JP3218163B2 - 地絡事故検出方法 - Google Patents
地絡事故検出方法Info
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Description
ジタル形保護リレーにおいて、そのリレーに用いられる
地絡事故検出と事故の発生方向の把握方法に関するもの
である。
は、その入力部はハードウエア構成からなるデジタル演
算時のサンプリングに伴う折り返し誤差の除去を目的と
したアンチ・エイリアシングフィルタ(アナログフィル
タ)とソフトウエア構成からなるデジタルフィルタを直
列化することにより過渡直流分および高調波を除去し、
基本波成分のみを抽出して以後の保護演算を行うことが
基本である。しかし、サンプリング周波数が600Hz
程度であるため、デジタルフィルタの能力は第3調波ま
での除去能力に制限され、それを補うため依然アナログ
フィルタへの依存度が高い。
た構成図例を示す。一般にアナログフィルタはその利得
を高めるほどリレー動作が遅延する。これにデジタルフ
ィルタを付加すれば遅延が一層顕著になってリレーの高
速動作が困難になるという不都合が生じる。この解決に
入力に含まれる高調波の有無に応じて使用するフィルタ
を選択することを目的にしたのがこの例である。
パスフィルタとローパスフィルタからなる低利得アナロ
グフィルタAF1〜AF2と、高利得のバンドパスフィ
ルタからなるAF3を有している。そして、低利得アナ
ログフィルタの出力側にデジタルフィルタ部22を設
け、このデジタルフィルタ部22の出力と前記高利得ア
ナログフィルタの出力ともそれぞれ別個のアンドゲート
24の各一方の入力端子に加える。また、デジタルフィ
ルタ部22の出力側に高調波含有の有無を判定する判定
演算ブロック23を設け、高調波の有無に応じて得られ
る入力選択信号を前記アンドゲートの各他方の入力端子
に加えることにより、これらのアンドゲートを選択的に
開くように構成されている。
アナログフィルタに大きく依存しており完全なデジタル
信号処理とは言えず、ハードウエアの比率が高く機器の
小型化は望めない。かつデジタルフィルタも高調波次数
に依存して数種類必要であるためソフトウエアの負担も
大きい。また、零相電流と零相電圧に各々前記構成が必
要であることを考えれば、電圧と電流に含まれる高調波
成分が異なる場合、各構成の零相電圧・電流の位相差と
フィルタ出力後の両信号の位相差が異なり、位相判定が
困難となることにより、前記アンドゲート以後の演算に
おいてその補正等が必要であり、処理が複雑となる。
ナログフィルタはデジタル演算時のサンプリング折り返
し誤差を除去する目的だけのアンチエイリアシングフィ
ルタのみと、その出力にバンドパス形のデジタルフィル
タを設け両フィルタとも位相直線特性を持つFIR(F
inite Impulse Responce:有限
インパルス応答)形としただけの基本的な構成にて、前
記問題点を解決するとともに、量子化されたデジタルフ
ィルタ出力をそのまま利用することにより地絡事故検出
とその方向を把握する完全なデジタル処理による方法を
提供することを目的とするものである。
め、本発明の地絡事故検出方法は、非接地式配電系統の
零相電圧と零相電流について、その大きさと位相差を求
め零相電圧と電流が設定値以上でかつ位相差が設定範囲
内の状態が設定時間以上継続した場合に、地絡事故の発
生を検出し、かつ事故の発生方向を把握する地絡事故検
出方法において、デジタル演算時のサンプリング折り返
し誤差を除去するアンチエイリアシングフィルタと零相
電圧および零相電流に含まれる商用周波数以外の周波数
成分を除去するバンドパスデジタルフィルタを有し、当
該デジタルフィルタの出力信号に基づいて商用周波数1
/2サイクルを1単位として零相電圧と零相電流の実効値
演算と予め設定された地絡事故検出基準値との大小比較
を行うとともに零相電圧に対する零相電流の位相角が予
め設定された事故検出動作位相角範囲であるかの判定を
行い、前記大小比較結果と位相角範囲が設定された値以
上と範囲内である場合、前記1単位は地絡事故検出条件
が成立したとして、成立した単位の数を条件成立カウン
タでカウントし、前記条件成立カウンタでカウントした
数が予め設定された値と等しくなった時点を地絡事故検
出とする地絡事故検出方法であって、前記地絡事故検出
条件が不成立の場合、条件不成立の単位を条件不成立カ
ウンタでカウントし、前記条件不成立カウンタでカウン
トした数が予め設定された値以上となれば前記条件成立
カウンタの値を0にリセットし、前記条件成立カウンタ
の値が0以外でありかつ不成立カウンタの値が予め設定
された値以内であれば条件不成立の単位であっても条件
成立カウンタも同時にインクリメントし事故発生と復帰
を繰り返す間欠地絡にも一定時間にて検出するものであ
る。
つのアンチエイリアシングフィルタ(ハードウエア)と
デジタルフィルタ、および零相電圧・電流に共通の1つ
の地絡事故検出演算部(ソフトウエア)から構成されて
いる。アンチエイリアシングフィルタでは零相電圧また
