JPS5931282B2 - 脱調検出継電装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電圧位相比較継電装置を用いた脱調検出継電装
置の改良に関するものである。

電力系統における電源相互間の脱調現象を検出するのに
、電気所間の電圧の位相差を電圧位相比較継電装置を用
いて検出し、位相差がほぼ１８０゜になったことで脱調
と判断するのが最も直接的であり、確実な方法である。

しかし脱調時はこの位相差が時々刻々変化するので、位
相差が１８０°であるのはほんの瞬間であり、継電器を
動作させるのに充分な時間ではなく、動作させるために
は１８０°−αの範囲内の位相差で動作するようにし、
且つ位相差がこの範囲内にあるとき動作するようにする
必要がある。

この動作位相範囲と脱調検出能力との関係について第１
図、第２図、第３図により説明する。

第１図は脱調現象を説明する系統図である。

図でＢ、Ｃは電圧の位相を比較する電気所で、その電圧
は■８．■。

で示され、ＢＣ間は正相インピーダンスがＺＢｏの送電
線で結ばれる。

ＡおよびＤはＢおよびＣの背後電源でその電圧はＥＡ、
ＥＤで示され、ＡＢ間およびＣＤ間の正相インピーダン
スがＺＡＢ、ＺｏＤで示される。

一般の電力系統の脱調は少くともその初期では発電機が
２群に分かれて脱調し、この場合２群がＢＣ間送電線の
両側にあるときには、図の等価２電源系統で置き換えて
考察することができる。

第２図は第１図の系統の脱調時の電圧現象を説明する図
である。

図はＥＡを基準ベクトルとして他の点の電圧を示すもの
で、ＩＥＡ１ヅＥＤ１とすると、ＥＤはＥＡを示すベク
トルＯＡを半径とする図示円周上をＥＡ、ＥＤの位相差
に従って回転する。

いまＥＤが図示ＥＤ１ベクトルの状態にあるとし、ＥＤ
、ベクトルの頭をＤｌとすると、ＡＤ、は電源ＡＤ間の
電圧差を示す。

ここでＡＤ。をＡＢｔ ： ＢｔＣｔ ：ＣＩ Ｄ１＝
ＺＡＢ ： ＺＢＯ：ＺＯＤに分割する点Ｂ１．Ｃ０を
求めると、ＯＢｌおよびＯＣｏがＢ、Ｃ点の電圧ＶＢ、
■ｃのこの状態に於ける電圧ＶＢ、■ｃを表わす。

いま、第１図１ １ − の系統上に の点Ｅを仮定し、この点を中心点とする。

第２図で電圧ＥＤがＥＤｌのときＥ点電圧■Ｅは原点Ｏ
とＡＤｌの中点Ｅ、を結ぶ線分ＯＥ１で表わされる。

点ＥがＢｃ間にあればＢ１．Ｃ１は点Ｅ、の反対側にあ
り、ＥＡとＥＤの位相差が１８０°のときｖＢとＶｃの
位相差も１８０°となり脱調を検出し得る。

このような状態に於けるＶＢとＶＥの位相差θＢＥおよ
びＶＥとＶｏの位相差θＥｃはＺｔｈ”ＺＡＢ＋ＺＢＣ
＋ＺＯＤ 転。

＝ＥＡＥＤの位相差となり、ＶＢとＶｏの位相差θＢｅ
は θＢＯ−θＢ８＋θ。

Ｃ・・・・・・（３）となる。

第３図は３相事故時の電圧現象説明図である。

第１図の系統で、電力がＡよりＤの方向に送電される場
合、ＥＡはＥＤより進み位相となり例えば第３図のよう
な関係となる。

この時点Ｃの電圧ＥＣの頭はＢＡ ＥＤを（ＺＡＢ＋
ＺＢＯ）： ＺＯＤで分割した点にあり例えば図示ＥＣ
となる。

このとき点Ｃで３相事故を生じたとすると、事故中の点
Ｃの電圧Ｖｏは ＲＦ ｖｏ＝ −Ｂｃ ・・・・・・（４）Ｚｃ＋
ＲＦ 但しＲＦ−故障点抵抗、ｚＯ＝点Ｃから系統全体を見た
正相インピーダンス となり、ＺｃはＲＦより充分大きく且つ抵抗分の少いイ
ンダクタンス成分のインピーダンスなので、ＶｏはＥＣ
に対して９０°遅れ位相となる。

