JPH0576132A - 地絡方向継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、入力となる零相電圧・零相電流に
含まれる残留成分を除去し、地絡によって発生した零相
分のみを取り出して補償することができ、信頼性の高い
確実な動作を行い得る地絡方向継電器を提供することを
目的とする。 【構成】入力零相電圧・零相電流をその周波数のＮ倍
（Ｎは正の整数）でサンプリングしデジタル化する第１
の手段１４と、この第１の手段１４でデジタル化された
入力零相電圧・零相電流を同一位相のサンプリングデー
タ毎にフィルタ処理して残留値を生成しその１サイクル
分を記憶する第２の手段１５，１７と、この第２の手段
１５，１７で記憶された残留値を第１の手段１４の出力
瞬時値から差し引いて残留零相電圧・零相電流を除去す
る第３の手段１８とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば送電線や配電
線等の保護に利用される地絡方向継電器に係り、特にそ
の入力信号となる零相電圧・零相電流の残留成分を除去
するものに関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、例えば送電線や配電線等
にあっては、３相の各相の対地容量や負荷の不均衡等に
より零相電圧・零相電流が発生する。これらの零相電圧
・零相電流は、残留零相電圧・残留零相電流と称され、
送電線や配電線の地絡発生時に、故障相によって地絡保
護継電器の感度を変えてしまう等の悪影響を及ぼすこと
が知られている。特に、このような状態において、地絡
保護継電器の感度を高めようとすると、残留零相電圧・
残留零相電流による悪影響はますます増加して誤動作・
誤不動作を招く原因となる。

【０００３】図６（ａ）は、地絡過電圧継電器を例にと
って、残留零相電圧によりその感度が低下する場合を示
している。すなわち、残留零相電圧のベクトルａに対
し、地絡によって発生した零相電圧のベクトルｂが逆方
向の位相になっているため、地絡過電圧継電器の入力と
なるベクトルａ，ｂの合成ベクトルｃの大きさが、地絡
による零相電圧のベクトルｂよりも小さくなり、見かけ
上感度が低下することになる。

【０００４】また、図６（ｂ）は、同じく地絡過電圧継
電器の感度が、残留零相電圧によって高められる場合を
示している。すなわち、残留零相電圧のベクトルａに対
し、地絡によって発生した零相電圧のベクトルｂが同方
向の位相になっているため、地絡過電圧継電器の入力と
なるベクトルａ，ｂの合成ベクトルｃの大きさが、地絡
による零相電圧のベクトルｂよりも大きくなり、見かけ
上感度が高められたことになる。

【０００５】なお、残留零相電流によっても上記と同様
な悪影響が発生することはもちろんであり、特に、地絡
方向リレーに対しては、位相特性にも悪影響が及ぼされ
ることになる。

【０００６】ところで、地絡方向継電器の入力信号とな
る零相電圧・零相電流に含まれている残留成分は、その
周波数が地絡電圧・地絡電流の周波数と同じであるた
め、フィルタ等によって除去することができないもので
ある。このために、地絡方向継電器は、残留成分を含ん
だまま動作せざるをえず、感度特性や位相特性等が上記
したように悪影響を受けることになる。

【０００７】そこで、従来より、このような残留値を補
正するために、入力信号をサンプリングしＡ／Ｄ（アナ
ログ／デジタル）変換したデジタル値で記憶しておき、
一定時間前の値を残留値とみなして補正する手段も考え
られている。しかしながら、このような従来手段では、
記憶した一定時間前の値が残留値であるという保証がな
いため、微地絡等のように地絡の発生状況によっては、
地絡により発生した成分を誤って残留成分と見なして補
正してしまうという不都合が生じている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
地絡方向継電器では、入力信号となる零相電圧・零相電
流に含まれている残留成分を除去することが困難である
ため、その感度特性や位相特性等が悪影響を受けるとい
う問題を有している。また、残留値を補正するために考
えられた従来の手段は、まだまだ実用上十分なものとは
いえないという恨みがある。

