JPS6359721A - デイジタル形電流差動リレ− - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はディジタル形電流差動リレーにかかり、詳しく
は外部故障時の差動電流による誤動作を防止するように
したディジタル形電流差動リレーに関する。

（従来の技術） 従来、この種の電流差動リレーにおいては、変流器の特
性差や外部故障時における一部の変流器の飽和等に起因
する差動電流の発生により、リレーが誤動作するおそれ
がある。このため、例えば第５図に示すような３端子系
統の保護にディジタル形電流差動リレーを適用する場合
、各端子電流のスカラー和電流を抑制量としてリレーの
誤動作を防止する比率差動継電方式が一般的に採用され
ている。この第５図において５１は母線等の保護対象、
５２ａ、　５２ｂ、　５２ｃは保護対象５１と端子Ａ、
Ｂ。

Ｃとの間にそれぞれ接続された変流器であり、これらの
２次側は図示されていないリレーに接続されている。

そして、第６図に示す如く、各変流器５２ａ、　５２ｂ
。

５２ｃの端子電流Ｉａ、　Ｉｂ、　　〒Ｃはリレー内の
ベクトル和算出回路５３に入力されてベクトル和電流（
差にＩａ、Ｉｂ、Ｉｃはスカラー和算出回路５４に入力
びスカラー和電流Σ｜■ｎ｜は差動判定部５５に入力さ
れ、差動判定部５５では差動電流ｉｄを動作量、スカラ
ー和電流Ｔ、｜■ｎ｜を抑制量として１ｉｄｌ−に１・
Σ｜■ｎ｜の演算を行なう。ここで、Ｋ、は抑制係数を
示す。

この演算の結果、＋ｉｃ＋＋≧に１・Ｔ、｜■ｎ｜であ
れば内部故障と判定して「１」を出力し、また＋ｉｄ＋
＜Ｋ工・Ｔ、｜■ｎ｜であれば外部故障と判定して「０
」を出力する。一方、差動電流■ｄはレベル検出回路５
６に入力されて所定の定数に２と比較され、１ｉｃ＋１
≧に２であればレベル検出回路５６から「１」が出力さ
れる。前記差動判定部５５およびレベル検出回路５６の
出力はアンド回路５７に加えられ、これらの２人力が共
に「１」である場合にリレー出力が得られる。

すなわちこの方式は、第５図の保護対象５１から見て外
部にある端子Ｃ側で故障が発生し、その事故点Ｆに近い
変流器５２ｃが電流の集中によって飽和した場合、外部
故障にも拘らず差動電流ｉｄが発生してもこの電流＋ｉ
ｄ＋より大なるスカラー和電流に工・Σ｜■ｎ｜を抑制
量とすることでリレーの誤動作を防止するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、この種のディジタル形電流差動リレーには以
下のような問題がある。

すなわち、第５図のＦ点で故障が発生した場合、Ｉａ、
Ｉｂは保護対象５１に対して流入電流、Ｉｃはこれらの
和としての流出電流となる。いま、ＩａおよびＩｃの波
形を第７図（イ）、（ロ）のとおりとする。ここで、変
流器５２ｃに飽和がなければＩａ＋Ｉｂ＝−Ｉｃであり
、同図（ハ）、（ニ）に示すように動作量ｉｄがゼロと
なってリレーは動作せず１問題はない。

しかしながら１．変流器５２ｃが飽和したとするとＩｃ
の波形は第８図（ロ）のように歪んだものとなり、Ｉａ
＋Ｉｂ＃−Ｉｃとなって外部故障にも拘らず同図（ハ）
の動作量ｉｄが発生する。この動作量ｉｄが発生した期
間は前述の抑制量Σ｜■ｎ｜が急減するため、差動判定
部５５では正確な判定ができず、最悪の場合には＋ｉｄ
＋＞ｘよ・Σ｜■ｎ｜の期間を生じると共に、ｉｄが一
定のレベルを越えることでレベル検出回路５６の出力も
「１」となり、同図（ニ）の如くリレーが不要動作して
しまう可能性がある。

特に多端子系統においては、外部故障時に故障端子（例
えば端子Ｃ）に電流が集中して変流器が飽和し易いため
、上述のようにリレーが誤動作する可能性が極めて高い
という問題があった。