事故中のＢ点電圧ＶＢの頭は、ＥＡ−ｖｏをＺＡＢ：Ｚ
ＢＯで分割した点となり、例えば図示ｖＢとなる。

ここでＺＡＢ〈ＺＢｏの運転状態ではｖＢキＥ人となり
、ＥＡＥｃの位相差を最大６０°程度とすると、Ｖｃ（
ｌ！：ＥＣの位相差は最大９０°となるので■Ｂｖｃの
位相差θＢＯ１５０°となり、θＢｃが１５０°以内の
ときには脱調と判断することができない。

ここでθＢＣ，＞１５０°で脱調を検出するとし、且つ
ＫＢＥ二ＫＥＯとして”ＡＤを求めるととなり、ＫＢＥ
、ＫＥｃＤ小さい運転状態ではθＡＤが１８０°に非常
に近い状態にならないと動作し得ない。

θＡＤ＞１７７°で継電器が動作するとし、動作時間を
系統周波数の１サイクルとすると、動作のためには１サ
イクル間位相差が動作範囲内になければならないので、
動作し得る最高脱調スリップ速度は１スリツプ となり、■スリップ５０サイクル程度以下と考えられる
通常の脱調で動作することは不可能となる。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的は電圧位相比較継電装置を用いてより高速度の脱
調を検出することができる脱調検出継電装置を提供しよ
うとするものである。

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明する。

第４図は第１図の点Ｂに設けられるもので、１は波形整
形回路、２は受信機、３および４は位相検出器、５は否
定回路、６および７はオア回路、８．９および１０はア
ンド回路である。

第５図は第１図の点Ｃに設けられるもので、１１は１と
同様の波形整形回路、１２は送信機である。

点Ｂの相間電圧ＶＢおよび点Ｃの同一相の相間電圧Ｖｏ
は各々波形整形回路１および１１に加えられ、各電圧の
瞬持値が正（または負）の期間出力ｅ１およびｅｌｆを
生じ、他の期間には出力を生じない。

出力ｅｌｌは送信器１２に加えられ、出力ｅ１１のある
期間信号Ｓｃを点ＣよりＢに送信する。

受信機２は信号Ｓｏを受信した期間出力ｃ２を生ずる。

位相検出器３は出力ｅ、およびＣ２の発生位相の位相差
が一定角度θ３（例えば６０°）以上であれば動作し、
出力ｅ３を生ずる。

このような検出器はたとえば公知のように出力ｅ１があ
り、且つ出力ｅ２のない期間がθ３に相当する時間継続
したとき動作するようζこすることにより、容易に得ら
れる。

