JP4406143B2 - 直流送電系統の保護継電装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属帰路方式の直流送電系統において、帰線の故障を高感度で検出する保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に直流送電系統としては、図８に示すように一方の交直変換所に設けられた交直変換器３は変換器用変圧器２ａを介して交流系統１ａに連係され、また他方の交直変換所に設けられた交直変換器４は交流系統１ｂに変換器用変圧器２ｂを介して連係され、両交直変換器３，４の間を両変換所側に設けられた直流リアクトル５ａ、５ｂを介して直流送電線（以下直流本線と呼ぶ）６により連係すると共に、帰線７により連係する構成となっている。この場合、帰線７は一方の交直変換所において接地されている。
【０００３】
ところで、このような構成の直流送電系統において、両交直変換所で帰線７に流れる電流を検出して互いに伝送しあい、その二量の電流の和から帰線の故障を検出するようにした差動保護方式による保護継電装置が採用されている。
【０００４】
図９はかかる従来の保護継電装置による帰線の保護を説明するための構成例を示す系統図である。
【０００５】
図９において、８ａ，８ｂは帰線７の両変換所１０ａ，１０ｂ側に設けられた変流器、９ａ，９ｂはこれら変流器８ａ，８ｂにより検出された電流Ｉ１，Ｉ２が入力される保護継電装置で、これら保護継電装置９ａ，９ｂは互いに電流情報を伝送する伝送手段を備えている。
【０００６】
このような構成の保護システムにおいて、平常時は直流本線を流れた直流電流は帰線７を通り、接地端へと帰還する。従って、直流変流器８ａ，８ｂを通して流れる電流が各々自変換所から相手変換所に向って流れる方向を正として電流の和を求めると、Ｉ１＋Ｉ２＝Ｉ＋（−Ｉ）＝０となる。
【０００７】
また、保護対象である直流変流器８ａと８ｂの間の帰線以外の場所、例えば故障点Ｆ１で故障が発生した場合も、直流変流器８ａと８ｂを通過する電流の関係は変わらないので、前記式が成り立つ。
【０００８】
これに対して、例えば故障点Ｆ２にて地絡故障が発生すると、故障電流は直流変流器８ｂを通過することなく故障点から大地へ流出する故障電流Ｉｆが発生するので、Ｉ１＋Ｉ２＝−Ｉｆ≠０となる。差動保護方式はこの差違を利用して帰線の故障の有無を検出するものである。
【０００９】
ここで、前述の式Ｉ１＋Ｉ２にて求まる値を差電流Ｉｄと呼ぶ。実際の保護継電装置では検出系や演算における誤差分を考慮し、所定の値Ｉｋを導入して差電流Ｉｄ＝Ｉ１＋Ｉ２≧Ｉｋを満たすとき故障ありと判定する。
【００１０】
この場合、保護継電装置が動作するためには保護区間内部にて故障が発生した時に差電流ＩｄがＩｋ以上発生する必要がある。或いは、発生する差電流Ｉｄで動作できるように、検出感度となる所定の値Ｉｋを小さな値として高感度に設定する必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような直流送電系統の帰線を差動保護方式により保護する場合、帰線７が交直変換所１０ａで接地されているため、保護区間内部のＦ２点に地絡故障が発生すると、故障電流は図１０に示すように故障点Ｆ２から接地点までの帰線側と故障点Ｆ２から大地までの抵抗Ｒ１，Ｒｆの比によって故障前に帰線に流れていた電流の分流となる。従って、故障点Ｆ２の地絡抵抗Ｒｆが大きいと故障点Ｆ２から大地に流出する電流よりもそのまま帰線７を流れる電流の方が大きくなり、十分な故障電流が流れない。
【００１２】
また、故障点抵抗が小さい場合でも、故障点が接地点に近付くほど帰線の故障点から接地点までの抵抗値がより小さくなるので、やはり故障点から流出する電流よりもそのまま帰線を流れる電流の方が大きくなり、十分な故障電流が流れない。従って、差電流Ｉｄの値も小さく感度Ｉｋを上回ることが困難となり、保護継電装置が動作できなくなる。
【００１３】
さらに、保護継電装置が小さな故障電流でも動作可能なように感度Ｉｋにより小さな値を選択すると、帰線に故障がない場合でも検出系や演算による誤差分により発生する差電流ＩｄがＩｋを上回り、保護継電装置が誤動作することが考えられる。
【００１４】
このように従来の保護継電装置では、十分な大きさの差電流の発生が期待できない場合、差電流不足により誤不動作となるか、高感度にすると故障がないにもかかわらず保護継電装置が誤動作するという問題がある。
【００１５】
本発明は上記のような問題点を解消するためなされたもので、帰線の故障を容易且つ高感度に検出することにより誤不動差や誤動作を防止することができる直流送電系統の保護継電装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により直流送電系統の保護継電装置を構成するものである。
【００１７】
請求項１に対応する発明は、交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、前記直流変流器より導入される電流に対し、前記整定手段により整定された値のオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行って前記電流に発生している固定分誤差と比例分誤差を低減する第１の演算手段と、この第１の演算手段で補正処理された電流を相手端に伝送する伝送手段と、前記第１の演算手段で補正処理された電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する第２の演算手段と、この第２の演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記整定手段により整定される前記オフセット補正のための値であるオフセット補正値は、前記オフセット補正値を０とし前記ゲイン補正のための値であるゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に電流が流れていないときの前記第１の演算手段の出力値を測定することにより求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値であり、前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段により整定される前記ゲイン補正値は、前記オフセット補正値を前記求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値とし前記ゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に自明である所定の電流値の電流である導入電流を流したときの前記第１の演算手段の出力値を測定し、この測定した出力値と前記導入電流の電流値との比をとることにより求めた前記比例分誤差を補正するよう決定された値であり、前記第１の演算手段は、前記オフセット補正値と前記ゲイン補正値とを用いて前記固定分誤差と前記比例分誤差とを低減し、前記整定手段より前記第２の演算手段に入力され前記第２の演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さであることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に対応する発明は、交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、前