(57)【要約】【課題】高抵抗地絡事故時に、正しく事故の方向を判別し、事故相のみをしゃ断することのできる地絡事故継電器および地絡事故継電装置を提供すること。【解決手段】被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故の方向を判別し、継電器出力を導出するように構成された地絡方向継電器において、被保護電力系統から取り込んだ電流より零相電流を求める第１の手段と、この第１の手段により求めた零相電流の位相を相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相と比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段と、から構成したことを特徴とする。【選択図】　図２
2004080839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故の方向を判別し、継電器出力を導出するように構成された地絡方向継電器において、
被保護電力系統から取り込んだ電流より零相電流を求める第１の手段と、
この第１の手段により求めた零相電流の位相を相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相と比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段と、
から構成したことを特徴とする地絡方向継電器。
【請求項２】
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故の方向を判別し、継電器出力を導出するように構成された地絡方向継電器において、
被保護電力系統から取り込んだ電流より零相電流を求める第１の手段と、
この第１の手段により求めた零相電流の位相を相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相と比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段と、
前記零相電流が予定の基準値以上であるか否かを判定する第３の手段と、
第２の手段により零相電流の位相が相電圧あるいはこれと等価な電圧に対し基準値以内と判定され、かつ第３の手段により零相電流が基準値以上と判定された場合、前方地絡事故が発生していると判定し、該当する電圧相を事故相として出力する第４の手段と、
から構成したことを特徴とする地絡方向継電器。
【請求項３】
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流と零相電圧を求め、それらの位相関係から地絡事故の方向を判別する地絡方向継電器と、
相電流の変化幅が予定値以上になった場合に動作する過電流変化幅継電器と、
上記地絡方向検電器により前方事故と判定された場合、上記過電流変化幅継電器の動作相を事故相と判定する判定手段と、
から構成したことを特徴とする地絡方向継電装置。
【請求項４】
被保護電力系統から取り込んだ電流から零相電流を求める第１の手段およびこの第１の手段により求めた零相電流の位相と被保護電力系統から取り込んだ相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相とを比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段を備えた第１の地絡方向継電器と、
前記被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流および零相電圧を求め、それらの位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、
前記第２の地絡方向検電器が前方事故と判定した場合に、前記第１の地絡方向継電器の出力相を事故相と判定する判定手段と、
から構成したことを特徴とする地絡方向継電装置。
【請求項５】
被保護電力系統から取り込んだ電流から零相電流を求める第１の手段、この第１の手段により求めた零相電流の位相を被保護電力系統から取り込んだ相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相と比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段、前記零相電流が予定の基準値以上であるか否かを判定する第３の手段および前記第２の手段により零相電流の位相が相電圧あるいはこれと等価な電圧に対し基準値以内と判定され、かつ第３の手段により零相電流が基準値以上と判定された場合、前方地絡事故が発生していると判定し、該当する電圧相を事故相として出力する第４の手段とを備えた第３の地絡方向継電器と、
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流および零相電圧を求め、これら零相電流および零相電圧の位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、
この第２の地絡方向継電器により前方事故と判定された場合、前記第３の地絡方向継電器の出力相を事故相と判定する判定手段と、
から構成したことを特徴とする地絡方向継電装置。
【請求項６】
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流と零相電圧を求め、これら零相電流と零相電圧との位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、
