(57)【要約】【課題】１相外部故障から他相内部故障へと故障進展した場合であっても、健全相における動作出力の遅れを抑制することができる差動保護継電装置を提供すること。【解決手段】保護対象母線に接続される各線路に設置された各変流器から得られる線路電流を用いて演算される差動電流に基づいて故障の有無を検出し、検出した故障が外部故障の場合、当該外部故障における故障相を判別し、当該故障相が他相の場合には、外部故障であるとした検出状態を引き延ばす処理を停止させる制御を行う。【選択図】        図２
2011087397.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護対象母線に接続される各線路に設置された各変流器から得られる線路電流を用いて演算される差動電流に基づいて故障の有無を検出する故障検出部と、
前記各線路電流および前記差動電流に基づいて前記故障が外部故障か否かを検出する外部故障検出部と、
前記外部故障検出部が外部故障であるとした検出状態を引き延ばす外部故障検出状態延長部と、
前記外部故障検出状態延長部の出力により前記故障検出部からの動作出力をロックする動作出力ロック部と、
前記各線路電流に基づいて外部故障における故障相を判別すると共に、当該故障相に対応する前記外部故障検出状態延長部の処理の有効／無効を制御する故障相処理起動制御部と、
を備えたことを特徴とする差動保護継電装置。
【請求項２】
前記故障相処理起動制御部は、前記線路電流実効値のうちの最大値における各２相間の差電流に基づいて、故障相を判定することを特徴とする請求項１に記載の差動保護継電装置。
【請求項３】
前記故障相処理起動制御部は、
前記線路電流実効値のうちの最大値を演算する最大値電流導出部と、
前記最大値電流導出部の出力における各２相間の差電流を演算する差電流演算部と、
前記差電流演算部の出力に基づいて、前記外部故障検出部が検出した外部故障の故障相を判別する故障相判別部と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の差動保護継電装置。
【請求項４】
前記外部故障検出状態延長部は、前記線路電流実効値の最大値の時間変化分が所定の判定値以上であることを検出する変化幅検出部を備え、
前記故障相判別部が検出した故障相が自己相の場合には、前記変化幅検出部の処理が有効となるように制御し、当該故障相が他相の場合には、前記変化幅検出部の処理が無効となるように制御することを特徴とする請求項３に記載の差動保護継電装置。
【請求項５】
前記外部故障検出状態延長部は、外部故障であるとの検出状態を延長するタイマー回路を備え、
前記故障相判別部が検出した故障相が他相の場合には、前記タイマー回路を強制的にリセットする制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の差動保護継電装置。
【請求項６】
前記最大値電流導出部を、前記外部故障検出部と、前記故障相処理起動制御部とで共用することを特徴とする請求項３〜５のいずれか一つに記載の差動保護継電装置。
【請求項７】
前記故障相処理起動制御部は、前記線路電流における各２相間の差電流の実効値和に基づいて、故障相を判定することを特徴とする請求項１に記載の差動保護継電装置。
【請求項８】
前記故障検出部、前記外部故障検出部、前記外部故障検出状態延長部および、前記動作出力ロック部は、各相毎個別の判定回路に設けられ、
前記故障相処理起動制御部は、各相共通の判定回路に設けられる
ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の差動保護継電装置。
【請求項９】
保護対象母線に接続される各線路に設置された各変流器から得られる線路電流を用いて演算される差動電流に基づいて故障の有無を検出する故障検出部と、
前記各線路電流および前記差動電流に基づいて前記故障が外部故障か否かを検出する外部故障検出部と、
前記外部故障検出部が外部故障であるとした検出状態を引き延ばす外部故障検出状態延長部と、
前記外部故障検出状態延長部の出力により前記故障検出部からの動作出力をロックする動作出力ロック部と、
前記外部故障検出状態延長部が行う延長処理を強制的にリセットする検出状態延長処理リセット部と、
を備えたことを特徴とする差動保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変流器（以下「ＣＴ」と略記）飽和対策機能を有する差動保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の差動保護継電装置は、ＣＴ飽和対策機能によって、ＣＴがある程度飽和しても、誤動作しないように構成されている。具体的には、故障を検出した際に、当該故障が外部故障であるか内部故障であるかの判定（以下「内外判定」という）を行うと共に、外部故障を検出した場合には、一定期間動作を抑制し、あるいは動作をロックする方式を採用することが一般的である。
