JPH06233459A - 電力系統保護システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明の目的は、これらの短絡故障以外の原因
によって流れる過電流を短絡電流と併せて抑制すること
であり、これによって電力系統で供給する電力の質の向
上を図ることにある。 【構成】本発明である電力系統の保護システムを例えば
配電系統に適用した場合、流れる過電流を検出して抑制
する過電流抑制装置を、主変圧器一次側，配電線の母線
からの引出口，変圧器バンクの連系部に設ける。 【効果】本発明で使用する過電流抑制装置が備えている
短絡故障による過電流の抑制と併せて、電力系統におい
て過電流が流れることによる健全な系統の電圧変動を最
少限にでき、供給電力の質を高め、電力系統の信頼性を
増すことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電力系統の保護システ
ムにかかり、特に電力系統に過電流が流れることを抑制
し、他の健全な系統への供給電力の品質を確保するとと
もに、過電流保護リレーが短絡事故による過電流以外で
動作するのを抑制し、電力系統保護の信頼性を上げるシ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に電力系統には、需要地から遠く離
れた発電所から需要地付近まで電力を送るための送電系
統と、送電系統によって送られた電力を需要家へ配分す
る配電系統がある。送電系統は、超高圧に昇圧された電
力を長距離，大容量送電している。配電系統は、電圧を
配電変電所に設けられた主変圧器によって降圧し、変電
所母線を介して複数の配電線に分岐し、需要家などの負
荷に電力を供給している。これら系統では、短絡故障が
発生したときに、各送配電線に設けられた遮断器がトリ
ップして故障系統を分離し、他の健全な送配電線を使用
して電力供給を継続する保護システムとなっている。

【０００３】しかし、この保護システムでは保護動作時
に送配電系統のリレー動作時間や保護協調上、当該遮断
器の動作までに少なくとも１，２サイクル程度の時間が
かかるので、その間に大きな短絡電流が流れ、健全な回
線の電圧が低下するといった問題が生じる。

【０００４】それに対し、短絡故障時に短絡電流が流れ
て、健全な回線の電圧が低下するのを最少限に抑える技
術として、特開平4−112619 号公報にあるような、スイ
ッチと高速遮断部とを直列接続してなる遮断主回路と、
前記高速遮断部に並列に接続された限流素子と、前記遮
断部に流れる電流を検出する電流検出器と、この電流検
出器で検出した遮断部に流れる電流が設定値を超えたと
きに直ちに前記高速遮断部に遮断命令を出す過電流検出
器とを含んでなる保護装置を適用するというものがあ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】電力系統に過電流が流
れるのは、短絡故障発生時のほかに、変圧器，コンデン
サバンクまたは負荷等を系統に投入したときがあり、定
格負荷電流を大幅に超える過電流が流れることがある。
例えば、無負荷変圧器を投入したときに、定格電流の数
倍以上の励磁突入電流が流れることがある。そのほかに
も、変圧器バンクを連系したとき、区分された系統やル
ープ系統を連系したとき等、電力系統の状態が急変する
場合についても過電流が流れる可能性がある。このよう
なとき、周囲の系統の電圧が変動して、特に需要家にお
いては、電圧変動に敏感な計算機などの電子情報通信機
器に対して障害を与える可能性がある。また、故障が発
生していないにもかかわらず、誤って過電流保護リレー
が動作して、その区間の遮断器がトリップして停電状態
になることもある。

【０００６】本発明の目的は、これらの短絡故障以外の
原因によって流れる過電流を抑制することであり、短絡
故障が原因である過電流の抑制も含めて、本発明によっ
て電力系統に供給する電力の質の向上を図る電力系統保
護システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の電力系統保護シ
ステムは、上記のように電力系統の状態が急変するとき
に、流れる過電流を抑制する機能を持つ過電流抑制装置
を電力系統に適用し、前記過電流抑制装置が持つ過電流
抑制機能を短絡故障以外が原因である過電流の抑制に適
用することである。

