JP6362569B2 - 距離継電装置および送電線保護方法 - Google Patents

Description

本開示は、距離継電装置および送電線保護方法に関し、特に、平行２回線送電線を保護するための距離継電装置および送電線保護方法に関する。

従来、電力系統の送電線の短絡事故を検出し保護する保護継電装置として、距離継電装置が広く用いられている。距離継電装置は、自端の電圧および電流の入力により事故検出ができることから、保護継電装置としての構成が比較的簡単で信頼度が高く、系統保護における主保護継電装置および後備保護継電装置として広く使用されている。

距離継電装置は、送電線に配置された計器用変流器（CT：Current Transformer)から取り込んだ電流と、送電線が接続される母線の配置された計器用変圧器（VT：Voltage Transformer)から取り込んだ電圧に基づいて、事故点までのインピーダンスを算出する。距離継電装置は、インピーダンス値と整定値とを比較することにより、保護範囲の内部、外部の判定を行なう。そして、距離継電装置は、内部判定時には送電線に配置した遮断器を開放して、当該送電線を系統から切り離す。

保護対象の送電線の短絡事故を検出する短絡距離継電装置は、主に、送電線の３相短絡および２相短絡事故を検出する場合に使用される。この短絡距離継電装置は、送電線の線間電圧と線間電流をインピーダンスの算出に用いられる電気量として使用して、事故点までのインピーダンスを正しく算出することができる。

ここで、非有効接地系の電力系統の平行２回線の送電線に短絡距離継電装置を使用した場合を考えると、片回線における短絡事故については線間電圧と線間電流を使用することでインピーダンスを正しく算出することが可能である。しかしながら、両回線に異なる相で２相地絡事故（以下、異相地絡とも称する）が発生すると、系統全体としては２相短絡事故相当となっているにも関わらず、インピーダンスを正しく算出できない。この場合、各回線に設置された距離継電装置が動作しないという問題があり、これを改善するための技術が提案されている。

たとえば、特開平８−２０５３８７号公報（特許文献１）は、１号線と２号線とを有する多相の平衡２回線送電線の相電流形距離保護継電装置が開示されている。この装置は、１回線と２回線で互いに異なる相にて地絡故障が発生した場合にも、故障検出が可能とすることを検討している。

特開平８−２０５３８７号公報

しかしながら、特許文献１に開示された相電流形短絡距離継電装置は、線間電圧を２倍の相電流で除することによりインピーダンスを算出する。そのため、平行２回線送電線の片回線において２相短絡事故が発生した場合には、当該装置は、実際の事故点までのインピーダンスの半分のインピーダンスを算出する（すなわち、事故点までのインピーダンスを正確に算出できない）。このことから、特許文献１に係る相電流短絡距離継電装置は、保護範囲外で短絡事故が発生したにも関わらず内部事故と誤検出する可能性がある。

本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、平行２回線送電線の片回線における短絡事故および両回線にまたがる異相地絡事故をより精度よく検出することが可能な距離継電装置および送電線保護方法を提供することである。

ある実施の形態に従うと、第１送電線および第２送電線を含む多相の平行２回線送電線を保護するための距離継電装置が提供される。距離継電装置は、第１送電線で検出された電圧および電流に基づいて、第１送電線の線間電圧および線間電流を算出する算出部と、線間電流に第１送電線の零相電流を加算した合成電流を生成可能な電流生成部と、合成電流と、線間電圧とに基づいてインピーダンス値を算出可能なインピーダンス算出部と、インピーダンス算出部により算出されたインピーダンス値と予め定められた整定値とに基づいて、第１送電線の各相間で発生する短絡事故、および第１送電線と第２送電線とにまたがって発生する事故を検出する事故検出部とを備える。

他の実施の形態に従うと、第１送電線および第２送電線を含む多相の平行２回線送電線を保護するための送電線保護方法が提供される。送電線保護方法は、第１送電線で検出された電圧および電流に基づいて、第１送電線の線間電圧および線間電流を算出するステップと、線間電流に第１送電線の零相電流を加算した合成電流を生成するステップと、合成電流と、線間電圧とに基づいてインピーダンス値を算出するステップと、算出されたインピーダンス値と予め定められた整定値とに基づいて、第１送電線の各相間で発生する短絡事故、および第１送電線と第２送電線とにまたがって発生する事故を検出するステップとを含む。