被保護系統の対向端子との間で信号を送受信する伝送装置と、
相電流の変化幅が予定値以上になった場合に動作する過電流変化幅継電器と、を備えた地絡方向継電装置において、
対向端子の継電装置からトリップ許容信号を受信したとき、前記第２の地絡方向継電器が後方事故を検出していないことを条件に、前記過電流変化幅継電器の出力相に対して自端子のトリップ信号を出力し、相手端子にトリップ許容信号を送信することを特徴とする地絡方向継電装置。
【請求項７】
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流と零相電圧を求め、これら零相電流と零相電圧との位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故方向を判定する距離継電装置の後方事故検出要素と、
被保護系統の対向端子との間で信号を送受信する伝送装置と、
相電流の変化幅が予定値以上になった場合に動作する過電流変化幅継電器と、を備えた地絡方向継電装置において、
対向端子の継電装置からトリップ許容信号を受信したとき、前記第２の地絡方向継電器および距離継電装置の後方事故検出要素のいずれもが後方事故を検出していないことを条件に、前記過電流変化幅継電器の出力相に対して自端子のトリップ信号を出力し、相手端子にトリップ許容信号を送信することを特徴とする地絡方向継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電力系統に発生した高抵抗地絡事故からの系統保護を目的とする地絡方向継電器および地絡方向継電装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微地絡事故等の高抵抗地絡事故に対しては、電気学会大学講座「保護継電工学」（社）電気学会発行、昭和５６年７月２０日、Ｐ．１３１あるいは電気協同研究第３７巻１号、（社）電気協同研究会発行、昭和５６年６月、Ｐ．５４に記載されているように、零相電流と零相電圧の位相関係により事故の方向を判別する方法が一般的である。
【０００３】
この種の地絡方向継電器は、地絡事故前方検出要素および地絡事故後方検出要素を備えており、零相電圧Ｖ０を位相基準にとり、零相電流Ｉ０が−Ｖ０に対して遅れとなった場合は前方地絡事故と判別し、零相電流Ｉ０がその反対向きとなった場合は、後方地絡事故事故（背後地絡事故）と判定する。
【０００４】
図２１はこの一般的な地絡方向継電器の特性例を示す図であり、θは地絡方向継電器の最大感度角である。
図２２および図２３はそれぞれ図２１の特性を持つ地絡方向継電器のうち特に前方事故を検出する地絡事故前方検出要素２１の出力を用いてしゃ断器をトリップする場合のロジックシーケンス回路であり、このうち図２２は自端子しゃ断器をトリップする場合の一例を示したものである。図２２のロジックシーケンス回路は図２１のように、地絡事故前方検出要素２１の動作出力に動作確認用タイマー（オンディレータイマー）１２を介挿することにより、地絡方向継電器をバックアップ継電器として使用することを前提とした回路である。１３は各相毎のトリップ指令出力信号を意味する。
【０００５】
一方、図２３は地絡事故前方検出要素２１の動作と、対向端子からのトリップ許容信号受信とのアンド条件が成立したときに高速度にトリップさせるようにしたロジックシーケンス回路であり、１４は対向端子からのトリップ許容信号受信部、３６はアンドゲート回路、そして１８は対向端子へのトリップ許容信号送信部である。
【０００６】
なお、図２２および図２３において、地絡方向継電器を瞬時引外し用に適用する場合は前記動作確認用タイマー１２の整定時限を零秒に整定し、バックアップ継電器として適用する場合は整定時限を通常数１００ミリ秒ないし数秒の値に選定する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べた従来の技術の地絡方向継電器では、零相電流Ｉ０と零相電流Ｖ０とを用いているため、高抵抗地絡事故時でも事故の方向判別は可能であるが、事故相の判別はできなかった。しかしながら、高抵抗地絡事故時では事故電流が微弱であるため、事故が継続している状態の影響よりも、事故相しゃ断をきっかけにして隣接する健全相までトリップさせることの方が電力系統にとって影響は大きい。従って、しゃ断器をトリップする場合、できる限り事故相のみに限定したいという要望がある。また、事故点の地絡抵抗が非常に大きい場合に、零相電圧Ｖ０がほとんど発生しないため、事故の方向判別ができなくなる場合があった。
【０００８】
そこで、本発明は、高抵抗地絡事故時にも正しく事故の方向を判別し、事故相のみをしゃ断することのできる地絡事故継電器および地絡事故継電装置を得ることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１に係る地絡方向継電器の発明は、被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故の方向を判別し、継電器出力を導出するように構成された地絡方向継電器において、被保護電力系統から取り込んだ電流より零相電流を求める第１の手段と、この第１の手段により求めた零相電流の位相を相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相と比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段と、から構成したことを特徴とする。
【００１０】
この請求項１に係わる発明によれば、従来の方法では検出が不可能であるような、高抵抗地絡事故においても、検出が可能となり、かつ、相選別も可能な地絡方向継電器を得ることができる。
