JP2002118952A - ディジタル保護継電器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 絶対時刻を入力する手段として測位システム
を適用し、アンテナから受信した信号をもとに、サンプ
リングした電気量等に精密な時刻データを付加する。 【解決手段】 測位システム１６のアンテナから受信し
た受信信号を入力して、前記受信信号から１秒毎の基準
タイミングを識別する基準タイミング発生回路１５１
と、前記受信信号から時刻データを読み出す時刻抽出回
路１５２と、前記基準タイミング及び前記時刻データと
前記サンプリングによる差分とから、サンプリングタイ
ミングの絶対時刻を算出する絶対時刻算出回路１５３と
からなる時刻同期手段１５を備え、前記判定手段１２が
判定する時間、もしくは前記監視手段１３が監視する時
間を前記時刻同期手段から入力するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、時刻同期機能を内
蔵したディジタル保護継電器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１２は従来のディジタル保護継電器Ｒ
Ｙの構成図である。アナログ入力手段１１は電力系統Ｐ
Ｓの電気量１ａを入力し、一定周期でサンプリングして
アナログ量をディジタル量１ｂに変換する。判定手段１
２はアナログ入力手段１１から入力したディジタルの電
気量１ｂから、電気量１ａの振幅値及び位相を算出し
て、予め設定された整定値１ｃと比較することで、電力
系統ＰＳ内の事故発生有無を識別する。

【０００３】前記アナログ入力手段１１が変換したディ
ジタルのサンプリングデータ１ｂには、内部時計時刻付
加手段１４において、内部時計回路１４１が出力する内
部時計時刻１４ａが内部時計時刻付加回路１４２により
付加される。内部時計時刻付加の方法については公知の
技術であり、ここでの詳述は避けるが、例えば、内部時
計時刻付加回路が図１３に示す様に、連続した複数のサ
ンプリングデータをまとめて１つの年月日時分秒を付加
する方法などがある。

【０００４】又、監視手段１３は装置を構成するハード
ウェア及びソフトウェアの健全性を監視するもので、所
定の周期で監視を行なう。この監視結果１ｄに対して、
内部時計時刻付加回路１４２により時刻が付加される。
監視手段１３の動作については公知の技術であり、ここ
での詳述は避けるが、例えば、ハードウェアの監視とし
ては、記憶装置への書き込んだデータを読み出して、デ
ータの一致を確認する方法があり、ソフトウェアの監視
としては、入力に規定値を与えてプログラム実行後所定
の値を返すことを確認する方法がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記保
護継電器ＲＹの内部時計回路１４１は内部発振器で計数
している回路が一般的で、絶対時間に対して時刻がずれ
てしまう問題があった。このために、時間ずれを発見し
た場合に、人手にて時刻修正を行なうことで対応してい
た。この作業は手間がかかるため、頻繁な修正が実施で
きないことがあり、更に、発見が遅れて時刻がずれたま
まで使用している問題があった。

【０００６】又、誤った時刻を設定してしまう可能性も
あり、間違った時刻で使用してしまうという問題もあっ
た。この場合、サンプリングデータもしくは常時監視結
果を読み出して解析する場合に、間違った時刻で解析す
ることになり、適切な判断ができなくなる可能性があっ
た。

【０００７】本発明は上記課題を解決するためになされ
たものであり、絶対時刻を入力する手段として測位シス
テムを適用し、測位システムのアンテナから受信した信
号をもとに、自動的に時刻の修正を行なうことで、サン
プリングした電気量データや監視結果に対して高精度な
時刻付加を行なうディジタル保護継電器を提供すること
を目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の［請求項１］に
係るディジタル保護継電器は、電力系統の電気量を入力
し一定周期でサンプリングしてアナログ量をディジタル
量に変換するアナログ入力手段と、前記アナログ入力手
段から入力したディジタル電気量から、電気量の振幅値
及び位相を算出して、予め設定された整定値と比較する
ことで、前記電力系統内の事故発生有無を識別する判定
手段と、装置を構成するハードウェア及びソフトウェア
の健全性を監視する監視手段とを有し、測位システムの
アンテナから受信した受信信号を入力して、前記受信信
号から１秒毎の基準タイミングを識別する基準タイミン
グ発生回路と、前記受信信号から時刻データを読み出す
時刻抽出回路と、前記基準タイミング及び前記時刻デー
タと前記サンプリングによる差分とから、サンプリング
タイミングの絶対時刻を算出する絶対時刻算出回路から
なる時刻同期手段を備えた。

