JPS58175923A - 電流差動保護継電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、電流、差動保護継電装置、特に故障電流によ
る変流器の飽和に拘らず内外故障を弁別し得る電流差動
保護継電装置に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

送電線の大規模化に伴ない、多端子送電線系統が増加し
、その保護も複雑になってきている。このため所定の区
間内外部の事故識別能力が最も高い差動原理を適用し要
電流差動保護方式を多端子送電線保護に適用しようとす
る傾向が近年盛んに強くなって酉でいる。以下第１図に
よって差動保護原理を説明する。即ち、この方式は、各
端子Ａ。

Ｂ、Ｃの電流変成器ＣＴＩを介して得られる１１Ｒｉム
、１１．イＣのベクトル和の絶対値１ｉム＋ｉｍ＋ｊｃ
ｌを動作量とし、前記電流ｉム＋’ｌ＋’Ｃ’Ｄ各々の
スカラー和１ｓムｌ＋１ｓｉｌ＋１ｊｃｌに定数Ｒ′ｔ
−乗じた１ｔ−抑制量として、動作量と抑制量の差が一
定の値に以上あるか否かにより動作判定し、各端子Ａ、
Ｂ。

Ｃ内外部の事故か否かを識別するものである。これを動
作式で表わすと下式のようになる。

ｌｓム＋ｓｍ＋ｉｃｌ　　Ｒ（＋’ＡＩ刊ｉｓ　ｌ＋ｌ
　＜ｃｌ　）≧Ｋ　・（１）〔背景技術の問題点〕 （１）式は単純な差動電流分のみを検出するものでなく
、左辺の２項の抑制量を付加することによって区間外部
事故の種々の誤差による誤動作を避け、且つ高感度な故
障検出能力を得るための一般的な手法である。例えば第
２図に示すように外部事故時に過大な事故電流分ｊｐが
Ｃ！子に集中して流出し、電流変成器ＣＴＩが飽和し一
七なってしまう。

且つその時ム、Ｂ端子の流入電ａ（ム、−１はＡ。

Ｂ端子の電流変成器ＣＴＩが飽和しない場合は、Ｃ端子
で生じた電ａｆ成器ＣＴの飽和による誤差分がそのまま
差動電流分になってしまい、飽和度合によっては誤動作
に至ってしまう可能性が生じる。

この場合、（１）式の第２項目を比較的大きく、即ち、
Ｒを大きくしておけば前記誤動作は防止できる。

しかし第３図に示すように、並行２回線送電線の隣回線
２Ｌ＠ＯＦ点での内部事故時に、Ｃ端子の２Ｌ側は流出
端子となり、前記電流変成器ＣＴＩの誤差がなくとも（
１）式の左辺第１項目の動作量と第２項目の抑制量の比
が接近し外部事故との識別能力が低下してくる可能性が
生じる。

この場合は（１）式の左辺第２項目の定数８を過大に大
きくすると内部事故でありながら動作できないと云う不
具合が生じることになる。従って外部事故で動作量が、
又、内部事故で抑制量が発生しても高感度に区間内外部
の事故１に識別する必要があシ、前記（１）式の定数Ｒ
，Ｋを適切に選ぶ必要がある。このような状況を考慮し
て、電流が比較的小さい領域では抑制量を小さくして高
感度にし、電流が大きい領域ではＣＴ飽和等の塊々の誤
差分による影響金避ける丸め、抑制量を比較的大きくし
て低感度にした、いわゆる電流の大小によって特性を変
える方式が通常適用される。

即ち、下式のような特性としている。

Ｉｄ−ＲＩＸΣ１月≧Ｋａ１−ｔＪ□電流域−（２）Ｉ
、１−Ｒ２ＸΣ１月≧ＫＯ２・・・大電流域・・・（３
）但しＲ１＜Ｒ２、Ｋｏｌ＞Ｋｏ２ Ｉｄ　＝：ｘ目ｈ　ｆ　ｉ　ｍ　＋ｉ　ｃ　１Σ１Ｉｌ
＝ｌイｈｌ　＋Ｉ　ｓｏｌ　＋　ｌ５ｃＩ（２）　、　
（３）式で示されるＩｄ　、Σ１月は各々（１）式で説
明したようＫＡ　、　Ｂ　、　Ｃ端子の電流ｉム、ｉ冨
＋ＳＣのベクトル和目ム＋＜ｍ＋ｓｃｌ及び前記各電流
のスカラー利目Ａｌ＋１５ｍ１＋　ｌ５ｃＩである。定
ａｌ’ｈ　、　Ｒ２は各々小電流域特性、大電流域特性
の抑制量を制限する比率定数である。又、Ｋ（Ｈ＋　Ｋ
Ｏ２は小電流域特性、大電流域特性の一端流入時の電流
感度を決める定数である。即ち、第４図々示特性から明
らかなように、縦軸は動作量、横軸は抑制量であシ、小
電流域では動作域が広く、大電流域では動作域が狭くな
っていることがわかる。

