JPH08163766A - ディジタル保護継電装置の障害回避方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ディジタル保護継電装置の障害回避方式にお
いて、保護装置の一部に障害が発生しても、保護機能の
維持又は機能喪失の防止をする。 【構成】 常時、保護機能の処理を行なう複数の演算処
理基板からなる第１の手段12a 〜12x と、前記第１の手
段が有する各演算処理基板の夫々のソフトウェアを１枚
の演算処理基板に実装して、任意のソフトウェアを選択
して処理する第２の手段12y と、前記第１の手段が有す
る複数の演算処理基板の障害を監視して個々に検出する
第３の手段14を備え、第３の手段にて検出された第１の
手段の障害を有する演算処理基板の保護機能を、前記第
２の手段が有する該当演算処理基板が代替して実施する
よう構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、交流電気量をアナログ
・ディジタル変換して保護演算を行なうディジタル保護
継電装置に障害が発生した場合の、保護機能を維持する
ための障害回避方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディジタル保護継電装置は、電力系統か
ら電圧，電流などの交流電気量を入力変換器を介して導
入し、交流アナログ信号をディジタル信号に変換した
後、マイクロコンピュータなどのディジタル演算処理部
で系統事故を検出し、保護シーケンス制御を行なうもの
で、マイクロコンピュータの優れた演算処理能力と自己
診断能力により、高性能で高信頼度の保護システムを実
現できるため、広く電力系統の保護に適用されている。

【０００３】図５はディジタル保護継電装置の一般的な
構成例図で、系統電気量は変換器ＰＴや変流器ＣＴより
入力変換器１に導入し、電子回路で扱えるレベルに変換
する。次に高周波成分を除去するためアナログフィルタ
２を介して、その出力をサンプルホールド回路（Ｓ／
Ｈ）３、マルチプレクサ（ＭＰＸ）４、アナログ・ディ
ジタル変換器（Ａ／Ｄ）５で、所定のサンプリング周期
毎にディジタル量に変換する。

【０００４】変換されたデータは演算処理基板6aのラン
ダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）７に一旦記憶し、リード
オンリーメモリ（ＲＯＭ）８の演算プログラムに従って
マイクロプロセッサ（ＭＰＵ）９で保護演算を行なう。
保護システムの規模が大きい場合又は処理量の多い保護
演算を行なう場合には、演算処理基板6b，6cなどを複数
使用し、夫々が保護機能を分割して処理するマルチＣＰ
Ｕ構成を用いる。

【０００５】保護継電装置は電力設備の運用に不可欠
で、保護継電装置が停止した場合には電力設備も停止す
る必要があり、又、万一系統事故が発生した場合には確
実に動作する必要があることから、高い信頼性が要求さ
れる。この対策としては、特に重要な電力設備は保護装
置を二系列化するなど、システム構成において動作信頼
度の向上を図っている。又、周知のように稼働信頼度向
上を目的として自動監視機能を付加し、装置の保護機能
が正常であることを常時チェックし、万一障害が発生し
た場合には速かに検出し警報を出力して、早期復旧を図
るための情報を提供するよう構成している。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】電力供給信頼度向上の
ためには保護継電装置の稼働率の向上が不可欠である
が、質のよい電力の安定供給が益々重要になるなかで、
次のような問題がある。第１の課題は、基幹系統につい
ては保護装置を二系列化した上で、かつ両系列が健全に
保護機能を発揮していることが信頼度維持にとって必須
条件であり、特に電力需給が逼迫した場合などでは、系
統事故の波及度を勘案すると保護装置の一系列の不良も
許容できない状況が生じる。又、低位系統では設備投資
の面で保護装置の二系列構成がとり難く、保護装置の障
害は直接系統運用を左右する。

【０００７】第２の課題は、変電所の無人化の進展によ
り、障害発生時は保守員が保守拠点から電気所に出向い
て障害対応を行なう必要があり、深夜，早朝作業など保
守負担の増加と復旧に遅延を招く可能性がある。第３の
課題は、保護装置の演算性能の高度化により、複数の保
護方式を複合化する傾向にあるが、反面一装置の機能喪
失の波及範囲が拡大する懸念がある。

