JP2016144297A - 比率差動継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被保護機器がインラッシュ状態のときに被保護機器の内部故障が発生した場合であっても、被保護機器を電力系統からより精度よく遮断することが可能な比率差動継電装置を提供する。【解決手段】比率差動継電装置は、被保護機器の一次電流および二次電流に基づいて抑制電流および差動電流を導出し、差動電流の基本波成分に対する差動電流の第２高調波成分の含有率と基準閾値とに基づいて、被保護機器がインラッシュ状態であるか否かを判定する。比率差動継電装置は、当該含有率が基準閾値未満の場合に被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定する。比率差動継電装置は、差動電流の基本波成分が小さくなるほど基準閾値を大きくし、抑制電流と差動電流との関係が予め定められた関係を満たしかつインラッシュ判定部により被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、遮断信号を出力する。【選択図】図２

Description

本開示は、比率差動継電装置に関する。

従来、電力系統の変圧器の内部事故を検出し保護する変圧器保護継電器として、比率差動継電器が広く用いられている。比率差動継電器は、変圧器の一次側および二次側に接続される線路にそれぞれ配置された計器用変流器（ＣＴ：Current Transformer）から取り込んだ観測電流に基づいて変圧器の内部故障の発生を検出し、変圧器の一次側および二次側に配置した遮断器を開路して当該変圧器を系統から切り離すことにより、当該変圧器を保護する。変圧器の充電時や変圧器に連携している送電線の再閉路時にはインラッシュ電流が発生し、このインラッシュ電流によって比率差動継電器が誤動作する場合があるため、これを改善するための技術が提案されている。

たとえば、特開平１１−３０８７５５号公報（特許文献１）は、インラッシュ電流中の直流分でＣＴが飽和しても不要に動作しないような比率差動継電装置を開示している。この比率差動継電装置は、差動電流中の直流分を抽出し、その直流分が予め定められた値以上の場合にＣＴ飽和の可能性があると判断する。比率差動継電装置は、ＣＴ飽和による第２高調波成分の含有率減少により非インラッシュ検出手段が不要に非ロック信号を出力しないように、ＣＴ飽和より先行して非インラッシュ検出手段を制御している。

特開平１１−３０８７５５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された比率差動継電装置では、インラッシュ電流の発生と同時に変圧器巻線故障も発生した場合には、差動電流に第２高調波成分が多く含まれていることから非ロック信号が出力されない。すなわち、トリップ信号が出力されず、変圧器を電力系統から遮断できない場合がある。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、被保護機器がインラッシュ状態のときに内部故障が発生した場合であっても、被保護機器を電力系統からより精度よく遮断することが可能な比率差動継電装置を提供することである。

ある実施の形態に従う比率差動継電装置は、被保護機器の一次電流および二次電流に基づいて抑制電流および差動電流を導出する電流導出部と、差動電流の基本波成分に対する差動電流の第２高調波成分の含有率と、基準閾値とに基づいて、被保護機器がインラッシュ状態であるか否かを判定するインラッシュ判定部とを備える。インラッシュ判定部は、含有率が基準閾値未満の場合に被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定する。比率差動継電装置は、差動電流の基本波成分が小さくなるほど基準閾値を大きくする閾値調整部と、抑制電流と差動電流との関係が予め定められた関係を満たし、かつインラッシュ判定部により被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、被保護機器を電力系統から遮断するための遮断信号を出力する信号出力部とをさらに備える。

本開示によると、被保護機器がインラッシュ状態のときに内部故障が発生した場合であっても、被保護機器を電力系統からより精度よく遮断することが可能となる。

本実施の形態に従う比率差動継電装置が適用される電力系統を示す図である。 実施の形態１に従う比率差動継電装置１０の構成の一例を示す図である。 インラッシュ電流の電流波形の一例を示す図である。 インラッシュ電流の特徴を示す概念図である。 インラッシュ電流の特徴を示す概念図である。 実施の形態１に従う基準閾値Ｋの調整方式を説明するための図である。 実施の形態１に従う比率差動継電装置の動作の一例を説明するための図である。 実施の形態２に従う比率差動継電装置の構成の一例を示す図である。 実施の形態２に従う基準閾値Ｋの調整方式を説明するための図である。 実施の形態２に従う基準閾値Ｋの調整方式を説明するための図である。 実施の形態２に従う比率差動継電装置の動作の一例を説明するための図である。 実施の形態３に従う比率差動継電装置の構成の一例を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
＜全体構成＞
図１は、本実施の形態に従う比率差動継電装置が適用される電力系統を示す図である。図１を参照して、被保護機器である変圧器１と、変圧器１の一次側（高圧側）に設置された遮断器２と、変圧器１の二次側（低圧側）に設置された遮断器３と、変流器４と、変流器５と、比率差動継電装置１０とを含む。