【００１１】
また、請求項２に係る地絡方向継電器の発明は、被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故の方向を判別し、継電器出力を導出するように構成された地絡方向継電器において、被保護電力系統から取り込んだ電流より零相電流を求める第１の手段と、この第１の手段により求めた零相電流の位相を相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相と比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段と、前記零相電流が予定の基準値以上であるか否かを判定する第３の手段と、第２の手段により零相電流の位相が相電圧あるいはこれと等価な電圧に対し基準値以内と判定され、かつ第３の手段により零相電流が基準値以上と判定された場合、前方地絡事故が発生していると判定し、該当する電圧相を事故相として出力する第４の手段と、から構成したことを特徴とする。
【００１２】
この請求項２に係わる発明によれば、零相電流が一定以上流れた場合のみ動作と判定されるため、入力誤差等に対し強く、かつ、高抵抗地絡事故に対し、相選別の可能な地絡方向継電器を得ることができる。
【００１３】
また、請求項３に係る地絡方向継電装置の発明は、被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流と零相電圧を求め、それらの位相関係から地絡事故の方向を判別する地絡方向継電器と、相電流の変化幅が予定値以上になった場合に動作する過電流変化幅継電器と、上記地絡方向検電器により前方事故と判定された場合、上記過電流変化幅継電器の動作相を事故相と判定する判定手段と、から構成したことを特徴とする。
【００１４】
この請求項３に係わる発明によれば、高抵抗地絡事故においても、事故相選別が可能となり、最終的な事故相トリップが可能な地絡方向継電装置を得ることができる。
【００１５】
また、請求項４に係る地絡方向継電装置の発明は、被保護電力系統から取り込んだ電流から零相電流を求める第１の手段およびこの第１の手段により求めた零相電流の位相と被保護電力系統から取り込んだ相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相とを比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段を備えた第１の地絡方向継電器と、前記被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流および零相電圧を求め、それらの位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、前記第２の地絡方向検電器が前方事故と判定した場合に、前記第１の地絡方向継電器の出力相を事故相と判定する判定手段と、から構成したことを特徴とする。
【００１６】
この請求項４に係わる発明によれば、高抵抗地絡事故に対し、事故相選別の能力と事故の方向判別の能力を向上させることが可能な地絡方向継電装置を得ることができる。
【００１７】
さらに、請求項５に係る地絡方向継電装置の発明は、被保護電力系統から取り込んだ電流から零相電流を求める第１の手段、この第１の手段により求めた零相電流の位相を被保護電力系統から取り込んだ相電圧あるいはこれと等価な電圧の位相と比較し、予め決められた基準値以内であるか否かを判定し、基準値以内と判定された場合前方地絡事故が発生していると判定して該当する電圧相を事故相として出力する第２の手段、前記零相電流が予定の基準値以上であるか否かを判定する第３の手段および前記第２の手段により零相電流の位相が相電圧あるいはこれと等価な電圧に対し基準値以内と判定され、かつ第３の手段により零相電流が基準値以上と判定された場合、前方地絡事故が発生していると判定し、該当する電圧相を事故相として出力する第４の手段とを備えた第３の地絡方向継電器と、
被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流および零相電圧を求め、これら零相電流および零相電圧の位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、この第２の地絡方向継電器により前方事故と判定された場合、前記第３の地絡方向継電器の出力相を事故相と判定する判定手段と、から構成したことを特徴とする。
【００１８】
この請求項５に係わる発明によれば、一定以上の零相電流が発生した場合の高抵抗地絡事故に対し、事故相選別の能力と事故の方向判別の能力を向上させることが可能な地絡方向継電装置を得ることができる。
【００１９】
またさらに、請求項６に係る地絡方向継電装置の発明は、被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流と零相電圧を求め、これら零相電流と零相電圧との位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、被保護系統の対向端子との間で信号を送受信する伝送装置と、相電流の変化幅が予定値以上になった場合に動作する過電流変化幅継電器と、を備えた地絡方向継電装置において、対向端子の継電装置からトリップ許容信号を受信したとき、前記第２の地絡方向継電器が後方事故を検出していないことを条件に、前記過電流変化幅継電器の出力相に対して自端子のトリップ信号を出力し、相手端子にトリップ許容信号を送信することを特徴とする。
【００２０】
