JPH069429B2 - デジタル形地絡母線保護継電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高抵抗接地系電力系統の母線を保護するデジ
タル形地絡母線保護継電装置に関するもので特にケーブ
ル系統に適用するものである。

〔従来の技術〕 第４図は例えば特公昭５０−２７５７４号公報に示され
た従来の母線保護装置を示す回路図であり、図において
(1)は母線、(3-1)〜(3-n)はＣＴ、(14)はＰＴ、(15-1)
〜(15-n)は入力装置、(16)（１７）はトランス、(18)は
抵抗、(19)は整流回路、(20)は母線保護リレー、(21)は
零相電流（以下、Ｉ_ｏ又はＩ_ｏ電流と称す。）有効分差
動量導出回路、(22)はＩ_ｏ有効分抑制量導出回路、(23)
はレベル検出回路である。

次に動作について説明する。母線(1)に接続された全回
線に設置されたＣＴ(3-1)〜(3-n)残留回路よりＩ_ｏ電流
を導出し、これを入力装置(15-1)〜(15-n)に導入して、
トランス(16)で動作量、トランス(17)，抵抗(18)，整流
回路(19)で抑制量を作る。全回線の入力装置(15-1)〜(1
5-n)のトランス(16)出力はベクトル合成して差動量を
得、整流回路(19)の出力は並列接続して、各回線のＩ_ｏ
電流に比例した抑制量の内最大値を得るようにしてい
る。以上の構成により、母線(1)の外部事故時は差動量
が零又はＣＴ誤差に比例した微小量となり、抑制量は事
故電流に比例した量となる。一方母線内部事故時は、差
動量が事故電流に比例した量、抑制量は母線に流入する
各回線事故電流の内最大値に比例した量となる。母線保
護リレー(20)は比率差動原理のリレーであり、前記差動
量と抑制量を導入し、母線事故を検出するものである
が、母線(1)に接続された送電線にケーブル系がある場
合、通常の比率差動リレーでは内部事故時に確実な動作
が期待できない欠点がある。これを第５図で説明する。
母線(1)にケーブル送電線が接続され充電容量(24)が大
きい場合通常これを補償する中性点、リアクトル（以
下、ＮＧＬと称す。）(26)が設けられる。この系統で母
線(1)に一線地絡事故が発生した場合、ＣＴ(3-1)，(3-
2)には充電々流ｊＩ_Ｃが流れ、ＣＴ(3-3)には中性点抵
抗（以下、ＮＧＲと称す。）(25)の電流Ｉ_ＮとＮＧＬ(2
6)の電流−ｊＩ_Ｌの合成値Ｉ_Ｎ−ｊＩ_Ｌが流れることに
なり、第４図の整流回路(19)の出力回路に相当する第５
図の最大値抑制導出回路(27)の抑制出力Ｉ_ＲはＩ_Ｎ−ｊ
Ｉ_Ｌに比例した量となり、第４図のトランス(6)出力回
路に相当する第５図の差動量導出回路(28)の差動出力Ｉ
_ＤはＩ_Ｎ−ｊＩ_Ｌ＋２ｊＩ_ＣとなりＩ_Ｌ＝２Ｉ_Ｃの場合
Ｉ_Ｄ＝Ｉ_Ｎとなる。以上の説明でも明らかなように無効
分電流Ｉ_Ｃ，Ｉ_Ｌによる抑制量が大きくなれば比率差動
リレー(29)は母線内部事故で不動作となってしまう。以
上の無効分電流対策とし、第４図に示す従来装置では、
母線保護リレー(20)をＩ_Ｏ有効分比率差動原理としてい
る。すなわち、第４図において、入力装置(15-1)〜(15-
n)の抑制出力Ｅ_Ｒと母線(1)に接続されたＰＴの３次よ
り得た零相電圧（以下、Ｖ_Ｏ又はＶ_Ｏ電圧と称す。）を
Ｉ_Ｏ有効分抑制量導回路(22)に導入し、又差動出力Ｉ_Ｄ
とＶ_Ｏ電圧をＩ_Ｏ有効分差動量導出回路(21)に導入し、
Ｖ_Ｏ電圧と同相の抑制量Ｅ_RN及び差動量Ｅ_DNを導出し、
レベル検出回路(23)でＥ_DN−η_ＲＥ_RNＫ_Ｏ（但し
η_Ｒ，Ｋ_Ｏは定数）を判別するようにしている。