変流器４（以下「ＣＴ４」と称する。）は、変圧器１の一次電流（高圧側電流）Ｉ１を計測する。変流器５（以下「ＣＴ５」と称する。）は、変圧器１の二次電流（高圧側電流）Ｉ２を計測する。

比率差動継電装置１０は、ディジタル型の保護継電装置であり、ＣＴ４から一次電流Ｉ１を受け、ＣＴ５から二次電流Ｉ２を受ける。比率差動継電装置１０は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２に基づいて、保護範囲内に故障が発生したと判断した場合には、遮断器２および遮断器３を遮断することによって変圧器１を電力系統から遮断（分離）する。すなわち、比率差動継電装置１０は、電力系統に外部故障ＦＯが発生しても変圧器１を電力系統から遮断しないが、電力系統に内部故障ＦＩが発生した場合には変圧器１を保護するために変圧器１を電力系統から遮断する。

＜比率差動継電装置１０の構成＞
次に、比率差動継電装置１０の具体的な構成について説明する。

図２は、実施の形態１に従う比率差動継電装置１０の構成の一例を示す図である。図２を参照して、比率差動継電装置１０は、抑制電流導出器１０２と、差動電流導出器１０４と、比率差動器１０６と、フィルタ１０８と、フィルタ１１０と、インラッシュ判定器１１２と、閾値調整器１１４と、信号出力器１１６とを含む。これらの各構成は、たとえば、比率差動継電装置１０の図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）が図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの構成の一部または全部はハードウェアで実現されてもよい。

抑制電流導出器１０２は、ＣＴ４により計測された一次電流Ｉ１と、ＣＴ５により計測された二次電流Ｉ２を受ける。抑制電流導出器１０２は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２を比較して、たとえば、電流値が大きい方の電流を抑制電流Ｉｒとして導出する。なお、抑制電流導出器１０２は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２のスカラー和を抑制電流Ｉｒとして導出する構成であってもよい。差動電流導出器１０４は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２から差動電流Ｉｄを導出する。抑制電流Ｉｒおよび差動電流Ｉｄを導出する電流導出器は、抑制電流導出器１０２および差動電流導出器１０４により構成されている。

比率差動器１０６は、抑制電流Ｉｒと差動電流Ｉｄとの関係が予め定められた関係を満たすか否かを判定する。具体的には、比率差動器１０６は、抑制電流Ｉｒ、比例係数Ｘ、定数Ｙとすると、Ｉｄ＞Ｘ×Ｉｒ＋Ｙを満たすか否かを判定する。抑制電流Ｉｒと差動電流Ｉｄとの関係が上記関係を満たす場合、電力系統において内部故障が発生した可能性が高いため、比率差動器１０６はトリップ信号を信号出力器１１６に出力する。

フィルタ１０８は、差動電流導出器１０４により導出された差動電流Ｉｄに含まれる基本波成分Ｉｄ１を抽出する基本波フィルタである。フィルタ１１０は、差動電流導出器１０４により導出された差動電流Ｉｄに含まれる第２高調波成分Ｉｄ２を抽出する第２高調波フィルタである。

インラッシュ判定器１１２は、差動電流Ｉｄの基本波成分Ｉｄ１に対する第２高調波成分Ｉｄ２の比率（以下、「第２高調波含有率」と称することもある）と、基準閾値Ｋとに基づいて、変圧器１がインラッシュ状態（変圧器１にインラッシュ電流が発生している状態）か否かを判定する。具体的には、インラッシュ判定器１１２は、差動電流Ｉｄが予め定められた電流値以上であって、かつＩｄ２≧Ｋ×Ｉｄ１を満たすか否かを判定する。予め定められた電流値は、比率差動継電装置１０の最小動作値（たとえば、定格電流値の３０％）にマージン（たとえば、０．８）を考慮した値（定格電流値の２４％）である。

インラッシュ判定器１１２は、第２高調波含有率が基準閾値Ｋ以上の場合には変圧器１がインラッシュ状態であると判定し、第２高調波含有率が基準閾値Ｋ未満の場合には変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定する。基準閾値Ｋは、閾値調整器１１４により調整される変数である。そして、インラッシュ判定器１１２は、判定結果を信号出力器１１６に対して出力する。

