JPS61266018A - 保護継電器 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、保護継電器、特に励磁突入電流対策を施した
保護継電器に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

電力系統の重要な構成要素の一つである変圧器に電圧を
印加した時、励磁突入電流が流れることは周知である。

この励磁突入電流の大きさや形状は、■変圧器の残留磁
気、■印加時の電圧位相、■変圧器の構造及び容量、■
系統側の構成及び背後インピーダンス等によって支配さ
れるが、大よそ第６図に示すような波形となる。第６図
において点線が印加電圧、実線が励磁突入電流、一点鎖
線は変圧器鉄心中の磁束密度の大きさを示している。た
だし、この例では、磁束密度は残留磁気の影響で偏移し
ている。そして印加電圧は磁束密度の微分量に比例する
が、励磁突入電流は磁束密度が・大きい領域で鉄心の飽
和により生じる。したがって励磁突入電流は印加電圧の
零点近傍で１サイクルに１回ピークを生じる。又、鉄心
が飽和し々い領域ではその値はほぼ零となる。

ここで励磁突入電流の特徴としては次の点が挙げられる
。■基本波成分が印加電圧に対し、９０゜遅れの位相を
もつ、■電圧印加後、数秒間継続して流れる、■大きさ
は遠方事故時の電流と同程度の大きさとなることがある
。

このため、保護継電器の分野から変圧器の励磁突入電流
の影響を考えた場合、通常の主保護区間内にある継電器
を誤動作させるには至らないが、例えば第７図に示すよ
うに主保護区間以遠を保護範囲に含む距離リレーの第３
段や第４段が動作に至る場合があシ得る。

第７図は典形的な距離リレーの特性及び励磁突入電流発
生時のインピーダンスの存在範囲の例を示したものであ
る。又、励磁突入電流の継続時間も数秒に至り、後備保
護用タイマーを動作させ得るため、実際に後備保護第３
段、第４段の誤動作という事態も生じている。このよう
表置圧器に電圧を印加した時の励磁突入電流により、保
護継電器を誤動作させないことが保護継電器に課せられ
走任務の一つである。

変圧器の励磁突入電流に対し、従来採用されていた対策
としては、第２調波検出方式が最も有力１ものであった
。第６図の波形からも判るように、励磁突入電流は正弦
波とは異なったものであるが、その調波分析を行った場
合、第２調波成分の含有率が比較的高いことが知られて
いる。第１表に実測データによる高調波成分含有量の分
析結果の一例を示す。第１表は基本波成分を１００とし
た時の直流及び高調波成分の含有率を示す。又、電圧印
加後、０〜１．０秒までの時間的変化を示してぃ第　　
１　　表 電気協同研究「後備保護方式」 第３７巻第１号Ｐ１４８がらの引用 第８図は第２調波検出方式の原理図を示す。第８図にお
いて、パントノ９スフイルタ８１は第２調波のみを通過
域としたフィルタで、系統電流に比例した信号１を入力
とし、信号ｌに含まれる第２調波分を抽出して出力とす
る。レベル検出器８２はパントノ９スフイルタ８１の出
力が一定ｆ以上の時に出力を出す。距離リレー８３は系
統の電流、電圧に比例した信号ｌ、ｖを入力とし、第７
図に示す特性を有するものである。インヒビットグート
８４は、レベル検出８８２の出力が有る時、距離リレー
８３の出力をロックする。以上のよう力構成において、
系統側に変圧器の励磁突入電流が流れた場合、第２！！
Ｉｌ波成分を検出することにより、距離リレー８３の出
力は口、りされ、不要応動には至ら々い。

〔背景技術の問題点〕

近年、電力系統の大容量化や変圧器の性能の向上傳によ
り、電圧印加時の励磁突入電流の様相にも変化が現われ
ている。第９図は励磁突入電流の波形を示したものであ
るが、第９図（ａ）　Ｉｔ比較的電流零の時間が長い例
、第９図（ｂ）　Ｆｉ電流零の時間が短い場合の波形を
示している。第２調波の含有率はく＆）図に比べ（ｂ）
図の波形の方が少ないが、近年の電力系統の傾向は、励
磁突入電流が（ｂ）図の方行へ移行し１おり、第２調波
検出方式では十分励磁突入電流を識別し得ないケースも
出てきている。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであ
シ、高感度に励磁突入電流を検出し得る保護継電器を提
供すること全目的としている。

〔発明の概要〕

本発明では、非正弦波形を有する励磁突入電流を用いて
所定の方法によシその振幅値を計算した際、励磁突入電
流による振幅値が１サイクルの間に変動することを利用
して、通常系統事故時の電流と識別しようとするもので
ある。

