JP4561366B2 - ディジタル形地絡電流保護継電器 - Google Patents
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Description
この発明は、ディジタル形保護継電装置に係り、特に第２高調波ロック方式を採用したディジタル形地絡電流保護継電器に関するものである。
ディジタル形保護継電装置は、系統から交流入力信号を変流器などの入力変換器を介して入力し、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサを経て、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換したデータをＣＰＵで処理し、トリップ指令などを出力する。
上記ディジタル形保護継電装置には地絡保護を図るために、地絡電流保護継電器が備えられているが、この地絡電流保護継電器は、励磁突入電流が発生するとこの突入電流で誤動作してしまう惧れがある。
このため、地絡電流保護継電器では、突入電流に第２高調波が含まれることを利用し、第２高調波の基本波に対しての含有率を、下記（１）式により検出して地絡電流保護継電器の出力をロックし、誤動作を防止する手段が講じられている。
第２高調波の含有率＝（第２高調波の実効値／基本波の実効値）×100…（１）
通常、地絡電流保護における基本波抽出のディジタルフィルタは、第２高調波、第３高調波、第５高調波、第６高調波などの他に、１／２高調波の影響を受けるので、１／２高調波のディジタルフィルタ（１＋z-12）を備えている。
通常、地絡電流保護における基本波抽出のディジタルフィルタは、第２高調波、第３高調波、第５高調波、第６高調波などの他に、１／２高調波の影響を受けるので、１／２高調波のディジタルフィルタ（１＋z-12）を備えている。
なお、地絡電流保護継電器は、次に示す（２）式と（３）式のＡＮＤ条件が成立したときに、継電器出力を送出する。
基本波の電流の実効値≧地絡電流継電器の整定値……（２）
第２高調波の含有率≦含有率の整定値 ……（３）
なお、ディジタル形地絡電流保護継電器は、ディジタル形保護継電装置に備えられているＣＰＵによりソフトウェア処理されるように構成されている。
特開平０６−２２４４３号公報
特開平０７−１１１７２９号公報
第２高調波の含有率≦含有率の整定値 ……（３）
なお、ディジタル形地絡電流保護継電器は、ディジタル形保護継電装置に備えられているＣＰＵによりソフトウェア処理されるように構成されている。
図２は地絡電流保護継電器の要部を示すブロック構成図で、基本波抽出フィルタ１は、下記(４)式により零相電流データが処理され、また、第２高調波抽出フィルタ２は、下記（５）式により零相電流データが処理される。
基本波抽出フィルタ１で処理されたデータは、第１比較判定部１１と第２比較判定部１２に入力され、また、第２高調波抽出フィルタ２で処理されたデータは、第２比較判定部１２に入力される。第１、第２比較判定部１１，１２の比較結果は、地絡電流判定部１３に入力されて判定処理されたのちに、事故電流の判定結果が出力される。
フィルタ１＝（1＋z-1）（1＋z-2）（1−z-6）（1＋z-12）…（４）
フィルタ２＝（1−z-3）（1＋z-6）…（５）
上記のように構成された地絡電流保護継電器における基本波抽出フィルタ１のデータは、電気角３０°でサンプリングデータの２１回前データを使用する。その内、１／２高調波を除去するためにデータは、サンプリングデータの１２回前となるので、１／２高調波を除去しなければ、サンプリングデータの９回前データとなる。また、第２高調波抽出フィルタ２のデータは、電気角３０°でサンプリングデータの９回前データを使用する。
フィルタ２＝（1−z-3）（1＋z-6）…（５）
上記のように構成された地絡電流保護継電器における基本波抽出フィルタ１のデータは、電気角３０°でサンプリングデータの２１回前データを使用する。その内、１／２高調波を除去するためにデータは、サンプリングデータの１２回前となるので、１／２高調波を除去しなければ、サンプリングデータの９回前データとなる。また、第２高調波抽出フィルタ２のデータは、電気角３０°でサンプリングデータの９回前データを使用する。
