JP2009268187A - 短絡距離継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】対向端からの転送信号の伝送路を設けることなく分流効果の影響を低減することができる負荷端側用の短絡距離継電装置を提供する。
【解決手段】第１の負荷端距離継電装置３０₁の保護区間送電線である自回線１Ｌおよび自分岐回線３Ｌにおける事故発生を検出すると、自分岐回線３Ｌに設けられた第５の遮断器４₅を遮断するための第５のトリップ信号Ｓ₅を発生するトリップ信号発生回路２０を具備する。トリップ信号発生回路２０は、負荷端母線の負荷端母線電圧Ｖcおよび自分岐回線３Ｌを流れる第５の線路電流Ｉ₅に基づいて第５のインピーダンスＺ₅を算出し、算出したインピーダンスＺ₅に基づいて自回線１Ｌの対向端側に設置された第３の遮断器４₃が自回線１Ｌにおける事故により遮断されたと判定すると第５のトリップ信号Ｓ₅を発生する。
【選択図】図１

Description

本発明は、短絡距離継電装置に関し、特に、平衡２回線送電線から分岐された分岐回線の負荷端側に設置するのに好適な短絡距離継電装置に関する。

平衡２回線送電線の保護のために、３段階距離リレー方式が用いられている。３段階距離リレー方式では、短絡距離継電装置（ＤＺＳ）は、たとえば、保護区間送電線である自回線の８０％までの第１の保護区間（短絡距離継電装置の１段動作域Ａ１）の短絡事故に対しては瞬時（第１の時限協調時間ＳＴ１＝０ｓ）に遮断器を遮断するように整定され、自回線の１２０％までの第２の保護区間（短絡距離継電装置の２段動作域Ａ２）の短絡事故に対しては第２の時限協調時間ＳＴ２（たとえば、４００ｍｓ）経過後に遮断器を遮断するように整定され、自回線の３００％までの第３の保護区間（短絡距離継電装置の３段動作域Ａ３）の短絡事故に対しては第３の時限協調時間ＳＴ３（たとえば、１．５ｓ）経過後に遮断器を遮断するように整定されることにより、次区間送電線保護用の短絡距離継電装置との距離整定および時間整定の協調を図っている。

このような３段階距離リレー方式において使用される短絡距離継電装置の動作について、図５を参照して説明する。
電源１から電力を供給される母線から分岐された第１の送電線１Ｌ（以下、「自回線１Ｌ」と称する。）および第２の送電線２Ｌ（以下、「他回線２Ｌ」と称する。）の電源端側（母線側）には、短絡距離継電装置（以下、「第１および第２の電源端距離継電装置１１０₁，１１０₂」と称する。）がそれぞれ設置されている。また、自回線１Ｌおよび他回線２Ｌの対向端側（母線と反対側）にも、短絡距離継電装置（以下、「第１および第２の対向端距離継電装置１２０₁，１２０₂」と称する。）がそれぞれ設置されている。

第１の電源端距離継電装置１１０₁は、母線に設けられた第１の変成器２₁から入力される母線電圧Ｖaと自回線１Ｌの電源端側に設けられた第１の変流器３₁から入力される第１の線路電流Ｉ₁とに基づいて第１のインピーダンスＺ₁（Ｚ₁＝Ｖa／Ｉ₁）を算出する。第１の電源端距離継電装置１１０₁は、算出した第１のインピーダンスＺ₁に基づいて自回線１Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、自回線１Ｌの電源端側に設けられた第１の遮断器４₁を遮断するための第１のトリップ信号Ｓ₁を発生する。
第２の電源端距離継電装置１１０₂は、第１の変成器２₁から入力される母線電圧Ｖaと他回線２Ｌ（第２の電源端距離継電装置１１０₂の自回線）の電源端側に設けられた第２の変流器３₂から入力される第２の線路電流Ｉ₂とに基づいて第２のインピーダンスＺ₂（Ｚ₂＝Ｖa／Ｉ₂）を算出する。第２の電源端距離継電装置１１０₂は、算出した第２のインピーダンスＺ₂に基づいて他回線２Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、他回線２Ｌの電源端側に設けられた第２の遮断器４₂を遮断するための第２のトリップ信号Ｓ₂を発生する。

第１の対向端距離継電装置１２０₁は、対向端の母線（以下、「対向端母線」と称する。）に設けられた第２の変成器２₂から入力される対向端母線電圧Ｖbと自回線１Ｌの対向端側に設けられた第３の変流器３₃から入力される第３の線路電流Ｉ₃とに基づいて第３のインピーダンスＺ₃（Ｚ₃＝Ｖb／Ｉ₃）を算出する。第１の対向端距離継電装置１２０₁は、算出した第３のインピーダンスＺ₃に基づいて自回線１Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、自回線１Ｌの対向端側に設けられた第３の遮断器４₃を遮断するための第３のトリップ信号Ｓ₃を発生する。
第２の対向端距離継電装置１２０₂は、第２の変成器２₂から入力される対向端母線電圧Ｖbと他回線２Ｌ（第２の対向端距離継電装置１２０₂の自回線）の対向端側に設けられた第４の変流器３₄から入力される第４の線路電流Ｉ₄とに基づいて第４のインピーダンスＺ₄（Ｚ₄＝Ｖb／Ｉ₄）を算出する。第２の対向端距離継電装置１２０₂は、算出した第４のインピーダンスＺ₄に基づいて他回線２Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、他回線２Ｌの対向端側に設けられた第４の遮断器４₄を遮断するための第４のトリップ信号Ｓ₄を発生する。

