JP6698414B2 - 送電回線保護システム - Google Patents

Description

この発明は、送電回線保護システムに関する。

従来の低位系の例えば負荷供給用の変電所では、負荷供給線の保護リレー故障時には、無保護となってしまうため、事故が発生すると上位系の変圧器保護リレーが後備保護リレーとして機能して、上位の変圧器等をトリップさせ、他の健全負荷供給線も停電となり、広範囲の供給支障が発生するという問題があった。これに対し、変圧器保護リレーを活用したトリップ装置を設置することで、保護対象となる負荷供給線（送電回線）の遮断器の動作状態（開閉状態）を取り込むことにより、送電線の事故に対し、該当する負荷供給線と母線等を段階的にトリップさせることができる送電回線保護システムとしての送電線代替保護システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１９９９６２号公報（段落番号００１７〜００５２および図４）

従来の送電回線保護システムは以上のように構成され、保護対象となる送電回線数分の遮断器の動作状態を取り込む必要があり、送電回線数が増大すると回路構成が複雑になるという問題点があった。

この発明は前記のような課題を解決するためになされたものであり、簡易な構成にて保護が可能な送電回線保護システムを得ることを目的とする。

この発明に係る送電回線保護システムにおいては、
受電回線に接続された複数の送電回線を保護する送電回線保護システムであって、第１異常検出装置と、第３異常検出装置と、保護指令発信装置とを備え、
前記第１異常検出装置は、自己の故障を検出して故障検出信号を発する自己監視機能を有し、前記送電回線ごとに設けられ前記送電回線ごとの異常を検出して第１検出信号を発す
るものであり、
前記第３異常検出装置は、前記第１異常検出装置に共通に設けられ、前記第１異常検出装置のいずれが故障しても故障した前記第１異常検出装置に代わって前記送電回線の異常を検出可能にされるとともに、前記異常を検出したとき第３検出信号を発するものであり、
前記保護指令発信装置は、前記故障検出信号および前記第３検出信号に基づいて保護すべき前記送電回線を特定して保護指令を発信するものであって、
前記第１異常検出装置と前記第３異常検出装置とは、いずれも過電流を検出するものであり、
前記第１異常検出装置は、前記送電回線の電流を検出する変流器の検出電流に基づいて前記送電回線の過電流を検出して前記第１検出信号を発信し、
前記第３異常検出装置は、前記第１異常検出装置が故障した場合故障した前記第１異常検出装置に代わって前記変流器の前記検出電流に基づいて前記送電回線の前記過電流を検出可能にされるとともに、前記過電流を検出したとき前記第３検出信号を発信するものであって、全ての前記変流器の前記検出電流の総和電流の供給を受けて前記送電回線の前記過電流を検出し前記第３検出信号を発信するものである。

この発明に係る送電回線保護システムは、簡易な構成にて保護が可能な送電回線保護システムを得ることができる。

この発明の実施の形態１である送電回線保護システムの構成を示す構成図である。 実施の形態１における短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図である。 実施の形態１における送電回線保護システムの動作を説明するための展開接続図である。 実施の形態２である送電回線保護システムの構成を示す構成図である。 実施の形態２における短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図である。 実施の形態２における送電回線保護システムの動作を説明するための展開接続図である。 実施の形態３である送電回線保護システムの構成を示す構成図である。 実施の形態３における短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図である。 実施の形態３における送電回線保護システムの動作を説明するための展開接続図である。 過電流継電器が故障中に短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図である。 別の過電流継電器が故障中に短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図である。

実施の形態１．
図１〜図３は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は送電回線保護システムの構成を示す構成図、図２は短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図、図３は送電回線保護システムの動作を説明するための展開接続図である。図１において、電力システムとしての変電所の主回路は次のように構成されている。受電回線１に遮断器２を介して変圧器３が接続されている。変圧器３の二次側に送電母線４が接続されている。送電母線４に、送電回線５と遮断器６との直列回路、および送電回線７と遮断器８との直列回路が接続され、送電回線５および送電回線６から各遮断器６，８を介してさらに下位の変電所（図示しない）に電力が送られる。

