(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法であって、保護装置が、前記回路ブレーカーのポートの2つの側での三相の電圧を測定し、前記回路ブレーカーのポートの2つの側での電圧の基本波のベクトル差および実効値をそれぞれ計算し、2つの側での相電圧が両方とも設定されたしきい値より大きく、ある特定の一相または二相の回路ブレーカーのポートの2つの側での電圧ベクトル差の振幅が設定された電圧より大きい場合、前記回路ブレーカーが欠相を有することが決定され、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記設定されたしきい値が定格電圧の80%〜90%であることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
【請求項３】
2つの側での三相の電圧の値が前記回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧の相互インダクタから得られることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
【請求項４】
以下の式（1）〜式（3）の基準、すなわち、
前記回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準、
【数１】
0006500129.tif 000028
式(1)、
前記回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準、
【数２】
0006500129.tif 000029
式(2)、
前記回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準、
【数３】
0006500129.tif 000030
式(3)
のいずれか1つが満たされる場合、欠相が識別されることができ、前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、
ここで、Ua.AMおよびUA.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、Ub.AMおよびUB.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Bにおける電圧の振幅であり、Uc.AMおよびUC.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Cにおける電圧の振幅であり、
【数４】
0006500129.tif 000031
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
【数５】
0006500129.tif 000032
は、2つの側での相Bにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
【数６】
0006500129.tif 000033
は、2つの側での相Cにおける電圧ベクトル差の振幅であり、UΦNは、定格相電圧であり、ΔUsetは、2つの側での電圧差の設定値であり、ηは、スケール因子であり、minは、2つの値の最小値をとることを表すことを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
【請求項５】
2つの側での三相の電圧の基本波の振幅はすべて、全サイクルのフーリエアルゴリズムを使用して計算され、
2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
【数７】
0006500129.tif 000034
式(4)
であり、
ここで、kは、サンプリングの通し番号であり、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける前記保護装置のサンプリングの回数であり、Φは、三相の電圧の相であり、UΦ.ReおよびUΦ.Imはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、UΦ.AMは、相電圧の基本波の振幅であることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
【請求項６】
2つの補償係数が前記回路ブレーカーの2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために導入され、
前記回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差は、
【数８】
0006500129.tif 000035
式(5)
であり、ここで、
【数９】
0006500129.tif 000036
および
【数１０】
0006500129.tif 000037
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
【数１１】
0006500129.tif 000038
、
【数１２】
0006500129.tif 000039
であり、kΦ1およびkΦ2は、ポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために使用される補償係数であり、UΦN.ReおよびUΦM.Imは、M側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、UΦN.ReおよびUΦM.1mは、N側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、
余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
【数１３】
0006500129.tif 000040
式(6)、
【数１４】
0006500129.tif 000041
式(7)、
【数１５】
0006500129.tif 000042
式(8)
であり、
前記回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧差は、設定されたしきい値より大きく、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成することを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
【請求項７】
ベクトル差の設定値、
【数１６】
0006500129.tif 000043
が0.1〜10.0Vの範囲内の値にされることを特徴とする、請求項4に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
【請求項８】
前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値が0.1〜10sの範囲内の値にされることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
【請求項９】
電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置であって、それは、サンプリングモジュールと、フーリエ計算モジュールと、補償モジュールと、識別および作動モジュールとを備え、ここで、
前記サンプリングモジュールは、前記欠相保護装置が前記回路ブレーカーの2つの側での電圧をサンプリングするために使用され、
