JP2013255355A - Digital protection relay device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力系統を保護する目的で設置されるディジタル保護リレー装置に関するものである。 The present invention relates to a digital protection relay device installed for the purpose of protecting a power system.
通常、電力系統には、落雷等の事故が発生した場合に、遮断器を開放して事故区間を系統から切り離すための保護リレー装置が設けられる。保護リレー装置は、送電線の電圧・電流を入力として事故発生を検出し、事故発生時には遮断器に対して遮断指令（トリップ指令）を出力するように構成される。 Usually, in an electric power system, when an accident such as a lightning strike occurs, a protective relay device is provided to open the circuit breaker and disconnect the accident section from the system. The protection relay device is configured to detect the occurrence of an accident by using the voltage / current of the transmission line as an input, and to output a break command (trip command) to the circuit breaker when the accident occurs.
特開２００５−６４０７号公報（特許文献１）には、事故検出処理をディジタル演算で行なうディジタル保護リレー装置の一例が記載される。特許文献１に記載されたディジタル保護リレー装置では、電力系統の状態量である各アナログ信号を２チャンネルずつ入力し、サンプリング周期内でこれらの信号をマルチプレクサにより切換えながら順にサンプリングする。そして、サンプリングされたデータ変化量がしきい値（通常の交流波形としての予測値）を超えれば異常データとみなし、１周期前のサンプリングデータに置き換えるように、サンプリングデータを補正することが記載される。 Japanese Patent Laying-Open No. 2005-6407 (Patent Document 1) describes an example of a digital protection relay device that performs accident detection processing by digital calculation. In the digital protection relay device described in Patent Document 1, each analog signal, which is a state quantity of the power system, is input by two channels, and these signals are sampled sequentially while being switched by a multiplexer within a sampling period. Then, if the sampled data change amount exceeds a threshold value (predicted value as a normal AC waveform), it is regarded as abnormal data, and the sampling data is corrected so as to be replaced with the sampling data of one cycle before. The
特許文献１にも記載されるように、ディジタル保護リレー装置には、不要な遮断器トリップを引起すことがないように、事故を誤検出しないことが求められている。特許文献１では、異常データの排除機能によって、瞬間的なデータ異常に起因した不要な遮断器トリップ（誤動作）を回避することが期待できる。 As described in Patent Document 1, a digital protection relay device is required not to erroneously detect an accident so as not to cause an unnecessary circuit breaker trip. In Patent Document 1, it can be expected to avoid an unnecessary circuit breaker trip (malfunction) caused by an instantaneous data abnormality by the abnormal data elimination function.
一方、実際に系統事故が発生しても、数ｍｓ程度の短時間しか継続しない事故、たとえば鳥獣や樹木の接触による瞬間的な短絡に対して、遮断器トリップを発生させるべきではない。このような短時間事故では、ディジタル保護リレー装置がトリップ指令を発生することにより、事故発生後に短時間で電力系統が正常状態に戻ったにもかかわらず、不要な遮断器トリップによって停電が引起される虞がある。 On the other hand, even if a system fault actually occurs, a circuit breaker trip should not be generated for an accident that lasts for only a few ms or so, such as an instantaneous short circuit caused by contact with birds or beasts or trees. In such a short-time accident, the digital protection relay device generates a trip command, which causes a power failure due to an unnecessary breaker trip even though the power system returns to normal after a short time. There is a risk.
特許文献１に記載されたディジタル保護リレー装置は、異常データを破棄して事故検出を実行することができるものの、発生した事故が短時間のものであるか否かを判断する機能を有するものではない。 Although the digital protection relay device described in Patent Literature 1 can discard abnormal data and execute an accident detection, it does not have a function of determining whether an accident that has occurred is a short-time one. Absent.
また、特許文献１による瞬間的なデータ異常の排除機能によれば、事故態様によっては、短時間事故に対してトリップ指令を発生しないように対処できる可能性がある。しかしながら、特許文献１のディジタル保護リレー装置では、アナログ信号を２チャンネルずつ入力してマルチプレクサにより切換を行なうため、通常のディジタル保護リレー装置と比較してマルチプレクサを追加配置することが必要となる。すなわち、特許文献１によるディジタル保護リレー装置では、ハードウェア要素の追加によるコスト上昇、および、短時間事故への対処の確実性の点で問題が残る。 Further, according to the instantaneous data abnormality elimination function disclosed in Patent Document 1, depending on the accident mode, there is a possibility that a trip command can be dealt with for a short-time accident. However, in the digital protection relay device of Patent Document 1, an analog signal is input two channels at a time and switching is performed by a multiplexer. Therefore, it is necessary to additionally arrange a multiplexer as compared with a normal digital protection relay device. That is, the digital protection relay device according to Patent Document 1 still has problems in terms of cost increase due to the addition of hardware elements and certainty in handling a short-time accident.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであって、この発明の目的は、短時間の系統事故に対して不要な遮断器トリップの発生を回避可能な保護リレー装置を簡易な構成で実現することである。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a protection relay device that can avoid occurrence of an unnecessary circuit breaker trip for a short-time system fault. This is achieved with a simple configuration.
