JP5888941B2

JP5888941B2 - 保護継電器

Info

Publication number: JP5888941B2
Application number: JP2011249497A
Authority: JP
Inventors: 笹川　悟; 悟笹川; 友安　啓介; 啓介友安
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2016-03-22
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: JP2013106456A

Description

この発明は、電力系統の保護に用いられる保護継電器に関し、特に、自己動作を監視する常時監視機能を備えた保護継電器に関するものである。

保護継電器は、電力系統の異常を検出して遮断器を制御することにより電力系統の保護を行うもので、この種の保護継電器として従来、装置内の故障等による遮断器の誤制御を防止して信頼性向上を図るため、自己の動作を監視する常時監視機能を有する保護処理部を二重化して並列動作させるとともに、各保護処理部の遮断器制御出力接点を直列に接続したものがある。

この場合、各保護処理部において、内部異常を発見した場合や自己診断を実施するために保護機能を停止している場合など、遮断器制御出力接点を制御できない状態が生じた場合（以下、これらを内部異常という）、各保護処理部における遮断器制御出力接点の制御を無効とし、装置の誤動作を防止する必要がある。

そのため、従来技術では、各保護処理部において、遮断器制御出力接点に並列にバイパス制御接点を付加するとともに、この各保護処理部の遮断器制御出力接点とバイパス制御接点の並列回路を各々直列二重化して接続した構成としたものが提案されている。（特許文献１、２参照）

このような特許文献１、２に記載された従来技術では、各々の保護処理部が内部異常もなく正常な場合、電力系統に異常が生じたときには、各保護処理部のバイパス制御接点は共に開状態で、遮断器制御出力接点が共に閉となるので、遮断器がトリップされて系統が保護される。

また、保護処理部の一方が内部異常を生じた場合には、当該内部異常を生じた保護処理部における常時監視機能によってバイパス制御接点が閉となり、遮断器制御出力接点の開閉状態に依存せずに電流が流れるため、内部異常を生じた保護処理部による遮断器制御出力接点の誤動作が防止される。そして、電力系統に異常が生じたときには、正常な側の各保護処理部のバイパス制御接点は開状態のままで、遮断器制御出力接点が閉となるので、遮断器がトリップされて電力系統が保護される。

特許第３２５６６３９号公報実用新案登録第２５９１４５２号公報

しかしながら、上記の特許文献１、２に記載されているような従来の保護継電器では、保護処理部を二重化するとともに、各保護処理部の遮断器制御出力接点に対してバイパス制御接点を並列接続し、この並列回路を各々直列二重化して接続した構成とした場合であっても、依然として保護継電器としての信頼性を損なう事態が生じることがある。

すなわち、二重化された保護処理部の一方が内部異常を生じても、内部異常の無い保護処理部が正常に動作するため、信頼性は保たれるものの、各保護処理部が運悪く共に
内部異常を生じた場合、常時監視機能により各バイパス制御接点が共に閉状態となる。すると、各保護処理部のバイパス制御接点を経由して電流が流れて遮断器制御出力が発生し、その結果、遮断器がトリップされてしまうという不具合を生じる。

このような誤作動を防止するためには、例えば、各保護処理部の常時監視機能を共に監視し、常時監視機能により双方の保護処理部に内部異常が生じたと判断されたときには、バイパス制御接点が共に閉じることがないように、常時監視機能によるバイパス制御接点の閉動作をロックさせるインタロック回路を設けることも可能である。

しかし、このような構成とする場合には、上記のインタロック回路を設けることに加えて、各保護処理部の常時監視機能の状態を更に監視する監視機能部なども付加せねばならず、部品点数が増加して複雑化することにより、生産原価が上昇するとともに装置全体の信頼度が低下する課題がある。

この発明は、上記の課題を解決すべく提案されたもので、その目的とするところは、インタロック回路等が不要で、装置の複雑化を招来することなく、簡易な構成でもって従来よりも信頼性を高めた保護継電器を提供するものである。

この発明に係る保護継電器は、演算処理を行う保護処理部が二重化された保護継電器であって、各保護処理部は、電力系統の電気量をデジタル値に変換する入力変換手段と、この入力変換手段の出力に基づいて電力系統の異常を検出し、この異常検出出力により第一、第二の遮断器制御出力接点を制御する演算手段と、内部状態を監視して内部異常が発生した場合に上記第一、第二の遮断器制御出力接点の動作を抑圧するとともに、バイパス指令を発生し、このバイパス指令に応じてバイパス制御接点を制御する常時監視手段とを有し、上記各演算手段によって制御される第一の遮断器制御出力接点が直列に接続されるとともに、それぞれ一方の保護処理部における上記第一の遮断器制御出力接点に対して並列に、一方の保護処理部における上記バイパス制御接点と他方の保護処理部における第二の遮断器制御出力接点との直列接続体を接続したものである。

