JP6365049B2 - ディジタル形保護リレー装置の異常監視装置及び異常監視方法 - Google Patents

Description

本発明は、ディジタル形保護リレー装置を構成するアナログ信号処理部の異常を監視する異常監視装置及び異常監視方法に関する。

短絡や地絡事故等の発生時に電力系統を保護するために、電力系統にはディジタル形保護リレー装置が設置される。ディジタル形保護リレー装置は、アナログフィルタ、アナログ／ディジタル変換器等で構成されるアナログ信号処理部と、アナログ信号処理部の出力から電力系統の異常を判定するディジタル処理部を備えるとともに、アナログ信号処理部の異常の有無を監視する異常監視装置を備えることがある。

異常監視装置では、高調波重畳監視という技術が採用されている。ディジタル形保護リレー装置には電力系統から５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの基本周波数を有する電力信号が入力される。異常監視装置は、この電力信号に基本周波数よりも高い周波数の高調波信号を重畳させて、ディジタル形保護リレー装置のアナログ信号処理部に入力する。次に、異常監視装置は、アナログ信号処理部の出力から、重畳された高調波信号と同じ周波数成分を抽出し、抽出した周波数成分の振幅からアナログ信号処理部に異常が無いかどうかを判定する。

特許文献１では、アナログ信号処理部の不良部位特定が可能なディジタル保護制御装置と呼ぶ異常監視装置を開示している。ディジタル保護制御装置は、高調波信号発生部と、アナログフィルタと、アナログディジタル変換部と、ディジタルフィルタ演算部と、監視演算処理部とを備える。高調波信号発生部は、複数の高調波信号を発生させる。アナログフィルタは、電力系統の電力信号と高調波信号とを重畳した信号に対してフィルタ処理を行う。アナログディジタル変換部は、アナログフィルタの出力をディジタル値に変換する。共通ディジタルフィルタ演算部は、アナログディジタル変換部の出力からアナログディジタル変換の量子化誤差を圧縮し、サンプリングレートを下げる。監視演算処理部は、ディジタルフーリエ変換して、重畳された複数の高調波信号の振幅値を算出し、複数の振幅値より回路素子のうち特性変動がある回路素子を特定して異常検出を行う。

特開２０１２−０６５３９８号公報

電力系統の電力信号には、例えば変圧器の偏磁や外来ノイズなどの各種事情により、基本周波数成分以外の高調波成分が含まれることがある。特許文献１に記載されたディジタル保護制御装置では、重畳する高調波と同じ周波数の所定の強度の高調波成分が電力信号に含まれる場合には、誤って異常検出がなされることがある。

更に、特許文献１に示されている方法では、異常監視用に電力信号に重畳される互いに周波数の異なる複数の高調波信号は、特許文献１の図５に示されているように３種類あり、それらの周波数は、アナログフィルタのゲインが周波数と共に低下する領域に設定されている。従って、電力信号に重畳される複数の高調波信号は比較的高い周波数領域の高調波信号を含むことになる。高い周波数の高調波信号を扱う場合はサンプリング周波数もこれにあわせて大きくしなければならず、より高速のサンプリング装置が必要となる。また、サンプリングしたデータを処理する際の負担も大きくなる。

本発明は、上記の事情の下になされたもので、誤って異常検出がなされる確率を低減できる、簡便な異常監視装置及び異常監視方法を提供することを目的とする。

本発明の第１の観点に係る異常監視装置は、電力系統の保護用に設置されるディジタル形保護リレー装置を構成するアナログ信号処理部の異常を監視する異常監視装置であって、前記電力系統の電力信号の基本周波数よりも高い周波数の高調波信号を発生する高調波発生回路と、前記高調波発生回路が発生する前記高調波信号を、互いに周波数が同じで、位相が１８０度異なる第１の高調波信号と第２の高調波信号のいずれにするかを制御する高調波発生制御部と、前記電力信号に前記高調波信号を重畳して高調波重畳信号を生成する加算部と、前記アナログ信号処理部を経由した前記高調波重畳信号から、前記高調波信号と同じ周波数の高調波成分を抽出するディジタルフィルタ部と、抽出された前記高調波成分が、定められた条件を満たすかどうかを判定する高調波監視部と、前記高調波監視部での前記判定結果に基づき、前記アナログ信号処理部の異常の有無を判定する異常判定部と、を備え、前記高調波発生制御部は、前記高調波信号として前記第１の高調波信号を選択したときの前記高調波監視部の前記判定結果に応じて、前記高調波発生回路に、前記高調波信号として前記第２の高調波信号を発生させる制御を行う、ことを特徴とする。

本発明の第２の観点に係る異常監視方法は、電力系統の保護用に設置されるディジタル形保護リレー装置を構成するアナログ信号処理部の異常を監視する異常監視方法であって、前記電力系統の電力信号の基本周波数よりも高い周波数を有する第１の高調波信号を発生する第１の高調波信号発生ステップと、前記第１の高調波信号を前記電力信号に重畳した第１の高調波重畳信号を生成する第１の高調波重畳ステップと、前記アナログ信号処理部を経由した前記第１の高調波重畳信号から、前記第１の高調波信号の周波数を有する第１の高調波成分を抽出する第１の抽出ステップと、前記第１の抽出ステップで抽出された前記第１の高調波成分が第１の条件を満たすかどうかを判定する第１の高調波監視ステップと、前記第１の高調波監視ステップで前記第１の条件を満たさないと判定されたとき、前記第１の高調波信号と同じ周波数を有し、位相が１８０度異なる第２の高調波信号を更に発生する第２の高調波発生ステップと、前記第２の高調波信号を、前記電力信号に重畳した第２の高調波重畳信号を生成する第２の高調波重畳ステップと、前記アナログ信号処理部を経由した前記第２の高調波重畳信号から、前記第２の高調波信号の周波数を有する第２の高調波成分を抽出する第２の抽出ステップと、前記第２の抽出ステップで抽出された前記第２の高調波成分が第２の条件を満たすかどうかを判定する第２の高調波監視ステップと、前記第２の高調波監視ステップで前記第２の条件を満たさないと判定されたとき、前記アナログ信号処理部に異常があると判定し、前記第１の高調波監視ステップで前記第１の条件を満たすと判定されたとき、及び前記第２の高調波監視ステップで前記第２の条件を満たすと判定されたときは、異常なしと判定する装置異常判定ステップと、を備える、ことを特徴とする。

本発明によれば、間違った異常監視結果の生じる確率を低減できる、簡便な異常監視装置及び異常監視方法を提供することができる。

本願の実施形態１に係る異常監視装置を含むディジタル形保護リレーシステムの構成例を示すブロック図である。 実施形態１に係る異常監視装置の第２のディジタル処理部のハードウェア構成例を示す図である。 実施形態１に係る高調波発生回路の構成例を示すブロック図である。 実施形態１に係る異常監視処理を示すフロー図である。 （ａ）〜（ｄ）は、実施形態１に係る異常監視装置の動作の具体例を説明する図である。 （ａ）、（ｂ）は、実施形態１に係る異常監視装置の動作の具体例の詳細を説明する図である。 実施形態１に係る高調波発生回路の構成の変形例を示すブロック図である。 本願の実施形態２に係る異常監視装置を含むディジタル形保護リレーシステムの構成例を示すブロック図である。 実施形態２に係る高調波発生回路の構成例を示すブロック図である。 実施形態２に係る異常監視装置の高調波重畳信号の波形を示す図である。 実施形態２に係る高調波発生回路の構成の変形例を示すブロック図である。 従来のディジタル形保護リレー装置の構成例を示すブロック図である。

（実施形態１）
本願発明に係る異常監視装置はディジタル形保護リレー装置のアナログ信号処理部の異常を監視するための装置である。ディジタル形保護リレー装置は、電力系統の中の送配電線に地絡などの異常が生じた場合に電力系統を保護するための装置である。本願の実施形態１に係る異常監視装置を図１に示す。図１は、実施形態１に係る異常監視装置４と、異常監視装置による監視対象となるディジタル形保護リレー装置１５とを含むディジタル形保護リレーシステム１を示す。