記直流変流器より導入される電流を相手端に伝送する伝送手段と、前記直流変流器より導入される電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流に対し、前記整定手段により整定された値のオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行って前記電流に発生している固定分誤差と比例分誤差を低減する補正処理する機能を有し、この機能により補正処理された自端の電流と相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する演算手段と、この演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記整定手段により整定される前記オフセット補正のための値であるオフセット補正値は、前記オフセット補正値を０とし前記ゲイン補正のための値であるゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に電流が流れていないときの前記演算手段の出力値を測定することにより求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値であり、前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段により整定される前記ゲイン補正値は、前記オフセット補正値を前記求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値とし前記ゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に自明である所定の電流値の電流である導入電流を流したときの前記演算手段の出力値を測定し、この測定した出力値と前記導入電流の電流値との比をとることにより求めた前記比例分誤差を補正するよう決定された値であり、前記演算手段は、前記オフセット補正値と前記ゲイン補正値とを用いて前記固定分誤差と前記比例分誤差とを低減し、前記整定手段より前記演算手段に入力され前記演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さであることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に対応する発明は、交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、前記直流変流器より導入される電流に対し、常時発生している固定分誤差と比例分誤差を低減するオフセット補正とゲイン補正を行う電気回路からなる入力変換手段と、この入力変換手段で補正された電流を相手端に伝送する伝送手段と、前記入力変換手段で補正された電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する演算手段と、この演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段より前記演算手段に入力され前記演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さであることを特徴とする。
【００２０】
従って、上記請求項１乃至請求項３に対応する発明の直流送電系統の保護継電装置にあっては、演算手段により検出系や演算における誤差分を補正及びキャンセルすることが可能となり、十分な差電流が得にくい帰線の故障において、感度Ｉｋを従来より小さな値に設定することができ、より高感度な故障検出を行うことができる。
【００２２】
従って、上記請求項４に対応する発明の直流送電系統の保護継電装置にあっては、直流変流器を介して導入された電流に対して差電流を演算し、さらに差電流の変化分の演算による誤差分をキャンセルすることにより、帰線のより高感度な故障検出を行うことが可能である。
【００２３】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４の何ずれか一つの項に対応する発明において、整定手段より差電流の変化分を演算する過去の時刻を０として演算手段に入力したときに差電流の変化分演算を中止し、現時点の差電流演算結果をもって、帰線の故障発生の有無の判定を行う機能確認の機能を持たせるものである。
【００２４】
従って、上記請求項５に対応する発明の直流送電系統の保護継電装置にあっては、差電流の変化分演算時刻を０として変化分演算を中止することで、従来技術と同様の差電流演算による故障判定に切換え、静的な入力にて判定演算部の試験を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明による直流送電系統の保護継電装置の第１の実施の形態を示す構成図である。本発明の保護対象は帰線であることから、交直変換器及び直流本線については省略して示している。また、図８と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２７】
図１において、７は両交直変換所の交直変換器間を結ぶ直流送電系統の帰路となる帰線であり、この帰線７はケーブル１１と架空線路１２とからなり、その一端は接地されている。また、８ａ，８ｂは両交直変換所側の帰線７に設けられた直流変流器で、これら直流変流器８ａ，８ｂは帰線７に流れる電流Ｉ１，Ｉ２を検出して保護継電装置１３ａ，１３ｂにそれぞれ入力する。
【００２８】
これら保護継電装置１３ａ，１３ｂは、その一方に内部構成を示すように直流変流器８ａにより検出された電流Ｉ１を取込む入力手段１３−１、この入力手段１３−１より取込まれた電流Ｉ１に対して補正演算を行う第１の演算手段１３−２、この第１の演算手段１３−２で補正演算された電流値を相手の保護継電装置との間で相互に伝送しあう伝送手段１３−３、この伝送手段１３−３を通して取込まれる自端と相手端の電流地の差動演算を実行する第２の演算手段１３−４、この第２の演算手段１３−４の演算結果を出力する出力手段１３−５及び第１の演算手段１３−２，第２の演算手段１３−４の各種パラメータを整定する整定手段１３−６から構成されている。
【００２９】
ここで、第２の演算手段１３−４は、図２に示すように差動演算部１３−４ａ，データテーブル１３−４ｂ、変化分演算部１３−４ｃ及び判定部１３−４ｂを備えている。
【００３０】
次に上記のように構成された直流送電系統の保護継電装置の作用を述べる。
【００３１】
いま、一方の交直変換所の保護継電装置１３ａでは、直流変流器８ａを介して導入される電流Ｉ１に対して整定手段１３−６により入力されたオフセット補正の整定値Ｋ０とゲイン補正の整定値Ｋ１を用いて、第１の演算手段１３−２にて（Ｉ１＋Ｋ０）×Ｋ１なる補正演算を実施する。そして、この補正された電流値Ｉ１´と対向端にて同様の処理を実施した後、伝送手段１３−３を介して入力された電流値Ｉ２´とから第２の演算手段１３−４にてＩｄ＝Ｉ１´＋Ｉ２´なる差動電流演算を実施し、さらに過去に演算した差電流との差を演算して発生している誤差分のキャンセルを実施し、その値から帰線に故障が発生しているか否かを判定する。
【００３２】
まず、第１の演算手段１３−２の作用を詳細に説明する。
【００３３】
いま、保護継電装置１３ａに導入される電流Ｉ１に真値Ｉorg に対して直流変流器８ａや導入手段で発生する電流の大きさに関係のない固定分誤差ε０と電流の大きさに比例する比例分誤差ε１が含まれているものとすると、
