JP3560297B2 - 地絡距離継電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送電線を種々の事故から保護する保護継電装置として種々のものが用いられている。その一つとして、たとえば高抵抗接地系統内の設備に地絡事故が発生した時、その事故点を切離して保護する地絡方向継電装置が知られている。図１０は、そのような周知の地絡方向継電装置（以下、地絡方向リレーという）を示すものである。
【０００３】
図１０に示す電力系統においては、電源１０Ａを有する電気所Ａから遮断器（ＣＢ）１１Ａを介して送電線１２Ａが導出されて電気所Ｂに至り、電気所ＢからＣＢ１１Ｂを介してさらに送電線１２Ｂが次の電気所に向って延びている。
【０００４】
電気所Ａ端において変流器（ＣＴ）１３Ａにより自回線電流が検出され、送電線１２Ａ側で計器用変圧器（ＰＴ）１４Ａにより自回線系統電圧が検出される。これらの検出電流および検出電圧は保護継電装置１５Ａに含まれる地絡方向判定手段１６Ａに導入され、この判定手段１６Ａの動作出力がＣＢ１１Ａに対し開放指令として送出される。電気所Ｂにも電気所Ａと同様にＣＴ１３Ｂ、ＰＴ１４Ｂおよび保護継電装置１５Ｂが設けられている。
【０００５】
いま、電気所Ａに着目し、電力系統における送電線１２Ａの事故点Ｆに地絡事故が発生したとすると、ＣＴ１３ＡおよびＰＴ１４Ａを介して検出された自回線の系統電流および自端の系統電圧を保護継電装置１５Ａに取込み、各取込みデータに基づいて零相電流Ｉｏ および零相電圧Ｖｏ を検出し、その零相電流Ｉｏ および零相電圧Ｖｏ に基づいて地絡方向判定手段１６Ａが図１１のベクトル図に基づいて地絡事故の方向を判定し、判定された地絡事故が予め設定された方向に位置するとき遮断器１１Ａを開放して地絡点Ｆを切離す。
【０００６】
図１１に示すベクトル図において、地絡方向判定手段１６Ａは検出した零相電圧Ｖｏ および零相電流Ｉｏ の位相差θを加味し、零相電圧Ｖｏ を基準ベクトルとして零相電流Ｉｏ のベクトルが判定線Ｐを超えた領域すなわち斜線で示した動作域に入ると、事故と判定し動作出力を発する。
【０００７】
しかしながら、この方式では、地絡事故の方向を判定することはできるが、継電装置設置点（変流器設置点）から事故点Ｆまでの距離を知ることはできない。このため、電力系統に地絡事故が発生したとき、設備の停止を必要最小限の範囲内に抑えるために、電源端により近い電気所に設置されている地絡方向リレーの動作時間がより長く、電源端からより遠い電気所に設置されている地絡方向リレーの動作時間がより短くなるような時間協調をとっている。このため、電源端に近い地点の事故ほど、事故の除去が遅れるということを許容する必要があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、高抵抗接地系統の送電線に対し従来の地絡方向リレーを用いた地絡保護継電装置では、電源端に近い電気所における地絡事故の検出が遅れるという問題があった。とくに高抵抗接地系統では、地絡事故電流が常時の負荷電流に比較して小さく、事故電流を高精度に検出し、地絡方向リレーにより事故区間識別をすることは困難である。
【０００９】
したがって本発明は、常時の負荷電流の影響を受けにくく、かつより広範囲の地絡事故をより迅速に検出し事故区間識別の可能な地絡距離継電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置において、自端の系統電圧を検出する電圧検出手段と、自回線の電流および零相電流を検出する電流検出手段と、自回線の逆相電流を検出する逆相電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された自回線の電流および零相電流、前記逆相電流検出手段によって検出された逆相電流、並びに前記電圧検出手段によって検出された自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を演算する地絡事故点演算手段と、前記地絡事故点演算手段によって算出された事故点までの距離が所定の範囲内にあることを条件として前記遮断器に開放指令を送出する事故判定手段と、を備えており、Ｖ ａ を前記自端の系統電圧 、Ｉ ｐ を前記自回線の電流 、Ｉ ０ を前記自回線の零相電流 、Ｉ ｎ を前記自回線の逆相電流、Ｉ n * をＩ n の共役複素数、Ｋを零相補償係数、ｅ j φ を送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）、Ｉ m を虚数分とした場合に、前記地絡事故点演算手段は、下式（１）により求まるリアクタンスＸを前記事故点までの距離として演算するものである、ことを特徴とする。
Ｘ＝Ｙ／Ｚ ・・・ （１）
【数２】
【００１１】
同様に請求項２の発明は、高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置において、自端の系統電圧を検出する電圧検出手段と、自回線の電流および零相電流を検出する電流検出手段と、自回線の事故前の逆相電流と事故中の逆相電流の差を検出する電流差検出手段と、前記電流検出手段によって検出された自回線の電流および零相電流、前記電流差検出手段によって検出された逆相電流の差、並びに前記電圧検出手段によって検出された自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を演算する地絡事故点演算手段と、前記地絡事故点演算手段によって算出された事故点までの距離が所定の範囲内にあることを条件として前記遮断器に開放指令を送出する事故判定手段と、を備えており、Ｖ ａ を前記自端の系統電圧 、Ｉ ｐ を前記自回線の電流 、Ｉ ０ を前記自回線の零相電流 、Ｉ ｎＬ を前記自回線の事故前の逆相電流、Ｉ ｎＦ を前記事故中の逆相電流、ΔＩ ｎ をＩ ｎＬ とＩ ｎＦ との差、ΔＩ n * をΔＩ n の共役複素数、Ｋを零相補償係数、ｅ j φ を送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）、Ｉ m を虚数分とした場合に、前記電流差検出手段は、下式（２）に基づき前記差ΔＩ ｎ の検出を行うものであり、前記地絡事故点演算手段は、下式（３）により求まるリアクタンスＸを前記事故点までの距離として演算するものである、ことを特徴とする。
