JPH0552124B2 - - Google Patents

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JPH0552124B2
JPH0552124B2 JP9018684A JP9018684A JPH0552124B2 JP H0552124 B2 JPH0552124 B2 JP H0552124B2 JP 9018684 A JP9018684 A JP 9018684A JP 9018684 A JP9018684 A JP 9018684A JP H0552124 B2 JPH0552124 B2 JP H0552124B2
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JP
Japan
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phase
relay
polarity
voltage
digital
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JP9018684A
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JPS60237817A (ja
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Takayuki Yokoyama
Yasuhiro Kurosawa
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明はデイジタル地絡距離継電器、特に常に
一定感度を有するデイジタル地絡距離継電器に関
する。
[発明の技術的背景] 従来より種々の特性を有する距離継電器が電力
系統保護に広く用いられているが、中でもモー形
距離継電器は方向判別能力を有しているため数多
く使用されている。
モー形距離継電器を地絡保護に適用する場合、
周知の如く、継電器設置点から地絡故障点までの
正相インピーダンス分を正しく測距するために、
零相電流による補償が必要である。
例えばR相を保護する継電器には、相電圧V・R
と、対応した相電流I・R及び零相電流I・0の和電流
I・R+rI・0(rは補償係数)を導入して補償を行
なう。しかしながら零相電流補償を行なうと、故
障点までの正相インピーダンスを正しく見る反
面、故障方向の判別が疑わしいものとなり、特に
この傾向は健全相継電器において著しい。従つて
モー形の地絡距離継電器では一般に故障相に対
し、多少とも固定した位相及び大きさをもつ相電
圧を極性量として導入することができる。
一例として1線地絡故障時に故障前後で変化し
ない健全相電圧を極性電圧として用いた場合のモ
ー形地絡距離継電器の動作条件式をR相継電器に
ついて(1)式に示し、導入量の関係を第1図に示
す。
|Z0||I・R′||V・ST|cos(θ−φ) −|V・R||V・ST|sinψ>K0 …(1) 但し、 I・R′:零相補償後のR相電流(I・R+I・00) V・R:R相電圧 V・ST:相電圧V・Rの直角位相電圧(V・S−V・T
) θ:極性電圧V・STに対する相電流I・Rの位相角 ψ:極性電圧V・STに対する相電圧V・Rの位相角 φ:整定角(90°−φ:最大感度角) Z0:インピーダンス整定値(|Z0|・ej(/2-)) K0:定数 上記(1)式において定数K0を無視すると、継電
器の動作特性はR−X図表上で第2図の如くな
る。これを定数K0を考慮して最大感度角上(θ
=φ)での電流−距離特性で示すと第3図にな
る。そして図に示す最小動作電流Inio、即ち、相
電圧|V・R|=0(又はZ=0)の時の感度電流値
は(2)式で与えられる。
Inio=K0/|Z0|・1/|VST| …(2) [背景技術の問題点] 上記した(2)式から明らかな如く、最小動作電流
値は極性電圧に依存しており、これは2線地絡故
障等で極性電圧が低くなつた場合に、継電器の動
作感度が低下することを意味している。このよう
な従来のモー形地絡距離継電器に対し、近年、電
力系統から複数の交流電器量を同一時刻、周期的
にサンプリングし、得られたアナログ量をデイジ
タル量に変換してマイクロコンピユータなどのデ
イジタル演算処理装置で継電器演算を行なうデイ
ジタル距離継電器の適用が試みられているが、上
記のような継電器の動作感度が極性電圧の値によ
り変化することのないモー形地絡距離継電器の実
現が要望されている。
[発明の目的] 本発明は上記問題点を解決するためになされた
ものであり、電力系統の故障条件によらず、一定
の感度特性を有するデイジタル地絡距離継電器を
提供することを目的としている。
[発明の概要] 本発明では電力系統からサンプリングして導入
した電気量を用いて、ベクトル量(I・Z0−V・)と
健全相の相間電圧を90°進めた電圧からなる極性
量V・Pとをデイジタル演算し、前記したベクトル
量(I・Z0−V・)と極性量V・Pとの内積値{(I・Z
0
V・)・V・P}と極性量の関係量K|V・P|との大小
比較結果により、継電器の動作判定を行なおうと
するものである。
[発明の実施例] 以下図面を参照して実施例を説明する。第4図
は本発明によるデイジタル地絡距離継電器の一実
施例構成図であり、デイジタル演算処理装置を用
いて示した概要図である。そして図は簡単のため
R相の継電器について示す。第4図において電力
系統のR相電流I・Rは変流器1より、又、各相電
圧V・R,V・S,V・Tは変成器2より、夫々入力変換
器3を介してデイジタル継電器へ導入される。
これらの各電気量はフイルタ(FIL)回路5によ
つて高調波成分を除いた後、サンプル・ホールド
(S/H)回路6、マルチプレクサ(MPX)7及
びアナログ・デイジタル変換(A/D)回路8に
よつてデイジタル量に変換されて、ランダムアク
セスメモリ(RAM)9に記憶される。そして継
電器の動作出力は前記ランダムアクセスメモリ9
に記憶された電気量を用い、デイジタル演算回路
(CPU)10によつて後述する演算を行ない、出
力インターフエイス(I/F)回路11を介して
出力される。S相及びT相についても当該相の電
流I・S,I・Tを導入することにより同様に構成でき
る。
第5図は距離継電器の動作判定演算の一実施例
を示すブロツク図であり、簡単のためR相継電器
についてのみ示す。第5図において、12はR相
電流I・R,13a,13b,13cは夫々相電圧
V・R,V・S,V・Tであつて、いずれも前記したデイ
ジタル継電器により、周期的にサンプリングさ
れてデイジタル量に変換された値である。14は
相電流I・Rと相電圧V・R及び距離整定値Z0(最大感
度角の位相を含む定数、即ち|Z0|・ej(/2-)
より、ベクトル量(I・RZ0−V・R)を算出する(I・
Z0−V・R)算出手段である。なお、I・RZOはベク
トル量I・Rを最大感度角(π/2φ)だけ位相し、| Z0|を乗じた値で、I・RZ0=I・R|Z0|・ej(/2-
)
なる。ここでI・Rは実際には零相電流補償を行な
う必要があるが、本発明のねらいと直接関係がな
いため、ここでは省略する。15は極性量V・P
算出する手段であり、極性量として例えば相電圧
V・Rに対して直角位相をもつた電圧V・STを用いる
場合には、V・ST=V・S−V・Tの演算を行ない、V・
ST
に対して90°進み位相となつた電圧VST∠90°の電
気量を極性量VPとする。なお、極性量としてメ
モリー効果を考慮した以下の(3)式、又は(4)式、(5)
式を用いても同一目的を達成できる。
V・P=V・STM∠90° …(3) V・P=KV・ST∠90°+VR−V0 …(4) V・P=V・STM∠90°+VR−V0 …(5) なお、(4)式、(5)式については特公昭55−20451
号に示されている。
但し、 V・STM:V・ST∠90°に対しメモリー効果を考慮し
た電気量 K:所定の定数 16は前記14によるベクトル量(I・RZ0−V・
)の演算結果と前記15によるベクトル量V・P
(極性量)との内積値を求めるための{(I・RZ0
V・R)・V・P}算出手段である。
なお、内積演算は下記の如く行なうことができ
る。二つのベクトル量をE・1,E・2とすると内積値
は(6)式となる。
(E・1・E・2)=|E・1|・|E・2|cosθ)…(6) 但し、 θはE・1とE・2との位相差 ここで、系統周波数を50Hzとし(系統角速度は
ω=2π・50)、サンプリング周波数をS=600Hzと
した場合、系統電気量のデイジタル量への変換は
30°毎に行なわれるのでデイジタル変換されたベ
クトル量E1,E2は夫々下記の如く時系列データ
となる。
m−2時点 E・1n-2=|E・1|sin(ωt−60°) m−1時点 E・1n-1=|E・1|sin(ωt−30°) m 時点 E・1n =|E・1|sinωt m+1時点 E・1n+1=|E・1|sin(ωt+30°) m+2時点 E・1n+2=|E・1|sin(ωt+60°) m−2時点 E・2n-2=|E・2|sin(ωt−θ−60°
) m−1時点 E・2n-1=|E・2|sin(ωt−θ−30°
) m 時点 E・2n=|E・2|sin(ωt−θ) m+1時点 E・2n+1=|E・2|sin(ωt−θ+30°
) m+2時点 E・2n+2=|E・2|sin(ωt−θ+60°
) ここで下記(7)式の演算により|E・1||E・2
cosθが求められる。
(E・1n-1・E・2n+E・1n+3・E・2n-3) =|E・1||E・2|{sin(ωt)sin(ωt−θ) +sin(ωt−90°)sin(ωt−θ−90°)} =|E・1||E・2|cosθ …(7) 次に17はベクトル量V・Pの振幅値|V・P|を算
出する手段であり、一例を下記に示す。
系統周波数及びサンプリング間隔を前記と同様
とした場合、デイジタル変換されたベクトル量V・
の時系列データに対し(8)式の演算を行ない、(9)
式の如く(8)式の演算結果を3回連続加算して演算
結果を平滑し、振幅値を求める。ここで係数Kの
値は1/2としておけば、実用上、十分な精度が得
られる。
VPn=|V・Pn|+|V・Pn-3|+K(|V・Pn| −|V・Pn-3|) …(8) |V・P|=VPn+VPn+VPn-2 …(9) 18は17で算出したベクトル量V・Pの振幅値
|V・P|に対し、既定の定数K0を積算する手段で
ある。19は大小判定手段で16の演算結果
{(I・RZ0−V・R)・V・P}と18の演算結果とを

