JP6500129B2

JP6500129B2 - 電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法および装置

Info

Publication number: JP6500129B2
Application number: JP2017568462A
Authority: JP
Inventors: チェン，ジュン; ワン，カイ; ツォン，シャオピン; ワン，グアン; ツァン，チーシュー; チェン，ジアシュン; グオ，ツガン; リ，ホアツォン; ジ，ヤオヤオ
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-04-29
Filing date: 2016-02-19
Publication date: 2019-04-10
Anticipated expiration: 2036-02-19
Also published as: US20180149699A1; EP3291401A1; CN104795801B; CA2984326A1; JP2018518140A; US10267859B2; WO2016173312A1; EP3291401B1; BR112017023323B1; BR112017023323A2; CN104795801A; EP3291401A4; KR20170131705A; AU2016254275B2; AU2016254275A1

Description

発明は、電力系統リレー保護の分野に関連し、特に、電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法、および対応するリレー保護装置または監視装置に関する。

現在、現場で回路ブレーカーに広く適用されている欠相保護は、一般的に、三相の不整合な接触、相電流、零相電流、および逆相電流の基準で構成される。軽負荷下の動作の使用条件下では、小さい相電流のせいで、回路ブレーカーが欠相になっている場合に逆相電流が極めて小さく、逆相電流がその予め設定された値を超えることは困難であり、回路ブレーカーのための欠相保護がアクティブになることができない。発電機側の回路ブレーカーは、一般的に三相が連結されていて、三相の不整合な接触が提供されておらず、従来の欠相保護を採用することができない。発電機側の回路ブレーカーの一相におけるタイバーの遮断によって引き起こされる欠相事故が、現場で何度も起きている。欠相保護がないことで、電力ユニットは、発電機の安全を脅かす長時間にわたる逆相電流に耐えなくてはならない。かくして、三相の不整合な接触に依存しない欠相保護が必要とされる。回路ブレーカーのための従来の欠相保護に存在する上記欠点を考慮して、電流の大きさおよび三相の不整合な接触に依存せずに回路ブレーカーの欠相を識別するための方法および装置の研究に着手することが必要である。

発明の主な目的は、回路ブレーカーが軽負荷下で欠相を有する場合の以前の電流基準による識別の失敗の問題を解決するために、電流の大きさに依存せずに電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法を提供することであり、さらに、三相の不整合な接触が回路ブレーカーのために必要とされないので、それはまた、三相の連結された回路ブレーカーの欠相を識別する問題をも解決する。

発明は、以下の技術的解決を利用する。すなわち、理論解析によれば、回路ブレーカーが欠相を有する場合、ある特定のベクトル差がポートの2つの側での電圧間で生成されるであろうことが示され、したがって、回路ブレーカーの2つの側での電圧間のベクトル差を識別することによって欠相が決定され得る。保護装置は、回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧を測定し、回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差および実効値をそれぞれ計算し、2つの側での相電圧が両方とも定格電圧の80％から90％より大きく、ある特定の一相または二相の回路ブレーカーの2つの側での電圧ベクトル差が設定された電圧より大きい場合、回路ブレーカーが欠相を有することが決定され、それは、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させる。

発明はまた、サンプリングモジュールと、フーリエ計算モジュールと、補償モジュールと、識別および作動モジュールとを備える、電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置を提供し、ここで、
サンプリングモジュールは、欠相保護装置が回路ブレーカーの2つの側での電圧をサンプリングするために使用され、

フーリエ計算モジュールは、サンプリングモジュールの結果に応じて、2つの側での相電圧の基本波のベクトルの実数部および虚数部と、基本波の振幅とを計算するために使用され、
補償モジュールは、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように、フーリエ計算モジュールの結果に応じて2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用され、
識別および作動モジュールは、計算モジュールおよび補償モジュールの結果に応じて、回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差が予め設定された範囲の上限を超える場合を識別し、時間遅延後に、警報信号または遮断信号を付与し、遮断リレーの接触状態を出力するために使用される。

