JP2007236059A - 電力系統の保護継電システム、電力系統の保護方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な仕組みでコストをかけずに電力系統を適切に保護する。
【解決手段】発電機の第１の電圧を変圧器の一次巻線に印加して当該変圧器の二次巻線から当該第１の電圧を変換した第２の電圧を取り出し、当該取り出した第２の電圧を遮断器を介して送電する電気所に配設された電力系統の保護継電システムにおいて、前記一次巻線に印加された前記第１の電圧を検出する第１の電圧変成器と、前記二次巻線から取り出された前記第２の電圧を検出する第２の電圧変成器と、前記第１の電圧変成器において検出された前記第１の電圧と、前記第２の電圧変成器において検出された前記第２の電圧との電位差が所定の閾値を超える場合に前記遮断器をトリップさせる保護継電装置と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統の保護継電システム、電力系統の保護方法に関する。

電力系統は、発電所、変電所、開閉所、変換所（以下、「電気所」という。）、送電線及び需要家の負荷を有機的に連系し、発電所において発生した電力を最終的に需要家の負荷に供給するためのシステムである。

尚、所定の需要家の負荷をまかなう電力系統は、電力の安定供給等の観点から、単独系統とはされず、遠隔地にある小水力発電所等の電力系統と連系される場合や、他電力会社の電力系統と広域連系される場合がある等、多連系の実施態様となる。また、最近では、電力自由化の進展に伴い、大口需要家が配設した小型の自家用発電設備、いわゆる分散型電源が系統連系される場合もある。

ところで、電気所には、かかる電力系統において短絡事故や地絡事故等の発生に起因して過電流や不足電圧等の異常現象が出現する場合を想定し、一般的には、外部事故等による異常現象の侵入防止や自己の異常現象の拡散防止のために、いわゆる保護継電装置が設けられる。

保護継電装置は、例えば、系統電圧が設定レベルより低下した場合に遮断器等をトリップさせる不足電圧リレーＵＶ（Under Voltage）、系統電流が設定量を越えた場合に遮断器等をトリップさせる過電流リレーＯＣ(Over Current)、及び地絡事故時の過電圧を検出して遮断器等をトリップさせる地絡過電圧リレーＯＶＧ(Over Voltage Grand)や、その他、周波数リレー、方向リレー、距離リレー等、様々なタイプがあり、実際上、複数種のリレーが組み合わされてシステム構築される。

図５は、従来の保護継電装置が配設された大容量の電気所Ａと小容量の電気所Ｂが連系された電力系統を示す図である（例えば、以下に示す特許文献１を参照）。尚、電気所Ａは、電力会社の火力発電等の大容量の発電設備が備えられた二次変電所（例えば、２７５ｋＶ／６６ｋＶ）の場合とし、電気所Ｂは、需要家に対し電気所Ａよりも遠隔地にあり且つ電気所Ａの容量(電源容量、変圧器容量等)よりも小容量の水力発電等の発電設備が備えられた発電所（例えば、２２ｋＶ／６６ｋＶ）の場合とする。

電気所Ａは、一次変電所からの一次側電圧Ｖ０（２７５ｋＶ）を二次側電圧Ｖ１（６６ｋＶ）へと変換する主変圧器１０と、主変圧器１０の二次側から二次側電圧Ｖ１が給電される所内母線１１と、所内母線１１と接続された系統連系用の遮断器１２と、が設けられる。

尚、遮断器１２の二次側は、当該二次側から延設された二次側電圧Ｖ１（６６ｋＶ）の送電線１６を介して、複数の需要家の負荷３１が電気的・機械的に接続された送電線乃至配電線系統（以下、「送電線系統」という。）３０と連系され、電気所Ａの電力は送電線系統３０の各負荷３１へと供給される。

