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、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。
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。
そして、系統電圧緩低下判定信号a及び動作優先選別信号c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を備えており、負荷遮断出力部32からの負荷遮断指令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V11及び負荷力率COSθに基づいた順序で負荷遮断指令を出力する。
端末装置19a1の負荷遮断出力部32には、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(VRS、VST、VTR)及び電流変成器23で検出された3相の負荷電流I11(IRS、IST、ITR)が入力されており、負荷電圧V11及び負荷電流I11により負荷力率COSθが演算される。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。
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があり、そ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。
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の動作優先選別部29について説明する。図6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6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7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、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8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9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10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。
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11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、第1図に示した第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。第1図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11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。
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。
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及び動作優先選別部29を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。
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、29…動作優先選別部、32…負荷遮断出力部、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、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、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、