JP5030713B2 - 短絡事故検出継電器 - Google Patents

Description

本発明は、短絡事故検出継電器に係り、特にフリッカ負荷に影響されない短絡事故検出継電器および整定方法に関する。

従来の短絡事故検出継電器９９は、図６に示すように、主検出リレー９７および事故検出リレー９８で構成され、短絡事故の主検出リレー９７には短絡距離継電器が用いられ、事故検出リレー９８には過電流継電器〔５１ＤＦΔI（ΔI:変化幅）〕が用いられている。図６の遮断回路９５は、装置使用状態によって閉となる接点９６と、主検出リレー９７および事故検出リレー９８の出力接点９７ａ，９８ａを介して各接点が全て閉状態になったときに遮断指令が出力される構成になっている。

ところで、過電流継電器９８は一旦動作すると確実に事故を除去するため一定時限の間、動作継続させている。過電流継電器９８が２０秒動作継続すると監視不良を検出し、リレーロックとなる。フリッカ負荷の影響がある線路においては、過電流継電器９８が不要に動作して監視不良に至る場合がある。

このため、フリッカ負荷が存在する場合は、事故検出リレー(５１ＤＦΔI)９８が不要に動作継続し監視不良が発生するのを回避するため、マージンを考慮して検出値を高めに設定した整定値としている。

しかしながら、マージンを増やし、検出値を上げて行けば監視不良に至る可能性は減少するが、実際の事故時に動作しない恐れがある。また、単独系統時や故障点アーク抵抗など、様々な系統状況・事故様相においても確実に短絡事故検出を行うためには、検出値を極力低くしておく必要がある。

一方、フリッカ負荷への対策技術として、特許文献１には、基本波周波数がｎ（ｎ＝１０×ｍ，ｍは整数）である電気量の一定時限をおいた変化幅が整定値を超えたことを検出して保護動作を行う変化幅継電器に対して、電流等の電気量の現在値と、基本波のｍサイクル前の電気量の値との変化幅を整定値と比較することによって、フリッカ負荷の影響を排除して電流等の変化幅を検出することのできる変化幅継電器が提案されている。
特開平１０−３０４５５７号公報

しかしながら、上記の従来の技術は、フリッカの基本波周波数を正確に把握しないと、検出精度を上げることができない。また、複数の周波数について演算を実行しようとすると計算機の負荷が大きくなる。

本発明は、上述の係る事情に鑑みてなされたものであり、計算機に負荷をかけることなく、フリッカ負荷の影響を極力排除して系統の短絡事故を的確に検出することのできる実用性の高い短絡事故検出継電器および整定方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係わる短絡事故検出継電器は、主検出用の短絡距離継電器と事故検出用の過電流継電器とを有する短絡事故検出継電器であって、前記過電流継電器は、過電流の最低検出値、監視不良までの過電流検出回数、および系統電流の最大変化幅もしくは過電流検出の上限値を含む基本データを保存する手段と、前記基本データを用いて、前記過電流検出回数ごとの整定値を算出する整定値演算手段と、前記整定値演算手段によって算出された整定値をもとに過電流検出を行う過電流検出手段と、を備えたことを特徴とする。

本発明では、過電流検出手段と整定値演算手段の動作を連動させ、過電流検出手段によって過電流を検出することによって整定値演算手段は新たな整定値を算出し、過電流検出手段は、この整定値を用いて過電流検出を行うようにした。整定値の算出には、系統電流の最大変化幅もしくは過電流検出の上限値を用いるためフリッカ負荷の影響を排除することが可能となる。

好ましくは、整定値演算手段は、前記系統電流の最大変化幅を前記監視不良までの過電流検出回数で除することにより整定値変化幅を算出し、前記過電流検出手段は、前記最低検出値を初回の過電流検出の整定値とし、過電流検出のたびに前回の整定値に前記整定値変化幅を加えた値を新たな整定値として過電流検出を行い、所定時間過電流を検出しないときは、前記最低検出値を整定値とし過電流検出回数をリセットすると良い。

