JP3950083B2 - 地絡距離リレー - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力用送電線路を保護するデジタル形距離リレー、特に零相補償を実施する地絡距離リレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデジタル距離リレーは、送電線の電圧、電流を入力として系統の電圧Ｖ、電流Ｉ、抵抗Ｒ、インダクタンスＬとの間に成立する微分方程式Ｖ＝Ｌ(ｄＩ／ｄｔ)＋ＲＩ を用いて故障点までのインピーダンスをデジタル演算して距離測定を行なうものであるが、地絡距離測定演算に際し、抵抗Ｒ分とインダクタンスＬ分を夫々個別に零相補償した電流量を適用していた。
【０００３】
図１２にデジタル形距離リレーのハードウェアの概略構成を示すように、保護対象の送電線１から変成器２を介して系統電圧を導入し、入力変換器４で適当な電圧レベルに変換した後、フィルタ（図示せず）を経て出力ＶおよびＶＯ等を得る。系統電流も同様に変流器３を介して導入され、入力変換器４で適当な電圧レベルに変換した後、フィルタを経て出力Ｉ及びＩ０等になる。
これらの出力はＡ／Ｄ変換器５にて一定間隔で同時サンプリングされ、順次デジタル量に変換されると共に、電圧、電流データとして演算処理部６に入力され、リレー演算後故障判定の場合に出力される。
【０００４】
図１３は、演算処理部６の構成及び処理内容を示すものであるが、簡単のために、隣回線零相補償を省いて説明している。即ち、自回線零相補償演算手段（インダクタンスＬ分）７によって、入力された自回線零相電流Ｉ０と自回線インダクタンスＬ分の零相補償係数ＫＯＬとの乗算を行ない、ＫＯＬＩ０を算出する。
同様に自回線零相補償演算手段（抵抗Ｒ分）８によって、入力された自回線零相電流Ｉ０と自回線抵抗Ｒ分の零相補償係数ＫＯＲとの乗算を行ない、ＫＯＲＩ０を算出する。そして、零相補償演算手段（インダクタンスＬ分）９によって、入力されたａ相電流Ｉaと上記自回線零相補償演算手段（インダクタンスＬ分）７で得られたＫＯＬＩ０とを加算して、零相補償電流ＩＬを導出する。
【０００５】
一方、同様な零相補償演算手段（抵抗Ｒ分）１０によって、入力されたａ相電流Ｉaと上記自回線零相補償演算手段（抵抗Ｒ分）８で得られたＫＯＲＩ０とを加算して、零相補償電流ＩＲを導出する。これらの演算値ＩＬ、ＩＲを電流微分演算手段１１、１２によってそれぞれ微分し、これらの微分出力を電圧演算手段１３の出力と共にＬ値演算手段１４及びＲ値演算手段１５に入力し、Ｒ、Ｌ値を求める。そして得られたＲ、Ｌ値をリレー動作判定手段１６に導入して動作判定を行なうようにしている。（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６２−１８９１９号公報（p2右欄２行−p5右欄１行、第１図、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデジタル距離リレーは以上のように構成されているので、通常運転時・故障時に係わらず、常時地絡距離リレー演算として、抵抗Ｒ分とインダクタンスＬ分をそれぞれ個別に零相補償した電流量を適用している。しかし、通常状態では零相電流は生じないので地絡距離リレーの距離測定演算には零相補償は実施されないが、例えば、１相地絡（１ＬＧ）故障時には次のような問題点が生じる可能性があった。即ち、１ＬＧ故障が発生した場合に、故障相の地絡距離演算は故障点までの距離測定を正しく実施することができるが、健全相については、不要な零相補償を実施する結果、場合によっては故障点を実際より短く見てしまうオーバーリーチ現象を起こす欠点があった。
【０００８】
これは、従来のデジタル距離リレーは、零相補償係数として抵抗分Ｒとインダクタンス分Ｌが独立して設定できるため、地絡故障時における故障相のリーチ計算では、抵抗分とインダクタンス分の補償が正しく計算できるが、健全相では、全く誤った補償計算をする可能性があり、場合によっては、定格電圧付近の電圧で健全相電流も小さいにもかかわらず、V/Iのベクトル計算によるリーチが小さい値になって誤動作する可能性があるためである。
これを図１４のベクトル図で説明する。図１４のケースは、前方負荷電流状態で後方１ＬＧ、Ａ相で故障が発生した場合を示し、（ａ）は、送電系統での距離リレー１７の設置点と負荷電流、故障電流ＩＦ、故障点を示す。
【０００９】
（ｂ）は、故障前の３相の電圧（ＶA,ＶＢ,ＶＣ）、負荷電流（Ia’,Ib’,Ic’）のベクトル関係を示し、（ｃ）は、後方１ＬＧが発生した場合の電圧（ＶA,ＶＢ,ＶＣ）、電流（Ia,Ib,Ic）のベクトル関係を示す。ＩＦは故障電流で、故障相Ａ相の電流IaはＩＦとIa’の合成電流となる。Ia+Ib+Ic＝３Ｉ０で示される零相電流はＩＦに相当する。また、（ｄ）は、インダクタンスＬ分による零相補償を示すベクトル図、（ｅ）は、抵抗分による零相補償を示すベクトル図で、図示のように、
ＩＢ(Ｌ分補償後電流)＝Ib＋ＫＬ・３Ｉ０
ＩＢ(Ｒ分補償後電流)＝Ib＋ＫＲ・３Ｉ０ となる。
【００１０】
インピーダンス演算としては、ＶＢ/ＩＢでベクトル演算となるが、（ｄ）に示すようなＫＬの場合、ＩＢ(Ｌ分補償後電流)とＶＢが同相になるとＬ分は零となる。
