JP6161527B2 - Transmission line protection relay - Google Patents

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Description

この発明は、電力系統の送電線を保護するための送電線保護リレーに関する。   The present invention relates to a power transmission line protection relay for protecting a power transmission line of a power system.

一般に、送電線は、鉄塔によって空中を渡す架空線と地中ケーブルとに大別される。架空線の故障では落雷などによって生じる一時的な短絡故障または地絡故障が多いのに対して、地中ケーブルの故障では永久故障となる場合が多い。このため、架空線の故障の場合には、故障を検出して遮断器を一旦開放した後、遮断器を再閉路する運用が行われるのに対して、地中ケーブルの故障の場合には、故障を検出して遮断器を開放した後、遮断器を再閉路しない運用が行われる。   In general, power transmission lines are roughly classified into overhead lines that pass through the air through steel towers and underground cables. While there are many temporary short-circuit faults or ground faults caused by lightning strikes in overhead line faults, underground cable faults are often permanent faults. For this reason, in the case of an overhead wire failure, after the failure is detected and the circuit breaker is once opened, the circuit breaker is closed again, whereas in the case of an underground cable failure, After detecting a failure and opening the circuit breaker, an operation is performed in which the circuit breaker is not closed again.

上記のように地中ケーブルと架空線とでは、故障の検出後に遮断器を再閉路するか否かが異なるので、地中ケーブルと架空線とが混在する送電線では、地中ケーブル区間の故障か否かを判定する必要がある。地中ケーブル区間の故障と判定された場合には、遮断器の再閉路機能が停止される。   As described above, the underground cable and overhead line differ in whether or not the circuit breaker is reclosed after the failure is detected. It is necessary to determine whether or not. When it is determined that the underground cable section has failed, the reclosing function of the circuit breaker is stopped.

特開昭61−266017号公報(特許文献1)は、中間部分に地中ケーブル区間を有する架空送電線において地中ケーブル区間の故障か否かを判定する方法を開示する。具体的には、架空送電線の両端に保護リレーが設けられる。各保護リレーは、架空送電線の故障を検出する短距離故障検出器と、地中ケーブル送電線の故障を検出する長距離故障検出器とを含む。   Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-266017 (Patent Document 1) discloses a method for determining whether or not there is a failure in an underground cable section in an overhead power transmission line having an underground cable section in an intermediate portion. Specifically, protection relays are provided at both ends of the overhead power transmission line. Each protection relay includes a short-range fault detector that detects a fault in the overhead transmission line and a long-range fault detector that detects a fault in the underground cable transmission line.

特開昭61−266017号公報JP-A-61-266017

上記の特許文献には、短距離故障検出器および長距離故障検出器がどのように故障を検出するかが具体的に記載されていない。もし、従来の距離リレーと同様の方法で、計測した送電線電圧および送電線電流に基づいて故障点のインピーダンスを計算したとすると、算出されたインピーダンスに誤差が含まれる場合があることを本願の発明者は見出した。その理由は、ケーブルと架空線とでは零相インピーダンスおよび正相インピーダンスの値が異なるからである。このため、従来技術ではケーブル区間に故障点がある否かを正確に判定できない(上記の問題点は、本願の出願時において公知でない)。   The above-mentioned patent documents do not specifically describe how the short-range fault detector and the long-range fault detector detect a fault. If the impedance at the fault point is calculated based on the measured transmission line voltage and transmission line current in the same manner as a conventional distance relay, it is possible that the calculated impedance may contain an error. The inventor found out. The reason is that the values of the zero-phase impedance and the positive-phase impedance are different between the cable and the overhead wire. For this reason, the prior art cannot accurately determine whether or not there is a failure point in the cable section (the above problem is not known at the time of filing this application).

この発明は、上述の問題点を考慮してなされたものであって、その目的は、ケーブルと架空線が混在した送電線において、ケーブル区間に故障点があるか否かを正確に判定することが可能な送電線保護リレーを提供することである。   The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems, and its purpose is to accurately determine whether or not there is a failure point in a cable section in a transmission line in which cables and overhead lines are mixed. It is to provide a transmission line protection relay capable of.

一実施の形態による送電線保護リレーは、架空線区間とケーブル区間とを含む送電線を保護するものであり、入力部と、第1および第2の演算部と、判定部とを備える。入力部は、送電線保護リレーの設置点において計測された送電線電流および送電線電圧の入力を受ける。第1の演算部は、設置点からケーブル区間の開始点までの送電線のインピーダンスと計測された送電線電流とに基づいて、開始点を故障点と仮定したときの設置点の電圧を第1の電圧として算出するように構成される。第2の演算部は、設置点からケーブル区間の終点までのケーブル区間を含む送電線のインピーダンスと計測された送電線電流とに基づいて、終点を故障点と仮定したときの設置点の電圧を第2の電圧として算出するように構成される。判定部は、第1および第2の電圧と計測された送電線電圧とに基づいて、ケーブル区間内に故障点があるか否かを判定するように構成される。   A power transmission line protection relay according to an embodiment protects a power transmission line including an overhead line section and a cable section, and includes an input unit, first and second calculation units, and a determination unit. The input unit receives the input of the transmission line current and the transmission line voltage measured at the installation point of the transmission line protection relay. The first calculation unit calculates the voltage at the installation point when the start point is assumed to be a failure point based on the impedance of the transmission line from the installation point to the start point of the cable section and the measured transmission line current. It is comprised so that it may calculate as a voltage of. The second calculation unit calculates the voltage at the installation point when the end point is assumed to be a failure point based on the impedance of the transmission line including the cable section from the installation point to the end point of the cable section and the measured transmission line current. It is configured to calculate as the second voltage. The determination unit is configured to determine whether there is a failure point in the cable section based on the first and second voltages and the measured transmission line voltage.

上記の実施の形態によれば、ケーブルと架空線が混在した送電線において、ケーブル区間に故障点があるか否かを正確に判定することができる。   According to the above embodiment, it is possible to accurately determine whether or not there is a failure point in the cable section in the transmission line in which the cable and the overhead line are mixed.

実施の形態1による送電線保護リレー100が適用される電力系統のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the electric power grid | system to which the power transmission line protection relay 100 by Embodiment 1 is applied. 送電線20のインピーダンスを示すインピーダンス図(R−jX図)である。It is an impedance diagram (R-jX diagram) showing the impedance of the power transmission line 20. 架空線およびケーブルの正相インピーダンスおよび零相インピーダンスの数値例を表形式で示す図である。It is a figure which shows the numerical example of the positive phase impedance and zero phase impedance of an overhead wire and a cable with a table format. 図1の送電線保護リレー100の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the power transmission line protection relay 100 of FIG. 入力電圧VinをX軸上に投影した電圧Vin*について説明するための図である。It is a figure for demonstrating voltage Vin * which projected the input voltage Vin on the X-axis. 負荷電流の影響を除去するための方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method for removing the influence of load current. 図4の電圧演算部130および故障区間判定部150の構成を示す機能ブロック図である。FIG. 5 is a functional block diagram illustrating configurations of a voltage calculation unit 130 and a failure section determination unit 150 in FIG. 4. 送電線保護リレー100の動作を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing the operation of the power transmission line protection relay 100. 短絡故障の場合の電圧演算について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the voltage calculation in the case of a short circuit failure. 地絡故障の場合の電圧演算について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the voltage calculation in the case of a ground fault. 実施の形態2による送電線保護リレーが適用される電力系統のモデルを示す図である。It is a figure which shows the model of the electric power grid | system to which the power transmission line protection relay by Embodiment 2 is applied. 短絡故障の場合の電圧Vp1,Vp2の演算について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation of voltage Vp1, Vp2 in the case of a short circuit failure. 地絡故障の場合の電圧Vp1,Vp2の演算について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the calculation of voltage Vp1, Vp2 in the case of a ground fault.

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。   Hereinafter, each embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

<実施の形態1>
[電力系統の全体構成]
図1は、実施の形態1による送電線保護リレー100が適用される電力系統のモデルを示す図である。
<Embodiment 1>
[Overall configuration of power system]
FIG. 1 is a diagram showing a model of a power system to which a power transmission line protection relay 100 according to Embodiment 1 is applied.

図1に示すモデルでは、送電線20の両端(A端、B端)に変電所があり、A端およびB端の遠方に発電機10A,10Bがそれぞれ設けられている。   In the model shown in FIG. 1, there are substations at both ends (A end and B end) of the transmission line 20, and generators 10 </ b> A and 10 </ b> B are provided far away from the A end and B end, respectively.

