JPH0246127A - 対称分保護リレー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、電力系統の事故を検出するための保護リレー
システムに係り、特に、負荷電流の大きい送電線路の保
護等に用いて好適な対称分保護リレーに関する。

〔従来の技術〕

電力系統の事故を検出するための保護リレーに関する従
来技術として、例えば、電気協同研究、第３７巻第１号
（昭和５６年６月）、第５４頁等に記載された各種技術
が知られている。

従来技術による保護リレーは、前記文献に記載されてい
るように、■。を利用する方法、相電流を使用する方法
、■。、ｖｏを利用する方法等、各種あるが、これらの
方法による保護リレーは、その性能に、夫々一長一短が
ある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記従来技術は、電力系統の事故を検出するために、必
ずしも完全とはいえないという問題点を有し、特に、事
故検出感度の向上及び事故選択性の信頼度向上が困難で
あるという問題があった。

本発明の目的は、前記従来技術の問題点を解決し、逆相
電流と零相電流とを電力系統の事故検出判定信号に用い
ることにより、事故検出感度を向上させ、事故選択性の
信頼度を向上させることのできる対称分保護リレーを提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明によれば、前記目的は、三相交流の各相電流基準
の対称信号である逆相電流導出手段及びディジタルフィ
ルタを備え、これらによって、逆相電流と零相電流検出
量の周波数変動時の影嘗を補償するようにしたことによ
って達成される。

〔作用〕

一般に、ａ、ｂ、Ｃ相から成る三相交流において、ａ相
事故、あるいはｂｃＣ相絡、もしくは地絡事故時には、
逆相電流■２と零相電流■。とはほぼ同位相となる。ま
た、他の相の事故では、逆相電流Ｉ２と零相電流■。と
の位相関係が、進みまたは遅れ１２０度に偏移する。本
発明はこの現象に着目して事故相の相選別を行っている
。

逆相電流Ｉ２を導出する場合、三相交流のａ。

ｂ、Ｃ相の各相電流信号１．、！、、ＩＣより、ａ相基
準で、 １、＝　　　　（１，十ａ”　！、＋ａ　ｒｃ　）　・
−・・・−（１）として求められる。このとき、ｂ相電
流１ｂ、ｃ相電流■。について、ベクトルの移相が必要
であり、そのためのベクトルオペレータがａ２．ａであ
り、である。

本発明では、前記（１）式に等価なディジタル演算を行
って逆相電流■２を求め、この逆相電流Ｉ２と相対的に
同様な周波数特性を有する零相電流■。

を求め、これらの逆相電流Ｉ２と零相電流■。とにより
事故種別を判定する。

〔実施例〕

以下、本発明による対称分保護リレーの一実施例を図面
により詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例の全体の構成を示すブロック
図、第２図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は事故種別と各種相
電流の関係を説明する図、第３図は本発明の一実施例の
特性を説明する図、第４１図〜第、４−４図は本発明の
実施例の演算フローを示す図、第５図は逆相電流検出フ
ィルタの動作を説明する図、第６図はａ相地絡時の状況
を説明する図である。第１図において、１は電源、２は
遮断器、３は変流器、４は送電線、５は負荷、６は対称
分保護リレー、７はＡＤ変換器、８はａ相用逆相フィル
タ、９はｂ相用逆相フィルタ、１０はＣ相用逆相フィル
タ、１１は零相フィルタ、１２〜１４は位相判定部であ
る。

本発明の一実施例による対称分保護リレー６は、第１図
に示すように、ＡＤ変換器７と、三相交流の各相に対す
る逆相フィルタ８〜１０と、零相フィルタ１１と、これ
らのフィルタ８〜１１の出力を用いる位相判定部１２〜
１４とにより構成されている。この対称分保護リレーは
、例えば、第１図に示すような三相の電源１から遮断器
２及び送電線４を介して負荷５に電力を供給する電力系
統の事故を検出するためのもので、変流器３を介して得
られる三相交流の各相電流をＡＤ変換器７を介して監視
するように接続されている。

