JP7117963B2 - 保護リレー装置 - Google Patents
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Description
<全体構成>
図1は、実施の形態1に従う保護リレー装置が適用される電力系統を示す図である。図1を参照して、3相電力系統には、被保護機器である変圧器8と、変圧器8の1次側(例えば、高圧側)に設置された遮断器2と、変圧器8の2次側(例えば、低圧側)に設置された遮断器3と、電流変成器4,5と、保護リレー装置10と、高圧側の交流電源11と、低圧側の交流電源12とが設けられている。交流電源11,12は、3相交流電源である。本実施の形態では、変圧器8は、3次回路を使用しないY-Y-Δ巻線の変圧器であるとする。
次に、実施の形態1に従う故障判定方式について具体的に説明する。
I1a=3I0-I01 ・・・(2)
I1b=-I01 ・・・(3)
I1c=-I01 ・・・(4)
電流I20,I2a,I2b,I2cは、それぞれ以下の式(5),(6),(7),(8)で表される。なお、電流I20は変圧器の2次側の零相電流を表わしている。
I2a=3Ig0-I02 ・・・(6)
I2b=-I02 ・・・(7)
I2c=-I02 ・・・(8)
A,B,C相における差電流Ida,Idb,Idcは、それぞれ以下の式(9),(10),(11)で表される。
Idb=I1b+I2b=-I01-I02=-(I01+I02) ・・・(10)
Idc=I1c+I2c=-I01-I02=-(I01+I02) ・・・(11)
このように、健全相の差電流Idb,Idcは、変圧器8のΔ巻線X3に流れる電流と等しくなる。故障相(ここでは、A相)の差電流Idaの差電流は“3I0+3g0-(I01+I02)”となる。一般的には、(3I0+3g0)>(I01+I02)で、動作可能な差電流になるため、このIdaを使用するA相に対応する比率差動リレー要素は動作する。一方、差電流Idbと差電流Idcの大きさは“I01+I02”であるため、その大きさによっては、B,C相に対応する比率差動リレー要素が動作する可能性がある。
IdbΔ=Idb-Idc=0 ・・・(13)
IdcΔ=Idc-Ida=-(3I0+3Ig0) ・・・(14)
これより、故障相(ここでは、A相)の差電流Idaを含むΔ演算後の差電流IdaΔ,IdcΔは“3I0+3Ig0”であり、地絡電流が流れることを示している。そのため、差電流IdaΔ,IdcΔを用いる比率差動リレー要素は動作する。
I1a=-3g0-I01 ・・・(16)
I1b=-I01 ・・・(17)
I1c=-I01 ・・・(18)
電流I20,I2a,I2b,I2cは、それぞれ以下の式(19),(20),(21),(22)で表される。
I2a=3Ig0-I02 ・・・(20)
I2b=-I02 ・・・(21)
I2c=-I02 ・・・(22)
式(15)より、外部の1相故障時における1次側の零相電流は“-(Ig0+I01)”であり、式(19)より、2次側の零相電流は“Ig0-I02”となる。ここで、1次側の零相電流がマイナスになる理由は、保護リレー装置10の保護方向が内側を向いていることからCT極性もそれに合わせているためである。
Idb=I1b+I2b=-I01-I02=-(I01+I02)・・・(24)
Idc=I1c+I2c=-I01-I02=-(I01+I02)・・・(25)
このように、差電流Ida,Idb,Idcは、変圧器8のΔ巻線X3に流れる電流と等しくなる。これにより、外部故障の場合には、各相における差電流Ida,Idb,Idcに対してΔ演算を行なった差電流IdaΔ,IdbΔ,IdcΔは、以下の式(26)に示すように、すべて0になる。
したがって、外部故障時には、Δ演算を行なうことで電流“I01+I02”を削除できる。上記を鑑みると、内部地絡故障時、内部短絡故障時、外部地絡故障時および外部短絡故障時における比率差動リレー要素の動作の有無は図4のように表わされる。
図6は、実施の形態1に従う保護リレー装置10のハードウェア構成の一例を示す図である。図6を参照して、保護リレー装置10は、補助変成器51と、AD(Analog to Digital)変換部52と、演算処理部70とを含む。
図7は、実施の形態1に従う保護リレー装置10の機能構成の一例を示すブロック図である。図7を参照して、保護リレー装置10は、主たる機能構成として、電流入力部301と、第1電流算出部303と、第2電流算出部305と、故障判定部20と、状態判定部30と、出力制御部40とを含む。故障判定部20は、第1差動リレー演算部307と、第2差動リレー演算部309と、地絡検出部311と、故障相判定部313と、信号出力部314とを含む。これらの各機能は、例えば、保護リレー装置10のマイクロプロセッサがメモリに格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部はハードウェアで実現されるように構成されていてもよい。
実施の形態1によると、1相地絡故障および短絡故障の故障相をより正しく判定することができる。また、外部故障を内部故障と誤判定することもない。そのため、保護リレー装置10は誤動作することなく、適切に動作することができる。
