JP2007336712A - 励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】送電線事故や残留磁束の減衰があっても変圧器の励磁突入電流を効果的に抑制することができる励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置を提供する。
【解決手段】ディジタル保護リレー装置１は、停止時電圧位相を記憶して、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母線電圧または線路電圧の位相が最初に停止時電圧位相となる投入時刻を算出し、算出した投入時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間を算出するとともに、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算出する位相制御判定処理部３２と、遮断器９０の投入指示信号が入力された時刻に位相制御判定処理部３２において算出された待ち時間だけ経過した時刻に、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ＳＱ処理部４２とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置に関し、特に、変圧器の励磁突入電流を抑制するのに好適な励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置に関する。

従来、電力系統の変圧器の励磁突入電流を抑制する方式としては、下記の特許文献１乃至３などに開示されているように、３相電源電圧の特定位相において遮断器を投入する以下に示す２つの位相制御投入方式が知られている。
（１）変圧器の停止時のタイミングを制御することにより残留磁束を零にして、３相電源電圧の特定位相において変圧器を充電する第１の位相制御投入方式
（２）変圧器停止後の変圧器側の電圧やパルス電圧を印加することにより残留磁束を算出して、一定の電源電圧位相時に変圧器を充電する第２の位相制御投入方式

また、下記の特許文献４には、変圧器の印加電圧の位相制御を行い、遮断したときの電圧位相と連続化できるように、変圧器の端子に設けられた遮断器が開放された時点における変圧器の端子電圧位相を記憶し、記憶された電圧位相に電源電圧位相が一致するように遮断器の再投入を制御する変圧器保護制御装置が開示されている。

さらに、下記の特許文献５には、変圧器の電源側の遮断器を投入する場合に変圧器の鉄心の磁束が飽和磁束限界を越えないようにするために、変圧器の１次側電圧波形を検出し、この検出された１次側電圧波形から９０°位相が遅れた変圧器の鉄心の磁束波形を算出し、遮断器の遮断前および再投入後において、算出される磁束波形が連続するように、遮断器に対する遮断タイミングおよび投入タイミングを制御する、変圧器１次側遮断器の制御方法が開示されている。
特開２００４−２０８３９４号公報 特開平１１−３４５５４６号公報 特開平６−２６１４４４号公報 特開昭５５−１０００３４号公報 特開平８−６５８８２号公報

しかしながら、上述した第１の位相制御投入方式では、変圧器停止時のタイミングを予め制御するための制御回路が必要であるという問題があり、また、上述した第２の位相制御投入方式では、変圧器停止後の残留磁束を検出するための検出装置と変圧器停止後の変圧器側の電圧やパルス電圧を印加するための電圧印加装置とが必要であるという問題がある。
上記の特許文献４に開示された変圧器保護制御装置では、変圧器の端子に設けられた遮断器が開放された時点における変圧器の端子電圧位相と遮断器の再投入時の電源電圧位相とを一致させるので、たとえば配電用変圧器の上位系統での送電線事故による停電では、配電用変圧器の１次側遮断器は開放されないので、配電用変圧器の励磁突入電流を抑制することができないという問題がある。
上記特許文献５に開示された変圧器１次側遮断器の制御方法では、変圧器の１次側電圧波形から９０°位相が遅れた変圧器の鉄心の磁束波形を算出する必要があるという問題がある。

また、上述した従来の技術はいずれも時間経過による残留磁束の減衰が考慮されていないという問題がある。

本発明の目的は、送電線事故や残留磁束の減衰があっても変圧器の励磁突入電流を効果的に抑制することができる励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置を提供することにある。

