JPH0620344B2 - デジタル形保護継電装置 - Google Patents

デジタル形保護継電装置

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JPH0620344B2
JPH0620344B2 JP61128603A JP12860386A JPH0620344B2 JP H0620344 B2 JPH0620344 B2 JP H0620344B2 JP 61128603 A JP61128603 A JP 61128603A JP 12860386 A JP12860386 A JP 12860386A JP H0620344 B2 JPH0620344 B2 JP H0620344B2
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伸夫 江田
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は電力系統の事故方向を検出するデジタル形保
護継電装置に関するものである。
〔従来の技術〕
第5図〜第8図は例えば特開昭52-100155号公報に示さ
れた従来のデジタル形地絡方向継電装置の特性図例及び
演算原理ブロック図である。第5図,第6図は零相電圧
V0と零相電流I0との位相角∠θを一定として、零相電圧
V0の大きさを変化した場合の最小動作値特性(以下V0
I0タツプ値特性と称する)を示しており、第5図の特性
例は零相電圧V0の大きさを変えても零相電流I0の検出値
K1は変化しないようにしたもので、第6図の特性例は第
5図の特性に零相電圧|V0|のレベルK2を検出するV0
トツパーを付加したものである。第7図は零相電圧V0
大きさ及び位相を一定にしておき、零相電流I0の位相を
変化した時の最小動作値特性(以下V0−I0位相特性と称
する)を示しており、第7図では簡単の為V0とI0の位相
∠θが同相の時最高感度となるようにしている。以上の
特性をデジタルリレーで実現する為の演算原理を第8図
に示す。第8図において、入力I0,V0は電力系統の零相
電流I0及び零相電圧V0を各々計器用変流器(以下CTと
称す),計器用変圧器(以下PTと称す)より導入し、
一定周期で同時にサンプリングした瞬時値をアナログ/
デジタル変換して得たデジタルデータである。演算原理
を表わすブロツク(101)〜(105)は図示していないマイク
ロプロセツサを利用してデジタル演算するもので、(10
1)は|V|・|I|cosθ導出演算ブロツク、(102)
は|V|振幅値導出演算ブロツク、(103)は第1要素
動作判定演算ブロツク、(104)は第2要素|V|レベ
ル判定演算ブロツク、(105)は論理積(AND)演算ブ
ロツクである。以下演算原理の詳細につき説明する。
今時間tにおける零相電圧V0の瞬時値(デジタルデー
タ)をV0t,零相電流I0の瞬時値(デジタルデータ)をI
0t,V0tとI0tの位相差を∠θとすれば V0t=|V0|sinωt ………(1)式 I0t=|I0|sin(ωt+θ)………(2)式 時間tより電気角で90゜前における零相電圧V0の瞬時値
(デジタルデータ)をV0t−90゜,零相電流I0の瞬時値
(デジタルデータ)をI0t−90゜とすれば V0t-90゜=|V0|sin(ωt-90゜)=|V0|cosωt ……(3)式 I0t-90゜=|I0|sin(ωt+θ-90゜)=|I0|cos(ωt+θ) ……(4)式 (1)〜(4)式より V0t-90゜・I0t-90゜+V0t・I0t =|V0|・|I0|{cosωt・cos(ωt+θ)+sinωt・sin(ωt+θ)} =|V0|・|I0|cosθ ………(5)式 を得る事ができ、これをブロツク(101)に示す。
次に前記V0tとV0t-90゜のデータを利用し を得ることができ、これをブロツク(102)に示す。さら
に(5),(6)式の演算結果を利用し 故に |I0|cosθ>K1を判別するには(7)式より 又は 但し K1は定数 とすれば良く、これをブロツク(103)に示す。上記(8)式
又は(9)式で得られる特性は前記説明の第5図,第7図
に示す通りであり、さらに第6図の特性を得る為には、
第8図のブロツク(104)で示す|V0|>K2(但しK2は定
数)を判別し、ブロツク(103)の判別結果と(105)で論理
積演算すれば良い。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来のデジタル形保護継電装置は以上のような演算原理
