(57)【要約】【課題】  電力系統の系統変更に対応して自動で当該電力系統に設置された複数の保護継電器の整定値を演算し、更新を要する保護継電器に対して整定値の更新を実施できる保護継電器整定値の自動最適化システムを提供する。【解決手段】  整定値情報、遮断器開閉情報および系統情報の各情報を取得する情報取得部と、当該情報取得部で取得した前記各情報により系統構成を確定するとともに当該系統構成に基づいて整定値を演算し、当該演算結果による保護協調の可否を判定する演算処理部と、当該演算結果とともに、過去の整定値履歴情報を記憶する情報記憶部と、更新を要する保護継電器に前記演算結果を通信経路を介して出力する外部出力部と、オペレータインターフェース部とを備えてなる保護継電器整定値の自動最適化システム。情報取得部は、さらにインピーダンスマップおよび短絡容量マップを取得し、時限整定値以外の整定値の最適化も可能である。【選択図】  図１
2011259533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
整定値情報、遮断器開閉情報および系統情報の各情報を取得する情報取得部と、
当該情報取得部で取得した前記各情報により系統構成を確定するとともに当該系統構成に基づいて整定値を演算し、当該演算結果による保護協調の可否を判定する演算処理部と、
当該演算結果とともに、過去の整定値履歴情報を記憶する情報記憶部と、
更新を要する保護継電器に前記演算結果を通信経路を介して出力する外部出力部と、
オペレータインターフェース部と、
を備えてなることを特徴とする保護継電器整定値の自動最適化システム。
【請求項２】
前記情報取得部が取得する情報には、さらに前記確定された系統構成におけるインピーダンスマップおよび短絡容量マップが含まれる請求項１に記載の自動最適化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の系統変更などに対応して、当該電力系統の各区間における保護継電器の整定値を自動にて演算、更新することで、保護協調を図ることができる保護継電器整定値の自動最適化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統には、所定の区間ごとに種々の保護継電器が設置され、電力系統や当該系統に設置されている電気機器などに万が一事故が発生した場合に、これらの保護継電器がその事故を素早く検出して事故点を含む区間（以下、「事故区間」という。）の遮断器を選択的に遮断して系統から切り離すことで、当該事故の波及、拡大を防止している。このような保護継電器としては、過電流継電器（ＯＣＲ）、地絡過電流継電器（ＯＣＧＲ）、過電圧継電器(ＯＶＲ)、不足電圧継電器（ＵＶＲ）、地絡過電圧継電器（ＯＶＧＲ）、差動継電器（ＤＦＲ）、比率差動継電器（ＲＤＦＲ）、地絡方向継電器（ＤＧＲ）、短絡方向継電器（ＤＳＲ）などが挙げられる。そして、これらの保護継電器については、これらが相互に関連なく動作すると、事故区間の特定ができず、広範囲にわたる停電を引き起こす危険性があるので、各保護軽電器について互いに保護協調が図られるように、その動作時間などを所定の動作順に動作するように整定すること（特に、動作時間の協調を「時限協調」ということがある。）が行われている。
【０００３】
各区間に配置された保護継電器は、種々の要因によって電力系統が変更される場合には、保護継電器相互間の確実な保護協調を担保するために、整定値を更新する必要がある。この整定値の更新は、一般電力事業者が計画的に系統変更を行う場合には、事前に電力系統の系統構成や電気機器などの構成が把握できるので、系統変更に係る地域の保護継電器について整定変更が必要か否かを判断し、必要と判断した場合には整定担当者が整定値の計算を行った後、当該計算結果に基づいて各保護継電器の整定値を更新することができる。