ΔＩ n ＝Ｉ nF −Ｉ nL ・・・ （２）
Ｘ＝Ｙ／Ｚ ・・・ （３）
ただし、Ｙ＝Ｉ m ｛（Ｖ a ・ΔＩ n * ）｝
Ｚ＝Ｉ m ｛ｅ j φ （Ｉ p ＋Ｋ・Ｉ o ）・ΔＩ n * ｝
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の地絡距離継電装置において、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、零相電圧検出手段によって検出された自端の零相電圧に応じて事故判定手段における距離整定値を変更する距離整定演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の地絡距離継電装置において、自回線の零相電流を検出する零相電流検出手段と、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、零相電流検出手段によって検出された自回線の零相電流および零相電圧検出手段によって検出された自端の零相電圧との位相関係に基づいて地絡事故の方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、事故判定手段が地絡方向判別手段によって判別された地絡事故の方向を加味して開放指令送出条件を決定することを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の地絡距離継電装置において、自回線の事故前の零相電流と事故中の零相電流の差を検出する電流差検出手段と、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、電流差検出手段によって検出された零相電流の差および零相電圧検出手段によって検出された零相電圧の位相関係に基づいて地絡事故の方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、事故判定手段が地絡方向判別手段によって判別された地絡事故の方向を加味して開放指令送出条件を決定することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず図２を参照して本発明を概説する。本発明に係る保護継電装置は送電線の保護のみならず母線分離や変圧器保護のためにも用いることができるが、ここでは送電線の保護のために用いる場合の実施の形態について説明する。
【００１６】
図２において、電気所Ａから遮断器（ＣＢ）２１を介して送電線２２が導出され、送電線２２の他端は電気所Ｂに接続されている。遮断器２１の電気所Ａ側で変流器（ＣＴ）２３により自回線電流が検出され、送電線２２側で計器用変圧器（ＰＴ）２４により自回線系統電圧が検出される。これらの検出電流および検出電圧は保護継電装置２５に含まれる地絡距離継電装置（以下、地絡距離リレーという）２６に導入され、このリレー２６の動作出力が開放指令としてＣＢ２１に送出される。
【００１７】
図１は本発明による請求項１の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー３０においては、ＣＴ２３の出力電流に基づき、自回線電流検出手段３１により自回線の電流Ｉｐ および零相電流Ｉｏ が検出され、自回線逆相電流検出手段３２により自回線の逆相電流Ｉｎ が検出される。またＰＴ２４の出力電圧に基づき電圧検出手段３３により自端の相電圧Ｖａ が検出される。これらの各検出出力に基づき地絡事故点演算手段３４により、逆相電流Ｉｎ を極性量として、次の演算式により、リレー３０の設置点から事故点までの距離に対応するリアクタンスＸを求める。なお、演算式は理論的な説明のため便宜的に示しているものである。
【００１８】
Ｘ＝Ｙ／Ｚ …（１）
【００１９】
【数３】
Ｉm ： 虚数分
Ｉn * ： Ｉn の共役複素数
Ｋ ： 零相補償係数
ｅj φ：送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）
このリアクタンスＸの値が、Ｘ1 を整定値として、Ｘ≦Ｘ1 の範囲内であるか否かを事故判定手段３５が判断し、Ｘ≦Ｘ1 であれば内部事故であると判定し、ＣＢ２１に対し開放指令を送出する。
【００２０】
図１の実施の形態によれば、リアクタンスＸを用いて地絡距離を求めることにより、常時の負荷電流の影響を受けにくく、かつ、電源端に近い電気所の地絡事故をより迅速に検出することができる。
【００２１】
