(57)【要約】【課題】  交流き電回路の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、異相電源混触事故を高速で検出することである。【解決手段】複数の入力電圧および入力電流のアナログ波形を一定の周期でサンプリングしてディジタル値に変換し、複数入力電圧の時系列サンプリングデータから４組の異相電源相互間のそれぞれ電圧を求め、同様に複数入力電流の時系列サンプリングデータから異相電源それぞれの母線電流値を求め、判定値との比較結果から混触事故を判定し、混触事故を検出した場合には交流き電回路の保護遮断を実行する。【選択図】  図１
2007196837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流を直交位相二組の単相で異相の電源に変換して電力供給する交流き電回路の位相混触を検出する交流き電回路用異相混触検出継電装置において、複数の入力電圧および入力電流をアナログ値に変換する入力変換手段と、前記入力変換手段で変換されたアナログ波形を一定の周期でサンプリングして記憶するサンプルホールド手段と、一定の周期毎にサンプルホールドされたアナログ値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、一定の周期毎に前記Ａ／Ｄ変換手段のデジタル変換値を過去任意時系列サンプリング情報として記憶・更新するサンプリングデータ格納手段と、前記データ格納手段に記憶された複数入力電圧の時系列サンプリングデータから４組の異相電源相互間のそれぞれ電圧を求める電圧測定手段と、前記データ格納手段に記憶された複数入力電流の時系列サンプリングデータから異相電源それぞれの母線電流値を求める電流測定手段と、前記電圧測定手段で求める電圧値及び電流測定手段が求める電流値と予め任意の値に定めて記憶する判定値との比較結果から混触事故を検出する事故検知手段と、前記事故検知手段で混触事故を検出した場合に交流き電回路の保護遮断を実行するための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用異相混触検出継電装置。
【請求項２】
前記電流測定手段は、異相電源相互電流のいづれか小さい方の電流と異相電源相互電流との位相差を用いて逆位相成分電流を算出することを特徴とする請求項１に記載の交流き電回路用異相混触検出継電装置。
【請求項３】
前記電流測定手段は、異相電源相互電流のいづれか小さい方の電流と異相電源相互電流のスカラ電流比とベクトル電流比とを用いて逆位相成分電流を算出することを特徴とする請求項１記載の交流き電回路用異相混触検出継電装置。
【請求項４】
前記事故検知手段は、前記電圧測定手段で算出した異相電源相互電圧を対角線に形成される四辺形４斜辺の電圧低下と電圧超過との組み合わせにより混触事故検知することを特徴とする請求項１記載の交流き電回路用異相混触検出継電装置。
【請求項５】
前記事故検知手段は、異相電源相互電圧を対角線に形成される四辺形４斜辺の対向斜辺電圧の差電圧比率値から混触事故検知することを特徴とする請求項１記載の交流き電回路用異相混触検出継電装置。
【請求項６】
前記事故検知手段は、異相電源相互のそれぞれ中点分圧された電圧のベクトル差の比率値を算出し、この比率値から混触事故検知することを特徴とする請求項１記載の交流き電回路用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用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二組の単相電源で構成される。一方、交流き電回路の異相混触に対する保護は、直交位相二組の単相電源相互間の混触事故を検出し電源系統を開放することで保護するようにしている。従来の異相混触故障検出継電装置を図９〜図１１を参照して説明する。
【０００３】
図９は交流き電回路保護系統の系統図である。交流き電回路には異相混触検出保護継電器１が設けられている。需要家の電力は電力会社の電源設備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で直交する単相二組のＭ座電源、Ｔ座電源に変換され負荷に供給される。二組の単相電源Ｍ座、Ｔ座の電圧はそれぞれ２台の計器用変圧器４、５で中点分圧された二次電圧(Vm1、Vm2、Vt1、Vt2)が異相混触検出継電装置１に入力される。
【０００４】
図１０は受電の三相電圧と二組の単相変換電圧との定常電圧ベクトル図である。き電変圧器一次の受電三相電圧ベクトルａ、ｂ、ｃはそれぞれ１２０°位相の三相平衡電圧Vである。変圧器二次のＭ座の単相電圧は三相電源ｂ−ｃ相と同相で電圧値VＳである、また、変圧器二次Ｔ座の単相電圧は三相電源ａ相と同相で電圧値VＳである。
【０００５】
二組の単相電源電圧VＳは、図９で示した計器用変圧器４、５で中点分圧された二次電圧(Vm1、Vm2、Vt1、Vt2)で異相混触検出継電装置１に入力している。Ｍ座電圧(Vm1、Vm2)とＴ座電圧(Vt1、Vt2)は互いに値が同等で直交しており、定常時の異相間電圧(V1、V2、V3、V4)は、Ｍ座、Ｔ座二組の直交する単相電源VＳ)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それぞれ、ＶＳ／√2である。