【０００４】
この計画的な系統変更について、図５を参照して説明する。図５は、Ａ変電所、Ｂ変電所、Ｃ変電所およびＤ変電所の４つの変電所が設置された一般的な電力系統の系統構成を示している。隣接する変電所間には、Ｌ１およびＬ２の２系統からなるＡＢ送電線、ＢＣ送電線及びＣＤ送電線でそれぞれ接続され、この電力系統一端部には中性点設置抵抗器（ＮＧＲ）が設置されている。そして、Ａ変電所にはＡＢ送電線に遮断器ＣＢ１１，ＣＢ１２が、Ｂ変電所にはＡＢ送電線側に遮断器ＣＢ１２、ＣＢ２２が、ＢＣ送電線側に遮断器ＣＢ１３、ＣＢ２３が、Ｃ変電所にはＢＣ送電線側に遮断器ＣＢ１４、ＣＢ２４が、ＣＤ送電線側に遮断器ＣＢ１５、ＣＢ２５が、Ｄ変電所にはＣＤ送電線側に遮断器ＣＢ１６、ＣＢ２６がそれぞれ設置されている。ここで、図５（ａ）は、遮断器ＣＢ１３、ＣＢ２３が遮断されており、Ｂ変電所はＡ変電所と同一の系統に属すことを示している。この系統構成において、遮断器ＣＢ１２、ＣＢ２２を遮断し、遮断器ＣＢ１３、ＣＢ２３を投入することで、系統変更が行われ、Ｂ変電所はＣ変電所およびＤ変電所と同一の系統に属すことになる。このような計画的な系統変更時には、例えば電力系統の区間ごとに配置されている地絡過電流継電器（ＯＣＧＲ）、地絡過電圧継電器（ＯＶＧＲ）および地絡方向継電器（ＤＧＲ）などの地絡保護用継電器について、事前にその動作時間の整定値の検討及び更新を行い、地絡保護用継電器相互間で時限協調を図ることができる。
【０００５】
一方、図６は、事故などの対策として系統変更を行わなければならない例であり、図５と同様の系統構成を有する電力系統において、突発的な地絡事故が発生した場合の地絡保護用継電器および遮断器の応動状況の一例を示している。なお、この図において、ＡＢ線、ＢＣ線及びＣＤ線はそれぞれ、ＡＢ送電線、ＢＣ送電線及びＣＤ送電線を略記したものである。また、塗りつぶした三角形の図形は地絡方向継電器（ＤＧＲ）を、また円に内接する上向きの塗りつぶした矢印の図形は、その他の地絡保護用継電器を示し、その脇の数字は動作時間を示している。また、事故によって作動した地絡保護用継電器は、前記図形と動作時間とを四角形の枠で囲んでいる。図６についてのこれらの事項は、図３および図４において同様とする。
【０００６】
ここで、図６（ａ）に示すように電力系統の各区間の地絡保護用継電器の動作時間が整定されており、ＡＢ送電線のＬ２系統において地絡事故が発生したとする。この場合、ＡＢ送電線におけるＡ変電所の遮断器が遮断された状態であるため、地絡電流によって最小の動作時間が整定された地絡保護用継電器ＤＧ２３が動作し、遮断器ＣＢ２２が遮断されることになる。このケースにてＡ変電所のＡＢ送電線側でない側の遮断器を遮断するとともに、ＡＢ送電線側の遮断器ＣＢ１１、ＣＢ１２を投入して系統を変更したとすると（図６（ｂ）参照）、隣接する区間との間で地絡保護用継電器の時限協調が崩れ、地絡保護用継電器ＤＧ２３、ＤＧ１３、ＤＧ２２がそれぞれ作動し、これらに対応する遮断器のそれぞれが遮断されてしまう。このように突発的な事故の発生時に必要に迫られて系統変更を実施する場合には、事前に整定値の検討を行い更新することができないため、地絡保護用継電器を不必要に作動させてしまい、結果として電力系統の信頼度低下につながってしまう。
【０００７】
また、前記のような電力系統における突発的な事故の発生の場合の問題に加え、系統変更を計画的に実施するかあるいは突発的な事故などに起因して実施するかに係らず、保護継電器の整定変更を実施する場合には、担当者が当該保護継電器が設置されている発変電所へ出向いて整定値変更作業を実施する必要があるという問題もあった。
【０００８】