〔発明の実施例〕 先ず、発明の詳細な説明に先立ち、本発明の基本となる
考え方を説明する。ここで系統の電流１を次式で表現す
る。

ｉ　＝：　Ｉ　ｓｔｎ　ωｔ　　　　　　　　　　　　
　　　　　−（１）但し、工は電流の振幅値 セして（１）式の電流信号ｌを３０°毎にサンプリング
したデータを、’ｍ％’ｍ−１、’ｍ−２・・・・・・
と表現する。

なお　は時系列を示す。この時、電流の振幅値は次式に
よって容易に計算できる。

”　”　’ｍ　”　’ｍ−３＋＋＋　（２）即ち正弦波
であることを前提として、系統の電流１の絶対値工の大
きさを知るには、最新データー及ヒ９０°前のサンプリ
ングデータ’ｍ−３の２つがあれば良いことが判る。こ
の原理式（２）を用いて変圧器の励磁突入電流の振幅値
計算を行った場合について、次に検討する。

第２図（、）は励磁突入電流の一つの例であシ、半周期
では１８０６より大きい。そしてこの場合、例えば３０
°間隔で図示のようにサンプリングし、このようなデー
タを用いて（２）式の演算を行った場合、演算結果は入
力データが正弦波であることを前提に成立っているため
、○印のサンプリングデータに対しては■で示した点線
の正弦波、Ｘ印のサンプリングデータに対しては■で示
した点線の正弦波、Δ印のサンプリングデータに対して
は■で示した点線の正弦波であるかの如き結果が得られ
る。

第２図（ｂ）は（、）の励磁突入電流が発生した時の印
加電圧を示したものである。（１）の励磁突入電流から
求められる（１）式による振幅値は、当然サンブリング
位相によって異なったものとなる。そして（Ｃ）は前記
の、■、■のデータに対応した振幅値の軌跡を示したも
のである。図に示されるように励磁突入電流に対して（
２）式を適用して振幅値の計算をした場合、その結果は
１サイクルの期間中に大きく変化することが判る。励磁
突入電流波形は周期性を有するため、（２）式による振
幅値演算結果も系統の周波数に応じて周期性を持つ。

そして系統周波数の１サイクル内での振幅値演算結果の
変動を検出する方法は種々ある。例えばｌサイクル内の
振幅値の絶対値の最大値と最小値を比較し、その差が一
定値以上あることを検出する方法である。

ｌ　Ｉ　１ｍａｘ−ｌ　Ｉ　１ｍｔｎ−αｌ　工１ｍｔ
ｎ　）ｏ　　Ｈ＋＋　（３）但し、１月ｍａｒ・・・過
去ｌサイクル中の振幅値の絶対値の最大値 １１ｍ１ｎ・・・過去ｌサイクル中の振幅値の絶対値の
最小値 α・・・定数 通常の正弦波入力に対し、（２）式より振幅値を求めた
場合、演算結果はほぼ一定値となる。従ってＩＩＩ。ａ
ｘ中１１ｍ１ｎとなるため、（３）式は成り立たない。

しかし、入力が励磁突入電流のように非正弦波の場合は
、第２図（ｃ）の説明から明らかなように、Ｉ　工Ｉｍ
ａｘと１月ｍｌユとの差が比較的顕著になり、前記（３
）式が成り立つようになる。振幅値の絶対値は（２）式
の結果を開平すれば直ちに求まる。また開平演算は、通
常マイクロコンビ、−夕等では演算時間上不利な場合が
多いが、その場合は（２）式を次の二次の形に置き換え
ても、同様の効果が得られる。

ｌ　１１ｍａｘ　−１１１ｍ１ｎ−αｌ１ｍ１ｎ　）Ｏ
−（４）更に、原データ１０、ｌｍ−４等から直接−次
の形で、振幅値を計算する方法も、よく知られている（
特公昭５５−６１９５）。

第１図は本願発明による保護継電器を実施するだめの機
能プロ、り図である。第１図において系統の入力電流ｌ
はアナログ・デイヅタル変換器１１によってディノタル
量に変換され、振幅値演算部１２では変換された電流信
号ｌから例えば（２）式を用いて振幅値の絶対値Ｉｘｍ
ｌを計算する。記憶部１３では振幅値演算部１２の出力
を過去１サイクル分記憶しておき出力する。演算周期を
３０°毎とすれば、１１ｍ１、Ｉ　Ｉｍ−１１、−１１
ｍ−１ｔｌの１２データが常に出力されることになる。

