JPS6251059B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電力系統を保護する保護継電器に係わ
り、特に周波数継電器の改良に関する。

一般に、交流の電力系統においてその系統周波
数は常に一定の周波数に維持されている。そし
て、系統故障等によつて電力系統における発電量
と負荷電力量との平衡が崩れた場合には系統周波
数は上昇または下降するが、系統周波数が予定の
周波数以上または以下となつたことを検出し、系
統分離、発電制限、負荷制限を行なうものとして
周波数継電器が用いられている。

第１図は、従来から用いられている周波数継電
器の構成を示すものである。第１図において、
PTは系統電圧を継電器に適切な大きさの電圧レ
ベルに変換する補助変成器である。BPは補助変
成器PTの出力である系統電圧波形を方形波に変
換する方形波変換回路、DIVは方形波変換回路
BPの出力を1/2ｍ（ｍ＝１、２、３、…）に分周
する分周回路、OSCは周期測定の基準周波数_ps
ｃを発振すす発振回路、ANDは分周回路DIVの出
力と発振回路OSCの出力とを夫々入力とする論
理積回路である。また、Ｃは論理積（アンド）回
路ANDの出力パルス数を計数する計数回路、
SETは整定値を設定する整定回路、COMは計数
回路Ｃの内容と整定回路SETの整定値との大小
比較を行なう比較回路、TIは比較回路COMの出
力を入力とし、後述する判定パルスJPによりリ
レー動作判定を行なう判定回路、CCは分周回路
DIVの出力を入力とし計数回路Ｃのクリアパルス
CPと判定回路TIの判定パルスJPを発生する制御
回路である。

第２図は、第１図における周波数継電器の各部
の波形を示したものである。この第２図を用いて
かかる周波数継電器の動作を説明するに、分周回
路DIVの出力は補助変成器PT入力のｍサイクル
の周期数（図ではｍ＝１として説明している。）
に対応するパルス巾のマーク／スペース比１の波
形となる。そして、この信号が論理値“１”にな
る時間の間、計数回路Ｃは発振回路OSCから発
生される基準クロツクを計数する。次に、この計
数値は整定回路SETに整定された整定値と比較
回路COMにおいて比較され、分周回路DIVの出
力が論理値“１”から“０”に変化した後、予定
時間後に制御回路CCから発生れる判定パルスJP
により、例えば不足周波数検出継電器では計数値
が整定値よりも大きい場合に判定回路TI出力Ｔ
が動作状態にセツトされる。また、連続した周期
測定を繰り返すために、計数回路Ｃは判定パルス
JPにひきつづいて制御回路CCから発生されるク
リアパルスCPによりイニシヤライズされる。

以上述べたように、従来の周波数継電器におい
ては判定パルスJPが原理的に2mサイクルに１回
発生して動作判定が行なわれるが、これは周波数
継電器の動作時間誤差の大きな要因となつてお
り、以下この点について説明する。なお、説明の
便宜上、以下不足周波数検出継電器を例として述
べる。

第２図において、判定回路TIの出力は時刻t₄に
て動作側となつているが、この判定は時刻t₃にひ
きつづく１サイクル間に行なわれた計数回路Ｃの
計数結果に基づくため、系統周波数は時刻t₃以前
に動作周波数以下となつていなければならない。
一方、系統周波数が時刻t₁以前に動作周波数以下
となつていた場合には、同様にして時刻t₁にひき
つづく１サイクルの間に行なわれた計数回路Ｃの
計数結果により、時刻t₂において判定回路TIの出
力が動作側となつている。したがつて判定回路
TIが時刻t₄において動作出力を生じるためには、
時刻ｔ（t₁＜ｔ＜t₃）にて系統周波数が動作周波数
以下とならなければいけない。換言すれば、系統
周波数が動作周波数以下、つまり動作条件が成立
したのち判定回路TIが動作出力を送出するまで
の時間（動作時間）には、（t₃−t₁）時間という略
2mサイクルのバラツキが原理的に存在すること
がわかる。