本発明は上記の問題点を解決するべく提案されたもので
、その目的とするところは、変流器の飽和に起因する動
作量の不要発生を防いでリレーの誤動作を防止した。高
感度なディジタル形電流差動リレーを提供することにあ
る。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、電力系統の閉回路網における各端子電流のベ
クトル和としての差動電流を動作量とし、かつ各端子電
流のスカラー和電流を抑制量とするディジタル形電流差
動リレーにおいて、各端子電流と差動電流との位相関係
に基づく差動無効量（＝ｌ　Ｉｄｌ・ｌ　Ｉｎｌ　・ｓ
ｉｎθｎ、ここで■ｄは差動電流、■ｎは各端子電流、
ｏｎは各端子電流と差動電流との位相差）をそれぞれ演
算し、これらの差動無効量のうちの最大差動無効量と前
記抑制量とを比較して大きい方の量を新たな抑制量とし
たことを特徴とする。

（作用） 本発明は、外部故障に伴う変流器の飽和時において、健
全端子電流に比べて飽和端子電流のみが差動電流に対し
てほぼ９０°の進み位相になっていることに着目したも
ので、この飽和端子電流と差動電流との位相関係から発
生する差動無効量を検出して変流器の飽和を判定し、か
かる差動無効量と抑制量とのうち大きい方の量を抑制量
としてリレーの誤動作を防止するものである。

すなわち、第５図に示したように端子Ｃにて外部故障が
発生した場合を考えると、端子Ｃ側の変流器５２ｃが飽
和していない場合の各端子電流Ｉａ。

Ｉｂ、Ｉｃのベクトル図は各変流器５２ａ、５２ｂ、５
２ｃの特性が等しいとすれば第１図のとおりであり、Ｉ
ｃ＝−（Ｉａ＋Ｉｂ）となって差動電流■ｄはゼロであ
る。次に、変流器５２ｃが飽和したとするとベクトル図
は第２図のようになる。つまり、飽和端子電流〒Ｃ′は
非飽和時の端子電流Ｉｃに対して位相が遅れることとな
り、差動電流ｒｄ＝Ｉａ＋Ｉｂ＋ｒｅ’＝Ｉｃ’−Ｉｃ
が発生する。また、飽和端子電流Ｉｃ’は差動電流ｉｄ
に対してほぼ９０’の進み位相になっており、他の健全
端子電流Ｉａ、Ｉｂはｉｄに対して遅九位相となってい
る。

ここで、差動無効量Ｄ　ＲＶ　（Ｄ　１ｆｆｅｒｅｎｔ
ｉａｌＲｅａｃｔｉｖｅ　　Ｖａｒｉａｂｌｅ）につい
て考察すると、この差動無効量ＤＲＶは、前述の如く次
の０式にて定義される。

ＤＲＶ　＝ｌｘｄｌ　・１ｉｎｌ　・ｓｉｎθｎ　町・
・・・・町・・■なお、■ｎは各端子電流（Ｉａ、　Ｉ
ｂ、　Ｉｃ）　、　　θｎは各端子電流Ｉｎと差動電流
ｉｄどの位相差をそれぞれ示し、かかる差動無効量ＤＲ
Ｖはディジタルリレーの内部において次の０式により求
められる。

ＤＲＶ＝　Ｉｄ（ｎ４）−１ｎ（ｎ）−１ｎ（７−？）
”　　１Ｑ（ｎＪ・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・■ここで、例えばＩ　ｄ　＜ｎ−ｚ）とは、電
気角で３０”毎にサンプリングした場合の９０°前のデ
ータを示している。

上記０式から明らかなように、差動無効量ＤＲＶにはｓ
ｉｎθｎの項が含まれているため、各端子電流毎にＤＲ
Ｖを算出した場合、ＤＲＶの符号としては以下の３つの
ケースが考えられる。

