(57)【要約】【課題】事故発生時の背後電源インピーダンスの大きさに基づいてオーバーリーチ対策を実施することにより、運用時の整定に特別な配慮が不要な、高精度で信頼性に優れた短絡距離継電器を提供する。【解決手段】背後電源インピーダンスＺＢを算出する背後電源インピーダンス算出部１１と、算出した背後電源インピーダンスＺＢを予め設定された所定値Ｚｋと比較するインピーダンス判定部１２を具備しており、背後電源インピーダンス算出部１１にて求めた背後電源インピーダンスＺＢの大きさに基づいて、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力を制御する。【選択図】図１
2010057344.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電力系統より電圧及び電流をそれぞれ入力し、これら電圧及び電流から事故方向を識別する方向要素と、前記電圧及び前記電流からインピーダンスを算出して少なくとも第１段要素を含む距離要素における整定インピーダンスと比較し、その比較結果に基づいて事故点までの電気的な距離を判定し事故点を識別する短絡距離継電器要素とを有するディジタル形の短絡距離継電器において、
各相電流の過電流を検出して動作判定を出力する過電流要素と、
当該短絡距離継電器に付加するブラインダ要素と、
当該短絡距離継電器の設置点から電源点までの背後電源インピーダンスに関して、事故発生時の値を求める背後電源インピーダンス算出手段とを備え、
前記背後電源インピーダンス算出手段にて求めた前記背後電源インピーダンスの大きさに基づいて、前記過電流要素の出力を制御するように構成したことを特徴とする短絡距離継電器。
【請求項２】
事故発生時の正相分電圧及び正相分電流の変化分を検出する変化分検出手段を備え、
前記背後電源インピーダンス算出手段は、前記変化分検出手段にて検出した正相分電圧及び正相分電流の変化分により、正相回路における前記背後電源インピーダンスを求めるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の短絡距離継電器。
【請求項３】
事故発生時の逆相分電圧及び逆相分電流を検出する逆相成分検出手段を備え、
前記背後電源インピーダンス算出手段は、前記逆相成分検出手段にて検出した逆相分電圧及び逆相分電流から逆相分インピーダンスを導くことにより、前記背後電源インピーダンスを求めるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の短絡距離継電器。
【請求項４】
前記背後電源インピーダンス算出手段にて求めた前記背後電源インピーダンスに前記距離要素に含まれる第１段要素の整定インピーダンスを加えた値が、前記ブラインダ要素の整定インピーダンスに対して所定値以上である場合、前記過電流要素の出力を無効とするように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の短絡距離継電器。
【請求項５】
前記背後電源インピーダンス算出手段にて求めた前記背後電源インピーダンスに前記距離要素における第１段要素の整定インピーダンスを加えた値を用いて、前記ブラインダ要素によるオーバーリーチの制限が無効となる無効電流値を求め、
各相電流の最大値が前記無効電流値以上であるとき、前記過電流要素の出力を前記距離要素における第１段要素の出力に付加するように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の短絡距離継電器。
【請求項６】
三相交流電力系統より電圧及び電流をそれぞれ入力し、これら電圧及び電流から事故方向を識別する方向要素と、前記電圧及び前記電流からインピーダンスを算出して少なくとも第１段要素を含む距離要素における整定インピーダンスと比較し、その比較結果に基づいて事故点までの電気的な距離を判定し事故点を識別する短絡距離継電器要素とを有するディジタル形の短絡距離継電器において、
当該短絡距離継電器の設置点から電源点までの背後電源インピーダンスに関して、事故発生時の値を求める背後電源インピーダンス算出手段を備え、
前記背後電源インピーダンス算出手段にて求めた前記背後電源インピーダンスの位相を基準に所定の角度を持つブラインダ要素を付加したことを特徴とする短絡距離継電器。
【請求項７】
三相交流電力系統より電圧及び電流をそれぞれ入力し、これら電圧及び電流から事故方向を識別する方向要素と、前記電圧及び前記電流からインピーダンスを算出して少なくとも第１段要素を含む距離要素における整定インピーダンスと比較し、その比較結果に基づいて事故点までの電気的な距離を判定し事故点を識別する短絡距離継電器要素とを有するディジタル形の短絡距離継電器において、
当該短絡距離継電器に付加するブラインダ要素と、
当該短絡距離継電器の設置点から電源点までの背後電源インピーダンスに関して、事故発生時の値を求める背後電源インピーダンス算出手段とを備え、
前記背後電源インピーダンス算出手段にて求めた前記背後電源インピーダンスに、前記距離要素に含まれる第１段要素の整定インピーダンスを加算し、この加算した値に応じて、前記ブラインダ要素の整定インピーダンスを制御するように構成したことを特徴とする短絡距離継電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オーバーリーチ対策として過電流要素やブラインダ要素を用いた短絡距離継電器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、短絡距離継電器は、電力系統より電圧及び電流を入力して、事故方向を識別する方向要素と、事故点を識別する短絡距離継電器とを備えている。このうち短絡距離継電器は、第１段要素、第２段要素、第３段要素など、それぞれ整定インピーダンスを持つ複数の距離要素からなる。
