JPS5932971B2 - 母線保護方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は複母線における母線保護方式に関する。

従来電力系統の保護、制御はアナログデータで処理する
アナログ保護継電器が一般に使用されていたが、送電容
量、送電々圧あ増大、更ｌこ多端子系統の適用などによ
り高精度、高信頼度が要求されるようになって来た。

電力系統の電圧、電流情報をディジタル変換し、ディジ
タル的処理を行うディジタル保護継電器は上記の要請（
こより提案されているもので、近年進歩の著しい半導体
技術の成果であるマイクロコンピユータ等を用いて実現
化されつつある。

母線保護においてもディジタル処理、即ちディジタル母
線保護継電器が提案されているが、具体化には至ってい
ない。

又、従来の複母線における分割保護は送電線路、変圧器
等（以下回線という）に設置された変流器よりの電流情
報を、回線と保護母線との間に接続される断路器の開閉
状態により制御していて、これを断路器と機械的に連動
する接点により行っていたため一次電流との時間差、接
点の不良による信頼度の低下などに問題があった。

以下、具体的に説明することにする。

第１図は２重母線の構成を示す図で、１□〜１５はしゃ
断器、ＣＴ１〜ＣＴ６は変流器、３１，３□、４□。

４□は断路器（以下、ＤＳという）である。

回線数に説明の便宜上、２回線としたＡブス、Ｂブスは
母線連絡しゃ断器１３により連絡でき、回線は１個のし
ゃ断器と１個のＤＳによりＡブス又はＢブスに接続でき
、どちらのブスに接続されるかは、ＤＳの開閉状態によ
り決まる。

今、ＤＳ３□、４□が閉で、ＤＳ３□、４□が開である
場合、回線１はＡブスに回線２はＢブスに接続される。

この時、Ａブスの分割保護継電器はＣＴ、 、 ＣＴ３
． ＣＴ、の電流情報を用い、またＢブスは同じくＣＴ
２．ＣＴ４゜ＣＴ、の電流情報を用いてキルヒホッフの
第１法則、即ち電流差動の原理により夫々の保護を行う
。

またＤＳ３□、４□が閉で、ＤＳ ３２．４２が開であ
る場合、Ｂブスに回線は接続されず、Ａブスの分割保護
継電器はＣＴ□＊ ＣＴ３ ｍ ＣＴ５ ａ ＣＴ６の
電流情報を用い、ＢブスのそれはＣＴ２． ＣＴ、の電
流情報を用いて同じく電流差動の原理ｌこより保護を行
う。

このように分割保護は、回線と母線に連なる複数のＤＳ
、即断略儀の開閉状態により人力情報を制菌しなければ
ならない。

そして、従来の入力情報の制御はＤＳと機械的に連動す
る接点を用いている。

すなわち、例としてＡブスの分割保護（こつき第２図を
用いて説明すると、ＣＴ１とＣＴ３ からの電流情報は
直接分割保護継電器１に入力されるが、回線側のＣＴ５
とＣＴ６ からの情報はＤＳ４□又はＤＳ３１に連動す
る接点２，３を夫々介して分割保護継電器１０こ入力さ
れるようにする。

このようにすれば、ＤＳの開閉状態により自動的に入力
情報が制御され、常に電流差動の原理を用いて保護が可
能となる。

しかし、ＤＳの開閉状態に分割保護が追従しなければ、
電流差動の原理は利用できないわけで、従来方式におい
ては、あるいは接点２，３の接点不良ζこよる誤動作、
あるいは現場からの接点情報を伝送する信頼度の低下、
あるいは母線切替時における一次電流と接点情報との時
間差の発生等のためにこの追従不能状態が生じる可能性
が多分にある。

本発明は、以上の点（こ鑑み、ＤＳの接点情報を用いる
ことを止め、変流器ＣＴからの電流情報のみで分割保護
を行うものである。

第３図に本発明の一実施例を示すブロック図を示す。

５はディジタル保護継電器で、すべてのＣＴ、−Ｃ？Ｔ
６からの電流情報（以下、ＣＴ情報という）が入力され
、後述する所定の演算処理に基づいてしゃ断指令を発生
する。

