JP2017046457A - 保護継電装置、電力系統保護システム及び電力系統保護方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】事故電流の電流値が微小であっても故障電流を検知することを可能にする。【解決手段】電力系統1には、発電所側回路GSに並列用遮断器2aが、受電線側回路1Sに送電線遮断器2bが、受電線側回路2Sに送電線遮断器2cが設けられ、発電所側回路GSにはAVR4及び調速機5が設けられて計測装置6aにより計測され、受電線側回路1S,2Sには計測装置6b,6cが設けられて電流値とその向きが計測されている。この電力系統1には、保護継電装置10が設けられ、保護継電装置10は受信部11と、判断処理部12と、遮断器操作部13とを備えている。判断処理部12は、計測装置6a,6b,6cの計測結果等から構成されている電力系統情報Eに基づいて、送電線の事故の有無を判断し、並列用遮断器2a及び送電線遮断器2b,2cの入/切を判断する。これにより、事故電流の電流値が微小であっても故障電流を検知することが可能になる。【選択図】 図1
Description
この発明は、故障電流から電力系統を保護する保護継電装置、電力系統保護システム及び電力系統保護方法に関する。
従来、発電所において、送電線短絡事故が起きた時の送電線の保護は、保護継電器設置点の電圧および電流の位相から算出される送電線インピーダンスの値から事故発生を判定する方法や、故障電流の電圧に対する位相から短絡事故の方向を判定する方向特性付き過電流継電器を用いる方法で行われてきた。
図4は、2回線による送電時において送電線の1回線に故障が発生した場合の電力相差角曲線の例を示すグラフである。図4の横軸は、送電線の両端電圧、すなわち送電電圧と受電電圧との間の位相差である相差角δを示し、例えば、発電所の発電機は0°から90°の間で稼働されている。縦軸は、有効電力Pを示している。曲線L1は、通常の2回線送電時における電力相差角曲線であり、相差角δが90°である臨界相差角δcのときに電力Pが定態安定極限電力Pmaxになる曲線である。曲線L2は、送電線の1回線に故障が発生した場合の電力相差角曲線である。曲線L3は、故障区間が除去された後の電力相差角曲線である。
故障発生前は、曲線L1において相差角がδ1であり有効電力がP0である点P1で稼働されている。このときに送電線の1回線に故障が発生すると、有効電力が減少して矢印X1方向へ移動し、曲線L2における点P2の状態になる。すると、発電機の入力エネルギーと出力エネルギーとのバランスが崩れたため、曲線L2上で有効電力がP0となるようにするため、矢印X2方向へ移動する。例えば、点P3の状態で故障区間が除去されたとすると、矢印X3方向へ移動し、曲線L3における点P4の状態になる。その後、曲線L3上で有効電力がP0となるようにするため、矢印X4方向へ移動し、曲線L3における点P5の状態になる。
このように、2回線による送電の場合、有効電力の変動が大きいため故障電流値も大きくなるが、一方、水力発電所のような場合において、電力系統が1回線受電の場合には、背後電源である発電機からの故障電流値が小さいため、保護継電器では事故を判断することは困難である。そのため、電流を要素としない転送遮断装置等の装置を使用して電力系統の保護を行っている。しかし、転送遮断装置は、通信線を用いて送電線において短絡等の故障発生情報を受信するものであるが、通信線の故障等により転送遮断装置が使用できない場合、送電線事故時の故障電流の供給元である水力発電所の発電機を停止する必要がある。そのため、計器用変流器から入力される電流値が閾値以上流れた場合、流れる電流の方向を判定し高速で故障区間を除去する方向特性付き過電流継電器が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に記載の方向特性付き過電流継電器は、故障電流の電流値が負荷電流の電流値より小さい場合、故障電流を検知できないため、保護継電器としての役割が果たせないものであった。また、故障電流が流れる方向は、継電器設置点の電圧を取り込んでいるため、送電線の故障点が継電器設置点の付近の場合、電圧値が0に近い値となり、故障電流の電流値が負荷電流の電流値より大きい場合であっても方向判定ができないおそれがあるものであった。
