JPS62293928A - 比率差動継電方式 - 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】 ３、発明の詳細な説明 Ａ、産業上の利用分野 本発明は電力系統における発電機、変圧器、母線などの
保護に適用される比率差動８電器における変流器飽和に
よる誤動作の防止をはかる比率差動ａｒｔ、方式に関す
る。

Ｂ６発明の概要 発電機、変圧器、母線など保護対象に接続された回線の
電流を変流器を介してとり込み、そのベクトル和（差電
流）Ｉｎを動作量、スカラー和（抑制電流相Ｒを抑制量
とし、設定抑制率に、設定リレー動作感度ＫＯを用いて
比率差動演算ＩＤ−ＫＩＲ＞Ｋ。

を行ない動作判定を行なう比率差動継電器において、前
記リレー動作感度ＫＯとは逆極性の検出レベルＫＯ’を
設け、事故発生より一定時間内において、１ｏ　　ＫＩ
Ｒ＝Ｙなる判定量が時間の経過と共に順次０　＞Ｙ＞Ｋ
Ｏ’、　　ＫＯ’＞Ｙ、　　Ｏ＞Ｙ＞ＫＯ’、　　Ｙ＞
ＫＯなる演算を成立さす場合は変流器飽和を伴なう外部
事故と判定して前記リレー動作判定出力をロックして誤
動作を防止する比率差動継電方式である。

Ｃ１従来の技術 比率差動継電器は電力系統における発電機、変圧器、母
線などの保護に多く適用されている。これらの保護継電
器では周知のように保護対象に接続された各回線の電流
のベクトル和（差電流）を動作量とし、一方前記電流の
スカラー和（抑制電流）を抑制量として、それらを比率
差動演算してその結果を判定することで内部事故を検出
している。

即ち、母線保護に比率差動継電器を適用した従来例を第
７図に示す。図においてＢは母線、ＣＴ。

〜ＣＴｎは変流器、Ｌ＋〜Ｌｎは回線、Ｆは事故点、Ｃ
Ｔｌ１〜ＣＴｎ、は補助変流器、■は差電流演算回路、
２は抑制電流演算回路、３はリレー動作判定回路である
。この母線保護継電器の動作原理は次の通りである。即
ち変流器ＣＴ、＝ＣＴｎおよび補助変流器ＣＴ、、〜Ｃ
Ｔｎ＋を通し各回線の電流１．〜ｉｎを導入しこれらの
電流から 差電流　１ｎ＝　ｌ　Ｌ＋　：ｘ＋−＋　ｉｎｌ　＝　
ｌ　、Σ　１１１・・・（ベクトル和） 抑制電流ＩＲ＝　ｌｉｄ　＋１ｉｔｌ　＋　・＋　１ｉ
ｎｌ　−、Σ　１ｔｉ１１＝１ ・・・（スカラー和） を差電流演算回路ｌおよび抑制電流演算回路２において
算出し、前記差電流１０および抑制電流ＩＲをリレー動
作判定回路３に供給しＩｎ　　ＫＩＲ＞ＫＯ（但しＫは
抑制率、　ＫＯはリレー動作感度）なる式に基づいて比
率差動演算しリレー動作判定を行なう。

前記ＫＩＲは変流器群で囲まれた保護対象領域外の事故
、即ち外部事故時の変流器誤差により生ずる差電流によ
って誤動作しないよう抑制を行なうもので、一般にＫは
１以下に選定される。変流器群で囲まれた保護対象領域
内の事故、即ち内部事故にあっては差電流ＩＤが抑制電
流１ａより大きくなるので比率差動＠！電器は確実に動
作するが、外部事故にあっては差電流Ｉｎが生じないた
め当然比率差動継電器は動作することはない。

然しなから、この保護動作が確実に誤りなく行なわれる
ためには、回線通過電流の検出に使用する複数の変流器
の特性が一致していることが条件となる。若しこれらの
変流器の間に特性の差があると、その相当分だけ差電流
Ｉｎが生じ比率差動継電器は誤動作することとなる。な
お母線保護に比率差動Ｕ電器を使用する場合は一般に端
子数が多いため若し変流器間に特性上の差があると大き
な差電流Ｉｎが流れることとなる。

