(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統を保護するための電流差動保護継電装置であって、
前記電力系統の被保護区間の自端側の第１電流の入力を受け付ける電流入力部と、
伝送路を介して他の電流差動保護継電装置とデータ通信を実行する伝送部とを備え、
前記伝送部は、前記被保護区間の他端側の第２電流のデータを前記他の電流差動保護継電装置から受信し、
前記第１電流の実効値と、前記第２電流の実効値とを算出する実効値算出部と、
前記第１電流と前記第２電流との位相差が基準閾値未満か否かを判定する位相判定部と、
前記第１電流の実効値および前記第２電流の実効値に基づいて、抑制電流を算出する抑制電流算出部と、
前記位相判定部の判定結果と、前記第１電流の実効値および前記第２電流の実効値とに基づいて、差動電流を算出する差動電流算出部とをさらに備え、
前記差動電流算出部は、
前記位相差が前記基準閾値未満である場合には、前記第１電流の実効値と前記第２電流の実効値との加算値を差動電流として算出し、
前記位相差が前記基準閾値以上である場合には、前記第１電流の実効値と前記第２電流の実効値との減算値を差動電流として算出し、
前記差動電流算出部により算出された差動電流と、前記抑制電流とに基づいて、事故判定を実行する事故判定部をさらに備える、電流差動保護継電装置。
【請求項２】
前記位相判定部は、前記第１電流の実効値および前記第２電流の実効値のうち実効値が大きい方に対応する電流を位相基準として、前記第１電流および前記第２電流の位相差を算出する、請求項１に記載の電流差動保護継電装置。
【請求項３】
前記伝送部は、随時伝送遅延時間が変化し得る規格でデータ通信を実行する、請求項１または請求項２に記載の電流差動保護継電装置。
【請求項４】
前記基準閾値は、前記他の電流差動保護継電装置から前記電流差動保護継電装置への第１伝送の伝送遅延時間のうちの固定的な伝送遅延時間に対応する位相に基づいて設定される、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の電流差動保護継電装置。
【請求項５】
前記基準閾値は、前記第１伝送の伝送遅延時間と、前記電流差動保護継電装置から前記他の電流差動保護継電装置への第２伝送の伝送遅延時間とが同一であると仮定した場合に設定される前記位相差の仮閾値に、前記固定的な伝送遅延時間に対応する位相を加算した値である、請求項４に記載の電流差動保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電力系統を保護するための電流差動保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電力系統を安全に運用するため、電力系統で発生した事故または異常を検出する保護継電装置が使用されている。例えば、保護継電装置の代表例としては、送電線保護用のディジタル形電流差動保護継電装置が挙げられる。
【０００３】
ディジタル形の電流差動保護継電装置は、各端子で端子電流を計測し、伝送路を介して相互にディジタルデータを送受し、その差電流から保護区間内の系統故障を検出して事故除去を行なう。
【０００４】
従来、この場合に用いられる伝送路には、例えば、５４ｋｂｐｓ、１．５Ｍｂｐｓ等の伝送速度で、データを予め定められた周期でサイクリックに伝送する方式が採用されている。
【０００５】
サイクリック伝送方式を採用した技術として、例えば、特開２００４−２６０８８５号公報（特許文献１）は、電流差動保護継電装置を開示している。この電流差動保護継電装置では、予め定められた伝送間隔（例えば、電気角３０°）でサイクリックに伝送した場合の伝送速度の低速化を実現して、標準の通信装置を使用することを検討している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２６０８８５号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】電気協同研究第７１巻第１号、一般社団法人電気協同研究会出版、２０１５年７月６日
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電流差動保護継電装置では、系統事故を検出するために各端子の電流の瞬時値から差動電流を導出するため、各端子における端子電流の計測タイミングを精度良く同期化（サンプリング同期制御）させる必要がある。従来、この同期化は、上述のサイクリック伝送方式を採用する通信装置と電流差動保護継電装置とを利用して実現していたが、特殊仕様の電力専用の通信で構成することが前提となっているため、システムが複雑かつ高価であるという問題があった。
【０００９】
そこで、イーサネット（登録商標）などの大容量かつ安価で入手性の高い汎用の伝送方式を用いることが検討されている。しかし、汎用伝送方式は、従来の専用回線を利用したサイクリック伝送方式よりも、上りおよび下りの伝送遅延時間差、ならびに伝送遅延時間変動が大きいため、この時間差および変動の影響を抑えるために電流差動継電装置の構成がさらに複雑化するという課題があった。
【００１０】
本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、ある局面における目的は、簡易な構成により、電力系統における事故を精度良く判定することが可能な電流差動保護継電装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
