(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
系統電源に同期して親局が形成したデータサンプリングの共通クロックを、局間の往復伝送路を介して各子局に順に伝送し、
前記親局及び前記各子局それぞれが、主保護及びバックアップ用の後備保護に共有される計測情報を前記共通クロックに同期してサンプリングし、
前記主保護により、前記親局が、前記各子局のサンプリングデータを収集し、自局及び前記各子局のサンプリングデータから系統事故を監視検出し、
前記後備保護により、前記親局及び前記各子局が、それぞれのサンプリングデータにより個別に系統事故を監視検出する主後一体形保護継電装置であって、
前記各子局に、
前記共通クロックの周波数の内部クロックを形成する自走発振器と、
前記共通クロックの消失時、サンプリングクロックを共通クロックから内部クロックに切換えて前記計測情報のサンプリングを継続する手段と、
前記共通クロックの復旧時、前記内部クロックの発生間隔を系統事故の誤検出が生じない一定長だけ長方向又は短方向に可変し、前記サンプリングクロックを初期補正する手段と、
前記サンプリングクロックの初期補正後、前記共通クロックと前記内部クロックの発生タイミングのずれが所定範囲内になったときに、サンプリングクロックを前内部クロックから前記共通クロックに切換えて戻す手段と
を備えたことを特徴とする主後一体形保護継電装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力系統で用いられるデジタル形の主後一体形保護継電装置に関し、詳しくは親局で形成されるデータサンプリングの共通クロックが消失，復旧したときの各子局でのサンプリングクロックの処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の保護継電装置として、デジタル形の主後一体形ＰＣＭ光電流差動保護継電装置（以下電流差動保護継電装置という）がある。
【０００３】
この電流差動保護継電装置は、図５に示すように、電力系統１の変電所等の各電気所に親局２及び各子局３を設け、各局２，３を局間の往復伝送路４により接続して形成される。
【０００４】
なお、図５においては、子局３を＃１，＃２，＃３の３台とし、＃３の子局３が端末の折返しの子局を形成する。
【０００５】
また、各往復伝送路４は、ＰＣＭ光通信の下り伝送線４ａ，上り伝送線４ｂからなる。
さらに、図中の５は各局２，３の系統電流計測用の計器用変流器である。
【０００６】
ところで、電力系統１の事故（系統事故）に対する主保護は、親局２の電流差動のデジタルリレー演算で行われ、その際、親局２がサンプリングした系統電流と各子局３がサンプリングした系統電流との差から、親局２が系統事故を監視検出する。
【０００７】
また、主保護のバックアップ用の後備保護は、例えば各局２，３の方向距離継電器のデジタルリレー演算により、各局２，３毎に個別に行われ、その際、各局２，３はそれぞれの系統電流のサンプリングデータから系統事故を監視検出する。
【０００８】
そして、主保護及び後備保護のデータサンプリングを、例えば系統基本波の電気角３０°毎に行うため、親局２は、系統電源に同期した７２０Hz（系統基本波周波数６０Hz），又は６００Hz（系統基本波周波数５０Hz）の共通クロックを形成し、このクロックを、自局の系統電流のデータサンプリングに用いるとともに、ＰＣＭ光信号に変換し、下り伝送線４ｂを介して各子局３に順に伝送する。
【０００９】
このとき、親局２及び各子局３においては、コストダウン等を図るため、通常、図６の子局３の構成に示すように、主保護の処理と後備保護の処理とが１つのＣＰＵ基板６で行われ、この場合、クロック線７及びＡ／Ｄ変換回路８も１系統しか設けられない。
【００１０】
なお、図６の９は光／電気の変換回路であり、下り伝送線４ａを介して入力された共通クロックのＰＣＭ光信号は、電気信号に変換されてクロック線７に出力される。
【００１１】
また、図６の１０，１１はＣＰＵ基板６の主保護処理部，後備保護処理部であり、Ａ／Ｄ変換回路８及び両処理部１０，１１は、実際には、ＣＰＵ基板６のＣＰＵ（図示せず）の演算処理により、ソフトウェアで形成される。
【００１２】
