JP3879462B2

JP3879462B2 - A / D converter and protective relay using the same

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Publication number: JP3879462B2
Application number: JP2001283103A
Authority: JP
Inventors: 英二岡田
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2001-09-18
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: JP2003092534A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、系統電圧，系統電流等の周期的なアナログの交流入力信号のＡ／Ｄ変換に用いられるＡ／Ｄ変換装置及びこのＡ／Ｄ変換装置を用いたデジタル形の保護継電器に関し、詳しくは、それらのＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出機能を有するこの種のＡ／Ｄ変換装置は、１チャンネル入力の場合、図５に示すように形成され、入力端子１の図６の（ａ）に示す正弦波形の交流入力信号（電圧信号又は電流信号）Ｓｉを、抵抗２を介して演算増幅器３の反転入力端子（−）に入力し、抵抗２，４で定まる利得（増幅率）で反転増幅する。
【０００３】
このとき、演算増幅器３は非反転入力端子（＋）がアナロググランドに接続され、正，負の駆動電源端子５，５′の例えば＋１５Ｖ，−１５Ｖの正，負電源で動作し、交流入力信号Ｖｉを、０Ｖを中心とする±１０Ｖ以下の振幅に補正し、図６の（ｂ）の振幅補正された信号Ｓｊを出力端子から出力する。
【０００４】
さらに、信号Ｓｊをサンプルホールド回路部６に送って所定間隔でサンプルホールドし、回路部６のサンプリング出力Ｐｉを信号切換用のマルチプレクサ回路部７を介してＡ／Ｄ変換部８に供給し、この変換部８により、信号Ｓｉのサンプリング出力Ｐｉを所定ビット数（例えば１０ビット）のデジタルデータ（入力データ）ＤｉにＡ／Ｄ変換する。
【０００５】
つぎに、装置内のＡ／Ｄ変換の正常／異常をソフトウエア処理で監視検出するため、変換部８の後段にＣＰＵ構成の処理部９が設けられる。
【０００６】
また、検査電圧発生部１０を設け、この発生部１０により例えば＋２Ｖ〜＋５Ｖの直流の検査電圧の信号Ｓｔを発生し、この信号Ｓｔをサンプルホールド回路部１１によりサンプルホールドし、そのサンプリング出力Ｐｔを、マルチプレクサ回路部７を介してＡ／Ｄ変換部８に供給し、データＤｉと同じビット数の検査データＤｔにＡ／Ｄ変換し、このデータＤｔを処理部９に供給する。
【０００７】
そして、処理部９のソフトウエア処理で形成された状態監視部により、検査電圧の信号Ｓｔを実際にＡ／Ｄ変換して得られた検査データＤｔ（実測データ）と予め設定されたＡ／Ｄ変換正常時の検査データＤｔの基準データ（論理値データ）Ｄref とを比較し、両データＤｔ，Ｄref の差が所定の誤差範囲内か否かにより、Ａ／Ｄ変換部８のＡ／Ｄ変換の正常／異常を判別して監視検出する。
【０００８】
このとき、例えばＡ／Ｄ変換部８の梯形抵抗回路の抵抗値が経時変化し、データＤｔがデータＤref と異るようになり、状態監視部がＡ／Ｄ変換の異常を検出すると、処理部９は、例えばデータＤｉとともに異常検出フラグ等を出力し、Ａ／Ｄ変換の異常を報知する。
【０００９】
つぎに、このＡ／Ｄ変換装置を用いた従来のデジタル形の保護継電器は、系統各相について系統事故を監視検出するため、複数チャンネル入力のＡ／Ｄ変換装置を用いて、図７に示すように構成される。
【００１０】
図７の１２ａ，１２ｂ，…，１２ｍは、Ａ／Ｄ変換装置１２の同一構成の複数のチャンネル入力部であり、各チャンネル入力部１２ａ〜１２ｍにおいては、例えば系統の１又は複数個所の各相電圧（又は相電流）の信号を、１対の入力端子１３ａと１３ａ′，１３ｂと１３ｂ′，…，１３ｍと１３ｍ′を介して補助トランス１４に入力して図６の交流入力信号Ｓｉに相当する各計測信号Ｓｉ′を形成し、これらの信号Ｓｉ′を、±１５Ｖの正負電源で動作する演算増幅器３，抵抗２，４により、最大振幅±１０Ｖに振幅補正し、振幅補正した演算増幅器３の出力信号Ｓｉ′をサンプルホールド回路部６に供給してサンプルホールドする。
【００１１】
このとき、サンプルホールド回路部６のサンプリング周期は、一般的な保護継電器のサンプリング周期と同様、系統電源に同期した電気角３０°の間隔に設定される。
【００１２】
そして、サンプルホールド回路６は、系統電源の毎周期に、１２点のサンプリング出力Ｐi_(a)，Ｐi_(b)，…，Ｐi_(m)を発生し、図５のマルチプレクサ回路部７に対応する多チャンネル入力のマルチプレクサ回路部１５に供給する。
【００１３】
このマルチプレクサ回路部１５は、各チャンネルのサンプリング出力Ｐi_(a)〜Ｐi_(m)及びサンプルホールド回路１１の検査電圧の信号Ｓｔのサンプリング出力Ｐｔを順次に切換えて選択し、図５のＡ／Ｄ変換部８に相当する後段のチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部１６に供給する。
【００１４】
そして、Ａ／Ｄ変換部１６により、各チャンネルのサンプリング出力Ｐi_(a)〜Ｐi_(m)，検査電圧の信号Ｓｔのサンプリング出力Ｐｔを、所定ビット数の入力データＤi_(a), Ｄi_(b)，…，Ｄi_(m)，検査データＤｔに変換し、これらのデータＤi_(a)〜Ｄi_(m)，Ｄｔを、図５の処理部９に対応するＣＰＵ構成の処理部１７に供給する。
【００１５】
この処理部１７は、ソフトウエア処理によって系統の事故監視部及びＡ／Ｄ変換の正常／異常の状態監視部を形成する。
【００１６】
そして、事故監視部は、データＤi_(a)〜Ｄi_(m)に基づき、各相の地絡，短絡等の系統事故を監視検出し、事故検出時は、ハイレベルの引外し指令Ｇ₁を出力する。
【００１７】
また、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の状態監視部は、図５の処理部９の状態監視部と同様、受信した各検査データＤｔと予め設定されたＡ／Ｄ変換正常時の基準データＤref とを比較してＡ／Ｄ変換部１６のＡ／Ｄ変換の正常／異常を判別し、異常検出時は、ハイレベルの引外し禁止指令Ｇ₂を出力する。
【００１８】
ところで、引外し指令Ｇ₁及び禁止指令Ｇ₂は引外し制御のアンドゲート１８に供給され、Ａ／Ｄ変換の正常時は、禁止指令Ｇ₂が出力されないため、アンドゲート１８がオンし、このとき引外し指令Ｇ₁が発生すると、この指令Ｇ₁がアンドゲート１８を通って引外し用の補助リレー１９のコイル１９ｌを通電し、その常開の接点１９swが閉じ、直流電源端子２０の駆動電源が接点１９ｗを介して引外しリレー２１のコイル２１ｌに流れ、そのリレー動作により、電力系統のしゃ断器２２が引外されて開放され、事故フィーダの切離し等が行われる。
【００１９】
一方、Ａ／Ｄ変換の異常検出時は、禁止指令Ｇ₂が出力されてアンドゲート１８がオフし、このとき、引外し指令Ｇ₁が発生しても、アンドゲート１８はオフし続け、その出力がローレベルに保たれ、引外し指令Ｇ₁によるしゃ断器２２の引外し（開放）が禁止され、この継電器のＡ／Ｄ変換の異常による誤動作が防止される。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のＡ／Ｄ変換装置及び保護継電器の場合、信号Ｓｉ，Ｓｉ′の振幅補正に正，負電源で動作する演算増幅器３を要するだけでなく、Ａ／Ｄ変換の異常検出に、専用の検査電圧発生部１０，サンプルホールド回路部１１を要し、しかも、マルチプレクサ回路部７，１５を用いてサンプルホールド回路部６のサンプリング出力Ｐｉ，Ｐi_(a)〜Ｐi_(m)，サンプルホールド回路部１１のサンプリング出力Ｐｔを切換えてＡ／Ｄ変換部８，１６に供給する必要があり、部品数が多く、複雑で大型かつ高価になる問題点がある。
【００２１】
また、マルチプレクサ回路部７，１５の１チャンネルが検査電圧の信号ＳｔのＡ／Ｄ変換に占有され、１チャンネル入力であってもマルチプレクサ回路部７が必要になり、多チャンネル入力の場合は、マルチプレクサ回路部１５の入力チャンネル数がその分減少する問題点もある。
【００２２】
つぎに、マルチプレクサ回路部７，１５が故障し、その出力が、サンプルホールド回路部１１の検査電圧の信号Ｓｔのサンプリング出力Ｐｔに固定されると、Ａ／Ｄ変換部８，１６は、データＤｉ，ｄi_(a)〜Ｄi_(m)として検査データＤｔを誤出力する。
【００２３】
このとき、検査データＤｔが正常でデータＤｔ，Ｄref の差が誤差範囲内であれば、Ａ／Ｄ変換の異常が検出されず、信頼性を損ねる問題点がある。
【００２４】
本発明は、この種のＡ／Ｄ変換装置及び保護継電器において、とくに、専用の検査電圧を発生してそのＡ／Ｄ変換の実測データ（検査データ）を求めたりすることなく、部品数が少なく、簡素かつ小型で安価な構成により、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出が行えるようにすることを課題とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１のＡ／Ｄ変換装置は、周期的なアナログの交流入力信号を振幅補正してサンプルホールド回路部によりサンプリングし、
