JPH0568321A - デイジタル保護継電器の自動監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回路構成がシンプル、安価で精度が高く、保
護リレー機能を停止することなく、ディジタル保護継電
器のアナログ入力回路の不良を検出することを目的とす
る。 【構成】 任意の周期で監視用信号回路２３から出力さ
れた監視用信号Ｅ_ref を周波数を異にする系統入力と重
畳する重畳回路２４と、この重畳回路２４の出力するア
ナログ信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１
２と、このＡ／Ｄ変換器１２の出力から監視用信号Ｅ
_ref に関連するデータのみを抽出するディジタルフィル
タ６１と、このディジタルフィルタ６１の出力の大きさ
を監視する監視部６２とを備えた構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はディジタルリレーのア
ナログ信号入力部の動作不良の検出を自動的に行うディ
ジタル保護継電器の自動監視装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来この種の監視装置として特開昭５３
−６８５５号公報に記載の図７および図８に示すものが
あった。まず、従来装置の一例として、図７における１
は送電線路、２はＣＴ、３はＰＴで入力切替装置８の入
力接点Ｓ₁，Ｓ₁ ′にそれぞれ接続されている。４は模
擬送電線で、点検用の電源５、ＣＴ７およびリアクトル
６が設けられている。前記ＣＴ７およびリアクトル６は
入力切替装置８の入力接点Ｓ₂ ，Ｓ₂ ′にそれぞれ接続
されている。入力切替装置８の切替接点Ｓ，Ｓ′はそれ
ぞれＡ／Ｄ変換器１１，１２を通じてディジタル演算処
理部９に導かれている。

【０００３】次に図７の動作について説明する。まず、
入力切替装置８の点検を行う際には、送電線１のＣＴ
２，ＰＴ３によって得られる電流および電圧を入力切替
装置８によって模擬送電線４から得られる電流および電
圧、すなわち点検入力の入力接点Ｓ₂ ，Ｓ₂ ′側に切替
える。模擬送電線４の電流および電圧は点検用の電源５
より供給され、Ａ／Ｄ変換器１１，１２に与えられる。

【０００４】そして前記の電流および電圧の大きさはそ
れぞれＣＴ７およびリアクトル６のタップによって変え
られる。すなわち、入力切替装置８を流れる電流および
電圧は、それぞれＡ／Ｄ変換器１１および１２によって
ディジタル量に変換され、ディジタル演算処理部９に導
かれる。

【０００５】通常、ディジタル演算処理部９の出力は、
トリップ回路ＴＲへ導かれ、しゃ断器等によって送電線
路１をしゃ断するようにしている。点検時においては、
ディジタル演算処理部９はＡ／Ｄ変換器１１，１２によ
ってディジタル変換した点検入力のＡ／Ｄ変換値と予め
用意された基準値とを比較し、前記の比較結果が一致し
ない場合には警報回路ＡＭへ出力信号を与える。

【０００６】次に図８に示した第２の従来例について説
明する。図中、図７と同一の部分は同一符号をもって示
す。１３，１４はメモリ回路である。また、送電線１に
設けられたＣＴ２と入力切替装置８の一方の入力接点Ｓ
₁ との間、およびＰＴ３と入力切替装置８の他方の入力
接点Ｓ₁ ′との間にはそれぞれＡ／Ｄ変換器１１，１２
が設けられている。

【０００７】また、入力切替装置８の入力接点Ｓ₂ ，Ｓ
₂ ′にはそれぞれ前記メモリ回路１３，１４の出力側が
接続されている。切替接点Ｓ，Ｓ′の出力側は直接ディ
ジタル演算処理部９に接続されており、前記メモリ回路
１３，１４には点検模擬入力としてのディジタルデータ
が予め格納されている。

【０００８】次に動作について説明する。まず点検を行
う際には、入力切替装置８の切替接点Ｓ，Ｓ′を接点Ｓ
₁ ，Ｓ₁ ′側から接点Ｓ₂ ，Ｓ₂ ′側に切替えることに
より、上記メモリ回路１３，１４のディジタルデータが
入力切替装置８を介して、ディジタル演算処理部９に接
続される。そして、予め用意された基準値と比較され、
その比較結果が一致しない場合には警報回路ＡＭへ出力
信号を与える。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のディジタル保護
継電器の自動監視装置は以上のように構成されているの
で以下の問題点があった。