また、電気所Ａは、短絡事故や地絡事故等に起因した異常現象（過電流や不足電圧）の保護のため、保護継電装置１３が設けられる。
保護継電装置１３は、遮断器１２の一次側（発電所側）に設けられた電流変成器（ＣＴ）１４において検出された検出電流が設定量を超えたときに動作する過電流リレー１３１と、遮断器１２の二次側（需要家側）に設けられた電圧変成器（ＰＴ）１５において検出された検出電圧が設定レベルを下回る場合に動作する不足電圧リレー１３２と、過電流リレー１３１と不足電圧リレー１３２とが共に動作したときに遮断器１２をトリップ（開放）させる指令ｔａを出すシーケンス回路１３３と、によって構成されており、いわゆる過電流継電方式を採用している。

尚、過電流継電方式の他にも、電流変成器（ＣＴ）１４において検出された検出電流と電圧変成器（ＰＴ）１５において検出された検出電圧を用いてインピーダンスを計算し、設定レベルを下回る場合に動作する距離継電方式や、通信線を使用して電気所Ａと電気所Ｂ間で情報を交換して送電線事故を判定するパイロット継電方式等を採用する場合もある。しかし、以下では、説明を簡単にするため、電気所Ａの保護継電装置１３並びに電気所Ｂの保護継電装置５３については、前述した過電流継電方式を例に採りあげる。

一方、電気所Ｂは、電気所Ａと同様に、発電機電圧Ｖ２（６６ｋＶ）の発電機５０と、発電機５０から発電機電圧Ｖ２が給電される所内母線５１と、所内母線５１と接続された系統連系用の遮断器５２と、が設けられ、遮断器５２の二次側から延設された発電機電圧Ｖ２（６６ｋＶ）の送電線５６を介して、複数の需要家の負荷３１が電気的・機械的に接続された送電線系統３０と連系される。

また、電気所Ｂは、電気所Ａの保護継電装置１３と同様の保護継電装置５３が設けられる。すなわち、保護継電装置５３は、遮断器５２の一次側（発電所側）に設けられた電流変成器（ＣＴ）５４において検出された検出電流が設定量を超えたときに動作する過電流リレー５３１と、遮断器５２の二次側（需要家側）又は所内母線５１に設けられた電圧変成器（ＰＴ）５５において検出された検出電圧が設定レベルを下回る場合に動作する不足電圧リレー５３２と、過電流リレー５３１と不足電圧リレー５３２とが共に動作したときに遮断器５２をトリップ（開放）させる指令ｔｃを出すシーケンス回路５３３と、によって構成される。

尚、水力発電所は一般的には遠隔地にあるため完全自動化されており、遠方監視制御装置を使用した遠方制御によって運転がなされる。従って、電気所Ｂの保護継電装置５３は、遠方監視による遮断器５２の転送遮断を可能ならしめるべく、電力会社の制御所・営業所等からの長距離にわたる通信線を引き込むとともに、いわゆるデジタル保護リレーの構成を採用する場合が多い。
特開平５−２２８６５号公報

ところで、図５に示す電力系統において、図中に示す電気所Ａ側の送電線１６の事故点Ｆで短絡事故が発生した場合とする。この場合、大容量の電気所Ａの側では、電流変成器１４では急激に増加する過電流（事故電流）が検出され、電圧変成器１５では急激に低下した不足電圧が検出される。従って、保護継電装置１３は、過電流リレー１３１ならびに不足電圧リレー１３２が動作するため、遮断器１２をトリップさせる指令ｔａを出すことになる。

一方、小容量の電気所Ｂの側では、前述と同様に、電流変成器５４では過電流（事故電流）が検出され、電圧変成器５５では不足電圧が検出されるものの、電気所Ａの場合と対比すると、電気所Ａよりも小容量であるが故に、電流変成器５４で検出された過電流が過電流リレー１３１を動作させる程には大きくなく、また、電圧変成器５５で検出された不足電圧が不足電圧リレー１３２を動作させる程には低下しない場合が容易に想定され得る。

従って、電気所Ｂに設置された保護継電装置５３は、事故点Ｆで短絡事故が発生しているにも関わらず、遮断器５２をトリップさせる指令を出せずにいるので、電気所Ｂの発電機５０と送電線系統３０との連系を継続させることになる。この結果、電気所Ｂから事故点Ｆに向けて、送電線系統３０へと事故電流が継続して流れ込むため、最悪の場合、送電線系統３０と接続された需要家の負荷３１の故障や需要家が生産する製品の不良を招く恐れがある。

