JPH03273814A - 差動継電装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は発変電所の母線などに用いられるデジタル演算
形の差動継電装置の動作時間の高速化に関する。

（従来の技術） 差動継電装置では、外部事故時に事故電流の直流分によ
り、変流器の鉄心が飽和するなめ生ずる変流器の誤差が
問題となる。特に母線保護では、母線の多数の端子から
流入した事故電流が、１つの端子に集って流出すること
が多い。このような場合、流出する端子の電流は大きな
値となり、変流器の飽和が起こり易い。他の流入する端
子の電流は比較的小さな値であるため、変流器の飽和が
起こりに＜＜、全く飽和しない場合も多い。この場合、
差動電流（電流の方向を母線に流入する方向としたとき
の変流器二次電流の和）が、外部事故にも拘らず大きな
値となり誤動作することとなる この対策として、変流器の飽和に対する対策を行なった
差動継電装置がある。

たとえば、既出願の特開昭６３−３１０３２５号（以下
、参考例という）は次の構成である。まず、各端子電流
データＤｊより、データＤｊの絶対値の最大値または和
を求めるなどして、抑制データＤｒを作成し、この抑制
データＤｊのサンプル時刻の異なるものの相互の差を用
いて抑制関数ｆ（ｒ）を算出する。また、サンプル時刻
の異なる差動電流データＤｄの相互の差より差動関数ｆ
　（ｄ）を算出する。さらに抑制関数ｆ　（ｒ）が差動
関数ｆ　（ｄ）に対して所定の関係より大きいとき阻止
出力Ｐｊを生ずる。この阻止出力Ｐｌは所定時間（１サ
イクル程度）記憶され、また差動継電手段の動作を阻止
するようにするものである。この原理を説明する。

第２図（ａ）は変流器が飽和したときの変流器の一時電
流Ｉ　と二次電流■、の実測波形の例を示す図である。

図のように電流の交流分の１サイクルごとに、非飽和で
二次電流■、に殆んど誤差を生じない期間と、飽和して
二次電流■、に著しい誤差を生ずる期間とが繰り返され
る。

外部事故で事故電流が流出する端子の二次電流が図示の
波形Ｉ、であり、事故電流が流入する端子の変流器が全
て飽和しなかったとすると、差動電流Ｉ、の波形は第２
図（ｂ）のようになる。また、各端子電流の絶対値の和
は同図Ｉ、のようになる。

図のように二次電流■、に誤差の無い期間は、差動電流
Ｉ、の値は殆んど零であるのに対し、絶対値■、が大き
い。

この特徴に着目して外部事故時の変流器飽和による誤動
作を防止できる。

参考例の原理を説明する。第２図（ｂ）の外部事故では
変流器の非飽和期間には差動電流Ｉ、の変化は小さく差
動関数ｆ　ｆｄ）も小さい。一方、各端子電流の変化は
大きく、抑制関数ｆ（ｒ）は大きい。

この期間に阻止出力Ｐｌが生じ、これを所定期間記憶す
ることによって誤動作を防止する。

しかし、前記の阻止出力Ｐｊは事故発生前にも生ずる。

すなわち、常時運転中では、保護区間各端子には負荷電
流が流れており且つ差動電流は零である。このため、差
動関数ｆ　（ｄ）は殆んど零であり抑制関数ｆ（ｒ）は
かなりの大きさとなり、阻止出力Ｐｌを生ずる。この阻
止出力Ｐｊは内部事故発生後も所定期間（１サイクル程
度以上）記憶され、内部事故発生時の動作が遅れる。

母線事故では該母線を通過する全電力の送電が断たれる
。このため、電力系統安定度に対する影響が大きく、事
故遮断が遅れることは１サイクル程度であっても好まし
くない。