そして、親局２は、自局で形成した共通クロックをサンプリングクロックとし、このクロックに同期したサンプリング信号により、自局の変流器５の系統電流計測情報をサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、各子局３は、受信した共通クロック（受信クロック）をサンプリングクロックとし、このクロックに同期したサンプリング信号により、それぞれの変流器５の系統電流計測情報をサンプリングしてＡ／Ｄ変換する。
【００１３】
さらに、各子局３は、主保護の処理に基づき、それぞれのサンプリングデータを、＃３の折返しの子局３からの上り伝送線４ｂを介した順送りで親局２に送る。
【００１４】
そして、親局２は、前記の電流差動のデジタルリレー演算により、自局のサンプリングデータと、各子局３のサンプリングデータとの差を演算し、その差の大小から系統事故を監視検出する。
【００１５】
また、親局２及び各子局３は、例えば前記の方向距離継電器のデジタルリレー演算により、それぞれのサンプリングデータの変化から系統事故を個別に監視検出する。
【００１６】
なお、各局２，３は、実際には、前記のサンプリング信号により、系統電圧の計測情報もサンプリングし、そのデータを方向距離継電器のデジタルリレー演算等に用いる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来の電流差動保護継電器の場合、例えば図５に破線×印で示すように往復伝送路４の下り伝送線４ａが切れたり、外来ノイズの影響を受けたりして、各子局３が共通クロックを受信しなくなり、各子局３の共通クロックが消失すると、各子局３のデータサンプリングが行えなくなる。
【００１８】
なお、例えば図５の＃２の子局３等の途中の子局３の外部クロックが消失したときは、それ以降の各子局３も共通クロックを受信することができず、それらの子局３のデータサンプリングが全て行えなくなる。
【００１９】
そして、系統電流の計測情報等のデータサンプリングが行えなくなると、それらの子局３では、主保護だけでなく、個別の後備保護も行えなくなり、主保護が行えなくなったときのバックアップ保護が図られない事態が発生する問題点がある。
【００２０】
そして、各局２，３間の信号伝送に、ＰＣＭ光通信の代わりに、電気信号通信を用いる電流差動保護継電器についても、前記と同様の問題点がある。
【００２１】
ところで、これらの問題点を解消するため、各子局３により、共通クロックの消失時、７２０Hz又は６００Hzの内部クロックを発生してサンプリングクロックを内部クロックに切換え、系統電流等の計測情報のサンプリングを内部クロックによって継続し、各子局３の後備保護を確保することが考えられる。
【００２２】
しかし、内部クロックは共通クロックに非同期であるため、とくに、消失した共通クロックが復旧したときに、サンプリングクロックを内部クロックから共通クロックに切換えて戻すと、内部クロックと共通クロックとのタイミングずれに基づき、各子局３のサンプリングのタイミング誤差が生じ、この誤差により、主保護に切換わる前に、各子局３の後備保護の誤動作が発生する。
【００２３】
すなわち、図７の（ａ）に示す共通クロック（受信クロック）Ｋａが消失し、同図の（ｂ）のサンプリングクロックＳｋが、同図の（ｃ）の内部クロックＫｂに切換わった後、同図の時刻ｔ1に共通クロックＫａが復旧し、時刻ｔ2にサンプリングクロックＳｋが共通クロックＫａに切換えられて戻されたとする。
【００２４】
このとき、クロックＫａ，Ｋｂが共に系統基本波に同期した電気角３０°の周波数で発生していても、それらの位相のずれに基づき、図７の（ｂ）に示すように、時刻ｔ2 前後のサンプリングクロックＳｋの発生間隔Ｔｘは、電気角０°〜６０°の範囲の適当な間隔に変動し、６０°のときはサンプリングクロックＳｋが欠落する。
【００２５】
そして、サンプリングクロックＳｋの変動に基づく系統電流計測情報のサンプリングのタイミングずれにより、主保護に切換わる前の後備保護のデジタルリレー演算の結果が異常変化し、後備保護の誤動作が生じる。
【００２６】
この誤動作を回避するため、消失した共通クロックＫａが復旧したときに、各子局３の後備保護を、装置全体の主保護が復帰するまで禁止すると、共通クロックＫａの復旧から装置全体の主保護が復帰するまで、いわゆる無保護状態になる。
【００２７】