A端の変電所では、送電線20の電流および電圧を測定する計器用変成器32、すなわち、計器用電流変成器(CT:Current Transformer)30および図示しない計器用電圧変成器(PT:Potential Transformer)が設けられる。送電線保護リレー100は、計器用変成器32と接続され、計器用変成器32によって計測された送電線20の電圧および電流を表わす信号の入力を受ける。送電線保護リレー100は、入力された送電線電圧および送電線電流を表わす信号に基づいて、送電線20の故障を検出する。   At the A-terminal substation, an instrument transformer 32 that measures the current and voltage of the transmission line 20, that is, an instrument current transformer (CT) 30 and an instrument voltage transformer (PT) (not shown). ) Is provided. The power transmission line protection relay 100 is connected to the instrument transformer 32 and receives input of signals representing the voltage and current of the power transmission line 20 measured by the instrument transformer 32. The power transmission line protection relay 100 detects a failure of the power transmission line 20 based on the signals representing the input power transmission line voltage and power transmission line current.

送電線20は、架空線とケーブルの混成で構成される。図1の例では、送電線20の中央部にケーブル区間24が設けられ、ケーブル区間24のA端側に架空線22が設けられ、ケーブル区間24のB端側に架空線26が設けられている。A端からB端までの送電線20の正相インピーダンスのリアクタンス成分をXLとする。ケーブル区間24は、A端変電所からの正相インピーダンスのリアクタンス成分がX1sからX1eまでの間に設けられている。   The power transmission line 20 is composed of an overhead line and a cable. In the example of FIG. 1, a cable section 24 is provided at the center of the power transmission line 20, an overhead line 22 is provided on the A end side of the cable section 24, and an overhead line 26 is provided on the B end side of the cable section 24. Yes. Let XL be the reactance component of the positive phase impedance of the transmission line 20 from the A end to the B end. In the cable section 24, the reactance component of the positive phase impedance from the A-terminal substation is provided between X1s and X1e.

送電線保護リレー100は、距離リレー要素(図4の参照符号111)を含む。距離リレー要素は、計器用変成器32によって計測された送電線20を流れる電流および電圧に基づいて、インピーダンスを算出する。距離リレー要素は、算出されたインピーダンスが予め定める保護範囲内の場合に送電線20に故障があると判定し、故障区間を系統より切り離すため、送電線20の両端に設置される遮断器(図示せず)に対して開放指令を出力する。これによって、送電線20が保護される。   The power transmission line protection relay 100 includes a distance relay element (reference numeral 111 in FIG. 4). The distance relay element calculates the impedance based on the current and voltage flowing through the transmission line 20 measured by the instrument transformer 32. The distance relay element determines that there is a failure in the power transmission line 20 when the calculated impedance is within a predetermined protection range, and disconnects the failure section from the system so that the circuit breakers installed at both ends of the power transmission line 20 (see FIG. Open command is output to (not shown). Thereby, the power transmission line 20 is protected.

一般に、距離リレー要素の保護範囲は、Zone1、Zone2、およびZone3の3つの動作領域に区分される。Zone1における正相インピーダンスのリアクタンス成分の上限値Xz1は、相手変電所(B端変電所)までの送電線の正相インピーダンスのリアクタンス成分XLの80%程度に設定される。距離リレー要素は、Zone1内の送電線故障に対して遅延なく遮断器を開放動作する信号(リレー動作信号)を出力する。   In general, the protection range of the distance relay element is divided into three operation areas: Zone1, Zone2, and Zone3. The upper limit value Xz1 of the reactance component of the positive phase impedance in Zone 1 is set to about 80% of the reactance component XL of the positive phase impedance of the transmission line to the counterpart substation (B terminal substation). The distance relay element outputs a signal (relay operation signal) for opening the circuit breaker without delay with respect to a power transmission line failure in Zone1.

Zone2における正相インピーダンスのリアクタンス成分の上限値Xz2は、相手変電所までの正相インピーダンスのリアクタンス成分XLを十分カバーするためにその正相インピーダンスのリアクタンス成分XLの120〜150%に設定される。距離リレー要素は、検出したインピーダンスがZone2内の場合には一定時限後にリレー動作信号を出力する。   The upper limit value Xz2 of the reactance component of the positive phase impedance in Zone 2 is set to 120 to 150% of the reactance component XL of the positive phase impedance to sufficiently cover the reactance component XL of the positive phase impedance up to the counterpart substation. The distance relay element outputs a relay operation signal after a predetermined time when the detected impedance is within Zone2.

Zone3における正相インピーダンスのリアクタンス成分の上限値Xz3はさらに遠方の領域までカバーするように設定される。距離リレー要素は、検出したインピーダンスがZone3内の場合には、Zone2での一定時限よりも長い時限が経過した後でリレー動作信号を出力する。   The upper limit value Xz3 of the reactance component of the positive phase impedance in Zone 3 is set so as to cover a farther region. When the detected impedance is in Zone 3, the distance relay element outputs a relay operation signal after a time period longer than a certain time period in Zone 2 has elapsed.

送電線保護リレー100は、上記の距離リレー要素に加えて、故障点がケーブル区間24にあるか、架空線区間22,26にあるかを従来よりも正確に検出する機能を有する。故障区間を検出する機能の詳細については、図4〜図10で詳しく説明する。   In addition to the distance relay element described above, the power transmission line protection relay 100 has a function of more accurately detecting whether the failure point is in the cable section 24 or the overhead line sections 22 and 26 than in the past. Details of the function for detecting the failure section will be described in detail with reference to FIGS.

[送電線のインピーダンス]
図2は、送電線20のインピーダンスを示すインピーダンス図(R−jX図)である。図2では、抵抗成分を横軸(「R軸」と称する)で示し、リアクタンス成分を縦軸(「X軸」と称する)で示す。
[Transmission line impedance]
FIG. 2 is an impedance diagram (R-jX diagram) showing the impedance of the power transmission line 20. In FIG. 2, the resistance component is indicated by a horizontal axis (referred to as “R axis”) and the reactance component is indicated as a vertical axis (referred to as “X axis”).

図2を参照して、一般に、架空線のインピーダンスは、インピーダンス図上でR軸から85〜90度の角度をなす直線で表わされるのに対して、ケーブル24のインピーダンスは、R軸からの角度が80度より小さい直線で表わされる場合が多い。このため、図2では、架空線区間22,26のインピーダンスを表わす直線とR軸とのなす角度(インピーダンス角)と、ケーブル区間24のインピーダンスを表わす直線とR軸とのなす角度(インピーダンス角)とが異なっている。   Referring to FIG. 2, generally, the impedance of the overhead wire is represented by a straight line having an angle of 85 to 90 degrees from the R axis on the impedance diagram, whereas the impedance of the cable 24 is an angle from the R axis. Is often represented by a straight line smaller than 80 degrees. For this reason, in FIG. 2, the angle (impedance angle) formed between the straight line representing the impedance of the overhead wire sections 22 and 26 and the R-axis (impedance angle), and the angle formed between the straight line representing the impedance of the cable section 24 and the R-axis (impedance angle). Is different.

図2では、さらに、図1で説明した距離リレー要素の保護範囲(Zone1、Zone2、およびZone3)が示されている。送電線20が正常で、かつ負荷が前方遠方にある場合、送電線保護リレー100で検出されるインピーダンスは、ほぼ負荷インピーダンスに等しく、図2のインピーダンス図上では、前方動作領域よりも右遠方に位置する。   FIG. 2 further shows the protection ranges (Zone1, Zone2, and Zone3) of the distance relay element described in FIG. When the power transmission line 20 is normal and the load is far away from the front, the impedance detected by the power transmission line protection relay 100 is substantially equal to the load impedance. In the impedance diagram of FIG. To position.

