(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２個の引出口（２）を有した母線（１）の保護方法において、
ａ）電流特性Ｉｋが前記引出口（２）で決定される段階と、
ｂ）前記電流特性Ｉｋの最大Ｉｋｍａｘが決定される段階と、
ｃ）前記最大Ｉｋｍａｘの決定後、前記電流特性Ｉｋは、これら最大Ｉｋｍａｘで、若しくは、これら最大Ｉｋｍａｘに比例する値で、特別な保持時間ｔｈの間保持される段階と、
ｄ）この方法で矯正された前記電流特性Ｉｋを、その後、更に処理して、ベクトル電流特性Ｉｋを作り出す段階と
ｅ）前記ベクトル電流特性Ｉｋによって故障信号が決定される段階と、
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法において、前記保持時間ｔｈは、ｔｈ＝ｔｏ−ｔａによって計算され、ここで、ｔａは前記最大Ｉｋｍａｘの発生の時間に対応し、ｔｏは外部から指示された最大保持時間に対応する方法。
【請求項３】
請求項２記載の方法において、前記最大Ｉｋｍａｘの値には次の係数が掛け算され、ｖ＝１／ sin（２π ｔａ／Ｔｏ）
ここでｔａは前記最大Ｉｋｍａｘの発生の時間に対応し、Ｔｏはシステム周波数の基本間隔に対応する方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法において、故障信号として、前記ベクトル電流特性Ｉｋの幾何学的合計と前記ベクトル電流特性Ｉｋの数的合計の商に対応する安定係数ｋｓｔが計算される方法。
【請求項５】
請求項４記載の方法において、前記ｋｓｔの値が低限界値より下であれば外部故障が存在するものと判断され、ｋｓｔの値が高限界値より上であれば内部故障が存在するものと判断される方法。
【請求項６】
請求項１〜３のいずれかに記載の方法において、前記ベクトル電流特性Ｉｋを用いて、２個の引出口の位相角φｋの間の位相角差△φが計算され、内部故障若しくは外部故障が存在するかどうか判断するために使用される方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の方法において、フーリエ・フィルタが前記ベクトル電流特性Ｉｋを決定するために使用される方法。
【請求項８】
少なくとも２個の引出口（２）が各場合において１つのスイッチ（３）を介して接続されている母線（１）を保護する装置において、
ａ）引出口（２）毎に、該引出口における電流特性Ｉｋを検出する電流検出装置と、
ｂ）前記スイッチ（３）に接続され、且つ、故障信号に従って前記スイッチ（３）を開くような、各場合における１つのフィールド装置（５）と、
ｃ）プロセス・バス（７）を介してフィールド装置（５）に接続された中央ユニット（６）であって、ここで前記故障信号はベクトル電流特性Ｉｋから決定される、中央ユニット（６）と、を備え、
ｄ）前記フィールド装置（５）には、拡張手段（９）と、前記電流特性Ｉｋの最大Ｉｋｍａｘを決定し、前記電流特性Ｉｋを、これら最大Ｉｋｍａｘで、若しくは、これら最大Ｉｋｍａｘに比例する値で、特別な保持時間ｔｈの間保持する最大値検出器（１０）とが設けられており、
ｅ）この方法で矯正された前記電流特性Ｉｋを更にベクトル的に処理する手段（８）が設けられている、ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項８記載の装置において、フーリエ・フィルタ（８）が、前記ベクトル電流特性Ｉｋを決定するために各フィールド装置（５）に設けられており、前記フーリエ・フィルタ（８）は前記拡張手段（９）の下流側に接続されている装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、保護実行の分野に係る。
この発明は請求項１の序文による母線保護方法に由来するものであり、更に、母線保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