は電流のアナログ量を入力信号として、デジタル演算時
のサンプリング折り返し誤差を除去する目的と、フィル
タをFIR形とすることにより位相直線特性を持たせ入
力に含まれる各次数高調波の影響を受けることなく入力
信号のフィルタ通過時間を常に一定とし、かつフィルタ
通過による入力信号と出力信号の位相差を一定とするこ
とを目的としている。これにより、地絡検出時間の安定
化と零相電圧・電流の位相比較原理による両者の位相比
較を安定性あるものとしている。
ングフィルタの出力を受け、また前記フィルタと同じ目
的でFIR形とし、かつ入力信号に重畳する直流分を除
去する目的と、1つのフィルタで商用周波数(基本波)
以外の高調波を除去することを目的としてバンドパスフ
ィルタとしている。従来のデジタルフィルタでは入力信
号のサンプリング周波数が600Hz程度のため高調波
除去に十分な能力を得られず、前段のアナログフィルタ
に頼らなければならなかったが、本デジタルフィルタで
は本方法全体でのソフトウエア構成を工夫することによ
りサンプリング周波数を、4800Hz以上でも可能と
することにより第40次高調波以上でも除去でき、前段
のアンチエイリアシングフィルタとの組合せによれば1
つのデジタルフィルタで高調波成分と直流成分の除去が
可能となる。
らの量子化された出力データをもとにすべてソフトウエ
ア処理により地絡事故検出と方向判定を行っている。こ
の演算部では、1/2サイクルごとに零相電圧・電流の
商用周波数に対する各実効値演算と、位相差演算、およ
び零相電圧に対する零相電流の進み/遅れの判定を行
い、各実効値が各設定値以上かどうかの判定と、零相電
圧に対する零相電流の位相角が設定された範囲内である
かを判定し、これらすべてのAND条件が成立した場合
のみ条件成立カウンタを1つインクリメントし同時に条
件不成立カウンタをクリアする。
1つインクリメントし指定された値まで到達すると条件
成立カウンタをクリアし事故消滅としている。条件成立
カウンタが指定された値まで到達した時点が地絡事故の
検出時点となり、条件成立カウンタに予め初期設定した
値が地絡事故の検出時間となる。このように1/2サイ
クルを1つの単位としてデジタルで監視を行うことによ
り、事故検出時間の安定性を確保しかつ原理上最短で1
/2〜1サイクルでの事故検出という高速動作が可能と
なっている。
よればサンプリング間隔は1/4800=208.33
33μsであり商用周波数を60Hzとすれば位相差の
検出分解能は360/(16.6666ms/208.
3333μs)=4.5度と高精度となっている。
に説明する。図1に本発明を利用した場合の最小ハード
ウエア構成を示す。図中1はアンチエイリアシングフィ
ルタである。抵抗RとコンデンサCで構成されただけの
回路であるためフィルタ応答時間は数msと高速であ
り、カットオフ周波数を160Hz程度と低くとること
により4800Hzでのサンプリング折り返し誤差除去
に十分機能するものとしている。
器1個で構成している。MPU部3は1チップマイクロ
コンピュータである。各演算増幅器の出力はマイクロコ
ンピュータ内蔵のA/Dコンバータへ入力され、サンプ
リング周波数4800Hzにてサンプリングされる。A
/Dコンバータにて量子化されたデータはマイクロコン
ピュータ内蔵の積和演算ユニットを利用したデジタルフ
ィルタにより商用周波数(基本波)成分のみ抽出され
る。以後はROMに書き込まれたプログラムの手順どお
りCPUとRAMにより処理される。本発明はこのよう
に最小規模のハードウエアにも利用でき機器の小型化が
可能である。
図中11はフィルタ部であり、前述のように商用周波数
(基本波)のみを抽出することを目的としている。デジ
タルフィルタからの出力はサンプリング周期に同期して
出力されサンプリング周波数が4800Hzとした場
合、その周期は208.3333μsであるから1/2
サイクルの間に8.3333ms/208.3333μ
s=40となり、データ数は40個となる。12はフィ
ルタ後の量子化されたデータをもとに地絡事故の検出を
行う演算部であり、ソフトウエア処理の本体である。本
演算部では1/2サイクルを1つの演算単位として以下
の処理を行う。aは40個のデータをもとに実効値演算
を行う。
る。
予め設定された値と比較され設定値を越えていれば1
が、越えていなければ0がeのANDゲートの入力端子
に入る。bは零相電圧・電流のデータがサンプリング周
期に同期して同時に入力されることにより位相差を求め
る位相差演算部である。
す。二つの波の位相差を示す要素は、それぞれの波の極
性に示されており、つまり極性が一致していない期間が
位相差である。図3によれば零相電圧と電流が同相の場
合は極性はすべて一致し、180度位相差がある場合は
すべて不一致であり、90度差の場合は一致している部
分と不一致の部分は同じである。
タルフィルタからの出力ごとに両データに含まれる符号
ビットと比較し、不一致であった場合のみRAM上のカ
ウンタをインクリメントする。前述の通り1/2サイク
