WO2013125255A1 - 統合ユニット及び保護リレーシステム - Google Patents

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WO2013125255A1
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protection
unit
circuit breaker
relay
process bus
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宏之 前原
片山　茂樹
西田　知敬
道彦 犬飼
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株式会社 東芝
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    • H02H7/26—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured
    • H02H7/261—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations
    • H02H7/263—Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured involving signal transmission between at least two stations involving transmissions of measured values

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an integrated unit and a protection relay system for protecting a power system from an accident.
  • the current or voltage of the main circuit of the power device is converted into a current or voltage suitable for measurement using a current transformer or a voltage transformer.
  • the converted current or voltage is transmitted to a host device such as a protection relay or a line control unit disposed in a remote switchboard room by cable connection.
  • the process bus is a system in which the current or voltage of the power device is A / D converted in the vicinity of the power device and the sample value is transmitted to the host device in the form of serial communication. There may be one or more host devices.
  • process buses have been introduced for power system protection relay systems in substations and the like.
  • the importance of a process bus that can share current and voltage sample values is also drawing attention in the realization of smart grids.
  • the integrated unit, the protection unit, and the circuit breaker control unit are connected to each other by the process bus via the communication interface unit.
  • the integrated unit is located near the circuit breaker to which the transmission line is connected.
  • a current waveform signal measured by a current transformer or a voltage waveform signal measured by an instrument transformer is input to this unit.
  • the current waveform signal or the voltage waveform signal is converted into a sample value (digital data) by an A / D conversion unit inside the integrated unit, and transmitted to the process bus via the communication interface unit.
  • the sample value of the waveform is received by the communication interface unit and transmitted to the relay calculation unit.
  • the relay calculation unit performs an accident determination calculation process, and if it is determined that tripping of the circuit breaker is necessary, a trip command message is transmitted to the process bus via the communication interface. Multiple protection units may send a trip command message to the same circuit breaker.
  • the communication interface unit when the communication interface unit receives the trip command message, it trips and drives the circuit breaker. Thereby, electric power facilities, such as a power transmission line, are protected.
  • both the current waveform signal or voltage waveform signal of the power system, which is basic information for accident determination, and the trip command message of the circuit breaker are transmitted via the process bus. Is transmitted. Therefore, when a failure occurs in the process bus and these transmission functions are lost, the protection function is completely lost.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide an integrated unit and a protection relay system that can maintain the protection function of the power system even when a failure occurs in the process bus.
  • the integrated unit includes an A / D converter that converts an electric quantity of a power system into digital data, and communication that transmits the digital data to a process bus to which a protection unit for protecting the power system is connected.
  • An interface unit and a relay operation for detecting an abnormality in the power system based on the digital data, and a breaker for tripping and driving a circuit breaker inserted in the power system based on a result of the operation A relay operation unit that outputs a signal.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a circuit configuration of a protection relay system according to the first embodiment.
  • the protection relay system of the present embodiment is a power system protection relay system in a substation, for example, and includes an integrated unit 10 and a protection unit 20.
  • the units 10 and 20 are connected to each other by a process bus 30 via communication interface units 12 and 22, respectively.
  • a circuit breaker trip circuit (14, 24, 45) for tripping and driving the circuit breaker 44 by energizing the circuit breaker trip coil 45 is provided.
  • a plurality of protection units 20 may be connected to the same process bus 30.
  • the integrated unit 10 performs relay computation for circuit breaker control.
  • a portion 13 and a contact 14 are provided. And it arrange
  • a current waveform signal measured by the current transformer 42 or a voltage waveform signal measured by the instrument transformer 43 is input to the integrated unit 10.
  • the current transformer 42 detects a current change in the power transmission line 46, and the instrument transformer 43 detects the voltage of the bus 41.
  • the protection unit 20 also includes a communication interface unit 22, a relay operation unit 23, and a contact 24. Both the contacts 14 and 24 are connected to a circuit breaker tripping coil 45. When the coil 45 is energized by closing the contacts 14 and 24, the circuit breaker 44 is configured to perform a tripping operation.
  • the relay calculation units 13 and 23 detect an abnormality in the power system.
  • the relay calculation unit 23 corresponds to a main detection relay
  • the relay conversion unit 13 corresponds to an FD (accident detection) relay.
  • the relay calculation unit 23 may be a main protection
  • the relay conversion unit 13 may correspond to a back-up protection.
  • the type, function, operation value, operation time, and the like of the relay operation in the relay operation unit 13 can be set via the process bus 30.
  • the current waveform signal measured by the current transformer 42 or the voltage waveform signal measured by the instrument transformer 43 is converted into a sample value by the A / D converter 11 inside the integrated unit 10. This sample value is sent to the communication interface unit 12 and sent to the process bus 30 and simultaneously sent to the relay operation unit 13.
  • the relay calculation unit 13 performs accident determination independently by executing digital filter processing and relay calculation processing. And when it determines with the tripping of the circuit breaker 44 being required, the contact 14 is closed by outputting 1st interruption
  • the relay calculation unit 23 of the protection unit 20 also makes an accident determination independently based on the sample value received by the communication interface 22, and if it is determined that tripping of the circuit breaker is necessary, the second interruption signal S2 is set. By outputting, the contact 24 is closed. When either the contact 14 or the contact 24 is closed, the trip coil 45 is energized and the breaker 44 is tripped. Thereby, electric power equipment, such as the power transmission line 46, is protected.
  • the operation when an abnormality occurs in the process bus 30 and a failure occurs in the transmission function is as follows. Since the sample value does not reach a part or all of the protection unit 20, the protection unit 20 cannot make an accident determination. For this reason, even if an accident occurs, the contact 24 may not close. However, since the relay calculation unit 13 of the integrated unit 10 operates normally, when it is determined that the breaker 44 needs to be removed, the contact 14 is closed and the trip coil 45 is energized.