この発明に係る保護リレー装置は、アナログ／ディジタル変換器と、ディジタルフィルタと、第１の検出手段と、第２の検出手段とを含む。アナログ／ディジタル変換器は、所定周波数の電力を伝達するための送電線に設けられた変流器からの入力に基づくアナログ信号をディジタル信号に変換するように構成される。ディジタルフィルタは、ディジタル信号によって示される交流電流から所定周波数の成分を抽出するように構成される。第１の検出手段は、ディジタルフィルタから出力されたディジタル信号によって示される電流の大きさに基づいて電力系統の事故発生を検出するとともに、事故検出時に送電線に設けられた遮断器のトリップ指令を発生する。第２の検出手段は、ディジタルフィルタをバイパスしたディジタル信号に基づいて電力系統の事故発生を検出するとともに、当該事故発生時における事故継続時間が所定の閾値よりも短い場合には、第１の検出手段によるトリップ指令の発生を一時的に禁止する。 The protection relay device according to the present invention includes an analog / digital converter, a digital filter, first detection means, and second detection means. The analog / digital converter is configured to convert an analog signal based on an input from a current transformer provided in a power transmission line for transmitting power of a predetermined frequency into a digital signal. The digital filter is configured to extract a component having a predetermined frequency from the alternating current indicated by the digital signal. The first detection means detects the occurrence of an accident in the power system based on the magnitude of the current indicated by the digital signal output from the digital filter, and issues a trip command for a circuit breaker provided in the transmission line when the accident is detected. Occur. The second detection means detects the occurrence of an accident in the power system based on the digital signal bypassing the digital filter, and the first detection is performed when the accident duration at the occurrence of the accident is shorter than a predetermined threshold. Temporarily prohibit the generation of trip commands by means.
本発明によれば、ハードウェア要素を追加することなく、短時間の系統事故に対して不要な遮断器トリップの発生を回避可能な保護リレー装置を簡易な構成で実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the protection relay apparatus which can avoid generation | occurrence | production of a circuit breaker unnecessary with respect to a short-time system fault can be implement | achieved by simple structure, without adding a hardware element.
以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお以下では、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は原則的に繰返さないものとする。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In the following, the same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated in principle.
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態によるディジタル保護リレー装置が適用される電力系統の構成を説明する概略ブロック図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic block diagram illustrating the configuration of a power system to which a digital protection relay device according to an embodiment of the present invention is applied.
図１を参照して、送電線２０は、系統周波数（たとえば、５０Ｈｚないし６０Ｈｚ）の交流電力を供給する。図１には、送電線２０は、単相の交流電力ないし三相のうちの一相の交流電力を供給する。
Referring to FIG. 1,
送電線２０には、遮断器５０が介挿接続される。遮断器５０は、ディジタル保護リレー装置１００から出力されたトリップ指令ＴＰに応答して作動する。遮断器５０のトリップによって、送電線２０の電路が遮断される。
A
ディジタル保護リレー装置１００は、計器用変圧器３０からの電圧Ｖ１と、変流器４０からの電流Ｉｓを入力として、送電線２０における事故発生を検出する。代表的には、ディジタル保護リレー装置１００は、送電線２０での過電流発生に応じて、電力系統の事故発生を検出して、遮断器５０へのトリップ指令ＴＰを出力する。
The digital
トリップ指令ＴＰに応じて遮断器５０がトリップすることにより、保護対象設備は、事故点を含む電路から電気的に切り離される。また、図１には１個の遮断器しか例示されていないが、実際の電力系統には複数の遮断器が適宜配置されている。したがって、事故点の両端に位置する遮断器を開放することによって、事故点を電力系統から切り離すことが可能となる。これにより、機器損傷の防止ないし軽減、電力系統の安定運転の維持および、公衆安全の確保を図ることができる。 When the circuit breaker 50 trips according to the trip command TP, the protection target equipment is electrically disconnected from the electric circuit including the accident point. Although only one circuit breaker is illustrated in FIG. 1, a plurality of circuit breakers are appropriately arranged in an actual power system. Therefore, it is possible to disconnect the accident point from the power system by opening the circuit breakers located at both ends of the accident point. Thereby, prevention or reduction of equipment damage, maintenance of stable operation of the electric power system, and ensuring of public safety can be achieved.
一方で、鳥獣や樹木の接触等による瞬間的な短絡事故の発生後、短時間（たとえば、数ｍｓ程度）で自然に正常状態に復帰した場合、すなわち短時間事故の発生時には、遮断器５０をトリップさせることは妥当ではない。一旦遮断器５０がトリップすると復帰に時間を要するため、電力系統が正常であるのに電路が遮断された状態となって、不要な停電が発生することが懸念されるからである。
On the other hand, after the occurrence of an instantaneous short circuit accident due to contact with birds or beasts or trees, the
したがって、本発明の実施の形態１では、通常の事故検出機能に加えて、短時間事故を峻別してトリップ指令を発生しないようにする機能を有したディジタル保護リレー装置の構成について説明する。 Therefore, in the first embodiment of the present invention, a configuration of a digital protection relay device having a function of distinguishing short-time accidents so as not to generate a trip command in addition to a normal accident detection function will be described.
