JP2018182828A - 保護継電装置および保護継電装置のサイクルナンバ制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】送電線３００の複数の端子（１〜ｎ）に各々設けられる保護リレーにおいて、複数の端子間で、サイクルナンバの同期をとることができるようにする。
【解決手段】保護リレー１００，２００…の各自端データ収集部１２０に、送電線３００の相電流の１サイクル中のデータサンプリング数１２と同数の連続した番号（０〜１１）を計数して得たサンプリングナンバをサンプリングデータに付与し、且つ前記相電流の各サイクルに対応したサイクルナンバを付与する機能を各々持たせ、前記サンプリングナンバの、ある１周期の最後の番号「１１」のタイミングで、サイクルナンバ候補値を決定し（１５１）、前記サンプリングナンバの次の１周期の最初の番号「０」のタイミングで、前記各端子のサイクルナンバ全てを、前記サイクルナンバ候補値に１を加えたサイクルナンバに各々更新する（１５２）。
【選択図】 図１

Description

本発明は、送電線の保護対象区間内の系統事故を検出する保護継電装置に係り、例えば送電線の複数の端子で同一タイミングでサンプリング収集した電流データ間の差に基づいて事故判定を行うＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｃｏｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）電流差動方式の保護継電装置に関する。

一般に、ＰＣＭ電流差動方式の保護継電装置において、送電線の各端子に設けられた保護リレーは、各端末が同じ時刻でサンプリングした電気量を保護リレー間で送受し、それらの差電流を算出することで系統の事故を検出する。

すなわち同時刻にサンプリングしパルス符号化（ＰＣＭ）した各相電流瞬時値のデジタル信号（電気量データ）を相互に伝送し、該伝送されたデジタルデータを演算部（マイクロプロセッサ）により差動演算処理する。

前記各相電流瞬時値のデジタル信号は、電気角３０度毎にサンプリングしたデータ（１サイクルに１２サンプルのデータ）であり、それらサンプリングデータが各端子間で同期していることが必要である。

従来の保護継電装置として、例えば下記特許文献１には、所定周期でサンプリングした送電線の電気量データとそのサンプリング時刻とを含む送信データを通信ネットワークを介して通信することが開示されている。

特開２０１１−１８８６４４号公報

従来の、ＰＣＭ電流差動保護継電装置を含む保護継電装置において、送電線の各端子で得られた電気量データが、同じサンプリングタイミングのデータか否かを確認するためには、サンプリングデータが相電流のどのサイクルのデータであるかを表すサイクルナンバが、各端子間で同期している（同一の値をとる）必要がある。

しかし、各端子間では装置起動のタイミング及び同期がとれるタイミングが異なるため、サイクルナンバの同期はとれていない状態となる。このため、各端子間のサンプリングデータの比較が困難となり、例えば各端子からの電気量データをモニタリングする際に、同じサンプリングタイミングのデータかどうかを容易に確認することができない。

本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、送電線の複数の端子間で、データに付与されるサイクルナンバの同期をとることができる保護継電装置およびそのサイクルナンバ制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するための請求項１に記載の保護継電装置は、送電線の複数の端子に各々設けられ、電力系統の事故を検出する保護継電装置であって、前記送電線の自端子の電気量データを、他端子に設けられた保護継電装置と同期して一定間隔でサンプリングして収集する自端データ収集部と、前記自端データ収集部のデータと他端子でサンプリングされたデータの送受信を行うデータ送受信部と、前記自端データ収集部により収集された自端子のデータと前記データ送受信部を介して得られた他端子のデータとに基づいて保護演算を行うリレー演算部とを備えた保護継電装置において、
前記各保護継電装置の自端データ収集部には、
設定した所定数範囲を１周期として繰り返される複数個の連続した番号を設定した時間毎に計数してサンプリングナンバを得、該サンプリングナンバを前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して、同一のサンプリング時間には同一の番号となるように付与する機能と、
電力系統の基本周波数と同数の範囲で繰り返される複数個の連続した番号を前記基本周波数の逆数の時間毎に計数してサイクルナンバを得、該サイクルナンバを前記自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して付与する機能と、を持たせ、
前記各保護継電装置に、
前記サンプリングナンバの、ある１周期中の番号のうち最後の番号であるタイミングにおける、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの多数決をとってサイクルナンバ候補値を決定するサイクルナンバ候補探索部と、
前記サンプリングナンバの、前記ある１周期の次の１周期中の番号のうち最初の番号であるタイミングで、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに各々付与されたサイクルナンバすべてを、前記サイクルナンバ候補探索部で決定されたサイクルナンバ候補値に１を加えたサイクルナンバに各々更新するサイクルナンバ同期部と、を設けたことを特徴としている。

