JP7030621B2 - 保護制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、電力系統を保護するための保護制御装置に関する。

従来、電力系統で発生した事故または異常を検出する保護制御装置が使用されている。保護制御装置の信頼性向上のため、例えば、３つの保護リレー演算結果の多数決処理を行なうことによって出力を確定する２ out of ３構成の保護制御装置がしばしば用いられる。なお、２ out of ３構成等の多数決処理は、高信頼性が要求される原子炉保護系の点検にも用いられる。

例えば、特開昭６２－２２８９７９号公報（特許文献１）は、原子炉保護系の点検装置を開示している。原子炉保護系に含まれるロジック回路は、例えば、２ out of ３方式のロジック処理を行ない、３つの入力端子のうちの２端子に実信号が入力されたときに、ロジック信号を次段の１ out of Ｎ回路に与える。

特開昭６２－２２８９７９号公報

しかしながら、特許文献１は多重化回路の点検装置に関するものであり、２ out of ３方式のロジック回路を実現する３台の装置のうちの１台が不良になった場合に、残りの正常な装置により１ out of ２方式のロジック回路を実現する構成については何ら教示ないし示唆されていない。

本開示のある局面における目的は、３つの保護継電器のうちの１つに異常が発生した場合、より簡易に、２ out of ３構成から１ out of ２構成に変更することが可能な保護制御装置を提供することである。

ある実施の形態に従うと、電力系統を保護するための保護制御装置が提供される。保護制御装置は、電力系統から取得した電気量を用いて、電力系統を保護するための保護演算を実行する第１～第３保護継電器と、第１～第３保護継電器の各々からの制御信号に基づいて、電力系統に設けられた遮断器を開放するための指令信号を出力する出力回路とを備える。出力回路は、互いに並列接続された第１～第３回路を含む。第１～第３保護継電器のうちの少なくとも２つの保護継電器が動作した場合、第１～第３回路のうちのいずれかの回路は、指令信号を出力するように構成されている。第１保護継電器に異常が発生している場合であっても、第２および第３保護継電器のうちの少なくとも１つの保護継電器が動作した場合には、第２および第３回路のうちのいずれかの回路は、指令信号を出力するように構成されている。

本開示によると、３つの保護継電器のうちの１つに異常が発生した場合、より簡易に、２ out of ３構成から１ out of ２構成に変更することが可能となる。

実施の形態１に従う保護制御システムの構成例を示す図である。 実施の形態１に従う保護継電器のハードウェア構成の一例を示す図である。 比較例に従う出力回路を示す図である。 比較例に従うａ接点およびｂ接点の開閉制御方式を示す図である。 実施の形態１に従う出力回路を示す図である。 実施の形態２に従う出力回路を示す図である。 実施の形態２に従うａ接点およびｂ接点の開閉制御方式を示す図である。 実施の形態２に従う保護継電器の機能構成を説明するための図である。 実施の形態２に従う保護継電器に操作信号を与えた際の制御信号の出力状態を説明するための図である。 図９における出力状態に応じた各接点の開閉状態を示す図である。 実施の形態３に従う出力回路を示す図である。

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に従う保護制御システム１０００の構成例を示す図である。保護制御システム１０００は、保護制御装置１５０を用いて、電力系統（例えば、送電線）を保護するためのシステムである。

図１を参照して、保護制御システム１０００は、保護制御装置１５０と、遮断器５０と、電源８０とを含む。

遮断器５０は、電力系統に設けられており、当該電力系統での事故発生時に当該電力系統を保護するために開放される。具体的には、遮断器５０は、電源８０から電圧入力を受けることにより開放される。電源８０からの電圧入力は、遮断器５０を開放するための指令信号（すなわち、トリップ指令）に相当する。

保護制御装置１５０は、ディジタル型の保護リレー装置であり、例えば、電気所の内部に設置される。保護制御装置１５０は、送電線、母線および変圧器などの電気設備に関連した電流および電圧（すなわち、電気量）を収集し、その収集した電気量に基づいて電力系統の保護および制御を行なう。典型的には、電気所の内部には、保護制御装置１５０の他に、変圧器、計器用変流器、計器用変圧器等が設置されている。

保護制御装置１５０は、３つの保護継電器１０１，１０２，１０３と、出力回路４０とを含む。以下では、保護継電器１０１，１０２，１０３の各々に共通の構成や機能を説明する際には、それらを「保護継電器１００」と総称する。

保護継電器１００は、計器用変流器が測定した電流、および計器用変圧器が測定した電圧を取得する。保護継電器１００は、収集した電気量を用いて電力系統を保護するために必要な保護演算（例えば、リレー演算）を実行し、系統事故の発生有無を判定する。保護継電器１００は、電力系統において事故が発生したと判定した場合、出力回路４０からトリップ指令を出力させる。なお、電流および電圧のいずれか一方のみしか保護演算に使用されない場合は、保護継電器１００は、保護演算に必要な電流または電圧を取り込むように構成されていてもよい。

出力回路４０は、各保護継電器１００からの制御信号に基づいて開閉制御される複数の接点を含む。出力回路４０は、電力系統の事故発生時において、各保護継電器１００からの制御信号に基づいて、遮断器５０を開放するためのトリップ指令を出力する。具体的には、出力回路４０は、各保護継電器１００からの制御信号に従って複数の接点が閉成することにより、電源８０からの電圧入力（すなわち、トリップ指令）を遮断器５０に与える。出力回路４０の具体的な構成については後述する。

