JPH02211020A - 距離継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、電力系統の電圧信号及び電流信号から一定
間隔でサンプリングし量子化した電流量、電圧量および
電流微分量を使用して、電力系統に故障が発生したとき
の継電器と故障点との電気的距離を演算し電気的距離に
比例した限時で動作を行う距離継電器に係り、特に、量
子化による誤差等の影響を受けない精度の良い演算を行
えるようにした距離継電器に関する。

〔従来の技術〕

電力系統の規模が拡大するにつれ、系統事故時の電流・
電圧の波形歪が増大化すると共に歪波形に含まれる高調
波成分の周波数が低次化してきている。このため、従来
の距離継電器で安定した特性を得るには、歪波成分を十
分に除去するなめに高次のフィルタを必要とし、動作時
間の遅れ等、実用上に問題が生じる恐れがある。

最近、この種の距離継電器として、マイクロコンピュー
タ等の演算処理部を備えた第２図に示す構成のものが知
られている。第２図において、参照符号１０は保護対象
である送電線、１２．１４は計器用変成器であり、それ
ぞれ１２は計器用変圧器、１４は変流器を示す、２０は
距離継電器を示し、変成器入力部２２．２４、アナログ
／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ変換部）２６、リレー演算
処理部２８および動作出力部３０とから構成される。

このように構成される距離継電器２０は、系統電圧を計
器用変圧器１２を介して取り込み、変成器入力部２２を
通して電圧量Ｖとして、Ａ／Ｄ変換部２６に入力される
。系統電流は、変流器１４を介して導入され、変成器入
力部２４を通して電流量１として、同じくＡ／Ｄ変換部
２６に入力される。この各電気量Ｖ、・ｌはＡ／Ｄ変換
部２６において一定時間間隔でサンプリングされ、順次
ディジタル量に変換されてマイクロコンピュータ等から
なるリレー演算処理部２８に入力されて後述する演算が
行われる。インピーダンスは送電線１０の距離の電気的
尺度であるから、送電線１０のインピーダンスを演算す
ることにより、系統の故障点と継電器との電気的距離が
得られ、故障が保護すべき区間内にあると判定した際に
は、動作出力処理部３０から図示したい遮断器に動作指
令を与える。

ここで、演算処理について説明する。系統事故発生時に
おける送電線１０の電圧ｉｖｎ電流量ｌ、インダクタン
スしおよび抵抗Ｒとの間には、次式の関係が成立する。

ｖ＝Ｒ−ｉ＋Ｌ−Ｊ　　　　　　　・・・（１）上記微
分方程式（１）は、過渡領域を含めた高調波成分に対し
ても成立するため、（１）式を用いてインダクタンスし
および抵抗Ｒを求める距離継電器が、例えば特開昭６２
−１８９１７号公報に開示されている。

すなわち、（１）式は、インダクタンスしおよび抵抗Ｒ
の２つの未知数を含むなめ、異なる時刻ｔｌｌｌ＋ｔｌ
ｌにおいて、 ｖｎ＝Ｒ−ｉｓ　＋Ｌ−Ｊｍ ■、＝Ｒ・ｉｎ＋Ｌ−Ｊ。

の関係式が成立する。

・・・（２） なお、ｖｎ、ｉｎは時刻ｔｎでのそれぞれ電圧値および
電流値を表す０次に、（２）式をＲｌＬについて変形す
ると、 １、・Ｖ　＊　　１　ｍ　・Ｖ。

Ｌ＝ ・・・（３） ｉｎ　・　Ｊ、−ｉａ　　・　ｊ。

■、　・　Ｊｍ　　　Ｖｍ　　・　」。

Ｒ工 ・・・（４） １、　・　Ｊ、　　−１，・　ｊ・ となる、この（３）　、（４）式を用いて送電線１０の
インダクタンスしおよび抵抗Ｒの各値が求められ、これ
らの値は故障点までの系統インピーダンスに応じた値で
あるので、継電器２０は、事故のリレー内外判定を行う
ことができる。上式において、ｊ、項は１１項の微分係
数、すなわち、電流微分量であり、ハードウェア的にも
求められるが、ソフトウェアにて下記近似式で求めるこ
とが可能である。

近似値をＪ、とすると、 Ｊ−”ｊ−＋Ｊ−−＋ ＝ΣＫｍ（ｉｍ＋ｉ＋　　　ｉｍ＋ヶー、）　　　　・
・・（５）ただし、Ｎ、Ｋｋ（ｋ＝ｏ〜Ｎ）は定数であ
り、少なくとも、 Ｋｏ≠０．に、≠０ である、なお、（５）式は、時刻ｔｎと時刻ｔｎ−１の
中間の時刻’Ｅｍ−１／２における電流値の微分係数を
示すことになる。