ルで40サンプリングを行うわけであるから位相角の分
解能は180度/40=4.5度であり、1/2サイク
ル終了時(比較開始から40回目の比較終了時)に前記
カウンタの値と4.5度の積により位相差が求められ
る。演算された位相差は、dの設定位相角範囲の判定部
へ入力される。
み/遅れ)判定演算部である。零相電圧と電流データが
入力されるごとに、それぞれについて符号ビットを確認
し1つ前の符号ビットとの比較をし極性が変化したかど
うかの確認を行っている。電圧か電流かいずれかに極性
の変化があった時点で、もう1つのデータの極性を見る
ことで進み遅れの判定が可能となっている。この判定条
件を表1に示す。
も遅れとも判定できないため仮に進みとする。
のいずれかであるが、前記bの位相差演算において、同
相であれば演算された位相差は0度であり、180度差
の場合、演算された位相差も180度となり容易に区別
することができる。ここでの結果をdの設定位相角範囲
の判定部へ入力する。dは設定位相角範囲の判定部であ
る。前記bの位相差演算結果と前記cでの方向判定結果
を入力として、零相電圧に対して零相電流がどの位相角
にあるかを求める。
示す。前記cの判定結果が進みであれば、前記bの位相
差演算結果が図4の負荷側地絡事故範囲内か否かの判定
を行う。前記cの判定結果が遅れであれば、前記bの位
相差演算結果が図4の電源側地絡事故範囲内か否かの判
定を行う。その判定結果と、予め設定された 負荷側/
電源側 いずれの方向での地絡事故を検出すればよいか
の情報と比較し、一致すればeのANDゲートへの出力
を1とする。
は、仮に変電所保護リレーと動作協調をとろうとすれば
その動作位相角範囲を十分にカバーする範囲とすればよ
く、図4の斜線で示す不感帯を設けることにより誤判定
をなくすことが可能であり、また位相角をデジタル量で
扱っているため保護リレーとして安定した特性が得られ
る。eはAND結果の判定部であり、ANDゲートの3
つの入力がすべて1の場合、その出力が1となり、判定
対象となったその1/2サイクルは地絡事故検出条件が
成立していることになる。3つの入力が1つでも0であ
れば条件不成立となる。条件成立の場合、gのカウンタ
をインクリメントする。
条件不成立カウンタである。fの条件成立カウンタが予
め設定された値となった場合が地絡事故検出となり、予
め設定された値が地絡事故発生から検出までの監視時間
となり1/2サイクル(8.3333ms)単位で設定
可能である。
生と消滅を繰り返す間欠地絡を想定し、地絡事故消滅後
に予め設定された値(時間)以内に再度発生した場合、
その消滅していた間も事故は継続していたものとみなし
fの条件成立カウンタを1/2サイクルごとにインクリ
メントする。しかし設定された値(時間)以上消滅して
いた場合は、fの条件成立カウンタをクリアする。地絡
事故検出時はfとeのカウンタをともにクリアし、図2
の演算部12は再監視の指示があるまで機能させない。
ここで仮に変電所保護リレーとの時限協調をとる場合
は、fとg予め設定する値を選べばよい。
コープ波形図であり、事故回線の充電電流5A,地絡抵
抗5Ωにおいて、保護リレーの零相電圧検出感度160
V、零相電流検出感度0.34A、検出時間117m
s、保護リレーより負荷側の地絡事故を検出するように
設定した場合の零相電圧波形V0と零相電流波形I0お
よび検出信号を示している。ここで図7はメタリック地
絡、図8は間欠地絡、図9はピンホールによるケーブル
地絡、図10は碍子割れによる地絡を示しており、地絡
の種類による検出時間のバラツキが少ないことがわか
る。なお、オシロスコープでの検出時間は検出信号をオ
シロスコープに出力するため4ms程度の機械的遅れが
加算されている。
検出機能に要するハードウエア図1に示す通りのシンプ
ルな構成ですみ、機器の小型化、低価格化及び部品点数
の削減による信頼性の向上が可能である。またアンチエ
イリアシングフィルタとアナログ増幅回路以外、すべて
ソフトウエアにて処理されるため周囲温度の変化に対す
る影響が少ない。
量として扱われるため、従来保護リレーが有する零相電
圧・電流の大小に依存する検出と復帰時間のバラツキ
や、両者の位相差に依存する検出感度のバラツキ、及び
動作位相角の非直線性が削除されており常に一定の特性
が得られる。
易となり、配電線上の保護リレー情報と変電所保護リレ
ー情報を営業所に設置された電算機にリアルタイムに伝
達することにより健全区間を停電させることなく地絡事
故区間のみを切り離す高度な配電線事故処理システムの
構築が可能である。
部のハードウエア構成例を示すブロック図である。
ク図である。
ある。
である。
である。
図である。
コープ波形図である。
波形図である。
験時のオシロスコープ波形図である。
シロスコープ波形図である。
故検出装置の例を示すブロック図である。
回路、3 MPU部、11 フィルタ部、12 演算部
Claims (1)
- 【請求項1】 非接地式配電系統の零相電圧と零相電流
について、その大きさと位相差を求め零相電圧と電流が