図3は、架空線およびケーブルの正相インピーダンスおよび零相インピーダンスの数値例を表形式で示す図である。図3では、公称電圧275kVの特別高圧送電線用に用いられる架空線およびOF(Oil Filled)ケーブルにおける正相インピーダンスZ1および零相インピーダンスZ0の数値例が、単位長さ(1km)当りの値として示されている。図3の数値例の場合、架空線の導体の断面積は810〜410mm2であり、OFケーブルの導体の断面積は400mm2である。OFケーブルの零相インピーダンスZ0は、ケーブル被覆が鉛シースの場合とアルミシースの場合との両方が示されている。 FIG. 3 is a diagram showing, in a tabular form, numerical examples of the positive phase impedance and the zero phase impedance of the overhead wire and the cable. In FIG. 3, numerical examples of the positive phase impedance Z1 and the zero phase impedance Z0 in the overhead wire and OF (Oil Filled) cable used for the extra high voltage transmission line with a nominal voltage of 275 kV are shown as values per unit length (1 km). It is shown. If numerical examples of FIG. 3, the cross-sectional area of the conductor of the overhead wire is 810~410Mm 2, the cross-sectional area of the conductor of the OF cable is 400 mm 2. The zero-phase impedance Z0 of the OF cable is shown for both cases where the cable sheath is a lead sheath and an aluminum sheath.

図3に示されるように、架空線とケーブルとでは、インピーダンス角だけでなく零相インピーダンスZ0と正相インピーダンスZ1との比(Z0/Z1)も異なっている。   As shown in FIG. 3, not only the impedance angle but also the ratio (Z0 / Z1) between the zero-phase impedance Z0 and the positive-phase impedance Z1 is different between the overhead wire and the cable.

[送電線保護リレーの構成]
図4は、図1の送電線保護リレー100の構成を示す機能ブロック図である。図4を参照して、送電線保護リレー100は、入力部102と、AD(Analog to Digital)変換部104と、処理部106と、リレー動作信号出力部108と、再閉路ロック信号出力部110とを含む。
[Configuration of transmission line protection relay]
FIG. 4 is a functional block diagram showing a configuration of the power transmission line protection relay 100 of FIG. Referring to FIG. 4, power transmission line protection relay 100 includes an input unit 102, an AD (Analog to Digital) conversion unit 104, a processing unit 106, a relay operation signal output unit 108, and a reclosing lock signal output unit 110. Including.

入力部102は、送電線保護リレー100の内部回路と外部との間の絶縁を確保するとともに、図1に示す送電線20の計器用変成器32から入力される送電線電圧および送電線電流の検出信号を適当な電圧レベルの信号に変換する。入力部102は、さらに、変換後の送電線電圧信号および送電線電流信号に含まれる高周波信号成分を除去するためのローパスフィルタ回路を含む。   The input unit 102 secures insulation between the internal circuit of the transmission line protection relay 100 and the outside, and transmits the transmission line voltage and the transmission line current input from the instrument transformer 32 of the transmission line 20 shown in FIG. The detection signal is converted into a signal having an appropriate voltage level. Input unit 102 further includes a low-pass filter circuit for removing high-frequency signal components included in the converted transmission line voltage signal and transmission line current signal.

入力部102によって電圧レベルが変換され、高周波分が除去された送電線電圧信号および送電線電流信号は、AD変換部104に入力され、AD変換部104によってデジタルデータに変換される。   The transmission line voltage signal and the transmission line current signal from which the voltage level has been converted by the input unit 102 and from which the high frequency component has been removed are input to the AD conversion unit 104 and converted to digital data by the AD conversion unit 104.

処理部106は、AD変換部104から出力された送電線電圧および送電線電流を表わすデジタルデータと、予め設定された内部データとを用いて演算処理を実行する。処理部106は、CPU(Central Processing Unit)およびメモリ等を含むコンピュータをベースに構成される。   The processing unit 106 performs arithmetic processing using the digital data representing the transmission line voltage and the transmission line current output from the AD conversion unit 104 and preset internal data. The processing unit 106 is configured based on a computer including a CPU (Central Processing Unit), a memory, and the like.

具体的に、処理部106は、距離リレー演算部112、Zone1判定部114、Zone2判定部116、Zone3判定部118、故障相判定部120、OR回路122、電圧演算部130、および故障区間判定部150などの機能ブロックを含む。距離リレー演算部112、Zone1判定部114、Zone2判定部116、Zone3判定部118、故障相判定部120、およびOR回路122によって距離リレー要素111が構成される。   Specifically, the processing unit 106 includes a distance relay calculation unit 112, a Zone1 determination unit 114, a Zone2 determination unit 116, a Zone3 determination unit 118, a failure phase determination unit 120, an OR circuit 122, a voltage calculation unit 130, and a failure section determination unit. 150 functional blocks. The distance relay computing unit 112, the Zone 1 determination unit 114, the Zone 2 determination unit 116, the Zone 3 determination unit 118, the failure phase determination unit 120, and the OR circuit 122 constitute the distance relay element 111.

距離リレー演算部112は、従来の距離リレーと同様の演算を行うものである。具体的には、距離リレー演算部112は、入力された送電線の電流および電圧を表わすデータに基づいて故障点までのインピーダンスを算出する。距離リレー演算部112は、算出したインピーダンスをZone1判定部114、Zone2判定部116、Zone3判定部118、および故障相判定部120に出力する。   The distance relay calculation unit 112 performs the same calculation as that of a conventional distance relay. Specifically, the distance relay calculation unit 112 calculates the impedance up to the failure point based on the input data representing the current and voltage of the transmission line. The distance relay calculation unit 112 outputs the calculated impedance to the Zone 1 determination unit 114, the Zone 2 determination unit 116, the Zone 3 determination unit 118, and the failure phase determination unit 120.

Zone1判定部114、Zone2判定部116、およびZone3判定部118の各々は、算出されたインピーダンス値が自判定部に定められた動作範囲内か否かを判定する。各判定部は、算出されたインピーダンスが定められた動作範囲内の場合には、所定のタイミングの経過後に(Zone1判定部114の場合は直ちに、Zone2判定部116の場合には一定時限後に、Zone3判定部118の場合にはさらに遅れたタイミングで)、OR回路122および電圧演算部130への出力信号を活性化する。   Each of the Zone1 determination unit 114, the Zone2 determination unit 116, and the Zone3 determination unit 118 determines whether or not the calculated impedance value is within the operation range determined by the self-determination unit. When the calculated impedance is within the determined operating range, each determination unit immediately after a predetermined timing has elapsed (in the case of the Zone 1 determination unit 114, immediately after the fixed time in the case of the Zone 2 determination unit 116, Zone 3 In the case of the determination unit 118, the output signal to the OR circuit 122 and the voltage calculation unit 130 is activated at a later timing.

OR回路122は、判定部112,114,116のいずれかの出力信号が活性化したとき、リレー動作信号出力部108への出力信号を活性化する。リレー動作信号出力部108は、OR回路122の出力信号が活性化したとき、リレー動作信号を出力する。リレー動作信号を受けて、対応の遮断器(通常、図1のA端、B端変電所に設けられる)は開放する。   The OR circuit 122 activates the output signal to the relay operation signal output unit 108 when any of the output signals of the determination units 112, 114, 116 is activated. The relay operation signal output unit 108 outputs a relay operation signal when the output signal of the OR circuit 122 is activated. In response to the relay operation signal, the corresponding circuit breaker (usually provided at the A-end and B-end substations in FIG. 1) is opened.

故障相判定部120は、距離リレー演算部112によるインピーダンスの算出結果に基づいて、A相、B相、C相のうちの故障相を特定する。具体的に、故障相判定部120は、A相地絡故障、B相地絡故障、C相地絡故障、AB相短絡(地絡)故障、BC相短絡(地絡)故障、CA相短絡(地絡)故障、3相故障のいずれであるかを判定する。   The failure phase determination unit 120 identifies a failure phase among the A phase, the B phase, and the C phase based on the impedance calculation result by the distance relay calculation unit 112. Specifically, the fault phase determination unit 120 includes an A phase ground fault, a B phase ground fault, a C phase ground fault, an AB phase short circuit (ground fault) fault, a BC phase short circuit (ground fault) fault, and a CA phase short circuit. (Ground fault) It is determined whether it is a failure or a three-phase failure.

電圧演算部130は、Zone1判定部114の出力信号が活性化したことを受けて演算を開始する。具体的には、電圧演算部130は、故障相判定部120の判定結果に基づいて、故障相に関係する相について故障区間判定のための電圧演算を行う。電圧演算の詳細については後述する。   The voltage calculation unit 130 starts the calculation in response to the activation of the output signal of the Zone1 determination unit 114. Specifically, based on the determination result of the failure phase determination unit 120, the voltage calculation unit 130 performs voltage calculation for determining a failure section for a phase related to the failure phase. Details of the voltage calculation will be described later.

