JP5371414B2 - 方向特性付き過電流継電器 - Google Patents

Description

本発明は、方向特性付き過電流継電器に関し、特に、発電所の受電点などで使用するのに好適な方向特性付き過電流継電器に関する。

従来、図７に示すように上位系統（Ｂ変電所およびＣ変電所）から電力が供給される２２．６６ｋＶ母線に変圧器２_Aの１次側が接続されるとともに変圧器２_Aの２次側に発電機１（水力発電機など）が接続されたＡ変電所（発電所）では、Ａ変電所とＢ変電所との間に敷設された送電線における短絡事故（以下、「送電線事故」と称する。）またはＡ変電所構内における短絡事故（以下、「構内事故」と称する。）から電力系統を保護するために、Ａ変電所の受電点に保護継電器を設置して遮断器３_Aを遮断するようにしている。
このような保護継電器として、電流要素だけで短絡事故を検出する過電流継電器（ＯＣ）を使用してもよいが（たとえば、下記の特許文献１参照）、送電線事故時および構内事故時の事故電流が平常の負荷電流よりもあまり大きくならなかった場合には過電流継電器では対処することができないため、電圧値に応じて電流検出感度を補正する機能を具備した（すなわち、常時は電圧抑制効果により大きな電流でも動作しないが短絡事故時には電圧が低下するために抑制効果が減少して動作する）電圧抑制付き過電流継電器（ＯＣＶ）を使用している。

また、電圧階級が同じであるＣ変電所とＤ変電所との間に敷設された平衡２回線送電線では、短絡事故から平衡２回線送電線を保護するために、平衡２回線送電線のＣ変電所側に２つの過電流継電器を設置して２つの遮断器３_C1，３_C2をそれぞれ遮断するようにおり、また、平衡２回線送電線のＤ変電所側にも２つの過電流継電器を設置して２つの遮断器３_D1，３_D2をそれぞれ遮断するようにしている。

なお、方向特性を有する短絡保護継電器として短絡方向継電器があるが（下記の特許文献２など参照）、短絡方向継電器は一方向の短絡事故に対してしか保護することができず、また、事故電流が小さいと事故発生を検出することができないため、発電所の受電点などで使用するには不向きである。
特開２００７−０６０７９７号公報 特開２０００−１６６０８２号公報

しかしながら、電圧抑制付き過電流継電器は、方向特性を有しないために送電線事故でも動作し構内事故でも動作するので、背後電源が大きい構内事故時の時限協調を考慮して整定を行う結果、電圧抑制付き過電流継電器の時限特性Ｔ_OCVと次区間の過電流継電器（変圧器２_Aの２次側に設置された過電流継電器）の時限特性Ｔ_OC1とはたとえば図８（ａ）に示すように整定される。そのため、構内事故を除去するのに０．７５秒かかるという問題がある。また、送電線事故時の事故電流（流出電流）は構内事故時の事故電流よりも小さいため、電圧抑制付き過電流継電器の時限特性Ｔ_OCVと次区間の過電流継電器（Ａ変電所とＢ変電所との間に敷設された送電線のＢ変電所母線側に設置された過電流継電器）の時限特性Ｔ_OC2とはたとえば図８（ｂ）に示すような動作特性となる（電圧抑制付き過電流継電器の時限特性Ｔ_OCVは同一整定であるため）ので、送電線事故を除去するのに２秒以上かかるという問題がある。

なお、構内事故を高速に（０．４秒で）遮断するために、電圧抑制付き過電流継電器のタップを大きくして倍率を下げることにより図８（ａ）に破線で示す時限特性Ｔ_OCV’のように反限時特性の大きな部分を使用することも考えられるが、送電線事故時の倍率も下がるため電圧抑制付き過電流継電器のタップを大きくすることはできないという問題がある。

また、Ｃ変電所から送電した場合のＣ変電所側に設置された過電流継電器の時限特性を図９（ａ）に示す時限特性Ｔ_OCcとなるように整定するとともに、Ｄ変電所から送電した場合のＤ変電所側に設置された過電流継電器の時限特性を図９（ｂ）に示す時限特性Ｔ_OCdとなるように整定した場合、Ｃ変電所からＤ変電所以降も送電したときにＣ変電所側に設置された過電流継電器の時限特性Ｔ_OCcとＤ変電所側に設置された過電流継電器の時限特性Ｔ_OCdとは図９（ａ）に示すようになるため時限協調をかろうじてとることはできるが、Ｄ変電所からＣ変電所以降も送電したときには、Ｃ変電所側に設置された過電流継電器の時限特性Ｔ_OCcとＤ変電所側に設置された過電流継電器の時限特性Ｔ_OCdとは図９（ｂ）に示すように逆転してしまうため、選択性の低下が生じるという問題がある。
なお、Ｃ変電所からＤ変電所以降も送電したときにも、背後電源によっては時限特性Ｔ_OCcと時限特性Ｔ_OCdとが逆転して、選択性の低下が生じるという問題がある。