送電回線保護システムは、次のように構成されている。受電回線１に、変流器１０が設けられ、変流器１０の二次側には保護リレーとしての過電流継電器（ＯＣＲ）１１と、後備保護および第２異常検出装置としての過電流継電器１２とが接続されている。過電流継電器１１の出力信号側は制御回路１４に接続されている。制御回路１４は、遮断器２の開閉装置（図示しない）に接続されている。過電流継電器１２の出力信号側は、補助リレー（ＡＸＲ）１３に接続されている。補助リレー１３は、コイル１３Ｃを有し、過電流継電器１２の出力信号を増幅、すなわち、より大きい電流を流しうる接点１３ａの開閉信号に変換する。

送電回線５に、変流器２０が設けられ、変流器２０の二次側には第１異常検出装置としての過電流継電器２１が接続されている。過電流継電器２１の出力信号側は制御回路２２に接続されている。制御回路２２は、遮断器６の開閉装置（図示しない）に接続されている。送電回線７に、変流器３０が設けられ、変流器３０の二次側には第１異常検出装置としての過電流継電器３１が接続されている。過電流継電器３１の出力信号側は制御回路３２に接続されている。制御回路３２は、遮断器８の開閉装置（図示しない）に接続されている。補助リレー１３の出力側は、各制御回路２２，３２に接続されている。過電流継電器１２は、過電流継電器１２が動作したとき閉路する常時開接点１２ａのほかに、自己の内部故障を常時監視する自己監視機能を有し、内部故障が検出されていないときは故障検出接点１２ｘが開路され、故障検出接点１２ｙが閉路されている。過電流継電器１２において内部故障が検出されたときは、故障検出接点１２ｘが閉路され、故障検出接点１２ｙが開路される（図３参照）。

過電流継電器２１は、図３に示すように、動作したとき閉路する常時開接点２１ａのほかに、自己の内部故障を常時監視する自己監視機能を有し、内部故障が検出されていないときは、故障検出接点２１ｘが開路され、故障検出接点２１ｙが閉路されている。過電流継電器２１において、内部故障が検出されたときは、故障検出接点２１ｘが閉路され、故障検出接点２１ｙが開路される（図３参照）。また、図示しないが過電流継電器３１についても同様である。過電流継電器１１および過電流継電器１２には、制御電源線Ｐ１，Ｎ１から直流電力が供給される。過電流継電器２１および過電流継電器３１には、制御電源線Ｐ２，Ｎ２から直流電力が供給される。過電流継電器２１および過電流継電器３１は、この実施の形態においては、マイクロプロセッサやディジタルシグナルプロセッサによるディジタル制御でソフトウエア処理により実現されるもの（自己監視機能を持つデジタル形継電器）を使用している。なお、過電流継電器１２、補助リレー１３、過電流継電器２１、制御回路２２、過電流継電器３１、制御回路３２がこの発明における保護指令発信装置である。

次に動作について説明する。図２のように、事故点Ｆ１で主回路が短絡した場合には、変圧器３の一次側に事故電流Ｊ１が流れ、変流器１０の二次側に接続された過電流継電器１１、後備保護の過電流継電器１２には、電流Ｃ１が流れる。変圧器３の二次側には、事故電流Ｊ２が流れ、変流器２０の二次側に接続された過電流継電器２１に電流Ｃ２が流れる。過電流継電器１１、過電流継電器１２、過電流継電器２１の全てに異常がなければ、整定値、整定時間の大小関係により、事故点Ｆ１に近い過電流継電器２１が動作し、第１検出信号としての常時開接点２１ａが閉路され制御電源線Ｐ２，Ｎ２から制御回路２２のコイル２２Ｃに電圧が印加され励磁される。コイル２２Ｃが励磁されると、保護指令としてのコイル２２Ｃの開閉接点信号（図示しない）が遮断器６の開閉装置に対し遮断器トリップ信号として出力され、遮断器６を開路させ、事故点Ｆ１の送電母線４からの切り離しが完了する。