【０００６】
図１１は従来の異相混触検出継電装置のブロック構成図である。図１１において、入力電圧(Vm1、Vm2、Vt1、Vt2)は図９で示した保護系統図の計器用変圧器４、５から入力される二組の単相電源電圧である。これら入力電圧は入力変換手段６１で予め定られた値に変換されアナログフィルタを通過した後、入力サンプリング手段６２で系統周波数の任意の電気角速度周期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毎周期ごとにＡ／Ｄ変換手段６３でデジタル値に変換され、デジタル値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６４で任意サンプリング回数分の時系列データとして記憶され、毎周期毎に記録更新されている。振幅値演算手段６５はデータ格納手段に記憶されている入力電圧(Vm1、Vm2、Vt1、Vt2)の同時系列サンプリングデータから異相電源相互間のサンプリング値差(ΔV1、ΔV2、ΔV3、ΔV4)時系列データを求め、それぞれのサンプリング値差(ΔV1、ΔV2、ΔV3、ΔV4)時系列データを用いた振幅値演算を実行して異相間電圧(V1、V2、V3、V4)を求める。異相間電圧(V1、V2、V3、V4)の振幅値演算を行うためのそれぞれのサンプリング値差(ΔV1、ΔV2、ΔV3、ΔV4)時系列データは、それぞれ入力電圧(Vm1、Vm2、Vt1、Vt2)の同一周期サンプリングデータを用いた[数１］で毎周期毎に求め、求めたサンプリング値差(ΔV1、ΔV2、ΔV3、ΔV4)データを任意サンプリング回数分の時系列データとして記録更新する。
【０００７】
［数１］
サンプリング差ΔV1＝サンプリング値Vm1−サンプリング値Vt1
サンプリング差ΔV2＝サンプリング値Vt1＋サンプリング値Vm2
サンプリング差ΔV3＝サンプリング値Vt2−サンプリング値Vm2
サンプリング差ΔV4＝−(サンプリング値Vm1＋サンプリング値Vt2)
比較判定手段６６は、振幅値演算手段６５で求めたそれぞれの異相間電圧(V1、V2、V3、V4)と、予め定めて記憶されている動作検出値ＶＫとの比較判定を実行し、異相間電圧(V1、V2、V3、V4)の何れか若しくは複数が動作検出値(ＶＫ)以下の場合に故障検知を出力処理手段６７へ通知する。出力処理手段６７は、比較判定手段６６が故障検知の場合に異相混触検出継電装置の動作信号を装置外部に出力する。
【０００８】
ここで、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、ＶＢ１、ＶＢ２、隣接の二次電圧ＶＡ１、ＶＢ１、ＶＡ２、ＶＢ２がなす角をそれぞれφ１、φ２、φ３、φ４としたとき、き電電圧ベクトルにて形成される四辺形の二つの対角線で区分される四つの面積Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、対辺面積差比率Ｓ％１、Ｓ％２およびその比率差ΔＳ％を求め、比率差ΔＳ％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ようにしたものがある(特許文献１参照)。
【０００９】
また、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、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ようにしたものがある(例えば、特許文献２参照)。
【特許文献１】特開２００５−１１０４８７号公報
【特許文献１】特開２００５−８１９７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、四辺形外周電圧が予め定められた電圧値よりも低下することを捉えて動作する異相混触検知継電装置には次の問題がある。
【００１１】
(１) 電力会社三相電源側の他需要家分岐系統に発生する保護区間外の短絡・地絡事故(き電変圧器一次側の系統故障)に不要動作する。すなわち、電源系統電圧の低下に応じてき電変圧器二次二組の単相電圧も低下する。このため、四辺形の外周電圧が著しく縮小して不要動作に至る。この不要動作を防ぐために、電力会社側の電源保護装置や上位系統保護装置との時限協調が必要になり保護の高速性が阻害されている。
【００１２】
(２) 電源の通常停止操作でもき電変圧器二次の単相電圧ベクトルで構成される四辺形外周電圧が喪失して不要動作に至る。つまり、三相電源側の開閉器や電源電圧検出継電装置など上位の設備・装置との条件回路を構成して不要動作を抑止する事が必要と成るので回路構成が複雑化している。
【００１３】