また、第８図のような多端子母線保護系統即ち電源Ｐ　
ｌ””　Ｐ　３に夫々つながる回線Ｌ１〜Ｌ３１回線Ｌ
４および負荷ＬＤ５．　ｔ、Ｄｅに夫々つながる回線り
６．　Ｌ、に接続された母線Ｂを比率差動継電器によっ
て保護する場合に、例えば回線Ｌ４の保護対象範囲外で
短絡が発生すると、各回線の通過電流を検出する変流Ｂ
ＣＴ、　〜ＣＴｏの白変流器ＣＴ、−ＣＴ、に夫々Ｆｉ
流■が流れるとすれば変流器ＣＴ４にはおよそ３倍の大
きな過渡電流が流れるので、変流器ＣＴ、は飽和しその
２次電流は減少する。従って差電流Ｉｎは零とならず変
流ＢＣＴ４の２次電流が減少した分だけ差電流１０が発
生することとなり比率差動継電器は誤動作することとな
る。

従来このような母線保護継電器における変流器の飽和現
象への対策として、変流器の差動回路に高インピーダン
スを接続して変流器が飽和しても動作しない電圧差動ｕ
ＩＩ器を比率差動Ｕ電器と併用する方式や通過電流が大
きくなるに従い比率差動継電器の抑制率Ｋを増大する方
法がとられている。

Ｄ１発明が解決しようとする問題点 上記のような対策がとられても事故電流に直流分が多く
含まれ変流器が完全に飽和状態に達した場合には、２次
電流が殆んど流れないため比率差動ｕＴＩｉ器の誤動作
を完全に防止することは不可能である。

本発明はこのような欠点にかんがみなされたもので、変
流器の飽和を伴なう外部事故時におけるＩＤＫＩＲなる
判定量の特異な経時変化パターンを検出し比率差動継電
器の誤動作を防止する比率差動継電方式を提供すること
を目的とするものである。

Ｅ３問題点を解決するための手段および作用初めに本発
明の原理を第１図〜第３図に基づき説明する。図中の記
号で第７〜８図と同一記号は同一または相当部分を示す
。

第１図は説明の対象とする３端子母線保護系統である。

先に従来例で述べたように保護対象である母線Ｂに接続
された３回線の通過電流ｉ、〜ｉ、を夫々変流器Ｃ’Ｔ
＋〜ＣＴ３を介して導入し、それらの電流のベクトル和
（差電流用ｏ−１：＋＋　ｌｔ＋　１３１を動作量とし
、またスカラー和（抑制電流）ｌＲ＝　ｌｉｄ　＋　ｌ
ｉｄ＋１１，１を抑制量として、比率差動演算して動作
判定を行なう比率差動保護継電器においては、Ｉｎ−Ｋ
ＩＲ＞ＫＯなる方程式の判定によって動作が決定される
が、このＩＤＫＩＲなる判定量が事故の種類、即ち内部
事故、外部事故、変流器の飽和を伴なう外部事故によっ
て、第２図の判定量の経時変化パターンにおけるＲ、Ｓ
、Ｔパターンのように異なる。即ち内部事故の場合はＲ
パターンが示すように事故発生と同時に差電流ＩＤが生
ずるので、判定１１１０　　ＫＩＲは定常値Ｍより正方
向へ増加し始めやがてリレー動作感度ＫＯより大となり
比率差動継電器は動作することとなる。一方変流器の飽
和を伴なわぬ外部事故、例えば回線電流が小さいかある
いは直流分を殆んど含まない場合には、差電流Ｉｎは生
じないので判定ｆｉｌｏ　　ＫＩＲは事故発生と同時に
Ｓパターンの示すように負方向に増大し、従って比率差
動継電器は動作することはない。

