JP3456089B2 - 保護継電器 - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は変圧器を保護する
保護継電器に関する。 【０００２】 【従来の技術】電力系統の主変圧器を保護する保護継電
器は、電力系統あるいは変圧器内部の事故を検出したと
き、トリップ指令を出力し、主変圧器の入力・出力段に
設置されている遮断器で事故電流を遮断する。図４は従
来技術および本発明において用いられる電力系統の主変
圧器を保護する保護継電器システムの要部構成図であ
る。図４において、１次側巻線w1，２次側巻線w2がＹ結
線され, ３次側巻線w3がΔ結線された三巻線変圧器（主
変圧器）TRが電力系統にそれぞれ遮断器S1,S2 を介して
接続されている。そして、この三巻線変圧器TRの１次側
および２次側の電圧, 電流は、電圧変成器PT1,PT2,変流
器CT1,CT2 を介して保護継電器RYに入力される。保護継
電器RYは、電力系統あるいは主変圧器TRの内部事故を検
出したとき、トリップ指令21を出力し、主変圧器TRの入
力・出力段に設置されている遮断器S1,S2 で事故電流を
遮断する。 【０００３】しかし、タイミング的に無作為に事故電流
を遮断したとき、一般的に変圧器の鉄心内部は偏磁され
残留磁束が残るため、事故復旧後電力系統を回復するた
め、遮断器を再投入するとき、主変圧器TRに大きな励磁
突入電流が流れる。この励磁突入電流は保護継電器RYで
異常電流として検出され、トリップ指令21を出力し、再
投入失敗を起こす可能性を有する。 【０００４】かかる励磁突入電流対策として、従来技術
の保護継電器RYでは、励磁突入電流が第２高調波成分が
大きいことを利用して保護継電器RYの誤動作防止対策を
実施している。図５はかかる誤動作防止対策の一例を示
すものである。図５において、保護継電器RYは、電力系
統あるいは主変圧器TRの内部事故を検出する比率差動継
電器87と、励磁突入電流検出要素86と、比率差動継電器
87の出力と励磁突入電流検出要素86の出力の否定出力と
の論理積を行う論理素子AND と、から構成される。 【０００５】かかる構成により、保護継電器RYは、遮断
器S1,S2 を再投入するときに流れる励磁突入電流によっ
て、比率差動継電器87からのトリップ指令21を励磁突入
電流検出要素86の励磁突入電流によって否定することに
より、保護継電器RYがトリップ指令21GA出力されること
を防止し、電力系統を再遮断するという誤動作を防止し
ている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術の保
護継電器において、励磁突入電流検出要素は、各主変圧
器の容量、鉄心量あるいは鉄心の飽和磁束密度に対する
常用磁束密度レベルなどの違いによって、検出感度を調
整しなければならず、励磁突入電流検出要素の突入電流
レベルを種々検討する必要がある。 【０００７】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、主変圧
器を再接続したときの励磁突入電流の大きさを予め定め
られた範囲内に留め、励磁突入電流検出要素の検出感度
を一定とし、保護継電器システムとして誤動作、誤不動
作を防止する保護継電器を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、主変圧器と、この主変圧器の１
次側および２次側に配備され電力系統との接続を行う遮
断器と、ともに電力系統の保護継電器システムを構成
し、電力系統あるいは変圧器内部の事故を検出したとき
遮断器へのトリップ指令を出力する保護継電器におい
て、主変圧器の１次側および２次側の電圧、電流を計測
する系統入力手段と、この系統入力手段からのデータに
より電力系統あるいは変圧器内部の事故を検出しトリッ
プ信号を出力する保護継電器演算回路と、系統入力手段
からのデータより主変圧器の鉄心の残留磁束を零とする
タイミングを予測する予測回路と、保護継電器演算回路
のトリップ信号と予測回路の磁束零予測信号との論理積
をとる論理回路と、を備えてなるものとする。 【０００９】また、予測回路は、系統入力手段からのデ
ータと変圧器データとに基づき、主変圧器の１次側およ
び２次側の誘起電圧E1,E2 を演算し、この誘起電圧E1,E
2 の比率が予め定められた許容誤差範囲内で主変圧器の
１次巻線数および２次巻線数の比率と等しいとき、主変
圧器の１次側および２次側の電圧，電流は健全時電圧、
電流と見做し、誘起電圧E1,E2 の比率が１次、２次巻線
数の比率の許容誤差範囲外にあるとき、主変圧器の１次
側および２次側の電圧，電流は事故時電圧，電流と見做
し、保護継電器がトリップ指令を出力するとき、主変圧
器の１次側または２次側の電圧，電流が健全相の電圧，
電流であるとき、鉄心の残留磁束を零とするタイミング
時刻列は、誘起電圧E1,E2 が零となるタイミングから電
気角で90°遅れた時刻列を残留磁束零のタイミング時刻
列とし、事故相の残留磁束を零とするタイミング時刻列
は、他の相に健全相があれば上述の健全相から求めた残