(３) 目的とする検出故障種別(異相電源混触故障)以外の故障(同電源短絡・地絡故障)に不要動作する可能性がある。き電系統で発生する短絡・地絡事故で流れる故障電流と系統インピーダンス及び事故点インピーダンスから生じる電圧降下と位相変化やインピーダンス分圧により二組の単相電圧ベクトルで構成される四辺形の外周電圧が動作領域に縮小する場合があり、この不要動作を防ぐために下位系統との時限協調が必要になるため保護の高速性が阻害されている。
【００１４】
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、異相電源混触事故を高速で検出でき、現地試験や保守点検の簡素化を実現できる交流き電回路用異相混触検出継電装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施の形態に係わる交流き電回路用異相混触検出継電装置は、三相交流を直交位相二組の単相で異相の電源に変換して電力供給する交流き電回路の位相混触を検出する交流き電回路用異相混触検出継電装置において、複数の入力電圧および入力電流をアナログ値に変換する入力変換手段と、前記入力変換手段で変換されたアナログ波形を一定の周期でサンプリングして記憶するサンプルホールド手段と、一定の周期毎にサンプルホールドされたアナログ値をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換手段と、一定の周期毎に前記Ａ／Ｄ変換手段のデジタル変換値を過去任意時系列サンプリング情報として記憶・更新するサンプリングデータ格納手段と、前記データ格納手段に記憶された複数入力電圧の時系列サンプリングデータから４組の異相電源相互間のそれぞれ電圧を求める電圧測定手段と、前記データ格納手段に記憶された複数入力電流の時系列サンプリングデータから異相電源それぞれの母線電流値を求める電流測定手段と、前記電圧測定手段で求める電圧値及び電流測定手段が求める電流値と予め任意の値に定めて記憶する判定値との比較結果から混触事故を検出する事故検知手段と、前記事故検知手段で混触事故を検出した場合に交流き電回路の保護遮断を実行するための出力処理手段とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、上位電源側と下位負荷側との保護区間外故障による電圧低下、あるいは電源開放による電圧喪失で不要動作することなく、き電回路の単巻変圧器の接続状態に影響されることなく、き電回路の全運用状態において異相電源混触事故を高速で確実に検出することができる。従って、現地試験や保守点検の簡素化を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態に係わる交流き電回路用異相混触検出継電装置を交流き電回路に適用した系統図、図２は本発明の異相混触検出継電装置のブロック構成図を示す。
【００１８】
図１において、交流き電回路の受電電力は電力会社の電源設備２から三相電源で供給さる。受電三相電源はき電変圧器３で直交する単相二組のＭ座電源、Ｔ座電源に変換されき電回路に供給される。Ｍ座およびＴ座の電源はそれぞれ単巻変圧器８、９に接続されてそれぞれの単巻変圧器の中性点がレールに接続されている。二組の単相電源Ｍ座とＴ座の電源それぞれには計器用変圧器４、５が直列接続され、それぞれの計器用変圧器４、５は２台を直列に接続して分圧した二次電圧Vm1、Vm2、Vt1、Vt2をそれぞれ異相混触検出継電装置１に入力している。また、き電母線電流は、計測用変流器６、７の二次電流Im、Itが異相混触検出継電装置１に入力されている。
【００１９】
図１は、Ｍ座電圧Vm1とＴ座電圧Vt1との混触事故の例を示している。混触故障電流Ifは、Ｍ座とＴ座との混触故障点及び単巻変圧器８、９の中点とレールとを経由するループ帰還回路に流れる。このループ帰還電流Ifはそれぞれの単巻変圧器８、９の中点と両端との巻き数比(２：１)で１／２に変換された値で共に等しく、逆位相となってそれぞれのき電母線Ｍ座電流ImおよびＴ座電流Itに流れる。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態に係わる異相混触検出継電装置のブロック構成図である。図２においてVm1、Vm2、Vt1、Vt2は計器用変圧器４、５から入力される二組の単相電源電圧である。Im、Itは、計測用変流器６、７から入力される異相電源相互Ｍ座、Ｔ座の母線電流である。これらの入力電圧と入力電流はそれぞれ入力変換手段２１で予め定められた比に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周期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。ディジタル値変換されたそれぞれの入力電圧と入力電流データは毎周期毎にデータ格納手段２４に過去任意周期回数分の時系列データとして記憶・更新される。
【００２１】
電圧測定手段２５はデータ格納手段２４に格納された入力電圧の時系列データを汎用公開されているディジタル演算(振幅値演算)技術を用いて異相電源相互間電圧V1、V2、V3、V4を算出する。同様に、電流測定手段２６も格納された電流データIm、Itを振幅値演算して異相電源Ｍ座、Ｔ座それぞれの電流Im、Itを求める。そして、相互電流の有効分Imt-Ｐと無効分Imt-Ｑとを算出する。仮に、サンプリング周期の電気角速度を３０°とすれば、それぞれの電気量は、現在のサンプリングデータと９０°前のサンプリングデータとの二乗演算から求まる。
