JP2010206981A

JP2010206981A - デジタル保護継電装置

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Publication number: JP2010206981A
Application number: JP2009050894A
Authority: JP
Inventors: Daiki Itagaki; 大樹板垣; Yuji Minami; 裕二南; Tatsuya Kano; 達弥狩野; Yukihiko Maede; 幸彦前出
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2010-09-16

Abstract

【課題】マルチプレクサの不具合を原因とした保護リレー装置による不要な遮断を行わないデジタル保護継電装置を提供する。
【解決手段】電力系統の電気量を導入する複数の入力変換部１と、各入力変換部１からの出力を導入する複数のフィルタ２と、各フィルタ２の出力を各チャンネルに入力するマルチプレクサ３を備える。マルチプレクサ３は、入力するチャンネルごとにアドレスを付与し、そのアドレスを適宜選択し、選択したアドレスに対応する入力チャンネルの信号を出力する。Ａ／Ｄ変換部４により、マルチプレクサ３の出力をデジタルデータに変換し、変換後のデータを用いて保護リレー演算を行う保護リレー演算部５を備える。マルチプレクサ３に、異なる値の基準電圧１０ａ，１１ａを被選択入力として加えて、他の入力と同様に変換し、変換後の基準電圧１０ａ，１１ａが所定の範囲内にある場合に、前記保護リレー演算部より保護出力を送出する。
【選択図】図１

Description

本発明は電力系統の電気量を取得し、その電気量を用いて所定の保護継電演算を行うことにより電力系統を保護するデジタル形の保護継電装置に関する。

デジタル保護継電装置を構成するマルチプレクサのチャンネル指定及びチャンネル選択回路の不具合を原因として、保護リレー装置の不要な遮断を行わないようにするデジタル保護継電装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

このような従来技術の一例を図３を用いて説明する。図３において、１は、電力系統ＰＳからの系統電気量を電子回路で扱えるレベルに変換する入力変換部である。系統電気量（電流Ｉ、電圧Ｖ）は入力変換部１を介して導入される。そして、各々主検出リレー（以下、メインリレー（Ｍ）と呼ぶ）と事故検出リレー（以下、ＦＤリレーと呼ぶ）の入力として分離される。２は、入力変換部１で変換した電力の高周波成分を除去するためのアナログフィルタである。

３ａ，３ｂは、マルチプレクサ（ＭＰＸ）である。このマルチプレクサ３ａ，３ｂは、入力チャンネルごとに付与されたアドレスを適宜選択して、選択したアドレスに対応する入力チャンネルを出力する選択手段である。すなわち、マルチプレクサ３ａ，３ｂは、アナログフィルタ２で高周波成分を除去した電気量をマルチプレクサ３ａ，３ｂが備える各チャンネルに入力する。そして、マルチプレクサ３ａ，３ｂの各チャンネルに対応するアドレスを付与し、このアドレスにより各チャンネルを順次選択して、対応するチャンネルの入力を出力する。４は、マルチプレクサ３の出力を所定のサンプリング周期毎にデジタル量に変換するＡ／Ｄ変換部である。５は、前記Ａ／Ｄ変換部４での結果に基づいて、保護演算を行う演算部である。すなわち、この演算部５ではリレー用演算、例えばメインリレー用過電流要素演算とＦＤリレー用過電流要素演算を行ない、各々メインリレー用出力信号と、ＦＤリレー用出力信号を出力し、同時に出力が送出されると最終的な遮断出力となる。６は、マルチプレクサ３ａ，３ｂに入力する所定の値の監視用の基準電圧である。