次に、第１および第２の電源端距離継電装置１１０₁，１１０₂と第１および第２の対向端距離継電装置１２０₁，１２０₂とにおける第１乃至第４のトリップ信号Ｓ₁〜Ｓ₄の発生方法について、第１の電源端距離継電装置１１０₁における第１のトリップ信号Ｓ₁の発生方法を例として図６乃至図８を参照して説明する。
第１のトリップ信号Ｓ₁を発生するためのトリップ信号発生回路２２０は、図６に示すように、母線電圧Ｖaおよび第１の線路電流Ｉ₁に基づいて第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域を判定する動作域判定回路２２１と、動作域判定回路２２１から入力される第３の判定結果出力信号ＶＤ₃を第２および第３の時限協調時間ＳＴ２，ＳＴ３だけそれぞれ遅延する第１および第２の遅延回路（タイマー）２２２₁，２２２₂と、動作域判定回路２２１から入力される第１および第３の判定結果出力信号ＶＤ₁，ＶＤ₃の論理積をとる第１の論理積回路２２３₁と、第２の判定結果出力信号ＶＤ₂と第１の遅延回路２２２₁によって遅延された第３の判定結果出力信号ＶＤ₃との論理積をとる第２の論理積回路２２３₂と、第２の遅延回路２２２₂によって遅延された第３の判定結果出力信号ＶＤ₃と第１および第２の論理積回路２２３₁，２２３₂の出力信号との論理和をとる論理和回路２２４と、フェールセーフ用の他の継電装置（不図示）からのＦＤリレー出力信号Ｓ_FDと論理和回路２２４の出力信号との論理積をとる第３の論理積回路２２３₃とを備える。

動作域判定回路２２１は、母線電圧Ｖaを第１の線路電流Ｉ₁で割って第１のインピーダンスＺ₁（Ｚ₁＝Ｖa／Ｉ₁）を算出する。動作域判定回路２２１は、算出した第１のインピーダンスＺ₁に基づいて第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域を判定し、判定結果を示す第１乃至第３の判定結果出力信号ＶＤ₁〜ＶＤ₃を出力する。
すなわち、動作域判定回路２２１は、図７に示すように、第１のインピーダンスＺ₁のリアクタンス分Ｘ₁が第１の値Ｂ₁以下であると、「第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域が１段動作域Ａ１である」と判定して、ハイレベルの第１の判定結果出力信号ＶＤ₁を出力する。また、動作域判定回路２２１は、第１のインピーダンスＺ₁のリアクタンス分Ｘ₁が第２の値Ｂ₂以下であると、「第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域が２段動作域Ａ２である」と判定して、ハイレベルの第２の判定結果出力信号ＶＤ₂を出力する。さらに、動作域判定回路２２１は、第１のインピーダンスＺ₁の抵抗分Ｒ₁およびリアクタンス分Ｘ₁が図７の円内に入っていると、「第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域が３段動作域Ａ３である」と判定して、ハイレベルの第３の判定結果出力信号ＶＤ₃を出力する。

たとえば、自回線１Ｌの第１の保護区間（第１の電源端距離継電装置１１０₁の１段動作域Ａ１）において図８（ａ）に示す時刻ｔ₀に短絡事故が発生して、第１のインピーダンスＺ₁が図７に点Ｐ１で示す値となった場合には、動作域判定回路２２１は、第１のインピーダンスＺ₁に基づいて「第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域が１段動作域Ａ１である」と判定して、ハイレベルの第１の判定結果出力信号ＶＤ₁を出力する。また、動作域判定回路２２１は、第１のインピーダンスＺ₁が図７の円内にも入っているため、ハイレベルの第３の判定結果出力信号ＶＤ₃も出力する。
ハイレベルの第１および第３の判定結果出力信号ＶＤ₁，ＶＤ₃が入力されると第１の論理積回路２２３₁の出力信号はロウレベルからハイレベルとなるため、論理和回路２２４の出力信号がロウレベルからハイレベルとなる。その結果、ＦＤリレー出力信号Ｓ_FDがハイレベルであると、第３の論理積回路２２３₃の出力信号がロウレベルからハイレベルとなるため、第１のトリップ信号Ｓ₁がトリップ信号発生回路２２０から第１の遮断器４₁に出力される。なお、第１のトリップ信号Ｓ₁は、第１の電源端距離継電装置１１０₁におけるリレー判定時間Ｔ_RYが経過した時刻ｔ₁にトリップ信号発生回路２２０から出力される。
これにより、第１の遮断器４₁は第１のトリップ信号Ｓ₁が入力されてから遮断器遮断時間Ｔ_CBの経過後に遮断が完了するため、第１の遮断器４₁は、図８（ａ）に示すように、リレー判定時間Ｔ_RYおよび遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ）が経過した時刻ｔ₂に完全に遮断される。

図５に示す自回線１Ｌの第２の保護区間（第１の電源端距離継電装置１１０₁の２段動作域Ａ２）において図８（ｂ）に示す時刻ｔ₀に短絡事故が発生して、第１のインピーダンスＺ₁が図７に点Ｐ２で示す値となった場合には、動作域判定回路２２１は、第１のインピーダンスＺ₁に基づいて「第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域が２段動作域Ａ２である」と判定して、ハイレベルの第２の判定結果出力信号ＶＤ₂を出力する。また、動作域判定回路２２１は、第１のインピーダンスＺ₁が図７の円内にも入っているため、ハイレベルの第３の判定結果出力信号ＶＤ₃も出力する。
第３の判定結果出力信号ＶＤ₃は、第１の遅延回路２２２₁によって第２の時限協調時間ＳＴ２（たとえば、４００ｍｓ）だけ遅延されたのち第２の論理積回路２２３₂に入力される。
ハイレベルの第１の遅延回路２２２₁の出力信号およびハイレベルの第２の判定結果出力信号ＶＤ₂が入力されると第２の論理積回路２２３₂の出力信号はロウレベルからハイレベルとなるため、論理和回路２２４の出力信号がロウレベルからハイレベルとなる。
その結果、ＦＤリレー出力信号Ｓ_FDがハイレベルであると、第３の論理積回路２２３₃の出力信号がロウレベルからハイレベルとなるため、第１のトリップ信号Ｓ₁がトリップ信号発生回路２２０から第１の遮断器４₁に出力される。なお、第１のトリップ信号Ｓ₁は、第１の電源端距離継電装置１１０₁におけるリレー判定時間Ｔ_RYおよび第２の時限協調時間ＳＴ２の合計時間が経過した時刻ｔ₅にトリップ信号発生回路２２０から出力される。
これにより、第１の遮断器４₁は、図８（ｂ）に示すように、リレー判定時間Ｔ_RY、第２の時限協調時間ＳＴ２および遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ＋４００ｍｓ＝４５０ｍｓ）が経過した時刻ｔ₆に完全に遮断される。

