(57)【要約】【課題】配電系統の運用形態の変更に伴う配電線短絡保護継電装置の動作管理を含めた検討・見直し業務の煩雑さを解消するとともに配電系統に最適な配電線短絡保護継電装置を提供する。【解決手段】配電線母線から複数分岐した樹枝状配電線により各需要家に配電する樹枝状運用と前記樹枝状配電線を組合せるループ運用とを選択可能な配電系統で短絡が発生した時に過電流検出要素ＯＣＲ，ＨＯＣ，ＯＣＦが配電線電流に基づき短絡した前記配電線を配電系統から切離す遮断信号（ＦＣＢトリップ信号）を各配電線引出口遮断器ＣＢに出力する配電線短絡保護継電装置において、短絡保護継電器が、配電線樹枝状運用時に反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ１と、配電線ループ運用時により強い反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ２と、ループ運用状態に応じて過電流検出要素ＯＣＲ１，ＯＣＲ２の出力を択一的に切替えるループ運用情報取り込み手段Ａ〜Ｄとを備えた。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配電線母線から複数分岐した樹枝状配電線により各需要家に配電する樹枝状運用と前記樹枝状配電線を組合せるループ運用とを選択可能な配電系統で短絡が発生した時に短絡保護継電器が配電線電流に基づき短絡した前記配電線を配電系統から切離す遮断信号を各配電線引出口遮断器に出力する配電線短絡保護継電装置において、
前記短絡保護継電器が、配電線樹枝状運用時に反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ１と、配電線ループ運用時により強い反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ２と、ループ運用状態に応じて前記過電流検出要素ＯＣＲ１またはＯＣＲ２の出力を択一的に切替え前記遮断信号を生成させるループ運用情報取り込み手段とを備えたことを特徴とする配電線短絡保護継電装置。
【請求項２】
配電線母線から複数分岐した樹枝状配電線により各需要家に配電する樹枝状運用と前記樹枝状配電線を組合せるループ運用とを選択可能な配電系統で短絡が発生した時に短絡保護継電器が配電線電流に基づき短絡した前記配電線を配電系統から切離す遮断信号を各配電線引出口遮断器に出力する配電線短絡保護継電装置において、
前記短絡保護継電器が、配電線ループ運用時にループ相手の配電線電流を取り込むループ運用情報取り込み手段と、取り込まれたループ相手の配電線電流と自らの配電線に流れる電流とのベクトル和を演算する加算手段と、反限時特性を有し前記ベクトル和に基づき前記遮断信号を生成する過電流検出要素ＯＣＲ１とを備えたことを特徴とする配電線短絡保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、配電線短絡保護継電装置に係り、特に、樹枝状運用とループ運用とを選択可能な配電系統において短絡が発生した時に配電線を保護する配電線短絡保護手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来は、樹枝状運用とループ運用とを選択可能な配電系統において、配電系統の運用モードを変更する場合、それに合致した保護特性を有する配電線短絡保護継電装置に切替えて対応しており、管理作業が複雑であった。
【０００３】
そこで、受電母線を保護対象として、配電系統の運用モードに関係なく、同一の設備で運用可能な保護装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この受電母線を保護対象とした母線保護継電装置を本発明の保護対象である配電線路に適用した場合、ループ接続している配電線連系用開閉器が配電線路の途中に設置されるため、通信手段を経由して開閉器情報を入力することになる。