第２図において示したように、Ｃ端子に集中しく５） た過大電流が流れ、電流変成器ＣＴＩが飽和した場合の
動作量と抑制量とＯ関係ｆ：第５図によって説明する。

＃Ｉｓ図（ａ）は直流飽和波形であシ、一般にＣＴの残
留磁束等の影響により事故発生から１サイクル〜２サイ
クル以降に大きな波形歪が生じる傾向にある。従って同
図（ｂ）に示される非飽和端子Ａ。

Ｂの和電ｆＬＫ比べて１サイクルから２サイクル以降に
誤差分が増大し動作量が発生してくる。飽和端子Ｃの電
流の大きさと、同図（ｄ）で表わされる非飽和端子の和
で示される抑制量は事故発生と同時に大きくなってきて
いる。更に、第５図（ｅ）　＃　（ｄ）の立上シがいづ
れも（ａ）、伽）の故障電流の立上りに対して僅かの時
間遅れがあるのは、フィルター、振幅値針算尋の応答時
間によるものである。又、第５図（・）にはＣＴ飽和誤
差分の大きさの時間変化を示している。

そして第５図（・）から下記のことがわかる。即ち、事
故発生からＣＴ飽和による波形歪の影響が現われる迄に
は１〜２サイクル景するので、抑制量が動作量よシ先に
大きくなるが、それ以降は差動電流（６） 分（誤差電流分）が大きくなる。従って小電流域特性の
比率定数の値と飽和度の関係によって誤動作に至る。

以上の動作量と抑制量との時間的関係を第６図に示す。

第６図のＡ点が常時負荷状態で′ｌ）シ、事故が発生し
てからＣＴ飽和による波形歪の影響が現われる迄はＡＭ
間の変化で表わされる。即ち、抑制量の大きさが動作量
の大きさの立上シよ）は早いことを示している。その後
、波形歪が比較的あきらかに表われて動作量が大きくな
シ、逆に抑制量が小さくなってくる。即ち、これは８０
間で表わされる。０点からは飽和度が低下して動作量が
低下し、抑制量が立上ってＤ領域に入って行く。

即ち、Ｂ−＋Ｃ−＋Ｄの動きによって０点ゾーンで誤動
作域に入ってくる可能性がある。そこで０点ゾーンを避
ける丸め比率定数を高めて抑制量を大きくすると、通常
の流出を伴なう内部事故時の検出感度を低下させてしま
う。

以上のようＫ　（２）　、　（３）式で示される動作式
で応動する電流差動保護装置が多端子保護用に適用され
、しかも成る一端子に集中して電流が流れてＣＴ飽和を
起こした場合、前記（２）　、　Ｃ３）式で示される動
作量と抑制量との時間協調がとれず、区間外部事故時に
誤動作に至る可能性が生じる。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解決することを目的としてなされ
たものでＴｏ３１、区間外の事故であるにも拘らず、集
中して故障電流が流れて生じるＣＴ誤差分が原因となっ
て誤動作することのない電流差動保護装置装置を提供す
ることを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は波形歪に原因して生ずる動作量としての差電流
に着目し、動作量として各端子からサンプリングされ九
各時刻毎のサンプリング値による最小差電流を使用し、
しかも抑制量の立下ｐに対して差電流の立上９を遅らせ
ることにより、抑制量との間の時間協調をとろうとする
ものである。

〔発明の実施例〕 以下図面を参照しつつ実施例を説明する。第７図は本発
明による電流差動保護装置装置の一実施例構成図である
。第７図において、ム、Ｂ、Ｃは各電気所であり１本実
施例でば３端子系統が示されている。なお、各端子は夫
々同一構成であるため、ム電気所についてのみ説明する
。２は各端子間にもうけられた送電線であシ、変流器１
ｔ−介して各端電流は電流差動継電器３に導入される。