【０００８】以上の課題に対して、故障しない又は故障
しても保護機能を喪失しない保護装置の実現が望まれ、
これによる電力供給信頼度の向上と保守業務の省力化，
迅速化が期待される。本発明は上記課題を解決するため
になされたものであり、保護継電装置の一部に障害が発
生しても、保護機能の維持又は機能喪失の防止が可能な
ディジタル保護継電装置の障害回避方式を提供すること
を目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
ディジタル保護継電装置の障害回避方式は、電力系統の
交流電気量を入力し、ディジタル量に変換するアナログ
入力部と、保護機能を実現するソフトウェア処理を行な
う演算処理部と、装置の入出力を行なう入出力インタフ
ェース部からなり、前記演算処理部には複数の演算処理
基板を有し、各ソフトウェア処理を演算処理基板１枚で
処理できる単位に機能分割することにより、複数の演算
処理基板で分担して演算処理を行なうマルチＣＰＵ構成
のディジタル保護継電装置において、常時、保護機能の
処理を行なう複数の演算処理基板からなる第１の手段
と、前記第１の手段が有する各演算処理基板の夫々のソ
フトウェアを１枚の演算処理基板に実装して、任意のソ
フトウェアを選択して処理する第２の手段と、前記第１
の手段が有する複数の演算処理基板の障害を監視して個
々に検出する第３の手段を備え、第３の手段にて検出さ
れた第１の手段の障害を有する演算処理基板の保護機能
を、前記第２の手段が有する該当演算処理基板が代替し
て実施するよう構成した。

【００１０】本発明の請求項２に係るディジタル保護継
電装置の障害回避方式は、電力系統の交流電気量を入力
し、ディジタル量に変換するアナログ入力部と、保護機
能を実現するソフトウェア処理を行なう演算処理部と、
装置の入出力を行なう入出力インタフェース部からなる
ディジタル保護継電装置において、異なる複数の保護方
式のソフトウェアを夫々収納した演算処理基板と、前記
各保護方式のソフトウェアを切替えて出力するソフト処
理選択実行制御部とを備えた。

【００１１】本発明の請求項３に係るディジタル保護継
電装置の障害回避方式は、請求項２において、保護方式
のソフトウェアの切替えは、優先順位の高いものから順
に行なうよう構成した。

【００１２】本発明の請求項４に係るディジタル保護継
電装置の障害回避方式は、電力系統の交流電気量を入力
し、ディジタル量に変換するアナログ入力部と、保護機
能を実現するソフトウェア処理を行なう演算処理部と、
装置の入出力を行なう入出力インタフェース部からなる
ディジタル保護継電装置において、各相電気量と零相電
気量とを入力するアナログ入力回路と、前記入力電気量
のいずれか１量のアナログ入力回路に障害が生じた場合
に前記正常な入力電気量を用いて障害が生じた電気量を
出力する電気量選択回路とを備えた。

【００１３】本発明の請求項５に係るディジタル保護継
電装置の障害回避方式は、請求項４において、障害が生
じた電気量の導出は、各相電気量と零相電気量とから対
称座標法を用いて行なうよう構成した。

【００１４】

【作用】本発明の請求項１に係るディジタル保護継電装
置の障害回避方式は、稼働中の１つの演算処理基板に障
害が発生すると、この障害を監視部によって検出し、第
２の手段内にある該当障害発生基板に対応する処理基板
を作動させるので、保護機能の喪失や性能の低下がな
く、装置運用及び系統運用を継続できる。

【００１５】本発明の請求項２に係るディジタル保護継
電装置の障害回避方式は、複数の保護方式のソフトウェ
アが収納されているため、障害発生時には切替えて使用
できる。又、請求項３では前記切替えを優先順位をつけ
て行なうようにしている。

【００１６】本発明の請求項４に係るディジタル保護継
電装置の障害回避方式は、アナログ入力回路の１入力に
障害が発生しても、正常な電気量を導出できるため保護
機能を損なうことなく、装置運用及び系統運用が可能に
なる。又、請求項５では対称座標法による各相電気量と
零相電気量の相関関係から、正常な入力電気量を用いて
障害が生じた電気量を算出するようにしている。

