(57)【要約】【課題】動作時間を高速化できる距離継電装置を得ること。【解決手段】電力系統から入力した電圧および電流を用いてインピーダンスを算出し、インピーダンスに基づいて事故点までの距離を演算する距離演算部１と、事故発生前の電圧と事故発生後の電圧との差分を表す電圧変位、および、事故発生前の電流と事故発生後の電流との差分を表す電流変位とに基づいて、事故点の方向を演算する方向演算部２と、演算された距離と方向とに基づいて、予め定められた保護区間内での事故か否かを判定する判定部と、を備える。【選択図】図３
2010288351.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統から入力した電圧および電流を用いてインピーダンスを算出し、前記インピーダンスに基づいて事故点までの距離を演算する距離演算部と、
事故発生前の前記電圧と事故発生後の前記電圧との差分を表す電圧変位、および、事故発生前の前記電流と事故発生後の前記電流との差分を表す電流変位とに基づいて、前記事故点の方向を演算する第１方向演算部と、
前記距離と前記方向とに基づいて、予め定められた保護区間内での事故か否かを判定する第１判定部と、
を備えることを特徴とする距離継電装置。
【請求項２】
事故発生後に前記電力系統から入力した電圧および電流に基づいて前記事故点の方向を演算する第２方向演算部をさらに備え、
前記第１判定部は、前記距離と、前記第１方向演算部により演算された前記方向と、前記第２方向演算部により演算された前記方向とに基づいて、前記保護区間内での事故か否かを判定すること、
を特徴とする請求項１に記載の距離継電装置。
【請求項３】
前記第１方向演算部により演算された前記方向が出力される時間を予め定められた期間に制限する出力時間調整部をさらに備えること、
を特徴とする請求項２に記載の距離継電装置。
【請求項４】
前記電圧変位が予め定められた第１閾値以上であり、かつ、前記電流変位が予め定められた第２閾値以上であるか否かを判定する第２判定部をさらに備え、
前記第１判定部は、前記電圧変位が前記第１閾値以上であり、かつ、前記電流変位が前記第２閾値以上である場合に、前記距離と前記方向とに基づいて、前記保護区間内での事故か否かを判定すること、
を特徴とする請求項１に記載の距離継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用送電線で起こる短絡事故、地絡事故を検出し、事故を系統から除去して送電系統を保護する距離継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の距離継電装置は、電力系統から入力した電圧および電流を用いて距離継電装置の設置点から見た事故点方向を判別する方向継電器と、事故点までの距離を求める距離継電器との組み合わせにより保護区間内の事故か否かを判断し、保護区間内の事故の場合に保護装置を動作させるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。また、非特許文献１では、方向継電器の動作範囲を決定するために利用可能な移相演算および位相差演算等のアルゴリズムが提案されている。
【０００３】
このような距離継電装置では、事故時の歪波形に対しても正常動作させるため、ディジタルフィルターの強化や動作確認回数の増加などが必要になっており、動作時間は増加する傾向にある。一方、事故を高速に除去するという要求は強い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−４８８５５号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】電気協同研究第５０巻第１号「第二世代ディジタルリレー」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術によれば、方向継電器が、保護区間内の事故に対して高速動作させるためのネックとなる場合があった。例えば、受電端は距離継電装置の後方の領域に存在し、方向継電器は常時不動作なので、事故発生時に電流および電圧の方向が後方から前方へ変化する。このため、フィルターや方向演算結果の過渡的な変化のため送電端に比べて動作時間が遅くなることがある。