JPH04168907A - 過励磁検出継電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は過励磁検出継電装置、特に発電機及び変圧器な
ど、広い周波数帯域での保護を必要とする機器の保護に
用いられる過励磁検出継電装置に関する。

（従来の技術） 発電機及び変圧器などの電力機器が過励磁状態で連続運
転を行なうと、機器の過熱を引き起こし、その結果機器
に損傷を与えることになる。また連続過励磁運転をした
場合の許容運転時間の限度は、電力機器に対する過励磁
の程度に依存する。上記した過励磁の程度を測る尺度と
して従来より、電圧■に比例し周波数ｆに反比例する量
、即ち、Ｖ／ｆなる量が用いられており、このＶ／ｆの
大きさによ１り電力機器の運転を制限することが行なわ
れている。

（発明が解決しようとする課題） 一方、近年のディジタル技術の進歩に伴ない、電力機器
に対する保護、制御をディジタル的に行なう試みが種々
なされている。前記しなＶ／ｆなる量の導出をディジタ
ル的に精度よく行なうアルゴリズムとしては、一定時間
間隔でサンプリングされディジタル量に変換された交流
電圧のサンプル値を用い、該交流電圧の半波又は半波の
整数倍の期間のサンプル値の絶対値を加算することによ
り、前記したＶ／ｆに対応した量を得るものがあるが、
現在広く一般に使用されているサンプリング間隔である
電気角３０゛では、その誤差が第７図に示すように実用
的な周波数範囲である６０Ｈｚ以下にて±４．１％、ま
たハツチング部で示される範囲が誤差範囲となり、更に
精度を良くするためにはサンプリング間隔を例えば電気
角１５゛とするように短くしなければならない。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
り、発電機及び変圧器などの電力機器の過励磁運転状態
を検出するための尺度であるＶ／ｆなる量を、ディジタ
ル的な演算手法により電気角３０°のサンプリング間隔
においても精度良く導出し得る過励磁検出継電装置を提
供することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は交流電圧波形を一定
時間間隔でサンプリングし、該サンプル値をディジタル
量に変換するアナログ／ディジタル変換部と、変換され
たディジタル量を用いて演算処理し、被保護電力機器へ
保護指令を与える中央演算処理部と、データメモリ、プ
ログラムメモリ及び出力部とを少なくとも備え、前記交
流電圧の半波または半波の整数倍の各期間中におけるサ
ンプル値のディジタル量を用いて台形近似及び三角形近
似を行ない、交流電圧波形の面積に対応した量を計算す
る保護継電装置において、前記交流電圧波形の正波から
負波、又は負波から正波に変化する点の前後のサンプル
値Ｖ　　、Ｖ’ｂを用いて、の近似補間項を備えるよう
構成した。

（作　用） 第２図は本発明の要点であるＶ／ｆの算出手法を説明す
る図であり、−例として入力交流電圧Ｖの周波数でか５
０Ｈ２でサンプリング周波数が６００　Ｈｚの場合を示
している。なお、第２図に示すように入力交流電圧を一
定周期（１／６００秒）でサンプリングし、これをアナ
ログ／ディジタル変換した電圧のサンプル値をＶ−１，
Ｖ　６　、　Ｖ　ｉ　、・・・、ｖ１２と表している。

そして本発明では第２図に示すハツチング部の面積、即
ち、正波もしくは負波いずれかの片手波の面積は電圧Ｖ
の大きさに略比例し、電圧Ｖの周波数ｆに略反比例する
ことを知得してなされたものである。要するに第２図に
示すハツチング部の面積は、各サンプル値及び時間軸に
よって構成される台形及び三角形の面積の和に比例する
０台形及び三角形の面積の導出を一例として第２図に示
すＳ　、Ｓ２の部分で以下に示す。

第１図（ａ）は第２図の８１部の台形近似面積を示す図
であり、第１図ｆａ）より８１部の面積は（１）式とな
る。

また、第１図ｆｂ）は第２図の８２部の三角形近似面積
を示す図である。第１図（ｂ）のハツチング部が求める
面積８２を示し、その面積は互いに符号の興なるサンプ
ル値ｖ　　　ｖ　　と、そのサンプ−１゛０ ル値と時間軸によって作られる２つの三角形が互いに相
似であることを用い、以下に示す過程を経て（２）式と
なる。

面積を求める三角形の底辺を−×Ｘ、時間軸をはさんで
反対側に作られる三角形の底辺を□Ｘ（１−ｘ＞とした
場合、その比であるＸはで表わされ、求める三角形の面
積の底辺は、となり、したがって８２の面積は、 ２（ｌｖ　　ｌ　＋ｌｖｏ　ｌ）　　６００・・・・・
・（２〕 となる。