図１に示すディジタル形保護リレー装置１５は、異常監視装置４を説明するために必要な構成要素のみを示したものである。そのため、ディジタル形保護リレー装置１５を説明する前に、ディジタル形保護リレー装置１５の構成の元となるディジタル形保護リレー装置１０について、図１２を参照して説明する。図１２は地絡検知用のディジタル形保護リレー装置１０の例を示す。このディジタル形保護リレー装置１０は、アナログ信号処理部２とディジタル処理部３とを備える。ディジタル形保護リレー装置１０は、ある送配電線で地絡が発生したとき、これを検知し、その送配電線を電力系統から切り離す。これにより電力系統が保護される。この目的のために図１２では、ディジタル形保護リレー装置１０は、送配電線Ｌｎ＿１〜Ｌｎ＿ｎ毎に設置されている。各送配電線はトランス（ＴＲ）７を介して所定の電圧にした電力を、遮断器６を介して送配電する。以下では、代表例として、図１２の上方に示す、送配電線Ｌｎ＿１用のディジタル形保護リレー装置１０の構成を説明する。

ディジタル形保護リレー装置１０は、アナログ信号処理部２に送配電線の電力信号を入力する。図１２に示す例では、電力信号は信号Ａｖと信号Ａｃとで構成される。信号Ａｖは、各送電線共通の電圧を、接地型計器用変圧器（ＥＶＴ；Earthed Voltage Transformer）８を介して計測用の電圧に変換したものである。信号Ａｃは、各送配電線毎に設置した零相変流器（ＺＣＴ；Zero-Phase-Sequence Current Transformer）９に流れる各送配電線の零相電流である。

アナログ信号処理部２は、ローパスフィルタで構成されるアナログフィルタ（ＬＰＦ；Low Pass Filter）２０と、アナログディジタル変換器（ＡＤＣ；Analogue to Digital Converter）２２とを２セット備える。１セットは信号Ａｖの処理用、他の１セットは信号Ａｃの処理用として使用される。信号Ａｖと信号Ａｃのいずれも入力時には電圧信号に変換されるので、入力レベルの違いを除けば、どちらのセットも同じタイプのものを使用することができる。ＬＰＦ２０はディジタル処理部３における信号処理の際の折り返し誤差の混入を避けるために使用される。ＡＤＣ２２はＬＰＦ２０のアナログ出力を所定の周期でサンプリングし、ディジタル値に変換する。

ディジタル処理部３は、バンドパスフィルタである２セットのディジタルフィルタ（ＢＰＦ；Band Pass Filter）３０と１つの遮断判定部３１とを備える。一方のＢＰＦ３０は、アナログ信号処理部２を経由してサンプリングされディジタル値に変換された信号Ａｃのデータ列から、ディジタルフィルタ処理により基本周波数ｆ_０（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の成分を抽出する。他方のＢＰＦ３０は、アナログ信号処理部２を経由してサンプリングされディジタル値に変換された信号Ａｖのデータ列から、ディジタルフィルタ処理により基本周波数ｆ_０の成分を抽出する。ディジタルフィルタ処理は、例えばフーリエ積分方式を利用する。フーリエ積分方式については、特開平５−２０７６４０にその例が開示されている。

遮断判定部３１は、信号Ａｃと信号Ａｖとを対象に、それぞれ抽出された基本周波数ｆ_０の成分から、基本周波数ｆ_０の成分の位相及び振幅を求め、その結果に基づき、その送配電線で異常、例えば地絡が発生したかどうかを判定する。この方法はよく知られているので説明を省略する。遮断判定部３１は、異常が発生したと判定したときは遮断信号を遮断器６に送信する。図１２では、他のディジタル形保護リレー装置１０からの遮断信号と区別するため、便宜上、遮断信号Ｙと表示した。遮断器６は、遮断信号Ｙを受けると動作し、送配電線Ｌｎ＿１を他の送配電線から切り離す。

他の送配電線に設置されているディジタル形保護リレー装置１０の場合も同じである。図１２には、送配電線Ｌｎ＿ｎに設置されたディジタル形保護リレー装置１０が、送配電線Ｌｎ＿ｎで異常が発生したと判定したとき遮断信号Ｚを発生すること、及び、遮断信号Ｚにより、送配電線Ｌｎ＿ｎに設置された遮断器６が動作することが示されている。

図１２に示す複数のディジタル形保護リレー装置１０は、一つのディジタル形保護リレー装置１０として統合してもよい。図１に示すディジタル形保護リレー装置１５は、複数のディジタル形保護リレー装置１０を、一つに統合し、構成を簡略化したものである。

図１に示すディジタル形保護リレー装置１５は、アナログ信号処理部２と、第１のディジタル処理部３とを備える。第１のディジタル処理部３は図１２に示すディジタル処理部３と同様の機能を備えるため同じ符号を付した。

図１のアナログ信号処理部２は、ローパスフィルタである複数のアナログフィルタ（ＬＰＦ）２０と１台のマルチプレクサ（ＭＰＸ）２１と１台のアナログディジタル変換器（ＡＤＣ）２２とを備える。

各ＬＰＦ２０は、各電力信号Ｌｎ＿１毎に、信号Ａｖと信号Ａｃ用に、図１２に示す各アナログ信号処理部２に含まれる２つのＬＰＦ２０が必要であるが、図１ではそのうちの一方のみを示す。図１２に示す他方のＬＰＦ２０については、異常監視装置４の説明のためには必ずしも明示する必要はないので、簡略化のため図示を省略している。図１の最上部に記載されたＬＰＦ２０は送配電線Ｌｎ＿１からの電力信号（信号Ａｖ又は信号Ａｃ）の入力用であり、最下部に記載されたＬＰＦ２０は送配電線Ｌｎ＿ｎからの電力信号の入力用である。

図１では、図１２に示す複数のＡＤＣ２２は、１台のＡＤＣ２２に置き換えられている。ＭＰＸ２１を各ＬＰＦ２０の後に配置することにより、各ＬＰＦ２０の出力をＭＰＸ２１で切り替え、ＡＤＣ２２に出力する、これにより１台のＡＤＣ２２が複数台のＬＰＦ２０の出力であるアナログサンプリング値をディジタル値に変換する。

図１の第１のディジタル処理部３は、バンドパスフィルタである第１のディジタルフィルタ（第１のＢＰＦ）３０と遮断判定部３１とを備える。第１のＢＰＦ３０は、図１２の２台のＢＰＦ３０を一つにまとめ、更に送配電線Ｌｎ＿１〜Ｌｎ＿ｎ毎に対応したＢＰＦ３０をも一つにまとめたものである。

図１２に示す各ディジタル処理部３と、図１に示す第１のディジタル処理部３とは、共に同様のハードウェアで構成される。いずれも、図２に示すようにＣＰＵ５００とメモリ５１０と入力回路５２０と出力回路５３０とこれらを接続する内部バスライン５４０とで構成される。図１２のＢＰＦ３０と遮断判定部３１、又は図１の第１のＢＰＦ３０と遮断判定部３１のそれぞれの機能は、メモリ５１０に格納されているプログラムをＣＰＵ５００が読み出して実行することにより実現される。そのため上記のような統合は容易に実現できる。

第１のＢＰＦ３０は、ＬＰＦ２０によりアナログフィルタ処理された送配電線Ｌｎ＿１〜Ｌｎ＿ｎ毎の電力信号（信号Ａｖと信号Ａｃ）を、ＭＰＸ２１の切替によりＡＤＣ２２でディジタル変換して得られたディジタルデータから、図１２の場合と同様に、ディジタルフィルタ処理により基本周波数ｆ_０の成分を抽出する。

遮断判定部３１は、ディジタルフィルタ処理により抽出された、送配電線Ｌｎ＿１〜Ｌｎ＿ｎ毎の電力信号の基本周波数ｆ_０の成分から、図１２で説明したように送配電線毎の短絡や地絡等の異常の有無の判定を行う。異常があると判定された場合には、遮断判定部３１は、当該送配電線に設置されている遮断器６に遮断信号を出力する。遮断判定部３１は、異常有りと判定しないときは遮断器６に対して何も出力しない。

次に図１を参照して、異常監視装置４について説明する。異常監視装置４は、加算部４０、高調波発生回路４１、及び第２のディジタル処理部５を備える。第２のディジタル処理部５は、高調波発生制御部５１、第２のディジタルフィルタ（第２のＢＰＦ）５２、高調波監視部５３、異常判定部５４を備える。第２のディジタル処理部５は、第１のディジタル処理部３と同様に、ハードウェアとしては図２に示すようにＣＰＵ５００とメモリ５１０と入力回路５２０と出力回路５３０とこれらを結ぶ内部バスライン５４０とで構成される。第２のディジタル処理部５は第１のディジタル処理部３と共通のハードウェアで構成されてもよい。