【００２２】
［数２］
V1=√｛(Vm1(n-3)-Vt1(n-3))2＋(Vm1(n)-Vt1(ｎ))2｝
V2=√｛(Vt1(n-3)＋Vm2(n-3))2＋(Vt1(n)＋Vm2(ｎ))2｝
V3=√｛(-Vm2(n-3)＋Vt2(n-3))2＋(-Vm2(n)＋Vt2(ｎ))2｝
V4=√｛(-Vt2(n-3)-Vm1(n-3))2＋(-Vt2(n)-Vm1(ｎ))2｝
［数３］
Im=√｛(Im(n-3))2+(Im(n))2｝
It=√｛(It(n-3))2+(It(n))2｝
Imt-Ｐ=(Im(n)・It(n))+(Im(n-3)・It(n-3))
Imt-Ｑ=(Im(n-3)・It(n))-(Im(n)・It(n-3))
但し、(n-3)はサンプリング電気角速度３０°における９０°前のサンプリングデータ、(n)は現在のサンプリングデータ。  
さらに、電流測定手段２６は、上述したディジタル演算数式例［数３］で求めた異相電源それぞれの電流から異相電源相互いずれか小さい方の電流値(Imt-min)と相互電流の逆位相成分比(cos(π-θ))を算出し、算出した小さい方の電流値(Imt-min)と相互電流の逆位相成分比(cos(π-θ))との積からなる次式を用いて逆位相成分電流Imt-πを算出する。
【００２３】
［数４］
Imt-π= Imt-min・cos(π-θ)k
但し、kは予め任意に定める定数で、Ｍ座とＴ座の相互電流位相関数を低とする対数であり、位相差に応じた逆位相成分(Imt-π)の算出値を抑制することができる。
【００２４】
次に、事故検知手段２７は、上述の電圧測定手段２５及び電流測定手段２６のそれぞれで測定した異相電源相互間電圧V1、V2、V3、V4と異相電源(Ｍ座、Ｔ座)相互の逆位相電流Imt-πそれぞれの値が予め定めて図示省略のメモリに記憶したそれぞれの判定定数kv、kIを用い、次に示す比較判定を実行し、それぞれの比較判定結果が予め定める論理条件［数５］を満足した場合に混触故障として検知する。
【００２５】
［V1  比較判定］…次式成立で１、V1≦kv
［V2  比較判定］…次式成立で１、V2≦kv
［V3  比較判定］…次式成立で１、V3≦kv
［V4  比較判定］…次式成立で１、V4≦kv
［ΔImt-π  比較判定］…次式成立で１、ΔImt-π≧kI
［数５］
(［V1  比較判定］+［V2  比較判定］+［V3  比較判定］+［V4  比較判定］)×［ΔImt-π  比較判定］≧１
上述の事故検知手段２７の判定論理は、前述したように電源上位で発生する保護区間外の短絡・地絡故障よるき電変圧器二次の単相電源の電圧低下、あるいはき電保護区間で発生する混触故障以外の故障(短絡・地絡故障)電圧降下により異相電源相互間電圧V1、V2、V3、V4 が比較判定値kv以下に低下しても、異相電源相互の逆異相電流比ΔImt-πの比較判定で不要動作を抑制する。何故なら、上位系電源など区間外故障では故障電流がき電変圧器二次に流れないからである。さらに、混触故障以外(短絡・地絡故障)の故障電流は単相二組電源の故障側に流れるので故障側電流と健全側負荷電流とでは、双方の電流値較差と電流位相差が大きいからである。最後に、出力処理手段２８は、事故検知手段２７の上記［数３］に示す論理条件が成立した場合に、故障検知の外部出力処理を実行する。
【００２６】
次に、電流測定手段２６における異相電源相互の逆位相電流検知方法の一例について説明する。電流測定手段２６は、ディジタル演算数式［数３］で求める異相電源それぞれの電流と［数４］とを用い、異相電源相互電流のいずれか小さい方の値(Imt-min)と逆位相成分比(cos(π-θ))との積から逆位相成分電流(Imt-π)を算出するが、異相電源相互いずれか小さい方の電流値(Imt-min)の算出具体例を［数６］に示す。
【００２７】
［数６］
Imt-min=((Im+It)-(Im+It))/2
但し、異相電源相互の電流(Im、It)を求める手段は問わないが、上述のディジタル演算数式例［数３］で求めることもできる。
【００２８】
次に、相互電流の逆位相成分比(cos(π-θ))の算出の一例を［数７］に示す。
【００２９】
［数７］
cos(π-θ)=-Imt-P/√(Imt-P2・Imt-Q2)
但し、異相電源相互電流の有効成分(Imt-P)と無効成分(Imt-Q)の求める手段は問わないが、上述したディジタル演算数式の一例［数３］で求めることもできる。
【００３０】
また、データ格納手段２４に格納された電流サンプリングデータIm、Itの振幅値と［数８］とを用いて直接算出することができる。
【００３１】
さらに、相互電流の逆位相成分比(cos(π-θ))の算出の他の一例を［数８］に示す。
【００３２】
［数８］
cos(π-θ)=((Im(n)・It(n))+(Im(n-3)・It(n-3)))/((Im(n)2・It(n)２)+(Im(n)２・It(n-3)2)+(Im(n-3)2・It(n)2)+(Im(n-3)2・It(n-3)2))  