電流差動継電器３に取込まれた電流は入力変換器３１に
て所定の電気量に変換され、フィルター３２を介して不
要な周波数成分の電気量を除去して得られ九電気量がサ
ンプリング・ホールド回路（８／）１回路）３３にて次
のサンプリング時迄ホールドされる。そして前記ホール
ドされた電気量をマルチゾレクサ回路（ＭＰＸ　）　３
４　を介してアナログ・デシタル変換回路（Ａ／ｌ）変
換回路）３５に導入し、これから得られた電気量である
デシタル量１ム。は伝送装置４を介してＢ、Ｃ端子に夫
々送られる。同時ＫＢ、Ｃ端子からの同時刻にサンプリ
ングされた電気量Ｓｍｍ　ｒ　５（Ｉｌｎ’ｆｒ受信し
、前記自端電気量イム１と共にデータ記憶メモリ（ＲＡ
Ｍ　）　３８に格納される。そして前記した如き格納さ
れたデ（９） 一夕を用い、後述する（４）〜（９）式に基いたアルプ
リズムに従った所定の処理内容を配憶するグロダラム・
メ篭す（ＲＯＭ）３　ｇのグロダラム命令によって中央
演算処理部（ＣＰＵ　）　３７で演算処理し、その判定
結果に基いて入出力インターフェース回路（Ｉｉ６　）
　３９　を介して出力するよう構成される。

以上の構成を有する装置において以下に示す（４）〜（
９）式が演算される。

Ｉａｍ！ｍ　　ＲｌＸ　Ｉｍｍ≧ＫＯ１・・・（４）Ｉ
ｄＭＩＮｍ　　　”２　×　Ｉ馳≧に口２　　・・・（
５）ＩｄＭＩＮｍ−ＭＩＮ（Ｉｄｍ　ｒ　Ｉ＆！１−１
　＊　Ｉｄｍ−２・・・Ｉａｎ−ｎ）　・＝　（６）１
０、−目Ｏｍｉ十目＜＞−１１＋−＋　ｌ（□ｍ−５ｌ
＋に１（ＩＩｓ□ｍｌ　−Ｉｓ□ａｘ−ｓｌｌ＋　ｌｌ
５（）ｍ−１１ｌ（□ｍ−４１１＋　ｌ　ｌ’（）ｍ−
２１ＩＱ　）。−５ｌｌ）　　＝１７）イ―＝　ｔｍ　
＋　Ｓ−＋（Ｃエ　・・・（８）Ｉｕｍ＝　Ｉｉ、Ｂ＋
　Ｉｍｍ＋　Ｉｃｍ　　”−（９）上記した（４）　＃
　（５）式は最小差電流を用いた各動作電流域での特性
式でＴｏシ、（４）式は小電流域特性、（５）式は大電
流域％性を夫々に示す。（６）式は各サンプ（１０） リング値のうちから最小差電流を検出することを意味し
、（７）式は各サンプリング値を用いて振幅値を計算す
る計算式である。なお式中にある（）は、ｄ−、Ａ　、
　Ｂ　、　Ｃが夫々入る。そして（ａ）　、　（９）式
は各端゛サンプリング電流値から動作量としての差電流
及び抑制量としての和電流を算出する式である。

更に上式において、ｍはサン！リング時系列ｔ−表わし
、且つ交流量ｔ３０°毎にサンプリングする場合を想定
している。従って時系列（ｍ）と（、−１）の差は１サ
ン！リングでＩＣ１（ｍ）が最も新しいサングリ／ダ時
刻のものであることを意味する。

第８図拡動作説明のための７０−チャートである。先ず
、ｓｔす８０１においてはデータメモリ（ＲＡＭ　）　
３６から必要とする各端子のデータ（（Ａ！、、　、　
（ム、１・・・、ｉ繍−５）、（イー、イー−１・・・
＃　’　ｌＢ−５）　＋（’Ｃ７１ｌ　ｔ　’ｃＴｎ−
１”・＊　’Ｃｍ−５）を読み出し、５ｔｏｐ　８０２
において差動電流分（’ｄｍ　＊　Ｓｄｍ−１？　’・
’Ｈ−−ｓ）を作る。

