TWI743010B - 數位保護繼電器及數位保護繼電器監視系統 - Google Patents

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Abstract

本發明之數位保護繼電器(1)係輸入流通於變壓器(3)的交流電流，且在檢測出過電流時進行連接於變壓器(3)之斷路器(2)的遮斷動作者，該數位保護繼電器(1)係具備：控制部(14)，係在所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例(二次諧波含有率)超過所規定的臨限值以上時阻止斷路器的遮斷動作；臨限值學習部(15)，係根據每逢斷路器(2)被閉合且變壓器(3)被連接時所抽出之二次諧波含有率而進行臨限值更新；及記憶部(16)，係一併保存激磁突入電流和二次諧波含有率、及所算出的時刻；臨限值學習部(15)係根據記憶部(16)中所保存的激磁突入電流和二次諧波含有率、新輸入的激磁突入電流及與其對應的二次諧波含有率而算出：包含未來之預測值之激磁突入電流的經時變化和包含未來之預測值之二次諧波含有率的經時變化。連接於數位保護繼電器(1)的監視裝置(20)係顯示該等經時變化。

Description

數位保護繼電器及數位保護繼電器監視系統
本揭示係關於一種數位保護繼電器及數位保護繼電器監視系統。
數位保護繼電器係被用於電力系統之例如變壓器的保護。在以往的數位保護繼電器中，已檢討各種誤動作的防止。例如，已知有一種為了區別在將變壓器等連接於系統時所流通的激磁突入電流、與系統故障時的故障電流，檢測輸入信號中所含的二次諧波成分，且當相對於基本波成分的比率超過臨限值的情形下，判定為激磁突入電流，以使對應故障電流時之繼電器的過電流保護動作不進行的技術內容。
然而，由於激磁突入電流中所含的高次諧波成分依各變壓器而有所不同，故如即使如以往之方式唯一地決定臨限值，在變壓器連接時仍有誤動作的可能性。針對此點，申請人已提出一種具有學習變壓器連接時的激磁突入電流以設定臨限值的學習功能，且不會發生誤動作之高可靠性的數位保護繼電器(例如參照專利文獻1)。 [先前技術文獻] [專利文獻]
專利文獻1：日本國際公開第2019/043910號
然而，由於專利文獻1中之臨限值的學習，係設定學習期間並在該期間進行取樣(sampling)以進行臨限值的更新，故所使用的資料有其限度。此外，雖欲通過採用所蓄積之資料的平均值以提高精確度，但期待一種進行更高可靠性之臨限值之設定的方法。
本揭示係為了解決上述問題而研創者，其目的為提供一種數位保護繼電器、以及提供一種數位保護繼電器監視系統；該數位保護繼電器係可蓄積經測量到的激磁突入電流、和二次諧波成分，且根據蓄積的資料算出包含未來之預測值的經時變化；該數位保護繼電器監視系統係可將經時變化予以可視化而監視數位保護繼電器及掌握連接於數位保護繼電器之設備的劣化狀態。 [用以解決問題的手段]
本發明之數位保護繼電器係輸入流通於變壓器的交流電流，且在檢測出過電流時進行連接於前述變壓器之斷路器的遮斷動作者，該數位保護繼電器係具備：A/D(類比/數位)轉換部，係以一定時間間隔對經輸入的前述交流電流進行取樣；演算處理部，係從經由前述A/D轉換部所取樣的數位值進行頻率解析；控制部，係在經由前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例超過所規定的臨限值以上時阻止前述斷路器的遮斷動作；臨限值學習部，係根據每逢前述斷路器被閉合且前述變壓器被連接時經由前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例而進行臨限值更新；及記憶部，係一併保存在前述臨限值學習部中被用於臨限值更新之激磁突入電流及於激磁突入電流中所含二次諧波的比例、及所算出的時刻；前述臨限值學習部係根據前述記憶部中所保存的激磁突入電流和於激磁突入電流中所含二次諧波的比例、及前述斷路器被閉合且前述變壓器被連接時新輸入的激磁突入電流和經由前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例，而算出包含未來之預測值之激磁突入電流的經時變化和包含未來之預測值於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化。
