JP2011072135A - 電流差動保護継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出感度上の制約を緩和し、各端子に設置される保護継電装置の特性を同じものとして、各端子で同時遮断を可能とする電流差動保護継電装置を提供する。
【解決手段】動作判定手段１１３は、差電流Ｉ_dと抑制量Σ｜Ｉ｜を用いて、上記［数３］式が成立するかにより、動作の有無を判定する。距離継電器要素１２０では、インピーダンス算出手段１２１が、各相の差電流Ｉ_dと自端子電圧を用いてインピーダンスを算出する。インピーダンス判定手段１２２が、インピーダンス算出手段１２１により算出されたインピーダンスの大きさが上記［数５］の条件式を具備するかを判定する。ＡＮＤ回路１３０は、インピーダンス判定手段１２２により上記［数５］の条件式を満たすと判定され、かつ、上記保護継電器要素１１０において動作判定手段１１３により動作と判定された場合には、当該保護継電器要素１１０の動作の出力を許可する。
【選択図】図１

Description

本発明は、分岐負荷を有する送電線に対して特性差の生じない電流差動保護継電装置に関する。

一般に、分岐負荷のある系統に電流差動保護継電装置を適用する場合には、全端に電流差動保護継電装置を設置することが望ましい。しかしながら、設置コスト等の要因により、主要な端子のみに電流差動継電器を設置し、純粋な負荷となり得る分岐負荷等に対しては電流差動継電器を設置しない場合がある。

このような送電線の場合は、分岐負荷端子の変圧器のインラッシュ電流や分岐負荷端子の変圧器二次側事故などで電流差動継電器が動作しないように、動作感度を低下させておく等の対策を必要とする。このような分岐負荷対策としては、例えば、特許文献１のような、何らかのインラッシュ検出手段の動作により、通常の高感度側差動継電器要素をロックし、低感度側差動継電器要素を一定時間のみ動作させてインラッシュ電流による誤動作を避ける方法が提案されている。

また、インラッシュ時や変圧器二次側事故では、保護継電装置設置端子の電圧が、通常の保護区間内送電線事故などに比べて低下しにくいことから、非特許文献１のような、電圧レベルに応じて電流差動継電器の検出感度を、電圧が高ければ低感度に、電圧が低ければ高感度に変化させる電圧抑制特性を持たせる対策などが提案されている。

特開平５−２５２６４５号公報

電気学会技術報告 第１００６号「負荷供給系統保護リレーシステムの現状とその動向」Ｐ−１０７（２）ＰＣＭ電流差動リレーの項

ところで、上記のような方法では、いずれも感度上の制約や、電流差動保護継電装置の設置されている各端子の電流・電圧の分布が異なることにより、対向端子との特性差が生じることから全端同時に動作できるとは限らないでいた。

本発明は、上記のような課題を解消するために提案されたものであって、その目的は、検出感度上の制約を緩和し、各端子に設置される保護継電装置の特性を同じものとして、当該各端子で同時遮断を可能とする電流差動保護継電装置を提供することにある。

上述した目的を達成するために、本発明は、三相交流電力系統の分岐負荷及び分岐負荷変圧器を有する送電線を保護する電流差動保護継電装置であって、各端子間で当該各端子の電流及び電圧情報を含む伝送情報を送受信する通信手段を有し、前記送電線の各端子の電流値のベクトル和である差電流と当該電流値のスカラー和である抑制量に基づいて動作判定を行う電流差動保護継電部と、自端子電圧を前記差電流で除算することにより差電流インピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、前記インピーダンス算出手段により算出された差電流インピーダンスが下記［数５］（［発明の実施するための形態］参照。）の条件を満たすかどうかを判定するインピーダンス判定手段と、を有する距離継電部と、を備え、前記電流差動保護継電部は、当該電流差動保護継電部で動作と判定され、かつ、前記距離継電部のインピーダンス判定手段により［数５］の条件を満たすと判定された場合に、当該動作を出力することを特徴とする。

以上のような本発明によれば、電流差動保護継電部による動作判定だけでなく、送電線外部事故時の分岐負荷に流れる電流を考慮したり、距離継電部により算出したインピーダンスの大きさを基に、分岐負荷インラッシュを避けるようにαを１以下の係数とする下記［数５］の動作式を採用することにより、感度上の制約を緩和することができ、各電流差動保護継電装置の特性を同じものとして、各端子における同時遮断を可能とする。

第１の実施形態に係る電流差動保護継電装置のシステム構成を示す図。 第１の実施形態に係る電流差動保護継電装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係るインピーダンス算出手段により算出されたインピーダンス特性を示す分布図。 第１の実施形態に係る片端電源系統における電流差動保護継電装置のシステム構成を示す図。 第２の実施形態に係る電流差動保護継電装置の構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る電流差動保護継電装置の構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係る電流差動保護継電装置の構成を示すブロック図。 第７の実施形態に係る電流差動保護継電装置の構成を示すブロック図。

