JP2018191442A - 比率差動継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】一次側と二次側とで、比較対象となるフィーダー数が異なる構成であっても、事故発生の有無の検出における誤判定を低減する。【解決手段】本発明に係る比率差動継電器は、一次側が複数フィーダーであり二次側が１フィーダーである送電線の保護に用いる比率差動継電器であって、一次側の複数の電流値を取得する第１電流検出器と、二次側の電流値を取得する第２電流検出器と、一次側の複数の遮断器から各遮断器の運転状態を取得し、複数の遮断器の運転状態に応じて、一次側の複数の電流値のうち加算する電流値を選択して一次側の電流値の加算値を算出する電流加算回路と、一次側の電流値の加算値と二次側の電流値との差分が所定の条件を満たした場合に、送電線に事故が発生したと判定する比率差動回路と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、比率差動継電器に関する。

従来、変圧器などを保護するための機器として比率差動継電器が知られている（例えば特許文献１参照）。

比率差動継電器は、例えば変圧器の一次側と二次側の電流値を比較して変圧器に事故が発生しているか否かを判定し、事故が発生していると判定した場合は、変圧器の一次側又は二次側に設置された遮断器を開放させて変圧器を保護する。

比率差動継電器は、例えば一次側と二次側の電流値の差分が所定の条件を満たしている場合に、変圧器に事故が発生していると判定する。

比率差動継電器は、事故発生の有無の検出能力が高いことから、変圧器だけでなく、発電機、母線及び送電線などの保護にも使用されている。

特開昭６１−６６５２８号公報

例えば、送電線の一次側の複数フィーダーが統合されて、二次側で１フィーダーとなっている場合、送電線を保護する比率差動継電器は、一次側の複数フィーダーの電流値の和と、二次側の１フィーダーの電流値とを比較する必要がある。

このように、フィーダーの統合によって、一次側と二次側とで比較対象となるフィーダー数が異なる場合がある。このような場合においても誤判定をせずに送電線などにおける事故発生の有無を検出することができる比率差動継電器が望まれていた。

従って、上記のような問題点に鑑みてなされた本発明の目的は、一次側と二次側とで、比較対象となるフィーダー数が異なる構成であっても、事故発生の有無の検出における誤判定を低減することができる比率差動継電器を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明の一実施形態に係る比率差動継電器は、
一次側が複数フィーダーであり二次側が１フィーダーである送電線の保護に用いる比率差動継電器であって、
一次側の複数の電流値を取得する第１電流検出器と、
二次側の電流値を取得する第２電流検出器と、
一次側の複数の遮断器から各遮断器の運転状態を取得し、該複数の遮断器の運転状態に応じて、前記一次側の複数の電流値のうち加算する電流値を選択して一次側の電流値の加算値を算出する電流加算回路と、
前記一次側の電流値の加算値と、前記二次側の電流値との差分が所定の条件を満たした場合に、前記送電線に事故が発生したと判定する比率差動回路と、を備える。

また、本発明の一実施形態に係る比率差動継電器において、
前記電流加算回路は、前記一次側の複数の電流値のうち、前記運転状態が運転中である前記遮断器が設置されているフィーダーから取得した電流値のみを選択して前記加算値を算出することを特徴とする。

また、本発明の一実施形態に係る比率差動継電器において、
前記比率差動回路は、前記送電線に事故が発生したと判定すると、前記遮断器を停止させるための信号を前記遮断器に送信することを特徴とする。

本発明の一実施形態に係る比率差動継電器によれば、一次側と二次側とで、比較対象となるフィーダー数が異なる構成であっても、事故発生の有無の検出における誤判定を低減することができる。

本発明の一実施形態に係る比率差動継電器を含む電力保護システムの概略構成を示す図である。 本発明の一実施形態に係る比率差動継電器のブロック図である。 図１の電力保護システムにおいて事故が発生したときの様子を示す図である。 図１の電力保護システムにおいて停止中の第１遮断器があるときの様子を示す図である。 電力保護システムの比較例の概略構成を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る比率差動継電器１０を含む電力保護システムの概略構成を示す図である。

