WO2012008170A1 - 保護継電装置 - Google Patents

Abstract

　三相交流の電力系統（２０）の送電線を保護する保護継電器１であって、事故の検出により、事故が発生した事故相のＣＢ（４ａ）を開放し、ＣＢ（４ａ）の開放後、ＶＴ（３）により検出された事故相の電圧測定値（ＶＬ）に基づいて、事故が復旧したか否かを判定し、事故が復旧したと判定された場合、ＣＢ（４ａ）を再投入する。

Description

保護継電装置

　本発明は、再閉路機能を備えた保護継電装置に関する。

　従来、図１５に示すような保護継電装置１０が適用された２端子電力系統が知られている。保護継電装置１０には、ＣＴ(current transformer)（計器用変流器）２により検出された電流と、ＣＢ(circuit breaker)（遮断器）４の電極の開閉状態を示す信号が入力される。保護継電装置１０は、ＣＴにより検出された電流に基づいて、事故を検出する。保護継電装置１０は、事故を検出すると、ＣＢ４に遮断信号を出力して、ＣＢ４の電極を開極（開放）する。ＣＢ４が開放されることで、事故電流が遮断される。ＣＢ４を開放した後、再度ＣＢ４を投入する（即ち、閉路する）ことを再投入又は再閉路という。ＣＢ４を開放させた後に、再閉路することで、停電時間を短くすることができる。

　再閉路は、回線数及び事故様相等によって、様々な方式がある。例えば、三相のうちの一相に発生した事故（単相事故）の場合に事故相のみの遮断器を開放して再投入する単相再閉路方式、二相以上の事故の場合に三相遮断した後に再投入する三相再閉路方式などが知られている。また、平行２回線の送電線系統においては、事故相を遮断した後に、事故が発生していない健全相が２相以上あり、かつ連系がとれていることを条件に、事故相だけを選択して高速度にＣＢを再投入する多相再閉路方式が知られている。

　ここで、事故遮断時からＣＢを再投入するまでの時間を再閉路無電圧時間と呼ぶ。一般的に、再閉路無電圧時間は、単相再閉路方式及び多相再閉路方式では約１秒程度、三相再閉路方式では約２秒程度に設定される。

　次に、事故発生からＣＢ４ａ投入までのＣＢ４ａと保護継電装置１０との動作タイミングの相関関係を表したタイムチャートを図１６に示す。事故発生により、送電線の保護継電装置１０は、ＣＢ４ａに開放指令を出力する。これにより、ＣＢ４ａは、開放される。しかし、開放された直後のＣＢ４ａの電極間には、アークが発生する。アークが発生している間は、ＣＢ４ａには、事故電流が流れ続ける。交流系統の場合は、電流が０になる点で電極間のアークが消弧する。これにより、事故電流の遮断が完了する。

　系統事故では、事故電流の遮断が完了した後、事故点での２次アークが消弧し、かつアークイオンが除去されるのを待った後に、ＣＢを再投入する。アークイオンが除去されるまでの時間（消イオン時間）は、アーク電流、系統電圧、線路恒長、及び事故点での風速などに依存する。従って、再閉路無電圧時間は、消イオン時間より長く設定されている。

　しかし、樹木の接触又は断線等の永久事故の場合は、設定された再閉路無電圧時間経過後にＣＢを再投入した場合であっても、再度事故が発生する。このように事故が継続中にＣＢを再投入することは、系統機器(ＣＢ、変圧器、又は送電線など)にダメージを与え、更に電力系統の安定度に影響を与えることになる。

中山敬造編、「保護継電システム」、第１版、電気書院、１９７４年２月２５日、ｐ．１３７－１４０

　本発明が解決しようとする課題は、事故が継続中に遮断器を再投入することを抑制することのできる保護継電装置を提供することにある。

　本発明の実施形態の保護継電装置は、三相交流の電力系統の電線を保護する保護継電装置において、前記電線の事故を検出する事故検出手段と、前記事故検出手段による前記事故の検出により、前記事故が発生した事故相の遮断器を開放する開放手段と、前記開放手段による前記遮断器の開放後、前記事故相の電圧を測定する事故相電圧測定手段と、前記事故相電圧測定手段により測定された電圧に基づいて、前記事故が復旧したか否かを判定する事故復旧判定手段と、前記事故復旧判定手段により前記事故が復旧したと判定された場合、前記遮断器を投入する投入手段とを備えている。

図１は、本発明の第１の実施形態に係る保護継電装置が設置された２端子電力系統の構成図である。 図２は、第１の実施形態に係る保護継電装置の保護動作のシーケンスを示す回路図である。 図３は、第１の実施形態に係る保護継電装置により演算される静電結合電圧を示す電力系統の構成図である。 図４は、第１の実施形態に係る保護継電装置により演算される電磁結合電圧を示す電力系統の構成図である。 図５は、第１の実施形態に係る保護継電装置に設定される無電圧確認時間を示すグラフ図である。 図６は、第１の実施形態に係る保護継電装置の保護動作を示すフローチャートである。 図７は、本発明の第２の実施形態に係る保護継電装置の保護動作のシーケンスを示す回路図である。 図８は、第２の実施形態に係る保護継電装置の保護動作を示すフローチャートである。 図９は、第２の実施形態に係る保護継電装置による遮断相電圧の判断をするための特性を示す特性図である。 図１０は、本発明の第３の実施形態に係る保護継電装置が設置された２端子電力系統の構成図である。 図１１は、第３の実施形態に係る保護継電装置の保護動作のシーケンスを示す回路図である。 図１２は、第３の実施形態に係る保護継電装置の保護動作を示すフローチャートである。 図１３は、第４の実施形態に係る保護継電装置の保護動作のシーケンスを示す回路図である。 図１４は、第４の実施形態に係る保護継電装置の保護動作を示すフローチャートである。 図１５は、従来の保護継電装置が設置された２端子電力系統の構成図である。 図１６は、従来の保護継電装置の保護動作と遮断器の開閉動作との動作タイミングの相関関係を示すタイムチャートである。

