(57)【要約】【課題】  単相電源側の地絡事故を確実に検出でき、しかも単相電源側の異相混触事故に対しては不要動作することのない地絡継電装置を提供すること。【解決手段】  Ａ座，Ｂ座二組の単相電源の各両端電位を対地電位で均等に分圧した各組の第１電位VA1，VB1、第２電位VA2，VB2を入力手段２１でそれぞれ入力し、これら各組の第１、第２の電位の値及びそれらの位相差角φ１，φ３から、単相電源側の地絡事故時に生じる各組毎の有効成分差Δｗａ，Δｗｂを位相演算手段２５で求め、それらのいずれかがこの動作検出値を越えた場合、比較判定手段２６により地絡事故と判定するので、異相混触事故に対して不要動作することのなく、地絡事故を確実に検出できる。【選択図】図１
2005269698.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源から変圧器により変換された直交位相の二組の単相電源で構成される系統の地絡検出継電装置であって、
前記二組の単相電源の各両端電位を対地電位で均等に分圧した各組の第１、第２の電位をそれぞれ入力する入力手段と、
これら各組の第１、第２の電位の値及びそれらの位相差から、前記単相電源側の地絡事故時に生じる各組毎の有効成分差を求める位相演算手段と、
これら求められた有効成分差を予め設定した動作検出値と比較し、それらのいずれかがこの動作検出値を越えた場合、地絡事故と判定する比較判定手段と、
を備えたことを特徴とする地絡検出継電装置。
【請求項２】
位相演算手段は、各組毎に、自己の組の第１電位、他方の組の第１及び第２の電位、前記自己の組の第１電位と他方の組の第１電位との位相差角から第１有効成分を求め、自己の組の第２電位、他方の組の第１及び第２の電位、前記自己の組の第２電位と他方の組の第２電位との位相差角から第２有効成分を求め、これら第１有効成分と第２有効成分との差を各組毎の有効成分差としてそれぞれ求めることを特徴とする請求項１に記載の地絡検出継電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三相交流電源から変圧器により変換された直交位相の二組の単相電源で構成される系統の地絡検出継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、交流き電負荷は単相負荷であり、電源系統として、単相電源による交流き電系統が構成される。この交流き電系統は、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得られる直交位相二組の単相電源で構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このような交流き電系統を図２に示す。需要家の電力は、電力会社の送電設備２から供給され、三相電源で受電する。受電三相電源は需要家のき電変圧器３により、直交する位相の単相二組のＡ座電源、Ｂ座電源に変換され負荷に供給される。
【０００４】
一方、交流き電系統における地絡検出保護は、従来、二組の単相電源とも夫々の両端電位と対地電位との差電圧の大きさで地絡事故を判別して電源系統を開放するように構成していた。このような地絡保護を行うため、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座の電圧は、それぞれ２台の計器用変圧器５、６の中点が対地電位で分圧された二次電圧VA1、VA2、VB1、VB2を地絡検出継電装置１に入力している。
【０００５】
受電三相と二組の単相変換電圧の定常電圧ベクトルを図３に示す。き電変圧器３における一次の受電三相ベクトルａ，ｂ，ｃは夫々１２０°位相の平衡ベクトルで、夫々の相間電圧Ｖで示されている。仮に変圧比を１：１とすると、変圧器二次の一方の単相電源Ａ座は、三相電源ｂ−ｃ相と同相で電圧値Ｖである。また、変圧器二次の他方の単相電源Ｂ座は、三相電源ａ相と同相で電圧値Ｖ／√３であるが変圧比１：√３の昇圧変圧器４によりき電回路電圧Ｖが供給される。二組の単相電源電圧Ｖは、前述の計器用変圧器５で中点の対地電位により二次電圧VA1、VA2、VB1、VB2として均等に分圧され、地絡検出継電装置１に入力されている。