このため参考例では、各端子電流データからなる事故検
出関数ｆ　（ｆ）の大きさや変化分が所定値以上となっ
たとき出力する事故検出手段を備え、この出力を阻止出
力Ｐｌの制御手段として、前記動作遅延を防ぐよう構成
されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、事故検出手段が事故検出関数ｆ　（ｆ）
の大きさを検出する場合には事故前潮流により充分な感
度か得られず、また変化分の大きさを検出する場合には
高感度ではあるが、事故継続中の継続動作は期待てきな
いという問題があった。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、前記の阻止出
力Ｐｌを事故発生直後には有効であるようにし、高速動
作が得られるような差動継電装置を提供することを目的
としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 保護区間の各端子電流Ｉ　（ｉ−１〜ｎ）を所定時間間
隔でサンプルし、これをデジタルデータに変換して得ら
れた各端子電流データＤｊを用いて、抑制関数ｆ　（ｒ
）の値を算出する抑制関数算出手段と前記各端子電流デ
ータＤｊを加算して（または差動電流Ｉｄを所定時間間
隔でサンプルし、これをデジタルデータに変換して、）
差動電流データＤｊを作成し、このデータより差動関数
ｆ（ｄ）の値を算出する差動関数算出手段と、前記抑制
関数ｆ（ｒ）の値が差動関数ｆ　（ｄ）の値に対して所
定の関係より大きいことを条件に阻止出力Ｐｊを発生す
る阻止出力発生手段と、この阻止出力Ｐｌにより動作を
阻止するように制御される差動継電手段と、前記各端子
電流データＤｊを用いて、各端子電流データＤ・の値が
大きいとき大きな値となる事故検出関数ｆ　（ｆ）を算
出する事故検出関数算出手段と、事故検出関数ｆ　（ｆ
）の値が所定値以上のときまたはその変化分の値が所定
値以上の大きさのとき事故検出信号Ｓｆ１を出力する第
１の事故検出手段と、差動関数ｆ　（ｄ）の値が所定値
以上のとき事故検出信号Ｓ、２を発生させる第２の事故
検出手段とよりなり、前記阻止出力発生手段は、少くと
も事故検出信号Ｓｆ１とＳｆ２の発生時には阻止出力Ｐ
ｌを有効となるようにし、且つ事故検出信号Ｓｆ１とＳ
、２の発生前には、阻止出力Ｐｌを無効とするように制
御するように構成した。

（作　用） 本発明では事故検出信号Ｓ　、Ｓ　の発生時にｆｌ　　
　ｆ２ は、阻止出力Ｐｌを有効とすると共に、信号Ｓｆ１’Ｓ
ｆ２の発生中のデータによる阻止出力Ｐｊｌを所定期間
記憶するようにすることによって、外部事故の場合では
変流器の飽和を伴なっても阻止出力Ｐｌによって誤動作
することがなく、また内部事故時には阻止出力Ｐ１がな
いため、高速動作が可能となる。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。先ず本発明の基
本的な考え方を説明する。本発明は、差動保護を行う保
護区間各端子より得られた電流に比例した電気量を、所
定サンプル間隔θ、でサンプルしてデジタルデータに変
換し、そのデジタルデータを処理した結果により動作出
力を生ずる通常のデジタル演算形継電器をハード機構と
して用い、以下に述べるような処理を行うことによって
前記の問題点を解決しようとするものである。

その処理内容を図面を用いて説明する。第１図は本発明
の処理の基本構成を示す図である。すなわち、処理１の
抑制関数算出手段で保護区間各端子の電流より得られた
データＤｊ　（ｊ＝１〜ｎでｎは各端子電流の数）を用
いて抑制関数ｆ（ｒ）の値を算出する。また、処理２の
差動関数算出手段で、差動電流データＤｊ（差動電流Ｉ
、をサンプルして得られたデータまたは各端子電流デー
タＤｊの和）を用いて差動関数ｆ　（ｄ）を算出する。

更に処理３の事故検出関数算出手段で各端子電流データ
Ｄｊを用いて事故検出関数ｆ　（ｆ）の値を算出し、処
理４−１の事故検出手段で事故検出関数ｆ（ｆ）の値が
所定値以上の大きさのとき、または所定値以上の変化を
生じたとき事故検出信号Ｓｆ１を発生させる。