最大最小演算部１４では、１１ｍ１、ｌｌｍ−１１、”
”　ｌ　工ｍ−’１１１のデータの中から最大値、最小
値を各々計算してｌ　Ｉｉｍａｘ、ｌ１１ｍ１ユとして
出力する。判定部１５ではＩｌｌｍａｘ、１１１ｍｔｎ
の２データを使って（３）式を計算し、（３）式が成立
てば口、り出力を導出する。オフディレィタイマ１６は
ロック出力を引きのばし、確実に口。

り出力を継続させるためのものである。

第３図は本発明による保護継電器を実現するだめの構成
例図である。

第３図において３１ｍ、３１ｂは入力変換器でありて電
力系統の各相電圧、各相電流が夫々入力され、その入力
電気ｉを適当が大きさの電圧信号に変換する。３２ｍ、
３２ｂはフィルタであり、入力変換器３１ａ、３１ｂの
出力中に含まれる高調波成分を除去する。３３はサンプ
ルホールド回路であシ、各フィルタ３２ｍ、３２ｂから
の出力を所定の間隔でサンプリングする。３４はめ変換
回路であり、サンプルホールド回路３３からの出力をマ
ルチプレクサ３５を介して加えられ、これをディグタル
データに変換する。３６はダイレクトメモリアクセス（
ＤＭＡ　）回路であｔ）ｉｖ’Ｄ変換回路３４の出力が
加えられる。３７はメモリ回路であシＤＭＡ　３６によ
りＡ／Φ変換回路３４の出力が所定の番地に書き込まれ
る。３８はリードオンリメモリ（ＲＯＭ　）であってプ
ログラムが内置されている。

３９は中央演算処理装置（ＣＰＵ　）であり、ＲＯＭ３
８に書かれたプログラムにしたがい、メモリ回路３７に
書かれた電力系統の電圧、電流データを用いて距離リレ
ーの演算を実行する。１０は出力回路であ５　（ＣＰＵ
　）　３９の演算結果に基づき、外部にトリ、プ指令を
出す。以上の構成において、本発明による動感突入電流
の検出機能は距離リレー演算と同様、リードオンリメモ
リ３８にプログラムとして収納されておシ、（ＣＰＵ　
）　３９によって実行される。

（３）式、（４）式においても更に変更した方式が考え
られ得る。判定式を一般式で表わすと次式と表る。

ｆｍａ：ｃ　（Ｉ）−ｆｍｉｎ（Ｉ）−ｇ（Ｉ）　）ｏ
　　　　　　＋＋＋　（５）ここに、ｆｍａｘ（Ｉ）は
注目する値の過去ｌサイクル中の最大値、’ｍｔｎ（Ｉ
）は注目する値ｆｍ（ｘ）の過去１サイクル中の最小値
である。ここで注目する値ｆｍ（Ｉ）は、（３）式の場
合振幅値の絶対値ＩＩ＋であり、（４）式の場合、その
２乗１月　である。々お、ｇ　（Ｉ）は検出レベル設定
値であり、前述の例ではｇ　（Ｉ）＝α・四ｍｌユとし
たが、次式の如（ＩＩＩｍａｘを使うことも可能である
。

ｇ　（Ｉ）＝βＩ　Ｉ　Ｉｍａｘ　　　　　　　　　　
　−（６）但し、βは定数 更にはｇ　（Ｉ）としては次のものも可能である。

ｉ）注目する量の過去１サイクルの平均値１ｉ）　　注
目する量の過去１サイクルの最大と最小の中間値 ｇ（Ｉ）”　ｒ２（ｆｍａｘ　（Ｉ）＋　ｆｍｉｎ（Ｉ
））　　　　−（８）１１１）定数 ｇ　（Ｉ）ｗ　Ｋ　　　　　　　　　　　　　・・・（
９）その他変形例は数限シ表い。

第４図は本発明による保護継電器を実現するための他の
機能プロ、り図である。

力お第４図に示す機能プロ、り図は変形例をすべて含む
よう々一般形で示したものである。図において、系統の
入力電流１はアナログ・デイヅタル変換器４１に入力し
、判定量演算部４２は系統の電流情報から１！１または
ＩＩＩ　　をｆ。（Ｉ）として３０・のサンプリング間
隔毎に計算して出力する。記憶部４２は判定量演算部４
２の出カイｍ　Ｑ）の過去１サイクル分を記憶しておく
と共に、ｆｍ（ｏ、ｆｍ−１（Ｉ）、・・パｆ、ｌｌｍ
−１１（１）として出力する。最大最小演算部４４はｒ
ｍ（１）・・・ｆｍ−１１（Ｉ）の中から最大値ｆｍａ
ｘ（Ｉ）、最小値ｆｍｌｎ（Ｉ）を出力する。判定部４
５はｆｆｆｌａＸ（Ｉ）、ｒｍｔｎ（Ｉ）ｉ使って、一
般式（４）により励磁突入電流か否かの判別を行う。オ
フディレィタイマ１６については、第１図の説明と同様
である。

