対策が従来より提案されている。その一
例としては、事故発生前後における零相電流が変
化することに着目し、零相循環電流I〓_CO1〜I〓_CO4に
影響されず事故電流I〓_F1〜I〓_F4のみを抽出し事故判
定する方式が提案されている。この方式について
以下の述べると、この方式は、事故発生前におけ
る各回線L₁〜L₄の零相電流I〓_O1〜I〓_O4は零相循環電
流I〓_CO1〜I〓_CO4のみであり、 I〓′_O1＝I〓_CO1 …(5) I〓′_O2＝I〓_CO2 …(6) I〓′_O3＝I〓_CO3 …(7) I〓′_O4＝I〓_CO4 …(8) で与えられるのに対し、事故発生後は前述したご
とく式(1)〜(4)で与えられることになることから、
事故発生前の値I〓′_O1〜I〓′_O4を一定期間記憶してお
き、これらI〓′_O1〜I〓′_O4と、式(1)〜(4)で与えられ
る事
故発生後の値I〓_O1〜I〓_O4との差、つまり事故発生前
後の変化分を下式に示すように各回線毎に抽出
し、事故判定するものである。すなわち、変化分
ΔI〓_O1〜ΔI〓_O4は、 ΔI〓_O1≡I〓_O1−I〓′_O1＝I〓_F1＋I〓_CO1−I〓_CO1＝I
〓_F1……(9) ΔI〓_O2≡I〓_O2−I〓′_O2＝I〓 _F2＋I〓_CO2 −I〓_CO2＝I〓_F2 ……(10) ΔI〓_O3≡I〓₀₃−I〓′_O3＝I〓_F3＋I〓_CO3 −I〓_CO3＝I〓_F3 ……(11) ΔI〓_O4≡I〓_O4−I〓_O4＝I〓_F4＋I〓_CO4 −I〓_CO4＝I〓_F4 ……(12) のように与えられるものである。このような、計
算を行なう装置の具体例を第４図に示す。すなわ
ち、第４図は、地絡保護装置の従来例を示すブロ
ツク図である。

第４図において、地絡保護継電装置は、零相電
流の発生する抵抗接地系の多回線送電線毎に設け
られ、各送電線における零相電圧V₀を入力端子
３０から取り込むとともに、零相電流I〓_O1〜I〓_O4を
入力端子３１〜３４から取り込み、これら取り込
んだ信号に基づいて各回線の有効分零相電流を演
算する演算手段４１〜４４と、これら演算手段４
１〜４４からの有効分零相電流に基づいて事故判
定をする比較手段としての比較回路５とから構成
されている。前記演算手段４１〜４４は、それぞ
れ同一構成を有しているので、これら演算手段４
１〜４４のうちの一つを説明すると、演算手段４
１は、入力端子３１に入力された零相電流の記憶
回路６と、記憶回路６の出力と入力端子３１に入
力された零相電流の値とを(9)式に示す式で比較差
演算する比較回路７１と、前記入力端子３０から
取り込んだ零相電圧V₀を取り込み、前記比較回
路７１からの値とで有効分零相電流を演算する有
効分計算回路８１とから構成されている。なお、
他の演算手段４２〜４４は、記憶装置６２〜６４
と、比較回路７２〜７４と、有効分演算回路８２
〜８４とをそれぞれ有している。

上述のように構成された地絡保護継電装置の動
作を説明する。

各回線L₁〜L₄の零相電流I〓_O1〜I〓_O4を入力端子３
１〜３４から取り込み、各記憶回路６１〜６４に
それぞれ一定時間、零相電流のベクルト量を記憶
せしめ、次いで各比較回路７１〜７４によつて、
入力される零相電流の瞬時値と、記憶回路６１〜
６４に記憶された零相電流の値とでの比較差演算
をさせ、(9)〜(12)式事故電流I〓_F1〜I〓_F4の抽出を行
な
い、さらにこのようにして抽出された各回線L₁
〜L₄の事故電流I〓_F1〜I〓_F4と、零相電圧入力端子３
０より導入した零相電圧V₀とから、有効成分計
算回路８１〜８４により、各回線の有効分零相電
流（V₀と同相成分の零相電流）を算出し、その
結果を比較回路５により比較し、前記有効分零相
電流の最も大きい回線を事故回路と判定し、その
結果に対応した出力を各回線毎に出力端子９１〜
９４から出力するものである。

