JP5068200B2 - 電流差動保護リレー - Google Patents

Description

本発明は、１．５ＣＢ方式で構成される変電所の母線からの電力用送電線を保護する電力用送電線の電流差動保護リレーに関するものであり、特に、相手側変電所とキャリアー信号によって送電線に流れる電流を相互に送受信して差動保護する電流差動保護リレーに関するものである。

発電所や変電所における母線構成の１つに、２本の母線の間の母線連絡線に２台または３台の遮断器を設置し、各遮断器間に送電線を接続する１．５ＣＢ方式の母線構成（以下、１．５ＣＢ母線構成という）がある。１．５ＣＢ母線構成の送電線の保護には、母線連絡路に設置された変流器から得られた電流と、送電線の対向端の変電所の母線に同様に設置された変流器から得られた電流に基づいて遮断器をトリップするリレー動作信号を出力する電流差動保護リレーが用いられる。

たとえば、従来の電流差動保護リレーは、１．５ＣＢ母線構成における送電線を挟む母線連絡路に設置された各変流器から得られる電流と、送電線の対向端の変電所の母線に同様に設置された各変流器から得られる電流が合成された対向端電流と、を用いて差動保護演算を実行し、実行した演算結果をリレー動作信号として出力する。

より具体的に説明すると、従来の電流差動保護リレーは、自身が接続される母線連絡線に設置された２個の変流器から得られる各電流と、受信した対向端の電流から得られる電流との３つの電流の瞬時値の和の実効値（以下、瞬時値和の実効値（ベクトル和の実効値）という）を求める差動演算と、３つの電流のそれぞれの実効値を求めるとともに、これらの各実効値の和（以下、実効値和（実効値のスカラー和）という）を求める抑制演算とを行う。また、従来の電流差動保護リレーは、瞬時値和の実効値および実効値和を用いて比率差動演算を行って比率差動演算結果を対向端側の電流差動保護リレーに送信するとともに、この比率差動演算結果を受信した電流差動保護リレーが、自身の比率差動演算結果と、受信した比率差動演算結果とに基づき、遮断器を制御するためのリレー動作信号を生成して出力する。

従来の電流差動保護リレーは、上記のように構成されているので、例えば、母線上に送電線外部故障が発生し、その母線に連なる２個の変流器の一方の変流器に母線連絡線に流れる電流と送電線を経由して対向端より流れる電流が集中するためによって生じる変流器の飽和によって差電流が発生した場合でも、抑制電流を電流差動保護リレーに入力される３つの電流（自身が配置される母線連絡路の２個の変流器からの電流、および対向端の電流差動保護リレーからの電流）の各実効値の和で計算するため、抑制電流を確保することが可能となり、自端での誤動作を防止することができる。

一方、受信した対向端の電流は、変流器の飽和を含む合成電流であり、差電流と等しい相手端電流を受信するため、対向端の抑制電流が小さく比率差動演算自体は不要動作する可能性があるが、自端の比率差動演算結果と、対向端から受信した比率差動演算結果と、の論理積をとることでリレー動作信号の不要出力を防止している。（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−２２７６１７号公報

上記のような従来の電流差動保護リレーは、リレー動作信号を出力する場合、対向端側の比率差動演算結果を必要とするため、例えば送電線系統の内部故障が発生した場合に、故障を検出してからリレー動作信号を出力するまでの動作時間が、対向端側の比率差動演算結果を得る伝送遅延時間分だけ長くなるという問題があった。なお、伝送遅延時間は、おおむね数ｍｓ〜１０数ｍｓであり、高速動作を要求される送電線保護リレーとしては問題になる場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、動作の信頼性を低下させることなく、動作時間を短縮することができる電流差動保護リレーを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる電流差動保護リレーは、１．５ＣＢ母線構成における送電線を挟む母線連絡線に設置された各変流器から得られる各自端電流と、送電線の対向端における送電線を挟む母線連絡線に設置された各変流器から得られる電流を合成した対向端電流と、のベクトル和の実効値として表される差電流を算出する差電流部と、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第１の抑制電流を算出する第１の抑制電流部と、前記差電流と前記第１の抑制電流とに基づく比率差動演算を行い、当該比率差動演算の結果を第１の比率差動演算結果として出力する第１の比率差動演算部と、前記第１の比率差動演算結果に基づき、前記母線連絡線に設置された遮断器をトリップするリレー動作信号を生成して出力する出力部と、を備えた電流差動保護リレーにおいて、対向端側から送信された該対向端側の前記第１の比率差動演算結果が出力無の場合には、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流に１を超える所定の実数値を乗じた値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出し、対向端側から送信された該対向端側の前記第１の比率差動演算結果が出力有の場合には、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出する第２の抑制電流部と、前記差電流と前記第２の抑制電流とに基づく比率差動演算を行い、当該比率差動演算の結果を第２の比率差動演算結果として出力する第２の比率差動演算部と、を備え、前記出力部は、自端側の前記第２の比率差動演算結果が出力有の場合に前記リレー動作信号を出力することを特徴とする。

