JP2007335243A - 位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】現状のディジタル保護リレー装置の入力信号を処理することで位相制御や位相同期制御などを実現することができる位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置を提供する。
【解決手段】送配電線の相ごとに設けられた遮断器９０を遮断および投入させるのに用いられる位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１であって、母線の各相の電圧値をそれぞれ示す複数の母線電圧信号ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_cについて零点時刻ｔ_zero、残余時間Ｔおよび待ち時間Ｔ０を所定の時間ごとに算出する位相制御判定処理回路３２と、送配電線の少なくとも１つの相についての再閉路投入指示信号または投入指示信号が入力され時刻ｔ₁に位相制御判定処理回路３２において算出された待ち時間Ｔ０₁だけ経過した時刻ｔ₂にこの遮断器９０の投入信号が出力されるように、出力信号を出力する位相制御シーケンス処理回路４２とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置に関し、特に、電力系統の開閉装置の投入時におけるアークによる接触部の劣化や損傷を低減させるのに好適な位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置に関する。

従来、電力系統の開閉装置（たとえば、遮断器）を開閉する際のアークによる接触部の劣化や損傷を低減させるために、その回路の電流・電圧位相などから交流電流が零点となるタイミングを予測して接触部の開閉を行う制御方式（以下、「位相制御方式」と称する。）が提案されている。

このような位相制御方式を実現するために、下記の特許文献１に開示されている位相制御開閉装置では、電流計測部または電流勾配計測部を設けて開閉する電流の電流値または電流勾配値を計測して、これら計測値より電流波形の電流零点を基準位相検出部で予測し、遮断器の開閉極指令を受けて電流波形予測後の任意の時刻を基準とする開極位相制御動作を制御部で行うことにより、電力用開閉機器の開閉タイミングを制御して変圧器、リアクトルやコンデンサバンクなどの系統機器にとって過酷となる励磁突入電流や開閉サージ電圧の発生を抑制したり、遮断器のアーク時間を制御して無再発弧となるアーク時間や最適な遮断時間にて遮断器を動作させて遮断したりする。

また、下記の特許文献２に開示されている電力開閉制御装置では、電力開閉装置の開閉極時間の変動を予測する動作時間予測部と、電力開閉装置の主回路電圧および主回路電流の少なくとも一方の位相を検出する零点検出部と、電力開閉装置に開閉極指令入力時に、零点検出部により検出された所定の位相を基準にし、この位相に前記予測された開閉極時間の変動を加味した位相において電力開閉装置開閉極指令を電力開閉装置に出力する制御信号発生部とを備えてることにより、所望のタイミングで投入または遮断を行うことができるようにする。
特開２０００−１８８０４４号公報 特開２００１−０５７１３５号公報

しかしながら、従来の位相制御方式においては、開閉装置に付属する検出・制御回路を設けたり、開閉装置と別に制御装置を設けたりしているため、調相設備の開閉装置のような特殊な開閉装置には採用されているが、通常の開閉装置に採用するにはコスト増となるという問題があった。

本発明の目的は、現状のディジタル保護リレー装置の入力信号を処理することで位相制御、位相同期制御および同期予測判定制御を実現することができる位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置を提供することにある。