変圧器１がインラッシュ状態である場合には、インラッシュ電流が変圧器１に流入するため、電力系統において内部故障ＦＩが発生した場合と近似した現象が発生する。インラッシュ判定器１１２は、この現象により誤って変圧器１が電力系統から遮断されないようにするために設けられている。なお、たとえば、遮断器３が開状態のとき、遮断器２を開状態から閉状態にすると変圧器１がインラッシュ状態になる。

ここで、第２高調波含有率をインラッシュ状態の判定に用いる理由は、インラッシュ電流が故障電流に比べて第２高調波成分Ｉｄ２を多く含んでいるためである。また、インラッシュ電流は、図３のような電流波形であるとともに、図４および図５に示すような特徴がある。

図３は、インラッシュ電流の電流波形の一例を示す図である。図３に示すように、インラッシュ電流は、半波整流波形に近いパターンを有する。図４および図５は、インラッシュ電流の特徴を示す概念図である。図４および図５において、横軸はインラッシュ電流が発生してからの経過時間（１サイクル＝１／５０秒）を示している。図４における縦軸は、変圧器の定格電流の実効値に対するインラッシュ電流のピーク値をＰＵ単位で示している。そのため、１ｐｕが定格電流の実効値に相当する。図５における縦軸は、インラッシュ電流の第２高調波含有率をＰＵ単位で示している。

図４を参照して、インラッシュ電流は、発生直後においては変圧器の定格電流（実効値）の数倍（図４の場合には約９倍）の大きさであるが、数秒または数十秒でほぼ零となるという特徴がある。また、図５を参照して、インラッシュ電流発生直後においては第２高調波含有率は１０％（０．１ｐｕ）程度であるが、時間が経過するとともに第２高調波含有率は増大していく。このことから、インラッシュ電流の減衰とともに第２高調波含有率は増大していくことがわかる。

再び、図２を参照して、閾値調整器１１４は、差動電流Ｉｄの基本波成分Ｉｄ１に応じて基準閾値Ｋを調整する。具体的には、閾値調整器１１４は、基本波成分Ｉｄ１が小さいほど基準閾値Ｋを大きくする。

図６は、実施の形態１に従う基準閾値Ｋの調整方式を説明するための図である。横軸は、変圧器１の定格電流（実効値）に対する基本波成分Ｉｄ１（実効値）の比率Ｒを示しており、縦軸は基準閾値Ｋを示している。

図６を参照して、基準閾値Ｋは、比率Ｒが小さいほど（基本波成分Ｉｄ１が小さいほど）大きく設定される。具体的には、閾値調整器１１４は、基本波成分Ｉｄ１の実効値と定格電流の実効値から比率Ｒを算出し、図６中の特性曲線２００に従って、比率Ｒに対応する基準閾値Ｋを設定する。これにより、基本波成分Ｉｄ１が小さい（第２高調波含有率が大きい）ほど、インラッシュ判定器１１２の判定に関する感度は鈍化する（すなわち、変圧器１がインラッシュ状態であると判定し難くなる）ことがわかる。

また、上述したように、インラッシュ電流は、発生してからの経過時間が長くなるほど減衰していく（基本波成分Ｉｄ１が減衰していく）ことから、比率Ｒは時間経過とともに小さくなっていく。図６の例で、たとえば、比率Ｒがインラッシュ電流発生直後において５００％であるとすると、徐々に減少していき１００％（すなわち、定格電流および基本波成分Ｉｄ１の実効値が等しい）になり、さらに減少して３０％と変化していく。閾値調整器１１４は、当該変化する比率Ｒに対応して基準閾値Ｋを調整していく。

なお、比率Ｒ＝３０％は、比率差動継電装置１０の最小動作値である。そのため、閾値調整器１１４は、比率Ｒが最小動作値（３０％）以下になった場合には、基準閾値Ｋを固定してもよい。具体的には、閾値調整器１１４は、基準閾値Ｋを最小動作値（３０％）に対応する値（８０％）に固定する。これにより、閾値調整器１１４は、基準閾値Ｋを無駄に調整することがなくなるため処理負荷が軽減される。

また、図６では、基準閾値Ｋを比率Ｒに応じて連続的に変化させる構成を示したが、たとえば、比率Ｒが連続的に変化するときに基準閾値Ｋを階段状に変化させてもよい。また、図６では、基準閾値Ｋを比率Ｒに応じて調整する構成を示したが、基準閾値Ｋを基本波成分Ｉｄ１の大きさ（実効値）に応じて調整してもよい。

