JP2009148113A - 母線保護継電システム - Google Patents

Abstract

【課題】電流差動演算部に波形判別機能を追加することによるコスト上昇を伴わず、また、事故の判定出力に遅れが生じない母線保護継電システムを提供する
【解決手段】本発明の母線保護継電システム１は、複数の線路Ｌ１〜Ｌ６，…が接続されてこれらに供給する電力を中継する母線Ｂ１を保護するシステムであって、複数の線路Ｌ１〜Ｌ６，…に流れる電流をそれぞれ検出する光センサ１１ａ〜１１ｆ，…と、光線路１３ａ〜１３ｆ，…を介して光センサ１１ａ〜１１ｆ，…と接続され、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…の検出結果を示す検出光信号の各々を用いて母線Ｂ１に係る事故の有無を判定し、この判定結果に基づいて母線Ｂ１の保護に係る処置を行う継電装置１２と備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力系統等の母線の内部事故を検出して保護を行う母線保護継電システムに関する。

電力系統においては、母線を中継して複数の線路に電力が輸送されるため、母線に係る事故（内部事故）が生じた場合には広範な電力供給の停止が生ずる虞が考えられる。このため、内部事故を早期に検出して、母線の内部事故に関連する部位において正常な線路を迅速に切り離す等の処置を施すことは送電停止の拡大等を防止するとともに電力系統の設備の一つである母線を保護する上で極めて重要である。母線保護継電システムは、内部事故の検出、及び母線の保護に係る処置を施すために用いられる。

図６は、従来の母線保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。図６に示す通り、母線Ｂ１００には遮断器ＣＢ１０１〜ＣＢ１０６，…を介して複数の線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…がそれぞれ接続されており、母線Ｂ１００によって輸送される電力は非遮断状態にある遮断器ＣＢ１０１〜ＣＢ１０６，…を介して線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…に供給される。

従来の母線保護継電システム１００は、線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…の各々に設けられた変流器１０１〜１０６，…と継電装置１１０とを備える。変流器１０１〜１０６，…は、鉄心を用いた巻線型の変流器であり、線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…に流れる電流をそれぞれ検出する。継電装置１１０は、変流器１０１〜１０６，…に対応して設けられた信号処理部１１１〜１１６，…と、電流差動演算部１２０とを備える。信号処理部１１１〜１１６，…は、一次側に入力される電気信号（電流又は電圧）を適当な大きさの電気信号に変換して二次側から出力する変成器１３１と、変成器１３１から出力される電気信号に対して標本化及び量子化を行ってディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３２とを備えており、変流器１０１〜１０６，…の検出結果をディジタル信号に変換して出力する。

電流差動演算部１２０は、信号処理部１１１〜１１６，…から出力されるディジタル信号を用いて差動演算処理を施し、変流器１０１〜１０６，…で検出される電流（二次電流）の総ベクトル和を演算することにより内部事故を検出する。内部事故が生じていない場合には、母線Ｂ１００から線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…に流出する電流と、線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…から母線Ｂ１００に流入する電流との総ベクトル和が零になり、内部事故が生じている場合には総ベクトル和が零にならない。このため、電流差動演算部１２０は、演算した電流の総ベクトル和の非零である場合に内部事故を検出する。

内部事故が検出された場合には、電流差動演算部１２０から遮断器トリップ信号Ｓ１０１が出力され、これにより、母線Ｂ１００に接続された遮断器ＣＢ１０１〜ＣＢ１０６，…が遮断状態になって、線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…が母線Ｂ１００から切り離され、母線Ｂ１００の保護が図られる。

尚、以下の特許文献１，２には変流器の磁束の飽和による誤動作対策を施した電流差動保護継電方式の母線保護継電装置が開示されている。
特開平８−１１６６２３号公報 特開２００４−３２８８１３号公報

ところで、図６に示す母線保護継電システム１００は、鉄心を用いた巻線型の変流器１０１〜１０６，…を用いていることから、例えば母線Ｂ１００に係る内部事故以外の事故（外部事故）により、母線Ｂ１００に接続された線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…に大電流が流れると、上記の特許文献１，２と同様に、その線路に設けられた変流器で磁気飽和が生ずる。

例えば、線路Ｌ１０６に外部事故が生じて線路Ｌ１０１〜Ｌ１０５から母線Ｂ１００に流入した電流の全てが線路Ｌ１０６から流出する状況が生ずると、変流器１０６で磁気飽和が生じ、変流器１０６の検出結果を示す電気信号の波形が歪む。この結果、実際には母線Ｂ１００の内部事故が生じていないにも拘わらず、電流差動演算部１２０で演算される電流の総ベクトル和が非零になって電流差動演算部１２０から遮断器トリップ信号Ｓ１０１が出力され、これにより線路Ｌ１０１〜Ｌ１０６，…が母線Ｂ１００から切り離されるという誤動作が生ずる。