そこで、従来からこの動作時間のバラツキを減
少するための方法として、測定する周期数ｍを小
さくするような方法が採られている。しかしなが
ら、ｍ＝１に選択した場合においても略２サイク
ルの動作時間のバラツキが原理的に存在する。こ
のような動作時間のバラツキは、周波数低下、上
昇を検出して系統保護を行なう場合には通常問題
とならないことが多いが、２つの周波数継電器を
使用して周波数の変化率を検出して系統保護を行
なうような場合には、２つの周波数継電器の動作
時間のバラツキは無視することができない値とな
る。例えば、今系統周波数が0.2秒間に0.5Hz以上
低下したことを検出する場合を考える。これは、
第３図に示すようなシステムにて実現することが
できる。図において、UF₁は動作周波数が_１Hz
の不足周波数継電器であり、UE₂は動作周波数が
_２＝_１−0.5Hzの同じく不足周波数である。
また、TDEは遅延時間0.2秒の動作時遅延回路、
INHIBITは動作時遅延回路TDEの出力がある時
に保護出力TPの送出を阻止する禁止回路であ
る。かかるシステムの動作を説明すると、不足周
波数継電器UF₁が動作したのち0.2秒以内に不足
周波数継電器UF₂が動作した場合には、禁止回路
INHIBITの禁止条件が成立する以前に不足周波
数継電器UF₂が動作することになり、保護出力
TPが送出されることになる。したがつて、この
システムは検出時間をΔＴ秒、低下周波数をΔＦ
Hzとすると、ΔＥ／ΔＴ＞０．５Hz／０．２秒＝2.5Hz
／秒の場合に保 護出力TPを生じるようなシステムである。

以上は周波数継電器の動作時間のバラツキを考
慮していないが、実際には既述したように従来の
周波数継電器では原理的に略２サイクルの動作時
間のバラツキがあるため、この影響について以下
述べる。今、継電器の動作時間を仮に100ｍｓと
すると、動作時間のバラツキは２^∞×20ｍｓ＝40
ｍｓ（50Hz基準）となり、２つの継電器の間には
相対的に最大２×40ｍｓ＝80ｍｓの動作時間差が
存在することがわかり、これは第３図におけるシ
ステムの検出時間の誤差となる。そして、このバ
ツラキによつてΔＥ／ΔＴ＝０．５Hz／０．２秒±４０
ｍｓ＝2.08Hz／秒 〜3.13Hz／秒となるため、第３図に示すシステム
は系統周波数変化率が3.13Hz／秒以上であれば常
に動作可能であるが、系統周波数変化率が3.13
Hz／秒から2.08Hz／秒の間では動作が不確実とな
る。一方、この場合第３図に示すシステムはその
周波数変化率が2.5Hz／秒であるため、第３図に
示すシステムはその周波数変化率が2.5Hz／秒よ
りも大きい時には確実に動作、2.5Hz／秒以下の
場合には確実に不動作であることを目的にしてお
り、この様な検出感度の不確定条件は系統保護を
行なう上での大きな制約となつている。これは、
例えば系統保護上周波数変化率が2.5Hz／秒より
も大きい時に負荷Ａをしや断し、周波数変化率が
2.0Hz／秒よりも大きい時には負荷Ｂをしや断す
ることを実行する場合に、負荷Ａは既に説明した
ように周波数変化化率が3.13Hz／秒以上の場合は
確実にしや断されるが、周波数変化率が3.13Hz／
秒から2.08Hz／秒間の間では不確実に行なわれ
る。一方、負荷Ｂをしや断するシステムは検出時
間ΔＴ＝0.25秒に選択されているため、ΔＦ／ΔＴ＝ ０．５Hz／０．２５秒〓４０ｍｓ＝1.72Hz／秒〜2.38Hz
／秒となり、 負荷Ｂは周波数変化率が2.38Hz／秒以上の場合に
は確実にしや断されるが、周波数変化率が2.38
Hz／秒〜1.72Hz／秒の間ではそのしや断が不確実
に行なわれる。そして、またここで周波数変化率
が2.38Hz／秒〜2.08Hz／秒においては、負荷Ａ，
Ｂのいずれがしや断されるのかが不確定であり、
これは本来の目的を達成することができない。

本発明は上記のような事情に鑑みて成されたも
ので、その目的は動作時間のバラツキを小さくし
て周波数の変化率を精度よく検出することができ
る周波数継電器を提供することにある。

以下、本発明の一実施例について図面を参照し
て説明する。第４図は、本発明による周波数継電
器の構成例を示すものである。図において、PT
−１，２，３は３相各相に対応して設けられ系統
電圧を継電器に適切な大きさの電圧レベルに変換
する補助変成器、BP−１，２，３は上記補助変
成器PT−１，２，３の出力である系統電圧波形
を方形波に変換する方形波変換回路、DIV−１，
２，３は方形波変換回路BP−１，２，３の出力
を1/2ｍ（ｍ＝１、２、３…）に分周する分周回
路、AND−１，３及び２は分周回路DIV−１，
２，３の出力及び分周回路DIV−２出力を反転回
路NOTにより反転した出力と発振回路OSCの出
力とを夫々入力とする論理積（アンド）回路であ
る。また、Ｃ−１，２，３は論理積回路AND−
１，２，３からの出力パルス数を計数する計数回
路、SETは整定値を各相同一に設定する整定回
路、COM−１，２，３は計数回路Ｃ−１，２，
３の内容（計数値）と整定回路SETの整定値と
の大小比較を行なう比較回路、TI−１，２，３
は比較回路COM−１，２，３の出力を入力と
し、後述する判定パルスJP−１，２，３により
リレー動作判定を行なう判定回路、CC−１，
２，３は上記分周回路DIV−１，２，３の出力を
入力とし、計数回路Ｃ−１，２，３のクリアパル
スCP−１，２，３と判定回路TI−１，２，３の
判定パルスJP−１，２，３を発生する制御回
路、更にORは判定回路TI−１，２，３の出力を
入力とする論理和（オア）回路である。