一方、（ｅ）に示すようなＫＲの場合、ＩＢ(Ｒ分補償後電流)とＶＢが90゜の位相関係になるとＲ分は零になる。従って、この場合、電圧低下がなく、電流も大きくない健全相にもかかわらず、インピーダンス演算結果は抵抗分、インダクタンス分ともに零となるために、誤動作の可能性が生じるという問題点があつた。
これは、健全相にＲ、Ｌ分を個別に零相補償するために生じるものである。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、地絡故障時における零相補償による１相故障時の健全相の不正な距離測定から生じるオーバーリーチを防ぐことができる地絡距離リレーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る地絡距離リレーは、電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相電圧を入力として最小電圧相を検出する最小電圧相検出手段、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び上記最小電圧相検出手段の出力と上記位相判定手段の出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相のみに抵抗分、インダクタンス分の零相補償を実施するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示すブロック図である。この図は、従来のデジタル距離リレーの演算処理部６、即ち、図１３に対応する構成を示すものである。
この図において、図１３と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図１３と異なる点は、３相電圧、３相電流、零相電流を入力として、１ＬＧ故障時に、故障相にのみ零相補償制御を実施する零相補償制御手段１８を設けた点である。
【００１４】
この零相補償制御手段１８は、詳細構成を図２に示すように、３相電流を入力とし、それぞれの相の逆相電流を出力とする逆相電流演算手段２０と、逆相電流演算手段２０の出力である３相の逆相電流と零相電流とを入力として、零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定し、その相に対応した出力を生ずる位相判定手段２２と、３相電圧を入力とし、最小電圧相に対応した出力を生ずる最小電圧相検出手段２１と、最小電圧相検出手段２１の出力と位相判定手段２２の出力とを入力として両者の相の一致性を確認し、一致した時、その相を故障相と判定して故障相出力を発する相一致判定手段２３とから構成され、故障相出力を図１に示すように、自回線零相補償演算手段７及び８に入力するようにしている。
【００１５】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
１ＬＧ故障における故障相判定は次のようにして行なわれる。即ち、図３（ａ）にＡ相の１ＬＧ故障時の簡易等価回路を示すように、１ＬＧでは零相電流Ｉ０と逆相電流Ｉ２の基準相（Ａ相）はほぼ同相になる。しかし、図３（ｂ）にＢＣ相の２ＬＧ故障時の簡易等価回路を示すように、この場合は、零相電流Ｉ０とほぼ同位相になるのはＡ相基準の逆相電流Ｉ２であるため、２ＬＧでは健全相を基準相とする逆相電流となる。このため、１ＬＧと２ＬＧを区別する必要がある。１ＬＧでは故障中の最小故障電圧相が故障相と一致するが、２ＬＧでは最小故障電圧相が健全相とは一致しないことから、零相電流Ｉ０と逆相電流Ｉ２の基準相位相が一致し、かつその相が最小電圧相と一致する場合を１相地絡故障と判定し、その相を１相地絡故障の故障相と判定する。
【００１６】
２相地絡故障の場合は、零相電流Ｉ０とほぼ同相になる逆相電流Ｉ２の基準相は健全相であるので、故障中の最小故障電圧相と一致しない。従って、図２の１ＬＧにおける故障相判定手段で出力される相のみに零相補償を実施し、健全相には不要な零相補償を実施しないようにする。健全相に零相補償をしない場合、図１４のケースでは、ＶＢはIbと位相が近いためにＬ分結果は小さくなるが、Ｒ分はほぼスカラー値でのＶＢ/Ibの結果となり、大きな値になるので誤動作にはならない。
【００１７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２の構成を示すブロック図、図５は、図４における零相補償制御手段２４の詳細構成を示すブロック図である。これらの図において、図１、図２と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
図１、図２と異なる点は、図２における最小電圧相検出手段２１に代えて最大電流相検出手段２５を設け、最大電流相検出手段２５の出力と位相判定手段２２の出力とにもとづいて故障相を判定するようにした零相補償制御手段２４を設けた点である。
【００１８】
１ＬＧ故障時には最大電流相が故障相となり、２ＬＧ故障の場合には、健全相電流が故障相電流より少ないと考えられるため、最大電流相を使って１ＬＧと２ＬＧ故障の区別をすることが出来、更に、１ＬＧの場合の故障相の判定をすることができる。この実施の形態においては、実施の形態１と同等の効果を電流だけを使った零相補償制御手段２４で得ることができるという特徴がある。
【００１９】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態３の構成を示すブロック図、図７は、図６における零相補償制御手段２６の詳細構成を示すブロック図である。これらの図において、図１、図２と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
