JP5578888B2 - 電流差動継電装置 - Google Patents

Description

本発明は電力系統保護に用いられる電流差動継電装置に関するものである。

図６は、従来の保護リレー装置の一例を示すブロック図である。周知のとおり、電流差動リレーの原理は非特許文献１の８章のＰ１５７の図８．３、Ｐ１６０の図８．７で紹介されているように、ＣＴ（変流器）を介して電力系統の電流量をリレー演算部に取り込み、差動演算結果から保護区間の事故判定を行うものであり、万一、ＣＴが断線などで故障が生じた場合には、正確な差動演算や事故判定が不可能となる。

従って、従来の方式では前記非特許文献１の９章のＰ２０２の図９．１２に記載しているように、電流差動リレー演算とは別のハードウェアを設け、この別回路には系統電圧量を導入して不足電圧リレーの判定を行わせ、両者のＡＮＤ条件で動作判定を有効としていた。つまり、電力系統が健全な状態で前記ＣＴに断線などの故障が生じた場合には、電流差動リレーは誤った動作判定となるが、別構成の不足電圧リレーの判定は不動作につき、最終的な結果は正不動作となる。一方で、系統事故が保護区間内で発生した場合には、電流差動リレーおよび不足電圧リレーの双方が動作判定となるため最終出力が有効となる。

ここで、図６に示した従来の保護リレー装置について説明する。すなわち、電流要素演算部１には、動作量作成手段１１と抑制量作成手段１２が設けられ、これらによって電力系統の各端子電流を所定の時間間隔でサンプリングし、これをディジタルデータに変換し、これらのディジタルデータを用いて、それぞれ動作量（電流ベクトル和）と抑制量（電流スカラー和）を算出するように構成されている。そして、動作量作成手段１１によって求められた動作量が差動演算手段１３に導入されると共に、前記動作量と抑制量が比率差動演算手段１４に導入され、両者がＡＮＤ回路１５に導入され、さらにＡＮＤ回路１６に導入されるように構成されている。一方、電圧要素演算部２には、系統電圧量を導入して不足電圧リレーの判定を行わせ、その判定結果を前記ＡＮＤ回路１６に導入して、電流要素と電圧要素のＡＮＤ条件で動作判定を有効とするように構成されている。

保護リレーシステム工学（発行元：オーム社、著者：大浦 好文）８章のＰ１５７の図８．３、Ｐ１６０の図８．７、９章のＰ２０２の図９．１２

しかしながら、図６に示したような従来の保護リレー装置では、本来の電流差動リレーに必要な機能とは別のハードウェアを必要とすることから、部品コストが高くなるだけでなく、使用部品の点数増となる結果、装置全体としての部品不良の発生率が高まる要因となっていた。

また、系統事故時に、電流差動リレー演算とは異なる不足電圧リレーの動作判定を伴うため、安定かつ確実な保護機能を実現するためには、不足電圧リレーに電流差動リレーの動作判定結果を阻害しないだけの高性能を維持させる必要があり、両リレー相互間の感度協調や時間協調が複雑化するといった問題点があった。

さらに、従来の保護リレー装置では、ＣＴ断線時に電流差動リレーの不正動作は阻止できるものの、ＣＴ断線が発生したか否かの検知が根本的に不可能であり、ユーザに即座に的確な情報を提供することが困難であるといった問題点もあった。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであって、その目的は、特別なハードウェアの追加や異なるリレー判定結果を必要とせず、電流差動リレーと同じ演算量のみで系統事故とＣＴ断線の有無を瞬時に識別できる、シンプルでかつ安価な電流差動継電装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明は、電力系統の各端子電流を所定の時間間隔でサンプリングし、これをディジタルデータに変換し、これらのディジタルデータを用いて保護領域の動作量と抑制量を算出し、所定の差動演算、比率差動演算により当該電力系統における事故検出を行う電流差動継電装置において、ある一定時間前の抑制量の大きさと現時点の抑制量の大きさの差分判定を行うＣＴ断線検出手段と、前記ＣＴ断線検出手段により、前記現時点の抑制量の大きさが前記一定時間前の抑制量の大きさより小さく、かつ、前記一定時間前の抑制量の大きさから前記現時点の抑制量の大きさを減算した値が第１の定数値を超えると判定された場合に、電流差動リレーによる動作判定結果の出力をブロックする動作出力ブロック手段を備えたことを特徴とするものである。

