(57)【要約】【課題】平行して運用される各送電線の線路定数比が大きく異なっている場合でも、受電側変電所内で構内故障に起因する誤動作を防止する。【解決手段】受電側第１変流器１５から出力される電流ＩBAと受電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bと受電側変圧器１４から出力される計器用の電圧ＶBとを取り込み、これら電流Ｉ1B、電流Ｉ2Bの差電流ＩdB、和電流ＩσB、差電流比率ｋIdBを演算して、補正差電流ＩdkB、差電流インピーダンスＺdBを算出し、これら差電流インピーダンスＺdB、補正差電流ＩdkBに基づき、第１送電線４、第２送電線５が故障しているかどうか、これら第１送電線４、第２送電線５のどちらが故障しているかを判定する。【選択図】図１
2012191742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平行二回線送電系統を構成する各送電線の母線に設けられた計器用変圧器から出力される分岐点電圧と、前記各送電線に設けられた計器用変流器から出力される各電流とを取り込む入力手段と、
前記入力手段で取り込まれた各電流に対し、所定の演算を施して各電流の差を示す差電流および各電流の和を示す和電流を生成する電流演算手段と、
前記電流演算手段で得られた差電流および和電流と、予め設定されている送電線相互の定数比とを用いて差電流比率を演算し、この差電流比率を用いて前記差電流を補正して補正済み差電流を生成する差電流補正手段と、
前記分岐点電圧および前記補正済み差電流に基づき、前記各送電線の故障を判定し、いずれかの送電線が故障しているとき、故障している送電線に対する送電線遮断信号を生成する故障判定手段と、
を備えたことを特徴とする故障回線選択継電器。
【請求項２】
請求項１に記載の故障回線選択継電器において、
前記故障判定手段は、前記差電流補正手段で得られた前記補正済み差電流と予め設定されている基準差電流とを比較して、前記各送電線の故障有無を判定するとともに、前記入力手段で得られた前記分岐点電圧、前記差電流補正手段で得られた前記補正済み差電流を用いて得られた差電流インピーダンスと予め設定されている基準差電流インピーダンスとを比較して、前記各送電線のどちらが故障しているかを判定する、
ことを特徴とする故障回線選択継電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、平行二回線受電方式の送電系統において平行運用されている送電線の故障を検知する故障回線選択継電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、複数の送電線を平行して運用する送電系統として、平行二回線受電方式の送電系統が知られている。
【０００３】
この平行二回線受電方式では、送電側の母線と受電側の母線との間を第１送電線と第２送電線の２回線で平行に接続して構成している。もし、どちらか一方の回線で地絡や短絡などの事故が発生すると、事故が発生した回線を切り離し、他方の健全な回線を介して電力を供給するようにしている。
【０００４】
従来、回線の故障が発生した場合、どちらの回線に故障が発生したかを選択する故障回線選択継電器として、インピーダンス平衡保護継電装置が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−６７２４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような平行二回線受電方式の送電系統で使用される従来の故障回線選択継電器においては、送電線相互間で線路定数比が大きく異なる場合には誤動作を起こし、故障回線を確実に選択することができないという課題がある。
【０００７】
本発明の実施形態は上記の事情に鑑み、各送電線の線路定数比が大きく異なっている平行二回線受電方式の送電系統に適用しても、受電側変電所内での構内故障に起因する誤動作を防止でき、健全な各送電線が遮断されるのを防止することができる故障回線選択継電器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成するために、実施形態では、平行二回線送電系統を構成する各送電線の母線に設けられた計器用変圧器から出力される分岐点電圧と、前記各送電線に設けられた計器用変流器から出力される各電流とを取り込む入力手段と、前記入力手段で取り込まれた各電流に対し、所定の演算を施して各電流の差を示す差電流および各電流の和を示す和電流を生成する電流演算手段と、前記電流演算手段で得られた差電流および和電流と、予め設定されている送電線相互の定数比とを用いて差電流比率を演算し、この差電流比率を用いて前記差電流を補正して補正済み差電流を生成する差電流補正手段と、前記分岐点電圧および前記補正済み差電流に基づき、前記各送電線の故障を判定し、いずれかの送電線が故障しているとき、故障している送電線に対する送電線遮断信号を生成する故障判定手段と、を備えたことを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は故障回線選択継電器の第１実施形態を適用した、平行二回線受電方式の送電系統を示す回路図である。
