JP2012257384A - 短絡距離継電器及びこれを用いた系統保護システム - Google Patents

Abstract

【課題】 変圧器の１次側に直接接地系統が、２次側に高抵抗接地系統が接続された電力系統において、２次側の高抵抗接地系統に設置した距離継電器を用いて１次側の直接接地系統における１線地絡故障を確実に検出可能な電力系統地絡保護システムを提供する。
【解決手段】 変圧器の１次側に直接接地系統が、２次側に抵抗接地系統が接続された電力系統において、抵抗成分およびリアクタンス成分の極性がそれぞれ反転された動作特性を有するモー形継電器要素を少なくとも備えた距離継電器を前記抵抗接地系統に設置し、これに前記変圧器２次側の各相の相電流及び相電圧を入力してこれらの変化から前記直接接地系統における１線地絡故障を検出させ、管轄する遮断器に対して遮断指令を出力可能にした電力系統地絡保護システム。前記距離継電器を交流不足電圧継電器および地絡過電圧継電器と組み合わせることで、前記直接接地系統での１線地絡故障をより確実に検出できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主変圧器を介して直接接地方式の系統を１次側に、抵抗接地方式の系統を２次側に有する送電系統において、２次側より1次側の１線地絡故障を検出可能な系統保護技術に関する。

従来より、電力系統における各設備ごとに、その用途に応じて種々の動作特性の保護継電器が設置されている。例えば、超高圧の直接接地送電系統.と高圧の高抵抗接地送電系統の保護用としては、一般的に、モーリアクタンス形短絡距離継電器が用いられている（例えば、特許文献１参照）。この短絡距離継電器は、リアクタンス形継電器要素に事故方向を識別可能なモー形継電器要素を組み合わせたものである。ここで、モー動作特性要素は、三相交流電力系統よりそれぞれ入力された電流及び電圧に基づいて電気的距離、すなわち距離継電器から見た系統の短絡事故または地絡事故の発生点までの線路インピーダンスを求め、これとインピーダンス整定値との大小の比較を行い、前者が小さい場合に信号出力する要素である。また、リアクタンス形継電器要素は、前記線路インピーダンス中のリアクタンス成分が予め整定した整定値以下となった場合に信号出力するものである。そして、通常、モーリアクタンス形短絡距離継電器では、これら２つの継電器要素がともに信号出力した場合に、当該短絡継電器が管轄する遮断器に対して遮断指令が出力されるようになっている。

次に、図５を参照してモー形継電器要素の具体的な動作原理を説明する。図５は、モーリアクタンス形距離継電器の動作範囲をＲ−Ｘ複素座標系に図示したものである。この図において、モー形継電器要素は、距離継電器設置位置を示す原点０を通る円の内部が動作範囲（遮断指令出力範囲）である。このＲ−Ｘ座標系において、距離継電器に入力される電流と電圧とが同相（力率１）の場合には、線路インピーダンス（電気的距離）は抵抗成分のみとなりＲ座標軸上の１点にプロットされる。また、遅れ力率の場合には、第１象限において、線路インピーダンスＺは、原点０および点Ｚｓ（隣接する変電所の位置に相当）を通る傾き（線路インピーダンス角）θの直線上にプロットされる。この原点０から点Ｚｓまでの電気的距離に対して、電力系統から距離継電器に入力された電流及び電圧から求めた線路インピーダンスＺが、前記直線上、前記Ｒ−Ｘ複素座標系の円の内部に入り、かつリアクタンス成分がＲ実数軸に平行な直線（リアクタンス成分整定値）以下との場合に、距離継電器から遮断器に遮断指令が出力されることになる。

特開２０１０−５７３４１号公報 特開２０１０−５７３４４号公報 特開平６−２７６６６２号公報

しかしながら、前記のような一般的な距離継電器において、モー形継電器要素の設定は自区間保護を目的とするものであるので、例えば高抵抗接地系統に設置されている短絡距離継電器４４Ｓにて主変圧器を介して１次側の直接接地系統は他区間であり、当該系統における１線地絡故障は検出できないという問題がある。電力系統運用では、設備変更などにより系統構成を変更する場合があり、が常に健全な状態にあるとは限らないので、より大きい問題となる。例えば、直接接地系統である２２０ｋV母線距離継電器の更新作業などにより当該距離継電器が動作しない状態で運用する場合などが起こりうるが、その場合でも高抵抗接地系統である１００ｋV母線の母線連絡用距離継電器により当該１線地絡を検出し保護できない。その結果、直接接地系統において１線地絡故障が生じた場合、高抵抗接地系統がループ系統であれば、当該系統における電力機器損壊のおそれがあり、放射状系統であれば、系統の供給信頼度の低下につながることになる。

