JP2009171742A - 地絡保護継電システム - Google Patents

Abstract

【課題】主保護不使用時でも整定変更操作することなくかつ高速に地絡事故を除去することができる地絡保護継電システムを提供する。
【解決手段】地絡保護継電システムは、後備保護として使用される第１および第２の電源端地絡方向継電装置２１₁，２１₂と第１および第２の非電源端地絡方向継電装置２２₁，２２₂とを具備する。第１の電源端地絡方向継電装置２１₁は、瞬時要素整定値以上の第１の零相電流Ｉ₀₁が第１の送電線１Ｌの内部方向に流れたことを検出すると、第１および第２の遮断器４₁，４₂が共に「入」状態であることを条件に、第１の遮断器４₁を遮断するための第１の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG1を第１の時限協調時間ＶＴ１₁だけ遅らせることなく出力する。第２の電源端地絡方向継電装置２１₂と第１および第２の非電源端地絡方向継電装置２２₁，２２₂とは第１の電源端地絡方向継電装置２１₁と同様に動作する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地絡保護継電システムに関し、特に、片端電源の平衡２回線送電線を地絡事故から保護するのに好適な地絡保護継電システムに関する。

従来、電源端側にのみ電源１が配置された片端電源の平衡２回線送電線のローカル系統での地絡保護は、図８に示す地絡保護継電システムのように、主保護として地絡回線選択継電装置（電源端地絡回線選択継電装置１１１と非電源端地絡回線選択継電装置１１２）を使用するとともに、後備保護として地絡方向継電装置（第１および第２の電源端地絡方向継電装置１２１₁，１２１₂と第１および第２の非電源端地絡方向継電装置１２２₁，１２２₂）を使用して行われている（下記の特許文献１など参照）。

ここで、第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁は、図９に示すようにリレー判定回路１３１と第１乃至第３の遅延回路（タイマー）１３２₁〜１３２₃と論理積回路１３３と論理和回路１３４とを有する第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０を備える。

リレー判定回路１３１は、平衡２回線送電線の第１の送電線１Ｌの電源端側に設置された第１の零相変流器３₁（図８参照）から入力される第１の零相電流Ｉ₀₁と電源端母線に設置された第１の接地形計器用変圧器（ＥＶＴ）５₁から入力される電源端零相電圧Ｖ_0Sとに基づいて第１の零相電流Ｉ₀₁の大きさおよび方向を監視し、電流整定値（たとえば１５Ａ）以上の第１の零相電流Ｉ₀₁が内部方向に流れると、第１の送電線１Ｌ（自回線）に地絡事故が発生したと判定してハイレベルの出力信号を出力する。
第１の遅延回路１３２₁は、不図示の第１のフェールセーフ用地絡過電圧継電装置（ＯＶＧ）から入力される第１のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1を第１の時限協調時間ＶＴ１₁だけ遅延する。ここで、第１のフェールセーフ用地絡過電圧継電装置は、電源端零相電圧Ｖ_0Sの大きさが電圧整定値以上になるとハイレベルの第１のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1を出力する。また、第１の時限協調時間ＶＴ１₁は、第１の送電線１Ｌの非電源端側に設置された第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁との時限協調のために設定され、たとえば０．８ｓとされる。
論理積回路１３３は、リレー判定回路１３１の出力信号と第１の遅延回路１３２₁によって第１の時限協調時間ＶＴ１₁だけ遅延された第１のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1との論理積をとる。
第２の遅延回路１３２₂は、論理積回路１３３の出力信号を第１の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁だけ遅延する。ここで、第１の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁は、零相自由振動（事故点切離し後も零相電圧が一定時間だけ残る現象）による誤動作防止のために設定され、通常は０．１ｓとされる。したがって、第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁の動作時限は、第１の時限協調時間ＶＴ１₁と第１の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁との合計時間である０．９ｓ（＝０．８ｓ＋０．１ｓ）となる。
第３の遅延回路１３２₃は、第１のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1を第１のＯＶＧ遮断時間ＶＴ２₁だけ遅延する。ここで、第１のＯＶＧ遮断時間ＶＴ２₁は、第１のフェールセーフ用地絡過電圧継電装置の動作だけで、第１の送電線１Ｌの電源端側に設置された第１の遮断器４₁（図８参照）を遮断させるために設定される。
論理和回路１３４は、第２の遅延回路１３２₂の出力信号と第３の遅延回路１３２₃の出力信号との論理和をとる。論理和回路１３４からは、第１の遮断器４₁を遮断するための第１の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG1が第１の遮断器４₁に出力される。

第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂は、図１０に示すように第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０と同様に構成された第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１４０を備える。ここで、第１の遅延回路（タイマー）１４２₁の第２の時限協調時間ＶＴ１₂は、第２の送電線２Ｌの非電源端側に設置された第２の非電源端地絡方向継電装置１２２₂との時限協調のために設定され、たとえば０．８ｓとされる。また、第２の遅延回路（タイマー）１４２₂の第２の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₂は、零相自由振動による誤動作防止のために設定され、通常は０．１ｓに設定される。したがって、第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂の動作時限は、第２の時限協調時間ＶＴ１₂と第２の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₂との合計時間である０．９ｓ（＝０．８ｓ＋０．１ｓ）となる。