本発明の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置は、送配電線の相ごとに設けられた開閉装置（９０）を遮断および投入させるのに用いられる位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置（１）であって、補助リレー動作時間と前記開閉装置の投入時間とを合計した投入時設定時間（Ｔ２）を事前に設定する位相制御整定手段（２２）と、母線の各相の電圧値をそれぞれ示す複数の母線電圧信号（ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_c）について、所定の時間ごとに、現在の時刻（ｔ）からリレー判定時間（Ｔ_RY）または処理時間（Ｔ_PR）と前記投入時設定時間とを合計した時間の経過後に前記複数の母線電圧信号の振幅が最初に零となる零点時刻（ｔ_zero）をそれぞれ算出し、該算出した零点時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間（Ｔ）をそれぞれ算出するとともに、該算出した残余時間から前記投入時設定時間を引くことにより現在の時刻における待ち時間（Ｔ０）をそれぞれ算出する位相制御判定処理手段（３２）と、前記送配電線の少なくとも１つの相について再閉路投入指示信号または投入指示信号が入力されると、該再閉路投入指示信号または該投入指示信号が入力された時刻（ｔ₁）に前記位相制御判定処理手段において算出された待ち時間（Ｔ０₁）だけ経過した時刻（ｔ₂）に、該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入信号が出力されるように、出力信号を出力する位相制御シーケンス処理手段（４２）とを具備することを特徴とする。
ここで、前記位相制御シーケンス処理手段の出力信号に従って、前記送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入信号を出力する遮断器指令出力処理手段（４３）と、該遮断器指令出力処理手段からの前記投入信号に基づいて、前記補助リレー動作時間だけ経過した時刻（ｔ₃）に、該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置を投入させる開閉装置投入信号を該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入回路（９２）に出力する出力手段（５２）とをさらに具備してもよい。
前記位相制御シーケンス処理手段が、前記母線の所定の相の電圧である母線電圧と前記送配電線の所定の相の電圧である線路電圧とが所定の条件を満たす場合にのみ、前記出力信号を出力してもよい。
アナログ入力信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてホールドするサンプリングホールド回路（１４）と、該サンプリングホールド回路からのアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器（１６）とをさらに具備し、前記位相制御判定処理手段が、前記サンプリングホールド回路におけるサンプリング周期ごとに前記零点時刻、前記残余時間および前記待ち時間を算出してもよい。
補助リレー動作時間と前記開閉装置の投入時間とを合計した投入時設定時間（Ｔ２）と余裕時間（Ｔ３）とを事前に設定する同期予測制御整定手段（２４）と、母線の各相の電圧値をそれぞれ示す母線電圧信号（ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_c）について、所定の時間ごとに、該複数の母線電圧信号の振幅が零となる時刻を基準として、該複数の母線電圧信号と送配電線の各相の電圧値をそれぞれ示す複数の線路電圧信号（ＶＬ_a，ＶＬ_b，ＶＬ_c）または代表相の電圧値を示す線路電圧信号（ＶＬ）との位相差（ｄθ）がそれぞれ減少する方向を確認し、現在の時刻（ｔ）から処理時間（Ｔ_PR）と前記投入時設定時間と前記余裕時間とを合計した時間の経過後に前記母線電圧信号の振幅が最初に零となる零点時刻（ｔ_zero）をそれぞれ算出し、該算出した零点時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間（Ｔ）をそれぞれ算出するとともに、該算出した残余時間から前記処理時間と前記投入時設定時間との合計時間を引くことにより現在の時刻における待ち時間（Ｔ０）をそれぞれ算出する同期予測判定処理手段（３３）と、前記母線の所定の相の電圧である母線電圧と前記送配電線の所定の相または代表相の電圧である線路電圧とが所定の条件を満たす場合に、前記送配電線の少なくとも１つの相について投入指示信号が入力されると、該投入指示信号が入力された時刻（ｔ₁）に前記同期予測判定処理手段において算出された待ち時間（Ｔ０₁）だけ経過した時刻（ｔ₂）に、該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入信号が出力されるように、出力信号を出力する同期予測制御シーケンス処理手段（４４）とをさらに具備してもよい。
前記同期予測判定処理手段が、前記サンプリングホールド回路におけるサンプリング周期ごとに前記零点時刻、前記残余時間および前記待ち時間を算出してもよい。
また、本発明の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置は、送配電線の相ごとに設けられた開閉装置（９０）を一括して遮断および投入させるのに用いられる位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置であって、補助リレー動作時間と前記開閉装置の投入時間とを合計した投入時設定時間（Ｔ２）と余裕時間（Ｔ３）とを事前に設定する同期予測制御整定手段（２４）と、母線の所定の相の電圧値を示す母線電圧信号（ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_c）について、所定の時間ごとに、該母線電圧信号の振幅が零となる時刻を基準として、該母線電圧信号と送配電線の所定の相の電圧値を示す線路電圧信号（ＶＬ_a，ＶＬ_b，ＶＬ_c）または代表相の電圧値を示す線路電圧信号（ＶＬ）との位相差（ｄθ）が減少する方向を確認し、現在の時刻（ｔ）から処理時間（Ｔ_PR）と前記投入時設定時間と前記余裕時間とを合計した時間の経過後に前記母線電圧信号の振幅が最初に零となる零点時刻（ｔ_zero）を算出し、該算出した零点時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間（Ｔ）を算出するとともに、該算出した残余時間から前記処理時間と前記投入時設定時間との合計時間を引くことにより現在の時刻における待ち時間（Ｔ０）を算出する同期予測判定処理手段（３３）と、前記母線の所定の相の電圧である母線電圧と前記送配電線の所定の相の電圧または代表相の電圧である線路電圧とが所定の条件を満たす場合に、投入指示信号が入力されると、該投入指示信号が入力された時刻（ｔ₁）に前記同期予測判定処理手段において算出された待ち時間（Ｔ０₁）だけ経過した時刻（ｔ₂）に、前記開閉装置を一括して投入させる投入信号が出力されるように、出力信号を出力する同期予測制御シーケンス処理手段（４４）とを具備することを特徴とする。

本発明の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置は、以下の効果を奏する。
（１）専用の検出・制御回路や専用の制御装置を設ける必要がなく、現状のディジタル保護リレー装置の入力信号を処理することで位相制御、位相同期制御および同期予測判定制御を実現することができるので、通常の開閉装置にも採用することができる。
（２）開閉装置の投入時におけるアークによる接触部の劣化や損傷を低減させることができるので、点検頻度を減少させることができる。

上記の目的を、母線の各相の電圧値をそれぞれ示す複数の電圧信号について、所定の時間ごとに、現在の時刻からリレー判定時間または処理時間と投入時設定時間とを合計した時間の経過後に複数の母線電圧信号の振幅が最初に零となる零点時刻をそれぞれ算出し、算出した零点時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間をそれぞれ算出するとともに、算出した残余時間から投入時設定時間を引くことにより現在の時刻における待ち時間をそれぞれ算出する位相制御判定処理手段と、送配電線の少なくとも１つの相について再閉路投入指示信号または投入指示信号が入力されると、再閉路投入指示信号または投入指示信号が入力された時刻に位相制御判定処理手段において算出された待ち時間だけ経過した時刻に、送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入信号が出力されるように、出力信号を出力する位相制御シーケンス処理手段とをディジタル保護リレー装置に備えることにより実現した。