【０００３】
上記方式を適用した差動保護継電装置として、例えば下記特許文献１に示されたものがある。この特許文献１では、動作出力をロックする信号の出力段に、タイマー手段およびワンショットマルチタイマ手段を設け、これらタイマー手段およびワンショットマルチタイマ手段の出力を、装置の出力手段であるインヒビット手段の入力として動作させることによりロック時間を短縮し、外部故障から内部故障への進展時に動作出力が大幅に遅れることを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−４２４５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に代表される従来の差動保護継電装置では、各相毎個別に内外判定を行っているため、例えば１相故障の場合に当該故障相の影響が他相の健全相にも及ぶ場合があり、当該他相の健全相でも外部故障を検出する可能性がある。この場合、外部故障を検出した健全相でも動作出力を一定時間ロックするので、１相外部故障から他相内部故障へと故障が進展した場合、既に外部故障を判定してしまっている健全相の動作出力が遅れるという課題があった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、１相外部故障から他相内部故障へと故障進展した場合であっても、健全相における動作出力の遅れを抑制することができる差動保護継電装置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】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる差動保護継電装置は、保護対象母線に接続される各線路に設置された各変流器から得られる線路電流を用いて演算される差動電流に基づいて故障の有無を検出する故障検出部と、前記各線路電流および前記差動電流に基づいて前記故障が外部故障か否かを検出する外部故障検出部と、前記外部故障検出部が外部故障であるとした検出状態を引き延ばす外部故障検出状態延長部と、前記外部故障検出状態延長部の出力により前記故障検出部からの動作出力をロックする動作出力ロック部と、前記各線路電流に基づいて外部故障における故障相を判別すると共に、当該故障相に対応する前記外部故障検出状態延長部の処理の有効／無効を制御する故障相処理起動制御部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明にかかる差動保護継電装置によれば、１相外部故障から他相内部故障へと故障進展した場合であっても、健全相における動作出力の遅れを抑制することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる差動保護継電装置が配置される電力系統（被保護系統）の構成を示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかる差動保護継電装置の機能ブロック図である。
【図３】図３は、電力系統に生じた外部１相地絡故障を模式的に示す図である。
【図４】図４は、図３の系統における外部１相地絡故障をＡ相地絡故障とした場合の等価回路を示す図である。
【図５】図５は、故障相判別部の処理を示すフローチャートである。
【図６】図６は、本発明の実施の形態２にかかる差動保護継電装置の機能ブロック図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態３にかかる差動保護継電装置の機能ブロック図である。
【図８】図８は、変化幅検出部の機能の一例を示す機能ブロック図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態４にかかる差動保護継電装置の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に添付図面を参照して、本発明の実施の形態にかかる差動保護継電装置を詳細に説明する。なお、以下に示す実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる差動保護継電装置が配置される電力系統（被保護系統）の構成を示す図である。図１に示す例では、保護対象の母線５０に接続され、この母線５０から引き出された各線路６０（６０1，６０2，……，６０N：Ｎは線路数）には、ＣＴ６２（６２1，ＣＴ６０2，……，ＣＴ６０N）が設けられる一方で、線路６０1，６０2には、電源Ｐ1，Ｐ2がそれぞれ接続されている。各ＣＴ６２は、各線路６０に流れる電流（一次電流Ｉ11，Ｉ12，……，Ｉ1N）を検出すると共に、検出した電流（二次電流Ｉ21，Ｉ22，……，Ｉ2N）を差動保護継電装置４０に入力する。差動保護継電装置４０は、二次電流Ｉ21，Ｉ22，……，Ｉ2Nを用いて、図示しない遮断器を動作させるためのリレー動作信号を生成して出力する。
