JPS5842692B2 - 保護継電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力系統の電流、電圧をアナログ−ディジタル
変換して得られるディジタル符号化されたデータにより
電力系統の保護を行なう保護継電装置に関するものであ
る。

電力系統の変圧器保護継電器として従来から比率差動継
電器が用いられているが、変圧器が無励磁から急激に全
電圧で励磁されると鉄心の非直線性磁気特性に基く大き
な励磁突入電流（以下インラッシュと称する）が流れ、
前記比率差動継電器を誤動作に至らしめる恐れがある。

このインラッシュ対策としては種々の方式が用いられて
いる。

例えば半波整流方式と呼ばれるものはインラッシュ波形
が一方向にのみ偏位していることに注目したものであり
、以下第１図により半波整流方式によるインラッシュ対
策について述べる。

すなわち、第１図に示すように先ず入力電気量は正波整
流要素１０、負波整流要素１１（共に半波整流回路で構
成）により正波、負波成分に分離され、正波検出要素１
２、負波検出要素１３によりそれぞれの半波の波高値が
設定値以上かどうかを検出し、２要素の排他的論理和を
とる論理要素１４により、入力量がインラッシュか否か
を判定するもので、正波あるいは負波のいずれか一方だ
けが設定値以上であればインラッシュと判定するもので
ある。

又変圧器を保護区間に含む遠方の線路保護用距離要素、
例えば距離整定第２段以降の要素も変圧器へのインラッ
シュにより不要動作の恐れがあるため、正波、負波釜々
の距離判定結果のアンド条件によりしゃ断器の引き外し
を行なっていた。

一方、近年電力系統の電気量をアナログ−ディジタル変
換して系統の制御、保護を行なうディジタル継電装置が
開発されている。

しかるにこのようなディジタル継電装置において、イン
ラッシュ検出を行なおうとする場合、上記のような半波
整流方式により正波、負波に分＃Ｉ後ディジタル判定す
るのは適していない。

例えば２電気量ｉ、■の位相関係を見ようとした場合、
従来のアナログリレーではｉ、ｖ両波形の重な゛り自を
見れば位相関係は判定できるが、ディジタル判定を行な
う場合、例えばｉｔｖのサンプル値１ｒｒ１．ｖｍ、ｉ
ｍ−α。

ｖｍ−α（ｉｍ、ｖｍはｍ時点２におけるｉ、ｖのサン
プル値、”ｍ−αｖｖｍ二２αはｍ時点よりα時点以前
のｉ、ｖのサンプル値）を使ってｉｍｖｍ−α−ｖｍｉ
ｍ−１なる演算にてｉ、ｖの位相関係を判定するのが一
般的である。

ここで上記判定式は正弦波形を対象としたもので、ｉ
ｍ＝＝ Ｉ ｓｉｎω＊ ０ ＋ １ ｍ−（ｉ ””
Ｉ Ｓ ｌｆｌ （ωｔｏ−α）Ｖ ｍ ＝Ｖ Ｓ
Ｉ ｎ （ωｔｏ＋θ） ｖ ｖｍ−α”” Ｖ ’
ｓ ｓ ｎ （ωｔｏ＋θ−α） （但し、ｊ□：ｍ時点における時刻、ω：系統角周波数
、θ：ｉ、ｖの位相差相当の値、工：電流のピーク値、
ｖ：電圧のピーク値）とおくと、ｉｍ”ｍ−ａ−ｖｍｉ
ｍ−ａ”’ ｖ工Ｓｉｎθｓｉｎαとなり、上式におい
てαをあらかじめ定めておけば、左辺の計算で２電気量
ｉ、■の位相関係が判定できる。

つまり、ディジタル判定を行なう場合、演算対象はあく
まで正弦波形を前提としているわけで、前述のインラッ
シュ検出を正波、負波に整流した後半波の形で行なおう
とすることはディジタル判定に適さない。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもめで、そ
の目的はディジタル演算装置を用いて電力系統を保護す
るものにおいて、事故時には信頼性の高い検出を行ない
、またインラッシュ電流が流れた場合にはこれを検出す
ることにより不要動作を確実に防止することができる保
護継電装置を提供しようとするものである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第２図は本発明の一実施例を概念的にブロック図で示し
たもので、実際にはディジタル演算装置、例えばミニコ
ンピユータ、マイクロコンピュータなどにおいてプログ
ラムにより処理されるものである。