設定値以上でかつ位相差が設定範囲内の状態が設定時間
以上継続した場合に、地絡事故の発生を検出し、かつ事
故の発生方向を把握する地絡事故検出方法において、 デジタル演算時のサンプリング折り返し誤差を除去する
アンチエイリアシングフィルタと零相電圧および零相電
流に含まれる商用周波数以外の周波数成分を除去するバ
ンドパスデジタルフィルタを有し、当該デジタルフィル
タの出力信号に基づいて商用周波数1/2サイクルを1単
位として零相電圧と零相電流の実効値演算と予め設定さ
れた地絡事故検出基準値との大小比較を行うとともに零
相電圧に対する零相電流の位相角が予め設定された事故
検出動作位相角範囲であるかの判定を行い、前記大小比
較結果と位相角範囲が設定された値以上と範囲内である
場合、前記1単位は地絡事故検出条件が成立したとし
て、成立した単位の数を条件成立カウンタでカウント
し、前記条件成立カウンタでカウントした数が予め設定
された値と等しくなった時点を地絡事故検出とする地絡
事故検出方法であって、前記地絡事故検出条件が不成立
の場合、条件不成立の単位を条件不成立カウンタでカウ
ントし、前記条件不成立カウンタでカウントした数が予
め設定された値以上となれば前記条件成立カウンタの値
を0にリセットし、前記条件成立カウンタの値が0以外で
ありかつ不成立カウンタの値が予め設定された値以内で
あれば条件不成立の単位であっても条件成立カウンタも
同時にインクリメントし事故発生と復帰を繰り返す間欠
地絡にも一定時間にて検出することを特徴とする地絡事
故検出方法。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP13525395A JP3218163B2 (ja) | 1995-06-01 | 1995-06-01 | 地絡事故検出方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP13525395A JP3218163B2 (ja) | 1995-06-01 | 1995-06-01 | 地絡事故検出方法 |
Publications (2)
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JPH08331752A JPH08331752A (ja) | 1996-12-13 |
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Family
ID=15147398
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP13525395A Expired - Fee Related JP3218163B2 (ja) | 1995-06-01 | 1995-06-01 | 地絡事故検出方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP3218163B2 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11428726B2 (en) | 2016-05-23 | 2022-08-30 | Emtele Oy | Method and apparatus for detecting faults in a three-phase electrical distribution network |
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KR100883777B1 (ko) * | 2007-01-26 | 2009-02-18 | 명지대학교 산학협력단 | 배전자동화시스템에서 단말장치의 고장표시 생성방법 |
JP2010210552A (ja) * | 2009-03-12 | 2010-09-24 | Omron Corp | 漏電検出装置 |
JP2017093068A (ja) * | 2015-11-05 | 2017-05-25 | 関西電力株式会社 | 測定装置および地絡検出装置 |
CN112858837B (zh) * | 2021-01-13 | 2022-04-08 | 清华大学 | 一种判断输电线路高阻故障方向的方法及装置 |
-
1995
- 1995-06-01 JP JP13525395A patent/JP3218163B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US11428726B2 (en) | 2016-05-23 | 2022-08-30 | Emtele Oy | Method and apparatus for detecting faults in a three-phase electrical distribution network |
Also Published As
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