かかる誤動作を防止するためには、外部事故時において磁気飽和が生じたときに変流器１０１〜１０６，…から出力される信号波形の特徴を捉えて内部事故又は外部事故の判別を行うため、電流差動演算部１２０に波形判別機能を追加する必要がある。そのためのコストが発生するとともに、演算処理の追加により、事故の判定出力が遅れることが考えられる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、電流差動演算部に波形判別機能を追加することによるコスト上昇を伴わず、また、事故の判定出力に遅れが生じない母線保護継電システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の保護継電システムは、複数の線路（Ｌ１〜Ｌ６）が接続されて当該複数の線路に供給する電力を中継する母線（Ｂ１、Ｂ１１、Ｂ１２）を保護する母線保護継電システム（１、２）において、前記複数の線路に流れる電流をそれぞれ検出する光センサからなる複数の検出装置（１１ａ〜１１ｆ）と、前記複数の検出装置と光線路（１３ａ〜１３ｆ）により接続され、当該光線路を介した前記検出装置の検出結果を示す検出光信号の各々を用いて前記母線に係る事故の有無を判定し、当該判定結果に基づいて前記母線の保護に係る処置を行う継電装置（１２、５０）とを備えることを特徴としている。
この発明によると、母線に接続された複数の線路に流れる電流が光センサからなる複数の検出装置によってそれぞれ検出され、その検出結果を示す検出光信号の各々が光線路によって継電装置に伝搬され、伝搬された検出光信号を用いて母線に係る事故の有無が判定され、この判定結果に基づいて母線の保護に係る処置が行われる。
また、本発明の保護継電システムは、前記複数の線路には、前記母線との間を遮断状態又は非遮断状態にする遮断器（ＣＢ１〜ＣＢ６）がそれぞれ設けられており、前記継電装置は、前記母線の保護に係る処置として、前記遮断器の遮断・非遮断状態の制御を行うことを特徴としている。
また、本発明の保護継電システムは、前記母線が、甲母線（Ｂ１１）及び乙母線（Ｂ１２）からなる複母線であり、前記甲母線と乙母線との間には、前記複数の線路の各々を個別に前記甲母線及び前記乙母線の何れか一方に接続する複数の断路器（ＬＳ１１〜ＬＳ１６、ＬＳ２１〜ＬＳ２６）が設けられていることを特徴としている。
また、本発明の保護継電システムは、前記光センサが、前記線路に流れる電流によって生ずる磁界を検出することにより、前記線路を流れる電流を検出するセンサであることを特徴としている。
また、本発明の保護継電システムは、前記継電装置が、前記光線路を介した前記検出光信号の各々に対して所定の信号処理を施すことにより前記複数の線路に流れる電流をそれぞれ求める複数の信号処理部（２４ａ〜２４ｆ）と、前記信号処理部で求められた電流の総ベクトル和を演算する電流差動演算部（２５、５１）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の保護継電システムは、前記光センサが、分岐光学系（３３）を備えており、前記光線路は前記分岐光学系で分岐された前記検出光信号の各々を個別に伝搬することを特徴としている。
また、本発明の保護継電システムは、前記信号処理部が、前記光線路を介した前記検出光信号の各々を電気信号に変換する第１，第２の光電変換素子（４１ａ、４１ｂ）と、前記第１，第２の光電変換素子で変換された電気信号から直流成分及び交流成分をそれぞれ抽出し、前記交流成分を前記直流成分で規格化した変調度信号をそれぞれ求める規格化処理部（４２）と、前記規格化処理部で得られた前記変調度信号の差を求めることにより平均化処理を行う平均化処理部（４３）と、前記平均化処理により得られる信号をディジタル信号に変換する変換部（４４）とを備えることを特徴としている。
また、本発明の保護継電システムは、前記光センサの各々に対して光信号を供給する光源装置（２１）を備えることを特徴としている。

本発明によれば、母線に接続された複数の線路に流れる電流を光センサからなる複数の検出装置によってそれぞれ検出し、その検出光信号を用いて母線に係る事故の有無を判定し、この判定結果に基づいて母線の保護に係る処置を行っているため、線路に大電流が流れた場合であっても、その電流を精度良く検出することができ、誤検出を防止することができるという効果がある。
また、光センサからなる複数の検出装置の検出結果を示す検出光信号の各々を、光線路によって継電装置に伝搬しているため、検出装置から継電装置へのサージ電流等の電磁雑音を防止することができ、電流の検出精度の向上に資することができるという効果がある。
更に、母線に接続された線路に対する光センサからなる検出装置の取り付けは、電流差動演算部への波形判別機能の追加に比べて容易であるため、コスト上昇を伴わず、また、事故の判定出力に遅れが生ずることもないという効果もある。

以下、図面を参照して本発明の実施形態による母線保護継電システムについて詳細に説明する。

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による母線保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の母線保護継電システム１は、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ６，…を介して複数の線路Ｌ１〜Ｌ６，…がそれぞれ接続された１本の母線Ｂ１からなる単母線の保護を行うシステムである。ここで、母線Ｂ１は、非遮断状態にある遮断器ＣＢ１〜ＣＢ６，…によって電気的に接続された線路Ｌ１〜Ｌ６に供給する電力を中継する導体線路である。