処理４−２の事故検出手段で差動関数ｆ　（ｄ）の値が
所定値以上のとき、事故検出信号Ｓｆ□を発生させる。

処理５の阻止出力発生手段は、処理１で得られた抑制関
数ｆ　（ｒ）の値か処理２で得られた差動関数ｆ　（ｄ
）の値に対して所定の関係より大きいとき阻止出力Ｐｊ
を生じ、これを事故検出信号Ｓｆ１と８１２の制御に応
じて有効とする。処理５て得られた阻止出力ＰｆＪによ
り、処理６の差動継電手段の動作が阻止される。処理６
では差動電流データＤｊ及び各端子電流データＤｊを用
いる場合もあり、また用いない場合もある。

以上の各処理、関数については、前記参考例に既に述べ
られていて既知であり、詳細は省略し以下は代表例のみ
示す。

抑制関数ｆ（ｒ）＝Σ　ｌ　Ｄ　、　　ｌ　　　　−（
１）Ｊ＝１　　　”’ 差動関数ｆ　（ｄ）　＝　ｌ　Ｄｄ、ｌ　　　　　　・
・・（２）事故検出関数ｆ（ｆ）＝写　ＩＤｊｌｌ　・
・・（３）Ｊ＝１ 処理４−１の事故検出手段では例えば次式のうちのいず
れかが成立したとき事故検出信号Ｓｆ１を発生させ、必
要に応じて所定期間記憶させる。

ｆ　（ｆ）　＞Ｋ１．　　　　　　　　　　　・・・（
４）ｆ（ｆ）＞Ｋ２　（所定時間前の所定期間中のｆ　
（ｆ）の値の最大値）とに１−１の和または最大値　　
　　　・・・（５）ｆ　（ｆ）またはｌ　ｆ　（ｆ）　
　ｌ　＞Ｋ２とに１−１の和または最大値・・・（６）
但しに１−１及びに２は正の定数で、Ｋ２は通常１以上
の値とする。

以上で（４）式では事故検出関数ｆ　（ｆ）の値が一定
値より大きいとき、（５）及び（６）式では事故検出関
数ｆ　（ｆ）の値が事前の事故検出関数ｆ　（ｆ）の関
数に対して大きいとき、または変化があったとき、事故
検出信号Ｓｆ１を発生させる。

処理４−２の事故検出手段では、次式が成立したとき、
事故検出信号Ｓ１□を発生させる。また、必要によりＳ
、１と同様所定期間記憶させる。

ｆ　（ｄ）　＞Ｋ１．　　　　　　　　　　・・・（７
）Ｋ１−２は正の定数 処理５の阻止出力発生手段の阻止出力Ｐｌには２つの種
類がある。１つは阻止出力Ｐｌを阻止信号Ｓ、とするも
のであり、他は阻止関数ｆ　（Ｊ！　）の記憶値とする
ものである。

阻止信号Ｓｊとするものでは、阻止信号Ｓ、は例えば次
式の条件で発生する。

０＞ｆ（ｒ）−ｆＫ　　ｆ（ｄ）とに４の和または最大
値）　　　　　　・・・（８） 但しＫ　は正、Ｋ４は正または負の定数すなわち、抑制
関数ｆ　（ｆ）の値が差動関数ｆ（ｄ）の値に対して所
定の関係より大きいとき、阻止信号Ｓ　を阻止出力Ｐｌ
として発生させる。この阻正信号Ｓ、は処理６の差動継
電手段の動作を禁止するのに用いられる。

阻止関数ｆ　（ｊ　）の記憶値とするものでは、例えば
次式の阻止関数ｆ（、Ｉｌ）の値を求める。

ｆ（Ｊｌ　）　−ｆ（ｒ）−（Ｋ３ｆ（ｄ）とＫ　の和
または最大値）・・・（９） この阻止関数ｆ（、Ｉｌ）の記憶値が、阻止出力Ｐｌと
して発生し、差動１１電手段の抑制量とじて用いられる
。

