JPS6349452B2

JPS6349452B2 -

Info

Publication number: JPS6349452B2
Application number: JP16857980A
Authority: JP
Inventors: Fumio Ando; Noryoshi Suga; Juichiro Murakami
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-11-29
Filing date: 1980-11-29
Publication date: 1988-10-04
Also published as: JPS5795136A

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装置に係
わり、特に動作信頼性の向上と動作時間の短縮化
を図つた周波数継電装置に関する。

従来から、電力系統を保護する保護継電装置と
しては種々用いられているが、その中で周波数継
電装置は入力量として、３相電圧のうちの２相の
線間電圧V〓_ab（又はV〓_bc、V〓_ca）を導入して電力系
統の周波数測定をおこなうものである。系統が正
常に運用されている場合は、これによつても系統
周波数を正確に測定することが出来る。しかしな
がら、系統に故障が発生した場合は系統故障に伴
う電圧の不平衡により、導入電圧位相が急変する
ことが知られている。その１例として、直接接地
系のａ相１線地絡故障の場合について述べる。

第１図は、ａ相１線地絡故障の等価回路を示す
もので、本回路より次式が成立する。

I〓₁′＝I〓₂′＝I〓₀′＝E〓_a／ｊ（x₁＋x₂＋x₀）＝E
〓_a／ｊ（２＋ν）x₁ ………(1) （但し、x₂＝x₁、x₀＝νx₁とする。） V〓₁′＝E〓_a−jx₁I〓₁′ V〓₂′＝−jx₂I〓₂′ V〓₀′＝−jx₀I〓₀′………(2) この(1)式、(2)式より３相電圧V〓_a′、V〓_b′、V〓_c′
は、それぞれ(3)式のように表わされる。

ここでである。よつて (a) ν＝０のとき (b) ν＝１のとき V〓_a′＝０ V〓_b′＝a²E〓_a V〓_c′＝aE〓_a………(6) (c) ν＝∞のとき V〓_a′＝０ V〓_b′＝a²E〓_a−E〓_a V〓_c′＝aE〓_a−E〓_a………(7) となり、これらをベクトル図にて表わすとそれぞ
れ第２図ａ，ｂ，ｃの様になる。第２図ａ〜ｃに
於いて、破線で表わしたベクトルV〓_a、V〓_b、V〓_cは
故障前の３相電圧である。この第２図ａ〜ｃから
解るように、線間電圧を導入している場合通常の
線間電圧V〓_abを基準とすると、ａ相１線地絡故障
時の電圧V〓_ab′は0゜（ν＝∞の時）〜30゜（ν＝１の
時）〜60゜（ν＝０の時）の位相進みが起る。ま
た、電圧V〓_bcは位相変化がなく、同じくV〓_caは0゜〜
60゜の位相遅れが起ることが同様に解る。また、
このような位相急変は２線地絡故障等でも発生す
ることが知られている。そして、このような系統
故障時の位相急変は、周波数の変動がないにもか
かわらず、周波数継電装置による系統周波数の測
定を誤らせることになる。１例として、周期測定
方式の周波数継電装置について述べる。

周期測定方式とは、第３図に示すように導入し
た系統電圧の正弦波形をその周期に比例した方形
波に変換し、その１周期の時間を測定してＴ＝
１／の関係より系統の周波数＝１／Ｔを測定
するものである。つまり、測定した周期Ｔが予定
の時間よりも長い場合には不足周波数、逆に予定
の時間よりも短かい場合には過周波数として夫々
検出を行なつている。

ここで、前述した様に系統故障により電圧位相
に急変が起つた場合の様子を第４図ａ，ｂに示
す。第４図ａは位相遅れの場合、同じくｂは位相
進みの場合を夫々示すものである。この様に、位
相急変により周期が一時的に長くなつたり、ある
いは短かくなつたりする為に、実際の周波数を正
確に測定することが出来ずに不足周波数あるいは
過周波数と誤判定することになる。

