JPH0135576B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ 産業上の利用分野 本発明は、リアクタンス継電器特性とオーム継
電器特性の組合せによつて、送電線路を保護する
距離継電方式に係り、特にアナログ量を一定周期
でサンプリングした３つのサンプル値から距離継
電機能を得るためのデイジタル式距離継電方式に
関する。

Ｂ 発明の概要 本発明は、３つのサンプル値から応動するオー
ム継電器とリアクタンス継電器の動作出力の論理
積で保護動作出力を得る距離継電方式において、 オーム継電器特性をサンプリング周期φの３つ
の連続したサンプル値から求め、リアクタンス継
電器特性を２倍の周期2φの３つの連続したサン
プル値から求めることにより、 事故状態による誤つたトリツプ動作を防止しな
がら精度良い距離継電動作を得るものである。

Ｃ 従来の技術 送電線路の保護に利用される距離継電器は、第
５図に示すように、送電線路Ｌの変電所ASS，
BSSに夫々距離継電器R_A，R_Bを設置し、継電器
R_A，R_Bは夫々保護範囲A_P，B_Pまでの事故を検出
して線路しや断する。

このような距離継電器において、その保護継電
特性は、第１図にＲ−Ｘ座標で示すように、リア
クタンス継電器特性X₁とオーム継電器特性X₂の
組合せ（AND）によつて動作範囲Ａの保護継電
機能を得る。このうち、リアクタンス継電器特性
X₁は当該変電所から保護範囲A_P，B_Pまでの距離
を特定し、ブラインダーと呼ばれるオーム継電器
特性X₂は負荷領域Ｌをリアクタンス継電器特性
X₁の動作範囲から取除くために付属され、両継
電器の動作出力の論理積によつてしや断器のトリ
ツプ出力を得る。

Ｄ 発明が解決しようとする課題 従来の距離継電方式において、リアクタンス継
電器特性X₁を得る継電器は、変電所から事故点
までの距離を精度良く検出することが保護範囲の
整定上要求され、距離検出精度を重点に機能設計
される。一方、オーム継電器特性X₂を得る継電
器は、検出精度は特性X₁ほど要求されないがリ
アクタンスリレーの応動との関係で誤つた保護動
作にならない応動が望まれる。これを以下に詳細
に説明する。

距離継電器R_Aから見て第１図の負荷領域にあ
る健全状態から第５図のF₁点に事故が発生した
場合、第１図の特性から距離継電器R_Aのリアク
タンス継電器R_AX1とオーム継電器R_AX2は夫々第
６図に示すように応動する。この場合、リアクタ
ンス継電器R_AX1は事故の有無に拘わらず連続動
作状態（ON）にあり、オーム継電器R_AX2は復帰
状態（OFF）から応答時間T₁の遅れで動作状態
（ON）に変化する。この場合はリアクタンス継
電器R_AX1は連続動作中であることからオーム継
電器R_AX2の応答時間T₁の短縮が距離継電器とし
ての迅速な保護動作のために要求される。

しかしながら、第５図に示すように変電所
ASSの保護範囲外のF₂点に事故が発生した場合、
リアクタンス継電器R_AX1は第１図の特性図によ
つて動作状態から復帰し、オーム継電器R_AX2は
復帰状態から動作状態に変わる。この様子は第７
図に示すようになり、オーム継電器R_AX2の速い
応答時間T₁に対してリアクタンス継電器R_AX1の
復帰のための応答時間T₂が T₁＜T₂ にあるときは両継電器R_AX1，R_AX2のANDが成立、
即ちオーム継電器R_AX2が動作状態になつた後に
リアクタンス継電器R_AX1が復帰してしや断器CB₁
の誤つたトリツプを行つてしまう。

これには、リアクタンス継電器の応動を高める
ことが考えられるが、これは距離検出精度の向上
のために応動を高めるのを難しくする。他方、オ
ーム継電器R_AX2の応動を遅らせることが考えら
れるが、F₁点の事故に保護動作の遅れを起こす
し、事故状態からの復帰に誤つたトリツプを起こ
すことがある。例えば、F₂点の事故には、一般
に変電所BSSの距離継電器R_Bが応動してしや断
器CB₂をしや断する。このため、変電所ASSの距
離継電器R_Aから見て、系統はF₂点の事故状態か
ら負荷領域Ｌに戻る。このとき、第７図に示すよ
うに、オーム継電器R_AX2の遅い復帰時間T₃にあ
るとリアクタンス継電器R_AX1の動作時間T₄後に
オーム継電器R_AX2が復帰し、しや断器CB₂のしや
断後にしや断器CB₁までしや断して停電区間を拡
大する。