  • the relay calculation unit 13 of the integrated unit 10 operates, so that the protection function of power equipment such as a power transmission line can be achieved. it can.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a circuit configuration of a protection relay system according to the second embodiment.
  • symbol is attached
  • the present embodiment is different from the first embodiment described above in that an abnormality detected by the protection unit 20 is sent to the integrated unit 10 via the process bus 30 without providing the contact 24 on the protection unit 20. It is in.
  • the integrated unit 10 of this embodiment includes a communication monitoring unit 15, an OR gate 16, and an AND gate 17 in addition to the A / D conversion unit 11, the communication interface unit 12, the relay calculation unit 13, and the contact 14. . That is, a circuit breaker tripping circuit is constituted by the OR gate 16 and the AND gate 17 in addition to the contact 14 and the coil 45.
  • the relay calculation unit 23 corresponds to the main detection relay
  • the relay calculation unit 13 corresponds to the FD relay.
  • the communication monitoring unit 15 may use a “PING” command, and the configuration is not particularly limited.
  • the second cutoff signal S2 from the communication interface unit 12 and the communication failure signal S3 from the communication monitoring unit 15 that detects an abnormality in the process bus 30 are supplied to each input terminal of the OR gate 16.
  • the output of the OR gate 16 is supplied to one input terminal of the AND gate 17.
  • the first cutoff signal S ⁇ b> 1 from the relay calculation unit 13 is supplied.
  • the contact 14 is controlled by the output of the AND gate 17. That is, the contact 14 is configured to be closed in any of the following cases (1) and (2).
  • Both the first cutoff signal S1 and the second cutoff signal S2 are output.
  • Both the first cutoff signal S1 and the communication abnormality signal S3 are output. It is the same.
  • the relay calculation unit 13 performs an accident determination, and if it is determined that tripping of the circuit breaker 44 is necessary, the first interruption signal S1 is output.
  • the relay calculation unit 13 performs an accident determination corresponding to an accident detection relay, for example.
  • the accident calculation is also performed in the relay calculation unit 23 of the protection unit 20.
  • a trip command message is transmitted to the process bus 30 via the communication interface 22.
  • the relay calculation unit 23 performs an accident determination corresponding to the main detection relay.
  • the communication interface unit 12 in the integrated unit 10 receives a trip command message from any of the protection units 20, it outputs a second cutoff signal S2.
  • the accident determination method executed by the relay calculation unit 23 is generally different among the plurality of protection units 20, but the cutoff signal S2 is output when a trip command message is received from any protection unit. Only when both the breaking signals S1 and S2 are output, the contact 14 is closed, the trip coil 45 is energized, and the breaker 44 is tripped.
  • the operation when an abnormality occurs in the process bus 30 and a failure occurs in the transmission function is as follows. Since some or all of the protection units 20 cannot reach the sample value and cannot determine the accident, the trip command message may not be transmitted even if an accident occurs. However, since the communication monitoring unit 15 of the integrated unit 10 detects an abnormality in the process bus 30, the communication abnormality signal S3 is output. On the other hand, since the relay calculation unit 13 operates normally, when it is determined that tripping of the circuit breaker 44 is necessary, the first interruption signal S1 is output. Therefore, when the communication abnormality signal S3 is obtained and the first cutoff signal S1 is output, the contact 14 is closed and the tripping coil 45 is energized.
  • the interruption control in addition to the interruption control by the AND of the main detection relay and the FD relay, in the case of an abnormality in the process bus 30, the interruption control can be performed only by the FD relay.
  • a fail-safe system composed of a main detection relay and an FD relay (cut-off control is performed by AND of the main detection relay and the FD relay) can be easily configured.
  • the accident detection relay operates alone, so that the minimum protection function can be achieved.
  • a fail-safe system similar to the conventional one consisting of a main detection relay and an FD relay can be configured, although there is no protection function against the failure of the process bus 30.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating a circuit configuration of a protection relay system according to the third embodiment.
  • symbol is attached
  • the integrated unit 10 of this embodiment includes a communication monitoring unit 15, an OR gate 16, and an AND gate 17 in addition to the A / D conversion unit 11, the communication interface unit 12, the relay calculation unit 13, and the contact 14. .
  • the relay calculation unit 23 corresponds to relay main protection
  • the relay calculation unit 13 corresponds to relay backup protection.
  • the first cut-off signal S1 from the relay calculation unit 13 and the communication failure signal S3 from the communication monitoring unit 15 that detects an abnormality in the process bus 30 are supplied to each input terminal of the AND gate 17.
  • the output of the AND gate 17 is supplied to one input terminal of the OR gate 16.
  • a second cutoff signal S2 from the communication interface 12 is supplied to the other input terminal of the OR gate 16.
  • the contact 14 is controlled by the output of the OR gate 16. That is, the contact 14 is configured to be closed in any of the following cases (1) and (2).
  • the second cutoff signal S2 is output.
  • Both the first cutoff signal S1 and the communication failure detection signal S3 are output, and the other portions are the same as in the first embodiment.
  • the relay calculation unit 13 performs an accident determination, and if it is determined that tripping of the circuit breaker 44 is necessary, the first interruption signal S1 is output. For example, the relay calculation unit 13 performs an accident determination equivalent to relay protection.
  • the relay calculation unit 23 of the protection unit 20 also makes an accident determination, and when it is determined that the circuit breaker 44 needs to be tripped, a trip command message is transmitted to the process bus 30.
  • the communication interface unit 12 receives the trip command message, it outputs a second cutoff signal S2.
  • the relay calculation unit 23 for example, an accident determination corresponding to main protection is performed.
  • the communication monitoring unit 17 does not output the communication failure detection signal S3, so that the contact 14 is not closed even if the first cutoff signal S1 is output. However, when the second cutoff signal S2 is output, the contact 14 is closed and a protection operation corresponding to the main protection is realized.