本発明の目的は、発電所の受電点で使用しても送電線事故および構内事故を高速に除去することができるとともに電圧階級が同じである２つの変電所間に敷設された送電線で使用しても選択性の低下を防止することができる方向特性付き過電流継電器を提供することにある。

本発明の方向特性付き過電流継電器は、短絡事故用の方向特性付き過電流継電器（１０）であって、送電線の第１乃至第３の相にそれぞれ流れる第１乃至第３の相電流（Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_t）および該第１乃至第３の相間の第１乃至第３の線間電流（Ｉ_rs，Ｉ_st，Ｉ_tr）の基準電圧（Ｖ_rs，Ｖ_st，Ｖ_tr）に対する位相をそれぞれ求め、該求めた位相に基づいて前記短絡事故の方向を判定する事故方向判定手段（２０）と、該事故方向判定手段において前記短絡事故の方向が判定されると、前記第１乃至第３の線間電流のいずれかまたは前記第１乃至第３の相電流のすべての電流値が該判定された短絡事故の方向に応じて予め定められた第１または第２の電流整定値以上であると、前記送電線に設置された遮断器を遮断するためのトリップ信号（Ｓ_T）を生成するリレー演算処理手段（１４）とを具備し、前記基準電圧が、前記第１および第２の相間の第１の線間電圧（Ｖ _rs ）と前記第２および第３の相間の第２の線間電圧（Ｖ _st ）と前記第３および第１の相間の第３の線間電圧（Ｖ _tr ）とであり、前記事故方向判定手段（２０）が、前記第１の線間電流（Ｉ _rs ）の前記第１の線間電圧（Ｖ _rs ）に対する第１の位相と前記第２の線間電流（Ｉ _st ）の前記第２の線間電圧（Ｖ _st ）に対する第２の位相と前記第３の線間電流（Ｉ _tr ）の前記第３の線間電圧（Ｖ _tr ）に対する第３の位相とを求め、該求めた第１乃至第３の位相が第１の位相範囲内に入っていると前記短絡事故の方向が第１の方向であると判定し、該求めた第１乃至第３の位相が第２の位相範囲内に入っていると該短絡事故の方向が前記第１の方向とは逆の第２の方向であると判定する第１の方向判定手段（２１ ₁ ，２１ ₂ ，２１ ₃ ）と、前記第１の相電流（Ｉ _r ）の前記第１の線間電圧（Ｖ _rs ）に対する第４の位相と前記第２の相電流（Ｉ _s ）の前記第２の線間電圧（Ｖ _st ）に対する第５の位相と前記第３の相電流（Ｉ _t ）の前記第３の線間電圧（Ｖ _tr ）に対する第６の位相とを求め、該求めた第４乃至第６の位相がすべて前記第１の位相範囲内に入っていると前記短絡事故の方向が前記第１の方向であると判定し、該求めた第４乃至第６の位相が前記第２の位相範囲内に入っていると前記短絡事故の方向が前記第２の方向であると判定する第２の方向判定手段（２１ ₄ 〜２１ ₆ ，２２ ₁ ，２２ ₂ ）とを備えることを特徴とする。
ここで、前記リレー演算処理手段（１４）が、位相が前記第１乃至第３の線間電流のインピーダンス角（θ）±所定の角度（α）内に入っておりかつ電流値が前記第１の電流整定値以上である範囲を第１の動作範囲（Ｐ_S）とするとともに、位相が前記インピーダンス角＋１８０°±前記所定の角度内に入っておりかつ電流値が前記第２の電流整定値以上である範囲を第２の動作範囲（Ｐ_R）としたときに、前記第１乃至第３の線間電流のいずれかまたは前記第１乃至第３の相電流のすべてが該第１または第２の動作範囲内に入っていると前記トリップ信号を生成してもよい。
前記リレー演算処理手段（１４）が、前記第１および第２の方向判定手段において前記短絡事故の方向が前記第１の方向であると判定された旨を示す事故方向判定結果信号が前記事故方向判定手段から入力された場合には、前記第１乃至第３の線間電流の電流値および前記第１乃至第３の相電流の電流値と前記第１の電流整定値とを比較して、前記第１乃至第３の線間電流のうちのいずれかの電流値または前記第１乃至第３の相電流のすべての電流値が該第１の電流整定値以上であると前記トリップ信号を生成し、前記第１および第２の方向判定手段において前記短絡事故の方向が前記第２の方向であると判定された旨を示す前記事故方向判定結果信号が前記事故方向判定手段から入力された場合には、前記第１乃至第３の線間電流の電流値および前記第１乃至第３の相電流の電流値と前記第２の電流整定値とを比較して、前記第１乃至第３の線間電流のうちのいずれかの電流値または前記第１乃至第３の相電流のすべての電流値が該第２の電流整定値以上であると前記トリップ信号を生成してもよい。
前記第１および第２の電流整定値が、共通電流整定値を補正係数で補正することにより定められてもよい。