ａ、差動電流に対して端子電流が遅れ位相の場合・・・
・・・・・・ＤＲＶ＜Ｏ ｂ、差動電流に対して端子電流が進み位相の場合・・・
・・・・・・ＤＲＶ＞Ｏ Ｃ１差動電流に対して端子電流が同相または逆相の場合
・・・・・・・・・ＤＲＶ＝０すなわち、第５図の何れ
の変流器も飽和していない場合には、すべての端子電流
についてＤＲＶ＝０となる。また、仮りに変流器５２ｃ
が飽和した場合には、飽和端子電流Ｉｅ″が差動電流ｉ
ｄに対してほぼ９０″の進み位相になるがらｓｉｎθＣ
（θＣはＩｃ’とｉｄとの位相差）嬌１となり、ｉｃ′
にががるＤＲＶは大きな正の値となる。一方、この時の
健全端子電流Ｉａ、Ｉｂはｉｄに対して遅れ位相になる
ため、ＤＲＶが負の値となる。

従って、各端子電流Ｉｎ毎の差動無効量Ｄ　ＲＶ　ｎの
うち最大値を最大差動無効量ＤＲＶｍａｘとして検出し
、これと抑制量Ｔ、｜■ｎ｜とを比較して：｜■ｎ｜）
η　・ＤＲＶｍａｘ　　・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・■（ηは定数） ならば従来どおりΣ｜■ｎ｜を抑制量（Ｒｅｓｔ、）と
し、また、 Σ｜■ｎ｜≦η・Ｄ　ＲＶ　１１ａｘ　　・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・・・・■ならば変流器
が飽和していると判別してη・ＤＲＶ　ｍａｘを新たな
抑制量Ｒａ５ｔ、とする、ここで定数ηは、流入電流に
位相差がある場合も考慮して選択されるものであり、そ
の大きさを適宜な値に選ぶことによって変流器の飽和時
に従前の抑制量：｜■ｎ｜よりも十分に大きい抑制量Ｒ
ｅ５ｔ、を得ることができる。この新たな抑制量Ｒｅ５
ｔ、と動作量ｉｄとを差動判定部にて比較すれば、　ｌ
　Ｉ　、：ｔｌ＜　Ｒｅ５ｔ。

の関係から差動判定部の出力が「Ｏ」となってリレーの
誤動作を防止することができる。

一方、内部故障時における各端子電流および差動電流は
同位相であるため、ＤＲＶ＝Ｏとなり。

■式が適用されて従前の抑制量Σ｜■ｎ｜と動作量Ｉｄ
とが比較されたうえ、必要に応じてリレー出力が得られ
る。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

まず、第３図は本発明の第１実施例を示すものである６
図において、１はベクトル和算出回路であり、従来と同
様に変流器からの端子電流１ａ、　Ｉｂ。

Ｉｃがそれぞれ入力されてベクトル和としての差動電流
ｉｄが算出される。また、２はスカラー和算出回路であ
り、各端子電流のスカラー和電流＝１１ｎｌが算出され
る。

ベクトル和算出回路１の出力側には差動無効量算出回路
３，４．５が並列的に接続されていると共に、これらの
差動無効量算出回路３，４．５には差動電流ｉｄおよび
各端子電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃがそれぞれ入力されている
。更に、差動無効量算出回路３，４，５の出力は最大値
検出回路６に加えられ、その出力はスカラー和算出回路
２の出力と共に比較回路７に加えられている。そして、
比較回路７の出力は差動電流ｉｄと共に差動判定部８に
加えられ、この差動判定部８の出力と、１ｉｄ１≧に２
の関係式（Ｋ、は定数）から差動電流ｉｄのレベルを検
出するレベル検出回路９の出力とがアンド回路１０に加
えられてリレー出力が得られるようになっている。

次にこの動作を説明する。まず外部故障時に端子電流Ｉ
ｃにかかる変流器が飽和したと仮定すると、前述の如く
飽和端子電流Ｉｃ’の発生に伴ってベクトル和算出回路
１から差動電流ｉｄが発生する。この差動電流■ｄは各
端子電流Ｉａ、　Ｉｂ、　Ｉｃ・と共に差動無効電算出
回路３，４．５に入力され、各算出回路３，４．５は前
述の如く各端子電流ｉａ、　Ｉｂ、　Ｉｃ’について差
動無効量ＤＲＶａ、ＤＲｖｂおよびＤＲＶｃを算出する
。