図２は、本発明の実施の形態１によるディジタル保護リレー装置１００の構成を説明するための機能ブロック図である。
FIG. 2 is a functional block diagram for explaining the configuration of the digital
図２を参照して、ディジタル保護リレー装置１００は、電流電圧変換器１１０と、アナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）１３０と、ディジタルフィルタ１４０と、演算処理部１５０とを含む。演算処理部１５０は、事故検出部１６０と、短時間事故検出部１７０とを有する。ディジタルフィルタ１４０および演算処理部１５０は、ディジタル信号に対して演算処理を実行するプロセッサによって実現される機能を示す機能ブロックである。
Referring to FIG. 2, digital
電流電圧変換器１１０には、送電線２０の電流Ｉｐを一次電流とする変流器４０の二次電流Ｉｓが入力される。二次電流Ｉｓは、変流器４０の変流比ｋ（ｋ＞１）に応じて、Ｉｐが（１／ｋ）倍された電流である。以下では、二次電流Ｉｓを「入力電流」とも称する。一次電流Ｉｐおよび二次電流Ｉｓは、系統周波数を基本周波数とする交流電流である。
The current-
電流電圧変換器１１０は、入力電流Ｉｓに応じたアナログ電圧ＶＡを発生する。アナログ電圧ＶＡは、系統周波数を基本周波数とする交流電圧を示すアナログ信号である。
The current-
アナログフィルタ１２０は、アナログ電圧ＶＡに含まれる高周波成分を除去するための周波数特性を有するように構成される。アナログフィルタ１２０を通過したアナログ電圧ＶＡｆは、Ａ／Ｄ変換器１３０に入力される。
The
Ａ／Ｄ変換器１３０は、アナログ電圧ＶＡｆを所定のサンプリング周期に従ってサンプリングすることによって、ディジタル信号ＶＤ１に変換する。サンプリング周期は、系統周波数の逆数に相当する、系統電力の１サイクル（電気角３６０°）を複数に分割するように定められる。たとえば、Ａ／Ｄ変換器１３０は、アナログ電圧ＶＡｆを電気角３０度毎にサンプリングすることによって、ディジタル信号ＶＤ１を生成する。
The A /
ディジタル信号ＶＤ１によって、送電線２０を流れる電流Ｉｐに応じた周波数および振幅を有し、かつ、アナログフィルタ１２０によって高周波成分を除去された交流信号が示されることが理解される。したがって、当該交流信号の大きさ（実効値または振幅等）に基づいて、短絡等の事故による送電線２０での過電流の発生を検知することができる。
It is understood that the digital signal VD1 represents an AC signal having a frequency and amplitude corresponding to the current Ip flowing through the
一方で、アナログフィルタ１２０によっては、系統周波数の整数倍の周波数成分（ｎ次高調波成分）を効果的に除去することが困難である。したがって、ｎ次高調波成分によって事故を誤検出しないように、ディジタルフィルタ１４０がさらに設けられる。
On the other hand, depending on the
ディジタルフィルタ１４０は、Ａ／Ｄ変換器１３０から出力されたディジタル信号ＶＤ１に対して、高調波成分を除去するための信号処理を実行するように構成される。この結果、ディジタルフィルタ１４０から出力されたディジタル信号ＶＤｆは、送電線２０の電流Ｉｐから基本周波数（系統周波数）の成分を抽出した交流信号となっている。
The
事故検出部１６０は、ディジタルフィルタを通過したディジタル信号ＶＤｆに基づいて、送電線２０の事故発生を検出するとともに、事故発生を検出した場合には、遮断器５０に対してトリップ指令ＴＰを発生するように構成される。
The
図３には、事故検出部１６０による通常の事故検出の手法が概念的に示される。
図３を参照して、入力電流Ｉｓは、送電線２０の電流Ｉｐに比例した、所定の基本周波数を有する交流電流である。図３では、入力電流Ｉｓは、基本波成分のみの理想的な交流電流として表記されている。
FIG. 3 conceptually shows a normal accident detection method by the
Referring to FIG. 3, input current Is is an alternating current having a predetermined fundamental frequency that is proportional to current Ip of
事故検出部１６０では、ディジタル信号ＶＤｆに基づいて、入力電流Ｉｓの大きさを示す電流実効値Ｉｅが算出される。上述のように、ディジタル信号ＶＤｆは、アナログフィルタ１２０およびディジタルフィルタ１４０によるフィルタ処理後の信号であるので、図３に示した基本波成分のみの電流を示すものである。
The
事故検出部１６０は、電流実効値Ｉｅが所定の閾値Ｉｔよりも大きくなることに応答して、送電線２０での事故発生を検出するとともに、遮断器５０へのトリップ指令ＴＰをオンする。
In response to the fact that the current effective value Ie is greater than the predetermined threshold It, the
実際に事故が発生して入力電流Ｉｓが大きくなってから、トリップ指令ＴＰがオンされるまでには、一定の遅れ時間Ｔｄが存在する。遅れ時間Ｔｄは、アナログフィルタ１２０およびディジタルフィルタ１４０によるフィルタ処理時間、Ａ／Ｄ変換の所要時間、および、判定処理等の演算時間を含むものである。事故発生からトリップ指令ＴＰをオンするまでの所要時間は仕様により決定されており、その値は一般的に３０〜５０（ｍｓ）程度である。したがって、当該仕様を満たすように、Ａ／Ｄ変換器１３０や、ディジタルフィルタ１４０および演算処理部１５０を構成するプロセッサ等が設計される。
There is a certain delay time Td from when the accident actually occurs until the input current Is increases until the trip command TP is turned on. The delay time Td includes the filter processing time by the
このように、事故検出部１６０は、フィルタ処理された入力電流Ｉｓの大きさに基づいて、過電流が生じた期間の長さを考慮することなく、電力系統の事故発生を検出する。したがって、ごく短時間であっても、閾値を超えた過電流が検出されると、遮断器５０のトリップ指令ＴＰが出力されてしまう。
As described above, the
再び図２を参照して、短時間事故検出部１７０は、短時間事故を峻別するために、過電流の継続時間（すなわち、事故継続時間）が所定時間よりも短いか否かを判定する機能を有する。具体的には、短時間事故検出部１７０は、Ａ／Ｄ変換器１３０から出力されたディジタル信号ＶＤ１に基づいて、所定時間よりも短い時間内で収まった過電流の発生、すなわち、短時間事故の発生を検出する。そして、短時間事故検出部１７０は、短時間事故の発生を検出したときには、遮断器５０のトリップ指令ＴＰの発生を一時的に禁止するための禁止フラグＲＬをオンする。事故検出部１６０は、禁止フラグＲＬのオン期間中には、強制的にトリップ指令ＴＰをオフに維持する。
Referring to FIG. 2 again, the short-time
図４は、短時間事故の発生時におけるディジタル保護リレー装置１００の動作波形図である。
FIG. 4 is an operation waveform diagram of the digital
図４を参照して、送電線２０の電流Ｉｐに比例した二次電流Ｉｓに、電力系統での短時間事故の発生により、時刻ｔ１からＴｓの間、過電流が発生したものとする。
Referring to FIG. 4, it is assumed that an overcurrent has occurred in secondary power Is that is proportional to current Ip of