【図２】図１に示す送電側故障回線選択継電器の詳細な回路構成例を示すブロック図である。
【図３】図１に示す送電側故障回線選択継電器の故障判定動作例を示す説明図である。
【図４】図１に示す受電側故障回線選択継電器の詳細な回路構成例を示すブロック図である。
【図５】図１に示す送電側故障回線選択継電器の故障判定動作例を示す説明図である。
【図６】図１に示す送電側故障回線選択継電器、受電側故障回線選択継電器の差動電流インピーダンスと、送電線定数比との関係を表す等価回路図である。
【図７】故障回線選択継電器を使用した一般的な平行二回線受電方式の送電系統を示す回路図である。
【図８】図７に示す送電系統の送電線故障例と、送電側故障回線選択継電器、受電側故障回線選択継電器の差電流例との関係を示す説明図である。
【図９】図７に示す送電側故障回線選択継電器、受電側故障回線選択継電器の差動電流インピーダンスと、送電線定数比との関係を表す等価回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
＜実施形態の−原理的な説明＞
実施形態の説明に先立って、平行二回線受電方式における故障回線選択について説明する。
【００１１】
一般に、平行二回線受電方式の送電系統としては、図７に示す構成が知られている。なお、以下の説明では、説明を簡単にするために、電源側を送電側変電所とし、負荷側を受電側変電所としている。
【００１２】
この図に示す送電系統１は、送電側変電所２と、受電側変電所３と、第１送電線４と、第２送電線５と、送電側の母線６に接続された送電側変圧器７と、送電側第１変流器８と、送電側第２変流器９と、送電側故障回線選択継電器１０と、送電側第１開閉器１１と、送電側第２開閉器１２とを備えている。また、この送電系統１は、受電側の母線１３に接続された受電側変圧器１４と、受電側第１変流器１５と、受電側第２変流器１６と、受電側故障回線選択継電器１７と、受電側第１開閉器１８と、受電側第２開閉器１９とを備えて構成されている。
【００１３】
そして、送電側変電所２から電力が送り出されているとき、送電側変電所２→送電側の母線６→第１送電線４→受電側の母線１３→受電側変電所３なる経路と、送電側変電所２→送電側の母線６→第２送電線５→受電側の母線１３→受電側変電所３なる経路とによって、受電側変電所３に電力を供給する。
【００１４】
また、この動作と並行し、送電側故障回線選択継電器１０は、送電側変圧器７から出力される電圧ＶAと、送電側第１変流器８から出力される電流Ｉ1Aと送電側第２変流器９から出力される電流Ｉ2Aとの差電流ＩdA（ＩdA＝Ｉ1A−Ｉ2A）とを取り込んで差電流インピーダンスＺdAを算出し、その値と方向に基づき、第１送電線４、第２送電線５が故障しているかどうか、これら第１送電線４、第２送電線５のどちらが故障したかを判定する。第１送電線４が故障していれば、第１送電線４に設けられた送電側第１開閉器１１を動作させて、送電側の母線６から第１送電線４を切り離す。また第２送電線５が故障していれば、第２送電線５に設けられた送電側第２開閉器１２を動作させて、送電側の母線６から第２送電線５を切り離す。
【００１５】
同様に、受電側故障回線選択継電器１７は、受電側変圧器１４から出力される電圧ＶBと、受電側第１変流器１５から出力される電流Ｉ1Bと受電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bとの差電流ＩdB（ＩdB＝Ｉ1B−Ｉ2B）とを取り込んで差電流インピーダンスＺdBを算出し、その値と方向に基づき、第１送電線４、第２送電線５が故障しているかどうか、これら第１送電線４、第２送電線５のどちらが故障したか判定する。第１送電線４が故障していれば、第１送電線４に設けられた受電側第１開閉器１８を動作させて、受電側の母線１３から第１送電線４を切り離し、また第２送電線５が故障していれば、第２送電線５に設けられた受電側第２開閉器１９を動作させて、受電側の母線１３から第２送電線５を切り離す。
【００１６】
次に、図７を参照しながら、このような平行二回線受電方式の送電系統１で使用される送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７の故障回線選択動作について、具体的に説明する。
【００１７】
まず、第１送電線４、第２送電線５のいずれか一方、例えば図７に示すように、第１送電線４が故障（送電側近端Ｐ１の故障、受電側近端Ｐ２の故障、または送電線中間点Ｐ３の故障）した場合には、電流の流れる方向が変化し、送電側変電所２から送り出された電流ＩAが、送電側の母線６で分流され、その一方（故障電流Ｉ1A）が第１送電線４の故障地点に流れるとともに、他方（故障電流Ｉ2A）が健全側である第２送電線５を迂回して、第１送電線４の故障地点に流れる。
【００１８】