【０００８】

【作用】本発明によれば、次の作用によって、上記目的
が達成される。

【０００９】変圧器，コンデンサバンクまたは負荷の投
入，変圧器バンクの連系，区分された系統やループ系統
の連系等、回路要素を系統に接続することによって電力
系統の状態が急変する場合に、過電流が流れる個所の過
電流抑制装置の過電流抑制機能を有効にすることによっ
て、前記過電流を抑制し、前記開閉装置動作後、予め前
記過電流が収まる程度の時間に設定した時間が経過した
後に過電流抑制装置の過電流抑制機能を無効にし、負荷
電流を通電する。これにより、電力系統の電圧変動が抑
制でき、質の高い電力供給を実現できる。

【００１０】

【実施例】以下、発明の実施例を説明する。

【００１１】図１は、本発明である保護システムを２つ
の変圧器バンクがある配電系統に適用した例を示したも
のである。本発明で用いる配電系統の過電流抑制装置１
を、主変圧器３の一次側，配電線の母線４からの引出
口，変圧器バンクの連系部５等に設ける。これら配置場
所は、適用系統の状態や抑制を目的とする過電流によっ
て異なるが、基本的には従来の配電変電所用遮断器２と
直列に過電流抑制装置１を設置すると考えてよい。

【００１２】短絡故障に対する保護としては、例えば短
絡故障が配電系統６ｂの下位にある需要家において発生
したとき、過電流抑制装置１ｂは、過電流抑制装置１ｂ
が持つ過電流検出機能によって短絡電流を検出し、短絡
電流を抑制する。一方、短絡故障以外の原因による過電
流の抑制としては、切り換えを行なう遮断器等の開閉装
置の切り換え情報７を当該過電流抑制装置に与えること
で過電流抑制の制御を行なう。例えば、配電系統６ａの
変圧器３ａを接続する場合を考える。変圧器３ａを遮断
器２ａ等の開閉装置によって接続した時には、最大値が
定格電流の数倍以上の大きさになる励磁突入電流が過渡
的に流れることがあるので、そのため配電線及び配電線
が接続されている母線の電圧が変動し、他の同一母線に
接続している健全な配電線の電圧にも影響を及ぼす。そ
こで、変圧器３ａを投入するための遮断器等の開閉装置
２ａの切り換え情報７ａを過電流抑制装置１ａに与える
ことで過電流を抑制し、母線４の電圧変動を抑制する。
なお、切り換え情報７は、例えば遮断器等の開閉装置２
への投入指令や、開閉装置２のリレーのシーケンスや操
作機構の動作から得ることができる。

【００１３】変圧器の励磁突入電流を抑制した例を図２
に示す。特に大きな過電流１０１が流れると母線電圧が
電圧１０２のように低下するが、本発明を適用して１１
１のように過電流を抑制することで、母線電圧の低下を
１１２のように抑えることができる。

【００１４】図３は、本発明で使用する過電流抑制装置
１の構成例である。構成としては、スイッチ１１と、例
えばゲートターンオフサイリスタのような自己消弧能力
のある半導体素子を用いて構成した、高速動作および交
流電流制御が可能なスイッチである高速遮断部１２とを
直列接続してなる遮断主回路と、高速遮断部１２に並列
に接続された限流素子１３と過電圧抑制素子１６，遮断
部に流れる電流を検出する電流検出器１４と、この電流
検出器１４で検出した遮断部に流れる電流に過電流が流
れるのを検知したら直ちに高速遮断部１２に遮断命令を
出す過電流検出機能を持った制御器１５ａおよびスイッ
チ１１と高速遮断部１２に遮断命令を出す過電流検出機
能を持った制御器１５ｂによって構成される。