＜ハードウェア構成＞
図２は、実施の形態１に従う保護継電器１００のハードウェア構成の一例を示す図である。図２を参照して、保護継電器１００は、補助変成器７０と、ＡＤ（Analog to Digital）変換部７２と、ＣＰＵ９１と、ＲＡＭ９２と、ＲＯＭ９３と、ＤＩ回路９４と、入力インターフェイス（ＩＦ）９５と、通信インターフェイス（ＩＦ）９６と、ＤＯ部９８とを含む。これらは、バス９９で結合されている。

補助変成器７０は、計器用変流器および計器用変圧器から取り込んだ電気量を、リレー内部回路に適した電圧に変換して保護継電器１００に出力する。

ＡＤ変換部７２は、補助変成器７０から出力される電圧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７２は、アナログフィルタと、サンプルホールド回路と、マルチプレクサと、ＡＤ変換器とを含む。

アナログフィルタは、補助変成器７０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。サンプルホールド回路は、アナログフィルタ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。マルチプレクサは、ＣＰＵ９１から入力されるタイミング信号に基づいて、サンプルホールド回路から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡＤ変換器に入力する。ＡＤ変換器は、マルチプレクサ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変換器は、ディジタル変換した波形信号（ディジタルデータ）をＣＰＵ９１へ出力する。

ＣＰＵ９１は、予めＲＯＭ９３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、保護継電器１００を制御する。なお、ＲＯＭ９３には、ＣＰＵ９１によって用いられる各種情報が格納されている。ＣＰＵ９１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。

ＣＰＵ９１は、バス９９を介して、ＡＤ変換部７２からディジタルデータを順次ＲＡＭ９２に格納する。ＣＰＵ９１は、ＲＯＭ９３に格納されているプログラムに従って、ＲＡＭ９２から必要なディジタルデータを読み出し、当該読み出したディジタルデータを用いて保護演算を行ない、保護区間（例えば、送電線）の事故の有無を判定する。すなわち、ＣＰＵ９１は、保護継電器１００の動作判定を実行する。

ＣＰＵ９１は、ある局面では、事故を検出した場合（例えば、演算値が整定値を上回っている場合）には、保護区間を保護するために、ＤＯ部９８を介して出力回路４０の接点に対して制御信号を出力する。

ＤＩ回路９４は、例えば、遮断器５０の開閉状態を示す信号の入力を受ける。なお、図２の例では、ＤＩ回路９４が１つである構成について説明するが当該構成に限られない。保護継電器１００は、複数のＤＩ回路を有する構成であってもよい。

ＤＯ部９８は、ＤＯ回路９８＿１～９８＿Ｎを含む。ＤＯ回路９８＿１～９８＿Ｎは、それぞれ制御信号Ｄ１～Ｄｎを、出力回路４０に含まれる複数の接点に与える（すなわち、出力する）。換言すると、ＤＯ回路９８＿１～９８＿Ｎの各々は、当該ＤＯ回路に対応付けられた接点に制御信号を出力する。

入力インターフェイス９５は、典型的には、各種ボタン等であり、系統運用者からの各種操作を受け付ける。また、ＣＰＵ９１は、通信インターフェイス９６を介して、他の保護継電器１００あるいは他の外部装置と各種情報を送受信する。

＜出力回路の構成＞
（比較例）
図３および図４を用いて出力回路４０の比較例について説明する。図３は、比較例に従う出力回路４０を示す図である。具体的には、図３（ａ）には、３つの保護継電器１００が正常である場合の出力回路４０が示されている。図３（ｂ）には、保護継電器１０１が異常であって、保護継電器１０２，１０３が正常である場合の出力回路４０が示されている。図４は、比較例に従うａ接点およびｂ接点の開閉制御方式を示す図である。

図３を参照して、比較例に従う出力回路４０は、接点回路２００と、接点回路３００とを含む。接点回路２００および接点回路３００は、並列接続されている。

接点回路２００は、互いに並列接続された直列回路２０１，２０２，２０３を含む。直列回路２０１は、互いに直列接続されたａ接点１１ａおよびａ接点２１ａを含む。直列回路２０２は、互いに直列接続されたａ接点２２ａおよびａ接点３１ａを含む。直列回路２０３は、互いに直列接続されたａ接点３２ａおよびａ接点１２ａを含む。

接点回路３００は、互いに並列接続された直列回路３０１，３０２，３０３を含む。直列回路３０１は、ｂ接点２１ｂおよびｂ接点３１ｂを並列接続した並列回路３１１と、並列回路３１１に直列接続されたａ接点１３ａとを含む。直列回路３０２は、ｂ接点１１ｂおよびｂ接点３２ｂを並列接続した並列回路３１２と、並列回路３１２に直列接続されたａ接点２３ａとを含む。直列回路３０３は、ｂ接点１２ｂおよびｂ接点２２ｂを並列接続した並列回路３１３と、並列回路３１３に直列接続されたａ接点３３ａとを含む。

保護継電器１０１のＤＯ部９８は、制御信号をａ接点１１ａ，１２ａ，１３ａに与えることにより、これらのａ接点を閉成する。保護継電器１０１のＤＯ部９８は、制御信号をｂ接点１１ｂ，１２ｂに与えることにより、これらのｂ接点を開放する。

保護継電器１０２のＤＯ部９８は、制御信号をａ接点２１ａ，２２ａ，２３ａに与えることにより、これらのａ接点を閉成する。保護継電器１０２のＤＯ部９８は、制御信号をｂ接点２１ｂ，２２ｂに与えることにより、これらのｂ接点を開放する。