  • the operation when an abnormality occurs in the process bus 30 and the transmission function is lost is as follows. Since the sample value does not reach the protection unit 20 and the accident cannot be determined, the trip command message is not transmitted even if an accident occurs. However, since the communication monitoring unit 15 outputs the communication failure detection signal S3, if the first cutoff signal S1 is output, the contact 14 is closed, and a protection operation equivalent to the relay protection is realized.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a circuit configuration of a protection relay system according to the fourth embodiment.
  • symbol is attached
  • the integrated unit 10 of this embodiment includes an OR gate 16, a timer 18, and a settling value recording unit 19 in addition to the A / D conversion unit 11, the communication interface unit 12, the relay calculation unit 13, and the contact point 14.
  • the set value recording unit 19 can set the type, function, operation value, operation time, and set time of the timer 18 of the relay calculation executed by the relay calculation unit 13 by the communication interface 12 or an operation panel (not shown). It is configured.
  • the first cutoff signal S1 from the relay calculation unit 13 is input to the timer 18.
  • the third cutoff signal S4 is output with a delay by the settling time recorded in advance in the settling value recording unit 19.
  • the communication interface unit 12 receives the trip command message from any of the protection units 20, the communication interface unit 12 outputs the second cutoff signal S2.
  • These cutoff signals S2 and S4 are supplied to the input terminals of the OR gate 16, respectively.
  • the contact 14 is controlled by the output of the OR gate 16. That is, the contact 14 is configured to be closed by the output of either the shut-off signal S4 or S2. Other parts are the same as those in the second embodiment.
  • the relay calculation unit 13 performs an accident determination, and outputs a first interruption signal S1 when it is determined that tripping of the circuit breaker 44 is necessary.
  • the third cutoff signal S4 is output with a delay of the settling time recorded in advance in the settling value recording unit 19 from the output of the signal.
  • the relay calculation unit 13 performs an accident determination corresponding to relay protection according to the setting recorded in advance in the set value recording unit 19.
  • the relay calculation unit 23 of the protection unit 20 also makes an accident determination, and when it is determined that the circuit breaker 44 needs to be tripped, a trip command message is transmitted to the process bus 30.
  • a trip command message is transmitted to the process bus 30.
  • the relay calculation unit 23 for example, an accident determination corresponding to main protection is performed.
  • the communication interface unit 12 receives the trip command message and outputs the second cutoff signal S2.
  • the second cutoff signal S2 is output prior to the third cutoff signal S4, the contact 14 is closed, and the protection operation corresponding to the main protection is realized.
  • the operation when an abnormality occurs in the process bus 30 and the transmission function is lost is as follows.
  • the trip command message is not transmitted, so the second cutoff signal S2 is not output.
  • the first cutoff signal S1 is output.
  • the contact 14 is closed by the output of the third cutoff signal S4, and a protective operation corresponding to relay backup protection is realized.
  • the present embodiment As described above, according to the present embodiment, as in the case of the third embodiment, it is possible to easily construct a conventional rear-end protection system including relay main protection and relay rear-end protection. In addition, even when the transmission function of the process bus 30 is lost, the relay protection protection operates alone, so that the minimum protection function can be achieved. In addition, the type, function, operation value, and operation time of the relay operation executed in the integrated unit 10 can be set, and the time until the relay protection operation can be set with a timer. For this reason, it is easy to take protection coordination of the entire protection relay system.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a circuit configuration of a protection relay system according to the fifth embodiment.
  • symbol is attached
  • This embodiment consists of two independent systems in which main protection and backup protection are composed of separate process buses and units.
  • the main protection integrated unit 10a and the main protection unit 20a are connected via a main protection process bus 30a.
  • the backup protection integrated unit 10b and the backup protection unit 20b are connected via a backup protection process bus 30b different from the main protection process bus 30a.
  • Each of the process buses 30a and 30b includes a line concentrator (HUB).
  • the concentrators constituting the process buses 30a and 30b are respectively supplied with power from a main protection control power supply 50a and a rear protection control power supply 50b, which are independent control power supplies.
  • the configurations of the main protection integrated unit 10a and the main protection unit 20a are the same as in any of the first to fourth embodiments, and the configurations of the rear protection integrated unit 10b and the rear protection unit 20b are also the first to fourth. This is the same as any one of the embodiments. Which one to select may be appropriately determined according to the target power system, the type of protection, and the like.
  • the coil 45 is driven by the closing operation of the contact 14a provided in the main protection integrated unit 10a or the contact 14b provided in the back-end protection unit 20a, and the circuit breaker 44 is tripped and driven. .
  • Other parts are the same as those in the first embodiment.
  • Each of the main protection system and the rear-end protection system is configured to perform the same operation as in the first to fourth embodiments.
  • an abnormality occurs in the power system, this is detected by the main protection system and the back-up protection system, and either the contact 14a of the main protection system or the contact 14b of the back-up protection system is closed.
  • the tripping coil 45 is energized, and the circuit breaker 44 is tripped and driven.
  • the protection operation can be realized by detecting an abnormality of the power system in the system having no abnormality in the process bus.
  • the protection operation can be realized by using the relay operation in the integrated unit as in the first to fourth embodiments. is there. This means that even when the transmission functions of both the process buses 30a and 30b are lost, it is possible to realize a protection operation against an abnormality in the power system.
  • the concentrators constituting the process buses 30a and 30b are not supplied with power from a common power supply but are supplied with power from the main protection control power supply 50a and the rear protection control power supply 50b, respectively. For this reason, even when any of the control power supplies 50a and 50b or the concentrator is faulty, it is possible to realize a protection operation against an abnormality in the power system.
  • Such a process bus duplexing method is not limited to that shown in FIG. 5, but may be based on a method such as PRP (Parallel Redundancy Protocol) defined in the international standard IEC 624439, for example.
