(57)【要約】【課題】  上位電源側や下位負荷側の保護区間外で発生する短絡・地絡事故等で不要動作することなく異相混触事故を高速で検出できる異相混触検出継電装置を提供すること。【解決手段】  一方の単相電源の中点分圧された二次電圧の大きさをＶＡ１、ＶＡ２、他方の単相電源の中点分圧された二次電圧の大きさをＶＢ１、ＶＢ２としたとき、下記式により二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２、およびその比率差Δｖ％を求め、比率差Δｖ％が予め設定された所定値以上であるときは異相混触が発生したと判定する。  v%1＝｜(VA1×VB1−VA2×VB2)｜／(VA1×VB1＋VA2×VB2)  v%2＝｜(VA2×VB1−VA1×VB2)｜／(VA2×VB1＋VA1×VB2)   Δv%＝｜v%１−v%2｜【選択図】  図１
2005081957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相を二相に変換して直交位相の二組の単相電源を取り出し、交流き電回路に異相の二組の単相電源を供給するき電変圧器における異相混触を検出する交流き電回路の異相混触検出継電装置において、
二組のそれぞれの単相電源から中点分圧された二次電圧ベクトルを取り出しそれらの大きさをそれぞれ演算する振幅値演算手段と、
二組の単相電源のうち一方の単相電源の中点分圧された二次電圧ベクトルの大きさをＶＡ１、ＶＡ２、他方の単相電源の中点分圧された二次電圧ベクトルの大きさをＶＢ１、ＶＢ２としたとき、下記式により二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２、およびその比率差Δｖ％を求める電圧積不平衡率演算手段と、
v%1＝｜(VA1×VB1−VA2×VB2)｜／(VA1×VB1＋VA2×VB2)
v%2＝｜(VA2×VB1−VA1×VB2)｜／(VA2×VB1＋VA1×VB2) 
Δv%＝｜v%１−v%2｜
＝｜2×VB1×VB2(VA12−VA22)
／{(VA1×VA2)×(VB12＋VB22)＋（VA12＋VA22）×（VB1×VB2)}｜
前記電圧積不平衡率演算手段で求められた比率差Δｖ％が予め設定された所定値以上であるときは異相混触が発生したと判定する比較判定手段と、
前記比較判定手段で異相混触が発生したと判定されたときは交流き電回路の保護遮断を実行する出力処理手段とを備えたことを特徴とする交流き電回路の異相混触検出継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相を二相に変換して直交位相の二組の単相電源を取り出し、交流き電回路に異相の二組の単相電源を供給するき電変圧器における異相混触を検出する交流き電回路の異相混触検出継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流き電負荷は単相負荷であり、交流き電系統は単相負荷を三相電源側でバランスさせるために三相−二相変換変圧器を用いて直交位相の二組の単相電源で構成される。一方、交流き電回路には異相混触検出継電装置が設けられ、二組の単相電源相互間の混触事故を検出すると電源系統を開放して異相混触による保護を図っている。
【０００３】
き電変圧器は、三相を二相に変換して直交位相の二組の単相電源を取り出し、交流き電回路に異相の二組の単相電源を供給する。そして、交流き電回路の異相混触検出継電装置は、二組のそれぞれの単相電源から中点分圧された二次電圧ベクトルを取り出し、それらの電圧値をそれぞれ演算して、いずれかの電圧値が動作検出値Ｋ以下となったときに異相混触が発生したと判断して保護動作するようにしている。
【０００４】
すなわち、二組の単相電源のうち一方の単相電源の中点分圧された二次電圧の電圧ベクトルをｖａ１、ｖａ２、他方の単相電源の中点分圧された二次電圧をｖｂ１、ｖｂ２としたとき、下記式により二組の単相電源相互間電圧の電圧ベクトルｖ１〜ｖ４を求める。この異相電源相互間電圧ベクトルｖ１〜ｖ４は二次電圧ベクトルｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２を合成して得られる異相電源相互間電圧ベクトルであり四辺形に形成される。