本開示によると、平行２回線送電線の片回線における短絡事故および両回線にまたがる異相地絡事故をより精度よく検出することが可能となる。

実施の形態１に従う距離継電装置が適用される平行２回線送電線を示す図である。 実施の形態１に従う距離継電装置の構成を示す図である。 補助変成器の具体的な構成を説明するための図である。 実施の形態１に従う演算処理部の機能構成を示すブロック図である。 片回線側における２相短絡事故発生時の距離継電装置の動作を説明するための図である。 ２相短絡事故が発生した場合の各インピーダンスを示したベクトル図である。 両回線にまたがる異相地絡事故発生時における距離継電装置の動作を説明するための図である。 異相地絡事故が発生した場合に、比較例に従う距離継電装置により算出された各インピーダンスを示したベクトル図である。 異相地絡事故が発生した場合に、実施の形態１に従う距離継電装置により算出された各インピーダンスを示したベクトル図である。 実施の形態１に従う演算処理部の処理手順を示すフローチャートである。 実施の形態２に従う演算処理部の機能構成を示すブロック図である。 実施の形態２に従う演算処理部の処理手順を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
＜全体構成＞
図１は、実施の形態１に従う距離継電装置が適用される平行２回線送電線を示す図である。図１を参照して、非有効接地系統の平行２回線送電線には、交流電源７に接続された母線３に送電線Ｌ１（１号線）および送電線Ｌ２（２号線）が設けられている。交流電源７は、たとえば、電力会社の変電設備から供給される３相交流電源である。交流電源７の中性点には、中性点接地機器１７が接続されている。送電線Ｌ１，Ｌ２は、それぞれ３相交流の１回線および２回線を構成している。送電線Ｌ１および送電線Ｌ２の各々は、３本（ａ相、ｂ相、ｃ相）の送電線を含む。

計器用変流器ＣＴ１，ＣＴ２は、それぞれ送電線Ｌ１，Ｌ２に配置されており、対応する送電線の各相電流を検出する。距離継電装置１００，１００Ａは、それぞれ計器用変流器ＣＴ１，ＣＴ２からの電流を取り込む。具体的には、距離継電装置１００は、ＣＴ１から送電線Ｌ１のａ相，ｂ相，ｃ相の相電流を取り込む。距離継電装置１００Ａは、計器用変流器ＣＴ２から送電線Ｌ２のａ相，ｂ相，ｃ相の相電流を取り込む。

また、計器用変圧器ＶＴは、母線３に接続されており、送電線Ｌ１，Ｌ２の各相電圧を検出する。距離継電装置１００，１００Ａは、計器用変圧器ＶＴから送電線のａ相，ｂ相，ｃ相の相電圧を取り込む。

距離継電装置１００，１００Ａは、それぞれ取り込んだ系統電気量（電流および電圧）を用いてリレー演算などの電力系統を保護するために必要な演算を実行し、系統事故の発生を検出する。典型的には、距離継電装置１００，１００Ａは、それぞれ送電線Ｌ１，Ｌ２を保護するためのディジタル形の保護継電装置である。

＜距離継電装置の構成＞
図２は、実施の形態１に従う距離継電装置の構成を示す図である。なお、距離継電装置１００Ａの構成は、距離継電装置１００の構成と同じである。

図２を参照して、距離継電装置１００は、補助変成器１０と、ＡＤ（Analog to Digital）変換部２０と、演算処理部３０とを含む。

補助変成器１０は、計器用変流器ＣＴ１および計器用変圧器ＶＴからの系統電気量を取り込み、より小さな電気量に変換して出力する。具体的には、補助変成器１０は、図３に示すように系統電気量を取り込む。

図３は、補助変成器１０の具体的な構成を説明するための図である。図３を参照して、補助変成器１０は、補助変圧器１１と、補助変流器１２とを含む。

計器用変圧器ＶＴは、各相の１次側電圧Ｖ１ａ，Ｖ１ｂ，Ｖ１ｃを２次側電圧Ｖ２ａ，Ｖ２ｂ，Ｖ２ｃに変換する。補助変圧器１１は、各相の２次側電圧Ｖ２ａ，Ｖ２ａ，Ｖ２ｃを距離継電装置１００に適する各相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに変換して、ＡＤ変換部２０に出力する。

計器用変流器ＣＴ１は、送電線Ｌ１の各相電流とともに零相変流を計測することも可能に構成されている。具体的には、計器用変流器ＣＴ１は、各相電流の検出用の電流回路（２次回路）と、その帰還回路である零相電流を検出するための残留回路とを含む。計器用変流器ＣＴ１は、各相の１次側電流Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃを２次側電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃに変換する。また、計器用変流器ＣＴ１は、１次側の零相電流を２次側の零相電流Ｉ２０に変換する。

補助変流器１２は、各相の２次側電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃおよび２次側の零相電流Ｉ２０を、それぞれ距離継電装置１００に適する各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび零相電流Ｉ０に変換して、ＡＤ変換部２０に出力する。

再び、図２を参照して、ＡＤ変換部２０は、補助変成器１０から出力される系統電気量（各相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび零相電流Ｉ０）を取り込んでディジタルデータに変換する。具体的には、ＡＤ変換部２０は、フィルタ２１，２３と、サンプルホールド（ＳＨ）回路２４，２５と、マルチプレクサ２６と、ＡＤ変換器２７とを含む。

フィルタ２１，２３は、アナログフィルタであり、補助変成器１０から出力される電流および電圧の波形信号から高周波のノイズ成分を除去する。フィルタ２１，２３の出力は、ＳＨ回路２４，２５にそれぞれ入力される。