本実施形態の母線保護継電システム１は、線路Ｌ１〜Ｌ６，…の周囲にそれぞれ配置された光センサ１１ａ〜１１ｆ，…（検出装置）と継電装置１２とを備えており、これらは一対の光線路１３ａ〜１３ｆ，…により接続されている。光センサ１１ａ〜１１ｆ，…は、線路Ｌ１〜Ｌ６，…に流れる電流をそれぞれ検出するセンサである。具体的には、線路Ｌ１〜Ｌ６，…を流れる電流によって生ずる磁界を検出することにより線路Ｌ１〜Ｌ６，…を流れる電流をそれぞれ検出する。ここで、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…としては、ファラデーセンサ素子を備えるセンサを用いることができる。

図２は、ファラデーセンサ素子の原理を説明するための図である。図２において符号ＦＥを付した円柱棒状の透明部材がファラデーセンサ素子であり、例えば光弾性定数が極めて小さな鉛ガラスを用いて形成されている。このファラデーセンサ素子ＦＥの軸方向（長手方向）に対して交差する方向に電流ｉが流れており、この電流ｉによってファラデーセンサ素子ＦＥの軸方向に沿う方向に磁界Ｈが生じているとする。

かかる状態のファラデーセンサ素子ＦＥの一端から光Ｌｉが入射すると、この光Ｌｉはファラデーセンサ素子ＦＥ中を伝播する間にファラデー効果により偏波面が回転し、偏波面がファラデー回転角θ_Ｆだけ回転した状態で他端から射出される。ファラデー回転角θ_Ｆは磁界Ｈの大きさに比例することから、ファラデー回転角θ_Ｆを測定することにより、磁界Ｈの発生源である電流ｉの大きさを検出することができる。

ここで、電流ｉを検出するために、ファラデーセンサ素子ＦＥの他端から射出された光Ｌｉのファラデー回転角θ_Ｆを測定しても良い。このようなタイプの光電流センサを、透過型光電流センサという。また、ファラデーセンサ素子ＦＥの他端から射出された光Ｌｉを不図示の反射光学系（図示省略）で反射させて、再度ファラデーセンサ素子ＦＥを通過させた後の光Ｌｉのファラデー回転角θ_Ｆ（実際は光が反射して往復するため２θ_Ｆ）を測定するようにしても良い。このようなタイプの光電流センサを、反射型光電流センサという。反射型光電流センサを用いた方が、光センサを小型化且つフレキシブルな構成とすることができるので好ましい。

尚、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…は、上述のファラデーセンサ素子ＦＥ（反射型光電流センサである場合には、ファラデーセンサ素子ＦＥ及び不図示の反射光学系）以外に、ファラデーセンサ素子ＦＥを介した光Ｌｉを、ファラデー回転角θ_Ｆ（反射型光電流センサを用いる場合は２θ_Ｆ）に応じた比率で分岐する分岐光学系も備えている。尚、分岐光学系については後述する。

図１に示す通り、継電装置１２は、光源２１（光源装置）、可変減衰器２２、サーキュレータ２３ａ〜２３ｆ，…、信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…、及び電流差動演算部２５を備えており、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…の検出結果を用いて母線Ｂ１に係る事故（内部事故）の有無を判定し、この判定結果に基づいて母線Ｂ１の保護に係る処置を行う。具体的に、継電装置１２は、母線Ｂ１の保護に係る処置として、線路Ｌ１〜Ｌ６，…に設けられた遮断器ＣＢ１〜ＣＢ６，…の遮断・非遮断状態の制御を行う。

光源２１は、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…の各々で線路Ｌ１〜Ｌ６，…を流れる電流の検出に用いる光信号を射出するものであり、例えば０．６μｍ帯、０．８μｍ帯、１．５μｍ帯といったレーザ光を射出する半導体レーザ光源を用いることができる。可変減衰器２２は、光源２１から射出された光信号を調整して所定の光強度に設定するものである。

サーキュレータ２３ａ〜２３ｆ，…は、光源２１から射出されて可変減衰器２２を介した光信号を、一対の光線路１３ａ〜１３ｆ，…をなす一方の光線路にそれぞれ入射させる。また、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…から出力されて一対の光線路１３ａ〜１３ｆ，…をなす同じ一方の光線路を介した検出光信号を信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…にそれぞれ導くものである。

信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…は、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…から出力されて光線路１３ａ〜１３ｆ，…を介して入力される検出光信号の各々に対して所定の信号処理を施すことにより線路Ｌ１〜Ｌ６，…に流れる電流をそれぞれ求める。電流差動演算部２５は、信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…で求められた電流の総ベクトル和を演算し、その総ベクトル和の非零・零により内部事故の有無を判定する。電流差動演算部２５は、内部事故を検出した場合には、遮断器ＣＢ１〜ＣＢ６，…を遮断状態にする遮断器トリップ信号Ｓ１を出力する。