これによって、フリッカ負荷の大きさにより段階的に整定値を引き上げることによって、その影響を排除すると共に、事故検出の感度が鈍くなるのを防ぐことができる。

なお、整定値変化幅は、過電流検出の上限値と最低検出値との差を監視不良までの過電流検出回数で除して求めるようにしても良い。

また、所定回数連続して過電流を検出することによって監視不良になった場合に、整定値変化幅を予め定められた所定比率増加させるようにすると良い。これによって、フリッカ値が計測時点よりも増加したときでも監視不良が継続するのを防止して、自動的に正常な監視に復帰することを可能にする。

さらに、基本データを時間帯別、季節別、または曜日別に設けることによって、時期によるフリッカ値の変動に柔軟に対応でき、より精度の高い整定が可能となる。

また、本発明に係わる整定方法は、主検出用の短絡距離継電器と事故検出用の過電流継電器とを有する短絡事故検出継電器における前記過電流継電器の整定方法であって、過電流の最低検出値を予め保存しておき、初回の過電流検出は前記最低検出値とし、フリッカ負荷の影響により過電流検出が所定頻度以上になる場合は、予め設定する上限値まで検出値を段階的に引き上げ、該検出値を過電流検出の整定値とすることを特徴とする。

本発明では、初回の事故検出は最低検出値とし、フリッカ負荷の影響により不要に動作が頻発する場合は、たとえば、１回目:0.5A，２回目:0.7A，3回目:0.9A・・・等のように、予め設定しておく系統保護上必要となる上限値まで、検出値を段階的に引き上げていく。なお、２回目以降の検出値引き上げ幅は、設定値を予め決めておく方法や、学習機能付の人工知能により行う方法などがある。

本発明によれば、系統の電流変動をもとに整定値の上限を定め、過電流検出によって整定値を段階的に引き上げていくので、周波数ごとの電流変動を計算する必要が無く、計算機に負荷をかけることなく、フリッカ負荷の影響を排除して系統の短絡事故を的確に検出することが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、第１の実施の形態による短絡事故検出継電器のブロック図である。
ここで、短絡事故検出継電器１は、主検出用の短絡距離継電器９７、事故検出用の過電流継電器２、および、遮断回路９５から構成されている。短絡距離継電器９７と遮断回路９５は従来と同様であるので説明を割愛し、以下、過電流継電器２を中心に説明する。

過電流継電器２は、保守ツールやパーソナルコンピュータ等の端末装置３とデータの受け渡しを行うインタフェース部１１、電力系統の電流値等のデータを入力する入力部１２、遮断回路９５の接点９８ａの開閉信号を出力する出力部１３、過電流検出等の種々の演算処理を実行する演算部１０、および、データを記憶する記憶部１４を有している。

また、演算部１０は、端末装置３から短絡事故検出継電器１を動作させるために必要な基本データを入力して記憶部１４に保存する基本データ入力手段２１、入力部１２を介して入力された電力系統のデータを記憶部１４の系統ＤＢ３２へ保存する系統データ入力手段２２、電力系統データをもとに過電流の発生を検出する過電流検出手段２４、過電流検出手段２４の整定値を演算する整定値演算手段２３を備えている。各手段２１〜２４は、プログラムによって実現可能な機能である。

次に、上記の構成を有する短絡事故検出継電器１の動作を説明する。
<基本データ登録処理>
整定値を演算するための基本データは、端末装置３を介して入力される。端末装置３から送信された基本データは、過電流継電器２のインタフェース部１１を介して、演算部１０の基本データ入力手段２１によって入力処理され、記憶部１４の整定値ＤＢ３１に保存される。

整定値ＤＢ３１に保存される基本データとしては、最低検出値（Ａ）、最大変化幅（Ｂ）、マージン（Ｍ）、監視不良までの過電流検出回数（Ｃ）、監視不良までの継続時間（Ｄ）などがある。

<系統データ入力処理>
変成器（ＰＴ）や変流器（ＣＴ）を介して周期的に収集される電圧、電流等の電気データは、短絡事故検出継電器１の入力部１２を介して、演算部１０の系統データ入力手段２２によって入力処理され、記憶部１４の系統ＤＢ３２に保存される。

<整定値演算処理>
次に、図２を用いて、整定値演算手段２３の動作を説明する。なお、整定値演算手段２３は、過電流検出手段２４と連動して動作し、図２の中で、波線で囲んだ部分、すなわちステップＳ１０２とステップＳ１０３は、過電流検出手段２４の処理を示している。