自回線１Ｌの第３の保護区間（第１の電源端距離継電装置１１０₁の３段動作域Ａ３）において図８（ｃ）に示す時刻ｔ₀に短絡事故が発生して、第１のインピーダンスＺ₁が図７の円内の値となった場合には、動作域判定回路２２１は、第１のインピーダンスＺ₁に基づいて「第１の電源端距離継電装置１１０₁の動作域が３段動作域Ａ３である」と判定して、ハイレベルの第３の判定結果出力信号ＶＤ₃を出力する。
第３の判定結果出力信号ＶＤ₃は、第２の遅延回路２２２₂によって第３の時限協調時間ＳＴ３（たとえば、１．５ｓ）だけ遅延されたのち論理和回路２２４に入力される。
ハイレベルの第２の遅延回路２２２₂の出力信号が入力されると、論理和回路２２４の出力信号がロウレベルからハイレベルとなる。
その結果、ＦＤリレー出力信号Ｓ_FDがハイレベルであると、第３の論理積回路２２３₃の出力信号がロウレベルからハイレベルとなるため、第１のトリップ信号Ｓ₁がトリップ信号発生回路２２０から第１の遮断器４₁に出力される。なお、第１のトリップ信号Ｓ₁は、第１の電源端距離継電装置１１０₁におけるリレー判定時間Ｔ_RYおよび第３の時限協調時間ＳＴ３の合計時間が経過した時刻ｔ₉にトリップ信号発生回路２２０から出力される。
これにより、第１の遮断器４₁は、図８（ｃ）に示すように、リレー判定時間Ｔ_RY、第３の時限協調時間ＳＴ３および遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ＋１．５ｓ＝１．５５ｓ）が経過した時刻ｔ₁₀に完全に遮断される。

下記の特許文献１には、段階限時の距離継電方式により３端子系統送電線を保護する後備保護手段を備えた保護継電装置において事故遮断の選択性を確保し高速遮断ができるようにするために、対向母線を含み対向母線方向の事故を検出する第２段リレーの動作条件を伝送する手段と、対向端からの転送信号を受信する手段と、自端の保護リレーの動作を受信した転送信号が所定時間以上継続したことを条件に自端の遮断器に遮断指令を出力する手段とを備えた保護継電装置が開示されている。
また、下記の特許文献２には、後備第２段時限延長制御が必要な端子にのみ制御指令を行うために、送電線の電圧と電流により系統事故を検出する手段と、遠方の事故に対して時限遮断を行う後備保護手段と、当該変電所と対向する他の変電所に設置された同一方向の遠方保護機能を有する継電装置に対して後備保護時限を変更制御する判断手段を備えた距離継電装置において、自母線の母線連絡遮断器の開閉状態に応じ、後備保護機能を有する継電装置の時限変更制御指令を行う距離継電装置が開示されている。
特開平５−０７６１３４号公報 特開平６−１６５３６５号公報

しかしながら、図９に示すように自回線１Ｌおよび他回線２Ｌから分岐された自分岐回線３Ｌおよび他分岐回線４Ｌがある場合には、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、電源端から事故点までのインピーダンスＺ_A（＝Ｚ１＋Ｚ２（１＋Ｉ_m／Ｉ_n））は、分流効果によって、自分岐回線３Ｌおよび他分岐回線４Ｌがない場合の電源端から事故点までのインピーダンスＺ_A（＝Ｚ１＋Ｚ２）に比べて見掛上大きくなる。
そのため、第１および第２の電源端距離継電装置１１０₁，１１０₂と自分岐回線３Ｌおよび他分岐回線４Ｌの負荷端側に設置された短絡距離継電装置（以下、「第１および第２の負荷端距離継電装置１３０₁，１３０₂」と称する。）とに分流効果対策が施されていない場合には、自回線１Ｌの対向端至近で発生した短絡事故により第１の対向端距離継電装置１２０₁によって第３の遮断器４₃が瞬時に遮断されても、第１の電源端距離継電装置１１０₁および第１の負荷端距離継電装置１３０₁は分流効果の影響によりアンダーリーチ（不動作）となる。
その結果、実際には第２の保護区間（第１の電源端距離継電装置１１０₁の２段動作域Ａ２）における短絡事故であるにもかかわらず、第１の電源端距離継電装置１１０₁では、第３の保護区間（第１の電源端距離継電装置１１０₁の３段動作域Ａ３）における短絡事故であると判定されるため、自回線１Ｌの電源端側に設置された第１の遮断器４₁はリレー判定時間Ｔ_RY、第３の時限協調時間ＳＴ３および遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ＋１．５ｓ＝１．５５ｓ）経過後に第１の電源端距離継電装置１１０₁によって遮断され、また、自分岐回線３Ｌの負荷端側に設置された第５の遮断器４₅は第１の遮断器４₁が第１の電源端距離継電装置１１０₁によって遮断されたのちに第１の負荷端距離継電装置１３０₁によって遮断されるので、事故継続時間が長くなり、設備損壊や電圧低下による社会的影響が非常に大きくなるという問題がある。