ＳＨ回路２４，２５は、それぞれフィルタ２１，２３から出力される電流および電圧の波形信号を予め定められたサンプリング周期でサンプリングする。マルチプレクサ２６は、演算処理部３０から入力されるタイミング信号に基づいて、ＳＨ回路２４，２５から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡＤ変換器２７に入力する。

ＡＤ変換器２７は、マルチプレクサ２６から入力される波形信号をアナログデータからディジタルデータに変換する。ＡＤ変換器２７は、ディジタル変換した波形信号（ディジタルデータ）を演算処理部３０へ出力する。

演算処理部３０は、マイクロコンピュータを主体として構成される。具体的には、演算処理部３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）３３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）３４と、ＤＯ（Digital Output）回路３６と、ＤＩ（Digital Input）回路３７とを含む。これらは、バス３１で結合されている。

ＣＰＵ３２は、制御部として、予めＲＯＭ３３に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、距離継電装置１００の動作を制御する。ＣＰＵ３２は、たとえば、マイクロプロセッサである。なお、当該ハードウェアは、ＣＰＵ以外のＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）およびその他の演算機能を有する回路などであってもよい。

具体的には、ＣＰＵ３２は、バス３１を介して、ＡＤ変換部２０からディジタルデータを取り込む。ＣＰＵ３２は、ＲＯＭ３３に格納されているプログラムに従って、取り込んだディジタルデータを用いてリレー演算を実行する。ＣＰＵ３２は、リレー演算結果に基づいて、保護区間（保護すべき領域）の事故の有無を判定する。ＣＰＵ３２は、事故を検出した場合（たとえば、インピーダンス値が整定値を下回っている場合）には、ＤＯ回路３６を介して、当該事故区間を電力系統から切り離すために電力系統に接続された遮断器ＣＢに対して遮断指令を出力する。

ＤＩ回路３７は、たとえば、開閉器の開閉情報を示す信号である接点信号を受ける。ＤＩ回路３７には、遮断器ＣＢからの接点信号の他、図示しない断路器の開閉情報を示す接点信号が入力されてもよい。

＜機能構成＞
図４は、実施の形態１に従う演算処理部３０の機能構成を示すブロック図である。図４を参照して、演算処理部３０は、線間電流算出部１０２と、線間電圧算出部１０４と、電流生成部１０６と、インピーダンス算出部１０８と、事故検出部１１０とを含む。なお、図４に示す機能構成は、主に、演算処理部３０における短絡距離リレー要素の機能を表わしている。

線間電流算出部１０２は、ＡＤ変換部２０から出力された相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに基づいて、各２相間の線間電流Ｉａｂ（＝Ｉａ−Ｉｂ），Ｉｂｃ（＝Ｉｂ−Ｉｃ），Ｉｃａ（＝Ｉｃ−Ｉａ）を算出する。線間電流算出部１０２は、線間電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａを電流生成部１０６に出力する。

線間電圧算出部１０４は、ＡＤ変換部２０から出力された相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに基づいて、各２相間の線間電圧Ｖａｂ（＝Ｖａ−Ｖｂ），Ｖｂｃ（＝Ｖｂ−Ｖｃ），Ｖｃａ（＝Ｖｃ−Ｖａ）を算出する。線間電圧算出部１０４は、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａをインピーダンス算出部１０８に出力する。

電流生成部１０６は、線間電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，ＩｃａにＡＤ変換部２０から出力された零相電流Ｉ０を加算して、合成電流Ｉａｂ０（＝Ｉａｂ＋Ｉ０），Ｉｂｃ０（＝Ｉｂｃ＋Ｉ０），Ｉｃａ０（＝Ｉｃａ＋Ｉ０）を生成する。電流生成部１０６は、合成電流Ｉａｂ０，Ｉｂｃ０，Ｉｃａ０をインピーダンス算出部１０８に出力する。

インピーダンス算出部１０８は、各２相間に対応する合成電流Ｉａｂ０，Ｉｂｃ０，Ｉｃａ０と、各２相間の線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａとに基づいて、各２相間のインピーダンスＺａｂ（＝Ｖａｂ／Ｉａｂ０），Ｚｂｃ（＝Ｖｂｃ／Ｉｂｃ０），Ｚｃａ（＝Ｖｃａ／Ｉｃａ０）を算出する。インピーダンス算出部１０８は、インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａを事故検出部１１０に出力する。

事故検出部１１０は、インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａ、および予め定められた整定インピーダンスに基づいて事故検出を行なう。詳細は後述するが、事故検出部１１０は、送電線Ｌ１の各相間で発生する短絡事故、および送電線Ｌ１と送電線Ｌ２とにまたがって発生する異相地絡事故を検出することができる。事故検出部１１０は、これらの事故を検出した場合には、遮断器ＣＢに遮断指令を出力する。

＜動作例＞
次に、事故が発生した場合の距離継電装置１００の具体的な動作について説明する。以下では、片回線側において２相短絡事故が発生した場合および両回線にまたがって異相地絡事故が発生した場合の距離継電装置１００の動作について説明する。

