(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位電圧回線と下位電圧回線が併架され、前記上位電圧回線の通電による電磁誘導によって前記下位電圧回線に零相電流が流れる系統にあって、両電圧回線の一端側とその反対側にそれぞれ電源と負荷とを接続し、前記電源側端及び負荷側端の前記両電圧回線に地絡電流を検出する変流器及び回線を遮断するための遮断器を接続し、前記両電圧回線で発生した地絡事故による地絡電流が入力されると遮断指令を出力する地絡電流差動リレーを備えるディジタル形保護リレー装置において、
前記上位電圧回線の遮断器を前記下位電圧回線の遮断器より遮断速度の速いものを使用していて、
前記地絡電流差動リレーは事故発生前に記憶部で記憶した電流と、事故発生後の事故電流との差を比較器で電流変化分として出力し、この電流変化分を動作量及び抑制量として比率差動演算し、遮断指令を出力する比率差動演算部と、
前記上位電圧回線と前記下位電圧回線に同時に地絡事故が生じた場合に、前記上位電圧回線の遮断後に、前記下位電圧回線に流れる地絡電流を動作量及び抑制量として比率演算し、遮断指令を出力する比率演算部とを備えていることを特徴とするディジタル形保護リレー装置。
【請求項２】
前記地絡電流差動リレーは、零相電圧と零相電流の位相差を判定する要素を備え、零相電圧の差分と零相電流の差分の信号により位相差を判別する手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のディジタル形保護リレー装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はディジタル形保護リレー装置に係り、特に零相循環電流が発生する系統を保護するための機能を実装したディジタル形保護リレー装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送電線には多回線鉄塔を使用している。多回線鉄塔として例えば上位電圧回線とこの回線より電圧の低い下位電圧回線とを配置している。これらの電圧回線の一方端側に電源を、他方端側に負荷を接続している。電源側端及び負荷側端の両電圧回線に電流検出器及び遮断器を接続し、電流検出器により検出した地絡電流により地絡電流差動リレーを動作して、遮断器に遮断指令を出力している。
【０００３】
地絡電流差動リレーは、相手側の端子から受信した各端子の電流情報を使用して比率演算を実施している。比率演算の内部処理としては、各端子の電流のスカラ和である抑制量と、ベクトル和である動作量の算出を実施する。比率演算処理は、動作量がある判定値以上の場合、地絡電流差動リレーの動作判定を実施する。地絡電流差動リレーの動作判定値は抑制量の大きさにより決定され、抑制量が増加することにより、判定値が増加する比率特性を有する。
【０００４】
この比率演算処理により、地絡電流差動リレーの動作及び不動作の判定を実施している。また各端子の電流のベクトル和と零相電圧を使用して位相演算を利用して実施することもできる。位相演算の内部処理は、零相電圧を基準として、零相電圧と電流のベクトル和の位相差を演算して、この演算結果が特定の位相差以内の時に地絡電流差動リレーの動作判定を実施する。
【０００５】
系統故障発生時においては、電流が故障点に向けて流れるため、内部故障においては動作量と抑制量が同等になることより、比率特性が動作する。また系統故障時は動作量位相と零相電圧位相は同位相となるため、位相特性も動作する。
【０００６】
比率演算結果と位相演算結果が同時に動作判定を実施した時に、制御指令が出力する構成となっている。この制御指令は、電力系統に設置している遮断器を開放する制御を示す。つまり判定値は動作量より抑制量が大きいときには、地絡電流差動リレーより遮断器に遮断指令を出力しない。また動作量と抑制量とが同じ値の時には地絡電流差動リレーより遮断器に遮断指令を出力する。
【０００７】
