JPS6220770B2

JPS6220770B2 -

Info

Publication number: JPS6220770B2
Application number: JP53151155A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sasaki; Terunobu Myazaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1978-12-08
Filing date: 1978-12-08
Publication date: 1987-05-08
Also published as: JPS5579620A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は変圧器保護継電装置に係り、特に変圧
器の端子に高調波発生源を有する場合の保護継電
装置に関する。

従来の変圧器保護継電方式としては保護対象変
圧器の各巻線の通過電流の差動出力信号を検出し
これを動作力とする電流差動方式を採用してい
る。これに対し、変圧器の励磁突入電流による誤
動作防止対策として上記差動出力信号に含まれる
第２高調波成分を抑制力としその量により所定
量、たとえば基本成分の15％程度をこえたときに
はトリツプ指令をロツクする方式をとつている。
しかし、従来方式では変圧器の端子に高調波発生
源として例えば当該変圧器の非電源端負荷として
電力調相静電容量（スタコンと称することにす
る）を有する場合その影響により、事故発生時に
事故点からスタコンまでのインダクタンスとスタ
コンの容量による振動電流が発生し、その振動周
波数が第２高調波に近づくに従い励磁突入電流と
見誤り、不動作となる不具合を生ずるおそれがあ
る。

次にこの現象について第１図によつて説明す
る。

１は被保護変圧器であり、１次、２次、３次巻
線を有する３巻線変圧器について考える。ここで
は１次側を記号Ｐ、２次側を記号Ｓ、３次側を記
号Ｔの添字によつて以下示すことにする。また、
同図は三相交流変圧器の単線図を示したものであ
る。

２_P，２_S，２_Tはそれぞれ各巻線に通過する電
流信号を導出するための変流器であり、その出力
信号は保護継電装置の入力となる。

３_P，３_S，３_Tはそれぞれしや断器であり、保
護継電装置４からのしや断指令によつて被保護変
圧器１が事故時には系統から３_P，３_S，３_Tによ
つて切り離す。６_P，６_S，６_Tはそれぞれ各巻線
背後の電源であり、系統の運転条件、あるいは設
備によつては６_P，６_S，６_Tの存在は異なり、電
源端は、たとえば６_Pのみで他は負荷端子のみに
なるなど、同図の６_P，６_S，６_Tはそれぞれ可変
電源端と考えればよい。とくに、三次側６_Tは一
般に変電所内の負荷給電、あるいはスタコン５接
続専用の場合が多く、非電源端扱いで運転するこ
とが多い。６_Tを非電源端としたときのスタコン
５と、変圧器１の内部インピーダンスとの共振電
流の影響について説明する。

第２図は変圧器内部事故時の等価回路を示す。
事故例として三相短絡時の正相回路について示し
たもので記号は第１図と同じものはそれぞれ第１
図と同等物を示す。

第２図において、Ｚ_P′，Ｚ_S′，Ｚ_T′はそれぞれ
変圧器外部の背後インピーダンスで、送電線、発
電機等の等価インピーダンスで、ほぼインダクタ
ンスと考えてよいものである。Ｚ_T′ではスタコン
を記号５で分離しておいてある。

また、Ｚ_P，Ｚ_S，Ｚ_Tは事故点Ｆからみた各巻
線の内部インピーダンスを示す。

ここに、事故発生時には、電源６_PからＩ_Pが、
６_SからＩ_Sが通電され、変流器２_P，２_Sによつて
第１図で示した保護継電装置４の入力となる。Ｉ
_P，Ｉ_Sは三相交流発電機によつて通電されるもの
であるから、事故発生位相によつては過度直流分
が重量された商品周波数の電流と考えてよい。一
方、３次側から通電される電流Ｉ_Tはスタコン５
に充電されている事故直前電圧をΔＥ、スタコン
の容量をＣ、Ｚ_T＋Ｚ_T′のインダクタンス分をΣ
Ｌ_TとおくとＩ_T＝ω_oＣΔＥ ………(1) となる。

ただしであり、スタコンと短絡点までのインダクタンス
分によつて決まる周波数_oの電流となる。

ここでは原理説明のため、抵抗分は無視して説
明しているが、実際の変圧器でも抵抗分はかなり
小さい値である。保護継電装置の動作時間が１〜
２サイクル（商用周波数ベース）であつて、抵抗
分による減衰振動電流は保護継電器にとつては減
衰分を無視しても大差なく、むしろ動作条件を確
立するためには減衰時定数が十分大きいケースま
で考慮することも必要であつて(1)、(2)式で考えて
おく方が妥当である。