したがって（３）式を計算することにより、Ｖ／ｆに比
例した量Ｐの近似式が得られる。

＝ｖｏ十ｖ１＋・・・・・・＋ｖ５ （ｖ　ｏ　＋　ｖ　５　） 上記した（３）式を更に一般的に表わすと（４）式とな
る。

１１＝１ −−（ｌｖ　　ｉ±１ｖ・　・　　１）２１ｊ＋Ｊ−１ −・・・・・・（４） 但し、ｉは正波又は負波の先頭のサンプリング番号、ｊ
は正波又は負波に含まれるサンプル値の数。

このようにして計算し、定格電圧、定格周波数時の値を
Ｉ　Ｐ、Ｕ、とじ、周波数を変えた時のｐ（ｏｃＶ／ｆ
）の誤差を第３図に示す。即ち、前記した（４）式に基
づいてＶ／ｆを計算した場合、第３図に示す範囲が誤差
範囲となる。要するに本発明によるＶ／ｆの計算結果は
実用的な周波数範囲である６０Ｈｚ以下において、第３
図に示されるように０〜０．４％以内の精度が得られ、
またその誤差の幅が極めて小となる結果が得られており
、第７図に示す従来例の誤差に比し、大幅に精度が向上
されていることになる。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。

第４図は本発明による過励磁検出継電装置の一実施例の
構成図である。

第４図において、Ｇは発ｔ４機、ＴＲは変圧器であり、
しゃ断器ＣＢを介して系統へ電力を供給する。

ＰＴは計器用変圧器であり、母線Ｂの電圧を過励磁検出
継電装置１へ導入する。ここで過励磁検出継電装置は従
来公知なディジタル継電器によって構成され、導入され
た交流電圧Ｖはアナログ／ディジタル変換部（Ａ／Ｄ　
）　２を介して一定周期でサンプリングされて、ディジ
タル量に変換される。中央演算部３はプログラムメモリ
（ＲＯＭ）４に予め記憶されたプログラムに従い、上記
したディジタル量とデータメモリ（ＲＡＭ＞５とを用い
て後述する過励磁検出演算を行ない、その結果、過励磁
状態が検出された場合には、出力部（ＯＵＴ　）　６よ
り過励磁の程度、即ち、Ｖ／ｆの大きさに応じて定めら
れた時＠後に発電機Ｇに対してトリップ指令７が発せら
れる。

第５図は中央演算部において実行される過励磁検出演算
処理を説明するフローチャートである。

第５図において、ステップ５１ではアナログ／ディジタ
ル変換部（＾／Ｄ）２にてディジタル量に変換された電
圧のサンプル値（ｖ　　　ｖ　　、・・・）が取−１′
１ り込まれてステップ５２へ移る。ステップ５２において
は（４）式に基づき、Ｖ／ｆに比例した量Ｐの近似値が
計算される。ステップ５３では（４）式の演算結果が予
め選定された定数にと比較されて、過励磁運転状態か否
かが判定される。過励磁運転状態でないと判定された場
合は終了する。ステップ５３にて過励磁運転状態と判定
された場合はステップ５４へ移り、過励磁運転時間が所
定時間継続したか否かが判定され、ここで所定時間継続
していないと判定された場合は終了する。ステップ５４
において所定時間継続したと判定された場合は、ステッ
プ５５へ移って発電機Ｇに対してトリップ指令が発せら
れる。

以上説明したように本実施例によれば、一定周期でサン
プリングされて、ディジタル量に変換されたデータを用
い、（４）式に示されるような演算にて電力機器の過励
磁運転の程度を電気角３０°のサンプリング間隔におい
ても精度良く検出することが可能となった。したがって
、発電ｍ保護のディジタル化によるＶ／ｆの計算におい
てその値をサンプリング数を減少させ、かつ精度良く求
めることが可能となった。

上記実施例では入力交流量の正波又は負波の面積に対応
した量を求める例について説明したが、これに限定され
るものではなく、１波分又は１．５波分など入力交流量
の半波の整数倍を求めるようにしてもよい０例えば１波
分の面積を求めるようにした場合の例を第２図を用いて
示すと、（５）式によりＶ／ｆに比例した量ｑの近似値
が得られる。

Ｖ／　ｆ　ｏｃ　ｑ中（ＩＶ　　ｌ＋ｌＶ１１十−・・
−十Ｉｖ１ｏ１＋１ｖ１１１） −−（ｌ　Ｖ　　ｌ　＋ｌ　Ｖｓ　　１＋ｌＶ　　ｌ＋
１Ｖ１１１） （５）式を一般的に表わせば（６）式となる。

・・・・・・（６） 但し、ｉは正波又は負波の半波の先頭のサンプリング番
号、ｊは前半波に含まれるサンプル値の数、ｋは後半波
に含まれるサンプル値の数。

したがって上記した（６）式を用いて第５図のステップ
５２で計算しても同様の効果が得られる。なお、この場
合、第５図のステップ５３における予め整定された定数
には、当然ながら２にとする必要がある。