【０００５】
ｖ１＝ｖａ１−ｖｂ１
ｖ２＝ｖｂ１−ｖａ２
ｖ３＝ｖｂ２−ｖａ２
ｖ４＝−（ｖａ１＋ｖｂ２）
そして、異相電源相互間電圧ベクトルｖ１〜ｖ４の電圧値Ｖ１〜Ｖ４と予め定められた動作検出値Ｋとを比較し、異相電源相互間電圧値Ｖ１〜Ｖ４の何れか一つ若しくは複数が動作検出値Ｋ以下であるときに動作出力を実行する。
【０００６】
ところで、交流き電回路の混触保護としては、電源周波数が５０Ｈｚと６０Ｈｚとの異周波突き合わせ箇所での混触を検出するために中間の５５Ｈｚの電圧または電流を検出したときに混触が発生したと判断するものがある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１７０６０８号公報（図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１のものでは異周波の混触を検出するようにしたものであり、同一周波数で異相電源にはそのまま適用できない。また、異相電源相互間電圧ベクトルｖ１〜ｖ４の電圧値Ｖ１〜Ｖ４と予め定められた動作検出値Ｋとを比較するものでは、異相電源相互間電圧値Ｖ１〜Ｖ４の何れか一つ若しくは複数が動作検出値Ｋ以下であるときに動作出力を実行するようにしているので、き電変圧器上流の電力会社における三相電源側の他の需要家分岐系統に発生する保護区間外の短絡事故や地絡事故に不要動作することがある。
【０００８】
すなわち、異相混触検出継電装置の保護区間外である電力会社における電源系統電圧（三相電源側電圧）の低下により、き電変圧器の二次二組の単相電圧ベクトルが小さくなったときは、異相混触検出継電装置が不要動作に至ることがある。この不要動作を防ぐためには、電力会社の電源保護装置や上位系統との時限協調が必要になり、異相混触検出継電装置に時限協調を取らせると保護の高速性が阻害される。
【０００９】
また、電源の通常停止操作においても、き電変圧器の二次の単相電圧ベクトルが喪失するので不要動作に至ることになる。この不要動作を避けるためには、三相電源側の開閉器や不足電圧検出継電器など上位設備条件で抑止しなければならないので回路構成が複雑化する。
【００１０】
一方、交流き電回路の下流の分岐回線外部で発生する短絡事故や地絡事故にも不要動作することがある。すなわち、故障電流と系統インピーダンスや事故点インピーダンスによる電圧降下やインピーダンス分担により、二組の単相電圧ベクトルが縮小するため不要動作に至ることがある。この不要動作を防ぐためには、下位系統との時限協調が必要になり、時限協調を取ると高速性が阻害される。
【００１１】
本発明の目的は、上位電源側や下位負荷側の保護区間外で発生する短絡・地絡事故や電源開放などの電圧低下や電圧喪失で不要動作することなく異相混触事故を高速で検出できる交流き電回路の異相混触検出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】
【００１２】
本発明に係わる交流き電回路の異相混触検出継電装置は、三相を二相に変換して直交位相の二組の単相電源を取り出し、交流き電回路に異相の二組の単相電源を供給するき電変圧器における異相混触を検出する交流き電回路の異相混触検出継電装置において、
二組のそれぞれの単相電源から中点分圧された二次電圧ベクトルを取り出しそれらの大きさをそれぞれ演算する振幅値演算手段と、
二組の単相電源のうち一方の単相電源の中点分圧された二次電圧ベクトルの大きさをＶＡ１、ＶＡ２、他方の単相電源の中点分圧された二次電圧ベクトルの大きさをＶＢ１、ＶＢ２としたとき、下記式により二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２、およびその比率差Δｖ％を求める電圧積不平衡率演算手段と、
v%1＝｜(VA1×VB1−VA2×VB2)｜／(VA1×VB1＋VA2×VB2)