また、一般的には、電気的事故が発生して保護継電装置によって該当する遮断器を遮断した場合に、早期の停電解消を図るために自動で当該遮断器を投入するための復旧装置が設けられている。ここで、送電線系統３０が電気所Ｂ単独で給電された場合には、後述する電力品質の低下を招くばかりでなく、前述した復旧装置の本来の機能が発揮されず、早期の停電解消ができなくなる。

さらに、電気所Ａ側の発電機（不図示）は電力供給を停止する一方で、電気所Ｂの発電機５０が電力供給を停止せずに単独運転となる場合、電力系統の周波数が安定しない問題もある。この場合、電力系統内に周波数リレー（不図示）を設けている場合であっても、電気所Ｂの容量が小さいが故に電気所Ｂの発電機５０の容量と送電線系統３０の負荷３１の容量とが均衡しておれば、当該周波数リレーを動作させる程度には周波数変動が起こらない。よって、当該周波数リレーをせっかく設けてあっても何ら意味をなさず、電気所Ｂの発電機５０の単独運転が短絡事故後にあっても継続する恐れがある。

さらに、電気所Ｂが遠隔地にある小水力発電所である場合、通信線を介した遠方監視制御装置からの指令によって遠隔的な運転制御が行われる。よって、短絡事故後に電気所Ｂの保護継電装置５３が動作しない場合であっても、遠隔的な制御によって遮断器５２を強制的にトリップさせることもできる。ただし、遠方監視制御装置を使用するためには、電力会社の制御所・営業所等から遠隔地にある電気所Ｂまで、遠方制御のために通信線を敷設しなければならず、設備コストや運用コストがかかるという問題がある。

前述した課題を解決する主たる本発明は、発電機の第１の電圧を変圧器の一次巻線に印加して当該変圧器の二次巻線から当該第１の電圧を変換した第２の電圧を取り出し、当該取り出した第２の電圧を遮断器を介して送電する電気所に配設された電力系統の保護継電システムにおいて、前記一次巻線に印加された前記第１の電圧を検出する第１の電圧変成器と、前記二次巻線から取り出された前記第２の電圧を検出する第２の電圧変成器と、前記第１の電圧変成器において検出された前記第１の電圧と、前記第２の電圧変成器において検出された前記第２の電圧との電位差が所定の閾値を超える場合に前記遮断器をトリップさせる保護継電装置と、を有することとする。

本発明によれば、簡易な仕組みでコストをかけずに電力系統を適切に保護する保護継電装置を提供することができる。

＜電力系統の全体構成＞
図１（ａ）は、従前の保護継電装置１３を具備した大容量の電気所Ａ（本発明に係る『その他の電気所』）と、本発明の一実施形態に係る保護継電装置２８を具備した小容量の電気所Ｂ（本発明に係る『電気所』）と、が需要家の負荷３１と接続された送電線系統３０へと共に連系された電力系統を示す図である。尚、電気所とは、電力系統を構成する発電所、変電所、開閉所若しくは変換所を総称したものである。

図１（ａ）に示した電気所Ａ、Ｂは、図５に示した電気所Ａ、Ｂと同様に、電気所Ａは、電力会社の火力発電等の大容量の発電設備が備えられた二次変電所（例えば、２７５ｋＶ／６６ｋＶ）の場合とし、電気所Ｂは、需要家に対し電気所Ａよりも遠隔地にあり且つ電気所Ａの容量(電源容量、変圧器容量等)よりも小容量の水力発電や太陽光発電や風力発電等を利用した分散型電源システム等の発電設備が備えられた発電所の場合とする。すなわち、電気所Ｂは、電力会社の電気所Ａよりも小容量でありさえすればよい。
電気所Ａの構成は、図５に示した場合と同様であるため説明を省略する。