本発明の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置は、変圧器（１００）を直接充電する可能性がある遮断器（９０）を遮断および投入させるのに用いられる励磁突入電流制御機能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遮断器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、前記変圧器が設置された送配電線の該変圧器が停止された変圧器停止時刻（ｔ_OFF）における母線電圧または線路電圧の位相である停止時電圧位相（θ_OFF）を記憶して、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母線電圧または前記線路電圧の位相が最初に前記停止時電圧位相となる投入時刻（ｔ_ON）を算出し、該算出した投入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）を算出する位相制御判定処理手段（３２）と、前記遮断器の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、該遮断器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、前記遮断器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、前記遮断器を投入させる遮断器投入信号を該遮断器の投入回路（９２）に出力する出力手段（５２）とをさらに具備してもよい。
前記位相制御判定処理手段が、前記変圧器停止時刻から前記変圧器の残留磁束が減衰するような時間が経過すると、前記停止時電圧位相の代わりに、前記変圧器の残留磁束の減衰特性を示す特性式を用いて前記変圧器停止時刻からの経過時間（ｔ_p）における前記母線電圧または前記線路電圧の位相である減衰対応電圧位相（θ_P）を算出し、該算出した減衰対応電圧位相を用いて前記待ち時間（Ｔ０）を算出してもよい。
前記変圧器が３相変圧器であり、前記遮断器が３相一括遮断器である場合には、前記位相制御判定処理手段が、前記減衰対応電圧位相の代わりに、停止時の前記変圧器の各相の残留磁束（φ_sR，φ_sS，φ_sT）と前記経過時間から算出した残留磁束（φ_tR，φ_tS，φ_tT）と前記遮断器を投入する際の各相の電圧位相における通常運転時の磁束との差分（ＤＦＲ，ＤＦＳ，ＤＦＴ）の絶対値の和（ＳＵＭ）が最小となる前記母線電圧または前記線路電圧の位相である最小電圧位相（θ_min）を算出し、該算出した最小電圧位相を用いて前記待ち時間を算出してもよい。
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投入時刻、前記残余時間および前記待ち時間を算出してもよい。
前記変圧器の事故または該変圧器の停止操作により該変圧器が停止された場合には、前記遮断器投入信号により該変圧器の１次側遮断器（９０₁）が投入されてもよい。
送電線の事故により前記変圧器が停止された場合には、前記遮断器投入信号により該変圧器の上位系統の受電端遮断器（９０₂）が投入されてもよい。
上位系送電線の事故の場合には、前記遮断器投入信号により該変圧器の上位系統の送電端遮断器（９０₃）が投入されてもよい。

本発明の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）変圧器停止時のタイミングを予め制御するための制御回路や、変圧器停止後の残留磁束を検出するための検出装置および変圧器停止後の変圧器側の電圧やパルス電圧を印加するための電圧印加装置を設ける必要なく、変圧器の励磁突入電流を抑制することができる。
（２）たとえば配電用変圧器の上位系統での送電線事故による停電においても、配電用変圧器の励磁突入電流を抑制することができる。
（３）変圧器の残留磁束の減衰が生じても、減衰対応電圧位相を用いて待ち時間を算出することにより、変圧器の励磁突入電流を抑制することができる。

上記の目的を、変圧器が設置された送配電線のこの変圧器が停止された変圧器停止時刻における母線電圧または線路電圧の位相である停止時電圧位相を記憶して、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母線電圧または線路電圧の位相が最初に停止時電圧位相となる投入時刻を算出し、算出した投入時刻から現在の時刻を引くことにより残余時間を算出するとともに、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算出する位相制御判定処理手段と、遮断器の投入指示信号が入力されると、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、遮断器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、本発明の励磁突入電流制御機能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励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置１（以下、「ディジタル保護リレー装置１」と称する。）は、電力系統に設けられた変圧器１００を直接充電する可能性がある図２（ａ）に示すような変圧器１００の１次側遮断器９０₁や同図（ｂ）に示すような変圧器１００の上位系統の受電端遮断器９０₂および送電端遮断器９０₃を遮断および投入させるのに用いられるものである。
ディジタル保護リレー装置１は、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、後述する位相制御を行う際に用いられる投入時設定時間Ｔ２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や、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。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。
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からの投入指示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、ディジタル保護リレー装置１の動作について説明する。
まず、遮断器９０が単相変圧器用の１次側遮断器であり、残留磁束が減衰しない短時間に監視制御装置８０から遮断器９０を投入（再投入）する場合のディジタル保護リレー装置１の動作について、図３を参照して説明する。

図３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。

送配電線のａ相に設置された遮断器９０が遮断されると、送配電線のａ相を流れる電流の値は“０”となるため、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からの第１のディジタル電流信号Ｉ_aの振幅が“０”となった時刻ｔ_OFF（以下、「変圧器停止時刻ｔ_OFF」と称する。）におけるアナログ入力部１０からの第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの位相θ_OFF（以下、「停止時電圧位相θ_OFF」と称する。）を記憶する。