再び、図２を参照して、信号出力器１１６は、抑制電流Ｉｒと差動電流Ｉｄとの関係が予め定められた関係を満たし、かつインラッシュ判定器１１２により変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、変圧器１を電力系統から遮断するためのトリップ信号を出力する。すなわち、信号出力器１１６は、比率差動器１０６からのトリップ信号を受け、かつインラッシュ判定器１１２により変圧器１がインラッシュ状態ではないとの判定結果を受けた場合、当該トリップ信号を有効にして遮断器２，３に出力する。

ここで、変圧器１のインラッシュ状態および内部故障ＦＩ（たとえば、変圧器巻線故障）が同時に発生した場合を考える。インラッシュ状態および内部故障ＦＩが同時に発生とは、これらが同時刻に発生した場合に限られず、インラッシュ電流とともに故障電流も発生している場合を含む。この場合、ＣＴ４では、故障電流とインラッシュ電流との重畳電流が検出される。故障電流は、基本波成分Ｉｄ１が主体であるため、重畳電流の第２高調波含有率はインラッシュ電流のみの第２高調波含有率よりも小さくなる。しかしながら、故障電流が小さい（基本波成分Ｉｄ１が小さい）場合には、重畳電流は、ある程度大きい第２高調波含有率（たとえば、２０％）を有することになる。

仮に、基準閾値Ｋを初期値（１０％）から変化させない（すなわち、基準閾値Ｋを調整しない）場合には、第２高調波含有率（２０％）が初期値（１０％）を超えるため、変圧器１がインラッシュ状態であると判定される。したがって、信号出力器１１６からトリップ信号が遮断器２，３に出力されず、内部故障ＦＩが発生しているにもかかわらず、変圧器１を電力系統から遮断することができなくなる。

しかしながら、上記のような比率差動継電装置１０の構成によると、閾値調整器１１４は、基本波成分Ｉｄ１の実効値に応じて基準閾値Ｋを調整する。具体的には、閾値調整器１１４は、基本波成分Ｉｄ１が小さいほど基準閾値Ｋを大きくして、インラッシュ判定器１１２の判定に関する感度（判定感度）を鈍化させる。たとえば、閾値調整器１１４は、基本波成分Ｉｄ１の実効値に応じて基準閾値Ｋを３０％に調整する。

これにより、第２高調波含有率（２０％）よりも大きい基準閾値Ｋ（３０％）が設定されるため、インラッシュ判定器１１２は、変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定する。したがって、信号出力器１１６からトリップ信号が遮断器２，３に出力されて、変圧器１を電力系統から遮断することができる。

＜動作＞
次に、図７を参照して、変圧器１のインラッシュ状態および内部故障ＦＩが同時に発生した場合の比率差動継電装置１０の具体的な動作の一例について説明する。図７は、実施の形態１に従う比率差動継電装置１０の動作の一例を説明するための図である。

図７を参照して、ＣＴ４は、インラッシュ電流と故障電流との重畳電流が発生した場合の一次電流Ｉ１を検出する（図７中の（１）に対応）。また、ＣＴ５は、重畳電流が発生した場合の二次電流Ｉ２を検出する（図示しない）。

抑制電流導出器１０２は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２から抑制電流Ｉｒを導出する。また、差動電流導出器１０４は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２のベクトル和から差動電流Ｉｄを導出する。そして、比率差動器１０６は、抑制電流Ｉｒと差動電流Ｉｄとの関係がＩｄ＞Ｘ×Ｉｒ＋Ｙを満たす場合、インラッシュ電流発生から時間Ｔ１（たとえば、２サイクル、５０Ｈｚベースで４０ｍｓ）後にトリップ信号を出力する（図７中の（２）に対応）。

一方、フィルタ１０８およびフィルタ１１０は、差動電流導出器１０４により導出された差動電流Ｉｄに含まれている基本波成分Ｉｄ１および第２高調波成分Ｉｄ２をそれぞれ抽出する。閾値調整器１１４は、抽出された基本波成分Ｉｄ１の実効値を導出し（図７中の（４）に対応）、導出した実効値に応じて基準閾値Ｋを調整する（図６参照）。閾値調整器１１４は、インラッシュ電流発生から時間Ｔ２（たとえば、１．５サイクル、５０Ｈｚベースで３０ｍｓ）後に調整した基準閾値Ｋをインラッシュ判定器１１２に出力する（図７中の（５）に対応）。ここでは、閾値調整器１１４は、基本波成分Ｉｄ１の実効値に応じて階段状に基準閾値Ｋを調整するものとし、たとえば、インラッシュ電流発生から時間Ｔ３後に基準閾値Ｋを３０％に変更する。