このような、デジタル保護継電装置では、マルチプレクサ３ａ，３ｂの入力チャンネルの１つに監視用の基準電圧６を加え、他の入力チャンネルと同様にＡ／Ｄ変換し、演算部５にて、マルチプレクサ３ａ，３ｂに入力する全てのチャンネルが所定のレベルであるか否かを監視する。マルチプレクサ３ａ，３ｂが、監視用の基準電圧６が入力されるチャンネルを選択時に異常が判明した場合、演算部５は、回路に不具合があると判定して、保護出力を送出しない。また、マルチプレクサ３ａ，３ｂにおいて、前記監視用の基準電圧６を異なる入力チャンネルに加えて監視を行うことにより、例えば常時片方のマルチプレクサの入力チャンネルのみ出力される不具合や１つのチャンネルのみから出力される不具合を検出する。

また、他の従来技術として、複数のマルチプレクサとマルチプレクサの出力の切替スイッチを有するデジタル保護継電装置において、全てのマルチプレクサの不具合をチェックするデジタル保護継電装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。このような、デジタル保護継電装置では、複数のマルチプレクサを直列に接続し、１番目のマルチプレクサのチャンネルに既知の監視用の基準電圧を印加し、１番目のマルチプレクサからの出力を２番目のマルチプレクサのチャンネルに印加し、２番目のマルチプレクサからの出力を３番目のマルチプレクサのチャンネルに印加する。そして、最後に入力された３番目のマルチプレクサから出力される電圧が、所定の範囲にあるか否かによって、マルチプレクサを含めたアナログ入力部の不具合をチェックする。

特開平９-２６１８４０号公報特開平８-９８３９０号公報

しかしながら、特許文献１の発明においては、複数のマルチプレクサが使用される場合を想定している。従って、マルチプレクサが１個である場合に、マルチプレクサの監視用の基準電圧が入力するチャンネルのみ選択される不具合が起きた場合は、常に監視用電圧がＡ／Ｄ変換されるため、異常が発見できないという問題点があった。

さらに、図３の構成では、アドレス信号のうち一部のみ異常となった場合に、異常が検出できない場合がある。例えば、アドレス線が３ビットであるとすると、マルチプレクサ３ａの監視用の基準電圧の入力チャンネルは、ＣＨ３のためアドレス０１１で選択される。また、マルチプレクサ３ｂの監視用の基準電圧の入力チャンネルはＣＨ５のためアドレス１０１で選択される。ここでアドレスの最下位ビットが１に固定されたとすると、ＣＨ２やＣＨ４など偶数のチャンネルについてマルチプレクサで選択できなくなり、電力系統からの電気量を入力できなくなり正しい保護動作ができなくなる。一方、監視用の基準電圧の入力チャンネルについてはアドレスの最下位が１のため選択可能であり、通常通りＡ／Ｄ変換されるため不具合が発見できない。

また、特許文献２においても、監視用の基準電圧が入力するチャンネルのみ選択される不具合に対して、その不具合を検出できない問題点がある。

本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、マルチプレクサに複数の異なる値の基準電圧を入力することにより、マルチプレクサの切替選択時の不具合を確実に検出し、マルチプレクサの切替選択時の不具合を原因とした保護リレー装置による不要な遮断を行わないようにしたデジタル保護継電装置を提供することである。

前記の目的を達成するために、本発明のデジタル保護継電装置は、電力系統の電気量を導入する複数の入力変換部と、前記各入力変換部からの出力を導入する複数のフィルタと、前記各フィルタの出力を各チャンネルに入力し、そのチャンネルごとに付与されたアドレスを適宜選択して、選択したアドレスに対応する入力チャンネルを出力する選択手段と、前記選択手段の出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、前記変換後のデジタルデータを用いて所定の保護リレー演算を行う保護リレー演算部とを備え、前記選択手段に、複数の基準電圧を被選択入力として加えて、他の入力と同様に変換し、変換後の前記基準電圧の値が所定の範囲内にある場合に、前記保護リレー演算部より保護出力を送出することを特徴とする。

なお、前記選択手段に入力する前記基準電圧が異なる値であること、前記選択手段において、前記複数の基準電圧に付与される前記アドレスが、互いに反転した複数のビットより構成されること及び隣り合うビットの値が異なるように構成することにより、基準電圧のアドレスの値が正常であるかを判定することも本発明の一形態である。