また、受電側変電所３から送り出される電流ＩBが、受電側変電所３→受電側の母線１３で分流され、その一方（故障電流Ｉ1B）が第１送電線４の故障地点に流れるとともに、他方（故障電流Ｉ2B）が健全側である第２送電線５を迂回して、第１送電線４の故障地点に流れる。
【００１９】
これにより、送電側故障回線選択継電器１０には、下記（１）式の差電流ＩdAが入力され、また受電側故障回線選択継電器１７には、（２）式の差電流ＩdBが入力される。
【００２０】
〔数１〕
ＩdA＝Ｉ1A−Ｉ2A＋２・Ｉ2B  …（１）
ＩdB＝Ｉ1B−Ｉ2B＋２・Ｉ2A  …（２）
（１）式、（２）式において、簡略のため第１送電線４、第２送電線５以外のインピーダンスを無視し、第１送電線４の線路定数をＺ1と、第２送電線５の線路定数をＺ2とし、これら線路定数Ｚ1、線路定数Ｚ2が同じ値であると仮定すると、故障地点と、故障電流分布と、差電流とが図８に示す関係になる。
【００２１】
図８から明らかなように、例えば送電側変電所２の近端Ｐ１で、第１送電線４が故障したとき、送電側変電所２から送り出される電流ＩAのほとんどが第１送電線４側に流れることから、送電側第１変流器８から出力される電流Ｉ1Aが電流ＩAと同じ値になるとともに、送電側第２変流器９から出力される電流Ｉ2Aがほぼ零になって、差電流ＩdAがＩdA＝ＩA（正常時には、ＩdA＝０）に変化し、差電流インピーダンスＺdAが変化する。
【００２２】
これにより、送電側故障回線選択継電器１０によって、送電側変電所２の近傍Ｐ１で第１送電線４が故障したと判定されて、第１送電線遮断信号が出力され、第１送電線４の送電側に設けられた送電側第１開閉器１１によって、送電側の母線６と第１送電線４との間の回線が遮断され、送電側の母線６から第１送電線４が切り離される。
【００２３】
送電側の母線６から第１送電線４が切り離されると、送電側変電所２から送り出される電流ＩAが健全な第２送電線５、受電側の母線１３を迂回して、故障した第１送電線４の故障地点Ｐ１に流れることから、受電側第１変流器１５から出力される電流Ｉ1Bと、送電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bとが変化して、差電流インピーダンスＺdBが変化する。
【００２４】
これにより、受電側故障回線選択継電器１７によって、第１送電線４が故障したと判定されて、第１送電線遮断信号が出力されるとともに、第１送電線４の受信側に設けられた受電側第１開閉器１８によって、受電側の母線１３と第１送電線４との間の回線が遮断され、受電側の母線１３から第１送電線４が切り離される。
【００２５】
また、受電側変電所３の構内Ｐ４で、故障が発生した場合には、送電側変電所２から送り出された電力が第１送電線４、第２送電線５によって、相互に同方向で均等に分流し、受電側変電所３内で、外部に流れ出ることから、送電側第１変流器８から出力される電流Ｉ1Aと、送電側第２変流器９から出力される電流Ｉ2Aとが相殺されて、差電流ＩdAがほぼ零に維持されるとともに、受電側第１変流器１５から出力される電流Ｉ1Bと、受電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bとが相殺されて、差電流ＩdBがほぼ零に維持される。
【００２６】
これにより、送電側故障回線選択継電器１０で得られる差電流インピーダンスＺdAがほぼ極限値（理論的には、無限大）に維持されるとともに、受電側故障回線選択継電器１７で得られる差電流インピーダンスＺdBがほぼ極限値（理論的には無限大）に維持されて、送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７が不動作となり第１送電線４、第２送電線５が送電側の母線６、受電側の母線１３に接続された状態を継続する。
【００２７】
そして、受電側変電所３内に設けられた他の継電器によって、故障内容に対応した処置が行われる。
【００２８】
ところで、このような平行二回線受電方式の送電系統で使用される送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７においては、次に述べるような課題がある。
【００２９】
まず、説明を簡単にするため、送電系統、回路定数が以下に示す７つの条件を満たすものと仮定する。
【００３０】
（１）送電側変電所２を電源端とし、受電側変電所３を負荷端とする。
【００３１】
（２）送電側変電所２の上位電源インピーダンスをＺpとする。
【００３２】
（３）第１送電線４と第２送電線５の線路定数Ｚ1、Ｚ2の和を２Ｚとする。
【００３３】
（４）第１送電線４の第２送電線５に対する線路定数比をｋとする。
【００３４】
（５）第１送電線４の送電端を起点とする故障点比率をｄfとし、このｄf故障点比率を第１送電線４と第２送電線５の総和線路長ＩＰＵに対する比率として使用する。また第１送電線４、第２送電線５の線路長を均等とする。
【００３５】
（６）故障点比率ｄf＝０．５は第１送電線４、第２送電線５の外部である受電側変電所３内での構内故障とする。
【００３６】
（７）故障インピーダンスをＺfとする。
【００３７】