第２図に示すようにディジタル符号化された入力電流デ
ータを正波整流要素２０、負波整流要素２１に加えて正
波、負波に分離し、これらを正波用、負波用の帯域通過
フィルタ２２．２３に各別に加えて正波、負波の中から
基本周波数成分のみを取り出す。

この両帯域通過フィルタ２２゜２３から取り出された基
本周波数成分を正波用演算要素２４、負波用演算要素２
５に各別に加えてリレー判定演算を行ない、その演算結
果を論理要素２６に加えて比較し、その不一致を検出す
るようにするものである。

次に第３図ａ、ｂの波形図を参照しながら、第２図の作
用について述べる。

実際の演算は前述のようにディジタル演算によって行な
われるが、以下の説明では理解を容易にするため、アナ
ログ波形を例にあげて説明する。

第３図において、ａは系統の負荷電流状態から系統事故
により大電流となった時の波形、ｂはインラッシュ時の
波形を示すものである。

第３図ａにおいて・、１は前述の系統電流波形であり、
これは正波整流要素２０により正波のみの１ｉに示す波
形となり、それと並列に接続された負波整流要素２１に
より負波のみが１１１に示す波形としてそれぞれ取り出
される。

一般に半波整流波形はツー・リエ級数に展開すると、 １１ ２″ ｌ −＋−５ｉｎωｔ〜−Σ□ｃｏｓ２ｎωｔπ ２
π。

＝１４ｎ １（ｎは整数）となり、第３図ａのｉｉ
、 ｉ＋ｉの波形もほぼこれに準すると考えてよい。

正波、負波整流要素２０．２１の出力をそれぞれ正波用
帯域通過フィルタ要素２２、負波用帯域通過フィルタ要
素２３に通すことにより、直流分及び第２調波以上の高
調波成分はカットされ、基本枝分（上記例ではＦｉｎω
ｔ）のみが取り出される。

第３図ａのｉｖ、ｖはそれぞれ正波用フィルタ要素２２
の出力、負波用フィルタ要素２３の出力をそれぞれ示す
。

これらのフィルタ要素２２゜２３の出力を正波用、□負
波用演算要素２４．２５により正波と負波の基本枝分を
用いて個別にリレー判定演算を行なう。

□例えば過電流継電器であればサンプリング周波数６０
０Ｈ”ｚ４系統周波数５０Ｈｚとした場合、□波形のピ
ーク値■の２乗値を、”” ｉｍ”＋ ”Ｉｎ−３なる
演算により述め、この■２とあらかじめ定めた設定値Ｋ
。

′と比較することで継電器の判定出力が動作か否かを決
めるわけである。

第３図ａの波形で２波目が大きなピークになっているが
、これが設定値Ｋ。

を越えたとすると、ｉｖ、ｖを見ても判るように正波用
フィルタ要素設の出力、負波用フィルタ要素２３の出力
共に設定値を越えるわけでこの正波と負波の判定結果を
論理判定、例えばアンド条件をとり、正波、負波の判定
結果が共に設定値Ｋ。

′を越えた時出力を出すようにすれば、正波、負波個別
判定の信頼度を高めた判定を得ることができる。

上記論理要素２６はアンド条件以外にも、正波、負波の
演算結果が共に設定値Ｋｏ２を越えかつ、その不一致部
分が所定の大きさ以下で出力するという構成としてもよ
い。

、・第３図すにおいて、
１／はインラッシュ波形である。

同図ａの場合と同様に正波と負波に分離され＜ ｎ’
、 ｉｉｉ’ ） 、それぞれ帯域通過フィルタ要素２
２．２３に通したものが１ｖ′とＶ′である。

これを見れば正波用フィルタ要素２２の出力と負波用フ
ィルタ要素２３の出力とは明らかに異なった大きさを呈
していることが判る。

従って、ａと同様に正波、負波個別演算、例えばピーク
値演算を行なえば両演算出力のアンド条件は明らかに成
立しない。

このことにより、上記論理出力を正波、負波いずれか一
方の演算結果だけが設定値Ｋｏ２を越えていれば出力を
出すようにしたり、正波、負波の不一致が一定値以上で
あれば出力を出すようにしておくことによってインラッ
シュを検出することができ、インラッシュ対策保護継電
装置が実現できる。