本発明は、この種の主後一体形保護継電装置において、子局の共通クロック（受信クロック）が消失したときに、その子局の内部クロックによって計測情報のサンプリングを継続して子局の後備保護を確保し、かつ、共通クロックの復旧時、共通クロックと内部クロックのずれの影響なく、サンプリングクロックを共通クロックに戻せるようにして各子局の後備保護の誤動作を防止し、装置全体の主保護が復帰するまで各子局が、誤動作なく、後備保護を行えるようにすることを課題とする。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の主後一体形保護継電装置は、各子局に、
共通クロック（受信クロック）の周波数の内部クロックを形成する自走発振器と
共通クロックの消滅時、サンプリングクロックを共通クロックから内部クロックに切換えて計測情報のサンプリングを継続する手段と、
共通クロックの復旧時、内部クロックの発生間隔を系統事故の誤検出が生じない一定長だけ長方向又は短方向に可変し、サンプリングクロックを初期補正する手段と
サンプリングクロックの初期補正後、共通クロックと内部クロックの発生タイミングのずれが所定範囲内になったときに、サンプリングクロックを内部クロックから共通クロックに切り換えて戻す手段とを備える。
【００２９】
したがって、各子局のサンプリングクロックが、共通クロック（受信クロック）の消失により、それぞれの自走発振器で形成した内部クロックに切換わった後、共通クロックが復旧すると、内部クロックの発生間隔が一定間隔だけ長方向又は短方向に変化し、サンプリングクロックが内部クロックの周波数から少しずれた周波数に初期補正される。
【００３０】
このとき、共通クロックと内部クロックの周波数に差があると、その差に応じて、両クロックの発生タイミングのずれの程度が、クロック発生毎に変化する。
【００３１】
そして、サンプリングクロックの初期補正後、何度目かの共通クロック，内部クロックが所定範囲内のタイミングずれでほぼ同時に発生すると、サンプリングクロックが内部クロックから共通クロックに戻される。
【００３２】
そのため、サンプリングクロックが共通クロックに戻されても、その前後のサンプリングクロックの変動が少なく、従来のような各子局の後備保護の誤動作は発生せず、装置全体の主保護が復帰するまで各子局に誤動作なく後備保護を行わせることができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の１形態につき、図１〜図４を参照して説明する。
この形態においては、図５の従来装置と同様の主後一体形ＰＣＭ光電流差動保護継電装置に適用する。
【００３４】
この場合、図１に示すように、図５の各子局３の代わりに、図２の構成の各子局１２を設けて保護継電装置が形成される。
【００３５】
そして、各子局１２は、そのＣＰＵ基板１３に、Ａ／Ｄ変換回路８，主保護処理部１０，後備保護処理部１１の他、クロック線７の途中に挿入されたクロック切換部１４，自走発振器１５及びクロック制御部１６を有し、これらは、実際には、ＣＰＵのソフトウェア処理で形成される。
【００３６】
また、図６の従来の変換回路９の代わりに、この変換回路９に、共通クロック（受信クロック）ＫA の有受信／無受信（消失）を検出する機能を付加した光／電気の変換回路１７が設けられる。
【００３７】
なお、切換部１４及び制御部１６により、共通クロックの消滅時、サンプリングクロックＳＫを共通クロックＫAから発振器１５の内部クロックＫBに切換えて計測情報のサンプリングを継続する手段が形成される。
【００３８】
また、変換回路１７の前記検出機能及び制御部１６により、共通クロックＫA の復旧時、内部クロックＫB の発生間隔を系統事故の誤検出が生じない一定間隔だけ長方向又は短方向に可変し、サンプリングクロックＳＫを初期補正する手段が形成される。
【００３９】
さらに、切換部１４，制御部１６により、サンプリングクロックＳＫの初期補正後、共通クロックＫAと内部クロックＫBの発生タイミングのずれが所定範囲内になったときに、サンプリングクロックＳＫを内部クロックＫBから共通クロックＫAに切換えて戻す手段が形成される。
【００４０】
そして、親局２から下り伝送線４ａを介して変換回路１７に共通クロックＫA の光信号が送られ、変換回路１７の有受信／無受信の信号Ｆが有受信レベルになる通常時は、制御部１６が切換部１４を共通クロックＫAの選択に制御する。
