(57)【要約】【課題】従来の電流差動保護装置は、自端の零相電流と相手端零相電流の差動出力が一定値以上となったとき故障相を選択するが、１相地絡か２相地絡故障かの区別を行うことが出来ないという課題を解決する目的で、故障相の判定を確実に行う保護継電装置を提供する。【解決手段】保護継電装置に設置された故障相判定回路の正相／逆相／零相電流生成手段と、正相電流生成手段には第１、第２の位相判定手段が、逆相電流生成手段には第１〜第３の位相判定手段が、零相電流生成手段には第１、第３の位相判定手段が接続され、第１の位相判定手段の出力から短絡故障相を判定する短絡故障相判定要素と第２、第３の位相判定手段の出力から１相／２相地絡の判定と、故障相の判定を行う地絡故障相判定要素を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
送電線に設置されたＣＴにより計測された３相の電流を入力として、零相電流と、３相のそれぞれを基準相とする正相電流及び逆相電流とを生成する電流生成手段と、
前記零相電流が所定の零相電流値より小さく、かつ、前記３相の何れかの相を基準相とする前記正相電流と前記逆相電流との間の位相差が所定の第１の位相差基準値より大きい場合に、その相でない２相間の短絡故障と判定する短絡故障判定要素と、
前記３相の何れかの相を基準相とする前記正相電流及び前記逆相電流と前記零相電流の位相に関して、前記逆相電流または前記零相電流と前記正相電流との間の位相差が所定の第２の位相差基準値より小さく、かつ、前記逆相電流と前記零相電流との間の位相差が所定の第３の位相差範囲内にある場合に、その相が故障相である１相地絡故障と判定する１相地絡故障判定要素と、
前記３相の何れかの相を基準相とする前記正相電流及び前記逆相電流と前記零相電流の位相に関して、前記逆相電流または前記零相電流と前記正相電流との間の位相差が所定の第２の位相差基準値より大きく、かつ、前記逆相電流と前記零相電流との間の位相差が所定の第３の位相差範囲内にある場合に、その相が健全相である２相地絡故障と判定する２相地絡故障判定要素とを有する故障相判定回路を備えたことを特徴とする保護継電装置。
【請求項２】
送電線のＣＴにより計測される３相の電流から故障前の負荷電流を除く負荷電流削除手段を備え、少なくとも前記正相電流を求める際に、前記電流生成手段が前記負荷電流削除手段により処理された各相の電流を使用することを特徴とする請求項１に記載の保護継電装置。
【請求項３】
前記第１の位相差基準値を９０度より大きく１２０度以下の所定の値とすることを特徴とする請求項１に記載の保護継電装置。
【請求項４】
前記第２の位相差基準値を９０度より大きく１２０度以下の所定の値とすることを特徴とする請求項１に記載の保護継電装置。
【請求項５】
前記第３の位相差範囲を、前記逆相電流が前記零相電流に対して９０度の遅れから６０度の進みまでの範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、直接接地系における電力送電線路を保護する保護継電装置に係るもので、特に送電線路に発生した故障の種類と故障相の判別を行う保護継電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の３相送電線の電流差動保護装置において、自端の零相電流と相手端零相電流の差動演算を行う第１の手段と、故障相を判別する第２の手段を備え、第１の手段により零相電流差動出力が一定値以上となったとき、第２の手段により故障相を選択し、故障相のみを選択遮断する電流差動保護装置が示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５７−１１９６１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら前記特許文献１に示されたものは、１線地絡事故発生時の零相電流と、逆相電流の相対位相関係から故障相を判別するものであり、２相地絡、２相短絡故障の発生時には故障相の判別を行うことは出来ないという問題点がある。
