JP2014150658A - 保護継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部事故時にＣＴ飽和により生じる不要動作を防止することができる保護継電装置を提供するものである。
【解決手段】実施形態の保護継電装置は、実施形態の保護継電装置は、データ取得部が所定の時間間隔で前記電力系統の電流をサンプリングし、デジタル化することで電流データを取得する。ＣＴ飽和判定部が前記データ取得部で取得された前記電流データのうち、最新のデータを含む連続する４つのデータに対して、それぞれ連続する２つのデータの差の絶対値を足し合わせた電流変化率が、所定の期間における前記電流変化率の最大値の定数倍よりも小さいという条件を満たす場合にＣＴ飽和と判定する。リレー演算部が前記ＣＴ飽和判定部により前記ＣＴ飽和と判定された場合に前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ信号の出力をロックする。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、保護継電装置に関する。

送電線保護用の保護継電装置は、送電線各端子の電流を使用して、保護対象区間の内部事故や外部事故を識別し、高感度に検出する装置である。

保護継電装置による内部事故や外部事故の識別は次のように行われる。自端子から得られる自端子電流と、他端子から得られる他端子電流のベクトル和を動作量Ｉｄとして求め、各端子の電流のスカラ和を抑制量Ｉｒとして求める。動作量Ｉｄと抑制量Ｉｒとに基づいて、比率差動特性の動作・不動作の判定を行う。

ここで、比率差動特性は図８に示すように、小電流域特性ＤＦ１と大電流域特性ＤＦ２という２組の特性で構成される。小電流域特性ＤＦ１は、内部事故時に事故電流が小さい場合でも検出できるようにするための特性である。大電流特性ＤＦ２は、外部事故時に大電流が通過した場合、変流器（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）の増大した誤差電流で動作しないようにするための特性である。

この小電流域特性ＤＦ１と大電流域特性ＤＦ２の双方の動作域に入った場合に、保護継電装置はリレー動作を行う。

特開昭６２−２９３９２７号公報

上述したような保護継電装置おいて、ＣＴが過度に飽和した際には外部事故時に不要な動作となることがあり得る。

そこで、本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、外部事故時にＣＴ飽和により生じる不要動作を防止することができる保護継電装置を提供するものである。

上記課題を達成するために、実施形態の保護継電装置は、データ取得部が所定の時間間隔で前記電力系統の電流をサンプリングし、デジタル化することで電流データを取得する。ＣＴ飽和判定部が前記データ取得部で取得された前記電流データのうち、最新のデータを含む連続する４つのデータに対して、それぞれ連続する２つのデータの差の絶対値を足し合わせた電流変化率が、所定の期間における前記電流変化率の最大値の定数倍よりも小さいという条件を満たす場合にＣＴ飽和と判定する。リレー演算部が前記ＣＴ飽和判定部により前記ＣＴ飽和と判定された場合に前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ信号の出力をロックする。

第１の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図。 第１の実施形態に係る保護継電装置の動作を示すフローチャート。 第２の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図。 第３の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図。 第４の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図。 第５の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図。 変形例に係る保護継電装置のリレー演算部の構成を示すブロック図。 比率差動特性の一例を示す説明図。

以下、実施形態について図面を用いて説明する。

（第１の実施形態）
図１は第１の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図である。

保護継電装置１は、データ取得部２、通信部３、リレー演算部４、ＣＴ飽和判定部５を有する。

図１では、自端子の保護継電装置１を示しているが、他端子にも同様の保護継電装置があり、自端子の保護継電装置１と同様の構成である。

データ取得部２は、電力系統６に設けられた自端子のＣＴ７から自端子電流を取得する手段である。具体的には、電気角で３０°ごとや６０°ごとといった所定の時間間隔で自端子電流のアナログデータをサンプリングし、デジタル化、フィルタリング化を行い、デジタルデータである自端子電流データを得る。

