JPS63117617A - １線地絡事故検出リレ−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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は電力系統の抵抗接地系における１線地絡事故を
検出する１線地絡事故検出リレー方式に関するものであ
る。

（従来の技術） 抵抗接地系における地絡事故検出リレー方式としては、 （１）零相電流Ｉ０によシ動作する地絡過電流リレー方
式、 （１１）零相電流Ｉ０と零相電圧ｖ０よシ事故点の方向
を判定する地絡方向リレー方式、 ｑｌｌ）並行２回線の零相電流の差によシ事故回線を選
択する地絡電力平衡リレー方式、 Ｑψ保護区間両端に設置された地絡方向リレーの動作条
件を、電力線搬送またはマイクロ回線等の通信回線を介
して総合比較することによシ区間内部事故の検出を行な
う方向比較キャリアリレー方式、等が送電線を対象とし
た代表的保護方式と云える。その他、母線あるいは変圧
器には独自の方式もあるが、基本的には上記方式で代表
することができる。

更Ｋ、１線地絡事故時には零相電圧ｖ０が生ずるため、
このｖｏがある一定値以上になったことを検出する地絡
過電圧リレー方式があシ、通常は前記した（１）〜（ｉ
Ｖ）の方式と組合せて、フェイルセーフ機能を目的とし
て事故検出リレーとして適用されている。

従来、この地絡過電圧リレーは零相電圧Ｖ。がある一定
値Ｖ。Ｋよりも大きい時に動作する方式である。即ち、
第８図に示す３相電圧の対地電圧ベクトルをＶＡ、　Ｖ
、　、　Ｖ、とすれば、零相電圧は対称座標法から、 ｖＯＦ　＝　　（ＭＡ　＋　Ｖ、　＋　ＶＣ）　　　・
・・（１）で表わされることは周知の通シである。

第８図のＧはＡ相地絡時にＡ相電圧ベクトル頭′に大地
電位が移動したことを示している。更に、本図中のＮは
３相電圧ベクトル頭を結ぶ三角形の重心を示し、擬似中
性点と呼称されている。従りて（１）式で示される零相
電圧成分は、第８図中のＧ−８間の電圧ｖＯＮとなる。

同図に点線で示す円は地絡過電圧リレーの動作値に相当
するもので、 １’１０ＦＩ　＞　ＶＯＫ　　　　　　・・・（２）を
満足する時に動作するもので、大地電位Ｇが擬似中性点
Ｎを中心とする半径Ｖ。Ｋの外にある時に動作すること
を示している。なお零相電圧ｖ０は１線地絡時のみなら
ず、２線地絡時にも発生する。

第９図にＢＣ相２線地絡時の電圧ベクトルを示す。各相
電圧ベクトル頭Ａ、Ｂ、ＣはＡ　、　Ｂ’、　Ｃ’のよ
うに変化し、大地電位ＧｉｄＢ’−Ｃ’間の略中心にく
る。この場合も零相電圧検出レベルＶ。Ｋ？越えている
ため、動作する傾向にある。

以上説明したように、地絡過電圧検出リレーは、１線地
絡事故は勿論のこと、２線地絡事故時でも動作する。し
かし抵抗接地系統の地絡事故に際しては、２線地絡事故
モードが短絡現象に近く、事故時に流れる電流が大きい
ため高速度に事故金除去する必要がある。そのため、１
線地絡を２線地絡事故を識別する必要がある。そして一
般的には短絡優先方式が採用されている。このことは線
間電圧の低下で動作する不足電圧リレーにて短絡事故を
検出し、この短絡事故検出時に地絡リレーによる引外し
回路を阻止する方式である。

（発明が解決しようとする問題点） 上記した不足電圧リレーによる短絡優先方式でありても
、例えば第１０図に示すように、リレー設置点Ｒの背後
インピーダンスＺＢと事故点までの線路インピーダンス
ｚＬとの大小如何によっては、２線地絡時においても電
圧が殆んど低下せず、前述した短絡優先が効かず、その
結果地絡リレーの不正動作全招くことがある。即ち、リ
レー設置点電圧ｖ８は第１０図から次式で与えられる。