また、上記の保護継電器に、それぞれの遮断器制御出力接点と並列にフォトカプラ等で実現された電圧検出手段と入力される電流・電圧信号と同等の試験信号を入力変換手段に与える擬似入力発生手段を付加したものである。

この発明の保護継電器によれば、二重化された保護処理部の各々に設けた、バイパス制御時に閉となる接点とバイパス制御時に開となる接点の双方が同時に閉とならないように制御可能としているので、常時監視手段によって双方の保護処理部に内部異常が生じたと判断された場合でも、誤って遮断器がトリップされてしまうという不具合発生を確実に防止することができる。これにより、従来のようなインタロック回路等が不要となり、また装置の複雑化を招来することなく、簡易な構成でもってより一層信頼性を高めた保護継電器を提供することが可能となる。

また、擬似入力回路と電圧検出手段を付加することで各々の保護処理部の特性自動点検が可能となる。

この発明の実施の形態１に係る保護継電器の構成を示すブロック図である。この発明の保護継電器の出力接点の動作状態を示す回路図である。この発明の実施の形態２に係る保護継電器の構成を示すブロック図である。

実施の形態１.
図１は、この発明の実施の形態１に係る保護継電器の構成を示すブロック図である。

図１において、保護継電器は、保護演算処理を行う２つの保護処理部１Ａ、１Ｂが二重化されている。なお、ここでは、発明の理解を促すため、各保護処理部１Ａ、１Ｂを区別する必要性に応じて、便宜上、一方の保護処理部１ＡをＡ系の保護処理部、他方の保護処理部１ＢをＢ系の保護処理部と称する。また、各保護処理部１Ａ、１Ｂは基本的には同一の構成、機能を有するので、ここでは、Ａ系の保護処理部１Ａの構成について詳しく説明する。

保護処理部１Ａは、電力系統の電気量が入力され、この信号をデジタル値に変換する入力変換手段２Ａと、この入力変換手段２Ａでデジタル値に変換された電力系統の電気量に基づいて実効値演算を実施し、演算結果を予め設定された設定値と比較することで電力系統の異常の有無を検出する演算手段３Ａと、保護処理部１Ａの内部状態を常に監視し、内部異常が発生した場合には、バイパス指令を発生させる常時監視手段４Ａと、
常時監視手段４Ａの出力を反転させる否定回路５Ａと、この否定回路５Ａの出力および演算手段３Ａの出力が入力され、その論理積を出力する論理積回路６Ａと、この論理積回路６Ａの出力によって制御される第一の遮断器制御出力接点７Ａおよび第二の遮断器制御出力接点８Ａと、常時監視手段４Ａの出力によって制御されるバイパス制御接点９Ａから構成されている。

ここで、２つの遮断器制御出力接点７Ａ、８Ａおよびバイパス制御接点９Ａは、常開接点で構成されている。また、常時監視手段４Ａは、入力変換手段２Ａ、演算手段３Ａを含む保護処理部１Ａの内部状態を常に監視し、内部異常が発生した場合には、バイパス指令を発生させ、バイパス制御接点９Ａを制御するものである。

このような保護処理部１Ａと同様の構成を有する保護処理部１Ｂとは、論理積回路６Ａ、６Ｂの出力を受ける第一の遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂが直列に接続されるとともに、一方の保護処理部１Ａにおける第一の遮断器制御出力接点７Ａに対して並列に、バイパス制御接点９Ａと他方の保護処理部１Ｂにおける第二の遮断器制御出力接点８Ｂとの直列接続体が接続されている。また、他方の保護処理部１Ｂにおける遮断器制御出力接点７Ｂに対して並列に、バイパス制御接点９Ｂと一方の保護処理部１Ａにおける第二の遮断器制御出力接点８Ａとの直列接続体が同様に接続されている。

なお、演算手段３Ａは、具体例として、電力系統の電気量が過電流要素であれば、電流値と限時特性による異常検出、不足電圧要素／過電圧要素であれば、電圧値と動作時間による異常検出、また、地絡方向要素であれば、零相電圧値と零相電流値とその位相差と動作時間による異常検出を行い、電力系統の異常を検出した場合には、遮断器制御出力信号を発生し、この信号により第一の遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂを制御して遮断器開放コイル１０を駆動し、電力系統の事故から設備を保護する。