  • PRP Parallel Redundancy Protocol
  • first embodiment separate contacts are driven by the integrated unit and the protection unit, but one contact may be driven when either the first or second cutoff signal is obtained.
  • second embodiment instead of an AND gate and a contact driven by the AND gate, contacts driven by signals supplied to respective input terminals of the AND gate may be connected in series.
  • third embodiment instead of the OR gate and the contact driven by the OR gate, contacts driven by signals supplied to the input terminals of the OR gate may be connected in parallel.
  • both the protection unit and the integrated unit are provided separately for the main protection and the rear protection, but only one of the protection unit and the integrated unit may be provided separately.
  • the circuit configuration of each part constituting the integrated unit is not particularly limited, and can be appropriately changed according to the specification.

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Abstract

　電力系統を事故から保護するための統合ユニットであって、電力系統の電気量をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部（11）と、デジタルデータを、電力系統を保護するための保護ユニット（20）が接続されたプロセスバス（30）に送信する通信インターフェース部（12）と、デジタルデータを基に電力系統の異常を検出するためのリレー演算を実行し、該演算の結果に基づいて電力系統に挿入された遮断器（44）を引き外し駆動するための遮断信号を出力するリレー演算部（13）とを備えた。

Description

統合ユニット及び保護リレーシステム
　本発明の実施形態は、電力系統を事故から保護するための統合ユニット及び保護リレーシステムに関する。
　電力機器の電流又は電圧を計測するには、変流器又は計器用変圧器を用いて、電力機器主回路の電流又は電圧を、計測に適した電流又は電圧へ変換する。従来の変電所では、変換後の電流又は電圧を、ケーブル接続により、遠隔の配電盤室等に配置される保護リレーや回線制御ユニット等の上位装置まで伝達している。これに対してプロセスバスとは、電力機器の電流又は電圧を電力機器近傍でＡ／Ｄ変換し、そのサンプル値をシリアル通信の形で上位装置へ伝送する方式である。上位装置は１台であっても複数台であっても良い。
　近年の通信及びデジタル制御技術の発展に伴い、変電所等における電力系統の保護リレーシステムに対して、プロセスバスの導入が行われている。スマートグリッドを実現する上でも、電流・電圧のサンプル値を共有できるプロセスバスの重要性が注目されている。このようなプロセスバスを適用した保護リレーシステムでは、統合ユニット、保護ユニット、及び遮断器制御ユニットが、それぞれ通信インターフェース部を介してプロセスバスで相互に接続される。
　統合ユニットは、送電線等が接続された遮断器の近傍に配置される。このユニットには、変流器で計測された電流波形信号或いは計器用変圧器で計測された電圧波形信号が入力される。電流波形信号或いは電圧波形信号は、統合ユニット内部のＡ／Ｄ変換部でサンプル値（デジタルデータ）へ変換され、通信インターフェース部を経由してプロセスバスへ送信される。
　保護ユニットでは、通信インターフェース部により波形のサンプル値を受信し、リレー演算部へ伝える。リレー演算部では、事故判定の演算処理を行い、遮断器の引き外しが必要と判定した場合には、通信インターフェースを経由して引き外し指令メッセージをプロセスバスへ送信する。複数の保護ユニットが、同じ遮断器に対して引き外し指令メッセージを送信する場合もある。
　遮断器制御ユニットでは、通信インターフェース部が引き外し指令メッセージを受信すると、遮断器を引き外し駆動する。これにより、送電線等の電力設備が保護されることになる。
　上記のプロセスバスを適用した保護リレーシステムでは、事故判定のための基本情報である電力系統の電流波形信号或いは電圧波形信号、及び遮断器の引き外し指令メッセージの両方が、プロセスバスを経由して伝送される。そのため、プロセスバスに障害が生じてこれらの伝送機能が失われた場合には、保護機能が完全に失われてしまう問題があった。
特許第３９０７９９８号
　発明が解決しようとする課題は、プロセスバスに障害が発生した場合にも電力系統の保護機能を保持し得る統合ユニット及び保護リレーシステムを提供することである。
　実施形態の統合ユニットは、電力系統の電気量をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、前記デジタルデータを、前記電力系統を保護するための保護ユニットが接続されたプロセスバスに送信する通信インターフェース部と、前記デジタルデータを基に前記電力系統の異常を検出するためのリレー演算を実行し、該演算の結果に基づいて前記電力系統に挿入された遮断器を引き外し駆動するための遮断信号を出力するリレー演算部と、を具備している。
第１の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。 第２の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。 第３の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。 第４の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。 第５の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。