上記のような構成を有する本発明によれば、ＣＴ断線検出手段によって“ＣＴ断線”と判定された場合には、動作出力ブロック手段によって電流差動リレーによる動作判定結果の出力をブロックすることができるので、ＣＴ断線時に遮断信号が送出されるという不要な動作を阻止することができる。

以上述べたように本発明によれば、特別なハードウェアの追加や異なるリレー判定結果を必要とせず、電流差動リレーと同じ演算量のみで系統事故とＣＴ断線の有無を瞬時に識別できる、シンプルでかつ安価な電流差動継電装置を提供することができる。

本発明に係る電流差動継電装置の実施例１の構成を示す機能ブロック図である。 ＣＴ断線検出手段を示す系統図であって、（Ａ）は内部事故時、（Ｂ）はＣＴ断線時を示すものである。 本発明に係る電流差動継電装置の実施例２の構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る電流差動継電装置の実施例３の構成を示す機能ブロック図である。 本発明に係る電流差動継電装置の実施例４の構成を示す機能ブロック図である。 従来の保護リレー装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。

以下、本発明に係る電流差動継電装置の実施例について、図面を参照して説明する。

（１−１）実施例１の構成
本実施例の特徴は、図１に示すように、図６に示した従来型の電圧要素演算部２を不要とし、前記電流要素演算部１にＣＴ断線検出手段２０及び動作出力ブロック手段３０を設けた点にある。すなわち、本実施例においては、前記抑制量作成手段１２によって求められた抑制量（電流スカラー和）がＣＴ断線検出手段２０に導入され、さらに、その演算結果が動作出力ブロック手段３０に導入されるように構成されている。

前記ＣＴ断線検出手段２０においては、前記抑制量作成手段１２からＣＴ断線前の抑制量ＩresLと、ＣＴ断線後の抑制量ＩresFを取得し、両者の大小関係の判定式としてＩresF＜ＩresLとなる関係が成立するか否かを判定するように構成されている。なお、演算量ＩresL、ＩresFは、それぞれＡ端子、Ｂ端子の電流データをもとに算出したＣＴ断線前後の抑制量を表している。

ここで、ＣＴ断線前後の抑制量を用いることとした理由について説明する。すなわち、図２に示す系統図のＣＴ断線前と断線後の抑制量の関係から、断線前の抑制量（現時点から所定時間前のデータ）と断線時の抑制量を算出し、これらの算出量の大小関係の判定式としてＩresF＜ＩresLとなる関係が成立するか否かを判定する。なお、断線前の抑制量は、次式で表される。

また、断線時の抑制量は、次式で表される。

ここで、上記の判定による作用・効果について説明する。すなわち、図２（Ａ）に示すように、系統内で事故が発生した場合（つまり、ＣＴ断線でない状態）には、Ａ端子、Ｂ端子双方から事故電流が流れるため、前記ＩresLの大きさとＩresFの大きさを比べると、事故後のＩresFが大きくなる。従って、上記の判定式は成立しない。一方、図２（Ｂ）に示すように、Ａ端子のＣＴ断線を考えるとすると、断線後の電流は０に低下するため、前記ＩresLとＩresFの大きさを比較すると、断線前のＩresLの方が大きくなることがわかる（断線でＡ端子の電流が０の場合には、ＩresFはＩresLの１／２の大きさとなる）。つまり、後者の判定結果が成立すれば、これはＣＴ断線と判別できることを意味している。

この両者の大小比較判定を差分演算結果から求めたものが、次式である。

なお、右辺のＩｋ１は、誤差分を考慮し、ある感度を持つ定数値である。この関係式が成立した場合、ＣＴ断線と判断できる。

また、図１に示すように、前記動作出力ブロック手段３０は、ＣＴ断線を検出した際に遮断信号のブロックを行うものであり、ＡＮＤ回路３１、ＮＯＴ回路３２及びＡＮＤ回路３３から構成されている。すなわち、ＡＮＤ回路３１には、前記差動演算手段１３の演算結果とＣＴ断線検出手段２０の演算結果が導入され、さらに、ＮＯＴ回路３２を介してＡＮＤ回路３３に導入されるように構成されている。なお、このＡＮＤ回路３３には、前記ＡＮＤ回路１５の演算結果が導入されるように構成されている。

（１−２）実施例１の作用
上記のような構成を有する本実施例は、以下のように作用する。例えば、ＣＴ断線検出手段２０によって、上記の判定式に基づいて“ＣＴ断線”と判定された場合には、動作出力ブロック手段３０へ“１”の信号が送出され、また、差動演算手段１３でＣＴ断線時に発生する差動電流が検出された場合には、動作出力ブロック手段３０へ“１”の信号が送出されるので、“ＣＴ断線”と判別され、遮断信号がブロックされる。その結果、ＣＴ断線時に遮断信号が送出されるという不要な動作を阻止することができる。