次に、このような遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂ、バイパス制御接点９Ａ、９Ｂで構成される出力回路の制御動作について図２を用いて説明する。
図２は、（１）各保護処理部１Ａ、１Ｂに内部異常が無く共に正常である場合、（２）Ｂ系の保護処理部１Ｂに内部異常が生じている場合、（３）Ａ系の保護処理部１Ａに内部異常が生じている場合、（４）Ａ系、Ｂ系の双方の保護処理部１Ａ、１Ｂに内部異常が生じている場合の、それぞれの各接点状態を示している。

（１）各保護処理部１Ａ、１Ｂに内部異常が無く共に正常である場合。
この場合、両保護処理部１Ａ、１Ｂのバイパス制御接点９Ａ、９Ｂは共に図２（ａ）に示すように開状態にある。この状態の下で、各保護処理部１Ａ、１Ｂの演算手段３Ａ、３Ｂによって電力系統の異常が検出されると、これに応じて遮断器制御出力信号が発生することになり、この信号により、Ａ系、Ｂ系の第一の遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂが共に同時に閉となる。この結果、遮断器開放コイル１０を駆動して遮断器（図示せず）をトリップさせ、電力系統の事故から設備を保護させることになる。

（２）Ｂ系の保護処理部１Ｂに内部異常が生じている場合。
この場合、Ｂ系の常時監視手段４Ｂによって保護処理部１Ｂの内部異常が検出されると、これに応じて常時監視手段４Ｂからバイパス指令が発生され、これにより、バイパス制御接点９Ｂが閉となり、遮断器制御出力接点７Ａ、８Ａに対してバイパス経路が形成される。また、Ｂ系の常時監視手段４Ｂの出力によりＢ系の遮断器制御接点７Ｂ、８Ｂは開状態を維持され、図２（ｂ）に示すような出力回路を形成する。

この状態の下で、Ａ系の演算手段３Ａによって電力系統の異常が検出されると、これに応じて遮断器制御出力信号が発生することになり、この信号により、Ａ系の遮断器制御出力接点７Ａ、８Ａが閉となる。このとき、Ａ系のバイパス制御接点９Ａは開であり、また、Ｂ系のバイパス制御接点９Ｂは閉であるので、Ａ系の遮断器制御出力接点７Ａ、８ＡとＢ系のバイパス制御接点９Ｂを経由して電流が流れ、遮断器開放コイル１０を駆動して遮断器をトリップさせ、電力系統の事故から設備を保護させることになる。

（３）Ａ系の保護処理部１Ａに内部異常が生じている場合。
この場合、Ａ系の常時監視手段４Ａによって保護処理部１Ａの内部異常が検出されると、これに応じてバイパス指令が発生され、これにより、バイパス制御接点９Ａが閉となり、遮断器制御出力接点７Ｂ、８Ｂに対してバイパス経路が形成される。また、Ａ系の常時監視手段４Ａ出力によりＡ系の遮断器制御接点７Ａ、８Ａは開状態を維持され、図２（ｃ）に示すような出力回路を形成する。

この状態の下で、Ｂ系の演算手段３Ｂによって電力系統の異常が検出されると、これに応じて遮断器制御出力信号が発生することになり、この信号により、Ｂ系の保護処理部１Ｂの遮断器制御出力接点７Ｂ、８Ｂが閉となる。このとき、Ｂ系のバイパス制御接点９Ｂは開であり、また、Ａ系のバイパス制御接点９Ａは閉であるので、Ｂ系の遮断器制御出力接点７Ｂ、８ＢとＡ系のバイパス制御接点９Ａを経由して電流が流れ、遮断器開放コイル１０を駆動して遮断器をトリップさせ、電力系統の事故から設備を保護させることになる。

（４）Ａ系、Ｂ系の双方の保護処理部１Ａ、１Ｂに内部異常が生じている場合。
この場合、Ａ系、Ｂ系両方の常時監視手段４Ａ、４Ｂによって保護処理部１Ａ、１Ｂの内部異常が検出されると、バイパス指令が発生され、これにより、各バイパス制御接点９Ａ、９Ｂが共に閉となるが、各遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂへの制御信号の出力は、否定回路５Ａ、５Ｂを介して抑圧されることになるため、図２（ｄ）に示すように閉とはならず誤出力が防止される。

以上のように、一対の保護処理部１Ａ、１Ｂを備えた保護継電器において、第一の遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂを直列に接続し、それぞれの遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂに対して並列に、バイパス制御接点９Ａ、９Ｂと他方の保護処理部１Ｂ、１Ａの第二の遮断器制御出力接点８Ｂ、８Ａの直列接続体を接続することによって、簡易な構成で、より信頼性の高い保護継電器を得ることができる。

