JP2006115696A

JP2006115696A - 保護継電器

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Publication number: JP2006115696A
Application number: JP2005349835A
Authority: JP
Inventors: Toshio Tanaka; 年男田中
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2005-12-02
Filing date: 2005-12-02
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2017-12-11
Also published as: JP4031498B2

Abstract

【課題】電源電圧が確立不可となる低い入力電圧・電流状態より、動作レベルの入力状態となった場合でも、動作時間の良好な保護継電器を提供する。
【解決手段】入力電流・電圧を入力変成器１を介して入力アナログ回路２に入力し、所定レベルのアナログ信号に変換して、Ａ／Ｄ変換回路３に入力し、所定のディジタル信号に変換し、このディジタル信号は演算処理回路４に取り込まれて、所定の演算処理を実施する。電源回路５は、入力電流・電圧より保護継電器内部の電源電圧として、安定化された電圧を各回路に供給する。演算処理回路４の演算処理結果をリレー回路６に出力し、リレー回路６より外部に接点出力を出すように構成する。内部電源電圧が確立不可となる低い入力電流・電圧状態より、瞬時動作すべきレベルの入力状態となった場合には、遅れ時間を考慮し、演算処理回路４の動作直後の初期化処理を実行後のみ、ピーク値演算処理にて動作判定させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、電流・電圧の大きさ・位相条件より電力系統事故を検出する保護継電器に係り、特に入力電流・電圧を所定のアナログ変換回路を介した後にＡ／Ｄ変換し、ロジック信号として演算処理回路に取り込み、所定の演算処理動作直後はピーク値演算を行うことで動作判定する演算処理回路を有する保護継電器に関する。

従来の演算処理回路を有する保護継電器は、人力電圧・電流の大きさにより動作判定する場合、１種類の振幅値演算処理により動作判定していた。また、入力変成器・入力アナログ回路およびＡ／Ｄ変換回路の誤差の影響をキャンセルさせるため可変抵抗によるゲイン調整を実施していた。

また、入力アナログ回路の監視を実施する場合には、入力アナログ回路を二重化しそれぞれのデータを比較することで異常を検出するか、点検用信号を入力アナログ回路に入力させ、この点検用信号入力時のデータとあらかじめメモリに設定されている比較データとを比較することで実施していた。

出力回路の監視を実施する場合には、外部への出力接点を回路的にロックさせた状態で、強制的に出力回路にリレー動作出力を出し、リレー接点の動作を折り返し確認することで実施していた。また、演算処理回路にて認識している各設定スイッチ状態は、スイッチ設定ポジションが外部より確認可能な場合には、特にＬＥＤ等への表示は実施していなかった。

演算処理回路が正常に動作しているか否かを監視する場合には、発振回路を組み込んだ外部ハードタイマーを演算処理回路より一定時間ごとにクリア信号を出力することでクリアーさせ、演算処理回路が停止または暴走により、外部ハードタイマーがカウントアップすることで演算処理回路を強制停止させると共に、異常表示を出力させていた。

また、系統から導出される電流値及び電圧値と、前記系統の複数の保護対象のそれぞれに設けられるプログラム及び整定値とに基づいて所定のディジタル演算を行なわない前記保護対象を保護するディジタルリレーの整定装置において、整定値を設定する装置と整定値を備えたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
実開昭５４−４４９４１号公報

上記の従来技術によれば、入力電圧・電流の大きさにより動作する保護継電器で、入力電圧・電流により保護継電器内部の電源電圧を確立させた場合、動作値誤差を例えば動作設定タップ値の±５％以内に抑えるために、平均化処理を含めた二値加算演算を実施すると、３０°サンプリングで１０サンプリングのデータが必要となり、５０Ｈｚの場合には１５ｍｓのサンプリング時間が必要となり、６０Ｈｚの場合には１２.５ｍｓのサンプリング時間が必要となる。

通常の電源電圧が確立した状態では特に問題とならないが、電源電圧が確立不可となる低い入力電圧・電流状態より、動作レベルの入力状態となった場合には、動作レベルの入力印加後、内部電源電圧が確立し、その後に演算処理回路が動作可能となることにより、電源電圧の立ち上がり時間および演算処理回路の初期化処理時間が必要となり、動作時間が遅れる問題がある。

