(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱調検出範囲の大きさが、大容量発電機に対しては小さく、小容量発電機に対しては大きく設定された互いに異なる脱調検出特性を有する複数の脱調検出手段を備えるとともに、これらの各脱調検出手段の検出出力の論理和を系統遮断用のトリップ信号として出力する論理和手段が設けられていることを特徴とする保護継電装置。
【請求項２】
上記各脱調検出部において設定されている脱調検出範囲に対するインピーダンス軌跡の突入の有無を監視し、このインピーダンス軌跡が脱調検出範囲内に突入した場合には当該脱調検出範囲を有する脱調検出手段に対してのみ以降の脱調検出動作を継続させる突入監視手段を備えることを特徴とする請求項１記載の保護継電装置。
【請求項３】
上記各脱調検出手段における脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性とリアクタンス特性とをそれぞれ設定する特性設定手段を有するとともに、この特性設定手段による一つのブラインダ特性の設定に応じて、予め規定された整定比率に基づいて他のブラインダ特性を連動して決定する連動整定手段を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の保護継電装置。
【請求項４】
上記各脱調検出手段における脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性とリアクタンス特性とをそれぞれ設定する特性設定手段を有するとともに、この特性設定手段で設定されるブラインダ特性とリアクタンス特性の一部を互いに共有化させる特性共有化手段を備えることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の不平衡に起因して生じる発電機の脱調を検出して電力系統を保護する保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電力系統は消費電力と発電電力とが常に平衡を保つ必要があり、正常時には、各発電機は同期状態となるように、つまり、電圧、電流などの電気量の位相差がある角度範囲内に収まるように運転されている。しかし、電力系統内で急速な不平衡が発生すると、その近辺の発電機の運転状態が不安定となり、同期速度の運転から外れるいわゆる脱調を生じる。
【０００３】
このような脱調が電力系統の一部に生じると、この脱調の影響が電力系統の全体に波及するおそれがあるため、従来より、電力系統の途中に脱調を検出する保護継電装置を設け、脱調が生じたときには電力系統の途中を分離することで、電力系統全体へ影響が波及しないようにしている。
【０００４】
従来、このような脱調の発生検出のためには、インピーダンスを複素平面上に図示する、いわゆるＲ−Ｘ図において、脱調検出の動作範囲として例えば四辺形特性をもたせるようにしておき、この四辺形特性で囲まれる内側の３つの領域Ａ，Ｂ，Ｃについて、潮流インピーダンスがＡ→Ｂ→Ｃと順次通過したときには減速脱調が、また、Ｃ→Ｂ→Ａと順次通過したときには加速脱調がそれぞれ生じたものと判断し、これらの脱調検出に応じて遮断器をトリップして電力系統を分離し、これによって電力系統の保護を図るようにしている（例えば、特許文献１，２等参照）。
【０００５】
【特許文献１】特公昭６３−５５２９１号公報
【特許文献２】特許第２９６３２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、大小様々な容量（発電能力）の発電機が電力系統に存在する電気所では、各発電機の容量に応じて脱調時の潮流インピーダンスの変化状態を示すインピーダンス軌跡が異なる。すなわち、小容量発電機の脱調時は、電流が小さくて周波数変動が大きいために、インピーダンス軌跡の変化が大きく、かつ変化速度も速い。一方、大容量発電機の脱調時は、電流が大きくて周波数変動が小さいために、インピーダンス軌跡の変化が比較的小さく、かつ変化速度も比較的遅い。
【０００７】
したがって、小容量発電機の脱調時は、インピーダンス軌跡の変化が大きく、かつ変化速度も速いので、脱調検出のためには、Ｒ−Ｘ図の四辺形特性の検出範囲も比較的大きく設定する必要がある。一方、大容量発電機の脱調時は、インピーダンス軌跡の変化が小さく、変化速度も遅いので、脱調検出のためには、Ｒ−Ｘ図の四辺形特性の検出範囲も比較的小さく設定すればよい。
【０００８】
