JPH0118646B2 - - Google Patents

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JPH0118646B2
JPH0118646B2 JP56097831A JP9783181A JPH0118646B2 JP H0118646 B2 JPH0118646 B2 JP H0118646B2 JP 56097831 A JP56097831 A JP 56097831A JP 9783181 A JP9783181 A JP 9783181A JP H0118646 B2 JPH0118646 B2 JP H0118646B2
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JP
Japan
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current
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circuit
differential
harmonic
Prior art date
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JP56097831A
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Japanese (ja)
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JPS57211925A (en
Inventor
Makoto Terada
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は差動継電器に関するものである。 電力系統に接続される電気機器(変圧器など)
や母線の内部事故を検出するため、差動継電器を
適用する事が広く行われている。 特に、変圧器や母線はエネルギーの通過手段で
あり、その入出口に電流変成器CTを設け、その
電流を合成して差動電流を得、その差動電流の有
無を以て事故の有無を検出する事は、最も合理的
な方法とされている。 変圧器用差動保護について云えば、常時は変圧
器の電圧(磁束)を確立するために、励磁電流分
が僅かな誤差分として表れる以外把握しにくい差
動電流は流れないが、変圧器投入時は、変圧器の
磁束(電圧)を確立する迄の間、過渡励磁電流
(励磁突入電流)がかなりの大きさで表れ、本来
事故時に流れる故障電流と大きさの上では見分け
がつかなくなる。 そのため、従来より過渡励磁電流の波形に着目
した所謂高調波抑制方式が用いられて来た。すな
わち、第1図bに示すように、変圧器投入時の過
渡励磁電流を分析すれば、たとえば第1図cに示
すような高調波成分比となり、高調波成分殊に第
2高調波成分が多い事がわかる。 この事実に着目した従来の変圧器保護用比率差
動継電器の構成を第2図に示す。第2図におい
て、変圧器Tの入出口両側に設置された変流器
CT1およびCT2から導入される一次および二次電
流が、それぞれ補助変成器1および2に加えら
れ、その代数和が差動電流として補助変成器3に
導入される。 これらの電流を整流器4,5,6で整流し、フ
イルタ7,8,9に加えた後抑制側に動作するよ
うな電圧を抑制回路10により発生させ、これと
差動電流に関係(比例)したフイルタ9の出力と
を、コンパレータ11により比較して、従来一般
に云う比率差動継電器と同一機能のものが構成さ
れる。 一方差動電流は、補助変成器12を介して電圧
を二次に生じ、コンデンサリアクトル等から成る
2端子周波数選択フイルタ(第2高調波阻止)1
3と、同様にリアクトルやコンデンサから成る2
端子周波数選択フイルタ14(第2高調波通過)
にそれぞれ印加される。 フイルタ13を通過した電流は整流器15を介
しハイパスフイルタ17を経由して動作側に作動
する電圧として、一方、フイルタ14を通過した
電流は整流器16を介しハイパスフイルタ18を
経由して抑制側に作動する電圧として各々コンパ
レータ19に印加され、基本波成分と第2高調波
成分とが相互比較される。その結果の出力は最終
判定回路20へ与えられる。 もし万一、投入時の過渡励磁電流により大きな
差動電流を生じコンパレータ11が動作して出力
「1」を生じても、上述のコンパレータ19は過
渡励磁電流中の第2高調波成分と基本波成分との
比が大きい事を検出して動作せず、結局、論理積
出力を生ずる最終判定回路20は不動作となり全
体の誤動作を防止できる。 このような構成例で見るように、第2高調波を
アナログフイルタで検出する方式は有効であり実
用に供せられているが、調波成分弁別用フイルタ
ーが過渡現象の立上り時に、時間遅れをもつ事、
コンパレータ19の前段にフイルターコンパレー
タ自体に時間遅れをもたせてある事などにより、
この時の基本波に対する応動が遅れ継電器全体の
動作が遅れる憾みがある。 この発明は以上のような従来の欠点を除去し、
即応性に秀れ、信頼性も高い差動継電器を提供す
るものである。 以下、この発明による差動継電器を第3図で説
明する。図において、Tは保護される変圧器、
CT1およびCT2はそれぞれ変圧器Tの高圧および
低圧側に配置される変成器、23,24,25は
補助変成器で、23および24は上記入力を受け
る補助変成器、25は上記2つの入力を合成する
補助変成器、26,27,28は補助変成器2
3,24,25からの信号を整流しかつレベル変
換するレベルコンバータである。29,30,3
1は上記レベルコンバータ26,27,28の直
流出力を受けて、その瞬時値をサンプルしホール
ドするサンプルホールドアンプであり、サンプル
ホールドアンプ31の出力は同時に後述する調波
分析を行うための回路へも印加される。32はマ
ルチプレクサであり、サンプルホールドアンプ2
9,30,31の3つのアンプ出力をマイクロプ
ロセツサ35からの指令により切換え、A/Dコ
ンバータ33へ印加する。A/Dコンバータ33
は、上記サンプルホールドアンプ29,30,3
1の出力を切換えたマルチプレクサ32の出力を
入力とし、デジタル値に変換し、次の入力レジス
タ34へセツトできるようにする。マイクロプロ
セツサ35は、上記サンプルホールドアンプ2
9,30,31に加わる入力を演算判定処理して
出力レジスタ36へ出力すると共に、マルチプレ
クサ、サンプルホールドアンプ29,30,31
およびレジスタ等の制御も行う。出力レジスタ3
6は、マイクロプロセツサ35による判定出力
「1」または「0」を保持する。37はレベルコ
ンバータであり、レジスタ36の出力を増幅して
外部の回路をドライブできるようにする。 なお、マイクロプロセツサ35から各種のタイ
ミング信号が、サンプルホールドアンプ、マルチ
プレクサ、A/Dコンバータおよびレジスタの制
御用信号として出力されている。 以上により比率差動継電器の機能をもつ部分が
構成される。この部分による従来の比率差動継電
器に相当する動作を以下に説明する。 まず、変圧器の一次、二次主回路に流れる電流
I1,I2はCT1およびCT2により変成され、端子2
1および22よりそれぞれaI1,aI2として入力さ
れる。この電流は補助変成器23,24により変
成され、通過電流入力に比例した電圧を二次に発
生する。 また、CT1およびCT2の電流の代数和a(I1
I2)を入力とする補助変成器25により差動電流
に比例した電圧を二次に発生する。 これらの電圧はレベルコンバータ26,27,
28によりレベル変換され、一次側を通過する電
流I1,I2およびその差動電流ID(≡I1+I2)に比例
した出力電圧cI1,cI2,c(I1+I2)を得る。この
出力は時々刻々変化するものであるが、適当なタ
イミングたとえばπ/12ラジアン毎にサンプルさ
れホールドされる。 次にこの3つの電圧をマルチプレクサ32によ
