JP7067104B2

JP7067104B2 - ディジタル型保護継電装置

Info

Publication number: JP7067104B2
Application number: JP2018024625A
Authority: JP
Inventors: 和生露木
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2018-02-15
Filing date: 2018-02-15
Publication date: 2022-05-16
Anticipated expiration: 2038-02-15
Also published as: JP2019140855A

Description

本発明は、ディジタル装置のアナログ入力部の不具合を検出するアナログ入力監視の技術に関する。

ディジタル型保護継電装置は、通常状態での入力波形が飽和する高感度リレー機能を有する保護継電装置の入力信号系の監視を確実にする。例えば、特許文献１のディジタル型保護継電装置は、系統の各相の電圧又は電流のサンプリングをＡ／Ｄ変換を含む入力信号系を介して取り込み、この入力信号系のディジタル値からそれぞれ高感度及び低感度のリレー特性を有する保護演算を行う。本装置において、先ず、判定演算部は、入力信号系から得たディジタル値が低感度リレーの非飽和域にあることを各相別に判定する。次いで、判定演算部は、入力信号系から得たディジタル値が高感度リレーの非飽和域にあることを各相別に判定する。そして、論理積判定部は、前記両判定演算部の同じ相の判定出力が同時に成立した際に入力信号系の異常と判定する。つまり、同じ入力信号系から得るディジタル値が低感度リレーの非飽和域に有り且つ高感度リレーの非飽和域に有ることの同時成立の有無から入力信号系の正常・異常の監視を行う。

特開平０７－０５９２４８号公報

しかしながら、特許文献１の入力信号の監視方式は、入力電気量が基本周波数であるので、実効値を算出して判定する必要があるが、回転機の回転数のような広域な周波数帯の入力量では正確な実効値演算が困難なため、実効値による判定ができない。特に、周波数が変化するとサンプリングのタイミングがずれるため正確な実効値演算ができない。

また、従来装置では回転数などの高周波数帯の検出をハードウェア回路によって実現していたが、近年の電子回路の進歩やハードウェア回路削減による低コスト化の要求があり、ソフトウェア処理でも実現可能な状況にある。しかしながら、ソフトウェアで実現しようとした場合に入力回路の不具合をどのように検出することができるのかが課題となる。

本発明は、上記の事情の鑑み、監視対象系統の入力信号の正確な実効値の演算が困難である状況であっても、当該入力信号の監視を可能とし、さらに、その信頼性の向上を図ることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、監視対象系統からの入力信号である電気信号のディジタル値から高感度と低感度のリレー特性により保護演算をするディジタル型保護継電装置において、前記ディジタル値が低感度リレーの非飽和域であり且つ閾値以上であることを判定する第一判定回路と、前記ディジタル値が高感度リレーの非飽和域であり且つ閾値以上であることを判定する第二判定回路と、前記第一判定回路及び前記第二判定回路にて非飽和域且つ閾値以上であると判定された場合に正常と判断し、前記第一判定回路と前記第二判定回路のいずれかにて非飽和域且つ閾値以上を満たさないと判定された場合に異常と判断する監視回路とを備える。

本発明の一態様は、前記監視回路は、前記第一判定回路と前記第二判定回路のいずれかにて非飽和域且つ閾値以上を満たさないと判定された状態が一定時間継続した場合に前記異常と判断する。

本発明の一態様は、前記電気信号の周波数は１５００Ｈｚ以下である。

以上の本発明によれば、監視対象系統の入力信号の正確な実効値の演算が困難である状況であっても、当該入力信号の監視を可能とし、さらに、その信頼性の向上を図ることができる。

（ａ）は本発明の実施形態におけるディジタル型保護継電装置のブロック構成図、（ｂ）は当該ディジタル型保護継電装置における監視部のブロック構成図。前記監視部の具体的な態様例のブロック構成図。前記監視部における第一判定回路による判定過程のフローチャート。前記監視部における第二判定回路による判定過程のフローチャート。前記監視部における監視回路による監視過程のフローチャート。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［ディジタル型保護継電装置１の態様例］
図１（ａ）に示されたディジタル型保護継電装置１は、監視対象系統の一例である回転機２から入力信号（ＴＧ）として取り込んだ電気信号のディジタル値から高感度と低感度のリレー特性を有する保護演算により、入力信号（ＴＧ）の正常及び異常の監視を行う。