位相検出器４は出力ｅ１の発生位相がｅ２の発生位相に
対して一定角度θ４Ａ〜θ４Ｂ進みの範囲にあるとき動
作し、出力ｅ４を生ずる。

かかる位相検出器も適当位相角の遅延回路を併用するほ
かは全く位相検出器３と同様の構成で得られる。

位相検出器３の不動作となる範囲の任意の角度たとえば
Ｏｏとし、θ４Ｂは１８０°またはこれに近い角度とす
る。

出力ｅ４を生ずるとオア回路６に出力ｅ６を生じ、この
とき出力ｅ３もあるとアンド回路８に出力ｅ８を生ずる
。

出力ｅ８があると出力ｅ４消失後も出力ｅ６は消失せず
、出力ｅ３消失まで出力ｅ８が存続する。

出力ｅ４の無いときには否定回路５に出力ｅ５を生ずる
。

出力ｅ５によりオア回路７に出力ｅ７を生じ、このとき
出力ｅ３もあるとアンド回路９に出力ｅ９を生ずる。

出力ｅ８およびｅ９をともに生ずるとアンド回路１０に
出力ｅｌＯを生じ脱調を検出する。

次に第４図および第５図の装置の応動を第６図により説
明する。

前記一定角度θ３を６０°、θ４ＡをＯｏ、θ４Ｂを１
８０°とし、電圧Ｖｏを基準として、位相検出器３およ
び４が動作するＶＢの位相範囲を示すと第６図となる。

常時運転中は■８とＶｏの位相差は一般には６σ以内と
考えられ、位相検出器３が動作して出力ｅ３を生ずるこ
とは無く、出力ｅ８ ｓ ｅ９１ ｅｌｏも生じない。

脱調によりｖＢとＶｏの相差がθ３（６０°）以上とな
ると出力ｅ３を生じ、このときｖＢが進みであると出力
ｅ４もあるので出力ｅ６もあり出力ｅ８を生ずる。

脱調が進行しｖＢのＶｏに対する位相がθ４Ｂ（１８０
°）。

を超えて遅れ位相となると、出力ｅ４が消失し出ｅ５を
生ずる。

このとき出力ｅ３は継続して存在するので出力ｅ６オよ
びｅ８は消失しない。

また出力ｅ５により出力ｅ７を生じ且つ出力ｅ３がある
ので出力ｅ、を生ずる。

出力ｅ８およびｅ、がともにあるので出力ｅｌＯを生じ
脱調と判断する。

脱調の初期にｖＢがＶｃに対して遅れ位相のときは出力
ｅ３発生時の位相検出器４は不動作で出力ｅ４は無く出
力ｅ５．ｅ７がある。

この場合は出力ｅ９を生ずる。

このとき脱調が進行しｖＢのＶｏに対する位相がθ４Ｂ
（１８０°）を超えて進み位相となると、出力ｅ４を生
じ出力ｅ５が消失する。

このとき出力ｅ３は継続して存在するので、出力ｅ７お
よびｅ。

は消失しない。

また、出力ｅ４により出力ｅ６を生じ且つ出力ｅ３もあ
るので出力ｅ８を生ずる。

出力ｅ８およびｅ、がともにあるので出力ｅｌＯを生じ
脱調と判断する。

短絡事故などで生ずる第３図の状態または電力動揺など
でｖＢとＶｏの位相差が０３以上となると、位相検出器
３が動作し出力ｅ３を生ずる。

このとき位相検出器４が動作していれば出力ｅ８を生じ
、不動作であれば出力ｅ９を生ずる。

しかし、税調でなければＶＢとＶｃの位相差がθ４Ｂ（
１８０°）を超えることは無く、やがてθ３以下の位相
差となる。

これにより前記出力ｅ８またはｅ９は消失し、この状態
から再び位相検出器３が動作して出力ｅ３を生じ出力ｅ
、またはｅ８を生じても出力ｅ、。

を生ぜず脱調とに判断しない。

以上のように第４図および第５図の実施例は電圧■ｃに
対する電圧ＶＢの位相角を、位相検出器３が不動作であ
る０°を含む一定角度範囲の第１の領域、位相検出器３
および４がともに動作する、すなわち第１の領域の一方
の境界から１８σまでの第２の領域、および位相検出器
３が動作し４が不動作である、すなわち第１の領域の他
方の境界までの第３の領域のうちのどの領域にあるかを
区分し、電圧ＶＢが第２および第３の領域のうちの一方
の領域にあった後、第１の領域にあること無く他方の領
域にある状態となったことを検出して動作することによ
り脱調時のみ動作し、常時運転事故および電力動揺では
動作しない。

前述のようにθ３を６０°、θ４Ｂを１８０°とすると
、位相検出器３および４がともに動作する期間および３
が動作し、４が不動作となる期間はθＢｃが６０°〜１
８０°の期間であり、θＢＯ＝６０”のときのへ。

はＫＢＥ二ＫＥＯとすると、（ＩＸ２Ｘ３）式よりθＢ
ｃ−１８０°のときはθＡＤはＫＢＥ 、ＫＥＯに無関
係であるのでθＢｃが６０°〜１８０°にあるときのθ
ＡＤは上記角度と１８０°の間にある。

継電器の動作時間を１サイクルとすれば、第４図および
第５図の実施例の動作のためには、位相検出器３および
４がともに動作する期間および３が動作し、４が不動作
の位相差にある期間が１サイクル以上であれば良いので
、ＫＢＥ、＝ＫＥｃ＝０．１のときの動作し得る最高脱
調スリップ速度は１スリツプサイクルとな り、同一条件での従来装置の最高スリップ速度１スリツ
プ６０サイクルに比し著しい改善となる。