い、(10)式の判定を行なつて条件が成立すれば判定
出力、即ち、継電器動作出力を出すものである。
{|I・RZ0−V・R)・V・P}−K0|V・P|〓/20…
(10) ところで極性量V・PはV・ST∠90°であるから、
(10a)式とおける。
V・P=V・STej/2 …(10a) (10a)式と第1図の導入量の関係を用いる
と、(10)式の内積演算は次のように変形できる。
(I・RZ0−V・R)・V・P=(I・RZ0−V・R)・
V・STej/2=(I・RZ0)・V・STej/2 −V・R・V・STej/2=(|Z0|I・Rej(/2-)
)・V・STej/2 −V・R・V・STej/2=|Z0||I・R||V・ST
cos(θ+π/2−φ−π/2)−|V・R||V・ST
cos(ψ−π/2)=|Z0||I・R||V・ST|cos
(θ−φ)−|V・R||V・ST|sinψ…(10b) (10b)式より(10)式の内積演算{(I・RZ0−V・
)・V・P}は(1)式の左辺と等価であることがわか
る。
上記(10)式より、電流−距離特性から第3図に示
した最小動作電流を求めると、 Inio=K0/|Z0| …(11) (但し、θ−φの最大感度角上) となり、これは極性電圧の如何によらず、地絡継
電器の動作感度が一定であることを示している。
第6図は動作説明のためのフローチヤートであ
り、これを用いて演算手段を説明する。
なお、ここでは極性量としてV・P=V・ST∠90°を
用いた例を説明する。
先ず、ステツプ61において、系統電気量I・R
V・R,V・S,V・Tのデイジタル量に変換された瞬時
値を読込む。ステツプ62では時系列データを区別
するための指標mを1サンプリング前の値より1
増やし、改めて現時点での指標をmとする。ステ
ツプ63では極性量としてV・Rの直角位相V・ST=V・S
−V・Tの値から90°進み位相のV・P=V・ST∠90°を