図７に示す平行二回線受電方式の送電系統にこれらの条件を適用すると、図９に示す等価回路図で差動電流インピーダンスＺdA、ＺdBと、送電線定数比ｋとの関係を表すことができる。
【００３８】
この等価回路図から分かるように、第１送電線４、第２送電線５の外部である受電側変電所３内で故障が発生し、故障点比率ｄf＝０．５であるときには、下記（３）式で故障電流Ｉfを表すことができる。
【００３９】
〔数２〕
Ｉf＝Ｖ／｛Ｚp＋ｋ・（２−ｋ）・Ｚ／２＋Ｚf｝    …（３）
但し、Ｖ：送電側変電所２から送り出される電力の電圧値
また、下記（４）式、（５）式で、送電側故障回線選択継電器１０に入力される送電側の差電流ＩdA、分岐点電圧ＶfAを表すことができることから、送電側故障回線選択継電器１０で、（６）式で示される差電流インピーダンスＺdAを用いて、第１送電線４、第２送電線５の故障有無を判定することができる。
【００４０】
〔数３〕
ＩdA＝Ｉ1−Ｉ2
＝（１−ｋ）・Ｉf  …（４）
ＶfA＝Ｉf・（ｋ・（２−ｋ）・Ｚ／２＋Ｚf）  …（５）
ＺdA＝ＶfA／ＩdA
＝｛ｋ・（１−ｋ／２）・Ｚ＋Ｚf｝／（１−ｋ）  …（６）
同様に、下記（７）式、（８）式で、受電側故障回線選択継電器１７に入力される受電側の差電流ＩdB、分岐点電圧ＶfB、を表すことができることから、受電側故障回線選択継電器１７によって、（９）式で示される差電流インピーダンスＺdAを演算し、第１送電線４、第２送電線５の故障有無を判定することができる。
【００４１】
〔数４〕
ＩdB＝−Ｉ1＋Ｉ2
＝（ｋ−１）・Ｉf  …（７）
ＶfB＝Ｉf・Ｚf  …（８）
ＺdB＝ＶfB／ＩdB
＝Ｚf／（ｋ−１）  …（９）
そして、（４）式〜（９）式から分かるように、従来の送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７に入力される差電流ＩdA、差電流ＩdB、分岐点電圧ＶfA、分岐点電圧ＶfBが第１送電線４、第２送電線５の相互関係を示す線路定数比ｋに大きく影響される。
【００４２】
この結果、送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７で得られる差電流インピーダンスＺdA、差電流インピーダンスＺdBも、第１送電線４、第２送電線５の相互関係を示す線路定数比ｋに大きく影響される。
【００４３】
このため、特定の条件、例えば第１送電線４、第２送電線５の線路定数比ｋが均等（ｋ＝１）であれば、受電側変電所３内で構内故障が発生しても、（４）式、（７）式から明らかなように、原理上、差電流ＩdA、ＩdBは共に、零となり、（６）式、（９）式で示される差電流インピーダンスＺdA、ＺdBが極限値（ほぼ無限大）として算出され、これによって、送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７は第１送電線４、第２送電線５が健全であると判定することができる。
【００４４】
しかしながら、第１送電線４、第２送電線５の線路定数比ｋが不均等（ｋが１より十分に大きい、すなわち、ｋ＞＞１）になると、受電側変電所３内で構内故障が発生したとき、（４）式、（７）式から明らかなように、原理上、差電流ＩdA、ＩdBが共に、零から離れた値になり、（６）式、（９）式で示される差電流インピーダンスＺdA、ＺdBが極限値（ほぼ無限大）から零に近づいた値として算出され、第１送電線４、第２送電線５が健全であるにもかかわらず、送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７によって、第１送電線４、第２送電線５のいずれかが故障した判定されて、第１送電線遮断信号、または第２送電線遮断信号が出力されてしまうことがある。
【００４５】
よって、第１送電線４、第２送電線５の線路定数比ｋが大きく異なる場合には、送電側故障回線選択継電器１０、受電側故障回線選択継電器１７を使用することができない。
【００４６】
＜実施形態の説明＞
《実施形態の構成》
図１は故障回線選択継電器の第１実施形態を適用した平行二回線受電方式の送電系統を示す回路図である。なお、図７と同一構成部分には同一番号を付している。また、以下の説明では、説明を簡単にするために、電源側を送電側変電所２とし、負荷側を受電側変電所３としている。
【００４７】
この図に示す送電系統１は、送電側変電所２と、受電側変電所３と、送電側変電所２と受電側変電所３との間を架設された第１送電線４および第２送電線５とを備えている。送電側は、母線６と、送電側変圧器７と、送電側第１変流器８と、送電側第２変流器９と、送電側故障回線選択継電器１１０と、送電側第１開閉器１１と、送電側第２開閉器１２とを備えている。また、受電側は、母線１３と、受電側変圧器１４と、受電側第１変流器１５と、受電側第２変流器１６と、受電側故障回線選択継電器１１７と、受電側第１開閉器１８と、受電側第２開閉器１９とを備えている。
【００４８】
送電側故障回線選択継電器１１０は、図２に示すように、入力部２０と、電流演算部３０と、差電流補正部４０と、故障判定部５０とを備えている。
【００４９】
