JPH0429286B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は正極、負極及び中性線からなる直流送
電系統において、特に中性線の地絡、断線の何れ
の故障に対しても系統に与える影響を最小限にし
て保護可能な保護装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

直流送電系統としては第１図に示すような正、
負の２極からなるバイポール構成の直流送電系統
が良く知られている。第１図において１〜４は図
示しない交流系統に連系され交流を直流又は直流
を交流に変換する交直変換器、５〜７は送、受電
端の交直変換器相互間を連系する直流線路、８〜
１１は送、受電端側の直流線路５，７に設けられ
た直流リアクトル、１２，１３は直流線路６の両
端に設けられた直流電流変成器（以下DCCTと略
称する）である。今、第１図に示すバイポール構
成において、交直変換器１，３を順変換器とし、
また交直変換器２，４を逆変換器とする。従つ
て、直流線路５の電圧は正であるため、順変換器
１、直流リアクトル８、直流線路５、直流リアク
トル９、逆変換器２および直流線路６で構成され
る極を正極と呼び、また順変換器３、直流リアク
トル１０、直流線路７、直流リアクトル１１、逆
変換器４および直流線路６で構成される極を負極
と呼ぶ。ここで、直流線路６は中性線と呼ばれ、
諸外国では逆変換器２と４の間のＥ点だけなく、
順変換器１と３の間のＡ点も接地し、大地帰路と
することにより中性線を省略する例が多いが、我
国では通信障害、地下埋設物の電蝕等の問題によ
り中性線を設け、片端のみ接地し、他端は非接地
とするのが一般的である。

このような構成の直流送電系統においては中性
線６に正極の電流I_d1と負極の電流I_d2が逆向きに
流れるため、バイポール運転を行なうに際して両
者の電流値が等しくなるように両極を平衡させて
運転することにより中性線６に流れる電流を零と
することができ、送電損失を少なくできるという
点では好しいものとなる。

ところが、このように２極が平衡して運転され
ている状態においては、中性線６に電流が流れて
おらず、電位も零となつているため、中性線６に
地絡や断線といつた故障が発生してもその変化を
何ら検出することができない。したがつて、この
ような故障を知らずに２極運転している状態から
いざ１極運転に移行しようとすると、中性線６が
地絡している場合は大地に過大な電流が流れ、ま
た断線している場合には２極とも停止してしまう
など不都合な事態が発生する。そこで、あらかじ
め中性線６の故障発生が検出できれば、適切な措
置がとれることから、２極が平衡に運転されてい
るときでも中性線６の故障を検出できることが望
ましい。

従来、中性線６の故障を検出する手段としては
直流送電系統の正、負極の電流設定値を定期的に
一定期間（たとえば２〜300ミリ秒）だけ0.1P.U
程度不平衡にして運転することにより、中性線６
に電流を流し、この電流を中性線６の両端に設け
られたDCCT１２と１３によつて検出するととも
にその電流差により故障の有無を判別しようとす
るものが提案されている。たとえば、第１図と同
一部分には同一記号を付して示す第２図におい
て、中性線６に地絡が発生したとする。ここで、
正極の電流値I_d1と負極の電流値I_d2との差を0.1P.
Uとすると、この電流は接地点Ｅと地絡点Ｆを通
つて流れる。したがつて非接地端側のDCCT１２
には0.1P.U程度の直流電流が流れるが、接地端
側のDCCT１３にはほとんど電流が流れないた
め、その差電流を検出することにより中性線６の
地絡を容易に判別できる。

〔背景技術の問題点〕

しかし、このような中性線の故障検出手段では
次のような点に注意を払う必要がある。すなわ
ち、第１図と同一部分には同一記号付して示す第
３図のように中性線６が断線した場合である。中
性線が断線した場合には２極間の電流が強制的に
共通にさせられ、２極を独立に運転することがで
きなくなり、不都合を生ずる場合がある。以下そ
の理由について図面を用いて説明する。