この発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、１相地絡、２相地絡、２相短絡故障のいずれかが発生した場合においても、故障相の判定を確実に行う保護継電装置を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る保護継電装置は、送電線に設置されたＣＴにより計測された３相の電流を入力として、零相電流と、３相のそれぞれを基準相とする正相電流及び逆相電流とを生成する電流生成手段と、
零相電流が所定の零相電流値より小さく、かつ、３相の何れかの相を基準相とする正相電流と逆相電流との間の位相差が所定の第１の位相差基準値より大きい場合に、その相でない２相間の短絡故障と判定する短絡故障判定要素と、
３相の何れかの相を基準相とする正相電流及び逆相電流と零相電流の位相に関して、逆相電流または零相電流と正相電流との間の位相差が所定の第２の位相差基準値より小さく、かつ、逆相電流と零相電流との間の位相差が所定の第３の位相差範囲内にある場合に、その相が故障相である１相地絡故障と判定する１相地絡故障判定要素と、
３相の何れかの相を基準相とする正相電流及び逆相電流と零相電流の位相に関して、逆相電流または零相電流と正相電流との間の位相差が所定の第２の位相差基準値より大きく、かつ、逆相電流と零相電流との間の位相差が所定の第３の位相差範囲内にある場合に、その相が健全相である２相地絡故障と判定する２相地絡故障判定要素とを有する故障相判定回路を備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る保護継電装置には、３相の電流を入力として、零相電流と、３相のそれぞれを基準相とする正相電流及び逆相電流とを生成する電流生成手段と、
零相電流が所定の零相電流基準値より小さく、かつ、３相の何れかの相を基準相とする正相電流と逆相電流との間の位相差が、所定の第１の位相差基準値より大きい場合に、その相でない２相間の短絡故障と判定する短絡故障判定要素と、
３相の何れかの相を基準相とする逆相電流または零相電流と正相電流との間の位相差が、所定の第２の位相差基準値より小さく、かつ、逆相電流と零相電流との間の位相差が、所定の第３の位相差範囲内にある場合に、その相が故障相である１相地絡故障と判定する１相地絡故障判定要素と、
３相の何れかの相を基準相とする逆相電流または零相電流と正相電流との間の位相差が、所定の第２の位相差基準値より大きく、かつ、逆相電流と零相電流との間の位相差が、所定の第３の位相差範囲内にある場合に、基準相が健全相である２相地絡故障と判定する２相地絡故障判定要素と、
を有する故障相判定回路を備えているので、１相地絡、２相地絡、２相短絡の故障区別が出来るとともに、故障相の判定を確実に行えるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
以下、この発明による実施の形態１を図に基づいて説明する。
図１は実施の形態１による保護継電装置内に設けられた送電線の故障相判定回路の構成図である。また、図２に後述する各電流生成手段および各位相判定手段の詳細構成を示す。
図１において、送電線１に設置されたＣＴ２の３相電流出力ＩＡ、ＩＢ、ＩＣを電流入力手段４にて故障相判定回路３に取り込み、その３相電流ＩＡ、ＩＢ、ＩＣから正相電流Ｉ１、逆相電流Ｉ２、零相電流Ｉ０の各々を、正相電流生成手段５、逆相電流生成手段６、零相電流生成手段７によって、Ａ相を基準相とした場合には下式により演算することで生成する。
Ｉ１＝１／３（ＩＡ＋ａＩＢ＋ａ２ＩＣ）・・・・・正相電流
Ｉ２＝１／３（ＩＡ＋ａ２ＩＢ＋ａＩＣ）・・・・・逆相電流
Ｉ０＝１／３（ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ）  ・・・・・・・零相電流
ここで、ａは、１２０°の移相演算、ａ２は２４０°の移相演算である。
なお、Ｂ相基準では、
Ｉ１＝１／３（ａ２ＩＡ＋ＩＢ＋ａＩＣ）・・・・・正相電流
Ｉ２＝１／３（ａＩＡ＋ＩＢ＋ａ２ＩＣ）・・・・・逆相電流
また、Ｃ相基準では、
Ｉ１＝１／３（ａＩＡ＋ａ２ＩＢ＋ＩＣ）・・・・・正相電流
Ｉ２＝１／３（ａ２ＩＡ＋ａＩＢ＋ＩＣ）・・・・・逆相電流
の式により演算される。
【０００８】
詳細は後述するように上式で得られたＩ１、Ｉ２、Ｉ０を入力する第１の位相判定手段５１の出力結果に基づいて、短絡故障相判定手段６１にて故障が短絡故障の場合の故障相を判定する。第２の位相判定手段５２と第３の位相判定手段５３の出力に基づいて、地絡故障相判定手段６２にて、故障が地絡故障の場合の故障種類、すなわち１相地絡か２相地絡かの判定と、その故障相の判定を行うよう構成されている。