第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁は、図１１に示すように第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０と同様に構成された第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０を備える。ここで、第１の遅延回路（タイマー）１５２₁の第３の時限協調時間ＶＴ１₃は、第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁との時限協調のために設定され、たとえば０．４ｓとされる。また、第２の遅延回路（タイマー）１５２₂の第３の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₃は、零相自由振動による誤動作防止のために設定され、通常は０．１ｓとされる。したがって、第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁の動作時限は、第３の時限協調時間ＶＴ１₃と第３の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₃との合計時間である０．５ｓ（＝０．４ｓ＋０．１ｓ）となる。

第２の非電源端地絡方向継電装置１２２₂は、図１２に示すように第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０と同様に構成された第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１６０を備える。ここで、第１の遅延回路（タイマー）１６２₁の第４の時限協調時間ＶＴ１₄は、第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂との時限協調のために設定され、たとえば０．４ｓとされる。また、第２の遅延回路（タイマー）１６２₂の第４の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₄は、零相自由振動による誤動作防止のために設定され、通常は０．１ｓとされる。そのため、第２の非電源端地絡方向継電装置１２２₂の動作時限は、第４の時限協調時間ＶＴ１₄と第４の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₄との合計時間である０．５ｓ（＝０．４ｓ＋０．１ｓ）となる。
特開平１１−６９６０８号公報

しかしながら、図８に示した地絡保護継電システムでは、主保護として使用されている電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時に地絡事故が発生した場合には、以下に示すような問題があった。
なお、以下の説明で参照する図１３および図１４では、電源端地絡回線選択継電装置１１１は「ＳＧ_S」と、第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁は「ＤＧ_S1」と、第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂は「ＤＧ_S2」と、非電源端地絡回線選択継電装置１１２は「ＳＧ_R」と、第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁は「ＤＧ_R1」と、第２の非電源端地絡方向継電装置１２２₂は「ＤＧ_R2」と表記している。

（１）電源端付近において地絡事故が発生した場合の問題
図１３（ａ）に示すように第１の送電線１Ｌの電源端付近で地絡事故が発生すると、電源端零相電圧Ｖ_0Sおよび非電源端零相電圧Ｖ_0Rの大きさが電圧整定値以上になり、第１および第２のフェールセーフ用地絡過電圧継電装置はハイレベルの第１および第２のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1，Ｓ_FD2を出力する。その結果、地絡事故が発生してから第１および第２の時限協調時間ＶＴ１₁，ＶＴ１₂（＝０．８ｓ）後に、ハイレベルの出力信号が第１および第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０，１４０の第１の遅延回路１３２₁，１４２₁（図９および図１０参照）から出力される。また、地絡事故が発生してから第３および第４の時限協調時間ＶＴ１₃，ＶＴ１₄（＝０．４ｓ）後に、ハイレベルの出力信号が第１および第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０，１６０の第１の遅延回路１５２₁，１６２₁（図１１および図１２参照）から出力される。

しかし、零相電流（地絡電流）のほとんどは第１の送電線１Ｌの電源端と事故地点との間に流れるため、電流整定値以上の第１の零相電流Ｉ₀₁が内部方向に流れるが、電流整定値以上の第２乃至第４の零相電流Ｉ₀₂〜Ｉ₀₄が内部方向に流れることはない。そのため、第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０のリレー判定回路１３１（図９参照）の出力信号はロウレベルからハイレベルになるが、第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１４０のリレー判定回路１４１（図１０参照）の出力信号と第１および第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０，１６０のリレー判定回路１５１，１６１（図１１および図１２参照）の出力信号とはロウレベルのままである。その結果、図１３（ｂ）に示すように、地絡事故が発生してから第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁の動作時限である０．９ｓ経過後に、第１の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG1が第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁から第１の遮断器４₁に出力されて、第１の遮断器４₁が遮断される。

第１の遮断器４₁が遮断されると、零相電流は第２の送電線２Ｌを経由して事故地点まで流れるため、電流整定値以上の第２および第３の零相電流Ｉ₀₂，Ｉ₀₃が内部方向に流れる。そのため、第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１４０のリレー判定回路１４１（図１０参照）の出力信号と第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０のリレー判定回路１５１（図１１参照）の出力信号がロウレベルからハイレベルになる。その結果、この時点では第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１４０の第１の遅延回路１４２₁と第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０の第１の遅延回路１５２₁からはハイレベルの出力信号が出力されているので、図１３（ｃ）に示すように、第１の遮断器４₁が遮断されてから第２および第３の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₂，ＧＴ１₃である０．１ｓ後（すなわち、地絡事故が発生してから１．０ｓ（＝０．９ｓ＋０．１ｓ）後）に、第２および第３の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG2，Ｔ_DG3が第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂および第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁から第２および第３の遮断器４₂，４₃に出力されて、第２および第３の遮断器４₂，４₃が遮断される。

このように、電源端付近で地絡事故が発生した場合には、第２および第３の遮断器４₂，４₃が遮断されて地絡事故が除去されるまでに１．０ｓかかるので、地絡事故の継続時間が長くなるという問題があった。