但し、(n)、(n-3)は電気角速度３０°のサンプリング周期データの例を示す。原理上は電気角速度差９０°のサンプリングデータを用いれば良い。
【００３３】
次に、上述の［数６］、［数７］、［数８］から求めた異相電源相互電流のいずれか小さい方の値(Imt-min)と逆位相成分比(cos(π-θ)とから、前述した［数４］により検出する異相電源相互の逆位相成分電流を図３に示す。図３は異相電源相互の逆位相電流成分検出特性図である。縦軸は電流値［A］、横軸は異相電源相互電流(Im、It)の位相角(θ)である。図３に示すグラフは異相電源相互の電流(Im＝6A、It＝8A)と相互電流の位相差(θ＝０°〜３６０°)に応じた逆位相成分電流(Imt-π)の検出特性を示している。［数６］で説明したように、検出される逆位相成分電流(Imt-π)は異相電源相互いずれか小さい方の電流値(Imt-min)と相互電流の逆位相成分比(cos(π-θ))の二乗関数(k)との積から算出されるので小さいほうの電流(Im)６Ａに位相角関数±１を乗じた領域内の値が検出される。
【００３４】
すなわち、相互電流の位相差が±９０°以下の場合は0A以下(６〜−６Ａ)、相互電流の位相差が±９０°以上の場合は０A以上(０〜６Ａ)である。また、逆位相成分電流(Imt-π)の検出特性は上述した［数６］の相互電流位相関数を低とする対数kの値が抑制無し(ｋ＝０)の場合と抑制有(ｋ＝２)の場合を示している。つまり、両特性の比較から分かる様に相互電流位相の二乗関数ｋの値を大きくすれば位相差の拡大に応じた双曲線抑制特性の効果を得ることができる。
【００３５】
次に、図４、図５、図６に示す代表的な故障ベクトル例を用い故障種別に応じた作用を説明する。図４は異電源相互混触故障の一例を示すベクトル図、図５はＴ座地絡故障の一例を示すベクトル図、図６はＴ座短絡故障の一例を示すベクトル図である。図４の混触故障は相互に直交する異電源間の短絡であり、図１に示す異電源Vt1、Vm1の混触故障である。混触回路電圧は外側の四辺形斜辺電圧の２倍値である。故障電圧(母線電圧)は故障回路インピーダンスに対する母線から故障点までのインピーダンス比に応じた電圧に降下し、混触故障斜辺電圧V1と対向斜辺電圧V3は、降下した故障電圧が単巻き変圧器中点で１／２分圧された値に低下する。
【００３６】
混触故障電流は、図１に示すように異電源相互間を逆位相で流れる。図４のベクトル図では、Ｔ座に流れる故障電流Itが逆位相でＭ座故障電流Imとなって流れる。然るに、本発明の混触故障検出継電装置において、上述した判定式［数５］は以下の判定結果となって故障を検知する。
【００３７】
(［V1  動作］+［V3  動作］)×［ΔImt-m  動作］＝２≧１
次に、異電源相互のベクトル関係において、一方側電源(Ｔ座)が故障した場合のベクトル代表例を図５、図６、図７を用いて説明する。図５はＴ座の地絡故障の一例を示すベクトル図であり、図６はＴ座短絡故障の一例を示すベクトル図である。図７は一般的なき電回路の地絡故障及び短絡故障における故障インピーダンス変化に応じた故障電圧(電源電圧に対する母線電圧の降下率Vfと位相変化角Δφ)を示し、図７（ａ）の地絡故障電圧ベクトル変化グラフは、き電回路の故障点を一定(電源系とき電線インピーダンスを固定)にして地絡故障点に介在するグラフ横軸の故障点抵抗変化(１０Ω〜０Ω)に応じた故障電圧の降下率と位相変化との傾向を示している。一方、図７（ｂ）の短絡故障電圧ベクトル変化グラフは、電源系のインピーダンスを一定にしてグラフ横軸の母線から故障点までのき電回路インピーダンス変化(１６Ω〜０Ω)に応じた故障電圧の降下率と位相変化との傾向を示している。図７の傾向から分かる様に、地絡故障と短絡故障何れの場合も故障電圧(母線電圧)は、電源から故障点までのインピーダンスと母線から故障点までのインピーダンスとのインピーダンス比とインピーダンス角に応じた電圧降下と位相変化とが生じている。
【００３８】
図５に図７の地絡故障における故障点抵抗２Ωの故障ベクトルを示す。図５の故障電圧Vtは図７の故障座の母線電圧Vfと等価であり故障電圧は４７％に降下し、位相は約２０°傾斜している。図６に図７の短絡故障における母線から故障点までのインピーダンス３Ωおける故障ベクトルを示す。図６の故障電圧Vtも図７の故障座の母線電圧Vfと等価であり、故障電圧は５２％に降下し、位相は約7°傾斜する。つまり、地絡故障と短絡故障との何れの場合もき電母線直近の完全故障(故障インピーダンス≒０Ω、故障電圧＝０)では、定格電圧に対する四辺形斜辺電圧V1、V2、V3、V4はそれぞれ、定常時の１／√２から１／２に低下する。従って、従来方法における混触故障の検出は、混触以外の故障で動作させないことを原則とするため、電圧を定格電圧の１／２の値よりさらに５%程度低い値としている。故に、四辺形斜辺電圧V1、V2、V3、V4の低下を検出する従来方式は、混触故障を高感度で検出するに不向きであり、前述した故障回路インピーダンス角に応じた故障電圧の傾斜による四辺形斜辺電圧降下の不平衡率を含めると他の故障(き電回路の地絡、短絡故障)で不要動作する可能性を秘めていることが分かる。