通信部３は、ネットワークを介して他端子の保護継電装置の通信部との電流データの授受を行う通信手段である。具体的には、他端子からの他端子電流データを受信し、自端子電流データを他端子の保護継電装置の通信部に送信する。

他端子の保護継電装置のデータ取得部は、電力系統６に設けられた他端子のＣＴから所定の時間間隔で他端子電流のアナログデータをサンプリングし、デジタル化、フィルタリング化を行い、他端子電流データを得る。

リレー演算部４は、データ取得部３により得られる自端子電流データＩａと、通信部３により得られる他端子電流データＩｂとに基づいて、動作量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒを算出し、動作量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒに基づきリレー動作を行う（開閉器あるいは遮断器を開放するトリップ信号を出力する）手段である。

動作量Ｉｄは以下のように各端子電流データのベクトル和であり、抑制量Ｉｒは各端子電流データのスカラ和である。

Ｉｄ＝｜Ｉａ＋Ｉｂ｜ （１）
Ｉｒ＝｜Ｉａ｜＋｜Ｉｂ｜ （２）
なお、説明の簡略化のため上記の数式（１），（２）は２端子系統の場合を示しているが、３端子以上の系統でもよい。３端子以上の系統の場合でも同様に動作量Ｉｄは各端子電流データのベクトル和、抑制量Ｉｒは各端子電流データのスカラ和として求められる。

リレー演算部４は、動作量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒに基づき、下記の小電流域特性ＤＦ１と大電流域特性ＤＦ２の両方を満たすか否かの判定を行い、両方を満たす場合にトリップ信号を出力する。

ただし、Ｋ_ｒ１，Ｋ_ｒ２，Ｋ_０１，Ｋ_０２は定数であり、Ｋ_ｒ１＜Ｋ_ｒ２を満たす。

ＣＴ飽和判定部５は、データ取得部２により得られる自端子電流データに基づき、自端子のＣＴ７が飽和しているか否かを判定する手段である。

以下に具体的な判定方法について説明する。

最新の電流データ取得時間をｍとし、データ取得部２により得られた最新の電流データをＩ_ｍ、１つ前にサンプリングされた電流データをＩ_ｍ−１、２つ前にサンプリングされた電流データをＩ_ｍ−２とする。最新の電流データＩ_ｍを含む連続する４つのデータ（Ｉ_ｍ，Ｉ_ｍ−１，Ｉ_ｍ−２，Ｉ_ｍ−３）から数式（５）を用いて電流変化率ΔＩｗｃ_ｍを算出する。

ΔＩｗｃ_ｍ＝｜Ｉ_ｍ−Ｉ_ｍ−１｜＋｜Ｉ_ｍ−１−Ｉ_ｍ−２｜＋｜Ｉ_ｍ−２−Ｉ_ｍ−３｜ （５）
この電流変化率ΔＩｗｃ_ｍが、所定の期間ｎにおける電流変化率の最大値の定数倍よりも小さいか否かを判定する。

具体的には、以下の数式（６）を満たすか否かの判定を行う。

ΔＩｗｃ_ｍ＜Ｋ・ｍａｘ{ΔＩｗｃ_ｍ−１，ΔＩｗｃ_ｍ−２，・・・，ΔＩｗｃ_ｍ−ｎ} （６）
ただし、Ｋは定数である。

交流系統の場合、電流値はｓｉｎ曲線となるため絶対値は１／２周期ごとに最大値となる。そのため、所定の期間ｎの一例としては１／２周期以上が挙げられる。

ＣＴ飽和判定部５は、数式（６）が成立した場合に自端子のＣＴ飽和と判定する。

リレー演算部４は、ＣＴ飽和判定部５により自端子のＣＴ７が飽和していると判定された場合に、トリップ信号の出力をロックし、数式（３），（４）で示した小電流域特性ＤＦ１と大電流域特性ＤＦ２の両方を満たす場合でもトリップ信号の出力を行わない。