また、図１３（ｃ）に示したように第１および第２の送電線１Ｌ，２Ｌが共に遮断（２回線遮断）されるため、電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時には、第１および第２の電源端地絡方向継電装置１２１₁，１２１₂の第１および第２の時限協調時間ＶＴ１₁，ＶＴ１₂を０．８ｓから０．４ｓに変更するとともに、第１および第２の電源端地絡方向継電装置１２１₁，１２１₂の第１および第２の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁，ＧＴ１₂を０．１ｓから０．５ｓに変更して、図１３に示した例では第１の遮断器４₁が遮断されてから第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂から第２の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG2が出力されるまでの時間（第２の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₂＝０．５ｓ）を第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁から第３の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG3が出力されるまでの時間（第３の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₃＝０．１ｓ）よりも遅くすることによって、第２の遮断器４₂が遮断される前に地絡事故を除去するようにしている。
したがって、図８に示した地絡保護継電システムでは、電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の使用時と不使用時とで第１および第２の時限協調時間ＶＴ１₁，ＶＴ１₂と第１および第２の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁，ＧＴ１₂とを変更する操作（整定変更操作）が必要になるという問題もあった。

（２）非電源端付近において地絡事故が発生した場合の問題
図１４（ａ）に示すように第１の送電線１Ｌの非電源端付近で地絡事故が発生すると、電源端零相電圧Ｖ_0Sおよび非電源端零相電圧Ｖ_0Rの大きさが電圧整定値以上になり、第１および第２のフェールセーフ用地絡過電圧継電装置はハイレベルの第１および第２のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1，Ｓ_FD2を出力する。その結果、地絡事故が発生してから第１および第２の時限協調時間ＶＴ１₁，ＶＴ１₂（＝０．８ｓ）後に、ハイレベルの出力信号が第１および第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０，１４０の第１の遅延回路１３２₁，１４２₁（図９および図１０参照）から出力される。また、地絡事故が発生してから第３および第４の時限協調時間ＶＴ１₃，ＶＴ１₄（＝０．４ｓ）後に、ハイレベルの出力信号が第１および第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０，１６０の第１の遅延回路１５２₁，１６２₁（図１１および図１２参照）から出力される。

しかし、零相電流（地絡電流）は第１および第２の送電線１Ｌ，２Ｌに流れるため、電流整定値以上の第１乃至第３の零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ₀₃が内部方向に流れるが、電流整定値以上の第４の零相電流Ｉ₀₄が内部方向に流れることはない。そのため、第１および第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０，１４０のリレー判定回路１３１，１４１（図９および図１０参照）の出力信号と第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０（図１１参照）のリレー判定回路１５１の出力信号はロウレベルからハイレベルになるが、第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１６０のリレー判定回路１６１（図１２参照）の出力信号はロウレベルのままである。その結果、図１４（ｂ）に示すように、まず第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁の動作時限である０．５ｓ後に、第３の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG3が第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁から第３の遮断器４₃に出力されて、第３の遮断器４₃が遮断される。

第３の遮断器４₃が遮断されると、零相電流は第１の送電線１Ｌのみに流れるため、第２の零相電流Ｉ₀₂は電流整定値よりも小さくなるので第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂は復帰するが、第１の零相電流Ｉ₀₁は電流整定値以上であるので第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁は動作し続ける。その結果、図１４（ｃ）に示すように、第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁の動作時限である０．９ｓ後に、第１の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG1が第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁から第１の遮断器４₁に出力されて、第１の遮断器４₁が遮断される。

このように、非電源端付近で地絡事故が発生した場合には、上述した２回線遮断の問題はないが、第１の遮断器４₁が遮断されて地絡事故が除去されるまでに０．９ｓかかるので、地絡事故の継続時間が長くなるという問題があった。

本発明の目的は、主保護不使用時でも整定変更操作することなくかつ高速に地絡事故を除去することができる地絡保護継電システムを提供することにある。

本発明の地絡保護継電システムは、片端電源の平衡２回線送電線を地絡事故から保護するための地絡保護継電システムであって、前記平衡２回線送電線に設置された、かつ、該平衡２回線送電線に設置された地絡回線選択継電装置の後備保護として使用される地絡方向継電装置を具備し、前記地絡方向継電装置が、瞬時要素整定値以上の零相電流が自回線の内部方向に流れたことを検出すると、自回線に設置された遮断器および隣回線に設置された他の遮断器が共に「入」状態であることを条件に、該自回線に設置された遮断器を遮断するためのトリップ信号を時限協調時間だけ遅らせることなく出力することを特徴とする。
ここで、前記地絡方向継電装置が、前記平衡２回線送電線の第１および第２の送電線（１Ｌ，２Ｌ）の電源端側にそれぞれ設置された、かつ、該平衡２回線送電線の電源端側に設置された電源端地絡回線選択継電装置（１１１）の後備保護として使用される第１および第２の電源端地絡方向継電装置（２１₁，２１₂）を含み、前記第１の電源端地絡方向継電装置が、瞬時要素整定値以上の第１の零相電流（Ｉ₀₁）が前記第１の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第１および第２の送電線の電源端側にそれぞれ設置された第１および第２の遮断器（４₁，４₂）が共に「入」状態であることを条件に、該第１の遮断器を遮断するための第１の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG1）を第１の時限協調時間（ＶＴ１₁）だけ遅らせることなく出力し、前記第２の電源端地絡方向継電装置が、前記瞬時要素整定値以上の第２の零相電流（Ｉ₀₂）が前記第２の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第１および第２の遮断器が共に「入」状態であることを条件に、該第２の遮断器を遮断するための第２の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG2）を第２の時限協調時間（ＶＴ１₂）だけ遅らせることなく出力してもよい。
前記瞬時要素整定値が、前記第１および第２の電源端地絡方向継電装置の保護区間のα％の地点で完全地絡事故が発生した場合に自回線の内部方向に流れる第１および第２の零相電流の値とされてもよい。
また、前記地絡方向継電装置が、前記第１および第２の送電線の非電源端側にそれぞれ設置された、かつ、該平衡２回線送電線の非電源端側に設置された非電源端地絡回線選択継電装置（１１２）の後備保護として使用される第１および第２の非電源端地絡方向継電装置（２２₁，２２₂）を含み、前記第１の非電源端地絡方向継電装置が、他の瞬時要素整定値以上の第３の零相電流（Ｉ₀₃）が前記第１の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第１および第２の送電線の非電源端側にそれぞれ設置された第３および第４の遮断器（４₃，４₄）が共に「入」状態であることを条件に、該第３の遮断器を遮断するための第３の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG3）を第３の時限協調時間（ＶＴ１₃）だけ遅らせることなく出力し、前記第２の電源端地絡方向継電装置が、前記他の瞬時要素整定値以上の第４の零相電流（Ｉ₀₄）が前記第２の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第３および第４の遮断器が共に「入」状態であることを条件に、該第４の遮断器を遮断するための第４の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG4）を第４の時限協調時間（ＶＴ１₄）だけ遅らせることなく出力してもよい。
前記他の瞬時要素整定値が、前記第１および第２の非電源端地絡方向継電装置が前記第３および第４の時限協調時間だけ遅らせて前記第３および第４の地絡方向継電装置トリップ信号を出力する際に自回線に発生した地絡事故を検出するのに用いる電流整定値よりも大きい値とされてもよい。