図３は本発明による請求項２の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー４０における自回線電流検出手段４１および電圧検出手段４３は図１のリレー３０における検出手段３１および３３と同一であって、それぞれ自回線の相電流Ｉp および零相電流Ｉo 並びに自端の相電圧Ｖa を検出する。図３の装置の特徴は検出手段４２および地絡事故点演算手段４４にある。検出手段４２は自回線逆相電流のベクトル差を検出するベクトル差検出手段であって、図４に示すベクトル図に従い自回線の事故前の逆相電流ＩnLと事故中の逆相電流ＩnFとに基づいて次の演算式によりベクトル差ΔＩn を算出する。なお、ここでは便宜上、ベクトルの意味の「ドット」符号の表示を省略している。
ΔＩn ＝ＩnF−ＩnL …（２）
これらの各検出出力に基づき地絡事故点演算手段４４により、逆相電流ベクトル差ΔＩn を極性量として、次の演算式により、リレー４０の設置点から事故点までの距離に対応する正相リアクタンスＸを求める。
Ｘ＝Ｙ／Ｚ …（３）
ただし、Ｙ＝Ｉm ｛（Ｖa ・ΔＩn * ）｝
Ｚ＝Ｉm ｛ｅj φ（Ｉp ＋Ｋ・Ｉo ）・ΔＩn * ｝
Ｉm ： 虚数分
Ｋ ： 零相補償係数
ΔＩ n * ：ΔＩ n の共役複素数
Ｋ ： 零相補償係数
ｅj φ：送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）
この正相リアクタンスＸの値が、図１の場合と同様に、Ｘ1 を整定値として、Ｘ≦Ｘ1 の範囲内であるか否かを事故判定手段４５が判断し、Ｘ≦Ｘ1 であれば内部事故であると判定し、ＣＢ２１に対し開放指令を送出する。この実施の形態の方式は、常時の逆相電流Ｉn が大きい系統に適している。なお、事故中の逆相電流ＩnFと事故前の逆相電流ＩnLの位相がほぼ等しいときは、ベクトル差検出手段４２においてベクトル差の代わりにスカラー差を算出してもほぼ同一結果が得られることは明らかである。
【００２２】
この実施の形態によっても、図１のそれと同様に、常時の負荷電流の影響を受けにくく、かつ、より広範囲の地絡事故をより迅速に検出することができる。
【００２３】
図５は本発明による請求項３の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー５０には零相電圧検出手段５１、距離整定演算手段５２、地絡事故点演算手段５３および事故判定手段５４が設けられている。零相電圧検出手段５１は自端のＰＴ２４の出力電圧に基づいて自端の零相電圧Ｖｏ を検出する。距離整定演算手段５２は、検出手段５１によって検出された零相電圧Ｖｏ に応じて距離整定値を変化させるものであって、零相電圧Ｖｏ が低いとき、すなわち事故点抵抗が大きいときは、線路降下分電圧が正確に求められないため距離リレーのオーバーリーチによる不要遮断の事態が考えられるため、それを回避すべく距離整定値を小さくする。そのためのアルゴリズムは例えば、Ｋを係数として
にすればよい。
【００２４】
地絡事故点演算手段５３は、図１の要素３１〜３４からなる距離演算手段または図３の要素４１〜４４からなる距離演算手段と同一構成のものでよい。事故判定手段５４は地絡事故点演算手段５３の算出結果が距離整定演算手段５２によって求められた整定値の範囲内であれば内部事故であると判定する。
【００２５】
したがって、零相電圧の大きさに応じて距離整定値を調整するため、事故点抵抗の大きな事故であっても測距誤差による不要遮断を防止し、信頼性の高い地絡距離リレーを実現することができる。
【００２６】
図６は本発明による請求項４の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー６０においても地絡事故点までの距離を算出する地絡事故点演算手段は、図５の実施の形態と同様に図１または図３の距離演算手段により構成可能である。ここでは背後事故での誤動作を防止するために事故の方向を判別する手段を備えた点に特徴がある。すなわち、図６の実施の形態では、図５における地絡事故点演算手段５３と同様の地絡事故点演算手段６４を設けるとともに、零相電流検出手段６１、零相電圧検出手段６２および地絡方向判別手段６３を設けている。零相電流検出手段６１はＣＴ２３の出力に基づいてリレー設置点の零相電流を検出し、零相電圧検出手段６２はＰＴ２４の出力に基づいて自端の零相電圧を検出する。そして地絡方向判別手段６３は零相電流検出手段６１および零相電圧検出手段６２によって検出された零相電流および零相電圧の位相関係に基づいて地絡方向を判別するものであって、その判別原理は図１１のベクトル図を参照してすでに説明したものと同様でよい。
【００２７】
地絡事故点演算手段６４は事故点までの距離が整定値以内にあることを判別するもので、その原理は図１または図３を参照して説明した地絡事故点演算手段と同様でよい。事故判定手段６５は地絡方向判別手段６３および地絡事故点演算手段６４がいずれも動作出力を発生しているときに内部事故と判定し、遮断器２１（図２）に開放指令を送出する。
【００２８】
図７は本発明による請求項５の実施の形態を示すものである。この実施の形態における地絡距離リレー７０も図６の場合と同様に地絡方向判別に特徴を有するものである。この実施の形態においては、図６のものと同様の地絡事故点演算手段７４、零相電圧検出手段７２、地絡方向判別手段７３および事故判定手段７５を設けるとともに、零相電流ベクトル差検出手段７１を設けた点に特徴がある。
【００２９】
零相電流ベクトル差検出手段７１は、図８に示すように、ＣＴ２３の出力に基づいてリレー設置点の事故中の零相電流ＩｏＦと事故前の零相電流ＩｏＬとのベクトル差ΔＩｏ ＝ＩｏＦ−ＩｏＬを検出するものである。なお、ここでも図４の説明の場合と同様に、ベクトルの意味の「ドット」符号の表示を省略している。地絡方向判別手段７３は、図９から分かるように、零相電流ベクトル差検出手段７１によって検出された零相電流ベクトル差ΔＩｏ と、零相電圧検出手段７２によって検出された自端の零相電圧Ｖｏ との間の位相関係から事故の方向を判別する。地絡事故点演算手段７４の機能は図６における地絡事故点演算手段６４と同等である。事故判定手段７５は、地絡方向判別手段７３および地絡事故点演算手段７４がいずれも動作出力を発しているときに内部事故と判定し、遮断器２１に開放指令を送出する。