［本実施形態］
［１．第１の実施形態］
［１．１．構成］
次に、本発明の第１の実施形態に係る電流差動保護継電装置の構成を、図１〜３を参照して以下に説明する。なお、図１は、Ａ端子、Ｂ端子、分岐負荷端子の３端子構成の送電線を示したものである。図２は、第１の実施形態に係る各端子の電流差動保護継電装置の構成例を示している。図３は、インランシュ電流発生時の送電線のインピーダンスを示す図を示している。

［１．１．１．全体構成の概略］
まず、第１の実施形態に係るシステム全体の概略構成を説明する。図１に示す通り、Ａ端子、Ｂ端子、分岐負荷端子からなる３端子のうち、Ａ端子とＢ端子に電流差動保護継電装置１００を設け、各電流差動保護継電装置１００は通信手段５００により互いに繋がっている。また、各保護継電装置１００は、自端子の電流を取得する電流取得手段２００と電圧を取得する電圧取得手段３００が接続され、当該電流及び電圧を取得し、さらには、前記通信手段５００を通じて、他端子の電流差動保護継電装置１００に送信する。

なお、各端子のインピーダンスについて説明しておく。まず、各端子からの分岐負荷に繋がる分岐点までのインピーダンスはＺ_A，Ｚ_Bで表される。分岐端子においては、インピーダンスがＺ_Tで表される変圧器４００が設けられ、当該変圧器４００を介して二次側に分岐負荷を有している。送電線のインピーダンスはＺ_Lで表され、Ｚ_L＝Ｚ_A＋Ｚ_Bが成立し、分岐負荷端子に設けられた変圧器４００のインピーダンスＺ_Tとは、Ｚ_L＜＜Ｚ_Tの関係を一般的に有している。

［１．１．２．電流差動保護継電装置の構成］
次に、図２を参照して、第１の実施形態に係る各端子の保護継電装置１００の構成を説明する。ブロック回路構成としては、図２に示す通り、電流差動保護継電器要素１１０と距離継電器要素１２０がＡＮＤ回路１３０に接続され、論理積が出力される。

電流差動保護継電器要素１１０は、自端子で取得した電流Ｉ_A又はＩ_Bの大きさを通信手段５００を介して互いに送受信することができ、また、下記のような機能を有している。すなわち、自端子の電流値と他端子の電流値よりベクトル加算した差電流Ｉ_d（［数１］参照。）を演算する差電流算出手段１１１と、自端子の電流値と他端子の電流値をスカラ加算したΣ｜Ｉ｜ （［数２］参照。）を演算する抑制量算出手段１１２と、を備えている。

［数１］

［数２］

ここで、Ｉ_A：Ａ端子の電流
Ｉ_B：Ｂ端子の電流

加えて、この電流差動保護継電器要素１１０の動作判定回路として、差電流Ｉ_dと抑制量Σ｜Ｉ｜を用いて、下記［数３］式が成立するかにより、動作の有無を判定する動作判定手段１１３を備えている。すなわち、保護継電器要素１１０は、動作判定手段１１３による判定処理を通じて、差電流Ｉ_dの大きさに応じて動作する。

［数３］

かつ
Ｉ_d ＞ Ｉ_ko ここで、Ｉ_koは、最小動作感度とする。

また、距離継電器要素１２０は、各相の差電流Ｉ_dと自端子電圧を用いてインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段１２１と、当該インピーダンス算出手段１２１により算出されたインピーダンスの大きさが後述する所定の条件式を具備するかを判定するインピーダンス判定手段１２２と、を備えている。

インピーダンス算出手段１２１は、例えば、Ａ端子であれば、下記［数４］式に基づいてインピーダンスを算出する。

［数４］

ここで、Ｚ_A：Ａ端子で算出されるインピーダンス（差電流インピーダンス）
Ｖ_A：Ａ端子における電圧
Ｉ_d：差電流

インピーダンス判定手段１２２は、インピーダンス算出手段１２１により算出された差電流インピーダンスＺ_A（以下、Ｚと称する。）が、送電線のインピーダンスＺ_Tとの関係で、下記［数５］の条件式の要件を満たすかを判定する。

［数５］
Ｚ＜αＺ_T
ここで、α≦１

なお、停止している送電線の電源端子側から遮断器を投入して試充電を行う際、送電線と一緒に分岐負荷端子の変圧器４００も同時に加圧される場合には、当該変圧器４００に励磁突入電流（インラッシュ電流）が流れる。このインラッシュ電流は、通常分岐負荷端子に流れる変圧器４００の定格電流Ｉｎよりも大きい４Ｉｎ〜８Ｉｎの電流が流れることから、インランシュ電流発生時に各端子で計測されるインピーダンスＺをインピーダンス平面に描くと、図３に示すような、１／４Ｚ_T〜１／８Ｚ_T付近の軌跡で表される。そのため、インラッシュ電流発生時には、上記［数５］式のαには１／４〜１／８より小さい係数を採用する必要がある。