　以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る保護継電装置１が設置された電力系統２０の構成図である。なお、各図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

　電力系統２０は、三相交流の２端子電力系統である。電力系統２０には、各相にＣＴ２及びＶＴ(Voltage Transformer)（計器用変圧器）３がそれぞれ設けられている。電力系統２０の自端側には、各相にＣＢ４ａが設けられている。電力系統２０の対向端側には、各相にＣＢ４ｂが設けられている。

　保護継電装置１には、各相のＣＴ２により検出された電流及び各相のＶＴ３により検出された電圧ＶＬが入力される。保護継電装置１は、入力された各相の電流及び電圧ＶＬに基づいて、事故を検出する。保護継電装置１は、事故を検出すると、ＣＢ４ａを開放することで、事故を検出した事故区間が遮断される。これにより、電力系統２０の送電線を保護する。なお、対向端側のＣＢ４ｂは、対向端側に設置された別の保護継電装置により開放される。

　図２は、第１の実施形態に係る保護継電装置１の保護動作のシーケンスを示す回路図である。

　保護継電装置１は、再閉路回路１００と、遮断相電圧判定部１１０とを備えている。

　再閉路回路１００は、事故遮断信号１０１、連系確認信号１０２及び遮断相電圧確認信号１０３に基づいて、再閉路信号１０７及び残相遮断信号１０９を出力する。

　事故遮断信号１０１は、保護継電装置１が事故を検出すると、ＣＢ４ａを開放する指令を出すための信号である。

　連系確認信号１０２は、連系が取れていること（自端側の電力系統と対向端側の電力系統が接続されていること）を示す信号である。連系確認信号１０２は、事故遮断後（ＣＢ４ａ，４ｂの開放後）の送電線に、事故が発生していない相（健全相）が２相以上存在する場合に出力される。

　遮断相電圧確認信号１０３は、ＣＢ４ａ，４ｂが開放された事故相（遮断相）の電圧が許容範囲内であることを示す信号である。遮断相電圧判定部１１０は、ＶＴ３により検出された電圧ＶＬに基づいて、遮断相の電圧が許容範囲内であるか否かを判定する。遮断相電圧判定部１１０は、遮断相の電圧が許容範囲内であると判定した場合、遮断相電圧確認信号１０３を出力する。

　再閉路信号１０７は、ＣＢ４ａの開放後、再閉路の指令を出すための信号である。

　残相遮断信号１０９は、ＣＢ４ａが開放されていない残りの相（残相）を遮断する指令を出すための信号である。

　再閉路回路１００は、２つのタイマ１０４，１０６と、２つのＡＮＤゲート１０５，１０８と、ＮＯＴゲート１２０とを備えている。

　タイマ１０４には、事故遮断信号１０１が入力される。タイマ１０４には、無電圧確認時間ｔｈが設定されている。タイマ１０４は、事故遮断信号１０１が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過後に、ＡＮＤゲート１０５及びタイマ１０６に信号を出力する。

　ＡＮＤゲート１０５には、タイマ１０４からの信号、連系確認信号１０２、及び遮断相電圧確認信号１０３が入力される。ＡＮＤゲート１０５は、タイマ１０４からの信号、連系確認信号１０２、及び遮断相電圧確認信号１０３が全て入力されると（ＡＮＤ条件が成立すると）、ＮＯＴゲート１２０に信号を出力し、再閉路信号１０７を出力する。

　タイマ１０６には、タイマ１０４からの信号が入力される。タイマ１０６には、再閉路を断念するための再閉路あきらめ時間ｔ１が設定されている。タイマ１０６は、タイマ１０４からの信号が入力されてから再閉路あきらめ時間ｔ１経過後に、ＡＮＤゲート１０８に信号を出力する。

　ＮＯＴゲート１２０には、ＡＮＤゲート１０５からの信号が入力される。ＮＯＴゲート１２０は、ＡＮＤゲート１０５から信号が入力されていない間、ＡＮＤゲート１０８に信号を出力する。ＮＯＴゲート１２０は、ＡＮＤゲート１０５から信号が入力されると、信号を出力しない。

　ＡＮＤゲート１０８には、タイマ１０６からの信号及びＮＯＴゲート１２０からの信号が入力される。ＡＮＤゲート１０８は、タイマ１０６及びＮＯＴゲート１２０の両方から信号が入力されると、残相遮断信号１０９を出力する。

　次に、遮断相電圧判定部１１０おける遮断相電圧確認信号１０３を出力する判定方法について説明する。

　遮断相電圧判定部１１０による判定に用いられる許容範囲は、次式のように表される。

　　　（１－ｋ）Ｖｋ　＜　ＶＬ　＜　（１＋Ｋ）Ｖｋ　　　　　…式（１）
　ここで、“ｋ”は許容率、“Ｖｋ”は基準電圧値、“ＶＬ”はＶＴ３により検出された電圧値をそれぞれ表している。

　許容率ｋは、計測誤差、演算処理による誤差、又は機器による誤差などを考慮して決定される。許容率ｋは、例えば１０％（ｋ＝０．１）である。

　基準電圧値Ｖｋは、遮断相電圧判定部１１０に予め設定されている。基準電圧値Ｖｋは、事前に事故が発生していない時（健全時）に、各相に設置されたＣＢ４ａ，４ｂの開放時の電圧値をＶＴ３により測定したものである。事故時に判定に用いられる基準電圧値Ｖｋは、事故が検出された相（事故相）と同一の相の基準電圧値Ｖｋが使用される。