本発明の目的は、保護動作に誤つたトリツプを
防止し、しかもリアクタンス継電器による保護区
間の距離を精度良く検出できる距離継電方式を提
供することにある。

Ｅ 課題を解決するための手段と作用 本発明は上記目的を達成するため、電流変成器
および電圧変成器より得るアナログ電気量を一定
の同期した同期φでサンプリングしてデイジタル
電気量に変換し、該デイジタル電気量から求める
オーム継電器特性とリアクタンス継電器特性の組
合せによつて送電線路を保護する距離継電器方式
において、前記オーム継電器演算は前記周期φの
３つの連続したサンプル値a_o-1，a_o，a_o+1から a_o-1 ²−a_o ²＋a_o+1 ²＝A² に従つて実効値Ａを求め、この実効値が複数回連
続して整定値を越えたときに動作出力を得かつ整
定値以下になつたときに直ちに復帰し、前記リア
クタンス継電器演算は前記周期φの２倍の周期
2φの３つの連続したサンプル値a_o-2，a_o，a_o+2か
ら a_o-2 ²＋a_o ²＋a_o+2 ²＝3A² に従つて実効値Ａを求め、この実効値Ａが複数回
連続して整定値を越えたときに動作出力を得かつ
整定値以下になつたときに直ちに復帰し、前記オ
ーム継電器の動作出力とリアクタンス継電器の動
作出力の論理積によつて保護動作出力を得るよう
にし、オーム継電器特性には振動的な応動を得、
リアクタンス継電器特性には積分的な応動を得、
負荷領域から保護区間内又は区間外の事故状態へ
の変化及び事故状態から負荷領域の復帰に両継電
器の出力間に適正な応動になる出力を得る。ま
た、リアクタンス継電器には高い距離検出精度を
得る。

Ｆ 実施例 第２図は本発明の一実施例を示す距離継電器の
ブロツク構成図である。保護対象としての送電線
１の電流、電圧は電流変成器２及び電圧変成器３
により検出され、これらアナログ電気量はアナロ
グ−デイジタル変換器４，５によつて一定周期の
サンプリング及びサンプル値の符号化によつてデ
イジタル電気量に変換される。オームリレー演算
処理部６はアナログ−デイジタル変換器４，５か
ら電圧、電流データをサンプリング周期で取込ん
で第１図特性X₂を持つオームリレーの演算処理
をする。リアクタンスリレー演算処理部７は変換
器４，５からの電圧、電流データをメモリ回路
８，９に一時記憶することによつて第１図特性
X₁を持つリアクタンスリレーの演算処理をする。
論理積回路１０は演算処理部６，７の両出力の論
理積を取ることで第１図の範囲Ａを特定したリア
クタンス距離継電出力を得る。これら演算処理部
６，７は演算処理結果が動作領域内にあることが
連続したことをタイマやカウンタで判定したとき
に初めて保護動作出力を論理積回路１０に与える
か、又は論理積回路１０側で連続入力があるとき
に初めて論理積判定出力を得る。ここで、演算処
理部６はサンプリング時刻毎にサンプリング周期
で取出したサンプル値を使用した演算処理をする
ことで送電線１の電圧、電流の変化に対して高い
応答性を得る。一方、演算処理部７は演算処理部
６と同じサンプリング時刻毎に演算処理をする
が、その演算処理に使用するサンプル値にはメモ
リ回路８，９に記憶したサンプリング周期の２倍
以上の周期で取出すことによつて演算処理精度を
上げる。