基準閾値Ｋの増大によるインラッシュ判定器１１２の判定感度の鈍化により、インラッシュ判定器１１２は、変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定し、その判定結果を信号出力器１１６に出力する（図７中の（３）に対応）。これにより、インラッシュ電流発生と同時に内部故障ＦＩが発生した場合であっても、信号出力器１１６は、トリップ信号を遮断器２，３に出力して、変圧器１を電力系統から遮断することができる。

＜利点＞
実施の形態１によると、インラッシュ判定器の判定感度を差動電流の基本波成分の大きさに応じた感度に調整することができる。したがって、変圧器のインラッシュ状態および内部故障が同時に発生した場合であっても、変圧器を電力系統から適切に遮断することができる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、基準閾値Ｋを基本波成分Ｉｄ１に応じて調整する構成について説明した。実施の形態２では、インラッシュ電流の第２高調波含有率が、当該電流発生からの経過時間に応じて増大することに着目して、インラッシュ電流発生からの経過時間に応じて基準閾値Ｋを調整する構成について説明する。なお、実施の形態２の全体構成は、実施の形態１の＜全体構成＞と同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

＜比率差動継電装置１０Ａの構成＞
図８は、実施の形態２に従う比率差動継電装置１０Ａの構成の一例を示す図である。ここで、比率差動継電装置１０Ａは、図１に示す比率差動継電装置１０と対応するが、実施の形態１との区別のため、便宜上「Ａ」といった追加の符号を付している。これは、実施の形態３も同じである。

図８を参照して、比率差動継電装置１０Ａは、抑制電流導出器１０２と、差動電流導出器１０４と、比率差動器１０６と、フィルタ１０８と、フィルタ１１０と、インラッシュ判定器１１２Ａと、閾値調整器１１４Ａと、信号出力器１１６とを含む。インラッシュ判定器１１２Ａおよび閾値調整器１１４Ａ以外の比率差動継電装置１０Ａの構成は、実施の形態１に従う比率差動継電装置１０における構成（図２参照）と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。

インラッシュ判定器１１２Ａは、差動電流Ｉｄの基本波成分Ｉｄ１に対する第２高調波成分Ｉｄ２の比率（第２高調波含有率）と、基準閾値Ｋとに基づいて、変圧器１がインラッシュ状態か否かを判定する。具体的には、インラッシュ判定器１１２Ａは、第２高調波含有率が基準閾値Ｋ以上の場合には変圧器１がインラッシュ状態であると判定し、第２高調波含有率が基準閾値Ｋ未満の場合には変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定する。そして、インラッシュ判定器１１２Ａは、判定結果を閾値調整器１１４Ａおよび信号出力器１１６に対して出力する。

閾値調整器１１４Ａは、インラッシュ判定器１１２Ａにより変圧器１がインラッシュ状態であると判定されてからの経過時間に応じて基準閾値Ｋを大きくする。

図９および図１０は、実施の形態２に従う基準閾値Ｋの調整方式を説明するための図である。図９および図１０において、横軸は、変圧器１がインラッシュ状態であると判定（すなわち、インラッシュ電流が発生）してからの経過時間（１サイクル＝１／５０秒）を示しており、縦軸は、基準閾値Ｋを示している。

図９を参照して、閾値調整器１１４Ａは、特性直線３００に示すように、経過時間に比例して基準閾値Ｋを大きくする。具体的には、閾値調整器１１４Ａは、初期値（ここでは、１０％）から１サイクルごとに２％ずつ基準閾値Ｋを大きくしていく。

または、閾値調整器１１４Ａは、特性曲線３１０に基づいて、経過時間に応じて初期値（１０％）から基準閾値Ｋを大きくする。この特性曲線３１０は、図５中のインラッシュ電流発生後の経過時間と第２高調波含有率との相関関係を示す曲線と同様の特性を示す曲線である。すなわち、閾値調整器１１４Ａは、経過時間に応じて初期値（１０％）から当該特性に従って（経過時間に対する第２高調波含有率の増加傾向に合わせて）基準閾値Ｋを大きくしていく。なお、図５中の曲線を示す情報は、たとえば、図示しない記憶部に記憶されているとする。

また、インラッシュ電流は、発生からの経過時間に応じて第２高調波含有率が増大していく特徴を有する。そのためインラッシュ電流の第２高調波含有率は、発生直後が最小値となる。そこで、閾値調整器１１４Ａは、予め定められた初期値（１０％）ではなく、発生直後の第２高調波含有率に基づいて当該初期値を設定し直した値から経過時間に応じて基準閾値Ｋを大きくする構成であってもよい。たとえば、閾値調整器１１４Ａは、当該発生直後の第２高調波含有率をインラッシュ判定器１１２Ａから受ける。