本発明の地絡保護継電システムは、以下に示す効果を奏する。
（１）後備保護である地絡方向継電装置が瞬時要素整定値以上の零相電流が自回線の内部方向に流れたことを検出するとトリップ信号を時限協調時間だけ遅らせることなく出力することにより、主保護である地絡回線選択継電装置の不使用時に片端電源の平衡２回線送電線の電源端付近で地絡事故が発生しても、整定変更操作することなくかつ高速に地絡事故を除去することができ、また、主保護である地絡回線選択継電装置の不使用時に片端電源の平衡２回線送電線の非電源端付近で地絡事故が発生しても、高速に地絡事故を除去することができる。
（２）高速に地絡事故を除去することができるので、地絡事故から短絡事故に進展することを未然に防止することができる。

上記の目的を、地絡方向継電装置が、瞬時要素整定値以上の零相電流が自回線の内部方向に流れたことを検出すると、自回線に設置された遮断器および隣回線に設置された他の遮断器が共に「入」状態であることを条件に、自回線に設置された遮断器を遮断するためのトリップ信号を時限協調時間だけ遅らせることなく出力することにより実現した。

以下、本発明の地絡保護継電システムの実施例について図面を参照して説明する。
本発明の一実施例による地絡保護継電システムは、後備保護として地絡方向継電装置（図１に示す第１および第２の電源端地絡方向継電装置２１₁，２１₂と第１および第２の非電源端地絡方向継電装置２２₁，２２₂）を瞬時要素に基づいても動作するようにして、自回線および隣回線の自端側の遮断器が共に「入」状態のときに地絡方向継電装置が瞬時要素に基づいて動作した場合には「自回線内事故が発生した」と判定して遮断器を遮断することを特徴とする。

そのため、第１の電源端地絡方向継電装置２１₁は、図２に示すように、瞬時要素リレー判定回路３１と第１および第２の論理積回路３２₁，３２₂とを更に有する点で図９に示した第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０と異なる第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０を備える。

瞬時要素リレー判定回路３１は、第１の零相変流器３₁から入力される第１の零相電流Ｉ₀₁と第１の接地形計器用変圧器５₁から入力される電源端零相電圧Ｖ_0Sとに基づいて第１の零相電流Ｉ₀₁の大きさおよび方向を監視し、瞬時要素整定値以上の第１の零相電流Ｉ₀₁が内部方向に流れると、第１の送電線１Ｌ（自回線）に地絡事故が発生したと判定してハイレベルの出力信号を出力する。

ここで、瞬時要素整定値は、たとえば以下のようにして設定される。
電源端母線に電力を供給する電源１（図１参照）の出力電流値が１００Ａであるとすると、第１の送電線１Ｌの非電源端で完全地絡事故（１００％地絡事故）が発生したときには第１の電源端地絡方向継電装置２１₁に入力される第１の零相電流Ｉ₀₁の電流値は５０Ａとなるので、第１の零相電流Ｉ₀₁の電流値が５０Ａ以上である場合には第１の送電線１Ｌ（自回線）内の地絡事故になり、一方、第１の零相電流Ｉ₀₁の電流値が５０Ａよりも小さい場合には第２の送電線２Ｌ（隣回線）または非電源端母線事故または不完全地絡事故になる。
また、第１の電源端地絡方向継電装置２１₁の保護区間（第１の送電線１Ｌの電源端から非電源端までの区間）のα％の地点で完全地絡事故が発生したときに第１の電源端地絡方向継電装置２１₁に入力される第１の零相電流Ｉ₀₁の電流値は（１）式で表されるため、たとえば第１の電源端地絡方向継電装置２１₁の保護区間の８５％の地点で完全地絡事故が発生したときに第１の電源端地絡方向継電装置２１₁に入力される第１の零相電流Ｉ₀₁の電流値は（２）式で示すように５７．５Ａとなる。
Ｉ₀₁＝１００Ａ×（２−α）／２ （１）
Ｉ₀₁＝１００Ａ×（２−０．８５）／２＝５７．５Ａ （２）
したがって、たとえば瞬時要素整定値を５７．５Ａとすることにより、第１の送電線１Ｌの電源端から第１の電源端地絡方向継電装置２１₁の保護区間の８５％までの地点で完全地絡事故が発生した場合に瞬時要素リレー判定回路３１からハイレベルの出力信号を出力して第１の遮断器４₁を高速遮断することができるようにする。

