JP2005192337A - 変圧器保護継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 母線計器用変成器が未設置の電力系統に設けられ，中性点接地抵抗器が接続された電力用変圧器の地絡保護を行う為の変圧器保護継電装置を、低コストかつ、大規模な設備追加を行うことなく実現する。
【解決手段】 変圧器保護継電装置を、電力用変圧器の１次側と中性点の電流を入力してその差分を演算し、前記差分が所定値よりも大きい場合に、地絡事故と判定して前記遮断器に対して遮断信号を出力する比率差動継電器とにより構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、電力用変圧器の地絡保護を行う為の変圧器保護継電装置に関する。

電源変電所および各電源変電所・配電用変電所間を連系する為の線路開閉設備を有する変電所を連系変電所という。このような連系変電所では、その重要性から，変圧器１次地絡保護回路を設け事故拡大の防止を図っている。変圧器１次地絡保護回路に設けられている事故検出継電器としては、通常，地絡過電流継電器または地絡方向継電器のいずれかを採用している。

どちらの継電器を採用するかは，変圧器１次中性点に設置されるＮＧＬ（中性点接地抵抗器）の有無によって決定される。ＮＧＬ設置箇所は送電線の系統の地絡事故時，これが地絡電源となり、地絡過電流継電器では外部事故で誤動作するおそれがある。従って、このような場合には、方向性をもった地絡方向継電器を採用している。

一方、市街地中心部では、地中ケーブル系統が多くなっている。地中ケーブル系統では、ＮＧＬにより地絡事故時の対地充電電流を補償しており、地絡方向継電器を設置している箇所が大部分である。地絡方向継電器は零相電圧と零相電流の位相により、事故発生箇所が内部であるか外部であるかを判定する継電器である。

上述のように、地中ケーブル系統に変圧器１次地絡保護回路を設ける場合は、地絡方向継電器を採用するが、その為には母線計器用変成器が設置されていることが条件となる。既設設備の中には、ユニット受電方式の変電所のように、母線計器用変成器が設置されていないものもある。こうした箇所では母線計器用変成器の追加設置が必要となってしまうが，変圧器保護の為に母線計器用変成器の追加設置を行う事は、コスト高の要因となっているだけでなく、非合理的と言わざるを得ない。
従って、電力用変圧器の１次地絡保護を行うために、余分な追加設置が必要となるという問題があった。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたものであり、低コストで且つ容易に設置を行うことができる変圧器保護継電装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明による変圧器保護継電装置は、母線計器用変成器が未設置の電力系統に設けられ，中性点接地抵抗器が接続された電力用変圧器の地絡保護を行う為の変圧器保護継電装置であって、電力用変圧器の１次側と中性点の電流を入力してその差分を演算し、前記差分が所定値よりも大きい場合に、地絡事故と判定して前記遮断器に対して遮断信号を出力する比率差動継電器を備えたことを特徴とする。

１つの実施形態では、前記比率差動継電器は、１次地絡を検出することを特徴とする。

別の実施形態では、前記比率差動継電器は、構内地絡を検出することを特徴とする。

以上のような構成により、本発明による変圧器保護継電装置によれば、１次地絡保護を，低コストかつ、大規模な設備追加を行うことなく実現できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施例による変圧器保護継電装置を説明する。この変圧器保護継電装置は、受電変電所のＮＧＬ設置箇所で母線計器用変成器が未設置の場合において，母線計器用変成器を追加することなく、例えば、１１０ｋＶ変圧器の１次地絡保護を行うために利用される。

図１は、本発明の実施例による変圧器保護継電装置の概要を示す回路図である。この回路図は、本発明の趣旨を説明する目的で要部のみを記載している。しかし、ここで省略している内容は周知の構成であり、当業者であれば、ここから実際に用いる詳細な回路図を容易に作成できる。

図１で、変圧器７は、例えば三相電源１からの三相交流電線３に、遮断器５を介して接続されている。この変圧器７は、三相変圧器であり、その中性点７ａはＮＧＬ８を介して接地されている。このＮＧＬ８と中性点７ａとの間には、変流器９ｃが取り付けられており、この変流器９ｃに接続された地絡過電流継電器９によって、地絡過電流を検出できる。

一方、三相交流電線３から引き出された電線と遮断器５との間にも、３つの変流器１１ｃが取り付けられている。また、変流器９ｃと地絡過電流継電器９との間にも、変流器１９ｃが取り付けられている。この変流器１９ｃと３つの変流器１１ｃは、夫々比率差動継電器１５に接続されており、この比率差動継電器１５によって、変流器１９ｃと変流器１１ｃとを流れる電流の差分を検出できる。

遮断器と変圧器間に何らかの地絡事故があった場合には、変流器１１ｃに大きな電流が流れる。比率差動継電器１５は、それを電流の差分として検出する。この電流差分が所定値よりも大きい場合に、地絡事故と判定して遮断器５に遮断信号ＢＳを出力する。これにより、変圧器７を三相交流電線３から切り離して、変圧器７の破壊などの２次被害を防止する。保護継電器整定基準によれば，この防止機能は、系統の例えば３０％地絡電流(例：差動回路で０．８７５Ａ)で動作するものとできる。

比率差動継電器１５としては、以下の仕様を満足するものを選定する。先ず、当該保護区間に想定される外部事故時の最大通過電流により，誤動作しない範囲で高感度な整定が可能なものとする。また、比率差動継電器１５には常時電流が流れないか、最大故障電流でも例えば５Ａ程度であるので，定格電流は極力小さいものを選定する。更に、故障電流が小さいため，小電流領域で高感度なものを採用する。更に、最小故障電流(例：３０％地絡)において、例えば仕上がりで０．１秒以内の動作が可能なものとできる。

