JP5574666B2

JP5574666B2 - 保護継電装置

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Publication number: JP5574666B2
Application number: JP2009241208A
Authority: JP
Inventors: 智数中司; 紀善須賀; 浩斎藤; 政夫堀; 道彦犬飼; 和也岡田; 雄二木村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-10-20
Filing date: 2009-10-20
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2029-10-20
Also published as: JP5726995B2; JP2014075973A; JP2011091881A

Description

本発明は、続流遮断型アークホーンが設置された送電線の保護継電装置に関する。

一般に、送電線の保護継電装置は、電力系統の電気量情報を計器用変成器より得て、送電線の事故を検出し、遮断器へトリップ指令を出力して事故除去を行うものである。送電線事故においては、雷害事故が大きなウエイトを占めており、この雷害事故対策として続流遮断型アークホーンが開発され、送電線に続流遮断型アークホーンが設置されるようになってきている。

続流遮断型アークホーンは事故を半サイクル程度の短時間で除去させることが可能なように構成され、このような続流遮断型アークホーンが設置された送電線においては、これによる事故除去に期待して、これが動作した場合には、送電線の保護継電装置からのトリップ指令を不要に送出しないことが求められている。

送電線の保護継電装置からのトリップ指令を不要に送出しないようにしたものとして、タイマによる動作遅延を行うようにしたものや、送電線の保護継電装置に予め取り込まれている電気量や合成電気量より続流遮断型アークホーンの動作を検出して、送電線の保護継電装置を不要に制御させないようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００４−２７４８４０号公報

しかし、特許文献１のものでは、続流遮断型アークホーンの動作検出回路が必須であり、続流遮断型アークホーンの動作検出回路として、送電線の保護継電装置のメインリレーよりも高速な変化分検出リレーと瞬時値比較リレーとを用いなければならない。

本発明の目的は、続流遮断型アークホーンの動作検出回路を設けることなく続流遮断型アークホーンの動作を検出し、その際には不要なトリップ指令の送出を防止できる保護継電装置を提供することである。

本発明の保護継電装置は、続流遮断型アークホーンが装着された送電線の保護継電装置において、送電線の電気量を入力し保護リレー演算に必要な電気量や合成電気量を求める入力部と、前記入力部で得られた前記送電線の電気量のうちの電流の零クロス点を検出する零クロス点検出部と、前記入力部で得られた電気量や合成電気量に基づいて前記送電線の事故を検出するメインリレーと、前記零クロス点検出部が電流の零クロス点を検出しかつ前記メインリレーが送電線の事故を検出しているときはトリップ指令を出力する出力部とを備えた保護継電装置において、零クロス点検出部は、電流の正波が所定レベルを超過したことを判定する正波判定部と、電流の負波が所定レベルを超過したことを判定する負波判定部と、前記正波判定部の出力と前記負波判定部の出力の論理積を演算しその演算結果を前記出力部に出力する論理積回路と、前記入力部で得られた前記送電線の電気量のうちの電圧が健全時電圧から予め定めた所定値範囲にあること検出する電圧レベル検出部を備え、前記電圧レベル検出部は、前記送電線の電圧が健全時電圧から予め定めた所定値範囲にあるときは、前記正波判定部の所定レベル及び前記負波判定部の所定レベルを大きくすることを特徴とする。

本発明によれば、続流遮断型アークホーンの動作検出回路を設けることなく続流遮断型アークホーンの動作を検出し、その際には不要なトリップ指令の送出を防止できる。

本発明の実施の形態に係わる保護継電装置の構成図。本発明の実施の形態における零クロス点検出部の実施例１の構成図。本発明の実施の形態における零クロス点検出部の実施例２の構成図。本発明の実施の形態における零クロス点検出部の実施例３の構成図。本発明の実施の形態における零クロス点検出部の実施例４の構成図。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる保護継電装置の構成図である。入力部１１には、図示省略の電力系統の計器用変成器を経由して、電力系統の保護対象である送電線の電気量、例えば電圧や電流が入力され、保護リレー演算に必要な電気量や合成電気量が求められる。例えば、電気量のレベル変換やディジタル量への変換が行われ、電気量の合成処理が行われる。例えば、合成処理では保護区間の差動電流などが求められる。メインリレー１２は、入力部１１で得られた電気量や合成電気量に基づいて送電線の事故を検出するものであり、事故を検出したときは出力部１３に故障検出信号を出力する。例えば、保護リレー演算として電流差動演算を行って、送電線の事故時には遮断器の引き外し信号を出力部１３に出力する。