【００１７】

【実施例】以下図面を参照して実施例を説明する。本発
明の請求項１に係るディジタル保護継電装置の障害回避
方式の実施例を以下に説明する。図１は本実施例の障害
回避方式を説明する演算処理部の機能ブロック図で、シ
ステムバス11に演算処理基板（ＣＰＵ＃１）12a 〜演算
処理基板（ＣＰＵ＃ｎ＋１）12y までの複数の基板を接
続したマルチＣＰＵ構成である。

【００１８】演算処理基板（ＣＰＵ＃１〜＃ｎ）12a 〜
12x は保護機能を機能（＃１〜＃ｎ）に夫々分割し、各
ソフトウェア13a 〜13x を夫々に内蔵し、正常時は各々
のソフトウェア処理を各自が夫々実行する。演算処理基
板（＃ｎ＋１）12y には演算処理基板（＃１〜＃ｎ）の
ソフトウェア13a 〜13x を全て内蔵し、演算能力の制約
で全処理を同時に実行できないため、必要によりいずれ
かの処理を選択的に実行するよう構成する。

【００１９】更に、演算処理基板（＃ｎ＋１）12y には
監視機能14を備え、演算処理基板（ＣＰＵ＃１〜＃ｎ）
の異常を監視するよう構成する。なお、図１において太
線で示した部分は動作している機能を示す。そして図１
において（Ａ）は正常時、（Ｂ）はＣＰＵ＃１障害発生
時を示す。

【００２０】次に障害が発生した場合の応動を説明す
る。先ず演算処理基板（ＣＰＵ＃１）12a に障害が発生
すると、演算処理基板（ＣＰＵ＃ｎ＋１）は監視機能14
でこの障害を検出する。そして全機能を備えた演算処理
基板（ＣＰＵ＃ｎ＋１）12y に対して、障害基板が実行
していたソフトウェア処理の機能（＃１）13a を実行す
るよう制御し、障害で喪失した保護機能を補完する。こ
のため装置全体としては保護機能を損なうことなく運用
継続が可能となる。

【００２１】図２は本発明の請求項１の障害回避方式を
直接接地系統用距離継電装置に適用した場合を示す。系
統電気量はアナログ入力基板21でディジタル量に変換し
て、同一データを各演算処理基板（＃１〜＃４）22a ．
22b ，22c ，22d の各メモリ（ＲＡＭ）23a ，23b ，23
c ，23d に記憶する。

【００２２】演算処理基板（＃１）22a はトリップシー
ケンスのソフトウェア処理をＲＯＭ24a に内蔵し、演算
処理基板（＃２）22b は短絡距離リレー（44Ｓ）のソフ
トウェア処理をＲＯＭ24b に内蔵し、演算処理基板（＃
３）22c は地絡距離リレー（44Ｇ）のソフトウェア処理
をＲＯＭ24c に内蔵する。演算処理基板（＃４）22dは
上記の全てのソフトウェア処理をＲＯＭ24d に内蔵し、
更に演算処理基板の監視機能を内蔵する。

【００２３】次に作用について説明する。演算処理基板
（＃１）22a に障害が発生すると、演算処理基板（＃
４）は監視機能でこの異常を検出し、演算処理基板（＃
１）が本来行なうべきトリップシーケンス処理の実行を
開始して、演算処理基板（＃２，＃３）のリレー動作信
号を読み込み、このシーケンス判定結果を入出力基板25
に出力するよう動作する。

【００２４】なお、演算処理基板の障害の検出は、従来
から周知の技術であるウオッチドッグタイマーによる監
視、あるいは既知データの受渡しによる演算処理基板の
応答チェックなどの手法により可能である。ソフト処理
を選択し実行する制御は、例えばオペレーティングシス
テム（ＯＳ）のもとで、機能分割したソフトウェアを夫
々処理タスクとして扱えば、ＯＳの基本機能の範囲で容
易に実現できる。又、障害が発生した演算処理基板は、
自己診断による異常検出でマイクロプロセッサをリセッ
トしてシステムバスのアクセスを停止するなど、他に影
響を及ぼさない処置を実施することが可能である。

【００２５】本実施例では演算処理基板に監視機能を内
蔵する構成として説明したが、監視処理を行なう別ハー
ドウェアからの指令、あるいは監視情報に基づく人間系
の操作指令によっても障害回避が可能であって、同様の
効果が得られることは明らかである。本実施例によれ
ば、マルチＣＰＵ構成のディジタル保護継電装置で、１
枚の演算処理基板に障害が生じた場合でも、その保護機
能を別の演算処理基板で代替することにより、装置全体
の保護機能を維持でき、装置稼働率向上が可能になる。

