JP2010183745A - 短絡保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高価な計器用変圧器を設置する必要なく送配電線の短絡保護を行うことができる短絡保護装置を提供する。
【解決手段】短絡保護装置１０は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル７_R，７_S，７_Tを介して電力が供給されている母線１から分岐された第１および第２の送配電線２₁，２₂の各相に設置された変流器４_1R，４_1S，４_1T，４_2R，４_2S，４_2Tからそれぞれ入力される各相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1，Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2と、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル７_R，７_S，７_TのＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSとに基づいて、第１および第２の送配電線２₁，２₂における短絡事故発生の有無を検出するとともに短絡事故があった事故回線を特定する短絡事故判定回路１２および事故回線特定回路１３を具備する。
【選択図】図２

Description

本発明は、短絡保護装置に関し、特に、電力ケーブルを介して電力が供給されている母線から分岐された複数の送配電線の短絡保護に好適な短絡保護装置に関する。

従来、送配電線の短絡保護は、過電流要素のみまたは過電流要素および方向要素の両方により行われている。
たとえば、下記の特許文献１に開示されている短絡方向継電器では、入力電流と入力電圧との位相差を検出する方向要素と、入力電流の大きさを検出する過電流要素と、これら両要素により検出された位相差および電流の大きさから短絡事故の有無を判定し、「短絡事故有り」と判定されると保護動作出力を送出する判定部と、この判定部によって短絡事故が発生していると判定されたことを条件に入力電流から短絡事故電流の大きさを検出して短絡事故が継続しているか否かを判定し、事故継続していると判定されると保護動作出力を送出する事故継続検出手段と、判定部および事故継続検出手段から出力される保護動作出力を電力系統上の他の保護継電器との保護協調に必要な時限後に送出する時限装置とを備えることにより、保護協調上必要な時間だけ継続して事故の検出および保護動作出力を送出可能にしている。

なお、送配電線の地絡保護に関しては、電圧要素を用いなくても確実に事故回線を遮断する手法がある。
たとえば、下記の特許文献２に開示されている地絡回線選択保護継電装置では、電流検出器で検出された線路零相電流および中性点零相電流の比が１／回線数よりも大きいか否かを判定し、比が１／回線数よりも大きい場合に地絡事故発生と判定し遮断信号を判遮断器に供給して事故回線を母線から分離することにより、地絡事故時における事故点抵抗の大小にかかわらず確実に事故回線を遮断することができるようにしている。

また、下記の特許文献３に開示されている微地絡検出装置では、負荷機器が絶縁劣化して微地絡電流が主回路ケーブルに流れると、接地型変流器の２次側には主回路ケーブルの対地充電電流の不平衡分電流に微地絡電流が重畳した電流が流れるのに対して、シースアース線に設けられた接地型変流器では主回路ケーブルの対地充電電流の不平衡分電流のみが検出される結果、２つの接地型変流器の検出出力が比較判定装置で減算され、負荷機器の絶縁劣化に起因する微地絡電流のみが検出される構成を採用することにより、非接地系電源系統の配電線に接続される負荷機器などの絶縁劣化状態を高感度に検出することができるようにしている。
特開２０００−９２６９３号公報 特開平５−３２８５８８号公報 特開平５−０７６１３１号公報

しかしながら、従来の送配電線の短絡保護では、上記の特許文献１に開示されている短絡方向継電器のように過電流要素および方向要素の両方を用いて短絡事故の有無を判定するので、電圧要素（上記の特許文献１に開示されている短絡方向継電器における入力電圧）を取り込むための高価な計器用変圧器（ＰＴ）を設置する必要があるという問題があった。
また、従来の送配電線の地絡保護では、上記の特許文献２に開示されている地絡回線選択保護継電装置のように電圧要素を用いずに地絡事故の有無を判定することはできるが、送配電線の短絡事故時には中性点抵抗器（ＮＧＲ）には電流が流れないので、このような手法を送配電線の短絡保護に適用することはできない。
さらに、上記の特許文献３に開示されている微地絡検出装置では、シースアース線に設けられた接地型変流器は主回路ケーブルの対地充電電流の不平衡分電流のみを検出するためのものであり、送配電線の短絡保護に適用することにはできない。

