JP3003421B2 - Protective relay - Google Patents
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、電力系統における事故
を検出して、該当する事故区間の除去指令を出力する保
護継電器に関し、特に電力系統からサンプリングした各
種電気量データをディジタル化して演算し、この結果に
応じて動作判定を行うディジタル演算形の保護継電器に
関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a protective relay for detecting an accident in an electric power system and outputting a removal command for a corresponding accident section, and in particular, digitizes and calculates various electric quantity data sampled from the electric power system. The present invention relates to a digital operation type protection relay that determines an operation according to the result.
【０００２】[0002]
【従来の技術】電力系統に短絡または接地などの事故が
発生した場合、あるいは他の系統に対して悪影響を与え
るような異常運転が行われた場合に、このような異常状
態を検出してその部分を系統から速やかに切り離すため
に、電力用保護継電器が電力系統の構成に応じて各所に
配置されている。この保護継電器には、その動作原理に
応じて種々の継電器が存在するが、その１つにディジタ
ル演算形の保護継電器（以下、ディジタルリレーとい
う）がある。これは、各種の系統電気量をディジタルデ
ータとしてサンプリングした後、所定の演算手順により
演算処理し、その結果に基づきリレーの動作判定を行う
ものであり、その技術的原理は、「ディジタルリレー実
務読本」（オーム社／Ｈ３．８．２５初版発行）等で解
説されている。2. Description of the Related Art When an accident such as a short circuit or grounding occurs in an electric power system, or when an abnormal operation that adversely affects other systems is performed, such an abnormal state is detected and detected. In order to quickly separate the part from the grid, power protection relays are arranged at various places according to the configuration of the grid. Various types of protection relays exist according to the operation principle. One of them is a digital operation type protection relay (hereinafter referred to as a digital relay). This involves sampling various system electrical quantities as digital data, performing arithmetic processing according to a predetermined arithmetic procedure, and determining the operation of the relay based on the results. The technical principle is as follows: (Ohmsha / H3.8.25 first edition).
【０００３】さて、このようなディジタルリレーは、実
際の電力系統において特定区間の系統を保護する場合、
図６に示すように配置されている。同図に用いられてい
るリレーは、系統から得られる電圧と電流の比、すなわ
ちインピーダンスが所定値内となったとき動作するよう
に構成されており、系統におけるインピーダンスが送電
線の距離を表すことから、距離リレーとも呼ばれてい
る。従って、このリレーにより、系統に発生した事故の
発生方向と事故地点までの距離を判定することができ
る。[0003] Now, such a digital relay is used to protect a system in a specific section in an actual power system.
They are arranged as shown in FIG. The relay used in the figure is configured to operate when the voltage-to-current ratio obtained from the system, that is, the impedance falls within a predetermined value, and the impedance in the system indicates the distance of the transmission line. Therefore, it is also called a distance relay. Therefore, the direction of the accident occurring in the system and the distance to the accident point can be determined by this relay.
【０００４】図６において、６１は電源を示しており、
６２はリレー６４に系統の電圧を導入するコンデンサ分
圧形電圧変成器、また６３はリレー６４に系統の電流を
導入する変流器である。リレー６４はディジタル演算形
の系統保護リレー（ＤＺ）である。６５は線路側系統に
おけるリアクタンス分Ｌ、６６は同じくコンデンサ分Ｃ
を示している。以上の構成により、変成器６２からの電
圧および変流器６３からの電流に応じて、これら電圧と
電流の比、すなわちリレー６４から見た系統のインピー
ダンスが算出され、この算出結果に基づく動作判定によ
り、変流器６３以降の線路側系統（保護区間）が保護さ
れている。In FIG. 6, reference numeral 61 denotes a power supply.
62 is a capacitor voltage dividing type voltage transformer for introducing a system voltage to the relay 64, and 63 is a current transformer for introducing a system current to the relay 64. The relay 64 is a digital operation type system protection relay (DZ). 65 is a reactance L in the line side system, and 66 is a capacitor C similarly.
Is shown. According to the above configuration, a ratio between the voltage and the current, that is, the impedance of the system viewed from the relay 64 is calculated according to the voltage from the transformer 62 and the current from the current transformer 63, and the operation determination based on the calculation result is performed. Thereby, the line side system (protection section) after the current transformer 63 is protected.
【０００５】このような一般的な電力系統において、近
年、電圧階級が上昇し、またケーブル系統が増大する傾
向にあり、この影響で線路側系統のリアクタンス分Ｌや
コンデンサ分Ｃが増大し、事故発生時に電源の基本周波
数ｆに対する１．５倍程度の周波数の低次高調波を発生
する系統が増加している。図６において、このリレー６
４により保護される線路側系統より背後のＦａ地点で事
故が発生し、線路側系統のリアクタンス分６５およびコ
ンデンサ分６６により、線路側からＦａ地点に向かって
ｎｆ分の電流Ｉnf、また電源６１からＦａ地点に向かっ
て電流Ｉ1fがそれぞれ発生したとする。なお、ｎｆ分と
は電源６１の基本周波数ｆ（＝１ｆ）に対するｎ次の高
調波分を示している。[0005] In such a general power system, in recent years, the voltage class has increased and the cable system has tended to increase, and as a result, the reactance L and the capacitor C of the line side system have increased, resulting in an accident. There is an increasing number of systems that generate low-order harmonics at a frequency of about 1.5 times the fundamental frequency f of the power supply at the time of generation. In FIG. 6, this relay 6
An accident occurs at a point Fa behind the line-side system protected by the line 4, and a current Inf of nf from the line side to the point Fa and a power supply 61 due to the reactance 65 and the capacitor 66 of the line-side system. It is assumed that a current I 1f is generated from to the point Fa. The term “nf” indicates an nth harmonic component with respect to the fundamental frequency f (= 1f) of the power supply 61.