この発明によれば、各自端電流の各実効値と、対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第１の抑制電流を算出する第１の抑制電流部とは別に、対向端側から送信された対向端側の第１の比率差動演算結果が出力無の場合には、各自端電流の各実効値と、対向端電流に１を超える所定の実数値を乗じた値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出し、対向端側から送信された該対向端側の前記第１の比率差動演算結果が出力有の場合には、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出する第２の抑制電流部が具備される。すなわち、この第２の抑制電流部では、対向端側から送信された対向端側の第１の比率差動演算結果が出力無の場合には、対向端電流に１を超える所定の実数値を乗じたものが入力信号として選択され、対向端側から送信された対向端側の第１の比率差動演算結果が出力有の場合には、対向端電流そのものが入力信号として選択され、自端側の第２の比率差動演算結果がリレーオンを表す出力の場合に、母線連絡線に設置された遮断器に対するリレー動作信号が出力されるので、対向端の動作信号がなくてもリレー動作信号を出力することができ、動作の信頼性を低下させることなく、動作時間を短縮することができる電流差動保護リレーを得ることができるという効果を奏する。

以下に、本発明にかかる電流差動保護リレーの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態１にかかる電流差動保護リレーを説明する。図１は、本実施の形態にかかる電流差動保護リレーが設置される１．５ＣＢ母線方式の母線構成を示す図である。図１において、１．５ＣＢ母線方式の母線構成は、Ａ端の母線５１と母線５２とを接続する母線連絡線に３台の遮断器ＣＢ１〜ＣＢ３が配置され、遮断器ＣＢ１と遮断器ＣＢ２との間に変流器ＣＴ１が配置され、遮断器ＣＢ３と母線５２との間に変流器ＣＴ２が配置され、Ｂ端の母線５３と母線５４とを接続する母線連絡線に３台の遮断器ＣＢ１ｒ〜ＣＢ３ｒが配置され、遮断器ＣＢ１ｒと遮断器ＣＢ２ｒとの間に変流器ＣＴ１ｒが配置され、遮断器ＣＢ３ｒと母線５４との間に変流器ＣＴ２ｒが配置され、遮断器ＣＢ２と遮断器ＣＢ３との間と、遮断器ＣＢ２ｒと遮断器ＣＢ３ｒとの間とに送電線３が接続されており、電流差動保護リレー１には変流器ＣＴ１，ＣＴ２からの電流Ｉ１，Ｉ２が入力され、電流差動保護リレー２には変流器ＣＴ１ｒ，ＣＴ２ｒからの電流Ｉ１ｒ，Ｉ２ｒが入力されるとともに、電流差動保護リレー１と電流差動保護リレー２とは伝送路４によって通信可能となっている。

Ａ端の電流差動保護リレー１は、変流器ＣＴ１，ＣＴ２からの電流Ｉ１，Ｉ２と、送電線の対向端（Ｂ端）の電流差動保護リレー２から得られる電流Ｉ１ｒと電流Ｉ２ｒとを合成（Ｉ１ｒ＋Ｉ２ｒ）した電流（以下、電流Ｉｒという）との３つの電流により差動保護演算を行って遮断器ＣＢ２，ＣＢ３を制御するリレー動作信号を出力して送電線３を保護する。Ｂ端側の電流差動保護リレー２は、変流器ＣＴ１ｒ，ＣＴ２ｒからの電流Ｉ１ｒ，Ｉ２ｒと、送電線の対向端側（Ａ端側）の電流差動保護リレー１から得られる電流Ｉ１と電流Ｉ２とを合成した電流との３つの電流により差動保護演算を行って遮断器ＣＢ２ｒ，ＣＢ３ｒを制御するリレー動作信号を出力して送電線３を保護する。

Ａ端の電流差動保護リレー１からみると、電流Ｉ１，Ｉ２は自端電流であり、電流Ｉｒは対向端電流である。逆に、Ｂ端の電流差動保護リレー２からみると、電流Ｉ１ｒ，Ｉ２ｒは自端電流であり、電流（Ｉ１＋Ｉ２）は対向端電流である。なお、これらの電流差動保護リレー１，２は、入力される電流は異なるが、同一の機能を備えている。

つぎに、電流差動保護リレーの機能について図２を参照して説明する。図２は、実施の形態１にかかる電流差動保護リレーの構成を示すブロック図である。図２において、電流差動保護リレー１は、入力電流変換部１０，１１、入力電流合成部１２、同期遅延部９、受信電流変換部１３、対向端電流Ｋ倍部１４、差電流部１５、第１の抑制電流部１６、第２の抑制電流部１７、第１の比率差動演算部１８、第２の比率差動演算部１９、対向端比率差動演算結果受信部２０、出力部２１、および送信部２３を備えている。

入力電流変換部１０，１１は、変流器ＣＴ１，ＣＴ２からの電流Ｉ１，Ｉ２を電流差動保護リレー１内に取り込んで電流差動保護リレー内で扱う電流値に変換する。具体的に、入力電流変換部１０，１１は、電流Ｉ１，Ｉ２を取り込んで変流器ＣＴ１，ＣＴ２の２次側と絶縁し、取り込んだ電流Ｉ１，Ｉ２の高調波を除去した後に電流Ｉ１，Ｉ２の電流値をデジタル信号の自端電流データに変換する。同期遅延部９は、対向端の電流差動保護リレー２から通知される電流信号の伝搬遅延時間を考慮し、電流Ｉ１，Ｉ２を遅延させて対向端の電流差動保護リレー２から通知される電流Ｉｒの電流値と電流Ｉ１，Ｉ２の各電流値とが同時刻の電流値となるように電流Ｉ１，Ｉ２を変換する。

