JP6428355B2

JP6428355B2 - ディジタル形保護リレー

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Publication number: JP6428355B2
Application number: JP2015030892A
Authority: JP
Inventors: 幸彦笹谷
Original assignee: Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2015-02-19
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2018-11-28
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: JP2016152763A

Description

本発明は、遮断器引き外し回路に対する試験機能を備えるディジタル形保護リレーに関する。

ディジタル形保護リレーは、事故を含む系統の故障を監視し、電圧や電流の異常上昇などに応じて電力系統に設置された遮断器を動作させて故障区間を電力系統から切り離すものである。そのため、系統故障時には、遮断器が確実に動作することが求められる。

遮断器が確実に動作するかどうかを調べるためには、遮断器と遮断器引き外し回路を組み合わせた状態で遮断器引き外し回路に電流を流して遮断器の動作試験を実行することが理想的ではあるが、遮断器の遮断動作により不要な停電が起こる。そのため、従来は、遮断器を電力系統から切り離して動作試験が行われていた。

しかし、このような試験には、遮断器の取り外しや再組み立てが必要であるため、多くの時間と労力を要していた。

このような問題を解決するために、遮断器が電力系統に設置された状態で、遮断器を動作させるために使用される遮断器引き外し回路に対する試験機能を備えたディジタル形保護リレーが提案されている。

特許文献１に開示されている保護継電器（ディジタル形保護リレー）は、遮断器引き外しコイルと遮断器の開閉に連動する遮断器補助接点とが直列に接続された遮断器引き外し回路への電流経路を開閉する接点を備える開閉リレーと、遮断器引き外し回路の試験時の電流経路と実使用時の電流経路とを切り替える接点を備える経路切替リレーとを備える。遮断器引き外し回路の試験時の電流経路には、遮断器引き外しコイルに流れる電流を、遮断器の遮断動作を引き起こさない値にまで低減する為の抵抗素子が挿入されている。開閉リレーは、実使用の際の電力系統の故障時に閉成されるとともに、遮断器引き外し回路の試験時にも閉成される。

このような構成により、遮断器引き外し回路の試験時に遮断器引き外しコイルに流れる電流は、遮断器が動作しない電流値以下に抑えられる。そのため、この保護継電器では、遮断器が電力系統に設置された状態で、遮断器引き外し回路に対する試験を行うことが可能である。

特開２０１１−２５８３７５号公報

特許文献１に開示されている保護継電器（ディジタル形保護リレー）では、試験時には、経路切替リレーが確実に作動して、電流経路を抵抗素子が挿入された電流経路に切り替わらなければならない。経路切替リレーに故障が発生し、電流経路の切り替えが行われなかった場合、試験の実施により開閉リレーの接点を閉じると、遮断器が作動してしまい不要な停電を引き起こすことになるからである。しかし、特許文献１に開示されている発明では、経路切替リレーに異常が無いことを確認することができないため、試験に伴う遮断器の誤作動のリスクを払拭できない。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、遮断器引き外し回路の健全性を確認する際に起こりうる遮断器の誤作動を防止できるディジタル形保護リレーを提供することを目的とする。

本発明に係るディジタル形保護リレーは、電力系統の保護用に設置された遮断器を動作させるために一対の電力線間に設置された遮断器引き外し回路の、健全性試験機能を備えたディジタル形保護リレーであって、前記遮断器引き外し回路に直列接続され、前記遮断器引き外し回路への電流経路を開閉する開閉部と、前記開閉部の接続された第１の接続点と、前記電力系統を保護するときの前記遮断器引き外し回路への電流経路を形成する第２の接続点と、第３の接続点とを備え、前記第１の接続点の接続先を前記第２の接続点及び前記第３の接続点のいずれか一方に切り替える切替部と、前記第２の接続点及び前記一対の電力線のうち前記遮断器引き外し回路の接続されている側の一方の電力線のいずれか一方と前記第１の接続点との間に、前記切替部と並列に接続された抵抗要素と、前記開閉部の、前記切替部と接続された端部とは反対側の端部と、前記第３の接続点との間の前記開閉部に対する並列電流経路上に設置され、該並列電流経路に電流が流れたとき検知信号を出力する電流検知部と、前記健全性試験時に、前記開閉部と前記切替部とに対して、予め設定された動作制御を行ったときの前記検知信号の有無に基づき、前記健全性試験の中止、又は継続を判断するように構成された制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係るディジタル形保護リレーによれば、遮断器引き外し回路の健全性を確認する際に起こりうる遮断器の誤作動を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係るディジタル形保護リレーの構成例を示す図である。実施の形態１に係るディジタル形保護リレーの制御部の構成例を示す図である。実施の形態１に係るディジタル形保護リレーの通常使用時と試験時の動作の詳細を説明するための図である。実施の形態１に係るディジタル形保護リレーの試験時の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係るディジタル形保護リレーの構成例を示す図である。実施の形態２に係るディジタル形保護リレーの試験時の動作の詳細を説明するための図である。本発明の実施の形態３に係るディジタル形保護リレーの構成例を示す図である。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態１に係るディジタル形保護リレーについて図１に従って説明する。ディジタル形保護リレー１と遮断器引き外し回路２とは、図１に示すように、互いに直列に接続され、正極性の電力線Ｐと負極性の電力線Ｎとの間に配置され、これらの電力線に接続される。電力線Ｐ及びＮに対応する電力系統にはディジタル形保護リレー１で駆動される遮断器（図示省略）が設置されている。ディジタル形保護リレー１は、電力系統で故障が発生し、異常電流が流れたとき、異常検知部（図示省略）により、この故障の発生を検知し、遮断器引き外し回路２に通電することによりこれを作動させる。遮断器引き外し回路２が作動すると、故障の発生した電力系統に設置された遮断器（図示省略）が遮断動作を行う。