v%2＝｜(VA2×VB1−VA1×VB2)｜／(VA2×VB1＋VA1×VB2) 
Δv%＝｜v%１−v%2｜
＝｜2×VB1×VB2(VA12−VA22)
／{(VA1×VA2)×(VB12＋VB22)＋（VA12＋VA22）×（VB1×VB2)}｜
前記電圧積不平衡率演算手段で求められた比率差Δｖ％が予め設定された所定値以上であるときは異相混触が発生したと判定する比較判定手段と、
前記比較判定手段で異相混触が発生したと判定されたときは交流き電回路の保護遮断を実行する出力処理手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、保護区間外の三相電源側や単相同系統の短絡・地絡事故などの操作や検出対象外の事故に対し不要動作せずに本来の検出対象事故である異相混触事故のみに動作するので、他設備や装置との検出協調や時限協調が不要となる。その結果、高速保護を可能とすることができ、現地調整試験や保守点検の簡素化と作業性の向上も実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、二組の単相電源から中点分圧された二次電圧の電圧ベクトルを合成して形成される四辺形の二つの対角線の交点から四辺形の頂点までの大きさに着目して、二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２、およびその比率差Δｖ％を求め、保護区間外の事故と位相混触事故とを識別する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明の実施例１に係わる異相混触検出継電装置１１を交流き電回路に適用した交流き電回路保護系統図である。需要家である交流き電回路の電力は電力会社の送電設備１２から三相電源で受電し、受電された三相電源は需要家のき電変圧器１３で直交する単相二組のＡ座電源およびＢ座電源に変換される。そして、Ａ座電源から負荷に電力が供給され、またＢ座電源はさらに昇圧変圧器１４で昇圧されて負荷に供給される。
【００１６】
ここで、Ａ座電源とＢ座電源との混触を検出するための異相混触検出継電装置１１が設けられ、Ａ座電源とＢ座電源との混触を検出したときは保護動作が行われる。すなわち、二組の単相Ａ座電源および単相Ｂ座電源の電圧は、それぞれ計器用変圧器１５、１６を介して中点分圧された二次電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２として取り出され、異相混触検出継電装置１１に入力される。異相混触検出継電装置１１は、これら二次電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２に基づいて異相混触の判定を行う。
【００１７】
図２は、き電変圧器１３の電圧ベクトルおよびき電電圧ベクトルの説明図である。き電変圧器１３の一次の受電三相ベクトルａ、ｂ、ｃはそれぞれ１２０°位相の平衡ベクトルであり、それぞれ大きさがＶである相間電圧で示されている。いま、説明を簡単にするために、き電変圧器１３の変圧比を１：１とすると、き電変圧器１３の二次の一方側のＡ座単相電圧ｖａは三相電源ｂ−ｃ相と同相で電圧値Ｖである。また、き電変圧器１３の二次の他方側のＢ座単相電圧は、三相電源ａ相と同相で電圧値Ｖ／√３である。そこで、変圧比１：√３の昇圧変圧器１４により昇圧し、大きさがＶであるき電回路電圧ｖｂが得られる。
【００１８】
二組の単相電源電圧ｖａ、ｖｂは、前述の計器用変圧器１５、１６で中点分圧された二次電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２として取り出されて異相混触検出継電装置１１に入力されている。二次電圧ｖａ１、ｖａ２と、二次電圧ｖｂ１、ｖｂ２とは互いに値が同等で直交しており、φ１〜φ４はそれぞれ９０°、定常時の異相間電圧ｖ１〜ｖ４はＡ座およびＢ座の二組の直交する単相電源ｖを対角線とする正四辺形の外周斜辺電圧であり、その値はＶ／√２である。
【００１９】