【０００６】
ここで、VA1、VA2は一方の組Ａ座の第１電位、第２電位であり、VB1、VB2は他方の組Ｂ座の第1電位、第２電位である。これらは互いに値が同等でそれらの位相角は直交しており、位相差角φ1〜φ4は夫々９０°である。また、定常時の異相間電圧V1〜V4はＡ座、Ｂ座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。
【０００７】
従来、地絡検出継電装置１には、前述のように、Ａ座，Ｂ座の各電位VA1,VA2,VB1,VB2が、計器用変圧器５，６から入力される。これら入力電圧は、系統周波数の任意の電気角速度時間毎にサンプルホールドされ、ディジタル値に変換された後、データ格納手段に記憶される。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任意の電気角速度時間毎に更新されている。
【０００８】
地絡事故検出に当っては、前述の各電位VA1、VA2、VB1、VB2の値から、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座夫々の両端電位と対地電位との差電圧Δva、Δvbを求め、この差電圧と予め定められた動作検出値kvとを夫々比較し、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座の何れか又は双方の差電圧Δva、Δvbが動作検出値kvを超えた場合に動作出力を実行する。
【０００９】
すなわち、定常時のき電電圧ベクトルは、図３で説明したように、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座電圧は夫々、正四辺形の対角線であり、正四辺形の中心が対地電位である。従って二組の単相電源Ａ座、Ｂ座とも両端電位と対地電位との差電圧は均等である。したがって、Δva＝VA1−VA2＝０v、Δvb=VB1−VB2＝０vとなり、地絡は発生していないと判断される。
【００１０】
これに対し単相電源側に地絡事故が発生すると、き電電圧ベクトルは、図６で示すように、対地電位が四辺形の中心から地絡側に移動した形状に変形する。このため、VB1とVB2との間に差が生じ、これらの差であるΔvbが動作検出値を越えた場合は、地絡事故と判定し動作出力を実行する。
【００１１】
このように従来の地絡検出方法では、単相電源側の地絡事故を検出することができるが、単相電源側における異相混触事故が発生した場合も動作してしまい、異相混触事故であるにもかかわらず地絡事故であると誤検出してしまう。
【００１２】
すなわち、混触事故が発生すると、二組の単相電圧両端の相互間電位が互いに混触相相互の中点側に変位する。図７は異相間電圧V1の混触例を示している。混触事故により二組の単相電源Ａ座、Ｂ座には故障電流が流れ、Ａ座に流れる故障電流は三相側ｂ−ｃ相に還流する。一方、Ｂ座に流れる電流は三相側のａ相と、ｂ、ｃ各相にａ相電流の1／2が還流する。この電流と、き電変圧器３のインピーダンスにより、電圧値と位相変位に纏わる電圧降下が発生して単相二組のき電電圧ベクトルで形成される四辺形が縮小し、外周電圧V1〜V4の電圧も降下する。また、異相電源間の混触電流は単相二組のき電回路に夫々備えられた単巻変圧器の中点接地を介して還流している。
【００１３】
これらの結果、図示のように、対地電位が混触相の両端電位側に変位するので、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座双方の対地分担電圧差Δva、Δvbが発生する。
【００１４】
すなわち、混触電流と系統インピーダンスや事故点インピーダンスとによる対地間電位に対する電圧降下により、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座とも夫々の両端電位と対地電位との均衡が崩れて差電圧Δva、Δvbが生じ、地絡事故と誤検出して不要動作に至る。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、高速性が阻害される。
