(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統の保護対象区間に含まれる送電線あるいは機器を保護する電流差動保護システムにおいて、
光センサの出力をカスケードに接続して前記保護対象区間の差電流検出を行い、光センサの差電流出力を生成する差電流検出手段と、
前記保護対象区間の１端子に設けられた電流変成器の出力により前記光センサの差電流出力を補正する補正信号出力を生成する補正信号生成手段
を有することを特徴とする電流差動保護システム。
【請求項２】
前記光センサの差電流出力と前記補正信号出力に基づいて、前記保護対象区間の事故の有無を判定する判定手段
を有することを特徴とする請求項１に記載の電流差動保護システム。
【請求項３】
前記補正信号生成手段は、前記電流変成器の出力から、前記光センサの差電流出力の抑制量を生成するように構成された
ことを特徴とする請求項１に記載の電流差動保護システム。
【請求項４】
前記光センサの差電流出力、前記補正信号出力、および前記抑制量を使用した比率差動演算を行い、前記保護対象区間の事故の有無を判定する判定手段
を有することを特徴とする請求項３に記載の電流差動保護システム。
【請求項５】
前記電流変成器は、鉄心巻線型電流変成器あるいは光電流変成器である
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の電流差動保護システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力系統の保護対象区間に含まれる送電線あるいは機器を保護する電流差動保護システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統を保護するために使用される電流差動保護システムとしては、近年、複数の光センサの出力をカスケードに接続して差電流を得る方式のシステムが提案されている。図４は、このような光センサの出力をカスケードに接続した電流差動保護システムの一例として、光センサを２個直列にした電流差動保護システムの基本構成例を示す構成図である。
【０００３】
この図４において、保護対象設備１０の両側に接続された一次導体２１，２２の外周には、光センサ３１，３２がそれぞれ設けられており、これらの光センサ３１，３２への光信号の導入と出力は、偏波面保持性を有する光ファイバケーブル４０によりカスケードに接続されている。光ファイバケーブル４０の光センサ３１側の端部には、発光および受光を行う信号処理部５０が設けられ、光センサ３２側の端部には、ミラー６０が設けられており、信号処理部５０から発した光を光ファイバケーブル４０により伝送して光センサ３１，３２に送り、ミラー６０により折り返すようになっている。
【０００４】
また、信号処理部５０は、光学系を構成する光源５１、カプラ５２、位相変調子５３と、カプラ５２からの光信号を検出して電気信号に変換する検出器５４、電気信号を処理して差電流を得る信号処理回路５５を有する。
【０００５】
このような構成を有する図４の電流差動保護システムの動作は次の通りである。まず、各光センサ３１，３２が設けられた一次導体２１，２２には、系統電流Ｉ１，Ｉ２が流れている。この場合、それぞれの光センサ３１，３２内を伝播する光は、ファラデー効果（光−磁気相互作用）によって、系統電流Ｉ１，Ｉ２の大きさに比例した光学的位相差（θ１∝Ｉ１，θ２∝Ｉ２）が生じる。
【０００６】
光センサ３２側の端部に設けられたミラー６０によって光は折り返され、結果として信号処理部５０の検出器５４で検出され、電気信号に変換される。検出光量は、光センサ内部で生じた位相差（θ＝θ１＋θ２）に比例して変化するため、信号処理回路５５では、この光量変化量から電流値Ｉｄ（＝Ｉ１＋Ｉ２）が求められ、このようにして得られた差電流Ｉｄを用いて保護対象設備の事故の判定が行われる。
【０００７】
このような光センサの出力をカスケードに接続した電流差動保護システムは、構成が簡略であり、信頼性や保守性に優れているという利点があるため、さらなる開発が望まれている。
【０００８】
例えば、特許文献１においては、架空線と電力ケーブル混在の送電線両端の電流を使用して電流差動保護を行う差動リレーと、ケーブル区間の両端の電流量から差動電流を得てケーブル区間の事故を検出する差動リレーから構成された差動保護リレーシステムが提案されている。このシステムは、ケーブル区間の事故検出としてケーブル両端の光センサの出力をカスケードに接続して差動電流を得るものである。
【０００９】