そこで、従来においてはこのような位相急変に
よる装置の誤動作を防止するため、周波数が予定
のサイクルまたは予定の時間動作条件を満足した
場合にのみ装置出力を送出するように構成してい
る。しかし、これによれば装置の動作信頼度を向
上させるためには、動作時間を遅くせざるを得
ず、また動作時間を速くするためには動作信頼度
を低下させざるを得ない。また、周波数の変化率
を検出するものでは、測定された周波数変化が保
護動作を必要とする真の系統周波数の変化に起因
するものか、あるいは系統故障に伴なう位相急変
に起因するものであるのかを、短時間の間に識別
することは実際上困難である。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的は系統故障時の電圧不平衡の影響
をなくして動作時間の短縮化と動作信頼度の向上
を図ることができる周波数継電装置を提供するこ
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５図は、本発明による周波数継電
装置の構成例をブロツク的に示したものである。
第５図に於いて、１，２及び３は電力系統の３相
電圧V〓_a、V_b及びV〓_cを夫々継電装置内部に導入す
る入力変換器である。装置内部に導入された上記
３相電圧に比例した各相電圧v〓_a、v〓_b、v〓_cは正相電
圧合成回路４により正相電圧v〓₁として周波数検出
回路５へ入力する。そして、この周波数検出回路
５によつて不足周波数または過周波数と判定した
時に、その出力を継電装置のトリツプ出力Tpと
して送出するように構成する。

一方、第６図は上記正相電圧合成回路４の具体
的な構成例をブロツク的に示したものである。つ
まり、上記継電装置内部に導入された３相電圧
v〓_a、v〓_b、v〓_cから、加算回路６により零相電圧v〓₀を
導出する。また、次の加算回路７では各電圧より
√３（v〓_a−v〓₀）を合成して次段の移相回路８へ入
力し、この移相回路８でこれを−30゜移相して
（１−ａ）（v〓_a−v〓₀）とし入力量v〓_a、v〓_bと共に
最終
段の加算回路９へ入力する。更に、この加算回路
９では下記の様な演算を行ない、 v〓_a−v〓_b−（１−ａ）（v〓_a−v〓₀）＝v〓₁＋v〓₂−a²v〓₁−av〓₂−（１−ａ）（v〓₁＋v
〓₂）＝（ａ−a²）v〓₁＝K〓v〓₁ ………(8) として正相電圧量（分）のみを導出する。

次に、上記の様に構成した周波数継電装置の作
用について説明する。まず３相電圧V〓_a、V〓_b、V〓_c
と正相電圧V〓₁との関係は、今ａ相を基準に考え
ると第(9)式の如くとなる。

V〓₁＝１／３（V〓_a＋aV〓_b＋a²V〓_c………(9) また、３相電圧V〓_a、V〓_b、V〓_cが完全に平衡して
いる場合には第(10)式に示す関係が成立する。

V〓_b＝a²V〓_a、V〓_c＝aV〓_a……… (10) よつて、この第(9)、(10)及び前記第(4)式より、３
相電圧が平衡している通常の状態における正相電
圧V〓₁は、 V〓₁＝１／３（V〓_a＋ａ・a²V〓_a＋a²・aV〓_a）＝V〓_a
（＝E_a） ………(11) となり、ａ相電圧に等しくなる。

次に、直接接地系のａ相１線地絡故障の場合、
前述の第(3)式及び(9)式より故障時の正相電圧
V〓₁′は、 V〓₁′＝１／３（０＋ａ・a²E〓_a−ａν−１／２＋νE
〓_a＋a²・aE〓_a−a²ν−１／２＋νE〓_a）＝１／３｛２
−（ａ＋a²）ν−１／２＋ν｝E〓_a
………(12) となり、第(4)式よりａ＋a²＝−１をこの第(12)式に
代入して V〓₁′＝１／３（２＋ν−１／２＋ν）E〓_a＝１＋ν／
２＋νE〓_a ………（13）となる。したがつて、 (a) ν＝０のとき V〓₁′＝１／２E〓_a ………（14） (b) ν＝１のとき V〓₁′＝２／３E〓_a ………（15） (c) ν＝∞のとき V〓₁′＝E〓_a ………（16）となり、故障時の正相電圧V〓₁′はａ相電圧と位相
が等しく大きさのみ異なつている。以上第(9)式と
第（14）、（15）（16）式とから、通常の正相電圧
V〓₁とａ相１線地絡故障時の正相電圧V〓₁′との間に
は位相変化がなく、正確に周波数を測定出来る。
また、故障時の正相電圧は最悪でも通常時の1/2
の大きさを有し、これは一般的な周波数継電装置
の周波数測定感度に対して充分な大きさであるた
め周波数測定を防げることはない。

