JP3628143B2 - 地絡距離継電器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗接地系統に適用するディジタル形の地絡距離継電器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高抵抗接地系統における送電線の地絡事故検出には地絡方向継電器が用いられていた。しかし、この地絡方向継電器は方向判別のみを主目的としているため、事故区間の識別は時限協調によって行なわざるを得なかった。このため、電源端子事故ではしゃ断遅延となること、零相循環電流が存在するような系統では方向判別を誤る恐れがあること等の問題があった。また、近年の電力系統の構成の複雑化、多様化に伴い時限のみでは他装置との協調をとりづらく保護機能上必ずしも十分とは言えない状況になっている。
【０００３】
このような状況下では、地絡保護についても事故区間識別能力を有する距離継電方式を適用することが望まれる。距離継電方式は周知のとおり、継電器設置点から事故点までの距離を測定することから事故区間識別能力が高く、前述のように電力系統の構成にあまり左右されずに高速化が図られ、しかも自回線及び隣回線の零相電流補償を実施すれば零相循環電流の影響を受けずに安定した事故検出が可能となる。
【０００４】
しかるに、高抵抗接地系に地絡距離継電器を適用するには、次のａ，ｂ項の対策を講じる必要がある。
ａ．電力系統周辺への誘導障害の問題上、対地電流を抑制するために事故電流が負荷電流より小さい場合があり、距離測定値精度（以下、距離測定を測距と略記し、これを測距値精度とも言う）は負荷電流による事故前後の電流位相の変化に影響を受ける。このため、負荷電流成分を除去する必要がある。
ｂ．継電器設置端子で入力した電気量で測距演算をするため、例えば、図１１に示したような系統事故、すなわち、継電器ＲＹから見て距離Ｘの点で事故が発生した場合、継電器に入力される電圧をＶ_ａ 、電流をＩ_ａ とし、事故点の電圧をＶ_Ｆ 、線路降下電圧をＶ_Ｌ とすると、
Ｖ_ａ ＝Ｖ_Ｌ ＋Ｖ_Ｆ …（１）
の関係が成立するので、インピーダンスとして計算される距離Ｘは次式で表される。
【０００５】
【数１】

この（２）式において、第１項が真値であり、第２項が誤差分となり、事故点電圧Ｖ_Ｆ が測距誤差の要因になっている。高抵抗接地系における事故点電圧Ｖ_Ｆ を線路降下電圧Ｖ_Ｌ と比較するとＶ_Ｆ ＞Ｖ_Ｌ の関係にあることが、例えば、文献「保護継電技術」（昭和５４年．東京電気大学出版局発行、第８章、電力系統の中性点方式）に記載されている。従って、事故点電圧Ｖ_Ｆ の影響をできるだけ受けないようにする必要がある。
しかして、高抵抗接地系へ地絡距離継電器を適用するに当たって、負荷電流及び事故点抵抗の影響を受け難い測距演算をする必要がある。
【０００６】
因みに、事故点電圧を消去する方式として、特公昭５８−２９４７１号公報に開示されたように、事故電流と同位相となる極性量を選択することによって除去できることは知られており、この極性量にはα回路（α・β・Ｏ法によるα変換量）の事故前後の電流変化分を用いるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
極性量に事故前後の電流変化分を使用することによって、前述の負荷電流の影響を除去できるが、距離継電器に単なる変化分電流を適用すると次のＡ，Ｂ，Ｃ項の問題がでてくる。
Ａ．事故継続中に変化分量が零になると安定した極性量が得られなくなり、測距演算誤差を生じてしまう。
Ｂ．周波数変動を伴う事故の場合には、変化分電流に誤差を生じ、極性量が不安定となって、正しく測距できない。
Ｃ．進展あるいは追いかけ事故等では極性量自身の位相が変化するため、正確な動作判定を期待することができない。
このため、距離継電器における極性量は、事故前後の電流変化分によらない方法で負荷電流成分を除去する必要性があった。