ここに、保護継電装置の入力電流はＩ_P，Ｉ_Sが
商用周波数成分と過渡直流分の合成であるのに対
して、スタコンの接続された３次巻線の電流Ｉ_T
はΣＬとＣで決まる(2)式の_oなる固有振動とな
る。前記従来方式では、動作量として、電流差動
出力 ΣＩ＝Ｉ_P＋Ｉ_S＋Ｉ_T ………(3) を検出し、ΣＩ≠０となるとき動作出力を与える
が、被保護変圧器の励磁突入電流でもΣＩ≠０と
なり、内部事故と変圧器励磁時との識別に励磁突
入電流であるか否かの判定を必要とする。

従来は励磁突入電流の検出のために、(3)式のΣ
Ｉに含まれる第２高調波成分の量によつて、所定
量をこえたら励磁突入電流と判定し、保護継電装
置のトリツプ指令出力をロツクしていた。

しかし、(2)式に示したように、Ｉ_Tには内部事
故であつても第２高調波成分に近い固有振動電流
の発生が考えられ、とくにＣが大容量化するほど
その傾向が強まる。この結果、(3)式を用いて励磁
突入電流と事故の可否を同時に決定すると、変圧
器の内部事故時に不動作の心配がある。

以上の説明は、第１図の３端子変圧器を例にと
り説明したが、これは２端子あるいは４端子以上
の変圧器についても同様である。また、変圧器の
端子にスタコンを接続する場合の他に、水車発電
機として、制動巻線の無い発電機が接続された場
合であつて、発電機の端子短絡に近いような変圧
器の事故点までのインピーダンスが小さい条件で
は、発電機の過渡リアタンスの影響によつて、事
故電流波形が過渡直流分のほかに、過渡交流分の
変化もあり、この結果第２高調波を含むひずみ波
電流となる。

また、これら以外には、ケーブル系を接続する
場合、同期調相設備を接続する場合等において
も、内部事故時に変圧器に第２高調波を供給し、
その結果誤不動作を生じることがあり得る。以下
これらを総称して高調波発生源と称することとす
る。

以上のことから、本発明においては、高調波発
生源を接続する変圧器の保護装置として、内部事
故時に誤不動作を生ずることなく、かつ事故検出
感度を向上することのできる装置を提供すること
を目的とする。

本発明においては、全端子電流を入力とする電
流差動要素と、高調波発生源接続端子以外の端子
の電流を入力とする高調波検出要素と、高調波発
生源接続端子の電圧を入力とする過電圧検出要素
とより成り、３要素の出力状況に応じて事故判定
を行なう。更に、本発明においては過電圧検出要
素の出力を、この変圧器端子のしや断器が閉路し
ていることを条件として出力できるようにする。

すなわち、しや断器が全て閉じられている運転
時には、高調波発生源接続端子以外の端子につい
ては、その端子の通過電流の第２高調波成分を検
出して変圧器の励磁突入電流による誤動作防止を
行ない、高調波発生源接続端子については、端子
電圧が急激に上昇したとき、たとえば、運転初期
の電圧印加時、系統内の事故回復時の励磁突入電
流対策を変圧幅をみる過電圧検出要素を用いて行
なう。しや断器の開閉条件は、高調波発生源接続
端子以外の端子側からのみ通電したときの電圧印
加直後の変圧器事故を検出できるようにするため
に付加したものである。

第３図に本発明の実施例を示し、その記号と動
作について以下説明する。但し、ここでは２端子
の例を示す。

１は変圧器で保護対象物である。６_P1，６_P2は
発電機群である。この発電機６_P側の端子が高調
波発生源接続端子であり、例えば６_P1，６_P2がそ
れぞれ制動巻線のない発電機であつてこれを高調
波発生源とする。そして端子短絡等で過渡的に通
過電流に第２高調波成分が、変圧器の励磁突入電
流時のそれと区別できない程度に含まれることが
あるものとする。

３_A，３_B，３_C，３_D，３_P，３_Sは各々しや断器
である。これらのしや断器は同図の系統の線路の
切替において任意に作動できるもので、たとえ
ば、変圧器１が事故のときには３_P，３_Sを切るこ
ととなる。

２_P，２_Sは変流器であり、以下１１，７で示す
部分へ変圧器１を通過する端子電流波形をそれぞ
れレベル変換して入力信号として供給するための
ものである。１２は電圧変成器であり、６_P1，６
_P2が接続されている高調波発生源接続端子側の変
圧器印加電圧波形をとりだすための変成器であ
る。