差動電流分’ｄｔｍは各端子電流５Ａｆｎｌ　ｓｌ、　
ｔ　％Ｃ工がら（８）式により作成される。Ｓｔす８０
３においては前記各Ｓｔ＊ｐ８０１，８０２で得られた
ｒ−夕刊（’Ａｍｔ　’ｌｆｎ　ｒ　Ｓｅｗ　ｔ　’ｄ
Ｊ　＊　（’ムｒｍ−１　＋　’１ｍ−Ｉ　Ｆ　４Ｃｍ
−１ｒ’ｄｍ−ｔ）　＋＋＋　（（ムｍ−５ｅ　（１ｍ
−５ｒ　ｚｃｎｎ−ｓ　ｌ　＄ｄｍ−５）から（７）式
で示される交流電気量の大きさに比ガし九量ＩＡＩ！ｌ
　＊　ｒｌ、、　ｌ　Ｉｃｍ　ｙＩｄｏｒ　ｋ作る。Ｓ
ｔす８０４においてはＳｔ＠ｐ　８０３で求めた■ムｒ
１１１１ｍｌｎｌＩｃ！ｎから（９）式によって抑制量
Ｉｌｆ１ｍを求める。更にＩｄｍについてはｍ時点以ｖ
Ｉ＃−サンプリング間必要とする九め所定のデータメモ
ＩＪ　（ＲＡＭ　）　３６に格納しておく。

Ｓｔ＠ｐ　８０５においては８ｔ＠ｐ　８０４で得られ
たし。と、Ｉｄｍの過去ｎサンプリング間の値（Ｉａｍ
−１＋・・・Ｉｄｍ−ｎ）を記憶している所定のデータ
メモリ（ＲＡＭ）３６から前記各データを読み出し、Ｉ
ｄｍと（Ｉｄｍ−１＋Ｉｄｍ−２・・’Ｉｄｍ−ｎ）の
中の最小の値ＩｄＭｆ）１Ｂを検出する。８ｔ＊ｐ８０
６ではＳｔ＠ｐ　８０５及び５ｔｏｐ　８０４で得られ
た（ＩｄＭｒａｚ　ｌ　１．、　）と定数Ｒ１＊　Ｋｏ
ｌとから（４）式が成立するか否かｔ検出する。そして
これが成立したならば５ｔｅｐ　８０７　において５ｔ
ｏｐ　８０５及び８０４で得られた（Ｉｄｍｒ箭、■−
）と定数Ｒ２。

ＫＯ２とから（５）式が成立するか否かを検出する。こ
れが成立したならば動作と判定し次に進む。Ｓｔす８０
６において（４）式が成立しなければ不動作と判定し次
の処理に進む。更Ｋ　５ｔｅｐ　８０７において（５）
式が成立しない場合も不動作と判定し次の処理に進む。

以上の処理を施すことによって前述したＣＴ飽和の影響
が顕著になってき良状態における抑制量と動作量の時間
協調不足による誤動作を防止できる。即ち、ＣＴ飽和の
影響が現われてきた時に、動作量の立上シを抑制量の立
下シよυ緩やかにすることによって誤動作に至るのを防
止できる。

第９図は抑制量と動作量との時間関係をｎを・−２メー
タとして示したものである。−１第９図の横軸は時間、
縦軸は動作量ＩｄＭＩＮｒｎ及び抑制量（Ｒ２Ｘ　Ｉｌ
、　＋　ＫＯ２）の大きさを示している。同図の抑制量
に注目すると、ある時定数によってＣＴ−差分の影響が
大きくなり抑制量が低下していることがわかる。次に動
作量に注目すると、ｎ＝ｏの■ｄＭ！Ｎｍ＝Ｉｄｍとし
た場合は’ｒｏ間だけ製作量ＩｄＭ［ｒｎが抑制量（ａ
ｚ　ｘ　ｒ馳＋ＫＯ２）より大きくなることがある。し
かしｎ　＝　３以上では動作蓋が抑制ｉｔを越えること
はなく、誤動作には至らない。又、ｎ＝２（１３） ■場合は１２間だけ誤動作期間があるが、’ｒｏよりは
るかに小さくなっている。即ち、動作量と抑制量の時間
協調不揃いによる誤動作を防止できることが明らかとな
った。

なお、本発明は上記し九夾施的に限定されるものではな
く、次のような方式にも適用できるものである。

電流差動継電器として／Ｊ％電流域、大電流域特性（４
）　、　（５）式の２％性を有せるもの以外に、両者の
特性の長所を加味した１％性とした場合の動作量にも適
用できる。更に本発明の対象とするＣＴ飽和時の誤動作
現象が大電流域での問題であれば下式を適用してもよい
。

Ｉｄｍ−ＲＩ　Ｘ　１．、、≧ＫＯ１”’α０”ｄＭＩ
ｌｍ−Ｒ２Ｘ　ｉ１ｍ≧ＫＯ２’・−ｕｎ即ち、大１１
ｆｌｆ、％性を示す０９式の動作量にのみＩｄｍｔ−Ｔ
ｈ用い、小電流特性は四式とするものである。又、振幅
値に対しては（７）式の代ｐ以下の代金用いてもよいこ
とは云うまでもない。