【００３９】
一方、本発明による混触故障の検知方法では、上述した混触以外の故障に対する不要動作を異電源相互の逆位相電流検知で抑止することができる。図５のＴ座電源の地絡故障の一例のベクトル図、図６のＴ座電源の短絡故障ベクトルの一例のベクトル図で示す様に、故障座(Ｔ座)の故障電流It〜It’は故障インピーダンス角(１０°〜８０°)に応じた故障電圧Vtとの遅れ位相で故障座(Ｔ座)に流れるが健全座(Ｍ座)には流れないので逆位相電流の検出基本量(少ないほうの電流値)は健全座側の負荷電流値以下であることに加え、健全座(Ｍ座)負荷電流(図示省略)の位相は健全座(Ｍ座)電圧Vmと概同相である。つまり、異電源相互の一方側電源故障(地絡、短絡故障)における相互電流It〜It’、Im  の電流位相は１０°〜８０°の領域となる。従って図３で説明したように相互電流の位相差抑制関数により電源相互の逆位相電流はさらに大きく抑制され、０Ａ付近の電流値となるので混触故障検知は抑止される。
【００４０】
次に、異相電源相互電流のいずれか小さい方の値(Imt-min)と相互電流比(Imｔ-PU)と位相成分比(Imt-θ)との積から逆位相成分電流(Imt-π)を算出する方法について説明する。電流測定手段２６は格納された電流データIm、Itを振幅値演算して異相電源相互(Ｍ座、Ｔ座)それぞれの電流Im、Itを算出し、求めた異相電源相互電流から［数９］に示す原理式で逆位相成分電流(Imt-π)を算出する。
【００４１】
［数９］
(Imt-π)＝k・(Imt-min)・(Imt-PU)・e(-Imt-θ)
但し、 
(Imt-π)：逆位相成分電流
(Imt-min)：異相電源相互電流のいずれか小さい方の値
(Imt-PU)：異相電源相互のスカラ電流比
(Imt-θ)：異相電源相互電流の異相差に応じた相互電流ベクトル比
k：任意に定める抑制係数  
e：自然対数(任意の常用対数を用いても良い)
ここで、異相電源相互電流のいずれか小さい方の値(Imt-min)は前述の［数６］を用い、異相電源相互のスカラ電流比(Imt-PU)と異相電源相互電流の異相差に応じた相互電流ベクトル比(Imt-θ)は次に示す［数１０］［数１１］で求める。仮に、サンプリング周期の電気角速度を３０°とすれば異相電源相互の電気量は、現在のサンプリングデータ(n)と９０°前のサンプリングデータ(n-3)との二乗演算から求まる。
【００４２】
次に、異相電源相互のスカラ電流比(Imt-PU)を［数１０］に示す。
【００４３】
［数１０］
(Imt-PU)＝|Im-It |/|Im+It | 
Im=√｛(Im(n-3))2+(Im(n))2｝
It=√｛(It(n-3))2+(It(n))2｝
さらに、異相電源相互電流の異相差に応じた相互電流ベクトル比(Imt-θ)を［数１１］に示す。
【００４４】
［数１１］
(Imt-θ)＝ΣI/ΔI
ΣI=√｛(Im(n)+It(n))2+(Im(n-3)+It(n-3))2｝
ΔI=√｛(Im(n)-It(n))2+(Im(n-3)-It(n-3))2｝
上述の逆位相成分電流(Imt-π)を算出する原理式［数９］に、［数６］、［数１０］、［数１１］の値を代入すると異相電源相互の電流を関数とする逆位相成分電流(Imt-π)算出式［数１２］が成り立つ。
【００４５】
次に、逆位相成分電流(Imt-π)を［数１２］に示す。
【００４６】
［数１２］
Imt-π=0.5k・ΔI・(1-(ΔI/ΣI))・e−(ΣＩ/ΔＩ)
図８に、［数１２］を用いた異相電源相互逆位相電流の検出特性の一例を示す。図８に示すグラフは、Ｍ座とＴ座との５種の相互電流比(０〜１０倍)と相互電流の位相差(０°〜３６０°)に応じて検出される逆位相電流Imt-πを示している。横軸は異相電源相互電流の位相差(電気角)であり、縦軸は検出値される逆位相電流で、相互電流いずれか小さい方の値に対する比率値［PU値］である。
【００４７】
特性曲線Ｓ１〜Ｓ５は異相電源相互の電流比であり、Ｍ座電流値に対するＴ座電流値の比率値(It/Im)であり、特性曲線Ｓ０は比率値(It/Im)が０、特性曲線Ｓ１は比率値(It/Im)が１、特性曲線Ｓ２は比率値(It/Im)が２、特性曲線Ｓ５は比率値(It/Im)が５、特性曲線Ｓ１０は比率値(It/Im)が１０の５種の比率における相互電流の位相差に応じた逆位相電流の検出特性である。
【００４８】
図８は、異電源相互電流の格差拡大につれ、さらに、異電源相互電流の位相差が同相領域に近づくにつれて逆位相電流検出抑制量が増大することを示している。一方、相互の電流値が等しく、位相差が１８０°における逆位相電流検出値1PUであり検出抑制量は０値となる。つまり、異電源相互の一方電源側の地絡・短絡故障など、異電源相互電流の格差が拡大する混触以外の故障に対する不要な検出を確実に抑制できる。
【００４９】
次に、き電回路の単巻変圧器が開放された場合の異相電源相互(Ｍ座とＴ座)の混触故障において、直交する各座(Ｍ座とＴ座)電源が形成する四辺形斜辺電圧V1、V2、V3、V4から混触故障を検出する方法について説明する。
