JP2003079047A - 電流差動保護継電器のサンプリング同期方法 - Google Patents

電流差動保護継電器のサンプリング同期方法

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JP2003079047A JP2001263467A JP2001263467A JP2003079047A JP 2003079047 A JP2003079047 A JP 2003079047A JP 2001263467 A JP2001263467 A JP 2001263467A JP 2001263467 A JP2001263467 A JP 2001263467A JP 2003079047 A JP2003079047 A JP 2003079047A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電流差動保護継電器において、親局から各子
局に送る時間情報のビット数(データ量)を従来より少
なくして局間のサンプリング同期がとれるようにする。 【解決手段】 親局6によりタイミング基準信号Psを
一定回数出力する毎に下りの計測指令フラグF1を出力
し、フラグF1を往復伝送路8の下り伝送線8aを通っ
て各子局7a,7b,7rに順次に送り、子局7rによ
り、受信したフラグF1を上りの計測指令フラグF1’と
して折返し、上り伝送線8bを通って親局6に返信し、
親局6により、フラグF1 ’の受信から計測停止指令フ
ラグF2を出力するまでの時間TMを計測し、各子局7a
〜7rによりフラグF1’の送出からフラグF2を受信す
るまでの時間TS を計測し、(TS−TM)/2の演算に
より遅延時間ΔTを求め、系統電流のサンプリングタイ
ミングをΔTが0になるように補正する。

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、電力系統各所の同
時にサンプリングした電流波形の差から系統事故を監視
検出して動作するデジタル形の電流差動保護継電器のサ
ンプリング同期方法に関する。 【0002】 【従来の技術】従来、この種デジタル形の電流差動保護
継電器は、図4に示すように、電力系統1の変電所等の
電気所に親局2を設け、電力系統1に沿って適当な間隔
で例えば#1の子局3a,#2の子局3b,端末の折返
しの子局(LB局)3rを設け、各子局1〜3r間(局
間)を、それぞれ下り伝送線4aと上り伝送線4bとか
らなる光PCM通信用の往復伝送路4で接続して形成さ
れ、光PCM電流差動リレーとも呼ばれる。なお、図中
の5は各局2,3a〜3rの計器用変流器(電流計測手
段)である。 【0003】そして、電力系統1が60Hzであれば、各
局2,3a〜3rによって系統電源の電気角30°毎に
系統電流をサンプリングするため、親局2により、前記
の電気角30°毎にサンプリング用のタイミング基準信
号(720Hzのパルス信号)Psを出力し、このタイミ
ング基準信号Psを、局間の各下り伝送線4aを通って
各子局3a〜3rに順次に送る。 【0004】そして、親局2及び各子局3a〜3rによ
り、タイミング基準信号Psに同期して電力系統1の系
統電流をサンプリングする。 【0005】なお、タイミング基準信号Psは、実際に
は、親局2が周期的に送出するシリアルデータの特定ビ
ットからなり、各子局3a〜3rは、その特定ビットを
タイミング基準として、タイミング基準信号Psを認識
する。 【0006】つぎに、各子局3a〜3rのサンプリング
データは、通常、前記のシリアルデータに加えられ、伝
送線4aを介して子局3aからLB局3rに順に送ら
れ、さらに、LB局3rから伝送線4bを通って親局2
に送られる。 【0007】そして、親局2により、自局のサンプリン
グデータと、受信した各子局3a〜3rのサンプリング
データとの差(系統電流の差)を演算し、この差が事故
検出の基準値より大きくなるか否かに基づいて、電力系
統1の地絡,短絡等の事故の有無を監視検出する。 【0008】さらに、事故を検出すると、親局2から各