そこで本発明は、電源電圧が確立不可となる低い入力電圧・電流状態より、動作レベルの入力状態となった場合でも、動作時間の良好な保護継電器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る保護継電器は、入力電流・電圧の大きさにより系統事故を検出する保護継電器において、入力電流・電圧を絶縁する入力変成器と、変成器二次側の信号を所定のレベルに変換する入力アナログ変換回路と、このアナログ信号を所定のディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、このディジタル信号を入力とし所定の演算処理を行う演算処理回路と、入力電流・電圧を入力とし各回路に電源電圧を供給する電源回路と、演算処理回路の判定結果を受け外部に接点出力を出すリレー回路を有し、演算処理回路により入力された電流・電圧をディジタル信号としてサンプリングデータより所定周期でサンプリングし、常時は二値加算法による振幅値演算処理を実行することで動作判定させるが、電源回路より供給される内部電源電圧が確立した直後の、演算処理回路動作直後の一定時間のみ、サンプリングデータの大きさによるピーク値演算処理により動作判定する構成とした。

こうして、本発明によれば、入力電流・電圧より内部制御電源を供給した場合でも、電源電圧確立直後の演算処理回路動作直後のみ、定常時の演算処理と異なる演算処理を実施させることで、動作時間の良好な保護継電器を得ることができる。

本発明の請求項２に係る保護継電器は、入力電流・電圧を絶縁する入力変成器と、変成器二次側の信号を所定のレベルに変換する入力アナログ変換回路と、このアナログ信号を所定のディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、このディジタル信号を入力とし所定の演算処理を行う演算処理回路と、入力電流・電圧を入力とし各回路に電源電圧を供給する電源回路と、演算処理回路の判定結果を受けて外部に接点出力を出すリレー回路を有し、演算処理回路により入力電流・電圧をディジタル信号として所定周期でサンプリングし、サンプリングデータより常時は平均化処理も含めた二値加算演算により振幅値演算処理を実行することで動作判定させるが、電源回路より供給される内部電源電圧が確立した直後の、演算処理回路動作直後の一定時間のみ、平均化処理を含まない二値加算演算処理により動作判定する構成とした。

以上のように本発明によれば、入力電流・電圧より内部制御電源を供給した場合でも、電源電圧確立直後の演算処理回路動作直後のみ、定常時の演算処理と異なる演算処理を実施させることで、動作時間の良好な保護継電器を得ることができる。

また、入力レベル検出用に使用する、利得の異なった入力アナログ回路のレベルを比較することで、監視用の回路を追加することなく、信頼性を低下させることなく、低コストな入力アナログ回路監視を実施可能とした保護継電器を得ることができる。

また、リレー出力回路に、リレーが動作できない短時間幅でリレー励磁出力を出し、この出力を折り返しチェックすることで、信頼性を低下させることなく、低コストなリレー出力回路監視を可能とする保護継電器を得ることができる。

また、発振回路を組み込んだハードタイマーを必要とせず、演算処理回路から出力させる一定周期のワンショットパルス信号を所定時間引き延ばすディレー回路により、演算処理回路の動作監視を行い、動作停止等の異常時に、異常状態を表示可能とした安価な保護継電器を得ることができる。

図１は本発明の保護継電器のブロック構成図である。図において、入力電流・電圧を入力変成器１により絶縁し、入力変成器１の２次側の信号を入力アナログ回路２に入力し、所定レベルのアナログ信号に変換する。入力アナログ回路２より出力されるアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換回路３に入力し、所定のディジタル信号に変換し、このディジタル信号は演算処理回路４に取り込まれて、所定の演算処理を実施する。

電源回路５は、入力電流・電圧より保護継電器内部の電源電圧として、安定化された電圧を各回路に供給する。演算処理回路４の演算処理結果をリレー回路６に出力し、リレー回路６より外部に接点出力を出すように構成された保護継電器である。

入力アナログ回路２より出力されるアナログ信号は、入力電流・電圧を入力変成器１にて絶縁し、入力アナログ回路２でレベル変換された信号であり、整流・平滑されない交流アナログ信号である。この交流アナログ信号をＡ／Ｄ変換回路３にて所定のディジタル信号に変換し、演算処理回路４にて３０°サンプリングにてデータを取り込む。

サンプリングされたディジタル信号は、サンプリングデータとして演算処理回路４内のメモリに記憶され、下記に示す二値加算演算を行う。

Ｖm＝｜ｖm｜＋｜ｖm-3｜＋１／２‖ｖm｜−｜ｖm-3‖
ｖm ：最新のサンプリングデータ
ｖm-3 ：３個前のサンプリングデータ
Ｖm ：二値加算演算後のデータ値

