JP2004336899A

JP2004336899A - 比率差動継電装置

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Publication number: JP2004336899A
Application number: JP2003130049A
Authority: JP
Inventors: Hidemasa Sugiura; 秀昌杉浦; Kazuto Fukushima; 和人福嶋
Original assignee: TMT & D KK
Current assignee: TMT & D KK
Priority date: 2003-05-08
Filing date: 2003-05-08
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】光ＣＴにより直接差電流を得る構成の比率差動継電装置において、和電流を得る構成とすることなく、様々な誤差により生じる差電流によって誤動作することのない比率差動継電装置を提供する。
【解決手段】各端子に設置され端子電流を測定する光ＣＴと、所定の波長の光を出射する光源と、この光源を始端としこの光源より出射した光を前記各光ＣＴへ順次伝搬させるように接続した光ファイバケーブル伝送路と、この光ファイバケーブル伝送路の終端に接続され、前記各光ＣＴを通過した後の光を電気信号に変換して保護区間に流れる電流の総和である差電流を得る信号変換回路と、前記保護区間の任意の一端子の電流を導入する手段と、この差電流と任意の一端子の電流とを用いて他の端子の電流を演算して求め、前記差電流と各端子の電流の大きさの和に比例した抑制量とから比率差動演算を行う演算手段備えた。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力設備を保護する比率差動継電装置に係り、特に変流器に光ＣＴを用いた比率差動継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
母線や送電線あるいはその他の電力設備を保護するために用いられる保護継電装置としては、動作原理から分類するといろいろな種類に分かれるが、その中で差動継電装置は動作原理が簡単であり事故の内外判断を確実にかつ高速に行うことができるため、現在幅広く採用されている。
【０００３】
通常、差動継電装置は、外部事故時や健全時であっても様々な誤差要因例えば変流器の特性の不揃い等によって差電流が厳密に零になることはなく、誤差分に基づく差電流によって誤動作することがないように、電流の大きさに応じて抑制をかける比率差動継電装置が適用されている。
【０００４】
この比率差動継電装置における抑制方式としては、各端子電流の大きさの和に比例した値を使用するスカラ和抑制方式が一般的に用いられており、例えば図６に示す構成の比率差動継電装置１０の場合、端子１、２にそれぞれ流れる電流（以下、端子電流という）ｉ_１、ｉ_２の被保護電力設備（保護区間）２０への流入方向を正、流出方向を負とすると、その特性式は、
｜ｉ_１＋ｉ_２｜≧Ｋ_１（｜ｉ_１｜＋｜ｉ_２｜）＋Ｋ_０・・・（１）
Ｋ_１、Ｋ_０は定数
のように表すことができる。（１）式において、左項が動作量、右項が抑制量である。
【０００５】
近年、この比率差動継電装置に代わり光電流センサ技術を応用した保護装置が提案されており、例えば下記の特許文献１に開示されている。この装置は、比率差動継電装置が各端子の電流を個別に取り込んだ後に差電流を求めていたのに対し、各端子に光電流センサを適用した光ＣＴを設置して、光源を始端とし、光ＣＴの相互間を順次光ファイバ伝送路で接続し、終端に接続した光電変換器により差電流を直接得るように構成したものであり、システムの低コスト化、簡素化を達成することができる。
【０００６】
この特許文献１記載の発明では、上述したように光ＣＴの相互間を光ファイバで接続することにより、各端子の電流を個別に取り込まずに直接差電流を得る構成のため、各端子電流のスカラー和を得ることができない。したがってもし、特許文献１記載の発明を実施しようとする場合、抑制量がない差電流のみで事故判定を行う構成にせざるを得ない。このため、誤差により生じる差電流の大きさによっては、装置が誤動作する可能性が懸念されている。
【０００７】
また、この特許文献１記載の発明の課題に対し、光ＣＴによって差電流に加えて和電流を得るシステムを構成し、誤動作を抑制する装置が開発されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】