【０００９】
次に、この構成の故障相判定回路３の動作の理解をより易くするため、その動作原理を図３に基づいて説明する。
図３（ａ）は、Ａ相１相地絡故障時の等価回路を、図３（ｂ）はＢＣ相２相地絡故障時の等価回路を、図３（ｃ）はＢＣ相短絡故障時の等価回路を示す。いずれの図３（ａ）〜図３（ｃ）においても、故障相判定回路３のＣＴ設置点での正相電流Ｉ１、逆相電流Ｉ２、零相電流Ｉ０を矢印記号にて示す。
【００１０】
図３（ａ）から明らかなように、正相電流Ｉ１と逆相電流Ｉ２とは電流方向がほぼ同位相である。また、逆相電流Ｉ２と零相電流Ｉ０も電流方向がほぼ同位相である。図３（ｂ）で明らかなように正相電流Ｉ１と逆相電流Ｉ２は電流方向が逆位相であり、逆相電流Ｉ２と零相電流Ｉ０は電流方向がほぼ同位相である。つまり、地絡故障時において、正相電流Ｉ１と逆相電流Ｉ２が同位相の場合には、１相地絡故障であり、逆位相の場合には２相地絡故障である。
【００１１】
また、逆相電流Ｉ２と零相電流Ｉ０が同位相の場合、１相地絡故障では逆相電流Ｉ２演算の基準相が故障相と判定できる。２相地絡故障ではＩ２演算の基準相が健全相と判定できるので、地絡の故障種類（１相地絡、２相地絡）と故障相の判定が可能になる。また短絡故障と地絡故障の区別は、零相電流Ｉ０の有無により判定できる。すなわち零相電流Ｉ０がある場合は地絡故障、零相電流Ｉ０が無い場合には短絡故障となる。
【００１２】
図３（ｃ）に示すＢＣ相短絡故障時の等価回路から、正相電流Ｉ１、逆相電流Ｉ２の位相が、Ａ相基準の正相電流Ｉ１、逆相電流Ｉ２で逆位相となることがわかる。この様子を図４（ａ）〜図４（ｃ）により説明する。
図４（ａ）はＡ相基準のＢＣ相短絡故障時の電流ベクトル関係を示し、Ｉ１（正相電流）、Ｉ２（逆相電流）は逆位相であることが分かる。図４（ｂ）はＢ相基準のＢＣ相短絡故障時の電流ベクトル関係を示し、Ｉ１、Ｉ２は逆位相ではなく、１２０°以内の位相関係に位置することが分かる。図４（ｃ）はＣ相基準のＢＣ相短絡故障時の電流ベクトル関係を示し、Ｉ１、Ｉ２は逆位相ではなく、１２０°以内の位相関係に位置することが分かる。即ち、Ｉ１、Ｉ２の位相関係により、例えば、Ａ相基準演算の場合、逆位相であれば、ＢＣ相が故障相であり、逆にＡ相が健全相であることが判断できる。
【００１３】
上記に基づいて、Ｉ１（正相電流）、Ｉ２（逆相電流）、Ｉ０（零相電流）の各電流信号によって、故障相を判定するこの実施の形態１による回路の詳細説明を図５に基づいて行う。
図５は、前述した図１の故障相判定回路３に示された各手段から、第１〜第３の位相判定手段５１〜５３と、短絡故障相判定要素６１、地絡故障相判定要素６２の部分のみを取り出し、その内部構成の概要を示す図であり、第１、第２、第３の位相判定手段５１、５２、５３のブロック図と、短絡故障相判定要素６１、地絡故障相判定要素６２のブロック図を示す。図６は各電流生成手段５〜６と、各位相判定手段５１〜５３との信号授受を示す詳細図である。正相電流生成手段５は、図６に示すようにＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相それぞれを基準相として正相電流Ｉ１を生成する。逆相電流生成手段６は、同じ相を基準相とする逆相電流Ｉ２を生成する。零相電流生成手段７は、Ａ相、Ｂ相、Ｃ相の零相電流Ｉ０を生成する。
図５に示した第１の位相判定手段５１は、逆位相判定手段２１と、短絡故障判定手段２２と、第１のＡＮＤ回路２３により構成されており、さらに詳しくは図６に示すように、逆位相判定手段２１は各相を基準相とする３個の逆位相判定手段２１−Ａ、２１−Ｂ、２１−Ｃより構成されている。すなわち第１の位相判定手段５１は、正相、逆相、零相各電流生成手段５、６、７から入力される正相電流Ｉ１と逆相電流Ｉ２との位相差が、所定の第１の位相差基準値である角度θ３（例えば１２０°）より大きい、即ち逆位相を判定する逆位相差判定２１−Ａ〜２１−Ｃと、零相電流Ｉ０＜Ｋ１（零相電流基準値である電流なしを判定する所定の設定値）により短絡故障と判定する短絡故障判定手段２２とのＡＮＤ条件を判定する第１のＡＮＤ手段２３により構成され、この第１の位相判定手段５１に接続される短絡故障相判定要素６１が３相の中の何れかの相において、前記第１のＡＮＤ手段２３が１（真）を出力する場合に、１（真）を出力する前記第１のＡＮＤ手段２３に対応する相が健全相である２相短絡故障と判断する。