ある実施の形態に従うと、電力系統を保護するための電流差動保護継電装置が提供される。電流差動保護継電装置は、電力系統の被保護区間の自端側の第１電流の入力を受け付ける電流入力部と、伝送路を介して他の電流差動保護継電装置とデータ通信を実行する伝送部とを備える。伝送部は、被保護区間の他端側の第２電流のデータを他の電流差動保護継電装置から受信する。電流差動保護継電装置は、第１電流の実効値と、第２電流の実効値とを算出する実効値算出部と、第１電流と第２電流との位相差が基準閾値未満か否かを判定する位相判定部と、第１電流の実効値および第２電流の実効値に基づいて、抑制電流を算出する抑制電流算出部と、位相判定部の判定結果と、第１電流の実効値および第２電流の実効値とに基づいて、差動電流を算出する差動電流算出部とをさらに備える。差動電流算出部は、位相差が基準閾値未満である場合には、第１電流の実効値と第２電流の実効値との加算値を差動電流として算出する。差動電流算出部は、位相差が基準閾値以上である場合には、第１電流の実効値と第２電流の実効値との減算値を差動電流として算出する。電流差動保護継電装置は、差動電流算出部により算出された差動電流と、抑制電流とに基づいて、事故判定を実行する事故判定部をさらに備える。
【発明の効果】
【００１２】
本開示によると、簡易な構成により、電力系統における事故を精度良く判定することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施の形態に従う保護継電システムの構成例を示す図である。
【図２】本実施の形態に従う保護継電装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図３】従来の電流差動保護継電装置において採用されるサンプリング同期制御方式を説明するための図である。
【図４】送電線の保護区間内に事故が発生した場合の各電気所における事故電流を示す図である。
【図５】送電線の保護区間外に事故が発生した場合の各電気所における事故電流を示す図である。
【図６】本実施の形態に従う比率差動特性を示す図である。
【図７】本実施の形態に従う保護継電装置の機能構成を示す模式図である。
【図８】本実施の形態に従う位相判定方式を説明するための図である。
【図９】本実施の形態に従う保護継電装置の処理手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。なお、同一または相当する部分に同一の参照符号を付し、その説明を繰返さない場合がある。
【００１５】
＜システム構成＞
図１は、本実施の形態に従う保護継電システム１０００の構成例を示す図である。
【００１６】
図１を参照して、保護継電システム１０００は、電流差動保護継電装置（以下、単に「保護継電装置」とも称する。）を用いて２電気所間の送電線（被保護区間）を保護するためのシステムである。具体的には、保護継電システム１０００は、電気所（変電所）１Ａと、電気所（変電所）１Ｂと、電気所１Ａおよび電気所１Ｂ間を接続する送電線ＴＬと、伝送路４０とを含む。
【００１７】
伝送路４０は、例えば、汎用伝送方式であるイーサネット（登録商標）網が使用されるが、他のパケット通信の伝送形態を採用するＩＰ網対応のネットワークを使用してもよい。すなわち、伝送路４０は、サイクリック伝送方式を採用した電力専用通信ネットワークではなく、随時伝送遅延時間が変動し得る規格のネットワークが採用される。
【００１８】
電気所１Ａは、保護継電装置１０Ａと、送電線ＴＬの事故時などに送電線を切り離す遮断器２０Ａと、送電線ＴＬの電流情報を検出する変流器３０Ａとを含む。電気所１Ｂは、保護継電装置１０Ｂと、送電線ＴＬの事故時などに送電線を切り離す遮断器２０Ｂと、送電線ＴＬの電流情報を検出する変流器３０Ｂとを含む。送電線ＴＬは、遮断器２０Ａを介して母線３Ａに接続され、遮断器２０Ｂを介して母線３Ｂに接続される。なお、母線３Ａは電気所１Ａの背後電源５Ａに接続され、母線３Ｂは電気所１Ｂの背後電源５Ｂに接続される。
【００１９】
保護継電装置１０Ａ，１０Ｂ（以下、「保護継電装置１０」とも総称する。）は、典型的には、比率差動方式を採用するディジタル形の電流差動保護継電装置である。保護継電装置１０Ａは、変流器３０Ａの２次回路を介して送電線ＴＬの電流情報を取り込み、この電流情報をディジタル変換した後、ルータ等の通信装置（図示しない）および伝送路４０を介して電流情報を保護継電装置１０Ｂとやり取りする。
【００２０】
具体的には、保護継電装置１０Ａは、伝送路４０のうちの下り伝送路（保護継電装置１０Ａから保護継電装置１０Ｂへの伝送路）を介して、電流情報を保護継電装置１０Ｂに伝送する。保護継電装置１０Ａは、伝送路４０のうちの上り伝送路（保護継電装置１０Ｂから保護継電装置１０Ａへの伝送路）を介して、保護継電装置１０Ｂから送信された電気所１Ｂにおける電流情報を受信する。
【００２１】
保護継電装置１０Ａは、送電線ＴＬの自端側（図１中の点Ａ側）の電流情報と他端側（図１中の点Ｂ側）の電流情報とに基づいて電流差動演算を実行し、予め定められた閾値に基づいて送電線ＴＬの事故判定を行なう。保護継電装置１０Ａは、電気所１Ａと電気所１Ｂ間の送電線ＴＬの保護区間内（例えば、点５００）で発生した事故（内部事故）を検出すると、遮断器２０Ａに対して遮断指令（トリップ信号）を出力する。
【００２２】
なお、保護継電装置１０Ｂでも保護継電装置１０Ａと同様な処理が実行されるため、ここでは、その説明は繰り返さない。
【００２３】
＜ハードウェア構成＞