そこでこの発明は、事故電流の電流値が微小であっても故障電流を検知することを可能にする保護継電装置、電力系統保護システム及び電力系統保護方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、請求項1の発明は、発電機から送電線を介して複数の受電線へ電力を送る電力系統において、前記送電線の事故の際に発生する故障電流から前記電力系統を保護する保護継電装置であって、前記電力系統における各種管理情報である電力系統情報を取得する取得部と、前記電力系統情報に基づいて前記送電線の事故の有無を判断し、前記送電線及び前記複数の受電線に設けられた遮断器の入/切を判断する判断処理部と、を備え、前記判断処理部は、前記故障電流が一定以下であり、前記発電機の回転数と有効電力の変化が一定以上の場合に前記送電線の事故の発生を判断し、前記送電線に流れる前記事故電流の方向により切断する遮断器を選択する、ことを特徴とする。
この発明によれば、取得部が電力系統情報を取得し、判断処理部が取得された電力系統情報に基づいて送電線の事故の有無を判断し、送電線及び複数の受電線に設けられた遮断器の入/切を判断する。
請求項2の発明は、請求項1に記載の保護継電装置において、前記電力系統情報は、前記遮断器の入/切を示す遮断器情報と、前記電力系統に設置された自動電圧調整装置における電力、電流及び電圧の調整値である自動電圧調整装置情報と、前記発電機の回転数を示す調速機情報と、前記電力系統に設置された計測器により計測された前記送電線の計測情報と、前記発電機の出力値を示す発電機出力情報と、を有し、前記判断処理部は、前記遮断器情報、前記自動電圧調整装置情報、前記調速機情報、前記計測情報、及び前記発電機出力情報に基づき、前記送電線に設けられた遮断器の入/切を判断する、ことを特徴とする。
請求項3の発明は、請求項2に記載の保護継電装置において、前記遮断器は、前記発電機側に設けられた並列用遮断器と、前記複数の受電線側に設けられた複数の送電線遮断器と、を有し、前記判断処理部は、前記遮断器情報、前記自動電圧調整装置情報、前記調速機情報、前記計測情報、及び前記発電機出力情報に基づき、前記並列用遮断器または前記複数の送電線遮断器のうちのいずれか一つまたは複数の遮断器の入/切を判断する、ことを特徴とする。
請求項4の発明は、発電機から送電線を介して複数の受電線へ電力を送る電力系統において、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の保護継電装置を備えた、ことを特徴とする電力系統保護システムである。
請求項5の発明は、発電機から送電線を介して複数の受電線へ電力を送る電力系統において、前記送電線の事故の際に発生する故障電流から前記電力系統を保護する電力系統保護方法であって、前記電力系統における各種管理情報である電力系統情報を取得し、前記電力系統情報に基づき、前記故障電流が一定以下であり、前記発電機の回転数と有効電力の変化が一定以上の場合に前記送電線の事故の発生を判断し、前記送電線に流れる前記事故電流の方向により切断する遮断器を選択する、ことを特徴とする。
請求項1、4及び5の発明によれば、故障電流が一定以下であり、発電機の回転数と有効電力の変化が一定以上の場合に送電線の事故の発生を判断し、送電線に流れる事故電流の方向により切断する遮断器を選択するので、発電所を構成する最低限の機器を活用できるため、新たな設備を設置することなく故障電流を検知することが可能になる。
請求項2の発明によれば、判断処理部は、遮断器情報、自動電圧調整装置情報、調速機情報、計測情報、及び発電機出力情報に基づいて送電線に設けられた遮断器の入/切を判断するため、発電機からの事故電流の電流値が微小であっても故障電流を検知することが可能になり、また、確実な送電線事故区間の切り離しが可能になる。
請求項3の発明によれば、並列用遮断器または複数の送電線遮断器のうちのいずれか一つまたは複数の遮断器の入/切を判断するため、1回線受電の場合は並列用遮断器を切断することが可能となるので、事故区間除去後の電源端からの復旧時に操作なしで配電線に供給することが可能になる。
以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。
図1は、この発明の実施の形態1に係る電力系統1を示す図であり、電力系統1を示す配線図(a)、及び電力系統1に設置される保護継電装置の概略を示す機能構成図(b)である。この電力系統1は、発電機Gから供給される電力が送電線を介して複数の受電線へ送電される電力系統であり、発電所側回路GS、受電線側回路1S,2Sを備え,それぞれ送電線Sに接続されている。
