JP5932477B2 - 保護継電装置及び電力供給回路 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、保護継電装置及び電力供給回路に関する。

変圧器等を介して負荷に電力を供給する系統において、遮断器投入時の励磁突入電流により、保護継電装置内に実装されている過電流要素や比率差動要素等の保護継電要素が不要動作する可能性がある。この不要動作防止のため、保護継電装置において、入力される電流の基本波成分値と高調波成分値とを検出し、この基本波成分値と高調波成分値から、基本波成分値に対する高調波成分値の含有率（高調波成分値の含有率）を検出して、その含有率が任意の割合以上含まれている場合、過電流要素や比率差動要素等の保護継電要素の不要動作を抑止するようにしている。

具体的には、保護継電装置内に入力された電流値から、基本波検出手段によって基本波成分値（Ｉ_１ｆ）を検出し、さらに、高調波検出手段によって第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）を検出する。次いで、高調波含有率検出手段によって、基本波成分値（Ｉ_１ｆ）と第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）との比、すなわち第２高調波成分値の含有率（％）Ｉ_{２ｆ／１ｆ} ＝Ｉ_２ｆ／Ｉ_１ｆを検出する。

この際、現在の入力電流値が保護継電要素の動作領域であり、かつ第２高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）が所定の割合未満である場合は、保護継電装置を含む電力供給回路において事故が発生している可能性が高いので、負荷に対して過電流が供給されるのを防止すべく、保護継電装置から遮断器に対して遮断出力を供給し、上記過電流を遮断する。一方、上述のように、励磁突入電流が流れると、これに伴って必ず第２高調波が発生するので、高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）が所定の割合以上である場合は、保護継電装置を含む電力供給回路において事故が発生している可能性が低いので、保護継電装置内の保護継電要素の誤動作を抑止すべく、遮断器に対して遮断出力を供給しないようにしている。

しかしながら、変圧器等の下流側が複数の系統に分岐し、それぞれに負荷が接続されているような場合、１つの負荷に対して遮断器が投入されている状態で、他の負荷に対して遮断器が投入されると、後者の負荷には励磁突入電流が流れるようになるが、前者の負荷には励磁突入電流が流れない。そのため、上述のようにして、保護継電装置内の保護継電要素の誤動作を抑止すべく、第２高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）を検出すると、特に事故が発生していない場合においても、第２高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）が上述した所定の割合未満となって、保護継電装置内の保護継電要素が不要動作してしまい、遮断器を不要遮断してしまう場合があった。

特開平１１−４６４３７号

本発明は、変圧器等の下流側が複数の系統に分岐し、それぞれに負荷が接続されているような場合に、少なくとも１つの負荷に電流が流れている状態で、別の負荷に遮断器が投入された場合でも、励磁突入電流による保護継電要素の不要動作を抑止することが可能な保護継電装置を提供することである。

実施形態の保護継電装置は、第１の時刻に電力系統から変流器を介して入力された第１の電流値及び前記第１の時刻の後の第２の時刻に前記電力系統から前記変流器を介して入力された第２の電流の第２の基本波成分値を検出する基本波検出手段と、前記第１の電流の第１の第２高調波成分値及び前記第２の電流の第２の第２高調波成分値を検出する第２高調波検出手段と、前記第１の基本波成分値を記憶する基本波記憶手段と、前記第１の第２高調波成分値を記憶する第２高調波記憶手段とを具える。また、この保護継電装置は、前記第２の第２高調波成分値から前記第１の第２高調波成分値を減じて得た第２高調波差分値を、前記第２の基本波成分値から前記第１の基本波成分値を減じて得た基本波差分値で除し、前記基本波差分値に対する前記第２高調波差分値の含有率を検出するための第２高調波含有率検出手段と、前記第２高調波差分値の含有率が事故発生時の第２高調波差分値の含有率と比較して大きいか否かを判定する事故判定手段と、前記第２高調波差分値の含有率が、事故発生に関する第２高調波差分値の含有率の閾値以上の場合に電力の遮断操作を抑止し、前記第２高調波差分値の含有率が前記閾値未満の場合に電力の遮断操作を行う電力遮断手段とを具える。

第１の実施形態における電力供給回路の構成図である。 第２の実施形態における電力供給回路の構成図である。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における電力供給回路の構成図である。
図１に示すように、本実施形態の電力供給回路１０は、電力供給源としての電源（交流電源）１１と、この電源１１に対して送電ライン１２を介して接続された変流器１３と、この変流器１３を介して電源１１と接続された保護継電装置１４とを有している。また、送電ライン１２の変流器１３の下流側は２つに分岐しており、分岐した一方のラインには変圧器１５及び遮断器１６を介して負荷１が接続されており、分岐した他方のラインには変圧器１７及び遮断機１８を介して負荷２が接続されている。