り切換えてA/Dコンバータ33に加え、A/D
変換後入力レジスタ34に保持する。 マイクロプロセツサ35は上記入力レジスタに
保持されたデータを入力するがこの入力を適当な
アルゴリズムにより演算処理して機器内部に事故
があるか否か判別する。 例えば (I1+I2)−Rf(I1、I2)≦0で「0」 (I1+I2)−Rf(I1、I2)>0で「1」 (1) のような関係を満足させる時は一種の比率差動継
電器であり、さらに、 Rf(I1、I2)=R・Max(|I1|、|I2|) はダイオードによる最大値抑制方式と等価であ
る。 ここでは、上記比率差動継電器の比率差動機能
を検討する事が本願発明の趣意ではないので省略
する。 いずれにせよ、上述の電流I1,I2,I1+I2は系
統周波数1サイクルの間を何分した時点でサンプ
ルし保持した幾つかの電流値の集合であり之に対
し上記関係式(1)が成立すればよい。 以下、この発明の特徴となる第2高調波判別回
路について説明するが、その準備として調波分析
のアルゴリズムについて述べる。 一般に、ひずみ波交流yの1周期をm等分しそ
の各時点0、1、2、m−1番目におけるyの瞬
時値をそれぞれy0、y1、y2……ym−1とすると、
ひずみ波yは y=a0+a1cosωt+a2cos2ωt+…… +b1sinωt+b2sin2ωt+…… と表現される。ここでa0、a1、a2、……b1、b2
…を求める事が調波分析である。 一般に商用の電力系統では、系統の運用制御上
注目される高調波の次数は5次程度であり、それ
以上は特別の場合を除き無視して考えてよい。特
に事故時の過渡現象の影響を微妙に蒙る送電線保
護リレーと異なり、本願の場合変圧器投入時の励
磁電流中の第2高調波成分を取扱うものであるか
ら、第5次程度を考慮すれば十分である。 5次の高調波迄求めるには、11個の係数を求め
ればよく12のサンプルすなわち、y0、y1、y2、…
…y11があればよい。 12個のyの値y0、y1、y2、……y11を測定した
後調波成分は以下で与えられる。
This invention relates to a differential relay. Electrical equipment connected to the power grid (such as transformers)
Differential relays are widely used to detect internal faults in buses and buses. In particular, transformers and busbars are energy passing means, and a current transformer CT is installed at the input and exit of the transformer, the currents are combined to obtain a differential current, and the presence or absence of the differential current is used to detect the presence or absence of a fault. This is considered the most rational method. Regarding differential protection for transformers, in order to establish the voltage (magnetic flux) of the transformer, no differential current flows that is difficult to understand except for the excitation current that appears as a slight error, but when the transformer is turned on, Until the magnetic flux (voltage) of the transformer is established, the transient excitation current (excitation inrush current) appears at a considerable level and becomes indistinguishable from the fault current that would normally flow during an accident. For this reason, a so-called harmonic suppression method that focuses on the waveform of the transient excitation current has been used. In other words, if we analyze the transient excitation current when the transformer is turned on, as shown in Figure 1b, we will get the harmonic component ratio as shown in Figure 1c, for example, and the harmonic components, especially the second harmonic component, will be I understand that there are many things. FIG. 2 shows the configuration of a conventional ratio differential relay for protecting a transformer, which focuses on this fact. In Figure 2, current transformers installed on both sides of the inlet and outlet of transformer T
The primary and secondary currents introduced from CT 1 and CT 2 are applied to auxiliary transformers 1 and 2, respectively, and their algebraic sum is introduced to auxiliary transformer 3 as a differential current. After these currents are rectified by rectifiers 4, 5, and 6 and applied to filters 7, 8, and 9, a voltage that operates on the suppression side is generated by the suppression circuit 10, and this is related (proportional) to the differential current. The output of the filter 9 is compared with the output of the filter 9 by a comparator 11, and a relay having the same function as a conventional ratio differential relay is constructed. On the other hand, the differential current generates a voltage secondarily through an auxiliary transformer 12, and a two-terminal frequency selection filter (second harmonic blocking) 1 consisting of a capacitor reactor, etc.
