JP2777266B2 - 比率差動継電装置 - Google Patents

比率差動継電装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、電力系統における変圧器の内部短絡事故の
検出などに用いる比率差動継電装置に関するものであ
る。
(従来の技術) 従来、電力系統における変圧器の内部短絡事故を検出
して回路を保護する装置として、第9図に示すような比
率差動保護継電装置が用いられている。
この比率差動保護継電装置は、変圧器1の一次側に計
器用変流器2と遮断器3を設けると共に、二次側に計器
用変流器4と遮断器5を設け、両側の計器用変流器2,4
の電流出力を比率差動継電器6に接続した構成となって
おり、変圧器1の内部短絡事故などによって計器用変流
器2および4に流れる電流I1およびI2間の不平衡率が設
定値以上になると比率差動継電器6が作動し、遮断器3
および5を遮断させて回路の保護を行う。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら、このような従来の比率差動保護継電装
置では変圧器1の一次、二次変圧比および計器用変流器
2,4の変流比に基づく比率差動継電器6への入力電流比
を補正する整合係数の設定誤りや、計器用変流器2,4の
接続誤りなどによる誤動作を防止するために、実負荷運
転状態で比率差動継電器6の入力電流特性試験を行う必
要がある。
この入力電流特性試験では第10図に示すように計器用
変流器2,4の電流回路に計測器7,8を接続し、電流I1,I2
の電流値や位相を計測して比率差動継電器6の動作特性
を人為的に比較判断しており、この特性試験に誤りがあ
ると通常運転中における比率差動継電器6の入力電流の
差電流、位相差の異常を判別することができず、保護動
作ができないという問題を生ずる。
本発明は、このような従来の問題を考慮してなされた
もので、外部に計測器を接続することなく直接的に比率
差動継電器の入力電流状態を表示すると共に、比率差動
継電装置の動作特性に対して入力電流の状態が異常であ
ることをいち早く検出して警報できる比率差動継電装置
を提供することを目的としている。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段と作用) 上記目的を達成するために、本発明は、電力系統に配
設された変圧器の内部事故を検出する比率差動継電装置
において、予め設定した整合係数を乗算して補正された
上記変圧器の一次二次電流間の差電流比率を求め、この
差電流比率が設定値以上になったとき動作する差電流比
率検出手段と、上記補正された一次二次電流間の差を求
め、この差電流が設定値以上になったとき動作する差電
流検出手段と、上記一次二次電流比と上記整合係数との
間の不平衡率を求め、この不平衡率が設定値以上になっ
たとき動作する不平衡率検出手段と、上記一次二次電流
間の位相差を求め、この位相差が設定値以上になったと
き動作する位相検出手段と、前記各検出手段の少なくと
も一つが、設定時間以上検出動作したことを条件に、上
記検出動作した検出手段を含む複数の検出手段の検出値
をそれぞれ表示する表示手段を備えたことを特徴とする
比率差動継電装置であり、入力電流に整合係数を乗じた
補正後の入力電流に対して従来と同様に、差電流の大き
さが設定値以上であり、かつ、補正後の入力電流の差電
流比率も設定値以上である場合に比率差動継電装置の動
作信号を出力すると共に、入力電流の比と整合係数との
間の不平衡率を求めてこの値を表示すると共に、不平衡
率が一定値以上となったときに入力電流の異常として警
報を出力し、また入力電流の位相差を検出すると共にこ
の位相差を表示し、この位相差が一定値以上となったと
きに入力電流の異常として警報を出力し、さらに差電流
検出、差電流比率検出、不平衡率検出、位相差検出が行
われたときには入力電流比、差電流値、差電流比率、入
力電流と整合係数間の不平衡率、入力電流位相の検出値
を記憶して表示するものである。
(実施例) 本発明の一実施例を第1図に示す。
第1図において、入力電流I1,I2は入力絶縁変換器9
およびアナログ/ディジタル変換器10を介してそれぞれ
ディジタル量の電流値Id1,Id2および位相角φ1
変換され、変換された電流値Id1,Id2および位相角φ1,
φが入力データとしてシステムバスを介して各検出要
素に送られる。
差電流検出要素11では入力電流I1に対応する電流値I
d1と位相角データφおよび入力電流I2に対応する電流
値データId2と位相角データφ、さらに予じめ設定デ
ータ要素15に設定されている整合係数Kおよび差電流動
作値SETΔIとをシステムバスから取り出すと共に、例
えば下式に従って差電流値ΔIを算出し、両者を比較し
て異常判定を行う。
差電流ΔIのベクトル図の一例を第2図に示す。
差電流比率検出要素12では上記の変換データId1,Id2,
φ1、および予じめ設定データ要素15に設定されて
いる差電流比率動作値SETΔI(%)をシステムバスか
ら取り出すと共に、例えば下式に従って差電流比率ΔI
