JPS6359719A - デイジタル形電流差動リレ− - 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） 本発明はディジタル形電流差動リレーにかかり、詳しく
は外部故障時の差動電流による誤動作を防止するように
したディジタル形電流差動リレーに関する。

（従来の技術） 従来、この種の電流差動リレーにおいては、変流器の特
性差や外部故障時における一部の変流器の飽和等に起因
する差動電流の発生により、リレーが誤動作するおそれ
がある。このため、例えば第５図に示すような３端子系
統の保護にディジタル形電流差動リレーを適用する場合
、各端子電流のスカラー和電流を抑制量としてリレーの
誤動作を防止する比率差動継電方式が一般的に採用され
Ｃいる。この第５図において５１は母線等の保護対象、
５２ａ、　５２ｂ、　５２ｃは保護対象５１と端子Ａ、
Ｂ。

Ｃとの間にそれぞれ接続された変流器であり、これらの
２次側は図示されていないリレーに接続されている。

そして、第６図に示す如く、各変流器５２ａ、　５２ｂ
。

５２ｃの端子電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃはリレー内のベクト
ル和算出回路５３に入力されてベクトル和電流（差８Ｍ
ｌ流）Ｉ　ｄ（＝　　Ｉ　ａ十　Ｉ　ｂ＋　　１ｃツカ
”ｎ　出２　ｎ　、　　同ｕｌにＩａ、Ｉｂ、Ｉｃはス
カラー和算出回路５４に入力びスカラー和電流Σ｜■ｎ
｜は差動判定部５５に入力され、差動判定部５５では差
動電流Ｉｄを動作量、スカラー和電流二｜■ｎ｜を抑制
量として１ｉｄｌ−Ｋ、・ｎ｜■ｎ｜の演算を行なう。

ここで、Ｋ工は抑制係数を示す。

この演算の結果、１ｉｄＩ≧にユ・Σ｜■ｎ｜であれば
内部故障と判定して「１」を出力し、またＩｉｄ＋＜Ｋ
１・二｜■ｎ｜であれば外部故障と判定してｒＯＪを出
力する。一方、差動電流■ｄはレベル検出回路５６に入
力されて所定の定数に２と比較され、１Ｉｄｌ≧に２で
あればレベル検出回路５６から「１」が出力される。前
記差動判定部５５およびレベル検出回路５６の出力はア
ンド回路５７に加えられ、これらの２人力が共に「１」
である場合にリレー出力が得られる。

すなわちこの方式は、第５図の保護対象５１から見て外
部にある端子Ｃ側で故障が発生し、その事故点Ｆに近い
変流器５２ｃが電流の集中によって飽和した場合、外部
故障にも拘らず差動電流ｉｄが発生してもこの電流１ｉ
ｄｌより大なるスカラー和電流に工・二｜■ｎ｜を抑制
量とすることでリレーの誤動作を防止するものである。

（発明が解決しようとする問題点） しかるに、この種のディジタル形電流差動リレーには以
下のような問題がある。

すなわち、第５図のＦ点で故障が発生した場合、Ｉａ、
Ｉｂは保護対象５１に対して流入電流、Ｉｃはこれらの
和としての流出電流となる。いま、ＩａおよびＩｃの波
形を第７図（イ）、（ロ）のとおりとする。ここで、変
流器５２ｃに飽和がなければＩａ＋Ｉｂ＝−Ｉｃであり
、同図（ハ）、（ニ）に示すように動作量ｉｄがゼロと
なってリレーは動作せず、問題はない。

しかしながら、変流器５２ｃが飽和したとするとＩｃの
波形は第８図（ロ）のように歪んだものとなり、Ｉａ＋
Ｉｂ＋−Ｉｃとなって外部故障にも拘らず同図（ハ）の
動作量ｉｄが発生する。この動作量ｉｄが発生した期間
は前述の抑制量二｜■ｎ｜が急減するため、差動判定部
５５では正確な判定ができず、最悪の場合には＋ｉｄ＋
＞Ｋ工・二｜■ｎ｜の期間を生じると共に、ｉｄが一定
のレベルを越えることでレベル検出回路５６の出力も「
１」となり、同図（ニ）の如くリレーが不要動作してし
まう可能性がある。