ところで、特に、高抵抗接地系統の地絡事故を検出するためには、系統電流として３０Ａ程度の感度が必要であり、常時の負荷電流が３０００Ａも流れるような系統では、光センサ間の相対誤差が１％以下という厳しい精度が要求される。
【００１０】
これに対して、実際の光センサには数％の誤差があり、また、複数の光センサをカスケードに接続して得られる差電流は、光センサ間の相対誤差により誤差を含んだものとなる。例えば、図４に示すようなカスケードに接続された２個のセンサ３１，３２の通過電流をＩｔｈとした時にセンサ間の相対誤差がεとすると、通過電流によって生じる差電流Ｉｄは、次の式（１）により表される。
Ｉｄ＝Ｉｔｈ×ε        …  式（１）
【００１１】
このように、光センサ間の相対誤差に起因する誤差を含んだ差電流Ｉｄを用いて高抵抗接地系統の地絡事故検出を実現するためには、通過電流により誤動作することを回避するために、地絡事故検出感度を、式（１）の差電流Ｉｄより大きくする必要がある。これは、通過電流の大きさと相対誤差の大きさによって感度が大きく左右されることを意味する。
【００１２】
一方、通過電流による誤動作対策としては、例えば、特許文献２において、電力系統の保護区間における任意の１端子の電流を取り込んで抑制量として用いる比率差動継電装置が提案されている。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３０４９１５
【特許文献２】特開２００４−３３６８９９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記のように、光センサの出力をカスケードに接続した電流差動保護システムは、構成が簡略であり、信頼性や保守性に優れているという利点がある反面、特に、高抵抗接地系統の地絡事故を検出するために十分な高い感度を得ることができないという問題点がある。
【００１５】
例えば、特許文献１に記載の手法は、光センサが高精度、広ダイナミックレンジを持つことを前提に提案されたものであるため、ケーブル区間事故検出は単純差動方式で行われている。しかし、実際の光センサには、数％の誤差があり、また、複数の光センサをカスケードに接続して得られる差電流は、光センサ間の相対誤差により誤差を含んだものとなるため、単純差動方式だけでは高感度が望めないという問題がある。
【００１６】
また、特許文献２に記載の手法は、通過電流による誤動作対策に着目したものであり、高抵抗接地系統の地絡事故検出を目的としたものではないため、当該事故検出に要求されるような高感度化を実現するためには不十分である。
【００１７】
本発明は、以上のような従来技術の課題を解決するために提案されたものであり、その目的は、カスケードに接続された光センサ間の相対誤差により生じる差電流の影響を緩和し、保護対象区間の事故を高感度に検出可能な電流差動保護システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、上記のような目的を達成するために、電流変成器の出力により光センサの差電流出力を補正するか、または、差電流出力として、現時点の出力と所定時間前の出力との差分を求めることにより、カスケードに接続された光センサ間の相対誤差により生じる差電流の影響を緩和し、保護対象区間の事故を高感度に検出可能としたものである。
【００１９】
すなわち、本発明の一つの電流差動保護システムは、光センサの出力をカスケードに接続して保護対象区間の差電流検出を行い、光センサの差電流出力を生成する差電流検出手段と、保護対象区間の１端子に設けられた電流変成器の出力により前記光センサの差電流出力を補正する補正信号出力を生成する補正信号生成手段を有することを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、カスケードに接続された光センサ間の相対誤差により生じる差電流の影響を緩和し、保護対象区間の事故を高感度に検出可能な電流差動保護システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下には、本発明に係る電流差動保護システムの複数の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。なお、図４に示した従来技術と同一部分には同一符号を付している。
【００２３】
［第１の実施形態］
［構成］
