JP2004260885A

JP2004260885A - 電流差動保護継電装置

Info

Publication number: JP2004260885A
Application number: JP2003046403A
Authority: JP
Inventors: Kazumi Yamada; 員己山田; Tatsuya Isomoto; 達也磯本; Hidemasa Sugiura; 秀昌杉浦; Hirobumi Ono; 博文大野; Kazuto Fukushima; 和人福嶋; Tomotaka Nishida; 知敬西田
Original assignee: Kansai Electric Power Co Inc; TMT & D KK
Current assignee: Kansai Electric Power Co Inc; TMT & D KK
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16

Abstract

【課題】伝送速度の低速化の実現を可能にし、標準の通信装置を使用できるようにすることにある。
【解決手段】複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流を一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換する変換部５と、この変換部により求められた電流データをディジタルフィルタ演算処理するフィルタ部６と、このフィルタ処理された電流データを圧縮して所定の符号に変換する符号変換部７と、符号変換された電流データを含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送部８と、自端子の電流データと受信した電流データを復号する符号復号部９とを備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、その端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって保護演算を行う電流差動保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数端子間を送電線により連系してなる電力系統において、送電線の保護装置として、保護区間内外部の事故判定能力の高い電流差動保護継電装置が多用されている。
【０００３】
図９は、従来の電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した一例を示す構成図である。図９において、４は端子α、β間を送電線１により連系してなる２端子送電系統の各端子に設置された電流差動保護継電装置で、この電流差動保護継電装置４は、アナログ−ディジタル変換部５、ディジタルフィルタ演算部６、伝送部８、演算部１０、出力部１１から構成されている。
【０００４】
アナログ−ディジタル変換部５は、各端子の送電線１に流れる電流を変流器２を介して入力し、サンプリングによる折返し誤差を防止する図示しないアナログフィルタを通した後、サンプリング同期信号に基づき所定の周期でサンプリングを行い、この時の電流瞬時値を所定のビット長の電流データに変換してディジタルフィルタ部６に出力する。
【０００５】
ディジタルフィルタ部６では、アナログ−ディジタル変換部５より出力された電流データに対して公知の各種ディジタルフィルタ演算を実行することにより、以降の保護演算で不必要となる直流や高調波成分の除去等を行う。
【０００６】
伝送部８では、電流データを含む自端子のデータを通信装置３を介して相手端子へ送信すると共に、相手端子から通信装置３を介して伝送されてくる相手端子のデータを受信し、自端子の電流データと受信した相手端子の電流データを演算部１０へ出力する。
【０００７】
演算部１０では、伝送部８を介して入力される自端子及び相手端子の電流データのベクトル和を差電流とし、自端子及び相手端子の電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として図１０（ａ），（ｂ）に示す比率特性から送電線の事故発生の有無を判定する。
【０００８】
出力部１１は、演算部１０の判定結果に応じた出力を送出する。
【０００９】
このような電流差動保護継電装置４は、系統周波数が６０Ｈｚの場合、図１１に示すように各相の電流データ（各１２ビット）と制御用ビット（１０ビット）、フレーム同期ビット（６ビット）、固定ビット（７ビット）、データ検定用のＣＲＣ（ＣｙｃｌｉｃＲｅｄｕｎｄａｎｃｙＣｈｅｃｋ）ビット（１６ビット）の１フレーム７５ビットからなる伝送データを、電気角３０°（６０Ｈｚ系では約１．３９ｍｓ）毎にサイクリックに伝送しており、その伝送速度は５４ｋｂｐｓとなる。
【００１０】