【０００９】そこで、この発明は上記事情を考慮してな
されたもので、入力となる零相電圧・零相電流に含まれ
る残留成分を除去し、地絡によって発生した零相分のみ
を取り出して補償することができ、信頼性の高い確実な
動作を行い得る極めて良好な地絡方向継電器を提供する
ことを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る地絡方向
継電器は、入力零相電圧・零相電流をその周波数のＮ倍
（Ｎは正の整数）でサンプリングしデジタル化する第１
の手段と、この第１の手段でデジタル化された入力零相
電圧・零相電流を同一位相のサンプリングデータ毎にフ
ィルタ処理して残留値を生成しその１サイクル分を記憶
する第２の手段と、この第２の手段で記憶された残留値
を第１の手段の出力瞬時値から差し引いて残留零相電圧
・零相電流を除去する第３の手段とを備えたものであ
る。

【００１１】

【作用】上記のような構成によれば、デジタル化された
入力零相電圧・零相電流から残留零相電圧・零相電流を
除去することができ、信頼性の高い確実な動作を行なわ
せることができるようになる。

【００１２】

【実施例】以下、この発明を地絡過電圧リレーに適用し
た場合の一実施例について図面を参照して詳細に説明す
る。すなわち、図１において、１１は入力端子で、地絡
過電圧検出入力となる零相電圧が印加されている。この
入力端子１１に印加された零相電圧は、ＢＰＦ（バンド
パスフィルタ）回路１２に供給されて直流及び高周波ノ
イズ成分が除去された後、Ｓ／Ｈ（サンプリング／ホー
ルド）回路１３により所定のサンプリングタイミング毎
にホールドされ、このホールドされた各値がＡ／Ｄ（ア
ナログ／デジタル）変換回路１４でデジタル化される。

【００１３】なお、上記ＢＰＦ回路１２は、入力に混入
されるノイズ成分の周波数によっては、ＬＰＦ（ローパ
スフィルタ）やＨＰＦ（ハイパスフィルタ）に置き換え
ることができ、さらに、入力のノイズ成分を考慮しなく
ても良い場合には、省略することができる。また、上記
Ｓ／Ｈ回路１３は、Ａ／Ｄ変換回路１４によるＡ／Ｄ変
換中のデータを一定値にホールドすることにより、Ａ／
Ｄ変換の誤差を小さくする働きと、２要素以上の入力を
処理する場合のデータの同時性を保つ働きとを行なって
いる。このため、入力が単要素でＡ／Ｄ変換中の入力値
変化による誤差が無視できる場合には、Ｓ／Ｈ回路１３
は省略することができる。

【００１４】ここで、上記Ａ／Ｄ変換回路１４の出力デ
ータは、後述する理由により、図２に示すように、入力
信号を３０度毎にサンプリングした図中黒丸で示す値と
なっている。なお、図２において、ｕ11，ｕ12，……，
ｕ1Cは入力の１サイクル目を３０度毎にＡ／Ｄ変換した
データであり、ｕ21，ｕ22，……，ｕ2Cは入力の２サイ
クル目を３０度毎にＡ／Ｄ変換したデータであり、以
下、同様に、ｕn1，ｕn2，……，ｕnCは入力のｎサイク
ル目を３０度毎にＡ／Ｄ変換したデータを示している。

【００１５】そして、上記Ａ／Ｄ変換回路１４の出力
は、ＬＰＦ回路１５に供給される。このＬＰＦ回路１５
は、例えば一次遅れ，二次遅れあるいは平均値方式等に
よる演算処理により、図３に示すように、Ａ／Ｄ変換回
路１４の出力データのうち、データｕ11，ｕ21，……，
ｕ(n-1)1の同位相のデータ列から残留値Ｖn1を算出し、
データｕ12，ｕ22，……，ｕ(n-1)2の同位相のデータ列
から残留値Ｖn2を算出し、以下同様に、ＶnCまでの残留
値１サイクル分１２個のデータを算出して、メモリ１７
に出力する。

【００１６】ここで、上記メモリ１７に記憶された残留
値は、読み出されて演算回路１８の一方の入力端に供給
される。この演算回路１８は、その他方の入力端に上記
Ａ／Ｄ変換回路１４の出力データが供給されており、こ
のＡ／Ｄ変換回路１４から出力される残留値を含んだ瞬
時値出力から、メモリ１７から読み出された残留値を差
し引くもので、ここに、Ａ／Ｄ変換回路１４の出力デー
タから残留成分が除去されるものである。