式中、下記条件下では、ｖＲは殆んど低下せず、不足電
圧検出リレーが動作せず、短絡優先が効かなくなる。

更に、抵抗接地系の１線地絡時の電圧現象として、事故
点からみる零相インピーダンスｚ０と逆相（又は正相イ
ンピーダンス）インピーダンスｚ２との間に大小が生じ
、かつこれらの間に位相差が生じると、事故時に発生す
る零相電圧ｖ０は事故発生前の電圧ｖＡとの間に位相差
が生じ、前記した第８図のベクトルとは異なる傾向にな
る。

第１１図に１線地絡時の対称分等価回路を示す。

即ち、事故点の零相、逆相電圧を事故点の事故前正相電
圧Ｅ＆Ｆで示すと下式となる。

乙す。

但し、事故点抵抗がない場合の例を示している。

（２）　Ｉ　（３）式で示されるＶ。２と２ｖ２２のＥ
。に対するベクトルの関係は第１２図のようになる。即
ち、三角形ＮＡＧ（ＤＡ−０間電圧は２Ｖ２．　、Ｇ　
−Ｎ間はｖＯｒで示される。同図でθ及びｋは で示される。

ここでＧ点は、図中にてθを一定とする場合、Ｎ−Ａ１
弦とし、円周角が（ＩＣ−〇）の円弧上にあり、ＧＡ：
ＧＮ＝１：にとなる点にある。従ってｋが大きくなると
零相電圧と事故前事故点電圧との間の位相角αは大きく
なる傾向にある。従りて接地抵抗の低い低抵抗系統の１
線地絡事故では零相電圧が十分に発生せず、事故点事故
前電圧と位相角が大きく変化して、１線地絡事故現象を
確実に検出できなくなる場合が生じる。

本発明は上記状況に鑑みてなされたものであシ、１線地
絡事故のみに応動する１線地絡事故検出リレー方式を提
供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するための構成を、実施例に対応する第
１図を用いて説明すると、本発明は、電力系統からの３
相電圧中の２相間電圧量を所定の位相角だけ進ませる第
１の手段１０１と、この２相電圧以外の相電圧を基準と
する逆相電圧量を求める第２の手段１０２と、第１の手
段にて得られた電圧量に所定の定数を乗じて得られる電
圧量と第２の手段にて得られる電圧量との和全求める第
３の手段１０３と、前記した３相電圧量から得られる零
相電圧量と前記した第３の手段にて得られる電圧量との
内積を求める第４の手段１０４と、零相電圧量と第３の
手段で得られる電圧量との外積値の絶対値を得る第５の
手段１０５と、前記した零相電圧量の大きさが所定の大
きさ以上であること、前記した第４の手段の内積値が所
定のレベルより小であること、及び前記した第５の手段
で得られる外積値の絶対値が所定の値よυ小であること
を判断する第６の手段とから構成した。

（作用） 先ず、第１の手段１０１にて１線地絡時に変化しない健
全相聞電圧を９０’進ませた電圧ｉ’を得る。

第２の手段１０２では前記した相間電圧以外の相電圧を
基塩にして逆相電圧量を求め、との逆相電圧と第１の手
段にて得られた電圧との和をとって、第３の手段１０３
にて基準電圧を得る。この基準電圧は、地絡事故時に逆
相電圧が原因して事故前電圧から生ずる位相ずれを考慮
した電圧でおる。

第４の手段１０４では事故時に発生する零相電圧と第３
の手段１０３から得られる基準電圧との内積を求めてベ
クトル面上の象限全特定し、第５の手段１０５では前記
電気量の外債値を求める。

第６の手段１０６では事故時に発生する零相電圧の設定
値を決め、前記第４の手段１０４の出力結果及び第５の
手段１０５の出力結果によりて零相電圧の存在領域を特
定し、これが基準電圧を境に士所定の範囲内にあるとき
、１線地絡と判定して出力するよりにしている。

