JPS6218918A - 距離継電器 - 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、距離継電器、特に微分方程式に立脚する距離
測定方式を用いた距離ｇｔ器に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

最近の系統事故現象では電圧、電流の波形歪が増大し、
かつ歪成分が低次化する傾向にある。このため、従来の
定常状態のインピーダンスに着目した距離継電器では、
歪成分による測距誤差の増大及び歪を十分に除去するた
めのフィルタによる動作速度の遅延等が問題になり、適
用が困難になることが予想される。なお、この種の装置
としては、例えば特願昭５８−１４４９８８号に示され
るものが提案されている。

そしてマイクロコンビーータを使用した距離継電器の距
離測定方式として、送電線の電圧Ｖ、電流１１抵抗Ｒ、
インダクタンスＬの間に成立する微分方程式 を用いる方式が提案されているが、（１）式は系統故障
時の過渡状態においても成立するととから、波形歪に対
する距離継電器の特性を改善することが可能である。

微分方程式に立脚した距離測定方式の原理は、（１）式
よりＬ値及びＲ値を求めるものであるが、２つの未知数
を得るためには連立方程式を解く必要がある。即ち、異
なる時刻ｔ　及びｔ　において、ｍ　　　　　　　　　
ｎ ｖ　−１は電圧及び電流の時刻 　　　ｍ ｔ　における値 の関係が成立するが、考慮している時間内でＬ及びＲ値
が一定であれば、（２）式を連立方程式として解き、（
３）式の如くＬ及びＲ値が夫々求められる。

Ｉｖ−＊ｖ Ｌ：　　ｍ　　ｎ　　　　ｎ　　ｍ 周知の如く、系統故障時にはＬ及びＲ値は、故障点迄の
系統インピーダンスに応じた値になるため、（３）式の
結果により、故障点の内外部判定を行なうことができる
。

ここで電流の微分値ｊはハードウェアにて求めることが
可能であるが、ソフトウェアによって電流値から算出す
ることも可能である。

−例として電流微分値を得る近似式を（４）式に示す。

但し、Ｎ　、　Ｋｋ（ｋ＝ｏ−ＪＭ）は定数で、少なく
ともＫＯ（ＯＫ１４０ （４）式によれば、少なくとも２つの周波数において近
似誤差は零となり、かつ中間の周波数での誤差も小さく
できるので、広い周波数範囲にわたシ、近似式を用いて
Ｌ及びＲ値の算出が可能になる。

なお、（４）式では微分値Ｊ　は１サンプリング時間だ
け異なる時刻ｔｍ及びｔｍ−、の電流微分値の和として
求められるため、Ｌ及びＲ値の算出式は、下記の如く変
形される。即ち、（２）式よりここで とおくと、次の（７）式によりＬ値、Ｒ値が求められる
。

第３図は距離継電器のハードウェア構成図である。第３
図において１は保護対象である送電線、２は変成器、３
は変流器、４及び５は入力変換器、６はアナログ／ディ
ジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回路）、７は演算処理部で
ある。この場合、系統電圧は変成器２を介して導入され
、入力変換器４にて適当な電圧レベルに変換した後、前
置フィルタを経て出力Ｖを得る。同じく系統電流は変流
器３を介して導入され、入力変換器５を経て出力１を得
る。そして両出力はＡ　／　Ｄ変換回路６によって一定
間隔で同時にサンプリングされ、順次ｆイジタル量に変
換されて、マイクロコンビ為−夕よシなる演算処理部７
に入力される。

第４図は上記演算処理部７における処理内容を示す機能
！ロン２図である。第４図において、８は電流の微分演
算手段で例えば前記（４）式の如く入力電流データよシ
、電流微分量Ｊを算出する。９は電流演算手段、１０は
電圧演算手段で夫々（６）式に示した演算を行ない、電
流量工、電圧量Ｖを得る。１１は（７）式に示したＬ及
びＲ値算出式の分母値演算手段で、分母値ｕｍ＝　Ｉｍ
Ｊｎ−ＩｎＪｍを得る。