留磁束零のタイミング時刻列から主変圧器の各相が構造
的に定まる電気角だけタイミング時刻列をずらし、事故
時電圧，電流でこのタイミング時刻列を補正して残留磁
束零のタイミング時刻列とし、全ての相が事故相のと
き、事故発生直前の健全時電圧，電流から得られる健全
時の残留磁束を零とするタイミング時刻を起点とし電力
系統周波数とから得られるタイミング時刻列を事故時電
圧、電流値で補正して残留磁束零のタイミング時刻列と
し、トリップ指令を出力する磁束零予測信号は、これら
の残留磁束零のタイミング時刻列から遮断器がトリップ
指令を受け開路するまでの遅延時間が電力系統周波数の
周期からのずれ時間だけ先行して出力するものとする。 【００１０】かかる構成により、保護継電器がトリップ
指令を出力し電力系統から主変圧器を遮断するとき、主
変圧器の鉄心の残留磁束が予め定められた零範囲内に収
まる様に遮断することができる。 【００１１】 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は本発明の保護継電器のブロ
ック図、図２は残留磁束を零とするタイミングを予測す
る方法を説明するブロック図、図３は主変圧器の等価回
路図である。 【００１３】図４に図示される保護継電器システムは、
主変圧器TRと、この主変圧器TRの１次側および２次側に
配備され電力系統との接続を行う遮断器S1,S2 と、電力
系統あるいは変圧器TR内部の事故を検出したとき遮断器
S1,S2 へのトリップ指令を出力する保護継電器RYと、か
ら構成される。この保護継電器RYがトリップ指令を出力
し, 電力系統から主変圧器TRを遮断したとき、主変圧器
TRの鉄心の残留磁束が予め定められた零範囲内、例え
ば、鉄心の飽和磁束密度の数％以内、に収まる様に遮断
することにより、遮断器S1,S2 を再投入し主変圧器TRを
接続したとき、主変圧器TRに印加される電源電圧の極性
の如何に関わらず、鉄心を励磁する磁束密度が飽和磁束
密度レベルに到達しない様にすることができる。この結
果、主変圧器TRを再接続したときの励磁突入電流の大き
さを予め定められた範囲内に抑制し、保護継電器システ
ムとしての誤動作、誤不動作を防止することができる。 【００１４】今、主変圧器TRが例えば三相変圧器（以
下、三相の各相を区分するときはa,b,c の添え文字で示
す）で構成されているものとすると、保護継電器RYに入
力される主変圧器TRの１次側の電圧V1a,V1b,V1c,１次側
の電流I1a,I1b,I1c,２次側の電圧V2a,V2b,V2c,２次側の
電流I2a,I2b,I2cyより、鉄心の磁束φa,φb,φc を予測
し、磁束φa,φb,φc が各々零近傍となるタイミングで
三相を個別に遮断すればよい。 【００１５】 【実施例】図１において、保護継電器RYは、主変圧器TR
の１次側の電圧V1、電流I1および２次側の電圧V2、電流
I2を計測し、出力信号（データ）11,12,13,14 を出力す
る系統入力手段１と、この系統入力手段１からのデータ
11,12,13,14 により電力系統あるいは変圧器TRの内部の
事故を検出しトリップ信号21を出力する保護継電器演算
回路２と、系統入力手段１からのデータ11,12,13,14 よ
り主変圧器TRの鉄心の残留磁束を零とするタイミングを
予測する予測回路５と、保護継電器演算回路２のトリッ
プ信号21と予測回路５の磁束零予測信号55との論理積を
とりトリップ指令31を出力する論理回路３と、を備えて
構成される。 【００１６】保護継電器演算回路２は、従来技術で述べ
た様に、電力系統あるいは主変圧器TRの内部事故を検出
する比率差動継電器87の機能と、励磁突入電流検出要素
86の機能と、比率差動継電器87の機能出力と励磁突入電
流検出要素86の機能出力の否定出力との論理積を行う論
理素子AND と、を備えて構成される。ここで、機能で表
現した主旨は、比率差動継電器87や励磁突入電流検出要
素86が備える特性を系統入力手段１から得られるデータ
11,12,13,14 により、高速にサンプリング処理を行い、
ディジタル演算処理で求める回路を含めて表現したもの
である。 【００１７】また、図示例では、予測回路５は、保護継
電器RYがトリップ指令31を出力し、遮断器が電力系統か
ら主変圧器TRを遮断するまでの時間遅れが遮断器遅れ時
間パラメータ51として設定できる様に構成されている。
かかる構成により、保護継電器演算回路２がトリップ指
令21を出力し, 電力系統から主変圧器TRを遮断すると
き、予測回路５が演算する磁束零予測信号55のタイミン
グでトリップ指令31を出力することにより、主変圧器TR
の鉄心の残留磁束が予め定められた零の範囲内に収まる
タイミングで遮断することができる。 【００１８】以下、図２、図３を用いて、保護継電器RY
の予測回路５が主変圧器TRの鉄心の残留磁束を零とする
タイミングを予測する方法を説明する。図２において、
予測回路５は、系統入力手段１が計測する主変圧器TRの
１次側の電圧V1、電流I1および２次側の電圧V2、電流I2
のデータ11,12,13,14 と、図３に図示される変圧器デー