（発明の基本的な考え方） 第１２図にて既に説明した通υ、零相電圧Ｖ。。

は、事故点事故前電圧に対して事故点からみた零相イン
ピーダンスの大きさと位相によって変化する。即ち、２
　が容量性の場合は、同図中θが正方向で同図中Ｎ−Ａ
の右側、又、リアク）ｙ補償等が入った場合はθが負方
向でＮ−Ａの左側の領域に大地電位Ｇが入りてくる。こ
れに対して２線地絡時の大地電位Ｇは第９図のＢ−０間
の中心付近に存在する。

要するにΔＡＢＣで示される３相電圧ベクトル頭で、１
線地絡・と２′Ｉｍ地絡時の大地電位の存在域が明らか
に異なりていることがわかる。この存在域の差を識別し
ようとするものである。そこで本発明では１線地絡相金
検出するために、１線地絡時に変化しない健全相間電圧
量を用い、この電圧量を基単にして零相電圧量が所定の
位相角内にあるか否かを判定しようとするものである。

この場合、地絡時に発生する逆相電圧によりて大地電位
が事故前電圧から位相ずれを起すことに着目し、前記信
金相間電圧と逆相電圧全合成した電圧を基準電圧とする
ことによシ、大地電位側にシフトして高感度な検出を行
なうようにしている。

以下第３図により人相リレーの場合を例に基本的な考え
方を説明する。同図中、ＮＱ　、　ＱＰ　、　ＭＰは下
式で示される電圧量である。

ＮＱ　＝　ｋ、Ｖ！１ｃＺ９０’　　　　　　　−（５
）ＱＰ”　ｋ２ｖ２Ｆ　　　　　　　　　＝　（６）Ｎ
Ｐ＝に、ｖＢｃＺ９０°＋　ｋ２Ｖ２．　　　・（７）
なお、ｋ、　＃　ｋ２はスカラ一定数、Ｖ、ｃ／９０°
は人相に対向するＢＣ相間電圧ヲ９０°位相を進めた電
圧量であシ、ｖ２．は人相基準の逆相電圧量を示す。

そして図に示されるように、合成された電圧ベクトル量
ＮＰ　４基準にし、前記基準に対して角度士ψ内に大地
電位があることを検出するようにすれば、人相１線地絡
を検出することができる。但し、零相電圧Ｖ。Ｆの大き
さが、当然のことながら設定値Ｖ。８以上であることを
条件に付加することが必要である。Ｂ相、Ｃ相について
も同様の考えによシ、■。＠　Ｉ　ｖＡｌｌなる相間電
圧及びＢ、Ｃ相を基準とする逆相電気量（ａＶ２ｙ　ｓ
　＊２ｖ２ｙ　）にて実現することができる。但し、凰
、＆　　は位相を１２０°。