基本波抽出フィルタ１で処理されたデータは、第１比較判定部１１で零相電流が整定値より大きいか、等しいか（零相電流≧整定値）を比較判定して、その比較判定結果を地絡電流判定部１３に入力する。
また、フィルタ１で処理されたデータと第２高調波抽出フィルタ２で処理されたデータは、第２比較判定部１２に入力され、ここで、［（第２高調波／基本波実効値）≦含有率整定］を比較判定し、その比較判定結果を地絡電流判定部１３に入力する。地絡電流判定部１３は、２つの比較判定結果から地絡電流か、地絡電流でないかを判定処理して事故電流判定出力を送出する。
上記のように構成された地絡電流保護継電器における第２高調波の含有率とは、基本波成分に対する第２高調波成分の比であり、従って、第２高調波の含有率を正確かつ高速に算出することは継電器の性能を左右することとなる。
従って、第２高調波の含有率を算出する基本波抽出フィルタに、上記のように１／２高調波の除去フィルタを挿入すると、データの協調性が悪くなる問題が発生する。ここで、データの協調性とは、含有率を算出するための分母と分子のフィルタ演算に使用するサンプリングデータ数のデータ数差のバランス度のことで、分母は基本波成分、分子は第２高調波成分である。
例えば、基本波成分のサンプリングデータ数は、３０°サンプリングデータで９サンプル数で、第２高調波成分のサンプリングデータ数は、３０°サンプリングデータで９サンプル数であると、分母と分子のデータ数が同じ場合には、協調がよいと判断する。
次に、このデータの協調性が悪くなるという理由を、各フィルタの応答時間を用いて述べる。
まず、フィルタ１，２の応答時間を示すと以下のようになる（なお、応答時間は、使用する過去のデータにより決まる）。
フィルタ１の応答時間は電気角で630°（50Hzに換算すると35.0ms）
フィルタ２の応答時間は電気角で270°（50Hzで換算すると15.0ms）
上記応答時間を比較すると、フィルタ１では35ms 、フィルタ２では15msであるから、その時間差は20msとなり、この時間差は、継電器の性能に影響を与える。
フィルタ２の応答時間は電気角で270°（50Hzで換算すると15.0ms）
上記応答時間を比較すると、フィルタ１では35ms 、フィルタ２では15msであるから、その時間差は20msとなり、この時間差は、継電器の性能に影響を与える。
上記したデータの協調性が低下するというのは、１／２高調波を除去するフィルタを使用すると、そのフィルタを使用しないときに比較して、前述したように、２０ｍｓの応答時間差があり、その２０ｍｓは、基本波成分を半分に評価するので、含有率が２倍に評価される問題が生じ、これが継電器の性能を左右することになる。
上記のように、２０ｍｓは、基本波成分を半分に評価するので、含有率が２倍に評価される問題が生じるのは、１／２高調波を除去するためのフィルタ演算を行うと、１／２高調波は除去できる。しかし、その反作用として基本波成分を算出する応答時間が２０ｍｓ延び、その延びた２０ｍｓ間の基本波成分は半分になってしまう特性が発生するからである。
この反作用の影響を防止するため含有率の演算には、１／２高調波を除去しないフィルタを使用する。
これは、１／２高調波を除去するために、基本波成分で３６０°前のサンプリングデータと現在のサンプリングデータの加算を行うためである。３６０°前と現在のサンプリングデータを加算すると、その値は２倍になってしまうので、２で割る必要がある。（１Ａ＋１Ａ）／２＝１Ａ（Ａ：アンペア）
しかし、事故が発生し電流が０Ａから１Ａに増加した場合を考えると、３６０°前のサンプリングデータに１Ａが流れるには、３６０°間（２０ｍｓ）かかるので、その間は（０Ａ＋１Ａ）／２＝０．５Ａで、２０ｍｓ経過後は（１Ａ＋１Ａ）／２＝１Ａになるデータの経過がある。
しかし、事故が発生し電流が０Ａから１Ａに増加した場合を考えると、３６０°前のサンプリングデータに１Ａが流れるには、３６０°間（２０ｍｓ）かかるので、その間は（０Ａ＋１Ａ）／２＝０．５Ａで、２０ｍｓ経過後は（１Ａ＋１Ａ）／２＝１Ａになるデータの経過がある。