電気所Ｂは、発電機電圧ＶＧ１（本発明に係る『第１の電圧』、例えば、２２ｋＶ）の発電機２０と、発電機２０からの一次側（発電機側）の発電機電圧ＶＧ１（２２ｋＶ）が給電される一次側所内母線２１と、一次側所内母線２１の発電機電圧ＶＧ１が一次巻線２２１へと印加され、所定の巻線比（例えば、１／３）に応じて、二次巻線２２２から二次側（需要家側）の母線電圧ＶＬ１（本発明に係る『第２の電圧』、例えば、６６ｋＶ）を取り出せる主変圧器２２と、主変圧器２２の二次巻線２２２からの母線電圧ＶＬ１が給電される二次側所内母線２４と、二次側所内母線２４と接続された系統連系用の遮断器２５と、が設けられ、遮断器２５の二次側から延設された母線電圧ＶＬ１（６６ｋＶ）の送電線２９を介して、複数の需要家の負荷３１が電気的・機械的に接続された送電線系統３０と連系される。尚、水力発電の場合の発電機電圧ＶＧ１は、一般的に、“４００Ｖ〜１８ｋＶ”程度である。

また、電気所Ｂは、一次側所内母線２１と接続された電圧変成器２６（本発明に係る『第１の電圧変成器』）と、二次側所内母線２２と接続された電圧変成器２７（本発明に係る『第２の電圧変成器』）と、保護継電装置２８と、により構成された本発明に係る『電力系統の保護継電システム』を有する。

電圧変成器２６は、定格電圧が一般的には”１１０Ｖ”と規定されており、一次側所内母線２１の発電機電圧ＶＧ１（２２ｋＶ）が一次巻線２６１へと印加され、所定の巻線比（例えば、２００／１）に応じて、二次巻線２６２から検出電圧ＶＧ２（例えば、１１０Ｖ）を取り出すための計器である。

電圧変成器２７は、電圧変成器２６と同様に、定格電圧が一般的には”１１０Ｖ”と規定されており、二次側所内母線２４の母線電圧ＶＬ１（６６ｋＶ）が一次巻線２７１へと印加され、所定の巻線比（例えば、６００／１）に応じて、二次巻線２７２から検出電圧ＶＬ２（例えば、１１０Ｖ）を取り出すための計器である。

保護継電装置２８は、電圧変成器２６において検出された検出電圧ＶＧ２と、電圧変成器２７において検出された検出電圧ＶＬ２とが印加される。ここで、平常時では、検出電圧ＶＧ２と検出電圧ＶＬ２のレベルが均衡していることとする。すなわち、平常時に検出電圧ＶＧ２と検出電圧ＶＬ２のレベルが均衡すべく、電圧変成器２６ならびに電圧変成器２７の巻線比が選択される。

保護継電装置２８は、電力系統内での短絡事故の発生に起因して過電流等の異常現象が生じた場合に、検出電圧ＶＧ２と検出電圧ＶＬ２の均衡が崩れたことを識別し、その際に遮断器２５をトリップ（開放）させる指令ｔｂを出す。尚、事故誤検出防止の為に、検出電圧ＶＧ２と検出電圧ＶＬ２の電位差が数ミリ〜数Ｖ程度かけ離れた程度ではトリップ指令ｔｂが出力されないようにすべく不感帯を設定しておく必要がある。

図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電力系統において事故点Ｆで短絡事故が発生した場合の、系統インピーダンスを横軸に示し、電圧変成器２６、２７の定格電圧”１１０Ｖ”に正規化した系統電圧を縦軸に示した図である。

図１（ｂ）の横軸に示す系統インピーダンスによれば、電気所Ｂの系統インピーダンスは、一般的に、主変圧器２２の一次側換算（巻数比の２乗倍）された二次側インピーダンスの大きさの影響で、電気所Ａの系統インピーダンスや送電線１６、２９の系統インピーダンスと対比して大きいことが知られている。

ここで、電気所Ａは、電気所Ｂと対比して、系統インピーダンスは小さいが、大きな短絡電流が事故点Ｆに流れ込むため、保護継電装置１３が遮断器１２にトリップ指令ｔａを出力する程に、電流変成器１４では過電流（短絡電流）を検出し、電圧変成器１５では不足電圧（電圧降下）を検出するものと考えられる。すなわち、電気所Ａの側では、保護継電装置１３が有効に機能することを前提とする。

