JP3226659B2 - ディジタル継電装置 - Google Patents

ディジタル継電装置

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JP3226659B2 JP10112793A JP10112793A JP3226659B2 JP 3226659 B2 JP3226659 B2 JP 3226659B2 JP 10112793 A JP10112793 A JP 10112793A JP 10112793 A JP10112793 A JP 10112793A JP 3226659 B2 JP3226659 B2 JP 3226659B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はディジタル継電装置に関
するものであり、より詳しくは、電力系統の計器用変圧
器を介して取り込まれる入力電圧及び電流のベクトル演
算により、事故発生方向や事故回線の検出を行うディジ
タル継電装置への計器用変圧器の接続極性や入力極性な
どの極性接続誤りを検出する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、電力系統において事故発生方向や
事故回線の検出を行なう場合、電力系統の計器用変成器
の2次電圧と電流を継電装置に取り込み、入力電圧と電
流の大きさ、及び両者の位相角の関係を演算して事故の
発生と事故方向を判定して系統の事故点区分遮断器を開
放している。
【0003】しかし、事故方向判定に重要な条件は入力
電圧と電流の位相角であり、計器用変成器の電圧あるい
は電流の極性を誤って接続すると、目的の事故検出方向
と逆方向の事故に応動して系統しゃ断器を誤しゃ断した
り、目的の事故検出方向の事故を検出できなくなる。そ
のため、事故が継続し、終局的には電源停止に至るな
ど、継電装置への入力電圧または入力電流の極性誤りが
系統に与えるダメージは多大なものになる。
【0004】従って、入力電圧及び入力電流の位相関係
により事故方向又は事故回線の判定を行なう継電装置へ
の入力電圧と入力電流の極性の整合チェックが重要なフ
ァクターを占め、設備稼動前には、必ず、計器用変成器
の極性チェック及び実負荷極性チェックなど継電装置を
含めた総合的な極性確認試験が人為的に実施されてい
る。
【0005】また、マイクロコンピュータを応用したデ
ィジタル継電装置を適用する場合は、系統実稼動中の負
荷位相において、継電装置への入力電圧と入力電流が正
極性か逆極性かを自動的に判別することが行なわれる。
【0006】そこで、ディジタル継電装置を適用して行
なう、従来の系統の計器用変成器2次電圧Vドット及び
入力電流Iドットの入力極性判定処理を図4,5,6を
用いて説明する。なお、本明細書において、文章途中に
用いた「Vドット」,「Iドット」等の表現は、それぞ
【0007】
【数1】 を意味するものとする。
【0008】図4はディジタル継電装置のブロック構成
図である。この図において、1は従来のディジタル継電
装置を示し、電流系統の計器用変成器を介して入力され
る電圧Vドットと電流Iドットはそれぞれ入力変換器
2,3で任意の電圧に変換される。入力変換器2,3の
変換情報はそれぞれサンプルホールド回路4,5で検出
され、それぞれの値は一定サンプリング周期毎に更新さ
れている。
【0009】サンプルホールド回路で検出された変換情
報は、それぞれ、一定サンプリング周期毎に、A/D変
換回路6を介して、ダイレクトメモリアクセス回路7で
メモリ回路8の今回値サンプリングデータ記憶アドレス
に書き込まれる。これと共に、サンプリング順に従って
書き込まれていた旧データは、それぞれ1回分だけ旧デ
ータ側レジスタに書き移され、所定のサンプリング回数
分のデータが順次更新記憶される。
【0010】11は整定回路すなわちデータ設定ブロッ
クであり、演算処理の係数や比較判定値等を外部設定入
力する手段である。ここで設定されたデータもダイレク
トメモリアクセス回路7を介して、メモリ回路8の所定
アドレスに書き込まれ記憶される。
【0011】演算処理回路9では、演算プログラムメモ
リ10の手順に従ってメモリ回路8に書き込まれている
電力系統の入力電圧及び電流の各データと設定値データ
を用いて所定の演算処理を実行する。12は出力処理回
路であり、演算処理回路9で実行された入力電圧と電流
の位相極性判定結果を表示すると共に、逆極性判定の場
合には装置外部に入力極性異常信号を出力する。
【0012】図6は演算処理回路9で行なわれる演算の
論理式を示す機能ブロック図である。この図において、
31は入力電圧と電流サンプリングデータから一般的演
算処理で求められるそれぞれの最大値V,Iから皮相電