また、零クロス点検出部１４は入力部１１で得られた送電線の電気量のうちの電流の零クロス点を検出するものであり、例えば、入力部１１から電流量あるいは合成電流量（例えば差動電流）が入力され、電流の零クロス点を超過したことが検出されると零クロス点検出信号を出力部１３に出力する。電流の零クロス点超過検出は、例えば入力部１１からの電流量あるいは合成電流の瞬時値データの符号判定によって行われる。出力部１３は論理積回路で形成され、零クロス点検出部１４が電流の零クロス点を検出し、かつメインリレー１２が送電線の事故を検出しているときはトリップ指令を出力する。

次に、動作を説明する。続流遮断型アークホーンが装着されているか否かに関わらず、送電線で事故が発生した場合には、一般的に不足電流や過電流などの現象が発生し、また保護対象である送電線の内部事故では差動電流が増加する。従って、これらの現象を検出することによりメインリレー１２は電力系統ないし送電線の事故を検出して事故検出信号を出力する。零クロス点検出部１４にて電流の零クロス点超過が検出されなかった場合、すなわち、続流遮断型アークホーンにより事故が除去され事故継続と判定されなかった場合には、出力部１３により保護継電装置からはトリップ指令は送出されない。つまり、零クロス点検出部１４によってメインリレー１２の動作を制御することができる。

このように、実施の形態では、零クロス点検出部１４の事故継続判定によりメインリレー１２の出力を制御するので、続流遮断型アークホーンが動作して事故が継続しない場合には、この続流遮断型アークホーンの動作に対して保護継電装置の不要動作を防止できる。

すなわち、続流遮断型アークホーンにより事故が除去される場合には、事故発生により直ちにメインリレー１２は動作判定を行い、同時に零クロス点検出部１４は事故が継続しているか否か判定する。事故が継続していない場合には、零クロス点検出部１４から零クロス検出信号が送出されないためメインリレー１２の動作は出力部１３により抑制される。これにより、送電線につながる遮断器が不要に引き外されることはない。従って、送電線は続流遮断型アークホーンにより事故が除去された後は、直ちに送電能力を回復することができ送電線の停電や再閉路は発生しない。

一方、続流遮断型アークホーンにより事故が除去されない場合には、事故発生により直ちにメインリレー１２は動作判定が行われ、同時に零クロス点検出部１４は事故継続を判定する。続流遮断型アークホーンによる事故除去が仮に失敗した場合には、事故状態が継続するため、零クロス点検出部１４から出力信号が送出される。この状態にてメインリレー１２から事故検出信号が送出されている場合には、出力部１３はトリップ指令を出力することになるので、直ちに送電線の遮断器を引き外して事故を除去することができる。

この場合、零クロス点検出部１４により事故継続と判定されるまではメインリレー１２の出力が抑制されるため、保護継電装置としての動作は遅くなるが、続流遮断型アークホーンは主に抵抗接地系統の送電線に適用されるため、保護継電装置の事故除去時間は直接接地系の保護継電装置ほどの高速性は必要とされないので、特に問題はない。

図２は本発明の実施の形態における零クロス点検出部１４の参考例の構成図である。この実施例１の零クロス点検出部１４は、電流の正波が所定レベルを超過したことを判定する正波判定部１５と、電流の負波が所定レベルを超過したことを判定する負波判定部１６と、正波判定部１５の出力と負波判定部１６の出力の論理積を演算しその演算結果を出力部１３に出力する論理積回路１７とから構成されている。

