JP2013146127A

JP2013146127A - 過負荷リレー

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Publication number: JP2013146127A
Application number: JP2012004932A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Ishimoto; 孝明石本
Original assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Current assignee: Chugoku Electric Power Co Inc
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-25

Abstract

【課題】短絡事故時の電力設備の誤遮断を防止できる過負荷リレーを提供する。
【解決手段】過負荷リレー１０は、赤相、白相および青相電流の電流値が電流整定値Ａ以上であるか否かを監視し、赤相、白相および青相電流のいずれかが電流整定値Ａ以上であるとハイレベルの過電流検出信号を出力する過電流検出部１１と、赤相、白相および青相電圧に対する赤相、白相および青相電流の位相がロック位相範囲内であるか否かを監視し、少なくとも１つがロック位相範囲内であるとハイレベルのロック信号を出力するロック部１２と、過電流検出信号とロック信号の極性を反転した信号との論理積をとって電力設備を遮断するための遮断信号を出力する論理積回路１３とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、過負荷リレーに関し、特に、短絡事故時の過渡的な電流では動作しないようにするのに好適な過負荷リレーに関する。

送電線における短絡事故発生により電力設備が停止したときには、発電機の運転状態や負荷の状況などにより運転中の電力設備が定格容量を超えて過負荷となる場合がある。
運転中の電力設備が過負荷となった場合には、設備損壊を防止するために、過負荷リレーで電力設備を負荷から遮断させている。

また、下記の特許文献１には、自端子の相電流を入力するとともに各端子にこの情報を伝送してこれらの電流情報により過負荷を判定することにより、過負荷区間を確実に検出できるとともに、単一不良では誤動作しないために送電線の不要な遮断を防止でき安定した電源の供給が可能であるようにした過負荷保護リレーが開示されている。

特開２００１−１０３６５３号公報

しかしながら、従来の過負荷リレーは、単純な過電流リレー動作とタイマ動作とにより動作するものであるために、過負荷時ばかりでなく送電線の短絡事故時にも過電流リレー動作してしまうので、タイマの設定ミスなどがあった場合には電力設備を誤遮断してしまう恐れがあるという問題があった。

また、上記特許文献１に開示された過負荷保護リレーは、多端子送電線に使用するには有効な過負荷検出手法であると思われるが、従来の過負荷リレーと同様に短絡事故時に電力設備を誤遮断してしまう恐れがあるという問題がある。

本発明の目的は、短絡事故時の電力設備の誤遮断を防止することができる過負荷リレーを提供することにある。

本発明の過負荷リレーは、過負荷を検出すると電力設備を遮断するための過負荷リレー（１０）であって、送電線の第１乃至第３の相電流の電流値（Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_c）および第１乃至第３の相電圧（Ｖ_a，Ｖ_b，Ｖ_c）に対する該第１乃至第３の相電流の位相（θ_a，θ_b，θ_c）に基づいて「通常潮流による過電流」と「短絡事故時の過渡的な電流」とを判別する判別手段と、該判別手段が「通常潮流による過電流」であると判別した場合には前記電力設備を遮断し、一方、該判別手段が「短絡事故時の過渡的な電流」であると判別した場合には前記電力設備を遮断しないようにする電力設備遮断手段とを具備することを特徴とする。
ここで、前記送電線の前記第１乃至第３の相電流の電流値が所定の電流整定値（Ａ）以上であるか否かを監視し、該第１乃至第３の相電流の電流値のいずれかが該電流整定値以上であるとハイレベルの過電流検出信号を出力する過電流検出部（１１）と、前記第１乃至第３の相電圧に対する前記第１乃至第３の相電流の位相（θ_a，θ_b，θ_c）が所定のロック位相範囲内であるか否かを監視し、該第１乃至第３の相電流の位相の少なくとも１つが該ロック位相範囲内であるとハイレベルのロック信号を出力するロック部（１２）と、前記過電流検出信号と前記ロック信号の極性を反転した信号との論理積をとって前記電力設備を遮断するための遮断信号を出力する論理積回路（１３）とを具備してもよい。
前記ロック部が、前記第１乃至第３の相電流の電流値が前記電流整定値以上であるとハイレベルの出力信号をそれぞれ出力する第１乃至第３の相電流値判定部（２１ａ〜２１ｃ）と、前記第１乃至第３の相電流の位相が前記ロック位相範囲内であるとハイレベルの出力信号をそれぞれ出力する第１乃至第３の位相判定部（２２ａ〜２２ｃ）と、前記第１の相電流値判定部の出力信号と前記第２の相電流値判定部の出力信号と前記第３の相電流値判定部の出力信号の極性を反転した信号との論理積をとる第１の論理積回路（２３₁）と、前記第１の相電流値判定部の出力信号と前記第２の相電流値判定部の出力信号の極性を反転した信号と前記第３の相電流値判定部の出力信号との論理積をとる第２の論理積回路（２３₂）と、前記第１の相電流値判定部の出力信号の極性を反転した信号と前記第２の相電流値判定部の出力信号と前記第３の相電流値判定部の出力信号との論理積をとる第３の論理積回路（２３₃）と、前記第１乃至第３の位相判定部の出力信号の論理和をとる第１の論理和回路（２４₁）と、前記第１乃至第３の論理積回路の出力信号と前記第１の論理和回路の出力信号との論理和をとる第２の論理和回路（２４₂）とを備えてもよい。
前記ロック部からハイレベルのロック信号が所定の時間だけ継続して入力されると、警報信号を警報器に出力するための連続動作監視用タイマ（１５）をさらに具備してもよい。