このような分流効果の対策として、従来では、第１の電源端距離継電装置１１０₁の２段整定については送電線１Ｌのインピーダンスのリアクタンス分（第１のインピーダンスＺ₁のリアクタンス分Ｘ₁）を分流効果最大時（分流効果の影響が最大となる時）の見掛上のリアクタンス分Ｘ₁’に対して１２０〜１５０％程度で整定して２段動作域Ａ２を大きくするとともに、３段整定については送電線１Ｌのインピーダンス（第１のインピーダンスＺ₁）を分流効果最大時の見掛上のインピーダンスＺ₁’に対して２００〜３００％程度で整定して３段動作域Ａ３を大きくすることにより、第１の電源端距離継電装置１１０₁の保護範囲がアンダーリーチとならないようにしている。
しかし、このような分流効果の対策では、作業などで負荷端が片回線受電となった場合には、分流効果がなくなるため、第１の電源端距離継電装置１１０₁のオーバーリーチ（保護範囲を超えて次区間送電線の短絡距離継電装置との協調が崩れること）により、第１の電源端距離継電装置１１０₁が次区間送電線で生じた短絡事故によっても動作して第１の遮断器４₁を遮断してしまい、供給支障を生じるという問題がある。

上記特許文献１，２記載の保護継電装置では、分流効果の影響を低減することはできるが、対向端子からの転送信号を継続して受信することにより自端子の遮断器を遮断する方式であるので、この転送信号の伝送路が必要であるという問題がある。

本発明の目的は、対向端からの転送信号の伝送路を設けることなく分流効果の影響を低減することができる負荷端側用の短絡距離継電装置を提供することにある。

本発明の短絡距離継電装置は、母線から分岐された平衡２回線送電線を構成する自回線（１Ｌ）および他回線（２Ｌ）から分岐された自分岐回線（３Ｌ）および他分岐回線（４Ｌ）の負荷端側に設置される短絡距離継電装置（３０₁）であって、該短絡距離継電装置の保護区間送電線である前記自回線および前記自分岐回線における事故発生を検出すると、該自分岐回線に設けられた遮断器（４₅）を遮断するためのトリップ信号（Ｓ₅）を発生するトリップ信号発生回路（２０）を具備し、該トリップ信号発生回路が、負荷端母線の負荷端母線電圧（Ｖc）および前記自分岐回線を流れる線路電流（Ｉ₅）に基づいてインピーダンス（Ｚ₅）を算出し、該算出したインピーダンスに基づいて前記自回線の対向端側に設置された他の遮断器（４₃）が該自回線における事故により遮断されたと判定するとトリップ信号（Ｓ₅）を発生する手段を備えることを特徴とする。
ここで、前記トリップ信号発生回路が、前記負荷端母線電圧（Ｖc）および前記線路電流（Ｉ₅）に基づいて前記インピーダンス（Ｚ₅）を算出し、該算出したインピーダンスに基づいて前記短絡距離継電装置の動作域が１段乃至３段動作域（Ａ１〜Ａ３）のいずれであるかを判定する動作域判定回路（２１）と、該動作域判定回路から出力される判定結果出力信号（Ｖｄ₁〜Ｖｄ₃）に基づいて、前記短絡距離継電装置の動作域が引延し時間（ＤＬ）内に前記３段動作域（Ａ３）から前記２段動作域（Ａ２）に遷移したことを検出する動作域遷移検出手段（２３₃，２３₄，２５，２６）とを備えてもよい。
前記引延し時間（ＤＬ）が、前記短絡距離継電装置のリレー判定時間（Ｔ_RY）および前記遮断器の遮断器遮断時間（Ｔ_CB）の合計時間よりも長くてもよい。
前記動作域遷移検出手段が、前記動作域判定回路（２１）から入力される「前記短絡距離継電装置の動作域が前記２段動作域（Ａ２）である」ことを示す判定結果出力信号（Ｖｄ₂）の極性を反転するためのインバータ回路（２６）と、前記判定結果出力信号（Ｖｄ₂）と前記動作域判定回路（２１）から入力される「前記短絡距離継電装置の動作域が前記３段動作域（Ａ３）である」ことを示す他の判定結果出力信号（Ｖｄ₃）との論理積をとる論理積回路（２３₃）と、該論理積回路（２３₃）の出力信号の時間軸を前記引延し時間（ＤＬ）だけ伸張する引延し回路（２５）と、該引延し回路の出力信号と前記判定結果出力信号（Ｖｄ₂）との論理積をとる他の論理積回路（２３₄）とを備えてもよい。
前記動作域判定回路（２１）が、前記インピーダンス（Ｚ₅）のリアクタンス分（Ｘ₅）に基づいて前記短絡距離継電装置の動作域を判定してもよい。
前記動作域遷移検出手段が、前記インピーダンス（Ｚ₅）のリアクタンス分（Ｘ₅）が前記引延し時間（ＤＬ）内に閾値（Ｔｈ）以下になったときに前記他の遮断器（４₃）が前記自回線における事故により遮断されたと判定して前記トリップ信号（Ｓ₅）を発生し、前記閾値が、前記短絡距離継電装置の動作域が前記２段動作域（Ａ２）であるときの前記インピーダンス（Ｚ₅）のリアクタンス分（Ｘ₅）の最大値（Ｂ₂’）以上であってもよい。
前記他分岐回線（４Ｌ）の負荷端側に設置される他の短絡距離継電装置（３０₂）が、前記短絡距離継電装置（３０₁）と同じ構成を有しかつ一体に構成されていてもよい。

本発明の短絡距離継電装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）負荷端側に設置された短絡距離継電装置では、算出したインピーダンスに基づいて、対向端側に設置された遮断器が事故により遮断されたことを検出するので、対向端からの転送信号の伝送路を設ける必要がない。
（２）自回線の第２の保護区間で短絡事故が生じた場合に負荷端側に設置された遮断器を遮断する時間を大幅に短縮することができるので、分流効果の影響を低減することができる。
（３）事故継続時間も大幅に短縮するので、事故時の設備への悪影響を低減することができる。
（４）主保護継電装置を省略することも可能であるため、設備への投資コストの低減も図れる。

