JP4252597B2 - 電力系統保護装置 - Google Patents

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Description

本発明は、電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置に関する。
電力系統においては、潮流が急増したり無効電力の大幅な需要供給の不均衡が発生すると、系統電圧が大幅に低下することがある。系統電圧が低下した場合には、電力系統に連繋された発電機による無効電力制御や調相設備による無効電力の供給などによって系統電圧の回復を図り系統電圧を安定に維持するようにしている。
一方、系統負荷の増大によっても系統電圧は低下し、例えば、夏期の電力ピーク時の空調負荷の増大によって系統電圧が大幅に低下することがある。空調負荷は誘導電動機負荷と同じ特性であり、端子電圧が一定値以下に下がると有効電力を一定に維持しようとする作用が生じて、入力電流を増加させる負荷特性を有する。従って、空調負荷の増大により端子電圧が下がると、消費する無効電力が急増し、この無効電力の急増により電力系統の系統電圧がますます下がることになり、系統電圧を安定に維持することが困難となる。
電力系統の負荷の増大による系統電圧低下の防止対策としては、系統電圧が所定値未満となったときに、電力系統の一部の負荷を遮断することが行われている。この場合、系統電圧の所定値の選び方によっては、系統電圧の常時の電圧変動や大きな電力動揺時に不要に負荷遮断を行うことがある。
そこで、空調負荷の無効電力特性に起因する電圧低下の防止対策として、日本国特開平４−１０９８１８号公報には、系統負荷のアドミタンスの変化率と変化量とがそれぞれ所定値以上という条件と、母線電圧が所定値未満という条件との両者が所定時間継続して成立したときに、負荷に遮断指令を発するようにしたものがある。これにより、電圧低下現象を早期に判定できるとともに、緩やかな電圧低下現象も適正に検出できるようにしている。
しかし、複数の系統母線がネットワーク送電線で接続された電力系統では、電力系統全体に接続される系統負荷が多く、また、各々の系統母線から電力が供給されるので、電力系統全体の系統負荷のアドミタンスを求めることは事実上不可能である。
複数の系統母線がネットワーク送電線で接続された電力系統では、各々の系統母線にそれぞれ系統負荷が接続され、それぞれの系統母線からそれぞれの系統負荷に電力が供給される。また、各系統母線間で系統母線の電圧にばらつきが生じたり、系統母線間で電力の授受が行われる。従って、ネットワーク送電線で接続されていても、各系統母線ごとに各種の電気的特性にはばらつきがあり、一つの電力系統として各種の電気量をまとめて取り扱うことは困難である。
本発明の目的は、系統母線がネットワーク送電線で接続された電力系統であっても無効電力特性に起因する電圧低下を高感度で誤判定なく検出でき、しかも適切に保護動作を行うことができる電力系統保護装置を提供することである。
本発明は、電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置であり、電力系統の一または複数の上位変電所の系統電気量を取得する主装置と、上位変電所から電力を受電し負荷に電力を供給する一または複数の下位変電所の系統電気量を取得する端末装置とを備え、主装置は、３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部と、３相の系統電圧の電圧低下が大きいときは動作優先選別信号を早く出力し電圧低下が小さいときは動作優先選別信号を遅く出力する動作優先選別部と、無効電力特性に起因する電圧急低下のときは出力許可信号を出力する出力許可部とを備え、端末装置は、主装置から系統電圧緩低下判定信号及び動作優先選別信号を受信したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、主装置から系統電圧急低下判定信号及び出力許可信号を受信したときは無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択しその選択した負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする。
系統電圧緩低下判定部は、長時間領域の電圧緩低下の判定時間が短い領域から長い領域に向かって小さい所定値を有し、判定時間が短い領域では大きな電圧低下速度を早く検出し、判定時間が長い領域では小さな電圧低下速度を検出するように構成してもよい。また、系統電圧急低下判定部は、短絡または地絡事故を検出したときは系統電圧急低下判定信号の出力を停止するように構成してもよい。また、出力許可部は、３相の系統電圧及び系統電流に基づいて上位変電所から下位変電所を見た負荷インピーダンスが所定範囲内となったとき無効電力特性に起因する電圧急低下と判定し出力許可信号を出力するように構成してもよい。
また、負荷遮断出力部は、下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧低下の影響を判定し、無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断するように構成してもよく、さらに、負荷遮断出力部は、下位変電所の負荷電圧及び負荷力率が小さいほど限時動作を短くし負荷遮断指令を早く出力するように構成してもよい。
また、負荷遮断選択出力部は、下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択し、その選択した負荷を順次負荷遮断するように構成してもよい。
また、好ましくは、系統電圧緩低下判定部または系統電圧急低下判定部の電圧復帰設定値は、系統電圧緩低下判定部または系統電圧急低下判定部が動作したときの系統電圧より高い電圧とする。
また、本発明の電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置は、電力系統の一または複数の上位変電所の系統電気量を取得する主装置と、上位変電所から電力を受電し負荷に電力を供給する一または複数の下位変電所の系統電気量を取得する端末装置とを備え、主装置は、３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部とを備え、端末装置は、主装置から系統電圧緩低下判定信号を受信したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、主装置から系統電圧急低下判定信号を受信したときは負荷遮断が許可されている負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする。
系統電圧緩低下判定部は、長時間領域の電圧緩低下の判定時間が短い領域から長い領域に向かって小さい所定値を有し、判定時間が短い領域では大きな電圧低下速度を早く検出し、判定時間が長い領域では小さな電圧低下速度を検出するように構成してもよい。また、系統電圧急低下判定部は、短絡または地絡事故を検出したときは系統電圧急低下判定信号の出力を停止するように構成してもよい。
また、負荷遮断出力部は、下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧低下の影響を判定し、無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断するように構成してもよく、さらに、負荷遮断出力部は、下位変電所の負荷電圧及び負荷力率が小さいほど限時動作を短くし負荷遮断指令を早く出力するように構成してもよい。
また、負荷遮断選択出力部は、下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択し、その選択した負荷を順次負荷遮断するように構成してもよい。
また、好ましくは、系統電圧緩低下判定部または系統電圧急低下判定部の電圧復帰設定値は、系統電圧緩低下判定部または系統電圧急低下判定部が動作したときの系統電圧より高い電圧とする。
また、本発明の電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置は、電力系統の一または複数の上位変電所の系統電気量を取得する主装置と、上位変電所から電力を受電し負荷に電力を供給する一または複数の下位変電所の系統電気量を取得する端末装置とを備え、主装置は、３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧の電圧低下が大きいときは動作優先選別信号を早く出力し電圧低下が小さいときは動作優先選別信号を遅く出力する動作優先選別部とを備え、端末装置は、主装置から系統電圧緩低下判定信号及び動作優先選別信号の双方を受信したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部を備えたことを特徴とする。
また、本発明の電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置は、電力系統の一または複数の変電所の３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部と、３相の系統電圧の電圧低下が大きいときは動作優先選別信号を早く出力し電圧低下が小さいときは動作優先選別信号を遅く出力する動作優先選別部と、無効電力特性に起因する電圧急低下のときは出力許可信号を出力する出力許可部と、系統電圧緩低下判定信号及び動作優先選別信号を入力したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、系統電圧急低下判定信号及び出力許可信号を入力したときは無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択しその選択した負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする。
また、本発明の電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置は、電力系統の一または複数の変電所の３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部と、系統電圧緩低下判定信号を入力したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、系統電圧急低下判定信号を入力したときは負荷遮断が許可されている負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする。