図1(a)に示す発電所側回路GSは、発電機Gと送電線Sとに接続された回路であり、並列用遮断器2aと、変圧器3とを有している。並列用遮断器2aは、発電機Gに接続されて発電機Gと送電線Sとの接続の入/切を制御するための装置である。変圧器3は、並列用遮断器2aと送電線Sとの間に接続され、発電機Gによって発電された電気の電圧を変換するための装置である。また、並列用遮断器2aと変圧器3との間には、AVR(自動電圧調整装置)4が接続されている。AVR4は、発電機Gの電圧を一定値に制御するための装置である。このAVR4と、電力系統1に設けられた調速機5とが、計測装置6aに接続されている。調速機5は、発電機Gの回転数を制御する装置である。計測装置6aは、AVR4によって制御されている発電機Gの電力、電流、及び電圧の調整値及び発電機の出力情報と、調速機5によって制御されている発電機Gの回転数とを取得するための装置である。計測装置6aによる計測値は、後述する保護継電装置10に送信される。
受電線側回路1Sは、送電線Sに接続されて発電機Gの出力電力を無限大母線へ送電するための回路であり、送電線遮断器2bを有し、送電線1Lによって接続されている。送電線遮断器2bは、送電線Sに接続されて送電線Sと無限大母線との接続の入/切を制御するための装置である。また、送電線遮断器2bと無限大母線との間には、計測装置6bが接続されている。計測装置6bは、送電線1Lを流れる電流の電流値及び電流の向きと、電圧値とを計測するための装置である。計測装置6bによる計測値は、後述する保護継電装置10に送信される。
受電線側回路2Sは、送電線Sに接続されて発電機Gの出力電力を無限大母線へ送電するための回路であり、送電線遮断器2cを有し、送電線2Lによって接続されている。送電線遮断器2cは、送電線Sに接続されて送電線Sと無限大母線との接続の入/切を制御するための装置である。また、送電線遮断器2cと無限大母線との間には、計測装置6cが接続されている。計測装置6cは、送電線2Lを流れる電流の電流値及び電流の向きと、電圧値とを計測するための装置である。計測装置6cによる計測値は、後述する保護継電装置10に送信される。
送電線Sにおける受電線側回路1Sとの接続点と、受電線側回路2Sとの接続点との間には、計測装置6dが接続されている。計測装置6dは、送電線Sを流れる電流の電流値と、電圧値とを計測するための装置である。計測装置6dによる計測値は、後述する保護継電装置10に送信される。
図1(b)に示す保護継電装置10は、図1(a)に示す電力系統1に設置されて電力系統1を故障電流等から保護するための装置であり、電力系統1と保護継電装置10とにより、電力系統保護システムが構成されている。この保護継電装置10は、主として、受信部(取得部)11と、判断処理部12と、遮断器操作部13とを備えている。受信部11は、計測装置6a,6b,6c,6dによる計測結果等の電力系統情報Eを受信するための通信インターフェースである。判断処理部12は、電力系統情報Eに基づいて送電線の事故の有無を判断し、並列用遮断器2a及び送電線遮断器2b,2cの入/切を判断するためのものである。遮断器操作部13は、判断処理部12の判断により並列用遮断器2a及び送電線遮断器2b,2cの入/切を制御するためのものである。判断処理部12及び遮断器操作部13は、例えば、CPU(Central Processing Unit)等により構成されている。
図2は、図1の電力系統情報Eの詳細を示すブロック図である。この電力系統情報Eは、例えば、送電線遮断器情報E1、AVR情報(自動電圧調整装置情報)E2、調速機情報E3、並列用遮断器情報E4、母線電圧・送電線電流などの計測情報E5、発電機出力情報E6により構成されている。
送電線遮断器情報E1は、送電線遮断器2b,2cのスイッチの入切状態に関する情報を有している。AVR情報E2は、AVR4によって制御されている発電機Gの電力、電流、及び電圧の調整値を有している。調速機情報E3は、発電機Gの回転数に関する情報を有している。並列用遮断器情報E4は、並列用遮断器2aのスイッチの入切状態に関する情報を有している。母線電圧・送電線電流などの計測情報E5は、計測装置6a,6b,6c,6dによる計測結果を有している。発電機出力情報E6は、発電機Gの出力情報を有している。
この電力系統1における電力系統保護方法は、例えば、以下のように処理される。