このサンプルホールド回路部のサンプリング出力をＡ／Ｄ変換部に供給してデジタルデータにＡ／Ｄ変換し、
かつ、Ａ／Ｄ変換部の出力状態からＡ／Ｄ変換の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変換装置であって、
サンプルホールド回路部の前段に設けられて正又は負の単電源で動作し、交流入力信号が一方の入力端子に供給される振幅補正用の演算増幅器と、
この演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス電圧を演算増幅器の他方の入力端子に印加し、交流入力信号を、バイアス電圧を中心に振幅変化するように補正する直流バイアス電源と、
Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの交流入力信号の１周期の平均からバイアス電圧の実測データを求め、実測データと前記バイアス電圧の設定された基準データとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別してＡ／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部とを備える。
【００２６】
したがって、交流入力信号は振幅補正用の演算増幅器により、その単電源電圧の１／２のバイアス電圧を中心に振幅変化するように振幅補正され、補正後の交流入力信号の１周期の平均振幅は、０Ｖでなく、バイアス電圧の大きさになる。
【００２７】
そして、振幅補正後の交流入力信号がサンプルホールド回路部でサンプリングされてＡ／Ｄ変換部でデジタルデータにＡ／Ｄ変換されるため、このデジタルデータの交流入力信号の１周期の平均は、Ａ／Ｄ変換の正常時、バイアス電圧をＡ／Ｄ変換した実測データになり、このデータが従来の検査電圧の信号をＡ／Ｄ変換したデータに相当し、Ａ／Ｄ変換の異常時は、この実測データが正常時のデータから大小変化する。
【００２８】
そして、バイアス電圧の実測データとＡ／Ｄ変換正常時のバイアス電圧の基準データとの差に基づき、Ａ／Ｄ変換の正常／異常が判別される。
【００２９】
この場合、従来のように専用の検査電圧をサンプリングしてＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出に必要な実測データを、交流入力信号のＡ／Ｄ変換のデータと別個に得る必要がなく、検査電圧発生部やその出力のサンプルホールド回路部及びマルチプレクサ回路部が不要であって簡素かつ安価であり、しかも、このマルチプレクサ回路部の故障によるＡ／Ｄ変換の誤出力が生じることもなく、信頼性が著しく向上する。
【００３０】
そのため、部品数が少なく簡素かつ小型で安価な構成により、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出が行える。
【００３１】
つぎに、請求項２のＡ／Ｄ変換装置は、交流入力信号が複数チャンネルの場合に、交流入力信号のチャンネル毎に、他方の入力端子にバイアス電圧が印加された振幅補正用の演算増幅器及びサンプルホールド回路部を設け、
各チャンネルのサンプルホールド回路部のサンプリング出力がマルチプレクサ回路部の切換えにより順に入力され、各チャンネルのサンプリング出力をそれぞれデジタルデータにＡ／Ｄ変換するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部を備え、
状態監視部により、Ａ／Ｄ変換部の少なくとも１チャンネルのデジタルデータの交流入力信号の１周期の平均から、バイアス電圧の実測データを求める。
【００３２】
したがって、交流入力信号が複数チャンネルの場合に、各チャンネルの交流入力信号が、それぞれバイアス電圧を中心に振幅変化するように振幅補正される。
【００３３】
さらに、振幅補正後の各チャンネルの交流入力信号がサンプリングされ、チャンネル共通のＡ／Ｄ変換部により順にデジタルデータにＡ／Ｄ変換され、このとき、各チャンネルのデジタルデータの交流入力信号１周期の平均は、Ａ／Ｄ変換の正常時、バイアス電圧をＡ／Ｄ変換した実測データになる。
【００３４】
そして、少なくとも１チャンネルのデジタルデータに基づくバイアス電圧の実測データと、予め設定した基準データとの差から、請求項１のＡ／Ｄ変換装置と同様にして、Ａ／Ｄ変換の正常／異常が検出される。
【００３５】
このとき、従来のように検査電圧のサンプリング出力がＡ／Ｄ変換部の前段のマルチプレクサ回路の１チャンネルを占有したりせず、その入力チャンネル数が減少する。
【００３６】
そのため、交流入力信号が複数チャンネルの場合に、請求項１の場合と同様の信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出が行える。
【００３７】
つぎに、請求項３の保護継電器は、周期的なアナログの交流入力信号としての系統電圧又は系統電流の計測信号を振幅補正してサンプルホールド回路部によりサンプリングし、
サンプルホールド回路部のサンプリング出力をＡ／Ｄ変換部に供給してデジタルデータにＡ／Ｄ変換し、
かつ、Ａ／Ｄ変換部の出力状態から前記Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変換装置を備え、
デジタルデータに基づく系統事故の検出により、電力系統のしゃ断器を引外し、
Ａ／Ｄ変換の異常検出により、系統異常の検出に基づく前記しゃ断器の引外しを禁止する保護継電器であって、
サンプルホールド回路部の前段に設けられて正又は負の単電源で動作し、計測信号が一方の入力端子に供給される振幅補正用の演算増幅器と、
演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス電圧を演算増幅器の他方の入力端子に印加し、計測信号を、バイアス電圧を中心に振幅変化するように補正する直流バイアス電源と、
Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの計測信号の１周期の平均からバイアス電圧の実測データを求め、実測データと前記バイアス電圧の設定された基準データとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別してＡ／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部と、
Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータから実測データを減算して交流入力信号のみのデジタルデータを再生し、系統事故を監視検出する事故監視部とを備える。
【００３８】
この場合、請求項１のＡ／Ｄ変換装置を使用し、その交流入力信号を系統電圧又は系統電流の計測信号として、この計測信号のＡ／Ｄ変換とＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出とが行われる。
【００３９】
そして、Ａ／Ｄ変換の異常検出時、事故監視部の系統異常の検出に基づく電力系統のしゃ断器の引外しが自動的に禁止され、Ａ／Ｄ変換の異常に基づく誤動作が防止される。
【００４０】
そのため、請求項１と同様の効果を奏する信頼性の高いデジタル形の保護継電器を提供することができる。
【００４１】
さらに、請求項４の保護継電器は、計測信号のチャンネル毎に、他方の入力端子にバイアス電圧が印加された振幅補正用の演算増幅器及びサンプルホールド回路部を設け、
各チャンネルのサンプルホールド回路部のサンプリング出力が切換えて順に入力され、各チャンネルのサンプリング出力をそれぞれデジタルデータにＡ／Ｄ変換するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部を備え、
状態監視部により、Ａ／Ｄ変換部から出力された少なくとも１チャンネルのデジタルデータの計測信号の１周期の平均によりバイアス電圧の実測データを求める。
【００４２】
したがって、この場合は請求項２のＡ／Ｄ変換装置を使用し、チャンネルの交流入力信号をそれぞれ各相の系統電圧又は系統電流の計測信号として、これらの計測信号のＡ／Ｄ変換及びＡ／Ｄ変換の正常／異常の検出が行われ、複数チャンネル入力の場合に、請求項２と同様の効果を奏する信頼性の高いデジタル形，多チャンネル入力の保護継電装置を提供できる。
【００４３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態につき、図１〜図４を参照して説明する。
（１形態）
まず、本発明の実施の１形態のＡ／Ｄ変換装置につき、図１及び図２を参照して説明する。
図１は１チャンネル入力のＡ／Ｄ変換装置を示し、入力端子２３の図２の（ａ）に示す正弦波形の交流入力信号（例えば電圧信号）Ｓ_Iを、抵抗２４を介して振幅補正用の演算増幅器２５の反転入力端子（−）に入力し、抵抗２４，２６で定まる利得（増幅率）で反転増幅する。
【００４４】
演算増幅器２５は図５の従来の演算増幅器３と異なり、駆動電源端子２７の＋５Ｖの単電源で動作し、簡素かつ小型である。
【００４５】