（片回線側における２相短絡事故時の動作）
図５は、片回線側における２相短絡事故発生時の距離継電装置の動作を説明するための図である。図５の例では、送電線Ｌ１のｂ相およびｃ相間で２相短絡事故が発生した場合について説明する。

ここで、事故電流は、交流電源７の電圧の大きさと事故点までのインピーダンスとにより決定される。このインピーダンスは、抵抗成分とリアクタンス成分とを有するが、送電線についてはリアクタンス成分が支配的となる。そのため、交流電源７の電圧を基準とすると、事故電流の位相は６０°〜９０°遅れる。一方、事故電流を基準とすると、交流電源７の電圧の位相は６０°〜９０°進む。

なお、実際の送電線には負荷電流が流れているが、通常、事故電流の大きさは負荷電流に比較して十分に大きい。そのため、説明の便宜上、図５の例では負荷電流については無視する（すなわち、負荷電流は零）。また、距離継電装置は、設置点での電圧と電流とに基づいて事故点までのインピーダンスを算出することから、当該算出には交流電源７側のインピーダンスは原理上影響を与えない。そのため、母線３の交流電源７側のインピーダンスは無視するものとする。さらに、２相短絡事故時においては、中性点接地機器１７には電流は流れないため、電流Ｉｎは０であるとする。

図５を参照して、送電線Ｌ１のｂ相およびｃ相間で２相短絡事故が発生した場合には、送電線Ｌ１のａ相には電流は流れず、ｂ相には正方向の事故電流が流れ、ｃ相には負方向の事故電流が流れ、中性点には電流が流れない。事故電流をＩｆとすると、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、それぞれＩａ＝０、Ｉｂ＝Ｉｆ、Ｉｃ＝−Ｉｆとなる。また、零相電流Ｉ０は、Ｉ０＝０となる。

そのため、上述した各合成電流Ｉａｂ０，Ｉｂｃ０，Ｉｃａ０は、以下の式（１）〜（３）のように表わされる。

Ｉａｂ０＝Ｉａ−Ｉｂ＋Ｉ０＝０−Ｉｆ＋０＝−Ｉｆ ・・・（１）
Ｉｂｃ０＝Ｉｂ−Ｉｃ＋Ｉ０＝Ｉｆ−（−Ｉｆ）＋０＝２Ｉｆ ・・・（２）
Ｉｃａ０＝Ｉｃ−Ｉａ＋Ｉ０＝−Ｉｆ−０＋０＝−Ｉｆ ・・・（３）
したがって、式（１）〜（３）を用いると、上述した各インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａは、以下の式（４）〜（６）のように表わされる。

Ｚａｂ＝Ｖａｂ／Ｉａｂ０＝Ｖａｂ／（−Ｉｆ） ・・・（４）
Ｚｂｃ＝Ｖｂｃ／Ｉｂｃ０＝Ｖｂｃ／２Ｉｆ ・・・（５）
Ｚｃａ＝Ｖｃａ／Ｉｃａ０＝Ｖｃａ／（−Ｉｆ） ・・・（６）
上記式（４）〜（６）に示すように算出された各インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａをベクトルで表すと、図６のように示される。

図６は、２相短絡事故が発生した場合の各インピーダンスを示したベクトル図である。なお、距離継電装置の特性を表わす場合には、図６に示すようなＲ−Ｘ図を使用する。Ｒ−Ｘ図は、インピーダンスを極座標ベクトルとして示したものである。図６の横軸Ｒは抵抗成分を示し、縦軸Ｘはリアクタンス成分を示す。また、縦軸Ｘの原点から正方向の予め定められた範囲を示すＸｓは、リアクタンス要素Ｘの整定値である。

図６を参照して、事故点Ｆでｂｃ相の２相で短絡事故が発生した場合を想定する。ｂｃ相のインピーダンスＺｂｃは、事故点Ｆまでの正しいインピーダンスとなっている。なお、ａｂ相のインピーダンスＺａｂおよびｃａ相のインピーダンスＺｃａは、事故点までの正しいインピーダンスを示していないが、これは線間電圧および線間電流を使用する距離継電装置の動作原理上の特性であり問題ない。具体的には、距離継電装置は、事故点Ｆまでの電気的な距離を測定する測距特性をもつリアクタンス要素や、事故点Ｆの方向を判定する方向特性をもつ方向要素（図６中の円６００）などの複数の基本特性要素を組み合わせて実現されるためである。このことから、事故相のインピーダンス（この場合には、インピーダンスＺｂｃ）が正しく算出されることが重要となる。

（両回線にまたがる異相地絡事故時の動作）
図７は、両回線にまたがる異相地絡事故発生時における距離継電装置の動作を説明するための図である。図７の例では、同一地点で送電線Ｌ１のｂ相および送電線Ｌ２のｃ相に地絡事故が発生した場合について説明する。