第７図は、比較回路５の一例を示した図であ
り、ここで５１は有効分比較回路８１〜８４の出
力のうちの２つの値の大小を比較し正側端子に印
加された値が負側端子に印加された値よりも大き
いときのみ出力する。また５２は論理積回路であ
り、その全入力が出力有のとき出力する。さら
に、５１ａ〜５１ｃ，５１ｄ〜５１ｆ，５１ｇ〜
５１ｉ，５１ｊ〜５１ｌが夫々一組とされてお
り、５１ａ〜５１ｃは８１の出力を正側端子に印
加し、他の８２〜８４からの入力を負側端子に印
加する。従つて、論理積回路５２ａが出力したと
きは有効分比較回路８１の出力が最大であつたこ
とを意味する。この関係は５１ｄ〜５１ｆと５２
ｂ，５１ｇ〜５１ｉと５２ｃ，５１ｊ〜５１ｌと
５２ｄもおなじであり、５２ｂが出力したときは
８２の出力が最大、５２ｃが出力したときは８３
の出力が最大、５２ｄが出力したときは８４の出
力が最大であることを意味している。

しかし、このような保護継電装置のように変化
分を検出し事故判定をすることを基本とする方式
においては、次のような欠点があつた。すなわ
ち、第２図に示すような平行多回線送電線におい
て、母線２０側至近端１線地絡事故を想定する
と、母線１０側では、(9)式〜(12)式により抽出する
事故電流I〓_F1〜I〓_F4が平行して流れ各回線間に差を
生じないため、事故回線の判定が困難となる欠点
があつた。また、母線２０側において、正規に事
故判定し、２０_L1端のしや断器SB₂₁をしや断した
後も、第５図に示すような電流分布となり、事故
回線L₁の母線１０側では事故電流I〓_F1のみが流れ
るが、健全回線には零相循環電流I〓_CO2〜I〓_CO4が流
れ、最悪の場合、例えば I〓_F1I〓_CO2 ……（13） になることも想定され、変化分電流を考えても、
母線２０側の２０_L1端で先行しや断後も、１０_L1
端では事故回線の判別が困難であるという欠点が
あつた。

このことをより詳細に第３図の事故事例を例に
取つて説明すると、第９図は至近端事故を発生し
た側の端子２０（以下相手端という）での各回線
の電流分布を示しており、第８図はその反対側の
端子１０（以下自端という）でのへ各回線の電流
分布を示している。そして、事故発生以前の状態
を第８図と第９図のａに示し、相手端至近端事故
時の状態を第８図と第９図のｂに示し、相手端事
故除去後の状態を第８図と第９図のｃに示してい
る。

つまり、正常時には、例えば第２図のように零
相循環電流I_CO1〜I_CO4が流れており、これは自端
では第８図ａのように第２回線L₂〜第４回線L₄
ではI_CO2〜I_CO4が流出し、この合成値がI_CO1として
第１回線L₁に流入している。相手端では第８図
ｂのようにI_CO1として第１回線L₁から流出してお
り、I_CO1は第２回線L₂から第４回線L₄に均等に分
流しI_CO2〜I_CO4として流入している。なお、本発
明の場合、負荷電流も流れているが保護継電装置
は負荷電流に影響されないので第８図と第９図に
は図示していない。