以下、本発明の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置の実施例について、図面を参照して説明する。

本発明の一実施例による位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１は、単相遮断器（送配電線の相ごとに設けられた遮断器）である遮断器９０を遮断および投入させるのに用いられるものであり、図１に示すように、アナログ入力部１０と、整定・表示部２０と、演算処理部３０と、シーケンス部４０と、入出力部５０とを具備する。なお、アナログ入力部１０と整定・表示部２０と演算処理部３０とシーケンス部４０と入出力部５０とはバスを介して接続されている。

ここで、アナログ入力部１０は、入力変換器１１と、バンドパスフィルタ１２（以下、「ＢＰＦ１２」と称する。）と、サンプリングホールド回路１４（以下、「Ｓ／Ｈ回路１４」と称する。）と、マルチプレクサ回路１５（以下、「ＭＰＸ回路１５」と称する。）と、アナログ／ディジタル変換器１６（以下、「Ａ／Ｄ変換器１６」と称する。）とを備える。

ＢＰＦ１２は、外部から入力変換器１１を介して入力される以下に示すようなアナログ入力信号の交流成分（たとえば、商用周波数６０Ｈｚ）のみを抽出する。
（１）送配電線のａ相，ｂ相およびｃ相の電流値をそれぞれ示す第１乃至第３のアナログ電流信号ｉ_a，ｉ_b，ｉ_c
（２）零相電流値を示すアナログ零相電流信号ｉ₀
（３）母線のａ相，ｂ相およびｃ相の電圧値をそれぞれ示す第１乃至第３のアナログ母線電圧信号ｖＢ_a，ｖＢ_b，ｖＢ_c
（４）送配電線のａ相，ｂ相およびｃ相の電圧値をそれぞれ示す第１乃至第３のアナログ線路電圧信号ｖＬ_a，ｖＬ_b，ｖＬ_c
（５）送配電線の代表相の電圧値を示すアナログ線路電圧信号ｖＬ
（６）零相電圧を示すアナログ零相電圧信号ｖ₀。
Ｓ／Ｈ回路１４は、所定のサンプリング周波数（たとえば、商用周波数６０Ｈｚの場合には５，７６０Ｈｚ（電気角３．７５°））でＢＰＦ１２の出力信号をサンプリングしてホールドする。
ＭＰＸ回路１５は、Ｓ／Ｈ回路１４の出力信号を切り換えてＡ／Ｄ変換器１６に出力する。
Ａ／Ｄ変換器１６は、ＭＰＸ回路１５から出力されるアナログ信号をディジタル信号に変換する。

整定・表示部２０は、リレー整定部２１と，位相制御整定部２２と、表示回路２３と、同期予測制御整定部２４とを備える。
リレー整定部２１は、アナログ入力部１０から入力されるディジタル零相電流信号Ｉ₀およびディジタル零相電圧信号Ｖ₀などに基づいて所定のリレー整定処理を行う。
位相制御整定部２２は、後述する位相制御や位相同期制御を行う際に用いられる投入時設定時間Ｔ２を設定する。
同期予測制御整定部２４は、後述する同期予測制御を行う際に用いられる投入時設定時間Ｔ２および余裕時間Ｔ３を設定する。
表示回路２３は、リレー整定部２１におけるリレー整定処理結果、位相制御整定部２２において設定された投入時設定時間Ｔ２や、位相同期制御整定部２４において設定された投入時設定時間Ｔ２および余裕時間Ｔ３などを外部の表示装置（不図示）に表示させる。

演算処理部３０は、リレー判定処理部３１と、位相制御判定処理部３２と、同期予測判定処理部３３とを備える。
リレー判定処理部３１は、アナログ入力部１０から入力されるディジタル信号（たとえば、ディジタル零相電流信号Ｉ₀やディジタル零相電圧信号Ｖ₀）に対して所定の演算処理を行う。
位相制御判定処理部３２および同期予測判定処理部３３は、アナログ入力部１０のＳ／Ｈ回路１４におけるサンプリング周期ごとに、後述する待ち時間Ｔ０を算出する。