そこで、本発明は、変圧器の１次側に直接接地系統が接続され、２次側に高抵抗接地系統が接続された電力系統において、２次側の高抵抗接地系統に設置した距離継電器を用いて１次側の直接接地系統における１線地絡故障を確実に検出可能な電力系統地絡保護システムを提供することを目的とする。

前記目的は、本発明の一局面によれば、変圧器の１次側に直接接地系統が接続され、２次側に抵抗接地系統が接続された電力系統において、抵抗成分およびリアクタンス成分の極性がそれぞれ反転された動作特性を有するモー形継電器要素を少なくとも備えた距離継電器を前記抵抗接地系統に設置し、これに前記変圧器2次側の各相の相電流及び相電圧を入力してこれらの変化から前記直接接地系統における１線地絡故障を検出させ、管轄する遮断器に対して遮断指令を出力可能にしたことを特徴とする電力系統地絡保護システムによって達成される。

また、前記目的は、本発明の別の局面によれば、変圧器２次側の抵抗接地系統に設置され、当該変圧器を介して１次側の直接接地系統における１線地絡を検出する距離継電器であって、抵抗成分およびリアクタンス成分の極性がそれぞれ反転された動作特性を有するモー形継電器要素を少なくとも備えてなることを特徴とする距離継電器によって達成される。

本発明によれば、抵抗成分およびリアクタンス成分の極性がそれぞれ反転された動作特性を有するモー形継電器要素を少なくとも備えた距離継電器を前記抵抗接地系統に設置し、これに主変圧器２次側の各相の相電流及び相電圧を入力するようにしたので、主変圧器１次側の直接接地系統における１線地絡故障を検出できる。これにより、当該直接接地系統における保護継電装置が不作動の場合であっても、当該系統における１線地絡故障を検出でき、結果として系統の電力供給の信頼度が著しく向上し、故障を確実に除去でき、しかもその除去時間の短縮が可能となる。また、過渡安定度が向上し、故障発生時の設備ストレスが軽減でき、停電作業計画の容易性が図られる。

本発明の電力系統保護システムの一例を示す単線結線図である。 本発明における距離継電器のモー形継電器要素の動作特性の一例及び本発明の電力系統保護システムの応動状況をまとめて説明する図である。 本発明の電力系統保護システムの変形例を示す結線図である。 図３に示す電力系統保護システムにおける各継電器の連系を説明するための図である。 一般的なモーリアクタンス形距離継電器の動作特性の例を示す図である。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、本発明の電力系統保護システムの一例を示す結線図を示しており、符号６は電力系統、６１、６２，６３は母線、７は主変圧器、８は計器用変圧器、９は変流器、１０は本発明の距離継電器である。この図に示す本発明の距離継電器１０は、電力系統６から変流器９を介して電流入力を受け、計器用変圧器８を介して電圧入力を受けている。

図２は、本発明の距離継電器におけるモー形継電器要素の動作特性の一例及び本発明の電力系統保護システムの作動原理をそれぞれ示している。この図におけるＲ−■直交座標系は、抵抗成分についてのＲ実数軸とリアクタンス成分についてのＸ虚数軸とからなる複素座標系である。このＲ−Ｘ複素座標系において第１象限に中心のある点線で示した円が一般的な距離継電器におけるモー形継電器要素の動作範囲であり、この動作範囲を画定する抵抗成分及びリアクタンス成分の極性をそれぞれ反転させ、前記複素座標系に実線で図示した円が、本発明の距離継電器におけるモー形継電器要素の動作特性（動作範囲）を示している。

各相の相電圧がVａ、Ｖｂ、Ｖｃで表わされる三相交流の直接接地系統において、ａ相に１線地絡故障が生じた場合、図２に示すように、高抵抗接地系統における地絡距離継電器１０が見る線路インピーダンスはベクトルＺａとして示される。そこで、Ｒ−Ｘ複素座標系において一般的なモー形継電器要素の抵抗成分およびリアクタンス成分の極性を反転させた動作範囲に設定することで、この線路インピーダンスＺａを検出できるようになる。なお、このような動作特性を反転させたモー形継電器要素を備える距離継電器は、主変圧器７の１次側の直接接地系統における１線地絡故障を検出するか否かを切換えて選択できる。