その後、位相制御判定処理部３２は、アナログ入力部１０からの第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から処理時間Ｔ_PR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の位相が最初に停止時電圧位相θ_OFFとなる時刻ｔ_ON（以下、「投入時刻ｔ_ON」と称する。）を算出し、算出した投入時刻ｔ_ONから現在の時刻ｔを引くことにより、残余時間Ｔ（＝ｔ_ON−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。

その後、シーケンス部４０のリレーＳＱ処理部４１は、時刻ｔ₀（以下、「受信時刻ｔ₀」と称する。）に入出力部５０の入力回路５１を介して監視制御装置８０の入指令回路８１から遮断器９０の入指令信号を受け取ると、受け取った入指令信号に基づいて所定のシーケンス処理を行って、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、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。

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、投入時刻ｔ_ON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、位相が停止時電圧位相θ_OFFと一致する電圧によって単相変圧器の充電が開始されるため、励磁突入電流を最小限に抑えることができる。

なお、遮断器９０が３相変圧器用の３相一括遮断器であっても、送配電線のａ相、ｂ相およびｃ相のうちの任意の１相のディジタル母線電圧信号（たとえば、第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_a）の停止時電圧位相θ_OFFを記憶して同様の処理を行うことにより、励磁突入電流を最小限に抑えることができる。

次に、遮断器９０が単相変圧器用の遮断器であり、残留磁束が減衰するような時間経過後に監視制御装置８０から遮断器９０を投入（再投入）する場合のディジタル保護リレー装置１の動作について、図４を参照して説明する。

図４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。

送配電線のａ相に設置された単相変圧器用の遮断器９０が遮断されると、送配電線のａ相を流れる電流の値は“０”となるため、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からの第１のディジタル電流信号Ｉ_aの振幅が“０”となった変圧器停止時刻ｔ_OFFにおけるアナログ入力部１０からの第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの停止時電圧位相θ_OFFを記憶する。

その後、残留磁束が減衰するような時間が経過すると、演算処理部３０の位相制御判定処理部３２は、残留磁束の減衰特性を示す特性式（たとえば、１−ｔ_p／１０００（ｔ_pは経過時間））を用いて、変圧器停止時刻ｔ_OFFからの経過時間ｔ_pにおける第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの位相θ_p（以下、「減衰対応電圧位相θ_p」と称する。）を次式により算出する。

また、位相制御判定処理部３２は、アナログ入力部１０からの第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から処理時間Ｔ_PR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の位相が最初に減衰対応電圧位相θ_pとなる投入時刻ｔ_ONを算出し、算出した投入時刻ｔ_ONから現在の時刻ｔを引くことにより、残余時間Ｔ（＝ｔ_ON−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。

その後、シーケンス部４０のリレーＳＱ処理部４１は、受信時刻ｔ₀に入出力部５０の入力回路５１を介して監視制御装置８０の入指令回路８１から遮断器９０の入指令信号を受け取ると、受け取った入指令信号に基づいて所定のシーケンス処理を行って、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、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。

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、投入時刻ｔ_ON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、位相が停止時電圧位相θ_OFFと一致する電圧によって単相変圧器の充電が開始されるため、励磁突入電流を最小限に抑えることができる。

なお、残留磁束の減衰特性を示す特性式として“１−ｔ_p／１０００”を用いたが、位相制御判定処理部３２が次式の定数Ａ，Ｂについて数値を設定することにより、変圧器１００に応じて特性式を変えるようにしてもよい。

また、減衰対応電圧位相θ_pを特性式を用いて求めたが、残留磁束の減衰特性の離散的な数値（たとえば、一定の間隔ごとの経過時間ｔ_pでの残留磁束の値）を記憶しておき、位相制御判定処理部３２が、経過時間ｔ_pに応じて離散的な数値を読み出すことにより、減衰対応電圧位相θ_pを求めてもよい。

なお、変圧器１００が３相変圧器であり、遮断器９０が３相一括遮断器である場合には、以下に説明するように、停止時の変圧器１００の各相の残留磁束φ_sR，φ_sS，φ_sTと経過時間ｔ_pから算出した残留磁束φ_tR，φ_tS，φ_tTと遮断器９０を投入する際の各相の電圧位相における通常運転時の磁束との差分ＤＦＲ，ＤＦＳ，ＤＦＴの絶対値の和ＳＵＭが最小となる電圧の位相θ_min（以下、「最小電圧位相θ_min」と称する。）を減衰対応電圧位相θ_pの代わりに用いればよい。