入力電流合成部１２は、入力電流変換部１０，１１によって変換された各自端電流データを加算（ベクトル加算）し、加算した電流を合成電流（対向端の電流差動保護リレー２からみた対向端電流）として送信部２３に伝達する。送信部２３は、入力電流合成部１２によって合成された合成電流をキャリアー信号として、後述する比率差動演算結果（第１の比率差動演算部１８の出力）とともに伝送路４を介して電流差動保護リレー２に送信する。

受信電流変換部１３は、伝送路４を介して対向端の電流差動保護リレー２が送信した対向端電流Ｉｒを受信し、受信した対向端電流Ｉｒを電流差動保護リレー１内で扱う対向端電流データに変換する。

差電流部１５は、時刻同期された電流Ｉ１，Ｉ２の各自端電流データ、すなわち入力電流変換部１０，１１によって変換された自端電流データＩ１，Ｉ２が、受信電流（対向端電流Ｉｒ）と同時刻になるように補正された同期遅延部９の出力データと、受信電流変換部１３によって変換された対向端電流Ｉｒの対向端電流データとを加算し、加算して得られた電流データが示す電流の実効値（時刻同期された自端電流Ｉ１，Ｉ２と、対向端電流Ｉｒとの和）を求める。ここで、実効値演算を“ｒｍｓ”によって表記すると、差電流部１５の演算結果である差電流Ｉｄは、次式で表される。
Ｉｄ＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉｒ）ｒｍｓ … （式１）

第１の抑制電流部１６は、上記時刻同期された自端電流Ｉ１，Ｉ２を表す電流データの実効値と、受信電流変換部１３によって変換された対向端電流Ｉｒを表す電流データの実効値とを求め、求めたそれぞれの実効値を加算（スカラー加算）して第１の抑制電流を求める。ここで、電流Ｉ１の実効値をＩ１ｒｍｓとし、電流Ｉ２の実効値をＩ２ｒｍｓとし、対向端電流Ｉｒの実効値をＩｒ＿ｒｍｓとすると、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１は、次式で表される。
Ｉｒｅｓ１＝Ｉ１ｒｍｓ＋Ｉ２ｒｍｓ＋Ｉｒ＿ｒｍｓ … （式２）

対向端比率差動演算結果受信部２０は、伝送路４を介して対向端の電流差動保護リレー２が送信した対向端の第１の比率差動演算結果（対向端比率差動演算結果）を受信する。

対向端電流Ｋ倍部１４は、対向端比率差動演算結果受信部２０からの出力である対向端比率差動演算結果を受信するとともに、対向端比率差動演算結果の出力の有無に応じて、入力された対向端電流Ｉｒを第２の抑制電流部１７に出力する際の当該対向端電流Ｉｒに乗ずべき乗算係数（整定値）を変更する。より具体的には、対向端比率差動演算結果の出力が「有」の場合には、入力された対向端電流Ｉｒを１倍、すなわち対向端電流Ｉｒをそのまま第２の抑制電流部１７に出力する。一方、対向端比率差動演算結果の出力が「無」の場合には、入力された対向端電流ＩｒをＫ倍して第２の抑制電流部１７に出力する。ここで、対向端比率差動演算結果の出力が「有」とは、対向端の第１の比率差動演算部１８が、送信部２３に「論理“１”」を伝達することを意味し、対向端比率差動演算結果の出力が「無」とは、対向端の第１の比率差動演算部１８が、送信部２３に「論理“０”」を伝達することを意味する。また、上記乗算係数Ｋは、「Ｋ≧１，Ｋは実数」を満たす整定値であり、任意の入力手段（図示省略）を用いて設定される。

ここで、電流Ｉ１の実効値をＩ１ｒｍｓとし、電流Ｉ２の実効値をＩ２ｒｍｓとし、対向端電流Ｉｒの実効値をＩｒ＿ｒｍｓとすると、第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２は、対向端比率差動演算結果の差異に応じて、次式で表すことができる。
Ｉｒｅｓ２＝Ｉ１ｒｍｓ＋Ｉ２ｒｍｓ＋Ｋ×Ｉｒ＿ｒｍｓ …（式３）
なお、（式３）におけるＫは、つぎの条件を満足する。
（１）対向端比率差動演算結果の出力が「有」の場合：Ｋ＝１
（２）対向端比率差動演算結果の出力が「無」の場合：Ｋ＞１（Ｋは実数）

第１の比率差動演算部１８は、差電流部１５によって求められた差電流Ｉｄと、第１の抑制電流部１６によって求められた第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１とに基づいて比率差動演算を行う。第２の比率差動演算部１９は、差電流部１５によって求められた差電流Ｉｄと、第２の抑制電流部１７によって求められた第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２とに基づいて比率差動演算を行う。

第１の比率差動演算部１８および第２の比率差動演算部１９では、例えば以下の各条件式（（条件１）〜（条件３））に基づく判定処理が行われる。
（条件１）Ｉｄ≧Ｋ１
（条件２）Ｉｄ≧Ｒ１×Ｉｒｅｓ
（条件３）Ｉｄ≧Ｒ２×Ｉｒｅｓ＋Ｋ２