説明の便宜上、第１図の複母線の構成でＡブス分割保護
の説明を行う。

ここで、ＣＴ□、ｃ’ｒ３．ｃ’ｒ、、ｃ’ｒ６の電流
情報を夫夫Ｉ□＊ Ｉ□’＊ ＩＩ ｍ Ｉ２とし、Ｄ
Ｓ３１．ＤＳ４．の開閉状態をＰ□、Ｐ２（開−０、閉
−１）とすると、無事故時は次式のキルヒホッフの第１
法則が成り立つ Ｉｏ＋Ｉｏ’＋Ｐ、Ｉ、＋Ｐ２Ｉ２＝０
（１）（１）式中で、ＩＯＩ Ｉ□′、１１ ＊
Ｉ２はサンプリングされたＣＴ情報で、Ｐｌ、Ｐ２は「
１」が「０」の値をとる未知数であり、この未知数たる
Ｐ、、Ｐ２をＣＴ情報のみから求めようとするものであ
る。

以下、その解法につき説明することにする。

Ｐｌ、Ｐ２の組み合せは（１，０）（１，１）（０，０
）（０，１）の４つの組合わせがあり、一般的に言えば
ｎ回線の場合にＰ １ ＊ Ｐ ２ ｍ・・・Ｐｎの組
み合せは２ｎ個ある。

この組み合せを順次（１）式に代入しＩＤｊ を求め
る。

即ちＩＤ１＝Ｉ Ｉｏ＋Ｉｏ’十１１１ （ＰＩ＝１
、Ｐ２＝Ｏ） （２）ＩＤ２＝ＩＩｏ＋Ｉ。

’＋Ｉ、＋Ｉ２１（Ｐ１＝Ｐ２＝１） （３）ＩＤ
ａ ＝ｌ Ｉｏ＋Ｉ。

’Ｉ （Ｐ１＝Ｐ２＝０ ） （４）１１
）、＝ＩＩｏ＋Ｉ。

’＋Ｉ２１（Ｐ１＝ＯＰ２＝１） （５）以上４式
のうちで、保護母線に事故が無い時であれば、誤差を無
視して必らず「０」となるＩＤＪ が見つかる等である
。

この時のＤＳ条件Ｐ１．Ｐ２を基にして分割保護を行う
。

実際には誤差を考慮して最小のＩＤＪ の時のＰｌ、Ｐ
２の組み合せをＤＳ条件として分割保護に用いる。

ところが、保護母線に事故が生じた場合、（１）式は成
立せず正しいＤＳ条件でのＩｐｊは見つからない。

これは、第４図のタイムチャートに示すよう（こ、正し
いＩｎｊ が事故電流にまで大きくなり他方誤ったＤ
Ｓ条件でのＩｎｊ が最小となるからである。

従って所定の時間もｔ秒前のＤＳ条件を使う事ｌこすれ
ば事故発生からもｔ秒後までは正しいＤＳ条件で保護処
理を行える。

ｔの設定は、原則として事故発生から分割保護継電器が
しゃ断指令を発するまでの時間とする（通常は最大で２
０ｍ秒）。

このようにすれば、しゃ断指令が発せられた後に、誤っ
たＩＤｊ が選ばれ、分割保護は完全に行われる。

なお、しゃ断器がトリップされるまで更に時間がかかり
、トリップされて始めて事故が除去される。

ここで前述したことを一般化すると以下のようｔこなる
。

ｎ回線が複母線に接続され、回線側のＣＴ情報及び該回
路に接続されるＤＳの開閉状態を夫々Ｉｋ、Ｐｋとすれ
ば、（１）式は次式（６）のように一般化される。

■ｏ＋■ｏ′＋Σ Ｐｋ、ｌｋ＝０
（６）ｋ＝１ ｎ個のＤＳ条件Ｐｋの組合せは２ｎ個あり、夫夫の組合
せで、 １１）ｊ＝ ｌ Ｉｏ十Ｉ。

’十Σ ＰｋＩｋｌ （７）−１ を２ｎ個求め、最小のＩＤｊ の時の組合せをＤＳの
開閉状態とみなし、かつこの条件値を１秒間遅らせ現時
のＣＴ情報について分割保護、即ち電流差動を行う。