一方、電気所Ｂは、電気所Ａと対比して、小容量のため、事故点Ｆに流れ込む短絡電流が小さいと思われる。しかし、前述したように、電気所Ｂの系統インピーダンスは、電力系統全体のインピーダンスで大きな割合を占める程大きい。このため、一次側所内母線２１の発電機電圧ＶＧ１と二次側所内母線２４の母線電圧ＶＬ１の電位差は、短絡事故に伴って、事故点Ｆに流れ込む短絡電流がたとえ小さくても、オームの法則（電圧＝電流×インピーダンス）に従って、ある程度の大きな変化が見込まれる。

換言すると、電圧変成器２６で検出された検出電圧ＶＧ２と、電圧変成器２７で検出された検出電圧ＶＬ２との電位差ΔＶは、短絡事故の際にある程度の大きな変化が見込まれる。保護継電装置２８は、かかる電位差ΔＶによって、検出電圧ＶＧ２とＶＬ２の均衡が短絡事故によって崩れた旨を精度良く識別できる。また、発電機２０が単独運転を継続しないように、すなわち事故が拡大しないように、遮断器２５をトリップさせる指令ｔｂを出力することが可能となる。

このように、保護継電装置２８は、短絡事故が起きた場合に短絡電流が小さくても、主変圧器２２の系統インピーダンスの大きさによって、電圧降下はある程度の大きさが見込まれる点に着眼し、主変圧器２２の一次側の発電機電圧ＶＧ１と二次側の母線電圧ＶＬ１との電位差に基づいて、短絡事故の検出ならびに遮断器２５のトリップを行うようにした。

すなわち、例えば、従来の不足電圧リレーＵＶによる系統保護の場合には、電力系統のある一点の系統電圧しか監視しておらず、電力系統全体にわたった如何なる状態変動によっても（保護対象外の系統内の事故であっても）動作する恐れがあるのに対し、保護継電装置２８は、既に大容量の電気所Ａにおける保護動作が完了しているであろうとの見込みのもとで、後は電気所Ｂ側の系統保護のみに的を絞ることによって、主変圧器２２の一次側・二次側電圧の電位差を監視するという簡素な仕組みで実現できる。

また、従来の遠方監視による遮断器５２の転送遮断方式の場合には、長距離の通信線の敷設コストがかかるが、本発明の場合では、小容量の電気所Ｂ内で保護継電装置２８を現場盤として設置できるためコストをかけずに実現できる。

＜保護継電システムの詳細構成＞
図２は、本発明の一実施形態に係る保護継電システムの構成を示す図である。
保護継電装置２８は、電圧変成器２６から検出電圧ＶＧ２がＡ／Ｉ入力され、電圧変成器２７から検出電圧ＶＬ２がＡ／Ｉ入力される。

入力変換器２８１は、補助変成器等を具備しており、Ａ／Ｉ入力された検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２を後段の事故検出回路２８２等に適したレベルへと変換する。

事故検出回路２８２は、入力変換器２８１を介した検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２のレベルをもとに、電力系統において短絡事故に伴う異常現象が発生していないかどうかを検出するために電磁リレーやスイッチ等を組み合わせたシーケンス回路である。尚、保護継電装置２８をデジタル保護リレーとして構成する場合には、事故検出回路２８２は、リレー回路からＣＰＵに置換される。

具体的には、事故検出回路２８２は、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の定常時の均衡が短絡事故によって崩れているか否かを、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の電位差ΔＶに基づいて検出する。このため、差動増幅器２８３によって電位差ΔＶを得る。また、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の均衡が崩れている旨を識別すべく、比較器２８４は、差動増幅器２８３より出力された電位差ΔＶと所定の閾値Ｖｒｅｆとの比較を行う。

比較器２８４において電位差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超える場合に、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の均衡が崩れたものとみなして、ａ接点スイッチ２８５を閉じるためのスイッチ閉指令を出力する。ａ接点スイッチが閉じると、限時リレー２８６が励磁されて、整定値Ｔｌ経過後に限時動作ａ接点スイッチ２８８を閉じるためのスイッチ閉指令を出力する。

