JP4023449B2 - 地絡方向継電器 - Google Patents

Description

本発明は高圧受配電設備の方向性地絡保護継電器に関する。

高圧・非接地配電系の地絡事故用保護継電器としては、零相変圧器（ＺＶＴ）及び零相変流器よりの入力信号により、零相電圧および零相電流の大きさのみでなく、相互の位相角(方向性)により、事故回線[地絡保護継電器が動作]と健全回線[地絡保護継電器は不動作]を判別し、地絡事故回線のみの検出を行う地絡方向保護継電器が用いられている(特許文献１参照)。方向性が必要な理由を説明すると、２回線以上の配電線をもっている変電所において、地絡事故を起こした配電線のみを検出するには、地絡電流の大きさだけではできない。電圧と電流とを利用して電流の流れる向き(方向)を知る必要がある。そのために、母線につないだ接地変圧器から零相電圧をとり、各回線に設置した零相変流器（ＺＣＴ）から地絡電流をとって地絡方向継電器（ＤＧ）を動作させる。（非特許文献１参照）。

また、地絡事故時の電流波形は事故の形態により各種生じ、特に配電ケーブルの老朽化等による絶縁劣化、ひび割れ等により生じるケーブル地絡時は間欠地絡となり、各種高周波電流が生じるため、零相変圧器（ＺＶＴ）及び零相変流器よりの入力信号をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を介し、商用周波数成分を抽出波形成形した信号により、零相電圧および零相電流の大きさ及び相互の位相角を検出することにより地絡事故の検出を行っている。
特開平５−１６８１４３号公報 林武志著 「保護継電器読本」(第２版)、７５から７６頁、オーム社 昭和６３年１０月２５日発行

このように、地絡方向継電器においては、事故回線での確実な動作と、他回線に地絡事故が生じた場合の不動作(健全回線は不要動作しないこと)が要求される。このような方向性地絡保護継電器が適用される受配電設備で、配電線路長が長くなる揚合や、フィーダ数が多い揚合、その布線ケーブルと対地間の静電容量が増大し、健全回線においては間欠地絡時の地絡放電に伴う戻り電流と、その後の対地静電容量に伴う逆方向の放電電流が生じる事により、健全回線の零相電流位相に変化が生じる。特にこの電流ピークが過大となった場合や、内蔵部品の応答周波数領域を越えるような高周波成分が含まれる場合において、電流変成器の過大電流による飽和歪みや、バンドパスフィルタに用いられる増幅回路部品の応答性能不足に起因し、バンドパスフィルタ出力波形に位相変化が生じ、健全回線において不要な地絡継電器動作が生じる場合がある。

本発明は、ケーブル恒長が長い場合等においても、より確実に健全回線における不要動作を防止する地絡方向継電器を提供するものである。

本発明は、零相変圧器（ＺＶＴ）及び零相変流器（ＺＣＴ）よりの入力信号をバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を介した信号により、零相電圧および零相電流の大きさ及び相互の位相角により地絡事故の検出を行う手段に加え、零相変流器よりの入力電流信号の極性符号変化を監視し、１サイクル時間における変化回数や、極性符号変化の変化間隔時間を監視し、変化回数が基準値を超えた場合や、変化間隔時間が基準値以下で生じた場合、健全回線と判断し、地絡継電器の動作を抑制することにより不要動作を防止する。

本発明は、配電線路長が長く、それに伴う対地静電容量が大きな受配電設備の方向性地絡継電器において、ケーブル劣化等の間欠地絡事故における高周波成分の増大時等においても、事故回線は従来同様の地絡方向保護継電器動作が行えると共に、健全回線においては、その事故に伴う不要動作を確実に防止することが出来る。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１において、補助変圧器１および補助変流器２は、配電設備等の主回路に接続された零相変圧器及び零相変流器(図示せず）の二次側にそれぞれ一次側入力端子が接続され、零相変圧器及び零相変流器からの入力信号を絶縁信号に変換するものである。零相電圧信号が入力される補助変圧器１の二次側端子には、バンドパスフィルタ３（ＢＰＦ１）が接続され、零相電流信号が入力される補助変流器２の二次側端子には、バンドパスフィルタ３（ＢＰＦ２）がそれぞれ接続されている。バンドパスフィルタ３（ＢＰＦ１）は、マイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）のアナログ/デジタル変換入力端子Ａ/Ｄ１に接続され、バンドパスフィルタ３（ＢＰＦ２）は、マイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）のアナログ/デジタル変換入力端子Ａ/Ｄ２に接続されている。補助変流器２の二次側出力端子側は、二系統に分岐され、一方は、前記バンドパスフィルタ３（ＢＰＦ２）を介してマイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）のアナログ/デジタル変換入力端子Ａ/Ｄ２に接続され、他方はそのままマイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）のアナログ/デジタル変換入力端子Ａ/Ｄ３に接続されている。

マイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）は、アナログ/デジタル変換入力端子Ａ/Ｄ１，Ａ/Ｄ２，Ａ/Ｄ３から入力された入力信号を、商用周波数の1サイクル信号を６４回/１サイクルの頻度でＡ/Ｄ変換する。マイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）は、Ａ/Ｄ１変換値より零相電圧実効値を演算、Ａ/Ｄ２変換値より零相電流実効値を演算すると共に、Ａ/Ｄ１変換値とＡ/Ｄ２変換値の相互の値により相互の位相角を演算する。

次に、位相角の演算方法を説明すると、電圧、電流の計測は、入力電圧から１サイクルの時間を計測し、この１サイクルを基本単位として６４回／サイクルのサンプリングを全サイクル連続しておこなう。このサンプリングデータから各相ごとの電圧、電流および漏洩電流を演算して、計測値表示を行う。電圧、電流の実効値演算式（１）（２）を示す。