【００１２】
図２は、本発明の実施の形態１にかかる差動保護継電装置の機能ブロック図である。図２に示すように、実施の形態１にかかる差動保護継電装置は、各相毎に設けられ、それぞれが同一構成の各相判定回路（Ａ相判定回路、Ｂ相判定回路、およびＣ相判定回路）と、共通的に設けられる共通判定回路と、を有して構成されている。
【００１３】
各相判定回路は、差動電流導出部（ＤＦ）１、差動電流検出部（ＤＯＣ）２、変化幅検出部（ΔＯＣ）４、最大値電流導出部（ＭＡＸ）９、波形判別比率差動部（ＷＲＤＦ）１０を主要構成部として有すると共に、差動電流検出部２、変化幅検出部４および、波形判別比率差動部１０の出力側に設けられる論理和（オア）回路５、論理積（アンド）回路６および、インヒビット端子付の論理積（アンド）回路（以下「インヒビットアンド回路」と称する）８ならびに、タイマー回路３およびタイマー回路７を備えている。また、共通判定回路は、差電流演算部（ＤＬＣ）１１および、故障相判別部（ＤＬＲＦ）１２を備えている。
【００１４】
ここで、差動電流導出部１、差動電流検出部２および、タイマー回路３は、故障検出部を構成し、最大値電流導出部９および波形判別比率差動部１０は、外部故障検出部を構成し、変化幅検出部４、オア回路５、アンド回路６および、タイマー回路７は、外部故障検出部が外部故障であるとした検出状態を引き延ばす外部故障検出状態延長部を構成し、最大値電流導出部９、差電流演算部１１および、故障相判別部１２は、判別した故障相に対応する外部故障検出状態延長部の処理の有効／無効を制御する故障相処理起動制御部を構成し、インヒビットアンド回路８は、動作出力ロック部を構成する。
【００１５】
なお、図２では、差電流演算部１１および故障相判別部１２を共通判定回路に設ける構成を開示したが、これらの構成部を各相判定回路に設け、故障相判別部１２に自己相の故障（外部故障）のみを担任させる構成であっても構わない。
【００１６】
つぎに、実施の形態１の差動保護継電装置の動作について説明するが、ここではまず、３相電流における各２相間の差電流を用いて故障相の判定を行う原理について、図３および図４の各図面を参照して説明する。ここで、図３は、電力系統に生じた外部１相地絡故障を模式的に示す図である。なお、図３では、３相分の母線を１本の系統に纏めて表している。また、図４は、図３の系統における外部１相地絡故障をＡ相地絡故障とした場合の等価回路を示す図である。
【００１７】
まず、図３のＣＴに流れる各相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃは、交流ベクトル理論における零相電流Ｉ０、同相電流Ｉ１、逆相電流Ｉ２を用いて、次式のように表すことができる。
【００１８】
Ｉａ=Ｉ０+Ｉ１+Ｉ２=Ｉ０+２×Ｉ１
Ｉｂ=Ｉ０+ａ2Ｉ１+ａＩ２=Ｉ０+(ａ2＋ａ)Ｉ１=Ｉ０-Ｉ１
Ｉｃ=Ｉ０+ａＩ１+ａ2Ｉ２=Ｉ０+(ａ＋ａ2)Ｉ１=Ｉ０-Ｉ１
……（１）
【００１９】
上記（１）式において、ａ＝（−１＋ｊ√３）／２、ａ２＝（−１−ｊ√３）／２である。また、上記（１）式の変形過程においては、図４の等価回路において成立するＩ１＝Ｉ２という条件を使用している。
【００２０】
また、上記（１）式において、零相電流Ｉ０は、等価回路上のインピーダンスＺ１，Ｚ２，Ｚ０１，Ｚ０２と、等価回路上の起電力Ｅａを用いて、次式のように表すことができる。
【００２１】
Ｉ０＝{Ｅａ/(Ｚ０１//Ｚ０２+Ｚ２+Ｚ１)}×{Ｚ０２／(Ｚ０１+Ｚ０２)}
……（２）
【００２２】
上記（２）式において、Ｚ０１//Ｚ０２は、Ｚ０１とＺ０２とを並列接続した場合の総インピーダンスを意味しており、次式のように表すことができる。
【００２３】
Ｚ０１//Ｚ０２＝（Ｚ０１×Ｚ０２）／(Ｚ０１+Ｚ０２)    ……（３）
【００２４】
ここで、３相電流における各２相間の差電流をＩａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａで表せば（Ｉａｂは、Ａ相電流とＢ相電流との差電流、他も同じ）、１相地絡故障時の差電流を表す式は、上記（１）式を用いて次式のように表せる。
【００２５】
Ｉａｂ=Ｉａ-Ｉｂ=(Ｉ０+２×Ｉ１)-(Ｉ０-Ｉ１)＝３×Ｉ１
Ｉｂｃ=Ｉｂ-Ｉｃ＝(Ｉ０−Ｉ１)-(Ｉ０-Ｉ１)＝０
Ｉｃａ=Ｉｃ-Ｉａ=(Ｉ０-Ｉ１)-(Ｉ０+２×Ｉ１)＝-３×Ｉ１
……（４）
【００２６】
なお、上記（４）式では、負荷電流がある場合が考慮されていないが、負荷電流がある場合には、故障発生前後の変化分を演算して、負荷電流の考慮を除く演算を行えばよい。よって、負荷電流を考慮した場合の演算式は、次式となる。