この請求項６に係わる発明によれば、高抵抗地絡事故に対し、その検出が難しい遠方端子においても、信号伝送手段を使うことにより、事故相を高速に除去することが可能な地絡方向継電装置を得ることができる。
【００２１】
またさらに、請求項７に係わる地絡方向継電装置の発明は、被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて零相電流と零相電圧を求め、これら零相電流と零相電圧との位相関係から事故の方向を判別する第２の地絡方向継電器と、被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故方向を判定する距離継電装置の後方事故検出要素と、被保護系統の対向端子との間で信号を送受信する伝送装置と、相電流の変化幅が予定値以上になった場合に動作する過電流変化幅継電器と、を備えた地絡方向継電装置において、対向端子の継電装置からトリップ許容信号を受信したとき、前記第２の地絡方向継電器および距離継電装置の後方事故検出要素のいずれもが後方事故を検出していないことを条件に、前記過電流変化幅継電器の出力相に対して自端子のトリップ信号を出力し、相手端子にトリップ許容信号を送信することを特徴とする。
この請求項７に係わる発明によれば、距離継電器の方向要素を後方事故検出要素に加えたので、さらに事故の方向判別をより精度良く行うことができる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図を通して共通な要素には同一符号を付けて説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る全ての地絡保護継電装置に共通なハードウェア構成図である。図１において１は保護対象である送電線、２はこの送電線１から電圧を取り出すためのＰＴ回路、３は送電線１から電流を取り出すためのＣＴ回路である。
【００２３】
また、４−１および４−２は電力回路であるＰＴ回路２およびＣＴ回路３をそれぞれ電子回路と電気的に分離するためと、取り込んだ電流値、電圧値を後述するディジタル演算プロセッサ９で取り扱う大きさに変換するための入力変換器である。
【００２４】
５−１および５−２は折り返し周波数をカットするアナログフィルタ、そして６−１および６−２はアナログフィルタの出力を所定間隔でサンプリングし、そのサンプル値を保持するサンプルホルダーである。
【００２５】
７は複数のサンプルホールド値を時系列に並び換えて出力するマルチプレクサ（ＭＸＰ）、８はマルチプレクサの出力をディジタル値に変換して出力するアナログ・ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、９はマイコン等のディジタル演算プロセッサである。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図２はこの第１の実施の形態に係わる地絡方向継電器を機能演算手段の形式で表したブロック図であり、前記図１のディジタル演算プロセッサ９によって実現されるものである。図２において１０はこの実施の形態によって実現される地絡方向継電器の全体を示す。１０−１はディジタルフィルタであり、前記Ａ／Ｄ変換器８から入力されたディジタルデータＶおよびＩをフィルタリングして出力ｖ、ｉを得る。
１０−２は電流の零相分演算手段であり、ディジタルフィルタ１０−１の電流出力ｉを入力して例えば次式（１）で零相電流分３Ｉ０を算出する。
【００２７】
【数１】
2004080839.tif 000003
ここで、ｍは基準となるサンプル時点を示し、３０度ごとにサンプリングデータがあるものとする。
【００２８】
１０−３は位相比較演算手段であり、各相の相電圧ＶＡ、ＶＢおよびＶＣと前記零相分演算手段１０−２によって求められた零相電流Ｉ０との位相をそれぞれ比較演算し、この演算結果が後述する動作域に存在するか否かを判定するものである。この位相比較演算手段１０−３は、例えば零相電流Ｉ０とＡ相電圧ＶＡとの位相を比較する場合は、次式（２）のように、Ｉ０とＶＡの余弦を計算し、その値で比較する。
【００２９】
【数２】
2004080839.tif 000004
ここで＊なる記号は内積演算を表しており、φは電圧と電流の位相差、θは整定値である。｜Ｉ０｜，｜ＶＡ｜は例えば次のように求められる。
【００３０】
【数３】
2004080839.tif 000005
零相電流Ｉ０とＢ相電圧ＶＢとの位相比較演算、零相電流Ｉ０とＣ相電圧ＶＣとの位相比較演算についても同様にして求められる。
上記式（２）は内積演算で求める場合であるが、この内積演算に代えて外積演算等を用いるようにしてもよい。
【００３１】
そして、前記位相比較演算手段１０−３は、さらに上記各相の演算結果が後述する図３に網掛け部で示すそれぞれの動作域に入った場合に、その該当する電圧の相を前方事故の発生した相として出力する。図２の位相比較演算手段１０−３中のＡ、ＢおよびＣは各相の出力端子であり、各相毎に演算結果が出力されるようになっていることを意味する。
【００３２】
図３の特性図において、事故点が高抵抗による地絡ではなく、事故点インピーダンスがほとんど存在しない金属による地絡事故の場合は、零相電流Ｉ０はもっぱら線路インピーダンス（Ｚ＝ｊωＬ＋Ｒ）成分の影響を受け、ωＬ≫Ｒの関係から、事故相電圧よりもほぼ９０度近く位相が遅れる。
【００３３】
しかし、本発明が対象としている高抵抗地絡事故の場合は、金属地絡事故の場合に比べて抵抗成分が大きいため、事故相電圧と零相電流Ｉ０の位相が同相に近くなるので、上記のように事故相を判定することが可能となる。