ここで、母線保護継電システム１の光学系の構成、及び継電装置１２に設けられる信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…の構成の詳細について順に説明する。まず、母線保護継電システム１の光学系の構成について具体的に説明する。図３は、母線保護継電システム１の光学系の具体的構成を示す図である。尚、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…に係る光学系の構成は同様であるため、図３においては、光センサ１１ａに係る光学系の具体的構成のみを図示している。以下では、図３に示した光センサ１１ａに係る光学系についてのみ説明する。

図３に示す通り、光源２１は、直接、又は可変減衰器２２（図３においては不図示）を介して、光コネクタＣ１１に接続されている。また、信号処理部２４ａに設けられた一方のフォトダイオード（ＰＤ：光電変換素子）４１ａは光コネクタＣ１２に接続され、他方のフォトダイオード４１ｂは光コネクタＣ１３に接続されている。光コネクタＣ１１とサーキュレータ２３ａとは光線路（光ファイバ）Ｆ１１により接続されている。尚、光コネクタＣ１１と他のサーキュレータ２３ｂ〜２３ｆ，…は、光ファイバＦ１１と同様の不図示の光ファイバによって接続されている。光コネクタＣ１２とサーキュレータ２３ａ〜２３ｆ，…とは光ファイバＳ１１により接続されている。

サーキュレータ２３ａは、一対の光線路１３ａをなす一方の光線路３１が接続される光コネクタＣ１４と、光ファイバＦ１２により接続されている。光コネクタＣ１３は、一対の光線路１３ａをなす他方の光線路３２が接続される光コネクタＣ１５と、光ファイバＳ１２により接続されている。これら、一対の光線路１３ａをなす光線路３１，３２は、光センサ１１ａに設けられた分岐光学系３３の一端に接続されている。

分岐光学系３３は、偏光子と検光子の機能を兼ねる複屈折素子、ファラデー回転子、ファラデー回転子に磁界を与えるマグネット、レンズ等からなる（図示省略）。ファラデー回転子は、光源２１から射出された光の偏波面方位が、複屈折素子を通過した後に一定の角度（概ね２２．５°）傾くように設定される。この分岐光学系３３の他端にはファラデーセンサ素子ＦＥの一端が接続されており、ファラデーセンサ素子ＦＥの他端には反射光学系３４が取り付けられている。

次に、継電装置１２に設けられる信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…の構成について具体的に説明する。図４は、信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…の具体的構成を示すブロック図である。尚、信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…は同様の構成であるため、図４においては、信号処理部２４ａの具体的構成のみを図示している。以下では、図４に示した信号処理部２４ａについてのみ説明する。

図４に示す通り、信号処理部２４ａは、フォトダイオード４１ａ（第１の光源変換素子）、フォトダイオード４１ｂ（第２の光源変換素子）、規格化処理部４２、平均化処理部４３、及びＡ／Ｄ変換器４４（変換部）を備える。前述した通り、フォトダイオード４１ａは光線路３１を介した検出光信号を受光し、フォトダイオード４１ｂは光線路３２を介した検出光信号を受光する。規格化処理部４２は、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）４５ａ，４５ｂ、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４６ａ，４６ｂ、及び除算器４７ａ，４７ｂを備える。

バンドパスフィルタ４５ａは、フォトダイオード４１ａから出力される電気信号から交流成分を抽出する。また、ローパスフィルタ４６ａは、フォトダイオード４１ａから出力される電気信号から直流成分を抽出する。同様に、バンドパスフィルタ４５ｂはフォトダイオード４１ｂから出力される電気信号から交流成分を抽出し、ローパスフィルタ４６ｂはフォトダイオード４１ｂから出力される電気信号から直流成分を抽出する。

除算器４７ａは、バンドパスフィルタ４５ａで抽出された交流成分をローパスフィルタ４６ａで抽出された直流成分で除算することにより、交流成分を直流成分で規格化した変調度信号を求める。同様に、除算器４７ｂは、バンドパスフィルタ４５ｂで抽出された交流成分をローパスフィルタ４６ｂで抽出された直流成分で除算することにより、交流成分を直流成分で規格化した変調度信号を求める。

平均化処理部４３は、極性反転器４８と加算器４９とを備えており、規格化処理部４２で得られた変調度信号の差を求めることにより平均化処理を行う。極性反転器４８は、規格化処理部４２の除算器４７ｂで得られた変調度信号の極性を反転する。加算器４９は、規格化処理部４２の除算器４７ａで得られた変調度信号と除算器４７ｂから出力され、極性反転器４８で極性が反転された変調度信号とを加算する。以上の処理により、平均化処理が行われ、かかる平均化処理を行うことにより、光学バイアス変動の影響を低減することができる。

Ａ／Ｄ変換器４４は平均化処理部４３から出力される信号に対して標本化及び量子化を行ってディジタル信号に変換する。Ａ／Ｄ変換器４４から出力されるディジタル信号は、信号処理部２４ａで求められた線路Ｌ１に流れる電流を示す信号である。尚、Ａ／Ｄ変換器４４から出力されるディジタル信号は、電流差動演算部２５に出力される。