【０００３】
各距離要素は、事故点までの電気的距離であるインピーダンスを求め、これを整定インピーダンスと比較することにより、保護対象送電線の事故時の動作判定を行うようになっている。距離要素によって判定される動作としては、第１段要素では瞬時遮断、第２段要素以降では限時遮断である。
【０００４】
以上のような短絡距離継電器において、事故相に関しては、負荷電流や事故点抵抗等を除けば、事故点までのインピーダンスを正確に算出することが可能である。しかし、事故相と関連した他相（健全相）については、求めるインピーダンスが整定インピーダンスに対しオーバーリーチ傾向あるいはアンダーリーチ傾向となることがよく知られている。
【０００５】
このような傾向としては、二相短絡事故時の進み相オーバーリーチが代表的である（非特許文献１参照）。すなわち、事故相の見るインピーダンスが距離要素の第２段要素の動作範囲に入ると、本来は限時遮断として判定されるべきところを、進み相にてオーバーリーチ現象が起きたことで、インピーダンスが第１段要素の動作範囲に入ってしまう。
【０００６】
その結果、第１段要素が瞬時遮断と判定し、正しくは不動作でなくてはならないにもかかわらず、不要動作をする。既に述べたように第１段要素における動作出力は瞬時遮断なので、このような不要動作を防ぐことは、事故検出精度を確保する上で非常に重要である。つまり、事故相以外の他相におけるオーバーリーチに関しては不要動作の原因となるため、これを確実に阻止することが強く要請されている。
【０００７】
そこで従来では、上記のようなオーバーリーチを阻止するための対策が、種々提案されている。中でも、非特許文献２に紹介されているように、過電流要素を用いた方式や、ブラインダ要素を用いた方式は、短絡距離継電器に広く適用されている。
【０００８】
まず図１４を用いて、過電流要素を組み込んだ短絡距離継電器について説明する。図１４において、ａ、ｂ、ｃは相、４４Ｓは短絡距離継電器要素、ＳＸ１−ａｂ、ＳＸ１−ｂｃ、ＳＸ１−ｃａは短絡距離継電器における距離要素ＳＸの第１段要素（ａｂ相、ｂｃ相、ｃａ相に対応）、ＳＭ−ａｂ、ＳＭ−ｂｃ、ＳＭ−ｃａは方向要素（ａｂ相、ｂｃ相、ｃａ相に対応）である。そして、５１φ−ａ、５１φ−ｂ、５１φ−ｃが、オーバーリーチを阻止するための過電流要素である。
【０００９】
方向要素ＳＭは、系統より入力した電圧及び電流に基づいて事故方向を識別しており、図１５のインピーダンス平面で示すようなモー特性で囲まれた動作範囲を有している。なお、図１５において、一点鎖線は線路インピーダンス角、Ｒは抵抗分、ｊＸはリアクタンス分である。
【００１０】
距離要素ＳＸは、系統より入力した電圧及び電流に基づいて、事故点までのインピーダンスを算出するリアクタンス要素であって、この要素ＳＸにより事故点の識別を行っている。距離要素ＳＸは、第１段要素ＳＸ１、第２段要素ＳＸ２等、複数の要素からなり、通常、第１段要素ＳＸ１は対向母線までの８０％程度、第２段要素ＳＸ２は対向母線までの１２０％程度に整定されている。
【００１１】
過電流要素５１φ−ａ、５１φ−ｂ、５１φ−ｃは、各相電流の過電流を検出することにより動作判定を行い、遮断器に対し瞬時遮断指令を出力するものである。短絡距離継電器の各相に対してこの過電流要素５１φ−ａ、５１φ−ｂ、５１φ−ｃの動作条件を用いることによって、進み相オーバーリーチを阻止するようになっている。
【００１２】
ここで、過電流要素５１φ−ａ、５１φ−ｂ、５１φ−ｃは、第１段要素ＳＸ１−ａｂ、ＳＸ１−ｂｃ、ＳＸ１−ｃａ及び方向要素ＳＭ−ａｂ、ＳＭ−ｂｃ、ＳＭ−ｃａに接続されており、論理積回路が構成される。これにより、過電流要素５１φの動作条件を用いて、事故時の進み相の第１段要素ＳＸ１における不要動作出力を防止している。
【００１３】
また、図１６に示す方式では、第１段要素ＳＸ１に対し直線特性を有するブラインダ要素ＢＬを組合せることでブラインダ動作ゾーンを作り、オーバーリーチ対策を実施したものである。ブラインダ要素ＢＬとは、直線特性を有する方向要素の一つであって、その整定により、距離要素である第３段要素までが、負荷インピーダンスにて不要動作しないように動作範囲を制限される。また、ブラインダ要素ＢＬは、抵抗を伴った事故も検出できるように、ある程度、整定を広げている。
【００１４】
図１６において、Ｏは短絡距離継電器を設置するリレー設置点、Ｐは電源点、Ｚｂｃは事故相であるｂｃ相の見るインピーダンス、Ｚａｂは進み相であるａｂ相の見るインピーダンス、Ｚｃａは遅れ相であるｃａ相の見るインピーダンスである。この方式では、ブラインダ要素ＢＬを短絡距離継電器に付与することで、進み相であるａｂ相のオーバーリーチを制限することが可能である。
【非特許文献１】東京電機大学出版局発行「保護継電技術 第３章」（P252〜P254）
【非特許文献２】電気協同研究第３７巻第１号「後備保護継電方式」（P41）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、従来のオーバーリーチ対策には次のような問題点があった。すなわち、図１４に示した方式では、過電流要素５１φの動作条件を短絡距離継電器に組み合わせているが、この場合、短絡距離継電器における事故電流検出感度が負荷電流の大きさに依存することになる。
【００１６】
