JP2013176177A

JP2013176177A - Ｉｅｄを活用した地絡の有無を検出する方法

Info

Publication number: JP2013176177A
Application number: JP2012037588A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Yoshida; 和芳吉田; Mitsutaka Tomura; 充孝戸村; Hiroyuki Furukawa; 浩幸古川; Shohei Shirai; 梢平白井
Original assignee: Tokyo Densetsu Service Co Ltd
Current assignee: Tokyo Densetsu Service Co Ltd
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2013-09-05

Abstract

【課題】ＩＥＤ保護リレーを利用して、電力系統での地絡を容易に判断する方法を提供する。
【解決手段】図４の地絡の判定ロジックにおいて、ステップ１で、送電線の地絡電圧Ｖ_０と地絡電流Ｉｇの値は、地絡方向保護リレーの演算部内に入力される。地絡電圧Ｖ_０の値をしきい値28.5Ｖと比較し、地絡電流Ｉｇの値を、しきい値200ｍＡと比較する（ステップ２）。それらの値がしきい値以上であれば、それぞれの値のベクトル値を算出する（ステップ３）。地絡電流Ｉｇのベクトル値が、位相角α１（２２５度）より大きいか否か判定し（ステップ４）、また位相角α２（４５度）より大きいか否か判定する（ステップ５）。次に、地絡電圧Ｖ_０と地絡電流Ｉｇのベクトル図のリレー特性図を作成し、ＩｇがＶ_０に対して最大感度角４５度であれば、地絡ありと判定する（ステップ６、ステップ７）。

【選択図】図４

Description

本発明は、地絡を検出する判断ロジックを組み込んだ地絡保護リレーを使用して、電力系統における地絡の検出を容易に判定する方法に関するものである。

従来、欧米では、電力系統（直接接地系統向け）の事故を検出するために、ＩＥＤ（Intelligent Electronics Device）保護リレーが開発されている。このＩＥＤ保護リレーは、短絡保護と共用する距離リレーや、地絡過電流リレーと地絡過電圧リレーの組み合わせが一般的であり、地絡の際の電流を検出して、電圧との組み合わせで動作するものであって、汎用性に富んだリレー装置である。
しかし、日本での送電の系統は、送電電圧が275,000Ｖ以上の場合は、欧米と同様に中性点が直接接地されているが、6,000Ｖから275,000Ｖ未満では、周囲導体への誘導影響を防止するために、中性点を接地しない方式や抵抗あるいはリアクトルを設けるやり方で、直接接地しない場合が多い。そして、前者の場合には、地絡の場合に数千アンペアから数万アンペアのような大きい電流が流れるが、後者の場合には、地絡が起きてもその電流は、数百ミリアンペアから数百アンペアと、流れる電流は非常に小さい。

従来、地絡の検出にＩＥＤ保護リレーが用いられている。例えば、ＩＥＤ保護リレーの使用では、電圧センサや電流センサにより得られた計測値としきい値とを比較するものであり、異常を検知するやり方については、特許文献１（段落0011以降）にも記載されている。しかし、そのやり方は、非接地系統、抵抗接地系統あるいはリアクトル接地系統用の地絡方向保護リレーとして、ＩＥＤ保護リレーの使用法を示すものではない。

特開2001−27907号公報

ＩＥＤ保護リレーには、その使用の際に、ユーザが保護リレー特性を作成できる領域があり、電圧、電流の瞬時値のベクトル演算値が使用でき、それらの値に基づき、電圧、電流の位相判定や、大きさの判定が可能である。
そこで、ＩＥＤ保護リレーは、コストや使いやすさの点から非接地の場合でも使用が考えられるが、非接地系統用の地絡方向保護リレーとして、従来のＩＥＤ保護リレーは機能がなく、その点での利用がされていない。また、接地、非接地にかかわらず、地絡検出を容易にするために、ＩＥＤ保護リレーが備える各種の機能に基づいて、装置を、より使いやすくする必要があった。

本発明の目的は、前記課題に対し、電力系統の接地、非接地にかかわらず、ＩＥＤ保護リレーを利用して、電力系統での地絡を容易に判断する方法を提供するものである。

本発明の他の目的は、非接地系統、抵抗接地系統あるいはリアクトル接地系統において、ＩＥＤ保護リレーを利用して、電力系統での地絡を容易に判断する方法を提供するものである。