図１に示す一次側母線と二次側母線とは、送電線によって接続されている。比率差動継電器１０は、この送電線の保護区間内における事故を検出し、送電線を保護するように動作する。

図１に示すように、一次側母線には、ｎ個のフィーダー８０−１〜８０−ｎが接続されており、二次側母線には、１個のフィーダー９０が接続されている。以下、「ｎ個のフィーダー」のことを「ｎフィーダー」、「１個のフィーダー」のことを「１フィーダー」とも記載する。このように、図１に示す例では、一次側母線と二次側母線とを接続する送電線は、一次側はｎフィーダーで構成されており、二次側は１フィーダーで構成されている。

ここで、フィーダー８０は、三相分の電路の組み合わせであり、３本の電路を含む。したがって、図１においては、フィーダー８０−１〜８０−ｎを、それぞれ１本の線で示しているが、これは１フィーダーを示すものであり、１本の線は３本の電路を含むことを意味するものとする。フィーダー９０についても同様である。

図１に示すように、ｎフィーダー８０−１〜８０−ｎは、統合されて１フィーダー９０に接続している。したがって、ｎフィーダー８０−１〜８０−ｎに流れる電流の和は、１フィーダー９０に流れる電流と等しい。なお、ｎは、２以上の任意の整数である。

比率差動継電器１０は、第１変流器４０−１〜４０−ｎから一次側の複数の電流値を取得する。比率差動継電器１０は、第１遮断器２０−１〜２０−ｎから、第１遮断器２０−１〜２０−ｎの運転状態を取得する。比率差動継電器１０は、運転状態が運転中である第１遮断器２０が設置されているフィーダー８０から取得した電流値のみを選択して加算し、一次側の電流値の加算値を算出する。

比率差動継電器１０は、第２変流器５０から二次側の電流値を取得する。比率差動継電器１０は、一次側の電流値の加算値と、二次側の電流値との差分が所定の条件を満たした場合に、送電線に事故が発生したと判定し、第１遮断器２０及び第２遮断器３０を停止させるための信号を送信する。

第１遮断器２０は、一次側のフィーダー８０に設置されている遮断器である。図１に示すように、第１遮断器２０−１〜２０−ｎが、一次側のフィーダー８０−１〜８０−ｎにそれぞれ設置されている。

第１遮断器２０は、運転中又は停止中の２つの運転状態を有する。第１遮断器２０は、運転中においては、第１遮断器２０が設置されているフィーダー８０に電流を流す。第１遮断器２０は、停止中においては、第１遮断器２０が設置されているフィーダー８０の電流を遮断する。

第１遮断器２０は、運転状態の情報を比率差動継電器１０に送信する。すなわち、第１遮断器２０は、運転中であるか停止中であるかの情報を比率差動継電器１０に送信する。

第１遮断器２０は、比率差動継電器１０から受信する制御信号に応じて運転状態を切り換える。

第２遮断器３０は、二次側のフィーダー９０に設置されている遮断器である。

第２遮断器３０は、運転中又は停止中の２つの運転状態を有する。第２遮断器３０は、運転中においては、第２遮断器３０が設置されているフィーダー９０に電流を流す。第２遮断器３０は、停止中においては、第２遮断器３０が設置されているフィーダー９０の電流を遮断する。

第２遮断器３０は、比率差動継電器１０から受信する制御信号に応じて運転状態を切り換える。

第１変流器４０は、一次側のフィーダー８０が含む電路に流れている電流を検出する変流器である。第１変流器４０は、例えばＣＴ（Current Transformer）である。第１変流器４０は、フィーダー８０内の電路１相ごとに１個ずつ設置されている。例えば、図１においては、フィーダー８０−１に対して１個の第１変流器４０−１を図示しているが、これは簡略化して図示したものであり、実際には、フィーダー８０−１は３本の電路を含むため、フィーダー８０−１には３個の第１変流器４０−１が設置されている。第１変流器４０−２〜４０−ｎについても同様である。