【００２６】図３は本発明の請求項２に係るディジタル
保護継電装置の障害回避方式の一実施例の構成図であ
る。図３においてディジタル保護継電装置31は複数の保
護方式のソフトウェアを演算処理部32に内蔵する。実施
例では電流差動リレー方式33aと、距離リレー方式33b
と、過電流リレー方式33c を付加した例で、演算能力の
制約により同時に全方式のソフトウェア処理は行なえな
いため、ソフト処理選択実行制御部38にていずれかの方
式を選択したソフトウェア処理を行なうよう構成する。

【００２７】電流差動リレー方式はリレー設置端子の系
統電気量を入力するアナログ入力回路33と入出力回路3
4、対向端子と情報伝送を行なう伝送回路35、伝送装置
及び伝送路36、対向端子装置37の図の２点鎖線のハード
ウェアで構成する。距離リレー方式は自所の系統電圧，
電流のみを使用するため、アナログ入力回路33、入出力
回路34の１点鎖線のハードウェアで構成する。過電流リ
レー方式は自所の系統電流のみを使用するため、アナロ
グ入力回路33の電流入力回路、入出力回路34の点線のハ
ードウェアで構成する。

【００２８】以下、本実施例の障害発生時の応動を説明
する。保護方式の優先順位を電流差動リレー方式33a 、
距離リレー方式33b 、過電流リレー方式33c の順番とす
ると、正常時は電流差動リレー方式をソフト処理選択実
行制御部38で選択し実行する。この状態で伝送回路35、
伝送装置及び伝送路36、対向端子装置37などに障害が発
生すると電流差動リレー方式は原理上から保護機能を喪
失する。

【００２９】そこで自動監視部39で障害を検出した場合
には、次に優先順位の距離リレー方式にソフト処理を切
替える。これにより使用ハードウェアの範囲が縮小した
ことで自動監視不良を検出しなければ装置の保護機能が
回復し運用を継続できる。更に距離リレー方式に切替え
ても障害が継続してる場合には、次の優先順位の過電流
リレー方式に切替える制御を行なう。

【００３０】このように保護方式により使用するハード
ウェアの範囲が異なる場合、範囲が少ない方式の優先順
位を低くしておけば、ハードウェアに障害が発生した場
合でも障害部位を使用しない保護方式を選択でき、保護
性能は低下するものの、代替の保護機能を維持できる可
能性がある。

【００３１】本実施例によれば、ディジタル保護継電装
置のハードウェアに障害が生じた場合でも、障害部位に
よっては保護機能を完全に喪失することなく、障害復旧
までの代替保護機能による暫定的な装置運用及び系統運
用が可能になる。

【００３２】図４は本発明の請求項４に係るディジタル
保護継電装置の障害回避方式を説明する一実施例の構成
図である。図４において41はアナログ入力回路、42はリ
レー演算部、43はアナログ入力監視回路、44a 〜44d は
加減算回路、45a 〜45d は電気量選択回路である。

【００３３】したがって動作としては、アナログ入力回
路41は系統の各相電気量と零相電気量を入力してディジ
タル量に変換して、正常時はこのアナログデータにより
リレー演算部42にてリレー演算を行なう。アナログ入力
回路41のいずれかの入力回路に障害が発生した場合、ア
ナログ入力監視回路43が障害を検出すると当該入力の不
良データを、他の健全入力を用いて演算する。

【００３４】リレー演算に使用する各種電気量は、(1)
式に示す各相電気量と零相電気量の関係から算出するよ
うにしている。

【数１】 Ｉa ＋Ｉb ＋Ｉc ＝３Ｉo ……………(1) Ｉa ′＝３Ｉo −Ｉb −Ｉc ……………(2)

【００３５】例えば、ａ相入力が不良の場合、加減算回
路44a で(2) 式の演算を行ない、この結果をａ相電気量
選択回路45a で切替えてリレー演算に使用する。他の入
力回路に障害が発生した場合も同様に影響を回避するこ
とが可能である。本実施例によれば、アナログ入力回路
の１回路に障害が発生してもリレーの演算が継続できる
ため、保護機能を喪失することがない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば保
護継電装置の一部に障害が発生したとしても、保護機能
の維持又は機能喪失の防止ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の請求項１に係るディジタル保護継電装
置の障害回避方式の実施例の構成図。