図７を参照して、送電線Ｌ１のｂ相と送電線Ｌ２のｃ相とは、たとえば、鉄塔や対地などの低インピーダンスで導通する。そのため、交流電源７から送電線Ｌ１の事故点Ｆへ流れた事故電流は、送電線Ｌ２の事故点Ｆを経由して交流電源７に戻る。また、非有効接地系では異相地絡時において、中性点接地機器１７には、そのインピーダンス値で定まる電流が流れる場合がある。しかしながら、この電流は、事故電流に比べて十分小さいため、無視するものとする。

ここで、実施の形態１に従う距離継電装置と比較例に従う距離継電装置とを比較して、実施の形態１に従う距離継電装置の優位性について説明する。まず、図７に示すような異相地絡事故発生時における、比較例に従う距離継電装置の動作から説明する。なお、比較例に従う距離継電装置は、実施の形態１に従う距離継電装置１００とは異なり、線間電圧を線間電流で除算することによりインピーダンスを算出する方式を採用している。すなわち、比較例に従う距離継電装置は、上述した電流生成部１０６の機能を有さない。

図７を参照して、同一地点で送電線Ｌ１のｂ相と送電線Ｌ２のｃ相とで異相地絡事故が発生した場合には、送電線Ｌ１のａ相およびｃ相には電流は流れず、ｂ相には正方向の事故電流が流れる。事故電流をＩｆとすると、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、それぞれＩａ＝０、Ｉｂ＝Ｉｆ、Ｉｃ＝０となる。

そのため、線間電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａは、以下の式（７）〜（９）のように表わされる。

Ｉａｂ＝Ｉａ−Ｉｂ＝０−Ｉｆ＝−Ｉｆ ・・・（７）
Ｉｂｃ＝Ｉｂ−Ｉｃ＝Ｉｆ−０＝Ｉｆ ・・・（８）
Ｉｃａ＝Ｉｃ−Ｉａ＝０−０＝０ ・・・（９）
したがって、式（７）〜（９）を用いると、各インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａは、以下の式（１０）〜（１２）のように表わされる。

Ｚａｂ＝Ｖａｂ／Ｉａｂ＝Ｖａｂ／（−Ｉｆ） ・・・（１０）
Ｚｂｃ＝Ｖｂｃ／Ｉｂｃ＝Ｖｂｃ／Ｉｆ ・・・（１１）
Ｚｃａ＝Ｖｃａ／Ｉｃａ＝Ｖｃａ／０＝∞ ・・・（１２）
上記式（１０）〜（１２）に示すように算出された各インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａをベクトルで表すと、図８のように示される。

図８は、異相地絡事故が発生した場合に、比較例に従う距離継電装置により算出された各インピーダンスを示したベクトル図である。

図８を参照して、事故点Ｆで送電線Ｌ１のｂ相で地絡事故が発生し、送電線Ｌ２のｃ相で地絡事故が発生した場合を想定する。この場合、事故点Ｆまでの正しいインピーダンスは、Ｖｂｃ／２Ｉｆ（図８中のインピーダンスＺｆ）として算出される必要がある。しかしながら、比較例に従う距離継電装置により算出されるｂｃ相のインピーダンスＺｂｃは、式（１１）および図８に示されるように、Ｖｂｃ／Ｉｆであり、正しいインピーダンスＺｆの２倍となっている。すなわち、比較例に従う距離継電装置は、事故点Ｆまでの距離を正確に判定できず、事故点Ｆまでの距離（たとえば、リアクタンス要素Ｘが０．５Ｘｓよりも大きくなる事故点）によっては動作できない場合がある。

次に、図７に示すような異相地絡事故発生時における、実施の形態１に従う距離継電装置の動作について説明する。図７を参照して、同一地点で送電線Ｌ１のｂ相と送電線Ｌ２のｃ相とで異相地絡事故が発生した場合には、事故電流をＩｆとすると、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃおよび零相電流Ｉ０は、それぞれＩａ＝０、Ｉｂ＝Ｉｆ、Ｉｃ＝０、Ｉ０＝Ｉｆとなる。

そのため、上述した各合成電流Ｉａｂ０，Ｉｂｃ０，Ｉｃａ０は、以下の式（１３）〜（１５）のように表わされる。

Ｉａｂ０＝Ｉａ−Ｉｂ＋Ｉ０＝０−Ｉｆ＋Ｉｆ＝０ ・・・（１３）
Ｉｂｃ０＝Ｉｂ−Ｉｃ＋Ｉ０＝Ｉｆ−０＋Ｉｆ＝２Ｉｆ ・・・（１４）
Ｉｃａ０＝Ｉｃ−Ｉａ＋Ｉ０＝０−０＋Ｉｆ＝Ｉｆ ・・・（１５）
したがって、式（１３）〜（１５）を用いると、上述した各インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａは、以下の式（１６）〜（１８）のように表わされる。

