JPH0158734B2

JPH0158734B2 -

Info

Publication number: JPH0158734B2
Application number: JP15055681A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Aoki; Yasuo Kawamata
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-09-25
Filing date: 1981-09-25
Publication date: 1989-12-13
Also published as: JPS5854821A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は電力系統の回線地絡保護リレーに係
り、特に、共架多回線の誘導による零相循環電流
が生ずる電力系統の回線地絡保護リレーに関する
ものである。

超高圧送電線とインピーダンス接地系統送電線
とが共架される場合、インピーダンス接地系統の
送電線には送電線地絡保護上問題となる零相循環
電流が生ずる。第１図および第２図はこの様子を
示した図であり、Trは変圧器、Ｉ１は潮流、１
は下位系、２は上位系である。

第１図のように、送電線１，２を区間Ｌで共架
した場合、上位系２と下位系１との送電線の相互
誘導のアンバランスのため、平常時において、下
位系１には、零相循環電流Ic₀が流れる。この零
相循環電流Ic₀の大きさは、上位系２の潮流の大
きさＩ１と共架区間Ｌの長さに比例する。

この様な共架系統の下位系１に地絡事故（第２
図のＦ）が発生した場合、第２図に示すように、
送電線の零相電流は、事故電流IF₁およびIF₂と零
相循環電流Ic₀との和となる。ここで、一般に、
インピーダンス接地系統の地絡事故電流IF₁，IF₂
は非常に小さいため、Ic₀の方が大きくなるケー
スがある。

この場合、保護リレーRY₁の設置点Ｐにおい
て、地絡方向リレーに流れる零相電流は、事故電
流IF₁と零相循環電流Ic₀が逆位相であるとする
と、保護リレーRY₁に加えられる零相電圧V₀及
び零相電流I_RYは第３図の如くなる。

なお、前記零相電流I_RYはつぎの式であらわさ
れる。

I〓_RY＝I〓c₀＋I〓F₁ ここで、地絡方向リレーは、入力電圧と入力電
流が同位相か逆位相かを判定して動作するリレー
である。したがつて、（Ic₀＋IF₁）が、第３図の
如く零相電圧V₀と反対位相となる場合には、方
向判定を誤ることになる。

この問題に対処するため、従来は、零相循環電
流が、平常時には、零相電流として保護リレーに
入力されることに着目し、地絡電流方向の基準と
なる極性電圧として、地絡事故のみでは変化しな
い線間電圧（Ａ相リレーの場合ではV_AB、Ｂ相リ
レーの場合ではV_BC、またＣ相リレーの場合では
V_CA）を用いることが行なわれている。

すなわち、前記線間電圧との間でそれぞれ有効
電力を演算し、出力判定は、その有効電力の変化
幅が一定値以上の時に、動作出力を発生する様に
した感度走査形地絡方向リレー等が提案され、使
用されている。

また、インピーダンス接地系２回線送電線の各
相の回線間差電流を導出し、この導出された差電
流の大きさの比により、各相回線間差電流の大き
さを補正すると共に、地絡相を判別、補正する方
法、及び前記各相間差電流の大きさの比とその位
相差をそれぞれ導出し、該差電流の大きさ及び位
相差を補正すると共に、地絡相を判別、補正する
方法も、既に提案されている（（特開昭55−
131227）。

しかし、これらの地絡方向リレーはいずれも、
地絡事故電流の変化率に着目したものであるた
め、 (1) 動作出力継続時間が地絡事故電流の大小に左
右され、事故が継続していても復帰してしま
う。

(2) 各相判定方式のため、保護継電器装置が、原
理上３相分必要であり、さらにその外に地絡事
故相検出継電器（地絡相を求める判別部）が必
要となる。したがつて、回路が複雑化する。

(3) 変化値を使用するため、電力系統の正常運用
状態で発生する零相循環電流の急変等で、誤判
断、誤判断、誤動作する恐れがある。

(4) １線地絡以上の事故時には誤判断となる。

などの不都合があつた。

本発明は、上記不都合を解決するものであり、
共架多回線電力系統で発生する零相循環電流対策
を効果的に発揮させることにより良好な特性を得
ることのできる共架多回線地絡保護リレーを提供
することが目的である。