シーケンス部４０は、リレーシーケンス処理部４１（以下、「リレーＳＱ処理部４１」と称する。）と、位相制御シーケンス処理部４２（以下、「位相制御ＳＱ処理部４２」と称する。）と、遮断器指令出力処理部４３（以下、「ＣＢ指令出力処理部４３」と称する。）と、同期予測制御シーケンス処理部４４（以下、「同期予測制御ＳＱ処理部４４」と称する。）とを備える。
リレーＳＱ処理部４１は、演算処理部３０のリレー判定処理部３１における演算処理結果に基づいて所定のシーケンス処理を行って地絡事故や短絡事故などの事故の発生を検出すると事故発生信号を出力するとともに、所定の時間の無電圧状態後に遮断器９０の再閉路投入を行うための再閉路投入指示信号を出力する。また、リレーＳＱ処理部４１は、他の保護リレー装置または制御装置（以下、「他の保護リレー装置・制御装置」と称する。）７０の入指令回路７１または監視制御装置８０の入指令回路８１から入出力部５０の入力回路５１を介して入力される入指令信号に基づいて所定のシーケンス処理を行って、投入指示信号を出力する。さらに、リレーＳＱ処理部４１は、他の保護リレー装置・制御装置７０の切指令回路７２または監視制御装置８０の切指令回路８２から入出力部５０の入力回路５１を介して入力される切指令信号に基づいて所定のシーケンス処理を行って、遮断指示信号を出力する。
位相制御ＳＱ処理部４２は、リレーＳＱ処理部４１から再閉路投入指示信号および投入指示信号を受け取ると、その時刻から演算処理部３０の位相制御判定処理部３２において算出された待ち時間Ｔ０（待ち時間Ｔ０₁）だけ経過した後に遮断器９０の投入信号が出力されるように、出力信号をＣＢ指令出力処理部４３に出力する。
同期予測制御ＳＱ処理部４４は、リレーＳＱ処理部４１から投入指示信号を受け取ると、その時刻から演算処理部３０の同期予測判定処理部３３において算出された待ち時間Ｔ０だけ経過した後に遮断器９０の投入信号が出力されるように、出力信号をＣＢ指令出力処理部４３に出力する。
ＣＢ指令出力処理部４３は、リレーＳＱ処理部４１からの事故発生信号または遮断指示信号に従って遮断器９０の遮断信号を出力したり、位相制御ＳＱ処理部４２および同期予測制御ＳＱ処理部４４の出力信号に従って遮断器９０の投入信号を出力したりする。

入出力部５０は、入力回路５１と、出力回路５２とを備える。
入力回路５１は、他の保護リレー装置・制御装置７０の入指令回路７１および監視制御装置８０の入指令回路７１からの入指令信号や、他の保護リレー装置・制御装置７０の切指令回路７２および監視制御装置８０の切指令回路８２からの切指令信号を受け取る。
出力回路５２は、シーケンス部４０のＣＢ指令出力処理部４３からの遮断信号および投入信号に基づいて、所定の補助リレー動作時間の経過後に、遮断器９０を遮断させる遮断器遮断信号（トリップ信号）および遮断器９０を投入させる遮断器投入信号（開閉装置投入信号）を遮断器９０の遮断回路９１および投入回路９２にそれぞれ出力する。

次に、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の動作について説明する。
（高速再閉路投入時の動作）
まず、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の高速再閉路投入時の動作について、図２に示す時刻ｔ₀（以下、「再閉路投入時刻ｔ₀」と称する。）に送配電線のａ相において無電圧状態が０．５秒間続いた後に送配電線のａ相用の遮断器９０の再閉路投入を行う場合を例として説明する。
なお、高速再閉路投入時には、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１は位相制御を行う。

図２に示す補助リレー動作時間（たとえば、１０ｍｓ）と遮断器９０の投入時間（たとえば、１００ｍｓ）とを合計した投入時設定時間Ｔ２（たとえば、１１０ｍｓ）は、整定・表示部２０の位相制御整定部２２において事前に設定されている。

演算処理部３０の位相制御判定処理部３２は、アナログ入力部１０から入力される第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aに基づいて、アナログ入力部１０のＳ／Ｈ回路１４におけるサンプリング周期ごとに、現在の時刻ｔからリレー判定時間Ｔ_RYと投入時設定時間Ｔ２とを合計した時間が経過した後に第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの振幅が最初に零となる時刻ｔ_zero（以下、「零点時刻ｔ_zero」と称する。）を算出し、算出した零点時刻ｔ_zeroから現在の時刻ｔを引くことにより、残余時間Ｔ（＝ｔ_zero−ｔ）を算出している。また、位相制御判定処理部３２は、算出した残余時間Ｔから投入時設定時間Ｔ２を引くことにより、現在の時刻ｔにおける待ち時間Ｔ０（＝Ｔ−Ｔ２）を算出している。

シーケンス部４０のリレーＳＱ処理部４１は、演算処理部３０のリレー判定処理部３１における演算処理結果に基づいて所定のシーケンス処理を行って第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aの振幅が零である状態が０．５秒間続いたことを検出すると、その時刻ｔ₀（再閉路投入時刻ｔ₀）からリレー判定時間Ｔ_RYだけ経過した時刻ｔ₁に再閉路投入指示信号を出力する。

シーケンス部４０の位相制御ＳＱ処理部４２は、時刻ｔ₁にリレーＳＱ処理部４１から再閉路投入指示信号を受け取ると、時刻ｔ₁に位相制御判定処理部３２において算出された待ち時間Ｔ０₁だけ経過した時刻ｔ₂に送配電線のａ相用の遮断器９０の投入信号が出力されるように、出力信号をＣＢ指令出力処理部４３に出力する。

シーケンス部４０のＣＢ指令出力処理部４３は、位相制御ＳＱ処理部４２の出力信号に従って、時刻ｔ₂に送配電線のａ相用の遮断器９０の投入信号を出力する。

入出力部５０の出力回路５２は、ＣＢ指令出力処理部４３からの投入信号に基づいて、時刻ｔ₂から補助リレー動作時間だけ経過した時刻ｔ₃に、遮断器投入信号を送配電線のａ相用の遮断器９０の投入回路９２に出力する。

