JP3301512B2

JP3301512B2 - 距離継電方式

Info

Publication number: JP3301512B2
Application number: JP15396294A
Authority: JP
Inventors: 雅則戸井; 年康中野
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 1994-07-05
Filing date: 1994-07-05
Publication date: 2002-07-15
Anticipated expiration: 2017-07-15
Also published as: JPH0823626A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば故障点までの
インピーダンスを測定し系統の保護を図る、いわゆる距
離継電方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、このような距離継電器において
は、インピーダンス「０」オームが動作，不動作の境界
となるが、その特性例としては図６（ａ）のようなモー
特性や、図６（ｂ），（ｃ）のような四辺形特性などが
良く知られている。例えば、モー特性は次の（１）式で
示される。｛Ｚ（・）・Ｉ（・）−Ｖ（・）｝Ｖ（・）＞ε …（１）なお、Ｚ（・）：距離継電器の整定値（複素数）Ｉ（・）：故障相の電流Ｖ（・）：故障相の電圧 ε ：定数であり、（・）を付して複素数またはベクトル量を示
し、以下同様とする。

【０００３】このように、距離継電器は電力系統の電圧
Ｖ（・）と電流Ｉ（・）とからインピーダンスを測定す
るが、例えば図７にＦ１，Ｆ２で示すような、距離継電
器設置点または系統母線近傍の故障（以下、至近故障と
もいう）では、Ｖ（・）＝０となるため０オームインピ
ーダンスとなり、従来の距離継電器ではＦ１とＦ２の区
別ができないという難点を有していた。

【０００４】このため、従来は距離継電器にいわゆる記
憶（メモリ）機能を付加するなどして対処している。こ
のメモリ機能とは、電圧Ｖ（・）の位相は故障の発生前
後では余り変化しない点に着目し、上記（１）式の電圧
Ｖ（・）に対し、ｎ（整数）サイクル前の電圧Ｖ’
（・）を加算する、次の（２）式を用いる方法である。｛Ｚ（・）・Ｉ（・）−Ｖ（・）｝｛Ｖ（・）＋ｋＶ’（・）｝＞ε （ｋ：定数） …（２）なお、上記ｎはＶ’（・）が故障発生前（つまり、系統
健全時）の電圧になるように選ばれる値で、継電器のフ
ィルタ等の遅れを考慮して決められる。

【０００５】至近故障時にはＶ（・）＝０ボルトである
が、上記（２）式によれば、Ｖ（・）＋ｋＶ’（・）＝ｋＶ’（・）となり、結局（２）式は次の（３）式と等価になる。Ｚ（・）・Ｉ（・）＊ｋＶ’（・）＞ε …（３）

【０００６】すなわち、Ｚ（・）・Ｉ（・）とｋＶ’
（・）のベクトル内積を判断することになるが、この値
は至近故障時に流れる電流の方向によって（３）式の判
定結果が異なることから、故障分別が可能となる。例え
ば、図７においてＦ１故障では電流ｉＡが流れ、Ｆ２故
障では電流ｉＢがそれぞれ流れ、両者の極性が互いに異
なることから、故障を分別することができるわけであ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
メモリ方式では、下記の問題がある。（ａ）至近故障がｎサイクル以上継続する場合は、
（２）式のＶ’（・）項も０ボルトに過渡変化し、方向
判別ができなくなる。結果的には、距離継電器が復帰
（Ｆ１）したり、一過性ながら誤動作（Ｆ２）するおそ
れがある。

【０００８】（ｂ）故障発生直後は、継電器に内蔵され
ているフィルタ出力の電流，電圧波形の過渡変化によ
り、継電器の見るインピーダンスが例えば図８に示すよ
うに変化して行くが、この過程で、Ｆ２故障時に過渡的
に距離継電器が動作判定する場合がある。その対策とし
ては、継電器にオンディレイタイマを付加し、一過性の
継電器誤動作を防止する方法があるが、これには継電器
の動作遅れが生じる。

【０００９】（ｃ）例えば、図９に示すように、遮断器
（ＣＢ）がオフで系統が無電圧状態より、ＣＢの投入に
よって電圧を印加された場合、電圧は０ボルト状態から
上昇する。このとき、図示のように系統に大きな負荷電
流（重潮流）ｉＬが流れると、継電器は内部のフィルタ
等に起因する電流，電圧波形の歪みによって動作判定を
するおそれがある。