つぎに、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出を行うため、演算増幅器２５の非反転入力端子（＋）は直流バイアス電源端子２８に接続され、電源端子２７の電源電圧Ｖcc（＝＋５Ｖ）の１／２の＋２．５Ｖのバイアス電圧（オフセット電圧）Ｖbiasが印加される。
【００４６】
そのため、演算増幅器２５は、交流入力信号Ｓ_Iの０Ｖをバイアス電圧Ｖbiasに移し、バイアス電圧Ｖbiasを中心として０Ｖ〜＋５Ｖの範囲で変化するように、交流入力信号Ｓ_Iを振幅補正する。
【００４７】
この振幅補正により、演算増幅器２５の出力信号Ｓ_Jは図２の（ｂ）に示すように、０Ｖ〜＋５Ｖの範囲内で振幅変化する正電圧の正弦波形の信号になり、交流入力信号Ｓ_Iが消失したときは、出力信号Ｓ_Jがバイアス電圧Ｖbias（＝＋２．５Ｖ）の定電圧信号になる。
【００４８】
つぎに、出力信号Ｓ_Jを図５のサンプルホールド回路部６と同様のサンプルホールド回路部２９に供給して設定間隔でサンプルホールドし、サンプリング出力Ｐ_IをＡ／Ｄ変換部３０に供給する。
【００４９】
そして、Ａ／Ｄ変換部３０によりサンプリング出力Ｐ_Iを所定ビット数（例えば１０ビット）のデジタルデータ（入力データ）Ｄ_IにＡ／Ｄ変換し、このデータＤ_Iを図７の処理部９と同様のＣＰＵ構成の処理部３１に供給する。
【００５０】
処理部３１はソフトウエア処理で状態監視部を形成し、この状態監視部はデジタルデータＤ_Iにつき、交流入力信号Ｓ_Iの１周期分の平均を１回又は複数回求める。
【００５１】
このとき、出力信号Ｓ_Jは交流入力信号Ｓ_Iの０Ｖを、バイアス電圧Ｖbiasの＋２．５Ｖに移した正弦波形の信号であり、交流入力信号Ｓ_Iの１周期分の平均は、Ａ／Ｄ変換の正常時、波形の対称性に基づいて打消され、バイアス電圧Ｖbiasになる。
【００５２】
そのため、デジタルデータＤ_Iの交流入力信号Ｓ_Iの１周期の平均も、Ａ／Ｄ変換の正常時はバイアス電圧Ｖbiasの＋２．５Ｖのデータになる。
【００５３】
一方、Ａ／Ｄ変換部３０の抵抗値の経時変化等により、Ａ／Ｄ変換の異常が発生すると、デジタルデータＤ_Iの交流入力信号Ｓ_Iの１周期の平均が＋２．５Ｖより大又は小に変化する。
【００５４】
なお、実際には、部品の特性誤差等に基づき、Ａ／Ｄ変換が正常であっても、デジタルデータＤ_Iの前記の１周期の平均は、＋２．５Ｖのデータから多少の誤差がある。
【００５５】
そして、処理部３１に、デジタルデータＤ_Iの前記の１周期の平均の論理値の大きさのデータ，すなわち＋２．５Ｖのバイアス電圧Ｖbiasの基準データＤ_REFが予め設定され、処理部３１はデジタルデータＤ_Iの前記の１周期分の平均を実測データＤ_I・AVとし、この実測データＤ_I・AVと基準データ（論理値データ）Ｄ_REFとを比較し、その差ΔＤが例えば基準データＤ_REFの±５％の所定の誤差範囲内か否かを判別する。
【００５６】
そして、差ΔＤが前記の誤差範囲内であれば、サンプリング回路部２９からＡ／Ｄ変換部３０までのＡ／Ｄ変換は正常であると判別し、差ΔＤが前記の誤差範囲外になるときに、前記のＡ／Ｄ変換の異常を検出する。
【００５７】
なお、演算増幅器２５が故障して＋５Ｖ又は０Ｖの定出力状態になったときにも、差ΔＤが前記の誤差範囲外になることから、本発明の場合、従来は検出困難であったサンプリング回路部２９の前段の振幅補正用の演算振幅器２５の故障に基づくＡ／Ｄ変換の異常も検出される。
【００５８】
また、処理部３１はソフトウエア処理のデータ再生部も形成し、このデータ再生部はデジタルデータＤ_Iから前記の平均の実測データＤ_I・AVを減算し、正，負に変化する交流入力信号Ｓ_IのデジタルデータＤ_I・ACを再生する。
【００５９】
そして、Ａ／Ｄ変換の正常時は、処理部３１からデジタルデータＤ_I・ACを出力し、Ａ／Ｄ変換の異常時は、処理部３１から、デジタルデータＤ_I・AC及び異常検出フラ等を出力してＡ／Ｄ変換の異常を報知する。
【００６０】
したがって、この形態のＡ／Ｄ変換装置は、このとき、図５の従来の検査データＤｔを得るための検査電圧発生部１０，サンプルホールド回路部１１及びマルチプレクサ回路部７が不要であり、部品数が少なく簡素かつ安価で小型に形成される。
【００６１】
そして、マルチプレクサ回路部７が設けられないため、この回路部７が故障したときの従来の問題点が発生せず、しかも、演算増幅器２５の故障に基づくＡ／Ｄ変換の異常も検出することができる。
【００６２】
そのため、従来より部品数が少なく簡素で小型かつ安価な構成により、Ａ／Ｄ変換の異常を確実に検出することができ、信頼性の高いＡ／Ｄ変換装置を提供することができる。
【００６３】
（他の形態）
つぎに、本発明の実施の他の形態の保護継電器につき、図３及び図４を参照して説明する。
図３のデジタル形の保護継電器は、複数チャンネル入力のＡ／Ｄ変換装置３２を備える。
【００６４】
そして、図３の３２ａ，３２ｂ，…，３２ｍはＡ／Ｄ変換装置３２の同一構成のチャンネル入力部であり、各チャンネル入力部３２ａ〜３２ｍにおいては、１対の入力端子３３ａと３３ａ′，３３ｂと３３ｂ′，…，３３ｍと３３ｍ′を介して例えば１又は複数個所の各相電圧（又は相電流）の信号を補助トランス３４に入力し、図１の交流入力信号Ｓ_Iと同様の各相の計測信号Ｓ_I′を形成し、これらの信号Ｓ_I′を、抵抗２４を介して＋５Ｖの単電源で動作するそれぞれの演算増幅器２５の反転入力端子（−）に供給する。
【００６５】
このとき、演算増幅器２５の非反転入力端子（＋）に直流バイアス電源の端子２８の＋２．５Ｖのバイアス電圧Ｖbiasが印加され、演算増幅器２５はバイアス電圧Ｖbiasを中心に０Ｖ〜＋５Ｖの範囲で変化するように、計測信号Ｓ_I′を振幅補正する。
【００６６】
この振幅補正により、演算増幅器２５の出力信号Ｓ_J′は、図１の出力信号Ｓ_Jと同様、図４の実線イに示すように、０Ｖ〜＋５Ｖの範囲内で振幅変化する正電圧の正弦波形の信号になり、計測信号Ｓ_I′が消失すると、出力信号Ｓ_J′はバイアス電圧Ｖset （＝＋２．５Ｖ）の定電圧信号になる。
【００６７】
さらに、演算増幅器２５の出力信号Ｓ_J′をサンプルホールド回路部２９でサンプルホールドし、図１のサンプリング出力Ｐ_Iと同様の各チャンネルのサンプリング出力Ｐ_I(a)，Ｐ_I(b)，…，Ｐ_I(m)を得る。
【００６８】
このとき、サンプリング出力Ｐ_I(a)〜Ｐ_I(m)は、それぞれ系統電源の電気角３０°毎のサンプルホールドにより、図４の・印に示すように、系統電源の１周期に１２点発生する。
【００６９】
そして、このサンプリング出力Ｐ_I(a)〜Ｐ_I(m)を、図７のマルチプレクサ回路部１５に相当するマルチプレクサ回路部３５を介して図１のＡ／Ｄ変換部３０に相当するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部３６に順次に切換えて出力し、それぞれ所定ビット数の入力データＤ_I(a)〜Ｄ_I(b)，…，Ｄ_I(m)にＡ／Ｄ変換する。
【００７０】
さらに、これらのデータＤ_I(a)〜Ｄ_I(m)を、図１の処理部３１と同様のＣＰＵ構成の処理部３７に供給する。
【００７１】
そして、処理部３７のソフトウエア処理で形成された状態監視部によりチャンネルのデータＤ_I(a)〜Ｄ_I(m)につき、チャンネル毎に計測信号Ｓ_I′の１周期分の平均を求めてバイアス電圧Ｖbiasの実測データＤ_I(a)・AV，Ｄ_I(b)・AV，…，Ｄ_I(m)・AVを得、その実測データＤ_I(a)・AV〜Ｄ_I(m)・AVと、設定された＋２．５Ｖの基準データＤ_REFとを比較する。
【００７２】
なお、データＤ_I(a)〜Ｄ_I(m)，Ｄ_REFが１０ビットデータの場合、基準データＤ_REFは１０進数表記で０〜１０２４の中間の５１２の大きさのデータであり、これが２．５Ｖに相当する。
【００７３】
さらに、求めたこの比較により、実測データＤ_I(a)・AV〜Ｄ_I(b)・AVと基準データＤ_REFとの差ΔＤａ，ΔＤｂ，…，ΔＤｍが、例えばデータＤ_REFの±５％の所定の誤差範囲内か否かを判別し、全ての差ΔＤａ〜ΔＤｍが誤差範囲内であればＡ／Ｄ変換は正常であると判別し、いずれかのΔＤａ〜ΔＤｍが誤差範囲外になると、Ａ／Ｄ変換の異常を検出し、図７の指令Ｇ₂と同様のハイレベルの引外し禁止指令Ｇ２を出力する。
【００７４】
一方、処理部３７のソフトウエア処理で形成された事故監視部は、各チャンネルのデータＤ_I(a)〜Ｄ_I(m)からそれぞれのチャンネルの最新の実測データＤ_I(a)・AV〜Ｄ_I(b)・AVを減算し、０Ｖを中心に正，負変化する各チャンネルの計測信号Ｓ_I′のデジタルデータＤ_I(a)・AC，Ｄ_I(b)・AC，…，Ｄ_I(m)・ACを再生し、これらのデータＤ_I(a)・AC〜Ｄ_I(m)・ACに基づき、各相の系統事故を監視検出し、事故検出時は図７の指令Ｇ₁と同様のハイレベルの引外し指令Ｇ１を出力する。
【００７５】
そして、指令Ｇ１，Ｇ２がアンドゲート１８に供給され、Ａ／Ｄ変換の正常時は、アンドゲート１８がオンし、系統事故の検出により、補助リレー１９が動作してその接点１９swが閉成され、引外しリレー２１が動作してしゃ断器２２が引外され、Ａ／Ｄ変換の異常時は、アンドゲート１８がオフし、事故検出によるしゃ断器２２の引外しが禁止される。
【００７６】
この場合、図７の従来の継電器の検査電圧発生部１０，サンプルホールド回路１１は省かれる。
【００７７】