これにより、零点時刻ｔ_ZEROにおいて送配電線のａ相用の遮断器９０の接触部の挿入が完了される。その結果、この遮断器９０においては第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aがほとんど零のときに接触部の挿入が完了されるため、アーク電流を最小限に抑えることができる。

（片端・両端無電圧またはループ並列における他の装置からの入指令信号受信時、または中低速再閉路投入時の動作）
次に、後述する条件が満たされた片端・両端無電圧または図３（ａ）に示すループ並列において他の装置からの入指令信号を受信したときの位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の動作について、図４に示す時刻ｔ₀（以下、「受信時刻ｔ₀」と称する。）に他の保護リレー装置・制御装置７０の入指令回路７１から送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる入指令信号を受信した場合を例として説明する。
なお、このような場合には、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１は、上述した位相制御と後述する同期制御とを組み合わせた位相同期制御を行う。

演算処理部３０の位相制御判定処理部３２は、アナログ入力部１０から入力される第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aについて、アナログ入力部１０のＳ／Ｈ回路１４におけるサンプリング周期ごとに、現在の時刻ｔから処理時間Ｔ_PRと投入時設定時間Ｔ２とを合計した時間経過後に第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの振幅が最初に零となる時刻ｔ_zero（零点時刻ｔ_zero）を算出し、算出した零点時刻ｔ_zeroから現在の時刻ｔを引くことにより、残余時間Ｔ（＝ｔ_zero−ｔ）を算出している。また、位相制御判定処理部３２は、算出した残余時間Ｔから投入時設定時間Ｔ２を引くことにより、現在の時刻ｔにおける待ち時間Ｔ０（＝Ｔ−Ｔ２）を算出している。

シーケンス部４０のリレーＳＱ処理部４１は、入出力部５１の入力回路５１を介して受け取った他の保護リレー装置・制御装置７０の入指令回路７１からの入指令信号に基づいて所定のシーケンス処理を行って、この入指令信号を受信した受信時刻ｔ₀から処理時間Ｔ_PRだけ経過した時刻ｔ₁に投入指示信号を出力する。

シーケンス部４０の位相制御ＳＱ処理部４２は、時刻ｔ₁にリレーＳＱ処理部４１から投入指示信号を受け取ると、時刻ｔ₁に位相制御判定処理部３２において算出された待ち時間Ｔ０₁だけ経過した時刻ｔ₂に送配電線のａ相用の遮断器９０の投入信号が出力されるように、出力信号をＣＢ指令出力処理部４３に出力する。
ただし、位相制御ＳＱ処理部４２は、アナログ入力部１０から入力される第１乃至第３のディジタル線路電圧信号ＶＬ_a，ＶＬ_b，ＶＬ_cのうちの代表相の線路電圧の電圧値を示すディジタル線路電圧信号（ここでは、第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aとする。）と、アナログ入力部１０から入力される第１乃至第３のディジタル母線電圧信号ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_cのうちの同相または同相を含む線間電圧の母線電圧の電圧値を示すディジタル母線電圧信号（ここでは、第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aとする。）とに基づいて、以下に示す条件が満たされているか否かを確認し、条件が満たされている場合にのみ出力信号をＣＢ指令出力処理部４３に出力する（同期制御）。
（１）片端・両端無電圧時の条件
（ａ）母線電圧（この例では母線のａ相の電圧、以下同様。）が定格の８０％以上かつ線路電圧（この例では送配電線のａ相の電圧、以下同様。）が定格の２０％以下。
（ｂ）線路電圧が定格の８０％以上かつ母線電圧が定格の２０％以下。または、
（ｃ）母線電圧が定格の２０％以下かつ線路電圧が定格の２０％以下。
（２）ループ並列時の条件
（ａ）母線電圧が定格の８０％以上かつ線路電圧が定格の１２０％以下。
（ｂ）母線電圧と線路電圧との位相差が１５°以下。および、
（ｃ）５秒継続。

シーケンス部４０のＣＢ指令出力処理部４３は、位相制御ＳＱ処理部４２の出力信号に従って、時刻ｔ₂に送配電線のａ相用の遮断器９０の投入信号を出力する。

入出力部５０の出力回路５２は、ＣＢ指令出力処理部４３からの投入信号に基づいて、時刻ｔ₂から補助リレー動作時間だけ経過した時刻ｔ₃に、送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる遮断器投入信号をこの遮断器９０の投入回路９２に出力する。

これにより、零点時刻ｔ_ZEROに送配電線のａ相用の遮断器９０の接触部の挿入が完了される。その結果、この遮断器９０においては第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの振幅がほとんど零のときに接触部の挿入が完了されるため、アーク電流を最小限に抑えることができる。

なお、監視制御装置８０の入指令回路８１から送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる入指令信号を受信した場合にも、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１は同様に動作する。
また、送配電線の各相において無電圧状態が数十秒間続いた後に送配電線の各相用の遮断器９０の再閉路投入（中低速再閉路投入）を行う場合にも、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１は同様に動作する。