上述した実施の形態1では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力、およびΔ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力に基づいて故障相を判定する構成について説明した。実施の形態2では、Δ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、Δ演算後の差電流の振幅値が一定以上であるか否かを判定する回路を用いて、故障相を判定する構成について説明する。
図8は、実施の形態2に従う故障判定方式を説明するための図である。図8を参照して、保護リレー装置10Aは、比率差動リレー要素104~106と、地絡検出回路107と、インラッシュ判定回路108~110と、振幅判定回路151~153と、ANDゲート124~126,161~163,181~183と、ORゲート171~173とを含む。保護リレー装置10Aは図1に示す保護リレー装置10に対応するが、他の実施の形態との区別のため、便宜上「A」といった追加の符号を付している。これは、実施の形態3~5でも同様である。
図9は、実施の形態2に従う保護リレー装置10Aの機能構成の一例を示すブロック図である。図9を参照して、保護リレー装置10Aの機能構成は、保護リレー装置10の故障判定部20を故障判定部20Aに置き換えたものである。故障判定部20Aは、第1差動リレー演算部307と、地絡検出部311と、故障相判定部313Aと、信号出力部314と、判定部315とを含む。なお、第2電流算出部305Aは、第2電流算出部305と実質的に同一の機能を有する。第2電流算出部305Aは、各相におけるΔ演算後の差電流IdaΔ,IdbΔ,IdcΔを判定部315に対して出力する。
実施の形態2によると、Δ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、Δ演算後の差電流の振幅値が閾値K1よりも大きいか否かを判定する回路を用いる。例えば、外部故障でCT飽和が1次側あるいは、2次側の電流のどちらかで発生すると不要な差電流が生じる可能性がある。そのため、抑制電流により不要判定を抑える機能を有する比率差動リレー要素よりも、当該回路の方が不要出力を行なってしまう可能性が高くなる。しかし、一般的には、変圧器の外部故障では、変圧器の両端CTを流れる電流は変圧器の内部インピーダンスが大きく、故障電流が制限されるためCT飽和の可能性は低い。
上述した実施の形態1では、地絡検出回路107を用いて、地絡故障と短絡故障とを区別する構成について説明した。実施の形態3では、地絡検出回路107を用いずに故障相を判定する構成について説明する。
図10は、実施の形態3に従う故障判定方式を説明するための図である。図10を参照して、保護リレー装置10Bは、比率差動リレー要素101~106と、インラッシュ判定回路108~110と、ANDゲート191~193,201~203とを含む。
保護リレー装置10Bの機能構成は、図7中の地絡検出部311を削除した構成に相当する。実施の形態3に従う故障相判定部は、第1差動リレー演算部307の出力結果と、第2差動リレー演算部309の出力結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。具体的には、第1差動リレー演算部307における、第1相(例えば、A相)に対応する比率差動リレー要素(例えば、比率差動リレー要素104)が動作し、かつ第2差動リレー演算部309における、第1相および第3相(例えば、C相)にそれぞれに対応する2つの比率差動リレー要素(例えば、比率差動リレー要素101,103)が動作した場合に、実施の形態3に従う故障相判定部は、第1相に故障が発生したと判定する。
実施の形態3によると、実施の形態1よりも簡易な構成で、実施の形態1とほぼ同等の利点を有する。
上述した実施の形態3では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力、およびΔ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力に基づいて故障相を判定する構成について説明した。実施の形態4では、Δ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、Δ演算後の差電流の振幅値が一定以上であるか否かを判定する回路を用いて、故障相を判定する構成について説明する。
図11は、実施の形態4に従う故障判定方式を説明するための図である。図11を参照して、保護リレー装置10Cは、比率差動リレー要素104~106と、インラッシュ判定回路108~110と、振幅判定回路151~153と、ANDゲート211~213,221~223とを含む。
保護リレー装置10Cの機能構成は、図9中の地絡検出部311を削除した構成に相当する。実施の形態4に従う故障相判定部は、第1差動リレー演算部307の出力結果と、判定部315の判定結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。具体的には、第1差動リレー演算部307における、第1相(例えば、A相)に対応する比率差動リレー要素(例えば、比率差動リレー要素104)が動作し、かつ第1相および第3相(例えば、C相)にそれぞれに対応する2つの振幅判定回路(例えば、振幅判定回路151,153)によりΔ演算後の差電流の振幅値が閾値K1よりも大きいと判定された場合に、実施の形態4に従う故障相判定部は、第1相に故障が発生したと判定する。
実施の形態4によると、CT飽和時における精度は実施の形態3よりも劣るものの、CT飽和を特に考慮する必要が無い場合には実施の形態3よりも簡易な構成で、実施の形態3と同等の利点を有する。