すなわち、重負荷系統においては、過電流要素５１φの動作感度を、常に不動作となるようなレベルにまで感度を上げておかなくてはならないが、それに伴って、必然的に短絡距離継電器の動作感度が劣化してしまう。この結果、事故電流と負荷電流との識別は困難であり、短絡距離継電器による事故検出精度が低下するといった不具合が生じた。
【００１７】
また、過電流継電器の動作特性は、一般的に事故電流が大きい時に瞬時動作で動作するように設定されているが、図１４の方式では事故電流の大きさに関係なく、過電流要素５１φの動作条件を利用している。そのため、事故電流の大きさに応じて、過電流要素５１φの動作特性を効率良く利用することが望まれていた。
【００１８】
さらに、図１６に示したブラインダ要素ＢＬを短絡距離継電器に付与したオーバーリーチ対策では、ブラインダ要素ＢＬの整定は、負荷インピーダンスを避ける整定値との間で、両者の協調が取り難い点が問題となっている。特に、短距離線路において事故点抵抗を考慮すると、最適な整定を求めることは困難であった。このように、ブラインダ要素ＢＬに関しては、オーバーリーチを確実に阻止するための最適整定値を選定することが課題となっていた。
【００１９】
以上述べたように、事故相以外の他相（健全相）におけるオーバーリーチを阻止するために過電流要素やブラインダ要素を利用した場合、系統への依存を余儀なくされている。したがって、各要素に関して系統条件を意識した整定とならざるを得ず、短絡距離継電器の運用に際して、特別な整定を考慮する必要があった。
【００２０】
本発明は、上記の事情に鑑みて提案されたものであり、オーバーリーチに関与するインピーダンスとしてリレー設置点から背後の電源インピーダンスに着目し、事故発生時の背後電源インピーダンスの大きさに基づいてオーバーリーチ対策を実施することにより、運用時の整定に特別な配慮が不要であり、系統条件に左右されることのない、高精度で信頼性に優れた短絡距離継電器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記の目的を達成するために、本発明は、三相交流電力系統より電圧及び電流をそれぞれ入力し、これら電圧及び電流から事故方向を識別する方向要素と、前記電圧及び前記電流からインピーダンスを算出して少なくとも第１段要素を含む距離要素における整定インピーダンスと比較し、その比較結果に基づいて事故点までの電気的な距離を判定し事故点を識別する短絡距離継電器要素とを有するディジタル形の短絡距離継電器において、各相電流の過電流を検出して動作判定を出力する過電流要素と、当該短絡距離継電器に付加するブラインダ要素と、当該短絡距離継電器の設置点から電源点までの背後電源インピーダンスに関して、事故発生時の値を求める背後電源インピーダンス算出手段とを備え、前記背後電源インピーダンス算出手段にて求めた前記背後電源インピーダンスの大きさに基づいて、前記過電流要素の出力を制御するように構成したことを特徴とするものである。
【００２２】
このような構成を有する本発明の短絡距離継電器では、背後電源インピーダンス算出手段にて事故発生時の背後電源インピーダンスを求め、その大きさに応じて過電流要素の出力を制御するので、背後電源インピーダンスの大きさに呼応する進み相インピーダンスの大きさに基づいて、過電流要素の出力が有効あるいは無効となるように制御可能である。
【００２３】
したがって、過電流要素を用いたオーバーリーチ対策と、ブラインダ要素を用いたオーバーリーチ対策を、選択的に実施可能である。このように背後電源インピーダンスの大きさによって、オーバーリーチ対策を実行可能なので、系統条件を意識した整定を行う必要が無く、事故相以外の他相におけるオーバーリーチを確実に阻止することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、背後電源インピーダンスを算出し、その大きさに基づいて過電流要素の出力を制御することで、系統に依存することなくオーバーリーチ対策を実施可能であり、運用に際して整定への特段の配慮を省くことができるため、系統条件からの影響を受けることなく、優れた精度及び信頼性を獲得した短絡距離継電器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
（１）第１の実施形態
［１−１］構成
以下、本発明に係る実施形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明による短絡距離継電器の第１の実施形態を示す機能ブロック図、図２は短絡距離継電器の特性例を示す図である。
【００２６】
図１において、４４ＳＭａｂ、４４ＳＭｂｃ、４４ＳＭｃａは、短絡距離継電器要素４４Ｓにおける方向要素である。また、ＳＸ１ａｂ、ＳＸ１ｂｃ、ＳＸ１ｃａは、短絡距離継電器要素４４Ｓの距離要素（リアクタンス要素）における第１段要素である。このうち、方向要素ＳＭは、図２に示すようなモー特性で囲まれた動作範囲を持っている。
【００２７】
短絡距離継電器要素４４Ｓは、図２に示すようにリアクタンスで事故点までの電気的な距離を判定する距離要素ＳＸとして、第１段要素ＳＸ１、第２段要素ＳＸ２、第３段要素ＳＸ３等を持っており、これら距離要素ＳＸにより事故点の識別を行っている。
【００２８】
また、距離要素ＳＸは、方向要素ＳＭが動作した条件で遮断器への遮断指令を出力するようになっている。より詳しくは、第１段要素ＳＸ１は瞬時遮断指令を出力し、第２段要素ＳＸ２以降は限時遮断指令を出力する。通常、第１段要素ＳＸ１は対向母線までの８０％程度、第２段要素ＳＸ２は対向母線までの１２０％程度に整定されている。