本発明の過負荷リレーは、短絡事故時の過渡的な電流では動作しないようにすることができるため、協調用タイマの設定ミスなどによる短絡事故時の電力設備の誤遮断を防止することができるとともに過負荷リレーの確実な運用を図ることができるという効果を奏する。

本発明の一実施例による過負荷リレー１０の構成を示す図である。図１に示したロック部１２の構成を示すブロック図である。図１に示した過負荷リレー１０の動作について説明するための図である。

上記の目的を、送電線の各相電流の電流値および各相電圧に対する各相電流の位相に基づいて「通常潮流による過電流」と「短絡事故時の過渡的な電流」とを判別し、「通常潮流による過電流」であると判別した場合には電力設備を遮断するが、「短絡事故時の過渡的な電流」であると判別した場合には電力設備を遮断しないようにすることにより実現した。

以下、本発明の過負荷リレーの実施例について図面を参照して説明する。
本発明の過負荷リレーは、送電線の各相電流の電流値および各相電圧に対する各相電流の位相に基づいて「通常潮流による過電流」と「短絡事故時の過渡的な電流」とを判別して、短絡事故時の過渡的な電流では動作しないようにしたことを特徴とする。

そのため、本発明の一実施例による過負荷リレー１０は、図１に示すように、過電流検出部１１と、ロック部１２と、論理積回路１３と、協調用タイマ１４と、連続動作監視用タイマ１５とを具備する。

ここで、過電流検出部１１は、送電線の赤相、白相および青相に設置された赤相、白相および青相計器用変流器（不図示）から入力される赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cの電流値が所定の電流整定値Ａ以上であるか否かを監視し、赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cの電流値のいずれかが電流整定値Ａ以上であると、ハイレベルの過電流検出信号を論理積回路１３に出力する。

ロック部１２は、短絡事故時の過渡的な電流で電力設備を誤遮断しないようにするためのものであり、送電線の赤相、白相および青相に設置された赤相、白相および青相計器用変成器（不図示）から入力される赤相、白相および青相電圧Ｖ_a，Ｖ_b，Ｖ_cに対する赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cの位相θ_a，θ_b，θ_c（以下、「赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_c」と称する。）が所定のロック位相範囲内（第１の位相整定値Ｂ₁以上かつ第２の位相整定値Ｂ₂以下）であるか否かを監視し、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cの少なくとも１つがロック位相範囲内であるとハイレベルのロック信号を論理積回路１３に出力して、過電流検出部１１からハイレベルの過電流検出信号が入力されても論理積回路１３からハイレベルの遮断信号が出力されないようにする。
そのため、論理積回路１３は、過電流検出信号とロック信号の極性を反転した信号との論理積をとるようにされている。
ここで、通常潮流には送電潮流と受電潮流とがあるため（図３（ａ），（ｂ）参照）、第１の位相整定値Ｂ₁は、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cが０°方向である送電潮流時用の位相整定値であり、第２の位相整定値Ｂ₂は、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cが１８０°方向である受電潮流時用の位相整定値である。