子局3a〜3rに開放指令が順次に伝送され、継電器動
作により、電力系統1各所の開閉器が開放されて電力系
統1が停電する。 【0009】ところで、この電流差動保護継電器におい
ては、事故の監視検出精度を向上するため、親局2と各
子局3a〜3rとのサンプリング同期をとり、親局2及
び各子局3a〜3rにより、系統電流を精度よく同時に
サンプリングする必要がある。 【0010】一方、親局2から各子局3a〜3rそれぞ
れまでの信号伝送の遅延特性により、親局2が出力した
タイミング基準信号Psを各子局3a〜3rが受信する
タイミングは、親局2のタイミング基準信号Psの出力
から遅れる。 【0011】そのため、各子局3a〜3rがタイミング
基準信号Psの受信に同期してそれぞれのサンプリング
信号を形成し、このサンプリング信号によって系統電流
をサンプリングすると、各子局3a〜3rのサンプリン
グタイミングが、親局2のサンプリングタイミングか
ら、それぞれの信号伝送の遅延量に応じてずれる。 【0012】そこで、特許第2692907号(特開平
2−155421号)の特許公報には、この種電流差動
保護継電器において、つぎの手法で各局2,3a〜3r
のサンプリング同期をとることが記載されている。 【0013】すなわち、親局2により、適当な一定間隔
毎に、タイミング基準信号PsがLB局7rで折返えさ
れて戻ってくるまでの図5の時間Tmを計測する。 【0014】このとき、親局2のタイミング基準信号P
sの送出から、各子局3a〜3rがタイミング基準信号
Psを受信してLB局3r側に送出するまでの図5の各
子局3a〜3rの下りの信号遅延時間ΔTαと、LB局
3rで折返えされたタイミング基準信号Psが各子局3
r〜3aを介して親局2に戻る際の各子局3z〜3aの
上りの信号伝送の遅延時間ΔTβとが、子局3a〜3r
それぞれについて、等しい時間ΔT′(=ΔTα=ΔT
β)になるように、各局2,3a〜3rの局間距離等が
定められる。 【0015】また、各子局3a,3bにより、下り伝送
線4aのタイミング基準信号Psを、下りの信号として
受信してから、上り伝送線4bの同じタイミング基準信
号Psを、上りの信号として、再び受信するまでの図5
の各時間TS′を計測する。 【0016】そして、図5からも明らかなように、各子
局3a〜3rにおいて、Tm=ΔTα+TS′+ΔTβ
=2・ΔT′+TS′(LB局3rにおいてはTS ′=
0)となり、遅延時間ΔT′を、(Tm−TS ′)/2
の演算から求めることができるため、親局2から各子局
3a〜3rに時間Tmの計測情報を送り、各子局3a〜
3rにより、それぞれの時間TS ′の計測情報と、受信
した時間Tmの計測情報とに基づき、前記の(Tm−T
S ′)/2の演算からそれぞれの遅延時間ΔT′を求め
る。 【0017】そして、各子局3a〜3rにおいて、それ
ぞれの遅延時間ΔT′が、タイミング基準信号Psの遅
れ時間に相当することから、遅延時間ΔT′が0になる
ように、タイミング基準信号Psに位相同期して動作す
るサンプリング信号発生器の位相をずらして補正し、各
子局3a〜3rの系統電流のサンプリングタイミング
を、親局2のサンプリングタイミングに一致させて各子
局3a〜3rのサンプリング同期がとられる。 【0018】 【発明が解決しようとする課題】前記従来の手法で局間
のサンプリング同期をとる場合、時間Tmが各子局3a
〜3rそれぞれの2倍の遅延時間2・ΔT′を含み、遅
延時間ΔT′が長くなる程、時間Tmの計測情報量が多
くなる。 【0019】そして、時間Tmの計測情報を親局2から
各子局3a〜3rに送る際は、遅延時間ΔT′が最大の
ときの情報量に基づいて、時間Tmの計測情報の占有ビ
ット数等を定める必要があるため、時間Tmの時間情報
の伝送に多くのビットを要し、その時間情報を効率よく
伝送して局間のサンプリング同期をとることができない
問題点がある。 【0020】本発明は、親局から各子局に送る時間情報
のビット数を従来より少なくし、情報伝送効率よく局間