　以下、実施形態の保護リレーシステムを、図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、第１の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。
　本実施形態の保護リレーシステムは、例えば変電所等における電力系統の保護リレーシステムであり、統合ユニット１０と保護ユニット２０を備えている。各ユニット１０，２０は、それぞれ通信インターフェース部１２，２２を介してプロセスバス３０で相互に接続されている。さらに、遮断器引き外しコイル４５に通電することにより、遮断器４４を引き外し駆動する遮断器引き外し回路（１４，２４，４５）が設けられている。なお、図示のように、複数の保護ユニット２０が同一のプロセスバス３０に接続される場合もある。
　統合ユニット１０は、電気量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部１１及びプロセスバス３０との間で情報の送受信を行うための通信インターフェース部１２の他に、遮断器制御のためのリレー演算部１３及び接点１４を備えている。そして、例えば送電線４６に接続された遮断器４４の近傍に配置される。この統合ユニット１０に対して、変流器４２で計測された電流波形信号、或いは計器用変圧器４３で計測された電圧波形信号が入力される。変流器４２は送電線４６の電流変化を検出し、計器用変圧器４３は母線４１の電圧を検出するようになっている。
　一方、保護ユニット２０も通信インターフェース部２２、リレー演算部２３及び接点２４を備えている。接点１４及び接点２４は、何れも遮断器引き外しコイル４５に接続されている。そして、接点１４，２４の閉成によりコイル４５に通電すると、遮断器４４が引き外し動作を行うよう構成されている。
　なお、リレー演算部１３，２３は、電力系統の異常を検出するものであり、例えばリレー演算部２３が主検出リレーに対応し、リレー換算部１３がＦＤ（事故検出）リレーに対応するものであっても良い。さらに、リレー演算部２３が主保護で、リレー換算部１３が後備保護に対応するものであっても良い。また、リレー演算部１３におけるリレー演算の種別、関数、動作値、及び動作時間等は、プロセスバス３０を経由して整定可能となっている。
　次に、このように構成された本実施形態の動作について説明する。
　まず、プロセスバス３０が正常時の動作について説明する。変流器４２で計測された電流波形信号、或いは計器用変圧器４３で計測された電圧波形信号は、統合ユニット１０の内部のＡ／Ｄ変換部１１でサンプル値へ変換される。このサンプル値は、通信インターフェース部１２へ送られてプロセスバス３０へ送信されると同時に、リレー演算部１３へ送られる。リレー演算部１３では、デジタルフィルター処理やリレー演算処理を実行することにより、独立に事故判定を行う。そして、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には、第１の遮断信号Ｓ１を出力することにより、接点１４を閉じる。
　一方、保護ユニット２０のリレー演算部２３でも、通信インターフェース２２で受信したサンプル値に基づき独立に事故判定を行い、遮断器の引き外しが必要と判定した場合には、第２の遮断信号Ｓ２を出力することにより、接点２４を閉じる。接点１４又は接点２４の何れかが閉じられると、引き外しコイル４５に通電され、遮断器４４が引き外される。これにより、送電線４６等の電力設備が保護される。
　プロセスバス３０に異常が生じ、伝送機能に障害が生じた場合の動作は以下となる。保護ユニット２０の一部又は全部に、サンプル値が到達しないため、保護ユニット２０では事故判定ができなくなる。このため、もし事故が発生したとしても、接点２４が閉じない可能性がある。しかし、統合ユニット１０のリレー演算部１３は正常に動作するので、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には、接点１４が閉じて引き外しコイル４５に通電される。
　このように本実施形態によれば、プロセスバス３０の伝送機能に障害が生じた場合でも、統合ユニット１０のリレー演算部１３が動作するので、送電線等の電力設備の保護機能を果たすことができる。
　（第２の実施形態）
　図２は、第２の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
　本実施形態が先に説明した第１の実施形態と異なる点は、保護ユニット２０に接点２４を設けることなく、保護ユニット２０で検出した異常をプロセスバス３０を介して統合ユニット１０に送出することにある。
　本実施形態の統合ユニット１０は、Ａ／Ｄ変換部１１，通信インターフェース部１２，リレー演算部１３，及び接点１４の他に、通信監視部１５，ＯＲゲート１６，及びＡＮＤゲート１７を備えている。即ち、接点１４及びコイル４５に加え、ＯＲゲート１６及びＡＮＤゲート１７などから遮断器引き外し回路が構成される。なお、本実施形態では、リレー演算部２３が主検出リレーに対応し、リレー演算部１３がＦＤリレーに対応するものとなっている。また、通信監視部１５としては、“ＰＩＮＧ”コマンドを利用したものであっても良いし、その構成は特に限定されるものではない。
　通信インターフェース部１２からの第２の遮断信号Ｓ２と、プロセスバス３０の異常を検出する通信監視部１５からの通信不良信号Ｓ３は、ＯＲゲート１６のそれぞれの入力端に供給されている。ＯＲゲート１６の出力は、ＡＮＤゲート１７の一方の入力端に供給されている。ＡＮＤゲート１７の他方の入力端には、リレー演算部１３からの第１の遮断信号Ｓ１が供給されている。そして、ＡＮＤゲート１７の出力により接点１４が制御されるようになっている。即ち、接点１４は、以下の（１）（２）の何れかの場合に閉じるように構成されている。
　（１）第１の遮断信号Ｓ１と第２の遮断信号Ｓ２の両方とも出力
　（２）第１の遮断信号Ｓ１と通信異常信号Ｓ３の両方とも出力
その他の部分については、第１の実施形態と同様である。
　まず、プロセスバス３０が正常時の動作について説明する。第１の実施形態と同様に、リレー演算部１３では事故判定を行い、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には第１の遮断信号Ｓ１を出す。リレー演算部１３では、例えば事故検出リレー相当の事故判定を行う。