上述した実施の形態1では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力、およびΔ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力に基づいて故障相を判定する構成について説明した。実施の形態5では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、当該差電流の振幅値が一定以上の場合に出力する回路を用いて、故障相を判定する構成について説明する。
図12は、実施の形態5に従う故障判定方式を説明するための図である。図12を参照して、保護リレー装置10Dは、比率差動リレー要素101~103と、インラッシュ判定回路108~110と、振幅判定回路231~232と、ANDゲート241~246,251~253と、ORゲート261~263とを含む。
図13は、実施の形態5に従う保護リレー装置10Dの機能構成の一例を示すブロック図である。図13を参照して、保護リレー装置10Dの機能構成は、保護リレー装置10の故障判定部20を故障判定部20Dに置き換えたものである。故障判定部20Dは、第2差動リレー演算部309と、故障相判定部313Dと、信号出力部314と、判定部317とを含む。なお、第1電流算出部303Dは、第1電流算出部303と実質的に同一の機能を有する。第1電流算出部303Dは、各相における通常の差電流Ida,Idb,Idcを算出する。
実施の形態5によると、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、通常の差電流の振幅値が閾値K2よりも大きいか否かを判定する回路を用いる。この場合、外部故障時にCT飽和で問題になる可能性があるのは、図4より短絡外部故障での不要出力であるが、この不要出力は故障相表示の結果に影響しない。そのため、実施の形態1よりも簡易な構成で、実施の形態1と同等の利点を有する。
上述した実施の形態5では、地絡検出回路107を用いて、地絡故障と短絡故障とを区別する構成について説明した。実施の形態6では、地絡検出回路107を用いずに故障相を判定する構成について説明する。
図14は、実施の形態6に従う故障判定方式を説明するための図である。図14を参照して、保護リレー装置10Eは、比率差動リレー要素101~103と、インラッシュ判定回路108~110と、振幅判定回路231~232と、ANDゲート271~273,281~283とを含む。
保護リレー装置10Eの機能構成は、図13中の地絡検出部311を削除した構成に相当する。実施の形態6に従う故障相判定部は、判定部317の判定結果と、第2差動リレー演算部309の出力結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。具体的には、第1相(例えば、A相)に対応する振幅判定回路(例えば、振幅判定回路231)により通常の差電流の振幅値が閾値K2よりも大きいと判定され、かつ第2差動リレー演算部309における、第1相および第3相(例えば、C相)に対応する2つの比率差動リレー要素(例えば、比率差動リレー要素101,103)が動作した場合に、実施の形態6に従う故障相判定部は、第1相に故障が発生したと判定する。
実施の形態6によると、実施の形態5よりも簡易な構成で、実施の形態5と同等の利点を有する。
(1)上述した実施の形態では、Δ演算の際に、IdaΔ=Ida-Idb、IdbΔ=Idb-Idc、IdcΔ=Idc-Idaとの演算方式を採用していたが、当該構成に限られない。例えば、IdaΔ=Ida-Idc、IdbΔ=Idb-Ida、IdcΔ=Idc-Idbとの演算方式を採用する構成であってもよい。この場合、Δ演算後の抑制電流IraΔ,IrbΔ,IrcΔは、それぞれ“(|I1a-I1c|+|I2a-I2c|)”,“(|I1b-I1a|+|I2b-I2a|)”,“(|I1c-I1b|+|I2c-I2b|)”となる。
Claims (10)
- 3相の電力系統に設けられた変圧器を保護するための保護リレー装置であって、
前記変圧器の1次巻線を流れる1次電流と、前記変圧器の2次巻線を流れる2次電流とに基づいて、各相における第1差電流および第1抑制電流を算出する第1電流算出部と、
互いに異なる2相の各々における前記第1差電流に基づいて、各相における第2差電流を算出し、互いに異なる2相の各々における前記1次電流および前記2次電流に基づいて、各相における第2抑制電流を算出する第2電流算出部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第1差電流および前記第1抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第1差動リレー要素と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第2差電流および前記第2抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第2差動リレー要素と、
前記電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備え、