ところが、従来の脱調検出用の保護継電装置においては、上述のように発電機の容量の大小によって脱調時のインピーダンス軌跡が異なるのにもかかわらず、単一の四辺形特性を設定して脱調検出を行っている。このため、電力系統に容量の異なる種々の発電機が並列接続されている発電所が存在する場合、これらの各発電機の脱調を確実に検出することが難しかった。
【０００９】
すなわち、図７（ａ）に示すように、大容量発電機の脱調検出のために、Ｒ−Ｘ図の四辺形特性の検出範囲を比較的小さく設定していた場合、各大容量発電機の脱調時には、インピーダンス軌跡が、図中実線で示すように、Ａ１，Ｂ１，Ｃ１の３領域を順次通過しても、小容量発電機の脱調時には、インピーダンス軌跡が、図中破線で示すように、各領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１を通過しないことがあり、このときには脱調を検出することができない。
【００１０】
一方、図７（ｂ）に示すように、小容量発電機の脱調検出のために、Ｒ−Ｘ図の四辺形特性の検出範囲を大きく設定していた場合、小容量発電機の脱調時には、インピーダンス軌跡が、図中実線で示すように、Ａ２，Ｂ２，Ｃ２の３領域を順次通過しても、大容量発電機の脱調時には、インピーダンス軌跡が、図中破線で示すように、四辺形特性の一つの領域Ｂ２しか通過しないことがあり、このときには脱調を検出することができない。
【００１１】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、電力系統に容量の異なる種々の発電機が並列接続されている発電所が存在し、このため、脱調時のインピーダンス軌跡が異なる場合でも、これらの各発電機の脱調を確実に検出することが可能な保護継電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成するために、本発明の保護継電装置は、脱調検出範囲の大きさが、大容量発電機に対しては小さく、小容量発電機に対しては大きく設定された互いに異なる脱調検出特性を有する複数の脱調検出手段を備えるとともに、これらの各脱調検出手段の検出出力の論理和を系統遮断用のトリップ信号として出力する論理和手段が設けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、脱調検出範囲の大きさが、大容量発電機に対しては小さく、小容量発電機に対しては大きく設定された互いに異なる脱調検出特性を有する複数の脱調検出部を設け、これらの複数の脱調検出部を組み合わせて脱調検出を行うので、電力系統に容量の異なる種々の発電機が同時に存在し、このために脱調時のインピーダンス軌跡が異なる場合でも、インピーダンス軌跡は、いずれか一つの脱調検出範囲を通過することになる。このため、容量の異なる各発電機のいずれかに脱調が生じたときには、その脱調を確実に検出することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１における保護継電装置を備えた電力系統を示す構成図である。
【００１５】
図１において、符号１は大容量発電機、２は小容量発電機である。３，４はそれぞれ送電線の電流、電圧を検出する変流器（ＣＴ）および変成器（ＰＴ）、５は本発明に係る保護継電装置である。
【００１６】
保護継電装置５は、変流器３および変成器４から導入される電流、電圧の交流信号を電子回路で扱えるレベルに変換したり交流信号に含まれる高周波ノイズを除去するアナログ入力回路６、このアナログ入力回路６の出力をデジタル化するＡ／Ｄ変換器７、このＡ／Ｄ変換器７でデジタル化された電流，電圧のデータに基づいて潮流インピーダンスを算出する潮流インピーダンス演算部８、潮流インピーダンスのインピーダンス軌跡に基づいて大容量発電機１と小容量発電機２の脱調を検出する脱調検出手段としての小特性脱調検出部９と大特性脱調検出部１０、各脱調検出部９，１０の脱調検出範囲を設定する特性設定手段としての小特性設定部１１と大特性設定部１２、および各脱調検出部９，１０の検出出力の論理和を系統遮断用のトリップ信号として出力する論理和手段としてのオアゲート１３を備えている。
【００１７】
上記の各脱調検出部９，１０は、脱調検出の動作範囲を規定する四辺形の脱調検出範囲の大きさが互いに異なるように設定されている。すなわち、大容量発電機１の脱調時は、インピーダンス軌跡の変化が小さく、かつ変化速度も遅いので、これに適合するように、小特性脱調検出部９については、Ｒ−Ｘ図の四辺形特性の脱調検出範囲が比較的小さく設定されている。一方、小容量発電機２の脱調時は、インピーダンス軌跡の変化が大きく、かつ変化速度も速いので、これに適合するように、大特性脱調検出部１０については、Ｒ−Ｘ図の四辺形特性の脱調検出範囲も比較的大きく設定されている。
