JPH0542211B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、非接地式配電系統の地絡保護に用い
られる地絡方向リレーの誤動作を防止するための
地絡保護リレー方式に関する。

（従来の技術） 通常、この種の地絡方向リレーは、位相比較原
理に基づき、地絡時に発生する零相電流と零相電
圧との位相差が電気角でほぼ90゜以内の時のリレ
ー出力を得るように構成されている。その原理的
なブロツク図を示すと第３図のとおりであり、図
において１１は零相変流器の２次側からの零相電
流が入力されるリミツタ、１２はフイルタ、１３
は方形波変換回路、１４は接地形計器用変圧器の
２次側からの零相電圧が入力される移相回路、１
５はフイルタ、１６は方形波変換回路、１７はア
ンド回路、１８は零相電流と零相電圧との位相重
なり角が所定の値以上になつた時に位相比較出力
を発生する位相重なり角測定回路、１９は動作出
力の連続化と動作遅延を目的とする積分回路をそ
れぞれ示している。

ここで、対地充電電流の力率角は60゜〜80゜であ
るため、第４図に示す如く、入力零相電圧V₀の
位相を移相回路１４において最大感度角φ（最小
入力で動作する場合の零相電流I₀と零相電圧V₀と
の相差角：例えば60゜）だけ進めてkV₀とし、（ｋ
は定数）このkV₀とI₀との位相の重なり角が90゜以
上（重なり時間にして5ms／50Hz入力時）となつ
た場合、つまりkV₀とI₀との位相差が90゜以内の場
合に位相重なり角測定回路１８から位相比較出力
を発生させ、次いで積分回路１９を介して地絡方
向リレーの動作出力を得る方式となつている。

なお、フイルタ１２，１５は電流または電圧の
歪を除去するためのもので、ローパスフイルタ等
によつて構成される。

いま、非接地式配電系統における一線地絡時の
模擬回路を単線図にて示すと、第５図のようにな
る。この第５図においてF₀は母線、F₁〜Fnは配
電線、GPTは接地形計器用変圧器、CLRはその
３次側の限流抵抗、DG₁〜DGnは各配電線F₁〜
Fnに設置された地絡方向リレー、ZCTは零相変
流器、CB₁〜CBnは遮断器、C₀，C₁〜Cnはそれ
ぞれ母線F₀および配電線F₁〜Fnの対地静電容量、
R₀は接地形計器用変圧器GPT1次側の等価的な接
地抵抗、Rgは事故点抵抗を示している。

この模擬回路において、図示するように配電線
F₁にて一線地絡事故が発生すると、事故点には
接地形計器用変圧器GPTの１次零相電流の総和
3Inと対地静電容量による放電電流の総和3Icとの
和の零相電流３I₀が流れる。従つて、地絡方向リ
レーDG₁では、接地形計器用変圧器GPTの２次
側から検出した零相電圧V₀と零相変流器ZCTか
らの零相電流I₀とに基づき、前述した位相比較原
理によつて零相電流I₀の方向を判定し、遮断器
CB₁のトリツプ指令を出力する。

しかして、地絡故障が回復して遮断器CB₁が再
閉路されると、第６図に示される接地形計器用変
圧器GPTの零相等価回路において、それまで逆
極性に充電されていた対地静電容量C₁の電荷が
接地形計器用変圧器GPTの励磁インダクタンス
Lmおよび限流抵抗CLRを含む回路で放電され、
消滅していくが、この時、接地形計器用変圧器
GPTの励磁回路が直流励磁を受け、直流総和に
よつて励磁インダクタンスLm（１次換算）やほ
ぼゼロとなり、対地静電容量C₁と接地形計器用
変圧器GPTの３次巻線インダクタンスLtとの間
で急激な充放電が繰り返される。なお、第６図に
おいて、Rpは接地形計器用変圧器GPTの１次巻
線抵抗、Lpは同じく漏れインダクタンス、In(t)
は同じく１次零相電流、Ｉ(t)は同じく３次零相電
流、V₀は零相電圧を示す。

（発明が解決しようとする問題点） かかる対地静電容量C₁と３次巻線インダクタ
ンスLtとの間の充放電による振動現象は、電気
エネルギーが限流抵抗CLRによつて完全に消費
されるまで繰り返され、基本周波数（例えば50
Hz）の1/2〜1/5以下の分調波として第６図および
第７図のe₀(t)で示される低周波減衰振動（V₀振
動）を生じる。この振動中に、健全回線、例えば
第５図におけるFnの対地静電容量Cnの放電電流
が変流器ZCTを介して地絡方向リレーDGnに流
入すると、零相電圧V₀と電流との位相関係が地
絡方向リレーDGnの動作位相領域に入つた場合
に地絡方向リレーDGnが誤動作するおそれがあ
り、実際にミストリツプを起こすケースも生じて
いた。

