(57)【要約】【課題】分岐点以遠の事故においても正確に事故判定を行うことができる距離継電器を提供する。【解決手段】分岐負荷を有する電力系統の送電線Ｗを保護する距離継電器Ｒであって、送電線Ｗの電流および電圧を用いてインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段２と、算出されたインピーダンスが、所定の値以上であるか否かを判定するインピーダンス判定手段３と、インピーダンスが所定の値以上となった場合に、距離継電器Ｒの動作領域を前方方向に拡大する動作領域拡大手段４と、を有する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
分岐負荷を有する電力系統の送電線を保護する距離継電器であって、
前記送電線の電流および電圧を用いてインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、
算出されたインピーダンスが、所定の値以上であるか否かを判定するインピーダンス判定手段と、
前記インピーダンスが所定の値以上となった場合に、前記距離継電器の動作領域を前方方向に拡大する動作領域拡大手段と、
を有することを特徴とする距離継電器。
【請求項２】
前記距離継電器が設置されている第１の端子と、相手電源を有する第２の端子と、の電流比を算出する電流比算出手段をさらに有し、
前記動作領域拡大手段は、前記電流比に負荷端子のインピーダンスを乗じた分だけ、前記動作領域を前方方向に拡大することを特徴とする請求項１記載の距離継電器。
【請求項３】
前記距離継電器には、負荷端子から流出する負荷電流が入力され、
前記動作領域拡大手段は、前記負荷電流の分だけ、前記動作領域を前方方向に拡大することを特徴とする請求項１記載の距離継電器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、分岐負荷を有する電力系統上の事故を検出する距離継電器に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力系統に事故が発生したときに、設備の損傷を防ぐために、電力系統には各種の継電装置が設置されている。例えば、複数の端子を有する送電線の保護のためには、距離継電器が用いられている。送電線の事故区分は、距離継電器が設置されている端子側から取り込んだ電流および電圧により求まるインピーダンス、すなわち事故点までの距離に基づいて判定されている。事故点までの距離であるインピーダンスＺは、電圧Ｖ／電流Ｉにより求めることができる。
【０００３】
距離継電器は、事故時の電流および電圧の変化により事故点までの距離を測る。そのため電力系統が例えば３端子で構成され、分岐点が形成される場合には、距離継電器が設置されている端子以外の端子から、事故点へ流入する電流の影響を考慮する必要がある。測距に影響を与える電流流入は、距離継電器が設置されている端子以外の端子において電源が設けられている場合や、負荷側となる端子が接続されている場合などに発生する。
【０００４】
距離継電器が設置されている端子側から見て、分岐点以遠の負荷側の送電線等で事故が発生した場合、距離継電器から見た事故点までのインピーダンスには、相手端からの流入電流分のインピーダンスが加味されている。そのため、算出されるインピーダンスは、実際のインピーダンスより大きくなる。従って、所定のインピーダンス以内で事故と判別する距離継電器では、算出されたインピーダンスが所定の値以上となるアンダーリーチとなり、内部事故を正確に検出できない可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−０１０４７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
分岐負荷を有する電力系統において、距離継電器が設置されている端子以外の端子の電流および電圧を計測できれば、距離継電器から見て分岐点以遠の事故について正確に測距することができる。しかし、全ての端子に距離継電器を設置すると、設置コストが高騰する。そこで、アンダーリーチ等による誤動作を防止するために、インピーダンスの計測誤差にあわせて、距離継電器の動作特性を補正することが行われている。しかし、従来では、電力系統における複数の要素を用いて補正演算を行うため、距離継電器の回路は複雑化していた。