ディジタル形保護リレー１は、制御部１０、試験設定部１１、リレー１２、リレー１４、電流検知部１６、及び抵抗素子１７を備える。

試験設定部１１は、キーボード又はスイッチ類で構成され、ディジタル形保護リレー１の試験を開始する指示の入力を行う。試験設定部１１は、この指示に基づき、制御部１０に試験開始信号を送信する。

リレー１２は、開閉接点１３と開閉接点１３を駆動するためのコイルＸとを含む。リレー１２がＯＦＦのときは、コイルＸに電流は流れず、図示するように、開閉接点１３は、点ａと点ｂとの間が開状態となるように配置される。リレー１２がＯＮのときは、コイルＸに通電され、その結果、開閉接点１３が駆動され、点ａと点ｂとの間が開状態から閉状態になる。すなわちリレー１２はＯＮ、ＯＦＦにより点ａ、ｂ間を開閉する。従ってリレー１２は開閉部ということができる。

リレー１４は、切替接点１５と切替接点１５を駆動するためのコイルＹとを含む。切替接点１５は、一端が点ｃに接続されている。切替接点１５は、リレー１４がＯＦＦのとき、その他端が点ｄと接触する位置にある。リレー１４がＯＮのとき、コイルＹに通電され、切替接点１５の他端は点eと接触する位置に駆動されるため、切替接点１５は点ｃと点ｅとを接続する。即ち、リレー１４は、ＯＮ、ＯＦＦにより、切替接点１５の接続経路を点ｃ−ｄ間の経路と点ｃ−ｅ間の経路との間で切り替える。従ってリレー１４は経路を切り替える切替部１４ということができる。

リレー１２の点ａは電力線Ｐに接続され、点ｂはリレー１４の点ｃに接続される。したがって、リレー１２と１４とは、直列接続される。リレー１４の点ｄは遮断器引き外し回路２の一端に接続される。リレー１４の点ｅは電流検知部１６の一端と接続される。

電流検知部１６は、例えば電流計で構成される。電流検知部１６は、電力線Ｐとリレー１２の点ａとの間の点ｈと、リレー１４の点ｅとの間に接続され、接続された回線を流れる電流の有無を検知し、電流検知信号を制御部１０に出力する。電流検知部１６は、フォトカプラを利用したものであってもよい。このとき、電流検知信号はフォトカプラを介して制御部１０に入力されるので、制御部１０に対する電流検知部１６からの干渉を避けることができる。

抵抗素子１７（図１では”Ｒ”で示す）は、リレー１２の点ｂとリレー１４の点ｃとの間の点である点ｉと、リレー１４の点ｄと遮断器引き外し回路２との間の点ｊとの間に接続される。抵抗素子１７の抵抗値については後述する。

制御部１０は、各種信号の入力、入力信号に基づくリレー１２、１４に対するＯＮ、ＯＦＦの指示の制御により、遮断器の動作制御、及び異常診断試験の実行と、試験の結果から異常の判定を実行し、図示を省略した出力装置に必要に応じて判定結果を出力する制御を行う。

具体的には、制御部１０は、特に指示がない場合は、通常使用モードによる制御を行う。試験設定部１１を介して試験開始信号が入力されると、試験モードによる制御を行う。通常使用モードは、ディジタル形保護リレー１が、電力系統が故障したとき遮断器を作動させうる状況にあることを言う。このとき、制御部１０は、リレー１４に対してＯＦＦの指示を出力する。この状態で、電力系統に故障が発生していない状態を「定常時」と呼ぶ。このとき、制御部１０はリレー１２に対してＯＦＦの指示を出力する。これにより開閉接点１３は開状態となり遮断器引き外し回路２には電流が流れない。これに対して、電力系統に故障が発生した状態を「故障時」と呼ぶ。このとき、制御部１０は入力した異常検知信号に基づき、リレー１２に対してＯＮの指示を出力する。これにより開閉接点１３は閉状態となり、遮断器引き外し回路２には遮断器が作動するだけの電流が流れる。

図１に示す各種接点の開閉状態は通常使用モードの状態であり、且つ電力系統に故障が発生していない「定常時」の状態を示す。

試験モードは、リレー１２、１４及び遮断器引き外し回路２の健全性を診断するときのディジタル形保護リレー１の状態である。試験モードでは、制御部１０は、リレー１２とリレー１４のＯＮ／ＯＦＦの指示についての複数の組み合わせに対応した複数回の試験を実行する制御を行う。制御部１０は、所定の試験時に得られる電流検知信号を入力し、入力した電流検知信号から試験の継続又は中止を決め、試験を継続したときは、各試験毎の電流検知信号に基づき、リレー１２、１４及び遮断器引き外し回路２の健全性を判定し、判定結果を出力する制御を行う。

制御部１０は、図２に示すように、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）１００と、メモリ１１０と、メモリ１２０と、入力部１３０と、出力部１４０と、バスライン１５０とを備える。バスライン１５０はこれらの各構成要素間を接続する信号送受信用の回線である。

入力部１３０は、異常検知信号、電流検知部１６から出力される電流検知信号及び試験設定部１１から出力される試験開始信号を入力し、ＣＰＵ１００に送信する。

メモリ１１０は、ＳＲＡＭ（ＳｔａｔｉｃＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などで構成され、ＣＰＵ１００のワーキングメモリとしてＣＰＵ１００で処理中のデータ、処理結果等の一時的な記憶部として使用される。メモリ１２０は、ＳＲＡＭなどで構成され、ＣＰＵ１００での処理結果を含む保存すべきデータや処理プログラムの格納に利用される。