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動作時間を高速化できる距離継電装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、電力系統から入力した電圧および電流を用いてインピーダンスを算出し、前記インピーダンスに基づいて事故点までの距離を演算する距離演算部と、事故発生前の前記電圧と事故発生後の前記電圧との差分を表す電圧変位、および、事故発生前の前記電流と事故発生後の前記電流との差分を表す電流変位とに基づいて、前記事故点の方向を演算する第１方向演算部と、前記距離と前記方向とに基づいて、予め定められた保護区間内での事故か否かを判定する第１判定部と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、距離継電装置の動作時間を高速化できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、方向継電器の特性図である。
【図２】図２は、潮流と方向継電器の動作範囲との関係を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１の距離継電装置の構成の一例を示す図である。
【図４】図４は、電力系統から入力した電圧データおよび電流データと、電圧変位データおよび電流変位データとの関係を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態２の距離継電装置の構成の一例を示す図である。
【図６】出力時間調整部の回路構成の一例を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２の距離継電装置の動作のタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明にかかる距離継電装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１２】
実施の形態１．
まず、上記課題の詳細について説明する。図１は、方向継電器の特性図である。図１の網掛け部は方向継電器の動作範囲を示している。図１のような方向継電器の特性は、非特許文献１の第２４頁、第１−１−２表に記載されているような代表的な移相演算と位相差演算アルゴリズムで実現できる。
【００１３】
まず、現時点の時刻ｔの電圧をＶ（ｔ）、電流をＩ（ｔ）、Ｉ（ｔ）をθ°移相した値をＩ（ｔ）∠θとすると、Ｉ（ｔ）∠θとＶ（ｔ）の位相差φが±９０°の範囲を方向継電器の動作範囲とする。すなわち、以下の（１）式を満たす場合に、保護区間内での事故であると判定し、保護装置を動作させる。
Ｖ（ｔ）・Ｉ（ｔ）∠θｃｏｓφ≧０
＝Ｖ（ｔ）・Ｉ（ｔ）∠θ＋Ｖ（ｔ−９０°）・Ｉ（ｔ−９０°）∠θ≧０
・・・（１）
【００１４】
上記（１）式より、電圧は、時刻ｔのデータと時刻ｔより９０°前のデータを使用することになる。また、電流は、時刻ｔのデータと時刻ｔより９０°前のデータとを使用してθの移相演算を実行する場合、時刻ｔから１８０°前のデータを使用することになる。
【００１５】
そして、例えば時刻ｔから時刻ｔの１８０°前データまでのデータをディジタルフィルターに使用する場合、方向継電器としては事故時の方向判定に時刻ｔから３６０°前のデータを要することになる。このため、方向継電器の動作遅れとして最大１サイクルが予想され、距離継電装置を高速動作させるためのネックとなる可能性がある。
【００１６】
図２は、潮流と方向継電器の動作範囲との関係を示す図である。図２の斜線部は潮流が流れている状態で距離継電装置が見るインピーダンスを示している。負荷潮流が流れている場合、送電端では方向継電器が常時動作（前方領域に存在する）しているため、前方事故発生時にも動作を継続する。逆に受電端では、方向継電器は常時不動作（後方の領域に存在する）なので、事故発生時に電流および電圧の方向が後方から前方へ変化する。このため、フィルターや方向演算結果の過渡的な変化のため送電端に比べ動作時間が遅くなることがある。
【００１７】
以下、上記のような課題を解決する本発明の実施の形態１について説明する。図３は、実施の形態１の距離継電装置の構成の一例を示す図である。
【００１８】
図３に示すように、実施の形態１の距離継電装置は、距離演算部１と、方向演算部２と、事故検出判定部３と、ＡＮＤ部４Ａと、ＡＮＤ部４Ｂと、を備えている。
【００１９】
距離演算部１は、電力系統から入力した電圧および電流を用いて距離継電装置の設置点までの距離（インピーダンス）を演算する。方向演算部２は、整数サイクル前の電圧と現在の電圧との差分を表す電圧変位データ、および、整数サイクル前の電流と現在の電流との差分を表す電流変位データを用いて事故点方向を計算する。