本発明の方向特性付き過電流継電器は、以下に示す効果を奏する。
（１）過電流継電器に方向特性を持たせることにより、送電方向および受電方向ともに時限協調点に目標とする動作時限で整定することができるので、発電所の受電点で使用しても送電線事故および構内事故を高速に除去することができるとともに、電圧階級が同じである２つの変電所間に敷設された送電線で使用しても選択性の低下を防止することができる。
（２）送電線事故および構内事故を高速に除去することができるので、送電線の溶断や焼損に至るおそれをなくすことができる。
（３）負荷電流では動作しないために従来の過電流継電器よりも容易に整定することができるので、複雑な整定検討が不要となり、検討時間の短縮化が図れる。

上記の目的を、送電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相の相電流および線間電流の線間電圧に対する位相に基づいて短絡事故の方向を判定し、短絡事故の方向が判定されると線間電流のいずれかまたは相電流のすべての電流値が送電方向電流整定値または受電方向電流整定値以上であるとトリップ信号を生成することにより実現した。

以下、本発明の方向特性付き過電流継電器の実施例について図面を参照して説明する。
本発明の一実施例による方向特性付き過電流継電器１０は、図１に示すように、入力変換器１１と、アナログ入力部１２と、事故方向判定部２０と、リレー演算処理部１４と、整定・表示部１５と、入出力部１６と、外部機器インターフェース部（外部機器Ｉ／Ｆ部）１７とを備える。

入力変換器１１は、送電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相にそれぞれ設置された変流器（不図示）から入力されるＲ相電流Ｉ_r、Ｓ相電流Ｉ_sおよびＴ相電流Ｉ_tのレベルとこの送電線が分岐された母線に設置された計器用変圧器（不図示）から入力されるＲ相電圧Ｖ_r、Ｓ相電圧Ｖ_sおよびＴ相電圧Ｖ_tのレベルとをアナログ入力部１２の処理に適したレベルに変換する。

アナログ入力部１２は、バンドパスフィルタとサンプリングホールド回路とマルチプレクサ回路とアナログ／ディジタル変換器とを備え、入力変換器１１から入力されるアナログ信号のＲ相電流Ｉ_r、Ｓ相電流Ｉ_s、Ｔ相電流Ｉ_t、Ｒ相電圧Ｖ_r、Ｓ相電圧Ｖ_sおよびＴ相電圧Ｖ_tをディジタル信号のＲ相電流Ｉ_r、Ｓ相電流Ｉ_s、Ｔ相電流Ｉ_t、Ｒ相電圧Ｖ_r、Ｓ相電圧Ｖ_sおよびＴ相電圧Ｉ_tに変換する。

事故方向判定部２０は、アナログ入力部１２においてディジタル信号に変換されたＲ相電流Ｉ_r、Ｓ相電流Ｉ_s、Ｔ相電流Ｉ_t、Ｒ相電圧Ｖ_r、Ｓ相電圧Ｖ_sおよびＴ相電圧Ｉ_tに基づいて短絡事故の方向を判定し、この判定結果を示す事故方向判定結果信号をリレー演算処理部１４に出力する。