本揭示之數位保護繼電器監視系統係具備數位保護繼電器、及連接於前述數位保護繼電器的監視裝置；前述監視裝置係顯示：在前述數位保護繼電器之前述臨限值學習部所算出之包含未來之預測值的激磁突入電流的經時變化、和包含未來之預測值之於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化。 [發明之功效]
依據本揭示之數位保護繼電器，係保存蓄積經輸入之激磁突入電流、和於激磁突入電流中所含二次諧波的比例，且根據保存蓄積的資料預測未來的經時變化，故可根據包含未來之預測結果的經時變化而設定臨限值，且可更進一步提升數位保護繼電器的可靠性。
此外，依據本揭示之數位保護繼電器監視系統，由於設為將包含預測值之激磁突入電流及於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化予以可視化，故不僅可監視數位保護繼電器而且還可掌握連接於數位保護繼電器之變壓器等設備的劣化狀態。
以下參照圖示來說明本實施型態。另外，各圖中相同的符號係顯示相同或相等部分。
實施型態1 以下使用圖式來說明實施型態1之數位保護繼電器及數位保護繼電器監視系統。 圖1係將實施型態1之數位保護繼電器1應用於電力用之變壓器3的電路構成圖。在圖1中，於電力系統電源(未圖示)係經由斷路器(CB：Circuit Breaker)2而連接有屬於被保護對象的變壓器3。此外，設有抽出各相之交流電流的主變流器(CT：Circuit Transformer)4。變壓器3的低壓側，係經由無熔絲斷路器(no fuse breaker)(MCCB：Molded Case Circuit Breaker)5a、5b而連接於負載(未圖示)。由主變流器4所抽出的交流電流係被輸入於數位保護繼電器1，若被判斷為是因為系統故障等所產生的過電流(故障電流)，則進行斷路器2的遮斷動作，藉此保護變壓器3。
圖2係實施型態1之數位保護繼電器1及數位保護繼電器監視系統100的功能方塊圖。在圖2中，由主變流器4所抽出的交流電流係藉由電流測量部11被轉換為適當的大小。A/D轉換部12係以一定時間間隔對由電流測量部11所轉換的交流電流進行取樣，且轉換為數位資料。數位資料係被輸入於演算處理部13，實施藉由FFT(Fast Fourier Transform，快速傅立葉轉換)或數位加減算處理等數位演算所進行的頻率解析。經頻率解析的結果，在電流中之二次諧波相對於基本波成分的比例為臨限值以上時，在控制部14中判定為激磁突入電流而阻止斷路器2的遮斷動作。
在臨限值學習部15中，進行用以從激磁突入電流產生至臨限值演算為止之一連串之學習的程序。學習到的臨限值係被傳送至控制部14，且在控制部14中，係做為用於判定激磁突入電流之臨限值被更新，該臨限值為電流中之二次諧波相對於基本波成分之比例(以下稱為二次諧波含有率)的臨限值。經由演算處理部13所算出之頻率解析的結果和在臨限值學習部15的學習結果，係被儲存蓄積於屬於非揮發性記憶體的記憶部16中。此外，詳細內容雖將於後說明，在臨限值學習部15中，係使用記憶部16中所蓄積的資料，而算出激磁突入電流和二次諧波含有率之未來的預測值。記憶部16中所蓄積的資料，係經由通信部17被傳送至數位保護繼電器1外的監視裝置20。在此，包含有數位保護繼電器1外之監視裝置20者即為數位保護繼電器監視系統100。