次に、送電回線５の過電流継電器２１が故障している場合について図３を参照しながら説明する。図３において、送電回線５の過電流継電器２１が故障している場合、送電回線５の過電流継電器２１の故障検出信号としての故障検出接点２１ｘが閉路されている。この状態で受電回線１に設けた後備保護の過電流継電器１２が動作した場合、第２検出信号としての常時開接点１２ａの閉路により制御電源線Ｐ１，Ｎ１から補助リレー１３のコイル１３Ｃに電圧が印加されて励磁され、その接点１３ａが閉路される。接点１３ａが閉路されると、過電流継電器２１の故障検出接点２１ｘは閉路されているので、制御電源線Ｐ２，Ｎ２から制御回路２２のコイル２２Ｃに電圧が印加されて励磁され、その常時開接点（図示しない）が閉路される。常時開接点の閉路信号は、遮断器６の開閉装置に送られ、遮断器６を開路させ、事故点Ｆ１が送電母線４から切り離される。なお、短絡事故時に過電流継電器１１に電流Ｃ１が流入するが、過電流継電器１１、過電流継電器１２の整定値、整定時間の大小関係により、過電流継電器１２が動作し、事故点Ｆ１に近い遮断器６が開放され、遮断器２は開放されない。

過電流継電器３１が故障した場合も過電流継電器２１が故障した場合と同様にして遮断器８が開路される。

以上のように、この実施の形態によれば、自己の故障を検出して故障検出信号を発する自己監視機能を有する過電流継電器２１および過電流継電器３１を設け、前記故障検出信号と後備保護の過電流継電器１２とにより後備保護すべき送電回線を特定して当該送電回線を保護する保護指令を発するようにしたので、送電回線５に設けられた遮断器６や送電回線７に設けられた遮断器８の開閉状態の情報を使用することを要しない。従って、送電回線数が増加するに従い回路構成が複雑になることを抑制することができ、簡易な構成の送電回線保護システムを得ることができる。

実施の形態２．
図４〜図６は、実施の形態２を示すものであり、図４は送電回線保護システムの構成を示す構成図、図５は短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図、図６は送電回線保護システムの動作を説明するための展開接続図である。前記実施の形態１では、受電回線１に過電流継電器１２を設けることを特徴としている。これに対し、この実施の形態では、図４に示すように、送電回線５および送電回線７側に後備保護および第３異常検出装置としての過電流継電器４２を設けることを特徴とする。過電流継電器４２は、変流器２０および変流器３０の両者の電流が加算され（全ての送電回線の電流の総和）が流れる、すなわち供給されるように接続されている。過電流継電器４２は、過電流継電器２１および過電流継電器３１との共通する後備装置として設けられているものである。

過電流継電器４２の出力信号側は、補助リレー４３に接続され、その出力信号は、より大きい電流を流しうる接点４３ａの開閉信号に変換される。過電流継電器４２は、過電流継電器４２が動作したとき閉路する常時開接点４２ａのほかに、自己の内部故障を常時監視する自己監視機能を有し、内部故障が検出されていないときは故障検出接点４２ｘが開路され、故障検出接点４２ｙが閉路されている。過電流継電器４２において内部故障が検出されたときは、故障検出接点４２ｘが閉路され、故障検出接点４２ｙが開路される（図６参照）。その他の構成については、実施の形態１と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。なお、過電流継電器２１、制御回路２２、過電流継電器３１、制御回路３２、過電流継電器４２、補助リレー４３がこの発明における保護指令発信装置である。