　ここで、ＣＢ４ａ，４ｂの開放時にＶＴ３により測定される電圧ＶＬについて説明する。

　図３は、保護継電装置１により演算される静電結合電圧を示す電力系統の構成図である。図４は、保護継電装置１により演算される電磁結合電圧を示す電力系統の構成図である。

　ＣＢ４ａ，４ｂの開放時の電圧ＶＬは、静電結合電圧と電磁結合電圧との合計である。まず、１回線送電線の単相事故（ここでは、ａ相の事故）の場合について説明する。

　ａ相に事故が発生し、ａ相のＣＢ４ａ，４ｂが開放された後、ａ相には、健全相であるｂ相及びｃ相から誘導される電圧（誘導電圧）が発生する。この誘導電圧は、静電結合電圧と電磁結合電圧とが合成された電圧である。

　図３は、ａ相の電圧の静電結合関係を示している。静電結合により線間（ａ相とｂ相との間及びａ相とｃ相との間）に生じる相間静電容量を“Ｃｍ”、対地静電容量を“Ｃｓ”とすると、ａ相の静電結合電圧を示す“ＶＣａ”は、次のように表される。

　　　ＶＣａ＝（Ｃｍ／（２Ｃｍ＋Ｃｓ））×（Ｖｂ＋Ｖｃ）　　　…式（２）
　図４は、ａ相の電磁結合関係を示している。

　電力系統２０の周波数に依存する角周波数を“ω”、電磁結合による電線間に生じる相互インピーダンスを“Ｍ”、ｂ相に通電されている電流を“Ｉｂ”、ｃ相に通電されている電流を“Ｉｃ”とすると、ａ相の電磁結合電圧を示す“ＶＭａ”は、虚数単位である“ｊ”を用いて次式で表される。

　　　ＶＭａ＝ｊωＭ（Ｉｂ＋Ｉｃ）　　　　　　　　　　　　　　…式（３）
　従って、ａ相のＣＢ４ａ，４ｂが開放された状態のａ相の誘導電圧は、式（２）に示す静電結合電圧と式（３）に示す電磁結合電圧との和として、ＶＣａ＋ＶＭａと表すことができる。この誘導電圧は、ａ相が欠相状態であれば、ａ相に発生する誘導電圧であるため、基準電圧値Ｖｋについても同様に表される。

　図５を参照して、単相事故による事故相の遮断完了直後からＶＴ３により測定される電圧（電圧測定値）ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの関係について説明する。

　事故相の遮断完了直後の誘導電圧は、ほぼ零である。その後、電力系統２０の事故が復帰していれば、誘導電圧は、基準電圧値Ｖｋ付近まで上昇して一定になる。従って、電圧測定値ＶＬも誘導電圧と同様に変位する。

　タイマ１０４に設定される無電圧確認時間ｔｈは、事故相の遮断完了直後（図５の０点）から電圧測定値ＶＬが基準電圧値Ｖｋ付近で一定になると予想される時点までの時間よりも長い時間が設定される。

　図６は、第１の実施形態に係る保護継電装置１の保護動作の手順を示すフローチャートである。ここでは、許容率ｋを１０％（ｋ＝０．１）とした場合の例を示す。

　再閉路回路１００は、事故遮断信号１０１が入力されているか否かを判断する（ステップＳ１）。再閉路回路１００は、事故遮断信号１０１が入力されるまで、この判断を継続する（ステップＳ１のＮｏ）。

　再閉路回路１００は、事故遮断信号１０１が入力されていると判断した場合（ステップＳ１のＹｅｓ）、再閉路条件の一つとして、連系しているか否か（連系確認信号１０２が入力されているか否か）を判断する（ステップＳ２）。再閉路回路１００は、連係していないと判断した場合（ステップＳ２のＮｏ）、残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断をする（ステップＳ９ａ）。

　遮断相電圧判定部１１０は、連係していると判断した場合（ステップＳ２のＹｅｓ）、事故相を選択する（ステップ３）。遮断相電圧判定部１１０は、選択された事故相の基準電圧値Ｖｋの取得をする（ステップ４）。その後、遮断相電圧判定部１１０は、事故遮断信号１０１が入力されてからの時間（又は、自端に設置されたＣＢ４ａが開放されてからの時間）ｔが無電圧確認時間ｔｈ経過したか否かを判断する（ステップＳ５ａ）。遮断相電圧判定部１１０は、時間ｔが無電圧確認時間ｔｈ経過するまで待つ（ステップＳ５ａのＮｏ）。

　遮断相電圧判定部１１０は、時間ｔが無電圧確認時間ｔｈ経過した後、事故相の電圧値ＶＬを測定する（ステップＳ６ａ）。遮断相電圧判定部１１０は、測定した事故相の電圧値ＶＬが事前に設定された許容範囲内（０．９Ｖｋ＜ＶＬ＜１．１Ｖｋ）にあるか否か判断する（ステップＳ７ａ）。

　再閉路回路１００は、事故相の電圧測定値ＶＬが許容範囲内にないと判断した場合（ステップＳ７ａのＮｏ）、残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断をする（ステップＳ９ａ）。再閉路回路１００は、事故相の電圧測定値ＶＬが許容範囲内にあると判断した場合（ステップＳ７ａのＹｅｓ）、再閉路信号１０７を出力する（ステップＳ８ａ）。

　次に、保護継電装置１の動作を、具体例を挙げて説明する。まず、無電圧確認時間ｔｈ内に消弧されるアーク事故が１相に発生し、かつ事故が発生していない健全相が２相以上残存して連系が取れている場合の動作について説明する。

　アーク事故が１相に発生したことにより、再閉路回路１００には、事故遮断信号１０１が入力される。このため、再閉路回路１００は、事故遮断信号１０１が入力されていると判断する（ステップＳ１のＹｅｓ）。

　健全相が２相以上残存しているため、連系が取れていることを示す連系確認信号１０２が再閉路回路１００に入力される。このため、再閉路回路１００は、連系確認信号１０２が入力されていると判断する（ステップＳ２のＹｅｓ）。

