JPS5838054B2 - 変圧器保護継電方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変圧器保護継電装置に係り、特に第２高調波抑
制機能を有することに起因する内部事故時の誤不動作防
止を図った保護継電装置に関する。

従来の変圧器保護継電力式としては保護対象変圧器の各
巻線の通過電流の差動出力信号を検出しこれを動作力と
する電流差動方式を採用している。

これに対し変圧器の励磁突入電流による誤動作防止対策
として、上記電流信号に含まれる第２高調波成分を抑制
力としその量により所定量、たとえば基本波分の１５％
程度をこえたときにはトリップ指令をロックする方式を
とっている。

しかし、従来方式では変圧器の内部事故時に多量の第２
高調波を含む電流が流入することがあると、リレー出力
がロックされ誤不動作となる。

このようなケースの具体例として次のものがある。

変圧器の端負荷として電力調相静電容量（スタコンと称
することにする）を有する場合その影響により、事故発
生時に事故点からスタコンまでのインダクタンスとスタ
コンの容量による振動電流が発生し、その振動周波数が
第２高調波に近づくに従い励磁突入電流と見誤り、不動
作になる不具合を生ずるおそれがある。

次にこの現象について第１図によって詳細に説明する。

１は被保護変圧器であり、一例として１次、２次、３次
巻線を有する３巻線変圧器について考える。

ここでは１次側を記号Ｐ、２次側を記号Ｓ、３次側を記
号Ｔの添字によって以下示すことにする。

また、同図は三相交流変圧器の単線図を示したものであ
る。

２Ｐ，２Ｓ．２Ｔはそれぞれ各巻線に通過する電流信号
を導出するための変流器であり、その出力信号は保護継
電装置４の入力となる。

３ｐ，３ｓ ＊ ３’ｒはそれぞれしゃ断器であり、保
護継電装置４からのしゃ断指令によって被保護変圧器１
が事故時には系統から３ｐｔ３ｓｙ３Ｔによって切り離
す。

６ ｐ ｔ ６ ｓ ＋ ６ Ｔはそれぞれ各巻線背後
の電源であり、系統の運転条件、あるいは設備によって
は６ ｐ＋ ６ｓ ｔ ６Ｔの存在は異′なり、電源端
はたとえば６Ｐのみで他は負荷端子のみになるなど、同
図の６ｐ ｔ ６ｓｔ ６Ｔはそれぞれ可変電源端と考
えればよい。

とくに、三次側６Ｔは一般には変電所内の負荷給電、あ
るいはスタコン５接続専用の場合が多く、非電源端扱い
で運転することが多い。

ここでは説明を容易にするために６Ｔを非電源端とし、
この端子にスタコン５を接続するときの変圧器１の内部
インピーダンスとの共振電流の影響について説明する。

第２図は変圧器内部事故時の等価回路を示す。

事故例として三相短絡時の正相回路について示したもの
で記号は第１図と同じものはそれぞれ第１図と同等物を
示す。

第２図において、Ｚ ｐ ’ ＋ Ｚ ｓ’ ｔ Ｚ
Ｔ ’はそれぞれ変圧器外部の背後インピーダンスで、
送電線、発電機等の等価インピーダンスで、ほぼインダ
クタンスと考えてよいものである。

ＺＴ′ではスタコンを記号５で分離してかいてある。

また、Ｚｐ ｔ Ｚｓｔ Ｚ Ｔは事故点Ｆからみた各
巻線の内部インピーダンスを示す。

ここに、事故発生時には、電源６ＰからＩＰが、６ｓか
らＩＳが通電され、変流器２ ｐ ｒ ２ ８によって
第１図で示した保護継電装置４の入力となる。

ＩＰ，ＩＳは三相交流発電機によって通電されるもので
あるから、事故発生位相によっては過渡直流分が重畳さ
れた商用周波数の電流と考えてよい。

一方、３次側から通電される電流ＩＴはスタコン５に充
電されている事故直前電圧をＪＥ、スタコンの容量をＣ
ｓ Ｚ Ｔ 十Ｚ Ｔ ’のインダクタンス分をΣＬ
Ｔとおくと Ｉ Ｔ ＝ ωｎ Ｃ Ｉ Ｅ ・
・・−（１）となる。

ただし ？あり、スタコンと短絡点までのインダクタンス分によ
って決まる周波数ｆｎの電流となる。

ここでは原理説明のため、抵抗分は無視して説明してい
るが、実際の変圧器でも抵抗分はかなりΣＬ 小さい値で、たとえばはおよそ０．１程度で抵抗分 ある。

保護継電装置の動作時間が１〜２サイクル（商用周波数
ベース）であって、抵抗分による減衰振動電流は保護継
電器にとっては減衰分を無視しても大差なく、む・しろ
動作条件を確立するためには減衰時定数が十分大きいケ
ースまで考慮することも必要であって（１） ， （２
）式で考えておく方が妥当である。

ここに、保護継電装置の入力電流はＩＰｔＩＳが商用周
波数成分と過渡直流分の合成であるのに対して、スタコ
ンの接続された３次巻線の電流■１はΣＬｃ！：Ｃで決
まる（２）式のｆｎなる固有振動となる。