（異系列並列における他の装置からの入指令信号受信時の動作）
次に、図３（ｂ）に示す異系列並列における他の装置からの入指令信号受信時の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の動作について、図５に示す時刻ｔ₀（以下、「受信時刻ｔ₀」と称する。）に他の保護リレー装置・制御装置７０の入指令回路７１から送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる入指令信号を受信した場合を例として説明する。
なお、このような場合には、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１は、位相制御と後述する同期制御とを組み合わせた同期予測判定制御を行う。

図５に示す補助リレー動作時間（たとえば、１０ｍｓ）と遮断器９０の投入時間（たとえば、１００ｍｓ）とを合計した投入時設定時間Ｔ２（たとえば、１１０ｍｓ）と余分時間Ｔ３（たとえば、２ｍｓ）とは、整定・表示部２０の同期予測制御整定部２４において事前に設定されている。

演算処理部３０の同期予測判定処理部３３は、アナログ入力部１０から入力される第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aについて、アナログ入力部１０のＳ／Ｈ回路１４におけるサンプリング周期ごとに、第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの振幅が零となる時刻を基準として第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aと第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aとの位相差ｄθが減少する方向（位相差減方向）を確認し、現在の時刻ｔから処理時間Ｔ_PRと投入時設定時間Ｔ２とを合計した時間経過後に第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aと第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aとの位相差ｄθが最初に零となる時刻ｔ_zero（零点時刻ｔ_zero）を算出し、算出した零点時刻ｔ_zeroから現在の時刻ｔを引くことにより、残余時間Ｔ（＝ｔ_zero−ｔ）を算出している。また、同期予測判定処理部３３は、算出した残余時間Ｔから投入時設定時間Ｔ２と余裕時間Ｔ３との合計時間を引くことにより、現在の時刻ｔにおける待ち時間Ｔ０（＝Ｔ−Ｔ２−Ｔ３）を算出している。

シーケンス部４０のリレーＳＱ処理部４１は、入出力部５１の入力回路５１を介して受け取った他の保護リレー装置・制御装置７０の入指令回路７１からの入指令信号に基づいて所定のシーケンス処理を行って、この入指令信号を受信した受信時刻ｔ₀から処理時間Ｔ_PRだけ経過した時刻ｔ₁に投入指示信号を出力する。

シーケンス部４０の同期予測制御ＳＱ処理部４４は、時刻ｔ₁にリレーＳＱ処理部４１から投入指示信号を受け取ると、時刻ｔ₁に同期予測判定処理部３３において算出された待ち時間Ｔ０₁だけ経過した時刻ｔ₂に送配電線のａ相用の遮断器９０の投入信号が出力されるように、出力信号をＣＢ指令出力処理部４３に出力する。
ただし、位相制御ＳＱ処理部４２は、アナログ入力部１０から入力される第１乃至第３のディジタル線路電圧信号ＶＬ_a，ＶＬ_b，ＶＬ_cのうちの代表相の線路電圧の電圧値を示すディジタル線路電圧信号（ここでは、第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aとする。）と、アナログ入力部１０から入力される第１乃至第３のディジタル母線電圧信号ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_cのうちの同相または同相を含む線間電圧の母線電圧の電圧値を示すディジタル母線電圧信号（ここでは、第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aとする。）とに基づいて、以下に示す条件が満たされているか否かを確認し、条件が満たされている場合にのみ出力信号をＣＢ指令出力処理部４３に出力する（同期制御）。
（ａ）母線電圧（この例では母線のａ相の電圧、以下同様。）が定格の８０％以上かつ線路電圧（この例では送配電線のａ相の電圧、以下同様。）が定格の１２０％以下。および、
（ｂ）母線電圧と線路電圧との周波数差（ｄｆ）が０.１〜０．５Ｈｚ（なお、位相差零点の周期は２〜１０秒）。

シーケンス部４０のＣＢ指令出力処理部４３は、同期予測制御ＳＱ処理部４４の出力信号に従って、時刻ｔ₂に送配電線のａ相用の遮断器９０の投入信号を出力する。

入出力部５０の出力回路５２は、ＣＢ指令出力処理部４３からの投入信号に基づいて、時刻ｔ₂から補助リレー動作時間だけ経過した時刻ｔ₃に、送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる遮断器投入信号をこの遮断器９０の投入回路９２に出力する。

これにより、零点時刻ｔ_ZEROに送配電線のａ相用の遮断器９０の接触部の挿入が完了される。その結果、この遮断器９０においては第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの振幅および第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aの振幅がほとんど零のときに接触部の挿入が完了されるため、アーク電流を最小限に抑えることができる。

なお、余裕時間Ｔ３は、補助リレー動作時間および遮断器９０の投入時間のばらつきを考慮して、第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aと第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aとの位相差ｄθ（すなわち、第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの振幅および第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aの振幅）が零となる前に遮断器９０の接触部の挿入が確実に完了されるようにするために設定される。

監視制御装置８０の入指令回路８１から送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる入指令信号を受信した場合にも、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１は同様に動作する。

