(57)【要約】【課題】外部故障時に誤動作することなく、故障相をより正しく判定することが可能な保護リレー装置を提供する。【解決手段】保護リレー装置は、変圧器の１次電流および２次電流に基づいて各相における第１差電流および第１抑制電流を算出し、第１差電流に基づいて各相における第２差電流を算出し、１次電流および２次電流に基づいて各相における第２抑制電流を算出する。保護リレー装置は、第１差電流および第１抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第１差動リレー要素と、第２差電流および第２抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第２差動リレー要素と、電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを含む。第１相に対応する第１差動リレー要素が動作し、かつ第１相および第３相にそれぞれ対応する２つの第２差動リレー要素が動作した場合に、故障相判定部は第１相に故障が発生したと判定する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
３相の電力系統に設けられた変圧器を保護するための保護リレー装置であって、
前記変圧器の１次巻線を流れる１次電流と、前記変圧器の２次巻線を流れる２次電流とに基づいて、各相における第１差電流および第１抑制電流を算出する第１電流算出部と、
互いに異なる２相の各々における前記第１差電流に基づいて、各相における第２差電流を算出し、互いに異なる２相の各々における前記１次電流および前記２次電流に基づいて、各相における第２抑制電流を算出する第２電流算出部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第１差電流および前記第１抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第１差動リレー要素と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第２差電流および前記第２抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第２差動リレー要素と、
前記電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備え、
第１相、第２相および第３相のうちの前記第１相に対応する前記第１差動リレー要素が動作し、かつ前記第１相および前記第３相にそれぞれ対応する２つの前記第２差動リレー要素が動作したとの条件を満たす場合に、前記故障相判定部は前記第１相に故障が発生したと判定する、保護リレー装置。
【請求項２】
地絡故障を検出する地絡検出部をさらに備え、
前記条件を満たし、かつ前記地絡故障が検出された場合に、前記故障相判定部は前記第１相に地絡故障が発生したと判定する、請求項１に記載の保護リレー装置。
【請求項３】
前記第１相および前記第２相にそれぞれ対応する前記第１差動リレー要素が動作し、かつ前記地絡故障が検出されない場合に、前記故障相判定部は前記第１相および前記第２相の短絡故障が発生したと判定する、請求項２に記載の保護リレー装置。
【請求項４】
３相の電力系統に接続された変圧器を保護するための保護リレー装置であって、
前記変圧器の１次巻線を流れる１次電流と、前記変圧器の２次巻線を流れる２次電流とに基づいて、各相における第１差電流および第１抑制電流を算出する第１電流算出部と、
互いに異なる２相の各々における前記第１差電流に基づいて、各相における第２差電流を算出する第２電流算出部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第１差電流および前記第１抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する差動リレー要素と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第２差電流の振幅値が閾値よりも大きいか否かを判定する振幅判定部と、
前記電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備え、
第１相、第２相および第３相のうちの前記第１相に対応する前記差動リレー要素が動作し、かつ前記第１相および第３相にそれぞれ対応する２つの前記振幅判定部により前記第２差電流の振幅値が前記閾値よりも大きいと判定されたとの条件を満たす場合に、前記故障相判定部は前記第１相に故障が発生したと判定する、保護リレー装置。
【請求項５】
地絡故障を検出する地絡検出部をさらに備え、
前記条件を満たし、かつ前記地絡故障が検出された場合に、前記故障相判定部は前記第１相に地絡故障が発生したと判定する、請求項４に記載の保護リレー装置。
【請求項６】
前記第１相および前記第２相にそれぞれ対応する前記差動リレー要素が動作し、かつ前記地絡故障が検出されない場合に、前記故障相判定部は前記第１相および前記第２相の短絡故障が発生したと判定する、請求項５に記載の保護リレー装置。
【請求項７】
３相の電力系統に接続された変圧器を保護するための保護リレー装置であって、
前記変圧器の１次巻線を流れる１次電流と、前記変圧器の２次巻線を流れる２次電流とに基づいて、各相における第１差電流を算出する第１電流算出部と、
互いに異なる２相の各々における前記第１差電流に基づいて、各相における第２差電流を算出し、互いに異なる２相の各々における前記１次電流および前記２次電流に基づいて、各相における抑制電流を算出する第２電流算出部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第１差電流の振幅値が閾値よりも大きいか否かを判定する振幅判定部と、
各相に対応して設けられ、当該相における前記第２差電流および前記抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する差動リレー要素と、
前記電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備え、
第１相、第２相および第３相のうちの前記第１相に対応する前記振幅判定部により前記第１差電流の振幅値が前記閾値よりも大きいと判定され、かつ前記第１相および第３相にそれぞれ対応する２つの前記差動リレー要素が動作したとの条件を満たす場合に、前記故障相判定部は前記第１相に故障が発生したと判定する、保護リレー装置。
【請求項８】
地絡故障を検出する地絡検出部をさらに備え、
前記条件を満たし、かつ前記地絡故障が検出された場合に、前記故障相判定部は前記第１相に地絡故障が発生したと判定する、請求項７に記載の保護リレー装置。
【請求項９】
前記第１相および前記第２相にそれぞれ対応する２つの前記振幅判定部により前記第１差電流の振幅値が前記閾値よりも大きいと判定され、かつ前記地絡故障が検出されない場合に、前記故障相判定部は前記第１相および前記第２相の短絡故障が発生したと判定する、請求項８に記載の保護リレー装置。
【請求項１０】
各相に対応して設けられ、当該相における前記第１差電流の基本波成分に対する第２高調波成分の含有率に基づいて前記変圧器がインラッシュ状態であるか否かを判定するインラッシュ判定部と、
前記故障相判定部の判定結果と前記インラッシュ判定部の判定結果とに基づいて、故障信号を出力する信号出力部と、
前記信号出力部により前記故障信号が出力された場合に、前記電力系統に設けられた遮断器へ開放指令を出力する出力制御部とをさらに備え、
前記故障相判定部により前記第１相に故障が発生したと判定され、かつ前記第１相に対応する前記インラッシュ判定部により前記変圧器がインラッシュ状態ではないと判定された場合に、前記信号出力部は、前記第１相に故障が発生していることを示す前記故障信号を出力する、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の保護リレー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、保護リレー装置に関し、特に、変圧器を保護するための保護リレー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統の変圧器を保護する変圧器保護リレーとして、比率差動リレーが広く用いられている。変圧器の１次側および２次側の巻線比、Ｙ巻線またはΔ巻線等の変圧器の巻線形態によって生じる１次側および２次側の電流位相の差異、１次側および２次側の各々に設置される電流変成器（ＣＴ：Current  Transformer）のＣＴ比等を考慮して、外部故障時に差電流が生じないように比率差動演算が実行される。
【０００３】
下記非特許文献１によると、Δ巻線が３次巻線であって３次回路を使用しないＹ−Ｙ−Δ巻線の変圧器では、変圧器の１次側および２次側のＣＴ２次回路をＹ接続としても位相差は生じない。しかし、変圧器の１次側および２次側のいずれか、または両方の中性点が接地している場合には、変圧器両端に設置された１次側ＣＴおよび２次側ＣＴに囲まれた保護領域の外部（以下、単に「外部」とも称する。）の一相地絡故障において零相電流が差動量になってしまうので、ＣＴ２次回路をΔ接続にして零相電流を互いに打ち消すように構成する。すなわち、変圧器の巻線がＹ巻線の場合にはＣＴ２次回路をΔ結線にするように構成される。なお、変圧器の巻線がΔ巻線の場合にはＣＴ２次回路をＹ結線にするように構成される。このように、変圧器の巻線形態に応じてＣＴ２次回路の接続方法を適切に選択する必要がある。
【０００４】
ここで、特開昭６２−２４４２１８号公報（特許文献１）は、外部地絡故障で生じる零相電流による差電流を除去する他の方法を開示している。特許文献１では、変圧器の１次側および２次側の各々の３相ＣＴからの入力電流を合成して得られる零相電流を、各入力電流から差し引くことで、外部地絡故障で生じる零相電流を除去している。この方法によると、３次回路を使用しないＹ−Ｙ−Δ巻線の変圧器において、当該変圧器の巻線形態に関わらずＣＴ２次回路をＹ結線にすることができるため、ＣＴの接続施工を誤る可能性を軽減できる。また、ＣＴ２次回路をＹ結線にできるので、比率差動リレーに接続するとともに、他の３相電流入力を必要とする保護リレーにもＣＴ２次電流を入力できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６２−２４４２１８号公報（式３７，３８、８９頁）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】電気規格調査会標準規格 電力機器保護用比率差動継電器ＪＥＣ−２５１５−２００５（２００６年６月３０日 電気書院発行）の参考２．変流器２次回路の結線（２６〜２８頁）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献１のように、変圧器巻線がＹ巻線の場合に、ＣＴ２次回路をΔ結線にする方法では、変圧器両端に設置された１次側ＣＴおよび２次側ＣＴに囲まれた保護領域の内部（以下、単に「内部」とも称する）の１相地絡故障の場合、故障電流が２相のＣＴ２次回路に流入する。これにより、２相の比率差動リレー要素が動作する場合があるため、故障相を判定することが難しい。また、特許文献１においても、内部の１線地絡故障の場合、地絡故障電流の１／３が健全相に流入する。そのため、健全相についても比率差動リレー要素が動作する場合があり、故障相を判定することが難しい。
【０００８】
本開示のある局面における目的は、外部故障時に誤動作することなく、故障相をより正しく判定することが可能な保護リレー装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