【００４１】
このとき、変換回路１７の共通クロックＫA が、切換部１４を介して、サンプリングクロックＳＫとしてＡ／Ｄ変換回路８に伝送され、この変換回路８が系統電流を共通クロックＫA に同期したサンプリング信号により、系統基本波の電気角３０°の間隔でサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、このＡ／Ｄ変換で形成されたサンプリングデータが処理部１０，１１に共有される。
【００４２】
つぎに、往復伝送路４の切断等の何らかの伝送異常が発生し、各子局１２が共通クロックＫAを受信しなくなり、各子局１２の共通クロックＫAが消失すると、変換回路１７の信号Ｆが無受信レベルに反転し、このレベル反転に基づき、制御部１６が自走発振器１５を起動する。
【００４３】
この起動により、自走発振器１５は設定された例えば７２０Hz又は６００Hzで発振して直ちに外部クロックＫAの周波数の内部クロックＫBを発生する。
【００４４】
また、制御部１６が切換部１４に切換指令ＳＷを出力し、切換部１４を内部クロックＫBの選択に切換える。
【００４５】
したがって、外部クロックＫA の消失時は、サンプリングクロックＳＫが外部クロックＫAから内部クロックＫBに切換わってＡ／Ｄ変換回路８のデータサンプリングが継続される。
【００４６】
そして、サンプリングクロックＳＫが内部クロックＫB に切換わった後、その子局１２が主保護から後備保護に切換わる。
【００４７】
つぎに、この後備保護の間に、子局１２が共通クロックＫA を再び受信し、子局１２の共通クロックＫA が復旧すると、変換回路１７の信号Ｆが有受信レベルに反転し、制御部１６が図３のサンプリングクロック復旧処理を実行し、そのステップＳ1からステップＳ2に移行する。
【００４８】
そして、サンプリングクロックＳＫの発生間隔を３°程度ずらしても後備保護の誤動作が生じないことから、この形態においては、共通クロックＫA の復旧時、制御部１６が内部クロックＫB の発生間隔を約３°長くして３０°から３３°に長方向に可変し、サンプリングクロックＳＫを初期補正する。
【００４９】
すなわち、ステップＳ2 において、制御部１６は発振器１５の発振周波数を、７２０Hz（電気角３０°）から約６６０Hz（電気角３３°）に可変し、サンプリングクロックＳＫの発生間隔を電気角３３°に初期補正する。
【００５０】
そして、ステップＳ3，Ｓ4のループにより、内部クロックＫA （サンプリングクロックＳＫ）の発生タイミングと共通クロックＫA の発生タイミングとのずれを検出し、検出したずれが３°未満の所定範囲内になって内部クロックＫA と共通クロックＫBとがほぼ同時に発生したか否かを監視する。
【００５１】
このとき、共通クロックＫAが電気角３０°であれば、共通クロックＫAと内部クロックＫB の発生間隔に３°のずれがあり、このずれに基づき、共通クロックＫAと内部クロックＫBの発生タイミングの差は、クロックＫA，ＫBを１回発生する毎に３°ずつ長短変化する。
【００５２】
そして、クロックＫA，ＫBを何度か発生すると、両クロックＫA，ＫBが所定の誤差範囲内でほぼ同時に発生するようになる。
【００５３】
具体的に説明すると、図４の（ａ）の共通クロックＫA が消失し、同図の（ｂ）のサンプリングクロックＳＫが同図の（ｃ）の内部クロックＫB に切換わった後、時刻ｔ１に共通クロックＫAが復旧すると、時刻ｔ１’に内部クロックＫBの発生間隔が電気角３０°から電気角３３°に長方向に可変される。
【００５４】
そして、クロックＫA，ＫBの発生タイミングの差ΔＴは、＋３０°〜−３０°の範囲で、クロックＫA，ＫBの発生毎に漸増して漸減することをくり返し、何度目かのクロックＫA，ＫBの発生時、差ΔＴが設定された所定範囲内（３°未満）に小さくなり、両クロックＫA，ＫBがほぼ同時に発生するようになる。
【００５５】
このとき、制御部１６は図３のステップＳ5 に移行して切換部１４に切換指令ＳＷを出力し、この指令ＳＷに基づく図４の時刻ｔ２の切換えにより、サンプリングクロックＳＫが共通クロックＫAに切換えられて戻される。
【００５６】
そして、この切換えの前後において、図４からも明らかなように、サンプリングクロックＳＫの変動はほとんどなく、共通クロックＫA の復旧時、サンプリングクロックＳＫの変動に基づくＡ／Ｄ変換回路８で系統電流計測情報のデータサンプリングのタイミングのずれが防止され、後備保護の誤動作が防止される。
