JPS63234826A - 電力系統の保護装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は高抵抗接地の電力系統の送電線の事故（地絡
、短絡等）の保護を行う電力系統の保護装置に関するも
のである。

〔従来の技術〕

第３図は高抵抗接地の電力系統の地絡、短絡の保護を行
う従来の電力系統の保護装置の一例を示している。この
電力系統の保護装置は、第３図に示すように、Ａ相、Ｂ
相、Ｃ相の電力系統（例えば７７ＫＶ）の母線１から主
変圧器４を介して電力系統の線間電圧ＶＭＩ　ｖａｃ、
ＶＣＡおよび零相電圧■。を取り込み、母線１に遮断器
３を介して接続した送電線２から主変流器５を介して相
電流ｒＡ、ＩＢ、Ｉ、を取り込み、線間電圧ＶＡＢ。

ｖｓｃ、ＶＣＡ、零相電圧■ｏ、相電流１．．Ｉ８゜ｉ
ｏ、零相電流ＩＯをもとにして送電線２の短絡保護およ
び地絡保護を行う。

短絡保護は、故障検出用の過電流リレー６Ａ。

６Ｂ、６Ｇおよび主検出用の距離リレー７Ａ、７Ｂ。

７Ｃで行い、地絡保護は、故障検出用の地絡過電圧リレ
ー８および主検出用の地絡方向リレー９で行っている。

短絡保護は、具体的には、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の各相電流
ｒＡ、ｒ８．ｒｃを過電流リレー６Ａ。

６Ｂ、６Ｃへ導き、距離リレー７Ａ、７Ｂ、７Ｇにより
故障点までの送電線路のインピーダンスＺＡＢ＝　　ｚ
ｓｃ−ＺＣＡを ＺＡ８−ＶＡＢ／　（１，−Ｉ　Ｂ） Ｚ、、−ＶＢ、／　（ＩＢ−１゜） ＺＣＡ−■ＣＡ／　（Ｉ　ＣＩ　Ａ　）に基づいて演算
し、インピーダンスＺＡＢ、ＺＢｃ。

ＺＣＡの少なくともいずれか一つが所定値より小さくな
ったときに短絡故障があったものとして遮断器３に対し
引外し信号を与えて遮断器３を引外して送電線２の保護
を図る。

また、地絡保護は、零相電圧Ｖ。を地絡過電圧リレー８
へ導き、零相電圧Ｖ。と相電流■９゜■Ｂ、■ｃの和で
ある零相電流■ｏと位相関係を地絡方向リレー９で検出
し、この位相関係が所定の状態となったときに保護区間
内で地絡故障があったものとして遮断器３に引外し信号
を与えて遮断器３を遮断して保護を図る。

このようなアナログ方式の電力系統の保護装置は、その
構成によって機能が地絡、短絡の保護に限られ、他の機
能、例えば常時の系統電圧、系統電流あるいは故障時の
系統電圧、系統電流等を計測して故障解析（故障の状況
、程度等の表示、記録）できるように構成するのは不可
能であった。

このようなアナログ方式の電力系統の保護装置に代わっ
て、最近マイクロコンピュータを用いたデジタル方式の
電力系統の保護装置、いわゆるデジタルリレーが各種提
案されている。このデジタルリレーは、マイクロコンピ
ュータのプログラムでリレー演算を行っている。

第４図はマイクロコンピュータを用いたデジタル方式の
電力系統の保護装置の一例を示している。

この電力系統の保護装置は、第４図に示すように、電力
系統（例えば７７ＫＶ）の母線１から主変圧器４を介し
て線間電圧ＶＡＢ、　　ＶＢｏ、　　Ｖいおよび零相電
圧Ｖｏを取り込み、母線１に遮断器３を介して接続した
送電線２から主変流器５を介して相電流１．、Ｉ、、Ｉ
ｏおよび零相電流■ｏを取り込み、線間電圧ＶＡＢ、Ｖ
ＢＣ１ＶＣＡ、零相電圧ｖｏ。

相電流ＴＡ、Ｉ、、ＩＣおよび零相電流ｉｏをもとにし
て送電線２の短絡保護および地絡保護を行うようになっ
ている。

この電力系統の保護装置は、具体的には、母線１から主
変圧器４を介して取り込んだリレー演算用の線間電圧Ｖ
Ａ［１，ＶＢＣ２ＶＣＡおよび零相電圧ｖ。

を絶縁・レベル変換用の補助変圧器１１Ａ〜ＩＩＤを介
して折返し誤差防止用のアナログフィルタ１２Ａ〜１２
Ｄに通し、その出力をそれぞれサンプルホールド回路１
３Ａ〜１３Ｄに加えている。