第１の論理積回路３２₁は、第１の遮断器４₁から入力される第１の接点信号Ｓ_CB1（第１の遮断器４₁が遮断されていない「入」状態ではハイレベルの信号）と第２の遮断器４₂から入力される第２の接点信号Ｓ_CB2（第２の遮断器４₂が遮断されていない「入」状態ではハイレベルの信号）との論理積をとる。
第２の論理積回路３２₂は、瞬時要素リレー判定回路３１の出力信号と第１の論理積回路３２₁の出力信号と第１のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1との論理積をとる。第２の論理積回路３２₂の出力信号は第２の遅延回路（タイマー）１３２₂に入力される。

第２の電源端地絡方向継電装置２１₂は、図３に示すように、瞬時要素リレー判定回路４１と第１および第２の論理積回路４２₁，４２₂とを更に有する点で図１０に示した第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１４０と異なる第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路４０を備える。

瞬時要素リレー判定回路４１は、第２の零相変流器３₂から入力される第２の零相電流Ｉ₀₂と第１の接地形計器用変圧器５₁から入力される電源端零相電圧Ｖ_0Sとに基づいて第２の零相電流Ｉ₀₂の大きさおよび方向を監視し、瞬時要素整定値以上の第２の零相電流Ｉ₀₂が内部方向に流れると、第２の送電線２Ｌ（自回線）に地絡事故が発生したと判定してハイレベルの出力信号を出力する。

ここで、瞬時要素リレー判定回路４１における瞬時要素整定値は、第２の送電線２Ｌの電源端から第２の電源端地絡方向継電装置２１₂の保護区間のたとえば８５％までの地点で地絡事故が発生した場合に瞬時要素リレー判定回路４１からハイレベルの出力信号を出力して第２の遮断器４₂を高速遮断することができるようにするために、上述した瞬時要素リレー判定回路３１における瞬時要素整定値と同じ５７．５Ａとする。

第１の論理積回路４２₁は、第１の遮断器４₁から入力される第１の接点信号Ｓ_CB1と第２の遮断器４₂から入力される第２の接点信号Ｓ_CB2との論理積をとる。
第２の論理積回路４２₂は、瞬時要素リレー判定回路４１の出力信号と第１の論理積回路４２₁の出力信号と第１のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1との論理積をとる。第２の論理積回路４２₂の出力信号は第２の遅延回路（タイマー）１４２₂に入力される。

第１の非電源端地絡方向継電装置２２₁は、図４に示すように、瞬時要素リレー判定回路５１と第１および第２の論理積回路５２₁，５２₂とを更に有する点で、図１１に示した第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０と異なる第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路５０を備える。

瞬時要素リレー判定回路５１は、第３の零相変流器３₃から入力される第３の零相電流Ｉ₀₃と第２の接地形計器用変圧器５₂から入力される非電源端零相電圧Ｖ_0Rとに基づいて第３の零相電流Ｉ₀₃の大きさおよび方向を監視し、瞬時要素整定値以上の第３の零相電流Ｉ₀₃が内部方向に流れると、第１の送電線１Ｌに地絡事故（自回線事故）が発生したと判定してハイレベルの出力信号を出力する。

ここで、瞬時要素リレー判定回路５１における瞬時要素整定値は、上述した瞬時要素リレー判定回路３１における瞬時要素整定値と同じ５７．５Ａとしてもよいが、第１の電源端地絡方向継電装置２１₁によって第１の遮断器４₁が高速遮断された場合に第３の遮断器４₃を高速遮断するためにリレー判定回路１５１における電流整定値（たとえば１５Ａ）よりも大きい値にすればよい。

第１の論理積回路５２₁は、第３の遮断器４₃から入力される第３の接点信号Ｓ_CB3（第３の遮断器４₃が遮断されていない「入」状態ではハイレベルの信号）と第４の遮断器４₄から入力される第４の接点信号Ｓ_CB4（第４の遮断器４₄が遮断されていない「入」状態ではハイレベルの信号）との論理積をとる。
第２の論理積回路５２₂は、瞬時要素リレー判定回路５１の出力信号と第１の論理積回路５２₁の出力信号と第２のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD2との論理積をとる。第２の論理積回路５２₂の出力信号は第２の遅延回路（タイマー）１５２₂に入力される。

第２の非電源端地絡方向継電装置２２₂は、図５に示すように、瞬時要素リレー判定回路６１と第１および第２の論理積回路６２₁，６２₂とを更に有する点で図１２に示した第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１６０と異なる第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路６０を備える。

瞬時要素リレー判定回路６１は、第４の零相変流器３₄から入力される第４の零相電流Ｉ₀₄と第２の接地形計器用変圧器５₂から入力される非電源端零相電圧Ｖ_0Rとに基づいて第４の零相電流Ｉ₀₄の大きさおよび方向を監視し、瞬時要素整定値以上の第４の零相電流Ｉ₀₄が内部方向に流れると、第２の送電線２Ｌに地絡事故（自回線事故）が発生したと判定してハイレベルの出力信号を出力する。