【００１０】まず、図７の装置では、模擬送電線を設け
るために、電源，リアクトル，ＣＴ等が必要で点検のた
めの周辺装置が大掛かりとなる他、点検中は送電線の電
流，電圧値をディジタル演算処理部に導くことができな
いため点検期間中は保護リレー機能が一時停止し、この
間に送電線において系統事故が発生した場合には、これ
を検出し送電線を保護することができない。さらに、点
検精度についても点検入力電源は商用電源であるため電
圧が一定せず、高精度の点検ができない。

【００１１】次に図８の装置では点検入力をＡ／Ｄ変換
器などの後段に設けるため、Ａ／Ｄ変換部より以前の部
位に不良検出ができない。さらに、図７および図８共に
一定周期で点検を実施する方式であるため、入力切替装
置に不良が発生しても、その検出までに系統事故が発生
する可能性もあるため、全体として好ましくない等の問
題点があった。

【００１２】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、回路構成がシンプル、かつ安価
で精度が高く、保護リレー機能を停止することなく、デ
ィジタル保護継電器のアナログ入力回路の不良を検出す
ることを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】この発明に係るディジタ
ル保護継電器の自動監視装置は、系統入力と異なる周波
数の監視用信号を任意の周期で出力する監視用信号回路
と、前記系統入力と前記監視用信号を重畳する重畳回路
と、この重畳回路の出力するアナログ信号をディジタル
信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出
力から監視用信号に関連するデータのみを抽出するディ
ジタルフィルタと、このディジタルフィルタの出力の大
きさを監視する監視部とからなる。

【００１４】

【作用】この発明におけるディジタル保護継電器の自動
監視装置はディジタルフィルタの抽出出力により、系統
保護動作を実施しつつ、保護継電器のアナログ入力回路
の不良を監視することができる。

【００１５】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図について説明
する。まず図１において、９Ａはディジタル演算処理部
９内に設けられ、リセット信号３２をＯＮ，ＯＦＦ制御
するリセット信号手段である。また監視用信号回路２３
は上記リセット信号３２で制御され、任意の周期で監視
用信号Ｅ_ref を出力する。この監視用信号Ｅ_ref は、入
力トランス２２によって絶縁およびレベル変換された系
統からのＰＴ，ＣＴ入力２１（略してＰＣＴ入力と呼称
する）とともにフィルタ２４に入力されている。

【００１６】ここで、ＰＴ、ＣＴ入力２１Ｉ_S は前記図
６，図７で説明した送電線路１のＰＴ３，ＣＴ２から入
力される入力信号であり、以下、略してＰＣＴ入力２１
Ｉ_Sとして説明する。フィルタ２４はＰＣＴ入力２１に
監視用信号Ｅ_ref を重畳させＰＣＴ入力２１Ｉ_S と監視
用信号Ｅ_ref が各々加算された値が出力側の信号として
得られるように動作する。

【００１７】入力トランス２２の出力は、出力側に設け
られた抵抗器により電流信号から電圧信号に変換された
後、フィルタ２４を介してサンプルホールド（略してＳ
Ｈと呼称する）２５により、予め定められた任意の一定
周期で一定時間保持される。次にマルチプレクサ（略し
てＭＰＸと呼称する）２６で前記のサンプルホールド２
５で保持した電圧信号を順次切換えて、Ａ／Ｄ変換器１
２に導く。前記のＡ／Ｄ変換器１２によりディジタル量
に変換された入力データは、ディジタル演算処理部９に
より演算処理される。３１は不良検出した結果を知らせ
る警報出力である。

【００１８】図２は監視用信号回路２３の一例を示した
もので、メモリ４２内に記憶している信号波形のデータ
を任意の周期でＤ／Ａ変換器４３に出力し、監視用の交
流出力信号を得るもので、発振器４１の出力周波数を変
化させることにより、任意の周波数の交流信号をＤ／Ａ
変換器４３から得ることができる。