【０００６】ここで、前述のような系統状況から、電流
Ｉnfには１．５ｆ分が多く含まれるため、これが電流と
して変流器６３を介してリレー６４へ導入され、一方、
この１．５ｆ分に比べて電源６１の影響を受け１ｆ分を
多く含む電圧が変成器６２を介してリレー６４へ導入さ
れる。これに応じてリレー６４では、前述のとおりイン
ピーダンスが算出され、動作判定がなされる。通常であ
れば、電流Ｉnfの方向が、保護されるべき線路側系統で
の事故発生時とは逆の方向、すなわち電源６１へ向かっ
て流れることから、算出されたインピーダンスは所定値
以外となり、事故発生地点が保護区間外であると判断さ
れてリレー６４は動作しない。[0006] Here, from the system status as described above, the current I nf because it contains a lot 1.5f component, which is introduced to the relay 64 via the current transformer 63 as a current, whereas,
The voltage which is affected by the power supply 61 and includes more 1 f than the 1.5 f is introduced to the relay 64 via the transformer 62. In response to this, in the relay 64, the impedance is calculated as described above, and the operation is determined. Normally, the direction of the current Inf flows in the opposite direction to that at the time of occurrence of an accident in the line-side system to be protected, that is, flows toward the power supply 61, so that the calculated impedance becomes a value other than the predetermined value, It is determined that the accident location is outside the protection zone, and relay 64 does not operate.
【０００７】しかし、電圧と電流の周波数に前述のよう
なズレがあるため、このインピーダンスベクトルが時間
とともに移動して、図９に示すようにリレーの本来動作
すべきベクトル領域へ進入し、リレー６４を動作させ
る。すなわち、保護区間外である背後の系統で発生した
事故に対しても、リレー６４を動作させてしまうことに
なる。従来、このような誤動作を防止するため、ディジ
タルリレーにおいて、図８に示されたようなフィルター
特性を持つディジタルフィルターを設けて、系統からサ
ンプリングした各種データから１．５ｆ相当分の低次高
調波分を抽出し、別途抽出した１ｆ分と比較して一定値
以上検出された場合には、リレー６４の動作を強制的に
抑止する手段を設けていた。[0007] However, since the frequency of the voltage and the current have the above-mentioned deviation, the impedance vector moves with time and enters the vector region where the relay should normally operate as shown in FIG. To work. That is, the relay 64 is operated even in the case of an accident occurring in the system behind the protection section. Conventionally, in order to prevent such a malfunction, a digital filter having a filter characteristic as shown in FIG. 8 is provided in a digital relay, and low-order harmonics equivalent to 1.5 f are obtained from various data sampled from the system. A means is provided for extracting the minute and forcibly inhibiting the operation of the relay 64 when a predetermined value or more is detected as compared with the separately extracted 1f.
【０００８】また、ディジタルリレーはこのような系統
保護リレーとしての配置される他に、図７に示すように
変圧器を保護する場合にも用いられる。同図に用いられ
るリレーは、保護する変圧器の両端の電流の差が一定値
以上になったとき動作するように構成されており、差動
リレーとも呼ばれている。図７において、７１は電源を
示しており、７２および７３はリレー７４に変成器７７
の両端の電流を導入する変流器である。リレー７４はデ
ィジタル演算形の変圧器保護リレー（ＴＰ）であり、変
圧器７７は系統に直列に配置され、このリレー７４によ
って保護される。７５は線路側系統におけるリアクタン
ス分Ｌ、７６は同じくコンデンサ分Ｃを示す。以上の構
成により、変流器７２および７３からの電流に応じて、
変圧器７７への流入電流の和、すなわち差動電流が算出
され、この算出結果に基づく動作判定により、変圧器７
７が保護されている。[0008] In addition to being arranged as such a system protection relay, a digital relay is also used for protecting a transformer as shown in FIG. The relay used in the figure is configured to operate when the difference between the currents at both ends of the transformer to be protected exceeds a certain value, and is also called a differential relay. In FIG. 7, reference numeral 71 denotes a power supply, and reference numerals 72 and 73 denote a transformer 77 and a relay 74.
Is a current transformer that introduces a current at both ends of the current transformer. The relay 74 is a digital operation type transformer protection relay (TP). The transformer 77 is arranged in series in a system, and is protected by the relay 74. Reference numeral 75 denotes a reactance L in the line side system, and reference numeral 76 denotes a capacitor C in the same manner. With the above configuration, according to the currents from current transformers 72 and 73,
The sum of the inflow currents into the transformer 77, that is, the differential current is calculated, and the operation is determined based on the calculation result.
7 are protected.
【０００９】図７において、この変圧器保護リレー７４
による保護区間内、すなわち変圧器７７またはこの近傍
のＦｂ地点で事故が発生し、線路側系統のリアクタンス
分７５およびコンデンサ分７６により、線路側系統から
Ｆｂ地点に向かってｎｆ分の電流Ｉnfが、また電源７１
からＦｂ地点に向かって電流Ｉ1fがそれぞれ発生したと
する。ここで、前述のような系統状況から、電流Ｉnfは
１．５ｆ分を多く含み、これが変流器７３を介してリレ
ー７４へ導入され、一方、電源７１からの１ｆ分の電流
Ｉ1fが変流器７２を介してリレー７４へ導入される。こ
れに応じてリレー７４では、前述のとおり差動電流が算
出され、動作判定がなされる。通常であれば電流Ｉnfが
増加することにより、算出された差動電流は所定値以上
となり、リレー７４は動作する。In FIG. 7, the transformer protection relay 74
An accident occurs at the Fb point in or near the transformer 77, that is, the transformer 77, and the current I nf for nf from the line-side system toward the Fb point due to the reactance 75 and the capacitor 76 of the line-side system. , And power supply 71
Suppose that a current I 1f is generated from to the point Fb. Here, from the system status as described above, the current I nf is rich in 1.5f component, which is introduced to the relay 74 via the current transformer 73, whereas, the 1f component of the current I 1f from the power source 71 The current is introduced to the relay 74 via the current transformer 72. In response to this, in the relay 74, the differential current is calculated as described above, and the operation is determined. Normally, when the current Inf increases, the calculated differential current becomes a predetermined value or more, and the relay 74 operates.