である為、|I0|cosθを得る演算にV0振幅値を算出する
必要がある。この為、第8図例ではルート演算処理を要
し、処理時間に問題点があり、又V0振幅値計算に周知の
面積法又は加算法を利用すれば演算誤差を生じる為、誤
差が無視できる程度に修正演算を施す必要があり、結局
|I0|cosθ算出に時間を要すことになるなどの問題点が
あつた。
この発明は上記のような問題点を解消する為になされた
もので、論理的に演算誤差のない周知のベクトル法を利
用し、かつルート演算を要さない方法で処理できるデジ
タル形保護継電装置を得ることを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係るデジタル形保護継電装置は二つの電気量
瞬時値データV0とI0より |V0|・|I0|cos(θ−θ0)-K1|V0|2−K2>0の関係式(但
しθ0は整定角,θはV0とI0の位相角K1,K2は定数)を
演算するようにし、 |V0|・|I0|cos(θ−θ0)の導出及び|V0|2の導出は周知
のベクトル形演算法を適用できるようにし、かつ|I0|co
s(θ−θ0)を導出しなくても理想的なV0−I0タツプ値特
性を得られるようにした為、|V0|2の平方根処理が不要
となる。
すなわち、第1の要素動作判別式、|V|・|I
cos(θ−θ)−K|V−K>0の演算に
より得られる特性に基づいて動作するように構成したも
のである。
また特許請求の範囲第(2)項のデジタル形保護継電装置
は、第1の要素動作判別式、|V|・|I|cos
(θ−θ)−K|V−K>0と、第2の要
素であるVストッパー要素の動作判別式、|V
−K>0の演算により得られる特性に基づいて、特許
請求の範囲第(3)項にかかるデジタル形保護継電装置
は、第1の要素動作判別式、|V|・|I|cos
(θ−θ)−K|V−K>0の演算により
得られる特性に基づいて、さらに特許請求の範囲第(4)
項にかかるデジタル形保護継電装置は、第1の要素動作
判別式、|V|・|I|cos(θ−θ)−K
−K>0の演算により得られる特性に基づい
て動作するように構成したものである。
〔作 用〕
この発明における|V0|・|I0|cos(θ−θ0)の導出及び|V
0|2の導出演算は周知のベクトル法を利用できる為、演
算誤差を0とする事ができ、又方向判別演算を|V0|・|I0
|cos(θ−θ0)-K1|V0|2−K2>0とした為、|V0|2の平行
根導出処理が不要となり処理時間が早くなる。さらにV0
−I0タツプ値特性はV0が所定値までほぼ直線的にV0の大
きさに比例したものとなる為、不完全地絡時自動的に高
感度となり、特性としては理想的なものとなる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。
第3図はV0−I0タツプ値特性図,第2図は他の実施例に
よるV0−I0タツプ値特性図、第2図は第4図の特性を得
る為の演算原理ブロツク図、第1図は構成図例を示す。
第1図は送電線(1)の事故を検出する方向継電装置の構
成図例であり、(2)はCT、(3)はPT、(4-1)はCT(2)
の残留回路電流(零相電流)を受け、これに比例した適
当な電圧に変換する入力トランス、(4-2)はPT(3)の3
次回路電圧(零相電圧)を受け、これに比例した適当な
電圧に変換する入力トランス、(5)はデジタルリレー
で、フイルター(6)、サンプルホールド器(7)、マルチプ
レクサ(8)、アナログ/デジタル変換器(9)、メモリー(1
0)、マイクロプロセツサ(11)等から成る。
入力トランス(4-1),(4-2)の2次出力は各々フイルター
(6)を介しサンプルホールド器(7)で同一時刻,一定間隔
のアナログ量瞬時値をサンプリングする。マルチプレク
サ(8)は、サンプルホールド器(7)の出力を順次切替え、
アナログ/デジタル変換器(9)に導入し、アナログ/デ
ジタル変換器(9)でアナログ量瞬時値に比例したデジタ
ルデータに変換の上メモリー(10)に一時記憶させる。尚
メモリー(10)には演算に必要なプログラムも永久記憶さ
れており、マイクロプロセツサ(11)により時系列にデジ
タル処理できるようになつている。
以上の構成によるデジタルリレー(5)で第3図又は第4
図の特性を有した方向継電器を得るものであり、その演
算原理は第2図による。第2図のデジタルデータI0,V0
は第1図のCT(2),PT(3)の出力に比例した瞬時値デ