【００２９】
さらに、図１において、ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃは、各相電流の過電流を検出する過電流要素である。また、ＢＬａｂ、ＢＬｂｃ、ＢＬｃａは、オーバーリーチを制約するブラインダ要素（図２ではＢＬで図示）である。これらの要素によりオーバーリーチ対策が取られるようになっている。
【００３０】
このうち、ブラインダ要素ＢＬａｂ、ＢＬｂｃ、ＢＬｃａは、第１段要素ＳＸ１ａｂ、ＳＸ１ｂｃ、ＳＸ１ｃａと、方向要素４４ＳＭａｂ、４４ＳＭｂｃ、４４ＳＭｃａに対してアンド構成である。このとき、方向要素として４４ＳＭａｂ・ＢＬａｂ、４４ＳＭｂｃ・ＢＬｂｃ、４４ＳＭｃａ・ＢＬｃａが動作し、リアクタンス要素である第１段要素ＳＸ１ａｂ、ＳＸ１ｂｃ、ＳＸ１ｃａが動作することにより、短絡距離継電器要素４４Ｓの第１段要素ＳＸ１ａｂ、ＳＸ１ｂｃ、ＳＸ１ｃａより、遮断器に対し瞬時遮断指令が出力される。
【００３１】
以上のような第１の実施形態において、その構成上の特徴は次の点にある。すなわち、背後電源インピーダンスＺＢを算出する背後電源インピーダンス算出部１１と、算出した背後電源インピーダンスＺＢを予め設定された所定値Ｚｋと比較するインピーダンス判定部１２が設けられており、背後電源インピーダンス算出部１１にて求めた背後電源インピーダンスＺＢの大きさに基づいて、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力を制御するように構成されている。
【００３２】
このような第１の実施形態では、系統から得られる電圧・電流から、背後電源インピーダンス算出部１１にて背後電源インピーダンスＺＢを算出し、インピーダンス判定部１２にて、算出した背後電源インピーダンスＺＢを予め設定された所定値Ｚｋと比較し、背後電源インピーダンスＺＢが所定値Ｚｋ以下であると判定した場合には、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力を生かすように制御される。すなわち、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの動作している第１段要素ＳＸ１ａｂ、ＳＸ１ｂｃ、ＳＸ１ｃａの出力を生かすようにする。
【００３３】
また、インピーダンス判定部１２において、背後電源インピーダンスＺＢが所定値Ｚｋよりも大きいと判定した場合には、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの動作条件に関わらず、ブラインダ要素ＢＬａｂ、ＢＬｂｃ、ＢＬｃａを付与された第１段要素ＳＸ１ａｂ、ＳＸ１ｂｃ、ＳＸ１ｃａの出力を生かすようになっている。つまり、所定値Ｚｋが、過電流要素ＯＣの動作に関する有効・無効の判断基準値となっている。この所定値Ｚｋに関しては、後段の「［１−３］ブラインダ要素の整定と背後電源インピーダンスとの関係」の部分で説明する。
【００３４】
［１−２］事故インピーダンスと背後電源インピーダンスとの関係
続いて、第１の実施形態において重要な役割を果たす背後電源インピーダンスに関して説明する。まず、事故インピーダンスとの関係について、図３を参照して述べる。
【００３５】
図３の（ａ）は短絡距離継電器の見るインピーダンスを説明する系統図であり、図３の（ｂ）は距離要素ＳＸの第１段要素ＳＸ１、第２段要素ＳＸ２、ブラインダ要素ＢＬの整定例と前方ｂｃ相二線短絡事故時の各相リレーの見るインピーダンスを示す図である。
【００３６】
図３の（ａ）、（ｂ）において、Ｐは電源点、Ｏはリレー設置点である。また、図３の（ｂ）に示すＯＦは事故相のインピーダンス、ＯＮ、ＯＭはそれぞれ、進み相であるＺａｂ相、遅れ相であるＺｃａ相のリレーの見るインピーダンスを示している。このとき、各インピーダンスは、次の式（１）から求められる。
【数１】
2010057344.tif 000003
【００３７】
また、図３（ｂ）に示すＯＰのインピーダンスは、リレー設置点Ｏからの背後インピーダンスであって、その大きさが背後電源インピーダンスＺＢとなる。進み相リレーの見るインピーダンス及び遅れ相リレーの見るインピーダンスは、周知のように電源点Ｐからそれぞれ６０°方向なので、進み相リレーの見るインピーダンスが、ブラインダ要素ＢＬの不動作範囲に入れば、オーバーリーチを阻止することになる。
【００３８】
図３（ｂ）の示すＯＮ'、ＯＭ'は、背後電源インピーダンスＺＢが小さい場合の進み相リレー及び遅れ相リレーの見るインピーダンスを示している。図３（ｂ）から明らかなように、背後電源インピーダンスＺＢが小さくなると、進み相インピーダンスもＲ軸方向で小さくなる。反対に、背後電源インピーダンスＺＢが大きくなれば、進み相のリレーの見るインピーダンスもＲ軸方向で大きくなる。
【００３９】
すなわち、背後電源インピーダンスＺＢが小さいほど、事故電流が大きいことになり、背後電源インピーダンスＺＢが大きくなるにつれて、事故電流が小さくなっていくことを示している。以上が、事故インピーダンスと背後電源インピーダンスＺＢとの関係である。
【００４０】
第１の実施形態では、このような事故インピーダンスと背後電源インピーダンスＺＢとの関係を利用して、背後電源インピーダンスＺＢが小さい、つまり事故電流が大きいときに、過電流要素ＯＣによるオーバーリーチ対策を行い、反対に背後電源インピーダンスＺＢが大きい、つまり事故電流が小さい場合にはブラインダ要素ＢＬによりオーバーリーチ対策を行うことを特徴としている。
【００４１】
［１−３］ブラインダ要素の整定と背後電源インピーダンスとの関係
