JPS605130B2 - 電流差動継電方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は送電線及び母線等の故障に際し、故障時に生ず
る差電流を検出して保護動作を行う電流差動継電方式に
関するものである。

従来電力系統の保護及び制御は、電流、電圧のアナログ
量によって行うことが一般的であったが、近時は送電電
圧容量の増大、及び送電の長距離化等により多電気所情
報を用いた総合保護、制御では電流、電圧のディジタル
的処理が有効であり、このディジタル的処理の実現化に
向う傾向にある。

したがって、従来のアナログ量による保護では、保護演
算処理の速度、低機能、或は信頼性の悪さ等の点にて行
きずまりが生じ、ディジタル形保護継電方式が考えられ
てきた。

また一般に送電線及び母線等の保護は、電流差動或いは
位相比鮫継電方式によってなされているが、多端子の護
と言うことを勘案すれば電流差動継電方式が有利となる
。このため、この電流差動継電方式もディジタル形のも
のが考えられているが、しかし、この種従来の差動方式
の場合（１，十１２）十ＫＲ（ｌ１，ｌ＋ｌ１２ｌ）十
ＫＺＯを判定しているため誤差分を高精度に補正するこ
とが出来にくく、例え出来たとしても誤差補正する手段
が非常に面倒なものとなっていた。

（但しＫＲは比例定数、Ｋは固定定数）すなわち第５図
はその説明図で、線７，イに囲まれた範囲は固定された
不感応部（１，十１２＞Ｋ）である。実際には、（１，
十１２）十ＫＲ（ｌ１，ｌ＋ｌ１２ｌ）と更に比例分譲
差や非直線誤差ＫＲが加味されるので、実誤差はウ，エ
のようになる。したがって、電流１，＾又は１２＾の値
まで補正するために線オ，力のように補正している。こ
のため線オとウに挟まれた範囲と、線工と力に挟まれた
範囲は余分な範囲であって補正精度は悪いものとなって
いる。補正精度を向上させるために、実誤差線ウ，エに
添った補正をすれば可能となるが、そのためには電流量
に応じた多数の直接の組合せにて曲線ウ，エに近似させ
なければならないため、その手段が非常に厄介なものと
なる。そこで本発明は上記の点に鑑み、誤差補正を正確
に行なうことにより高感度な事故検出を可能とした差動
継電方式の提供を目的としてなされたもので、以下送電
線２端子の差動保護を例にして説明する。

第１図は送電系統の説明図を示し、Ａ電気所およびＢ電
気所からは電流変成器にＴにより電流ＩＡ及びＩＢが検
出されており、矢印イおよび口は内部事故および外部事
故を示している。

内部事故の場合には電流ＩＡとＩＢとに差電流が生ずる
。このとき、電流ＩＡ及びＩＢの瞬時値は一般に電流変
成器や、アナログ・ディジタル変成器等の誤差を含んで
いるので霞茨包Ａ，Ｂの値に対応した誤差を計算にて求
め、その絶対値を加算する。今連続した３サンプリング
分の面積について考えると、第２図ａのように差電流が
出たとすれば、その絶対値の連続３サンプリング分の面
積ＩＭの軌跡は第２図ｂのようになり、また誤差分の連
続３サンプリング分の面積１‘と整定ＩＫを加えたもの
の軌跡１ご＋ｍは第２図ｃのようになる。

すなわち今、第２図ａで示す波形のピーク値を１０Ｖと
し、サンプリング間隔を電気角３０ｏとしてその第１番
目のサンプリング時点を波形の立上り時点と仮定すると
、第１サンプリング時点（電気角ｏｏ ）はＯＶ、第２
サンプリング時点（３００）Ｗ以下第３時点８．６飢、
第４時点ＩＷ、第５時点８．６飢、第６時点則となり、
これらの各時点の連続した３サンプリング毎の絶対値の
和、０十５十８．６６＝１３．６６、５十８．６６十１
０＝２３．６６・・・・・・・・・・・・・・・を夫々
求めてフロットすると面積は３サンプリングの加算値に
比例するので、第２図ａの波形は、そのピーク値近辺の
面積ＩＭが最大で、０近辺は最小となる同図ｂの如き波
形となる。また誤蔓豊ま一般に各部の回路構成等によっ
て決る固有誤差と、入力値の大小に比例して発生する比
例誤差とに分けられるが、１ごは各サンプリング値の比
例誤差の面積であるから、誤差が１％とするとＩＭｘ芯
＝・ごと地、ＩＭと１ごと‘ま相似形の波形となる。

