JP2004194471A - Protector which detects ground fault inside dc machine - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば鉄道向け変電所のように直流機器と交流機器が混在する設備において、直流機器内部の地絡事故を機器単位で軽微な段階で検出し保護する直流機器内部の地絡検出保護装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の地絡検出保護装置として、変電所内における直流回線側の地絡事故を検出するために、直流機器のプラス極とマイナス極間(すなわちレールと接地との間)の電位差を変電所内で一括して監視するものがあった(例えば、非特許文献1参照)。
【0003】
【非特許文献1】
電気鉄道工学(1995年3月初版、持永芳文著、エース出版、第78頁)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の地絡検出保護装置においては、変電所内における直流回線側の地絡事故を検出するために、直流機器のプラス極とマイナス極間(すなわちレールと接地間)の電位差を変電所内で一括して監視しているため、以下に記述するような問題点があった。
【0005】
1.軽微な段階での地絡事故の検出が困難である。
2.地絡事故の発生箇所を特定するのに時間がかかる。
3.交流回線側の地絡事故でも地絡検出保護装置が誤動作する場合がある。
4.地絡事故が検出された場合、通常全てのき電回線における直流遮断機を動作させるため、変電所が全停となる。
5.地絡事故が発生した場合、複数の変電所で同時に地絡検出保護装置が動作し、その結果広範囲にわたってき電線が停電する場合がある。
【0006】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、機器の接地線に流れる地絡電流を連続的に検出することにより、事故を軽微な段階(微地絡)で検出することを可能にする直流機器内部の地絡検出保護装置を得ることを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る直流機器内部の地絡検出保護装置は、直流機器の接地線を流れる地絡電流を検出し、検出電流が予め設定されたしきい値を超える場合に検出信号を送出する地絡電流検出用リレーと、前記地絡電流検出用リレーの検出信号に基づいて前記直流機器の交流側及び直流側を開放する信号処理装置とを、前記直流機器単位毎に備えたものである。
【0008】
【発明の実施の形態】
一般に、地絡事故とは、高圧線の断線、機器内部の破損、機器の絶縁レベルの低下等により、充電部分から地面へと事故電流が流れる現象のことである。特に、機器内部において問題が発生するような場合には、事故電流は機器の筐体から接地線を経由して地面へと流れる。このため、接地線に流れる漏洩電流を常時監視することにより、事故を軽微な段階(微地絡)で検出することが可能である。
【0009】
この発明においては、地絡事故時に、事故電流は機器の筐体から接地線を経由して地面へと流れるという特性を利用して、各機器の接地線に流れる地絡電流を連続的に検出・監視するものである。
【0010】
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係る直流機器内部の地絡検出保護装置を示す図である。図1に示すように、交流遮断機1には整流器用変圧器2を介してシリコン整流器3が接続され、シリコン整流器3の+極には直流負荷断路器4が接続されている。シリコン整流器3の機器筐体とアース7間には地絡電流検出リレー5が設けられ、地絡事故発生時には、地絡電流検出用リレー5の検出信号に基づいて信号処理装置6により交流遮断機1と直流負荷断路器4を開放するようになされている。