3, and 2, which also consists of a reactor and a capacitor.
Terminal frequency selection filter 14 (passing second harmonic)
are applied to each. The current that has passed through the filter 13 passes through the rectifier 15 and the high-pass filter 17 as a voltage that operates on the operating side, while the current that has passed through the filter 14 passes through the rectifier 16 and the high-pass filter 18 that operates on the suppressing side. The fundamental wave component and the second harmonic component are mutually compared. The resulting output is given to the final determination circuit 20. Even if a large differential current is generated due to the transient excitation current at the time of turning on, and the comparator 11 operates to produce an output of "1", the above-mentioned comparator 19 will detect the second harmonic component in the transient excitation current and the fundamental wave. The final judgment circuit 20, which detects that the ratio with the component is large and does not operate, and ultimately generates an AND output, becomes inoperative, thereby preventing malfunction of the entire system. As seen in this configuration example, the method of detecting the second harmonic using an analog filter is effective and is in practical use. What I have,
Due to the fact that the filter comparator itself is provided with a time delay before the comparator 19,
At this time, there is a problem that the response to the fundamental wave is delayed and the operation of the entire relay is delayed. This invention eliminates the above-mentioned conventional drawbacks,
The present invention provides a differential relay with excellent responsiveness and high reliability. Hereinafter, a differential relay according to the present invention will be explained with reference to FIG. In the figure, T is the transformer to be protected,
CT 1 and CT 2 are transformers placed on the high and low voltage sides of the transformer T, respectively, 23, 24, and 25 are auxiliary transformers, 23 and 24 are auxiliary transformers that receive the above input, and 25 is a transformer that receives the above input. Auxiliary transformers that combine inputs, 26, 27, and 28 are auxiliary transformers 2
This is a level converter that rectifies and converts the level of signals from 3, 24, and 25. 29,30,3
Reference numeral 1 designates a sample-and-hold amplifier that receives the DC outputs of the level converters 26, 27, and 28, and samples and holds the instantaneous values thereof.The output of the sample-and-hold amplifier 31 is simultaneously sent to a circuit for performing harmonic analysis, which will be described later. is also applied. 32 is a multiplexer, sample and hold amplifier 2
Three amplifier outputs 9, 30, and 31 are switched according to a command from the microprocessor 35 and applied to the A/D converter 33. A/D converter 33
is the sample hold amplifier 29, 30, 3
The output of the multiplexer 32 which has switched the output of 1 is taken as an input, converted into a digital value, and can be set to the next input register 34. The microprocessor 35 is connected to the sample and hold amplifier 2.
The inputs applied to 9, 30, and 31 are subjected to calculation/judgment processing and outputted to the output register 36, as well as the multiplexer and sample/hold amplifiers 29, 30, and 31.