図２は、本実施の形態に従う保護継電装置１０Ａのハードウェア構成の一例を示す図である。図２を参照して、保護継電装置１０Ａは、補助変成器５０と、ＡＤ（Analog  to  Digital）変換部６０と、演算処理部７０とを含む。
【００２４】
補助変成器５０は、変流器３０Ａの２次回路と接続され、送電線ＴＬの電気量（電流）を取り込み、より小さな電気量に変換して出力する。
【００２５】
ＡＤ変換部６０は、補助変成器５０から出力される電気量（アナログ量）を取り込んでディジタルデータに変換する。具体的には、ＡＤ変換部６０は、アナログフィルタ６１と、サンプルホールド（ＳＨ）回路６３と、マルチプレクサ６５と、ＡＤ変換器６７とを含む。
【００２６】
アナログフィルタ６１は、補助変成器５０から出力される電流の波形信号から高周波のノイズ成分を除去する。アナログフィルタ６１の出力は、サンプルホールド回路６３に入力される。
【００２７】
サンプルホールド回路６３は、アナログフィルタ６１から出力される電流の波形信号を予め定められたサンプリング周期でサンプリングする。典型的には、サンプリング周波数は、保護系統の定格周波数の整数倍（例えば、１２倍または１６倍）が選択され、リレー演算において必要とされる周波数に設定される。
【００２８】
マルチプレクサ６５は、演算処理部７０から入力されるタイミング信号に基づいて、サンプルホールド回路６３から入力される波形信号を時系列で順次切り替えてＡＤ変換器６７に入力する。なお、通常、保護継電装置では、三相交流を扱うため、変流器３０Ａ、フィルタ６１およびサンプルホールド回路６３の組は、３組以上存在しており、これらがマルチプレクサ６５に並列に接続される形態となる。図２では、説明の容易化のため、簡略化した図を示している。
【００２９】
ＡＤ変換器６７は、マルチプレクサから入力される波形信号をアナログデータからディジタルデータに変換する。ＡＤ変換器６７は、ディジタル変換した波形信号を演算処理部７０へ出力する。
【００３０】
演算処理部７０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）７２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）７３と、ＲＡＭ（Random Access Memory）７４と、ＨＭＩ（Human  Machine  Interface）７５と、出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７６と、入力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７７と、通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）７８とを含む。これらは、バス７１で結合されている。
【００３１】
ＣＰＵ７２は、予めＲＯＭ７３に格納されたプログラムを読み出して実行することによって、保護継電装置１０の動作を制御する。なお、ＲＯＭ７３には、ＣＰＵ７２によって用いられる各種情報が格納されている。ＣＰＵ７２は、たとえば、マイクロプロセッサである。なお、当該ハードウェアは、ＣＰＵ以外のＦＰＧＡ（Field  Programmable  Gate Array）、ＡＳＩＣ（Application  Specific  Integrated  Circuit）およびその他の演算機能を有する回路などであってもよい。
【００３２】
ＣＰＵ７２は、バス７１を介して、ＡＤ変換部６０からディジタルデータを取り込む。ＣＰＵ７２は、ＲＯＭ７３に格納されているプログラムに従って、取り込んだディジタルデータを用いてリレー演算を実行する。ＣＰＵ７２は、リレー演算結果に基づいて、出力インターフェイス７６を介して、遮断器２０Ａに遮断指令を出力する。
【００３３】
また、ＣＰＵ７２は、通信インターフェイス７８を介して伝送路４０に接続して、他の保護継電装置１０と各種情報を送受信する。入力インターフェイス７７は、典型的には、各種の設定用のスイッチ等であり、系統運用者からの各種設定操作を受け付ける。
【００３４】
なお、保護継電装置１０Ｂのハードウェア構成は、上述した保護継電装置１０Ａのハードウェア構成と同様であるため、その詳細な説明は繰り返さない。
【００３５】
＜サンプリング同期制御について＞
上述したように、従来の電流差動保護継電装置は、系統事故を検出するために各端子の電流の瞬時値から差電流を算出するため、サンプリング同期制御を精度よく実行する必要がある。
【００３６】
ここで、本実施の形態の理解のため、上りと下りとの伝送遅延時間が同一であると仮定できる場合（すなわち、サイクリック伝送方式を採用した場合）の従来の保護継電装置におけるサンプリング同期制御の原理を説明する。
【００３７】
図３は、従来の電流差動保護継電装置において採用されるサンプリング同期制御方式を説明するための図である。図３を参照して、第１の保護継電装置（図３中の「第１装置」に対応）のサンプリングタイミングから、第２の保護継電装置（図３中の「第２装置」に対応）のサンプリングタイミングのデータ受信までの時間をＴＱとする。また、第２の保護継電装置のサンプリングタイミングから、第１の保護継電装置のサンプリングタイミングのデータ受信までの時間をＴＧとする。また、第２の保護継電装置から第１の保護継電装置への伝送の伝送遅延時間をＴｄ１、第１の保護継電装置から第２の保護継電装置への伝送の伝送遅延時間をＴｄ２、サンプリング同期誤差をΔＴとする。
【００３８】