上記条件式において、Ｉｄは差電流部１５から入力される差電流であり、Ｉｒｅｓは抑制電流（第１の比率差動演算部１８においては第１の抑制電流部１６から入力される第１の抑制電流、第２の比率差動演算部１９においては第２の抑制電流部１７から入力される第２の抑制電流）であり、Ｋ１、Ｋ２、Ｒ１、Ｒ２は、例えば入力手段によって外部から整定される比率差動演算の特性を示す整定値である。これらの整定値Ｋ１、Ｋ２、Ｒ１、Ｒ２は、抑制電流Ｉｒｅｓが大きくなると増加する変流器ＣＴ１，ＣＴ２の誤差に対して誤動作が発生しないように、抑制電流Ｉｒｅｓが大きい領域では比率差動動作領域が狭くなるように整定することが好ましい。なお、整定値Ｒ２については、変流器ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ１ｒ，ＣＴ２ｒの飽和による影響を考慮して、「１」を設定するのが一般的である。

第１の比率差動演算部１８は、上記（条件１）〜（条件３）のＩｒｅｓに第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１を代入して比率差動演算を行い、上記（条件１）〜（条件３）がすべて成立した場合には、その旨（条件式の全てが成立）を示す第１の比率差動演算結果を出力し、上記（条件１）〜（条件３）の何れかが不成立の場合には、その旨（少なくとも一つの条件式が不成立）を示す第１の比率差動演算結果を出力する。

同様に、第２の比率差動演算部１９は、上記（条件１）〜（条件３）のＩｒｅｓに第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２を代入して比率差動演算を行い、上記（条件１）〜（条件３）がすべて成立した場合には、その旨（条件式の全てが成立）を示す第２の比率差動演算結果を出力し、上記（条件１）〜（条件３）の何れかが不成立の場合には、その旨（少なくとも一つの条件式が不成立）を示す第２の比率差動演算結果を出力する。

出力部２１は、第１の比率差動演算部１８によって得られた第１の比率差動演算結果と、第２の比率差動演算部１９によって得られた第２の比率差動演算結果との論理積をリレー動作信号として遮断器ＣＢ１，ＣＢ２に出力する。すなわち、出力部２１は、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１を用いて上記（条件１）〜（条件３）がすべて成立し、かつ、対向端比率差動演算結果の出力が反映された第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２を用いて上記（条件１）〜（条件３）が成立した場合にリレー動作信号を出力し、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１を用いた上記（条件１）〜（条件３）のうちの少なくとも一つの条件式が不成立の場合、または、第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２を用いた上記（条件１）〜（条件３）のうちの少なくとも一つの条件式が不成立の場合にリレー動作信号を出力しない。

ところで、上記（式１）〜（式３）は、Ａ端側（自端側）の電流差動保護リレー１における差電流Ｉｄ、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１、および第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２を表す算出式であった。つぎに、Ｂ端側（対向端側）の電流差動保護リレー２における差電流Ｉｄｒ、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１ｒ、および第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２ｒを明らかにしておく。

Ｂ端の差電流部１５は、Ａ端の差電流部１５と同様に、自端電流と対向端電流との和の実効値を差電流として求める。ここで、電流差動保護リレー２における各自端電流は「電流Ｉ１ｒ」および「電流Ｉ２ｒ」であり、対向端電流は「電流（Ｉ１＋Ｉ２）」である。よって、電流差動保護リレー２の差電流部１５が求める差電流をＩｄｒは、これらの電流（Ｉ１ｒ，Ｉ２ｒ，Ｉ１，Ｉ２）を上記（式１）に適用することにより、次式で表すことができる。
Ｉｄｒ＝（Ｉ１ｒ＋Ｉ２ｒ＋Ｉ１＋Ｉ２）ｒｍｓ …（式４）

同様に、Ｂ端（電流差動保護リレー２）の第１の抑制電流部１６が求める第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１は、自端電流Ｉ１ｒの実効値Ｉ１ｒ＿ｒｍｓ、自端電流Ｉ２ｒの実効値Ｉ２ｒ＿ｒｍｓ、および対向端電流（Ｉ１＋Ｉ２）ｒｍｓの実効値（Ｉ１＋Ｉ２）ｒｍｓを（式２）に適用することにより、次式で表すことができる。
Ｉｒｅｓ１ｒ＝Ｉ１ｒ＿ｒｍｓ＋Ｉ２ｒ＿ｒｍｓ＋(Ｉ１＋Ｉ２)ｒｍｓ …（式５）

一方、Ｂ端（電流差動保護リレー２）の第２の抑制電流部１７が求める第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２は、対向端電流Ｉｒが対向端電流Ｋ倍部１４を介して第２の抑制電流部１７に入力されるため、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１とは異なった算出式となる。具体的に、この第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２は、自端電流Ｉ１ｒの実効値Ｉ１ｒ＿ｒｍｓ、自端電流Ｉ２ｒの実効値Ｉ２ｒ＿ｒｍｓ、および対向端電流（Ｉ１＋Ｉ２）ｒｍｓの実効値（Ｉ１＋Ｉ２）ｒｍｓを（式３）に適用することにより、次式で表すことができる。
Ｉｒｅｓ２ｒ＝Ｉ１ｒ＿ｒｍｓ＋Ｉ２ｒ＿ｒｍｓ＋Ｋ×(Ｉ１＋Ｉ２)ｒｍｓ…（式６）
なお、上記（式６）において、Ａ端（対向端）の第１の比率差動演算部、すなわち電流差動保護リレー１の第１の比率差動演算部１８の出力が「有」の場合にはＫ＝１が設定され、第１の比率差動演算部１８の出力が「無」の場合にはＫ＞１を満たす所定の実数値が設定されることは、前述のとおりである。