入力部２０は、送電側第１変流器８から出力される電流Ｉ1Aを取り込む第１送電線電流入力回路２１と、送電側第２変流器９から出力される電流Ｉ2Aを取り込む第２送電線電流入力回路２２と、送電側変圧器７から出力される計器用の電圧ＶAを取り込む分岐点電圧入力回路２３を有する。
【００５０】
電流演算部３０は、入力部２０ら出力される電流Ｉ1A、電流Ｉ2Aを取り込み、下記（１０）式に示す演算を行って差電流ＩdAを演算する差電流演算回路３１と、入力部２０から出力される電流Ｉ1A、電流Ｉ2Aを取り込み、下記（１１）式に示す演算を行って和電流ＩσAを演算する和電流演算回路３２とを有する。
【００５１】
差電流補正部４０は、電流演算部３０から出力される差電流ＩdA、和電流ＩσA、予め設定されている定数αを用いて、下記（１２）式に示す演算を行って差電流比率ｋIdAを演算する差電流比率演算回路４１と、差電流比率演算回路４１から出力される差電流比率ｋIdAを取り込むとともに、下記（１３）式に示す演算を行って、電流演算部３０から出力される差電流ＩdAを補正し、補正差電流ＩdkAを生成する補正差電流演算回路４２とを有する。
【００５２】
故障判定部５０は、差電流補正部４０から出力される補正差電流ＩdkAと予め設定されている基準差電流ＫIAとを比較し、下記（１４）式を満たすＩdkA≧ＫIAであるとき、差電流異常信号を出力する差電流値判定回路５１と、差電流補正部４０から出力される補正差電流ＩdkAと入力部２０から出力される電圧ＶAとを取り込んで、下記（１５）式に示す演算を行い、差電流インピーダンスＺdAを演算する差電流インピーダンス演算回路５２と、差電流インピーダンス演算回路５２から出力される差電流インピーダンスＺdAと予め設定されている基準差電流インピーダンスｋＺとを比較し、下記（１６）式を満たすとき、第１送電線異常信号を出力し、また下記（１７）式を満たすとき、第２送電線異常信号を出力する差電流インピーダンス判定回路５３と、図３に示す故障判定条件が満たされているとき、すなわち差電流値判定回路５１から差電流異常信号が出力され、差電流インピーダンス判定回路５３から第１送電線異常信号が出力されているとき、第１送電線が故障していると判定して第１送電線遮断信号を出力し、また差電流値判定回路５１から差電流異常信号が出力され、差電流インピーダンス判定回路５３から第２送電線異常信号が出力されているとき、第２送電線が故障していると判定して第２送電線遮断信号を出力する送電線故障判定回路５４とを有する。
【００５３】
〔数５〕
ＩdA＝Ｉ1A−Ｉ2A  …（１０）
ＩσA＝Ｉ1A＋Ｉ2A  …（１１）
ｋIdA＝｜α・ＩσA／ＩdA｜  …（１２）
ＩdkA＝ＩdA・ｅ−ｋIdA  …（１３）
ＩdkA≧ＫIA  …（１４）
ＺdA＝ＶA／ＩdkA  …（１５）
０≦ＺdA  ｜ＺdA｜≦ｋＺ  （１６）
０＞ＺdA  ｜ＺdA｜≦ｋＺ  （１７）
但し、ｅ：自然対数の底
｜ＺdA｜：差電流インピーダンスＺdAの絶対値
また、受電側故障回線選択継電器１１７も送電側故障回線選択継電器１１０と同様、図４に示すように、入力部６０と、電流演算部７０と、差電流補正部８０と、故障判定部９０とを備えている。
【００５４】
入力部６０は、受電側第１変流器１５から出力される電流Ｉ1Bを取り込む第１受電線電流入力回路６１と、受電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bを取り込む第２送電線電流入力回路６２と、受電側変圧器１４から出力される計器用の電圧ＶBを取り込む分岐点電圧入力回路６３とを有する。
【００５５】
電流演算部７０は、入力部６０から出力される電流Ｉ1B、電流Ｉ2Bを取り込み、下記（１８）式に示す演算を行って差電流ＩdBを演算する差電流演算回路７１と、入力部６０から出力される電流Ｉ1B、電流Ｉ2Bを取り込み、下記（１９）式に示す演算を行って和電流ＩσBを演算する和電流演算回路７２とを有する。
【００５６】
差電流補正部８０は、電流演算部７０から出力される差電流ＩdB、和電流ＩσB、予め設定されている定数αを用いて、下記（２０）式に示す演算を行って差電流比率ｋIdBを演算する差電流比率演算回路８１と、差電流比率演算回路８１から出力される差電流比率ｋIdBを取り込むとともに、下記（２１）式に示す演算を行って、電流演算部７０から出力される差電流ＩdBを補正し、補正差電流ＩdkBを生成する補正差電流演算回路８２とを有する。
【００５７】