同様に、電圧量Ｖ　＠　＋　　ｍ　、電流量１．　ａ　
、　＋ｉｎについても次式のようにおける。

また、（５）式よりＪ、、Ｊ、についても、とおけば、
（３）、　（４）式の分子・分母値は、以下の（８）〜
（１０）式となる。

（３）式の分子式（１，とおく）は、 Ｊ！、＝Ｉ、・Ｖ、−Ｉ、・Ｖ、　・・・（８）（４）
式の分子式（「、とおく）は、 ｒ　−ａ　”　Ｖ　、・Ｊ、−Ｖ、・Ｊ、　・・・（９
）（３）、　（４）式の分母式（ｕ　ｓとおく）は、ｕ
　ａｍ　＝Ｉ　ｍ　・Ｊ、−１，・Ｊ、　・・・（１０
）となる。

従って、（３）、　（４）式は、（８）〜（１０）式よ
り、化誤差等により誤差大となってしまう。

このｕｍ”５０対策として、異なる複数の時間における
ｕ　ｍ　＋　Ｊ　ｍ　＋　ｒ　ｗａを求め、各々の加減
算値をとり、以下の式のようにＲ，Ｌを求める。

ｒ　。

１　。

Ｒ＝ Ｌ＝　　　　　　　　　・・・（１１）ｍ Ｉ１１ となる、しかし、電流値が高調波成分を含有するとき、
高調波成分の次数および含有率によっては、ｕｓ〜０と
なる場合が生じる。この場合に、（８）〜（１１）式を
用いて抵抗ＲおよびインダクタンスＬの各値を求めても
量子ここで、５ｉａｎ（）は、（ をとることを意味する。

）内の量の符号 Ｒ。

Ｌ。

Ｒ＝ Ｌ＝ ・・・（１３） Ｕ。

Ｕ。

（１２）、　（１３）式により、ｕｌへ０の機会をなく
し、精度良く抵抗ＲおよびインダクタンスＬの多値を求
めようとするものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしたがら、前述した距離継電器によれば、（１３）
式による演算方式は、ｕｍ”５０が発生した際に、この
時刻における抵抗ＲおよびインダクタンスＬの多値の演
算誤差を、異なる時刻のｕｍ値と加減算による平均化処
理を行うことで演算精度の向上を図ったものであるが、
演算結果には平均化により誤差量が少なくなったとはい
え、ｕ　ａｍ　’Ｆ　Ｏ時刻におけるｕ　ｍ　＋　ｒ　
ｍ　＋　Ｊ　Ｉｍの多値による演算誤差は残っている。

そこで、本発明の目的は、ｕ　＠　’Ｆ　Ｏ時刻におけ
るｕ　ＩＩ　＋　　ｍ　＋　Ｊ　ＩＩの多値を（１２）
式の処埋かち取り除くことで、より一層の演算精度の向
上を図った距離継電器を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る距離継電器は、電力系統の電圧信号と電流
信号とから得られる電圧量Ｖ、電流量ｉおよび電流微分
量Ｊの各電気量と、電力系統の距離の電気的尺度である
インダクタンスＬおよび抵抗Ｒとの間に成立する関係式
ｖ＝Ｒ・ｉ＋Ｌ−Ｊを用い、異なる時刻ｔｎお、よびｔ
ｎにおける前記各電気量から、継電器の設けてある位置
と故障点までの電気的距離を演算する演算処理部を有し
、該演算処理部で求めた電気的距離に比例した限時で動
作する距離ａ電器において、 前記演算処理部は、異なる時刻ｔｎおよびｔｎにおける
電圧量Ｖ＠　、　Ｖｌｌ　、電流量１１゜ｉｎおよび電
流微分量Ｊ、、Ｊ、から、電気量ｕｍ（＝ｉｍ　・Ｊ　
ｍ　”’＝　１　ｍ　　・ｊｍ）を得る第１ステップと
、 電気量ｊ、（＝ｉｍ・ｖａ　−ｉｎ　・ｖａ）を得る第
２ステップと、 電気量ｒ、（＝ｖｎ・Ｊ　ｍ　　Ｖ　＊　・ｊｍ）を得
る第３ステップと、 異なる時刻ｔ１およびｔｎの内、少なくとも一方が異な
る２つの時刻における前記第１乃至第３ステップの各出
力を複数得る第４ステップと、 前記第４ステップにおいて得な前記第１ステップの複数
の出力の内、相対的に絶対量の小さい出力の時の時刻組
合せ１．およびｔｎにおける前記第１乃至第３ステップ
の各出力を廃棄する第５ステップと、 前記第５ステップにおいて廃棄されなかった各出力の電
気量Ｌ１．．ｌ　Ｊ　ＩＩ　＋　ｒＴａを用いてそれぞ
れの各加減算値Ｕｍ、Ｌｍ、Ｒｍを得る第６ステップと
、 前記第６ステップの各出力から電力系統のインダクタン
スしおよび抵抗ＲをそれぞれＬ＝Ｌｍ／Ｕｍ、Ｒ＝Ｒｍ
／Ｕｍと除算して得る第７ステップとからなる演算を行
うよう構成することを特徴とする。