第６図に従来の他の実施例を示す。(1-1)(1-2)は母線、
(101)〜(1n)，(201)〜(2n)は断路器、(14-1)(14-2)はＰ
Ｔ(101x)〜(1nx),(201x)〜(2nx)は各々断路器(101)〜(1
n),(201)〜(2n)の補助リレー接点で動作時接点閉成す
る。(20-1)は母線１(1-1)を保護する母線保護リレー
（以下87Ａと称す）、(20-2)は母線２(1-2)を保護する
母線保護リレー（以下87Ｂと称す）であり、入力装置(1
5-1)〜(15-n)及び87Ａ(20-1),87B（２０−２）は前記第
４図と同一構成、原理である。第６図の例は二重母線を
保護する分割方式と称する周知の保護方式を示すもの
で、母線に接続される各回線が断路器(101),(201)〜(1
n)(2n)で母線１(1-1)又は母線２(1-2)に選択された状態
に合せ、入力装置(15-1)〜(15-n)の出力を接点(101x)(2
01x)〜(1nx)(2nx)で切替え87Ａ(20-1)には母線１(1-1)
に接続された全回線の入力装置出力を導入し、87Ｂ(20-
2)には母線２(1-2)に接続された全回線の入力装置出力
を導入するようにしたものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の母線保護装置は以上のように構成されているので
各回線毎の入力装置、各母線毎の母線保護リレーが必要
であり、ハードウェアー量が多く、又第６図に示す二重
母線保護では断路器補助リレー接点を多数使用する為、
接点の接触不良を生じやすく、装置内配線数も多い等の
問題点があった。

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、今后ますます発展すると思われるマイクロプ
ロセッサーを利用したデジタルリレーで従来のＩ_Ｏ有効
分電流比率差動原理をソフトウェアー処理し、特性劣化
のない高性能なリレーを得ると共に断路器切替え条件も
簡単にソフトウェアー処理できるデジタル形地絡母線保
護継電装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るデジタル形地絡母線保護継電装置はデジ
タルリレーにて各回線のＩ_Ｏ電流から有効分電流を導出
し、それの最大値又はスカラー和を抑制量｜Ｉ_Ｒ｜と
し、各回線のＩ_Ｏ電流ベクトル和の有効分を差動量｜Ｉ
_Ｄ｜として｜Ｉ_Ｄ｜−η_Ｒ｜Ｉ_Ｒ｜＞０（η_Ｒは定数）
とする第１の要素と各回線のＩ_Ｏ電流ベクトル和レベル
を判別する第２の要素とを備え第１の要素と第２の要素
のＡＮＤ条件で動作したものである。又二重母線保護に
おいては母線選択用断路器条件を前記デジタルリレーに
導入し、各回線のＩＯ電流データを断路器のON-OFF条件
で選択の上各母線単位で前記第１の要素と第２の要素演
算を実施するようにしている。