１２は（７）式のＬ値算出式のうちの分子値演算手段で
、分子値ｔｍ＝Ｉｍｖｎ−Ｉｎｖｍを得、同様に１３は
Ｒ値算出式のうちの分子値演算手段で、分子値ｒ　＝Ｖ
Ｊ　−ＶＪ　　を得る。１４はＬ値演算手段で、ｍ　　
　　　ｍｎ　　　　　　ｎｍ 前記分母値Ｕ及びＬ値の分子値ｔより除算を行ないＬ値
を算出する。１５はＲ値演算手段で、同じく前記分母値
Ｕ及びＲ値の分子値ｒより除算を行ないＲ値を算出する
。これらの算出されたＬ及びＲ値は、リレー動作判定部
１６に導入して距離リレーの特性に応じた動作判定を行
ない、その結果を出力する。

〔背景技術の問題点〕

上記した方法は、系統故障時の過渡状態においても成立
する微分方程式に立脚しているために、原理的には電流
、電圧の周波数には依存しないが、電流微分値の算出に
近似式を用いる場合には、近似精度に影響されることに
なる。しかしく４）式に示した近似式を用いれば、近似
が成立する周波数範囲において、Ｌ値、Ｒ値も精度良く
算出できるので、距離継電器の周波数特性を著しく改善
するととができる。

ここで上記した距離継電器において、電流１を下記（８
）式の如く、高調波を含有した波形で与えた場合の応動
を示す。

１＝Ｉｄｎωｔ＋ρＩ。−ｔ（Ｎ−ωを十〇）・（８）
但し、ρ：高調波含有率 Ｎ：高調波次数 θ：高調波含有位相 簡単のため、電流微分値ｊは（８）式を微分した理論値
を用いる。

ｊ＝ωＩ。・ｃｏｓωｔ＋Ｎωρ■。ｃｏ！ｌ（Ｎ・ω
を十〇）　・（９）この時、前記（６）式及び（７）式
より分母値Ｕは下式となる。

ｕｒｎ＝ＩｍＪ１−Ｘｒｎ−１Ｊｍ ＝４ω工２（可２−・自ωＴ＋ρ２Ｎ（２）−・虐Ｎω
Ｔ）２Ｇ）ＴＮωＴ　　　　（Ｎ＋１）ωＴ＋４ρ″′
ＩｏａＯＩＩ７・１丁〔（Ｎ＋ｌ）自。−（Ｎ−１）（
ωを１ｆ磨）−（Ｎ−１）血９仁ととび−（（Ｎ＋１）
（ａ＋１−ｏＴ）十〇）〕　・・・　αＯ但し、（６）
式及び（７）式において、ｎ　＝ｍ　−’　＋Ｔはサン
プリング周期 α１式より明らかな如く、分母値Ｕは電流１が単一周波
入力、即ち、ρ＝０であれば、 ｕ　＝４ω工２・ｃｏｓ２−　・ｇｌｎωＴとなり、ω
Ｔくπならば正の一定値になる。しかしながら電流１が
高調波成分を含有する場合には、分母値Ｕは変動し、高
調波次数及び含有率によっては、ＵキＯとなることがあ
る。そして理論的には分母値ＵキＯとなっても、（７）
式によって正しくＬ値、Ｒ値が求められるが、実際には
入力回路部の誤差及びディジタル量に変換することＫよ
る量子化誤差等によって、分母値Ｕ中ＯでＬ値、Ｒ値の
演算誤差が著増する場合がある。この現象は電流微分値
の導出手段の如何によらず、微分方程式に立脚し、（３
）式を基本式とした距離継電器では本質的な問題であり
、測距性能の低下を招く原因となる。又、（７）弐にお
いて電圧ｉｌＶ、電流量Ｉ、’ｌｔ流微分量Ｊを１ワー
ドデータとしたとき、分母値Ｕ及び分子値ｔｒ　ｒは２
ワードデータとなる。ソフトウェア演算において加減算
に比べ乗除算の演算負担は極端に大きく、又、データの
ワード数が増すと、負担が増大するのは周知のことであ
るが、この点で（７）式の演算負担は大きなものとなる
。