【００５０】
図９は交流き電回路における単巻変圧器が開放された場合の保護系統図であり、図１から異相電源相互(Ｍ座とＴ座)それぞれの単巻変圧器８、９のみ除外したもので、系統図の構成と作用は図１と同様である。図９はＴ座Vt1とＭ座Vm1の混触故障の一例である。Ｍ座とＴ座の単巻変圧器の開放により混触故障インピーダンスが無限大となるので異相電源相互に混触故障電流は流れない。従ってＭ座とＴ座ともに母線電圧の降下と位相変化が生じないので混触故障点を同電位として図１０に示す電圧ベクトルが形成される。つまり、事故前の定常時にＭ座電圧とＴ座電圧との直交対角線で形成されていた四辺形外周の位相電源相互間電圧V1、V2、V3、V4は、混触故障点を頂点(同電位)とする正三角形に変化する。定格電圧を１とすると、故障前の四辺形電圧V1、V2、V3、V4はそれぞれ１/√２であり、故障後の電圧は、それぞれV1=0、V2=V4=1、V3=√２の値に近い変化傾向を示す。また、Ｍ座とＴ座の計器用変圧器中点が対地設置され同電位となることからVt1とVm1とは値が等しく同位相、Vt2とVm2とは値が等しく逆位相となる。上述したき電回路の単巻変圧器開放における異相電源相互(Ｍ座とＴ座)の混触故障の現象に基づき、次の方法を用いれば、位相電源相互間の四辺形斜辺電圧電気量から混触故障を検知することができる。
【００５１】
事故検知手段２７は、電圧測定手段２５で測定した異相電源相互間電圧V1、V2、V3、V4のそれぞれの値と、予め定めて図示省略のメモリに記憶した判定定数kUV、kOVとの比較判定を実行し、それぞれの比較判定結果が予め定める論理条件［数１３］を満足した場合に混触故障として検知する。
【００５２】
［V1  低下比較判定］…次式成立で１、V1≦kUV
［V1［超過比較判定］…次式成立で１、V1≧kOV
［V2  低下比較判定］…次式成立で１、V2≦kUV
［V2  超過比較判定］…次式成立で１、V2≧kOV
［V3  低下比較判定］…次式成立で１、V3≦kUV
［V3  超過比較判定］…次式成立で１、V3≧kOV
［V4  低下比較判定］…次式成立で１、V4≦kUV
［V4  超過比較判定］…次式成立で１、V4≧kOV
［数１３］
［V1低下比較判定］×［V3超過比較判定］+［V2低下比較判定］×［V4超過比較判定］+［V3低下比較判定］×［V1超過比較判定］+［V4低下比較判定］×［V2超過比較判定］≧１
同様に、き電回路の単巻変圧器が開放された場合の異相電源相互(Ｍ座とＴ座)の混触故障において、直交する各座(Ｍ座とＴ座)電源が形成する四辺形斜辺電圧V1、V2、V3、V4から混触故障を検出する方法の他の実施例を説明する。き電回路の単巻変圧器開放における異相電源相互(Ｍ座とＴ座)の混触故障の現象は図９、図１０の説明と同様であり詳細は省略する。
【００５３】
電圧測定手段２５は格納された入力電圧の時系列データを汎用公開されているディジタル演算(振幅値演算)技術を用いて異相電源相互間電圧V1、V2、V3、V4を及び対向斜辺の差電圧比率ΔV1-2、ΔV2-4をそれぞれ測定する。仮に、サンプリング周期の電気角速度を３０°とすればそれぞれの電気量は、現在のサンプリングデータと９０°前のサンプリングデータとの［数１４］に示す二乗演算と比率演算から求まる。
【００５４】
［数１４］
V12=(Vm1(n-3)−Vt1(n-3)2＋(Vm1(n)−Vt1(ｎ))2
V22=(Vt1(n-3)＋Vm2(n-3))2＋(Vt1(n)＋Vm2(ｎ))2
V32=(-Vm2(n-3)＋Vt2(n-3))2＋(-Vm2(n)＋Vt2(ｎ))2
V42=(-Vt2(n-3)-Vm1(n-3))2＋(-Vt2(n)-Vm1(ｎ))2
ΔV1-2=(V1−V3)/(V1+V3)
ΔV2-4=(V2−V4)/(V2+V4)
次に、事故検知手段２７は、電圧測定手段２５で測定した対向斜辺の差電圧比率ΔV1-2、ΔV2-4のそれぞれの値と、予め定めて図示省略のメモリに記憶した判定定数kΔvとの比較判定を実行し、それぞれの比較判定結果が予め定める論理条件［数１５］を満足した場合に混触故障として検知する。
【００５５】
［ΔV1-3  比較判定］…次式成立で１、ΔV1-3≦kΔv 
［ΔV2-4  比較判定］…次式成立で１、ΔV2-4≦kΔv
［数１５］
(［ΔV1-3  比較判定］+［ΔV2-4  比較判定］)≧１
同様に、き電回路の単巻変圧器が開放された場合の異相電源相互(Ｍ座とＴ座)の混触故障において、直交する各座(Ｍ座とＴ座)電源が形成する四辺形斜辺電圧V1、V2、V3、V4から混触故障を検出する方法の他の実施例を説明する。き電回路の単巻変圧器開放における異相電源相互(Ｍ座とＴ座)の混触故障の現象は、図９、図１０の説明と同様であり詳細は省略する。
【００５６】
電圧測定手段２５は格納された入力電圧の時系列データを汎用公開されているディジタル演算(振幅値演算)技術を用いて異相電源相互電圧Vt1、Vt2、Vm1、Vm2から異電源相互の差電圧比率ΔVmt％1、ΔVmt％2とを測定する。仮に、サンプリング周期の電気角速度を３０°とすれば差電圧比率ΔVmtは、現在のサンプリングデータと９０°前のサンプリングデータとを用い、［数１６］に示す振幅値二乗演算から求まる。
