JPS5937652B2 - 差動保護継電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は被保護系統が母線、送電線等において各端子
電流を互に他の全端子に伝送して潮流に影響されずに確
実に差動保護し得る差動保護継電装置、特にその異常検
出方式に関するものである。

近年、需要電力増大の必要から超高王送電線を３端子系
とすることが多いが、重潮流及び３端子系であるが故に
、従来の汎用保護継電方式である方向比較搬送保護継電
方式、あるいは位相比較搬送保護継電方式では、その保
護能力多こ限痒がある。

このため、いかなる系統条件にあっても確実な保護能力
を発揮する電流差動搬送保護方式の適用が注目されてい
る。

周知の如く電流差動方式を各端子間が互に離れている送
電線保護等に適用する場合、各端子の電流を互に他の全
端子に伝送することが必要で、電力線搬送、マイクロ回
線等の手段によっている。

従って、一口に電流差動といっても電流を変調して伝送
に適したものにする変調回路、伝送路、伝送された波形
を受信して元の波形を再現させる復調回路等非常に複雑
かつ多数の回路が途中に挿入されているので、このうち
のどの部分に不具合が発生しても忠実な電流波形の再現
ができず、又、伝送路は一般に空中にさらされているの
で、雑音等の侵入による外乱の影響をもろに受け、差動
保護を実施する上で誤判定する可能性がでてくる。

この発明は伝送路等の異常による保護継電器の誤判定を
防止するためのもので、電流信号の伝送時に無変調の一
定周波数（以下パイロット信号と呼ぶ）を伝送し、伝送
後におけるパイロット信号の周波数変化の大きさとその
継続時間によって異常の大小を判定し、差動保護に影響
の現われない異常に対しては保護継電器をロックしない
ようにした差動保護継電装置を得ることを目的としてい
る。

説明の都合上、従来の異常検出方式、本発明による異常
検出方式の実施例のいずれも２端子系送電線に差動保護
継電装置を適用した場合で、伝送方式は周波数変調（以
下ＦＭ変調と呼ぶ）で伝送路に雑音が侵入した場合につ
いて説明する。

第１図はＡ端、Ｂ端の２端子系送電線保護に適用された
ＦＭ変調方式による差動保護の回路構成を説明するため
のもので、１，１１は遮断器（以下ＣＢと称す）、２，
１２はＣＴ、３，１３はＣＴ２次電流を処理し易くする
ため電圧に変換する電流−電圧変換器（以下Ｉ−Ｖ変換
器と称す）、４．１４は電圧の瞬時値を伝送のため周波
数の大小に変換する電圧−周波数変換器（以下Ｖ−Ｆ変
換器と称す）、５，１５は送信部で、互に他の端子にＦ
Ｍ変調されに信号を伝送するもの、６゜１６は受信部で
、互に他の端子からの信号を受信するためのもの、７，
１７は受信周波数の大小を電圧の瞬時値に変換する周波
数−電圧変換器（以下Ｆ−Ｖ変換器と称す）である。

８と１８は前記Ｉ−Ｖ変換器３，１３の電圧値と、前記
Ｆ−Ｖ変換器７，１７の電圧値とを入力として差動保護
を行なう差動保護回路であり、この差動保護回路の判定
によって、系統事故がＡ端、Ｂ端の区間内に発生したと
き、出力を出し、それぞれＣＢＩと１１に指令を出し、
送電を停止するように構成される。