続いて、ブラインダ要素ＢＬの整定と、背後電源インピーダンスＺＢとの関係について、図４及び図５を用いて説明する。図４は負荷インピーダンスＺＲを考慮したブラインダ要素ＢＬの特性例を示している。
【００４２】
ここで、負荷インピーダンスＺＲの負荷角を３０°、ブラインダ要素ＢＬのＲ軸の整定値を整定インピーダンスＺＢＬとすると、この整定インピーダンスＺＢＬは、
【数２】
2010057344.tif 000004
を満足する整定としなければならない。但し、αは裕度でα＜１であり、概略α＝０．８程度である。
【００４３】
また、図５は進み相リレーの見るインピーダンスと、ブラインダ要素ＢＬの整定関係を示すものである。図５中のＦＮの大きさについては、進み相リレーの見るインピーダンスが電源点Ｐから６０°方向なので、√３（ＺＢ＋ＺＬ）である。このとき、ブラインダ要素ＢＬの整定インピーダンスＺＢＬが、
【数３】
2010057344.tif 000005
を満足すれば、進み相オーバーリーチを阻止することができる。但し、αは裕度でα＜１である。
【００４４】
逆に、ブラインダ要素ＢＬの整定インピーダンスＺＢＬが予め与えられている場合、第１段要素ＳＸ１の整定点Ｘ１（図５中のＺＬ）での事故時の進み相リレーの見るインピーダンスのＲ軸方向の大きさは、√３｜ＺＢ＋ＺＬ｜であって、ブラインダ要素ＢＬの整定インピーダンスＺＢＬが、上記（３）式を満たしていれば、オーバーリーチは生じることはない。
【００４５】
すなわち、事故時に背後電源インピーダンスＺＢを求め、上記（３）式で示す条件によって、ブラインダ要素ＢＬによるオーバーリーチ防止が可能かどうか判断できることになる。つまり、事故時の背後電源インピーダンスＺＢが、
【数４】
2010057344.tif 000006
を満足するのであれば，ブラインダ要素ＢＬにてオーバーリーチが防止できることになる。
【００４６】
ここで、上記（４）式のＺｋが、図１に示したインピーダンス判定部１２にて設定された所定値Ｚｋであり、前述したように、背後電源インピーダンスＺＢが所定値Ｚｋ以下の場合は、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力を生かし、この過電流リレーの動作している距離要素ＳＸの第１段要素ＳＸ１の出力を生かすようにする。
【００４７】
一方、背後電源インピーダンスＺＢが所定値Ｚｋより大きい場合は、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの動作条件に関わらず、ブラインダ要素ＢＬａｂ、ＢＬｂｃ、ＢＬｃａを付与された距離要素ＳＸの第１段要素ＳＸ１の出力を生かすようになっている。 なお、（２）式、（３）式、（４）式におけるＺＢやＺｋなどのインピーダンスは、対称座標法の正相分インピーダンスを示している。
【００４８】
［１−４］作用効果
以上のような第１の実施形態は、次のような作用効果を有している。すなわち、背後電源インピーダンス算出部１１にて求めた背後電源インピーダンスＺＢが所定値Ｚｋ以下であれば事故電流が大きいと判定し、この場合には過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力を生かして、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの動作条件を用いて進み相オーバーリーチを阻止している。このように、事故電流が大きい時に過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの動作条件を利用するので、過電流継電器の動作特性を活用し易く、オーバーリーチ阻止の確実性が向上する。
【００４９】
また、背後電源インピーダンス算出部１１にて求めた背後電源インピーダンスＺＢが所定値Ｚｋよりも大きければ事故電流が小さいと判定し、この場合には過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの動作条件に関係なく、第１段要素ＳＸ１のブラインダ要素ＢＬを用いて、進み相オーバーリーチを阻止可能である。
【００５０】
以上のように本実施形態では、背後電源インピーダンスＺＢに基づいて事故電流の大きさを判定し、判定結果に従って過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力の有効あるいは無効を制御して、オーバーリーチ対策を図ることが可能である。したがって、短絡距離継電器における事故電流の検出感度が、負荷電流の大きさに依存するといったことがなく、事故検出精度が系統に左右されずに、安定した性能を発揮するといったことができる。
【００５１】
さらには、事故時の背後電源インピーダンスＺＢの大きさに応じてブラインダ要素ＢＬの整定を行うことができるので、常に最適な整定値を選定することが可能である。したがって、運用に際して整定への特段の配慮を払う必要が無く、系統条件からの影響を排除して、優れた精度及び信頼性を獲得することができる。
【００５２】
［１−５］第１の実施形態の変形例
なお、第１の実施形態の変形例として、正相分の変化分インピーダンスや、逆相分インピーダンスから、背後電源インピーダンスＺＢを求めるようにしてもよい。
【００５３】
［１−５−１］正相分インピーダンスから求める場合
まず、図６の回路図を用いて、正相分の変化分電気量から背後電源インピーダンスＺＢを求める原理について説明する。事故時の回路の電流とは、事故前電流と、事故分電流との加算値である。また、事故時の事故分回路は、事故点に事故点の事故前電圧を挿入し、両端の電源を取り去ったものである。