【０００８】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、高抵抗接地系に適用するに当たり、負荷電流及び事故点抵抗の影響を受けにくい測距演算を行うことにより、測距性能を向上させて安定動作が期待できる信頼性の高い地絡距離継電器を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る地絡事故継電器は、電力系統の電圧及び電流を導入し、送電線に発生した地絡事故を検出すると共に、事故点までの距離を演算するに当たり、第１の手段が逆相電流を算出する一方、第２の手段が地絡事故相を検出すると、第３の手段が地絡事故によっても大きさ及び位相が変化しない基準電圧と第１の手段によって算出された逆相電流との位相差を、地絡事故が検出される前後に亘って算出し、少なくとも地絡事故が検出される以前の逆相電流及び位相差を保持するようにし、さらに、第４の手段が地絡事故後の逆相電流、地絡事故発生前の逆相電流及び位相差、並びに地絡事故発生後の位相差に基づいて、負荷電流及び事故点抵抗に起因する逆相電流の位相変化分を算出し、この位相変化分により地絡事故後の逆相電流を移相して極性量とするもので、この極性量に基づいて事故点までの距離を演算することにより負荷電流及び事故点抵抗の影響を受け難い測距演算を可能にしている。
【００１０】
第３の手段の具体的構成として、基準電圧と逆相電流との外積値及び内積値を算出する位相差算出手段と、算出された外積値及び内積値に基づき逆相電流の基準電圧に対する位相差を演算し、地絡事故検出時刻よりも所定時間だけ前の逆相電流及び位相差を保持する事故前位相差保持手段と、算出された外積値及び内積値に基づき、地絡事故検出時刻より後における逆相電流の基準電圧に対する位相差を算出する事故後位相差算出手段とを含むようにする。
【００１１】
また、第４の手段の具体的構成として、地絡事故後の逆相電流、事故前位相差保持手段に保持された地絡事故前の逆相電流及び位相差、並びに事故後位相差算出手段によって算出された地絡事故後の位相差に基づき、負荷電流及び事故点抵抗に起因する逆相電流の位相変化分を算出する事故前後の位相差算出手段と、算出された位相変化分に従って、地絡事故後の逆相電流を移相して極性量とする移相演算手段とを含むようにする。
【００１２】
さらに、地絡事故によっても大きさ及び位相が変化しない基準電圧としては、地絡事故相に対する健全相の線間電圧を用いたり、あるいは、正相電圧を用いたりすることができるので、これらの機能を第２の手段に持たせ、それぞれ基準電圧として第３の手段に加えるようにしている。
【００１３】
第３の手段が基準電圧に対する逆相電流の位相差を求めたり、第４の手段が負荷電流及び事故点抵抗に起因する逆相電流の位相変化分を求めるに際して、正接関数値から逆正接関数値を求める演算を余儀無くされるが、この演算を行う代わりに、正接関数値とこれに対応する逆正接関数値とをテーブルとして記憶させた記憶手段を設け、この記憶手段を参照することによって、処理の負担を軽減することができる。
【００１４】
ところで、事故点までの距離を演算する場合の極性量としては上述した逆相電流に限定されるものではなく、零相電流を採用することもできる。そこで、もう一つの発明は、この零相電流を用いて上述したと全く同様な演算を実行するように構成したもので、これによっても、負荷電流及び事故点抵抗の影響を受け難い測距演算が可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図で、特に、マイクロプロセッサ等に持たせた機能をブロックに示したものである。図１において、図示省略の電流検出器及びＡーＤ変換器を介して得られる、ディジタル化された三相交流電流の検出値（以下、単に電流とも言う）ｉが逆相電流算出手段１１に加えられ、同じく、図示省略の電圧検出器及びＡーＤ変換器を介して得られる、ディジタル化された三相交流電圧の検出値（以下、単に電圧とも言う）ｖが事故相検出手段１２及び位相差算出手段１３に加えられる。逆相電流算出手段１１は電流ｉに基づき測距演算に用いる極性量として逆相電流Ｉ_２ を算出して位相差算出手段１３、事故前後の位相差算出手段１６及び移相演算手段１７に加える。
【００１６】
事故相検出手段１２は電圧ｖに基づき各相電圧の合成値を求め、その振幅値が基準値を超えたとき地絡事故発生と判定し、そのタイミング信号を測距演算の起動信号として事故前位相差保持手段１４に加える一方、事故相を判定し、健全な相の線間電圧（一般に、健全相直角電圧と言う）を選択して基準電圧Ｖ_ｐ を位相差算出手段１３に加えるものである。位相差算出手段１３はこれに加えられる電圧ｖ、逆相電流Ｉ_２ 及び基準電圧Ｖ_ｐ を用いて逆相電流Ｉ_２ と基準電圧Ｖ_ｐ の内積Ｉ_２ ＊Ｖ_ｐｃｏｓ及び外積Ｉ_２ ＊Ｖ_ｐｓｉｎを演算して事故前位相差保持手段１４及び事故後位相差算出手段１５に加えるものである。