以上のように、本発明に係わる電力系統保護装置は、上位変電所の系統電圧の無効電力特性に起因する電圧低下の検出に適用できる。さらに、上位変電所の系統電圧の電圧降下及び電圧低下速度に基づいて無効電力特性に起因する電圧低下を検出するので、ネットワーク送電線で接続された電力系統の無効電力特性に起因する電圧低下の検出に適している。
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態に係わる電力系統保護装置の構成図であり、図２は本発明の第１の実施の形態に係わる電力系統保護装置が適用される電力系統の概略構成図である。
図２において、電力系統の上位系統には複数の上位変電所１１ａ〜１１ｄが設けられ、上位変電所１１ａ〜１１ｄの系統母線１２ａ〜１２ｄはそれぞれネットワーク送電線１３ａ〜１３ｄで連繋されてネットワーク構成となっている。上位変電所１１ａ〜１１ｄの系統母線１２ａ〜１２ｄにはそれぞれ下位送電線１４ａ〜１４ｄが接続され、複数の下位変電所１５ａ１〜１５ｄ３に電力を供給するように構成されている。ここで、上位変電所は電力系統の上位系統における変電所であり、下位変電所は上位変電所から直接または間接的に電力の供給を受ける変電所である。例えば、下位変電所１５ａ１〜１５ａ３は上位変電所１１ａから電力の供給を受け、直接的に負荷に電力を供給を行う変電所や、さらに次の下位変電所に電力を供給する変電所である。以下、負荷に直接的に電力を供給する下位変電所について説明するが、さらに下位変電所に電力を供給する下位変電所の場合についても、下位変電所が中間に介在するだけであるので同様に適用できる。
各々の下位変電所１５ａ１〜１５ｄ３では、負荷母線１６からフィーダ線１７を介して負荷に電力が供給される。なお、図２では下位変電所１５ａ１についてのみ負荷母線１６及びフィーダ線１７を示しているが、他の下位変電所１５ａ２〜１５ｄ３も、図示は省略しているが同様に負荷母線１６及びフィーダ線１７を備えている。
電力系統保護装置は、上位変電所１１ａ〜１１ｄに設けられる主装置１８ａ〜１８ｄと、下位変電所１５ａ１〜１５ｄ３に設けられる端末装置１９ａ１〜１９ｄ３とから構成されている。図２は、４つの上位変電所１１ａ〜１１ｄにそれぞれ主装置１８ａ〜１８ｄを設けた場合を示しているが、すべての上位変電所に主装置を設ける必要はなく、複数の上位変電所のうちの少なくともいずれか一つに主装置を設けることになる。以下、４つの上位変電所１１ａ〜１１ｄにそれぞれ主装置１８ａ〜１８ｄを設けた場合について説明する。
各々の上位変電所１１ａ〜１１ｄには３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４をそれぞれ検出する電圧変成器２０ａ〜２０ｄが設けられ、また、３相の系統電流Ｉ１〜Ｉ４をそれぞれ検出する電流変成器２１ａ〜２１ｄが設けられている。同様に、各々の下位変電所１５ａ１〜１５ｄ３には複数のフィーダ線１７が接続される負荷母線１６の３相負荷電圧Ｖ１１をそれぞれ検出する電圧変成器２２が設けられ、同様に、負荷母線１６からすべてのフィーダ線１７に流れる３相の負荷電流Ｉ１１をそれぞれ検出する電流変成器２３が設けられている。
電力系統保護装置は、前述のように、上位変電所１１ａ〜１１ｄに設けられる複数の主装置１８ａ〜１８ｄと、下位変電所１５ａ１〜１５ｄ３に設けられる複数の端末装置１９ａ１〜１９ｄ３とから構成されている。主装置１８ａ〜１８ｄは電力系統の電圧低下を検出するものであり、端末装置１９ａ１〜１９ｄ３は主装置１８ａ〜１８ｄからの指令に基づき下位変電所１５ａ１〜１５ｄ３における負荷母線１６の各フィーダ線１７に接続された負荷を遮断するものである。複数の主装置１８ａ〜１８ｄ及び複数の端末装置１９ａ１〜１９ｄ３はそれぞれ同一構成であるので、以下、主装置１８ａ及び端末装置１９ａ１について説明する。
主装置１８ａは自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１を電圧変成器２０ａから入力し、３相の系統電流Ｉ１を電流変成器２１ａから入力する。また、複数の他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの電圧変成器２０ｂ〜２０ｄで検出された３相の系統電圧Ｖ２〜Ｖ４を信号端局装置２４ａを介して入力する。主装置１８ａは、自己の上位変電所１１ａ及び複数の他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて電力系統の電圧低下が発生しているか否かを検出し、その検出信号を信号端局装置２５ａを介して自己の上位変電所１１ａに接続された下位変電所１５ａ１〜１５ａ３の信号端局装置２６ａ１〜２６ａ３に送信する。
端末装置１９ａ１は、電圧変成器２２で検出された負荷母線１６の３相の負荷電圧Ｖ１１及び電流変成器２３で検出された３相の負荷電流Ｉ１１を入力するとともに、主装置１８ａからの検出信号を信号端局装置２６ａ１で受信し、負荷母線１６に接続された負荷を遮断する。
図１において、主装置１８ａは、数秒オーダーから数分オーダーの長時間領域の電圧低下速度を検出し系統電圧緩低下判定信号ａを出力する系統電圧緩低下判定部２７と、数秒オーダー以下の短時間領域の電圧低下速度を検出し系統電圧急低下判定信号ｂを出力する系統電圧急低下判定部２８と、３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４の電圧低下が大きいときは動作優先選別信号ｃを早く出力し電圧低下が小さいときは動作優先選別信号ｃを遅く出力する動作優先選別部２９と、系統事故時の電圧急低下と無効電力特性に起因する電圧急低下とを識別し無効電力特性に起因する電圧急低下のときに出力許可信号ｄを出力する出力許可部３０とを備えている。
系統電圧緩低下判定部２７は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）及び複数の他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの３相の系統電圧Ｖ２（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）、Ｖ３（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）、Ｖ４（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）を入力し、これらの各上位変電所１１ａ〜１１ｄの３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、数秒オーダーから数分オーダーの長時間領域の電圧低下速度を算出し、その電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号ａを出力する。ここで、電圧低下速度は系統電圧の電圧変化傾向を表す直線の傾きである。また、３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４は３相（Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相）の各線間電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲを入力する場合について示しているが、３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４として３相の対地間電圧である相電圧ＶＲ、ＶＳ、ＶＴを入力するようにしてもよい。以下の説明では、線間電圧（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）を用いた場合について説明する。
系統電圧急低下判定部２８は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）及び複数の他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの３相の系統電圧Ｖ２（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）、Ｖ３（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）、Ｖ４（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）を入力し、これらの各上位変電所の３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４に基づいて、数秒オーダーの短時間領域の電圧低下速度を算出し、その電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号ｂを出力する。
また、動作優先選別部２９は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）を入力し、自己の系統電圧緩低下判定部２７の系統電圧緩低下判定信号ａを優先して出力するか否かの動作優先選別信号ｃを出力する。出力許可部３０は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）及び自己の上位変電所１１ａ内における複数の変圧器のそれぞれの３相の系統電流Ｉ１ａ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）、Ｉ１ｂ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）、Ｉ１ｃ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）、Ｉ１ｄ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を入力し、無効電力特性に起因する電圧急低下か否かを判定し、無効電力特性に起因する電圧急低下のときは出力許可信号ｄを出力する。ここで、ＩＲＳはＲ相相電流とＳ相相電流のベクトル差、同様に、ＩＳＴはＳ相相電流とＴ相相電流のベクトル差、ＩＴＲはＴ相相電流とＲ相相電流のベクトル差である。
そして、系統電圧緩低下判定信号ａ、系統電圧急低下判定信号ｂ、動作優先選別信号ｃ及び出力許可信号ｄは、信号端局装置２５ａにより自己の上位変電所１１ａに接続された下位変電所１５ａ１〜１５ａ３における端末装置１９ａ１〜１９ａ３の信号端局装置２６ａ１〜２６ａ３に送信される。
端末装置１９ａ１〜１９ａ３は同一構成であるので端末装置１９ａ１について説明する。端末装置１９ａ１は、負荷遮断出力部３２と負荷遮断選択出力部３３とを備えており、負荷遮断出力部３２及び負荷遮断選択出力部３３からの負荷遮断指令は、それぞれ論理和回路９２−１〜９２−ｎに入力され、負荷遮断出力部３２または負荷遮断選択出力部３３のいずれかから負荷遮断指令が出力されると、それぞれ論理和回路９２−１〜９２−ｎを介して負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎが負荷母線１６に接続された各フィーダ線１７に出力される。