【０００４】
したがって、事故を除去するために保護要素が２段階で動作するので、ループ接続点状態の誤認識を回避するには、ループ接続点の開放を確認する時間が必要であり、保護装置の事故除去時間が長くなる。
【０００５】
この従来技術を配電線保護に適用する場合、配電線路よりも上位の機器保護や系統保護装置の動作時間協調を見直さなければならず、配電系統の運用モードの変更に伴う保護装置の動作管理を含めた検討見直しの煩雑さを解消できないという問題が依然として残っていた。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２０６００６号公報（第３−４頁，図１−図３）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
配電系統の高効率運用を考慮すると、配電線のループ運用が有効な手段である。しかし、現状ではループ運用とした場合またはループを解列した場合に、配電線短絡保護継電装置の保護特性の見直し／変更や短絡保護継電装置の交換などの対策が必要である。
【０００８】
本発明の目的は、樹枝状運用とループ運用とを選択可能な配電系統において、配電系統の運用形態の変更に伴う配電線短絡保護継電装置の動作管理を含めた検討・見直し業務の煩雑さを解消するとともに、運用モードに関わらず保護対象となる配電線を最適な保護特性で保護する配電線短絡保護手段を備えた配電線短絡保護継電装置を提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、配電線母線から複数分岐した樹枝状配電線により各需要家に配電する樹枝状運用と前記樹枝状配電線を組合せるループ運用とを選択可能な配電系統で短絡が発生した時に短絡保護継電器が配電線電流に基づき短絡した前記配電線を配電系統から切離す遮断信号を各配電線引出口遮断器に出力する配電線短絡保護継電装置において、前記短絡保護継電器が、配電線樹枝状運用時に反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ１と、配電線ループ運用時により強い反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ２と、ループ運用状態に応じて過電流検出要素ＯＣＲ１またはＯＣＲ２の出力を択一的に切替え遮断信号を生成させるループ運用情報取り込み手段とを備えた配電線短絡保護継電装置を提案する。
【００１０】
本発明においては、配電線樹枝状運用時に、ループ運用情報取り込み手段の出力が０となるので、過電流検出要素ＯＣＲ１の出力が採用される。過電流検出要素ＯＣＲ１は樹枝状運用時に反限時特性を示す。一方、配電線ループ運用時に、ループ運用情報取り込み手段の出力が１となるので、過電流検出要素ＯＣＲ２の出力が採用される。過電流検出要素ＯＣＲ２は、ループ運用時の短絡事故電流が実際よりも小さく見える点に関し、より強い反限時特性を持つので、より感度が良く、動作時間が短くなり、樹枝状運用時とほとんど変わらない速さで遮断信号を出力できる。
【００１１】
本発明は、また、配電線母線から複数分岐した樹枝状配電線により各需要家に配電する樹枝状運用と前記樹枝状配電線を組合せるループ運用とを選択可能な配電系統で短絡が発生した時に短絡保護継電器が配電線電流に基づき短絡した前記配電線を配電系統から切離す遮断信号を各配電線引出口遮断器に出力する配電線短絡保護継電装置において、前記短絡保護継電器が、配電線ループ運用時にループ相手の配電線電流を取り込むループ運用情報取り込み手段と、取り込まれたループ相手の配電線電流と自らの配電線に流れる電流とのベクトル和を演算する加算手段と、反限時特性を有し前記ベクトル和に基づき遮断信号を生成する過電流検出要素ＯＣＲ１とを備えた配電線短絡保護継電装置を提案する。