故障区間判定部150は、電圧演算部130の演算結果を受けて、故障点がケーブル区間であるか否かを判定する。故障区間判定部150は、故障点がケーブル区間と判定した場合には、その旨を再閉路ロック信号出力部110に通知する。これによって、再閉路ロック信号出力部110から遮断器に出力される再閉路ロック信号によって、遮断器は再閉路しないようにロックされる。   The failure section determination unit 150 receives the calculation result of the voltage calculation unit 130 and determines whether or not the failure point is a cable section. When the failure section determination unit 150 determines that the failure point is a cable section, the failure section determination unit 150 notifies the reclosing lock signal output unit 110 to that effect. Thus, the circuit breaker is locked so as not to be reclosed by the reclose lock signal output from the reclose lock signal output unit 110 to the circuit breaker.

[故障区間の判定方法について]
以下、A相地絡故障の場合を例にして、故障区間の判定方法について説明する。この明細書では、送電線保護リレー100に入力されるA相、B相、C相の電圧をそれぞれVa、Vb、Vcとし、A相、B相、C相の電流をそれぞれIa、Ib、Icとする。さらに、これらの電圧、電流から計算される零相電圧、正相電圧、逆相電圧をそれぞれV0、V1、V2とし、零相電流、正相電流、逆相電流をそれぞれI0、I1、I2とする。
[About judgment method of failure section]
Hereinafter, the failure section determination method will be described by taking the case of the A-phase ground fault as an example. In this specification, the voltages of the A phase, B phase, and C phase input to the transmission line protection relay 100 are Va, Vb, and Vc, respectively, and the currents of the A phase, B phase, and C phase are Ia, Ib, and Ic, respectively. And Further, the zero-phase voltage, the positive-phase voltage, and the negative-phase voltage calculated from these voltages and currents are V0, V1, and V2, respectively, and the zero-phase current, the positive-phase current, and the negative-phase current are I0, I1, and I2, respectively. To do.

一般に、A相地絡故障時のA相電圧Va、A相電流Ia、および零相電流I0は、以下の関係式を満たす。   In general, the A phase voltage Va, the A phase current Ia, and the zero phase current I0 at the time of the A phase ground fault satisfy the following relational expression.

Va=ZF×(Ia+((Z0/Z1)−1)×I0) …(1)
上式(1)において、保護リレーの設置点より故障点までの正相インピーダンスをZFとし、保護リレー設置点から故障点までの単位長さ当りの送電線の正相インピーダンスをZ1とし、保護リレー設置点から故障点までの単位長さ当りの送電線の零相インピーダンスをZ0としている。式中に零相電流が現れる理由は、地絡故障の場合、大地を伝わって故障電流が流れるからである。
Va = ZF × (Ia + ((Z0 / Z1) −1) × I0) (1)
In the above equation (1), the positive phase impedance from the protection relay installation point to the failure point is ZF, the positive transmission line impedance per unit length from the protection relay installation point to the failure point is Z1, and the protection relay Z0 is the zero-phase impedance of the transmission line per unit length from the installation point to the failure point. The reason why the zero-phase current appears in the equation is that in the case of a ground fault, the fault current flows through the ground.

上式(1)より、故障点までのインピーダンスZFは、送電線保護リレー100へ入力されるA相電圧Va、A相電流Iaと、零相電流I0により以下のように表わされる。   From the above equation (1), the impedance ZF up to the failure point is expressed as follows by the A-phase voltage Va, the A-phase current Ia and the zero-phase current I0 input to the power transmission line protection relay 100.

ZF=Va/(Ia+((Z0/Z1)−1)×I0) …(2)
送電線が架空線またはケーブル線のいずれか単一で構成される場合には、送電線区間内の故障点でZ0/Z1は一定であるので、距離リレー要素が上式(2)に従って地絡故障時の故障点までのインピーダンスを計算することに問題はない。たとえば、距離リレー要素に適用されるZone1の整定値(X1)は、変電所間の送電線のインピーダンスのほぼ80%に決められているので、故障点までのインピーダンスZFの演算に使用するZ0/Z1として、Zone1の整定値X1の地点でのZ0/Z1を用いて問題はない。
ZF = Va / (Ia + ((Z0 / Z1) −1) × I0) (2)
When the transmission line is composed of either an overhead line or a cable line, Z0 / Z1 is constant at the failure point in the transmission line section, so the distance relay element is grounded according to the above equation (2). There is no problem in calculating the impedance up to the point of failure at the time of failure. For example, since the set value (X1) of Zone 1 applied to the distance relay element is determined to be approximately 80% of the impedance of the transmission line between substations, Z0 / used for calculating the impedance ZF up to the fault point There is no problem using Z0 / Z1 at the point of the set value X1 of Zone1 as Z1.

ところが、送電線が架空線およびケーブル線の混在した構成の場合には、送電線上の故障点の位置に応じてインピーダンスZFの演算に用いるZ0/Z1の値が異なる。このため、Zone1の整定値X1でのZ0/Z1を単純に用いて故障点までのインピーダンスZFを計算すると誤差が生じることになる。   However, when the transmission line has a configuration in which overhead lines and cable lines are mixed, the value of Z0 / Z1 used for the calculation of the impedance ZF differs depending on the position of the failure point on the transmission line. For this reason, if impedance ZF to the fault point is calculated simply by using Z0 / Z1 at the set value X1 of Zone1, an error will occur.

以上の理由から、実施の形態1による送電線保護リレー100では、従来と異なる方法でケーブル区間24に故障点があるか否かを判定する。具体的にA相地絡故障の場合、判定方法では、まず、保護リレーの設置点からケーブル区間24の開始点までの架空線の零相インピーダンスのリアクタンス成分(X軸成分)をX0sとし、保護リレーの設置点からケーブル区間24の開始点までの架空線の正相インピーダンスのリアクタンス成分(X軸成分)をX1sとする。そして、これらの零相インピーダンスおよび正相インピーダンスの各リアクタンス成分の比KN1(=X0s/X1s)と、正相インピーダンスのリアクタンス成分X1sの値と、送電線電流Ia,Ib,Icから計算される零相電流I0とを用いて、以下の式で表わされる電圧Vp1を計算する。   For the above reasons, the power transmission line protection relay 100 according to the first embodiment determines whether or not there is a failure point in the cable section 24 by a method different from the conventional method. Specifically, in the case of an A-phase ground fault, in the determination method, first, the reactance component (X-axis component) of the zero-phase impedance of the overhead wire from the installation point of the protection relay to the start point of the cable section 24 is set to X0s. The reactance component (X-axis component) of the positive phase impedance of the overhead wire from the relay installation point to the start point of the cable section 24 is defined as X1s. The zero-phase impedance and the positive-phase impedance reactance component ratio KN1 (= X0s / X1s), the positive-phase impedance reactance component X1s, and zero calculated from the transmission line currents Ia, Ib, and Ic. A voltage Vp1 represented by the following expression is calculated using the phase current I0.

Vp1=X1s×(Ia+(KN1−1)×I0) …(3)
上式(3)において、電圧Vp1は、故障点がケーブル区間24の開始点であると仮定した場合に送電線保護リレー100で検出される送電線電圧(A相地絡故障の場合はVa)のX軸成分の値(X軸上に投影した値)、あるいは故障電流Iaを90度進めたベクトル方向に投影された検出電圧Vaの値を意味する(Ia,VaはA相地絡故障の場合)。
Vp1 = X1s × (Ia + (KN1-1) × I0) (3)
In the above equation (3), the voltage Vp1 is the transmission line voltage detected by the transmission line protection relay 100 when the failure point is assumed to be the start point of the cable section 24 (Va in the case of an A-phase ground fault) Means the value of the X-axis component (value projected on the X-axis) or the value of the detection voltage Va projected in the vector direction obtained by advancing the fault current Ia by 90 degrees (Ia and Va are the faults of the A-phase ground fault) If).

さらに、判定方法では、保護リレーの設置点からケーブル区間24の終点までの架空線とケーブルとの合計の零相インピーダンスのリアクタンス成分をX0eとし、保護リレーの設置点からケーブル区間24の終点までの架空線とケーブルとの合計の正相インピーダンスのリアクタンス成分をX1eとする。そして、これらの零相インピーダンスおよび正相インピーダンスの各リアクタンス成分の比KN2(=X0e/X1e)と、正相インピーダンスのリアクタンス成分X1eの値と、送電線電流Ia,Ib,Icから計算される零相電流I0とを用いて、以下の式で表わされる電圧Vp2を計算する。   Furthermore, in the determination method, the reactance component of the total zero-phase impedance of the overhead wire and the cable from the installation point of the protection relay to the end point of the cable section 24 is X0e, and the distance from the installation point of the protection relay to the end point of the cable section 24 is Let X1e be the reactance component of the total positive phase impedance of the overhead wire and the cable. The zero-phase impedance and the positive-phase impedance reactance component ratio KN2 (= X0e / X1e), the positive-phase impedance reactance component X1e, and the zero calculated from the transmission line currents Ia, Ib, and Ic. A voltage Vp2 represented by the following equation is calculated using the phase current I0.