特開２０００−５９９８７号公報（第３−４頁、図１）
【特許文献２】
特開２００１−３２７０６６号公報（第６−７頁、図１）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この特許文献２に開示された技術の場合、和電流を得る構成が必要なため、光ＣＴの種類が限定されるうえ設備が複雑となり、その分コストもかかるという欠点がある。
【００１０】
本発明は、上記従来技術の欠点に鑑み、光ＣＴにより直接差電流を得る構成の比率差動継電装置において、和電流を得る構成とすることなく、様々な誤差により生じる差電流によって誤動作することのない比率差動継電装置を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に係る比率差動継電装置の発明は、電力系統の保護区間の各端子の電流を測定して区間内部の事故検出を行う比率差動継電装置において、各端子に設置され端子電流を測定する光ＣＴと、所定の波長の光を出射する光源と、この光源を始端に設け、この光源より出射した光を前記各光ＣＴへ順次伝搬させるように接続した光ファイバケーブル伝送路と、この光ファイバケーブル伝送路の終端に設けられ、前記各光ＣＴを通過した後の光を受光しこれを電気信号に変換して保護区間に流れる電流の総和である差電流を得る信号変換回路と、前記保護区間の任意の一端子の電流を導入する手段と、前記差電流と任意の一端子の電流とを所定の周期でディジタル量に変換するＡ／Ｄ変換手段と、このディジタル量に変換された差電流および任意の一端子の電流を用いて他の端子の電流を演算により求め、前記差電流と各端子の電流の大きさの和に比例した抑制量とから比率差動演算を行う演算手段と、この演算手段の演算結果に従い所定の出力を行う出力手段とを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図を通して共通する部分については同一符号または関連符号を付けて説明の重複を避けるものとする。
【００１３】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態を示す構成図である。
図１において、２０は母線等の被保護電力設備であり、その両側の端子１および２に遮断器４および５を設置し、さらに、これら遮断器４および５の外側にそれぞれ光ＣＴ７ａ１および７ａ２をそれぞれ設置している。
【００１４】
これらの光ＣＴ７ａ１，７ａ２は光ファイバ伝送路８ａによってカスケード接続されている。そしてこの光ファイバ伝送路８ａの始端に所定の波長の光源９ａを接続し、終端に信号変換回路１１ａを接続している。前記光源９ａより出射された所定の波長の光は、光ファイバ伝送路８ａを介して光ＣＴ７ａ１および７ａ２を順次通過し比率差動保護継電装置１０内の信号変換回路１１ａによって受光されるように構成されている。
【００１５】
なお、光が光ＣＴ７ａ２を通過し信号変換回路１１ａで受光されたときは差電流ｉ_ｄ（＝ｉ_１＋ｉ_２）に対応する光となっている。したがって、信号変換回路１１ａによって光電変換されたとき、直接差電流ｉ_ｄ（＝ｉ_１＋ｉ_２）が得られるようになっている。
【００１６】
一方、２端子中の任意の一端子（ここでは説明を理解しやすくするため、端子１として説明する。）で前記光ファイバー伝送路とは別個に単独で端子電流ｉ_１を検出するために、端子１の光ＣＴ７ａ１に近接して別の光ＣＴ７ｂを設置する。そして、この光ＣＴ７ｂに光ファイバ伝送路８ｂを介して光源９ｂ、信号変換回路１１ｂを接続し、光源９ｂから出射された所定の波長の光が、光ファイバ伝送路８ｂを伝搬して信号変換回路１１ｂによって受光され、ここで光電変換され端子１の電流ｉ_１が得られるように構成する。
【００１７】
このようにして、光ファイバ伝送路８ａにより直接得られた差電流ｉ_ｄおよび光ファイバ伝送路８ｂにより得られた端子電流ｉ_１は、サンプリング時に生じる折返し誤差等を除去するためのアナログフィルタ（図示せず）を通した後、Ａ／Ｄ変換手段１２にて所定のサンプリング周期毎にディジタル量に変換される。
【００１８】