【0011】
また、図2は、図1に示す地絡電流検出用リレー5の詳細な構成を示す図である。図2に示すように、地絡電流検出用リレー5は、機器筐体3aとアース7間に設けられた接地線8に流れる電流を検出するDCCT5aと、検出電流が予め設定されたしきい値を超えた場合に接点閉成指令を送出する電流検出回路5bと、電流検出回路5bからの接点閉成指令に基づいて接点閉成して交流遮断機1と直流負荷断路器4の開放指令を信号処理装置6に出力する接点5cとを備えている。
【0012】
次に、図1に示す直流機器内部の地絡検出保護装置の動作について説明する。シリコン整流器3内部で地絡事故が発生した場合、事故電流は、まず、図2の機器筐体3aを伝搬し、最もインピーダンスの低い箇所すなわち接地線8へと集中した後、最終的にアース7、つまり地中に埋設されているアースマットへと流れ込む。この時、この事故電流は、地絡電流検出用リレー5内部のDCCT5aによって検出され、電流検出回路5bにおいてあらかじめ設定されたしきい値(設定範囲:数十mA〜数A)を超えた場合、接点5cを閉じることによって外部への信号出力を可能とする。
【0013】
この接点5cの接点信号は、交流遮断機1と直流負荷断路器4の開放指令として図1における信号処理装置6によって受信され、この信号処理装置6は、地絡事故が発生したと判断される該当機器を系統から切り離すために、その機器の両端にある開閉機器、すなわち交流遮断機1と直流負荷断路器4に対して開放指令を出力する。その結果、内部地絡事故が発生したシリコン整流器3は、他の正常な機器に影響を及ぼすことなく速やかに停止することが可能となる。この場合、図2に示す電流検出回路5bにおけるしきい値の設定を、微地絡時に発生するであろう漏洩電流を検出する程度の低い値に設定にしておけば、重大事故に至る前の軽微な段階で現象を検出することも可能である。
【0014】
従来の地絡検出保護装置では、変電所全体のマイナス極と接地間の電位差を検出しているため、交流機器側の地絡事故でも誤動作する可能性があったが、本方式では、機器個別の事故電流を検出しているので、交流機器側の地絡事故に影響されること無く、事故の発生した直流機器の地絡事故のみを検出することが可能となる。また、従来の地絡検出保護装置では、事故発生箇所の特定が困難であるため、全てのき電回線の直流遮断器を開放することによって全停させる必要があったが、本方式によれば、地絡事故が発生した直流機器・回線を選択的に切り離すことが可能である。更に、従来のマイナス極と接地間の電位差を検出する方式の場合、隣接する複数の変電所において対地の電位は同レベル、かつマイナス極はレールでつながっているため、常に検出される電位差は同レベルになることが予想される。その結果、地絡事故が発生した変電所及び隣接する複数の変電所において同時に地絡検出保護装置が動作するため、広範囲にわたってき電回線が停電するという問題があったが、本方式ではそのような不要な停電を防ぐことが可能である。
【0015】
実施の形態2.
図3は、この発明の実施の形態2に係る直流機器内部の地絡検出保護装置を示す図である。図3に示すように、この実施の形態2においては、図1に示す実施の形態1のシリコン整流器3の代わりにインバータ9の地絡検出保護を行うようになされており、基本的に動作は、図1に示す実施の形態1と同様である。
【0016】
すなわち、インバータ9内部で発生した地絡電流は地絡電流検出用リレー5によって検出され、地絡電流検出用リレー5からの接点出力信号は信号処理装置6によって受信された後、インバータ9の両端に位置する交流遮断機1と直流負荷断路器4へ開放指令を出力する。その結果、内部事故の発生したインバータ9は、他の正常な機器に影響を及ぼすことなく速やかに停止することが可能となる。
【0017】
実施の形態3.