次にインラッシュ対策保護継電装置の具体例を第４図、
第５図により訣明する。

第４図は変圧器保護用比率差動継電装置に適用したもの
である。

すなわち、第４図において、３０は送電線、３１はこの
送電線３０に設けられた被保護対象変圧器、３２はこの
変圧器３１を挾む両側の送電線３０に設けられた変流器
で、これら変流器３２は系統−次電流を取り出すための
ものである。

これら変流器３２より取り出された電流を差電流検出要
素３４に加えると共に通過電流検出要素３３に加える。

差電流検出要素３４で検出された差電流は動作量として
、また通過電流検出要素３３で検出された通過電流を抑
制量として変圧器内部事故を判定する判定要素３６に与
える。

さらにこの判定要素３６に第２図に示すインラッシュ検
出装置３５の最終出力を抑制量として加えるようにする
ものである。

これにより、変圧器へのインラッシュによる比率差動継
電装置の誤動作を防止することができる。

第５図は変圧器をその保護対象に含む距離継電装置に適
用したものである。

すなわち、第５図において、４０は母線４１に連繋され
た送電線、４２は保護範囲に含まれる送電線４０に設け
られた変圧器である。

また４３は送電線４０から系統−次電流を取り出すため
の変流器、４４は母線４１より継電器設置点における電
圧を取り出すための電圧変成器で、これら変流器４３、
電圧変成器４４から取り出された系統の電流、電圧を距
離継電器４５に加える。

この距離継電器４５は、送電線４０を保護するために所
定の整定値をもたせたものであり、さらにこの距離継電
器４５に第２図に示すインラッシュ検出装置３５の最終
出力を加えてその整定値を変えるようにしたものである
。

これは例えば正波、負波の不一致の度合いに応じた整定
値にすることで、インラッシュ時距離継電器４５が不要
動作することを避けることができる。

つまりこの論理的手段を用いて既設の変圧器保護用継電
装置の整定を変えたりするという構成とすることにより
、インラッシュ対策付変圧器保護継電装置あるいはイン
ラッシュ対策付距離継電装置が実現できる。

事故時には直流分が重畳されるのが通例であり、一方向
に編倚した波形がインラッシュと同様に一定期間続く。

しかし事故電流の時定数は最も長いものでも１００ｍ５
位であり、インラッシュのそれは１５０ｍ５以上が通例
である。

従って、事故発生後最初の１〜２サイクル期間は不動作
の状態が続くが、その後は事故波形は一方向偏位がくず
れ、事故検出が可能となる。

インラッシュ時はその期間不要動作しない、つまり正不
動作が保たれる。

上記事故時最初の１〜２サイクル期間の不動作が系統安
定上好ましくない場合には次のようにすればよい。

すなわち、第６図に示すように第２図に示す構成に大電
流を高速に検出する過電流検出要素２７を付加すればよ
い。

これに依れば、時定数の長い大きな事故電流が流れた場
合にも、この過電流検出要素２１により、事故であるこ
とを検出し、論理要素２６はトリップ指令を出す。

ここで論理要素２６は第２図の最終出力と過電流検出要
素２７の出力との論理和により出力を出すものである。

従来技術でも説明したように、ディジタル判定を行なう
場合、正弦波形を演算の対象とするため、整流方式はデ
ィジタル処理に適していない。

本実施例における整流後のフィルタ処理は整流波形の中
から基本周波数成分のみを取り出し、元の波形を再現す
ることによって正弦波形をその対象の前提とするディジ
タル演算において、正弦波にて判定でき、ディジタル処
理に適したインラッシュ検出を得ることができるため、
その効果は大きい。

次に本発明の他の実施例について述べる。

第７図は第２図と同一部分には同一記号を付して示す概
念的なブロック図で、ここでは系統の電流■、電圧Ｖを
入力とする複数人力継電装置、とりわけ距離継電装置を
例にあげて説明する。

第１図に示すようにディジタル符号化された入力電流デ
ータを正波と負波に分離する正波用、負波用整流要素２
０．２１にそれぞれ加え、その正波用、負波用整流要素
２０．２１の出力を基本周波数成分のみを取り出す正波
用、負波用フィルタ２２．２３に加える。