【００１８】
小特性設定部１１は、小特性脱調検出部９における脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性Ｌ１１〜Ｌ１４とリアクタンス特性Ｍ１１，Ｍ１２とをそれぞれ設定するものである。また、大特性設定部１２は、大特性脱調検出部１０における脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性Ｌ２１〜Ｌ２４とリアクタンス特性Ｍ２１，Ｍ２２とをそれぞれ設定するものである。
【００１９】
次に、上記構成を有する保護継電装置５における動作について説明する。
電力系統に設けられた変流器３や変成器４で検出された電流、電圧の各交流信号は、アナログ入力回路６において、電子回路で扱えるレベルに変換されるとともに、交流信号に含まれる高周波ノイズが除去された後、Ａ／Ｄ変換器７でデジタル化されて潮流インピーダンス演算部８に導入される。潮流インピーダンス演算部８は、これらの電流，電圧のデータに基づいて潮流インピーダンスを算出し、この潮流インピーダンスのデータを小特性脱調検出部９と大特性脱調検出部１０にそれぞれ送出する。
【００２０】
ここで、大容量発電機１の脱調時は、インピーダンス軌跡の変化が小さく、かつ変化速度が遅いので、小特性脱調検出部９において予め設定されている四辺形特性の脱調検出範囲をインピーダンス軌跡が通過することになる。つまり、潮流インピーダンスは、減速脱調のときは検出領域をＡ１→Ｂ１→Ｃ１と順次通過し、加速脱調のときにはＣ１→Ｂ１→Ａ１と順次通過する。
【００２１】
一方、小容量発電機２の脱調時は、インピーダンス軌跡の変化が大きく、かつ変化速度が速いので、大特性脱調検出部１０において予め設定されている四辺形特性の脱調検出範囲もインピーダンス軌跡が通過することになる。つまり、潮流インピーダンスは、減速脱調のときには検出領域をＡ２→Ｂ２→Ｃ２と順次通過し、加速脱調のときにはＣ２→Ｂ２→Ａ２と順次通過する。
【００２２】
したがって、大容量発電機１と小容量発電機２のいずれが脱調した場合でも脱調検出を行うことができ、小特性脱調検出部９あるいは大特性脱調検出部１０から脱調検出信号が出力され、この脱調検出信号がオアゲート１３から系統遮断用のトリップ信号として出力される。これにより、大小様々な容量の発電機１，２のいずれかに脱調が生じた場合には、その脱調を確実に検出することが可能になる。
【００２３】
実施の形態２．
図２は本発明の実施の形態２における保護継電装置の要部を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００２４】
この実施の形態２の特徴は、各脱調検出部９，１０において設定されている脱調検出範囲に対するインピーダンス軌跡の突入の有無を監視し、インピーダンス軌跡が脱調検出範囲内に突入したときには、その突入した当該脱調検出範囲を有する脱調検出手段９または１０に対してのみ以降の脱調検出動作を継続させる突入監視部１４を備えていることである。
【００２５】
すなわち、この突入監視部１４は、各脱調検出部９，１０において設定されている脱調検出範囲に対するインピーダンス軌跡の突入の有無を常時監視し、小特性脱調検出部９の脱調検出範囲にインピーダンス軌跡が突入したときには、当該脱調検出部９の脱調検出動作を継続させるとともに、大特性脱調検出部１０の脱調検出動作を停止する一方、大特性脱調検出部１０の脱調検出範囲にインピーダンス軌跡が突入したときには、当該脱調検出部１０の脱調検出動作を継続させるとともに、小特性脱調検出部９の脱調検出動作を停止するようになっている。
【００２６】
次に、この実施の形態２における保護継電装置の動作について説明する。
大容量発電機１と小容量発電機２のいずれも脱調が生じていない定常時には、潮流インピーダンス演算部８で算出される潮流インピーダンスは、各脱調検出部９，１０で設定されている四辺形特性の脱調検出範囲内からいずれからも外れた位置に留まっている。
【００２７】
したがって、突入監視部１４は、インピーダンス軌跡が各脱調検出部９，１０で設定されている四辺形特性のいずれの脱調検出範囲内にも突入してないと判定すると、両脱調検出部９，１０による脱調検出動作を共に停止する。
【００２８】