この場合、ＴＱ＝Ｔｄ１−ΔＴ、ＴＧ＝ΔＴ＋Ｔｄ２となる。ここで、上り下りの伝送路の伝送遅延時間Ｔｄ１およびＴｄ２が同一であると仮定すると、サンプリング同期誤差ΔＴを０にする（同期を取る）ためには、ＴＱ＝ＴＧとなるようにサンプリンタイミングを制御すればよいことがわかる。例えば、第１の保護継電装置で計測した時間ＴＱを、第２の保護継電装置に送信する。第２の保護継電装置は、計測した時間ＴＧが受信した時間ＴＱと同じになるように、サンプリングタイミングをずらす。これにより、同一時刻でのサンプリング（サンプリング同期）が実現できる。
【００３９】
しかしながら、本実施の形態では、伝送路４０として、従来のサイクリック伝送方式を採用した電力専用通信ネットワークではなく、その他の外部装置により共用されること等により伝送遅延時間変動が生じ得る汎用伝送方式のネットワークが採用される。そのため、データ送信開始からデータ受信完了までの上りと下りの伝送遅延時間が変動する（すなわち、伝送遅延時間Ｔｄ１と伝送遅延時間Ｔｄ２とが変動する）ため、単純に図３で説明したようなサンプリング同期制御方式を用いても同期誤差を修正することができず、差電流誤差が大きくなり、精度の良い事故判定ができない。
【００４０】
＜事故判定方式の概要＞
本実施の形態に係る保護継電装置１０は、汎用伝送方式のネットワークを採用する場合であっても、上述したようなサンプリング同期制御を実行することなく、事故判定を行なう。ここでは、保護継電装置１０における事故判定方式の概要について説明する。
【００４１】
図４は、送電線ＴＬの保護区間内に事故が発生した場合の各電気所における事故電流を示す図である。送電線ＴＬの保護区間内の点５００にて事故が発生した場合（図１参照）、変流器３０Ａには電気所１Ａの背後電源５Ａから点５００に向かって事故電流が流れる。図４中の電流波形６００Ａは、変流器３０Ａにより計測された事故電流の電流波形を示している。一方、変流器３０Ｂには電気所１Ｂの背後電源５Ｂから点５００に向かって事故電流が流れる。図４中の電流波形６００Ｂは、変流器３０Ｂにより計測された事故電流の電流波形を示している。
【００４２】
電力系統は、一般的に複数の電源が連系されており、各電源は同期が取れた状態で運転される。具体的には、図１中の背後電源５Ａおよび背後電源５Ｂはほぼ同期（位相）が取れている。図１で、背後電源５Ａの母線電圧をＶｓ、背後電源５Ｂの母線電圧をＶｒ、ＶｓとＶｒの位相差をδ、点Ａと点Ｂの送電線のリアクタンスをＸ、点Ａから点Ｂに流れる有効電力をＰとすると、Ｐ＝Ｖｓ×Ｖｒ×sinδ／Ｘと表される。有効電力を発生させるためにはδ＞０とする必要があるが、この値を大きくすると系統の安定度が低下するため、通常、位相差δは一定値（±１５°程度）以下となるような系統運用がなされる。そのため、保護継電装置１０Ａと保護継電装置１０Ｂとでサンプリングタイミングが一致している（サンプリング時刻差がない）と仮定した場合には、図４に示すように、自端側の変流器３０Ａで計測された電流波形６００Ａと、他端側の変流器３０Ｂで計測された電流波形６００Ｂとはほぼ同相となる。
【００４３】
具体的には、内部事故が発生した場合に、自端側で計測される事故電流（電流波形６００Ａ）、および他端側で計測される事故電流（電流波形６００Ｂ）の位相差Δθは同相方向（例えば、｜Δθ｜＜θｔｈ＝９０°）であるといえる。ここで、θｔｈは、各端（自端および他端）で計測される各端子電流の位相差に対する基準閾値であり、例えば、９０°に設定される。
【００４４】
図５は、送電線ＴＬの保護区間外に事故が発生した場合の各電気所における事故電流を示す図である。ここで、送電線ＴＬの保護区間外の点５１０にて事故が発生すると（図１参照）、変流器３０Ａおよび変流器３０Ｂには電気所１Ａの背後電源５Ａから点５１０に向かって事故電流が流れる。図５中の電流波形６１０Ａは、変流器３０Ａにより計測された事故電流の電流波形を示し、電流波形６１０Ｂは、変流器３０Ｂにより計測された事故電流の電流波形を示している。
【００４５】
そのため、保護継電装置１０Ａと保護継電装置１０Ｂとでサンプリングタイミングが一致していると仮定した場合には、図５に示すように、電流波形６１０Ａと電流波形６１０Ｂとはほぼ逆相となる。具体的には、外部事故が発生した場合には、自端側で計測される事故電流（電流波形６１０Ａ）、および他端側で計測される事故電流（電流波形６１０Ｂ）の位相差Δθは逆相方向（例えば、｜Δθ｜≦９０°）であるといえる。
【００４６】
ただし、実際にはサンプリング時刻差が発生するため、事故判定を行なう際には当該時刻差を考慮する必要がある。また、保護継電装置１０は、自端側の電流と、他の保護継電装置１０から送信される他端側の電流とに基づいて事故判定を行なうため、他の保護継電装置１０から自装置への伝送遅延時間も考慮する必要がある。
【００４７】
まず、保護継電装置１０Ａおよび保護継電装置１０Ｂのサンプリング時刻差がＴｓｐであるとし、内部事故が発生した場合を想定する。この場合、図４を参照して、サンプリング時刻差Ｔｓｐの影響により、変流器３０Ｂで計測される事故電流波形は、電流波形６００Ｂ１のように表わされる。また、保護継電装置１０Ｂから保護継電装置１０Ａへの上り伝送の伝送遅延時間Ｔｄを考慮すると、電気所１Ａの保護継電装置１０Ａが保護継電装置１０Ｂから受信する他端側の電流データに基づく電流波形は６００Ｂ２のように表わされる。すなわち、電流波形６００Ｂ２の位相は、電流波形６００Ａの位相よりも、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄに相当する位相分だけ遅れる。