〔作　用〕

本発明に係る。距離継電器によれば、電気量ｕｍ、Ｊ、
、ｒ、の多値を一層データとして保存し、保存されてい
るＮ個のデータのＵ。

について各々の絶対値を取った後に平均値ｕｓ＊ａｍを
求め、この平均値ｕ＋ｍｓａｍに所定係数εを掛けたε
ネＵ１１．と、Ｎ個のデータの各ｕｌｌ値とを比較し、
！ｕｍ１が小さい場合には、そのｕｌを求めた時刻のｕ
　＠　１　ｊ　ａ　１ｒ１の値を廃棄し、廃棄されなか
ったｕｍ。

Ｊ　Ｉｌｌ　＋　ｒｓの値を用いて（１２）式の処理を
行い抵抗ＲおよびインダクタンスＬを算出するように構
成したため、ｕ　ａｒ　’、Ｏ時刻におけるｕｍ、ｒａ
、Ｊ＋＋＋の多値を（１２）式の処理から取り除くこと
になる。すなわち、Ｕ、ζ０時刻におけるｕ　ａｍ　＋
　ｒ　＠　Ｉ　Ｊ　ａの多値による演算誤差はなくなる
ので、精度の良い演算結果を得ることができる。

〔実施例〕

次に本発明に係る距離継電器の実施例につき、添付図面
を参照したがら以下詳細に説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す距離継電器のリレー
演算処理部における処理内容の機能ブロック図である。

距離継電器の装置構成は従来例で示した第２図と同様で
あるので、ハードウェアの構成は省略する。第１図にお
いて、参照符号３２は、Ａ／Ｄ変換部２６より入力され
た電流量１から、微分係数Ｊ、すなわち電流微分量を算
出する演算処理ステップであり、３４は電流ｉｔおよび
電流微分量Ｊより前記（１０）式で示した分母値Ｕ、を
求める分母゛値演算処理ステップである。３６は、電流
量ｌと電圧量Ｖとから（８）式で示される分子値Ｊ、の
値を算出する演算処理ステップ、３８は電圧量Ｖと電流
微分量Ｊとから（９）式で示される分子値ｒ、を算出す
る演算処理ステップである。これら演算処理ステップで
求めた各サンプリング時刻におけるデータｕｆｆｌ。

Ｊ、、ｒ、はデータの保存ステップ４０にて一旦データ
として保存される。

次の分母値の大小比較ステップ４２では、先ず、保存さ
れているＮ個のＵ、について各々の絶対値１ｕ１１を取
り、さらにこのＮ個の１ｕｍ１の平均値ｕｍｓａａを求
めた後、この平均値ｕｓ＊ｍｍに対し所定の係数εを掛
けた値ε＊ｌｊｓ＋ｓａ＊と、平均値ｕ　５ｅａｓを求
めたＮ個の分母値の絶対１１ｕｍｌとの大小比較をそれ
ぞれ行い、１ｕｍ１が小さい場合には、そのＵ、を求め
た時刻におけるデータｕ　＠　１　ｊ　ｍ　＋ｒｍを廃
棄する。この分母値の大小比較ステップ４２で廃棄され
なかった時刻のｕｍ。

Ｊ　ｓ　、１”　ｍの値を使用して、（１２）式の処理
を行うのが、分母の平均化処理ステップ４４と分子の平
均化処理ステップ４６．４８である。

これらの平均化処理ステップで求まったＵ。

およびり、を用いて系統のインダクタンスＬを（１３）
式により５０のステップで求め、Ｕ。

およびＲ１を用いて系統の抵抗Ｒを同様に（１３）式に
より５２のステップで求める。リレーの動作判定ステッ
プ５４では、前ステップで求めた系統のインダクタンス
Ｌおよび抵抗Ｒから系統の故障点と継電器との電気的距
離が得られるので、故障が保護すべき区間内にあるかど
うかの動作判定をして、区間内にある場合は系統の図示
したい遮断器に動作指令を与える。