Ｉ１＝ε１×Ｉorg ＋ε０と表現することができる。
【００３４】
ここで、オフセット補正値Ｋ０を０、ゲイン補正値Ｋ１を１として、帰線に電流が流れていないときの第１の演算手段１３−２の出力を測定すると、導入される電流はＩ１＝ε１×Ｉorg ＋ε０であるので、第１の演算手段１３−２の出力は（ε０＋０）×１＝ε０となり、固定分誤差ε０が測定されることになるので、その固定分誤差ε０を打ち消すようにオフセット補正値Ｋ０（＝−ε０）を決定する。
【００３５】
次にオフセット補正値Ｋ０を前述の決定値、ゲイン補正値Ｋ１を１として、帰線に所定の電流Ｉtestを流した場合に得られる第１の演算手段の出力を測定すると、導入される電流はＩ１＝ε１×Ｉtest＋ε０なので、第１の演算手段の出力は（ε１×Ｉtest＋ε０−ε０）×１＝ε１×Ｉtestとなり、自明である所定の電流値Ｉtestの入力値として測定された出力値との比（入力値／出力値＝Ｉtest／（ε１×Ｉtest）＝１／ε１）をとることで比例分誤差ε１を補正するゲイン補正値Ｋ１を決定することができる。
【００３６】
このようにして決定されたオフセット補正の整定値Ｋ０とゲイン補正の整定値Ｋ１を用いて、導入される電流Ｉ１に対して（Ｉ１＋Ｋ０）×Ｋ１なる補正演算を実施することで、電流Ｉ１に含まれる固定分誤差ε０、比例分誤差ε１を補正することができる。
【００３７】
次に第２の演算手段１３−４の動作について図２により説明する。
【００３８】
第２の演算手段１３−４では、第１の演算手段１３−２の出力Ｉ１´と対向端にて同様の処理を実施後に伝送手段１３−３を介して入力された電流値Ｉ２´とから、従来の差動保護方式と同様に差動演算部１３−４ａにてＩｄ＝Ｉ１´＋Ｉ２´なる差電流演算を実施した後、変化分演算部１３−４ｃによりデータテーブル１３−４ｂに書込まれている過去に演算した差電流の中から整定手段１３−６より入力された時間分だけ過去の差電流を読出して差動演算部１３−４ａで求めた差電流との変化分ΔＩｄを演算する。
【００３９】
ここで、差電流演算に使用する両端の電流Ｉ１´、Ｉ２´に第１の演算手段１３−２では完全に補正できなかった誤差分や第１の演算手段１３−２の出力以後の演算処理等で発生した誤差分が含まれているとすると、各々の固定分誤差をε０１，ε０２、比例分誤差をε１１，ε１２、真値をＩorg １、Ｉorg ２と表した場合、差電流演算結果はＩｄ＝（ε１１×Ｉorg １＋ε０１）＋（ε１２×Ｉorg ２＋ε０２）となる。
【００４０】
また、現時点に対して保護出力とその後の制御に必要なだけの時間より過去の時刻Ｔを考え、現時点とこの時刻Ｔにおいてはハードウエアの経年劣化等を考慮する必要がなく、また帰線に故障がなく入力電流の真値が一定の値であるとすると、固定分誤差ε０ｘ（ｘは１及び２）と比例分誤差ε１ｘ（ｘは１及び２）はほぼ同一値であると考えることができ、現時点と過去の時刻Ｔにおける差電流演算結果の変化分ΔＩｄは、ΔＩｄ＝Ｉｄ−ＩｄＴ＝［（ε１１×Ｉorg １＋ε０１）＋（ε１２×Ｉorg ２＋ε０２）］−［（ε１１×Ｉorg １＋ε０１）＋ （ε１２×Ｉorg ２＋ε０２）］＝０となり、帰線に故障がない定常状態で発生している誤差分による差電流をキャンセルできる。
【００４１】
一方、帰線に故障が発生した場合は、差電流の変化分演算において故障発生後の差電流と、故障発生前の差電流との差分演算の期間が生じ、誤差分による差電流がキャンセルされることから、故障による差電流が抜出される結果となる。
【００４２】
このように変化分演算部１３−４ｃで誤差分がキャンセルされた値を判定部１３−４ｄに入力し、その値から帰線に故障が発生したか否かを判定し、故障が発生していると判定されると、図示しない交直変換器を制御する制御装置に変換器停止指令が与えられる。
【００４３】
従って、第１の実施の形態によれば、第１の演算手段１３−２及び第２の演算手段１３−４によって、検出系や演算における誤差分を補正及びキャンセルすることが可能となるので、十分な差電流が得にくい帰線の故障に対して、感度Ｉｋ０を従来より小さな値に設定することができ、より高感度な故障検出を行うことができる。
【００４４】
図３は本発明による直流電力系統の保護継電装置の第２の実施の形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００４５】
第２の実施の形態において、図１と異なる点は第２の演算手段１３−２４に第１の演算手段に相当する補正処理を行わせるようにしたものである。
【００４６】
このような構成の保護継電装置においても、第１の実施の形態と全く同様の作用効果を得ることができる。即ち、第２の演算手段１３−２４に持たせたオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理機能により、直流変流器を介して導入される電流と伝送手段より取込まれる相手端からの電流に発生する固定分誤差と比例分誤差を低減させた後、両電流の和である差電流を演算すると共に、さらに差電流の変化分を演算することで発生している誤差分を低減し、その変化分が整定値に対して所定の関係にあるか否かを判定することにより、帰線の故障を検出することができる。
【００４７】
図４は本発明による直流電力系統の保護継電装置の第３の実施の形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００４８】
第３の実施の形態において、図１と異なる点は第１の演算手段に代えて電気回路で構成された入力変換手段１３−７を設けたものである。この入力変換手段１３−７は、例えばオペアンプや抵抗からなる増幅回路の応用で実現でき、入力電気量にオフセット補正及びゲイン補正を行い得るようにしたものである。
【００４９】
このような構成の保護継電装置においても、第１の実施の形態と全く同様の作用効果を得ることができる。即ち、電気回路で構成された入力変換手段１３−７によりオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行うことにより、直流変流器を介して導入される電流に発生する固定分誤差と比例分誤差を低減させた後、差電流を演算すると共に、さらに差電流の変化分を演算することで発生している誤差分を低減し、その変化分が整定値に対して所定の関係にあるか否かを判定することにより、帰線の故障を検出することができる。
【００５０】
なお、上記第１の実施の形態では、補正演算機能を有する第１の演算手段１３−２を用い、第３の実施の形態では補正機能を有する電気回路からなる入力変換手段を用いたが、これら補正演算機能と電気回路からなる入力変換手段による補正機能とを合せ持ち、これらを適宜組合せても前述した第１及び第３の実施の形態と全く同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
図５は本発明による直流電力系統の保護継電装置の第４の実施の形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００５２】
第４の実施の形態において、図１と異なる点は第１の演算手段を省略して第２の演算手段１３−４だけで差電流の変化分演算による誤差分をキャンセルするようにしたものである。
【００５３】
このような構成の保護継電装置にあっては、直流変流器を介して導入された電流に対して、差電流を演算すると共に、さらに差電流の変化分を演算することで発生している誤差分を低減し、その変化分が整定値に対して所定の関係になるか否かを判定することにより、帰線の故障を検出することができる。