保護継電装置１４は、入力変換器１４１、基本波検出手段１４２、第２高調波検出手段１４３、基本波記憶手段１４４、第２高調波記憶手段１４５、第２高調波含有率検出手段１４６、事故判定手段１４７（演算処理手段）及び電力遮断手段１４８（リレー回路）を有している。なお、基本波検出手段１４２、第２高調波検出手段１４３、基本波記憶手段１４４、第２高調波記憶手段１４５、第２高調波含有率検出手段１４６、及び事故判定手段１４７（演算処理手段）は、保護継電装置１４のＣＰＵ内に配設され、当該ＣＰＵ内で、各手段の目的に応じた処理がなされるようになっている。

なお、図１では、電力供給回路の構成を単純化し、電力供給源として電源１１を設けているが、電源１１は適宜電力会社等の電力系統等で置き換えることができる。

また、図１では、保護継電装置１４の動作の説明を簡略化するために変圧器１５及び１７を設けているが、これら変圧器１５及び１７は適宜省略することができる。

次に、図１に示す電力供給回路１０の動作説明をする。
電源１１から供給される電流は、送電ライン１２を介して変流器１３に送電され、変流器１３にて適当な電流値にまで減じられた後、保護継電装置１４の入力変換器１４１に入力される。入力変換器１４１では、入力された電流の電流値及び電圧値をさらに保護継電装置１４が適正に動作する範囲内に収まるように制御する。

なお、以下においては、電力供給回路１０、特に保護継電装置１４の動作説明の簡略化のために、時刻ｔ１に保護継電装置１４に入力され、入力変換器１４１によって適正な範囲に制御された電流を第１の電流とし、この第１の電流から派生した種々の成分値に対しては“第１の”という接頭語を付記する。また、時刻ｔ２（ｔ２＞ｔ１）に保護継電装置１４に入力され、入力変換器１４１によって適正な範囲に制御された電流を第２の電流とし、この第２の電流から派生した種々の成分値に対しては“第２の”という接頭語を付記する。

入力変換器１４１によって適正な範囲に制御された第１の電流は、入力変換器１４１から基本波検出手段１４２に入力され、第１の基本波成分値（Ｉ１_ｆ）が検出される。同じく、入力変換器１４１によって適正な範囲に制御された第２の電流は、入力変換器１４１から基本波検出手段１４２に入力され、第２の基本波成分値（Ｉ２_ｆ）が検出される。

また、入力変換器１４１によって適正な範囲に制御された第１の電流は、入力変換器１４１から第２高調波検出手段１４３に入力され、第１の第２高調波成分値（Ｉ１_２ｆ）が検出される。同じく、入力変換器１４１によって適正な範囲に制御された第２の電流は、入力変換器１４１から第２高調波検出手段１４３に入力され、第２の第２高調波成分値（Ｉ２_２ｆ）が検出される。

その後、第１の基本波成分値（Ｉ１_ｆ）は基本波記憶手段１４４に入力されて記憶され、第１の第２高調波成分値（Ｉ１_２ｆ）は第２高調波記憶手段１４５に入力されて記憶される。

次いで、第１の基本波成分値（Ｉ１_ｆ）及び第２の基本波成分値（Ｉ２_ｆ）、並びに第１の第２高調波成分値（Ｉ１_２ｆ）及び第２の第２高調波成分値（Ｉ２_２ｆ）は、第２高調波含有率検出手段１４６に入力され、第１の第２高調波成分値（Ｉ１ _２ｆ ）と第２の第２高調波成分値（Ｉ２ _２ｆ ）との差分（Ｉ２ _２ｆ ―Ｉ１ _２ｆ ）を、第２の基本波成分値（Ｉ２ _ｆ ）と第１の基本波成分値（Ｉ１ _ｆ ）との差分（Ｉ２ _ｆ −Ｉ１ _ｆ ）で除し、基本波成分値の差分に対する第２高調波成分値の差分の含有率（ＩΔ_２ｆ／Δ_１ｆ）＝（Ｉ２_２ｆ―Ｉ１_２ｆ）／（Ｉ２_ｆ−Ｉ１_ｆ）を得る。