このような母線保護装置は、H. Ungrad 等による "Schutztechnik in Elektroenergiesystemen" （"Protection practise in electric power systems"), Springer Verlag 1991のページ182 ffに既に述べられている。
母線保護システムでは、電流は、変流器を用いて母線の引出口で検出されなければならない。短絡の場合には、大きな電流が発生し、これらの電流は、変流器の磁心飽和を引き起こすことがある。これが母線保護システムの調子を狂わせることもある。従来のアナログ母線保護装置では、変流器の飽和はアナログ方法で検出され、保護装置はブロックされる。
しかしながら、変流器が飽和してしまうために上で特定したシステムは外部故障と内部故障とを区別しない。
他の手段は、ＢＢＣカンパニから出ているＩＮＸ２母線保護システム（BrownBoveri Mitteilungen (Brown Boveri News) , Volume 52, No.4/5,ページ326 〜339)によるものである。ここでは、電流に比例する電圧が、いわゆるセーパー（shapers)によって方形波信号に変換される。１つのセーパーが電流の各半波に対して、それ故、両方に対して、設けられている。変流器の飽和の影響を軽減するため、積分器がセーパーの下流側に接続されて、デジタル方形波信号をある時間の間それらの作動位置に保持する。この付加的なデバイスの結果、主な変流器の各飽和に関しては、それが強すぎるために電流が実際のゼロ交差（zero crossing)の前にブレイク・ダウンしてしまうような場合であっても、開始された半波の方向は、測定が終了するまで、若しくは次の半波が開始するまでのいずれかのときまで記憶される。分岐電流の方向若しくは位相を比較することによって故障を検出し、内部若しくは外部故障が存在するかどうかを判断することが可能である。
【０００３】
このシステムは、非常に複雑なアナログシステムであり、これは特に、位相比較の保護アルゴリズムのためにのみ使用され得る。これ以外にも、このようなシステムは最初に述べた本の194 ff頁に既述されている。
【０００４】
【発明の概要】
故に、本発明の１つの目的は母線保護の新規な方法と新規な装置を提供することにあり、ここでは、変流器における飽和の影響下にある場合でさえ、外部および内部故障を確実に検出し且つ区別することが可能である。特に、この方法は数的なものとされ、異なる保護アルゴリズムに対して使用され得る。
この目的は第１の請求項の特徴によって最初に述べられたタイプの方法で達成される。
本発明による方法の重要な点は、引出口における電流の最大値が決定され、これらがある保持時間の間保持されるということである。
電流値はこの場合それ自身の最大値若しくはそれに比例する値のいづれかに保持される。こうして矯正された電流特性は、これに続いて、更にベクトル的に処理される。
故障信号はこれらの電流特性を用いて異なる保護アルゴリズムによって決定される。保護アルゴリズムとしては、電流安定性を有した電流比較や位相比較から好きなものを選ぶことができる。
【０００５】
本発明による装置は引出口毎に最大値検出器と拡張手段とを有したフィールド装置を備えており、この装置によって、上に述べた最大値を拡張する方法を実行することができる。
更に他の実施例がサブクレームに記載されている。
本発明による設計の利点は、特に、変流器の飽和による妨害的な影響を抑制できることにある。この結果は、変流器とは無関係の保護システムの機能性である。特に、フォールス・トリッピング（false tripping) は外部故障の場合には確実に防止される。更に、本発明による母線保護システムは異なる保護アルゴリズムにも適している。
【０００６】
【実施例】
図を見れば明らかなように、同じ参照番号は幾つかの図面を通じて同じか若しくは対応する部分を表示しており、図３は本発明による保護装置のブロック図を示す。１は、ｋ＞＝２個の引出口２（３は説明されている）を示す。各引出口２は、負荷１２、スイッチ３を通じて母線１に接続されている消費者、即ちジェネレータを備える。変流器４は、スイッチ３と母線１の間に付加的に設けられている。
