JP5298562B2 - ディジタル形保護リレー - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル形保護リレーに係り、特にＣＴ（変流器）の飽和による誤判定を防止した保護リレーに関する。

ディジタル形保護リレーは、アナログ入力に対してアナログフィルタとディジタルフィルタによって基本波成分を抽出し、その実効値などのレベルから動作判定を行う。

図６はディジタル形保護リレーの構成例を示し、ＣＴで入力される検出電流から過電流の有無を判定する過電流リレーの構成を示す。補助ＣＴ１は、保護対象となる電力系統、機器の電流を計測する主ＣＴ（図示省略）からの電流検出波形を絶縁確保と共に装置内部で処理できる信号レベルに変成する。この信号を、アナログフィルタ（ＡＦ）２はノイズ成分を除去し、Ａ／Ｄ変換器３でサンプリング（例えば、系統周波数５０Ｈｚでは電気角７．５°、２４００Ｈｚ）してディジタルデータに変換し、ディジタルフィルタ（ＤＦ）４で直流分と奇数調波を除去して基本波データを抽出し、この基本波データを使用して、実効値演算部５で積形の振幅値演算を行って実効値を算出し、この実効値が動作レベルを超えたか否かを判定し、超えた場合に保護リレーの動作指令を発生する。

このようなディジタル形保護リレーにおいて、図７に電流波形の例を示すように、主ＣＴおよび装置内部の補助ＣＴが過大電流入力によって飽和した場合、歪波の振幅は歪み無しの正弦波のそれよりも低い場合が多く、歪み波形の基本波振幅は歪み無しの正弦波のそれよりも小さくなり、過電流が発生していないという誤った判定をするおそれがある。

このＣＴ飽和を伴う波形からの保護演算にも、事故発生領域等を正確に判別するため、ＣＴの変成値を変換したディジタル変換データから、保護対象母線の内外部事故の区別を行う一括差動演算および分割差電流算出、データの正波と負波別にした正の動作量と負の動作量を算出する一括正負差電流算出および分割正負差電流算出とから、保護領域内部の事故発生を判定するものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１０３６５６号公報

従来、ＣＴの飽和を考慮した正確な事故判別には、差動演算や正波と負波の動作量演算など、複雑で高い精度のディジタル処理を多く必要とする問題があった。

本発明の目的は、既存の保護リレーに少しの演算処理要素を追加するのみで、保護演算にはＣＴの飽和による誤判定をなくし、誤不動作を防止できるディジタル形保護リレーを提供することにある。

本発明は、前記の課題を解決するため、ディジタルフィルタ処理した基本波波形についての保護演算によるリレー動作判定に加えて、Ａ／Ｄ変換データがＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしている場合にリレー動作判定を得ること、さらに歪波の実効値が設定レベル以上になることをリレー動作判定の条件とすることとしたもので、以下の構成を特徴とする。

（１）保護対象系統または機器の計測電流を補助変流器で変成し、この変成電流をＡ／Ｄ変換器でサンプリングしてディジタルデータに変換し、このディジタルデータからディジタルフィルタで基本波成分を抽出し、この基本波成分から保護演算部で保護演算を行った結果からリレー動作を得るディジタル形保護リレーにおいて、
前記Ａ／Ｄ変換器で変換したディジタルデータの振幅が該Ａ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしたことの判定を得たときにリレー動作出力を得る飽和判別処理部を備え、
前記飽和判別処理部は、前記ディジタルデータの１サイクルの間に＋側（正波）と−側（負波）の両方でＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバした場合のみ、リレー動作出力を得る構成にしたことを特徴とする。

（２）保護対象系統または機器の計測電流を補助変流器で変成し、この変成電流をＡ／Ｄ変換器でサンプリングしてディジタルデータに変換し、このディジタルデータからディジタルフィルタで基本波成分を抽出し、この基本波成分から保護演算部で保護演算を行った結果からリレー動作を得るディジタル形保護リレーにおいて、
前記Ａ／Ｄ変換器で変換したディジタルデータの振幅が該Ａ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしたことの判定を得たときにリレー動作出力を得る飽和判別処理部と、
前記ディジタルフィルタで抽出する基本波成分の実効値が設定値を超えたことを判定する飽和判定ＦＳ要素と、
前記飽和判別処理部にリレー動作出力の判定と、前記飽和判定ＦＳ要素の判定との同時成立でリレー動作出力を得る論理積手段とを備えたことを特徴とする。

（３）前記飽和判別処理部は、前記ディジタルデータの１サイクルの間に＋側（正波）と−側（負波）の両方でＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバした場合のみ、リレー動作出力を得る構成にしたことを特徴とする。

以上のとおり、本発明によれば、ディジタルフィルタ処理した基本波波形についての保護演算によるリレー動作判定に加えて、Ａ／Ｄ変換データがＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしている場合にリレー動作判定を得ること、さらに歪波の実効値が設定レベル以上になることをリレー動作判定の条件とするため、既存の保護リレーに少しの演算処理要素を追加するのみで、保護演算にはＣＴの飽和による誤判定をなくし、誤不動作を防止できる。