のサンプリング同期がとれるようにすることを課題とす
る。 【0021】 【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明の電流差動保護継電器のサンプリング同期方
法は、親局により、タイミング基準信号を一定回数出力
する毎に下りの計測指令フラグを出力し、下りの計測指
令フラグを、下り伝送線を通って各子局に順次に送り、
折返しの子局により、受信した下りの計測指令フラグ
を、上りの計測指令フラグとして折返し出力し、上りの
計測指令フラグを、上り伝送線を通って親局に返信し、
親局により、上りの計測指令フラグの受信からつぎのタ
イミング基準信号に同期して計測終了指令フラグを出力
するまでの時間TMを計測し、各子局により、上りの計
測指令フラグの送出から、計測終了指令フラグを受信す
るまでの時間TSを計測し、(TS−TM)/2の演算に
より、親局から各子局それぞれまでの信号伝送の遅延時
間ΔTを求め、系統電流のサンプリングタイミングを、
遅延時間ΔTが0になるように補正し、親局及び各子局
が同期して系統電流をサンプリングするようにする。 【0022】したがって、例えばタイミング基準信号を
12回出力する毎(電気角360°毎)に、親局が下り
の計測指令フラグを出力すると、そのフラグが折返しの
子局(LB局)で折返えされ、上りの計測指令フラグと
して、親局に戻る。 【0023】そして、親局に上りの計測指令フラグが戻
ってから、親局がつぎのタイミング基準信号に同期して
計測終了指令フラグを出力するまでの図3の時間T
M を、親局により計測する。 【0024】このとき、図3からも明らかなように、時
間TM には各子局の信号伝送の遅延時間ΔTが含まれな
い。 【0025】さらに、各子局において、LB局で折返え
されて親局に送る上りの計測指令フラグの受信から、つ
ぎのタイミング基準信号に同期した計測終了指令フラグ
を受信するまでの時間TSを計測すると、この時間T
Sは、図3からも明らかなように、遅延時間ΔTが含ま
れ、TS=ΔT+TM+ΔTである。 【0026】そして、各子局により、親局からの受信し
た時間TM の計測情報と、自局で計測した時間TS の計
測情報とに基づき、(TS−TM)/2の演算から、それ
ぞれの信号伝送の遅延時間ΔTが求められ、この遅延時
間ΔTが0になるようにそれぞれの系統電流のサンプリ
ングタイミングが補正されて各局のサンプリング同期が
とられる。 【0027】この場合、親局が計測して各子局に送る時
間TM の計測情報は、2・ΔTの遅延時間の情報が含ま
れず、その分情報量が少なくなり、親局から各子局に送
るT M の時間情報のビット数が著しく少なくなり、効率
よく情報を伝送して局間のサンプリング同期をとること
ができる。 【0028】 【発明の実施の形態】つぎに、本発明の実施の1形態に
つき、図1〜図3を参照して説明する。まず、本発明が
適用される電流差動保護継電器は、図1に示すように、
図4の親局2及び子局3a〜3rに相当する親局6及び
各子局7a〜7rとを備えて形成され、それらの局間に
は、図4の往復伝送路4と同様の光PCM通信用の往復
伝送路8が設けられ、各局6,7a〜7rが、各往復伝
送路8の下り伝送線8a,上り伝送線8bで接続されて
いる。 【0029】なお、図中の9は電力系統であり、10は
各局6,7a〜7rの計器用変流器(電流計測手段)で
ある。 【0030】そして、親局6及び各子局7a〜7rは図
2に示すように構成され、親局6は基準クロック部1
1,送信部12,受信部13,計測部14及びA/D変
換部15を有し、基準クロック部11により、例えば電
力系統9の電源の電気角30°毎に、シリアルデータの
タイミング基準信号Ps(クロックパルス)の特定ビッ
トをセットし、タイミング基準信号Psを送信部12か
ら下り伝送線8aに送信するとともに、送信部12から
内部のA/D変換部15に、タイミング基準信号Psに
同期したサンプリング信号を供給し、この信号に基づ
き、A/D変換部15により、自局の計器用変流器10