この演算処理により得られるデータ値は、人力信号の振幅値を表すが、±５．5％の演算誤差を生じることより、３回の二値加算演算後のデータ値より下記の平均化処理を実施する。

この二値加算演算処理と平均化処理により、±０.６％の演算誤差で入力信号の振幅値を求めることができる。

定常時は、上記の平均化処理を含めた二値加算演算処理を実行することで動作判定させるが、電源回路５より供給される内部電源電圧が立ち上がった直後の、演算処理回路４が動作した直後の一定時間のみ、７回のサンプリングデータ内の最大サンプリングデータ値の大きさによるピーク値演算処理を実行させる。

設定されている動作判定レベルと、半サイクルのサンプリングデータとなる７サンプリングデータ値の中の最大サンプリングデータ値を比較することで動作判定させる。

演算処理回路４の動作後、８サンプリング以降は定常時の平均化処理を含めた二値加算演算処理を実行させる。上記のように定常時は、平均化処理を含めた二値加算演算処理にて動作判定することより、１０サンプリングのデータが必要となり、サンプリング時間が５０Ｈｚの場合には１５ｍｓ必要となり、６０Ｈｚの場合には１２.５ｍｓ必要となる。

内部電源電圧が立ち上がった直後の、演算処理回路４が動作した直後の一定時間は、半サイクルのピーク値演算処理にて動作判定することより、７サンプリングのデータが必要となりサンプリング時間が５０Ｈｚの場合には１０ｍｓとなり、６０Ｈｚの場合には８.３３ｍｓとなる。

内部電源電圧が確立不可となる低い入力電流・電圧状態より、瞬時動作すべきレベルの入力状態となった場合には、この入力印加後に内部電源電圧が確立し、その後に演算処理回路が動作可能となることより、電源電圧の立ち上がり時間および演算処理回路４の初期化処理時間が必要となり、定常時に比べ動作時間が遅れてしまう。

この遅れ時間を考慮し、演算処理回路４の動作直後の初期化処理を実行後のみ、ピーク値演算処理にて動作判定させることで、５０Ｈｚの場合に５ｍｓ、６０Ｈｚの場合に４.１７ｍｓ動作時間を短縮させることができる。

本発明のこの実施形態は次の変形も可能となる。即ち、入力電流・電圧を入力変成器１により絶縁し、入力変成器１の２次側の信号を入力アナログ回路２に入力し、所定レベルのアナログ信号に変換する。

入力アナログ回路２より出力されるアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換回路３に入力し、所定のディジタル信号に変換し、このディジタル信号は演算処理回路４に取り込まれて、所定の演算処理を実施する。電源回路５は、入力電流・電圧より保護継電器内部の電源電圧として、安定化された電圧を各回路に供給する。演算処理回路４の演算処理結果をリレー回路６に出力し、リレー回路６より外部に接点出力を出すように構成された保護継電器である。

この演算処理により得られるデータ値は、入力信号の振幅値を表すが、±５.５％の演算誤差を生じることより、３回の二値加算演算後のデータ値より下記の平均化処理を実施する。

定常時は、上記の平均化処理を含めた二値加算演算処理を実行することで動作判定させるが、電源回路５より供給される内部電源電圧が立ち上がった直後の、演算処理回路４が動作した直後の一定時間のみ、平均化処理を実施せず、１回の二値加算演算処理にて得たデータ値で動作判定させる。

演算処理回路４の動作後、４サンプリング以降は定常時の平均化処理を含めた二値加算演算処理を実行させる。上記のように定常時は、平均化処理を含めた二値加算演算処理にて動作判定することより、１０サンプリングのデータが必要となり、サンプリング時間が５０Ｈｚの場合には１５ｍｓ必要となり、６０Ｈｚの場合には１２.５ｍｓ必要となる。

内部電源電圧が立ち上がった直後の、演算処理回路４が動作した直後の一定時間は、１回の二値加算演算処理にて動作判定することより、４サンプリングのデータが必要となりサンプリング時間が５０Ｈｚの場合には５ｍｓとなり、６０Ｈｚの場合には４.１７ｍｓとなる。

この遅れ時間を考慮し、演算処理回路４の動作直後の初期化処理を実行後のみ、平均化処理を実施しない１回の二値加算演算処理にて得られたデータ値で動作判定させることで、５０Ｈｚの場合に１０ｍｓ、６０Ｈｚの場合に８.３３ｍｓ動作時間を短縮させることができる。

