JPS6343968B2

JPS6343968B2 -

Info

Publication number: JPS6343968B2
Application number: JP56015686A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Sasaki; Junichi Makino; Keizo Inagaki; Terunobu Myazaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1981-02-06
Filing date: 1981-02-06
Publication date: 1988-09-02
Also published as: JPS57132726A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は変圧器保護リレー方式に係り、特に、
複数のタンクに分割された形式の変圧器に適用す
るに最適な変圧器保護リレー方式に関する。

超高圧、例えば500KV〜1000KV級の大型変圧
器では、可搬性等の都合上から複数のタンクに変
圧器を分割している。かかる変圧器の巻線形式は
第１図の如きＹ結線のオートトランス形式を採用
している。これは、中性点を接地できることと、
２次巻線の絶縁の問題が解消されることの２点に
ある。各相は直列巻線Ｈと分路巻線Ｍより成り、
更に、波形歪を改善するための３次巻線Ｌが△結
線により設けられている。

このような変圧器の保護を図る場合、各端子を
通過する電流を変圧比に相当する等価変換した電
流信号を変流器により取出し、電流差動方式によ
り保護する方式が一般的である。しかしながら、
かかる方式では各相および各端子ごとに変流器を
各々備えなければならないこと、及び変圧器の励
磁電流対策が必要となる。特に、変圧器の停電時
の偏磁に対し再電圧供給時の励磁突入電流対策が
必要となり、この対策のための経済的、性能的犠
牲は大きなものとなつている。

本発明の目的は、タンク分割による変圧器の内
部事故を高感度に検出する変圧器保護リレー方式
を提供するにある。

即ち本発明は、並列化された各タンクの通過電
流が励磁突入電流を含めて常時平衡していて内部
事故時にのみ不平衡になることに着目し、電源と
接続された端子電圧を基準にした不平衡分電流の
方向を判定することにより、内部事故を高感度か
つ経済的に検出するものである。

すなわち、複数のｎ相の各々一つの相につい
て、複数のｎ個のタンクに収納されて構成される
変圧器の保護リレー装置において、発明されたも
のである。前記各タンク毎のコールドエンド側の
通路に変流器が設けられる。この変流器は各タン
ク電流を検出する。各タンク電流はIn₁，…，
Inmのｍ個が検出される。また各相毎に供給され
る電圧を検出する変成器が設けられる。いま、あ
る相について考えるものとし、当該相の電圧を
Vnとする。前記検出された各タンク電流のうち、
任意組合わせによる２つの電流を受ける故障検出
器を設ける。当該相のタンクが、例えば３つ存在
すれば、この任意組合わせは３つ存在する。した
がつて故障検出器も３個設けられることになる。
この故障検出器においては、前記２つの電流Ini
とInjにより差動電流出力Ini−Injを算出し、この
差動電流出力が（Ini−Inj）が前記電圧（Vn）を
基準ベクトルとして第何象限内に発生するかによ
つて、どちらのタンクが故障かを判定する。ここ
でいうどちらのタンクかとは、前記２つの電流が
検出されるｉとｊのタンクである。故障検出器は
通常ｍ個設けられるが、本発明に係るような検出
回路を多系列化するときはｍの倍数個の故障検出
器が設けられる。

これらの故障検出器からの検出結果は論理判定
回路で最終的に判定される。すなわち前記複数の
故障検出器のうち任意組合わせによる２つの故障
検出器に１つの論理判定回路が検出される。そし
て２つの故障検出器からの１つのタンクについて
故障有りとする検出結果が、アンド条件又はオア
条件を満たし且つ、前記差動電流出力（Ini−
Inj）の値が大きくなつて設定条件を満たしたと
きに、タンクが故障か否かを最終的に判定する。
この設定条件は、差動電流出力の値がある値を超
えるという単純なものでもよいし、変流器の誤差
対策を考慮した式を満たすことを設定条件として
もよい。１つの論理判定回路による判定は、ｉと
ｊのどちらのタンクが故障かを判定するものであ
る。他のタンクについては他の論理判定回路が設
けられる。論理判定回路の個数は、前記故障検出
器がｍ個である。