タ52(r1,x1,r2,x2,g0,b0) と、に基づき、主変圧器の１
次側および２次側の誘起電圧E1,E2 を演算する。 【００１９】この誘起電圧E1,E2 の比率E1/E2 が、予め
定められた許容誤差範囲内で主変圧器TRの１次巻線w1お
よび２次巻線w2の巻線数の比率(w1/w2＝巻線比ａ）と等
しいとき、主変圧器TRの内部事故の有無の観点から、主
変圧器TRの１次側および２次側の電圧V1,V2,電流I1,I2
は健全時電圧11,12,健全時電流13,14 とする。誘起電圧
E1,E2 の比率E1/E2 が１次、２次巻線数の比率(w1/w2)
の許容誤差範囲外にあるとき、主変圧器TRの内部に事故
が発生しているものとし、このときの主変圧器の１次側
および２次側の電圧V1,V2 、電流I1,I2 は事故時電圧4
1,42,事故時電流43,44 とする。 【００２０】図３の(A) は主変圧器TRの一相分の等価回
路図を、図３の(B) は主変圧器TRの一相分のベクトル図
を示す。図３の(A) において、主変圧器TRの１次側電圧
をV1、１次側電流をI1とし、変圧器データとして１次側
インピーダンスを(r1+jx1)とすると、１次側誘起電圧E1
との間に (1)式のベクトル演算の関係がある。 【００２１】 【数１】E1＝V1−(r1+jx1)×I1 ……(1) また、主変圧器TRの２次側電圧をV2、２次側電流をI2と
し、変圧器データとして２次側インピーダンスを(r2+jx
2)とすると、２次側誘起電圧E2との間に (2)式のベクト
ル演算の関係がある。 【００２２】 【数２】E2＝V2＋(r2+jx2)×I2 ……(2) そして、鉄心の励磁回路のアドミタンスをＹ（＝g0+jb
0）とし、励磁電流をImとすると、１次側誘起電圧E1と
の間に (3)式のベクトル演算の関係がある。 【００２３】 【数３】E1＝Im／(g0+jb0) ……(3) (1)式および (2)式のV1,I1,V2,I2 は系統入力手段１で
計測される電圧、電流のデータ11,12,13,14 であり、(r
1+jx1),(r2+jx2) は変圧器データ52(r1,x1,r2,x2) とし
て予め与えられるデータであるので、これらのデータに
基づいてベクトル演算を行うことにより、１次側誘起電
圧E1および２次側誘起電圧E2を求めることができる。 【００２４】図３の(B) は、上記(1) 〜(3) 式のベクト
ル演算を図示したものである。図３の(B) において、原
点O に対して磁束φを下方に垂直なベクトルで示すと、
磁束φより90°位相が進んだ方向, 即ち水平方向, に１
次, ２次誘起電圧E1,E2 および磁化電流Icが流れる。図
示例では、負荷を抵抗負荷とすると、２次側の電圧V2と
電流I2とは同一ベクトル線上にあり、この電圧V2のベク
トルより２次側インピーダンス(r2+jx2)と２次側電流I2
のベクトル積を加算した点に２次誘起電圧E2がある。ま
た、１次側誘起電圧E1のベクトルより１次側インピーダ
ンス(r1+jx1)と１次側電流I1のベクトル積を加算した点
に１次側電圧V1がある。 【００２５】次に、保護継電器RYがトリップ指令31を出
力するときを説明する。鉄心の残留磁束を零とするタイ
ミング時刻列の予測方法は、前述の健全相の電圧11,12,
電流13,14 の有無により下記３通りの予測方法がある。
即ち、 (1) 主変圧器TRの１次側または２次側の電圧V1,V2,電流
I1,I2 が健全相の電圧11,12,電流13,14 であるとき、鉄
心の残留磁束を零とするタイミング時刻列t1,t2,…は、
予測回路５で演算された誘起電圧E1,E2 が零となるタイ
ミングt1',t2',…から電気角で90°遅れた時刻列が残留
磁束零のタイミング時刻列t1,t2,…になる。 【００２６】(2) 事故相（例えばｂ相）の残留磁束を零
とするタイミング時刻列t1b,t2b,…は、他の相に健全相
（例えばａ相）があれば上記 (1)項の健全相から求めた
残留磁束零のタイミング時刻列t1a,t2a,…から主変圧器
TRの各相(a,b,c相) が構造的に定まる電気角（例えば三
相変圧器の場合、 120°または240 °) だけタイミング
時刻列をずらし、事故時電圧41,42,電流43,44 でこのタ
イミング時刻列t1b,t2b,…を補正して残留磁束零のタイ
ミング時刻列t1b',t2b',…とする。 【００２７】(3) 全ての相が事故相のとき、事故発生直
前の健全時電圧11,12,電流13,14 から得られる健全時の
残留磁束を零とするタイミング時刻列t0（例えば三相電
源系統の場合、t0a,t0b,t0c)を起点とし電力系統周波数
ｆに基づく周期分だけ時刻をシフトして得られるタイミ
ング時刻列を事故時電圧、電流で補正して残留磁束零の
タイミング時刻列t1",t2",…とする。 【００２８】トリップ指令31を出力する磁束零予測信号
55は、これらの残留磁束零のタイミング時刻列((1)のと
きt1,t2,…,(2)のときt1b',t2b',…,(3)のときt1",t2",
…)から, 遮断器S1,S2 がトリップ指令31を受け開路す
るまでの遅延時間Δt が電力系統周波数ｆに基づく周期