【０００７】
本発明の実施形態は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものである。その目的は、分岐点以遠の事故においても正確に事故判定を行うことができる距離継電器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記のような目的を達成するための実施形態の距離継電器は、分岐負荷を有する電力系統の送電線を保護する距離継電器であって、前記送電線の電流および電圧を用いてインピーダンスを算出するインピーダンス算出手段と、算出されたインピーダンスが、所定の値以上であるか否かを判定するインピーダンス判定手段と、前記インピーダンスが所定の値以上となった場合に、前記距離継電器の動作領域を前方方向に拡大する動作領域拡大手段と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１の実施形態の距離継電器が設けられている電力系統の一例を示す系統図である。
【図２】第１の実施形態の距離継電器の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】第１の実施形態の距離継電器の動作領域の一例を示す説明図である。
【図４】第１の実施形態の距離継電器の動作フローを示すフローチャートである。
【図５】第２の実施形態の距離継電器が設けられている電力系統の一例を示す系統図である。
【図６】第２の実施形態の距離継電器の動作領域の一例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第１の実施形態］
［１．構成］
（全体構成の概略）
以下、本発明の第１の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態の距離継電器Ｒが設けられている電力系統の一例を示す系統図である。図１では、端子Ａと端子Ｂが送電線Ｗで接続されており、送電線Ｗには負荷端子Ｃが分岐点Ｊを介して接続されている。端子Ａには電源Ａ１が、端子Ｂには電源Ｂ１が接続されている。
【００１１】
距離継電器Ｒは、第１の端子である端子Ａに設置されている。距離継電器Ｒには、電流取得手段１０、および電圧取得手段１１が接続されている。電流取得手段１０は、自端子である端子Ａの電流ＩＡを取得する手段である。電圧取得手段１１は、端子Ａの電圧ＶＡを取得する手段である。
【００１２】
図中、端子Ａから分岐負荷につながる分岐点Ｊまでのインピーダンスは、ＺＡで表される。同様に、端子Ｂから分岐点Ｊまでのインピーダンスは、ＺＢで表される。よって、ＺＡ＋ＺＢが送電線Ｗのインピーダンスとなる。また、負荷端子Ｃから分岐点Ｊまでのインピーダンスは、ＺＣで表される。インピーダンスＺＡ，ＺＢ，Ｚｃは、送電線Ｗの距離等により決定される既知の整定インピーダンスである。
【００１３】
（距離継電器の構成）
図２に、本実施形態の距離継電器Ｒの機能ブロック図を示す。距離継電器Ｒは、インピーダンス記憶手段１と、インピーダンス算出手段２と、インピーダンス判定手段３と、動作領域拡大手段４と、動作判定手段５と、を有する。インピーダンス記憶手段１は、既知のインピーダンスＺＡ，ＺＢ，Ｚｃを記憶する手段である。
【００１４】
インピーダンス算出手段２は、入力された電流ＩＡおよび電圧ＶＡに基づき、端子Ａに設置された距離継電器Ｒが見るインピーダンスＺＲＹを算出する手段である。インピーダンス算出手段２は、以下の式（１）に基づきインピーダンスＺＲＹを算出する。算出されたインピーダンスＺＲＹは、インピーダンス判定手段３および動作判定手段５に出力される。
ＺＲＹ＝ＶＡ／ＩＡ  …（１）
【００１５】
ここで、分岐点Ｊ以遠に事故点がある場合、Ｂ端子からの電流流入が生じるため、電圧取得手段１１により取得される端子Ａの電圧ＶＡは、式（２）で表される通りとなる。