加算部４０は、各送配電線毎に、ＬＰＦ２０の前に設置される。すなわち、加算部４０は、ディジタル形保護リレー装置１５に入力される電力信号の数だけ設置される。各加算部４０は、設置された送配電線の電力信号と、高調波発生回路４１が発生する高調波信号とを入力し、両者を加算して、高調波重畳信号を生成する。加算部４０は、生成した高調波重畳信号を、ＬＰＦ２０に出力する。

高調波発生回路４１は、高調波発生制御部５１の制御により、高調波信号を生成し、加算部４０に出力する。高調波信号は、電力信号の基本周波数ｆ_０のｍ次の高調波周波数ｆ_１を有し、振幅はアナログ信号処理部２のフルスケールの例えば１０％に設定された信号である。

高調波発生回路４１は、図３に示すように、高周波クロック（ＨＦ−ＣＬＫ）４１０、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）４２０、及びスイッチ（ＳＷ）４３０を備える。

ＨＦ−ＣＬＫ４１０は、生成したい高調波に対応した周波数の時間計測用の矩形波信号を発生する。ＬＰＦ４２０はこの矩形波信号をフィルタ処理することにより疑似正弦波の高調波信号を生成する。ＳＷ４３０は、その開閉切替により、生成された高調波信号の出力を制御する。ＳＷ４３０は、異常監視装置４による異常監視を実行するときは高調波信号が出力され、異常監視を実行しないときは高調波信号が出力されないようにするためのものである。

高調波発生制御部５１は、図３に示すように、高調波発生回路４１を制御して、高調波信号を発生させる制御を行う。高調波信号には第１の高調波信号と第２の高調波信号の２種類あり、高調波発生制御部５１はその選択も行う。

具体的には、高調波発生制御部５１は、異常監視の開始とともに、ＨＦ−ＣＬＫ４１０に、矩形波信号を発生させる第１の指示を送信する。矩形波信号の周波数及び振幅、すなわち高調波信号の周波数及び振幅は、高調波発生制御部５１により設定される。制御の基準となる周波数、及び振幅の情報は、図２のメモリ５１０に格納されている。高調波発生制御部５１はこれらの情報を読み出して利用する。発生した矩形波信号はＬＰＦ４２０を経由することにより、第１の高調波信号となる。なお、この第１の指示の送信時刻は、第２のディジタル処理部５に内蔵されているクロックにより計測され、図２のメモリ５１０に格納される。

高調波発生制御部５１は、更に、高調波監視部５３から、後述するリトライの通知を受けると、メモリ５１０に格納された第１の指示の送信時刻を読み出し、これに上記矩形波信号の半周期の奇数倍に相当する時間を加えた時刻に、ＨＦ−ＣＬＫ４１０に、矩形波信号を発生させる第２の指示を送信する。矩形波信号の周波数及び振幅、すなわち高調波信号の周波数及び振幅は、第１の高調波信号の場合と同じである。発生した矩形波信号はＬＰＦ４２０を経由することにより、第２の高調波信号となる。第２の指示の送信時刻をこのように、制御することにより、電力信号に重畳したとき、電力信号の各位相において、第１の高調波信号と第２の高調波信号との位相差は１８０度、すなわち互いに極性が反転した信号となる。

また、高調波発生制御部５１は、ＳＷ４３０を介して、発生させた高調波信号を出力するかどうかを制御する。異常監視が一定の周期で実施される場合は、高調波発生制御部５１は、その周期に従ってＳＷ４３０を制御する。外部からの指示により異常監視を実施する場合は、高調波発生制御部５１は、図示を省略した入力部を介して入力された指示に基づきＳＷ４３０を制御する。なお、高調波発生制御部５１は、第２の高調波信号をあらかじめ設定された一定時間発生させる制御を行う。この時間制御はＳＷ４３０の開閉制御によるか、またはＨＦ−ＣＬＫ４１０での矩形信号を停止する制御による。

このようにして生成された第１の高調波信号と第２の高調波信号は、いずれも、電力信号の基本周波数ｆ_０のｍ次の高調波周波数ｆ_１を有し、振幅はアナログ信号処理部２のフルスケールの例えば１０％に設定された高調波信号である。両信号の相違点は第２の高調波信号は第１の高調波信号に対して位相が１８０度異なるという点である。

第２のＢＰＦ５２は、ＡＤＣ２２から入力されるディジタル値の時系列データから周波数ｆ_１の成分を抽出する。抽出には、例えば特開平５−２０７６４０に開示されているフーリエ積分方式を利用する。

第２のＢＰＦ５２に入力される時系列データには第１の時系列データと第２の時系列データの２種類ある。第１の時系列データは、高調波発生回路４１が第１の高調波信号を出力したときの加算部４０の出力である第１の高調波重畳信号に対応した時系列データである。第２の時系列データは、高調波発生回路４１が第２の高調波信号を出力したときの加算部４０の出力である第２の高調波重畳信号に対応した時系列データである。第１の時系列データが入力されたときに、第２のＢＰＦ５２が抽出する周波数ｆ_１の成分を第１の高調波成分と呼び、第２の時系列データが入力されたときに第２のＢＰＦ５２が抽出する周波数ｆ_１の成分を第２の高調波成分と呼ぶ。

高調波監視部５３は、第２のＢＰＦ５２で抽出された第１の高調波成分の振幅を求め、第１の条件を満たすかどうかを判定する。高調波監視部５３は、第１の条件を満たさないと判定すれば、異常の可能性があると判断して、高調波発生制御部５１に対して、第２の高調波信号を発生させる制御を行うよう要求するリトライの通知を行う。リトライは、第２の高調波信号による異常監視のリトライという意味である。第１の条件を満たすと判定すればメモリ５１０のＬＰＦ２０毎に設定された所定のアドレスに異常なしを示す第１のフラグを立てる。

第１の条件について説明する。高調波が混在していないときの電力信号に第１の高調波信号を加えて生成された第１の高調波重畳信号を、異常のない状態のアナログ信号処理部２に入力したときに、第２のＢＰＦ５１で抽出された第１の高調波成分の振幅を第１の基準振幅とする。第１の条件とは、第１の高調波成分の振幅が、第１の基準振幅に対して予め設定された範囲（設定範囲）、例えば±５％の範囲に入っているという条件である。第１の基準振幅のデータ、及び第１の条件の設定範囲の数値データは予めメモリ５１０に格納されており、高調波監視部５３はこれらのデータを読み出して利用する。

このような判定を行うのは、第１の高調波成分の振幅の変化の有無が、アナログ信号処理部２の特性変化の程度、すなわちアナログ信号処理部２の異常の有無の指標になるからである。第１の高調波成分の振幅が第１の条件の設定範囲以内にあれば、第１の高調波成分は第１の条件を満たすと判定する。一方、第１の高調波成分の振幅が第１の条件の設定範囲外にあれば、第１の高調波成分は第１の条件を満たさないと判定する。

高調波監視部５３は、高調波発生制御部５０へのリトライの通知後、第２のＢＰＦ５２で抽出された第２の高調波成分の振幅が第２の条件を満たすかどうかを判定する。なお、第２のＢＰＦ５２が第２の高調波成分の振幅を抽出するためには、所定の時間蓄積した第２の高調波重畳信号の時系列データが必要である。そのため、高調波監視部５３は、リトライの通知後、予め設定された時間待機した後に、第２の条件を満たすかどうかの判定を実行する。

第２の条件について説明する。高調波が混在していないときの電力信号に第２の高調波信号を加えて生成された第２の高調波重畳信号を、異常のない状態のアナログ信号処理部２に入力したときに、第２のＢＰＦ５１で抽出された第２の高調波成分の振幅を第２の基準振幅とする。第１の高調波信号と第２の高調波信号とは振幅が同じなので、第２の基準振幅は第１の基準振幅と同じである。第２の条件は、第２のＢＰＦ５１で抽出された第２の高調波成分の振幅が、第２の基準振幅に対して、設定された範囲（設定範囲）以内にあるという条件である。第２の基準振幅のデータは予めメモリ５１０に格納されている第１の基準振幅のデータである。以下では、第１の基準振幅と第２の基準振幅を区別せず基準振幅と呼ぶ。高調波監視部５３は基準振幅を読み出して利用する。第２の条件の設定範囲は、第１の条件の設定範囲に、後述する補正値を加えることにより得られる範囲であり、高調波監視部５３により設定される。この補正値は、第２の条件の設定範囲を、電力信号に周波数ｆ_１の高調波信号が元々混在している場合に対応させるためのものである。