次に事故回線電流に含まれる直流分が大きく変流器が飽
和するような外部事故の場合につき説明する。

令弟１図の回線Ｌ３の変流器ＣＴ３の外部に短絡事故が
発生した時の変流器ＣＴ、の磁束φはφ＝Ｊ、’　ＥＮ
ａｌＪｚｓｉｎθｄＯ＝　Ｅ　Ｎ　Ｉ　３Ｒ３（１−ｃ
ｏｓ　Ｅ）　）であり、従って位相角θ＝πにおいては
φｍａｘ＝　　２　Ｎ　ｌ３Ｒ３となる。但しＮ３は変
流器ＣＴｓの２次巻線数、ｌ　３／は変流器ＣＴ３の２
次電流、Ｒ３は変流器ＣＴ３の負担抵抗である。

即ち、変流器ＣＴ、が飽和する場合、短絡事故が発生し
て１次に大電流が流れても直ぐ変流器ＣＴ。

が飽和磁束φｍａｘに達することはなく一定時間を要す
る。即ち第３図の変流器ＣＴ、飽和外部事故時のＣｒ２
の電流、磁束特性の（ａ）に示すような１次電流が変流
器ＣＴ３に事故電流として流れても同図（ｂ）に示すよ
うに変流器ＣＴ３の磁束φは事故発生時点よりπラジア
ン程度の時間を経過してから飽和磁束φｍａｘに達し、
同時に変流器ＣＴ３の２次電流１３′は同図（Ｃ）のよ
うに急減する。なお、変流器ＣＴ、の２次電流１３／が
大きい場合には飽和磁束φｍａｘに達する時間はπラジ
アンより早くなる。従って適用される系統の最大短絡電
流と変流器の定格電流を適当に選択することによって短
絡電流が流れると同時に飽和磁束φｍａｘに達すること
がないようにすることが可能である。従って殆んどのケ
ースでは変流器が飽和するのに一定時間が必要とされる
。

この事実は外部事故が発生し一定時間、即ち飽和状態に
なるまでの時間が経過するまでは第３図における変流器
ＣＴ、の２次電流ｆ　ｓ’がほぼ変流器ＣＴ３の１次電
流１３と殆んど同時に生ずることが判る。

従って、この間、即ち第３図におけるＯから約πラジア
ン迄は判定量１ｏ　　ＫＩＲは第２図のＴパターンのよ
うになり、変流器が飽和しない場合の外部事故のＳパー
ターンと同じ経過をたどる。

併しπラジアンを過ぎると変流器の磁束が飽和磁束φｍ
ａＸに達するので変流器は飽和し２次電流１３′は急減
し、従って差電流１０が生じ判定量１Ｏ−ＫＩＲは急速
に正方向に増大し始め、やがてリレー動作感度ＫＯを超
えるので従来方式では誤動作をさせることとなる。

なお、その後直流分が回線の時定数に従って減少するに
つれ、判定量１ｎ　　Ｋｌａはリレー動作感度ＫＯを負
方向に横切って低下してゆき、最終的には外部事故のＳ
パターンに落ちつく。以上のように変流器の飽和状態を
伴なう外部事故の場合は判定ｆｆ１ｌｏ−ＫｌａはＴパ
ターンのような特異な経時変化を伴なう。

従って、このＴパターンを検出し、リレー動作出力であ
るトリップ信号を抑止すれば変流器飽和現象を伴なう外
部事故による誤動作を防止できるわけである。

このＴパターンを検出するために、第２図に示すように
リレー動作感度ＫＯとは逆極性の負側にＫＯ’なる検出
レベルを設ける。事故のない定常状態では判定ｉ１ｏ　
　ＫＩＲは０〜ＫＯ’の間の負の一定値Ｍにある。変流
器の飽和を伴なう外部事故が発生しても一定時間が経過
するまでは抑制電流ＩＲが大きくなって検出レベルＫＯ
′を超えて更に判定ｆｉｌｏ−ＫＩＲは負方向へ増加す
るが、時間の経過と共に、方向反転して正方向に増加し
始め、検出レベルＫ。′をこえ０〜ＫＯ’領域を通過し
た後正領域に入りリレー動作感度ＫＯを超えるというパ
ターンをたどる。