保護継電器１０３のＤＯ部９８は、制御信号をａ接点３１ａ，３２ａ，３３ａに与えることにより、これらのａ接点を閉成する。保護継電器１０３のＤＯ部９８は、制御信号をｂ接点３１ｂ，３２ｂに与えることにより、これらのｂ接点を開放する。

具体的には、各保護継電器１００は、図４に示すようにａ接点およびｂ接点の開閉を制御する。図４を参照して、保護継電器１００が正常である場合、かつ動作した場合にはａ接点が閉成状態となり、ｂ接点が開放状態となる。保護継電器１００が正常である場合、かつ不動作である場合にはａ接点およびｂ接点が開放状態となる。保護継電器１００が異常である場合にはａ接点が開放状態となり、ｂ接点が閉成状態となる。

詳細には、保護継電器１００は、正常時（例えば、装置電源が正常）において、保護演算により電力系統に事故が発生したと判定した場合には制御信号をａ接点に出力する。そのため、ａ接点は閉成状態（図４中の「Ｃｌｏｓｅ」に対応）となる。

一方、保護継電器１００は、正常時において、電力系統に事故が発生していないと判定した場合（すなわち、保護継電器１００を動作させないと判定した場合）には制御信号をａ接点に出力しない。そのため、ａ接点は開放状態（図４中の「Ｏｐｅｎ」に対応）となる。また、保護継電器１００が異常（例えば、装置電源が異常）である場合には制御信号が出力されないため、ａ接点は開放状態となる。

なお、保護継電器１００は、正常時には、保護演算の結果に関わらず（すなわち、保護継電器１００の動作、不動作に関わらず）、常に制御信号をｂ接点に出力することにより、ｂ接点を開放状態にする。一方、保護継電器１００が異常である場合には制御信号が出力されないため、ｂ接点は閉成状態となる。

再び、図３を参照して、出力回路４０からトリップ指令が出力される流れについて説明する。図３（ａ）を参照して、３つの保護継電器１００が正常である場合には、各ｂ接点１１ｂ，１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂには、常に制御信号が与えられており各ｂ接点は開放状態となる。そのため、トリップ指令は接点回路３００から出力されない。この場合、接点回路２００は、３つの保護継電器１００のうちの少なくとも２つが動作した場合にトリップ指令を出力する２ out of ３回路を構成している。

具体的には、保護継電器１０１および１０２が動作した場合には、直列回路２０１がトリップ指令を出力し（すなわち、トリップ指令を遮断器５０に与え）、保護継電器１０２および１０３が動作した場合には、直列回路２０２がトリップ指令を出力し、保護継電器１０３および１０１が動作した場合には、直列回路２０３がトリップ指令を出力する。

ここで、保護継電器１０１に異常が発生した場合には、図３（ｂ）に示すように、ａ接点１１ａ，１２ａ，１３ａは開放状態となり、ｂ接点１１ｂ，１２ｂは閉成状態となる。この場合、接点回路３００は、保護継電器１０２，１０３のうちの少なくとも１つが動作した場合にトリップ指令を出力する１ out of ２回路を構成している。具体的には、保護継電器１０２が動作した場合には直列回路３０２がトリップ指令を出力し、保護継電器１０３が動作した場合には直列回路３０３がトリップ指令を出力する。なお、保護継電器１０２および１０３が動作した場合には、直列回路２０２、直列回路３０２および直列回路３０３は、トリップ指令を出力する。

（実施の形態１に従う構成例）
上述した比較例によると、２ out of ３回路である接点回路２００と、３つの保護継電器１００のうちの１つに異常が発生した場合に１ out of ２回路となる接点回路３００とを単に並列接続した構成となっている。そのため、出力回路４０に設けられる接点数が多くなる。実施の形態１に従う構成例では、比較例よりも接点数を減らした構成について説明する。

図５は、実施の形態１に従う出力回路４０を示す図である。具体的には、図５（ａ）には、３つの保護継電器１００が正常である場合の出力回路４０が示されている。図５（ｂ）には、保護継電器１０１が異常であって、保護継電器１０２，１０３が正常である場合の出力回路４０が示されている。実施の形態１に従う構成例におけるａ接点およびｂ接点の開閉制御方式は、図４に示す開閉制御方式と同じである。

図５を参照して、実施の形態１に従う出力回路４０は、保護継電器１０１により開閉制御されるａ接点１１ａ，１２ａおよびｂ接点１１ｂ，１２ｂと、保護継電器１０２により開閉制御されるａ接点２１ａ，２２ａおよびｂ接点２１ｂ，２２ｂと、保護継電器１０３により開閉制御されるａ接点３１ａ，３２ａおよびｂ接点３１ｂ，３２ｂとを含む。

出力回路４０は、互いに並列接続された直列回路４０１，４０２，４０３を含む。直列回路４０１は、ａ接点２２ａ、ｂ接点２１ｂおよびｂ接点３１ｂを並列接続した並列回路４１１と、並列回路４１１に直列接続されたａ接点１１ａとを含む。直列回路４０２は、ａ接点３２ａ、ｂ接点３２ｂおよびｂ接点１１ｂを並列接続した並列回路４１２と、並列回路４１２に直列接続されたａ接点２１ａとを含む。直列回路４０３は、ａ接点１２ａ、ｂ接点１２ｂおよびｂ接点２２ｂを並列接続した並列回路４１３と、並列回路４１３に直列接続されたａ接点３１ａとを含む。

