JPH0514502B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変圧器保護リレー装置に係り、特に励
磁突入電流と事故電流との識別に好適な検出方式
に関する。

変圧器保護リレーに関しては、内部事故の検出
原理は電流差動方式にあり、但し、単純な電流差
動では電流信号を入力するための変流器類の誤差
などで誤動作のおそれがあるため、通過電流スカ
ラ量を用いた比率差動方式が適用されている。

しかし、電流差動信号（差電流）は内部事故電
流が生じたとき以外に、変圧器の励磁突入電流発
生時にも表れるため、比率差動方式でも所望の政
策はできない。このため、例えば文献「保護継電
システム」（電気書院、昭和49年２月25発行、編
集者：中山敬造、193頁〜214頁）に記載されてい
るように、非対称波阻止方式や高調波抑制方式な
どの対策がとられているが、いずれも内部事故時
に生じるひずみ波に対して不動作側となるため、
系統条件によつて不都合を生じる。

尚、上記の高調波抑制方式について更に記載す
ると、本方式は保護区間の電流差動出力信号の第
２高調波含有率が所定値以上（例えば15％以上）
のときは励磁突入電流と判断し、変圧器保護リレ
ーの動作出力を阻止するようにしている。しか
し、変圧器の内部事故時にも接続系統の静電容量
の影響により高調波を発生し、系統が大型化する
に従い、第２高調波に近い成分の発生も多く、そ
の減衰時定数ものびる傾向にあり、第２高調波の
含有率という観点から内部事故か励磁突入かを判
断することは困難である。

本発明の目的は変圧器内部事故時のひずみ波電
流と変圧器の励磁突入電流を正しく識別し得る変
圧器保護リレー装置を提供することにある。

本発明の要点は、変圧器励磁突入電流が増大す
る条件が励磁回路の直流偏磁による片極性の飽和
現象によることに着目し、印加電圧の正の半波と
負の半波で不均衡なインダクタンスになるのに対
して、内部事故時のひずみ波は両波線形のインダ
クタンスに供給される点の相違を、変圧器印加電
圧に対す電流差動信号の微分値との比により求め
内部事故の有無を判定するようにしたものであ
る。そのため、変圧器保護リレー装置に、変圧器
の端子電流の差電流を求め微分する手段と、前記
求められた差電流の微分値と前記変圧器の端子電
圧との比を求める手段と、当該求められた比と予
め定められた第１の閾値と比較する第１のレベル
判定手段と、前記比が第１の閾値より小の期間積
分値が増加する方向に前記比を積分する手段と、
当該積分手段による積分値を予め定められた第２
の閾値とを比較する第２のレベル判定手段とを設
け、前記積分値が第２の閾値より大のとき内部事
故と検出するようにしたものである。

即ち、本発明は電流差動信号（差電流）の変化
分である微分値を基準にしたインダクタンスの様
相に着目して内部事故と励磁突入電流発生の状態
判別を行なうものであり、特にこのインダクタン
スの低レベルの期間が大きい場合、内部事故と判
別するものである。

第１図には本発明にかかる実施例の全体構成図
を示す。同図の記号と動作の内容について以下説
明する。

１は保護対象の変圧器であり、Ｐは１次側、Ｓ
は２次側を示し、以下、各部品、信号名の添字
Ｐ、Ｓは１次、２次側の意味を示す。

CBはしや断器、CTは変流器、PTは変圧変成
器である。RYは本発明にかかる変圧器保護リレ
ーである。

RYの入力信号としては、変圧器１に印加され
た電圧信号をPT_P，PT_Sを介して、各々定格電圧
で例えば110Vになるように等価変換した各等価
端子電圧を取り込む。その信号をv_P，v_Sで示す。

また、電流信号としてCT_P，CT_Sを介して、電
圧の同様に等価変換した値i_P，i_Sを入力する。

i_P，i_Sの極性は変圧器に流入する条件で同一極
性にとる。v_P，v_Sも同様に１が健全時に同方向と
なるように入力する。

RYは１の内部事故を検出し、CB_P，CB_Sにし
や断指令を与えることを責務とする装置である。

第２図には第１図のRYの内容を示した。同図
における記号で第１図と同じものはそれぞれ第１
図で示したものと同様である。

２１は電流差動回路で、等価電流差動信号i_P−
i_Sを計算し、その出力ｉを得る。２２はv_Pとv_Sの
同一時刻における電圧最小値を得るもので、理想
変圧器であれば、v_Pとv_Sが等しく、ｖ＝v_P＝v_Sと
なるが、内部故障時にあつては、電圧降下の大き
い方が出力となつて表われる。