　一方、保護ユニット２０のリレー演算部２３でも事故判定を行う。そして、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には、通信インターフェース２２を経由して引き外し指令メッセージをプロセスバス３０へ送信する。リレー演算部２３では例えば、主検出リレー相当の事故判定を行う。統合ユニット１０内の通信インターフェース部１２が、保護ユニット２０の何れかから引き外し指令メッセージを受信すると、第２の遮断信号Ｓ２を出力する。
　複数の保護ユニット２０の間では、リレー演算部２３で実行される事故判定方式は一般には異なるが、何れの保護ユニットからの引き外し指令メッセージを受信した場合でも、遮断信号Ｓ２は出力される。遮断信号Ｓ１及びＳ２の両方の信号が出た場合に限り、接点１４が閉じ、引き外しコイル４５に通電され、遮断器４４が引き外される。
　プロセスバス３０に異常が生じ、伝送機能に障害が生じた場合の動作は以下となる。保護ユニット２０の一部又は全部は、サンプル値が到達せず事故判定ができないため、事故が発生した場合でも引き外し指令メッセージは送信されない可能性がある。しかし、統合ユニット１０の通信監視部１５がプロセスバス３０の異常を検出するため、通信異常信号Ｓ３を出力する。一方、リレー演算部１３は正常に動作するので、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には第１の遮断信号Ｓ１が出力される。従って、通信異常信号Ｓ３が得られている場合に、第１の遮断信号Ｓ１が出力されると、接点１４が閉じて引き外しコイル４５に通電される。
　上記のように本実施形態では、主検出リレーとＦＤリレーのＡＮＤで遮断制御することに加え、プロセスバス３０の異常の場合は、ＦＤリレーのみで遮断制御することが可能となる。
　このように本実施形態によれば、主検出リレーとＦＤリレーとから成るフェイルセーフシステム（主検出リレーとＦＤリレーのＡＮＤで遮断制御する）を容易に構成することができる。しかも、プロセスバス３０の伝送機能に障害が生じた場合でも、事故検出リレー単独で動作するので、最低限の保護機能を果たすことができる。
　なお、通信監視部１５及びＯＲゲート１６を省略すれば、プロセスバス３０の障害に対する保護機能はないものの、主検出リレーとＦＤリレーとから成る従来と同様のフェイルセーフシステムを構成することができる。
　（第３の実施形態）
　図３は、第３の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
　本実施形態の統合ユニット１０は、Ａ／Ｄ変換部１１，通信インターフェース部１２，リレー演算部１３，及び接点１４の他に、通信監視部１５，ＯＲゲート１６，及びＡＮＤゲート１７を備えている。なお、本実施形態では、リレー演算部２３がリレー主保護に対応し、リレー演算部１３がリレー後備保護に対応するものとなっている。
　リレー演算部１３からの第１の遮断信号Ｓ１とプロセスバス３０の異常を検出する通信監視部１５からの通信不良信号Ｓ３は、ＡＮＤゲート１７のそれぞれの入力端に供給されている。ＡＮＤゲート１７の出力は、ＯＲゲート１６の一方の入力端に供給されている。ＯＲゲート１６の他方の入力端には、通信インターフェース１２からの第２の遮断信号Ｓ２が供給されている。そして、ＯＲゲート１６の出力により接点１４が制御されるようになっている。即ち、接点１４は、以下の（１）（２）の何れかの場合に閉じるように構成されている。
　（１）第２の遮断信号Ｓ２が出力
　（２）第１の遮断信号Ｓ１及び通信不良検出信号Ｓ３が両方とも出力
その他の部分については第１の実施形態と同様である。
　まず、プロセスバス３０が正常時の動作について説明する。第２の実施形態と同様に、リレー演算部１３では事故判定を行い、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には第１の遮断信号Ｓ１を出す。リレー演算部１３では、例えばリレー後備保護相当の事故判定を行う。
　一方、保護ユニット２０のリレー演算部２３でも事故判定を行い、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には、引き外し指令メッセージをプロセスバス３０へ送信する。通信インターフェース部１２が引き外し指令メッセージを受信すると、第２の遮断信号Ｓ２を出力する。リレー演算部２３では、例えば主保護相当の事故判定を行う。
　プロセスバス３０が正常であれば、通信監視部１７は通信不良検出信号Ｓ３を出力しないので、第１の遮断信号Ｓ１が出力されても接点１４は閉じない。しかし、第２の遮断信号Ｓ２が出力されれば接点１４が閉じ、主保護相当の保護動作が実現される。
　プロセスバス３０に異常が生じ、伝送機能が失われた場合の動作は以下となる。保護ユニット２０にはサンプル値が到達せず事故判定ができないため、事故が発生した場合でも引き外し指令メッセージは送信されない。しかし、通信監視部１５が通信不良検出信号Ｓ３を出力するので、第１の遮断信号Ｓ１が出力されれば接点１４が閉じ、リレー後備保護相当の保護動作が実現される。
　このように本実施形態によれば、主保護とリレー後備保護とから成る後備保護システムを容易に構成できると共に、プロセスバス３０の伝送機能が失われた場合でもリレー後備保護単独で動作する。このため、最低限の保護機能を果たすことができる。
　なお、通信監視部１５及びＡＮＤゲート１７を省略すれば、プロセスバス３０の障害に対する保護機能はないものの、主保護と後備保護とから成る従来と同様のフェイルセーフシステムを構成することができる。
　（第４の実施形態）
　図４は、第４の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
　本実施形態の統合ユニット１０は、Ａ／Ｄ変換部１１，通信インターフェース部１２，リレー演算部１３，及び接点１４の他に、ＯＲゲート１６，タイマ１８及び整定値記録部１９を備えている。整定値記録部１９は、リレー演算部１３で実行するリレー演算の種別、関数、動作値、動作時間、及びタイマ１８の整定時間を、通信インターフェース１２又は図示しない操作パネル等で整定可能なように構成されている。
　タイマ１８には、リレー演算部１３からの第１の遮断信号Ｓ１が入力される。このタイマ１８では、整定値記録部１９に予め記録された整定時間分だけ遅らせて第３の遮断信号Ｓ４が出力される。通信インターフェース部１２では、保護ユニット２０の何れかから引き外し指令メッセージを受信すると、第２の遮断信号Ｓ２を出力する。これらの遮断信号Ｓ２，Ｓ４は、ＯＲゲート１６の入力端にそれぞれ供給されている。そして、ＯＲゲート１６の出力により接点１４が制御されるようになっている。即ち、接点１４は遮断信号Ｓ４又はＳ２の何れかの出力により閉じるように構成されている。その他の部分については先の第２の実施形態と同様である。