また、請求項４に記載の保護継電装置のサイクルナンバ制御方法は、送電線の複数の端子に各々設けられ、電力系統の事故を検出する保護継電装置であって、前記送電線の自端子の電気量データを、他端子に設けられた保護継電装置と同期して一定間隔でサンプリングして収集する自端データ収集部と、前記自端データ収集部のデータと他端子でサンプリングされたデータの送受信を行うデータ送受信部と、前記自端データ収集部により収集された自端子のデータと前記データ送受信部を介して得られた他端子のデータとに基づいて保護演算を行うリレー演算部とを備えた保護継電装置のサイクルナンバ制御方法において、
前記各保護継電装置の自端データ収集部が、
設定した所定数範囲を１周期として繰り返される複数個の連続した番号を設定した時間毎に計数してサンプリングナンバを得、該サンプリングナンバを前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して、同一のサンプリング時間には同一の番号となるように付与するステップと、
前記各保護継電装置の自端データ収集部が、
電力系統の基本周波数と同数の範囲で繰り返される複数個の連続した番号を前記基本周波数の逆数の時間毎に計数してサイクルナンバを得、該サイクルナンバを前記自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して付与するステップと、
前記各保護継電装置のサイクルナンバ候補探索部が、
前記サンプリングナンバの、ある１周期中の番号のうち最後の番号であるタイミングにおける、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの多数決をとってサイクルナンバ候補値を決定するサイクルナンバ候補探索ステップと、
前記各保護継電装置のサイクルナンバ同期部が、
前記サンプリングナンバの、前記ある１周期の次の１周期中の番号のうち最初の番号であるタイミングで、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに各々付与されたサイクルナンバすべてを、前記サイクルナンバ候補探索部で決定されたサイクルナンバ候補値に１を加えたサイクルナンバに各々更新するサイクルナンバ同期ステップと、
を備えたことを特徴としている。

上記構成によれば、送電線の複数の端子各々に設けられた保護継電装置間で、異なるサイクルナンバを制御して同期させることができる。これによって、各端子間のサンプリングデータの比較をより容易に行うことができる。

また、請求項２に記載の保護継電装置は、請求項１において、前記サイクルナンバ候補探索部は、サイクルナンバ候補値を多数決により決定できないときは、前記多数決に代えて、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの最大値をサイクルナンバ候補値に決定することを特徴としている。

また、請求項５に記載の保護継電装置のサイクルナンバ制御方法は、請求項４において、前記サイクルナンバ候補探索ステップは、サイクルナンバ候補値を多数決により決定できないときは、前記多数決に代えて、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの最大値をサイクルナンバ候補値に決定することを特徴としている。

上記構成によれば、サイクルナンバが同一となる端子が存在せずサイクルナンバが全ての端子で異なった場合でも、サイクルナンバの同期を行うことができる。

また、請求項３に記載の保護継電装置は、請求項１又は２において、前記自端データ収集部が収集する電気量データは、前記送電線の相電流を電気角３０度間隔で各々サンプリングしたデータであり、
前記サンプリングナンバは、前記送電線の相電流の１サイクル中のデータサンプリング数１２と同数の連続した番号を、（電力系統の基本周波数×１２）の逆数の時間毎に計数して得られることを特徴としている。