【００３０】
なお、零相電流ベクトル差検出手段７１は事故前および事故中の零相電流のベクトル差を検出するものであるが、両者の位相差θがゼロまたはそれに近い場合は、ベクトル差の代わりにスカラー差をとってもよいことは明らかである。その場合、ベクトル差検出の代わりに算術差検出となる。
【００３１】
したがって、図６，図７の実施の形態によれば、方向判定を測距演算による距離判定と組合せることにより、背後事故で誤動作することがない信頼性の高い地絡距離リレーを実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、自回線の電流および零相電流、逆相電流または事故前と事故中の逆相電流の差、並びに自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を所定の演算式を用いて演算するようにしたので、常時の負荷電流に比べ事故電流の小さい場合であっても、事故点の測距演算を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１による地絡距離継電装置のブロック図。
【図２】本発明による地絡距離継電装置を概略的に示すブロック図。
【図３】本発明の請求項２による地絡距離継電装置のブロック図。
【図４】図３の装置における逆相電流のベクトル図。
【図５】本発明の請求項３による地絡距離継電装置のブロック図。
【図６】本発明の請求項４による地絡距離継電装置のブロック図。
【図７】本発明の請求項５による地絡距離継電装置のブロック図。
【図８】図７の装置における零相電流のベクトル図。
【図９】図７の装置における地絡方向判別手段の原理を説明するための図。
【図１０】従来技術による地絡方向継電装置の機能を説明するための図。
【図１１】図１０の装置における地絡方向継電装置の原理を説明するための図。
【符号の説明】
２１ 遮断器
２２ 送電線
２３ 変流器（ＣＴ）
２４ 計器用変圧器（ＰＴ）
２５ 保護継電装置
２６，３０，４０，５０，６０，７０ 地絡距離継電装置（地絡距離リレー）
３１，４１ 自回線電流検出手段
３２ 自回線逆相電流検出手段
３３，４３ 電圧検出手段
３４，４４，５３，６４，７４ 地絡事故点演算手段
３５，４５，５４，６５，７５ 事故判定手段
４２ 自回線逆相電流ベクトル差検出手段
５１，６２，７２ 零相電圧検出手段
５２ 距離整定演算手段
６１ 零相電流検出手段
６３，７３ 地絡方向判別手段
７１ 零相電流ベクトル差検出手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送電線を種々の事故から保護する保護継電装置として種々のものが用いられている。その一つとして、たとえば高抵抗接地系統内の設備に地絡事故が発生した時、その事故点を切離して保護する地絡方向継電装置が知られている。図１０は、そのような周知の地絡方向継電装置（以下、地絡方向リレーという）を示すものである。
【０００３】
図１０に示す電力系統においては、電源１０Ａを有する電気所Ａから遮断器（ＣＢ）１１Ａを介して送電線１２Ａが導出されて電気所Ｂに至り、電気所ＢからＣＢ１１Ｂを介してさらに送電線１２Ｂが次の電気所に向って延びている。
【０００４】
電気所Ａ端において変流器（ＣＴ）１３Ａにより自回線電流が検出され、送電線１２Ａ側で計器用変圧器（ＰＴ）１４Ａにより自回線系統電圧が検出される。これらの検出電流および検出電圧は保護継電装置１５Ａに含まれる地絡方向判定手段１６Ａに導入され、この判定手段１６Ａの動作出力がＣＢ１１Ａに対し開放指令として送出される。電気所Ｂにも電気所Ａと同様にＣＴ１３Ｂ、ＰＴ１４Ｂおよび保護継電装置１５Ｂが設けられている。
【０００５】
いま、電気所Ａに着目し、電力系統における送電線１２Ａの事故点Ｆに地絡事故が発生したとすると、ＣＴ１３ＡおよびＰＴ１４Ａを介して検出された自回線の系統電流および自端の系統電圧を保護継電装置１５Ａに取込み、各取込みデータに基づいて零相電流Ｉｏ および零相電圧Ｖｏ を検出し、その零相電流Ｉｏ および零相電圧Ｖｏ に基づいて地絡方向判定手段１６Ａが図１１のベクトル図に基づいて地絡事故の方向を判定し、判定された地絡事故が予め設定された方向に位置するとき遮断器１１Ａを開放して地絡点Ｆを切離す。
【０００６】
図１１に示すベクトル図において、地絡方向判定手段１６Ａは検出した零相電圧Ｖｏ および零相電流Ｉｏ の位相差θを加味し、零相電圧Ｖｏ を基準ベクトルとして零相電流Ｉｏ のベクトルが判定線Ｐを超えた領域すなわち斜線で示した動作域に入ると、事故と判定し動作出力を発する。
【０００７】
しかしながら、この方式では、地絡事故の方向を判定することはできるが、継電装置設置点（変流器設置点）から事故点Ｆまでの距離を知ることはできない。このため、電力系統に地絡事故が発生したとき、設備の停止を必要最小限の範囲内に抑えるために、電源端により近い電気所に設置されている地絡方向リレーの動作時間がより長く、電源端からより遠い電気所に設置されている地絡方向リレーの動作時間がより短くなるような時間協調をとっている。このため、電源端に近い地点の事故ほど、事故の除去が遅れるということを許容する必要があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、高抵抗接地系統の送電線に対し従来の地絡方向リレーを用いた地絡保護継電装置では、電源端に近い電気所における地絡事故の検出が遅れるという問題があった。とくに高抵抗接地系統では、地絡事故電流が常時の負荷電流に比較して小さく、事故電流を高精度に検出し、地絡方向リレーにより事故区間識別をすることは困難である。