ここで、事故方向判定部２０は、図２に示すように、第１乃至第６の位相比較回路２１₁〜２１₆と、第１および第２の論理積回路２２₁，２２₂とを備える。
Ｒ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rs、Ｓ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_stおよびＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_trのインピーダンス角をθとして所定の角度をα（たとえば、α＝１５°〜３０°）とすると、第１の位相比較回路２１₁は、Ｒ相電流Ｉ_rおよびＳ相電流Ｉ_sより求めたＲ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsのＲ相電圧Ｖ_rおよびＳ相電圧Ｖ_sより求めたＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rs（基準電圧）に対する位相を求め、求めた位相がθ±αの受電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第１の出力信号Ｓ₁を出力し、求めた位相が（θ＋１８０°）±αの送電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第２の出力信号Ｓ₂を出力する。
第２の位相比較回路２１₂は、Ｓ相電流Ｉ_sおよびＴ相電流Ｉ_tより求めたＳ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stのＳ相電圧Ｖ_sおよびＴ相電圧Ｖ_tより求めたＳ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_st（基準電圧）に対する位相を求め、求めた位相がθ±αの受電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第３の出力信号Ｓ₃を出力し、求めた位相が（θ＋１８０°）±αの送電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第４の出力信号Ｓ₄を出力する。
第３の位相比較回路２１₃は、Ｔ相電流Ｉ_tおよびＲ相電流Ｉ_rより求めたＴ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trのＴ相電圧Ｖ_tおよびＲ相電圧Ｖ_rより求めたＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_tr（基準電圧）に対する位相を求め、求めた位相がθ±αの受電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第５の出力信号Ｓ₅を出力し、求めた位相が（θ＋１８０°）±αの送電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第６の出力信号Ｓ₆を出力する。
第４の位相比較回路２１₄は、Ｒ相電流Ｉ_rのＲ相電圧Ｖ_rおよびＳ相電圧Ｖ_sより求めたＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rs（基準電圧）に対する位相を求め、求めた位相がθ±αの受電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第７の出力信号Ｓ₇を出力し、求めた位相が（θ＋１８０°）±αの送電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第８の出力信号Ｓ₈を出力する。
第５の位相比較回路２１₅は、Ｓ相電流Ｉ_sのＳ相電圧Ｖ_sおよびＴ相電圧Ｖ_tより求めたＳ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_st（基準電圧）に対する位相を求め、求めた位相がθ±αの受電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第９の出力信号Ｓ₉を出力し、求めた位相が（θ＋１８０°）±αの送電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第１０の出力信号Ｓ₁₀を出力する。
第６の位相比較回路２１₆は、Ｔ相電流Ｉ_tのＴ相電圧Ｖ_tおよびＲ相電圧Ｖ_rより求めたＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_tr（基準電圧）に対する位相を求め、求めた位相がθ±αの受電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第１１の出力信号Ｓ₁₁を出力し、求めた位相が（θ＋１８０°）±αの送電方向位相範囲内に入っているとハイレベルの第１２の出力信号Ｓ₁₂を出力する。
第１の論理積回路２２₁は、第４の位相比較回路２１₄から入力される第７の出力信号Ｓ₇と第５の位相比較回路２１₅から入力される第９の出力信号Ｓ₉と第６の位相比較回路２１₆から入力される第１１の出力信号Ｓ₁₁との論理積をとり、第７、第９および第１１の出力信号Ｓ₇，Ｓ₉，Ｓ₁₁がすべてハイレベルであると、ハイレベルの第１３の出力信号Ｓ₁₃を出力する。
第２の論理積回路２２₂は、第４の位相比較回路２１₄から入力される第８の出力信号Ｓ₇と第５の位相比較回路２１₅から入力される第１０の出力信号Ｓ₁₀と第６の位相比較回路２１₆から入力される第１２の出力信号Ｓ₁₂との論理積をとり、第８、第１０および第１２の出力信号Ｓ₈，Ｓ₁₀，Ｓ₁₂がすべてハイレベルであると、ハイレベルの第１４の出力信号Ｓ₁₄を出力する。
なお、第１、第３、第５および第１３の出力信号Ｓ₁，Ｓ₃，Ｓ₅，Ｓ₁₃は第１乃至第４の送電方向信号Ｓ_S1〜Ｓ_S4（すなわち、事故方向が送電方向であると判定された旨を示す事故方向判定結果信号）としてリレー演算処理部１４に出力される。また、第２、第４、第６および第１４の出力信号Ｓ₂，Ｓ₄，Ｓ₆，Ｓ₁₄は第１乃至第４の受電方向信号Ｓ_R1〜Ｓ_R4（すなわち、事故方向が受電方向であると判定された旨を示す事故方向判定結果信号）としてリレー演算処理部１４に出力される。

リレー演算処理部１４は、事故方向判定部２０から事故方向判定結果信号（第１乃至第４の送電方向信号Ｓ_S1〜Ｓ_S4および第１乃至第４の受電方向信号Ｓ_R1〜Ｓ_R4）が入力されると、以下のようにして動作判定を行う。
（１）ハイレベルの第１の送電方向信号Ｓ_S1が入力されると、Ｒ相電流Ｉ_rおよびＳ相電流Ｉ_sより求めたＲ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsの電流値と送電方向電流整定値とを比較して、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsの電流値が送電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsが後述する送電方向動作範囲Ｐ_Sに入っていると）、Ｒ相−Ｓ相短絡事故が送電方向に発生したと判定する。
（２）ハイレベルの第２の送電方向信号Ｓ_S2が入力されると、Ｓ相電流Ｉ_sおよびＴ相電流Ｉ_tより求めたＳ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stの電流値と送電方向電流整定値とを比較して、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stの電流値が送電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stが送電方向動作範囲Ｐ_Sに入っていると）、Ｓ相−Ｔ相短絡事故が送電方向に発生したと判定する。
（３）ハイレベルの第３の送電方向信号Ｓ_S3が入力されると、Ｔ相電流Ｉ_tおよびＲ相電流Ｉ_rより求めたＴ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trの電流値と送電方向電流整定値とを比較して、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trの電流値が送電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trが送電方向動作範囲Ｐ_Sに入っていると）、Ｔ相−Ｒ相短絡事故が送電方向に発生したと判定する。
（４）ハイレベルの第４の送電方向信号Ｓ_S4が入力されると、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tの電流値と送電方向電流整定値とを比較して、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tの電流値がすべて送電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tがすべて送電方向動作範囲Ｐ_Sに入っていると）、Ｒ相−Ｓ相−Ｔ相短絡事故が送電方向に発生したと判定する。
（５）ハイレベルの第１の受電方向信号Ｓ_R1が入力されると、Ｒ相電流Ｉ_rおよびＳ相電流Ｉ_sより求めたＲ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsの電流値と受電方向電流整定値とを比較して、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsの電流値が受電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsが後述する受電方向動作範囲Ｐ_Rに入っていると）、Ｒ相−Ｓ相短絡事故が受電方向に発生したと判定する。
（６）ハイレベルの第２の受電方向信号Ｓ_R2が入力されると、Ｓ相電流Ｉ_sおよびＴ相電流Ｉ_tより求めたＳ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stの電流値と受電方向電流整定値とを比較して、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stの電流値が受電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stが受電方向動作範囲Ｐ_Rに入っていると）、Ｓ相−Ｔ相短絡事故が受電方向に発生したと判定する。
（７）ハイレベルの第３の受電方向信号Ｓ_R3が入力されると、Ｔ相電流Ｉ_tおよびＲ相電流Ｉ_rより求めたＴ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trの電流値と受電方向電流整定値とを比較して、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trの電流値が受電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trが受電方向動作範囲Ｐ_Rに入っていると）、Ｔ相−Ｒ相短絡事故が受電方向に発生したと判定する。
（８）ハイレベルの第４の受電方向信号Ｓ_R4が入力されると、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_rの電流値と受電方向電流整定値とを比較して、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tの電流値がすべて受電方向電流整定値以上であると（すなわち、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tがすべて受電方向動作範囲Ｐ_Rに入っていると）、Ｒ相−Ｓ相−Ｔ相短絡事故が受電方向に発生したと判定する。
このようにリレー演算処理部１４において送電方向と受電方向とで別々の動作判定を行うことにより、送電方向の時限協調点および受電方向の時限協調点に対して一長一短となる整定ではなくて、送電方向の時限協調点および受電方向の時限協調点に応じた適正な整定を行うことができる。