ＣＰＵ１００は、動作開始時に、メモリ１２０に格納されている処理プログラムを読み出して実行することにより、制御部１０の各種機能を実現する。具体的には、試験設定部１１から入力部１３０を介して入力される試験開始信号の有無に基づき、上述した通常使用モードと試験モードの２種類のモードの切り替え制御を行う。ＣＰＵ１００は出力部１４０を介して、各モードに対応してリレー１２と１４とにそれぞれＯＮ／ＯＦＦの指示信号を出力する。試験モードのときは、複数の試験を実行する制御を行い、そのときに入力される電流検知信号に基づき、試験の中止や継続を判定し実行する制御を行うとともに、試験継続の場合は、継続試験の実行制御と各試験時の電流検知信号の有無に基づきリレー１２、１４、遮断器引き外し回路２の異常の有無を判定する。判定結果は、出力部１４０を介して図示を省略した出力装置に出力する。出力装置は表示装置やプリンタなどである。

遮断器引き外し回路２は、遮断器引き外しコイル２０（図１では”ＴＣ”と表示）とこれに直列接続される遮断器補助接点２１を備える。

遮断器補助接点２１は、通常使用モードの系統故障時以外のときは閉状態である。系統故障時には遮断器の動作後、所定の時間経過後に、点ｆと点ｇ間を閉状態から開状態にし、系統故障が復旧し、リレー１２がＯＦＦとなった後は閉状態に復帰する。

遮断器引き外しコイル２０は、ここに、設定値以上の電流が流れることにより電力系統に設置された遮断器を作動させる。これにより、遮断器が設置された箇所で電力系統が遮断される。

このように構成されたディジタル形保護リレー１の通常使用モードでの動作及び試験モードでの動作について図３で、また、試験モードでの動作については図４も参照して説明する。図３の上段左端の「モード」は、ディジタル形保護リレー１が通常使用モードにあるか試験モードにあるかを示す。図３の「使用時」は、ディジタル形保護リレー１が通常使用モードにあることを示し、「試験時」は、ディジタル形保護リレー１が試験モードにあることを示す。「使用時」は、電力系統に故障が発生していない「定常時」と故障が発生した「故障時」の２つの状況を含む。通常は「定常時」であり、制御部１０は、異常検知信号が入力されると「故障時」と判定する。また、制御部１０は、試験設定部１１を介して試験開始信号が入力されると「試験時」と判定し、基本的には試験ＡからＥまでの試験を実行する。図４は、図３に示した各試験におけるディジタル形保護リレー１の制御部１０の動作を中心にフローチャートの形で示したものである。

「試験時」は、「試験Ａ」から「試験Ｅ」まで５種類の試験で構成され、各試験はリレー１２、１４の開閉（ＯＮ／ＯＦＦ）の指示を変えることにより実行される。制御部１０は、そのときの電流検知部１６からの電流検知信号の出力の有無を監視し、その情報に基づき各種判断又は異常診断を行う。以下では「定常時」、「故障時」、及び「試験Ａ」から「試験Ｅ」までの各試験を区別しないときは、それぞれを「モード」と呼ぶ。

図３の上段左端の「指示・状況」の「リレー指示」の欄は、各モードのときの制御部１０のリレー１２（「Ｘ」と記載）、リレー１４（「Ｙ」と記載）に対するＯＮ／ＯＦＦの指示を示し、「遮断器状況」の欄は、そのときの遮断器の開閉状況を示す。また、「ＰＣ」の欄には電流検知部１６による電流検知結果を示し、「考え得る状況」の欄の各番号には、各試験時のＰＣがＯＮ、ＯＦＦそれぞれのときに遮断器引き外し回路２（この略記として、図３、図４の説明では、遮断器引き外しコイル２０を示す「ＴＣ」で代用する）、リレー１２（Ｘと略記）、リレー１４（Ｙと略記）の正常／異常についてどのような判断が可能かを示す。「備考」の欄には試験Ｂ及びＣのＰＣの結果に基づくＴＣ、Ｘ、Ｙの診断結果を示すとともに、試験に伴う遮断器の誤作動を防止するという観点から、試験の中止についても示している。なお、「リレー指示」は、Ｘについては「ＯＦＦ」のとき開閉接点１３が開状態となる指示、「ＯＮ」のとき閉状態となる指示を表す。Ｙについては「ＯＦＦ」のとき、切替接点１５が点ｃと点ｄの間を接続するように駆動される指示、「ＯＮ」のとき、切替接点１５が点ｃと点ｅの間を接続するように駆動される指示を表す。ＰＣ欄の「ＯＦＦ」は、電流検知部１６に電流が流れない状況、「ＯＮ」は、所定の電流が流れる状況を示す。所定の電流とは、電力線ＰとＮを抵抗素子Ｒを介して接続したときに流れる電流Ｉ_Ｒのことであり、電力線ＰとＮ間の電圧の変動分を考慮した電流の範囲を含む。

図３の「使用時」の「ＰＣ」及び「遮断器状況」の欄の記載は、「定常時」、「故障時」のそれぞれにおいてＸ及びＹに対して「リレー指示」の欄に示したＯＮ／ＯＦＦ指示の制御を行い、リレー１２及び１４に異常がなく指示の通りに動作するとしたときの電流検知結果（ＰＣのＯＮ／ＯＦＦ）と遮断器の開閉状況をそれぞれ示している。