Vp2=X1s×(Ia+(KN2−1)×I0) …(4)
上式(4)において、電圧Vp2は、故障点がケーブル区間24の終点であると仮定した場合に送電線保護リレー100で検出される送電線電圧(A相地絡故障の場合はVa)のX軸成分の値(X軸上に投影した値)、あるいは故障電流Iaを90度進めたベクトル方向に投影された検出電圧Vaの値を意味する(Ia,VaはA相地絡故障の場合)。
Vp2 = X1s × (Ia + (KN2-1) × I0) (4)
In the above equation (4), the voltage Vp2 is the transmission line voltage detected by the transmission line protection relay 100 assuming that the failure point is the end point of the cable section 24 (Va in the case of an A-phase ground fault). The value of the X-axis component (the value projected on the X-axis) or the value of the detection voltage Va projected in the vector direction obtained by advancing the fault current Ia by 90 degrees (Ia and Va are in the case of an A-phase ground fault) ).

上式(3)および(4)において、電圧Vp1,Vp2は、故障電流に対して正相インピーダンスのリアクタンス分を乗じているので、インピーダンス図のX軸(リアクタンス軸)上に送電線電圧を投影した値と等価となっている。   In the above equations (3) and (4), the voltages Vp1 and Vp2 are obtained by multiplying the fault current by the reactance of the positive phase impedance, so the transmission line voltage is projected on the X axis (reactance axis) of the impedance diagram. It is equivalent to the value.

図5は、入力電圧VinをX軸上に投影した電圧Vin*について説明するための図である。図5を参照して、故障時の入力電流IinはR軸上にあるとみなしてよいので、X軸上に投影することは、入力電流Iinの位相を90°進ませた電流ベクトル方向に投影することと等価である。   FIG. 5 is a diagram for explaining a voltage Vin * obtained by projecting the input voltage Vin on the X axis. Referring to FIG. 5, since the input current Iin at the time of failure may be regarded as being on the R axis, projecting on the X axis is projected in the direction of the current vector obtained by advancing the phase of the input current Iin by 90 °. Is equivalent to

ここで、X軸上に投影する理由は、電圧Vp1,Vp2の大きさと入力電圧Vinの大きさとを同じベクトル方向で比較するためである。故障点でアーク抵抗があると、アーク抵抗によって生じる電圧は入力電流と同相であるため、入力電流の位相を90°進ませた電流ベクトル方向に投影することによって、アーク抵抗によって生じる電圧の影響を除去することができる。   Here, the reason for projecting on the X axis is to compare the magnitudes of the voltages Vp1 and Vp2 with the magnitude of the input voltage Vin in the same vector direction. If there is an arc resistance at the failure point, the voltage generated by the arc resistance is in phase with the input current, so by projecting the phase of the input current in the direction of the current vector by 90 °, the influence of the voltage generated by the arc resistance is Can be removed.

以上によって、X軸上に投影された値である、電圧Vp1,電圧Vp2、および入力電圧Vin*(A相地絡故障の場合はVa*)の各々が求まると、これらの値を比較することによって、故障点がケーブル区間24にあるか否かを判定することができる。   When each of the voltage Vp1, the voltage Vp2, and the input voltage Vin * (Va * in the case of an A-phase ground fault) is obtained as described above, the values are compared. Thus, it can be determined whether or not the failure point is in the cable section 24.

具体的に、故障点がケーブル区間24の開始点より近傍の場合は、
Vp1<Vin* …(5)
となり、故障点がケーブル区間24の開始点より遠方の場合は、
Vp1>Vin* …(6)
となる。したがって、故障点がケーブル区間24内にある場合には、
Vp1≧Vin* かつ Vp2≦Vin* …(7)
が満たされる。
Specifically, when the failure point is closer to the start point of the cable section 24,
Vp1 <Vin * (5)
When the failure point is far from the start point of the cable section 24,
Vp1> Vin * (6)
It becomes. Therefore, when the failure point is in the cable section 24,
Vp1 ≧ Vin * and Vp2 ≦ Vin * (7)
Is satisfied.

[負荷電流の影響の除去]
さらに正確なケーブル区間の判定のためには、送電線保護リレーの入力電流Vinから負荷電流を削除するのが望ましい。入力電流Vinは、故障電流IFと負荷電流ILとの合成電流となっているからである。
[Removing the influence of load current]
In order to determine a more accurate cable section, it is desirable to delete the load current from the input current Vin of the power transmission line protection relay. This is because the input current Vin is a combined current of the fault current IF and the load current IL.

図6は、負荷電流の影響を除去するための方法について説明するための図である。図6を参照して、故障発生よりも数サイクル前の負荷電流IL(t)は入力電流Iin(t)に等しい。この負荷電流IL(t)が故障中も継続していると仮定した場合の波形を図6に一点鎖線で示す。故障電流IF(t)は、故障中の入力電流Iin(t)から故障中も継続するとして推定された負荷電流IL(t)(図中の一点鎖線)を各時刻ごとに減算することによって求められる。電圧演算部130の演算では、入力電流Vinに代えて上記方法で計算された負荷電流IL(t)を用いることによって、より正確な故障区間の判定が可能になる。   FIG. 6 is a diagram for explaining a method for removing the influence of the load current. Referring to FIG. 6, load current IL (t) several cycles before the occurrence of a failure is equal to input current Iin (t). A waveform in a case where it is assumed that the load current IL (t) continues during the failure is shown by a one-dot chain line in FIG. The fault current IF (t) is obtained by subtracting the load current IL (t) (dotted line in the figure) estimated to continue during the fault from the input current Iin (t) during the fault at each time. It is done. In the calculation of the voltage calculation unit 130, the load section IL (t) calculated by the above method is used in place of the input current Vin, so that a more accurate failure section can be determined.

[電圧演算および故障区間判定の詳細]
図7は、図4の電圧演算部130および故障区間判定部150の構成を示す機能ブロック図である。図8は、送電線保護リレー100の動作を示すフローチャートである。以下、図7、図8を主として参照して、故障区間の判定の詳細について説明する。
[Details of voltage calculation and failure section determination]
FIG. 7 is a functional block diagram illustrating configurations of the voltage calculation unit 130 and the failure section determination unit 150 of FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the power transmission line protection relay 100. Hereinafter, the details of the determination of the failure section will be described with reference mainly to FIGS.

既に説明したように、送電線保護リレー100は、計器用変成器32から送電線電圧Va,Vb,Vcおよび送電線電流Ia,Ib,Icの検出信号を受ける(ステップS100)。次に、図4の距離リレー演算部112が通常の距離リレー演算を行い(ステップS105)、その結果に基づいて、判定部114,116,118がZone判定を行うとともに、故障相判定部120が故障相を判定する(ステップS115)。判定部114,116,118の判定結果に基づいて、リレー動作信号が出力部108からリレー動作信号が出力される(ステップS115)。   As already described, the transmission line protection relay 100 receives detection signals of the transmission line voltages Va, Vb, Vc and the transmission line currents Ia, Ib, Ic from the instrument transformer 32 (step S100). Next, the distance relay calculation unit 112 of FIG. 4 performs a normal distance relay calculation (step S105). Based on the result, the determination units 114, 116, and 118 perform zone determination, and the failure phase determination unit 120 A failure phase is determined (step S115). Based on the determination results of the determination units 114, 116, and 118, a relay operation signal is output from the output unit 108 as a relay operation signal (step S115).

電圧演算部130は、Zone1判定部114の出力信号が活性化したことを受けて演算を開始する。図7に示すように、電圧演算部130は、演算部132(Vp1演算部134およびVp2演算部136)と、演算部138(Vp1演算部134およびVp2演算部136)と、投影処理部144と、入力電流補正部146とを含む。   The voltage calculation unit 130 starts the calculation in response to the activation of the output signal of the Zone1 determination unit 114. As shown in FIG. 7, the voltage calculation unit 130 includes a calculation unit 132 (Vp1 calculation unit 134 and Vp2 calculation unit 136), a calculation unit 138 (Vp1 calculation unit 134 and Vp2 calculation unit 136), and a projection processing unit 144. And an input current correction unit 146.