ここで、送電線系統の故障についての若干の補足説明を行っておく。送電線系統の故障には、送電線外部故障と送電線内部故障とがある。送電線内部故障は、変流器ＣＴ１，ＣＴ２、変流器ＣＴ１ｒ，ＣＴ２ｒに囲まれた領域上に生ずる故障であり、送電線外部故障は、上記以外の領域上に生ずる故障である。なお、これらの送電線故障のうち、電流差動保護リレー１および電流差動保護リレー２が検出すべき故障は、送電線内部故障である。

つぎに、この実施の形態１の電流差動保護リレーの動作について説明する。ここでは、まず、図１に示した１．５ＣＢ母線方式の母線構成において、変流器ＣＴ２とＡ端の母線５２との間の領域６０に送電線外部故障が発生し、この送電線外部故障によって対向端の変流器ＣＴ１ｒ，ＣＴ２ｒと自端の変流器ＣＴ１とは飽和せず、自端の変流器ＣＴ２のみが飽和した場合を一例に挙げて説明する。また、本説明においては、比率差動特性の動作領域の整定値Ｒ１，Ｒ２として、一般的な比率特性である「Ｒ１＝０．４」、「Ｒ２＝１」を用いる。

また、説明の便宜上、さらに、電流Ｉ１＝電流Ｉ２＝電流Ｉ、および電流Ｉ１ｒ＝電流Ｉ２ｒ＝０であるとする。なお、これらの条件は、電流差動保護リレーが誤動作を起こしやすい条件を与えるものである。

変流器ＣＴ２が飽和していない場合には、上記（式１）より差電流Ｉｄは「０」となる。一方、送電線外部故障によって変流器ＣＴ２が飽和している場合には、上記(式１）より差電流Ｉｄは「０」とは異なる値となる。ここで、変流器ＣＴ２の飽和によって電流Ｉ２が実際の電流（送電線外部故障が発生していない正常時の電流）の５０％になったと仮定する。この場合、差電流Ｉｄは、電流Ｉ１，Ｉ２の向きが逆向きであることに留意し、上記（式１）より、
Ｉｄ＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉｒ）ｒｍｓ
＝（Ｉ−０．５×Ｉ＋０）ｒｍｓ
＝０．５×Ｉｒｍｓ …（式７）
となる。

また、差電流Ｉｄ／抑制電流Ｉｒｅｓが大きい方が電流差動保護リレー１は動作し易くなる。よって、電流差動保護リレー１が最も動作しやすい場合を想定して対向端電流の実効値Ｉｒ＿ｒｍｓを「０」とする。
このとき、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１は、上記（式２）より、
Ｉｒｅｓ１＝Ｉ１ｒｍｓ＋Ｉ２ｒｍｓ＋Ｉｒ＿ｒｍｓ
＝Ｉｒｍｓ＋０．５×Ｉｒｍｓ＋０
＝１．５×Ｉｒｍｓ …（式８）
となる。

上記（式７）および（式８）より、「差電流Ｉｄ／抑制電流Ｉｒｅｓ１」は「１／３」となる。したがって、整定値Ｒ１を「Ｒ１＞１／３」が成り立つように整定すると、「差電流Ｉｄ／第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１＜整定値Ｒ１」となり、上記（条件２）が不成立となる。よって、第１の比率差動演算部１８は、上記（条件１）〜（条件３）のうちの少なくとも一つ（この場合は、条件２）が不成立であることを示す第１の比率差動演算結果が送信部２３および出力部２１に出力される。また、第１の比率差動演算結果は、送信部２３を通じて対向端側の電流差動保護リレー２に送信される。

このようにして、出力部２１の入力端の一方には、出力無の第１の比率差動演算結果が入力されている。よって、出力部２１は、第２の比率差動演算部１９の出力結果に依存することなく、リレー動作信号を出力しない。

また、電流差動保護リレー１の対向端電流Ｉｒは、電流差動保護リレー２からみた自端電流Ｉ１ｒ，Ｉ２ｒの和である。したがって、上記（式１）に示した電流差動保護リレー１の差電流は、次式によっても表すことができる。
Ｉｄ＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ１ｒ＋Ｉ２ｒ）ｒｍｓ … （式９）

上記（式４）と(式９）との比較によって明らかなように、電流差動保護リレー２の差電流部１５が求める差電流Ｉｄｒは、電流差動保護リレー１の差電流部１５が求める差電流Ｉｄと等しくなる。よって、変流器ＣＴ２の飽和によって電流Ｉ２が実際の電流（送電線外部故障が発生していない正常時の電流）の５０％になった場合の電流差動保護リレー２の差電流部１５が求める差電流Ｉｄｒは、
Ｉｄｒ＝Ｉｄ＝０．５×Ｉｒｍｓ …（式１０）
となる。

ここで、上記（式７）を求めたときと同じ条件、すなわち、Ｉ１ｒ＿ｒｍｓ＝Ｉ２ｒ＿ｒｍｓ＝０、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉという条件を用いる。このとき、電流差動保護リレー２の第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１ｒは、上記（式９）より、
Ｉｒｅｓ１ｒ＝Ｉ１ｒ＿ｒｍｓ＋Ｉ２ｒ＿ｒｍｓ＋（Ｉ１＋Ｉ２）ｒｍｓ
＝０＋０＋（Ｉ−０．５×Ｉ）ｒｍｓ
＝０．５×Ｉｒｍｓ …（式１１）
となる。

