(57)【要約】【課題】平行２回線の片端非電源系統における両回線多重事故時でも、隣回線（背後側）の事故除去を待たずに、自己区間内事故を速やかに除去する。【解決手段】電力系統の各相に設けられた地絡方向距離継電器１１と、電力系統の各相に設けた不足電圧継電器１２と、電力系統各相の電流・電圧の位相関係または対称分の電流・電圧の位相関係から事故方向判別を行う前方事故検出継電器１６とを備え、背後２線地絡事故時には不足電圧継電器１２の動作により地絡方向距離継電器１１の出力をロックし、前方事故時には前方事故検出継電器１６の動作により不足電圧継電器１２によるロックを解除して地絡方向距離継電器１１の動作を有効とする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の各相の電圧及び電流をそれぞれ入力し、電圧及び電流から事故インピーダンスを算出して整定インピーダンスと比較し、その比較結果から送電線保護区間内部事故か否かを判定する地絡方向距離継電器と、
電力系統各相の不足電圧を検出して動作する不足電圧継電器と、
電力系統から得られた電圧及び電流の位相関係により事故方向判別を行う前方事故検出継電器とを備え、
前記不足電圧継電器の動作により前記地絡方向距離継電器の出力をロックし、前記前方事故検出継電器の動作により不足電圧継電器によるロックを解除して地絡方向距離継電器の動作を有効とすることにより、事故除去指令を出力するように構成したことを特徴とするディジタル保護継電装置。
【請求項２】
前記前方事故検出継電器は、正相量の電圧及び電流の位相関係により事故方向判別を行うことを特徴とする請求項１記載のディジタル保護継電装置。
【請求項３】
前記前方事故検出継電器は、各相の電圧及び電流の位相関係により事故方向判別を行うことを特徴とする請求項１記載のディジタル保護継電装置。
【請求項４】
前記前方事故検出継電器は、逆相量の電圧及び電流の位相関係により事故方向判別を行うことを特徴とする請求項１記載のディジタル保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル継電装置に係り、特に背後事故を含む多重事故時に自己区間内事故を速やかに除去することのできるディジタル保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
我が国の超高圧、直接接地系統の送電線保護方式は従来、両端子とも正相分を供給できる電源があるものとした固定電源端子扱いとするのが一般である。しかし、地域によっては、発電所の設置場所の制約などより、一方の端子が電源端、他方の端子が非電源系統あるいは可変電源端扱いとなる系統構成にせざるを得ない場合がある。
【０００３】
この片端が非電源系統あるいは可変電源端扱いとなる系統構成の場合、保護方式にも影響を及ぼしている。例えば、地絡方向距離継電器の背後で２線地絡事故が発生した場合には、方向判別が働かないということが古くから知られている（例えば、非特許文献１，２参照）。この事象に対しては、非特許文献３に示すように不足電圧ロック方式という誤動作防止機能を付加した技術が現在でも一般的に適用されている。
【０００４】
図１０は非特許文献３に記載の不足電圧ロック方式による誤動作防止機能を分かり易く描いたロジックシーケンス図である。図１０において、１１ａ，１１ｂ，１１ｃはそれぞれ入力される電力系統各相の電圧及び電流から事故インピーダンスを算出して整定インピーダンスと比較し、その比較結果から送電線保護区間内部事故か否かを判定し動作する地絡方向距離継電器である。
【０００５】
１２ａ，１２ｂ，１２ｃは地絡方向距離継電器１１ａ，１１ｂ，１１ｃ設置点背後の２線地絡事故時に、地絡方向距離継電器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの動作出力によって遮断器が誤遮断することを防止するために備えた不足電圧継電器である。１３ａ、１３ｂ、１３ｃはそれぞれ各相の地絡方向距離継電器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの動作出力を入力するアンド回路である。そして、このアンド回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃのゲート端子には、各相の不足電圧継電器１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力を否定回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃを通して反転させたのちに、それぞれ相順を一つ遅らせて入力する。