図３の「試験時」の「ＰＣ」の欄と「遮断器状況」の欄の記載は、各試験時において予定されている、Ｘ及びＹに対するＯＮ／ＯＦＦ指示の制御を行った時のＰＣと遮断器の開閉状況を示す。試験は試験ＡからＥまであり、その目的は、ＴＣの異常の有無を確認する試験を実施する際に、遮断器の誤作動が発生する恐れの有無を判定すること、及びＸ、Ｙ、及びＴＣに異常があるかどうかを診断することである。

図３の「使用時」の中の「定常時」、すなわち通常使用モードで電力系統に故障が発生していないときは、制御部１０は、リレー１２と１４に対して共にＯＦＦの指示を出している。従って、ＸとＹはＯＦＦ状態である。すなわち、図１において、開閉接点１３は開状態にあり、切替接点１５はｃ点とｄ点とを接続している。このときは、電流検知部１６は電流経路から切り離されており、電流検知信号を出力しないというＯＦＦ状態にある。そのため図３のＰＣの欄はＯＦＦである。遮断器引き外し回路２に故障がないときであっても、リレー１２と１４がいずれもＯＦＦの状態では、遮断器引き外しコイル２０には電流が流れない。そのため遮断器は閉状態にある。遮断器引き外し回路２の故障とは、遮断器引き外しコイル２０に一部断線が生じていること、通常時には閉状態であるべき遮断器補助接点２１が開状態になっていること等により、遮断器引き外しコイル２０に通電し得ない状況が発生していることを言う。

図３の「使用時」の中の「故障時」、すなわち通常使用モードで電力系統に故障が発生したときは、制御部１０は、リレー１４はＯＦＦのままとし、リレー１２にＯＮの指示を出す。従ってＹはＯＦＦ状態のままでＸはＯＮとなり、図１に示す開閉接点１３は閉状態になる。そうすると、遮断器引き外し回路２に異常がないときは、電力線ＰとＮとの間に遮断器引き外しコイル２０のインピーダンスＺが接続された電流経路が形成される。このとき、遮断器引き外しコイル２０には電力線ＰとＮとの間の電位差ＶとインピーダンスＺとで決まる電流が流れる。そのため、遮断器引き外しコイル２０には遮断器を作動させるのに十分な電流Ｉ（＝Ｖ／Ｚ）が流れる。その結果、遮断器は開状態となり、故障の発生した電力系統を他の電力系統から切り離す。

試験ＡからＥの詳細を、図４を中心に、図１及び図３を参照して説明する。試験ＡからＥは、制御部１０の制御により、図４に示すフロー図に示す各ステップ（ＳＴ）に従って実行される。試験は試験Ａから始める（ＳＴ１）。試験を開始するのは、「使用時」で「定常時」のときであるから、図３に示すようにＸ，Ｙ共にＯＦＦ、すなわち制御部１０がリレー１２、１４にＯＦＦの指示を出しているときである。このときＸ、Ｙは共にＯＦＦ状態であるとする。

次に、制御部１０は、電流検知部１６に電流が流れている場合に出力される電流検知信号が入力されているかどうか、即ちＰＣがＯＮかＯＦＦかを判定する（ＳＴ２）。試験ＡではＸ、ＹがＯＦＦ状態であるとしているので、電流検知信号は出力されず、ＰＣはＯＦＦである（ＳＴ２；ＯＦＦ）。ＰＣがＯＮ（ＳＴ２；ＯＮ）のときは、制御部１０は、予期しない異常が起こったと判定し（ＳＴ３）、試験を終了する。なお、このとき何らかの異常が発生した旨を出力装置（図示略）に出力してもよい。試験Ａのとき遮断器引き外し回路２が正常であるかどうかは不明である。

制御部１０は、試験ＡでＰＣがＯＦＦ（ＳＴ２；ＯＦＦ）であれば、Ｘ、ＹはいずれもＯＦＦ状態であることを確認することができ（ＳＴ４）、次に試験Ｂを実行する（ＳＴ５）。

試験Ｂでは、制御部１０は、Ｘへの指示は試験Ａのときのままにして、Ｙに対してＯＮの指示、即ち切替接点１５がｃ点とｅ点とを接続する指示を出す（ＳＴ５）。ＸはＯＦＦ状態であるので、試験Ｂの実行に伴い、遮断器が誤作動するような事態は起こりえない。

制御部１０は、試験ＢでＰＣがＯＮかＯＦＦかを判定する（ＳＴ６）。試験ＢでＰＣがＯＮのとき（ＳＴ６；ＯＮ）は、電力線ＰとＮとの間に、電流検知部１６を含む電流経路が形成されていることになる。電流経路が形成されるということは、ＴＣは正常であり、ＸはＯＦＦ状態のままなので、ＹはＯＮの指示に対してＯＮ状態になっていなければならない。このときのＸ，Ｙは、図３の「考え得る状況」欄の番号（１）に対応する状況であり、制御部１０は、ＴＣ及びＹは正常と判定する（ＳＴ８）。このとき、Ｘは試験Ａのときと同じＯＦＦ状態であり、ＹはＯＮ状態である。電流経路は、図１で、電力線Ｐから、電流検知部１６、抵抗値Ｒの抵抗要素１７、遮断器引き外しコイル２０、閉状態の遮断器補助接点２１を介して電力線Ｎに至る。電流検知部１６及び遮断器引き外しコイル２０には電流Ｉ_Ｒが流れ、電流検知部１６は電流検知信号を出力する。従って、ＰＣはＯＮとなる。なお、電流経路には抵抗要素１７が含まれるため、電流Ｉ_ＲはＶ／（Ｚ＋Ｒ）であり、抵抗値ＲはＲ≫Ｚとなるように設定されているので、Ｉ_Ｒは遮断器作動のために必要な電流Ｉよりも十分に小さくなる。そのため、遮断器引き外しコイル２０にＩ_Ｒが流れても、遮断器は誤作動しない。制御部１０はＳＴ８の後、試験Ｃを実行する（ＳＴ９）。