電流特性Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、概してＩｋは、ｋ個の引出口２によって変流器４で決定される。故障がいづれかの場所で発生した場合、即ち短絡（矢印によって示されている）が発生した場合、電流Ｉｋは短時間の間に増大し、それらの方向若しくはそれらの位相角度を変化させることがある。母線保護の目的は、内部故障の場合、即ち監視されている母線１の領域における短絡の場合に、スイッチ３によってできるだけ早く引出口２を分離させ、損害および動作障害をできるだけ少なくするよう維持することにある。
電流Ｉｋは故障の場合には非常に大きくなるため、磁心飽和は変流器４で生じ得る。この結果、電流はもはや図１および２の破線によって表示されているようなサイン曲線では変化せず、最大となり再び減衰する（実線によって表示される）。
【０００７】
様々な引出口の電流を互いに比較するため、電流Ｉｋの更なる処理はベクトル的に実行されなければならない。この目的のため、電流Ｉｋのベクトル基本周波数要素（vectorial fundamental frequency component)Ｉｋが決定される。これは好ましくはフーリエ変換によって行われる。
変流器が飽和した場合、電流Ｉｋの基本周波数要素Ｉｋの位相および振幅は、歪みなしの特性からかなり歪む。付加的な安定がなければ、これは保護システムをフォールス・トリッピングへ導く可能性がある。本発明による方法および装置の目的は、それ故、電流値を数的に安定させることである。
これは、分岐電流Ｉｋの最大Ｉｋｍａｘが決定され、この最大Ｉｋｍａｘがある保持時間ｔｈ（図１を参照）の間拡張されたときに達成される。もし、母線保護の場合に基本周波数要素Ｉｋの決定前にこの方法が適用されたならば、保護システムの機能における変流器の飽和の影響は実質的に減少される。
【０００８】
最大のＩｋｍａｘを拡張するため、最大Ｉｋｍａｘ（図１の「簡易最大拡張」）、若しくはそれに比例する値（図２の「動的最大拡張」）のいづれにおいても電流値は保持され得る。両方の変化に共通することは、保持時間ｔｈが、外部から指示された最大保持時間ｔｏと最大の発生の瞬間ｔａの間の差として計算されることである。経験により、５０Ｈｚシステムにおける最適な最大保持時間ｔｏは１２．５ｍｓであることが分かった。有効な最大Ｉｋｍａｘが検出された場合、この値はｔｈの時間間隔の間保持され、その結果、方形波信号の型が作り出される。動的最大拡張の場合、最大値Ｉｋｍａｘはそれに比例する値で保持される。比例係数ｖは次のような公式を用いて計算される。
ｖ＝１／ sin (２π  ｔａ／Ｔｏ）
ｔａは最大Ｉｋｍａｘの発生の瞬間に対応し、Ｔｏはシステム周波数の時間間隔に対応する。
上述した方法による最大値の拡張後、電流特性Ｉｋは更にベクトル的に処理される。つまり、基本周波数要素Ｉｋだけが考慮される。
【０００９】
２つの好ましい保護アルゴリズムが以下に記載されている。これにより、電流特性Ｉｋから故障信号を発生することができる。安定係数ｋｓｔは、電流安定性を有した電流比較方法の場合に計算され、ｋｓｔは電流特性の幾何学的合計と電流特性の数的合計の商に対応する。次の公式によって表現される。
ｋｓｔ＝｜ΣＩｋ｜／Σ｜Ｉｋ｜
ここで、ｋ＝１．．． 引出口の数
Ｉｋ＝引出口ｋにおける電流特性
内部故障の場合、ｋｓｔはほぼ値１に到達し、一方、外部故障の場合、それは０の最小値に到達する。閾値を用いて外部故障と内部故障を区別することが可能である。最大拡張を持たない方法の場合（つまり、「最大拡張なし」である従来方法の場合）、内部故障若しくは外部故障に対するｋｓｔの領域は互いに重なり合うため、この結果、明確な区別は不可能である。どのようにすれば内部故障を外部故障から明確に区別できるかどうかの基準は、内部故障に対する最小ｋｓｔ係数と外部故障に対する最大ｋｓｔ値の間の差ｄｋｓｔにある。
【００１０】
以下の表に掲げたものは、経験によって得られた値であって、内部故障と外部故障を区別することに関して、本発明による方法のうちどの方法が有利であるのかを視覚的に明らかにしたものである。