次に直接接地系のbc相２線地絡故障の場合に
ついて述べる。第７図は、bc層２線地絡故障の
等価回路を示すもので、本回路より正相電圧
V〓₁′を求めると、 V〓₁′＝E〓_a−jx₁I〓₁′ ………（17） I〓₁′＝E_a／ｊ（ｘ＋X₂X₀／X₂＋X₀）＝E_a／jx₁（１＋
υ／１＋υ）
………（18）（但し、x₂＝x₁、x₀＝νx₁とする。）第（18）式を第（17）に代入して、 V〓₁′＝E〓_a−１＋ν／１＋2νE〓_a＝ν／１＋2νE〓_a………（19）となる。

したがつて、この場合にも故障時の正相電圧
V〓₁′の位相はE〓_aと同位相となつており、bc相２線
短絡故障や３相短絡故障によつても位相急変は起
らない。以上は、ａ相基準の正相電圧がａ相１線
地絡故障及びbc相２線地絡故障によつて位相急
変しないことを述べてきたが、全く同様にａ相基
準の正相電圧はｂ相またはｃ相１線地絡故障や、
ab相またはca相２線地絡故障の時も位相急変せ
ず、このことは故障相の違いによらず成立すると
いえる。

一方、以上の説明は第１図及び第７図の等価回
路に示した様に、系統をモデル化して述べたもの
である。しかしながら、実際の系統では線路損
失、故障点抵抗等により、多少の位相変化が起こ
り得る。この場合でも、従来の線間電圧を導入す
る場合に比べて、正相電圧を導入すれば充分に小
さな位相変化しか生じないため効果的である。

このように、第６図に示す正相電圧合成回路４
により導入された正相電圧を、周波数検出回路５
における周波数測定に使用するようにしたので、
従来における問題であつたところの系統故障時の
電圧位相急変を十分に小さい値に抑制することが
出来、周波数の正確な測定を行なうことが出来る
とともに、その判定確認回数あるいは時間を短か
くすることが可能となり、装置の動作時間を大幅
に短縮することが出来る。一方、周波数継電装置
は電源あるいは負荷しや断に直結して用いられる
ことが多く、その出力は停電に直結する。よつ
て、正確な高速度動作が必要となるが、本装置を
適用することによりこの点に関して充分な効果が
得られるものである。

尚、上記の実施例では第５図における周波数検
出回路５として、不足周波数または過周波数を検
出して保護を行なう構成としたものであるが、こ
れに代えて周波数変化率検出回路として構成する
ようにしてもよい。１例として周波数変化率検出
の原理は、第８図ａに示すような周期T₁とT₂と
を比較して、T₂／T₁が予定値以上であることを
動作条件としている。したがつて、従来の方法で
あると系統故障時に第８図ｂに示すように、周波
数の変化がないにもかかわらず入力波形の位相が
急変するため、T₂／T₁が予定値以上となつて誤
動作をすることがある。しかしながら、本発明の
正相電圧を入溶量として導入するようにすれば系
統故障による系統電圧の位相急変の影響を抑制し
て、信頼性の高い正確で高速動作の可能な周波数
変化率継電装置を得ることが出来る。

また、以上の説明においては周期測定形につい
て述べたものであるが、これに限らず共振形やサ
ンプル値演算形の周波数継電装置についても同様
に適用し得同様の効果が得られるものである。

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、系統周波
数を測定する電気量として系統電圧より導出され
た正相電圧量を使用するようにしたので、系統故
障時の系統電圧不平衡の影響を抑制して動作信頼
度を低下させることなく動作時間の短縮化を図る
ことができる極めて信頼性の高い周波数継電装置
が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はａ相１線地絡故障の等価回路を示す
図、第２図ａ〜ｃはａ相１線地絡故障時の各相電
圧のベクトル図、第３図は周期測定形の原理を説
明するためのタイムチヤート図、第４図ａ，ｂは
系統故障による位相急変が発生した時のタイムチ
ヤート図、第５図は本発明の周波数保護継電装置
の一実施例を示す構成図、第６図は正相電圧合成
回路の具体的な構成例を示す図、第７図はbc相
２線地絡故障の等価回路を示す図、第８図ａ，ｂ
は周波数変化率検出原理を説明するための波形図
である。１，２，３……入力変換器、４……正相電圧合
成回路、５……周波数検出回路、６，７，９……
加算回路、８……移相回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１三相電力系統の系統電圧周波数を測定して保
護動作を行なう周波数継電装置において、前記系
統電圧より正相電圧量を導出し、この導出した正
相電圧量により系統周波数測定を行なうようにし
たことを特徴とする周波数継電装置。