２３は電流差動出力ｉの微分回路であり、di／
dtなる出力を発生する。

２４はインダクタンスを求める回路であり Ｌdi／dt＝ｖ ……(1) から、その絶対値 ｜Ｌ｜＝｜ｖ／di／dt｜ ……(2) により算出する。

ここで絶対値｜Ｌ｜を求めるのは、変圧器の励
磁インピーダンス及びもれインピーダンスの抵抗
分、及びヒステリシスループによる励磁特性から
みて正、負異符号のものが考えられるためであ
る。

本発明では、インダクタンスＬの絶対値が小さ
い場合を内部故障の可能性ありとして、その絶対
値が基本波の１サイクル中にどれだけ続くかが決
定要因となる。

しかし、｜Ｌ｜はdi／dtが零の場合には算出で
きないため、２４では ｜di／dt｜＜I_L ……(3) ただし、 I_L；判定レベル整定値 の場合に ｜Ｌ｜＝L_OS ……(4) とおく。ただし、L_OSは後に｜Ｌ｜の値の低さを
判定するレベル判定L_Lよりも十分大きい値に整
定する。

２５は、｜Ｌ｜のレベル判定部であり、 ｜Ｌ｜＜L_L ……(5) の場合に２６に出力を発生する。

２６は積分器であり、２５から、(5)式を満足し
たときの出力ありの条件で積分し、出力なしの場
合で積分値を減算する。２６の出力をL_Sとする。

２７はL_Sのレベル判定器であり、２６の積分値
L_Sが、L_SLなる整定値をこえたとき、RYとして、
変圧器内部事故検出出力を発生する。

第３図に本発明による動作例を波形図により示
す。同図は変圧器の励磁突入電流を仮定した波形
例であり、電圧ｖを基本波、電流ｉを半波整流に
近い形状で示してある。

di／dtのレベル判定I_L，−I_Lがあり、｜di／dt｜＜I_L においては｜Ｌ｜の値をL_OSにセツトする。｜Ｌ｜
＝｜ｖ／di／dt｜で示してある。

｜Ｌ｜がL_L以下において、積分値を増加方向
に、L_L以上において減少方向に積分し、その出
力をL_Sで示す。L_S＞L_SLにおいてRYの動作出力と
する。第３図では積分値が増加よりも減少が大き
く、RYは不動作となる。

第４図は変圧器内部故障を仮定した電圧、電流
入力信号と、RYの動作内容を示す。

電圧ｖは、内部故障であるが基本波状で残り電
圧ありの例、電流ｉは過渡直流分を含んだ例であ
る。ｖとｉの位相は変圧器故障時のインピーダン
ス角に相当する差を生じるが、ここではほぼ誘導
リアクタンスと考え、ｖとｉを90度の位相で示し
た。したがつて、di／dtとｖとは同位相となり、
｜Ｌ｜＝｜ｖ／di／dt｜は一定値となる。

しかし、｜di／dt｜＜I_Lでは｜Ｌ｜の演算を行
なわず、｜Ｌ｜＝L_OSとおいてある。

｜Ｌ｜＜L_Lの間の積分値は次第に増加し、RY
は時刻t_Rにおいて、L_S＞L_SLによつて動作する。

以上、第３図と第４図から、本発明により内部
事故を検出できることがわかる。

つぎに、ｖとｉの位相差が90度にあらず、任意
の位相差にある場合を考えても、｜di／dt｜＜I_L
でのみ高インダクタンクとなるが、逆に、｜di／
dt｜＞I_Lにおいて、ｖが低レベルになるほど低イ
ンダクタンス｜Ｌ｜を表示するため、RYが動作
側になることは当然といえる。