図５（ａ）を参照して、３つの保護継電器１００が正常である場合には、各ｂ接点１１ｂ，１２ｂ，２１ｂ，２２ｂ，３１ｂ，３２ｂは開放状態となる。この場合、出力回路４０は、２ out of ３回路を構成している。具体的には、３つの保護継電器１００のうちの少なくとも２つが動作した場合に、直列回路４０１～４０３のうちのいずれかの回路は、トリップ指令を出力するように構成される。

詳細には、各保護継電器１０１，１０２が動作した場合には各ａ接点２１ａ，２２ａが閉成されるため、直列回路４０１がトリップ指令を出力する。各保護継電器１０２，１０３が動作した場合には各ａ接点２１ａ，３２ａが閉成されるため、直列回路４０２がトリップ指令を出力する。各保護継電器１０３，１０１が動作した場合には各ａ接点３１ａ，１２ａが閉成されるため、直列回路４０３がトリップ指令を出力する。各保護継電器１０１～１０３が動作した場合には各ａ接点１２ａ，２１ａ，３１ａが閉成されるため、各直列回路４０１～４０３がトリップ指令を出力する。

なお、電力系統の事故発生時において保護継電器１００が正常である場合には、ＣＰＵ９１は、保護演算により電力系統に事故が発生したと判定して（すなわち、保護継電器１００を動作させると判定して）、制御信号をａ接点に出力する。したがって、電力系統の事故発生時において、３つの保護継電器１００のうちの少なくとも２つの保護継電器が正常に判定できる状態である場合には、直列回路４０１～４０３のうちのいずれかの回路が、トリップ指令を出力する。

一方、保護継電器１０１に異常が発生している場合には、図５（ｂ）に示すように、ａ接点１１ａ，１２ａは開放状態となり、ｂ接点１１ｂ，１２ｂは閉成状態となる。この場合、出力回路４０は、１ out of ２回路を構成している。具体的には、保護継電器１０１に異常が発生している場合であっても、２つの保護継電器１０２および１０３のうちの少なくとも１つの保護継電器が動作した場合には、直列回路４０２および４０３のうちのいずれかの回路は、トリップ指令を出力するように構成される。

具体的には、保護継電器１０２が動作した場合にはａ接点２１ａが閉成されるため、直列回路４０２がトリップ指令を出力し、保護継電器１０３が動作した場合にはａ接点３１ａが閉成されるため、直列回路４０３がトリップ指令を出力する。保護継電器１０２および１０３が動作した場合には、直列回路４０２および４０３がトリップ指令を出力する。

実施の形態１によると、３つの保護継電器のうちの１つに異常が発生した場合、保護制御装置１５０を、２ out of ３構成から１ out of ２構成に自動的に変更することができる。また、比較例では、保護継電器１００ごとに、ａ接点が３つ、ｂ接点が３つ必要であったが、実施の形態１では、保護継電器１００ごとに、ａ接点数が２つ、ｂ接点が２つでよい。そのため、実施の形態１では比較例よりも接点数を削減できる。

実施の形態２．
実施の形態２では、実施の形態１とは異なる出力回路４０の構成例について説明する。具体的には、実施の形態２では、実施の形態１に従う出力回路４０の構成よりもさらに接点数を削減した構成について説明する。実施の形態２に従う＜全体構成＞および＜ハードウェア構成＞については実施の形態１と同様である。

＜出力回路の構成＞
図６は、実施の形態２に従う出力回路４０を示す図である。具体的には、図６（ａ）には、３つの保護継電器１００が正常である場合の出力回路４０が示されている。図６（ｂ）には、保護継電器１０１が異常であって、保護継電器１０２，１０３が正常である場合の出力回路４０が示されている。図７は、実施の形態２に従うａ接点およびｂ接点の開閉制御方式を示す図である。

図６を参照して、実施の形態２に従う出力回路４０は、保護継電器１０１により開閉制御されるａ接点１１ａおよびｂ接点１１ｂ，１２ｂと、保護継電器１０２により開閉制御されるａ接点２１ａおよびｂ接点２１ｂ，２２ｂと、保護継電器１０３により開閉制御されるａ接点３１ａおよびｂ接点３１ｂ，３２ｂとを含む。

出力回路４０は、互いに並列接続された直列回路５０１，５０２，５０３を含む。直列回路５０１は、ｂ接点２１ｂおよびｂ接点３１ｂを並列接続した並列回路５１１と、並列回路５１１に直列接続されたａ接点１１ａとを含む。直列回路５０２は、ｂ接点３２ｂおよびｂ接点１１ｂを並列接続した並列回路５１２と、並列回路５１２に直列接続されたａ接点２１ａとを含む。直列回路５０３は、ｂ接点１２ｂおよびｂ接点２２ｂを並列接続した並列回路５１３と、並列回路５１３に直列接続されたａ接点３１ａとを含む。

各保護継電器１００は、図７に示すようにａ接点およびｂ接点の開閉を制御する。図７に示すａ接点の開閉制御方式は、図４に示すａ接点の開閉制御方式と同様である。すなわち、保護継電器１００が正常である場合、保護継電器１００は、動作時に制御信号をａ接点に出力してａ接点を閉成させ、不動作時に制御信号をａ接点に出力せずａ接点を開放させる。保護継電器１００が異常である場合には制御信号が出力されないため、ａ接点は開放状態となる。

一方、ｂ接点の開閉制御方式は、図４で説明した制御方式と異なる。保護継電器１００が正常である場合、かつ動作した場合にはｂ接点が閉成状態となり、保護継電器１００が正常である場合、かつ不動作である場合にはｂ接点が開放状態となる。保護継電器１００が異常である場合にはｂ接点が閉成状態となる。