本発明によれば、マルチプレクサの切替選択に不具合が生じた場合には、基準電圧が出力されないか、いずれかしか出力されなくなる。すなわち、演算部において、マルチプレクサから出力される、基準電圧の値を監視することで、常に１つのチャンネルのみを読み込むような不具合を含めたマルチプレクサの切替選択の時の不具合を検出することができる。

本発明の実施例１の構成を示すブロック図本発明の実施例４の構成を示すブロック図従来技術の構成を示すブロック図

以下、本発明に係るデジタル保護継電器の実施例を図面を参照して説明する。各実施例で同一または類似の構成部分には、共通の符号を付し、重複する説明は省略する。

［１．構成］
図１は、本発明に係る実施例１のデジタル保護継電器の構成を示すブロック図である。図１の１０ａ，１１ａは、マルチプレクサ３ａに入力する互いに異なる値の基準電圧である。基準電圧１０ａ，１１ａは、アナログフィルタ２ａからの出力と同様に、マルチプレクサ３ａの入力チャンネルに入力する。その入力チャンネルには、対応するアドレスを付与される。

１２ａは、マルチプレクサ３ａに入力する選択アドレス信号である。マルチプレクサ３ａは、選択アドレス信号１２ａとこの信号のアドレスと対応するアドレスを付せられた入力チャンネルを選択する。１３ａは、マルチプレクサ３ａに入力するイネーブル信号であり、これによりマルチプレクサ３ａが選択した入力チャンネルに入力する信号をマルチプレクサ３ａから出力するか否かを決定する。

保護継電装置を構成するには、この他にデジタル入出力手段などが必要であるが、公知の技術であり、かつ本発明の特徴とは直接関係しないので記載を省略する。また、実施例１では、基準電圧は２個記載しているが、これ以外の個数で構成することも可能である。

［２．作用］
以上の構成を有する本実施例によれば、マルチプレクサ３ａからの出力を演算部５において保護演算を行う。この保護演算より、マルチプレクサ３ａの切替選択において発生した不具合を検出することができる。

まず、マルチプレクサ３ａは、入力される選択アドレス信号１２ａに従い、入力チャネルに入力されるアナログフィルタ２ａで高周波成分を除去した電気量を順次選択出力する。このとき、マルチプレクサ３ａの被選択入力チャンネルに監視用の基準電圧１０ａ，１１ａを入力し、この監視用の基準電圧１０ａ，１１ａが入力する入力チャンネルも他の入力チャンネルと同様に出力する。

次に、演算部５において、マルチプレクサ３ａから出力されるメインリレーデータ、ＦＤリレーデータと監視用の基準電圧１０ａ，１１ａを読み込む。そして、読み込んだ基準電圧１０ａ，１１ａの値が正常か否かを判定する。すなわち、演算部５で読み込んだ基準電圧１０ａの値と、演算部５に記憶している正常時の基準電圧１０ａの値とを比較する。そして、その差が誤差を含む許容範囲内であるか否かを判定する。同様に、演算部５で読み込んだ基準電圧１１ａの電圧の値も、演算部５に記憶している正常時の基準電圧１１ａの値と比較し、その差が誤差を含む許容範囲内であるか否かを判定する。そして、演算部５で読み込んだ基準電圧１０ａと１１ａ共に、演算部５で記憶されている正常時の電圧との差が誤差を含む許容範囲内であれば、マルチプレクサ３ａの切替選択が正常であると判定する。

そして、マルチプレクサ３ａの切替選択が正常である場合は、メインリレーデータ、ＦＤリレーデータの値より各リレーに異常があるかを判定し、各リレーに異常がある場合は演算部５より外部へ警報を出力し、リレー演算を停止する。なお、メインリレー用、ＦＤリレー用振幅値演算は種々周知の方法があり、又、何れの方法でもよく、本発明の主旨に直接関係するものではないため、その説明は省略する。