第１図において、電源１からの三相交流は、ａ相、ｂ相
、Ｃ相から成り、各相電流が、ａ相電流１、、ｂ相電流
１ｂ＋Ｃ相電流１ｃとして示されている。各相電流Ｉ；
、ｔ、、ｒｃは、ＡＤ変換器７に加えられ、同一時刻ｔ
におけるアナログ値がサンプリングされた後、ディジタ
ル信号１．。）＋　　■ｂ（Ｌ）＋Ｉ　ｃ　＋ｔ＋とし
て出力される。逆相フィルタ８〜１０は、三相交流の各
相銀の事故判定のため、各相電流の対称分信号である逆
相電流を算出するものである。すなわち、ａ相用逆相フ
イ・ルタ８は、逆相電流１　ｚａ　（Ｌ）を、ｂ相用逆
相フィルタ９は、逆相電流１２ｂ（ｔｌ　を、Ｃ相用逆
相フィルタ１０は、逆相電流ＩＺｃ（Ｌ）を出力する。

また、雰相フィルタ１１は、三相交流の事故相判定の基
準となる電相電流を算出するフィルタであり、零相電流
■。＋１１を出力する。

各相の位相判定部１２〜１４は、夫々の相の逆相フィル
タの出力と零相フィルタの出力との位相判定を行う。す
なわち、Ｃ相用の位相判定部１２は、■２□。、とＩ。

（１）との位相判定を行い、ｂ相用の位相判定部１３は
、ＩＺｂ。、と■。（ｔｌとの位ト目判定を行い、Ｃ相
用の位相判定部１４は、Ｉｚｃ＋ｔ＋とＩ　Ｏ（Ｌ）と
の位相判定を行う。そして、夫々の位相判定部１２〜１
４は、２つの入力信号が同位相方向となった場合に、そ
の相が事故相と判定し、出力表示を行う。

第１図に示す対称分保護リレー６は、前述のように、逆
相電流と零相電流とに基づいて事故判定を行うので、負
荷５に対する負荷電流の影響を受けることなく、高感度
の事故判定を行うことができる。但し、第１図の実施例
による対称分保護リレー６は、負荷５が三相平衡に近い
ものと仮定し、また、三相平衡事故を保護対称外とする
ことにより前述の効果を奏するものである。このような
条件は、現実的に不平衡事故が多いこと、１線地絡等の
比較的事故電流が小さい場合の保護機能を高める必要が
あること、一般に負荷は平衡三相に近いとみてよいこと
等から、不都合な条件ではなく、第１図に示す対称分保
護リレー６は、充分にその機能を発揮し得るものである
。

第２図（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）は、Ｃ相地絡、
ｂ相地絡、Ｃ相地絡を仮定した場合の事故相電流１１、
Ｉｂ、ＩＣと、Ｃ相を基準にした、逆相電流Ｉ２、正相
電流■１及び零相電流ｌ。との位相関係を示している。

第２図（Ａ）、　　（Ｂ）、　　（Ｃ）から明らかなよ
うに、Ｃ相地絡の場合には、Ｃ相基準の逆相電流Ｉ２と
零相電流■。とが同位相となる。ｂ相地絡、ｃ　Ｍ地絡
の場合には、第２図（Ｂ）、　　（Ｃ）に示すように、
零相電流Ｉ０と、Ｃ相基準の逆相電流■２とは、夫々逆
方向に１２０度の位相差を有している。このため、第１
図に示すｂ相用逆相フィルタ９は、ｂ相地絡保護のため
に、ｂ相電流Ｉ。

を基準に、 １　□、＝　　　　　　　（ａ　１１　＋　Ｉ、　＋ａ
２　Ｉｅ　）　・・・・・・偉）となるような信号を求
め、また、Ｃ相用逆相フィルタ１０は、Ｃ相地絡保護の
ために、Ｃ相電流■。