負荷遮断出力部３２は、系統電圧緩低下判定部２７からの系統電圧緩低下判定信号ａ及び動作優先選別部２９からの動作優先選別信号ｃを入力し、系統電圧緩低下判定信号ａ及び動作優先選別信号ｃの双方を受信したときは、下位変電所１５ａ１の負荷母線１６の負荷電圧及び負荷力率に基づいた順序で負荷遮断指令を論理和回路９２−１〜９２−ｎに出力する。
一方、負荷遮断選択出力部３３は、系統電圧急低下判定部２８からの系統電圧急低下判定信号ｂ及び出力許可部３０からの出力許可信号ｄを入力し、系統電圧急低下判定信号ｂ及び出力許可信号ｄの双方を受信したときは、無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択し、その選択した負荷に対して順次負荷遮断指令を論理和回路９２−１〜９２−ｎに出力する。すなわち、例えば、下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択し、その選択した負荷に対して順次負荷遮断指令を論理和回路９２−１〜９２−ｎに出力する。その詳細については後述する。
負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎは負荷母線１６に接続された各フィーダ線１７ごとに出力される。すなわち、端末装置１９ａ１ではフィーダ線１７がｎ個であることから負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎが出力され、端末装置１９ａ２ではフィーダ線１７がｍ個であることから負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｍが出力され、端末装置１９ａ３ではフィーダ線１７がｋ個であることから負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｋが出力される。
ここで、主装置１８ａに系統電圧緩低下判定部２７と系統電圧急低下判定部２８とを設けているのは、電力系統の無効電力特性に起因する電圧低下は、数秒オーダーから数分オーダーの長時間領域で電圧低下する場合と、数秒オーダーの短時間領域で電圧低下する場合とがあり、いずれの場合であっても遅滞なく検出できるようにするためである。
また、系統電圧緩低下判定部２７及び系統電圧急低下判定部２８に、自己の上位変電所１１ａを含めた複数の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの系統電圧Ｖ１〜Ｖ４を入力しているのは、電圧低下検出の信頼性を向上させるためである。さらに、また、端末装置１９ａ１に、負荷遮断出力部３２と負荷遮断選択出力部３３とを設けているのは、数秒オーダーから数分オーダーの長時間領域で電圧低下する場合と、数秒オーダーの短時間領域で電圧低下する場合とでは、無効電力に起因する電圧低下特性が異なることから、それらの特性に適正に合致できるようにするためである。これに詳細については後述する。
図３は、主装置１８ａの系統電圧緩低下判定部２７の詳細構成図である。系統電圧緩低下判定部２７は、複数の電圧緩低下判定部３４ａ〜３４ｄと、多数決演算部３５と、電圧復帰判定部３６と、信号出力部３７とを備えている。
各々の電圧緩低下判定部３４ａ〜３４ｄは、自己の上位変電所１１ａ及び複数の他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４に対応して設けられ、それぞれの３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４の電圧緩低下を判定するものである。複数の電圧緩低下判定部３４ａ〜３４ｄは同一構成であるので、図３では電圧緩低下判定部３４ａについてのみ詳細に記載し電圧緩低下判定部３４ｂ〜３４ｄの詳細は省略している。以下、電圧緩低下判定部３４ａについて説明する。
電圧緩低下判定部３４ａは、３つの単相電圧緩低下判定部３８ａ〜３８ｃと論理積回路３９とを備えている。単相電圧緩低下判定部３８ａ〜３８ｃは、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１の各々の単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲに対応して設けられ、これら各相の長時間領域の電圧緩低下を判定するものである。単相電圧緩低下判定部３８ａ〜３８ｃは同一構成であるので、単相電圧緩低下判定部３８ａについて説明する。
単相電圧緩低下判定部３８ａは、単相電圧低下検出部４０と、単相電圧緩低下速度検出部４１と、論理積回路４２と、タイマー４３とを備え、３相の系統電圧の各々の単相電圧が電圧緩低下しているか否かを判定するものである。
単相電圧低下検出部４０は、３相の系統電圧Ｖ１の単相電圧ＶＲＳが所定値未満となったか否かを判定し、所定値未満となったことを検出したときは単相電圧低下信号ｆを論理積回路４２に出力する。また、単相電圧緩低下速度検出部４１は、数秒オーダーから数分オーダーの長時間領域での３相の系統電圧Ｖ１の単相電圧ＶＲＳの電圧低下速度を検出し、その電圧低下速度が所定値を越えたときは単相電圧緩低下速度検出信号ｇを論理積回路４２に出力する。論理積回路４２は、単相電圧低下信号ｆ及び単相電圧緩低下速度検出信号ｇの論理積を演算し、単相電圧低下信号ｆ及び単相電圧緩低下速度検出信号ｇの双方が成立しているとき出力信号をタイマー４３に出力する。タイマー４３は単相電圧低下信号ｆ及び単相電圧緩低下速度検出信号ｇの双方が成立した状態が所定時間継続したときに単相電圧緩低下判定信号ｈ１を論理積回路３９に出力する。
このように、単相電圧緩低下判定部３８ａは、３相の系統電圧Ｖ１の単相電圧ＶＲＳについて、電圧が所定値未満となりかつ電圧低下速度が所定値を越えたときに、単相電圧ＶＲＳに電圧緩低下が発生したと判定し、単相電圧緩低下判定信号ｈ１を出力する。なお、タイマー４３を設けているのは、単相電圧ＶＲＳの電圧緩低下の状態の継続を確認して確実に検出するためである。
３相の系統電圧Ｖ１の他の単相電圧ＶＳＴ、ＶＴＲについても同様に、それぞれの単相電圧緩低下判定部３８ｂ、３８ｃにより、単相電圧緩低下判定信号ｈ２、ｈ３が出力される。これら単相電圧緩低下判定信号ｈ１、ｈ２、ｈ３は、電圧緩低下判定部３４ａの論理積回路３９に入力される。そして、これら単相電圧緩低下判定信号ｈ１、ｈ２、ｈ３がすべて成立しているときに、電圧緩低下判定部３４ａは、自己の上位変電所１１ａにおける３相の系統電圧Ｖ１が電圧緩低下したと判定し電圧緩低下判定信号ｊ１を出力する。
他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄにおける３相の系統電圧Ｖ２〜Ｖ４についても同様に、電圧緩低下判定部３４ｂ〜３４ｄは、上位変電所１１ｂ〜１１ｄにおける３相の系統電圧Ｖ２〜Ｖ４が電圧緩低下したと判定し電圧緩低下判定信号ｊ２〜ｊ４を出力する。
多数決演算部３５は、電圧緩低下判定部３４ａ〜３４ｄからの電圧緩低下判定信号ｊ１〜ｊ４を入力し多数決原理により系統電圧緩低下判定信号ａを信号出力部３７に出力する。この場合、多数決演算部３５は健全な装置からの入力信号について多数決演算を行う。例えば、自己の上位変電所１１ａを含む他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのいずれかの主装置１８ａ〜１８ｄ自体の故障や主装置１８ａ〜１８ｄ間の伝送系の故障が検出されている場合には、その故障している装置からの電圧緩低下判定信号ｊは多数決演算から除外される。例えば、すべての装置が正常である場合には、４つの電圧緩低下判定信号ｊ１〜ｊ４のうち３つ以上が成立しているときに、電力系統の系統電圧が電圧緩低下したと判定し系統電圧緩低下判定信号ａ０を信号出力部３７に出力する。一方、３つの装置が正常でいずれか一つの装置が異常である場合には、３つの電圧緩低下判定信号のうち２つ以上が成立しているときに、電力系統の系統電圧が電圧緩低下したと判定し系統電圧緩低下判定信号ａ０を信号出力部３７に出力することになる。信号出力部３７は系統電圧緩低下判定信号ａ０を入力したときは、その系統電圧緩低下判定信号ａ０を保持して系統電圧緩低下判定信号ａを出力する。
一方、電圧復帰判定部３６は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１が電圧復帰したことを検出するものである。自己の上位変電所１１ａにおける３相の系統電圧Ｖ１の各単相電圧が予め定められた電圧復帰設定値を越えたか否かを判定し、すべての単相電圧が電圧復帰設定値を越えたときに電圧復帰したと判定し電圧復帰信号ｍを信号出力部３７に出力する。電圧復帰判定部３６の電圧復帰設定値は、電圧緩低下が発生したときの系統電圧よりも大きな値が設定される。これは、電圧復帰を判定するための電圧復帰設定値を高めに設定し、電圧低下の回復を確実なものにするためである。信号出力部３７は、電圧復帰判定部３６から電圧復帰信号ｍが入力されたときは多数決演算部３５からの系統電圧緩低下判定信号ａ０の保持を解除する。従って、信号出力部３７からの系統電圧緩低下判定信号ａの出力は停止される。
このように、系統電圧緩低下判定部２７は、電力系統の系統電圧が電圧緩低下したときは系統電圧緩低下判定信号ａを出力し、電圧復帰したときは系統電圧緩低下判定信号ａを停止するので、電圧緩低下が発生したときは負荷を遮断し、電圧緩低下が回復したときは電圧緩低下による負荷遮断は停止される。
図４は、単相電圧緩低下速度検出部４１での長時間領域の電圧低下速度の検出処理内容についての説明図である。図４（ａ）は長時間領域の電圧低下速度を検出する際の電圧データの説明図である。単相電圧緩低下速度検出部４１は、系統電圧Ｖ１の単相電圧Ｖの周期Ｔと同等の所定周期でサンプリングして時系列的に収集し記憶する。そして、所定の窓長ｔｓの１／２０の期間τ（τ＝ｔｓ／２０）ごとのサンプリング値の平均値ｖｉ（ｉ＝−１０〜−１、１〜１０）を求め、求めた２０個の平均値ｖｉを用いて、図４（ｂ）に示すように、最小二乗法により電圧変化率ΔＶ／Δｔを求める。この電圧変化率ΔＶ／Δｔが予め定めた電圧変化率設定値αを越えたときに、単相電圧緩低下速度検出部４１は単相電圧緩低下速度検出信号ｇを出力することになる。
ここで、系統電圧緩低下判定部２７の他の一例として、所定の窓長ｔｓ及び電圧変化率設定値αが異なる複数の単相電圧緩低下速度検出部４１を用意し、長時間領域の電圧低下速度の判定時間の長さ（所定の窓長ｔｓ）がそれぞれ異なる複数の電圧緩低下判定部を備え、電圧低下速度が大きくなっても電圧緩低下の検出時間が遅延しないように構成することも可能である。