【０００９】このことにより、前記判定手段が判定した
時にサンプリングした電気量データに対して、もしくは
前記監視手段による監視実施記録に対し、前記時刻同期
手段から入力した高精度な絶対時刻を付加することがで
きる。なお、測位システムとしては、例えば、米国国防
総省が管理するＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏ
ｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）を使用することが可能であ
る。

【００１０】本発明の［請求項２］に係るディジタル保
護継電器は、［請求項１］において、サンプリング周期
にばらつきが生じた時にも、基準タイミング時のサンプ
リング番号が常に同一番号となるようにサンプリングタ
イミングの制御を行なうサンプリング同期手段を備え
た。このことにより、サンプリング周期が常に同一とな
り、サンプリングの際の絶対時刻を正確に算出すること
が可能となる。。

【００１１】本発明の［請求項３］に係るディジタル保
護継電器は、［請求項１］において、前記基準タイミン
グ発生回路と前記時刻抽出回路と前記基準タイミング発
生回路の基準信号の間に前記時刻抽出回路の時刻データ
を重畳してシリアル信号として出力する重畳回路と、前
記重畳回路の出力信号を少なくとも２個所の出力部を内
蔵した出力回路とを備え、別置形のケースに収納するこ
ととした。このことにより、時刻同期手段を複数の保護
継電器に対して共用することも可能である。

【００１２】本発明の［請求項４］に係るディジタル保
護継電器は、［請求項３］において、前記時刻同期手段
内に設けた出力回路には、電気信号を光信号に変換する
電気光変換回路を付加した。このことにより、時刻同期
手段と保護継電器の間を電気的に絶縁することが可能で
あり、測位システムのアンテナへの雷撃及びサージが発
生した場合に、サージの伝搬を防ぎ保護継電器の損傷を
防ぐことができる。

【００１３】本発明の［請求項５］に係るディジタル保
護継電器は、［請求項３］において、前記時刻同期手段
内に設けた基準タイミング発生回路に対し、測位システ
ムのアンテナからの信号が受信できない場合に、内部の
基準タイミング信号に切り替えることが可能な自走信号
切替回路を備えた。このことにより、天候状態の悪化及
び測位システムの運用状態の変化により、測位システム
のアンテナからの信号が受信できない場合にも、時刻同
期手段内部にて信号を生成し、一定期間出力を継続する
ことが可能である。

【００１４】本発明の［請求項６］に係るディジタル保
護継電器は、［請求項３］において、前記時刻同期手段
内に設けた時刻抽出回路に対し、測位システムのアンテ
ナからの信号で時刻データを抽出できない場合に、内部
の時計回路からの時刻データに切り替えることが可能な
時計データ切替回路を備えた。このことにより、天候状
態及び測位システムの運用状況により、測位システムの
アンテナからの信号が受信できない場合にも、内部時計
により一定期間出力を継続することが可能である。

【００１５】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）（［請求項
１］対応） 図１は本発明の第１の実施の形態を示すブロック図であ
る。図１において、図１２と同一機能部分については同
一符号を付して説明を省略する。本実施の形態ではＧＰ
Ｓ（測位システム）から受信した基準タイミングをもと
に絶対時刻を導出するようにしたものであり、そのため
に設けた構成は、測位システム１６からの受信信号を受
ける時刻同期手段１５である。

【００１６】時刻同期手段１５は基準タイミング発生回
路１５１と、時刻抽出回路１５２と、絶対時刻算出回路
１５３と、絶対時刻付加回路１５４である。なお、１６
は測位システムであり、その他の構成は図１２と同様で
ある。