第５図は第８図に対比して、本発明による口。

り出力の使い方を示したものである。図において、５１
は励磁突入電流検出部で、系統の電流情報を入力として
口、り出力を出す。５２は距離継電器部で、系統の電流
、電圧情報を用いてリレー演算を行い、系統事故時にト
リ、！指令を出力する。

５３はインヒビットダートで、励磁突入電流検出部５１
の出力により、距離継電器部５２の出力を口、りする。

前述の説明において、最大最小演算部４４は、過去１サ
イクルの中のデータから最大・最小を選ぶようにしてい
たが、本来の目的を達成するためには、これはｌサイク
ルに限定する必要はない。

即ち、励磁突入電流による影響が確認できる範囲であれ
ば、２サイクル分あるいはそれ以上でもよい。又、口、
りする対象リレーについても、距離リレーに限るもので
はない。例えば、変圧器保護用電流差動リレーについて
も適用可能である。

また、振幅値を計算する原理式で、（２）式、あるいは
特公昭５５−６１９５号による方式を紹介したが、振幅
値の計算法は、この両者に限定されるものではない。周
知の他の原理を用いても、全く同様に適用し得る。

なお、本発明はアナログ技術にても実現不可能ではない
が、近年発達したマイクロコンピュータを応用して、初
めて実現できるようになったものである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば、系統からの電流デ
ータを入力して所定の計算式を用いて電流の振幅値を計
算すると、これが励磁突入電流の場合と通常の系統事故
の場合とでは差異があることを利用して、励磁突入電流
を検出するよう構成したので、従来の如く第２調波の含
有率を検出する方式に比して、より直接的、かつ高感度
に励磁突入電流を検出し得る保護継電器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による保護継電器の一実施例の機能プロ
、り図、第２図は励磁突入電流の波形と系統電圧との関
係及び励磁突入電流の振幅計算値との関係図、第３図は
本発明による保護継電器を実現するための構成図、第４
図は本発明による保護継電器を実現するための他の機能
プロ、り図、第５図は第８図に対比して口、り出力の使
い方を示した図、第６図は変圧器に重圧を印加した時に
発生する励磁突入電流の様子を示す図、第７図は標準的
距離リレー特性に対する励磁突入電流の影響を示す図、
第８図は従来技術による励磁突入電流対策を示した図、
第９図は励磁突入電流の傾向を示す図である。 １１．４１・・・アナログ・ディヅタル変換器、１２・
・・振幅値演算部、１３．４３・・・記憶部、１４．４
４・・・最大最小演算部、 １５．４５・・・判定部、１６・・・オフディレィタイ
マ、３２　！Ｌ　、　３２　ｂ−７４ｋｄｌ、３３・・
・サングルホールド回路、 ３４・・・め変換部、　　３５・・・マルチプレクサ、
３６・・・ダイレクトメモリアクセス、３７・・・メモ
リ回路、　　３８・・・リードオンリメモリ、３９・・
・ＣＰＵ　　　　　　４０・・・出力回路、５１・・・
励磁突入電流検出部、 ５２・・・距離継電器部、 ５３．８４・・・インヒピット回路、 ８１・・・バンドパスフィルタ、 ８２・・・レベル検出器、８３・・・距離リレー（７３
１７）代理人　　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）
第６図 児了図 第８図 第９図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統からの電流信号をディジタルデータに変
   換する手段と、この変換手段から出力されるディジタル
   データをもとに所定の判別量ｆ（ I ）を算出する手段
   と、この算出手段より得られた過去の一定時間内の結果
   中最大値ｆｍａｘ（ I ）及び最小値ｆｍｉｎ（ I ）を
   求める手段を備え、前記した最大値ｆｍａｘ（ I ）と
   最小値ｆｍｉｎ（ I ）との差が所定値以上であるとき
   、励磁突入電流が存在すると判定することを特徴とする
   保護継電器。
2. （２）判定量ｆ（ I ）として、入力電流の振幅値を用
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の保護
   継電器。
3. （３）判定量ｆ（ I ）として、入力電流の振幅値の２
   乗値を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の保護継電器。