■（ト＝ΣＩｉ＜＞ｍ−誓１−・・（ロ）−０ （１４） 更に、電流差動継電器の動作式を（４）〜（９）式に限
ることなく、次式で示すように交流量の振幅値の２乗値
として本可能である。

但し、Ｒ’１　ｒ　Ｒ’２　　Ｋ’０１１　Ｋ’０２は
定数又、上記実施例では３端子構成として電力系統を説
明し九が、２端子構成又は４端子構成以上の場合にも適
用できる。この場合には前記（８）　、　（９）式に対
応する量、として を夫々演算し、これに前記した（４）　、　（５）　、
　（６）式を適用すればよい。なお（１４）式のＮは端
子数である。そして本実施例では保挿区間を送電線とし
てθ明したが、これに限定されるものではなく、例えＶ
ｉ母線、変圧器等の係挿にも適用できる。更に、以上の
説明では抑制量Ｉ１．ｌ！ｌとして各端電流振幅値の夫
夫の和としたが、下式のような方法など種々考えられる
。

Ｉ　１ｍ　＝ＭＡＸ（Ｉ（１）ｍ　ｔ　Ｉ　（２）ｍ・
・・・・・・・”　（Ｎ）ｍ　）”’・・・０５）即ち
、０９式は各端電流振幅値工（）ｍの最大端子電流振幅
値を抑制量ＩＲ１ｎとするものである。

〔発明の効果〕 以上説明した如く、本発明によれば動作量として各端子
による最小差電流を使用し、抑制量の立下りに対して動
作量の立上シを遅らせることにより、抑制量と動作量と
の時間協調をとるよう構成したので、区間外部故障時に
一端子に集中して電流が流れてＣＴ飽和となっても誤動
作することのない電流差動保睦継電装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電流差動継電装置の一般的な原理を説明する図
、第２図は外部故障時に１端子に来申して電流が流れる
様子を説明する図、第３囚は内部故障時に電流が流出す
る端子が生ずる場合を説明する図、第４図は電流差動継
電器の小を流域特性と大電流域特性の一般的説明を行な
うための図、第５図はＣＴの直流飽和波形と各端子の電
流振幅値と差動電流分の振幅値の時間的関係を説明する
図、第６図はＣＴＵ和時における動作量と抑制量との関
係を概念的に示す図、第７図は本発明による電流差動継
電装置の一冥施例構成図、第８図は動作説明のためのフ
ローチャート、第９図は動作量と抑制量との時間協調を
説明する図である。 １・・・電流変成器、２・・・送電線、３・・・電流差
勤続電器、３１・・・入力羨換器、３２・・・フィルタ
、３３・・・サンプリングホールド回路、３４・・・マ
ルチブレフサ、３５・・・アナログ／デジタル変換回路
、３６・・・データ・メモリ、３７・・・中央演算処理
部、３８・・・プログラム・メモリ、３９・・・入出力
インターフェース回路、４・・・伝送装置。 特許用　願人　東京芝浦電気株式会社 代理人　弁理士　石　　井　紀　男 （１７） 帛５図 篤６図 帛８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の各端子電流値を同一時刻、一定周期を
   もってサンプリングすることによυサンプリングデータ
   を検出するサンブリング回路と、前記サンプリングデー
   タをｒ′ゾタルデータに変換するアナログ／デジタル変
   換回路と、前記デジタルデータを用いて所定の演算を行
   なう演算回路と、デシタルデータ及び演算結果を記憶す
   る記憶回路とをそなえた電流差動保護継電装置において
   、各端子電流によるサンプリング値から導出されかつ電
   流のベクトル和に比例する動作量を算出する第１の手段
   と、各端子電流によるサンプリング値から導出されかつ
   電流のスカラー和に比例する抑制量を算出する第２の手
   段と、前記第１の手段からの演算結果を記憶する第３の
   手段と、前記第１の手段による演算結果及び第３の手段
   によシ記憶された演算結果中から最小の値を検出する第
   ４の手段と、前記第４の手段による出力を動作量とし、
   第２の手段による出力を抑制量として動作判定をする第
   ５の手段とからなることを特許とする電流差動保護継電
   装置、
2. （２）動作量及び抑制量の夫々を交流量の振幅値の２乗
   としたことｔ−特徴とする特許請求の範囲第１璃記載の
   電流差動保護継電装置。