変圧器１００の停止時の送配電線の各相の電圧の位相をθ_R，θ_S，θ_Tとし、定格励磁磁束をφ_nとすると、停止時の変圧器１００の各相の残留磁束φ_sR，φ_sS，φ_sTは次式で表わされる。
φ_sR ＝φ_n×ｓｉｎ（θ_R−９０）
φ_sS ＝φ_n×ｓｉｎ（θ_S−９０）
φ_sT ＝φ_n×ｓｉｎ（θ_T−９０）

そこで、演算処理部３０の位相制御判定処理部３２は、残留磁束の減衰特性を示す特性式（たとえば、１−ｔ_p／１０００）を用いて、変圧器停止時刻ｔ_OFFからの経過時間ｔ_pにおける変圧器１００の各相の残留磁束φ_tR，φ_tS，φ_tTを次式により算出する。
φ_tR ＝φ_sR×（１−ｔ_p／１０００）
φ_tS ＝φ_sS×（１−ｔ_p／１０００）
φ_tT ＝φ_sT×（１−ｔ_p／１０００）

その後、位相制御判定処理部３２は、停止時の変圧器１００の各相の残留磁束φ_sR，φ_sS，φ_sTと経過時間ｔ_pから算出した残留磁束φ_tR，φ_tS，φ_tTと遮断器９０を投入する際の各相の電圧位相における通常運転時の磁束との差分ＤＦＲ，ＤＦＳ，ＤＦＴを求めたのち、求めた差分ＤＦＲ，ＤＦＳ，ＤＦＴの絶対値の和ＳＵＭを求める。
ＳＵＭ＝｜ＤＦＲ｜＋｜ＤＦＳ｜＋｜ＤＦＴ｜

その後、位相制御判定処理部３２は、求めた和ＳＵＭが最小となる最小電圧位相θ_minを求め、求めた最小電圧位相θ_minを用いて同様の位相制御処理を行うことにより、励磁突入電流の発生を完全に防止することはできないが、励磁突入電流を最小限に抑えることができる。

次に、送電線の停電時にディジタル保護リレー装置１を用いて遮断器を投入する利点について、図５を参照して説明する。
電力系統においては送電線事故が最も多く、停電は変圧器１００（配電用変圧器）の上位系統での事故が一般的である。このような事故の場合には、変圧器１００の１次側遮断器９０₁はめったに開放されないため、上記の特許文献４に開示された変圧器保護制御装置では変圧器１００の励磁突入電流を抑制することは難しい。しかしながら、本発明によるディジタル保護リレー装置１を用いて１次側遮断器９０₁、受電端遮断器９０₂および送電端遮断器９０₃を以下のように投入することにより、変圧器１００の励磁突入電流を抑制することができる。

（ケース１）変圧器１００の事故または変圧器１００の停止操作の場合
この場合には、図５（ａ）に示すように１次側遮断器９０₁のみが開放されるため、ディジタル保護リレー装置１を用いて上述した位相制御処理を行って１次側遮断器９０₁を投入する。
（ケース２）送電線事故の場合
この場合には、図５（ｂ）に示すように受電端遮断器９０₂および送電端遮断器９０₃がともに開放されるが、ディジタル保護リレー装置１を用いて上述した位相制御処理を行って受電端遮断器９０₂を投入する。
なお、送電端遮断器９３は、送電線の事故相を最低の電圧で投入する。
（ケース３）上位系送電線事故の場合
この場合には、図５（ｃ）に示すように送電端遮断器９０₃のみが開放されるため、ディジタル保護リレー装置１を用いて上述した位相制御処理を行って送電端遮断器９０₃を投入する。

以上の説明では、たとえば第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの停止時電圧位相θ_OFFを記憶し、第１のディジタル母線電圧信号ＶＢ_aの減衰対応電圧位相θ_Pを算出したが、たとえば第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aの停止時電圧位相θ_OFFを記憶し、第１のディジタル線路電圧信号ＶＬ_aの減衰対応電圧位相θ_Pを算出してもよい。
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、シーケンス部４０のリレーＳＱ処理部４１が演算処理部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時刻ｔ₀（以下、「再閉路投入時刻ｔ₀」と称する。）に遮断器９０の再閉路投入をする場合には、リレーＳＱ処理部４１は、図６に示すように、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に投入指示信号を出力してもよい。
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。