本発明の特徴は、系統から与えられる零相電流
は、地絡事故がない平常時は零相循環電流である
ことに着目し、これを予定期間記憶することによ
り遅延し、遅延した零相電流と零相電圧とによ
り、有効分に相当した値を（動作力として）算出
する演算を実施させておき、地絡事故発生からあ
る時間後に地絡事故が検出されたときに、その値
を保持すれば、平常時の零相電流、つまり零相循
環電流の地絡により発生した零相電圧に対する有
効分が求まり、地絡事故方向判定を行う時に、そ
の値を動作力より減算することにより、共架系統
の零相循環電流対策を実施する点にある。

第４図は、本発明をデイジタル装置で実施する
際の一実施例を示すブロツク図である。同図にお
いて、３は保護しようとする送電線であり、図に
は示されてはいないが、第１、第２図のように、
他の送電線と共架されており、図示の如く零相循
環電流Ic₀が発生する。

２０は変流器であり、前記送電線３の電流を、
保護継電装置が取扱い易い電流値に変換する。１
Ａは、送電線３がしや断器５を介して接続される
母線であり、一方には、平行している相手回線が
接続されている。４は電圧変成器であり、変流器
２０と同様に、系統電圧を保護継電装置が取扱い
易い電圧に変換する。

１５および６は、それぞれ、変流器２０により
入力される零相電流信号Ｓ１、および電圧変成器
４により変換された零相電圧信号Ｓ２を、一定時
間々隔Δtでサンプリングして、デイジタル値に
変換するためのアナログ−デイジタル変換器
（Ａ／Ｄ変換器）である。

７は、Ａ／Ｄ変換器１５でデイジタル値に変換
された零相電流現在値信号Ｓ３を、一定期間記憶
する記憶部である。８は、前記記憶部７により記
憶された零相電圧信号Ｓ４と、Ａ／Ｄ変換部６に
よりデイジタル値に変換された零相電圧信号Ｓ５
とにより、零相電流の有効分に相当した値を演算
する演算部である。

有効分に相当する値の演算は、例えば(1)式 V_p（ｔ）I_p（ｔ−ｎ）_cpsθ_p＝PIc₀ ……(1) ただし、 V_p（ｔ）……零相電圧の現在値 I_p（ｔ−ｎ）……零相電流の記憶期間以前の値 θ_p……零相電圧と零相電流との位相角の如き演算によつて、実施することができる。

１０は、零相電圧信号Ｓ５により地絡事故発生
を検出する事故検出部であり、(2)式の如き演算に
より事故を検出する。

｜V_p｜≧V_S ……(2) ただし、 V_S……事故検出の整定値すなわち、零相電圧の値がV_Sより大きい時、
地絡事故発生を検出する。

９は、事故検出部１０により地絡事故が検出さ
れた時点で、演算部８の出力信号Ｓ６の値を保持
するための記憶部であり、事故検出中は事故検出
点での値を記憶する。

１１は、地絡事故方向検出部であり、零相電圧
の現在値信号Ｓ５と零相電流の現在値信号Ｓ３と
で、所定の演算を実施し、保護方向であるか否か
を判定する。

ここで、その動作力は、(3)式 V_p（t_o）I_p（t_o）_cpsθ₁＝P_pp ……(3) の如き演算によつて求められる。また、保護方向
であるか否かの判定は、事故検出時点で保持され
た信号Ｓ８を用いて、(4)式 P_pp−PIc₀≧P_S ……(4) の如き演算を実施し、(4)式の条件が成立した時
に、動作出力信号Ｓ９を出力する。

１２は論理判断部であり、所定の論理判断（そ
れ自体は、公知である）を実施し、しや断すべき
と判断されたときは、しや断指令Ｓ１０を出力
し、しや断器５に開放指令を出力する。なお、第
４図の実施例では、論理判断部１２は信号Ｓ７お
よびＳ９を入力とする論理積回路でよい。

第５図は、第４図のブロツク図の動作を、コン
ピユータなどのデイジタル装置で実施する場合の
プログラムである。

まず、ステツプＤ１で装置の起動がされると、
ステツプＤ２で、系統より入力される零相電圧
V_pと零相電流I_pとを、一定周期でサンプリングし
てデイジタル値に変換する。次にステツプＤ３
で、V_pを用いて前記(2)式の如き演算を実施し、
地絡事故を検出する。