演算処理部６，７の演算処理には３つのサンプ
ル値を使用する保護継電方式を適用する。第３図
ａに示すように電圧又は電流のサンプル値a₁，
a₂，……をサンプリング周期φで取出すのに、演
算処理部６は第３図ｂに示すように連続したサン
プル値a₃，a₄，a₅を使用してサンプル値a₅を取込
んだ時刻に演算処理し、次のサンプル値a₆を取込
んだ時刻にサンプル値a₄，a₅，a₆を使用した演算
処理とするのに対して、演算処理部７はサンプル
値a₅を取込んだ時刻に第３図ｃに示すように周期
2φのサンプル値a₁，a₃，a₅を使用した演算処理を
し、第３図ｄに示すようにサンプル値a₆を取込ん
だ時刻にサンプル値a₂，a₄，a₆を使用した演算処
理をする。

こうした演算処理により、オームリレー演算処
理部６は最新の３つのサンプル値を使用した演算
処理により過渡的なデータの変化、即ち第１図の
負荷領域Ｌから事故F₁又はF₂への変化、又はそ
の逆の変化に対してリアクタンスリレーの応動に
対して適切な応動を得る。一方、リアクタンスリ
レー演算処理部７は電圧、電流波形の比較的長い
周期（2φ）のサンプル値を使用した演算処理に
より高い精度を得る。これにより、両出力の論理
積に誤つた保護動作を防止する。これを以下に詳
細に説明する。

まず、３つのサンプル値を使用した保護継電方
式としては、例えば特開昭50−61641号に開示さ
れ、電圧と電流、電流と電流又は電圧と電圧の積
を３サンプリング分演算し、第２番目の積値にサ
ンプリング周期φで決まる定数に乗じ、第１番目
のサンプリング積値より第２番目のサンプリング
積値を引算し、その結果に第３番目のサンプリン
グ積値を加算することにより電流や電圧の大き
さ、位相角を検出する。

次に、３つのサンプル値を使用した周期φ毎の
オームリレー演算と周期2φ毎のリアクタンスリ
レー演算の精度に差が生じることを以下に説明す
る。

第３図でa₁，a₂，a₃…の瞬時値の正弦波の実効
値をＡとする。この実効値の２乗をデータ間隔φ
の３つのデータで求める演算式は第３図ｂで a₁ ²−2cos2φa₂ ²＋a₃ ²＝4A²sin²φ ……(1) φ＝30゜の場合 a₁ ²−a₂ ²＋a₃ ²＝A² ……(2) となる。なお、データ間隔φは15゜，45゜，60゜など
他の値にする場合には左辺第２項と右辺の係数が
間隔φに応じて変るのみで、以後にはφ＝30゜の
場合で説明するが他の間隔にも同様のことが言え
る。ここでa₁，a₂，a₃には、量子化誤差±Δεを
含むので、今A²に誤差が含まれる場合を示すと
上記(2)式は次のようになる。

（a₁±Δε）²−（a₂±Δε）² ＋（a₃±Δε）² ……(3) 上記式を展開すると、 a₁ ²±2a₁Δε＋Δε²−（a₂ ²±2a₂Δε＋Δε²）＋a₃ ²
±
2a₃Δε＋Δε² ＝a₁ ²−a₂ ²＋a₃ ²±2Δε（±１／2Δε＋a₁−a₂＋a₃） ＝A₂±2Δε（±１／２Δε＋a₁−a₂＋a₃） ……(4) 従つて、上式の第２項が演算誤差となる。

一方、第３図ｃで示す2φの間隔で演算した場
合は前記(2)式に対応するものは a₁ ²＋a₃ ²＋a₅ ²＝3A² ……(5) となる。この場合、±Δεによる演算誤差を求める
と以下のようになる。

（a₁±Δε）²＋（a₃±Δε）²＋（a₅±Δε）² ＝a₁ ²＋a₃ ²＋a₅ ²±2Δε（a₁＋a₃＋a₅）＋3Δε² ＝3A²±2Δε（±３／２Δε＋a₁＋a₃＋a₅） ……(6) 従つて、上式の第２項が演算誤差となる。