【００１５】制御器１５には、外部信号として開閉装置
の切り換え情報７が与えられる。通常は、スイッチ１１
と高速遮断部１２がオン状態となっており、負荷電流を
通電している。過電流検出器１５によって短絡故障発生
を検知すると、高速遮断部１２をオフして、短絡電流を
限流素子１３に転流することによって、過電流を抑制す
る。短絡故障が除去されると高速遮断部１２をオンして
通電を再開する。本発明では、このような高速で短絡故
障電流を抑制する機能を持つ過電流抑制装置１を用いる
ことによって、負荷等の投入，変圧器バンクの連系，区
分やループの切り換え等を行なったときに発生する過電
流を抑制し、故障発生時も含めた配電系統における電力
供給の安定化，信頼性の向上を目的としている。

【００１６】前述のような系統の切り換え等の系統状態
を変更するときに発生する過電流を抑制する制御とし
て、過電流が流れると予想される場所、例えば比較的重
い負荷を投入するときには、その負荷が投入される配電
線の上位側にある過電流抑制装置のうち、最も系統の下
位にある過電流抑制装置の高速遮断部をオフして、過電
流抑制機能を有効にしておき、それから負荷を投入す
る。過電流抑制機能によって、通常流れる過電流が大幅
に抑制される。負荷投入後、予め設定した時間、例えば
２００ｍｓ程度の時間が経った後、過電流抑制機能を解
除して、通常の通電状態とする。この設定時間として、
負荷投入時の過渡的な過電流が十分収まったと判断でき
る時間でよい。同様にして、開閉装置によって配電系統
の形態が変わるときに過電流が流れる場所に過電流抑制
装置を適用することによって、これら過電流を抑制する
制御を行なう。

【００１７】過電流には、短絡故障による過電流と、回
路要素の投入のような短絡故障以外の過電流があるの
で、本発明の保護システムではこれらを区別する手段を
持つ必要がある。その手段として、開閉装置投入の指令
を切り換え情報７として過電流抑制装置１にも与えるこ
とによって短絡故障以外の原因によって過電流が流れる
ことを当該過電流抑制装置１に予め知らせ、この開閉装
置動作時の過電流を故障電流以外によるの過電流、その
他を短絡故障による過電流と判断する方法がある。ま
た、開閉装置動作と同時、あるいはそれに続いて短絡故
障が起こる場合があるので、これらの区別が必要にな
る。その方法としては、短絡故障でない過渡的な過電流
は、本発明による手段によって抑制されると、比較的短
時間で負荷電流相当になる。

【００１８】一方、短絡故障による過電流は、過電流抑
制装置１によっても、短絡電流より大幅に小さいが負荷
電流の数倍程度の大きさの電流となる。このように両者
の特長が異なるので、短絡故障とそれ以外による過電流
を区別する手段として、電流の変化，絶対値，実効値，
平均値，最大値などを単独またはこれらの組合わせによ
って判断する方法が利用できる。このような過渡的な過
電流と短絡故障による過電流とを区別する手段を制御器
１５に持つことによって過電流抑制制御ができる。

【００１９】図４は、ループ状のネットワーク形態にな
っている配電系統において、本発明である保護システム
を適用した例である。同一母線４のネットワーク内であ
っても線路や負荷等の回路条件によって、区分開閉を行
なう地点における電圧位相が必ずしも一致しない。特に
開放されていた区間の両端における電圧位相が異なって
いることが多く、この開放されていた区間を閉じるとき
に、電位差による過電流が過渡的に流れ、電圧変動等の
擾乱が起こる。

【００２０】そこで、本発明を適用して過電流抑制装置
１ｃをループ開閉装置として用いると、系統の切り換え
時に流れる過電流を抑制し、配電系統の擾乱を押えるこ
とができる。また、区分切り換えを頻繁に行ない、過電
流による責務が大きい適用例として電鉄負荷がある。電
鉄の給電設備において本発明を適用すると、高い過電流
抑制の効果が期待できる。

