JPH0320970B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、電力継電器特に電力機器の運転状態
を監視保護する電力継電器に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 交流電力系統においては、その安定運転維持の
ために有効電力及び無効電力の平衡が不可欠であ
る。例えば有効電力が過大に消費された場合には
系統周波数が低下し、又、無効電力が過大に消費
された場合には系統電圧が低下する。したがつて
電力系統は、常時、前記した平衡が維持されるよ
うに運転されるが、電力機器の故障によつて不平
衡要因が生じた場合には、速かに、これを系統か
ら除去することが必要であつて、この目的のため
に保護継電器が使用される。

今、一例として発電機の界磁喪失について述べ
る。すなわち、同期発電機が界磁喪失した場合に
は、誘電発電機となつて同期速度以上で回転し、
回転子に大なる誘導電流が流れて回転子鉄心を過
熱する。これによる損傷を保護するため、例え
ば、距離継電器による界磁喪失保護が実施されて
いる。

ところで、界磁喪失時においては系統から発電
機を見込んだインピーダンスは、主に誘導性であ
つて、直軸同期リアクタンスx_dと直軸過渡リアク
タンスx′_dの1/2の間の大きさであり、しかもこの
場合系統から発電機定格容量の２乃至４倍の無効
電力を消費すると云われている。

したがつて、系統容量に比較して単機容量の大
きい発電機においては界磁喪失保護は２つの責
務、即ち機器を損傷から保護すること、及び無効
電力消費による系統の安定度破壊を防止するこ
と、とを有していると考えられる。更に、電力機
器として交直変換器を考えたとき、この無効電力
消費の異常な増加を高い選択性をもつて検出し得
る保護継電器に適当なものが見あたらないのが、
現状である。

本発明者は、この技術的問題点を解決する目的
で、既に特願昭57−98358号「電力継電器」を出
願している。この特許出願においては、無効電力
Ｑを動作量とし、有効電力Ｐを抑制量とすること
により、動作判定式Ｑ−k₁｜Ｐ｜k₂を形成し、
無効電力の異常な増加による電力機器の故障の検
出を行なう技術的手段を詳細に説明している。

この特許出願は、きわめて有効であるが、反面
実際の適用面において若干の技術課題があること
が判明してきた。それは、リレーの検出感度の問
題である。すなわち、保護継電器は一般的にその
故障検出能力が電力潮流の大小に影響されないこ
と及び電力潮流の方向に影響されないことが望ま
しい。交直変換器においては、その運転条件によ
り潮流方向や、潮流の大きさが大きく変化する
が、この様な場合においても、リレーの検出感度
がほゞ一定に保たれるならば、実際の適用におい
てリレーの検出感度の整定は運転条件を考慮する
ことなくきわめて容易に行なうことができる。

第１図は、交直変換器の正常運転時の有効電力
と無効電力の関係の一例を示したものである。図
中、RECは順変換器運転時のＰ−Ｑ曲線、INV
は逆変換器運転時のＰ−Ｑ曲線である。この両曲
線は、共に有効電力の大きさが増大するに従い無
効電力も増大することを示している。したがつ
て、この常時の運転時のＰ−Ｑ曲線を不動作域に
含むリレー特製Ｑ−k₁｜Ｐ｜k₂のリレーを設定
することにより、無効電力Ｑの異常な増加を検出
して保護しようとするものが既に提案した特願昭
57−98358号の電力継電器である。

しかるに、変換器が消費する無効電力は第１図
に示したように、変換器の運転条件により異なる
ので、例えば第１図のリレー特性ではREC運転
中では△Q_Rの無効電力消費の増大でリレーが動
作したのに対しINV運転中では△Q_Iの無効電力
消費の増大でリレーが動作するというように、リ
レー感度が異なるという不具合が生じることにな
る。

この対策としては、特願昭57−98358号のリレ
ーを各々順変換器運転用逆変換器運転用の２台設
けることによつて上記不具合を解消することも可
能であるが、ハード規模が増大するなどの別の不
具合が生ずることになる。

［発明の目的］ 本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、
その目的は交直変換器の運転条件に応じてリレー
特性を実質的に変更せしめ、運転条件によらずリ
レーの検出感度をほゞ一定に保つようにした電力
継電器を提供するにある。

［発明の概要］ 本発明は、上記目的を達成するために無効電力
を動作量とし、有効電力を抑制量とすることによ
り動作判定を行なうものであり、有効電力の極性
により又は極性の大きさにより動作判定条件を変
更するようにした電力継電器に関するものであ
る。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を図面に参照して説明する。