第２図、第３図は、第１図の動作説明図で、第２図は系
統の外部事故Ｘ、第３図は内部事故Ｙに対して差動保護
する原理を説明したものである。

第１図において、外部事故がＸ点で発生したとすれば、
ＣＴ１．１１を流れる事故電流は互に逆極性となり貫通
する電流となる。

第２図ａは、この電流を示したもので、Ａ端、Ｂ端で逆
位相になっている。

ｂはＩ−Ｖ変換器３゜１３の出力であり、この出力によ
り、Ｃに示すようにＦＭ変調された出力がＶ−Ｆ変換器
４，１４から得られる。

すなわち、波形の大きい時は周波散大とし、波形の小さ
い時は周波数小と制御される。

このＦＭ変調された波をｄに示すように互に送受信して
ｅに示すようにＦ−■変換器７，１７で復調して電圧に
もどす。

ｆ２ｇは差動保護回路８゜１８の内部状態を示したもの
で、ｆはｂとｅを力目算したもので動作力を形成し、ｇ
はｂとｅを加算したもので抑制力を形成する。

従って第２図ではＡ端、Ｂ端とも動作力が零で、抑制力
のみが存在するので、差動保護回路から出力が出ない。

このため、ＣＢの開放は行なわれないことになる。

第３図は、第１図において、内部事故がＹ点で発生した
ときの説明図で、Ｂ端の事故電流は明らかにＸ点事故と
逆方向になる。

従って、第３図では第２図と比べて、Ｂ端のａ、ｂ、ｃ
、Ａ端のｄ。

ｅが逆位相になることによって、差動保護回路の動作力
はｂとｅの加算で出力が出てｆとなり、抑制力はｂとｅ
の減算でｇに示すように出力が無くなる。

従って、第３図では、Ａ端、Ｂ端とも動作力のみ存在し
て、抑制力が零となるから、差動保護回路から出力が出
て、両端のＣＢ１，１１が開放されることになる。

第１図は、単線図にて原理構成を説明したが、系統を差
動保護する場合、各相部に両端電流の比較を行なうため
、第４図の構成となる。

この第４図は差動保護継電器の従来の構成を示したもの
で、Ａ端からＢ端に電流を伝送する場合について示した
ものであり、Ｂ端からＡ端に伝送する場合も同様である
。

先づＡ端で、２３〜２ｃはＣＴで２次電流を３ａ〜３ｃ
で示すＩ−Ｖ変換器りこ流して電圧を、得て、４ａ〜４
ｃのＶ−Ｆ変換器でＦＭ変調する。

これら各相の出力を送信機５３〜５ｃでＢ端に伝送する
。

Ｂ端では、この伝送を１６ａ〜１６ｃの受信機で受けて
、１７ａ〜１７ＣのＦ−Ｖ変換器で復調して、差動保護
回路１８２〜１８Ｃの一方の入力とし、Ｂ端の電流から
得られた電圧Ｖａ’、Ｖｂ’。

Ｖｃ’を他方の入力として差動保護を行なう。

この差動保護回路の出力信号は、系統事故が内部であれ
ばインヒビット回路２２を経て、Ｂ端ＣＢ（図示せず）
に送られ、ＣＢが開放される。

今、伝送路に雑音が侵入したとすれば、Ｂ端では信号が
誤って伝えられたことになり、Ｆ−Ｖ変換器１７ａ〜１
７Ｃの全部又は一部が誤出力となり、差動保護回路１８
ａ〜１８Ｃの全部又は一部が誤しゃ断信号を出してしま
い、系統健全時と外部事故時に問題となる。

従ってその対策として雑音が侵入したことを検出してし
ゃ断をロックすることが一般に行なわれている。

Ａ端に、一定周波数Ｆｎ（周期ｔ）の発振器２０を設置
し、送信機５ｎでＢ端に送信すれば、Ｂ端の受信機１６
ｎは一定周波数を受信している。

これをＦ−Ｖ変換器１７ｎで電圧に変換すれば、Ｖｎの
一定電圧が得られる。

しかるに雑音Ｎが伝送路に侵入すれば、受信周波数は一
定でなくなり、Ｆ−Ｖ変換器１７ｎの出力はＦ２に変化
するので、その出力を検出器２１で検出することができ
る。

従って検出器２１の出力が出ることをもって、インヒビ
ット回路２２で、差動保護回路１８２〜１８Ｃの信号を
ロックすれば、ＣＢの誤しゃ断は防止できる。

２３はノイズＮが消滅したとき、差動保護回路１８２〜
１８ｃの復帰時間との協調をとるためのオフディレータ
イマーで、時間Ｔは差動保護回路１８３〜１８ｃの復帰
時間に一定の余裕時間を７７１］えたものとして決めら
れる。

第５図は一定周波数Ｆｎに雑音が侵入したときの状態を
説明するためのものでイは周波数−電圧の変換特性を示
したもので、ＦｎのときＶｎの電圧が得られているが、
Ｆ２になるとＦ２に、ＦｌになるとＶｌになる。