しかも、マルチプレクサ回路部３５には、図７の従来のマルチプレクサ回路部１５のような検査データＤｔの入力チャンネルが不要でその分入力チャンネル数が少なくなる。
【００７８】
そして、マルチプレクサ回路部３５の入力チャンネル数が少なくなることから、全体の処理効率が向上する。
【００７９】
また、マルチプレクサ回路部３５が故障し、いずれかのチャンネルのサンプリング出力Ｐ_I(a)〜Ｐ_I(m)の出力に固定されても、Ａ／Ｄ変換部３６のＡ／Ｄ変換の異常が発生すると、その異常を確実に検出することができ、信頼性が向上する。
【００８０】
さらに、演算増幅器２５が故障したときにも、Ａ／Ｄ変換の異常として検出することができ、一層信頼性が向上する。
【００８１】
したがって、従来より簡素かつ小型で安価な構成により、Ａ／Ｄ変換の異常に基づく誤動作を確実に防止することができ、信頼性の高い保護継電器を提供することができる。
【００８２】
ところで、前記形態においては、信頼性の向上等を図るため、各チャンネルの実測データＤ_I(a)・Av〜Ｄ_I(m)・Avと基準データＤ_REFとの差ΔＤａ〜ΔＤｍに基づいてＡ／Ｄ変換の正常／異常を判別したが、Ａ／Ｄ変換部３５についての異常検出のみを行う場合等には、いずれか１チャンネルの実測データ，例えば実測データＤ_I(a)・Avと基準データＤ_REFとの差ΔＤａのみからＡ／Ｄ変換の正常／異常を判別すればよい。
【００８３】
なお、請求項２の複数チャンネル入力のＡ／Ｄ変換装置は、図３のＡ／Ｄ変換装置３２と同様に形成される。
【００８４】
また、前記両形態にあっては、演算増幅器２５が正の単電源で動作する場合について説明したが、演算増幅器２５が負の単電源で動作するものであってもよく、この場合はバイアス電圧Ｖbiasが負になり、補正後の交流入力信号，計測信号が負電圧範囲で変化する点が前記両実施の形態と異なる。
【００８５】
一方、図３の保護継電器の入力信号数（チャンネル数）はどのようであってもよく、１チャンネル入力であれば、図３のＡ／Ｄ変換装置３２の代わりに、図１の１チャンネルのＡ／Ｄ変換装置を設けて形成すればよい。
【００８６】
そして、本発明は種々の用途のＡ／Ｄ変換装置及びデジタル形の保護継電器に適用することができる。
【００８７】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載する効果を奏する。
まず、請求項１のＡ／Ｄ変換装置の場合は、振幅補正用の演算増幅器２５により、交流入力信号Ｓ_Iが、電源電圧の１／２のバイアス電圧Ｖbiasを中心に振幅変化するように振幅補正され、補正後の交流入力信号Ｓ_Iの１周期の平均振幅が、０Ｖでなく、正又は負のバイアス電圧Ｖbiasの大きさになる。
【００８８】
そして、補正後の交流入力信号Ｓ_Iがサンプルホールド回路部２９でサンプリングされてＡ／Ｄ変換部３０でデジタルデータＤ_IにＡ／Ｄ変換されるため、このデジタルデータＤ_Iの交流入力信号Ｓ_Iの１周期の平均がバイアス電圧ＶbiasをＡ／Ｄ変換した実測データＤ_I・AVになる。
【００８９】
そして、実測データＤ_I・AVと設定されたバイアス電圧Ｖbiasの基準データＤ_REFとの差に基づいてＡ／Ｄ変換の正常／異常が判別されるため、従来のように、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出に必要な実測データを、交流入力信号のＡ／Ｄ変換のデータと別個に得る必要がなく、そのための電圧発生部，サンプルホールド回路部等が不要であり、部品数が少なく簡素かつ小型で安価な構成により、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出を行うことができる。
【００９０】
また、請求項２のＡ／Ｄ変換装置の場合は、交流入力信号Ｓ_I′が複数チャンネルのときに、請求項１の場合と同様、簡素かつ小型で安価な構成により、信頼性の高いＡ／Ｄ変換の正常／異常の監視検出を行うことができる。
【００９１】
つぎに、請求項３及び請求項４の保護継電器の場合は、請求項１又は請求項２のＡ／Ｄ変換装置を用いることにより、簡素かつ小型で安価な構成により、Ａ／Ｄ変換の正常／異常の信頼性の高い監視を行って、Ａ／Ｄ変換の異常時に、しゃ断器２２を誤って引外す事態を確実に防止し、信頼性の高いデジタル形の保護継電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の１形態のＡ／Ｄ変換装置の結線図である。
【図２】（ａ），（ｂ）は図１の交流入力信号Ｓ_I，振幅補正後の出力信号Ｓ_Jの波形図である。
【図３】本発明の実施の他の形態の保護継電装置の結線図である。
【図４】図３の動作説明用の波形図である。
【図５】従来のＡ／Ｄ変換装置の結線図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は図５の交流入力信号Ｓi，振幅補正後の出力信号Ｓjの波形図である。
【図７】従来の保護継電装置の結線図である。
【符号の説明】
２２しゃ断器
２５演算増幅器
２８直流バイアス電源端子
２９サンプルホールド回路部
３０，３６Ａ／Ｄ変換部
３１，３７処理部
３５マルチプレクサ回路部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an A / D conversion device used for A / D conversion of periodic analog AC input signals such as system voltage and system current, and a digital protection relay using the A / D conversion device. Relates to monitoring detection of normality / abnormality of those A / D conversions.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, this type of A / D converter having a function of monitoring / detecting normality / abnormality of A / D conversion is formed as shown in FIG. 5 in the case of one-channel input, and FIG. ) Is input to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 3 through the resistor 2 and gain (amplification factor) determined by the resistors 2 and 4 is input. Invert amplification.
[0003]
At this time, the operational amplifier 3 has a non-inverting input terminal (+) connected to an analog ground, and operates with positive and negative power supplies of, for example, +15 V and −15 V of the positive and negative drive power supply terminals 5 and 5 ′. Vi is corrected to an amplitude of ± 10 V or less centered on 0 V, and the amplitude-corrected signal Sj in FIG. 6B is output from the output terminal.
[0004]
Further, the signal Sj is sent to the sample hold circuit unit 6 and sampled and held at a predetermined interval, and the sampling output Pi of the circuit unit 6 is supplied to the A / D conversion unit 8 via the multiplexer circuit unit 7 for signal switching. The conversion unit 8 A / D converts the sampling output Pi of the signal Si into digital data (input data) Di having a predetermined number of bits (for example, 10 bits).
[0005]
Next, in order to monitor / detect whether the A / D conversion in the apparatus is normal or abnormal by software processing, a processing unit 9 having a CPU configuration is provided after the conversion unit 8.