【０００９】
したがって本発明は、常時の負荷電流の影響を受けにくく、かつより広範囲の地絡事故をより迅速に検出し事故区間識別の可能な地絡距離継電装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置において、自端の系統電圧を検出する電圧検出手段と、自回線の電流および零相電流を検出する電流検出手段と、自回線の逆相電流を検出する逆相電流検出手段と、前記電流検出手段によって検出された自回線の電流および零相電流、前記逆相電流検出手段によって検出された逆相電流、並びに前記電圧検出手段によって検出された自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を演算する地絡事故点演算手段と、前記地絡事故点演算手段によって算出された事故点までの距離が所定の範囲内にあることを条件として前記遮断器に開放指令を送出する事故判定手段と、を備えており、Ｖ ａ を前記自端の系統電圧 、Ｉ ｐ を前記自回線の電流 、Ｉ ０ を前記自回線の零相電流 、Ｉ ｎ を前記自回線の逆相電流、Ｉ n * をＩ n の共役複素数、Ｋを零相補償係数、ｅ j φ を送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）、Ｉ m を虚数分とした場合に、前記地絡事故点演算手段は、下式（１）により求まるリアクタンスＸを前記事故点までの距離として演算するものである、ことを特徴とする。
Ｘ＝Ｙ／Ｚ ・・・ （１）
【数２】
同様に請求項２の発明は、高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置において、自端の系統電圧を検出する電圧検出手段と、自回線の電流および零相電流を検出する電流検出手段と、自回線の事故前の逆相電流と事故中の逆相電流の差を検出する電流差検出手段と、前記電流検出手段によって検出された自回線の電流および零相電流、前記電流差検出手段によって検出された逆相電流の差、並びに前記電圧検出手段によって検出された自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を演算する地絡事故点演算手段と、前記地絡事故点演算手段によって算出された事故点までの距離が所定の範囲内にあることを条件として前記遮断器に開放指令を送出する事故判定手段と、を備えており、Ｖ ａ を前記自端の系統電圧 、Ｉ ｐ を前記自回線の電流 、Ｉ ０ を前記自回線の零相電流 、Ｉ ｎＬ を前記自回線の事故前の逆相電流、Ｉ ｎＦ を前記事故中の逆相電流、ΔＩ ｎ をＩ ｎＬ とＩ ｎＦ との差、ΔＩ n * をΔＩ n の共役複素数、Ｋを零相補償係数、ｅ j φ を送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）、Ｉ m を虚数分とした場合に、前記電流差検出手段は、下式（２）に基づき前記差ΔＩ ｎ の検出を行うものであり、前記地絡事故点演算手段は、下式（３）により求まるリアクタンスＸを前記事故点までの距離として演算するものである、ことを特徴とする。
ΔＩ n ＝Ｉ nF −Ｉ nL ・・・ （２）
Ｘ＝Ｙ／Ｚ ・・・ （３）
ただし、Ｙ＝Ｉ m ｛（Ｖ a ・ΔＩ n * ）｝
Ｚ＝Ｉ m ｛ｅ j φ （Ｉ p ＋Ｋ・Ｉ o ）・ΔＩ n * ｝
【００１２】
請求項３の発明は、請求項１または２記載の地絡距離継電装置において、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、零相電圧検出手段によって検出された自端の零相電圧に応じて事故判定手段における距離整定値を変更する距離整定演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００１３】
請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の地絡距離継電装置において、自回線の零相電流を検出する零相電流検出手段と、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、零相電流検出手段によって検出された自回線の零相電流および零相電圧検出手段によって検出された自端の零相電圧との位相関係に基づいて地絡事故の方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、事故判定手段が地絡方向判別手段によって判別された地絡事故の方向を加味して開放指令送出条件を決定することを特徴とする。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の地絡距離継電装置において、自回線の事故前の零相電流と事故中の零相電流の差を検出する電流差検出手段と、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、電流差検出手段によって検出された零相電流の差および零相電圧検出手段によって検出された零相電圧の位相関係に基づいて地絡事故の方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、事故判定手段が地絡方向判別手段によって判別された地絡事故の方向を加味して開放指令送出条件を決定することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
