JPH0379931B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、デイジタル保護継電器のアナログ
入力部の不良検出を行うための監視装置に関する
ものである。

〔従来の技術〕

従来デイジタル保護継電器のアナログ入力部の
不良検出装置として、例えば特開昭53−6855号公
報に記載されるものがある。

第１図、および第２図に従来の２つの方式の構
成を示す。まず、第１図において、送電線路１に
設けられたCT２およびPT３は入力切替装置８の
入力接点S₁，S₁′にそれぞれ接続されている。４
は点検のために設けた模擬送電線で、点検用の電
源５CT７、およびリアクトル６で構成されてい
る。このCT７およびリアクトル６は切替装置８
の入力接点S₂，S₂′にそれぞれ接続されている。
そして、切替装置８の切替接点Ｓ，S′はそれぞれ
Ａ／Ｄ変換器１１，１２を通じて、デイジタル演
算処理部９に導かれている。

即ち、点検を行う際には、切替装置８の切替接
点Ｓ，S′を送電線１のCT２、PT３に接続された
入力接点S₁，S₁′側から模擬送電線４のCT７、リ
アクトル６に接続された入力接点S₂，S₂′側に切
替える。模擬送電線４の点検用の電流、電圧は点
検用の電源５によつて供給されていて、Ａ／Ｄ変
換器１１，１２の入力となる電流、電圧の大きさ
はそれぞれCT７およびリアクトル６のタツプを
選択することにより調整でき、所定の点検用信号
を得るようになつている。

切替装置８を介した電流、電圧は、それぞれ
Ａ／Ｄ変換器１１，１２により、デイジタル量に
変換されて、デイジタル処理部９に導びかれる。
通常時、デイジタル処理部９の出力は、トリツプ
回路へ導びかれ、しや断器によつて送電線１がし
や断される。点検時においては、デイジタル処理
部９は、Ａ／Ｄ変換器１１，１２の出力（点検入
力時Ａ／Ｄ変換値）と、あらかじめ用意された基
準とを、比較し、これらが一致しない場合には警
報回路へ出力を出す。

一方、特開昭53−6855号公報に示された別の従
来方式を第２図により説明する。第１図と同一部
分は同一符号で示す。第２図において、１３，１
４は点検入力のデイジタルデータを格納したメモ
リ回路である。Ａ／Ｄ変換器１１，１２は、送電
線１に設けられたCT２と切替装置８の一方の入
力接点S₁との間、およびPT３と切替装置８の他
方の入力接点S₁′との間にそれぞれ設けられてい
る。また、切替装置８の入力接点S₂，S₂′にはそ
れぞれメモリ回路１３，１４が接続されている。
入力接点S₁，S₁′、及びS₂，S₂′を切替える切替接
点Ｓ，S′の出力側は、直接、デイジタル処理部９
に接続されている。

この装置において、点検を行う際には、切替装
置８の切替接点Ｓ，S′を接点S₁，S₁′側から接点
S₂，S₂′側に切替ることにより、上記メモリ回路
１３，１４が切替装置８を介して、デイジタル処
理部９に接続され、点検用の電流、電圧値がデイ
ジタル量で、上記メモリ回路１３，１４より、デ
イジタル処理部９に導びかれる。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の方式は以上のように構成されているので
以下の問題点があつた。

第１図に示した従来方式では、模擬送電線を設
ける必要があるため、電源、リアクトル、CT等
が必要であり、点検のための装置が大掛りとなる
他、点検中は、送電線の電流、電圧値をデイジタ
ル処理部に導くことができないため、保護リレー
機能が停止し、この間に送電線において系統事故
が発生した場合は、これを検出し送電線を保護で
きない。