【００３４】
ここでは、電圧を単純に相電圧ＶＡ〜ＶＣを選んだが、極性電圧の演算方法としてよく知られている線間電圧を利用する方法もある。その場合、Ａ相電圧ＶＡに等価な（相当する）電圧は、例えば次式（４）で求めることができる。
【００３５】
【数４】
2004080839.tif 000006
ここで、αとβは任意の定数である。
【００３６】
この第１の実施の形態によれば、以上述べた手法を用いることにより従来の方法では検出が不可能であった高抵抗による地絡事故の検出が可能となり、かつ事故相の選別も可能な地絡方向継電器を得ることができる。
【００３７】
次の図４および図５は地絡方向継電器によるトリップ指令を出力するロジックシーケンス回路をそれぞれ示したもので、出力段に適宜ロジック素子を単独あるいは組み合わせて設けることによって所期のトリップ条件を構成している。これら図４および図５のロジックシーケンス回路はこの第１の実施の形態にのみ使用されるものではなく、以下述べる各実施の形態にも適用されるものである。
【００３８】
まず、図４のロジックシーケンス回路から説明する。図４は自端子単独でトリップ指令を出力するロジックシーケンス回路であって、前記各相の地絡方向継電器１０−Ａ、１０−Ｂ、１０−Ｃの出力端子にそれぞれ確認タイマー１２を設けている。地絡方向継電器１０−Ａ、１０−Ｂ、１０−Ｃをバックアップ保護用として使用する場合、この確認タイマー１２の整定時間を例えば数１００ミリ秒から数秒くらいまでに長めにとり、一方、地絡方向継電器の出力を瞬時トリップ用として用いる場合は、確認タイマー１２の整定値を零すなわち短絡した状態に設定すればよい。１３は自端子しゃ断器に対する各相毎のしゃ断指令出力信号である。
【００３９】
もう一つのロジックシーケンス回路である図５は対向端子との間でトリップ許容信号を送受信し合い、対向端子の条件も考慮に入れてトリップ可否の判定を行うようにしたものである。１４は対向端子送信のトリップ許容信号を受信するトリップ許容信号受信部であり、１５は確認タイマーである。１６はアンドゲート回路であり、自端子の地絡方向継電器１０−Ａ、１０−Ｂ、１０−Ｃの動作出力すなわち前方地絡事故検出時に、対向端子からトリップ許容信号を受信した場合、自端子の各相しゃ断器にトリップを許容する。
【００４０】
１７はオアゲート回路であり、自端子のＡ相、Ｂ相およびＣ相の地絡方向継電器１０−Ａ、１０−Ｂ、１０−Ｃのうちいずれか１相でも前方事故と判定した場合、トリップ許容信号送信部１８に指令を出力する。すると、トリップ許容信号送信部１８は対向端子へ向けてトリップ許容信号を送信する。
【００４１】
次に、この第１の実施の形態の機能を１部改良した変形例について説明する。この変形例では機能ブロック図自体図２と変わるところはないが、図６の特性例で示すように、相電圧に対して進み側の動作域を狭く（θ１＞θ２）した点で図３の特性とは異なっている。このように設定した理由は、高抵抗地絡事故の場合においても、零相電流Ｉ０が相電圧ＶＡに対して進みになることはほとんどないからである。このように進み側の動作域を狭く設定することで、逆に遅れ側の領域を広くとることができるようになり、その結果、地絡方向継電器としての検出動作域を広くとることが可能となる。
なお、この場合の演算方法は図３の場合とほぼ同じであるが、例えば次式（５）を用いて計算する。
【００４２】
【数５】
2004080839.tif 000007
上記の式は外積の値を使用して演算する例である。
【００４３】
次に、この変形例による地絡方向継電器を使用して後方事故を検出する方法について説明する。
この地絡方向継電器をバックアップ保護用として使用する場合、後方方向の事故を検出する必要はほとんどない。しかしながら、地絡方向継電器と保護継電器用通信設備とを使用して、対向端から伝送されてくるトリップ許容信号によるトリップを行う場合には後方事故の検出が必要となる。
【００４４】
この理由を地絡方向継電器の設置位置と事故点Ｆとの位置関係を示した図７を参照して説明する。Ｂ変電所の後方で事故Ｆが発生した場合、Ａ変電所の継電器Ａはその事故を前方方向事故として検出し、継電器Ｂに向けてトリップ許容信号を送信する。Ｂ変電所において、地絡方向継電器と後方検出距離継電器とを一緒に組み込んでかつ、Ｂ端子の後方検出距離継電器の後方事故検出要素よりも、Ａ端子の地絡方向継電器の感度を高くした場合、もし継電器Ｂが後方事故を検出できなければ、継電器Ｂは継電器Ａからのトリップ許容信号に基づいて誤トリップしてしまう場合がある。なお、この場合のトリップロジックシーケンス回路は図４および５とは異なり、自端子で事故検出できない条件で相手端子からのトリップ許容信号を受信した場合トリップ指令を導出するように構成されている。
従って、このような場合前方事故検出と同様の感度を有する後方事故検出要素がどうしても必要となる。
【００４５】
このような期待に応える後方事故検出要素が図８の特性図を有する後方事故検出要素であり、この場合Ｃ相電圧の後方の範囲を一例として示している。この後方事故検出要素の演算はこれまで説明してきた方法において、電圧として−ＶＣを使用すればよい。
【００４６】
以上述べたように、第１の実施の形態の変形例は、後方事故検出要素と対向端から伝送されてくるトリップ許容信号とを用いることにより、従来の技術では検出できないような高抵抗地絡事故に対しても、内部事故を相選別してトリップすることが可能となる。
【００４７】
（第２の実施の形態）