また、上記電流差動保護継電器要素１１０と距離継電器要素１２０の出力をＡＮＤ条件で繋ぐＡＮＤ回路１３０は、保護継電器要素１１０の動作判定手段１１３が動作と判定し、かつ、距離継電器要素１２０のインピーダンス判定手段１２２が上記［数５］の条件式が成立すると判定した場合に、当該保護継電器要素１１０の動作出力を許可する手段に相当する。すなわち、本発明では、保護継電器要素１１０の動作判定手段１１３による動作判定と共に、この距離継電器要素１２０のインピーダンス判定手段１２２によるインピーダンス判定により、当該保護継電器要素１１０の動作出力の可否を判断する。

［１．２．作用効果］
次に、上記のような構成を有する電流差動保護継電装置１００の動作判定手順を以下に説明する。特に、本発明では、保護継電器要素１１０の動作判定手段１１３による動作判定と共に、距離継電器要素１２０で算出されたインピーダンスの大きさに応じて、当該保護継電器要素１１０の動作出力の許可を判断する点に特徴を有する。

まず、保護継電器要素１１０の差電流算出手段１１１は、自端子の電流値と他端子の電流値よりベクトル加算した差電流Ｉ_dを算出し、抑制量算出手段１１２は、自端子の電流値と他端子の電流値をスカラ加算した抑制量を算出する。そして、動作判定手段１１３が、差電流Ｉ_dと抑制量Σ｜Ｉ｜を用いて、上記［数３］式が成立するかにより、動作の有無を判定する。

動作判定手段１１３は、上記［数３］式が成立すると判定した場合には、保護継電器要素１１０を動作とし、上記［数３］式が成立しないと判定した場合には、不動作とする。

一方、図２に示したように、第１の実施形態では、この保護継電器要素１１０の動作出力は、ＡＮＤ回路１３０において、距離継電器要素１２０によるインピーダンスの大きさの判定結果に基づき許可されるので、以下では、ＡＮＤ回路１３０による出力許可するための距離継電器要素１２０のインピーダンス算出及び判定手順を説明する。

まず、距離継電器要素１２０では、インピーダンス算出手段１２１が、各相の差電流Ｉ_dと自端子電圧を用いてインピーダンスを算出する。そして、インピーダンス判定手段１２２が、インピーダンス算出手段１２１により算出されたインピーダンスの大きさが上記［数５］の条件式を具備するかを判定する。

電流差動保護継電器要素１１０と距離継電器要素１２０がＡＮＤ条件で繋がれるＡＮＤ回路１３０は、インピーダンス判定手段１２２により上記［数５］の条件式を満たすと判定され、かつ、上記保護継電器要素１１０において動作判定手段１１３により動作と判定された場合には、当該保護継電器要素１１０の動作の出力を許可する。一方、たとえ保護継電器要素１１０において動作判定手段１１３により動作と判定された場合であっても、インピーダンス判定手段１２２により上記［数５］の条件式が満たさないと判定されれば、当該保護継電器要素１１０の動作は出力されない。

ここで、各事故点に応じた電流とインピーダンスの関係を説明する。まず、送電線外部事故の場合には、故障電流は通過電流となることから分岐負荷端子の負荷電流Ｉ_Lが差電流Ｉ_dとなるが、そもそも保護継電器要素１１０の最小動作感度Ｉ_koは定常時の負荷電流で動作しない感度とするので、当該保護継電器要素１１０は動作しない。すなわち、この場合の差電流Ｉ_dはＩ_Lであるから、保護継電器要素１１０の動作判定手段１１３は、上記［数３］式が成立しないと判定し、そのため、保護継電装置１００は不動作となる。

なお、Ｂ端子至近外部事故の場合で言えば、インピーダンスＺは、例えば、図４に示すような片端電源系統において、保護継電器要素１１０の動作感度をＩ_koとし、故障電流をＩ_Fとすると、距離継電器要素１２０により下記のように算出され大きさが判定される。

［数６］
Ａ端子電圧は、Ｖ_A＝Ｚ_L・Ｉ_F
Ｂ端子電圧は、Ｖ_B≒０
ここで、負荷電流Ｉ_L＜Ｉ_koとし、
差電流Ｉ_d＝負荷電流Ｉ_L

上記［数６］式によれば、Ｉ_L＝Ｖ_A／（負荷インピーダンス＋Ｚ_T）あることを考慮すると、そもそも保護継電器要素１１０は不動作であると共に、インピーダンスＺ＝（負荷インピーダンス＋Ｚ_T）＞αＺ_Tとなるため、上記［数５］の条件式は成立しない。これにより、インピーダンスＺの大きさからも距離継電器要素１２０は不動作である点が理解できる。

一方、送電線外部事故以外の送電線内部事故及び分岐負荷端子事故の場合には、差動電流Ｉ_dが保護継電器要素１１０の最小動作感度Ｉ_ko以上、すなわち上記［数３］式を具備すると、保護継電器要素１１０は動作するが、下記に示すとおり、距離継電器１２０の動作可否に基づいて、当該保護継電器要素１１０の動作出力の有無が決定される。