次に、第２図に示した従来方式では、点検入力
をＡ／Ｄ変換器などの後に入れるため、Ａ／Ｄ変
換部より以前の部位の不良検出ができない。

更に第１図および第２図に共通して、一定周期
で点検を実施するため、不良が発生しても、その
検出までに、系統事故と遭遇する可能性があるた
め、不良検出方式として充分でない。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るデイジタル保護継電器の監視装
置は、系統入力と異なる周波数の監視用信号と系
統入力とを入力トランスで重畳し、Ａ／Ｄ変換器
を介して得られる上記入力トランスから出力され
る信号から系統入力に関連するデータのみを抽出
する第１のデイジタルフイルタと、監視用信号に
関連するデータのみを抽出する第２のデイジタル
フイルタと、第１のデイジタルフイルタの抽出出
力によりリレー演算するリレー演算部と、第２の
デイジタルフイルタの抽出出力により監視をする
監視部とからなる。

〔作用〕

この発明においては、第１のデイジタルフイル
タの抽出出力によりリレー演算を行い、保護継電
器本来の機能である系統保護動作を実施しつつ、
第２のデイジタルフイルタの抽出出力により保護
継電器のアナログ回路の不良を監視することがで
きる。

〔発明の実施例〕

系統の電圧入力は常時、一定値以上の入力があ
つて、その値を監視することにより、アナログ入
力回路の不良検出する方法が種々実施されている
が、電流入力など常時、一定値以上の入力が期待
できない入力回路は、強制的になんらかの入力を
印加して、不良検出する必要があり、本発明は、
この入力印加方式と、その入力を監視して、不良
検出する処理について、新規方式を提案するもの
である。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第３図において、監視用信号回路２３の出力
信号（Iref）は、アンプ２０により増幅されて、
絶縁トランス３０を通じて系統からのPT、CT入
力２１（以下略してPCT入力と呼称する）とと
もに、入力トランス２２に入力される。ここで、
PT、CT入力２１は第１図、第２図にて説明した
送電線のPT８、CT２から入力される入力信号の
ことであり、略してPCT入力２１ISとして説明
する。入力トランス２２はPCT入力２１Is用の巻
線と、監視用信号回路２３からの入力信号Iref用
巻線と、出力側の巻線から構成されており、
PCT入力２１Isと監視用入力Irefが各々重畳さ
れ、加算された値が出力側の信号（Iad）として
得られる様に動作する。入力トランス２２の出力
Iadは、出力側に設けられた抵抗器により電流信
号から電圧信号に変換された後、フイルタ２４を
通つてサンプルホールド２５により、あらかじめ
定められた任意の一定周期で、一定時間保持され
る。そして、マルチプレクサ２６でこのサンプル
ホールド２５で保持した電圧信号を順次切換え
て、Ａ／Ｄ変換器１２に導びかれる。Ａ／Ｄ変換
器１２により、デイジタル量に変換されたデータ
は、デイジタル処理部９により、演算処理され
る。３１は不良検出したことを知らせる警報出力
である。

ここで、サンプルホールド２５は略して“SH”
と、マルチプレクサ２６は略して“MPX”と以
下の説明では呼称する。

第４図は、監視用信号回路２３の１例を示した
ものでメモリ４２内に記憶している信号波形のデ
ータを、任意の周期でＤ／Ａ変換器４３に出力
し、監視用の交流出力信号を得るもので、発振器
４１の周波数を変化させることにより任意の周波
数の交流信号をＤ／Ａ変換器４３から得ることが
できる回路である。以下その動作について説明す
る。カウンタ４０は発振器４１のクロツクで１ず
つカウンタアツプする。例えば、その出力が８本
の場合、２進級表現で“00000000”から
“11111111”まで、10進級表現で、“０”〜“255”
までカウントする。実際の出力本数はメモリ４２
のアドレス本数に合わせる。メモリ４２はカウン
タ４０の出力をアドレスとして、そのアドレスに
対応し、予め書き込まれたデイジタルデータを、
Ｄ／Ａ変換器４３に出力する。Ｄ／Ａ変換器４３
はメモリ４２からのデイジタルデータを一定の規
則に従つてアナログデータに変換し、これが監視
用信号となる。ここで、監視用信号は、メモリ４
２に書き込むデイジタルデータにより、任意の波
形とすることができ、また、発振器４１の周波数
により、任意の信号周波数とすることができる。
監視用信号の波形、周波数は以上のように、メモ
リ４２に書き込まれたデイジタルデータと発振器
４１の周波数で決まるが、メモリ４２の書込みデ
ータは変動することはなく、発振器も水晶発振器
等、発振周波数変化がほとんどないものを使用す
ることにより、波形、周波数の変動のない高精度
の監視信号を得ることができる。