すなわち、アンド回路１３ａのゲート端子には否定回路１４ｂの出力を，アンド回路１３ｂのゲート端子には否定回路１４ｃの出力を、アンド回路１３ｃのゲート端子には否定回路１４ａの出力をそれぞれ入力することにより、地絡方向距離継電器１１ａ，１１ｂ，１１ｃの動作出力で遮断器が誤遮断することを防止する。そして、これらアンド回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの出力はオア回路１５を経て図示しない遮断器引き外し回路に３相遮断指令として与えられる。
【非特許文献１】小林  進  著「保護継電技術」第１版第１刷、電気書院、昭和４７年１０月１５日発行、Ｐ.３８３〜３８５、
【非特許文献２】長谷  良秀、増井  三千雄  共著「保護継電技術」、昭和５４年２月１５日、第１版第１刷発行、東京電機大学出版局発行、Ｐ.２８７〜２８８
【非特許文献３】９８６「正相非電源系統における地絡方向継電器の応動」、昭和４８年  電気学会全国大会、三上  一郎、北浦  孝一、古谷  昭雄、鈴木  健治、中村  勝己  著
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した図１０のように誤動作防止用不足電圧継電器を設けた地絡方向距離継電器であっても、事故様相によっては事故除去までに時間を要する場合があることが分かった。
【０００７】
例えば、図１１で示す一方の端子が正相電源端子、他方の端子が非電源となる平行２回線系統において、１Ｌ側に２線地絡事故（ｂｃ相）、２Ｌ側に１線地絡事故（ｂ相）という両回線に跨る多重事故が発生した場合、１Ｌ側では地絡方向距離継電器１１ｂ、１１ｃおよび不足電圧継電器１２ｂ、１２ｃが動作し、アンド回路１３ｃのゲートが開きオア回路１５を経て直ちに３相遮断指令が出力され、２線地絡事故（ｂ、ｃ相）を高速度に除去することができる。
【０００８】
しかしながら、２Ｌ側では地絡方向距離継電器１１ｂおよび不足電圧継電器１２ｂ、１２ｃが動作するので、アンド回路１３ａ〜１３ｃはいずれもゲートを開かず、三相遮断指令が出ず、１線地絡事故（ｂ相）を高速度に除去することができない。この結果、２Ｌ側では隣回線の１Ｌ側２線地絡事故が除去されて、ｃ相不足電圧継電器１２ｃが復帰したのちに除去される。そのため、非特許文献３に記載の誤動作防止対策では、２Ｌ側の事故除去が遅れるという不具合があった。
【０００９】
本発明は、上述した課題に鑑みなされたもので、平行２回線の片端非電源系統における両回線多重事故時でも、隣回線（背後側）の事故除去を待たずに、自己区間内事故を速やかに除去できる地絡方向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】
【００１０】
上記の目的を達成するため、本発明は、電力系統の各相の電圧及び電流をそれぞれ入力し、電圧及び電流から事故インピーダンスを算出して整定インピーダンスと比較し、その比較結果から送電線保護区間内部事故か否かを判定する地絡方向距離継電器と、電力系統各相の不足電圧を検出して動作する不足電圧継電器と、電力系統から得られた電圧及び電流の位相関係により事故方向判別を行う前方事故検出継電器とを備え、前記不足電圧継電器の動作により前記地絡方向距離継電器の出力をロックし、前記前方事故検出継電器の動作により不足電圧継電器によるロックを解除して地絡方向距離継電器の動作を有効とすることにより、事故除去指令を出力するように構成したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、前方事故検出継電器を正相非電源対策用地絡方向距離継電器によるロック回路に追加することにより、後方事故では不足電圧継電器によるロック機能を有効とし、前方事故では不足電圧継電器の制約を受けずに事故除去が可能となり、各種の事故様相において高速に事故除去をすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図１０、図１１と同一部分には同一符号を付けて説明する。  
図１は本実施の形態に係るディジタル保護継電装置が設置される電力系統図である。この電力系統は一方の端子Ｓを正相電源端子、他方の端子Ｒを非電源端子とし、両端子Ｓ，Ｒ間を第１回線送電線１Ｌ、第２回線送電線２Ｌからなる平行２回線で接続している。本発明は、電源端子Ｓ側に設置された第１回線送電線１Ｌ、第２回線送電線２Ｌをそれぞれ保護するディジタル保護継電装置Ｒｙ１、Ｒｙ２の応動に係る発明なので、非電源端子Ｒのディジタル保護継電装置については敢えて図示していない。