尚、限時リレー２８６の整定値Ｔｌは、電気所Ａ側の保護継電装置１３による遮断器１２のトリップに要する時間Ｔａよりも長時間に整定しておく。すなわち、保護継電装置２８の保護対象外の電気所Ａ側の系統や、送電線系統３０と接続されたその他の系統内で短絡事故が発生した場合に、電気所Ａ側の系統内等で復旧可能であるにも関わらず、電位差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えて保護継電装置２８が動作する恐れもある。

従って、保護継電装置２８は、電位差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えた場合でも、自己の保護対象外の系統で起きた事故を検出したのかもしれないので、遮断器２５をトリップさせるまでにはある程度の時限をもたせるようにした。例えば、大容量発電機の場合の過電流リレーは一般的に“１秒”以内（Ｔａ）に遮断器をトリップさせるので、限時リレー２８６の整定値Ｔｌとしては、“２〜３秒”以内に整定することとする。

出力回路２８７は、事故検出回路２８２の限時リレー２８６から整定値Ｔｌの経過後に出力されるスイッチ閉指令によって、限時動作ａ接点スイッチ２８８を閉じる。この結果、遮断器２５を開閉させる電磁リレー２８９が励磁されて、遮断器２５をトリップさせる指令ｔｂをＤ／Ｏ出力する。

＜保護継電装置の動作範囲＞
図３は、保護継電装置２８の動作範囲Ｇ、具体的には、遮断器２５をトリップさせる動作範囲Ｇを示す図である。

短絡事故前の定常状態では、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２のレベルは均衡するようにシステム設計されており、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の定格電圧はともに“１１０Ｖ”である。このため、図３中において、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の最大レベルは、定格電圧の“１１０Ｖ”となる。

図３中に示す範囲Ａは、検出電圧ＶＧ２よりも検出電圧ＶＬ２の方がレベルの高い範囲となるので、保護継電装置２８の動作範囲Ｇとはなりえない。すなわち、図１（ａ）に示したように電力系統の事故点Ｆにおいて短絡事故が発生した場合には、検出電圧ＶＧ２は短絡事故後であっても事故前の状態をある程度維持するが、検出電圧ＶＬ２は短絡事故後に急峻な電圧降下が生じうる。従って、短絡事故が発生した場合は、検出電圧ＶＬ２は、検出電圧ＶＧ２よりも極めて低いレベルとなるからである。

図３中に示す範囲Ｂは、検出電圧ＶＧ２の微小な擾乱の影響を受けないように設定された不感帯である。例えば、範囲Ｂは、検出電圧ＶＧ２が、定格電圧の“１１０Ｖ”から数Ｖ程度低下するまでの範囲に設定する。

図３中に示す範囲Ｃは、検出電圧ＶＧ２の微小な擾乱及び検出電圧ＶＬ２の微小な擾乱の影響を受けないように設定された不感帯である。例えば、範囲Ｃは、検出電圧ＶＧ２が、定格電圧の“１１０Ｖ”から数Ｖ程度低下するまでの範囲であり、且つ、検出電圧ＶＬ２が定格電圧の“１１０Ｖ”から数Ｖ程度低下するまでの範囲として設定する。

図３中に示す範囲Ｄは、検出電圧ＶＬ２の微小な擾乱及び検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の電位差ΔＶの微小な変化の影響を受けないように設定された不感帯である。例えば、範囲Ｄは、検出電圧ＶＬ２が、定格電圧の“１１０Ｖ”から数Ｖ程度低下するまでの範囲であり、且つ、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の電位差ΔＶが、ゼロ電位から数Ｖ程度の変動分増加するまでの範囲として設定する。

図３中に示す範囲Ｅは、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の電位差ΔＶの微小な変化の影響を受けないように設定された不感帯である。例えば、範囲Ｅは、検出電圧ＶＧ２、ＶＬ２の電位差ΔＶが、ゼロ電位から数Ｖ程度の変動分増加するまでの範囲として設定する。