上記の目的を、負荷端側に設置された短絡距離継電装置が、負荷端母線の負荷端母線電圧および自分岐回線を流れる線路電流に基づいて算出したインピーダンスに基づいて、自回線の対向端側に設置された遮断器が自回線における事故により遮断されたと判定するとトリップ信号を発生することにより実現した。

以下、本発明の短絡距離継電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短絡距離継電装置である第１の負荷端短絡距離継電装置３０₁（以下、「第１の負荷端距離継電装置３０₁」と称する。）は、図１に示すように、負荷端の母線（以下、「負荷端母線」と称する。）に設けられた第３の変成器２₃から入力される負荷端母線電圧Ｖcと自分岐回線３Ｌの負荷端側に設けられた第５の変流器３₅から入力される第５の線路電流Ｉ₅とに基づいて第５のインピーダンスＺ₅（Ｚ₅＝Ｖc／Ｉ₅）を算出する。第１の負荷端距離継電装置３０₁は、算出した第５のインピーダンスＺ₅に基づいて自回線１Ｌおよび自分岐回線３Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、自分岐回線３Ｌの負荷端側に設けられた第５の遮断器４₅を遮断するための第５のトリップ信号Ｓ₅を発生する。
本発明の一実施例による短絡距離継電装置である第２の負荷端短絡距離継電装置３０₂（以下、「第２の負荷端距離継電装置３０₂」と称する。）は、第３の変成器２₃から入力される負荷端母線電圧Ｖcと他分岐回線４Ｌ（第２の負荷端距離継電装置３０₂の自分岐回線）の負荷端側に設けられた第６の変流器３₆から入力される第６の線路電流Ｉ₆とに基づいて他分岐回線４Ｌの第６のインピーダンスＺ₆（Ｚ₆＝Ｖc／Ｉ₆）を算出する。第２の負荷端距離継電装置３０₂は、算出した第６のインピーダンスＺ₆に基づいて他回線２Ｌおよび他分岐回線４Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、他分岐回線４Ｌの負荷端側に設けられた第６の遮断器４₆を遮断するための第６のトリップ信号Ｓ₆を発生する。

ここで、第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂は、上述した第１の電源端距離継電装置１１０₁と同様に、算出した第５および第６のインピーダンスＺ₅，Ｚ₆が第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂の１段乃至３段動作域Ａ１’〜Ａ３’（自回線１Ｌ並びに自分岐回線３Ｌおよび他回線２Ｌ並びに他分岐回線４Ｌの第１乃至第３の保護区間）の短絡事故発生を示した場合に第５および第６のトリップ信号Ｓ₅，Ｓ₆をそれぞれ発生する点では、図９に示した従来の第１および第２の負荷端距離継電装置１３０₁，１３０₂と同じである。
しかし、第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂は、算出した第５および第６のインピーダンスＺ₅，Ｚ₆が第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂の３段動作域Ａ３’（自回線１Ｌ並びに自分岐回線３Ｌおよび他回線２Ｌ並びに他分岐回線４Ｌの第３の保護区間）の短絡事故発生を示したのちに第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂の２段動作域Ａ２’（自回線１Ｌ並びに自分岐回線３Ｌおよび他回線２Ｌ並びに他分岐回線４Ｌの第２の保護区間）の短絡事故発生を示した場合にも第１の遅延回路を介さず第５および第６のトリップ信号Ｓ₅，Ｓ₆をそれぞれ瞬時に発生する機能を備えている点で、図９に示した従来の第１および第２の負荷端距離継電装置１３０₁，１３０₂と異なる。
すなわち、第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂は、図２に示すようなトリップ信号発生回路２０を具備する点で、従来の第１および第２の負荷端距離継電装置１３０₁，１３０₂と異なる。なお、図２に示したトリップ信号発生回路２０は、第１の負荷端距離継電装置３０₁が具備するものである。

トリップ信号発生回路２０は、図２に示すように、動作域判定回路２１と、第１および第２の遅延回路（タイマー）２２₁，２２₂と、第１乃至第５の論理積回路２３₁〜２３₅と、論理和回路２４と、引延し回路２５と、インバータ回路２６とを備える。

動作域判定回路２１は、負荷端母線電圧Ｖcを第５の線路電流Ｉ₅で割って第５のインピーダンスＺ₅（Ｚ₅＝Ｖc／Ｉ₅）を算出したのち、算出した第５のインピーダンスＺ₅に基づいて第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域を判定する。
すなわち、動作域判定回路２１は、図３に示すように、第５のインピーダンスＺ₅のリアクタンス分Ｘ₅が第１の値Ｂ₁’以下であると、「第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域が１段動作域Ａ１’である」と判定して、ハイレベルの第１の判定結果出力信号Ｖｄ₁を出力する。また、動作域判定回路２１は、第５のインピーダンスＺ₅のリアクタンス分Ｘ₅が第２の値Ｂ₂’以下であると、「第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域が２段動作域Ａ２’である」と判定して、ハイレベルの第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂を出力する。さらに、動作域判定回路２１は、第５のインピーダンスＺ₅の抵抗分Ｒ₅およびリアクタンス分Ｘ₅が図３の円内に入っていると、「第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域が３段動作域Ａ３’である」と判定して、ハイレベルの第３の判定結果出力信号Ｖｄ₃を出力する。

第１および第２の遅延回路２２₁，２２₂は、動作域判定回路２１から入力される第３の判定結果出力信号Ｖｄ₃を第２および第３の時限協調時間ＳＴ２，ＳＴ３だけそれぞれ遅延する。