上位電圧回線からの誘導電流により下位電圧回線に零相循環電流が発生する。この状態で下位電圧回線に地絡事故が発生すると、系統に比率演算を適用した場合は、零相循環電流の影響により各端子より取り込まれる電流データが零相循環電流分だけ増加することとなる。この増加した電流データを使用して比率演算を実施すると、ベクトル和である動作量に関しては、片端より流入した零相循環電流が他の端子より流出することとなるため、零相循環電流の影響は発生しない。しかし、スカラ和である抑制量に関しては、各端子の入力電流の大きさの総和をとるため、片端より流入した零相循環電流分と、他の端子より流出した零相循環電流分が影響値として加算される。
【０００８】
このように動作量が増加せず、抑制量のみが増加した比率演算処理においては、抑制量が増加することにより、比率演算内の判定値が増加し、入力された動作量以上になることにより、地絡事故が起きているにもかかわらず、地絡電流差動リレーの動作が不動作となる欠点がある。
【０００９】
これを解決するために、特開昭５３−８０５３８号公報においては、上位電圧回線から下位電圧回線に対して生じる電磁誘導による零相電流が下位電圧回線に流れ、下位電圧回線で故障発生前に記憶した電流と事故発生後の電流の変化した差分を算出し、この差分を動作量及び抑制量とみなす比率差動演算を行ない、地絡電流差動リレーより遮断器に遮断指令を出力するようにして、地絡電流差動リレーが不動作となるのを防止している。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上位電圧回線と下位電圧回線とに同時に地絡事故が起きると、両電圧回線で各々比率差動演算を行えば、演算処理に時間を要し、地絡事故が負荷に普及する恐れがある。
【００１１】
本発明の目的は、零相電流に影響されることなく、全ての系統故障に対応が可能となるディジタル形保護リレー装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のディジタル形保護リレー装置は、上位及び下位電圧回線で同時に地絡事故が生じた時、前記上位の遮断器の遮断より遅れて、下位の地絡電流差動リレーより遮断器に遮断指令を出力することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図１、図２により説明する。図１は送電線の鉄塔に複数回線例えば２回線を配置した例である。２回線として上位電圧回線１と下位電圧回線２とを配置している。これらの回線の一方側に電源３を、他方側に負荷４を接続している。両電圧回線１，２はトランス５を介して接続している。電源３の下位電圧回線２には高抵抗部６を接地Ｅしている。
【００１４】
下位電圧回線２の電源側端Ａ及び負荷側端Ｂの下位電圧回線２にディジタル保護装置１０Ａ，１０Ｂを設けている。これらのディジタル保護装置１０Ａ，１０Ｂは構造が同じなので、ディジタル保護装置１０Ａを例に説明し、他のディジタル保護装置１０Ｂの説明は省略する。上位及び下位電圧回線１，２の電源側端Ａ及び負荷側端Ｂの両電圧回線１，２に電流検出器例えば変流器１２及び遮断器１３を接続している。遮断器１３と変流器１２との間には地絡電流差動リレー１４Ａが接続されている。１１は上位電圧回線１に接続したディジタル保護装置である。地絡電流差動リレー１４Ｃは上位電圧回線１に接続されている。
【００１５】
電源側端Ａの地絡電流差動リレー１４Ａと負荷側端Ｂの地絡電流差動リレー１４Ｂとは通信回１６により連絡され、お互いの情報をやり取りしている。地絡電流差動リレー１４Ａは変流器１２で検出した地絡電流ｉ4により遮断器１２に遮断指令を出力する。地絡電流差動リレー１４Ａは図３に示す構成である。１４Ｚは地絡電流差動リレー１４Ａの入力側に接続された遅延回路である。
【００１６】
電源側端Ａと負荷側端Ｂとから内部に流れる電流ｉ1，ｉ2が流れる。電流ｉ1，ｉ2はメモリ２０Ａ，２０Ｂと比較器２１Ａ，２１Ｂに流れる。メモリ２０は地絡事故発生前の記憶している電流、地絡事故発生後の地絡電流Ｉ4とを比較器２１に入力する。比較器２１で電流と地絡電流との差分を電流変化分として出力する。この電流変化分を比率差動演算部２２に入力して、比率差動演算部２２では電流変化分を図４に示すように動作量及び抑制量として比率差動演算し、その結果により遮断指令を出力する。比率演算部２３は地絡電流ｉ4のみを動作量及び抑制量として比率演算して、遮断指令を出力する。２５はタイマー処理、２６Ａ，２６ＢはＡＮＤ処理、２７はＯＲ処理である。