【００１７】次に各構成についてその機能を説明する
が、図１２との差異部分である時刻同期手段についてだ
け説明する。先ず、時刻同期手段１５は測位システム１
６から受信した受信信号１ｅを入力して、基準タイミン
グ発生回路１５１により１秒毎の基準タイミング１５ａ
を識別し、時刻抽出回路１５２により時刻データ１５ｂ
を読み出す。

【００１８】絶対時刻算出回路１５３は上記基準タイミ
ング１５ａ及び上記時刻データ１５ｂ及び基準タイミン
グ時のサンプリング番号とデータサンプリング時のサン
プリング番号の差分から、データサンプリングタイミン
グ時の絶対時刻を算出して絶対時刻データ１５ｃを出力
する。絶対時刻付加回路１５４は上記ディジタル量の各
サンプリングデータ１ｂ及び監視手段１３の監視結果１
ｄに対して、絶対時刻の付加を行なう。

【００１９】次に作用を図２のフローチャートにて説明
する。ステップＳ１で測位システムから受信するデータ
の設定を行なう。これは、時刻同期手段１５が受信可能
とするための設定を行なう。ステップＳ２は測位システ
ムからの信号を受信し、ステップＳ３にて受信データか
ら基準タイミングの有無を確認する。基準タイミング有
りの場合はステップＳ４へ、無しの場合はステップＳ２
に動作を戻し測位システムからデータを受信する。

【００２０】ステップＳ４は基準タイミングを抽出する
動作で、ステップＳ５にて基準タイミング時点のサンプ
リング番号を保存する動作を行なう。更に、ステップＳ
６にて基準タイミング時点の時刻データを読み出して、
同様に保存する動作を行なう。ステップＳ７とステップ
Ｓ８は、絶対時刻付加回路１５４の動作であり、ステッ
プＳ７はサンプリングデータ１ｂに時刻データを付加す
る動作、ステップＳ８は監視結果１ｅに時刻データを付
加する動作である。ステップＳ８の動作の後はステップ
Ｓ２へ動作を戻す。

【００２１】本実施の形態によれば、時刻データに対し
て測位システムから受信した基準タイミングを用いて時
刻補正をすることが可能となり、自動的に時刻調整が実
施できることから高精度な時刻同期手段を提供すること
ができる。又、人手による時刻補正が不要となり、誤っ
た時刻設定の問題がなくなる。

【００２２】（第２の実施の形態）（［請求項２］対
応） 図３は本発明の他の実施の形態を示す構成図である。図
３において、図１と同一機能部分については同一符号を
付して説明を省略する。本実施の形態ではサンプリング
周期にずれが生じても、サンプリングデータに対する高
精度な時刻の付加を可能としたものであり、そのために
付加した構成は、サンプリング同期手段１７である。そ
の他の構成は図１と同様である。

【００２３】したがって差異部分の機能を説明する。こ
こで、第１の実施の形態において、サンプリング周期の
精度が悪いと、基準タイミング時のサンプリング番号の
値が毎回変動し、絶対時刻にずれが生じる。本実施の形
態では、この対策として基準タイミング時のサンプリン
グ番号が常に同一番号となるようにサンプリングタイミ
ングの制御を行なうサンプリング同期手段１７を設け
る。

【００２４】サンプリング同期手段１７は、絶対時刻算
出回路１５３から前回の基準タイミングと今回の基準タ
イミングにおけるサンプリング番号の差分１５ｄを入力
し、次回のサンプリング周期の制御を行なう。サンプリ
ング同期手段の一例としては、各基準タイミング毎にサ
ンプリング周期を制御する方法がある。

【００２５】図４はサンプリング同期手段の作用を説明
するためのフローチャートである。図４において、ステ
ップＳ２１で基準タイミングを検出すると、ステップＳ
２２でサンプリング番号の前回値と今回値の差分１５ｄ
を入力する。ステップＳ２３ではこの差分に応じて次回
のサンプリング周期を計算して、ステップＳ２４ではサ
ンプリングパルスを内部発振器から生成する際の分周比
を制御する。