【００１９】次にその動作について説明する。まず、カ
ウンタ４０は発振器４１のクロックで１つずつカウント
アップする。例えばその出力が８本の場合、２進数表現
で“００００００００”から“１１１１１１１１”ま
で、１０進数表現で“０”〜“２５５”までカウントす
る。実際の出力本数はメモリ４２のアドレス本数に合わ
せる。メモリ４２はカウンタ４０の出力をアドレスとし
て、そのアドレスに対応し、予め書込まれたディジタル
データをＤ／Ａ変換器４３に出力する。

【００２０】Ｄ／Ａ変換器４３はメモリ４２からのディ
ジタルデータを一定の規則に従ってアナログデータに変
換し、これが監視用信号Ｅ_ref となる。ここで監視用信
号Ｅ_ref は、メモリ４２に書込むディジタルデータによ
り任意の波形とすることができ、また発振器４１の周波
数により任意の信号周波数とすることができる。

【００２１】カウンタ４０には、カウンタの計数値を
“０”にリセットするリセット信号３２が入力されてお
り、このリセット信号３２をディジタル演算処理部９の
リセット手段９Ａより出力すると、カウンタ４０の出力
は“００００００００”となる。かくしてカウンタ４０
の出力が“０”になるとメモリ４２のアドレスが“０”
となり、メモリ４２のアドレス０番地に予め書込んでお
いたディジタルデータを“０”にすることにより、Ｄ／
Ａ変換器４３の出力は“０”電圧を出力する。これはリ
セット信号３２を入力しつづけるとカウンタ４０の出力
は“０”のままであるため、Ｄ／Ａ変換器４３は零電圧
の直流を出力することになり、出力を出さない状態にす
る。

【００２２】監視用信号Ｅ_ref の波形，周波数は以上の
ように、メモリに書込まれたディジタルデータと発振器
４１の周波数とで決まるが、メモリ４２の書込みデータ
は変動することはなく、発振器４１には水晶発振器等の
発振周波数変化がほとんどない発振器４１を使用するこ
とにより、波形，周波数の変動のない高精度の監視用信
号Ｅ_ref を得ることができる。

【００２３】図２の構成部品コストについて、発振器４
１は実際には図１に示すディジタル演算処理部９に含ま
れる水晶発振器と共用できる。

【００２４】なお、ディジタル演算処理部９はマイクロ
プロセッサを中心として構成しており、その動作用に水
晶発振器を備えている。また、メモリ４２は比較的小容
量のものでよい。ここでＤ／Ａ変換器４３は８ビット前
後の低速のものでよく、その結果図２に示す構成は図６
に示した模擬送電線４などに比べ、非常に安価に構成で
きる。

【００２５】また、図３は図１のフィルター２４のＰＣ
Ｔ入力２１と監視用信号Ｅ_ref の加算部分を示したもの
である。ＰＣＴ入力２１と監視用信号Ｅ_ref はそれぞれ
入力抵抗Ｒ_S ４１、Ｒ_r ４２を通ってオペアンプ４３に
接続されている。オペアンプ４３の出力は帰還抵抗Ｒ_f
４４により入力側にフィードバックされる。この回路の
出力Ｅ_adは一般に下記の（１）式で表すことができる。

【００２６】

【数１】

【００２７】以上のように、オペアンプによる２つの信
号の加算は簡単な回路により、極めて安価に実現でき
る。

【００２８】次に、図１において本発明の動作説明に入
る前に、ディジタル保護リレーの系統事故を検出するた
めの基本的な入力信号処理について説明する。

【００２９】まず、電力系統の故障を検出するため、Ｐ
Ｔ，ＣＴから電圧電流信号ＰＣＴ入力２１Ｉ_S を取込
み、ディジタル演算処理部９で処理可能な形態にまで信
号変換処理を行う。入力トランス２２は電力系統の電
圧，電流値が最大となる時、それらの信号をＡ／Ｄ変換
器１２のフルスケールに適した値にレベル変換する。こ
の入力トランス２２の２次の電圧レベルがアナログのフ
ィルタ２４に入力される。