　まず、プロセスバス３０が正常時の動作について説明する。第３の実施形態と同様に、リレー演算部１３では事故判定を行い、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には第１の遮断信号Ｓ１を出力する。当該信号の出力から、整定値記録部１９に予め記録された整定時間分だけ遅れて第３の遮断信号Ｓ４が出力される。リレー演算部１３では、整定値記録部１９に予め記録された整定に従ってリレー後備保護相当の事故判定を行う。
　一方、保護ユニット２０のリレー演算部２３でも事故判定を行い、遮断器４４の引き外しが必要と判定した場合には、引き外し指令メッセージをプロセスバス３０へ送信する。リレー演算部２３では、例えば主保護相当の事故判定を行う。プロセスバス３０が正常であれば、通信インターフェース部１２が引き外し指令メッセージを受信することにより、第２の遮断信号Ｓ２を出力する。この過程にはプロセスバス通信による遅延は存在するが、タイマのような意図した遅延要素は無い。このため、通常は第２の遮断信号Ｓ２が第３の遮断信号Ｓ４よりも先に出力されて接点１４が閉じ、主保護相当の保護動作が実現する。
　プロセスバス３０に異常が生じ、伝送機能が失われた場合の動作は、以下のようになる。事故が発生した場合、引き外し指令メッセージは送信されないため、第２の遮断信号Ｓ２は出力されない。しかし、その場合でも第１の遮断信号Ｓ１は出力される。このため、タイマ１８による一定時間の遅延の後、第３の遮断信号Ｓ４の出力により接点１４が閉じ、リレー後備保護相当の保護動作が実現する。
　このように、本実施形態によっても第３の実施形態と同様に、リレー主保護とリレー後備保護とから成る従来の後備保護システムを容易に構成できる。しかも、プロセスバス３０の伝送機能が失われた場合でも、リレー後備保護単独で動作するので、最低限の保護機能を果たすことができる。また、統合ユニット１０で実行するリレー演算の種別、関数、動作値、動作時間が整定できると共に、リレー後備保護動作までの時間もタイマで整定できる。このため、保護リレーシステム全体の保護協調をとることが容易である。
　（第５の実施形態）
　図５は、第５の実施形態に係わる保護リレーシステムの回路構成を示す図である。なお、図１と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
　本実施形態は、主保護と後備保護とが、別々のプロセスバス及びユニットから構成された２つの独立したシステムから成る。主保護用統合ユニット１０ａと主保護ユニット２０ａは、主保護用プロセスバス３０ａを介して接続される。一方、後備保護用統合ユニット１０ｂと後備保護ユニット２０ｂは、主保護用プロセスバス３０ａとは別の後備保護用プロセスバス３０ｂを介して接続される。それぞれのプロセスバス３０ａ，３０ｂは集線装置（ＨＵＢ）を含む構成である。プロセスバス３０ａ，３０ｂを構成する集線装置は、独立した制御電源である主保護用制御電源５０ａ及び後備保護用制御電源５０ｂからそれぞれ電力が供給される。
　主保護用統合ユニット１０ａと主保護ユニット２０ａの構成は、第１～第４の実施形態の何れかと同様であり、後備保護用統合ユニット１０ｂと後備保護ユニット２０ｂの構成も、第１～第４の実施形態の何れかと同様である。何れを選択するかは、対象とする電力系統や保護の種類等に応じて適宜定めればよい。そして、主保護用統合ユニット１０ａに設けられた接点１４ａ又は後備保護ユニット２０ａに設けられた接点１４ｂの閉成動作によりコイル４５が駆動され、遮断器４４が引き外し駆動されるようになっている。その他の部分については第１の実施形態と同様である。
　まず、プロセスバス３０ａ，３０ｂが正常時の動作について説明する。主保護システム及び後備保護システムの各々は、第１～第４の実施形態と同様の動作を行うよう構成されている。電力系統に異常が生じると、主保護システム及び後備保護システムでこれを検出し、主保護システムの接点１４ａ或いは後備保護システムの接点１４ｂの何れかが閉じることになる。これにより、引き外しコイル４５が通電され、遮断器４４が引き外し駆動されることになる。
　プロセスバス３０ａ又は３０ｂの何れかの伝送機能が失われた場合は、独立して動作する２つのシステムが単独で動作する。このため、プロセスバスに異常のない方のシステムで電力系統の異常を検出することにより、保護動作を実現することができる。また、プロセスバスに異常のある方のシステムであっても、先の第１～４の実施形態と同様に、統合ユニット内のリレー演算を利用することにより、保護動作を実現することが可能である。これは、プロセスバス３０ａ，３０ｂの両方の伝送機能が失われた場合にも、電力系統の異常に対する保護動作を実現可能なことを意味する。
　また、プロセスバス３０ａ，３０ｂを構成する集線装置は、共通の電源から電力が供給されるのではなく、それぞれ主保護用制御電源５０ａ及び後備保護用制御電源５０ｂから電力が供給される。このため、何れかの制御電源５０ａ，５０ｂ或いは集線装置に障害が生じた場合でも、電力系統の異常に対する保護動作が実現可能である。
　なお、このようなプロセスバス二重化の方法は、図５に限られるものではなく、例えば国際規格IEC 62439に規定されるＰＲＰ（並列冗長性プロトコル）等の方式によることでも良い。
　このように本実施形態によっても、主保護とリレー後備保護とから成る従来の後備保護システムを容易に構成できると共に、何れか一方のプロセスバスの伝送機能が失われた場合でも、十分な保護機能を果たすことができる。
　（変形例）
　なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。
　第１の実施形態では、統合ユニット及び保護ユニットで別々の接点を駆動したが、第１及び第２の遮断信号の何れかが得られるときに１つの接点を駆動するようにしても良い。また、第２の実施形態において、ＡＮＤゲート及びこれ駆動される接点の代わりに、ＡＮＤゲートの各入力端に供給される信号でそれぞれ駆動される接点を直列接続しても良い。同様に、第３の実施形態において、ＯＲゲート及びこれで駆動される接点の代わりに、ＯＲゲートの各入力端に供給される信号でそれぞれ駆動される接点を並列接続しても良い。
　第５の実施形態では、保護ユニット及び統合ユニットの両方を、主保護用と後備保護用とに分離して設けたが、保護ユニット及び統合ユニットの一方のみを分離して設けるようにしても良い。また、統合ユニットを構成する各部の回路構成は特に限定されるものではなく、仕様に応じて適宜変更可能である。
　上記の実施形態は主に変電所を例に説明したが、分散電源の導入されたスマートグリッドや、大規模工場の受配電設備においても適用可能である。
　本発明の幾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同様に、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ものである。