力VAを求める演算ブロックである。
【0013】演算処理ブロック32,33,34,35
で用いられるそれぞれの入力電圧データVm-1ドット,
Vmドット及びそれぞれの入力電流データIm-1ドッ
ト,Imドットは図5で示すサンプリング波形図に示す
位置にある。すなわち、Vm-1ドットは入力電圧の先回
サンプリングデータであり、Vmドットは先回サンプリ
ングから一定サンプリング周期(ωt)後の今回サンプ
リングデータである。同様に、入力電流サンプリングデ
ータIm-1ドット,Imドットも入力電圧のサンプリン
グ周期と同じ先回及び今回のサンプリングデータであ
る。
【0014】今、仮に入力電圧と入力電流との位相差が
零(同期)で、入力電圧及び入力電流の先回サンプリン
グデータVm-1,Im-1が共に最大値であったとして考
えると、演算処理ブロック32,33では、Pm-1,P
mがそれぞれ
【0015】
【数2】 により求められる。
【0016】また、演算処理ブロック34,35では、
PmΔV ,PmΔI がそれぞれ
【0017】
【数3】 により求められる。
【0018】演算処理ブロック31〜35により求めら
れたそれぞれのデータは、逆極性判定演算処理ブロック
36において、有効電力Wを下式により求めるのに用い
られる。
【0019】
【数4】 次いで、判定式cos-1(W/VA)≧Kθが成立する
か否かが判断される。この場合、電圧と電流が同相とな
っているのでθ=0となり、VAは、
【0020】
【数5】 となる。
【0021】したがって、上記判定式の左辺は、cos
-1(P/VA)=cos-1(P/P)=cos-11とな
るので、θ=0となる。すなわちθは、予め設定された
異常判定用位相角Kθよりも小さな値となり、判定式が
不成立となるので異常判定は実行されない。
【0022】次に、電力系統の電圧と電流との位相角θ
を30°に仮定すると共に、Kθ=90°に設定し、さ
らに、計器用変流器の二次電流極性が逆に接続された場
合につき説明する。
【0023】この場合、VA,W,(W/VA)は
【0024】
【数6】 となる。したがって、cos-1{−(31/2 /2)}=
150°となり、θはKθ=90°よりも大きくなっ
て、異常判定式cos-1(W/VA)≧Kθが成立す
る。そして、逆極性判定信号が出力回路12に送出さ
れ、ここで異常表示が実行されて継電装置外部に異常検
出信号が出力される。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の従来方
式は入力電圧及び電流のそれぞれの値が安定している場
合は位相差を高精度に検出することができるが、電力系
統の電圧及び電流の変動に対しては検出誤差が大きくな
るという欠点がある。また、演算が複雑であり、継電装
置への入力点数が多い場合には、この処理に時間がかか
るため、本来の保護リレー特性演算の高速化に悪影響を
及ぼすこともある。
【0026】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、継電装置自体への入力電圧と入力電流状態を監視
表示して電力系統の計器用変成器二次側の接続極性や継
電装置への接続極性が継電装置の動作特性に対して適正
であるか否かを、簡単な演算により短時間で判定できる
ディジタル継電装置を提供することを目的としている。
【0027】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するための手段として、電力系統に接続された電圧検
出器及び電流検出器からの検出電圧及び検出電流を入力
してこれらの位相差を演算し、その演算値が所定値以上
となった場合に、前記電圧検出器及び電流検出器の接続
方向が誤りであることを判別するディジタル継電装置に
おいて、前記検出電圧及び検出電流のデータの極性を所
定サンプル時間毎に判定する電圧データ極性判定手段及
び電流データ極性判定手段と、前記電圧データ極性判定
手段及び電流データ極性判定手段の判定結果を入力し、
電圧データ及び電流データのうちの少くともいずれか一
方の極性が正である場合の回数をカウントする正極サン
プリング回数カウント手段と、前記電圧データ極性判定
手段及び電流データ極性判定手段の判定結果を入力し、
電圧データ及び電流データの双方の極性が負である場合
の回数をカウントする負極サンプリング回数カウント手
段と、前記電圧データ及び電流データのサンプリング回
数をカウントするサンプリング回数カウント手段と、前
記正極サンプリング回数カウント手段及び負極サンプリ
ング回数カウント手段のカウント値を入力し、前記サン
プリング回数カウント手段が所定サンプリング回数をカ
ウントした時点の正極サンプリング回数及び負極サンプ