補正値は、例えば以下のように設定される。高調波監視部５３は、第１の高調波成分の振幅が、第１の条件を満たさないと判定すると、第１の高調波成分の振幅が基準振幅から逸脱した程度を逸脱値として算定する。高調波監視部５３は、補正値を例えば逸脱値の符号を反転させた値として設定する。

高調波監視部５３は、第２の高調波成分が第２の条件を満たすと判定したときは、メモリ５１０のＬＰＦ２０毎に予め設定されたアドレスに「異常無し」を示す第１のフラグを立て、第２の高調波成分が第２の条件を満たさないと判定したときは、メモリ５１０の同アドレスに「異常有り」を示す第２のフラグを立てる。

異常判定部５４は、第１又は第２のフラグを立てるメモリ５１０の前記アドレスを検索し、第２のフラグが一つでも設定されていれば、「異常有り」と判断し、異常信号を外部の図示しない表示装置又は/及びスピーカーに出力し、アナログ信号処理部２に異常があった旨を通知する。この通知には、異常のあったＬＰＦ２０を特定できる情報を含めてもよい。全てのＬＰＦ２０に対応して、第１のフラグが設定されていれば、異常なしと判断し、外部の図示しない表示装置又は/及びスピーカーに、アナログ信号処理部２に異常がなかった旨を出力してもよいし、何も出力しなくてもよい。第１及び第２のフラグは、その判定日時を含めて出力してもよく、判定日時も含めてメモリ５１０に記録保存してもよい。

第２のディジタル処理部５を構成する、図２に示すハードウェア構成について詳細に説明する。

メモリ５１０はＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）及び／又はフラッシュメモリなどで構成され、異常監視装置４の機能を含めた第２の処理部５の動作に係るプログラム、更に第１の高調波の振幅、第２の高調波の振幅、ディジタルフィルタ処理に使用される処理式、第１の基準振幅、及び第１の条件に関するデータ等を格納し、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５００に対して、各種処理の際のワークエリアを提供する。

ＣＰＵ５００は、メモリ５１０に記憶されているプログラムを読み出して処理することにより、第２のディジタル処理部５の各構成要素の機能を実現する。プログラムは全体制御のプログラム、ディジタルフィルタ処理に関するプログラム、ディジタルフィルタ処理により抽出された第１及び第２の高調波成分の振幅を求める処理に係るプログラム、各種判定に係る処理プログラム、高調波発生制御に係るプログラムなどを含む。ＣＰＵ５００は、入力回路５２０を介してＡＤＣ２２からの時系列データを読み込む。更に、プログラムの実行時に時系列データと共にメモリ５１０に格納されたデータを利用する。入力回路５２０は、スイッチ等を介して各種の指示も入力する。ＣＰＵ５００は、これらの入力に関する処理も行う。更に、ＣＰＵ５００は、出力回路５３０を介して、高調波発生回路４１の制御信号の送信、遮断器６への遮断信号の送信、及び外部表示装置等への異常信号の送信を行う。

次に、異常監視装置４の動作を、図１を参照しつつ、図４に示す第２のディジタル処理部５の異常監視処理のフロー図に沿って説明する。図４のフロー図は以下の説明と合わせて異常監視方法も示す。異常監視の対象となるＬＰＦ２０の全数をＪｍとすると、図４において、Ｊは１〜Ｊｍのいずれかの値である。Ｋは、第１の高調波信号と第２の高調波信号及びこれらに関連する量又は条件を区別するために使用されるパラメータである。Ｋ＝１のとき、第１の高調波信号に関連する量又は条件を示し、Ｋ＝２のとき第２の高調波信号に関連する量又は条件を示す。

異常監視処理は、異常監視開始の指示の入力の都度、又は一定周期で実行される。異常監視開始の指示は、外部から図２の入力回路５２０を介して異常監視装置４の第２のディジタル処理部５に入力される。異常監視処理が開始されると、高調波発生制御部５１は、Ｊと、Ｋとにそれぞれ「１」を設定する（ステップＳ１）。次に、高調波発生回路４１に、第Ｋの高調波信号、すなわち第１の高調波信号を発生させ出力させる第１の指示を出す（ステップＳ２）。

第１の指示を受けて高調波発生回路４１は、第１の高調波信号を発生し出力する。高調波発生回路４１から出力された第１の高調波信号は、複数の加算部４０にそれぞれ入力される。複数の加算部４０には、それぞれ送配電線毎に対応する電力信号（図１２に示す信号Ａｃ又は信号Ａｖ）が入力されている。各加算部４０は、入力された電力信号と第１の高調波信号とから生成した第１の高調波重畳信号をＬＰＦ２０に出力する。第１の高調波重畳信号は、ＬＰＦ２０によるフィルタ処理後、ＭＰＸ２１とＡＤＣ２２とを経由してディジタル値に変換される。ＭＰＸ２１は、送配電線毎のＬＰＦ２０の出力を自動で切り替えて逐次ＡＤＣ２２に出力する。

ＭＰＸ２１による切替により、ＡＤＣ２２の出力は送配電線毎の、換言すればＬＰＦ２０毎の時系列データとして第２のＢＰＦ５１に入力される。第２のＢＰＦ５１は、ＬＰＦ２０毎の時系列データから、ディジタルフィルタ処理により、ＬＰＦ２０毎に第１の高調波成分を抽出する（ステップＳ３）。ディジタルフィルタ処理に係る数式は処理プログラムの形で予めメモリ５１０に格納されており、第２のＢＰＦ５１は、これを読み出して使用する。

次に、ステップＳ４に進み、Ｋ＝１なので（ステップＳ４；ＮＯ）ステップＳ６の処理が実行される。すなわち、高調波監視部５３は、第２のＢＰＦ５２で抽出されたＪ番目のＬＰＦ２０の出力に対する第Ｋの高調波成分の振幅を算定し、その振幅が第Ｋの条件を満たすかどうかを判定する（ステップＳ６）。ここではＫ＝１なので、高調波監視部５３は、第Ｋの条件、すなわち第１の条件、従って第１の範囲に係る数値をメモリ５１０から読み出して使用する。第Ｋの高調波成分の振幅が、第１の範囲以内にあれば、すなわち第Ｋの条件を満たせば（ステップＳ６；ＹＥＳ）、Ｊ番目のＬＰＦ２０に対して、メモリ５１０のＬＰＦ２０毎に設定されたアドレスに「異常なし」を示す第１のフラグを設定する（ステップＳ１０）。次に、高調波監視部５３は、ＪがＪｍに等しいかどうか、すなわち、ＬＰＦ２０の出力に対する上記処理が、設置されたＪｍ個全てのＬＰＦ２０の出力に対して完了したかどうかを判定する（ステップＳ１２）。完了していれば、すなわちＪ＝Ｊｍであれば（ステップＳ１２；ＹＥＳ）、ステップＳ１４の異常判定に移行する。完了していなければ、すなわちＪ＝Ｊｍでなければ（ステップＳ１２；ＮＯ）Ｊ＝Ｊ＋１として（ステップＳ１３）、ステップＳ６に戻り、Ｊ＋１番目のＬＰＦ２０の出力に対する処理を行う。

高調波監視部５３は、第２のＢＰＦ５２で抽出されたＪ番目のＬＰＦ２０の出力に対する第Ｋの高調波成分の振幅が第Ｋの条件を満たさなければ、すなわち、ここではＫ＝１なので、第１の高調波成分の振幅が第１の条件を満たさなければ（ステップＳ６；ＮＯ）、Ｋが１であるかどうかを判定する（ステップＳ７）。ここではＫ＝１なので（ステップＳ７；ＹＥＳ）、高調波監視部５３は、高調波発生制御部５１にリトライの通知を出し（ステップＳ８）、Ｋを１増加させてＫ＝２として（ステップＳ９）、ステップＳ２以降の処理を実行する。すなわち、ステップＳ７では、これまでの異常監視が第１の高調波信号を使用して実施されたものであることを確認し、ステップＳ８ではリトライの通知を行うことにより、第２の高調波信号によるステップＳ２以降の異常監視処理に移行する。