一般に、どんなフィルタ演算でもゲインが発生し、ゲインの補正を行っていて、フィルタ演算に使用するデータのサンプリング時間が経過し、成分の抽出ができるので、その間は、連続判定を実施して影響を受けないようにしている。
この発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、第２高調波ロックの検出を、データ協調を崩すことなく算出し、しかも零相電流判定は１／２高調波の影響を受けないで事故電流を確実に判定できるディジタル形地絡電流保護継電器を提供することを課題とする。
この発明は、上記の課題を達成するために、系統から交流入力信号を変流器などの入力変換器を介して入力し、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサを経て、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換したデータをＣＰＵで処理し、トリップ指令などを出力するディジタル形保護継電装置において、地絡電流を判定するための基本波を抽出するとともに、地絡保護の事故電流算出のための1／2高調波を除去する第１フィルタと、第２高調波の含有率を算出する基本波を抽出し、第２高調波を除去するが、基本波と1／2高調波は除去しない第２フィルタと、第２高調波の含有率を算出するための第２高調波を抽出し、基本波を除去するが、第２高調波と１／２高調波は除去しない第３フィルタと、前記第１フィルタで抽出された基本波データが入力され、零相電流≧整定値を比較判定する第１比較判定部と、前記第２、第３フィルタで抽出したデータが入力され、（第２高調波／基本波実効値）≦含有率整定を比較判定する第２比較判定部と、前記第１、第２比較判定部の比較判定結果のＡＮＤ条件を取り、そのＡＮＤ条件が成立したときに、地絡電流判定出力を送出する地絡電流判定部とを備えたことを特徴とする。
以上述べたように、この発明のディジタル形地絡電流保護継電器によれば、第２高調波ロックの検出をデータの協調を崩すことなく算出でき、かつ零相電流判定は1／2高調波の影響を受けることなく確実に事故電流の判定を行うことができる優れた継電器が得られる。
以下この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態を示すブロック構成図で、図１において、零相電流は第１〜第３フィルタ２１〜２３に入力される。第１フィルタ２１は、事故電流（地絡電流）を判定するための基本波抽出フィルタで、この第１フィルタ２１は、下記（６）式で地絡保護の事故電流算出のための高調波を除去するものである。
第１フィルタ＝（1＋z-1）（1＋z-2）（1−z-6）（1+z-12） … （６）
上記（６）式において、直流分と第２高調波は（1−z-6）で除去され、第３高調波は（1＋z-2）で除去され、1／2高調波は（1＋z-12）で除去されるが、基本波は除去する伝達関数がないので除去されない。
上記（６）式において、直流分と第２高調波は（1−z-6）で除去され、第３高調波は（1＋z-2）で除去され、1／2高調波は（1＋z-12）で除去されるが、基本波は除去する伝達関数がないので除去されない。
第２フィルタ２２は、第２高調波ロックの判定をするための基本波抽出フィルタで、この第２フィルタ２２は、下記（７）式で第２高調波の含有率を算出するための基本波成分を抽出するものである。
第２フィルタ＝（1＋z-1）（1＋z-2）（1−z-6） … （７）
上記(７)式において、直流分と第２高調波は（1−z-6）で除去され、第３高調波は（1＋z-2）で除去されるが、基本波と1／2高調波は除去する伝達関数がないので除去されない。
上記(７)式において、直流分と第２高調波は（1−z-6）で除去され、第３高調波は（1＋z-2）で除去されるが、基本波と1／2高調波は除去する伝達関数がないので除去されない。
第３フィルタ２３は、第２高調波ロックの判定をするための第２高調波抽出フィルタで、この第３フィルタ２３は、下記（８）式で第２高調波の含有率を算出するための第２高調波を抽出するものである。