図3は、図1の判断処理部3における電力系統保護方法の処理内容を示す論理回路図である。この論理回路図は、論理ゲート21a,21b,22a,22b,23a,23b,24a,24b,25,26,27a,27b,28と、タイマT1,T2,T3とから構成されている。
論理ゲート21aは、計測装置6bによる電流値の計測結果が一定値以上である場合、かつ、計測装置6bによる電流の向きが構内(無限大母線)側である場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート21bは、計測装置6cによる電流値の計測結果が一定値以上である場合、かつ、計測装置6cによる電流の向きが構内(無限大母線)側である場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート22aは、計測装置6bによる電流値の計測結果が一定値以上である場合、かつ、計測装置6bによる電流の向きが送電線S側である場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート22bは、計測装置6cによる電流値の計測結果が一定値以上である場合、かつ、計測装置6cによる電流の向きが送電線S側である場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート23aは、論理ゲート21aが「真」である場合、かつ、論理ゲート22bが「真」である場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート23bは、論理ゲート22aが「真」である場合、かつ、論理ゲート21bが「真」である場合に「真」となるANDゲートである。
論理ゲート24aは、論理ゲート23aが「真」である場合、かつ、送電線遮断器2bのスイッチが入っている場合、かつ、送電線遮断器2cのスイッチが入っている場合、かつ、計測装置6dによる電圧値が低下している場合に「真」となるANDゲートである。この論理ゲート24aが「真」となる場合、タイマT1により一定時間経過後、送電線遮断器2cのスイッチを切断する。論理ゲート24bは、論理ゲート23bが「真」である場合、かつ、送電線遮断器2bのスイッチが入っている場合、かつ、送電線遮断器2cのスイッチが入っている場合、かつ、計測装置6dによる電圧値が低下している場合に「真」となるANDゲートである。この論理ゲート24bが「真」となる場合、タイマT2により一定時間経過後、送電線遮断器2bのスイッチを切断する。論理ゲート25は、論理ゲート24aが「真」である場合、または、論理ゲート24bが「真」である場合に「真」となるORゲートである。この論理ゲート25が「真」となる場合、並列用遮断器2aのスイッチをロックする。すなわち、論理ゲート21a,21b,22a,22b,23a,23b,24a,24b,25による制御は、2回線受電の場合における1回線に故障が発生した場合であり、このとき、図4に示したような動作が行われる。
論理ゲート26は、並列用遮断器2aのスイッチが入っている場合、かつ、発電機Gの回転数が一定以上の場合、かつ、計測装置6aによる発電機Gの有効電力の変化が一定以上、かつ、計測装置6dによる電圧値が低下している場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート27aは、論理ゲート26が「真」である場合、かつ、送電線遮断器2bのスイッチが入っている場合、かつ、送電線遮断器2cのスイッチが入っていない場合、かつ、論理ゲート25が「真」である場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート27bは、論理ゲート26が「真」である場合、かつ、送電線遮断器2bのスイッチが入っていない場合、かつ、送電線遮断器2cのスイッチが入っている場合、かつ、論理ゲート25が「真」である場合に「真」となるANDゲートである。論理ゲート28は、論理ゲート27aが「真」である場合、または、論理ゲート27bが「真」である場合に「真」となるORゲートである。この論理ゲート28が「真」となる場合、タイマT3により一定時間経過後、並列用遮断器2aのスイッチを切断する。すなわち、論理ゲート26,27a,27b,28による制御は、1回線受電の場合において故障が発生した場合であり、このとき、発電機Gから故障電流が流れるため、並列用遮断器2aのスイッチを切断する。