　遮断相電圧判定部１１０は、事故が生じた相を選択する（ステップＳ３）。遮断相電圧判定部１１０は、選択した相のＣＢ４ａ，４ｂの開放時で健全時の基準電圧値Ｖｋを取得する（ステップＳ４ａ）。遮断相電圧判定部１１０は、事故遮断信号１０１が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過後（ステップＳ５ａのＹｅｓ）、ＶＴ３により事故相の電圧測定値ＶＬを取得する（ステップＳ６ａ）。遮断相電圧判定部１１０は、取得した電圧測定値ＶＬが事前に設定された許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ７ａ）。

　ここで、前提条件により、アーク事故は、無電圧確認時間ｔｈ内に消弧している。よって、アーク事故の発生した事故相は、事故から復旧しているので、無電圧確認時間ｔｈ経過後に測定される事故相の電圧測定値ＶＬは、アーク事故が発生する前の事前に設定された範囲内に戻っている。このため、遮断相電圧判定部１１０は、電圧測定値ＶＬの値が事前に設定された範囲内に有ると判断する（ステップＳ７ａのＹｅｓ）。従って、遮断相電圧判定部１１０は、再閉路回路１００に遮断相電圧確認信号１０３を出力する。

　再閉路回路１００は、事故遮断信号１０１の入力（ステップＳ１のＹｅｓ）、連系確認信号１０２の入力（ステップＳ２のＹｅｓ）、及び遮断相電圧確認信号１０３の入力（ステップＳ７ａのＹｅｓ）の全ての条件が揃うため、事故相に設置されたＣＢ４ａに対して、再閉路信号１０７を出力する（ステップＳ８ａ）。これにより、事故相に設置されたＣＢ４ａは、再投入される。

　次に、永久事故が１相に発生し、かつ健全相が２相以上残存して連系が取れている場合について説明する。

　まず、再閉路回路１００は、事故遮断信号１０１が入力されていると判断する（ステップＳ１のＹｅｓ）。また、再閉路回路１００は、連系確認信号１０２が入力されていると判断する（ステップＳ２のＹｅｓ）。

　遮断相電圧判定部１１０は、事故相を選択する（ステップＳ３）。遮断相電圧判定部１１０は、選択した相のＣＢ４ａ，４ｂの開放時で健全時の基準電圧値Ｖｋを取得する（ステップＳ４ａ）。遮断相電圧判定部１１０は、事故遮断信号１０１が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過後（ステップＳ５ａのＹｅｓ）、ＶＴ３により事故相の電圧測定値ＶＬを取得する（ステップＳ６ａ）。遮断相電圧判定部１１０は、取得した電圧測定値ＶＬが事前に設定された許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ７ａ）。

　ここで、前提条件により、永久事故であることから、無電圧確認時間ｔｈを経過しても事故は継続している。よって、無電圧確認時間ｔｈ経過後に測定された事故相の電圧測定値ＶＬは、事故が発生する前の基準電圧値Ｖｋに戻っていない。従って、電圧測定値ＶＬは、許容範囲内にない。このため、遮断相電圧判定部１１０は、電圧測定値ＶＬの値が事前に設定された範囲内に無いと判断する（ステップＳ７ａのＮｏ）。遮断相電圧判定部１１０は、再閉路回路１００に遮断相電圧確認信号１０３を出力しない。

　再閉路回路１００には、事故遮断信号１０１の入力（ステップＳ１のＹｅｓ）及び連系確認信号１０２の入力（ステップＳ２のＹｅｓ）はあるが、遮断相電圧確認信号１０３が入力されない（ステップＳ７ａのＮｏ）。従って、再閉路回路１００は、再閉路信号１０７を出力しない。また、永久事故であるため、再閉路回路１００は、最終的に、事故相以外の相に設置されたＣＢ４ａに対して残相遮断信号１０９を出力する（ステップＳ９ａ）。これにより、事故相以外の相に設置されたＣＢ４ａも開放される。

　次に、アーク事故や永久事故などの事故の種類にかかわらず、健全相が２相以上残存していない（即ち、連系が取れない）場合について説明する。

　まず、再閉路回路１００は、事故遮断信号確認ステップＳ１により事故遮断信号が入力されていると判断する（ステップＳ１のＹｅｓ）。次に、前提条件により、再閉路回路１００は、連系確認信号が入力されていないと判断する（ステップＳ２のＮｏ）。よって、再閉路回路１００は、再閉路信号１０７を出力しない。このまま、連系が取れなければ、再閉路回路１００は、最終的に、事故相以外の相に設置されたＣＢ４ａに残相遮断信号１０９を出力する（ステップＳ９ａ）。これにより、事故相以外の相に設置されたＣＢ４ａも開放される。

　本実施形態によれば、保護継電器１は、事故発生によるＣＢ４ａ，４ｂの開放後、無電圧確認時間ｔｈ経過後に、ＣＢ４ａを再投入する前に、事故が継続しているか否かを判断する。従って、保護継電器１は、事故が継続中に遮断器を再投入することを抑制することができる。また、保護継電器１は、電力系統の安定度の向上又は系統機器等へのダメージを減少させることができる。

（第２の実施形態）
　図７は、本発明の第２の実施形態に係る保護継電装置１Ａの保護動作のシーケンスを示す回路図である。

　保護継電装置１Ａは、図２に示す第１の実施形態に係る保護継電装置１において、位相差判定部１１１を追加し、再閉路回路１００を再閉路回路１００Ａに代えた構成である。再閉路回路１００Ａは、第１の実施形態に係る再閉路回路１００において、ＡＮＤゲート１０５をＡＮＤゲート１０５Ａに代え、ＡＮＤゲート１１２を追加した構成である。その他は、第１の実施形態に係る保護継電装置１と同様である。

　位相差判定部１１１は、ＶＴ３により測定される電圧測定値ＶＬとＶＴ３により予め測定されたＣＢ４ａ，４ｂの開放時で健全時の基準電圧値Ｖｋとの位相差が事前に設定された許容範囲内にあるか否かを判定する。位相差判定部１１１は、位相差が許容範囲内にあると判断した場合、再閉路回路１００ＡのＡＮＤゲート１１２に位相差確認信号１１７を出力する。ここで、基準電圧値Ｖｋの位相は、事故発生前から健全時の送電線の位相を保護継電装置１Ａに内蔵されているタイマにより演算し続けているものとする。