Ｚａｂ＝Ｖａｂ／Ｉａｂ０＝Ｖａｂ／０＝∞ ・・・（１６）
Ｚｂｃ＝Ｖｂｃ／Ｉｂｃ０＝Ｖｂｃ／２Ｉｆ ・・・（１７）
Ｚｃａ＝Ｖｃａ／Ｉｃａ０＝Ｖｃａ／Ｉｆ ・・・（１８）
上記式（１６）〜（１８）に示すように算出された各インピーダンスＺａｂ，Ｚｂｃ，Ｚｃａをベクトルで表すと、図９のように示される。

図９は、異相地絡事故が発生した場合に、実施の形態１に従う距離継電装置により算出された各インピーダンスを示したベクトル図である。

図９を参照して、事故点Ｆで送電線Ｌ１のｂ相で地絡事故が発生し、送電線Ｌ２のｃ相で地絡事故が発生した場合を想定する。この場合、送電線Ｌ１の距離継電装置１００により算出されるｂｃ相のインピーダンスＺｂｃは、事故点Ｆまでの正しいインピーダンスとなっている。

同様に、送電線Ｌ２側では、送電線Ｌ２のａ相およびｂ相には電流は流れず、ｃ相には負方向の事故電流が流れるため、送電線Ｌ２の距離継電装置１００Ａにより算出されるｃａ相のインピーダンスＺｃａは、事故点Ｆまでの正しいインピーダンスとなる。

＜処理手順＞
図１０は、実施の形態１に従う演算処理部の処理手順を示すフローチャートである。図１０を参照して、演算処理部３０は、補助変成器１０により取り込まれた送電線Ｌ１の電気量（電圧および電流）に基づいて、線間電流および線間電圧を算出する（ステップＳ１００）。演算処理部３０は、線間電流に零相電流を加算して合成電流を生成する（ステップＳ１２０）。演算処理部３０は、合成電流と線間電圧とに基づいて、各２相間のインピーダンスを算出する（ステップＳ１４０）。

演算処理部３０は、算出したインピーダンスと整定値（整定インピーダンス）とに基づいて、保護範囲に事故が発生したか否かを判断する（ステップＳ１６０）。具体的には、演算処理部３０は、送電線Ｌ１の保護範囲に各相間の短絡事故（２相短絡、３相短絡事故）、および送電線Ｌ１と送電線Ｌ２とにまたがる異相地絡事故のいずれかが発生したか否かを判断する。当該事故が発生していない場合には（ステップＳ１６０においてＮＯ）、演算処理部３０は処理を終了する。当該事故が発生した場合には（ステップＳ１６０においてＹＥＳ）、演算処理部３０は、送電線Ｌ１に設置された遮断器ＣＢに遮断指令を出力して（ステップＳ１８０）、処理を終了する。

＜利点＞
実施の形態１によると、非有効接地系の平行２回線送電線において、片回線の各相間の短絡事故（２相短絡事故および３相短絡事故）については、従来通り精度よく検出することができるとともに、両回線にまたがる異相地絡事故についても、精度よく検出することができる。すなわち、平行２回線の送電線の２相短絡、３相短絡の保護性能に影響を与えることなく、異相地絡の保護性能を向上させることができる。また、簡易な構成により、精度良く事故検出を行なうことができるため、距離継電装置の低コスト化を実現することもできる。

［実施の形態２］
実施の形態１では、距離継電装置１００における短絡距離リレー要素により、保護対象の送電線の短絡事故を検出する構成について説明した。短絡距離リレー要素は、２相を１組としているため１線地絡事故時は事故点までのインピーダンスを正しく検出できない。そこで、非有効接地系統で用いられる距離継電装置は、この短絡距離リレー要素と、保護対象の送電線の１線地絡事故を検出するための地絡過電圧リレー要素とを含んでいる。

非有効接地方式のうちの抵抗接地方式においては、１線地絡事故時に流れる事故電流は、短絡事故時に流れる事故電流に比べてかなり小さく、たとえば、１／５０程度である。そのため、抵抗接地方式において１線地絡時に流れる事故電流が短絡事故電流に比べて十分小さい場合には、１線地絡事故が発生したとしても短絡距離リレー要素が動作することはない。

しかしながら、非有効接地方式のうちの補償リアクトル接地方式においては、１線地絡事故時に流れる零相電流が比較的大きくなる。そのため、この零相電流の影響を無視することができず、線間電流に零相電流を加算すると、１線地絡事故時に短絡距離リレー要素のインピーダンスの算出精度が低下して誤動作してしまう可能性もある。そこで、実施の形態２では、１線地絡事故が検出された場合には、線間電流に零相電流を加算しない構成について説明する。

実施の形態２の＜全体構成＞および＜距離継電装置の構成＞については、実施の形態１と同じであるため、その詳細な説明は繰り返さない。

図１１は、実施の形態２に従う演算処理部の機能構成を示すブロック図である。図１１を参照して、実施の形態２に従う距離継電装置１００の演算処理部３０Ａは、線間電流算出部１０２Ａと、線間電圧算出部１０４Ａと、電流生成部１０６Ａと、インピーダンス算出部１０８Ａと、事故検出部１１０Ａと、地絡事故検出部１１２Ａとを含む。なお、演算処理部３０Ａは、図２に示す演算処理部３０と対応するが、実施の形態１との区別のため、便宜上「Ａ」といった追加の符号を付している。