【００５４】
以上は本発明の第１の実施の形態乃至第４の実施の形態について述べたが、各実施の形態の保護継電装置に次のような機能を持たせるようにしてもよい。
【００５５】
保護継電装置の機能確認を行う一手段として、本発明の特徴である差電流の変化分による故障判定から従来装置と同様に通常の差電流による故障判定に切換える機能を持たせることは有効である。ここで、差電流の変化分を求める過去の時刻を０と設定すると、現時点と現時点との差を演算することにより、変化分は現れない。
【００５６】
そこで、この設定値の特異点を利用し、過去の時刻を０と設定した場合は、判定を差電流の変化分によるものではなく、現時点の差電流の大きさのみで判定できるように判定部の演算機能自身を切換えるようにする。このようにすることで、機能確認用の機能を付加することができる。
【００５７】
一方、前述した各実施の形態では保護対象としてケーブル１１と架空線路１２からなる帰線７を保護する場合について述べたが、図６に示すようにケーブル１１のみの帰線７を保護する場合にも前述同様に適用実施できるものである。
【００５８】
このような構成の帰線７を保護する場合には、正常時、保護区間外部故障時及び保護区間内故障時の帰線及び故障点を流れる電流の様相は同一であるため、帰線のより高感度な故障検出を行うことができる。
【００５９】
また、図７に示すように架空線１２のみの帰線７を保護する場合においても、正常時、保護区間外部故障時及び保護区間内故障時の帰線及び故障点を流れる電流の様相は同一であるため、帰線のより高感度な故障検出を行うことができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１乃至請求項３の何れかに対応する直流送電系統の保護継電装置にあっては、演算手段により検出系や演算における誤差分を補正及びキャンセルすることが可能となり、十分な差電流が得にくい帰線の故障において、感度を従来より小さな値に設定することができ、より高感度な故障検出を行うことができる。また、本発明の請求項４に対応する直流送電系統の保護継電装置にあっては、差電流の変化分演算時刻を０として変化分演算を中止することで、従来技術と同様の差電流演算による故障判定に切換え、静的な入力にて判定演算部の試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第１の実施の形態の要部を示す構成図。
【図２】同実施の形態における第２の演算手段の詳細を示すブロック図。
【図３】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第２の実施の形態の要部を示す構成図。
【図４】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第３の実施の形態の要部を示す構成図。
【図５】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第４の実施の形態の要部を示す構成図。
【図６】本発明による保護継電装置をケーブルのみからなる帰線の保護に適用した場合の系統構成図。
【図７】本発明による保護継電装置を架空線のみからなる帰線の保護に適用した場合の系統構成図。
【図８】一般的な直流送電系統を示す構成図。
【図９】従来の直流送電系統の帰線を保護する保護継電装置を示す構成図。
【図１０】帰線に故障が発生したときの電流の分流状態を説明するための図。
【符号の説明】
３，４……交直変換器
６……本線
７……帰線
８ａ，８ｂ……直流変流器
１３ａ，１３ｂ……保護継電装置
１３−１……入力手段
１３−２……第１の演算手段
１３−３……伝送手段
１３−４……第２の演算手段
１３−４ａ……差動演算部
１３−４ｂ……データテーブル
１３−４ｃ……変化分検出部
１３−４ｄ……判定部
１３−５……出力手段
１３−６……整定手段
１３−７……入力変換手段
１３−２４……演算部
【発明の属する技術分野】
本発明は金属帰路方式の直流送電系統において、帰線の故障を高感度で検出する保護継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に直流送電系統としては、図８に示すように一方の交直変換所に設けられた交直変換器３は変換器用変圧器２ａを介して交流系統１ａに連係され、また他方の交直変換所に設けられた交直変換器４は交流系統１ｂに変換器用変圧器２ｂを介して連係され、両交直変換器３，４の間を両変換所側に設けられた直流リアクトル５ａ、５ｂを介して直流送電線（以下直流本線と呼ぶ）６により連係すると共に、帰線７により連係する構成となっている。この場合、帰線７は一方の交直変換所において接地されている。
【０００３】
ところで、このような構成の直流送電系統において、両交直変換所で帰線７に流れる電流を検出して互いに伝送しあい、その二量の電流の和から帰線の故障を検出するようにした差動保護方式による保護継電装置が採用されている。
【０００４】
図９はかかる従来の保護継電装置による帰線の保護を説明するための構成例を示す系統図である。
【０００５】
図９において、８ａ，８ｂは帰線７の両変換所１０ａ，１０ｂ側に設けられた変流器、９ａ，９ｂはこれら変流器８ａ，８ｂにより検出された電流Ｉ１，Ｉ２が入力される保護継電装置で、これら保護継電装置９ａ，９ｂは互いに電流情報を伝送する伝送手段を備えている。
【０００６】
このような構成の保護システムにおいて、平常時は直流本線を流れた直流電流は帰線７を通り、接地端へと帰還する。従って、直流変流器８ａ，８ｂを通して流れる電流が各々自変換所から相手変換所に向って流れる方向を正として電流の和を求めると、Ｉ１＋Ｉ２＝Ｉ＋（−Ｉ）＝０となる。
【０００７】
また、保護対象である直流変流器８ａと８ｂの間の帰線以外の場所、例えば故障点Ｆ１で故障が発生した場合も、直流変流器８ａと８ｂを通過する電流の関係は変わらないので、前記式が成り立つ。
【０００８】
これに対して、例えば故障点Ｆ２にて地絡故障が発生すると、故障電流は直流変流器８ｂを通過することなく故障点から大地へ流出する故障電流Ｉｆが発生するので、Ｉ１＋Ｉ２＝−Ｉｆ≠０となる。差動保護方式はこの差違を利用して帰線の故障の有無を検出するものである。
【０００９】
ここで、前述の式Ｉ１＋Ｉ２にて求まる値を差電流Ｉｄと呼ぶ。実際の保護継電装置では検出系や演算における誤差分を考慮し、所定の値Ｉｋを導入して差電流Ｉｄ＝Ｉ１＋Ｉ２≧Ｉｋを満たすとき故障ありと判定する。
【００１０】
この場合、保護継電装置が動作するためには保護区間内部にて故障が発生した時に差電流ＩｄがＩｋ以上発生する必要がある。或いは、発生する差電流Ｉｄで動作できるように、検出感度となる所定の値Ｉｋを小さな値として高感度に設定する必要がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような直流送電系統の帰線を差動保護方式により保護する場合、帰線７が交直変換所１０ａで接地されているため、保護区間内部のＦ２点に地絡故障が発生すると、故障電流は図１０に示すように故障点Ｆ２から接地点までの帰線側と故障点Ｆ２から大地までの抵抗Ｒ１，Ｒｆの比によって故障前に帰線に流れていた電流の分流となる。従って、故障点Ｆ２の地絡抵抗Ｒｆが大きいと故障点Ｆ２から大地に流出する電流よりもそのまま帰線７を流れる電流の方が大きくなり、十分な故障電流が流れない。
【００１２】