【００１７】
図４は横軸及び縦軸に抑制量及び動作量をとり、動作域Ｙは遮断器が遮断する事故動作領域である。また不動作域Ｘは遮断器が動作しない正常領域である。抑制量は｜ｉ1＋ｉ2｜（両側端Ａ、Ｂのスカラ和）である。動作量はｉ1＋ｉ2（両側端Ａ、Ｂのベクトル和であり、電流の流入を＋方向とする）である。
【００１８】
今、図２に示すように下位電圧回線２で地絡事故１７を生じ、地絡電流ｉ4が矢印方向に流れる。この地絡電流ｉ4は変流器１２で検出され地絡電流差動リレー１４Ａに入力される。地絡電流差動リレー１４Ａでは地絡電流ｉ4を比率演算部２３で比率演算を行い、図４に示す抑制量及び動作量とする。抑制量及び動作量を例えば１とすれば、図４ではＳ１点になり動作域Ｙとなり、地絡電流差動リレー１４Ａより遮断指令を出力し、遮断器１３を遮断し、地絡事故が負荷に拡大するのを防止している。
【００１９】
この実施例では比率演算部２３からの出力は時限協調タイマー処理２５で実施される。時限協調タイマー処理２５は配電系統で負荷から電源に行くに従い遮断器の遮断速度を遅くして、短絡事故などが生じた時に、同時に全遮断器が遮断するのを防止している。この出力と図１の計器用変成器１５からの零相電圧Ｖ０Ａ及び各側端の電流ｉ1，ｉ2の情報を使用した位相演算２４の出力結果をＡＮＤ処理２６Ａで処理する。この出力が差分を実施した出力となる。差分を実施しない比率演算２３の出力をＡＮＤ処理２６ＢとＯＲ処理２７にすることにより、遮断器１３を制御する。
【００２０】
次に上位電圧回線１から下位電圧回線２に対して電磁誘導を生じる。この電磁誘導による零相電流ｉ3が下位電圧回線２に流れる。下位電圧回線２の電源側端Ａで、地絡事故１７による地絡電流ｉ4が流れている場合には、動作量はｉ3＋ｉ4−ｉ3＝１となる（ｉ3，ｉ4を１とする）。抑制量は｜ｉ3＋ｉ4＋ｉ4｜＝３となる。この結果、図４に示す特性図ではＳ２点になり不動作域Ｘとなり、地絡事故が起きているにもかかわらず、地絡電流差動リレー１４Ａより遮断指令を出力できないことになる。
【００２１】
これを改善するために図３及び図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すようにメモリ２０に記憶した地絡事故発生前の零相電流ｉ3と、地絡事故発生後の地絡電流ｉ4とを比較器２１で比較した差分を電流変化分とし（ｉ3，ｉ4を１とする）、この電流変化分例えば１を比率差動演算部２２に入力して、比率差動演算部２２で電流変化分を比率差動演算し、図４の動作量及び抑制量とする。動作量及び抑制量＝１であるから、特性図４ではＳ１点になり動作域Ｙとなり、地絡電流差動リレー１４Ａより遮断指令を出力し、遮断器１３を遮断し、地絡事故が負荷に拡大するのを防止している。
【００２２】
しかしながら、図６のように上位電圧回線１と下位電圧回線２とで同時に地絡事故１７が発生し、地絡電流ｉ4が流れる。この電流変化分を両電圧回線１，２で演算していると、演算が複雑になり、地絡事故が負荷に拡大する恐れがある。
【００２３】
そこで、本発明では、下位の地絡電流差動リレー１４Ａと変流器１２との間に遅延回路１４Ｚを設け、遅延回路１４Ｚにより、地絡電流差動リレー１４Ａへの地絡電流ｉ4の入力を一定時間例えば零相電流ｉ3の影響が無くなるまで遅延し、この間に上位の遮断器１３Ａを下位の遮断器１３Ｂより遮断速度の速い遮断器を使用し、遮断器１３Ａを遮断した後、零相電流ｉ3の影響が無くなる時間を経過すると、遅延回路１４Ｚより地絡電流ｉ4を地絡電流差動リレー１４Ａに入力し、地絡電流差動リレー１４Ａからの遮断指令により遮断器１３Ｂを遮断する。
【００２４】
このように、本発明では両電圧回線１，２で同時に地絡事故１７が起きると、上位の遮断器１３Ａを自動的に遮断後、零相電流ｉ3の影響が無くなるまで、遅延回路１４Ｚで地絡電流ｉ4を抑制しているので、地絡電流差動リレー１４Ａは地絡電流ｉ4だけを比率演算すればよいから、従来の電流変化分を演算するのに比べて、単純な演算となり、地絡事故対策が早くなり、地絡事故が負荷に拡大するのを防止できる。また上位の遮断器１３Ａを下位の遮断器１３Ｂより遮断速度の速い遮断器を使用したので、更に地絡事故対策を早くすることができる。
【００２５】