正波判定部１５及び負波判定部１６には、入力部１１から電流量あるいは合成電流量（例えば差動電流）が入力され、入力部１１からの電流量あるいは合成電流量に所定レベル以上の正波が検出されると正波判定部１５は論理積回路１７に論理値「１」を一定時間ホールドして出力し、同様に、所定レベル以上の負波が検出されると負波判定部１６は論理積回路１７に一定時間ホールドして論理値「１」を出力する。これにより、正波及び負波の双方が検出された場合には、零クロス点超過すなわち事故継続と判定する。なお、事故時に交流電流に重畳する過渡直流分や常時入力部１１にオフセットがある場合に、正波や負波が偏移しても事故継続有無の判定を誤らないようにするために、電流量あるいは合成電流量に直流分除去フィルタを含めてもよい。

零クロス点検出部１４で事故継続と判定されなかった場合には、メインリレー１２のトリップ信号は抑制される。例えば、入力部１１から差動電流が送出される場合には、差動電流に正波と負波との両方の検出によって事故継続と判定される。メインリレー１２の動作出力は零クロス点検出部１４の出力との論理積となっているため、事故継続と判定されるまでは保護継電装置からトリップ指令が送出されない。

このように、零クロス点検出部１４の正波判定部１５及び負波判定部１６により事故継続が判定される。この判定結果とメインリレー１２の動作出力とが出力部１３に入力され、出力部１３において双方が成立したときに、トリップ指令を出力するようにしているので、零クロス点検出部１４の事故継続判定によりメインリレー１２の出力を制御することができる。従って、正波及び負波が検出されない場合には、事故が継続していないとして保護継電装置の不要動作を防止できる。

例えば、続流遮断型アークホーンにより事故が除去される場合には、事故発生により直ちにメインリレー１２は動作判定を行うが、同時に零クロス点検出部１４は事故継続を判定する。例えば、差動電流に正波及び負波の両方が検出されなかった場合には事故が継続していないとして零クロス点検出部１４から零クロス点検出信号が送出されず、保護継電装置は動作しない。そのため、送電線につながる遮断器が不要に引き外されることはなく、送電線は続流遮断型アークホーンによる事故除去後に、直ちに送電能力を回復することができる。

一方、続流遮断型アークホーンにより事故が除去されない場合には、事故状態が継続するため、例えば差動電流に正波及び負波の両方が検出され、零クロス点検出部１４から出力信号が送出される。従って、メインリレー１２がトリップ信号を送出している場合には、直ちに送電線の遮断器を引き外して事故を除去することができる。

図３は本発明の実施の形態における零クロス点検出部１４の実施例１の構成図である。この実施例１の零クロス点検出部１４は、図２に示した参考例の零クロス点検出部１４に対し、入力部１１で得られた送電線の電気量のうちの電圧が健全時電圧から予め定めた所定値範囲にあること検出する電圧レベル検出部１８を備え、電圧レベル検出部１８は、送電線の電圧が健全時電圧から予め定めた所定値範囲にあるときは、正波判定部１５の所定レベル及び負波判定部１６の所定レベルを大きくするようにしたものである。図２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。

電圧レベル検出部１８で検出された電圧値のレベルに応じて、零クロス点検出部１４の事故継続判定を制御する。例えば、続流遮断型アークホーンが不動作の事故時と比べて、続流遮断型アークホーンが動作した場合には電圧低下が小さい。この現象を利用し、事故前に対する事故後の電圧低下分が小さくなるにつれて、正波判定部１５及び負波判定部１６の所定レベルを大きくし、正波及び負波を検出し難くする。従って、続流遮断型アークホーンが動作した場合に半サイクル程度流れる事故電流の検出を防止することができる。

このように、電圧レベル検出部１８によって、続流遮断型アークホーンが動作した場合に半サイクル程度流れる事故電流が検出されないようにするので、参考例の場合よりも確実に保護継電装置の不要動作を防止することができる。