からのずれ時間分だけ先行して出力することにより、主
変圧器TRの鉄心の残留磁束が予め定められた零範囲内に
収まる様に遮断することができる。 【００２９】尚、上記説明では、例えば (1)の場合を例
にとると、残留磁束零のタイミング時刻列は、予測回路
５で演算された誘起電圧E1,E2 が零となるタイミングt
1',t2',…から電気角で90°遅れた時刻列が残留磁束零
のタイミング時刻列t1,t2,…になるとしたが、誘起電圧
E1,E2 のピーク値となるタイミング時刻列t1,t2,…を求
め、このタイミングを残留磁束零のタイミング時刻列t
1,t2,…としてもよい。 【００３０】 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
技術では主変圧器毎に励磁突入電流検出要素の検出感度
を検討していたが、主変圧器を遮断したとき、鉄心の残
留磁束を零近傍にすることにより、遮断器を再投入し主
変圧器を再接続したときの励磁突入電流の大きさを予め
定められた範囲内に留め、励磁突入電流検出要素の検出
感度を一定とし、保護継電器システムとして誤動作、誤
不動作を防止する保護継電器を提供することができる。
保護継電器に関する。 【０００２】 【従来の技術】電力系統の主変圧器を保護する保護継電
器は、電力系統あるいは変圧器内部の事故を検出したと
き、トリップ指令を出力し、主変圧器の入力・出力段に
設置されている遮断器で事故電流を遮断する。図４は従
来技術および本発明において用いられる電力系統の主変
圧器を保護する保護継電器システムの要部構成図であ
る。図４において、１次側巻線w1，２次側巻線w2がＹ結
線され, ３次側巻線w3がΔ結線された三巻線変圧器（主
変圧器）TRが電力系統にそれぞれ遮断器S1,S2 を介して
接続されている。そして、この三巻線変圧器TRの１次側
および２次側の電圧, 電流は、電圧変成器PT1,PT2,変流
器CT1,CT2 を介して保護継電器RYに入力される。保護継
電器RYは、電力系統あるいは主変圧器TRの内部事故を検
出したとき、トリップ指令21を出力し、主変圧器TRの入
力・出力段に設置されている遮断器S1,S2 で事故電流を
遮断する。 【０００３】しかし、タイミング的に無作為に事故電流
を遮断したとき、一般的に変圧器の鉄心内部は偏磁され
残留磁束が残るため、事故復旧後電力系統を回復するた
め、遮断器を再投入するとき、主変圧器TRに大きな励磁
突入電流が流れる。この励磁突入電流は保護継電器RYで
異常電流として検出され、トリップ指令21を出力し、再
投入失敗を起こす可能性を有する。 【０００４】かかる励磁突入電流対策として、従来技術
の保護継電器RYでは、励磁突入電流が第２高調波成分が
大きいことを利用して保護継電器RYの誤動作防止対策を
実施している。図５はかかる誤動作防止対策の一例を示
すものである。図５において、保護継電器RYは、電力系
統あるいは主変圧器TRの内部事故を検出する比率差動継
電器87と、励磁突入電流検出要素86と、比率差動継電器
87の出力と励磁突入電流検出要素86の出力の否定出力と
の論理積を行う論理素子AND と、から構成される。 【０００５】かかる構成により、保護継電器RYは、遮断
器S1,S2 を再投入するときに流れる励磁突入電流によっ
て、比率差動継電器87からのトリップ指令21を励磁突入
電流検出要素86の励磁突入電流によって否定することに
より、保護継電器RYがトリップ指令21GA出力されること
を防止し、電力系統を再遮断するという誤動作を防止し
ている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかし、従来技術の保
護継電器において、励磁突入電流検出要素は、各主変圧
器の容量、鉄心量あるいは鉄心の飽和磁束密度に対する
常用磁束密度レベルなどの違いによって、検出感度を調
整しなければならず、励磁突入電流検出要素の突入電流
レベルを種々検討する必要がある。 【０００７】本発明は上記の点にかんがみてなされたも
のであり、その目的は前記した課題を解決して、主変圧
器を再接続したときの励磁突入電流の大きさを予め定め
られた範囲内に留め、励磁突入電流検出要素の検出感度
を一定とし、保護継電器システムとして誤動作、誤不動
作を防止する保護継電器を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明においては、主変圧器と、この主変圧器の１
次側および２次側に配備され電力系統との接続を行う遮
断器と、ともに電力系統の保護継電器システムを構成
し、電力系統あるいは変圧器内部の事故を検出したとき
遮断器へのトリップ指令を出力する保護継電器におい
て、主変圧器の１次側および２次側の電圧、電流を計測
する系統入力手段と、この系統入力手段からのデータに
より電力系統あるいは変圧器内部の事故を検出しトリッ
プ信号を出力する保護継電器演算回路と、系統入力手段
からのデータより主変圧器の鉄心の残留磁束を零とする
タイミングを予測する予測回路と、保護継電器演算回路
のトリップ信号と予測回路の磁束零予測信号との論理積