【図２】本発明の請求項１に係るディジタル保護継電装
置の障害回避方式の他の実施例の構成例図。

【図３】本発明の請求項２，請求項３に係るディジタル
保護継電装置の障害回避方式の一実施例の構成図。

【図４】本発明の請求項４，請求項５に係るディジタル
保護継電装置の障害回避方式の一実施例の構成図。

【図５】ディジタル保護継電装置の構成図。

【符号の説明】

１ 入力変換器 ２ アナログフィルタ ３ サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ） ４ マルチプレクサ（ＭＰＸ） ５ アナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ） 6a，〜6c，32 演算処理部 ７，23a 〜23d ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ） ８，24aI〜24d リードオンリーメモリ（ＲＯＭ） ９ マイクロプロセッサ（ＭＰＵ） 11 システムバス 12a 〜12x ，12y ，22a 〜22d 演算処理基板 13a 〜13x 保護機能部 14，39 監視部 21，33，14 アナログ入力基板 25，34 入出力基板 31 ディジタル保護継電装置 35 伝送回路 36 伝送装置及び伝送路 37 対向端子装置 38 ソフト処理選択実行制御部 42 リレー演算部 43 アナログ入力監視回路 44a 〜44d 加減算回路 45a 〜45d 電気量選択回路

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統の交流電気量を入力し、ディジ
   タル量に変換するアナログ入力部と、保護機能を実現す
   るソフトウェア処理を行なう演算処理部と、装置の入出
   力を行なう入出力インタフェース部からなり、前記演算
   処理部には複数の演算処理基板を有し、各ソフトウェア
   処理を演算処理基板１枚で処理できる単位に機能分割す
   ることにより、複数の演算処理基板で分担して演算処理
   を行なうマルチＣＰＵ構成のディジタル保護継電装置に
   おいて、常時、保護機能の処理を行なう複数の演算処理
   基板からなる第１の手段と、前記第１の手段が有する各
   演算処理基板の夫々のソフトウェアを１枚の演算処理基
   板に実装して、任意のソフトウェアを選択して処理する
   第２の手段と、前記第１の手段が有する複数の演算処理
   基板の障害を監視して個々に検出する第３の手段を備
   え、第３の手段にて検出された第１の手段の障害を有す
   る演算処理基板の保護機能を、前記第２の手段が有する
   該当演算処理基板が代替して実施するよう構成したこと
   を特徴とするディジタル保護継電装置の障害回避方式。
2. 【請求項２】 電力系統の交流電気量を入力し、ディジ
   タル量に変換するアナログ入力部と、保護機能を実現す
   るソフトウェア処理を行なう演算処理部と、装置の入出
   力を行なう入出力インタフェース部からなるディジタル
   保護継電装置において、異なる複数の保護方式のソフト
   ウェアを収納した演算処理基板と、不良検出時運用可能
   な前記各保護方式のソフトウェアに切替えて出力するソ
   フト処理選択実行制御部とを備えたことを特徴とするデ
   ィジタル保護継電装置の障害回避方式。
3. 【請求項３】 保護方式のソフトウェアの切替えは、優
   先順位の高いものから順に行なうことを特徴とする請求
   項２記載のディジタル保護継電装置の障害回避方式。
4. 【請求項４】 電力系統の交流電気量を入力し、ディジ
   タル量に変換するアナログ入力部と、保護機能を実現す
   るソフトウェア処理を行なう演算処理部と、装置の入出
   力を行なう入出力インタフェース部からなるディジタル
   保護継電装置において、各相電気量と零相電気量とを入
   力するアナログ入力回路と、前記入力電気量のいずれか
   １量のアナログ入力回路に障害が生じた場合に他の正常
   な入力電気量を用いて障害が生じた電気量を出力する電
   気量選択回路とを備えたことを特徴とするディジタル保
   護継電装置の障害回避方式。
5. 【請求項５】 障害が生じた電気量の導出は、各相電気
   量と零相電気量とから対称座標法を用いて行なうことを
   特徴とする請求項４記載のディジタル保護継電装置の障
   害回避方式。