図4は、この発明の実施の形態3に係る直流機器内部の地絡検出保護装置を示す図である。図4に示すように、この実施の形態3では、直流機器として、直流母線11に複数の遮断機が並列接続されたキュービクル型の直流遮断機12を対象とするもので、このキュービクル型の直流遮断機12は、筐体を並列接続された各遮断機単位で絶縁材料13により電気的に分離され、かつ接地線16を個別に敷設しており、電気的に分離された遮断機毎に接地線を流れる地絡電流を検出し、検出電流が予め設定されたしきい値を超えた場合に検出信号を送出する個別の地絡電流検出用リレー14を有している。
【0018】
キュービクル型の直流遮断機の場合、母線・直流遮断機単位での地絡事故の検出を実現するために、まず、事故電流のルートを個別のものにする必要がある。そのため、それぞれの筐体を絶縁材料13で電気的に分離し、更に接地線16も個別に敷設する。これらの処置により機器内部における地絡事故時には、事故の発生部位によって事故電流のルートが異なるため、それぞれ事故点に対応した地絡電流検出用リレー14が動作することになる。動作した地絡電流検出用リレー14の接点出力信号は信号処理装置15によって受信され、この信号処理装置15は地絡事故が発生したと判断される該当部位を系統から分離するために、必要な遮断機に開放指令を出力する。
【0019】
基本的な開放シーケンスは以下の通りである。
1)き電回線において事故発生→該当する直流遮断機を開放及び対向する遮断器に保護連動をかける。
2)直流母線において事故発生→全き電回線の直流遮断器を開放する。
【0020】
従って、上述した各実施の形態によれば、次の効果を奏する。
1)金属筐体に覆われた直流機器(整流器・インバータ・直流遮断機等)における内部地絡を機器単位で検出することができる。
2)金属筐体に覆われた直流機器(整流器・インバータ・直流遮断機等)における内部地絡を軽微な段階で検出することができる。
3)交流機器側の地絡事故に影響されること無く、直流機器の地絡事故のみを検出することができる。
4)変電所を全停することなく、地絡事故が発生した直流機器・回線を選択的に切り離すことができる。
5)地絡事故発生時における複数の変電所における地絡検出リレーの動作による広範囲な停電を防ぐことができる。
【0021】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、直流機器の接地線を流れる地絡電流を検出し、検出電流が予め設定されたしきい値を超える場合に検出信号を送出する地絡電流検出用リレーと、前記地絡電流検出用リレーの検出信号に基づいて前記直流機器の交流側及び直流側を開放する信号処理装置とを、前記直流機器単位毎に備えたので、直流機器単位毎に機器の接地線に流れる地絡電流を連続的に検出することにより、事故を軽微な段階(微地絡)で検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1に係る直流機器内部の地絡検出保護装置を示す図である。
【図2】図1に示す地絡電流検出用リレー5の詳細な構成を示す図である。
【図3】この発明の実施の形態2に係る直流機器内部の地絡検出保護装置を示す図である。
【図4】この発明の実施の形態4に係る直流機器内部の地絡検出保護装置を示す図である。
【符号の説明】
1 交流遮断機、2 整流器用変圧器、3 シリコン整流器、3a 機器筐体、4 直流負荷断路器、5 地絡電流検出用リレー、5a DCCT、5b 電流検出回路、5c 接点、6 信号処理装置、7 アース、8 接地線、9 インバータ、11 直流母線、12 直流遮断機、13 絶縁材料、14 地絡電流検出用リレー、15 信号処理装置。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a ground fault detection protection inside a DC device for detecting and protecting a ground fault inside the DC device at a minor stage in a device including a DC device and an AC device, such as a substation for a railway, for example. It concerns the device.
[0002]
[Prior art]
As a conventional ground fault detection and protection device, in order to detect a ground fault on the DC line side in a substation, the potential difference between the positive and negative poles of DC equipment (that is, between rail and ground) is collectively measured in the substation. There is a device that performs monitoring (for example, see Non-Patent Document 1).
[0003]
[Non-patent document 1]
Electric Railway Engineering (First edition, March 1995, written by Yoshifumi Mochinaga, Ace Publishing, p. 78)
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-mentioned conventional ground fault detection and protection device, in order to detect a ground fault on the DC line side in the substation, the potential difference between the positive pole and the negative pole of the DC equipment (that is, between the rail and the ground) is transformed. Since monitoring is performed collectively in the office, there are the following problems.
[0005]
1. It is difficult to detect a ground fault at a minor stage.
2. It takes time to identify the location of the ground fault.
3. Even in the event of a ground fault on the AC line side, the ground fault detection and protection device may malfunction.
4. When a ground fault is detected, the DC substations are normally operated on all feeder lines, and all substations stop.
5. When a ground fault occurs, a ground fault detection and protection device operates simultaneously at a plurality of substations, and as a result, there may be a case where a feeder line fails over a wide area.