【００１７】このようにして残留成分が除去されたデー
タは、実効値演算回路１９に供給されて、残留値が除去
された入力データについて実効値の算出が行なわれる。
その後、算出された実効値は、レベル比較回路２０によ
って、過電圧検出レベル発生回路２１から出力される過
電圧検出レベルＶOSとレベル比較され、実効値レベルが
過電圧検出レベルＶOSよりも高くなった状態で地絡過電
圧検出信号が発生されて、出力端子２２から取り出され
る。

【００１８】また、この地絡過電圧検出信号は、上記ゲ
ート回路１６に供給される。このゲート回路１６は、地
絡過電圧検出信号が供給されるとゲートが閉状態にな
り、ＬＰＦ回路１５の出力がメモリ１７に記憶されるこ
とを阻止することにより、地絡発生時に残留値が地絡発
生前の値に保持されるようになされている。つまり、地
絡発生による零相電圧の変化分には低い周波数成分も含
まれているため、ＬＰＦ回路１５だけではこの低周波成
分を完全に除去することができず誤差が発生することに
なる。そこで、地絡過電圧検出信号が発生されたとき
は、ＬＰＦ回路１５の出力がメモリ１７に書き込まれな
いようにゲート回路１６を閉状態とすることにより、地
絡による零相電圧が残留値に混入されることを防止して
いる。

【００１９】ここで、上記Ｓ／Ｈ回路１３，Ａ／Ｄ変換
回路１４，ＬＰＦ回路１５，メモリ１７，実効値演算回
路１９及びレベル比較回路２０は、いずれもタイミング
制御回路２３から出力されるタイミング信号に基づいて
その動作が制御されている。そして、このタイミング制
御回路２３は、同期発振回路２４から発生される発振信
号に基づいて各種タイミング信号を生成するものであ
る。この場合、同期発振回路２４は、入力零相電圧のＮ
倍（Ｎは正の整数）の周波数に同期して発振するもの
で、この実施例ではＮ＝１２とすることにより、前述し
たように入力零相電圧が３０度毎にサンプリングされる
ことになる。

【００２０】また、上記ＬＰＦ回路１５による残留値を
算出するためのデータとしては、求める残留値の１サイ
クル前までのデータが使用されている。すなわち、ｎサ
イクル目の残留値Ｖn1は、その１サイクル前までのデー
タ列ｕ11，ｕ21，ｕ31，……，ｕ(n-1)1に基づいて算出
される。これは、地絡が発生したときに、残留値がその
影響を受けないようにするためである。さらに、ＬＰＦ
回路１５の特性としては、一次遅れ，二次遅れあるいは
平均値による方法が考えられるが、一次遅れや二次遅れ
フィルタの場合の時定数や、平均値方式の場合のサンプ
ル数については、残留成分の変動周期により最適な値が
設定される。

【００２１】ここにおいて、上記演算回路１８による残
留値の除去について具体的に説明する。すなわち、図４
において、地絡が発生していないＴ１の期間では、演算
回路１８への一方の入力であるＡ／Ｄ変換回路１４の出
力零相電圧は一定の残留零相電圧だけであるため、演算
回路１８への他方の入力であるメモリ１７の出力と同一
になっている。このため、上記Ｔ１の期間における演算
回路１８の出力は、図中Ｓ11〜Ｓ2Cに示すように「０」
になっている。

【００２２】また、図４中Ｔ２は地絡が発生している期
間を示しており、地絡によって残留値と同じ大きさ及び
位相を有する零相電圧が発生しているため、Ａ／Ｄ変換
回路１４の出力零相電圧は、Ｔ１の期間のときのちょう
ど２倍となる。一方、メモリ１７の出力は、地絡が発生
した１サイクル目のデータＶ31，Ｖ32，……，Ｖ3Cにつ
いては、地絡が発生していないときに得られたデータｕ
21，ｕ22，……，ｕ2Cにより算出しているため、Ｔ１の
期間と変わることがない。このため、演算回路１８から
は、地絡が発生してから１サイクル目が終了されるまで
の期間は、残留値と同じ大きさ及び位相を有するデータ
Ｓ31〜Ｓ3Cが出力される。

【００２３】ここで、地絡が発生してからメモリ１７の
出力の１サイクル目が終了されるまでに、前記地絡過電
圧検出信号が出力される。つまり、図４中Ｔ３は地絡過
電圧検出信号が出力されていない期間を示し、Ｔ４は地
絡過電圧検出信号が出力されている期間を示している。
そして、地絡が発生してから２サイクル目のメモリ１７
の出力データＶ41，Ｖ42，……，Ｖ4Cは、地絡が発生し
てから得られたデータｕ31，ｕ32，……，ｕ3Cに基づい
て算出されているため、図４に×印で示すように、その
前のサイクルより大きな値となる。