ここで、φの間隔で演算した場合の誤差と、
2φの間隔で演算した場合の誤差を第４図を参照
して比較する。まず、a₁−a₂＋a₃及びa₁＋a₃＋a₅
はサンプリングの位相により変化するが、夫々の
最大値を求めると、 同図中、φの間隔による演算では(4)式におい
て、a₁，a₂，a₃が正負に変化するも，，又
は，，の振幅になるときが最大になり、 a₁−a₂＋a₃＝（√３＋１）Ａ ……(7) となる。また、2φの間隔になる演算では(6)式に
おいてa₁，a₃，a₅が正負に変化するも○，，
又は，，の振幅になるときが最大になり、 a₁＋a₃＋a₅＝2A ……(8) となる。

即ち、φの間隔において、a₁，a₂，a₃が第４図
の，，や，，では最大値にならない
し、2φの間隔においてa₁，a₃，a₅が，，や
，，では最大値にならない。

従つて、間隔φの場合の誤差は前記(4)，(7)式か
ら、 ±2Δε（±１／２Δε＋2.73A） ……(9) となり、間隔2φの場合の誤差は前記(5)，(8)式か
ら、 ±2Δε（±３／２Δε＋2A） ……(10) となる。これら誤差の真値に対する比は、 間隔φの場合 ±2Δε（±１／２Δε＋2.73A）／A² ＝（Δε²／A²±5.46Δε／Ａ） ……（11） 間隔2φの場合 ±2Δε（±３／２Δε＋2A）／3A² ＝（Δε²／A²±1.33Δε／Ａ） ……（12） 従つて、2φの場合の方が真値に対する変動比
が小さく、2φの間隔でサンプリングして保護演
算を行うリアクタンスリレー演算の方が1φの間
隔でサンプリングするオームリレー演算に比べて
高い精度で距離を求めることもできる。

次に、事故時の両リレーの応動について説明す
る。リアクタンスリレー演算及びオームリレー演
算は夫々３つのサンプル値による演算を行うが、
前述のように、オームリレー演算では周期φの連
続したサンプル値から応動し、リアクタンスリレ
ー演算では周期2φのサンプル値から応動する。
例えば、第８図に事故発生時の電流波形を示すよ
うに、時刻t_Fで事故が発生して電流波形が歪むと
き、オームリレー演算ではサンプル値a₉を取込ん
だときにa₇，a₈，a₉を使つて演算し、サンプル値
a₁₀を取込んだときにa₈，a₉，a₁₀を使つて演算
し、サンプル値a₁₁は取込んだときにa₉，a₁₀，a₁₁
を使つて演算する。これに対して、リアクタンス
リレー演算ではサンプル値a₉を取込んだときに、
a₅，a₇，a₉を使つて演算し、a₁₀を取込んだとき
にa₆，a₈，a₁₀を使つて演算し、a₁₁を取込んだと
きにa₇，a₉，a₁₁を使つて演算する。

ここで、オームリレー演算では前述の第(2)式に
示すように第２項が負の項になるため事故による
波形歪みに各演算時点a₉，a₁₀，a₁₁…でその応動
が振動的になるのに対して、リアクタンスリレー
演算では(5)式に示すように各項が正になるため多
少の振動があるが積分的に次第に上昇又は下降し
て行く。

即ち、オームリレーは波形歪みに応答性良く応
動するが、これが振動的になつてリレー出力を得
る３回連続状態まで比較的遅く、復帰には高い応
答性で早く復帰する。これに対して、リアクタン
スリレー演算では動作、復帰の何れの方向にも積
分的に応動して比較的低い応答性になる。このよ
うな両リレーの応動によつて、第５図のF₁，F₂
点事故及びその復帰に誤つたしや断動作を無くす
ことができる。

以下、各状態の変化に対する両リレーの応動と
出力変化について詳細に説明する。

第９図は第１図における負荷領域ＬからF₁点
事故時の応動波形を示し、タイミングa₈〜a₁₆は
第８図のサンプルタイミングに対応する。この
F₁点事故ではオームリレー演算では振動的に応
動して動作と復帰の演算結果を繰り返しながら動
作状態の継続になり、図示では動作状態が３回連
続するa₁₆のタイミングでオームリレー出力を得
る。一方、リアクタンスリレー演算では波形歪み
に演算結果の多少の振動があるが、動作状態を継
続し、その出力も論理“１”を維持する。これに
より、a₁₆のタイミングでしや断器のトリツプ出
力が得られる。