ディジタル信号ＶＤ１は、入力電流Ｉｓが電流電圧変換されたアナログ電圧ＶＡがアナログフィルタ１２０を通過した後、Ａ／Ｄ変換されることによって得られる。図４には、表記の都合上、ディジタル信号ＶＤ１およびディジタル信号ＶＤｆとして、サンプリングされる前の交流信号のアナログ波形が記載されている。なお、入力電流Ｉｓとディジタル信号ＶＤ１との間には、Ａ／Ｄ変換等による時間遅れが生じる。
The digital signal VD1 is obtained by A / D conversion after the analog voltage VA obtained by current-voltage conversion of the input current Is passes through the
事故検出部１６０に入力されるディジタル信号ＶＤｆは、ディジタルフィルタ１４０を通過することにより、短時間事故検出部１７０に入力されるディジタル信号ＶＤ１よりフィルタ処理時間Ｔｆ遅れる。
When the digital signal VDf input to the
短時間事故検出部１７０は、ディジタル信号ＶＤ１の推移に基づいて、ディジタル信号ＶＤ１の同一位相間での偏差ＶＤＳを算出する。偏差ＶＤＳは、現在のＶＤ１と、基準値ＶＤ♯との差の絶対値で示される（ＶＤＳ＝｜ＶＤ１−ＶＤ♯｜）。たとえば、ｍ（ｍ：自然数）サイクル（すなわち、電気角３６０°×ｍ）前のＶＤ１の値を記憶したものが、基準値ＶＤ♯とされる。基本的には、ｍ＝１である。このように、ＶＤＳは、同一位相におけるサイクル間での電流Ｉｐの差に応じた値である。
The short-time
基準値ＶＤ♯は、系統電力の１サイクル当たりのサンプリング回数に応じた個数分準備される。たとえば、サンプリング周期が電気角３０°に相当する場合には、１２個分の基準値ＶＤ♯が準備され、ディジタル信号ＶＤ１がサンプリングされる毎に、ＶＤ♯は１個ずつ逐次更新される。すなわち、基準値ＶＤ♯は、ＶＤ１の今回のサンプリング値に更新される。 The reference value VD # is prepared by the number corresponding to the number of samplings per cycle of the system power. For example, when the sampling period corresponds to an electrical angle of 30 °, twelve reference values VD # are prepared, and VD # is sequentially updated one by one each time the digital signal VD1 is sampled. That is, reference value VD # is updated to the current sampling value of VD1.
なお、三角関数の性質より、基準値ＶＤ♯を１／２サイクル（電気角１８０°）前のＶＤ１の値として、ＶＤＳ＝｜ＶＤ１＋ＶＤ♯｜としても、同一位相間での偏差ＶＤＳを算出することが可能である。この場合にも、基準値ＶＤ♯は、ディジタル信号ＶＤ１がサンプリングされる毎に、適宜更新される。
Due to the nature of the trigonometric function, the deviation VDS between the same phases can be calculated even when the reference value VD # is the value of VD1 before 1/2 cycle (
ただし、過電流の検出時、すなわち、ＶＤＳ＞Ｖｔｈの期間では、基準値ＶＤ♯の更新を停止することにより、過電流時の値を偏差ＶＤＳを求めるための基準値から排除することが好ましい。このようにすると、短時間事故から復帰した、次サイクルでの電流Ｉｐに応じた入力電流Ｉｓについては、正常時の電流との比較によって、事故発生の有無を正確に判定することが可能となる。 However, when overcurrent is detected, that is, in a period of VDS> Vth, it is preferable to exclude the value at the time of overcurrent from the reference value for obtaining the deviation VDS by stopping the update of the reference value VD #. In this way, with respect to the input current Is corresponding to the current Ip in the next cycle that has recovered from the accident for a short time, it is possible to accurately determine whether or not the accident has occurred by comparing with the current at the normal time. .
短時間事故検出部１７０は、時刻ｔ２において、偏差ＶＤＳが閾値Ｖｔｈを超えるのに応答して、事故発生を検出する。さらに、ＶＤＳ＞Ｖｔｈの継続時間を過電流の継続時間（すなわち、事故継続時間）とみなして、当該事故継続時間が所定時間Ｔｊよりも短いか否かが判定される。図４では、時刻ｔ２およびｔ３の時間差が事故継続時間に相当し、事故継続時間はＴｊよりも短い。
The short-time
短時間事故検出部１７０は、事故発生を検出した時刻ｔ２から所定時間Ｔｊが経過するまでに過電流が収まると（すなわち、ＶＤＳ＜Ｖｔｈに復帰すると）、時刻ｔ１から所定期間Ｔｈが経過するまでの間、禁止フラグＲＬをオンする。
The short-time
一方、事故検出部１６０は、ディジタル信号ＶＤｆに基づいて、時刻ｔ２よりもＴｆ遅れて、過電流の発生、すなわち、電力系統の事故発生を検出することができる。実際には、図中に点線で示すように、実際に過電流が発生した時刻ｔ１から遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔｘにおいて、トリップ指令ＴＰを発生することが可能となる。
On the other hand, the
短時間事故検出部１７０が短時間事故を検出した場合には、時刻ｔｘにおいて禁止フラグＲＬがオンされているため、事故検出部１６０は、ディジタル信号ＶＤｆに基づいて過電流が検出されても、トリップ指令ＴＰをオンすることなく、オフに維持する。
When the short-time
これにより、短時間事故の発生時には、遮断器５０のトリップを回避することによって、無用の停電が発生することを防止できる。禁止フラグＲＬの所定期間Ｔｈは、時刻ｔ１から遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔｘにおいてＲＬがオンされるように定めることが必要である。一方で、Ｔｈが長過ぎると、短時間事故に後続して本来の系統事故が発生した場合に、トリップ指令ＴＰの出力が遅くなる虞がある。たとえば、所定期間Ｔｈについては、系統電力の２サイクルよりも短くなるように、１〜１．５サイクル程度の期間とすることが好ましい。
Thereby, at the time of the occurrence of a short-time accident, it is possible to prevent an unnecessary power failure from occurring by avoiding tripping of the
なお、禁止フラグＲＬのオンを維持している間に新たな短時間事故が検出された場合には、禁止フラグＲＬのオン期間が延長される。すなわち、短時間事故が連続して発生した場合には、最後に短時間事故が検出されてからＴｈの間、禁止フラグＲＬがオンされる。 When a new short-time accident is detected while the prohibition flag RL is on, the on period of the prohibition flag RL is extended. That is, when short-time accidents occur continuously, the prohibition flag RL is turned on for Th after the last short-time accident is detected.