以上では、単相遮断器である遮断器９０を遮断および投入させるのに用いられるものとして位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１を説明したが、３相一括遮断器である遮断器９０に対して位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１を用いる場合には、図５に示した同期予測判定制御によって遮断器９０の再閉路投入や他の装置からの投入指令に応じた遮断器９０の投入を行うことにより、アーク電流を最小限に抑えることができる。

また、図１に示したようにＢＰＦ１２をサンプリングホールド回路１４の前に設けたが、ディジタル回路で構成されたバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）をＡ／Ｄ変換器１６の後に設けてもよい。
さらに、線路電圧検出用の計器用変成器（ＰＴ，ＰＤ）が送配電線の各相に設けられている場合には上述したように第１乃至第３のアナログ線路電圧信号ｖＬ_a，ｖＬ_b，ｖＬ_c（第１乃至第３のディジタル線路電圧信号ＶＬ_a，ＶＬ_b，ＶＬ_c）を用いるが、計器用変成器が送配電線の１相（代表相）にしか設けられていない場合にはこの代表相のアナログ線路電圧信号ｖＬ（ディジタル線路電圧信号ＶＬ）を用いればよい。

以上説明したように、本発明による位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置は、たとえば、電力系統の開閉装置の投入時におけるアークによる接触部の劣化や損傷を低減させるのに利用することができる。

本発明の一実施例による位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の構成を示す図である。 再閉路投入時刻ｔ₀に送配電線のａ相の高速再閉路投入を行う場合の図１に示した位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の動作を説明するための図である。 ループ並列および異系統並列を説明するための図である。 片端・両端無電圧時またはループ並列時において受信時刻ｔ₀に他の保護リレー装置・制御装置７０の入指令回路７１から送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる入指令信号を受信した場合の図１に示した位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の動作を説明するための図である。 異系列並列時において受信時刻ｔ₀に他の保護リレー装置・制御装置７０の入指令回路７１から送配電線のａ相用の遮断器９０を投入させる入指令信号を受信した場合の図１に示した位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置１の動作を説明するための図である。

符号の説明

１ 位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置
１０ アナログ入力部
１１ 入力変換器
１２ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
１４ サンプリングホールド回路（Ｓ／Ｈ回路）
１５ マルチプレクサ回路（ＭＰＸ回路）
１６ アナログ／ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）
２０ 整定・表示部
２１ リレー整定部
２２ 位相制御整定部
２３ 表示回路
２４ 同期予測制御整定部
３０ 演算処理部
３１ リレー判定処理部
３２ 位相制御判定処理部
３３ 同期予測判定処理部
４０ シーケンス部
４１ リレーシーケンス処理部（リレーＳＱ処理部）
４２ 位相制御シーケンス処理部（位相制御ＳＱ処理部）
４３ 遮断器指令出力処理部（ＣＢ指令出力処理部）
４４ 同期予測制御シーケンス処理部（同期予測制御ＳＱ処理部）
５０ 入出力部
５１ 入力回路
５２ 出力回路
７０ 他の保護リレー装置・制御装置
７１ 入指令回路
７２ 切指令回路
８０ 監視制御装置
８１ 入指令回路
８２ 切指令回路
９０ 遮断器
９１ 遮断回路
９２ 投入回路
Ｔ 残余時間
Ｔ０₁ 待ち時間
Ｔ２ 投入時設定時間
Ｔ３ 余裕時間
ＶＢ_a〜ＶＢ_c 第１乃至第３のディジタル母線電圧信号
ＶＬ_a〜ＶＬ_c 第１乃至第３のディジタル線路電圧信号
ＶＬ 代表相のディジタル線路電圧信号
ｄθ 位相差
ｔ₀〜ｔ₄ 時刻

Claims (7)