It also controls registers, etc. Output register 3
6 holds the determination output "1" or "0" from the microprocessor 35. A level converter 37 amplifies the output of the register 36 so that it can drive an external circuit. Note that various timing signals are outputted from the microprocessor 35 as control signals for the sample-and-hold amplifier, multiplexer, A/D converter, and register. The above constitutes a portion having the function of a ratio differential relay. The operation of this portion corresponding to a conventional ratio differential relay will be described below. First, the current flowing in the primary and secondary main circuits of the transformer
I 1 and I 2 are transformed by CT 1 and CT 2 , and terminal 2
1 and 22 as aI 1 and aI 2 , respectively. This current is transformed by auxiliary transformers 23, 24 to generate a secondary voltage proportional to the passing current input. Also, the algebraic sum a ( I 1 +
An auxiliary transformer 25 with I 2 ) as input generates a voltage proportional to the differential current to the secondary. These voltages are converted to level converters 26, 27,
28, output voltages cI 1 , cI 2 , c (I 1 + I 2 ) proportional to the currents I 1 , I 2 passing through the primary side and their differential current I D ( ≡I 1 + I 2 ) are converted. obtain. Although this output changes from moment to moment, it is sampled and held at appropriate timings, for example, every π/12 radians. Next, these three voltages are switched by the multiplexer 32 and applied to the A/D converter 33, and the A/D
It is held in the input register 34 after conversion. The microprocessor 35 inputs the data held in the input register and processes this input using an appropriate algorithm to determine whether there is an accident inside the device. For example, (I 1 +I 2 )−Rf(I 1 , I 2 )≦0, it is “0” (I 1 +I 2 )−Rf(I 1 , I 2 )>0, it is “1” (1) When the relationship is satisfied, it is a kind of ratio differential relay, and furthermore, Rf (I 1 , I 2 ) = R・Max (|I 1 |, |I 2 |) is equivalent to the maximum value suppression method using diodes. It is. Here, a discussion of the ratio differential function of the ratio differential relay described above is not the purpose of the present invention, and will therefore be omitted. In any case, the above-mentioned currents I 1 , I 2 , I 1 +I 2 are a set of several current values sampled and held at certain points during one cycle of the grid frequency, and the above relational expression ( It is sufficient if 1) holds true. The second harmonic discriminating circuit, which is a feature of the present invention, will be described below, but as a preparation, an algorithm for harmonic analysis will be described. Generally, if one period of the distorted wave alternating current y is divided into m equal parts, and the instantaneous values of y at each time point 0, 1, 2, m-1 are y 0 , y 1 , y 2 ...ym-1, respectively,
The strain wave y is expressed as y=a 0 +a 1 cosωt+a 2 cos2ωt+... +b 1 sinωt+b 2 sin2ωt+... Here a 0 , a 1 , a 2 , ...b 1 , b 2 ...
Finding... is harmonic analysis. In general, in a commercial power system, the order of harmonics that is of interest in the operational control of the system is about the 5th order, and higher harmonics can be ignored except in special cases. Unlike power transmission line protection relays, which are subtly affected by transient phenomena during accidents, in this case, the second harmonic component in the excitation current when the transformer is turned on is handled, so the fifth harmonic must be taken into account. It is sufficient. To find up to the 5th harmonic, you only need to find 11 coefficients and 12 samples: y 0 , y 1 , y 2 ,...
…y 11 is enough. The harmonic components after measuring the 12 y values y 0 , y 1 , y 2 , . . . y 11 are given below.

【表】 1 〓3

b
[Table] 1 〓3

b 2 =

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 電気機器又は母線を保護する差動継電器にお
いて、 その差動電流をサンプリングするサンプリング
回路、 このサンプリング回路の出力を異なる一定係数
で乗算する複数のアナログ一定係数乗算回路、 これらの複数のアナログ一定係数乗算回路の出
力を所定のアルゴリズムに基づいて制御されて切
換える切換回路、 この切換回路の出力をデジタルに変換するA/
D変換回路、 並びに上記A/D変換回路の出力を基本波成分
及び第2高調波成分毎に所定時間分積算しそれら
を所定のアルゴリズムに基づいて演算して上記基
本波成分と第2高調波成分とが一定の関係を有す
るときには故障電流を遮断するための制御信号の
出力を抑制するデジタル演算制御回路 備えたことを特徴とする差動継電器。
[Claims] 1. A sampling circuit that samples the differential current of a differential relay that protects an electrical device or a bus bar; A plurality of analog constant coefficient multiplication circuits that multiply the output of this sampling circuit by different constant coefficients; A switching circuit that switches the outputs of a plurality of analog constant coefficient multiplier circuits under control based on a predetermined algorithm;
The outputs of the D conversion circuit and the A/D conversion circuit are integrated for a predetermined period of time for each fundamental wave component and second harmonic component, and are calculated based on a predetermined algorithm to calculate the above fundamental wave component and second harmonic component. A differential relay comprising a digital calculation control circuit that suppresses the output of a control signal for interrupting a fault current when the components have a certain relationship.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5461656A (en) * 1977-10-25 1979-05-18 Mitsubishi Electric Corp Protective relay
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