具体的には、保護継電器１００は、正常時において、保護演算により電力系統に事故が発生したと判定した場合（すなわち、保護継電器１００を動作させると判定した場合）であっても制御信号をｂ接点に出力しない。これにより、ｂ接点は閉成状態となる。一方、保護継電器１００は、正常時において、保護演算により電力系統に事故が発生していないと判定した場合には制御信号をｂ接点に出力する。これにより、ｂ接点は開放状態となる。なお、保護継電器１００が異常である場合には制御信号が出力されないため、ｂ接点は閉成状態となる。

実施の形態２においては、保護継電器１００が正常である場合、動作時にｂ接点が閉成され、不動作時にｂ接点が開放される。そのため、図６（ａ）に示す出力回路４０は、３つの保護継電器１００のうちの少なくとも２つが動作した場合にトリップ指令を出力する２ out of ３回路を構成しつつ、１ out of ２回路を構成している。

具体的には、保護継電器１０１および１０２が動作した場合にはａ接点１１ａおよびｂ接点２１ｂが閉成されるため、直列回路５０１がトリップ指令を出力する。保護継電器１０２および１０３が動作した場合にはａ接点２１ａおよびｂ接点３２ｂが閉成されるため、直列回路５０２がトリップ指令を出力する。保護継電器１０３および１０１が動作した場合にはａ接点３１ａおよびｂ接点１２ｂが閉成されるため、直列回路５０３がトリップ指令を出力する。保護継電器１０１、１０２および１０３が動作した場合には、直列回路５０１～５０３がトリップ指令を出力する。

なお、電力系統の事故発生時において保護継電器１００が正常である場合には、ＣＰＵ９１は、保護演算により電力系統に事故が発生したと判定して、ａ接点には制御信号を出力するが、ｂ接点には制御信号を出力しない。したがって、電力系統の事故発生時において、３つの保護継電器１００のうちの少なくとも２つの保護継電器が正常である場合には、直列回路５０１～５０３のうちのいずれかの回路が、トリップ指令を出力する。

一方、保護継電器１０１に異常が発生している場合には、図６（ｂ）に示すように、ａ接点１１ａは開放状態となり、ｂ接点１１ｂ，１２ｂは閉成状態となる。この場合、出力回路４０は、１ out of ２回路を構成している。具体的には、２つの保護継電器１０２および１０３のうちの少なくとも１つの保護継電器が動作した場合には、直列回路５０２および５０３のうちのいずれかの回路は、トリップ指令を出力するように構成される。

具体的には、保護継電器１０２が動作した場合にはａ接点２１ａが閉成されるため直列回路５０２がトリップ指令を出力し、保護継電器１０３が動作した場合には接点３１ａが閉成されるため直列回路５０３がトリップ指令を出力する。保護継電器１０２および１０３が動作した場合には、直列回路５０２および５０３がトリップ指令を出力する。

＜制御方式＞
図８は、実施の形態２に従う保護継電器１００の機能構成を説明するための図である。図８を参照して、保護継電器１００は、ＯＲゲート７０１，７０３，７０６と、ＡＮＤゲート７０５と、ＮＯＴゲート７０８とを含む。これらの論理ゲートの機能は、主にＣＰＵ９１により実現される。

リレー異常検出信号は、保護継電器１００の異常の有無を示す信号である。保護継電器１００が異常である場合（例えば、保護継電器１００の電源異常、あるいはＣＰＵ９１により何らかの異常が検出された場合）にはリレー異常検出信号の出力値は“１”となり、保護継電器１００が正常である場合にはリレー異常検出信号の出力値は“０”となる。

リレー動作信号は、保護継電器１００の動作の有無を示す信号である。保護継電器１００が動作した場合にはリレー動作信号の出力値は“１”となり、保護継電器１００が不動作である場合にはリレー動作信号の出力値は“０”となる。

操作信号は、系統運用者が保護継電器１００を強制的に動作させる操作を行なったか否か示す信号である。系統運用者が当該操作を行なった場合には操作信号の出力値は“１”となり、当該操作を行なっていない場合には操作信号の出力値は“０”となる。なお、操作信号は、他の保護継電器１００にも出力される。

他のリレーにおける操作信号（以下、「他リレー操作信号」とも称する。）は、系統運用者が他の保護継電器１００を強制的に動作させる操作を行なったか否かを示す信号である。系統運用者が当該操作を行なった場合には他リレー操作信号の出力値は“１”となり、当該操作を行なっていない場合には他リレー操作信号の出力値は“０”となる。なお、他リレー操作信号を用いる理由については後述する。

ＯＲゲート７０１は、２つの他リレー操作信号の各出力値のＯＲ演算を行なう。ＯＲゲート７０１は、演算値をＯＲゲート７０６に出力する。

ＯＲゲート７０３は、リレー動作信号および操作信号の各出力値のＯＲ演算を行なう。ＯＲゲート７０３は、演算値をＡＮＤゲート７０５とＯＲゲート７０６に出力する。

ＡＮＤゲート７０５は、リレー異常検出信号の出力の論理レベルを反転した値と、ＯＲゲート７０３の演算値とのＡＮＤ演算を行なう。ＡＮＤゲート７０５による演算値が“１”である場合にはａ接点に制御信号が出力され、ａ接点は閉成状態となる。当該演算値が“０”である場合にはａ接点には制御信号が出力されず、ａ接点は開放状態となる。