図９は本発明の第２の実施の形態による地絡方向継電器を機能演算手段の形式で表したブロック図である。本実施の形態による地絡方向継電器１１は、図２の地絡方向継電器１０に対して零相電流の絶対値を演算する絶対値比較演算手段１０−４および前方事故判定手段１０−５を新たに設け、この絶対値比較演算手段１０−４の出力と、前記位相比較演算手段１０−３の出力とを前方事故判定手段１０−５に入力し、そのアンド条件の成否を判定するようにしたものである。
この絶対値比較演算手段１０−４は、零相電流Ｉ０がある基準値Ｉｋ以上であることを判定する手段であり、例えば、次の計算を行う。
【００４８】
【数６】
2004080839.tif 000008
【００４９】
一方、前方事故判定手段１０−５は位相比較演算手段１０−３と絶対値比較演算手段１０−４との条件がともに成立した場合のみ、前方地絡事故が発生したものと判定する。この実施の形態による地絡方向継電器１１の動作域は図１０に網掛け部分で示すように、零相電流Ｉ０がある一定値Ｉｋ以上で、かつ、相電圧に対しある一定の位相になった場合である。
【００５０】
この第２の実施の形態によれば、零相電流Ｉ０が一定値Ｉｋ以上流れ、かつ、相電圧に対しある一定の位相になった場合にのみ動作と判定されるため、入力誤差等に対し強く、かつ、高抵抗地絡事故に対して相選別の可能な地絡方向継電器を得ることができる。
【００５１】
（第３の実施の形態）
本発明の第３の実施の形態について図１１および図１２を参照して説明する。図１１は第３の実施の形態における前方事故相判定信号を形成するロジックシーケンス回路図であり、１９−Ａ、１９−Ｂおよび１９−Ｃは電流の変化幅すなわち変化分を検出する過電流変化幅継電器である。過電流変化幅継電器は一般に高感度であるので、高抵抗地絡事故が発生した相を検出することが可能である。この過電流変化幅継電器１９−Ａ、１９−Ｂおよび１９−Ｃは例えば次の式（７）のように、基準となるサンプリング時点（ｍ）の電流Ｉｍの大きさ（絶対値）と、１サイクル前のサンプリング時点（ｍ−１２）の電流Ｉｍ−１２の大きさ（絶対値）との差によって変化幅を求めるようにしたものである。
【００５２】
【数７】
2004080839.tif 000009
ここで、Ｋは感度を決定するための値である。
【００５３】
また、２０はワンショットタイマーであり、過電流変化幅継電器１９−Ａ、１９−Ｂおよび１９−Ｃが動作すると、予め定めた時間分動作出力を継続するように構成されている。
【００５４】
２１は前述したように零相電流Ｉ０と零相電圧Ｖ０を使用した一般的な地絡方向継電器であり、ここでは地絡事故前方検出要素の機能を使用している。この継電器２１は図１２で示すように、例えば図２１で示す従来装置の特性と同等な特性を有しており、高抵抗地絡事故の場合、事故方向を判別することは可能であるが、事故相の選別まではできない。なお、図１２中、θは最大感度角であり、ｋ１は最大感度における零相電流の感度を決める定数である。
【００５５】
また、１６は前述したものと同じアンドゲート回路であり、高抵抗地絡事故相を判定するために設けたものである。このアンドゲート回路１６は前記過電流変化幅継電器１９−Ａ、１９−Ｂおよび１９−Ｃのいずれかが動作し、ワンショットタイマー２０が動作出力を継続中に、前記地絡前方検出要素２１が動作した場合、入力条件の成立により高抵抗地絡事故の発生した相を判定する。
【００５６】
２２−Ａ、２２−Ｂ、２２−Ｃはそれぞれ各相の前方事故判定結果信号を表わす。
以上述べた第３の実施の形態によれば、零相電流Ｉ０と零相電圧Ｖ０によって動作する従来から用いられている地絡方向継電器の前方検出要素２１を方向判別要素として使用し、かつ事故相を選別する過電流変化幅継電器とを組合わせによって、高抵抗地絡事故発生時に、前方事故方向および事故相を選別することが可能となり、事故相のみをトリップすることができる。
【００５７】
（第４の実施の形態）
次に、以上述べた第４の実施の形態に１部機能を追加した第４の実施の形態について図１３を参照して説明する。この第４の実施の形態は前述した図１１のロジックシーケンス回路に以下のロジック素子を追加して各相毎に前方事故方向を判定するように構成したものである。２３はオアゲート回路であり、前記過電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃ（図中、纏めて１９として表記する）のいずれかの相が動作すると出力を生じる。２４はノット回路であり、前段のオアゲート回路２３から出力がない状態、すなわち全ての相の過電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃが動作していない状態で動作信号を生じ、後述するアンドゲート回路２５に出力する。
【００５８】
一方、２６は自端子で何らかのトリップ指令例えば任意の相にトリップ指令が出された場合、動作出力「１」となるトリップ信号を意味している。このトリップ信号２６をノット回路２７を介して前記アンドゲート回路２５に入力する。アンドゲート回路２５は前記過電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃのいずれの相も動作しておらず、かつトリップ信号２６も出ておらず、地絡方向継電器の前方事故検出要素２１のみが動作した場合に入力条件が成立し、動作出力を生じる。
【００５９】
２８は協調確認タイマーであり、アンドゲート回路１６により高抵抗地絡事故相を選別して単相トリップした後に、その単相トリップによって他の健全相にトリップ条件が成立することを防ぐことを目的として設けたものである。２９はオアゲート回路である。このオアゲート回路２９は前記アンドゲート回路１６の出力をそのまま各相毎に前方事故相判定信号を出力するとともに、アンドゲート回路２５の入力条件が成立したときからカウントして協調確認タイマー２８の整定時限以上になったらＡ相、Ｂ相およびＣ相の全相に対して一斉に前方地絡事故検出信号を送り、前方事故成立とする。