上記では１相分の電流データのビット数が１２ビットの場合であるが、１２ビットを超えるビット数を使用した電流差動保護継電装置もある（例えば、特許文献１参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平３−２１５１１６号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来の電流差動保護継電装置においては、通信装置３として５４ｋｂｐｓ以上の伝送速度を持つ必要があるが、この値は標準的なデータ伝送端末装置の伝送速度である４８ｋｂｐｓよりも大きいため、通信装置３に非標準な速度に対応した高価な専用装置を適用するか、１ランク上の標準伝送速度である１５４４ｋｂｐｓの装置を使用して、１５４４ｋｂｐｓの回線１チャンネルを電流差動保護継電装置に占有させるなどの対応をとらなければならないという問題があった。
【００１３】
また、近年、伝送する電流データをサンプリングタイミング時点の電流瞬時値を表すデータから、サンプリングタイミング時点の電流ベクトル（大きさと位相）を表現できる互いに直交する２量からなるデータに代えることにより、伝送間隔を従来の電気角３０°よりも長く取れるようにして、伝送速度の低速化を可能とし、標準的な通信装置を使用することができる電流差動保護継電装置が提案されている。
【００１４】
このような電流差動保護継電装置に対しても、伝送するデータ量の削減を行うことができれば、より一層の伝送速度の低速化が可能である。
【００１５】
本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、伝送速度の低速化を実現して、標準の通信装置を使用することが可能な電流差動保護継電装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により電流差動保護継電装置を構成する。
【００１７】
本発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、このアナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データをディジタルフィルタ演算処理するディジタルフィルタ手段と、このディジタルフィルタ手段によりフィルタ処理された電流データを圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された電流データを含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の電流データと受信した電流データを復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した電流データのベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端及び受信した電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備える。
【００１８】
また、本発明は、複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、アナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量を求める直交量演算手段と、この直交量演算手段により算出された直交する２量に対して各々を圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された直交する２量を含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の直交する２量と受信した直交する２量を復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する２量から求めた各端子の電流のベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する２量から求めた各端子の電流のそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備える。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第１の実施形態を示す構成図である。
【００２１】
図１において、４は端子α、β間を送電線１により連系してなる２端子送電系統の各端子に設置された電流差動保護継電装置で、この電流差動保護継電装置４は、アナログ−ディジタル変換部５、ディジタルフィルタ演算部６、符号変換部７、伝送部８、符号復号部９、演算部１０及び出力部１１から構成されている。
【００２２】
アナログ−ディジタル変換部５は、送電線１に流れる電流を変流器２を介して入力し、サンプリングによる折返し誤差を防止する図示しないアナログフィルタを通した後、サンプリング同期信号に基づき所定の周期でサンプリングし、このときの電流瞬時値を１６ビット長の電流データにディジタル変換してディジタルフィルタ部６へ出力する。
【００２３】