【００１７】
事故前位相差保持手段１４はその内部にメモリを含み、逆相電流Ｉ_２ と基準電圧Ｖ_ｐ との外積と内積との比を用いて基準電圧に対する逆相電流Ｉ_２ の位相を演算して順次記憶し、これに加えられる起動信号を基準にして数サイクル遡った時点、すなわち、事故前の逆相電流Ｉ_２Ｌ及びその位相φ_２Ｌを出力して事故前後の位相差算出手段１６に加える。一方、事故後位相差算出手段１５は逆相電流Ｉ_２ と基準電圧Ｖ_ｐ の外積と内積との比を用いて基準電圧に対する逆相電流Ｉ_２ の位相φ_２Ｆを演算して事故前後の位相差算出手段１６に加える。事故前後の位相差算出手段１６は、これに加えられる事故前後の逆相電流Ｉ_２Ｌ、Ｉ_２Ｆ及びその位相差φ_２Ｌ及びφ_２Ｆを用いて負荷の逆相成分によって生じる極性量の位相ずれθを算出して移相演算手段１７に加えるものである。また、移相演算手段１７は位相ずれθを用いて逆相電流の移相演算を実行して有効成分のみの極性量Ｉ_２ｍ′を求めるものであり、ここで求められた極性量Ｉ_２ｍ′に従って測距演算手段１８が周知の距離測定演算を実行する構成になっている。
【００１８】
上記のように構成された本実施形態の詳細な動作について、図２乃至図６をも参照して以下に説明する。
逆相電流算出手段１１はこれに加えられた電流ｉをもとに測距演算に用いる極性量として逆相電流Ｉ_２ を算出する。極性量の考え方は前述の特公昭５８−２９４７１号公報に基本原理が詳しく記載されているので詳述は避けるが、本実施形態では逆相電流Ｉ_２ を極性量としている。
以下に、逆相電流Ｉ_２ の位相と事故電流Ｉ_Ｆ の位相との関係について説明する。
図２に示した如く、Ａ端の電源Ｅ_Ａ とＢ端の電源Ｅ_Ｂ との間に地絡事故が発生し、事故点の電圧、すなわち、事故電圧をＶ_{α Ｆ} 、Ａ，Ｂ端から事故点を見たインピータンスをＺ_Ａ 、Ｚ_Ｂ 、α回路におけるＡ，Ｂ端子から事故点に流れる電流をＩ_{α Ａ} 、Ｉ_{α Ｂ} とした場合、次の（３）〜（５）式が成立する。
【００１９】
【数２】

ただし
Ｉ_{α Ａ} ，Ｉ_{α Ｂ} ：α回路におけるＡ，Ｂ端子からの電流（大地へは流れない）
Ｚ_Ａ ，Ｚ_Ｂ ：α回路の事故点より見たＡ，Ｂ端側のインピーダンス
Ｉβ ：β回路電流（事故相、大地へは流れない）
である。そこで、（５）式を変形すると次式が得られる。
Ｅ_Ａ −Ｅ_Ｂ ＝Ｉ_{α Ａ} ・Ｚ_Ａ −Ｉ_{α Ｂ} ・Ｚ_Ｂ …（６）
この（６）式を（４）式に代入すると次式が得られる。
【００２０】
【数３】

従って、逆相電流Ｉ_２ であるＩ_{α Ａ} −ｊＩβは（７）式を用いて次式により演算できる。
【００２１】
【数４】

この場合、インピータンスＺ_Ａ 、Ｚ_Ｂ 及びＺ_Ａ ＋Ｚ_Ｂ は図３に示す関係にあり、インピーダンスＺ_Ａ ＋Ｚ_Ｂ の抵抗角をφ_ＡＢ、インピータンスＺ_Ｂ の抵抗角をφ_Ｂ とすれば、逆相電流Ｉ_２ と事故電流Ｉ_Ｆ との位相差はφ_ＡＢ−φ_Ｂ となる。しかるに、Ａ，Ｂ端ともに電源であればインピータンスＺ_Ａ ，Ｚ_Ｂ の抵抗角φ_Ａ ，φ_Ｂ はほぼ等しく、又、Ｂ端子が負荷であれば抵抗角に差を生じるが、この場合でもＺ_Ｂ ＞＞Ｚ_Ａ であるので、位相差φ_ＡＢ−φ_Ｂ は小さい。
【００２２】
以上の理由から、逆相電流Ｉ_２ を用いることによって位相が事故電流Ｉ_Ｆ に近似した極性量、すなわち、事故点電圧Ｖ_Ｆ を消去できる極性量が得られる。
ここで、常時の負荷に含まれる逆相電流の影響について説明する。（８）式から負荷成分を考慮した場合には下記（９）式に書き換えられる。
【００２３】
【数５】

この（９）式中のＩ_２Ｌは負荷に含まれる逆相電流であり、逆相電流Ｉ_２ は事故電流Ｉ_Ｆ と逆相電流Ｉ_２Ｌの大きさに関係する。この傾向は、図４に示すように、Ｉ_２Ｌ＝０の場合の事故電流Ｉ_Ｆ と逆相電流Ｉ_２ の位相差をφとし、逆相電流Ｉ_２Ｌの大きさにより生じる逆相電流Ｉ_２ の位相のずれをδとすると、負荷に含まれる逆相電流Ｉ_２Ｌの影響により位相差φがφ±δに変化することになる。すなわち、事故電流Ｉ_Ｆ とほぼ同位相となる逆相電流Ｉ_２ が、負荷電流に含まれる逆相電流Ｉ_２Ｌの位相変化の影響を受けると測距値誤差の要因となる。
【００２４】