次に、第１回線に相手端至近で１線地絡事故が
発生すると、零相循環電流I_CO1〜I_CO4および、事
故電流は第３図のように流れる。第８図と第９図
のｂを見ると明らかなように、事故時の零相循環
電流は事故前と同じ方向、大きさである。これに
対し、事故電流についてみると相手端子は負荷端
であるため、自端からのみ事故電流が流入する。
この事故電流は、自端各回線から事故点までの距
離がほぼ等しいため各端子ともほぼ同じ量の事故
電流I_F1〜I_F4が流入する。このうち、I_F1は事故点
から流出し、I_F2〜I_F4は相手端から流出した後、
合成されて事故点に流れる。この図を比較すると
零相循環電流は事故の前後で大きさ、方向が同じ
であるため、時間変化分に応動する第４図の保護
継電装置は事故電流のみを比較回路７１〜７４出
力として導出する。そして、第４図の保護継電装
置は、最も大きな出力の比較回路７１〜７４に対
応する回線に事故発生したと判断するものである
から、相手端では容易に第１回線の事故と判別す
ることができ、第１回線相手端しや断器を開放す
る。ところが、自端ではほぼ同じ大きさの事故電
流であるため事故回線を特定できないし、逆に言
えば僅かの電流差で事故回線を特定したとすると
保護継電装置としては著しく信頼性の低いものと
ならざるをえないために充分な大きさの差を持つ
て判定する必要がある。

第１回線相手端のみがしや断された結果、第１
回線〜第４回線に流れていた零相循環電流は、同
図ｃのように第２回線〜第４回線の３回線に再配
分される。例えば、自端第３回線と第４回線から
流出して第２回線に流入し、相手端では第２回線
から流出して第３回線と第４回線に分流して流入
するが、３回線となつた時に健全回線に流れる電
流は４回線の時の電流値よりも大きくなつてい
る。この場合に、第２回線では検出した電流に過
渡的な変動を生じるが、これは第１回線相手端の
除去によるものであるために第２回線の除去をし
ないようにインターロツクされる。次に、事故電
流は自端第１回線に流入しつづけており、その大
きさは事故時の事故電流よりも大きくなることが
知られている。この場合、第２回線に流れる零相
循環電流と第１回線に流れる事故電流とはその差
が小さくなり、保護継電装置の比較回路５で大小
判別ができないということが発生する。そして、
結果として第１回線自端での事故除去が行なえな
い。

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を解
消するためになされたもので、接地系の平衡多回
線併架送電線において、零相循環電流が発生する
場合でも、これに影響されず正確に事故判定が可
能な地絡保護継電装置を提供するにある。

本発明は、多回線送電線の零相電圧および各回
線の零相電流を取り込み有効零相電流を演算する
とともに、この演算結果に基づいて事故回線を判
定する地絡保護継電装置において、各回線の負荷
電流（各相電流）条件に基づいて前記地絡事故判
定を制御し、零相循環電流の影響のない事故判定
を行なうようにしたものである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。

第６図は、本発明に係る地絡保護継電装置の一
実施例を示すブロツク図である。この図の実施例
において、第４図と同一構成要素には同一の符号
に付して、その説明を省略する。

第６図に示す実施例が第４図のもとと異なると
ころは、各回線L₁〜L₄の負荷電流I〓_L1〜I〓_L4を入力
端子１０１〜１０２を介してそれぞれ取り込み、
負荷電流の有無を判定し、負荷電流I〓_L1〜I〓_L4のう
ちの負荷電流無しと判定された回線（L₁〜L₄の
うちの一つ）における演算回線（４１〜４４のう
ちの一つ）の演算を制御するとともに、比較回路
５に対し、電流無しと判定された演算回線以外の
演算回路からの有効分零相電流を比較対象から外
すように制御するレベル判定手段２０１〜２０４
を各回線L₁〜L₄毎に設けた点にある。すなわち、
本発明は第５図に示すように、零相電流による識
別は困難であるが、健全回線では、負荷電流が系
統の１線地絡事故に関係なく、ほぼ事故前と同様
な状態でI〓_L2〜I〓_L4のように継続的に流れる点と、
事故回線（L₁〜L₄）では２０_L1端は正規に内部事
故判定し先行しや断しているため、負荷電流は
“０”となり流れない点とに着目し、すなわち、
事故回線と健全回線の負荷電流の相違に着目し、
相手端先行しや断後の地絡内部事故を正規に判定
するようにしたものである。つまり、負荷電流の
ある回線は零相循環電流が流れていることによ
り、誤判定を防止するため、地絡継電器の動作を
阻止し、負荷電流が流れていない回線は相手先行
しや断しているため、流入する零相電流は事故電
流のみであると判定し、正規に内部１線地絡事故
判定を行なうようにしたものである。