本発明の目的は、高価な計器用変圧器を設置する必要なく送配電線の短絡保護を行うことができる短絡保護装置を提供することにある。

本発明の短絡保護装置は、各相電力ケーブルを介して電力が供給されている母線から分岐された送配電線を短絡事故から保護するための短絡保護装置であって、前記送配電線の各相に設置された変流器からそれぞれ入力される各相短絡電流と、前記各相電力ケーブルの各相シース電流とに基づいて、前記送配電線における短絡事故の有無を判定する判定手段を具備することを特徴とする。
ここで、前記短絡保護装置が、前記送配電線の短絡保護を過電流要素および方向要素の両方により行う短絡保護継電器であってもよい。
また、本発明の短絡保護装置は、各相電力ケーブル（７_R，７_S，７_T）を介して電力が供給されている母線（１）から分岐された複数の送配電線（２₁，２₂）を短絡事故から保護するための短絡保護装置（１０）であって、前記複数の送配電線の各相に設置された変流器（４_1R，４_1S，４_1T，４_2R，４_2S，４_2T）からそれぞれ入力される各相短絡電流（Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1，Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2）と、前記各相電力ケーブルの各相シース電流（Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TS）とに基づいて、前記送配電線における短絡事故の有無を検出するとともに短絡事故があった事故回線を特定する短絡事故検出手段（１２，１３）を具備することを特徴とする。
ここで、前記短絡事故検出手段が、前記各相短絡電流に基づいて前記複数の送配電線に短絡事故が発生したと判定する短絡事故判定手段（１２）と、前記各相シース電流および前記各相短絡電流の位相に基づいて事故回線を特定する事故回線特定手段（１３）とを備えてもよい。
前記短絡事故判定手段によって前記複数の送配電線に短絡事故が発生したと判定されたことを条件に、前記複数の送配電線のうち前記事故回線特定手段によって事故回線として特定された送配電線の各相に設置されている遮断器（３_1R，３_1S，３_1T，３_2R，３_2S，３_2T）を一括遮断するためのトリップ信号（ＴＲ）を生成するリレー出力手段（１４）をさらに具備してもよい。
前記各相シース電流を検出するためのシース電流検出用変流器（２０₁〜２０₃）が、該各相電力ケーブルの金属シースを接地する接地線にそれぞれ設置されていてもよい。

本発明の短絡保護装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）母線電圧などの電圧要素の代わりに、母線に電力を供給している各相電力ケーブルの各相シース電流を用いるので、電圧要素を取り込むための高価な計器用変圧器を設置する必要がない。
（２）計器用変圧器を設置する必要がないため高圧接触部をなくすことができるので、作業の安全性を向上させることができる。

上記の目的を、母線に電力を供給している各相電力ケーブルの各相シース電流を電圧要素の代わりに用いて送配電線における短絡事故を検出することにより実現した。

以下、本発明の短絡保護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保護装置１０は、図１に示すように、母線１から分岐された第１の送配電線２₁のＲ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ設置された第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相変流器４_1R，４_1S，４_1Tからそれぞれ入力される第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1と、母線１から分岐された第２の送配電線２₂のＲ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ設置された第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相変流器４_2R，４_2S，４_2Tからそれぞれ入力される第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2と、母線１に電力を供給するＲ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル７_R，７_S，７_Tの各相シース電流（すなわち、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル７_R，７_S，７_Tの金属シースを接地する接地線にそれぞれ設置された第１乃至第３のシース電流検出用変流器２０₁〜２０₃からそれぞれ入力されるＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TS）とに基づいて、第１および第２の送配電線２₁，２₂に発生した短絡事故を検出するとともに、短絡事故が発生した事故回線を特定し、特定した事故回線（第１または第２の送配電線２₁，２₂）のＲ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ設置された遮断器（第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器３_1R，３_1S，３_1Tまたは第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器３_2R，３_2S，３_2T）を一括遮断する。

短絡保護装置１０は、図２に示すように、リレー入力回路１１と、短絡事故判定回路１２と、事故回線特定回路１３と、リレー出力回路１４と、整定回路１５と、整定指令入出力回路１６と、伝送制御回路１７とを具備する。

リレー入力回路１１は、入力変換器、バンドパスフィルタ、サンプリングホールド回路、マルチプレクサ回路およびアナログ／ディジタル変換器を備え、第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相変流器４_1R，４_1S，４_1Tからそれぞれ入力される第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1、第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相変流器４_2R，４_2S，４_2Tからそれぞれ入力される第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2並びに第１乃至第３のシース電流検出用変流器２０₁〜２０₃からそれぞれ入力されるＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSを、短絡事故判定回路１２および事故回線特定回路１３における処理を行うためのディジタルデータに変換する。

短絡事故判定回路１２は、リレー入力回路１１から入力されるディジタルデータに変換された第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1並びに第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2に基づいて短絡事故が発生したと判定すると、短絡事故発生信号をリレー出力回路１４に出力する。

すなわち、短絡事故判定回路１２は、短絡事故が発生すると事故相（短絡事故が発生した送配電線の相）の短絡電流が増加するため、第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1並びに第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2の電流値（または、電流変化量）が電流整定値以上になると第１および第２の送配電線２₁，２₂に短絡事故が発生したと判定して、短絡事故発生信号をリレー出力回路１４に出力する。