試験ＢでＰＣがＯＦＦ（ＳＴ６；ＯＦＦ）のとき、即ち電流検知部１６に電流が流れないときは、制御部１０は、Ｘ、Ｙ及びＴＣの状態は、以下に述べる第１のケースと第２のケースのいずれかであり、試験の継続に伴い遮断器の誤作動が発生しうると判定し（ＳＴ７）、試験Ｃを含めてその後の試験を中止する。

第１のケースは、図３の「考え得る状況」欄の番号（２）に対応した状態であり、ＴＣが異常の場合である。このときは、遮断器引き外し回路２は電流が流れない状態であるため、電力線ＰとＮとを結ぶ電流経路が形成されない（図１参照）。従って電流検知部１６には電流が流れずＰＣはＯＦＦとなる。このケースでは、Ｙは正常／異常のどちらの状態もあり得る。

第２のケースは、図３の「考え得る状況」欄の番号（３）に対応した状態であり、ＴＣは正常で、Ｙは、異常がありＯＮの指示に対して作動せず、ＯＦＦの状態のままの場合である。Ｘについては、試験Ａの状態が継続されているのでＯＦＦ状態である。このときも電力線ＰとＮとを結ぶ電流経路が形成されない（図1参照）ため、電流検知部１６には電流が流れず、ＰＣはＯＦＦとなる。

試験ＢでＰＣがＯＦＦのときは、Ｘ、Ｙ、及びＴＣが第１のケースと第２のケースのどちらの状態にあるか不明である。もし第２のケースであった場合に試験Ｃを実行してＸに対してＯＮの指示を出すと、Ｘが正常の場合はＸはＯＮ状態になる。この場合は遮断器が誤作動する。従って、試験ＢでＰＣがＯＦＦのときは、制御部１０は、試験の継続に伴い遮断器の誤作動が発生しうると判定する（ＳＴ７）。

試験ＢでＰＣがＯＮのときに実行される試験Ｃでは、制御部１０は、Ｘに対してＯＮの指示を出し（ＳＴ９）、そのときのＰＣがＯＮかＯＦＦかを判定する（ＳＴ１０）。

試験ＣでＰＣがＯＮのとき（ＳＴ１０；ＯＮ）は、電力線ＰとＮとの間に、電流検知部１６を含む電流経路が形成されていなければならない。ＳＴ８で、ＴＣはすでに正常であると判定されており、ＳＴ１０の判定結果からもＴＣが正常であることが判定される。また、ＹはＳＴ８の判定で示したようにＯＮ状態であるから、ＸはＯＮの指示に対して正常に作動せずＯＦＦ状態でなければ電流検知部１６に電流が流れることはない（図1参照）。従って、制御部１０は、図３の「考え得る状況」欄の番号（４）に対応した状態、すなわち、Ｘは異常と判定する（ＳＴ１２）。このときＸはＯＦＦ状態、ＹはＯＮ状態である。ＳＴ１２では、Ｘに異常がある旨、出力装置（図示省略）に出力して注意を喚起してもよい。この後、制御部１０は試験Ｄを実行する（ＳＴ１３）。なお、番号（４）に対応した状態のときは抵抗要素１７を含む電流経路が形成される（図１参照）ので、遮断器引き外し回路２には電流Ｉ_Ｒが流れ、遮断器は誤作動しない。

試験ＣでＰＣがＯＦＦのとき（ＳＴ１０；ＯＦＦ）は、ＳＴ８で、ＴＣはすでに正常であると判定されており、ＹはＳＴ８の判定で示したようにＯＮ状態であるから、電流検知部１６に電流が流れないためにはＸはＯＮ状態でなければならない（図１参照）。Ｘ、ＹがＯＮ状態のときは、図１からわかるように、電流検知部１６の両端がリレー１２の開閉接点１３を介して短絡された状態になるため、電流検知部１６には電流が流れない。従って、制御部１０は、図３の「考え得る状況」欄の番号（６）に対応した状態、すなわち、Ｘは正常と判定する（ＳＴ１１）。このときＸ、Ｙは共にＯＮ状態である。なお、ＳＴ８でＴＣは正常、ＹはＯＮ状態で正常と判定されているので、この判定結果と矛盾する図３の「考え得る状況」の番号（５）（７）（８）に対応した状態は判定対象から除外される。ＳＴ１１で、Ｘ、Ｙ、ＴＣが正常である旨、出力装置（図示省略）に出力して注意を喚起してもよい。ＳＴ１１の後、制御部１０は試験Ｄを実行する（ＳＴ１３）。なお、図３の番号（６）に対応した状態のときは抵抗要素１７を含む電流経路が形成される（図１参照）ので、遮断器引き外し回路２には電流Ｉ_Ｒが流れ、遮断器は誤作動しない。