次いで、上述のようにして得た第２高調波差分値の含有率（Ｉ_Δ２ｆ／_Δ１ｆ）は事故判定手段、具体的には演算処理手段１４７に入力され、事故判定手段１４７において上記第２高調波差分値の含有率が事故発生に関する第２高調波差分値の含有率の閾値と比較して大きいか否かが判定される。その結果、第２高調波差分値の含有率が上記閾値以上の場合は、電力遮断手段、具体的にはリレー回路１４８から制御信号を遮断器１８に送信せず、第２高調波差分値の含有率が上記閾値未満の場合は、電力遮断手段、すなわちリレー回路１４８から制御信号を遮断器１８に送信して遮断器１８を動作させ、遮断操作を行う。

時刻ｔ２より前の所定の時刻において、負荷１に対して遮断器１６が投入されている状態で、時刻ｔ２に負荷２に対して遮断器１８が投入された場合、負荷２には励磁突入電流が流れるが、負荷１には励磁突入電流が流れない。そのため、従来のような第２高調波含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）を検出すると、特に事故が発生していない場合においても、第２高調波含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）が上述した閾値未満となって、保護継電装置内の保護継電要素が不要動作してしまい、遮断器を不要遮断してしまう場合がある。

しかしながら、本実施形態の電力供給回路１０、すなわち保護継電装置１４では、問題となる時刻ｔ２と、ｔ２よりも前の時刻ｔ１において、それぞれ第２の基本波成分値（Ｉ２_ｆ）及び第１の基本波成分値（Ｉ１_ｆ）、並びに第２の第２高調波成分値（Ｉ２_２ｆ）及び第１の第２高調波成分値（Ｉ１_２ｆ）を検出し、それらの差分を検出するとともに、それら差分同士を除し、第２高調波成分値の差分の含有率を得るようにしている。この場合、時刻ｔ１においては負荷２に対して励磁突入電流は流れていないので、第２の基本波成分値（Ｉ２_ｆ）及び第１の基本波成分値（Ｉ１_ｆ）の差分に比較して、第２の第２高調波成分値（Ｉ２_２ｆ）及び第１の第２高調波成分値（Ｉ１_２ｆ）の差分は十分に大きくなる。

したがって、上述のように、時刻ｔ２より前の所定の時刻において、負荷１に対して遮断器１６が投入されている状態で、時刻ｔ２に負荷２に対して遮断器１８が投入された際、負荷２には励磁突入電流が流れ、負荷１には励磁突入電流が流れない場合においても、上記第２高調波成分値の差分の含有率は、上述した閾値以上となるので、保護継電装置１４内の保護継電要素の不要動作を抑制し、遮断器１８を不要遮断してしまうようなことがない。

但し、本実施形態において、第２高調波成分値の差分の含有率は第２の基本波成分値（Ｉ２_ｆ）及び第１の基本波成分値（Ｉ１_ｆ）の差分に基づいて検出しているので、時刻ｔ２における第２の第２高調波成分値（Ｉ２_２ｆ）が比較的小さいような場合でも従来の閾値以上となる場合があるので、必要に応じて閾値を従来の閾値から変更する。

なお、本実施形態では、特徴を明確にする観点から負荷の数を２としているが、必要に応じて任意の数とすることができる。

（第２の実施形態）
図２は、本実施形態における電力供給回路の構成図である。なお、図１に示す電力供給回路１０における構成要素の類似あるいは同一の構成要素に関しては同一の符号を付している。

図２に示すように、本実施形態の電力供給回路２０は、電力供給源としての電源（交流電源）１１と、この電源１１に対して送電ライン１２を介して接続された変流器１３と、この変流器１３を介して電源１１と接続された保護継電装置２４とを有している。また、送電ライン１２の変流器１３の下流側は２つに分岐しており、分岐した一方のラインには変圧器１５及び遮断器１６を介して負荷１が接続されており、分岐した他方のラインには変圧器１７及び遮断機１８を介して負荷２が接続されている。

保護継電装置２４は、入力変換器２４１、電流値記憶手段２４２、差電流値検出手段２４３、基本波検出手段２４４、第２高調波検出手段２４５、第２高調波含有率検出手段２４６、事故判定手段２４７（演算処理手段）及び電力遮断手段２４８（リレー回路）を有している。なお、電流値記憶手段２４２、差電流値検出手段２４３、基本波検出手段２４４、第２高調波検出手段２４５、第２高調波含有率検出手段２４６、及び事故判定手段２４７（演算処理手段）は、保護継電装置２４のＣＰＵ内に配設され、当該ＣＰＵ内で、各手段の目的に応じた処理がなされるようになっている。