そしてＩＫは整定値であるから、時間にその値を変化し
ない直流値であり、１ご＋ＩＫ、１ごを直流ＩＫでオフ
セットした形となって結局１ご＋ＩＫは第２図ｃの如き
波形となる。したがって１どは、電流ＩＡ，Ｂの瞬時値
の大きさによりあらかじめ想定されるので、この比例分
誤差と固定分誤差、非線形誤差を各サンプリング毎に計
算で求めてその総和として与えられる。すなわち、電流
ＩＡ，ＩＢに含まれる誤差分のみをＩＭから菱引く（補
償すること）ことができるので、一般的なＩＭ−ＩＲ〉
ＩＫのとき動作するようなものにおいてＩＭ−ＩＲ（但
しＩＲはＩＡとｍの絶対値による抑制量）の如き電流に
比例する単純な抑制量とする方式よりも瞬時瞬時に対応
した誤差補正ができて高感度事故検出が可能となる。判
定はＩＭと１ご＋ＩＫの大きさを比較すれば、内部事故
の場合にはＩＭ−（１ご＋ＩＫ）＞○となって第２図ｄ
のように動作出力が出て内部事故と判定する。外部事故
について考えると、電流変成器ＣＴの誤差が第２図ｅの
ように差電流となって現われてくる。その差電流の絶対
値の連続３サンプリング分の面積の軌跡は第２図ｆのよ
うになり、又ＩＡ及びＩＢの瞬時値対応の誤差の絶対値
の加算値の連続３サンプＩＪング分の面積と整定を加え
たものは第２図ｇのようになり、ＩＭと（１ご＋ＩＫ）
の比較はＩＭ−（１ご＋ＩＫ）＜○で第２図ｈのように
動作出力が出ないので外部事故と判定する。なお第２図
ｆ，ｇの波形は、同図ｂ，ｃに夫々対応する波形である
ため、前述と同様にして求められた波形で且つ相似形の
波形となっているが、しかし外部事故波形の例を示して
いるため、ＩＭ及び１ごが小さいので、第２図ｆ，ｇの
波形は同図ｂ，ｃより小さい波形となっている。次に上
記で説明した差電流の連続３サンプリングの値を第４図
ａに示すようにある正弦波上の値Ｄ，，Ｄ２，Ｄ３とす
れば、各サンプリング値は任意の時間らを基準として次
のように表わせる。ＤＩニ１Ｓｉｎのｔｌ Ｄ２ニ１Ｓｉｎ（のｔｌ＋△ａ） Ｄ３ニ１Ｓｉｎ（のｔｌ十２△８） （但し△のよ一定のサンプル間隔） 今Ｄ，十Ｄ３を求めると Ｄ．十Ｄ３：ＩＳｉｎのち十ＩＳｊｎのちＣＯＳ２△８
十ＩＣＯＳのｔ．Ｓｉｎ２△８ニ１Ｓｉｎのｔｌ（１十
ＣＯＳ２△ａ）＋１ＣＯＳのｔＩＳｉｎ２△８＝１・ゾ
（１冊Ｓ２Ｍ）２十Ｍ２ＭＳｉｎくのｔ化ｎ−１，彰絵
さ８）よつてＤ，十Ｄ３＝２・ｃｏｓ△８・ｌｓｉｎ（
のち十△８）＝弧２ｃｏｓ△８……………【１｝すなわ
ち各電気所において、電流変換器にＴより検出される電
流、第１図においてい，ＩＢが完全な正弦波であれば差
電流も正弦波で、サンプリング値Ｄ，，Ｄ２，Ｄ３の間
には‘１ー式の関係が成立する。

しかし一般にはＩＡ，ＩＢには高調波が含まれているの
で正弦波とみることはできず、‘１｝式は成立しない。
また高調波を消去するためにフィルターなどを付加して
も完全な正弦波にすることは不可能である。

従って本発明では｛１ー式を変形しＤ２ＸＫ．≦蓑毒害
≦Ｄ２ＸＫ２ なる関係が成立したときに前述したＩＭ−（１ご＋ＩＫ
）の比較を行なえば差電流が第４図ｂに示すようにＤ２
×Ｋ，とＤ２×Ｋ，の間にあること、即ち正弦波に近似
していることが確認できる。

このようにすれば各瞬時サンプリング値が何らかの原因
で誤っても継電方式として誤動作が誤不動作に至るよう
な事態はさげられる。

Ｄ，，Ｄ２，Ｄ３の連続３サンプリングは正弦波近似の
条件を知ることができる最小数であるが、このような近
似は連続３サンプル以上の数があれば確認できるので３
サンプルに限定しなくてもよいことは明らかである。