が計測した系統電流をサンプリングする。 【0031】また、子局7a,7bは下り信号送受信部
16,上り信号送受信部17,計測部18,サンプリン
グ制御部19及びA/D変換部20を有し、下り伝送線
8aに接続された下り信号送受信部16により、親局側
からのタイミング基準信号Psを受信して認識すると、
このタイミング基準信号Psを、サンプリング制御部1
9に同期制御信号として供給し、サンプリング制御部1
9からA/D変換部20に、サンプリング基準信号Ps
に同期したサンプリング信号を供給する。 【0032】そして、A/D変換部20により、サンプ
リング信号に基づいて自局の計器用変流器10が計測し
た系統電流をサンプリングする。 【0033】さらに、LB局7rは送受信部21,計測
部22,サンプリング制御部23,A/D変換部24を
有し、下り伝送線8aに送受信部21の受信側が接続さ
れ、シリアルデータを受信して折返し、送受信部21の
送信側から上り伝送線8bに返信出力するとともに、受
信したシリアルデータのタイミング基準信号Psを、サ
ンプリング制御部23に同期制御信号として供給し、サ
ンプリング制御部23からA/D変換部24にサンプリ
ング基準信号Psに同期したサンプリング信号を供給
し、A/D変換部24により、A/D変換部20と同様
にして系統電流をサンプリングする。 【0034】なお、LB局7rの送受信部21から上り
伝送線8bに返信出力された上りの信号は、子局7b,
7aの上り信号送受信部17に受信されて順送りされ、
親局6の受信部13に送られて親局6に戻される。 【0035】つぎに、例えばタイミング基準信号Psが
12回発生し、系統電源の1周期(電気角360°)の
一定時間が経過する毎に、親局6の送信部12は、送出
するシリアルデータのタイミング基準信号Psのビット
をセットするとともに、そのシリアルデータに伝送遅延
時間計測用の下りの計測指令フラグF1 を付加して出力
する。 【0036】そして、この計測指令フラグF1 が各下り
伝送線8aを通って各子局7a,7bの下り信号送受信
部16,LB局7rの送受信部21に順次に受信され
る。 【0037】さらに、LB局7rは、受信した計測指令
フラグF1 を上りの計測指令フラグF1′として折返
し、このフラグF1′が各上り伝送線8bを通り、各子
局7b,7aを介して親局6に返送される。 【0038】このとき、LB局7rは計測指令フラグF
1 ′の返送に同期して計測部22が時間TS の計測を開
始し、他の子局7b,7aは計測指令フラグF′を受信
して親局側に返送する毎にフラグF1′の返送に同期し
て計測部18が時間TSの計測を開始する。 【0039】そして、計測指令フラグF1 ′を親局6の
受信部13が受信すると、受信部15から送信部12に
返送着信が通知される。 【0040】この通知に基づき、送信部12は計測部1
4に計測起動信号を与えて時間TMの計測を指令し、つ
ぎのタイミング基準信号Psの送出タイミングになる
と、計測部14に計測停止信号を出力して時間TMの計
測を停止し、時間TMの最新の計測情報を計測部14の
メモリ等の記憶手段に書換自在に保持する。 【0041】また、つぎのシリアルデータのタイミング
基準信号Psのビットをセットするとともに、そのデー
タに計測停止指令フラグF2 を付加して下り伝送線8a
に送出する。 【0042】そして、各子局7a〜7rはフラグF2
受信すると、計測部18,22に計測停止信号を出力し
てそれぞれの時間TSの計測を停止し、時間TSの最新の
計測情報を計測部18,22のメモリ等の記憶手段に書
換自在に保持する。 【0043】ところで、親局6はタイミング基準信号P
sを送出するときに、計測部14に保持されている時間
M の最新の計測情報も読出してシリアルデータに付加
し、下り伝送線8aに送出する。 【0044】そして、子局7a,7bは送受信部16,
子局7rは送受信部21がタイミング基準信号Psを受
信して認識する毎に、同時に、時間TM の最新の計測情
報も子局7a,7bは送受信部16,子局7rは送受信