また、２相短絡事故時には赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cのいずれかがロック位相範囲外となる場合があるため、２相短絡事故時の過渡的な電流で電力設備を誤遮断しないように、ロック部１２は、赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cのうちのいずれか１つの電流値のみが電流整定値Ａよりも小さいときにも、ハイレベルのロック信号を論理積回路１３に出力するように構成されている。

そのため、ロック部１２は、図２に示すように、赤相、白相および青相電流値判定部２１ａ〜２１ｃと、赤相、白相および青相位相判定部２２ａ〜２２ｃと、第１乃至第３の論理積回路２３₁〜２３₃と、第１および第２の論理和回路２４₁，２４₂とを備える。

ここで、赤相、白相および青相電流値判定部２１ａ〜２１ｃは、赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cの電流値が電流整定値Ａ以上であると、ハイレベルの出力信号を出力する。
赤相、白相および青相位相判定部２２ａ〜２２ｃは、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cがロック位相範囲内であると、ハイレベルの出力信号を出力する。
第１の論理積回路２３₁は、赤相電流値判定部２１ａの出力信号と白相電流値判定部２１ｂの出力信号と青相電流値判定部２１ｃの出力信号の極性を反転した信号との論理積をとる。
第２の論理積回路２３₂は、赤相電流値判定部２１ａの出力信号と白相電流値判定部２１ｂの出力信号の極性を反転した信号と青相電流値判定部２１ｃの出力信号との論理積をとる。
第３の論理積回路２３₃は、赤相電流値判定部２１ａの出力信号の極性を反転した信号と白相電流値判定部２１ｂの出力信号と青相電流値判定部２１ｃの出力信号との論理積をとる。
第１の論理和回路２４₁は、赤相、白相および青相位相判定部２２ａ〜２２ｃの出力信号の論理和をとる。
第２の論理和回路２４₂は、第１乃至第３の論理積回路２３₁〜２３₃の出力信号と第１の論理和回路２４₁の出力信号との論理和をとる。
第２の論理和回路２４₂の出力信号は、論理積回路１３および連続動作監視用タイマ１５に出力される。

協調用タイマ１４は、過負荷リレー１０に従来の過負荷リレーのタイマ動作を行わせるためのものであり、論理積回路１３からハイレベルの遮断信号が所定の時間（たとえば、１０秒）だけ継続して入力されると、ハイレベルの電力設備遮断信号を出力して電力設備を遮断させる。

連続動作監視用タイマ１５は、電力設備の常時負荷時において想定外に赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cがロック位相範囲内となった場合に電力設備を遮断させることを防止するためのものであり、ロック部１２からハイレベルのロック信号が所定の時間（たとえば、５秒）だけ継続して入力されると、ハイレベルの警報信号を外部の警報器に出力して警報音などを発生させる。

次に、過負荷リレー１０の動作について、図３（ａ）〜（ｄ）を参照して説明する。

（１）常時潮流時
送電線に短絡事故が発生していない状態では、赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cの電流値はすべて送電潮流時および受電潮流時共に５Ａ以下である。また、送電潮流時の赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cはすべて、図３（ａ）に一例を示すように−２０°以上＋２０°以下であり、受電潮流時の赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cはすべて、図３（ｂ）に一例を示すように１６０°（＝１８０°−２０°）以上２００°（＝１８０°＋２０°）以下である。

そこで、電流整定値Ａを７．５Ａ（＝１．５×５Ａ）に設定し、第１の位相整定値Ｂ₁を４５°に設定するとともに、第２の位相整定値Ｂ₂を１３５°（＝１８０°−４５°）に設定すると、電力設備の常時負荷時には、赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cはすべて電流整定値Ａ（＝７．５Ａ）よりも小さく、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cはすべてロック位相範囲（４５°以上１３５°以下）外となる。

したがって、過電流検出部１１からはロウレベルの過電流信号が出力されるため、論理積回路１３から出力される遮断信号はロウレベルになるので、運転中の電力設備が遮断されることはない。
また、ロック部１２からはロウレベルのロック信号が出力されるため、連続動作監視用タイマ１５からもロウレベルの警報信号が出力されるので、警報器が動作することもない。