また、故障点抵抗が小さい場合でも、故障点が接地点に近付くほど帰線の故障点から接地点までの抵抗値がより小さくなるので、やはり故障点から流出する電流よりもそのまま帰線を流れる電流の方が大きくなり、十分な故障電流が流れない。従って、差電流Ｉｄの値も小さく感度Ｉｋを上回ることが困難となり、保護継電装置が動作できなくなる。
【００１３】
さらに、保護継電装置が小さな故障電流でも動作可能なように感度Ｉｋにより小さな値を選択すると、帰線に故障がない場合でも検出系や演算による誤差分により発生する差電流ＩｄがＩｋを上回り、保護継電装置が誤動作することが考えられる。
【００１４】
このように従来の保護継電装置では、十分な大きさの差電流の発生が期待できない場合、差電流不足により誤不動作となるか、高感度にすると故障がないにもかかわらず保護継電装置が誤動作するという問題がある。
【００１５】
本発明は上記のような問題点を解消するためなされたもので、帰線の故障を容易且つ高感度に検出することにより誤不動差や誤動作を防止することができる直流送電系統の保護継電装置を提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するため、次のような手段により直流送電系統の保護継電装置を構成するものである。
【００１７】
請求項１に対応する発明は、交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、前記直流変流器より導入される電流に対し、前記整定手段により整定された値のオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行って前記電流に発生している固定分誤差と比例分誤差を低減する第１の演算手段と、この第１の演算手段で補正処理された電流を相手端に伝送する伝送手段と、前記第１の演算手段で補正処理された電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する第２の演算手段と、この第２の演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記整定手段により整定される前記オフセット補正のための値であるオフセット補正値は、前記オフセット補正値を０とし前記ゲイン補正のための値であるゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に電流が流れていないときの前記第１の演算手段の出力値を測定することにより求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値であり、前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段により整定される前記ゲイン補正値は、前記オフセット補正値を前記求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値とし前記ゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に自明である所定の電流値の電流である導入電流を流したときの前記第１の演算手段の出力値を測定し、この測定した出力値と前記導入電流の電流値との比をとることにより求めた前記比例分誤差を補正するよう決定された値であり、前記第１の演算手段は、前記オフセット補正値と前記ゲイン補正値とを用いて前記固定分誤差と前記比例分誤差とを低減し、前記整定手段より前記第２の演算手段に入力され前記第２の演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さであることを特徴とする。
【００１８】
請求項２に対応する発明は、交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、前記直流変流器より導入される電流を相手端に伝送する伝送手段と、前記直流変流器より導入される電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流に対し、前記整定手段により整定された値のオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行って前記電流に発生している固定分誤差と比例分誤差を低減する補正処理する機能を有し、この機能により補正処理された自端の電流と相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する演算手段と、この演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記整定手段により整定される前記オフセット補正のための値であるオフセット補正値は、前記オフセット補正値を０とし前記ゲイン補正のための値であるゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に電流が流れていないときの前記演算手段の出力値を測定することにより求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値であり、前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段により整定される前記ゲイン補正値は、前記オフセット補正値を前記求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値とし前記ゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に自明である所定の電流値の電流である導入電流を流したときの前記演算手段の出力値を測定し、この測定した出力値と前記導入電流の電流値との比をとることにより求めた前記比例分誤差を補正するよう決定された値であり、前記演算手段は、前記オフセット補正値と前記ゲイン補正値とを用いて前記固定分誤差と前記比例分誤差とを低減し、前記整定手段より前記演算手段に入力され前記演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さであることを特徴とする。
【００１９】
請求項３に対応する発明は、交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、前記直流変流器より導入される電流に対し、常時発生している固定分誤差と比例分誤差を低減するオフセット補正とゲイン補正を行う電気回路からなる入力変換手段と、この入力変換手段で補正された電流を相手端に伝送する伝送手段と、前記入力変換手段で補正された電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する演算手段と、この演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段より前記演算手段に入力され前記演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さであることを特徴とする。
【００２０】
従って、上記請求項１乃至請求項３に対応する発明の直流送電系統の保護継電装置にあっては、演算手段により検出系や演算における誤差分を補正及びキャンセルすることが可能となり、十分な差電流が得にくい帰線の故障において、感度Ｉｋを従来より小さな値に設定することができ、より高感度な故障検出を行うことができる。
【００２２】