（実施形態１）
図１は、本実施形態を示すディジタル形過電流リレーの基本構成である。同図が図６と異なる部分は、飽和判別処理部６と論理和演算部７を追加した点にある。

飽和判別処理部６は、Ａ／Ｄ変換器３で変換したＡ／Ｄ変換値がフルスケールをオーバしているか否かを判別する。このフルスケールオーバとは、Ａ／Ｄ変換器３が変換できる最大値（ディジタル値）をフルスケール（ＦＳ）とし、飽和判別処理部６はフルスケール以上のＡ／Ｄ変換値になるときにＣＴ１からＡ／Ｄ変換器３までのアナログ系処理回路が飽和してしまうような過電流があったと判定する。

論理和演算部７は、実効値演算部５による判別で過電流判定になるときのリレー動作出力を得るほか、飽和判別処理部６がＡ／Ｄ変換値のフルスケールオーバを判定したときにリレー動作出力を得る。

したがって、ＣＴの飽和など、アナログ系処理回路で飽和した電流波形の振幅がＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしたか否かで過電流判定などを得るため、従来の複雑な演算処理に比べて、飽和判別処理部６が大小判定などの簡単な論理演算処理を行うことで判別できる。また、飽和判別が得られたときは、過電流事故発生としてリレー動作させることで、誤不動作を防止できる。

（実施形態２）
実施形態１では、Ａ／Ｄ変換器の変換出力がフルスケールを超えたか否かを飽和判別処理部６が判定する。この判定手法では、アナログ電流に直流分が重畳していると、過電流が起きていないにもかかわらずＡ／Ｄ変換器のフルスケールオーバになることがある。

そこで、本実施形態では、アナログ処理回路に直流分重畳などがある場合の非飽和電流波形と飽和電流波形を区別するため、Ａ／Ｄ変換データ（アナログ入力）の１サイクルの間に＋側（正波）と−側（負波）の両方でＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバした場合のみ、アナログ入力値は過電流レベルにあると判定し、過電流瞬時リレー動作とする。

図２は、飽和判別処理部６の飽和判別アルゴリズムを示す。保護対象の過電流で、保護リレーの入力波形が歪波になり、それぞれの＋側（正波）と−側（負波）の両方で２連続してフルスケールオーバになる場合のみ、過電流瞬時リレーを動作させる判定結果を得る。

図２中、オンディレータイマＴ１，Ｔ２は正波、負波が２連続したことをオン信号として得、オフディレータイマＴ３，Ｔ４は正波、負波の２連続が系統周波数の１サイクル以内に発生したことを判定する。

図２では飽和判別アルゴリズムをタイマと論理演算で構成した場合を示すが、これら機能要素をディジタルデータ処理によって置換できる。例えば、フルスケールオーバの判別にはＡ／Ｄ変換器でサンプリング（例えば、系統周波数５０Ｈｚでは電気角７．５°、２４００Ｈｚ）してＡ／Ｄ変換データを連続して取り込み、これらＡ／Ｄ変換データ（サンプリングデータ）を時系列にバッファリングし、このバッファリングデータ中に正側にフルスケールオーバしたデータが連続して存在する場合に正側のフルスケールオーバと判定し、同じサイクル内で負側についてフルスケールオーバと判定できたときに、過電流瞬時リレーの動作出力を得る。

（実施形態３）
実施形態１または実施形態２では、飽和判別要素６はアナログ電流波形がＡ／Ｄ変換器３のフルスケールを超えた場合には過電流判定を得る。しかし、系統電流にはサージなどが重畳してＣＴから取り込む電流の振幅がＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバすることが考えられる。この場合、実施形態１または実施形態２の飽和判別要素６のみでの判定ではフルスケールオーバの発生という誤判定になる。

そこで、本実施形態では、ＣＴの飽和により低下した実効値よりも低く設定した実効値判定レベルをもつ飽和判別ＦＳ要素による飽和判定と、飽和判別要素６による判定との同時成立（論理積演算）でリレー動作出力を得る。

実際に、過電流瞬時リレーに適用した際のシーケンスを図３に示す。図３の過電流瞬時リレーは、高信頼性の実現のため、主検出（Ｍ）と事故検出（ＦＤ）それぞれに図示しないＣＰＵを搭載、及びそれぞれに独立した回路（アナログ入力部，保護演算部，図示しない入出力部）を具備する。同図中、Ｍは主検出側の保護演算部であり、ＦＤは事故検出側の保護演算部であり、これら両演算部が共に事故検出したときにリレー動作（トリップ出力）を得る。両演算部Ｍ，ＦＤはそれぞれディジタルフィルタ要素４Ａ、４Ｃで抽出する基本波データから実効値を検出してこれが動作レベルを超えたか否かを判定する実効値検出要素５Ａ、５Ｂをもつ。