次に、動作について説明する。図５のように、事故点Ｆ１で主回路が短絡した場合には、受電回線１に事故電流Ｊ１が流れ、変流器１０に接続された過電流継電器１１、過電流継電器１２は電流Ｃ１が流れる。変圧器３の二次側には事故電流Ｊ２が流れ、変流器２０に接続された過電流継電器２１および過電流継電器４２には電流Ｃ３が流れる。このとき、過電流継電器１１、過電流継電器１２、過電流継電器２１、過電流継電器４２の全てに異常がなければ、整定値、整定時間の大小関係により、事故点に近い過電流継電器２１が動作し、その常時開接点２１ａが閉路され（故障検出接点２１ｙは閉じられている）制御回路２２のコイル２２Ｃが励磁される（図６参照）。コイル２２Ｃが励磁されると、その開閉接点信号が遮断器トリップ信号として遮断器６の開閉装置へ出力され、遮断器６が開放される。

以下、過電流継電器２１が故障している場合について説明する。図６において、過電流継電器４２が動作して第３検出信号としての常時開接点４２ａが閉路されると補助リレー４３のコイル４３Ｃが励磁され、接点４３ａが閉路する。このとき、過電流継電器２１が故障している場合は、故障検出接点２１ｘが閉路し故障検出接点２１ｙが開路しているので、故障検出接点２１ｘおよび接点４３ａを介して制御電源線Ｐ２，Ｎ２から制御回路２２のコイル２２Ｃに電圧が印加されて励磁される。コイル２２Ｃが励磁されると、保護指令としてのコイル２２Ｃの開閉接点の開閉信号が遮断器６の開閉装置に対し遮断器トリップ信号として出力され、遮断器６を開路させ、過電流継電器２１が正常である場合と同様に事故点Ｆ１の送電母線４からの切り離しが完了する。

過電流継電器３１が故障している場合も過電流継電器２１が故障している場合と同様に、事故点Ｆ１で短絡が発生すると、過電流継電器４２に変流器３０で検出された事故電流が流れ、過電流継電器４２が動作して遮断器８が開路される。なお、過電流継電器４２には送電回線５および送電回線７を流れる電流の和が流れるので、過電流継電器４２の整定値を送電回線５および送電回線７のそれぞれの最大負荷電流の和よりも小さい値に設定した場合は、過電流継電器４２の動作により、過電流継電器２１が故障している場合には遮断器６が開路され、過電流継電器３１が故障している場合には遮断器８が開路されることとなる。

以上のように、この実施の形態によれば、過電流継電器２１および過電流継電器３１の故障検出信号、ならびに後備保護の過電流継電器４２により後備保護すべき送電回線を特定して当該送電回線を保護する保護指令を発するようにしたので、送電回線５に設けられた遮断器６や送電回線７に設けられた遮断器８の開閉状態の情報を使用することを要しない。従って、送電回線数が増加するに従い回路構成が複雑になることを抑制することができ、簡易な構成の送電回線保護システムを得ることができる。

なお、図１の実施の形態１では、送電回線５，７の保護の後備のために、受電回線１に後備保護の過電流継電器１２を設けるため、その保護整定にあたって電圧階級差を考慮しなければならないのに対し、実施の形態２では、同じ電圧階級である送電回線５，７側に後備保護の過電流継電器４２を設けるようにしたので、過電流継電器４２の整定検討が容易になる。

実施の形態３．
図７〜図１１は、実施の形態３を示すものであり、図７は送電回線保護システムの構成を示す構成図、図８は短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図、図９は送電回線保護システムの動作を説明するための展開接続図である。図１０は、過電流継電器が故障中に短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図である。図１１は、別の過電流継電器が故障中に短絡事故が発生したときの電流の流れを示す説明図である。前記実施の形態２では、変流器２０および変流器３０の両者の検出電流が供給される過電流継電器４２を設けたことを特徴としている。これに対し、この実施の形態では、図７に示すように、変流器２０および変流器３０の検出電流を切り替えて供給する電流切替部としての切替器５１，５２を設けたことを特徴とする。図７において、変流器２０の二次側に過電流継電器２１および切替器５１が接続されている。変流器３０の二次側に過電流継電器３１および切替器５２が接続されている。