第１変流器４０は、第１変流器４０が設置された電路に流れる電流を、所定のＣＴ比で変換して比率差動継電器１０に供給する。例えば、所定のＣＴ比が１０００／５である場合、第１変流器４０は、第１変流器４０が設置された電路に流れる電流の１／２００の電流を比率差動継電器１０に供給する。

第２変流器５０は、二次側のフィーダー９０が含む電路に流れている電流を検出する変流器である。第２変流器５０は、例えばＣＴである。第２変流器５０は、フィーダー９０内の電路１相ごとに１個ずつ設置されている。例えば、図１においては、フィーダー９０に対して１個の第２変流器５０を図示しているが、これは簡略化して図示したものであり、実際には、フィーダー９０は３本の電路を含むため、フィーダー９０には３個の第２変流器５０が設置されている。

第２変流器５０は、第２変流器５０が設置された電路に流れる電流を、所定のＣＴ比で変換して比率差動継電器１０に供給する。第２変流器５０の所定のＣＴ比は、第１変流器４０の所定のＣＴ比と同じ値である。

図２は、本発明の一実施形態に係る比率差動継電器１０のブロック図である。

比率差動継電器１０は、第１電流検出器１１と、第２電流検出器１２と、電流加算回路１３と、比率差動回路１４とを備える。

第１電流検出器１１は、第１変流器４０−１〜４０−ｎから、一次側の複数の電流値を取得する。第１電流検出器１１は、取得した一次側の複数の電流値を電流加算回路１３に供給する。

第２電流検出器１２は、第２変流器５０から、二次側の電流値を取得する。第２電流検出器１２は、取得した二次側の電流値を比率差動回路１４に供給する。

電流加算回路１３は、第１電流検出器１１から、一次側の複数の電流値を取得する。また、電流加算回路１３は、第１遮断器２０−１〜２０−ｎから、第１遮断器２０−１〜２０−ｎのそれぞれの運転状態を取得する。

電流加算回路１３は、運転状態が運転中である第１遮断器２０が設置されているフィーダー８０から取得した電流値のみを選択して加算し、一次側の電流値の加算値を算出する。電流加算回路１３は、算出した一次側の電流値の加算値を比率差動回路１４に供給する。

比率差動回路１４は、一次側の電流値の加算値と、二次側の電流値との差分が所定の条件を満たした場合に、送電線に事故が発生したと判定し、第１遮断器２０及び第２遮断器３０を停止させるための信号を、第１遮断器２０及び第２遮断器３０に送信する。

比率差動回路１４は、例えば、一次側の電流値の加算値と、二次側の電流値との差分が所定の設定値以上になった場合に、送電線に事故が発生したと判定する。この際、比率差動回路１４は、所定の設定値を、一次側の電流値の加算値と、二次側の電流値との和の値に依存して変化する値としてもよい。

［例１：事故検出］
図３を参照して、送電線において事故が発生した場合の本実施形態に係る比率差動継電器１０の動作について説明する。なお、図３においては、一次側母線に２フィーダーが接続されている場合の例を説明する。

図３において、送電線の中間地点で３相短絡事故が発生したものとする。また、第１遮断器２０−１〜２０−２は、いずれも運転中であるものとする。

また、図３に示す例において、各種パラメータは以下のようになっているものとする。
基準容量： １０［ＭＶＡ］
一次側母線の％Ｚ： １．８５
送電線の％Ｚ： ０．３
一次側母線及び二次側母線の定格線間電圧： ２２［ｋＶ］
第１変流器及び第２変流器のＣＴ比： １０００／５

この場合、一次側母線から事故点までの合計の％Ｚｔ（％インピーダンス）は、
％Ｚｔ＝一次側母線の％Ｚ：１．８５＋送電線の事故点までの％Ｚ：０．３／２
＝２．０
となる。ここで、事故点は送電線の中間地点であるため、送電線の事故点までの％Ｚは、送電線の％Ｚの１／２としている。