本実施形態では、この位相変化分δを次のようにして消去する。すなわち、事故相検出手段１２は、これに加えられた電圧ｖから各相電圧の合成値Ｖ_ａｍ＋Ｖ_ｂｍ＋Ｖ_ｃｍより零相電圧の振幅値｜Ｖ_０ｍ｜を求め、続いて、感度値Ｖ_ｋｓｅｔとの大小比較を行い、｜Ｖ_０ｍ｜＞Ｖ_ｋｓｅｔと判断すれば動作となる、いわゆる、地絡過電圧継電器の機能を備えており、その動作タイミングを後述の地絡事故発生の起動条件としている。さらに、事故相検出手段１２はこの地絡過電圧継電器が動作した時に限り、各相電圧の振幅値からその最小値｜Ｖ_ｍｉｎ ｜を判定して事故相を検出し、健全相の線間電圧を選択し、これを基準電圧Ｖ_ｐ として出力するる。
【００２５】
位相差算出手段１３は、逆相電流算出手段１１で得られた逆相電流Ｉ_２ と、事故相検出手段１２で選択された基準電圧Ｖ_ｐ との位相差を演算するために、それぞれ外積値Ｉ_２ ＊Ｖ_ｐｓｉｎ、内積値Ｉ_２ ＊Ｖ_ｐｃｏｓを算出している。この場合、基準電圧Ｖ_ｐ は、事故相、大地には無関係であるため、事故前後で位相差を生じることはなく、位相差算出の基準量として有効である。従来より、地絡距離継電器の方向判別においても事故相電圧より９０度進んだ健全相直角電圧を用いていることは良く知られており、例えば、文献「保護継電工学」（平成２年、電気学会発行、第５版、第１２４頁）にも記載されたとおりである。
【００２６】
図５は、ａ相事故時における健全相直角電圧Ｖ_ｂｃと、事故前後の逆相電流Ｉ_２ との位相の関係を示すベクトル図である。いま、健全相直角電圧Ｖ_ｂｃを基準ベクトルとし、事故前後の逆相電流をそれぞれＩ_２Ｌ，Ｉ_２Ｆとすれば、事故前の逆相電流Ｉ_２Ｌの位相角φ_２Ｌは下記（１０）式により、事故後の逆相電流Ｉ_２Ｆの位相角φ２Ｆは下記（１１）式によってそれぞれ算出できる。
【００２７】
【数６】

そこで、事故前位相差保持手段１４は、事故相検出手段１２で事故判定した時刻ｔ_Ｆ をもとに、事故検出までの動作遅延時間及びマージン等を考慮し、例えば、３サイクル前の逆相電流Ｉ_２Ｌ（逆相電流算出手段１１で検出）及び位相差量Ｉ_２Ｌ・Ｖ_{β ｓｉｎ} ，Ｉ_２Ｌ・Ｖ_{β ｃｏｓ} から（１０）式で事故前位相差φ_２Ｌを求め、Ｉ_２Ｌ及びφ_２Ｌを保持する。同様にして、事故後位相差算出手段１５は、事故判定した時刻ｔ_Ｆ 以降の事故後に得られた逆相電流Ｉ_２Ｆ（逆相電流算出手段１１で検出）及び位相差量Ｉ_２Ｆ・Ｖ_{β ｓｉｎ} ，Ｉ_２Ｆ・Ｖ_{β ｃｏｓ} から（１１）式で事故後位相差φ_２Ｆを求める。
事故前後の位相差算出手段１６は、負荷の逆相成分によって生じる位相ずれθを直接求めるもので、この位相ずれθは図５に示したように、事故前逆相電流Ｉ_２Ｌと事故後逆相電流Ｉ_２Ｆとの変化分Ｉ_２ （＝Ｉ_２Ｆ−Ｉ_２Ｌ）と、事故後逆相電流Ｉ_２Ｆとの位相差に相当し、次式によって算出する。
【００２８】
【数７】

すなわち、図５から明らかなように、事故後逆相電流Ｉ_２Ｆをθだけ移相すれば、逆相電流電流Ｉ_２ と同位相の成分となり、負荷電流に含まれる逆相電流Ｉ_２Ｌによる位相ずれを消去することができる。この場合、事故前の位相差量φ_２Ｌは事故前位相差保持手段１４により保持されており、常時一定の事故前の逆相電流Ｉ_２Ｌ、位相差量φ_２Ｌを基準にするので、事故が長期に亘って継続する場合、あるいは、周波数変動が生じるような事故においても正確な位相差が求められ、安定した極性量の移相演算が可能となる。
【００２９】
移相演算手段１７はこの移相演算を実行するものである。一般に、移相演算は所定の大きさのサンプリングデータを合成することによって任意の位相シフトが可能であり、例えば、図６に示すように、事故後の逆相電流Ｉ_２Ｆｍ から前述のθだけ移相した逆相電流Ｉ_２ｍ′を求めるには次の（１３）式を用いることができる。因みに、サンプリング周期を３０度としている。
Ｉ_２ｍ′＝ｋ_１ ・Ｉ_２Ｆｍ ＋ｋ_２ ・Ｉ_{２Ｆｍ−１} …（１３）
ただし、ｋ_１ ，ｋ_２ は次の（１４）式の正接関数を満足するように選ぶ。
【００３０】
【数８】

よって、（１３）式の演算により事故後の逆相電流Ｉ_２Ｆｍ に対してθだけ移相された逆相電流Ｉ_２ｍ′を得ることができ、事故電流Ｉ_Ｆ に位相が近似し、かつ、負荷電流に含まれる逆相電流Ｉ_２Ｌの影響を受けない有効成分のみの極性量が求められる。
このようにして求められた極性量Ｉ_２ｍ′に基づいて測距演算手段１８が事故点までの距離演算を実行する。なお、演算原理そのものは前述の特公昭５８−２９４７１号公報に記載されたとおりであるが、参考までに示すとその演算式は次のようになる。