【００２７】
ΔＩｂｃ=Ｉｂｃ(故障後)-Ｉｂｃ(故障前)
ΔＩｃａ=Ｉｃａ(故障後)-Ｉｃａ(故障前)
ΔＩａｂ=Ｉａｂ(故障後)-Ｉａｂ(故障前)
……（５）
【００２８】
上記（４）式または（５）式より明らかなように、Ａ相地絡故障の場合には、
ΔＩｂｃ＜＜（ΔＩｃａ，ΔIａｂ）                    ……（６）
の関係が成立する。
【００２９】
なお、Ａ相地絡故障時の場合、（１）式からも理解できるように、故障相であるＡ相電流Ｉａだけでなく、Ｂ相電流ＩｂおよびＣ相電流Ｉｃも変化することになる。しかしながら、（４）式によれば、各２相間の差動電流のうち、差動電流Ｉｂｃは変化しない電流成分であることが分かる。この場合、（５）式の演算を行えば、負荷電流の影響を除去することができる。つまり、３相電流における各２相間の差電流を演算すれば故障相の判定が可能となる。
【００３０】
つぎに、図２に示した実施の形態１の差動保護継電装置の動作について、図１〜図５の各図面を適宜参照して説明する。なお、図５は、故障相判別部１２の処理を示すフローチャートである。
【００３１】
まず、各ＣＴ６２が検出した二次電流Ｉ21，Ｉ22，……，Ｉ2Nは、差動電流導出部１および最大値電流導出部９に入力される。なお、二次電流Ｉ21，Ｉ22，……，Ｉ2Nは、例えば電気角３０°毎にサンプリングして得られる電流データであり、時間ｔの関数である。
【００３２】
差動電流導出部１は、これらの電流データに基づき、次式で定義される差動電流ＩＤ(t)（ＩＤａ(t)，ＩＤｂ(t)，ＩＤｃ(t)）を算出して差動電流検出部２および波形判別比率差動部１０にそれぞれ出力する。
【００３３】
【数１】
2011087397.tif 000003
【００３４】
また、最大値電流導出部９は、次式に基づき、各線路に流れる電流データの中の最大値である最大値抑制電流ＩＲ(t)の実効値｜ＩＲ(t)｜を算出して、変化幅検出部４、波形判別比率差動部１０および、差電流演算部１１にそれぞれ出力する。すなわち、最大値電流導出部９は、ある時刻時点における線路電流の最大値(最大電流線路の電流値）を出力する。
【００３５】
【数２】
2011087397.tif 000004
【００３６】
差動電流検出部２は、上記（７）式で算出される差動電流ＩＤ(t)が判定値ＩＰ１以上であることを検出する。なお、判定値ＩＰ１は、例えば電力系統における最小故障電流の５０％程度の値が選ばれる。
【００３７】
波形判別比率差動部１０は、最大値抑制電流の実効値｜ＩＲ(t)｜と差動電流の実効値｜ＩＤ(t)｜とを用いた下記の条件式に基づいて、各相における外部故障を判定する。
【００３８】
｜ＩＤ(ｔ)｜＞Ｋ１・｜ＩＲ(ｔ)｜      ……（９）
【００３９】
なお、上式におけるＫ１は比率特性を決める係数であり、例えばＫ１＝０．５であれば、比率特性が５０％となる。
【００４０】
差電流演算部１１は、上記（４）式に示した各２相間の差電流の演算を行い、演算結果を故障相判別部１２に出力する。なお、差電流演算部１１への入力は、最大値電流導出部９により導出された最大電流線路の電流値であるため、（４）式におけるＩａｂ，Ｉｂｃ，Ｉｃａをそれぞれ、ＩＭａｂ，ＩＭｂｃ，ＩＭｃａで表す。
【００４１】
故障相判別部１２の処理は、図５のフローチャートに従って実行される。まず、故障相判別部１２は、差電流演算部１１が演算した各２相間差電流（ＩＭａｂ，ＩＭｂｃ，ＩＭｃａ）の時間変化分（ΔＩＡＢ，ΔＩＢＣ，ΔＩＣＡ）を、時刻ｔと、例えば電気角７２０°（２サイクル）前の時刻との間の差電流として、次式に基づいて演算する（ステップＳ０）。
【００４２】
ΔＩＡＢ＝｜ＩＭａｂ(t)−ＩＭａｂ(t-720°)｜
ΔＩＢＣ＝｜ＩＭｂｃ(t)−ＩＭｂｃ(t-720°)｜
ΔＩＣＡ＝｜ＩＭｃａ(t)−ＩＭｃａ(t-720°)｜
……（１０）
【００４３】
つぎのステップＳ１では、上記ΔＩＡＢ，ΔＩＢＣ，ΔＩＣＡの少なくとも一つが、ある判定レベルα以上であるか否かを判定することで故障発生の有無を検出する。
【００４４】
ここで、ΔＩＡＢ，ΔＩＢＣ，ΔＩＣＡの何れも判定レベルα未満であると判定した場合（ステップＳ１，Ｎｏ）、故障なしと判定し（ステップＳ１２）、本フローを抜け出る。一方、ΔＩＡＢ，ΔＩＢＣ，ΔＩＣＡの少なくとも一つが判定レベルα以上の場合（ステップＳ１，Ｙｅｓ）、ステップＳ２に移行する。
【００４５】
ステップＳ２では、ΔＩＡＢ＞ΔＩＣＡ＋Ａの条件が成立するか否かの判定処理を実行する。ここで、“Ａ”は、ΔＩＡＢがΔＩＣＡより十分大きいことを示すための判定定数である。
【００４６】
ここで、ステップＳ２の条件が成立すると（ステップＳ２，Ｙｅｓ）、ステップＳ３に移行し、条件が不成立であれば（ステップＳ２，Ｎｏ）、ステップＳ５に移行する。
【００４７】