以上は本発明の一実施例を示したにすぎず、この他次に
述べる如くしてその一部を変形しても前述同様の作用効
果を奏するものである。

（１）入力電圧と検出位相差 前記実施例では入力電圧を相間電圧としたが、これは他
の種々の電圧となし得る。

即ち正相電圧、相対地電圧または相対地電圧の種々の合
成電圧はいずれも常時運転、脱調および電力動揺時の様
相が同様であり、これらのいずれを用いても相間電圧の
場合と同様に応動する。

また事故発生除去時の位相急変は若干様相を異にするが
、この場合は２点の電圧の位相関係が位相検出器３およ
び４がともに動作する範囲（以下範囲３・４と言う）と
３が動作し、４が不動作の範囲（以下範囲３・４という
）との間で急変しなければ良く、位相検出器３の動作範
囲を適宜選択することにより誤動作を防止し得る。

位相検出器３の不動作範囲、すなわち第１の領域は（１
）電圧ｖＢの■ｃに対する位相角が０°を含み１８０°
を含まない。

（２）事故発生除去時の位相急変で範囲３・４と３・Ａ
の間で変化しないものであれば脱調と他の現象を識別し
得る。

正相電圧および相間電圧での位相急変はよく知られてい
るように最大９０°と考えられ、２つの動作限界値の差
が例れば１２σ程度あれば（２）の条件を充分満号し得
る。

動作限界値、すなわち第１の領域の境界は必らすしも進
み、遅れで同一の値とする必要は無い。

位相検出器４の動作限界θ４Ｂ、すなわち第２および第
３の領域の第１の領域との境界に対するもう一方の境界
は一般的には１８０°とするが、１８０°付近の他の値
たとえば１７０°などとしても脱調検出能力ζこそれほ
ど差を生じない。

（２）検出回路 本発明は電圧ＶＢのＶｏに対する位相角が前述の第２の
領域にあった後、直ちに第３の領域にある状態になった
ことを検出して脱調と判断することを骨子とするもので
、この範囲内で種種変形実施し得る。

第７図はこのような検出方法の他の実施例で第４図およ
び第５図に対する変化部分のみを示す。

図で、１３および１４は３および４と類似の位相検出器
、１５，１６は限時復帰回路、１７はアンド回路である
。

位相検出器１３および１４は出力ｅ１およびｅ２を入力
とし、Ｖｏに対するｖＢの位相角が第８図のθ１３Ａ〜
θｔａＢまたはθ１４Ａ〜θ１４Ｂの範囲内のとき動作
し、出力ｅ、３．ｅ１４を生ずる。

限時回路１５および１６は各々出力ｅ１３またはｅ１４
を生ずると直ちにｅ１５．ｅｉａを生じ、ｅ１３゜ｅ１
４が消失すると一定時間後（１，２サイクル程度） ｅ
１５ ｔ ｅｉａが消失する。

出力ｅ１５ ｔ ”１６がともに生ずると、出力ｅ１７
がアンド回路１７に生じ脱調と判断する。

位相検出器１３および１４の動作限界位相角θ およ
びθ１４Ａは位相検出器３の限界位相３Ａ 角θ３の一方および他方とほぼ同様の角度とし、他の動
作限界位相角θ１３Ｂおよびθ１４Ｂは位相検出器４の
限界位相角θ４Ｂと同様の角度とする。

またθ１３Ｂとθ１４Ｂは位相検出器１３の動作範囲と
位相検出器１４の動作範囲が接するかまたは僅かに重な
る程度とする。

これにより１３の動作範囲は範囲３・４とほぼ等しく１
４の動作範囲は範囲３・４とほぼ等しい。

脱調の場合は電圧Ｖｏを基準とするＶＢの位相は第８図
上を回転するので位相検出器１３および１４が引続いて
動作する。

位相検出器１３が先ず動作し出力ｅ１３ ｔ ｅ１５を
生ずれば、出力ｅ１５の消失前に１４が動作して出力ｅ
１４およびｅｉａを生じ、アンド回路１７に出力ｅ１７
が得られ脱調と判断する。