ディジタル型保護継電装置１は、第一アナログフィルタ１１、第二アナログフィルタ１２、マルチプレクサ１３、ＡＤ変換器１４及び監視部１５を備える。

第一アナログフィルタ１１は、パルストランス３を介した回転機２の電圧の入力信号（ＴＧ）から低感度電圧入力信号（Ｖ１）を取り出す。

第二アナログフィルタ１２は、入力信号（ＴＧ）から高感度電圧入力信号（Ｖ２）を取り出す。

マルチプレクサ１３は、低感度電圧入力信号（Ｖ１），高感度電圧入力信号（Ｖ２）のいずれかをＡＤ変換器１４に出力する。

ＡＤ変換器１４は、マルチプレクサ１３から供された低感度電圧入力信号（Ｖ１），高感度電圧入力信号（Ｖ２）のアナログ信号をディジタル信号の値に変換する。

監視部１５は、ＡＤ変換器１４から供された低感度電圧入力信号（Ｖ１），高感度電圧入力信号（Ｖ２）のディジタル値に基づき回転機２からの入力信号（ＴＧ）の正常及び異常の監視を行う。

図１（ｂ）を参照して監視部１５の各機能ブロックについて説明する。

第一判定回路５１は、ＡＤ変換器１４から供された前記低感度の電圧入力信号のディジタル値が低感度リレーの非飽和域であり且つ閾値以上であることの判定を行う。

第二判定回路５２は、ＡＤ変換器１４から供された前記高感度の電圧入力信号のディジタル値が高感度リレーの非飽和域であり且つ閾値以上であることの判定を行う。

監視回路５３は、第一判定回路５１，第二判定回路５２の双方にて前記ディジタル値が非飽和域且つ閾値以上であると判定された場合に正常と判断する。一方、第一判定回路５１，第二判定回路５２のいずれかにて前記非飽和域且つ閾値以上を満たさないと判定された場合に異常と判断する。

［動作例の説明］
ディジタル型保護継電装置１の具体的な動作例について説明する。

ディジタル型保護継電装置１において、監視部１５は、低感度入力信号（Ｖ１），高感度入力信号（Ｖ２）を例えば３．７５°間隔でサンプリングした交流波形の瞬時値データとして監視する。

（第一判定回路５１の動作例）
図２，３を参照して監視部１５の第一判定回路５１の動作例について説明する。

Ｓ１０１：第一判定回路５１の比較回路５１１は、低感度入力信号（Ｖ１）が１００ｄｉｇｉｔ以上か否かを判定する。

Ｓ１０２（１）：低感度入力信号（Ｖ１）が１００ｄｉｇｉｔ以上であると判定されると、第一判定回路５１のオフディレイタイマＴ１１（Ｖ１＿ＯＦＦＤＥＬＡＹＴ１）にオフディレイ時間がセットされる。

Ｓ１０２（２）：低感度入力信号（Ｖ１）が１００ｄｉｇｉｔよりも小さいと判定されると、オフディレイタイマＴ１１が「０」でなければカウントダウンを行い、「０」であれば何ら処理を行わない。

Ｓ１０３：第一判定回路５１の比較回路５１２は、低感度入力信号（Ｖ１）が８０ｄｉｇｉｔ以上であるか否かを判定する。

Ｓ１０４（１）：低感度入力信号（Ｖ１）が８０ｄｉｇｉｔ以上であると判定されると、第一判定回路５１のオフディレイタイマＴ１２（Ｖ１＿ＯＦＦＤＥＬＡＹＴ２）にオフディレイ時間がセットされる。

Ｓ１０４（２）：低感度入力信号（Ｖ１）が８０ｄｉｇｉｔよりも小さいと判定されると、オフディレイタイマＴ１２が「０」でなければカウントダウンを行い、「０」であれば何ら処理を行わない。