即ち事故発生より一定時間の間に判定ｆｆ１ｌｏ　　Ｋ
ｌａ−Ｙの値が０　＞　Ｙ　＞ＫＯ’、　ＫＯ’＞　Ｙ
　、　０　＞　Ｙ　＞ＫＯ’。

Ｙ＞ＫＯなる関係を順次満足した場合は外部事故により
変流器の飽和が発生したと判断し比率差動継電器を動作
しないようにするものである。なお、リレー動作感度Ｋ
Ｏを０としてＩＤ　ＫＩＲ＞０の判定を用いても良い。

以上の原理に基づく本発明は、機器、母線などの保護対
象に接続された複数の回線の通過電流を夫々変流器によ
り導入し、そのベクトル和を動作１ｔｌｏ、スカラー和
を抑制量＋ａとし、抑制率におよびリレー動作感度ＫＯ
を設定し、判定量Ｙ　＝　Ｉｎ　Ｋｌｉ＞ＫＯなる比率
差動演算を行ない動作判定を行なうようにした比率差動
継電器において、前記リレー動作感度ＫＯとは逆極性の
検出レベルＫＯ’を設は事故発生時刻より一定時間以内
に前記判定量Ｙの経時変化パターンが順次次の関係式 ％式％ を充足する場合には前記動作判定出力をロックするよう
にした比率継電方式である。

Ｆ、実施例 以下に本発明の一実施例を第４図のブロック図、第５図
のフローチャートに基づいて説明する。これらの図にお
いて第１〜３図、第７図、第８図の記号と同一の記号は
同一または相当部分を示す。

第４図において、４は判定量演算回路で、Ｙ　＝　Ｉｎ
ＫＩＲの演算を行なう。５は判定量の経時変化パターン
判定回路で、そのパターン変化の推移状態を監視して変
流器飽和を伴なう外部事故を判定した時にトリップロッ
ク信号を送出し、トリップ信号の送出を抑止するもので
ある。これに対しリレー動作判定回路３は、前述のよう
にリレー動作感度ＫＯに対して監視するものである。６
はタイマであり、前記リレー動作判定回路３の出力を受
けＯＮディレィ動作する。このタイマ６のＯＮディティ
タイムＴＯはリレー誤動作を防止するため変流器飽和を
伴なう外部事故時のＴパターンがリレー動作感度ＫＯに
達する時間ｔｓより大きく設定する。７はインヒビット
付ＡＮＤ回路であり、Ｃは事故検出信号で、例えば不足
電圧継電器あるいは接地継電器などの出力である。

次に本実施例の動作を説明する。保護対象である各回線
Ｌ＋−Ｌｎに設けられた変流器ＣＴ、−ＣＴｎおよび補
助変流器ＣＴ、、〜ＣＴｎ＋を介して回線電流Ｌ−！ｎ
をとり込み夫々第５図のフローに０．１０１の１．Σ１
ｉｉ１なるベクトル和演算、フローＮＯ，１０２の、Σ
　１１１１＋＝１ なるスカラー量演算を行ない差電流ＩＤ、抑制電流ｌａ
を算出する。これらの差電流１０および抑制電流ＩＲは
リレー動作判定回路３および判定量演算回路４へ送られ
る。判定量演算回路４においては、フローＮＯ，ＬＯ３
のＩｎ−ＫＩＲの演算が常時行なわれ判定１ｉＹが算出
され、その出力は判定量の経時変化パターン判定回路５
へ送られる。

判定量の経時変化パターン判定回路５は、事故検出信号
例えば不足電圧Ｕ電器の出力信号を受信したことを条件
に、フローＮＯ，１０５〜１０８の判定動作を開始する
。先づフローＮＯ，１０５のＯ＞Ｙ＞ＫＯ’の判定が行
なわれるが、始め定常状態にあるので０　＞　Ｙ　＞　
ＫＯ’のＹＥＳ判定が続くが、この領域を抜けると、Ｎ
Ｏ判定が成立し次のフロー！１０．１０６のＫＯ’＞Ｙ
の判定が行なわれる。