図５は、長時間領域の電圧低下速度の判定時間の長さ（所定の窓長ｔｓ）がそれぞれ異なる複数の電圧緩低下判定部を備えた系統電圧緩低下判定部２７の構成図である。図３の電圧緩低下判定部３４ａに代えて、長時間領域の電圧低下速度の判定時間の長さ（所定の窓長ｔｓ）がそれぞれ異なる複数の電圧緩低下判定部３４ａ１〜３４ａ６を有した電圧緩低下判定部群４４ａが設けられている。
図５において、電圧緩低下判定部群４４ａ〜４４ｄは同一構成であるので、電圧緩低下判定部群４４ａについて説明する。また、電圧緩低下判定部３４ａ１〜３４ａ６は、単相電圧緩低下判定部３８ａ〜３８ｃの単相電圧緩低下速度検出部４１の所定の窓長ｔｓ及び電圧変化率設定値αがそれぞれ異なるものであり、それ以外は同一構成である。
すなわち、図５では、電圧緩低下判定部群４４ａは、６つの電圧緩低下判定部３４ａ１〜３４ａ６を備え、単相電圧緩低下速度検出部４１の所定の窓長ｔｓ及び電圧変化率設定値αとして６種類のものが用意されている。例えば、所定の窓長ｔｓとして数秒程度から百数十秒の範囲内で６種類の窓長ｔｓ１〜ｔｓ６を用意し、各々の窓長ｔｓ１〜ｔｓ６に対応した電圧変化率設定値α１〜α６を用意する。そして、電圧緩低下判定部３４ａ１〜３４ａ６に窓長ｔｓ１〜ｔｓ６の単相電圧緩低下速度検出部４１を割り振る。
例えば、数秒程度の窓長ｔｓ１が割り振られた電圧緩低下判定部３４ａ１では、単相電圧のサンプリング値ｖｉを系統周波数の周期と同程度の周期で収集する。系統周波数を５０Ｈｚとした場合には、数秒程度の窓長ｔｓ１では単相電圧のサンプリング値ｖｉの個数は１００〜５００個程度であり、これを２０分割すると期間τでの個数は５〜２５個程度である。この５〜２５個のサンプリング値ｖｉの平均値ｖｉを求め、同様にして２０分割された２０個の各期間τでの平均値ｖｉを求める。そして、求めた２０個の平均値ｖｉを用いて最小二乗法により電圧変化率ΔＶ／Δｔを求め、電圧変化率設定値α１と比較して数秒程度の長時間領域の電圧緩低下を検出する。以下同様に、窓長ｔｓ２〜ｔｓ６が割り振られた電圧緩低下判定部３４ａ２〜３４ａ６では、演算処理に使用する単相電圧のサンプリング値ｖｉの個数が徐々に増加し、最大で百数十秒の長時間領域の電圧緩低下を検出する。
電圧緩低下判定部３４ａ１〜３４ａ３からの電圧緩低下判定信号ｊ１１〜ｊ１３は論理和回路４５ａで論理和演算され、電圧緩低下判定部３４ａ４〜３４ａ６からの電圧緩低下判定信号ｊ１４〜ｊ１６は論理和回路４５ｂで論理和演算され、さらに、論理和回路４６で論理和演算され、電圧緩低下判定部群４４ａからの電圧緩低下判定信号ｊ１として出力される。
ここで、長時間領域の電圧緩低下の判定時間が短い領域（窓長ｔｓ１）から長い領域（窓長ｔｓ６）に向かって電圧変化率設定値α１〜α６が小さくなるように設定することにより、判定時間が短い領域（窓長ｔｓ１）では大きな電圧低下速度を早く検出でき、判定時間が長い領域（窓長ｔｓ６）では小さな電圧低下速度を検出できる。すなわち、電圧緩低下判定部群４４ａは数秒程度から百数十秒の範囲内で長時間領域の電圧緩低下を検出することが可能となり、電圧低下速度が大きくなっても電圧緩低下の検出時間が遅延することはない。
次に、主装置１８ａの系統電圧急低下判定部２８について説明する。図６は主装置１８ａの系統電圧急低下判定部２８の詳細構成図である。系統電圧急低下判定部２８は、複数の電圧急低下判定部４７ａ〜４７ｄと、多数決演算部４８と、電圧復帰判定部４９と、信号出力部５０とを備えている。
各々の電圧急低下判定部４７ａ〜４７ｄは、自己の上位変電所１１ａ及び複数の他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのそれぞれの３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４に対応して設けられ、それぞれの３相の系統電圧Ｖ１〜Ｖ４の電圧急低下を判定するものである。複数の電圧急低下判定部４７ａ〜４７ｄは同一構成であるので、図６では電圧急低下判定部４７ａについてのみ詳細に記載し、電圧急低下判定部４７ｂ〜４７ｄの詳細は省略している。以下、電圧急低下判定部４７ａについて説明する。
電圧急低下判定部４７ａは、３つの単相電圧急低下判定部５１ａ〜５１ｃと論理積回路５２とを備えている。単相電圧急低下判定部５１ａ〜５１ｃは、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１の各々の単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲに対応して設けられ、これら各相の短時間領域の電圧急低下を判定するものである。単相電圧急低下判定部５１ａ〜５１ｃは同一構成であるので、単相電圧急低下判定部５１ａについて説明する。
単相電圧急低下判定部５１ａは、単相電圧低下検出部５３と、単相電圧急低下速度検出部５４と、誤動作防止部５５と、論理積回路５６と、タイマー５７とを備え、３相の系統電圧の各々の単相電圧が電圧急低下しているか否かを判定するものである。
単相電圧低下検出部５３は、３相の系統電圧Ｖ１の単相電圧ＶＲＳが所定値未満となったか否かを判定し、所定値未満となったことを検出したときは単相電圧低下信号ｋを論理積回路５６に出力する。また、単相電圧急低下速度検出部５４は、数秒オーダーの短時間領域での３相の系統電圧Ｖ１の単相電圧ＶＲＳの電圧低下速度を検出し、その電圧低下速度が所定値を越えたときは単相電圧急低下速度検出信号ｐを論理積回路５６に出力する。
一方、誤動作防止部５５は短絡事故または地絡事故等の系統事故を検出するものであり、系統電圧Ｖ１の単相電圧ＶＲＳの電圧低下速度の急峻な変化を検出したときは論理積回路５６の出力をロックする。すなわち、短絡事故や地絡事故等の系統事故による電圧低下は、電力系統の無効電力特性に起因する電圧低下より急峻であるので、誤動作防止部５５により系統事故を検出し、系統事故時には論理積回路５６の出力をロックし単相電圧急低下判定部５１ａの誤動作を防止するようにしている。
論理積回路５６は、単相電圧低下信号ｋ及び単相電圧急低下速度検出信号ｐの論理積を演算し、単相電圧低下信号ｋ及び単相電圧急低下速度検出信号ｐの双方が成立し、かつ誤動作防止部５５からのロック信号がない場合に出力信号をタイマー５７に出力する。タイマー５７は、誤動作防止部５５からのロック信号がなく、単相電圧低下信号ｋ及び単相電圧急低下速度検出信号ｐの双方が成立した状態が所定時間継続したときに単相電圧急低下判定信号ｑ１を論理積回路５２に出力する。
このように、単相電圧急低下判定部５１ａは、３相の系統電圧Ｖ１の単相電圧ＶＲＳについて、系統事故の発生がなく、電圧が所定値未満となりかつ電圧低下速度が所定値を越えたときに、単相電圧ＶＲＳに電圧急低下が発生したと判定し、単相電圧急低下判定信号ｑ１を出力する。なお、タイマー５７を設けているのは、単相電圧ＶＲＳの電圧急低下の状態を確実に検出できるようにするためであり、一時的な電力動揺による電圧低下で誤動作しないようにするためである。
３相の系統電圧Ｖ１の他の単相電圧ＶＳＴ、ＶＴＲについても同様に、それぞれの単相電圧急低下判定部５１ｂ、５１ｃにより、単相電圧急低下判定信号ｑ２、ｑ３が出力される。これら単相電圧急低下判定信号ｑ１、ｑ２、ｑ３は、電圧急低下判定部４７ａの論理積回路５２に入力される。そして、これら単相電圧急低下判定信号ｑ１、ｑ２、ｑ３がすべて成立しているときに、電圧急低下判定部４７ａは、自己の上位変電所１１ａにおける３相の系統電圧Ｖ１が電圧急低下したと判定し電圧急低下判定信号ｒ１を出力する。
他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄにおける３相の系統電圧Ｖ２〜Ｖ４についても同様に、電圧急低下判定部４７ｂ〜４７ｄは、上位変電所１１ｂ〜１１ｄにおける３相の系統電圧Ｖ２〜Ｖ４が電圧急低下したと判定し電圧急低下判定信号ｒ２〜ｒ４を出力する。
多数決演算部４８は、電圧急低下判定部４７ａ〜４７ｄからの電圧急低下判定信号ｒ１〜ｒ４を入力し多数決原理により系統電圧急低下判定信号ｂ０を信号出力部５０に出力する。この場合、多数決演算部４８は健全な装置からの入力信号について多数決演算を行う。例えば、自己の上位変電所１１ａを含む他の上位変電所１１ｂ〜１１ｄのいずれかの系統電圧Ｖ１〜Ｖ４の検出系や電圧急低下判定部４７ａ〜４７ｄの故障が検出されている場合や主装置１８ａ〜１８ｄ間の伝送系の故障が検出されている場合には、その故障している装置からの電圧急低下判定信号ｒは多数決演算から除外される。例えば、すべての装置が正常である場合には、４つの電圧急低下判定信号ｒ１〜ｒ４のうち３つ以上が成立しているときに、電力系統の系統電圧が電圧急低下したと判定し系統電圧急低下判定信号ｂ０を信号出力部５０に出力する。一方、３つの装置が正常でいずれか一つの装置が異常である場合には、３つの電圧急低下判定信号のうち２つ以上が成立しているときに、電力系統の系統電圧が電圧急低下したと判定し系統電圧急低下判定信号ｂ０を信号出力部５０に出力することになる。信号出力部５０は系統電圧急低下判定信号ｂ０を入力したときは、その系統電圧急低下判定信号ｂ０を保持して系統電圧急低下判定信号ｂを出力する。
一方、電圧復帰判定部４９は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１が電圧復帰したことを検出するものである。自己の上位変電所１１ａにおける３相の系統電圧Ｖ１の各単相電圧が予め定められた電圧復帰設定値を越えたか否かを判定し、すべての単相電圧が電圧復帰設定値を越えたときに電圧復帰したと判定し電圧復帰信号ｍを信号出力部５０に出力する。電圧復帰判定部４９の電圧復帰設定値は、電圧急低下が発生したときの系統電圧よりも大きな値が設定される。これは、電圧復帰を判定するための電圧復帰設定値を高めに設定し、電圧低下の回復を確実なものにするためである。信号出力部５０は、電圧復帰判定部４９から電圧復帰信号ｍが入力されたときは多数決演算部４８からの系統電圧急低下判定信号ｂ０の保持を解除する。従って、信号出力部５０からの系統電圧急、低下判定信号ｂの出力は停止される。
このように、系統電圧急低下判定部２８は、電力系統の系統電圧が電圧急低下したときは系統電圧急低下判定信号ｂを出力し、電圧復帰したときは系統電圧急低下判定信号ｂの出力を停止するので、電圧急低下が発生したときは負荷を遮断し、電圧急低下が回復したときは負荷遮断が停止される。
次に、主装置１８ａの動作優先選別部２９について説明する。図７は動作優先選別部２９の構成図である。動作優先選別部２９は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）に基づいて、系統電圧緩低下判定部２７の系統電圧緩低下判定信号ａを優先して早く出力するか否かの動作優先選別信号ｃを出力するものである。