をとる論理回路と、を備えてなるものとする。 【０００９】また、予測回路は、系統入力手段からのデ
ータと変圧器データとに基づき、主変圧器の１次側およ
び２次側の誘起電圧E1,E2 を演算し、この誘起電圧E1,E
2 の比率が予め定められた許容誤差範囲内で主変圧器の
１次巻線数および２次巻線数の比率と等しいとき、主変
圧器の１次側および２次側の電圧，電流は健全時電圧、
電流と見做し、誘起電圧E1,E2 の比率が１次、２次巻線
数の比率の許容誤差範囲外にあるとき、主変圧器の１次
側および２次側の電圧，電流は事故時電圧，電流と見做
し、保護継電器がトリップ指令を出力するとき、主変圧
器の１次側または２次側の電圧，電流が健全相の電圧，
電流であるとき、鉄心の残留磁束を零とするタイミング
時刻列は、誘起電圧E1,E2 が零となるタイミングから電
気角で90°遅れた時刻列を残留磁束零のタイミング時刻
列とし、事故相の残留磁束を零とするタイミング時刻列
は、他の相に健全相があれば上述の健全相から求めた残
留磁束零のタイミング時刻列から主変圧器の各相が構造
的に定まる電気角だけタイミング時刻列をずらし、事故
時電圧，電流でこのタイミング時刻列を補正して残留磁
束零のタイミング時刻列とし、全ての相が事故相のと
き、事故発生直前の健全時電圧，電流から得られる健全
時の残留磁束を零とするタイミング時刻を起点とし電力
系統周波数とから得られるタイミング時刻列を事故時電
圧、電流値で補正して残留磁束零のタイミング時刻列と
し、トリップ指令を出力する磁束零予測信号は、これら
の残留磁束零のタイミング時刻列から遮断器がトリップ
指令を受け開路するまでの遅延時間が電力系統周波数の
周期からのずれ時間だけ先行して出力するものとする。 【００１０】かかる構成により、保護継電器がトリップ
指令を出力し電力系統から主変圧器を遮断するとき、主
変圧器の鉄心の残留磁束が予め定められた零範囲内に収
まる様に遮断することができる。 【００１１】 【００１２】 【発明の実施の形態】図１は本発明の保護継電器のブロ
ック図、図２は残留磁束を零とするタイミングを予測す
る方法を説明するブロック図、図３は主変圧器の等価回
路図である。 【００１３】図４に図示される保護継電器システムは、
主変圧器TRと、この主変圧器TRの１次側および２次側に
配備され電力系統との接続を行う遮断器S1,S2 と、電力
系統あるいは変圧器TR内部の事故を検出したとき遮断器
S1,S2 へのトリップ指令を出力する保護継電器RYと、か
ら構成される。この保護継電器RYがトリップ指令を出力
し, 電力系統から主変圧器TRを遮断したとき、主変圧器
TRの鉄心の残留磁束が予め定められた零範囲内、例え
ば、鉄心の飽和磁束密度の数％以内、に収まる様に遮断
することにより、遮断器S1,S2 を再投入し主変圧器TRを
接続したとき、主変圧器TRに印加される電源電圧の極性
の如何に関わらず、鉄心を励磁する磁束密度が飽和磁束
密度レベルに到達しない様にすることができる。この結
果、主変圧器TRを再接続したときの励磁突入電流の大き
さを予め定められた範囲内に抑制し、保護継電器システ
ムとしての誤動作、誤不動作を防止することができる。 【００１４】今、主変圧器TRが例えば三相変圧器（以
下、三相の各相を区分するときはa,b,c の添え文字で示
す）で構成されているものとすると、保護継電器RYに入
力される主変圧器TRの１次側の電圧V1a,V1b,V1c,１次側
の電流I1a,I1b,I1c,２次側の電圧V2a,V2b,V2c,２次側の
電流I2a,I2b,I2cyより、鉄心の磁束φa,φb,φc を予測
し、磁束φa,φb,φc が各々零近傍となるタイミングで
三相を個別に遮断すればよい。 【００１５】 【実施例】図１において、保護継電器RYは、主変圧器TR
の１次側の電圧V1、電流I1および２次側の電圧V2、電流
I2を計測し、出力信号（データ）11,12,13,14 を出力す
る系統入力手段１と、この系統入力手段１からのデータ
11,12,13,14 により電力系統あるいは変圧器TRの内部の
事故を検出しトリップ信号21を出力する保護継電器演算
回路２と、系統入力手段１からのデータ11,12,13,14 よ
り主変圧器TRの鉄心の残留磁束を零とするタイミングを
予測する予測回路５と、保護継電器演算回路２のトリッ
プ信号21と予測回路５の磁束零予測信号55との論理積を
とりトリップ指令31を出力する論理回路３と、を備えて
構成される。 【００１６】保護継電器演算回路２は、従来技術で述べ
た様に、電力系統あるいは主変圧器TRの内部事故を検出
する比率差動継電器87の機能と、励磁突入電流検出要素
86の機能と、比率差動継電器87の機能出力と励磁突入電
流検出要素86の機能出力の否定出力との論理積を行う論
理素子AND と、を備えて構成される。ここで、機能で表
現した主旨は、比率差動継電器87や励磁突入電流検出要
素86が備える特性を系統入力手段１から得られるデータ
11,12,13,14 により、高速にサンプリング処理を行い、
ディジタル演算処理で求める回路を含めて表現したもの
である。 【００１７】また、図示例では、予測回路５は、保護継