ディジタルフィルタ部６では、アナログ−ディジタル変換部５より出力された電流データに対して公知の各種ディジタルフィルタ演算を実施することにより、以降の保護演算で不要となる直流や高調波成分の除去などを行う。
【００２４】
符号変換部７では、ディジタルフィルタ部６より出力された１６ビット長の電流データを所定の変換式に基づき、８ビットの電流データに変換する。
【００２５】
伝送部８では、符号変換部７で８ビットに符号化された電流データを含む自端子のデータを通信装置３を介して相手端子へ伝送すると共に、相手端子から通信装置３を介して伝送されてくる相手端子のデータを受信し、自端子の電流データと受信した相手端子の電流データを符号復号部９へ出力する。
【００２６】
符号復号部９では、８ビット符号化された自端子及び相手端子の電流データを所定の変換式に基づき１６ビットの電流データに復号し、演算部１０に出力する。
【００２７】
演算部１０では、符号復号部９を介して入力される自端子及び相手端子の電流データのベクトル和を差電流とし、自端子及び相手端子の電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として図１０（ａ），（ｂ）に示す比率特性から送電線の事故発生の有無を判定する。
【００２８】
出力部１１は演算部１０の演算結果に応じて所定の出力を行う。
【００２９】
次に上記のように構成された電流差動保護継電装置の作用を述べる。
【００３０】
図１において、アナログ−ディジタル変換部５よりディジタルフィルタ部６を通して１６ビット長の電流データが符号変換部７に入力されると、この符号変換部７では、正負を表す符号ビット１ビットと大きさを表すデータビット１５ビットからなる１６ビット長の電流データを、その大きさにより幾つかの区間に分割し、その区間毎に量子化ステップ（１ビットの重み）を変更し、正負を表す符号ビット１ビット、区間を表すセグメントビットｎビット、及び大きさを表すデータビット（７−ｎ）ビットからなる８ビット長の電流データへ符号化される。
【００３１】
このような変換をするものに、ＩＴＵ−Ｔ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＵｎｉｏｎＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎＳｅｃｔｏｒ）のＧ．７１１にて定められているμ−ｌａｗとＡ−ｌａｗがある。
【００３２】
これらは、１６ビットデータが表現する大きさの範囲（０〜３２７６８）を８区間に分割し、セグメントビット３、データビット４ビットを割り当てているもので、図２（ａ）又は（ｂ）に示すような変換を行う。
【００３３】
図２（ａ），（ｂ）において、単位はすべてビットであり、μ−ｌａｗはオフセット値「１０００１００」を加えた後に変換している。実際はμ−ｌａｗ、Ａ−ｌａｗの両変換とも排他的論理和（μ−ｌａｗ：１１１１１１１、Ａ−ｌａｗ：１０１０１０１）によるビット反転があるが、大きさの変化を分かり易くするため、省略してある。
【００３４】
この変換方式は、量子化ステップを均一にするものではなく、対数的に入力が小さいときは量子化ステップを小さく、大きいときは量子化ステップを大きくすることで（非線形量子化）、８ビットへの変換を実現している。
【００３５】
図３（ａ），（ｂ）に示すグラフは図２（ａ）、図４（ａ），（ｂ）に示すグラフは図２（ｂ）の変換の様子を入力値（１６ビットデータ）−出力値（８ビットデータ）の変換特性図として表したものである。
【００３６】
なお、図３（ｂ）は（ａ）の□部分の拡大図、図４（ｂ）は（ａ）の□部分の拡大図を示している。
【００３７】
このような変換を行うことにより、１６ビット長の電流データを８ビットに符号化して伝送することができる。
【００３８】
図１の符号復号部９では、符号変換部７とは逆の変換を行うことで、８ビットに符号化された電流データを１６ビットの電流データへ復号する。このとき、図２（ａ），（ｂ）から分かるように８ビット符号化の際にデータの下位ビットの切り捨てが行われているので、１６ビットに復号した電流データは、元のデータとは完全には一致しない（切り捨てられた下位ビットが全て“０”で合った場合のみ一致する）。従って、この一連の変換は、不可逆変換であり、変換により誤差が生じる。
【００３９】
図５（ａ）及びその□部分を拡大した（ｂ）は、従来の１２ビットで電流データを表現した場合と、本実施形態による８ビット符号化の後１６ビットへ復号した場合の入力に対する誤差率を表した図である。
【００４０】
従来の場合は量子化ステップが一定であり、入力の大きさに関係なく量子化誤差は一定となるので、入力が小さいときは誤差率が大きく、入力が大きいときは誤差率が小さくなる。
【００４１】
これに対して、本実施形態の場合は、量子化ステップが入力に応じて変化するので、量子化ステップが切換わる度にある一定の範囲で増減を繰返す誤差率となる。
【００４２】