リング回数間の偏差と、この所定サンプリング回数との
比に基いて前記位相差を演算し、この演算値が所定値以
上となった場合に、前記接続方向が誤りである旨の判別
信号を出力する位相差演算手段と、を備えたことを特徴
とするものである。
【0028】
【作用】電力系統の電圧と電流との位相差が大きい場合
は、正極サンプリング回数及び負極サンプリング回数間
の偏差も大きくなり、また、上記位相差が小さい場合は
上記偏差も小さくなるという関係がある。したがって、
この偏差と所定サンプリング回数との比に基いて位相差
を演算することができ、その演算値が所定値以上となっ
た場合、すなわち余りに位相差が大きい場合は極性接続
が誤りであると判別することができる。
【0029】この場合、電圧データ及び電流データの極
性判定、及び正極,負極サンプリング回数のカウントは
容易であり、これらのカンウト数に基く位相差演算も簡
単なものとなる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1乃至図3に基き
説明する。図1は、本発明の実施例の要部である演算処
理回路9Aの構成を示すブロック図である。なお、本実
施例に係るディジタル継電装置の構成は、図4における
演算処理回路9を上記演算処理回路9Aに置き換えただ
けのものであるため、その図示を省略する。
【0031】図1において入力電圧V及び入力電流Iは
一定周期でサンプリングされてメモリ回路8に書き込ま
れる。電圧(V)データ極性判定手段21、電流(I)
データ極性判定手段22は、それぞれサンプリング周期
毎にメモリ回路8の所定レジスタに書き込まれた入力電
圧及び入力電流のサンプリングデータをそれぞれ読み込
んで、正極性データかあるいは負極性データかを判定
し、メモリ回路8の所定のレジスタに判定結果を書き込
む(例えば正極性データと判定した場合はメモリ回路の
所定のレジスタの所定ビットに「1」を、負極性データ
と判定した場合は「0」を書き込む。)。
【0032】正極サンプリング回数カウント手段23
は、サンプリング周期毎に、前記Vデータ極性判定手段
21とIデータ極性判定手段22のそれぞれの判定結果
を、メモリ回路8の所定のレジスタから読み出して、V
データ極性又はIデータ極性のいずれかが正極判定され
ていれば、メモリ回路8から読み出した先回サンプリン
グ時の正極サンプリング総和数に「1」を加算して、そ
の演算結果をメモリ回路8の所定レジスタに書き込む。
【0033】負極サンプリング回数カウント手段24
も、サンプリング周期毎に前記Vデータ極性判定手段2
1とIデータ極性判定手段22のそれぞれの判定結果
を、メモリ回路8の所定のレジスタから読み出して、V
データ極性及びIデータ極性の双方が共に負極判定され
ていれば、メモリ回路8から読み出した先回サンプリン
グ時の負極サンプリング総和数に「1」を加算して、そ
の演算結果をメモリ回路8の所定レジスタに書き込む。
【0034】こうして、前記入力電圧と入力電流の正
極,負極性の判定とその総和数の判定は、各サンプリン
グ周期毎に予め設定された規定サンプリング回数分だけ
くり返して実行される。
【0035】サンプリング回数カウント手段25ではサ
ンプリング実行回数をカウントし、このカウント値Σsp
が予め設定された規定回数Knsp に達したら、位相差演
算手段26に演算実行命令を与える。
【0036】位相差演算手段26では、この演算命令に
従って、メモリ回路8の所定のレジスタに書き込まれて
いる正極サンプリング総和データΣsp+ と、負極サンプ
リング総和データΣsp- と、予め設定されている規定サ
ンプリング回数設定値Knspと、予め設定記憶されてい
る入力電圧と入力電流との間の逆極性位相角設定値Kθ
とをそれぞれ読み出す。そして、正極サンプリング総和
値と負極サンプリング総和値の差の絶対値を求め、この
値と規定サンプリング回数との比にπ(=180°)を
乗じて入力電圧と入力電流の位相差の角度θを求める。
【0037】上記演算で求められた位相差角θが逆極性
位相角設定値Kθと同等あるいは大きい場合、位相差演
算手段26は、入力電圧と入力電流の極性が逆極性であ
ると判定し、この判定結果をメモリ回路8に書き込む
(例えば、逆極性判定されたならメモリ回路8の所定の
レジスタのビットに「1」を書き込み、逆極性判定され
なかったならメモリ回路8の前記レジスタビットに
「0」を書き込む。)。そして、これとともに、メモリ
回路8に書き込まれている正極サンプリング総和データ
と、負極サンプリング総和データをともに消去(=0)
する。
【0038】出力回路12はサンプリング周期毎にメモ
リ回路8の所定レジスタビットに書き込まれている前記