また、潮流急減にもＣＴ断線検出手段２０の出力が“１”となるが、ＣＴ断線時に発生する差動電流を検出しないため、差動演算手段１３の出力が“０”となるため遮断信号はブロックされる。これに対して、内部事故時はＣＴ断線検出手段２０の出力が“０”となるため、正常に遮断信号が出力されることになる。

（１−３）実施例１の効果
このように本実施例によれば、電流差動リレーの演算に用いる抑制量の変化に基づいて、内部事故かＣＴ断線のいずれであるかを識別することができるので、ＣＴ断線の時には不要な動作出力を抑えることができる。これにより、別のハードウェア、別の電気量取り込みなど不要とし、かつ電流差動リレー演算で用いる電流入力データのみでＣＴ断線検出を可能とし、シンプルな構成でコスト増を抑えた電流差動継電装置を提供することができる。

（２−１）実施例２の構成
本実施例は上記実施例１の変形例であって、図３に示すように、上記実施例１の構成にＣＴ断線後の電流レベルの判定を行う誤判定防止手段４０を追加したものである。この誤判定防止手段４０においては、ＩresF＞Ｉk2の関係が成立するか否かを判断し、その演算結果がＮＯＴ回路４１を介してフリップフロップ回路４２に導入されるように構成されている。

また、前記ＣＴ断線検出手段２０におけるＩresF＜ＩresLとなる関係が成立するかの判定結果が前記フリップフロップ回路４２に導入されるように構成され、このフリップフロップ回路４２の演算結果が前記動作出力ブロック手段３０のＡＮＤ回路３１に導入されるように構成されている。なお、動作量作成手段１１、抑制量作成手段１２、差動演算手段１３、比率差動演算手段１４、ＣＴ断線検出手段２０、動作出力ブロック手段３０は、それぞれ図１と同様の処理を行う。

（２−２）実施例２の作用・効果
ここで、誤判定防止手段４０の作用について説明する。図１の差分判定では、例えば、Ａ端子およびＢ端子が休止状態となり、双方の電流が０となると、結果的にＩresFの大きさも０となり、ＩresLとＩk1の大きさによっては、ＣＴ断線検出手段の差分判定が成立し、判定信号が“１”となる。運用、用途によっては、このＣＴ断線検出情報として、この信号を外部に引き出すような場合があり、このような適用には好ましくないといえる。

そこで、前記差分判定結果にＩresFの大きさの条件を加えたものが図３の誤判定防止手段４０である。すなわち、フリップフロップ回路４２を設け、Ｓ端子に前記差分判定結果の信号を与え、“１”であれば、Ｑ端子も“１”となり出力される。このＱ端子の信号を制御するのがＲ端子であり、この条件にＩresF＞Ｉk2の判定結果を与えている。なお、Ｉk2は、ある感度定数値である。

すなわち、ＩresFがある感度以上あれば、Ｒ端子はＮＯＴゲートで反転後、“０”信号ゆえ、Ｑ端子信号は有効となる。逆にＩresFが感度以下の大きさであれば、反転後のＲ端子への出力信号は“１”となり、前記差分判定結果を無効とし（リセットし）、Ｑ端子の出力信号は“０”となり、不要な検出信号を抑える効果を有する。なお、この場合、フリップフロップ回路４２の入力は、Ｒ端子側を優先とする必要がある。つまり、ＩresFの大きさが成立した後、前記差分判定を行うことで、この検出回路が有効となる。

このように本実施例によれば、上記実施例１の作用・効果に加えて、Ａ端子およびＢ端子が休止状態となり、双方の電流が０となるような場合に、誤った判定がなされることを防止することができるので、より精度の高い電流差動継電装置を提供することができる。

本実施例は上記実施例２の変形例であって、図４に示すように、上記実施例２の構成に、運用選択をスイッチで可能とする運用切替スイッチ５０および動作出力手段６０を設けたものであり、ＣＴ断線時の保護運用の多様化するニーズに答えることができるようにしたものである。すなわち、装置運用者によっては、ＣＴ断線時に主機損傷に波及する懸念から遮断指令により積極的に引き外しを望む運用もあるからである。