これら両フィルタ２２．２３の出力と、もう１つのディ
ジタル符号化されたデータとを正波用、負波用演算要素
２８．２９に加える。

正波用、負波用演算要素２８．２９は正波、負波個別に
リレー判定を行なうもので、その両演算出力を論理要素
２６に加える。

この論理要素２６では両演算要素２８．２９の出力を比
較し、その不一致を検出するものである。

次にその作用について述べる。

電力系統の負荷状態時あるいは事故時には第３図で述べ
たように正波用、負波用のフィルタ２２．２３の出力は
ほぼ同一波形を呈するわけで、これらと電圧データとを
用いて距離継電演算を行なえば、正波用、負波用演算出
力はほぼ同一となる。

従って、この時は同一演算が正波と負波個別に行なわれ
るわけで判定の２重化がはかられ信頼度が向上する。

次にインラッシュ時には第３図すを見ればわかるように
正波用、負波用フィルタ２２．２３の出力は異なってく
るわけで、これらと電圧データとを用いて距離継電演算
を行なえば、正波用、負波用演算出力に大きな不一致が
生ずる。

この不一致分があらかじめ定めた設定値より大きければ
インラッシュと判定するようにしておけば、インラッシ
ュ対策付距離継電装置が実現できる。

つまり、事故時には正波、負波で２重化のはかられた正
確な測距が可能であり、インラッシュに対しては不要動
作のない距離継電装置が実現できる。

上記説明は距離継電装置について述べたが、電流、電圧
を導入する複入力継電装置、例えば周知の方向継電装置
においても適用可能であることは上述のことからも明ら
かである。

第８図は変圧器を内部に含むように差動保護をかけるよ
うにした差動継電装置を示すものである。

第８図に示すようにディジタル符号化された入力電流デ
ータＩ、 、 Ｉ２をそれぞれ正波、負波に分離する正
波整流要素２０ａ、２０ｂ、負波整流要素２１ａ、２１
ｂにそれぞれ加え、これら整流要素２０ａ、２０ｂ、２
１ａ、２１ｂの出力を基本波成分のみを取り出す正波用
フィルタ２２ａ、２２ｂ。

負波用フィルタ２３ａ 、２３ｂにそれぞれ加える。

正波用フィルタ２２ａ、２２ｂの出力をリレー判定演算
を行なう正波用演算要素２８に加え、また負波用フィル
タ２３ａ 、２３ｂの出力をリレー判定演算を行なう負
波用演算要素２９に加える。

これら両演算要素２８．２９の出力を論理要素２７に加
える。

この論理要素２７は両演算要素２８゜２９０演算結果の
比較を行ない、リレー判定の最終出力とするものである
。

次にその作用について述べる。

ディジタル符号化された入力電流データＩ、 、 Ｉ２
を用いてディジタル判定を行なう場合、例えば ＩＩ、ＩＩ２に≧Ｋ（Ｉ Ｉｌ Ｉ＋Ｉ Ｉ２１ ）＋
Ｋ。

なる判定式にて行なうとすれば、インラッシュ時Ｉ １
．ＩＩ２１が大となり、上記判定式は成立し不要動作に
至る。

このことは前に述べた通りであるが、この実施例によれ
ばｓ ＩＩ ＋ Ｉ２は整流要素２０ａ、２０ｂ、２’
ｉａ、２１ｂにより、各々正波、負波に分離され、その
各々の基本周波成分工、十” １． 、１２＋ 、
Ｉ２−なる量がそれぞれフィルタ２２ａ 、２２ｂ 、
２３ａ 、２３ｂの出力に現われる。

これらを正波Ｊ負波個別に演算し、両演算結果の一致を
とれば、インラッシュにより不要動作のない変圧器保護
継電装置が実現できる。

つまり、 ｌ Ｉ＋＋、 Ｉ２＋ｌ ＞Ｋ （ｌ Ｉ＋＋Ｉ ＋
Ｉ Ｉ２＋Ｌ ） ＋Ｋ。

及び、ＩＩｒ ＩＩ２ １＞Ｋ（ＩＩＩ Ｉ＋ｌＩ２
１）＋Ｋ。

なる判定を正波、負波演算要素２８．２９にて行ない、
両列定式が共に成立していることを条件に出力を出すよ
うに論理要素２７にて行なえば、インラッシュで不要動
作のない差動継電装置を得る゛ことができる。

つまりインラッシュ時には正波、負波いずれか一方は殆
んどＯに近いため、正、負いずれか一方の判定式の条件
は成立しない。

ディジタル演算は基本波にて行なわれるため、ディジタ
ル処理も容易である。

又、Ｉ Ｉ＋＋＋ Ｉ２＋Ｉ とＩＩ、 ＋Ｉ、
ｌ の不一致部分の大きさに応じて他の保護継電装
置をロックしたり、抑制をかえたり、整定をかえたりす
るような抑制も可能である。