次に本発明の作用について説明する。本発明に
よれば検出された各電流による差動電流出力
（Ini−Inj）が、当該相の電圧（Vn）を基準ベク
トルとして第何象限内に発生するか、すなわち電
流の方向判別によつて各タンクの故障を判定する
ので、停電時の偏磁に対し再電圧供給時の励磁突
入電流対策が不要となる。すなわち各タンクが健
全であれば各タンクの電流電圧は全く同一に変化
するからである。同時に電流の方向判別により故
障を判定するので、判定感度を向上させることが
できる。

さらに各タンク電流を検出する変流器は各タン
クの外のコールドエンド側の電路に設けることが
できる。したがつて絶縁対策上利点があることに
なる。

さらに、差動電流出力（Ini−Inj）が第何象限
内に発生するかという故障検出器から検出結果
と、差動電流出力（Ini−Inj）の値が大きくなつ
て設定条件を満たしているか、という２つの条件
を満たすときのみ最終的に故障の判断をするの
で、誤判定を少なくできる。したがつて、前記故
障検出器の感度向上と相まつて、変圧器保護リレ
ー装置の信頼性を向上できる。

第２図は複数のタンクに分割する形式の３相変
圧器の結線図を示すもので、本発明の適用の対象
となるものである。かかる変圧器の基本回路図は
第１図に示すものであるが、１相は３基のタンク
（タンク１１，１２，１３）より構成される。１
基のタンクは、直列巻線Ｈ、分路巻線Ｍ、３次巻
線Ｌを備え、３基のタンクの各出力は並列接続さ
れる。他のＶ相およびＷ相も同様に３基のタンク
２１〜２３，３１〜３３を有している。Ｕ相１
０、Ｖ相２０およびＷ相３０の各相のコールドエ
ンドは共通接続したうえ接地Ｅする。また、各相
のホツトエンド側のタンク間接続はオイルダクト
に入れられた母線によつて接続される。

さて、変圧器保護リレーとしては、Ｕ相１０、
Ｖ相２０、Ｗ相３０に含まれる各タンク毎の内部
事故を選択して検出できれば設備運用上の対応に
おいて有利なことは明らかである。たとえば、１
タンク故障している場合には、そのタンクのみを
運転から除外して、許容容量以内で運転再開がで
きるであろうし、また、故障修理の点からも作業
効率が高められることは明白である。そこで、本
発明は各タンクの内部事故を選択検出できるよう
にしたもので、以下、具体的に図を示し詳述す
る。

第３図は本発明の実施例を示すブロツク図であ
る。第３図においては、説明の都合上Ｕ相のみに
ついて図示ならびに説明することとし、また、変
圧器の構成は第２図の構成を流用する。

タンク１１〜１３の各コールドエンド側ライン
（分路巻線Ｍの各出力）毎に２基の変流器を設置
する。即ち、タンク１１のＭ出力に変流器（CT）
４１および４２、タンク１２のＭ出力にCT４３
および４３、タンク１３のＭ出力にCT４５およ
び４６を設置し、タンク電流I₁₁，I₁₂およびI₁₃を
検出する。

一方、Ｕ相に供給される電圧を電圧変成器４７
により所要の降圧電圧Ｖを得る。この電圧Ｖおよ
び各CTの出力に基づいて故障検出器５１，５２
および５３により故障を検出する。故障検出器５
１は電圧Ｖおよび電流I₁₁，I₁₂、故障検出器５２
は電圧Ｖおよび電流I₁₂，I₁₃、故障検出器５３は
電圧Ｖおよび電流I₁₃，I₁₁を夫々入力信号とし、
故障判定出力F₁₁，F₁₂，F₁₃を各々出力する。こ
のように各故障検出器の電流信号入力は互いに２
基のタンク出力を用いるが、これはI₁₁〜I₁₃の
夫々が通常においては同一位相であることに意味
を持つている。

故障検出器５１〜５３の出力は、論理判定回路
６１〜６３に送られるが、この場合、各論理判定
回路個々に対しては、２つの故障検出器の出力が
印加される。即ち、論理判定回路６１に対しては
故障検出器５１および５３の出力、論理判定回路
６２に対しては故障検出器５２および５１の出
力、論理判定回路６３に対しては故障検出器５２
および５３の出力が印加される。これら論理判定
回路６１〜６３は電流アンバランスのみを検出
し、“１”又は“０”レベルのデイジタル２値信
号を出力する。次に、第３図の構成の動作につい
て説明する。