図４より、短時間事故検出部１７０がディジタルフィルタ１４０をバイパスしたディジタル信号ＶＤ１に基づいて短時間事故を検出することにより、事故検出部１６０によるトリップ指令ＴＰの発生を適切に回避するための時間的余裕を確保できることが理解される。
From FIG. 4, the time for the short-time
一方で、図５には、遮断器をトリップすべき事故（通常事故）の発生時における短時間事故検出部１７０の動作例が示される。
On the other hand, FIG. 5 shows an operation example of the short-time
図５を参照して、送電線２０の電流Ｉｐに比例した二次電流Ｉｓに、電力系統での事故の発生により、時刻ｔ１から所定時間Ｔｊを超えて過電流が発生する。時刻ｔ２において、短時間事故検出部１７０は、ディジタル信号ＶＤ１の推移に基づいて、偏差ＶＤＳが閾値Ｖｔｈを超えたことに応答して、事故発生を検出する。短時間事故検出部１７０は、事故発生を検出した時刻ｔ２から所定時間Ｔｊが経過した時刻ｔ３においても、ＶＤＳ＞Ｖｔｈが継続しているため、事故継続時間が所定時間Ｔｊよりも長いと判定する。このとき、短時間事故検出部１７０は、発生した事故は短時間事故ではないと判断して、禁止フラグＲＬをオフに維持する。
Referring to FIG. 5, an overcurrent is generated in secondary power Is that is proportional to current Ip of
上述のように、事故検出部１６０は、時刻ｔ１から遅れ時間Ｔｄが経過した時刻ｔｘにおいて、ディジタル信号ＶＤｆに基づいて電力系統の事故発生を検出することができる。時刻ｔ３において、図４の場合とは異なり禁止フラグＲＬがオフであるため、事故検出部１６０は、遮断器５０に対してトリップ指令ＴＰを出力する。これにより、所定時間Ｔｊを超えた系統事故に対しては、遮断器５０を正常にトリップできることが理解される。
As described above, the
さらに、短時間事故検出部１７０の機能は、Ａ／Ｄ変換器１３０の出力信号（ディジタル信号ＶＤ１）に対する演算処理、すなわち、プロセッサによるソフトウェア処理によって実現できるので、マルチプレクサの配置を要する特許文献１のように、ハードウェア要素を追加する必要がない。
Furthermore, the function of the short-time
また、図２〜図５では、単相（一相分）のみに対する事故検出を説明したが、同様の演算を三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の各々に適用することにより、三相の交流電力系統についても同様の事故検出を行なうことが可能である。 2 to 5, the accident detection for only a single phase (for one phase) has been described, but by applying the same calculation to each of the three phases (A phase, B phase, C phase), The same accident detection can be performed for the AC power system of the phase.
このように実施の形態１によるディジタル保護リレー装置によれば、送電線の電流の大きさ（たとえば、実効値）に基づく通常の事故検出に加えて、短時間事故検出部１７０の機能により、短時間事故に対してトリップ指令を発生しないように対処することができる。したがって、ハードウェア要素の追加を要しない簡易な構成によって、短時間の系統事故に対する遮断器トリップの発生を回避可能な保護リレー装置を実現することが可能となる。
As described above, according to the digital protection relay device according to the first embodiment, in addition to the normal accident detection based on the magnitude (for example, the effective value) of the current of the transmission line, the function of the short-time
なお、事故検出部１６０は「第１の検出手段」に対応し、短時間事故検出部１７０は「第２の検出手段」に対応する。
The
［実施の形態２］
図６には、実施の形態２によるディジタル保護リレー装置の構成を説明するための機能ブロック図が示される。
[Embodiment 2]
FIG. 6 is a functional block diagram for explaining the configuration of the digital protection relay device according to the second embodiment.
図６を参照して、実施の形態２によるディジタル保護リレー装置１０１は、実施の形態１によるディジタル保護リレー装置１００（図２）と比較して、短時間事故検出部１７０に代えて短時間事故検出部１７０♯を含む点で異なる。上述のように、図２に示した短時間事故検出部１７０を三相に適用する場合には、各相に対して短時間事故検出部１７０が設けられる一方で、短時間事故検出部１７０♯は、３相に対して共通に設けられる。短時間事故検出部１７０♯には、三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが入力される。図６のその他の部分の構成については、実施の形態１によるディジタル保護リレー装置１００（図２）と同様であるので詳細な説明は繰返さない。図６の構成では、短時間事故検出部１７０♯が「第２の検出手段」に対応する。
Referring to FIG. 6, the digital
短時間事故検出部１７０♯は、座標変換部１７５を有する。座標変換部１７５は、三相（Ａ相、Ｂ相、Ｃ相）の電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃに対して座標変換処理を実行する。座標変換部１７５の機能は、プロセッサによるソフトウェア処理によって実現することができる。
Short-time
たとえば、座標変換部１７５は、クラーク座標法による下記（１）式によって、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃを、電流Ｉα（α成分）、電流Ｉβ（β成分）およびＩ０（０成分）に変換する。
For example, the coordinate
クラーク座標法による変換後の電流（α成分，β成分，０成分）では、各相の短絡事故が発生した場合にはβ成分の値に影響が現れるとともに、地絡事故が発生した場合には０成分に影響が現れる。したがって、変換後の電流については、β成分および０成分の２つについて、図２に示した短時間事故検出部１７０による処理を実行することにより、三相分の事故すべてに対応できることになる。
In the current (α component, β component, 0 component) after conversion by the Clarke coordinate method, if a short circuit accident of each phase occurs, the value of the β component appears, and if a ground fault occurs The effect appears on the zero component. Therefore, with regard to the current after conversion, it is possible to deal with all three-phase accidents by executing processing by the short-time
したがって、短時間事故検出部１７０♯では、クラーク座標法による変換後の電流Ｉβ（β成分）および電流Ｉ０（０成分）の２つの電流の各々について、実施の形態１と同様に、同一位相におけるサイクル間での偏差（図４でのＶＤＳに相当）を求めるとともに、当該偏差と閾値との比較に基づいて、短時間事故の検出および禁止フラグＲＬのオンオフ制御が実行されることになる。
Therefore, short-time
あるいは、クラーク座標法に代えて、対称座標法を用いることも可能である。対称座標法を用いる場合には、下記（２）式に示されるように、三相電流Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃが、０相電流Ｉ０、正相電流Ｉ１および逆相電流Ｉ２に変換される。 Alternatively, a symmetrical coordinate method can be used instead of the Clarke coordinate method. When the symmetric coordinate method is used, the three-phase currents Ia, Ib, and Ic are converted into a zero-phase current I0, a positive-phase current I1, and a negative-phase current I2, as shown in the following equation (2).