また、請求項６に記載の保護継電装置のサイクルナンバ制御方法は、請求項４又は５において、前記自端データ収集部が収集する電気量データは、前記送電線の相電流を電気角３０度間隔で各々サンプリングしたデータであり、
前記サンプリングナンバは、前記送電線の相電流の１サイクル中のデータサンプリング数１２と同数の連続した番号を、（電力系統の基本周波数×１２）の逆数の時間毎に計数して得られることを特徴としている。

上記構成によれば、送電線の複数の端子各々に設けられたＰＣＭ電流差動保護継電装置間で、異なるサイクルナンバを制御して同期させることができる。これによって、各端子間のサンプリングデータの比較をより容易に行うことができる。

（１）請求項１〜６に記載の発明によれば、送電線の複数の端子各々に設けられた保護継電装置間で、異なるサイクルナンバを制御して同期させることができる。これによって、各端子間のサンプリングデータの比較をより容易に行うことができる。
（２）請求項２、４に記載の発明によれば、サイクルナンバが同一となる端子が存在せずサイクルナンバが全ての端子で異なった場合でも、サイクルナンバの同期を行うことができる。
（３）請求項３、６に記載の発明によれば、送電線の複数の端子各々に設けられたＰＣＭ電流差動保護継電装置間で、異なるサイクルナンバを制御して同期させることができる。これによって、各端子間のサンプリングデータの比較をより容易に行うことができる。

本発明の実施形態例による保護継電システムの全体構成図。 本発明の実施形態例によるサイクルナンバ制御方法の一例を示す説明図。 本発明の実施形態例によるサイクルナンバ制御方法の他の例を示す説明図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。

図１は、本実施形態例による保護継電システムの全体構成を示している。図１において、３００は保護対象の送電線であり、４０１，４０２は送電線３００に介挿された遮断器である。

１００は送電線３００の一端側に設けられた保護リレー（保護継電装置）、２００は送電線３００の他端側に設けられ、保護リレー１００と同様に構成された保護リレー（保護継電装置）であり、これらは例えばＰＣＭ電流差動保護継電装置により各々構成されている。

図１では保護リレー１００，２００のみ図示しているが、送電線３００のｎ個の端子には、保護リレー１００，２００と同一構成の図示省略の保護リレーが各々設けられており、保護リレーは合計ｎ個設けられている。

保護リレー１００の１１０は、送電線３００の一端（端子１）側の相電流を変流器等で検出したアナログデータをデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部である。

１２０は送電線３００の一端側の電気量データを収集する自端データ収集部であり、Ａ／Ｄ変換部１１０の出力から、送電線３００に設けられた他の保護リレーと同期して、電気角３０度毎にサンプリングしたデータ（１サイクルに１２サンプルのデータ）を収集する。

自端データ収集部１２０は、Ａ／Ｄ変換部１１０から収集したサンプリングデータに対して、次に述べるように、サンプリングナンバを付与する機能と、サイクルナンバを付与する機能を有している。

前記サンプリングナンバは、設定した所定数範囲を１周期として繰り返される複数個の連続した番号、例えば前記送電線３００の相電流の１サイクル中のデータサンプリング数１２と同数の連続した番号（例えば０〜１１の範囲）を、（電力系統の基本周波数×１２）の逆数の時間毎に計数して得られる。

基本周波数が例えば５０Ｈｚであればカウンタを１秒間に５０×１２＝６００カウントする。これをカウント周期で表現すると、カウント周期は１／６００秒であり、１／６００秒毎に＋１カウントアップして０〜１１のサンプリングナンバが順次得られる。

そして自端データ収集部１２０は、前記サンプリングナンバを、複数（ｎ個）の端子の各自端データ収集部１２０で収集されたサンプリングデータに対して、同一のサンプリング時間には同一の番号となるように付与する。