ある実施の形態に従うと、３相の電力系統に設けられた変圧器を保護するための保護リレー装置が提供される。保護リレー装置は、変圧器の１次巻線を流れる１次電流と、変圧器の２次巻線を流れる２次電流とに基づいて、各相における第１差電流および第１抑制電流を算出する第１電流算出部と、互いに異なる２相の各々における第１差電流に基づいて、各相における第２差電流を算出し、互いに異なる２相の各々における前記１次電流および前記２次電流に基づいて、各相における第２抑制電流を算出する第２電流算出部と、各相に対応して設けられ、当該相における第１差電流および第１抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第１差動リレー要素と、各相に対応して設けられ、当該相における第２差電流および第２抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する第２差動リレー要素と、電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備える。第１相、第２相および第３相のうちの第１相に対応する第１差動リレー要素が動作し、かつ第１相および第３相にそれぞれ対応する２つの第２差動リレー要素が動作したとの条件を満たす場合に、故障相判定部は第１相に故障が発生したと判定する。
【００１０】
他の実施の形態に従うと、３相の電力系統に接続された変圧器を保護するための保護リレー装置が提供される。保護リレー装置は、変圧器の１次巻線を流れる１次電流と、変圧器の２次巻線を流れる２次電流とに基づいて、各相における第１差電流および第１抑制電流を算出する第１電流算出部と、互いに異なる２相の各々における第１差電流に基づいて、各相における第２差電流を算出する第２電流算出部と、各相に対応して設けられ、当該相における第１差電流および第１抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する差動リレー要素と、各相に対応して設けられ、当該相における第２差電流の振幅値が閾値よりも大きいか否かを判定する振幅判定部と、電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備える。第１相、第２相および第３相のうちの第１相に対応する差動リレー要素が動作し、かつ第１相および第３相にそれぞれ対応する２つの振幅判定部により第２差電流の振幅値が閾値よりも大きいと判定されたとの条件を満たす場合に、故障相判定部は第１相に故障が発生したと判定する。
【００１１】
さらに他の実施の形態に従うと、３相の電力系統に接続された変圧器を保護するための保護リレー装置が提供される。保護リレー装置は、変圧器の１次巻線を流れる１次電流と、変圧器の２次巻線を流れる２次電流とに基づいて、各相における第１差電流を算出する第１電流算出部と、互いに異なる２相の各々における第１差電流に基づいて、各相における第２差電流を算出し、互いに異なる２相の各々における１次電流および２次電流に基づいて、各相における抑制電流を算出する第２電流算出部と、各相に対応して設けられ、当該相における第１差電流の振幅値が閾値よりも大きいか否かを判定する振幅判定部と、各相に対応して設けられ、当該相における第２差電流および抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する差動リレー要素と、電力系統の故障相を判定する故障相判定部とを備える。第１相、第２相および第３相のうちの第１相に対応する振幅判定部により第１差電流の振幅値が閾値よりも大きいと判定され、かつ第１相および第３相にそれぞれ対応する２つの差動リレー要素が動作したとの条件を満たす場合に、故障相判定部は第１相に故障が発生したと判定する。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によると、保護リレー装置において、外部故障時に誤動作することなく、故障相をより正しく判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１に従う保護リレー装置が適用される電力系統を示す図である。
【図２】対称座標法による１相故障時の等価回路を示す図である。
【図３】Ｙ−Ｙ−Δ変圧器における１相故障時の電流の流れを説明するための図である。
【図４】内部故障時および外部故障時における比率差動リレー要素の動作の有無を説明するための図である。
【図５】実施の形態１に従う故障判定方式を説明するための図である。
【図６】実施の形態１に従う保護リレー装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１に従う保護リレー装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図８】実施の形態２に従う故障判定方式を説明するための図である。
【図９】実施の形態２に従う保護リレー装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１０】実施の形態３に従う故障判定方式を説明するための図である。
【図１１】実施の形態４に従う故障判定方式を説明するための図である。
【図１２】実施の形態５に従う故障判定方式を説明するための図である。
【図１３】実施の形態５に従う保護リレー装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図１４】実施の形態６に従う故障判定方式を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。
【００１５】
実施の形態１．
＜全体構成＞
図１は、実施の形態１に従う保護リレー装置が適用される電力系統を示す図である。図１を参照して、３相電力系統には、被保護機器である変圧器８と、変圧器８の１次側（例えば、高圧側）に設置された遮断器２と、変圧器８の２次側（例えば、低圧側）に設置された遮断器３と、電流変成器４，５と、保護リレー装置１０と、高圧側の交流電源１１と、低圧側の交流電源１２とが設けられている。交流電源１１，１２は、３相交流電源である。本実施の形態では、変圧器８は、３次回路を使用しないＹ−Ｙ−Δ巻線の変圧器であるとする。
【００１６】
電流変成器４は、変圧器８の１次巻線を流れる１次電流（例えば、高圧側電流）Ｉ１を検出する。電流変成器５は、変圧器８の２次巻線を流れる２次電流（例えば、低圧側電流）Ｉ２を検出する。
【００１７】
保護リレー装置１０は、電流変成器４からの１次電流および電流変成器５からの２次電流を用いて電流変成器４，５に囲まれる保護範囲内の内部故障ＦＩ（例えば、地絡故障または短絡故障）を検出すると、変圧器８の両端に設置されている遮断器２，３に対して開放指令であるトリップ信号ＴＲを出力する。これにより、遮断器２，３が開放されて、故障箇所（ここでは、変圧器８）が電力系統から切り離される。具体的には、保護リレー装置１０は、故障判定部２０と、状態判定部３０と、出力制御部４０とを含む。
【００１８】
故障判定部２０は、電流変成器４によって検出された１次電流Ｉ１と、電流変成器５によって検出された２次電流Ｉ２とを用いて、内部故障が生じているか否かを判定する。具体的には、故障判定部２０は、内部故障が生じていると判定した場合、その故障相を判定し、故障信号を出力する。典型的には、故障判定部２０は、比率差動リレー要素を含む。
【００１９】
比率差動リレー要素は、変圧器８が健全である通常の負荷電流状態で、１次電流Ｉ１および２次電流Ｉ２のベクトル和が零になるように位相、ゲイン等の電流整合をとって差電流ＩＤ（すなわち、差電流の振幅値）を算出する。比率差動リレー要素は、整合後のデータを用いて、例えば、スカラー和により抑制電流ＩＲ（すなわち、抑制電流の振幅値）を求め、差電流ＩＤと抑制電流ＩＲから比率差動特性を演算する。なお、抑制電流ＩＲは、変圧器１次電流Ｉ１および変圧器２次電流Ｉ２のうち電流振幅値が大きい方の電流振幅値であってもよい。
【００２０】
比率差動リレー要素は、抑制電流ＩＲに定数αを乗算し、定数βを加算した値よりも差電流ＩＤが大きい（すなわち、ＩＤ＞α×ＩＲ＋β）という関係が成立するか否かを判定する。抑制電流ＩＲと差電流ＩＤとが上記関係を満たす場合、比率差動リレー要素は動作する（例えば、動作出力する）。
【００２１】
状態判定部３０は、変圧器８の励磁突入電流（あるいは、「インラッシュ電流」とも称する）による保護リレー装置１０の不要動作を防止するために設けられている。具体的には、状態判定部３０は、差電流の基本波成分に対する第２高調波成分の含有率が閾値よりも大きい場合に、変圧器８がインラッシュ状態（すなわち、変圧器８にインラッシュ電流が流れている状態）であると判定する。なお、インラッシュ電流は差電流になるが、この状態は、内部故障ではない。
【００２２】
出力制御部４０は、故障判定部２０の判定結果と状態判定部３０の判定結果とに基づいて、遮断器２，３にトリップ信号ＴＲ（すなわち、開放指令）を出力する。具体的には、出力制御部４０は、内部故障が発生した場合にトリップ信号ＴＲを出力し、インラッシュ状態である場合および外部故障が発生した場合にはトリップ信号ＴＲを出力しない。
【００２３】
これにより、遮断器２および遮断器３が開放され、変圧器８は電力系統から分離される。このように、保護リレー装置１０は、インラッシュ状態である場合および外部故障ＦＯが発生した場合には変圧器８を電力系統から分離しないが、内部故障ＦＩが発生した場合には変圧器８を保護するために変圧器８を電力系統から分離する。
【００２４】
＜故障判定方式＞
次に、実施の形態１に従う故障判定方式について具体的に説明する。
【００２５】
図２は、対称座標法による１相故障時の等価回路を示す図である。ここでは、Ｙ−Ｙ−Δ巻線の変圧器８の内部でＡ相の１相地絡故障が発生した場合について説明する。具体的には、図２には、変圧器８の１次側に１相地絡故障が発生した場合の零相回路に着目した電流の流れが示されている。なお、電力系統の中性点接地方式は、直接接地方式であるとする。
【００２６】
図２において、Ｘ１は変圧器の１次巻線零相インピーダンス、Ｘ２は変圧器の２次巻線零相インピーダンス、Ｘ３は変圧器の３次巻線零相インピーダンスを示しており、その他の正相、逆相、零相インピーダンスは、図示していない。
【００２７】
図２を参照して、変圧器８の１次側でＡ相地絡故障が生じると、１次側の交流電源１１から零相電流Ｉ０に等しい正相電流が流れ、２次側の交流電源１２から零相電流Ｉｇ０に等しい正相電流が流れるため、零相回路にはこれらの合計である電流“Ｉ０＋Ｉｇ０”が流れる。
【００２８】
続いて、電流“Ｉ０＋Ｉｇ０”は、１次側の交流電源１１の零相回路に流れる電流“Ｉ０−Ｉ０１”と、電流“Ｉｇ０＋Ｉ０１”とに分流する。電流“Ｉｇ０＋Ｉ０１”は、変圧器８の３次側のΔ巻線Ｘ３に流れる電流“Ｉ０１＋Ｉ０２”と、２次側の交流電源１２の零相回路に流れる電流“Ｉｇ０−Ｉ０２”とに分流する。その結果、２次側のＹ巻線Ｘ２には電流“Ｉｇ０−Ｉ０２”が流れ、変圧器８の１次側のＹ巻線Ｘ１には電流“Ｉｇ０＋Ｉ０１”が流れる。図２に示す結果より、Ｙ−Ｙ−Δ巻線の変圧器８の内部でＡ相の１相地絡故障が発生した場合の電流の流れは図３のように表わされる。
【００２９】
図３は、Ｙ−Ｙ−Δ変圧器におけるＡ相故障時の電流の流れを説明するための図である。図３を参照して、Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃは、１次側のＡ，Ｂ，Ｃ相に流れる電流をそれぞれ表わしている。Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃは、２次側のＡ，Ｂ，Ｃ相に流れる電流をそれぞれ表わしている。図３では、Ａ相地絡故障点を示す「１ＬＧＡ」より左側にＣＴ位置がある場合のＣＴ電流が内部故障の場合の電流を示し、右側にＣＴ位置がある場合のＣＴ電流が外部故障の場合の電流を示す。