以上をまとめた結果を図３の「備考」欄に示す。図１に示す構成のディジタル形保護リレー１では、制御部１０は、試験ＢでＰＣ＝ＯＦＦの結果を得たとき（ＳＴ６；ＯＦＦ）は、Ｙが異常によりＯＮ状態にない可能性があるので以降の試験を中止する。これにより試験の継続に伴う遮断器の誤作動の発生を防止することができる。ＰＣ＝ＯＮの結果を得たとき（ＳＴ６；ＯＮ）は、制御部１０は、ＴＣとＹは正常と判定する（ＳＴ８）。しかし、Ｘが正常かどうかはまだ不明である。通常使用モードでは、ＴＣが正常であることの確認だけでなく、電力系統に故障が発生した時に、遮断器引き外し回路２に電流を流すことができるように、ＸがＯＮの指示に対して正常に作動しＯＮ状態になることが確認されなければならない。そのために制御部１０は、試験Ｃを実行する（ＳＴ９）。制御部１０は、試験ＣでＰＣ＝ＯＮの結果を得たとき（ＳＴ１０；ＯＮ）は、Ｘは異常と判定し（ＳＴ１２）、ＰＣ＝ＯＦＦの結果を得たとき（ＳＴ１０；ＯＦＦ）は、Ｘは正常と判定する（ＳＴ１１）。

なお、試験Ａは試験の開始状態を規定するだけなので、実質的には試験ＢとＣが実質的な試験に該当する。このディジタル形保護リレー１によれば、試験ＢでＰＣがＯＦＦのとき、ＴＣの異常の有無を判定する試験を中止することでその後の試験に伴い起こりうる遮断器の誤作動を防止できる。

また、このディジタル形保護リレー１によれば、試験ＢでＰＣがＯＮのときＴＣ及びＹに異常が無いと判定でき、引き続き試験Ｃを実行してＰＣのＯＮ／ＯＦＦを見ることによりＸの健全性を確認することができる。即ち遮断器引き外し回路２の動作を担保するリレー１２を含めて遮断器引き外し回路２の健全性を確認することができるとともに、健全性の確認用の電流経路に切り替えるリレー１４の健全性も確認することができる。

異常診断用の試験は試験Ｂと試験Ｃだけでよい。しかし、この試験の後、ディジタル形保護リレー１を通常使用モードに戻す必要がある。試験ＤとＥはそのための処理を担う。

試験Ｃのあと、制御部１０は試験Ｄを実行し、Ｘに対してＯＦＦの指示を出し（ＳＴ１３）、ＰＣがＯＮかＯＦＦかを判定する（ＳＴ１４）。制御部１０は、ＰＣがＯＮのとき（ＳＴ１４；ＯＮ）は、ＸがＯＦＦ状態であると確認し（ＳＴ１５）、その後試験Ｅを実行する（ＳＴ１７）。試験Ｃの後、Ｘ、Ｙの状態を「使用時」で「定常時」のＸ、Ｙの状態、すなわち試験Ａと同じ状態（以下では試験Ｅと呼ぶ）に戻す必要があるが、試験Ｅの状態に戻すときも、遮断器が誤作動する恐れがある。これを避けるために、制御部１０は、試験Ｃが終わった後、Ｘ、Ｙの状態を直接に試験Ｅの状態に戻すことはせず、試験Ｂと同じ試験Ｄを実行する。ＳＴ１７でＸがＯＦＦ状態であることが確認された後は、遮断器が誤作動することはないので試験Ｅを実行できる。

試験ＤでＰＣがＯＦＦのときは、制御部１０は、予期しない異常が発生したと判定し（ＳＴ１６）、試験を終了する。これによって試験の継続に伴う万一の遮断器の誤作動を防止することができる。

試験Ｅで、制御部１０は、Ｙに対してＯＦＦの指示を出し（ＳＴ１７）、ＰＣのＯＮ／ＯＦＦを判定する（ＳＴ１８）。制御部１０は、ＰＣがＯＦＦのとき（ＳＴ１８；ＯＦＦ）は、ＹがＯＦＦ状態になり、ディジタル形保護リレー１が通常使用モードに復帰したことを確認し（ＳＴ１９）、試験を終了する。ＰＣがＯＮのときは予期しない異常が発生したと判定し（ＳＴ１６）、試験を終了する。

試験Ｃに引き続き、試験Ｄ、Ｅをこの順序で実行することにより、試験後のディジタル形保護リレー１を通常使用モードに戻す際に発生しうる遮断器の誤作動を防止することができる。

実施の形態１に係るディジタル形保護リレー１は、電力線Ｐ、Ｎに対して、図１に示す遮断器引き外し回路２の配置と逆にしても同様の効果を奏することができる。

図１に示す試験設定部１１は、マニュアルでの試験開始の設定を前提としたものであるが、タイマーを備えて予め設定された周期毎に自動的に試験を開始するようにしたものであってもよい。

また、制御部１０は異常と判定したときは警報出力や警報表示を行ってもよい。また、リトライ試験を実施するように制御してもよい。

試験時に系統事故が発生し、制御部１０が異常検知信号の入力があったと判定したときは、優先して、リレー１２，１４に対して、図３の「使用時」で「故障時」の際のＸ、Ｙに対するＯＮ／ＯＦＦ指示を出す。

なお、制御部１０は試験設定部１１を含む構成にしてもよい。このときは図２に示す制御部１０の構成に、入力部１３０に接続された入力装置を追加し、この入力装置が試験設定部１１となる。また、制御部１０は異常検知部（図示省略）を含む構成にしてもよい。このときは、異常検知部は、異常検知に使用する信号（電力系統の電流信号又は電圧信号）を入力するための入力部１３０と、その信号から異常の有無を判定し、異常有りと判定したときに異常検知信号を発生するという処理を実行するＣＰＵ１００、メモリ１１０及びＣＰＵ１００での処理に必要なデータを格納するメモリ１２０とで構成される。