前記フーリエ計算モジュールは、前記サンプリングモジュールの結果に応じて、2つの側での相電圧の基本波のベクトルの実数部および虚数部と、基本波の振幅とを計算するために使用され、
前記補償モジュールは、ポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように、前記フーリエ計算モジュールの結果に応じて2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために使用され、
前記識別および作動モジュールは、前記計算モジュールおよび前記補償モジュールの結果に応じて、前記回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差の振幅が、三相の電圧のベクトル差の振幅を含まないように予め設定された範囲の上限を超える場合を識別し、時間遅延後に、警報信号または遮断信号を付与し、遮断リレーの接触状態を出力するために使用されることを特徴とする、欠相保護装置。
【請求項１０】
2つの側での三相の電圧の値が前記回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧の相互インダクタから得られることを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
【請求項１１】
以下の式（1）〜式（3）の基準、すなわち、
前記回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準、
【数１７】
0006500129.tif 000044
式(1)、
前記回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準、
【数１８】
0006500129.tif 000045
式(2)、
前記回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準、
【数１９】
0006500129.tif 000046
式(3)
のいずれか1つが満たされる場合、欠相が識別されることができ、前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、
ここで、Ua.AMおよびUA.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、Ub.AMおよびUB.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Bにおける電圧の振幅であり、Uc.AMおよびUC.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Cにおける電圧の振幅であり、
【数２０】
0006500129.tif 000047
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
【数２１】
0006500129.tif 000048
は、2つの側での相Bにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
【数２２】
0006500129.tif 000049
は、2つの側での相Cにおける電圧ベクトル差の振幅であり、UΦNは、定格相電圧であり、ΔUsetは、2つの側での電圧差の設定値であり、ηは、スケール因子であり、minは、2つの値の最小値をとることを表すことを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
【請求項１２】
2つの側での三相の電圧の基本波の振幅はすべて、全サイクルのフーリエアルゴリズムを使用して計算され、
2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
【数２３】
0006500129.tif 000050
式(4)
であり、
ここで、kは、サンプリングの通し番号であり、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける前記保護装置のサンプリングの回数であり、Φは、三相の電圧の相であり、UΦ.ReおよびUΦ.Imはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、UΦ.Amは、相電圧の基本波の振幅であることを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
【請求項１３】
2つの補償係数が前記回路ブレーカーの2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために導入され、
前記回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差は、
【数２４】
0006500129.tif 000051
式(5)
であり、ここで、
【数２５】
0006500129.tif 000052
および
【数２６】
0006500129.tif 000053
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
【数２７】
0006500129.tif 000054
、
【数２８】
0006500129.tif 000055
であり、kφ1およびkφ2は、ポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために使用される補償係数であり、UφN.ReおよびUφM.Imは、M側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、UφN.ReおよびUφN.Imは、N側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、
余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
【数２９】
0006500129.tif 000056
式(6)、
【数３０】
0006500129.tif 000057
式(7)、
【数３１】
0006500129.tif 000058
式(8)
であり、
前記回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧差は、設定されたしきい値より大きく、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成することを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
【請求項１４】
ベクトル差の設定値ΔUsetが0.1〜10.0Vの範囲内の値にされ得ることを特徴とする、請求項11に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
【請求項１５】