演算手段１３は、ディジタル量に変換された差電流ｉ_ｄおよび端子１の端子電流ｉ_１に対して以降の演算に不要な直流や高調波成分の除去を行うディジタルフィルタ処理を行う。そして、ディジタルフィルタ処理後、差電流ｉ_ｄと端子電流ｉ_１とから、端子１とは異なる他の端子（ここでは説明を理解しやすくするため、端子２として説明する。）の端子電流ｉ_２を下記演算式（２）または（２）´により求め、各端子電流の大きさの和（｜ｉ_１｜＋｜ｉ_２｜）に比例した抑制量を求めて比率差動演算を行う。出力手段１４は演算手段１３の演算結果に従い所定の出力例えば、遮断器４，５に対するトリップ指令、あるいは比率差動継電装置の動作表示信号とかその他のロジック回路への信号を出力するように構成されている。
【００１９】
次にこの第１の実施形態の動作について説明する。本実施の形態は、図１に示すように差電流ｉ_ｄに加え、任意端子１の端子電流ｉ_１を導入しており、ここで、差電流ｉ_ｄと端子電流ｉ_１の差に着目すると、図１および差電流の算出原理から、他の端子２に流れる端子電流ｉ_２が算出できることは明白である。すなわち演算手段１３において（２）式により端子電流ｉ_２を算出することができる。
ｉ_２＝ｉ_ｄ−ｉ_１・・・（２）
【００２０】
なお、（２）式は差電流を得る光ＣＴの変流比７ａ１と、端子電流ｉ_１を得る光ＣＴ７ｂの変流比が同一の場合に成立するが、この変流比は必ずしも同一である必要はなく、変流比が異なる場合はその整合をとる係数ａを導入して、（２）’式を適用すれば同様の効果作用を得られる。
ｉ_２＝ｉ_ｄ−ａｉ_１・・・（２）’
【００２１】
この結果、演算手段１３では差電流ｉ_ｄ、端子電流ｉ_１、端子電流ｉ_２を得られるので、以下のように前掲した（１）式による演算
｜ｉ_１＋ｉ_２｜≧Ｋ_１（｜ｉ_１｜＋｜ｉ_２｜）＋Ｋ_０ …（１）
（ただし、Ｋ_１、Ｋ_０は定数）
が可能となり、スカラ和抑制方式の比率差動継電装置を実現することができる。
【００２２】
なお、所定のサンプリング周期毎の電流データによる直流や高調波成分の除去を行うディジタルフィルタ演算や（１）式における絶対値表記に相当する振幅値演算は公知であるのでここでは触れないことにする。
【００２３】
以上述べたように、本実施の形態によれば、光ＣＴにより直接差電流を得るように構成した差動継電装置において、各端子電流の大きさの和に比例した値にて抑制をかけるスカラ和抑制方式が実現できるので、誤差に基づく差電流によって誤動作することのない比率差動継電装置を提供することができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施の形態を示す構成図である。
第２の実施の形態では、端子１の端子電流ｉ_１の導入を光ＣＴ７ｂによらず、電磁型の変成器１５ａ（ＣＴ）と入力変換器１６により導入する構成としている。ＣＴ１５ａは端子電流ｉ_１を所定の変流比にしたがった電流値へ変換し、また入力変換器１６は内蔵された補助ＣＴにてＣＴ１５ａからの電流入力を比率差動継電装置１０の入力に適した電気量へ変換する。
【００２５】
このように構成することは、電力系統に電磁型のＣＴが既に設置されている場合等に既存の設備を利用できることと、端子電流ｉ_１を導入するための図１の光ＣＴ７ｂ、光ファイバ伝送路８ｂ、光源９ｂ、信号変換回路１１ｂを不要とすることができるので光伝送路の面倒な調整を行わなくて済み、設備費抑制に有効である。
【００２６】
図２の構成においては、差電流ｉ_ｄを光ＣＴ７ａ１、７ａ２で導入し、端子電流ｉ_１を電磁型のＣＴおよび入力変換器内の補助ＣＴで導入するため、光ＣＴと電磁型ＣＴの特性の違いにより、特に過渡的特性において厳密には前述の（２）式は成立しない。しかしながら、（２）式で得られる端子電流ｉ_２は（１）式から明らかなようにその大きさを抑制量にのみ使用するので、この図２の構成とすることで装置の誤動作を助長することはない。
【００２７】
したがって、本実施の形態によっても、光ＣＴにより直接差電流を得る構成において、（１）式に示す各端子電流の大きさの和に比例した値にて抑制をかけるスカラ和抑制方式が実現できるので、誤差により生じる差電流によって誤動作することのない比率差動継電装置を提供することができる。
【００２８】
（第３の実施形態）
図３は本発明の第３の実施形態を示す構成図である。
この第３の実施の形態では、前記第２の実施の形態と同様に任意の端子１の端子電流ｉ_１の導入を電磁型のＣＴ１５ａと入力変換器１６により導入する構成とすると共に、差電流を得るための光ＣＴ７ａ１、７ａ２を直接電力系統側（系統一次側）へ設置するのではなく、ＣＴ１５ａ、１５ｂに対して設置して系統二次側の電流を得る構成としている。
【００２９】