（実施の形態２）
実施の形態２に係るディジタル形保護リレー１の構成例を図５に示す。図５に示すディジタル形保護リレー１が、図１に示すディジタル形保護リレー１と異なるのは、抵抗要素１７の一端が点ｄと遮断器引き外し回路２とを繋ぐ電流経路に接続されるのではなく、電力線Ｎに接続されている点である。

このディジタル形保護リレー１のリレー１２（以下Ｘと呼ぶ）とリレー１４（以下Ｙと呼ぶ）の役割は図１に示すディジタル形保護リレー１の場合と同じであり、制御部１０が制御して実行する試験ＡからＥにおけるＸとＹのＯＮ／ＯＦＦの指示も同じである。

図６に試験ＡからＥの内容を示す。基本的には図３の場合と同様であるが、試験時の電流経路にＴＣが含まれないため、「考え得る状況」の欄の番号は、ＴＣが「正常」のときに対応した番号のみが残されている。試験実行時に、ＴＣが異常で電流経路が形成されないということは実施の形態２では生じないからである。図６の「考え得る状況」の欄の番号は図３の番号と共通である。番号（２）と（５）が無いのはこれらの状況がＴＣ異常時に対応したものだからである。その結果、図６の備考の（Ａ）の「試験ＢでＰＣ＝ＯＦＦ」のとき、試験Ｃを中止する点は図３の場合と同じであるが、その理由を、「Ｙ＝異常（左欄（３））」としている。図３の「考え得る状況」の番号（３）のとき試験Ｃを実行すると番号（８）の状態になる可能性があり、そのときは遮断器が誤作動するからである。

このディジタル形保護リレー１の試験時の動作を示すフローチャートは１点を除き図４に示すフローチャートと同じである。異なる点はＳＴ７で、ＴＣに関する記載が削除される点だけである。

このディジタル形保護リレー１は、試験Ｂの結果によりリレー１４の健全性が確認できるため、遮断器の誤動作の恐れを低減できる。また、リレー１４が正常のときは、リレー１４による電流経路の切り替えによって、試験時の電流経路に遮断器引き外し回路２を含まないので、試験時に遮断器が誤作動する恐れがない状態でリレー１２と１４のそれぞれの健全性を確認することができる。そのため、試験時の電流経路に遮断器引き外し回路２を含む場合に比べて、試験時にリレー１２、１４に流す電流を大きくすることができる。従って、より実際に近い状態でのリレー１２、１４の健全性を確認することができる。

なお、実施の形態１に係るディジタル形保護リレー１は、１対の電力線間に配置される遮断器引き外し回路２と直列接続さえされていればその配置は自由でよいが、実施の形態２に係るディジタル形保護リレー１については、試験時に、遮断器引き外し回路２が、抵抗要素１７を含む電流計路上に位置することのないように、その配置に留意しなければならない。

このディジタル形保護リレー１は、抵抗要素１７の電力線Ｎとの接続端をつなぎ替えすることにより図１に示す接続にすることが容易である。このつなぎ替えは、切り替えスイッチを導入し、マニュアルで行ってもよいし、制御部１０を介して実施してもよい。この切り替えスイッチは、リレー１４と同様な切替リレーを利用して構成されてもよい。この切り替えリレーも３つの接続点を有し、図５の抵抗要素１７と電力線Ｎとの間に配置される。各接続点は、それぞれ、抵抗要素１７と、接続点ｄ及び遮断器引き外し回路２を結ぶ電流経路の一点と、電力線Ｎ上の１点と接続される。切り替えリレーの場合は、切り替えは制御部１０の指示による。

図５の配置で試験を行った後に図１の配置に戻して遮断器引き外し回路２の健全性試験を行うことにすると、リレー１２、１４の健全性が予めわかっているため、それを踏まえた試験を行うことができる。そのため、遮断器の誤作動防止の点でより安全な試験ができ、より明確な健全性の情報を得ることができる。

（実施の形態３）
実施の形態３に係るディジタル形保護リレー１の構成例を図７に示す。図７に示すディジタル形保護リレー１は、図１の場合と比べてリレー１２と直列に接続されたリレー４０を備え、開閉用のリレーを二重化した点が異なる。これに伴い、図７ではリレー１２を「Ｘ_１」と表示し、リレー４０を「Ｘ_２」と表示する。リレー４０はＯＦＦ状態で開閉接点５０がｐ点とｑ点間を開状態にし、ＯＮ状態で閉状態にする。

更に、ディジタル形保護リレー１は、リレー４０の制御用に補助制御部３０を備える。補助制御部３０は入力された異常検知信号によりリレー４０の開閉制御を行う。補助制御部３０は図２に示す構成と同様に、ＣＰＵ１００、メモリ１１０、メモリ１２０、入力部１３０及び出力部１４０で構成される。異常検知信号は、制御部１０に入力される異常検知信号と同じ異常検知信号である。なお、制御部１０が異常検知部を含むように構成されているときは、補助制御部３０も同様に異常検知部を含む構成とする。このときは、異常検知信号の代わりに、異常検知部への入力信号（電力系統の電流信号又は電圧信号）が制御部１０及び補助制御部３０にそれぞれ入力される。

制御部１０は、試験時に、リレー１２を動作させるとき、動作指示信号Ｍを出力する。補助制御部３０は、この動作指示信号Ｍを受けて、リレー１２と同様にリレー４０の開閉制御を行う。すなわち、この動作指示信号Ｍを介して、リレー１２は制御部１０により、リレー４０は補助制御部３０により互いに同じ開閉状態となるように制御される。動作指示信号Ｍは、通常時における補助制御部に対する異常検知信号の役割を担う。