第１の論理積回路２３₁は、動作域判定回路２１から入力される第１および第３の判定結果出力信号Ｖｄ₁，Ｖｄ₃の論理積をとる。
第２の論理積回路２３₂は、第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂と第１の遅延回路２２₁によって遅延された第３の判定結果出力信号Ｖｄ₃との論理積をとる。
インバータ回路２６は、動作域判定回路２１から入力される第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂の極性を反転する。
第３の論理積回路２３₃は、インバータ回路２６によって極性が反転された第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂と動作域判定回路２１から入力される第３の判定結果出力信号Ｖｄ₃との論理積をとる。
引延し回路２５は、第３の論理積回路２３₃の出力信号の時間軸を引延し時間ＤＬだけ伸張する。ここで、引延し時間ＤＬは、リレー判定時間Ｔ_RYおよび遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間よりも長い値に設定される（ＤＬ＞Ｔ_RY＋Ｔ_CB）。
第４の論理積回路２３₄は、動作域判定回路２１から入力される第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂と引延し回路２５によって時間軸が伸張された第３の論理積回路２３₃の出力信号との論理積をとる。
論理和回路２４は、第１の論理積回路２３₁の出力信号と第２の論理積回路２３₂の出力信号と第２の遅延回路２２₂の出力信号と第４の論理積回路２３₄の出力信号との論理和をとる。
第５の論理積回路２３₅は、フェールセーフ用の別の継電装置（不図示）からのＦＤリレー出力信号Ｓ_FD’と論理和回路２４の出力信号との論理積をとる。

次に、自回線１Ｌの第２の保護区間（第１の電源端距離継電装置１１０₁の２段動作域Ａ２）内である対向端至近において時刻ｔ₀に短絡事故が発生した場合のトリップ信号発生回路２０の動作について説明する。

対向端至近において時刻ｔ₀に発生した短絡事故の事故点が第１の対向端距離継電装置１２０₁の１段動作域に入っている場合には、図４（ａ）に示すように、自回線１Ｌの対向端側に設けられた第３の遮断器３₃は、第１の対向端距離継電装置１２０₁によってリレー判定時間Ｔ_RYおよび遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ）が経過した時刻ｔ₂に完全に遮断される。

また、この事故により第５のインピーダンスＺ₅が図３に点Ｐ３で示した値になった場合には、第１の負荷端距離継電装置３０₁が具備するトリップ信号発生回路２０の動作域判定回路２１（図２参照）は、負荷端母線電圧Ｖcおよび第５の線路電流Ｉ₅に基づいて算出した第５のインピーダンスＺ₅のリアクタンス分Ｘ₅が図３の円内に入りかつ第２の値Ｂ_２’よりも大きいため、「第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域が３段動作域Ａ３’である」と判定して、ハイレベルの第３の判定結果出力信号Ｖｄ₃を出力する。このとき、第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂の極性はロウレベルのままである。

ロウレベルの第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂は、インバータ回路２６によって極性が反転されてハイレベルの信号となる。
インバータ回路２６から出力されるハイレベルの第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂は、第３の論理積回路２３₃によってハイレベルの第３の判定結果出力信号Ｖｄ₃との論理積がとられる。その結果、第３の論理積回路２３₃からはハイレベルの出力信号が出力される。
ハイレベルの第３の論理積回路２３₃の出力信号は、引延し回路２５によって引延し時間ＤＬだけ時間軸が引き延ばされる。
第４の論理積回路２３₄にはハイレベルの引延し回路２５の出力信号が入力されるが、動作域判定回路２１から入力される第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂の極性はロウレベルであるため、第４の論理積回路２３₄からはロウレベルの出力信号が出力される。その結果、トリップ信号発生回路２０からは第５のトリップ信号Ｓ₅は出力されない。

その後、上述したように第３の遮断器４₃が時刻ｔ₂に第１の対向端距離継電装置１２０₁によって遮断されると、電源端の健全線である他回線２Ｌを流れる第２の線路電流Ｉ₂は他分岐回路４Ｌを経由して負荷端母線を迂回するため、第１の負荷端距離継電装置１３０₁が見る見掛上の第５のインピーダンスＺ₅のリアクタンスＸ₅は低下して、図３に点Ｐ４で示すように第１の値Ｂ₁’と第２の値Ｂ₂’との間の値となる。その結果、トリップ信号発生回路２０の動作域判定回路２１は、「第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域が２段動作域Ａ２’である」と判定して、ハイレベルの第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂を出力する。このとき、引延し回路２５の出力信号はハイレベルのままとなっているため、第４の論理積回路２３₄の出力信号はロウレベルからハイレベルとなる。その結果、ＦＤリレー出力信号Ｓ_FD’がハイレベルであると、第５の論理積回路２３₅の出力信号がロウレベルからハイレベルとなるため、第５のトリップ信号Ｓ₅がトリップ信号発生回路２０から第５の遮断器４₅に出力される。なお、第５のトリップ信号Ｓ₅は、時刻ｔ₂から第１の負荷端距離継電装置３０₁におけるリレー判定時間Ｔ_RYが経過した時刻ｔ₃にトリップ信号発生回路２０から出力される。
これにより、第５の遮断器４₅は、図４（ｂ）に実線で示すように、時刻ｔ₂からリレー判定時間Ｔ_RYおよび遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ）が経過した時刻ｔ₄に完全に遮断される。