【００２６】本実施の形態によれば、サンプリング周期
にずれが生じた場合にも、サンプリングデータに対する
高精度な時刻の付加が可能である。その精度は、正負
共、１サンプリング周期分程度と、高精度な時刻付加が
可能である。

【００２７】（第３の実施の形態）（［請求項３］対
応） 図５は本発明の更に他の実施の形態における時刻同期手
段の構成を示すブロック図である。図５において、図１
の時刻同期手段と同一機能部分については同一符号を付
して説明を省略する。本実施の形態の構成の特徴は、第
１の実施の形態における時刻同期手段１５のみを別置形
のケースに収納し、複数の保護継電器ＲＹに対しての共
用を可能としたことである。そして、本実施の形態の時
刻同期手段１５は、基準タイミング発生回路１５１と時
刻抽出回路１５２と重畳回路１５５と少なくとも２個所
の出力部１５ｆを別置形ケースに収納する。

【００２８】次に作用を説明する。図６は重畳回路１５
５の動作の流れのフローチャートである。図６におい
て、ステップＳ１，ステップＳ２は第１の実施の形態に
おける図２のフローチャートと同様である。ステップＳ
３にて基準タイミングの有無を確認する。基準タイミン
グ有りの場合はステップＳ３１へ、無しの場合はステッ
プＳ２に動作を戻し、測位システムからデータを受信す
る。

【００２９】ステップＳ３１は重畳用パルス信号を生成
する動作で、ステップＳ３２にて時刻シリアルデータを
生成する。次にステップＳ３３にて重畳用パルスとシリ
アルデータを重畳する。これは重畳回路１５５で行なわ
れる。ステップＳ３３の動作の後はステップＳ２へ動作
を戻す。

【００３０】例えば重畳回路１５５の重畳方法は、図７
に示すものなどがある。重畳用パルスは、基準タイミン
グと同時にＨＩに変化するパルス信号である。重畳用パ
ルスは、重畳用パルス信号の出力と時刻データの出力と
が重ならないようなパルス幅の波形としている。したが
って、重畳出力は、重畳用パルス信号及び時刻データの
いずれかがＬＯＷとなる。本実施の形態によれば、複数
の保護継電器に対して時刻同期手段を共用できる。

【００３１】（第４の実施の形態）（［請求項４］対
応） 図８は本発明の更に他の実施の形態における出力部の構
成を示すブロック図である。本実施の形態では時刻同期
手段の出力回路１５６に、電気光変換回路ＥＯを内蔵す
るようにした。電気光変換回路ＥＯは、重畳回路からの
出力１５ｅを電気信号から光信号に変換して出力する。

【００３２】本実施の形態によれば、測位システム１６
のアンテナへの雷撃及びサージが発生した場合に、時刻
同期手段１５と保護継電器ＲＹとの間が電気的に絶縁さ
れているので、保護継電器ＲＹの損傷を防止することが
可能である。

【００３３】（第５の実施の形態）図９は本発明の更に
他の実施の形態におけるデータの入力に関するブロック
図である。本実施の形態では第３の実施の形態に対し、
他の時刻同期手段１５−１からの（カスケード接続用）
入力回路１８の出力と、前記重畳回路１５５からの出力
との何れを出力するかを選択するための切替回路ＳＷを
設けたものである。

【００３４】次に作用を説明すると、切替回路ＳＷを
（カスケード接続用）入力回路１８の側に接続した場合
には、他の時刻同期手段１５−１からの重畳出力が、出
力回路１５６より出力されるカスケード接続の形態とな
る。又、切替回路ＳＷを重畳回路１５５の側に接続した
場合には、既に説明した第３の実施の形態と同等の作用
が得られる。