を基準に、 ｒ２Ｃ，＝　　　　　（ａ”Ｉ、、＋ａｌｂ＋ＩＣ）・
−・−・・（３）となるような信号を求めることによっ
て、零相電流■。と同位相の逆相電流ｒ　２ｂ＋　　Ｉ
　２ｅを得ることができる。従って、第１図に示す各相
毎の位相判定部１２〜１４は、第３図に示すように、零
相電流■。を基準にして、各相毎に得た逆相電流の位相
差を判定し、例えば、第３図に示す零相電流１゜基準で
、角度±θ度以内に逆相電流が依存するときに、当該相
の事故と判定することができる。

次に、第４−１図〜第４−４図により、本発明の実施例
による対称分保護リレー６内での演算内容を説明する。

第４−１図は、第１図におけるＡＤ変換器７、逆相フィ
ルタ８〜１０、零相フィルタ１１の演算内容を示してい
る。

フロー４１１は、ＡＤ変換器７における各相電流のサン
プル値を示しており、’　ａ　（Ｌ）　ｒ　　Ｉ・（を
−Ｊｔ）Ｉ　ａ　ｔｔ−ｗａｔｔ　１　””　”’　［
ａ　（ｔ−ｎＪｔ）は、ａ相電流Ｉ３のサンプル値であ
る。ｔはサンプル時刻であり、Ｊｔはサンプリング間隔
である。第１図の実施例では、例えば、電力系統基本波
の３０度間隔をＪｔとする。従って、Ｉ　ａ　（Ｌ−Ｊ
ｔ）は、時刻ｔよりもｌサンプル以前のサンプル値を、
Ｉ　ｎ　（Ｌ−ｎｊＬｌは、ｎサンプル以前のサンプル
値を示している。ＡＤ変換器７は、ｂ相、Ｃ相について
も同様に、各相電流をサンプリングし、そのサンプル値
をディジクル化して、逆相フィルタ９〜１０及び零相フ
ィルタ１１に与える。

逆相フィルタ９〜１０は、前述の相電流のサンプル値を
用いて、各相対応の逆相電流を求める。

フロー４１２は、Ｃ相用逆相フィルタ８における演算を
示し、ａ相用逆相電流Ｉ　２ｍ　（ｔｌ　は、１１ｍ□
＞　　＝　（２１−＋ｔ−Δ。−１ａ　（ｔｌ＋Ｉｂ（
ｔ−４Δｔ＋　＋　２　　ｌ　ｂ　＋ｔ−Ａｔ＞・・・
・・・・・・・・・　（４） として求められる。

ｂ相用及びＣ相用逆相フィルタ９．１０も、前述の（４
）式と同様に、人力信号を相順に従って入れかえること
により、フロー４１３，４１４に示す演算式により、ｂ
相用逆相電流ｒ２ｂ（Ｌ）　＋　　Ｃ相用逆相電流１２
ｃ　ｆｔ）を求めることができる。

零相フィルタ１１は、フロー４１５に示す演算式に基づ
いて、各事故相電流に対して逆相電流と同位相となるよ
うな零相電流Ｉ。。、を求める。すなわち、零相電流１
ｏ（。は、 １ｏｔｔ＋＝　（２１ａｔｔ−ｙｔ＋　　ｆａｃｔ＞＋
２１ｂｃｔ−ｚＡｔ＋　　Ｉｂ（ｔ）・・・・・・・・
・・・・　（５） として求められる。