【００１４】
図５に示した第２の位相判定手段５２は、第１の同位相差判定手段２４が設けられており、さらに詳しくは図６に示すように各相を基準相とする３個の第１の位相差判定手段２４−Ａ、２４−Ｂ、２４−Ｃにより構成されている。そしてこの第１の位相差判定手段２４−Ａ〜２４−Ｃは、正相電流生成手段５が生成する３相のそれぞれを基準相とする正相電流Ｉ１と、逆相電流生成手段６が生成する同じ相を基準相とする逆相電流Ｉ２との間の位相差が所定の第２の位相差基準値である角度θ２（例えば１２０度）以内である場合に、同位相と判定する。
【００１５】
また、図５に示した第３の位相判定手段５３は、第２の同位相差判定手段２５が設けられており、さらに詳しくは図６に示すように各相を基準相とする３個の第２の同位相差判定手段２５−Ａ、２５−Ｂ、２５−Ｃにより構成されている。そしてこの第２の位相差判定手段２５−Ａ〜２５−Ｃは、逆相電流生成手段６が生成する同じ相を基準相とする逆相電流Ｉ２と、零相電流生成手段７の生成する零相電流Ｉ０との間の位相差が所定の第３の位相差である角度θ１（例えば１２０度）以内である場合に、同位相と判定する。
【００１６】
前記第２、第３の位相判定手段５２、５３に接続される地絡故障相判定要素６２は、前記第１の同位相差判定手段２４と、前記同位相差判定手段２５の出力がともに１（真）であるため１（真）を出力する第３のＡＮＤ手段２７がある場合に１相故障であり、かつ、１（真）を出力する第３のＡＮＤ手段２７に対応する相が１相地絡故障相であると判定する１相地絡故障相判定手段２９と、前記第２の同位相差判定手段２５の出力と、前記第１の同位相差判定手段２４の出力を否定したものとを入力とする第２のＡＮＤ手段２６の中で、１（真）を出力するものがある場合に、１（真）を出力する第３のＡＮＤ手段２７に対応する相が２相地絡故障の健全相であるという判定をする健全相判定手段２８で構成される。なお第２、第３の位相判定手段５２、５３における位相判定は、例えば正相電流Ｉ１と零相電流Ｉ０の場合、図７に示すような論理式にて計算を行っている。
この図７のような構成とする目的は、位相差を検出する対象の電流が零に近い場合は位相が不定になり位相差が正しく判断できないので、位相差が正しく判断できない場合は条件が成立しないようにするためである。ε１とε２は、それぞれＩ１とＩ０が電流ゼロ付近の誤差分に対して十分に大きい値であることを判断するための所定値である。ε１とε２は、適切に判断できるように適宜調整する。第１の位相差判定手段５１に関しても、同様な構成とする。
【００１７】
なお、上記した所定の位相角θ１〜θ３に関して、
逆相電流Ｉ２と零相電流Ｉ０の位相差＜θ１におけるθ１の望しい値として、
逆相電流Ｉ２は零相電流Ｉ０に対して＋６０°〜−９０°
の範囲に設定する。
より具体的には、例えば＋６０°〜−６０°の範囲、あるいは＋３０°〜−９０°の範囲、もしくは前記２つの動作範囲の間の間隔１２０°の動作範囲に設定する。この理由は、２相地絡の場合には、図３（ｂ）に示すように逆相回路と零相回路が並列になるので、逆相電流Ｉ２は逆相インピーダンスで決まり、零相電流Ｉ０は零相インピーダンスで決まる。そのため、逆相電流Ｉ２と零相電流Ｉ０の位相は同じになるとは限らず、零相インピーダンスの方が抵抗分の割合が大きいため、逆相電流Ｉ２の方が零相電流Ｉ０より遅れ位相の場合が多いので、逆相電流Ｉ２が零相電流Ｉ０に対して遅れ９０度〜進み６０度の範囲と、遅れの方の範囲を大きくしている。
また、正相電流Ｉ１と逆相電流Ｉ２の位相差＜θ２におけるθ２の望ましい値として、
｜Ｉ１とＩ２の位相差｜＜θ２、９０°＜θ２≦１２０°
の範囲に設定し、
さらに、正相電流Ｉ１と逆相電流Ｉ２の位相差＜θ３におけるθ３の望ましい値として、
｜Ｉ１とＩ２の位相差｜＜θ３、９０°＜θ３≦１２０°
の範囲に設定する。なお、位相角θ１〜θ３は前記の値に限られるものではなく、系統の有する諸定数によって変更されるものである。
【００１８】