【００３１】
【数９】

ただし
Ｘ ：事故点までのリアクタンス
Ｉｍ（ ）：（ ）内の虚数成分
Ｘ_ＳＥＴ ：整定値
である。
この場合、（１５）式に示した除算を行う代わりに、例えば、（１５）式の除数を両辺に乗じた次の（１６）式を用いても同様な動作を行わせることができる。
Ｉｍ（Ｖ_ａ ・Ｉ_２ｍ′）≦Ｉｍ（Ｉ_ａ ・Ｉ_２ｍ′）・Ｘ_ＳＥＴ …（１６）
なお、事故前位相差保持手段１４に保存された事故前のデータは、地絡距離継電器が不動作（動作ゾーン以遠の事故）であるか、あるいは、地絡方向継電器が不動作（背後事故）である場合にリセットされる。これにより、内部事故中は事故前データは有効となり、進展事故にも対応できる利点がある。
【００３２】
かくして、本発明の第１の実施形態によれば、高抵抗接地系の地絡距離を判別するに当たり、負荷電流及び事故点抵抗の影響を受け難い距離演算を行うことができ、測距性能を向上させて安定動作が期待できる信頼性の高い地絡距離継電器を提供することができる。
【００３３】
ところで、上記第１の実施形態では、事故前後で求めた逆相電流の位相差量から、負荷電流の影響によって生じる位相ずれを正接関数の演算により直接算出したが、この代わりに、予め正接関数値の数列とこれに対応する逆正接関数値をＲＯＭ等に設定、記憶させておき、位相差量の除算値をこの設定値に近似するところの逆正接関数値を選択することによって事故前後の位相差を求め、この位相差の分だけ移相させて負荷電流成分を消去することもできる。
【００３４】
図７はこの考えに従った第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は、正接関数値の数列とこれに対応する逆正接関数値を記憶させた記憶手段２０が図１の構成要素に付加されており、この記憶手段２０を参照して逆正接関数値を求めるべく、図１中の事故前位相差保持手段１４、事故後位相差算出手段１５及び事故前後の位相差算出手段１６の代わりに、事故前位相差選択手段２４、事故後位相差選択手段２５及び事故前後の位相差選択手段２６を備えている。図８は記憶手段２０に記憶された逆正接関数表の一部を示したものである。
【００３５】
上記のように構成された第２の実施形態の動作について、特に、図１と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。事故前位相差選択手段２４及び事故後位相差選択手段２５は事故前後の負荷電流の健全相直角電圧に対する位相差を演算するに当たり、それぞれ（１０）式及び（１１）式にて逆正接関数値を求める際に算出される除算結果が、図８に示す逆正接関数表の数列（ｔａｎ φ）内の近似するところの逆正接算数値（φ）を選択して、事故前の逆相電流Ｉ_２Ｌの位相角φ_２Ｌ、事故後の逆相電流Ｉ_２Ｆの位相角φ_２Ｆを得る。同様にして、事故前後の位相差選択手段２６は（１２）式にて逆正接関数値を求める際に算出される除算結果が、図８に示す逆正接関数表の数列（ｔａｎ φ）内の近似するところの逆正接算数値（φ）を選択して直接位相差θを求める。
【００３６】
よって、第２の実施形態によれば、正接関数値とこれに対応する逆正接関数との対応表を用いることにより、関数演算を実行することなく、処理負担を軽減して位相差θを得ることができ、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００３７】
図９は本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は、位相差演算における基準電圧を正相電圧としたもので、基準電圧として線間電圧を選択する図１中の事故相検出手段１２の代わりに、基準電圧として正相電圧を算出する事故相検出手段３２を設けると共に、図１中の位相差算出手段１３の代わりに正相電圧を用いる位相差算出手段３３を設けた構成になっている。
【００３８】
ここで、事故相検出手段３２は事故相の判定機能と正相電圧算出機能とを備えている。この場合、事故相検出手段３２は、正相電圧Ｖ_１ を対称座標法とαβＯ法との関係によって算出するもので、例えば、ａ相基準の場合には次の（１７）式にて算出する。
【００３９】
【数１０】

ａ相１線地絡の場合、前記αβＯ変換法によれば、β回路は開放でα回路と零相回路が直列接続の関係にあるため、本電圧量としても事故前後の位相の変化は少ないと言える。