【００１０】しかし、変圧器は電圧印加時の鉄心飽和に
より２ｆ分が多く発生するという特性を持っており、従
来のディジタルリレーにおいては、このような変圧器に
特有な励磁突流現象の影響を除去するために、図８に示
すようなフィルター特性を持つディジタルフィルターを
設けて、系統からサンプリングした電流データから２ｆ
相当分の低次高調波を抽出し、別途抽出した１ｆ分との
比Ｉ2f／Ｉ1fの値が一定値以上である場合には、リレー
７４の動作を強制的に抑止する手段を設けていた。However, the transformer has a characteristic that a large amount of 2f is generated due to iron core saturation when a voltage is applied, and in a conventional digital relay, the influence of an exciting sudden flow phenomenon peculiar to such a transformer is eliminated. For this purpose, a digital filter having a filter characteristic as shown in FIG.
Means are provided for extracting a considerable amount of low-order harmonics and forcibly inhibiting the operation of the relay 74 when the value of the ratio I 2f / I 1f with respect to the separately extracted 1f is equal to or more than a certain value. Was.
【００１１】[0011]
【発明が解決しようとする課題】従って、前者のような
従来の系統保護リレーにおいては、１．５ｆ分を多く含
む低次高調波の検出に応じて、本来の保護動作を強制的
に抑止しているため、前述のような状況にある系統では
低次高調波に対する演算精度に欠け、事故地点の特定、
すなわち正確な電力系統の保護が困難となるという問題
があった。また、後者のような従来の変圧器保護リレー
においては、前述のような系統に変圧器が配置されてい
る場合、事故時に発生する１．５ｆ分の低次高調波が２
ｆ分として検出されて、リレーの動作が強制的に抑止さ
れるため、事故発生にもかかわらず保護動作が行われな
いという問題があった。本発明はこのような課題を解決
するためのものであり、電力系統からリレーに取り込ま
れた各種データに含まれる高調波の次数とその大きさを
算出することにより、遮断動作の的確な判定を可能とす
る各種保護継電器を提供することを目的としている。Therefore, in the conventional system protection relay as described above, the original protection operation is forcibly suppressed in response to detection of a low-order harmonic including a large amount of 1.5f. Therefore, the system in the situation described above lacks calculation accuracy for low-order harmonics,
That is, there is a problem that it is difficult to accurately protect the power system. In a conventional transformer protection relay such as the latter, when a transformer is arranged in the above-described system, low-order harmonics of 1.5 f generated at the time of an accident are generated by two times.
Since this is detected as f minutes and the operation of the relay is forcibly suppressed, there is a problem that the protection operation is not performed despite the occurrence of an accident. The present invention has been made to solve such a problem, and by calculating the order and magnitude of harmonics included in various data taken into a relay from a power system, an accurate determination of a breaking operation can be made. The purpose is to provide various types of protective relays that can be used.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明による保護継電器は、電力系統からサ
ンプリングされた電圧および電流データに基づき、電圧
ベクトルを電流ベクトルで除算したインピーダンスベク
トルを算出するベクトル演算手段と、インピーダンスベ
クトルの最大値および最小値ならびにこれら発生時刻を
それぞれ抽出する抽出手段と、この抽出手段により抽出
されたインピーダンスベクトルの最大値および最小値か
らインピーダンスベクトルに含まれる高調波分の割合を
算出するとともに、インピーダンスベクトルの最大値お
よび最小値の発生時刻から高調波分の次数を算出する高
調波分算出手段とを備えるものである。また、電力系統
からサンプリングされた電流データに基づき、電流ベク
トルを電力系統の基本波基準ベクトルで除算した演算ベ
クトルを算出するベクトル演算手段と、演算ベクトルの
最大値および最小値ならびにこれら発生時刻をそれぞれ
抽出する抽出手段と、この抽出手段により抽出された演
算ベクトルの最大値および最小値から演算ベクトルに含
まれる高調波分の割合を算出するとともに、演算ベクト
ルの最大値および最小値の発生時刻から高調波分の次数
を算出する高調波分算出手段とを備えるものである。In order to achieve the above object, a protection relay according to the present invention provides an impedance vector obtained by dividing a voltage vector by a current vector based on voltage and current data sampled from a power system. a vector calculating means for calculating for, extracting means for extracting respective maximum and minimum values and their time of occurrence of the impedance vector extracted by the extraction means
Maximum and minimum values of the calculated impedance vector
The ratio of the harmonic components contained in the impedance vector
Calculation and the maximum value of the impedance vector
And a harmonic component calculating means for calculating the order of harmonic components from the occurrence time of the minimum value . Further, based on the current data sampled from the power system, a vector operation means for calculating an operation vector obtained by dividing the current vector by the fundamental wave reference vector of the power system, the maximum value and the minimum value of the operation vector, and the time at which these are generated , respectively. Extraction means for extracting, and the performances extracted by the extraction means.