〔作用〕

この発明におけるデジタル形母線保護継電装置は各回線
のＩＯ有効分電流で比率差動演算するようにしているた
め、ケーブル系の無効分電流による不要抑制量が発生せ
ず又、二重母線保護において各回線のＣＴ２次ＩＯ電流
を断路器補助リレー接点で直接切替える事がない為、接
点数が減少し、接点接触不良が少なくなる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を示す第１図において、ＣＴ(3-1)
〜(3-n)の２次電流はキャップ付入力トランス(4-1)〜(4
-n)で電圧変換し、又ＰＴ(14)の３次電圧は入力トラン
ス(4-a)を介しデジタルリレー(5)に導入する。二重母線
の場合断路器(101)(201)…(1n)(2n)の開閉状態は、それ
の補助リレー接点(101x)(201x)…(1nx)(2nx)を介してデ
ジタルリレー(5)に導入されている。入力トランス(4-1)
〜(4-n)及び(4-a)の各２次出力は各々フィルター(6)を
介し、サンプルホールド器（以下、S／Ｈと称す。）(7)
で同一時刻、一定間隔のアナログ量瞬時値をサンプリン
グする。マルチプレクサー(8)は各S/H(7)の出力を順次
切替え、アナログデジタル変換器(9)にてアナログ量を
デジタル量に変換の上メモリー(12)に記憶させる。尚二
重母線用の断路器開閉状態はデジタル入力回路(10)より
取り込みメモリー(12)に状態を記憶させ、ＣＰＵ(13)で
電流デジタル量の選択演算を行ない、リレー演算結果の
出力はデジタル出力回路(11)で外部に出すものである。

以上の構成から成るデジタル形地絡母線保護継電装置に
おいて、演算原理を第２図に示す。第２図において、入
力Ｉ_１〜Ｉｎは各々第１図のＣＴ(3-1)〜(3-n)の２次電
流瞬時値に比例したデジタル量、入力ＶＯはＰＴ(14)の
３次ＶＯ電圧瞬時値に比例したデジタル量であり、第１
図のメモリー(12)一時記憶されている。演算処理ブロッ
ク(101)〜(108)はメモリー(12)に書き込まれているプロ
グラムに従がいＣＰＵ(13)で演算する内容を示してお
り、ブロック(101)は各回線ＣＴ２次電流のＩＯ有効分
を導出する演算ブロック、ブロック(102)は差動量Ｉ_Ｄ
を導出する演算ブロック、ブロック(103)は抑制量を導
出する演算ブロック、(104)は差動量Ｉ_ＤのＩＯ有効分
を導出する演算ブロック、ブロック(105)は比率差動判
定の演算ブロック、ブロック(106)は振幅値を計算する
ブロック、ブロック(107)は差動レベルを判定するブロ
ック、(108)は論理積演算回路である。以下演算内容の
詳細説明をする。ブロック(101)は電流データＩ_１〜Ｉ
ｎまで各電流データ毎のＩＯ有効分導出演算するもので
あり、今電流データＩｎのＩＯ有効分を導出する演算と
すれば、次のようになる。

時間ｔにおける電流データＩｎ，ＶｏデータＶｏを各々
Ｉ_nt，Ｖ_otとすれば Ｖ_ot＝Ｖ_Ｏsinωｔ ……(1)式 Ｉ_nt＝Ｉ_ｎsin（ωｔ＋θｎ） ……(2)式 但し、θｎはＶｏとＩ_ｎの位相角 又時間ｔより90゜前の電流データＩ_ｎ，ＶｏデータをＩ
_nt−90゜，Ｖ_ot−90゜とすれば Ｖ_ot−90゜＝Ｖｏsin（ωｔ−90゜） ＝Ｖｏcosωｔ ……(3)式 Ｉ_nt−90゜＝Ｉ_ｎsin（ωｔ＋θｎ−90゜） ＝Ｉ_ｎcos（ωｔ＋θｎ）……(4)式 (1)〜(4)式より Ｖ_ot・Ｉ_nt＋Ｖ_ot−90゜・Ｉ_nt−90゜ ＝Ｖｏ・Ｉ_ｎcosθｎ ……(5)式 となり時間ｔに無関係な、Ｖｏ電圧振幅値ＶｏとＩｏ電
流の有効分振幅値Ｉ_ｎcosθｎ（但しθｎはＶｏ電流と
Ｉｎ電流の位相角）の積値を得る事ができる。