よって、正相電圧を位相差算出における基準量としても、上述したと同様な動作を行わせることができるため、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
なお、図９に示した正相電圧を基準電圧とする場合でも、位相差及び移相量の算出に際して、図７及び図８に示した記憶手段２０を参照することにより処理負担を軽減させることができる。
【００４０】
図１０は本発明の第４の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態は、極性量として零相電流を選択するもので、図１中の逆相電流算出手段１１の代わりに零相電流算出手段４１を用い、さらに、図１中の位相差算出手段１３の代わりに位相差演算における基準電圧を正相電圧とする位相差算出手段４３を用いた構成になっている。なお、逆相電流Ｉ_２ の代わりに零相電流Ｉ_０ を用いたことに対応して、図１中のＩ_２ がＩ_０ に、φ_２ がφ_０ に置き換えられ、各演算式もこれと同様の置換で済むため、図１と構成を異なる点を中心にしてその動作を以下に説明する。
【００４１】
零相電流検出手段４１は、これに加えられた電流ｉをもとに測距演算に用いる極性量と零相電流Ｉ_０ を算出する。なお、図１０には示していないが、零相電流検出手段４１は相電流を加算するものであっても、零相電流Ｉ_０ を直接検出するものであっても良い。
零相電流Ｉ_０ の位相と事故電流Ｉ_Ｆ の位相とは次の関係がある。すなわち、図２において、Ｏ回路の事故点から見たＡ，Ｂ端側の零相インピーダンスをそれぞれＺ_０Ａ，Ｚ_０Ｂとすると、（８）式は次の（１８）式に置換できる。
【００４２】
【数１１】

そして、図３中のＺ_Ａ をＺ_０Ａ、Ｚ_Ｂ をＺ_０Ｂとして扱うと、前述したようにＡ，Ｂの両端が共に電源であれば零相インピーダンスＺ_０Ａ，Ｚ_０Ｂの抵抗角はほぼ等しく、Ｂ端子が負荷端子であればＺ_０Ｂ＞＞Ｚ_０Ａであるため位相差は少なく、（８）式の関係より零相電流Ｉ_０Ｆを用いることで事故電流Ｉ_Ｆ に位相が近似することとなり、上述したと同質の極性量とすることができる。
しかして、図１に示した第１の実施形態で逆相電流Ｉ_２ としている極性量を零相電流Ｉ_０ で考えることによって、第１の実施形態と同様の作用、効果が得られる
なお、極性量として零相電流Ｉ_０ を選択した場合でも、図７に示す第２の実施形態で用いた逆正接関数表によって同様な位相算出を行っても上述したと同様の作用、効果が得られることは言うまでもない。
【００４３】
ところで、上述した第１乃至第４の各実施形態では、距離継電器の動作判定に、リアクタンス成分を直接算出する演算方式を採用したが、これ以外の判定方式を採用することもできる。
すなわち、距離継電器の動作判定原理には、例えば、上記文献「保護継電工学」（電気学会発行、第５版、第１２２頁）に記述されている電流と整定値から電圧に変換し、等価的にインピーダンスを電圧に置き換えて判定する位相比較判定方式及び絶対値比較方式がある。次の（１９）式は一般的な位相比較方式の判定式である。
Ｘ・Ｉ^２ −ＶＩｓｉｎ φ−ｋ≧０ …（１９）
ただし
ｋ：抑制項
φ：電圧Ｖと電流Ｉの位相差
である。
【００４４】
この判定式自体は本発明の主旨ではないので詳述は避けるが文献「保護継電工学」（電気学会発行、第５版、第１０１頁）に記載されているものである。因みに、（１３）式で得られた逆相電流Ｉ_２ｍ′を（１９）式の両辺に乗算して整理すると次の（２０）式が得られる。
Ｘ・Ｉ^２ ・Ｉ_２ｍ′≧（ＶＩｓｉｎ φ＋ｋ）Ｉ_２ｍ′…（２０）
この（２０）式は第１の実施形態として説明した（１６）式と等価であり、測距演算手段１８の内部構成を変更するだけで済み、この判定法を用いても上述したと同様の動作を行わせることができる。
【００４５】
また、動作量、抑制量の算出手段として絶対値比較方式を採用しても上述したと同様の動作を行わせることができる。
なおまた、上記実施例ではマイクロプロセッサ等に持たせた機能を合計８個の機能ブロックで表現したが、これらの機能の分解又は合併により新たなブロック名を付して表現することもできる。