向、スタコンを電源端に接続するときには、その内部電
流は更に前記の高調波分を含むものとなる。

前記従来方式では動作量として、電流差動出力 ΣＩ＝ＩＰ＋Ｉｓ＋Ｉ Ｔ ・・−・−・
（３）を検出し、ΣＩ＼Ｏとなるとき動作出力を与える
が、被保護変圧器の励磁突入電流でもΣ工＼Ｏとなり、
内部事故と変圧器励磁時との識別に励磁突入電流である
か否かの判定を必要とする。

従来は励磁突入電流の検出のために、入力電流に含まれ
る第２高調波成分の量によって、所定量をこえたら励磁
突入電流と判定し、保護継電装置のトリップ指令出力を
ロックしていた。

しかし、（２）式に示したように、■Ｔには内部事故で
あっても第２高調波成分に近い固有振動電流の発生が考
えられ、とくにＣが大容量化するほどその傾向が強まる
。

この結果、（３）式を用いて励磁突入電流と事故の可否
を同時に決定すると、変圧器の内部事故時に不動作の心
配がある。

第２高調波抑制を行なうことに起因する内部事故時の誤
不動作という問題は、スタコンを接続した端子が電源端
であるか非電源端であるかを問わず発生する。

またスタコン以外の静電容量としてケーブル系統を接続
するときもあるいは同期調相機を接続するときも、第２
高調波に近い周波数の振動電流を発生する。

これ以外にも制動巻線の無い水車発電機であるとか、交
流と直流のあるいは周波数の変換器も高調波を発生する
ことが知られている。

このため、以下の明細書においてはこれらの機器等を総
称して高調波発生源と称することとする。

一方、変圧器保護において過大電流が流入するような重
大内部事故時には緊急にしゃ断器を開放せねばならない
。

このため従来より過電流継電器（以下ＨＯＣと略称する
。

）を用いた保護を併用しているが、ＨＯＣの誤動作によ
る誤しゃ断は確実に防止せねばならない。

特に前述のような異常電流に対して誤動作するものであ
ってはならない。

以上のことから本発明においては内部事故電流と励磁突
入電流とを明確に区別し高速度にしゃ断器制御可能な変
圧器保護方式を提供するにある。

本発明では、高調波発生源が非電源端に接続されたとき
の有効な解決策を与える。

具体的に本発明においては、全巻線通過電流のベクトル
和を動作力、高調波発生源を有する非電源端に接続され
た巻線通過電流を除く巻線通過電流により抑制力を得両
者によりしゃ断器の操作を決定する。

また前記ベクトル和電流を第１のＨＯＣに与えたときの
出力と前記２巻線通過電流を第２のＨＯＣに与えたとき
の出力とがともに動作方向であるときしゃ断器を操作す
る。

第３図により本発明の説明とする。

第１図、第２図と同一記号はそれぞれ同一内容のもので
ある。

３１は高調波発生源の接続された３次（非電源端］通過
電流を除外した１次、２次通過電流の差動回路である。

これを第１の差動回路とする。３２は被保護変圧器の全
端子通過電流のベクトル和を求めるための差動回路で、
これを第２の差動回路とする。

３３は全端子通過電流の絶対値和を導出するスカラ和回
路である。

第１の差動回路３１の出力はＩＰとＩｓのベクトル和交
流波形であり、この波形から励磁突入電流であるか否か
の判定をするため、３４の基本波パス回路と３５の第２
調波パス回路を備え、それぞれの出力の絶対値を３６の
比較器で比較し、第２調波の含有量が多いときは励磁突
入電流と考えて不動作出力を与え、少ない場合は変圧器
の内部事故の可能性ありと考え動作出力を発生する。

また、第２の差動回路３２の出力は内部事故の選択を確
実に行うための比率差動要素の動作量であり、３３が比
率差動要素のスカラ和抑制量になる信号出力である。

３７は比較器で、３２の絶対値が３３の絶対値よりも所
定量こえたときに内部事故と判断して、３７は動作出力
を発生する。

３８は一致ゲートであって、３６の励磁突入電流でない
ことを検出した動作出力と、３７の比率差動要素の動作
出力の一致条件でのみ被保護変圧器の内部事故と判定し
、第１図に示した３Ｐ ３ｓ，３Ｔのしゃ断器にしゃ断
指令を与えるものである。

つぎに、変圧器保護では過大電流が流入する重大な内部
事故時にばＨＯＣによって高速度しゃ断を行うことは従
来から知られているが、本発明では、回路の簡素化と信
頼度向上のために、第３図３１の出力信号と、３２の出
力信号を再度使用して二重化している。

３９は第１のＨＯＣの判定部で３１の出力レベルが所定
量をこえたときに動作出力を発生するレベル検出器であ
る。

また、４０は第２のＨＯＣの判定部で３２の出力レベル
が所定量をこえたときに動作出力を発生するレベル検出
器である。

４１は一致ゲートで、３９と４０の両ＨＯＣの判定出力
が動作条件となったときのみ、第１図で示した３ ｐ
ｔ ３ ｓｐ ３ Ｔのしゃ断器にしゃ断指令を送るた
めのゲートである。