次に、母線保護継電システム１の動作について説明する。尚、以下では、説明を簡単にするために、図１中の全ての遮断器ＣＢ１〜ＣＢ６，…が非遮断状態にあり、全ての線路Ｌ１〜Ｌ６，…が母線Ｂ１と電気的に接続されているとする。継電装置１２に設けられた光源２１から光が射出されると、この光は可変減衰器２２並びに図３に示す光コネクタＣ１１及び光ファイバＦ１１を順に介して光サーキュレータ２３ａに入射する。尚、光コネクタＣ１１を介した光は、光コネクタＣ１１に接続された不図示の光ファイバ（光ファイバＦ１１と同様の光ファイバ）によって、光サーキュレータ２３ｂ〜２３ｆ，…にも導かれる。

光サーキュレータ２３ａに入射した光は、光コネクタＣ１４を介して一対の光線路１３ａをなす一方の光線路（図３に示す光線路３１）中を伝播して光センサ１１ａに入射する。尚、他の光サーキュレータ２３ｂ〜２３ｆ，…に入射した光も、不図示の光コネクタ（光コネクタＣ１４と同様の光コネクタ）及び一対の光線路１３ｂ〜１３ｂ，…をなす一方の光線路（図３に示す光線路３１に相当する光線路）中を伝播して光センサ１１ｂ〜１１ｆ，…に入射する。

光センサ１１ａに入射した光は、図３に示す分岐光学系３３を介してファラデーセンサ素子ＦＥを通過し、反射光学系３４で反射されてファラデーセンサ素子ＦＥを逆向きに通過して分岐光学系３３に再入射する。分岐光学系３３に再入射した光は、直交する２成分に分離され、一対の光線路１３ａをなす光線路３１，３２に入射する。

ここで、仮に線路Ｌ１に電流が流れていないとすると、光が光センサ１１ａのファラデーセンサ素子ＦＥを通過してもその偏波面は回転しない。このため、分岐光学系３３に再入射した光は２成分の光量がそれぞれ等しくなるよう分岐される。これに対し、線路Ｌ１に電流が流れている場合には、光が光センサ１１ａのファラデーセンサ素子ＦＥを通過する際に、線路Ｌ１を流れる電流に起因して生ずる磁界により偏波面が回転するため、分岐光学系３３に再入射した光の偏波面はファラデー回転角２θ_Ｆだけ回転している。このため、分岐光学系３３に再入射した光はファラデー回転角２θ_Ｆに応じた比率で分岐される。尚、分岐光学系３３で分岐された分岐光が検出光信号である。分岐光学系３３で分岐された検出光信号の一方は一対の光線路１３ａをなす光線路３１に入射し、他方は一対の光線路１３ａをなす光線路３２に入射して個別に伝搬される。

以上の動作と同様の動作が、他の光センサ１１ｂ〜１１ｆ，…においても行われる。つまり、光センサ１１ｂ〜１１ｆ，…に設けられたファラデーセンサ素子（図示省略）を往復する光の偏波面が線路Ｌ２〜Ｌ６，…に流れる電流に応じてそれぞれ回転し、ファラデーセンサ素子を往復した光が光センサ１１ｂ〜１１ｆ，…に設けられた分岐光学系（図示省略）においてその偏波面の回転角に応じた比率で分岐され、分岐された光が一対の光線路１３ｂ〜１３ｆ，…により個別に伝搬される。

一対の光線路１３ａをなす一方の光線路３１を介した検出光信号は、図３に示す通り、光コネクタＣ１４及び光ファイバＦ１２を順に介してサーキュレータ２３ａに入射し、次いで光ファイバＳ１１及び光コネクタＣ１２を順に介して信号処理部２４ａに設けられたフォトダイオード４１ａで受光される。また、一対の光線路１３ａをなす他方の光線路３２を介した検出光信号は、光コネクタＣ１５、光ファイバＳ１２、及び光コネクタＣ１３を順に介して信号処理部２４ａに設けられたフォトダイオード４１ｂで受光される。他の光線路１３ｂ〜１３ｆ，…を介した検出光信号は、光サーキュレータ２３ｂ〜２３ｆ，…等を介して信号処理部２４ｂ〜２４ｆ，…にそれぞれ入射し、信号処理部２４ｂ〜２４ｆ，…に設けられた２つのフォトダイオード（図示省略）でそれぞれ同様に受光される。

信号処理部２４ａのフォトダイオード４１ａから出力された電気信号は、図４に示すバンドパスフィルタ４５ａ及びローパスフィルタ４６ａに入力されて交流成分及び直流成分がそれぞれ抽出される。同様に、信号処理部２４ａのフォトダイオード４１ｂから出力された電気信号は、バンドパスフィルタ４５ｂ及びローパスフィルタ４６ｂに入力されて交流成分及び直流成分がそれぞれ抽出される。