事故回線特定回路１３は、リレー入力回路１１から入力されるディジタルデータに変換された第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1、第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2並びにＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSに基づいて事故回線（第１または第２の送配電線２₁，２₂）を特定し、特定した事故回線を示す事故回線特定信号をリレー出力回路１４に出力する。

すなわち、事故回線特定回路１３は、短絡電流が進み相から遅れ相に向かって流れることから遅れ相側の短絡電流の向きが反転すること、および、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSが母線１のＲ相、Ｓ相およびＴ相の電圧（以下、「Ｒ相母線電圧Ｖ_R、Ｓ相母線電圧Ｖ_SおよびＴ相母線電圧Ｖ_T」と称する。）に対して９０°だけ位相が進んだ波形をしていること（すなわち、θ（Ｉ_RS）＝θ（Ｖ_R）＋９０°、θ（Ｉ_SS）＝θ（Ｖ_S）＋９０°、θ（Ｉ_TS）＝θ（Ｖ_T）＋９０°）に着目して、Ｒ相母線電圧Ｖ_R、Ｓ相母線電圧Ｖ_SおよびＴ相母線電圧Ｖ_T（電圧要素）の代わりにＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSを用いて第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1並びに第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2の位相（または、第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1並びに第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2の電流変化ベクトルの位相）を求め、求めた位相と位相整定値とを比較して、事故回線を特定する。

なお、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSは、短絡事故が発生しても１／２程度しか減少しないので、Ｒ相母線電圧Ｖ_R、Ｓ相母線電圧Ｖ_SおよびＴ相母線電圧Ｖ_Tの代わりにＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSを用いても事故回線を特定することができる。

リレー出力回路１４は、短絡事故判定回路１２から短絡事故発生信号が入力されるとともに事故回線特定回路１３から事故回線特定信号が入力されると、事故回線のＲ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ設置された遮断器を一括遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成する。

すなわち、リレー出力回路１４は、短絡事故判定回路１２から短絡事故発生信号が入力されたことを条件として、第１の送配電線２₁を事故回線として特定する事故回線特定信号が入力されると第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器３_1R，３_1S，３_1T（図１参照）を一括遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成し、また、第２の送配電線２₂を事故回線として特定する事故回線特定信号が入力されると第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器３_2R，３_2S，３_2T（図１参照）を一括遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成する。

整定回路１５は、伝送制御回路１７および整定指令入出力回路１６を介して外部から受け取った整定指令信号に基づいて、短絡事故判定回路１２の電流整定値および事故回線特定回路１３の位相整定値を定める整定処理を行う。

次に、図１に示した第１の送配電線２₁においてＲ相−Ｓ相間の短絡事故が発生したときの短絡保護装置１０の動作について、図３を参照して説明する。
第１の送配電線２₁においてＲ相−Ｓ相間の短絡事故が発生すると、図３に破線の矢印で示すように、第１の送配電線２₁のＲ相およびＳ相に第１のＲ相短絡電流Ｉ_FR1および第１のＳ相短絡電流Ｉ_FS1がそれぞれ流れる。このとき、第１のＲ相短絡電流Ｉ_FR1は内部方向（母線１から第１の送配電線２₁の末端への方向）に流れ、第１のＳ相短絡電流Ｉ_FS1は外部方向（第１の送配電線２₁の末端から母線１への方向）に流れる。

短絡保護装置１０の短絡事故判定回路１２は、第１のＲ相短絡電流Ｉ_FR1および第１のＳ相短絡電流Ｉ_FS1の電流値が電流整定値以上になると、短絡事故が発生したと判定して、短絡事故発生信号をリレー出力回路１４に出力する。

また、事故回線特定回路１３は、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSを用いて第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1並びに第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2の位相を求め、求めた位相と位相整定値とを比較する。この例の場合には、第１のＳ相短絡電流Ｉ_FS1の位相が位相整定値内に入らないため、事故回線特定回路１３は、第１の送電線２₁において短絡事故が発生したと判定して、第１の送電線２₁を事故回線と特定した旨を示す事故回線特定信号をリレー出力回路１４に出力する。

リレー出力回路１４は、短絡事故判定回路１２から短絡事故発生信号が入力されるとともに、事故回線特定回路１３から第１の送電線２₁を事故回線と特定した旨を示す事故回線特定信号が入力されると、第１の送電線２₁のＲ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ設置された第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器３_1R，３_1S，３_1Tを一括遮断するためのトリップ信号ＴＲを生成する。
これにより、第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器３_1R，３_1S，３_1Tが一括遮断されて、第１の送電線２₁が母線１から切り離される。

以上の説明では、母線１から第１および第２の送配電線２₁，２₂が分岐されている電力系統を例として説明したが、母線１から分岐されている送配電線の本数は３本以上であってもよい。