From the maximum and minimum values of the
Calculate the percentage of harmonics
The order of the harmonic component from the time when the maximum and minimum values of the
And a harmonic component calculating means for calculating
【００１３】[0013]
【作用】従って、電力系統状態を表す各種サンプリング
データに基づき、インピーダンスベクトルの軌跡がベク
トル演算手段により算出され、このベクトルの大きさと
回転速度からベクトルに含まれる高調波分の次数とその
大きさが演算されて、リレー動作の判定がなされる。ま
た、電力系統状態を表す各種サンプリングデータに基づ
き、抽出された差動電流ベクトルを電源基本波ベクトル
で除した演算ベクトルの軌跡がベクトル演算手段により
算出され、このベクトルの大きさと回転速度からベクト
ルに含まれる高調波分の次数とその大きさが演算され
て、リレー動作の判定がなされる。Therefore, the locus of the impedance vector is calculated by the vector calculation means based on various sampling data representing the state of the power system, and the order of the harmonics contained in the vector and the magnitude thereof are determined from the magnitude and rotation speed of the vector. The operation is performed to determine the relay operation. Further, based on various sampling data representing the state of the power system, the trajectory of an operation vector obtained by dividing the extracted differential current vector by the power supply fundamental wave vector is calculated by the vector operation means. The order and magnitude of the included harmonics are calculated, and the relay operation is determined.
【００１４】[0014]
【実施例】次に、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明の一実施例であるディジタルリレーの
ブロック図である。図１において、１はディジタルリレ
ーであり、アナログ／ディジタル変換部２とディジタル
演算制御部７から構成されている。アナログ／ディジタ
ル変換部２は、電力系統から取り込む各種電気量の入力
数に応じて複数設けられる。１２はこのディジタルリレ
ー１が保護する電力系統であり、また１３は電力系統１
２から電流信号を取り込む変流器ＣＴである。なお、こ
のディジタルリレーを、電力系統を保護するリレーとし
て使用する場合には、電流信号の他に電圧信号が必要と
なるため、変流器１３とは別に変成器が設けられて、電
圧信号が取り込まれる。またディジタルリレーをこのよ
うに系統保護リレーとして使用する場合と変圧器保護リ
レーとして使用する場合とでは、後述の演算処理部８で
の演算および判定方法に違いがあるものの、各部の基本
的構成は同様である。Next, the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram of a digital relay according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a digital relay, which comprises an analog / digital converter 2 and a digital operation controller 7. A plurality of analog / digital converters 2 are provided in accordance with the number of inputs of various amounts of electricity taken from the power system. Reference numeral 12 denotes a power system protected by the digital relay 1, and 13 denotes a power system 1
2 is a current transformer CT that takes in a current signal from the current transformer 2. When this digital relay is used as a relay for protecting a power system, a voltage signal is required in addition to the current signal. Therefore, a transformer is provided separately from the current transformer 13 so that the voltage signal is It is captured. Although the digital relay is used as a system protection relay and a transformer protection relay in this way, although there is a difference in the calculation and determination method in the calculation processing unit 8 described later, the basic configuration of each unit is as follows. The same is true.
【００１５】変流器１３からの電流信号は入力変換器３
で後段の回路に適切な振幅の電圧信号に変換され、続く
アナログフィルタ４でこの信号に含まれる高次高調波分
（高調波ノイズ）および直流分が除去される。さらに、
サンプルホールド回路５で所定の時間間隔、例えば電力
基本周期（１／５０Ｈｚ）の１／１２の時間間隔（電気
角３０゜）でサンプリングされ、次のサンプリングまで
出力保持される。続いてこのサンプリング信号はＡ／Ｄ
変換器６でアナログ信号からディジタル信号に変換さ
れ、ディジタル演算制御部７の演算処理部８に入力され
る。さらに、マイクロコンピュータから構成されている
演算処理部８では、ＲＯＭ９に格納されたプログラムに
従って、ＲＡＭ１０に格納したデータに基づき後述する
演算が行なわれ、その結果に応じて対応する系統を遮断
すべきか否かが判断される。遮断すべきであると判断さ
れた場合には、１１の外部インタフェースからこの事故
系統を遮断するための信号が対応する遮断器へ出力され
る。The current signal from the current transformer 13 is
Then, the signal is converted into a voltage signal having an amplitude suitable for the circuit at the subsequent stage, and the high-order harmonic component (harmonic noise) and the DC component contained in the signal are removed by the analog filter 4. further,
The sample and hold circuit 5 performs sampling at a predetermined time interval, for example, at a time interval of 1/12 (electrical angle 30 °) of the basic power cycle (1/50 Hz), and the output is held until the next sampling. Subsequently, this sampling signal is A / D
The signal is converted from an analog signal to a digital signal by the converter 6 and is input to the arithmetic processing unit 8 of the digital arithmetic control unit 7. Further, in an arithmetic processing unit 8 composed of a microcomputer, an operation described later is performed based on the data stored in the RAM 10 in accordance with a program stored in the ROM 9 and, depending on the result, whether or not the corresponding system should be shut off. Is determined. If it is determined that the fault should be interrupted, a signal for shutting down the accident system is output from the external interface 11 to the corresponding circuit breaker.
【００１６】次に、本発明のディジタルリレーが図６の
ように電力系統保護リレーとして使用される場合、図１
の演算処理部８において、系統のインピーダンスに含ま
れる基本波分に対する高調波分の割合が算出され、その
結果によりリレーの動作判定がなされる。前述のよう
に、インダクタンス分Ｌあるいはコンデンサ分Ｃが増大
した系統においては、インピーダンスを算出するために
電力系統から取り込まれた電圧と電流には周波数のズレ
が生じるため、このインピーダンスベクトルが移動する
現象が発生する。この移動過程を複素数を用いて計算す
ると式（１）のようになる。式（１）において、Ｚはイ
ンピーダンスベクトル、Ｖ1 は事故時の電圧入力信号に
含まれる電源周波数の基本波分、同じくＶ2 は事故時の
電圧入力信号に含まれる高調波分をそれぞれ示してお
り、さらにＩは事故時の電流入力を示している。また、
ωは電源の基本波角速度、ｔは時間、さらにｎは高調波
の次数をそれぞれ示している。Next, when the digital relay of the present invention is used as a power system protection relay as shown in FIG.