なお、従来より、保護継電器の整定値変更や保護協調の設定方法に関して幾つかの提案がなされている（例えば、特許文献１，２参照）。特許文献１の提案は、自動設定機能付保護継電器及び保護強調設定方法に関するものであり、同一発電所又は同一変電所内における保護継電器のみの協調を目的としたものであり、電力系統全体での保護強調について提案するものではない。また、特許文献２の提案は、予め系統条件や保護継電器の整定値を設定しておいて事故点を指定し検証するシステムであり、現場設備への反映は従来どおり人が現地へ赴き整定値の変更を行う必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平７−２７４３７５号公報
【特許文献２】特開２００７−２０９１０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決すべくなされたものであり、電力系統の系統変更に対応して、自動にて当該電力系統に設置された複数の保護継電器の整定値を演算し、更新を要する保護継電器に対して整定値の更新を実施できる保護継電器整定値の自動最適化システム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】
【００１１】
本発明によれば、前記目的は、整定値情報、遮断器開閉情報および系統情報の各情報を取得する情報取得部と、当該情報取得部で取得した前記各情報により系統構成を確定するとともに当該系統構成に基づいて整定値を演算し、当該演算結果による保護協調の可否を判定する演算処理部と、当該演算結果とともに、過去の整定値履歴情報を記憶する情報記憶部と、更新を要する保護継電器に前記演算結果を通信経路を介して出力する外部出力部と、オペレータインターフェース部と、を備えてなることを特徴とする保護継電器整定値の自動最適化システムによって達成される。
【００１２】
前記情報取得部は、さらに前記確定された系統構成におけるインピーダンスマップおよび短絡容量マップを取得するように構成することもできる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の保護継電器整定値の自動最適化システムは、電力系統からの各種情報から系統構成を認識し、これに基づいて系統内の更新の必要な一部または全部の保護継電器整定値の演算、更新を行う構成としたので、系統の最適な保護強調が図られる。特に、事故時や計画外の系統変更などに対応する場合には、即座に最適な保護協調が可能となるので、系統信頼度が向上する。それとともに、従来のように各保護継電器について事前に整定計算を行うことが不要となり、実際に整定変更を行うために現地に担当者を派遣することが不要となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の保護継電器整定値の自動最適化システムの実施形態の一例を示す図である。
【図２】図１の実施形態の動作を説明するためのフロー図である。
【図３】図１の実施形態における演算制御部での演算内容を説明するための図である。
【図４】地絡事故が発生した場合の演算制御部における演算内容を説明するための図である。
【図５】一般的な電力系統における系統変更の一例を示す図である。
【図６】地絡事故発生時に系統変更を実施した場合の事故の拡大状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付の図１〜図４を参照しながら、本発明の保護継電器整定値の自動最適化システムの実施形態について説明する。図１は、地絡継電器および地絡方向継電器の時限協調を例にとり、本発明の保護継電器整定値の自動最適化システムの実施形態の一例を示している。この図に示す保護継電器整定値の自動最適化システム１は、オペレータインターフェース部７、情報取得部９、情報記憶部１５、演算処理部１９、外部出力処理部２２、画面出力処理部２３、印刷出力処理部２４およびこれら各部の信号の授受に用いられるバス５から構成され、電力系統における送電線路ごとに設置される。なお、以下では、本発明の自動最適化システムを単に「システム」ということがある。