本発明の一実施例によるディジタル保護リレー装置１の構成を示す図である。 図１に示したディジタル保護リレー装置１を用いて遮断および投入される遮断器を説明するための図である。 遮断器９０が単相変圧器用の１次側遮断器であり、残留磁束が減衰しない短時間に監視制御装置８０から遮断器９０を投入する場合の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。 遮断器９０が単相変圧器用の遮断器であり、残留磁束が減衰するような時間経過後に監視制御装置８０から遮断器９０を投入する場合の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。 送電線の停電時にディジタル保護リレー装置１を用いて遮断器を投入する利点を説明するための図である。 遮断器９０の再閉路投入をする場合の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 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
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
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）
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
９０₁ １次側遮断器
９０₂ 受電端遮断器
９０₃ 送電端遮断器
９１ 遮断回路
９２ 投入回路
１００ 変圧器
Ｔ 残余時間
Ｔ０₁ 待ち時間
Ｔ２ 投入時設定時間
Ｔ_PR 処理時間
Ｔ_RY リレー判定時間
ＶＢ_a 第１のディジタル母線電圧信号
ｔ_OFF，ｔ₀〜ｔ₃，ｔ_ON 時刻
ｔ_p 経過時間
θ_OFF，θ_p，θ_min 位相

Claims (8)

1. 変圧器（１００）を直接充電する可能性がある遮断器（９０）を遮断および投入させるのに用いられる励磁突入電流制御機能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遮断器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、
   前記変圧器が設置された送配電線の該変圧器が停止された変圧器停止時刻（ｔ_OFF）における母線電圧または線路電圧の位相である停止時電圧位相（θ_OFF）を記憶して、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母線電圧または前記線路電圧の位相が最初に前記停止時電圧位相となる投入時刻（ｔ_ON）を算出し、該算出した投入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）を算出する位相制御判定処理手段（３２）と、
   前記遮断器の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、該遮断器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、励磁突入電流制御機能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、前記遮断器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、前記遮断器を投入させる遮断器投入信号を該遮断器の投入回路（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記載の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置。
3. 前記位相制御判定処理手段が、前記変圧器停止時刻から前記変圧器の残留磁束が減衰するような時間が経過すると、前記停止時電圧位相の代わりに、前記変圧器の残留磁束の減衰特性を示す特性式を用いて前記変圧器停止時刻からの経過時間（ｔ_p）における前記母線電圧または前記線路電圧の位相である減衰対応電圧位相（θ_P）を算出し、該算出した減衰対応電圧位相を用いて前記待ち時間（Ｔ０）を算出することを特徴とする、請求項１または２記載の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置。
4. 前記変圧器が３相変圧器であり、前記遮断器が３相一括遮断器である場合には、前記位相制御判定処理手段が、前記減衰対応電圧位相の代わりに、停止時の前記変圧器の各相の残留磁束（φ_sR，φ_sS，φ_sT）と前記経過時間から算出した残留磁束（φ_tR，φ_tS，φ_tT）と前記遮断器を投入する際の各相の電圧位相における通常運転時の磁束との差分（ＤＦＲ，ＤＦＳ，ＤＦＴ）の絶対値の和（ＳＵＭ）が最小となる前記母線電圧または前記線路電圧の位相である最小電圧位相（θ_min）を算出し、該算出した最小電圧位相を用いて前記待ち時間を算出することを特徴とする、請求項３記載の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置。
5. 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投入時刻、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４いずれかに記載の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置。
6. 前記変圧器の事故または該変圧器の停止操作により該変圧器が停止された場合には、前記遮断器投入信号により該変圧器の１次側遮断器（９０₁）が投入されることを特徴とする、請求項２乃至５いずれかに記載の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置。
7. 送電線の事故により前記変圧器が停止された場合には、前記遮断器投入信号により該変圧器の上位系統の受電端遮断器（９０₂）が投入されることを特徴とする、請求項２乃至５いずれかに記載の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置。
8. 上位系送電線の事故の場合には、前記遮断器投入信号により該変圧器の上位系統の送電端遮断器（９０₃）が投入されることを特徴とする、請求項２乃至５いずれかに記載の励磁突入電流制御機能内蔵ディジタル保護リレー装置。

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