〔発明の目的〕

□　　本発明は上記問題点を解決するためになされたも
のであり、測距性能の向上と共に演算負担を軽減させた
距離継電器を提供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明では、系統の電圧量ｖ、′Ｉ！Ｌ流量１、電流微
分量ｊ、インダクタンスし、抵抗Ｒの間に成立する関係
式ｖ　＝Ｒ，＋　Ｌｊを用いて距離測定を行なう距離継
電器において、異なる時刻ｔ　及び（にｍ　　　　　　
　　　ｎ おける前記電圧量ｖ、ｖ　　、電流量ｌ　・ｌ　、電ｍ
　　　　　　ｎ　　　　　　　　　　　　　　ｍ　　　
　　　ｎ流微分量ｊｍ、ｊｎから電気量’ｍｊｎ　　’
ｎ’ｍ、ｔｍｖｎ−１ｎｖｒｎを得、更に各電気量の異
なる時刻の複数の加減算値より、先ずインダクタンスＬ
を算出し、このインダクタンス値と前記各電気量の異な
る時刻の複数の加減算値とから、抵抗Ｒを算出して距離
測定をしようとするものである。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照して実施例を説明する。第１図は本発明
による距離継電器の一実施例の機能ブロック図である。

なお、ハードウェアについては第３図と同様であるので
構成図の説明は省略する。

第１図において、１７は（７）式のＬ値算出式の分母値
Ｕの加減算手段、１８は（７）式のＬ値算出式の分子値
ｔの加減算手段である。ここで加減算手段とは加算を行
なう手段、又は符号の正負によって加算あるいは減算を
行なう手段である。本実施例においては前記加減算手段
において、各々００式の演算を行ない、加算値Ｕ　、Ｌ
ｉ得る。

１９はＬ値演算手段で、前記加算値Ｕ、Ｌを用い、次式
によりＬ値を算出する。

算手段、２１は電圧演算手段１０の出力である電圧ｉＶ
の加減算手段、２２は′ｉｌｔ流微分演算手段８の出力
である電流微分量Ｊの加減算手段で、各々下記の演算を
行なう。

Ｋ＝Ｏ ２３はＲ値演算手段で、（５）式から導出されを関係式
、 Ｒ＝（ｖｍ−ＬＪｍ　）／Ｉｍ・・・　　α荀について
、前記演算結果を用い、次式によりＲ値を算出する。

このＲ値及びＬ値演算手段１９より得られたＬ値を用い
て、リレー動作判定部１６で距離継電器の動作判定を行
なう。

本実施例によれば、以下の如く距離継電器の測距性能を
改善することができる。先ずＬ値算出式に注目し、Ｌ値
の溪値をＬｉｄｅａ□として時刻１ｒｎ　　における（
７）式の演算誤差ｅＬｍを下式で定義する。

Ｌｍ　＝　ＬＩｄｅａｌ　＋ｅＬｍ　　　”’　　”こ
の演算誤差は第４図のＬ値算出手段１４の演算誤差に相
当するもので、ｔｔｅ式の両辺に分母値ｕｍを乗すると
、次式が成立する。

ｕｍ−Ｌｍ＝ｕｍ・（Ｌｌｄ、１□＋ｅＬｒｎ）＝−・
・・　αＤ（Ｌ７）式の関係を００式の加算値りの算出
式に代入すると、 となる。よってα２式よｐＬ値は、下式で求められる。

上記した（１１式の第２項はＬ値の演算誤差ＥＬを示し
ている。−例として、α１弐においてＮ；３とし走時の
誤差ＥＬを示す。

ここで、各時刻の誤差ｅＫ、は前述の如く、分母値Ｕキ
Ｏの時には著増する場合があるが、分母値の絶対値がＩ
ｕｌ＞Ｏの時は実用上ｅＬ＊ｏと考えて良い。例えば第
四式において、時刻ｔ　において分母値ｕｎｌ中Ｏとな
夛、これに対応する誤差ｅＬｒｒＡが大きくなりた場合
を考えると、前記艶式から誤差ｅＬｒｒ１の係数はｕｍ
　／（ｕｎ１＋ｕｍ　−１＋ｕｍ−２＋”□−３）とな
る。しかるにＵ工＜（ｕｍ＋ｕｍ□１＋ｕ−−２＋ｕｍ
−，）であるから、全体としてみると誤差ｅＬｒｎの影
響は著しく緩和され、その他の誤差項ｅＬ□−１・ｅｘ
、ｍ−２・ｅＬｍ−３についても、前記したように分母
値が大きければ９Ｌ＝：＝　０のため、総合的に間代の
演算誤差ＥＬは小さくなる。