ータであり、メモリー(10)より時系列的にマイクロプロ
セツサー(11)に入力されるものである。第2図の(101)
は|V|・|I|cosθを導出する演算ブロック、
(105)は論理積(AND)演算ブロック、(106)はV
幅値の二乗値導出演算ブロック、(107)は第1要素動作
判別演算ブロック、(108)はVストッパー要素(第2
要素)の動作判別演算ブロックである。
演算ブロツク(101)は前記第8図に示すブロツク(101)と
同一であり |V0|・|I0|cosθ=V0t・I0t+V0t-90゜・I0t-90゜
………前記(5)式 ブロツク(106)は時間tにおける零相電圧V0の瞬時値デ
ータV0tと時間tより90゜前の零相電圧V0の瞬時値V0t-9
0゜より下記に示すベクトル法より |V0|2=V0t2+V0t-90゜2 ………(10)式 =(|V0|sinωt)2+(|V0|sin(ωt-90゜)2 ブロツク(107)はブロツク(101)及びブロツク(106)での
演算結果を利用し演算する。
但し|V0|=零相電圧V0の振幅値 |I0|=零相電流I0の振幅値 θ:V0とI0の位相角 K1:定数 K2:定数 故に|V0|・|I0|cosθ−K1|V0|2−K2>0 …(12)式の判
別は と等しい為、(12)式に(5)式(10)式を代入した下記(14)
式の判別結果は(13)式の判別結果と等価になる。
V0t・I0t+V0t-90゜・I0t-90゜-K1(V0t2+V0t-90゜)-K2>0 ……(14)式 尚,(13)式は である為、第3図において直線特性(109)はK1|V0|とな
り、双曲線特性(110)は となる。したがつて合成特性(111)である|I0|cosθは第
3図の斜線部に示す範囲となり、定数K1,K2を適当に選
べば、V0=110V(完全一線地絡時)からV0=数10V(不
完全地絡時)の範囲をほぼ直線特性とする事ができ、又
平常時のV0<数10V域においては検出値が低下する理想
的な特性を得ることができる。第2図のブロツク(108)
は第4図の特性(112)を得る為のもので、ブロツク(106)
で演算した結果より |V0|−K3>0 ………(16)式 但しK3は定数 を判別すれば良い。尚、零相電圧V0の振幅値を判別する
には であるが、一般的には前記(10)式で得た|V0|2をそのま
ゝ利用し定数K3を適当に選定すれば良い。以上説明した
ように第3図のブロツク(107)の出力を利用する場合は
第3図に示す特性となり、V0 ストツパー(112)の特性
を加える場合は第2図のブロツク図(107),(108)の出力
を(105)で論理積演算し、第4図の斜線部特性を得る事
ができる。尚V0−I0位相特性は(15)式に示す通り である為従来と同様第7図のようになる。
なお上記実施例では、第7図のV0−I0位相特性を∠θ=
0゜で最高感度になるようにしているが∠θ=θ
(θ゜は整定角)で最高感度になるようにする事もで
きる。その具体的手法としてはいくつか周知のものがあ
るが、最も簡単な方法例としてはサンプリング周期が例
えば30゜毎であるデジタルリレーにおいてθ=30
゜移相しようとすれば前記(2)式(4)式を下記とすれば良
い。
I0t-30゜=|I0|sin(ωt+θ-30゜) ………(2)′式 I0t-120゜=|I0|cos(ωt+θ-30゜) ………(4)′式 前記(1)式,(3)式及び(2)′式(4)′式より前記(5)式は |V0|・|I0|cos(θ-30゜)=V0t-90゜・I0t-120゜ +V0t・I0t-30゜ …(5)′式 但し I0t-30゜;時間tより30゜前I0データ I0t-120゜;時間tより120゜前I0データ 30゜=θ0(整定角) また、上記実施例では零相電圧V0と零相電流I0を入力と
しているが、これを逆相電圧V2と逆相電流I2を入力とし
た逆相方向継電装置とすることもでき、さらには二重母
線を一括保護する差動量VDと母線連絡線の電流Iを入
力とした母線事故選択継電装置とすることもできる。
〔発明の効果〕
以上のようにこの発明によれば、二つの電気量V0,I0
時値に各々比例したデジタルデータの現時間データと9
0゜前データとでベクトル合成するベクトル形演算法を
利用して|V0|・|I0|cosθ及び|V0|2を導出し、これをそ
のまゝ減算処理して方向判別できるようにしたので、理
想的なV−Iタップ値特性に基づいて動作する地絡
方向保護継電装置が得られ、演算誤差を生じることがな
