JPH04322121A - 変圧器保護継電装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は比率差動継電器等を用い
て変圧器の保護を行う変圧器保護継電装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の変圧器保護継電装置は例えば図４
のように構成されていた。図４において１，２，３は３
相各相毎に設けられた比率差動継電要素であり、差電流
Ｉｄと抑制電流Ｉｒの比によって動作する。これら比率
差動継電要素１，２，３の出力信号はオア回路４を通し
て反転入力端子付アンド回路５の非反転入力端子に供給
される。６，７，８は３相各相毎に設けられた第２高調
波ロック要素であり、差電流Ｉｄに含まれる基本波分電
流と第２高調波分電流の比によって動作する。これら第
２高調波ロック要素６，７，８の出力信号はオア回路９
を通して前記アンド回路５の反転入力端子に供給される
。前記アンド回路５の出力は変圧器と電力系統を結ぶ電
路に介挿された図示しないしゃ断器のトリップ信号とな
る。尚図中の（　　）内の文字は３相の相別を示してい
る。

【０００３】図４のように構成された装置において、差
電流Ｉｄは変圧器に流入する電流と流出する電流の差電
流であり、常時はほぼ零となる。また抑制電流Ｉｒは変
圧器各端子のスカラー和を使用するのが一般的である。 比率差動継電要素１，２，３は図５（ａ）の動作特性の
ようにＩｄ／Ｉｒが所定の値以上になったときに動作す
る。第２高調波ロック要素６，７，８は図５（ｂ）の動
作特性のように例えば差電流Ｉｄに含まれる第２高調波
分電流Ｉｆ２と基本波分電流Ｉｆ１の比Ｉｆ２／Ｉｆ１
が０．１５以上になった時に動作する。尚差電流Ｉｄが
小さい領域では不動作とするためにＩｆ１が所定値Ｉ０
ｆ以下のときは動作しないようにしている。

【０００４】変圧器内部事故時は、差電流Ｉｄが増加し
て該当する相の比率差動継電要素が動作し、前記アンド
回路５の非反転入力端子がハイレベルとなる。一方この
とき全ての相のＩｆ２／Ｉｆ１が０．１５以上になるこ
とはないので、第２高調波ロック要素６，７，８は３相
とも不動作となり前記アンド回路５の反転入力端子はロ
ーレベルとなる。このためアンド回路５のアンド条件が
成立し、トリップロックがかかることなくしゃ断器のト
リップが行われる。

【０００５】また変圧器投入時には励磁突入電流が差電
流Ｉｄとして流れるが、この突入電流には第２高調波分
電流Ｉｆ２が多く含まれているので、いずれかの相でＩ
ｆ２／Ｉｆ１＞０．１５なる条件が成立する。このため
第２高調波ロック要素６，７，８のいずれかが動作して
オア回路９からハイレベル信号が出力され、前記アンド
回路５のトリップ出力をロックする。尚このトリップロ
ックがかかる前にいずれかの比率差動継電要素１，２，
３が動作するとミストリップ信号を出力してしまうので
、比率差動継電要素１，２，３の動作時間を遅らせるこ
とによってミストリップ信号が出ないように時限協調を
とっている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】励磁突入電流に含まれ
るＩｆ２分は残留磁気、投入位相、鉄心の構造等、様々
な要因によって変化するので、あらゆるケースで３相と
も第２高調波ロック要素（６，７，８）の動作条件（Ｉ
ｆ２／Ｉｆ１＞０．１５）を満足するとは限らない。特
に最近は第２高調波分電流Ｉｆ２の含有率が小さくなっ
てきている。しかしそれでも図４のように、同時に３相
ともＩｆ２／Ｉｆ１＜０．１５になったらトリップをロ
ックするという方式が一般的に採用されている。しかし
図４のような第２高調波ロック要素３相オアによるロッ
ク方式は次の問題点がある。

【０００７】（１）既に事故の内在する変圧器を投入し
た場合、事故のある相の基本波電流Ｉｆ１分は大きくな
るのでその相のＩｆ２／Ｉｆ１は急激に小さくなり、そ
の相の第２高調波ロック要素は復帰する。しかし事故の
ない相では基本波電流Ｉｆ１が図５（ｂ）のＩ０ｆ以下
になるまでは第２高調波ロック要素が動作し続けるので
、結果としてしゃ断器トリップ出力がロックされ続けて
、健全相の基本波電流Ｉｆ１がＩ０ｆより小さくなった
時点でしゃ断器トリップ出力が出るということになり事
故除去時間が延びてしまう。特に大形変圧器の場合は励
磁突入電流の減衰時間が長いので前記事故除去時間の遅
れは非常に問題となる。