　１０…統合ユニット
　１０ａ…主保護用統合ユニット
　１０ｂ…後備保護用統合ユニット
　１１…Ａ／Ｄ変換部
　１２…通信インターフェース部
　１３，２３…リレー演算部
　１４，１４ａ，１４ｂ，２４…接点
　１５…通信監視部
　１８…タイマ
　１９…整定値記録部
　２０…保護ユニット
　２０ａ…主保護ユニット
　２０ｂ…後備保護ユニット
　２２…通信インターフェース部
　３０…プロセスバス
　３０ａ…主保護用プロセスバス
　３０ｂ…後備保護用プロセスバス
　４１…母線
　４２…変流器
　４３…計器用変圧器
　４４…遮断器
　４５…引き外しコイル
　４６…送電線
　５０ａ…主保護用制御電源
　５０ｂ…後備保護用制御電源

Claims (17)

  1. 　電力系統の電気量をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
    　前記デジタルデータを、前記電力系統を保護するための保護ユニットが接続されたプロセスバスに送信する通信インターフェース部と、
    　前記デジタルデータを基に前記電力系統の異常を検出するためのリレー演算を実行し、該演算の結果に基づいて前記電力系統に挿入された遮断器を引き外し駆動するための遮断信号を出力するリレー演算部と、
    　を具備したことを特徴とする統合ユニット。
  2. 　電力系統の電気量をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、
    　前記デジタルデータを基に前記電力系統の異常を検出するためのリレー演算を実行し、該演算の結果に基づいて前記電力系統に挿入された遮断器を引き外し駆動するための第１の遮断信号を出力するリレー演算部と、
    　前記遮断器を引き外し駆動するための第２の遮断信号を出力する保護ユニットに対し、プロセスバスを介して前記デジタルデータを送信する通信インターフェース部と、
    　前記第１及び第２の遮断信号に基づいて、前記遮断器を引き外し駆動する遮断器引き外し回路と、
    　を具備したことを特徴とする統合ユニット。
  3. 　前記遮断器引き外し回路は、前記第１及び第２の遮断信号の少なくとも一方が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項２に記載の統合ユニット。
  4. 　前記遮断器引き外し回路は、前記プロセスバスを介して前記第２の遮断信号が得られるか又は前記プロセスバスの不良が検出され、且つ前記第１の遮断信号が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項２に記載の統合ユニット。
  5. 　前記遮断器引き外し回路は、前記プロセスバスの不良が検出され且つ前記第１の遮断信号が得られた場合に、又は前記プロセスバスを介して前記第２の遮断信号が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項２に記載の統合ユニット。
  6. 　前記遮断器引き外し回路は、前記第１の遮断信号が得られて一定時間経過した場合に、又は前記プロセスバスを介して前記第２の遮断信号が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項２に記載の統合ユニット。
  7. 　前記リレー演算の種別、関数、動作値、動作時間、又は前記一定時間は、前記プロセスバス経由で整定されることを特徴とする請求項６に記載の統合ユニット。
  8. 　電力系統の電気量をデジタルデータに変換してプロセスバスに送信し、且つ前記デジタルデータを基に前記電力系統の異常を検出するためのリレー演算を実行し、該演算の結果に基づいて第１の遮断信号を出力する統合ユニットと、
    　前記プロセスバスから前記デジタルデータを受信して前記電力系統の異常を検出するためのリレー演算を実行し、該演算の結果に基づいて第２の遮断信号を出力する保護ユニットと、
    　前記第１及び第２の遮断信号を基に、前記電力系統に設置された遮断器を引き外し駆動する遮断器引き外し回路と、
    　を具備したことを特徴とする保護リレーシステム。
  9. 　前記遮断器引き外し回路は、前記第１及び第２の遮断信号の少なくとも一方が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項８に記載の保護リレーシステム。
  10. 　前記保護ユニットは、前記第２の遮断信号を前記プロセスバスへ送信する機能を備え、
    　前記統合ユニットは、前記プロセスバスからの前記第２の遮断信号を受信する機能を備えたことを特徴とする請求項８に記載の保護リレーシステム。
  11. 　前記遮断器引き外し回路は、前記プロセスバスを介して前記第２の遮断信号が得られるか又は前記プロセスバスの不良が検出され、且つ前記第１の遮断信号が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項１０に記載の保護リレーシステム。
  12. 　前記遮断器引き外し回路は、前記プロセスバスの不良が検出され且つ前記第１の遮断信号が得られた場合に、又は前記プロセスバスを介して前記第２の遮断信号が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項１０に記載の保護リレーシステム。
  13. 　前記遮断器引き外し回路は、前記第１の遮断信号の出力が得られて一定時間経過した場合に、又は前記プロセスバスを介して前記第２の遮断信号が得られた場合に、前記遮断器を引き外し駆動することを特徴とする請求項１０に記載の保護リレーシステム。
  14. 　前記統合ユニットは、内部で実行するリレー演算の種別、関数、動作値、動作時間、又は前記一定時間を、前記プロセスバス経由で整定可能なことを特徴とする請求項１３に記載の保護リレーシステム。
  15. 　前記統合ユニット及び前記保護ユニットの少なくとも一方は、主保護用と後備保護用とに分離されていることを特徴とする請求項８に記載の保護リレーシステム。
  16. 　前記統合ユニット及び前記保護ユニットはそれぞれ、主保護用と後備保護用とに分離され、且つ主保護用の各ユニットと後備保護用の各ユニットが異なるプロセスバスに接続されていることを特徴とする請求項８に記載の保護リレーシステム。
  17. 　前記プロセスバスは集線装置を有し、前記集線装置はそれぞれ独立した制御電源から電力が供給されることを特徴とする請求項１６に記載の保護リレーシステム。
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