これは従来と比較して、入力が大きな場合における誤差率が増大することを意味するが、図１０（ａ），（ｂ）に示す電流差動保護継電装置の比率特性は、入力の大きさに応じた比例分誤差を考慮した特性であり、図６（ａ）及びその□部分を拡大した（ｂ）に示すように本実施形態を適用することによる誤差を積み上げても、十分なマージンを確保できる。すなわち、本実施形態による電流データの符号化、復号化に伴う誤差は、通常の保護演算上問題となる値ではない。
【００４３】
このように電流データを８ビットに変換することができると、例えば６０Ｈｚ系の場合、伝送する１フレームを各相の電流データ（各８ビット）と制御用ビット（１０ビット）、フレーム同期ビット（６ビット）、固定ビット（７ビット）、データ検定用のＣＲＣビット（１６ビット）の６３ビットで構成することができ、電気角３０°毎にサイクリックに伝送した場合の伝送速度が４８ｋｂｐｓを下回るため、標準の通信装置を使用することができる。
【００４４】
図７は、本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第２の実施形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００４５】
第２の実施形態では、ディジタルフィルタ演算部６に代えて直交量演算部１２を設けたものである。
【００４６】
この直交量演算部１２では、アナログ−ディジタル変換部５より出力された電流データと過去に出力された電流データの複数のデータより公知の各種演算を用いて、任意のサンプリングタイミング時点を基準とした電流ベクトルを表す互いに直交する２量を算出する。
【００４７】
電流データをサンプリングタイミング時点の電流瞬時値を表すデータから、サンプリングタイミング時点の電流ベクトルを表現できる直交する２量で表すと、データ伝送間隔を従来の電気角３０°よりも長くとった場合でも、以降の保護演算が実施できることは公知である。
【００４８】
よって、このようにすれば、伝送部８での伝送間隔を従来より長く取ることができ、伝送速度の低速化が可能となる。このとき、本実施形態によれば、符号変換部７で、直交する２量で表現された電流データのビット長を１６ビットから８ビットに符号化することができるので、伝送周期を長くすることによる作用効果に加え、伝送するデータ量の削減による一層の低速化を図ることができ、標準的な伝送装置を使用することができる。
【００４９】
図８は本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第３の実施形態を示す構成図で、図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点を述べる。
【００５０】
第３の実施形態では、アナログ−ディジタル変換部５と直交量演算部１２との間に標本量演算部１３を設けたものである。
【００５１】
通常、電力系統は三相交流であり、前述した第２の実施形態では三相各相の電流と必要に応じて零相の電流を扱うこととなる。この場合、第２の実施形態では電流データを直交する２量で表現するため、計８量（零相電流を必要としない場合は計６量）のデータを伝送する必要がある。
【００５２】
本実施形態では、標本量演算部１３において、各相の電流データから一つの標本量データを算出し、直交量演算部１２へ出力する。これにより、三相を個別に扱うことはできなくなるが、例えば事故検出時の出力部１１の出力が三相一括遮断指令であるような、三相一括処理が許容される場合には、データ量を削減することが可能となる。
【００５３】
なお、標本量としては、正相電流や（１）式で算出される電気量等を適用することができる。
【００５４】
２Ｉ_Ａ＋Ｉ_Ｂ＋ｋＩ_０ …… （１）
但し、ｋ：所定の係数
従って、本実施形態によれば、前述した第２の実施形態で得られる作用効果に加え、データ量の削減による伝送速度の低速化を実現することにより、標準的な通信装置を使用することができる。
【００５５】
前述した第２及び第３の実施形態では、図１のディジタルフィルタ演算部６を省略したが、ディジタルフィルタ演算部６を省略せずに処理を実施し、その後で直交量演算部１２や標本量演算部１３の処理を実施するようにしても良い。
【００５６】
以上述べた各実施形態では、μ−ｌａｗとＡ−ｌａｗによるデータ変換を示したが、μ−ｌａｗやＡ−ｌａｗとは異なる分割位置や量子化ステップとしたデータ変換や、異なる分割数としたデータ変換を適用しても同様の作用効果を得ることができる。更に各実施形態では１６ビットを８ビットへ変換する場合について述べたが、これらの変換に限らず、例えば図６（ａ）及びその□部分を拡大した（ｂ）に示すように、比例分誤差およびそれに対する裕度（図６の場合は３０％比率）に対して本発明による量子化誤差を重畳した結果が、比率特性に影響を与えない範囲であれば、他のビット長へ変換する場合でも同様の作用効果を得ることができる。
【００５７】
なお、図６（ａ）では３０％比率（比例分誤差×２（裕度））の線と本発明による量子化誤差を重畳の線がほぼ重なるため、１つの線で表記している。
【００５８】