故障判定部９０は、差電流補正部４０から出力される補正差電流ＩdkBと予め設定されている基準差電流ＫIBとを比較し、下記（２２）式を満たすＩdkB≧ＫIBであるとき、差電流異常信号を出力する差電流値判定回路９１と、差電流補正部８０から出力される補正差電流ＩdkBと入力部６０から出力される電圧ＶBとを取り込んで、下記（２３）式に示す演算を行い、差電流インピーダンスＺdBを演算する差電流インピーダンス演算回路９２と、差電流インピーダンス演算回路９２から出力される差電流インピーダンスＺdBと予め設定されている基準差電流インピーダンスｋＺとを比較し、下記（２４）式を満たすとき、第１送電線異常信号を出力し、また下記（２５）式を満たすとき、第２送電線異常信号を出力する差電流インピーダンス判定回路９３と、図５に示す故障判定条件が満たされているとき、すなわち差電流値判定回路９１から差電流異常信号が出力され、差電流インピーダンス判定回路９３から第１送電線異常信号が出力されているとき、第１送電線が故障していると判定して第１送電線遮断信号を出力し、また差電流値判定回路９１から差電流異常信号が出力され、差電流インピーダンス判定回路９３から第２送電線異常信号が出力されているとき、第２送電線が故障していると判定して第２送電線遮断信号を出力する送電線故障判定回路９４とを有する。
【００５８】
〔数６〕
ＩdB＝−Ｉ1B＋Ｉ2B  …（１８）
ＩσB＝Ｉ1B＋Ｉ2B  …（１９）
ｋIdB＝｜α・ＩσB／ＩdB｜  …（２０）
ＩdkB＝ＩdB・ｅ−ｋIdB  …（２１）
ＩdkB≧ＫIB  …（２２）
ＺdB＝ＶB／ＩdkB  …（２３）
０≦ＺdB  ｜ＺdB｜≦ｋＺ  …（２４）
０＞ＺdB  ｜ＺdB｜≦ｋＺ  …（２５）
但し、ｅ：自然対数の底
｜ＺdB｜：差電流インピーダンスＺdBの絶対値
《実施形態の全体動作》
次に、図１から図５を参照しつつ、送電系統１の正常時動作と、故障した送電線の開放動作を順番に説明する。
【００５９】
まず、送電側変電所２、第１送電線４、第２送電線５、受電側変電所３が正常に動作しているときには、送電側変電所２から送り出された電力が送電側の母線６で分岐されて、送電側の母線６→第１送電線４→受電側の母線１３→受電側変電所３なる経路と、送電側の母線６→第２送電線５→受電側の母線１３→受電側変電所３なる経路とを介して、受電側変電所３に供給される。
【００６０】
また、この動作と並行し、送電側故障回線選択継電器１１０によって、送電側変圧器７から出力される電圧ＶAと、送電側第１変流器８から出力される電流Ｉ1Aと、送電側第２変流器９から出力される電流Ｉ2Aとが取り込まれて、補正差電流ＩdkAと、差電流インピーダンスＺdAとが演算される。次いで、これら補正差電流ＩdkA、差電流インピーダンスＺdAが前記（１４）式、（１６）式または（１７）式を満たしているかどうかがチェックされる。
【００６１】
そして、第１送電線４、第２送電線５、送電側変電所２が正常に機能していれば、第１送電線４のインピーダンスＺ1、第２送電線５のインピーダンスＺ2に応じて、送電側変電所２から送り出された電力が送電側の母線６で分岐されて、送電側故障回線選択継電器１１０の電流演算部３０から出力される和電流ＩσAが一定の値となる。そして、（１２）式から明らかなように、差電流比率ｋIdAが予め決められた一定の値以上となり、（１３）式に示す補正差電流ＩdkAを抑圧させて、（１４）式に示すＩdkA≧ｋIAの条件を満たさないようにすることから、送電側故障回線選択継電器１１０の差電流値判定回路５１、送電線故障判定回路５４によって、第１送電線４、第２送電線５が健全であると判定されて、送電側第１開閉器１１、送電側第２開閉器１２が閉状態を継続する。
【００６２】
また、この動作と並行し、受電側故障回線選択継電器１１７によって、受電側変圧器１４から出力される電圧ＶBと、受電側第１変流器１５から出力される電流Ｉ1Bと、受電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bとが取り込まれて、補正差電流ＩdkBと、差電流インピーダンスＺdBとが演算され、これら補正差電流ＩdkB、差電流インピーダンスＺdBを演算が前記（２２）式、（２４）式または（２５）式を満たしているかどうかがチェックされる。
【００６３】
そして、第１送電線４、第２送電線５、受電側変電所３が正常に機能していれば、第１送電線４のインピーダンスＺ1、第２送電線５のインピーダンスＺ2に応じた比率で、送電側変電所２から送り出された電力が第１送電線４、第２送電線５に分岐されて供給されることから、受電側故障回線選択継電器１１７の電流演算部７０から出力される和電流ＩσBが一定の値となる。そして、（２０）式から明らかなように、差電流比率ｋIdBが予め決められた一定の値以上となり、（２１）式で示される補正差電流ＩdkB抑圧させて、（２２）式に示すＩdkB≧ＫIBの条件を満たさないことから、受電側故障回線選択継電器１１７の差電流値判定回路９１、送電線故障判定回路９４によって、第１送電線４、第２送電線５が健全であると判定され、受電側第１開閉器１８、受電側第２開閉器１９が閉状態を継続する。
【００６４】
この状態で、図１に示すように、送電側変電所２の近端Ｐ１、あるいは受電側変電所３の近端Ｐ２のいずれか、例えば送電側変電所２の近端Ｐ１で、第１送電線４が故障すると、送電側変電所２から送り出される電流のほとんどが第１送電線４側に流れることから、送電側第１変流器８から出力される電流Ｉ1Aが電流ＩAとほぼ同じ値になるとともに、送電側第２変流器９から出力される電流Ｉ2Aがほぼ零になる。
【００６５】