従つて、従来においては、上述した健全回線の
地絡方向リレーDGnの誤動作を防止するため、
V₀振動が消滅するまでの時間を待つべく各地絡
方向リレーDG₁〜DGnの動作時限を約200msに設
定し、時間協調による対策を講じている。しかる
に、このように地絡方向リレーDG₁〜DGnの動作
時限を遅らせることは、保護協調上、好ましくな
いものであつた。

一方、零相電圧の周波数が系統の基本周波数と
異なつているのを検出して動作する周波数検出リ
レーと、地絡方向リレーの動作出力とを直列に接
続し、地絡方向リレーの誤動作による健全配電線
の遮断を防止するようにしたアナログ形の地絡方
向保護継電方式が特開昭49−103142号公報により
知られている。なお、前記周波数検出リレーは、
零相電圧のレベル判定回路と周波数検出回路との
AND条件により構成されている。

この方式によると、地絡方向リレーの動作時限
を遅らせる等の方法を採らなくても、その誤動作
を一応防止することができる。

しかしながら、前記周波数検出回路は、単に零
相電圧の周波数が系統周波数と異なることを検出
しているだけであるため、零相電圧に含まれるノ
イズや系統周波数の変動等により誤動作してしま
うおそれがあり、最悪の場合には、地絡故障時に
前記レベル判定回路出力とのAND条件が成立し
て地絡方向リレーの動作出力をロツクしてしまう
おそれがあつた。

本発明は、上記問題点を解決するためになされ
たもので、その目的とするところは、地絡方向リ
レーの誤動作のみならず誤不動作をも確実に防止
し、動作時限を遅延させることなくリレーの高性
能化、保護協調の容易化を図つた地絡保護リレー
方式を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、非接地式
配電系統の零相電圧と零相電流との位相差から零
相電流の方向を判定して位相比較出力を得る地絡
方向リレーと、零相電圧が入力される地絡過電圧
リレーと、地絡事故復旧後の零相電圧の低周波振
動検出時に健全回線に設置された地絡方向リレー
に対するロツク指令を出力するデイジタルリレー
としての周波数検出リレーをを備え、前記地絡方
向リレー及び地絡過電圧リレーの出力と前記周波
数検出リレーの反転出力との論理積により最終的
なリレー動作出力を得る地絡保護リレー方式にお
いて、前記周波数検出リレーは、零相電圧の基本
数を一定周期によりサンプリングしてサンプリン
グデータの正の値が設定回数以上連続し、かつ、
負の値が設定回数以上連続した場合に零相電圧の
低周波振動を検出してロツク指令を出力し、零相
電圧の基本波周波数が前記ロツク指令出力時の振
動周波数よりも高い周波数に復帰してから一定の
オフデイレー時間を経過した後に前記ロツク指令
を解除することを特徴としている。

（作用） 本発明では、地絡方向リレーの位相比較出力
と、周波数検出リレーの反転出力と、地絡過電圧
リレーの出力との論理積により地絡方向リレーの
最終的な動作出力を得る。ここで、周波数検出リ
レーは、零相電圧の基本波周波数が一定値以下に
なつたことを一定周期のサンプリングデータの正
値の連続及び負値の連続により検出して低周波減
衰振動を検出し、その際にリレーロツク指令を出
力して健全回線の地絡方向リレーをロツクし、そ
の誤動作を防止する。

また、低周波減衰振動が消滅してロツク指令出
力時の周波数よりも高い所定の周波数に復帰した
場合には、地絡方向リレーの不要動作を阻止する
ために一定のオフデイレー時間を設け、その間ロ
ツク指令を継続して出力すると共に、このオフデ
イレー時間の経過後にロツク指令を解除する。

（実施例） 以下、図に沿つて本発明の一実施例を説明す
る。まず、第１図は本発明にかかる地絡保護リレ
ー方式の構成ブロツク図を示している。図におい
て、１は零相電圧V₀が入力される地絡過電圧リ
レー、２は誤動作を防止するべき地絡方向リレ
ー、３は零相電圧の基本波周波数を検出する周波
数検出リレーであり、地絡過電圧リレー１の出力
と、地絡方向リレー２の位相比較出力と、周波数
検出リレー３の反転出力とはアンド回路４に入力
され、このアンド回路４の出力端子から地絡方向
リレー２の最終的な動作出力が得られるようにな
つている。なお、地絡過電圧リレー１をAND条
件としているのは、地絡方向リレー２が例えば電
磁形の場合に、機械的衝撃や外部事故回復時の反
動による誤動作を防止するためである。また、周
波数検出リレー３はデイジタルリレーにて構成さ
れるものであり、その入力としての零相電圧V₀
は配電系統に共通するため、地絡方向リレー２が
複数であるのに対してその設置数は単一でよいこ
とになる。