本願における非接地系統での地絡の有無を検出する方法の発明は、地絡方向保護リレーの地絡電圧と地絡電流の位相を測定して非接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を判定する方法であって、地絡電流が定められた値（例えば、一線地絡事故が発生した時に生じる電流に対して余裕度を持たせた値として200ｍＡ）以上であるか否かを判定するステップと、地絡電圧が定められた値（例えば、一線地絡が生じた場合発生する計器用変成器の２次側の零相電圧の値として28.5Ｖ）以上であるか否かを判定するステップと、前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面（ベクトル表示面あるいはベクトル図）上での位相角が、定められた角度範囲（例えば、２２５度以上３６０度未満）であるか否かを判定するとともに、前記地絡電流の複素平面上での角度が、４５度以下であるか否かを判定するステップと、前記地絡電圧と前記地絡電流の値の論理和が、複素平面上で最大感度角４５度であるか否かを判定するステップと、上記判定処理の結果、系統の地絡が検出された時の地絡方向保護リレーの位相特性となっているか否かを判定するステップと、を備えたことを特徴とする。

本願における抵抗接地系統の地絡の有無を検出する方法の発明は、地絡方向保護リレーの地絡電圧と地絡電流の位相を測定して抵抗接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を判定する方法であって、地絡電流が定められた値（例えば、10Ａ）以上であるか否かを判定するステップと、地絡電圧が定められた値（例えば、一線地絡が生じた場合発生する計器用変成器の２次側の零相電圧の値として28.5Ｖ）以上であるか否かを判定するステップと、前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面上での位相角が、定められた角度範囲（例えば、２２５度以上３６０度未満）であるか否かを判定するとともに、前記地絡電流の複素平面上での角度が、４５度以下であるか否かを判定するステップと、前記地絡電圧と前記地絡電流の値の論理和が、複素平面上で最大感度角７５度であるか否かを判定するステップと、上記判定処理の結果、抵抗接地系統の地絡が検出された時の地絡方向保護リレーの位相特性となっているか否かを判定するステップと、を備えたことを特徴とする。

本願のリアクトル接地系統の地絡の有無を検出する方法の発明は、地絡方向保護リレーの地絡電圧と地絡電流の位相を測定してリアクトル接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を判定する方法であって、地絡電流が定められた値（例えば、10Ａ）以上であるか否かを判定するステップと、地絡電圧が定められた値（例えば、一線地絡が生じた場合発生する計器用変成器の２次側の零相電圧の値として28.5Ｖ）以上であるか否かを判定するステップと、前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面上での位相角が、定められた角度範囲（例えば、２２５度以上３６０度未満）であるか否かを判定するとともに、前記地絡電流の複素平面上での角度が、４５度以下であるか否かを判定するステップと、前記地絡電圧と前記地絡電流の値の論理和が、複素平面上で最大感度角０度であるか否かを判定するステップと、上記判定処理の結果、リアクトル接地系統の地絡が検出された時の地絡方向保護リレーの位相特性となっているか否かを判定するステップと、を備えたことを特徴とする。

本発明によれば、電力系統での地絡を検出するに際して、地絡保護リレーとしての、ＩＥＤ保護リレー内部の電圧、電流のベクトル値を用いて、電圧、電流の位相差判定及び電圧と電流のしきい値による判定を判断ロジックで作成することにより、接地、非接地にかかわらず、どの系統でも同一のＩＥＤ保護リレーを使用して、地絡の判定が容易にできる。

図１は、非接地系統に本発明を適用する場合の概略図である。図２は、抵抗接地系統に本発明を適用する場合の概略図である。図３は、リアクトル接地系統に本発明を適用する場合の概略図である。図４は、地絡電圧と地絡電流に基づき、地絡の有無を判断するステップを示す図である。図５（イ）〜（へ）は、非接地系統の場合に地絡を判定する順序を、ベクトルで示す図である。図６で、（イ）は、抵抗接地系統の場合に、非接地系統の場合の図５の（ホ）に相当するベクトルを示す図であり、（ロ）は、リアクトル接地系統の場合に、非接地系統の場合の図５の（ホ）に相当するベクトルを示す図である。