線間電流算出部１０２Ａ，線間電圧算出部１０４Ａおよび事故検出部１１０Ａは、それぞれ図４中の線間電流算出部１０２，線間電圧算出部１０４および事故検出部１１０と同じである。

地絡事故検出部１１２Ａは、送電線Ｌ１で検出された電圧に基づいて、当該送電線Ｌ１の１線地絡事故を検出する。具体的には、地絡事故検出部１１２Ａは、各相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと、零相電圧とに基づいて、１線地絡事故（地絡相）を検出する。具体的には、地絡事故検出部１１２Ａは、各相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃならびに零相電圧の大きさ、および各相電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃと零相電圧との位相関係に基づいて、１線地絡事故を検出する。すなわち、地絡事故検出部１１２Ａは、１線地絡事故の地絡相を検出可能な地絡保護リレー要素（地絡過電圧リレーなど）として機能する。零相電圧は、各相電圧に基づいて算出（各相電圧の和から算出）される構成であってもよいし、図示しない接地形計器用変圧器により取り込まれる構成であってもよい。地絡事故検出部１１２Ａは、検出結果を電流生成部１０６Ａに出力する。

電流生成部１０６Ａは、地絡事故検出部１１２Ａにより１線地絡事故が検出されなかった場合には、線間電流に零相電流を合成した合成電流を生成する。この場合、電流生成部１０６Ａは、生成した合成電流Ｉａｂ０，Ｉｂｃ０，Ｉｃａ０をインピーダンス算出部１０８Ａに出力する。

一方、電流生成部１０６Ａは、地絡事故検出部１１２Ａにより１線地絡事故が検出された場合には、線間電流に零相電流を合成した合成電流を生成しない。この場合、電流生成部１０６Ａは、線間電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａをインピーダンス算出部１０８Ａに出力する。すなわち、電流生成部１０６Ａは、線間電流算出部１０２Ａより受けた線間電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａをそのままインピーダンス算出部１０８Ａに出力する。このことから、地絡事故検出部１１２Ａにより１線地絡事故が検出された場合には、線間電流算出部１０２Ａにより算出された線間電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａが、電流生成部１０６Ａを介さずに、直接、インピーダンス算出部１０８Ａに出力される構成であってもよい。

インピーダンス算出部１０８Ａは、電流生成部１０６Ａにより合成電流が生成されない場合には、線間電流Ｉａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａと線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａとに基づいて各２相間のインピーダンスＺａｂ（＝Ｖａｂ／Ｉａｂ），Ｚｂｃ（＝Ｖｂｃ／Ｉｂｃ），Ｚｃａ（＝Ｖｃａ／Ｉｃａ）を算出する。なお、インピーダンス算出部１０８Ａは、電流生成部１０６Ａにより合成電流が生成された場合には、合成電流Ｉａｂ０，Ｉｂｃ０，Ｉｃａ０と、線間電圧Ｖａｂ，Ｖｂｃ，Ｖｃａとに基づいて、各２相間のインピーダンスＺａｂ（＝Ｖａｂ／Ｉａｂ０），Ｚｂｃ（＝Ｖｂｃ／Ｉｂｃ０），Ｚｃａ（＝Ｖｃａ／Ｉｃａ０）を算出する。

＜処理手順＞
図１２は、実施の形態２に従う演算処理部の処理手順を示すフローチャートである。図１２を参照して、演算処理部３０Ａは、補助変成器１０により取り込まれた送電線Ｌ１の電気量に基づいて、線間電流および線間電圧を算出する（ステップＳ２００）。演算処理部３０Ａは、送電線Ｌ１の電気量に基づいて、１線地絡事故が発生したか否かを判断する（ステップＳ２１０）。

１線地絡事故が発生していない場合には（ステップＳ２１０においてＮＯ）、演算処理部３０Ａは、線間電流に零相電流を加算して合成電流を生成し（ステップＳ２２０）、合成電流と線間電圧とに基づいて各２相間のインピーダンスを算出する（ステップＳ２４０）。１線地絡事故が発生した場合には（ステップＳ２１０においてＹＥＳ）、演算処理部３０Ａは、線間電流と線間電圧とに基づいて各２相間のインピーダンスを算出する（ステップＳ２１５）。