ここで、瞬時要素リレー判定回路６１における瞬時要素整定値は、上述した瞬時要素リレー判定回路３１における瞬時要素整定値と同じ５７．５Ａとしてもよいが、第２の電源端地絡方向継電装置２１₂によって第２の遮断器４₂が高速遮断された場合に第４の遮断器４₄を高速遮断するためにリレー判定回路１６１における電流整定値（たとえば１５Ａ）よりも大きい値にすればよい。

第１の論理積回路６２₁は、第３の遮断器４₃から入力される第３の接点信号Ｓ_CB3と第４の遮断器４₄から入力される第４の接点信号Ｓ_CB4との論理積をとる。
第２の論理積回路６２₂は、瞬時要素リレー判定回路６１の出力信号と第１の論理積回路６２₁の出力信号と第２のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD2との論理積をとる。第２の論理積回路６２₂の出力信号は第２の遅延回路（タイマー）１６２₂に入力される。

次に、主保護である電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時に図６（ａ）に示すように第１の送電線１Ｌの電源端付近において地絡事故が発生した場合の本実施例による地絡保護継電システムの動作について、図６（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。
なお、図６および図７では、電源端地絡回線選択継電装置１１１は「ＳＧ_S」と、第１の電源端地絡方向継電装置２１₁は「ＤＧ_S1」と、第２の電源端地絡方向継電装置２１₂は「ＤＧ_S2」と、非電源端地絡回線選択継電装置１１２は「ＳＧ_R」と、第１の非電源端地絡方向継電装置２２₁は「ＤＧ_R1」と、第２の非電源端地絡方向継電装置２２₂は「ＤＧ_R2」と表記している。

第１の送電線１Ｌの電源端側で地絡事故が発生すると、電源端零相電圧Ｖ_0Sおよび非電源端零相電圧Ｖ_0Rの大きさが電圧整定値以上になり、第１および第２のフェールセーフ用地絡過電圧継電装置はハイレベルの第１および第２のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1，Ｓ_FD2を出力する。

また、零相電流（地絡電流）のほとんどは第１の送電線１Ｌの電源端と事故地点との間に流れるため、瞬時要素整定値（５７．５Ａ）以上の第１の零相電流Ｉ₀₁が内部方向に流れるが、瞬時要素整定値以上の第２乃至第４の零相電流Ｉ₀₂〜Ｉ₀₄が内部方向に流れることはない。そのため、第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０の瞬時要素リレー判定回路３１（図２参照）の出力信号はロウレベルからハイレベルになるが、第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路４０の瞬時リレー判定回路４１（図３参照）の出力信号と第１および第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路５０，６０の瞬時リレー判定回路５１，６１（図４および図５参照）の出力信号とはロウレベルのままである。

さらに、第１および第２の遮断器４₁，４₂は共に「入」状態となっているため、第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０の第１の論理積回路３２₁（図２参照）の出力信号はハイレベルのままである。

その結果、第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０の第２の論理積回路３２₂からハイレベルの出力信号が第２の遅延回路１３２₂に出力されるため、図６（ｂ）に示すように、地絡事故が発生してから第１の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁（０．１ｓ）経過後に、第１の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG1が第１の電源端地絡方向継電装置２１₁から第１の遮断器４₁に出力されて、第１の遮断器４₁が遮断される。

第１の遮断器４₁が遮断されると、零相電流は第２の送電線２Ｌを経由して事故地点まで流れるため、瞬時要素整定値（５７．５Ａ）以上の第２および第３の零相電流Ｉ₀₂，Ｉ₀₃が内部方向に流れる。そのため、第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路４０のリレー判定回路４１（図３参照）の出力信号と第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路５０のリレー判定回路５１（図４参照）の出力信号とがロウレベルからハイレベルになる。

しかし、第１の遮断器４₁が遮断されると、第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路４０の第１の論理積回路４２₁（図２参照）の出力信号はハイレベルからロウレベルになるため、第２の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG2は第２の電源端地絡方向継電装置２１₂から第２の遮断器４₂に出力されない。

一方、第３および第４の遮断器４₃，４₄は共に「入」状態となっているため、第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路５０の第１の論理積回路５２₁（図３参照）の出力信号はハイレベルのままである。その結果、第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路５０の第２の論理積回路５２₂からハイレベルの出力信号が第２の遅延回路１５２₂に出力されるため、第１の遮断器４₁が遮断されてから第３の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₃（０．１ｓ）経過後に、第３の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG3が第１の非電源端地絡方向継電装置２２₁から第３の遮断器４₃に出力される。これにより、図６（ｃ）に示すように、地絡事故が発生してから第１の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁＋第３の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₃（＝０．１ｓ＋０．１ｓ＝０．２ｓ）経過後に、第３の遮断器４₃が遮断されて、地絡事故が除去される。

したがって、本実施例による地絡保護継電システムでは、主保護不使用時においても第１の送電線１Ｌの電源端付近で発生した地絡事故を整定変更操作することなくかつ高速に除去することができる。また、従来の地絡保護継電システムのように２回線遮断することもない。

次に、主保護である電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時に図７（ａ）に示すように第１の送電線１Ｌの非電源端付近において地絡事故が発生した場合の本実施例による地絡保護継電システムの動作について、図７（ｂ），（ｃ）を参照して説明する。