次に、かかる如く構成した周波数継電器の作用
について、第５図に示すタイムチヤート図を参照
して述べる。図において、Ｒ相では分周回路DIV
−１の出力は補助変成器PT−１のｍサイクルの
周期（本例ではｍ＝１としている）に対応したパ
ルス巾のマーク／スペース比１の波形となる。そ
して、この信号が論理値“１”なる時間の間、計
数回路Ｃ＝１は発振回路OSCから発生される基
準クロツクを計数する。次に、この計数値は整定
回路SETに整定された整定値と比較回路COM−
１において比較され、分周回路DIV−１の出力が
論理値“１”から論理値“０”に変化した後、予
定時間後に制御回路CC−１から発生される判定
パルスJP−１により、例えば不足周波数検出リ
レーでは計数値が整定値よりも大きい場合に判定
回路TI−１出力が動作状態にセツトされる。ま
た、連続して周期測定を繰り返すために、計数回
路Ｃ−１は判定パルスJP−１にひきつづいて制
御回路CC−１から発生されるクリアパルスCP−
１によりイニシヤライズされる。また、上記判定
回路TI−１の出力が論理和回路ORの入力として
加えられこれより出力Ｔとして送出される。Ｓ
相、Ｔ相についても上記Ｒ相と同様の作用となる
が、Ｓ相はＲ相に対して120゜、Ｔ相はＲ相に対
して240゜の位相遅れがあるため、分周回路DIV
−２，３の出力もDIV−１に比べて120゜及び240
゜遅れる。但し、Ｓ相については分周回路DIV−
２の出力が反転回路NOTにより反転しているの
で、分周回路DIV−１より反転回路NOTの出力
は480゜遅れることになる。そして、Ｓ相の判定
回路TI−２の出力及びＴ相の判定回路TI−３の
出力も上記論理和回路ORの入力として加えら
れ、論理和回路ORの出力が継電器の最終出力Ｔ
として送出される。

このように、各相においては2mサイクル（ｍ
＝１、２、３…）に１回動作判定が行なわれる
が、各相の判定回路TI−１，２，３の出力の論
理和ORの出力が継電器出力として得られるた
め、１相のみの検出の場合に比較して2/3サイク
ル速くなり、結果として2/3サイクルごとにリレ
ー動作判定が行なわれることになる。

上述したように、本構成においては３相交流の
各相について周波数検出が行なわれるため、継電
器における動作時間のバラツキが短縮されて2/3
サイクル以下となる。つまり、第５図において時
刻t₅にて周波数が低下して動作域に入つた時、Ｒ
相の周波数検出要素が時刻t₁₁にて動作し、Ｓ相
の周波数検出要素は時刻t₁₀、またはＴ相の周波
数検出要素は時刻t₈にて動作するが、継電器出力
Ｔは各相の周波数検出要素の論理和であるため、
時刻t₈にて継電器は動作出力Ｔを送出する。この
ように、Ｒ相のみの周波数検出では時刻t₁₁にて
継電器が動作するところであるが、各相毎に周波
数検出要素を設けるようにしたので、（t₁₁−t₈）＝
１１／３サイクルだけ動作時間が速くなる。次に、時 刻t₆にて周波数が低下して動作域に入つた時は、
Ｓ相の周波数検出要素により時刻t₁₀にて継電器
が動作し、また時刻t₇にて周波数が低下して動作
域に入つた時は、Ｒ相の周波数検出要素により、
時刻t₁₁にて継電器が動作することになる。更
に、継電器出力Ｔが時刻t₁₁にて送出されるため
には、時刻ｔ（t₇＜ｔ＜t₉）で系統周波数が動作周
波数以下とならねばならない。このため、動作時
間には（t₉−t₇）＝２／３サイクルのバラツキが存在す るのみとなり従来の２サイクルであつたものに比
して1/3に改善されることになる。