このようにして、ＤＳの接点情報を用いずに、分割保護
が可能となる。

第５図が上述の母線構成を２回線とした例の保護演算を
行うディジクル保護継電器５のブロック構成図を示した
もので、６〜９は各変流器より検出されたアナログ量を
同期した一定の時間間隔にてサンプリングしディジタル
量に変換するための〜■変換器、１０は歩進回路で２ビ
ツトのレジスタ１１を０．０より走進し、■、１で止ま
るようになっている。

１２は加算器で、各Ａ／Ｄ変換器よりの出力を加算し、
シフトレジスタ１３に送出する。

シフトレジスタ１３は２°個のＩＤｊ を記憶しておく
機能を有し、その値を検出回路１４に印加する。

検出回路１４では総てのＩＤＪ を比較し、その中より
最小のＩＤｊ を検出してその時のＰ、 、 Ｐ２を
ＤＳ推定値とする。

Ｐ、、Ｐ２のＤＳ推定値は遅延回路１５Ｇこよって一定
時間遅らせ、変流器ＣＴ、 Ｉ ＣＴ６の検出ルートに
送出されＣＴ１．ＣＴ３の情報と共に加算器１６におい
て加算され、その結果を判定回路１ｒにて整定値と比較
判定されて保護出力を出す。

他の実施例を次に述べる。

（７）式において％ＩＯＩ■ｏ′及び１１ｓＩ２＊・・
・Ｉ、の実効値と位相が変わらない限り、Ｉｎｊ は
時間的に連続して見れば正弦波となる。

最小のＩｎｊ ももちろん工法波であり、この実効値
を求めて動作量となせば、この動作量が所定値を超えれ
ば事故が発生したといえるから、あらためて保護処理を
行わす（こ済む。

ここで、正弦波から実効値ないしそれに比例した量を得
る方法ｔこついて種々あるが、例えばｌ／４サイクル（
電気角＝９０つ離れた時刻にサンプリングされた２つの
値を夫々２乗して和をとれば、 （Ｉ ｓｉｎ ｗｔ）２＋（Ｉ ｓｉｎ（ｗｔ＋９
０つ）２−Ｉ ２（８）となり、波高値Ｉの２乗が得ら
れ、この波高値から容易に実効値が得られる。

すなわち、前実施例と同様に、すべてのＣＴ情報をとり
こみ、（７）式の１Ｄｊ を２ｎ個求めて最小のＩＤｊ
を探す。

そしてこの最小のＩＤＪ の実効値化されたものをＩ
Ｄとすれば、ＩＤを基に例えば、 Ｉ、）Ｋ （Ｋ：定数）（９） の判定を行い、肯定（イエス）であればしゃ断指令を発
すればよい。

ここで（９）式の保護アルゴリズムは次のような比率特
性を持たせても良い。

ＩＤ−ＫＩＲ十Ｋ。

）Ｏ（１０）なお、両実施例に共通していえることだが
第１図において、回線１がＡブス、回線２がＢブスに接
続され（即ち、Ｐ１＝１ 、 Ｐ２＝０ ）、両回線に
全く同じ電流が流れている場合には、（２）式の結果（
Ｉ ＤＩ ｋ（５）式の結果ＩＤ４ が等しくなる。

この場合には、（Ｐ、＝ｌ Ｐ２＝０）又はＣＰ、＝
０ 、 Ｐ２＝１ ）のどちらかにＤＳ条件が決定され
、当然圧しいＤＳ条件が選択されるとは限らなくなる。

従って、ＤＳ条件が誤って決定された場合に、その時刻
にＢブスｌこ事故があれば誤動作をおこすことになり、
同様ｌこ保護母線Ａブスｔこ事故が生じれば、誤不動作
の可能性がある。

もつとも、現実的には２回線に全く同じ電流が流れ、か
つ同時（こ事故が起こるという事態は極めて確率的には
稀なことであり、無視できるものといえる。

しかし、確実性を期するために、複母線全体の差電流条
件の成否を同時にチェックするようにすれば、以上の欠
陥を取り除くことができる。

第６図は第２の実施例におけるディジタル保護継電器の
ブロック構成図を示したもので、第５図と同一符号は同
−若しくは相当部分を示したものである。

検出回路１４は最小のＩＤｊ を選んだならば、ＤＳ
条件を検出、即ちｊがいくつあるかをメモリーシ、一定
時間その検出したＩｎｊ を選び続ける。

１Ｂは２乗回路、１５は１／４サイクル遅延回路で、ｌ
／４ サイクル離れた時刻にてサンプリングされた値２
つの値を加算器１６で加算して実効値を得、その値を判
定回路１７にて定数にと比較判定して保護出力を出す。