そして比較のため、（１０式の関係を用いてＬ値算出結
果を４データにわたり、単純加算平均した場合の誤差Ｆ
ＪＡｖ８を求めると、 ＥＡｖ、＝（ｅ、ｎ１＋４Ｌ、、−Ｈ３Ｌ、２＋６．、
、）／４　・＠となる。そこで時刻ｔｍにおいて誤差ｅ
Ｌｆｆｉが大きくなった場合、（財）式ではｅＬＩｎの
係数は１／４であるが、艶式のｅＬｆｆｉの係数が１／
４以下になることは上記説明から明らかであり、Ｌ値算
出誤差が改善されて測距性能の向上が図れることがわか
る。

次にＲ値算出式に注目し、上記と同様にα祷式において
Ｒ値の真値Ｒｉ、。、ｌとし、時刻ｔｒｆＩにおける演
Ｘ誤差ｅ８１１１を次式で定義する。

Ｒｒｎ”　Ｒｌｄｅａｌ　＋０ｔｍ　　・・・　（至）
（財）式の関係を０／９式に代入すると下式が求められ
る。

（至）式と前記α１式は酷似しておシ、誤差についても
同様に考えることができるので、（財）式によりＲ値演
算誤差の改善が図れることは容易に類推できる。

又、演算負担に関しても、０５式のＬ値算出式によれば
、各時系列毎の乗除算に着目すると、１ワードデータの
乗算が１回、２ワード／１ワードの除算が１回でよ＜　
、（７）式のＬ値算出式に比べて演算負担の軽減が図ら
れている。

以上は（７）弐について説明しているが、（７）式と（
３）式は等価であるから、本発明が（３）弐に対しても
適用できることは云うまでもない。

又、α２式、α９式において、Ｌ値あるいはＲ値算出の
除算を行なわずにＬ値とＬ値あるいは１値と（Ｖ−ＬＪ
）値の比を求めることにょ夛、リレー動作判定を行なう
ことも可能である。

第２図は本発明による距離継電器の他の実施例を説明す
るための機能ブロック図である。なお、第１図と同一部
分については同一符号を付して説明を省略する。

２４は（７）式のＬ値算出式の分母値Ｕの加減算手段で
、ｕｍ〜□が正の時は加算し、負の時は減算して下式に
示す分母値Ｕの絶対値の加算値Ｕを得る。

又、２５は（７）式に示すＬ値算出式の分子値りの加減
算手段で下記演算を行なう。

算することを意味しているが、これは分母値鶴を（財）
式の如く加算するため、Ｌ値の符号を保存するための処
理である。

２６は電流量Ｉの加減算手段で、１．ｎ−□が正の時は
加算し、負の時は減算することで、電流量Ｉの絶対値の
加算値１を得る。

Ｎ ２７は電圧量Ｖの加減算手段、２８は電流微分量Ｊの加
減算手段であり、各々下記演算を行なう。

は、前記と同様に一一、が正の時、ｖｒｒＩ−□あるい
はＪｉ加算し、Ｉｍ−ｋが負の時は減算することをｍ−
に 意味しており、同じくＲ値の符号を保存するための処理
である。そしてＬ値、Ｒ値は第１図と同様に、［１３式
及び０９式に示した演算手段により演算する。

