JPS596722A - 変圧器保護リレ− - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は変圧器保護リレーに係り、特に変圧器の励磁突
入電流による誤動作を回避するのに好適な保護リレーに
関する。

従来の変圧器保護リレーは、通過電流のスカラー量によ
る抑制力付比率差動リレーと５、・励磁突入電流による
誤動作防止対策として、変圧器入力電流の差動出力の第
２高調波成分を抑制力釦、基本波成分を動作力にした高
調波比率リレーを備え、両者の一致出力を最終出力とし
ている。

しかし、変圧器の内部故障時であっても系統の静電容量
とインダクタンスの分布によって高調波電流が発生し、
静電容量が増大する傾向にある現状では、第２高調波に
近い高調波電流が生じることも考えられ、従来の第２高
調波抑制による励磁突入電流対策では内部故障時に不動
作、もしくは動作時間が延びる欠点がある。

本発明の目的は、故障発生時の高調波によって不動作側
になることのない変圧器保護リレーを提供することにあ
る。

本発明は変圧器の励磁突入電流は変圧器の励磁インピー
ダンスが正と負の極性で非対称となることで生じ、基本
波の電圧を印加したＫもかかわらず磁束が飽和する極性
のみ励磁電流が大きくなるのに対し、変圧器の内部故障
発生時には系統の静電容量とインダクタンスによって生
する°自由握動の高調波電流と高調波電圧とはいずれも
正、負波各々、対称になることとの違いに着目し、電圧
信号と電流信号の比が所定値をこえる期間に差を生じる
ことを応用した故障検出方式である。

第１図には本発明の対象とする電力系統を示す。

１は保護対象変圧器でおｐ１本実施例では単線図によシ
示す。また１次、２次の２巻線変圧器を例として、その
１次側の記号をＰ、２次側の記号をＳの添字によって示
す。例えば１次電流をＩＰ％Ｖｓとして示す。ＣＴｙ　
、ＣＴｓは変流器であって、各々Ｉｐ、Ｉｓの信号を適
宜変換して保護リレーＢＹにとシ込む。本実施例ではＣ
Ｔｐ　、ＣＴｇの特性は変流比１の理想特性として扱い
、ＣＴｐの出力、ＣＴｓの出力ともＩｐ、Ｉｓと同一で
あるとする。ＰＴｐ、ＰＴ−は電圧変成器であり、各々
、ｖｐｌｖＩの信号をＢＹに取り込むために用いるが、
本説明ではＣＴと同様に変換比１の理想特性として、Ｆ
ＴＰの出力をＶＰ、ＰＴＩの出力をｖＩｌとして扱う。

ＣＢｐ　、ＣＢ−はしゃ断器である。几Ｙは本発明に係
る変圧器保護リレーであシ、変圧器１の内部故障を検出
したときＣＢｐ。

ＣＢ■にしゃ断指令を与え、１を系統から切り離す。

以上の入力を得る几Ｙの動作の内容について第６図を参
照して次に述べる６まず、変圧器の内部故障を検出する
ための演算機能としては、例えば従来から公知の比率差
動演算 ・・・・・・・・・・・・（１） を具備した（１）式によるものとする。

ただし ＩＰ：変圧器１次電流で第１図矢印方向を正にとるベク
トル量 ｉＩ＝変圧器２次電流で第１図矢印方向を正　゛にとる
ベクトル量 に：抑制係数 Ｉｘ：判定レベル である。

第６図の５０〜５６は、（１）式を実行する回路部分を
示しておシ、まず５０はＩｔと丞−とを入力とする減算
器であシ、出力としてＩｐ−Ｉｓを得る。５１，５２．
５３は、５０の出力、入力Ｌ１人カニ８を夫々入力とす
る絶対値回路であシ、夫５４はｌ　Ｉｐ　Ｉ＋ｌ　Ｉｓ
　Ｉを求める加算器、５５は係数Ｋを乗する増巾器であ
る。５６は以上のようにして求めたＩＩＰ−ＩｓｌとＫ
　（ｌ　Ｉｐ　ｌ＋ｌ　Ｉｓ　Ｉ）と、この他にバイア
ス量Ｉｘとを夫々図示の極性で加算する加算器である。