図２は本発明の関連する発明の保護継電器のブロック構成図である。図において、入力電流・電圧を入力変成器１により絶縁し、入力変成器１の２次側の信号を人力アナログ回路２に入力し、所定レベルのアナログ信号に変換する。
ここで入力アナログ回路２は、それぞれ利得の異なる入力アナログ回路２−１と人力アナログ回路２−２により構成されている。

入力アナログ回路２−１および入力アナログ回路２−２より出力されるアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換回路３に入力し、所定のディジタル信号に変換し、このディジタル信号は演算処理回路４に取り込まれて、所定の演算処理を実施する。電源回路５は、外部より供給される電源入力より保護継電器内部の電源電圧として、安定化された電圧を各回路に供給する。

演算処理回路４は、演算処理結果をリレー回路６に出力し、リレー回路６より外部に接点出力を出すように構成された保護継電器である。入力アナログ回路２は、入力電流・電圧のダイナミックレンジを広く必要とする場合には、１種類の利得の回路とした場合には、Ａ／Ｄ変換回路のビット数にもよるが、目標とする検出精度を満足できない場合がある。この場合には、入力アナログ回路２を利得の異なる入力アナログ回路２−１と入力アナログ回路２−２に分ける必要がある。

例えば、入力アナログ回路２−１の利得を『１』とし、入力アナログ回路２−２の利得を『１０』とし、入力信号が低い場合には、入力アナログ回路２−２より出力されるアナログ信号を演算に使用し、入力信号が高い場合には、入力アナログ回路２−１より出力されるアナログ信号を演算に使用する。

この入力アナログ回路２−１と入力アナログ回路２−２より出力されるアナログ信号を、演算処理回路４にて下記比較・判定することで入力アナログ回路２が正常か否かを判定することができる。

入力信号が低く、入力アナログ回路２−２より出力されるアナログ信号が飽和していない場合には、入力アナログ回路２−１と入力アナログ回路２−２より出力されるアナログ信号のレベルを比較し、それぞれの回路利得と一致した信号レベル比となっていた場合には正常と判断し、不一致の場合には異常と判断させる。但し、入力アナログ回路２−１および入力アナログ回路２−２の利得誤差、およびＡ／Ｄ変換回路３による量子化誤差も含めたＡ／Ｄ変換誤差を含めたレベル比較により判定する。

次に入力信号が高く、入力アナログ回路２−２より出力されるアナログ信号が飽和している場合には、入力アテログ回路２−１より出力されるアナログ信号が、入力アナログ回路２−２が飽和すべき信号レベルに達していれば正常と判断し、飽和すべき信号レベルに達していなければ異常と判断する。

こうして、入力レベル検出用に使用する、利得の異なった入力アナログ回路のレベルを比較することで、監視用の回路を追加することなく、信頼性を低下させることなく、低コストな入力アナログ回路監視を実施可能とした保護継電器を得ることができる。

図３は本発明の関連する他の発明の形態の保護継電器のブロック構成図である。図において、入力電流・電圧を入力変成器１により絶縁し、入力変成器１の２次側の信号を入力アナログ回路２に入力し、所定レベルのアナログ信号に変換する。

入力アナログ回路２より出力されるアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換回路３に入力し、所定のディジタル信号に変換し、このディジタル信号は演算処理回路４に取り込まれて、所定の演算処理を実施する。電源回路５は、外部より供給される電源入力より保護継電器内部の電源電圧として、安定化された電圧を各回路に供給する。

演算処理回路４は、演算処理結果をリレー回路６に出力し、リレー回路６より外部に接点出力を出す。更に、リレー回路６より演算処理回路４に、リレードライバー回路出力を折り返すように構成された保護継電器である。

リレー回路６は演算処理回路４の出力を受けて、リレードライバーを介してリレーを励磁させるが、リレーの動作時間は約１０ｍｓ程度であり、この動作時間以上励磁出力を出さなければリレーは動作しない。

リレー回路６に対して演算処理回路４の出力を、リレーが動作できない短時間出力し、リレー回路６のリレードライバー回路部より演算処理回路４に折り返すことで、リレー回路６のリレードライバー回路が正常か否かを監視することができる。

例えば、演算処理回路４よりリレー回路６に５００μｓ間リレー励磁出力を出し、リレー回路６のリレードライバー回路からの折り返し信号を確認する。折り返し信号がリレー励磁状態となれば、リレー回路６のリレードライバー回路部は正常と判断し、励磁状態とならなければ、リレー回路６のりレードライバー回路部が異常と判断することができる。

こうして、リレー出力回路に、リレーが動作できない短時間幅でリレー励磁出力を出し、この出力を折り返しチェックすることで、信頼性を低下させることなく、低コストなリレー出力回路監視を可能とする保護継電器を得ることができる。