上述の実施例では送電線を例に説明したが、地絡電流差動リレー１４を単独に使用できることは勿論である。この場合、地絡電流差動リレー１４は、差分を使用した比率差動演算部と、差分を使用しない比率演算部とを併用することにより、零相電流の影響を受けることなく、全ての系統故障に対応が可能となる。
【００２６】
遅延回路１４Ｚの遅延時間を設定する場合には、零相電流ｉ3の影響が無くなるまで遅延する他に、時限協調タイマー処理２５の時限協調時間の範囲内に設定する。即ち、時限協調タイマー処理２５の出力信号を遅らせない時間内に設定する。つまり遅延時間は時限協調タイマー処理２５の出力信号の設定時間より速い時間に設定する。そうすれば、下位電圧回線２に地絡事故が起きた場合に、遮断器１３Ｂの遮断時間が遅れること無く、従来と同程度の地絡事故対策を取ることができるので、地絡事故が負荷に拡大するのを防止できる。
【００２７】
また地絡電流などを比率差動演算部２２で差動演算する他に位相演算２４を追加して、より一層地絡事故の検出を確実なものにすることができる。即ち、図７に示すように位相演算２４は計器用変成器１５の零相電圧Ｖ０Ａに対して、計器用変成器１５により正常時の図５（ｄ）に示すように正常電圧値Ｖ１と地絡事故時の地絡電圧値Ｖ２との差分を検出し、差分があるとこれを図７の動作域Ｙとし、差分が無いときには不動作域Ｘに表示する。
【００２８】
また零相電流時のと正常電流ｉと地絡電流ｉ4との差分を検出し、差分があるとこれを図７の動作域Ｙとし、差分が無いときには不動作域Ｘに表示する。正常電流ｉとの地絡電流ｉ4の大きさ及び方向も指示される。位相演算２４で正常電流ｉ及び地絡電流ｉ4の大きさ及び方向を指示するには、地絡電圧値Ｖ２及び地絡電流ｉ4の位相角度α及びβがβ＜αの関係にあるか否かと、正常電圧値Ｖ１＝１と仮定すれば、ｉ4＞１の関係にあるか否かを演算して決める。
【００２９】
図８は本発明の他の実施例である。位相演算２４Ａの電流入力を比較器２１Ａ，２１Ｂに差分した電流を使用している。この位相演算２４Ｂの出力はタイマー処理２６Ｂにて処理されることとなる。
【００３０】
図９は本発明の他の実施例である。零相電圧ＶＯＡに対して、一定時間のメモリ２０Ｃで処理されたデータと零相電圧ＶＯＡとを比較器２１Ａ，２１Ｂで差分した電流及び電圧を実施し位相演算２４Ａの処理を実施している。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の地絡電流差動リレーを使用することにより、零相電流の影響を受けることなく、全ての系統故障に対応が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例として示した送電線の保護リレーシステムの概略回路図。
【図２】図１の下位電圧回線における保護リレーシステムの概略回路図。
【図３】図１、図２の保護リレーシステムの概略ブロック図。
【図４】図３の地絡電流差動リレーの演算部における特性図。
【図５】図３の地絡電流差動リレーにおける地絡電流及び零相循環電流と零相電圧の特性図。
【図６】図１の上位及び下位電圧回線で同時に地絡事故が起きた場合の保護リレーシステムの概略回路図。
【図７】図３の地絡電流差動リレーの位相演算部を設けた概略ブロック図。
【図８】本発明の他の実施例として示した保護リレーシステムの概略ブロック図。
【図９】本発明の他の実施例として示した保護リレーシステムの概略ブロック図。
【符号の説明】
１…上位電圧回線、２…電圧回線、３…電源、４…負荷、１０，１１…ディジタル保護装置、１２…変流器、１３…遮断器、１４，１４Ａ，１４Ｂ…地絡電流差動リレー、１４Ｚ…遅延回路、２０Ａ，２０Ｂ…メモリ、２１Ａ，２１Ｂ…比較器、２２…比率差動演算部、２３…比率演算部。
【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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【図８】
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【図９】
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