加算器５６の出力は（１式が成立したときに得られ、こ
の出力は変圧器に内部事故発生したことを意味している
。

しかしながら、（１）式は変圧器の励磁突入電流に対し
ても成立する仁とがよく知られている。この解決策とし
てＩｘを大きくすればよいが、検出感度が低下し本来保
護すべき内部事故の際に誤不動作となる恐れがある。励
磁突入電流が多くの高調波を含むことを利用して抑制す
ることも考えられるが、最近の変圧器鉄心材料の改良に
よシ内部事故時にも高調波を含むようになシ、両者を明
確に区別することが困難になってきている。

本発明では上記の５０〜５６で構成される差動演算部に
１２３〜２９で構成される抑制部を付加したもので次の
ように構成されている。この抑制部の入力信号は変圧器
の端子電圧Ｖと、前記減算器５０の出力（ＩＦ−Ｉｐ）
である。これら２人力は除算器２４に導ひかれてその比
を求められる。

この比はどちらを基準とするものであってもよいが、こ
こではインピーダンス（電圧／電流）乏を求めることを
例にとシ説明する。２６は絶対値回路であシ１乏１を求
める。２３，２５．２７はこの判定を高速にあるいは高
精度に実現するために必要に応じて附加されるものであ
り、２５は２４と同じく除算回路、２７は２６と同じく
絶対値回路、２３はπ／２（ｒａｄ）の移相回路である
。便宜上２５の出力を乏′、２７の出力を１ゑ′１とす
る。２８は２６と２７の出力のうち低い値を選択する低
値選択回路であシ、前記２４．２５の比をアドミタンス
（電流／電圧）として求めるときには高値選択回路とさ
れる。判定回路２９は２８の出力が設定レベルＺｓより
も大なる期間ＴＮと、小なる期間ＴＬとの間にＴＬ−Ｔ
ｉ＞Ｔｘが成立するとき動作して出力を与える。但し、
Ｔｘは検出レベルである。２１はインヒビット回路であ
シ、５６に出力あり２９に出力なしのときしゃ断器の引
外し信号を与える。

この判定部の判定思想は、励磁突入電流の際に変圧器特
性が非線形であることを利用している。

つまシ、変圧器１次側端子電圧の瞬時値をｖ１変圧器１
次と２次の差電流の瞬時値を１、変圧器内部故障時に１
次端子から見た故障点までのインピーダンスを抵抗Ｒ１
インダクタンスＬとすると、一般に Ｉ Ｖ＝Ｒｉ＋Ｌ　　−・馬・・・・・・・・・・・・（２
）ｔ が成夛立つ。ここで、抵抗几は固定値であシ、通常時、
内外部事故時あるいはしゃ断器投入時などの種々の電流
波形のどの場合にも、電流１と抵抗の端子電圧几ｉとの
間には線形性が成立する。しかし、インダクタンスＬに
ついてみると、固定値とはならないことがある。しゃ断
器投入時の励磁突入電流の微分値ｄ　Ｉ／ｄ　ｔとイン
ダクタンスＬ非線形である。たとえば、変圧器の印加電
圧が正の方向に与えられたとき、変圧器の残留磁気も同
極性にあれば、正の半サイクルの一部で励磁インダクタ
ンスが低く、負の半サイクルの一部で高いインダクタン
スとなる。尚、励磁突入電流以外の電流に対しては、Ｌ
は固定である。

従って少なくとも１サイクルの期間にわたってインダク
タンスもしくはインダクタンスに心して定まる電気量を
監視し、その変化をみるなら、励磁突入電流か否かが判
別できるはずである。本発明では、インダクタンスに応
じて定まる電気量として、例えばインピーダンスを電流
１、電圧Ｖから求めることとした。