【００２４】このため、図４に×印で示す値を残留値と
してしまうと、演算回路１８の出力は、図４に×印で示
すように正規の値（図中黒丸で示す）に対して誤差が生
じることになる。ところが、このＴ４の期間では、地絡
過電圧検出信号が出力されているため、前記ゲート回路
１６が閉状態になってＬＰＦ回路１５の出力がメモリ１
７に供給されることを阻止されるので、メモリ１７には
地絡発生前の残留値が保持される。このため、演算回路
１８からは、地絡により発生した分の残留値と同じ大き
さ及び位相を有するデータが出力されることになる。

【００２５】次に、図５はこの発明の他の実施例を示し
ており、図１と同一部分には同一符号を付している。す
なわち、前記実行値演算回路１９の出力は、レベル比較
回路２５によって、基準レベル発生回路２６から発生さ
れる基準レベルＶOSL と比較される。この基準レベルＶ
OSL は、前記過電圧検出レベルＶOSよりも低いレベルに
設定されており、レベル比較回路２５は、実行値演算回
路１９からの実効値レベルが基準レベルＶOSL よりも高
くなった状態で、ゲート回路１６を閉状態となす信号を
発生する。このような構成によれば、地絡による零相電
圧が過電圧検出レベルＶOS以下であるときにも、地絡に
よる零相電圧が残留値に混入することを防止することが
できるようになる。なお、この発明は上記各実施例に限
定されるものではなく、この外その要旨を逸脱しない範
囲で種々変形して実施することができる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
入力となる零相電圧・零相電流に含まれる残留成分を除
去し、地絡によって発生した零相分のみを取り出して補
償することができ、信頼性の高い確実な動作を行い得る
極めて良好な地絡方向継電器を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る地絡方向継電器の一実施例を示
すブロック構成図。

【図２】同実施例のＡ／Ｄ変換回路の出力を説明するた
めに示す図。

【図３】同実施例のＬＰＦ回路の出力を説明するために
示す図。

【図４】同実施例の残留値の除去を説明するために示す
図。

【図５】この発明の他の実施例を示すブロック構成図。

【図６】残留零相電圧により地絡過電圧継電器の感度が
変化することを説明するために示す図。

【符号の説明】

１１…入力端子、１２…ＢＰＦ回路、１３…Ｓ／Ｈ回
路、１４…Ａ／Ｄ変換回路、１５…ＬＰＦ回路、１６…
ゲート回路、１７…メモリ、１８…演算回路、１９…実
効値演算回路、２０…レベル比較回路、２１…過電圧検
出レベル発生回路、２２…出力端子、２３…タイミング
制御回路、２４…同期発振回路、２５…レベル比較回
路、２６…基準レベル発生回路。

フロントページの続き (72)発明者 松村 幸一 宮城県仙台市青葉区一番町三丁目７番１号 東北電力株式会社内 (72)発明者 宮崎 照信 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 石橋 孝二 宮城県多賀城市宮内二丁目２番１号 東北 電機製造株式会社内 (72)発明者 白石 喜一 宮城県多賀城市宮内二丁目２番１号 東北 電機製造株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力零相電圧・零相電流をその周波数の
   Ｎ倍（Ｎは正の整数）でサンプリングしデジタル化する
   第１の手段と、この第１の手段でデジタル化された入力
   零相電圧・零相電流を同一位相のサンプリングデータ毎
   にフィルタ処理して残留値を生成しその１サイクル分を
   記憶する第２の手段と、この第２の手段で記憶された残
   留値を前記第１の手段の出力瞬時値から差し引いて残留
   零相電圧・零相電流を除去する第３の手段とを具備して
   なることを特徴とする地絡方向継電器。
2. 【請求項２】 前記第３の手段で残留零相電圧・零相電
   流を除去された零相電圧・零相電流の値が所定値を実質
   的に越えた状態で、前記第２の手段にその１サイクル前
   に生成された残留値を保持させる第４の手段を具備して
   なることを特徴とする請求項１記載の地絡方向継電器。