【００３０】そしてディジタルリレーでは種々のリレー
特性から要求される総合的フィルタ特性をディジタル処
理とアナログ処理の組合わせで実現している。フィルタ
２４は折り返し周波数以上の高周波成分の除去を主目的
としている。さらに、ディジタルリレーでは、リレー特
性上必要な周波数帯域を考慮し、フィルタ２４では折り
返し周波数より高い周波数成分は完全に無視できる程度
まで減衰させ、フィルタ２４を通過した後での入力信号
をＳＨ２５でサンプリングし、ディジタル値に変換し処
理する。

【００３１】サンプリング周波数は、サンプリング定理
等をふまえ、かつＣＰＵの演算処理能力およびリレー演
算アルゴリズムのデータ処理の簡便さから、通常系統周
波数の電気角３０°、 すなわち６００Ｈｚ（５０Ｈｚ
系），７２０Ｈｚ（６０Ｈｚ系）に選ばれている。

【００３２】次にサンプルホールド２５は、リレー演算
アルゴリズム上から同時刻のサンプリングデータが必要
であるため図１に示したように全入力チャンネルにサン
プルホールド２５が設けられ、時々刻々変化する入力信
号をＡ／Ｄ変換が終了するまで保持する。このようにし
て電力系統の入力信号を処理し、ディジタル演算処理部
９でリレー演算を行う。

【００３３】以上のような構成と入力信号処理とをもと
に本発明によるディジタル保護継電器の自動監視装置の
動作について以下に説明する。

【００３４】まず、ディジタル演算処理部９からは常時
監視用信号回路２３に監視用信号Ｅ_ref を出さないよう
にするため、リセット信号３２がリセット信号手段９Ａ
より出力されている。そして、ディジタル演算処理部９
のプログラム処理信号にて任意の周期、例えば１日に１
回、１時間に１回毎にアナログ入力部の動作が正常か否
かをチェックするため監視用信号Ｅ_ref を監視用信号回
路２３から出力する。この監視用信号Ｅ_ref は、ＰＣＴ
入力２１に重畳される形でフィルタ２４に与えられ、前
記リセット信号３２が無い時だけ印加入力される。

【００３５】ここで監視用信号Ｅ_ref の大きさは、ＰＣ
Ｔ入力２１のフルスケール、例えばＣＴ入力の場合は最
大事故電流に対して充分に低いレベルとする。これは、
仮に監視用信号Ｅ_ref のレベルをＰＣＴ入力２１の最大
値と同じとした場合、フィルタ２４以降の最大入力はＰ
ＣＴ入力２１と監視用信号Ｅ_ref が加算されるため、Ｐ
ＣＴ入力の最大値の２倍となり、系統からの微小入力か
ら大入力に至るまで正しく回路動作させるための入力範
囲設計（ダイナミックレンジ設計）上の制約となる。

【００３６】一方、監視用信号Ｅ_ref の大きさをあまり
小さくすると、フィルタ２４の利得変化などが検出しに
くくなる。また、監視用信号Ｅ_ref を常時印加しておく
と、前述のダイナミックレンジが常時制約を受けた状態
で、電力系統を監視保護することになるので好ましくな
い。従って、ディジタルリレー自身が正常であるか否か
を自動的にチェックしたい時のみ監視用信号Ｅ_ref を印
加する。

【００３７】前述のように重畳された監視用信号Ｅ_ref
は、フィルタ２４，ＳＨ２５，ＭＰＸ２６を通り、Ａ／
Ｄ変換器１２によりディジタル値に変換される。Ａ／Ｄ
変換器１２によるディジタルデータは、前述のリレーア
ルゴリズム上、都合のよい周期、一般的には系統周波数
の電気角３０°間毎にサンプリングされ、Ａ／Ｄ変換さ
れたものである。これらのディジタルデータはディジタ
ル演算処理部９により以下の処理が施され、フィルタ２
４からＡ／Ｄ変換器１２までの回路不良を検出する。す
なわち、