第２図から第５図は第６図に示した本発明装置の動作説
明図であシ、第２図は平常時の動作、第３図は励磁突入
電流に対する動作、第４図は直流分を含む事故電流に対
する動作、第５図は高調波を含む事故電流に対する動作
を夫々表わしている。

これらの図において、（ａ）は除算器２４．２５に印加
される電圧入力であシ、入力Ｖ′は入力Ｖを移相回路２
３でπ／２（ｒｉｄ）移相したものである。

（ｂ）は変圧器の差電流１（＝Ｉｐ−Ｉｓ）である。

（Ｃ）は除算器２４の出力乏（＝ｖ／ｉ　）と、除算器
２５の出力乏’　　（＝４’／ｉ）を示し、（ｄ）は絶
対値回路２６．２７の出力１乏１，１ゑ′１を示してい
る。（→は判定回路２９の出力である。

第２図の平常時の場合、差電流轟は零である。

このため、インピーダンス＝、２／は正あるいは負の無
限大であり、絶対値ＩＺＩ、ＩＺ’　Ｉは正の無限大で
ある。同図（ｄ）の検出レベルｚ１は有限の値であるか
ら、常時１乏１＞Ｚｓ　、Ｉ　Ｚ’　Ｉ＞ｚｌが成立す
る。判定回路２９は、Ｚｓ＞ＩＺＩ又はＺｓ＞ｌＺ’ｌ
が成立する期間をＴＬ％非成立期間をＴＨとして、ＴＬ
＞ＴＩのとき出力″１”を与える。但し、Ｔｘ＝０とし
ている。このため平常時には判定回路２９の出力は＠０
”であシ、アンド回路２１は出力しない。平常時にしゃ
断器は引外すべきではなく、本発明装置によって正しい
動作結果が得られる。尚、５０〜５６で構成される差動
演算部は平常時には出力しない。

よく知られているように、しゃ断器投入時の励磁突入電
流は正弦波とはならず、一部期間でのみ流れる。、また
しゃ断器投入端には大きな電流が流れるが、他端には殆
ど流れない。このため差電流ｉは第３図（ｂ）のような
ものとして観測され、差電流員が得られる期間では有限
のインピーダンス値となり、１＝０の期間では正又は負
の無限大値となる。励磁突入電流の流れる期間は通常半
サイクルに満たず、検出レベルＺｓ以下となる期間ＴＬ
はＺｓ以上の期間Ｔｇよシも短かい。判定装置２９は出
力１０゛を与えるため、励磁突入電流に応動して加算器
５６が出力１１＃を与えたとしてもアンド回路２１は出
力せず、しゃ断器の引外し信号は得られない。しゃ断器
投入の際にしゃ断器の引外し信号を与えないのは、変圧
器の保護継電装置として正しい処置である。

以上の第２図、第３図を見ても明らかなように、ｉ＝０
のときインピーダンスが無限大となシ、この期間がＴＨ
の長さをほぼ決定している。第２図。

第３図のケースでは正弦波の半サイクル以上の期間でｉ
＝０となるが、内部事故の場合の差電流ｉは基本的に正
弦波であり、第４図のように直流分ｌＤが混入しようと
も第５図のように高調波が混入しようともＩ＝０となる
のは極めて瞬時である。

このためインピーダンス絶対値がＺｓよシ小なる期間Ｔ
ｔ、は大なる期間Ｔｉよシも長く、第６図の判定回路２
９は出力１１”を与える。内部事故の場合、差動演算部
の加算器５６も出力″１”を与えるから、アンド回路２
１を介して、正しくしゃ断器の開放が行なわれる。尚、
外部事故のケースは第２図と同じに考えてよい。