【００２１】図１または図４に見られるように、本発明
である系統保護システムは、過電流抑制装置１と遮断器
２を併せて使用しているが、過電流抑制装置１にはスイ
ッチ１１があるので、過電流を抑制してスイッチ１１が
遮断可能な電流としてからスイッチ１１を開閉する制御
を行なうことで、遮断器２を省略することができる。以
上、本発明の実施例について、配電系統を例にして説明
したが、送電系統についても同様の動作原理によって過
電流保護ができる。送電系統においては、短絡電流が大
きな個所の過電流抑制、大容量遮断器の遮断責務の軽減
といった効果が期待できる。

【００２２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
変圧器，コンデンサバンクまたは負荷を系統に投入した
とき、変圧器バンクを連系したとき、区分された系統や
ループ系統を連系したとき等、電力系統の状態が急変す
る場合に発生する過渡的な過電流を抑制でき、本発明で
使用する過電流抑制装置が備えている短絡故障による過
電流の抑制機能と併せて、電力系統において過電流が流
れることによる健全な回線における電圧変動を最少限に
でき、供給電力の質を高め、電力系統の信頼性を増すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の配電系統への保護システムを示す系統
回路図。

【図２】本発明による変圧器励磁突入電流の抑制を示す
特性図。

【図３】本発明で使用する過電流抑制装置の回路図。

【図４】本発明のループ系統へ適用した回路図。

【符号の説明】

１…過電流抑制装置、２…遮断器、３…変圧器、４…母
線、５…連系点、６…需要家、７…切り換え情報、１１
…スイッチ、１２…高速遮断部、１３…限流素子、１４
…電流検出器、１５…制御器、１６…過電圧抑制素子、
１０１…電流（保護なし）、１０２…電圧（保護な
し）、１１１…電流（保護あり）、１１２…電圧（保護
あり）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒澤 幸夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 山極 時生 茨城県日立市国分町一丁目１番１号 株式 会社日立製作所国分工場内 (72)発明者 森田 政夫 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内 (72)発明者 植田 俊明 愛知県名古屋市緑区大高町字北関山20番地 の１ 中部電力株式会社電力技術研究所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電力系統における線路に直列に挿入するこ
   とで、短絡電流の大きさを制御可能である過電流抑制装
   置によって、前記電力系統内に設けられた回路要素を系
   統に投入あるいは切り換える際に、前記過電流抑制装置
   に流れる電流を所定の時間、抑制する手段を有すること
   を特徴とする電力系統保護システム。
2. 【請求項２】過電流抑制装置として、スイッチと高速遮
   断部とを直列接続してなる遮断主回路と、前記高速遮断
   部に並列に接続された限流素子と、前記遮断部に流れる
   電流を検出する電流検出器と、この電流検出器で検出し
   た信号によって遮断部に過電流が流れたことを検知した
   とき、あるいは外部からの指令を受けたとき、直ちに前
   記高速遮断部に遮断命令を出して過電流抑制の手段とす
   る制御器を含んでなる装置を使用したことを特徴とする
   請求項１記載の電力系統保護システム。
3. 【請求項３】回路要素を投入する以前に、当該系統にあ
   る過電流抑制装置を過電流を抑制する動作とし、前記回
   路要素を投入後、所定時間が経った後に前記過電流抑制
   装置の過電流抑制を解除する制御を特徴とする請求項１
   記載の電力系統保護システム。
4. 【請求項４】前記過電流抑制装置に流れる過電流におけ
   る短絡電流の有無を検出し、短絡電流がある場合は当該
   系統における故障保護状況から系統の分離あるいは短絡
   電流抑制の解除を判断し、短絡電流がない場合には所定
   の時間後に過電流抑制を解除する制御を特徴とする請求
   項２記載の電力系統保護システム。
5. 【請求項５】前記過電流抑制装置の持つ過電流抑制機能
   によって流れる電流を前記過電流抑制装置のスイッチで
   遮断できる大きさ以下にすることで、電力系統に必要な
   遮断器を前記スイッチにて代替させることを特徴とする
   請求項２記載の電力系統保護システム。