［３．効果］
以上のような構成並びに作用を有する実施例では、次の効果が得られる。
マルチプレクサ３ａの切替選択に不具合が生じた場合には、基準電圧１０ａ，１１ａが出力されないか、いずれか片方の基準電圧しか出力されなくなる。すなわち、演算部５において、マルチプレクサ３ａから出力される基準電圧１０ａ，１１ａの値を正常時の基準電圧１０ａ，１１ａの値と比較するという監視を行う。これにより、常に１つのチャンネルのみを読み込むような不具合を含めたマルチプレクサ３ａの切替選択の不具合を検出することができる。

また、２つの異なる基準電圧１０ａ，１１ａを監視することにより、Ａ／Ｄ変換部４の変換精度を広範囲に渡りチェックすることもできる。なお、複数の基準電圧１０ａ，１１ａを入力することにより、Ａ／Ｄ変換の回数が増えるが、各基準電圧のＡ／Ｄ変換はアナログフィルタ２からの入力のように毎回行う必要はない。すなわち、アナログフィルタ２からの入力より短い周期で行うこともできる。例えば、あるサンプリング周期では基準電圧１０ａを選択して監視し、その次の周期では基準電圧１１ａを選択して監視することなどにより、処理の緩和をすることができる。

実施例２は、実施例１の構成において、マルチプレクサ３ａの入力チャンネルに付すアドレス信号が４ビットとすると共に、マルチプレクサ３に入力する基準電圧１０ａ，１１ａに付与されるアドレスの値を互いに反転したものである。すなわち、表１に示すように、選択アドレス信号１２が“００００”の場合は基準電圧１０ａが選択され、選択アドレス信号が“１１１１”の場合は基準電圧１１ａが選択される。

以上の構成を有する本実施例は、マルチプレクサ３ａに入力する選択アドレス信号１２のいずれか１ビットが、０または１に固定される不具合を発見可能するものである。まず、選択アドレス信号１２ａに従い、マルチプレクサ３ａの入力チャンネルを順次選択し、その入力チャンネルに入力する信号を出力する。

次に、演算部５において、マルチプレクサ３ａから出力されるメインリレーデータ、ＦＤリレーデータと監視用の基準電圧１０ａ，１１ａを読み込む。そして、基準電圧１０ａ，１１ａのアドレスの値が正常であるかを判定する。すなわち、演算部５において、マルチプレクサ３ａに入力する選択アドレス信号１２に対応しているアドレスの基準電圧が検出できるか否かを判定する。そして、マルチプレクサ３ａに入力する選択アドレス信号１２により正常に切替選択が行われている場合は、メインリレーデータ、ＦＤリレーデータ及び監視用の基準電圧１０ａ，１１ａの値より各リレーに異常があるかを判定し、各リレーに異常がある場合は演算部５より外部へ警報を出力し、リレー演算を停止する。

以上のような構成を有する実施例２では、前記実施例１の効果に加えて、マルチプレクサ３ａに入力する選択アドレス信号１２により、マルチプレクサ３ａにおいて、正常に切替選択が行われているか否かのチェックを行うことができる。これにより、選択アドレス信号１２のうち１部のみに不具合が生じた場合にも、その不具合を検出することができる。

実施例３は、実施例１の構成において、マルチプレクサ３ａの入力チャンネルに付すアドレス信号が４ビットとすると共に、マルチプレクサ３ａに入力する基準電圧１０ａ，１１ａに付与されるアドレスの値を１ビット毎に異なる値し、さらに互いに反転したものである。すなわち、表２に示すように、選択アドレス信号１２が“０１０１”の場合は基準電圧１０ａが選択され、選択アドレス信号が“１０１０”の場合は基準電圧１１ａが選択される。

以上の構成を有する本実施例は、不具合により、マルチプレクサ３ａに入力する選択アドレス信号１２について、互いに隣り合うものが回路上で互いに短絡する故障モードについて発見するものである。まず、選択アドレス信号１２ａに従い、マルチプレクサ３ａの入力チャンネルを順次選択し、その入力チャンネルに入力する信号を出力する。