【００３０】
図３を参照して、内部の１相故障時における電流Ｉ１０，Ｉ１ａ、Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃは、それぞれ以下の式（１），（２），（３），（４）で表される。なお、電流Ｉ１０は変圧器の１次側の零相電流を表わしている。
【００３１】
Ｉ１０＝（Ｉ１ａ＋Ｉ１ｂ＋Ｉ１ｃ）／３＝Ｉ０−Ｉ０１  ・・・（１）
Ｉ１ａ＝３Ｉ０−Ｉ０１  ・・・（２）
Ｉ１ｂ＝−Ｉ０１  ・・・（３）
Ｉ１ｃ＝−Ｉ０１  ・・・（４）
電流Ｉ２０，Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃは、それぞれ以下の式（５），（６），（７），（８）で表される。なお、電流Ｉ２０は変圧器の２次側の零相電流を表わしている。
【００３２】
Ｉ２０＝（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ＋Ｉ２ｃ）／３＝Ｉｇ０−Ｉ０２  ・・・（５）
Ｉ２ａ＝３Ｉｇ０−Ｉ０２  ・・・（６）
Ｉ２ｂ＝−Ｉ０２  ・・・（７）
Ｉ２ｃ＝−Ｉ０２  ・・・（８）
Ａ，Ｂ，Ｃ相における差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃは、それぞれ以下の式（９），（１０），（１１）で表される。
【００３３】
Ｉｄａ＝Ｉ１ａ＋Ｉ２ａ＝（３Ｉ０−Ｉ０１）＋（３ｇ０−Ｉ０２）＝３Ｉ０＋３ｇ０−（Ｉ０１＋Ｉ０２）  ・・・（９）
Ｉｄｂ＝Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ＝−Ｉ０１−Ｉ０２＝−（Ｉ０１＋Ｉ０２）  ・・・（１０）
Ｉｄｃ＝Ｉ１ｃ＋Ｉ２ｃ＝−Ｉ０１−Ｉ０２＝−（Ｉ０１＋Ｉ０２）  ・・・（１１）
このように、健全相の差電流Ｉｄｂ，Ｉｄｃは、変圧器８のΔ巻線Ｘ３に流れる電流と等しくなる。故障相（ここでは、Ａ相）の差電流Ｉｄａの差電流は“３Ｉ０＋３ｇ０−（Ｉ０１＋Ｉ０２）”となる。一般的には、（３Ｉ０＋３ｇ０）＞（Ｉ０１＋Ｉ０２）で、動作可能な差電流になるため、このＩｄａを使用するＡ相に対応する比率差動リレー要素は動作する。一方、差電流Ｉｄｂと差電流Ｉｄｃの大きさは“Ｉ０１＋Ｉ０２”であるため、その大きさによっては、Ｂ，Ｃ相に対応する比率差動リレー要素が動作する可能性がある。
【００３４】
さらに、各相における差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃに対してΔ演算を行なった差電流ＩｄａΔ，ＩｄｂΔ，ＩｄｃΔは、以下の式（１２），（１３），（１４）で表される。なお、Δ演算とは、“Ｉｄａ−Ｉｄｂ”、“Ｉｄｂ−Ｉｄｃ”、“Ｉｄｃ−Ｉｄａ”のように、サイクリックに互いに異なる２相間の差分をとる処理である。
【００３５】
ＩｄａΔ＝Ｉｄａ−Ｉｄｂ＝３Ｉ０＋３Ｉｇ０  ・・・（１２）
ＩｄｂΔ＝Ｉｄｂ−Ｉｄｃ＝０  ・・・（１３）
ＩｄｃΔ＝Ｉｄｃ−Ｉｄａ＝−（３Ｉ０＋３Ｉｇ０）  ・・・（１４）
これより、故障相（ここでは、Ａ相）の差電流Ｉｄａを含むΔ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｃΔは“３Ｉ０＋３Ｉｇ０”であり、地絡電流が流れることを示している。そのため、差電流ＩｄａΔ，ＩｄｃΔを用いる比率差動リレー要素は動作する。
【００３６】
また、内部故障と同様の考え方により、外部のＡ相の１相故障時における電流Ｉ１０，Ｉ１ａ、Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃは、それぞれ以下の式（１５），（１６），（１７），（１８）で表される。
【００３７】
Ｉ１０＝（Ｉ１ａ＋Ｉ１ｂ＋Ｉ１ｃ）／３＝−Ｉｇ０−Ｉ０１  ・・・（１５）
Ｉ１ａ＝−３ｇ０−Ｉ０１  ・・・（１６）
Ｉ１ｂ＝−Ｉ０１  ・・・（１７）
Ｉ１ｃ＝−Ｉ０１  ・・・（１８）
電流Ｉ２０，Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃは、それぞれ以下の式（１９），（２０），（２１），（２２）で表される。
【００３８】
Ｉ２０＝（Ｉ２ａ＋Ｉ２ｂ＋Ｉ２ｃ）／３＝Ｉｇ０−Ｉ０２  ・・・（１９）
Ｉ２ａ＝３Ｉｇ０−Ｉ０２  ・・・（２０）
Ｉ２ｂ＝−Ｉ０２  ・・・（２１）
Ｉ２ｃ＝−Ｉ０２  ・・・（２２）
式（１５）より、外部の１相故障時における１次側の零相電流は“−（Ｉｇ０＋Ｉ０１）”であり、式（１９）より、２次側の零相電流は“Ｉｇ０−Ｉ０２”となる。ここで、１次側の零相電流がマイナスになる理由は、保護リレー装置１０の保護方向が内側を向いていることからＣＴ極性もそれに合わせているためである。
【００３９】
そして、外部の１相故障時のＡ，Ｂ，Ｃ相における差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃは、それぞれ以下の式（２３），（２４），（２５）で表される。
【００４０】
Ｉｄａ＝Ｉ１ａ＋Ｉ２ａ＝−（３Ｉｇ０＋Ｉ０１）＋（３Ｉｇ０−Ｉ０２）＝−（Ｉ０１＋Ｉ０２）・・・（２３）
Ｉｄｂ＝Ｉ１ｂ＋Ｉ２ｂ＝−Ｉ０１−Ｉ０２＝−（Ｉ０１＋Ｉ０２）・・・（２４）
Ｉｄｃ＝Ｉ１ｃ＋Ｉ２ｃ＝−Ｉ０１−Ｉ０２＝−（Ｉ０１＋Ｉ０２）・・・（２５）
このように、差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃは、変圧器８のΔ巻線Ｘ３に流れる電流と等しくなる。これにより、外部故障の場合には、各相における差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃに対してΔ演算を行なった差電流ＩｄａΔ，ＩｄｂΔ，ＩｄｃΔは、以下の式（２６）に示すように、すべて０になる。
【００４１】
ＩｄａΔ＝ＩｄｂΔ＝ＩｄｃΔ＝０・・・（２６）
したがって、外部故障時には、Δ演算を行なうことで電流“Ｉ０１＋Ｉ０２”を削除できる。上記を鑑みると、内部地絡故障時、内部短絡故障時、外部地絡故障時および外部短絡故障時における比率差動リレー要素の動作の有無は図４のように表わされる。
【００４２】
図４は、内部故障時および外部故障時における比率差動リレー要素の動作の有無を説明するための図である。具体的には、図４（ａ）には、外部および内部の地絡故障時における比率差動リレー要素の動作の有無が示されている。図４（ｂ）には、外部および内部の短絡故障時における比率差動リレー要素の動作の有無が示されている。
【００４３】
なお、図４中において、「×」は比率差動リレー要素が不動作であることを示し、「○」は比率差動リレー要素が動作することを示し、「（○）」は差電流“（Ｉ０１＋Ｉ０２）”の大きさによっては比率差動リレー要素が動作する可能性があることを示している。
【００４４】
図４（ａ）を参照して、図中の「ＡＧ」，「ＢＧ」，「ＣＧ」，「ＡＢＧ」は、Ａ相，Ｂ相，Ｃ相，ＡＢ相の地絡故障をそれぞれ表わしている。
【００４５】
図４（ａ）に示すように、Δ演算を行なわない通常の差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃを用いて比率差動演算を行なう場合には、外部地絡故障時に比率差動リレー要素が動作してしまう可能性がある。また、内部地絡故障時においても、故障相以外の相に対応する比率差動リレー要素が動作してしまう可能性がある。例えば、図４（ａ）には、Ａ相の内部地絡故障時に、Ｂ相およびＣ相の各々に対応する比率差動リレー要素も動作してしまう可能性があることが示されている。Ｂ相，Ｃ相の内部地絡故障時についても同様である。なお、ＡＢ相の２相の内部地絡故障時には、Ｃ相に対応する比率差動リレー要素が動作する可能性があることが示されている。
【００４６】
一方、Δ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄＢΔ，ＩｄＣΔを用いて比率差動演算を行なう場合には、外部地絡故障時に比率差動リレー要素は動作しない（すなわち、不動作である）。また、内部の１相地絡故障時においては、故障相を含むΔ演算した２相に対応する比率差動リレー要素が動作する。例えば、Ａ相におけるΔ演算後の差電流ＩｄａΔ、およびＣ相におけるΔ演算後の差電流ＩｄｃΔは、差電流Ｉｄａを含んでいる。そのため、Ａ相の内部地絡故障時には、Ａ相およびＣ相に対応する比率差動リレー要素が動作し、Ｂ相に対応する比率差動リレー要素は動作しない。なお、ＡＢ相の２相の内部地絡故障時には、各相に対応する比率差動リレー要素が動作する。
【００４７】
続いて、図４（ｂ）を参照して、図中の「ＡＢ」，「ＢＣ」，「ＣＡ」，「ＡＢＣ」は、ＡＢ相，ＢＣ相，ＣＡ相，ＡＢＣ相の短絡故障をそれぞれ表わしている。
【００４８】
図４（ｂ）に示すように、差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃを用いて比率差動演算を行なう場合、外部短絡故障時に比率差動リレー要素は動作しない。また、内部の２相短絡故障時において、故障相に対応する比率差動リレー要素が動作する。例えば、図４（ｂ）には、ＡＢ相の内部短絡故障時に、Ａ相およびＢ相に対応する比率差動リレー要素が動作し、Ｃ相に対応する比率差動リレー要素は動作しない。ＢＣ相，ＣＡ相の内部短絡故障時についても同様である。なお、ＡＢＣ相の３相の内部短絡故障時には、各相に対応する比率差動リレー要素が動作する。
【００４９】
一方、差電流ＩｄａΔ，ＩｄＢΔ，ＩｄＣΔを用いて比率差動演算を行なう場合、外部短絡故障時に比率差動リレー要素は動作しない。しかしながら、内部短絡故障時においては、故障相に関わらずすべての相に対応する比率差動リレー要素が動作してしまう。
【００５０】
図４に示す比率差動リレーの動作態様に基づくと、故障相を判定するために図５に示すようなロジックを構築することができる。
【００５１】
図５は、実施の形態１に従う故障判定方式を説明するための図である。図５を参照して、保護リレー装置１０は、比率差動リレー要素１０１〜１０６と、地絡検出回路１０７と、インラッシュ判定回路１０８〜１１０と、ＡＮＤゲート１２１〜１２６，１４１〜１４３と、ＯＲゲート１３１〜１３３とを含む。
【００５２】
比率差動リレー要素１０１，１０２，１０３は、それぞれ、Δ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｂΔ，ＩｄｃΔを用いて比率差動演算を実行する。例えば、比率差動リレー要素１０１は、差電流ＩｄａΔとΔ演算後の抑制電流ＩｒａΔとが、ＩｄａΔ＞ＩｒΔ×α１＋β１との関係を満たすか否かを判定する。α１，β１は定数である。また、例えば、抑制電流ＩｒａΔは、“（｜Ｉ１ａ−Ｉ１ｂ｜＋｜Ｉ２ａ−Ｉ２ｂ｜）”である。本願明細書では、｜｜の記号は振幅値を示している。
【００５３】
比率差動リレー要素１０１は、上記関係を満たすと判定した場合に動作し、そうではない場合に不動作となる。比率差動リレー要素１０１は、動作する場合には出力値“１”を、不動作の場合には出力値“０”をＡＮＤゲート１２１，１２２に出力する。比率差動リレー要素１０２，１０３についても同様である。
【００５４】
比率差動リレー要素１０４，１０５，１０６は、それぞれ、Δ演算を行わない通常の差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃを用いて比率差動演算を実行する。例えば、比率差動リレー要素１０４は、差電流Ｉｄａと抑制電流Ｉｒａとが、Ｉｄａ＞Ｉｒ×α２＋β２との関係を満たすか否かを判定する。α２，β２は定数である。また、例えば、通常の抑制電流Ｉｒａは、“（｜Ｉ１ａ｜＋｜Ｉ２ａ｜）”である。
【００５５】
比率差動リレー要素１０４は、動作する場合には出力値“１”を、不動作の場合には出力値“０”をＡＮＤゲート１２１，１２４，１２６に出力する。比率差動リレー要素１０５，１０６についても同様である。