【００２０】
事故検出判定部３は、電圧変位データが予め定められた一定の閾値（第１閾値）以上であり、かつ、電流変位データが予め定められた一定の閾値（第２閾値）以上であるか否かにより、事故が発生したか否かを判定する。具体的には、電圧変位データが第１閾値以上であり、かつ、電流変位データが第２閾値以上である場合に、事故が発生したと判定する。
【００２１】
ＡＮＤ部４Ａは、方向演算部２の出力と事故検出判定部３の出力との論理積を演算する。ＡＮＤ部４Ｂは、ＡＮＤ部４Ａの出力と距離演算部１の出力との論理積を演算する。
【００２２】
距離継電装置は、このようにしてＡＮＤ部４Ａから出力された方向要素出力と、ＡＮＤ部４Ｂから出力された距離継電器出力とを用いて、保護区間内での事故か否かを判定する判定部（図示せず）を備えている。
【００２３】
次に、本実施の形態の距離継電装置の動作について説明する。上述のように、方向演算部２は、整数サイクル前の電圧および電流に対する差分を表す電圧変位データおよび電流変位データを用いて事故点方向を計算する。このため、事故前は通常、電圧変位データおよび電流変位データはゼロである。
【００２４】
すなわち、通常、方向演算部２はＯＮ信号を出力しない。なお、方向演算部２は、事故検出判定部３の動作出力をトリガーにして事故前の整数サイクル前のある１サイクル分のデータをラッチ（記憶）する。そして、方向演算部２は、事故中、記憶した１サイクル分のデータを事故前データとして繰り返し使い、現在のデータとの差分である電圧変位データおよび電流変位データを求める。事故除去後、記憶された事故前データはリセット（削除）される。
【００２５】
図４は、電力系統から入力した電圧データおよび電流データと、電圧変位データおよび電流変位データとの関係を示す図である。図４の例では、事故発生により、事故前の電圧が電圧変位データとして現れ、事故時の電流が電流変位データとして現れる。
【００２６】
このように、本実施の形態によれば、事故前後の電圧および電流の変位を表すデータを用いるため、事故前の電圧変位データおよび電流変位データはゼロとなる。すなわち、事故発生後の方向演算部２の出力はゼロの状態からの変化となるため、従来の方法に比べてフィルターや演算出力の過渡的な変化を低減できる。このため、方向演算部２の応答時間を高速化することができる。すなわち、動作時間を高速化した距離継電装置を得ることができる。
【００２７】
なお、事故形態の観点からは、高速動作が求められる至近端事故で、最も電圧および電流の変位が大きくなる。このため、電圧および電流の変位データを用いる本実施の形態では、ディジタルフィルター等の影響による動作遅れを受けにくくなっており、これによっても方向要素の演算の高速化を図ることができる。
【００２８】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２の距離継電装置の構成の一例を示す図である。図５に示すように、実施の形態２の距離継電装置は、距離演算部１と、方向演算部２と、事故検出判定部３と、ＡＮＤ部４Ｃと、ＡＮＤ部４Ｄと、出力時間調整部５と、方向演算部６と、ＯＲ部７と、を備えている。
【００２９】
図５で、距離演算部１、方向演算部２、および事故検出判定部３の機能は、実施の形態１と同様であるため同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３０】
方向演算部６は、従来と同様の手法により、電力系統から入力した電圧および電流を用いて、事故点方向を判別する。
【００３１】
出力時間調整部５は、方向演算部２が出力値を出力する時間を一定期間に制限する。図６は、出力時間調整部５の回路構成の一例を示す図である。図６に示すように、出力時間調整部５は、復帰タイマー８Ａ、８Ｂ、８Ｃと、動作タイマー９と、ＡＮＤ部４Ｅとを備えている。図６に示した回路では、方向演算部２が動作後、動作タイマー９で設定した時間経過後に復帰タイマー８Ｃで設定した時間の間、方向演算部２の動作をロックすることができる。
【００３２】
図５に戻り、ＡＮＤ部４Ｃは、方向演算部２の出力と出力時間調整部５の出力との論理積を演算する。ＯＲ部７は、ＡＮＤ部４Ｃの出力と方向演算部６の出力との論理和を演算する。ＡＮＤ部４Ｄは、ＯＲ部７の出力と距離演算部１の出力との論理積を演算する。
【００３３】