後備保護および第３異常検出装置としての過電流継電器５４が、切替器５１を介して過電流継電器２１に接続されるとともに、切替器５２を介して過電流継電器３１に接続されている。過電流継電器５４の出力信号側は、補助リレー５５に接続され、その出力信号は、より大きい電流を流しうる接点５５ａの開閉信号に変換される。過電流継電器５４は、過電流継電器５４が動作したとき閉路する常時開接点５４ａのほかに、自己の内部故障を常時監視する自己監視機能を有し、内部故障が検出されていないときは故障検出接点５４ｘが開路され、故障検出接点５４ｙが閉路されている。過電流継電器５４において内部故障が検出されたときは、故障検出接点５４ｘが閉路され、故障検出接点５４ｙが開路される（図８参照）。その他の構成については、実施の形態２と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。この場合も、過電流継電器５４が過電流継電器２１および過電流継電器３１の共通の後備装置としての機能を担うものとして設けられたものである。なお、過電流継電器２１、制御回路２２、過電流継電器３１、制御回路３２、過電流継電器５４、補助リレー５５がこの発明における保護指令発信装置である。

次に、動作について説明する。図７において、過電流継電器２１が故障していないときは、切替器５１は励磁されておらず、２個の接点５１ａは開路され、接点５１ｂは閉路されており、過電流継電器２１が変流器２０に接続され、過電流継電器５４は変流器２０に接続されていない。同様に、過電流継電器３１が故障していないときは、切替器５２は励磁されておらず、図７に示される２個の接点５２ａは開路され、接点５２ｂは閉路されており、過電流継電器３１が変流器３０に接続され、過電流継電器５４は変流器３０に接続されていない。この正常な状態で、事故点Ｆ１で主回路が短絡した場合には、図８に示すように変圧器３の一次側に事故電流Ｊ１が流れ、変圧器３の二次側に事故電流Ｊ２がそれぞれ流れる。そして、過電流継電器１１および過電流継電器１２には変流器１０の二次側電流である電流Ｃ１が、過電流継電器２１には変流器２０の二次側電流である電流Ｃ２が流れ、各過電流継電器１１，１２，２１の整定により、事故点Ｆ１に最も近い過電流継電器２１が動作し、遮断器６を開路させる。

一方、過電流継電器２１が故障している場合は、図９に示す過電流継電器２１の故障検出信号としての故障検出接点２１ｘが閉路され、故障検出接点２１ｙが開路されている。故障検出接点２１ｘが閉路されると、切替器５１のコイル５１Ｃが励磁され、その二つの接点５１ａ（図７）が閉路され、接点５１ｂ（図７）が開路される。これにより、変流器２０に過電流継電器５４が接続された状態になり、事故電流Ｊ２が変流器２０に流れたとき過電流継電器５４に変流器２０の二次電流Ｃ４が図１０に示すように流れ、すなわち供給される。すると、過電流継電器５４が動作し、第３検出信号としての常時開接点５４ａが閉路され（図９）、常時開接点５４ａおよび故障検出接点５４ｙ（閉じている）を介して制御電源線Ｐ２，Ｎ２から補助リレー５５のコイル５５Ｃに電圧が印加されて励磁され、接点５５ａが閉路される。接点５５ａが閉路されると、過電流継電器２１が故障して故障検出接点２１ｘが閉路されているので、ダイオード５５ｄを介して制御回路２２のコイル２２Ｃが励磁され、保護指令としてのコイル２２Ｃの開閉接点の開閉信号が遮断器６の開閉装置へ遮断器トリップ信号として出力され、遮断器６が開放される。

過電流継電器３１が故障した場合は、同様にして切替器５２の図示しないコイルが励磁され、その二つの接点５２ａ（図７）が閉路され、接点５２ｂ（図７）が開路される。これにより、変流器３０に過電流継電器５４が接続された状態になり、遮断器８の負荷側で短絡事故が発生した場合は、図１１に示すように過電流継電器５４に変流器３０の二次側の電流Ｃ５が流れ、過電流継電器５４が動作し、遮断器８を開路させる。