ＯＲゲート７０６は、リレー異常検出信号の出力値と、ＯＲゲート７０３の演算値と、ＯＲゲート７０１の演算値とのＯＲ演算を行なう。ＯＲゲート７０６は、演算値をＮＯＴゲート７０８に出力する。ＮＯＴゲート７０８は、ＯＲゲート７０６の演算値を反転した値を出力する。ＮＯＴゲート７０８による演算値が“１”である場合には、ｂ接点に制御信号が出力され、ｂ接点は開放状態となる。当該演算値が“０”である場合にはｂ接点には制御信号が出力されず、ｂ接点は閉成状態となる。

上記の機能により図７に示す開閉制御方式が実現される。具体的には、ＣＰＵ９１は、保護継電器１００が正常である場合であって、かつ保護継電器１００が動作した場合には、ａ接点に制御信号を出力し、ｂ接点には制御信号を出力しない。これにより、ａ接点およびｂ接点は閉成状態となる。

ＣＰＵ９１は、保護継電器１００が正常である場合であって、かつ保護継電器１００が不動作である場合には、ａ接点には制御信号を出力せず、ｂ接点に制御信号を出力する。これにより、ａ接点は開放状態となり、ｂ接点は閉成状態となる。また、保護継電器１００が異常である場合には制御信号が出力されないため、ａ接点は開放状態となり、ｂ接点は閉成状態となる。

また、上述したように、保護継電器１００は、系統運用者からの操作を受け付けて、強制的に動作するように構成される。系統運用者は、例えば、動作試験時、あるいは、電力系統を停電させる場合等に操作信号を保護継電器１００に与えて、保護継電器１００を強制的に動作させる。

ここで、保護継電器１００が正常である場合であって、かつ不動作時にはｂ接点は開放状態となる。そのため、遮断器５０にトリップ指令を与えるためには、３つの保護継電器１００のうちの２つを同時に動作させる必要がある。具体的には、系統運用者は、２つの保護継電器１００を選択し、これらの保護継電器１００を動作させるという操作が必要となる。動作信号は、一定期間（例えば１秒間）だけ出力される。そのため、２つ同時に動作させるためには、動作信号の出力時間幅を延長する等の設定が別途必要となる場合があった。

そこで、図８に示すように、保護継電器１００は、他の保護継電器１００において受け付けた操作信号を用いて処理を実行するとともに、当該操作信号を他の２つの保護継電器１００へ送信する。以下、図９および図１０を参照して、具体的に説明する。

図９は、実施の形態２に従う保護継電器１０２に操作信号を与えた際の制御信号の出力状態を説明するための図である。図１０は、図９における出力状態に応じた各接点の開閉状態を示す図である。なお、保護継電器１０１および１０２は、正常であるとする。

図９を参照して、系統運用者が保護継電器を強制的に動作させる操作を保護継電器１０２に与えると、操作信号の出力値“１”が、保護継電器１０２のＯＲゲート７０３に入力されるとともに、保護継電器１０１のＯＲゲート７０１に入力される。保護継電器１０２のＯＲゲート７０３は、出力値“１”をＡＮＤゲート７０５に出力する。保護継電器１０２は正常であるため、保護継電器１０２のＡＮＤゲート７０５の演算値は“１”となる。これにより、ａ接点に制御信号が出力されるため、図１０に示すようにａ接点２１ａは閉成状態となる。

一方、保護継電器１０１のＯＲゲート７０１は、出力値“１”を保護継電器１０１のＯＲゲート７０６に出力する。保護継電器１０１において、ＯＲゲート７０６は、出力値“１”をＮＯＴゲート７０８に出力するため、ＮＯＴゲート７０８の演算値は“０”となる。これにより、ｂ接点に制御信号が出力されないため、図１０に示すようにｂ接点１１ｂおよび１２ｂは閉成状態となる。

まとめると、保護継電器１０２のＣＰＵ９１は、系統運用者から強制動作の操作を受け付けた場合、当該操作に従ってａ接点２１ａを閉成するとともに、当該操作を示す操作信号を保護継電器１０１に送信する。保護継電器１０１のＣＰＵ９１は、当該操作信号を受信するとｂ接点１１ｂ，１２ｂを閉成する。これにより、ａ接点２１ａおよびｂ接点１１ｂが閉成状態となるため、直列回路５０２は、トリップ指令を出力する。

なお、保護継電器１０２は、操作信号を保護継電器１０３に送信してもよい。この場合、保護継電器１０３のＣＰＵ９１は、当該操作信号を受信すると、ｂ接点３１ｂ，３２ｂを閉成する。これにより、ａ接点２１ａおよびｂ接点３２ｂが閉成状態となるため、直列回路５０２はトリップ指令を出力する。したがって、保護継電器１０２は、操作信号を保護継電器１０１および１０３の少なくとも一方に送信すればよい。

このように、系統運用者は、保護継電器１０２への操作のみで、遮断器５０へのトリップ指令を出力できる。そのため、保護制御装置１５０の操作性を向上することができる。

なお、典型的には、ＣＰＵ９１は、入力インターフェイス９５を介して、操作信号の入力を受け付ける。ＣＰＵ９１は、通信インターフェイス９６を介して、操作信号を他の保護継電器１００へ送信する。この場合、他の保護継電器１００のＣＰＵ９１は、通信インターフェイス９６を介して、操作信号を受信する。なお、ＣＰＵ９１は、ＤＯ部９８を介して、操作信号を他の保護継電器１００へ伝送してもよい。この場合、他の保護継電器１００のＣＰＵ９１は、ＤＩ回路９４を介して、操作信号の入力を受け付ける。