演算部132は短絡故障の場合に電圧Vp1およびVp2の演算を行い、演算部138は地絡故障の場合に電圧Vp1,Vp2演算を行う(ステップS120)。投影処理部144は、入力電圧VinのX軸上への投影処理を行う(ステップS125)。   The calculation unit 132 calculates the voltages Vp1 and Vp2 in the case of a short circuit failure, and the calculation unit 138 calculates the voltages Vp1 and Vp2 in the case of a ground fault (step S120). The projection processing unit 144 performs a projection process on the X axis of the input voltage Vin (step S125).

入力電流補正部(故障電流算出部)146は、図6で説明したように、故障直前の入力電流Iin(t)に基づいて故障後の負荷電流IL(t)を推定し、推定された負荷電流IL(t)を故障後の入力電流Iin(t)から減算することによって故障電流IF(t)を算出する。演算部132,134での演算処理および投影処理部144でのVinの投影処理は、入力電流Iin(t)に代えて、入力電流補正部146によって算出された故障電流IF(t)を用いて実行されるのが望ましい。   As described with reference to FIG. 6, the input current correction unit (failure current calculation unit) 146 estimates the load current IL (t) after the failure based on the input current Iin (t) immediately before the failure, and the estimated load The fault current IF (t) is calculated by subtracting the current IL (t) from the input current Iin (t) after the fault. The calculation processes in the calculation units 132 and 134 and the Vin projection process in the projection processing unit 144 use the fault current IF (t) calculated by the input current correction unit 146 instead of the input current Iin (t). It is desirable to be executed.

図9は、短絡故障の場合の電圧演算について説明するための図である。図9を参照して、たとえば、AB相間の短絡故障の場合には、AB相間の電流Iab=Ib−Iaが入力電流Iinとなり、AB相間の電圧Vab=Vb−Vaが入力電圧Vinとなる。   FIG. 9 is a diagram for explaining voltage calculation in the case of a short circuit failure. Referring to FIG. 9, for example, in the case of a short circuit failure between AB phases, the current Iab = Ib−Ia between the AB phases becomes the input current Iin, and the voltage Vab = Vb−Va between the AB phases becomes the input voltage Vin.

なお、A相およびB相の地絡故障の場合は、実際上AB相間の短絡故障として演算される。   In addition, in the case of a ground fault in the A phase and the B phase, it is actually calculated as a short circuit failure between the AB phases.

電圧Vp1は、保護リレーの設置点からケーブル区間24の開始点までの正相インピーダンスのリアクタンス成分X1sを用いて、以下の式で与えられる。   The voltage Vp1 is given by the following expression using the reactance component X1s of the positive phase impedance from the installation point of the protection relay to the start point of the cable section 24.

Vp1=X1s×Iab …(8)
同様に、電圧Vp2は、保護リレーの設置点からケーブル区間24の終点までの正相インピーダンスのリアクタンス成分X1eを用いて、以下の式で与えられる。
Vp1 = X1s × Iab (8)
Similarly, the voltage Vp2 is given by the following equation using the reactance component X1e of the positive phase impedance from the installation point of the protection relay to the end point of the cable section 24.

Vp2=X1e×Iab …(9)
BC相間およびCA相間の短絡故障の場合も同様である。なお、電圧Vp1は、故障点がケーブル区間24の開始点とした場合に送電線保護リレー100で検出される電圧(AB相間の短絡故障の場合はVab)のX軸成分の値(X軸上に投影した値)、あるいは故障電流Iabを90度進めたベクトル方向に投影された検出電圧Vabの値を意味する(Iab,VabはAB相間の短絡故障の場合)。電圧Vp2は、故障点がケーブル区間24の終点とした場合に送電線保護リレー100で検出される電圧(AB相間の短絡故障の場合はVab)のX軸成分の値(X軸上に投影した値)、あるいは故障電流Iabを90度進めたベクトル方向に投影された検出電圧Vabの値を意味する(Iab,VabはAB相間の短絡故障の場合)。
Vp2 = X1e × Iab (9)
The same applies to the case of a short circuit failure between the BC phases and between the CA phases. The voltage Vp1 is the value of the X-axis component (on the X-axis) of the voltage (Vab in the case of a short-circuit fault between AB phases) detected by the transmission line protection relay 100 when the failure point is the start point of the cable section 24. Or the value of the detection voltage Vab projected in the vector direction obtained by advancing the fault current Iab by 90 degrees (Iab and Vab are in the case of a short-circuit fault between AB phases). The voltage Vp2 is the value of the X-axis component of the voltage (Vab in the case of a short-circuit fault between AB phases) detected by the transmission line protection relay 100 when the failure point is the end point of the cable section 24 (projected on the X-axis. Value) or the value of the detection voltage Vab projected in the vector direction obtained by advancing the fault current Iab by 90 degrees (Iab and Vab are in the case of a short-circuit fault between AB phases).

図10は、地絡故障の場合の電圧演算について説明するための図である。A相地絡故障の場合は、既に式(3)および(4)を参照して説明したとおりであるので説明を繰り返さない。B相およびC相の地絡故障の場合もA相の場合と同様に電圧Vp1,Vp2が算出される。   FIG. 10 is a diagram for explaining voltage calculation in the case of a ground fault. In the case of an A-phase ground fault, since it has already been described with reference to equations (3) and (4), the description will not be repeated. In the case of a ground fault in the B phase and the C phase, the voltages Vp1 and Vp2 are calculated as in the case of the A phase.

再び図7および図8を参照して、故障区間判定部150は、X軸上に投影された値である電圧Vp1,Vp2と、入力電圧VinをX軸上に投影した入力電圧Vin*とを比較する。ここで、電圧Vp1、Vp2、およびVinの値は、短絡故障の場合には故障相に応じて図9に示され、地絡故障の場合には故障相に応じて図10に示されている。   Referring to FIGS. 7 and 8 again, failure section determination unit 150 obtains voltages Vp1 and Vp2 that are values projected on the X axis, and input voltage Vin * obtained by projecting input voltage Vin on the X axis. Compare. Here, the values of the voltages Vp1, Vp2, and Vin are shown in FIG. 9 according to the fault phase in the case of a short-circuit fault, and are shown in FIG. 10 according to the fault phase in the case of a ground fault. .

具体的に、故障区間判定部150は、判定部152,154と、AND回路156とを含む。判定部152は、電圧Vp1が入力電圧Vin*以上となっているかを判定する(ステップS130)。判定部154は、電圧Vp2が入力電圧Vin*以下となっているかを判定する(ステップS135)。AND回路156は、判定部152,154の判定結果が共に満たされている場合に(ステップS130およびステップS135が共にYESの場合)、再閉路ロック信号出力部110への出力信号を活性化する。再閉路ロック信号出力部110は、AND回路156の出力信号が活性化されているとき、対応の遮断器の再閉路をロックするための信号を出力する(ステップS140)。   Specifically, failure section determination unit 150 includes determination units 152 and 154 and AND circuit 156. The determination unit 152 determines whether the voltage Vp1 is equal to or higher than the input voltage Vin * (step S130). The determination unit 154 determines whether the voltage Vp2 is equal to or lower than the input voltage Vin * (step S135). The AND circuit 156 activates an output signal to the reclosing lock signal output unit 110 when both the determination results of the determination units 152 and 154 are satisfied (when both Step S130 and Step S135 are YES). When the output signal of the AND circuit 156 is activated, the reclosing lock signal output unit 110 outputs a signal for locking the reclosing of the corresponding circuit breaker (step S140).

[効果]
以上のとおり、実施の形態1による送電線保護リレーは、保護リレーの設置点からケーブルの開始点までと終点までとにおける零相および正相インピーダンスのリアクタンス成分を用いて、故障相に応じた電圧演算を実行し、算出された電圧と実際の入力電圧とを比較することでケーブル区間の故障か否かの判定を行う。したがって、零相と正相インピーダンスを正しく設定することができるのでケーブル区間の故障か否かの判定を正確に行うことができる。
[effect]
As described above, the transmission line protection relay according to the first embodiment uses the reactance components of the zero-phase and positive-phase impedances from the installation point of the protection relay to the start point and end point of the cable, and the voltage according to the fault phase. It is determined whether or not there is a failure in the cable section by executing an operation and comparing the calculated voltage with the actual input voltage. Therefore, since the zero phase and positive phase impedance can be set correctly, it is possible to accurately determine whether or not the cable section is faulty.