前記サイクルナンバは、電力系統の基本周波数と同数の範囲で繰り返される複数個の連続した番号（例えば０〜（基本周波数−１）の範囲）、例えば基本周波数が５０Ｈｚであれば０〜４９を、その基本周波数の逆数の時間毎、すなわち１／５０秒毎に係数して得られる。したがって、送電線３００の相電流の１サイクル毎にカウンタを＋１カウントアップし、基本周波数が５０Ｈｚであれば０〜４９のサイクルナンバが順次得られる。

そして自端データ収集部１２０は、サンプリングナンバ０〜１１のサンプリングデータ（すなわち１サイクル中の１２個のサンプリングデータ）にそれぞれ同一の前記サイクルナンバを付与する。

図１では、自端データ収集部１２０のエリアに、自端子（端子１）側で収集したサンプリングデータおよびそれに付与されたサンプリングナンバ、サイクルナンバの例を図示している。

１３０は、自端子（端子１）側の保護リレー１００の自端データ収集部のデータと他端子（端子２〜端子ｎ）側の保護リレーの自端データ収集部のデータとの送受信を行うデータ送受信部であり、１３１は、自端データ収集部１２０で収集されたサンプリングデータおよびそれに付与されたサンプリングナンバ、サイクルナンバを、他端子側の保護リレーのデータ送受信部へ送信する送信部である。 １３２は、他端子側の保護リレーから送信される、自端データ収集部で収集されたサンプリングデータおよびそれに付与されたサンプリングナンバ、サイクルナンバを受信する受信部である。

図１では、データ送受信部１３０のエリアに、受信部１３２で受信して得られた端子２〜端子ｎ側のサンプリングデータおよびそれに付与されたサンプリングナンバ、サイクルナンバの例を図示している。

１４０は、自端子（端子１）のサンプリングデータ（自端データ収集部１２０のデータ）と他端子（端子２〜端子ｎ）から受信したサンプリングデータ（受信部１３２で受信したデータ）を用いて保護演算を行うリレー演算部である。

１５０は、各端子（端子１〜端子ｎ）間で異なるサイクルナンバを制御して同期させるサイクルナンバ制御部であり、同期させるサイクルナンバの候補を探して候補値を決定するサイクルナンバ候補探索部１５１と、サイクルナンバの更新を行って同期させるサイクルナンバ同期部１５２とを備えている。

次にサイクルナンバ制御部１５０で実行される制御の例を図２、図３とともに説明する。図２、図３で図示したサンプリングナンバの、「１１」は、ある１周期中の最後の番号を表し、「０」はその次の１周期中の最初の番号を表している。

サイクルナンバ候補探索部１５１は、一例として、自端データ収集部のデータと受信部１３２で受信されたデータに基づいて、各端子１〜ｎのサイクルナンバを比較し、最も多いサイクルナンバをサイクルナンバ候補値に決定する（サイクルナンバの多数決をとる）。

そしてサイクルナンバ同期部１５２は、サイクルナンバ候補探索部１５１により決定されたサイクルナンバ候補値に「１」を加算し、サイクルナンバを（サイクルナンバ候補値＋１）に更新し、これを最新サイクルナンバとする。

前記サイクルナンバ候補探索部１５１におけるサイクルナンバ候補値を決定する処理は、例えば図２のように自端子のサンプリングナンバが「１１」の時に（１周期中の番号のうち最後の番号であるタイミングで）実行され、サイクルナンバ同期部１５２におけるサイクルナンバを更新する処理は、図２のサンプリングナンバが「０」の時に（前記サイクルナンバ候補値決定後の次の１周期中の番号のうち最初の番号であるタイミングで）実行される。