従って、上記請求項４に対応する発明の直流送電系統の保護継電装置にあっては、直流変流器を介して導入された電流に対して差電流を演算し、さらに差電流の変化分の演算による誤差分をキャンセルすることにより、帰線のより高感度な故障検出を行うことが可能である。
【００２３】
請求項５に対応する発明は、請求項１乃至請求項４の何ずれか一つの項に対応する発明において、整定手段より差電流の変化分を演算する過去の時刻を０として演算手段に入力したときに差電流の変化分演算を中止し、現時点の差電流演算結果をもって、帰線の故障発生の有無の判定を行う機能確認の機能を持たせるものである。
【００２４】
従って、上記請求項５に対応する発明の直流送電系統の保護継電装置にあっては、差電流の変化分演算時刻を０として変化分演算を中止することで、従来技術と同様の差電流演算による故障判定に切換え、静的な入力にて判定演算部の試験を行うことができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００２６】
図１は本発明による直流送電系統の保護継電装置の第１の実施の形態を示す構成図である。本発明の保護対象は帰線であることから、交直変換器及び直流本線については省略して示している。また、図８と同一部分には同一符号を付して説明する。
【００２７】
図１において、７は両交直変換所の交直変換器間を結ぶ直流送電系統の帰路となる帰線であり、この帰線７はケーブル１１と架空線路１２とからなり、その一端は接地されている。また、８ａ，８ｂは両交直変換所側の帰線７に設けられた直流変流器で、これら直流変流器８ａ，８ｂは帰線７に流れる電流Ｉ１，Ｉ２を検出して保護継電装置１３ａ，１３ｂにそれぞれ入力する。
【００２８】
これら保護継電装置１３ａ，１３ｂは、その一方に内部構成を示すように直流変流器８ａにより検出された電流Ｉ１を取込む入力手段１３−１、この入力手段１３−１より取込まれた電流Ｉ１に対して補正演算を行う第１の演算手段１３−２、この第１の演算手段１３−２で補正演算された電流値を相手の保護継電装置との間で相互に伝送しあう伝送手段１３−３、この伝送手段１３−３を通して取込まれる自端と相手端の電流地の差動演算を実行する第２の演算手段１３−４、この第２の演算手段１３−４の演算結果を出力する出力手段１３−５及び第１の演算手段１３−２，第２の演算手段１３−４の各種パラメータを整定する整定手段１３−６から構成されている。
【００２９】
ここで、第２の演算手段１３−４は、図２に示すように差動演算部１３−４ａ，データテーブル１３−４ｂ、変化分演算部１３−４ｃ及び判定部１３−４ｂを備えている。
【００３０】
次に上記のように構成された直流送電系統の保護継電装置の作用を述べる。
【００３１】
いま、一方の交直変換所の保護継電装置１３ａでは、直流変流器８ａを介して導入される電流Ｉ１に対して整定手段１３−６により入力されたオフセット補正の整定値Ｋ０とゲイン補正の整定値Ｋ１を用いて、第１の演算手段１３−２にて（Ｉ１＋Ｋ０）×Ｋ１なる補正演算を実施する。そして、この補正された電流値Ｉ１´と対向端にて同様の処理を実施した後、伝送手段１３−３を介して入力された電流値Ｉ２´とから第２の演算手段１３−４にてＩｄ＝Ｉ１´＋Ｉ２´なる差動電流演算を実施し、さらに過去に演算した差電流との差を演算して発生している誤差分のキャンセルを実施し、その値から帰線に故障が発生しているか否かを判定する。
【００３２】
まず、第１の演算手段１３−２の作用を詳細に説明する。
【００３３】
いま、保護継電装置１３ａに導入される電流Ｉ１に真値Ｉorg に対して直流変流器８ａや導入手段で発生する電流の大きさに関係のない固定分誤差ε０と電流の大きさに比例する比例分誤差ε１が含まれているものとすると、
Ｉ１＝ε１×Ｉorg ＋ε０と表現することができる。
【００３４】
ここで、オフセット補正値Ｋ０を０、ゲイン補正値Ｋ１を１として、帰線に電流が流れていないときの第１の演算手段１３−２の出力を測定すると、導入される電流はＩ１＝ε１×Ｉorg ＋ε０であるので、第１の演算手段１３−２の出力は（ε０＋０）×１＝ε０となり、固定分誤差ε０が測定されることになるので、その固定分誤差ε０を打ち消すようにオフセット補正値Ｋ０（＝−ε０）を決定する。
【００３５】
次にオフセット補正値Ｋ０を前述の決定値、ゲイン補正値Ｋ１を１として、帰線に所定の電流Ｉtestを流した場合に得られる第１の演算手段の出力を測定すると、導入される電流はＩ１＝ε１×Ｉtest＋ε０なので、第１の演算手段の出力は（ε１×Ｉtest＋ε０−ε０）×１＝ε１×Ｉtestとなり、自明である所定の電流値Ｉtestの入力値として測定された出力値との比（入力値／出力値＝Ｉtest／（ε１×Ｉtest）＝１／ε１）をとることで比例分誤差ε１を補正するゲイン補正値Ｋ１を決定することができる。
【００３６】
このようにして決定されたオフセット補正の整定値Ｋ０とゲイン補正の整定値Ｋ１を用いて、導入される電流Ｉ１に対して（Ｉ１＋Ｋ０）×Ｋ１なる補正演算を実施することで、電流Ｉ１に含まれる固定分誤差ε０、比例分誤差ε１を補正することができる。
【００３７】
次に第２の演算手段１３−４の動作について図２により説明する。
【００３８】
第２の演算手段１３−４では、第１の演算手段１３−２の出力Ｉ１´と対向端にて同様の処理を実施後に伝送手段１３−３を介して入力された電流値Ｉ２´とから、従来の差動保護方式と同様に差動演算部１３−４ａにてＩｄ＝Ｉ１´＋Ｉ２´なる差電流演算を実施した後、変化分演算部１３−４ｃによりデータテーブル１３−４ｂに書込まれている過去に演算した差電流の中から整定手段１３−６より入力された時間分だけ過去の差電流を読出して差動演算部１３−４ａで求めた差電流との変化分ΔＩｄを演算する。
【００３９】
ここで、差電流演算に使用する両端の電流Ｉ１´、Ｉ２´に第１の演算手段１３−２では完全に補正できなかった誤差分や第１の演算手段１３−２の出力以後の演算処理等で発生した誤差分が含まれているとすると、各々の固定分誤差をε０１，ε０２、比例分誤差をε１１，ε１２、真値をＩorg １、Ｉorg ２と表した場合、差電流演算結果はＩｄ＝（ε１１×Ｉorg １＋ε０１）＋（ε１２×Ｉorg ２＋ε０２）となる。
【００４０】
また、現時点に対して保護出力とその後の制御に必要なだけの時間より過去の時刻Ｔを考え、現時点とこの時刻Ｔにおいてはハードウエアの経年劣化等を考慮する必要がなく、また帰線に故障がなく入力電流の真値が一定の値であるとすると、固定分誤差ε０ｘ（ｘは１及び２）と比例分誤差ε１ｘ（ｘは１及び２）はほぼ同一値であると考えることができ、現時点と過去の時刻Ｔにおける差電流演算結果の変化分ΔＩｄは、ΔＩｄ＝Ｉｄ−ＩｄＴ＝［（ε１１×Ｉorg １＋ε０１）＋（ε１２×Ｉorg ２＋ε０２）］−［（ε１１×Ｉorg １＋ε０１）＋ （ε１２×Ｉorg ２＋ε０２）］＝０となり、帰線に故障がない定常状態で発生している誤差分による差電流をキャンセルできる。
【００４１】
一方、帰線に故障が発生した場合は、差電流の変化分演算において故障発生後の差電流と、故障発生前の差電流との差分演算の期間が生じ、誤差分による差電流がキャンセルされることから、故障による差電流が抜出される結果となる。
【００４２】
このように変化分演算部１３−４ｃで誤差分がキャンセルされた値を判定部１３−４ｄに入力し、その値から帰線に故障が発生したか否かを判定し、故障が発生していると判定されると、図示しない交直変換器を制御する制御装置に変換器停止指令が与えられる。
【００４３】