[0006]
In addition, a test voltage generator 10 is provided, and a DC test voltage signal St of, for example, +2 V to +5 V is generated by the generator 10, the signal St is sampled and held by the sample hold circuit unit 11, and the sampling output Pt is obtained. Then, the data is supplied to the A / D converter 8 via the multiplexer circuit unit 7, A / D-converted into inspection data Dt having the same number of bits as the data Di, and the data Dt is supplied to the processing unit 9.
[0007]
Then, inspection data Dt (actual measurement data) obtained by actually A / D converting the inspection voltage signal St by the state monitoring unit formed by the software processing of the processing unit 9 and a preset A / D The reference data (logical value data) Dref of the inspection data Dt when the conversion is normal is compared, and the A / D conversion of the A / D conversion unit 8 depends on whether the difference between the two data Dt and Dref is within a predetermined error range. Normality / abnormality is detected and detected.
[0008]
At this time, for example, when the resistance value of the trapezoidal resistance circuit of the A / D conversion unit 8 changes with time, the data Dt becomes different from the data Dref, and when the state monitoring unit detects an A / D conversion abnormality, the processing unit 9 outputs, for example, an abnormality detection flag and the like together with the data Di to notify the abnormality of the A / D conversion.
[0009]
Next, a conventional digital protective relay using this A / D converter is shown in FIG. 7 using a multi-channel input A / D converter to monitor and detect a system fault for each phase of the system. Configured as follows.
[0010]
In FIG. 7, 12a, 12b,..., 12m are a plurality of channel input units having the same configuration of the A / D converter 12, and each of the channel input units 12a to 12m has, for example, each phase of one or a plurality of locations of the system. A voltage (or phase current) signal is input to the auxiliary transformer 14 through a pair of input terminals 13a and 13a ', 13b and 13b', ..., 13m and 13m ', and corresponds to the AC input signal Si in FIG. The measurement signal Si ′ is formed, and the amplitude of the signal Si ′ is corrected to the maximum amplitude of ± 10 V by the operational amplifier 3 and the resistors 2 and 4 operating with the positive and negative power supplies of ± 15 V, and the operational amplifier 3 is subjected to amplitude correction. The output signal Si ′ is supplied to the sample and hold circuit unit 6 and sampled and held.
[0011]
At this time, the sampling period of the sample-and-hold circuit unit 6 is set to an interval of an electrical angle of 30 ° synchronized with the system power supply, similarly to the sampling period of a general protective relay.
[0012]
The sample-and-hold circuit 6 receives 12 sampling outputs Pi every cycle of the system power supply. _(a) , Pi _(b) , ..., Pi _(m) And is supplied to the multi-channel input multiplexer circuit unit 15 corresponding to the multiplexer circuit unit 7 of FIG.
[0013]
This multiplexer circuit unit 15 is connected to the sampling output Pi of each channel. _(a) ~ Pi _(m) The sampling output Pt of the test voltage signal St of the sample hold circuit 11 is sequentially switched and selected and supplied to the A / D converter 16 common to the subsequent stage corresponding to the A / D converter 8 of FIG.
[0014]
Then, the A / D converter 16 outputs the sampling output Pi of each channel. _(a) ~ Pi _(m) , The sampling output Pt of the test voltage signal St is converted into the input data Di having a predetermined number of bits. _(a) , Di _(b) , ..., Di _(m) , Inspection data Dt, and these data Di _(a) ~ Di _(m) , Dt are supplied to a processing unit 17 having a CPU configuration corresponding to the processing unit 9 of FIG.
[0015]
The processing unit 17 forms a system fault monitoring unit and a normal / abnormal state monitoring unit for A / D conversion by software processing.
[0016]
And the accident monitoring department _(a) ~ Di _(m) System faults such as ground faults and short circuits in each phase are monitored and detected. When an accident is detected, a high level trip command G ₁ Is output.
[0017]
The A / D conversion normal / abnormal state monitoring unit, like the state monitoring unit of the processing unit 9 in FIG. 5, receives each inspection data Dt and preset reference data Dref when the A / D conversion is normal. Are compared to determine whether the A / D conversion is normal or abnormal in the A / D converter 16 and when an abnormality is detected, a high level trip prohibition command G ₂ Is output.
[0018]
By the way, trip command G ₁ And prohibition command G ₂ Is supplied to the AND gate 18 for trip control, and when the A / D conversion is normal, the prohibit command G ₂ Is not output, the AND gate 18 is turned on. At this time, the trip command G ₁ Occurs, this command G ₁ Energizes the coil 19l of the auxiliary relay 19 for trip through the AND gate 18, the normally open contact 19sw is closed, and the drive power of the DC power supply terminal 20 is supplied to the coil 21l of the trip relay 21 via the contact 19w. By the relay operation, the circuit breaker 22 of the power system is tripped and opened, and the accident feeder is disconnected.
[0019]
On the other hand, when an abnormality in A / D conversion is detected, the prohibit command G ₂ Is output and the AND gate 18 is turned off. At this time, the trip command G ₁ Even if the AND gate 18 is generated, the AND gate 18 continues to be turned off, the output is kept at the low level, and the trip command G ₁ The tripping (opening) of the circuit breaker 22 due to is prohibited, and malfunction due to an A / D conversion abnormality of this relay is prevented.
[0020]
[Problems to be solved by the invention]
In the case of the conventional A / D conversion device and the protective relay, not only the operational amplifier 3 that operates with positive and negative power sources is required for the amplitude correction of the signals Si and Si ', but also dedicated to the detection of abnormality in the A / D conversion. The inspection voltage generator 10 and the sample hold circuit unit 11 are required, and the sampling outputs Pi and Pi of the sample hold circuit unit 6 using the multiplexer circuit units 7 and 15 are used. _(a) ~ Pi _(m) , It is necessary to switch the sampling output Pt of the sample hold circuit unit 11 and supply it to the A / D conversion units 8 and 16, which causes a problem that the number of parts is large, and the size is complicated, large and expensive.
[0021]
Further, one channel of the multiplexer circuit units 7 and 15 is occupied by the A / D conversion of the test voltage signal St, and the multiplexer circuit unit 7 is required even if the input is a single channel. There is also a problem that the number of input channels of the circuit unit 15 is reduced accordingly.
[0022]
Next, when the multiplexer circuit units 7 and 15 fail and the output is fixed to the sampling output Pt of the test voltage signal St of the sample and hold circuit unit 11, the A / D conversion units 8 and 16 receive the data Di. , Di _(a) ~ Di _(m) As a result, the inspection data Dt is erroneously output.
[0023]
At this time, if the inspection data Dt is normal and the difference between the data Dt and Dref is within the error range, the A / D conversion abnormality is not detected, and there is a problem that the reliability is impaired.
[0024]
The present invention has a small number of parts in this type of A / D conversion device and protective relay, particularly without generating a dedicated test voltage and obtaining actual measurement data (test data) of the A / D conversion. An object of the present invention is to enable highly reliable monitoring / detection of normality / abnormality of A / D conversion with a simple, small and inexpensive configuration.
[0025]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the A / D converter according to claim 1 corrects the amplitude of a periodic analog AC input signal and samples it by a sample hold circuit unit,
The sampling output of this sample and hold circuit unit is supplied to an A / D conversion unit and A / D converted into digital data,
And an A / D converter that monitors and detects normal / abnormal A / D conversion from the output state of the A / D converter,
An operational amplifier for amplitude correction that is provided in the previous stage of the sample hold circuit unit and operates with a single positive or negative power source, and an AC input signal is supplied to one input terminal;
A DC bias power source that applies a bias voltage that is ½ of the power supply voltage of the operational amplifier to the other input terminal of the operational amplifier, and corrects the AC input signal so that the amplitude changes around the bias voltage;
The actual measurement data of the bias voltage is obtained from the average of one cycle of the AC input signal of the digital data of the A / D converter, and whether or not the difference between the actual measurement data and the reference data set with the bias voltage is within a predetermined error range. And a state monitoring unit that monitors and detects normal / abnormal A / D conversion.
[0026]
Therefore, the amplitude of the AC input signal is corrected by an operational amplifier for amplitude correction so that the amplitude changes around a bias voltage that is ½ of the single power supply voltage, and the average amplitude of one cycle of the AC input signal after correction is , The bias voltage is not 0V.
[0027]
Since the AC input signal after amplitude correction is sampled by the sample hold circuit unit and A / D converted into digital data by the A / D conversion unit, the average of one cycle of the AC input signal of this digital data is A When the A / D conversion is normal, it becomes actual measurement data obtained by A / D conversion of the bias voltage. This data corresponds to data obtained by A / D conversion of the signal of the conventional inspection voltage. The actual measurement data changes in magnitude from normal data.
[0028]
Based on the difference between the actual measurement data of the bias voltage and the reference data of the bias voltage when the A / D conversion is normal, whether the A / D conversion is normal or abnormal is determined.
[0029]
In this case, as in the past, a dedicated inspection voltage is sampled and A / D converted, and the actual measurement data necessary for monitoring / detection of normal / abnormal A / D conversion is converted to A / D conversion data of the AC input signal. There is no need to obtain it separately, the test voltage generator, the sample-and-hold circuit section and the multiplexer circuit section of its output are not required, it is simple and inexpensive, and an A / D conversion error output due to a failure of this multiplexer circuit section And the reliability is remarkably improved.