(%)を算出し、両者を比較して異常判定を行う。
さらに不平衡率ERR(%)検出要素13では上記変換デ
ータId1,Id2と予じめ入力設定データ要素15設定されて
いる整合係数Kと不平衡率動作値SETEER(%)をシステ
ムバスから取り出すと共に、例えば下式に従って不平衡
率ERR(%)を算出し、両者を比較して異常判定を行
う。
また入力電流位相差検出要素14では上記の変換データ
φ1と予じめ設定データ要素15に設定されている位
相差異常動作値SETφとをシステムバスから取り出すと
共に、例えば下式に従って位相差φを算出し、両者を比
較して位相差異常判定を行う。
位相差φ=|φ−φ1| 位相差異常判定|φ−π|≧SETφのとき異常。
正常時の入力電流I1,I2は逆極性電流(π=180゜の位
相差)であり、第3図のベクトル図に示すようになる。
第3図のベクトル図において検出される位相差φは、 φ=φ−φ=180゜(=π) であり、位相差異常判定はφ−π=0となり、 |φ−π|≧SETφ が不成立となって異常判定されない。
また計器用変流器二次の接続誤りなどのために入力電
流相が違っていたり、CT二次の電流極性が違っていた場
合の一例を第4図および第5図に示し、この場合の位相
差異常動作値SETφを例えば5゜としている。
第4図は、R相電流入力をすべきところI2にT相電流
を入力した場合のベクトル図であり、 位相差φ=φ−φ=240゜ 位相差異常判定では|φ−π|≧SETφ |φ−π|=|240゜−180゜|=60゜>SETφ=5゜ となり位相差異常が検出される。
第5図は同相入力ではあるがCT二次の電流極性が違っ
ている場合のベクトル図であり、 位相差φ=φ−φ=0 位相差異常判定では|φ−π|≧SETφ |φ−π|=|0゜−180゜|=180゜>SETφ=5゜ となり、位相差異常が検出される。
さらに出力処理要素17では上記差電流検要素11、差電
流比率検出要素12、不平衡率検出要素13、および入力電
流位相差検出要素14のそれぞれの処理で検出された各動
作信号を読み込み、出力インタフェース18を介して出力
し、比率差動継電装置の動作信号の出力処理を一定周期
で実行する。
すなわち例えば第6図のフローチャートに示すよう
に、先ず差電流検出要素11からの差電流動作判定信号と
差電流比率検出要素12からの差電流比率動作判定信号の
読み込み処理S1を実行する。
次に読み込み処理S1の結果、上記差電流動判定信号と
差電流比率動作判定信号が共に動作しているか否かの判
定処理S2を実行し、共に動作している場合は比率差動継
電装置の動作信号の出力処理S3を実行して出力インタフ
ェース18を介して外部へ出力すると共に、そうでない場
合には動作出力処理を終了する。
さらに動作出力処理実行の次に、上記差電流検出要素
11、差電流比率検出要素12、不平衡率検出要素13、およ
び入力電流位相差検出要素14からの各データΔI,ΔI
%、ERR%、およびφをそれぞれ記憶テーブルに格納
し、表示処理要素16を介して表示処理S4を実行し、動作
出力処理を終了する。
出力処理要素17はさらに、例えば第7図に示すような
入力電流異常検出処理も一定周期で実行する。
すなわち、先ず上記の差電流検出要素11、差電流比率
検出要素12、不平衡率検出要素13、および入力電流位相
差検出要素14からの各動作判定信号の読み込み処理S11
を実行する。
次に読み込み処理S11で読み込んだ各動作判定信号す
なわち差電流動作判定信号、差電流比率動作判定信号、
不平衡率動作判定信号および位相差動作判定信号のいず
れかが動作しているか否かの判定処理S12を実行し、上
記各動作判定信号が何れも動作していない場合は入力電
流異常検出処理を終了し、上記各動作判定信号の少くと
も1つが動作している場合は動作継続時間のカウント処
理S13を実行し、次に所定時間以上継続したか否かの判
定処理S14を実行する。
所定時間継続判定処理14で所定時間以上継続していな
いと判定された場合は処理を終了し、所定時間以上継続
したと判定された場合は入力電流異常警報信号の出力処
理S15を実行し、出力インタフェース18を介して外部へ
入力電流異常警報を出力する。
さらに上記差電流検出要素11、差電流比率検出要素1
2、不平衡率検出要素13、および入力電流位相差検出要
素14からの各検出データΔI,ΔI%、ERR%、およびφ
を記憶テーブルに格納し、表示処理要素16を介して、格
納データの表示処理S16を実行し、これによって入力電
流異常検出処理を終了する。
また第1図に示す設定要素15へデータ表示要求信号を
入力することによって、その時の入力電流状況に応じた
各検出データΔI,ΔI%、ERR%およびφを随時表示す
ることも可能である。
さらに入力電流に含有される高調成分の検出やフィル
タ処理なども従来と同様に付加することが可能である。
次に上記の構成による比率差動継電装置の動作につい
て説明する。
この比率差動継電装置19は、第8図に示すように、変
圧器1の一次側に計器用変流器2と遮断器3を設けると
共に二次側に計器用変流器4と遮断器5を設け、計器用
