JP2007209104A - 保護継電器の地絡時限協調検証システム - Google Patents

Abstract

【課題】系統条件や保護継電器の整定値を予め設定しておき、事故点を指定することで自動計算して動作する遮断器を表示するようにした検証システムを得ることである。
【解決手段】オペレータインターフェース部７と、母線情報８と線路情報９とＮＧＲ情報１０とＮＧＬ情報１１と充電電流情報１２と整定値情報１３とを記憶する情報記憶処理部１４と、分流計算処理部１５とリレー動作判定処理部１６と時限協調判定処理部１７と動作遮断器判定処理部１８とを備えた自動演算処理部１９と、画面出力処理部２０と、を備えた保護継電器の地絡時限協調検証システムである。
【選択図】図２

Description

本発明は、複雑に接続された送電線系統における地絡保護を模擬的に検証することができるようにした保護継電器の地絡時限協調検証システムに関するものである。

従来、例えば、１１万Ｖや６万Ｖの高圧送電線系統、すなわち、高抵抗接地系統での地絡保護は、中性点接地抵抗器（ＮＧＲ）から供給される零相電流とその系統に発生する零相電圧により動作する地絡方向継電器、すなわち、保護継電器で地絡事故を検出し、時限協調により事故区間を選択している。

まず、従来の系統構成を図１に基づいて説明する。例えば、Ａ変電所、Ｂ変電所、Ｃ変電所と三つの変電所１において、Ａ変電所とＢ変電所とは、二系統の送電線２、すなわち、ＡＢ送電線で接続されており、Ｂ変電所とＣ変電所とは、ＢＣ送電線で接続されている。そして、各変電所１の母線３を介して中性点接地抵抗器（ＮＧＲ）４から零相電流が供給されるように構成され、また、各送電線２には、所定電流が所定時間流れたときに回路を遮断する保護継電器５がそれぞれ接続されている。

このように構成された系統において、ＢＣ送電線の(ａ)に示す位置で地絡事故が発生したとすると、その部分の電流を７０Ａ、他方の電流を３０Ａとする。この状態においては、中性点接地抵抗器（ＮＧＲ）４から事故点(ａ)に向けて零相電流(ｂ)が供給され、各送電線２に設置してある保護継電器５が動作する。この時、動作時間の一番短く整定されたＣ変電所の(ｃ)の保護継電器５が動作してＢＣ送電線が遮断され、ついで、Ｂ変電所の(ｄ)の保護継電器５が動作してＢＣ送電線が遮断され、事故点を除去する。

このように動作する保護継電器５の動作時間の設定、すなわち、保護継電器５毎の所定電流が所定時間流れたことによる遮断整定は、整定担当者が手入力による机上計算により行われている。

一方、特許文献１には、保護継電システムが記載されており、その内容は、電力ネットワークに接続している複数個の保護継電器について保護協調を満足する動作設定値を算出して自動的に設定するものである。

特開２００１−２５８１４５号公報

系統構成が複雑になると、次のような問題が発生して保護継電器が正しく動作しなくなり、事故点以外の箇所を遮断して停電範囲が拡大するおそれがある。
（１）系統構成が複雑になると、零相電流が分流して動作すべき保護継電器に所定の電流が流れずにその保護継電器が動作しないことがある。
（２）零相電流の分流により、時限協調(動作の時間差)が崩れ、不要箇所を遮断してしまうことがある。
（３）中性点接地抵抗器（ＮＧＲ）から供給される零相電流により発生するリアクトル成分（ＮＧＬ）の有効分電流による保護継電器の不用動作で不用箇所が遮断されることがある。
（４）地絡度合いによる保護継電器の感度協調くずれが発生するおそれがある。

このように、系統構成が複雑な場合には、検討項目が非常に多く、整定作業者による机上の手計算での検討には限界があり、地絡事故の発生時に事故点のみを確実に除去するという機能を得ることが難しい。

請求項１記載の発明は、オペレータインターフェース部と、母線情報と線路情報とＮＧＲ情報とＮＧＬ情報と充電電流情報と整定値情報とを記憶する情報記憶処理部と、分流計算処理部とリレー動作判定処理部と時限協調判定処理部と動作遮断器判定処理部とを備えた自動演算処理部と、画面出力処理部と、を備えた保護継電器の地絡時限協調検証システムである。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の保護継電器の地絡時限協調検証システムにおいて、印刷出力処理部を備えている保護継電器の地絡時限協調検証システムである。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の保護継電器の地絡時限協調検証システムにおいて、前記画面出力処理部により表示される画面には、送電線と母線とを含む送電構成に前記保護継電器が表示され、かつ、事故点の設定によりこの事故に基づいて動作した前記保護継電器を遮断保護継電器として表示するようにしたものである。