【００４６】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、極性量の位相ずれの要因となる負荷電流の影響を、変化分電流を用いずに消去することができ、事故継続中も安定した極性量を維持し、かつ、周波数変動、進展事故にも演算誤差の少ない距離演算を行うことにより、測距性能を向上させ安定動作の期待できる信頼性の高い地絡継電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の地絡距離継電器に係る第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示した実施形態の適用線路を示した等価回路図。
【図３】図１に示した実施形態の動作を説明するために、逆相電流と事故電流との位相差の関係を、インピーダンスを用いて示したベクトル図。
【図４】図１に示した実施形態の動作を説明するために、負荷に含まれる逆相分による逆相電流の位相ずれを示したベクトル図。
【図５】図１に示した実施形態の動作を説明するために、健全相電圧を基準として事故前後の逆相電流の位相差を示したベクトル図。
【図６】図１に示した実施形態の動作を説明するために、逆相電流のサンプリングデータをもとに移相演算を行う手法を示すベクトル図。
【図７】本発明の地絡距離継電器に係る第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図８】図７に示した実施形態で参照する逆正接関数表を示した図表。
【図９】本発明の地絡距離継電器に係る第３の実施形態の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明の地絡距離継電器に係る第４の実施形態の構成を示すブロック図。
【図１１】本発明を適用する送電線系統事故を説明する系統図。
【符号の説明】
１１ 逆相電流算出手段
１２，３２ 事故相検出手段
１３，３３，４３ 位相差算出手段
１４，２４ 事故前位相差保持手段
１５，２５ 事故後位相差算出手段
１６，２６ 事故前後の位相差算出手段
１７ 移相演算手段
１８ 測距演算手段
２０ 記憶手段
４１ 零相電流算出手段

Claims (12)

1. 電力系統の電圧及び電流を導入し、送電線に発生した地絡事故を検出すると共に、事故点までの距離を演算する地絡事故継電器において、
   前記電流の逆相電流を算出する第１の手段と、
   前記電圧に基づいて地絡事故相を検出する第２の手段と、
   前記電圧に基づいて予め算出された基準電圧と前記第１の手段によって算出された逆相電流との位相差を、前記第２の手段によって地絡事故が検出される前後に亘って算出し、少なくとも地絡事故が検出される以前の前記逆相電流及び前記位相差を保持する第３の手段と、
   前記第１の手段によって算出された地絡事故後の逆相電流、前記第３の手段によって算出、保持された地絡事故発生前の前記逆相電流及び前記位相差、並びに前記第３の手段によって算出された地絡事故発生後の前記位相差に基づいて、負荷電流及び事故点抵抗に起因する前記逆相電流の位相変化分を算出し、この位相変化分により前記第１の手段によって算出された地絡事故後の前記逆相電流を移相して極性量とする第４の手段と、
   を備え、前記第４の手段によって得られた前記極性量に基づいて事故点までの距離を演算することを特徴とする地絡事故継電器。
2. 前記第３の手段は、
   前記基準電圧と前記第１の手段によって算出された逆相電流との外積値及び内積値を算出する位相差算出手段と、
   前記位相差算出手段により算出された外積値及び内積値に基づき前記逆相電流の前記基準電圧に対する位相差を演算し、前記第２の手段による地絡事故検出時刻よりも所定時間だけ前の前記逆相電流及び前記基準電圧に対する位相差を保持する事故前位相差保持手段と、
   前記位相差算出手段により算出された外積値及び内積値に基づき、前記第２の手段による地絡事故検出時刻より後における前記逆相電流の前記基準電圧に対する位相差を算出する事故後位相差算出手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の地絡事故継電器。
3. 前記第４の手段は、
   前記第１の手段によって算出された地絡事故後の逆相電流、前記事故前位相差保持手段に保持された地絡事故前の前記逆相電流及び位相差、並びに前記事故後位相差算出手段によって算出された地絡事故後の位相差に基づき、負荷電流及び事故点抵抗に起因する前記逆相電流の位相変化分を算出する事故前後の位相差算出手段と、