一方、夫々の変流器の比が相違するため，２次側で整合を取る必要がある。整合の取り方は、次の通りである。先ず、補助変流器を設ける。そうでなければ、変流比整合タップまたは補償変流器内蔵の変流器を使用する。同時に、特性差が極力小さくなるよう可能な限り簡単な回路構成とし，理論上は100％の整合を目標とする。

変流比整合タップを用いた変流器を利用する場合、その選定には以下の点を考慮する。先ず、短絡事故のような過渡的な大電流は流れないため，変流器の過電流領域の誤差は考慮しない（０％）。そして、内部事故で誤って不動作とならない範囲で、極力大きな比率特性をもたせる。更に、外部事故での誤動作を防止するためには，少なくとも２０％以上の比率特性を確保する。

一方、１次，２次の変流器の特性差を５％以内とする。補助変流器または整合タップの影響も５％以内とする。地絡過電流継電器の負担によるアンバランスも５％とする。整定裕度も５％とする。

本発明は、基本的に三相電流の和つまり零相回路の保護であるため単相継電器を選定するが、適当なリレーがない場合は、例えば、三相継電器等であっても、利用可能である。尚、常時の負荷電流の零相分，励磁突入電流, ＮＧＬ等の過渡直流分および高調波による影響は，直流回路で誤動作防止回路を構成することにより回避する。

比率差動継電器の種類は、誘導円盤形、誘導円筒形、静止形等がある。この内、動作速度等の関係から、静止形の変圧器用比率差動継電器が最も効果的である。実際の選定には、設置後オシロスコープ等で検証して慎重に決定する必要がある。

以上の点に鑑み、本発明者は実際に回路を組み立て実験を行った。そこでは、様々な事故のシミュレーションを行い、その回路構成の各ノードにおいて、オシロスコープを用いて信号波形の測定を行った。その結果、このような比率差動継電器の設置により、地絡電流の検出は、十分に可能であるという結論に達した。例えば、図１に示したように、最小故障電流(３０％地絡)を流した場合、０．１秒以内にそれを特定できた。

図５に、本発明の実施形態に含まれる比率差動継電器にオシロスコープを取り付け、その出力波形を記録した実験結果の具体例を示す。ここでは故障電流を流した時点Ｓから４５ミリ秒に波形が安定し、ＮＧＬ側で６．５０Ａ、変圧器一次側で２．３０Ａの電流が測定された。

以上、本発明を実施形態により説明したが、当業者にとっては、本発明が本願中に説明した実施形態に限定されるものではなく、多くの変形例および実装例が、発明の上記の実施形態に対してなし得ることは明らかである。

例えば、図１では、地絡過電流継電器９が設けられており、そこに比率差動継電器１５を接続されている。しかし、図２に示したように、地絡過電流継電器を設けず、三相変圧器の中性点に直接比率差動継電器２５を接続してもよい。

また、本発明は、変圧器１次地絡保護のみならず，２回線個別受電方式の構内地絡保護にも適用できる。例えば、図３に示したように、２つの回線３１、３３の夫々に変流器３１ｃ、３３ｃを設け、共通の三相変圧器３５の中性点に直接、三巻線変圧器用の比率差動継電器３５を接続してもよい。

更に、２つの三相変圧器４５、４７を備えた２回線個別受電方式の構内地絡保護にも適用できる。例えば、図４に示したように、２つの回線４１、４３の夫々に変流器４１ｃ、４３ｃを設け、夫々三相変圧器４５、４７の中性点に、四巻線変圧器用の比率差動継電器５５を接続してもよい。

また、上記した各電流値や電流比、或いは地絡電流値らはあくまで一例であり、本発明を実現可能な範囲であれば、上記した各電流値や電流比、或いは地絡電流値以外のものについても適宜適用することができるのは勿論である。

本発明の実施例による変圧器保護継電装置の概要を示す回路図。 本発明の実施例による変圧器保護継電装置の別の例を示す回路図。 本発明の実施例による変圧器保護継電装置の更に別の例を示す回路図。 本発明の実施例による変圧器保護継電装置の更に別の例を示す回路図。 本発明の実施形態に含まれる比率差動継電器にオシロスコープを取り付け、その出力波形を記録した実験結果の具体例を示す。

符号の説明

１ 三相電源
３ 三相交流電線
５ 遮断器
７ 変圧器
７ａ 中性点
８ ＮＧＬ
９ 地絡過電流継電器
９ｃ 変流器
１１ｃ 変流器
１５ 比率差動継電器
１９ｃ 変流器
２５ 直接比率差動継電器
３１、３３ 回線
３１ｃ、３３ｃ 変流器
３５ 三相変圧器
３７ 比率差動継電器
４１、４３ 回線
４１ｃ、４３ｃ 変流器
４５、４７ 三相変圧器
５５ 比率差動継電器

Claims (3)

1. 母線計器用変成器が未設置の電力系統に設けられ，中性点接地抵抗器が接続された電力用変圧器の地絡保護を行う為の変圧器保護継電装置であって、前記電力用変圧器の１次側と中性点の電流を入力してその差分を演算し、前記差分が所定値よりも大きい場合に、地絡事故と判定して前記遮断器に対して遮断信号を出力する比率差動継電器を備えたことを特徴とする変圧器保護継電装置。
2. 前記比率差動継電器は、１次地絡を検出することを特徴とする請求項１に記載の変圧器保護継電装置。
3. 前記比率差動継電器は、構内地絡を検出することを特徴とする請求項１に記載の変圧器保護継電装置。
   

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