口はタイムチャートで、ｄは一定周波数（周期ｔ）のも
のが、雑音Ｎが侵入して周期が密になった場合を示した
もので、Ｆ−Ｖ変換器１７ｎではｅに示す出力となる。

これを検出器２１のレベルＬＤで検出して、オフディレ
ータイマ２３により復帰時間Ｔを加えた出力りを得るこ
とができる。

従ってｈに示した信号で、前述のインヒビット回路２２
を制限するようにしていた。

従来の雑音検出方式は雑音検出相にパイロット信号を乗
せて送り、受信側でこれを復調し一定の電圧を得て、雑
音が侵入したときには復調した電圧が変化することを利
用して検出していた。

このような伝送路雑音の侵入に対する異常検出方法であ
れば、前述したように系統健全時とか、外部事故時に異
常検出が動作して、差動保護回路をロックしても、保護
上、問題は無い。

しかし、雑音が侵入する毎に差動保護回路にロックがか
かると内部事故時と異常検出動作とが重さなって発生し
た場合は、しゃ断器トリップ不能となり、保護が出来な
かったり、トリップ時間が大幅に遅くなる不具合がある
。

ところで、伝送路に対する雑音等の発生状況を観測する
と、雑音の発生している時間は、数ｍｓ以下の場合が多
く、差動保護回路が動作するまでに雑音が消滅してしま
えば、わざわざ差動保護回路にかける必要が無い。

これはロックがかかると、少なくともオフディレータイ
マー２３の時間Ｔだけは、保護不能になることから考え
て合理的と言える。

この発明は、上記のような従来のもののパイロット信号
の異常によって常時ロックがかかる欠点を除去すること
を目的になされたもので、伝送後におけるパイロット信
号の周波数変化の大きさとその継続時間によって異常検
出を判断することにより、無駄なロックがかかつて保護
ができない状態を少なくすることができる差動保護継電
装置を提供する。

第６図は、本発明の一実施例を示す回路構成図で、第７
図、第８図はその動作を説明する図である。

第６図は第４図における雑音検出相の受信側ンこ適用す
るもので、２１Ｌは入力電圧がパイロット信号の一定周
波数Ｆｎ（周期ｔ）より高い第１の周波数に基づく検出
レベルＬＤ、以上の時出力する検出器、２１Ｈは入力電
圧が上記第１の周波数より高い第２の周波数に基づく検
出レベルＬＤ２（＞ＬＤｌ）以上の時出力する検出器、
２４は入力が時間Ｔ１以上継続すると出力するオンディ
レータイマ、２５はＯＲ回路であり、その出力はオフデ
ィレータイマ２３を経て、インヒビット回路２２へ接続
され差動保護回路（図示せず）からのＣＢ ｌ−ＩＪツ
ブ信号を制御する。

次に動作を説明すると、第７図においてｄは一定周波数
（周期ｔ）のものに、短時間で多量の雑音Ｎ、と多量で
はないが長時間に渡る雑音Ｎ２が侵入して周期が密にな
った状態を示したもので、Ｆ−Ｖ変換器１７ｎでは入力
周波数に応じてｅに示す出力となる。

これらの雑音に対して、Ｎ１は短時間ではあるが強力で
あるためＦ−Ｖ変換器１γａ〜１７Ｃからの各相電流信
号は実際値よりかなり大きな電流誤信号となり、差動保
護回路１８８〜１８ｃを誤動作に至らしめるので、この
雑音Ｎ１発生時には差動保護回路を一時的にロックする
必要がある。

又、Ｎ２は差動保護回路が誤動作する程度の長時間（こ
の時間をＴ１以上とする）に及ぶため、この雑音Ｎ２発
生時にも差動保護回路をロックする必要がある。

従って、雑音がＮ１の時はその継続時間がＴ１以下であ
っても、大きさが検出レベルＬＤ２を越えるので検出器
２１Ｈは作動しｈで示す出力を発生する。

この出力はＯＲ回路２５を経てオフディレータイマ２３
で時間Ｔだけ引き伸ばされｉに示す信号となり、インヒ
ビット回路２２を介して差動保護回路１８２〜１８Ｃか
らのＣＢトリップ信号をロックする。

又、雑音がＮ２の時は大きさが検出レベルＬＤ２は越え
ないが、検出レベルＬＤ１を越えるので検出器２１ Ｌ
は作動しＪで示す出力を発生する。

この時、検出器２１Ｌの出力継続時間はＴ１以上となる
ためオンディレータイマ２４は時間Ｔ、経過後、ｋに示
す出力を発生する。

この出力はＯＲ回路２５を経て、オフディレータイマ２
３で時間Ｔだけ引き伸ばされ１に示す信号となり、イン
ヒビット回路２２を介して差動保護回路１８ａ〜１８Ｃ
からのＣＢトリップ信号をロックする。