【００１２】
本発明においては、ループ運用時には自配電線電流にループ先配電線電流を加算してベクトル和を過電流検出要素ＯＣＲ１，ＨＯＣ，ＯＣＦへの入力電流とするので、通常の樹枝状運用での保護要素動作特性を変更する必要がなく、本発明適用による上位の機器保護装置，系統保護装置の動作時間協調を見直す必要もない。
【００１３】
図１は、本発明を適用すべき配電系統における配電線短絡事故時の事故電流を示す図である。配電用トランスの２次電圧Ｅは、配電線母線から複数分岐した樹枝状配電線により各需要家に配電される。
【００１４】
ここで、配電線に短絡事故が発生し、短絡インピーダンスが０になったと仮定し、配電用トランスから配電線母線までのインピーダンスをＺＢ，その配電線の配電線母線から短絡事故点までの線路インピーダンスをＺＬとすると、その配電線に流れる事故電流ＩＦは、一様に
ＩＦ＝Ｅ／（ＺＢ＋ＺＬ）
となる。
【００１５】
配電線短絡保護継電装置は、配電線設備に過剰なストレスを掛けないで、需要家内の事故の場合には需要家設備および需要家が有する保護システムと協調する必要があるので、一般に２つの保護特性を持たせている。
【００１６】
図２は、従来の配電線短絡保護継電装置における短絡保護継電器の構成の一例を示すブロック図であり、図３は、短絡事故電流と継電器動作時間との関係における配電線短絡保護領域を示す図である。
【００１７】
短絡保護継電器は、過電流検出要素ＨＯＣと、過電流検出要素ＯＣＲ１と、過電流検出要素ＯＣＦとを含んでいる。過電流検出要素ＨＯＣは、配電線の電源端付近での短絡事故のように線路インピーダンスが小さいために過大な短絡事故電流が流れた場合の瞬時保護要素である。過電流検出要素ＯＣＲ１は、配電線途中での短絡事故用過電流検出要素であり、短絡事故電流の大きさに応じて動作時間が短くなる反限時特性、すなわち、事故点が配電線母線から遠くなればなるほど動作時間が長くなる動作特性を有している。過電流検出要素ＯＣＦは、配電線短絡保護継電装置の動作信頼性を向上させるための高感度過電流検出要素である。
【００１８】
配電線の短絡故障時には、配電線に接続された保護継電器が確実に動作しなければならない。配電線短絡保護継電装置は、過電流検出要素ＯＣＲ１の出力と過電流検出要素ＨＯＣの出力との論理和（ＯＲ回路）に応じて、図１に示した配電線引出口遮断器ＣＢを遮断させる。
【００１９】
故障が需要家構内の場合には、需要家側の保護継電器が先に動作するように、図３に示す通り、時限協調を確保しなければならない。本例においては、過電流検出要素ＯＣＲ１の出力と過電流検出要素ＨＯＣの出力との論理和（ＯＲ回路）に応じて生成された配電線引出口遮断器ＣＢへの遮断信号と高感度過電流検出要素ＯＣＦの出力との論理積（ＡＮＤ回路）により、誤遮断を回避している。
【００２０】
図４は、配電線ループ運用モードにおける短絡事故電流を示す図である。配電線ループ運用モードにおいては、配電用トランスのロスを軽減するために、配電線連系用開閉器ＤＭを投入し、配電線１と配電線２とを組合せてループ運用する。
【００２１】
この配電線ループ運用モードにおいて、事故点ＦＳで短絡が発生した場合、配電線１と配電線２の配電線ループ状態の線路インピーダンスをそれぞれＺＬ１，ＺＬ２とし、ループ点から事故点までのインピーダンスを微小（≒０）とすると、配電線ループ運用モード短絡電流ＩＦは、
ＩＦ＝Ｅ／｛ＺＢ＋（ＺＬ１／／ＺＬ２）｝
で表わされる。すなわち、事故点で流れる電流ＩＦに対して、配電線１と配電線２では、
ＩＦ＝ＩＦ１＋ＩＦ２
ＩＦが分流したＩＦ１とＩＦ２が流れることになる。
【００２２】