入力電圧と入力電流の極性判定結果を読み出して、継電
装置の表示部(図示せず)に判定結果を表示して、逆極
性判定の場合は継電装置外部にアラーム信号を出力す
る。
【0039】次に、図1の構成により位相差演算を行な
った場合の具体例につき説明する。図2は、電力系統の
入力電圧V及び入力電流Iの波形図であり、サンプリン
グ周期の角速度ωtを30°、規定サンプリング回数K
nsp を12回としてある。そして、図3は、このような
条件でサンプリングが行なわれた場合の、Vデータ極性
判定,Iデータ極性判定,正極サンプリング回数総和Σ
sp+ ,負極サンプリング回数総和Σsp- 等の値を示す表
である。
【0040】この図3の表より、Knsp =12すなわち
Σspn =12のときのΣsp+ ,Σsp- の値はそれぞれ
「8」,「4」であるから、位相差θは
【0041】
【数7】 となる。したがって、θ=60°>Kθ=90°とな
り、この場合は、逆極性の判定は行なわれないことにな
る。
【0042】
【発明の効果】以上の様に、本発明によれば、簡単な演
算処理で入力電圧と入力電流の位相検出が可能であり、
特に、アナログ入力等の極性接続誤りを判定する様な場
合に極めて有効である。また、サンプリング角ωtを小
さくすれば、検出精度を向上させることもでき、従来の
位相検出に比べて入力電圧や入力電流の変動による影響
が非常に少ない位相差検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の要部構成を示すブロック図。
【図2】図1の構成により入力電圧V,入力電流Iのサ
ンプリングを行う場合の説明図。
【図3】図2のサンプリングにより得られたデータ内容
を示す表。
【図4】従来のディジタル継電装置の構成を示すブロッ
ク図。
【図5】入力電圧V,入力電流Iの波形、及びサンプリ
ング位置についての説明図。
【図6】図4における演算処理回路の機能ブロック図。
【符号の説明】
21 電圧データ極性判定手段 22 電流データ極性判定手段 23 正極サンプリング回数演算手段 24 負極サンプリング回数演算手段 25 サンプリング回数カウント手段 26 位相差演算手段

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統に接続された電圧検出器及び電流
    検出器からの検出電圧及び検出電流を入力してこれらの
    位相差を演算し、その演算値が所定値以上となった場合
    に、前記電圧検出器及び電流検出器の接続方向が誤りで
    あることを判別するディジタル継電装置において、 前記検出電圧及び検出電流のデータの極性を所定サンプ
    ル時間毎に判定する電圧データ極性判定手段及び電流デ
    ータ極性判定手段と、 前記電圧データ極性判定手段及び電流データ極性判定手
    段の判定結果を入力し、電圧データ及び電流データのう
    ちの少くともいずれか一方の極性が正である場合の回数
    をカウントする正極サンプリング回数カウント手段と、 前記電圧データ極性判定手段及び電流データ極性判定手
    段の判定結果を入力し、電圧データ及び電流データの双
    方の極性が負である場合の回数をカウントする負極サン
    プリング回数カウント手段と、 前記電圧データ及び電流データのサンプリング回数をカ
    ウントするサンプリング回数カウント手段と、 前記正極サンプリング回数カウント手段及び負極サンプ
    リング回数カウント手段のカウント値を入力し、前記サ
    ンプリング回数カウント手段が所定サンプリング回数を
    カウントした時点の正極サンプリング回数及び負極サン
    プリング回数間の偏差と、この所定サンプリング回数と
    の比に基いて前記位相差を演算し、この演算値が所定値
    以上となった場合に、前記接続方向が誤りである旨の判
    別信号を出力する位相差演算手段と、 を備えたことを特徴とするディジタル継電装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101071941B1 (ko) 2010-06-01 2011-10-10 한국전력공사 보호 계전기의 위상각 차 보상 장치 및 이를 이용한 계산상 위상각 차 보상 방법

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KR101071941B1 (ko) 2010-06-01 2011-10-10 한국전력공사 보호 계전기의 위상각 차 보상 장치 및 이를 이용한 계산상 위상각 차 보상 방법

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