また、電流差動保護リレー２の第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２ｒは、上記（式６）より、
Ｉｒｅｓ２ｒ＝Ｉ１ｒ＿ｒｍｓ＋Ｉ２ｒ＿ｒｍｓ＋Ｋ×（Ｉ１＋Ｉ２）ｒｍｓ
＝０＋０＋Ｋ×（Ｉ−０．５×Ｉ）ｒｍｓ
＝０．５×Ｋ×Ｉｒｍｓ …（式１２）
となる。

ここで、上記（式１０）および（式１１）により、電流差動保護リレー２においては、差電流Ｉｄｒと第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１ｒとが等しくなるため、「差電流Ｉｄｒ／第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１ｒ＝１」となる。よって、誤動作を防止するためには、「差電流Ｉｄｒ／第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１ｒ＞１」が成立する必要がある。しかしながら、１端入力の内部故障では「差電流Ｉｄｒ／第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１ｒ＝１」となるので、「差電流Ｉｄｒ／第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１ｒ＞１」が成立するような整定を行うことはできない。したがって、第１の比率差動演算結果（第１の比率差動演算部１８の出力）が、電流差動保護リレー２の動作領域に入ってしまい不要検出の可能性がある。すなわち、上記（条件１）〜（条件３）がすべて成立し、出力部２１の一方の入力端に出力有の信号を出力する可能性がある。

一方、上述したように、電流差動保護リレー１においては、上記（条件１）〜（条件３）のうちの（条件２）が不成立となっているので、第１の比率差動演算結果（第１の比率差動演算部１８の出力）は、出力無となっている。その結果、上記（式１２）における乗算係数Ｋは、Ｋ＞１を満たす実数値で整定される。ここで、例えばＫ＝３と整定すれば、上記（式１２）は、
Ｉｒｅｓ２ｒ＝０．５×３×Ｉｒｍｓ
＝１．５×Ｉｒｍｓ …（式１３）
となり、「差電流Ｉｄｒ／第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２ｒ＝１／３」となる。よって、「Ｒ１＞１／３」と整定することで、上記（条件１）〜（条件３）のうちの少なくとも（条件２）を不成立とさせることができる。その結果、出力部２１の他方の入力端には、出力無の第２の比率差動演算結果（第２の比率差動演算部１９の出力）が入力されるので、リレー動作信号が出力されることはなく、誤動作の防止が可能となる。また、Ａ端の電流差動保護リレー１の第１の比率差動演算部１８は、不動作の状態が継続され、出力無の信号を出力し続けるので、上記乗算係数Ｋの値は維持され、Ｂ端の電流差動保護リレー２が、リレー動作信号を出力することはない。

つぎに、図１に示した１．５ＣＢ母線方式の母線構成において、例えば電流差動保護リレー１側において、送電線内部故障が発生した場合の動作について説明する。なお、動作の条件としては、上記と同様な条件、すなわちＩ１＝Ｉ２＝Ｉ、Ｉ１＿ｒｍｓ＝Ｉ２＿ｒｍｓ＝０、「Ｋ＝３」、「Ｒ２＝１」などの条件を用いる。

上記条件では、Ａ端（電流差動保護リレー１）の差電流Ｉｄ、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１は、それぞれ上記（式１）および（式２）を用いることにより、次式で表される。
Ｉｄ＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉｒ）ｒｍｓ
＝（Ｉ＋Ｉ＋０）ｒｍｓ
＝２×Ｉｒｍｓ …（式１４）
Ｉｒｅｓ１＝Ｉ１ｒｍｓ＋Ｉ２ｒｍｓ＋Ｉｒ＿ｒｍｓ
＝Ｉｒｍｓ＋Ｉｒｍｓ＋０
＝２×Ｉｒｍｓ …（式１５）

よって、「差電流Ｉｄ／第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１＝１」となる。上記（条件２）が成立するためには、整定値Ｒ１を「Ｒ１＜１」が成り立つように整定する。これにより、Ａ端（電流差動保護リレー１）の第１の比率差動演算結果は出力有となる。

また、Ａ端（電流差動保護リレー１）の第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２は、上記（式３）を用いることにより、次式で表される。
Ｉｒｅｓ２＝Ｉ１ｒｍｓ＋Ｉ２ｒｍｓ＋３×Ｉｒ＿ｒｍｓ
＝（Ｉ＋Ｉ＋３×０）ｒｍｓ＝２×Ｉｒｍｓ …（式１６）

よって、「差電流Ｉｄ／第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２＝１」となり、電流差動保護リレー１の第２の比率差動演算結果も、電流差動保護リレー１の第１の比率差動演算結果と同様に出力有となる。

つぎに、送電線内部故障に対して動作し難い場合を考える。その一例として、例えば、Ｉ１＝Ｉ２＝Ｉ１ｒ＝Ｉ２ｒ＝Ｉの場合を考える。この条件のとき、Ａ端（電流差動保護リレー１）の差電流Ｉｄ、第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１は、それぞれ上記（式１）および（式２）を用いることにより、次式で表される。
Ｉｄ＝（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉｒ）ｒｍｓ
＝（Ｉ＋Ｉ＋Ｉ＋Ｉ）ｒｍｓ
＝４×Ｉｒｍｓ …（式１７）
Ｉｒｅｓ１＝Ｉ１ｒｍｓ＋Ｉ２ｒｍｓ＋Ｉｒ＿ｒｍｓ
＝Ｉｒｍｓ＋Ｉｒｍｓ＋Ｉｒｍｓ＋Ｉｒｍｓ
＝４×Ｉｒｍｓ …（式１８）