第２図は、本発明による電力継電器の一実施例
のブロツク構成図である。同図において、１は入
力回路であり、交直変換器に接続される三相電力
系統からＲ相の線電流I〓_RとＴ相の線電流I〓_TとＲ相
とＳ相の線間電圧V〓_RSとＴ相とＳ相の線間電圧
V〓_TSを導入する。２は無効電力導出回路であり、
周知の２電力計法により無効電力Ｑに比例した電
気料を導出する。３は有効電力導出回路であり、
周知の２電力計法により有効電力Ｐに比例した電
気量を導出する。４は正波検出回路であり、正の
有効電力｛Ｐ｝⁺に相当した電気量を出力する。５
は負波検出回路であり、負の有効電力｛Ｐ｝^-に相
当した電気量を出力する。この正波検出回路４と
負波検出回路５は周知のように半波整流回路によ
り構成されている。６は乗算回路であり、正波検
出回路４の出力を係数k_A倍するものである。７
も乗算回路であり、負波検出回路５の出力を係数
k_B倍するものである。８は減算回路であり、無効
電力導出回路２の出力と、乗算回路６，７の出力
を入力し、無効電力導出回路２の出力から乗算回
路６の出力及び乗算回路７の出力を減算し、その
結果を出力するものである。９はレベル検出回路
であり、減算回路８の出力を導入し、その信号の
大きさを判別し、予定値k₂以上のときに保護出力
を送出するものである。

次に、本実施例の作用について説明する。

本実施例の動作判定式は下記(1)式で表わされ
る。

Ｑ−k_A｛Ｐ｝⁺−k_B｛Ｐ｝^-k₂ ここで、Ｑは無効電力、Ｐは有効電力、｛Ｐ｝⁺
は正の有効電力、｛Ｐ｝^-は負の有効電力、k_A、k_B
は抑制係数、k₂は検出レベルである。

ところで、他励式交直変換器においては、運転
中には送電方向がいずれにあつても原理上、無効
電力を消費する。即ちＱ＞０である。しかも、通
常の運転においては、制御角を小さくして高力率
運転されるため無効電力Ｑは比較的小さい。又、
消費される無効電力Ｑは送電される有効電力Ｐに
依存し、送電される有効電力Ｐが増加するに比例
して無効電力Ｑも増加する。

更に詳細には第１図に示したように、変換器の
運転条件が順変換器（REC）運転と逆変換器
（INV）運転で、この増加の度合が異なるのが普
通である。

この理由は、制御の違いによるものである。一
般的には、変換器は消費する無効電力を最小とす
るために、逆変換器では最小余裕角γの余裕角制
御をし、順変換器では定電流制御をする結果、逆
変換器の力率は順変換器の力率より悪くなるとい
える。

ところで、上述のように有効電力Ｐは順変換器
運転時には、正、逆変換器運転時には負となるの
で、有効電力Ｐの極性によりリレー特性を実質的
に変更することにより、リレー感度をほゞ揃える
ことが可能である。すなわち、順変換器運転時に
はＰ＞０であり、したがつて｛Ｐ｝⁺＞０、｛Ｐ｝^-
＝０であり、本実施例の動作判定式は実質的にＱ
−k_A｛Ｐ｝⁺≧k₂となるので、第１図の逆変換器
（INV）の特性がいかなるものであつても制約を
受けることなく順変換器（REC）の特性をわず
かに不動作域に含むように係数k_Aの選択が可能
である。

また、逆変換器運転時にはＰ＜０であり、した
がつて、｛Ｐ｝⁺＝０、｛Ｐ｝^-＞０であるから本実施
例の動作判定式は実質的にＱ−k_B｛Ｐ｝^-≧k₂とな
るので、第１図の順変換器の特性がいかなるもの
であつても制約をうけることなく、逆変換器
（INV）の特性をわずかに不動作域に含むよう
に、係数k_Bの選択が可能である。

第３図は、この様子を表わしたものであり、順
変換器REC運転、逆変換器INV運転のいかんに
よらず、等しい無効電力消費の増大△Q′でリレ
ーが動作することが判る。

以上説明したように、本実施例によれば交直変
流器の有効電力の極性により運転条件を識別し、
リレー特性を最適にすることによりリレーの検出
感度をほゞ揃えることができる電力継電器を提供
することができる。