0003811510.tif 000002
最大拡張を持たない方法の場合、その結果は負のｄｋｓｔ、即ち、外部故障と内部故障に対するｋｓｔの範囲は重なっており、エラーのない状態で区別するのは不可能である。動的最大拡張の場合、ｄｋｓｔは簡易最大拡張の場合よりほぼ２倍大きい。このように、動的方法は明らかに影響されにくいものであり、飽和の影響を実質的に受けることはない。
【００１１】
第２に、好ましい保護アルゴリズムは位相比較アルゴリズムである。この場合、電流方向は、各引出口の電流特性Ｉｋからの位相角φｋを利用して決定される。外部若しくは内部故障が存在するかどうかは、位相角φｋにおける差から決定することができる。２個の引出口を有するシステムの場合、電流の位相差の絶対値がπ／２より小さければ、内部故障が存在する。差の絶対値がこの値以上である場合、故障は外部である。
まとめに、図３及び４を利用して、本発明による保護システムに必要なデバイスについて更に説明する。３個の引出口２（例えば、この引出口では電流Ｉ１．．．Ｉ３が流れている）は、母線１から分流する。これらの電流特性、概してＩｋ、は、電流検出手段で検出される。電流検出手段は例えば、変流器４とＡ／Ｄ変換器１１を備える。Ａ／Ｄ変換器は、フィールド装置（field unit) ５の各引出口２に対して設けられており、対応する変流器４に接続されている。Ａ／Ｄ変換器１１の上流側に接続されているのは、アンチ−エイリアシング・フィルタとして機能するロー・パス・フィルタ１４である。Ａ／Ｄ変換器１１の下流側に接続されているのは、最大値Ｉｋｍａｘが決定される最大値検出器１０である。この値は、保持時間ｔｈの間、拡張手段９に保持される。拡張手段９の下流には、ベクトル基本周波数要素Ｉｋを決定するためにフーリエ・フィルタ８を接続することが好ましい。こうして準備された電流特性Ｉｋは、プロセス・バス７を介して中央ユニット６へフィールド装置５によって与えられる。。中央ユニット６では、上に述べた保護アルゴリズムの１つに従って故障信号が判断される。フィールド装置５は、中央ユニット５によってプロセス・バス７を介して、内部故障が存在するときはスイッチ３を開くよう命令される。これは、各フィールド装置５に設けられた制御装置１３によって実行される。
【００１２】
こうして、本発明は母線保護方法および装置を全体的に利用可能とするものであり、これは変流器における飽和現象とは無関係であり、外部故障と内部故障を確実に検出し且つ区別し、更にまた、異なる保護アルゴリズムにも使用することができる。
本発明の多数の変更や変形が可能なことは上のことから明らかである。故に、請求の範囲の範囲内において本発明はここに特に記述されたもの以外の方法で実行可能であることも理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】歪みのない分岐電流信号と変流器の飽和によって歪んでしまった分岐電流信号の時間特性を示す。
【図２】歪みのない分岐電流信号と変流器によって歪んだ拡張された分岐電流信号の時間特性を本発明による最大値のオーバシュートと拡張とともに示す。
【図３】本発明による保護装置のブロック図を示す。
【図４】フィールド装置の一部のブロック図を示す。
【符号の説明】
１  母線
２  引出口
３  スイッチ
４  変流器
５  フィールド装置
６  中央ユニット
７  プロセス・バス
８  フーリエ・フィルタ
９  拡張手段
１０  最大値検出器
１１  Ａ／Ｄ変換器
１２  負荷
１３  制御装置
１４  ロー・パス・フィルタ
Ｉ１．．．３  引出電流
Ｉｋ  引出電流
Ｉｋ  ベクトル引出電流
Ｉｋｍａｘ  引出電流の最大値
ｔｈ  保持時間
ｔｏ  最大保持時間
ｔａ  最大のＩｋｍａｘの発生の瞬間
Ｔｏ  システム周波数の間隔
ｖ  比例係数
【図１】
0003811510.tif 000003
【図２】
0003811510.tif 000004
【図３】
0003811510.tif 000005
【図４】
0003811510.tif 000006