電器RYがトリップ指令31を出力し、遮断器が電力系統か
ら主変圧器TRを遮断するまでの時間遅れが遮断器遅れ時
間パラメータ51として設定できる様に構成されている。
かかる構成により、保護継電器演算回路２がトリップ指
令21を出力し, 電力系統から主変圧器TRを遮断すると
き、予測回路５が演算する磁束零予測信号55のタイミン
グでトリップ指令31を出力することにより、主変圧器TR
の鉄心の残留磁束が予め定められた零の範囲内に収まる
タイミングで遮断することができる。 【００１８】以下、図２、図３を用いて、保護継電器RY
の予測回路５が主変圧器TRの鉄心の残留磁束を零とする
タイミングを予測する方法を説明する。図２において、
予測回路５は、系統入力手段１が計測する主変圧器TRの
１次側の電圧V1、電流I1および２次側の電圧V2、電流I2
のデータ11,12,13,14 と、図３に図示される変圧器デー
タ52(r1,x1,r2,x2,g0,b0) と、に基づき、主変圧器の１
次側および２次側の誘起電圧E1,E2 を演算する。 【００１９】この誘起電圧E1,E2 の比率E1/E2 が、予め
定められた許容誤差範囲内で主変圧器TRの１次巻線w1お
よび２次巻線w2の巻線数の比率(w1/w2＝巻線比ａ）と等
しいとき、主変圧器TRの内部事故の有無の観点から、主
変圧器TRの１次側および２次側の電圧V1,V2,電流I1,I2
は健全時電圧11,12,健全時電流13,14 とする。誘起電圧
E1,E2 の比率E1/E2 が１次、２次巻線数の比率(w1/w2)
の許容誤差範囲外にあるとき、主変圧器TRの内部に事故
が発生しているものとし、このときの主変圧器の１次側
および２次側の電圧V1,V2 、電流I1,I2 は事故時電圧4
1,42,事故時電流43,44 とする。 【００２０】図３の(A) は主変圧器TRの一相分の等価回
路図を、図３の(B) は主変圧器TRの一相分のベクトル図
を示す。図３の(A) において、主変圧器TRの１次側電圧
をV1、１次側電流をI1とし、変圧器データとして１次側
インピーダンスを(r1+jx1)とすると、１次側誘起電圧E1
との間に (1)式のベクトル演算の関係がある。 【００２１】 【数１】E1＝V1−(r1+jx1)×I1 ……(1) また、主変圧器TRの２次側電圧をV2、２次側電流をI2と
し、変圧器データとして２次側インピーダンスを(r2+jx
2)とすると、２次側誘起電圧E2との間に (2)式のベクト
ル演算の関係がある。 【００２２】 【数２】E2＝V2＋(r2+jx2)×I2 ……(2) そして、鉄心の励磁回路のアドミタンスをＹ（＝g0+jb
0）とし、励磁電流をImとすると、１次側誘起電圧E1と
の間に (3)式のベクトル演算の関係がある。 【００２３】 【数３】E1＝Im／(g0+jb0) ……(3) (1)式および (2)式のV1,I1,V2,I2 は系統入力手段１で
計測される電圧、電流のデータ11,12,13,14 であり、(r
1+jx1),(r2+jx2) は変圧器データ52(r1,x1,r2,x2) とし
て予め与えられるデータであるので、これらのデータに
基づいてベクトル演算を行うことにより、１次側誘起電
圧E1および２次側誘起電圧E2を求めることができる。 【００２４】図３の(B) は、上記(1) 〜(3) 式のベクト
ル演算を図示したものである。図３の(B) において、原
点O に対して磁束φを下方に垂直なベクトルで示すと、
磁束φより90°位相が進んだ方向, 即ち水平方向, に１
次, ２次誘起電圧E1,E2 および磁化電流Icが流れる。図
示例では、負荷を抵抗負荷とすると、２次側の電圧V2と
電流I2とは同一ベクトル線上にあり、この電圧V2のベク
トルより２次側インピーダンス(r2+jx2)と２次側電流I2
のベクトル積を加算した点に２次誘起電圧E2がある。ま
た、１次側誘起電圧E1のベクトルより１次側インピーダ
ンス(r1+jx1)と１次側電流I1のベクトル積を加算した点
に１次側電圧V1がある。 【００２５】次に、保護継電器RYがトリップ指令31を出
力するときを説明する。鉄心の残留磁束を零とするタイ
ミング時刻列の予測方法は、前述の健全相の電圧11,12,
電流13,14 の有無により下記３通りの予測方法がある。
即ち、 (1) 主変圧器TRの１次側または２次側の電圧V1,V2,電流
I1,I2 が健全相の電圧11,12,電流13,14 であるとき、鉄
心の残留磁束を零とするタイミング時刻列t1,t2,…は、
予測回路５で演算された誘起電圧E1,E2 が零となるタイ
ミングt1',t2',…から電気角で90°遅れた時刻列が残留
磁束零のタイミング時刻列t1,t2,…になる。 【００２６】(2) 事故相（例えばｂ相）の残留磁束を零
とするタイミング時刻列t1b,t2b,…は、他の相に健全相
（例えばａ相）があれば上記 (1)項の健全相から求めた
残留磁束零のタイミング時刻列t1a,t2a,…から主変圧器
TRの各相(a,b,c相) が構造的に定まる電気角（例えば三
相変圧器の場合、 120°または240 °) だけタイミング
時刻列をずらし、事故時電圧41,42,電流43,44 でこのタ