【００３８】（Ａ）監視用信号成分を抽出する場合 Ａ／Ｄ変換器１２のディジタルデータ出力にＰＣＴ入力
２１と監視用信号Ｅ_{re f} とが重畳されており、ＰＣＴ入
力２１の影響を受けずに入力回路の監視を行うために
は、監視用信号Ｅ_ref 成分を抽出する必要がある。監視
用信号Ｅ_ref の周波数を一例として、系統周波数の４倍
とした場合の抽出方法について以下に説明する。系統周
波数の電気角が１８０°分位相がずれたデータを加算す
るディジタルフィルタの周波数特性は下記の（２）式で
表せる。

【００３９】

【数２】

【００４０】となり、系統周波数の信号は除去され、監
視用信号Ｅ_refの周波数信号は２倍となって抽出され
る。

【００４１】図４は上記の（２）式をグラフ表現したも
のである。図４からもわかるように、監視用信号周波数
を系統周波数の２倍とすると同一処理でも抽出可能であ
り、さらに処理方法をかえれば他の周波数とすることも
可能である。

【００４２】（Ｂ）監視用信号の大きさから不良検出す
る場合 前記（Ａ）の処理により抽出した監視用信号Ｅ_ref 周波
数は、本例では系統周波数の４倍としている。一方、サ
ンプリング周期、すなわちＡ／Ｄ変換する周期は、系統
周波数の電気角３０°であるから、サンプリング周波数
は系統周波数の１２倍となっており、サンプリング定理
から、監視用信号の大きさをサンプリングデータにより
算出可能である。算出した監視用信号の大きさから、フ
ィルタ２４乃至Ａ／Ｄ変換器１２間の不良検出を行う場
合には、予めディジタル演算処理部９の中に用意した規
定値と比較する方法および複数の入力信号から抽出した
監視用信号間で比較する方法とがあり、どちらも有効で
ある。

【００４３】以上の処理により、入力回路の不良検出が
可能であるが、リレー演算に使用するデータにとって
は、監視用信号Ｅ_ref を除去し、系統周波数成分、すな
わちＰＣＴ入力２１を抽出する必要があり、以下の処理
を施したデータをリレー演算に使用する。ここでは一例
として、前述の例と同じく、監視用信号Ｅ_ref 周波数を
系統周波数の４倍としたケースについて説明する。

【００４４】（Ｃ）ＰＣＴ入力成分を抽出する場合 監視用信号周波数成分（系統周波数４倍）を除去し、Ｐ
ＣＴ入力成分を抽出するため、下記の（３）式で表され
るディジタルフィルタ処理を施す。

【００４５】

【数３】

【００４６】となり、監視用信号Ｅ_ref を除去し、系統
周波数成分、すなわちＰＣＴ入力２１は√２倍となって
抽出される。図５図は上記の（３）式をグラフ表現した
ものであるが、同じような原理を用いて種々の監視用信
号周波数に適用したり、数式が異なるディジタルフィル
タも考えられる。

【００４７】以上（Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）の処理を
施すことで監視用信号Ｅ_ref によるフィルタ２４からＡ
／Ｄ変換器１２に至るアナログ入力回路の不良検出を行
い、かつ監視用信号Ｅ_ref を重畳したことによる影響を
おさえてリレー演算を行うことができる。

【００４８】アナログ入力回路の監視用信号Ｅ_ref によ
るチェックが終了すると、ディジタル演算処理部９は再
び監視用信号Ｅ_ref を出力しないように監視用信号回路
２３に対してリセット信号３２を出力する。そして前述
の監視用信号Ｅ_ref を抽出する処理（Ａ），（Ｂ）を実
行しないようにする。当然、監視用信号回路２３にリセ
ット信号３２を次回チェック時点になるまで出力しつづ
けることは申すまでもない。

【００４９】以上説明したように、ディジタル演算処理
部９では、監視用信号回路２３の出力を制御してフィル
タ２４からＡ／Ｄ変換器１２に至るアナログ入力回路を
必要な時に監視用信号Ｅ_ref にてチェックし、チェック
不要な時は監視用信号Ｅ_refをロックして通常の保護リ
レー演算のみを処理する。すなわち、監視用信号Ｅ_{re f}
を重畳したことによる入力フルスケールの制約、および
ディジタル演算処理部９にて行う監視用入力の抽出、チ
ェック機能の増加を少なくし、必要な時間だけアナログ
入力部をチェックすることができる。