図３は、本発明の実施例１に係わる異相混触検出継電装置１１のブロック構成図である。計器用変圧器１５、１６から入力される二組の単相電源電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２は、異相混触検出継電装置１１の入力変換手段２１に入力される。入力変換手段２１では予め定られた比で単相電源電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２を変換しアナログフィルタを通過した後にサンプリングホールド手段２２に出力する。サンプリングホールド手段２２は、系統周波数の所定の電気角速度時間毎に単相電源電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２をサンプルホールドし、このサンプルホールドした値がＡ／Ｄ変換手段２３でディジタル値に変換される。
【００２０】
Ａ／Ｄ変換手段２３で所定の電気角速度時間毎にディジタル値に変換されたそれぞれの入力電圧データはデータ格納手段２４に記憶される。この記憶データは予め定められたサンプリング回数分の時系列記憶データとして所定の電気角速度時間毎に更新記憶されることになる。
【００２１】
振幅値演算手段２５はデータ格納手段２４に記憶されている入力電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２のサンプリングデータから入力電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２の大きさＶＡ１、ＶＡ２、ＶＢ１、ＶＢ２を求める。
【００２２】
そして、電圧積不平衡率演算手段２６は振幅値演算手段２５で求められた入力電圧ｖａ１、ｖａ２、ｖｂ１、ｖｂ２の電圧値ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＢ１、ＶＢ２から、図２に示した二組の単相電圧ｖａ、ｖｂ相互間のスカラ積差比率v%１、v%2およびその比率差Δv%を例えば次の数式で求める。
【００２３】
v%1＝｜(VA1×VB1−VA2×VB2)｜／(VA1×VB1＋VA2×VB2)
v%2＝｜(VA2×VB1−VA1×VB2)｜／(VA2×VB1＋VA1×VB2) 
Δv%＝｜v%１−v%2｜
＝｜2×VB1×VB2(VA12−VA22)／{(VA1×VA2)×(VB12＋VB22)
＋（VA12＋VA22）×（VB1×VB2)}｜…（１）
比較判定手段２７は電圧積不平衡率演算手段２６で求められたスカラ積差比率の差Δｖ%と予め定められた動作検出値Ｋｖ%とを比較し、スカラ積差比率の差Δｖ%が動作検出値Ｋｖ%以上であるときは混触が発生したと判定する。その場合、比較判定手段２７は振幅値演算手段２５で求められたそれぞれの異相電源相互間電圧値ＶＡ１、ＶＡ２、ＶＢ１、ＶＢ２と予め定められた動作検出値Ｋとを比較判定して混触相を選別する。そして、比較判定手段２７は、混触が発生したことと共に混触相を出力処理手段２８へ出力する。出力処理手段２８は、比較判定手段２７で異相混触が発生したと判定されたときは、その混触相に対して交流き電回路の保護遮断を実行する。
【００２４】
つまり、本発明の実施例１の異相混触検出継電装置１１では、二組のスカラ積差比率ｖ%１、ｖ%２の比率差Δｖ%の大きさにより異相混触事故を判定するので、保護区間外の事故と位相混触事故との識別が可能となる。
【００２５】
図４は、三相電源側に二相短絡（ａ−ｂ相短絡）が発生した場合の電圧ベクトル図である。定常時の異相間電圧ｖ１〜ｖ４は、図３に示すように、Ａ座およびＢ座の二組の直交する単相電源ｖを対角線とする正四辺形の外周斜辺電圧でありその値はＶ／√２であるが、三相電源側に二相短絡(ａ−ｂ相短絡)が発生すると、四辺形外周電圧ｖ２、ｖ４が三相側の電圧降下に応じて低下する。四辺形外周電圧ｖ２、ｖ４は完全短絡のときは０Ｖであり、短絡がないときは定格Ｖ／√２であるので、短絡インピーダンスの大きさに応じて、０Ｖ〜Ｖ／√２の範囲となる。
【００２６】