送電線内部事故の場合には、距離継電器要素１２０のインピーダンス算出手段１２１により算出されるインピーダンスＺは０〜Ｚ_L付近となり、距離継電器１２０のインピーダンス判定手段１２２は上記［数５］式が成立すると判定する。例えば、図４に示すような片端電源系統におけるＡ端子至近内部事故の場合には、距離継電器要素１２０はインピーダンスＺを下記のように算出し大きさを判定する。

［数７］
Ａ端子電圧Ｖ_A≒Ｖ_B≒０
故障電流Ｉ_F＞Ｉ_koとし、
差電流Ｉ_d＝故障電流Ｉ_F

上記［数７］によれば、インピーダンスＺ≒０＜αＺ_Tの関係が導き出せるため、インピーダンス判定手段１２２は、上記［数５］式が成立すると判定し、電流差動保護継電器要素１１０の動作出力はＡＮＤ回路１３０を介して許可される。

また、Ｂ端子至近内部事故の場合には、距離継電器要素１２０によりインピーダンスＺが下記のように算出され大きさが判定される。

［数８］
Ａ端子電圧 Ｖ_A＝Ｚ_L・Ｉ_F
Ｂ端子電圧 Ｖ_B≒０
故障電流Ｉ_F＞Ｉ_koとし、
差電流Ｉ_d＝故障電流Ｉ_F＋負荷電流Ｉ_L

上記［数８］によれば、Ｉ_L＝Ｖ_A／（負荷インピーダンス＋Ｚ_T）であることを考慮すると、インピーダンスＺ＜Ｚ_L＜αＺ_Tとなるため、インピーダンス判定手段１２２は上記［数５］式が成立すると判定し、電流差動保護継電器要素１１０の動作出力はＡＮＤ回路１３０を介して許可される。

また、分岐負荷変圧器４００の二次側故障の場合には、距離継電器要素１２０は、下記のようにインピーダンスＺを算出し大きさを判定する。

［数９］
Ａ端子電圧 Ｖ_A＝（Ｚ_A＋Ｚ_T）Ｉ_F
Ｂ端子電圧 Ｖ_B≒Ｖ_A
故障電流Ｉ_F＞Ｉ_koとし、
差電流＝故障電流Ｉ_F

上記［数９］によれば、インピーダンスＺ＝Ｚ_A＋Ｚ_T＞αＺ_Tとなるため、インピーダンスＺは、Ｚ_Lより大きくＺ_T以上の値となり、インピーダンス判定手段１２２は上記［数５］式が成立しないと判定し、電流差動保護継電器要素１１０は出力されない。

また、分岐負荷変圧器４００のインラッシュ発生時の場合には、上述した通り、インラッシュ電流が保護継電器要素の動作感度Ｉ_ko以上であっても、インラッシュ発生時のインピーダンスＺは１／４Ｚ_T〜１／８Ｚ_Tまでの間にインピーダンスＺは存在する。そのため、この分岐負荷インラッシュを避けるような上記［数５］式のαの値（例えば、１／４〜１／８より小さい値）を係数とすることで、インピーダンス判定手段１２２は当該［数５］式が成立すると判定した時のみ、ＡＮＤ回路１３０を介して電流差動保護継電器要素１１０の動作出力が許可されることから、インラッシュ発生時には不動作とすることができる。

以上のような第１の実施形態によれば、電流差動保護継電器要素による動作判定だけでなく、送電線外部事故時の分岐負荷に流れる電流を考慮したり、距離継電器要素により算出したインピーダンスの大きさを基に、分岐負荷インラッシュを避けるようにαを１以下の係数とする上記［数５］の動作式を採用することにより、感度上の制約を緩和することができ、各電流差動保護継電装置の特性を同じものとして、各端子における同時遮断を可能とする。

［２．第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態に係る電流差動保護継電装置について、図５を参照して以下に説明する。なお、第２の実施形態では、電流差動保護継電装置１００以外の構成は第１の実施形態と共通するため、説明は省略し同じ符号を付すものとする。

第２の実施形態では、３相交流電力系統のａ、ｂ、ｃの相毎に、電流差動保護継電器要素１１０による動作判定、及び距離継電器要素１２０によるインピーダンス判定を実施する点に特徴を有する。そのため、電流差動継電器要素１１０は、第１の実施形態と同様に、差電流算出手段１１１と、抑制量算出手段１１２と、動作判定手段１１３と、を備え、相毎に、差電流の算出、抑制量の算出、動作判定を実施する。

また、距離継電器要素１２０は、インピーダンス算出手段１２１とインピーダンス判定手段１２２を備え、相毎に、インピーダンス算出手段１２１は、差電流と自端子で入力された相電圧からインピーダンスを算出し、インピーダンス判定手段１２２は、算出されたインピーダンスの大きさが上記［数５］式の条件を具備するかを判定する。