図２の例では、サンプリングナンバ「１１」のタイミングで、サイクルナンバは端子番号「１」、「２」における「５」が最も多いため、サイクルナンバ候補値は「５」に決定され、次のサンプリングナンバ「０」のタイミングで送電線３００に設けられた全ての端子（図２では端子番号１〜５のみ記載）のサイクルナンバが「５＋１」に更新される。

そして更新された最新のサイクルナンバのデータは、送信部１３１を介して他の端子側の保護リレーに送信される。

前記サイクルナンバ候補探索部１５１におけるサイクルナンバ候補値を決定する処理は、サイクルナンバが全ての端子（１〜ｎ）で異なる等の理由で多数決によりサイクルナンバ候補値が決定できない場合は、例えば図３のように各端子のサイクルナンバのうち最大値をサイクルナンバ候補値に決定する。

図３において、サイクルナンバ候補探索部１５１が行うサイクルナンバ候補値を決定する処理は、図２の場合と同様にサンプリングナンバが「１１」の時に実行され、サイクルナンバ同期部１５２が行うサイクルナンバ更新処理は、図２の場合と同様にサンプリングナンバが「０」の時に実行される。

図３の例では、サンプリングナンバ「１１」のタイミングで、全ての端子（図３では端子番号１〜５のみ記載）のサイクルナンバが各々異なるので、その中の最大値である「２０」がサイクルナンバ候補値として決定され、次のサンプリングナンバ「０」のタイミングで送電線３００に設けられた全ての端子のサイクルナンバが「２０＋１」に更新される。

そして更新された最新のサイクルナンバのデータは、送信部１３１を介して他の端子側の保護リレーに送信される。

以上のように本実施形態例によれば、送電線３００の複数の端子（１〜ｎ）各々に設けられた保護リレー間で異なるサイクルナンバを制御して同期させることができる。

これによって、各端子間のサンプリングデータの比較が容易となり、例えば各端子からの電気量データをモニタリングする際に、同じサンプリングタイミングのデータかどうかを容易に確認することができる。

また、各端子のサイクルナンバのうち最大値をサイクルナンバ候補値に決定する処理を行う実施例によれば、サイクルナンバが同一となる端子が存在せずサイクルナンバが全ての端子で異なった場合でも、サイクルナンバの同期を行うことができる。

尚、本発明はＰＣＭ電流差動保護継電装置に適用するに限らず、他の継電装置に適用することができ、その場合も前記と同様の作用、効果を奏する。

１００，２００…保護リレー
１１０…Ａ／Ｄ変換部
１２０…自端データ収集部
１３０…データ送受信部
１３１…送信部
１３２…受信部
１４０…リレー演算部
１５０…サイクルナンバ制御部
１５１…サイクルナンバ候補探索部
１５２…サイクルナンバ同期部
３００…送電線
４０１，４０２…遮断器

Claims (6)