圖3係顯示實施型態1之數位保護繼電器1及數位保護繼電器監視系統100的硬體構成圖之一例的構成圖。數位保護繼電器1內之電流測量部11雖由類比電路所構成，但除此之外之A/D轉換部12、演算處理部13、控制部14、臨限值學習部15、記憶部16及通信部17，係至少由處理器(processor)101和記憶裝置102所構成。此外，數位保護繼電器監視系統100亦同樣地至少由處理器101和記憶裝置102所構成。在記憶裝置102中雖未圖示，但具備隨機存取記憶體(Random Access Memory)等揮發性記憶裝置、及快閃記憶體(flash memory)等非揮發性的輔助記憶裝置。此外，亦可具備硬碟(harddisk)的輔助記憶裝置以取代快閃記憶體。處理器101係執行從記憶裝置102所輸入的程式，且實施取樣、和藉由FFT所進行的頻率解析等。此時，程式從輔助記憶裝置經由揮發性記憶裝置輸入至處理器101。此外，處理器101係可將演算結果等資料輸出至記憶裝置102的揮發性記憶裝置，且資料亦可經由揮發性記憶裝置保存於輔助記憶裝置中。後述之臨限值的學習功能，亦能以程式態樣記憶於記憶裝置102中，且藉由處理器101執行。此外，亦可為依電路構成，而設為部分ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特殊用途積體電路)與處理器結合而成的構成。
接著說明臨限值學習部15及監視裝置20的動作。 主變流器4係恆常地測量交流電流，且經測量到的交流電流係被輸入至電流測量部11。每逢斷路器2閉合且變壓器3被連接於系統，主變流器4就將交流電流作為激磁突入電流進行測量，且輸入至電流測量部11。藉由電流測量部11被轉換為適當大小的信號，係在A/D轉換部12轉換為數位資料。經輸入於演算處理部13的數位資料，係會被實施頻率解析，抽出二次諧波，並且算出二次諧波含有率。經算出的二次諧波含有率係被輸入於控制部14及臨限值學習部15。激磁突入電流亦與二次諧波含有率一併被輸入至臨限值學習部15。經輸入於臨限值學習部15的激磁突入電流和二次諧波含有率係隨同資料被算出的時刻一同被保存於記憶部16中。
臨限值學習部15係根據此次所輸入的激磁突入電流和二次諧波含有率更新臨限值，且傳送至控制部14。進一步，根據此次輸入的激磁突入電流和二次諧波含有率、及蓄積於記憶部16中的激磁突入電流和二次諧波含有率來預測經時變化。
蓄積於記憶部16中的激磁突入電流和二次諧波含有率的資料、及由臨限值學習部15所預測之激磁突入電流和二次諧波含有率的經時變化，係經由通信部17被傳送至監視裝置20。
圖4係說明監視裝置20之使用狀態的圖。監視裝置20係例如為PC(Personal Computer，個人電腦)或平板(tablet)等終端，且在該終端的顯示畫面顯示從數位保護繼電器1所傳送的資料。使用數位保護繼電器1的使用者，係可從經顯示的激磁突入電流和二次諧波含有率的經時變化等資訊來監視數位保護繼電器1的動作狀況。此外，能夠進行變壓器3、負載之經年劣化的預測，且能夠在因為變壓器3、負載的經年劣化所導致的事故發生前進行維護(maintenance)。因此，可更穩定地運用設備。
接著，參照顯示於監視裝置20的資料來說明激磁突入電流和二次諧波之比例之經時變化的預測方法。 圖5及圖6係表示顯示於監視裝置20中之資料之例的圖，圖5係顯示激磁突入電流的經時變化之例，圖6係顯示激磁突入電流之二次諧波含有率的經時變化之例的圖。在圖5和圖6中，實線係經由數位保護繼電器1所算出的算出結果資料，虛線則為未來的預測值。
申請人係將經由數位保護繼電器1所測量的激磁突入電流進行解析，獲得了下列的資訊。激磁突入電流雖會因為變壓器和負載的經年劣化而變大，但關於二次諧波的電流值，則為固定值並未變化。此外，此等資料係隨著時間的經過而呈線形變動。因此，以經時變化而言，激磁突入電流的大小雖會增加，但二次諧波含有率則為減少的傾向。 根據此傾向，乃使用單純移動平均法，從實際資料的平均值算出激磁突入電流和二次諧波含有率的未來預測資料。
單純移動平均法係以下列公式來表示，藉由此公式，使用之前n個(n係2以上的自然數)的資料平均值來算出未來預測資料。 [公式1]
Figure 02_image001
S t+1：預測值 Y t：實際值(最新) n：平均化的資料個數