なお、図２においても、電力供給回路の構成を単純化し、電力供給源として電源１１を設けているが、電源１１は適宜電力会社等の電力系統等で置き換えることができる。

また、図２でも、保護継電装置２４の動作の説明を簡略化するために変圧器１５及び１７を設けているが、これら変圧器１５及び１７は適宜省略することができる。

次に、図２に示す電力供給回路２０の動作説明をする。
電源１１から供給される電流は、送電ライン１２を介して変流器１３に送電され、変流器１３にて適当な電流値にまで減じられた後、保護継電装置２４の入力変換器２４１に入力される。入力変換器２４１では、入力された電流の電流値及び電圧値をさらに保護継電装置１４が適正に動作する範囲内に収まるように制御する。

なお、以下においては、電力供給回路２０、特に保護継電装置２４の動作説明の簡略化のために、時刻ｔ１に保護継電装置２４に入力され、入力変換器２４１によって適正な範囲に制御された電流を第１の電流とし、時刻ｔ２（ｔ２＞ｔ１）に保護継電装置２４に入力され、入力変換器２４１によって適正な範囲に制御された電流を第２の電流とする。

入力変換器２４１によって適正な範囲に制御された第１の電流は、入力変換器２４１から電流値記憶手段２４２に入力されて記憶される。

次いで、第１の電流は、電流値記憶手段２４２から差電流値検出手段２４３に入力され、また、入力変換器２４１を介して差電流値検出手段２４３に第２の電流が入力される。次いで、差電流値検出手段２４３において、第２の電流の値から第１の電流の値が減じられ、差電流値（ΔＩ）＝Ｉ２−Ｉ１（Ｉ２は第２電流値であり、Ｉ１は第１電流値である）が検出される。

その後、差電流値（ΔＩ）は基本波検出手段２４４に入力されて、差電流値（ΔＩ）から基本波成分値（Ｉ_ｆ）が検出されるとともに、第２高調波検出手段２４５に入力されて、差電流値（ΔＩ）から第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）が検出される

その後、基本波成分値（Ｉ_ｆ）及び第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）は、第２高調波含有率検出手段２４６に入力され、第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）を基本波成分値（Ｉ_ｆ）で除することによって、第２高調波成分値の含有率（Ｉ_２ｆ／Ｉ_１ｆ）＝Ｉ_２ｆ／Ｉ_ｆを得る。

次いで、上述のようにして得た第２高調波含有率は事故判定手段、具体的には演算処理手段２４７に入力され、事故判定手段２４７において上記第２高調波含有率が事故発生に関する第２高調波含有率の閾値と比較して大きいか否かが判定される。その結果、第２高調波含有率が上記閾値以上の場合は、電力遮断手段、具体的にはリレー回路２４８から制御信号を遮断器１８に送信せず、第２高調波含有率が上記閾値未満の場合は、電力遮断手段、すなわちリレー回路２４８から制御信号を遮断器１８に送信して遮断器１８を動作させ、遮断操作を行う。

時刻ｔ２より前の所定の時刻において、負荷１に対して遮断器１６が投入されている状態で、時刻ｔ２に負荷２に対して遮断器１８が投入された場合、負荷２には励磁突入電流が流れるが、負荷１には励磁突入電流が流れない。そのため、従来のような第２高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）を検出すると、特に事故が発生していない場合においても、第２高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）が上述した閾値未満となって、保護継電装置内の保護継電要素が不要動作してしまい、遮断器を不要遮断してしまう場合がある。

しかしながら、本実施形態の電力供給回路２０、すなわち保護継電装置２４では、問題となる時刻ｔ２と、ｔ２よりも前の時刻ｔ１において、それぞれの電流値（第１の電流及び第２の電流）の差電流値（ΔＩ）を得、この差電流値の基本波成分値（Ｉ_ｆ）及び第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）を得るようにしている。この場合、時刻ｔ１においては負荷２に対して励磁突入電流は流れていないので、差電流値（ΔＩ）には、基本波成分値（Ｉ_ｆ）に比較して第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）が多く含まれることになる。したがって、このような差電流値（ΔＩ）から基本波成分値（Ｉ_ｆ）及び第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）を検出し、第２高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）を検出した場合、その値は上述したような従来の第２高調波成分値の含有率（Ｉ_{２ｆ／１ｆ}）に比較して十分に大きくなる。

したがって、上述のように、時刻ｔ２より前の所定の時刻において、負荷１に対して遮断器１６が投入されている状態で、時刻ｔ２に負荷２に対して遮断器１８が投入された際、負荷２には励磁突入電流が流れ、負荷１には励磁突入電流が流れない場合においても、上記第２高調波成分値の含有率は、上述した閾値以上となるので、保護継電装置２４内の保護継電要素の不要動作を抑制し、遮断器１８を不要遮断してしまうようなことがない。