次にブロック(102)は差動量導出演算であり、時間ｔの
電流データＩ_lt〜Ｉ_ntを全回線分加算演算する。今、加
算結果（差動量）をＩ_Dtとすれば ブロック(104)は差動量Ｉ_ＤのＩ_ｏ有効分導出演算であ
り、Ｉ_ｏ有効分導出の方法は前記(1)〜(5)式と同様な演
算を実施すれば良い。

Ａ＝Ｖ_ot・Ｉ_Dt＋Ｖ_ot−90゜・Ｉ_Dt−90゜ ＝Ｖ_ｏＩ_Ｄcosθ……(7)式 次にブロック(103)は抑制量導出演算で前記ブロック(10
1)で導出した各回線毎の電流データＩ_１〜Ｉ_ｎのＩ_ｏ有
効分電流に比例したＶ_ｏＩ_ｎcosθｎ（但しｎ＝１〜
ｎ）の絶対値の内最大値｜Ｂ｜を選択するもので、例え
ば二つのデータを大小比較する演算を逐次実行すれば良
い。

ブロック(105)はリレーの比率差動原理を演算するもの
で前記(7)式に表す差動量の絶対値｜Ａ｜と(8)式に表す
抑制量の絶対値｜Ｂ｜とで次の演算を実行する。

となる為｜Ａ｜−η_Ｒ｜Ｂ｜＞０はＶ_ｏ（｜Ｉ_DN｜−η
_Ｒ｜Ｖ_RN｜）＞０となり、結局｜Ｉ_DN｜−η_Ｒ｜Ｉ
_RN｜）＞０の判別を行なうことになり、Ｉ_ｏ有効分電流
による比率差動演算となる。

ブロック(106)は差動量Ｉ_Ｄの振幅値演算であり、ベク
トル演算法、面積法、等周知のものである為、ここでは
説明を省略する。ブロック(107)は差動量Ｉ_Ｄの振幅値
計算結果と動作値を決定する定数Ｋ_ｏとの比較演算であ
り、前記ブロック(105)の比率差動演算結果と差動レベ
ル判定が共に動作した時論理積演算回路(108)によるリ
レー出力を出すようにするものである。

