JPH0636647B2 - 地絡保護リレー方式 - 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゜以内の時にリレー出力を得るように構
成されている。

その原理的なブロック図を示すと第３図にとおりであ
り、図において11は零相変流器の２次側からの零相電流
が入力されるリミッタ、12はフィルタ、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、15はフィルタ、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っ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Ｖ_０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／50H
z入力時)となった場合、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っている。

なお、フィルタ12，15は電流または電圧の歪を除去する
ためのもので、ローパスフィルタ等によって構成され
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、ＤＧ
₁〜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。従って、地絡リレーＤＧ₁では、接地形計器用変
圧器ＧＰＴの３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
相比較原理によって零相電流Ｉ₀の方向を判定し、遮断
器ＣＢ₁のトリップ指令を出力する。

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Ｌ_m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、直流飽和
によって励磁インダクタンスＬ_m(１次換算)がほぼゼロ
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、Ｒ_pは接地形計
器用変圧器ＧＰＴの１次巻線抵抗、Ｌ_p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によって完全に消費されるまで繰り返され、
基本周波数(例えば50Hz)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
った場合に地絡方向リレーＤＧnが誤動作するおそれが
あり、実際にミストリップを起こすケースも生じてい
た。

従って、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
るための時間を待つべく各地絡方向リレーＤＧ₁〜ＧＤn
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ＤＧ
₁〜ＤＧnの動作時限を送らせることは、保護協調上、好
ましくないものであった。

本発明は上記の問題点を解決するべく提案されたもの
で、その目的とするところは、ディジタルリレーからな
る周波数検出リレーにより低周波減衰振動時の零相電圧
の基本波周波数を検出して健全回線の地絡方向リレーの
ロック指令を得ることにより、地絡方向リレーの誤動作
を防止し、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っ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
の地絡方向リレーによる地絡保護リレー方式において、
系統の零相電圧の基本波周波数をディジタルリレーから
なる周波数検出リレーにて監視するものとし、地絡事故
復旧後に生じる零相電圧の低周波減衰振動を、一定のサ
ンプリング間隔における正波および負波の回数をカウン
トすることによって検出し、この周波数検出リレーの出
力信号により健全回線の地絡方向リレーの動作出力を一
定期間ロックすると共に、周波数の回復時にロックする
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、零相電圧の正波およ
び負波を監視することにより、基本波周波数が一定値以
下となって低周波減衰振動が検出された際にリレーロッ
ク指令を出力して健全回線の地絡方向リレーをロック
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基本波周波数が回復し
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１秒程度のオフディレー時間を設け、その間リレーロ
ック指令を継続して出力すると共に、このオフディレー
時間の経過後にロックを解除するものである。

（実施例） 以下、図に沿っ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
ック図を示している。

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
ようになっている。

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はディジタルリレ
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の基本波を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回に達した場合に零相電圧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
のロック指令(「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条件下でリレーロッ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
ローチャートを参照しつつ更に詳述する。

このフローチャ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、まずステップＳ１ではリレー
ロッ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秒のオフディ
レー動作を行なわせるため、後述のステップＳ17へと移
行する。解除フラグがない場合、ステップ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ップ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、ステップＳ２にて負波と判定されれ
ば、ステップＳ10において負波側のカウント値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、ステップＳ４でロックフラ
グの有無が判定される。このロックフラグがないとする
と、次のステップＳ５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、ロック指令を出力することなくステップＳ９
においてプラスＯＮフラグをリセットして終了する。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、次のステップＳ６においてプラスＯ
Ｎフラグをセットし、負波側でもカウント値Ｍが９を超
えたか否かのステップＳ７での判定結果(すなわちマイ
ナスＯＮフラグのセットの有無)に従う。

一方、ステップＳ10からステップＳ11を経て、負波側で
もカウント値Ｍが９を超えた場合には、ステップＳ12で
マイナスＯＮフラグがセットされてステップＳ13に移行
し、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フラグがステップＳ14にてリセットされ、終
了する。

そして前記ステップＳ13において、プラスＯＮフラグが
あればステップＳ８に移行し、地絡方向リレー２のロッ
クフラグがセットされ、同時にオフディレー用のカウン
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のロック指令が出力さ
れ、地絡方向リレー２は強制的にロックされる。また、
ステップＳ13においてプラスＯＮフラグがなければステ
ップＳ９に移行し、プラスＯＮフラグをリセットして終
了する。

一方、先のステップＳ７ではマイナスＯＮフラグのセッ
トの有無につき判断されており、これがある場合には同
じくステップＳ８の処理、ない場合にはステップＳ９の
処理が実行される。

すなわち、この実施例においては、零相電圧の正波およ
び負波の双方を対象として周波数の監視を行うようにな
っている。

また、以後のサイクルで、ステップＳ４ではロックフラ
グあり判定され、ステップＳ15に移行する。このステッ
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)以上になったか否かが
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50H
zに向かって回復しているため、次のステップＳ16で解
除フラグをセットし、ステップＳ17でオフディレーのカ
ウント値ｐに１を加算する。ステップＳ12において、カ
ウント値Ｐが８より大きければステップＳ20でカウント
値ｐをクリアする。

次いで、ステップＳ18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
していってそのカウント値ｐが600になれば１秒が経過
するため、このオフディレー時間の経過を待って次のス
テップＳ19に進む。このステップＳ19では、ロックフラ
グおよび解除フラグをリセットすると共に、オフディレ
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のリレーロック指令は解除される。

よっ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。

なお、ステップＳ16において解除フラグがセットされる
と、以後のサイクルではステップＳ１の判断結果が肯定
され、直ちにステップＳ17へと移行することになる。

この実施例では周波数の復帰後も１秒間は地絡方向リレ
ー２をロックし続けるため、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33.3m
s、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を確実にロックすることができるものである。

（発明の効果） 以上詳述したように本発明によれば、周波数検出リレー
を組み合わせ、地絡事故回復時の低周波減衰振動を零相
電圧の正負波双方にわたって検出して健全回線の地絡方
向リレーをロックするものであるから、従来のように動
作時間を遅延させることなく健全回線の地絡方向リレー
の誤動作を確実に防止することができ、地絡方向リレー
の高性能化を図って他の保護リレーとの間で地絡保護協
調の余裕度を高め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ェアにて実現可能
であるから、従来の地絡保護リレー方式に特別のハード
ウェアを付加する必要がなく、極めて経済的である。

零相電圧の低周波減衰振動の周波数を検出する方式であ
るため、系統の充電容量などによって減衰振動の減衰時
間が異なる場合でも対応でき、タイマにより一定の時限
を設定してロックするような方式に比べ、地絡方向リレ
ーの誤動作を高精度に防止することができる。また、地
絡方向リレーの出力をロックした後に事故が再発した場
合に事故の検出漏れがなく、盲点期間がない。

【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ック図、第２
図は周波数検出リレーの機能を示すフローチャート、第
３図は地絡方向リレーのブロック図、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)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非接地式配電系統の零相電圧と零相電流と
   の位相差を検出して零相電流の方向を判定し、地絡方向
   リレーの動作出力を得る地絡保護リレー方式において、 地絡事故復旧後の前記零相電圧の低周波振動の周波数を
   その正負波にわたって周波数検出リレーにより検出し、
   前記低周波振動の周波数が正負波双方について一定値以
   下である場合に健全回線に設置された地絡方向リレーの
   動作出力をロックすることを特徴とする地絡保護リレー
   方式。