事故が内部事故（Ｒパターン）であれば、ＮＯ判定がく
り返されるが、そのうちにリレー動作判定回路３におい
てフロー　！ｉｏ、ｌＱ４のＩｎ　　Ｋ　ＩＲ＞　ＫＯ
のＹＥＳ判定が成立し、その出力によってフローＮＯ，
１０９のタイマ６の起動が行なわれ、ＯＮディレィタイ
ムＴ。

の後にタイマ出力がトリップ信号として送出される。

一方、事故が外部事故（Ｓパターン）あるいは変流器飽
和を伴なう外部事故（Ｔパターン）であれば、フローＮ
Ｏ，ＩＱ６のＫＯ’＞Ｙ判定は直ちにＹＥＳ判定が成立
し、次のフローＮＯ，１０７のＯ＞Ｙ＞ＫＯ’判定が行
なわれる。先づ外部事故（Ｔパターン）の場合にはＮｏ
判定がくり返され続き、勿論リレー動作判定回路３より
出力が生ずることはない。併し、変流器飽和を伴なう外
部事故（Ｔパターン）の場合はＹＥＳ判定が成立し、次
のフローＮＯ，１０８のＹ＞Ｎｏ判定が行なイつれＮｏ
判定をくり返した後、Ｔパターンがリレー動作感度ＫＯ
をこえるとリレー動作判定回路３でフローＮＯ，１０４
の１ｏ−ＫＩＲ＞ＫＯの判定が成立し、その出力により
タイマ６が起動される。然しなから同時にフローＮＯ，
１０ｇのＹ＞ＫＯのＹＥＳ判定が成立するので、判定量
の経時変化パターン判定回路５よりトリップロック信号
が送出されＡＮＤ回路７はインヒビットされるのでトリ
ップ信号は阻止されることとなる。以上の動作によれば
判定量の経時変化パターン判定回路５においてフローＮ
Ｏ，１０５〜１０８の４つの判定０　＞Ｙ＞ＫＯ’、　
ＫＯ’＞Ｙ、　Ｏ＞Ｙ＞　ＫＯ’　、　Ｙ　＞　ＫＯが
、系統の最大短絡電流と変流器の定格電流より適切に選
定した一定時間内に成立する場合は、変流器飽和を伴な
う外部事故（Ｔパターン）でありトリップ信号をロック
して比率差動継電器の誤動作を阻止することが可能であ
る。

第６図は変流器飽和を伴なう外部事故時の実測結果であ
り（ａ）は判定回路を示し、電源Ｐ、をもつ１回線系統
に定格２００Ａ１５Ａの同じ変流器ＣＴ、。

ＣＴ２を設置し外部短絡事故を発生させた所である。

（ｂ）、　（ｃ）は事故発生時の変流器１次電流、２次
電流の実測波形を示すものであり、１次電流としてピー
クで定格の１４倍に当る２８０ＯＡの場合には３π／４
ラジアンのおくれで、１次電流としてピークで定格の８
７倍に当るＬ７４００Ａの場合はπ／２ラジアンのおく
れで変流器の飽和現象が生じていることを示している。

なお以上に述べた処理はコンピュータで実施しうろこと
は勿論である。

Ｇ０発明の詳細 な説明したように、本発明は保護対象に接続された複数
の回線の電流を夫々変流器を介して導入し、それらのベ
クトル和である差電流Ｉｎ（動作量）、スカラー和であ
る抑制電流１ａ（抑制量）を算出し、設定したリレー動
作感度ＫＯとにより判定量Ｙ＝Ｉｏ　　ＫＩＲを求めＹ
＞ＫＯなる動作判定を行なう比率差動継電器において、
前記リレー動作感度Ｋ。