　ＡＮＤゲート１１２には、遮断相電圧判定部１１０から出力される遮断相電圧確認信号１０３及び位相差判定部１１１から出力される位相差確認信号１１７が入力される。ＡＮＤゲート１１２は、遮断相電圧確認信号１０３及び位相差確認信号１１７が共に入力されると、ＡＮＤゲート１０５Ａに信号を出力する。

　ＡＮＤゲート１０５Ａは、第１の実施形態に係るＡＮＤゲート１０５において、遮断相電圧確認信号１０３の代わりにＡＮＤゲート１１２からの信号が入力される。その他は、第１の実施形態に係るＡＮＤゲート１０５と同様の構成である。

　図８は、第２の実施形態に係る保護継電装置１Ａの保護動作の手順を示すフローチャートである。

　保護継電装置１Ａの保護動作の手順を示すフローチャートは、図６に示す第１の実施形態に係るフローチャートにおいて、遮断相電圧を判定するステップＳ７ａをステップＳ７ｂに代えたものである。その他は、第１の実施形態に係るフローチャートと同様の手順である。

　保護継電装置１Ａの保護動作の手順は、ステップＳ１からステップＳ６ａまでは、第１の実施形態と同様である。但し、位相差判定部１１１は、遮断相電圧判定部１１０と同様に電圧測定値ＶＬ及び基準電圧値Ｖｋに関するデータを取得しているものとする。

　ステップＳ６ａの後、電圧測定値ＶＬの電圧値が事前に設定された許容範囲（０．９Ｖｋ＜ＶＬ＜１．１Ｖｋ）であるか否かに加え、電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの位相差θが事前に設定された許容範囲内にあるか否かを位相差判定部１１１により判断する（ステップＳ７ｂ）。位相差θが事前に設定された位相差θｋ以下であれば、位相差θが許容範囲内であると判断される。この位相差の判断をする式は、（ＶＬ∧Ｖｋ）≦θｋとなる。ここで、（ＶＬ∧Ｖｋ）は、電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの位相差θを表している。

　遮断相電圧判定部１１０は、電圧測定値ＶＬが許容範囲内にあると判断した場合、遮断相電圧確認信号１０３を再閉路回路１００ＡのＡＮＤゲート１１２に出力する。また、位相差判定部１１１は、電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの位相差θが許容範囲内にあると判断した場合、位相差確認信号１１７を再閉路回路１００ＡのＡＮＤゲート１１２に出力する。

　このステップ７ｂの時点では、既に、事故遮断信号１０１が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過しており（ステップＳ１のＹｅｓ、ステップＳ５ａのＹｅｓ）、かつ連系が取れている（ステップＳ２のＹｅｓ）。従って、電圧測定値ＶＬが許容範囲内にあると判断され、かつ電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの位相差θが許容範囲内にあると判断された場合、再閉路回路１００Ａは、事故相に設置されたＣＢ４ａに再閉路信号１０７を出力する（Ｓ８ａ）。これにより、ＣＢ４ａは、再投入される。

　一方、電圧測定値ＶＬが許容範囲内にないと判断されるか、又は電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの位相差θが許容範囲内にないと判断された場合、事故遮断信号１０１が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過しており、かつ連系確認信号１０２が入力されていたとしても、再閉路回路１００Ａは、再閉路信号１０７を出力しない。この場合、再閉路回路１００Ａは、事故が継続していると判断するためである。よって、再閉路回路１００Ａは、残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断をする（ステップＳ９ａ）。このまま再閉路の条件が成立しなければ、再閉路回路１００Ａは、最終的に、事故相以外の残相に設置されたＣＢ４ａに残相遮断信号１０９を出力する。これにより、残相に設置されたＣＢ４ａも開放される。

　本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。保護継電器１Ａは、電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの位相差θによっても事故が継続しているか否かを判断するため、事故が継続しているか否かの判断結果の信頼性を向上させることができる。これにより、事故が継続中に遮断器４ａを再投入することをさらに防止することができる。

　なお、ステップＳ７ｂにおいて、電圧測定値ＶＬの電圧値が許容範囲内にあるか否かの判断と、電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの位相差θが許容範囲内にあるか否かの判断とを、遮断相電圧判定部１１０及び位相差判定部１１１のそれぞれで別々に行う構成について説明した。次に、これらの判断を同一箇所で同時に行う構成について説明する。ここでは、遮断相電圧判定部１１０でこれらの判断を行うものとして説明する。

　図９は、遮断相電圧判定部１１０に設定された遮断相電圧の判断をするための特性を示す特性図である。基準電圧ベクトルＶｋは、基準電圧値Ｖｋをベクトルで表したものである。電圧ベクトルＶＬ１，ＶＬ２は、以下で説明するための電圧測定値ＶＬに相当する電圧をベクトルで表したものである。図９に示す電圧ベクトルＶｋ，ＶＬ１，ＶＬ２は、長さが電圧値を示し、矢印の方向が位相を示している。従って、任意の２つの電圧ベクトルの長さの差は電圧差を表し、任意の２つの電圧ベクトルが為す角度は位相差を表す。

　斜線部分は、電圧測定値ＶＬと基準電圧値Ｖｋとの電圧差及び位相差がともに許容範囲内である領域を示している。電圧測定値ＶＬとなる電圧ベクトルの先端が斜線部分の中に含まれていれば、その電圧測定値ＶＬは、電圧値及び位相が共に許容範囲内であることを示している。

　まず、電圧測定値ＶＬ１を見ると、ベクトルの先端が斜線部分の中に含まれている。よって、電圧測定値ＶＬ１は、電圧差及び位相差θＬ１が許容範囲内であると判断される。従って、遮断相電圧判定部１１０は、遮断相電圧確認信号１０３及び位相差確認信号１１７に相当する信号を出力する。