１１は周知の電流差動リレーであり、２_Pの入
力信号をＩ_P、２_Sの入力信号をＩ_Sとするとき、Ｉ_P−Ｉ_S＞Ｉ_k ………(4) のとき動作出力“１”を発するものとする。

ただし、Ｉ_kは事故判定レベルである。

また、従来からもあるが、比率差動特性をもつ
リレーでもよく、（Ｉ_P−Ｉ_S）−ｋ（Ｉ_P＋Ｉ_S）＞Ｉ_k ………(5) を動作式とする、いわゆるスカラ和抑制付であつ
てもよい。ｋは抑制係数である。

１１は（Ｉ_P−Ｉ_S）の差電流が動作力となるも
のであり、たとえば変圧器１の内部事故時に、事
故電流波形がひずみ波になつても動作できるもの
とする。

しかるに、Ｉ_P，Ｉ_Sのいずれの波形ひずみに対
しても１１は(4)、または(5)式を満足すれば動作で
きるので高調波発生源６_P1，６_P2からの通過電流
が過渡的に第２高調波成分を含んでも動作でき
る。

しかし、もしも変圧器１の励磁突入電流分が、
(4)あるいは(5)式を満足すると、電流差動リレー１
１は動作する。したがつて変圧器１の励磁突入電
流対策が必要である。

以下、リレー１１を用いた場合の励磁突入電流
に対する誤しや断対策について説明する。同図、
７，８，９，１０に示す部分が、上記の対策要素
である。

７は入力信号の第２高調波成分を検出する高調
波比率検出要素である。７では、入力信号に含ま
れる第２高調波成分が所定の値、たとえば15％な
どに整定するが、この値をこえたときには、動作
して出力“１”を発するものとする。

ここでは、７の入力をＩ_Sのみしかとつていな
いが、これは変圧器１の内部事故時に高調波発生
源である発電機６_P1，６_P2からのひずみ波電流で
７が動作することのないように、入力信号として
Ｉ_Pをカツトしたものである。もちろん、Ｉ_Sにつ
いては、１の事故時には基本波と過渡直流分が大
部分で、７が動作するようなひずみ波の流入はな
いものとするケースである。８は、過電圧検出要
素であるが、これは、単に過電圧を検出するので
はなく、所定時間以前との変化電圧が大で、しか
も電圧上昇側に急変したことを検出でき一定時間
動作をホールドできる電圧上昇幅検出過電圧リレ
ーである。８の入力信号は電圧変成器１２により
とり込むが、その信号はしや断器３_Pと変圧器１
の間の電圧で、３_Pからみて変圧器側線路電圧を
とるようにする。

９は３_Pの開閉条件と同じ内容の開閉信号を得
るための３_Pに連動して動作する補助接点であ
る。１０はインヒビツト回路で、１１が動作か
つ、７が不動作かつ、８は不動作もしくは接点９
が開のときのみ出力が“１”となり、変圧器１の
事故と判定し、しや断器３_P，３_Sにドリツプ指令
を与えるものである。

以上、第３図の構成において、まず第１に３
_P，３_Sを開いている条件から、変圧器１に電圧を
印加する場合を考えてみる。３_Pを先に閉じたと
きには、接点９が閉じ、そして端子ｐに急激に電
圧印加されるために、８が動作状態となり、１の
励磁突入電流によつて１１が動作してもインヒビ
ツト回路１０の端子ｃの入力が“１”となり１０
の出力はでない。よつて励磁突入電流による誤し
や断はない。また、逆に、３_Sを先に閉じて３_Sか
ら電圧を印加する場合には、励磁突入電流に含ま
れる高調波によつて７が動作し１０の端子ａに
“１”を印加するため、１１，７が共に動作して
も最終的に１０の出力は“０”で誤しや断指令は
出ない。このように、本発明によれば、変圧器１
のいずれの端子のしや断器を先に投入しようとも
励磁突入電流による誤しや断は生じない。

次に、内部事故が発生している状態でしや断器
を投入したときの動作について説明する。まず３
_Sを先行投入したときには、よく知られているよ
うに変流器２_Sにより取り出された事故電流Ｉ_Sに
は高調波比率検出要素７が動作するほどの高調波
は含まれていないので７は動作しない。そして電
流差動要素は当然動作するのでインヒビツト回路
１０の出力はその端子ｃに加わる信号で決まる。
しかるに過電圧検出要素８の動作如何に関わら
ず、接点９が開放のため、端子ｃの入力は“０”
であり、変圧器は確実に開放される。次に３_Pよ
り投入したときは、内部事故により変圧器１の端
子電圧低下のため、８が不動作となり、端子ｃの
入力は“０”、電流作動要素１１は動作してその
出力は“１”となる。そして、高調波比率検出要
素７は不動作であるから１０は動作出力を与え
る。このように、内部事故状態でしや断器を投入
しても確実に保護される。