第３フィルタ＝（1−z-3）（1＋z-6） … （８）
上記（８）式において、直流分は（1−z-3）で除去され、基本波と第３高調波は（1＋z-6）で除去されるが、第２高調波と1／2高調波は除去する伝達関数がないので除去されない。なお、第３フィルタ２３の応答時間は電気角で270°（50Hzで換算すると15.0ms）である。
上記（８）式において、直流分は（1−z-3）で除去され、基本波と第３高調波は（1＋z-6）で除去されるが、第２高調波と1／2高調波は除去する伝達関数がないので除去されない。なお、第３フィルタ２３の応答時間は電気角で270°（50Hzで換算すると15.0ms）である。
ここで、上記伝達関数（1−z-3）を説明すると、（1−z-3）は現在のサンプリングデータと９０°前のサンプリングデータを減算することにより、直流分は現在のデータと９０°前のデータは等しいので、減算すると直流分は「０」となる。
また、上記伝達関数（1＋z-6）を説明すると、（1＋z-6）は現在のサンプリングデータと１８０°前のサンプリングデータを加算することにより、基本波の現在のデータと１８０°前のデータはベクトルの向きが逆で同値なので、加算すると基本波は「０」となる。
上記のように、各フィルタで特定の高調波を除去した残りが抽出する成分とみなすことにより、抽出が可能となる。例えば、基本波と第２高調波の合成波形から基本波を除去すると残りは第２高調波成分となり、逆に第２高調波を除去すると残りは基本波成分となる。
上記フィルタの内、第１フィルタ２１で基本波を抽出したデータは第１比較判定部２４に入力されて、ここで零相電流≧整定値が比較判定される。この比較判定結果は地絡電流判定部２５に入力される。
また、第２、第３フィルタ２２，２３で抽出したデータは、第２比較判定部２６に入力され、ここで（第２高調波／基本波実効値）≦含有率整定が比較判定される。この比較判定結果は地絡電流判定部２５に入力される。
この地絡電流判定部２５は、［零相電流≧整定値］と［（第２高調波／基本波実効値）≦含有率整定］の比較判定結果がＡＮＤ条件に成立するか、しないかを判定し、ＡＮＤ条件が成立したときに、事故電流（地絡電流）判定出力を送出する。
２１…第１フィルタ
２２…第２フィルタ
２３…第３フィルタ
２４…第１比較判定部
２５…地絡電流判定部
２６…第２比較判定部
２２…第２フィルタ
２３…第３フィルタ
２４…第１比較判定部
２５…地絡電流判定部
２６…第２比較判定部
Claims (1)
- 系統から交流入力信号を変流器などの入力変換器を介して入力し、アナログフィルタ、サンプルホールド回路、マルチプレクサを経て、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換したデータをＣＰＵで処理し、トリップ指令などを出力するディジタル形保護継電装置において、
地絡電流を判定するための基本波を抽出するとともに、地絡保護の事故電流算出のための1／2高調波を除去する第１フィルタと、
第２高調波の含有率を算出する基本波を抽出し、第２高調波を除去するが、基本波と1／2高調波は除去しない第２フィルタと、
第２高調波の含有率を算出するための第２高調波を抽出し、基本波を除去するが、第２高調波と１／２高調波は除去しない第３フィルタと、
前記第１フィルタで抽出された基本波データが入力され、零相電流≧整定値を比較判定する第１比較判定部と、
前記第２、第３フィルタで抽出したデータが入力され、（第２高調波／基本波実効値）≦含有率整定を比較判定する第２比較判定部と、
前記第１、第２比較判定部の比較判定結果のＡＮＤ条件を取り、そのＡＮＤ条件が成立したときに、地絡電流判定出力を送出する地絡電流判定部とを、
備えたことを特徴とするディジタル形地絡電流保護継電器。
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| JP2005004615A JP4561366B2 (ja) | 2005-01-12 | 2005-01-12 | ディジタル形地絡電流保護継電器 |
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