なお、インピーダンス算出手段１２１は、例えば、Ａ端子であれば、下記［数１０］の通り、ａ、ｂ、ｃ相のインピーダンスを算出する。

［数１０］

ここで、Ｚ_a，Ｚ_b，Ｚ_c ：ａ，ｂ，ｃ相のインピーダンス
Ｖ_Aａ，Ｖ_Aｂ，Ｖ_Aｃ：Ａ端子におけるａ，ｂ，ｃ相の相電圧
Ｉ_dａ，Ｉ_dｂ，Ｉ_dｃ：ａ，ｂ，ｃ相の差電流

また、実際には、第２の実施形態に係る電流差動保護継電装置１００は、図５に示す通り、３相交流電力系統のａ、ｂ、ｃの相毎に、電流差動継電器要素１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃと距離継電器要素１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを備え、それぞれがＡＮＤ回路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃに接続されている構成を有している。

そのため、相毎に、ＡＮＤ回路１３０は、電流差動保護継電器要素１１０と距離継電器要素１２０がＡＮＤ条件で接続され、相毎に、保護継電器要素１１０の動作判定手段１１３が動作と判定し、かつ、距離継電器要素１２０のインピーダンス判定手段１２２が上記［数５］の条件式が成立すると判定した場合に、当該相の保護継電器要素１１０の動作出力を許可する。

なお、第２の実施形態に係る作用効果は、ａ、ｂ、ｃの相毎に、保護継電器要素１１０による動作判定及び距離継電器要素１２０によるインピーダンスの大きさに応じた動作判定を行うのみで、基本的な処理内容は第１の実施形態と同様であるため説明は省略する。

［３．第３の実施形態］
［３．１．構成］
次に、本発明の第３の実施形態に係る電流差動保護継電装置について、図６を参照して以下に説明する。なお、第３の実施形態では、電流差動保護継電装置１００以外の構成は第１の実施形態と共通するため、説明は省略し同じ符号を付すものとする。

第３の実施形態では、相毎に電流差動保護継電器要素１１０による動作判定を実施し、かつ、当該相を含む２種類の線間毎に距離継電器要素１２０によるインピーダンス判定を実施する点に特徴を有する。そのため、電流差動保護継電器要素１１０の構成は第２の実施形態と同様であり、説明は省略する。

また、線間毎の距離継電器要素１２０は、各相の差電流から線間差電流を算出する線間差電流算出手段１２３と、自端子で入力された相電圧から線間電圧を算出する線間電圧算出手段１２４と、それぞれ得られた線間差電流と線間電圧を用いてインピーダンスを算出する線間インピーダンス算出手段１２５と、から構成されている。

なお、この距離継電器要素１２０の線間インピーダンス算出手段１２５は、線間差電流算出手段１２３により算出された線間差電流と、線間電圧算出手段１２４により算出された線間電圧を用いて次のようにインピーダンスを算出する。例えば、Ａ端子であれば、下記［数１１］の通りである。

［数１１］

ここで、Ｚ_ab，Ｚ_bc，Ｚ_ca：各線間のインピーダンス
Ｖ_Aa，Ｖ_Ab，Ｖ_Ac：Ａ端子における各線間の電圧
Ｉ_da，Ｉ_db，Ｉ_dc：各線間の差電流

なお、インピーダンス判定手段１２２は、この線間インピーダンス算出手段１２５により算出された線間のインピーダンスが上記［数５］の条件を具備するかを判定する。また、相毎のＡＮＤ回路１３０は、各相の保護継電器要素１１０に対して、当該相を含む２種類の距離継電器要素１２０から出力のうち、どちらか一方で上記［数５］式が成立する場合に、上記電流差動保護継電器要素１１０の動作判定手段１１３が動作と判定していれば、当該電流差動保護継電器要素１１０の動作出力を許可する。

なお、実際には、図６に示すとおり、第３の実施形態に係る電流差動保護継電装置１００は、第２の実施形態と同様の相毎に動作判定を実施する保護継電器要素１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃに加えて、線間のインピーダンスを算出し、当該インピーダンスの大きさに対して上記［数５］式が成立するかを判定する線間毎の距離継電器要素１２０ａｂ、１２０ｂｃ、１２０ｃａを備えている。

さらに、図６の通り、線間毎の距離継電器要素１２０は、共通する相毎に、各相を有する２種類の線間の距離継電器要素１２０ａｂ、１２０ｂｃ、１２０ｃａがＯＲ回路１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃに接続され、また、相毎に、各保護継電器要素１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃとＯＲ回路１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃが、ＡＮＤ条件でＡＮＤ回路１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃに接続されている。

なお、第３の実施形態に係る作用効果は、ａ、ｂ、ｃの相毎の保護継電器要素１１０による動作判定に加えて、距離継電器要素１２０による線間のインピーダンスの大きさに応じた動作判定を行った後、ＯＲ回路１４０において、同じ相を含む２種類の距離継電器要素１２０から出力のうち、いずれかで上記［数５］式が成立しているかを判定する。