短時間事故検出部１７０♯は、対称座標法を用いた場合には、正相または逆相電流と、０相電流との２つの電流の各々について、図２に示した短時間事故検出部１７０による処理を実行する。
If the short-time
実施の形態２による短時間事故検出部１７０♯では、図２の短時間事故検出部１７０による演算処理と比較して、３相分の処理を２成分の電流に対する処理に軽減することができる。したがって、座標変換処理に係る演算処理の負荷が、１相分の短時間事故検出に係る演算処理の負荷よりも低い場合には、短時間事故検出部１７０♯を構成するプロセッサの演算負荷を軽減することが可能となる。
Short-time
［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３によるディジタル保護リレー装置１０２の構成を説明するための概略ブロック図である。
[Embodiment 3]
FIG. 7 is a schematic block diagram for explaining the configuration of the digital
図７を参照して、実施の形態３によるディジタル保護リレー装置１０２は、実施の形態１によるディジタル保護リレー装置（図２）と比較して、演算処理部１５０に代えて、演算処理部１５１を含む点で異なる。演算処理部１５１は、演算処理部１５０にも含まれる事故検出部１６０および短時間事故検出部１７０に加えて、記憶部１８０および報知部１８５をさらに含む。
Referring to FIG. 7, the digital
記憶部１８０は、短時間事故検出部１７０によって禁止フラグＲＬがオンされた履歴を記憶する。報知部１８５は、記憶部１８０に記憶された禁止フラグＲＬのオン履歴に基づく警告を出力するための指令を、図示しない表示部（たとえば、警告ランプ）に対して出力する。記憶部１８０は、たとえば、プロセッサ内部に設けられたメモリを用いて構成することができる。報知部１８５の機能は、プロセッサによるソフトウェア処理によって、実現できる。
The
ディジタル保護リレー装置１０２のその他の部分の構成は、実施の形態１によるディジタル保護リレー装置１００と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
Since the configuration of other parts of digital
短時間事故の発生が過度に頻繁に検出される場合には、実際の電力系統の短時間事故ではなく、ディジタル保護リレー装置内部での異常が発生していることが懸念される。たとえば、Ａ／Ｄ変換器におけるデータ変換異常（データ化け）によって、短時間事故検出部１７０が短時間事故を誤検出している虞がある。短時間事故が頻繁に誤検出されると、禁止フラグＲＬが誤ってオンされた期間中に実際の系統事故が発生した場合に、当該系統事故の検出が遅れる可能性がある。
If the occurrence of a short-time accident is detected too frequently, there is a concern that an abnormality within the digital protection relay device has occurred rather than a short-term accident in the actual power system. For example, there is a possibility that the short-time
したがって、報知部１８５は、短時間事故検出部１７０による短時間事故の発生検出頻度（すなわち、一定時間内における禁止フラグＲＬのオン回数）が判定値を超えると、ユーザに対する警告出力を指示する。これにより、ユーザは、実際の短時間事故の発生と、ディジタル保護リレー装置内部での異常とを切り分けることが可能となる。言い換えると、短時間事故検出部１７０による短時間事故の発生検出頻度に基づいて、ディジタル保護リレー装置内部での異常を検出することが可能となる。特に、警告の出力によってディジタル保護リレー装置の点検をユーザに促すことにより、事故検出部１６０による事故検出能力が低下する状態が継続することを防止できる。
Therefore, the
なお、短時間事故検出部１７０による短時間事故の発生検出頻度が高い場合に、禁止フラグＲＬのオンを禁止する構成としてもよい。たとえば、報知部１８５による警告出力が必要な場合に、短時間事故検出部１７０に対して禁止フラグＲＬのオンを禁止する構成とすることが可能である。あるいは、短時間事故検出部１７０が、記憶部１８０に記憶された履歴に基づいて、短時間事故の発生検出頻度が高い場合に、禁止フラグＲＬをオンしないようにしてもよい。
In addition, it is good also as a structure which prohibits ON of the prohibition flag RL when the occurrence detection frequency of the short time accident by the short time
このように、実施の形態３によるディジタル保護リレー装置によれば、短時間事故検出部１７０による短時間事故の発生検出頻度に基づいて、ディジタル保護リレー装置内部の異常を検出することが可能である。さらに、ユーザに対する警告出力および／または禁止フラグＲＬのオン禁止を行なうことにより、短時間事故の頻繁な誤検出によって事故検出部１６０による事故検出能力が低下する状態を回避することが可能となる。
Thus, according to the digital protection relay device according to the third embodiment, it is possible to detect an abnormality in the digital protection relay device based on the occurrence detection frequency of the short-time accident by the short-time
なお、実施の形態３による構成は、実施の形態２による構成と組み合わせることも可能である。すなわち、図６に示したディジタル保護リレー装置１０１の構成において、記憶部１８０および報知部１８５を設けることも可能である。この構成では、記憶部１８０は、短時間事故検出部１７０♯による禁止フラグＲＬのオン履歴を記憶するように構成される。
The configuration according to the third embodiment can be combined with the configuration according to the second embodiment. That is, in the configuration of the digital
［実施の形態４］
図８は、実施の形態４によるディジタル保護リレー装置の構成を示すブロック図である。
[Embodiment 4]
FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the digital protection relay device according to the fourth embodiment.