この実施例においては、周波数検出リレー３に
て零相電圧V₀の基本数を30゜毎（1.667ms毎）に
サンプリングし、そのサンプリングデータの正波
および負波の判定を行なう。そして、例えばサン
プリングデータが正波であれば、その連続が９回
よりも多くなつた場合に零相電圧V₀の基本波周
波数は１／（1.667ms×９×２）＝33.3Hzとなり、
かかる周波数以下の低周波振動に対して地絡方向
リレー２のロツク指令（「Ｈ」レベル）を出力す
るものとした。なお、この周波数検出は負波につ
いても同様に行い、正負波双方のAND条件下で
リレーロツク指令を得るものとしている。

次に、周波数検出リレー３の機能について、第
２図のフローチヤートを参照しつつ更に詳述す
る。

このフローチヤートを実施するプログラムは、
サンプリング間隔である30゜に対応する1.667ms毎
に起動されるもので、第２図において、まずステ
ツプＳ１ではリレーロツクの解除フラグの有無に
ついて判定する。ここで、解除フラグがあれば周
波数の復帰後に約１秒のオフデイレー動作を行な
わせるため、後述のステツプＳ１４へと移行す
る。解除フラグがない場合、ステツプＳ２にて零
相電圧V₀の正負の判定を行なう。仮りにこれが
正であれば、ステツプＳ３に進み、正波側のカウ
ント値Ｐに１を加算し、負波側のカウント値Ｍを
クリアする。逆に、ステツプＳ２にて負波と判定
されれば、ステツプＳ４において負波側とカウン
ト値Ｍに１を加算し、正波側のカウント値Ｐをク
リアする。

いま、正波が検出されると、ステツプＳ５でロ
ツクフラグの有無が判定される。このロツクフラ
グがないとすると、次のステツプＳ６でカウント
値Ｐが９（基本波周波数が33.3Hzに相当する）を
超えたか否かを判断する。ここで、９を超えてい
ない場合には周波数が33.3Hz以上であるから、ロ
ツク指令を出力することなく終了する。また、カ
ウント値Ｐが９を超えている場合にはV₀振動の
可能性があるため、次のステツプＳ７において、
負波側でもカウント値Ｍが９を超えたか否かの判
定結果（便宜上、「マイナスONフラグ」という）
に従う。

一方、ステツプＳ４からステツプＳ８を経て、
負波側でもカウント値Ｍが９を超えた場合には、
ステツプＳ９でマイナスONフラグがセツトされ
る。よつて、ステツプＳ７からステツプＳ１０に
移行することとなり、またカウント値Ｍが９を超
えていない場合にはマイナスONフラグがステツ
プＳ１１にてリセツトされ、ステツプＳ７以後、
終了する。マイナスONフラグがある場合、、ス
テツプＳ１０では、地絡方向リレー２のロツクフ
ラグがセツトされ、同時にオフデイレー用のカウ
ント値ｐがクリアされて終了する。この時、周波
数検出リレー３からは地絡方向リレー２のロツク
指令が出力され、地絡方向リレー２は強制的にロ
ツクされる。

また、以後のサイクルで、ステツプＳ５ではロ
ツクフラグありと判定され、ステツプＳ１２に移
行する。このステツプＳ１２では、零相電圧V₀
の基本波周波数が徐々に回復して所定の復帰値
（例えば37.5Hz）以上になつたか否かが判断され
る。すなわち、カウント値Ｐが８の時の基本波周
波数は１／（1.667ms×８×２）＝37.5Hzであるか
ら、カウント値Ｐが８よりも小さくなればV₀振
動が消滅して周波数が50Hzに向かつて回復してい
るため、次のステツプＳ１３で解除フラグがセツ
トし、ステツプＳ１４でオフデイレーのカウント
値ｐに１を加算する。ステツプＳ１２において、
カウント値Ｐが８より小さければステツプＳ１５
でカウント値ｐをクリアする。