【００５６】
地絡検出回路１０７は、地絡故障を検出するための回路である。具体的には、地絡検出回路１０７は、｜Ｉｄａ＋Ｉｄｂ＋Ｉｄｃ｜＞Ｋ０との関係を満たすか否かを判定する。
【００５７】
地絡検出回路１０７は、差電流Ｉｄａ、差電流Ｉｄｂ、および差電流Ｉｄｃのベクトル和の振幅値が閾値Ｋ０よりも大きい場合に（すなわち、上記関係を満たす場合に）、地絡故障が検出されたことを示す出力値“１”をＡＮＤゲート１２１〜１２６に出力する。地絡検出回路１０７は、当該振幅値が閾値Ｋ０以下の場合に（すなわち、上記関係を満たさない場合に）、地絡故障が検出されていないことを示す出力値“０”をＡＮＤゲート１２１〜１２６に出力する。
【００５８】
なお、本実施の形態では、地絡検出回路１０７は、３相の差電流のベクトル和で地絡故障を検出しているが、当該構成に限られない。例えば、地絡検出回路１０７は、変圧器１次側電流の３相電流（例えば、Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃ）のベクトル和の振幅値と変圧器２次側の３相電流（例えば、Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃ）のベクトル和の振幅値のいずれか一方で検出閾値を超えた場合に地絡故障を検出する構成であってもよい。
【００５９】
インラッシュ判定回路１０８，１０９，１１０は、それぞれ差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃを用いて、変圧器８がインラッシュ状態であるか否かを判定する。例えば、差電流Ｉｄａの基本波成分に対する第２高調波成分の含有率が閾値Ｋｆよりも大きい場合に、インラッシュ判定回路１０８は、Ａ相について変圧器８がインラッシュ状態であると判定して出力値“１”をＡＮＤゲート１４１に出力する。当該含有率が閾値Ｋｆ以下である場合に、インラッシュ判定回路１０８は、Ａ相について変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定して出力値“０”をＡＮＤゲート１４１に出力する。インラッシュ判定回路１０９，１１０についても同様である。
【００６０】
ＡＮＤゲート１２１は、比率差動リレー要素１０１，１０３，１０４の各出力値と、地絡検出回路１０７の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素１０１，１０３，１０４が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出された場合に、ＡＮＤゲート１２１は、Ａ相の内部地絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート１３１に出力する。そうではない場合には、ＡＮＤゲート１２１は、出力値”０”をＯＲゲート１３１に出力する。
【００６１】
ＡＮＤゲート１２１の出力動作は、図４に示すように、Ａ相の内部地絡故障時において、差電流Ｉｄａを用いる比率差動リレー要素（すなわち、比率差動リレー要素１０４）、およびΔ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｃΔをそれぞれ用いる２つの比率差動リレー要素（すなわち、比率差動リレー要素１０１，１０３）が動作することからも理解される。なお、Ａ相の外部地絡故障時において、差電流Ｉｄａを用いる比率差動リレー要素１０４は動作する可能性があるが、Δ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｃΔを用いる比率差動リレー要素１０１，１０３は動作しないため、ＡＮＤゲート１２１から外部地絡故障の場合に信号が出力されることはない。
【００６２】
ＡＮＤゲート１２２は、比率差動リレー要素１０２，１０１，１０５の各出力値と、地絡検出回路１０７の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素１０２，１０１，１０５が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出された場合に、ＡＮＤゲート１２２は、Ｂ相の１相故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート１３２に出力する。そうではない場合には、ＡＮＤゲート１２２は、出力値”０”をＯＲゲート１３２に出力する。
【００６３】
ＡＮＤゲート１２３は、比率差動リレー要素１０３，１０２，１０６の各出力値と、地絡検出回路１０７の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素１０３，１０２，１０６が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出された場合に、ＡＮＤゲート１２３は、Ｃ相の１相故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート１３３に出力する。そうではない場合には、ＡＮＤゲート１２３は、出力値”０”をＯＲゲート１３３に出力する。
【００６４】
ＡＮＤゲート１２４は、比率差動リレー要素１０４，１０５の各出力値と、地絡検出回路１０７の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素１０４，１０５が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出されていない場合に、ＡＮＤゲート１２４は、ＡＢ相の短絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート１３１，１３２に出力する。そうではない場合には、ＡＮＤゲート１２４は、出力値”０”をＯＲゲート１３１，１３２に出力する。
【００６５】
ＡＮＤゲート１２４の出力動作は、図４に示すように、ＡＢ相の短絡故障時において、差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂを用いる２つの比率差動リレー要素（すなわち、比率差動リレー要素１０４，１０５）が動作することからも理解される。なお、Δ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素は、いずれの短絡故障でも動作してしまうため、短絡故障の判定には用いられない。
【００６６】
ＡＮＤゲート１２５は、比率差動リレー要素１０５，１０６の各出力値と、地絡検出回路１０７の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素１０５，１０６が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出されていない場合に、ＡＮＤゲート１２５は、ＢＣ相の短絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート１３２，１３３に出力し、そうではない場合には出力値”０”をＯＲゲート１３２，１３３に出力する。
【００６７】
ＡＮＤゲート１２６は、比率差動リレー要素１０６，１０４の各出力値と、地絡検出回路１０７の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素１０６，１０４が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出されていない場合に、ＡＮＤゲート１２６は、ＣＡ相の短絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート１３１，１３３に出力し、そうではない場合には出力値”０”をＯＲゲート１３１，１３３に出力する。
【００６８】
ＯＲゲート１３１は、ＡＮＤゲート１２１，１２４，１２６の各出力値のＯＲ演算を行なう。具体的には、これらの各出力値の少なくとも１つが”１”である場合には、ＯＲゲート１３１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号（すなわち、出力値“１”）をＡＮＤゲート１４１に出力し、そうではない場合には出力値“０”をＡＮＤゲート１４１に出力する。
【００６９】
ＯＲゲート１３２は、ＡＮＤゲート１２２，１２４，１２５の各出力値のＯＲ演算を行なう。具体的には、これらの各出力値の少なくとも１つが”１”である場合には、ＯＲゲート１３２は、Ｂ相に故障が発生していることを示す信号（すなわち、出力値“１”）をＡＮＤゲート１４２に出力し、そうではない場合には出力値“０”をＡＮＤゲート１４２に出力する。
【００７０】
ＯＲゲート１３３は、ＡＮＤゲート１２３，１２５，１２６の各出力値のＯＲ演算を行なう。具体的には、これらの各出力値の少なくとも１つが”１”である場合には、ＯＲゲート１３３は、Ｃ相に故障が発生していることを示す信号（すなわち、出力値“１”）をＡＮＤゲート１４３に出力し、そうではない場合には出力値“０”をＡＮＤゲート１４３に出力する。
【００７１】
ＡＮＤゲート１４１は、ＯＲゲート１３１の出力値と、インラッシュ判定回路１０８の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、ＯＲゲート１３１の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１０８により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート１４１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号Ｄａを出力する。なお、変圧器８がインラッシュ状態である場合には、信号Ｄａは出力されない（すなわち、信号Ｄａの出力がロックされる）。
【００７２】
同様に、ＯＲゲート１３２の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１０９により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート１４２は、Ｂ相に故障が発生したことを示す信号Ｄｂを出力する。また、ＯＲゲート１３３の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１１０により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート１４３は、Ｃ相に故障が発生したことを示す信号Ｄｃを出力する。
【００７３】
典型的には、信号Ｄａ〜Ｄｃの少なくとも１つが出力されると、トリップ信号ＴＲの出力により遮断器２および遮断器３が開放され、変圧器８は電力系統から分離される。
【００７４】
図５に示したロジックによると、地絡検出回路１０７により地絡故障が検出された場合には、Δ演算後の差電流を用いる２つの比率差動リレー要素、および通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の動作出力により地絡故障の故障相を判定できる。地絡故障が検出されていない場合には、通常の差電流を用いる２つの比率差動リレー要素の動作出力により短絡故障の故障相を判定できる。また、外部故障を内部故障と誤判定することもない。
【００７５】
＜ハードウェア構成＞
図６は、実施の形態１に従う保護リレー装置１０のハードウェア構成の一例を示す図である。図６を参照して、保護リレー装置１０は、補助変成器５１と、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換部５２と、演算処理部７０とを含む。
【００７６】