【００１０】その対策としては上記（ｂ）項と同じくオ
ンディレイタイマを付加する方法があるが、やはり動作
遅れが生じる。なお、図１０は図９の場合に、継電器が
見るインピーダンスの例を示し、Ｚａは過渡変化終了時
のインピーダンス（定格電圧／負荷電流）を示してい
る。したがって、この発明の課題は時間遅れを生じるこ
となく系統至近距離の故障を安定に検出可能とすること
にある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決
するため、請求項１の発明では、電力系統の電流，電圧
からインピーダンスを計算し故障点までの距離を求めて
系統の保護を図る距離継電器に対し、系統故障発生前の
電圧と故障中の電流との位相差を複数時刻毎に逐次加算
する機能を持ちその加算値の正負極性から故障の内外部
判定を行なう方向継電器と、不足電圧継電器および過電
流継電器がともに動作判定であるとき系統至近故障を検
出する至近故障検出手段と、至近故障時に前記方向継電
器の出力を一次記憶する記憶手段と、通常は距離継電器
の出力を選択し系統至近故障発生時の前記不足電圧継電
器動作時に前記記憶手段の出力を選択する出力手段とを
設けたことを特徴としている。

【００１２】請求項１の発明では、前記系統至近故障
が除去されてインピーダンスが０から大きな値に急変す
るとき、前記距離継電器が過渡的に動作しないよう、系
統至近故障除去後の一定時間は前記不足電圧継電器の復
帰遅延タイマ出力により距離継電器出力を無効にして動
作をロックするためのロック手段を付加することができ
る（請求項２の発明）。

【００１３】

【作用】系統のインピーダンスを見て動作判定を行な
う距離継電器に対し、系統故障前の電圧を用いて位相判
別を行なう方向要素を付加することで、系統至近故障時
の誤不動作を回避する。また、系統至近故障が除去され
てインピーダンスが０から大きな値に急変するとき、前
記距離継電器が過渡的に動作しないよう、系統至近故障
除去後の一定の時間はその動作をロックすることで、不
要動作を回避する。

【００１４】

【実施例】図１はこの発明の実施例を示す全体構成図で
ある。同図において、１は距離継電器、２は不足電圧継
電器（ＵＶ要素）、３は過電流継電器（ＯＣ要素）、４
は方向継電器（Ｄ要素）、５Ａ〜５Ｃはアンドゲート、
６は立ち上がり検出器、７はオフディレイタイマ、８は
インバータ（ノット回路）、９はオアゲート、１０はフ
リップフロップである。また、距離継電器はここでは、
Ａ／Ｄ変換器やマイクロプロセッサなどからなるディジ
タル形を想定している。

【００１５】ＵＶ要素２は距離継電器１の動作判定精度
が保てなくなる電圧以下で動作し、ＯＣ要素３は距離継
電器１の動作判定精度が保てる最小電流値以上で動作す
る。（なお、ＯＣ要素３は、系統故障時に予想される最
小電流でも動作するような特性（整定）を持つものとす
る）。Ｄ要素４は電圧と電流のベクトル内積（または外
積）をとり、その符号判定（正負判定）により動作判定
を行なう。

【００１６】各継電器要素の特性例を図２に示す。同図
（ａ）はＵＶ要素、（ｂ）はＯＣ要素、（ｃ）はＤ要素
の各特性で、ハッチング部分が動作域である。なお、
（ｄ）は距離継電器Ｄ１とＤ２とを合成した例で、回路
的には例えば図３のように表現することができる。

【００１７】また、図６（ａ）の如き特性を持つ距離継
電器に対する方向要素の特性としては、図４（ａ）の如
く０オーム近傍の特性境界線を接線とする特性とする。
これを、数式にて示すと次式のようになる。 Σ｛Ｖ’（・）＊ΔＩθ（・）｝＞０ …（４）ここで、Ｖ’（・）はｎサイクル前の電圧で、（２），
（３）式で使用したものと同じで、演算子「＊」にてベ
クトル外積を示すものとする。

【００１８】ΔＩθ（・）は、電流Ｉ（・）を角度θだ
け位相を進ませたものである。電流Ｉ（・）としては、
現在値とｎサイクル前の値の変化幅をとることができ
る。この電流Ｉ（・）をθ位相進みとすることで、図４
（ａ）に示す方向要素のθの位相傾斜が実現され、変化
幅をとることで系統における常時潮流の影響を防ぐこと
ができる。

【００１９】上記（４）式でＩ（・）と同時刻の電圧Ｖ
（・）を使わず、ｎサイクル前のＶ’（・）を使用する
ようにしたのは、故障の方向判別が正確にできるからで
ある（図７のＦ１，Ｆ２の故障分別ができる）。また、
（４）式のΣはその左辺の括弧｛｝内の演算を或る一定
の時間繰り返し実行し、その加算値をとることを意味し
ている。このように、加算値をとることで、至近故障発
生時に電流に含まれる高調波に起因するＤ要素の動作精
度の低下を軽減することができる。