【００４８】
次に、外部事故が発生した場合を想定する。この場合、図５を参照して、サンプリング時刻差Ｔｓｐの影響により、変流器３０Ｂで計測される事故電流波形は、電流波形６１０Ｂ１のように表わされる。保護継電装置１０Ａが保護継電装置１０Ｂから受信する他端側の電流データに基づく電流波形は、６１０Ｂ２のように表わされる。すなわち、電流波形６１０Ｂ２の位相は、電流波形６１０Ａの位相よりも、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄに相当する位相分だけ遅れる。
【００４９】
ここで、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄについて考察する。例えば、サンプリング周波数が定格周波数の１２倍の場合には、サンプリング時刻差Ｔｓｐは最大でも電気角３０°に相当する時間である。また、非特許文献１の第４章において、２端子１回線モデルにおける伝送遅延時間が検討されており、当該検討結果によると最大伝送遅延時間は約１．５５ｍｓと試算されている。当該時間は、定格周波数が５０Ｈｚの場合には電気角＝約２８°に相当する時間であり、定格周波数が６０Ｈｚの場合には電気角＝約３３°に相当する時間である。このことから、伝送遅延時間は、最大でも電気角３０°程度に収まるといえる。
【００５０】
このことから、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄは、各端子電流（自端電流および他端電流）において最大で電気角６０°程度の位相差を発生させる可能性があると考えられる。この電気角は、上述した基準閾値（９０°）内に収まっているため、各端子電流が同相方向か、逆相方向かの判定結果には影響を与えない。具体的には、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄによる位相差の影響を受けたとしても、内部事故が発生した場合には、保護継電装置１０は、基準閾値と、自端側の事故電流の位相と、他端側の事故電流の位相とを用いて、各事故電流は同相方向であると判定できる。すなわち、保護継電装置１０は、内部事故が発生した場合に、逆相方向であると誤判定することはない。同様に、保護継電装置１０は、外部事故が発生した場合に、同相方向であると誤判定することはない。
【００５１】
上記のように、保護継電装置１０は、自端側および他端側の各端子電流の位相差と、基準閾値とに基づいて、各端子電流の向き（同相方向または逆相方向）を精度よく算出できる。保護継電装置１０は、この各端子電流の向きの判定結果に応じて差動電流の算出方式を変更する。具体的には、保護継電装置１０Ａは、各端子電流が同相方向である場合（内部事故が発生している可能性がある場合）には各端子電流の実効値の加算値を差動電流として算出し、各端子電流が逆相方向である場合には各端子電流の実効値の減算値を差動電流として算出する。そして、保護継電装置１０は、抑制電流と差動電流とが予め定められた関係を満たすと、内部事故が発生したと判定して遮断指令を出力する。なお、典型的には、抑制電流としては、自端電流の実効値または他端電流の実効値のうちの大きい方が用いられる。
【００５２】
図６は、本実施の形態に従う比率差動特性を示す図である。図６では、縦軸が差動電流Ｉｄを示し、横軸が抑制電流Ｉｒを示す。図６を参照して、比率差動特性は、直線８０により表される小電流域特性と、直線８１により表される大電流域特性とを含む。小電流域特性は、内部事故時に事故電流が小さい場合でも検出できるようにするための特性である。大電流特性は、外部事故時に大電流が通過した場合、大電流による変流器の誤差の増大により生じた誤差電流で動作しないようにするための特性である。
【００５３】
抑制電流Ｉｒおよび差動電流Ｉｄを示す点（Ｉｒ，Ｉｄ）が、小電流域特性および大電流特性の双方の動作域８２（直線８０よりも上側かつ直線８１よりも上側の領域）に存在する場合（抑制電流と差動電流とが予め定められた関係を満たす場合）に、保護継電装置１０はリレー動作（遮断指令の出力）を実行する。例えば、（Ｉｒ，Ｉｄ）が点９５に存在する場合には正常（事故発生無）であり、点９６に存在する場合には内部事故が発生していると判断される。また、（Ｉｒ，Ｉｄ）が点９７に存在する場合には、差動電流が小さくかつ抑制電流が大きいため、外部事故が発生している可能性が高いと判断される。
【００５４】
ここで、本実施の形態では、上述したように、各端子電流が同相方向である場合には差動電流は大きくなり、各端子電流が逆相方向である場合には差動電流は小さくなる（ほぼ０になる）。そのため、内部事故が発生して各端子電流が同相方向である場合（差動電流が大きい場合）には上記関係を満たして遮断指令が出力されるが、内部事故が発生しておらず各端子電流が逆相方向である場合（差動電流がほぼ０である場合）には上記関係を満たさないため、遮断指令が出力されることはない。
【００５５】
このように、本実施の形態に従う保護継電装置１０は、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄにより発生し得る位相差を考慮して、基準閾値を設定（概ね９０°に設定）することにより、精度よく各端子電流の向き（同相方向または逆相方向）を算出できる。また、保護継電装置１０は、算出した各端子電流の向きに応じて適切な差動電流を算出し、当該差動電流と抑制電流とを用いて事故判定を実行する。さらに、差動電流を算出する際も、各端子電流の瞬時値ではなく実効値を用いているため、差動電流の大きさについて、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄの影響を受けることはない。したがって、伝送遅延が発生し得る汎用伝送方式のネットワークを採用した場合であっても、簡易な構成で精度よく事故判定を実行することができる。