また、送電＆１２から主変流器５を介して取り込んだリ
レー演算用の相電流ＩＡ、Ｉ８．Ｉｃおよび零相電流■
ｏを絶縁・レベル変換用の補助変流器１４Ａ〜１４Ｂお
よびその負荷抵抗１５Ａ〜１５Ｄを介して折返し誤差防
止用のアナログフィルタ１６Ａ〜１６Ｄに通し、その出
力をそれぞれサンプルホールド回路１７Ａ−１７Ｄに加
えている。

各サンプルホールド回路１３Ａ〜１３Ｄ、１７Ａ〜１７
Ｄは、線間電圧ＶＡｊｌｌｌ　ｖＢｃ、■。、零相電圧
■ｏ、相電ｉｆＡ、ＩＢ、Ｉ。および零相電流ｌｏを周
期的にサンプルホールドする。

各サンプルホールド回路１３Ａ−１３Ｄ、　１７Ａ〜Ｌ
ＡＤの出力はマルチプレクサ１８を介して順次Ａ／Ｄ変
換器１９に加えられ、それぞれアナログデジタル変換さ
れてバス（アドレス、データ。

コントロール）２０へ送られる。なお、サンプルホール
ド回路１３Ａ〜１３Ｄ、１７Ａ〜１７Ｄのサンプルホー
ルドのタイミング、マルチプレクサ１８の切換タイミン
グ、Ａ／Ｄ変換器１９の変換タイミングはコントローラ
２１によって制御される。

Ａ／Ｄ変換器１９から順次出力されるリレー演算用の各
種データは、ＣＰＵ２２によって、ＲＡＭ２３にいった
ん格納され、ＲＯＭ２４等に記憶したプログラムに基づ
きＲＡＭ２３に格納したデータをもとにしてリレー演算
を行い、この演算結果に応じて接点出力回路２５の出力
接点を制御することで、短絡、地絡に対する保護機能を
実現している。

２６は接点入力回路、２７は整定回路、２８はインタフ
ェース回路である。

上記電力系統の保護装置は、サンプリング周波数を系統
周波数の例えば１２倍、すなわち３０度間隔でサンプリ
ングしているが、このサンプリング周波数は、コントロ
ーラ２１が系統周波数に同期させており、系統周波数の
変動による誤差を回避するようにしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のようなデジタル方式の電力系統の保護装置は、Ｃ
ＰＵ２２．ＲＡＭ２３．ＲＯＭ２４を有しており、演算
能力、記憶能力が非常に優れており、この能力を活用す
ることにより、短絡、地絡の保護機能の他に、常時の各
種電圧、電流、故障時の各種電圧電流を計測して表示し
たり、故障解析を行わせることができる。

短絡、地絡の保護は、線間電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ＝　　Ｖ
ＣＡ。

零相電圧Ｖ。を用いるが、故障解析のうち故障相の判別
等は、線間電圧ｖＡＢ、ＶＢＣ２ｖＣＡでは判別できな
いこともあるので、相電圧ＶＡ、ＶＢ、ＶＣから判別す
る方が好ましい。