　一方、電圧測定値ＶＬ２を見ると、斜線部分の中に含まれていない。よって、電圧測定値ＶＬ２は、電圧差又は及び位相差θＬ２の少なくともいずれか一方が許容範囲内でないと判断される。ここで、電圧測定値ＶＬ２を確認すると、電圧差は許容範囲内であるが、位相差θＬ２は、基準となる位相差θｋよりも大きい。従って、電圧測定値ＶＬ２は、許容範囲内ではないため、遮断相電圧判定部１１０は、信号を出力しない。

　このように、図９に示す特性図のようなデータを再閉路回路１００Ａに設定することで、電圧測定値ＶＬの電圧値と位相が許容範囲内か否かを同時に判断することができる。

（第３の実施形態）
　図１０は、本発明の第３の実施形態に係る保護継電装置１Ｂが設置された電力系統２０Ｂの構成図である。

　電力系統２０Ｂは、図１に示す第１の実施形態に係る電力系統２０において、保護継電装置１を保護継電装置１Ｂに代え、対向端側に保護継電装置１Ｂｂを設置し、対向端側の各相にＶＴ３ｂを設けている。その他は、第１の実施形態の電力系統２０と同様である。

　ＶＴ３ｂは、自端側に設けられているＶＴ３と同等の機器である。ＶＴ３ｂは、電力系統２０の対向端側の送電線の各相の電圧を検出する。

　保護継電装置１Ｂｂは、自端側に設置されている保護継電装置１Ｂと同等の装置である。保護継電装置１Ｂｂは、ＶＴ３ｂにより検出された電圧に基づいて、対向端側の電力系統２０Ｂの送電線の各相の電圧を測定する。保護継電装置１Ｂｂは、測定した電圧測定値ＶＬｂを伝送路を介して保護継電装置１Ｂに送信する。

　図１１は、第３の実施形態に係る保護継電装置１Ｂの保護動作のシーケンスを示す回路図である。

　保護継電装置１Ｂは、図７に示す第２の実施形態に係る保護継電装置１Ａにおいて、対向端遮断相電圧判定部１１３及び電圧データ受信回路１２１を追加し、再閉路回路１００Ａを再閉路回路１００Ｂに代えた構成である。再閉路回路１００Ｂは、第２の実施形態に係る再閉路回路１００Ａにおいて、ＡＮＤゲート１０５ＡをＡＮＤゲート１０５Ｂに代え、ＡＮＤゲート１１２をＡＮＤゲート１１４に代えた構成である。その他は、第２の実施形態に係る保護継電装置１Ａと同様である。

　電圧データ受信回路１２１は、保護継電装置１ＢｂからＶＴ３ｂにより検出された電圧を測定した電圧測定値ＶＬｂを受信する。電圧データ受信回路１２１は、受信した電圧測定値ＶＬｂを対向端遮断相電圧判定部１１３に出力する。

　対向端遮断相電圧判定部１１３は、対向端側の遮断相の電圧測定値ＶＬｂを判定する点以外は、遮断相電圧判定部１１０と同様の構成である。対向端遮断相電圧判定部１１３は、ＶＴ３ｂにより予め測定されたＣＢ４ａ，４ｂの開放時で健全時の基準電圧値Ｖｋｂに基づいて、対向端側の遮断相の電圧測定値ＶＬｂが許容範囲内にあるか否かを判断する。対向端遮断相電圧判定部１１３は、電圧測定値ＶＬｂが許容範囲内にあると判断した場合、再閉路回路１００ＢのＡＮＤゲート１１４に対向端遮断相電圧確認信号１１８を出力する。

　ＡＮＤゲート１１４には、遮断相電圧判定部１１０から出力される遮断相電圧確認信号１０３及び対向端遮断相電圧判定部１１３から出力される対向端遮断相電圧確認信号１１８が入力される。ＡＮＤゲート１１４は、遮断相電圧確認信号１０３及び対向端遮断相電圧確認信号１１８が共に入力されると、ＡＮＤゲート１０５Ｂに信号を出力する。

　ＡＮＤゲート１０５Ｂは、第１の実施形態に係るＡＮＤゲート１０５において、遮断相電圧確認信号１０３の代わりにＡＮＤゲート１１４からの信号が入力される。その他は、第１の実施形態に係るＡＮＤゲート１０５と同様の構成である。

　図１２は、第３の実施形態に係る保護継電装置１Ｂの保護動作の手順を示すフローチャートである。

　保護継電装置１Ｂの保護動作の手順を示すフローチャートは、図６に示す第１の実施形態に係るフローチャートにおいて、基準電圧を取得するステップＳ４ａをステップＳ４ｂに代え、事故相の電圧値を測定するステップＳ６ａをステップＳ６ｂに代え、対向端遮断相電圧を判定するステップＳ７ｃをステップＳ７ａとステップＳ８ａとの間に追加した構成である。その他は、第１の実施形態に係るフローチャートと同様の手順である。

　保護継電装置１Ｂの保護動作の手順は、ステップＳ１からステップＳ３までは、第１の実施形態と同様である。

　遮断相電圧判定部１１０は、自端側の選択された事故相の基準電圧値Ｖｋの取得をする。また、対向端遮断相電圧判定部１１３は、対向端側の選択された事故相の基準電圧値Ｖｋｂの取得をする（ステップＳ４ｂ）。

　遮断相電圧判定部１１０は、事故遮断信号１０１が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過後に自端側の事故相の電圧ＶＬを測定する。対向端遮断相電圧判定部１１３は、事故遮断信号１０１が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過後に測定された対向端側の事故相の電圧ＶＬｂを取得する（ステップＳ５ａのＹｅｓ、ステップＳ６ｂ）。