図１、図２と異なる点は、図２における最小電圧相検出手段２１に代えて３相電圧と電流とから零相補償をしない各相のインピーダンス値を演算するインピーダンス演算手段２７、２８、２９と、演算された各相のインピーダンスにもとづいて最小インピーダンス相を検出する最小インピーダンス相検出手段３０とを設け、最小インピーダンス相に対応した出力と位相判定手段２２の出力とにもとづいて故障相を判定するようにした零相補償制御手段２６を設けた点である。
【００２０】
１ＬＧ故障の場合には、故障相の零相補償をしないインピーダンス値が最小であり、２ＬＧ故障の場合には、健全相のインピーダンス値が最大となるため、Ｉ０とＩ２の位相が一致する相が零相補償をしないインピーダンス値の最小相と同じである場合、１ＬＧではその相が故障相に相当する。
負荷電流が大きく、故障電流が小さい故障の場合には、最大電流相を故障相と判定することが難しい場合があること、また、長距離遠方故障や接地点抵抗が大きい故障の場合には故障相電圧の低下も小さいために、最小故障電圧相を故障相と判定することが難しい場合もあるが、インピーダンス演算によれば、１ＬＧの場合、比較的故障相を見つけやすい利点がある。従って、実施の形態１、２と比較して、より信頼度の高い故障相の判定ができる特徴がある。
【００２１】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態４の構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
上述した実施の形態１〜３においては、１ＬＧ故障時に、故障相にのみ零相補償を実施し、健全相については零相補償を実施しない方式で地絡距離リレーの誤動作に対処したが、実施の形態４は、故障相については抵抗分Ｒとインダクタンス分Ｌを個別に補償し、健全相については、抵抗分Ｒの零相補償をインダクタンス分Ｌの零相補償に自動的に一致させる回路を組み込んだことを特徴とする。
【００２２】
図８において、零相補償制御手段３１は、図２に示す最小電圧相検出方式または図５に示す最大電流相検出方式あるいは図７に示す最小インピーダンス相検出方式のいずれの構成であってもよいが、故障相検出後、健全相の抵抗分Ｒをインダクタンス分Ｌに一致させる零相補償を行なうようにされている。
これは、健全相のオーバーリーチ現象が、抵抗分Ｒの零相補償値とインダクタンス分Ｌの零相補償値とで大きく違う（通常、Ｒ分＞Ｌ分）ことが原因となっていることに着目し、抵抗分Ｒをインダクタンス分Ｌに一致させるようにすることで問題を解消しようとするものである。
【００２３】
Ｒ＝Ｌの場合、例え健全相に零相補償をしてもＲ、Ｌ分に同じだけ零相補償がかかるために、補償をしても絶対値が小さくなることはない。図１４（ｄ）（ｅ）でこれを説明すると、Ｌ分の零相補償で補償後電流ＩＢがＶＢと同相になるためにＶＢ/ＩＢのインピーダンス演算が零になるが、Ｒ(ＫR=ＫL)分はＶＢ,ＩＢが同相なのでＶＢ/ＩＢの結果が零になることはない。この方式では、Ｒの零相補償値のみ制御するために、制御することによる変動量を小さくすることができ、過渡的に比較的安定した値が得られる特徴がある。
なお、以上の説明では抵抗分Ｒの零相補償をインダクタンス分Ｌの零相補償に一致させるようにしたが、逆にインダクタンス分Ｌの零相補償を抵抗分Ｒに一致させるようにしてもよい。
【００２４】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図９は、実施の形態５の構成を示すブロック図である。この図において、従来技術の図１３と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
この実施の形態は、故障相、健全相に係わらず零相補償を実施する従来の距離リレーに、零相補償しないインピーダンス演算値によって判定を行なう第２の距離リレー要素を加え、従来の距離リレーの出力と第２の距離リレー要素の出力とをAND条件で取り出すことにより、オーバーリーチ問題を解決するようにしたものである。
【００２５】
第２の距離リレー要素は、図９に示されるように、電流微分演算手段３２と、電流微分演算手段３２の出力及び電圧演算手段１３の出力を入力とし、インピーダンスを演算するインピーダンス演算手段３３と、動作判定手段３４と、AND手段３５とから構成されている。この場合、零相補償を実施しないインピーダンス演算では、故障相でアンダーリーチとなる場合があるため、故障相でのアンダーリーチ程度を考慮した設定を系統条件に合せて行なう。即ち、１ＬＧの故障相では、
ＺＢ＝ＶＢ／（ＩＢ＋Ｋ・３Ｉ０）＝ＶＢ／（ＩＢ（１十Ｋ）） ただし、Ｋは零相補償係数、簡単のためＩＢ＝３Ｉ０とする。零相補償しないインピーダンス演算では、ＺＢ/ＩＢの演算をするので、リレーのインピーダンス演算結果が実際のインピーダンス値よりも（１＋Ｋ）倍小さくなるために、動作判定手段３４におけるリーチ設定を（１＋Ｋ）倍にする必要がある。この実施の形態によれば、１ＬＧ故障における故障相判定回路を設ける必要がないという利点がある。
【００２６】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６を図にもとづいて説明する。図１０は、実施の形態６の構成を示すブロック図である。この図において、図９と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