よって、「差電流Ｉｄ／第１の抑制電流Ｉｒｅｓ１＝１」となる。上記（条件２）が成立させるため、整定値Ｒ１を「Ｒ１＜１」が成り立つように整定する。これにより、Ａ端（電流差動保護リレー１）の第１の比率差動演算結果は出力有となる。

また、Ａ端（電流差動保護リレー１）の第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２は、上記（式３）を用いることにより、次式で表される。
Ｉｒｅｓ２＝Ｉ１ｒｍｓ＋Ｉ２ｒｍｓ＋３×Ｉｒ＿ｒｍｓ
＝（１＋１＋３×２）Ｉｒｍｓ＝８×Ｉｒｍｓ …（式１９）

よって、「差電流Ｉｄ／第２の抑制電流Ｉｒｅｓ２＝４／８＝１／２」となる。上記（条件２）が成立するためには、整定値Ｒ１を「Ｒ１＜１／２」に整定する必要がある。また、上述したように送電線外部故障において変流器ＣＴ２の飽和による誤動作を防止するためには、整定値Ｒ１を「Ｒ１＞１／３」に整定する必要がある。したがって、整定値Ｒ１は、「１／３＜Ｒ１＜１／２」を満たす値（例えば０．３５〜０．４５までの任意の実数値）に設定（整定）すればよい。このような整定値を用いることにより、送電線内部故障を検出し、かつ、送電線外部故障での変流器ＣＴ２の飽和による誤動作を防止することが可能となる。なお、ここでは、対向端電流Ｋ倍部１４の整定値Ｋを「３」として説明したが、この値に限られるものではなく、送電線内部故障時に動作可能な値を送電線系統に合わせた整定値を採用すればよい。

図３は、第１の比率差動演算部１８および第２の比率差動演算部１９の比率差動演算の動作領域と、差動電流と抑制電流との比率の関係を示す図である。図３において、縦軸は差電流Ｉｄを示しており、横軸は抑制電流を示している。また、破線で示した線Ｌ１の傾きは、送電線内部故障に対して動作し難い場合の「差電流Ｉｄ／抑制電流Ｉｒｅｓ＝１」の比率を示しており、破線で示した線Ｌ２は、「差電流Ｉｄ／抑制電流Ｉｒｅｓ＝１／２」の比率を示しており、破線で示した線Ｌ３は、「差電流Ｉｄ／抑制電流Ｉｒｅｓ＝１／３」の比率を示している。また、一点鎖線で示した線Ｌ４は、上記（条件１）の境界値「差電流Ｉｄ＝整定値Ｋ」を示しており、一点鎖線で示した線Ｌ５は、「整定値Ｒ１＝０．４」の場合の上記（条件２）の境界値「差電流Ｉｄ＝整定値Ｒ１×抑制電流Ｉｒｅｓ」を示しており、一点鎖線で示した線Ｌ６は、「整定値Ｒ２＝１」の場合の上記（条件３）の境界値「差電流Ｉｄ＝整定値Ｒ２×抑制電流Ｉｒｅｓ＋整定値Ｋ２」を示しており、上記（条件１）〜（条件３）がすべて成立する領域が電流差動保護リレー１，２の動作領域となる。また、第２の比率差動演算部１９の条件式としては、上記説明でも明らかなように、（条件２）であるので、（条件２）だけの構成としてもよい。

このように、この実施の形態１においては、自端電流および対向端電流によって第１の抑制電流を生成する第１の抑制電流部ととともに、自端電流および対向端電流によって第２の抑制電流を生成する第２の抑制電流部が設けられ、対向端の比率差動演算結果（第１の比率差動演算結果）の出力が出力無の場合には、対向端電流に代えて、この対向端電流に１を超える所定の乗算係数を乗じたものを入力として第２の抑制電流を算出しているので、送電線外部故障に対して不要動作し難い比率差動演算結果を得ることが可能となる。また、比率差動演算結果を得る際に、従来のように、対向端の動作信号を待って出力するのではなく、自端の比率差動演算結果（第１、第２の比率差動演算結果）の出力で動作することができるので、従来よりも伝送遅延時間の分だけ高速化することができる。

実施の形態２．
実施の形態１の電流差動保護リレーでは、第１の抑制電流部とは別に、対向端の比率差動演算結果の出力の有無に応じて、所定の乗算係数を乗じた対向端電流が入力される第２の抑制電流部を使用することで、送電線外部故障に対して不要動作し難い比率差動演算結果を得るようにしていた。また、実施の形態１では、第１の抑制電流部の出力に基づく第１の比率差動演算結果と、第２の抑制電流部の出力に基づく第２の比率差動演算結果とを出力部に入力することでリレー動作信号を得るようにしていた。一方、実施の形態１の構成では、第２の抑制電流部には、対向端の比率差動演算結果の出力の有無に応じて入力される対向端電流の大きさが変更されるので、第２の比率差動演算部と第１のそれとが同じ条件式で構成される場合、入力信号に対して対向端における第１の比率差動演算結果が反映されていることになる。さらに、実施の形態１の構成では、対向端の比率差動演算結果の出力が「有」の場合には、第１の抑制電流部および第２の抑制電流部の判定処理は同一の結果となる。このため、実施の形態１の構成において、リレー動作信号の出力に第１の比率差動演算結果を用いなくとも、実施の形態１と同等の効果を得ることが可能となる。このような技術思想に基づいて構成したものが、図４に示す電流差動保護リレー１ａである。