【００３５】本実施の形態によれば、時刻同期手段１５
の入力として他の時刻同期手段１５−１の出力を入力
し、複数の保護継電器ＲＹに対して出力することができ
る。例えば出力数１６の時刻同期手段１５を２段カスケ
ード接続した場合には、最大２５６台の保護継電器に接
続することが可能となる。これにより、測位システムの
アンテナの設置数の大幅な節約が可能である。

【００３６】（第６の実施の形態）第５の実施の形態に
おける時刻同期手段の内、図９の点線内１５のブロック
を未実装とし、入力回路１８と出力回路１５６のみの構
成とすることも可能である。本実施の形態によれば、基
準タイミング信号及び時刻データを複数の保護継電器を
簡単な設備で分配することが可能である。

【００３７】（第７の実施の形態）（［請求項５］対
応） 図１０は本発明の更に他の実施の形態における基準タイ
ミング発生回路の構成を示すブロック図である。本実施
の形態では測位システムからのデータを受ける基準タイ
ミング発生回路１５１の他に、バックアップとして発振
器８１と、内部基準タイミング発生回路８２及び検出回
路ＤＴと切替回路ＳＷからなる自走信号切替回路１５７
を追加したものである。

【００３８】次に作用について説明すると、自走信号切
替回路１５７は測位システム１６のアンテナからの信号
１ｅの断により基準タイミング１５ａの発生断を検出す
ると、切替回路ＳＷを内部基準タイミング１５ａ１の方
に切り替え、内部基準タイミング発生回路８２からの信
号が出力される。

【００３９】本実施の形態によれば、天候状態及び測位
システムの運用状況により、測位システムのアンテナか
らの信号が受信できない場合にも、時刻同期手段内部に
て信号を生成し、一定期間出力を継続することが可能で
ある。

【００４０】（第８の実施の形態）（［請求項６］対
応） 図１１は本発明の更に他の実施の形態における時刻抽出
回路の構成を示すブロック図である。本実施の形態では
時刻抽出回路１５２の他に、バックアップとして内部時
計回路１４１及び検出回路ＤＴと切替回路ＳＷによる時
計データ切替回路１５８を追加したものである。

【００４１】次に作用について説明すると、時計データ
切替回路１５８は時刻抽出回路１５２からの出力断を検
出した際に、切替回路ＳＷを内部時計回路１４１側へ切
り替え、内部時計回路１４１からの内部時計時刻１５ａ
２が出力される。

【００４２】本実施の形態によれば、天候状態及び測位
システム１６の運用状況により、測位システム１６のア
ンテナからの信号が受信できない場合にも、時刻同期手
段の内部にて時刻データを生成し、一定期間出力を継続
することが可能である。

【００４３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば測
位システムからの基準タイミングパルスを常時取得し、
サンプリングタイミングの同期を行なうことにより、時
刻精度を大幅に改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の時刻同期手段を内
蔵した保護継電器のブロック構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態のサンプリングデー
タに対する絶対時刻付加回路の作用を説明するためのフ
ローチャート。