第1相、第2相および第3相のうちの前記第1相に対応する前記第1差動リレー要素が動作し、かつ前記第1相および前記第3相にそれぞれ対応する2つの前記第2差動リレー要素が動作したとの条件を満たす場合に、前記故障相判定部は前記第1相に故障が発生したと判定する、保護リレー装置。 - 地絡故障を検出する地絡検出部をさらに備え、
前記条件を満たし、かつ前記地絡故障が検出された場合に、前記故障相判定部は前記第1相に地絡故障が発生したと判定する、請求項1に記載の保護リレー装置。 - 前記第1相および前記第2相にそれぞれ対応する前記第1差動リレー要素が動作し、かつ前記地絡故障が検出されない場合に、前記故障相判定部は前記第1相および前記第2相の短絡故障が発生したと判定する、請求項2に記載の保護リレー装置。
- 3相の電力系統に接続された変圧器を保護するための保護リレー装置であって、
前記変圧器の1次巻線を流れる1次電流と、前記変圧器の2次巻線を流れる2次電流とに基づいて、各相における第1差電流および第1抑制電流を算出する第1電流算出部と、
互いに異なる2相の各々における前記第1差電流に基づいて、各相における第2差電流を算出する第2電流算出部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第1差電流および前記第1抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する差動リレー要素と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第2差電流の振幅値が閾値よりも大きいか否かを判定する振幅判定部と、
前記電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備え、
第1相、第2相および第3相のうちの前記第1相に対応する前記差動リレー要素が動作し、かつ前記第1相および第3相にそれぞれ対応する2つの前記振幅判定部により前記第2差電流の振幅値が前記閾値よりも大きいと判定されたとの条件を満たす場合に、前記故障相判定部は前記第1相に故障が発生したと判定する、保護リレー装置。 - 地絡故障を検出する地絡検出部をさらに備え、
前記条件を満たし、かつ前記地絡故障が検出された場合に、前記故障相判定部は前記第1相に地絡故障が発生したと判定する、請求項4に記載の保護リレー装置。 - 前記第1相および前記第2相にそれぞれ対応する前記差動リレー要素が動作し、かつ前記地絡故障が検出されない場合に、前記故障相判定部は前記第1相および前記第2相の短絡故障が発生したと判定する、請求項5に記載の保護リレー装置。
- 3相の電力系統に接続された変圧器を保護するための保護リレー装置であって、
前記変圧器の1次巻線を流れる1次電流と、前記変圧器の2次巻線を流れる2次電流とに基づいて、各相における第1差電流を算出する第1電流算出部と、
互いに異なる2相の各々における前記第1差電流に基づいて、各相における第2差電流を算出し、互いに異なる2相の各々における前記1次電流および前記2次電流に基づいて、各相における抑制電流を算出する第2電流算出部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第1差電流の振幅値が閾値よりも大きいか否かを判定する振幅判定部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第2差電流および前記抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する差動リレー要素と、
前記電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備え、
第1相、第2相および第3相のうちの前記第1相に対応する前記振幅判定部により前記第1差電流の振幅値が前記閾値よりも大きいと判定され、かつ前記第1相および第3相にそれぞれ対応する2つの前記差動リレー要素が動作したとの条件を満たす場合に、前記故障相判定部は前記第1相に故障が発生したと判定する、保護リレー装置。 - 地絡故障を検出する地絡検出部をさらに備え、
前記条件を満たし、かつ前記地絡故障が検出された場合に、前記故障相判定部は前記第1相に地絡故障が発生したと判定する、請求項7に記載の保護リレー装置。 - 前記第1相および前記第2相にそれぞれ対応する2つの前記振幅判定部により前記第1差電流の振幅値が前記閾値よりも大きいと判定され、かつ前記地絡故障が検出されない場合に、前記故障相判定部は前記第1相および前記第2相の短絡故障が発生したと判定する、請求項8に記載の保護リレー装置。
- 各相に対応して設けられ、当該相における前記第1差電流の基本波成分に対する第2高調波成分の含有率に基づいて前記変圧器がインラッシュ状態であるか否かを判定するインラッシュ判定部と、
前記故障相判定部の判定結果と前記インラッシュ判定部の判定結果とに基づいて、故障信号を出力する信号出力部と、
前記信号出力部により前記故障信号が出力された場合に、前記電力系統に設けられた遮断器へ開放指令を出力する出力制御部とをさらに備え、
前記故障相判定部により前記第1相に故障が発生したと判定され、かつ前記第1相に対応する前記インラッシュ判定部により前記変圧器がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、前記信号出力部は、前記第1相に故障が発生していることを示す前記故障信号を出力する、請求項1~請求項9のいずれか1項に記載の保護リレー装置。
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