特に多端子系統においては、外部故障時に故障端子（例
えば端子Ｃ）に電流が集中して変流器が飽和し易いため
、上述のようにリレーが誤動作する可能性が極めて高い
という問題があった。

本発明は上記の問題点を解決するべく提案されたもので
、その目的とするところは、変流器の飽和に起因する動
作量の不要発生を未然に防止して外部故障時にリレーを
ロックし、しかも感度の向上を可能にしたディジタル形
電流差動リレーを提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、電力系統の閉回路網における各端子電流のベ
クトル和としての差動電流を動作量とし、かつ各端子電
流のスカラー和電流を抑制量とするディジタル形電流差
動リレーにおいて、各端子電流と差動電流との位相関係
に基づく差動無効量（＝ｌ　１ｄｌｌ　Ｉｎｌ　・ｓｉ
ｎθｎ、ここで■ｄは差動電流、■ｎは各端子電流、θ
ｎは各端子電流と差動電流との位相差）をそれぞれ演算
し、これらの差動無効量のうちの最大差動無効量と前記
抑制量とを比較して最大差動無効量の方が大きい場合に
変流器の飽和を検出し、もってリレー出力をロックする
ことを特徴とする。

（作用） 本発明は、外部故障に伴う変流器の飽和時において、健
全端子電流に比べて飽和端子電流のみが差動電流に対し
てほぼ９０６の進み位相になっていることに着目したも
ので、この飽和端子電流と差動電流との位相関係から発
生する差動無効量を検出して変流器の飽和を判定し、リ
レー出力をロックするものである。

すなわち、第５図に示したように端子Ｃにて外部故障が
発生した場合を考えると、端子Ｃ側の変流器５２ｃが飽
和していない場合の各端子電流Ｉａ。

Ｉｂ、Ｉｃのベクトル図は各変流器５２ａ、５２ｂ、５
２ｃの特性が等しいとすれば第１図のとおりであり、１
ｃ＝−（Ｉａ＋Ｉｂ）となって差動電流■ｄはゼロであ
る。次に、変流器５２ｃが飽和したとするとベクトル図
は第２図のようになる。つまり、飽和端子電流Ｉｃ’は
非飽和時の端子電流Ｉｃに対して位相が遅れることとな
り、差動電流Ｉｄ＝Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ’＝Ｉｃ’−Ｉｃ
が発生する。また、飽和端子電流Ｉｃ″は差動電流ｉｄ
に対してほぼ９０’の進み位相になっており、他の健全
端子電流Ｉａ、〒ｂはｉｄに対して遅れ位相となってい
る。

ここで、差動無効量Ｄ　ＲＶ　（Ｄ　１ｆｆｅｒｅｎｔ
ｉａｌＲｅａｃｔｉｖｅ　　Ｖ　ａｒｉａｂｌｅ）につ
いて考察すると、この差動無効量ＤＲＶは、前述の如く
次の０式にて定義される。

ＤＲｖ＝１ｉｄｌ・｜■ｎ｜・ｓｉｎθｎ　・・・・・
・・・・・・・・・・■なお、■ｎは各端子電流（Ｉａ
、　Ｉｂ、　Ｉｃ）　、　　θｎは各端子電流Ｉｎと差
動電流ｉａとの位相差をそれぞれ示し、かかる差動無効
量ＤＲＶはディジタルリレーの内部において次の０式に
より求められる。

ＤＲＶ＝　Ｉｄ（ｎ−＞）・　Ｉｎ（ｎ＞　　　Ｉｎ（
ｎ−＊）・　Ｉｄ（ｎ）・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・■ここで、例えばＩ　ｄ　（ｎ−ｙ）と
は、電気角で３０°毎にサンプリングした場合の９０″
前のデータを示している。