そして、各相のＡＮＤ回路１３０において、保護継電器要素１１０の動作判定手段１１３により動作と判定され、かつ、対応する相のＯＲ回路１４０により当該相を含む２種類の距離継電器要素１２０のいずれかで上記［数５］式が成立しているかを判定された場合には、電流差動保護継電器要素１１０の動作出力を許可する。なお、それ以外の処理は第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［４．第４の実施形態］
次に、本発明の第４の実施形態に係る電流差動保護継電装置について以下に説明する。なお、第４の実施形態では、電流差動保護継電装置１００以外の構成は第１の実施形態と共通するため、説明は省略し同じ符号を付すものとする。

第４の実施形態では、距離継電器要素１２０において、第２の実施形態に係る構成と第３の実施形態に係る構成を両方備える点に特徴を有する。そのため、例えば、ａ相の保護継電器要素１１０ａであれば、対象となる相の第２の実施形態に係る距離継電器要素１２０ａか、当該相を含む２種類の第３の実施形態に係る線間の距離継電器要素１２０ａｂ、１２０ｃａのいずれかにおいて、インピーダンスの大きさが上記［数５］の条件を満たした場合に、電流差動保護継電器要素１１０の動作出力が許可される。それ以外の構成及び作用効果は第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［５．第５の実施形態］
次に、本発明の第５の実施形態に係る電流差動保護継電装置について、図７を参照して以下に説明する。なお、第５の実施形態では、電流差動保護継電装置１００の距離継電器要素１２０以外の構成は第１の実施形態と共通するため、説明は省略し同じ符号を付すものとする。

第５の実施形態では、第１の実施形態に係る電流差動保護継電装置１００において、自端子だけでなく、他端子のインピーダンスを算出し、大きさを判定する距離継電器要素を備え、自端子及び他端子の距離継電器要素の双方において、算出されたインピーダンスの大きさが上記［数５］の条件式を満たす場合、電流差動保護継電器要素１１０の動作出力を許可する点に特徴を有する。

具体的には、電流差動保護継電装置１００は、自端及び他端間での伝送情報に各端子の電圧情報も加えて送受信する機能を有し、図７に示す通り、第１の実施形態に係る電流差動保護継電器要素１１０に加え、自端子のインピーダンスを算出する自端子距離継電器要素１２０Ａと他端子のインピーダンスを算出する他端子距離継電器要素１２０Ｂと、を備えている。そのため、自端子からの電圧情報と差電流に基づいて、自端子距離継電器要素１２０Ａは自端子のインピーダンスを算出し、他端子からの電圧情報と差電流に基づいて、他端子距離継電器要素１２０Ｂは他端子のインピーダンスを算出する。なお、自端子距離継電器要素１２０Ａと他端子距離継電器要素１２０Ｂの基本的な構成は、第１の実施形態に係る距離継電器要素１２０と同じであるため説明は省略する。

インピーダンスの算出方法は、全端子の電圧値が使用できることから、下記の通り、各端子で全端子のインピーダンスを算出する。例えば、Ａ端子であれば、自端子距離継電器要素１２０Ａは、各相の差電流と自端子電圧を利用することで、下記［数１２］のようにインピーダンスを算出する。

［数１２］

ここで、Ｚ_AA：Ａ端子で算出されるインピーダンス（自端子）
Ｖ_A ：Ａ端子における電圧
Ｉ_d ：差電流

また、他端子（例えば、Ｂ端子）であれば 他端子距離継電器要素１２０Ｂは、各相の差電流と伝送で得られた相手端子電圧を利用することで、下記［数１３］のようにインピーダンスを算出する。

［数１３］

ここで、Ｚ_AB：Ａ端子で算出されるインピーダンス（他端子…Ｂ端子）
Ｖ_B ：Ａ端子が伝送で入手したＢ端子電圧
Ｉ_d ：差電流

また、図７に示す通り、この自端子距離継電器要素１２０Ａと他端子距離継電器要素１２０ＢとはＡＮＤ条件でＡＮＤ回路１５０に接続され、当該ＡＮＤ回路１５０からの出力と、保護継電器要素１１０の出力とがさらにＡＮＤ回路１３０に接続されている。そのため、電流差動保護継電器要素１１０が動作と判定されていれば、自端子距離継電器要素１２０Ａと他端子距離継電器要素１２０Ｂの双方で、上記［数５］式が成立する場合にのみ、電流差動保護継電器要素１１０の動作出力が許可される。

すなわち、ＡＮＤ回路１５０は、自端子距離継電器要素１２０Ａと他端子距離継電器要素１２０Ｂの双方で、上記［数５］式が成立しているかを判定する手段に相当し、ＡＮＤ回路１３０は、電流差動保護継電器要素１１０が動作し、かつ、自端子距離継電器要素１２０Ａと他端子距離継電器要素１２０Ｂ双方で、上記［数５］式が成立しているかを判定し、この条件を満たす場合に、電流差動保護継電器要素１１０の動作出力を許可する手段に相当する。

なお、第５の実施形態に係る作用効果は、上述の通り、自端子及び他端子を含む全ての距離継電器要素１２０において、上記［数５］式が成立する場合にのみ、電流差動保護継電器要素１１０が動作であれば、当該電流差動保護継電器要素１１０の動作出力を許可する点に特徴を有し、それ以外は第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