【特許文献１】特開平３−１３２４３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
このように従来の二組の単相電源Ａ座、Ｂ座夫々の両端電位と対地電位との差電圧により単相電源側の地絡事故を検出する方法では、単相電源側における異相混触事故が発生した場合も不要動作し、異相混触事故であるにもかかわらず地絡事故であると誤検出してしまう。
【００１６】
本発明の目的は、単相電源側の地絡事故を確実に検出でき、しかも単相電源側の異相混触事故に対しては不要動作することのない地絡継電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の地絡検出継電装置は、三相交流電源から変圧器により変換された直交位相の二組の単相電源で構成される系統の地絡検出継電装置であって、前記二組の単相電源の各両端電位を対地電位で均等に分圧した各組の第１、第２の電位をそれぞれ入力する入力手段と、これら各組の第１、第２の電位の値及びそれらの位相差から、前記単相電源側の地絡事故時に生じる各組毎の有効成分差を求める位相演算手段と、これら求められた有効成分差を予め設定した動作検出値と比較し、それらのいずれかがこの動作検出値を越えた場合、地絡事故と判定する比較判定手段とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明では、位相演算手段は、各組毎に、自己の組の第１電位、他方の組の第１及び第２の電位、前記自己の組の第１電位と他方の組の第１電位との位相角から第１有効成分を求め、自己の組の第２電位、他方の組の第１及び第２の電位、前記自己の組の第２電位と他方の組の第２電位との位相角から第２有効成分を求め、これら第１有効成分と第２有効成分との差を各組毎の有効成分差としてそれぞれ求める。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、二組の単相電源の各両端電位を対地電位で均等に分圧した各組の第１、第２の電位をそれぞれ入力し、これら各組の第１、第２の電位の値及びそれらの位相差角から、前記単相電源側の地絡事故時に生じる各組毎の有効成分差を求め、それらのいずれかがこの動作検出値を越えた場合、地絡事故と判定するので、異相混触事故に対して不要動作することのなく、地絡事故を確実に検出できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明による地絡検出継電装置の一実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。
【００２１】
交流き電系統自体は、図２で示したように、電力会社の送電設備２から三相電源で受電した後、需要家のき電変圧器３により直交する位相の単相二組のＡ座電源、Ｂ座電源に変換し、負荷に供給する。このような交流き電系統の地絡保護を行うため、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座の電圧は、それぞれ２台の計器用変圧器５、６の中点が対地電位で分圧された二次電圧VA1、VA2、VB1、VB2が地絡検出継電装置１に入力される。
【００２２】
この地絡検出継電装置１の処理手段ブロック構成を図1により説明する。図１において、２１は入力手段で、図２で示した計器用変圧器５及び６から、Ａ座、Ｂ座二組の単相電源電圧VA1，VA2，VB1，VB2が入力される。すなわち、VA1は一方の単相電源Ａ座の両端電圧Ｖを中点の対地電位で分圧した第1電位であり、VA2は同第２電位である。また、VB1は他方の単相電源Ｂ座の両端電圧Ｖを中点の対地電位で分圧した第1電位であり、VB2は同第２電位である。
【００２３】
これら入力電圧は、入力手段２１において、予め定られた比で変換されアナログフィルタを通過した後、入力サンプリングホールド手段２２で系統周波数の任意の電気角速度時間毎にサンプルホールドされる。このサンプルホールド値は、Ａ／Ｄ変換手段２３でディジタル値に変換される。このように、任意の電気角速度時間毎にディジタル値変換された夫々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任意の電気角速度時間毎に更新されている。