上記０式から明らかなように、差動無効１ＤＲｖにはｓ
ｉｎθｎの項が含まれているため、各端子電流毎にＤＲ
Ｖを算出した場合、ＤＲＶの符号としては以下の３つの
ケースが考えられる。

ａ、差動電流に対して端子電流が遅れ位相の場合・・・
・・・・・・ＤＲＶ＜Ｏ ｂ、差動電流に対して端子電流が進み位相の場合・・・
・・・・・・ＤＲＶ＞Ｏ Ｃ１差動電流に対して端子電流が同相または逆相の場合
・・・・・・・・・ＤＲＶ＝０すなわち、第５図の何れ
の変流器も飽和していない場合には、すべての端子電流
についてＤＲＶ＝０となる。また、仮りに変流器５２ｃ
が飽和した場合には、飽和端子電流Ｉｃ’が差動電流ｉ
ｄに対してほぼ９０＠の進み位相になるから５ｉｎｆ３
ｃ（θＣはＩｃ’とｉｄどの位相差）嬌１となり、Ｉｃ
’にかかるＤＲＶは大きな正の値となる。一方、この時
の　　１健全端子電流Ｉａ、Ｉｂはｉｄに対して遅れ位
相になるため、ＤＲＶが負の値となる。

従って、各端子電流Ｉｎ毎の差動無効量ＤＲＶｎのうち
最大値を最大差動無効量ＤＲＶｍａｘとして検出し、こ
れを抑制量ｎ｜■ｎ｜と比較して：１ＩｎＤη・ｌ）Ｒ
Ｖｍａｘ　　・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・■（ηは定数） であれば正常、また Σ｜■ｎ｜≦η・ＤＲＶｍａｘ　　・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・・・・■であれば変流器が飽
和状態にあることを検出することができ、この検出信号
によりリレーをロックすれば、リレーの不要動作を未然
に防ぐことができる。なお、定数ηは、流入電流に位相
差がある外部故障の場合にも誤判定することのないよう
な値に選ばれる。

一方、内部故障時における各端子電流および差動電流は
同位相であるため、ＤＲＶ＝Ｏとなり、■式が適用され
てリレーがロックされることばなり）。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の詳細な説明する。

まず、第３図は本発明の第１実施例を示すものである。

図において、１はベクトル和算出回路であり、従来と同
様に変流器からの端子電流Ｉａ、　Ｉｂ。

Ｉｃがそれぞれ入力されてベクトル和としての差動電流
ｉｄが算出される。また、２はスカラー和算出回路であ
り、各端子電流のスカラー和電流＝１テｎ１が算出され
る。

ベクトル和算出回路１の出力側には差動無効量算出回路
３，４．５が並列的に接続されていると共に、これらの
差動無効量算出回路３，４．５には差動電流ｉｄおよび
各端子電流Ｉａ、Ｉｂ、Ｉｃがそれぞれ入力されている
。更に、差動無効量算呂回路３，４．５の出力は最大値
検出回路６に加えられ、その出力はスカラー和算出回路
２の出力と共に比較回路７に加えられている。そして、
ベクトル和算出回路１の出力側には１ｉｄ１≧に２の関
係式（Ｋｌは定数）から差動電流ｉｄのレベルを検出す
るレベル検出回路８が接続され、その出力および比較回
路７の出力がアンド回路９に加えられてリレー出力が得
られるようになっている。

なお、第３図および後述の第４図では、従来における差
動判定部５５（第６図参照）の図示が便宜上、省略され
ているが、かかる差動判定部５５の出力はアンド回路９
に加えられている。

次にこの動作を説明する。まず外部故障時に端子電流Ｉ
ｃにかかる変流器が飽和したと仮定すると、前述の如く
飽和端子電流Ｉｃ’の発生に伴ってベクトル和算出回路
１から差動電流ｉｄが発生する。この差動電流■ｄは各
端子電流Ｉａ、　Ｉｂ、　Ｉｃ・と共に差動無効及算出
回路３，４．５に入力され、各算出回路３，４．５は前
述の如く各端子電流ｉａ、　Ｉｂ、　Ｉｃ’についで差
動無効量ＤＲＶａ、ＤＲｖｂおよびＤ　ＲＶ　ｃを算出
する。