ＶＡ＝ＺＡ＊ＩＡ＋（ＩＡ＋ＩＢ）＊ＺＣ  …（２）
【００１６】
よって、インピーダンス算出手段２で算出されるインピーダンスＺＲＹは、以下の式（３）で表される通りとなる。
ＺＲＹ＝ＶＡ／ＩＡ＝ＺＡ＋（１＋ＩＢ／ＩＡ）＊ＺＣ  …（３）
すなわち、インピーダンス算出手段２は、端子Ｂからの電流流入が加味されたインピーダンスＺＲＹを算出することとなり、真のインピーダンスＺＡ＋ＺＣに対し、（ＩＢ／ＩＡ）＊ＺＣ分だけ、インピーダンスが大きくなる。
【００１７】
インピーダンス判定手段３は、インピーダンス記憶部１に記憶されている既知のインピーダンスＺＡと、インピーダンス算出手段２により算出されたインピーダンスＺＲＹを比較する手段である。インピーダンス判定手段３は、インピーダンスＺＲＹがインピーダンスＺＡ以上である場合には、分岐点Ｊ以遠に事故点があるものと判断し、動作領域拡大手段４に距離継電器Ｒの動作領域を拡大するように信号を出力する。
【００１８】
（動作領域拡大手段の構成）
動作領域拡大手段４は、インピーダンスＺＲＹがインピーダンスＺＡ以上である場合に、距離継電器Ｒの動作領域を前方方向に拡大する手段である。動作領域拡大手段４は、電流比算出手段４ａと、動作領域補正手段４ｂとを有する。電流比算出手段４ａは、距離継電器Ｒに入力された電流ＩＡと、インピーダンス記憶手段１に記憶されているインピーダンスＺＡ，ＺＢから、電流ＩＢ／電流ＩＡの比を求める手段である。
【００１９】
端子Ａの電源Ａ１と、端子Ｂの電源Ｂ１が同等の電源である場合、分岐点Ｊからみて端子Ａと端子Ｂは並列の関係となる。そのため、電流ＩＢ／電流ＩＡの比ｋは、インピーダンスＺＡ／ＺＢの比となる。従って、インピーダンスＺＡ，ＺＢから、分岐線に流入する電流の比である電流ＩＢ／電流ＩＡが求まる。
【００２０】
動作領域補正手段４ｂは、距離継電器Ｒの動作領域を前方方向に拡大するように補正する手段である。動作領域補正手段４ｂは、電流比算出手段４ａが算出した電流ＩＢ／電流ＩＡの比ｋを、インピーダンスＺｃに乗じた分だけ、距離継電器Ｒの動作領域を拡大する。すなわち、図３に示す通り、距離継電器ＲはインピーダンスＺｃに示す範囲の動作領域を有しているが、動作領域補正手段４ｂはその動作領域をｋ＊Ｚｃ分だけ前方方向に拡大する。なお、図３において、Ｘはリアクタンス分、Ｒは抵抗分を示す。
【００２１】
動作判定手段５は、インピーダンス算出手段２が算出したインピーダンスＺＲＹが、動作領域拡大手段４により拡大された距離継電器Ｒの動作領域内にあるか否かを判定する手段である。動作判定手段５は、インピーダンスＺＲＹが、ｋ＊Ｚｃ分だけ前方方向に拡大された動作領域内にある場合、保護動作を行う旨の出力を行う。
【００２２】
［２．作用］
以上のような距離継電器Ｒの動作を、図４のフローチャートを参照して説明する。距離継電器Ｒには、電流取得手段１０が取得した電流ＩＡと、電圧取得手段１１が取得した電圧ＶＡが入力されている。インピーダンス算出手段２は、電流ＩＡと電圧ＶＡから距離継電器Ｒが見るインピーダンスＺＲＹを算出する（ステップＳ０１）。インピーダンス判定手段３は、インピーダンス記憶手段１に記憶されているインピーダンスＺＡと、インピーダンス算出手段２が算出したインピーダンスＺＲＹを比較する（ステップＳ０２）。
【００２３】
インピーダンスＺＲＹが、インピーダンスＺＡ未満の場合（ステップＳ０２のＮＯ）、距離継電器Ｒは処理を終了する。一方、インピーダンスＺＲＹが、インピーダンスＺＡ以上の場合（ステップＳ０２のＹＥＳ）、分岐点Ｊ以遠に事故点があるものと判断し、動作領域拡大手段４に距離継電器Ｒの動作領域を拡大するように信号を出力する。
【００２４】
電流比算出手段４ａは、入力された電流ＩＡとインピーダンスＺＡ，ＺＢから、分岐線に流入する電流の比ｋである電流ＩＢ／電流ＩＡを算出する（ステップＳ０３）。算出された電流ＩＢ／電流ＩＡの比ｋにより、動作領域補正手段４ｂは、距離継電器Ｒの動作領域をｋ＊Ｚｃ分だけ前方方向に拡大する（ステップＳ０４）。
【００２５】