次いで、ステツプＳ１６では基本波周波数が
37.5Hz以上に復帰してから１秒経過したか否かを
判断する。すなわち、プログラムの起動周期であ
る1.667ms毎にカウントしていつてそのカウント
値ｐが600になれば１秒で経過するため、このオ
フデイレー時間の経過を待つて次のステツプＳ１
７に進む。このステツプＳ１７では、ロツクフラ
グおよび解除フラグをリセツトすると共に、オフ
デイレーのカウント値ｐをクリアする。これによ
り、地絡方向リレー２のリレーロツク指令は解除
される。よつて周波数検出リレー３の出力信号は
「Ｌ」レベル、すなわち第１図のアンド回路４の
入力は「Ｈ」レベルとなり、以後、地絡過電圧リ
レー１および地絡方向リレー２とのAND条件の
もとでリレー動作出力が得られることとなる。

以上のように、この実施例では、零相電圧の低
周波減衰振動を一定周期のサンプリングデータの
正値の連続及び負値の連続を条件として検出して
いるため、ノイズや系統周波数の変動等に影響さ
れず極めて高精度に低周波減衰振動を検出してロ
ツク指令を得ることができる。このため、低周波
減衰振動が発生していないにも関わらずこれを誤
検出してロツク指令を出力してしまい、地絡方向
リレーを誤不動作状態とするようなおそれもな
い。また、基本波周波数の復帰後も１秒間は地絡
方向リレー２をロツクし続けるため、事故復旧後
の不安定な状態での地絡方向リレー２の誤動作を
未然に防ぐことができる。

ここで、地絡方向リレー２の動作時間は基本周
波数50Hzに対して50ms〜60ms、25Hzの低周波に
対して55ms〜65msであり、一方、V₀振動の周波
数が33.3Hzであればその周期は約30ms、同じく
30Hzであればその周期は約33.3ms、また25Hzで
あればその周期は40msの如く上記動作時間より
も十分に短いため、本発明によれば地絡方向リレ
ー２を確実にロツクすることができるものであ
る。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、地絡方向リレー
に組み合わせる周波数検出リレーが、零相電圧の
基本波周波数が一定値以下になつたことを一定周
期ごとのサンプリングデータの正値の連続及び負
値の連続により検出して低周波減衰振動を検出
し、その際にリレーロツク指令を出力して健全回
線の地絡方向リレーをロツクし、その誤動作を防
止するものである。

従つて本発明では、零相電圧の周波数と系統周
波数との比較といつた単純な方式に比べ、ノイズ
等に影響されることなく低周波減衰振動を一層高
精度に検出することができ、結果的に地絡方向リ
レーの誤動作、誤不動作を確実に防止することが
できる。

また、零相電圧が所定の周波数に復帰した後で
も一定のオフデイレー時間を設け、その間ロツク
指令を継続して出力すると共に、このオフデイレ
ー時間の経過後にロツク指令を解除するため、周
波数復帰直後の不安定な状態における地絡方向リ
レーの不要動作を未然に防止することができる。

周波数検出リレーがこのようなアルゴリズムに
より動作するので、極めて信頼性の高い地絡保護
リレー方式を実現することが可能である。

加えて、周波数検出リレーはソフトウエアにて
実現可能であるから、従来の地絡保護リレー方式
に特別のハードウエアを付加する必要がなく、極
めて経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロツク
図、第２図は周波数検出リレーの機能を示すフロ
ーチヤート、第３図は地絡方向リレーのブロツク
図、第４図は地絡方向リレーの動作範囲を示す位
相特性図、第５図は非接地形配電系統の模擬回路
図、第６図は接地形計器用変圧器の零相等価回路
図、第７図は地絡事故復旧時の低周波減衰振動を
示す波形図である。 １……地絡過電圧リレー、２……地絡方向リレ
ー、３……周波数検出リレー、４……アンド回
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非接地式配電系統の零相電圧と零相電流との
   位相差から零相電流の方向を判定して位相比較出
   力を得る地絡方向リレーと、零相電圧が入力され
   る地絡過電圧リレーと、地絡事故復旧後の零相電
   圧の低周波振動検出時に健全回線に設置された地
   絡方向リレーに対するロツク指令を出力するデイ
   ジタルリレーとしての周波数検出リレーとを備
   え、前記地絡方向リレー及び地絡過電圧リレーの
   出力と前記周波数検出リレーの反転出力との論理
   積により最終的なリレー動作出力を得る地絡保護
   リレー方式において、 前記周波数検出リレーは、零相電圧の基本波を
   一定周期によりサンプリングしてサンプリングデ
   ータの正の値が設定回数以上連続し、かつ、負の
   値が設定回数以上連続した場合に零相電圧の低周
   波振動を検出してロツク指令を出力し、零相電圧
   の基本波周波数が前記ロツク指令出力時の振動周
   波数よりも高い周波数に復帰してから一定のオフ
   デイレー時間を経過した後に前記ロツク指令を解
   除することを特徴とする地絡保護リレー方式。