これに対して、大容量発電機１と小容量発電機２のいずれか一方が脱調した場合には、インピーダンス軌跡が各脱調検出部９，１０で設定されている四辺形特性のいずれかの脱調検出範囲内に突入する。例えば、大容量発電機１が減速脱調したときには、Ｒ軸の正側のブラインダ特性Ｌ１１を横切って検出領域Ａ１に突入する。また、大容量発電機１が加速脱調したときには、Ｒ軸の負側のブラインダ特性Ｌ１３を横切って検出領域Ｃ１に突入する。また、小容量発電機２が減速脱調したときには、Ｒ軸の正側のブラインダ特性Ｌ２１を横切って検出領域Ａ２に突入する。また、小容量発電機２が加速脱調したときには、Ｒ軸の負側のブラインダ特性Ｌ２３を横切って検出領域Ｃ２に突入する。
【００２９】
したがって、突入監視部１４は、小特性脱調検出部９の脱調検出範囲（検出領域のＡ１またはＣ１）にインピーダンス軌跡が突入したと判定したときには、当該脱調検出部９の脱調検出動作を継続させるとともに、大特性脱調検出部１０の脱調検出動作を停止させる。また、大特性脱調検出部１０の脱調検出範囲（検出領域のＡ２またはＣ２）にインピーダンス軌跡が突入したと判定したときには、当該脱調検出部１０の脱調検出動作を継続させるとともに、小特性脱調検出部９の脱調検出動作を停止させる。
【００３０】
このように、この実施の形態２では、突入監視部１４を設けることにより、定常時は、両脱調検出部９，１０の脱調検出動作を共に停止した状態にしておき、大容量発電機１と小容量発電機２のいずれ一方が脱調した場合には、インピーダンス軌跡が突入した当該脱調検出範囲を有する脱調検出手段９または１０に対してのみ以降の脱調検出動作を継続させることができるので、脱調検出部９，１０における脱調検出処理の負荷を削減することが可能になる。
【００３１】
その他の構成、および作用効果は実施の形態１の場合と同様であるから、ここでは詳しい説明は省略する。
【００３２】
実施の形態３．
図３は本発明の実施の形態３における保護継電装置の要部を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００３３】
この実施の形態３の特徴は、小特性設定部１１および大特性設定部１２において脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性とリアクタンス特性とをそれぞれ設定する際、一つのブラインダ特性の設定に応じて、予め規定された整定比率ｋ１，ｋ２に基づいて他のブラインダ特性を連動して決定する連動整定部１６，１７が設けられていることである。
【００３４】
すなわち、図４（ａ）に示すように、原点からブラインダ特性Ｌ１１，Ｌ１２，Ｌ１３，Ｌ１４のＸ軸の交点までの距離をそれぞれＲ１１，Ｒ１２，Ｒ１３，Ｒ１４としたとき、連動整定部１６は、小特性設定部１１によって外側のブラインダ特性Ｌ１１が設定されると、これよりも内側のブラインダ特性Ｌ１２を、予め規定された整定比率ｋ１（＝Ｒ１２／Ｒ１１＝Ｒ１４／Ｒ１３）に基づいてＬ１２＝ｋ１・Ｌ１１として整定する。同様に、小特性設定部１１によって外側のブラインダ特性Ｌ１３が設定されると、これよりも内側のブラインダ特性Ｌ１４を、Ｌ１４＝ｋ１・Ｌ１３として整定する。
【００３５】
同様に、図４（ｂ）に示すように、原点からブラインダ特性Ｌ２１，Ｌ２２，Ｌ２３，Ｌ２４のＸ軸の交点までの距離をそれぞれＲ２１，Ｒ２２，Ｒ２３，Ｒ２４としたとき、連動整定部１７は、大特性設定部１２によって外側のブラインダ特性Ｌ２１が設定されると、これよりも内側のブラインダ特性Ｌ２２を、予め規定された整定比率ｋ２（＝Ｒ２２／Ｒ２１＝Ｒ２４／Ｒ２３）に基づいてＬ２２＝ｋ２・Ｌ２１として整定する。同様に、大特性設定部１２によって外側のブラインダ特性Ｌ２３が設定されると、これよりも内側のブラインダ特性Ｌ２４を、Ｌ２４＝ｋ２・Ｌ２３として整定する。
【００３６】
脱調検出範囲の異なる２つの脱調検出部９，１０を備えている場合、各検出領域Ａ１，Ｂ１，Ｃ１，Ａ２，Ｂ２，Ｃ２を区画するためには、両脱調検出部９，１０に計８つのブラインダ特性Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４を設定する必要があるが、この実施の形態３では、連動整定部１６，１７を設けることで、実際に設定が必要となるブラインダ特性は、Ｌ１１，Ｌ１３，Ｌ２１，Ｌ２３の４つに削減することができる。このため、各ブラインダ特性Ｌ１１〜Ｌ１４，Ｌ２１〜Ｌ２４を設定入力するために要する作業時間を削減することができる。
【００３７】
実施の形態４．
図５は本発明の実施の形態４における保護継電装置の要部を示す構成図であり、図１に示した実施の形態１と対応する構成部分には同一の符号を付す。