第３図は本発明による電流差動継電方式の一実施例を示
すブロック図である。

送電線１の両端Ａ，Ｂに電流変換器２，３があり、その
検出電流をアナログ・ディジタル変換器４，５にてディ
ジタル量に変換する。ディジタル量に変換された電流瞬
時値は一端Ａについて考えれば他端Ｂの電流瞬時値が伝
送手段（例えばマイクロ回線）同軸ケーブル等）によっ
てＡに伝送され、逆にＢについて考えればＡの電流瞬時
値がＢに伝送される。伝送された電流瞬時値は差電流瞬
時値を作る装置６により差電流瞬時値を作る。更に各々
の電流瞬時値に対応した誤差を計算し各々の絶対値を力
町算する装置７で誤差の加算を行う。すなわち装置７で
は、あらかじめ比例誤差が例えば１％であると設定され
ると・入力された電流１Ａ’１１８‘こ前を乗算する演
算１１ＡＸ布川Ｂｘ布：，．乍を行ない、この１１どの
３サンプル分を用いて後述の装置９が面積１ごを求める
。装置６よりの差電瞬時値を３サンプリング分の面積を
計算する装層８と、装置７よりの誤差分の３サンプリン
グ分の面積を求める装置９よりの出力が比較判定装置１
川こ入り事故判定を行う。また１１は正弦波近似確認回
路で、前記演算、比較を行い、比較判定回路１０の判定
を実行する。本発明は、以上のように構成されることに
よって第５図で示す線ウ，エの点にまで動作範囲を広げ
ることができる。

すなわち一般には、線フ，イで囲まれた固定誤差に基く
不感応部に、更に比例誤差や変流器の飽和に伴なう非線
形誤差を考慮した比例誤差に塞く不感応部を設けるよう
にしているが、この比例誤差を考慮した不感応領域が線
ア，オと、線イ，力に囲まれた範囲である。従来この不
感応領域は第５図にて明らかなように、比例誤差を考慮
しているとしても電流１，Ａ，１２Ａの点まであらかじ
め誤差を計算して直線上に決められている。ところが実
際の比例誤差は線ウ，エのような曲線特性を示している
。

そこで本発明では装置７において、各サンプリング毎の
各電流値に対応した比例誤差を瞬時瞬時に求めて誤差補
償を行うので線ウ，エのような特性の抑制とすることが
でき、高感度な事故検出が可能となる。以上のように本
発明になる電流差動継蚤方式は、電流変換器により電流
瞬時値をサンプリングしてアナログディジタル変換器に
よりディジタル量にした後、伝送手段にてその電流を伝
送し、差電流及び誤差分を計算し、３サンプリング分の
面積を計算して差電流面積と〔誤差分面積＋整定〕との
比較をし、更に波形の正弦波近似確認を行って誤動作・
謀不動作を防止し、高感度、高速度に事故を検出するこ
とに特徴を有する。

なお本実施例では３サンプリング分についてであるが、
任意のサンプル数でもよく「また２端子についてだけで
なく任意の端子でもよく、更には送電線保護のみではな
く母線保護としても適用できることは言うまでもない。

図面の簡単な説明第１図は送電系統の説明図、第２図は
本発明による電流差動継電方式の動作原理図、第３図は
本発明の一実施例を示すブロック結線図、第４図は波形
確認を説明するための波形図、第５図は誤差補正状態の
説明図である。

１は送電線、２，３は電流変換器、４，５はアナログデ
ィジタル変換器、６は差電流瞬時値を計算する装置、７
は各瞬時値対応の誤差の絶対値を加算する装置。

８，９は所定のサンプリング分の面積を求める装置、１
０は比較判定回路、１１は正弦波近似判定回路。

オ丁図 矛２図 巻３図 オ４図 オ５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 送電線及び母線の少なくとも２端子に夫々設置され
   て電流を検出するための電流変換器、各電流変換器にて
   得られたアナログ量を夫々一定の周期にてサンプリング
   してデイジタル量に変換する手段、各デイジタル量に変
   換された電流瞬時値にて差電流を求める手段、この差電
   流の少なくとも３サンプリング分の面積を計算する手段
   、前記各デイジタル量に変換された電流瞬時値に対応し
   た誤差をその都度演算して誤差の絶対値を加算する手段
   、この手段よりの誤差分の少なくとも３サンプリング分
   の面積を求める手段とを備え、前記差電流と整定値に誤
   差分を加算したものとを比較して動作判定を行なように
   したことを特徴とする電流差動継電方式。 ２ 特許請求の範囲第１項のサンプリングを連続した３
   サンプリング以上の値により電流波形の正弦波近似を確
   認し、サンプリング値に何らかの誤りがあっても継電方
   式として誤動作や誤不動作になることを防止したことを
   特徴とする電流差動継電方式。