本発明の地絡方向保護リレー（ＩＥＤ保護リレー）を使用して、地絡を判定する方法について、非接地系統、抵抗接地系統、リアクトル接地系統に分けて説明する。
図１は、配電用変電所での非接地系統の場合の、送電系統と地絡方向保護リレーの関係を説明する略図である。発電所から送電線１により送出され、６６ｋＶに変換された電力は、変電所において、変圧器２により６ｋＶに変換されて送電線３に送出され、母線４を介して送電線５に送出される。ここで、変圧器２は、非接地である。母線４を介して供給される電圧は、変電所内での地絡を検知するために、送電線５側に送電線保護用の変流器（この場合は、零相変流器９）が設けられ、該変流器が、内部に演算部８を有する地絡方向保護リレー７に接続され、そして、地絡方向保護リレー７は、計器用変成器６と零相変流器８を介して、母線４と零相変流器９に接続される。地絡方向保護リレー７には、地絡電圧Ｖ_０が計器用変成器６の３次側から直接、入力し、また、地絡電流Ｉｇが、零相変流器９の２次側から直接、入力する。

後述するように、地絡方向保護リレー７は、測定された地絡電圧Ｖ_０と地絡電流Ｉｇの値に基づき、演算部８でそれらの値を判定し、地絡の有無を判断し、地絡と判断されたときは、その旨を遮断器に暖炉の指令を出し、地絡方向保護リレーに設けられたランプで表示するとともに、電気所に断路があったことを送信する。

図２は、配電用変電所での抵抗接地系統（架空系統）の場合の、送電系統と地絡方向保護リレーの関係を説明する略図である。ここでは、送電電圧が154ｋＶであり、それは変圧器２aにより66ｋＶに変換される。図２において、変圧器２aは、抵抗Ｒを介して接地されており、母線４は、送電線５に接続される。
内部に演算部８を有する地絡方向保護リレー７は、変流器９aを介して、送電線５と接続される。地絡方向保護リレー７と計器用変成器６の接続は、図１の場合と同様である。地絡方向保護リレー７には、地絡電圧Ｖ_０が計器用変成器６の２次側の各相電圧として入力し、また、地絡電流Ｉｇは、変流器９aの２次側の各相電流が入力する。この場合、次式の演算が、地絡方向リレー７の演算部８内で行われる。

図３は、配電用変電所でのリアクトル接地系統（地中ケーブル系統）の場合の、送電系統と地絡方向保護リレーの関係を説明する略図である。ここでは、図２の抵抗接地系統の場合と同様に、送電電圧154ｋＶは、変圧器２aにより66ｋＶに変換される。図３において、変圧器２bは、リアクトルＳＲを介して接地されており、母線４は、送電線５に接続される。
内部に演算部８を有する地絡方向保護リレー７は、変流器９bを介して、送電線５と接続される。地絡方向保護リレー７と計器用変成器６の接続は、図１の場合と同様である。また、図２の場合と同様に、地絡方向リレー７には、地絡電圧Ｖ_０が計器用変成器６の２次側の各相電圧として入力し、また、地絡電流Ｉｇは、変流器９bの２次側の各相電流が入力する。この場合も、次式の演算が、地絡方向保護リレー７の演算部８内で行われる。

次に、非接地系統の場合の地絡判定について、図４、図５により説明する。図４は、地絡の判定ロジック（判定順序）を示す図であり、図５は、非接地系統の場合の地絡保護リレーの動作において、地絡電圧と地絡電流をベクトルで示すものである。
図４において、まず、測定された送電線の地絡電圧Ｖ_０と地絡電流Ｉｇの値は、地絡方向保護リレー７の演算部８内に入力される（ステップ１、図５の（イ）、（ロ））。
演算部８において、ステップ１で得られた地絡電圧Ｖ_０と地絡電流Ｉｇの値をしきい値と比較する。測定された地絡電圧Ｖ_０は、計器用変成器６での２次側電圧値であるしきい値28.5Ｖ（一線地絡が生じた場合発生する計器用変成器の２次側の零相電圧の値として28.5Ｖ）と比較され、28.5Ｖ以上の場合に、判定対象として演算部に取り込まれる。また、測定された地絡電流Ｉｇは、しきい値200ｍＡ（一線地絡事故が発生した時に生じる電流に対して余裕度を持たせた値として200ｍＡ）と比較され、200ｍＡ以上の場合に判定対象として演算部に取り込まれる（ステップ２）。上記しきい値は、地絡が生じたときに地絡保護リレー（ＩＥＤ保護リレー）に実際に流れる電流、電圧から、誤差を見込んで決められた値である。そして、地絡電圧Ｖ_０、地絡電流Ｉｇそれぞれの比較した値のベクトル値を算出する（ステップ３）。