[0006]
The present invention has been made to solve the above problems, and detects an accident at a minor stage (micro ground fault) by continuously detecting a ground fault current flowing through the ground wire of the device. It is an object of the present invention to obtain a ground fault detection and protection device inside a DC device that enables the above.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
A ground fault detection and protection device in a DC device according to the present invention detects a ground fault current flowing through a ground wire of the DC device, and sends a detection signal when the detected current exceeds a preset threshold value. A current detection relay and a signal processing device for opening an AC side and a DC side of the DC device based on a detection signal of the ground fault current detection relay are provided for each DC device unit.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
In general, a ground fault is a phenomenon in which a fault current flows from a charged portion to the ground due to a break in a high-voltage line, breakage inside a device, a decrease in the insulation level of a device, and the like. In particular, when a problem occurs inside the equipment, the fault current flows from the housing of the equipment to the ground via the ground wire. For this reason, it is possible to detect an accident at a minor stage (micro ground fault) by constantly monitoring the leakage current flowing through the ground line.
[0009]
In the present invention, at the time of a ground fault, the fault current flowing to the ground wire of each device is continuously detected by utilizing the characteristic that the fault current flows from the housing of the device to the ground via the ground wire.・ To monitor.
[0010]
FIG. 1 is a diagram showing a ground fault detection and protection device inside a DC device according to
[0011]
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of the ground fault
[0012]
Next, the operation of the ground fault detection and protection device inside the DC device shown in FIG. 1 will be described. When a ground fault occurs inside the
[0013]
The contact signal of the contact 5c is received by the
[0014]
The conventional ground fault detection and protection device detects the potential difference between the negative pole of the entire substation and the ground, so there is a possibility that a malfunction may occur even if a ground fault occurs on the AC equipment side. , It is possible to detect only the ground fault of the DC device where the fault has occurred without being affected by the ground fault of the AC device. In addition, with the conventional ground fault detection and protection device, it is difficult to identify the location where the accident occurred, so it was necessary to stop all of the feeder lines by opening the DC circuit breakers. In addition, it is possible to selectively disconnect a DC device or line in which a ground fault has occurred. Furthermore, in the conventional method of detecting the potential difference between the negative pole and the ground, the potential difference at the ground is the same at a plurality of adjacent substations, and the negative pole is connected by a rail. It is expected to be level. As a result, since the ground fault detection and protection device operates simultaneously in the substation where the ground fault occurred and in a plurality of adjacent substations, there was a problem that the power supply line would fail over a wide area. It is possible to prevent unnecessary unnecessary power outages.
[0015]
FIG. 3 is a diagram showing a ground fault detection and protection device inside a DC device according to
[0016]
That is, the ground fault current generated inside the
[0017]
FIG. 4 is a diagram showing a ground fault detection and protection device inside a DC device according to
[0018]
In the case of a cubicle type DC circuit breaker, first, it is necessary to individually set the route of the fault current in order to realize the detection of the ground fault in each bus / DC circuit breaker. For this reason, the respective housings are electrically separated by the insulating material 13 and the ground wires 16 are separately laid. By these measures, at the time of a ground fault inside the device, the route of the fault current differs depending on the location of the fault, so that the ground fault current detection relay 14 corresponding to each fault point operates. The contact output signal of the activated ground fault current detection relay 14 is received by the signal processing device 15, and the signal processing device 15 is required to separate the relevant portion determined to have a ground fault accident from the system. An open command is output to the breaker.
[0019]
The basic release sequence is as follows.
1) An accident has occurred in the feeder line → The corresponding DC breaker is opened and protection is linked to the facing breaker.
2) An accident has occurred in the DC bus → The DC breakers of all power lines are opened.
[0020]
Therefore, according to the above-described embodiments, the following effects can be obtained.
1) An internal ground fault in a DC device (rectifier, inverter, DC breaker, etc.) covered by a metal housing can be detected for each device.
2) An internal ground fault in a DC device (rectifier, inverter, DC breaker, etc.) covered by a metal housing can be detected at a slight stage.