上述した実施の形態５では、零相補償して演算するインピーダンス値による従来の距離リレーの出力と零相補償しないインピーダンス演算値による第２の距離リレー要素の出力とをAND条件で出力する構成としたが、この実施の形態は第２の距離リレー要素の動作特性を、例えば、円特性などの単純な特性の領域判定としたものである。即ち、電圧の実効値演算手段３６と、電流の実効値演算手段３７と、上記両演算手段の出力である電圧Ｖと電流Ｉを入力とし、インピーダンスを演算すると共に、これと設定値Ｋとを比較し、｜Ｖ｜／｜Ｉ｜＜Ｋ の演算出力を生ずるインピーダンスの比較手段３８と、比較手段３８の出力及び従来の距離リレーの出力をAND条件で取り出すAND手段３５とから構成されている。
【００２７】
図１１に比較手段３８の検出領域３８Ａと従来の距離リレーのリレー動作判定手段１６の動作領域例１６Ａを示す。リレー動作判定手段１６は、距離リレーとして必要な動作領域にするために、複雑な領域設定をしているが、比較手段３８は、健全相のオーバーリーチによる誤動作を防ぐためであるから簡単な形の領域とし、実施の形態５と比較して演算処理が単純で簡単な処理で実現できる特徴を有する。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る地絡距離リレーは、電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相電圧を入力として最小電圧相を検出する最小電圧相検出手段、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び上記最小電圧相検出手段の出力と上記位相判定手段の出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相のみに抵抗分、インダクタンス分の零相補償を実施するようにしたため、地絡故障時における零相補償による１相故障時の健全相の不正な距離測定から生じるオーバーリーチを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】 実施の形態１における零相補償制御手段の構成を示すブロック図である。
【図３】 実施の形態１の地絡故障中における零相電流と逆相電流の位相関係を説明する説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図５】 実施の形態２における零相補償制御手段の構成を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の構成を示すブロック図である。
【図７】 実施の形態３における零相補償制御手段の構成を示すブロック図である。
【図８】 この発明の実施の形態４の構成を示すブロック図である。
【図９】 この発明の実施の形態５の構成を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６の構成を示すブロック図である。
【図１１】 実施の形態６における第２の距離リレー要素の動作領域例を示す図である。
【図１２】 従来のデジタル距離リレーの全体構成を示す概略図である。
【図１３】 従来のデジタル距離リレーの演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図１４】 従来のデジタル距離リレーの問題点を説明する説明図である。
【符号の説明】
７ 自回線零相補償演算手段（Ｌ分）、
８ 自回線零相補償演算手段（Ｒ分）、 ９ 零相補償演算手段（Ｌ分）、
１０ 零相補償演算手段（Ｒ分）、 １１ 電流微分演算手段（Ｌ分）、
１２ 電流微分演算手段（Ｒ分）、 １３ 電圧演算手段、
１４ Ｌ値演算手段、 １５ Ｒ値演算手段、
１６ リレー動作判定手段、 １８ 零相補償制御手段、
２０ 逆相電流演算手段、 ２１ 最小電圧相検出手段、
２２ 位相判定手段、 ２３ 相一致判定手段、
２４、２６、３１ 零相補償制御手段。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電力用送電線路を保護するデジタル形距離リレー、特に零相補償を実施する地絡距離リレーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデジタル距離リレーは、送電線の電圧、電流を入力として系統の電圧Ｖ、電流Ｉ、抵抗Ｒ、インダクタンスＬとの間に成立する微分方程式Ｖ＝Ｌ(ｄＩ／ｄｔ)＋ＲＩ を用いて故障点までのインピーダンスをデジタル演算して距離測定を行なうものであるが、地絡距離測定演算に際し、抵抗Ｒ分とインダクタンスＬ分を夫々個別に零相補償した電流量を適用していた。
【０００３】
図１２にデジタル形距離リレーのハードウェアの概略構成を示すように、保護対象の送電線１から変成器２を介して系統電圧を導入し、入力変換器４で適当な電圧レベルに変換した後、フィルタ（図示せず）を経て出力ＶおよびＶＯ等を得る。系統電流も同様に変流器３を介して導入され、入力変換器４で適当な電圧レベルに変換した後、フィルタを経て出力Ｉ及びＩ０等になる。
これらの出力はＡ／Ｄ変換器５にて一定間隔で同時サンプリングされ、順次デジタル量に変換されると共に、電圧、電流データとして演算処理部６に入力され、リレー演算後故障判定の場合に出力される。