以上述べた本発明方式によって種々のケースで正しく応
動できることについて説明すると、まず比較器３７は従
前通り、全端子電流のベクトル和かスカラ和を上まわる
とき引外し許容出力を与え、比較器３６は非電源端子電
流を除いた全ての端子電流の第２調波含有量が所定量よ
り犬なるとき引外し阻止出力を与える。

第１に内部事故を考えると、比較器３７は従来装置と同
様に引外し許容出力を与え、比較器３６はその入力とし
た１次及び２次端子の電流Ｉ ｐ ｒ■ｓには含有第２
調波成分が少ないために引外し阻止出力を与えない。

このため正しくしゃ断器弓外しが行なわれる。

第２に外部事故のときは、比較器３７は従来装置と同様
に引外し許容出力を与えないから、比較器３６の応動を
考えるまでもなく、正しく引外し阻止とされる。

第３に変圧器起動のために各端子のしゃ断器を投入する
ときの励磁突入電流の影響についてみると、２つのケー
スに分けられる。

その１つは非電源端のしゃ断器投入であり、まず比較器
３６は非電源端の端子電流■Ｔを監視しないために第２
調波含有量が少なく、積極的にしゃ断器引外し阻止出力
を与えることができない。

このとき比較器３７では、常時零であるベクトル和（３
２の出力）が励磁突入電流■Ｔにより増加する。

しかし、非電源端の端子電流■Ｔはその他の電流Ｉｐ，
Ｉｓに較べて十分に小さく、このためベクトル和はスカ
ラ和（３３の出力）よりも犬となることができず、３７
は引外し許容信号を与えない。

この結果、正しくしゃ断器の引外しを行なわない。

向、ベクトル和及びスカラ和を求めこれらを比較する回
路が非電源端の微少電流に応動しないように調整されて
いることはいうまでもない。

１次、２次側しゃ断器投入のケースでは監視入力とする
Ｉｐ，Ｉｓが十分な第２調波を含んでおり比較器３６が
しゃ断器引外し阻止出力を与える。

このため、比較器３７の出力の有無に関わりなく引外し
を阻止し正しい応動をし得る。

このように本発明によれば、考え得る全てのケースで正
しい応動をする。

最後に本発明が非電源端に高調波発生源を有するときの
み有効な理由について説明すると、電源端に高調波発生
源を有するときは自端しゃ断器投入の際に誤ってしゃ断
器の引外しをしてしまうことになる。

この電源端子の電流は第２調波含有量監視の対象とされ
ないから、比較器３６は電源端しゃ断器投入のさいに引
外し阻止信号を与えない。

一方、投入に伴なう電源端からの過大の電流により、ベ
クトル和はスカラ和よりも十分に大となり非較器３７は
引外し許容出力を与える。

そして更に本発明ではＨＯＣを２組（３９と４０）備え
ることで重大内部事故時の応動を高信頼度としている。

しかもこの二重化は本来必要な機能の一部を活用するた
め安価に実現できる。

つまり、ＨＯＣ３９の入力は第１の差動回路３１より得
られるが、３１自体は第２調波抑制を全相一括して行な
ううえで不可欠のものである。

又、３１は３２の差動回路とは入力が相違し、ある意味
で異方式二重化を実現したに等しい効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象とする変圧器システムを示す図、
第２図はスタコンを有する非電源端での現象説明図であ
り、第３図は本発明の具体的実施例を示す図である。 ３１．３２・・・・・・差動回路、３３・・・・・・ス
カラ和検出回路、３４・・・・・・基本波パス回路、３
５・・・・・・第２高調波パス回路、３６．３７・・・
・・・比較器、３８・・・・・・一致ゲート、３９，４
０・・・・・・レベル検出器、４１・・・・・・一致ゲ
ート。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高調波発生源を有する非電源端を接続する変圧器の
   保護継電力式において、変圧器の全ての巻線を流れる電
   流のベクトル和より変圧器をしゃ断する方向の出力を与
   える第１の手段、前記高調波発生源を有する非電源端に
   接続された巻線を除く他の巻線を流れる電流のベクトル
   和を求めこれに含まれる第２の高調波成分を導出し、こ
   の第２高調波成分に応じて変圧器しゃ断を阻止する方向
   の出力を与える第２の手段、第１と第２の手段の出力に
   応じて変圧器しゃ断を決定する第３の手段、第１の手段
   の入力である電流のベクトル和が所定値以上であるとき
   出力する第１の過電流継電器、第２の手段の入力である
   電流のベクトル和が所定値以上であるとき出力する第２
   の過電流継電器、第１と第２の過電流継電器がともに出
   力しているとき変圧器しゃ断信号を与える第４の手段、
   第３の手段と第４の手段のいずれか一方が出力している
   とき変圧器をしゃ断する第５の手段とより成ることを特
   徴とする変圧器保護継電力式。