【０００８】（２）図４の方式では励磁突入発生のあら
ゆるケースで第２高調波ロック要素よりも比率差動継電
要素の方を遅く動作させるという時間協調をとる必要が
ある。このため事故電流が大きい領域でも比率差動継電
要素の動作時間が遅くなってしまい事故除去時間が遅れ
る。

【０００９】（３）実装スペースの関係で各相形の変圧
器保護リレーを構成する場合、第２高調波ロック要素の
３相オアをとるために第２高調波ロック要素の条件をケ
ース外部に出して信号を相互にやりとりする必要がある
。このため外部回路も各相ユニット内部のシーケンスも
複雑になり、コストも上がって信頼性も落ちることにな
る。また試験時には他の相の条件も影響するので複雑で
試験設備の問題も出てくる。

【００１０】（４）いずれかの相の第２高調波ロック要
素が動作側に故障すると、全ての相の比率差動継電要素
の動作がロックされ、保護の信頼性が落ちる。

【００１１】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
その目的は、事故除去時間の遅れがなく、保護の信頼性
の高い変圧器保護継電装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、保護対象変圧
器に流入流出する電流の差電流と抑制電流の比が所定値
以上のときに動作する比率差動継電要素を有し、該比率
差動継電要素の動作出力によって、前記変圧器に接続さ
れたしゃ断器をトリップして保護を行う変圧器保護継電
装置において、保護対象変圧器が接続される３相各相に
各々設けられ、前記差電流と抑制電流の比が所定値以上
のときに動作する比率差動継電要素と、３相各相に設け
られ、前記差電流中の基本波成分と第２高調波成分の差
に反比例する動作時間特性を有し、前記基本波成分が所
定値以上であり、且つ前記第２高調波成分の含有率が所
定値以下であるときに動作する第２高調波抑制機能付過
電流継電要素と、前記第２高調波抑制機能付過電流継電
要素の動作出力と、該要素にあい対応する相の前記比率
差動継電要素の動作出力との論理積を各々求めるアンド
回路とを備え、前記各アンド回路のうち少なくともいず
れか１個のアンド回路のアンド条件が成立したときに前
記しゃ断器をトリップすることを特徴としている。

【００１３】

【作用】通常時は保護対象変圧器に流入流出する電流の
差はほぼ零であるので、比率差動継電要素は動作しない
。事故が発生すると、差電流と抑制電流の比が所定値以
上になって当該事故相に設けられた比率差動継電要素が
動作する。このとき差電流に含まれる第２高調波成分の
割合は所定値以下であり、且つ基本波成分はかなり大き
いので、第２高調波抑制機能付過電流継電要素は高速度
で動作する。このため事故相のアンド回路のアンド条件
が即座に成立してしゃ断器がトリップされ、事故区間は
速やかに切り離される。

【００１４】このように各相毎にアンド回路を設けてい
るので、例えば内部事故のある変圧器を投入した場合の
ように他の健全相側のアンド回路のアンド条件が成立し
なくてもそれに影響されることなく確実にしゃ断器をト
リップすることができる。

【００１５】装置全体の動作時間は第２高調波抑制機能
付過電流継電要素の動作時間特性（基本波成分と第２高
調波成分の差に反比例する）で決まり、事故時は（基本
波成分が大、第２高調波成分が小となるので）高速度で
保護動作が行われる。

【００１６】変圧器投入時は励磁突入電流が差電流とし
て流れるが、この励磁突入電流中の第２高調波成分含有
率が所定値以上であれば第２高調波抑制機能付過電流継
電要素は動作しない。

【００１７】また励磁突入電流中の第２高調波成分含有
率が所定値以下の場合であっても、第２高調波抑制機能
付過電流継電要素はその動作時間特性によりすぐには動
作しない。そして第２高調波抑制機能付過電流継電要素
の遅延時間中に励磁突入電流中の第２高調波成分含有率
は時間とともに増加し、該第２高調波成分含有率は所定
値以上となる。これによって励磁突入電流が流れたとき
にアンド回路のアンド条件が成立することはなく誤って
しゃ断器をトリップしてしまうことはない。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照しながら本発明の一実施例
を説明する。図１において図４と同一部分は同一符号を
以て示し、その説明は省略する。図１において図４と異
なる点は、３相各相毎に第２高調波抑制機能付過電流継
電要素１１，１２，１３を設け、それらの限時部５１ｔ
Ｒ，５１ｔＳ，５１ｔＴの出力とあい対応する相の比率
差動継電要素出力とのアンドをアンド回路１４，１５，
１６でとり、アンド回路１４，１５，１６の出力をオア
回路１７に入力し、オア回路１７の出力をしゃ断器トリ
ップ出力としたことにある。比率差動継電要素１，２，
３の動作特性は図５（ａ）と同一である。