リレー演算処理部１４は、短絡事故が発生したと判定すると、時限特性に従ってトリップ信号Ｓ_Tを生成し、生成したトリップ信号Ｓ_Tを入出力部１６および外部機器インターフェース部１７を介して遮断器に送信する。

整定・表示部１５は、送電方向電流整定値、受電方向電流整定値および時限特性を整定するためのリレー整定処理を行うとともに、整定した送電方向電流整定値、受電方向電流整定値および時限特性などを外部に表示する。

次に、インピーダンス角θ＝７５°およびα＝３０°（すなわち、受電方向位相範囲を４５°〜１０５°とし、送電方向位相範囲を２２５°〜２８５°）としたときの事故方向判定部２０およびリレー演算処理部１４の動作について、図３および図４を参照して説明する。

短絡事故が発生していない場合は、送配電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相にはＲ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_t（負荷電流）が図３（ａ−１）に示すように１２０°の位相差でそれぞれ流れる。
したがって、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsのＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rsに対する位相は０°となり、図３（ａ−２）に示すように送電方向位相範囲および受電方向位相範囲のいずれにも入らないため、第１の位相比較回路２１₁から出力される第１および第２の出力信号Ｓ₁，Ｓ₂はロウレベルとなる。同様に、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stのＳ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_stに対する位相およびＴ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trのＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_trに対する位相も０°となり、送電方向位相範囲および受電方向位相範囲のいずれにも入らないため、第２の位相比較回路２１₂から出力される第３および第４の出力信号Ｓ₃，Ｓ₄と第３の位相比較回路２１₃から出力される第５および第６の出力信号Ｓ₅，Ｓ₆もロウレベルとなる。
また、Ｒ相電流Ｉ_rのＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rsに対する位相は３３０°（＝３６０°−３０°）となり、送電方向位相範囲および受電方向位相範囲のいずれにも入らないため、第４の位相比較回路２１₄から出力される第７および第８の出力信号Ｓ₇，Ｓ₈はロウレベルとなる。同様に、Ｓ相電流Ｉ_sのＳ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_stに対する位相およびＴ相電流Ｉ_tのＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_trに対する位相も３３０°となり、送電方向位相範囲および受電方向位相範囲のいずれにも入らないため、第５の位相比較回路２１₅から出力される第９および第１０の出力信号Ｓ₉，Ｓ₁₀もロウレベルとなる。
その結果、事故方向判定部２０から出力される第１乃至第４の送電方向信号Ｓ_S1〜Ｓ_S4および第１乃至第４の受電方向信号Ｓ_R1〜Ｓ_R4はロウレベルとなるので、方向特性付き過電流継電器１０からはトリップ信号Ｓ_Tは出力されない。
このようにＲ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tの位相を常時監視しても負荷電流で方向特性付き過電流継電器１０が動作することはないため、負荷電流を考慮した整定タップとする必要がないので、小さな事故電流であっても短絡事故を確実に検出可能にすることができる。

送電線のＲ相およびＳ相間で受電方向に短絡事故が発生すると、図３（ｂ−１）に示すように、送電線のＲ相およびＳ相にＲ相電流Ｉ_rおよびＳ相電流Ｉ_sが１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsのＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rsに対する位相は受電方向位相範囲に入る（図３（ｂ−２）の太実線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第２の出力信号Ｓ₂が第１の位相比較回路２１₁から出力されるので、第１の受電方向信号Ｓ_R1が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsの電流値が受電方向電流整定値以上であると、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsは図３（ｂ−２）に太実線の矢印で示すように送電方向動作範囲Ｐ_Sに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。
一方、送電線のＲ相およびＳ相間で送電方向に短絡事故が発生すると、送電線のＲ相およびＳ相にＲ相電流Ｉ_rおよびＳ相電流Ｉ_sが図３（ｂ−１）に示した方向と逆向きに１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsのＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rsに対する位相は送電方向位相範囲に入る（図３（ｂ−２）の太破線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第１の出力信号Ｓ₁が第１の位相比較回路２１₁から出力されるので、第１の送電方向信号Ｓ_S1が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsの電流値が送電方向電流整定値以上であると、Ｒ相−Ｓ相線間電流Ｉ_rsは図３（ｂ−２）に太破線の矢印で示すように送電方向動作範囲Ｐ_Sに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。