【００５４】
図６において、Ａ点をリレー設置点とすると、事故分回路の電圧、電流から、背後電源インピーダンスＺＡＢは、
【数５】
2010057344.tif 000007
として求めることができる。但し、ＶＡ''、ＩＡ''は、それぞれ変化分電圧、電流を示すものである。
【００５５】
このとき、事故時の電気量と事故発生時点から数サイクル以前の電気量を使用して、
ＶＡ''＝ Ｖ―Ｖ'、 ＩＡ''＝ ＩＡ−ＩＡ'
である。なお、この実現の方法はディジタル形の距離継電器では容易であり、良く知られた方法なので説明は割愛する。
【００５６】
図７では、二線短絡事故の対称座標法における等価回路を示している。前記図６で説明した原理を使用して、図７のリレー設置点Ｏの正相回路の電圧・電流の変化分から、上記（５）式の演算によって、正相回路の背後電源インピーダンスＺＢ１を得ることができる。
【００５７】
以上のようにして、正相分インピーダンスから背後電源インピーダンスＺＢ１を得ることができるため、上記の第１の実施形態と同じく、系統に依存することなくオーバーリーチ対策を実現できる。これにより、運用時の整定に関して系統条件を考慮することなく、短絡距離継電器の事故検出精度及び信頼性を高めることができる。
【００５８】
［１−５−２］逆相分インピーダンスから求める場合
さらに、逆相電気量から背後電源インピーダンスＺＢを求めるようにしてもよい。前記図７に示したように、対称座標法の二線短絡時の等価回路の逆相回路は、背後に電源が無い。そこで、まずリレー設置点Ｏ点の各相の電圧と電流から、逆相電圧Ｖ２、逆相電流Ｉ２を求め、下記の（６）式を用いて、背後インピーダンスＺＢ２を求めることができる。
【数６】
2010057344.tif 000008
【００５９】
ここで、逆相電圧Ｖ２、逆相電流Ｉ２は各相電圧、電流から求められる逆相成分であるが、これらについて、例えば電流で示すとすると、
（数７）
Ｉ２＝Ｉａ＋ａＩｂ＋ａ２Ｉｃ・・・・・・・（７）
として求めることが可能である。
上記（７）式のａ、ａ２は、対称座標法におけるベクトルオペレータとも呼ばれており、それぞれ、次の（８）式のようなものである。
【数８】
2010057344.tif 000009
【００６０】
一般に、背後電源の正相インピーダンスＺＢ１と逆相インピーダンスＺＢ２は、３相平衡した発電機や変圧器のインピーダンスから構成されるので、ＺＢ１＝ＺＢ２であり、逆相インピーダンスを求めることは背後電源の正相インピーダンスを求めることと等価である。以上述べたように、逆相電気量から背後電源インピーダンスが求めても、上記第１の実施形態と同一の作用効果を獲得することが可能である。
【００６１】
（２）第２の実施形態
［２−１］構成
次に、本発明に係る第２の実施形態について、図８の機能ブロック図を用いて説明する。図８に示すように、第２の実施形態は、インピーダンス加算部１３を具備し、このインピーダンス加算部１３にて求めた値が、ブラインダ要素ＢＬの整定インピーダンスＺＢＬよりも大きい場合に、過電流要素ＯＣの出力を無効とする点に特徴がある。
【００６２】
ここで、インピーダンス加算部１３にて求める値としては、正確には、背後電源インピーダンス算出部１１にて求めた背後電源インピーダンスＺＢに、第１段要素ＳＸ１の整定インピーダンスＺＬを加算した上で、√３及び裕度α（α＜１）を乗じたものである。
【００６３】
上記第１の実施形態にて説明したように、上記（３）式で示した不等式が成立する場合、第１段要素ＳＸ１の進み相オーバーリーチはブラインダ要素ＢＬによって防止可能である。そこで、第２の実施形態では、背後電源インピーダンスＺＢに、第１段要素ＳＸ１の整定インピーダンスＺＬを加算し、これに√３を乗じた値が、ブラインダ要素ＢＬの整定値のＲ軸方向に対して所定値以上であれば、過電流要素ＯＣの出力をロックして無効としている。
【００６４】
反対に、（３）式が成立しなければ、各相の過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力を生かすようにしている。このように第２の実施形態も、背後電源インピーダンスＺＢの大きさを利用して、過電流要素ＯＣの出力を制御するように構成されている。
【００６５】
［２−２］作用効果
以上のような第２の実施形態によれば、ブラインダ要素ＢＬにて第１段要素ＳＸ１の進み相オーバーリーチを確実に阻止できる時は、過電流要素ＯＣの出力を無効とし、ブラインダ要素ＢＬによるオーバーリーチの阻止に不安が残る場合にのみ過電流要素ＯＣの出力を有効としている。したがって、ブラインダ要素ＢＬと過電流要素ＯＣとを効率よく利用して、適切なオーバーリーチ対策を実行することが可能である。
【００６６】
（３）第３の実施形態
［３−１］構成
続いて、本発明に係る第３の実施形態について、図９の機能ブロック図を用いて説明する。図９において、（イ）はブラインダ要素ＢＬの動作条件が付加された第１段要素ＳＸ１の各相の出力である。各相過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの出力は第１段要素ＳＸ１の出力（イ）とアンドに構成されている。この出力は、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃがいずれも不動作のときは、（ロ）に出力が立ち、ブラインダ要素ＢＬによるオーバーリーチ対策が有効となる。
【００６７】