例えば、続流遮断型アークホーンにより事故が除去される場合には、事故発生により直ちにメインリレー１２は動作判定を行うが、同時に零クロス点検出部１４にて事故継続を判定する。続流遮断型アークホーンにより半サイクル程度で事故が除去されるが、半サイクル分の事故電流は流れることになる。この場合、この間の電圧低下は小さいため、電圧レベル検出部１８によって、正波判定部１５及び負波判定部１６の所定レベルが引き上げられる。従って、事故継続と判定されず、保護継電装置は動作しない。そのため、送電線につながる遮断器が不要に引き外されることはなく、送電線は続流遮断型アークホーンによる事故除去後に、直ちに送電能力を回復することができる。

一方、続流遮断型アークホーンにより事故が除去されない場合には、事故状態が継続するため、正波判定部１５で正波が検出され、また負波判定部１６で負波が検出されるので、零クロス点検出部１４から事故継続判定の零クロス検出信号が送出される。従って、メインリレー１２が事故を検出している場合には、直ちに送電線の遮断器を引き外して事故を除去することができる。

図４は本発明の実施の形態における零クロス点検出部１４の実施例２の構成図である。この実施例２の零クロス点検出部１４は、図３に示した参考例の零クロス点検出部１４に対し、電圧レベル検出部１８に代えて、レベル超過期間検出部１９を設けたものである。図３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。

レベル超過期間検出部１９は、正波判定部１５により電流の正波が所定レベルを超過していると判定した期間、及び負波判定部１６により電流の負波が所定レベルを超過していると判定した期間が所定値より長いことを検出するものであり、レベル超過期間検出部１９は、電流の正波または負波が所定レベルを超過している期間が所定期間より長いときは、超過期間に応じて所定レベルを調整する。これにより、正波判定部１５と負波判定部１６の検出レベルをレベル超過期間に連動させている。

すなわち、レベル超過期間検出部１９で検出された期間に応じて、零クロス点検出部１４の事故継続判定を制御する。例えば、直流分減衰時定数が長い系統を考えると、直流分により電流波形がシフトして正波判定部１５にて正波をより長い期間で検出することになる（逆に、負波は検出しにくくなる）。このとき、レベル超過期間検出部１９によって正波判定部１５及び負波判定部１６の判定レベルを調整することで、直流分によって電流波形がシフトした影響を無効にすることができる。従って、直流分減衰時定数が長い系統にも対応することができる。このように、レベル超過期間検出部１９によって、直流分減衰時定数が長い系統にも対応することができる。従って、参考例よりも正確に、保護継電装置の不要動作を防止することができる。

以下に直流減衰時定数が長い系統において、続流遮断型アークホーンにより事故が除去される場合と事故が除去されない場合とを考える。続流遮断型アークホーンにより事故が除去される場合には、事故発生により直ちにメインリレー１２は動作判定を行うが、同時に零クロス点検出部１４にて事故継続を判定する。続流遮断型アークホーンにより事故が除去されるため、正波判定部１５及び負波判定部１６から事故継続と判定されず、保護継電装置は動作しない。そのため、送電線につながる遮断器が不要に引き外されることはなく、送電線は続流遮断型アークホーンによる事故除去後に、直ちに送電能力を回復することができる。

一方、続流遮断型アークホーンにより事故が除去されない場合には事故状態が継続する。しかし、直流減衰時定数が長い系統のため、電流波形がシフトして正波のみしか検出されない場合もある。ここで、レベル超過期間検出部１９により正波及び負波の判定レベルが調整され、通常通りに正波と負波とを検出できるようにする。従って、零クロス点検出部１４から事故継続判定の出力信号が送出される。これにより、メインリレー１２が事故を検出している場合には、直ちに送電線の遮断器を引き外して事故を除去することができる。