この時、ｉｄに対してほぼ９０°の進み位相であるのは
Ｉｃ’のみであるから、Ｉｃ’にかかる差動無効量ＤＲ
Ｖｃが最大となり、次段の最大値検出回路６がこのＤＲ
Ｖｃを検出して比較回路７に出力する。ここで、先の■
、■式におけるηの値を十分に大きく設定しておけば、
Σ｜■ｎ｜≦η・ＤＲＶｗａｘとなってΣ｜■ｎ｜より
も大きいり・ＤＲＶｍａｘが新たな抑制量Ｒｅｓｔ、と
じて選択され、次段の差動判定部８での判定結果がＩ　
Ｉ　ｄｌ＜　Ｒｅ５ｔ、となって差動判定部８から「０
」が出力される。従って、レベル検出回路９の出力信号
が「１」であってもアンド回路１０からはリレー出力が
得られず、リレーの不要動作が防止される。

また、変流器が非飽和状態あるいは内部故障時にはＤ　
ＲＶｍａｘ＝　ＯであるからＲｅ５ｔ、＝ＺＩ　Ｉｎｌ
となり、実質上、第６図と同様の回路によって通常の差
動判定が行なわれる。

次いで、第４図は本発明の第２実施例を示している。こ
の実施例は、差動電流ｉｄＯ値があるレベル以上になっ
た場合にスイッチ１１．１２．１３を動作させて差動電
流ｉｄを差動無効電算出回路３゜４．５内に取り込むよ
うにしたものであり、スイッチ１１．１２．１３はレベ
ル検出回路９′によって制御される。その他の構成およ
び動作は第１実施例と同様であるため、詳述を省略する
。

なお、以上の各実施例においては３端子系統のディジタ
ル形電流差動リレーについて説明したが、本発明はこれ
以外の複数端子系統に適用可能であり、また、比率差動
継電方式を含む差動継電方式であれば、発電機や変圧器
等を保護対象とする場合でもよい。更に、差動継電方式
の判定式として＋ｉｄ＋−に工・Σ｜■ｎ｜を用いてい
るが、一般的にはこの判定式に限定されるものではない
。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、最大差動無効量を検出し
て変流器の飽和を判別し、この最大差動無効量と従前の
抑制量とを比較して大きい方の量を新たな抑制量とする
ものであるから、外部故障時の変流器飽和に伴うリレー
の誤動作を確実に防止することができる。

また、内部故障時や流入電流に位相差がある外部故障等
の場合においても誤判定することがないため、高感度な
ディジタル形電流差動リレーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は外部故障時における変流器の非飽和状態の電流
ベクトル図、第２図は同じく飽和状態の電流ベクトル図
、第３図および第４図はそれぞれ本発明の第１．第２実
施例を示すブロック図、第５図は本発明が適用される電
力系統の単線結線図、第６図は従来例を示すブロック図
、第７図（イ）〜（ニ）は変流器の非飽和状態における
動作説明図。 第８図（イ）〜（ニ）は同じく飽和状態における動作説
明図である。 １・・・ベクトル和算出回路 ２・・・スカラー和算出回路 ３．４．５・・・差動無効電算出回路 ６・・・最大値検出回路　　　　　７・・・比較回路８
・・・差動判定部　　　９，９′・・・レベル検出回路
１０・・・アンド回路　　　１１，１２．１３・・・ス
イッチ第１図　　　　　　第２図 ！ｃ　　　　　　　　　　　　　　ｉ（第５図 巨１ 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電力系統の閉回路網における各端子電流のベクトル和と
   しての差動電流を動作量とし、かつ前記各端子電流のス
   カラー和電流を抑制量とするディジタル形電流差動リレ
   ーにおいて、 前記各端子電流毎に差動無効量（＝｜■ｄ｜・｜■ｎ｜
   ・ｓｉｎθｎ、ここで■ｄは差動電流、■ｎは各端子電
   流、θｎは各端子電流と差動電流との位相差）をそれぞ
   れ演算し、これらの差動無効量のうちの最大差動無効量
   と前記抑制量とを比較して大きい方の量を新たな抑制量
   としたことを特徴とするディジタル形電流差動リレー。