次に、本発明の実施例の動作を説明する。

第４図で示した地絡事故判定回路に、さらに負
荷電流（第６図では単相回路で示すが、実際に
は、３相の負荷電流条件を判別するため、３相回
路となる）の条件を、各回線毎に入力端子１０１
〜１０４より導入し、レベル判定回路２０１〜２
０４により判定する。

ここで、このレベル判定回路２０１〜２０４の
うちの一つが負荷電流無と判定した場合、第４図
ですでに説明した、ベクトル記憶回路６１〜６４
のうちの負荷電流が零と判定された回路の記憶し
ている量を強制的に“０”にするとともに、さら
に負荷電流のレベル判定回路２０１〜２０４のう
ちの負荷電流無しと判定した回路の出力を比較回
路５に導入し、負荷電流の有る回線の判定を阻止
するように制御するものである。第１０図は、本
発明の比較回路５の回路構成を示したものであ
り、強制零回路５３とナンドゲート５４を追加し
ている。このうち、強制零回路５３ａは比較回路
５１ａ〜５１ｃとアンドゲート５２ａからなる第
１回線最大検出回路に対して設けられ、第１回線
の負荷電流零を検出するレベル判定回路２０１の
出力があつたとき他の回線の有効分計算回線８
２，８３，８４の出力を零にする。また、以下同
様に５３ｂは５１ｄ〜５１ｆと５２ｂからなる第
２回線最大検出回路に対して設けられ、第２回線
のレベル判定回路２０２の出力があつたとき８
１，８３，８４の出力を零にし、５３ｃは５１ｇ
〜５１ｉとアンドゲート５２ｃからなる第３回線
最大検出回路に対して設けられ、第３回線のレベ
ル判定回路２０３の出力があつたとき８２，８
４，８１の出力を零にし、５３ｄは５１ｊ〜５１
ｌと５２ｄからなる第４回線最大検出回路に対し
て設けられ、第４回線のレベル判定回路２０４の
出力があつたとき８２，８３，８１の出力を零に
する。また、この回路でナンドゲート５４は、自
回線の最大検出回路の出力（アンドゲート５２の
出力）があり、他回線の最大検出回路の出力がな
いときに出力を与える。

このように構成した第６図と第１０図の回路の
動作を説明すると、まず正常状態（第８図、第９
図のａ）から事故発生状態（第８図、第９図の
ｂ）に移行したときは全回線に負荷電流が流れて
いるためレベル判定回路２０１〜２０４は何らの
出力も与えず、よつて第４図と第７図で説明した
従来装置と同じ働きにより第１回線相手端のしや
断器を開放する。

次に、事故発生状態（第８図、第９図のｂ）か
ら第１回線相手端開放状態（第８図、第９図の
ｃ）に移行したときについて考えると、第６図の
レベル判定回路２０１は負荷電流零を検出して記
憶回路６１の記憶値を零にする。つまり、記憶回
路６１の記憶値は第８図ｂのI_F1とI_CO1の和であ
り、比較回路７１の他の入力は第８図ｃのI_F1と
なつているが記憶回路６１の記憶値を零とするた
め、７１には第８図ｃのI_F1が導出される。ここ
で、事故回線で記憶値を零にすることは、この期
間での第１回線の電流変化が小さいことから見掛
け上大きな電流変化を生じたように工夫すること
で、比較回路５での最大電流の導出を行いやすく
したものである。なお、健全回線では強制的に記
憶値を零にする処理は行わず、夫々の電流変化に
応じた値を比較回路から出力している。この電流
変化分と零相電圧から有効分計算回路８１〜８４
で求めた有効分電流は比較回路５に導入される
が、第１回線最大検出回路（比較回路５１ａ〜５
１ｃとアンドゲート５２ａ）では強制零回路５３
ａに信号が印加されているため比較回路５１ａ〜
５１ｃの負側入力端子に印加される他の回線の電
流は強制的に零とされる。よつて、アンドゲート
５２ａからは第１回線事故との出力が出される。
他方、他の回線の強制零回路５３ｂ〜５３ｄには
信号が印加されておらず、よつてこれらの回線の
最大検出回路では入力された有効分電流の大小比
較に応じた個々の判断結果がアンドゲート５２ｂ
〜５２ｄに得られているが、この判断結果に関わ
らず、レベル判定回路２０１の出力がナンドゲー
ト５４ｂ〜５４ｄに印加されその出力を無効とし
ている。このようにして、最終的には第１回線に
対してしや断器の引き外しが指令される。