図４は本発明の関連する他の発明の保護継電器のブロック構成図である。図において、入力電流・電圧を人力変成器１により絶縁し、入力変成器１の２次側の信号を入力アナログ回路２に入力し、所定のアナログ信号に変換する。

ディレー回路１１は、演算処理回路４より一定周期で出力されるワンショットパルス信号を入力とし、このワンショットパルス信号を入力される一定周期以上に引き延ばし、連続した信号として異常表示ＬＥＤ回路１２に出力する。更に、演算処理回路４は、演算処理結果をリレー回路６に出力し、リレー回路６より外部に接点出力を出すように構成された保護継電器である。

演算処理回路４は、ディレー回路１１に正常に演算動作中を表すワンショットパルス信号を一定周期で出力し、ディレー回路１１はこのワンショットパルス信号を連続信号に引き延ばす。

ディレー回路１１は、演算処理回路４が正常に演算処理中であれば、一定周期で出力されるワンショットパルス信号を入力される周期以上に引き延ばすことで、連続したロジック『１』の信号を異常表示ＬＥＤ回路１２に出力し、演算処理回路４からディレー回路１１の引き延ばし時間以上、ワンショットパルス信号が入力されない場合には、連続したロジック『０』の信号を異常表示ＬＥＤ回路１２に出力する。

異常表示ＬＥＤ回路１２は、ディレー回路１１からのロジック信号を受け、ロジック『１』の場合には異常表示ＬＥＤを点灯させず、ロジック『０』が入力された場合には、異常表示ＬＥＤを点灯させる。

例えば、演算処理回路４から出力するワンショットパルス信号の周期を１０ｍｓとし、ディレー回路１１の引き延ばし時間を２０ｍｓとすると、演算処理回路４が正常に動作し１０ｍｓ周期でワンショットパルス信号を出していれば、ディレー回路１１はロジック『１』の信号を異常表示ＬＥＤ回路１２に出力する。

演算処理回路４が、何らかの理由で正常に動作できず、ワンショットパルス信号が２０ｍｓ以上、ディレー回路１１に出力されない場合には、ディレー回路１１はロジック『０』の信号を異常表示ＬＥＤ回路１２に出力する。

この結果、演算処理回路４が正常に動作して、一定周期でワンショットパルス信号を出力している場合には、異常表示ＬＥＤ回路１２のＬＥＤは消灯状態であるが、演算処理回路４が異常となり一定周期でワンショットパルス信号が出力されない場合には、異常表示ＬＥＤ回路１２のＬＥＤを点灯状態とすることで、演算処理回路４が停止または暴走していることを外部に表示することができる。

こうして、発振回路を組み込んだハードタイマーを必要とせず、演算処理回路から出力させる一定周期のワンショットパルス信号を所定時間引き延ばすディレー回路により、演算処理回路の動作監視を行い、動作停止等の異常時に、異常状態を表示可能とした安価な保護継電器を得ることができる。

本発明の保護継電器のシステム構成図。本発明の関連する発明の保護継電器のシステム構成図。本発明の関連する他の発明の形態の保護継電器のシステム構成図。本発明の関連する他の発明の形態の保護継電器のシステム構成図。

符号の説明

１入力変成器
２入力アナログ回路
２−１入力アナログ回路
２−２入力アナログ回路
３Ａ／Ｄ変換回路
４演算処理回路
５電源回路
６リレー回路
１１ディレー回路
１２異常表示ＬＥＤ回路

Claims

入力電流・電圧の大きさにより系統事故を検出する保護継電器において、入力電流・電圧を絶縁する入力変成器と、変成器二次側の信号を所定のレベルに変換する入力アナログ変換回路と、このアナログ信号を所定のディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路と、このディジタル信号を入力とし所定の演算処理を行う演算処理回路と、入力電流・電圧を入力とし各回路に電源電圧を供給する電源回路と、演算処理回路の判定結果を受け外部に接点出力を出すリレー回路より構成され、入力された電流・電圧を所定周期でサンプリングし、常時は振幅値演算処理を実行することで動作判定させるが、演算処理回路動作直後の一定時間のみ、サンプリングデータの大きさによるピーク値演算により動作判定することを特徴とした保護継電器。
常時は平均化処理も含めた二値加算演算により動作判定させるが、演算処理回路動作直後の一定時間のみ、平均化処理を含まない二値加算演算により動作判定することを特徴とした請求項１記載の保護継電器。