図１は、本発明の第１の実施形態として、電流変成器の出力により光センサの差電流出力を補正する電流差動保護システムの概要を示す構成図である。本実施形態のシステムは、カスケードに接続されて得られた平常時の差電流が、光学系の有する固定分誤差と平常時の負荷電流から生じる比例分誤差に応じて決定されることから、平常時に流れている負荷電流と差電流の関係に着目して、負荷電流から生じる比例分誤差電流を補正するようにしたものである。
【００２４】
図１に示すように、電力系統の保護対象区間に含まれる送電線または機器あるいはその両方の組合せを保護対象設備１０として、この保護対象設備１０の両側に接続されて端子としてそれぞれ機能する一次導体２１，２２の外周には、光センサ３１，３２がそれぞれ設けられている。一次導体２１には、電流変成器３３として、鉄心巻線型電流変成器あるいは光電流変成器が設けられている。なお、図１では、説明の簡略化の観点から、２端子構成としているが、３端子以上の構成も可能である。
【００２５】
また、光センサ３１，３２への光信号の導入と出力は、偏波面保持性を有する光ファイバケーブル４０によりカスケードに接続され、事故検出判定部７０に導かれているが、図４とは異なり、往復でループ構成されている。なお、このような光ファイバケーブル４０によるカスケード構成は一例であり、図４の従来技術と同様に、末端の光センサ部でミラー６０により反射させて反射形の構成としてもよい。
【００２６】
事故検出判定部７０は、保護対象設備１０に接続された一次導体２１，２２に流れる電流を検出して事故の検出、判定を行う部分であり、信号処理部７１、補正信号生成回路７２、判定回路７３を有する。
【００２７】
信号処理部７１は、光学系により光信号を送出すると同時に、一次導体２１，２２に流れた電流に応じてカスケードに接続された光センサ３１，３２に生じる電流の光信号を、電気信号に変換する機能を持つ部分であり、図４の信号処理部５０と同様に、保護対象設備１０の差電流出力Ｉｄを生成する機能を有する。
【００２８】
補正信号生成回路７２は、保護対象区間の１端子である一次導体２１に設けられた電流変成器３３の出力Ｉａから、保護対象設備１０の差電流出力Ｉｄを補正する補正信号出力Ｉａ’を生成する回路である。
【００２９】
判定回路７３は、信号処理部７１から得られる保護対象設備１０の差電流出力Ｉｄと、補正信号生成回路７２から得られる補正信号出力Ｉａ’を合成して、保護対象設備１０における事故発生の有無を判定する回路であり、７４は、判定回路７３で生成される判定結果出力である。
【００３０】
［作用］
以上のような構成を有する第１の実施形態の作用は以下の通りである。
【００３１】
事故検出判定部７０において、信号処理部７１からは、保護対象設備１０に流れる電流に対する光センサ３１，３２の変換電流の差電流Ｉｄが出力され、この差電流Ｉｄが、補正信号生成回路７２と判定回路７３に入力される。
【００３２】
補正信号生成回路７２では、電流変成器３３の出力Ｉａと信号処理部７１の出力である差電流Ｉｄから、これらの出力Ｉａ，Ｉｄの平常時の関係（Ｋ２）を求め、この関係式から補正信号出力Ｉａ’を生成し、判定回路７３へ入力する。
【００３３】
判定回路７３において、保護対象設備１０における事故の有無の判定は、電圧情報の有無に応じて行われる。例えば、電圧情報が与えられる場合には、不足電圧検出あるいは地絡過電圧検出などの事故検出要素を作成して判定し、また、電圧情報が与えられない場合には、補正信号生成回路７２に取り込んだ電流変成器３３の情報から過電流検出、地絡過電流検出などを行うことで事故判定可能である。また、固定分誤差は、異なった負荷電流の状態が得られれば、求めることができる。
【００３４】
すなわち、負荷電流が第１の状態（ｍ１時点）である場合における電流変成器３３の出力Ｉａおよび光センサ３１，３２の差電流ＩｄをそれぞれＩａｍ１，Ｉｄｍ１、負荷電流が第２の状態（ｍ２時点）である場合における電流変成器３３の出力Ｉａおよび光センサ３１，３２の差電流ＩｄをそれぞれＩａｍ２，Ｉｄｍ２とし、固定分誤差Ｉｄｋ、比例分誤差係数Ｋ２とすると、次の式が成立する。
【００３５】
Ｋ２×Ｉａｍ１＋Ｉｄｋ＝Ｉｄｍ１
Ｋ２×Ｉａｍ２＋Ｉｄｋ＝Ｉｄｍ２
ここで、両式の差を取ると、
Ｋ２（Ｉａｍ１−Ｉａｍ２）＝Ｉｄｍ１−Ｉｄｍ２
であるため、次の式（２）が得られる。
【００３６】
Ｋ２＝（Ｉｄｍ１−Ｉｄｍ２）／（Ｉａｍ１−Ｉａｍ２）
＝Ｉｄｍ／Ｉａｍ        …  式（２）
ただし、Ｉｄｍは平常時の差電流の差、Ｉａｍは平常時の系統側電流の差である。
【００３７】
補正信号生成回路７２では、上記の式（２）でＫ２を求め、得られたＫ２を使用して、次の式（３）により、補正信号出力Ｉａ’が求められる。