整定値演算手段２３は起動すると、まず、整定値ＤＢ３１から最低検出値を抽出し、この値を過電流検出手段２４の整定値とする一方、過電流検出回数をリセットする（Ｓ１０１）。過電流検出手段２４は、この整定値を用いて過電流の判定を行い（Ｓ１０２）、過電流を検出した場合は（Ｓ１０２で「ＹＥＳ」）、過電流検出信号を一定時間出力する（Ｓ１０３）。また、整定値演算手段２３は、過電流検出回数をカウントアップ（１加算）する（Ｓ１０４）。そして、監視不良発生までの過電流検出回数を超えたか否かを判定して（Ｓ１０５）、超えた場合には、監視不良発生の出力を行い（Ｓ１０６）、整定幅を予め定めた所定比率（たとえば１０％）アップして（Ｓ１０７）、ステップＳ１０１へ戻る。

一方、ステップＳ１０２で、過電流を検出しない場合は（Ｓ１０２で「ＮＯ」）、一定時間経過したか否かを判定して（Ｓ１０８）、経過していない場合は、ステップＳ１０２へ戻って過電流検出を続行し、一定時間を経過した場合は（Ｓ１０８で「ＹＥＳ」）、ステップＳ１０１へ戻って再び初回検出から繰り返す。

また、ステップＳ１０５で、監視不良発生までの過電流検出回数を超えていない場合は（Ｓ１０５で「ＮＯ」）、現在の整定値に整定幅を加算した値を新たな整定値とし（Ｓ１０９）、ステップＳ１０２へ戻ってこの整定値を用いて過電流検出を行う。

<過電流検出処理>
過電流検出手段２４は、系統ＤＢ３２に保存されている電気データによって、電流の変化分（ΔＩ）が、整定値演算手段２３で算出した整定値以上になったときに、過電流検出信号を出力する。この出力は、出力部１３を介して、接点２ａを閉にする。閉状態は、一定時間継続される。この間に短絡距離継電器９７が動作すると接点９７ａが閉となり、装置使用状態ならば、接点９６、接点９７ａ、接点２ａが全て閉になり、遮断回路９５から遮断指令が出力される。

（実施例）
以下、初回検出値Ａ＝０．５Ａ，マージンＭ＝１．１，監視不良までの回数（初回不含）Ｃ＝３，最大継続時間２０秒，ＣＴ比：５／３０００Ａ，フリッカ負荷による最大変化幅１８６ＭＷとしたときの実施例を説明する。

このときの電流値は以下のようになる。
電流＝１８６ＭＷ／（√３×１１０×０．９５）＝１０２７．６Ａ

したがって、短絡事故検出継電器１への入力は、１０２７．６Ａ×ＣＴ比（５／３０００）＝１．７１Ａとなる。この値を最大変化幅Ｂとし、整定幅を以下のようにして求める。
（Ｂ×Ｍ−Ａ）／Ｃ＝（１．７１Ａ×１．１−０．５）／３＝０．４６
この値を切り上げて整定幅＝０．５Ａと設定する。

このときの整定値ＤＢ３１の設定値は図３のようになる。なお、最大変化幅は、系統の所定期間（たとえば一日）の有効電力データに対する変化幅（電流値）を算出し、変化幅が最大となる値を採用する。たとえば、図４において、定周期サンプリングデータについて、一定時間（たとえば１０秒）前のデータ値との差をとり、プラス側の最大値（図４の例では１．７１Ａ）を最大変化幅とする。

そして、過電流検出継電器２は、この値を用いて図５の処理手順を実行する。なお、図２は、一般的な処理手順を示したフローチャートであるのに対し、図５は本実施例の条件による具体的な処理手順を示したフローチャートである。
まず、ステップＳ２０１で初期状態として、検出値を０．５Ａ（初回検出値）とし、過電流検出を行う。フリッカ負荷により過電流を検出した場合（以下、単にフリッカ検出という）、接点９８ａを閉じ５．１秒引き延ばし（Ｓ２０２）、検出値を整定幅分加算して、１．０Ａとして（Ｓ２０３）、さらにフリッカ検出処理を行う。そして、２回目のフリッカ検出があると（Ｓ２０４）、さらに整定値分加算して、検出値を１．５Ａとしてフリッカ検出処理を行う（Ｓ２０６）。一方、２回目の検出がなければ、一定時限後に検出値を初回検出値へ戻す（Ｓ２０５）。