変流器2,4の出力電流が互に180゜の位相差をもった入力
電流I1,I2となるように接続して使用される。
上記の構成を用いることによって、変圧器1の内部短
絡事故などによって過大な電流が流れると、計器用変流
器2,4からの電流I1,I2の間に大きな不平衡が生じ、この
不平衡電流の入力によって比率差動継電装置19が作動し
て遮断器2,5に対してトリップ信号を出力する。
この場合、正常状態においては入力電流I1とI2は逆位
相であり、アナログ/ディジタル変換要素10でそれぞれ
Id1,Id2に変換された後、Id1が整合係数Kで補正されて
Id1・K=Id2となり差電流値ΔIは前述のように下式で
求められる。
ここでφ−φ=180゜(π)、Id1・K=Id2であ
り、Id1・K=Id2=aとすると となり、また差電流比率もΔI%=0となる。
また不平衡率ERR%も、Id1・K=Id2であることから となる。
さらに、入力電流位相差φは、φ=φ−φ=180
゜であり、位相差異常判定では|φ−π|=0゜とな
る。
上述のように計器用変流器2,4の一次側の接続が正常
で、かつ変圧器1の変圧比と計器用変流器2,4の変流比
による入力電流比が、整合係数Kによって適正に補正さ
れていれば、ΔI,ΔI%,ERR%,φのいずれも不動作で
ある。
一方計器用変流器の接続誤りなどがあって入力電流が
逆位相極性となったり、他相の電流が取り込まれたりし
た場合には、上記の判定式から分るように位相差と入力
電流の大きさに応じた差電流ΔIと、位相差に応じた差
電流比率ΔI%が検出され、さらに位相差分の位相差異
常角が検出される。
また、整合係数Kが適正な値に設定されていないとき
は、差電流ΔI,差電流比率ΔI%および不平衡率ERR%
が検出される。従って不平衡率ERR%の検出設定値SETER
R(%)と位相差異常検出設定値SETφの値を可能な限り
小さく設定することにより比較的軽い負荷で系統が運用
中であれば比率差動継電装置が誤って動作する前に上記
の誤りに起因する異常状態を発見できると共に、比率差
動継電装置自体の特性試験も容易に行うことができる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明による比率差動継電装置
は、入力電流に対する差電流および差電流比率の検出手
段とその表示手段、入力電流比と整合係数の不平衡率の
検出手段とその表示手段、および位相差検出手段とその
表示手段を備えているので、特性試験のために別途計測
器を接続する必要がなく、変圧器運転中の比率差動保護
継電装置の入力電流特性を表示手段の表示を通して常時
監視することができ、これによって計器変流器自体の不
良または入力電流線路断線や短絡などによる電流入力の
異常を検出することが可能となり、さらにシステムの改
造や変更などで結線誤りを生じた場合にもその異常状態
を容易に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による比率差動継電装置の一実施例を示
す構成図、第2図〜第5図はそれぞれ本発明の動作を説
明するためのベクトル図、第6図および第7図はそれぞ
れ本発明の動作処理を示すフローチャート、第8図は本
発明を変圧器の保護継電装置として用いた場合の系統
図、第9図および第10図はそれぞれ従来の比率差動継電
器を変圧器の保護に用いた場合の系統図および試験回路
図である。 1……変圧器、2,4……計器用変流器 3,5……遮断器、6……比率差動継電器 7,8……計測器、9……入力絶縁変換器 10……アナログ/ディジタル変換器 11……差電流検出要素 12……差電流比率検出要素 13……不平衡率検出要素、14……位相差検出要素 15……設定処理要素、16……表示処理要素 17……出力処理要素 18……出力インタフェース 19……比率差動継電装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電力系統に配設された変圧器の内部事故を
    検出する比率差動継電装置において、予め設定した整合
    係数を乗算して補正された上記変圧器の一次二次電流間
    の差電流比率を求め、この差電流比率が設定値以上にな
    ったとき動作する差電流比率検出手段と、上記補正され
    た一次二次電流間の差を求め、この差電流が設定値以上
    になったとき動作する差電流検出手段と、上記一次二次
    電流比と上記整合係数との間の不平衡率を求め、この不
    平衡率が設定値以上になったとき動作する不平衡率検出
    手段と、上記一次二次電流間の位相差を求め、この位相
    差が設定値以上になったとき動作する位相検出手段と、
    前記各検出手段の少なくとも一つが、設定時間以上検出
    動作したことを条件に、上記検出動作した検出手段を含
    む複数の検出手段の検出値をそれぞれ表示する表示手段
    を備えたことを特徴する比率差動継電装置。
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