まず図２を参照して本発明を概説する。本発明に係る保護継電装置は送電線の保護のみならず母線分離や変圧器保護のためにも用いることができるが、ここでは送電線の保護のために用いる場合の実施の形態について説明する。
【００１６】
図２において、電気所Ａから遮断器（ＣＢ）２１を介して送電線２２が導出され、送電線２２の他端は電気所Ｂに接続されている。遮断器２１の電気所Ａ側で変流器（ＣＴ）２３により自回線電流が検出され、送電線２２側で計器用変圧器（ＰＴ）２４により自回線系統電圧が検出される。これらの検出電流および検出電圧は保護継電装置２５に含まれる地絡距離継電装置（以下、地絡距離リレーという）２６に導入され、このリレー２６の動作出力が開放指令としてＣＢ２１に送出される。
【００１７】
図１は本発明による請求項１の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー３０においては、ＣＴ２３の出力電流に基づき、自回線電流検出手段３１により自回線の電流Ｉｐ および零相電流Ｉｏ が検出され、自回線逆相電流検出手段３２により自回線の逆相電流Ｉｎ が検出される。またＰＴ２４の出力電圧に基づき電圧検出手段３３により自端の相電圧Ｖａ が検出される。これらの各検出出力に基づき地絡事故点演算手段３４により、逆相電流Ｉｎ を極性量として、次の演算式により、リレー３０の設置点から事故点までの距離に対応するリアクタンスＸを求める。なお、演算式は理論的な説明のため便宜的に示しているものである。
【００１８】
Ｘ＝Ｙ／Ｚ …（１）
【００１９】
【数３】
Ｉn * ： Ｉn の共役複素数
Ｋ ： 零相補償係数
ｅj φ：送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）
このリアクタンスＸの値が、Ｘ1 を整定値として、Ｘ≦Ｘ1 の範囲内であるか否かを事故判定手段３５が判断し、Ｘ≦Ｘ1 であれば内部事故であると判定し、ＣＢ２１に対し開放指令を送出する。
【００２０】
図１の実施の形態によれば、リアクタンスＸを用いて地絡距離を求めることにより、常時の負荷電流の影響を受けにくく、かつ、電源端に近い電気所の地絡事故をより迅速に検出することができる。
【００２１】
図３は本発明による請求項２の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー４０における自回線電流検出手段４１および電圧検出手段４３は図１のリレー３０における検出手段３１および３３と同一であって、それぞれ自回線の相電流Ｉp および零相電流Ｉo 並びに自端の相電圧Ｖa を検出する。図３の装置の特徴は検出手段４２および地絡事故点演算手段４４にある。検出手段４２は自回線逆相電流のベクトル差を検出するベクトル差検出手段であって、図４に示すベクトル図に従い自回線の事故前の逆相電流ＩnLと事故中の逆相電流ＩnFとに基づいて次の演算式によりベクトル差ΔＩn を算出する。なお、ここでは便宜上、ベクトルの意味の「ドット」符号の表示を省略している。
ΔＩn ＝ＩnF−ＩnL …（２）
これらの各検出出力に基づき地絡事故点演算手段４４により、逆相電流ベクトル差ΔＩn を極性量として、次の演算式により、リレー４０の設置点から事故点までの距離に対応する正相リアクタンスＸを求める。
Ｘ＝Ｙ／Ｚ …（３）
ただし、Ｙ＝Ｉm ｛（Ｖa ・ΔＩn * ）｝
Ｚ＝Ｉm ｛ｅj φ（Ｉp ＋Ｋ・Ｉo ）・ΔＩn * ｝
Ｉm ： 虚数分
Ｋ ： 零相補償係数
ΔＩ n * ：ΔＩ n の共役複素数
Ｋ ： 零相補償係数
ｅj φ：送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）
この正相リアクタンスＸの値が、図１の場合と同様に、Ｘ1 を整定値として、Ｘ≦Ｘ1 の範囲内であるか否かを事故判定手段４５が判断し、Ｘ≦Ｘ1 であれば内部事故であると判定し、ＣＢ２１に対し開放指令を送出する。この実施の形態の方式は、常時の逆相電流Ｉn が大きい系統に適している。なお、事故中の逆相電流ＩnFと事故前の逆相電流ＩnLの位相がほぼ等しいときは、ベクトル差検出手段４２においてベクトル差の代わりにスカラー差を算出してもほぼ同一結果が得られることは明らかである。
【００２２】
この実施の形態によっても、図１のそれと同様に、常時の負荷電流の影響を受けにくく、かつ、より広範囲の地絡事故をより迅速に検出することができる。
【００２３】
図５は本発明による請求項３の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー５０には零相電圧検出手段５１、距離整定演算手段５２、地絡事故点演算手段５３および事故判定手段５４が設けられている。零相電圧検出手段５１は自端のＰＴ２４の出力電圧に基づいて自端の零相電圧Ｖｏ を検出する。距離整定演算手段５２は、検出手段５１によって検出された零相電圧Ｖｏ に応じて距離整定値を変化させるものであって、零相電圧Ｖｏ が低いとき、すなわち事故点抵抗が大きいときは、線路降下分電圧が正確に求められないため距離リレーのオーバーリーチによる不要遮断の事態が考えられるため、それを回避すべく距離整定値を小さくする。そのためのアルゴリズムは例えば、Ｋを係数として
【００２４】