另外，當n≦3時，係使用參考同機種之變壓器、或連接於同機種之變壓器之負載的狀況後所預先設定之初始值的臨限值及一次函數，預先作成暫時性之經時變化的預測線圖。在n＞3，作成藉由單純移動平均法的預測資料。此時，在算出第n+1個預測資料後，重複進行使用包含有該第n+1個預測資料的n+1個資料平均值而算出第n+2個預測資料的步驟，作成經時變化的預測線圖。 當變壓器3被連接於系統，新取得激磁突入電流和二次諧波含有率時，就使用新的資料而更新經時變化的預測線圖。
使用數位保護繼電器1的使用者，每逢變壓器3被連接於系統，且新取得激磁突入電流和二次諧波，都能夠以監視裝置20確認更新後之激磁突入電流和二次諧波含有率之經時變化的預測線圖。此外，使用者係可根據二次諧波含有率的經時變化，直接設定、變更已被設定於數位保護繼電器1之控制部14中的臨限值。臨限值的設定係使用通常設於數位保護繼電器1中的設定功能即可。
此外，依據連接於數位保護繼電器1之變壓器3及負載的運用計劃，當例如預定有使變壓器3及負載的劣化進展之嚴苛的運用的情形下，使用數位保護繼電器1的使用者係可進行調整臨限值本身或調整算出臨限值之係數等以使臨限值變小。藉此，就可設定成使數位保護繼電器1確實地動作。
綜上所述，使用數位保護繼電器1的使用者將能夠根據顯示於監視裝置20上之被更新的激磁突入電流和二次諧波含有率之經時變化的預測線圖，而預測變壓器3和負載的劣化。若預測線圖的傾斜度漸漸變大則將維護計劃提前，若預測線圖的傾斜度變得和緩則重新檢討維護計劃等，設備管理亦變得容易。
關於臨限值的設定和更新方法雖省略了說明，但初始值係在使用了根據同機種之變壓器的實際結果而預先決定的值之後持續進行更新即可。亦可設為每逢變壓器3被連接於系統，且新取得激磁突入電流和二次諧波含有率，都以對於所取得的二次諧波含有率乘上係數之方式設定，或亦可使用日本國際公開2019/043910號所揭示的計算方法。
此外，雖每逢斷路器2被閉合，變壓器3被連接於系統都將交流電流作為激磁突入電流進行量測，且藉由臨限值學習部15算出臨限值，傳送至控制部14，在記憶部16中持續蓄積資料，但斷路器2被閉合且變壓器3被連接於系統的觸發，係在數位保護繼電器1本身產生了斷路器2之動作信號的情形下使用該觸發。
綜上所述，依據實施型態1，本實施型態之數位保護繼電器1，係根據經輸入的激磁突入電流而由演算處理部13算出二次諧波含有率，且由臨限值學習部15算出臨限值而更新控制部14的臨限值，因此可設定伴隨著經時變化的臨限值。此外，構成為激磁突入電流、和二次諧波含有率係隨同所算出的時刻一併被儲存並蓄積於記憶部16中，而在臨限值學習部15中，係根據所蓄積之資料、及新算出的激磁突入電流和二次諧波含有率，預測並算出未來的經時變化。數位保護繼電器1外的監視裝置20，係設為取得蓄積於記憶部16中的資料、及在臨限值學習部15所算出之包含未來之預測值的經時變化進行顯示，故數位保護繼電器1的使用者可確認經過可視化後的資料，直接將臨限值的變更輸入於數位保護繼電器1。
此外，本實施型態之數位保護繼電器監視系統100，係將蓄積於數位保護繼電器1中之激磁突入電流和二次諧波含有率之資料、及激磁突入電流和二次諧波含有率之包含未來之預測值的經時變化予以可視化而提供給使用者，因此不僅可監視數位保護繼電器1，而且可掌握連接於數位保護繼電器1之變壓器3等設備的劣化狀態。再者，將能夠根據設備的劣化狀態而合理地計劃設備的維護。
本揭示雖已記載了各種例示性的實施型態和實施例，但一個或複數個實施型態所記載之各種特徵、態樣、及功能，不限定於特定之實施型態的應用，亦可單獨地或藉由各種組合而應用於實施型態。 因此，可在說明書所揭示之技術的範圍內設想未例示之無數的變形例。例如，包含有當使至少一個構成要素變形的情形、追加的情形或省略的情形，更甚而抽出至少一個構成要素，與其他實施型態的構成要素組合的情形。
1:數位保護繼電器 2:斷路器 3:變壓器 4:主變流器 5a,5b:無熔絲斷路器 11:電流測量部 12:A/D轉換部 13:演算處理部 14:控制部 15:臨限值學習部 16:記憶部 17:通信部 20:監視裝置 100:數位保護繼電器監視系統 101:處理器 102:記憶裝置