高調波発生制御部５１は、ステップＳ８で高調波監視部５３から出されたリトライの通知を受け、高調波発生回路４１に第２の高調波信号を発生させ出力させる第２の指示を出す（ステップＳ２）。第２の高調波信号は、図３で説明したように、第１の高調波信号と同じ周波数と振幅を持ち、第１の高調波信号に対する位相差が１８０度の信号である。ステップＳ３では、第２の高調波重畳信号から、第２の高調波成分が抽出される。その具体的な処理内容は、既に説明した第１の高調波信号に関する記載中、「第１の」を「第２の」と読み替えればよい。なお、抽出する高調波成分は第１の高調波成分と同じ周波数成分である。次に、ステップＳ４に進むが、ここではＫ＝２であるから（ステップＳ４；ＹＥＳ）、高調波監視部５３は、既に説明した通り、補正値を求め、第２の条件を設定する（ステップＳ５）。ステップＳ６の処理内容は、既に説明した第１の高調波信号に対する記載中、第１の高調波信号を第２の高調波信号と、第１の条件を第２の条件と読み替えればよい。

第２の高調波成分の振幅が第２の条件を満たすときは（ステップＳ６；ＹＥＳ）、ステップＳ１０に進む。このときのステップＳ１０、及びステップＳ１２以降の処理内容は、第１の高調波信号について説明したステップＳ１０、及びステップＳ１２以降の処理内容において、「第１」を「第２」に読み替えたものとなる。第２の高調波成分の振幅が第２の条件を満たさないときは（ステップＳ６；ＮＯ）ステップＳ７に進む。今、Ｋ＝２なので（ステップＳ７；ＮＯ）、高調波監視部５３は、Ｊ番目のＬＰＦ２０に異常が有ることを示す第２のフラグをメモリ５１０の予め決められたアドレスに設定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１２の処理は既に説明したとおりである。ステップＳ１２でＹＥＳの判定のとき、すなわち、設置されたＪｍ個全てのＬＰＦ２０の出力に対しての処理が完了しているとき、異常判定部５４は異常の判定を実行する（ステップＳ１４）。異常の判定は、メモリ５１０の予め決められたアドレスに第２のフラグが設定されているときは該当するＬＰＦ２０に対して「異常有り」と判定し、第１のフラグが設定されているときは該当するＬＰＦ２０に対して「異常なし」と判定する。異常判定部５４はこの判定結果に基づき、異常信号を表示装置等に出力する。

図５（ａ）〜（ｄ）に示す４ケースの具体例により、高調波監視部５３が実行する第１の条件による判定と、その後のリトライ時の第２の条件による判定について説明する。図５（ａ）〜（ｄ）に示す各ケースとも横軸は周波数、縦軸はその周波数の成分の振幅（レベル）を示す。横軸の周波数ｆ_１は監視用に使用する第１の高調波成分及び第２の高調波成分の周波数を示す。図５（ａ）は第１の条件に関する判定を説明するための図である。図５（ｂ）〜（ｄ）の左側の図は第１の条件に関する判定を、右側の図は第２の条件に関する判定を説明するための図である。第１の条件の設定範囲は基準振幅の９５−１０５％（すなわち±５％）とする。

図５（ａ）に示すケースでは、第１の高調波成分の振幅が基準振幅の１０２％である場合で、第１の高調波成分の振幅は第１の条件の設定範囲以内にある。そのため、高調波監視部５３は、第１の高調波成分は第１の条件を満たすと判定する。このときは、高調波監視部５３は、異常なしを示す第１のフラグを立て、リトライの通知は出さない。従って、第２の高調波成分による異常監視のリトライ、すなわちリトライ監視は実行されない。異常判定部５４は、第１のフラグを参照し、アナログ信号処理部２に異常はないと判定する。

図５（ｂ）〜（ｄ）に示すケースにおいては、いずれも第１の高調波成分の振幅が、基準振幅の９０％であるとした。このときは、第１の高調波成分の振幅は、第１の条件の設定範囲外にある。従って、図５（ｂ）〜（ｄ）に示すケースでは、高調波監視部５３は、第１の高調波成分の振幅は第１の条件を満たさないと判定する。このとき、高調波監視部５３は、高調波発生制御部５１にリトライの通知を出すと共に第２の条件を設定する。図５（ｂ）〜（ｄ）のいずれのケースにおいても、第１の高調波成分の振幅が、基準振幅から逸脱した値である逸脱値は−１０％である。従って、補正値を逸脱値の符号を反転した値＋１０％として、第２の条件の設定範囲は、第１の条件の設定範囲に補正値を加えて得られる、基準振幅の１０５−１１５％となる。

図５（ｂ）〜（ｄ）に示すケースにおいては、第１の高調波成分の振幅の基準振幅に対する逸脱値は共通であるが、逸脱した原因の内訳が異なる。以下では、説明の便宜上、逸脱した原因を混在高調波影響分と劣化分とに分ける。混在高調波影響分とは、電力信号に周波数ｆ_１の高調波成分が元々混在することにより、抽出された第１の高調波成分の振幅が、基準振幅に対して変化した割合のことを指す。劣化分とは、アナログ信号処理部２の特性変化により、第１の高調波成分の振幅が、基準振幅に対して変化した振幅のことを指す。なお、ここでは、この劣化分はゲイン変化であると仮定する。混在高調波影響分と劣化分のいずれに対しても、第１の高調波成分の振幅が、基準振幅に対して減少したときは−、増加したときは＋を付す。

正常時のアナログ信号処理部２に第１の高調波重畳信号を入力したときのアナログ信号処理部２の出力から第２のＢＰＦ５２で抽出された第１の高調波成分の振幅は第１の基準振幅と同じ１００％とする。また、正常時のアナログ信号処理部２に、第１の高調波信号と位相が１８０度異なる第２の高調波重畳信号を入力したときのアナログ信号処理部２の出力から第２のＢＰＦ５２で抽出された第２の高調波成分の振幅はその位相差１８０度を考慮して−１００％とする。混在高調波影響分はＸ％、アナログ信号処理部２の劣化分はＹ％とする。これらは、リトライ監視前もその直後のリトライ監視時も変化しないとする。このとき、第１の高調波成分の振幅Ｈ_１とリトライ監視時の第２の高調波成分の振幅Ｈ_２は、それぞれ次の（１）、（２）式で表わすことができる。なお、（１）、（２）式は、理解を容易にするために、混在高調波の信号と第１の高調波信号との位相がそろっていることを仮定している。
Ｈ_１＝｜（１００＋Ｘ）＊（１００＋Ｙ）/１００｜ （１）
Ｈ_２＝｜（−１００＋Ｘ）＊（１００＋Ｙ）/１００｜ （２）

図５（ｂ）に示すケースでは、混在高調波影響分Ｘは−１０％、劣化分Ｙは０％とする。図５（ｃ）に示すケースでは、混在高調波影響分Ｘは−８％、劣化分Ｙは−２．２％とする。図５（ｄ）に示すケースでは、混在高調波影響分Ｘは−３％、劣化分Ｙは−７．２％とする。いずれも場合も、（１）式から、第１の高調波成分の振幅Ｈ_１は基準振幅の９０％になる。

高調波監視部５３に入力される第２の高調波成分の振幅は、（２）式から、図５（ｂ）に示すケースでは、基準振幅の１１０％、図５（ｃ）に示すケースでは、基準振幅の１０５．７％、図５（ｄ）に示すケースでは、基準振幅の９５．６％となる。これらの振幅を第２の条件の設定範囲と比べると、第２の高調波成分の振幅は、図５（ｂ）及び（ｃ）に示すケースでは第２の条件を満たすと判定され、異常判定部５４は異常なしと判定するが、図５（ｄ）に示すケースでは第２の条件を満たさないと判定され、異常判定部５４は異常と判定し異常信号を出力する。