【００５７】
［数１６］
ΔVmt％1=｛√((Vt1(n-3)-Vm1(n-3))2+(Vt1(n)-Vm1(n))2-√((Vt2(n-3)-Vm2(n-3))2＋(Vt2(n)-Vm2(n))2)｝/｛√((Vt1(n-3)-Vm1(n-3))2+(Vt1(n)-Vm1(n))2)+√((Vt2(n-3)-Vm2(n-3))2+(Vt2(n)-Vm2(n)))2)｝
ΔVmt％2=  √((Vt1(n-3)-Vm2(n-3))2+(Vt1(n)-Vm2(n))2)-√((Vt2(n-3)-Vm1(n-3))2+(Vt2(n)-Vm1(n))2)｝/｛√((Vt1(n-3)-Vm2(n-3))2+(Vt1(n)-Vm2(n))2)+√((Vt2(n-3)-Vm1(n-3))2+(Vt2(n)-Vm1(n)))2｝｝
次に事故検知手段２７は、電圧測定手段２５で測定した対向斜辺の差電圧比率ΔVmt％1及びΔVmt％2のそれぞれの測定値と、予め定めて図示省略のメモリに記憶した判定定数kΔv  との比較判定を実行し、それぞれの比較判定結果が予め定める論理条件［数１７］を満足した場合に混触故障として検知する。
【００５８】
［ΔVmt％1  比較判定］…次式成立で１(故障検知)、ΔVmt％≧kΔv
［ΔVmt％2  比較判定］…次式成立で１(故障検知)、ΔVmt％≧kΔv 
［数１７］
(［ΔVmt％1  比較判定］+［ΔVmt％2  比較判定］)≧1
本発明の実施の形態によれば、上位電源側と下位負荷側の保護区間外故障による電圧低下、或いは電源開放による電圧喪失で不要動作することなく、き電回路単巻変圧器の接続状態に影響されることなく、き電回路の全運用状態において異相電源混触事故を高速で確実に検出することが可能となり、現地試験や保守点検の簡素化を実現できる。
【００５９】
また、異相電源相互電流の逆位相成分電流判定を故障検知条件とする場合には、電源上位で発生する保護区間外の短絡や地絡故障によるき電変圧器二次の単相電源の電圧低下、或いはき電保護区間で発生する混触故障以外の故障(短絡・地絡故障)で生じる電圧降下による不要動作を確実に抑制し、目的とする混触故障を確実に検出することが可能になる。何故なら、上位の電源系故障やき電系の短絡と地絡故障では異相電源相互の電流格差と動作位相領域に対する位相差に応じた双曲線抑制特性の拡大効果発揮する一方で、混触故障では異相電源相互に流れる混触成分電流(逆位相成分電流)を抽出するからである。
【００６０】
また、異相電源相互間の混触電流は交流き電回路の電源双方の端巻き変圧器単巻変圧器の中点を経由して流れる。交流単巻変圧器き電回路は単巻変圧器運用が基本であり、定常の運用では上述した逆位相成分電流判定の故障検出に問題はないが、き電開始の単巻変圧器接続直前に混触故障が発生するような場合、すなわち単巻変圧器接続抜けの混触故障では異相電源相互に混触成分電流(逆位相成分電流)が流れないので逆位相成分電流判定方法では混触故障を検出できない。そこで、四辺形対向斜辺電圧の比率、あるいは異相電源相互の中点分圧電圧のベクトル電圧差の比率から混色故障を確実に検出できる。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】本発明の実施の形態に係わる交流き電回路用異相混触検出継電装置を交流き電回路に適用した系統図。
【図２】本発明の実施の形態に係わる交流き電回路用異相混触検出継電装置のブロック構成図。
【図３】本発明の実施の形態に係わる交流き電回路用異相混触検出継電装置における異相電源相互の逆位相成分電流の検出特性図。
【図４】電源相互混触故障の一例を示すベクトル図。
【図５】Ｔ座地絡故障の一例を示すベクトル図。
【図６】Ｔ座短絡故障の一例を示すベクトル図。
【図７】故障電圧低下率と位相変化との一例を示す特性図。
【図８】異相電源相互の逆位相電流検出特性図。
【図９】交流き電回路保護系統図。
【図１０】交流き電回路における受電の三相電圧と二組の単相変換電圧との定常電圧ベクトル図。
【図１１】従来の混触検出継電装置のブロック構成図。
【符号の説明】
【００６２】
１…異相混触検出保護継電器、２…電源設備、３…き電変圧器、４、５…計器用変圧器、６、７…計測用変流器、８、９…単巻変圧器、２１…入力変換手段、２２…入力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…電圧測定手段、２６…電流測定手段、２７…事故検知手段、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】
2007196837.tif 000009
【図８】
2007196837.tif 000010
【図９】
2007196837.tif 000011
【図１０】
2007196837.tif 000012
【図１１】
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