補助変成器５１は、電流変成器４，５により検出された電流を取り込み、リレー内の回路に適した電圧に変換して出力する。ＡＤ変換部５２は、補助変成器５１から出力される電圧を取り込んでディジタルデータに変換する。具体的には、ＡＤ変換部５２は、アナログフィルタと、サンプルホールド回路と、マルチプレクサと、ＡＤ変換器とを含む。
【００７７】
アナログフィルタは、補助変成器５１から出力される電流の波形信号から高周波のノイズ成分を除去する。サンプルホールド回路は、アナログフィルタから出力される電流の波形信号を予め定められたサンプリング周期でサンプリングする。マルチプレクサは、演算処理部７０から入力されるタイミング信号に基づいて、サンプルホールド回路から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡＤ変換器に入力する。ＡＤ変換器は、マルチプレクサから入力される波形信号をアナログデータからディジタルデータに変換する。ＡＤ変換器は、ディジタル変換した波形信号（ディジタルデータ）を演算処理部７０へ出力する。
【００７８】
演算処理部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）７２と、ＲＯＭ７３と、ＲＡＭ７４と、ＤＩ（ディジタル入力）回路７５と、ＤＯ（ディジタル出力）回路７６と、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７７と、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７８とを含む。これらは、バス７１で結合されている。
【００７９】
ＣＰＵ７２は、予めＲＯＭ７３に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、保護リレー装置１０の動作を制御する。なお、ＲＯＭ７３には、ＣＰＵ７２によって用いられる各種情報が格納されている。ＣＰＵ７２は、たとえば、マイクロプロセッサである。なお、当該ハードウェアは、ＣＰＵ以外のＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate  Array）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）およびその他の演算機能を有する回路などであってもよい。
【００８０】
ＣＰＵ７２は、バス７１を介して、ＡＤ変換部５２からディジタルデータを取り込む。ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７３に格納されているプログラムに従って、取り込んだディジタルデータを用いて制御演算を実行する。
【００８１】
ＣＰＵ７２は、制御演算結果に基づいて、ＤＯ回路７６を介して、遮断器２，３にトリップ信号ＴＲを出力する。また、ＣＰＵ７２は、ＤＩ回路７５を介して、トリップ信号ＴＲに対する応答を受け取る。入力インターフェイス７７は、典型的には、各種ボタン等であり、系統運用者からの各種設定操作を受け付ける。
【００８２】
＜機能構成＞
図７は、実施の形態１に従う保護リレー装置１０の機能構成の一例を示すブロック図である。図７を参照して、保護リレー装置１０は、主たる機能構成として、電流入力部３０１と、第１電流算出部３０３と、第２電流算出部３０５と、故障判定部２０と、状態判定部３０と、出力制御部４０とを含む。故障判定部２０は、第１差動リレー演算部３０７と、第２差動リレー演算部３０９と、地絡検出部３１１と、故障相判定部３１３と、信号出力部３１４とを含む。これらの各機能は、例えば、保護リレー装置１０のマイクロプロセッサがメモリに格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部はハードウェアで実現されるように構成されていてもよい。
【００８３】
電流入力部３０１は、電流変成器４から出力される各相の１次電流Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃ、および電流変成器５から出力される各相の２次電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃの入力を受け付ける。
【００８４】
第１電流算出部３０３は、各相の１次電流Ｉ１ａ，Ｉ１ｂ，Ｉ１ｃと２次電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ，Ｉ２ｃとに基づいて、各相における差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃおよび抑制電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃを算出する。具体的には、第１電流算出部３０３は、各相について、１次電流と２次電流とのベクトル和をとることにより差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃを算出する。また、第１電流算出部３０３は、各相について、１次電流と２次電流とのスカラー和をとることにより抑制電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃを算出する。例えば、抑制電流Ｉｒａ，Ｉｒｂ，Ｉｒｃは、それぞれ“（｜Ｉ１ａ｜＋｜Ｉ２ａ｜）”，“（｜Ｉ１ｂ｜＋｜Ｉ２ｂ｜）”，“（｜Ｉ１ｃ｜＋｜Ｉ２ｃ｜）”である。
【００８５】
第２電流算出部３０５は、第１電流算出部３０３により算出された、互いに異なる２相（例えば、Ａ相、Ｂ相）の各々における差電流（例えば、差電流Ｉｄａ、差電流Ｉｄｂ）に基づいて、各相におけるΔ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｂΔ，ＩｄｃΔを算出する。例えば、互いに異なる２相がＡ相およびＢ相である場合には、Ａ相における差電流ＩｄａとＢ相における差電流Ｉｄｂとの差分をとることで、Ａ相におけるΔ演算後の差電流ＩｄａΔを算出する。
【００８６】
また、第２電流算出部３０５は、互いに異なる２相（例えば、Ａ相、Ｂ相）の各々における１次電流（例えば、１次電流Ｉ１ａ、Ｉ１ｂ）および２次電流（例えば、２次電流Ｉ２ａ，Ｉ２ｂ）に基づいて、各相におけるΔ演算後の抑制電流ＩｒａΔ，ＩｒｂΔ，ＩｒｃΔを算出する。例えば、Δ演算後の抑制電流ＩｒａΔ，ＩｒｂΔ，ＩｒｃΔは、それぞれ“（｜Ｉ１ａ−Ｉ１ｂ｜＋｜Ｉ２ａ−Ｉ２ｂ｜）”，“（｜Ｉ１ｂ−Ｉ１ｃ｜＋｜Ｉ２ｂ−Ｉ２ｃ｜）”，“（｜Ｉ１ｃ−Ｉ１ａ｜＋｜Ｉ２ｃ−Ｉ２ａ｜）”である。
【００８７】
状態判定部３０は、各相に対応して設けられ、当該相における差電流の基本波成分に対する第２高調波成分の含有率に基づいて変圧器８がインラッシュ状態であるか否かを判定するインラッシュ判定回路１０８〜１１０を含む。状態判定部３０は、インラッシュ判定回路１０８〜１１０の判定結果を故障判定部２０の信号出力部３１４に出力する。
【００８８】
第１差動リレー演算部３０７は、各相に対応して設けられ、当該相における差電流および抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素を含む。具体的には、第１差動リレー演算部３０７は、Ａ相における差電流Ｉｄａおよび抑制電流Ｉｒａに基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素１０４と、Ｂ相における差電流Ｉｄｂおよび抑制電流Ｉｒｂに基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素１０５と、Ｃ相における差電流Ｉｄｃおよび抑制電流Ｉｒｃに基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素１０６とを含む。第１差動リレー演算部３０７は、比率差動リレー要素１０４〜１０６の動作および不動作を示す出力結果を故障相判定部３１３に出力する。
【００８９】
第２差動リレー演算部３０９は、各相に対応して設けられ、当該相におけるΔ演算後の差電流および抑制電流に基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素を含む。具体的には、第２差動リレー演算部３０９は、Ａ相における差電流ＩｄａΔおよび抑制電流ＩｒａΔに基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素１０１と、Ｂ相における差電流ＩｄｂΔおよび抑制電流ＩｒｂΔに基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素１０２と、Ｃ相における差電流ＩｄｃΔおよび抑制電流ＩｒｃΔに基づいて比率差動演算を実行する比率差動リレー要素１０３とを含む。第２差動リレー演算部３０９は、比率差動リレー要素１０１〜１０３の動作および不動作を示す出力結果を故障相判定部３１３に出力する。
【００９０】
地絡検出部３１１は、各相における差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃに基づいて地絡故障を検出する。具体的には、地絡検出部３１１は、図５中の地絡検出回路１０７に対応しており、差電流Ｉｄａ、差電流Ｉｄｂ、および差電流Ｉｄｃのベクトル和の振幅値が閾値Ｋ０よりも大きい場合に、地絡故障の発生を検出する。
【００９１】
故障相判定部３１３は、第１差動リレー演算部３０７の出力結果と、第２差動リレー演算部の出力結果と、地絡検出部３１１の検出結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。
【００９２】
具体的には、第１差動リレー演算部３０７における、第１相（例えば、Ａ相）に対応する比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０４）が動作し、かつ、第２差動リレー演算部３０９における、第１相および第３相（例えば、Ｃ相）にそれぞれ対応する２つの比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０１，１０３）が動作したとの条件Ｇ１を満たす場合に、故障相判定部３１３は第１相に故障が発生したと判定する。より具体的には、当該条件Ｇ１を満たし、かつ地絡検出部３１１により地絡故障が検出された場合に、故障相判定部３１３は第１相に地絡故障が発生したと判定する。この場合、故障相判定部３１３はＡＮＤゲート１２１〜１２３に対応する。
【００９３】
また、第１差動リレー演算部３０７における、第１相（例えば、Ａ相）および第２相（例えば、Ｂ相）にそれぞれ対応する２つの比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０４，１０５）が動作し、かつ地絡故障が検出されない場合に、故障相判定部３１３は第１相および第２相（例えば、ＡＢ相）の短絡故障が発生したと判定する。この場合、故障相判定部３１３はＡＮＤゲート１２４〜１２６に対応する。
【００９４】
故障相判定部３１３は、第１相〜第３相のうちの故障相を示す信号を信号出力部３１４に出力する。なお、故障相判定部３１３は、第１相〜第３相のいずれも故障していないと判定した場合には、故障相を示す信号を出力しない。この場合、故障相判定部３１３はＯＲゲート１３１〜１３３に対応する。
【００９５】
信号出力部３１４は、故障相判定部３１３の判定結果と、状態判定部３０の判定結果とに基づいて、故障信号を出力する。ある局面では、故障相判定部３１３により第１相（例えば、Ａ相）に故障が発生したと判定され、かつ第１相に対応するインラッシュ判定回路（例えば、インラッシュ判定回路１０８）により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合、信号出力部３１４は、第１相に故障が発生していることを示す故障信号（例えば、信号Ｄａ）を出力する。
【００９６】