第４図の構成部品コストについて、発振器４１
は実際には、第３図に示すところのデイジタル処
理部９の中にある水晶発振器と共用できるため、
専用に設ける必要はない。なお、デイジタル処理
部９はマイクロプロセツサを中心として構成して
おり、その動作用に水晶発振器を備えている。メ
モリ４２は、比較的小容量のものでよいことと、
最近の半導体技術の進歩から、安価に入手できる
ようになつている。Ｄ／Ａ変換器４３も、８ビツ
ト前後で低速のものでよく、その結果第４図に示
す構成は第１図に示した模擬送電線４などに比
べ、非常に安価に構成できる。

次に、第３図において本発明の動作説明に入る
前に、デイジタル保護継電器の系統事故を検出す
るための基本的な入力信号処理について説明す
る。

まず、電力系統の故障を検出するため、PT・
CTから電圧電流信号PCT入力２１Isを取り込み、
デイジタル処理部９で処理可能な形態にまで、信
号変換処理を行う。

入力トランス２２は、電力系統の電圧、電流値
が最大となる時、それらの信号をＡ／Ｄ変換器１
２のフルスケールに適した値にレベル変換するた
めのものである。

この入力トランス２２２次の電圧レベルがアナ
ログフイルタ２４に入力される。

デイジタル保護継電器では種々のリレー特性か
ら要求される総合的フイルタ特性をデイジタル処
理とアナログ処理の組合せで実現する。アナログ
フイルタ２４は折り返し周波数以上の高調波成分
の除去を主目的としている。

デイジタル保護継電器では、リレー特性上必要
な周波数帯域を考慮して、フイルタ２４では、折
り返し周波数より高い周波数成分は完全に無視で
きる程度まで減衰させる。このようなフイルタ２
４を通過させた後の入力信号をSH２５でサンプ
リングし、デイジタル値に変換する様に処理す
る。サンプリング周波数は、サンプリング定理等
をふまえ、かつCPUの演算処理能力およびリレ
ー演算アルゴリズムでのデータ処理の簡便さか
ら、通常系統周波数の電気角30°、すなわち、600
Hz（50Hz系）、または720Hz（60Hz系）に選ばれて
いる。

サンプルホールド２５は、リレー演算アルゴリ
ズム上から同時刻のサンプリングデータが必要で
あるため第３図にも示すように全入力チヤンネル
にサンプルホールド２５が設けられており、時々
刻々変化する入力信号をＡ／Ｄ変換が終了するま
で保持するものである。

この様にして電力系統の入力信号を処理し、デ
イジタル処理部９でリレー演算を行う。

以上の様な構成と入力信号処理を基に本発明に
よる自動監視方式の動作を以下に説明する。監視
用信号（Iref）は監視用信号回路２３で発生し、
アンプ２０で増巾、絶縁トランス３０で絶縁さ
れ、入力トランス２２の１次側巻線に、PCT入
力２１に重畳される形で、常時印加されている。
ここで、監視用信号（Iref）の大きさは、PCT入
力２１のフルスケール、例えばCT入力の場合は
最大事故電流に対して充分に低いレベルとする。
これは、仮に監視用信号２３のレベルを、PCT
入力２１の最大値と同じとした場合、入力トラン
ス２２以後の回路の最大入力はPCT２１と監視
用信号（Iref）が加算される為、PCT入力２１の
最大値の２倍となり、系統からの小入力から大入
力に対して正しく回路動作させる為の、入力範囲
設計（ダイナミツクレンジ設計）上、制約となる
為である。