この場合、事故電流Ｉｓは、
Ｉｓ＝基準容量／（√３×定格線間電圧）×（１００／％Ｚｔ）
＝（１０Ｍ／（√３×２２ｋ）×（１００／２）
＝１３．１２［ｋＡ］
となる。

このとき、第１変流器４０−１及び４０−２に流れる事故電流は、
１３．１２［ｋＡ］／２＝６．５６［ｋＡ］
である。第１変流器４０のＣＴ比は１０００／５であるため、第１変流器４０−１及び４０−２から比率差動継電器１０に供給される電流は、
６．５６［ｋＡ］／２００＝３２．８［Ａ］
である。

この際、比率差動継電器１０内において、電流加算回路１３は、第１遮断器２０−１及び２０−２から運転中であるとの情報を取得しているため、電流加算回路１３は、一次側の電流値の加算値として、
３２．８［Ａ］＋３２．８［Ａ］＝６５．６［Ａ］
を算出する。

また、送電線の中間地点において事故が発生していることにより、第２変流器５０には電流が流れないため、第２変流器５０から比率差動継電器１０に供給される電流は、０［Ａ］である。

比率差動回路１４は、一次側の電流値の加算値である６５．６［Ａ］と、二次側の電流値である０［Ａ］との差分が所定の条件を満たした場合、送電線に事故が発生したと判定する。通常、上記のような値においては、所定の条件を満たすため、比率差動回路１４は、図３に示すような場合、送電線に事故が発生したと判定することができる。

［例２：停止中の第１遮断器がある場合］
図４を参照して、停止中の第１遮断器２０がある場合の本実施形態に係る比率差動継電器１０の動作について説明する。なお、図４においては、一次側母線に２フィーダーが接続されている場合の例を説明する。

図４において、第１遮断器２０−１は運転中であるが、第１遮断器２０−２は停止中であるものとする。また、図４に示す例において、第１変流器４０及び第２変流器５０のＣＴ比は、１０００／５であるものとする。

また、送電電流として、４００［Ａ］が送電線に流れているものとする。図４に示す例においては、第１遮断器２０−２は停止中であるため、送電電流は、第１変流器４０−２には流れず、第１変流器４０−１のみに流れる。そして、この電流がそのまま第２変流器５０にも流れる。

第１変流器４０−１及び第２変流器５０のＣＴ比は１０００／５であるため、第１変流器４０−１及び第２変流器５０から比率差動継電器１０に供給される電流は、
４００［Ａ］／２００＝２［Ａ］
である。

また、図４に示す例においては、第１変流器４０−２に試験として模擬電流により１０００［Ａ］流していると検知している状態とする。第１変流器４０−２のＣＴ比は１０００／５であるため、第１変流器４０−２から比率差動継電器１０に供給される電流は、
１０００［Ａ］／２００＝５［Ａ］
である。

比率差動継電器１０の電流加算回路１３は、第１遮断器２０−２が停止中であるため、第１変流器４０−１から取得した電流値のみを選択して加算し、一次側の電流値の加算値として、２［Ａ］を算出する。

比率差動回路１４は、一次側の電流値の加算値である２［Ａ］と、二次側の電流値である２［Ａ］との差分がゼロであることから、送電線に事故が発生していないと判定する。

このように、本実施形態によれば、停止中の第１遮断器２０−２が設置されているフィーダー８０−２に設置されている第１変流器４０−２に、試験のための模擬電流を流しても、第１変流器４０−２から取得したと検知される電流値を加算しないため、送電線に事故が発生したと誤判定することを防ぐことができる。

［比較例］
本実施形態の比較例について、図５を参照して説明する。

図５に示す本実施形態の比較例の構成においては、電流加算回路６０は、第１変流器４０−１〜４０−ｎから取得した電流値を全て加算して一次側の電流値の加算値を算出し、比率差動継電器７０に供給する。