故障検出器５１では（I₁₁−I₁₂）の差動出力を
求め、電圧Ｖを基準として方向判定を行う。同様
に、故障検出器５２は（I₁₂−I₁₃）、故障検出器５
３は（I₁₃−I₁₁）の各差動出力を算出し方向判定
を行う。

仮に、タンク１１に故障が発生した場合には、
タンク１１に事故分の電流が流入することにな
り、この電圧の位相は電圧に対し0゜〜90゜の誘導
性インピーダンスに対する供給条件となる。従つ
て、第３図に示すように、タンク１１の故障とタ
ンク１２の故障では、故障検出器５１の判定領域
は、第４象限内に差動出力が発生した場合をタン
ク１１の故障と判定し、第２象限内に差動出力が
発生した場合をタンク１２の故障と判定する。当
然のことながら故障検出器５１には電流I₁₃は印
加されていないからタンク１３の故障判定はでき
ない。タンク１３は故障検出器５２または５３で
判定される。以上より判るように１基の故障検出
器では２基のタンクの状態を検出するので、１基
のタンク状態を２基の故障検出器で判定すること
になる。そこで、これらの判定結果を論理判定回
路６１〜６３で整理し、３基のタンクに対応する
判定出力F₁₁₀，F₁₂₀，F₁₃₀の各々を出力する。か
かる処理は誤動作防止の機能を有するものである
が、このような高信頼化対策としては、故障検出
器５１〜５３の出力をアンドゲートを介して取出
すか、逆に、１要素でも内部故障を判定した際に
故障を判定するオアゲートを介するようにしても
良い。

以上のように、電流検出用の変流器群を総て変
圧器のコールドエンド側に設置することができる
ので、絶縁性の点で優れ、このために経済的にも
有利となる。ちなみに従来では、ホツトエンド側
にも変流器群を設置する必要があり、高電圧が印
加されることに対する絶縁対策は重要な問題であ
つた。

なお、通常の負荷電流、外部事故等においては
各タンクとも同一規格の変圧器である限りタンク
１１，１２，１３には平衡した電流が通過し、
（I₁₁−I₁₂）、（I₁₂−I₁₃）、（I₁₁−I₁₃）でそれぞれ
差
電流を生じることはない。もちろん変流器や変圧
器の特性誤差として若干の誤差分差電流の発生が
考えられるが、このための誤動作防止対策として
は、故障検出器５１，５２，５３の方向判定にお
いて想定される最大誤差分電流以上の差電流に応
動するように過電流検出機能を持たせておけば対
策が可能である。この例を示したのが第５図であ
る。

第５図に示すように、電流差動出力（I₁₁−I₁₂）
が或る設定値を越えるとき過電流検出リレー７１
より出力信号をアンドゲート７２に出力すると共
に故障検出器５１の出力F₁₁をアンドゲート７２
に出力し、両入力が成立するときアンドゲート７
２より判定出力F₁₁₀を発生し、タンク１１の故障
を判定する。なお、過電流検出リレー７１の代り
に、故障検出器５１自体に差電流入力信号に対す
るレベルスライサーを設けるようにしてもよい。
なお、第５図では１相分についてのみ示したもの
である。

つぎに、変圧器の保護リレーで障害になるもの
に励磁突入電流の影響がある。しかし、本発明に
よれば、各タンクの励磁突入電流は健全時には端
子電圧が全く同一に変化することから、同一規格
で製作された変圧器では各タンク１１，１２，１
３では残留磁気も印加電圧もほとんど同じ条件で
あつて励磁突入電流もほぼ平衡するとみてよい。