請求項４記載の発明は、請求項１記載の保護継電器の地絡時限協調検証システムにおいて、事故点の設定がなされた前記画面出力処理部により表示される画面に含まれる前記保護継電器の遮断電流値の表示は、事故点を除去した状態で再計算された各保護継電器の遮断電流値が表示されるものである。

請求項１記載の発明によれば、系統条件や保護継電器の整定値を予め設定しておき、事故点を指定することで自動計算して動作する保護継電器を表示させることができ、これにより、模擬的に事故状況を作り出して整定担当者は正しい箇所が遮断されるか否かを簡単に確認することができる。また、実際の運用に使用するだけでなく、保護継電器の整定者を対象とした研修会などで教材として使用することができる。

請求項２記載の発明によれば、事故発生時の保護継電器の遮断状況をハードコピーに記録することができるため、保護継電器の地絡時限協調検証システムが設置されていない場所でもその状況を知ることができ、また、系統変更時だけでなく、系統運用計画策定、設備増強計画、事故時の緊急対策などに幅広く使用できるものである。

請求項３記載の発明によれば、画面出力処理部に接続された画面により系統構成の全体像をバーチャル的に視認することができ、これにより、動作時の変化を理解しやすい状態で認識することが容易なものである。

請求項４記載の発明によれば、事故発生時の状況が事故点を除去した状態で直ちに認識することができ、事故点を除去した状態での動作状態をリアルタイムで認識することがきわめて容易なものである。

本発明の実施の態様を図面に基づいて説明する。まず、図２に示すものは、地絡時限協調検証システム６である。この地絡時限協調検証システム６は、オペレータインターフェース部７と、母線情報８と線路情報９とＮＧＲ情報１０とＮＧＬ情報１１と充電電流情報１２と整定値情報１３とを記憶する情報記憶処理部１４と、分流計算処理部１５とリレー動作判定処理部１６と時限協調判定処理部１７と動作遮断器判定処理部１８とを備えた自動演算処理部１９と、画面出力処理部２０と、印刷出力処理部２１とよりなる。このような地絡時限協調検証システム６は、汎用パソコンを使用して全てソフトウェア処理とするものである。そして、オペレータインターフェース部７は各データ入力が容易にできる仕組みとしているものである。情報記憶処理部１４は各種の情報を記憶し、必要の都度演算に使用するものである。画面出力処理部２０は各種情報及び演算結果を画面表示可能な処理をするものである。印刷出力処理部２１は各種情報及び演算結果を印刷処理するものである。

つぎに、図３及び図４に基づいて地絡時限協調検証システムの設定手順とその応動例について説明する。業務開始（Ｓ１）をすると、系統情報設定済か否か（Ｓ２）のチェックがなされ、系統情報が設定されていなければ、まず、ノード、ブランチ、電源の数を入力する（Ｓ３）。ここで、ノードの入力とは、発変電所の母線や分岐点を設定することである。ブランチの入力とは、ノード間を接続する送電線を設定することである。電源の入力とは、ＮＧＲ、ＮＧＬを接続する母線を設定することである。つぎに、各ノード、ブランチ、電源の接続を入力（Ｓ４）し、系統構成を確立する。その後、各ノードの情報（母線情報）を入力する（Ｓ５）。ここで、母線情報とは、その名称と使用電圧である。ついで、各ブランチの情報（線路情報）を入力する（Ｓ６）。ここで、線路情報とは、名称、ノード間の接続、インピーダンス値をいう。つぎに、各電源の情報（電源情報）を入力する（Ｓ７）。ここで、電源情報とは、名称、ＮＧＲ容量、ＮＧＬ容量のことである。さらに、各保護継電器の情報（整定値情報）を入力する（Ｓ８）。ここで、整定値情報とは、保護継電器接続先、遮断箇所指定、整定値（動作値）をいう。なお、整定値によりＯＶＧ起動方式またはＤＧ起動方式が設定可能とする。このように、各種情報の入力が完了すると、これらの情報は、パソコンの記憶部に設定保存される（Ｓ９）。

このように各種情報が設定された場合、あるいは、ステップＳ２で既に系統情報が設定済みであると判断された場合には、ステップＳ１１あるいはステップＳ１３の何れかに移行する。ステップＳ１１においては、系統構成変更、保護遮断器或いは電源の変更がなされる場合であり、このような変更がなされた場合には、その系統情報の設定内容が改めて保存される。

このように系統情報の設定がなされると、その状態は、図４に示すように、パソコンの画面に表示される。この図４の表示において、母線は太線で送電線は細線で示し、黒い三角形状(上向き、下向き)は保護継電器を示し、黒い丸は遮断箇所を示す。また、事故点の表示は、稲妻形の矢印で示す。また、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ、Ｉ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎ、Ｐは、発変電所の表示である。