一方、監視用信号（Iref）の大きさをあまり小
さくすると、フイルター２４のゲイン変化などを
検出しにくくなる。

このように重畳された監視用信号（Iref）は入
力トランス２２、フイルタ２４、SH２５、MPX
２６を通り、Ａ／Ｄ変換器１２により、デイジタ
ル値に変換される。

Ａ／Ｄ変換器１２によるデイジタルデータは、
前述のリレーアルゴリズム上、都合のよい周期、
一般的には系統周波数の電気角30°間隔毎に、サ
ンプリングされ、Ａ／Ｄ変換されたものである。
これらのデイジタルデータはデイジタル処理部９
により以下の処理を施し、入力トランス２２から
Ａ／Ｄ変換器１２までの回路不良を検出する。

〔Ａ〕 監視用信号（Iref）成分を抽出する。

Ａ／Ｄ変換器１２のデイジタルデータ出力には
PCT入力２１と監視用信号（Iref）が重畳された
もので、PCT入力２１の影響を受けずに入力回
路の監視を行う為には、監視用信号（Iref）成分
のみを抽出する必要がある。監視用信号（Iref）
の周波数を一例として系統周波数の４倍とした場
合の抽出方法について説明する。系統周波数の電
気角180°分位相がずれたデータを加算するデイジ
タルフイルターの周波数特性は１式で表わせる。

Ｇ＝２｜cosｎ・π／２｜ ……１式 （Ｇ：入力に対する出力倍数 ｎ：フイルター入力信号周波数の系統周波数に
対する倍数） １式に系統周波数（ｎ＝１）、監視用信号周波
数（ｎ＝４）を適用した結果は 系統周波数(n=1)…Ｇ＝２｜cosπ／２｜＝０ 監視用信号周波数（ｎ＝４） ……Ｇ＝２｜cos4π／２｜＝２ となり、系統周波数の信号は除去され、監視用信
号周波数の信号は２倍となつて抽出されている。
第５図は１式をグラフ表現したものである。第５
図でも解る通り、監視用信号周波数を系統周波数
の２倍とした場合でも同一処理で抽出可能であ
り、更に処理方法をかえれば他の周波数とするこ
とも可能である。

〔Ｂ〕 監視用信号の大きさから不良検出する。

〔Ａ〕の処理により抽出した監視用信号
（Iref）周波数は、本例では、系統周波数の４倍
としている。一方、サンプリング周期すなわち、
Ａ／Ｄ変換する周期は系統周波数の電気角30°で
あるから、サンプリング周波数は系統周波数の12
倍、また監視用信号（Eref）周波数の３倍となつ
ており、サンプリング定理により、監視用信号の
大きさを、サンプリングデータから算出可能であ
る。算出した監視用信号の大きさから、入力トラ
ンス２２からＡ／Ｄ変換器１２の不良検出を行う
方法として、予め処理部９の中に用意した規定値
と比較する方法と、複数の入力から抽出した監視
用信号間で比較する方法があり、どちらも有効で
ある。

以上の処理により、入力回路の不良検出が可能
であるがリレー演算に使用するデータにとつて
は、監視用信号（Iref）を除去し、系統周波数成
分、すなわちPCT入力２１を抽出する必要あり、
以下の処理を施こした、データをリレー演算に使
用する。ここでは一例として、前述の例と同じ
く、監視用信号（Iref）周波数を系統周波数の４
倍としたケースについて説明する。

〔ｃ〕 PCT入力成分を抽出する。

監視用信号周波数成分（系統周波数の４倍）を
除去し、PCT入力成分を抽出するため、２式で
表わされるデイジタルフイルター処理を施こす。

Ｇ＝２｜SINｎ・π／４｜ ……２式 （Ｇ：入力に対する出力倍数 ｎ：フイルター入力信号周波数の系統周波数に
対する倍数） ２式に系統周波数（ｎ＝１）、監視用信号周波
数（ｎ＝４）を適用した結果は 系統周波数(n-1)…Ｇ＝２｜SINπ／４｜＝√２ 監視用信号周波数（ｎ＝４） ……Ｇ＝２｜SIN4π／４｜＝０ となり、監視用信号（Iref）を除去し、系統周波
数成分、すなわちPCT入力２１は√２倍となつ
て抽出されている。第６図は２式をグラフ表現し
たものであるが、同じような原理を用いて種々の
監視用信号周波数に適用したり、数式が異なるデ
イジタルフイルターも考えられる。