【００１６】
オペレータインターフェース部７は、本発明の自動最適化システム１を確実に機能させるために、オペレータが各種設定、ソフトウェア更新などを行えるようにしたものである。情報取得部９は、保護継電器の整定値情報１０、遮断器情報１１、系統情報１２の各情報を取得するように構成されている。なお、本発明のシステム１は、時限整定値以外の整定値の最適化にも適用でき、その場合には、情報取得部９は、図１に示すように、インピーダンスマップ１３および短絡容量マップ１４の各情報を取得するようにしてもよい。また、これら２つの追加情報のほかに、可能であれば、さらに別個の情報を取得するようにしてもよい。
【００１７】
整定値情報１０は、電力系統の区間ごとの保護継電器の種類および設置状況、およびこれら各保護継電器の整定値をその設置位置と関連づけた情報である。また、遮断器情報１１は、区間ごとの遮断器の設置状況、その開閉状態および当該遮断器とこれを作動させる保護継電器との対応に関する情報である。また、系統情報１１とは、電力系統における電源、ノード、ブランチおよび充電電流に関する情報を指している。ここで、電源に関する情報には、ＮＧＲ情報、ＮＧＲから供給される零相電流により発生するリアクトル成分（ＮＧＬ）に関するＮＧＬ情報、系統電圧（母線）情報などが挙げられる。また、ノードとは、発変電所の母線や分岐点を、またブランチとはノード間を接続する送電線を意味する。なお、保護継電器の種類および設置状況は整定値情報に含めず、別個の情報として独立に取得するようにしてもよい。
【００１８】
インピーダンスマップとは、電力系統に設置されている変圧器などの電気機器の配置や電線の接続状態によって求められるインピーダンス（抵抗およびリアクタンス）の分布に関する情報を指している。また、短絡容量マップは、電力系統自体及び変圧器などの電気機器の短絡容量の分布に関する情報を指している。
【００１９】
情報記憶部１５は、整定値履歴情報１６や後述の演算処理部１９における演算結果などの各種情報を記憶し、後述の演算処理部１９からの命令により必要な情報を共通通信路５を介して演算処理部１９に出力するものである。情報記憶部１５ではまた、情報取得部９で取得した各種情報を一時的に保存することもできる。
【００２０】
演算処理部１９は、情報取得部９および情報記憶部１５から必要な情報を取得し、これらの情報に基づいて予め設定された一連の手順に従って演算を行うものである。本実施形態における演算処理部１９は、演算結果について時限協調の可否を判定する時限協調判定処理部２０を備えている。外部出力処理部２２は、演算処理部１９にて演算され時限協調可能と判定された時限整定値を整定値の更新が必要とされる地絡継電器や地絡方向継電器に通信経路を介して出力する機能を備えている。通信経路は、有線、無線を問わず、例えば有線の場合には通信ケーブル、光ファイバー通信線路、電力線搬送路などの従来公知の方式のものが使用できる。画面出力処理部２３は、各種情報及び演算結果を画面表示する機能を備えている。また、印刷出力処理部２４は、各種情報および演算結果を印刷処理する機能を備えている。
【００２１】
このような自動最適化システム１は、例えば変電所や給電所などの施設において、電力系統の集中監視装置の一部に組み込むことができ、または前記各機能を有する各部を実装した専用機として設置することができる。専用機とする場合、汎用のパーソナルコンピュータなどを用い、その記憶装置に自動最適化システムの所要の演算制御プログラムなどのソフトウェアを格納しておき、当該ソフトウェア上で演算処理や各部の制御を行うように構成してもよい。
【００２２】