ステップＳ３では、ΔＩＢＣ＞ΔＩＣＡ＋Ａの条件が成立するか否かの判定処理が実行され、条件が成立すると（ステップＳ３，Ｙｅｓ）、Ｂ相故障と判定され（ステップＳ４）、本フローを抜け出る。条件が不成立であれば（ステップＳ３，Ｎｏ）、ステップＳ５に移行する。ステップＳ４の処理でＢ相故障と判定した場合、故障相判別部１２は、Ｂ相故障を表す故障相信号（図２の出力(Ｂ)）を生成してＢ相判定回路の変化幅検出部４に出力する。
【００４８】
ステップＳ５では、ΔＩＢＣ＞ΔＩＡＢ＋Ａの条件が成立するか否かの判定処理が実行され、条件が不成立であれば（ステップＳ５，Ｎｏ）、ステップＳ８に移行し、条件が成立すれば（ステップＳ５，Ｙｅｓ）、ステップＳ６に移行する。
【００４９】
ステップＳ６では、ΔＩＣＡ＞ΔＩＡＢ＋Ａの条件が成立するか否かの判定処理が実行され、条件が成立すると（ステップＳ６，Ｙｅｓ）、Ｃ相故障と判定され（ステップＳ７）、本フローを抜け出る。条件が不成立であれば（ステップＳ６，Ｎｏ）、ステップＳ８に移行する。ステップＳ７の処理でＣ相故障と判定した場合、故障相判別部１２は、Ｃ相故障を表す故障相信号（図２の出力(Ｃ)）を生成してＣ相判定回路の変化幅検出部４に出力する。
【００５０】
ステップＳ８では、ΔＩＣＡ＞ΔＩＢＣ＋Ａの条件が成立するか否かの判定処理が実行され、条件が不成立であれば（ステップＳ８，Ｎｏ）、ステップＳ１１に移行し、条件が成立すれば（ステップＳ８，Ｙｅｓ）、ステップＳ９に移行する。
【００５１】
ステップＳ９では、ΔＩＡＢ＞ΔＩＢＣ＋Ａの条件が成立するか否かの判定処理が実行され、条件が成立すると（ステップＳ９，Ｙｅｓ）、Ａ相故障と判定され（ステップＳ１０）、本フローを抜け出る。条件が不成立であれば（ステップＳ９，Ｎｏ）、ステップＳ１１に移行する。ステップＳ１０の処理でＡ相故障と判定した場合、故障相判別部１２は、Ａ相故障を表す故障相信号（図２の出力(Ａ)）を生成してＡ相判定回路の変化幅検出部４に出力する。
【００５２】
なお、ステップＳ４，Ｓ７，Ｓ１０の何れにも移行しない場合、１相故障ではない場合と考えられる。このため、ステップＳ１１の処理では、２相故障あるいは３相故障と判定し、各相判定回路における全ての変化幅検出部４に故障相信号を出力する。
【００５３】
図２に戻り、変化幅検出部４は、故障相判別部１２からの故障相信号が入力された場合に限り、例えば次式に基づく演算処理を実行する。
【００５４】
｜|ＩＲ(t)|−|ＩＲｔ−１８０゜|｜＞ＩＰ２      ……（１１）
【００５５】
上記（１１）式では、最大値抑制電流の実効値｜ＩＲ(t)｜に関し、時刻ｔにおける値と、電気角１８０゜（半サイクル）前の時刻における値とを比較し、その時間変化分が判定値ＩＰ２以上であることを検出する。
【００５６】
ここで、差動電流検出部２、変化幅検出部４および、波形判別比率差動部１０の各右側に示した数値記号である“１／１”、“１／１２０”、“２／１”の意味について説明する。
【００５７】
これらの数値記号“ｐ／ｑ”において、“ｐ”は、動作信号を出力する場合の照合回数であり、“ｑ”は、動作信号を復帰させる場合の照合回数である。例えば、波形判別比率差動部１０に付された“２／１”の意味は、演算結果が２回成立すれば動作信号を出力し、１回でも不成立となれば出力復帰となる。即ち、波形判別比率差動部１０は、上記（９）式の条件が２サンプリング時間連続して成立した場合、外部故障の発生を検出する。
【００５８】
また、タイマー回路３，７にも同様な数値記号が付されているが、こちらの数値記号の意味は、左側が動作時間（出力“１”となる時間）、右側が復帰時間（出力“０”となる時間）である。例えば、タイマー回路３は、動作時間、復帰時間が共に６サンプル時間（０．５サイクル）であり、タイマー回路７は、動作時間が１サンプル時間であり、復帰時間が３６サンプル時間（３サイクル）である。
【００５９】
なお、タイマー回路３に設定される動作時間は、健全時にノイズ性入力等で不要に動作信号を出力しないことを考慮して決定される。また、タイマー回路３に設定される復帰時間は、故障発生時にノイズ性入力等で不要に復帰しないことを考慮して決定される。
【００６０】
また、タイマー回路７に設定される時間は、ＣＴ飽和によって発生する差動電流を考慮して決定される。例えば地絡故障等が起こった場合、流出線路に集中する電流によってＣＴ飽和が起こる場合がある。この場合、差動電流検出部２は、ＣＴ飽和による差動電流によって、動作と不動作を交互に検出する場合がある。このため、タイマー回路７には、ＣＴ飽和の影響のある期間だけ信号出力を停止するように、例えば３６サンプル時間（３サイクル）程度の復帰時間が設定される。
【００６１】
図２では、タイマー回路３には、差動電流検出部２の出力が入力され、オア回路５には、差動電流検出部２および変化幅検出部４の各出力が入力され、アンド回路６には、オア回路５および波形判別比率差動部１０の各出力が入力され、タイマー回路７にはアンド回路６の出力が入力され、インヒビットアンド回路８には、タイマー回路３およびタイマー回路７の各出力が入力されるように構成されている。