この時、ｉｄに対してほぼ９０６の進み位相であるのは
Ｉｃ’のみであるから、Ｉｃ’にがかる差動無効量ＤＲ
Ｖｃが最大となり、次段の最大値検出回路６がこのＤＲ
Ｖｃを検出して比較回路７に出力する。ここで、先の■
、■式におけるηの値を、ｎ｜■ｎ｜に対してη・ＤＲ
Ｖｃが十分に大きくなるように設定しておけば、比較回
路７がらｒＯＪのリレーロック信号が出力される。よっ
てレベル検出回路８の出力信号が「１」であっても、ア
ンド回路９からのリレー出力は確実にロックされてリレ
ーの不要動作が防止される。

また、変流器が非飽和状態あるいは内部故障時にはＤ　
ＲＶｍａｘ＝　Ｏであるからリレーロック信号は出力さ
れず、図示されていない差動判定部により必要に応じて
リレー出力が得られるものである。

次いで、第４図は本発明の第２実施例を示している。こ
の実施例は、差動電流ｉｄの値があるレベル以上になっ
た場合にスイッチ１０．１１．１２を動作させて差動電
流ｉｄを差動無効及算出回路３゜４．５内に取り込むよ
うにしたものであり、スイッチ１０．１１．１２はレベ
ル検出回路８′によって制御されるようになっている。

その他の構成および動作は第１実施例と同様であるため
、詳述を省略する。

なお、以上の各実施例においては３端子系統のディジタ
ル形電流差動リレーについて説明したが、本発明はこれ
以外の複数端子系統に適用可能であり、また、比率差動
継電方式を含む差動継電方式であれば、発電機や変圧器
等を保護対象とする場合でもよい。更に、差動継電方式
の判定式として＋１ｄｌ−に□・：｜■ｎ｜を用いてい
るが、一般的にはこの判定式に限定されるものではない
。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、最大差動無効量を検出し
て変流器の飽和を判別し、もってリレーロック信号を得
るものであるから、外部故障時の変流器飽和に伴うリレ
ーの誤動作を確実に防止することができる。

また、内部故障時や流入電流に位相差がある外部故障の
場合等においても誤判定するおそれがないため、高感度
なディジタル形電流差動リレーを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は外部故障時における変流器の非飽和状態の電流
ベクトル図、第２図は同じく飽和状態の電流ベクトル図
、第３図および第４図はそれぞれ本発明の第１．第２実
施例を示すブロック図、第５図は本発明が適用される電
力系統の単線結線図。 第６図は従来例を示すブロック図、第７図（イ）〜（ニ
）は変流器の非飽和状態における動作説明図、第８図（
イ）〜（ニ）は同じく飽和状態における動作説明図であ
る。 １・・・ベクトル和算出回路 ２・・・スカラー和算出回路 ３．４．５・・・差動無効及算出回路 ６・・・最大値検出回路　　　　　７・・比較回路８．
８′・・・レベル検出回路　　　９・・・アンド回路１
０．１１．１２・・・スイッチ ０コｕ（Ｊ 第５図 巨１ 第６図 第７図 第８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 電力系統の閉回路網における各端子電流のベクトル和と
   しての差動電流を動作量とし、かつ前記各端子電流のス
   カラー和電流を抑制量とするディジタル形電流差動リレ
   ーにおいて、 前記各端子電流毎に差動無効量（＝｜■ｄ｜・｜■ｎ｜
   ・ｓｉｎθｎ、ここで■ｄは差動電流、■ｎは各端子電
   流、θｎは各端子電流と差動電流との位相差）をそれぞ
   れ演算し、これらの差動無効量のうちの最大差動無効量
   と前記抑制量とを比較して前記最大差動無効量が大なる
   時にリレー出力をロックすることを特徴としたディジタ
   ル形電流差動リレー。