２４０’進める単位ベクトルを示す。又、ψは一般的に
前述したように系統条件に左右されるが、３０°程度が
適当である。

（実施例） 以下図面を参照して実施例を説明する。

ｆｉｃ１図は本発明による１線地絡事故検出リレー方式
を説明する一実施例の機能ブロック構成図である。そし
て第１図は人相基準のリレーを示すものである。

第１図において、１０１は相間電圧ｖｌｃを９０’位相
進ませる手段、１０２はＡ相基準の逆相電圧量を合成す
る手段、１０３は前記した１０１からの出力（ＪｖＢ（
１９０’　）を１０２からの出力（ｋ２ｖ２Ｆ）を合成
する基準量作成手段、１０４は零相電圧量ｖＯＦと１０
３で合成した電圧量（ｋｌｖＢ（ｆ９０’　＋に２ｖ２
Ｆ）との内積値を計算する内積算出手段、１０５は零相
電圧量Ｖ。、と１０３で合成された電圧量（ｋ、Ｖ、ｃ
／９０°十に２ｖ２Ｆ）との外積値の絶対値を計算する
外積の絶対値算出手段、１０６は零相電圧量Ｖ。Ｆが設
定値Ｖ。Ｋを越えた時に、１０４の内積値が、１ｖＯＦ
ｌ　×ｌ　（ｋ、ｖＢｃ／９　ｏ’＋に２ｖ２．）　ｌ
ａｗ　ｔｐ　（Ｏで、且つ１０５の外積の絶対値 １１Ｖｏ、ｌ　Ｘ　ｌｋ、Ｖ、ｃ／９０＠＋に２Ｖ２，
１ｄｎ９１１がＶ。Ｆと（ｋ、Ｖ、ｃ／９０°＋に２Ｖ
２Ｆ）　Ｏ絶対値ト設定値廊ψ、　ヨｂ小の時に動作と
判定する１線地絡判定手段である。

第２図は本発明を実現するためのハードウェア構成図で
あシ、ディジタルリレー構成としている。

図に示されるように、電力系統から取シ込んだ３相の電
圧交流量ｖＡ、ガ、ｖ、は所定レベルに変換する入力変
換器２１を介してディジタルリレー２２に入力される。

との入力変換器からの電圧入力はアナログフィルタ２２
１全通して、所定のサンプリング周期で駆動されるサン
プリングホールド回路２２２によシサンプリングされて
、マルチプレクサ回路２２３に入力される。各３相電圧
量が１列に入力されたサンプリングデータは、マルチプ
レクサ回路を通して直列データに変換されて、アナログ
デイソタル変換器２２４に入力され、ここでディジタル
データに変換てれた後、マイクロコンビエータ２２５に
入力される。そしてここで所定の演算がな嘔れて、その
結果が出力インターフェース２２６を介して出力される
。

第４図は１勝地絡検出の処理内容を示すフローチャート
でアシ、この場合は人相用として説明する。

先ず、ステップ４１において健全相聞電圧（ｋ、ｖ、ｃ
／９ｏｏ）を算出し、ステラｆ　４２にてＡ相基準の逆
相電圧（ｋ２Ｖ２．）ｔ−算出する。ステラｆ４３では
前記算出結果に基づき、基準電圧（ｋ、■８．Ｚ９００
＋　ｋ２Ｖ２．）　’ｉ算出する。ステラｆ４４では地
絡事故状態にて発生する零相電圧Ｖ。ｙＴｈ算出すると
共に、との零相電圧が設定値Ｖ。８以上であるか否かを
判断する。ステップ４６ではこの零相電圧が基準位相内
にあるか否かを判断し、ここで基準位相内にあるとき、
ステップ４７へ移って１線地絡判定をする。

上記した処理結果を示したものが第５図である。

第５図の斜線部分は下記の演算結果による。

（１）　ｌｋ、ｖ、Ｚｃ＋ｏ’　＋　ｋ２Ｖ２ｙｌ　・
ｌ　ｖＯＦＩ　ｃｏｓ　ψ＜　０・・・Ｍ、Ｍ２の上側 （Ｉｆ）　ｌ　ｌｋ、ＶＢ、／９ｏｏ　＋に２”２Ｆ！
　”　”ＯＦＩ　ｄｎｔｐ　１＜　１ｋ１ｖＢｃＺ９０
’　＋１ｃ２ｖ２．　ｌ　・ｌ　Ｖｏ、　ｌ　、Ｈψえ
・・・Ｌ、Ｌ４とＬ２Ｌ３で囲まれる領域曲）ＩＶｏ、
Ｉ　　＞　ｖｏ。