【００５６】
＜機能構成＞
図７は、本実施の形態に従う保護継電装置１０の機能構成を示す模式図である。図７を参照して、保護継電装置１０は、電流入力部１１０と、伝送部１２０と、実効値算出部１３０と、位相判定部１４０と、抑制電流算出部１５０と、差動電流算出部１６０と、事故判定部１７０とを含む。これらの各機能は、例えば、演算処理部７０のＣＰＵ７２がＲＯＭ７３に格納されたプログラムを実行することによって実現される。なお、これらの機能の一部または全部はハードウェアで実現されるように構成されていてもよい。
【００５７】
電流入力部１１０は、サンプリング周期ごとに、送電線ＴＬの自端側に設けられた変流器３０Ａによって計測された電流（自端電流）のディジタルデータ（自端電流Ｉａ）の入力を受け付ける。電流入力部１１０は、自端電流Ｉａを実効値算出部１３０および位相判定部１４０に出力する。
【００５８】
伝送部１２０は、伝送路４０を介して他の保護継電装置１０とデータ通信を実行する。なお、本実施の形態では、伝送路４０として、汎用伝送方式のネットワーク（例えば、イーサネット網）が使用される。そのため、典型的には、伝送部１２０は、随時伝送遅延時間が変化し得る規格でデータ通信を実行する。
【００５９】
伝送部１２０は、送電線ＴＬの他端側に設けられた変流器３０Ｂによって計測された電流（他端電流Ｉｂ）のディジタルデータ（他端電流Ｉｂ）を保護継電装置１０Ｂから受信する。伝送部１２０は、受信した他端電流Ｉｂを実効値算出部１３０および位相判定部１４０に出力する。なお、伝送部１２０は、電流入力部１１０により受け付けられた自端電流Ｉａを保護継電装置１０Ｂに送信してもよい。
【００６０】
実効値算出部１３０は、自端電流Ｉａの実効値Ｉｅａと、他端電流Ｉｂの実効値Ｉｅｂとを算出する。実効値の算出方式については各種の公知の方式を用いることができるが、例えば、振幅二乗法により、実効値Ｉｅａは以下の式（１）を用いて算出される。
【００６１】
Iea={Ia2(t)+Ia2(t-90°)}1/2・・・（１）
なお、実効値Ｉｅｂも式（１）を用いて同様に算出される。実効値算出部１３０は、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂを、位相判定部１４０と、抑制電流算出部１５０と、差動電流算出部１６０とに出力する。
【００６２】
位相判定部１４０は、位相基準設定部１４２と、位相弁別部１４４とを含む。位相基準設定部１４２は、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂのうち実効値が大きい方に対応する電流を位相基準電流Ｉｓに設定する。例えば、実効値Ｉｅａの方が実効値Ｉｅｂよりも大きい場合には、位相基準設定部１４２は、自端電流Ｉａを位相基準電流Ｉｓに設定する。これは、実効値が大きい方に対応する電流を位相基準電流Ｉｓに設定する方が、実効値が小さい方に対応する電流を位相基準電流Ｉｓに設定するよりも、位相差の検出精度を上げることができるためである。なお、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂのいずれもが一定値以上であり一定の検出精度が保たれる場合には、自端電流Ｉａまたは他端電流Ｉｂを位相基準電流Ｉｓとして設定する構成であってもよい。位相基準設定部１４２は、位相基準電流Ｉｓを位相弁別部１４４に出力する。
【００６３】
図８は、本実施の形態に従う位相判定方式を説明するための図である。ここでは、基準閾値θｔｈが９０°に設定されているものとする。図８を参照して、位相弁別部１４４は、位相基準電流Ｉｓに基づいて、自端電流Ｉａおよび他端電流Ｉｂの位相差を算出する。例えば、位相基準電流Ｉｓが自端電流Ｉａに対応している場合には、自端電流Ｉａに対する他端電流Ｉｂ（図中のＩｉに対応）の位相差を算出する。位相差の算出方式については各種の公知の方式を用いることができるが、例えば、直角２サンプル演算法により、位相差θは以下の式（２）を用いて算出される。
【００６４】
Iea×Ieb×cоsθ=Ia(t)×Ib(t)+Ia(t-90°)×Ib(t-90°)・・・（２）
位相弁別部１４４は、当該算出した位相差が基準閾値θｔｈ未満か否かを判定する。例えば、位相弁別部１４４は、位相基準電流Ｉｓに対する他の電流Ｉｉの位相差がθ１である場合には、当該位相差が基準閾値θｔｈ未満であると判定する。この場合、位相弁別部１４４は、自端電流Ｉａおよび他端電流Ｉｂは同相方向であると判定してもよいし、内部事故が発生している可能性があると判定してもよい。一方、位相弁別部１４４は、当該位相差がθ２である場合には、当該位相差が基準閾値θｔｈ以上であると判定する。この場合、位相弁別部１４４は、自端電流Ｉａおよび他端電流Ｉｂは逆相方向であると判定してもよいし、少なくとも内部事故は発生していない（外部事故が発生している可能性がある）と判定してもよい。
【００６５】
なお、何らかの原因で一方の背後電源から電流が流れていない場合には、内部事故が発生しても他の電流Ｉｉの実効値が０に（または、極端に小さく）なる。そのため、例外として、他の電流Ｉｉの実効値が極端に小さい場合には基準閾値θｔｈ以上であっても（領域Ｇに対応）、内部事故が発生している可能性があると判定してもよい。