以下は阻止出力Ｐ　を阻止信号Ｓ、とするものとして説
明する。

この阻止出力Ｐ　は、事故検出信号Ｓ、ＳＪｌ　　　　
　　　　　　ｆｌ　　　ｆ２の発生時には、有効となり
、発生前には無効となるように制御される。

本発明の作用を図面を用いて説明する。第３図は内部事
故時の応動を示す波形図である。（ａ）図は電流波形を
示すもので、■　は電源側より母線に流入する電流、Ｉ
ｏは母線より負荷側に流出する電流の各々変流器二次電
流を示す。時刻ｔ。より前は通常の負荷状態であり、時
刻ｔ。に内部事故が発生して電流１．が大きな値となり
、電流１ｏは流れなくなる。ｆｂ）図は差動電流Ｉ、と
抑制関数ｆ（ｒ）を（１）式としたときの抑制電流■。

の波形である。この抑制電流Ｉ、をサンプルした値が抑
制関数ｆ　（ｒ）に対応する。内部事故発生前（時刻ｔ
　より前）は差動電流Ｉ、が零であり、抑制電流Ｉ、の
み存在する。しかし内部事故発生後は差動電流■、と抑
制電流■、が等しくなる。

（Ｃ）図は（４）式を用いた場合の事故検出信号Ｓ１１
を示す。事故検出関数ｆ　（ｆ）の値が内部事故により
大きくなると（４）式が成立し、事故検出信号Ｓｆ１が
１となる。破線は（４）式が成立しない期間を示すか、
１サイクル程度の記憶により事故検出信号Ｓｆ１は実線
のように連続する。

（ｄ）図は（７）式を用いた場合の事故検出信号Ｓ１２
を示す。差動関数ｆ　（ｄ）の値が内部事故により大き
くなると、（７）式が成立し、事故検出信号Ｓｆ２か１
となる。破線は（７）式が成立しない期間を示すが、１
サイクル程度の記憶により事故検出信号Ｓｆ２は実線の
ように連続する。

（ｅ）図の実線は、阻止出力Ｐｌの波形である。

阻止出力Ｐｌｌ！は、事故前においても、常時潮流によ
って阻止出力発生条件が成立するが事故検出信号Ｓ　、
Ｓ　何れかが１となる迄は、阻止出力ｆｌ　　　ｆ２ Ｐ」は無効となっている。

事故検出信号Ｓ、２が１となると、阻止出力Ｐ。

は有効となるが、このときは内部事故であり、阻止出力
発生条件は成立せず、阻止出力Ｐｌは発生しない。この
ため差動継電手段（処理６）が高速動作する。もし、阻
止出力Ｐｊｌが事故検出信号Ｓ　、Ｓ　により無効とな
っていない場合、事故ｆｌ　　　ｆ２ 発生後も（ｅ）図破線のように阻止出力Ｐｌが残り、差
動継電手段の動作が遅れることになる。

ここで、（ｂ）図で示すように、事故検出関数ｆ　（ｆ
）の検出レベルは事故前潮流を避けるため、高感度整定
にはできない。しかしながら、差動関数ｆ　（ｄ）の検
出レベルは、事故前潮流の影響を受けず、高感度な整定
ができる。このため、本例では高速度に事故検出信号Ｓ
、２が得られる。

第４図は第３図で説明したシステムについて、変流器飽
和を伴なった外部事故時の応動を示す図である。（ａ）
図で電流Ｉ。を供給する変流器が飽和しており、この電
流■。は電流Ｉ、との比較の便のなめ負符号で示す。ま
た、第３図と同一部分は同一記号で示す。

（ｂ）図で差動電流Ｉ、は変流器の飽和期間のみ流れ、
非飽和期間は例である。このため、差動電流Ｉ、の立ち
上りは事故発生時刻ｔ。より遅れ、また１サイクルに一
度、差動電流Ｉｄが零の期間かある。これに対して抑制
電流Ｉｒは事故発生と同時に立ち上り、且つ、差動電流
Ｉ、が零の期間も大きな値である。

このため、第４図の例では、事故検出信号Ｓ、１が速く
送出されることが判る。また阻止出力発生条件の成立に
より阻止出力Ｐｌが発生し、これが有効となり、速やか
に差動継電手段の出力阻止信号となる。