次に、図１に示した実施形態の保護継電器整定値の自動最適化システムの動作について説明する。図２は、図１に示す実施形態の動作を説明するためのフロー図である。この図に示すように、システム１を起動すると（Ｓ０１）、当該システム１は、自身が自動モードか手動モードかを判定する（Ｓ０２）。自動モードの場合には、システム１は、管轄する電力系統のノード、ブランチ及び電源の数などの系統情報を取得し（Ｓ０３）、必要に応じて演算処理工程（Ｓ０９）に供給する。このとき、これらの系統情報は、例えばこれらの情報を定義し一元管理している外部データベースをシステム１が適宜参照することで取得し、またはオペレータがこれらの情報を入力することによりシステム１が取得するようにしてもよい。さらに、システム１は、管轄する送電線路に区間ごとに設けられている遮断器の開閉状態に関する遮断器情報、同様に各区間に設けられている地絡継電器および地絡方向継電器のそれぞれの整定値情報、ならびに当該送電線路のインピーダンスマップをそれぞれ取得する（Ｓ０４、Ｓ０５、Ｓ０６）。一方、システム１が手動モードの場合には、前記系統情報とともに、遮断器情報をオペレータが入力する（Ｓ０７、Ｓ０８）。これらの入力された各情報は、演算処理工程（Ｓ０９）に供給される。
【００２３】
演算処理工程では、受け取った各種情報から、送電線路の系統構成を確定させた上で、動作時間整定値の演算処理を行う（Ｓ０９）。基本的には、保護継電器の整定は、電力系統事故時における停電範囲を最小化し、事故区間を迅速かつ確実に除去するように実施されるものである。そして、地絡保護用継電器の時限整定の場合には、地絡事故発生時の過渡突入電流，事故区間除去後の零相自由振動電流，系統の残留電流・電圧、対地充電電流および変流器の特性不揃いなどにより、当該地絡保護用継電器が誤動作しないことが必要とされる。
【００２４】
これらの点を踏まえ、動作時間の整定値（時限整定値）は、具体的には系統末端の区間に設置された地絡保護用継電器から順次積み上げられるように、次式（式１）に従って演算される（Ｓ０９）。このようにして時限整定値を求めることで、隣接区間の継電器との間で時限強調が図れ、地絡事故発生時などに必要に応じて計画外の系統変更を行う場合にも事故区間の遮断器のみが動作して当該区間を遮断でき、また仮に事故区間を遮断できない場合でも当該事故区間に隣接する次区間を遮断する遠端後備保護も図ることができ、事故の拡大を防止することができる。
【００２５】
Ｔ＝Ｒ＋Ｂ＋Ｏ＋Ｍ      ・・・（式１）
ここで、Ｔは自端子の継電器の動作時間（秒）、Ｒは前方保護区間継電器の動作時間（秒）、Ｂは前方保護区間遮断器の動作時間（秒）、Ｏは自端子の継電器の超過動作時間（復帰時間、秒）、Ｍは余裕時間（０．１〜０．２秒）をそれぞれ表している。
【００２６】
この時限整定値は、システム１が自動モードの場合には、系統変更により遮断器の開閉状態に関する遮断器情報が変更された場合には、時限協調が図られながら自動にて再計算される（Ｓ１０）。これらの演算結果は、情報記憶部１５に保存処理されるとともに（Ｓ１１）、画面出力処理部２３を介して画面表示され（Ｓ１２）、あるいは印刷出力処理部２４にて印刷処理される（Ｓ１３）。また、前記演算結果は整定値の変更が必要な地絡保護用継電器のそれぞれに外部出力処理部２２を介して送信される。
【００２７】