第４図は、本発明の他の実施例であり、第２図
と同一機能を有する箇所には同一符号を附し、そ
の詳細な説明は省略するものとする。同図におい
て、１０，１１は可変利得回路であり、入力が大
きくなるにしたがい利得が大きくなる機能を有す
る。すなわち、可変利得回路１０は正波検出回路
４の出力を入力とし、入力量の大きさに応じた利
得だけ入力量を増幅し、出力を減算回路８の減算
入力として与えるものであり、可変利得回路１１
も負波検出回路５の出力を入力をし入力量の大き
さに応じた利得だけ入力量を増幅し、出力を減算
回路８の他方の減算入力に与えるものである。

次に、本実施例の作用について説明する。

可変利得回路１０，１１の出力を各々Ｆ（｛Ｐ｝
^＋）、Ｇ（｛Ｐ｝^-）と表わすとき、本実施例の動作判
定式は下記(2)式で表わされる。

Ｑ−Ｆ（｛Ｐ｝⁺）−Ｇ（｛Ｐ｝^-）k₂ …(2) この場合、上記(2)式で表わされる動作判定式は
実質的に順変換器運転、即ちＰ＞０のとき Ｑ−Ｆ（｛Ｐ｝⁺）k₂ 逆変換器運転、即ちＰ＜０のとき Ｑ−Ｇ（｛Ｐ｝^-）k₂ となるので、各々順変換器REC、逆変換器INV
の特性に合わせて両者がほゞ同一感度になるよう
に整定することが可能である。

このような構成は、特に第１図に示したＰ−Ｑ
曲線が図示されたような直線ではなく、何らかの
原因で第５図に示すような曲線である場合に、特
に有効である。

可変利得回路の一構成例を第６図に示す。同図
において１２は非直線抵抗体であり、第７図に示
すように電圧が高くなるに従い抵抗値が小さくな
る特性を有している。また、１３は固定抵抗体で
あり、非直線抵抗体１２とにより分圧され、この
分圧点ｑの電圧が定利得アンプ１４で増幅される
ように構成されている。

さて、入力電圧V₁が大きくなるに従い非直線
抵抗体１２の抵抗値は小さくなるので、分圧比は
徐々に大きくなる。そして出力電圧をV₀とする
と、V₀／V₁はV₁が大きくなるにしたがい大きく
なる。この結果、 △Ｇ（｛Ｐ｝^-）−△｛Ｐ｝^-／△｛Ｐ｝^-＞０ となる。

したがつて、｛Ｐ｝^-の増大に伴いリレーの動作
式は徐々に狭く第５図のＰ＜０のときの動作域に
示したようになる。

また、可変利得回路１０についても第６図の非
直線抵抗体１２と固定抵抗体１３の位置を入れか
えることにより、入力V₁が大きくなるに従い分
圧比を徐々に小さくすることができるので、 △Ｆ（｛Ｐ｝⁺）−△｛Ｐ｝⁺／△｛Ｐ｝⁺＜０ とすることができ、｛Ｐ｝⁺の増大に伴いリレーの
動作式を徐々に広くできるので、第５図のＰ＞０
の動作域に示したようにすることができる。

尚、上記実施例では２電力計法により有効電
力、無効電力を導出する方法を説明しているが、
これは例示であり、３電力計法やその他の方法で
も何等支障なく行なえることは勿論である。ま
た、上記各実施例で実行している信号処理を他の
アナログ回路やデイジタル回路やコンピユータソ
フトウエアで実施できることも勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば交直変換
器の運転条件に拘らずリレーの検出感度をほゞ一
定に保つことのできる電力継電器を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の交直変換器の特性図、第２図は
本発明の一実施例のブロツク構成図、第３図は第
２図実施例の特性図、第４図は本発明の他の一実
施例のブロツク構成図、第５図は第４図実施例の
特性図、第６図は可変利得回路図、第７図は非直
線抵抗体の特性図である。 １……入力回路、２……無効電力導出回路、３
……有効電力導出回路、４……正波検出回路、５
……負波検出回路、６，７……乗算回路、８……
減算回路、９……レベル検出回路、１０，１１…
…可変利得回路、１２……非直線抵抗体、１３…
…固定抵抗体、１４……定利得アンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交直変換器の無効電力消費の異常な増加を前
   記交直変換器に接続された三相回路に設置された
   電力継電器により検出して前記交直変換器を保護
   するように構成される電力継電器において、時間
   平均値が無効電力量に比例する電気量を合成する
   第１手段と、時間平均値が有効電力量に比例する
   電気量を合成する第２手段と、前記第２手段の出
   力の極性または極性と大きさにより当該第２手段
   の出力に乗じる係数を変更する第３手段と、前記
   第１手段の出力電気量から前記第３手段の出力電
   気量を減算した電気量が予定値以上のとき保護出
   力を送出する第４手段とを備えていることを特徴
   とする電力継電器。