【００６６】
再び、図７を参照して、位相弁別部１４４は、上記のような判定結果を差動電流算出部１６０に出力する。
【００６７】
抑制電流算出部１５０は、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂに基づいて、抑制電流Ｉｒを算出する。具体的には、最大値制御方式を用いる場合、抑制電流算出部１５０は、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂを比較して、実効値が大きい方を抑制電流Ｉｒとして算出する。また、スカラー抑制方式を用いる場合、抑制電流算出部１５０は、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂのスカラー和を抑制電流Ｉｒとして算出するように構成されていてもよい。抑制電流算出部１５０は、抑制電流Ｉｒを事故判定部１７０に出力する。
【００６８】
差動電流算出部１６０は、位相判定部１４０の判定結果と、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂとに基づいて、差動電流Ｉｄを算出する。具体的には、差動電流算出部１６０は、加算部１６２と、減算部１６４と、差動電流選択部１６６とを含む。
【００６９】
加算部１６２は、実効値Ｉｅａと実効値Ｉｅｂとの加算値Ｉａｄ（＝Ｉｅａ＋Ｉｅｂ）を差動電流選択部１６６に出力する。減算部１６４は、実効値Ｉｅａと実効値Ｉｅｂとの差分の絶対値である減算値Ｉｓｂ（＝｜Ｉｅａ−Ｉｅｂ｜）を差動電流選択部１６６に出力する。
【００７０】
差動電流選択部１６６は、位相判定部１４０により位相差が基準閾値θｔｈ未満であると判定された場合には、加算値Ｉａｄを差動電流として選択（算出）する。差動電流選択部１６６は、位相判定部１４０により位相差が基準閾値θｔｈ以上であると判定された場合には、減算値Ｉｓｂを差動電流として選択（算出）する。差動電流選択部１６６は、選択（算出）した差動電流Ｉｄを事故判定部１７０に出力する。
【００７１】
事故判定部１７０は、差動電流算出部１６０により算出（選択）された差動電流Ｉｄと、抑制電流Ｉｒとに基づいて、事故判定を実行する。具体的には、事故判定部１７０は、図６に示す特性図に基づいて、抑制電流Ｉｒおよび差動電流Ｉｄを示す点（Ｉｒ，Ｉｄ）が動作域８２に存在する場合に、内部事故が発生したと判定する。この場合、事故判定部１７０は、出力インターフェイス７６を介して、遮断指令を遮断器に出力する。
【００７２】
＜処理手順＞
図９は、本実施の形態に従う保護継電装置１０Ａの処理手順を示す図である。典型的には、図９に示す各ステップは、保護継電装置１０Ａの演算処理部７０により実行される。以下の各ステップは、予め定められたサンプリング周期ごとに実行される。
【００７３】
図９を参照して、保護継電装置１０Ａは、変流器３０Ａにより計測された電流のディジタル値である自端電流Ｉａを取得する（ステップＳ１０）。保護継電装置１０Ａは、伝送路４０を介して、自端電流Ｉａを保護継電装置１０Ｂに送信する（ステップＳ１２）。保護継電装置１０Ａは、伝送路４０を介して、他端電流Ｉｂを保護継電装置１０Ｂから受信する（ステップＳ１４）。
【００７４】
保護継電装置１０Ａは、自端電流Ｉａの実効値Ｉｅａおよび他端電流Ｉｂの実効値Ｉｅｂを算出する（ステップＳ１６）。保護継電装置１０Ａは、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂに基づいて抑制電流Ｉｒを算出する（ステップＳ１８）。保護継電装置１０Ａは、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂに基づいて、位相基準電流Ｉｓを設定する（ステップＳ２０）。
【００７５】
保護継電装置１０Ａは、位相基準電流Ｉｓに対する他の電流Ｉｉの位相差が基準閾値θｔｈ未満であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。位相差が基準閾値θｔｈ未満である場合には（ステップＳ２２においてＹＥＳ）、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂの加算値Ｉａｄを差動電流Ｉｄとして算出する（ステップＳ２４）。一方、位相差が基準閾値θｔｈ以上である場合には（ステップＳ２２においてＮＯ）、実効値Ｉｅａおよび実効値Ｉｅｂの減算値Ｉｓｂを差動電流Ｉｄとして算出する（ステップＳ２６）。
【００７６】
保護継電装置１０Ａは、抑制電流Ｉｒと差動電流Ｉｄとに基づいて、内部事故が発生したか否かを判定する（ステップＳ２８）。内部事故が発生していない場合には（ステップＳ２８においてＮＯ）、保護継電装置１０Ａは処理を終了する。内部事故が発生した場合には（ステップＳ２８においてＹＥＳ）、保護継電装置１０Ａは、遮断指令を遮断器２０Ａに出力して（ステップＳ３０）、処理を終了する。
【００７７】
＜利点＞
本実施の形態によると、サンプリングタイミングが一致しない状態および伝送遅延時間の影響を受けた場合であっても、精度よく事故判定を実行することができる。また、汎用伝送方式のネットワークを採用する場合であってもサンプリング同期制御を実行しないため、当該制御のために高価な装置を導入したり、複雑な構成を採用する必要がない。そのため、装置の低コスト化を実現できる。
【００７８】