このように、保護動作および故障解析を行う場合、線間
電圧■ＡＢ、■ＢＣ１ＶＣＡ＝零相電圧■。と相電圧■
い、Ｖ、、Ｖｏとの両方が必要となる。

このためには、線間電圧ｖＡ８．ｖＢｃ、ｖＣＡおよび
零相電圧ｖｏの電圧入力回路とは別に相電圧ｖＡ。

ＶＢ、Ｖ、の電圧入力回路とが必要となり、電圧入力回
路の構成が複雑となり、高価になるという問題がある。

電圧入力回路の構成を複雑化させずに、線間電圧ＶＡＢ
、ｖｓｃ、ＶＣＡおよび零相電圧ｖｏと相電圧ｖ、、ｖ
８．ｖｃとを得るには、相電圧ｖＡ。

Ｖ、、ＶＣを電圧入力回路によって取り込み、ＣＰＵ２
２（７）演算ニヨッテ線間電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ２■いお
よび零相電圧Ｖ。を求めることが考えられる。すなわち
、第５図に示すように、母線１から主変圧器４′および
補助変圧器２９Ａ〜２９Ｃを介して相電圧ＶＡ、ＶＢ、
Ｖ、を取り込み、ＣＰｔ１２２によってつぎの差分演算 ｖＡＨ””　Ｖ　Ａ　　Ｖ　Ｂ ■ＢＣ”ＶＢ　　’Ｃ ｖＣＡ＝ｖｏ−ｖＡ を行うことにより、線間電圧ｖＡＢ、ｖＢｏ、ｖｃＡを
求め、これに基づいて線間電圧■ＡＢ、ＶＢＣＩ　■つ
を取り込んだ場合と同様にリレー演算を行って保護動作
を行う。零相電圧ｖｏについては３つの相電圧Ｖ、、Ｖ
Ｂ、ＶＣの和で得られる。

また、相電圧■い、Ｖ８．Ｖｏの表示等は、取り込んだ
データをそのまま使用して行う。

このように構成すると、相電圧■い、ＶＢ、Ｖ。

を得るには好都合であるものの、保護動作にとっては好
ましいものではない。すなわち、第６図の電圧ベクトル
図で示すＡ相、Ｂ相の２線短絡故障時のような場合、故
障によって線間電圧■２が小さくなるほど、真値に対す
る相対誤差が拡大し、保護性能が低下することになる。

具体的に説明すると、取り込まれる相電圧（測定値）Ｖ
Ａ’。

ｖ、ｌは、相電圧（真値）ｖＡ、ｖＢに対し、ｖ　　’
−ｖＡ＋εい ＾ Ｖ　　’−ＶＢ＋ｌＢ で表される。ただし、ｔＡは補助変圧器２９Ａを含めた
Ａ相電圧入力回路の誤差、ε８は補助変圧器２９Ｂを含
めたＢ相電圧入力回路の誤差である。

線間電圧ｖＡＩｌｌ′は、 Ｖ　′冨ｖ　　’−ｖＢ’ 八Ｂ　　　　　　　＾ −Ｖ、−Ｖ８＋ε８−８６ ”ＶＡＢ＋εい−εＢ となる。ＶＡＢは線間電圧（真値〉である。したがって Ｖ　ＡＢ　　　　　　　　　Ｖ　ＡＨ となり、相対誤差（εい−εＢ　）　／ＶＡＢは、線間
電圧（真価）ｖＡＢが小さくなるほど大きくなる。

このため、２相短絡に対する保護動作を行う場合には、
相電圧入力方式は採用できない。

この発明の目的は、線間電圧および零相電圧に基づく保
護動作を精度良く行うことができ、しかも電圧入力回路
の構成を複雑化することなく相電圧を得ることができる
電力系統の保護装置を提供することである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明の電力系統の保護装置は、電力系統の母線から
遮断器を介して分岐した送電線の事故を検出して前記遮
断器を引外す電力系統の保護装置であって、 前記母線から前記電力系統の線間電圧および零相電圧を
取り込む電圧入力回路と、前記送電線から前記電力系統
の相電流および零相電流を取り込む電流入力回路と、前
記電圧入力回路により取り込んだ線間電圧および零相電
圧と前記電流入力回路により取り込んだ相電流および零
相電流とから送電線事故に対する前記送ｉｔ線の保護の
ためのリレー演算を行うことにより酊記送を線事故を検
出するリレー演算部と、前記電圧入力回路により取り込
んだ線間電圧および零相電圧から相電圧を求める相電圧
演算部と、前記リレー演算部の演算結果に応答して前記
遮断器を制御する出力回路とを備えている。

〔作用〕

この発明の構成によれば、電力系統の線間電圧および零
相電圧と相電流および零相電流とを電圧入力回路および
電流入力回路によって取り込み、線間電圧、零相電圧、
相電流、零相電流とに基づいてリレー演算を行って送電
線事故に対する送電線の保護動作を行い、また、線間電
圧および零相電圧から相電圧を算出しているため、送電
線事故に対する送電線の保護動作を精度良く行うことが
でき、しかも電圧入力回路の構成を複雑にすることなく
相電圧を得ることができる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を第１図に基づいて説明する。この
電力系統の保護装置は、第１図に示すように、３相の電
力系統の母線ｌから遮断器３を介して分岐した送電線２
の短絡、地絡（送電線事故）を検出して遮断器２を引き
外すものであり、電圧入力回路Ｉと、電流入力回路■と
、リレー演算部■と、相電圧演算部■と、出力回路■と
を備えている。