【００２０】ＵＶ２の出力とＯＣ３の出力とはアンドゲ
ート５Ａに導かれ、その出力（信号Ａ）により距離継電
器１の動作不定状態、すなわち系統至近故障を検出す
る。信号Ａの立ち上がりが検出器６で検出され、その検
出出力はアンドゲート５ＢにてＤ要素４の出力とアンド
を取られ、その出力はフリップフロップ１０のセット入
力となり、Ｄ要素４による方向判別結果が保持される。

【００２１】信号Ａがローのときは、系統故障回復（自
然消滅またはしゃ断）を検出し、Ｄ要素４による出力を
阻止するため、信号Ａのインバータ８の出力である信号
Ａ’によってリセット優先のフリップフロップ１０がリ
セットされ、その出力Ｂはローとなる。距離継電器１の
出力は、ＵＶ２が系統電圧低下を検出したとき、信号Ｃ
をハイとしてアンドゲート５Ｃを閉じることから無効と
される。また、距離継電器１は系統電圧回復時の一過性
の動作に対処するために、ＵＶ２の後段にオフディレイ
タイマ７を設け、これにより系統電圧が回復した後の一
定時間だけ、距離継電器１の出力をロックするようにし
ている。

【００２２】以上の動作を示すのが、図５である。同図
は、時刻ｔ１で至近故障が発生し、その後時刻ｔ２で系
統故障が回復して電圧，電流が（イ），（ロ）のように
変化した場合の例を示している。同（ハ）は従来の場合
の距離継電器出力、（ニ）はＯＣ要素の出力、（ホ）は
ＵＶ要素の出力、（ヘ）は立ち上がり検出器の出力、
（ト）はＤ要素の出力、（チ）は信号Ｃ、（リ）は信号
Ａ’、（ヌ）は信号Ｂおよび（ル）はこの発明の場合の
距離継電器の出力を示している。

【００２３】なお、図１の実施例ではアンドゲート５Ｂ
に、方向要素４の出力を導入するようにしているが、図
１から方向要素４を省略して距離継電器１の出力を導入
するようにしても良い。こうすることで、構成の簡略化
を図ることが可能となる。

【００２４】

【発明の効果】この発明によれば、系統のインピーダ
ンスを見て動作判定を行なう距離継電器に対し、系統故
障前の電圧を用いて位相判別を行なう方向要素を付加す
るようにしたので、系統至近故障時の誤不動作を回避す
ることが可能となる利点が得られる。また、系統至近故
障が除去されてインピーダンスが０から大きな値に急変
するとき、一定の時間は距離継電器が動作しないようロ
ックするようにしたので、不要動作を回避することが可
能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示す構成図である。

【図２】図１で用いられる各種継電器の特性例を説明す
るための説明図である。

【図３】合成形方向要素の例を示すブロック図である。

【図４】方向要素の動作領域を説明するための説明図で
ある。

【図５】図１の動作を説明するための波形図である。

【図６】距離継電器の一般的な特性例を示す特性図であ
る。

【図７】至近故障を説明するための説明図である。

【図８】至近故障時に距離継電器にて算出されるインピ
ーダンス軌跡例を説明するための説明図である。

【図９】無電圧状態より電圧印加する場合の例を説明す
るための説明図である。

【図１０】図９の場合に距離継電器の見るインピーダン
ス軌跡例を説明するための説明図である。

【符号の説明】

１…距離継電器、２…不足電圧継電器（ＵＶ）、３…過
電流継電器（ＯＣ）、４…方向継電器（Ｄ）、５Ａ〜５
Ｃ…アンドゲート、６…立ち上がり検出器、７…オフデ
ィレイタイマ、８…インバータ（ノット回路）、９…オ
アゲート、１０…フリップフロップ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02H 3/40

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電力系統の電流，電圧からインピーダン
スを計算し故障点までの距離を求めて系統の保護を図る
距離継電器に対し、系統故障発生前の電圧と故障中の電
流との位相差を複数時刻毎に逐次加算する機能を持ちそ
の加算値の正負極性から故障の内外部判定を行なう方向
継電器と、不足電圧継電器および過電流継電器がともに
動作判定であるとき系統至近故障を検出する至近故障検
出手段と、至近故障時に前記方向継電器の出力を一次記
憶する記憶手段と、通常は距離継電器の出力を選択し系
統至近故障発生時の前記不足電圧継電器動作時に前記記
憶手段の出力を選択する出力手段とを設けたことを特徴
とする距離継電方式。
【請求項２】前記系統至近故障が除去されてインピー
ダンスが０から大きな値に急変するとき、前記距離継電
器が過渡的に動作しないよう、系統至近故障除去後の一
定時間は前記不足電圧継電器の復帰遅延タイマ出力によ
り距離継電器出力を無効にして動作をロックするための
ロック手段を付加することを特徴とする請求項１に記載
の距離継電方式。