ステツプＤ４では、ステツプＤ３の結果を判断
する。こゝで、系統事故無しの時は、ステツプＤ
５へ進み、ステツプＤ２でデイジタル値に変換さ
れたI_pを、一定期間記憶する。

次にはステツプＤ６へ進み、ステツプＤ５で記
憶された一定期間前のI_pと、ステツプＤ２で変換
された現在値V_pとにより、前記した(1)式の如き
演算を実施してステツプＤ２に戻る。

系統事故が無い場合は、以上のステツプを一定
周期毎にくり返している。

一方、ステツプＤ４で事故発生が検出された場
合は、ステツプＤ７へ進み、事故検出以前に演算
されていたステツプＤ６の演算結果（すなわち、
I_pとV_pから演算されたI_pの有効分）を保持記憶す
る。

ステツプＤ８は、保護動作の主演算を実施する
ステツプであり、I_pの現在値とV_pの現在値とを用
いて、前記した(3)式の如き演算を実施し、動作力
を求める。次に、ステツプＤ９では、ステツプＤ
８で求めた動作力と、ステツプＤ７で記憶保持し
た値とを用いて、(4)式の如き演算を実施する。

ステツプＤ１０ではステツプＤ９の演算結果に
基づいて、地絡方向の判断を実施する。こゝで、
地絡事故方向が保護方向であり、動作と判断され
た場合は、ステツプＤ１１へ進み、しや断器引外
しのための論理判断を行う。

前記論理判断の内容それ自体は公知であり、例
えば、装置の使用条件が成立しているかどうか、
短絡事故が検出されていないかどうか等である。

次のステツプＤ１２では、前記論理判断の結果
を受けて、しや断器へのしや断指令を出力すべき
かどうかを判断する。そして、条件が成立してい
る場合は、ステツプＤ１３へ進んで、しや断器へ
の引外指令を出力し、しや断器を開放する。これ
によつて保護動作が完了する。

ステツプＤ１０で不動作と判断された場合、お
よびステツプＤ１２で条件不成立が判断された場
合は、引外指令を出力せずにステツプＤ２へ戻
る。この結果、以上に説明したプログラムルート
が繰返される。

第６図は、第４図および第５図で説明した動作
を示したタイムチヤートであり、時刻t₀で地絡事
故が発生し、零相電圧V_pが発生した様子を示し
ている。

こゝで、I_pは零相電流である。時刻t₀以前の電
流は、地絡事故電流が無い平常時の零相電流であ
り、零相循環電流を示していることは言うまでも
ない。

PIc₀は、第４図の演算部８、または第５図のス
テツプＤ６で演算される(1)式の演算結果を示して
いる。すなわち、第４図の記憶部７、または第５
図のステツプＤ５で記憶された事故発生時点t₀よ
り、T_M時間隔つた零相循環電流と、地絡事故に
より発生したV_pとにより演算される値である。

もつとも、第６図では、つぎの（1A）式で計
算した値をPIc₀としている。

PIc₀＝_to 〓^t=to V_p（ｔ）・I_p（ｔ−T_M） …(1A) また、この図の例では、負の値の場合を示して
いる。前記PIc₀は、事故検出時点t_oで、一定値に
保持される。

なお、図中のT_ppは、事故検出時間（時刻t₀か
らt_oまでの時間）であり、一般に動作時間と呼ば
れているものである。また、T_Mは零相電流の記
憶期間である。前記T_Mの値を、系統周波数の周
期の整数倍になるように選定しておけば、演算結
果の判定を容易にすることができる。

ここで、動作時間T_ppと零相電流記憶期間T_Mと
の間に、(5)式の関係が成立する如く選定してお T_M＞T_pp ……(5) くことによりI_pは事故電流が含まれない平常時の
零相電流一つまり、零相循環電流とすることがで
きることは明らかである。

P_ppは地絡事故方向判定の演算値であり、前記
(3)式で示される演算結果である。第６図では、
P_ppの演算が事故発生検出時点t_oで開始される。
また、図の例では、保護方向の場合を示している
ため、正の方向に時間と共に漸増していく様子を
示している。

（P_pp−PIc₀）は、(4)式の演算値を示している。
この値は時刻t_o、すなわち事故検出点での値（−
PIc₀₁）から、正の方向に漸増してゆき、−PIc₀₁
よりP_Sだけ増加したt_o+A時点で、動作出力が発生
される。