[変形例]
上記の実施例では、単一のケーブル区間の場合について説明したが、複数のケーブル区間を有する送電線の場合も、各ケーブル区間において上記と同様の計算を行うことによって、各ケーブル区間内に故障点があるか否かを判定することができる。
[Modification]
In the above embodiment, the case of a single cable section has been described. However, even in the case of a transmission line having a plurality of cable sections, a failure is caused in each cable section by performing the same calculation as described above in each cable section. Whether or not there is a point can be determined.

<実施の形態2>
実施の形態2では、多回線の送電線において、ケーブル区間と架空線区間とが混在している場合の故障区間の判定について説明する。
<Embodiment 2>
In the second embodiment, determination of a failure section when a cable section and an overhead line section are mixed in a multi-line power transmission line will be described.

図11は、実施の形態2による送電線保護リレーが適用される電力系統のモデルを示す図である。   FIG. 11 is a diagram illustrating a model of a power system to which the power transmission line protection relay according to the second embodiment is applied.

図11に示すモデルでは、送電線200が2回線の場合が示されている。送電線200の両端(A端、B端)に変電所があり、A端およびB端の遠方に発電機10A,10Bが設けられている。送電線保護リレー100は、A端の変電所に設置され、A端における送電線(2回線)の電流および電圧を計器用変成器(電流変成器30および図示しない電圧変成器)によって計測する。   In the model shown in FIG. 11, a case where there are two power transmission lines 200 is shown. There are substations at both ends (A end, B end) of the power transmission line 200, and generators 10A, 10B are provided far away from the A end and the B end. The power transmission line protection relay 100 is installed in a substation at the A end, and measures the current and voltage of the power transmission line (two lines) at the A end with an instrument transformer (the current transformer 30 and a voltage transformer (not shown)).

送電線200は、架空線とケーブルとが混在した2回線の構成である。送電線の中央部にケーブル区間240,241が設けられており、ケーブル区間240,241のA端側に架空線区間220,221が設けられ、ケーブル区間240,241のB端側に架空線区間260,261が設けられる。   The power transmission line 200 has a two-line configuration in which overhead lines and cables are mixed. Cable sections 240 and 241 are provided in the center of the transmission line, overhead line sections 220 and 221 are provided on the A end side of the cable sections 240 and 241, and overhead line sections are provided on the B end side of the cable sections 240 and 241. 260, 261 are provided.

2回線の場合には、架空線区間において隣回線を流れる電流によって誘導起電力が生じる。このため、実施の形態1で説明した電圧Vp1,Vp2の演算式を零相の相互誘導インピーダンスを用いて補正する必要がある。なお、実施の形態1の場合と同じく、電圧Vp1は、故障点がケーブル区間24の開始点と仮定した場合に送電線保護リレー100で検出されると推定される送電線電圧をX軸上に投影した値を意味し、電圧Vp2は、故障点がケーブル区間24の終点と仮定した場合に送電線保護リレー100で検出されると推定される送電線電圧をX軸上に投影した値を意味する。   In the case of two lines, an induced electromotive force is generated by the current flowing in the adjacent line in the overhead line section. For this reason, it is necessary to correct the arithmetic expressions of the voltages Vp1 and Vp2 described in the first embodiment using the zero-phase mutual induction impedance. As in the case of the first embodiment, the voltage Vp1 is the transmission line voltage estimated to be detected by the transmission line protection relay 100 on the X axis when the failure point is assumed to be the start point of the cable section 24. The voltage Vp2 means a value obtained by projecting the transmission line voltage estimated to be detected by the transmission line protection relay 100 on the X axis when the failure point is assumed to be the end point of the cable section 24. To do.

図12は、短絡故障の場合の電圧Vp1,Vp2の演算について説明するための図である。すなわち、図11に示す2回線の送電線の場合において、短絡故障が生じた場合の電圧Vp1,Vp2の計算式が図12の表に示されている。図12に示すように、短絡故障の場合には、1回線の場合と複数回線の場合とで電圧Vp1,Vp2の計算方法は同じである。   FIG. 12 is a diagram for explaining the calculation of the voltages Vp1 and Vp2 in the case of a short circuit failure. That is, in the case of the two transmission lines shown in FIG. 11, the calculation formulas of the voltages Vp1 and Vp2 when a short-circuit failure occurs are shown in the table of FIG. As shown in FIG. 12, in the case of a short circuit failure, the calculation method of the voltages Vp1 and Vp2 is the same for the case of one line and the case of a plurality of lines.

図13は、地絡故障の場合の電圧Vp1,Vp2の演算について説明するための図である。以下、A相地絡故障の場合について説明する。B相、C相の場合も同様である。   FIG. 13 is a diagram for explaining calculation of the voltages Vp1 and Vp2 in the case of a ground fault. Hereinafter, the case of the A-phase ground fault will be described. The same applies to the B phase and the C phase.

図13を参照して、地絡故障の場合は、隣回線を流れる零相電流I0mによる誘導起電力を考慮する必要がある。保護リレーの設置点からケーブル区間の開始点までの架空線220,221の相互誘導インピーダンスのリアクタンス成分をXMsとし、保護リレーの設置点からケーブル区間の開始点までの架空線220の正相インピーダンスのリアクタンス成分をX1sとする。両者の比KM1(=XMs/X1s)を用いると、前述の式(3)は次式のように修正される。   Referring to FIG. 13, in the case of a ground fault, it is necessary to consider the induced electromotive force due to zero-phase current I0m flowing in the adjacent line. The reactance component of the mutual induction impedance of the overhead lines 220, 221 from the installation point of the protection relay to the start point of the cable section is XMs, and the positive phase impedance of the overhead line 220 from the installation point of the protection relay to the start point of the cable section Let the reactance component be X1s. When the ratio KM1 (= XMs / X1s) between the two is used, the above equation (3) is corrected as the following equation.

Vp1=X1s×(Ia+(KN1−1)×I0+KM1×I0m) …(10)
同様に、保護リレーの設置点からケーブル区間の終点までの架空線220,221とケーブル240,241との合計の相互誘導インピーダンスのリアクタンス成分をXMeとし、保護リレーの設置点からケーブル区間の終点までの架空線220とケーブル240との合計の正相インピーダンスのリアクタンス成分をX1eとする。両者の比KM2(=XMe/X1e)を用いると、前述の式(4)は次式のように修正される。
Vp1 = X1s × (Ia + (KN1-1) × I0 + KM1 × I0m) (10)
Similarly, the reactive component of the total mutual induction impedance of the overhead lines 220 and 221 and the cables 240 and 241 from the installation point of the protection relay to the end point of the cable section is XMe, and from the installation point of the protection relay to the end point of the cable section The reactance component of the total positive phase impedance of the overhead wire 220 and the cable 240 is X1e. When the ratio KM2 (= XMe / X1e) of both is used, the above equation (4) is corrected as the following equation.

Vp2=X1e×(Ia+(KN2−1)×I0+KM2×I0m) …(11)
上記の電圧Vp1,Vp2の計算式以外については、実施の形態2は、実施の形態1と同様であるので説明を繰り返さない。式(5)〜(7)で説明したように、故障点がケーブル区間240,241にあるか否かは、X軸に投影された値である電圧Vp1,Vp2とX軸上に投影された入力電圧Vin*(A相の地絡故障の場合はVa*)とを比較することによって判定できる。
Vp2 = X1e × (Ia + (KN2-1) × I0 + KM2 × I0m) (11)
Since the second embodiment is the same as the first embodiment except for the calculation formulas of the voltages Vp1 and Vp2, the description will not be repeated. As described in the equations (5) to (7), whether or not the failure point is in the cable sections 240 and 241 is projected on the X-axis and the voltages Vp1 and Vp2 that are values projected on the X-axis. This can be determined by comparing the input voltage Vin * (Va * in the case of an A phase ground fault).

上記のように、多回線送電線の場合においても、保護リレーの設置点からケーブル区間の開始点までと終点までとの相互誘導インピーダンスを用いて正確に電圧Vp1,Vp2の演算が実施できるので、ケーブル区間で故障が生じているかを正確に判定することができる。   As described above, even in the case of a multi-line power transmission line, the voltages Vp1 and Vp2 can be accurately calculated using the mutual induction impedance from the installation point of the protection relay to the start point and end point of the cable section. It is possible to accurately determine whether a failure has occurred in the cable section.