［６．第６の実施形態］
次に、本発明の第６の実施形態に係る電流差動保護継電装置について以下に説明する。なお、第６の実施形態では、電流差動保護継電装置１００以外の構成は第１の実施形態と共通するため、説明は省略する。

第６の実施形態では、第１の実施形態に係る電流差動保護継電器要素１１０において、自端子で入力された電流値及び電圧値と既知である分岐点までのインピーダンスを用いて、分岐点の電圧を算出する分岐点電圧算出手段１１４を備える点に特徴を有する。なお、距離継電器要素１２０は、基本的に第１の実施形態と同様の機能を有するが、ここでは、差電流とこの分岐点電圧算出手段１１４により算出された分岐点電圧からインピーダンスを算出する機能を備えている。

ここで、分岐点電圧算出手段１１４による分岐点電圧の算出は、図１に示すような分岐負荷までのインピーダンスＺ_A，Ｚ_Bは一般に既知であることを考慮し、下記［数１４］及び［１５］式に基づき行われる。なお、［数１４］は、Ａ端子にある電流差動保護継電装置１００から分岐点電圧Ｖ_Jを推定した結果であり、［数１５］は、Ｂ端子にある電流差動保護継電装置１００から分岐点電圧Ｖ_Jを推定した結果である。

［数１４］
Ｖ_J＝Ｖ_A−Ｚ_A・Ｉ_A
［数１５］
Ｖ_J＝Ｖ_B−Ｚ_B・Ｉ_B
ここで、Ｚ_A，Ｚ_B：Ａ，Ｂ端子から分岐点までのインピーダンス
Ｖ_A，Ｖ_B：Ａ，Ｂ端子の電圧
Ｉ_A，Ｉ_B：Ａ，Ｂ端子の電流

距離継電器要素１２０では、上記のように算出された分岐点電圧Ｖ_Jを用いて、インピーダンス算出手段１２１がインピーダンス（Ｖ_j/Ｉ_d）を算出し、インピーダンス判定手段１２２が当該インピーダンスの大きさに応じて上記［数５］が成立するかを判定する。

なお、図示しないが、電流差動保護継電器要素１１０と距離継電器要素１２０を繋ぐＡＮＤ回路１３０は、電流差動保護継電器要素１１０において動作と判定され、かつ、距離継電器要素１２０においてインピーダンスの大きさが上記［数５］の条件を満たすと判定された場合に、当該電流差動保護継電器要素１１０の動作出力を許可する。

［７．第７の実施形態］
次に、本発明の第７の実施形態に係る電流差動保護継電装置について、図８を参照して以下に説明する。なお、第７の実施形態では、電流差動保護継電装置１００以外の構成は第１〜６の実施形態のいずれかと共通するため、説明は省略し同じ符号を付すものとする。

なお、上記第１〜６の実施形態に係る電流差動保護継電器要素１１０の差電流算出手段１１１により算出された差電流Ｉ_dは、通常、図８に示すような送電線内部充電電流Ｉ_cを含んでいる。そのため、第７の実施形態では、差電流Ｉ_dに対して当該充電電流Ｉ_cを補償し、補償後の差電流Ｉ_d´を用いて、第１の実施形態と同様の電流差動保護継電器要素１１０の動作判定を実施する点に特徴を有する。

そのため、第７の実施形態に係る保護継電器要素１１０は、算出した差電流Ｉ_dに対して充電電流補償を行う充電電流補償手段１１５を備えている。具体的には、電流差動保護継電器要素１１０の充電電流補償手段１１５は、まず、例えば、自端子の電圧値を使用して充電電流を下記［数１６］の通り算出する（Ａ端子の場合。）。なお、図８に示すような、充電電流Ｉ_c用のキャパシタンスＣは予め整定しておくものとする。

［数１６］
Ｉ_c＝Ｃ・ｄＶ_A／ｄｔ

そして、充電電流補償手段１１５は、算出した充電電流Ｉ_cを用いて充電電流補償後の差電流Ｉ_d’を下記［数１７］のように算出する。

［数１７］
Ｉ_d’＝Ｉ_d−Ｉ_c

これにより、距離継電器要素１２０では、充電電流Ｉ_cが補償された差電流Ｉ_d´を用いて、第１の実施形態と同様に、インピーダンスを算出し、当該インピーダンスの大きさに応じて、保護継電器要素１１０の動作出力の許可判定が実施される。すなわち、差電流Ｉ_d’を用いて算出されたインピーダンスにより、上記［数５］が成立する場合に、電流差動保護継電器要素１１０が動作であれば、当該電流差動保護継電器要素１１０の動作出力を許可する。