次に、本実施の形態の距離継電装置の動作について説明する。上述のように、方向演算部２は、事故前の電圧および電流に対する事故後の電圧および電流の変位データを用いて高速化を図っている。そして、方向演算部２は、変位データを演算するために、事故後の電圧データおよび電流データから整数サイクル前、かつ、事故前の電圧データおよび電流データを使用する必要がある。また、方向演算部２は、事故前後の周波数ずれ等が生じる場合であっても、正確に整数サイクル前データを取得できることが望ましい。
【００３４】
しかし、事故中に周波数変動が生じ、サンプリング間隔が所望の系統周波数の電気角からずれる場合がある。そして、実施の形態１のように、事故検出判定部３の動作出力によるトリガーでラッチした事故前の電圧データおよび電流データを使い続ける場合、事故後の周波数変動により、事故前データのサイクルと、事故後データのサイクルとの時間差が時間経過とともに大きくなる場合がある。このため、事故後の時間経過とともに、事故前データと事故後データとの差分である変位データを用いる方向演算の誤差が徐々に大きくなるという問題が生じうる。
【００３５】
そこで、本実施の形態では、出力時間調整部５が、方向演算部２の動作出力時間を事故後一定時間（例えば、１サイクル）に限定する。これにより、事故前後の周波数変動による誤差の影響を小さくすることが可能となる。また、方向演算部２の動作出力時間を限定することで、事故検出により事故前データをラッチ（記憶）する処理が不要となる利点もある。
【００３６】
また、本実施の形態では、周波数変動による影響が少ない従来方式の方向演算部６との論理和を取ることで高速かつ安定動作を可能としている。これにより、事故時の過渡的な周波数変動が生じた場合でも動作時間を高速化した距離継電装置を得ることができる。
【００３７】
また、方向演算部２が使用する変位データは、事故時と事故除去時に現れる。事故除去時に方向演算部２が動作した場合、距離継電装置が誤動作する可能性があるが、出力時間調整部５が方向演算部２の動作出力時間を事故後一定時間に限定するため、このような誤動作を回避できる。
【００３８】
上記の様に構成することで、事故発生の一定時間（例えば１サイクル）では周波数の変動の影響は少ないため、周波数変動による影響を最小限に抑えつつ方向演算部２の演算を高速に実行することが可能となる。なお、方向演算部２の出力は一定時間後にＯＦＦとなるため、方向演算部６を追加することにより高速動作と周波数変動に対する安定性を確保できる。このように、本実施の形態によれば、事故時の過渡的な周波数変動が生じた場合でも動作時間を高速化した距離継電装置を得ることができる。
【００３９】
次に、実施の形態２の距離継電装置の動作のタイムチャートについて説明する。図７は、実施の形態２の距離継電装置の動作のタイムチャートである。図７のＡ〜Ｅは、それぞれ図５に示したＡ〜Ｅ点での出力値（ＯＮまたはＯＦＦ）を示している。
【００４０】
事故発生後、方向演算部２のロジック出力Ａはｔ１時間後にＯＮし、出力時間調整部５の設定時間に従い、ｔ２時間の間、出力を保持する。方向演算部６のロジック出力Ｂは事故発生から（ｔ１＋ｔ３）時間後にＯＮし、事故除去からｔ４時間後にＯＦＦする。従って、方向要素出力Ｃは事故発生後からｔ１時間後にＯＮし、事故除去後からｔ４時間後にＯＦＦする。
【００４１】
また、距離演算部１のロジック出力Ｄは事故発生後から（ｔ１＋ｔ５）時間後にＯＮし、事故除去後から（ｔ４＋ｔ７）時間後にＯＦＦする。したがって、距離継電器出力Ｅは事故発生後から（ｔ１＋ｔ５）時間後にＯＮし、事故除去後からｔ４時間後にＯＦＦする。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、従来のように距離演算部１の出力Ａと方向演算部６の出力Ｂとの論理積を距離継電器出力としていたのに比べ、ｔ６時間の高速化を実現できる。
【符号の説明】
【００４３】
１  距離演算部
２  方向演算部
３  事故検出判定部
４Ａ、４Ｂ、４Ｃ、４Ｄ、４Ｅ  ＡＮＤ部
５  出力時間調整部
６  方向演算部
７  ＯＲ部
８Ａ、８Ｂ、８Ｃ  復帰タイマー
９  動作タイマー
【図１】
2010288351.tif 000003
【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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