以上のような構成を有する実施例３では、前記各実施例の効果に加えて、マルチプレクサ３ａに入力する信号が短絡した場合は、短絡したビット同士が同じ値になるので、前記のように１ビット毎に異なるアドレスとした基準電圧１０ａ，１１ａは選択されず、監視不具合として発見することができる。なお、図４ではアドレスを“０１０１”としているが、基板上の配置の関係で下から１番目のビットと下から３番目のビットが隣り合っている場合に“０１１０”とするなど適宜変更できる。

図２を用いて実施例４の構成を説明する。図２は、マルチプレクサが２個からなるもので、各々のマルチプレクサ３ａ，３ｂについては図１の構成と同様に基準電圧を２個ずつ入力している。アドレス信号による基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの選択は、図１の構成と同様の方法が可能である。

以上の構成を有する本実施例によれば、マルチプレクサ３ａ，３ｂからの出力を演算部５において保護演算する。この保護演算より、マルチプレクサ３ａ，３ｂの切替選択において発生した不具合を検出する。

まず、マルチプレクサ３ａ，３ｂは、入力される選択アドレス信号１２に従い、入力チャネルに入力されるアナログフィルタ２ａ，２ｂで高周波成分を除去した電気量を順次選択出力する。このとき、マルチプレクサ３ａ，３ｂの被選択入力チャンネルに監視用の基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂを入力し、この監視用の基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂが入力チャンネルする入力チャンネルも他の入力チャンネルと同様に出力する。

次に、演算部５において、マルチプレクサ３ａ，３ｂから出力されるメインリレーデータ、ＦＤリレーデータと監視用の基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂを読み込む。そして、基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの値が正常かを判定する。このとき、基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの値が誤差を含む許容範囲内であればマルチプレクサ３ａの切替選択が正常であると判定する。

以上のような構成並びに作用を有する実施例においては、次の効果が得られる。
マルチプレクサ３ａまたは３ｂの切替選択に不具合が生じた場合には、それぞれのマルチプレクサに入力している基準電圧が出力されないか、いずれか片方しか出力されなくなる。すなわち、演算部５において、マルチプレクサ３ａ，３ｂから出力される、基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの値を監視することで、常に１つのチャンネルのみを読み込むような不具合を含めたマルチプレクサ３ａ，３ｂの切替選択の不具合を検出することができる。

また、マルチプレクサ３ａ，３ｂでの基準電圧の設定アドレスの設定方法は、実施例２または実施例３の方法を用いることできる。これにより、実施例２または実施例３の効果を得ることができる。

実施例５は、実施例４の構成において、マルチプレクサ３ａと３ｂの入力チャンネルに付すアドレス信号を４ビットとすると共に、マルチプレクサ３ａとマルチプレクサ３ｂにおいて、選択アドレス信号１２の同じアドレスでは、各マルチプレクサで異なる値の基準電圧が選択されるようにしたものである。

すなわち、表３に示すように、マルチプレクサ３ａで、アドレス信号が“００００”では、基準電圧１０ａが選択され、アドレス信号が“１１１１”では、基準電圧１１ａが選択される場合に、マルチプレクサ３ｂでは、アドレス信号が“００００”では、基準電圧１１ｂが選択され、アドレス信号が“１１１１”では、基準電圧１０ｂが選択されるようにしたものである。

このとき、演算部５では、アドレス信号が“００００”場合に基準電圧１０ａと基準電圧１１ｂとを合成した電圧を監視用の電圧とし、アドレス信号が“１１１１”場合に基準電圧１１ａと基準電圧１０ｂとを合成した電圧を監視用の電圧とする。