したがって、実際に事故点で流れる短絡電流ＩＦよりも小さい電流ＩＦ１，ＩＦ２が、配電線短絡保護継電装置に入力として取り込まれ、事故点に関する保護情報が不正確になる。
【００２３】
ここで、簡単のためにＺＬ１＝ＺＬ２とすると、
ＩＦ＝Ｅ／｛ＺＢ＋（ＺＬ１／２）｝
ＩＦ＝２ＩＦ１＝２ＩＦ２
となり、感度が低下する。
【００２４】
この式から明らかなように、各配電線の配電線短絡保護継電装置では、実際に発生している短絡系統の半分程度しか検出できないので、十分な保護特性が得られないことは明白である。
【００２５】
そこで、本発明においては、配電線樹枝状運用時に反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ１に加えて、配電線ループ運用時により強い反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ２と、ループ運用状態に応じて前記過電流検出要素ＯＣＲ１またはＯＣＲ２の出力を択一的に切替え前記遮断信号を生成させるループ運用情報取り込み手段とを設ける。
【００２６】
配電線樹枝状運用時には、ループ運用情報取り込み手段の出力が０となるので、過電流検出要素ＯＣＲ１の出力を採用する。過電流検出要素ＯＣＲ１は、樹枝状運用時に反限時特性を示す。
【００２７】
一方、配電線ループ運用時には、ループ運用情報取り込み手段の出力が１となるので、過電流検出要素ＯＣＲ２の出力を採用する。過電流検出要素ＯＣＲ２は、ループ運用時の短絡事故電流が実際よりも小さく見える点に関し、より強い反限時特性を持つので、より感度が良く、動作時間が短くなり、樹枝状運用時とほとんど変わらない速さで遮断信号を出力できる。
【００２８】
また、本発明においては、ループ運用時には自配電線電流にループ先配電線電流を加算してベクトル和を過電流検出要素ＯＣＲ１，ＨＯＣ，ＯＣＦへの入力電流とするので、通常の樹枝状運用での保護要素動作特性を変更する必要がなく、本発明適用による上位の機器保護装置，系統保護装置の動作時間協調を見直す必要もない。
【００２９】
【発明の実施の形態】
次に、図５〜図７を参照して、本発明による配電線短絡保護継電装置の実施形態を説明する。
【００３０】
【実施形態１】
図５は、本発明による配電線短絡保護継電装置における短絡保護継電器の実施形態１の構成を示すブロック図である。本実施形態１の短絡保護継電器は、配電線樹枝状運用時に反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ１と、配電線ループ運用時により強い反限時特性を有する過電流検出要素ＯＣＲ２と、樹枝状運用／ループ運用状態に応じて過電流検出要素ＯＣＲ１またはＯＣＲ２の出力を択一的に切替えるループ運用情報取り込み手段Ａ〜Ｄと、過電流検出要素ＨＯＣと、過電流検出要素ＯＣＦと、過電流検出要素ＯＣＲ１，ＯＣＲ２，ＨＯＣのいずれかの出力があれば通過させるＯＲ回路Ｅと、ＯＲ回路Ｅからの出力と過電流検出要素ＯＣＦからの出力とが揃った時に配電線を配電系統から切離す遮断信号すなわちＦＣＢトリップ信号を配電線引出口遮断器に出力するＡＮＤ回路Ｆとを備えている。
【００３１】
過電流検出要素ＯＣＲ１は、配電線途中での短絡事故用過電流検出要素であり、短絡事故電流の大きさに応じて動作時間が短くなる反限時特性、すなわち、事故点が配電線母線から遠くなればなるほど動作時間が長くなる動作特性を有している。過電流検出要素ＯＣＲ２は、ループ運用時の短絡事故電流が実際よりも小さい場合に、より強い反限時特性を有する短絡事故用過電流検出要素である。
【００３２】