以上のように、この実施の形態１による保護継電装置に設けられた故障相判定回路は、ＣＴ２から入力する３相電流から正相、逆相、零相電流を生成して、それらの位相関係から故障相の判定をするとともに零相電流で短絡，地絡故障区別を実施し、故障相判定を行うように構成したものである。したがって、１相地絡、２相地絡、２相短絡故障のいずれかが発生したとしても、電流情報のみで故障相の判定を確実に実施することができるという効果がある。
【００１９】
実施の形態２．
実施の形態１では、第２の位相判定手段５２において正相電流Ｉ１と逆相電流Ｉ２の位相差により判定したが、逆相電流Ｉ２と零相電流Ｉ０はほぼ同位相であるので、図８に示すように逆相電流Ｉ２の代わりに零相電流Ｉ０を用いて、正相電流Ｉ１と零相電流Ｉ０の位相差を第１の同位相差判定手段２４ａで判定することでも同様に故障相判定が実現できる。図８において５２ａは、地絡故障の種類を判定する正相電流Ｉ１、零相電流Ｉ０の第２の位相判定手段である。前記以外は実施の形態１と同様であるので説明省略する。このようにして実施の形態１と同様に電流情報により故障相の判定が可能となる。なお、所定の位相角θ１〜θ３は前述した実施の形態１と同程度の値を設定する。
【００２０】
実施の形態３．
実施の形態１では、正相電流Ｉ１の演算としてＩ１＝１／３（ＩＡ＋ａＩＢ＋ａ２ＩＣ）により算出したが、実際には、入力３相電流には故障電流だけでなく、故障前の負荷電流も重ね合わされているので、負荷電流の影響を受け、位相角が変化する。そのために、図９に示すように故障相判定回路３に電流入力手段４に接続される負荷電流削除手段３０を設け、３相入力電流から故障前の負荷電流を差し引いた電流をもとに正相電流ＩＡ’を算出することで位相角がより正しくなる。即ち、例えばＡ相を基準相とした場合には、
ＩＡ’＝ＩＡ−ＩＬＡ
ＩＢ’＝ＩＢ−ＩＬＢ
ＩＣ’＝ＩＣ−ＩＬＣ
Ｉ１＝１／３（ＩＡ’＋ａＩＢ’＋ａ２ＩＣ’）
ここで、ＩＬＡ，ＩＬＢ，ＩＬＣは、故障前負荷電流である。
なお、逆相電流／零相電流生成手段６、７は、電流入力手段４に接続されている。前記以外は実施の形態１と同様であるので説明省略する。尚、この実施の形態３と前記実施の形態２を組み合わせてもよい。このような実施の形態３の構成を採用することにより精度よい正相電流Ｉ１が得られ、故障相判定の信頼性が向上する効果がある。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
この発明の実施の形態１〜３は、電力送電線を保護する保護継電装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１の保護継電装置に設けられた故障相判定回路の概要を示す構成図である。
【図２】実施の形態１の故障判定回路の詳細を示す図である。
【図３】実施の形態１の故障相判定回路の動作原理を説明する図である。
【図４】実施の形態１の故障相判定回路の動作原理を説明する図である。
【図５】実施の形態１の故障相判定回路内の位相判定手段、短絡／地絡故障相判定回路の内部手段を示す図である。
【図６】実施の形態１の故障相判定回路の詳細を示す図である。
【図７】実施の形態１の位相判定手段の論理を示す図である。
【図８】実施の形態２の故障相判定回路内の位相判定手段、短絡／地絡故障相判定回路の内部手段を示す図である。
【図９】実施の形態３の故障相判定回路内の位相判定手段、短絡／地絡故障相判定回路の内部手段を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  送電線、２  ＣＴ、３  故障相判定回路、４  電流入力手段、
５  正相電流生成手段、６  逆相電流生成手段、７  零相電流生成手段、
２１  逆位相差判定手段、２２  短絡故障判定手段、２３  第１のＡＮＤ手段、
２４  第１の同位相差判定手段、２５  第２の同位相差判定手段、
２６  第２のＡＮＤ手段、２７  第３のＡＮＤ手段、２８  ２相地絡健全相判定手段、
２９  １相地絡故障相判定手段、３０  負荷電流削除手段、
５１  第１の位相判定手段、５２，５２ａ  第２の位相判定手段、
５３  第３の位相判定手段、６１  短絡故障相判定要素、６２  地絡故障相判定要素。
【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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