次に、差動保護に影響が現われないような雑音Ｎ３１
Ｎ４が伝送路に侵入した場合を第８図に示す。

ｄは一定周波数（周期ｔ）のものに、差動保護回路の誤
差になる程度だが短時間で消滅する雑音Ｎ３と、長時間
だが差動保護回路の誤差にならない雑音Ｎ４が侵入して
周期が密になった状態を示したもので、Ｆ−Ｖ変換器１
７ｎでは入力周波数に応じてｅに示す出力となる。

ところが、雑音Ｎ３は大きさが検出レベルＬＤ。

を越えるものであっても、その継続時間がＴ１以下であ
るため、検出器２１Ｌはｊに示す出力を発生するが、オ
ンディレータイマ２４は動作せず、差動保護回路のロッ
クはかからない。

又、雑音Ｎ４は時間Ｔ１以上継続するが、その大きさが
検出レベルＬＤ１を越えないため検出器２１Ｌは動作せ
ず、差動保護回路のロックはかからない。

つまり、オンディレータイマ２４の時間Ｔ１ を差動保
護回路の動作時間以内に設定しておけば、雑音がＮ３の
ような場合、即ち差動保護回路の誤差になる程度の大き
さでも、田ツクがかからなくすることができる。

第９図は本発明の他の実施例を示す回路構成図で、第１
０図、第１１図はその動作説明を示す図である。

第９図において、２ａはトランジスタ２６、コンデンサ
２７、抵抗２３から成る充放電回路、３０Ｈは入力電圧
がパイロット信号の一定周波数（周期ｔ）より高い第１
の周波数に基づく検出レベルＬＤ３以下のとき出力する
検出器、３０Ｌは入力電圧が上記第１の周波数より高い
第２の周波数に基づく検出レベルＬ Ｄ４ （＜ Ｌ
Ｄ３）以下の時出力する検出器である。

又、第１０図、第１１図における雑音Ｎ１ ｔ Ｎ２
、Ｎ３ 、Ｎ４は第７図、第８図における雑音と同一の
雑音を示す。

さて、充放電回路２ａは受信機１６ｎからｄに示す信号
を入力とすると、信号がないときコンデンサ２γは抵抗
２８を通って充電され、信号があるときはトランジスタ
２６が導通状態となりコンデンサ２７は放電する。

このコンデンサ２γの電圧Ｖｃが検出レベルＬ Ｄ３
、ＬＤ４以下であれば出力を出す検出器３０Ｈ，３０Ｌ
に与えられる。

そして、検出器３０Ｈはオンディレータイマー２４に接
続され、検出器３０ Ｌの出力とＯＲ回路２５で結合さ
れ、それ以降は第６図と同じである。

第１０図のｄは第７図のｄと全く同様であり、ｅはｄに
信号があるとき、瞬間にＯになり、信号がなくなれば、
一定の時定数で増加する＼ｌｃを示したものである。

雑音がＮ、のときパイ田ント信号の周波数は一定周波数
より高い第２の周波数以上となって周期は短くなるので
Ｖｃは非常に小さくなり、検出レベルＬＤ４以下である
ため、第９図の検出器３０Ｌで検出されｈの出力となる
。

又、雑音がＮ２のときパイロット信号の周波数は一定周
波数より高い第１の周波数以上（第２の周波数以下）と
なるのでＶｃはやや大きく、ＬＤ４以上ＬＤ３以下とな
り、ｊに示すように検出器３０Ｈで検出され、第９図の
オンディレータイマー２４の時間Ｔ１より長ければ検出
されｋの出力となる。

従って、この雑音Ｎ１．Ｎ２のような場合は、それぞれ
オフディレータイマー２３の時間Ｔだけ引き伸ばされた
長さの信号がｉ、ｌに示すように得られ、これが差動保
護回路のロック信号となる。

第１１図のｄは第８図のｄと全く同様であり、ｅに示す
ように雑音がＮ３の時はＶｃはレベルＬＤ４を越え、Ｌ
Ｄ３以下であるので検出器３０Ｈはｊに示す出力を発生
するが、継続時間が第９図のオンディレータイマー２４
の時間Ｔ１ より短いので、差動保護回路をロックする
に至らない。