3) Only the ground fault of the DC device can be detected without being affected by the ground fault of the AC device.
4) DC equipment and lines in which a ground fault has occurred can be selectively disconnected without stopping all substations.
5) It is possible to prevent a wide-area power failure due to the operation of the ground fault detection relay at a plurality of substations when a ground fault accident occurs.
[0021]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a ground fault current detection relay that detects a ground fault current flowing through a ground wire of a DC device and sends a detection signal when the detected current exceeds a preset threshold value And a signal processing device for opening the AC side and the DC side of the DC device based on the detection signal of the ground fault current detection relay, provided for each DC device unit, By continuously detecting the ground fault current flowing through the ground wire, an accident can be detected at a minor stage (micro ground fault).
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a ground fault detection and protection device inside a DC device according to
FIG. 2 is a diagram showing a detailed configuration of a ground fault
FIG. 3 is a diagram showing a ground fault detection and protection device inside a DC device according to
FIG. 4 is a diagram showing a ground fault detection and protection device inside a DC device according to Embodiment 4 of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 AC circuit breaker, 2 rectifier transformer, 3 silicon rectifier, 3a equipment housing, 4 DC load disconnector, 5 ground fault current detection relay, 5a DCCT, 5b current detection circuit, 5c contact, 6 signal processing device, 7 Ground, 8 Ground wire, 9 Inverter, 11 DC bus, 12 DC circuit breaker, 13 Insulation material, 14 Ground fault current detection relay, 15 Signal processing device.
Claims (3)
前記地絡電流検出用リレーの検出信号に基づいて前記直流機器の交流側及び直流側を開放する信号処理装置と
を、前記直流機器単位毎に備えた直流機器内部の地絡検出保護装置。A ground fault current detection relay that detects a ground fault current flowing through the ground wire of the DC device and sends a detection signal when the detected current exceeds a preset threshold value,
A ground fault detection and protection device inside the DC equipment, wherein a signal processing device for opening the AC side and the DC side of the DC equipment based on a detection signal of the ground fault current detection relay is provided for each DC equipment unit.
ことを特徴とする直流機器内部の地絡検出保護装置。The ground fault detection and protection device inside a DC device according to claim 1, wherein the DC device is a silicon rectifier or an inverter.
前記直流機器は、直流母線に複数の遮断機が並列接続されたキュービクル型の直流遮断機であり、
前記地絡電流検出用リレーは、直流母線での地絡電流を検出し、
前記キュービクル型の直流遮断機は、筐体を並列接続された遮断機単位で絶縁材料により電気的に分離され、かつ接地線を個別に敷設しており、電気的に分離された遮断機毎に、接地線を流れる地絡電流を検出し、検出電流が予め設定されたしきい値を超える場合に検出信号を送出する個別電流検出用リレーを有し、
前記信号処理装置は、前記地絡電流検出用リレー及び個別電流検出用リレーの検出信号に基づいて母線と各遮断機単位での地絡事故の検出を行い、地絡事故が発生した該当部位を系統から分離する
ことを特徴とする直流機器内部の地絡検出保護装置。The ground fault detection and protection device inside the DC device according to claim 1,
The DC device is a cubicle-type DC circuit breaker in which a plurality of circuit breakers are connected in parallel to a DC bus,
The ground fault current detection relay detects a ground fault current in the DC bus,
The cubicle-type DC circuit breaker is electrically separated by an insulating material in units of the circuit breakers connected in parallel to the housing, and a ground wire is separately laid, and for each of the electrically separated circuit breakers. Has an individual current detection relay that detects a ground fault current flowing through a ground wire and sends a detection signal when the detected current exceeds a preset threshold value,
The signal processing device detects a ground fault in each bus and each breaker based on detection signals of the ground fault current detection relay and the individual current detection relay, and determines a corresponding portion where the ground fault has occurred. A ground fault detection and protection device inside a DC device, which is separated from a system.
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