部21によって受信する。 【0045】そして、受信した時間TMの計測情報と自
局の時間TSの最新の計測情報とに基づき、各子局7a
〜7rのサンプリング制御部19,23は、(TS
M)/2の演算を実行し、親局6が信号を送出してか
ら、その信号を受信するまでの信号伝送の遅延時間ΔT
を求める。 【0046】すなわち、図3に示すように親局6が時刻
1 にタイミング基準信号Psに同期して下り計測指令
フラグF1を送出し、このフラグF1の折返しの返信に基
づき、親局6が時刻txに上り計測指令フラグF1′を受
信し、この受信後の時刻t2のつぎのタイミング基準信
号Psの送出タイミングに親局6が計測停止指令フラグ
2を送出することから、tx〜t2の時間TMには遅延時
間ΔTが含まれない。 【0047】一方、各子局7a〜7rにおいて、計測指
令フラグF1 ′を送出してから、計測停止指令フラグF
2を受信するまでの計測時間TSは、図3からも明らかな
ように時間TMの前,後のそれぞれの信号伝送の遅延時
間ΔTを含む。 【0048】そのため、各子局7a〜7rにより、前記
の(TS−TM)/2の演算から、各子局7a〜7rそれ
ぞれの遅延時間ΔTが求まる。 【0049】そして、各子局7a〜7rはサンプリング
制御部19,23により、各遅延時間ΔTが0になるよ
うに、それぞれの内部のサンプリング信号発生器の位相
を、タイミング基準信号Psの受信に同期した位相から
進めて補正し、サンプリング制御部19,23からA/
D変換部20,24に、補正した位相でサンプリング信
号を供給し、A/D変換部20,24により、親局6の
A/D変換部15と同時に系統電流を計測する。 【0050】この場合、親局6が各子局7a〜7rに送
る時間TM の計測情報には遅延時間ΔTが含まれず、時
間TM は、親局6がタイミング基準信号Psを送信して
から親局6に戻ってくるまでの時間(=t2−t1)より
十分に短く、最も長い子局7rの遅延時間ΔTをΔTma
xとすると、TM ≪2・ΔTmaxである。 【0051】そのため、親局6が各子局7a〜7rに送
る時間情報としての時間TM の計測情報は、遅延時間Δ
Tを含まない一定の少数ビット数になり、従来の遅延時
間ΔT′の2倍の時間を含む時間Tm(=2・ΔT′+
S ′)の計測情報よりビット数が少なく、データ長が
短くなる。 【0052】したがって、親局6が各子局7a〜7rに
送る時間情報のデータ長を従来より短くして効率よく迅
速に各局6,7a〜7rのサンプリング同期をとること
ができ、例えば、時間情報のデータ長が短くなった分、
他のデータ等の伝送を増やすことが可能になる。 【0053】そして、各子局7a〜7rそれぞれの局間
の信号伝送の遅延時間ΔTが上りと下りとで等しけれ
ば、子局7a〜7rの個数,局間の距離等はどのようで
あってもよい。 【0054】また、親局6及び各子局7a〜7rの構成
等は前記形態のものに限られるものではない。 【0055】そして、各子局7a〜7rのサンプリング
データは、前記形態のように下り伝送線8aで加えられ
る代わりに、LB局7r側から順に、受信したサンプリ
ングデータに自局のサンプリングデータを加えて親局6
側のつぎの子局に送ることをくり返し、上り伝送線8b
で加えられて親局6に送られるものであってもよい。 【0056】さらに、タイミング基準信号Psの信号形
式等はどのようであってもよく、フラグF1,F1′及び
2 についても、伝送効率等の面からは、極力簡単でビ
ット数の少ないものであることが望ましいが、それらの
信号形式やビット数等はどのようであってもよい。 【0057】そして、本発明は種々のデジタル形の電流
差動保護継電器の各子局間のサンプリング同期に適用す
ることができる。 【0058】 【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。タイミング基準信号Psに同期して親局6が時刻t
1に計測指令フラグF1を送出し、このフラグF1 が折返
しの子局(LB局)7rで折返えされ、上りの計測指令
フラグF1 ’として親局6に戻ってきた時刻をtxと