このように第５の遮断器４₅は早く遮断されるので、第１の電源端距離継電装置１１０₁は分流効果の影響を受けることがなくなる。そのため、第１の電源端距離継電装置１１０₁のトリップ信号発生回路２２０（図６参照）は、上述した第１のインピーダンスＺ₁が図７に点Ｐ２で示した値になった場合と同様の動作を行って、第１の電源端距離継電装置１１０₁におけるリレー判定時間Ｔ_RYおよび第２の時限協調時間ＳＴ２の合計時間が経過した時刻ｔ₅に第１のトリップ信号Ｓ₁を出力する。
これにより、第１の遮断器４₁は、図４（ｃ）に示すように、リレー判定時間Ｔ_RY、第２の時限協調時間ＳＴ２および遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ＋４００ｍｓ＝４５０ｍｓ）が経過した時刻ｔ₆に完全に遮断される。
その結果、従来の第１の負荷端距離継電装置１３０₁と分流効果の対策を施されていない第１の電源端距離継電装置１１０₁とを使用した場合には、第１の遮断器４₁は図８（ｃ）に示したようにリレー判定時間Ｔ_RY、第３の時限協調時間ＳＴ３および遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ＋１．５ｓ＝１．５５ｓ）経過後の時刻ｔ₁₀に第１の電源端距離継電装置１１０₁によって遮断されたのに比べて、本実施例による第１の負荷端距離継電装置３０₁と分流効果の対策を施していない第１の電源端距離継電装置１１０₁とを使用した場合には、第１の遮断器４₁をｔ₁₀−ｔ₆＝（Ｔ_RY＋ＳＴ３＋Ｔ_CB）−（Ｔ_RY＋ＳＴ２＋Ｔ_CB）＝ＳＴ３−ＳＴ２（たとえば、１．５ｓ−４００ｍｓ＝１．１ｓ）だけ早く遮断することができる。
なお、このように第１の遮断器４₁が時刻ｔ₆に遮断された場合でも、従来の第１の負荷端距離継電装置１３０₁を用いたときには、第５の遮断器４₅が遮断される時刻は、図４（ｂ）に破線で示すように、時刻ｔ₆から第１の負荷端距離継電装置１３０₁におけるリレー判定時間Ｔ_RYおよび遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（たとえば、５０ｍｓ）経過後の時刻ｔ₈である。

以上説明したように、第１の負荷端距離継電装置３０₁のトリップ信号発生回路２０は、第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域が引延し時間ＤＬ内に３段動作域Ａ３’から２段動作域Ａ２’に遷移した場合に、自回線１Ｌの対向端側に設置された第３の遮断器４₃が自回線１Ｌにおける事故により遮断されたと判定して第５のトリップ信号Ｓ₅を発生するため、上記特許文献１記載の保護継電装置のように「第３の遮断器４₃が遮断された」旨を示す転送信号を第１の対向端距離継電装置１２０₁から第１の負荷端距離継電装置３０₁に転送する必要はない。

第２の負荷端距離継電装置３０₂においても、他回線２Ｌの第２の保護区間（第２の電源端距離継電装置１１０₂の２段動作域Ａ２）において短絡事故が発生した場合に、従来の第２の負荷端距離継電装置１３０₂に比べて第６の遮断器４₆を早く遮断することができる。

以上の説明においては、第１の対向端距離継電装置１２０₁が具備するトリップ信号発生回路２０の動作域判定回路２１は、図３に点Ｐ４で示したように第５のインピーダンスＺ₅のリアクタンスＸ₅が第２の値Ｂ₂’（第１の負荷端距離継電装置３０₁の動作域が２段動作域Ａ２’であるときのインピーダンスＺ₅のリアクタンス分Ｘ₅の最大値）以下の値となった場合に第５のトリップ信号Ｓ₅を発生したが、図３に破線で示すように第２の値Ｂ₂’よりも大きい閾値Ｔｈを設定し、第５のインピーダンスＺ₅のリアクタンスＸ₅が閾値Ｔｈ以下となった場合に第５のトリップ信号Ｓ₅を発生するようにしてもよい。
この場合には、動作域判定回路２１に、負荷端母線電圧Ｖcおよび第５の線路電流Ｉ₅に基づいて算出した第５のインピーダンスＺ₅のリアクタンスＸ₅が閾値Ｔｈ以下となったときにハイレベルの第４の判定結果出力信号を出力する手段を備えるとともに、第２の判定結果出力信号Ｖｄ₂の代わりに第４の判定結果出力信号をインバータ回路２６および第４の論理積回路２３₄に入力すればよい。

また、第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂を個々に構成したが、一体に構成してもよい。

本発明の一実施例による短絡距離継電装置である第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂について説明するための図である。 図１に示した第１および第２の負荷端距離継電装置３０₁，３０₂が具備するトリップ信号発生回路２０の構成を示す図である。 図２に示したトリップ信号発生回路２０の動作を説明するための図である。 図２に示したトリップ信号発生回路２０の動作を説明するための図である。 ３段階距離リレー方式において使用される短絡距離継電装置の動作を説明するための図である。 図５に示した第１の電源端距離継電装置１１０₁が具備するトリップ信号発生回路２２０の構成を示す図である。 図６に示したトリップ信号発生回路２２０の動作を説明するための図である。 図６に示したトリップ信号発生回路２２０の動作を説明するための図である。 自回線１Ｌおよび他回線２Ｌから分岐された自分岐回線３Ｌおよび他分岐回線４Ｌがある場合の分流効果による電源端から事故点までのインピーダンスＺ_Aの増加を説明するための図である。 自回線１Ｌおよび他回線２Ｌから分岐された自分岐回線３Ｌおよび他分岐回線４Ｌがある場合の分流効果による電源端から事故点までのインピーダンスＺ_Aの増加を説明するための図である。