【００６２】
この構成において、例えば内部故障が発生した場合、故障発生後の電流急変により差動電流導出部１にて大きな差動電流ＩＤ(t)が検出され、差動電流検出部２は、不動作から動作に変化すると共に、差動電流検出部２の出力は、タイマー回路３を通して６サンプル時間引き延ばされ、差動保護継電装置の出力部であるインヒビットアンド回路８に入力される。また、内部故障時において、タイマー回路７の出力はないことが期待されるので、インヒビットアンド回路８の出力はタイマー回路７の出力により阻止されることはなく、差動保護継電装置からは動作信号が出力される。
【００６３】
また、例えば外部１相故障から他相内部故障へと故障が進展した場合、波形判別比率差動部１０が、初めの外部１相故障によって３相共に外部故障を判定する可能性があり、この場合、健全相についても波形判別比率差動部１０の出力がある。一方、故障相判別部１２は、初めの外部１相故障の故障相を確実に検出し、当該故障相の変化幅検出部４のみに故障相検出信号を出力するので、初めの外部故障が自己相ではない場合、変化幅検出部４の出力はない。このため、実施の形態１の差動保護継電装置によれば、１相外部故障から他相内部故障へと故障進展した場合であっても、健全相における動作出力の遅れを抑制することができる。
【００６４】
以上説明したように、実施の形態１の差動保護継電装置によれば、保護対象母線に接続される各線路に設置された各変流器から得られる線路電流を用いて演算される差動電流に基づいて故障の有無を検出し、検出した故障が外部故障の場合、当該外部故障における故障相を判別し、当該故障相が自己相の場合には、変化幅検出部の処理が有効となるように制御し、当該故障相が他相の場合には、変化幅検出部の処理が無効となるように制御して、外部故障であるとした検出状態を引き延ばす処理を停止させる制御を行うようにしたので、外部１相故障から他相内部故障への進展故障対応が可能となり、動作遅れの少ない母線保護を実現することができるという効果が得られる。
【００６５】
実施の形態２．
実施の形態１では、最大電流線路における３相電流の各２相間の差電流により外部故障時の故障相を検出すると共に、故障相検出信号を各相の変化幅検出部４に入力する際に、初めの外部故障が自己相ではない場合には、変化幅検出部４が動作しない構成としていた。一方、実施の形態２では、図６に示すように、実施の形態１と同様な故障相の検出機能を具備させた上で、同様な故障相検出信号をタイマー回路７に入力する構成としている。なお、図６において、図２の構成と同一または同等の構成部については、同一符号を付して示し、重複する説明は省略する。
【００６６】
実施の形態２の差動保護継電装置では、例えば外部故障がＡ相故障であると判定された場合には、Ａ相判定回路のみに故障相検出信号が入力され、Ａ相判定回路のタイマー回路７は、通常のタイマー動作、すなわち復帰時間が３６サンプル時間のタイマー動作を行う。一方、Ｂ相判定回路およびＣ相判定回路のタイマー回路７には、故障相検出信号が入力されないため、リセット状態に置かれる。このため、当該外部故障（外部１相故障）が他相内部故障へと故障進展した場合であっても、健全相においては、再度の内外判定を即時に起動できるので、１相外部故障から他相内部故障へと故障進展した場合の健全相における動作出力の遅れを抑制することができる。
【００６７】
以上説明したように、実施の形態２の差動保護継電装置によれば、保護対象母線に接続される各線路に設置された各変流器から得られる線路電流を用いて演算される差動電流に基づいて故障の有無を検出し、検出した故障が外部故障の場合、当該外部故障における故障相を判別し、当該故障相が他相の場合には、外部故障であるとの検出状態を延長するタイマー回路を強制的にリセットするようにして、外部故障であるとした検出状態を引き延ばす処理を停止させる制御を行うようにしたので、外部１相故障から他相内部故障への進展故障対応が可能となり、動作遅れの少ない母線保護を実現することができるという効果が得られる。
【００６８】
実施の形態３．
実施の形態１，２では、最大値電流導出部９の出力を入力信号とし、最大電流線路における３相電流の各２相間の差動電流により外部故障時の故障相を検出するようにしていたが、実施の形態３では、図７に示すように、各線路の電流を入力信号とし、実施の形態１，２と同様の機能を具現するものである。実施の形態３では、共通判定回路に設けられていた故障相判別部１２の機能と、各相判定回路に設けられていた変化幅検出部４の機能とを統合した上で、共通判定回路に変化幅検出部３４として設けている。また、変化幅検出部３４の入力側には、各線路の電流を入力信号として動作する差電流演算部３２を設けている。なお、図７において、図２の構成と同一または同等の構成部については、同一符号を付して示し、重複する説明は省略する。