三相電源側に二相短絡（ａ−ｂ相短絡）が発生した場合には、図４に示すように、入力電圧ｖａ１、ｖａ２の電圧値ＶＡ１、ＶＡ２はほぼ等しくなることから、（１）式から分かるように、二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２の比率差Δｖ％はほぼ零になる。従って、実施例１の異相混触検出継電装置１１は混触の発生と判定することはない。
【００２７】
図５は、交流き電回路のＢ座単相電源の分岐回線外部で短絡事故が発生した場合の電圧ベクトル図である。Ｂ座単相回路の短絡電流は三相側のａ相に流れ、三相側のｂ、ｃ各相にはｂ相の電流の１／２が逆向きに流れる、この短絡電流、電源、き電変圧器１３のインピーダンスにより電圧値と位相変位とに纏わる電圧降下が発生するため、定常時の異相間電圧ｖ１〜ｖ４の四辺形が縮小し、四辺形外周電圧ｖ１〜ｖ４の電圧値が降下する。
【００２８】
交流き電回路のＢ座単相電源の分岐回線外部で短絡事故が発生した場合には、図５に示すように、入力電圧ｖａ１、ｖａ２の電圧値ＶＡ１、ＶＡ２はほぼ等しくなることから、（１）式から分かるように、二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２の比率差Δｖ％はほぼ零になる。従って、実施例１の異相混触検出継電装置１１は混触の発生と判定することはない。
【００２９】
図６は、交流き電回路のＡ座単相電源の分岐回線外部で地絡事故が発生した場合の電圧ベクトル図である。この場合も、入力電圧ｖａ１、ｖａ２の電圧値ＶＡ１、ＶＡ２はほぼ等しくなることから、（１）式から分かるように、二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２の比率差Δｖ％はほぼ零になる。従って、実施例１の異相混触検出継電装置１１は混触の発生と判定することはない。
【００３０】
一方、図７は、交流き電回路のＡ座単相電源とＢ座単相電源とが混触した場合の電圧ベクトル図である。この場合は、入力電圧ｖａ１、ｖａ２の電圧値ＶＡ１、ＶＡ２の大きさが異なることから、（１）式から分かるように、二組のスカラ積差比率ｖ％１、ｖ％２の比率差Δｖ％の値が大きくなり、動作検出値Ｋｖ%以上となると、実施例１の異相混触検出継電装置１１は混触の発生と判定することになる。
【００３１】
このように、本発明の実施例１の異相混触検出継電装置１１においては、三相電源側あるいはき電回路下流での短絡事故や地絡事故では、二組それぞれのスカラ積差比率の比率差Δｖ％の値が極めて微量、もしくは殆んど零となるので誤動作が抑制される。一方、異相混触が発生した場合には、スカラ積差比率の比率差Δｖ％の値が大きくなるので異相混触に対しては正常に動作することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の実施例１に係わる異相混触検出継電装置を交流き電回路に適用した交流き電回路保護系統図。
【図２】本発明の実施例１におけるき電変圧器の電圧ベクトルおよびき電電圧ベクトルの説明図。
【図３】本発明の実施例１に係わる異相混触検出継電装置のブロック構成図。
【図４】三相電源側に二相短絡（ａ−ｂ相短絡）が発生した場合の電圧ベクトル図。
【図５】交流き電回路のＢ座単相電源の分岐回線外部で短絡事故が発生した場合の電圧ベクトル図。
【図６】交流き電回路のＡ座単相電源の分岐回線外部で地絡事故が発生した場合の電圧ベクトル図。
【図７】交流き電回路のＡ座単相電源とＢ座単相電源とが混触した場合の電圧ベクトル図。
【符号の説明】
【００３３】
１１…異相混触検出継電装置、１２…送電設備、１３…き電変圧器、１４…昇圧変圧器、１５、１６…計器用変圧器、２１…入力変換手段、２２…サンプリングホールド手段、２３…Ａ／Ｄ変換手段、２４…データ格納手段、２５…振幅値演算手段、２６…電圧積不平衡率演算手段、２７…比較判定手段、２８…出力処理手段
【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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