図４において、電流差動保護リレー１ａは、先の図２に示した実施の形態１の電流差動保護リレー１の出力部２１の入力として、第２の比率差動演算部１９の出力のみを用いている点が相違点である。なお、先の図２に示した実施の形態１の電流差動保護リレー１と同一の機能を有する構成部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

実施の形態２にかかる電流差動保護リレーによれば、比率差動演算結果を得る際に、従来のように、対向端の動作信号を待って出力するのではなく、自端の比率差動演算結果（第１、第２の比率差動演算結果）の出力で動作することができるので、従来よりも伝送遅延時間の分だけ高速化することができる。また、実施の形態２によれば、実施の形態１との比較において、出力部２１にはＡＮＤ回路等の論理回路を設ける必要がなくなるので、構成を簡易なものとすることができる。

以上のように、本発明にかかる電流差動保護リレーは、１．５ＣＢ母線構成の送電線の保護に有用であり、特に、高速なリレー出力が要求されるシステムに適している。

実施の形態１にかかる電流差動保護リレーが設置される１．５ＣＢ母線方式の母線構成を示す図である。 実施の形態１にかかる電流差動保護リレーの構成を示すブロック図である。 第１の比率差動演算部１８および第２の比率差動演算部１９の比率差動演算の動作領域と、差動電流と抑制電流との比率の関係を示す図である。 実施の形態２にかかる電流差動保護リレーの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ，２ 電流差動保護リレー
３ 送電線
４ 伝送路
９ 同期遅延部
１０，１１ 入力電流変換部
１２ 入力電流合成部
１３ 受信電流変換部
１４ 対向端電流Ｋ倍部
１５ 差電流部
１６ 第１の抑制電流部
１７ 第２の抑制電流部
１８ 第１の比率差動演算部
１９ 第２の比率差動演算部
２０ 対向端比率差動演算結果受信部
２１ 出力部（ＡＮＤ条件）
２１ａ 出力部
２３ 送信部
５１，５２，５３，５４ 母線
ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３，ＣＢ１ｒ，ＣＢ２ｒ，ＣＢ３ｒ 遮断器
ＣＴ１，ＣＴ２，ＣＴ１ｒ，ＣＴ２ｒ 変流器

Claims (2)

1. １．５ＣＢ母線構成における送電線を挟む母線連絡線に設置された各変流器から得られる各自端電流と、送電線の対向端における送電線を挟む母線連絡線に設置された各変流器から得られる電流を合成した対向端電流と、のベクトル和の実効値として表される差電流を算出する差電流部と、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第１の抑制電流を算出する第１の抑制電流部と、前記差電流と前記第１の抑制電流とに基づく比率差動演算を行い、当該比率差動演算の結果を第１の比率差動演算結果として出力する第１の比率差動演算部と、前記第１の比率差動演算結果に基づき、前記母線連絡線に設置された遮断器をトリップするリレー動作信号を生成して出力する出力部と、を備えた電流差動保護リレーにおいて、
   対向端側から送信された該対向端側の前記第１の比率差動演算結果が出力無の場合には、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流に１を超える所定の実数値を乗じた値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出し、対向端側から送信された該対向端側の前記第１の比率差動演算結果が出力有の場合には、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出する第２の抑制電流部と、
   前記差電流と前記第２の抑制電流とに基づく比率差動演算を行い、当該比率差動演算の結果を第２の比率差動演算結果として出力する第２の比率差動演算部と、
   を備え、
   前記出力部は、自端側の前記第２の比率差動演算結果が出力有の場合に前記リレー動作信号を出力することを特徴とする電流差動保護リレー。
2. １．５ＣＢ母線構成における送電線を挟む母線連絡線に設置された各変流器から得られる各自端電流と、送電線の対向端における送電線を挟む母線連絡線に設置された各変流器から得られる電流を合成した対向端電流と、のベクトル和の実効値として表される差電流を算出する差電流部と、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第１の抑制電流を算出する第１の抑制電流部と、前記差電流と前記第１の抑制電流とに基づく比率差動演算を行い、当該比率差動演算の結果を第１の比率差動演算結果として出力する第１の比率差動演算部と、前記第１の比率差動演算結果に基づき、前記母線連絡線に設置された遮断器をトリップするリレー動作信号を生成して出力する出力部と、を備えた電流差動保護リレーにおいて、
   対向端側から送信された該対向端側の前記第１の比率差動演算結果が出力無の場合には、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流に１を超える所定の実数値を乗じた値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出し、対向端側から送信された該対向端側の前記第１の比率差動演算結果が出力有の場合には、前記各自端電流の各実効値と、前記対向端電流の実効値と、による３つの実効値のスカラー和として表される第２の抑制電流を算出する第２の抑制電流部と、
   前記差電流と前記第２の抑制電流とに基づく比率差動演算を行い、当該比率差動演算の結果を第２の比率差動演算結果として出力する第２の比率差動演算部と、
   を備え、
   前記出力部は、自端側の前記第１の比率差動演算結果が出力有であり、かつ、自端側の前記第２の比率差動演算結果が出力有の場合に、前記リレー動作信号を出力することを特徴とする電流差動保護リレー。

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