以上述べたように本発明の手段は、少なくとも事故検出
信号Ｓ、１とＳ、２の発生時には、事故検出信号の発生
前のデータによる阻止出力Ｐｌを生しないようにすると
ともに、事故検出信号の発生中のデータによる阻止出力
Ｐｌ！を所定期間記憶するようにすることによって、外
部事故では変流器の飽和を伴っても阻止出力Ｐｌの記憶
によって誤動作の虞れが無く、内部事故時には阻止出力
Ｐｌ、が無く確実に動作する継電器が、内部事故初期に
は事故前の阻止出力ＰｌＩｌの記憶によって遅い動作時
間となるのを、内部事故時に高速動作させるものである
。

第５図は本発明の第１の実施例のハードウェアの構成を
示す図である。図で、Ｂは保護される母線、ＣＢ１．　
ＣＢ２．　ＣＢ３及びＣＢ、は母線の各端子に設けられ
るしゃ断器、ＣＴ　　、　ＣＴ２．　ＣＴ３及びＣＴ。

は母線の各端子電流Ｉｐ１〜■ｐｎを入力するための変
流器、ＣＶ　　、　ＣＶ２．　ＣＶ３及びＣｖｏハ入力
変換器、ＤＡＵはデータ取得器、ＣＰＵは処理装置、Ｏ
Ｕは出力装置である。各変流器Ｃ１１〜ＣＴｏの二次電
流は入力変換器Ｃ■　　〜Ｃ■　　に加えられ、二次電
流■Ｓ１〜ｎ ■　に比例する電気量Ｅ１〜Ｅｏを生ずる。デーｎ 夕取得器ＤＡＵは電気量Ｅ１〜Ｅ０を同一時刻に所定期
間記憶でサンプルし、その値をデジタルデータに変換し
、各端子電流データＤ　（ｊ＝１〜ｎ）を取得する。処
理装置　ｃｐｕはこの各端子電流Ｄｊを用いて演算処理
し、動作条件にあれば動作信号Ｓ１を生ずる。出力装置
Ｏｕは動作信号Ｓ　があるとき動作出力Ｅ。を生ずる。

第６図は本実施例の処理の構成を示すフロー図である。

第１図と同一部分は同一記号で示す。まずステップＳ１
でデータＤ　を収り込み、最新のすンプルデータＤｊ、
として記憶する。続いてステップＳ２て基礎データとし
て差動電流データＤｊの最新のサンプル時のデータＤｄ
１１を次式により算出し記憶する。

Ｄｄｌ＝昌　Ｄｊｌ、Ｉｌ　　　　　　　・・・（１０
）続いて、ステップＳ３で抑制関数ｆ（ｒ）を（１）式
、差動関数ｆ　（ｄ）を（４）式、事故検出関数ｆ（ｆ
）を（７）式により算出する。（この場合、（１）式と
（７）式の右辺は等しいので、（７）式では（１）式の
値が流用される。） この処理の後、ステップＳ４で事故検出処理、ステップ
Ｓ５で阻止出力発生処理、ステップＳ６で差動継電処理
を行ない、さらにステップＳ７でデータ書換え処理を行
ってステップＳ１に戻る。

以上の処理で、ステップＳ３の関数算出処理では第１図
の処理１，２及び３の全てに対応する。

ステップＳ７での書換え処理の例を、サンプル間隔θｄ
を３０°とした場合について以下に示す。

（以下、特記しない場合はθｄ＝３０’として説明する
。） Ｄｄｎ−Ｄｄ（ｎ−１）’　Ｄｄ（ｎ−１）−”　ｄ（
ト２）’・・・Ｄ　　　　　　−Ｄ　　　　　　、　Ｄ
ｄ（ト１１）　　　ｄ（ｉ〜１２）　　　ｄ（ト１２）
−Ｘ・・・（１１） Ｄｊｌ’−Ｄｊ（ｎ−１）”　ｊｕｌ−１）−Ｄｊ（Ｉ
Ｉ−２）”’””ｊ（ｎ−１１）　　　ｊ（ｎ−１２）
　　　Ｊ（１１−１２）　−Ｘ→Ｄ　　　　　　　、Ｄ
。