ついで、ステップＳ１３からステップＳ２１までは、画面上で事故点を設定してその時の保護継電器の動作を模擬的に検証することができる動作を示している。まず、事故点設定（Ｓ１３）をした後、計算実行ボタンを押す（Ｓ１４）。これにより、分流計算処理部１５で分流計算が実行（Ｓ１５）され、リレー動作判定処理部１６でリレー動作判定処理（Ｓ１６）がなされ、時限協調判定処理部１７で時限協調判定処理（Ｓ１７）がなされ、動作遮断器判定処理部１８で動作遮断判定処理（Ｓ１８）がなされて画面出力処理部２０により計算結果表示（Ｓ１９）がなされる。そして、この計算結果は、印刷出力処理部２１で計算結果印刷処理（Ｓ２０）がなされて業務完了（Ｓ２１）する。

このような地絡時限協調検証の応動例が図４に示されている。まず、各所で保護継電器の整定情報を設定する。そして、Ｉ（変）から５０％地点に事故点設定(ａ)に事故度合が（１００％事故）として設定されたものとする。これにより、事故点(ａ)の上下流の保護継電器により遮断され、事故点(ａ)を除去する。つぎに、事故点設定(ｂ)がなされたとき、(ｂ)の保護継電器により遮断されることが表示される。このとき、時限協調がとれていないときには、電源側の保護継電器により遮断されて整定不良であることが判明する。

つぎに、図５ないし図９に基づいて保護継電器の地絡時限協調が正常な場合と数例の崩れた場合とについて説明する。説明は、ＯＶＧ起動方式による応動例を示す。まず、図５に示すものは、保護継電器の地絡時限協調が正常な場合であり、実質的に図１に示した状態と同一である。すなわち、ＢＣ送電線２号に地絡事故(ａ)が発生したものとする。これにより、ＮＧＲから事故点に向けて事故電流、すなわち、零相電流(ｂ)が供給される。この零相電流は、ＮＧＲから事故点までの送電線のインピーダンスにより分流されているものである。これにより、各送電線に設置してある地絡方向継電器、すなわち、保護継電器(ｃ)が動作する。この保護継電器の動作は、事故電流の向きが順方向であることを条件としているものであり、順方向の保護継電器のみが動作する。このようにして動作時間の一番短いＣ変電所のＢＣ送電線２号が遮断する。この遮断により、Ｂ変電所のＢＣ送電線１号の事故電流が３０Ａから０Ａに変化し地絡方向継電器、すなわち、保護継電器は復帰する。また、Ｂ変電所のＢＣ送電線２号の事故電流は７０Ａから１００Ａに変化し、続いて動作時間の短いＢ変電所の保護継電器(ｄ)により遮断してＢＣ送電線が遮断され、事故点を除去する。そして、Ｃ変電所は、ＢＣ送電線１号で送電を継続し、停電箇所はない状態で稼動する。

つぎに、図６に示すものは、整定不良により時限協調が崩れ不用箇所が遮断される応動例である。すなわち、ＢＣ送電線２号に地絡事故(ａ)が発生したものとする。これにより、ＮＧＲから事故点に向けて事故電流、すなわち、零相電流(ｂ)が供給される。この零相電流は、ＮＧＲから事故点までの送電線のインピーダンスにより分流されている。そして、動作時間の一番短いＢ変電所のＢＣ送電線１号、２号の保護継電器(ｃ)(ｄ)が同時に動作する。そのため、Ｃ変電所は、ＢＣ送電線１号、２号が遮断されるため、停電する。

図７に示すものは、零相電流の分流による保護継電器の不動作が発生する応動例であり、地絡事故(a)が発生した事故点がＢ変電所の至近端である場合である。これにより、ＮＧＲから事故点に向けて事故電流、すなわち、零相電流(ｂ)が供給される。この零相電流は、ＮＧＲから事故点までの送電線のインピーダンスにより分流されている。ただし、Ｂ変電所のＢＣ送電線１号及びＣ変電所のＢＣ送電線２号は、事故電流が少ないため、保護継電器が動作しない。ただし、時限カウントは動作している。そして、動作時間の一番短いＢ変電所のＢＣ送電線２号の保護継電器(ｃ)が遮断する。これにより、Ｂ変電所のＢＣ送電線１号の事故電流が１０Ａから１００Ａに変化し、保護継電器(ｄ)が動作する。このとき、既に時限カウントはタイムアップしているため、Ｂ変電所のＢＣ送電線１号及びＣ変電所の送電線２号（保護継電器(ｄ)が動作）が同時に遮断する。これにより、Ｃ変電所は、ＢＣ送電線が２回線遮断したため停電する。