一方、過負荷により赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cの電流値のうちの少なくとも１つの電流値が電流整定値Ａ（＝７．５Ａ）以上になると、過電流検出部１１から出力される過電流検出信号はロウレベルからハイレベルになる。
このとき、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cは、想定外に変化しない限り、ロック位相範囲（４５°以上１３５°以内）外であるため、ロック部１２から出力されるロック信号はロウレベルのままである。

したがって、論理積回路１３ではハイレベルの過電流検出信号とロウレベルのロック信号の極性が反転されたハイレベルの信号との論理積がとられるため、論理積回路１３から出力される遮断信号はロウレベルからハイレベルになる。
その結果、過負荷が１０秒以上継続すると、協調用タイマ１４から出力される電力設備遮断信号がロウレベルからハイレベルになるため、運転中の電力設備が遮断される。
このとき、連続動作監視用タイマ１５にはロウレベルのロック信号が入力されたままであるため、警報器が動作することはない。

（２）３相短絡事故時
送電線に３相短絡事故が発生した場合には、図３（ｃ）に一例を示すように、赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cの電流値は５Ａよりも大きくなり、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cはすべて６０°以上９０°以下となる。
そのため、赤相、白相および青相電流Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_cがすべて電流整定値Ａ（＝７．５Ａ）以上であると、過電流検出部１１から出力される過電流検出信号はロウレベルからハイレベルになる。
また、赤相、白相および青相位相θ_a，θ_b，θ_cはすべてロック位相範囲（４５°以上１３５°以下）内となるため、ロック部１２では、赤相、白相および青相位相判定部２２ａ〜２２ｃの出力信号がすべてロウレベルからハイレベルになるので、第１および第２の論理和回路２４₁，２４₂の出力信号は共にロウレベルからハイレベルになる。

したがって、論理積回路１３ではハイレベルの過電流検出信号とハイレベルのロック信号の極性が反転されたロウレベルの信号との論理積がとられるため、論理積回路１３から出力される遮断信号はロウレベルのままとなる。
その結果、協調用タイマ１４から出力される電力設備遮断信号はロウレベルのままとなるため、３相短絡事故による過渡的な電流により運転中の電力設備が誤遮断されることを防止することができる。
このとき、連続動作監視用タイマ１５にはハイレベルのロック信号が入力されるが、３相短絡事故が５秒以上継続しない限り、警報器が動作することはない。

（３）２相短絡事故時
送電線に白相および青相の２相短絡事故が発生した場合には、図３（ｄ）に一例を示すように、赤相電流Ｉ_aの電流値は５Ａ以下であるが、白相および青相電流Ｉ_b，Ｉ_cの電流値は５Ａよりも大きくなる。また、赤相および白相位相θ_a，θ_bは−２０°以上２０°以下であるが、青相位相θ_cは１２０°以上１８０°以下となる。
そのため、白相および青相電流Ｉ_b，Ｉ_cが電流整定値Ａ（＝７．５Ａ）以上であると、過電流検出部１１から出力される過電流検出信号はロウレベルからハイレベルになる。
また、赤相および白相位相θ_a，θ_bは第１の位相整定値Ｂ₁（＝４５°）よりも小さくなり、青相位相θ_cは第２の位相整定値Ｂ₂（＝１３５°）よりも大きいか小さくなるため、ロック部１２では、赤相および白相位相判定部２２ａ，２２ｂの出力信号はロウレベルのままとなり、青相位相判定部２２ｃの出力信号は、青相位相θ_cが第２の位相整定値Ｂ₂（＝１３５°）よりも小さいときにはロウレベルからハイレベルになるが、青相位相θ_cが第２の位相整定値Ｂ₂（＝１３５°）よりも大きいときにはロウレベルのままとなるので、第１の論理和回路２４₁の出力信号は必ずしもロウレベルからハイレベルになるとは限らない。
しかしながら、赤相電流値判定部２１ａの出力信号はロウレベルのままとなり、白相および青相電流値判定部２１ｂ，２１ｃの出力信号はロウレベルからハイレベルになるため、第３の論理積回路２３₃の出力信号がロウレベルからハイレベルになるので、第２の論理和回路２４₂の出力信号はロウレベルからハイレベルになる。