このように構成することは、第２の実施の形態で述べた利点に加え、本発明装置を据え付ける際の作業範囲を系統二次側のみに限定させるので、現地作業性に優れるという利点も併せ持つことができる。
【００３０】
このような構成としても、前述同様（２）式にて端子２の端子電流ｉ_２が算出できるのは明白であり、（１）式のように各端子電流の大きさの和に比例した値にて抑制をかけるスカラ和抑制方式が実現でき、誤差により生じる差電流によって誤動作することのない比率差動継電装置を提供することができる。
【００３１】
なお、本実施形態では端子電流ｉ_１の導入を第２の実施形態と同様に電磁型のＣＴ１５ａと入力変換器１６による構成としたが、第１の実施形態と同様に光ＣＴ７ｂによる導入として、この光ＣＴ７ｂを上記差電流の導入と同じくＣＴ１５ａに対して設置して系統二次側の電流を得る構成としても良い。
【００３２】
（第４の実施形態）
図４は本発明の第４の実施の形態を示す構成図である。
前述の第１から第３の実施形態で示した（２）式は被保護電力設備２０に流入流出する端子数が２端子の場合で成立する形態で説明したが、第４の実施の形態では３端子で成立する形態を説明するものである。ここでは説明を理解しやすくするため、３端子について端子１、端子２そして端子３として説明する。
【００３３】
図４において、光源９ａ、光ＣＴ７ａ１，７ａ２、信号変換回路１１ａを光ファイバ伝送路８ａで接続して端子１と端子２との差電流ｉ_ｄ１を得るようにし、光源９ｃ、光ＣＴ７ｃ１，７ｃ２、信号変換回路１１ｃを光ファイバ伝送路８ｃで接続して端子１と端子３の差電流ｉ_ｄ２を得るように構成している。なお、６は端子３に設けた遮断器である。
ここで、端子１の端子電流ｉ_１を検出する光ＣＴ７ａ１および７ｃ１は実際の電流値の１／２を検出するようにその巻数比を変更して構成した。
【００３４】
本実施の形態によると、端子１と端子２の差電流ｉ_ｄ１は（３−１）式で、端子１と端子３の差電流ｉ_ｄ２は（３−２）式で表される。
ｉ_ｄ１＝ｉ_１／２＋ｉ_２・・・（３−１）
ｉ_ｄ２＝ｉ_１／２＋ｉ_３・・・（３−２）
【００３５】
このとき、３端子の差電流ｉ_ｄは（３−１）式と（３−２）式の和である（４）式で算出することができるのは明白である。

【００３６】
本実施形態においても、前述の各実施形態と同様に端子１の端子電流ｉ_１を導入するので、端子２の端子電流ｉ_２を（５−１）式で、端子３の端子電流ｉ_３を（５−２）式で算出することができる。
ｉ_２＝ｉ_ｄ１−ｉ_１／２・・・（５−１）
ｉ_３＝ｉ_ｄ２−ｉ_１／２・・・（５−２）
【００３７】
したがって、本実施形態においても、演算手段１３にて差電流ｉ_ｄ、端子電流ｉ_１、端子電流ｉ_２、端子電流ｉ_３を得ることができるので、３端子に対応し、（１）式のように各端子電流の大きさの和に比例した値にて抑制をかけるスカラ和抑制方式が実現でき、誤差により生じる差電流によって誤動作することのない比率差動継電装置を提供することができる。
【００３８】
なお、本実施形態においては、端子電流ｉ_１を検出する光ＣＴ７ａ１，７ｃ１を実際の電流値の１／２を検出するようにその巻数比を変更して構成したが、以下のようにしても良い。すなわち、端子電流ｉ_１を検出する光ＣＴ７ａ１，７ｃ１を通常通りとすると、端子１と端子２の差電流ｉ_ｄ１と端子１と端子３の差電流ｉ_ｄ２は各々（６−１）（６−２）式で表される。
ｉ_ｄ１＝ｉ_１＋ｉ_２・・・（６−１）
ｉ_ｄ２＝ｉ_１＋ｉ_３・・・（６−２）
【００３９】
このとき、前述の（４）式では端子電流ｉ_１が２倍になるので、装置に導入している端子電流ｉ_１を減算する（７）式にて正しく差電流ｉ_ｄが算出するようにする。また、端子電流ｉ_２、端子電流ｉ_３を（８−１）（８−２）式で算出するように構成する。

【００４０】
また、本実施形態で示した構成および作用は端子１と他の端子を結ぶ光ＣＴシステムを端子数に応じて設置していくことで３端子以上の場合にも適用できることを示すが、端子数の増加に従い光ＣＴシステムを構成する光源、光ＣＴ、信号変換回路、および光ファイバ伝送路も増加するので、実用的には３端子程度が望ましい。
【００４１】
（第５の実施形態）
本実施の形態は以上説明した第１ないし第４の実施の形態に以下のように表示機能を持たせるようにしたものである。