また、母線１から第１および第２の送配電線２₁，２₂が分岐されている電力系統を短絡事故から保護するための短絡保護装置１０について説明したが、たとえば短絡方向継電器、距離継電器および回線選択継電器などにおいても、Ｒ相母線電圧Ｖ_R、Ｓ相母線電圧Ｖ_SおよびＴ相母線電圧Ｖ_Tの代わりにＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSを用いることにより、同様にして、短絡事故から送配電線を保護することができる。なお、この場合には、図２に示した短絡事故判定回路１２および事故回線特定回路１３の代わりに、送配電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相に設置されたＲ相、Ｓ相およびＴ相変流器からそれぞれ入力されるＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流Ｉ_FR，Ｉ_FS，Ｉ_FTを電流要素にするとともに第１乃至第３のシース電流検出用変流器２０₁〜２０₃からそれぞれ入力されＲ相、Ｓ相およびＴ相シース電流Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TSを電圧要素の代わりとして短絡事故の有無を判定する判定回路を使用すればよい。

本発明の一実施例による短絡保護装置１０について説明するための図である。 図１に示した短絡保護装置１０の構成を示すブロック図である。 図１に示した第１の送配電線２₁においてＲ相−Ｓ相間の短絡事故が発生したときの短絡保護装置１０の動作について説明するための図である。

１ 母線
２₁，２₂ 第１および第２の送配電線
３_1R，３_1S，３_1T 第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器
３_2R，３_2S，３_2T 第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相遮断器
４_1R，４_1S，４_1T 第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相変流器
４_2R，４_2S，４_2T 第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相変流器
７_R，７_S，７_T Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電力ケーブル
１０ 短絡保護装置
１１ リレー入力回路
１２ 短絡事故判定回路
１３ 事故回線特定回路
１４ リレー出力回路
１５ 整定回路
１６ 整定指令入出力回路
１７ 伝送制御回路
２０₁〜２０₃ 第１乃至第３のシース電流検出用変流器
Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1 第１のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流
Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2 第２のＲ相、Ｓ相およびＴ相短絡電流
Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TS Ｒ相、Ｓ相およびＴ相シース電流
Ｖ_R，Ｖ_S，Ｖ_T Ｒ相、Ｓ相およびＴ相母線電圧
ＴＲ トリップ信号

Claims (6)

1. 各相電力ケーブルを介して電力が供給されている母線から分岐された送配電線を短絡事故から保護するための短絡保護装置であって、
   前記送配電線の各相に設置された変流器からそれぞれ入力される各相短絡電流と、前記各相電力ケーブルの各相シース電流とに基づいて、前記送配電線における短絡事故の有無を判定する判定手段を具備することを特徴とする、短絡保護装置。
2. 前記短絡保護装置が、前記送配電線の短絡保護を過電流要素および方向要素の両方により行う短絡保護継電器であることを特徴とする、請求項１記載の短絡保護装置。
3. 各相電力ケーブル（７_R，７_S，７_T）を介して電力が供給されている母線（１）から分岐された複数の送配電線（２₁，２₂）を短絡事故から保護するための短絡保護装置（１０）であって、
   前記複数の送配電線の各相に設置された変流器（４_1R，４_1S，４_1T，４_2R，４_2S，４_2T）からそれぞれ入力される各相短絡電流（Ｉ_FR1，Ｉ_FS1，Ｉ_FT1，Ｉ_FR2，Ｉ_FS2，Ｉ_FT2）と、前記各相電力ケーブルの各相シース電流（Ｉ_RS，Ｉ_SS，Ｉ_TS）とに基づいて、前記送配電線における短絡事故の有無を検出するとともに短絡事故があった事故回線を特定する短絡事故検出手段（１２，１３）を具備することを特徴とする、短絡保護装置。
4. 前記短絡事故検出手段が、
   前記各相短絡電流に基づいて前記複数の送配電線に短絡事故が発生したと判定する短絡事故判定手段（１２）と、
   前記各相シース電流および前記各相短絡電流の位相に基づいて事故回線を特定する事故回線特定手段（１３）と、
   を備えることを特徴とする、請求項３記載の短絡保護装置。
5. 前記短絡事故判定手段によって前記複数の送配電線に短絡事故が発生したと判定されたことを条件に、前記複数の送配電線のうち前記事故回線特定手段によって事故回線として特定された送配電線の各相に設置されている遮断器（３_1R，３_1S，３_1T，３_2R，３_2S，３_2T）を一括遮断するためのトリップ信号（ＴＲ）を生成するリレー出力手段（１４）をさらに具備することを特徴とする、請求項４記載の短絡保護装置。
6. 前記各相シース電流を検出するためのシース電流検出用変流器（２０₁〜２０₃）が、該各相電力ケーブルの金属シースを接地する接地線にそれぞれ設置されていることを特徴とする、請求項１乃至５記載の短絡保護装置。