ループ運用情報取り込み手段Ａ〜Ｄは、ループアウト時すなわち樹枝状運用時に０を出力しループ運用時に１を出力するループ運用情報設定手段Ａと、ループ運用情報設定手段Ａからの出力信号の反転信号と過電流検出要素ＯＣＲ１の出力信号との論理積を演算するＡＮＤ回路Ｂと、ループ運用情報設定手段Ａからの出力信号と過電流検出要素ＯＣＲ２の出力信号との論理積を演算するＡＮＤ回路Ｃと、ＡＮＤ回路Ｂの出力信号とＡＮＤ回路Ｃの出力信号との論理和を求めるＯＲ回路Ｄとからなり、樹枝状運用／ループ運用状態に応じて過電流検出要素ＯＣＲ１またはＣＲ２の出力を択一的に切替える。
【００３３】
過電流検出要素ＨＯＣは、配電線の電源端付近での短絡事故のように線路インピーダンスが小さいために過大な短絡事故電流が流れた場合の瞬時保護要素である。過電流検出要素ＯＣＦは、配電線短絡保護継電装置の動作信頼性を向上させるための高感度過電流検出要素である。
【００３４】
ＯＲ回路Ｅは、過電流検出要素ＯＣＲ１，ＯＣＲ２，ＨＯＣのいずれかの出力があれば通過させる。ＡＮＤ回路Ｆは、ＯＲ回路Ｅからの出力と過電流検出要素ＯＣＦからの出力とが揃った時に、配電線を配電系統から切離す遮断信号、すなわち、ＦＣＢトリップ信号を配電線引出口遮断器に出力する。
【００３５】
配電線樹枝状運用（ループアウト）時には、ループ運用情報取り込み手段の出力が０となるので、過電流検出要素ＯＣＲ１の出力を採用する。過電流検出要素ＯＣＲ１は樹枝状運用時に反限時特性を示し、図３のような動作特性となる。
【００３６】
配電線ループ運用時には、ループ運用情報取り込み手段の出力が１となるので、過電流検出要素ＯＣＲ２の出力を採用する。過電流検出要素ＯＣＲ２は、ループ運用時の短絡事故電流が実際よりも小さく見える点に関し、より強い反限時特性を持つので、より感度が良く、動作時間が短くなり、樹枝状運用時とほとんど変わらない速さで遮断信号を出力できる。
【００３７】
これに対して、図３の動作域およびこれまでの説明から明らかなように、過電流検出要素ＨＯＣと高感度過電流検出要素ＯＣＦとは、ループ運用モードのイン／アウトを切替えても、ほとんど変わらないので、切替える必要はない。
【００３８】
もちろん、特性を切替えれば、より厳密な保護となる。しかし、投資効果から判断すると、敢えて組込む必要はないから、本発明では、過電流検出要素ＨＯＣと高感度過電流検出要素ＯＣＦとのループ運用モードのイン／アウト切替え手段を省略する。
【００３９】
なお、本実施形態１では、独立した過電流検出要素ＯＣＲ１，ＯＣＲ２を持つ場合を示した。一般的には、ｔ：過電流検出要素動作時間，ｋ：動作時間定数，ＩＦ：短絡事故電流，ＩＳ：動作値，α：反限時強度とした場合に、
ｔ＝ｋ／｛（ＩＦ／ＩＳ）−１｝α（秒）
で表わされる反限時特性式において、α，ｋをループ運用情報により切替えて演算すれば、それぞれの過電流検出要素ＯＣＲ１，ＯＣＲ２の特性を表現できるので、過電流検出要素ＯＣＲ１，ＯＣＲ２をソフトウエア的に区別して実現することも可能である。
【００４０】
【実施形態２】
図６は、本発明による配電線短絡保護継電装置における短絡保護継電器の実施形態２の構成を示すブロック図である。本実施形態２は、時のループ運用状態に応じて前記過電流検出要素ＯＣＲ１またはＯＣＲ２の出力を択一的に切替え前記遮断信号を生成させるループ運用情報取り込み手段Ａ〜Ｄに代えて、ループ運用情報設定手段ＡとスイッチＧとからなり配電線ループ運用時にループ相手の配電線電流を取り込むループ運用情報取り込み手段Ａ，Ｇと、取り込まれたループ相手の配電線電流と自らの配電線に流れる電流とのベクトル和を演算する加算手段Ｈとを備えている。
【００４１】
本実施形態２の短絡保護継電器も、ループ運用情報により、樹枝状運用時の保護特性とループ運用時の保護特性とを切替える。その際に、配電線短絡保護継電装置の特性そのものを切替えるのではなく、実際の短絡事故電流の総和を過電流検出要素に取り込ませる。
【００４２】