イミング時刻列t1b,t2b,…を補正して残留磁束零のタイ
ミング時刻列t1b',t2b',…とする。 【００２７】(3) 全ての相が事故相のとき、事故発生直
前の健全時電圧11,12,電流13,14 から得られる健全時の
残留磁束を零とするタイミング時刻列t0（例えば三相電
源系統の場合、t0a,t0b,t0c)を起点とし電力系統周波数
ｆに基づく周期分だけ時刻をシフトして得られるタイミ
ング時刻列を事故時電圧、電流で補正して残留磁束零の
タイミング時刻列t1",t2",…とする。 【００２８】トリップ指令31を出力する磁束零予測信号
55は、これらの残留磁束零のタイミング時刻列((1)のと
きt1,t2,…,(2)のときt1b',t2b',…,(3)のときt1",t2",
…)から, 遮断器S1,S2 がトリップ指令31を受け開路す
るまでの遅延時間Δt が電力系統周波数ｆに基づく周期
からのずれ時間分だけ先行して出力することにより、主
変圧器TRの鉄心の残留磁束が予め定められた零範囲内に
収まる様に遮断することができる。 【００２９】尚、上記説明では、例えば (1)の場合を例
にとると、残留磁束零のタイミング時刻列は、予測回路
５で演算された誘起電圧E1,E2 が零となるタイミングt
1',t2',…から電気角で90°遅れた時刻列が残留磁束零
のタイミング時刻列t1,t2,…になるとしたが、誘起電圧
E1,E2 のピーク値となるタイミング時刻列t1,t2,…を求
め、このタイミングを残留磁束零のタイミング時刻列t
1,t2,…としてもよい。 【００３０】 【００３１】 【００３２】 【００３３】 【００３４】 【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、従来
技術では主変圧器毎に励磁突入電流検出要素の検出感度
を検討していたが、主変圧器を遮断したとき、鉄心の残
留磁束を零近傍にすることにより、遮断器を再投入し主
変圧器を再接続したときの励磁突入電流の大きさを予め
定められた範囲内に留め、励磁突入電流検出要素の検出
感度を一定とし、保護継電器システムとして誤動作、誤
不動作を防止する保護継電器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例としての保護継電器のブロッ
ク図 【図２】一実施例における残留磁束を零とするタイミン
グを予測する方法を説明するブロック図 【図３】主変圧器の等価回路図 【図４】電力系統の主変圧器を保護する保護継電器シス
テムの要部構成図 【図５】励磁突入電流による保護継電器RYの誤動作防止
回路図 【符号の説明】 １ 系統入力手段 11,12,13,14,41,42,43,44 データ ２ 保護継電器演算回路 21,31 トリップ信号 ３ 論理回路 ５ 予測回路 51 パラメータ設定値 52,r1,r2,x1,x2,g0,b0 変圧器データ 55 磁束零予測信号 86 励磁突入電流検出要素 87 比率差動継電器 V1,V2 変圧器電圧 I1,I2 変圧器電流 E1,E2 誘起電圧 Im 励磁電流 φ 磁束 S1,S2,S3 遮断器 RY 保護継電器 PT1,PT2 電圧変成器 CT1,CT2 変流器
ク図 【図２】一実施例における残留磁束を零とするタイミン
グを予測する方法を説明するブロック図 【図３】主変圧器の等価回路図 【図４】電力系統の主変圧器を保護する保護継電器シス
テムの要部構成図 【図５】励磁突入電流による保護継電器RYの誤動作防止
回路図 【符号の説明】 １ 系統入力手段 11,12,13,14,41,42,43,44 データ ２ 保護継電器演算回路 21,31 トリップ信号 ３ 論理回路 ５ 予測回路 51 パラメータ設定値 52,r1,r2,x1,x2,g0,b0 変圧器データ 55 磁束零予測信号 86 励磁突入電流検出要素 87 比率差動継電器 V1,V2 変圧器電圧 I1,I2 変圧器電流 E1,E2 誘起電圧 Im 励磁電流 φ 磁束 S1,S2,S3 遮断器 RY 保護継電器 PT1,PT2 電圧変成器 CT1,CT2 変流器
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フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H02H 7/045
H02H 3/26 - 3/30
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】主変圧器と、この主変圧器の１次側および
２次側に配備され電力系統との接続を行う遮断器と、と
もに電力系統の保護継電器システムを構成し、電力系統
あるいは変圧器内部の事故を検出したとき遮断器へのト
リップ指令を出力する保護継電器において、 主変圧器の１次側および２次側の電圧、電流を計測する
系統入力手段と、この系統入力手段からのデータにより
電力系統あるいは変圧器内部の事故を検出しトリップ信
号を出力する保護継電器演算回路と、系統入力手段から
のデータより主変圧器の鉄心の残留磁束を零とするタイ
ミングを予測する予測回路と、保護継電器演算回路のト