図７において、動作優先選別部２９は、限時動作部５８と、瞬時動作部５９と、電圧復帰判定部６０と、論理和回路６１とを備えている。限時動作部５８は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１の各単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲがそれぞれ第１の所定値Ｋ未満となったか否かを判定し、その判定信号を論理積回路６２に出力する。自己の上位変電所における３相の系統電圧Ｖ１のすべての単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲが第１の所定値Ｋ未満となったときは論理積回路６２の出力信号が成立し、その出力信号は信号出力部６３に入力される。信号出力部６３は論理積回路６２の出力信号が入力されたときは、その出力信号を保持して出力し、電圧復帰判定部６０からの電圧復帰検出信号ｍが入力されたときは論理積回路６２の出力信号の保持を解除するものである。信号出力部６３の出力信号はタイマー６４に入力され、所定の時間経過後に第１の検出信号ｓ１として論理和回路６１に出力される。
一方、瞬時動作部５９は、限時動作部５８の第１の所定値Ｋより小さい第２の所定値Ｋ’を有する。そして、瞬時動作部５９は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１の各単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲがそれぞれ第２の所定値Ｋ’未満となったか否かを判定し、その判定信号を論理積回路６５に出力する。自己の上位変電所における３相の系統電圧Ｖ１のすべての単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲが第２の所定値Ｋ’未満となったときは論理積回路６５の出力信号が成立し、その出力信号は信号出力部６６に入力される。信号出力部６６は論理積回路６５の出力信号が入力されたときは、その出力信号を保持して出力し、電圧復帰判定部６０からの電圧復帰検出信号ｍが入力されたときは論理積回路６５の出力信号の保持を解除するものである。信号保持部６６の出力信号は第２の検出信号ｓ２として論理和回路６１に出力される。
また、電圧復帰判定部６０は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１が電圧復帰したことを検出するものである。自己の上位変電所１１ａにおける３相の系統電圧Ｖ１の各単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲが第３の所定値Ｋ”を越えたか否かを判定し、すべての単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲが所定値を越えたときに電圧復帰したと判定し電圧復帰信号ｍを信号出力部６３、６６に出力する。電圧復帰判定部６０の第３の所定値Ｋ”は、限時動作部５８の第１の所定値Ｋよりも大きな値である。これは、電圧復帰を判定するための所定値を高めに設定し、電圧低下の回復を確実なものにするためである。信号出力部６３、６６は、電圧復帰判定部６０から電圧復帰信号ｍが入力されたときは第１の検出信号ｓ１及び第２の検出信号ｓ２の保持を解除し、動作優先選別信号ｃの出力を停止させる。
論理和回路６１は第１の検出信号ｓ１または第２の検出信号ｓ２のいずれかを入力したときに動作優先選別信号ｃを出力する。従って、動作優先選別部２９は、系統電圧Ｖ１の電圧低下が比較的小さい第１の所定値Ｋ未満のときは限時動作にて動作優先選別信号ｃを出力し、系統電圧Ｖ１の電圧低下が比較的大きい第２の所定値Ｋ’未満となると瞬時動作にて動作優先選別信号ｃを出力することになる。
次に、動作優先選別部２９の動作について説明する。図８は動作優先選別部２９の動作を示すタイムチャートである。いま、時点ｔ１で自己の上位変電所１１ａの系統電圧Ｖ１が第１の所定値Ｋ未満となり、時点ｔ２で他の上位変電所１１ｂの系統電圧Ｖ２が第２の所定値Ｋ’未満となったとする。
時点ｔ１で自己の上位変電所１１ａの系統電圧Ｖ１が第１の所定値Ｋ未満となったことから、主装置１８ａの動作優先選別部２９は、限時動作部５８によりその旨を検出するが、タイマー６４の時限Ｔｓだけ遅れて時点ｔ４で動作優先選別信号ｃを端末装置１９ａ１に出力することになる。一方、時点ｔ２で他の上位変電所１１ａの系統電圧Ｖ２が第２の所定値Ｋ’未満となったことから、主装置１８ｂの動作優先選別部２９は、瞬時動作部５９によりその旨を検出し、瞬時に時点ｔ２で動作優先選別信号ｃを端末装置１９ｂ１に出力することになる。
そして、時点ｔ３で自己の上位変電所１１ａにおける主装置１８ａの系統電圧緩低下判定部２７及び他の上位変電所１１ｂにおける主装置１８ｂの系統電圧緩低下判定部２７がそれぞれ電圧緩低下となったことを検出したとすると、それぞれ系統電圧緩低下判定信号ａ１及び系統電圧緩低下判定信号ａ２を出力する。この時点ｔ３では、系統電圧緩低下判定信号ａ１が出力されても主装置１８ａの動作優先選別部２９の動作優先選別信号ｃが出力されていないので、端末装置１９ａ１は負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎを出力する条件が成立しない。系統電圧緩低下判定信号ａ２が出力されると、既に主装置１８ｂの動作優先選別部２９の動作優先選別信号ｃが出力されているので、端末装置１９ｂ１は負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｍを出力することになる。
そして、時点ｔ４になって、主装置１８ａの動作優先選別部２９の動作優先選別信号ｃが出力されると、時点ｔ３で既に主装置１８ａの系統電圧緩低下判定部２７が系統電圧緩低下判定信号ａ１を出力しているので、端末装置１９ａ１は負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎを出力する一部条件が成立する。
このように、動作優先選別部２９は、自己の上位変電所１１ａの電圧低下が比較的小さいときは限時動作で動作優先選別信号ｃを出力し、電圧低下が比較的大きいときは瞬時動作で動作優先選別信号ｃを出力する。つまり、動作優先選別部２９は、系統電圧Ｖ１〜Ｖ４の電圧低下が大きい上位変電所１１ａ〜１１ｄに接続される下位変電所１５ａ〜１５ｄの負荷を優先して負荷遮断するための動作優先選別信号ｃを端末装置１９ａ１〜１９ｄ３に出力する。なお、以上の説明では、一つの限時動作部５８を設けた場合について説明したが複数の限時動作部５８を設けるようにしてもよい。
次に、主装置１８ａの出力許可部３０について説明する。図９は出力許可部３０の構成図である。出力許可部３０は、負荷選別部６７と、電圧復帰判定部６８と、信号出力部６９とを備えている。
負荷選別部６７は、自己の上位変電所１１ａのＶ１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）、及び自己の上位変電所１１ａ内における複数の変圧器のそれぞれの３相の系統電流Ｉ１ａ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）、Ｉ１ｂ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）、Ｉ１ｃ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）、Ｉ１ｄ（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を入力し、３相の系統電圧Ｖ１及び自己の上位変電所１１ａ内の系統電流Ｉ１ａ〜Ｉ１ｄに基づいて、各単相ごとに無効電力特性に起因する電圧急低下か否かを判別する。
これは、無効電力特性に起因する電圧急低下以外の電圧急低下で誤動作することを防止するためである。例えば、系統事故時に負荷遮断に失敗すると電圧低下が長時間継続することがあり、その場合の電圧急低下現象と識別できるようにするためである。
無効電力特性に起因する電圧急低下時には、負荷の無効電力が急増する特性に着目し、系統電圧Ｖ１〜Ｖ４及び系統母線電流Ｉ１〜Ｉ４の各単相ごとに、図１０に示すオフセットモー型の距離継電要素を持たせ、系統電圧Ｖ１〜Ｖ４及び系統母線電流Ｉ１〜Ｉ４の各単相の特性（Ｚ＝ＶＲＳ／ＩＲＳ、Ｚ＝ＶＳＴ／ＩＳＴ、Ｚ＝ＶＴＲ／ＩＴＲ）が距離継電要素の動作範囲Ｓに入ったかどうかを判定する。
すなわち、負荷選別部６７の論理積回路７０ａは、上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１及び系統電流Ｉ１ａのすべての単相の特性が距離継電要素の動作範囲Ｓに入ったときに出力信号を出力する。同様に、論理積回路７０ｂは、上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１及び系統電流Ｉ１ｂのすべての単相の特性が距離継電要素の動作範囲Ｓに入ったときに出力信号を出力し、論理積回路７０ｃは、上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１及び系統電流Ｉ１ｃのすべての単相の特性が距離継電要素の動作範囲Ｓに入ったときに出力信号を出力し、論理積回路７０ｄは、上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１及び系統電流Ｉ１ｄのすべての単相の特性が距離継電要素の動作範囲Ｓに入ったときに出力信号を出力する。
そして、これら論理積回路７０ａ〜７０ｄの各出力信号は論理和回路７１に入力され、いずれかの出力信号が成立しているときに論理和回路７１から出力許可信号ｄ０が出力される。従って、上位変電所１１ａにおいて、無効電力特性に起因する電圧急低下現象が発生しているときは負荷選別部６７から出力許可信号ｄ０が信号出力部６９に出力される。信号出力部６９は負荷選別部６７から出力許可信号ｄ０が入力されたときは、その出力許可信号ｄ０を保持して出力許可信号ｄを出力し、電圧復帰判定部６８からの電圧復帰検出信号ｍが入力されたときは負荷選別部６７から出力許可信号ｄ０の保持を解除するものである。
また、電圧復帰判定部６８は、自己の上位変電所１１ａの３相の系統電圧Ｖ１が電圧復帰したことを検出するものであり、自己の上位変電所１１ａにおける３相の系統電圧Ｖ１の各単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲが所定値Ｋ”を越えたか否かを判定し、すべての単相電圧ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲが所定値を越えたときに電圧復帰したと判定し電圧復帰信号ｍを信号出力部６９に出力する。信号出力部６９は、電圧復帰判定部６８から電圧復帰信号ｍが入力されたときは出力許可信号ｄ０の保持を解除する。なお、電圧復帰判定部６８の所定値Ｋ”は、動作優先選別部２９の電圧復帰判定部６０の設定値Ｋ”と同じ値に設定される。