さらに、フーリエ計算モジュールでは、フーリエアルゴリズムが、回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧のすべての基本波の振幅のために採用される。

2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
式(4)
であり、
ここで、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける保護装置のサンプリングの回数であり、U_φReおよびU_φImはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、U_φ.AMは、相電圧の基本波の振幅である。

さらに、補償モジュールにおいて、2つの補償係数が前記回路ブレーカーの2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために導入される。

回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差は、
式(5)
であり、
ここで、
および
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
、
であり、k_φ1およびk_φ2は、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用される補償係数であり、

余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
式(6)、
式(7)、
式(8)
であり、
回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側でのTVの電圧差は、ある特定の値を有し、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成する。

さらに、識別および作動モジュールにおいて、式（1）〜式（3）における基準のいずれか1つが満たされる場合、欠相が識別されることができ、保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させる。
回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準は、
式(1)
であり、
ここで、U_a.AMおよびU_A.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、U_φNは、定格相電圧であり、
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、ΔU_setは、2つの側での電圧差の設定値であり、ηは、一般的に80〜90の値にされ、minは、2つの値の最小値をとることを表す。

回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準は、
式(2)
であり、
回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準は、
式(3)
である。

さらに、ベクトル差の設定値ΔU_setは、0.1〜10.0Vの範囲内の値にされ得る。

さらに、保護装置は、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値は、0.1〜10sの範囲内の値にされ得る。

発明は、電流の大きさを識別することが不要であるという利点を有し、それは、回路ブレーカーが軽負荷下で欠相を有する場合の従来の逆相電流基準による欠相の識別の失敗の問題を解決し、三相の不整合な接触を識別することが不要であるがゆえに、それはまた、欠相保護の以前の原理が三相の連結された回路ブレーカーの欠相を識別することができないのに対し、三相の連結された回路ブレーカーに適する。

発明に係る、回路ブレーカーが欠相を有する場合のポートの2つの側での三相の電圧を測定する図を示し、Gは発電機であり、Tは発電機に接続された変圧器であり、Lは線であり、Bは三相回路ブレーカーであり、mおよびnは回路ブレーカーのポートであり、TV_Mは回路ブレーカーのM側での電圧の相互インダクタであり、TV_Nは回路ブレーカーのN側での電圧の相互インダクタであり、U_a、U_b、およびU_cはM側での三相の電圧であり、U_A、U_B、およびU_CはN側での三相の電圧である、図である。発明によって提供される装置の構造図である。

発明の技術的解決が、以下において、図面に関連して詳細に説明される。
図1において、2つの側での三相の電圧が、回路ブレーカーのポートの2つの側でのTVで測定され、2つの側での電圧の基本波の振幅が、全サイクルのフーリエアルゴリズムを使用して計算される。

2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
式(1)
であり、
ここで、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける保護装置のサンプリングの回数であり、U_Φ.ReおよびU_Φ.Imはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、U_Φ.AMは、相電圧の基本波の振幅である。

スイッチのポートの2つの側での電圧のベクトル差は、
式(2)
であり、
ここで、
および
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
、
であり、k_Φ1およびk_Φ2は、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用される補償係数である。

余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
式（3）
式（4）
式（5）
であり、
回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側でのTVの電圧差は、ある特定の値を有し、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成する。

回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準は、
式(6)
であり、
ここで、U_Φ.AMおよびU_A.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、U_ΦNは、定格相電圧であり、
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、ΔU_setは、一般的に0.1〜10V間の範囲にわたる、電圧差の設定値であり、ηは、一般的に80〜90の値にされ、minは、2つの値の最小値をとることを表す。

回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準は、
式(7)
であり、
回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準は、
式(8)
である。

式（6）〜式（8）のいずれか1つの条件が満たされる場合、保護装置は、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値は、一般的に0.1〜10sの範囲内の値にされる。