In the arithmetic processing unit 8, the ratio of the harmonic component to the fundamental component included in the impedance of the system is calculated, and the operation of the relay is determined based on the calculation result. As described above, in a system in which the inductance L or the capacitor C is increased, the voltage and the current taken from the power system for calculating the impedance have a frequency difference, so that the impedance vector shifts. Occurs. When this movement process is calculated using a complex number, it becomes as shown in equation (1). In the equation (1), Z is an impedance vector, V 1 is a fundamental component of a power supply frequency included in the voltage input signal at the time of an accident, and V 2 is a harmonic component included in the voltage input signal at the time of an accident. And I indicates the current input at the time of the accident. Also,
ω indicates the fundamental wave angular velocity of the power supply, t indicates time, and n indicates the order of harmonics.
【００１７】[0017]
【数１】 (Equation 1)
【００１８】ここで、この式（１）の形を見ると、イン
ピーダンスベクトルＺは、固定ベクトルと回転ベクトル
とによって合成されたものであることがわかる。すなわ
ち、ｖ2 ／ｉは固定ベクトルを、またｖ1 ／ｉは時計方
向に（ｎ−１）時の高調波次数で回転するベクトルをそ
れぞれ意味しており、これを横軸を実軸，縦軸を虚軸と
したＲ−Ｘ座標に表現すると図３のようになる。同図に
おいて、インピーダンスベクトルＺは、３ａ点で最大と
なり、３ｂ点で最小となる軌跡を描くものであることが
わかる。また、これらの各点でのインピーダンスをＺa
およびＺb とすると、 最大値：Ｚa ＝ｖ2 ／ｉ＋ｖ1 ／ｉ 最小値：Ｚb ＝ｖ2 ／ｉ−ｖ1 ／ｉ となる。Here, looking at the form of the equation (1), it can be seen that the impedance vector Z is a combination of the fixed vector and the rotation vector. That is, v 2 / i means a fixed vector, and v 1 / i means a vector rotating clockwise at the harmonic order at (n−1). FIG. 3 shows the R-X coordinates with the axis being an imaginary axis. In the figure, it can be seen that the impedance vector Z draws a locus which becomes maximum at the point 3a and becomes minimum at the point 3b. The impedance at each of these points is represented by Z a
And Z b , the maximum value: Z a = v 2 / i + v 1 / i The minimum value: Z b = v 2 / i−v 1 / i
【００１９】ここで、これらインピーダンスベクトルＺ
a ，Ｚb 、およびそれぞれのベクトルが発生した時間Ｔ
za，Ｔzbは、電力系統から取り込んだ電圧信号および電
流信号のサンプリングデータから求めることが可能であ
ることから、ｖ2 ／ｉ，ｖ1／ｉがそれぞれ逆算可能と
なる。すなわち、ｖ2 ／ｉの大きさをＺaba 、ｖ1 ／ｉ
の大きさをＺabs とすると、 Ｚaba ＝（Ｚa ＋Ｚb ）／２ Ｚabs ＝（Ｚa −Ｚb ）／２ と表すことができる。Here, these impedance vectors Z
a , Z b , and the time T at which each vector occurred
Since za and T zb can be obtained from the sampling data of the voltage signal and the current signal taken in from the power system, v 2 / i and v 1 / i can be back calculated. That is, the magnitude of v 2 / i is Z aba , v 1 / i
Letting the magnitude of Z abs be Z aba = (Z a + Z b ) / 2 Z abs = (Z a −Z b ) / 2.
【００２０】さらに、インピーダンスベクトルＺに含ま
れる高調波分の基本波分に対する割合Ｚf とその高調波
次数ｎは、ｆ＝５０Ｈｚ基本波ベースでのＺa ，Ｚb 間
の移動時間をＴZab とすると、 Ｚf ＝Ｚaba ／Ｚabs Ｔzab ＝Ｔza−Ｔzb＝１／｛２・ｆ（ｎ−１）｝(s) ＝１０００／｛２・５０（ｎ−１）｝(ms) となり、これより高調波分の割合Ｚf とその次数ｎが算
出可能となる。Furthermore, the ratio Z f and its harmonic order n of the fundamental wave component of the harmonic component contained in the vector impedance Z is, f = 50 Hz fundamental basis of Z a, the travel time between Z b T Zab Then, Z f = Z aba / Z abs T zab = T za −T zb = 1 / {2 · f (n−1)} (s) = 1000 / {2 · 50 (n−1)} (ms ), From which the ratio of harmonic components Zf and its order n can be calculated.
【００２１】次に、本発明における演算処理の手順につ
いて、図２を参考に説明する。ステップ２１において、
図１のアナログ／ディジタル変換部２でサンプリングさ
れた電圧および電流データをＲＡＭ１０に格納する。次
にステップ２２でこのデータおよびこれより前に取り込
まれ格納してあったデータに基づき、インピーダンスベ
クトルが算出され、ＲＡＭ１０に格納される。なお、サ
ンプリングデータからベクトルを算出する方法は、従来
からのベクトル計算法に基づくものである。Next, the procedure of the arithmetic processing in the present invention will be described with reference to FIG. In step 21,
The voltage and current data sampled by the analog / digital converter 2 of FIG. Next, at step 22, an impedance vector is calculated based on this data and the data previously captured and stored, and stored in the RAM 10. The method of calculating a vector from sampling data is based on a conventional vector calculation method.