また、従来の電流差動保護継電装置について汎用ネットワークが採用されると、伝送遅延時間変動の影響によりサンプリング同期制御を精度よく実行できないことから、図５に示す比率差動特性の見直しが必要となる。具体的には、負荷電流の最大値で発生し得る最大の差動電流（正常時の差動電流）と動作域８２とのマージンを多めに確保する必要があるため、直線８０の傾きを従来よりも大きく設定して動作感度を下げておく必要がある。
【００７９】
一方、本実施の形態によると、各端子電流の瞬時値ではなく実効値を用いて差動電流を算出しているため、差動電流の大きさについて、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄの影響を受けることはない。そのため、上記比率差動特性を見直す必要はなく、動作感度を下げる必要もない。これにより、汎用ネットワークを採用した場合であってもより精度の高い事故判定を実現できる。
【００８０】
＜その他の実施の形態＞
（１）上述した実施の形態では、サンプリング周波数を定格周波数の１２倍とし、最大伝送遅延時間を約１．５５ｍｓ（非特許文献１の第４章）とした場合には、サンプリング時刻差Ｔｓｐおよび伝送遅延時間Ｔｄは、最大でも電気角６０°程度の位相差を発生させる可能性があることについて説明した。そのため、上記条件下においては、基準閾値θｔｈは、概ね９０°程度に設定しておけば、各端子電流の向き（同相方向および逆相方向）の判定を誤ることはないことについて説明した。
【００８１】
ここで、例えば、サンプリング時刻差および伝送遅延時間が事前に把握できる場合には、これらにより発生し得る各端子電流の位相差を考慮して基準閾値を設定しておけば上記判定をより精度よく実行できると考えられる。この点について、まず、サンプリング時刻差を事前に把握することは困難であるが最大でもサンプリング間隔時間（例えば、３０°）である。また、汎用伝送方式のネットワークにおいては、常時、伝送遅延時間が変動するため、完全な把握は困難である。しかし、伝送遅延時間は、変動分と固定分とに分けることができ、この固定分については事前に把握することができる。具体的には、固定的な伝送遅延時間は、ＩＰネットワークを構成するスイッチ等の機器において固定値として生じる伝送遅延時間であるため、当該機器の数および仕様等に基づいて算出することができる。
【００８２】
したがって、保護継電装置１０Ａにおいて用いられる基準閾値θｔｈは、上り伝送の伝送遅延時間のうち、固定的な伝送遅延時間に対応する位相に基づいて設定される構成であってもよい。具体的には、上り伝送の伝送遅延時間と下り伝送の伝送遅延時間とが同一であると仮定した場合に、系統運用者が各端子電流の位相差の閾値（仮基準閾値）をθｔ（例えば、９０°）に設定したとする。この場合、基準閾値θｔｈは、仮基準閾値θｔ（９０°）に、固定的な伝送遅延時間に対応する位相（例えば、２０°）を加算した値（例えば、１１０°）に設定される。
【００８３】
これによると、位相差を発生させる不確定的な要素がサンプリング時刻差と伝送遅延時間の変動分のみになるため、何らかの原因により伝送遅延時間の変動分が上記条件下よりも増大したとしても、より精度の高い事故判定を実行することができる。
【００８４】
（２）上述した実施の形態では、保護継電装置１０が電力系統の送電線を保護するための電流差動保護継電装置である構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、保護継電装置１０は、その他の電力系統の機器を保護するために用いられてもよい。
【００８５】
（３）上述した実施の形態では、２電気所間の送電線を保護するために保護継電装置１０を用いる構成について説明したが、当該構成に限られない。例えば、保護継電装置１０は、３箇所以上の電気所間を連系する送電線を保護するために用いられてもよい。
【００８６】
（４）上述の実施の形態として例示した構成は、本発明の構成の一例であり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、一部を省略する等、変更して構成することも可能である。また、上述した実施の形態において、その他の実施の形態で説明した処理、構成を適宜採用して実施する場合であってもよい。
【００８７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８８】
１Ａ，１Ｂ  電気所、３Ａ，３Ｂ  母線、５Ａ，５Ｂ  背後電源、１０Ａ，１０Ｂ  保護継電装置、２０Ａ，２０Ｂ  遮断器、３０Ａ，３０Ｂ  変流器、４０  伝送路、５０  補助変成器、６０  ＡＤ変換部、６１  アナログフィルタ、６３  サンプルホールド回路、６５  マルチプレクサ、６７  ＡＤ変換器、７０  演算処理部、７１  バス、７２  ＣＰＵ、７３  ＲＯＭ、７５  ＨＭＩ、７６  出力インターフェイス、７７  入力インターフェイス、７８  通信インターフェイス、１１０  電流入力部、１２０  伝送部、１３０  実効値算出部、１４０  位相判定部、１４２  位相基準設定部、１４４  位相弁別部、１５０  抑制電流算出部、１６０  差動電流算出部、１６２  加算部、１６４  減算部、１６６  差動電流選択部、１７０  事故判定部、１０００  保護継電システム、ＴＬ  送電線。
【図１】
0006570476.tif 000002
【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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