次に各構成要素の作用について、図２を用いて説明する。図２は第１の実施形態に係る保護継電装置の動作を示すフローチャートである。

データ取得部２は、電力系統６に設けられた自端子のＣＴ７から自端子電流のアナログデータを取得し、デジタル化することで自端子電流データを取得する（ステップＳ１０１）。

ＣＴ飽和判定部５は、最新の電流データＩ_ｍを含む連続する４つのデータ（Ｉ_ｍ，Ｉ_ｍ−１，Ｉ_ｍ−２，Ｉ_ｍ−３）から数式（５）を用いて電流変化率ΔＩｗｃ_ｍを算出する（ステップＳ１０２）。

ＣＴ飽和判定部５は、電流変化率ΔＩｗｃ_ｍが数式（６）を満たす場合に自端子のＣＴ飽和と判定する（ステップＳ１０３）。

リレー演算部４は、ＣＴ飽和判定部５により自端子のＣＴ７が飽和していると判定された場合に、トリップ信号の出力をロックする（ステップＳ１０４）。

以上説明したように、この第１の実施形態に係る保護継電装置によれば、他端子電流データを用いずに自端子電流データのみでＣＴ７が飽和しているか否かを判定することができる。ＣＴ７が飽和している場合には、トリップ信号の出力をロックすることで、外部事故時にＣＴ飽和により生じる不要動作を防止することができる。

（第２の実施形態）
第２の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。

図３は、第２の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図である。

この第２の実施形態が第１の実施形態と異なる点は、さらに電流レベル判定部１０を有することにある。

電流レベル判定部１０は、データ取得部２が取得した自端子電流データから自端子電流の振幅値が閾値を超えているか否かを判定する手段である。なお、閾値は任意に設定可能である。

ＣＴ飽和判定部５は、数式（６）を満たし、かつ電流レベル判定部１０により自端子電流の振幅値が閾値を超えていると判定された場合に、自端子のＣＴ７が飽和していると判定する。

以上説明したように、この第２の実施形態に係る保護継電装置では、電流レベル判定部１０およびＣＴ飽和判定部５により自端子電流の振幅値も考慮して自端子のＣＴ飽和の判定を行う。

そのため第１の実施形態の効果に加えて、より高精度にＣＴ飽和の判定を行うことが可能となる。

（第３の実施形態）
第３の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態、第２の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。

図４は、第３の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図である。

この第３の実施形態が第１の実施形態、第２の実施形態と異なる点は、さらに他端子ＣＴ情報取得部２０を有することにある。

他端子ＣＴ情報取得部２０は、通信部２を介して他端子の保護継電装置の通信部から、他端子のＣＴが飽和していることを示す他端子ＣＴ飽和信号を取得する。

ＣＴ飽和判定部５は、数式（６）を満たし、かつ電流レベル判定部１０により自端子電流の振幅値が閾値を超えていると判定された場合あるいは、他端子ＣＴ情報取得部２０により他端子ＣＴ飽和信号が取得された場合にＣＴ飽和と判定する。

すなわち、自端子のＣＴ７と他端子のＣＴのうち、少なくとも１つが飽和していることを意味する。

以上説明したように、この第３の実施形態に係る保護継電装置では、自端子のＣＴ飽和の有無だけでなく、他端子のＣＴ飽和の有無を考慮してトリップ信号の出力をロックすることができる。

なお、図４では、第２の実施形態に他端子ＣＴ情報取得部２０を組み合せた構成となっているが、第１の実施形態に他端子ＣＴ情報取得部２０を組み合せた構成としても良く、同様の効果を得ることができる。

（第４の実施形態）
第４の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態乃至第３の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。