バンドパスフィルタ４５ａ及びローパスフィルタ４６ａで抽出された交流成分及び直流成分は、除算器４７ａに入力され、交流成分が直流成分で規格化されて変調度信号が求められる。同様に、バンドパスフィルタ４５ｂ及びローパスフィルタ４６ｂで抽出された交流成分及び直流成分は、除算器４７ｂに入力され、交流成分が直流成分で規格化されて変調度信号が求められる。除算器４７ｂで求められた変調度信号は平均化処理部４３の極性反転器４８で極性反転された後に、平均化処理部４３の加算器４９で除算器４７ａで求められた変調度信号と加算され、これにより平均化処理が行われる。平均化処理が行われた変調度信号はＡ／Ｄ変換器４４でディジタル信号に変換されて電流差動演算部２５に入力される。

以上の処理と同様の処理が信号処理部２４ｂ〜２４ｆ，…においても行われ、信号処理部２４ｂ〜２４ｆ，…の各々から電流差動演算部２５に対してディジタル信号に変換された変調度信号が出力される。電流差動演算部２５は、信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…から出力されるディジタル信号に対して差動演算処理を施すことにより、信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…で求められた電流の総ベクトル和を演算し、その総ベクトル和の非零・零により内部事故の有無を判定する。

電流差動演算部２５は、内部事故が検出されない場合には母線Ｂ１の保護に係る処置は行わないが、内部事故が検出された場合には遮断器トリップ信号Ｓ１を出力する。この遮断器トリップ信号Ｓ１が出力されると、線路線路Ｌ１〜Ｌ６，…の各々に設けられた遮断器ＣＢ１〜ＣＢ６，…が遮断状態になり、線路Ｌ１〜Ｌ６，…が母線Ｂ１から電気的に切り離されて母線Ｂ１が保護される。

以上説明した通り、本実施形態においては、母線Ｂ１に接続された線路Ｌ１〜Ｌ６，…に流れる電流を複数の光センサ１１ａ〜１１ｆ，…で検出し、これら光センサ１１ａ〜１１ｆ，…からの検出光信号の各々を用いて母線Ｂ１に係る事故の有無を判定し、この判定結果に基づいて母線Ｂ１の保護に係る処置を行っている。ここで、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…は、図６に示す鉄心を用いた巻線型の変流器１０１〜１０６，…のように磁気飽和現象が生じないため、線路Ｌ１〜Ｌ６，…に直流成分が重畳された大電流が流れた場合であっても、その電流を精度良く検出することができる。

このため、従来のように、母線Ｂ１に内部事故が生じていないにも拘わらず電流差動演算部２５で演算される電流の総ベクトル和が非零になって電流差動演算部２５から遮断器トリップ信号Ｓ１が出力されて線路Ｌ１〜Ｌ６，…が母線Ｂ１から切り離されるという誤動作を防止することができる。また、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…と継電装置１２との間は、絶縁体である光線路１３ａ〜１３ｆ，…で接続されるため、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…から継電装置１２へのサージ電流等の電磁雑音を防止することができる。

更に、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…が備えるファラデーセンサ素子ＦＥは可撓性があるため、線路Ｌ１〜Ｌ６，…に巻き付けるだけで取り付けることができる。このため、電流差動演算部２５に信号波形の特徴を捉えて内部事故又は外部事故の判別を行う波形判別機能を追加する場合に比べて容易に取り付けを行うことができ、コスト上昇を伴わず、また、事故の判定出力に遅れが生ずることもない。

〔第２実施形態〕
図５は、本発明の第２実施形態による母線保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。図５に示す通り、本実施形態の母線保護継電システム２は、甲母線Ｂ１１及び乙母線Ｂ１２からなる複母線の保護を行うシステムである。ここで、甲母線Ｂ１１と乙母線Ｂ１２との間には、線路Ｌ１〜Ｌ６，…の各々を甲母線Ｂ１１と乙母線Ｂ１２との何れか一方に接続する複数の断路器ＬＳ１１〜ＬＳ１６，…及び断路器ＬＳ２１〜ＬＳ２６，…が設けられている。

具体的に、甲母線Ｂ１１と乙母線Ｂ１２との間には、２つの断路器が直列接続された回路が複数設けられている。例えば、断路器ＬＳ１１，ＬＳ２１が直列接続された回路、断路器ＬＳ１２，ＬＳ２２が直列接続された回路、断路器ＬＳ１３，ＬＳ２３が直列接続された回路、断路器ＬＳ１４，ＬＳ２４が直列接続された回路、断路器ＬＳ１５，ＬＳ２５が直列接続された回路、及び断路器ＬＳ１６，ＬＳ２６が直列接続された回路といった具合である。

甲母線Ｂ１１と乙母線Ｂ１２との間に設けられた回路をなす２つの断路器の接続点には、線路Ｌ１〜Ｌ６，…に設けられた遮断器ＣＢ１〜ＣＢ６，…が接続されている。例えば、断路器ＬＳ１１，ＬＳ２１の接続点には遮断器ＣＢ１が接続され、断路器ＬＳ１２，ＬＳ２２の接続点には遮断器ＣＢ２が接続され、断路器ＬＳ１３，ＬＳ２３の接続点には遮断器ＣＢ３が接続され、断路器ＬＳ１４，ＬＳ２４の接続点には遮断器ＣＢ４が接続され、断路器ＬＳ１５，ＬＳ２５の接続点には遮断器ＣＢ５が接続され、断路器ＬＳ１６，ＬＳ２６の接続点には遮断器ＣＢ６が接続されている。