【００６９】
つぎに、図７に示した実施の形態３の差動保護継電装置の動作について、図７および図８の各図面を参照して説明する。なお、図８は、変化幅検出部３４の機能の一例を示す機能ブロック図である。
【００７０】
各ＣＴ６２が検出した二次電流Ｉ21，Ｉ22，……，Ｉ2Nは、差電流演算部３２に入力される。差電流演算部３２は、Ｎ本の線路毎に各２相間の差電流Ｉａｂ（Ｉａｂ１，Ｉａｂ２，…，ＩａｂＮ）、Ｉｂｃ（Ｉｂｃ１，Ｉｂｃ２，…，ＩｂｃＮ），Ｉｃａ（Ｉｃａ１，Ｉｃａ２，…，ＩｃａＮ）を演算すると共に、次式に基づき、各差電流の実効値和を演算する。
【００７１】
ＩAB(t)=|Ｉab1(t)|+|Ｉab2(t)|+……+|ＩabN(t)|
ＩBC(t)=|Ｉbc1(t)|+|Ｉbc2(t)|+……+|ＩbcN(t)|
ＩCA(t)=|Ｉca1(t)|+|Ｉca2(t)|+……+|ＩcaN(t)|
……（１２）
【００７２】
また、差電流演算部３２は、Ｎ本の線路毎の各相電流Ｉａ（Ｉａ１，Ｉａ２，…，ＩａＮ）、Ｉｂ（Ｉｂ１，Ｉｂ２，…，ＩｂＮ），Ｉｃ（Ｉｃ１，Ｉｃ２，…，ＩｃＮ）を用いて、次式に基づき、各相電流の実効値和を演算する。
【００７３】
ＩA(t)=|Ｉa1(t)|+|Ｉa2(t)|+……+|ＩaN(t)|
ＩB(t)=|Ｉb1(t)|+|Ｉb2(t)|+……+|ＩbN(t)|
ＩC(t)=|Ｉc1(t)|+|Ｉc2(t)|+……+|ＩcN(t)|
……（１３）
【００７４】
さらに、差電流演算部３２は、上記（１２）式および（１３）式で演算された各差電流の実効値和（ＩＡＢ(t)，ＩＢＣ(t)，ＩＣＡ(t)）および各相電流の実効値和（ＩＡ(t)，ＩＢ(t)，ＩＣ(t)）の時間変化分（ΔＩＡＢ，ΔＩＢＣ，ΔＩＣＡ，ΔＩＡ，ΔＩＢ，ΔＩＣ）を、時刻ｔと、例えば電気角７２０°（２サイクル）前の時刻との間の差電流として、次式に基づいて演算する。
【００７５】
ΔＩＡＢ＝｜ＩＡＢ(t)−ＩＡＢ(t-720°)｜
ΔＩＢＣ＝｜ＩＢＣ(t)−ＩＢＣ(t-720°)｜
ΔＩＣＡ＝｜ＩＣＡ(t)−ＩＣＡ(t-720°)｜
ΔＩＡ  ＝｜ＩＡ(t)−ＩＡ(t-720°)｜
ΔＩＢ  ＝｜ＩＢ(t)−ＩＢ(t-720°)｜
ΔＩＣ  ＝｜ＩＣ(t)−ＩＣ(t-720°)｜
……（１４）
【００７６】
なお、上記（１４）式による演算結果は、差電流演算部３２の出力として、変化幅検出部３４に入力される。
【００７７】
変化幅検出部３４の機能は、図８に示す各機能ブロックによって具現される。例えば、機能ブロック１３，１５，１６に示す条件（但し、Ｘ，Ｙは、Ｘ＞＞Ｙを満たす正の定数）、すなわち
ΔＩＡＢ＞Ｘ
ΔＩＣＡ＞Ｘ
ΔＩＢＣ＜Ｙ
の各判定結果をアンド回路１９の入力とすれば、アンド回路１９からの“１”の出力は、１相故障時のＡ相故障を意味する。
【００７８】
また、機能ブロック１３，１４，１７に示す条件（Ｘ，Ｙの条件は、上記と同じ）、すなわち
ΔＩＡＢ＞Ｘ
ΔＩＢＣ＞Ｘ
ΔＩＣＡ＜Ｙ
の各判定結果をアンド回路２０の入力とすれば、アンド回路２０からの“１”の出力は、１相故障時のＢ相故障を意味する。
【００７９】
さらに、機能ブロック１４，１５，１８に示す条件（Ｘ，Ｙの条件は、上記と同じ）、すなわち
ΔＩＢＣ＞Ｘ
ΔＩＣＡ＞Ｘ
ΔＩＡＢ＜Ｙ
の各判定結果をアンド回路２１の入力とすれば、アンド回路２１からの“１”の出力は、１相故障時のＣ相故障を意味する。
【００８０】
一方、機能ブロック２２にある、
ΔＩＡ＞Ｚ（Ｚは、Ｘ，Ｙとは独立した正の定数）
という条件式は、１相のＡ相故障が生起したか、２相または３相故障時のＡ相で電流変化があることを意味している。したがって、アンド回路２０，２１および、機能ブロック２２の各出力をインヒビットアンド回路２５に入力することで、１相故障でＢ相故障および１相故障でＣ相故障の場合を除外している。また、インヒビットアンド回路２５の出力（Ａ）は、Ａ相故障あるいは２相以上の故障でＡ相電流が変化したことを示す旨の信号となる。
【００８１】
また、機能ブロック２３に示す条件（Ｚの条件は上記と同じ）、すなわち
ΔＩＢ＞Ｚ
という条件式は、１相のＢ相故障が生起したか、２相または３相故障時のＢ相で電流変化があることを意味している。したがって、アンド回路１９，２１および、機能ブロック２３の各出力をインヒビットアンド回路２６に入力することで、１相故障でＣ相故障および１相故障でＡ相故障の場合を除外している。また、インヒビットアンド回路２６の出力（Ｂ）は、Ｂ相故障あるいは２相以上の故障でＢ相電流が変化したことを示す旨の信号となる。
【００８２】
さらに、機能ブロック２４に示す条件（Ｚの条件は上記と同じ）、すなわち
ΔＩＣ＞Ｚ