   前記事故前後の位相差算出手段によって算出された位相変化分に従って、前記第１の手段によって算出された地絡事故後の逆相電流を移相して極性量とする移相演算手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の地絡事故継電器。
4. 前記第２の手段は、地絡事故相に対する健全相の線間電圧を検出する手段を備え、この線間電圧を基準電圧として前記第３の手段に加えることを特徴とする請求項１に記載の地絡事故継電器。
5. 前記第２の手段は、地絡事故相に対する正相電圧を検出する手段を備え、この正相電圧を基準電圧として前記第３の手段に加えることを特徴とする請求項１に記載の地絡事故継電器。
6. 正接関数値とこれに対応する逆正接関数値とをテーブルとして記憶させた記憶手段を備え、前記第３の手段は前記記憶手段を参照して前記位相差を求め、前記第４の手段は前記記憶手段を参照して前記位相変化分を求めることを特徴とする請求項１に記載の地絡事故継電器。
7. 電力系統の電圧及び電流を導入し、送電線に発生した地絡事故を検出すると共に、事故点までの距離を演算する地絡事故継電器において、
   前記電流の零相電流を算出又は導入する第１の手段と、
   前記電圧に基づいて地絡事故相を検出する第２の手段と、
   前記電圧に基づいて算出された基準電圧と前記第１の手段によって算出された零相電流との位相差を、前記第２の手段によって地絡事故が検出される前後に亘って算出し、少なくとも地絡事故が検出される以前の前記零相電流及び前記位相差を保持する第３の手段と、
   前記第１の手段によって算出された地絡事故後の零相電流、前記第３の手段によって算出、保持された地絡事故発生前の前記零相電流及び前記位相差、並びに前記第３の手段によって算出された地絡事故発生後の前記位相差に基づいて、負荷電流及び事故点抵抗に起因する前記零相電流の位相変化分を算出し、この位相変化分により前記第１の手段によって算出された地絡事故後の前記零相電流を移相して極性量とする第４の手段と、
   を備え、前記第４の手段によって得られた前記極性量に基づいて事故点までの距離を演算することを特徴とする地絡事故継電器。
8. 前記第３の手段は、
   前記基準電圧と前記第１の手段によって算出された零相電流との外積値及び内積値を算出する位相差算出手段と、
   前記位相差算出手段により算出された外積値及び内積値に基づき前記零相電流の前記基準電圧に対する位相差を演算し、前記第２の手段による地絡事故検出時刻よりも所定時間だけ前の前記零相電流及び前記基準電圧に対する位相差を保持する事故前位相差保持手段と、
   前記位相差算出手段により算出された外積値及び内積値に基づき、前記第２の手段による地絡事故検出時刻より後における前記零相電流の前記基準電圧に対する位相差を算出する事故後位相差算出手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項７に記載の地絡事故継電器。
9. 前記第４の手段は、
   前記第１の手段によって算出された地絡事故後の零相電流、前記事故前位相差保持手段に保持された地絡事故前の前記零相電流及び位相差、並びに前記事故後位相差算出手段によって算出された地絡事故後の位相差に基づき、負荷電流及び事故点抵抗に起因する前記零相電流の位相変化分を算出する事故前後の位相差算出手段と、
   前記事故前後の位相差算出手段によって算出された位相変化分に従って、前記第１の手段によって算出された地絡事故後の零相電流を移相して極性量とする移相演算手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項７に記載の地絡事故継電器。
10. 前記第２の手段は、地絡事故相に対する健全相の線間電圧を検出する手段を備え、この線間電圧を基準電圧として前記第３の手段に加えることを特徴とする請求項７に記載の地絡事故継電器。
11. 前記第２の手段は、地絡事故相に対する正相電圧を検出する手段を備え、この正相電圧を基準電圧として前記第３の手段に加えることを特徴とする請求項７に記載の地絡事故継電器。
12. 正接関数値とこれに対応する逆正接関数値とをテーブルとして記憶させた記憶手段を備え、前記第３の手段は前記記憶手段を参照して前記位相差を求め、前記第４の手段は前記記憶手段を参照して前記位相変化分を求めることを特徴とする請求項７に記載の地絡事故継電器。

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