【００２４】
２５は位相演算手段で、Ａ座、Ｂ座各組の第１、第２の電位VA1,VA2,VB1,VB2の値及びそれらの位相差から、単相電源側の地絡事故時に生じる各組毎の有効成分差を求める。すなわち、入力電圧VA1,VA2,VB1,VB2のサンプリングデータから二組の単相電圧相互間の有効成分差Δｗａ，Δｗｂを下式により演算する。
【００２５】
Δｗａ=VA1×(VB1+VB2) ×ｃｏｓφ１−VA2×(VB1+VB2) ×ｃｏｓφ３
= VA1×VB1×(1+1／kvb) ×(ｃｏｓφ１−ｃｏｓφ３/ kva)・・・（１）
Δｗｂ=VB1×(VA1+VA2) ×ｃｏｓφ１−VB2×(VA1+VA2) ×ｃｏｓφ３
= VA1×VB1×(1+1／kva) ×(ｃｏｓφ１−ｃｏｓφ３/ kvb)・・・(２)
ここで、 kva  ：ＶA１とＶＡ２の電圧比、kvb  ：ＶＢ１とＶＢ２の電圧比である。
【００２６】
すなわち、位相演算手段２５は、先ず、Ａ座、Ｂ座各組毎に、自己の組Ａ座（Ｂ座）の第１電位VA1(VB1)、他方の組Ｂ座（Ａ座）の第１電位VB1(VA1)及び第２電位VB2(VA2)、自己の組Ａ座（Ｂ座）の第１電位VA1(VB1)と他方の組Ｂ座（Ａ座）の第１電位VB1(VA1)との位相差角φ１から第１有効成分を求める。次に、自己の組Ａ座（Ｂ座）の第２電位VA2(VB2)、他方の組Ｂ座（Ａ座）の第１電位VB1(VA1)及び第２の電位VB2(VA2)、自己の組Ａ座（Ｂ座）の第２電位VA2(VB2)と他方の組Ｂ座（Ａ座）の第２電位VB2(VA2)との位相角φ３から第２有効成分を求める。そして、これら第１有効成分と第２有効成分との差をＡ座、Ｂ座各組毎の有効成分差Δｗａ，Δｗｂとしてそれぞれ求める。
【００２７】
２６は比較判定手段で、位相差演算手段２５で求められた有効成分差Δｗａ，Δｗｂを予め設定した動作検出値Ｋｗと比較し、それらのいずれかがこの動作検出値Ｋｗを越えた場合、地絡事故と判定する。地絡事故と判定した動作検出結果は、出力処理手段２７により外部に出力される。
【００２８】
上記構成において、電鉄会社などの需要家は、図２で示したように、電力会社の送電設備２から供給される三相電源を受電する。受電された三相電源は、需要家のき電変圧器３により、直交する位相の単相二組のＡ座電源、Ｂ座電源に変換され負荷に供給される。
【００２９】
二組の単相電源Ａ座、Ｂ座の電圧は、２台の計器用変圧器５、６の中点が対地電位で分圧された二次電圧VA1、VA2、VB1、VB2が、それぞれ地絡検出継電装置１に入力される。
【００３０】
これら受電三相と二組の単相変換電圧の定常時における電圧ベクトルは、図３で示すように、一次の受電三相ベクトルａ，ｂ，ｃは夫々１２０°位相の平衡ベクトルで、夫々の相間電圧Ｖで示されている。変圧比を１：１とした場合、変圧器二次の一方の単相電源Ａ座は、三相電源ｂ−ｃ相と同相で電圧値Ｖである。他方の単相電源Ｂ座は、三相電源ａ相と同相で電圧値Ｖ／√３であるが、変圧比１：√３の昇圧変圧器４により、き電回路電圧Ｖが供給される。二組の単相電源電圧Ｖは、計器用変圧器５で中点の対地電位により二次電圧VA1、VA2、VB1、VB2として均等に分圧され、地絡検出継電装置１に入力される。
【００３１】
これら入力値VA1、VA2、VB1、VB2は互いに値が同等でそれらの位相角は直交しており、位相差角φ1〜φ4は夫々９０°である。また、定常時の異相間電圧V1〜V4はＡ座、Ｂ座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。これらの値及び位相角はサンプルホールドされた後Ａ／Ｄ変換され、ディジタルデータとしてデータ格納手段２４に格納される。
【００３２】
位相演算手段２５では、これらデータを用いて前記(１)式(２)式による演算を行い、Ａ座、Ｂ座各組毎の有効成分差Δｗａ，Δｗｂをそれぞれ求める。
【００３３】
ここで、単相電源側に地絡事故が発生すると、き電電圧ベクトルは、図６で示したように、対地電位が四辺形の中心から地絡側に移動した形状に変形する。このため、図６の例では電位VB1とVB2とに差が生じ、かつ位相差角φ１，φ３にも差が生じる。このため、式(１)(２)で算出される有効成分差Δｗａ，Δｗｂが生じ、その大きさが動作検出値Ｋｗを越えた場合、地絡事故と判定する。