図８に示すものは、ＮＧＬの有効分電流による保護継電器の不用動作で不用箇所を遮断する応動例である。まず、ＢＣ送電線２号に地絡事故(ａ)が発生したものとする。これにより、ＮＧＲから事故点に向けて事故電流（零相電流）(ｂ)が供給（ＮＧＲから事故点までの送電線のインピーダンスにより分流）される。また、ＮＧＬから事故点に向けて事故電流（零相電流）が供給（ＮＧＬから事故点までの送電線のインピーダンスにより分流）され、各送電線に設置してある保護継電器が動作する。すなわち、動作時間が一番短いＣ変電所のＢＣ送電線１号及び２号が遮断する（ＮＧＬ電流によりＣ変電所のＢＣ送電線１号の保護継電器(ｄ)が不用動作する）。これにより、Ｃ変電所側が遮断したため、Ｂ変電所のＢＣ送電線２号の事故電流が１００Ａに変化し、１.０秒後に遮断する。そのため、Ｃ変電所は、ＢＣ送電線が２回線遮断したため停電する。

図９に示すものは、不完全地絡の度合いによる保護継電器の感度協調崩れの応動例であり、Ｂ、Ｃ変電所よりＡ変電所の保護継電器の感度が良い場合である。ＢＣ送電線２号に３０％不完全地絡事故(ａ)が発生したものとする。ＮＧＲから事故点に向けて事故電流（零相電流）(ｂ)が供給される。Ｂ変電所及びＣ変電所の保護継電器は入力電流が動作値に達しないため、Ａ変電所のＡＢ送電線の保護継電器(ｃ)が遮断する。これにより、Ｂ変電所及びＣ変電所は、ＡＢ送電線が２回線遮断したため停電する。

前述の状態は、実際の送電線系統の運用に直接的に利用することができるものであるが、動作状態の検証をバーチャル的に確認することができるため、保護継電器の整定者を対象とした研修会などで教材として使用することもできるものである。また、系統変更時のみならず、系統運用計画策定、設備増強計画、事故時の緊急対応など幅広く使用することができる。

保護継電器の地絡時限協調が崩れた場合の従来の応動例を示す回路図である。 本発明の実施の態様を示すもので、地絡時限協調検証システムのブロック図である。 地絡時限協調検証システムの動作を示すフローチャートである。 地絡時限協調検証システムの応動例を示す回路図である。 保護継電器の地絡時限強調が正常な動作を示す応動例の回路図である。 整定不良により時限協調が崩れ不用箇所を遮断する応動例の回路図である。 零相電流の分流による保護継電器の不動作を示す応動例の回路図である。 ＮＧＬの有効分電流による保護継電器の不用動作で不用箇所を遮断する応動例を示す回路図である。 不完全地絡の度合いによる保護継電器の感度強調が崩れた場合の応動例を示す回路図である。

符号の説明

７ オペレータインターフェース部
８ 母線情報
９ 線路情報
１０ ＮＧＲ情報
１１ ＮＧＬ情報
１２ 充電電流情報
１３ 整定値情報
１４ 情報記憶処理部
１５ 分流計算処理部
１６ リレー動作判定処理部
１７ 時限協調判定処理部
１８ 動作遮断器判定処理部
１９ 自動演算処理部
２０ 画面出力処理部

Claims (4)

1. オペレータインターフェース部と、
   母線情報と線路情報とＮＧＲ情報とＮＧＬ情報と充電電流情報と整定値情報とを記憶する情報記憶処理部と、
   分流計算処理部とリレー動作判定処理部と時限協調判定処理部と動作遮断器判定処理部とを備えた自動演算処理部と、
   画面出力処理部と、
   を備えたことを特徴とする保護継電器の地絡時限協調検証システム。
2. 請求項１記載の保護継電器の地絡時限協調検証システムにおいて、印刷出力処理部を備えていることを特徴とする保護継電器の地絡時限協調検証システム。
3. 前記画面出力処理部により表示される画面には、送電線と母線とを含む送電構成に前記保護継電器が表示され、かつ、事故点の設定によりこの事故に基づいて動作した前記保護継電器を遮断保護継電器として表示するようにしたことを特徴とする請求項１記載の保護継電器の地絡時限協調検証システム。
4. 事故点の設定がなされた前記画面出力処理部により表示される画面に含まれる保護継電器の遮断電流値の表示は、事故点を除去した状態で再計算された各保護継電器の遮断電流値が表示されることを特徴とする請求項１記載の保護継電器の地絡時限協調検証システム。
   
   

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