図３中に示した範囲Ｆは、検出電圧ＶＧ２が、定常時の定格電圧“１１０Ｖ”に対比して約半分以上の割合で低下しているため、発電機５０の運転が停止している場合となる。すなわち、この場合、電気所Ｂから事故点Ｆに対して短絡電流が流れ込む恐れを考慮する必要がないので、図３中に示す範囲Ｆを不感帯として設定する。例えば、範囲Ｆは、検出電圧ＶＧ２が、ゼロ電位から発電機２０が運転可能な約６０Ｖ付近までの範囲として設定する。

従って、保護継電装置２８の動作範囲は、図３中に示す範囲Ａ乃至Ｆを取り除いた動作範囲Ｇのみである。このように、動作範囲Ｇを設定した結果、保護継電装置２８は、事故の誤検出の恐れがなく、また無駄な事故検出を防止することができる。

＜保護継電装置の動作＞
図４は、図１（ａ）に示した電気所Ａ側の送電線１６の事故点Ｆで短絡事故が発生した場合の本発明に係る保護継電装置２８の動作を示すフローチャートである。

まず、電気所Ａ側では、事故点Ｆで短絡事故が発生した場合（Ｓ４００）、電流変成器１４において過電流が検出されるとともに電圧変成器１５において不足電圧が検出される。このため、保護継電装置１３が動作して、遮断器１２をトリップさせる指令ｔａを出力する（Ｓ４０１、Ｓ４０２）。尚、保護継電装置１３によって遮断器１２がトリップされるまでに時間ｔａを要する。尚、時間ｔａは、一般的には“１秒”程度である。

一方、電気所Ｂ側では、保護継電装置２８は、電圧変成器２６から検出電圧ＶＧ２が常時入力されるとともに、電圧変成器２７から検出電圧ＶＬ２が常時入力される（Ｓ４０３）。ここで、保護継電装置２８は、事故検出回路２８２によって、検出電圧ＶＧ２と検出電圧ＶＬ２の電位差ΔＶが定常時の均衡が崩れたことを示す所定の閾値Ｖｒｅｆを超えるか否か、より具体的には、図３に示した動作範囲Ｇに属するか否かを識別する（Ｓ４０４）。

保護継電装置２８は、電位差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超えない場合には（Ｓ４０４：ＮＯ）、短絡事故が生じなかったものとみなして、新たな検出電圧ＶＬ２、ＶＧ２を監視すべく、Ｓ４０３〜Ｓ４０４の処理を繰り返し行う。一方、電位差ΔＶが閾値Ｖｒｅｆを超える場合には（Ｓ４０４：ＹＥＳ）、短絡事故が生じた旨を検出して、出力回路２８４のａ接点スイッチ２８５を閉じて、限時リレー２８６を励磁させる（Ｓ４０５）。

尚、限時リレー２８６の整定値Ｔｌは、時間Ｔａよりも長く整定される。従って、限時リレー２８６の整定値Ｔｌが経過するまでの間に、保護継電装置１３によって遮断器１２のトリップが完了している。従って、このままの状態では、小容量の発電機２０は送電線系統３０に対して単独運転することになるので、異常現象の拡散防止をするため、遮断器２５をトリップさせる必要がある。しかし、保護継電装置２８の保護対象外の系統の事故までも検出する必要はないので、限時リレー２８６の整定値Ｔｌ経過後に（Ｓ４０６：ＹＥＳ）、遮断器２５をトリップさせるようにした。尚、時間ｔａが“１秒”程度であるため、整定値Ｔｌとしては“２〜３秒”程度に設定している。

以上、本実施の形態について説明したが、前述した実施例は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更／改良され得るととともに、本発明にはその等価物も含まれる。

図１（ａ）は、本発明の一実施形態に係る保護継電装置を具備した電力系統の構成を示す図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示した電力系統において事故点Ｆで短絡事故が発生した場合の系統インピーダンスと系統電圧の関係を示した図である。 本発明の一実施形態に係る保護継電装置の構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る保護継電装置の動作範囲を示す図である。 本発明の一実施形態に係る保護継電装置の動作を示すフローチャートである。 従来の保護継電装置を具備した電力系統の構成を示す図である。