まず、第４図に正極側の交直変換器の動作特性
についての典型的な例を示す。RECは順変換器
の特性であり、INVは逆変換器の特性である。
図に示すように通常は逆変換器が定電圧制御又は
定余裕角制御により直流電圧を決定し、順変換器
は定電流制御により直流電流を決定し、動作点Ｐ
を得る。そのためには逆変換器の定電流制御が順
変換器の定電流制御と干渉しないように逆変換器
の定電流設定値を順変換器の定電流設定値I_dpよ
り電流マージンΔIだけ小さく設定される。電流
マージンとしては0.07〜0.1P.U程度の値が普通で
ある。但し、交直変換器の制御遅れ角（以下αと
略記する）としては、順変換器が後の説明の便宜
上10゜≦α≦120゜、逆変換器が90゜≦α≦160゜のリ
ミツタがつけられているものとする。

以上は正極側の交直変換器の動作特性の説明で
あるが、負極側の交直変換器についても同様で中
性線が断線していなければ、正極側と負極側の交
直変換器の設定値が如何なる値であつてもそれぞ
れ独立に動作点をもち、第４図に示すような動作
特性による運転が行なえるものである。

しかし、第３図に示すように直流送電系統の中
性線６が断線すると、順変換器１と３が直列に接
続され、また逆変換器２と４が直列に接続され、
直流電流が共通となるため、動作点も正極、負極
をあわせて共通の１点しか存在しなくなる。今、
正極の定電流設定値I_dp1を1.05P.U、負極の定電
流設定値0.95P.Uとし、電流マージンは正極、負
極とも0.07P.Uとする。ここで、第３図における
逆変換器４の非接地側の点Ｂの電位を基準にとつ
た時の全体の電圧、電流特性を第５図に示す。

したがつて、第５図からも明らかなように電流
値は小さい方の電流設定値0.95P.Uとなるだけで
なく、逆変換器４だけは定常運転と変らないが、
順変換器１はα＝10゜運転、順変換器３はα＞90゜
運転、逆変換器２はα＝90゜運転という異常な運
転となり、全体の送電電力は半分以下になつてし
まう。しかも非接地端の中性線の電位は1P.U以
上となり、通常の絶縁レベルをはるかに越えてし
まう。

このことは中性線が断線した時、２極間の定電
流設定値の差を電流マージンΔIよりも大きくし
た場合、運用上、又絶縁上極めて好しくないこと
を示している。したがつて、従来の保護装置のよ
うに単に２極間の設定値を不平衡にする方式には
前述したような危険があることが判る。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的はバイポール構成の直流送電系統におい
て、中性線が地絡しても断線しても系統に及ぼす
影響を最小限にしながら容易に事故を検出するこ
とができる直流送電系統の保護装置を提供するに
ある。

〔発明の概要〕

本発明はかかる目的を達成するため、正極と負
極の電流設定値を不平衡とする際に、逆変換器の
設定値に関しては２極とも、２極の順変換器の電
流設定値のうち小さい方の電流設定値をもつ順変
換器の電流設定値よりもさらに電流マージンΔI
以上小さく設定し、たとえ中性線が断線して２極
独立運転ができない場合でも、運転に重大な支障
をもたらさないようにするものである。そして中
性線を流れる電流が所定値以下であるにもかかわ
らず、中性線の非接地端に所定値以上の電圧が所
定時間継続していることを条件に中性線の断線を
検出するものである。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。第６図は第１図に示す直流送電系統におい
て、正極、負極の順変換器１，３および逆変換器
２，４に電流設定値を与えるための回路構成を示
すものである。第６図において、１４，１５は加
算器、１６は図示しない中性線故障検出指令装置
を定期的又は手動により動作させて中性線故障検
出指令が出力されると閉じるスイツチである。加
算器１４，１５には電流設定値I_dpが入力される
とともにスイツチ１６を介してバイアス値I_bが入
力されるようになつている。この場合、加算器１
４はスイツチ１６が閉じていれば電流設定値I_dp
にバイアス値I_bを加算してその出力を正極の順変
換器１に与え、また加算器１５はスイツチ１６が
閉じていれば、電流設定値I_dpからバイアス値I_bを
減算してその出力を負極の順変換器３と正極およ
び負極の逆変換器２，４にそれぞれ与えるもので
ある。