1. 送配電線の相ごとに設けられた開閉装置（９０）を遮断および投入させるのに用いられる位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置（１）であって、
   補助リレー動作時間と前記開閉装置の投入時間とを合計した投入時設定時間（Ｔ２）を事前に設定する位相制御整定手段（２２）と、
   母線の各相の電圧値をそれぞれ示す複数の母線電圧信号（ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_c）について、所定の時間ごとに、現在の時刻（ｔ）からリレー判定時間（Ｔ_RY）または処理時間（Ｔ_PR）と前記投入時設定時間とを合計した時間の経過後に前記複数の母線電圧信号の振幅が最初に零となる零点時刻（ｔ_zero）をそれぞれ算出し、該算出した零点時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間（Ｔ）をそれぞれ算出するとともに、該算出した残余時間から前記投入時設定時間を引くことにより現在の時刻における待ち時間（Ｔ０）をそれぞれ算出する位相制御判定処理手段（３２）と、
   前記送配電線の少なくとも１つの相について再閉路投入指示信号または投入指示信号が入力されると、該再閉路投入指示信号または該投入指示信号が入力された時刻（ｔ₁）に前記位相制御判定処理手段において算出された待ち時間（Ｔ０₁）だけ経過した時刻（ｔ₂）に、該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入信号が出力されるように、出力信号を出力する位相制御シーケンス処理手段（４２）と、
   を具備することを特徴とする、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置。
2. 前記位相制御シーケンス処理手段の出力信号に従って、前記送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入信号を出力する遮断器指令出力処理手段（４３）と、
   該遮断器指令出力処理手段からの前記投入信号に基づいて、前記補助リレー動作時間だけ経過した時刻（ｔ₃）に、該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置を投入させる開閉装置投入信号を該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入回路（９２）に出力する出力手段（５２）と、
   をさらに具備することを特徴とする、請求項１記載の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置。
3. 前記位相制御シーケンス処理手段が、前記母線の所定の相の電圧である母線電圧と前記送配電線の所定の相の電圧である線路電圧とが所定の条件を満たす場合にのみ、前記出力信号を出力することを特徴とする、請求項１または２記載の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置。
4. アナログ入力信号を所定のサンプリング周波数でサンプリングしてホールドするサンプリングホールド回路（１４）と、
   該サンプリングホールド回路からのアナログ信号をディジタル信号に変換するアナログ／ディジタル変換器（１６）とをさらに具備し、
   前記位相制御判定処理手段が、前記サンプリングホールド回路におけるサンプリング周期ごとに前記零点時刻、前記残余時間および前記待ち時間を算出することを特徴とする、請求項１乃至３いずれかに記載の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置。
5. 補助リレー動作時間と前記開閉装置の投入時間とを合計した投入時設定時間（Ｔ２）と余裕時間（Ｔ３）とを事前に設定する同期予測制御整定手段（２４）と、
   母線の各相の電圧値をそれぞれ示す母線電圧信号（ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_c）について、所定の時間ごとに、該複数の母線電圧信号の振幅が零となる時刻を基準として、該複数の母線電圧信号と送配電線の各相の電圧値をそれぞれ示す複数の線路電圧信号（ＶＬ_a，ＶＬ_b，ＶＬ_c）または代表相の電圧値を示す線路電圧信号（ＶＬ）との位相差（ｄθ）がそれぞれ減少する方向を確認し、現在の時刻（ｔ）から処理時間（Ｔ_PR）と前記投入時設定時間と前記余裕時間とを合計した時間の経過後に前記母線電圧信号の振幅が最初に零となる零点時刻（ｔ_zero）をそれぞれ算出し、該算出した零点時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間（Ｔ）をそれぞれ算出するとともに、該算出した残余時間から前記処理時間と前記投入時設定時間との合計時間を引くことにより現在の時刻における待ち時間（Ｔ０）をそれぞれ算出する同期予測判定処理手段（３３）と、
   前記母線の所定の相の電圧である母線電圧と前記送配電線の所定の相または代表相の電圧である線路電圧とが所定の条件を満たす場合に、前記送配電線の少なくとも１つの相について投入指示信号が入力されると、該投入指示信号が入力された時刻（ｔ₁）に前記同期予測判定処理手段において算出された待ち時間（Ｔ０₁）だけ経過した時刻（ｔ₂）に、該送配電線の少なくとも１つの相に設けられた開閉装置の投入信号が出力されるように、出力信号を出力する同期予測制御シーケンス処理手段（４４）と、
   をさらに具備することを特徴とする、請求項１乃至４いずれかに記載の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置。
6. 前記同期予測判定処理手段が、前記サンプリングホールド回路におけるサンプリング周期ごとに前記零点時刻、前記残余時間および前記待ち時間を算出することを特徴とする、請求項５記載の位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置。
7. 送配電線の相ごとに設けられた開閉装置（９０）を一括して遮断および投入させるのに用いられる位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置であって、
   補助リレー動作時間と前記開閉装置の投入時間とを合計した投入時設定時間（Ｔ２）と余裕時間（Ｔ３）とを事前に設定する同期予測制御整定手段（２４）と、
   母線の所定の相の電圧値を示す母線電圧信号（ＶＢ_a，ＶＢ_b，ＶＢ_c）について、所定の時間ごとに、該母線電圧信号の振幅が零となる時刻を基準として、該母線電圧信号と送配電線の所定の相の電圧値を示す線路電圧信号（ＶＬ_a，ＶＬ_b，ＶＬ_c）または代表相の電圧値を示す線路電圧信号（ＶＬ）との位相差（ｄθ）が減少する方向を確認し、現在の時刻（ｔ）から処理時間（Ｔ_PR）と前記投入時設定時間と前記余裕時間とを合計した時間の経過後に前記母線電圧信号の振幅が最初に零となる零点時刻（ｔ_zero）を算出し、該算出した零点時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間（Ｔ）を算出するとともに、該算出した残余時間から前記処理時間と前記投入時設定時間との合計時間を引くことにより現在の時刻における待ち時間（Ｔ０）を算出する同期予測判定処理手段（３３）と、
   前記母線の所定の相の電圧である母線電圧と前記送配電線の所定の相の電圧または代表相の電圧である線路電圧とが所定の条件を満たす場合に、投入指示信号が入力されると、該投入指示信号が入力された時刻（ｔ₁）に前記同期予測判定処理手段において算出された待ち時間（Ｔ０₁）だけ経過した時刻（ｔ₂）に、前記開閉装置を一括して投入させる投入信号が出力されるように、出力信号を出力する同期予測制御シーケンス処理手段（４４）と、
   を具備することを特徴とする、位相制御内蔵ディジタル保護リレー装置。

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