また、前述した各実施形態では、保護対象として２端子の送電線を保護する場合について述べたが、３端子以上の多端子送電線を保護する場合にも、前述同様に適用実施できるものである。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、電流データのビット長をより短いビット長に変換して伝送することにより、伝送データ量を削減できるので、伝送速度の低速化の実現が可能となり、標準の通信装置を使用することができる電流差動保護継電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第１の実施形態を示す構成図。
【図２】（ａ），（ｂ）は同実施形態において、μ−ｌａｗ方式とＡ−ｌａｗ方式によるデータ変換例を示す図。
【図３】（ａ）は同実施形態において、μ−ｌａｗ方式によるデータ変換の入出力特性図、（ｂ）は（ａ）の□部分の拡大図。
【図４】（ａ）は同実施形態において、Ａ−ｌａｗ方式によるデータ変換の入出力特性図、（ｂ）は（ａ）の□部分の拡大図。
【図５】（ａ）は同実施形態における誤差率を表す図、（ｂ）は（ａ）の□部分の拡大図。
【図６】（ａ）は同実施形態における比率特性と誤差の関係を示す図、（ｂ）は（ａ）の□部分の拡大図。
【図７】本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第２の実施形態を示す構成図。
【図８】本発明による電流差動保護継電装置を２端子送電系統に適用した第３の実施形態を示す構成図。
【図９】従来の電流差動保護継電装置を示す構成図。
【図１０】比率特性の一例を示す図。
【図１１】従来の電流差動保護継電装置における伝送フレーム（フォーマット）を表した図。
【符号の説明】
１……送電線
２……変流器
３……通信装置
４……電流差動保護継電装置
５……アナログ−ディジタル変換部
６……ディジタルフィルタ部
７……符号変換部
８……伝送部
９……符号復号部
１０……演算部
１１……出力部
１２……直交量演算部
１３……標本量演算部

Claims

複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、
前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、このアナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データをディジタルフィルタ演算処理するディジタルフィルタ手段と、このディジタルフィルタ手段によりフィルタ処理された電流データを圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された電流データを含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の電流データと受信した電流データを復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した電流データのベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端及び受信した電流データのそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備えたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
複数端子間を送電線により連系してなる電力系統の各端子に設置され、各端子電流をサンプリング同期信号に基づき一定周期でサンプリングし、ディジタル変換してなるデータを各端子間で伝送しあって、保護演算を行う電流差動保護継電装置において、
前記一定周期でサンプリングした電流を所定のビット長の電流データにディジタル変換するアナログ−ディジタル変換手段と、アナログ−ディジタル変換手段により求められた電流データから各相の電流ベクトルを表す互いに直交する２量を求める直交量演算手段と、この直交量演算手段により算出された直交する２量に対して各々を圧縮して所定の符号に変換する符号変換手段と、この符号変換手段により変換された直交する２量を含む自端子のデータを対向する端子間で相互に送受信する伝送手段と、前記自端子の直交する２量と受信した直交する２量を復号する符号復号手段と、この符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する２量から求めた各端子の電流のベクトル和を差電流とし、前記符号復号手段により復号された自端子及び受信した直交する２量から求めた各端子の電流のそれぞれのスカラー和を抑制量として保護演算を実行し、その演算結果から送電線の所定区間に事故が発生しているか否かを判定する演算手段とを備えたことを特徴とする電流差動保護継電装置。
請求項２記載の電流差動保護継電装置において、
前記所定のビット長にディジタル変換された各相の電流データから演算により標本量を求め、この標本量を前記直交量演算手段に与える標本量演算手段を設けたことを特徴とする電流差動保護継電装置。