図５は、第４の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図である。

この第４の実施形態が第１の実施形態乃至第３の実施形態と異なる点は、さらに外部事故検出部３０を有することにある。

外部事故検出部３０は、保護継電装置１の保護区間の外側での事故（外部事故）が発生したことを検出する手段である。外部事故の検出方法としては例えば、差動電流の無変化検出をする方法が挙げられる。

リレー演算部４は、ＣＴ飽和検出部５によりＣＴ飽和と判定され、かつ外部事故検出部３０により外部事故が検出された場合に、トリップ信号の出力をロックする。

以上説明したように、この第３の実施形態に係る保護継電装置では、外部事故検出部３０を備えたことにより、ＣＴ飽和を伴わない外部事故時に不要な動作を行うことを防止することができる。

なおリレー演算部４は、外部事故検出部３０により外部事故が検出された場合にトリップ信号の出力ロックを１サイクル（１周期分）行い、トリップ信号の出力ロック中にＣＴ飽和判定部５によるＣＴ飽和が判定された場合に、トリップ信号の出力ロックを３サイクル（３周期分）に延長するといったように、トリップ信号の出力ロック時間を変更できるようにしてもよい。

また、図５では、第３の実施形態に外部事故検出部３０を組み合せた構成となっているが、第１の実施形態あるいは第２の実施形態に外部事故検出部３０を組み合せた構成としても良く、同様の効果を得ることができる。

（第５の実施形態）
第５の実施形態の構成について、図面を用いて説明する。なお、第１の実施形態乃至第４の実施形態と同一部分は同一符号で示し、説明は省略する。

図６は、第５の実施形態に係る保護継電装置の構成を示すブロック図である。

この第５の実施形態が第４の実施形態と異なる点は、さらに内部進展検出部４０を有することにある。

内部進展検出部４０は、外部事故が保護継電装置１の保護区間の内側に至る内部事故に進展したことを検出する手段である。

リレー演算部４は、内部進展検出部４０により外部事故の内部事故への進展が検出された場合に、トリップ信号の出力ロック時間を短縮させる。

以上説明したように、この第５の実施形態に係る保護継電装置では、外部事故が内部事故へと進展した場合に、トリップ信号の出力ロック時間を短縮させることが可能となるため、動作の遅れを生じさせることなく内部事故時の開閉器あるいは遮断器の開放動作を行うことができる。

なお、第１乃至第５の実施形態において、ＣＴ飽和判定部５が自端子のＣＴ飽和と判定した場合に、通信部３が自端子のＣＴ７が飽和していることを示すＣＴ飽和信号を他端子の保護継電装置の通信部に送信する構成としてもよい。

このように構成することで、１つのハードウェアにて電流データの送受信およびＣＴ飽和信号の送受信ができるため、別々のハードウェアを設ける場合に比べてコスト削減に貢献できる。

また、第１乃至第５の実施形態では１つのリレー演算部４のみを記載しているが、例えば図７に示すように、動作域が異なる、動作判定式が異なるあるいは動作時間が異なる複数のリレー演算部４を備え、リレー演算部４に応じてトリップ信号出力のロックをするか否か、またはロック時間をスイッチ等により選択可能な構成としてもよい。

第１乃至第５の実施形態では通信部３を備え、リレー演算部４は動作量Ｉｄおよび抑制量Ｉｒを算出して事故を検出する電流差動保護継電装置について示したが、この範囲に限定するものではない。すなわち、距離継電装置、方向継電装置、バランス継電装置等、電力系統に設置されたＣＴにて電流値を検出する保護継電装置に適用可能であり、同様の効果を得ることができる。

本発明のいくつかの実施形態について説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…保護継電装置
２…データ取得部
３…通信部
４…リレー演算部
５…ＣＴ飽和判定部
６…電力系統
７…変流器（ＣＴ：Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）
１０…電流レベル判定部
２０…他端子ＣＴ情報取得部
３０…外部事故検出部
４０…内部進展検出部

Claims (7)