一方、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃがいずれか１相でも動作すれば、（ハ）に出力が立ち、各相過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃによるオーバーリーチ対策が有効となる。ここで、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの整定値は、下記の（９）式で表される電流値に裕度を持ったものである。
【数９】
2010057344.tif 000010
【００６８】
この（９）式は、二線短絡時のブラインダ要素ＢＬによるオーバーリーチ対策が無効となる無効電流値を求める式である。（９）式は、上記（３）式によるブラインダ要素ＢＬの整定インピーダンスＺＢＬから、
【数１０】
2010057344.tif 000011
として得られる|ＺＬ＋ＺＢ｜の値を使用して、導かれる。
【００６９】
すなわち、各相いずれかの電流最大値が（９）式で示す電流以上であれば、ブラインダ要素ＢＬによるオーバーリーチ対策はその効果を発揮できず、第１段要素ＳＸ１は不要動作となるおそれがある。そこで、第３の実施形態においては、各相電流の最大値が（９）式で示す電流以上であれば、過電流要素ＯＣの出力を第１段要素ＳＸ１の出力に付加するように構成した点に特徴がある。このように第３の実施形態においても、背後電源インピーダンスＺＢを含む式を用いて過電流要素ＯＣの出力制御している点は、上記第１及び第２の実施形態と同様である。
【００７０】
［３−２］作用効果
上述した記第２の実施形態は、ブラインダ要素ＢＬによって進み相オーバーリーチを阻止可能な時は、過電流要素ＯＣの出力を無効として、ブラインダ要素ＢＬを優先的に利用するようになっている。これに対して、第３の実施形態では、ブラインダ要素ＢＬによって進み相オーバーリーチを阻止できない可能性があれば、過電流要素ＯＣの出力を付加し、過電流要素ＯＣを優先的に利用してオーバーリーチ対策を実施するものである。
【００７１】
すなわち、第３の実施形態によれば、ブラインダ要素ＢＬにて第１段要素ＳＸ１の進み相オーバーリーチが阻止できない可能性があるならば、過電流要素ＯＣの出力を有効として、過電流要素ＯＣａ、ＯＣｂ、ＯＣｃの動作した第１段要素ＳＸ１ａｂ、ＳＸ１ｂｃ、ＳＸ１ｃａの出力を生かしてオーバーリーチを阻止している。したがって、より信頼性の高いオーバーリーチ対策を実施することが可能である。
【００７２】
（４）第４の実施形態
［４−１］構成
次に、本発明に係る第４の実施形態について説明する。図１０に示すように、第４の実施形態はブラインダ要素作成部１４を備えた点に特徴がある。
【００７３】
すなわち、二線短絡時の進み相リレー及び遅れ相リレーの見るインピーダンスは電源点Ｐから６０°方向になることを利用しており、第４の実施形態でも、背後電源インピーダンス算出部１１にて事故時の背後電源インピーダンスＺＢを求め、求めた背後電源インピーダンスＺＢの位相を基準にして、ブラインダ要素作成部１４によってブラインダ要素ＢＬを作成するようになっている。
【００７４】
ブラインダ要素作成部１４は、電源点Ｐから電源インピーダンス角に対しプラス／マイナスで、ある一定角ψ（６０°以下）のブラインダ要素ＢＬを作成するように構成されている。第４の実施形態は、上記のようなブラインダ要素作成部１４によって作成されたブラインダ要素ＢＬを付加することで、ブラインダ要素ＢＬにてオーバーリーチ対策を行っている。
【００７５】
図１１の（ａ）、（ｂ）は、いずれも第４の実施形態におけるブラインダ要素ＢＬの特性例であって、電源点Ｐから角度ψでブラインダ要素ＢＬを構成したものである。図１１においてＯＰはリレー設置点Ｏからの背後電源インピーダンスＺＢを示し、角度ψは概ね４５°から５０°程度である。
【００７６】
具体的な実現手段の一例としては、図１１（ｂ）に示すように、ＯＲは、cos(９０°−ψ)| ＺＢ|であって、予め設けた２５°から３０°程度のＢＬ−Ｒ'特性に対し、この大きさ(算出値)を加えた整定値で構成すれば、概ね等価となる。また、図１１（ａ）に示すＢＬ−Ｌに関しても、同様の手法にて構成できる。
【００７７】
［４−２］作用効果
二線短絡事故時の第１段要素ＳＸ１の進み相、遅れ相の見るインピーダンスは、前記図３で既に説明したとおり、電源点Ｐから６０°方向のインピーダンスとなる。第４の実施形態では、ブラインダ要素作成部１４にて作成したブラインダ要素ＢＬでは電源点Ｐからの角度ψが６０°以下であって、進み相リレー、遅れ相リレーの見るインピーダンスがブラインダ要素ＢＬの動作範囲外になり、オーバーリーチを確実に阻止することができる。
【００７８】
また、第４の実施形態によれば、ブラインダ要素ＢＬを作成する手段として、ブラインダ要素作成部１４を備えたので、ブラインダ要素ＢＬの整定に関して、最適値の選定が容易である。しかも、ブラインダ要素作成部１４は背後電源インピーダンスＺＢの位相を基準にしてブラインダ要素ＢＬを作成するため、短絡距離継電器の運用に際して系統条件を意識した整定が不要であり、系統条件に左右される心配がない。
【００７９】
（５）第５の実施形態
［５−１］構成
続いて、本発明に係る第５の実施形態について、図１２の機能ブロック図を用いて説明する。図１２に示すように、第５の実施形態は、上記第４の実施形態のブラインダ要素作成部１４に代えて、ブラインダ要素整定値設定部１５を備えた点に構成上の特徴がある。
【００８０】