【００１３】
ディジタル保護継電装置Ｒｙ１およびＲｙ２には、それぞれ変流器ＣＴ１およびＣＴ２から取り込んだ端子電流Ｉおよび図示していない計器用変圧器より取り込んだ端子電圧Ｖとが入力される。これら電流Ｉ、電圧Ｖはフィルタ、サンプルホールド回路、Ａ／Ｄ変換器を経てディジタルデータに変換されたのち、ＣＰＵ等のディジタル演算処理部により本発明で必要とする保護継電器の演算プログラム例えば、方向距離継電器用、不足電圧継電器用および前方事故検出継電器用の演算プログラムに基づいて演算される。演算結果はインターフェース回路を経て、遮断器引き外し信号として出力される。
【００１４】
図２は、第１回線送電線１Ｌの電源端子Ｓ側に設置されたディジタル保護継電装置Ｒｙ１における地絡方向距離継電器に対する正相非電源対策用誤動作防止回路である。  
図２において、１１ａ，１１ｂ，１１ｃは図１０で説明したものと同様の地絡方向距離継電器であり、その出力をそれぞれアンド回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃに入力する。１２ａ，１２ｂ，１２ｃも図１０で説明したものと同様、背後２線地絡事故時に地絡方向距離継電器１１ａ，１１ｂ，１１ｃが誤動作することを防止するための不足電圧継電器である。そして、１６は新たに設けた前方事故検出継電器であり、例えば正相量の電流と電圧とを導入して両者の位相判定により、事故方向を判別する機能を備えている。
【００１５】
不足電圧継電器１２ａ，１２ｂ，１２ｃの出力は否定回路１４ａ、１４ｂ、１４ｃによって反転された後、オア回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃに入力される。前方事故検出継電器１６の出力はオア回路１７ａ，１７ｂ，１７ｃに共通に入力される。前記アンド回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃのゲートには遅れ相のオア回路出力が入力される。例えばａ相のアンド回路１３ａのゲートにはｂ相のオア回路１７ｂの出力が、ｂ相のアンド回路１３ｂのゲートにはｃ相のオア回路１７ｃ出力が、ｃ相のアンド回路１３ｃゲートにはａ相のオア回路１７ａ出力がそれぞれ入力される。
【００１６】
このようにして、前方事故検出継電器１６と不足電圧継電器１２ａ〜１２ｃの出力を反転する否定回路１４ａ〜１４ｃとでオア回路を組むことにより、不足電圧継電器１２ａ〜１２ｃが動作して、不足電圧継電器によるロック機能が働いていたとしても、前方事故検出継電器１６が前方事故であると判定したときは、不足電圧継電器によるロック機能を解除し、地絡方向距離継電器１１ａ〜１１ｃの出力を許可することができる。そして、アンド回路１３ａ、１３ｂ、１３ｃの出力はオア回路１５を経て３相遮断指令が出力される。
【００１７】
図３は電力系統事故時の対称分回路を示す図である。この対称分回路は図４で示した事故様相（３φＳ、２φＳ、２φＧ、１φＧ）によって異なる。  
図４はディジタル保護継電装置Ｒｙ１（Ｒｙ２）設置点の前方に生じた事故様相時の各相電気量の状態を示すベクトル図であり、（Ａ）は三相短絡事故時（３φＳ）、（Ｂ）はＢＣ相２線短絡事故時（２φＳ）、（Ｃ）はＢＣ相２線地絡事故時（２φＧ）そして（Ｄ）はＡ相１線地絡事故時（１φＧ）の各相の電流、電圧ベクトルおよび正相分の電圧、電流ベクトル図である。
【００１８】
図５は前方事故検出継電器１６の特性図である。この特性図から分かるように、前方事故検出継電器１６は正相量電圧Ｖ１，正相量電流Ｉ１の位相関係により、継電器設置点よりも前方の事故を確実に検出することができる。
【００１９】
次に、本実施の形態の作用について説明する。  
図６は事故時に一端が正相電源端、他端が非電源端となるような２回線送電系統において、第１回線送電線Ｌ１の継電器設置点よりも前方に三相短絡事故（３φＳ）、ＢＣ相２線短絡事故（２φＳ）、ＢＣ相２線地絡事故（２φＧ）、およびＡ相一線地絡事故（１φＧ）等の単一事故が発生した場合状況を示す図である。
【００２０】