1. 保護区間内の事故を検出し、電力系統に設置された遮断器あるいは開閉器の開放を制御する保護継電装置において、
   所定の時間間隔で前記電力系統の電流をサンプリングし、デジタル化することで電流データを取得するデータ取得部と、
   前記データ取得部で取得された前記電流データのうち、最新のデータを含む連続する４つのデータに対して、それぞれ連続する２つのデータの差の絶対値を足し合わせた電流変化率が、所定の期間における前記電流変化率の最大値の定数倍よりも小さいという条件を満たす場合にＣＴ飽和と判定するＣＴ飽和判定部と、
   前記ＣＴ飽和判定部により前記ＣＴ飽和と判定された場合に前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ信号の出力をロックするリレー演算部と
   を有する保護継電装置。
2. 保護区間内の事故を検出し、電力系統に設置された遮断器あるいは開閉器の開放を制御する保護継電装置において、
   所定の時間間隔で前記電力系統の電流をサンプリングし、デジタル化することで電流データＩを取得するデータ取得部と、
   前記データ取得部でサンプリングされた前記電流データＩを用いた下記判定式の条件を満たす場合にＣＴ飽和と判定するＣＴ飽和判定部と、
   前記ＣＴ飽和判定部により前記ＣＴ飽和と判定された場合に前記遮断器あるいは前記開閉器を開放するトリップ信号の出力をロックするリレー演算部と
   を有する保護継電装置。
   ΔＩｗｃ_ｍ＝｜Ｉ_ｍ−Ｉ_ｍ−１｜＋｜Ｉ_ｍ−１−Ｉ_ｍ−２｜＋｜Ｉ_ｍ−２−Ｉ_ｍ−３｜
   ΔＩｗｃ_ｍ＜Ｋ・ｍａｘ{ΔＩｗｃ_ｍ−１，ΔＩｗｃ_ｍ−２，・・・，ΔＩｗｃ_ｍ−ｎ}
   ｍは、最新のデータ取得時間、
   Ｋは、定数、
   ｎは、所定の期間である。
3. 前記データ取得部で取得された前記電流データから、前記電流の振幅値が閾値を超えているか否かを判定する電流レベル判定部をさらに有し、
   前記ＣＴ飽和判定部は、前記条件を満たし、かつ前記電流レベル判定部により前記電流の振幅値が前記閾値を超えていると判定された場合にＣＴ飽和と判定する請求項１または請求項２に記載の保護継電装置。
4. 他端子の保護継電装置とネットワークを介して接続される通信部をさらに有し、
   前記通信部は、前記ＣＴ飽和判定部により前記ＣＴ飽和と判定された場合に、前記ＣＴ飽和を示すＣＴ飽和信号を前記ネットワークに出力する請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の保護継電装置。
5. 前記通信部を介して他端子のＣＴ飽和を示す他端子ＣＴ飽和信号を取得する他端子ＣＴ情報取得部をさらに有し、
   前記ＣＴ飽和判定部は、前記条件を満たし、かつ前記電流レベル判定部により前記電流の振幅値が前記閾値を超えていると判定された場合あるいは、前記他端子ＣＴ情報取得部により他端子ＣＴ飽和信号が取得された場合にＣＴ飽和と判定する請求項４に記載の保護継電装置。
6. 前記保護区間外で発生した外部事故を検出する外部事故検出部をさらに有し、
   前記リレー演算部は、前記ＣＴ飽和判定部により前記ＣＴ飽和と判定され、かつ前記外部事故検出により前記外部事故が検出された場合に前記トリップ信号の出力をロックする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の保護継電装置。
7. 前記外部事故が前記保護区間の内側に至る内部事故に進展したことを検出する内部進展検出部をさらに有し、
   前記リレー演算部は、前記内部進展検出部により前記外部事故の前記内部事故への進展が検出された場合に前記トリップ信号の出力をロックする時間を短縮させる請求項６に記載の保護継電装置。

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