また、常時はスイツチ１６が開いているので、
加算器１４，１５にはバイアス値I_bが入力され
ず、したがつて、正極、負極の各変換器１〜４と
も同一の電流設定値I_dpが与えられる。

なお、直流２端子送電では一般的に逆変換器に
も同一の電流設定値が与えられ、逆変換器ではこ
の電流設定値からさらに電流マージンΔIだけ差
し引いた値を最終的な電流設定値としてある。

一方、第７図は第１図と同一部分には同一記号
を付して示す直流送電系統において、中性線の断
線検出回路の構成例を示すものである。すなわ
ち、第７図において、１７は非接地端の中性線電
圧を検出する直流電圧変成器、１８は直流電圧変
成器１７で検出された中性線電圧が入力されその
絶対値をとる絶対値回路、１９は非接地端の中性
線に設けられた直流電流変成器１２により検出さ
れた中性線電流が入力されその絶対値をとる絶対
値回路、２０，２１は各絶対値回路１８，１９の
出力レベルを検出し、予定値を超えていれば
“１”、そうでなければ“０”なる論理出力を出す
レベル検出器、２２は一方のレベル検出器２０の
出力とインヒビツト端子に加えられる他方のレベ
ル検出器２１の出力とのアンド条件をとるアンド
回路、２３はアンド回路２２の出力が加えられ、
その出力が“１”となつて所定時間以上経過する
と動作して“１”なる出力を出す動作遅延回路で
ある。

次に上記のように構成された本実施例装置の作
用について説明するに、まず第６図に示す回路に
より中性線に不平衡電流を流す場合の作用につい
て第８図に示す各変換器の動作特性を参照して述
べる。今、図示しない中性線故障検出指令装置か
ら定期的又は手動により中性線故障検出指令が出
されるとスイツチ１６が閉じ、バイアス値I_bが加
算器１４，１５にそれぞれ入力される。すると加
算器１４は電流設定値I_dpとバイアス値I_bとを加算
し、その出力を正極の順変換器１へ与え、また加
算器１５は電流設定値I_dpからバイアス値I_bが減算
され、その出力を負極の順変換器３と正極および
負極の逆変換器２，４に与える。従つて、２極合
計の順変換器１，３の電流設定値は不変である
が、２極間の不平衡分はバイアス値I_bの２倍とな
る。一方、逆変換器２，４に与える電流設定値は
正極、負極とも順変換器１，３のうちで小さい方
の電流設定値をもつ負極のものと同一となる。先
にも述べたように逆変換器２，４の最終的な電流
設定値はこの値からさらに電流マージンΔIだけ
減じられたものとなるため、正極の実質上の電流
マージン（順変換器と逆変換器の電流設定値の
差）はΔI＋2I_bとなり、負極についてはΔIとなる
ことがわかる。すなわち、中性線故障検出の目的
で電流値を減少する方の極については電流マージ
ンは不変であるが、電流値を増加する方の極につ
いては電流マージンは増加する。このようにする
ことにより、中性線に故障が発生していない場
合、又は地絡が発生している場合は２極間の電流
の不平衡分はI_bの２倍となるが、中性線が断線し
ている場合は、第８図のＰ点のような動作とな
り、電流値は２極とも共通で小さい方の電流設定
値と等しくなり、大きい電流設定値をもつた順変
換器１は最小制御角（たとえばα＝10゜）で運転
し、小さい電流設定値をもつ順変換器３は定常状
態よりもやや大きな制御角で運転するものの、逆
変換器２，４については２極とも定常状態と同じ
定電圧制御で運転するため、前述のような大きな
不具合は発生しない。非接地端に発生する電圧
も、２極の順変換器１，３の出力電圧の差の半分
であり、絶縁的に問題となるようなものではな
い。