比率差動継電器７０は、電流加算回路６０から取得した一次側の電流値の加算値と、第２変流器５０から取得した二次側の電流値とを比較する。比率差動継電器７０は、一次側の電流値の加算値と、二次側の電流値との差分が所定の条件を満たした場合に、送電線に事故が発生したと判定し、第１遮断器２０及び第２遮断器３０を停止させるための信号を、第１遮断器２０及び第２遮断器３０に送信する。

図５に示す比較例と本実施形態とを比較すると、比較例においては、例えば、第１遮断器２０に停止中の遮断器があり、停止中の第１遮断器２０が設置されているフィーダー８０に設置されている第１変流器４０に試験のための模擬電流を流した場合、一次側の電流値の加算値に、模擬電流に相当する電流も含まれることとなる。したがって、比率差動継電器７０が一次側の電流値の加算値と二次側の電流値を比較すると、模擬電流に相当する電流分だけ差分があるため、送電線に事故が発生していなくても、送電線に事故が発生したと誤判定することがある。

これに対し、本実施形態に係る比率差動継電器１０においては、電流加算回路１３は、一次側の第１遮断器２０−１〜２０−ｎから運転状態を取得し、第１遮断器２０−１〜２０−ｎの運転状態に応じて、一次側の複数の電流値のうち加算する電流値を選択して一次側の電流値の加算値を算出する。これにより、第１遮断器２０に停止中の遮断器があり、停止中の第１遮断器２０が設置されているフィーダー８０に設置されている第１変流器４０に試験のための模擬電流を流した場合であっても、送電線に事故が発生したと誤判定することを防ぐことができる。

また、図５に示す比較例の構成においては、比率差動継電器７０の外部に電流加算回路６０が必要である。これに対し、本実施形態に係る比率差動継電器１０は、電流加算回路１３を内蔵しているため、外部に電流加算回路を設ける必要がなく、電力保護システムの構築に必要な機器を低減することができる。

本発明を諸図面及び実施例に基づき説明してきたが、当業者であれば本開示に基づき種々の変形及び修正を行うことが容易であることに注意されたい。従って、これらの変形及び修正は本発明の範囲に含まれることに留意されたい。例えば、各手段、各ステップ等に含まれる機能等は論理的に矛盾しないように再配置可能であり、複数の手段及びステップ等を１つに組み合わせたり、或いは分割したりすることが可能である。

例えば、本実施形態においては、一次側に複数の遮断器がある場合を例に挙げて説明したが、二次側に複数の遮断器がある場合も本発明の考え方を適用可能である。また、一次側と二次側の両方に複数の遮断器がある場合も、本発明の考え方を適用可能である。

１０ 比率差動継電器
１１ 第１電流検出器
１２ 第２電流検出器
１３ 電流加算回路
１４ 比率差動回路
２０ 第１遮断器
３０ 第２遮断器
４０ 第１変流器
５０ 第２変流器
８０ フィーダー
９０ フィーダー

Claims (3)

1. 一次側が複数フィーダーであり二次側が１フィーダーである送電線の保護に用いる比率差動継電器であって、
   一次側の複数の電流値を取得する第１電流検出器と、
   二次側の電流値を取得する第２電流検出器と、
   一次側の複数の遮断器から各遮断器の運転状態を取得し、該複数の遮断器の運転状態に応じて、前記一次側の複数の電流値のうち加算する電流値を選択して一次側の電流値の加算値を算出する電流加算回路と、
   前記一次側の電流値の加算値と、前記二次側の電流値との差分が所定の条件を満たした場合に、前記送電線に事故が発生したと判定する比率差動回路と、を備える比率差動継電器。
2. 請求項１に記載の比率差動継電器において、前記電流加算回路は、前記一次側の複数の電流値のうち、前記運転状態が運転中である前記遮断器が設置されているフィーダーから取得した電流値のみを選択して前記加算値を算出する、比率差動継電器。
3. 請求項１又は２に記載の比率差動継電器において、前記比率差動回路は、前記送電線に事故が発生したと判定すると、前記遮断器を停止させるための信号を前記遮断器に送信する、比率差動継電器。

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