この運用切替スイッチ５０においては、「動作判定有効」を選択した時には、ＣＴ断線時に“Ｔｒｉｐ”、「動作判定無効」を選択した時には、ＣＴ断線時に“電流差動リレー誤動作ブロック”という２つの選択肢を設けたものである。コアとなるＣＴ断線検出手段２０は図３と同じであり、この検出結果をもとに、「動作判定有効」を選択した時には、前記動作出力手段６０を介して遮断信号へ、あるいは「動作判定無効」を選択した時には、前記動作出力ブロック手段３０を介して電流差動リレーの出力をブロックするように構成されている。

このように本実施例によれば、使用者の運用形態に応じて、判定結果によりそれぞれの動作に切替えが可能となるので、ＣＴ断線時の保護運用の多様化するニーズに答えることができる電流差動継電装置を提供することができる。なお、本実施例では、「動作判定有効」と「動作判定無効」の２選択方式で説明したが、３つ以上の選択方式でも条件判別は同様といえる。

本実施例は上記実施例３の変形例であって、図５に示すように、上記実施例３の構成に外部警報信号７０を追加したものであり、ＣＴ断線検出結果を警報信号として外部に表示することができるように構成することにより、ＣＴ断線か否かの識別を視認できるようにしたものである。なお、動作量作成手段１１、抑制量作成手段１２、差動演算手段１３、比率差動演算手段１４、ＣＴ断線検出手段２０、動作出力ブロック手段３０、誤判定防止手段４０、運用切替スイッチ５０、動作出力手段６０は図４と同様の処理を行う。

このように本実施例によれば、装置運用者は、警報信号の情報にてＣＴ断線発生時、敏速な復旧・保守作業が可能となる効果が得られる。

（他の実施例）
本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、以下のような変形例が考えられる。すなわち、上記の実施例においては、Ａ端子とＢ端子の２端子送電線で説明したが、３端子以上の送電線はもとより、変圧器及び母線など、基本原理であるＩresLとＩresFの大きさの関係が成立するものであれば、電流差動リレー方式の全てに適用できることは言うまでもない。

１…電流要素演算部
２…電圧要素演算部
１１…動作量作成手段
１２…抑制量作成手段
１３…差動演算手段
１４…比率差動演算手段
１５、１６…ＡＮＤ回路
２０…ＣＴ断線検出手段
３０…動作出力ブロック手段
３１、３３…ＡＮＤ回路
３２…ＮＯＴ回路
４０…誤判定防止手段
４１…ＮＯＴ回路
４２…フリップフロップ回路
５０…運用切替スイッチ
６０…動作出力手段
７０…外部警報信号

Claims (4)

1. 電力系統の各端子電流を所定の時間間隔でサンプリングし、これをディジタルデータに変換し、これらのディジタルデータを用いて保護領域の動作量と抑制量を算出し、所定の差動演算、比率差動演算により当該電力系統における事故検出を行う電流差動継電装置において、
   ある一定時間前の抑制量の大きさと現時点の抑制量の大きさの差分判定を行うＣＴ断線検出手段と、
   前記ＣＴ断線検出手段により、前記現時点の抑制量の大きさが前記一定時間前の抑制量の大きさより小さく、かつ、前記一定時間前の抑制量の大きさから前記現時点の抑制量の大きさを減算した値が第１の定数値を超えると判定された場合に、電流差動リレーによる動作判定結果の出力をブロックする動作出力ブロック手段を備えたことを特徴とする電流差動継電装置。
2. 前記ＣＴ断線検出手段の判定には、現時点の抑制量の大きさ判定を行う誤判定防止手段を設け、
   この誤判定防止手段により、前記現時点の抑制量の大きさが、第２の定数値を超えると判定された場合に、前記ＣＴ断線検出手段の判定結果を有効とする条件を備えたことを特徴とする請求項１に記載の電流差動継電装置。
3. 前記ＣＴ断線検出手段による動作判定を有効または無効とするような少なくとも２つ以上の動作切替選択を可能とする運用切替スイッチを設け、
   前記ＣＴ断線検出手段によって差分判定が成立し、前記運用切替スイッチによって「動作判定有効」が選択された場合に、前記ＣＴ断線検出手段の判定結果を出力する動作出力手段と、
   前記ＣＴ断線検出手段によって差分判定が成立し、前記運用切替スイッチによって「動作判定無効」が選択された場合に、前記ＣＴ断線検出手段の判定結果の出力を阻止する動作出力ブロック手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の電流差動継電装置。
4. 前記ＣＴ断線検出手段の判定信号を外部に引き出すことができるようにする外部警報信号を備えたことを特徴とする請求項３に記載の電流差動継電装置。

Images