図８を参照して、実施の形態４によるディジタル保護リレー装置１０３は、実施の形態１によるディジタル保護リレー装置１００（図２）と比較して、短時間事故検出部１７０に入力されるディジタル信号の発生経路が異なる。具体的には、Ａ／Ｄ変換器１３０は、アナログフィルタ１２０を通過した電圧信号ＶＡをＡ／Ｄ変換したディジタル信号ＶＤ１に加えて、アナログフィルタ１２０をバイパスした電圧信号ＶＡをＡ／Ｄ変換したディジタル信号ＶＤ１♯を出力する。
Referring to FIG. 8, the digital
短時間事故検出部１７０は、ディジタル信号ＶＤ１♯を入力として、上述したのと同様に、短時間事故の発生検出処理および禁止フラグＲＬのオンオフ制御を実行する。すなわち、短時間事故検出部１７０は、アナログフィルタ１２０をバイパスした信号をＡ／Ｄ変換したディジタル信号ＶＤ１♯に基づいて、短時間事故の検出処理を実行する。具体的には、ディジタル信号ＶＤ１♯について、実施の形態１と同様に、同一位相におけるサイクル間での偏差ＶＤＳを求めるとともに、当該偏差と閾値との比較に基づいて、短時間事故の検出および禁止フラグＲＬのオンオフ制御が実行される。
Short-time
これに対して、事故検出部１６０に入力されるディジタル信号ＶＤｆは、実施の形態１と同様に、アナログフィルタ１２０およびディジタルフィルタ１４０の両方を通過する経路によって発生される。すなわち、事故検出部１６０による系統事故の検出処理は、実施の形態１で説明したのと同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。
On the other hand, the digital signal VDf input to the
ディジタル信号ＶＤ１♯は、アナログフィルタ１２０をバイパスした経路で発生される。このため、ディジタル信号ＶＤ１♯には、ディジタル信号ＶＤ１と比較して、アナログフィルタ１２０における遅延時間分だけ早く、系統事故（短時間事故）を示す波形が出現する。実施の形態１で説明したように、短時間事故の検出は、事故検出部１６０による事故検出よりも早期に完了する必要がある。
Digital signal VD1 # is generated through a path bypassing
したがって、実施の形態４によるディジタル保護リレー装置１０３によれば、短時間事故検出部１７０による短時間事故をさらに検出に実行することが可能となるので、短時間事故の検出による不要な遮断器トリップを回避する効果をさらに高めることが期待できる。
Therefore, according to the digital
なお、実施の形態４による構成は、実施の形態２，３による構成と組み合わせることも可能である。すなわち、図６に示したディジタル保護リレー装置１０１、図７に示したディジタル保護リレー装置１０２、および、実施の形態２および３を組み合わせたディジタル保護リレー装置（図示せず）の構成の各々において、短時間事故検出部１７０への入力信号を、アナログフィルタ１２０をバイパスした経路によって発生されたディジタル信号ＶＤ１♯とすることも可能である。
The configuration according to the fourth embodiment can be combined with the configurations according to the second and third embodiments. That is, in each of the configurations of the digital
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
２０ 送電線、３０ 計器用変圧器、４０ 変流器、５０ 遮断器、１００，１０１，１０２，１０３ ディジタル保護リレー装置、１１０ 電流電圧変換器、１２０ アナログフィルタ、１３０ Ａ／Ｄ変換器、１４０ ディジタルフィルタ、１５０，１５１ 演算処理部、１６０ 事故検出部、１７０，１７０♯ 短時間事故検出部、１７５ 座標変換部、１８０ 記憶部、１８５ 報知部、Ｉａ，Ｉｂ，Ｉｃ 三相電流、Ｉｅ 電流実効値、Ｉｐ 送電線電流（変流器一次電流）、Ｉｓ 入力電流（変流器二次電流）、Ｉｔ，Ｖｔｈ 閾値、ＲＬ 禁止フラグ、ＴＰ トリップ指令、Ｔｄ 遅れ時間、Ｔｆ ディジタルフィルタ処理時間、Ｔｊ 所定時間、Ｖ１ 送電線電圧、ＶＡ，ＶＡｆ 電圧信号（アナログ電圧）、ＶＤ１，ＶＤ１♯，ＶＤｆ ディジタル信号、ＶＤＳ 偏差。 20 power transmission line, 30 instrument transformer, 40 current transformer, 50 circuit breaker, 100, 101, 102, 103 digital protection relay device, 110 current voltage converter, 120 analog filter, 130 A / D converter, 140 digital Filter, 150, 151 arithmetic processing unit, 160 accident detection unit, 170, 170 # short-time accident detection unit, 175 coordinate conversion unit, 180 storage unit, 185 notification unit, Ia, Ib, Ic three-phase current, Ie current effective value , Ip Transmission line current (current transformer primary current), Is input current (current transformer secondary current), It, Vth threshold, RL prohibition flag, TP trip command, Td delay time, Tf digital filter processing time, Tj predetermined Time, V1 Transmission line voltage, VA, VAf Voltage signal (analog voltage), VD1, VD1 #, VDf Tal signal, VDS deviation.