前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値が0.1〜10sの範囲内の値にされることを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は、電力系統リレー保護の分野に関連し、特に、電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法、および対応するリレー保護装置または監視装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、現場で回路ブレーカーに広く適用されている欠相保護は、一般的に、三相の不整合な接触、相電流、零相電流、および逆相電流の基準で構成される。軽負荷下の動作の使用条件下では、小さい相電流のせいで、回路ブレーカーが欠相になっている場合に逆相電流が極めて小さく、逆相電流がその予め設定された値を超えることは困難であり、回路ブレーカーのための欠相保護がアクティブになることができない。発電機側の回路ブレーカーは、一般的に三相が連結されていて、三相の不整合な接触が提供されておらず、従来の欠相保護を採用することができない。発電機側の回路ブレーカーの一相におけるタイバーの遮断によって引き起こされる欠相事故が、現場で何度も起きている。欠相保護がないことで、電力ユニットは、発電機の安全を脅かす長時間にわたる逆相電流に耐えなくてはならない。かくして、三相の不整合な接触に依存しない欠相保護が必要とされる。回路ブレーカーのための従来の欠相保護に存在する上記欠点を考慮して、電流の大きさおよび三相の不整合な接触に依存せずに回路ブレーカーの欠相を識別するための方法および装置の研究に着手することが必要である。
【発明の概要】
【０００３】
発明の主な目的は、回路ブレーカーが軽負荷下で欠相を有する場合の以前の電流基準による識別の失敗の問題を解決するために、電流の大きさに依存せずに電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法を提供することであり、さらに、三相の不整合な接触が回路ブレーカーのために必要とされないので、それはまた、三相の連結された回路ブレーカーの欠相を識別する問題をも解決する。
【０００４】
発明は、以下の技術的解決を利用する。すなわち、理論解析によれば、回路ブレーカーが欠相を有する場合、ある特定のベクトル差がポートの2つの側での電圧間で生成されるであろうことが示され、したがって、回路ブレーカーの2つの側での電圧間のベクトル差を識別することによって欠相が決定され得る。保護装置は、回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧を測定し、回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差および実効値をそれぞれ計算し、2つの側での相電圧が両方とも定格電圧の80％から90％より大きく、ある特定の一相または二相の回路ブレーカーの2つの側での電圧ベクトル差が設定された電圧より大きい場合、回路ブレーカーが欠相を有することが決定され、それは、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させる。
【０００５】
発明はまた、サンプリングモジュールと、フーリエ計算モジュールと、補償モジュールと、識別および作動モジュールとを備える、電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置を提供し、ここで、
サンプリングモジュールは、欠相保護装置が回路ブレーカーの2つの側での電圧をサンプリングするために使用され、
【０００６】
フーリエ計算モジュールは、サンプリングモジュールの結果に応じて、2つの側での相電圧の基本波のベクトルの実数部および虚数部と、基本波の振幅とを計算するために使用され、
補償モジュールは、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように、フーリエ計算モジュールの結果に応じて2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用され、
識別および作動モジュールは、計算モジュールおよび補償モジュールの結果に応じて、回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差が予め設定された範囲の上限を超える場合を識別し、時間遅延後に、警報信号または遮断信号を付与し、遮断リレーの接触状態を出力するために使用される。
【０００７】
さらに、フーリエ計算モジュールでは、フーリエアルゴリズムが、回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧のすべての基本波の振幅のために採用される。
【０００８】
2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
【数１】
0006500129.tif 000002
式(4)
であり、
ここで、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける保護装置のサンプリングの回数であり、UφReおよびUφImはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、Uφ.AMは、相電圧の基本波の振幅である。
【０００９】
さらに、補償モジュールにおいて、2つの補償係数が前記回路ブレーカーの2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために導入される。
【００１０】
回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差は、
【数２】
0006500129.tif 000003
式(5)
であり、
ここで、
【数３】
0006500129.tif 000004
および
【数４】
0006500129.tif 000005
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
【数５】
0006500129.tif 000006
、
【数６】
0006500129.tif 000007
であり、kφ1およびkφ2は、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用される補償係数であり、
【００１１】
余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
【数７】
0006500129.tif 000008
式(6)、
【数８】
0006500129.tif 000009
式(7)、
【数９】
0006500129.tif 000010
式(8)
であり、
回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側でのTVの電圧差は、ある特定の値を有し、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成する。
【００１２】
さらに、識別および作動モジュールにおいて、式（1）〜式（3）における基準のいずれか1つが満たされる場合、欠相が識別されることができ、保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させる。
回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準は、
【数１０】
0006500129.tif 000011
式(1)
であり、
ここで、Ua.AMおよびUA.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、UφNは、定格相電圧であり、
【数１１】
0006500129.tif 000012
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、ΔUsetは、2つの側での電圧差の設定値であり、ηは、一般的に80〜90の値にされ、minは、2つの値の最小値をとることを表す。