【００２２】すなわち、ある電圧サンプル値ｖ(m) より
ｎ回前のサンプル値をｖ(m-n) とすると、サンプリン
グ間隔が電気角３０゜の場合、 Ｖ2 ＝ｖ(m)2＋ｖ(m-3)2 Ｉ2 ＝ｉ(m)2＋ｉ(m-3)2 ＶＩcos θ＝ｖ(m)・ｉ(m) ＋ｖ(m-3)・ｉ(m-3) ＶＩsin θ＝ｖ(m-3)・ｉ(m) −ｖ(m)・ｉ(m-3) となり、インピーダンスＺ、抵抗Ｒ、リアクタンスＸ
は、 Ｚ2 ＝Ｖ2 ／Ｉ2 Ｒ2 ＝Ｚcos θ＝（ＶＩcos θ）／Ｉ2 Ｘ2 ＝Ｚsin θ＝（ＶＩsin θ）／Ｉ２ により算出される。That is, assuming that a sample value n times before a certain voltage sample value v (m) is v (mn), when the sampling interval is an electrical angle of 30 °, V 2 = v (m) 2 + v (m− 3) 2 I 2 = i (m) 2 + i (m−3) 2 VI cos θ = v (m) · i (m) + v (m−3) · i (m−3) VI sin θ = v (m− 3) · i (m) −v (m) · i (m−3), impedance Z, resistance R, reactance X
Is calculated as follows: Z 2 = V 2 / I 2 R 2 = Z cos θ = (VI cos θ) / I 2 X 2 = Z sin θ = (VI sin θ) / I 2
【００２３】続くステップ２３，２４で、これら算出し
た値のうち過去一定時間内に、すなわち事故発生からイ
ンピーダンスベクトルの軌跡がリレー動作領域を通過す
るのに充分な時間内における最大値および最小値が抽出
され、その値と発生した時刻とがステップ２５，２６で
それぞれ記憶される。そしてステップ２７でこれらの値
から前述の演算方法に基づき、高調波分の割合とその次
数が算出される。以上の演算処理により、電力系統から
の各種電気量から、インピーダンスに含まれる高調波分
の割合とその次数を算出することが可能となる。従っ
て、これに基づき特定された事故の発生地点が保護区間
内か否かが判断され、電力系統保護の要否が判定され
る。In the following steps 23 and 24, the maximum value and the minimum value of these calculated values within a certain period of time in the past, that is, within a time sufficient for the trajectory of the impedance vector to pass through the relay operation area from the occurrence of the accident are determined. The extracted value and the time of occurrence are stored in steps 25 and 26, respectively. Then, in step 27, the ratio of the harmonic component and its order are calculated from these values based on the above-described calculation method. Through the above arithmetic processing, it is possible to calculate the ratio of harmonic components included in the impedance and the order thereof from various amounts of electricity from the power system. Therefore, based on this, it is determined whether or not the point of occurrence of the specified accident is within the protection section, and it is determined whether or not power system protection is necessary.
【００２４】また、本発明のディジタルリレーが、図７
のような変圧器保護リレーとして使用される場合、図１
の演算処理部８において、差動電流中の基本波分に対す
る高調波分の割合が算出され、その結果に応じてリレー
の動作判定がなされる。今、電源側からＩ１ｆ，線路側
からＩnfの高調波分がリレーに取り込まれたとすると、
差動電流Ｉd は、Ｉd ＝Ｉ1f＋Ｉnfとなる。このＩd を
所定の電源基本波ベクトル（大きさ１，反時計方向に５
０回転／秒）で除算した演算ベクトルＩddを複素数を用
いて表現すると式（２）のようになる。式（２）におい
て、ωは電源の基本波角速度、ｔは時間、さらにｎは高
調波の次数をそれぞれ示している。FIG. 7 shows a digital relay according to the present invention.
When used as a transformer protection relay such as
In the arithmetic processing unit 8, the ratio of the harmonic component to the fundamental component in the differential current is calculated, and the operation of the relay is determined according to the calculation result. Now, assuming that harmonics of I 1f from the power supply side and I nf from the line side are taken into the relay,
Differential current I d becomes I d = I 1f + I nf . This I d is converted to a predetermined power supply fundamental wave vector (magnitude 1, 5 in the counterclockwise direction).
Expression (2) is obtained by expressing the operation vector I dd divided by (0 rotation / sec) using a complex number. In the equation (2), ω represents the fundamental angular velocity of the power supply, t represents time, and n represents the order of a harmonic.
【００２５】[0025]
【数２】 (Equation 2)
【００２６】ここで、この式（２）の形を見ると、演算
ベクトルＩddは、固定ベクトルと回転ベクトルとによっ
て合成されたものであることがわかる。すなわち、Ｉ1f
は固定ベクトルを、またＩnfは反時計方向に回転するベ
クトルをそれぞれ意味しており、これをＲ−Ｘ座標に表
現すると図５のようになる。図５において、演算ベクト
ルＩddは、５ａ点で最大となり、５ｂ点で最小となる軌
跡を描くものであることがわかる。また、これらの各点
での演算ベクトルをＩddmax およびＩddmin とすると、 最大値：Ｉddmax ＝Ｉ1f＋Ｉnf 最小値：Ｉddmin ＝Ｉ1f−Ｉnf となる。Here, looking at the form of this equation (2), it can be seen that the operation vector Idd is a combination of the fixed vector and the rotation vector. That is, I 1f
Represents a fixed vector, and Inf represents a vector that rotates in a counterclockwise direction, and this is expressed as R-X coordinates as shown in FIG. In FIG. 5, it can be seen that the operation vector Idd draws a locus which becomes maximum at the point 5a and becomes minimum at the point 5b. If the operation vectors at these points are I ddmax and I ddmin , the maximum value is: I ddmax = I 1f + I nf The minimum value is: I ddmin = I 1f −I nf .
【００２７】ここで、このＩddmax ，Ｉddmin 、および
それぞれのベクトルが発生した時間Ｔia ，Ｔib は、電
力系統から取り込んだ電流信号のサンプリングデータか
ら求めることが可能であることから、Ｉ1f，Ｉnfがそれ
ぞれ逆算可能となる。すなわち、Ｉ1fの大きさをＩ
dda 、Ｉnfの大きさをＩdds とすると、 Ｉdda ＝（Ｉddmax ＋Ｉddmin ）／２ Ｉdds ＝（Ｉddmax −Ｉddmin ）／２ と表すことができる。[0027] Here, since the I ddmax, I ddmin, and the time T ia that each vector has occurred, T ib may be determined from the sampling data of the captured current signal from the power system, I 1f , Inf can be calculated back. That is, the magnitude of I 1f is
dda, when the size of the I nf and I dds, can be expressed as I dda = (I ddmax + I ddmin) / 2 I dds = (I ddmax -I ddmin) / 2.