【００５０】図６にディジタル処理部９の機能ブロック
を示す。図６において、１２はＡ／Ｄ変換器、６１〜６
４がディジタル処理部９であり、６１は上記〔Ａ〕の処
理を行うディジタルフィルタ、６２は上記〔Ｂ〕の処理
を行う監視部、６３は上記〔Ｃ〕の処理を行うディジタ
ルフィルタ、６４はディジタルフィルタ６３の抽出出力
から系統を保護する通常のリレー演算を行うリレー演算
部である。リレー演算部６４の出力は、送電線のしゃ断
器等をトリップするトリップ回路（図示せず。）へ供給
され、監視部６２の出力は、アナログ入力部の不良を警
報する警報回路（図示せず。）へ供給されることは言う
までもない。

【００５１】なお、監視用信号周波数は系統周波数の４
倍に限られないことは先に述べたが、系統周波数と同一
とすることはできない。理由は系統周波数成分と監視用
信号周波数成分の除去ならびに抽出ができないからであ
る。また監視用信号周波数をサンプリング定理によると
ころの折り返し周波数以上とすると、フィルタ２４によ
りほとんど除去されるため、抽出ができない。

【００５２】また、以上の実施例では、監視用信号回路
として、メモリとＤ／Ａ変換器を組合わせた例を示した
が、予め任意に定められた出力レベルと周波数をもった
信号出力が得られるものであればどのようなものでもよ
い。例えば、ウイーン・ブリッジ発振器、あるいは矩形
波とローパスフィルタを組合わせた回路等が考えられ
る。

【００５３】

【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、ディジ
タル演算処理部のプログラム処理信号によりコントロー
ルされるリセット信号手段を設け、必要な時にリセット
信号を停止して入力回路に監視信号を印加重畳させ、そ
のＡ／Ｄ変換データを該ディジタル演算処理部で監視す
るようにしたので、微小入力から大入力に至るまで正し
く回路動作させるための入力範囲設計（ダイナミックレ
ンジ設計）上の制約および監視用入力の抽出、チェック
機能の増加を少なくできるとともに監視用信号を入力し
ている期間も本来の保護機能を停止させず、フィルタか
らＡ／Ｄ変換器までの全アナログ入力回路を監視するこ
とができる効果がある。

【００５４】また、この発明は常時監視方式だけでな
く、従来の点検方式の電検入力印加方法としても適用が
可能で、監視用信号の大きさ、周波数を高精度にできる
ため、不良検出時に監視用信号の変動を考慮する必要が
なく、高精度の不良検出ができる。模擬送電線のような
大掛りな設備が不要で安価となる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すディジタル保護継電
器の構成図である。

【図２】図１の監視用信号回路の構成図である。

【図３】図３は同じくＰＣＴ入力と監視用信号の加算回
路図である。

【図４】ディジタル処理部におけるディジタルフィルタ
の周波数特性図である。

【図５】ディジタル処理部におけるディジタルフィルタ
の周波数特性図である。

【図６】ディジタル処理部の機能ブロック図である。

【図７】従来の点検装置構成図である。

【図８】従来の点検装置構成図である。

【符号の説明】

９ ディジタル演算処理部 ９Ａ リセット信号手段 １２ Ａ／Ｄ変換器 ２３ 監視用信号回路 ２４ フィルタ ２５ サンプルホールド ２６ マルチプレクサ ３２ リセット信号 ４０ カウンタ ４１ 発振器 ４２ メモリ ４３ Ｄ／Ａ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 系統入力と異なる周波数の監視用信号を
   任意の周期で出力する監視用信号回路と、前記系統入力
   と前記監視用信号を重畳する重畳回路と、この重畳回路
   の出力するアナログ信号をディジタル信号に変換するＡ
   ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器の出力から制御用信号
   に関連するデータのみを抽出するこのディジタルフィル
   タの出力の大きさを監視する監視部とを備えたことを特
   徴とするディジタル保護継電器の自動監視装置。