図５は本発明の実施の形態における零クロス点検出部１４の実施例３の構成図である。この実施例３の零クロス点検出部１４は、図２に示した参考例の零クロス点検出部１４に対し、正波判定部１５の出力と負波判定部１６の出力の論理和を演算する論理和回路２０と、入力部１１で得られた送電線の電流が続流遮断型アークホーンの許容電流以上であるかどうかを判定する電流レベル判定部２１と、電流レベル判定部２１により入力部１１で得られた送電線の電流が続流遮断型アークホーンの許容電流以上であると判定されたときはスイッチ２２を論理積回路１７から論理和回路２０に出力を切り替えて出力部１３に出力する切替器２３とを追加して設けたものである。図２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。

正波判定部１５と負波判定部１６との出力の論理積を演算する論理積演算回路１７に加え、正波判定部１５と負波判定部１６との出力の論理和を演算する論理和演算回路２０を設け、正波判定部１５と負波判定部１６との出力の論理積あるいは論理和を切り替えることができるスイッチ２２を有し、スイッチ２２は、例えば、電流レベル判定部２１で続流遮断型アークホーンの許容電流以上の電流を検出した場合に切替器２３により切り替える。正波判定部１５と負波判定部１６との論理和に切り替わった場合には、どちらか一方を検出しただけで零クロス点検出部１４から事故継続の判定出力が送出される。

ここで、論理積回路１７のみの判定で正波及び負波判定の論理積として事故継続を判定した場合には、保護継電装置の動作は事故継続判定までの少なくとも１/２サイクルの遅延が発生する。一方、この実施例３のように、続流遮断型アークホーンの許容電流以上の電流を検出した場合に、論理積回路１７から論理和回路２０に切り替える構成とすると、正波と負波とのうちのいずれか一方のみでも検出されたときは即座に事故継続判定となる。従って、メインリレー１２がトリップ信号を送出している場合には、保護継電装置は直ちに動作することができる。これにより、続流遮断型アークホーンの許容電流以上の電流を検出した条件の下でスイッチ２２を切り替えることにより、保護継電装置の動作時間を早めることができる。

例えば、続流遮断型アークホーンにより事故が除去される場合には、事故発生により直ちにメインリレー１２は動作判定を行うが、同時に零クロス点検出部１４は事故継続を判定する。続流遮断型アークホーンにより事故が除去される場合には、正波及び負波ともに検出されず、事故継続と判定されないため、保護継電装置は動作しない。従って、送電線につながる遮断器が不要に引き外されることはなく、送電線は続流遮断型アークホーンによる事故除去後に、直ちに送電能力を回復することができる。

一方、続流遮断型アークホーンにより事故が除去されない場合には、事故状態が継続するために零クロス点検出部１４から出力信号が送出され、メインリレー１２が事故検出信号を送出している場合には直ちに送電線の遮断器を引き外して事故を除去することができる。

また、続流遮断型アークホーンの許容電流以上の電流が流れ、論理和回路２０に切り替わった場合には、正波判定部１５で正波あるいは負波判定部１６で負波が検出されると零クロス点検出部１４から事故継続判定の出力信号が送出される。メインリレー１２が事故検出信号を送出している場合には直ちに送電線の遮断器を引き外し、正波及び負波の論理積回路１７による事故継続判定よりも少ない遅延で事故を除去することができる。

本発明の実施の形態によれば、系統事故発生後に事故が継続しているか否かを判別し、事故が継続していない場合には、続流遮断型アークホーンにより事故が除去されたとして保護継電装置の不要動作を防止する。従って、続流遮断型アークホーンの動作検出回路は不要であり、より簡素な構造にできる。続流遮断型アークホーンが消弧失敗した場合には、事故継続と判定されて直ちに保護継電装置を動作できる。

１１…入力部、１２…メインリレー、１３…出力部、１４…零クロス点検出部、１５…正波判定部、１６…負波判定部、１７…論理積回路、１８…電圧レベル検出部、１９…レベル超過期間検出部、２０…論理和回路、２１…電流レベル判定部、２２…スイッチ、２３…切替器