このように、出力許可部３０は、自己の上位変電所１１ａの系統電圧Ｖ１及び系統母線電流Ｉ１〜Ｉ４に基づいて無効電力特性に起因する電圧急低下か否かを判別し、無効電力特性に起因する電圧急低下のときは出力許可信号ｄを出力する。また、自己の上位変電所１１ａの系統電圧が電圧復帰したときは出力許可信号ｄの出力を停止する。従って、無効電力特性に起因する電圧急低下以外の電圧急低下で誤動作することを防止できる。
次に、端末装置１９について説明する。各々の端末装置１９ａ１〜１９ｄ３は同一構成であるので端末装置１９ａ１について説明する。図１１は端末装置１９ａ１の構成図である。端末装置１９ａ１は負荷遮断出力部３２と負荷遮断選択出力部３３とを備えている。
負荷遮断出力部３２は、主装置１８ａの系統電圧緩低下判定部２７及び動作優先選別部２９に対応して設けられ、論理積回路７２と、複数のタイマー装置７３ａ〜７３ｎと、電圧特性判定部７４とを備えている。主装置１８ａの系統電圧緩低下判定部２７からの系統電圧緩低下判定信号ａ及び動作優先選別部２９からの動作優先選別信号ｃは、信号端局装置２６ａ１を介して論理積回路７２に入力される。論理積回路７２は、系統電圧緩低下判定信号ａ及び動作優先選別信号ｃの双方を受信したときは、タイマー装置７３ａ〜７３ｎを通して下位変電所１５ａ１の負荷母線１６に接続された各フィーダ線１７の負荷に対して負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎを出力する。後述するように、タイマー装置７３ａ〜７３ｎは時限を可変設定できるように構成されている。
電圧特性判定部７４は、下位変電所１５ａ１の負荷母線１６の３相の負荷電圧Ｖ１１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）及び３相の負荷電流Ｉ１１（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を入力し、その負荷電圧Ｖ１１が予め負荷力率ＣＯＳθを加味して定められた所定範囲のどの領域に属するかを判定し、タイマー装置７３ａ〜７３ｎの時限が負荷電圧Ｖ１１が属する領域に対応した時限となるようにタイマー装置７３ａ〜７３ｎの時限を設定する。これにより、タイマー装置７３ａ〜７３ｎの時限に応じた限時動作にて順序付けして負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎが順次出力される。
図１２は、電圧特性判定部７４がタイマー装置７３ａの時限を設定する場合の電圧特性判定部７４及びタイマー装置７３ａの構成図である。タイマー装置７３ａは時限の異なる複数のタイマー７５ａ〜７５ｄを有し、タイマー７５ａの時限Ｔ０に対し、タイマー７５ｂは時限Ｔ１（Ｔ１＝Ｔ０−ｔ）、タイマー７５ｃは時限Ｔ２（Ｔ＝Ｔ０−２ｔ）、タイマー７５ｄは時限Ｔ３（Ｔ１＝Ｔ０−３ｔ）と定められており、タイマー７５ａの時限Ｔ０が最も長くタイマー７５ｄの時限Ｔ３が最も短く設定されている。そして、タイマー７５ｂ〜７５ｄの出力信号は論理積回路７６ａ〜７６ｃにそれぞれ入力され、電圧特性判定部７４からの許可信号が論理積回路７６ａ〜７６ｃに入力されたとき、タイマー７５ｂ〜７５ｄの出力信号は論理和回路７７に出力される。論理和回路７７にはタイマー７５ａの出力信号も入力されており、論理和回路７７は各々のタイマー７５ａ〜７５ｄの出力信号のいずれかが入力されたとき負荷遮断指令Ｅａとして出力する。
電圧特性判定部７４は、複数の負荷電圧特性判定部７８ａ〜７８ｃを備えており、各々の負荷電圧特性判定部７８ａ〜７８ｃは、予め定められた負荷力率ＣＯＳθを加味して定められた電圧特性範囲を有している。そして、各々の負荷電圧特性判定部７８ａ〜７８ｃは、下位変電所１５ａ１の負荷母線１６の３相の負荷電圧Ｖ１１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）及び３相の負荷電流Ｉ１１（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を入力し、負荷電流Ｉ１１を基準にした負荷電圧Ｖ１１が定められた電圧特性範囲に入ったときに動作し論理積回路７６ａ〜７６ｃに許可信号を出力する。
図１３は、負荷電圧特性判定部７８ａ〜７８ｃが有する負荷電流Ｉ１１の電流ベクトルを位相基準とした電圧特性範囲の電圧ベクトル平面図である。各々の電圧特性範囲Ｓ１〜Ｓ３は、負荷電圧Ｖ１１に対して予め定められた設定値ＵＶ１〜ＵＶ３と、負荷力率ＣＯＳθに対して予め設定された設定値Ｖ ＣＯＳθ１〜Ｖ ＣＯＳθ３とを有し、これらの設定値でそれぞれの領域が定められる。このように、各々の電圧特性範囲Ｓ１〜Ｓ３は、負荷力率ＣＯＳθを加味した所定範囲となっている。すなわち、電圧特性範囲Ｓ１〜Ｓ３において、負荷力率ＣＯＳθが大きいとき、例えば負荷力率ＣＯＳθが「１」のとき（負荷電圧Ｖ１１と負荷電流Ｉ１１とが同相のとき）は、負荷電圧Ｖ１１の絶対値が小さくても電圧特性範囲Ｓ１〜Ｓ３に入りにくい特性となっている。
負荷電圧特性判定部７８ａは、負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率が比較的大きいときに動作する電圧特性範囲Ｓ１を有しており、タイマー装置７３ａの最も時限の長いタイマー７５ｂに許可信号を出力するようになっている。以下、同様に、負荷電圧特性判定部７８ｂは負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率がやや小さいときに動作する電圧特性範囲Ｓ２を有しており、タイマー装置７３ａの中間的な時限のタイマー７５ｃに許可信号を出力するようになっている。さらに、負荷電圧特性判定部７８ｃは負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率が小さいときに動作する電圧特性範囲Ｓ３を有しており、タイマー装置７３ａの最も時限の短いタイマー７５ｄに許可信号を出力するようになっている。なお、負荷電圧Ｖ１１がいずれの電圧特性範囲Ｓ１〜Ｓ３にも属さないときはタイマー装置７３ａのタイマー７５ａからの出力信号が論理和回路７７で選択されることになる。
このように、負荷遮断出力部３２は、下位変電所の負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率ＣＯＳθが小さいほど限時動作を短くし負荷遮断指令を早く出力するように構成されている。従って、電圧低下に影響の大きな負荷から優先的に負荷遮断できる。以上の説明では、負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率ＣＯＳθが小さいほど限時動作を短くし負荷遮断指令を早く出力するようにしたが、負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率ＣＯＳθのいずれか一方が小さいほど限時動作を短くし負荷遮断指令を早く出力するようにしてもよい。
次に、端末装置１９ａ１の負荷遮断選択出力部３３について説明する。図１１において、負荷遮断選択出力部３３は、主装置１８ａの系統電圧急低下判定部２８及び出力許可部３０に対応して設けられ、論理積回路７９と、複数のタイマー８０ａ〜８０ｎと、負荷遮断許可部８１と、複数の論理積回路８２ａ〜８２ｎとを備えている。
主装置１８ａの系統電圧急低下判定部２８からの系統電圧急低下判定信号ｂ及び出力許可部３０からの出力許可信号ｄは、信号端局装置２６ａ１を介して論理積回路７９に入力される。論理積回路７９は、系統電圧急低下判定信号ｂ及び出力許可信号ｄの双方を受信したときは、タイマー８０ａ〜８０ｎ、論理積回路８２ａ〜８２ｎ及び論理和回路９２−１〜９２−ｎを通して下位変電所１５ａ１の負荷母線１６に接続された各フィーダ線１７の負荷に対して負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎを出力する。
タイマー８０ａ〜８０ｎは、負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎを出力する順序を定めるものであり、例えば、タイマー８０ａの時限を最も短かくし、徐々に時限を長くした時限を順次タイマー８０ａ〜８０ｎに設定する。従って、タイマー８０ｎの時限が最も長く設定される。これにより、タイマー８０ａ〜８０ｎの出力信号は、タイマー８０ａ〜８０ｎの順番で論理積回路８２ａ〜８２ｎに出力される。論理積回路８２ａ〜８２ｎは、負荷遮断許可部８１から許可信号ｘが入力されたとき、タイマー８０ａ〜８０ｎの出力信号を出力するものである。従って、負荷遮断許可部８１から論理積回路８２ａ〜８２ｎに許可信号ｘが入力されているときは、負荷遮断指令は、タイマー８０ａ〜８０ｎの時限で順序付けされた順序で出力される。
図１４は負荷遮断許可部８１の構成図である。負荷遮断許可部８１は動作判定部８３と、復帰判定部８４と、動作リセット部８５と、信号出力部８６とを備えている。
動作判定部８３は負荷母線の電圧電流特性が無効電力特性に起因する電圧低下状態になっているかどうかを判定し、電圧低下状態になっているときは許可信号ｘ０を出力するものである。動作判定部８３は３相の負荷電圧Ｖ１１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）及び３相の負荷電流Ｉ１１（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を入力し、単相動作判定部８７ａ〜８７ｃで各単相ごとに負荷母線の電圧電流特性が無効電力特性に起因する電圧低下状態になっているかどうかを判定する。単相動作判定部８７ａ〜８７ｃは同一構成であるので、図１４では単相動作判定部８７ａの構成のみを示している。以下、単相動作判定部８７ａについて説明する。
単相動作判定部８７ａは、単相負荷電流ＩＲＳが所定値Ｋ１を越え、単相負荷電圧ＶＲＳが所定値Ｋ３未満であり、かつ、単相負荷電圧ＶＲＳと負荷力率ＣＯＳθとで定まる関係が所定値未満（ＶＲＳＣＯＳ（θ＋３０°）＜Ｋ２ ＣＯＳ ３０°）であるときに、単相のＲＳ相が無効電力特性に起因する電圧低下状態になっていると判定し判定信号ｒ１を出力する。同様に、ＳＴ相、ＴＳ相についても、単相動作判定部８７ｂ、８７ｃにより判定信号ｒ２、ｒ３が出力される。これら判定信号ｒ１、ｒ２、ｒ３は、動作判定部８３の論理積回路８８に入力され、これら判定信号ｒ１、ｒ２、ｒ３がすべて成立しているときに動作判定部８３から許可信号ｘ０を信号出力部８６に出力する。