[0030]
Therefore, highly reliable A / D conversion normal / abnormal monitoring and detection can be performed with a simple, small, and inexpensive configuration with a small number of components.
[0031]
Next, the A / D converter according to claim 2 is an operational amplifier for amplitude correction in which a bias voltage is applied to the other input terminal for each channel of the AC input signal when the AC input signal has a plurality of channels. A sample hold circuit is provided,
The sampling output of the sample hold circuit section of each channel is sequentially input by switching of the multiplexer circuit section, and includes a common A / D conversion section for A / D converting the sampling output of each channel to digital data,
The state monitoring unit obtains actual measurement data of the bias voltage from the average of one cycle of the AC input signal of the digital data of at least one channel of the A / D conversion unit.
[0032]
Therefore, when the AC input signal is a plurality of channels, the amplitude of the AC input signal of each channel is corrected so that the amplitude changes around the bias voltage.
[0033]
Furthermore, the AC input signal of each channel after amplitude correction is sampled and A / D converted into digital data in order by an A / D converter common to the channels. At this time, one cycle of the AC input signal of the digital data of each channel is obtained. The average is actually measured data obtained by A / D converting the bias voltage when A / D conversion is normal.
[0034]
Then, from the difference between the measured data of the bias voltage based on the digital data of at least one channel and the preset reference data, the normal / abnormality of the A / D conversion is determined in the same manner as in the A / D converter of claim 1. Detected.
[0035]
At this time, the sampling output of the inspection voltage does not occupy one channel of the multiplexer circuit in the previous stage of the A / D conversion unit as in the conventional case, and the number of input channels decreases.
[0036]
For this reason, when the AC input signal is a plurality of channels, it is possible to perform monitoring / detection of normality / abnormality of A / D conversion with high reliability as in the case of claim 1.
[0037]
Next, the protective relay according to claim 3 performs amplitude correction on the measurement signal of the system voltage or system current as a periodic analog AC input signal and samples it by the sample hold circuit unit,
The sampling output of the sample hold circuit section is supplied to the A / D conversion section and A / D converted into digital data,
And an A / D converter that monitors and detects the normal / abnormality of the A / D conversion from the output state of the A / D converter,
By detecting a system fault based on digital data, trip the power system circuit breaker,
A protective relay that prohibits tripping of the circuit breaker based on detection of system abnormality by detecting abnormality of A / D conversion,
An operational amplifier for amplitude correction that is provided in the previous stage of the sample hold circuit unit, operates with a single positive or negative power source, and a measurement signal is supplied to one input terminal;
A DC bias power source that applies a bias voltage that is ½ of the power supply voltage of the operational amplifier to the other input terminal of the operational amplifier and corrects the measurement signal so that the amplitude changes around the bias voltage;
The actual measurement data of the bias voltage is obtained from the average of one cycle of the measurement signal of the digital data of the A / D conversion unit, and whether or not the difference between the actual measurement data and the reference data set with the bias voltage is within a predetermined error range. A state monitoring unit that determines and monitors and detects normal / abnormal A / D conversion;
An accident monitoring unit that subtracts actual measurement data from the digital data of the A / D conversion unit to reproduce digital data of only the AC input signal and monitors and detects a system fault.
[0038]
In this case, the A / D conversion device according to claim 1 is used, and the AC input signal is used as a measurement signal of the system voltage or system current, and the A / D conversion of this measurement signal and the normal / abnormality of the A / D conversion are monitored. Detection is performed.
[0039]
When an A / D conversion abnormality is detected, tripping of the power system circuit breaker based on the detection of the system abnormality by the accident monitoring unit is automatically prohibited, and a malfunction based on the A / D conversion abnormality is prevented.
[0040]
Therefore, it is possible to provide a highly reliable digital protective relay that achieves the same effect as that of the first aspect.
[0041]
Furthermore, the protective relay according to claim 4 is provided with an operational amplifier for amplitude correction in which a bias voltage is applied to the other input terminal and a sample hold circuit unit for each channel of the measurement signal,
The sampling output of the sample hold circuit section of each channel is inputted in order by switching, and the A / D conversion section common to the channels for A / D converting the sampling output of each channel to digital data, respectively,
The state monitoring unit obtains actual measurement data of the bias voltage from the average of one cycle of the measurement signal of the digital data of at least one channel output from the A / D conversion unit.
[0042]
Therefore, in this case, the A / D conversion device according to claim 2 is used, and the AC input signals of the channels are used as measurement signals of the system voltage or system current of each phase, respectively, and A / D conversion and A / D of these measurement signals are performed. In the case of detecting the normality / abnormality of the D conversion, and a multi-channel input, a highly reliable digital type multi-channel input protective relay device having the same effect as that of the second aspect can be provided.
[0043]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
(1 form)
First, an A / D converter according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a 1-channel input A / D converter, and an AC input signal (for example, voltage signal) S having a sinusoidal waveform shown in FIG. _I Is input to the inverting input terminal (−) of the operational amplifier 25 for amplitude correction via the resistor 24 and is inverted and amplified with a gain (amplification factor) determined by the resistors 24 and 26.
[0044]
Unlike the conventional operational amplifier 3 of FIG. 5, the operational amplifier 25 operates with a single +5 V power source at the drive power terminal 27, and is simple and compact.
[0045]
Next, in order to monitor / detect whether A / D conversion is normal or abnormal, the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 25 is connected to the DC bias power supply terminal 28 and the power supply voltage Vcc (= + 5 V) of the power supply terminal 27. The bias voltage (offset voltage) Vbias of + 2.5V, which is 1/2 of the above, is applied.
[0046]
Therefore, the operational amplifier 25 is connected to the AC input signal S. _I The AC input signal S is changed so that 0V of the input voltage is shifted to the bias voltage Vbias and changes in the range of 0V to + 5V around the bias voltage Vbias. _I The amplitude is corrected.
[0047]
By this amplitude correction, the output signal S of the operational amplifier 25 _J As shown in FIG. 2 (b), it becomes a positive voltage sinusoidal signal whose amplitude changes within the range of 0V to + 5V, and the AC input signal S _I Is lost, the output signal S _J Becomes a constant voltage signal of the bias voltage Vbias (= + 2.5 V).
[0048]
Next, the output signal S _J Is supplied to a sample-and-hold circuit unit 29 similar to the sample-and-hold circuit unit 6 in FIG. _I Is supplied to the A / D converter 30.
[0049]
Then, the A / D converter 30 performs the sampling output P _I Is digital data (input data) D of a predetermined number of bits (for example, 10 bits) _I A / D conversion into this data D _I Is supplied to the processing unit 31 having the same CPU configuration as the processing unit 9 of FIG.
[0050]
The processing unit 31 forms a state monitoring unit by software processing, and this state monitoring unit is digital data D _I AC input signal S _I The average for one cycle is obtained once or a plurality of times.
[0051]
At this time, the output signal S _J Is the AC input signal S _I Is a sinusoidal signal obtained by shifting 0V of the bias voltage to + 2.5V of the bias voltage Vbias, and the AC input signal S _I The average for one period is canceled based on the symmetry of the waveform when the A / D conversion is normal, and becomes the bias voltage Vbias.
[0052]
Therefore, digital data D _I AC input signal S _I The average of one period is also + 2.5V data of the bias voltage Vbias when the A / D conversion is normal.
[0053]
On the other hand, if an A / D conversion abnormality occurs due to a change in the resistance value of the A / D conversion unit 30 with time, the digital data D _I AC input signal S _I The average of one period of V is changed to greater than or less than + 2.5V.
[0054]
Actually, even if the A / D conversion is normal based on the characteristic error of the parts, the digital data D _I The average of the one period is slightly different from the data of + 2.5V.
[0055]
Then, the processing unit 31 receives the digital data D _I Data of the average logical value of the above-mentioned one cycle, that is, reference data D of the bias voltage Vbias of + 2.5V _REF Is set in advance, and the processing unit 31 stores the digital data D _I The average of the above-mentioned one period is measured data D _{I ・ AV} This measured data D _{I ・ AV} And reference data (logical value data) D _REF And the difference ΔD is, for example, the reference data D _REF It is determined whether it is within a predetermined error range of ± 5%.
[0056]
If the difference ΔD is within the error range, it is determined that the A / D conversion from the sampling circuit unit 29 to the A / D conversion unit 30 is normal, and the difference ΔD is outside the error range. In addition, the A / D conversion abnormality is detected.
[0057]
Even when the operational amplifier 25 fails and becomes a constant output state of +5 V or 0 V, the difference ΔD is out of the above error range. An abnormality in A / D conversion based on a failure of the amplitude calculator 25 for amplitude correction in the previous stage of the unit 29 is also detected.