図３は、本発明の電力系統保護システムの変形例を示す結線図を示している。この図に示す保護システム１６では、本発明における動作特性を反転設定したモー形継電器要素を備える距離継電器１０に加えて、交流不足電圧継電器１１および地絡過電圧継電器１２を設置している。距離継電器１０には、系統より計器用変圧器８および変流器９を介してそれぞれ系統の相電圧および相電流に比例する小勢力の電圧信号及び電流信号が入力される。この距離継電器１０は、図１に示した実施形態と同様に１線地絡検出に使用するか否かを切換え可能とされている。また、計器用変圧器９よりの電圧信号は、交流不足電圧継電器１１にも入力される。さらに、地絡過電圧継電器１２には、主変圧器７の２次側の接地線の零相電圧が入力されるように構成されている。

図４は、図３に示す電力系統保護システムにおける各継電器の連系を説明するための図である。この図に示すように、まず主変圧器７の２次側に追加的に設置した地絡距離継電器（４４G）１０を直接接地系統の１線地絡故障の検出に使用するように選択する。そして、１次側の直接接地系統に１線地絡故障が発生した場合に、
（１）距離継電器（４４G）１０が見る線路インピーダンスＺａがその動作範囲内に入っていること、
（２）交流不足電圧継電器（２７Gφ）１１がａ相の相電圧の低下を検出していること、
（３）地絡過電圧継電器（６４V）１２が主変圧器７の２次側の中性点における零相電圧を検出していないこと、
の３つの条件を具備することで、本発明の電力系統地絡保護システムは管轄する遮断器に対して遮断指令を出力するようになる。

以上説明したように、主変圧器の１次側に直接接地系統が、また２次側に高抵抗接地系統が接続された電力系統において、当該２次側の高抵抗接地系統にモー形継電器要素の抵抗成分及びリアクタンス成分を正負反転させて動作範囲を設定した地絡距離継電器を追加的に設置し、これに主変圧器２次側の高抵抗接地系統における各相の電圧および電流を入力することで、前記主変圧器１次側の直接接地系統における１線地絡故障を検出できる。これにより、当該直接接地系統における保護継電装置が不作動の場合であっても、当該系統における１線地絡故障を検出でき、結果として系統の電力供給の信頼度が著しく向上し、故障を確実に除去でき、しかもその除去時間の短縮が可能となる。また、過渡安定度が向上し、故障発生時の設備ストレスが軽減でき、停電作業計画の容易性が図られる。

６ 電力系統
６１、６２、６３ 母線
７ 主変圧器
８ 計器用変圧器
９ 変流器
１０ 距離継電器
１１ 交流不足電圧継電器
１２ 地絡過電圧継電器
１３ １次側接地線（直接接地）
１４ 2次側接地線（高抵抗接地）
１５ ＮＧＲ
１６ 地絡保護システム
２０ １線地絡検出使用選択

Claims (6)

1. 変圧器の１次側に直接接地系統が接続され、２次側に抵抗接地系統が接続された電力系統において、抵抗成分およびリアクタンス成分の極性がそれぞれ反転された動作特性を有するモー形継電器要素を少なくとも備えた距離継電器を前記抵抗接地系統に設置し、これに前記変圧器２次側の各相の相電流及び相電圧を入力してこれらの変化から前記直接接地系統における１線地絡故障を検出させ、管轄する遮断器に対して遮断指令を出力可能にしたことを特徴とする電力系統地絡保護システム。
2. 前記距離継電器に、さらに交流不足電圧継電器および地絡過電圧継電器が組合せられ、前記電力系統の線路インピーダンスが前記距離継電器の動作範囲内であり、かつ前記交流不足電圧継電器が送電圧の低下を検出し、前記地絡過電圧継電器が変圧器２次側中性点における零相電圧を検出しないことを条件に前記遮断器に対して遮断指令が出力されるようにした請求項１に記載の電力系統地絡保護システム。
3. 前記距離継電器は、前記直接接地系統における１線地絡故障の検出に使用されるか否かを切換可能とされてなる請求項１または２に記載の地絡保護システム。
4. 前記距離継電器は、さらにリアクタンス成分について極性が反転された動作特性を有するリアクタンス形継電器要素を有してなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の電力系統地絡保護システム。
5. 変圧器２次側の抵抗接地系統に設置され、当該変圧器を介して１次側の直接接地系統における１線地絡を検出する距離継電器であって、抵抗成分およびリアクタンス成分の極性がそれぞれ反転された動作特性を有するモー形継電器要素を少なくとも備えてなることを特徴とする距離継電器。
6. さらにリアクタンス成分について極性が反転された動作特性を有するリアクタンス形継電器要素を備えてなる請求項３に記載の距離継電器。

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