上記実施例では得られなＶ／ｆの計算値に対し、何ら手
を加えることなく第５図のステップ５３にて比較する例
を説明したが、これに限定されるものではなく、次に示
すようにＶ／ｆＯｃＰの値に定数としてＡを乗算して用
いてもよい。即ち、第２図を用いて説明すると、入力交
流電圧の半波の面積は（４）式で表わされ、その結果に
対し定数Ａを乗算すると（７）式となる。

−−（Ｉｖ・　１＋１ｖ・　・　　１）２　　　　　　
１　　　　　　　　　　１＋Ｊ−１・・・・・・（７） この方法を用いれば第３図に示す誤差を所望の周波数に
おいて零とすることが可能となる０例えば、第３図にお
いて５０Ｈ２の点を零としたい時は、Ａ＝０．９７７と
することにより第６図に示すように５０Ｈ２において誤
差は零となる。又、誤差自体も小さくなり第６図では６
０Ｈ２以下の周波数にて−０，８８〜＋１．５％となる
。この場合の定数Ａは得られたＰの値を補正するもので
あり、したがって第５図のステップ５３における予め整
定された定数ｋに対しては何ら手を加える必要はない。

上記した各実施例では本発明の趣旨に基づいて、電圧の
サンプリングを６００　Ｈｚにて行なう例であった。し
かしながら、サンプリング周波数は６００　Ｈｚに限定
されるものではなく、Ｖ／ｆなる量の計算に必要な精度
に応じて任意に変更することができる０例えば６０Ｈｚ
以下の周波数で０〜４．０％の精度を必要としない場合
には、サンプリング周波数を６００８Ｚ以下としてもよ
い。また、より高精度を必要とする場合には、６００　
Ｈｚ以上のサンプリング周波数とする必要がある。

［発明の効果］ 以上説明した如く、本発明によれば一定時間間隔、特に
電気角３０°でサンプリングされ、ディジタル量に変換
した交流電圧の各サンプル値を用い、入力交流電圧の半
波または半波の整数倍の期間内のサンプル値の絶対値を
加算して、Ｖ／ｆなる量に対応した量を得、かつこれに
入力交流波形の正波又は負波の両端部を三角形にて近似
する補間項を加えるように構成したので、電力機器の過
熱損傷を引き起こす過励磁の尺度であるＶ／ｆなる量を
サンプリング間隔を短くすることなく、精度良く演算す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は台形近似部分の面積を求める式を説明す
るための図、第１図（ｂ）は三角形近似部分の面積を求
める式を説明するための図、第２図は本発明による過励
磁検出継電装置の基本的な考え方を説明するための波形
図、第３図は実施例によって算出したＶ／ｆが実用的な
周波数範囲にてどの程度の誤差となるかを示した図、第
４図は本発明による過励磁検出継電装置の一実施例の構
成図、第５図は中央演算部において実行される過励磁検
出演算処理を説明するフローチャート、第６図は実施例
によって算出したＶ／ｆ量に定数Ａを乗算し、特定周波
数における誤差が零となるよう補正した時の実用的な周
波数範囲における誤差を示した図、第７図は従来例の場
合の誤差を示す図である。 １・・・過励磁検出継電装置 ２・・・アナログ／ディジタル変換部 ３・・・中央演算部　　　　４・・・プログラムメモリ
５・・・データメモリ　　　６・・・出力部７・・・ト
リップ指令 （ａ）　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）第１図 第２図 第３図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電圧波形を一定時間間隔でサンプリングし、該サン
   プル値をディジタル量に変換するアナログ／ディジタル
   変換部と、変換されたディジタル量を用いて演算処理し
   、被保護電力機器へ保護指令を与える中央演算処理部と
   、データメモリ、プログラムメモリ及び出力部とを少な
   くとも備え、前記交流電圧の半波または半波の整数倍の
   各期間中におけるサンプル値のディジタル量を用いて台
   形近似及び三角形近似を行ない、交流電圧波形の面積に
   対応した量を計算する保護継電装置において、前記交流
   電圧波形の正波から負波、又は負波から正波に変化する
   点の前後のサンプル値Ｖ＿ａ、Ｖ＿ｂを用いて、｛｜Ｖ
   ＿ａ｜＾２｝／｛２（｜Ｖ＿ａ｜＋｜Ｖ＿ｂ｜）｝また
   は｛｜Ｖ＿ｂ｜＾２｝／｛２（｜Ｖ＿ａ｜＋｜Ｖ＿ｂ｜
   ）｝にて計算される三角形の近似補間項を備えたことを
   特徴とする過励磁検出継電装置。