具体的には、閾値調整器１１４Ａは、インラッシュ判定器１１２Ａにより変圧器１がインラッシュ状態であると判定された時点における第２高調波含有率に予め定められた割合を乗算した乗算値を、基準閾値Ｋの初期値として設定する。当該乗算値を初期値として用いる理由は、実際に変圧器１がインラッシュ状態であるにもかかわらず、変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定されないように、マージンをとるためである。そして、閾値調整器１１４Ａは、経過時間に応じて基準閾値Ｋを当該初期値から大きくする。

図１０を参照して、たとえば、インラッシュ判定器１１２Ａにより変圧器１がインラッシュ状態であると判定された時点における第２高調波含有率が４０％であり、予め定められた割合が０．８であるとする。この場合、閾値調整器１１４Ａは、基準閾値Ｋの初期値を予め定められた値（１０％）から３２％（＝４０％×０．８）に変更する。そして、閾値調整器１１４Ａは、経過時間に応じて基準閾値Ｋを変更した初期値（３２％）から大きくしていく（図１０中の特性曲線３２０に対応）。なお、図１０の例では、基準閾値Ｋを３２％から第２高調波含有率の増加傾向に合わせて増大させているが、経過時間に比例して基準閾値Ｋを大きくしてもよい。

ここで、変圧器１のインラッシュ状態および内部故障ＦＩが同時に発生した場合を考える。ＣＴ４では、故障電流とインラッシュ電流との重畳電流が検出される。たとえば、故障電流が大きい（基本波成分Ｉｄ１が大きい）場合には、インラッシュ電流発生からの時間が経過しても第２高調波含有率の上昇率が小さくなる。そのため、故障電流が大きい場合に変圧器１がインラッシュ状態であると判定されてしまうと（すなわち、重畳電流の第２高調波含有率が基準閾値Ｋ以上である）、基準閾値Ｋを基本波成分Ｉｄ１の大きさに応じて調整する構成では、変圧器１を電力系統から遮断するまでに時間がかかってしまう可能性がある。

上記のような比率差動継電装置１０Ａの構成によると、閾値調整器１１４Ａは、インラッシュ電流発生からの経過時間に応じて基準閾値Ｋを調整する。具体的には、閾値調整器１１４Ａは、当該経過時間に比例して（あるいは、経過時間と第２高調波含有率との相関関係に基づいて）、基準閾値Ｋを増大させていく（図９参照）。これにより、故障電流が大きい場合であってもインラッシュ判定器１１２Ａの判定感度が鈍化されるため、変圧器１を電力系統から遮断できる。

また、インラッシュ電流は、時間が経過するとともに第２高調波含有率が増大していく特徴があるため、閾値調整器１１４Ａが、インラッシュ電流発生直後の第２高調波含有率に基づいて基準閾値Ｋの初期値を設定し直す構成によると、変圧器１を電力系統から遮断するまでの時間をさらに短縮することができる。

＜動作＞
次に、図１１を参照して、インラッシュ電流の発生と同時に内部故障ＦＩも発生した場合の比率差動継電装置１０Ａの具体的な動作について説明する。図１１は、実施の形態２に従う比率差動継電装置１０Ａの動作の一例を説明するための図である。

図１１を参照して、ＣＴ４は、インラッシュ電流と故障電流との重畳電流が発生した場合の一次電流Ｉ１を検出する（図１１中の（１）に対応）。また、ＣＴ５は、重畳電流が発生した場合の二次電流Ｉ２を検出する（図示しない）。

抑制電流導出器１０２は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２から抑制電流Ｉｒを導出する。また、差動電流導出器１０４は、一次電流Ｉ１および二次電流Ｉ２のベクトル和から差動電流Ｉｄを導出する。そして、比率差動器１０６は、抑制電流Ｉｒと差動電流Ｉｄとの関係がＩｄ＞Ｘ×Ｉｒ＋Ｙを満たす場合、インラッシュ電流発生から時間Ｔ１（たとえば、２サイクル、５０Ｈｚベースで４０ｍｓ）後にトリップ信号を出力する（図１１中の（２）に対応）。