ところで、保護継電器は、定期的に特性試験を実施することとされており、入力に試験信号を与えた場合の遮断器制御出力が閉となるまでの動作時間を測定する必要がある。上記の実施の形態１では、それぞれの保護処理部１Ａ、１Ｂにおける常時監視手段４Ａ、４Ｂが内部異常を検出した場合、遮断器制御出力７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂを抑圧する構成としたが、特性試験中については、常時監視手段４Ａ、４Ｂの出力を抑圧しない構成とすることで、保護処理部１Ａ、１Ｂの特性試験を実施することが可能である。

実施の形態２．
図３はこの特性試験を実施するための実施の形態２に係る保護継電器の構成を示すブロック図であり、実施の形態１に相当する構成部分には同一の符号を付している。

図において、保護継電器は、実施の形態１に対し、各保護処理部１Ａ、１Ｂのそれぞれの遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂと並列に接続されたフォトカプラ等からなる電圧検出手段１１Ａ、１１Ｂと、入力される試験信号と同等の入力を常時監視手段４Ａ、４Ｂからの信号に基づいて入力変換手段２Ａ、２Ｂに与える擬似入力発生手段１２Ａ、１２Ｂを付加したものである。
ここで、遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂおよびバイパス制御接点９Ａ、９Ｂからなる出力回路と遮断器開放コイル１０は直列接続されており、フォトカプラ等からなる電圧検出手段１１Ａ、１１Ｂが第一の遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂにそれぞれ並列に接続されている。

このような構成のもとで、通常状態においては、遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂ、８Ａ、８Ｂおよびバイパス制御接点９Ａ、９Ｂはすべて開となっており、遮断器開放コイル１０には電流が流れない状態に維持されている。このとき、電圧検出手段１１Ａ、１１Ｂは、遮断器が動作しない微小電流により電圧を検出する構成としており、電圧検出手段１１Ａ、１１Ｂの入力には電源電圧の分圧値が検出される。

次に、遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂが閉となった場合には、該当する電圧検出手段１１Ａ、１１Ｂの入力電圧が０となり、この結果、出力接点が閉となったことを確認することができる。
すなわち、擬似入力変換手段１２Ａ、１２Ｂから試験信号を与えた後、電圧検出手段１１Ａ、１１Ｂにより遮断器制御出力接点７Ａ、７Ｂ両端の電圧を監視することによって保護処理部１Ａ、１Ｂの特性試験を行わせることが可能となる。

以上説明したように、この発明によれば、簡易な構成で、より信頼性の高い保護継電器を得ることができる。
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１Ａ、１Ｂ：保護処理部２Ａ、２Ｂ：入力変換手段３Ａ、３Ｂ：演算手段
４Ａ、４Ｂ：常時監視手段５Ａ、５Ｂ：論理積回路６Ａ、６Ｂ：否定回路
７Ａ、７Ｂ：第一の遮断器制御出力接点８Ａ、８Ｂ：第二の遮断器制御出力接点
９Ａ、９Ｂ：バイパス制御接点１０：遮断器開放コイル
１１Ａ、１１Ｂ：フォトカプラ１２Ａ、１２Ｂ：擬似入力発生手段

Claims

演算処理を行う保護処理部が二重化された保護継電器であって、各保護処理部は、電力系統の電気量をデジタル値に変換する入力変換手段と、この入力変換手段の出力に基づいて電力系統の異常を検出し、この異常検出出力により第一、第二の遮断器制御出力接点を制御する演算手段と、内部状態を監視して内部異常が発生した場合に上記第一、第二の遮断器制御出力接点の動作を抑圧するとともに、バイパス指令を発生し、このバイパス指令に応じてバイパス制御接点を制御する常時監視手段とを有し、
上記各演算手段によって制御される第一の遮断器制御出力接点が直列に接続されるとともに、それぞれ一方の保護処理部における上記第一の遮断器制御出力接点に対して並列に、一方の保護処理部における上記バイパス制御接点と他方の保護処理部における第二の遮断器制御出力接点との直列接続体を接続したことを特徴とする保護継電器。
上記常時監視手段の出力を反転し、この出力と上記演算手段の出力とを論理積回路を通して上記第一の遮断器制御出力接点を制御させるようにしたことを特徴とする請求項１記載の保護継電器。
二重化された保護処理部における上記第一の遮断器制御出力接点と並列に接続され、その両端の電圧を監視する電圧検出手段と、上記入力変換手段に試験信号を与える擬似入力発生手段を付加したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の保護継電器。