図３は、図６（ａ）に示した電力系統と同様の系統構成を有する電力系統において、各区間に設置された地絡保護用継電器ＤＧ１１〜ＤＧ１７、ＤＧ２１〜ＤＧ２７の動作時間も同様に整定された状態から、Ａ変電所のＡＢ送電線とは反対側の送電線の遮断器を遮断する系統変更を行う場合の各区間の地絡保護用継電器の整定値の演算内容を示している。ＡＢ送電線においてＡ変電所から電源側を監視するＬ１、ｌ２系統の地絡保護用継電器ＤＧ１２、ＤＧ２２の動作時間は、主保護継電器と協調させ、０．４秒にそれぞれ設定される。また、Ｂ変電所においてＡ変電所側を監視する地絡保護用継電器ＤＧ１３、ＤＧ２３の動作時間の整定値Ｔは、前方保護区間の継電器ＤＧ１１、ＤＧ２１の動作時間（Ｒ）１．３秒、前方保護区間における遮断器の動作時間（Ｂ）０．１秒、継電器ＤＧ１３、ＤＧ２３の超過動作時間（Ｏ）０．１秒、余裕時間（Ｍ）０．２秒を加算し、１．７秒と算出される。また、Ｃ変電所においてＡ変電所側を監視する地絡保護用継電器ＤＧ１５、ＤＧ２５の動作時間の整定値Ｔは、直前に算出した前方保護区間の継電器ＤＧ１３、ＤＧ２３の動作時間（Ｒ）１．７秒、前方保護区間の遮断器の動作時間（Ｂ）０．１秒、継電器ＤＧ１３、ＤＧ２３の超過動作時間（Ｏ）０．１秒、余裕時間（Ｍ）０．２秒を加算し、２．１秒と算出される。また、Ｄ変電所においてＡ変電所側を監視する地絡保護用継電器ＤＧ１５、ＤＧ２５の動作時間の整定値Ｔは、同様にして２．５秒と算出される。
【００２８】
次に、地絡事故の発生時に本発明の保護継電器整定値の自動最適化システムを適用して電力系統の系統変更を行う場合について説明する。図４に示す電力系統は、図６に示した例と同様の系統構成を有し、地絡保護用継電器も同様に配置されているものとする。図６に示した場合と同様にＡＢ送電線のＬ2系統にて地絡事故が発生したとすると、図６（ａ）と同様に、最小の動作時間が整定されている地絡保護用継電器ＤＧ２３が作動し、遮断器を遮断させる。
【００２９】
この状況において、図６の場合と同様に系統変更が行われるとすると、本発明のシステム１は、その情報取得部９９が遮断器情報１１を瞬時に取得し、更新を要する地絡保護用継電器について系統変更後所定の時間経過後に時限整定値の更新を行う。これによって、図６に示したような、Ｌ２系統だけでなくＬ１系統の保護継電器作動、遮断器作動といった事態を防止でき、Ｌ２系統のＡＢ送電線を事故区間として除去し、事故の波及、拡大を防止することができる。
【００３０】
なお、本発明の保護継電器整定値の自動最適化システムは、前記した地絡継電器や地絡方向継電器などの地絡保護用継電器の動作時間整定値だけでなく、例えば過電流継電器（ＯＣＲ）、過電圧継電器（ＯＶＲ）、不足電圧継電器（ＵＶＲ）、差動継電器（ＤＦＲ）、比率差動継電器（ＲＤＦＲ）、短絡方向継電器（ＤＳＲ）、距離継電器（ＤＲ）、不足周波数継電器（ＵＦＲ）および過周波数継電器（ＯＦＲ）などのその他の保護継電器の動作時間整定値を自動にて最適化するのにも適用できる。また、前記各保護継電器について、本発明の保護継電器整定値の自動最適化システムは、前記のようにインピーダンスマップや短絡容量マップなどの情報をさらに取得することで、時限整定値の最適化に限らず、他の整定値の最適化にも適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
１  保護継電器整定値の自動最適化システム
５  共通通信路（バス）
７  オペレータインターフェース部
９  情報取得部
１０  整定値情報
１１  遮断器情報
１２  系統情報
１３  インピーダンスマップ
１５  情報記憶部
１６  整定値履歴情報
１７  演算結果
１９  演算処理部
２０  時限協調判定処理部
２２  外部出力処理部
２３  画面出力処理部
２４  印刷出力処理部
ＣＢ１１〜ＣＢ１６、ＣＢ２１〜ＣＢ２６  遮断器
ＤＧ１１〜ＤＧ１７、ＤＧ２１〜ＤＧ２７  保護継電器
Ｌ１  １系統
Ｌ２  ２系統
ＮＧＲ  中性点接地抵抗器
【図１】
2011259533.tif 000003
【図２】
2011259533.tif 000004
【図３】
2011259533.tif 000005
【図４】
2011259533.tif 000006
【図５】
2011259533.tif 000007
【図６】
2011259533.tif 000008