さらに、保護演算部Ｍにはディジタルフィルタ要素を通す前のＡ／Ｄ変換データから、飽和判別を行う飽和判別要素６と、飽和判別ＦＳ要素６Ａを設ける。このうち、飽和判別要素６は、例えば実施形態２では、正波サンプリングデータと負波サンプリングデータの両方が１サイクルの間にＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしたときに飽和判別を得る。

また、飽和判別ＦＳ要素６Ａは、ディジタルフィルタ要素４Ｂで抽出する基本波成分について飽和を判定する。この飽和判別ＦＳ要素６Ａは、ＣＴの飽和により低下した実効値よりも低く設定した実効値判定レベルに設定する。例えば、ＣＴの変成特性は、図４に例を示すように、サージ電流等によりフルスケールを大きく超えた飽和領域では、その実効値がリレー動作レベルよりも低い値になる領域（領域Ｅ）があり、この領域Ｅの実効値よりも低い実効値判定レベルに設定する。具体的には、ＣＴの変成特性がＣＴ定格×１０倍の電流領域で、歪波の基本波振幅がもつ実効値（実効値≧ＣＴ定格×１０倍）に判定レベルを設定する。

以上のことから、本実施形態では、飽和判別要素６の判定による飽和判別条件として、飽和判別ＦＳ要素６Ａにより飽和電流波形の基本波成分が実効値を超えていることとし、確実な判定になる。

なお、高信頼性システムが必要でない場合の過電流瞬時リレーのシーケンスを図５に示す。同図が図３と異なる部分は、事故検出（ＦＤ）と事故検出に独立した回路を具備しないことであり、そのため、主検出（Ｍ）の保護演算部が事故検出したときにリレー動作を行うことである。他の動作については図３と同様である。

以上までの実施形態１〜３ではディジタルフィルタを通したＡ／Ｄ変換データの実効値から事故検出をするリレーの例を示すが、Ａ／Ｄ変換データの振幅や位相から事故検出するアルゴリズムにしたディジタル形保護リレーに適用して、同等の作用効果を得ることができる。

本発明の実施形態１を示すディジタル形過電流リレーの基本構成図。 飽和判別処理部の飽和判別アルゴリズム。 過電流瞬時リレーのシーケンス（高信頼性システム時）。 ＣＴの変成特性の例。 過電流瞬時リレーのシーケンス（シングルＣＰＵ構成時）。 ディジタル形保護リレーの構成例。 ディジタル形保護リレーの電流波形の例。

符号の説明

１ 補助変流器
２、１２ アナログフィルタ
３、１３ Ａ／Ｄ変換器
４ ディジタルフィルタ
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ ディジタルフィルタ要素
５ 保護演算部
６ 飽和判別処理部
６Ａ 飽和判別ＦＳ要素

Claims (3)

1. 保護対象系統または機器の計測電流を補助変流器で変成し、この変成電流をＡ／Ｄ変換器でサンプリングしてディジタルデータに変換し、このディジタルデータからディジタルフィルタで基本波成分を抽出し、この基本波成分から保護演算部で保護演算を行った結果からリレー動作を得るディジタル形保護リレーにおいて、
   前記Ａ／Ｄ変換器で変換したディジタルデータの振幅が該Ａ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしたことの判定を得たときにリレー動作出力を得る飽和判別処理部を備え、
   前記飽和判別処理部は、前記ディジタルデータの１サイクルの間に＋側（正波）と−側（負波）の両方でＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバした場合のみ、リレー動作出力を得る構成にしたことを特徴とするディジタル形保護リレー。
2. 保護対象系統または機器の計測電流を補助変流器で変成し、この変成電流をＡ／Ｄ変換器でサンプリングしてディジタルデータに変換し、このディジタルデータからディジタルフィルタで基本波成分を抽出し、この基本波成分から保護演算部で保護演算を行った結果からリレー動作を得るディジタル形保護リレーにおいて、
   前記Ａ／Ｄ変換器で変換したディジタルデータの振幅が該Ａ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバしたことの判定を得たときにリレー動作出力を得る飽和判別処理部と、
   前記ディジタルフィルタで抽出する基本波成分の実効値が設定値を超えたことを判定する飽和判定ＦＳ要素と、
   前記飽和判別処理部にリレー動作出力の判定と、前記飽和判定ＦＳ要素の判定との同時成立でリレー動作出力を得る論理積手段とを備えたことを特徴とするディジタル形保護リレー。
3. 前記飽和判別処理部は、前記ディジタルデータの１サイクルの間に＋側（正波）と−側（負波）の両方でＡ／Ｄ変換器のフルスケールをオーバした場合のみ、リレー動作出力を得る構成にしたことを特徴とする請求項２に記載のディジタル形保護リレー。

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