電圧入力回路Ｉは、母線１から電力系統の線間電圧ＶＡ
Ｂ、ＶＢＣ１Ｖつおよび零相電圧■ｏを取り込み、電流
入力回路■は電力系統の相電流■い。

ＩＢ、Ｉｏおよび零相型ｉ！ｉｔＩ　ｏを取り込む。

リレー演算部■は、電圧入力回路■により取り込んだ線
間電圧ｖＡＢ、■Ｂｏ、ＶｃＡおよび零相電圧■ｏと電
流入力回路■により取り込んだ相電流Ｔ、、ＩＢ、ＩＣ
および零相型＠　Ｉ　Ｏとから短絡。

地絡に対する送電線２の保護のためのリレー演算を行う
ことにより送電線２の短絡、地絡を検出する。

相電圧演算部■は、電圧入力回路Ｉにより取り込んだ線
間電圧ｖＡＢ、ｖＢＣ９ＶｃＡおよび零相電圧ｖｏから
相電圧■い、Ｖ、、Ｖｏを求める。

ここで、相電圧演算部■における相電圧算出の原理につ
いて説明する。

線間電圧ＶＡＢ・　ＶＢＣ・　ＶＣＡと相電圧Ｖ＾・　
ＶＢ・ｖｃとは次式のような関係にある。

ｖＡＢ＝■９−ＶＢ　・・・・・・　（１）ＶＢＣ−Ｖ
、−Ｖｏ　−・・・・・　（２１ＶｃＡ−ＶＣ−ＶＡ　
・−・・・−１３）第（１）式から第（２）式を引算す
ると、ＶＡＢ　　ＶＣＡ”２ＶＡ　　ｖ、　　ｖ。

−３ＶＡ−（ＶＡ＋ｖ８＋ｖｏ） となる。ここで、零相電圧ｖｏは ｖｏ　＝　−（Ｖい＋■８＋■ｃ） の関係にあるため、 ＶＡＢ−ｖｏＡ＝３■Ａ−３ｖ。

−３（ｖＡ−ｖｏ） となる。したがって、 ＶＡ−Ｖｏ＋　−（ＶＡＢ−ＶｃＡ）　・−・−・　＋
４１となる。同様にして ｖＢ＝Ｖ□　＋　＝（ｖＢ、−ｖＡＢ）　・−・−・＋
５１ＶＣ”ＶＯ＋−（ｖｃＡ−ＶＢＣ）・・・・・・　
（６）となる、相電圧演算部■は第（４）、　＋６１．
　＋６１式の演算を行うことよって、相電圧ＶＡ、ＶＢ
、Ｖｏを算出する。

出力回路■は、リレー演算部■の演算結果に基づいて遮
断器３を制御する。

この電力系統の保護装置は、具体的には第２図に示すよ
うな構成であり、電圧入力回路■は補助変圧器１１Ａ〜
１１Ｄ、アナログフィルタ１２Ａ〜１２Ｄ等で構成され
、電流入力回路■は、補助変流器１４Ａ〜１４Ｄ、アナ
ログフィルタ１６Ａ〜１６Ｄ等で構成されている。

また、リレー演算部■および相電圧演算部■はＣＰＵ２
２のソフトウェアにより実現される。

また、出力回路■は接点出力回路２５として実現される
。その他の構成動作については第４図のものと同様であ
る。

すなわち、ＣＰＵ２２のソフトウェア処理によって電圧
入力回路Ｉにより取り込んだ線間電圧ＶＡＢ、ＶＢＣ１
ＶＣＡおよび零相電圧Ｖｏから第（４）。

＋５１．　＋６１式の演算を行うことによって刻々相電
圧ｖＡ、ＶＢ、ｖｃを算出し、これをインタフェース回
路３０を介して表示器３１に表示することになる。なお
、表示器３１には、相電圧ＶＡ、ＶＢ。