算し、各瞬時値I・R,V・R,V・Pをm時点のデータ
としてI・Rn,V・Rn,V・Pnに記憶する。ステツプ64
では、ステツプ63のデータより(I・RnZ0−V・Rn
を演算し、ステツプ65では前記手段よりベクトル
量V・Pの振幅値|V・P|を演算する。ステツプ66で
は前述の如く、以前に演算され記憶されているデ
ータを用いて{(I・RZ0−V・P)・V・P}の内積値

算出し、ステツプ67で演算されたK0|V・P|の値
とステツプ68にて大小判定を行ない、演算結果が
正であればステツプ69にて継電器動作出力を出
し、演算結果が負であれば継電器不動作とする。
[発明の効果] 以上説明した如く、本発明によれば電力系統の
複数の電気量を周期的にサンプリングしてデイジ
タル量に変換した電気量から、健全相の相間電圧
を90°進めた電圧からなる極性量V・P及びベクトル
量(I・Z0−V・)をデイジタル演算し、ベクトル量
(I・Z0−V・)と極性量V・Pの関係量K0|V・P|と

大小判定結果により継電器動作出力を導出するよ
う構成したので、常に一定感度を有するデイジタ
ル地絡距離継電器を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はモー形地絡距離継電器の導入量の関係
を示すベクトル図、第2図はR−X図表上で表わ
したモー形地絡距離継電器の動作特性図、第3図
は最小動作電流を説明するためのモー形地絡距離
継電器の電流−距離特性図、第4図は本発明によ
るデイジタル地絡距離継電器の一実施例構成図で
あり、デイジタル演算処理装置を用いて示した概
要図、第5図は距離継電器の動作判定演算の一実
施例を示すブロツク図、第6図は動作説明のため
のフローチヤートである。 1……変流器、2……変成器、3……入力変換
器、……デイジタル継電器、5……フイルタ回
路、6……サンプル・ホールド回路、7……マル
チプレクサ、8……A/D変換器、9……リード
オンリメモリ、10……デイジタル演算回路、1
1……出力インターフエイス回路、14……(I・
Z0−V・R)算出手段、15……V・P算出手段、1
6……{(I・RZ0−V・R)・V・P}算出手段、17

…|V・P|算出手段、18……K|V・P|算出手
段、19……大小判定手段。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 電力系統からの複数の電気量を周期的にサン
    プリングし、デイジタル量に変換した前記各電気
    量を用いて保護演算を行なうデイジタル地絡距離
    継電器において、電流量I、電圧量V、インピー
    ダンス整定値Z0とからベクトル量(I・Z0−V・)を
    得る第1の手段と、健全相の相間電圧を90°進め
    た電圧からなる極性量V・Pを得る第2の手段と、
    前記ベクトル量(I・Z0−V・)と極性量V・Pとの内
    積値{(I・Z0−V・)・V・P}を得る第3の手段と

    極性量V・Pの大きさとの関係量K|V・P|を得る第
    4の手段とを夫々備え、前記内積値(I・Z0
    V・)・V・Pと極性量の関係量K|V・P|との大小を
    比較して動作判定することを特徴とするデイジタ
    ル地絡距離継電器。
JP9018684A 1984-05-08 1984-05-08 デイジタル地絡距離継電器 Granted JPS60237817A (ja)

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JPS60237817A JPS60237817A (ja) 1985-11-26
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