送電線のＳ相およびＴ相間で受電方向に短絡事故が発生すると、図３（ｃ−１）に示すように、送電線のＳ相およびＴ相にＳ相電流Ｉ_sおよびＴ相電流Ｉ_tが１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stのＳ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_stに対する位相は受電方向位相範囲に入る（図３（ｃ−２）の太実線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第４の出力信号Ｓ₄が第２の位相比較回路２１₂から出力されるので、第２の受電方向信号Ｓ_R2が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stの電流値が受電方向電流整定値以上であると、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stは図３（ｃ−２）に太実線の矢印で示すように受電方向動作範囲Ｐ_Rに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。
一方、送電線のＳ相およびＴ相間で送電方向に短絡事故が発生すると、送電線のＳ相およびＴ相にＳ相電流Ｉ_sおよびＴ相電流Ｉ_tが図３（ｃ−１）に示した方向と逆向きに１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stのＳ−Ｔ相線間電圧Ｖ_stに対する位相は送電方向位相範囲に入る（図３（ｃ−２）の太破線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第３の出力信号Ｓ₃が第２の位相比較回路２１₂から出力されるので、第２の送電方向信号Ｓ_S2が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stの電流値が送電方向電流整定値以上であると、Ｓ相−Ｔ相線間電流Ｉ_stは図３（ｃ−２）に太破線の矢印で示すように送電方向動作範囲Ｐ_Sに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。

送電線のＴ相およびＲ相間で受電方向に短絡事故が発生すると、図４（ａ−１）に示すように、送電線のＴ相およびＲ相にＴ相電流Ｉ_tおよびＲ相電流Ｉ_rが１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trのＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_trに対する位相は受電方向位相範囲に入る（図４（ａ−２）の太実線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第６の出力信号Ｓ₆が第３の位相比較回路２１₃から出力されるので、第３の受電方向信号Ｓ_R3が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trの電流値が受電方向電流整定値以上であると、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trは図４（ａ−２）に太実線の矢印で示すように受電方向動作範囲Ｐ_Rに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。
また、送電線のＴ相およびＲ相間で送電方向に短絡事故が発生すると、送電線のＴ相およびＲ相にＴ相電流Ｉ_tおよびＲ相電流Ｉ_rが図４（ａ−１）に示した方向と逆向きに１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trのＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_trに対する位相は送電方向位相範囲に入る（図４（ａ−２）の太破線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第５の出力信号Ｓ₅が第３の位相比較回路２１₃から出力されるので、第３の送電方向信号Ｓ_S3が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trの電流値が送電方向電流整定値以上であると、Ｔ相−Ｒ相線間電流Ｉ_trは図４（ａ−２）に太破線の矢印で示すように送電方向動作範囲Ｐ_Sに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。

送電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相間で受電方向に短絡事故が発生すると、図４（ｂ−１）に示すように、送電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相にＲ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tが１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｒ相電流Ｉ_rのＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rsに対する位相、Ｓ相電流Ｉ_sのＳ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_stに対する位相およびＴ相電流Ｉ_tのＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_trに対する位相はすべて受電方向位相範囲に入る（図４（ｂ−２）乃至（ｂ−４）の太実線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第８、第１０および第１２の出力信号Ｓ₈，Ｓ₁₀，Ｓ₁₂が第４乃至第６の位相比較回路２１₄〜２１₆からそれぞれ出力され、ハイレベルの第１４の出力信号Ｓ₁₄が第２の論理積回路２２₂から出力されるので、第４の受電方向信号Ｓ_R4が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tの電流値がすべて受電方向電流整定値以上であると、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tはすべて図４（ｂ−２）乃至（ｂ−４）に太実線の矢印で示すように受電方向動作範囲Ｐ_Rに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。
一方、送電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相間で送電方向に短絡事故が発生すると、送電線のＲ相、Ｓ相およびＴ相にＲ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tが図４（ｂ−１）に示した方向と逆向きに１８０°の位相差でそれぞれ流れ、Ｒ相電流Ｉ_rのＲ相−Ｓ相線間電圧Ｖ_rsに対する位相、Ｓ相電流Ｉ_sのＳ相−Ｔ相線間電圧Ｖ_stに対する位相およびＴ相電流Ｉ_tのＴ相−Ｒ相線間電圧Ｖ_trに対する位相はすべて送電方向位相範囲に入る（図４（ｂ−２）乃至（ｂ−４）の太破線の矢印参照）。
したがって、ハイレベルの第７、第９および第１１の出力信号Ｓ₇，Ｓ₉，Ｓ₁₁が第４乃至第６の位相比較回路２１₄〜２１₆からそれぞれ出力され、ハイレベルの第１３の出力信号Ｓ₁₃が第１の論理積回路２２₁から出力されるので、第４の送電方向信号Ｓ_S4が事故方向判定部２０からリレー演算処理部１４に出力される。その結果、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tの電流値がすべて送電方向電流整定値以上であると、Ｒ相、Ｓ相およびＴ相電流Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_tはすべて図４（ｂ−２）乃至（ｂ−４）に太破線の矢印で示すように送電方向動作範囲Ｐ_Sに入るため、リレー演算処理部１４が動作してトリップ信号Ｓ_Tが時限特性に基づいて生成される。