また、演算部８において、地絡電流Ｉｇのベクトル値は、位相角α１（非接地系統では２２５度）より大きいか否か判定し（ステップ４）、また位相角α２（非接地系統では４５度）より大きいか否か判定する（ステップ５、図５の（ハ）、（ニ））。
ステップ４，５の結果から、地絡電圧Ｖ_０と地絡電流Ｉｇのベクトルを合成し、図４のベクトル図の（ホ）のリレー特性図を作成し、「地絡あり」との判定図である図４のベクトル図（ヘ）に相当するか否か判定し、その位相特性が（ホ）のように、ＩｇがＶ_０に対して最大感度角４５度であれば、地絡ありと判定される（ステップ６、ステップ７）。そして、地絡の場合、遮断器が動作し断路となる。

抵抗接地系統の場合、判定ロジックは非接地系統の場合と同様であるが、地絡電流の定められた値は、10Ａ以上であり、地絡電圧の定められた値は、地絡時、発生する零相電圧が28.5Ｖ以上である。「接地あり」と判定するベクトル図は、図６（イ）を基準とし、地絡電流Ｉｇの最大感度角７５度であれば、地絡ありと判定される。

また、リアクトル接地系統の場合も、判定ロジックは非接地系統の場合と同様であるが、地絡電流の定められた値は、10Ａ以上であり、地絡電圧の定められた値は、地絡時、発生する零相電圧が28.5Ｖ以上である。「接地あり」と判定するベクトル図は、図６（ロ）を基準とし、地絡電流Ｉｇの最大感度角０度であれば、地絡ありと判定される。

１、３、５送電線
２変圧器
４送電線
６計器用変成器
７地絡方向保護リレー
８演算部
９変流器

Claims

地絡方向保護リレーの地絡電圧と地絡電流の位相を測定して非接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を判定する方法であって、
地絡電流が定められた値以上であるか否かを判定するステップと、
地絡電圧が定められた値以上であるか否かを判定するステップと、
前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面上での位相角が、定められた角度範囲であるか否かを判定するとともに、前記地絡電流の複素平面上での角度が、４５度以下であるか否かを判定するステップと、
前記地絡電圧と前記地絡電流の値の論理和が、複素平面上で最大感度角４５度であるか否かを判定するステップと、
上記判定処理の結果、系統の地絡が検出された時の地絡方向保護リレーの位相特性となっているか否かを判定するステップと、
を備えたことを特徴とする非接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を検出する方法。
前記地絡電流の定められた値は200ｍＡ以上であり、前記地絡電圧の定められた値は28.5Ｖ以上であり、前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面上での位相角の定められた角度範囲は、２２５度以上３６０度未満であることを特徴とする請求項１に記載のＩＥＤを活用した地絡の有無を検出する方法。
地絡方向保護リレーの地絡電圧と地絡電流の位相を測定して抵抗接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を判定する方法であって、
地絡電流が定められた値以上であるか否かを判定するステップと、
地絡電圧が定められた値以上であるか否かを判定するステップと、
前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面上での位相角が、定められた角度範囲であるか否かを判定するとともに、前記地絡電流の複素平面上での角度が、４５度以下であるか否かを判定するステップと、
前記地絡電圧と前記地絡電流の値の論理和が、複素平面上で最大感度角７５度であるか否かを判定するステップと、
上記判定処理の結果、抵抗接地系統の地絡が検出された時の地絡方向保護リレーの位相特性となっているか否かを判定するステップと、
を備えたことを特徴とする抵抗接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を検出する方法。
地絡方向保護リレーの地絡電圧と地絡電流の位相を測定してリアクトル接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を判定する方法であって、
地絡電流が定められた値以上であるか否かを判定するステップと、
地絡電圧が定められた値以上であるか否かを判定するステップと、
前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面上での位相角が、定められた角度範囲であるか否かを判定するとともに、前記地絡電流の複素平面上での角度が、４５度以下であるか否かを判定するステップと、
前記地絡電圧と前記地絡電流の値の論理和が、複素平面上で最大感度角０度であるか否かを判定するステップと、
上記判定処理の結果、リアクトル接地系統の地絡が検出された時の地絡方向保護リレーの位相特性となっているか否かを判定するステップと、
を備えたことを特徴とするリアクトル接地系統でのＩＥＤを活用した地絡の有無を検出する方法。
前記地絡電流の定められた値は10Ａ以上であり、前記地絡電圧の定められた値は28.5Ｖ以上であり、前記地絡電圧に対して前記地絡電流の複素平面上での位相角の定められた角度範囲は、２２５度以上３６０度未満であることを特徴とする請求項３または４に記載のＩＥＤを活用した地絡の有無を検出する方法。