Claims (8)
前記ディジタル信号によって示される交流電流から前記所定周波数の成分を抽出するためのディジタルフィルタと、
前記ディジタルフィルタから出力されたディジタル信号によって示される電流の大きさに基づいて電力系統の事故発生を検出するとともに、事故検出時に前記送電線に設けられた遮断器のトリップ指令を発生するための第１の検出手段と、
前記ディジタルフィルタをバイパスした前記ディジタル信号に基づいて前記電力系統の事故発生を検出するとともに、当該事故発生時における事故継続時間が所定の閾値よりも短い場合には、前記第１の検出手段による前記トリップ指令の発生を一時的に禁止するための第２の検出手段とを備える、ディジタル保護リレー装置。 An analog / digital converter for converting an analog signal based on an input from a current transformer provided in a transmission line for transmitting power of a predetermined frequency into a digital signal;
A digital filter for extracting a component of the predetermined frequency from an alternating current indicated by the digital signal;
A power system fault occurrence is detected based on the magnitude of the current indicated by the digital signal output from the digital filter, and a tripping command for generating a circuit breaker provided in the power transmission line at the time of the fault detection is generated. 1 detection means;
The occurrence of an accident in the power system is detected based on the digital signal bypassing the digital filter, and when the accident duration at the time of occurrence of the accident is shorter than a predetermined threshold, the first detection means performs the A digital protection relay device comprising: second detection means for temporarily prohibiting generation of a trip command.
前記事故継続時間が所定の閾値よりも短い場合には、前記第２の検出手段による事故発生の検知から所定時間が経過するまでの間、前記第１の検出手段による前記事故発生の検出を禁止するための手段を含み、
前記所定時間は、前記ディジタルフィルタによって生じる遅れ時間よりも長く、前記所定周波数の逆数である所定周期の２倍よりも短い、請求項１記載のディジタル保護リレー装置。 The second detection means includes
When the accident duration is shorter than a predetermined threshold, the detection of the occurrence of the accident by the first detection unit is prohibited until a predetermined time elapses after the detection of the occurrence of the accident by the second detection unit. Including means for
2. The digital protection relay device according to claim 1, wherein the predetermined time is longer than a delay time caused by the digital filter and shorter than twice a predetermined period that is a reciprocal of the predetermined frequency.
前記第２の検出手段は、
三相の各々において、前記所定周波数に従った同一位相の周期間での電流差が閾値を連続的に超えた時間に基づいて、前記事故継続時間として検出するための手段を含む、請求項１または２に記載のディジタル保護リレー装置。 The power system transmits a three-phase alternating current,
The second detection means includes
2. In each of the three phases, there is included means for detecting the accident duration based on the time when the current difference between the periods of the same phase according to the predetermined frequency continuously exceeds a threshold value. Or the digital protection relay apparatus of 2.
前記第２の検出手段は、
前記三相交流電流をクラーク座標法に従って変換して得られたβ成分および０成分のそれぞれについて、前記所定周波数に従った周期間の同一位相での電流差が閾値を連続的に超えた時間に基づいて、前記事故継続時間として検出するための手段を含む、請求項１または２に記載のディジタル保護リレー装置。 The power system transmits a three-phase alternating current,
The second detection means includes
For each of the β component and the 0 component obtained by converting the three-phase alternating current according to the Clarke coordinate method, the current difference in the same phase between the periods according to the predetermined frequency continuously exceeds the threshold value. The digital protection relay device according to claim 1 or 2, comprising means for detecting the accident duration as a basis.
前記第２の検出手段は、
前記三相交流電流を対称座標法に従って変換して得られた正相分または逆相分と零相分とのそれぞれについて、前記所定周波数に従った周期間の同一位相での電流差が閾値を連続的に超えた時間に基づいて、前記事故継続時間として検出するための手段を含む、請求項１または２に記載のディジタル保護リレー装置。 The power system transmits a three-phase alternating current,
The second detection means includes
For each of a positive phase component or a reverse phase component and a zero phase component obtained by converting the three-phase alternating current according to a symmetric coordinate method, a current difference in the same phase between cycles according to the predetermined frequency is set as a threshold value. The digital protection relay device according to claim 1 or 2, comprising means for detecting the accident duration based on a continuously exceeded time.
前記短時間事故の発生検出頻度が所定値を超えたときにユーザに警告するための警告手段とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のディジタル保護リレー装置。 Storage means for storing an occurrence history of the short-time accident by the second detection means;
The digital protection relay device according to claim 1, further comprising warning means for warning a user when the occurrence detection frequency of the short-time accident exceeds a predetermined value.
前記短時間事故の発生検出頻度が所定値を超えたときに、前記第１の検出手段による前記短時間事故の発生の検出を禁止するための手段とをさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載のディジタル保護リレー装置。 Storage means for storing an occurrence history of the short-time accident by the second detection means;
6. The apparatus according to claim 1, further comprising means for prohibiting detection of the occurrence of the short-time accident by the first detection means when the occurrence detection frequency of the short-time accident exceeds a predetermined value. The digital protection relay device according to claim 1.
前記アナログ／ディジタル変換器は、前記アナログフィルタを通過したアナログ信号を変換した第１のディジタル信号と、前記アナログフィルタをバイパスしたアナログ信号を変換した第２のディジタル信号とを出力し、
前記第１のディジタル信号は、前記ディジタルフィルタに入力され、
前記第２の検出手段は、
前記第２のディジタル信号に基づいて、前記短時間事故の発生を検出するための手段を含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載のディジタル保護リレー装置。 An analog filter for removing high frequency components from the analog signal input to the analog / digital converter;
The analog / digital converter outputs a first digital signal obtained by converting an analog signal that has passed through the analog filter, and a second digital signal obtained by converting an analog signal that bypasses the analog filter,
The first digital signal is input to the digital filter;
The second detection means includes
The digital protection relay device according to any one of claims 1 to 7, comprising means for detecting the occurrence of the short-time accident based on the second digital signal.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP2012129930A JP2013255355A (en) | 2012-06-07 | 2012-06-07 | Digital protection relay device |
Applications Claiming Priority (1)
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Family Applications (1)
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-
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