・・・設定値Ｖ。Ｋで決まる円にの外側の領域したがっ
て斜線で囲まれる範囲に零相電圧Ｖ。。

が存在すると動作と判定される。

なお、ψはｖＯＦと（ｋ、ＶＢ、／９００＋に２ｖ２２
）トノ間の位相差を示す。

第６図は人相１線地絡時のＡ、Ｂ、Ｃ相リレーの動作域
を示す図であシ、同図かられかるように、人相リレーは
確実に動作し、Ｂ、Ｃ相リレーは正不動作となっている
。

第７図は２線地絡時の電圧ベクトル傾向と本発明による
動作域との関係を示す図であシ、この図から下記のこと
が云える。

（１）健全相の基漁電圧となるＶ、ｃ＝Ｑであるが、逆
相電圧ｖ２Ｆによシ確実に不動作となる。

（ｉｉ）事故相は確実に正不動作となる。Ｂ、Ｃ相間電
圧が大きく低下しない傾向にある場合でも、逆相電圧量
（ｋ２ｖ２Ｆ）のに２を小さく設定することによりてψ
Ｋｆ３０°に設定すれば、Ｇ点に対して約±３０’以上
の裕度を見込むことができる。

上記実施例によれば地絡相外の健全相間電圧を９０’進
みに制御しているが、零相電圧の事故前電圧に対する位
相ずれの顕著な系統条件下では、これを（９００±α０
）に任意に制御することも可能である。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によればｌｉ地絡時に変化し
ない健全相間電圧と地絡時に発生する逆相電圧とを合成
して基塩電圧を導出し、この基準に対して零相電圧が所
定位相角内にあるか否かを判定するようにしたので、１
線地絡事故と短絡事故との峻別ができるため、短絡優先
対策の必要のない１線地絡事故検出リレー方式を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による１線地絡事故検出リレー方式を説
明する一実施例の機能ブロック構成図、第２図は第１図
の実施例を実現するためのディジタルリレーの構成図、
第３図は本発明の詳細な説明するベクトル図、第４図は
１線地絡検出の処理内容を示すフローチャート、第５図
は第１図を用いて処理した結果の人相についての動作範
囲を示す図、第６図は人相１線地絡時のＡ、Ｂ、Ｃ相リ
レーの動作域を示す図、第７図は２線地絡時の電圧ベク
トル傾向と本発明による動作域を示す図、第８図は１線
地絡時の電圧ベクトル傾向図、第９図は２線地絡時の′
直圧ベクトル傾向図、第１０図は背後電源インピーダン
スと線路インピーダンスの関係を説明する図、第１１図
は１線地絡時の対称分等価回路図、第１２図は１線地絡
時の零相電圧と事故前′電圧との関係を説明する図であ
る。 １０１・・・２相間電圧量を所定の位相角だけ進ませる
手段、 １０２・・・相電圧を基準とする逆相電圧を求める手段
、 １０３・・・基準量作成手段、 １０４・・・内積算出手段、 １０５・・・外積の絶対値算出手段、 １０６・・・１ａ地絡判定手段。 特許出原人　株式会社東　芝 代理人　弁理士　石　　井　　紀　　男第１図 ４ｎ 第２図 第５図 第８図 八 第９図 第１１図 第１２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電力系統の３相電圧を取り込んで系統の地絡保護
   を行なう保護方式において、３相電圧中の２相間電圧量
   を所定の位相角だけ進ませる第１の手段と、前記２相電
   圧以外の相電圧を基準とする逆相電圧量を求める第２の
   手段を、第１の手段にて得られた電圧量に所定の定数を
   乗じて得られる電圧量と第２の手段にて得られた電圧量
   に所定の定数を乗じて得られる電圧量との和を求める第
   ３の手段と、前記３相電圧量から得られる零相電圧量を
   前記第３の手段にて得られる電圧量との内積を得る第４
   の手段と、前記零相電圧量と前記第３の手段で得られる
   電圧量との外積値の絶対値を得る第５の手段と、前記零
   相電圧量の大きさが所定の大きさ以上及び前記第４の手
   段の内積値が所定のレベルより小で、かつ前記第５の手
   段で得られる外積値の絶対値が所定の値より小であるか
   否かを判断する第６の手段とからなることを特徴とする
   １線地絡事故検出リレー方式。
2. （２）第１の手段では、２相間電圧量を９０°の位相進
   ませることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の１
   線地絡事故検出リレー方式。