動作判定手段５は、インピーダンスＺＲＹが、ｋ＊Ｚｃ分だけ拡大された動作領域内にあるか否かを判定する（ステップＳ０５）。インピーダンスＺＲＹが、拡大された動作領域内に無い場合（ステップＳ０５のＮＯ）、距離継電器Ｒは、内部事故はないものと判断し処理を終了する。一方、インピーダンスＺＲＹが、拡大された動作領域内にある場合（ステップＳ０５のＹＥＳ）、動作判定手段５は、保護動作を行う旨の出力を行う（ステップＳ０６）。保護出力に基づき、距離継電器Ｒは遮断の動作を行う。
【００２６】
［３．効果］
以上のような本実施形態の距離継電器Ｒの効果は以下の通りである。すなわち、インピーダンス算出手段２が算出するインピーダンスＺＲＹは、真のインピーダンスＺＡ＋ＺＣに対し、（ＩＢ／ＩＡ）＊ＺＣ分だけ、インピーダンスが大きくなる。従って、従来の距離継電器の動作領域ではアンダーリーチとなり、内部事故が生じているにもかかわらず、距離継電器が不動作となってしまっていた。しかし、本実施形態の距離継電器Ｒでは、動作領域がｋ＊Ｚｃ分だけ、すなわち（ＩＢ／ＩＡ）＊ＺＣ分だけ前方方向に拡大される。そのため、内部事故が発生した際のインピーダンスＺＲＹを動作領域内とすることができる。よって、アンダーリーチによる誤不動作を防止することができ、分岐点Ｊ以遠の事故においても正確に事故判定を行うことができる。
【００２７】
本実施形態の距離継電器Ｒでは、電流ＩＡと、既知のインピーダンスに基づき電流ＩＢ／電流ＩＡを算出する。従って、各端子に距離継電器Ｒを設置する必要がなく、経済性の面で優れている。距離継電器Ｒの動作範囲を拡大するための演算に用いられる要素は、電流ＩＡと、既知のインピーダンスであるため、距離継電器Ｒの回路を複雑化させることがない。すなわち、経済性が高く、より簡易な回路構成で、分岐点Ｊ以遠の事故においても正確に事故判定を行うことができる。
【００２８】
［第２の実施形態］
第２の実施形態の距離継電器Ｒの構成は、基本的には第一の実施形態と同じである。ただし、距離継電器Ｒには、負荷端子Ｃから流出する負荷電流ＩＣが入力されている。すなわち、図５に示す通り、分岐点Ｊ以遠で事故が発生した場合、負荷端子Ｃから負荷電流ＩＣが流出する。動作領域拡大手段４は、この負荷電流ＩＣを用いて距離継電器Ｒの動作領域を拡大する。
【００２９】
分岐点Ｊ以遠で事故が発生した場合、距離継電器Ｒの見るリーチは、負荷電流ＩＣ分だけアンダーリーチとなるため、内部事故を検出することができない。そこで、動作領域拡大手段４は、インピーダンスＺＲＹがインピーダンスＺＡ以上である場合に、距離継電器Ｒの見るリーチＩＡ・ＺＡ＋（ＩＡ＋ＩＢ）・ＺＣを、負荷電流ＩＣ分だけ前方方向に伸ばし、ＩＡ・ＺＡ＋（ＩＡ＋ＩＢ＋ＩＣ）・ＺＣとする。
【００３０】
以上のように、本実施形態の距離継電器Ｒでは、動作領域が負荷電流ＩＣ分だけ前方方向に拡大される。そのため、内部事故が発生した際のインピーダンスＺＲＹを動作領域内とすることができる。よって、アンダーリーチによる誤不動作を防止することができ、分岐点Ｊ以遠の事故においても正確に事故判定を行うことができる。
【００３１】
［他の実施形態］
（１）距離継電器Ｒの構成はアナログ回路で実現しても良いし、マイコンを用いたディジタルリレーのソフトウエア演算で実現してもよい。距離継電器を構成する際に、ハードウェアで処理する範囲をどのように設定するかは、特定の態様には限定されない
【００３２】
（２）上記実施形態では、保護出力による遮断の動作についての説明は省略したが、保護出力により直ちに遮断器を引き外す構成としても良い。また、リレーの動作により遮断器を引き離す構成としても良い。
【００３３】
（３）本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３４】
Ｒ…距離継電器
Ｗ…送電線
Ｊ…分岐点
Ａ１、Ｂ１…電源
１…インピーダンス記憶手段
２…インピーダンス算出手段
３…インピーダンス判定手段
４…動作領域拡大手段
４ａ…電流比算出手段
４ｂ…動作領域補正手段
５…動作判定手段
１０…電流取得手段
１１…電圧取得手段
【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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