以上のように構成された方向特性付き過電流継電器１０を図７に示したＡ変電所（発電所）の受電点に設置する場合には、受電方向の時限特性Ｔ_Rを図５（ａ）に示すように次区間の過電流継電器の時限特性Ｔ_OC1に対して０．４秒の時限協調を持たせるように整定することにより、同図に破線で示す時限特性Ｔ_OCVに整定された電圧抑制付き過電流継電器よりも高速に構内事故を除去することができる。
また、送電方向の時限特性Ｔ_Sを図５（ｂ）に示すように次区間の過電流継電器の時限特性Ｔ_OC2に対して１．１３秒の時限協調を持たせるように整定することにより、同図に破線で示す時限特性Ｔ_OCVに整定された電圧抑制付き過電流継電器に比べて高速（２秒以内）に送電線事故を除去することができる。

さらに、方向特性付き過電流継電器１０を図７に示したＣ変電所とＤ変電所との間に敷設された平衡２回線送電線のＣ変電所側およびＤ変電所側に設置する場合には、Ｃ変電所側に設置した方向特性付き過電流継電器１０の受電方向の時限特性Ｔ_cRを図６に示すようにＤ変電所側に設置した方向特性付き過電流継電器１０の送電方向の時限特性Ｔ_dSに対して動作時限が小さくなるように整定することにより、従来の過電流継電器を設置したときに生じる逆転現象を防止することができる。

以上の説明では、リレー演算処理部１４は、送電方向電流整定値および受電方向電流整定値の２つの電流整定値を用いて動作判定を行ったが、共通電流整定値を用いて、事故時の各相電流の大きさや時限協調点までのインピーダンスなどを考慮して予め決定した補正係数で共通電流整定値を補正することにより送電方向電流整定値および受電方向電流整定値を定めて動作判定を行ってもよい。

また、Ｃ変電所とＤ変電所との間に敷設された送電線を平衡２回線送電線として説明したが、Ｃ変電所とＤ変電所との間に敷設された送電線は１回線送電線であってもよい。

本発明の一実施例による方向特性付き過電流継電器１０の構成を示す図である。 図１に示した事故方向判定部２０の構成を示す図である。 図２に示した事故方向判定部２０およびリレー演算処理部１４のインピーダンス角θ＝７５°およびα＝３０°としたときの動作について説明するための図である。 図２に示した事故方向判定部２０およびリレー演算処理部１４のインピーダンス角θ＝７５°およびα＝３０°としたときの動作について説明するための図である。 図１に示した方向特性付き過電流継電器１０を発電所の受電点に設置したときの効果を説明するための図である。 図１に示した方向特性付き過電流継電器１０をＣ変電所とＤ変電所との間に敷設された平衡２回線送電線のＣ変電所側およびＤ変電所側に設置したときの効果を説明するための図である。 従来技術を説明するための電力系統図である。 図７に示したＡ変電所の受電点に電圧抑制付き過電流継電器を設置したときの問題点を説明するための図である。 図７に示した平衡２回線送電線のＣ変電所側およびＤ変電所側に従来の過電流継電器を設置したときの問題点を説明するための図である。

符号の説明

１ 発電機
２_A 変圧器
２_G 発電機変圧器
３_A，３_C1，３_C2，３_D1，３_D2 遮断器
１０ 方向特性付き過電流継電器
１１ 入力変換器
１２ アナログ入力部
１４ リレー演算処理部
１５ 整定・表示部
１６ 入出力部
１７ 外部機器インターフェース部（外部機器Ｉ／Ｆ部）
２０ 事故方向判定部
２１₁〜２１₆ 第１乃至第６の位相比較回路
２２₁，２２₂ 第１および第２の論理積回路
Ｉ_r Ｒ相電流
Ｉ_s Ｓ相電流
Ｉ_t Ｔ相電流
Ｉ_rs，Ｉ_st，Ｉ_tr 線間電流
Ｖ_r Ｒ相電圧
Ｖ_s Ｓ相電圧
Ｉ_t Ｔ相電圧
Ｖ_rs，Ｖ_st，Ｖ_tr 線間電圧
Ｓ₁〜Ｓ₁₄ 第１乃至第１４の出力信号
Ｓ_S1〜Ｓ_S4 第１乃至第４の送電方向信号
Ｓ_R1〜Ｓ_R4 第１乃至第４の受電方向信号
Ｓ_T トリップ信号
Ｔ_R，Ｔ_S，Ｔ_cR，Ｔ_dS，Ｔ_OCV，Ｔ_OC1〜Ｔ_OC4 時限特性
θ インピーダンス角
α 所定の角度