以上の断路器において、断路器ＬＳ１１〜ＬＳ１６，…を非断状態にするとともに断路器ＬＳ２１〜ＬＳ２６，…を断状態にすれば、線路Ｌ１〜Ｌ６，…を甲母線Ｂ１１に接続することができる。逆に、断路器ＬＳ２１〜ＬＳ２６，…を非断状態にするとともに断路器ＬＳ１１〜ＬＳ１６，…を断状態にすれば、線路Ｌ１〜Ｌ６，…を乙母線Ｂ１２に接続することができる。

尚、甲母線Ｂ１１と乙母線Ｂ１２との一方の端部の間には、遮断器ＣＢと変流器ＣＴとが直接接続された回路が設けられている。かかる回路において、遮断器ＣＢを非遮断状態にすれば甲母線Ｂ１１と乙母線Ｂ１２とをその端部において電気的に接続することができる。変流器ＣＴは、鉄心を用いた巻線型の変流器であって、遮断器ＣＢによって接続された甲母線Ｂ１１と乙母線Ｂ１２との一方の端部間を流れる電流を検出するものである。尚、ここでは、変流器ＣＴとして、鉄心を用いた巻線型の変流器を用いる場合を例に挙げて説明しているが、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…と同様のものを用いることもできる。

本実施形態の母線保護継電システム２は、線路Ｌ１〜Ｌ６，…の周囲にそれぞれ配置された光センサ１１ａ〜１１ｆ，…（検出装置）と継電装置５０とを備える。光センサ１１ａ〜１１ｆ，…は、図１に示す第１実施形態による母線保護継電システム１が備える光センサ１１ａ〜１１ｆ，…と同じものであり、これらは第１実施形態と同様に、一対の光線路１３ａ〜１３ｆ，…によって継電装置５０に接続されている。

継電装置５０は、図１に示す第１実施形態による母線保護継電システム１に設けられた継電装置１２と同様に、光源２１、可変減衰器２２、サーキュレータ２３ａ〜２３ｆ，…、及び信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…を備えるが、電流差動演算部２５に代えて電流差動演算部５１を備える点が相違する。電流差動演算部５１は、甲母線Ｂ１１及び乙母線Ｂ１２に対する線路Ｌ１〜Ｌ６，…の接続状況に応じて信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…で求められた電流の総ベクトル和を演算し、その総ベクトル和の非零・零により甲母線Ｂ１１及び乙母線Ｂ１に係る内部事故の有無を判定する。

例えば、図５に示す断路器ＬＳ１１〜ＬＳ１３及び断路器ＬＳ２４〜ＬＳ２６が非断状態にあり、断路器ＬＳ２１〜ＬＳ２３及び断路器ＬＳ１４〜ＬＳ１６が断状態にある場合には、線路Ｌ１〜Ｌ３が甲母線Ｂ１１に接続され、線路Ｌ４〜Ｌ６が乙母線Ｂ１２に接続される。かかる場合には、電流差動演算部５１は、線路Ｌ１〜Ｌ３に設けられた光センサ１１ａ〜１１ｃに対応する信号処理部２４ａ〜２４ｃで求められた電流の総ベクトル和と、線路Ｌ４〜Ｌ６に設けられた光センサ１１ｄ〜１１ｆに対応する信号処理部２４ｄ〜２４ｆで求められた電流の総ベクトル和とをそれぞれ求める。そして、求めた総ベクトル和のうちの前者が非零である場合には甲母線Ｂ１１に係る内部事故があると判定し、後者が非零である場合には乙母線Ｂ１２に係る内部事故があると判定する。

尚、本実施形態は、保護の対象が複母線である点、及び電流差動演算部５１で行われる処理が甲母線Ｂ１１及び乙母線Ｂ１２に対する線路Ｌ１〜Ｌ６，…の接続状況に応じて変わる点のみが第１実施形態と相違し、基本的な動作は第１実施形態と同様である。このため、本実施形態の母線保護継電システム２についての詳細な説明は省略する。

以上説明した通り、本実施形態においても、線路Ｌ１〜Ｌ６，…を流れる電流を検出するために磁気飽和現象が生じない光センサ１１ａ〜１１ｆ，…を用いており、線路Ｌ１〜Ｌ６，…に直流成分が重畳された大電流が流れた場合であっても、その電流を精度良く検出することができる。このため、母線Ｂ１に内部事故が生じていないにも拘わらず線路Ｌ１〜Ｌ６，…が母線Ｂ１から切り離されるという誤動作を防止することができる。また、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…と継電装置５０とを絶縁体である光線路１３ａ〜１３ｆ，…で接続しているため、サージ電流等の電磁雑音を防止することができる。更に、第１実施形態と同様に、光センサ１１ａ〜１１ｆ，…の取り付けを容易に行うことができるためコスト上昇を伴わず、また、事故の判定出力に遅れが生ずることもない。