【図３】本発明の第２の実施の形態のサンプリング同期
手段を付加した保護継電器のブロック構成図。

【図４】本発明の第２の実施の形態のサンプリング同期
手段の作用を説明するためのフローチャート。

【図５】本発明の第３の実施の形態の別置形ケースに内
蔵した時刻同期手段のブロック構成図。

【図６】本発明の第３の実施の形態の別置形ケースに内
蔵した時刻同期手段の動作を説明するためのフローチャ
ート。

【図７】本発明の第３の実施の形態の重畳回路の作用を
説明するための図。

【図８】本発明の第４の実施の形態の電気光変換回路の
ブロック図。

【図９】本発明の第５及び第６の実施の形態の他の時刻
同期手段からの入力を備えた時刻同期手段のブロック
図。

【図１０】本発明の第７の実施の形態の自走信号切替回
路を備えた時刻同期手段のブロック図。

【図１１】本発明の第８の実施の形態の時計データ切替
回路を備えた時刻同期手段のブロック図。

【図１２】従来の時刻付加機能を有する保護継電器のブ
ロック構成図。

【図１３】従来の保護継電器の時刻付加したデータの保
存形態を示す図。

【符号の説明】

１１ アナログ入力手段 １２ 判定手段 １３ 監視手段 １４ 内部時計時刻付加手段 １４１ 内部時計回路 １４２ 内部時計時刻付加回路 １５ 時刻同期手段 １５１ 基準タイミング発生回路 １５２ 時刻抽出回路 １５３ 絶対時刻算出回路 １５４ 絶対時刻付加回路 １５５ 重畳回路 １５６ 出力回路 １５７ 自走信号切替回路 １５８ 時計データ切替回路 １５−１ 他の時刻同期手段 １６ 測位システム １７ サンプリング同期手段 １８ カスケード入力回路 ８１ 発振器 ８２ 内部基準タイミング発生回路 ＥＯ 電気光変換回路 ＤＴ 検出回路 ＳＷ 切替回路 ＰＳ 電力系統 ＲＹ 保護継電器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 元木 光夫 東京都府中市東芝町１番地 株式会社東芝 府中事業所内 Ｆターム(参考） 5G047 AA11 AB07 BB01 CA03 CA05 CA07

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統の電気量を入力し一定周期でサ
   ンプリングしてアナログ量をディジタル量に変換するア
   ナログ入力手段と、前記アナログ入力手段から入力した
   ディジタル電気量から、電気量の振幅値及び位相を算出
   して、予め設定された整定値と比較することで、前記電
   力系統内の事故発生有無を識別する判定手段と、装置を
   構成するハードウェア及びソフトウェアの健全性を監視
   する監視手段とからなるディジタル保護継電器におい
   て、測位システムのアンテナから受信した受信信号を入
   力して、前記受信信号から１秒毎の基準タイミングを識
   別する基準タイミング発生回路と、前記受信信号から時
   刻データを読み出す時刻抽出回路と、前記基準タイミン
   グ及び前記時刻データと前記サンプリングによる差分と
   から、サンプリングタイミングの絶対時刻を算出する絶
   対時刻算出回路とからなる時刻同期手段を備え、前記判
   定手段が判定する時間、もしくは前記監視手段が監視す
   る時間を前記時刻同期手段から入力したことを特徴とす
   るディジタル保護継電器。
2. 【請求項２】 請求項１記載のディジタル保護継電器に
   おいて、前記基準タイミング発生回路の信号と前記サン
   プリングの番号が常に同一番号となるように制御するた
   めのサンプリング同期手段を備えたことを特徴とするデ
   ィジタル保護継電器。
3. 【請求項３】 請求項１記載のディジタル保護継電器に
   おいて、前記時刻同期手段は前記基準タイミング発生回
   路と前記時刻抽出回路と前記基準タイミング発生回路の
   基準信号の間に前記時刻抽出回路の時刻データを重畳し
   てシリアル信号として出力する重畳回路と、前記重畳回
   路の出力信号を少なくとも２個所の出力部を内蔵した出
   力回路とを備え、別置形のケースに収納したことを特徴
   とするディジタル保護継電器。
4. 【請求項４】 請求項３記載のディジタル保護継電器に
   おいて、前記時刻同期手段に設けた出力回路には電気信
   号を光信号に変換する電気光変換回路を付加したことを
   特徴とするディジタル保護継電器。
5. 【請求項５】 請求項３記載のディジタル保護継電器に
   おいて、前記時刻同期手段内に設けた基準タイミング発
   生回路は、測位システムのアンテナからの信号が受信で
   きない場合に、内部の基準タイミング信号に切り替える
   ことが可能な自走信号切替回路を備えたことを特徴とす
   るディジタル保護継電器。
6. 【請求項６】 請求項３記載のディジタル保護継電器に
   おいて、前記時刻同期手段内に設けた時刻抽出回路は、
   測位システムのアンテナからの信号で時刻データを抽出
   できない場合に、内部の時計回路からの時刻データに切
   り替えることが可能な時計データ切替回路を備えたこと
   を特徴とするディジタル保護継電器。