Claims (4)

1. 短絡事故用の方向特性付き過電流継電器（１０）であって、
   送電線の第１乃至第３の相にそれぞれ流れる第１乃至第３の相電流（Ｉ_r，Ｉ_s，Ｉ_t）および該第１乃至第３の相間の第１乃至第３の線間電流（Ｉ_rs，Ｉ_st，Ｉ_tr）の基準電圧（Ｖ_rs，Ｖ_st，Ｖ_tr）に対する位相をそれぞれ求め、該求めた位相に基づいて前記短絡事故の方向を判定する事故方向判定手段（２０）と、
   該事故方向判定手段において前記短絡事故の方向が判定されると、前記第１乃至第３の線間電流のいずれかまたは前記第１乃至第３の相電流のすべての電流値が該判定された短絡事故の方向に応じて予め定められた第１または第２の電流整定値以上であると、前記送電線に設置された遮断器を遮断するためのトリップ信号（Ｓ_T）を生成するリレー演算処理手段（１４）とを具備し、
   前記基準電圧が、前記第１および第２の相間の第１の線間電圧（Ｖ _rs ）と前記第２および第３の相間の第２の線間電圧（Ｖ _st ）と前記第３および第１の相間の第３の線間電圧（Ｖ _tr ）とであり、
   前記事故方向判定手段（２０）が、
   前記第１の線間電流（Ｉ _rs ）の前記第１の線間電圧（Ｖ _rs ）に対する第１の位相と前記第２の線間電流（Ｉ _st ）の前記第２の線間電圧（Ｖ _st ）に対する第２の位相と前記第３の線間電流（Ｉ _tr ）の前記第３の線間電圧（Ｖ _tr ）に対する第３の位相とを求め、該求めた第１乃至第３の位相が第１の位相範囲内に入っていると前記短絡事故の方向が第１の方向であると判定し、該求めた第１乃至第３の位相が第２の位相範囲内に入っていると該短絡事故の方向が前記第１の方向とは逆の第２の方向であると判定する第１の方向判定手段（２１ ₁ ，２１ ₂ ，２１ ₃ ）と、
   前記第１の相電流（Ｉ _r ）の前記第１の線間電圧（Ｖ _rs ）に対する第４の位相と前記第２の相電流（Ｉ _s ）の前記第２の線間電圧（Ｖ _st ）に対する第５の位相と前記第３の相電流（Ｉ _t ）の前記第３の線間電圧（Ｖ _tr ）に対する第６の位相とを求め、該求めた第４乃至第６の位相がすべて前記第１の位相範囲内に入っていると前記短絡事故の方向が前記第１の方向であると判定し、該求めた第４乃至第６の位相が前記第２の位相範囲内に入っていると前記短絡事故の方向が前記第２の方向であると判定する第２の方向判定手段（２１ ₄ 〜２１ ₆ ，２２ ₁ ，２２ ₂ ）とを備える、
   ことを特徴とする、方向特性付き過電流継電器。
2. 前記リレー演算処理手段（１４）が、位相が前記第１乃至第３の線間電流のインピーダンス角（θ）±所定の角度（α）内に入っておりかつ電流値が前記第１の電流整定値以上である範囲を第１の動作範囲（Ｐ_S）とするとともに、位相が前記インピーダンス角＋１８０°±前記所定の角度内に入っておりかつ電流値が前記第２の電流整定値以上である範囲を第２の動作範囲（Ｐ_R）としたときに、前記第１乃至第３の線間電流のいずれかまたは前記第１乃至第３の相電流のすべてが該第１または第２の動作範囲内に入っていると前記トリップ信号を生成することを特徴とする、請求項１記載の方向特性付き過電流継電器。
3. 前記リレー演算処理手段（１４）が、
   前記第１および第２の方向判定手段において前記短絡事故の方向が前記第１の方向であると判定された旨を示す事故方向判定結果信号が前記事故方向判定手段から入力された場合には、前記第１乃至第３の線間電流の電流値および前記第１乃至第３の相電流の電流値と前記第１の電流整定値とを比較して、前記第１乃至第３の線間電流のうちのいずれかの電流値または前記第１乃至第３の相電流のすべての電流値が該第１の電流整定値以上であると前記トリップ信号を生成し、
   前記第１および第２の方向判定手段において前記短絡事故の方向が前記第２の方向であると判定された旨を示す前記事故方向判定結果信号が前記事故方向判定手段から入力された場合には、前記第１乃至第３の線間電流の電流値および前記第１乃至第３の相電流の電流値と前記第２の電流整定値とを比較して、前記第１乃至第３の線間電流のうちのいずれかの電流値または前記第１乃至第３の相電流のすべての電流値が該第２の電流整定値以上であると前記トリップ信号を生成する、
   ことを特徴とする、請求項１または２記載の方向特性付き過電流継電器。
4. 前記第１および第２の電流整定値が、共通電流整定値を補正係数で補正することにより定められることを特徴とする、請求項１乃至３いずれかに記載の方向特性付き過電流継電器。