なお、上記実施例では単母線保護用としているが、二重
母線保護用にも適用でき、この実施例を第３図に示す。
第３図は従来の例を示す第６図に相当する母線１(1-1)
及び母線２(1-2)を１台のデジタルリレーーで保護する
もので、電流Ｉ_１〜Ｉｎは第６図のＣＴ(3-1)〜(3-n)、
Ｖ_ｏ電圧データＶ_OA，Ｖ_OBは第６図のＰＴ(14-1)，(14-
2)より導入し、ＬＳON-OFFデータ(101x)〜(1nx)，(201
x)〜(2nx)は第６図の断路器(101)〜(1n)，(201)〜(2n)
のON-OFF状態を示しており、デジタルリレーへの入力は
前記第１図と同様に電流Ｉ_１〜Ｉｎは第１図の入力トラ
ンス(4-1)〜(4-n)、Ｖｏ電圧Ｖ_OA，Ｖ_OBは第１図の入力
トランス(4-a)及び図示していない母線２用入力トラン
スより導入し、ＬＳON-OFFデータ(101x)〜(1nx)，(201
x)〜(2nx)はデジタルリレー(5)のＤＩ(10)に導入する。
第３図においてブロック(109)はＬＳ選択演算ブロック
で従来の第６図に示す入力装置(15-1)〜(15-n)の２次出
力切替え回路に相当し、例えば断路器(101)がON，断路
器(201)がOFFの場合ＬＳON-OFFデータ(101x)は“１”(O
N)、(201x)は“０”(OFF)とし、電流データＩ_１は母線
１(1-1)用として抽出するように演算する。ブロック(11
0)，(111)は各々母線１(1-1)用母線２(1-2)用に選択さ
れた電流データ群を示している。ブロック(112)，(113)
は各々母線１(1-1)保護用リレー，母線２(1-2)保護用リ
レーの演算を示し従来の第６図87Ａ，87Ｂに相当するも
のでブロック(112)，(113)の演算内容は第２図と同様で
ある。又、上記実施例では第２図のブロック(103)を最
大値導入としているが、ブロック(101)の各電流Ｉｏ有
効分Ｖ_ｏＩ_ｎcosθｎの絶対値和（スカラー和抑制）と
しても同様の効果を得ることができる。さらに第２図の
ブロック(102)でデジタル演算による差動量導出として
いるが、単母線構成の場合は第１図の入力トランス(4-
1)〜(4-n)に３次コイルを設け、この出力をアナログ合
成差動としてからデジタルリレー(5)に導入してもよ
い。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によれば各回線のＩ_ｏ電流及び
母線のＶ_ｏ電圧をデジタルリレーに導入し、各回線毎の
Ｉ_ｏ有効分電流を演算し、これを抑制量に使用すること
により、無効分電流による不要抑制力がなくなり、又二
重母線保護時に必要な各回線のＩ_ｏ電流切替えも各回線
のＬＳON-OFF情報をデジタルリレーに導入し、デジタル
演算処理する事ができる為、装置内配線が簡素化でき、
接点の接触不良要因も軽減され高性能・高信頼度なもの
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による構成図、第２図は同じ
く演算原理図、第３図はこの発明の他の実施例を示す演
算原理図、第４図は従来の構成図、第５図は従来及び本
発明においてＩ_ｏ有効分電流比率差動原理が必要な理由
を説明する為の補足説明図、第６図は従来の他の構成図
である。 図において、(6)はフィルター、(7)はサンプルホールド
器、(8)はマルチプレッサー、(9)はＡ／Ｄ変換器、(10)
はデジタル入力、(12)はメモリ、(13)はマイクロプロセ
ッサ、(101)は各電流のＩ_ｏ有効分導出手段、(102)は差
動量導出手段、(103)は最大値導出手段、(104)はＩ_Ｄの
Ｉ_ｏ有効分導出手段、(105)は比率演算導出手段、(107)
は差動レベル判定手段、(108)はＡＮＤ要素である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】母線に接続された各回線に設置された変流
   器より導出した各回線の零相電流と前記母線に接続され
   た計器用変圧器より導出した零相電圧とを同一時刻、同
   一間隔でサンプリングし、デジタル量に変換する手段を
   有するデジタル形地絡母線保護継電装置において、時刻
   ｔにおける前記各回線の零相電流に比例した瞬時値デー
   タＩ_nt、時刻ｔより電気角で90゜前の時刻における前記
   各回線の零相電流に比例した瞬時値データＩ_nt−90゜、
   時刻ｔにおける前記零相電圧に比例した瞬時値データＶ
   _ot、時刻ｔより電気角で90゜前の時刻における前記零相
   電圧に比例した瞬時値データＶ_ot−90゜、を導入し、こ
   れらデータに基づいて、時刻ｔにおける差動量Ｉ_Dt＝Σ
   Ｉ_ntと時刻ｔ−90゜における差動量Ｉ_Dt−90゜＝ΣＩ_nt
   −90゜とから演算データＡ＝Ｖ_ot・Ｉ_Dt＋Ｖ_ot−90゜・
   Ｉ_Dt−90゜を演算する第１の演算手段、｜Ｖ_ot・Ｉ_nt＋
   Ｖ_ot−90゜・Ｉ_nt−90゜｜の演算データ中最大値、又は
   それぞれのスカラー和の演算データＢを演算する第２の
   演算手段、前記第１及び第２の演算手段の演算したデー
   タから｜Ａ｜−η_Ｒ｜Ｂ｜＞０（但し、η_Ｒは、定数）
   を判別する第１の要素、Ｉ_Dt ²＋（Ｉ_Dt−90゜）^２−Ｋ
   _０＞０を判別する第２の要素を備え、前記第１及び第２
   の要素が共に動作判別したとき、動作出力を発生するこ
   とを特徴とするデジタル形地絡母線保護継電装置。