[0058]
The processing unit 31 also forms a data reproducing unit for software processing, and this data reproducing unit is a digital data D. _I From the above average measured data D _{I ・ AV} AC input signal S that changes to positive and negative _I Digital data D _{I ・ AC} Play.
[0059]
When the A / D conversion is normal, the digital data D is transmitted from the processing unit 31. _{I ・ AC} When the A / D conversion is abnormal, the processing unit 31 outputs the digital data D _{I ・ AC} In addition, an abnormality detection flag is output to notify the A / D conversion abnormality.
[0060]
Therefore, at this time, the A / D conversion device of this embodiment does not require the inspection voltage generation unit 10, the sample hold circuit unit 11 and the multiplexer circuit unit 7 for obtaining the conventional inspection data Dt of FIG. It is small, simple, inexpensive and compact.
[0061]
Further, since the multiplexer circuit unit 7 is not provided, the conventional problem when the circuit unit 7 breaks down does not occur, and an A / D conversion abnormality based on the failure of the operational amplifier 25 can be detected. it can.
[0062]
Therefore, an A / D conversion abnormality can be reliably detected with a simple, small, and inexpensive configuration with a smaller number of parts than before, and a highly reliable A / D conversion device can be provided.
[0063]
(Other forms)
Next, a protection relay according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The digital protective relay of FIG. 3 includes an A / D conversion device 32 having a plurality of channel inputs.
[0064]
3 is a channel input unit having the same configuration of the A / D converter 32. In each of the channel input units 32a to 32m, a pair of input terminals 33a and 33a ', 33b are provided. , 33b ′,..., 33m and 33m ′, for example, one or a plurality of phase voltage (or phase current) signals are input to the auxiliary transformer 34, and the AC input signal S of FIG. _I Measurement signal S of each phase similar to _I ′ And these signals S _I ′ Is supplied to the inverting input terminal (−) of each operational amplifier 25 operating with a single +5 V power supply via a resistor 24.
[0065]
At this time, the bias voltage Vbias of + 2.5V from the terminal 28 of the DC bias power supply is applied to the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier 25, and the operational amplifier 25 changes in the range of 0V to + 5V around the bias voltage Vbias. The measurement signal S _I ′ Is amplitude corrected.
[0066]
By this amplitude correction, the output signal S of the operational amplifier 25 _J 'Is the output signal S of FIG. _J As shown in FIG. 4, as shown by the solid line (a) in FIG. 4, a signal having a positive voltage sinusoidal waveform whose amplitude changes within the range of 0V to + 5V is obtained. _I When ′ disappears, the output signal S _J 'Becomes a constant voltage signal of the bias voltage Vset (= + 2.5V).
[0067]
Furthermore, the output signal S of the operational amplifier 25 _J 'Is sampled and held by the sample hold circuit unit 29, and the sampling output P in FIG. _I Sampling output P of each channel similar to _{I (a)} , P _{I (b)} , ..., P _{I (m)} Get.
[0068]
At this time, the sampling output P _{I (a)} ~ P _{I (m)} Are generated at 12 points in one cycle of the system power supply, as shown by the mark in FIG.
[0069]
And this sampling output P _{I (a)} ~ P _{I (m)} Are sequentially switched to a common channel A / D conversion unit 36 corresponding to the A / D conversion unit 30 of FIG. 1 via the multiplexer circuit unit 35 corresponding to the multiplexer circuit unit 15 of FIG. Bit number of input data D _{I (a)} ~ D _{I (b)} , ..., D _{I (m)} A / D conversion.
[0070]
Furthermore, these data D _{I (a)} ~ D _{I (m)} Are supplied to the processing unit 37 having the same CPU configuration as the processing unit 31 of FIG.
[0071]
Then, the state monitoring unit formed by the software processing of the processing unit 37 performs channel data D. _{I (a)} ~ D _{I (m)} The measurement signal S for each channel _I Measured data D of bias voltage Vbias by obtaining the average of one period of ' _{I (a) ・ AV} , D _{I (b) ・ AV} , ..., D _{I (m) ・ AV} And its measured data D _{I (a) ・ AV} ~ D _{I (m) ・ AV} + 2.5V reference data D set _REF And compare.
[0072]
Data D _{I (a)} ~ D _{I (m)} , D _REF Is 10-bit data, the reference data D _REF Is the data of 512 in the middle of 0 to 1024 in decimal notation, which corresponds to 2.5V.
[0073]
Furthermore, the actual measurement data D _{I (a) ・ AV} ~ D _{I (b) ・ AV} And reference data D _REF ΔDm, ΔDb,..., ΔDm are, for example, data D _REF It is determined whether or not the difference is within a predetermined error range of ± 5%. If all the differences ΔDa to ΔDm are within the error range, it is determined that the A / D conversion is normal, and any one of ΔDa to ΔDm is an error. When it is out of range, an A / D conversion error is detected and the command G in FIG. ₂ The same high level trip prohibition command G2 is output.
[0074]
On the other hand, the accident monitoring unit formed by the software processing of the processing unit 37 is the data D of each channel. _{I (a)} ~ D _{I (m)} Latest measured data D of each channel from _{I (a) ・ AV} ~ D _{I (b) ・ AV} , And the measurement signal S of each channel that changes positively and negatively around 0V _I 'Digital data D _{I (a) ・ AC} , D _{I (b) ・ AC} , ..., D _{I (m) ・ AC} To play these data D _{I (a) ・ AC} ~ D _{I (m) ・ AC} The system faults of each phase are monitored and detected based on the ₁ The same high level trip command G1 is output.
[0075]
Then, the commands G1 and G2 are supplied to the AND gate 18, and when the A / D conversion is normal, the AND gate 18 is turned on, and when the system fault is detected, the auxiliary relay 19 is operated and the contact 19sw is closed. When the trip relay 21 is operated and the breaker 22 is tripped, and the A / D conversion is abnormal, the AND gate 18 is turned off, and tripping of the breaker 22 due to an accident detection is prohibited.
[0076]
In this case, the inspection voltage generator 10 and the sample hold circuit 11 of the conventional relay shown in FIG. 7 are omitted.
[0077]
Moreover, the multiplexer circuit unit 35 does not require an input channel for the inspection data Dt as in the conventional multiplexer circuit unit 15 of FIG. 7, and the number of input channels is reduced accordingly.
[0078]
Since the number of input channels of the multiplexer circuit unit 35 is reduced, the overall processing efficiency is improved.
[0079]
Also, the multiplexer circuit unit 35 fails, and the sampling output P of any channel _{I (a)} ~ P _{I (m)} Even if the A / D conversion abnormality of the A / D conversion unit 36 occurs, the abnormality can be reliably detected and the reliability is improved.
[0080]
Furthermore, even when the operational amplifier 25 fails, it can be detected as an A / D conversion abnormality, and the reliability is further improved.
[0081]
Therefore, a simpler, smaller, and cheaper configuration than that of the prior art can reliably prevent malfunctions due to A / D conversion abnormalities and provide a highly reliable protective relay.
[0082]
By the way, in the said form, in order to improve reliability etc., the measured data D of each channel _{I (a) ・ Av} ~ D _{I (m) ・ Av} And reference data D _REF The normal / abnormal A / D conversion is determined on the basis of the difference ΔDa to ΔDm, but when only the abnormality detection for the A / D conversion unit 35 is performed, the measurement data of any one channel, for example, the actual measurement Data D _{I (a) ・ Av} And reference data D _REF What is necessary is just to discriminate | determine the normal / abnormality of A / D conversion only from difference (DELTA) Da.
[0083]
The multi-channel input A / D converter according to claim 2 is formed in the same manner as the A / D converter 32 of FIG.
[0084]
Further, in both the embodiments, the case where the operational amplifier 25 operates with a single positive power source has been described. However, the operational amplifier 25 may operate with a single negative power source. Vbias becomes negative and the corrected AC input signal and measurement signal change in the negative voltage range.
[0085]
On the other hand, the number of input signals (number of channels) of the protective relay of FIG. 3 may be any, and if one channel is input, instead of the A / D converter 32 of FIG. An A / D conversion device may be provided and formed.
[0086]
The present invention can be applied to A / D converters and digital protective relays for various purposes.
[0087]
【The invention's effect】
The present invention has the following effects.
First, in the case of the A / D converter according to the first aspect, the AC input signal S is obtained by the operational amplifier 25 for amplitude correction. _I Is corrected so that the amplitude changes around a bias voltage Vbias that is ½ of the power supply voltage, and the corrected AC input signal S is corrected. _I The average amplitude of one cycle is not 0 V, but becomes the magnitude of the positive or negative bias voltage Vbias.
[0088]
Then, the corrected AC input signal S _I Is sampled by the sample-and-hold circuit unit 29 and digital data D by the A / D conversion unit 30 _I A / D conversion is performed on the digital data D. _I AC input signal S _I Measured data D obtained by A / D converting the bias voltage Vbias by the average of one period _{I ・ AV} become.