という条件式は、１相のＣ相故障が生起したか、２相または３相故障時のＣ相で電流変化があることを意味している。したがって、アンド回路１９，２０および、機能ブロック２４の各出力をインヒビットアンド回路２７に入力することで、１相故障でＡ相故障および１相故障でＢ相故障の場合を除外している。また、インヒビットアンド回路２６の出力（Ｂ）は、Ｂ相故障あるいは２相以上の故障でＢ相電流が変化したことを示す旨の信号となる。
【００８３】
インヒビットアンド回路２５の出力（Ａ）は、図７のＡ相判定回路におけるオア回路５への入力信号となる。同様に、インヒビットアンド回路２６の出力（Ｂ）は、Ｂ相判定回路におけるオア回路５への入力信号となり、インヒビットアンド回路２７の出力（Ｃ）は、Ｃ相判定回路におけるオア回路５への入力信号となる。この場合、波形判別比率差動部１０が外部故障を判定していても、その外部故障が自己相の故障ではない場合、自己相のオア回路５からの出力信号はない。その結果、初めの外部故障が自己相ではない場合、アンド回路６は動作することがなく、タイマー回路７の動作が無意味に引き延ばされることはなくなる。このため、実施の形態３の差動保護継電装置によれば、１相外部故障から他相内部故障へと故障進展した場合であっても、健全相における動作出力の遅れを抑制することができる。
【００８４】
なお、実施の形態３の差動保護継電装置では、変化幅検出部３４の機能を具現する構成として、図８に示す機能構成を例示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、図３に示す処理フローの内容を、変化幅検出部３４が行う処理として具現するものであっても構わない。
【００８５】
また、上記とは逆に、実施の形態１における故障相判別部１２の機能を具現する構成として、図８に示す機能構成を適用しても構わない。
【００８６】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４にかかる差動保護継電装置の機能ブロック図である。図９の機能ブロックでは、図２に示した構成において、共通判定回路を省略する一方で、差動電流検出部２の出力を反転回路２８およびタイマー回路２９を介してタイマー回路７に入力する構成としている。なお、その他の構成については、図２に示した実施の形態１の構成と同一または同等であり、それらの共通の構成部には、同一の符号を付して示し、重複する説明は省略する。
【００８７】
ここで、反転回路２８およびタイマー回路２９は、最大値電流導出部９および波形判別比率差動部１０は、実施の形態１で説明した外部故障検出状態延長部が行う延長処理を強制的にリセットする検出状態延長処理リセット部を構成する。
【００８８】
つぎに、図９に示した実施の形態４の差動保護継電装置の動作について説明する。まず、外部故障時において、健全相では差動電流を検出しないため、差動電流検出部２の出力（論理“０”）が反転回路２８にて反転され（論理“１”）、タイマー回路２９に入力される。タイマー回路２９は、例えば１８サンプル時間（１．５サイクル）のカウント処理後に、外部故障と判別し、ＣＴ飽和対策手段の出力であるタイマー回路７に対し、強制リセット信号を出力する。タイマー回路７は、タイマー回路２９からの強制リセット信号によりタイマー停止処理を行う。
【００８９】
すなわち、実施の形態４の差動保護継電装置では、故障発生後、一定時間以上、健全相に差動電流が発生しないことを検出した場合、外部判定を阻止する信号を出力してタイマー回路７を強制リセットし、その後故障が進展した場合に再度外部判定が起動できるように構成したものである。この構成により、外部故障が内部故障に故障進展した場合に、再度の外部判定を起動することができるので、外部故障から内部故障への進展故障対応が可能となり、動作遅れの少ない母線保護を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
以上のように、本発明にかかる差動保護継電装置は、１相外部故障から他相内部故障へと故障進展した場合の健全相における動作出力の遅れを抑制することができる発明として有用である。
【符号の説明】
【００９１】
１  差動電流導出部
２  差動電流検出部
３，７，２９  タイマー回路
４，３４  変化幅検出部
５  オア回路
６，１９〜２１  アンド回路
８，２５〜２７  インヒビットアンド回路
９  最大値電流導出部
１０  波形判別比率差動部
１１，３２  差電流演算部
１２  故障相判別部
１３〜１８，２２〜２４  機能ブロック
２８  反転回路
４０  差動保護継電装置
５０  母線
６０（６０1〜６０N）  線路
６２  変流器（ＣＴ）
Ｐ1，Ｐ2  電源
【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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