Ｉａ’＝Ｋ２×Ｉａ          …  式（３）
ただし、Ｋ２は補正係数でベクトルである。
【００３８】
判定回路７３では、信号処理部７１の出力である差電流Ｉｄと、補正信号生成回路７２の出力である補正信号出力Ｉａ’を用いて、次の判定式（４）、（５）により保護対象設備１０における事故の有無を判定する。
｜Ｉｄ｜≧ｋ０              …  式（４）
｜Ｉｄ−Ｉａ’｜≧ｋ３      …  式（５）
ただし、ｋ０，ｋ３は定数で検出感度の整定値である。
【００３９】
なお、判定回路７３における事故判定は、式（４）と式（５）が両方とも成立した時に保護対象設備に事故発生と判定してもよいが、式（５）のみで判定してもよい。
【００４０】
［効果］
以上のような第１の実施形態によれば、電流変成器の出力により光センサの差電流出力を補正することにより、カスケードに接続された光センサ間の相対誤差により生じる差電流の影響を緩和し、保護対象区間の事故を高感度に検出可能である。
【００４１】
［第２の実施形態］
［構成］
図２は、本発明の第２の実施形態として、電流変成器の出力により光センサの差電流出力を補正すると共に、電流変成器の出力から差電流出力の抑制量を生成する電流差動保護システムの概要を示す構成図である。本実施形態のシステムは、第１の実施形態と同様に、平常時に流れている負荷電流と差電流の関係に着目して、比例分誤差電流を補正すると共に、電流変成器の出力から差電流出力の抑制量を生成して、事故判定に使用するようにしたものである。
【００４２】
図２に示すように、本実施形態の電流差動保護システムは、第１の実施形態における事故検出判定部７０の補正信号生成回路７２、判定回路７３の代わりに、抑制量・補正信号生成回路７５、判定回路７６を設けたものである。
【００４３】
ここで、抑制量・補正信号生成回路７５は、保護対象区間の１端子である一次導体２１に設けられた電流変成器３３の出力Ｉａから、保護対象設備１０の差電流出力Ｉｄを補正する補正信号出力Ｉａ’を生成すると共に、電流変成器３３の出力Ｉａから差電流出力の抑制量Ｉｒを生成する回路である。
【００４４】
判定回路７６は、信号処理部７１から得られる保護対象設備１０の差電流出力Ｉｄと、抑制量・補正信号生成回路７５から得られる補正信号出力Ｉａ’と差電流出力の抑制量Ｉｒを合成して保護対象設備１０における事故発生の有無を判定する回路である。
【００４５】
［作用］
以上のような構成を有する第２の実施形態の作用は以下の通りである。
【００４６】
事故検出判定部７０において、信号処理部７１からは、保護対象設備１０に流れる電流に対する光センサ３１，３２の変換電流の差電流Ｉｄが出力され、この差電流Ｉｄが、抑制量・補正信号生成回路７５と判定回路７６に入力される。
【００４７】
抑制量・補正信号生成回路７５においては、電流変成器３３の出力Ｉａと信号処理部７１の出力である差電流Ｉｄから、これらの出力Ｉａ，Ｉｄの平常時の関係（Ｋ２）を求め、この関係式から補正信号出力Ｉａ’を生成すると共に、電流変成器３３の出力Ｉａから差電流出力の抑制量Ｉｒを生成する。そして、得られた補正信号出力Ｉａ’と差電流出力の抑制量Ｉｒが、判定回路７６に入力される。
【００４８】
この場合、補正信号出力Ｉａ’の生成方法は、第１の実施形態において説明した通りである。また、抑制量Ｉｒの生成には、特許文献２に記載されるような既存の技術を適用可能である。
【００４９】
判定回路７６では、信号処理部７１の出力である差電流Ｉｄと、抑制量・補正信号生成回路７５の出力である補正信号出力Ｉａ’と抑制量Ｉｒを用いて、次のような単純差動演算を行う判定式（６）、および比率差動演算を行う判定式（７）により保護対象設備１０における事故の有無を判定する。
【００５０】
｜Ｉｄ’｜≧ｋ０                  …  式（６）
｜Ｉｄ’｜−ｋ｜Ｉｒ｜≧ｋ１      …  式（７）
ただし、ｋ０は定数、ｋは抑制係数、ｋ１は定数である。
この場合、Ｉｄ’は、差電流Ｉｄを補正信号出力Ｉａ’で補正した補正後の差電流であり、次のように定義される。
Ｉｄ’＝｜Ｉｄ−Ｉａ’｜
ただし、Ｉｄは信号処理部７１の出力（差電流）、Ｉａ’はＫ２×Ｉａである。
【００５１】
なお、判定回路７６における事故判定は、式（６）と式（７）が両方とも成立した時に保護対象設備に事故発生と判定してもよいが、比率差動演算を行う式（７）のみで判定してもよい。
【００５２】
［効果］