・・・（１２） 但し、各式でＸはデータを破棄することを意味する。

各式は差動電流データＤｊ及び各端子電流データＤｊが
逐次更新され且っ１サイクル分のデータが記憶されてい
ることを示す。

［発明の効果コ 以上のように本発明は外部事故で変流器が飽和する場合
に、飽和期間と非飽和期間が周期的に繰返され、非飽和
期間には差動電流■、の瞬時値（またはその変化）が小
さく、各端子電流の瞬時値（まなはその変化）が十分大
きいことを利用して、非飽和期間中のデータにより得ら
れた阻止出力Ｐｌを記憶することによって、変流器飽和
を伴なった外部事故での誤動作を防止するようにした差
動継電器が、内部事故に際して事故前のデータによる阻
止出力Ｐｌを記憶するため遅れた動作となるのを、少く
とも事故検出前には事故検出前のデータによる阻止出力
Ｐｌが記憶されないようにすることによって、内部事故
時に高速度に動作し得るようにするものである。

この事故検出には差動関数ｆ　（ｄ）と事故検出関数ｆ
　（ｆ）を用いたので、内部事故時には高感度検出の差
動関数ｆ　（ｄ）により、外部事故時には事故検出関数
ｆ　（ｆ）が保護区間を通過する電流の増大に際して遅
れなく大きくなり、第２図（ａ）のように事故発生直後
に変流器の飽和が始まり、事故発生直後の非飽和時間が
ごく短時間の場合も、非飽和期間中に確実に事故検出を
行ない事故発生後のデータによる阻止出力Ｐｌを発生し
得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の基本構成を示す図、第２図は変流器が
飽和したときの電流波形を示す図、第３図及び第４図は
本発明の一制御手段を用いた場合の各々内部事故及び外
部事故時の応動を示す図、第５図及び第６図は本発明の
実施例のハードウェア構成及び処理フローを示す図であ
る。 １・・・抑制関数算出手段　２・・・差動関数算出手段
３・・・事故検出関数算出手段 ４−１・・・第１の事故手段 ４−２・・・第２の事故手段　５・・・阻止出力発生手
段６・・・差動継電手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 保護区間の各端子電流Ｉ＿ｊ（ｊ＝１〜ｎ）を所定時間
   間隔でサンプルし、これをデジタルデータに変換して得
   られた各端子電流データＤ＿ｊを用いて、抑制関数ｆ（
   ｒ）の値を算出する抑制関数算出手段と、 前記各端子電流データＤ＿ｊを加算して（または差動電
   流Ｉ＿ｄを所定時間間隔でサンプルし、これをデジタル
   データに変換して、）差動電流データＤ＿ｄを作成し、
   このデータより差動関数ｆ（ｄ）の値を算出する差動関
   数算出手段と、 前記抑制関数ｆ（ｒ）の値が差動関数ｆ（ｄ）の値に対
   して所定の関係より大きいことを条件に阻止出力Ｐ＿ｌ
   を発生する阻止出力発生手段と、この阻止出力Ｐ＿ｌに
   より動作を阻止するように制御される差動継電手段と、 前記各端子電流データＤ＿ｊを用いて、各端子電流デー
   タＤ＿ｊの値が大きいとき大きな値となる事故検出関数
   ｆ（ｆ）を算出する事故検出関数算出手段と、事故検出
   関数ｆ（ｆ）の値もしくはｆ（ｆ）の変化分の値が所定
   値以上となったとき、事故検出信号Ｓ＿ｆ＿１を発生さ
   せる第１の事故検出手段と、差動関数ｆ（ｄ）の値が所
   定の値以上となつたとき、事故検出信号Ｓ＿ｆ＿２を発
   生させる第２の事故検出手段よりなり、前記阻止出力発
   生手段が、阻止出力Ｐ＿ｌを事故検出信号Ｓ＿ｆ＿１ま
   たはＳ＿ｆ＿２の発生時のみ有効とするが、それ以外は
   無効とするように制御されるものであることを特徴とす
   る差動継電装置。