符号の説明

１０、２２ 主変圧器 １１、５１ 所内母線
１２ 遮断器 １３、２８、５３ 保護継電装置
１３１、５３１ 過電流リレー １３２、５３２ 不足電圧リレー
１４、５４ 電流変成器 １５、２６、２７、５５ 電圧変成器
１６、２９、５６ 送電線 ２０、５０ 発電機
２１ 一次側所内母線 ２２１、２６１、２７１ 一次巻線
２２２、２６２、２７２ 二次巻線 ２４ 二次側所内母線
２５、５２ 遮断器 ２８１ 入力変換器
２８２ 事故検出回路 ２８３ 差動増幅器
２８４ 比較回路 ２８５ ａ接点スイッチ
２８６ 限時リレー ２８７ 出力回路
２８８ 限時動作ａ接点スイッチ ２８９ 電磁リレー
３０ 送電線系統 ３１ 負荷

Claims (8)

1. 発電機の第１の電圧を変圧器の一次巻線に印加して当該変圧器の二次巻線から当該第１の電圧を変換した第２の電圧を取り出し、当該取り出した第２の電圧を遮断器を介して送電する電気所に配設された電力系統の保護継電システムにおいて、
   前記一次巻線に印加された前記第１の電圧を検出する第１の電圧変成器と、
   前記二次巻線から取り出された前記第２の電圧を検出する第２の電圧変成器と、
   前記第１の電圧変成器において検出された前記第１の電圧と、前記第２の電圧変成器において検出された前記第２の電圧との電位差が所定の閾値を超える場合に前記遮断器をトリップさせる保護継電装置と、
   を有することを特徴とする電力系統の保護継電システム。
2. 前記保護継電装置は、前記検出された第１及び第２の電圧が、定格電圧から所定の変動分低下するまでの範囲を、前記遮断器をトリップさせない不感帯として設定すること、を特徴とする請求項１に記載の電力系統の保護継電システム。
3. 前記保護継電装置は、前記検出された第１の電圧が、ゼロ電位から前記発電機が運転可能となる所定の変動分増加するまでの範囲を、前記遮断器をトリップさせない不感帯として設定すること、を特徴とする請求項１に記載の電力系統の保護継電システム。
4. 前記保護継電装置は、前記電位差が、ゼロ電位から所定の変動分増加するまでの範囲を、前記遮断器をトリップさせない不感帯として設定すること、を特徴とする請求項１に記載の電力系統の保護継電システム。
5. 前記電気所は、前記電気所の容量よりも大容量であるその他の電気所と前記遮断器を介して系統連系されること、を特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電力系統の保護継電システム。
6. 前記その他の電気所は、その他の遮断器並びにその他の保護継電装置を具備し、当該その他の遮断器を介して送電するとともに当該その他の保護継電装置の動作によって当該その他の遮断器をトリップさせ、
   前記保護継電装置は、
   前記電位差が前記所定の閾値を超える場合、前記その他の保護継電装置の動作によって前記その他の遮断器をトリップさせるのに要する時間よりも長い時間経過した後、前記遮断器をトリップさせること、
   を特徴とする請求項５に記載の電力系統の保護継電システム。
7. 前記電気所は、前記その他の電気所と対比して需要家よりも遠方に位置する水力発電の発電所であること、を特徴とする請求項６に記載の電力系統の保護継電システム。
8. 発電機の第１の電圧を変圧器の一次巻線に印加して当該変圧器の二次巻線から当該第１の電圧を変換した第２の電圧を取り出し、当該取り出した第２の電圧を遮断器を介して送電する電気所における電力系統の保護方法において、
   前記一次巻線に印加された前記第１の電圧を検出するとともに、前記二次巻線から取り出された前記第２の電圧を検出し、
   前記検出された第１及び第２の電圧との電位差が所定の閾値を超える場合に前記遮断器をトリップさせること、
   を特徴とする電力系統の保護方法。
   
   

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