図６は、図５で説明した内容を詳細に示したものである。図６（ａ）は、第１の高調波成分の振幅が基準振幅の９０％、すなわち逸脱値が−１０％のとき、図６（ｂ）は、第１の高調波成分の振幅が基準振幅の１１０％、すなわち逸脱値が＋１０％のときを例示している。第１の条件の設定範囲を±５％、すなわち基準振幅の９５〜１０５％とする。このときは図６（ａ）（ｂ）のいずれの場合も、第１の高調波成分の振幅は第１の条件を満たさない。従って、図６（ａ）、（ｂ）とも、第２の高調波信号によるリトライ監視が実行されるケースである。図６（ａ）、（ｂ）の第１の曲線は、（１）式において、Ｈ_１をそれぞれ９０％と１１０％にしたときの混在高調波影響分Ｘ％と劣化分Ｙ％との対応関係を示す。第２の曲線は、ＸとこのＸに対して第１の曲線で定まるＹとに対応して（２）式で決定される第２の高調波成分の振幅Ｈ_２を混在高調波影響分Ｘに対応させて示したものである。第１の曲線及び第２の曲線にそれぞれ付した黒色の矢印は、第１の曲線及び第２の曲線の縦軸が、それぞれの矢印で示す方向のグラフ端部に示されている量である、ということを示す。図６で範囲Ｈと記載された範囲は第２の条件の設定範囲を示す。範囲Ｈで示される第２の条件の設定範囲は、第１の条件の設定範囲、ここでは±５％、すなわち基準振幅の９５〜１０５％に、補正値を加えて求められる。補正値は、図６（ａ）の場合は＋１０％、図６（ｂ）の場合は−１０％となる。従って、範囲Ｈは、図６（ａ）の場合は１０５〜１１５％、図６（ｂ）の場合は８５〜９５％となる。

図６（ａ）の見方は、次の通りである。逸脱値−１０％の内、混在高調波影響分がａ％であるとする。そのときの劣化分は横軸ａ％に対応する第１の曲線上の点の右縦軸上の値ｂ％となる。更に、そのときの第２の高調波成分の振幅は、横軸ａ％に対応する第２の曲線上の点の左縦軸上の値ｈ％となる。値ｈ％が範囲Ｈ以内の値であれば、高調波監視部５３は、その監視対象のＬＰＦ２０については「異常なし」を示す第１のフラグをメモリ５１０の所定のアドレスに立てる。異常判定部５４は、アナログ信号処理部２の複数のＬＰＦ２０の全てに対して第１のフラグが設定されていれば、異常はないと判定する。値ｈ％が範囲Ｈ外の値であれば、高調波監視部５３は、監視対象のＬＰＦ２０に対して、メモリ５１０に「異常有り」を示す第２のフラグを立てる。異常判定部５４は、アナログ信号処理部２の複数のＬＰＦ２０毎に第２のフラグが設定されているかどうかを判定する。一つでも第２のフラグが設定されていれば、アナログ信号処理部２に異常が有ると判定する。

図６（ａ）、（ｂ）とも、第１の高調波成分の振幅による第１の条件による判定については、第１の条件を満たさないケースである。このような場合であっても、電力信号に元々高調波信号が混在していることにより、第１の条件を満たさないと判定される場合には、第２の高調波信号によりリトライ監視を実行することにより、ケースによっては第２の高調波成分の振幅が第２の条件を満たすと判定され、混在する高調波信号による判定への影響を除くことができる。

ここで、第２の曲線上で範囲Ｈに対応する横軸、すなわち混在高調波影響分の値の範囲を範囲Ａとし、第１の曲線上で範囲Ａに対応する右縦軸、すなわち劣化分の値の範囲を範囲Ｂとする。

図６（ａ）、（ｂ）に示す例では、混在する高調波信号による判定への影響を除くことができるケースとは、図６（ａ）、（ｂ）横軸、すなわち混在高調波影響分が範囲Ａに含まれ、且つ、右縦軸、すなわちアナログ信号処理部２の特性の変化を示す劣化分が範囲Ｂに含まれる場合である。図６に示す例では範囲Ｂはいずれも劣化分が小さい領域に対応している。すなわち、劣化分が小さいときは、混在高調波影響分が大きいことにより逸脱値が大きくなったとしても、異常判定部５４は、当該ＬＰＦ２０について異常とは判定しない。

第１の高調波成分の振幅の逸脱度が第１の条件の設定範囲外となるほど大きい場合で、その逸脱度の中の劣化分の値が範囲Ｂ外の値である場合、第２の高調波成分の振幅は第２の条件を満たさない。従って、異常判定部５４は、当該ＬＰＦ２０については異常有りと判定する。

このように、アナログ信号処理部２の特性の変化は小さいが、電力信号に混在する高調波信号により、抽出される高調波成分の振幅が基準振幅から大きく逸脱した場合に、誤って異常と判定される恐れが軽減される。この効果は、電力信号に高調波信号を重畳させて異常監視を行い、重畳された第１の高調波成分を抽出し、抽出した第１の高調波成分の振幅が第１の条件を満たさない場合には高調波信号の極性を反転させ、第２の条件を設定してリトライ監視を実施することにより得られる。

図５、６は電力信号に混在する高調波信号と異常監視用に電力信号に重畳する第１の高調波信号の位相がそろった場合の例であるが、混在高調波信号と第１の高調波信号の位相は必ずしもそろってはいない。しかし、図５、６で説明した効果は、第１の高調波信号と第２の高調波信号の位相が互いに１８０度異なることに起因するものである。すなわち、混在高調波信号と第１の高調波信号の位相が必ずしもそろっていない場合であっても、異常監視装置４は、程度の差はあるにせよ、上記と同様の効果を奏することができる。

なお、第１の高調波成分の振幅の逸脱値の程度により補正値は変わる。そのため、異常と判定されないときの劣化分の値の範囲は逸脱値により変化する。しかし、逸脱値が異なっても、アナログ信号処理部２の劣化分が小さいときには異常とは判定しない。

第２の高調波信号の発生の際の位相制御は、この位相制御は高調波信号の発生時刻の制御又は高調波信号の極性反転制御のみで実行できる。従って、診断用の高調波の周波数を３種類使用する先行文献１に記載されているような従来の異常診断装置に比べると、実施形態１に係るディジタル形保護リレーシステム１の装置構成は次の点で簡略化できる。まず、アナログ信号処理部２のＬＰＦ２０は１種類の周波数に対応したものだけでよい。また、異常監視装置４の高調波発生回路４１は高調波信号の周波数を１種類の周波数だけ利用すればよいので、比較的低い周波数に設定できる。そのため、単時間当たりのサンプリング数は少なくて済む。すなわち、本実施形態１に係る異常監視装置４によれば、図１に示すような簡単な異常監視装置４で、且つ図４に示す簡便な異常判定処理により、少ないサンプリング点数での処理が可能である。

このように構成された実施形態１に係る異常監視装置４又はこれに対応する異常監視方法は、これまで説明したように、重畳する高調波信号とおなじ周波数の高調波が電力信号に元々重畳している場合であっても、同じ周波数で位相が１８０度異なる第２の高調波信号を使用して異常の判定をリトライすることにより、アナログ信号処理部２の異常の有無に関する誤判定の確率を低減することができる。すなわち、実施形態１に係る異常監視装置４又は異常監視方法によれば、それぞれ簡便な装置又は方法により、間違った異常監視結果の生じる確率を低減できる。

図７に高調波発生回路４１の変形例を示す。この変形例に係る高調波発生回路４１は、ＬＰＦ４２０の後に、切替スイッチ（切替ＳＷ）４４０と、反転回路４５０とを追加して備える。その他の構成要素は既に説明したとおりである。

切替ＳＷ４４０は、高調波発生制御部５１の制御により、ＬＰＦ４２０の出力が、その後に設置される反転回路４５０を経由するか、それともバイパスするかを切り替える。

反転回路４５０は、入力信号の極性を反転する、従って入力信号の位相を１８０度ずらす回路である。すなわち、高調波発生回路４１は、反転回路４５０を経由させないときのＬＰＦ４２０の出力を第１の高調波信号とし、反転回路４５０を経由させるときのＬＰＦ４２０の出力を第２の高調波信号として出力する。

図７に示す変形例に係る高調波発生回路４１を備えた異常監視装置４は、これまでの説明と同様に第２の高調波信号を発生させることができるので、これまで説明した効果と同様の効果を奏することができる。

また、第２の条件を求める際の補正値はこれまでの説明に限定されない。逸脱値に基づいて設定されていればどのように定めてもよい。このことは図６（ａ）、（ｂ）を参照すると理解できる。補正値を変えると範囲Ｈの位置と幅が変わるだけであり、第１の曲線及び第２の曲線を介して範囲Ａ、Ｂは存在する。すなわち、アナログ信号処理部２の特性の変化は小さいが、電力信号に混在する高調波信号により、抽出される高調波成分の振幅が基準振幅から大きく逸脱した場合に、誤って異常と判定されることが防止され得る。

上記説明では第１の条件として、第１の基準振幅に対する増減範囲を設定範囲としたが、第１の条件はこのような条件に限定されない。第１の条件を第１の基準振幅（＝基準振幅）のある割合以上としてもよい。この場合は、第２の条件も、第２の基準振幅（＝基準振幅）に対して第１の条件と同様に予め設定しておく。従って、補正値を算定する必要はない。ある割合は例えば５０％とする。