これにより、送電側故障回線選択継電器１１０の電流演算部３０から出力される和電流ＩσＡが一定の値のまま、（１０）式で示す差電流ＩdAが大きくなり、（１２）式で示す差電流比率ｋIdAが予め決められた一定の値以下になる。
【００６６】
この結果、（１３）式で示される補正差電流ＩdkAの抑圧が解除されて、（１４）式に示すＩdkA≧ＫIAの条件を満たすとともに、（１５）式で示される差動インピーダンスＺdAが（１６）式に示す０≦ＺdA、｜ＺdA｜≦ｋＺを満たすことから、送電側故障回線選択継電器１１０の差電流値判定回路５１、送電線故障判定回路５４によって、第１送電線４が故障であると判定されて、第１送電線遮断信号が出力される。
【００６７】
これにより、第１送電線４の送電側に設けられた送電側第１開閉器１１によって、送電側の母線６と第１送電線４との間の回線が遮断されて、送電側の母線６から第１送電線４が切り離される。
【００６８】
また、この動作と並行し、送電側変電所２の近端Ｐ１で第１送電線４が故障したとき、送電側変電所２から送り出される電流のほとんどが第１送電線４の故障地点に流れるとともに、その残りが送電側の母線６→健全な第２送電線５→受電側の母線１３→第１送電線４→第１送電線４の故障地点なる経路で、故障地点に流れる。
【００６９】
これにより、受電側第１変流器１５から出力される電流Ｉ1Bと、受電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bが同じ値で、逆の極性になることから、受電側故障回線選択継電器１１７の電流演算部７０から出力される和電流ＩσBが零になり、（１８）式で示す差電流ＩdBが２・Ｉ1B（または、２・Ｉ2B）となり、（２０）式で示す差電流比率ｋIdAが予め決められた一定の値以下になる。
【００７０】
この結果、（２１）式で示される補正差電流ＩdkBの抑圧が解除されて、（２２）式に示すＩdkB≧ｋIの条件を満たすとともに、（２３）式で示される差動インピーダンスＺdBが（２４）式に示す０≦ＺdB、｜ＺdB｜≦ｋＺを満たすことから、受電側故障回線選択継電器１１７の差電流値判定回路９１、送電線故障判定回路９４によって、第１送電線４が故障であると判定されて、第１送電線遮断信号が出力される。
【００７１】
これにより、第１送電線４の受電側に設けられた受電側第１開閉器１８によって、受電側の母線１３と第１送電線４との間の回線が遮断されて、受電側の母線１３から第１送電線４が切り離される。
【００７２】
《受電側変電所で構内故障が発生したときの動作》
次に、図６に示す等価回路図を参照しながら、受電側変電所３で、構内故障が発生したときの送電側故障回線選択継電器１１０、受電側故障回線選択継電器１１７の動作について説明する。なお、以下の説明では、説明を簡単にするため、送電系統、回路定数が先に示した条件（１）〜（７）の７つの条件を満たすものと仮定する。
【００７３】
７）故障インピーダンスをＺfとする。
【００７４】
まず、図１に示す平行二回線受電方式の送電系統にこれらの条件を適用すると、図６に示す等価回路図で、差動電流インピーダンスＺdA、ＺdBと、送電線定数比ｋとの関係を表すことができる。
【００７５】
この等価回路図から分かるように、第１送電線４、第２送電線５の外部である受電側変電所３内で故障し、故障点比率ｄf＝０．５であるときには、下記（２６）式で故障電流Ｉfを表すことができる。
【００７６】
〔数７〕
Ｉf＝Ｖ／｛Ｚp＋ｋ・（２−ｋ）・Ｚ／２＋Ｚf｝  …（２６）
但し、Ｖ：送電側変電所２から送り出される電力の電圧値
また、下記（２７）式で、送電側故障回線選択継電器１１０に入力される送電側の分岐点電圧ＶfAを表すことができる。
【００７７】
〔数８〕
ＶfA＝Ｉf・｛ｋ・（２−ｋ）／２＋Ｚf｝  …（２７）
また、送電側故障回線選択継電器１１０では、下記（２８）式、（２９）式で、送電側故障回線選択継電器１１０の電流演算部３０から出力される差電流ＩdA、和電流ＩσAを表すことができる。
【００７８】
〔数９〕
ＩdA＝Ｉ1−Ｉ2
＝（１−ｋ）Ｉf  …（２８）
ＩσA＝Ｉf            …（２９）
これにより、下記（３０）式で、送電側故障回線選択継電器１１０の差電流補正部４０で演算される差電流比率ＫIdAを表すことができる。
【００７９】
〔数１０〕
ｋIdA＝α・ＩσA／ＩdA  …（３０）
さらに、下記（３１）式、（３２）式で、送電側故障回線選択継電器１１０の差電流補正部４０で演算される補正差電流ＩdkA、送電側故障回線選択継電器の故障判定部で演算される差電流インピーダンスＺdAを表すことができる。
【００８０】
〔数１１〕
ＩdkA＝（１−ｋ）・Ｉf・ｅ−α／（１−ｋ）  …（３１）
ＺdA＝ＶA／ＩdA
＝｛ｋ・（１−ｋ／２）Ｚ＋Ｚf｝／｛（１−ｋ）・ｅ−α／（１−ｋ）｝  …（３２）
そして、これら（３１）式、（３２）式から明らかなように、送電側故障回線選択継電器１１０では、（３０）式で示される差電流比率ｋIdAを用いて、補正差電流ＩdkAを抑制させ、対数曲線特性（差電流Ｉdに対する和電流Ｉσの倍率の拡大につれて対数曲線で増加する特性）で、差動インピーダンスＺdAが小さくならないようにしているので、第１送電線４の第２送電線５に対する線路定数比ｋがｋ＞＞１であるとき、受電側変電所３の構内Ｐ４で故障が発生しても、送電側故障回線選択継電器１１０が誤動作しないようにすることができる。