圖1係將實施型態1之數位保護繼電器應用於電力用變壓器的電路構成圖。 圖2係實施型態1之數位保護繼電器及數位保護繼電器監視系統的功能方塊圖。 圖3係實施型態1之數位保護繼電器及數位保護繼電器監視系統的硬體構成圖。 圖4係說明實施型態1之監視裝置之使用狀態的圖。 圖5係顯示實施型態1之監視裝置上所顯示之激磁突入電流之經時變化之例的圖。 圖6係顯示實施型態1之監視裝置上所顯示之激磁突入電流之二次諧波含有率之經時變化之例的圖。
1:數位保護繼電器
2:斷路器
4:主變流器
11:電流測量部
12:A/D轉換部
13:演算處理部
14:控制部
15:臨限值學習部
16:記憶部
17:通信部
20:監視裝置
100:數位保護繼電器監視系統

Claims (5)

  1. 一種數位保護繼電器，係輸入流通於變壓器的交流電流，且在檢測出過電流時進行連接於前述變壓器之斷路器的遮斷動作者，該數位保護繼電器係具備： A/D轉換部，係以一定時間間隔對經輸入的前述交流電流進行取樣； 演算處理部，係從經由前述A/D轉換部所取樣的數位值進行頻率解析； 控制部，係在經由前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例超過所規定的臨限值以上時阻止前述斷路器的遮斷動作； 臨限值學習部，係根據每逢前述斷路器被閉合且前述變壓器被連接時經由前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例而進行臨限值更新；及 記憶部，係一併保存在前述臨限值學習部中被用於臨限值更新之激磁突入電流及於激磁突入電流中所含二次諧波的比例、及所算出的時刻； 前述臨限值學習部係根據前述記憶部中所保存的激磁突入電流和於激磁突入電流中所含二次諧波的比例、及前述斷路器被閉合且前述變壓器被連接時新輸入的激磁突入電流和經由前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例，而算出包含未來之預測值之激磁突入電流的經時變化、和包含未來之預測值之於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化。
  2. 如請求項1所述之數位保護繼電器，其中，在前述臨限值學習部中，使用單純移動平均法而算出包含未來之預測值的激磁突入電流的經時變化、和包含未來之預測值之於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化。
  3. 如請求項1所述之數位保護繼電器，其中，前述臨限值學習部係根據每逢前述斷路器被閉合且前述變壓器被連接時所新輸入之激磁突入電流、和在前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例，而算出包含未來之預測值之激磁突入電流的經時變化、和包含未來之預測值之於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化且予以更新。
  4. 如請求項2所述之數位保護繼電器，其中，前述臨限值學習部係根據每逢前述斷路器被閉合且前述變壓器被連接時所新輸入之激磁突入電流、和在前述演算處理部所抽出之於激磁突入電流中所含二次諧波的比例，而算出包含未來之預測值之激磁突入電流的經時變化、和包含未來之預測值之於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化且予以更新。
  5. 一種數位保護繼電器監視系統，係具備：請求項1至4中任一項所述之數位保護繼電器、及連接於前述數位保護繼電器的監視裝置； 前述監視裝置係顯示：在前述數位保護繼電器之前述臨限值學習部中所算出之包含未來之預測值之激磁突入電流的經時變化、和包含未來之預測值之於激磁突入電流中所含二次諧波之比例的經時變化。
TW110109914A 2020-08-28 2021-03-19 數位保護繼電器及數位保護繼電器監視系統 TWI743010B (zh)

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