【０００４】
図１３は、演算処理部６の構成及び処理内容を示すものであるが、簡単のために、隣回線零相補償を省いて説明している。即ち、自回線零相補償演算手段（インダクタンスＬ分）７によって、入力された自回線零相電流Ｉ０と自回線インダクタンスＬ分の零相補償係数ＫＯＬとの乗算を行ない、ＫＯＬＩ０を算出する。
同様に自回線零相補償演算手段（抵抗Ｒ分）８によって、入力された自回線零相電流Ｉ０と自回線抵抗Ｒ分の零相補償係数ＫＯＲとの乗算を行ない、ＫＯＲＩ０を算出する。そして、零相補償演算手段（インダクタンスＬ分）９によって、入力されたａ相電流Ｉaと上記自回線零相補償演算手段（インダクタンスＬ分）７で得られたＫＯＬＩ０とを加算して、零相補償電流ＩＬを導出する。
【０００５】
一方、同様な零相補償演算手段（抵抗Ｒ分）１０によって、入力されたａ相電流Ｉaと上記自回線零相補償演算手段（抵抗Ｒ分）８で得られたＫＯＲＩ０とを加算して、零相補償電流ＩＲを導出する。これらの演算値ＩＬ、ＩＲを電流微分演算手段１１、１２によってそれぞれ微分し、これらの微分出力を電圧演算手段１３の出力と共にＬ値演算手段１４及びＲ値演算手段１５に入力し、Ｒ、Ｌ値を求める。そして得られたＲ、Ｌ値をリレー動作判定手段１６に導入して動作判定を行なうようにしている。（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭６２−１８９１９号公報（p2右欄２行−p5右欄１行、第１図、第２図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデジタル距離リレーは以上のように構成されているので、通常運転時・故障時に係わらず、常時地絡距離リレー演算として、抵抗Ｒ分とインダクタンスＬ分をそれぞれ個別に零相補償した電流量を適用している。しかし、通常状態では零相電流は生じないので地絡距離リレーの距離測定演算には零相補償は実施されないが、例えば、１相地絡（１ＬＧ）故障時には次のような問題点が生じる可能性があった。即ち、１ＬＧ故障が発生した場合に、故障相の地絡距離演算は故障点までの距離測定を正しく実施することができるが、健全相については、不要な零相補償を実施する結果、場合によっては故障点を実際より短く見てしまうオーバーリーチ現象を起こす欠点があった。
【０００８】
これは、従来のデジタル距離リレーは、零相補償係数として抵抗分Ｒとインダクタンス分Ｌが独立して設定できるため、地絡故障時における故障相のリーチ計算では、抵抗分とインダクタンス分の補償が正しく計算できるが、健全相では、全く誤った補償計算をする可能性があり、場合によっては、定格電圧付近の電圧で健全相電流も小さいにもかかわらず、V/Iのベクトル計算によるリーチが小さい値になって誤動作する可能性があるためである。
これを図１４のベクトル図で説明する。図１４のケースは、前方負荷電流状態で後方１ＬＧ、Ａ相で故障が発生した場合を示し、（ａ）は、送電系統での距離リレー１７の設置点と負荷電流、故障電流ＩＦ、故障点を示す。
【０００９】
（ｂ）は、故障前の３相の電圧（ＶA,ＶＢ,ＶＣ）、負荷電流（Ia’,Ib’,Ic’）のベクトル関係を示し、（ｃ）は、後方１ＬＧが発生した場合の電圧（ＶA,ＶＢ,ＶＣ）、電流（Ia,Ib,Ic）のベクトル関係を示す。ＩＦは故障電流で、故障相Ａ相の電流IaはＩＦとIa’の合成電流となる。Ia+Ib+Ic＝３Ｉ０で示される零相電流はＩＦに相当する。また、（ｄ）は、インダクタンスＬ分による零相補償を示すベクトル図、（ｅ）は、抵抗分による零相補償を示すベクトル図で、図示のように、
ＩＢ(Ｌ分補償後電流)＝Ib＋ＫＬ・３Ｉ０
ＩＢ(Ｒ分補償後電流)＝Ib＋ＫＲ・３Ｉ０ となる。
【００１０】
インピーダンス演算としては、ＶＢ/ＩＢでベクトル演算となるが、（ｄ）に示すようなＫＬの場合、ＩＢ(Ｌ分補償後電流)とＶＢが同相になるとＬ分は零となる。
一方、（ｅ）に示すようなＫＲの場合、ＩＢ(Ｒ分補償後電流)とＶＢが90゜の位相関係になるとＲ分は零になる。従って、この場合、電圧低下がなく、電流も大きくない健全相にもかかわらず、インピーダンス演算結果は抵抗分、インダクタンス分ともに零となるために、誤動作の可能性が生じるという問題点があつた。
これは、健全相にＲ、Ｌ分を個別に零相補償するために生じるものである。
【００１１】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、地絡故障時における零相補償による１相故障時の健全相の不正な距離測定から生じるオーバーリーチを防ぐことができる地絡距離リレーを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る地絡距離リレーは、電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相電圧を入力として最小電圧相を検出する最小電圧相検出手段、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び上記最小電圧相検出手段の出力と上記位相判定手段の出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相のみに抵抗分、インダクタンス分の零相補償を実施するようにしたものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示すブロック図である。この図は、従来のデジタル距離リレーの演算処理部６、即ち、図１３に対応する構成を示すものである。