【００８１】
同様に、受電側故障回線選択継電器１１７では、下記（３３）式で、受電側故障回線選択継電器１１７の電流演算部７０から出力される差電流ＩdBを表すことができる。
【００８２】
〔数１２〕
ＩdB＝−Ｉ1＋Ｉ2
＝（ｋ−１）・Ｉf  …（３３）
さらに、下記（３４）式で、受電側故障回線選択継電器１１７の故障判定部９０で演算される差電流インピーダンスＺdBを表すことができる。
【００８３】
〔数１３〕
ＺdB＝Ｚf／｛（ｋ−１）・ｅ−α／（１−ｋ）｝  …（３４）
そして、この（３４）式から明らかなように、受電側故障回線選択継電器１１７では、対数曲線特性（差電流Ｉｄに対する和電流Ｉσの倍率の拡大につれて対数曲線で増加する特性）で、差動インピーダンスＺdBが小さくならないようにしているので、第１送電線４と、第２送電線５との間の線路定数比ｋがｋ＞＞１であるとき、受電側変電所３の構内Ｐ４で故障が発生しても、受電側故障回線選択継電器１１７が誤動作しないようにすることができる。
【００８４】
《実施形態の効果》
このように、この実施形態では、受電側第１変流器１５から出力される電流ＩBAと受電側第２変流器１６から出力される電流Ｉ2Bと受電側変圧器１４から出力される計器用の電圧ＶBとを取り込み、これら電流Ｉ1B、電流Ｉ2Bの差電流ＩdB、和電流ＩσB、差電流比率ｋIdBを演算して、補正差電流ＩdkB、差電流インピーダンスＺdBを算出し、これら差電流インピーダンスＺdB、補正差電流ＩdkBに基づき、第１送電線４、第２送電線５が故障しているかどうか、これら第１送電線４、第２送電線５のどちらが故障しているかを判定し、第１送電線４が故障していれば、第１送電線遮断信号を生成し、また第２送電線５が故障していれば、第２送電線遮断信号を生成するようにしている。このため、第１送電線４、第２送電線５の線路定数比ｋが大きく異なっている場合でも、回路構成を簡素化させつつ、受電側変電所３内で構内故障が発生したとき、健全な第１送電線４、第２送電線５が遮断されるの防止でき、他の継電器による構内故障対処を行わせることができる。
【００８５】
また、この実施形態では、第１送電線４、第２送電線５の送電端に近い場所で故障した場合にも、また受電端に近い場所で故障した場合でも、送電側故障回線選択継電器１１０、受電側故障回線選択継電器１１７によって、これを同時に検知させるようにしている。このため、送電側故障回線選択継電器１１０と、受電側故障回線選択継電器１１７との間に通信回線を敷設していない場合でも、第１送電線４、第２送電線５のどこが故障したときでも、送電側故障回線選択継電器１１０と、受電側故障回線選択継電器１１７とを同時に動作させて、故障した送電線の上流側、下流側を同時に遮断させることができる。
【００８６】
さらに、この実施形態では、補正差電流ＩdkBと基準差電流ＫIとを比較するとともに、差電流インピーダンスＺdBと基準差電流インピーダンスｋＺとを比較し、これらの比較結果に基づいて、第１送電線４、第２送電線５が故障しているかどうか、これら第１送電線４、第２送電線５のどちらが故障しているかを判定し、第１送電線４が故障していれば、第１送電線遮断信号を生成し、また第２送電線５が故障していれば、第２送電線遮断信号を生成するようにしている。このため、回路構成を簡素化させるとともに、判定時間を短くさせて、第１送電線４、第２送電線５が故障したとき、短い時間で、故障した送電線を遮断させることができる。
【符号の説明】
【００８７】
１：送電系統
２：送電側変電所
３：受電側変電所
４：第１送電線
５：第２送電線
６：送電側の母線
７：送電側変圧器
８：送電側第１変流器
９：送電側第２変流器
１０：送電側故障回線選択継電器
１１：送電側第１開閉器
１２：送電側第２開閉器
１３：受電側の母線
１４：受電側変圧器
１５：受電側第１変流器
１６：受電側第２変流器
１７、１１７：受電側故障回線選択継電器
１８：受電側第１開閉器
１９：受電側第２開閉器
２０、６０：入力部
２１、６１：第１送電線電流入力回路
２２、６２：第２送電線電流入力回路
２３、６３：分岐点電圧入力回路
３０、７０：電流演算部
３１、７１：差電流演算回路
３２、７２：和電流演算回路
４０、８０：差電流補正部
４１、８１：差電流比率演算回路
４２、８２：補正差電流演算回路
５０、９０：故障判定部
５１、９１：差電流値判定回路
５２、９２：差電流インピーダンス演算回路
５３、９３：差電流インピーダンス判定回路
５４、９４：送電線故障判定回路
【図１】
2012191742.tif 000003
【図２】
2012191742.tif 000004
【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】
2012191742.tif 000009
【図８】
2012191742.tif 000010
【図９】
2012191742.tif 000011