３回目、４回目検出についても同様な手順で行い（Ｓ２０７〜Ｓ２１０）、４回目の検出があると監視不良発生として外部へ出力する（Ｓ２１１）。これにより、操作員あるいは人工知能などを利用してシステム的に変更幅の修正を行って（Ｓ２１２）、ステップＳ２０１へ戻ってフリッカ検出を開始する。

以上、本実施の形態によれば、短絡事故検出継電器のフェイルセーフとして使用される過電流継電器の整定値を段階的に引き上げ、所定時間過電流を検出しない場合は初期に戻すので、フリッカ負荷の小さいときは、低い整定値で過電流を検出し、高感度を担保することができる。また、フリッカ負荷が大きくなるに伴って自動的に整定値を上げて過電流を検出するので、フリッカ負荷を排除して短絡事故を検出することができる。

また、監視不良となったときは、整定幅を所定比率または所定値アップすることによって、フリッカ負荷に連動した整定値の自動設定が可能となる。

なお、時間帯、曜日、季節など時期ごとに基本データを設けるようにしても良い。これによって、時期によってフリッカ負荷が異なる場合に、整定値を精度良く算出することができる。

本発明は、上述の実施の形態に限定されること無く、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。たとえば、上記の実施形態では、基本データは、過電流継電器に持たせるようにしたが、端末装置側に持たせて、整定値の初期値と整定幅のみを過電流継電器へ転送して動作させるようにしても良い。

本発明は、フリッカ負荷を有する一般の電力系統のみならず、フリッカ負荷の発生する需要家の構内保護の事故検出リレーにも適用することができる。

本発明の実施の形態による短絡事故検出継電器のブロック図である。 図１の整定値演算手段２３と過電流検出手段２４の処理手順を示すフローチャートである。 図１の整定値ＤＢ（データベース）３１のデータ例である。 本発明の実施例のフリッカ負荷による最大変化幅の抽出の説明図である。 本発明の実施例による基本データを用いて過電流検出を行う際の具体的処理手順を示すフローチャートである。 従来技術による短絡事故検出継電器のブロック図である。

符号の説明

１，９９ 短絡事故検出継電器
２，９８ 過電流継電器
３ 端末装置
１０ 演算部
１１ インタフェース部
１２ 入力部
１３ 出力部
１４ 記憶部
２１ 基本データ入力手段
２２ 系統データ入力手段
２３ 整定値演算手段
２４ 過電流検出手段
３１ 整定値ＤＢ（データベース）
３２ 系統ＤＢ（データベース）
９５ 遮断回路
９６ 装置「使用」接点
９７ 短絡距離継電器
９７ａ 主検出接点
９８ａ 事故検出接点

Claims (3)

1. 主検出用の短絡距離継電器と事故検出用の過電流継電器とを有する短絡事故検出継電器であって、
   前記過電流継電器は、
   過電流の最低検出値、監視不良までの過電流検出回数、および系統電流の最大変化幅を含む基本データを保存する手段と、
   前記基本データを用いて、前記過電流検出回数ごとの整定値を算出する整定値演算手段と、
   前記整定値演算手段によって算出された整定値をもとに過電流検出を行う過電流検出手段と、を備え、
   前記整定値演算手段は、前記系統電流の最大変化幅とマージンとの積から最低検出値を差し引いた値を前記監視不良までの過電流検出回数で除することにより、整定値変化幅を算出し、
   前記過電流検出手段は、前記最低検出値を初回の過電流検出の整定値とし、過電流検出のたびに前回の整定値に前記整定値変化幅を加えた値を新たな整定値として過電流検出を行い、所定時間過電流を検出しないときは、前記最低検出値を整定値とし過電流検出回数をリセットすることを特徴とする短絡事故検出継電器。
2. 所定回数連続して過電流を検出することによって監視不良になった場合に、前記整定値演算手段は、前記整定値変化幅を予め定められた所定比率増加させることを特徴とする請求項１に記載の短絡事故検出継電器。
3. 前記基本データは、時間帯別、季節別、または曜日別に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の短絡事故検出継電器。