第４−２図は、ａ相用の位相判定部１２におけるＣ相地
絡検出の演算を示している。

（１１位相判定部１２は、第４−１図により説明した演
算により、ａ相用逆相フィルタ８の出力信号である逆相
電流Ｉ　Ｚａ　（Ｌｌ　　と零相フィルタ１１の出力で
ある零相電流Ｉ　Ｏ（Ｌ）の積を求め、これを基本波の
半サイクル間積分することによって、逆相電流ｌｚ、と
零相電流■。の同方向成分に比例した値Ｐ２を得る。す
なわち、 Ｐａ　＝Ｉ２．・１．−ｃｏｓθ　・・・・・・・・・
・・・（６）（但し、θは１２ａと１０の相差角である
。）となる（フロー４２１）。

（２）次に、位相判定部１２は、ＩＺａの絶対値＋ｚ−
ｌ、１０の絶対値ＩＩ０１を求める（フロー４２２，４
２３） （３）位相判定部１２は、フロー４２１〜４２３により
得られた結果により、次式の判定を行う。

Ｐ１≧１１２−１　・１ｒｏｌｃｏｓθ　・・・・・・
（７）この（７）式が満たされた場合、位相判定部１２
は、逆相電流１２ｍと零相電流Ｉ０とが、第３図に示し
た動作域内にあると判定し、ａ相地絡事故を出力する。

但し、前述した位相判定部１２における判定において、
（７）式は、ｌｒｚユ１，１■。１がある一定値以上の
ときに有効に成立するものとして利用される。これは、
ＡＤ変換器７における量子化誤差による判定の誤りを防
止し、また、短絡事故時に１０÷０となる場合の判定の
誤りを防止するためである（フロー４２４）。

なお、逆相電流Ｆａと零相電流Ｉ０とが同位相となる条
件は、Ｃ相地絡以外に、ｂｃＣ相相、あるいはｂｃＣ相
絡事故時にも存在するので、第１図に示す対称分保護リ
レー６内のａ相用の位相判定部１２は、Ｃ相地絡以外の
事故判定も可能となる。

第４−３図、第４−４図は、ｂ相用及びＣ相用の位相判
定部１３．１４におけるｂ相地絡、Ｃ相地絡検出の演算
を示すものであり、その内容は、第４−２図の場合と同
様で、相順を１２０度づつずらしたものである。これら
の位相判定部１３゜１４においても、位相判定部１２の
場合と同様に、ｂ相地絡、Ｃ相地絡以外に、ｃａ相、ａ
ｂ用の欠相、ｃａ相、ａｂ相の地絡を判定することが可
能である。従って、第１図に示す対称分保護リレー６は
、これらの事故を判別する必要のある場合、位相判定部
１２〜１４の事故判定出力を総合的に判定する必要があ
る。

前述した第４−１図において、各相用の逆相フィルタ８
〜１０が、ＡＤ変換器からの複数のサンプリング時点の
異なる相電流信号を用いて、逆相電流の算出を行ってい
るが、これは、以下のような理由による。

第１図に示す実施例のＡＤ変換器７における各相電流検
出のためのサンプリング周期は、電力系統の周波数とは
独立に、例えば、対称分保護リレー６内の各種演算を制
御する計算機等によって与えられる。このため、１個の
サンプリングによる相電流信号を用いて、逆相用フィル
タとしての演算を行うと、電力系統の周波数が何らかの
理由により変動した場合、逆相用フィルタとしての演算
のための相電流の移相処理において誤差を生じ、各逆相
フィルタから正確な逆相電流を演算することができない
。従って、各逆相フィルタは、前述の誤差なく、正確な
逆相電流を得るために、複数の異なる時刻に得られた相
電流のサンプリング信号を用いるように構成されている
。また、これに対応して零相フィルタＩｆは、前述した
逆相フィルタに用いられたと同一同時刻のサンプル値を
用いて零相電流を算出するように構成されている。

これにより、逆相フィルタ及び零相フィルタの出力に生
じた誤差は、判定部において相殺され、保護リレーの判
定誤りを無くすことができる。

第５図は、第１図に示す対称分保護リレー６内のａ相用
逆相フィルタ８が、第４−１図に示すようなａ相通相電
流■２□（ｔｌ　を導出する場合のベクトル図を示して
いる。同時に、第５図は、平衡三相電流に対する演算値
を示すもので、事故のない正常状態で逆相電流１　ｚａ
　＋ｔ＋　は零である。