したがつて（I₁₁−I₁₂）のように差電流に注目
した検出方式とすることにより、励磁突入電流の
影響を受けない利点がある。

以上の説明ではタンク１１の故障検出方式を主
体に述べたが、他のタンクも同様にして検出で
き、タンクの並列数が３ケに限らず増・減しても
同様の効果がある。

また、第３図に示した変流器の設置数は信頼性
と経済性を考慮して各タンク１個以上、必要によ
り増加して、検出回路を多系列化することは容易
に拡張できる。

また、第４図の過電流検出リレー７１，７２，
７３で示した過電流検出リレーの動作式は、たと
えば過電流検出リレー７１にて｜I〓₁₁−I〓₁₂｜＞Ｋ ………(1) （ただし、Ｋ；判定レベル）の形で説明したが、変流器の誤差対策を考慮して
通過電流抑制付比率特性を｜I〓₁₁−I〓₁₂｜−ｋ（｜I〓₁₁｜＋｜I〓₁₂｜）＞Ｋ
…(2) （ただし、ｋ；抑制係数）としてもよい。

また、比率特性については、第３図の故障検出
器５１，５２，５３の各々についてもあてはめら
れ、たとえば、故障検出器５１では、｜I〓₁₁−I〓₁₂｜Vcosθ＞ｋ（｜I〓₁₁｜＋｜I〓₁₂｜
）＋Ｋ
…(3) のようにしてもよい。

ただし、ｋ；抑制係数 θ；方向判定位相差角、Ｖを基準にした入力
電流（I〓₁₁−I〓₁₂）の位相差角である。

以上詳述したように本発明の実施例によれば、
最少の変流器により構成でき、しかも、これら変
流器は変圧器のコールドエンド側に設置できるの
で耐圧（即ち、絶縁性）に考慮を払う必要なく高
精度かつ経済的に故障判定ができる。更に、前述
の如く励磁電流の影響が無いから、このための特
別な配慮は何ら必要でない利点がある。

以上より明らかなように本発明によれば、検出
された各タンク電流によつて差動電流出力（Ini
−Inj）を算出し該差動電流出力が当該相の電圧
（Vn）を基準ベクトルとして第何象限内に発生す
るかによつて故障判定するので、停電事故の際の
励磁突入電流による誤作動を生じずにすみ、判定
感度を向上させ得る。また各タンク電流を検出す
る変流器は、タンクの外で、しかもコールドエン
ド側電路に設けるので絶縁対策上有利である。さ
らにタンクが故障であるか否かを最終的に判定す
る論理判定回路では、差動電流出力（Ini−Inj）
が第何象限内に発生するかということと、差動電
流出力（Ini−Inj）の値が大きくなつて設定条件
を満たしていること、との２つのことを基に最終
判断をおこなうので、変圧器保護リレー装置とし
ての信頼性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタンク分割方式による変圧器の基本結
線図、第２図は複数のタンクに分割して形成され
る３相変圧器の具体例を示す結線図、第３図は本
発明の実施例を示すブロツク図、第４図は本発明
に係る故障判定説明図、第５図は本発明の変形例
を示す要部ブロツク図である。１０，２０，３０…相変圧器、１１，１２，１
３，２１，２２，２３，３１，３２，３３…分割
タンク、４１，４２，４３，４４，４５，４６…
変流器、４７…電圧変成器、５１，５２，５３…
故障検出器、６１，６２，６３…論理判定回路、
Ｈ…直列巻線、Ｍ…分路巻線、Ｌ…３次巻線。

Claims

【特許請求の範囲】１複数ｎ相の夫々１つの相について複数ｍ個の
タンクに収納されて構成される変圧器の保護リレ
ー装置において、前記各タンク毎のコールドエンド側の電路に設
けられて各タンク電流In₁，…，Inmを検出する
変流器と、当該相に供給される電圧（Vn）を検
出する変成器と、検出された各タンク電流のうち
任意組合わせによる２つの電流を受けてベクトル
による差動電流出力（Ini−Inj）を算出し該差動
電流出力が前記電圧（Vn）を基準ベクトルとし
て第何象限内に発生するかによつて（ｉとｊの）
どちらのタンクが故障かを判定する少なくともｍ
個の故障検出器と、前記複数の故障検出器のうち
任意の組合わせによる２つの故障検出器からの１
つのタンクについて故障有りとする検出結果がア
ンド条件又はオア条件を満たし且つ前記差動電流
出力（Ini−Inj）の値が大きくなることにより設
定条件を満たしたときに（ｉとｊの）どちらのタ
ンクが故障かを最終的に判定する少なくともｍ個
の論理判定回路と、を有することを特徴とする変
圧器保護リレー装置。