ただし、励磁突入電流では、正か負のいずれか
半サイクル間のインダクタンスは高く、一方が低
くなり、内部事故との区別がつけられる。

また外部故障時にはｉ＝i_P−i_S＝０になり正し
く不動作になる。

つぎに、内部事故時に高調波が重畳したケース
を考えても、故障時のインピーダンスが一定であ
ると考えられるから、第４図に示した波形図を、
すべての調波に当てはめて考えれば同じ結果が得
られ、ｖ，ｉを生じる回路において重さねの定理
が成立する限り問題ない。

第５図には本発明の演算をデイジタルコンピユ
ータを用いて実行する場合の実施例を示す。

同図において、５１では入力データをサンプリ
ングによつて得る入力部である。また、各種整定
値を入力する。

５２は電流差動計算部であり、ｉ＝i_P−i_Sを求
める、５３はdi／dtを求めるために、ｉをメモリ
する機能を示す。

５４はv_Pとv_Sの小さい方の値をとり出す演算部
でその出力をｖとする。

５５はdi／dtの計算部分で、値、任意の時刻ｔ
におけるデータｉ(t)とメモリした値ｉ（ｔ−t′）、
（t′がメモリ時間である）との差を求める差分フ
イルタである。

５６では、｜di／dt｜＞I_Lの判定を行い、同式が成 立したとき５７で｜Ｌ｜を求め、また、成立しな
いとき５８で｜Ｌ｜＝L_OSとおく、５９では｜Ｌ
｜＜L_Lの判定を行い、同条件が成立したとき、
６０のカウンタをアツプ（加算）し、成立しない
とき、５８とのオア条件でカウンタをダウン（減
算）し、６１で、カウンタが所定のレベルに達し
たか否かＫ＞L_LSの判定を行う。同条件が成立す
れば変圧器の故障と判定し、成立しなければ健全
であると判定する。

６２は内部故障に出力があり、第１図に示した
CB_P，CB_Sにしや断指令を与える。健全時は６３
に出力され、必要により健全であることの表示を
行うなどの機能をもたせる。

以上、本発明の実施例として２巻線変圧器を例
に示したが、多巻線変圧器でも電流、電圧の入力
信号数が増加するのみで同様に実施できる。

本発明の実施例では、ｖとしてv_Pとv_Sの最小値
を用いたが、ｉとv_P、ｉとv_S各々の組合せの２要
素について演算し、そのオア条件で内部事故を判
定してもよい。

また、｜Ｌ｜＜L_Lの判定に当り、ｉもしくはi_P，
i_S各々のスカラ和によつてL_Lのレベルを変えるい
わゆる比率差動判定が可能である。

たとえば ｜Ｌ｜＜L_L＋K_R（｜i_P｜＋｜i_S｜） ……(6) がその一例である。ただし、K_Rは抑制定数であ
る。

また、スカラ和によつて、L_SLのレベルを変え
てもよい。

さらには、本発明のリレー装置を従来の高調波
抑制付比率差動リレーと併用することも高性能、
高信頼度化の効果が得られる。

本発明によれば、変圧器の内部事故時と励磁突
入時とを正しく識別することが可能となる。ま
た、演算内容が簡単で高速動作が可能な変圧器保
護リレーを実現できる。

したがつてコンピユータを用いたリレー装置と
しても経済性で効果が上る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体説明概念図、第２図は本
発明の演算ブロツク図、第３図は励磁突入電流に
対する動作説明図、第４図は変圧器内部故障検出
説明図、第５図は本発明の演算フロー図。 ２１……電流差動回路、２２……電圧最小値導
出回路、２３……微分回路、２４……インダクタ
ンス計算回路、２５……レベル判定回路、２６…
…積分器、２７……レベル判定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 保護対象の変圧器の端子電流及び端子電圧と
   から前記変圧器での内部事故を検出し保護動作を
   実行する変圧器保護リレー装置であつて、 前記変圧器の端子電流の差電流を求め微分する
   手段と、前記求められた差電流の微分値と前記変
   圧器の端子電圧との比を求める手段と、当該求め
   られた比と予め定められた第１の閾値と比較する
   第１のレベル判定手段と、前記比が第１の閾値よ
   り小の期間積分値が増加する方向に前記比を積分
   する手段と、当該積分手段による積分値と予め定
   められた第２の閾値とを比較する第２のレベル判
   定手段とを設け、前記積分値が第２の閾値より大
   のとき内部事故と検出することを特徴とする変圧
   器保護リレー装置。