【００３４】
一方、単相電源側異相間混触事故が発生すると、二組の単相電圧両端の相互間電位が互いに混触相相互の中点側に変位する。例えば、異相間電圧V1の混触が生じた場合、図７で示したように、単相二組のき電電圧ベクトルで形成される四辺形が縮小し、外周電圧V1〜V4の電圧も降下する。また、対地電位が混触相の両端電位側に変位するので、二組の単相電源Ａ座、Ｂ座双方の対地分担電圧差Δva（＝VA1−VA2）、Δvb（=VB1−VB2）が発生する。
【００３５】
しかし、位相差角φ１，φ３は互いに等しいため、（１）（２）式で算出される有効成分差Δｗａ，Δｗｂは略ゼロである。すなわち、異相混触事故では動作せず、したがって、従来のように、異相混触事故時に地絡事故と誤検出し、不要動作することはない。
【００３６】
また、三相電源側に事故が発生すると、地絡検出継電装置１に入力されるVA1、VA2、VB1、VB2の電圧ベクトルは図４で示すように変形する。さらに、単相電源側に短絡事故が発生した場合は、VA1、VA2、VB1、VB2の電圧ベクトルは図５で示すように変形する。
【００３７】
しかし、これらいずれの場合においても、位相差角φ１，φ３は互いに等しいため、（１）（２）式で算出される有効成分差Δｗａ，Δｗｂは略ゼロである。すなわち、三相電源側の事故や単相電源側の短絡事故では動作せず、したがって、これらの事故時に地絡事故と誤検出して、不要動作することはない。
【００３８】
このように、互いに交差する単相二組双方の対地電位が交差点で同一電位となり、二組の単相電源の一方側の電圧と他方側両端対地分担電圧との有効成分の夫々の差を求めているので、図４、図５に示した三相電源電系統の事故や単相同系統の短絡事故によるベクトルでは有効成分差は極めて微量となり検出動作が抑制される。一方、図６に示した地絡事故では二組の有効成分差の一方の値が大きく、他方の有効成分差は微量となるため地絡検出動作する。さらに、図７に示した単相同系統の異相混色ベクトルでは二組の単相電圧の双方とも対地電位差が発生するが、位相差角φ１，φ３が互いに等しいため、二組の有効成分差電力差は極めて微量となり検出動作が抑制される。
【００３９】
これらの結果、検出区間外の三相電源側の事故や検出対象外の単相同系統の短絡・混触事故などに対し不要動作せずに、本来の検出対象事故である地絡事故のみに作用できる。このため、他設備や装置との検出協調や時限協調が不要となり、高速保護が可能となる他、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。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明による地絡検出継電装置の一実施の形態を説明する処理ブロック図である。
【図２】同上一実施の形態が適用される電力系統を説明する図である。
【図３】同上一実施の形態に入力される定常時の電圧ベクトル図である。
【図４】同上一実施の形態に入力される三相電源側事故時の電圧ベクトル図である。
【図５】同上一実施の形態に入力される単相電源側短絡事故時の電圧ベクトル図である。
【図６】同上一実施の形態に入力される単相電源側地絡事故時の電圧ベクトル図である。
【図７】同上一実施の形態に入力される単相電源側異相混触事故時の電圧ベクトル図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    地絡検出継電装置
３    変圧器
５，６    計器用変圧器
２１    入力手段
２５    位相演算手段
２６    比較判定手段
【図１】
2005269698.tif 000003
【図２】
2005269698.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005269698.tif 000006
【図５】
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【図６】
2005269698.tif 000008
【図７】
2005269698.tif 000009