したがって、論理積回路１３ではハイレベルの過電流検出信号とハイレベルのロック信号の極性が反転されたロウレベルの信号との論理積がとられるため、論理積回路１３から出力される遮断信号はロウレベルのままとなる。
その結果、協調用タイマ１４から出力される電力設備遮断信号はロウレベルのままとなるため、２相短絡事故による過渡的な電流により運転中の電力設備が誤遮断されることを防止することができる。
このとき、連続動作監視用タイマ１５にはハイレベルのロック信号が入力されるが、２相短絡事故が５秒以上継続しない限り、警報器が動作することはない。

１０過負荷リレー
１１過電流検出部
１２ロック部
１３論理積回路
１４協調用タイマ
１５連続動作監視用タイマ
２１_a，２１_b，２１_c 赤相、白相および青相電流値判定部
２２_a，２２_b，２２_c 赤相、白相および青相位相判定部
２３₁〜２３₃ 第１乃至第３の論理積回路
２４₁，２４₂ 第１および第２の論理和回路
Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_c 赤相、白相および青相電流
Ｖ_a，Ｖ_b，Ｖ_c 赤相、白相および青相電圧
θ_a，θ_b，θ_c 赤相、白相および青相位相
Ａ電流整定値
Ｂ₁，Ｂ₂ 第１および第２の位相整定値

Claims

過負荷を検出すると電力設備を遮断するための過負荷リレー（１０）であって、
送電線の第１乃至第３の相電流の電流値（Ｉ_a，Ｉ_b，Ｉ_c）および第１乃至第３の相電圧（Ｖ_a，Ｖ_b，Ｖ_c）に対する該第１乃至第３の相電流の位相（θ_a，θ_b，θ_c）に基づいて「通常潮流による過電流」と「短絡事故時の過渡的な電流」とを判別する判別手段と、
該判別手段が「通常潮流による過電流」であると判別した場合には前記電力設備を遮断し、一方、該判別手段が「短絡事故時の過渡的な電流」であると判別した場合には前記電力設備を遮断しないようにする電力設備遮断手段と、
を具備することを特徴とする、過負荷リレー。
前記送電線の前記第１乃至第３の相電流の電流値が所定の電流整定値（Ａ）以上であるか否かを監視し、該第１乃至第３の相電流の電流値のいずれかが該電流整定値以上であるとハイレベルの過電流検出信号を出力する過電流検出部（１１）と、
前記第１乃至第３の相電圧に対する前記第１乃至第３の相電流の位相（θ_a，θ_b，θ_c）が所定のロック位相範囲内であるか否かを監視し、該第１乃至第３の相電流の位相の少なくとも１つが該ロック位相範囲内であるとハイレベルのロック信号を出力するロック部（１２）と、
前記過電流検出信号と前記ロック信号の極性を反転した信号との論理積をとって前記電力設備を遮断するための遮断信号を出力する論理積回路（１３）と、
を具備することを特徴とする、請求項１記載の過負荷リレー。
前記ロック部が、
前記第１乃至第３の相電流の電流値が前記電流整定値以上であるとハイレベルの出力信号をそれぞれ出力する第１乃至第３の相電流値判定部（２１ａ〜２１ｃ）と、
前記第１乃至第３の相電流の位相が前記ロック位相範囲内であるとハイレベルの出力信号をそれぞれ出力する第１乃至第３の位相判定部（２２ａ〜２２ｃ）と、
前記第１の相電流値判定部の出力信号と前記第２の相電流値判定部の出力信号と前記第３の相電流値判定部の出力信号の極性を反転した信号との論理積をとる第１の論理積回路（２３₁）と、
前記第１の相電流値判定部の出力信号と前記第２の相電流値判定部の出力信号の極性を反転した信号と前記第３の相電流値判定部の出力信号との論理積をとる第２の論理積回路（２３₂）と、
前記第１の相電流値判定部の出力信号の極性を反転した信号と前記第２の相電流値判定部の出力信号と前記第３の相電流値判定部の出力信号との論理積をとる第３の論理積回路（２３₃）と、
前記第１乃至第３の位相判定部の出力信号の論理和をとる第１の論理和回路（２４₁）と、
前記第１乃至第３の論理積回路の出力信号と前記第１の論理和回路の出力信号との論理和をとる第２の論理和回路（２４₂）と、
を備えることを特徴とする、請求項２記載の過負荷リレー。
前記ロック部からハイレベルのロック信号が所定の時間だけ継続して入力されると、警報信号を警報器に出力するための連続動作監視用タイマ（１５）をさらに具備することを特徴とする、請求項２または３記載の過負荷リレー。