リップ信号と予測回路の磁束零予測信号との論理積をと
る論理回路と、を備え、前記予測回路は、 系統入力手段からのデータと、変圧器データと、に基づ
き、主変圧器の１次側および２次側の誘起電圧E1,E2 を
演算し、 この誘起電圧E1,E2 の比率が、予め定められた許容誤差
範囲内で主変圧器の１次巻線数および２次巻線数の比率
と等しいとき、主変圧器の１次側および２次側の電圧、
電流は健全時電圧、電流と見做し、 誘起電圧E1,E2 の比率が１次、２次巻線数の比率の許容
誤差範囲外にあるとき、主変圧器の１次側および２次側
の電圧、電流は事故時電圧、電流と見做し、 保護継電器がトリップ指令を出力するとき、 主変圧器の１次側または２次側の電圧、電流が健全相の
電圧、電流であるとき、鉄心の残留磁束を零とするタイ
ミング時刻列は、前記誘起電圧E1,E2 が零となるタイミ
ングから電気角で90°遅れた時刻列を残留磁束零のタイ
ミング時刻列とし、 事故相の残留磁束を零とするタイミング時刻列は、他の
相に健全相があれば、前記健全相から求めた残留磁束零
のタイミング時刻列から主変圧器の各相が構造的に定ま
る電気角だけタイミング時刻列をずらし、事故時電圧、
電流値でこのタ イミング時刻列を補正して残留磁束零の
タイミング時刻列とし、 全ての相が事故相のとき、事故発生直前の健全時電圧、
電流から得られる健全時の残留磁束を零とするタイミン
グ時刻を起点とし電力系統周波数とから得られるタイミ
ング時刻列を事故時電圧、電流で補正して残留磁束零の
タイミング時刻列とし、 トリップ指令を出力する磁束零予測信号は、これらの残
留磁束零のタイミング時刻列から遮断器がトリップ指令
を受け開路するまでの遅延時間が電力系統周波数の周期
からのずれ時間だけ先行して出力することによって、 保護継電器がトリップ指令を出力し電力系統から主変圧
器を遮断するとき、主変圧器の鉄心の残留磁束が予め定
められた零近傍の範囲内に収まる様に遮断する、 ことを特徴とする保護継電器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09076396A JP3456089B2 (ja) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | 保護継電器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP09076396A JP3456089B2 (ja) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | 保護継電器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09284989A JPH09284989A (ja) | 1997-10-31 |
| JP3456089B2 true JP3456089B2 (ja) | 2003-10-14 |
Family
ID=14007654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP09076396A Expired - Fee Related JP3456089B2 (ja) | 1996-04-12 | 1996-04-12 | 保護継電器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3456089B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006058475A1 (fr) * | 2004-12-02 | 2006-06-08 | Zhejiang University | Procede de protection de la difference longitudinale d'un transformateur a frein du rapport sequence nulle |
| JP5055602B2 (ja) * | 2007-11-27 | 2012-10-24 | 三菱電機株式会社 | 変圧器の運転制御装置および方法 |
| KR20120087013A (ko) * | 2011-01-27 | 2012-08-06 | 엘에스산전 주식회사 | 변압기 보호 계전기, 보호 방법, 및 이를 포함한 변압기 보호 시스템 |
| KR102051909B1 (ko) * | 2018-04-30 | 2019-12-06 | 한국전력공사 | 변압기의 오동작 방지 장치 및 방법 |
-
1996
- 1996-04-12 JP JP09076396A patent/JP3456089B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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| JPH09284989A (ja) | 1997-10-31 |
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