（第二判定回路５２の動作例）
図２，４を参照して監視部１５の第二判定回路５２の動作例について説明する。

Ｓ２０１：第二判定回路５２の比較回路５２１は、高感度入力信号（Ｖ２）が１０００ｄｉｇｉｔ以上か否かを判定する。

Ｓ２０２（１）：高感度入力信号（Ｖ２）が１０００ｄｉｇｉｔ以上であると判定されると、第二判定回路５２のオフディレイタイマＴ２１（Ｖ２＿ＯＦＦＤＥＬＡＹＴ１）にオフディレイ時間がセットされる。

Ｓ２０２（２）：高感度入力信号（Ｖ２）が１０００ｄｉｇｉｔよりも小さい場合、オフディレイタイマＴ２１が「０」でなければカウントダウンを行い、「０」であれば何ら処理を行わない。

Ｓ２０３：第二判定回路５２の比較回路５２２は、高感度入力信号（Ｖ２）が８００ｄｉｇｉｔ以上であるか否かを判定する。

Ｓ２０４（１）：高感度入力信号（Ｖ２）が８００ｄｉｇｉｔ以上であると判定されると、オフディレイタイマＴ２２（Ｖ２＿ＯＦＦＤＥＬＡＹＴ２）にオフディレイ時間がセットされる。

Ｓ２０４（２）：高感度入力信号（Ｖ２）が８００ｄｉｇｉｔより小さいと判定されると、オフディレイタイマＴ２２が「０」でなければカウントダウンを行い、「０」であれば何ら処理を行わない。

（監視回路５３の動作例）
図２，５を参照して監視部１５の監視回路５３の動作例を説明する。

Ｓ３０１：監視回路５３の第一論理回路５３１は、オフディレイタイマＴ１１がカウント中であるか、または、オフディレイタイマＴ２１がカウント中であるかを判断する。

Ｓ３０２：オフディレイタイマＴ１１とオフディレイタイマＴ２１の一方がカウント中であると判断された場合、第二論理回路５３２は、オフディレイタイマＴ１２がカウント中かつオフディレイタイマＴ２２がカウント中であるか否かを判定する。

Ｓ３０３（１）：オフディレイタイマＴ１２とオフディレイタイマＴ２２のいずれもカウント中でないと判断され、さらに、このカウント中でない状態が監視タイマ５３４にて設定された一定期間（例えば、６０ｓ）継続すると、第三論理回路５３３は、不一致監視の結果として、監視対象系統（回転機２からの入力信号（ＴＧ））の異常と判断し、処理を終了する。

Ｓ３０３（２）：Ｓ３０１でオフディレイタイマＴ１１とオフディレイタイマＴ２１の両方ともカウント中でないと判定された場合、または、Ｓ３０２でオフディレイタイマＴ１２とオフディレイタイマＴ２２の両方ともカウント中であると判定された場合、第三論理回路５３３は、不一致監視の結果として、前記監視対象系統の正常と判断し、処理を終了する。

（本実施形態の効果）
以上のディジタル型保護継電装置１によれば、回転機２の回転数のような広域な周波数帯の入力量では正確な実効値演算が困難であっても、当該入力値の監視が可能となる。したがって、回転機２の回転数の監視方式の信頼性が向上する。

特に、監視部１５において、オフディレイタイマ（第一判定回路５１，第二判定回路５２のオフディレイタイマ）は、交流入力の瞬時値データで判定するので、０点を通過時に監視タイマ５３４が復帰しないように、オフディレイする。

また、監視回路５３においては、監視タイマ５３４が実装され、第一判定回路５１と第二判定回路５２のいずれかにて非飽和域且つ閾値以上を満たさないと判定された状態が一定時間継続した場合に前記異常と判断される。したがって、過渡的な入力による誤検出が防止される。

最新のディジタルリレーでは技術進歩もあり高調波除去を目的にサンプリング周波数を従来型の３０°から３０°以下（例えば、３．７５°）サンプリングすることにより機能を向上させることができる。

ディジタル型保護継電装置１においては、３．７５°サンプリングにすることにより、高周波数帯の波形では波高値が閾値を超えている時間の短縮化が可能となり、３０°の比べ高周波数帯の波高値検出が可能となる。