このように、本発明による負荷電流条件による
判定制御を行えば、零相循環電流に左右されない
内部１線地絡事故判定が可能である。さらに、第
２図に示すように、通常、負荷電流は各回線に並
行して流れるものであるから、 I〓_L1＝I〓_L2＝I〓_L3＝I〓_L4≡I〓_L……（17） となり、さらに、零相循環電流は次のような比例
関係にあることから、 I〓_CO1＝α₁I〓_L ……（18） I〓_CO2＝α₂I〓_L ……（19） I〓_CO3＝α₃I〓_L ……（20） I〓_CO4＝α₄I〓_L ……（21） （但し、α₁，α₂，α₃，α₄定数〔複素数〕）とな
る。したがつて、I〓_Lが少なく、事故電流I〓_CO1〜I〓_C
O4
が比例的に小さく、事故電流I〓_F1〜I〓_F4に比較して
事故判定上無視し得る場合が考えられるが、この
ような場合においても、本発明を応用し、第６図
のレベル判定回路２０１〜２０４のレベルを選定
することで、ベクルト記憶回路の記憶量を強制
“０”として、変化分検出を行ない判定が可能と
なる。

以上述べたように、本発明によれば、負荷電流
を取り込んで、負荷電流の有無を判定し、負荷電
流が無して判定された回線の有効分零相電流の演
算を制御するとともに、他の回線の有効分零相電
流を事故判定条件から外すように制御できるよう
にしたので、零相循環電流に左右されず正確に事
故判定ができるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は多回線送電線の系統構成別を示す系統
図、第２図は第１図の系統における零相循環電流
および負荷電流の分布を示す説明図、第３図は同
一送電線における内部１線地絡事故時の電流分布
を示す説明図、第４図は零相循環電流に対する対
策を施した地絡保護継電装置を示すブロツク図、
第５図は１端先行しや断時の電流分布を示す説明
図、第６図は本発明に係る地絡保護継電装置の一
実施例を示すブロツク図、第７図は従来の比較回
路５の回路構成図、第８図は事故発生前後におけ
る自端各回線の電流変化を説明する図、第９図は
事故発生前後における相手端各回線の電流変化を
説明する図であり、第１０図は本発明の比較回路
５の回路構成図である。 ４１〜４４…演算回路、５…比較回路、６１〜
６４…記憶回路、７１〜７４…比較回路、８１〜
８４…有効分計算回線、２０１〜２０２…レベル
判定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多回線併架送電線の地絡事故を検出する地絡
   保護継電方式において、 多回線併架送電線の各回線毎に設けられその零
   相電流を検出する複数の零相電流検出器、各零相
   電流検出器出力を所定時間記憶する複数の記憶回
   路、該記憶回路の入力と出力の差を求める複数の
   差演算回路、前記多回線併架送電線の零相電圧を
   検出する零相電圧検出器、該零相電圧検出器出力
   と前記差演算回路出力を比較し、零相電圧と同相
   の差演算回路出力成分を導出する複数の有効分演
   算回路、該複数の有効分演算回路の出力を比較
   し、最も大きな出力を与える有効分演算回路に相
   当する回線に地絡事故が発生したと判定する比較
   回路、前記多回線併架送電線の各回線毎に設けら
   れその負荷電流を検出する複数の負荷電流検出
   器、該負荷電流検出器出力が負荷電流零を検出し
   たときこの回線の零相電流検出器出力を差演算回
   路出力として直接有効分演算回路に入力せしめる
   レベル判定回路、前記負荷電流検出器出力が負荷
   電流零を検出したときこの回線以外の前記有効分
   演算回路の出力が前記比較回路に印加されて地絡
   事故判定の対象とされることを阻止する手段とか
   ら構成されることを特徴とする地絡保護継電方
   式。