この図において、図１３と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。図１３と異なる点は、３相電圧、３相電流、零相電流を入力として、１ＬＧ故障時に、故障相にのみ零相補償制御を実施する零相補償制御手段１８を設けた点である。
【００１４】
この零相補償制御手段１８は、詳細構成を図２に示すように、３相電流を入力とし、それぞれの相の逆相電流を出力とする逆相電流演算手段２０と、逆相電流演算手段２０の出力である３相の逆相電流と零相電流とを入力として、零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定し、その相に対応した出力を生ずる位相判定手段２２と、３相電圧を入力とし、最小電圧相に対応した出力を生ずる最小電圧相検出手段２１と、最小電圧相検出手段２１の出力と位相判定手段２２の出力とを入力として両者の相の一致性を確認し、一致した時、その相を故障相と判定して故障相出力を発する相一致判定手段２３とから構成され、故障相出力を図１に示すように、自回線零相補償演算手段７及び８に入力するようにしている。
【００１５】
次に、実施の形態１の動作について説明する。
１ＬＧ故障における故障相判定は次のようにして行なわれる。即ち、図３（ａ）にＡ相の１ＬＧ故障時の簡易等価回路を示すように、１ＬＧでは零相電流Ｉ０と逆相電流Ｉ２の基準相（Ａ相）はほぼ同相になる。しかし、図３（ｂ）にＢＣ相の２ＬＧ故障時の簡易等価回路を示すように、この場合は、零相電流Ｉ０とほぼ同位相になるのはＡ相基準の逆相電流Ｉ２であるため、２ＬＧでは健全相を基準相とする逆相電流となる。このため、１ＬＧと２ＬＧを区別する必要がある。１ＬＧでは故障中の最小故障電圧相が故障相と一致するが、２ＬＧでは最小故障電圧相が健全相とは一致しないことから、零相電流Ｉ０と逆相電流Ｉ２の基準相位相が一致し、かつその相が最小電圧相と一致する場合を１相地絡故障と判定し、その相を１相地絡故障の故障相と判定する。
【００１６】
２相地絡故障の場合は、零相電流Ｉ０とほぼ同相になる逆相電流Ｉ２の基準相は健全相であるので、故障中の最小故障電圧相と一致しない。従って、図２の１ＬＧにおける故障相判定手段で出力される相のみに零相補償を実施し、健全相には不要な零相補償を実施しないようにする。健全相に零相補償をしない場合、図１４のケースでは、ＶＢはIbと位相が近いためにＬ分結果は小さくなるが、Ｒ分はほぼスカラー値でのＶＢ/Ibの結果となり、大きな値になるので誤動作にはならない。
【００１７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態２の構成を示すブロック図、図５は、図４における零相補償制御手段２４の詳細構成を示すブロック図である。これらの図において、図１、図２と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
図１、図２と異なる点は、図２における最小電圧相検出手段２１に代えて最大電流相検出手段２５を設け、最大電流相検出手段２５の出力と位相判定手段２２の出力とにもとづいて故障相を判定するようにした零相補償制御手段２４を設けた点である。
【００１８】
１ＬＧ故障時には最大電流相が故障相となり、２ＬＧ故障の場合には、健全相電流が故障相電流より少ないと考えられるため、最大電流相を使って１ＬＧと２ＬＧ故障の区別をすることが出来、更に、１ＬＧの場合の故障相の判定をすることができる。この実施の形態においては、実施の形態１と同等の効果を電流だけを使った零相補償制御手段２４で得ることができるという特徴がある。
【００１９】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態３の構成を示すブロック図、図７は、図６における零相補償制御手段２６の詳細構成を示すブロック図である。これらの図において、図１、図２と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
図１、図２と異なる点は、図２における最小電圧相検出手段２１に代えて３相電圧と電流とから零相補償をしない各相のインピーダンス値を演算するインピーダンス演算手段２７、２８、２９と、演算された各相のインピーダンスにもとづいて最小インピーダンス相を検出する最小インピーダンス相検出手段３０とを設け、最小インピーダンス相に対応した出力と位相判定手段２２の出力とにもとづいて故障相を判定するようにした零相補償制御手段２６を設けた点である。
【００２０】
１ＬＧ故障の場合には、故障相の零相補償をしないインピーダンス値が最小であり、２ＬＧ故障の場合には、健全相のインピーダンス値が最大となるため、Ｉ０とＩ２の位相が一致する相が零相補償をしないインピーダンス値の最小相と同じである場合、１ＬＧではその相が故障相に相当する。
負荷電流が大きく、故障電流が小さい故障の場合には、最大電流相を故障相と判定することが難しい場合があること、また、長距離遠方故障や接地点抵抗が大きい故障の場合には故障相電圧の低下も小さいために、最小故障電圧相を故障相と判定することが難しい場合もあるが、インピーダンス演算によれば、１ＬＧの場合、比較的故障相を見つけやすい利点がある。従って、実施の形態１、２と比較して、より信頼度の高い故障相の判定ができる特徴がある。