第１の送電線１Ｌの非電源端付近で地絡事故が発生すると、零相電流（地絡電流）は第１および第２の送電線１Ｌ，２Ｌに流れるため、第１乃至第４の零相電流Ｉ₀₁〜Ｉ₀₄は瞬時要素整定値（５７．５Ａ）よりも小さくなる。
したがって、図１４を参照して説明した従来の地絡保護継電システムと同様にして、図７（ｂ）に示すように、地絡事故が発生してから第１の非電源端地絡方向継電装置２２₁の動作時限である０．５ｓ経過後に、第３の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG3が第１の非電源端地絡方向継電装置２２₁から第３の遮断器４₃に出力されて、第３の遮断器４₃が遮断される。

第３の遮断器４₃が遮断されると、零相電流は第１の送電線１Ｌを経由して事故地点まで流れるため、瞬時要素整定値（５７．５Ａ）以上の第１の零相電流Ｉ₀₁が内部方向に流れる。そのため、第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０のリレー判定回路３１（図２参照）の出力信号はロウレベルからハイレベルになる。

このとき、第１および第２のフェールセーフ用地絡過電圧継電装置はハイレベルの第１および第２のＦＤリレー出力信号Ｓ_FD1，Ｓ_FD2を出力している。また、第１および第２の遮断器４₁，４₂は共に「入」状態となっているため、第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０の第１の論理積回路３２₁（図２参照）の出力信号はハイレベルのままである。

その結果、第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０の第２の論理積回路３２₂からハイレベルの出力信号が第２の遅延回路１３２₂に出力されるため、第１の地絡方向継電装置トリップ信号Ｔ_DG1が、第３の遮断器４₃が遮断されてから第１の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁（０．１ｓ）経過後に第１の遮断器４₁に出力される。これにより、図７（ｃ）に示すように、地絡事故が発生してから第１の非電源端地絡方向継電装置２２₁の動作時限＋第１の零相自由振動誤動作防止時間ＧＴ１₁（＝０．５ｓ＋０．１ｓ＝０．６ｓ）経過後に、第１の遮断器４₁が遮断されて、地絡事故が除去される。

したがって、従来の地絡保護継電システムでは第１の遮断器４₁が遮断されるまでに０．９ｓかかっていたが（図１４参照）、本実施例による地絡保護継電システムでは、第１の遮断器４₁を遮断するまでに０．６ｓしかかからないため、主保護不使用時においても第１の送電線１Ｌの非電源端付近で発生した地絡事故を高速に除去することができる。

以上の説明では、第１および第２の電源端地絡方向継電装置２１₁，２１₂と電源端地絡過電流継電装置１１１とを個々に構成したが、一体に構成してもよい。第１および第２の非電源端地絡方向継電装置２２₁，２２₂と非電源端地絡過電流継電装置１１２とについても同様である。

本発明の一実施例による地絡保護継電システムの構成を示す図である。 図１に示した第１の電源端地絡方向継電装置２１₁が備える第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路３０の構成を示すブロック図である。 図１に示した第２の電源端地絡方向継電装置２１₂が備える第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路４０の構成を示すブロック図である。 図１に示した第１の非電源端地絡方向継電装置２２₁が備える第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路５０の構成を示すブロック図である。 図１に示した第２の非電源端地絡方向継電装置２２₂が備える第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路６０の構成を示すブロック図である。 主保護として使用されている電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時に第１の送電線１Ｌの電源端付近において地絡事故が発生した場合の図１に示した地絡保護継電システムの動作を説明するための図である。 主保護として使用されている電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時に第１の送電線１Ｌの非電源端付近において地絡事故が発生した場合の図１に示した地絡保護継電システムの動作を説明するための図である。 主保護として地絡回線選択継電装置を使用するとともに後備保護として地絡方向継電装置を使用した従来の地絡保護継電システムの構成を示す図である。 図８に示した第１の電源端地絡方向継電装置１２１₁が備える第１の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１３０の構成を示すブロック図である。 図８に示した第２の電源端地絡方向継電装置１２１₂が備える第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１４０の構成を示すブロック図である。 図８に示した第１の非電源端地絡方向継電装置１２２₁が備える第１の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１５０の構成を示すブロック図である。 図８に示した第２の非電源端地絡方向継電装置１２２₂が備える第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路１６０の構成を示すブロック図である。 主保護として使用されている電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時に第１の送電線１Ｌの電源端付近において地絡事故が発生した場合の図８に示した地絡保護継電システムにおける問題を説明するための図である。 主保護として使用されている電源端地絡回線選択継電装置１１１および非電源端地絡回線選択継電装置１１２の不使用時に第１の送電線１Ｌの非電源端付近において地絡事故が発生した場合の図８に示した地絡保護継電システムにおける問題を説明するための図である。