第７図は、以上に説明した実施例による地絡方
向継電装置の特性を示した図である。この図は、
地絡事故方向判定として、V_pに対してI_pの同相分
一つまり有効分が整定値を越えた時動作と判定す
る方式の場合の特性図、すなわち、V_pを一定値
とした場合の位相特性図である。

零相循環電流がない場合の基本特性は、 V_p（t_o）・I_p（t_o）_cpsθ₁＞I_S で示されるＰ〜Ｑ軸に平行で、I_Sだけ離れた直線
イの上方斜線部が、動作領域となる。

また、零相循環電流がある場合は、第４図〜第
６図に関して説明した如く、零相循環電流分だけ
オフセツトした直線ロの上方斜線部が動作領域と
なることは容易に推定できる。

つまり、基本特性の原点０が0′となり、Ｐ〜Ｑ
軸が軸P′〜Q′となる。そして、動作域はP′〜Q′軸
に平行し、かつI_Sだけ離れた直線ロの上方斜線部
で示されることなる。

第７図において、IF₁，Ic₀，I_RYが、第２図およ
び第３図で説明した事故電流、零相循環電流、継
電装置の入力零相電流であると仮定すると、イの
基本特性では不動作となるが、本発明の実施によ
り、動作領域がロの特性となるため、動作するこ
とができる。

以上詳細に述べたところから明らかなように、
本発明の実施例によれば、零相循環電流の影響が
無くなり、効果的な地絡事故保護ができる。

なお、前述の実施例では、地絡事故方向の演算
方式を、零相電流と零相電圧とを用いて有効電力
を算出する方式で説明したが、インピーダンス演
算方式等他の原理による方式であつても、その演
算式にしたがい、平常時の零相電流を一定期間記
憶した零相循環電流に相当した電流で、動作力を
補正することにより、同様の効果を得られること
は言うまでもない。

また、前述の実施例では、零相電圧は、事故発
生後変化しないものとして説明したが、事故様相
が変化することを考慮して、零相電圧の値を引き
続いて計測し、その値に応じて、地絡事故検出点
で保持した(1)式の値PIc₀をつぎの(6)式 PIc₀（ｎ＋ｉ）＝｜V_p（ｎ＋ｉ）｜／｜V_p｜・PIc₀…
…(6) によつて補正し、高精度化を計ることも可能であ
る。

以上に説明した様に、本発明によれば、共架多
回線における零相循環電流の影響をほとんど無く
すことができ、高精度に地絡事故の検出可能な地
絡保護リレーを得ることができるもので、その効
果は大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は共架多回線における零相循環電流発生
を説明するための概略図、第２図は第１図の回線
における地絡事故発生時の電流分布を示す図、第
３図は第２図の電流ベクトル図、第４図は本発明
の一実施例を示すブロツク図、第５図は本発明を
デイジタル装置で実施する場合のプログラムフロ
ーチヤート、第６図は本発明の動作を説明するた
めのタイムチヤート、第７図は本発明の実施例に
よる継電器特性図である。１Ａ……母線、３……保護対象送電線、５……
しや断器、６，１５……Ａ／Ｄ変換器、７……零
相電流記憶部、８……零相電流有効分演算部、９
……記憶部、１０……事故検出部、１１……地絡
事故方向検出部、１２……論理判断部。

Claims

【特許請求の範囲】１同一鉄塔に多数の送電線を共架する共架多回
線送電系統の地絡事故を保護するリレー方式にお
いて、系統情報として入力される零相電流を記憶
する第１の手段、零相電圧と第１の手段により記
憶した予定時間前の零相電流とで動作力に相当し
た値を演算する第２の手段、零相電圧、又は零相
電流により地絡事故が検出された時、第２の手段
により演算された値を保持する第３の手段、第３
の手段により保持された値を、零相電圧と零相電
流との現在値で得られる有効分と比較して地絡事
故方向判別を行なう第４の手段とを具備したこと
を特徴とした共架多回線地絡保護リレー。２前記第４の手段は、前記第３の手段によつて
保持された値を、零相電圧および零相電流の現在
値によつて得られる有効分から減算し、得られた
差が予定値を超えたとき、地絡事故方向と判別す
ることを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の
共架多回線地絡保護リレー。