また、逆に位相検出器１４が先ず動作し出力ｅ１４ ｅ
ｉａを生ずれば、出力ｅｔａの消失前に位相検出器１３
が動作して出力ｅ１３ ＊ ｅ１５を生じ出力ｅ１７が
得られ脱調と判断する。

税調以外の場合は、Ｖ２が位相検出器１３または１４の
動作範囲に入っても、位相検出器１３および１４がとも
に不動作になる範囲を通過することなく他の位相検出器
１４または１３の動作範囲内に入ることが無く、両者の
不動作範囲を通過している間に出力ｅ１５またはｅｉａ
が復帰するため、ｅ１５およびｅｉａが同時に生ずるこ
とは無く、出力ｅ１７を生ぜず、脱調と判断することは
無い。

以上の第７図の実施例は第４図および第５図の実施例に
ついて述べた前記第１、第２および第３の領域を、各々
位相検出器１３および１４がともに不動作である領域を
第１の領域とし、位相検出器１３の動作範囲とし、位相
検出器１４の動作範囲を第３の領域として、電圧ＶＢが
第２または第３の領域の一方にあった後、一定時間内に
他方の領域にある状態となったことを検出し動作するも
のである。

このように第２および第３の領域は必らずしも接するも
のでなくても充分目的を達し得る。

以上の実施例では、位相角検出を行なうのに波形整形回
路を用いたが、これは必らずしも必要条件では無い。

例えば公知のように電圧ｖＢ■ｃを入力とする誘導形継
電器をＶＢ ＶＯｃｏｓ（θＢｃ−θＫ）〉０の条件で
応動させれば、（但し峰は一定角度）、動作位相範囲の
幅が１８０°の位相検出器となり、またこのような継電
器を２個用いて一方または双方が動作したことを検出す
るようにすると、１８０′以外の他の角度を動作位相範
囲の幅とする位相検出器となし得る。

電圧を遠方端に伝送するのは表示線、ＦＭまたはＰＣＭ
伝送技術を用いることにより可能であり、電力系統電圧
波形のまま位相角検出を行うことができる。

以上述べたように本発明によれば、電圧位相比較継電装
置を用いてより高速度に脱調を検出することができる脱
調検出継電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は脱調現象を説明するための電力系統図、第２図
は脱調時の電圧ベクトル図、第３図は事故時の電圧ベク
トル図、第４図および第５図は本発明の一実施例を示す
ブロック図、第６図は第４図の位相検出器の特性図、第
７図は本発明の他の実施例を示すブロック図、第８図は
第７図の位相検出器の特性図である。 １．１１・・・・・・波形整形回路、２，１２・・・・
・・送信機、３，４・・・・・・位相検出器、５・・・
・・・否定回路、６゜７・・・・・・オア回路、８，９
，１０・・・・・・アンド回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 異地点の電圧■８および■。 で、電圧Ｖ。に対する電圧■８の位相角が、σを含む一
   定角度範囲の第１の領域、第１の領域の一方の境界から
   ０°を含まず１８０°またはこれに近い角度までの第２
   の領域および前記第１の領域の他方の境界からσを含ま
   ず１８０″またはこれに近い角度までの第３の領域のど
   の領域にあるかを区分し、電圧■８が前記第２または第
   ３の領域のうちの一方の領域にあった後、前記第１の領
   域にあることなく、前記第２または第３の領域の他方の
   領域にある状態となったことを検出して動作することを
   特徴とする脱調検出継電装置。 ２ 異地点の電圧■ および■。 で、電圧■。に対する電圧■８の位相角が、０°を含む
   一定角度範囲の第１の領域、第１の領域の一方の境界か
   ら０゜を含まず１８０°またはこれに近い角度までの第
   ２の領域および前記第１の領域の他方の境界から０゜を
   含ます１８０°またはこれに近い角度までの第３の領域
   のどの領域にあるかを区分し、電圧■８が前記第２また
   は第３の領域の一方の領域にあった後、一定時間内に他
   方の領域にある状態となったことを検出して動作するこ
   とを特徴とする脱調検出継電装置。