同様に、信号出力部３１４は、第２相（例えば、Ｂ相）に故障が発生していることを示す故障信号（例えば、信号Ｄｂ）および第３相（例えば、Ｃ相）に故障が発生していることを示す故障信号（例えば、信号Ｄｃ）を出力する。典型的には、信号出力部３１４は、ＡＮＤゲート１４１〜１４３に対応する。
【００９７】
出力制御部４０は、信号出力部３１４により故障信号が出力された場合に、電力系統に設けられた遮断器２，３へ開放指令であるトリップ信号ＴＲを出力する。具体的には、信号出力部３１４から信号Ｄａ，Ｄｂ，Ｄｃの少なくとも１つが出力された場合には、出力制御部４０は、トリップ信号ＴＲを出力する。
【００９８】
なお、保護リレー装置１０は、故障信号を他の目的で利用してもよい。例えば、信号Ｄａが出力された場合に、保護リレー装置１０は、Ａ相が故障相であることを示す表示を行なってもよいし、ログを記録してもよいし、変電所の監視制御装置へ通信信号を出力してもよい。
【００９９】
＜利点＞
実施の形態１によると、１相地絡故障および短絡故障の故障相をより正しく判定することができる。また、外部故障を内部故障と誤判定することもない。そのため、保護リレー装置１０は誤動作することなく、適切に動作することができる。
【０１００】
なお、２相地絡故障の場合には故障相に短絡電流が流れることから、故障相の差電流が健全相の差電流よりもかなり大きくなる。したがって、３相の差電流のうち最小相の電流振幅値が他の２相の差電流の振幅値より十分小さいことを確認すれば、最小相を健全相と判定できるため、故障相を判定することができる。
【０１０１】
また、実施の形態１によると、インラッシュ電流による誤動作を適切に防止できるとともに、変圧器８のインラッシュ状態中に故障が発生した場合であっても、速やかにインラッシュ判定に基づくロックを外して故障を検出できる。
【０１０２】
具体的には、変圧器を電力系統に投入後に１相地絡故障が保護リレー装置の内部で発生した場合、インラッシュ電流に含まれる第２高調波成分により、一旦、比率差動リレー要素の動作はロックされる。その後の故障発生によって故障相電流の基本波成分の増加により、基本波成分に対する第２高調波成分の含有率が閾値以下に低下して、ロックがはずれることが期待される。
【０１０３】
しかしながら、特許文献１のように、零相電流（例えば、地絡故障電流の１／３相当）を各入力電流から差し引いている場合には、故障電流が２／３になって基本波成分の増加分が削減される。そのため、インラッシュ電流の第２高調波成分の量によっては基本波成分に対する第２高調波成分の含有率が閾値以下に低下しない場合がある。この場合、故障が発生しても比率差動リレー要素の出力のロックが維持され、保護リレー装置が適切に動作できず、遮断器が開放されない。実施の形態１によると、特許文献１のように零相電流を各入力電流から差し引く処理を行なっていないことから上記特許文献１のような問題は生じない。
【０１０４】
さらに、実施の形態１によると、変圧器巻線形態に関係なく、ＣＴ２次回路をＹ結線にすることができるため、誤った接続方法でＣＴ２次回路を接続する可能性を低減できる。また、ＣＴをΔ接続すると、他の３相電流リレーへ接続することは難しいが、Ｙ接続であるため、比率差動リレーから他の３相電流リレーへの接続も可能になる。
【０１０５】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力、およびΔ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力に基づいて故障相を判定する構成について説明した。実施の形態２では、Δ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、Δ演算後の差電流の振幅値が一定以上であるか否かを判定する回路を用いて、故障相を判定する構成について説明する。
【０１０６】
＜故障判定方式＞
図８は、実施の形態２に従う故障判定方式を説明するための図である。図８を参照して、保護リレー装置１０Ａは、比率差動リレー要素１０４〜１０６と、地絡検出回路１０７と、インラッシュ判定回路１０８〜１１０と、振幅判定回路１５１〜１５３と、ＡＮＤゲート１２４〜１２６，１６１〜１６３，１８１〜１８３と、ＯＲゲート１７１〜１７３とを含む。保護リレー装置１０Ａは図１に示す保護リレー装置１０に対応するが、他の実施の形態との区別のため、便宜上「Ａ」といった追加の符号を付している。これは、実施の形態３〜５でも同様である。
【０１０７】
保護リレー装置１０Ａの構成は、基本的に、図５に示した保護リレー装置１０の比率差動リレー要素１０１〜１０３を、それぞれ振幅判定回路１５１〜１５３に置き換えた構成に相当する。なお、ＡＮＤゲート１６１〜１６３は、図５中のＡＮＤゲート１２１〜１２３にそれぞれ対応している。また、ＯＲゲート１７１〜１７３は図５中のＯＲゲート１３１〜１３３にそれぞれ対応しており、ＡＮＤゲート１８１〜１８３は図５中のＡＮＤゲート１４１〜１４３にそれぞれ対応している。
【０１０８】
振幅判定回路１５１，１５２，１５３は、それぞれΔ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｂΔ，ＩｄｃΔの振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいか否かを判定する。例えば、差電流ＩｄａΔが閾値Ｋ１よりも大きい場合に、振幅判定回路１５１は出力値“１”をＡＮＤゲート１６１，１６２に出力する。当該振幅値が閾値Ｋ１以下である場合に、振幅判定回路１５１は出力値“０”をＡＮＤゲート１６１，１６２に出力する。振幅判定回路１５２，１５３についても同様である。
【０１０９】
ＡＮＤゲート１６１は、振幅判定回路１５１，１５３の各出力値と、比率差動リレー要素１０４の出力値と、地絡検出回路１０７の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、振幅判定回路１５１，１５３によりΔ演算後の差電流の振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいと判定され、比率差動リレー要素１０４が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出された場合に、ＡＮＤゲート１６１は、Ａ相の内部地絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート１７１に出力する。ＡＮＤゲート１６２，１６３についても同様である。
【０１１０】
ＯＲゲート１７１は、ＡＮＤゲート１６１，１２４，１２６の各出力値のＯＲ演算を行なう。具体的には、これらの各出力値の少なくとも１つが”１”である場合には、ＯＲゲート１７１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号（すなわち、出力値“１”）をＡＮＤゲート１８１に出力する。ＯＲゲート１７２，１７３についても同様である。
【０１１１】
ＡＮＤゲート１８１は、ＯＲゲート１７１の出力値と、インラッシュ判定回路１０８の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、ＯＲゲート１７１の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１０８により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート１８１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号Ｄａを出力する。ＡＮＤゲート１８２，１８３についても同様である。
【０１１２】
＜機能構成＞
図９は、実施の形態２に従う保護リレー装置１０Ａの機能構成の一例を示すブロック図である。図９を参照して、保護リレー装置１０Ａの機能構成は、保護リレー装置１０の故障判定部２０を故障判定部２０Ａに置き換えたものである。故障判定部２０Ａは、第１差動リレー演算部３０７と、地絡検出部３１１と、故障相判定部３１３Ａと、信号出力部３１４と、判定部３１５とを含む。なお、第２電流算出部３０５Ａは、第２電流算出部３０５と実質的に同一の機能を有する。第２電流算出部３０５Ａは、各相におけるΔ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｂΔ，ＩｄｃΔを判定部３１５に対して出力する。
【０１１３】
判定部３１５は、各相に対応して設けられ、当該相におけるΔ演算後の差電流の振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路を含む。具体的には、判定部３１５は、Ａ相における差電流ＩｄａΔの振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路１５１と、Ｂ相における差電流ＩｄｂΔの振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路１５２と、Ｃ相における差電流ＩｄｃΔの振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路１５３とを含む。
【０１１４】
故障相判定部３１３Ａは、第１差動リレー演算部３０７の出力結果と、判定部３１５の判定結果と、地絡検出部３１１の検出結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。
【０１１５】
具体的には、第１差動リレー演算部３０７における、第１相（例えば、Ａ相）に対応する比率差動リレー要素１０４が動作し、かつ第１相および第３相（例えば、Ｃ相）にそれぞれに対応する２つの振幅判定回路（例えば、振幅判定回路１５１，１５３）によりΔ演算後の差電流の振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいと判定されたとの条件Ｇ２を満たす場合に、故障相判定部３１３Ａは第１相に故障が発生したと判定する。より具体的には、当該条件Ｇ２を満たし、かつ地絡検出部３１１により地絡故障が検出された場合に、故障相判定部３１３Ａは第１相に地絡故障が発生したと判定する。この場合、故障相判定部３１３ＡはＡＮＤゲート１６１〜１６３に対応する。
【０１１６】
故障相判定部３１３Ａの短絡故障の判定方式は、故障相判定部３１３の短絡故障の判定方式と同様である。具体的には、第１差動リレー演算部３０７における、第１相および第２相にそれぞれ対応する比率差動リレー要素が動作し、かつ地絡故障が検出されない場合に、故障相判定部３１３Ａは第１相および第２相に短絡故障が発生したと判定する。
【０１１７】
＜利点＞
実施の形態２によると、Δ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、Δ演算後の差電流の振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいか否かを判定する回路を用いる。例えば、外部故障でＣＴ飽和が１次側あるいは、２次側の電流のどちらかで発生すると不要な差電流が生じる可能性がある。そのため、抑制電流により不要判定を抑える機能を有する比率差動リレー要素よりも、当該回路の方が不要出力を行なってしまう可能性が高くなる。しかし、一般的には、変圧器の外部故障では、変圧器の両端ＣＴを流れる電流は変圧器の内部インピーダンスが大きく、故障電流が制限されるためＣＴ飽和の可能性は低い。
【０１１８】
したがって、ＣＴ飽和時における精度は実施の形態１よりも劣るものの、ＣＴ飽和を特に考慮する必要が無い場合には実施の形態１よりも簡易な構成で、実施の形態１と同等の利点を有する。
【０１１９】
実施の形態３．
上述した実施の形態１では、地絡検出回路１０７を用いて、地絡故障と短絡故障とを区別する構成について説明した。実施の形態３では、地絡検出回路１０７を用いずに故障相を判定する構成について説明する。