この様にして、Ｕ、≠０時刻におけるｕｌ。

ｒ、、ｊ、の多値を（１２）式の処理から取り除き、ｕ
ｍ　：ｏ時刻におけるｕｓ、ｒｅ、Ｉｓの多値による演
算誤差はなくなるので、精度の良い演算結果を得ること
ができる。

〔発明の効果〕

前述した実施例から明らかなように、本発明によれば、
（１０）式で示した分母値ｕ１に対して、ＩｕｍＩ）Ｏ
の時の保存データｕｍ。

ｒ＠＋Ｊｍのみを用いて演算を行うため、量子化による
誤差等の影響を受けない精度の良い演算結果を得ること
ができる。従って、電力系統に事故が発生した際に電流
・電圧及び電流微分量を用いて、系統のインピーダンス
を精度よく求められ、低次自由振動電流・電圧量の影響
を受けずに安定したり°レー動作を実現することができ
る。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の精神を逸脱したい範囲内において種々の設計変更を
なし得ることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る距離ａ電器の一実施例を示すリレ
ー演算処理部における処理内容の機能ブロック図、第２
図は従来の演算処理部を備えた距離継電器の構成を示す
ブロック図である。 １０・・・送電線　　　　　１２・・・計器用変圧器１
４・・・変流器　　　　　２０・・・距離継電器２２．
２４・・・変成器入力部 ２６・・・Ａ／Ｄ変換部　　２８・・・リレー演算処理
部３０・・・動作出力処理部 ３２・・・微分係数演算処理ステップ ３４・・・分母値演算処理ステップ ３６．３８・・・分子値演算処理ステップ４０・・・デ
ータの保存ステップ ４２・・・分母値の大小比較ステップ ４４・・・分母の平均化処理ステップ ４６、４８・・・分子の平均化処理ステップ５０・・・
インダクタンスＬの演算処理ステップ５２・・・抵抗Ｒ
の演算処理ステップ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の電圧信号と電流信号とから得られる電
   圧量ｖ、電流量ｉおよび電流微分量ｊの各電気量と、電
   力系統の距離の電気的尺度であるインダクタンスＬおよ
   び抵抗Ｒとの間に成立する関係式ｖ＝Ｒ・ｉ＋Ｌ・ｊを
   用い、異なる時刻ｔ＿ｍおよびｔ＿ｎにおける前記各電
   気量から、継電器の設けてある位置と故障点までの電気
   的距離を演算する演算処理部を有し、該演算処理部で求
   めた電気的距離に比例した限時で動作する距離継電器に
   おいて、 前記演算処理部は、異なる時刻ｔ＿ｍおよびｔ＿ｎにお
   ける電圧量ｖ＿ｍ、ｖ＿ｎ、電流量ｉ＿ｍ、ｉ＿ｎおよ
   び電流微分量ｊ＿ｍ、ｊ＿ｎから、電気量ｕ＿ｍ（＝ｉ
   ＿ｍ・ｊ＿ｎ−ｉ＿ｎ・ｊ＿ｍ）を得る第１ステップと
   、 電気量ｌ＿ｍ（＝ｉ＿ｍ・ｖ＿ｎ−ｉ＿ｎ・ｖ＿ｍ）を
   得る第２ステップと、 電気量ｒ＿ｍ（＝ｖ＿ｍ・ｊ＿ｎ−ｖ＿ｎ・ｊ＿ｍ）を
   得る第３ステップと、 異なる時刻ｔ＿ｍおよびｔ＿ｎの内、少なくとも一方が
   異なる２つの時刻における前記第１乃至第３ステップの
   各出力を複数得る第４ステップと、 前記第４ステップにおいて得た前記第１ス テップの複数の出力の内、相対的に絶対量の小さい出力
   の時の時刻組合せｔ＿ｍおよびｔ＿ｎにおける前記第１
   乃至第３ステップの各出力を廃棄する第５ステップと、 前記第５ステップにおいて廃棄されなかっ た各出力の電気量ｕ＿ｍ、ｌ＿ｍ、ｒ＿ｍを用いてそれ
   ぞれの各加減算値Ｕ＿ｍ、Ｌ＿ｍ、Ｒ＿ｍを得る第６ス
   テップと、 前記第６ステップの各出力から電力系統の インダクタンスＬおよび抵抗Ｒをそれぞれ Ｌ＝Ｌ＿ｍ／Ｕ＿ｍ、Ｒ＝Ｒ＿ｍ／Ｕ＿ｍと除算して得
   る第７ステップとからなる演算を行うよう構成すること
   を特徴とする距離継電器。