信号出力部８６は動作判定部８３から許可信号ｘ０が入力されたときは、その許可信号ｘ０を保持して許可信号ｘを出力し、復帰判定部８４からの復帰信号ｕが入力されたときは許可信号ｘ０の保持を解除するものである。従って、信号出力部８６は動作判定部８３から許可信号ｘ０を入力すると、復帰判定部８４から復帰信号ｕがない限りは許可信号ｘを負荷遮断選択出力部３３の論理積回路８２ａ〜８２ｎに出力する。この許可信号ｘの出力により、負荷遮断選択出力部３３からの負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎの出力が許可され、タイマー８０ａ〜８０ｎで順序付けられた順序で順次負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎが出力される。
復帰判定部８４は、負荷母線の電圧電流特性が無効電力特性に起因する電圧低下状態が回復したか否かを判定し、回復したときは回復信号ｕを出力するものである。復帰判定部８４は３相の負荷電圧Ｖ１１（ＶＲＳ、ＶＳＴ、ＶＴＲ）及び３相の負荷電流Ｉ１１（ＩＲＳ、ＩＳＴ、ＩＴＲ）を入力し、単相復帰判定部８９ａ〜８９ｃで各単相ごとに負荷母線の電圧電流特性が無効電力特性に起因する電圧低下状態から回復したか否かを判定する。単相復帰判定部８９ａ〜８９ｃは同一構成であるので、図１４では単相復帰判定部８９ａの構成のみを示している。以下、単相復帰判定部８９ａについて説明する。
単相復帰判定部８９ａは、単相負荷電流ＩＲＳが所定値Ｋ１’未満となるか、または単相 負荷電圧ＶＲＳが所定値Ｋ３’を越えるか、または、単相負荷電圧ＶＲＳと負荷力率ＣＯＳθとで定まる関係が所定値未満（ＶＲＳＣＯＳ（θ＋３０°）＞Ｋ２’ ＣＯＳ ３０°）となったときに、単相のＲＳ相が無効電力特性に起因する電圧低下から回復した判定し判定信号ｙ１を出力する。
同様に、ＳＴ相、ＴＲ相についても、単相復帰判定部８９ｂ、８９ｃにより判定信号ｙ２、ｙ３が出力される。これら判定信号ｙ１、ｙ２、ｙ３は、復帰判定部８４の論理積回路９０に入力され、これら判定信号ｙ１、ｙ２、ｙ３がすべて成立しているときに復帰信号ｕを信号出力部８６に出力する。復帰判定部８４からの復帰信号ｕが入力されたときは許可信号ｘの保持を解除する。これにより、負荷遮断選択出力部３３からの負荷遮断指令Ｅａ〜Ｅｎの出力が停止され、負荷遮断動作が停止する。
図１５は単相動作判定部８７ａの動作条件範囲及び単相復帰判定部８９ａの復帰条件範囲を示す負荷電流Ｉ１１の電流ベクトルを位相基準とした電圧ベクトル平面図である。負荷電圧Ｖ１１に対して予め定められた設定値Ｋ３〜Ｋ３’と、負荷力率ＣＯＳθに対して予め設定された設定値Ｋ２ ＣＯＳ ３０°〜Ｋ２’ ＣＯＳ ３０°とを有し、これらの設定値で動作条件範囲Ｓ１１及び復帰条件範囲Ｓ１２が定められる。動作条件範囲Ｓ１１と復帰条件範囲Ｓ１２との間に不感帯範囲Ｓ１３が設けられている。負荷電流Ｉ１１を基準とした負荷電圧Ｖ１１が動作条件範囲Ｓ１１に入ったとき単相動作判定部８７ａが動作し、復帰条件範囲Ｓ１２に入ったとき単相復帰判定部８９ａが動作する。
すなわち、動作条件範囲Ｓ１１及び復帰条件範囲Ｓ１２において、負荷力率ＣＯＳθが大きいとき、例えば負荷力率ＣＯＳθが「１」のとき（負荷電圧Ｖ１１と負荷電流Ｉ１１とが同相のとき）は、負荷電圧Ｖ１１の絶対値が小さくても動作条件範囲Ｓ１１に入りにくい特性となっており、負荷電圧Ｖ１１の絶対値が比較的小さくても復帰条件範囲Ｓ１２に入り易い特性となっている。以上の説明では、負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率ＣＯＳθを考慮して設定値を定め、動作条件範囲Ｓ１１及び復帰条件範囲Ｓ１２を定めるようにしたが、負荷電圧Ｖ１１及び負荷力率ＣＯＳθのいずれか一方に基づいて設定値を定め、動作条件範囲Ｓ１１及び復帰条件範囲Ｓ１２を定めるようにしてもよい。
動作リセット部８５は、動作判定部８３の動作が復帰し動作判定部８３からの許可信号ｘ０が出力されなくなったときに、所定の時限経過後に信号出力部８６の許可信号ｘ０の保持を解除するものである。動作リセット部８５は、否定回路９１と、タイマー９３とを備える。動作判定部８３からの許可信号ｘ０は否定回路９１を介してタイマー９３に入力され、タイマー９３は許可信号ｘ０の出力がなくなってから所定の時限が経過したときに復帰判定部８４の論理和回路９４を介して、信号出力部８６の許可信号ｘ０の保持を解除する。
これにより、動作判定部８３の動作は復帰しているが、復帰判定部８４からの復帰信号ｕが出力されていない状態、すなわち、図１５での不感帯範囲Ｓ１３に入っている状態が長時間継続することを防止できる。すなわち、不要な負荷遮断指令を出力し続けることを防止できる。
以上述べたように、第１の実施の形態によれば、ネットワーク送電線で接続された複数の上位変電所の系統電圧の電圧低下及び電圧低下速度に基づいて、無効電力特性に起因する系統電圧の電圧低下の検出を行うので、複数の送電線がネットワークで構成されている場合であっても適正に検出できる。
また、数秒オーダーから数分オーダーの長時間領域の電圧低下及び数秒オーダーの短時間領域の電圧低下の双方を別々に検出するので、幅広い検出が可能となる。さらに、長時間領域の電圧低下及び短時間領域での電圧低下のそれぞれの電圧低下特性に合わせて、負荷電圧の低下が大きい箇所から選択的に負荷遮断したり、系統事故等による電圧低下での誤動作の防止を図っているので、無効電力特性に起因する系統電圧の電圧低下を適正に検出でき回復させることができる。
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図１６は本発明の第２の実施の形態に係わる系統電圧保護装置の構成図である。この第２の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、主装置１８ａから動作優先選別部２９及び出力許可部３０を省略したものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
動作優先選別部２９は、自己の上位変電所の系統電圧の電圧低下が比較的大きい場合に、自己の系統電圧緩低下判定部２７の系統電圧緩低下判定信号ａが端末装置１９ａ１〜１９ａ３において優先して選択されるように動作優先選別信号ｃを出力するものである。しかし、複数の上位変電所の系統母線はネットワーク送電線で繋がっているので、他の上位変電所に接続された負荷が先に遮断された場合であっても結果的には自己の上位変電所の系統電圧も回復する。従って、動作優先選別部２９は特に設けてなくとも問題はないので、第２の実施の形態では動作優先選別部２９を設けていない。
また、出力許可部３０は、無効電力特性に起因する電圧急低下か否かを判別し無効電力特性に起因する電圧急低下のときは出力許可信号ｄを出力するものである。すなわち、系統事故時において事故点の遮断に失敗した場合には電圧急低下が発生することがあるので、その場合の電圧急低下と識別するためのものである。しかし、系統事故時の主保護リレーによる事故除去失敗に対しては、後備保護保護リレーにより１秒程度で事故除去され、電圧急低下は長時間継続するものではない。従って、出力許可部３０は特に設けてなくとも問題はないので、第２の実施の形態では出力許可部３０を設けていない。
第２の実施の形態によれば、電力系統の系統構成や電力系統の特性に応じて、系統電圧緩低下検出部２７、系統電圧急低下検出部２８、また、動作優先選別部２９、出力許可部３０を適宜組み合わせて電力系統保護装置を構成できるので、電力系統に応じた最適な電圧低下の検出ができる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。図１７は本発明の第３の実施の形態に係わる系統電圧保護装置の構成図である。この第３の実施の形態は、図１に示した第１の実施の形態に対し、電力系統の一または複数の変電所から下位変電所を介さずに直接的に負荷に電力を供給する場合に適用できるようにしたものである。すなわち、自己の変電所から直接的に負荷に電力を供給することから、主装置１８ａと端末装置１９ａ１〜１９ａ３とを一体化したものである。図１と同一要素には同一符号を付し重複する説明は省略する。
図１７において、系統電圧緩低下判定部２７からの系統電圧緩低下判定信号ａ及び動作優先選別部２９からの動作優先選別信号ｃは、負荷遮断出力部３２ａ１〜３２ａ３に入力される。負荷遮断出力部３２ａ１〜３２ａ３では、系統電圧緩低下判定信号ａ及び動作優先選別信号ｃの双方を入力したときは、無効電力特性に起因する電圧低下に影響が大きな負荷から順次負荷遮断する。
また、系統電圧急低下判定部２８からの系統電圧急低下判定信号ｂ及び出力許可部３０からの出力許可信号ｄは、負荷遮断選択出力部３３ａ１〜３３ａ３に入力される。負荷遮断選択出力部３３ａ１〜３３ａ３では、系統電圧急低下判定信号及び出力許可信号を入力したときは無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択しその選択した負荷を順次負荷遮断する。
これにより、自己の変電所から直接的に負荷に電力を供給する場合であっても電圧低下を検出することができ、電圧低下に対して負荷遮断を行い、電力系統の電圧を回復させることができる。
また、図１８に示すように、図１７に示した電力系統保護装置から動作優先選別部２９及び出力許可部３０を省略したものでもよい。
第３の実施の形態によれば、自己の変電所から直接的に負荷に電力を供給する電力系統の系統構成や電力系統の特性に応じて、系統電圧緩低下検出部２７、系統電圧急低下検出部２８、また、動作優先選別部２９、出力許可部３０を適宜組み合わせて電力系統保護装置を構成できるので、電力系統に応じた最適な電圧低下の検出ができる。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係わる電力系統保護装置の構成図である。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係わる電力系統保護装置が適用される電力系統の概略構成図である。 図３は、本発明の第１の実施の形態における系統電圧緩低下判定部の詳細構成図である。 図４は、本発明の第１の実施の形態における単相電圧低下速度検出部での長時間領域の電圧低下速度の検出処理内容についての説明図である。 図５は、本発明の第１の実施の形態における系統電圧緩低下判定部の他の一例を示す詳細構成図である。 図６は、本発明の第１の実施の形態における系統電圧急低下判定部の詳細構成図である。 図７は、本発明の第１の実施の形態における動作優先選別部の構成図である。 図８は、本発明の第１の実施の形態における動作優先選別部の動作を示すタイムチャートである。 図９は、本発明の第１の実施の形態における出力許可部の構成図である。 図１０は、本発明の第１の実施の形態における負荷選別部の距離継電要素の動作範囲特性図である。 図１１は、本発明の第１の実施の形態における端末装置の構成図である。 図１２は、本発明の第１の実施の形態における電圧特性判定部がタイマー装置の時限を設定する場合の電圧特性判定部及びタイマー装置の構成図である。 図１３は、本発明の第１の実施の形態における電圧特性判定部の負荷電圧特性判定部が有する電流ベクトルを位相の基準とした電圧特性範囲の電圧ベクトル平面図である。 図１４は、本発明の第１の実施の形態における負荷遮断許可部の構成図である。 図１５は、本発明の第１の実施の形態における単相動作判定部の動作条件範囲及び単相復帰判定部の復帰条件範囲を示す電流ベクトルを位相の基準とした電圧ベクトル平面図である。 図１６は、本発明の第２の実施の形態に係わる系統電圧保護装置の構成図である。 図１７は、本発明の第３の実施の形態に係わる系統電圧保護装置の構成図である。 図１８は、本発明の第３の実施の形態に係わる系統電圧保護装置の他の一例を示す構成図である。