次に、上記構成を有する周波数継電器を、前述
した第３図に示すシステムに適用する場合を考え
る。前述の条件と同様に継電器の動作時間を今仮
に100ｍｓとすると、動作時間のバラツキは2/3サ
イクル×20ｍｓ＝13.3ｍｓ（50Hz基準）となり、
２つの継電器の間には相対的に２×13.3＝26.6ｍ
ｓの動作時間差がある。そして、これによるΔ
Ｆ／ΔＴのバラツキはΔＦ／ΔＴ＝
０．５Hz／０．２秒〓１３．３ｍｓ＝2.344Hz／ｍｓ〜2
.68Hz／秒とな り、従来の継電器を用いた場合に比較して、検出
誤差を大幅に改善することができる。これによ
り、前述した条件と同様に周波数変化率が2.5
Hz／秒以上の時負荷Ａをしや断し、周波数変化率
が2.0Hz／秒以上の時負荷Ｂをしや断することを
考えると、負荷Ａの遮断が不確実となるのはΔＦ／ΔＴ ＝０．５Hz／０．２秒〓１３．３ｍｓ＝1.9Hz／秒〜2.1
1Hz／秒であ り、負荷Ａ，Ｂのいずれが遮断されるか不確定と
いうような懸念がなくなり、系統保護を行なう上
での制約を改善することができる。また、継電器
の動作時間のバラツキが2/3サイクル以下とする
ことができることにより、継電器の平均動作速度
も高速化することができる。

このように、本構成とすれば、従来より原理的
に存在した継電器の動作時間のバラツキ、つまり
動作時間誤差を2/3サイクル以下に減少させるこ
とが可能となり、しかも動作時間も高速度にな
る。このことは単に継電器の動作時間誤差の改善
にとどまらず、本構成の周波数継電器を使用した
場合には系統の周波数変化率を検出するシステム
の保護性能をも、大幅に改善することができるも
のである。

尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、次のようにしても実施することができる。
上記実施例では、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の夫々３相の
周波数を検出し、これらの論理和ORを継電器出
力としたものであるが、Ｒ相とＳ相、またはＳ相
とＴ相、或いはＴ相とＲ相というように、３相の
うちの２相の周波数を検出し、これら２つの検出
要素出力の論理和ORを継電器出力として得るよ
うに構成してもよい。また、上記第４図の実施例
における方形波変換回路BP−１，BP−２，BP−
３に代えて、入力電圧のレベルを検出するレベル
検出回路LDを用いて構成することも可能であ
る。この場合には、レベル検出回路LDの出力波
形のマーク／スペース比が１でなくなるだけであ
り、その他の動作については全く同様である。更
に、上記実施例においては各相の電気量を導入し
たものについて述べたものであるが、Ｒ−Ｓ相間
電圧、Ｓ−Ｔ相間電圧、Ｔ−Ｒ相間電圧のように
相間の電気量を導入するように構成してもよいも
のである。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲
で、種々に変形して実施することができるもので
ある。

以上説明したように本発明によれば、動作時間
のバラツキを小さくして周波数の変化率を極めて
精度良く検出することができる極めて信頼性の高
い周波数継電器が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の周波数継電器を示す構成図、第
２図は第１図の継電器の動作を説明するためのタ
イムチヤート図、第３図は系統周波数の変化率が
予定値以上となつたことを検出する保護システム
の構成例を示す図、第４図は本発明の周波数継電
器の一実施例を示すブロツク構成図、第５図は第
４図における継電器の動作を説明するためのタイ
ムチヤート図である。 PT，PT−１，PT−２，PT−３、……補助変
成器、BP，BP−１，BP−２，BP−３、……方
形波変換回路、DIV，DIV−１，DIV−２，DIV
−３、……分周回路、OSC……発振回路、
AND，AND−１，AND−２，AND−３、……論
理回路、Ｃ，Ｃ−１，Ｃ−２，Ｃ−３、……計数
回路、SET……整定回路、COM，COM−１，
COM−２，COM−３、……比較回路、TI，TI−
１，TI−２，TI−３、……判定回路、CC，CC
−１，CC−２，CC−３、……制御回路、OR−
論理和回路、NOT……反転回路、UF１，UF２
……不足周波数継電器、TDE……動作時遅延回
路、INHIBIT……禁止回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電力系統における３相各相のうちの少なくと
   も２つの相または相間の電圧電気量を入力とし、
   この電圧電気量の周波数が動作整定値以上或いは
   以下であることを検出して動作する周波数検出要
   素を前記電圧電気量に対応した数だけ備え、この
   各周波数検出要素の動作出力の論理和出力を継電
   器出力として導出するように構成したことを特徴
   とする周波数継電器。 ２ 各周波数検出要素の動作整定値を同一の値に
   整定した特許請求の範囲第１項記載の周波数継電
   器。