このように、判断処理部3は、送電線遮断器情報E1、AVR情報E2、調速機情報E3、並列用遮断器情報E4、母線電圧・送電線電流などの計測情報E5、発電機出力情報E6に基づいて、並列用遮断器2a、及び送電線遮断器2b,2cのスイッチの入/切を判断するため、計測装置6aによる電流値の計測結果が微小であっても故障電流を検知することが可能になり、また、確実な送電線事故区間の切り離しが可能になる。
さらに、並列用遮断器2a、または送電線遮断器2b,2cのスイッチの入/切を判断するため、1回線受電の場合は並列用遮断器2aを切断することが可能となるので、事故区間除去後の電源端からの復旧時に操作なしで配電線に供給することが可能になる。
以上、この発明の実施の形態について説明したが、具体的な構成は、上記の実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、この発明の実施の形態では、2つの受電線側回路1S,2Sを設けたが、3つ以上の受電線側回路を設けてもよい。
1 電力系統
2a 並列用遮断器
2b,2c 送電線遮断器
4 AVR(自動電圧調整装置)
5 調速機
6a,6b,6c,6d 計測装置
10 保護継電装置
11 受信部(取得部)
12 判断処理部
13 遮断器操作部
E 電力系統情報
E1 送電線遮断器情報
E2 AVR情報(自動電圧調整装置情報)
E3 調速機情報
E4 並列用遮断器情報
E5 母線電圧・送電線電流などの計測情報
E6 発電機出力情報
2a 並列用遮断器
2b,2c 送電線遮断器
4 AVR(自動電圧調整装置)
5 調速機
6a,6b,6c,6d 計測装置
10 保護継電装置
11 受信部(取得部)
12 判断処理部
13 遮断器操作部
E 電力系統情報
E1 送電線遮断器情報
E2 AVR情報(自動電圧調整装置情報)
E3 調速機情報
E4 並列用遮断器情報
E5 母線電圧・送電線電流などの計測情報
E6 発電機出力情報
Claims (5)
- 発電機から送電線を介して複数の受電線へ電力を送る電力系統において、前記送電線の事故の際に発生する故障電流から前記電力系統を保護する保護継電装置であって、
前記電力系統における各種管理情報である電力系統情報を取得する取得部と、
前記電力系統情報に基づいて前記送電線の事故の有無を判断し、前記送電線及び前記複数の受電線に設けられた遮断器の入/切を判断する判断処理部と、を備え、
前記判断処理部は、前記故障電流が一定以下であり、前記発電機の回転数と有効電力の変化が一定以上の場合に前記送電線の事故の発生を判断し、前記送電線に流れる前記事故電流の方向により切断する遮断器を選択する、
ことを特徴とする保護継電装置。 - 前記電力系統情報は、前記遮断器の入/切を示す遮断器情報と、前記電力系統に設置された自動電圧調整装置における電力、電流及び電圧の調整値である自動電圧調整装置情報と、前記発電機の回転数を示す調速機情報と、前記電力系統に設置された計測器により計測された前記送電線の計測情報と、前記発電機の出力値を示す発電機出力情報と、を有し、
前記判断処理部は、前記遮断器情報、前記自動電圧調整装置情報、前記調速機情報、前記計測情報、及び前記発電機出力情報に基づき、前記送電線に設けられた遮断器の入/切を判断する、
ことを特徴とする請求項1に記載の保護継電装置。 - 前記遮断器は、前記発電機側に設けられた並列用遮断器と、前記複数の受電線側に設けられた複数の送電線遮断器と、を有し、
前記判断処理部は、前記遮断器情報、前記自動電圧調整装置情報、前記調速機情報、前記計測情報、及び前記発電機出力情報に基づき、前記並列用遮断器または前記複数の送電線遮断器のうちのいずれか一つまたは複数の遮断器の入/切を判断する、
ことを特徴とする請求項2に記載の保護継電装置。 - 発電機から送電線を介して複数の受電線へ電力を送る電力系統において、請求項1ないし3のいずれか1項に記載の保護継電装置を備えた、
ことを特徴とする電力系統保護システム。 - 発電機から送電線を介して複数の受電線へ電力を送る電力系統において、前記送電線の事故の際に発生する故障電流から前記電力系統を保護する電力系統保護方法であって、
前記電力系統における各種管理情報である電力系統情報を取得し、前記電力系統情報に基づき、前記故障電流が一定以下であり、前記発電機の回転数と有効電力の変化が一定以上の場合に前記送電線の事故の発生を判断し、前記送電線に流れる前記事故電流の方向により切断する遮断器を選択する、
ことを特徴とする電力系統保護方法。
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