一方、フィルタ１０８およびフィルタ１１０は、差動電流導出器１０４により導出された差動電流Ｉｄに含まれている基本波成分Ｉｄ１および第２高調波成分Ｉｄ２をそれぞれ抽出する。閾値調整器１１４Ａは、インラッシュ判定器１１２Ａからインラッシュ電流が発生したとの判定結果を受けると、当該判定されてからの経過時間を計測する（図１１中の（４）に対応）。そして、閾値調整器１１４は、インラッシュ電流発生から時間Ｔ２（たとえば、１．５サイクル、５０Ｈｚベースで３０ｍｓ）後に、当該経過時間に応じて基準閾値Ｋを調整して（図９参照）、調整した基準閾値Ｋをインラッシュ判定器１１２に出力する（図１１中の（５）に対応）。ここでは、閾値調整器１１４は、経過時間に比例して基準閾値Ｋを大きくするものとする。

インラッシュ電流発生から時間Ｔ３後に基準閾値Ｋが３０％になると、基準閾値Ｋの増大によるインラッシュ判定器１１２の判定感度の鈍化により、インラッシュ判定器１１２は、変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定し、その判定結果を信号出力器１１６に出力する（図１１中の（３）に対応）。これにより、インラッシュ電流発生と同時に内部故障ＦＩが発生した場合であっても、信号出力器１１６は、トリップ信号を遮断器２，３に出力して、変圧器１を電力系統から遮断することができる。

＜利点＞
実施の形態２によると、インラッシュ判定器の判定感度をインラッシュ電流発生からの経過時間に応じた感度に調整することができる。したがって、変圧器のインラッシュ状態および内部故障（特に、故障電流が大きい内部故障）が同時に発生した場合であっても、変圧器を電力系統から遮断することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３では、実施の形態１に従う基準閾値Ｋの調整方式によりインラッシュ状態の判定を行なう構成と、実施の形態２に従う基準閾値Ｋの調整方式によりインラッシュ状態の判定を行なう構成とを組み合わせた構成について説明する。なお、実施の形態３の全体構成は、実施の形態１の＜全体構成＞と同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

＜比率差動継電装置１０Ｂの構成＞
図１２は、実施の形態３に従う比率差動継電装置１０Ｂの構成の一例を示す図である。

図１２を参照して、比率差動継電装置１０Ｂは、抑制電流導出器１０２と、差動電流導出器１０４と、比率差動器１０６と、フィルタ１０８と、フィルタ１１０と、インラッシュ判定器１１２，１１２Ａと、閾値調整器１１４，１１４Ａと、信号出力器１１６Ａとを含む。すなわち、比率差動継電装置１０Ｂの構成は、比率差動継電装置１０の構成（図２参照）に、比率差動継電装置１０Ａのインラッシュ判定器１１２Ａおよび閾値調整器１１４Ａの構成（図８参照）を追加するとともに、信号出力器１１６を信号出力器１１６Ａに置き換えたものである。

実施の形態３では、インラッシュ判定器１１２，１１２Ａのそれぞれで用いられる基準閾値を区別するため、インラッシュ判定器１１２で用いられる基準閾値をＫ１とし、インラッシュ判定器１１２Ａで用いられる基準閾値をＫ２とする。

インラッシュ判定器１１２およびインラッシュ判定器１１２Ａは、それぞれ独立に変圧器１がインラッシュ状態か否かを判定する。具体的には、インラッシュ判定器１１２は、閾値調整器１１４により調整された基準閾値Ｋ１を用いて変圧器１がインラッシュ状態か否かを判定し、インラッシュ判定器１１２Ａは、閾値調整器１１４Ａにより調整された基準閾値Ｋ２を用いて変圧器１がインラッシュ状態か否かを判定する。インラッシュ判定器１１２およびインラッシュ判定器１１２Ａは、それぞれの判定結果を信号出力器１１６Ａに出力する。

信号出力器１１６Ａは、抑制電流Ｉｒと差動電流Ｉｄとの関係が予め定められた関係を満たし、かつインラッシュ判定器１１２およびインラッシュ判定器１１２Ａの少なくとも一方により変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、変圧器１を電力系統から遮断するための遮断信号を出力する。換言すると、信号出力器１１６Ａは、インラッシュ判定器１１２，１１２Ａの両方から変圧器１がインラッシュ状態であるとの判定結果を受けた場合にのみ、比率差動器１０６からのトリップ信号を無効にする。この場合、トリップ信号が出力されないため、変圧器１は電力系統から遮断されない。

上記の構成によると、インラッシュ判定器１１２およびインラッシュ判定器１１２Ａの少なくとも一方で変圧器１がインラッシュ状態ではないと判定されると、トリップ信号が遮断器２，３に出力される。そのため、インラッシュ電流と同時に発生した故障電流が大きい場合であっても小さい場合であっても、変圧器を電力系統からより精度よく遮断することができる。