【００２８】さらに、演算ベクトルＩddに含まれる高調
波分の基本波分に対する割合Ｉf とその次数ｎは、ｆ＝
５０Ｈｚ基本波ベースでの５ａ，５ｂ間の移動時間をＴ
iabとすると、 Ｉf ＝Ｉdds ／Ｉdda Ｔiab ＝Ｔia−Ｔib＝１／｛２・ｆ（ｎ−１）｝(s) ＝１０００／｛２・５０（ｎ−１）｝(ms) となり、これより高調波分の割合Ｉf とその次数ｎが算
出可能となる。Further, the ratio If of the harmonic contained in the operation vector Idd to the fundamental wave and its order n are represented by f =
The travel time between 5a and 5b based on the 50 Hz fundamental wave is represented by T
When iab, I f = I dds / I dda T iab = T ia -T ib = 1 / {2 · f (n-1)} (s) = 1000 / {2 · 50 (n-1)} ( ms), from which the ratio If of the harmonic component and its order n can be calculated.
【００２９】次に、本発明における演算処理の手順につ
いて、図４を参考に説明する。ステップ４１において、
図１のアナログ／ディジタル変換部２でサンプリングさ
れた電流データをＲＡＭ１０に格納する。次にステップ
４２でこのデータおよびこれより前に取り込まれ格納し
てあったデータに基づき、演算ベクトルが前述のベクト
ル計算法により算出され、ＲＡＭ１０に格納される。続
くステップ４３，４４で、これら算出した値のうち過去
一定時間内に、すなわち事故発生から演算ベクトルの軌
跡がリレー動作領域を通過するのに充分な時間内におけ
る最大値および最小値が抽出され、その値と発生した時
刻とがステップ４５，４６でそれぞれ記憶される。そし
てステップ４７でこれらの値から前述の演算方法に基づ
き、高調波分の割合とその次数が算出される。Next, the procedure of the arithmetic processing in the present invention will be described with reference to FIG. In step 41,
The current data sampled by the analog / digital converter 2 in FIG. Next, in step 42, an operation vector is calculated by the above-described vector calculation method based on this data and the data which has been previously captured and stored, and stored in the RAM 10. In the following steps 43 and 44, the maximum value and the minimum value are extracted from the calculated values within a fixed time in the past, that is, within a time sufficient for the trajectory of the operation vector to pass through the relay operation area from the occurrence of the accident, The value and the time of occurrence are stored in steps 45 and 46, respectively. In step 47, the ratio of the harmonic component and its order are calculated from these values based on the above-described calculation method.
【００３０】以上の演算処理により、電力系統からの各
種電気量から、差動電流に含まれる高調波分の割合とそ
の次数を算出することが可能となる。従って、これに基
づき、この差動電流中の高調波分が、変圧器特有の単な
る電圧印可時の鉄心飽和による固有のものか、前述のよ
うなインダクタンス分Ｌあるいはコンデンサ分Ｃが増大
した系統における事故時のものかを判断することによ
り、変圧器事故発生の判定、すなわち電力系統保護の要
否が判定可能となる。By the above-described arithmetic processing, it is possible to calculate the ratio of harmonic components included in the differential current and the order thereof from various electric quantities from the power system. Therefore, based on this, the harmonic component in the differential current is specific to the transformer due to iron core saturation at the time of simple voltage application, or in the system in which the inductance component L or the capacitor component C is increased as described above. By judging whether or not an accident has occurred, it is possible to judge the occurrence of a transformer accident, that is, to judge the necessity of power system protection.
【００３１】[0031]
【発明の効果】以上説明したように、本発明は、電力系
統からサンプリングされた電圧および電流データに基づ
き、電圧ベクトルを電流ベクトルで除算したインピーダ
ンスベクトルを算出するベクトル演算手段を設けて、こ
のインピーダンスベクトルの最大値および最小値ならび
にその時刻を抽出し、このベクトルに含まれる高調波分
の割合とその次数を算出するようにしたので、インピー
ダンスベクトルの算出精度が改善される。従って、線路
側系統のインダクタンス分やコンデンサ分が増大してい
る系統に使用されている系統保護継電器において、事故
発生地点を特定する精度が向上するとともに、誤動作防
止のための強制抑止手段を必要とすることなく、系統保
護継電器の正確な動作判定が可能となるという顕著な効
果を奏するものである。As described above, according to the present invention, vector operation means for calculating an impedance vector obtained by dividing a voltage vector by a current vector based on voltage and current data sampled from a power system is provided. Since the maximum value and the minimum value of the vector and the time of the vector are extracted, and the ratio of the harmonic component contained in the vector and its order are calculated, the accuracy of calculating the impedance vector is improved. Therefore, in a system protection relay used in a system in which the inductance and the capacitor of the line side system are increasing, the accuracy of specifying the location of an accident is improved, and a forced suppression means for preventing malfunction is required. This has a remarkable effect that an accurate operation determination of the system protection relay can be performed without performing the operation.