【００２１】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図８は、実施の形態４の構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
上述した実施の形態１〜３においては、１ＬＧ故障時に、故障相にのみ零相補償を実施し、健全相については零相補償を実施しない方式で地絡距離リレーの誤動作に対処したが、実施の形態４は、故障相については抵抗分Ｒとインダクタンス分Ｌを個別に補償し、健全相については、抵抗分Ｒの零相補償をインダクタンス分Ｌの零相補償に自動的に一致させる回路を組み込んだことを特徴とする。
【００２２】
図８において、零相補償制御手段３１は、図２に示す最小電圧相検出方式または図５に示す最大電流相検出方式あるいは図７に示す最小インピーダンス相検出方式のいずれの構成であってもよいが、故障相検出後、健全相の抵抗分Ｒをインダクタンス分Ｌに一致させる零相補償を行なうようにされている。
これは、健全相のオーバーリーチ現象が、抵抗分Ｒの零相補償値とインダクタンス分Ｌの零相補償値とで大きく違う（通常、Ｒ分＞Ｌ分）ことが原因となっていることに着目し、抵抗分Ｒをインダクタンス分Ｌに一致させるようにすることで問題を解消しようとするものである。
【００２３】
Ｒ＝Ｌの場合、例え健全相に零相補償をしてもＲ、Ｌ分に同じだけ零相補償がかかるために、補償をしても絶対値が小さくなることはない。図１４（ｄ）（ｅ）でこれを説明すると、Ｌ分の零相補償で補償後電流ＩＢがＶＢと同相になるためにＶＢ/ＩＢのインピーダンス演算が零になるが、Ｒ(ＫR=ＫL)分はＶＢ,ＩＢが同相なのでＶＢ/ＩＢの結果が零になることはない。この方式では、Ｒの零相補償値のみ制御するために、制御することによる変動量を小さくすることができ、過渡的に比較的安定した値が得られる特徴がある。
なお、以上の説明では抵抗分Ｒの零相補償をインダクタンス分Ｌの零相補償に一致させるようにしたが、逆にインダクタンス分Ｌの零相補償を抵抗分Ｒに一致させるようにしてもよい。
【００２４】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。図９は、実施の形態５の構成を示すブロック図である。この図において、従来技術の図１３と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
この実施の形態は、故障相、健全相に係わらず零相補償を実施する従来の距離リレーに、零相補償しないインピーダンス演算値によって判定を行なう第２の距離リレー要素を加え、従来の距離リレーの出力と第２の距離リレー要素の出力とをAND条件で取り出すことにより、オーバーリーチ問題を解決するようにしたものである。
【００２５】
第２の距離リレー要素は、図９に示されるように、電流微分演算手段３２と、電流微分演算手段３２の出力及び電圧演算手段１３の出力を入力とし、インピーダンスを演算するインピーダンス演算手段３３と、動作判定手段３４と、AND手段３５とから構成されている。この場合、零相補償を実施しないインピーダンス演算では、故障相でアンダーリーチとなる場合があるため、故障相でのアンダーリーチ程度を考慮した設定を系統条件に合せて行なう。即ち、１ＬＧの故障相では、
ＺＢ＝ＶＢ／（ＩＢ＋Ｋ・３Ｉ０）＝ＶＢ／（ＩＢ（１十Ｋ）） ただし、Ｋは零相補償係数、簡単のためＩＢ＝３Ｉ０とする。零相補償しないインピーダンス演算では、ＺＢ/ＩＢの演算をするので、リレーのインピーダンス演算結果が実際のインピーダンス値よりも（１＋Ｋ）倍小さくなるために、動作判定手段３４におけるリーチ設定を（１＋Ｋ）倍にする必要がある。この実施の形態によれば、１ＬＧ故障における故障相判定回路を設ける必要がないという利点がある。
【００２６】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６を図にもとづいて説明する。図１０は、実施の形態６の構成を示すブロック図である。この図において、図９と同一または相当部分にはそれぞれ同一符号を付して説明を省略する。
上述した実施の形態５では、零相補償して演算するインピーダンス値による従来の距離リレーの出力と零相補償しないインピーダンス演算値による第２の距離リレー要素の出力とをAND条件で出力する構成としたが、この実施の形態は第２の距離リレー要素の動作特性を、例えば、円特性などの単純な特性の領域判定としたものである。即ち、電圧の実効値演算手段３６と、電流の実効値演算手段３７と、上記両演算手段の出力である電圧Ｖと電流Ｉを入力とし、インピーダンスを演算すると共に、これと設定値Ｋとを比較し、｜Ｖ｜／｜Ｉ｜＜Ｋ の演算出力を生ずるインピーダンスの比較手段３８と、比較手段３８の出力及び従来の距離リレーの出力をAND条件で取り出すAND手段３５とから構成されている。
【００２７】