次に、第１０図はF₂点事故時の応動波形を示
し、オームリレー演算の応動及び出力はF₁点事
故時と同様になるが、リアクタンスリレー演算で
は演算結果が積分的に上昇して復帰し、この第１
回目の復帰タイミングa₁₁でリレー出力が論理
“０”になり、この後にオームリレー出力が論理
“１”になつて誤つたしや断出力を起こすことは
ない。

次に、第１１図はF₁点事故状態から事故復旧
によつて負荷領域Ｌへの復帰になるときの応動波
形を示す。オームリレー演算では動作状態から振
動的に復帰して行き、その出力はタイミングa₃₈
で論理“０”になる。一方、リアクタンスリレー
演算では多少の振動はあるが演算結果の変化は少
なく、最終的には負荷領域Ｌの範囲になる値に落
ちつき、その出力は論理“１”を維持し、タイミ
ングa₃₈でしや断器のトリツプ出力を復帰させる。

次に、第１２図はF₂点事故状態から変電所
BSSのリレーによるしや断（CB₂）によつて負荷
領域Ｌに復帰したときの応動波形を示す。このと
き、オームリレー演算では第１０図の場合と同様
に応動及び出力を得、リアクタンスリレー演算は
復帰状態から積分的に減少して動作領域に入り、
この動作状態が３回連続したタイミングa₄₁に出
力に論理“１”を得る。このとき、オームリレー
は既に“０”になつているため誤つたトリツプ出
力を出すことはない。

Ｇ 発明の効果 以上のとおり、本発明によれば、オーム継電器
演算には３つの連続したサンプル値から演算し、
リアクタンス継電器演算には２倍の周期になる３
つの連続したサンプル値から演算すると共に、両
継電器は演算結果が複数回連続して整定値を越え
たときに動作出力を得かつ整定値以下になつたと
きに直ちに復帰ようにしたため、リアクタンス継
電器演算に高い距離検出精度を得て保護区間内外
を区別した正確な保護を得ると共に、負荷領域か
ら保護区間内外の事故発生及び事故状態からの復
帰に誤つた保護動作を行うことが無くなる効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は距離継電器の動作を説明するための特
性図、第２図は本発明の一実施例を示すブロツク
構成図、第３図は本発明方式におけるサンプリン
グ波形図、第４図は本発明方式のおけるサンプル
値による精度の差を説明するための波形図、第５
図は距離継電器の保護区間系統図、第６図及び第
７図は従来のオーム継電器とリアクタンス継電器
の応動を示すタイムチヤート、第８図は本発明に
おけるサンプル値の取出し方法を示す図、第９
図、第１０図、第１１図及び第１２図は本発明方
式における応動波形図である。 １…送電線、２…電流変成器、３…電圧変成
器、４，５…アナログデイジタル変成器、６…オ
ームリレー演算処理部、７…リアクタンスリレー
演算処理部、８，９…メモリ回路、１０…論理積
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電流変成器および電圧変成器より得るアナロ
   グ電気量を一定の同期した周期φでサンプリング
   してデイジタル電気量に変換し、該デイジタル電
   気量から求めるオーム継電器特性とリアクタンス
   継電器特性の組合せによつて送電線路を保護する
   距離継電器方式において、前記オーム継電器演算
   は前記周期φの３つの連続したサンプル値a_o-1，
   a_o，a_o+1から a_o-1 ²−a_o ²＋a_o+1 ²＝A² に従つて実効値Ａを求め、この実効値Ａが複数回
   連続して整定値を越えたときに動作出力を得かつ
   整定値以下になつたときに直ちに復帰し、前記リ
   アクタンス継電器演算は前記周期φの２倍の周期
   2φの３つの連続したサンプル値a_o-2，a_o，a_o+2か
   ら a_o-2 ²＋a_o ²＋a_o+2 ²＝3A² に従つて実効値Ａを求め、この実効値Ａが複数回
   連続して整定値を越えたときに動作出力を得かつ
   整定値以下になつたときに直ちに復帰し、前記オ
   ーム継電器の動作出力とリアクタンス継電器の動
   作出力の論理積によつて保護動作出力を得ること
   を特徴とする距離継電方式。