【００３２】また、電力系統からサンプリングされた電
流データに基づき、電流ベクトルを電力系統の基本波基
準ベクトルで除算した演算ベクトルを算出するベクトル
演算手段を設けて、この演算ベクトルの最大値および最
小値ならびにその時刻を抽出し、このベクトルに含まれ
る高調波分の割合とその次数を算出するようにしたの
で、高調波分の判別精度が改善される。従って、変圧器
保護継電器において、変圧器特有の励磁突流現象に起因
する高調波分と、線路側系統のインダクタンス分やコン
デンサ分が増大している系統における事故時に発生する
高周波分とを精度よく判別することが可能となり、誤動
作防止のための強制抑止手段を必要とすることなく、変
圧器保護継電器の正確な動作判定が可能となるという顕
著な効果を奏するものである。Further, based on the current data sampled from the electric power system, vector operation means for calculating an operation vector obtained by dividing the current vector by the fundamental wave reference vector of the electric power system is provided, and the maximum value and the minimum value of the operation vector are provided. In addition, since the time is extracted and the ratio of the harmonics contained in this vector and the order thereof are calculated, the accuracy of the harmonic component discrimination is improved. Therefore, in the transformer protection relay, it is possible to accurately discriminate between a harmonic component caused by an exciting surge phenomenon peculiar to the transformer and a high-frequency component generated at the time of an accident in a system in which the inductance and the capacitor of the line side system are increasing. This makes it possible to accurately determine the operation of the transformer protection relay without the necessity of forcible suppression means for preventing malfunction.
【図１】本発明の一実施例のブロック図である。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention.
【図２】本発明が系統保護リレーとして使用される場合
の、図１の演算処理部における演算処理手順を示す図で
ある。FIG. 2 is a diagram showing an arithmetic processing procedure in an arithmetic processing unit in FIG. 1 when the present invention is used as a system protection relay.
【図３】図２の手順により算出されるインピーダンスベ
クトルの軌跡を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a locus of an impedance vector calculated by the procedure of FIG. 2;
【図４】本発明が変圧器保護リレーとして使用される場
合の、図１の演算処理部における演算処理手順を示す図
である。FIG. 4 is a diagram showing an arithmetic processing procedure in an arithmetic processing unit in FIG. 1 when the present invention is used as a transformer protection relay.
【図５】図４の手順により算出される演算ベクトルの軌
跡を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a locus of an operation vector calculated by the procedure of FIG. 4;
【図６】系統保護リレーの接続状態を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a connection state of a system protection relay.
【図７】変圧器保護リレーの接続状態を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a connection state of a transformer protection relay.
【図８】従来のディジタルリレーにおける低次高調波分
を抽出するディジタルフィルタの利得／周波数特性を示
す図である。FIG. 8 is a diagram showing gain / frequency characteristics of a digital filter for extracting a lower harmonic component in a conventional digital relay.
【図９】従来の距離リレーにおける動作特性とインピー
ダンス軌跡を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing operation characteristics and an impedance locus of a conventional distance relay.
１ ディジタルリレー ２ アナログ／ディジタル変換部 ７ ディジタル演算制御部 ８ 演算処理部 ９ ＲＯＭ １０ ＲＡＭ １１ 外部インターフェース １２ 電力系統 １３ 変流器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Digital relay 2 Analog / digital conversion part 7 Digital operation control part 8 Operation processing part 9 ROM 10 RAM 11 External interface 12 Power system 13 Current transformer
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H02H 3/38 - 3/52 H02H 7/04 - 7/045 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02H 3/38-3/52 H02H 7 /04-7/045
Claims (2)
量に対して演算を行うとともに、その演算結果に応じて
動作の要否を判定する保護継電器において、 サンプリングされた電圧および電流データに基づき、電
圧ベクトルを電流ベクトルで除算したインピーダンスベ
クトルを算出するベクトル演算手段と、 前記インピーダンスベクトルの最大値および最小値なら
びにこれら発生時刻をそれぞれ抽出する抽出手段と、この抽出手段により抽出されたインピーダンスベクトル
の最大値および最小値からインピーダンスベクトルに含
まれる高調波分の割合を算出するとともに、インピーダ
ンスベクトルの最大値および最小値の発生時刻から前記
高調波分の次数を算出する 高調波分算出手段とを備える
ことを特徴とする保護継電器。1. A protection relay that performs an operation on various amounts of electricity sampled from a power system and determines whether or not operation is necessary according to a result of the operation. , A vector calculating means for calculating an impedance vector obtained by dividing a current vector by a current vector; an extracting means for extracting a maximum value and a minimum value of the impedance vector and their occurrence times ; and an impedance vector extracted by the extracting means.
From the maximum and minimum values of
Calculate the proportion of harmonics
From the occurrence times of the maximum and minimum values of the
And a harmonic component calculating means for calculating the order of the harmonic component.
量に対して演算を行うとともに、その演算結果に応じて
動作の要否を判定する保護継電器において、 サンプリングされた電流データに基づき、電流ベクトル
を電力系統の基本波基準ベクトルで除算した演算ベクト
ルを算出するベクトル演算手段と、 前記演算ベクトルの最大値および最小値ならびにこれら
発生時刻をそれぞれ抽出する抽出手段と、この抽出手段により抽出された演算ベクトルの最大値お
よび最小値から演算ベクトルに含まれる高調波分の割合
を算出するとともに、演算ベクトルの最大値および最小
値の発生時刻から前記高調波分の次数を算出する 高調波
分算出手段とを備えることを特徴とする保護継電器。2. A protection relay that performs an operation on various amounts of electricity sampled from an electric power system and determines whether or not operation is necessary according to the operation result, wherein a current vector is calculated based on the sampled current data. a vector calculating means for calculating an operation vector obtained by dividing the fundamental wave reference vector of the system, the maximum and minimum values of the operational vector as well as their
Extraction means for extracting each occurrence time, and the maximum value and the like of the operation vector extracted by the extraction means;
And the ratio of harmonic components included in the operation vector from the minimum value
And the maximum and minimum values of the operation vector
And a harmonic component calculating means for calculating an order of the harmonic from a value generation time .
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|---|---|---|---|
| JP4263310A JP3003421B2 (en) | 1992-10-01 | 1992-10-01 | Protective relay |
Applications Claiming Priority (1)
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