また、例示した架空線とケーブル線の配置以外の構成、即ち、保護リレー設置点からケーブル線があり、その遠方に架空線がある場合やその逆の構成などに対しても同様の方式でケーブル区間を判定することができる。   In addition, the configuration other than the arrangement of the overhead wire and the cable wire as illustrated, that is, when there is a cable wire from the protection relay installation point and there is an overhead wire in the distance, and vice versa, the cable is used in the same manner. A section can be determined.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

10A,10B 発電機、20,200 送電線、22,26,220,221,260,261 架空線(区間)、24,240,241 ケーブル(区間)、30 電流変成器、32 計器用変成器、100 送電線保護リレー、102 入力部、104 AD変換部、106 処理部、108 リレー動作信号出力部、110 再閉路ロック信号出力部、111 距離リレー要素、112 距離リレー演算部、114 Zone1判定部、116 Zone2判定部、118 Zone3判定部、120 故障相判定部、130 電圧演算部、144 投影処理部、146 入力電流補正部、150 故障区間判定部。   10A, 10B generator, 20,200 transmission line, 22, 26, 220, 221, 260, 261 overhead line (section), 24, 240, 241 cable (section), 30 current transformer, 32 instrument transformer, 100 power transmission line protection relay, 102 input unit, 104 AD conversion unit, 106 processing unit, 108 relay operation signal output unit, 110 reclosing lock signal output unit, 111 distance relay element, 112 distance relay operation unit, 114 Zone1 determination unit, 116 Zone2 determination unit, 118 Zone3 determination unit, 120 Fault phase determination unit, 130 Voltage calculation unit, 144 Projection processing unit, 146 Input current correction unit, 150 Fault zone determination unit.

Claims (5)

架空線区間とケーブル区間とを含む送電線を保護する送電線保護リレーであって、
前記送電線保護リレーの設置点において計測された送電線電流および送電線電圧の入力を受ける入力部と、
前記設置点から前記ケーブル区間の開始点までの前記送電線のインピーダンスと前記計測された送電線電流とに基づいて、前記開始点を故障点と仮定したときの前記設置点の電圧を第1の電圧として算出するように構成される第1の演算部と、
前記設置点から前記ケーブル区間の終点までの前記ケーブル区間を含む前記送電線のインピーダンスと前記計測された送電線電流とに基づいて、前記終点を故障点と仮定したときの前記設置点の電圧を第2の電圧として算出するように構成される第2の演算部と、
前記第1および第2の電圧と前記計測された送電線電圧とに基づいて、前記ケーブル区間内に故障点があるか否かを判定するように構成される判定部とを備え
前記判定部は、前記第1および第2の電圧と前記計測された送電線電圧とを、前記計測された送電線電流の位相を90度進ませた電流ベクトル方向に投影したときに、投影された前記送電線電圧の計測値と投影された前記第1および第2の電圧とを比較することによって、前記ケーブル区間内に故障点があるか否かを判定するように構成される、送電線保護リレー。
A transmission line protection relay that protects a transmission line including an overhead line section and a cable section,
An input unit for receiving an input of a transmission line current and a transmission line voltage measured at an installation point of the transmission line protection relay;
Based on the impedance of the transmission line from the installation point to the start point of the cable section and the measured transmission line current, the voltage at the installation point when the start point is assumed to be a failure point is a first value. A first computing unit configured to calculate as a voltage;
Based on the impedance of the transmission line including the cable section from the installation point to the end point of the cable section and the measured transmission line current, the voltage at the installation point when the end point is assumed to be a failure point is calculated. A second computing unit configured to calculate as a second voltage;
A determination unit configured to determine whether there is a failure point in the cable section based on the first and second voltages and the measured transmission line voltage ;
The determination unit is projected when the first and second voltages and the measured transmission line voltage are projected in a current vector direction obtained by advancing the phase of the measured transmission line current by 90 degrees. A transmission line configured to determine whether there is a failure point in the cable section by comparing the measured value of the transmission line voltage with the projected first and second voltages Protection relay.
前記送電線保護リレーは、
前記送電線の故障を検出し、故障検出時に、前記送電線に設けられた遮断器を開放するための信号を出力するように構成される距離リレー要素をさらに備え、
前記判定部は、前記故障点が前記ケーブル区間内にあると判定した場合に、前記遮断器の再閉路をロックするための信号を出力するように構成される、請求項に記載の送電線保護リレー。
The power line protection relay is
A distance relay element configured to detect a failure of the power transmission line and to output a signal for opening a circuit breaker provided in the power transmission line upon failure detection;
The power transmission line according to claim 1 , wherein the determination unit is configured to output a signal for locking a reclosing circuit of the circuit breaker when it is determined that the failure point is in the cable section. Protection relay.
前記第1の演算部は、前記距離リレー要素によって地絡故障と検出された場合に、前記設置点から前記ケーブル区間の開始点までの前記送電線の零相インピーダンスおよび正相インピーダンスの各リアクタンス成分の比と、前記設置点から前記ケーブル区間の開始点までの前記送電線の正相インピーダンスのリアクタンス成分の値とに基づいて、前記第1の電圧を算出するように構成され、
前記第2の演算部は、前記距離リレー要素によって地絡故障と検出された場合に、前記設置点から前記ケーブル区間の終点までの前記送電線の零相インピーダンスおよび正相インピーダンスの各リアクタンス成分の比と、前記設置点から前記ケーブル区間の終点までの前記送電線の正相インピーダンスのリアクタンス成分とに基づいて、前記第2の電圧を算出するように構成される、請求項に記載の送電線保護リレー。
The first calculation unit, when a ground fault is detected by the distance relay element, reactance components of zero-phase impedance and positive-phase impedance of the transmission line from the installation point to the start point of the cable section And the first voltage is calculated based on the ratio of the reactance component of the positive phase impedance of the transmission line from the installation point to the start point of the cable section,
The second computing unit, when a ground fault is detected by the distance relay element, of reactance components of zero-phase impedance and positive-phase impedance of the transmission line from the installation point to the end point of the cable section The transmission according to claim 2 , configured to calculate the second voltage based on a ratio and a reactance component of a positive phase impedance of the transmission line from the installation point to an end point of the cable section. Wire protection relay.
前記送電線保護リレーは、前記距離リレー要素による故障検出の直前に計測された送電線電流に基づいて故障検出後の負荷電流を推定し、前記推定された負荷電流を故障検出後に計測された送電線電流から減算することによって故障電流を算出するように構成される故障電流算出部をさらに備え、
前記第1および第2の演算部ならびに前記判定部は、前記計測された送電線電流に代えて前記算出された故障電流を用いて演算を行う、請求項に記載の送電線保護リレー。
The transmission line protection relay estimates a load current after failure detection based on a transmission line current measured immediately before failure detection by the distance relay element, and transmits the estimated load current measured after failure detection. A fault current calculator configured to calculate the fault current by subtracting from the wire current;
The transmission line protection relay according to claim 2 , wherein the first and second calculation units and the determination unit perform calculation using the calculated fault current instead of the measured transmission line current.
前記送電線は、複数回線を含み、
前記第1の演算部は、前記距離リレー要素によって地絡故障と検出された場合に、前記設置点から前記ケーブル区間の開始点までの前記送電線の相互誘導インピーダンスおよび正相インピーダンスの各リアクタンス成分の比にさらに基づいて、前記第1の電圧を算出するように構成され、
前記第2の演算部は、前記距離リレー要素によって地絡故障と検出された場合に、前記設置点から前記ケーブル区間の終点までの前記送電線の相互誘導インピーダンスおよび正相インピーダンスのリアクタンス成分の比にさらに基づいて、前記第2の電圧を算出するように構成される、請求項に記載の送電線保護リレー。
The power transmission line includes a plurality of lines,
When the first relay is detected as a ground fault by the distance relay element, each reactance component of the mutual induction impedance and the positive phase impedance of the transmission line from the installation point to the start point of the cable section Further configured to calculate the first voltage based on a ratio of:
The second calculation unit, when a ground fault is detected by the distance relay element, a ratio of reactance components of the mutual induction impedance and the positive phase impedance of the transmission line from the installation point to the end point of the cable section The transmission line protection relay according to claim 3 , further configured to calculate the second voltage based on the following.
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