とは逆極性の検出レベルＫＯ’を設け、事故発生より一
定時間以内に前記判定量Ｙの経時変化パターンが順次０
　＞　Ｙ　＞ＫＯ’、　ＫＯ’＞　Ｙ　、　Ｏ＞　Ｙ　
＞ＫＯ’。

Ｙ＞ＫＯの関係が成立する場合動作判定出力をロックす
るようにした比率差動継電方式であるので、変流器に飽
和が生ずるような外部事故でも誤動作を完全に防止され
る。また誤動作防止のために比率差動継電器に高インピ
ーダンス電圧差動継電器を併用する必要がなくなり、比
率差動Ｕ電器そのものに飽和対策をほどこしているので
その効果は非常に大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は３端子母線保護系統図、第２図は判定量の経時
変化パターン、第３図は変流器飽和を伴なう外部事故時
の変流器ＣＴ、の電流、磁束特性、第４図は本発明の実
施例を示すブロック図、第５図は本発明の実施例のフロ
ーチャート、第６図は変流器飽和を伴なう外部事故時の
実測結果を示す特性図、第７図は従来の比率差動継電器
、第８図は多端子母線保護系統図である。 １・・・差電流演算回路、２・・・抑制電流演算回路、
３・・・リレー動作判定回路、４・・・抑制量演算回路
、５・・判定量の経時変化パターン判定回路、６・・・
タイマ、７・・ＡＮＤ回路、１０１〜１０９・・・フロ
ーチャートステップＮｏ、、Ｂ−・・母線、Ｌ、〜Ｌｎ
・・−回線、ＣＴ、　〜ＣＴｎ・・・変流器、ＣＴｎ−
ＣＴｎ＋・・・補助変流器、１．１１〜ｉｎ・・・回線
電流、ＬＤ４〜ＬＤ５・・・負荷、ＩＤ・・・差電流（
動作量）、ＩＲ・・・抑制電流（抑制量）、Ｙ・・・判
定量、Ｋ・・・抑制率、ＫＯ・・・リレー動作感度、Ｋ
Ｏ’・・・検出レベル、φ・・・変流器磁束、φｍａＸ
・・・変流器最大磁束、ＴＤ・・・タイマのＯＮディレ
ィ時間。 「０　　　　　　　　　　　　　上Ｊ１＋ｌ＼ノ　　　
　　　　　　　　　　！　　　　　　　〜ノぐ　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　Ｃす第６図 ＣＴ？２岸口外自ｐ１１故吟の宴澄ノ紹菜。 （ａ）　８１１定回路 （１））＊ｉ’１ｆｆｉ形１　（Ｑ和Ｆ　３　Ｘ／４７
）了シワくれ）（ｃ）実】・１．α形２（！２和つく馬
りラノ了ンｈ＜れ）第７図 従来例の比率層上継電器 第８図 今満子母ｔａ保１系統図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機器、母線などの保護対象に接続された複数の回
   線の通過電流を夫々変流器により導入し、そのベクトル
   和（差電流）を動作量Ｉ＿Ｄ、スカラー和（抑制電流）
   を抑制量Ｉ＿Ｒとし、且つ抑制率Ｋおよびリレー動作感
   度Ｋ＿Ｏを設定し、判定量Ｙ＝Ｉ＿Ｄ−ＫＩ＿Ｒ＞Ｋ＿
   Ｏなる比率差動演算を行ない動作判定を行なうようにし
   た比率差動継電器において、 前記リレー動作感度Ｋ＿Ｏとは逆極性の検出レベルＫ＿
   Ｏ′を設け、事故発生時刻より一定時間以内において前
   記判定量Ｙが時間の経過と共に順次次の関係式 ０＞Ｙ＞Ｋ＿Ｏ′、Ｋ＿Ｏ′＞Ｙ、０＞Ｙ＞Ｋ＿Ｏ′、
   Ｙ＞Ｋ＿Ｏを充たす場合に前記動作判定出力をロックす
   るようにしたことを特徴とした比率差動継電方式。
2. （２）検出レベルＫ＿Ｏ′を０とした特許請求の範囲第
   １項記載の比率差動継電方式。