図７は、ループ運用における電流ＩＦ，ＩＦ１，ＩＦ２の大きさを示す図である。すなわち、ループ運用状態で事故点に流れる電流の大きさＩＦと配電線引出口の電流の大きさＩＦ１，ＩＦ２の様子を示している。配電線母線に近い点で短絡事故が発生した場合、ＩＦとほぼ等しい短絡事故電流がＩＦ１に流れ、ＩＦ２は微小な電流となる。事故点が配電線母線から遠ざかるにつれて、電流ＩＦ，ＩＦ１は減少する。これに対して、電流ＩＦ２が次第に増加していくので、２つの配電線インピーダンスを２分する点で、ＩＦ１＝ＩＦ２となる。このように、電流ＩＦ，ＩＦ１，ＩＦ２を事故点の関数として演算できる。
【００４３】
短絡事故電流ＩＦは、ループ状態となる２つの配電線に流れる電流ＩＦ１とＩＦ２との総和であるから、本実施形態２においては、ループ運用の時には、ループ相手の配電線電流も取り込み、自らの配電線に流れる電流とのベクトル和を過電流検出要素ＯＣＲ１，ＨＯＣ，ＯＣＦへの入力とする。
【００４４】
過電流検出要素ＯＣＲ１は、反限時特性を示し、前記ベクトル和に基づき前記遮断信号を生成する。過電流検出要素ＨＯＣは、配電線の電源端付近での短絡事故のように線路インピーダンスが小さいために過大な短絡事故電流が流れた場合の瞬時保護要素である。過電流検出要素ＯＣＦは、配電線短絡保護継電装置の動作信頼性を向上させるための高感度過電流検出要素である。
【００４５】
ＯＲ回路Ｅは、過電流検出要素ＯＣＲ１，ＨＯＣのいずれかの出力があれば通過させる。ＡＮＤ回路Ｆは、ＯＲ回路Ｅからの出力と過電流検出要素ＯＣＦからの出力とが揃った時に、配電線を配電系統から切離す遮断信号、すなわち、ＦＣＢトリップ信号を配電線引出口遮断器に出力する。
【００４６】
本実施形態２の制御方式によれば、配電線短絡保護継電装置内部を何ら変更することなく、入力回路の組替えにより、樹枝状運用時およびループ運用時のそれぞれに最適の保護特性を得ることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、通常の樹枝状運用での保護要素動作特性を変更する必要がなく、本発明適用による上位の機器保護装置，系統保護装置の動作時間協調を見直す必要もなく、配電系統の運用に最適な配電線短絡保護継電装置が得られるので、配電系統の緻密なロスミニマム管理や今後予想される分散電源設備の導入計画への対応などに柔軟な配電系統運用管理システムを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用すべき配電系統における配電線短絡事故時の事故電流を示す図である。
【図２】従来の配電線短絡保護継電装置における短絡保護継電器の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】短絡事故電流と継電器動作時間との関係における配電線短絡保護領域を示す図である。
【図４】配電線ループ運用モードにおける短絡事故電流を示す図である。
【図５】本発明による配電線短絡保護継電装置における短絡保護継電器の実施形態１の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明による配電線短絡保護継電装置における短絡保護継電器の実施形態２の構成を示すブロック図である。
【図７】ループ運用における電流ＩＦ，ＩＦ１，ＩＦ２の大きさを示す図である。
【符号の説明】
Ａ  ループ運用情報設定手段
Ｂ  ＡＮＤ回路
Ｃ  ＡＮＤ回路
Ｄ  ＯＲ回路
Ｅ  ＯＲ回路
Ｆ  ＡＮＤ回路
Ｇ  スイッチ
Ｈ  加算手段
ＨＯＣ  瞬時保護過電流検出要素
ＯＣＦ  高感度過電流検出要素
ＯＣＲ１  短絡事故用過電流検出要素
ＯＣＲ２  短絡事故用過電流検出要素
【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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