従って、第１の実施の形態によれば、第１の演算手段１３−２及び第２の演算手段１３−４によって、検出系や演算における誤差分を補正及びキャンセルすることが可能となるので、十分な差電流が得にくい帰線の故障に対して、感度Ｉｋ０を従来より小さな値に設定することができ、より高感度な故障検出を行うことができる。
【００４４】
図３は本発明による直流電力系統の保護継電装置の第２の実施の形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００４５】
第２の実施の形態において、図１と異なる点は第２の演算手段１３−２４に第１の演算手段に相当する補正処理を行わせるようにしたものである。
【００４６】
このような構成の保護継電装置においても、第１の実施の形態と全く同様の作用効果を得ることができる。即ち、第２の演算手段１３−２４に持たせたオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理機能により、直流変流器を介して導入される電流と伝送手段より取込まれる相手端からの電流に発生する固定分誤差と比例分誤差を低減させた後、両電流の和である差電流を演算すると共に、さらに差電流の変化分を演算することで発生している誤差分を低減し、その変化分が整定値に対して所定の関係にあるか否かを判定することにより、帰線の故障を検出することができる。
【００４７】
図４は本発明による直流電力系統の保護継電装置の第３の実施の形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００４８】
第３の実施の形態において、図１と異なる点は第１の演算手段に代えて電気回路で構成された入力変換手段１３−７を設けたものである。この入力変換手段１３−７は、例えばオペアンプや抵抗からなる増幅回路の応用で実現でき、入力電気量にオフセット補正及びゲイン補正を行い得るようにしたものである。
【００４９】
このような構成の保護継電装置においても、第１の実施の形態と全く同様の作用効果を得ることができる。即ち、電気回路で構成された入力変換手段１３−７によりオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行うことにより、直流変流器を介して導入される電流に発生する固定分誤差と比例分誤差を低減させた後、差電流を演算すると共に、さらに差電流の変化分を演算することで発生している誤差分を低減し、その変化分が整定値に対して所定の関係にあるか否かを判定することにより、帰線の故障を検出することができる。
【００５０】
なお、上記第１の実施の形態では、補正演算機能を有する第１の演算手段１３−２を用い、第３の実施の形態では補正機能を有する電気回路からなる入力変換手段を用いたが、これら補正演算機能と電気回路からなる入力変換手段による補正機能とを合せ持ち、これらを適宜組合せても前述した第１及び第３の実施の形態と全く同様の作用効果を得ることができる。
【００５１】
図５は本発明による直流電力系統の保護継電装置の第４の実施の形態を示す構成図で、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる点についてのみ述べる。
【００５２】
第４の実施の形態において、図１と異なる点は第１の演算手段を省略して第２の演算手段１３−４だけで差電流の変化分演算による誤差分をキャンセルするようにしたものである。
【００５３】
このような構成の保護継電装置にあっては、直流変流器を介して導入された電流に対して、差電流を演算すると共に、さらに差電流の変化分を演算することで発生している誤差分を低減し、その変化分が整定値に対して所定の関係になるか否かを判定することにより、帰線の故障を検出することができる。
【００５４】
以上は本発明の第１の実施の形態乃至第４の実施の形態について述べたが、各実施の形態の保護継電装置に次のような機能を持たせるようにしてもよい。
【００５５】
保護継電装置の機能確認を行う一手段として、本発明の特徴である差電流の変化分による故障判定から従来装置と同様に通常の差電流による故障判定に切換える機能を持たせることは有効である。ここで、差電流の変化分を求める過去の時刻を０と設定すると、現時点と現時点との差を演算することにより、変化分は現れない。
【００５６】
そこで、この設定値の特異点を利用し、過去の時刻を０と設定した場合は、判定を差電流の変化分によるものではなく、現時点の差電流の大きさのみで判定できるように判定部の演算機能自身を切換えるようにする。このようにすることで、機能確認用の機能を付加することができる。
【００５７】
一方、前述した各実施の形態では保護対象としてケーブル１１と架空線路１２からなる帰線７を保護する場合について述べたが、図６に示すようにケーブル１１のみの帰線７を保護する場合にも前述同様に適用実施できるものである。
【００５８】
このような構成の帰線７を保護する場合には、正常時、保護区間外部故障時及び保護区間内故障時の帰線及び故障点を流れる電流の様相は同一であるため、帰線のより高感度な故障検出を行うことができる。
【００５９】
また、図７に示すように架空線１２のみの帰線７を保護する場合においても、正常時、保護区間外部故障時及び保護区間内故障時の帰線及び故障点を流れる電流の様相は同一であるため、帰線のより高感度な故障検出を行うことができる。
【００６０】
【発明の効果】
以上述べたように本発明の請求項１乃至請求項３の何れかに対応する直流送電系統の保護継電装置にあっては、演算手段により検出系や演算における誤差分を補正及びキャンセルすることが可能となり、十分な差電流が得にくい帰線の故障において、感度を従来より小さな値に設定することができ、より高感度な故障検出を行うことができる。また、本発明の請求項４に対応する直流送電系統の保護継電装置にあっては、差電流の変化分演算時刻を０として変化分演算を中止することで、従来技術と同様の差電流演算による故障判定に切換え、静的な入力にて判定演算部の試験を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第１の実施の形態の要部を示す構成図。
【図２】同実施の形態における第２の演算手段の詳細を示すブロック図。
【図３】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第２の実施の形態の要部を示す構成図。
【図４】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第３の実施の形態の要部を示す構成図。
【図５】本発明による直流送電系統の保護継電装置の第４の実施の形態の要部を示す構成図。
【図６】本発明による保護継電装置をケーブルのみからなる帰線の保護に適用した場合の系統構成図。
【図７】本発明による保護継電装置を架空線のみからなる帰線の保護に適用した場合の系統構成図。
【図８】一般的な直流送電系統を示す構成図。
【図９】従来の直流送電系統の帰線を保護する保護継電装置を示す構成図。
【図１０】帰線に故障が発生したときの電流の分流状態を説明するための図。
【符号の説明】
３，４……交直変換器
６……本線
７……帰線
８ａ，８ｂ……直流変流器
１３ａ，１３ｂ……保護継電装置
１３−１……入力手段
１３−２……第１の演算手段
１３−３……伝送手段
１３−４……第２の演算手段
１３−４ａ……差動演算部
１３−４ｂ……データテーブル
１３−４ｃ……変化分検出部
１３−４ｄ……判定部
１３−５……出力手段
１３−６……整定手段
１３−７……入力変換手段
１３−２４……演算部