実施の形態３．
実施の形態３では、上述した実施の形態１および２とは異なる出力回路４０の構成例について説明する。実施の形態３に従う＜全体構成＞および＜ハードウェア構成＞については実施の形態１と同様である。

図１１は、実施の形態３に従う出力回路４０を示す図である。具体的には、図１１（ａ）には、３つの保護継電器１００が正常である場合の出力回路４０が示されている。図１１（ｂ）には、保護継電器１０１が異常であって、保護継電器１０２，１０３が正常である場合の出力回路４０が示されている。

図１１を参照して、実施の形態３に従う出力回路４０は、保護継電器１０１により開閉制御されるａ接点１１ａおよびｂ接点１１ｂと、保護継電器１０２により開閉制御されるａ接点２１ａおよびｂ接点２１ｂと、保護継電器１０３により開閉制御されるａ接点３１ａおよびｂ接点３１ｂとを含む。

出力回路４０は、互いに並列接続された直列回路６０１，６０２，６０３を含む。直列回路６０１は、互いに直列接続されたａ接点１１ａおよびｂ接点２１ｂを含む。直列回路６０２は、互いに直列接続されたａ接点２１ａおよびｂ接点３１ｂを含む。直列回路６０３は、互いに直列接続されたａ接点３１ａおよびｂ接点１１ｂを含む。

なお、実施の形態３に従う保護継電器１００の開閉制御方式は、実施の形態２の開閉制御方式と同様である。そのため、保護継電器１００の動作時にａ接点およびｂ接点は閉成される。３つの保護継電器１００が正常である場合、出力回路４０は、２ out of ３回路を構成している。具体的には、３つの保護継電器１００のうちの少なくとも２つが動作した場合に、直列回路６０１～６０３のうちのいずれかの回路は、トリップ指令を出力するように構成される。

詳細には、保護継電器１０１および１０２が動作した場合にはａ接点１１ａおよびｂ接点２１ｂが閉成されるため、直列回路６０１がトリップ指令を出力する。保護継電器１０２および１０３が動作した場合にはａ接点２１ａおよびｂ接点３１ｂが閉成されるため、直列回路６０２がトリップ指令を出力する。保護継電器１０３および１０１が動作した場合にはａ接点３１ａおよびｂ接点１１ｂが閉成されるため、直列回路６０３がトリップ指令を出力する。

一方、保護継電器１０１に異常が発生している場合には、図１１（ｂ）に示すように、ａ接点１１ａは開放状態となり、ｂ接点１１ｂは閉成状態となる。このとき、保護継電器１０２および１０３が動作した場合、または保護継電器１０３のみが動作した場合には、直列回路６０２および６０３のいずれかの回路は、トリップ指令を出力する。具体的には、保護継電器１０２および１０３が動作した場合には、直列回路６０２がトリップ指令を出力し、保護継電器１０３のみが動作した場合には、直列回路６０３がトリップ指令を出力する。

なお、保護継電器１０２のみが動作した場合にはトリップ指令が出力されない。しかし、仮に保護継電器１０３に異常が発生した場合にはｂ接点３１ｂが閉成されるため、保護継電器１０２のみが動作した場合でも直列回路６０２からトリップ指令が出力される。

このように、図１１に示す出力回路４０の構成によると、保護継電器１０１に異常が発生した場合には、直列回路６０３においては保護継電器１０３のみの出力信号によりトリップ指令が出力され、直列回路６０２においては保護継電器１０２と保護継電器１０３の出力信号によりトップ指令が出力される。直列回路６０１～６０３は１ out of ２構成に完全に一致しているわけではないが、上述した応動を鑑みると１out of ２の動作とほぼ一致しているといえる。実施の形態３では、保護継電器１００ごとに、ａ接点数が１つ、ｂ接点数が１つでよい。そのため、出力回路４０の構成を単純化しつつ、２ out of ３構成と、１ out of ２構成を半等価的に実現することができる。

なお、実施の形態３においても、図９で説明したような操作信号を用いてもよい。具体的には、保護継電器１０２のＣＰＵ９１は、系統運用者から強制動作の操作を受け付けた場合、当該操作に従ってａ接点２１ａを閉成するとともに、当該操作を示す操作信号を保護継電器１０３に送信する。保護継電器１０３のＣＰＵ９１は、当該操作信号を受信するとｂ接点３１ｂを閉成する。これにより、ａ接点２１ａおよびｂ接点３１ｂが閉成状態となるため、直列回路６０２は、トリップ指令を出力する。

その他の実施の形態．
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。

１１ａ～１３ａ，２１ａ～２３ａ，３１ａ～３３ａ ａ接点、１１ｂ～１２ｂ，２１ｂ～２２ｂ，３１ｂ～３２ｂ ｂ接点、４０ 出力回路、５０ 遮断器、７０ 補助変成器、７２ ＡＤ変換部、８０ 電源、９１ ＣＰＵ、９２ ＲＡＭ、９３ ＲＯＭ、９４ ＤＩ回路、９５ 入力インターフェイス、９６ 通信インターフェイス、９８ ＤＯ部、９９ バス、１００，１０１，１０２，１０３ 保護継電器、１５０ 保護制御装置、２００，３００ 接点回路、１０００ 保護制御システム。

Claims (7)