以上の点を除き、図７に示すディジタル形保護リレー１は図１に示すディジタル形保護リレー１と同じである。リレー１２と４０とは同時に且つ同じように開閉するように制御されるので、それぞれのリレーが正常な状態のときは図１に示すリレー１２が１個の場合と同じである。

異なるのは、いずれか一方に異常が生じてＯＮ／ＯＦＦの指示通りに開閉しない場合である。従って、このディジタル形保護リレー１は、図３のＸの開状態は、リレー１２と４０の双方が開のときであるとし、一方でも閉状態のときはリレー１２と４０が閉状態であるとする。即ち、ＯＦＦの指示に対してリレー１２と４０の双方に異常が無く開状態のとき正常と判定され、一方でも異常があればリレー１２と４０が異常と判定される。ＯＮの指示の場合もリレー１２と４０の双方に異常が無く閉状態のとき正常と判定され、一方でも異常があればリレー１２と４０が異常と判定される。

このような前提でリレー１２と４０とを一つのリレーと考えることができるので、本ディジタル形保護リレー１の場合にも図３と図４がそのまま適用できる。

このディジタル形保護リレー１によれば、リレー１２と４０のように開閉用のリレーを直列に二重化する構成にしているので、一方のリレーが何らかの事情により誤作動したとき、それにより遮断器が誤作動を起こすことが防止されるため、信頼性の高いディジタル形保護リレーが実現できる。それ以外の点ではこのディジタル形保護リレー１は実施の形態１に係るディジタル形保護リレー１による効果と同様の効果を奏することができる。

なお、これまでは異常検知信号又は異常検出部は、制御部１０と補助制御部３０とで、相互に独立しているとして説明したが、異常検知信号の入力、又は異常検知部を制御部１０にのみ集約してもよい。このときは制御部１０がリレー１２を開閉制御するとき、補助制御部３０は動作信号Ｍを受けてリレー４０を同様に開閉制御する。異常検知信号の入力、又は異常検知部の機能は制御部１０に集約されるので、二重化の程度は若干低下するが、少なくともリレーは二重化されるので、実施の形態１に係るディジタル形保護リレー１よりも信頼性の高いディジタル形保護リレー１の提供が可能となる。

また、補助制御部３０を省き制御部１０のみでリレー１２とリレー４０との開閉制御を行ってもよい。補助制御部３０が省かれるので二重化の程度は更に低下するが、それでもリレーは二重化されているので実施の形態１に係るディジタル形保護リレー１よりも信頼性の高いディジタル形保護リレー１の提供が可能となる。なお、このような構成のときは、動作指示信号Ｍは不要になる。

このディジタル形保護リレー１は開閉用のリレー１２の二重化を実施の形態２に適用したものにしてもよい。この場合もディジタル形保護リレー１の信頼性が改善されると共に実施の形態２に係るディジタル形保護リレー１による効果と同様の効果も奏することができる。

１ディジタル形保護リレー
２遮断器引き外し回路
１０制御部
１１試験設定部
１２リレー（開閉部）
１３開閉接点
１４リレー（切替部）
１５切替接点
１６電流検知部
１７抵抗素子（抵抗要素）
２０遮断器引き外しコイル（ＴＣ）
２１遮断器補助接点
３０補助制御部
４０リレー（開閉部）
５０開閉接点
Ｍ動作指示信号

Claims

電力系統の保護用に設置された遮断器を動作させるために一対の電力線間に設置された遮断器引き外し回路の、健全性試験機能を備えたディジタル形保護リレーであって、
前記遮断器引き外し回路に直列接続され、前記遮断器引き外し回路への電流経路を開閉する開閉部と、
前記開閉部の接続された第１の接続点と、前記電力系統を保護するときの前記遮断器引き外し回路への電流経路を形成する第２の接続点と、第３の接続点とを備え、前記第１の接続点の接続先を前記第２の接続点及び前記第３の接続点のいずれか一方に切り替える切替部と、
前記第２の接続点及び前記一対の電力線のうち前記遮断器引き外し回路の接続されている側の一方の電力線のいずれか一方と前記第１の接続点との間に、前記切替部と並列に接続された抵抗要素と、
前記開閉部の、前記切替部と接続された端部とは反対側の端部と、前記第３の接続点との間の前記開閉部に対する並列電流経路上に設置され、該並列電流経路に電流が流れたとき検知信号を出力する電流検知部と、
前記健全性試験時に、前記開閉部と前記切替部とに対して、予め設定された動作制御を行ったときの前記検知信号の有無に基づき、前記健全性試験の中止、又は継続を判断するように構成された制御部と、
を備えることを特徴とするディジタル形保護リレー。
前記制御部は、前記健全性試験を継続すると判断したときに、前記開閉部と前記切替部とに対する、他の予め設定された動作制御を実行し、そのときの前記検知信号の有無の情報も加えた複数の前記検知信号の有無の情報に基づき、前記開閉部と前記切替部の健全性を判定するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のディジタル形保護リレー。
前記抵抗要素と接続した第４の接続点と、前記第２の接続点と接続した第５の接続点と、前記一方の電力線と接続した第６の接続点と、を備える他の切替部を備え、
前記制御部は、前記他の切替部の前記第４の接続点の接続先を、前記第５の接続点及び前記第６の接続点のいずれか一方に切り替える制御を行い、その後に前記健全性試験を実行するように構成されている、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のディジタル形保護リレー。
前記開閉部と前記切替部との間に接続され、前記遮断器引き外し回路への電流経路を開閉する他の開閉部と、
前記制御部からの指示を受け、前記開閉部の開閉制御と同じ開閉制御を、同じタイミングで前記他の開閉部に対して実行する他の制御部と、
を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のディジタル形保護リレー。