【００３８】
この実施の形態４の特徴は、小特性設定部１１および大特性設定部１２において脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性とリアクタンス特性とをそれぞれ設定する際に、各特性設定部１１，１２で設定されるブラインダ特性とリアクタンス特性の一部を互いに共有化させる特性共有化部１５を備えていることである。
【００３９】
実施の形態１では、各特性設定部１１，１２において脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性とリアクタンス特性とはそれぞれ独立している。このような場合、脱調検出範囲を設定するブラインダ特性とリアクタンス特性の数が多くなるので、その分、インピーダンス軌跡が脱調検出範囲の各検出領域を通過する際の脱調検出処理に要する時間が増大する。
【００４０】
そこで、この実施の形態４では、小特性設定部１１および大特性設定部１２において脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性とリアクタンス特性とをそれぞれ設定する際、特性共有化部１５は、ブラインダ特性とリアクタンス特性の一部を互いに共有化させる。
【００４１】
すなわち、図６に示す例では、大特性脱調検出部１０のブラインダ特性Ｌ２２の一部を小特性脱調検出部９のブラインダ特性Ｌ１１と共有化し、大特性脱調検出部１０のブラインダ特性Ｌ２４の一部を小特性脱調検出部９のブラインダ特性Ｌ１３と共有化し、さらに、大特性脱調検出部１０のリアクタンス特性性Ｍ２１の一部を小特性脱調検出部９のリアクタンス特性Ｍ１１と共有化している。
【００４２】
このように、脱調検出範囲の各検出領域を区画するブラインダ特性とリアクタンス特性とを共有化させることで、インピーダンス軌跡が脱調検出範囲の各検出領域を通過する際の脱調検出処理に要する演算時間を短縮化することができる。
【００４３】
なお、上記の各実施の形態１〜４の保護継電装置では、大容量発電機１と小容量発電機２の脱調をそれぞれ検出するために、２つの脱調検出部９，１０を設けた場合について説明したが、必ずしも２つの脱調検出部９，１０を設けた構成に限るものではなく、電力系統に容量の異なる発電機が３つ以上並列接続されている場合には、これらの各発電機に個別に対応した数の脱調検出部を設けることが可能である。
【００４４】
また、上記の各実施の形態１〜４では、各脱調検出部９，１０の脱調検出範囲として、Ｒ−Ｘ図のブラインダ要素とリアクタンス要素とを組み合わせて四辺形特性をもたせるようにしているが、必ずしもこのよう四辺形特性に限定されるものではなく、例えば、円形のモー特性とブラインダ特性とを組み合わせた脱調検出範囲を設定して脱調検出を行うようにすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の実施の形態１における保護継電装置を備えた電力系統を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２における保護継電装置の要部を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３における保護継電装置の要部を示す構成図である。
【図４】各脱調検出部の脱調検出範囲に含まれる検出領域を区画するブラインダ特性を設定する場合の連動整定部の動作説明に供する説明図である。
【図５】本発明の実施の形態４における保護継電装置の要部を示す構成図である。
【図６】本発明の実施の形態４において、特性共有化部によって脱調検出範囲の検出領域を区画するためのブラインダ特性とリアクタンス特性とを共有化させた状態を示す説明図である。
【図７】従来の保護継電装置の脱調検出部において設定されている脱調検出範囲の説明図である。
【符号の説明】
【００４６】
１  大容量発電機、２  小容量発電機、５  保護継電装置、
９  小特性脱調検出部（脱調検出手段）、１０  大特性脱調検出部（脱調検出手段）、
１１  小特性設定部（特性設定手段）、１２  大特性設定部（特性設定手段）、
１３  オアゲート（論理和手段）、１４  突入監視部（突入監視手段）、
１５  特性共有化部（特性共有化手段）、１６，１７  連動整定部（連動整定手段）。
【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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