図２で示したディジタル保護継電装置Ｒｙ１では、このような保護方向前方の単一事故の場合、どの事故様相においても、地絡方向距離継電器１１ａ〜１１ｃおよび前方事故検出継電器１６ａ〜１６ｃが動作するので、不足電圧継電器１２ａ〜１２ｃが動作しても、地絡方向距離継電器の出力を阻止することはない。このため、第１回線送電線１Ｌに設置したディジタル保護継電装置Ｒｙ１は、３相遮断指令を出力し事故を除去することができる。
【００２１】
図７はディジタル保護継電装置Ｒｙ１の設置点の背後に三相短絡事故（３φＳ）、ＢＣ相２線短絡事故（２φＳ）、ＢＣ相２線地絡事故（２φＧ）、およびＡ相一線地絡事故（１φＧ）等の単一事故が発生した場合状況を示す図である。
【００２２】
この背後事故の場合は、非電源端からは零相電流のみが供給されることより、どの事故様相においても前方事故検出継電器１６ａ〜１６ｃは動作しない。また、地絡方向距離継電器１１ａ〜１１ｃのいずれかが誤動作したとしても、遅れ相の不足電圧継電器１２ａ〜１２ｃの動作によりロック機能が有効に働いており、誤動作を防止する。この結果、ディジタル保護継電装置Ｒｙ１の応動は従来通り、誤動作することはない。
【００２３】
図８はディジタル保護継電装置Ｒｙ１、Ｒｙ２の設置点の前方事故すなわち、第１、第２回線送電線Ｌ１，Ｌ２に跨る前方多重事故（（３φＳ）、（２φＳ）、（２φＧ）、および（１φＧ））が発生した状態を示す図である。
【００２４】
この前方多重事故の場合、事故相の地絡方向距離継電器１１ａ〜１１ｃおよび前方事故検出継電器１６が動作するため、第１回線送電線１Ｌ側のｂｃ相地絡事故および第２回線送電線２Ｌ側のｂ相事故や異名相の両回線１線地絡事故などでも不足電圧継電器１２ａ〜１２ｃによるロックが解除される。このため、ディジタル保護継電器Ｒｙ２は従来のように隣回線（背後側）の事故除去による不足電圧継電器の復帰を待たずに地絡方向距離継電器の出力を有効にすることができる。この結果、ディジタル保護継電器Ｒｙ１同様、自己区間内事故を速やかに除去することができる。
【００２５】
図９は前方・後方多重（進展）事故時の状態を示す図である。  
図９において、前方・後方多重（進展）事故のうち、前方事故が先行した場合は、前方事故検出継電器１６が出力されている間は地絡方向距離継電器１１ａ〜１１ｃによる３相遮断は可能である。
【００２６】
また、背後事故が先行した場合は、従来の場合と同様にして不足電圧継電器によるロック機能が有効となり、誤遮断に至ることない。一方、前方事故側に前方事故検出継電器１６が事故検出可能な事故電流が流れる場合は、地絡方向距離継電器１１ａ〜１１ｃの出力を有効にすることが可能であり、事故検出可能な事故電流がない場合は、背後事故が解消された後に事故除去となる。
【００２７】
このように、背後事故時には従来通り不足電圧継電器によるロック機能を有効とし、かつ前方事故時には、前方事故検出継電器の応動によって、不足電圧継電器によるロックを受けないようになり、従来のように背後側の事故除去を待ってから前方事故の除去を行うといった不具合を解消することが可能である。  
なお、以上述べた実施の形態では、事故方向識別に正相電気量を用いたが、本発明は正相電気量に限定されるものではなく、各相電気量や逆相電気量を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のディジタル保護継電装置が設置される電力系統図。
【図２】本発明の実施形態に係る前方事故検出機能を備えた正相非電源対策用地絡距離継電器誤動作防止回路の構成図。
【図３】電力系統事故時の対称分回路を示す図。
【図４】前方事故時の事故様相を示す図。
【図５】前方事故検出継電器の特性図。
【図６】前方単一事故時における応動を説明する図。
【図７】背後事故時における応動を説明する図。
【図８】前方多重事故時の応動を説明する図。
【図９】前方・後方多重（進展）事故時の応動を説明する図。
【図１０】従来の２線地絡事故時の誤動作防止対策用不足電圧継電器を備えた地絡距離継電器の誤動作防止回路図。
【図１１】従来技術を説明するための平行２回線系統の多重事故様相を示す図。
【符号の説明】
【００２９】
Ｒｙ１，Ｒｙ２…ディジタル保護継電装置、ＣＴ１，ＣＴ２…変流器、１１ａ〜１１ｃ…地絡距離継電器、１２ａ〜１２ｃ…不足電圧継電器、１３ａ〜１３ｃ…アンド回路、１４ａ〜１４ｃ…否定回路、１５…オア回路、１６…前方事故検出継電器、１７ａ〜１７ｃ…オア回路。
【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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