以上〔Ａ〕、〔Ｂ〕および〔Ｃ〕の処理を施すこ
とで監視用信号（Iref）による入力トランス２２
からＡ／Ｄ変換器１２に至るアナログ入力回路の
不良検出を行い、かつ、監視用信号（Iref）を重
畳したことによる影響なしで、リレー演算を行う
ことができる。

第７図にデイジタル処理部９の機能ブロツクを
示す。第７図において、１２はＡ／Ｄ変換器、８
１〜８４がデイジタル処理部９であり、８１は上
記〔Ａ〕の処理を行うデイジタルフイルタ、８２
は上記〔Ｂ〕の処理を行う監視部、８３は上記
〔Ｃ〕の処理を行うデイジタルフイルタ、８４は
デイジタルフイルタ８３の抽出出力から系統を保
護する通常のリレー演算を行うリレー演算部であ
る。リレー演算部８４の出力は、送電線のしや断
器等をトリツプするトリツプ回路（図示せず．）
へ供給され、監視部８２の出力は、アナログ入力
部の不良を警報する警報回路（図示せず。）へ供
給されることは言うまでもない。

なお、監視用信号周波数は系統周波数の４倍に
限られないことは先に述べた通りであるが、系統
周波数と同一とすることはできない。すなわち、
系統周波数成分と監視用信号周波数成分の除去な
らびに抽出ができないからである。

また、以上の実施例では、監視用信号発生回路
２３として、メモリ４２とＤ／Ａ変換器４３を組
合せた例を示したが、予め任意に定められた出力
レベルと周波数をもつた信号出力が得られるもの
であれば、どのようなものでもよい。例えばウイ
ーンブリツジ発振器、あるいは矩形波とローパス
フイルターを組み合せた回路等が考えられる。ま
た、第３図の絶縁トランス３０はサージ・ノイズ
の問題がなければ、なくても良く、アンプ２０も
入力トランス２２の負担が軽ければ不要である。

〔発明の効果〕

この発明による効果として 入力トランスからＡ／Ｄ変換器までの全入力
回路の不良検出が可能である。

CT入力など常時、入力が期待できない場合
でも、監視用信号を重畳させたことで、監視が
可能である。

常時監視方式だけでなく、従来の点検方式の
電検入力印加方法としても適用可能である。

模擬送電線のような大掛りなものが不要で安
価となる。

等のメリツトがある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の点検装置構成図、
第３図は、この発明の一実施例を示すブロツク
図、第４図はその監視用信号発生回路の一例を示
すブロツク図、第５図及び第６図は処理部におけ
るデイジタルフイルターの周波数特性を説明する
ための特性図、第７図は、本発明におけるデイジ
タル処理部の機能ブロツクを示す図である。 ２１……PCT入力、２２……入力トランス、
２３……監視用信号発生回路、２４……フイルタ
ー、２５……サンプルホールド、２６……マルチ
プレクサ、１２……Ａ／Ｄ変換器、９……デイジ
タル処理部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 系統入力と異なる周波数の監視用信号を発生
   する監視用信号発生器、この監視用信号発生器の
   発生する監視用信号と系統入力とを入力し、これ
   らを重畳した出力を発生する入力トランス、この
   入力トランスの出力するアナログ信号をデイジタ
   ル信号に変換するＡ／Ｄ変換器、このＡ／Ｄ変換
   器の出力から系統入力に関連するデータのみを抽
   出する第１のデイジタルフイルタ、上記Ａ／Ｄ変
   換器の出力から監視用信号に関連するデータのみ
   を抽出する第２のデイジタルフイルタ、上記第１
   のデイジタルフイルタの出力によりリレー演算を
   行い系統を保護する出力を発生するリレー演算
   部、上記第２のデイジタルフイルタの出力の大き
   さを監視する監視部を備えたことを特徴とするデ
   イジタル保護継電器の監視装置。