地絡事故点演算手段５３は、図１の要素３１〜３４からなる距離演算手段または図３の要素４１〜４４からなる距離演算手段と同一構成のものでよい。事故判定手段５４は地絡事故点演算手段５３の算出結果が距離整定演算手段５２によって求められた整定値の範囲内であれば内部事故であると判定する。
【００２５】
したがって、零相電圧の大きさに応じて距離整定値を調整するため、事故点抵抗の大きな事故であっても測距誤差による不要遮断を防止し、信頼性の高い地絡距離リレーを実現することができる。
【００２６】
図６は本発明による請求項４の実施の形態を示すものである。この地絡距離リレー６０においても地絡事故点までの距離を算出する地絡事故点演算手段は、図５の実施の形態と同様に図１または図３の距離演算手段により構成可能である。ここでは背後事故での誤動作を防止するために事故の方向を判別する手段を備えた点に特徴がある。すなわち、図６の実施の形態では、図５における地絡事故点演算手段５３と同様の地絡事故点演算手段６４を設けるとともに、零相電流検出手段６１、零相電圧検出手段６２および地絡方向判別手段６３を設けている。零相電流検出手段６１はＣＴ２３の出力に基づいてリレー設置点の零相電流を検出し、零相電圧検出手段６２はＰＴ２４の出力に基づいて自端の零相電圧を検出する。そして地絡方向判別手段６３は零相電流検出手段６１および零相電圧検出手段６２によって検出された零相電流および零相電圧の位相関係に基づいて地絡方向を判別するものであって、その判別原理は図１１のベクトル図を参照してすでに説明したものと同様でよい。
【００２７】
地絡事故点演算手段６４は事故点までの距離が整定値以内にあることを判別するもので、その原理は図１または図３を参照して説明した地絡事故点演算手段と同様でよい。事故判定手段６５は地絡方向判別手段６３および地絡事故点演算手段６４がいずれも動作出力を発生しているときに内部事故と判定し、遮断器２１（図２）に開放指令を送出する。
【００２８】
図７は本発明による請求項５の実施の形態を示すものである。この実施の形態における地絡距離リレー７０も図６の場合と同様に地絡方向判別に特徴を有するものである。この実施の形態においては、図６のものと同様の地絡事故点演算手段７４、零相電圧検出手段７２、地絡方向判別手段７３および事故判定手段７５を設けるとともに、零相電流ベクトル差検出手段７１を設けた点に特徴がある。
【００２９】
零相電流ベクトル差検出手段７１は、図８に示すように、ＣＴ２３の出力に基づいてリレー設置点の事故中の零相電流ＩｏＦと事故前の零相電流ＩｏＬとのベクトル差ΔＩｏ ＝ＩｏＦ−ＩｏＬを検出するものである。なお、ここでも図４の説明の場合と同様に、ベクトルの意味の「ドット」符号の表示を省略している。地絡方向判別手段７３は、図９から分かるように、零相電流ベクトル差検出手段７１によって検出された零相電流ベクトル差ΔＩｏ と、零相電圧検出手段７２によって検出された自端の零相電圧Ｖｏ との間の位相関係から事故の方向を判別する。地絡事故点演算手段７４の機能は図６における地絡事故点演算手段６４と同等である。事故判定手段７５は、地絡方向判別手段７３および地絡事故点演算手段７４がいずれも動作出力を発しているときに内部事故と判定し、遮断器２１に開放指令を送出する。
【００３０】
なお、零相電流ベクトル差検出手段７１は事故前および事故中の零相電流のベクトル差を検出するものであるが、両者の位相差θがゼロまたはそれに近い場合は、ベクトル差の代わりにスカラー差をとってもよいことは明らかである。その場合、ベクトル差検出の代わりに算術差検出となる。
【００３１】
したがって、図６，図７の実施の形態によれば、方向判定を測距演算による距離判定と組合せることにより、背後事故で誤動作することがない信頼性の高い地絡距離リレーを実現することができる。
【００３２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、自回線の電流および零相電流、逆相電流または事故前と事故中の逆相電流の差、並びに自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を所定の演算式を用いて演算するようにしたので、常時の負荷電流に比べ事故電流の小さい場合であっても、事故点の測距演算を高精度に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１による地絡距離継電装置のブロック図。
【図２】本発明による地絡距離継電装置を概略的に示すブロック図。
【図３】本発明の請求項２による地絡距離継電装置のブロック図。
【図４】図３の装置における逆相電流のベクトル図。
【図５】本発明の請求項３による地絡距離継電装置のブロック図。
【図６】本発明の請求項４による地絡距離継電装置のブロック図。
【図７】本発明の請求項５による地絡距離継電装置のブロック図。
【図８】図７の装置における零相電流のベクトル図。
【図９】図７の装置における地絡方向判別手段の原理を説明するための図。
【図１０】従来技術による地絡方向継電装置の機能を説明するための図。
【図１１】図１０の装置における地絡方向継電装置の原理を説明するための図。
【符号の説明】
２１ 遮断器
２２ 送電線
２３ 変流器（ＣＴ）
２４ 計器用変圧器（ＰＴ）
２５ 保護継電装置
２６，３０，４０，５０，６０，７０ 地絡距離継電装置（地絡距離リレー）
３１，４１ 自回線電流検出手段
３２ 自回線逆相電流検出手段
３３，４３ 電圧検出手段
３４，４４，５３，６４，７４ 地絡事故点演算手段
３５，４５，５４，６５，７５ 事故判定手段
４２ 自回線逆相電流ベクトル差検出手段
５１，６２，７２ 零相電圧検出手段
５２ 距離整定演算手段
６１ 零相電流検出手段