符号の説明

１ 電源
２₁〜２₃ 第１乃至第３の変成器
３₁〜３₆ 第１乃至第６の変流器
４₁〜４₆ 第１乃至第６の遮断器
２０，２２０ トリップ信号発生回路
２１，２２１ 動作域判定回路
２２₁，２２₂，２２２₁，２２２₂ 第１および第２の遅延回路
２３₁〜２３₅ 第１乃至第５の論理積回路
２４，２２４ 論理和回路
２５ 引延し回路
２６ インバータ回路
３０₁，３０₂，１３０₁，１３０₂ 第１および第２の負荷端距離継電装置
１１０₁，１１０₂ 第１および第２の電源端距離継電装置
１２０₁，１２０₂ 第１および第２の対向端距離継電装置
２２３₁〜２２３₃ 第１乃至第３の論理積回路
１Ｌ 自回線
２Ｌ 他回線
３Ｌ 自分岐回線
４Ｌ 他分岐回線
Ｖa 母線電圧
Ｖb 対向端母線電圧
Ｖc 負荷端母線電圧
Ｉ₁〜Ｉ₆ 第１乃至第６の線路電流
Ｉ_m，Ｉ_n 電流
Ｚ₁〜Ｚ₆ 第１乃至第６のインピーダンス
Ｚ_A，Ｚ１，Ｚ２ インピーダンス
Ｚ₁’ 見掛上のインピーダンス
Ｒ₁〜Ｒ₆ 抵抗分
Ｘ₁〜Ｘ₆ リアクタンス分
Ｘ₁’ 見掛上のリアクタンス分
Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ１’，Ａ２’，Ａ３’ １段乃至３段動作域
Ｂ₁，Ｂ₂，Ｂ₁’，Ｂ₂’ 第１および第２の値
Ｓ₁〜Ｓ₆ 第１乃至第６のトリップ信号
Ｓ_FD，Ｓ_FD’ ＦＤリレー出力信号
Ｖｄ₁〜Ｖｄ₃，ＶＤ₁〜ＶＤ₃ 第１乃至第３の判定結果出力信号
ＳＴ１〜ＳＴ３ 第１乃至第３の時限協調時間
ｔ₀〜ｔ₁₀ 時刻
Ｔ_RY リレー判定時間
Ｔ_CB 遮断器遮断時間
Ｐ１〜Ｐ４ 点

Claims (7)

1. 母線から分岐された平衡２回線送電線を構成する自回線（１Ｌ）および他回線（２Ｌ）から分岐された自分岐回線（３Ｌ）および他分岐回線（４Ｌ）の負荷端側に設置される短絡距離継電装置（３０₁）であって、
   該短絡距離継電装置の保護区間送電線である前記自回線および前記自分岐回線における事故発生を検出すると、該自分岐回線に設けられた遮断器（４₅）を遮断するためのトリップ信号（Ｓ₅）を発生するトリップ信号発生回路（２０）を具備し、
   該トリップ信号発生回路が、負荷端母線の負荷端母線電圧（Ｖc）および前記自分岐回線を流れる線路電流（Ｉ₅）に基づいてインピーダンス（Ｚ₅）を算出し、該算出したインピーダンスに基づいて前記自回線の対向端側に設置された他の遮断器（４₃）が該自回線における事故により遮断されたと判定するとトリップ信号（Ｓ₅）を発生する手段を備える、
   ことを特徴とする、短絡距離継電装置。
2. 前記トリップ信号発生回路が、
   前記負荷端母線電圧（Ｖc）および前記線路電流（Ｉ₅）に基づいて前記インピーダンス（Ｚ₅）を算出し、該算出したインピーダンスに基づいて前記短絡距離継電装置の動作域が１段乃至３段動作域（Ａ１〜Ａ３）のいずれであるかを判定する動作域判定回路（２１）と、
   該動作域判定回路から出力される判定結果出力信号（Ｖｄ₁〜Ｖｄ₃）に基づいて、前記短絡距離継電装置の動作域が引延し時間（ＤＬ）内に前記３段動作域（Ａ３）から前記２段動作域（Ａ２）に遷移したことを検出する動作域遷移検出手段（２３₃，２３₄，２５，２６）と、
   を備えることを特徴とする、請求項１記載の短絡距離継電装置。
3. 前記引延し時間（ＤＬ）が、前記短絡距離継電装置のリレー判定時間（Ｔ_RY）および前記遮断器の遮断器遮断時間（Ｔ_CB）の合計時間よりも長いことを特徴とする、請求項１または２記載の短絡距離継電装置。
4. 前記動作域遷移検出手段が、
   前記動作域判定回路（２１）から入力される「前記短絡距離継電装置の動作域が前記２段動作域（Ａ２）である」ことを示す判定結果出力信号（Ｖｄ₂）の極性を反転するためのインバータ回路（２６）と、
   前記判定結果出力信号（Ｖｄ₂）と前記動作域判定回路（２１）から入力される「前記短絡距離継電装置の動作域が前記３段動作域（Ａ３）である」ことを示す他の判定結果出力信号（Ｖｄ₃）との論理積をとる論理積回路（２３₃）と、
   該論理積回路（２３₃）の出力信号の時間軸を前記引延し時間（ＤＬ）だけ伸張する引延し回路（２５）と、
   該引延し回路の出力信号と前記判定結果出力信号（Ｖｄ₂）との論理積をとる他の論理積回路（２３₄）と、
   を備えることを特徴とする、請求項２または３記載の短絡距離継電装置。
5. 前記動作域判定回路（２１）が、前記インピーダンス（Ｚ₅）のリアクタンス分（Ｘ₅）に基づいて前記短絡距離継電装置の動作域を判定することを特徴とする、請求項１乃至４いずれかに記載の短絡距離継電装置。
6. 前記動作域遷移検出手段が、前記インピーダンス（Ｚ₅）のリアクタンス分（Ｘ₅）が前記引延し時間（ＤＬ）内に閾値（Ｔｈ）以下になったときに前記他の遮断器（４₃）が前記自回線における事故により遮断されたと判定して前記トリップ信号（Ｓ₅）を発生し、
   前記閾値が、前記短絡距離継電装置の動作域が前記２段動作域（Ａ２）であるときの前記インピーダンス（Ｚ₅）のリアクタンス分（Ｘ₅）の最大値（Ｂ₂’）以上である、
   ことを特徴とする、請求項２乃至５いずれかに記載の短絡距離継電装置。
7. 前記他分岐回線（４Ｌ）の負荷端側に設置される他の短絡距離継電装置（３０₂）が、前記短絡距離継電装置（３０₁）と同じ構成を有しかつ一体に構成されていることを特徴とする、請求項１乃至６いずれかに記載の短絡距離継電装置。