く、又V0 2値の平方根を求める必要がない為処理時間が
早く、V0−I0タツプ値特性も一定の不完全地絡域までは
自動的に高感度となる理想的な特性を得られる効果があ
る。
また、理想的なV−Iタップ値特性に基づいて動作
する逆相方向継電装置が得られ、さらに理想的なV
タップ値特性に基づいて動作する母線事故選択継電
装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示す構成図、第2図はこ
の発明の他の実施例を示す構成図、第3図はこの発明の
一実施例によるV0−I0タツプ値特性図、第4図はこの発
明の他の実施例によるV0−I0タツプ値特性図、第5図,
第6図は従来のV0−I0タツプ値特性図、第7図は従来及
び本発明によるV0−I0位相特性例、第8図は従来の演算
原理ブロツク図である。 図において、(6)はフイルター、(7)はサンプルホールド
器、(8)はマルチプレクサ、(9)はA/D変換器、(10)は
メモリ、(11)はマイクロプロセツサ、(101)は|V0|・|I0
|導出演算ブロツク、(106)は|V0|2導出演算ブロツク、
(107)は第1要素、(108)は第2要素、(105)はAND要
素である。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統から零相電圧Vと零相電流I
    を得る変換器と、この変換器出力を同一時刻、所定周期
    でサンプリングし、デジタル量に変換する装置と、該デ
    ジタル量を所定のプログラムに従って演算処理するマイ
    クロプロセッサとから構成し、前記Vデータ,及びI
    データより、 |V|・|I|cos(θ−θ)−K|V−K>0 (但し、θはVとIの位相角、θは整定角、
    ,Kは定数である。) を演算する第1の要素の条件を満足するとき動作するこ
    とを特徴とするデジタル形保護継電装置。
  2. 【請求項2】電力系統から零相電圧Vと零相電流I
    を得る変換器と、この変換器出力を同一時刻、所定周期
    でサンプリングし、デジタル量に変換する装置と、該デ
    ジタル量を所定のプログラムに従って演算処理するマイ
    クロプロセッサとから構成し、前記Vデータ,及びI
    データより、 |V|・|I|cos(θ−θ)−K|V−K>0 (但し、θはVとIの位相角、θは整定角、
    ,Kは定数である。) を演算する第1の要素と、 |V−K>0 (但し、Kは定数である。) を演算する要素の二つの要素の条件を満足するとき動作
    することを特徴とするデジタル形保護継電装置。
  3. 【請求項3】電力系統から逆相電圧Vと逆相電流I
    を得る変換器と、この変換器出力を同一時刻、所定周期
    でサンプリングし、デジタル量に変換する装置と、該デ
    ジタル量を所定のプログラムに従って演算処理するマイ
    クロプロセッサとから構成し、前記Vデータ,及びI
    データより、 |V|・|I|cos(θ−θ)−K|V−K>0 (但し、θはVとIの位相角、θは整定角、
    ,Kは定数である。) を演算する第1の要素の条件を満足するとき動作するこ
    とを特徴とするデジタル形保護継電装置。
  4. 【請求項4】複数の母線に接続された各回線電流をベク
    トル的に合成した差動電圧Vと上記母線間を接続する
    連絡線から取り出した電流Iを得る変換器と、この変
    換器出力を同一時刻、所定周期でサンプリングし、デジ
    タル量に変換する装置と、該デジタル量を所定のプログ
    ラムに従って演算処理するマイクロプロセッサとから構
    成し、前記Vデータ,及びIデータより、 |V|・|I|cos(θ−θ)−K|V−K>0 (但し、θはVとIの位相角、θは整定角、
    ,Kは定数である。) を演算する第1の要素の条件を満足するとき動作するこ
    とを特徴とするデジタル形保護継電装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS6082022A (ja) * 1983-10-07 1985-05-10 株式会社東芝 デイジタル距離継電器
JPS6126422A (ja) * 1984-07-12 1986-02-05 株式会社東芝 デイジタル保護継電装置

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