符号の説明
１１…上位変電所、１２…系統母線、１３…ネットワーク送電線、１４…下位送電線、１５…下位変電所、１６…負荷母線、１７…フィーダ線、１８…主装置、１９…端末装置、２０…電圧変成器、２１…電流変成器、２２…電圧変成器、２３…電流変成器、２４、２５、２６…信号端局装置、２７…系統電圧緩低下判定部、２８…系統電圧急低下判定部、２９…動作優先選別部、３０…出力許可部、３２…負荷遮断出力部、３３…負荷遮断選択出力部、３４…電圧緩低下判定部、３５…多数決演算部、３６…電圧復帰判定部、３７…信号出力部、３８…単相電圧緩低下判定部、３９…論理積回路、４０…単相電圧低下検出部、４１…単相電圧緩低下速度検出部、４２…論理積回路、４３…タイマー、４４…電圧緩低下判定部群、４５、４６…論理和回路、４７…電圧急低下判定部、４８…多数決演算部、４９…電圧復帰判定部、５０…信号出力部、５１…単相電圧急低下判定部、５２…論理積回路、５３…単相電圧低下検出部、５４…単相電圧急低下速度検出部、５５…誤動作防止部、５６…論理積回路、５７…タイマー、５８…限時動作部、５９…瞬時動作部、６０…電圧復帰判定部、６１…論理和回路、６２…論理積回路、６３…信号出力部、６４…タイマー、６５…論理積回路、６６…信号出力部、６７…負荷選別部、６８…電圧復帰判定部、６９…信号出力部、７０…論理積回路、７１…論理和回路、７２…論理積回路、７３…タイマー装置、７４…電圧特性判定部、７５…タイマー、７６…論理積回路、７７…論理和回路、７８…負荷電圧特性判定部、７９…論理積回路、８０…タイマー、８１…負荷遮断許可部、８２…論理積回路、８３…動作判定部、８４…、８５…動作リセット部、８６…信号出力部、８７…単相動作判定部、８８…論理積回路、８９…単相復帰判定部、９０…論理積回路、９１…否定回路、９２…論理和回路、９３…タイマー、９４…論理和回路

Claims (17)

  1. 電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置において、前記電力系統の一または複数の上位変電所の系統電気量を取得する主装置と、前記上位変電所から電力を受電し負荷に電力を供給する一または複数の下位変電所の系統電気量を取得する端末装置とを備え、前記主装置は、３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部と、３相の系統電圧の電圧低下が大きいときは動作優先選別信号を早く出力し電圧低下が小さいときは動作優先選別信号を遅く出力する動作優先選別部と、無効電力特性に起因する電圧急低下のときは出力許可信号を出力する出力許可部とを備え、前記端末装置は、前記主装置から系統電圧緩低下判定信号及び動作優先選別信号を受信したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、前記主装置から前記系統電圧急低下判定信号及び出力許可信号を受信したときは無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択しその選択した負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする電力系統保護装置。
  2. 前記系統電圧緩低下判定部は、長時間領域の電圧緩低下の判定時間が短い領域から長い領域に向かって小さい所定値を有し、判定時間が短い領域では大きな電圧低下速度を早く検出し、判定時間が長い領域では小さな電圧低下速度を検出することを特徴とする請求項１記載の電力系統保護装置。
  3. 前記系統電圧急低下判定部は、短絡または地絡事故を検出したときは前記系統電圧急低下判定信号の出力を停止することを特徴とする請求項１記載の電力系統保護装置。
  4. 前記出力許可部は、３相の系統電圧及び系統電流に基づいて前記上位変電所から下位変電所を見た負荷インピーダンスが所定範囲内となったとき無効電力特性に起因する電圧急低下と判定し出力許可信号を出力することを特徴とする請求項１記載の電力系統保護装置。
  5. 前記負荷遮断出力部は、前記下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧低下の影響を判定し、無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断することを特徴とする請求項１記載の電力系統保護装置。
  6. 前記負荷遮断出力部は、前記下位変電所の負荷電圧及び負荷力率が小さいほど限時動作を短くし負荷遮断指令を早く出力することを特徴とする請求項５記載の電力系統保護装置。
  7. 前記負荷遮断選択出力部は、前記下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択し、その選択した負荷を順次負荷遮断することを特徴とする請求項１記載の電力系統保護装置。
  8. 前記系統電圧緩低下判定部または前記系統電圧急低下判定部の電圧復帰設定値は、前記系統電圧緩低下判定部または前記系統電圧急低下判定部が動作したときの系統電圧より高い電圧であることを特徴とする請求項１記載の電力系統保護装置。
  9. 電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置において、前記電力系統の一または複数の上位変電所の系統電気量を取得する主装置と、前記上位変電所から電力を受電し負荷に電力を供給する一または複数の下位変電所の系統電気量を取得する端末装置とを備え、前記主装置は、３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部とを備え、前記端末装置は、前記主装置から系統電圧緩低下判定信号を受信したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、前記主装置から前記系統電圧急低下判定信号を受信したときは負荷遮断が許可されている負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする電力系統保護装置。
  10. 前記系統電圧緩低下判定部は、長時間領域の電圧緩低下の判定時間が短い領域から長い領域に向かって小さい所定値を有し、判定時間が短い領域では大きな電圧低下速度を早く検出し、判定時間が長い領域では小さな電圧低下速度を検出することを特徴とする請求項９記載の電力系統保護装置。
  11. 前記系統電圧急低下判定部は、短絡または地絡事故を検出したときは前記系統電圧急低下判定信号の出力を停止することを特徴とする請求項９記載の電力系統保護装置。
  12. 前記負荷遮断出力部は、前記下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧低下の影響を判定し、無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな下位変電所の負荷から順次負荷遮断することを特徴とする請求項９記載の電力系統保護装置。
  13. 前記負荷遮断出力部は、前記下位変電所の負荷電圧及び負荷力率が小さいほど限時動作を短くし負荷遮断指令を早く出力することを特徴とする請求項１２記載の電力系統保護装置。
  14. 前記負荷遮断選択出力部は、前記下位変電所に接続された負荷の負荷電圧及び負荷力率の双方または少なくともいずれか一方に基づいて無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択し、その選択した負荷を順次負荷遮断することを特徴とする請求項９記載の電力系統保護装置。
  15. 前記系統電圧緩低下判定部または前記系統電圧急低下判定部の電圧復帰設定値は、前記系統電圧緩低下判定部または前記系統電圧急低下判定部が動作したときの系統電圧より高い電圧であることを特徴とする請求項９記載の電力系統保護装置。
  16. 電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置において、前記電力系統の一または複数の変電所の３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部と、３相の系統電圧の電圧低下が大きいときは動作優先選別信号を早く出力し電圧低下が小さいときは動作優先選別信号を遅く出力する動作優先選別部と、無効電力特性に起因する電圧急低下のときは出力許可信号を出力する出力許可部と、前記系統電圧緩低下判定信号及び動作優先選別信号を入力したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、前記系統電圧急低下判定信号及び出力許可信号を入力したときは無効電力特性に起因する電圧急低下の原因となっている負荷を選択しその選択した負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする電力系統保護装置。
  17. 電力系統を安定に運用するための電力系統保護装置において、前記電力系統の一または複数の変電所の３相の系統電圧に基づいて長時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧緩低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧緩低下判定信号の出力を停止する系統電圧緩低下判定部と、３相の系統電圧に基づいて短時間領域の電圧低下速度が所定値を越えたときは系統電圧急低下判定信号を出力し３相の系統電圧が電圧復帰設定値を越えたときは前記系統電圧急低下判定信号の出力を停止する系統電圧急低下判定部と、前記系統電圧緩低下判定信号を入力したときは無効電力特性に起因する電圧低下の影響が大きな負荷から順次負荷遮断する負荷遮断出力部と、前記系統電圧急低下判定信号を入力したときは負荷遮断が許可されている負荷を順次負荷遮断する負荷遮断選択出力部とを備えたことを特徴とする電力系統保護装置。
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