JPH04222416A - ディジタル形保護継電装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力系統と電力機器
を保護、制御するためのディジタル形保護継電装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル技術を適用した保護継電装置
は、保護対象である電力系統の電圧や電流である系統電
気量をＡ／Ｄ変換器によってディジタルデータに変換し
てマイクロプロセッサ（ＭＰＵ）　を備えた演算部に入
力し、所定の継電器機能を発揮するためのディジタル演
算することによって系統の異常を検出し遮断器を遮断す
るなどの指示をするディジタルデータを出力するすもの
である。

【０００３】図４はディジタル形保護継電装置１００の
構成を示すブロック図である。この図において、電力系
統に設置されている図示しない計器用変圧器が計測した
電圧データ及び図示しない計器用変流器が計測した電流
データなどの複数の交流入力が入力変成器部１を通して
それぞれアナログフィルタ２に入力され、図示しない制
御回路によって決められたサンプリング周波数に従って
サンプルホールド回路３でサンプリング時点での交流入
力の値が保持され、マルチプレクサ４で所定の順番に従
って選択されてＡ／Ｄ変換器５でアナログデータがディ
ジタルデータに変換されてメモリ６に記憶される。その
サンプリング時点での全ての入力データがバッファメモ
リ６に記憶された後、マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）７
によってあらかじめ記憶されている演算手順によって演
算され、その結果が記憶されたり出力されたりする。

【０００４】入力変成器部１は主としてディジタル形保
護継電装置１００内部の回路を外部回路から絶縁するた
めの絶縁変圧器からなっており、アナログフィルタ２は
、外部から侵入するノイズや折り返し誤差と称されるサ
ンプリング特有の誤差を除去するための低域通過又は帯
域通過フィルタであり、サンプルホールド回路３、マル
チプレクサ４及びＡ／Ｄ変換器５でＡ／Ｄ変換手段１１
０が構成されている。

【０００５】ディジタル形保護継電装置１００の継電器
機能は演算部７０のＭＰＵ７が処理する演算手順によっ
て決定されるものである。

【０００６】Ａ／Ｄ変換器５は、複数の系統電気量に対
して１つのＡ／Ｄ変換器を使用する構成が採用されてお
り、地絡や短絡などの異常が系統に発生した場合でもス
ケールオーバしないように入力変成器部１及びアナログ
フィルタ部２にてＡ／Ｄ変換器の入力電圧が設定されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、例えば、系統
電気量の直流成分まで考慮するなど大きなフルスケール
値が必要な場合、これを１つのＡ／Ｄ変換器で実現する
場合には、１ビット当たりの分解能は当然低下し、高精
度の保護継電機能の実現が困難になるという問題がある
。また、ビット長のより長いＡ／Ｄ変換器を採用してこ
のような問題を解決することが考えられるが、Ａ／Ｄ変
換器は一般的にビット長が長くなるほど変換時間が長く
なるだけでなく高価であるという問題がある。

【０００８】この発明の目的は、従来使用されているＡ
／Ｄ変換器を使用してしかも高精度のＡ／Ｄ変換を行う
ことができるディジタル形保護継電装置を提供すること
にある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明によれば、系統電気量としてのアナログデ
ータをＡ／Ｄ変換手段によってディジタルデータに変換
して演算部に入力しこの演算部で演算処理することによ
って系統に発生する異常を検出する継電器機能を備えた
ディジタル形保護継電装置において、前記系統電気量の
正成分と負成分とを分離する正負分離回路と、この正負
分離回路で分離された正成分と負成分をそれぞれ別個に
ディジタルデータに変換する２つのＡ／Ｄ変換手段とを
設け、これら正成分と負成分のディジタルデータを前記
演算部に入力してなるものとし、また、正成分と負成分
の互いに半周期ずれた時点の値の絶対値の差が実質的に
０でないときに、正成分と負成分それぞれのＡ／Ｄ変換
手段の少なくとも一方が異常であると判定する点検機能
を演算部に設けるものとし、また、正成分と負成分それ
ぞれのＡ／Ｄ変換手段の一方が異常であると判断された
ときに、正負分離回路を通さない系統電気量を正常のＡ
／Ｄ変換手段によってディジタルデータに変換するもの
とし、また、交流電圧を発生する発振回路を設け、Ａ／
Ｄ変換手段の点検の際にこの発振回路が発生する交流を
正負分離回路に入力するものとする。