【０１２０】
＜故障判定方式＞
図１０は、実施の形態３に従う故障判定方式を説明するための図である。図１０を参照して、保護リレー装置１０Ｂは、比率差動リレー要素１０１〜１０６と、インラッシュ判定回路１０８〜１１０と、ＡＮＤゲート１９１〜１９３，２０１〜２０３とを含む。
【０１２１】
保護リレー装置１０Ｂの構成は、図５中の保護リレー装置１０の地絡検出回路１０７を削除した構成に相当する。地絡検出回路１０７の削除に伴い、保護リレー装置１０における複数の論理ゲート（例えば、ＡＮＤゲート１２４〜１２６、およびＯＲゲート１３１〜１３３）も削除されている。
【０１２２】
ＡＮＤゲート１９１は、比率差動リレー要素１０１，１０３，１０４の各出力値のＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素１０１，１０３，１０４が動作した場合に、ＡＮＤゲート１９１は、Ａ相の内部故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＡＮＤゲート２０１に出力する。同様に、ＡＮＤゲート１９２は、比率差動リレー要素１０２，１０１，１０５が動作した場合に、Ｂ相の内部故障を示す信号をＡＮＤゲート２０２に出力する。比率差動リレー要素１０３，１０２，１０６が動作した場合に、ＡＮＤゲート１９３は、Ｃ相の内部故障を示す信号をＡＮＤゲート２０３に出力する。
【０１２３】
ＡＮＤゲート２０１は、ＡＮＤゲート１９１と、インラッシュ判定回路１０８の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、ＡＮＤゲート１９１の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１０８により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート２０１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号Ｄａを出力する。ＡＮＤゲート２０２，２０３についても同様である。典型的には、信号Ｄａ〜Ｄｃの少なくとも１つが出力されると、開放指令により遮断器２および遮断器３が開放され、変圧器８は電力系統から分離される。
【０１２４】
上記のように、地絡検出回路１０７を削除した構成の場合、地絡故障か否かの判定はできないが、１相地絡故障、２相短絡故障では正しく故障相を判定し、外部故障での動作もない。
【０１２５】
図４を参照すると、Ａ相の内部地絡故障の場合、Δ演算後の差電流ＩｄａΔ，ＩｄｃΔを用いる２つの比率差動リレー要素１０１，１０３、および通常の差電流Ｉｄａを用いる比率差動リレー要素１０４は動作するが、差電流ＩｄｂΔを用いる比率差動リレー要素１０５は動作しない。この場合、ＡＮＤゲート１９１は出力値“１”を出力し、ＡＮＤゲート１９２は出力値“０”を出力し、ＡＮＤゲート１９３は出力値“０”を出力する。そのため、保護リレー装置１０Ｂは、Ａ相が故障相であることを判定できる。
【０１２６】
また、図４を参照すると、ＡＢ相の短絡故障の場合、差電流ＩｄａΔ，ＩｄｂΔ，ＩｄｃΔをそれぞれ用いる３つの比率差動リレー要素１０１，１０２、１０３および差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂをそれぞれ用いる２つの比率差動リレー要素１０４，１０５が動作する。この場合、ＡＮＤゲート１９１は出力値“１”を出力し、ＡＮＤゲート１９２は出力値“１”を出力し、ＡＮＤゲート１９３は出力値“０”を出力する。そのため、保護リレー装置１０Ｂは、Ａ相が故障相であると判定できる。
【０１２７】
同様に、ＣＡ相の短絡故障の場合、比率差動リレー要素１０１，１０２、１０３および比率差動リレー要素１０４，１０６が動作する。この場合、ＡＮＤゲート１９１は出力値“１”を出力し、ＡＮＤゲート１９２は出力値“０”を出力し、ＡＮＤゲート１９３は出力値“１”を出力する。そのため、保護リレー装置１０Ｂは、Ａ相が故障相であると判定できる。
【０１２８】
したがって、保護リレー装置１０Ｂは、地絡故障および短絡故障の区別はできないが、少なくともＡ相が故障相であることを正しく判定できる。Ｂ相およびＣ相についても同様である。そのため、１相地絡故障、および２相短絡故障時においては、保護リレー装置１０Ｂは、故障相を正しく判定できる。なお、保護リレー装置１０Ｂは、２相地絡故障時には３相故障と判定する可能性はあるものの、変圧器８の内部故障に対する保護動作としては、実施の形態１に従う保護リレー装置１０と同様となる。
【０１２９】
＜機能構成＞
保護リレー装置１０Ｂの機能構成は、図７中の地絡検出部３１１を削除した構成に相当する。実施の形態３に従う故障相判定部は、第１差動リレー演算部３０７の出力結果と、第２差動リレー演算部３０９の出力結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。具体的には、第１差動リレー演算部３０７における、第１相（例えば、Ａ相）に対応する比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０４）が動作し、かつ第２差動リレー演算部３０９における、第１相および第３相（例えば、Ｃ相）にそれぞれに対応する２つの比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０１，１０３）が動作した場合に、実施の形態３に従う故障相判定部は、第１相に故障が発生したと判定する。
【０１３０】
＜利点＞
実施の形態３によると、実施の形態１よりも簡易な構成で、実施の形態１とほぼ同等の利点を有する。
【０１３１】
実施の形態４．
上述した実施の形態３では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力、およびΔ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力に基づいて故障相を判定する構成について説明した。実施の形態４では、Δ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、Δ演算後の差電流の振幅値が一定以上であるか否かを判定する回路を用いて、故障相を判定する構成について説明する。
【０１３２】
＜故障判定方式＞
図１１は、実施の形態４に従う故障判定方式を説明するための図である。図１１を参照して、保護リレー装置１０Ｃは、比率差動リレー要素１０４〜１０６と、インラッシュ判定回路１０８〜１１０と、振幅判定回路１５１〜１５３と、ＡＮＤゲート２１１〜２１３，２２１〜２２３とを含む。
【０１３３】
保護リレー装置１０Ｃの構成は、図８中の保護リレー装置１０Ａの地絡検出回路１０７を削除した構成に相当する。地絡検出回路１０７の削除に伴い、保護リレー装置１０Ａにおける複数の論理ゲート（例えば、ＡＮＤゲート１２４〜１２６、およびＯＲゲート１７１〜１７３）も削除されている。
【０１３４】
ＡＮＤゲート２１１は、振幅判定回路１５１，１５３の各出力値と、比率差動リレー要素１０４の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、振幅判定回路１５１，１５３によりΔ演算後の差電流の振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいと判定され、かつ比率差動リレー要素１０４が動作した場合に、ＡＮＤゲート２１１は、Ａ相の内部地絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＡＮＤゲート２２１に出力する。ＡＮＤゲート２１２，２１３についても同様である。
【０１３５】
ＡＮＤゲート２２１は、ＡＮＤゲート２１１と、インラッシュ判定回路１０８の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、ＡＮＤゲート２１１の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１０８により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート２２１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号Ｄａを出力する。ＡＮＤゲート２２２，２２３についても同様である。典型的には、信号Ｄａ〜Ｄｃの少なくとも１つが出力されると、開放指令により遮断器２および遮断器３が開放され、変圧器８は電力系統から分離される。
【０１３６】
＜機能構成＞
保護リレー装置１０Ｃの機能構成は、図９中の地絡検出部３１１を削除した構成に相当する。実施の形態４に従う故障相判定部は、第１差動リレー演算部３０７の出力結果と、判定部３１５の判定結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。具体的には、第１差動リレー演算部３０７における、第１相（例えば、Ａ相）に対応する比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０４）が動作し、かつ第１相および第３相（例えば、Ｃ相）にそれぞれに対応する２つの振幅判定回路（例えば、振幅判定回路１５１，１５３）によりΔ演算後の差電流の振幅値が閾値Ｋ１よりも大きいと判定された場合に、実施の形態４に従う故障相判定部は、第１相に故障が発生したと判定する。
【０１３７】
＜利点＞
実施の形態４によると、ＣＴ飽和時における精度は実施の形態３よりも劣るものの、ＣＴ飽和を特に考慮する必要が無い場合には実施の形態３よりも簡易な構成で、実施の形態３と同等の利点を有する。
【０１３８】
実施の形態５．
上述した実施の形態１では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力、およびΔ演算後の差電流を用いる比率差動リレー要素の出力に基づいて故障相を判定する構成について説明した。実施の形態５では、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、当該差電流の振幅値が一定以上の場合に出力する回路を用いて、故障相を判定する構成について説明する。
【０１３９】
＜故障判定方式＞
図１２は、実施の形態５に従う故障判定方式を説明するための図である。図１２を参照して、保護リレー装置１０Ｄは、比率差動リレー要素１０１〜１０３と、インラッシュ判定回路１０８〜１１０と、振幅判定回路２３１〜２３２と、ＡＮＤゲート２４１〜２４６，２５１〜２５３と、ＯＲゲート２６１〜２６３とを含む。
【０１４０】
保護リレー装置１０Ｄの構成は、図５中の保護リレー装置１０の比率差動リレー要素１０４〜１０６を、それぞれ振幅判定回路２３１〜２３３に置き換えた構成に相当する。なお、ＡＮＤゲート２４１〜２４６は、図５中のＡＮＤゲート１２１〜１２６にそれぞれ対応している。また、ＯＲゲート２６１〜２６３は図５中のＯＲゲート１３１〜１３３にそれぞれ対応しており、ＡＮＤゲート２５１〜２５３は、図５中のＡＮＤゲート１４１〜１４３にそれぞれ対応している。
【０１４１】
振幅判定回路２３１，２３２，２３３は、それぞれ差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃの振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する。例えば、差電流Ｉｄａが閾値Ｋ２よりも大きい場合に、振幅判定回路２３１は出力値“１”をＡＮＤゲート２４１，２４４，２４６に出力する。当該振幅値が閾値Ｋ２以下である場合に、振幅判定回路２３２は出力値“０”をＡＮＤゲート２４１，２４４，２４６に出力する。振幅判定回路２３２，２３３についても同様である。
【０１４２】