加えて、発明はまた、図2に示すように、サンプリングモジュールと、フーリエ計算モジュールと、補償モジュールと、識別および作動モジュールとを備える、電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置を提供し、ここで、
サンプリングモジュールは、欠相保護装置が回路ブレーカーの2つの側での電圧をサンプリングするために使用され、
フーリエ計算モジュールは、サンプリングモジュールの結果に応じて、2つの側での相電圧の基本波のベクトルの実数部および虚数部と、基本波の振幅とを計算するために使用され、
補償モジュールは、ポートの2つの側でのTVの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように、フーリエ計算モジュールの結果に応じて2つの側でのTV間の伝達誤差を補償するために使用され、
識別および作動モジュールは、計算モジュールおよび補償モジュールの結果に応じて、回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差が予め設定された範囲の上限を超える場合を識別し、時間遅延後に、警報信号または遮断信号を付与し、遮断リレーの接触状態を出力するために使用される。

上記実施形態は、発明の技術概念を説明するように意図されたものにすぎず、決して発明の範囲を限定するものではなく、発明に係る技術的解決に基づいたいずれの変更も、すべて発明の範囲内である。

Claims

電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法であって、保護装置が、前記回路ブレーカーのポートの2つの側での三相の電圧を測定し、前記回路ブレーカーのポートの2つの側での電圧の基本波のベクトル差および実効値をそれぞれ計算し、2つの側での相電圧が両方とも設定されたしきい値より大きく、ある特定の一相または二相の回路ブレーカーのポートの2つの側での電圧ベクトル差の振幅が設定された電圧より大きい場合、前記回路ブレーカーが欠相を有することが決定され、短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させることを特徴とする、方法。
前記設定されたしきい値が定格電圧の80%〜90%であることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
2つの側での三相の電圧の値が前記回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧の相互インダクタから得られることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
以下の式（1）〜式（3）の基準、すなわち、
前記回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準、
式(1)、
前記回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準、
式(2)、
前記回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準、
式(3)
のいずれか1つが満たされる場合、欠相が識別されることができ、前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、
ここで、U_a.AMおよびU_A.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、U_b.AMおよびU_B.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Bにおける電圧の振幅であり、U_c.AMおよびU_C.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Cにおける電圧の振幅であり、
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
は、2つの側での相Bにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
は、2つの側での相Cにおける電圧ベクトル差の振幅であり、U_ΦNは、定格相電圧であり、ΔU_setは、2つの側での電圧差の設定値であり、ηは、スケール因子であり、minは、2つの値の最小値をとることを表すことを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
2つの側での三相の電圧の基本波の振幅はすべて、全サイクルのフーリエアルゴリズムを使用して計算され、
2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
式(4)
であり、
ここで、kは、サンプリングの通し番号であり、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける前記保護装置のサンプリングの回数であり、Φは、三相の電圧の相であり、U_Φ.ReおよびU_Φ.Imはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、U _Φ.AMは、相電圧の基本波の振幅であることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
2つの補償係数が前記回路ブレーカーの2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために導入され、
前記回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差は、
式(5)
であり、ここで、
および
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
、
であり、k_Φ1およびk_Φ2は、ポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために使用される補償係数であり、U_ΦN.ReおよびU_ΦM.Imは、M側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、U_ΦN.ReおよびU_ΦM.1mは、N側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、
余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
式(6)、
式(7)、
式(8)
であり、