以上のように、この実施の形態によれば、過電流継電器２１および過電流継電器３１の故障検出信号、ならびに後備保護の過電流継電器４２により後備保護すべき送電回線を特定して当該送電回線を保護する保護指令を発するようにしたので、送電回線５に設けられた遮断器６や送電回線７に設けられた遮断器８の開閉状態の情報を使用することを要しない。従って、送電回線数が増加するに従い回路構成が複雑になることを抑制することができ、簡易な構成の送電回線保護システムを得ることができる。

なお、実施の形態２では、全ての送電回線の電流の和である送電回線５および送電回線７の電流の和が供給される（和を取り込む）のに対し、この実施の形態では、故障した過電流継電器の受け持つ送電回線のみの電流が供給されるように構成されている。そのため、実施の形態２では、各送電回線に流れる負荷電流の総和が大きくなると、後備保護の過電流継電器４２の誤動作が起こりやすくなるのに対し、この実施の形態３では、後備保護のために必要となる電流に限定して供給することで誤動作が起こりにくくなり、より信頼性の高い送電回線保護システムを得ることが可能となる。

なお、以上の実施の形態においては、送電回線を２回線としているが、３回線以上であっても同様の効果を奏するし、回線数が増えればより本願発明の効果が大きくなる。
また、保護すべき異常現象は過電流に限られるものではなく、他の異常検出例えば過負荷の検出等を行うものであってもよいし、受電回線や送電回線が直流である変電所であっても、同様の効果を奏する。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、上述した各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変更、省略したりすることが可能である。

１ 受電回線、３ 変圧器、５，７ 送電回線、１０ 変流器、１２ 過電流継電器、１３ 補助リレー、１４ 制御回路、２０ 変流器、２１ 過電流継電器、
２２ 制御回路、３０ 変流器、３１ 過電流継電器、３２ 制御回路、
４２ 過電流継電器、４３ 補助リレー、５１，５２ 切替器、５４ 過電流継電器、
５５ 補助リレー。

Claims (2)

1. 受電回線に接続された複数の送電回線を保護する送電回線保護システムであって、第１異常検出装置と、第３異常検出装置と、保護指令発信装置とを備え、
   前記第１異常検出装置は、自己の故障を検出して故障検出信号を発する自己監視機能を有し、前記送電回線ごとに設けられ前記送電回線ごとの異常を検出して第１検出信号を発するものであり、
   前記第３異常検出装置は、前記第１異常検出装置に共通に設けられ、前記第１異常検出装置のいずれが故障しても故障した前記第１異常検出装置に代わって前記送電回線の異常を検出可能にされるとともに、前記異常を検出したとき第３検出信号を発するものであり、
   前記保護指令発信装置は、前記故障検出信号および前記第３検出信号に基づいて保護すべき前記送電回線を特定して保護指令を発信するものであって、
   前記第１異常検出装置と前記第３異常検出装置とは、いずれも過電流を検出するものであり、
   前記第１異常検出装置は、前記送電回線の電流を検出する変流器の検出電流に基づいて前記送電回線の過電流を検出して前記第１検出信号を発信し、
   前記第３異常検出装置は、前記第１異常検出装置が故障した場合故障した前記第１異常検出装置に代わって前記変流器の前記検出電流に基づいて前記送電回線の前記過電流を検出可能にされるとともに、前記過電流を検出したとき前記第３検出信号を発信するものであって、全ての前記変流器の前記検出電流の総和電流の供給を受けて前記送電回線の前記過電流を検出し前記第３検出信号を発信する
   送電回線保護システム。
2. 前記受電回線と複数の前記送電回線とは、変圧器を介して接続されたものである
   請求項１に記載の送電回線保護システム。

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