このようにして中性線に不平衡電流を流すこと
により、たとえば中性線が断線していても直流系
統に擾乱を与えるようなことがなくなる。

一方、このような現象を第７図に示すような断
線検出回路で捕えて中性線の断線を検出すること
ができる。すなわち、中性線の非接地端の電位が
零でなくなるのは通常２極間の不平衡運転により
中性線に電流が流れ、その電流による接地端から
の電圧降下によるためである。しかし中性線断線
の場合は中性線に電流が流れないにもかかわら
ず、中性線の非接地端に電圧が発生するため断線
したと判断できる。したがつて、第７図におい
て、中性線が断線している場合には中性線に流れ
る電流が０で、非接地端には電圧が発生している
ので、直流電流変成器１２から絶対値回路１９へ
の入力はなく、また直流電圧変成器１７から絶対
値回路１８には検出電圧が入力されるので、アン
ド回路２２には一方のレベル検出器２０から
“１”が入力され、また他方のレベル検出器２１
からインヒビツト端子に“０”が入力される。し
たがつて、アンド回路２２はアンド条件が成立す
るので、“１”なる出力が動作遅延回路２３に加
わり、その出力状態が所定時間継続すると動作す
る。これによりその動作出力を例えば図示しない
表示器、警報器などの監視盤に入力すれば、中性
線の断線が検出できる。

なお、上記実施例では中性線の電流を検出する
場合について述べたが、正極の順変換器１と負極
の順変換器３の電流の差を検出するようにしても
よい。また非接地端の電圧を検出する代りに２極
間の順変換器１，３の制御角がアンバランスして
いることを検出するようにしてもよい。

さらに第６図では正極、負極の各変換器１〜４
をアンバランス運転させる場合、正極の電流を増
加させ、負極の電流を減少させたが、この逆でも
よく、またどちらか一方のみ変化させるようにし
てもよい。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、中性線を有
するバイポール構成の直流送電系統の正極および
負極の運転を不平衡にして中性線に電流を流し、
中性線の故障を検出する保護装置において、逆変
換器の電流設定値に対しては２極とも、２極の順
変換器の電流設定値のうち小さい方の電流設定値
をもつ順変換器の電流設定値よりもさらに電流マ
ージンΔI以上小さく設定することにより、たと
え中性線が断線して２極独立運転ができない場合
でも運転に重大な支障をもたらすようなことがな
く、またその時中性線に流れる電流が所定値以下
であるにもかかわらず、中性線の非接地端に所定
値以上の電圧が所定時間継続していることを条件
に中性線の断線を検出することができる直流送電
系統の保護装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的なバイポール構成の直流送電系
統を示す概略構成図、第２図は同直流送電系統に
おいて電流差動による中性線地絡検出を説明する
ための図、第３図は同直流送電系統において、中
性線が断線した場合の直流電流の分布状態を説明
するための図、第４図は変換器の電圧・電流特性
で定常時の動作点を示す特性図、第５図は中性線
が断線した場合の動作点を示す特性図、第６図は
本発明の一実施例における電流設定値回路を示す
図、第７図は同実施例における中性線断線検出回
路を示す図、第８図は中性線が断線した場合の変
換器の動作点を示す特性図である。 １〜４……交直変換器、５，７……直流線路、
６……中性線、８〜１１……直流リアクトル、１
２……直流電流変成器、１４，１５……加算器、
１６……スイツチ、１７……直流電圧変成器、１
８，１９……絶対値回路、２０，２１……レベル
検出器、２２……アンド回路、２３……動作遅延
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 正極と負極の直流送電線と中性線からなるバ
   イポール構成の直流送電系統の正極および負極の
   運転を不平衡にして中性線に電流を流し、中性線
   の故障を検出する保護装置において、逆変換器の
   電流設定値に対しては２極とも、２極の順変換器
   の電流設定値のうち小さい方の電流設定値よりも
   さらに所定値以上小さく設定して前記中性線に電
   流を流し、且つ前記中性線に流れる電流が所定値
   以下であるにもかかわらず、前記中性線の非接地
   端に所定値以上の電圧が所定時間継続しているこ
   とを条件に前記中性線の断線を検出するようにし
   たことを特徴とする直流送電系統の保護装置。