図１１に比較手段３８の検出領域３８Ａと従来の距離リレーのリレー動作判定手段１６の動作領域例１６Ａを示す。リレー動作判定手段１６は、距離リレーとして必要な動作領域にするために、複雑な領域設定をしているが、比較手段３８は、健全相のオーバーリーチによる誤動作を防ぐためであるから簡単な形の領域とし、実施の形態５と比較して演算処理が単純で簡単な処理で実現できる特徴を有する。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る地絡距離リレーは、電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相電圧を入力として最小電圧相を検出する最小電圧相検出手段、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び上記最小電圧相検出手段の出力と上記位相判定手段の出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相のみに抵抗分、インダクタンス分の零相補償を実施するようにしたため、地絡故障時における零相補償による１相故障時の健全相の不正な距離測定から生じるオーバーリーチを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】 実施の形態１における零相補償制御手段の構成を示すブロック図である。
【図３】 実施の形態１の地絡故障中における零相電流と逆相電流の位相関係を説明する説明図である。
【図４】 この発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図５】 実施の形態２における零相補償制御手段の構成を示すブロック図である。
【図６】 この発明の実施の形態３の構成を示すブロック図である。
【図７】 実施の形態３における零相補償制御手段の構成を示すブロック図である。
【図８】 この発明の実施の形態４の構成を示すブロック図である。
【図９】 この発明の実施の形態５の構成を示すブロック図である。
【図１０】 この発明の実施の形態６の構成を示すブロック図である。
【図１１】 実施の形態６における第２の距離リレー要素の動作領域例を示す図である。
【図１２】 従来のデジタル距離リレーの全体構成を示す概略図である。
【図１３】 従来のデジタル距離リレーの演算処理部の構成を示すブロック図である。
【図１４】 従来のデジタル距離リレーの問題点を説明する説明図である。
【符号の説明】
７ 自回線零相補償演算手段（Ｌ分）、
８ 自回線零相補償演算手段（Ｒ分）、 ９ 零相補償演算手段（Ｌ分）、
１０ 零相補償演算手段（Ｒ分）、 １１ 電流微分演算手段（Ｌ分）、
１２ 電流微分演算手段（Ｒ分）、 １３ 電圧演算手段、
１４ Ｌ値演算手段、 １５ Ｒ値演算手段、
１６ リレー動作判定手段、 １８ 零相補償制御手段、
２０ 逆相電流演算手段、 ２１ 最小電圧相検出手段、
２２ 位相判定手段、 ２３ 相一致判定手段、
２４、２６、３１ 零相補償制御手段。
Claims (4)
- 電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相電圧を入力として最小電圧相を検出する最小電圧相検出手段、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び上記最小電圧相検出手段の出力と上記位相判定手段の出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相のみに抵抗分、インダクタンス分の零相補償を実施するようにしたことを特徴とする地絡距離リレー。
- 電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相電流を入力として最大電流相を検出する最大電流相検出手段、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び上記最大電流相検出手段の出力と上記位相判定手段の出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相のみに抵抗分、インダクタンス分の零相補償を実施するようにしたことを特徴とする地絡距離リレー。
- 電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相電圧及び電流を入力として各相のインピーダンスをそれぞれ演算するインピーダンス演算手段、上記インピーダンス演算手段の演算結果にもとづいて最小インピーダンス相を検出する最小インピーダンス相検出手段、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び最小インピーダンス相検出手段の出力と上記位相判定手段の出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相のみに抵抗分、インダクタンス分の零相補償を実施するようにしたことを特徴とする地絡距離リレー。
- 電力系統からの電圧、電流を入力として零相補償を抵抗分、インダクタンス分で個々に実行する距離リレーにおいて、３相の逆相電流と零相電流を入力として零相電流とベクトル位相差が最も少ない逆相電流相を判定する位相判定手段及び上記位相判定手段の出力と、３相のうち最小電圧相または最大電流相あるいは最小インピーダンス相に対応した出力にもとづいて故障相を判定する相一致判定手段を備え、故障相については抵抗分、インダクタンス分の零相補償を個別に実施し、健全相については抵抗分の零相補償をインダクタンス分の零相補償と一致させるか、インダクタンス分の零相補償を抵抗分の零相補償と一致させるようにしたことを特徴とする地絡距離リレー。
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