【００１０】

【作用】この発明の構成において、系統電気量の正成分
と負成分とを分離する正負分離回路と２つのＡ／Ｄ変換
手段を設け、正負分離回路で分離された正成分と負成分
をそれぞれ別個にＡ／Ｄ変換手段でディジタルデータに
変換することによって、１ビット大きいビット数のＡ／
Ｄ変換器を使用したのと等価となる。また、交流では正
成分と負成分とは対称であることを利用して、正成分と
負成分との互いに半周期ずれた時点の値の絶対値の差が
実質的に０でないときに、２つのＡ／Ｄ変換手段の少な
くとも一方が異常であると判定する点検機能を演算部に
設けたことにより、Ａ／Ｄ変換手段の異常の検出が容易
になって誤動作の可能性が小さくなる。また、正成分と
負成分それぞれのＡ／Ｄ変換手段の一方が異常であると
判断されたときに、正常のＡ／Ｄ変換手段で正負分離回
路を通さない系統電気量をディジタル変換することによ
り、１つのＡ／Ｄ変換手段が正常でさえあれば、従来の
ディジタル形保護継電装置と同等の性能を維持すること
ができる。また、Ａ／Ｄ変換手段の異常の有無の点検の
ための交流電圧を発生する発振回路を設け、系統電気量
と切り換えるスイッチを設けることにより、Ａ／Ｄ変換
手段の異常の有無の判断の精度が向上する。

【００１１】

【実施例】以下この発明を実施例に基づいて説明する。 図１はこの発明の実施例を示すディジタル形保護継電装
置のブロック図であり、図４と共通の構成要素に対して
は同じ参照符号を付すことにより詳細な説明を省略する
。この図において、アナログフィルタ２の出力側に正成
分信号２０１と負成分信号２０２とを出力する正負分離
回路８を設けて正成分と負成分とを別個にＡ／Ｄ変換す
るものであり、正成分信号２０１　はサンプルホールド
回路３１、マルチプレクサ４１、Ａ／Ｄ変換器５１を介
してディジタルデータに変換されてメモリ６に記憶され
る。一方、負成分信号２０２はサンプルホールド回路３
２、マルチプレクサ４２及びＡ／Ｄ変換器５２を介して
ディジタルデータに変換されてメモリ６に記憶される。

【００１２】これらディジタルデータに変換された正成
分、負成分は必要に応じてＭＰＵ７によってあらかじめ
決められたステップで合成された上で従来と同じ演算処
理に供される。

【００１３】発振回路９１は回路の異常を検出するため
の点検用の交流電圧を発生させるためのもので、スイッ
チ９２よってアナログフィルタ２の出力と発振回路９１
の出力とが切り換えられる。２つのＡ／Ｄ変換器５１，
５２は図４のＡ／Ｄ変換器５と同じ製品を使用してあり
、Ａ／Ｄ変換手段１１１，１１２を構成する他の回路要
素も同様である。正成分信号２０１は系統電気量が正の
間は系統電気量と同じ値で系統電気量が負である間は０
になった波形であり、負成分信号２０２は逆に系統電気
量が負の間は系統電気量と同じ値で系統電気量が正の間
は０になった波形であり、いずれも０から波高値の間の
値がディジタル変換される。したがって、図４のＡ／Ｄ
変換手段１１０が波高値の２倍のアナログデータをディ
ジタル変換するのに対してＡ／Ｄ変換手段１１１、１１
２はＡ／Ｄ変換手段１１０の２分の１のアナログデータ
の値でよいことになり、これを同じビット数のディジタ
ルデータに変換するのであるから、結果的に２倍の精度
でディジタル変換することになる。別の見方をすれば図
４におけるＡ／Ｄ変換に対して１ビット大きなビット数
のディジタルデータに変換することと同等である。また
、同じ精度でディジタル変換する場合にはアナログデー
タの値を２倍にすることができる。