１００…電流差動保護継電装置
１１０…電流差動保護継電器要素
１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ…各相の電流差動継電器要素
１１１…差電流算出手段
１１２…抑制量算出手段
１１３…動作判定手段
１１４…分岐点電圧算出手段
１１５…充電電流補償手段
１２０…距離継電器要素
１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ…各相の距離継電器要素
１２０ａｂ、１２０ｂｃ、１２０ｃａ…各線間の距離継電器要素
１２０Ａ…自端子距離継電器要素
１２０Ｂ…他端子距離継電器要素
１２１…インピーダンス算出手段
１２２…インピーダンス判定手段
１２３…線間差電流算出手段
１２４…線間電圧算出手段
１２５…線間インピーダンス算出手段
１３０…ＡＮＤ回路
１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ…各相のＡＮＤ回路
１４０…ＯＲ回路
１４０ａ、１４０ｂ、１４０ｃ…各相のＯＲ回路
１５０…ＡＮＤ回路
２００…電流取得手段
３００…電圧取得手段
４００…変圧器
５００…通信手段

Claims (6)

1. 三相交流電力系統の分岐負荷及び分岐負荷変圧器を有する送電線を保護する電流差動保護継電装置であって、
   各端子間で当該各端子の電流及び電圧情報を含む伝送情報を送受信する通信手段を有し、
   前記送電線の各端子の電流値のベクトル和である差電流と当該電流値のスカラー和である抑制量に基づいて動作判定を行う電流差動保護継電部と、
   自端子電圧を前記差電流で除算することにより差電流インピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
   前記インピーダンス算出手段により算出された差電流インピーダンスが下記［数１］の条件を満たすかどうかを判定するインピーダンス判定手段と、を有する距離継電部と、を備え、
   前記電流差動保護継電部は、当該電流差動保護継電部で動作と判定され、かつ、前記距離継電部のインピーダンス判定手段により［数１］の条件を満たすと判定された場合に、当該動作を出力することを特徴とする電流差動保護継電装置。
   ［数１］
   Ｚ＜αＺ_T
   但し、α≦１
   Ｚ ：前記インピーダンス算出手段により算出された差電流インピーダンス
   Ｚ_T：前記送電系統の分岐負荷変圧器のインピーダンス
2. 前記電流差動保護継電部は、相毎に、差電流と抑制量に基づいた動作判定を行い、
   前記距離継電部の前記インピーダンス算出手段は、相毎の差電流で当該相の自端子電圧を除算することにより差電流インピーダンスを算出することを特徴とする請求項１に記載の電流差動保護継電装置。
3. 前記電流差動保護継電部は、相毎に、差電流と抑制量に基づいた動作判定を行い、
   前記距離継電部は、
   各相の差電流から線間差電流を算出する線間差電流算出手段と、
   各相の自端子電圧から線間電圧を算出する線間電圧算出手段と、を備え、
   前記インピーダンス算出手段は、前記線間差電流算出手段により算出された線間差電流と、当該線間を同一にする前記線間電圧算出手段により算出された線間電圧と、から線間の差電流インピーダンスを算出し、
   前記電流差動保護継電部は、相毎に当該電流差動保護継電部で動作と判定され、かつ、前記距離継電部のインピーダンス判定手段により当該相を含む２種類の線間の差電流インピーダンスのいずれかで前記［数１］の条件を満たすと判定された場合に、当該動作を出力することを特徴とする請求項１に記載の電流差動保護継電装置。
4. 前記距離継電部は、
   各相の差電流から線間差電流を算出する線間差電流算出手段と、
   各相の自端子電圧から線間電圧を算出する線間電圧算出手段と、
   前記線間差電流算出手段により算出された線間差電流と、当該線間を同一とする前記線間電圧算出手段により算出された線間電圧と、から線間の差電流インピーダンスを算出する線間インピーダンス算出手段と、を備え、
   前記電流差動保護継電部は、相毎に当該電流差動保護継電部で動作と判定され、かつ、前記距離継電部のインピーダンス判定手段又は線間インピーダンス判定手段により、当該相の差電流インピーダンス又は当該相を含む２種類の線間の差電流インピーダンスのいずれかで前記［数１］の条件を満たすと判定された場合に、当該動作を出力することを特徴とする請求項２に記載の電流差動保護継電装置。
5. 前記距離継電部は、前記通信手段を介して受信した前記他端子電圧を前記差電流算出手段により算出された差電流で除算することにより他端子の差電流インピーダンスを算出する他端子インピーダンス算出手段を備え、
   前記インピーダンス判定手段は、前記他端子インピーダンス算出手段により算出された他端子の差電流インピーダンスが前記［数１］の条件を満たすかどうかを判定し、
   前記電流差動保護継電部は、当該電流差動保護継電部で動作と判定され、かつ、前記距離継電部のインピーダンス判定手段により自端子及び他端子の差電流インピーダンスが［数１］の条件を満たすと判定された場合に、当該動作の出力を許可することを特徴とする請求項１に記載の電流差動保護継電装置。
6. 前記電流差動保護継電部は、前記送電線内に設けられたキャパシタンスの整定値と自端子で入力された電圧値とに基づいて当該送電線内の充電電流を算出し、当該充電電流を前記差電流から差し引くことで新差電流を算出する充電電流補償を備え、
   前記距離継電部のインピーダンス算出手段は、端子電圧を前記新差電流で除算することにより差電流インピーダンスを算出することを特徴とする請求項１に記載の電流差動保護継電装置。

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