Claims

続流遮断型アークホーンが装着された送電線の保護継電装置において、送電線の電気量を入力し保護リレー演算に必要な電気量や合成電気量を求める入力部と、前記入力部で得られた前記送電線の電気量のうちの電流の零クロス点を検出する零クロス点検出部と、前記入力部で得られた電気量や合成電気量に基づいて前記送電線の事故を検出するメインリレーと、前記零クロス点検出部が電流の零クロス点を検出しかつ前記メインリレーが送電線の事故を検出しているときはトリップ指令を出力する出力部とを備えた保護継電装置において、零クロス点検出部は、電流の正波が所定レベルを超過したことを判定する正波判定部と、電流の負波が所定レベルを超過したことを判定する負波判定部と、前記正波判定部の出力と前記負波判定部の出力の論理積を演算しその演算結果を前記出力部に出力する論理積回路と、前記入力部で得られた前記送電線の電気量のうちの電圧が健全時電圧から予め定めた所定値範囲にあること検出する電圧レベル検出部を備え、前記電圧レベル検出部は、前記送電線の電圧が健全時電圧から予め定めた所定値範囲にあるときは、前記正波判定部の所定レベル及び前記負波判定部の所定レベルを大きくすることを特徴とする保護継電装置。
続流遮断型アークホーンが装着された送電線の保護継電装置において、送電線の電気量を入力し保護リレー演算に必要な電気量や合成電気量を求める入力部と、前記入力部で得られた前記送電線の電気量のうちの電流の零クロス点を検出する零クロス点検出部と、前記入力部で得られた電気量や合成電気量に基づいて前記送電線の事故を検出するメインリレーと、前記零クロス点検出部が電流の零クロス点を検出しかつ前記メインリレーが送電線の事故を検出しているときはトリップ指令を出力する出力部とを備えた保護継電装置において、零クロス点検出部は、電流の正波が所定レベルを超過したことを判定する正波判定部と、電流の負波が所定レベルを超過したことを判定する負波判定部と、前記正波判定部の出力と前記負波判定部の出力の論理積を演算しその演算結果を前記出力部に出力する論理積回路と、前記正波判定部により電流の正波が所定レベルを超過していると判定した期間、前記負波判定部により電流の負波が所定レベルを超過していると判定した期間が所定値より長いことを検出するレベル超過期間検出部を備え、前記レベル超過期間検出部は、電流の正波または負波が所定レベルを超過している期間が所定期間より長いときは、超過期間に応じて所定レベルを調整することを特徴とする保護継電装置。
続流遮断型アークホーンが装着された送電線の保護継電装置において、送電線の電気量を入力し保護リレー演算に必要な電気量や合成電気量を求める入力部と、前記入力部で得られた前記送電線の電気量のうちの電流の零クロス点を検出する零クロス点検出部と、前記入力部で得られた電気量や合成電気量に基づいて前記送電線の事故を検出するメインリレーと、前記零クロス点検出部が電流の零クロス点を検出しかつ前記メインリレーが送電線の事故を検出しているときはトリップ指令を出力する出力部とを備えた保護継電装置において、零クロス点検出部は、電流の正波が所定レベルを超過したことを判定する正波判定部と、電流の負波が所定レベルを超過したことを判定する負波判定部と、前記正波判定部の出力と前記負波判定部の出力の論理積を演算しその演算結果を前記出力部に出力する論理積回路と、前記正波判定部の出力と前記負波判定部の出力の論理和を演算する論理和回路と、前記入力部で得られた前記送電線の電流が前記続流遮断型アークホーンの許容電流以上であるかどうかを判定する電流レベル判定部と、前記電流レベル判定部により前記入力部で得られた前記送電線の電流が前記続流遮断型アークホーンの許容電流以上であると判定されたときは前記論理積回路から前記論理和回路に出力を切り替えて前記出力部に出力する切替器とを備えたことを特徴とする保護継電装置。