符号の説明

１ 電源
３₁〜３₄ 第１乃至第４の零相変流器
４₁〜４₄ 第１乃至第４の遮断器
５₁，５₂ 第１および第２の接地形計器用変圧器
２１₁，２１₂ 第１および第２の電源端地絡方向継電装置
２２₁，２２₂ 第１および第２の非電源端地絡方向継電装置
３０，４０ 第１および第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路
３１，４１，５１，６１ 瞬時要素リレー判定回路
３２₁，３２₂，４２₁，４２₂，５２₁，５２₂₂，６２₁，６２₂ 第１および第２の論理積回路
５０，６０ 第１および第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路
１１１ 電源端地絡回線選択継電装置
１１２ 非電源端地絡回線選択継電装置
１２１₁，１２１₂ 第１および第２の電源端地絡方向継電装置
１２２₁，１２２₂ 第１および第２の非電源端地絡方向継電装置
１３０，１４０ 第１および第２の電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路
１３１，１４１，１５１，１６１ リレー判定回路
１３２₁〜１３２₃，１４２₁〜１４２₃，１５２₁〜１５２₃，１６２₁〜１６２₃ 第１乃至第３の遅延回路
１３３，１４３，１５３，１６３ 論理積回路
１３４，１４４，１５４，１６４ 論理和回路
１５０，１６０ 第１および第２の非電源端地絡方向継電装置トリップ信号発生回路
１Ｌ，２Ｌ 第１および第２の送電線
Ｉ₀₁〜Ｉ₀₄ 第１乃至第４の零相電流
Ｖ_0S 電源端零相電圧
Ｖ_OR 非電源端零相電圧
Ｓ_FD1，Ｓ_FD2 第１および第２のＦＤリレー出力信号
Ｓ_CB1〜Ｓ_CB4 第１乃至第４の接点信号
ＶＴ１₁〜ＶＴ１₄ 第１乃至第４の時限協調時間
ＧＴ１₁〜ＧＴ１₄ 第１乃至第４の零相自由振動誤動作防止時間
ＶＴ２₁〜ＶＴ２₄ 第１乃至第４のＯＶＧ遮断時間
Ｔ_DG1〜Ｔ_DG4 第１乃至第４の地絡方向継電装置トリップ信号

Claims (5)

1. 片端電源の平衡２回線送電線を地絡事故から保護するための地絡保護継電システムであって、
   前記平衡２回線送電線に設置された、かつ、該平衡２回線送電線に設置された地絡回線選択継電装置の後備保護として使用される地絡方向継電装置を具備し、
   前記地絡方向継電装置が、瞬時要素整定値以上の零相電流が自回線の内部方向に流れたことを検出すると、自回線に設置された遮断器および隣回線に設置された他の遮断器が共に「入」状態であることを条件に、該自回線に設置された遮断器を遮断するためのトリップ信号を時限協調時間だけ遅らせることなく出力する、
   ことを特徴とする、地絡保護継電システム。
2. 前記地絡方向継電装置が、前記平衡２回線送電線の第１および第２の送電線（１Ｌ，２Ｌ）の電源端側にそれぞれ設置された、かつ、該平衡２回線送電線の電源端側に設置された電源端地絡回線選択継電装置（１１１）の後備保護として使用される第１および第２の電源端地絡方向継電装置（２１₁，２１₂）を含み、
   前記第１の電源端地絡方向継電装置が、瞬時要素整定値以上の第１の零相電流（Ｉ₀₁）が前記第１の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第１および第２の送電線の電源端側にそれぞれ設置された第１および第２の遮断器（４₁，４₂）が共に「入」状態であることを条件に、該第１の遮断器を遮断するための第１の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG1）を第１の時限協調時間（ＶＴ１₁）だけ遅らせることなく出力し、
   前記第２の電源端地絡方向継電装置が、前記瞬時要素整定値以上の第２の零相電流（Ｉ₀₂）が前記第２の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第１および第２の遮断器が共に「入」状態であることを条件に、該第２の遮断器を遮断するための第２の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG2）を第２の時限協調時間（ＶＴ１₂）だけ遅らせることなく出力する、
   ことを特徴とする、請求項１記載の地絡保護継電システム。
3. 前記瞬時要素整定値が、前記第１および第２の電源端地絡方向継電装置の保護区間のα％の地点で完全地絡事故が発生した場合に自回線の内部方向に流れる第１および第２の零相電流の値とされることを特徴とする、請求項２記載の地絡保護継電システム。
4. 前記地絡方向継電装置が、前記第１および第２の送電線の非電源端側にそれぞれ設置された、かつ、該平衡２回線送電線の非電源端側に設置された非電源端地絡回線選択継電装置（１１２）の後備保護として使用される第１および第２の非電源端地絡方向継電装置（２２₁，２２₂）を含み、
   前記第１の非電源端地絡方向継電装置が、他の瞬時要素整定値以上の第３の零相電流（Ｉ₀₃）が前記第１の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第１および第２の送電線の非電源端側にそれぞれ設置された第３および第４の遮断器（４₃，４₄）が共に「入」状態であることを条件に、該第３の遮断器を遮断するための第３の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG3）を第３の時限協調時間（ＶＴ１₃）だけ遅らせることなく出力し、
   前記第２の電源端地絡方向継電装置が、前記他の瞬時要素整定値以上の第４の零相電流（Ｉ₀₄）が前記第２の送電線の内部方向に流れたことを検出すると、前記第３および第４の遮断器が共に「入」状態であることを条件に、該第４の遮断器を遮断するための第４の地絡方向継電装置トリップ信号（Ｔ_DG4）を第４の時限協調時間（ＶＴ１₄）だけ遅らせることなく出力する、
   ことを特徴とする、請求項２または３記載の地絡保護継電システム。
5. 前記他の瞬時要素整定値が、前記第１および第２の非電源端地絡方向継電装置が前記第３および第４の時限協調時間だけ遅らせて前記第３および第４の地絡方向継電装置トリップ信号を出力する際に自回線に発生した地絡事故を検出するのに用いる電流整定値よりも大きい値とされることを特徴とする、請求項４記載の地絡保護継電システム。