又、事故時には直流分が含有しているのが通例であり、
その減衰時定数はインラッシュのそれと比較して一般に
小さいので、系統条件に応じた時間遅れ後、事故に対す
る動作出力が得られる。

この時間遅れが無視できないような例えば変圧器保護な
どのために適用される場合には、公知のように差電流の
過電流を検出する要素を別に設けることによってピーク
値の大きな事故電流に対して高速に事故検出ができる。

以上のすべての説明は、３相のうちｌ相のみに注目して
、その電気量が一方向に偏位しているとき、インラッシ
ュと判定するものであるが、インラッシュ時の波形は、
３相とも一方向に偏位しているとは限らない。

そのため、３相への適用においてはある相が誤動作に至
る可能性がある。

しかしインラッシュ時少なくともｌ相は必らず一方向に
偏位した波形を呈するわけで、この時前述の如く、その
相の判定出力をロックすると同時に他の相の判定出力も
ロックするようにすれば、インラッシュ時には確実に誤
動作を防ぐことができる。

このように本発明によれば、事故時には正波、負波個別
の演算を行なうので、リレー判定演算の信頼度向上のた
めの２重化をはかることができ、また、インラッシュ時
には電流波形が一方の極性に偏位しているので、確実に
不要動作を防止することができる。

入力を正波、負波に分離後、各々の基本周波数成分を使
って演算することは、正弦波入力を前提として判定を行
なうディジタル演算に適したアルゴリズムを用いてイン
ラッシュ対策付保護継電装置を得ることができる。

このことはインラッシュ対策という目的のために、例え
ば距離継電装置の感度を落したり、整定をかえたりする
ことなく通常の距離演算アルゴリズムをそのまま適用で
き、かつインラッシュ時にも確実に不要動作を引き起こ
さない保護継電装置を得ることができる。

なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例のみに限定
されず、その要旨を変更しない範囲内で種々変形して実
施できることは勿論である。

以上述べたように本発明によれば、ディジタル演算装置
を用いて電力系統を保護するものにおいて、事故時には
信頼性の高い検出を行ない、またインラッシュ電流が流
れた場合には、これを検出し得る・ようにしたので、不
要動作を確実に防止することができる保護継電装置が提
供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のインラッシュ検出形保護継電装置の一例
を示すブロック構成図、第２図は本発明の一実施例を示
すブロック構成図、第３図ａ、ｂは同実施例に１おいて
、事故時とインラッシュ時の電流゛波形落び骨部の出力
波形を示す図、第４図及び第５図は同実施例を距離継電
装置及び比率差動継電装置に適用した場合をそれぞれ示
す構成説明図、第６図は第２図に過電流検出要素を付加
した場合のブロック構成図、第１図及び第８図は本発明
の他の実施例をそれぞれ示すブロック構成図である。 ２０・・・正波整流要素、２１・・・負波整流要素、２
２・・・正波用帯域通過フィルタ、２３・・・負波用帯
域通過フィルタ、２４．２８・・・正波用演算要素、２
５゜２９・・・負波用演算要素、２６・・・論理要素、
２１・・・過電流検出要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ インラッシュ電流が流れる電力系統から取り出され
   た複数の電気量をアナログ−ディジタル変換して得られ
   るディジタル符号化されたデータにより前記電力系統を
   保護する主保護継電器と、前記電力系統のディジタル符
   号化された複数の電流データのうち、少なくとも１つの
   電流データを正波、負波に分離する正波整流要素及び負
   波整流要素、この正波、負波それぞれの整流要素の出力
   から基本波成分を取り出す正波用フィルタ要素及び負波
   用フィルタ要素、この正波用、負波用それぞれのフィル
   タ要素の出力を用いて判定に必要な演算を行なう正波用
   演算要素及び負波用演算要素、この両演算要素の出力の
   アンド条件により前記電流データがインランシュ電流で
   あるか否かを判定する論理要素からなるインラッシュ検
   出装置とを備え、このインラッシュ検出装置は前記論理
   要素により前記電流データがインラッシュ電流であると
   判定されるとその判定出力を前記主保護継電器に与えて
   この主保護継電器を不動作側に制御することを特徴とす
   る保護継電装置。