Claims (4)
- 交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、
演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、
前記直流変流器より導入される電流に対し、前記整定手段により整定された値のオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行って前記電流に発生している固定分誤差と比例分誤差を低減する第１の演算手段と、
この第１の演算手段で補正処理された電流を相手端に伝送する伝送手段と、
前記第１の演算手段で補正処理された電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する第２の演算手段と、
この第２の演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、
前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記整定手段により整定される前記オフセット補正のための値であるオフセット補正値は、前記オフセット補正値を０とし前記ゲイン補正のための値であるゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に電流が流れていないときの前記第１の演算手段の出力値を測定することにより求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値であり、
前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段により整定される前記ゲイン補正値は、前記オフセット補正値を前記求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値とし前記ゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に自明である所定の電流値の電流である導入電流を流したときの前記第１の演算手段の出力値を測定し、この測定した出力値と前記導入電流の電流値との比をとることにより求めた前記比例分誤差を補正するよう決定された値であり、
前記第１の演算手段は、前記オフセット補正値と前記ゲイン補正値とを用いて前記固定分誤差と前記比例分誤差とを低減し、
前記整定手段より前記第２の演算手段に入力され前記第２の演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さである
ことを特徴とする直流送電系統の保護継電装置。 - 交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、
演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、
前記直流変流器より導入される電流を相手端に伝送する伝送手段と、
前記直流変流器より導入される電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流に対し、前記整定手段により整定された値のオフセット補正とゲイン補正の二種類の補正処理を行って前記電流に発生している固定分誤差と比例分誤差を低減する補正処理する機能を有し、この機能により補正処理された自端の電流と相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する演算手段と、
この演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、
前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、前記整定手段により整定される前記オフセット補正のための値であるオフセット補正値は、前記オフセット補正値を０とし前記ゲイン補正のための値であるゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に電流が流れていないときの前記演算手段の出力値を測定することにより求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値であり、
前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、前記整定手段により整定される前記ゲイン補正値は、前記オフセット補正値を前記求めた前記固定分誤差を打ち消すよう決定された値とし前記ゲイン補正値を１とした場合の前記帰線に自明である所定の電流値の電流である導入電流を流したときの前記演算手段の出力値を測定し、この測定した出力値と前記導入電流の電流値との比をとることにより求めた前記比例分誤差を補正するよう決定された値であり、
前記演算手段は、前記オフセット補正値と前記ゲイン補正値とを用いて前記固定分誤差と前記比例分誤差とを低減し、
前記整定手段より前記演算手段に入力され前記演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さである
ことを特徴とする直流送電系統の保護継電装置。 - 交直変換器により交流を直流に変換して一端から他端に直流送電する直流送電線及び一端が接地された金属帰路線（以下帰線と称す）から構成された直流送電系統の前記帰線の両端に流れる電流を直流変流器により検出し、その電流を相互間で互いに伝送しあって差動保護方式により前記帰線を故障から保護する保護継電装置において、
演算に必要な所定の処理や判定の基準を整定する整定手段と、
前記直流変流器より導入される電流に対し、常時発生している固定分誤差と比例分誤差を低減するオフセット補正とゲイン補正を行う電気回路からなる入力変換手段と、
この入力変換手段で補正された電流を相手端に伝送する伝送手段と、
前記入力変換手段で補正された電流と前記伝送手段より取込まれる相手端からの電流の和である差電流を演算し、その差電流と前記整定手段より入力される時間分だけ過去に求められた差電流との差から差電流の変化分を演算してその後に発生している誤差分を低減し、且つ前記整定手段より入力された基準値に対して変化分が所定の関係を満足したとき前記帰線に故障が発生したと判定する演算手段と、
この演算手段の判定結果を出力する出力手段とを備え、
前記固定分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに関係のない誤差であり、
前記比例分誤差は、前記帰線と前記保護継電装置との間に設けられた前記直流変流器を含む外部機器での発生分を含む誤差のうち前記電流の大きさに比例する誤差であり、
前記整定手段より前記演算手段に入力され前記演算手段において前記過去に求められた差電流を求めるときの基準となる時間の長さは、前記直流送電系統の保護のための保護出力とその後の制御に必要なだけの時間を考慮した長さである
ことを特徴とする直流送電系統の保護継電装置。 - 請求項１乃至請求項３の何ずれか一つの項に記載の直流送電系統の保護継電装置において、
整定手段より差電流の変化分を演算する過去の時刻を０として演算手段に入力したときに差電流の変化分演算を中止し、現時点の差電流演算結果をもって、帰線の故障発生の有無の判定を行う機能確認の機能を持たせることを特徴とする直流送電系統の保護継電装置。
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