次に、演算処理部３０Ａは、算出したインピーダンスと整定値とに基づいて、保護範囲に短絡事故または異相地絡事故が発生したか否かを判断する（ステップＳ２６０）。具体的には、１線地絡事故が発生している場合には、演算処理部３０Ａは、ステップＳ２４０において算出したインピーダンスを用いて当該事故の発生を判断する。１線地絡事故が発生していない場合には、演算処理部３０Ａは、ステップＳ２１５において算出したインピーダンスを用いて当該事故の発生を判断する。当該事故が発生していない場合には（ステップＳ２６０においてＮＯ）、演算処理部３０Ａは処理を終了する。当該事故が発生した場合には（ステップＳ２６０においてＹＥＳ）、演算処理部３０Ａは、送電線Ｌ１に設置された遮断器ＣＢに遮断指令を出力して（ステップＳ２８０）、処理を終了する。

なお、上記のステップＳ２１０において地絡保護リレー要素を用いて１線地絡事故が発生したと判断した場合に、演算処理部３０Ａは、地絡相に設けられた遮断器等にトリップ信号を出力してもよい。

＜利点＞
実施の形態２によると、１線地絡事故が検出された場合には線間電流に零相電流を加算する処理を行なわない。そのため、１線地絡事故時に比較的大きな零相電流が流れる接地系に距離継電装置が適用される場合であっても、短絡距離リレー要素の誤動作を確実に防止することができる。

［その他の実施の形態］
上述した実施の形態では、距離継電装置１００は、計器用変流器の２次回路の残留回路を用いて零相電流を検出する構成について説明したが、当該構成に限られない。距離継電装置１００は、計器用変流器に含まれる各相の変流器から取り込まれる各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに基づいて零相電流Ｉ０を算出する構成であってもよい。具体的には、零相電流Ｉ０は、Ｉ０＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃという式を用いて算出される。この場合、たとえば、図４中の線間電流算出部１０２は、各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃと上記式を用いて零相電流Ｉ０を算出して、電流生成部１０６に出力する。この構成によると、残留回路を設ける必要がなく、ソフトウェア処理によって零相電流を算出することが可能となる。

上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。

また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理や構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。

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はないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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。

３ 母線、７ 交流電源、１０ 補助変成器、１１ 補助変圧器、１２ 補助変流器、１７ 中性点接地機器、２０ ＡＤ変換部、２１，２３ フィルタ、２４，２５ ＳＨ回路、２６ マルチプレクサ、２７ 変換器、３０，３０Ａ 演算処理部、３１ バス、３２ ＣＰＵ、３３ ＲＯＭ、３４ ＲＡＭ、３６ ＤＯ回路、３７ ＤＩ回路、１００，１００Ａ 距離継電装置、１０２，１０２Ａ 線間電流算出部、１０４，１０４Ａ 線間電圧算出部、１０６，１０６Ａ 電流生成部、１０８，１０８Ａ インピーダンス算出部、１１０，１１０Ａ 事故検出部、１１２Ａ 地絡事故検出部、ＣＢ 遮断器、ＣＴ１，ＣＴ２ 計器用変流器、Ｌ１，Ｌ２ 送電線、ＶＴ 計器用変圧器。

Claims (5)

1. 第１送電線および第２送電線を含む多相の平行２回線送電線を保護するための距離継電装置であって、
   前記第１送電線で検出された電圧および電流に基づいて、前記第１送電線の線間電圧および線間電流を算出する算出部と、
   前記線間電流に前記第１送電線の零相電流を加算した合成電流を生成可能な電流生成部と、
   前記合成電流と、前記線間電圧とに基づいてインピーダンス値を算出可能なインピーダンス算出部と、
   前記インピーダンス算出部により算出されたインピーダンス値と予め定められた整定値とに基づいて、前記第１送電線の各相間で発生する短絡事故、および前記第１送電線と前記第２送電線とにまたがって発生する事故を検出する事故検出部とを備える、距離継電装置。
2. 前記第１送電線の零相電流は、前記第１送電線に設けられた変流器の残留回路により検出される、請求項１に記載の距離継電装置。
3. 前記第１送電線の零相電流は、前記第１送電線に設けられた変流器により検出された各相電流に基づいて算出される、請求項１に記載の距離継電装置。
4. 前記第１送電線で検出された電圧および電流に基づいて、前記第１送電線の１線地絡事故を検出する地絡事故検出部をさらに備え、
   前記地絡事故検出部により前記１線地絡事故が検出された場合には、前記電流生成部は前記合成電流を生成せず、
   前記電流生成部により前記合成電流が生成されない場合には、前記インピーダンス算出部は、前記線間電流と前記線間電圧とに基づいてインピーダンス値を算出する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の距離継電装置。
5. 第１送電線および第２送電線を含む多相の平行２回線送電線を保護するための送電線保護方法であって、
   前記第１送電線で検出された電圧および電流に基づいて、前記第１送電線の線間電圧および線間電流を算出するステップと、
   前記線間電流に前記第１送電線の零相電流を加算した合成電流を生成するステップと、
   前記合成電流と、前記線間電圧とに基づいてインピーダンス値を算出するステップと、
   前記算出されたインピーダンス値と予め定められた整定値とに基づいて、前記第１送電線の各相間で発生する短絡事故、および前記第１送電線と前記第２送電線とにまたがって発生する事故を検出するステップとを含む、送電線保護方法。
   

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