1. 電力系統を保護するための保護制御装置であって、
   前記電力系統から取得した電気量を用いて、前記電力系統を保護するための保護演算を実行する第１～第３保護継電器と、
   前記第１～第３保護継電器の各々からの制御信号に基づいて、前記電力系統に設けられた遮断器を開放するための指令信号を出力する出力回路とを備え、
   前記出力回路は、互いに並列接続された第１～第３回路を含み、
   前記第１～第３保護継電器のうちの少なくとも２つの保護継電器が動作した場合、前記第１～第３回路のうちのいずれかの回路は、前記指令信号を出力するように構成されており、
   前記第１保護継電器に異常が発生している場合であっても、前記第２および第３保護継電器のうちの少なくとも１つの保護継電器が動作した場合には、前記第２および第３回路のうちのいずれかの回路は、前記指令信号を出力するように構成されている、保護制御装置。
2. 前記出力回路は、前記第１保護継電器により開閉制御される２つの第１のａ接点および２つの第１のｂ接点と、前記第２保護継電器により開閉制御される２つの第２のａ接点および２つの第２のｂ接点と、前記第３保護継電器により開閉制御される２つの第３のａ接点および２つの第３のｂ接点とを含み、
   前記第１回路は、前記第２のａ接点、前記第２のｂ接点および前記第３のｂ接点を並列接続した第１並列回路と、前記第１並列回路に直列接続された前記第１のａ接点とを含み、
   前記第２回路は、前記第３のａ接点、前記第３のｂ接点および前記第１のｂ接点を並列接続した第２並列回路と、前記第２並列回路に直列接続された前記第２のａ接点とを含み、
   前記第３回路は、前記第１のａ接点、前記第１のｂ接点および前記第２のｂ接点を並列接続した第３並列回路と、前記第３並列回路に直列接続された前記第３のａ接点とを含み、
   前記第１～第３保護継電器の各々は、動作時において、当該保護継電器に対応するａ接点を閉成し、当該保護継電器に対応するｂ接点を開放する、請求項１に記載の保護制御装置。
3. 前記出力回路は、前記第１保護継電器により開閉制御される１つの第１のａ接点および２つの第１のｂ接点と、前記第２保護継電器により開閉制御される１つの第２のａ接点および２つの第２のｂ接点と、前記第３保護継電器により開閉制御される１つの第３のａ接点および２つの第３のｂ接点とを含み、
   前記第１回路は、前記第２のｂ接点および前記第３のｂ接点を並列接続した第１並列回路と、前記第１並列回路に直列接続された前記第１のａ接点とを含み、
   前記第２回路は、前記第３のｂ接点および前記第１のｂ接点を並列接続した第２並列回路と、前記第２並列回路に直列接続された前記第２のａ接点とを含み、
   前記第３回路は、前記第１のｂ接点および前記第２のｂ接点を並列接続した第３並列回路と、前記第３並列回路に直列接続された前記第３のａ接点とを含み、
   前記第１～第３保護継電器の各々は、動作時において、当該保護継電器に対応するａ接点およびｂ接点を閉成する、請求項１に記載の保護制御装置。
4. 前記第１～第３保護継電器の各々は、ユーザから当該保護継電器を動作させる操作を受け付け可能に構成されており、
   前記第２保護継電器は、前記ユーザから前記操作を受け付けた場合、前記操作に従って前記第２のａ接点を閉成するとともに、前記操作を示す信号を前記第１および第３保護継電器の少なくとも一方へ送信し、
   前記第１保護継電器は、前記信号を受信した場合には前記第２並列回路に含まれる前記第１のｂ接点を閉成し、
   前記第３保護継電器は、前記信号を受信した場合には前記第２並列回路に含まれる前記第３のｂ接点を閉成する、請求項３に記載の保護制御装置。
5. 電力系統を保護するための保護制御装置であって、
   前記電力系統から取得した電気量を用いて、前記電力系統を保護するための保護演算を行なう第１～第３保護継電器と、
   前記第１～第３保護継電器の各々からの制御信号に基づいて、前記電力系統に設けられた遮断器を開放するための指令信号を出力する出力回路とを備え、
   前記出力回路は、互いに並列接続された第１～第３回路を含み、
   前記第１～第３保護継電器のうちの少なくとも２つの保護継電器が動作した場合、前記第１～第３回路のうちのいずれかの回路は、前記指令信号を出力するように構成されており、
   前記第１保護継電器に異常が発生している場合であっても、前記第２および第３保護継電器が動作した場合、または前記第３保護継電器が動作した場合には、前記第２回路および前記第３回路のいずれかの回路は、前記指令信号を出力するように構成されている、保護制御装置。
6. 前記出力回路は、前記第１保護継電器により開閉制御される第１のａ接点および第１のｂ接点と、前記第２保護継電器により開閉制御される第２のａ接点および第２のｂ接点と、前記第３保護継電器により開閉制御される第３のａ接点および第３のｂ接点とを含み、
   前記第１回路は、直列接続された前記第１のａ接点および前記第２のｂ接点を含み、
   前記第２回路は、直列接続された前記第２のａ接点および前記第３のｂ接点を含み、
   前記第３回路は、直列接続された前記第３のａ接点および前記第１のｂ接点を含み、
   前記第１～第３保護継電器の各々は、動作時において、当該保護継電器に対応するａ接点およびｂ接点を閉成する、請求項５に記載の保護制御装置。
7. 前記第１～第３保護継電器の各々は、ユーザから当該保護継電器を動作させる操作を受け付け可能に構成されており、
   前記第２保護継電器は、前記ユーザから前記操作を受け付けた場合、前記操作に従って前記第２のａ接点を閉成するとともに、前記操作を示す信号を前記第３保護継電器へ送信し、
   前記第３保護継電器は、前記信号を受信した場合に前記第３のｂ接点を閉成する、請求項６に記載の保護制御装置。
   

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