【００６０】
この第４の実施の形態によれば、過電流変化幅継電器が動作し、かつ地絡方向継電器によって前方地絡事故を検出した場合は事故相のみをトリップさせるが、過電流変化幅継電器が動作せず、前方地絡事故検出継電器のみが動作し、さらに何のトリップ信号も出ていないという３つの条件が成立した場合、３相全てを事故相と判定し、トリップ出力を指令するものである。
【００６１】
（第５の実施の形態）
本発明の第５の実施の形態について、図１４および図１５を参照して説明する。本実施の形態は、第３および第４の実施の形態で事故相判別要素として採用した過電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃの代わりに、第１の実施の形態で説明した本発明による地絡方向継電器１０−Ａ〜１０−Ｃを採用するものである。
【００６２】
その他は、図１１と実質的に同じなので、ここでは説明を省略する。図２で説明した地絡方向継電器１０−Ａ〜１０−Ｃは、事故相選別機能のほかに事故方向判別能力をも有しているが、この地絡方向継電器１０−Ａ〜１０−Ｃを事故相選別要素として使用した場合、保護継電装置としての動作範囲を広げられる利点がある。
【００６３】
図１５に、事故相選別要素の動作範囲を広げた場合の動作範囲を示す。このように動作領域を広げた場合、前方判定動作範囲と、進み相の後方判定動作範囲の１部が重複してしまう。そのため、零相電流Ｉ０が重複部分に入った場合は、事故の方向判別ができなくなる。しかし、方向判別要素として従来から一般に使用されている地絡方向継電器を別にもうけているので、図１５において、地絡方向継電器１０−Ａ〜１０−Ｃが前方と判定すればＡ相の前方事故、後方と判定すればＣ相の後方事故と判定することが可能となる。
【００６４】
（第６の実施の形態）
本発明の第６の実施の形態について、図１６に示した前方事故相判定信号を形成するロジックシーケンス回路を参照して説明する。本実施の形態は、以上述べた第５の実施の形態における事故相判別要素として、第２の実施の形態（図９）で説明した地絡方向継電器１１−Ａ〜１１−Ｃを使用するものである。その他は図１４の場合と同じなので、ここでは説明を省略する。
【００６５】
第６の実施形態によれば、第２の実施の形態で説明した地絡方向継電器１１−Ａ〜１１−Ｃを事故相選別要素として用いることにより、一定値Ｉｋ以上の零相電流Ｉ０が流れる高抵抗地絡事故の場合にのみ判定が行われるため、雑音や誤差に強い事故相選別と方向判別が可能となる。
【００６６】
（第７の実施の形態）
なお、以上説明した図１６に示す実施の形態の場合、図１７のようにＡ変電所の至近端内部に高抵抗地絡事故が発生したとき、対向端子に設けた継電器Ｂではその事故を検出することは難しく、特に送電線が長い場合はほとんど不可能にちかい。そこで、第６の実施の形態の不具合点を改善したのが図１８に示す第７の実施の形態である。
【００６７】
図１８において、３０は例えば図１２で説明したような零相電流Ｉ０および零相電圧Ｖ０で事故方向を検出する一般的な地絡方向継電器が備えている地絡事故後方検出要素である。３１はノット回路であり、地絡事故後方検出要素３０により後方地絡が検出されていない場合に動作出力「１」を生じる。
【００６８】
３２はアンドゲート回路であり、前記過電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃ、トリップ許容信号受信部１４およびノット回路３１の出力信号を入力することにより、後方地絡事故が検出されていない条件、対向端子からトリップ許容信号を受け取ったという条件の場合に、過電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃの動作相のみをトリップ許容する。オアゲート回路１７はいずれかの相にトリップ出力指令が出される場合に成立し、トリップ許容信号送信部１８を介して対向端子にトリップ許容信号を送信する。
【００６９】
以上述べたように、図１８に記載の第７の実施の形態によれば、地絡事故後方検出要素および対向端子から伝送されてくるトリップ許容信号を用いることにより、事故相を選別して高速に除去することが可能となる。
【００７０】
（第８の実施の形態）
さらに、前記第７の実施の形態を改良した第８の実施の形態について、図１９を参照して説明する。この第８の実施の形態は図１８で説明した方式の機能を向上させたもので、後方事故検出用として、地絡事故後方検出要素だけでなく、方向要素を有する距離継電器の特に後方事故検出要素３３を新たに追加して設けたことを特徴としている。この後方事故検出要素３３は、被保護電力系統から取り込んだ電圧および電流に関する複数の電気量を用いて事故方向を判定するものである。
【００７１】
３４は地絡事故後方検出要素３０と距離継電器の後方事故検出要素３３との出力のオアゲート回路である。このオアゲート回路３４の出力はノット回路３１によって反転され、アンドゲート回路３２に入力される。その他のロジックについては図１８と同じなので説明を省略する。
【００７２】
この第８の実施の形態によれば、距離継電器の後方事故検出要素３３あるいは地絡事故後方検出要素３０のいずれも動作していない条件、電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃの動作条件および対向端子からのトリップ許容信号受信の条件により、第７の実施の形態に比べて方向判別をより一層精度良く行い、自端子のしゃ断器をトリップすることが可能となる。