　遮断相電圧判定部１１０は、測定した自端側の事故相の電圧値ＶＬが事前に設定された許容範囲内（０．９Ｖｋ＜ＶＬ＜１．１Ｖｋ）にあるか否か判断する（ステップＳ７ａ）。

　再閉路回路１００Ｂは、遮断相電圧判定部１１０により電圧測定値ＶＬが許容範囲内にないと判断した場合（ステップＳ７ａのＮｏ）、残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断をする（ステップＳ９ａ）。再閉路回路１００Ｂは、遮断相電圧判定部１１０により電圧測定値ＶＬが許容範囲内にあると判断した場合（ステップＳ７ａのＹｅｓ）、対向端遮断相電圧判定部１１３による判定をする（ステップＳ７ｃ）。

　対向端遮断相電圧判定部１１３は、取得した対向端側の事故相の電圧値ＶＬｂが事前に設定された許容範囲内（０．９Ｖｋｂ＜ＶＬ＜１．１Ｖｋｂ）にあるか否か判断する（ステップＳ７ｃ）。

　再閉路回路１００Ｂは、対向端遮断相電圧判定部１１３により電圧測定値ＶＬｂが許容範囲内にない（事故が継続している）と判断した場合（ステップＳ７ｃのＮｏ）、残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断をする（ステップＳ９ａ）。一方、再閉路回路１００Ｂは、対向端遮断相電圧判定部１１３により電圧測定値ＶＬｂが許容範囲内にある（事故が復旧している）と判断した場合（ステップＳ７ｃのＹｅｓ）、再閉路信号１０７を出力する（ステップＳ８ａ）。

　即ち、再閉路回路１００は、連系確認信号１０２及び遮断相電圧確認信号１０３に加え、対向端遮断相電圧判定部１１３により電圧測定値ＶＬｂが許容範囲内にあると判断された場合に出力される対向端遮断相電圧確認信号１１８が入力されると、事故相に設置されたＣＢ４ａを再閉路する。

　本実施形態によれば、第１の実施形態の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。保護継電装置１Ｂは、自端側の電圧測定値ＶＬに加え、対向端側の電圧測定値ＶＬｂに基づいて、事故が継続しているか否かを判断するため、事故が継続しているか否かの判断結果の信頼性を向上させることができる。これにより、事故が継続中に遮断器４ａを再投入することをさらに防止することができる。

　なお、本実施形態では、対向端に設置されたＶＴ３ｂによって検出された電圧測定値を伝送路介して受信して、自端側の保護継電装置１Ｂで保護の演算処理（対向端遮断相電圧判定部１１３による演算処理等）を行ったが、このような構成に限らない。保護継電装置１Ｂは、対向端側の保護継電装置１Ｂｂにより保護の演算処理された処理結果を受信してもよい。例えば、保護継電装置１Ｂは、対向端側の保護継電装置１Ｂｂにより演算処理された再閉路信号又は残相遮断信号を受信することで、これらの信号をＣＢ４ａの開閉をする条件としてもよい。

（第４の実施形態）
　図１３は、本発明の第４の実施形態に係る保護継電装置１Ｃの保護動作のシーケンスを示す回路図である。

　保護継電装置１Ｃは、図２に示す第１の実施形態に係る保護継電装置１において、再閉路回路１００を再閉路回路１００Ｃに代えた構成である。再閉路回路１００Ｃは、第１の実施形態に係る再閉路回路１００にタイマ１１５及びＡＮＤゲート１１６を追加し、低速度再閉路信号１１９を出力する構成である。その他は、第１の実施形態に係る保護継電装置１と同様である。

　タイマ１１５には、ＡＮＤゲート１０８からの信号（残相遮断信号１０９と同等の信号）が入力される。タイマ１１５には、タイマ１０４と同じ無電圧確認時間ｔｈが設定されている。なお、タイマ１１５に設定される無電圧確認時間ｔｈは、タイマ１０４と異なる時間でもよい。タイマ１１５は、ＡＮＤゲート１０８からの信号が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過後に、ＡＮＤゲート１１６に信号を出力する。

　ＡＮＤゲート１１６には、タイマ１１５からの信号、連系確認信号１０２、及び遮断相電圧確認信号１０３が入力される。ＡＮＤゲート１１６は、タイマ１１５からの信号、連系確認信号１０２、及び遮断相電圧確認信号１０３が全て入力されると、低速再閉路信号１１９を出力する。

　図１４は、第４の実施形態に係る保護継電装置１Ｃの保護動作の手順を示すフローチャートである。

　保護継電装置１Ｂの保護動作の手順を示すフローチャートは、図６に示す第１の実施形態に係るフローチャートにおいて、ステップ９ｂ、ステップ５ｂ、ステップ６ｃ、ステップ７ｄ、及びステップ８ｂを追加した構成である。ここで、ステップ５ｂ、ステップ６ｃ、ステップ７ｄ、及びステップ８ｂは、それぞれステップ５ａ、ステップ６ａ、ステップ７ａ、及びステップ８ａと同等のステップである。その他は、第１の実施形態に係るフローチャートと同様の手順である。なお、ここでは、第１の実施形態に係るフローチャートから新たに追加されたステップ９ｂ，５ｂ，６ｃ，７ｄ，８ｂについて主に説明し、その他のステップについては、第１の実施形態と同様であるとして、説明を省略する。

　再閉路回路１００Ｃは、遮断相電圧判定部１１０により電圧測定値ＶＬが許容範囲内にないと判断した場合（ステップＳ７ａのＮｏ）、残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断をする（ステップＳ９ｂ）。

　残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断をした後（ステップＳ９ｂ）、遮断相電圧判定部１１０は、ＡＮＤゲート１０８からの信号が入力されてから無電圧確認時間ｔｈ経過後（ステップＳ５ｂのＹｅｓ）、ＶＴ３により事故相の電圧測定値ＶＬを再度取得する（ステップＳ６ｃ）。遮断相電圧判定部１１０は、再度取得した電圧測定値ＶＬが事前に設定された許容範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ７ｄ）。