以上の構成を有する実施例５では、不具合により、マルチプレクサ３ａに入力する出力イネーブル信号１３についての不具合を発見することができる。まず、選択アドレス信号１２に従い、マルチプレクサ３ａ，３ｂの入力チャンネルを順次選択し、その入力チャンネルに入力する信号を出力する。次に、演算部５において、マルチプレクサ３ａ，３ｂから出力されるメインリレーデータ、ＦＤリレーデータと監視用の基準電圧１０ａ，１０ｂ，１１ａ，１１ｂの値を読み込む。そして、基準電圧１０ａと基準電圧１１ｂとを合成した電圧と基準電圧１１ａと基準電圧１０ｂとを合成した電圧の値が正常であるかを判定する。このとき、基準電圧１０ａと基準電圧１１ｂとを合成した電圧と基準電圧１１ａと基準電圧１０ｂとを合成した電圧の値が誤差を含む許容範囲内であればマルチプレクサ３ａの切替選択が正常であると判定する。

不具合により、片方のマルチプレクサ、例えばマルチプレクサ３ａの出力イネーブル信号がイネーブル状態のままの固定されると、アドレス信号“００００”の選択アドレス１２を入力した場合に、マルチプレクサ３ｂからは、基準電圧１１ｂが出力されるが、マルチプレクサ３ａは基準電圧１０ａは、出力されなくなる。そのため、基準電圧１０ａと基準電圧１１ｂとを合成した監視用の電圧の値と異なる。一方、アドレス信号“００００”の選択アドレス１２を入力した場合に、同じ値である基準電圧１０ａと１０ｂを選択するとした場合は、基準電圧１０ａが出力されない場合でも、演算部５で検出される電圧の値は変わらないことになる。

以上のような構成を有する実施例５では、片方のマルチプレクサに入力する出力イネーブル信号１３がイネーブル状態のまま固定される不具合を検出することができる。また、マルチプレクサ３ａ，３ｂでの基準電圧の設定アドレスの設定方法は、実施例２または実施例３の方法を用いることできる。これにより、実施例２または実施例３の効果を得ることができる。

以上で説明した実施例は単なる例示であって、本発明はこれらに限定されるものではない。また、本発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。

各実施例では、マルチプレクサを利用したデジタル保護継電装置としたが、本発明は、マルチプレクサを利用した系統の電気量を取得する装置にも適用できる。

ＰＳ…電力系統
１…入力変換部
２ａ，２ｂ…アナログフィルタ
３ａ，３ｂ…マルチプレクサ（ＭＰＸ）
４…Ａ／Ｄ変換部
５…演算部
１０ａ，１１ａ，１０ｂ，１１ｂ…基準電圧
１２ａ，１２ｂ…選択アドレス信号
１３ａ，１３ｂ…出力イネーブル信号

Claims

電力系統の電気量を導入する複数の入力変換部と、
前記各入力変換部からの出力を導入する複数のフィルタと、
前記各フィルタの出力を各チャンネルに入力し、そのチャンネルごとに付与されたアドレスを適宜選択して、選択したアドレスに対応する入力チャンネルを出力する選択手段と、
前記選択手段の出力をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
前記変換後のデジタルデータを用いて所定の保護リレー演算を行う保護リレー演算部とを備えたデジタル保護継電装置において、
前記選択手段に、複数の基準電圧を被選択入力として加えて、他の入力と同様に変換し、変換後の前記基準電圧の値が所定の範囲内にある場合に、
前記保護リレー演算部より保護出力を送出することを特徴とするデジタル保護継電装置。
前記複数の基準電圧の前記選択手段において付与される前記アドレスが、複数のビットより構成される場合に、互いに反転したものであることを特徴とする請求項１に記載のデジタル保護継電装置。
前記複数の基準電圧の前記選択手段において付与される前記アドレスが、複数のビットより構成される場合に、隣り合うビットの値が異なることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のデジタル保護継電装置。
前記選択手段を２つ以上備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のデジタル保護継電装置。
前記選択手段は、同一のアドレスで選択される被選択入力に、異なる基準電圧を入力することを特徴とする請求項４記載のデジタル保護継電装置。