有効電力Ｐを数式（３）に示す。（Ｖｎ：電圧瞬時値、Ｉｎ：電流瞬時値）

無効電力Ｑを数式（４）に示す。（Ｖ１：基本波電圧実効値、Ｉ１：基本波電流実効値、θ１：基本波電圧と基本波電流の位相差）

力率PFを数式（５）に示す。（Ｐ：有効電力、Ｑ：無効電力）

皮相電力Ｓは、Ｓ＝ＶＲＭＳ・ＩＲＭＳ
ＶＲＭＳ：高調波成分を含む総合電圧実効値
ＩＲＭＳ：高調波成分を含む総合電流実効値
無効電力Ｑは、数式（６）に示す。

力率ＰＦ＝Ｐ/Ｓ

次に上記構成による実施の形態の作用を説明する。
主回路に設置された零相変圧器と零相変流器からの検出信号が、補助変圧器１と補助変流器2に入力される。補助変圧器１に入力された零相電圧信号は、バンドパスフィルタ３（ＢＰＦ１）を介してマイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）のＡ/Ｄ１に入力される。一方、補助変流器２に入力された零相電流信号は２系統に分岐され、一方はそのままマイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）のＡ/Ｄ３に入力され、他方はバンドパスフィルタ３（ＢＰＦ２）を介してマイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）のＡ/Ｄ変換入力端子Ａ/Ｄ２に入力される。マイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）では、Ａ/Ｄ１変換値より零相電圧実効値を演算、Ａ/Ｄ２変換値より零相電流実効値を演算する。そして、Ａ/Ｄ１変換値とＡ/Ｄ２変換値の相互の値により相互の位相角を演算する。

図２は本発明の実施論理図を示したもので、零相電圧と零相電流から位相角を判定し、その演算出力がＡＮＤ回路５に送られる。一方、Ａ/Ｄ３の1サイクル時間・６４回のＡ/Ｄ変換サンプリングデータより、零相電流の1サイクル時間中の極性符号変化回数をカウントし、例えば、３回以下の場合は事故回線電流、４回以上の揚合は不事故回線(健全回線)と判断する。この演算出力がＡＮＤ回路５に送られる。
以上の演算結果より、Ａ/Ｄ１とＡ/Ｄ２の演算結果で零相電圧および零相電流が保護継電器動作値より大きく、かつ相互の位相角も基準動作角内の場合、Ａ/Ｄ３の判定を加え、図３（ａ）で示すような事故回線電流の場合は保護継電器を検出動作し、図３（ｂ）で示すような不事故回線(健全回線)の場合は保護継電器を検出不動作とすることにより保護継電器の不要動作を防止する。図３（ａ）の事故回線は主回路基本周波数(商用周波数)に応じた符号変化となっている。
一方、図３（ｂ）の健全回線は商用周波数1サイクル時間内で、複数の±符号変化を行っている。

上記の実施形態によれば、配電線路長が長く、それに伴う対地静電容量が大きな受配電設備の方向性地絡継電器において、ケーブル劣化等の間欠地絡事故における高周波成分の増大時等においても、事故回線は従来同様の地絡方向保護継電器の動作が行えると共に、健全回線においては、その事故に伴う保護継電器の不要動作を確実に防止することが出来る。

なお、本発明は、上記実施の形態のみに限定されるものではなく、例えば、上記実施の形態では極性符号変化回数等の検出をマイクロプロセッサ４（ＣＰＵ１）にてソフト処理する例を示したが、ハードカウンタ等での構成でも容易に実現可能である。など、その他、本発明の要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施し得ることは言うまでもない。

本発明の実施形態による地絡方向継電器を示す回路構成図である。 本発明の実施形態による地絡方向継電器の論理回路図である。 （ａ）は、事故回線の零相電流波形例を示し、（ｂ）は、健全回線の零相電流波形例を示す。

符号の説明

１ 補助変圧器
２ 補助変流器
３ バンドパスフィルタ（ＢＰＦ１，ＢＰＦ２）
４ マイクロプロセッサ（ＣＰＵ１）
５ ＡＮＤ回路

Claims (3)

1. 受配電設備における、地絡事故に伴って生じる零相電圧と零相電流により地絡事故を検出する地絡方向継電器において、零相電圧を検出する零相変圧器及び零相電流を検出する零相変流器からの入力信号を、バンドパスフィルタを介した信号により、上記零相電圧および零相電流の大きさ、及びこれら零相電圧および零相電流相互の位相角により地絡事故の検出を行う手段に加え、上記零相変流器よりの入力電流信号の極性符号変化の頻度計測を行う手段を備え、
   上記零相電圧および零相電流とを演算した結果を基に地絡方向継電器の動作条件が整ったことによって、前記極性符号変化の頻度計測値を取り込み、地絡方向継電器の不要動作を防止することを特徴とする地絡方向継電器。
2. 上記地絡事故の検出を行う手段および上記地絡事故判定を行う手段として共通のマイクロプロセッサを用いたことを特徴とする請求項１に記載の地絡方向継電器。
3. 上記零相変流器よりの入力電流信号の極性符号変化の頻度計測として、零相電流の１サイクル時間中の極性符号変化回数をカウントし、この極性符号変化回数が、基準値を超えた場合、または変化間隔時間が基準値以下で生じた場合、健全回線と判断し、地絡継電器の動作を抑制するように上記地絡事故の検出を行う手段に信号を出力する上記地絡事故判定を行う手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の地絡方向継電器。

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