以上のような第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果が得られることに加えて、さらに、保護対象区間における１端子の電流を取り込んで抑制量を生成し、この抑制量を使用した比率作動演算による事故判定を行うことにより、外部事故時に発生する通過電流の影響を緩和できるため、保護対象区間の事故をより高感度に検出可能である。
【００５３】
［参考例］
［構成］
図３は、本発明の参考例として、光センサの差電流出力として、現時点の出力と所定時間前の出力との差分を求める電流差動保護システムの概要を示す構成図である。本参考例のシステムは、カスケードに接続されて得られた平常時の差電流が、光学系の有する固定分誤差と平常時の負荷電流から生じる比例分誤差に応じて決定されることから、事故時と平常時の差電流の差分に着目して、負荷電流によって生じている誤差分を除去するようにしたものである。
【００５４】
図３に示すように、本参考例の電流差動保護システムは、第１の実施形態における事故検出判定部７０の補正信号生成回路７２、判定回路７３の代わりに、判定回路７７を設けたものである。ここで、判定回路７７は、信号処理部７１から得られる保護対象設備１０の差電流出力を使用して、現時点の差電流出力Ｉｄと所定時間前の出力Ｉｄｎとの差分を求めて、保護対象設備１０における事故発生の有無を判定する回路である。
【００５５】
［作用］
以上のような構成を有する参考例の作用は以下の通りである。
【００５６】
事故検出判定部７０において、信号処理部７１からは、保護対象設備１０に流れる電流に対する光センサ３１，３２の変換電流の差電流Ｉｄが出力され、この差電流Ｉｄが、判定回路７７に入力される。
【００５７】
判定回路７７では、信号処理部７１の出力である差電流を使用して、現時点の差電流出力Ｉｄと予め設定された所定時間前の差電流出力Ｉｄｎの差分を求め、この差分の値が一定値以上であれば、保護対象設備１０における事故と判定する。
この場合の判定式は、次のように表される。
｜Ｉｄ−Ｉｄｎ｜≧ｋ４
ただし、ｋ４は検出感度（整定値）である。
【００５８】
ここで、所定時間前の差電流出力Ｉｄｎは、固定分誤差（Ｉｄｋ）と負荷電流により生じる比例分誤差（Ｋ２×Ｉａｎ）を加算したものであり、現時点の差電流出力Ｉｄは、外部事故時には、固定分誤差Ｉｄｋと事故分電流Ｉｄｆと負荷電流Ｉａｎの加算されたものから生じる比例分誤差（Ｋ２×（Ｉｄｆ＋Ｉａｎ））の加算である。
【００５９】
すなわち、現時点の差電流出力Ｉｄと所定時間前の差電流出力Ｉｄｎは、次のように定義される。
Ｉｄ＝Ｉｄｆ＋Ｉｄｋ＋Ｋ２×（Ｉｄｆ＋Ｉａｎ）
Ｉｄｎ＝Ｉｄｋ＋Ｋ２×Ｉａｎ
【００６０】
また、現時点の差電流出力Ｉｄと所定時間前の差電流出力Ｉｄｎとの差分は、次のように定義される。
Ｉｄ−Ｉｄｎ＝Ｉｄｆ＋Ｋ２×Ｉｄｆ＝（１＋Ｋ２）・Ｉｄｆ
【００６１】
したがって、Ｋ２を１より充分小さい値（例えば０．０３）とすることにより、負荷電流から生じている誤差分の影響を除去することができる。
【００６２】
［効果］
以上のような参考例によれば、差電流出力として、現時点の出力と所定時間前の出力との差分を求めることにより、カスケードに接続された光センサ間の相対誤差により生じる差電流の影響を緩和し、保護対象区間の事故を高感度に検出可能である。
【００６３】
［他の実施形態］
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で他にも多種多様な変形例が実施可能である。例えば、図面に示したシステム構成は、一例にすぎず、具体的な構成は適宜選択可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る電流差動保護システムの概要を示す構成図。
【図２】本発明の第２の実施形態に係る電流差動保護システムの概要を示す構成図。
【図３】本発明の参考例に係る電流差動保護システムの概要を示す構成図。
【図４】光センサの出力をカスケードに接続した従来の電流差動保護システムの一例を示す構成図。
【符号の説明】
【００６５】
１０…保護対象設備
２１，２２…一次導体
３１，３２…光センサ
３３…電流変成器
４０…光ファイバケーブル
７０…事故検出判定部
７１…信号処理部
７２…補正信号生成回路
７３，７６，７７…判定回路
７４…判定結果出力
７５…抑制量・補正信号生成回路
【図１】
0004543007.tif 000002
【図２】
0004543007.tif 000003
【図３】
0004543007.tif 000004
【図４】
0004543007.tif 000005