[0089]
And measured data D _{I ・ AV} Reference data D of the bias voltage Vbias set as _REF The normal / abnormal A / D conversion is determined based on the difference between the A / D conversion and the actual measurement data necessary for the normal / abnormal monitoring / detection of the A / D conversion as in the past. There is no need to obtain conversion data separately, no voltage generator, sample-and-hold circuit, etc. are required for this purpose, and a simple, small, and inexpensive configuration with a small number of components ensures high reliability of A / D conversion. / Monitor and detect abnormalities.
[0090]
In the case of the A / D converter according to claim 2, the AC input signal S _I When ′ is a plurality of channels, it is possible to perform highly reliable monitoring / detection of normality / abnormality of A / D conversion with a simple, small and inexpensive configuration as in the case of claim 1.
[0091]
Next, in the case of the protective relay according to claim 3 and claim 4, by using the A / D conversion device according to claim 1 or 2, the A / D conversion can be normally performed with a simple, small and inexpensive configuration. / To provide a highly reliable digital protective relay device that performs highly reliable monitoring of abnormalities and reliably prevents accidental tripping of the circuit breaker 22 when A / D conversion is abnormal Can do.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a connection diagram of an A / D converter according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B show the AC input signal S of FIG. _I , Output signal S after amplitude correction _J FIG.
FIG. 3 is a connection diagram of a protective relay device according to another embodiment of the present invention.
4 is a waveform diagram for explaining the operation of FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a connection diagram of a conventional A / D converter.
6A and 6B are waveform diagrams of the AC input signal Si and the output signal Sj after amplitude correction of FIG.
FIG. 7 is a connection diagram of a conventional protective relay device.
[Explanation of symbols]
22 Circuit breaker
25 Operational amplifier
28 DC bias power supply terminal
29 Sample hold circuit
30, 36 A / D converter
31, 37 processing unit
35 Multiplexer circuit

Claims

周期的なアナログの交流入力信号を振幅補正してサンプルホールド回路部によりサンプリングし、
前記サンプルホールド回路部のサンプリング出力をＡ／Ｄ変換部に供給してデジタルデータにＡ／Ｄ変換し、
かつ、前記Ａ／Ｄ変換部の出力状態から前記Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変換装置であって、
前記サンプルホールド回路部の前段に設けられて正又は負の単電源で動作し、前記交流入力信号が一方の入力端子に供給される振幅補正用の演算増幅器と、
前記演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス電圧を前記演算増幅器の他方の入力端子に印加し、前記交流入力信号を、前記バイアス電圧を中心に振幅変化するように補正する直流バイアス電源と、
前記Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの前記交流入力信号の１周期の平均から前記バイアス電圧の実測データを求め、前記実測データと前記バイアス電圧の設定された基準データとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別して前記Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部と
を備えたことを特徴とするＡ／Ｄ変換装置。Periodic analog AC input signal is amplitude corrected and sampled by the sample and hold circuit,
The sampling output of the sample and hold circuit unit is supplied to an A / D conversion unit and A / D converted into digital data,
And an A / D conversion device that monitors and detects normal / abnormality of the A / D conversion from the output state of the A / D conversion unit,
An operational amplifier for amplitude correction provided in the previous stage of the sample and hold circuit unit, operating with a single positive or negative power source, and the AC input signal being supplied to one input terminal;
A DC bias power supply that applies a bias voltage that is ½ of the power supply voltage of the operational amplifier to the other input terminal of the operational amplifier, and corrects the AC input signal so that the amplitude changes around the bias voltage;
The actual measurement data of the bias voltage is obtained from the average of one cycle of the AC input signal of the digital data of the A / D converter, and the difference between the actual measurement data and the reference data set with the bias voltage is within a predetermined error range. An A / D conversion apparatus, comprising: a state monitoring unit that determines whether the A / D conversion is normal or abnormal by determining whether the A / D conversion is within or not.

交流入力信号のチャンネル毎に、他方の入力端子にバイアス電圧が印加された振幅補正用の演算増幅器及びサンプルホールド回路部を設け、
各チャンネルの前記サンプルホールド回路部のサンプリング出力が切換えて順に入力され、前記各チャンネルのサンプリング出力をそれぞれデジタルデータにＡ／Ｄ変換するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部を備え、
状態監視部により、前記Ａ／Ｄ変換部の少なくとも１チャンネルのデジタルデータの前記交流入力信号の１周期の平均から前記バイアス電圧の実測データを求めることを特徴とする請求項１記載のＡ／Ｄ変換装置。For each channel of the AC input signal, an operational amplifier for amplitude correction in which a bias voltage is applied to the other input terminal and a sample hold circuit unit are provided,
A sampling output of the sample hold circuit section of each channel is switched and sequentially input, and a common A / D conversion section for A / D converting the sampling output of each channel into digital data,
2. The A / D according to claim 1, wherein the state monitoring unit obtains the measured data of the bias voltage from an average of one cycle of the AC input signal of the digital data of at least one channel of the A / D conversion unit. Conversion device.

周期的なアナログの交流入力信号としての系統電圧又は系統電流の計測信号を振幅補正してサンプルホールド回路部によりサンプリングし、
前記サンプルホールド回路部のサンプリング出力をＡ／Ｄ変換部に供給してデジタルデータにＡ／Ｄ変換し、
かつ、前記Ａ／Ｄ変換部の出力状態から前記Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視して検出するＡ／Ｄ変換装置を備え、
前記デジタルデータに基づく系統事故の検出により、電力系統のしゃ断器を引外し、
前記Ａ／Ｄ変換の異常検出により、前記系統異常の検出に基づく前記しゃ断器の引外しを禁止する保護継電器であって、
前記サンプルホールド回路部の前段に設けられて正又は負の単電源で動作し、前記計測信号が一方の入力端子に供給される振幅補正用の演算増幅器と、
前記演算増幅器の電源電圧の１／２のバイアス電圧を前記演算増幅器の他方の入力端子に印加し、前記計測信号を、前記バイアス電圧を中心に振幅変化するように補正する直流バイアス電源と、
前記Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータの前記計測信号の１周期の平均から前記バイアス電圧の実測データを求め、前記実測データと前記バイアス電圧の設定された基準データとの差が所定の誤差範囲内か否かを判別して前記Ａ／Ｄ変換の正常／異常を監視検出する状態監視部と、
前記Ａ／Ｄ変換部のデジタルデータから前記実測データを減算して前記交流入力信号のデジタルデータを再生して系統事故を監視検出する事故監視部と
を備えたことを特徴とする保護継電器。The amplitude of the measurement signal of the system voltage or system current as a periodic analog AC input signal is sampled by the sample hold circuit unit,
The sampling output of the sample and hold circuit unit is supplied to an A / D conversion unit and A / D converted into digital data,
And an A / D converter that monitors and detects normal / abnormality of the A / D conversion from the output state of the A / D converter,
By detecting a grid fault based on the digital data, trip the power system breaker,
A protective relay for prohibiting tripping of the circuit breaker based on detection of the system abnormality by detecting abnormality of the A / D conversion;
An operational amplifier for amplitude correction that is provided in the previous stage of the sample and hold circuit unit and operates with a single positive or negative power source, and the measurement signal is supplied to one input terminal;
A DC bias power source that applies a bias voltage that is ½ of the power source voltage of the operational amplifier to the other input terminal of the operational amplifier, and corrects the measurement signal so that the amplitude changes around the bias voltage;
The actual measurement data of the bias voltage is obtained from the average of one period of the measurement signal of the digital data of the A / D converter, and the difference between the actual measurement data and the reference data set with the bias voltage is within a predetermined error range. A state monitoring unit that determines whether the A / D conversion is normal or abnormal by determining whether or not
A protective relay comprising: an accident monitoring unit that subtracts the actual measurement data from the digital data of the A / D conversion unit and reproduces the digital data of the AC input signal to monitor and detect a system fault.

計測信号のチャンネル毎に、他方の入力端子にバイアス電圧が印加された振幅補正用の演算増幅器及びサンプルホールド回路部を設け、
各チャンネルの前記サンプルホールド回路部のサンプリング出力が切換えて順に入力され、前記各チャンネルのサンプリング出力をそれぞれデジタルデータにＡ／Ｄ変換するチャンネル共通のＡ／Ｄ変換部を備え、
状態監視部により、前記Ａ／Ｄ変換部から出力された少なくとも１チャンネルのデジタルデータの前記計測信号の１周期の平均により前記バイアス電圧の実測データを求めることを特徴とする請求項３記載の保護継電器。For each channel of the measurement signal, an operational amplifier for amplitude correction in which a bias voltage is applied to the other input terminal and a sample hold circuit unit are provided,
A sampling output of the sample hold circuit section of each channel is switched and sequentially input, and a common A / D conversion section for A / D converting the sampling output of each channel into digital data,
4. The protection according to claim 3, wherein the state monitoring unit obtains the measured data of the bias voltage from an average of one period of the measurement signal of the digital data of at least one channel output from the A / D conversion unit. relay.