【００１９】上記のように構成された装置において、第
２高調波抑制機能付過電流継電要素１１，１２，１３の
特性は図２（ａ）のように示される。本実施例ではＩｆ
１／Ｉｆ２＞０．１５及びＩｆ１＞Ｉｆ０が同時に成立
した時に動作する。尚この０．１５という値は励磁突入
電流の条件によって変えることが可能である。

【００２０】第２高調波抑制機能付過電流継電要素１１
，１２，１３の限時部（５１ｔ）の特性は図２（ｂ）の
ように示される。即ちＩｆ２＞０．１５Ｉｆ１の時は第
２高調波抑制機能付過電流継電要素（５１）が動作しな
いので限時部（５１ｔ）も不動作となる。Ｉｆ２＜０．
１５Ｉｆ１の時にＩ＝〔（０．１５Ｉｆ１）２−（Ｉｆ
２）２〕に反比例して動作する。

【００２１】事故が発生すると、差電流Ｉｄと抑制電流
Ｉｒの比が所定値以上になって当該事故相に設けられた
比率差動継電要素（１，２，３）が動作する。このとき
差電流Ｉｄ中の基本波電流Ｉｆ１は大きくなるが第２高
調波電流Ｉｆ２はかなり小さい値となるので、前記Ｉが
大きくなり第２高調波抑制機能付過電流継電要素（１１
，１２，１３）の限時部（５１ｔ）は急速に動作する。 このため事故相のアンド回路（１４，１５，１６）のア
ンド条件が即座に成立してオア回路１７からしゃ断器の
トリップ信号が出力され、事故区間は速やかに切り離さ
れる。この場合比率差動継電要素の動作は即時であるの
で、継電装置全体の動作時間は第２高調波抑制機能付過
電流継電要素の限時部（５１ｔ）の時間によって決定さ
れる。

【００２２】このように各相毎に比率差動継電要素と第
２高調波抑制機能付過電流継電要素の動作出力の論理積
を求め、さらにそれらの論理和を求めるように構成して
いるので、例えば内部事故のある変圧器を投入した場合
のように他の健全相側のアンド回路のアンド条件が成立
しなくてもそれに影響されることなく確実にしゃ断器を
トリップすることができる。

【００２３】変圧器投入時は励磁突入電流が差電流Ｉｄ
として流れるが、この差電流Ｉｄ中に含まれる第２高調
波成分が多く、Ｉｆ２＞０．１５Ｉｆ１が成立する時に
は第２高調波抑制機能付過電流継電要素は動作しない。 また前記第２高調波成分の含有率が小さくＩｆ２＞０．
１５Ｉｆ１が成立しない場合は、第２高調波抑制機能付
過電流継電要素は動作するが限時部５１ｔによってその
動作出力がでるまでに時間がかかる。ここで変圧器投入
後における励磁突入電流中の第２高調波電流Ｉｆ２含有
率は図３のように増加する。特に第１波目のＩｆ２含有
率が小さい場合のＩｆ２含有率の増加の割合は大きい（
これは実測データやシミュレーションによって明らかで
ある）。従って例え第１波目でＩｆ２含有率が１５％よ
り小さい値であっても限時部５１ｔの積分時間中にＩｆ
２／Ｉｆ１が０．１５より大きくなるので（そのように
定数Ｋｔを設定する）、第２高調波抑制機能付過電流継
電要素の限時部５１ｔは動作しない。これによってアン
ド回路１４，１５，１６のアンド条件が成立することは
なく、変圧器投入時に誤ってしゃ断器をトリップしてし
まうことはない。

【００２４】尚限時部５１ｔの動作時間ｔは図２（ｂ）
ではＫｔ／（０．１５Ｉｆ１）２−Ｉｆ２２としたが、
これに限らずｔ＝Ｋｔ／（０．１５Ｉｆ１−Ｉｆ２）２
や、ｔ＝Ｋｔ／（αＩｆ１）２−Ｉｆ２２、ｔ＝Ｋｔ／
（αＩｆ１−Ｉｆ２）２、（但しＫｔ、αは設計定数）
としても同様の効果が得られる。