【００１３】
回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準は、
【数１２】
0006500129.tif 000013
式(2)
であり、
回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準は、
【数１３】
0006500129.tif 000014
式(3)
である。
【００１４】
さらに、ベクトル差の設定値ΔUsetは、0.1〜10.0Vの範囲内の値にされ得る。
【００１５】
さらに、保護装置は、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値は、0.1〜10sの範囲内の値にされ得る。
【００１６】
発明は、電流の大きさを識別することが不要であるという利点を有し、それは、回路ブレーカーが軽負荷下で欠相を有する場合の従来の逆相電流基準による欠相の識別の失敗の問題を解決し、三相の不整合な接触を識別することが不要であるがゆえに、それはまた、欠相保護の以前の原理が三相の連結された回路ブレーカーの欠相を識別することができないのに対し、三相の連結された回路ブレーカーに適する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】発明に係る、回路ブレーカーが欠相を有する場合のポートの2つの側での三相の電圧を測定する図を示し、Gは発電機であり、Tは発電機に接続された変圧器であり、Lは線であり、Bは三相回路ブレーカーであり、mおよびnは回路ブレーカーのポートであり、TVMは回路ブレーカーのM側での電圧の相互インダクタであり、TVNは回路ブレーカーのN側での電圧の相互インダクタであり、Ua、Ub、およびUcはM側での三相の電圧であり、UA、UB、およびUCはN側での三相の電圧である、図である。
【図２】発明によって提供される装置の構造図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
発明の技術的解決が、以下において、図面に関連して詳細に説明される。
図1において、2つの側での三相の電圧が、回路ブレーカーのポートの2つの側でのTVで測定され、2つの側での電圧の基本波の振幅が、全サイクルのフーリエアルゴリズムを使用して計算される。
【００１９】
2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
【数１４】
0006500129.tif 000015
式(1)
であり、
ここで、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける保護装置のサンプリングの回数であり、UΦ.ReおよびUΦ.Imはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、UΦ.AMは、相電圧の基本波の振幅である。
【００２０】
スイッチのポートの2つの側での電圧のベクトル差は、
【数１５】
0006500129.tif 000016
式(2)
であり、
ここで、
【数１６】
0006500129.tif 000017
および
【数１７】
0006500129.tif 000018
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
【数１８】
0006500129.tif 000019
、
【数１９】
0006500129.tif 000020
であり、kΦ1およびkΦ2は、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用される補償係数である。
【００２１】
余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
【数２０】
0006500129.tif 000021
式（3）
【数２１】
0006500129.tif 000022
式（4）
【数２２】
0006500129.tif 000023
式（5）
であり、
回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側でのTVの電圧差は、ある特定の値を有し、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成する。
【００２２】
回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準は、
【数２３】
0006500129.tif 000024
式(6)
であり、
ここで、UΦ.AMおよびUA.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、UΦNは、定格相電圧であり、
【数２４】
0006500129.tif 000025
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、ΔUsetは、一般的に0.1〜10V間の範囲にわたる、電圧差の設定値であり、ηは、一般的に80〜90の値にされ、minは、2つの値の最小値をとることを表す。
【００２３】
回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準は、
【数２５】
0006500129.tif 000026
式(7)
であり、
回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準は、
【数２６】
0006500129.tif 000027
式(8)
である。
【００２４】
式（6）〜式（8）のいずれか1つの条件が満たされる場合、保護装置は、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値は、一般的に0.1〜10sの範囲内の値にされる。
【００２５】
加えて、発明はまた、図2に示すように、サンプリングモジュールと、フーリエ計算モジュールと、補償モジュールと、識別および作動モジュールとを備える、電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置を提供し、ここで、
サンプリングモジュールは、欠相保護装置が回路ブレーカーの2つの側での電圧をサンプリングするために使用され、
フーリエ計算モジュールは、サンプリングモジュールの結果に応じて、2つの側での相電圧の基本波のベクトルの実数部および虚数部と、基本波の振幅とを計算するために使用され、
補償モジュールは、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように、フーリエ計算モジュールの結果に応じて2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用され、
識別および作動モジュールは、計算モジュールおよび補償モジュールの結果に応じて、回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差が予め設定された範囲の上限を超える場合を識別し、時間遅延後に、警報信号または遮断信号を付与し、遮断リレーの接触状態を出力するために使用される。
【００２６】
上記実施形態は、発明の技術概念を説明するように意図されたものにすぎず、決して発明の範囲を限定するものではなく、発明に係る技術的解決に基づいたいずれの変更も、すべて発明の範囲内である。
【図１】
0006500129.tif 000059
【図２】
0006500129.tif 000060