３０°サンプリングでは３０°間の波高値は検出できないので、３０°に比べ８倍サンプリング周波数が高い３．７５°にすることにより、検出できる周波数帯が広範囲となる。特に、３．７５°でのサンプリングにおいては、波高値検出が可能な回転機の周波数は０－１５００Ｈｚ（１５００Ｈｚ以下）となる。

本発明は、以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲内で様々な態様で実施が可能である。

１…ディジタル型保護継電装置
１１…第一アナログフィルタ、１２…第二アナログフィルタ、１３…マルチプレクサ、１４…ＡＤ変換器、１５…監視部
５１…第一判定回路、５１１…比較回路、５１２…比較回路、Ｔ１１，Ｔ１２…オフディレイタイマ
５２…第二判定回路、５２１…比較回路、５２２…比較回路、Ｔ２１，Ｔ２２…オフディレイタイマ
５３…監視回路、５３１…第一論理回路、５３２…第二論理回路、５３３…第三論理回路、５３４…監視タイマ

Claims

監視対象系統からの入力信号である回転機の回転数の周波数帯を示す電気信号のディジタル値から高感度と低感度のリレー特性により保護演算をするディジタル型保護継電装置において、
前記ディジタル値の低感度入力信号の値が第一閾値以上か否かを判定する第一比較回路と、
前記低感度入力信号の値が前記第一閾値以上であると判定されるとオフディレイ時間がセットされる一方で当該低感度入力信号の値が当該第一閾値よりも小さいと判定されるとカウント値がゼロとなるまでカウントダウンを行う第一オフディレイタイマと、
前記低感度入力信号の値が前記第一閾値よりも小さい第二閾値以上か否かを判定する第二比較回路と、
前記低感度入力信号の値が前記第二閾値以上であると判定された場合にオフディレイ時間がセットされる一方で、当該低感度入力信号の値が当該第二閾値よりも小さいと判定された場合にカウント値がゼロとなるまでカウントダウンを行う第二オフディレイタイマと、
前記ディジタル値の高感度入力信号の値が第三閾値以上か否かを判定する第三比較回路と、
前記高感度入力信号の値が前記第三閾値以上であると判定された場合にオフディレイ時間がセットされる一方で、当該高感度入力信号の値が当該第三閾値よりも小さい場合にカウント値がゼロとなるまでカウントダウンを行う第三オフディレイタイマと、
前記高感度入力信号の値が前記第三閾値よりも小さい第四閾値以上か否かを判定する第四比較回路と、
前記高感度入力信号が前記第四閾値以上であると判定されるとオフディレイ時間がセットされる一方で、当該高感度入力信号が当該第四閾値より小さいと判定された場合にカウント値がゼロとなるまでカウントダウンを行う第四オフディレイタイマと、
前記第一オフディレイタイマまたは前記第三オフディレイタイマがカウント中であるか否かを判定する第一論理回路と、
この第一論理回路において前記第一オフディレイタイマまたは前記第三オフディレイタイマがカウント中であると判定された場合、前記第二オフディレイタイマ及び前記第四オフディレイタイマがカウント中であるか否を判定する第二論理回路と、
前記第一論理回路において前記第一オフディレイタイマまたは前記第三オフディレイタイマがカウント中であると判定され、且つ、前記第二論理回路において前記第二オフディレイタイマ及び前記第四オフディレイタイマがカウント中ではないと判定され、さらに、当該第二オフディレイタイマ及び当該第四オフディレイタイマがカウント中ではない状態が一定期間継続した場合、前記監視対象系統が異常である判定する一方で、
当該第一論理回路において前記第一オフディレイタイマ及び前記第三オフディレイタイマがカウント中ではないと判定された場合、または、当該第二論理回路において前記第二オフディレイタイマ及び前記第四オフディレイタイマがカウント中であると判定された場合、前記監視対象系統が正常であると判定する第三論理回路と
を備えたことを特徴とするディジタル型保護継電装置。
前記電気信号の周波数は１５００Ｈｚ以下であることを特徴とする請求項１に記載のディジタル型保護継電装置。