【００２５】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、各相毎に
設けた第２高調波抑制機能付過電流継電要素によって励
磁突入電流か否かも含めて事故検出を行い、各相毎に比
率差動継電要素との論理積をとり、さらにそれらの論理
和をとってしゃ断器をトリップするように構成したので
、次のような優れた効果が得られる。

【００２６】（１）内部事故のある変圧器を投入した場
合でも、事故相のアンド条件が成立して他の相の動作に
関係なくしゃ断器トリップ信号を出すことができ、事故
除去時間が遅れることはない。

【００２７】（２）いずれかの相のリレー故障が発生し
ても他のリレー動作をロックすることはなく保護の信頼
性が高い。

【００２８】（３）各相毎に変圧器保護リレーを構成す
る場合でも、各相リレー内部のシーケンスは何等影響を
受けず、ユニット間の信号のやりとりがなく外部配線も
簡単になり、信頼性が高くコストも低い。

【００２９】（４）評価、試験も各相毎に行えるので複
雑な試験が不要で試験設備の問題もない。

【００３０】（５）第２高調波抑制機能付過電流継電要
素と比率差動継電要素間の時間協調の問題はなく、事故
除去時間は第２高調波抑制機能付過電流継電要素の限時
部のみによって決定される。変圧器事故時には基本波電
流（例えば０．１５Ｉｆ１）と第２高調波電流（Ｉｆ２
）の差が大きく、更にそれが二乗で効いてくるので高速
動作が得られる。更に動作時間は基本波電流Ｉｆ１２に
反比例するので事故電流が大きい程急速に高速動作にな
るという変圧器保護上有利な特性が得られる。

【００３１】（６）励磁突入電流にたいしては、例え第
１波目で第２高調成分含有率が所定％以下になるという
ような場合であっても、第２高調波抑制機能付過電流継
電要素の時間特性によって不要動作することはない（図
４のような従来方式ではロック方式であるので、最初の
１波、２波目の第２高調波含有率が所定％より小さいと
直ちにロックが効かない状態になるので、３相オアロッ
ク方式にせざるを得ない）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路図。

【図２】一実施例の各要素の動作特性を示し、図２（ａ
）は第２高調波抑制機能付過電流継電要素の動作特性図
、図２（ｂ）は第２高調波抑制機能付過電流継電要素の
限時部５１ｔの時間特性図。

【図３】励磁突入電流の第２高調波含有率の時間的変化
を示す特性図。

【図４】従来の変圧器保護継電装置の一例を示す回路図
。

【図５】図４の各要素の動作特性を示し、図５（ａ）は
比率差動継電要素の動作特性図、図５（ｂ）は第２高調
波ロック要素の動作特性図。

【符号の説明】

１，２，３…比率差動継電要素、６，７，８…第２高調
波ロック要素、１１，１２，１３…第２高調波抑制機能
付過電流継電要素、１４，１５，１６…アンド回路、１
７…オア回路、５１ｔ…第２高調波抑制機能付過電流継
電要素の限時部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　保護対象変圧器に流入流出する電流の
   差電流と抑制電流の比が所定値以上のときに動作する比
   率差動継電要素を有し、該比率差動継電要素の動作出力
   によって、前記変圧器に接続されたしゃ断器をトリップ
   して保護を行う変圧器保護継電装置において、保護対象
   変圧器が接続される３相各相に各々設けられ、前記差電
   流と抑制電流の比が所定値以上のときに動作する比率差
   動継電要素と、３相各相に設けられ、前記差電流中の基
   本波成分と第２高調波成分の差に反比例する動作時間特
   性を有し、前記基本波成分が所定値以上であり、且つ前
   記第２高調波成分の含有率が所定値以下であるときに動
   作する第２高調波抑制機能付過電流継電要素と、前記第
   ２高調波抑制機能付過電流継電要素の動作出力と、該要
   素にあい対応する相の前記比率差動継電要素の動作出力
   との論理積を各々求めるアンド回路とを備え、前記各ア
   ンド回路のうち少なくともいずれか１個のアンド回路の
   アンド条件が成立したときに前記しゃ断器をトリップす
   ることを特徴とする変圧器保護継電装置。