【００７３】
（第９の実施の形態）
この第９の実施の形態は、前記第８の実施の形態の１部をさらに改良したものである。図２０を参照して第９の実施の形態を説明する。この第９の実施の形態は、図１３の実施の形態と図１９の実施の形態とを実質的に組み合わせたものである。
【００７４】
新たに設けたアンドゲート回路３５は、過電流変化幅継電器１９−Ａ〜１９−Ｃが１相も動作していない条件、前述した継電器３０、３３の双方が後方事故を検出していない条件、自端子でトリップ信号２６が出ていない条件および対向端子からトリップ許容信号を受信したという４つの条件が揃った場合にのみ、アンド条件が成立する。このアンド条件成立により、確認タイマー２８を介してオアゲート回路２９から動作出力が生じ、３相全部にトリップ信号が出力される。
【００７５】
また、オアゲート回路１７により、いずれかの相にトリップ信号が出る条件が成立した場合、トリップ許容信号送信部１８を介して相手端子にトリップ許容信号を発信するものである。
【００７６】
このように、本実施の形態によれば、過電流変化幅継電器が動作できなかった場合で、かつ後方事故も検出していない場合でも、対向端子からトリップ許容信号を受信したことにより、３相トリップにすることが可能となる。
【００７７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば大きな抵抗を伴う地絡事故においても、正しく事故の方向判別を行うだけでなく、事故相の選別も行うことができ、電力系統の安定度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施の形態に共通な保護継電装置のハードウェア構成図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係わる地絡方向継電器を機能演算手段で表したブロック図。
【図３】第１の実施の形態に係わる地絡方向継電器の特性図。
【図４】本発明の各実施の形態と組合わされてトリップ指令出力信号を形成するロジックシーケンス回路の第１例図。
【図５】本発明の各実施の形態と組合わされてトリップ指令出力信号を形成するロジックシーケンス回路の第２例図。
【図６】本発明の第１の実施の形態の地絡方向継電器に係わる変形例の特性を示す図。
【図７】事故地点とトリップ許可信号発信の関係を示す図。
【図８】本発明の第１の実施の形態に必要な後方検出地絡方向継電器の特性を示す図。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係わる地絡方向継電器を機能演算手段で表したブロック図。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係わる地絡方向継電器の特性図。
【図１１】本発明の第３の実施の形態における前方事故相判定信号を形成するロジックシーケンス回路図。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に使用される後方検出地絡方向継電器の特性の一例を示す図。
【図１３】本発明の第４の実施の形態における前方事故相判定信号を形成するロジックシーケンス回路図。
【図１４】本発明の第５の実施の形態における前方事故相判定信号を形成するロジックシーケンス回路図。
【図１５】本発明の第５の実施の形態に係わる地絡方向継電装置の効果を説明するための図。
【図１６】本発明の第６の実施の形態における前方事故相判定信号を形成するロジックシーケンス回路図。
【図１７】本発明の第６の実施の形態で対応困難な事故状況を説明するための図。
【図１８】本発明の第７の実施の形態によるトリップ指令出力信号を形成するロジックシーケンス回路図。
【図１９】本発明の第８の実施の形態によるトリップ指令出力信号を形成するロジックシーケンス回路図。
【図２０】本発明の第９の実施の形態によるトリップ指令出力信号を形成するロジックシーケンス回路図。
【図２１】従来の技術における地絡方向継電器の特性を示す図。
【図２２】従来の技術によるトリップ指令出力信号を形成するロジックシーケンス回路の第１の例示図。
【図２３】従来の技術によるトリップ指令出力信号を形成するロジックシーケンス回路の第２の例示図。
【符号の説明】
１…保護対象線路、２…ＰＴ、３…ＣＴ、４−１…変成器、４−２…変流器、５−１、５−２…アナログフィルタ、６−１、６−２…サンプルホルダー、７…マルチプレクサ、８…Ａ／Ｄ変換器、９…ディジタル演算回路、１０…地絡方向継電器、１０−１…ディジタルフィルタ、１０−２…零相電流演算手段、１０−３…位相比較演算手段、１０−４…絶対値比較手段、１０−５…前方事故判定手段、１１…地絡方向継電器、１２…タイマー、１３…しゃ断指令出力信号、１４…トリップ許容信号受信部、１５…タイマー、１６…アンドゲート回路、１７…オアゲート回路、１８…トリップ許容信号送信部、１９−Ａ〜１９−Ｃ…過電流変化幅継電器、２０…タイマー、２１…地絡事故前方検出要素、２２−Ａ〜２２−Ｃ…前方事故相判定結果信号、２３…オアゲート回路、２４…ノット回路、２５アンドゲート回路、２６…自端子トリップ信号、２７…ノット回路、２８…タイマー、２９…オアゲート回路、３０…地絡事故後方検出要素、３２…アンドゲート回路、３１…ノット回路、３３…距離継電器後方検出要素、３４…オアゲート回路、３５…アンドゲート回路。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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