し、つぎのタイミング基準信号Psに同期した計測停止
指令フラグF2の出力時刻をt2とすると、親局6がtx
〜t2の時間TMを計測し、この時間TM には各子局7a
〜7rの信号伝送の遅延時間ΔTは含まれない。 【0059】さらに、各子局7a〜7rが、折返しの子
局7rで折返えされて親局6に返るフラグF1 のそれぞ
れの送信時刻から、時刻t2のフラグF2を各子局7a〜
7rが受信するまでの時間TSを計測し、この時間TS
は遅延時間ΔTが含まれ、T S =ΔT+TM+ΔTにな
る。 【0060】そして、各子局7a〜7rにより、親局6
から送られた時間TM の計測情報と、自局の時間TS
の計測情報とに基づき、(TS−TM)/2の演算から、
それぞれの信号伝送の遅延時間ΔTが求められ、この遅
延時間ΔTが0になるようにそれぞれの系統電流のサン
プリングタイミングが補正されて各局6,7a〜7rの
サンプリング同期がとられる。 【0061】この場合、親局6が計測して各子局7a〜
7rに送る時間TM の計測情報には、2・ΔTの遅延時
間が含まれず、その分情報量が少なくなり、親局6から
各子局7a〜7rに送るTM の時間情報のビット数が少
なく、その伝送量が少なくて済み、効率よく局間のサン
プリング同期をとることができ、時間情報とともに伝送
する情報量を多くすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】 【図1】本発明の実施の1形態の結線図である。 【図2】図1の詳細な結線図である。 【図3】図1の計測時間の説明図である。 【図4】従来例の結線図である。 【図5】図4の計測時間の説明図である。 【符号の説明】 1,9 電力系統 2,6 親局 3a,3b,7a,7b 子局 3r,7r 折返しの子局 4,8 往復伝送路 4a,8a 下り伝送線 4b,8b 上り伝送線 Ps タイミング基準信号 F1 下りの計測指令フラグ F1’上りの計測指令フラグ F2 計測停止指令フラグ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 【請求項1】 親局が周期的に出力したサンプリング用
    のタイミング基準信号を、局間の各往復伝送路の下り伝
    送線を通って折返し子局までの各子局に順次に送り、 前記親局及び前記各子局により、前記タイミング基準信
    号に同期して電力系統の系統電流をサンプリングし、 前記各子局のサンプリングデータを、前記各往復伝送路
    を通って前記親局に送り、 前記親局により、自局のサンプリングデータと受信した
    前記各子局のサンプリングデータとの差から、前記電力
    系統の系統事故を監視検出して動作する電流差動保護継
    電器のサンプリング同期方法であって、 前記親局により、前記タイミング基準信号を一定回数出
    力する毎に下りの計測指令フラグを出力し、 前記下りの計測指令フラグを、前記各往復伝送路の下り
    伝送線を通って前記各子局に順次に送り、 前記折返しの子局により、受信した前記下りの計測指令
    フラグを上りの計測指令フラグとして折返し、前記各往
    復伝送路の上り伝送線を通って前記親局に返信し、 前記親局により、前記上りの計測指令フラグの受信から
    つぎの前記タイミング基準信号に同期して計測終了指令
    フラグを出力するまでの時間TMを計測し、 前記各子局により、 前記上りの計測指令フラグの送出から、前記計測終了指
    令フラグを受信するまでの時間TSを計測し、 (TS−TM)/2の演算により、前記親局から前記各子
    局それぞれまでの信号伝送の遅延時間ΔTを求め、 前記系統電流のサンプリングタイミングを、前記遅延時
    間ΔTが0になるように補正し、 前記親局及び前記各子局が同期して前記系統電流をサン
    プリングするようにしたことを特徴とする電流差動保護
    継電器のサンプリング同期方法。
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