Ｖｏの他に相電流ＩＡ、Ｉ、、Ｉｏ等各種電圧電流の現
在値が表示されることになる。この表示器３１における
故障時の表示データを用いて故障解析を行うことができ
る。

また、短絡、地絡等の故障の発生の前後の各種電圧電流
のデータをＲＡＭ２３に格納しておき、短絡、地絡の発
生後にＲＡＭ２３に格納したデータを読み出してＣＰＵ
２２で解析処理することにより故障の状況を検出し、そ
れを表示器３１に表示させることもできる。

ここで、リレー演算および故障解析の一例について説明
する。

まず、リレー演算の一例について説明する。電力系統の
電圧、電流は例えば３０度間隔でその瞬時値がサンプリ
ングされている。この３０度サンプリングデータは、Ｒ
ＡＭ２３に格絡されているが、複数個のサンプリングデ
ータに演算処理が施され、基本波成分が９０度位相差の
ある正弦成分。

余弦成分という形で算出される。これを例えばＶ８．Ｖ
Ｃとすると、過電圧検出を目的とするリレー演算は、 で実現される。ここで、整定値は、ＲＯＭ等に格納され
ている。実際には、演算時間の短縮を計るため、ルート
演算を行わず、予め２乗された整定価との大小比較が行
われる。

つぎに、故障解析（故障の状況、程度等の表示。

記録）の−例について説明する。デジタルリレーでは、
記憶能力にも優れており、故障時の電圧１電流データを
記憶させておき、必要に応じて外部の記録装置、例えば
プリンタに出力させれば故障解析に役立つ。プリンタの
印字項目としては、故障発生日、故障発生時間、動作リ
レーの名称、電圧値、電流値、故障点種定植等が考えら
れる。このとき、線間電圧を印字したのでは故障相の判
別ができない場合があるので、相電圧を印字する方が望
ましい。なお、相電圧は故障相判別にのみ使用される。

この実施例の電力系統の保護装置は、電力系統の線間電
圧ｖＡＢ、■、。、■。および零相電圧Ｖ。

と相電流ＩＡ、Ｌ、、Ｉｏおよび零相電流■。とを電圧
入力回路Ｉおよび電流入力回路Ｈによって取り込み、線
間電圧ｖＡＢ、ｖＢｃ、■い、零相電圧■ｏ、相電流Ｉ
Ａ、Ｉ、、ｒ。、零相電流！。とに基づいてリレー演算
を行って短絡、地絡に対する送電線２の保護動作を行い
、また、線間電圧ｖＡＢ、ＶＢＣ１ＶＣＡおよび零相電
圧ｖｏから相電圧■９．ＶＢ、■ｏを算出しているため
、短絡、地絡に対する送電綿２の保護動作を精度良く行
うことができ、しかも電圧入力回路Ｉの構成を複雑化す
ることなく相電圧Ｖ、、Ｖ８．Ｖｏを得ることができる
。

〔発明の効果〕

この発明の電力系統の保護装置は、電力系統の線間電圧
および零相電圧と相電流および零相電流とを電圧入力回
路および電流入力回路によって取り込み、線間電圧、零
相電圧、相電流、零相電流とに基づいてリレー演算を行
って送電線事故に対する送電線の保護動作を行い、また
、線間電圧および零相電圧から相電圧を算出しているた
め、送電線事故に対する送電線の保護動作を精度良く行
うことができ、しかも電圧入力回路の構成を複雑にする
ことなく相電圧を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例の構成を示すブロック図、
第２図はその詳細なブロック図、第３図は従来例を示す
ブロック図、第４図は提案例を示すブロック図、第５図
は別の提案例を示す要部回路図、第６図は欠点の説明の
ための電圧ベクトル図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電力系統の母線から遮断器を介して分岐した送電線の事
   故を検出して前記遮断器を引外す電力系統の保護装置で
   あって、 前記母線から前記電力系統の線間電圧および零相電圧を
   取り込む電圧入力回路と、前記送電線から前記電力系統
   の相電流および零相電流を取り込む電流入力回路と、前
   記電圧入力回路により取り込んだ線間電圧および零相電
   圧と前記電流入力回路により取り込んだ相電流および零
   相電流とから送電線事故に対する前記送電線の保護のた
   めのリレー演算を行うことにより前記送電線事故を検出
   するリレー演算部と、前記電圧入力回路により取り込ん
   だ線間電圧および零相電圧から相電圧を求める相電圧演
   算部と、前記リレー演算部の演算結果に応答して前記遮
   断器を制御する出力回路とを備えた電力系統の保護装置
   。