前述した各実施形態では演算手段１３にて直接導入していない端子の電流を計算により求めることを示したが、算出した電流値を装置外部へ表示することは、装置の状態確認や試験等において有効である。このとき、直接導入している差電流と端子１の電流を共に表示しても良い。そこで、図５に示すように表示手段１７を設けることで、直接導入していない端子２の電流を表示可能な構成とした。なお、比率差動継電装置１０自体に表示手段１７を設けるのではなく、外部の別機器に表示手段１７を設け、その別機器に対して表示データを出力できるようにしても良い。
【００４２】
なお、以上述べた各発明の実施の形態では、被保護電力設備として母線を例に挙げたが、母線以外に発電機あるいは変圧器等の機器であってもよく、また送電線であってもよい。被保護電力設備が送電線の場合で且つ比率作動継電装置を任意の一端子にのみ設置する場合、上述した実施の形態における出力手段からの出力を他の端子の機器に対して与えることができなくなるので、例えば遮断器に対するトリップ指令のように他の端子へ出力を伝える必要がある場合は、出力を転送することになる。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、被保護電力設備の各端子に光ＣＴを設け、これを光ファイバー伝送路によりカスケード接続して直接差電流を得るようにするとともに、任意の端子で別途単独に端子電流を検出し、この単独検出した端子電流と前記差電流とから他の端子電流を演算により求めるようにしたので、全ての端子電流を用いてスカラ和抑制方式を実現することができ、誤差に基づく差電流によって誤動作することのない比率差動継電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態を示す構成図。
【図３】本発明の第３の実施形態を示す構成図。
【図４】本発明の第４の実施形態を示す構成図。
【図５】本発明の第５の実施形態を示す構成図。
【図６】比率差動継電装置の原理構成例を示す図。
【符号の説明】
１，２，３…端子、４，５，６…遮断器、７ａ１，７ａ２，７ｂ，７ｃ１，７ｃ２…光ＣＴ、８ａ，８ｂ，８ｃ…光ファイバ伝送路、９ａ，９ｂ，９ｃ…光源、１０…比率差動継電装置、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…信号変換回路、１２…Ａ／Ｄ変換手段、１３…演算手段、１４…出力手段、１５ａ，１５ｂ…変流器、１６…入力変換器、１７…表示手段、２０…被保護電力設備。

Claims

電力系統の保護区間の各端子の電流を測定して区間内部の事故検出を行う比率差動継電装置において、
各端子に設置され端子電流を測定する光ＣＴと、
所定の波長の光を出射する光源と、
この光源を始端に設け、この光源より出射した光を前記各光ＣＴへ順次伝搬させるように接続した光ファイバケーブル伝送路と、
この光ファイバケーブル伝送路の終端に設けられ、前記各光ＣＴを通過した後の光を受光しこれを電気信号に変換して保護区間に流れる電流の総和である差電流を得る信号変換回路と、
前記保護区間の任意の一端子の電流を導入する手段と、
前記差電流と任意の一端子の電流とを所定の周期でディジタル量に変換するＡ／Ｄ変換手段と、
このディジタル量に変換された差電流および任意の一端子の電流を用いて他の端子の電流を演算により求め、前記差電流と各端子の電流の大きさの和に比例した抑制量とから比率差動演算を行う演算手段と、
この演算手段の演算結果に従い所定の出力を行う出力手段とを備えたことを特徴とする比率差動継電装置。
任意の端子に設置した光ＣＴと、所定の波長の光を出射する光源と、この光源を始端としこの光源より出射した光を前記光ＣＴへ伝搬させるように接続した光ファイバケーブル伝送路と、この光ファイバケーブル伝送路の終端に接続され、前記光ＣＴを通過した光を受光してこれを電気信号に変換し前記任意の一端子の電流を得る信号変換回路とからなることを特徴とする請求項１記載の比率差動継電装置。
任意の一端子の電流を、当該端子に設置した変流器と、この変流器の二次側電流値を比率差動継電装置に適応した電気量へ変換する入力変換手段によって導入するようにしたことを特徴とする請求項１記載の比率差動継電装置。
各端子に設置された電磁型変流器の二次側より差電流および任意の一端子の電流を導入するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の比率差動継電装置。
前記演算手段にて差電流と任意の一端子の電流から求めた他の端子の電流値を表示する表示手段を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の比率差動継電装置。