前記回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧差は、設定されたしきい値より大きく、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成することを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
ベクトル差の設定値、
が0.1〜10.0Vの範囲内の値にされることを特徴とする、請求項4に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値が0.1〜10sの範囲内の値にされることを特徴とする、請求項1に記載の電圧に基づいて回路ブレーカーの欠相を識別するための方法。
電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置であって、それは、サンプリングモジュールと、フーリエ計算モジュールと、補償モジュールと、識別および作動モジュールとを備え、ここで、
前記サンプリングモジュールは、前記欠相保護装置が前記回路ブレーカーの2つの側での電圧をサンプリングするために使用され、
前記フーリエ計算モジュールは、前記サンプリングモジュールの結果に応じて、2つの側での相電圧の基本波のベクトルの実数部および虚数部と、基本波の振幅とを計算するために使用され、
前記補償モジュールは、ポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように、前記フーリエ計算モジュールの結果に応じて2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために使用され、
前記識別および作動モジュールは、前記計算モジュールおよび前記補償モジュールの結果に応じて、前記回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差の振幅が、三相の電圧のベクトル差の振幅を含まないように予め設定された範囲の上限を超える場合を識別し、時間遅延後に、警報信号または遮断信号を付与し、遮断リレーの接触状態を出力するために使用されることを特徴とする、欠相保護装置。
2つの側での三相の電圧の値が前記回路ブレーカーの2つの側での三相の電圧の相互インダクタから得られることを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
以下の式（1）〜式（3）の基準、すなわち、
前記回路ブレーカーの相Aにおける欠相のための基準、
式(1)、
前記回路ブレーカーの相Bにおける欠相のための基準、
式(2)、
前記回路ブレーカーの相Cにおける欠相のための基準、
式(3)
のいずれか1つが満たされる場合、欠相が識別されることができ、前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、
ここで、U_a.AMおよびU_A.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Aにおける電圧の振幅であり、U_b.AMおよびU_B.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Bにおける電圧の振幅であり、U_c.AMおよびU_C.AMはそれぞれ、M側およびN側での相Cにおける電圧の振幅であり、
は、2つの側での相Aにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
は、2つの側での相Bにおける電圧ベクトル差の振幅であり、
は、2つの側での相Cにおける電圧ベクトル差の振幅であり、U_ΦNは、定格相電圧であり、ΔU_setは、2つの側での電圧差の設定値であり、ηは、スケール因子であり、minは、2つの値の最小値をとることを表すことを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
2つの側での三相の電圧の基本波の振幅はすべて、全サイクルのフーリエアルゴリズムを使用して計算され、
2つの側でのTVの相電圧の基本波の振幅のための演算式は、以下の通り、
式(4)
であり、
ここで、kは、サンプリングの通し番号であり、Nは、各々の電力周波数サイクルにおける前記保護装置のサンプリングの回数であり、Φは、三相の電圧の相であり、U_Φ.ReおよびU_Φ.Imはそれぞれ、相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、U_Φ.Amは、相電圧の基本波の振幅であることを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
2つの補償係数が前記回路ブレーカーの2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために導入され、
前記回路ブレーカーの2つの側での電圧のベクトル差は、
式(5)
であり、ここで、
および
は、MおよびN側での相電圧のベクトル、
、
であり、k_φ1およびk_φ2は、ポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧ベクトル差が正常な動作の場合に0であるように2つの側での電圧の相互インダクタの伝達誤差を補償するために使用される補償係数であり、U_φN.ReおよびU_φM.Imは、M側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、U_φN.ReおよびU_φN.Imは、N側での相電圧の基本波の実数部および虚数部であり、
余弦モデルの全サイクルのフーリエアルゴリズムが採用され、調節係数は、2つの側の位相差が0であるという条件での正常な条件下での電圧波形に基づいて計算され、すなわち、
式(6)、
式(7)、
式(8)
であり、
前記回路ブレーカーが欠相を有する場合、故障相のポートの2つの側での電圧の相互インダクタの電圧差は、設定されたしきい値より大きく、上記特徴は、スイッチの欠相のための基準を形成することを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
ベクトル差の設定値ΔU_setが0.1〜10.0Vの範囲内の値にされ得ることを特徴とする、請求項11に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。
前記保護装置が短い時間遅延tの後に警報または遮断操作を作動させ、時間遅延の設定値が0.1〜10sの範囲内の値にされることを特徴とする、請求項9に記載の電圧に基づいた回路ブレーカーのための欠相保護装置。