【００１４】これにより次のような効果が生まれる。す
なわち、第１に、従来技術で問題としたフルスケール値
に系統電気量の交流成分及び直流成分の両方を考慮する
場合、保護継電装置として問題になる系統事故時の短絡
電流に含まれる直流成分は最大でも交流成分の１００％
程度であるから、交流成分のみで定められたフルスケー
ル値の２倍あればよい。したがって、この発明を適用す
ることでこれに対処でき、交流成分のみで定められたフ
ルスケール時と同等の精度が実現できる。更に、交流成
分のみでフルスケール値を定める場合、直流成分を含む
入力によるフルスケールオーバを防ぐためにアナログフ
ィルタ２として高調波成分と同時に直流成分も除去する
バンドパスフィルタを使用していたが、この発明を適用
することにより高調波成分だけを除去するローパスフィ
ルタでよいことになり、アナログフィルタの回路構成が
簡素化される。

【００１５】また、この発明の回路に、交流成分のみで
定められたフルスケールを適用した場合、原理上の分解
能がＡ／Ｄ変換手段１つの場合の２倍になるため、より
高精度な保護継電器の実現が可能になる。

【００１６】Ａ／Ｄ変換手段１１１，１１２の分解能が
同じであることを利用してＡ／Ｄ変換手段１１１，１１
２の異常を検出することができる。発振回路９１は直流
成分を含まない純粋な交流を発生させるものであり、ス
イッチ９２を切り換えて正負分離回路８にこの発振回路
９１が発生した点検電圧を入力すると、正成分信号２０
１と負成分信号２０２とは互いに半周期ずれた符号違い
の同一波形同一波高値になる。Ａ／Ｄ変換手段１１１に
よって正成分信号２０１がディジタルデータに変換され
た時点ｔ１での値をｘ、Ａ／Ｄ変換手段１１２によって
負成分信号２０２がディジタルデータに変換された時点
ｔ１より半周期前の時点ｔ０での値をｙとすると、次式
が成立する。

【００１７】 　　　　│ｘ│−│ｙ│≡０　　・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１）この式が成立しないときに
はＡ／Ｄ変換手段１１１，１１２のいずれか又は両方に
異常があるとみなすことができる。

【００１８】点検電圧の周波数は既知であるから（１）
式の成立の判定はＭＰＵ７による演算処理で行うことが
できる。実際にはハードウエア誤差の制約より決まる値
ε（＞０）を用いて、

【００１９】 　　　　ε＜││ｘ│−│ｙ││　　・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（２）が成立するとき正常であり
成立しないとき異常があると判断する。異常があると判
断されたときには継電機能をロックするなどの処置を行
う。

【００２０】発振回路９１が発生する点検電圧を使用せ
ず系統電気量を点検電圧として使用するときにはこれに
含まれる直流成分、入力レベルの大小などを考慮してε
の値を決めることになる。発振回路９１を設けることに
よりεの値を小さくすることができるので、異常の検出
がより高精度になる。