【００５７】
そのため、サンプリングクロックＳＫが共通クロックＫA に戻っても、各子局１２の主保護のサンプリングデータが親局２に収集されて装置全体が主保護に戻るまでは、各子局１２が後備保護を継続する。
【００５８】
したがって、消失した共通クロックＫA の復旧時、各子局１２が無保護状態にならず、信頼性が極めて高い電流差動保護継電装置を提供することができる。
【００５９】
そして、前記形態においては、消失した共通クロックＫA の復旧時、内部クロックＫB の発生間隔を電気角で３°長方向にずらしてサンプリングクロックＳＫを電気角３０°から電気角３３°に可変したが、共通クロックＫA の復旧時の内部クロックのＫB の発生間隔は、後備保護の誤動作が生じない程度に長方向又は短方向に可変してよく、具体的には、電気角０．１°から数度の範囲の適当な間隔だけ長方向又は短方向に可変してよい。
【００６０】
また、前記形態においては、局間でＰＣＭ光通信を行う主後一体形の電流差動保護継電装置に適用したが、局間で電気信号通信を行う主後一体形の電流差動保護継電装置等にも、本発明を同様に適用することができる。
【００６１】
さらに、主保護，後備保護のいずれか一方又は両方が前記形態と異なる種々のデジタル形の主後一体形保護継電装置にも、本発明を同様に適用することができるのは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
各子局１２のサンプリングクロックＳＫが、共通クロック（受信クロック）ＫAの消失により、それぞれの自走発振器１５で形成した内部クロックＫBに切換わった後、共通クロックＫAが復旧すると、内部クロックＫBの発生間隔が系統事故の誤検出が生じない一定長だけ長方向又は短方向に変化し、サンプリングクロックＳＫを初期設定することができる。
【００６３】
このとき、共通クロックＫAと内部クロックＫBの周波数に差があると、その差に応じて、両クロックＫA，ＫBの発生タイミングのずれの程度が、クロック発生毎に変化する。
【００６４】
そして、サンプリングクロックＳＫの初期補正後、何度目かの共通クロックＫA，内部クロックＫBが所定範囲内のタイミングずれでほぼ同時に発生すると、サンプリングクロックＳＫが内部クロックＫBから共通クロックＫAに戻される。
【００６５】
したがって、サンプリングクロックＳＫが共通クロックＫA に戻されたときに、その前後のサンプリングクロックＳＫの変動が少なく、従来のような各子局の後備保護の誤動作が発生せず、装置全体の主保護が復帰するまで各子局１２により後備保護を行わせることができ、信頼性が極めて高い主後一体形保護継電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態のブロック結線図である。
【図２】図１の各子局の詳細なブロック結線図である。
【図３】図２の子局の共通クロック復旧時の動作説明用のフローチャートである。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図２の子局の共通クロック復旧時の共通クロック，サンプリングクロック，内部クロックのタイミングチャートである。
【図５】従来例のブロック結線図である。
【図６】図５の各子局の詳細なブロック結線図である。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ）は、図６の子局の共通クロック復旧時の共通クロック，サンプリングクロック，内部クロックのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１  電力系統
２  親局
３，１２  子局
４  往復伝送路
８  Ａ／Ｄ変換回路
１４  クロック切換部
１５  自走発振器
１６  制御部
１７  光／電気の変換回路
ＫA，Ｋａ  共通クロック
ＫB，Ｋｂ  内部クロック
ＳＫ，Ｓｋ  サンプリングクロック
【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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