すなわち、背後電源インピーダンス算出部１１にて背後電源インピーダンスＺＢＬが得られると、第１段要素ＳＸ１の整定値から、前記（３）式を満足するように、オーバーリーチを阻止するブラインダ要素ＢＬの整定インピーダンスＺＢＬを変化させるようになっている。なお、上記（３）式の中のαは電圧変成器（ＶＴ）や電流変成器（ＣＴ）の誤差およびリレー演算の誤差などを加味して決められるもので、０．７〜０．８程度に設定する。
【００８１】
ブラインダ要素整定値設定部１５は、背後電源インピーダンス算出部１１にて求めた背後電源インピーダンスＺＢに、第１段要素ＳＸ１の整定インピーダンスＺＬを加算し、この加算した値に応じて、ブラインダ要素ＢＬの整定インピーダンスＺＢＬを制御するものである。
【００８２】
ここで、ブラインダ要素整定値設定部１５によるブラインダＢＬの整定インピーダンスＺＢＬの設定は、背後電源インピーダンス算出部１１にて得られた背後電源インピーダンスＺＢと、第１段要素ＳＸ１の整定インピーダンスＺＬを用いて、（３）式の右辺の値を求め、この値をブラインダ要素ＢＬのＲ軸方向の整定値とする。そして、背後電源インピーダンスＺＢに基づいて整定されたブラインダ要素ＢＬの出力を、相対応で、第１段要素ＳＸ１の出力にアンドで付加する。
【００８３】
［５−２］作用効果
以上のような第５の実施形態の作用効果について、図１３を用いて説明する。図１３では、ｂｃ相二線短絡事故が第１段要素ＳＸ１より遠く、第２段要素ＳＸ２より近いところで発生した例である。
【００８４】
図１３に示すＯＦは事故相のインピーダンス、ＯＮ、ＯＭはそれぞれ、進み相であるＺａｂ相、遅れ相であるＺｃａ相のリレーの見るインピーダンスを示している。また、Ｐは電源点で、ＯＰは背後電源インピーダンスＺＢを示している。さらにＯＱは第１段要素ＳＸ１の整定インピーダンスＺＬである。この第１段要素ＳＸ１の整定点Ｑでの事故の場合に見るインピーダンスは、進み相がＯＫとなる。
【００８５】
ここで、ブラインダ要素整定値設定部１５では、背後電源インピーダンスＺＢが得られており、ＱＫはＰＱ（ＺＢ＋ＺＬ）の√３倍であって、この値に裕度α（α＜１）を考慮して、ブラインダ要素ＢＬのＲ軸方向の整定（ＺＢＬ）を行うことにより、進み相のオーバリーチによる不要動作が防止できる。
【００８６】
具体的な実現手段の一例としては、定常時は負荷ブラインダとしての整定値ＺＢＬとしておき、事故時の背後電源インピーダンスＺＢ算出を行った際に、√３ＰＱ（ＺＢ＋ＺＬ）＜ＺＢＬの場合は、ブラインダ要素ＢＬの整定値ＺＢＬを、算出した(√３ＰＱ（ＺＢ＋ＺＬ）)の０．７〜０．８程度に変更(推移)することようにしても良い。
【００８７】
（６）他の実施形態
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、各要素の整定は、系統に依存することなく、適宜選択可能である。また、各実施形態を組み合わせることも可能であり、例えば、第２〜第５の実施形態において、正相分の変化分インピーダンスや、逆相分インピーダンスから、背後電源インピーダンスＺＢを求めるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明に係る第１の実施形態の機能ブロック構成図。
【図２】短絡距離継電器の特性例を示す図。
【図３】（ａ）が第１の実施形態の系統図、（ｂ）が第１の実施形態における整定例と、前方二線短絡事故時の各相の見るインピーダンスを示す図。
【図４】負荷インピーダンスを考慮したブラインダ要素の特性例を示す図。
【図５】進み相リレーの見るインピーダンスと、ブラインダ要素の整定関係を示す図。
【図６】第１の実施形態の変形例を説明するための回路図。
【図７】二線短絡事故の対称座標法における等価回路図。
【図８】本発明に係る第２の実施形態の機能ブロック構成図。
【図９】本発明に係る第３の実施形態の機能ブロック構成図。
【図１０】本発明に係る第４の実施形態の機能ブロック構成図。
【図１１】（ａ）、（ｂ）共に、第４の実施形態におけるブラインダ要素ＢＬの特性例を示す図。
【図１２】本発明に係る第５の実施形態の機能ブロック構成図。
【図１３】第５の実施形態の作用効果を説明するための整定例と、インピーダンスを示す図。
【図１４】過電流継電器によるオーバーリーチ対策を説明するための説明図。
【図１５】短絡距離継電器の特性例を示す図。
【図１６】ブラインダ要素によるオーバーリーチ対策を説明するための説明図。
【符号の説明】
【００８９】
１１…背後電源インピーダンス算出部
１２…インピーダンス判定部
１３…インピーダンス加算部
１４…ブラインダ要素作成部
１５…ブラインダ要素整定値設定部
４４Ｓ…短絡距離継電器要素
５１φ…過電流要素
ＢＬ…ブラインダ要素
ＳＭ…方向要素
ＳＸ…距離要素
ＳＸ１…第１段要素
ＳＸ２…第２段要素
【図１】
2010057344.tif 000012
【図２】
2010057344.tif 000013
【図３】
2010057344.tif 000014
【図４】
2010057344.tif 000015
【図５】
2010057344.tif 000016
【図６】
2010057344.tif 000017
【図７】
2010057344.tif 000018
【図８】
2010057344.tif 000019
【図９】
2010057344.tif 000020
【図１０】
2010057344.tif 000021
【図１１】
2010057344.tif 000022
【図１２】
2010057344.tif 000023
【図１３】
2010057344.tif 000024
【図１４】
2010057344.tif 000025
【図１５】
2010057344.tif 000026
【図１６】
2010057344.tif 000027