1. 送電線の複数の端子に各々設けられ、電力系統の事故を検出する保護継電装置であって、前記送電線の自端子の電気量データを、他端子に設けられた保護継電装置と同期して一定間隔でサンプリングして収集する自端データ収集部と、前記自端データ収集部のデータと他端子でサンプリングされたデータの送受信を行うデータ送受信部と、前記自端データ収集部により収集された自端子のデータと前記データ送受信部を介して得られた他端子のデータとに基づいて保護演算を行うリレー演算部とを備えた保護継電装置において、
   前記各保護継電装置の自端データ収集部には、
   設定した所定数範囲を１周期として繰り返される複数個の連続した番号を設定した時間毎に計数してサンプリングナンバを得、該サンプリングナンバを前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して、同一のサンプリング時間には同一の番号となるように付与する機能と、
   電力系統の基本周波数と同数の範囲で繰り返される複数個の連続した番号を前記基本周波数の逆数の時間毎に計数してサイクルナンバを得、該サイクルナンバを前記自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して付与する機能と、を持たせ、
   前記各保護継電装置に、
   前記サンプリングナンバの、ある１周期中の番号のうち最後の番号であるタイミングにおける、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの多数決をとってサイクルナンバ候補値を決定するサイクルナンバ候補探索部と、
   前記サンプリングナンバの、前記ある１周期の次の１周期中の番号のうち最初の番号であるタイミングで、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに各々付与されたサイクルナンバすべてを、前記サイクルナンバ候補探索部で決定されたサイクルナンバ候補値に１を加えたサイクルナンバに各々更新するサイクルナンバ同期部と、を設けたことを特徴とする保護継電装置。
2. 前記サイクルナンバ候補探索部は、サイクルナンバ候補値を多数決により決定できないときは、前記多数決に代えて、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの最大値をサイクルナンバ候補値に決定することを特徴とする請求項１に記載の保護継電装置。
3. 前記自端データ収集部が収集する電気量データは、前記送電線の相電流を電気角３０度間隔で各々サンプリングしたデータであり、
   前記サンプリングナンバは、前記送電線の相電流の１サイクル中のデータサンプリング数１２と同数の連続した番号を、（電力系統の基本周波数×１２）の逆数の時間毎に計数して得られることを特徴とする請求項１又は２に記載の保護継電装置。
4. 送電線の複数の端子に各々設けられ、電力系統の事故を検出する保護継電装置であって、前記送電線の自端子の電気量データを、他端子に設けられた保護継電装置と同期して一定間隔でサンプリングして収集する自端データ収集部と、前記自端データ収集部のデータと他端子でサンプリングされたデータの送受信を行うデータ送受信部と、前記自端データ収集部により収集された自端子のデータと前記データ送受信部を介して得られた他端子のデータとに基づいて保護演算を行うリレー演算部とを備えた保護継電装置のサイクルナンバ制御方法において、
   前記各保護継電装置の自端データ収集部が、
   設定した所定数範囲を１周期として繰り返される複数個の連続した番号を設定した時間毎に計数してサンプリングナンバを得、該サンプリングナンバを前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して、同一のサンプリング時間には同一の番号となるように付与するステップと、
   前記各保護継電装置の自端データ収集部が、
   電力系統の基本周波数と同数の範囲で繰り返される複数個の連続した番号を前記基本周波数の逆数の時間毎に計数してサイクルナンバを得、該サイクルナンバを前記自端データ収集部で収集されたサンプリングデータに対して付与するステップと、
   前記各保護継電装置のサイクルナンバ候補探索部が、
   前記サンプリングナンバの、ある１周期中の番号のうち最後の番号であるタイミングにおける、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの多数決をとってサイクルナンバ候補値を決定するサイクルナンバ候補探索ステップと、
   前記各保護継電装置のサイクルナンバ同期部が、
   前記サンプリングナンバの、前記ある１周期の次の１周期中の番号のうち最初の番号であるタイミングで、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに各々付与されたサイクルナンバすべてを、前記サイクルナンバ候補探索部で決定されたサイクルナンバ候補値に１を加えたサイクルナンバに各々更新するサイクルナンバ同期ステップと、
   を備えたことを特徴とする保護継電装置のサイクルナンバ制御方法。
5. 前記サイクルナンバ候補探索ステップは、サイクルナンバ候補値を多数決により決定できないときは、前記多数決に代えて、前記複数の端子の各自端データ収集部で収集されたデータに付与されたサイクルナンバの最大値をサイクルナンバ候補値に決定することを特徴とする請求項４に記載の保護継電装置のサイクルナンバ制御方法。
6. 前記自端データ収集部が収集する電気量データは、前記送電線の相電流を電気角３０度間隔で各々サンプリングしたデータであり、
   前記サンプリングナンバは、前記送電線の相電流の１サイクル中のデータサンプリング数１２と同数の連続した番号を、（電力系統の基本周波数×１２）の逆数の時間毎に計数して得られることを特徴とする請求項４又は５に記載の保護継電装置のサイクルナンバ制御方法。

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