【００２１】図２はこの発明の別の実施例を示すディジ
タル形保護継電装置１０２のブロック図であり、図１と
同じ構成要素に対しては共通の参照符号を付すことによ
り詳細な説明を省略する。この図において、サンプルホ
ールド回路３１，３２とマルチプレクサ４１，４２との
間にスイッチ９３を挿入し、正負分離回路８とサンプル
ホールド回路３１，３２の直列回路に並列に図４の従来
のディジタル形保護継電装置１００と同じサンプルホー
ルド回路３を設けたものである。スイッチ９３が図示の
ように、サンプルホールド回路３１とマルチプレクサ４
１、サンプルホールド回路３２とマルチプレクサ４２と
をそれぞれ接続する接点を選択しているときは図１と電
気的に同じ回路構成になっており、スイッチ９３がサン
プルホールド回路３を選択するように切り換えられたた
ときには図４の構成と電気的に同じになる。ただし、図
２の場合はマルチプレクサとＡ／Ｄ変換器の組合せ回路
が２並列になり同じディジタルデータが２つメモリに入
力される点が図４と異なる。

【００２２】正常時にはスイッチ９３は図示のようにサ
ンプルホールド回路３１，３２を選択していて前述のよ
うに正成分信号２０１と負成分信号２０２とが別々にデ
ィジタル変換される。２つのＡ／Ｄ変換手段１１１，１
１２の一方に異常が発生すると、正負分離回路８は使用
せず従来と同じ回路としてサンプルホールド回路３の出
力をＡ／Ｄ変換する。

【００２３】図３は図２のディジタル形保護継電装置１
０２においてＡ／Ｄ変換手段１１１，１１２の異常の有
無を判定しその結果に基づいて処置する方法を示すフロ
ーチャートである。まずステップ３０１でスイッチ９２
を発振回路９１側へ切り換える。ステップ３０２でＡ／
Ｄ変換器５１で変換されたディジタルデータをｘ、Ａ／
Ｄ変換器５２で変換されたディジタルデータをｙとして
定義する。ただし、前述のようにディジタルデータｙは
ｘに対して半周期前の時点での値である。ステップ３１
１で前述の（２）式の判定を行い、正常と見なしたらフ
ローを終了する。異常と判断したらステップ３０３に進
む。ステップ３０３でスイッチ９３をサンプルホールド
回路３側に切り換えるとともに、ディジタルデータｘと
ｙの波形解析を行ってデータの異常の有無を調べる。ス
テップ３１２でディジタルデータｘが正常かどうかを判
定し正常ならば以後はステップ３０５でディジタルデー
タｘだけを使用する。ディジタルデータｘが正常である
ということはディジタルデータｙが異常であることを示
すものなのでＡ／Ｄ変換器５２に異常があることになり
、Ａ／Ｄ変換器５１で変換されたディジタルデータだけ
を使用することを意味する。ステップ３１２でディジタ
ルデータｘが異常であると判断するとステップ３１３で
ディジタルデータｙが正常であるかどうかを判定し、正
常ならばステップ３０６で以後Ａ／Ｄ変換器５２で変換
されたディジタルデータを使用する。ｙも異常ならば、
２つのＡ／Ｄ変換器５１，５２とも異常なのでステップ
３０７でディジタル形保護継電装置の保護機能をロック
して誤動作を防止する。もともとＡ／Ｄ変換器５１，５
２が異常となる確率は小さいので、２つとも同時に異常
になる確率は更に小さくなり、従来のディジタル形保護
継電装置に比べて信頼性が極めて向上する。