ＡＮＤゲート２４１は、比率差動リレー要素１０１，１０３の各出力値と、振幅判定回路２３１の出力値と、地絡検出回路１０７の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、振幅判定回路２３１により差電流Ｉｄａの振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいと判定され、かつ比率差動リレー要素１０１，１０３が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出された場合に、ＡＮＤゲート２４１は、Ａ相の内部地絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート２６１に出力する。ＡＮＤゲート２４２，２４３についても同様である。
【０１４３】
ＡＮＤゲート２４４は、比率差動リレー要素２３１，２３２の各出力値と、地絡検出回路１０７の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、比率差動リレー要素２３１，２３２が動作し、かつ地絡検出回路１０７により地絡故障が検出されていない場合に、ＡＮＤゲート２４４は、ＡＢ相の短絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＯＲゲート２６１，２６２に出力する。ＡＮＤゲート２４５，２４６についても同様である。
【０１４４】
ＯＲゲート２６１は、ＡＮＤゲート２４１，２４４，２４６の各出力値のＯＲ演算を行なう。具体的には、これらの各出力値の少なくとも１つが”１”である場合には、ＯＲゲート２６１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号（すなわち、出力値“１”）をＡＮＤゲート２５１に出力する。ＯＲゲート２６２，２６３についても同様である。
【０１４５】
ＡＮＤゲート２５１は、ＯＲゲート２６１と、インラッシュ判定回路１０８の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、ＯＲゲート２６１の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１０８により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート２５１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号Ｄａを出力する。ＡＮＤゲート２５２，２５３についても同様である。典型的には、信号Ｄａ〜Ｄｃの少なくとも１つが出力されると、開放指令により遮断器２および遮断器３が開放され、変圧器８は電力系統から分離される。
【０１４６】
＜機能構成＞
図１３は、実施の形態５に従う保護リレー装置１０Ｄの機能構成の一例を示すブロック図である。図１３を参照して、保護リレー装置１０Ｄの機能構成は、保護リレー装置１０の故障判定部２０を故障判定部２０Ｄに置き換えたものである。故障判定部２０Ｄは、第２差動リレー演算部３０９と、故障相判定部３１３Ｄと、信号出力部３１４と、判定部３１７とを含む。なお、第１電流算出部３０３Ｄは、第１電流算出部３０３と実質的に同一の機能を有する。第１電流算出部３０３Ｄは、各相における通常の差電流Ｉｄａ，Ｉｄｂ，Ｉｄｃを算出する。
【０１４７】
判定部３１７は、各相に対応して設けられ、当該相におけるΔ演算前の差電流の振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路を含む。具体的には、判定部３１７は、Ａ相における差電流Ｉｄａの振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路２３１と、Ｂ相における差電流Ｉｄｂの振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路２３２と、Ｃ相における差電流Ｉｄｃの振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する振幅判定回路２３３とを含む。
【０１４８】
故障相判定部３１３Ｄは、第２差動リレー演算部３０９の出力結果と、判定部３１７の判定結果と、地絡検出部３１１の検出結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。
【０１４９】
具体的には、第１相（例えば、Ａ相）に対応する振幅判定回路（例えば、振幅判定回路２３１）により通常の差電流の振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいと判定され、かつ第２差動リレー演算部３０９における、第１相および第３相（例えば、Ｃ相）に対応する２つの比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０１，１０３）が動作したとの条件Ｇ３を満たす場合に、故障相判定部３１３Ｄは第１相に故障が発生したと判定する。より具体的には、当該条件Ｇ３を満たし、かつ地絡検出部３１１により地絡故障が検出された場合に、故障相判定部３１３Ｄは第１相に地絡故障が発生したと判定する。この場合、故障相判定部３１３ＤはＡＮＤゲート２４１〜２４３に対応する。
【０１５０】
また、第１相および第２相（例えば、Ｂ相）にそれぞれ対応する２つの振幅判定回路（例えば、振幅判定回路２３１，２３２）により通常の差電流の振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいと判定され、かつ地絡故障が検出されない場合に、故障相判定部３１３Ｄは第１相および第２相に短絡故障が発生したと判定する。
【０１５１】
＜利点＞
実施の形態５によると、通常の差電流を用いる比率差動リレー要素の代わりに、通常の差電流の振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいか否かを判定する回路を用いる。この場合、外部故障時にＣＴ飽和で問題になる可能性があるのは、図４より短絡外部故障での不要出力であるが、この不要出力は故障相表示の結果に影響しない。そのため、実施の形態１よりも簡易な構成で、実施の形態１と同等の利点を有する。
【０１５２】
実施の形態６．
上述した実施の形態５では、地絡検出回路１０７を用いて、地絡故障と短絡故障とを区別する構成について説明した。実施の形態６では、地絡検出回路１０７を用いずに故障相を判定する構成について説明する。
【０１５３】
＜故障判定方式＞
図１４は、実施の形態６に従う故障判定方式を説明するための図である。図１４を参照して、保護リレー装置１０Ｅは、比率差動リレー要素１０１〜１０３と、インラッシュ判定回路１０８〜１１０と、振幅判定回路２３１〜２３２と、ＡＮＤゲート２７１〜２７３，２８１〜２８３とを含む。
【０１５４】
保護リレー装置１０Ｅの構成は、図１２中の保護リレー装置１０Ｄの地絡検出回路１０７を削除した構成に相当する。地絡検出回路１０７の削除に伴い、保護リレー装置１０Ｄにおける複数の論理ゲート（例えば、ＡＮＤゲート２４４〜２４６、およびＯＲゲート２６１〜２６３）も削除されている。
【０１５５】
ＡＮＤゲート２７１は、比率差動リレー要素１０１，１０３の各出力値と、振幅判定回路２３１の出力値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、振幅判定回路２３１により差電流Ｉｄａの振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいと判定され、かつ比率差動リレー要素１０１，１０３が動作した場合に、ＡＮＤゲート２７１は、Ａ相の内部地絡故障を示す信号（すなわち、出力値”１”）をＡＮＤゲート２８１に出力する。ＡＮＤゲート２７２，２７３についても同様である。
【０１５６】
ＡＮＤゲート２８１は、ＡＮＤゲート２７１と、インラッシュ判定回路１０８の出力の論理レベルを反転した値とのＡＮＤ演算を行なう。具体的には、ＡＮＤゲート２７１の出力値が“１”であり、かつインラッシュ判定回路１０８により変圧器８がインラッシュ状態ではないと判定された場合には、ＡＮＤゲート２８１は、Ａ相に故障が発生していることを示す信号Ｄａを出力する。ＡＮＤゲート２８２，２８３についても同様である。典型的には、信号Ｄａ〜Ｄｃの少なくとも１つが出力されると、開放指令により遮断器２および遮断器３が開放され、変圧器８は電力系統から分離される。
【０１５７】
＜機能構成＞
保護リレー装置１０Ｅの機能構成は、図１３中の地絡検出部３１１を削除した構成に相当する。実施の形態６に従う故障相判定部は、判定部３１７の判定結果と、第２差動リレー演算部３０９の出力結果とに基づいて、電力系統の故障相を判定する。具体的には、第１相（例えば、Ａ相）に対応する振幅判定回路（例えば、振幅判定回路２３１）により通常の差電流の振幅値が閾値Ｋ２よりも大きいと判定され、かつ第２差動リレー演算部３０９における、第１相および第３相（例えば、Ｃ相）に対応する２つの比率差動リレー要素（例えば、比率差動リレー要素１０１，１０３）が動作した場合に、実施の形態６に従う故障相判定部は、第１相に故障が発生したと判定する。
【０１５８】
＜利点＞
実施の形態６によると、実施の形態５よりも簡易な構成で、実施の形態５と同等の利点を有する。
【０１５９】
その他の実施の形態．
（１）上述した実施の形態では、Δ演算の際に、ＩｄａΔ＝Ｉｄａ−Ｉｄｂ、ＩｄｂΔ＝Ｉｄｂ−Ｉｄｃ、ＩｄｃΔ＝Ｉｄｃ−Ｉｄａとの演算方式を採用していたが、当該構成に限られない。例えば、ＩｄａΔ＝Ｉｄａ−Ｉｄｃ、ＩｄｂΔ＝Ｉｄｂ−Ｉｄa、ＩｄｃΔ＝Ｉｄｃ−Ｉｄｂとの演算方式を採用する構成であってもよい。この場合、Δ演算後の抑制電流ＩｒａΔ，ＩｒｂΔ，ＩｒｃΔは、それぞれ“（｜Ｉ１ａ−Ｉ１ｃ｜＋｜Ｉ２ａ−Ｉ２ｃ｜）”，“（｜Ｉ１ｂ−Ｉ１ａ｜＋｜Ｉ２ｂ−Ｉ２ａ｜）”，“（｜Ｉ１ｃ−Ｉ１ｂ｜＋｜Ｉ２ｃ−Ｉ２ｂ｜）”となる。
【０１６０】
（２）上述した実施の形態では、Ｙ−Ｙ−Δ巻線の変圧器に基づいて説明したが、Ｙ−Δ巻線の変圧器に同様の考え方を適用してもよい。
【０１６１】
（３）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、他の実施の形態で説明した処理および構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【０１６２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１６３】
２，３  遮断器、４，５  電流変成器、８  変圧器、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  保護リレー装置、１１，１２  交流電源、２０，２０Ａ，２０Ｄ  故障判定部、３０  状態判定部、４０  出力制御部、５１  補助変成器、５２  変換部、７０  演算処理部、７１  バス、７２  ＣＰＵ、７３  ＲＯＭ、７４  ＲＡＭ、７５  ＤＩ回路、７６  ＤＯ回路、７７  入力インターフェイス、１０１〜１０６  比率差動リレー要素、１０７  地絡検出回路、１０８〜１１０  インラッシュ判定回路、１５１〜１５３，２３１〜２３３  振幅判定回路、３０１  電流入力部、３０３，３０３Ｄ  第１電流算出部、３０５，３０５Ａ  第２電流算出部、３０７  第１差動リレー演算部、３０９  第２差動リレー演算部、３１１  地絡検出部、３１３，３１３Ａ，３１３Ｄ  故障相判定部、３１４  信号出力部、３１５，３１７  判定部。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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