６３，７３ 地絡方向判別手段
７１ 零相電流ベクトル差検出手段
Claims (5)
- 高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置において、
自端の系統電圧を検出する電圧検出手段と、
自回線の電流および零相電流を検出する電流検出手段と、
自回線の逆相電流を検出する逆相電流検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された自回線の電流および零相電流、前記逆相電流検出手段によって検出された逆相電流、並びに前記電圧検出手段によって検出された自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を演算する地絡事故点演算手段と、
前記地絡事故点演算手段によって算出された事故点までの距離が所定の範囲内にあることを条件として前記遮断器に開放指令を送出する事故判定手段と、
を備えており、
Ｖ ａ を前記自端の系統電圧 、Ｉ ｐ を前記自回線の電流 、Ｉ ０ を前記自回線の零相電流 、Ｉ ｎ を前記自回線の逆相電流、Ｉ n * をＩ n の共役複素数、Ｋを零相補償係数、ｅ j φ を送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）、Ｉ m を虚数分とした場合に、
前記地絡事故点演算手段は、下式（１）により求まるリアクタンスＸを前記事故点までの距離として演算するものである、
ことを特徴とする高抵抗接地系統の地絡距離継電装置。
Ｘ＝Ｙ／Ｚ ・・・ （１）
- 高抵抗接地系統の送電線の地絡事故を検出し事故区間を切離す遮断器に開放指令を送出する保護継電装置において、
自端の系統電圧を検出する電圧検出手段と、
自回線の電流および零相電流を検出する電流検出手段と、
自回線の事故前の逆相電流と事故中の逆相電流の差を検出する電流差検出手段と、
前記電流検出手段によって検出された自回線の電流および零相電流、前記電流差検出手段によって検出された逆相電流の差、並びに前記電圧検出手段によって検出された自端の系統電圧に基づき、事故点までの距離を演算する地絡事故点演算手段と、
前記地絡事故点演算手段によって算出された事故点までの距離が所定の範囲内にあることを条件として前記遮断器に開放指令を送出する事故判定手段と、
を備えており、
Ｖ ａ を前記自端の系統電圧 、Ｉ ｐ を前記自回線の電流 、Ｉ ０ を前記自回線の零相電流 、Ｉ ｎＬ を前記自回線の事故前の逆相電流、Ｉ ｎＦ を前記事故中の逆相電流、ΔＩ ｎ をＩ ｎＬ とＩ ｎＦ との差、ΔＩ n * をΔＩ n の共役複素数、Ｋを零相補償係数、ｅ j φ を送電線インピーダンスと同方向の基準ベクトル（整定値）、Ｉ m を虚数分とした場合に、
前記電流差検出手段は、下式（２）に基づき前記差ΔＩ ｎ の検出を行うものであり、
前記地絡事故点演算手段は、下式（３）により求まるリアクタンスＸを前記事故点までの距離として演算するものである、
ことを特徴とする高抵抗接地系統の地絡距離継電装置。
ΔＩ n ＝Ｉ nF −Ｉ nL ・・・ （２）
Ｘ＝Ｙ／Ｚ ・・・ （３）
ただし、Ｙ＝Ｉ m ｛（Ｖ a ・ΔＩ n * ）｝
Ｚ＝Ｉ m ｛ｅ j φ （Ｉ p ＋Ｋ・Ｉ o ）・ΔＩ n * ｝ - 自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、前記零相電圧検出手段によって検出された自端の零相電圧に応じて前記事故判定手段における距離整定値を変更する距離整定演算手段とを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の高抵抗接地系統の地絡距離継電装置。
- 自回線の零相電流を検出する零相電流検出手段と、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、前記零相電流検出手段によって検出された自回線の零相電流および前記零相電圧検出手段によって検出された自端の零相電圧との位相関係に基づいて地絡事故の方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、前記事故判定手段が前記地絡方向判別手段によって判別された地絡事故の方向を加味して開放指令送出条件を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高抵抗接地系統の地絡距離継電装置。
- 自回線の事故前の零相電流と事故中の零相電流の差を検出する電流差検出手段と、自端の零相電圧を検出する零相電圧検出手段と、前記電流差検出手段によって検出された零相電流の差および前記零相電圧検出手段によって検出された零相電圧の位相関係に基づいて地絡事故の方向を判別する地絡方向判別手段とを備え、前記事故判定手段が前記地絡方向判別手段によって判別された地絡事故の方向を加味して開放指令送出条件を決定することを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の高抵抗接地系統の地絡距離継電装置。
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| JP01122296A JP3560297B2 (ja) | 1996-01-25 | 1996-01-25 | 地絡距離継電装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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