又、雑音Ｎ４についてはいくら長く継続しても差動保護
回路は誤出力を出さない値なので、検出器３０Ｈ，３０
Ｌは動作しない。

なお、前記実施例においては、２端子系について述べた
が３端子以上の多端子系であってもよく、また、ＦＭ変
調に限らず、他の変調方式であっても全く同様に実施で
きる。

また、前記実施例においては、一定周波数を送受信して
その乱れを検出して雑音検出するとじて説明したが、雑
音の大きさと継続時間が判定できるものであれば、他の
いかなる雑音検出方法であっても同様に実施できる。

このように、この発明によれば、電流信号の伝送時にパ
イロット信号を伝送し、伝送後におけるパイロット信号
の周波数変化の大きさとその継続時間でもって伝送手段
の異常検出の判断をするように構成したので、無駄なロ
ックがかかつて保護ができない状態を少くすることがで
きる差動保護継電装置が得られる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は２端子系送電線の差動保護の回路構成図で、第
２図、第３図はその動作説明図、第４図は従来の差動保
護継電装置を示す回路構成図、第５図は従来の雑音検出
方法を説明する図、第６図は本発明の一実施例を説明す
る回路構成図、第７図、第８図はその動作説明図、第９
図は本発明の他の実施例を説明する回路構成図で、第１
０図、第１１図はその動作説明図であり、図において、
１ａ〜１ＣはＣＢ、２ａ〜２ｃはＣＴ、３ａ〜３ｃはＩ
−Ｖ変換器、４ａ〜４ｃはＶ−、Ｆ変換器、５ａ〜５ｃ
、５ｎは送信機、１６ａ〜１６Ｃ２１６ｎは受信機、１
γａ〜１γｃ、ｌγｎはＦ−■変換器、１８ａ〜１８Ｃ
は差動保護回路、２０は発振器、２１Ｌ、２１Ｈは検出
器、２２はインヒビット回路、２３はオフディレータイ
マー、２４はオンディレータイマー、２５はＯＲ回路、
２６はトランジスタ、２１はコンデンサ、２８は抵抗、
２９は充放電回路、３０Ｌ、３０Ｈは検出器である。 尚、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 保護区間を形成する各端子の電流信号を変調して他
   の全端子へ伝送し伝送先端子で復調後に各端子毎に差動
   保護するものにおいて、上記電流信号の伝送時に無変調
   の一定周波数信号を伝送する手段と、この手段により伝
   送後の信号の周波数が上記一定周波数より高い第１の周
   波数以上で且つ所定時間以上継続した時、又は上記第１
   の周波数より高い第２の周波数以上の時に出力する検出
   手段と、伝送元端子の上記電流信号と伝送先端子の当該
   端子電流信号との差動に基づき応動する継覗器の出力を
   上記検出手段の出力によりロックする手段とを備えた差
   動保護継電装置。 ２ 検出手段は受信周波数に応じた電圧を導出する周波
   数−電圧変換器と、この周波数−電圧変換器の出力が上
   記第１の周波数に対応する電圧レベル以上の時出力する
   第１のレベル検出器と、上記周波数−電圧変換器の出力
   が上記第２の周波数に対応する電圧レベル以上の時出力
   する第２のレベル検出器と、上記第１のレベル検出器の
   出力が所定時間以上継続すると出力するオンディレータ
   イマと、このオンディレータイマと上記第２のレベル検
   出器の各出力を入力とするＯＲ回路とを備えたことを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の差動保護継電装置
   。 ３ 検出手段は受信周波数の周期に応じてオンオフする
   トランジスタと、このトランジスタに応動して充放電を
   繰り返すコンデンサと、このコンデンサの電圧が上記第
   １の周波数に対応する電圧レベル以下の時出力する第１
   のレベル検出器と、上記コンデンサの電圧が上記第２の
   周波数に対応する電圧レベル以下の時出力する第２のレ
   ベル検出器と、上記第１のレベル検出器の出力が所定時
   間以上継続すると出力するオンディレータイマと、この
   オンディレータイマと上記第２のレベル検出器の各出力
   を入力とするＯＲ回路とを備、えたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の差動保護継電装置。