以上説明したように、本発明によれば、断路器の接点情
報を用いることなく、変流器からの電流情報のみで公害
保護を行うようにしたので、従来のように接点不良によ
る誤動作の発生を防止でき、また、現場からの接点情報
を伝送する信頼度を低下させることもなく、かつ母線切
替時ｌこおける一次電流と接点情報との時間差の発生等
のために追従不能状態が生じることもなく制御できる高
信頼度な母線保護方式が得られる。

また、本発明の第１発明と第２発明はソフト処理におい
て第１発明が第２発明より多少多くなるだけで保護にお
いては差はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般の複母線の系統を示す結線図、第２図は従
来例を示すブロック図、第３図は本発明の一実施例を示
すブロック図、第４図は本発明を説明するためのタイム
チャー１・、第５、第６図は夫々本発明のブロック構成
図である。 １１〜１．・・・・・・しゃ断器、ＣＴ、〜ＣＴ６・・
・・・・変流器、３０，３□＃ ４１ ａ ４２・・・
・・・断路器、５・・・・・・ディジタル保護継電器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複母線に接続される複数の各分岐回線（こ設置され
   た第１種の変流器及び母線連絡しゃ断器に直列に接続さ
   れた第２種の変流器からの各電流情報をサンプリングし
   てデジタル量に変換し、あるサンプリング時刻における
   前記デジタル量を用いて、ｌ Ｉｏ十Ｉ。 ’＋ΣＰｋＩｋｌ、（但し、Ｐｋ ：前記各に＝１ 分岐回線と各母線間に接続される断路器の開閉状態で、
   ｌ又は０の値をとる、Ｉｋ：第１種の変流器から得られ
   たデジタル量、ＩＯ’ＩＯ’ ：第２種の変流器から得
   られたデジタル量、ｎ：複母線に接続される分岐回線数
   ）なる演算を、前記断路器の開閉状態Ｐｋの全ての組み
   合せ２ｎ個につき行って前記演算の最小の値を求め、そ
   の最小の値より前記断路器の開閉状態Ｐｋを推定し、そ
   の断路器の開閉状態Ｐｋの推定値を遅延回路により一定
   時間遅らせて前記第１、第２の電流情報とともに加算回
   路で加算し、その加算回路の加算出力を判定回路により
   整定値と比較判定し、その判定結果に基づいて各母線毎
   に所定の電流差動の原理により保護を行う母線保護方式
   。 ２ 複母線に接続される複数の各分岐回線に設置された
   第１種の変流器及び母線連絡しゃ断器に直列に接続され
   た第２種の変流器からの各電流情報をサンプリングして
   デジタル量ｌこ変換し、複数の各サンプリング時刻毎ｌ
   こ、前記デジタル量を用いて、ＩＩｏ＋Ｉｏ’＋ΣＰｋ
   Ｉｋｌ （但し、Ｐｋ：前記に＝１ 各分岐回線と各母線間に接続される断路器の開閉状態で
   、１又は０の値をとる、Ｌｋ：第１種の変流器から得ら
   れたデジタル量、Ｉｏ、Ｉｏ’： 第２種の変流器から
   得られたデジタル量、ｎ：複母線に接続される分岐回線
   数）なる演算を、前記断路器の開閉状態Ｐｋの全ての組
   み合せ２ｎ個につき行って前記演算の最／ｈの値を求め
   、その最小の値より前記断路器の開閉状態を推定し、そ
   の断路器の開閉状態Ｐｋの推定値を２乗回路で２乗し、
   その値を１／４サイクル遅延回路で１／４サイクル離れ
   た時刻にてサンプリングされた値の２つの値を加算器で
   加算して実効値を得、その実効値を判定回路により整定
   値と比較判定し、その判定結果に基づいて各母線毎に所
   定の電流差動の原理により保護を行う母線保護方式。