［その他の実施の形態］
上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。

また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 変圧器、２，３ 遮断器、４，５ 変流器、１０，１０Ａ，１０Ｂ 比率差動継電装置、１０２ 抑制電流導出器、１０４ 差動電流導出器、１０６ 比率差動器、１０８，１１０ フィルタ、１１２，１１２Ａ インラッシュ判定器、１１４，１１４Ａ 閾値調整器、１１６，１１６Ａ 信号出力器。

Claims (7)

1. 被保護機器の一次電流および二次電流に基づいて抑制電流および差動電流を導出する電流導出部と、
   前記差動電流の基本波成分に対する前記差動電流の第２高調波成分の含有率と、基準閾値とに基づいて、前記被保護機器がインラッシュ状態であるか否かを判定するインラッシュ判定部とを備え、
   前記インラッシュ判定部は、前記含有率が前記基準閾値未満の場合に前記被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定し、
   前記差動電流の基本波成分が小さくなるほど前記基準閾値を大きくする閾値調整部と、
   前記抑制電流と前記差動電流との関係が予め定められた関係を満たし、かつ前記インラッシュ判定部により前記被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、前記被保護機器を電力系統から遮断するための遮断信号を出力する信号出力部とをさらに備える、比率差動継電装置。
2. 前記閾値調整部は、前記被保護機器の定格電流に対する前記差動電流の基本波成分の比率が予め定められた値以下になった場合、前記基準閾値を固定する、請求項１に記載の比率差動継電装置。
3. 被保護機器の一次電流および二次電流から抑制電流および差動電流を導出する電流導出部と、
   前記差動電流の基本波成分に対する前記差動電流の第２高調波成分の含有率と、基準閾値とに基づいて、前記被保護機器がインラッシュ状態であるか否かを判定するインラッシュ判定部とを備え、
   前記インラッシュ判定部は、前記含有率が前記基準閾値以上の場合には前記被保護機器がインラッシュ状態であると判定し、前記含有率が前記基準閾値未満の場合には前記被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定し、
   前記インラッシュ判定部により前記被保護機器がインラッシュ状態であると判定されてからの経過時間に応じて前記基準閾値を大きくする閾値調整部と、
   前記抑制電流と前記差動電流との関係が予め定められた関係を満たし、かつ前記インラッシュ判定部により前記被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、前記被保護機器を電力系統から遮断するための遮断信号を出力する信号出力部とを備える、比率差動継電装置。
4. 前記閾値調整部は、前記インラッシュ判定部により前記被保護機器がインラッシュ状態であると判定された時点における前記含有率に基づいて前記基準閾値の初期値を設定し、前記経過時間に応じて前記基準閾値を前記初期値から大きくする、請求項３に記載の比率差動継電装置。
5. 前記閾値調整部は、前記経過時間に比例して前記基準閾値を大きくする、請求項３または請求項４に記載の比率差動継電装置。
6. 前記閾値調整部は、前記経過時間と前記含有率との相関関係に基づいて、前記経過時間が長くなるほど前記基準閾値を大きくする、請求項３〜請求項５のいずれか１項に記載の比率差動継電装置。
7. 被保護機器を保護するための比率差動継電装置であって、
   前記被保護機器の一次電流および二次電流に基づいて抑制電流および差動電流を導出する電流導出部と、
   前記差動電流の基本波成分に対する前記差動電流の第２高調波成分の含有率と、第１の基準閾値とに基づいて、前記被保護機器がインラッシュ状態であるか否かを判定する第１のインラッシュ判定部と、
   前記差動電流の基本波成分が小さくなるほど前記第１の基準閾値を大きくする第１の閾値調整部とを備え、
   前記第１のインラッシュ判定部は、前記含有率が前記第１の基準閾値未満の場合には前記被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定し、
   前記比率差動継電装置は、
   前記含有率と、第２の基準閾値とに基づいて、前記被保護機器がインラッシュ状態であるか否かを判定する第２のインラッシュ判定部と、
   前記第２のインラッシュ判定部により前記被保護機器がインラッシュ状態であると判定されてからの経過時間に応じて前記第２の基準閾値を大きくする第２の閾値調整部とをさらに備え、
   前記第２のインラッシュ判定部は、前記含有率が前記第２の基準閾値以上の場合には前記被保護機器がインラッシュ状態であると判定し、前記含有率が前記第２の基準閾値未満の場合には前記被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定し、
   前記抑制電流と前記差動電流との関係が予め定められた関係を満たし、かつ前記第１および第２のインラッシュ判定部の少なくとも一方により前記被保護機器がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、前記被保護機器を電力系統から遮断するための遮断信号を出力する信号出力部をさらに備える、比率差動継電装置。