すなわち第１の高調波成分の振幅が第１の基準振幅の５０％以上であれば、高調波監視部５３は、異常なしを示す第１のフラグを立て、５０％未満であれば高調波発生制御部５１にリトライの通知を出す。５０％未満のときは第２の高調波信号によるリトライ監視が実行される。このとき第２のＢＰＦ５２で抽出された第２の高調波成分に対する振幅が第２の基準振幅の５０％以上であれば、高調波監視部５３は、異常なしを示す第１のフラグをメモリ５１０に設定し、５０％未満であれば第２のフラグをメモリ５１０に設定する

この判定は、第１の条件による判定とその後の第２の条件による判定を簡略化したものである。このように簡略化した場合であっても、重畳する高調波信号の極性を反転させてリトライ監視を行うことにより、電力信号に元々混在する高調波信号により、アナログ信号処理部２に異常が生じていると誤って判定される確率を低減することができるとともに、より簡便な異常判定処理が可能となる。

なお、リトライの通知がなされると、高調波発生回路４１では電力信号に重畳する高調波信号の切替が発生する。これに伴う過渡現象により、加算部２０の出力が変動し、その結果、遮断判定部３１で異常と判定し、遮断信号を出力するという誤動作が生じる恐れがある。これを防止するために、高調波発生制御部５１で、高調波信号の切り換え制御を行うときに、所定時間、遮断判定部３１の動作を停止させてもよい。

異常監視対象であるアナログ信号処理部２のＭＰＸ２１は、図１では複数のＬＰＦ２０の出力を１台のＡＤＣ２２でディジタル化するために設けてある。アナログ信号処理部２は、ＡＤＣ２２をＬＰＦ２０の数だけ装備してＭＰＸ２１を省いた構成であってもよい。

実施形態１の各種の変形例に係る異常監視装置４及びこれに対応する異常監視方法においても、異常判定に使用する周波数は１種類のみであり、第１の高調波信号により異常の判定を行い、その結果、異常という判定が得られたときに、位相のみ１８０異なる第２の高調波信号を利用してリトライ判定を実施するという点は共通である。従って、変形例に係る異常監視装置４及び異常監視方法は、これまでの説明と同様の効果を奏することができる。

（実施形態２）
図８に実施形態２に係る異常監視装置４を示す。実施形態１の異常監視装置４との相違点は、異常監視装置４が同期部５０を備えていることである。その他については実施形態１の場合と同じであり、その機能も相違点に関連する機能を除くと実施形態１の場合と同じである。以下では相違点についてのみ説明する。

同期部５０は、ＡＤＣ２２の出力であるディジタルデータを時系列データとして入力するとともに、ＡＤＣ２２にＭＰＸ２１を介して入力されるＬＰＦ２０の出力のサンプリングタイミング信号をＡＤＣ２２に出力する。ＡＤＣ２２は、このサンプリングタイミング信号に従って、ＬＰＦ２０の出力をサンプリングし、ディジタル化して出力する。同期部５０は、サンプリングタイミング信号出力時刻、すなわちサンプリング時刻とＡＤＣ２２から入力したディジタルデータとをセットにした時系列データからＡＤＣ２２の出力のゼロクロス点の時刻Ｔ_ｚを算定し、算定結果を高調波発生制御部５１に送信する。

実施形態２における高調波発生制御部５１は、図９に示すように、高調波監視部５３とともに同期部５０とも接続される。高調波発生制御部５１は、高調波監視部５３からのリトライの指示がない状態では、同期部５０から送信される情報である時刻Ｔ_ｚを受けて算定した時刻に、高調波発生回路４１に第１の指示を送信する。高調波発生回路４１は、算定された送信時刻に送信された第１の指示を受けて高調波信号を発生する。この高調波信号は、電力信号に対して所定の位相Δξで同期した第１の高調波信号となる。また、高調波発生制御部５１は、高調波監視部５３からのリトライの指示を受けると、同期部５０から送信される情報である時刻Ｔ_ｚを受けて設定した他の時刻に、高調波発生回路４１に第２の指示を送信する。高調波発生回路４１は、他の送信時刻に送信された第２の指示を受けて高調波信号を発生する。この高調波信号は、電力信号に対して位相差Δξで同期した第１の高調波信号に対して、位相差が１８０度の信号である第２の高調波信号となる。

所定の位相差Δξは下記（３）〜（５）式に示すいずれかの位相差Δξである。
第1の高調波信号の周波数ｆ_１を電力信号の基本周波数ｆ_０のｍ次の高調波周波数とすると、電力信号の基本周波数の位相を基準として、
ｍが偶数値のとき
Δξ＝９０°×ｎ／ｍ（ｎ＝０以上のいずれかの偶数値） （３）
ｍが奇数値のときで
ｍ＝３＋４×ｊ（ｊ＝０以上のいずれかの整数値）の場合
Δξ＝１８０°×ｎ／ｍ（ｎ＝０以上のいずれかの偶数値） （４）
ｍ＝５＋４×ｊ（ｊ＝０以上のいずれかの整数値）の場合
Δξ＝１８０°×（ｎ−１）／ｍ（ｎ＝０以上のいずれかの偶数値） （５）

高調波発生制御部５１は、高調波発生回路４１に、電力信号に対して位相差Δξとなるような第１の高調波信号を発生させるために、次式（６）に従って設定した時刻Ｔ_ｓに、第１の指示を高調波発生回路４１に送信する。
Ｔ_ｓ＝Ｔ_ｚ＋（Δξ／３６０＋ｎ）＊Ｔ−Δｔ_ｔ （６）
Ｔ_ｓ： 第１の指示の送信時刻
Ｔ_ｚ：電力信号のゼロクロス点時刻
Δξ：電力信号に対する高調波信号の位相差（式（３）〜（５）参照）
ｎ：任意の自然数
Ｔ：電力信号の基本周波数の周期
Δｔ_ｔ＝Δｔ_０＋Δｔ_１＋Δｔ_２：関連する部位の総遅延時間
Δｔ_０：加算部４０からＡＤＣ２２の出力までの信号の遅延時間
Δｔ_１：ＡＤＣ２２の出力を受けた同期部５０からのゼロクロス点時刻情報の出力の遅延時間
Δｔ_２：タイミング高調波発生制御部５１がゼロクロス点時刻情報を受信した後、高調波発生回路４１から高調波信号が出力されるまでの遅延時間

Δｔ_０、Δｔ_１、Δｔ_２は、予め実測され既知である。また、第２の高調波信号を発生させるための第２の指示の送信タイミングは実施形態１の場合と同様に設定される。

このような位相差Δξのとき、電力信号と第１の高調波信号の各ピーク位置、及び電力信号と第２の高調波信号の各ピーク位置がそれぞれ重ならず、第１の高調波重畳信号の振幅と第２の高調波重畳信号の振幅とを１セットとすると、１セット全体としては振幅が最も小さくなる。図１０は、電力信号に対して上記（３）式でｎ＝０、ｍ＝４のときの位相差Δξで同期させた高調波信号を電力信号に重畳したときの高調波重畳信号、すなわちＬＰＦ２０への入力信号の例である。図１０に示す高調波信号を第１の高調波信号とすると、図１０に示す高調波重畳信号は第１の高調波重畳信号である。図１０に示す高調波信号を第２の高調波信号としたときの、第２の高調波重畳信号は、図１０に示す高調波重畳信号の半周期分をそれぞれ鏡面対象に置き換えた波形と等しい。第１の高調波重畳信号、及び第２の高調波重畳信号のそれぞれの振幅は、１セット全体としては最小になる。

ある振幅の電力信号に重畳することのできる第１の高調波信号又は第２の高調波信号の振幅は、ＬＰＦ２０の信号入力部のダイナミックレンジで制約される。すなわち、電力信号に第１の高調波信号を重畳した第１の高調波重畳信号の振幅、又は電力信号に第２の高調波信号を重畳した第２の高調波重畳信号の振幅は、アナログ信号処理部２の信号入力部のダイナミックレンジ以下にしなければならない。第１の高調波重畳信号と第２の高調波重畳信号の振幅とを１セットとして最も小さくすることが出来るということは、その分、与えられた電力信号の振幅に対して、第１の高調波信号、従って第２の高調波信号の振幅を大きくすることが出来るということを意味する。その結果、実施形態２に係る異常監視装置４によれば、異常監視の精度が向上する。なお、実施形態２に係る異常監視装置４の動作、及び異常監視方法に対しては、図４のフロー図がそのまま適用できる。ただし、図４のステップＳ２では、高調波発生制御部５１は、第１及び第２の高調波信号を、電力信号に対して所定の位相差で同期して発生し出力するように指示する。すなわち、実施形態２に係る異常監視方法も、異常監視装置４と同様に、異常監視の精度が向上するという効果を奏する。