このように本発明の変圧器保護装置によれば、全てのケ
ースに正しい保護出力を与えることができ、第２高調波
の影、響を受けない。

尚、Ｔｂ＞Ｔｎを判定する回路２９の具体的実施手段と
して、正、及び負の方向に充、放電できる積分回路を用
いて、ＴＬの時間帯で正の電圧方向に積分し、ＴＢの時
間帯で負の電圧方向に積分し、所定の検出レベルＴ８相
当以上のときに動作出力を発生するようにするのも一方
法である。

第７図には本発明の２３〜２９の部分をコンピュータを
用いるなどによってディジタル演算を行うことによって
実施する場合のフローチャートをついて示す。第７図３
１は入力信号ｖ、■を同時刻に一定間隔でサンプリング
して得たディジタル信号域υ込み機能である。３２はｖ
′を得るためるためのメモリーである。

３３では同時刻にサンプリングしたＶとＩの信の比較を
行い低いレベルの方を出力する最小値検出機能である。

３６は３５の出力をレベル判定する機能で、Ｚａよシも
小さいか否かを判定する比較演算部である。

３７はカウンタで３６で１２１または１＋ｊ！Ｊ′１の
値がＺｓよシも小さいとき３６の出方ＹＥＳによって３
７のカウンタをプラスに加算してゆき、逆に３６（７）
ｌｆｊ力がＮＯのとき３７０カクンタにマイナス信号を
加える。３８は、３７の出方が所定のレベルＴ８に相当
する時間幅分カウンタの出力がプラスになったか否かを
判定する比較演算部であり、Ｔｌｌ相当以上となったと
きに変圧器の故障と判定し、出力１１”を与える。

で求めたが、逆数ｚ　＝１　　　　ｔ　＝＝　　ｓ、　
　として、７・Ｚｖ 高レベルを動作側、低レベルを不動作側とすることでも
よい。

また、Ｚｌあるいは２′のいずれか一信号により検出し
てもよく、ｖ、ｖ′をさらに複数化してｚ、ｚ’・・団
・を求めてもよいａｔた、１次端子電圧を基準にした上
記内容の判定、あるいは２次端子電圧を基準に同様の判
定を行ない。両者のオア出力、あるいはアンド出方によ
って励磁突入電流か内部故障電流であるかの判定を行っ
てもよい。

また、多相多巻線変圧器においても各相毎の差動出力電
流信号と各端子毎電圧信号を用いて同様に判定すること
もできる。

また、三相一括の差動電流を対象に判定部の簡素化を図
ることも本発明の応用範囲としてあげられる。

さらに、変圧器を通過する各端子の通過電流スカラ量に
よって、判定レベルＺｓ＋時間幅ＴＬ〉Ｔｉを制御し、
たとえば通過電流が大きいときはど、Ｚｓを小さくし、
あるいはＴｔ、：＞Ｔｉ＋ＴｘとしてＴｘなる感度制御
用定数を加える等して、比率差動特性をもなせるととも
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は保護対象変圧器と保護継電装置の概略を示す図
、第２図から第５図は本発明装置の動作゛説明図であり
、第６図、第７図は本発明の一実施例を示す。 ２４．２５・・・除算器、２３・・・移相回路、２６゜
２７・・・絶対値回路、２８・・・低値選択回路、２９
・・・判定回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、変圧器端子電流の差電流と変圧器端子電圧の比を求
   め、当該比が所定値を越える期間Ｔｉと越えない期間Ｔ
   Ｌとから前記変圧器の保護を決定する変圧器保護リレー
   。 ２、変圧器端子電流の差電流と変圧器端子電圧の比を求
   め、当該比が所定値を越える期間Ｔｍと越えなか期間Ｔ
   ｔ、とから前記変圧器の保護出方を与える第１のリレ′
   −と、前記差電流に応じて変圧器の内部事故を検出し出
   方する第２のリレーとを備え２つの出力から変圧器を保
   護する変圧器保護リレー。