但し、本実施形態において、第２高調波成分値の含有率は、第１電流及び第２電流の差電流値（ΔＩ）に基づいて検出しているので、時刻ｔ２における第２高調波成分値（Ｉ_２ｆ）が比較的小さいような場合でも従来の閾値以上となる場合があるので、必要に応じて閾値を従来の閾値から変更する。

なお、本実施形態では、特徴を明確にする観点から負荷の数を２としているが、必要に応じて任意の数とすることができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０，２０ 電力供給回路
１１ 電源（交流電源）
１２ 送電ライン
１３ 整流器
１４ 保護継電装置
１４１ 入力変換器
１４２ 基本波検出手段
１４３ 第２高調波検出手段
１４４ 基本波記憶手段
１４５ 第２高調波記憶手段
１４６ 第２高調波含有率検出手段
１４７ 事故判定手段（演算処理手段）
１４８ 電力遮断手段（リレー回路）
１５，１７ 変圧器
１６，１８ 遮断器
２４ 保護継電装置
２４１ 入力変換器
２４２ 電流値記憶手段
２４３ 差電流値検出手段
２４４ 基本波検出手段
２４５ 第２高調波検出手段
２４６ 第２高調波含有率検出手段
２４７ 事故判定手段（演算処理手段）
２４８ 電力遮断手段（リレー回路）

Claims (5)

1. 第１の時刻に電力系統から変流器を介して入力された第１の電流の第１の基本波成分値及び前記第１の時刻の後の第２の時刻に前記電力系統から前記変流器を介して入力された第２の電流の第２の基本波成分値を検出する基本波検出手段と、
   前記第１の電流の第１の第２高調波成分値及び前記第２の電流の第２の第２高調波成分値を検出する第２高調波検出手段と、
   前記第１の基本波成分値を記憶する基本波記憶手段と、
   前記第１の第２高調波成分値を記憶する第２高調波記憶手段と、
   前記第２の第２高調波成分値から前記第１の第２高調波成分値を減じて得た第２高調波差分値を、前記第２の基本波成分値から前記第１の基本波成分値を減じて得た基本波差分値で除し、前記基本波差分値に対する前記第２高調波差分値の含有率を検出するための第２高調波含有率検出手段と、
   前記第２高調波差分値の含有率が事故発生時の第２高調波差分値の含有率と比較して大きいか否かを判定する事故判定手段と、
   前記第２高調波差分値の含有率が、事故発生に関する第２高調波差分値の含有率の閾値以上の場合に電力の遮断操作を抑止し、前記第２高調波差分値の含有率が前記閾値未満の場合に電力の遮断操作を行う電力遮断手段と、
   を具えることを特徴とする、保護継電装置。
2. 前記変流器と前記基本波検出手段及び前記第２高調波検出手段との間に、入力変換器を具えることを特徴とする、請求項１に記載の保護継電装置。
3. 第１の時刻に電力系統から変流器を介して入力された第１の電流値及び前記第１の時刻の後の第２の時刻に前記電力系統から前記変流器を介して入力された第２の電流値を記憶する電流値記憶手段と、
   前記第２の電流値から前記第１の電流値を減じることにより差電流値を検出するための差電流値検出手段と、
   前記差電流値から基本波成分値を検出する基本波検出手段と、
   前記差電流値から第２高調波成分値を検出する第２高調波検出手段と、
   前記第２高調波成分値を前記基本波成分値で除し、前記基本波成分値に対する前記第２高調波成分値の含有率を検出するための第２高調波含有率検出手段と、
   前記第２高調波成分値の含有率が事故発生時の第２高調波成分値の含有率と比較して大きいか否かを判定する事故判定手段と、
   前記第２高調波成分値の含有率が事故発生時の第２高調波成分値の含有率以上の場合に電力の遮断操作を抑止し、前記第２高調波成分値の含有率が事故発生時の第２高調波成分値の含有率未満の場合に電力の遮断操作を行う電力遮断手段と、
   を具えることを特徴とする、保護継電装置。
4. 前記変流器と前記電流値記憶手段との間に、入力変換器を具えることを特徴とする、請求項３に記載の保護継電装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一に記載の保護継電装置と、前記保護継電装置の上流側において送電ラインを介して接続された電源と、前記保護継電装置の下流側において前記送電ラインを介して接続された複数の遮断器とを具えることを特徴とする、電力供給回路。

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