本実施例によるＬ値及びＲ値の演算誤差は、前記と同様
００式及び（イ）式の定義から下式で与えられる。

（７）式とα１式あるいは（至）式とを比較すると、例
えば時刻ｔ　での誤差ｅ　　、ｅ　　の係数は次の関係
にｍ　　　　　　　　　　　　　Ｌｍ　　　　　Ｒｍあ
る。

したがって誤差ｅ　　、ｅ　　による影響は更に緩Ｌｍ
　　　　　Ｒｍ 和することができる。

上記各実施例において、第１図に示す符号１７゜１８．
２０．２１．２２及び第２図に示す符号２４．２５．２
６．２７．２８の加減算手段は、時刻ｔｍ−ｋ（ｋ＝ｏ
−Ｎ）の時系列データの演算として説明したが、これに
限るものではなく、データの時間間隔が任意の値であっ
ても良いことは明らかである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば系統の電圧量Ｖ、電
流量ｌ、を流微分子ｊ、インダクタンスＬ及び抵抗Ｒの
間に成立する関係式ｖ　＝Ｒ，＋Ｌｊを用いて距離測定
を行なう距離継電器において、異なる時刻ｔ　及びｔ　
における前記電圧量ｖｍ、　ｖｎｍ　　　　　　　　　
ｎ 電流量ｉ、ｔ、電流微分量’ｍ　、　ｊｎから電気量ｍ
　　　　　　ｎ １ｊ−ｉＪ　　＋Ｉｖ−１ｖ　　及びｊｖ−ｊｖ　　を
得、ｍｎ　　　　　　ｎｍ　　　　　　ｍｎ　　　　　
　ｎｍ　　　　　　　　　ｍｎ　　　　　　ｎｍ更に前
記各電気量の異なる時刻の複数の加減算値をもとに、Ｌ
値を算出し、このＬ値と前記各電気”４ｖ＋Ｉ＋ｊの各
々異なる時刻の複数の加減算値とからＲ値を求めて距離
測定するよう構成したので、測距性能の改善がなされる
と共に、演算負担の軽減がなされた距離継電器を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による距離継電器の一実施例を説明する
機能ブロック図、第２図は本発明による他の実施例の機
能ブロック図、第３図は一般的な距離継電器のハードウ
ェア構成図、第４図は従来方式による距離継電器の機能
ブロック図である。 １・・・送電線、２・・・変成器、３・・・変流器、４
，５・・・入力変換器、６・・・Ａ／Ｄ変換回路、７・
・・演算処理部、８・・・微分演算手段、９・・・電流
演算手段、１０・・・電圧演算手段、１１・・・分母値
演算手段、１２．１３・・・分子値演算手段、１４．１
９・・・Ｌ値演算手段、１５．２３・・・Ｒ値演算手段
、１６・・・リレー動作判定部、１７，１８，２０，２
１．２２゜２４．２５，２６，２７．２８・・・加減算
手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の電圧信号及び電流信号を入力し、電圧
   量ｖ、電流量ｉ及び電流微分量ｊを得て、前記各電気量
   と電力系統のインダクタンスＬ、抵抗Ｒとの間に成立す
   る関係式ｖ＝Ｒ＿ｉ＋Ｌ＿ｊを用いて距離測定を行なう
   距離継電器において、異なる時刻ｔ＿ｍ及びｔ＿ｎにお
   ける前記電圧量ｖ＿ｍ、ｖ＿ｎ、電流量ｉ＿ｍ、ｉ＿ｎ
   、電流微分量ｊ＿ｍ、ｊ＿ｎから電気量ｉ＿ｍｊ＿ｎ−
   ｉ＿ｎｊ＿ｍを得る第１の手段と、電気量ｉ＿ｍｖ＿ｎ
   −ｉ＿ｎｖ＿ｍを得る第２の手段と、時刻ｔ＿ｍ及びｔ
   ＿ｎの少なくとも一方が異なる時刻における前記第１の
   手段からの複数の出力の加減算値を得る第３の手段と、
   前記第１の手段からの複数の出力と同時刻における第２
   の手段からの複数の出力の加減算値を得る第４の手段と
   、前記第３の手段からの出力と第４の手段からの出力と
   の除算によりインダクタンスＬを求める第５の手段と、
   異なる時刻における前記電流量ｉの複数の加減算値を求
   める第６の手段と、前記電流量ｉと同時刻における前記
   電圧量ｖの複数の加減算値を求める第８の手段と、前記
   第５の手段からの出力と第８の手段からの出力との乗算
   値を第７の手段からの出力から減算し、かつこの減算結
   果と第６の手段からの出力との比を求める第９の手段と
   を備えたことを特徴とする距離継電器。
2. （２）第３の手段、第４の手段、第６の手段、第７の手
   段及び第８の手段は、夫々が各複数の出力の加算値を得
   るものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の距離継電器。
3. （３）第３の手段は第１の手段からの複数の出力の絶対
   値の加算値を得、第４の手段は第１の手段からの出力が
   正の時は加算し負の時は減算して夫夫の演算値を得、第
   ７の手段及び第８の手段は電流量ｉが正の時は各電気量
   ｖ及び電気量を加算し負の時は減算すると共に、第６の
   手段は電流量ｉの絶対値の加算値を得るものであること
   を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の距離継電器。