　再閉路回路１００Ｃは、再度取得した事故相の電圧測定値ＶＬが許容範囲内にないと判断した場合（ステップＳ７ｄのＮｏ）、演算処理を終了する。即ち、再閉路回路１００Ｃは、再閉路せず、ＣＢ４ａは開放された状態のままになる。一方、再閉路回路１００Ｃは、再度取得した事故相の電圧測定値ＶＬが許容範囲内にあると判断した場合、低速度再閉路信号１１９を出力する（ステップＳ８ｂ）。これにより、ＣＢ４ａは再投入される。

　即ち、再閉路回路１００Ｃは、残相遮断信号１０９を出力するか否かの判断（ステップＳ９ｂ）をした後、再度、事故が継続しているか否かの判断を行う。ここで、事故が継続していない（事故が復旧した）と判断されれば、ＣＢ４ａの再投入（低速度再閉路）を行う。

　本実施形態によれば、第１の実施形態による作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

　保護継電装置１Ｃは、事故遮断してから無電圧確認時間ｔｈを経過した後に電圧測定値ＶＬにより事故が継続中であると判断されても、再度、無電圧確認時間ｔｈを経過した後に取得した電圧測定値ＶＬにより事故が継続中か否かを判断する。これにより、ＣＢ４ａを再投入する機会を増やすことができるため、停電を解消する機会を増加させることができる。

　なお、各実施形態では、送電線を保護する送電線保護継電装置として説明したが、これに限らない。母線の保護を行う母線保護継電装置、又は変圧器の保護を行う変圧器保護継電装置などとして適用することもできる。

　また、各実施形態において、ＣＢ４ａ，４ｂは電線（母線、送電線、配電線等）の両端に設けられたＣＴの間にＣＢが設置されていなくてもよい。

　さらに、各実施形態において、保護継電器１等は、自端側のＣＢ４ａを主に開閉操作するものとして説明したが、対向端側のＣＢ４ｂを自端側のＣＢ４ａと同様に自端側の保護継電装置１等により開閉操作をしてもよい。

　また、各実施形態では、消イオン時間より長い再閉路無電圧時間ｔｈを設定したタイマ１０４による遅延時間後にＶＴ３により測定された電圧測定値ＶＬに基づいて、再閉路をするか否かの判断をしていたが、これに限らない。例えば、再閉路回路１００等は、電圧測定値ＶＬをリアルタイムで測定し、測定した電圧測定値ＶＬが予め設定された許容範囲に入った時点で、再閉路信号１０７を出力してもよい。

　さらに、第２の実施形態では、第１の実施形態を基本構成として説明したが、第３の実施形態又は第４の実施形態を基本構成としてもよい。第４の実施形態では、対向端側の電圧測定値ＶＬｂの位相も、自端側の電圧測定値ＶＬの位相と同様に、事故が復旧しているか否かの判断に用いてもよい。

　また、第２の実施形態において、基準電圧値Ｖｋの位相は、事故発生前から健全時の送電線の位相を保護継電装置１Ａの内部のタイマにより演算し続けているものとしたが、これに限らない。基準電圧値Ｖｋの位相として、母線又は事故相以外の相（残相）の位相を用いてもよい。この場合、リアルタイムで位相を測定することができるため、保護継電装置１Ａの内部で事故前から位相の演算処理を続ける必要がなくなる。

　さらに、第４の実施形態において、低速度再閉路による投入を事故相のＣＢ４ａのみについて説明したが、残相遮断信号１０９により開放された事故相以外の残相のＣＢ４ａを投入してもよい。また、低速度再閉路による投入を行うために、事故相の電圧測定値ＶＬを用いて、事故が継続しているか否かの判断をしたが、事故相以外の他の２相（残相）の電圧測定値を用いてもよい。

　なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Claims (6)

1. 　三相交流の電力系統の電線を保護する保護継電装置において、
   　前記電線の事故を検出する事故検出手段と、
   　前記事故検出手段による前記事故の検出により、前記事故が発生した事故相の遮断器を開放する開放手段と、
   　前記開放手段による前記遮断器の開放後、前記事故相の電圧を測定する事故相電圧測定手段と、
   　前記事故相電圧測定手段により測定された電圧に基づいて、前記事故が復旧したか否かを判定する事故復旧判定手段と、
   　前記事故復旧判定手段により前記事故が復旧したと判定された場合、前記遮断器を投入する投入手段と
   を備えたことを特徴とする保護継電装置。
2. 　前記事故復旧判定手段は、前記開放手段による前記遮断器の開放後、所定時間経過後に、前記事故相電圧測定手段により測定された電圧が所定電圧値以上の場合、前記事故が復旧したと判定すること
   を特徴とする請求項１に記載の保護継電装置。
3. 　前記事故復旧判定手段は、前記開放手段による前記遮断器の開放後、所定時間経過後に、前記事故相電圧測定手段により測定された電圧の位相と健全時の前記事故相の電圧の位相との位相差が所定位相差よりも小さい場合、前記事故が復旧したと判定すること
   を特徴とする請求項２に記載の保護継電装置。
4. 　前記電線の前記事故相電圧測定手段による測定箇所と対向する箇所の電圧である対向側電圧を測定する対向側電圧測定手段を備え、
   　前記事故復旧判定手段は、前記対向側電圧測定手段により測定された前記対向側電圧に基づいて、前記事故が復旧したか否かを判定すること
   を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の保護継電装置。
5. 　前記事故復旧判定手段により前記事故が復旧していないと判定された場合、前記事故相以外の相の遮断器を開放する残相開放手段
   を備えたことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の保護継電装置。
6. 　前記事故復旧判定手段により前記事故が復旧していないと判定された場合、所定時間経過後に、前記事故が復旧したか否かを再判定する前記事故復旧再判定手段と、
   　前記事故復旧再判定手段により前記事故が復旧したと判定された場合、前記事故相の前記遮断器を投入する低速度投入手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の保護継電装置。

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