しかし、ａ相の電流を９０度おくれに、ｂ相の電流を１
５０度すすみに、Ｃ相電流を３０度すすみに夫々移相し
て、ａ相用逆相フィルタが構成されているので、ａ相用
逆相フィルタ８は、ａ相地絡時に逆相電流１２ａ　（１
１を検出することができる。

従って、零相フィルタ１１より得られる零相電流Ｉ　ｏ
　＋ｔ＋も、ａ相電流と同様に９０度おくれに移相する
ことによって、第３図により説明した所望の位＋ｉ判定
が可能となる。

第６図は、ａ相地絡時の地絡電流１　ａ　（Ｌ）に対す
る逆相電流■２□５．と零相電流Ｉ。。、を示している
。

これらの電流の大きさは、移相、する条件で大きさが異
なるものとなり、夫々、３Ｌ倍となっているが、これは
、比例定数として扱えばよく、本発明による対称分保護
リレーを構成する上で何ら問題とならない。

前述した本発明の実施例によれば、電力系統の事故の検
出精度を向上させ、その動作信頼性を向上させることが
できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば、相比較する信号
電流に対して同一の移相を行っているので、電力系統の
周波数が変動した場合にも、両者同一の変動となり、相
対誤差を生じることがないので、位相判定による事故判
定時の位相特性を安定にできる。従って、対称分保護リ
レーにおける事故の検出精度と動作の信鎖度を向上させ
ることができる。

また、逆相電流１　ｚａ　＜ｔｌ　を相電流１　ａ　（
Ｌｌより９０度おくれで作っているので、零相電流■。

。）をＩ　ａ　＋ｔ＋よりも３サンプル前の値（９０度
前の値）１！（Ｌ−３Δ１．を用いて作ってもよいが、
この場合、系統の周波数が変動したとき、サンプル間隔
一定の条件下では、このおくれ角に誤差を生じる。本発
明では、これらの誤差を、複数個のサンプル値を用いる
ことによって補償することが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体の構成を示す検出フィ
ルタの動作を説明する図、第６図はａ相地絡時の状況を
説明する図である。 Ｉ・・・・・・電源、２・・・・・・遮断器、３・・・
・・・変流器、４・・・・・・送電線、５・・・・・・
負荷、６・・・・・・対称分保護リレ、７・・・・・・
ＡＤ変換器、８〜１０・・・・・・逆相フィルタ、１１
・・・・・・零相フィルタ、１２〜１４・旧・・位相判
定部。 第４−２図、第４−３図、第４．−４図は本発明の実施
例の演算フローを示す図、第５図は逆相電流に實 珂フ 図 第３図 第２図 （Ａ） σ相地給 す料地外 Ｃ′ｊ＠他！を 第４−１図 第４−２ 図 第 ４−４図 第４−３図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、三相交流電力系統の保護において、対称分信号であ
   る逆相電流と零相電流とに基づいて事故種別を判定する
   ことを特徴とする対称分保護リレー。 ２、前記逆相電流は、三相交流電流の各相信号を同時刻
   でサンプルし量子化して得た、各相毎のサンプル値につ
   いて、サンプル時点の異なる複数のサンプル信号を用い
   て算出されることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の対称分保護リレー。 ３、前記零相電流は、前記逆相電流の算出に同いたと同
   一時点でサンプルされた、サンプル時点の異なる複数の
   サンプル信号を用いて算出されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の対称分保護リレー。 ４、前記事故種別の判定は、逆相電流と零相電流との位
   相差及び夫々の電流の絶対値に基づいて行われることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項、第２項または第３項
   記載の対称分保護リレー。