以上、本発明の実施形態による母線保護継電システムについて説明したが、本発明は上記実施形態に制限される訳ではなく、本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記実施形態では、光サーキュレータ２３ａ〜２３ｆ，…を用いて光源２１からの光を光線路１３ａ〜１３ｆ，…を介して光センサ１１ａ〜１１ｆ，…に導く構成を例に挙げて説明した。しかしながら、光サーキュレータ２３ａ〜２３ｆ，…を省略するとともに光線路１３ａ〜１３ｆ，…とは異なる光線路を用いて光源２１からの光を光センサ１１ａ〜１１ｆ，…に導く構成であっても良い。

また、上記実施形態では、光源及び可変減衰器が継電装置１２，５０に設けられている場合を例に挙げて説明したが、これらの何れか又は全てを継電装置１２，５０外に配置する構造としてもよい。更に、継電装置の筐体が電気的に遮蔽された構造であれば外部に存在する電気信号による雑音の影響を更に受けにくくなるため好ましい。更に、上記実施形態では、電力系統の設備の一つである母線に接続された複数の線路に流れる電流を検出する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、電力設備だけでなく、電流が分配される回路一般に適用することができることはいうまでもない。

本発明の第１実施形態による母線保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。 ファラデーセンサ素子の原理を説明するための図である。 母線保護継電システム１の光学系の具体的構成を示す図である。 信号処理部２４ａ〜２４ｆ，…の具体的構成を示すブロック図である。 本発明の第２実施形態による母線保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。 従来の母線保護継電システムの概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，２ 母線保護継電システム
１１ａ〜１１ｆ 光センサ
１２ 継電装置
１３ａ〜１３ｆ 光線路
２１ 光源
２４ａ〜２４ｆ 信号処理部
２５ 電流差動演算部
３３ 分岐光学系
４１ａ，４１ｂ フォトダイオード
４２ 規格化処理部
４３ 平均化処理部
４４ Ａ／Ｄ変換器
５０ 継電装置
５１ 電流差動演算部
Ｂ１ 母線
Ｂ１１ 甲母線
Ｂ１２ 乙母線
ＣＢ１〜ＣＢ６ 遮断器
Ｌ１〜Ｌ６ 線路
ＬＳ１１〜ＬＳ１６ 断路器
ＬＳ２１〜ＬＳ２６ 断路器

Claims (8)

1. 複数の線路が接続されて当該複数の線路に供給する電力を中継する母線を保護する母線保護継電システムにおいて、
   前記複数の線路に流れる電流をそれぞれ検出する光センサからなる複数の検出装置と、
   前記複数の検出装置と光線路により接続され、当該光線路を介した前記検出装置の検出結果を示す検出光信号の各々を用いて前記母線に係る事故の有無を判定し、当該判定結果に基づいて前記母線の保護に係る処置を行う継電装置と
   を備えることを特徴とする母線保護継電システム。
2. 前記複数の線路には、前記母線との間を遮断状態又は非遮断状態にする遮断器がそれぞれ設けられており、
   前記継電装置は、前記母線の保護に係る処置として、前記遮断器の遮断・非遮断状態の制御を行う
   ことを特徴とする請求項１記載の母線保護継電システム。
3. 前記母線は、甲母線及び乙母線からなる複母線であり、
   前記甲母線と乙母線との間には、前記複数の線路の各々を個別に前記甲母線及び前記乙母線の何れか一方に接続する複数の断路器が設けられていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の母線保護継電システム。
4. 前記光センサは、前記線路に流れる電流によって生ずる磁界を検出することにより、前記線路を流れる電流を検出するセンサであることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか一項に記載の母線保護継電システム。
5. 前記継電装置は、前記光線路を介した前記検出光信号の各々に対して所定の信号処理を施すことにより前記複数の線路に流れる電流をそれぞれ求める複数の信号処理部と、
   前記信号処理部で求められた電流の総ベクトル和を演算する電流差動演算部と
   を備えることを特徴とする請求項１から請求項４の何れか一項に記載の母線保護継電システム。
6. 前記光センサは、分岐光学系を備えており、
   前記光線路は前記分岐光学系で分岐された前記検出光信号の各々を個別に伝搬すること
   を特徴とする請求項５記載の母線保護継電システム。
7. 前記信号処理部は、前記光線路を介した前記検出光信号の各々を電気信号に変換する第１，第２の光電変換素子と、
   前記第１，第２の光電変換素子で変換された電気信号から直流成分及び交流成分をそれぞれ抽出し、前記交流成分を前記直流成分で規格化した変調度信号をそれぞれ求める規格化処理部と、
   前記規格化処理部で得られた前記変調度信号の差を求めることにより平均化処理を行う平均化処理部と、
   前記平均化処理により得られる信号をディジタル信号に変換する変換部と
   を備えることを特徴とする請求項６記載の母線保護継電システム。
8. 前記光センサの各々に対して光信号を供給する光源装置を備えることを特徴とする請求項１から請求項７の何れか一項に記載の母線保護継電システム。

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