実施形態２に係る異常監視装置４は、実施の形態１に係る異常監視装置４よりも構成要素が１つ増えるが、互いに同じ周波数で、位相のみ１８０度異なる第１の高調波信号と第２の高調波信号とを使用して異常の判定を行うという点では実施形態１に係る異常監視装置４と同じである。従って、実施形態２に係る異常監視装置４においても、簡便な装置で、間違った異常監視結果の生じる確率を低減できるということは言うまでもない。更に、実施形態２に係る異常監視装置４に対応する異常監視方法も、実施形態１の場合と同様に、簡便に、間違った異常監視結果の生じる確率を低減できる。

同期部５０への入力は、ＡＤＣ２２の出力に限定されない。第１のＢＰＦ３０の出力としてもよい。この出力は電力信号の基本周波数成分のみになっている。そのため、位相差Δξの算定において本来必要とされる電力信号の基本周波数成分のゼロクロス点の情報を得ることができる。従って、第１の高調波重畳信号と第２の高調波重畳信号の振幅とを１セットとして最も小さくすることが出来る。

図８に示す同期部５０は第２のディジタル処理部５の１要素であり、ＣＰＵ５００、メモリ５１０、入力回路５２０等で構成され、その機能はプログラムを介したソフトウェアにより実現される。しかし、同期部５０はこのような構成には限定されない。第２のディジタル処理部５から独立したハードウェア、すなわちハードウェアで構成されたゼロクロス検出器を使用してもよい。

同期部５０を第２のディジタル処理部５から独立したハードウェアで構成するときは、その入力信号はＡＤＣ２２の出力であってもよいし、加算部４０の出力であってもよい。加算部４０の出力の場合は、同期部５０への入力信号はアナログ信号をそのまま入力することができる。

同期部５０に関する上記変形例によっても、ゼロクロス点の時刻を求めることができるので、実施形態２に係る異常監視装置４は実施形態２で説明した上記効果と同様の効果を奏することができる。

１ ディジタル形保護リレーシステム
２ アナログ信号処理部
３ ディジタル処理部、第１のディジタル処理部
４ 異常監視装置
５ 第２のディジタル処理部
６ 遮断器
７ トランス
８ 接地型計器用変圧器（ＥＶＴ；Earthed Voltage Transformer）
９ 零相変流器（ＺＣＴ；Zero-Phase-Sequence Current Transformer）
１０、１５ ディジタル形保護リレー装置
２０ アナログフィルタ（ＬＰＦ）
２１ マルチプレクサ（ＭＰＸ）
２２ アナログ／ディジタル変換器（ＡＤＣ）
３０ ディジタルフィルタ（ＢＰＦ）、第１のディジタルフィルタ（第１のＢＰＦ）
３１ 遮断判定部
４０ 加算部
４１ 高調波発生回路
５０ 同期部
５１ 高調波発生制御部
５２ 第２のディジタルフィルタ（第２のＢＰＦ）
５３ 高調波監視部
５４ 異常判定部
４１０ 高周波クロック（ＨＦ−ＣＬＫ）
４２０ ローパスフィルタ（ＬＰＦ）
４３０ スイッチ（ＳＷ）
４４０ 切替スイッチ（切替ＳＷ）
４５０ 反転回路
５００ 中央演算装置（ＣＰＵ）
５１０ メモリ
５２０ 入力回路
５３０ 出力回路
５４０ 内部バスライン

Claims (5)

1. 電力系統の保護用に設置されるディジタル形保護リレー装置を構成するアナログ信号処理部の異常を監視する異常監視装置であって、
   前記電力系統の電力信号の基本周波数よりも高い周波数の高調波信号を発生する高調波発生回路と、
   前記高調波発生回路が発生する前記高調波信号を、互いに周波数が同じで、位相が１８０度異なる第１の高調波信号と第２の高調波信号のいずれにするかを制御する高調波発生制御部と、
   前記電力信号に前記高調波信号を重畳して高調波重畳信号を生成する加算部と、
   前記アナログ信号処理部を経由した前記高調波重畳信号から、前記高調波信号と同じ周波数の高調波成分を抽出するディジタルフィルタ部と、
   抽出された前記高調波成分が、定められた条件を満たすかどうかを判定する高調波監視部と、
   前記高調波監視部での前記判定結果に基づき、前記アナログ信号処理部の異常の有無を判定する異常判定部と、を備え、
   前記高調波発生制御部は、前記高調波信号として前記第１の高調波信号を選択したときの前記高調波監視部の前記判定結果に応じて、前記高調波発生回路に、前記高調波信号として前記第２の高調波信号を発生させる制御を行う、
   ことを特徴とする異常監視装置。
2. 前記定められた条件は、前記高調波信号が前記第１の高調波信号のときは予め定められた第１の条件であり、前記高調波監視部の前記判定結果に応じて、前記高調波信号が前記第２の高調波信号となったときは、前記高調波監視部が、前記判定結果のでた時点で、前記第１の条件と、前記第１の高調波成分の前記第１の条件からの逸脱の程度とに基づき設定した第２の条件である、
   ことを特徴とする請求項１に記載の異常監視装置。
3. 前記電力信号の位相情報を取得する同期部を備え、
   前記高調波発生制御部は、前記同期部で取得された位相情報に基づき、前記高調波発生回路を制御して、前記電力信号に対して所定の位相差となるタイミングで同期させて前記第１の高調波信号と、前記第２の高調波信号とを発生させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の異常監視装置。
4. 前記第１の高調波信号は、前記電力信号のｍ次高調波信号であり、
   前記所定の位相差は、ｍの値に応じて、９０°×ｎ／ｍ（ｍ＝偶数、ｎ＝０以上の偶数）と、１８０°×ｎ／ｍ（ｍ＝３＋４×ｊ（ｊ＝０以上の整数）、ｎ＝０以上の偶数）と、１８０°×（ｎ−１）／ｍ（ｍ＝５＋４×ｊ（ｊ＝０以上の整数）、ｎ＝０以上の偶数）の、いずれかである、
   ことを特徴とする請求項３に記載の異常監視装置。
5. 電力系統の保護用に設置されるディジタル形保護リレー装置を構成するアナログ信号処理部の異常を監視する異常監視方法であって、
   前記電力系統の電力信号の基本周波数よりも高い周波数を有する第１の高調波信号を発生する第１の高調波信号発生ステップと、
   前記第１の高調波信号を前記電力信号に重畳した第１の高調波重畳信号を生成する第１の高調波重畳ステップと、
   前記アナログ信号処理部を経由した前記第１の高調波重畳信号から、前記第１の高調波信号の周波数を有する第１の高調波成分を抽出する第１の抽出ステップと、
   前記第１の抽出ステップで抽出された前記第１の高調波成分が第１の条件を満たすかどうかを判定する第１の高調波監視ステップと、
   前記第１の高調波監視ステップで前記第１の条件を満たさないと判定されたとき、前記第１の高調波信号と同じ周波数を有し、位相が１８０度異なる第２の高調波信号を更に発生する第２の高調波発生ステップと、
   前記第２の高調波信号を、前記電力信号に重畳した第２の高調波重畳信号を生成する第２の高調波重畳ステップと、
   前記アナログ信号処理部を経由した前記第２の高調波重畳信号から、前記第２の高調波信号の周波数を有する第２の高調波成分を抽出する第２の抽出ステップと、
   前記第２の抽出ステップで抽出された前記第２の高調波成分が第２の条件を満たすかどうかを判定する第２の高調波監視ステップと、
   前記第２の高調波監視ステップで前記第２の条件を満たさないと判定されたとき、前記アナログ信号処理部に異常があると判定し、前記第１の高調波監視ステップで前記第１の条件を満たすと判定されたとき、及び前記第２の高調波監視ステップで前記第２の条件を満たすと判定されたときは、異常なしと判定する装置異常判定ステップと、を備える、
   ことを特徴とする異常監視方法。

Images