最後に、通常の運転状態における外部事故と内
部事故時の対応について考えてみる。まず、外部
事故発生のときは１１が不動作のため、１０は動
作出力を与えない。尚、外部事故回復後のしや断
器投入による励磁突入電流によつて誤しや断する
ことが心配になるが、このときには、高調波比率
検出要素７、過電圧検出要素８の動作によつて、
電流差動要素１１が動作してとしても、インヒビ
ツト回路１０においてロツクすることができる。

また、１の内部事故時には、７，８は不動作で
あり電流差動要素１１が動作するので保護可能で
ある。

以上述べたように本発明の装置は高調波発生源
を接続する変圧器における内部事故の際の誤不動
作を生じず、その他の場合においても正確に動作
し得る。

第４図は、第３図の８の部分についての具体実
施例を示す。その記号と動作について説明する。
入力信号電圧を整流器２１で整し、平滑フイルタ
２２でリツプルを取り去り、直流信号にする。

２３は直流レベルのメモリ回路で、たとえば、
コンデンサと抵抗を用いて、コンデンサの充・放
電時間をコントロールしてもよい。

２４は加算器で、２３のメモリ出力との差、す
なわち、入力電圧の上昇分電圧を算出するもので
あり、２５はレベル判定器である。２４の出力が
所定以上のときに２５は動作信号を発生する。

２６はタイマーであり、２５の動作信号を受け
て、所定時間、すなわち、第１図Ｉ_Pの信号が、
励磁突入電流分とするとき、同図１１の動作が消
去するまでの時間以上動作できるようにする。

以上によつて、変圧器の内部事故時にひずみ波
が流入するおそれのある系統では、第１図と同じ
考え方で、６_P1，６_P2が制動巻線のない発電機に
限らず、要は変圧器端子の一部に高調波発生源を
接続する場合の全てに応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の適用され得る変圧器と送電
系統を示す図、第２図は第１図の高調波発生源が
スタコンであつて、変圧器内部事故のときの電力
系統の等価回路を示す図、第３図は本発明の一実
施例図、第４図は第３図の一部を詳細に示した図
である。１……変圧器、２……変流器、３……しや断
器、７……高調波検出要素、８……過電圧検出要
素、９……しや断器３_Pの接点、１０……インヒ
ビツト回路、１１……電流差動要素。

Claims

【特許請求の範囲】１変圧器端子の一部に高調波発生源が接続され
ている変圧器の保護継電方式において、変圧器の
全ての端子を流れる電流を検出する電流検出要
素、検出された電流からそれらの電流のベクトル
和を演算して変圧器をしや断する方向の第１の出
力を得る電流差動要素、前記高調波発生源に接続
された変圧器端子を除く全ての変圧器端子を流れ
る前記検出された電流からそれらに含まれる第２
高調波成分を導出しこの第２高調波成分に応じて
変圧器しや断を阻止する方向の第２の出力を得る
高調波比率検出要素、前記高調波発生源に接続さ
れた変圧器端子の端子電圧の上昇を検出し変圧器
しや断を阻止する方向の第３の出力を得る過電圧
検出要素、前記第１と第２と第３の出力により変
圧器しや断出力を得る論理要素からなることを特
徴とする変圧器保護継電方式。２変圧器端子の一部に高調波発生源が接続され
ている変圧器の保護継電方式において、変圧器の
全ての端子を流れる電流を検出する電流検出要
素、検出された電流からそれらの電流のベクトル
和を演算して変圧器をしや断する方向の第１の出
力を得る電流差動要素、前記高調波発生源に接続
された変圧器端子を除く全ての変圧器端子を流れ
る前記検出された電流からそれらに含まれる第２
高調波成分を導出しこの第２高調波成分に応じて
変圧器しや断を阻止する方向の第２の出力を得る
高調波比率検出要素、前記高調波発生源に接続さ
れた変圧器端子の端子電圧の上昇を検出し該端子
のしや断器が閉路していることを条件として変圧
器しや断を阻止する方向の第３の出力を得る過電
圧検出要素、前記第１と第２と第３の出力により
変圧器しや断出力を得る論理要素からなることを
特徴とする変圧器保護継電方式。