【００２４】

【発明の効果】この発明は前述のように、系統電気量の
正成分と負成分とを分離する正負分離回路及び２つのＡ
／Ｄ変換手段を設けて、正負分離回路で分離された正成
分と負成分をそれぞれ別個にこれらＡ／Ｄ変換手段でデ
ィジタルデータに変換することによって、使用実績があ
り信頼性が確認された従来と同じＡ／Ｄ変換器を使用し
て等価的には１ビット大きいビット数のＡ／Ｄ変換器を
使用したのと同じになることから、信頼性を維持してし
かも比較的安価に継電機能の精度が向上するという効果
が得られる。また、正成分と負成分との互いに半周期ず
れた時点の値の絶対値の差が実質的に０でないときに、
正成分と負成分それぞれのＡ／Ｄ変換手段の少なくとも
一方が異常であると判定する点検機能を演算部に設けた
ことにより、Ａ／Ｄ変換器の異常の検出が容易になって
誤動作の可能性が小さくなるという効果が得られる。ま
た、正成分と負成分それぞれのＡ／Ｄ変換手段の一方が
異常であると判断されたときに、正常のＡ／Ｄ変換手段
に正負分離回路を通さない系統電気量を入力することに
より１つのＡ／Ｄ変換器が正常でさえあれば、従来のデ
ィジタル形保護継電装置と同等の性能を維持することが
できるので、この装置が不動作となる確率が極わめて小
さくなり高い信頼性をもつディジタル保護継電装置にな
る。また、Ａ／Ｄ変換手段の異常の有無の点検のための
交流電圧を発生する発振回路を設け、系統電気量と切り
換えるスイッチを設けることにより、Ａ／Ｄ変換器の異
常の有無の判断の精度が向上するという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例を示すディジタル形保護継電
装置のブロック図

【図２】この発明の別の実施例を示すディジタル形保護
継電装置のブロック図

【図３】図２における異常判定とその処置を示すフロー
チャート

【図４】従来のディジタル形保護継電装置の構成を示す
ブロック図

【符号の説明】

１００　　　　ディジタル形保護継電装置１０１　　　
　ディジタル形保護継電装置１０２　　　　ディジタル
形保護継電装置１　　　　入力変成器部 ２　　　　アナログフィルタ １１０　　　　Ａ／Ｄ変換手段 １１１　　　　Ａ／Ｄ変換手段 １１２　　　　Ａ／Ｄ変換手段 ３　　　　サンプルホールド回路 ３１　　　　サンプルホールド回路 ３２　　　　サンプルホールド回路 ４　　　　マルチプレクサ ４１　　　　マルチプレクサ ４２　　　　マルチプレクサ ５　　　　Ａ／Ｄ変換器 ５１　　　　Ａ／Ｄ変換器 ５２　　　　Ａ／Ｄ変換器 ６　　　　メモリ ７０　　　　演算部 ７　　　　ＭＰＵ ９１　　　　発振回路 ９２　　　　スイッチ ９３　　　　スイッチ ８　　　　正負分離回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】系統電気量としてのアナログデータをＡ／
   Ｄ変換手段によってディジタルデータに変換して演算部
   に入力しこの演算部で演算処理することによって系統に
   発生する異常を検出する継電器機能を備えたディジタル
   形保護継電装置において、前記系統電気量の正成分と負
   成分とを分離する正負分離回路と、この正負分離回路で
   分離された正成分と負成分をそれぞれ別個にディジタル
   データに変換する２つのＡ／Ｄ変換手段とを設け、これ
   ら正成分と負成分のディジタルデータを前記演算部に入
   力してなることを特徴とするディジタル形保護継電装置
   。
2. 【請求項２】正成分と負成分の互いに半周期ずれた時点
   の値の絶対値の差が実質的に０でないときに、正成分と
   負成分それぞれのＡ／Ｄ変換手段の少なくとも一方が異
   常であると判定する点検機能を演算部に設けることを特
   徴とする請求項１記載のディジタル形保護継電装置。
3. 【請求項３】正成分と負成分それぞれのＡ／Ｄ変換手段
   の一方が異常であると判断されたときに、正負分離回路
   を通さない系統電気量を正常のＡ／Ｄ変換手段によって
   ディジタルデータに変換することを特徴とする請求項２
   記載のディジタル形保護継電装置。
4. 【請求項４】交流電圧を発生する発振回路を設け、Ａ／
   Ｄ変換手段の点検の際にこの発振回路が発生する交流を
   正負分離回路に入力することを特徴とする請求項２又は
   ３記載のディジタル形保護継電装置。