JP7499595B2 - 距離リレー - Google Patents

Description

本開示は、距離リレーに関する。

特開２００７－２０３５３号公報（特許文献１）は、１．５遮断器方式（「１・１／２遮断器方式」：one and a half breaker arrangementとも称する）の母線から引き出された送電線を保護する距離リレーについて開示している。

１．５遮断器方式では、順に直列接続された第１遮断器、第２遮断器、および第３遮断器を介して、第１母線と第２の母線とが接続される。送電線の第１端は第１遮断器と第２遮断器との間に接続される。さらに、第１母線と第１遮断器との間に第１電流変成器が接続され、第２遮断器と第３遮断器との間に第２電流変成器が接続され、送電線の第１端に近接した位置に第１電圧変成器が接続される。

特許文献１の一実施形態によれば、送電線保護リレーは、距離リレー要素と、外部故障検出手段とを備える。外部故障検出手段は、電流変成器の磁気飽和（以下、ＣＴ飽和とも称する）によって距離リレー要素が誤動作するのを防止するために設けられている。

具体的に、距離リレー要素には、第１電流変成器および第２電流変成器によって検出される故障電流の合成電流と、第１電圧変成器によって検出される送電線電圧とが入力される。距離リレー要素は、これらの入力に基づいて、入力位置から故障発生点までのインピーダンスと、故障点が前方方向か否かを検出する。

外部故障検出手段は、位相検出手段と、電流急変検出手段とを備える。位相検出手段は、第１電流変成器によって検出される第１電流の位相と第２電流検出手段によって検出される第２電流の位相とが同相（すなわち、内部故障）か逆相（すなわち、外部故障）かを判定する。電流急変検出手段は、第１電流または第２電流の少なくとも一方が急変したか否かを判定する。これらの判定は、電流変成器が飽和するまでの短時間に行われる。外部故障検出手段は、第１電流または第２電流の少なくとも一方が急変し、かつ第１電流の位相と第２電流の位相とが逆相（すなわち、外部故障）の場合に、距離リレー要素を動作しないようにロックする。

特開２００７－２０３５３号公報

上記の特許文献１では、送電線の第１端側の電源電圧の位相と送電線の第２端側の電源電圧の位相とは負荷電流によって異なる場合があることが考慮されていない。送電線の両端で電源電圧の位相が異なる場合には、第１電流変成器によって検出される第１電流と第２電流変成器によって検出される第２電流との位相差は、内部故障の場合に０°（同相）にはならず、外部故障の場合に１８０°（逆相）にはならない。このように、第１電流と第２の電流との位相差が本来の位相差からずれるために、位相検出手段が同相か逆相かの判定を誤る可能性がある。

たとえば、第２母線で故障が発生した場合について説明する。この場合、第１電流変成器の設置位置には、第１母線から第２母線への貫通電流が流れる。第２電流変成器の設置位置には、この貫通電流ととともに、送電線の第２端から第１端の方向に流れる送電線電流が流れる。貫通電流は送電線の第１端側の電源電圧に基づくものであり、送電線電流は送電線の第２端側の電源電圧に基づくものであるため、両者の位相は異なる場合がある。ＣＴ飽和がない場合にはこの位相差は通常３０°以内であるが、ＣＴ飽和が生じると位相差が広がる。この結果、位相検出手段は逆相と判定すべきところ同相と誤判定する可能性がある。

本開示は、上記の問題点を考慮してなされたものである。本開示の目的は、１．５遮断器方式を用いて母線から引き出された送電線を保護するための距離リレーにおいて、電流変成器の磁気飽和による誤動作をより確実に防止することである。

一実施形態において、送電系統を保護する距離リレーが提供される。送電系統は、送電線と、１．５遮断器方式で送電線の第１端と接続された第１母線および第２母線ならびに送電線の第２端と接続された第３母線および第４母線と、第１端と第１母線との間を流れる第１電流を検出する第１電流変成器と、第１端と第２母線との間を流れる第２電流を検出する第２電流変成器と、第１端の第１電圧を検出する第１電圧変成器と、第２端と第３母線との間を流れる第３電流を検出する第３電流変成器と、第２端と第４母線との間を流れる第４電流を検出する第４電流変成器とを備える。距離リレーは、距離判定部と、方向判定部と、外部故障判定部とを備える。距離判定部は、第１電流の検出値と第２電流の検出値とを加算した第１合成電流の値と第１電圧の検出値とに基づいてインピーダンスを算出し、算出したインピーダンスの大きさが整定値以内であるか否かを判定する。方向判定部は、合成電流の値と第１電圧の検出値とに基づいて、故障点が前方であるか後方であるかを判定する。外部故障判定部は、同一のサンプリング時刻に検出された第１電流、第２電流、第３電流、および第４電流の各検出値の加算結果に基づいて、外部故障であるか否かを判定する。距離リレーは、距離判定部によってインピーダンスが整定値以内であると判定され、方向判定部によって故障点が前方であると判定され、外部故障判定部によって外部故障でないと判定された場合に、対応する遮断器にトリップ信号を出力する。

上記の実施形態の距離リレーによれば、第１電流、第２電流、第３電流、および第４電流の各検出値の加算結果に基づいて外部故障であるか否かを判定する外部故障判定部の判定結果を用いることによって、電流変成器の磁気飽和による誤動作をより確実に防止できる。

送電系統の構成例を示す回路図である。 図１の送電線保護リレーのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。 図１の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。 図３の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である。 実施の形態２の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。 図５の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である。 実施の形態３の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。 図７の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である（後方故障が生じている場合）。 図７の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である（前方故障が生じている場合）。 実施の形態４の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。 第１電流と第２電流との位相関係について説明するための図である。 図１０の距離リレー要素の動作を示すフローチャートである。 図１０の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である。

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

実施の形態１．
［送電系統の構成］
図１は、送電系統の構成例を示す回路図である。なお、送電系統１５は三相交流系統として構成されているが、図１では図解を容易にするために各母線および送電線などを１本の線で表している。

図１を参照して、送電系統１５は、送電線２０と、送電線２０の第１端２３の側に設けられた第１母線２１および第２母線２２と、送電線２０の第２端２６の側に設けられた第３母線２４と第４母線２５とを含む。第１母線２１と第２母線２２とは母線連絡線１６を介して接続され、第３母線２４と第４母線２５とは母線連絡線１７を介して接続される。

送電系統１５は、さらに、第１母線２１と第２母線２２との間の母線連絡線１６上に順に直列に接続された第１遮断器ＣＢ１、第２遮断器ＣＢ２、および第３遮断器ＣＢ３と、第３母線２４と第４母線２５との間の母線連絡線１７上に順に直列に接続された第４遮断器ＣＢ４、第５遮断器ＣＢ５、および第６遮断器ＣＢ６とを含む。送電線２０の第１端２３は第１遮断器ＣＢ１と第２遮断器ＣＢ２との間に接続され、送電線２０の第２端２６は第４遮断器ＣＢ４と第５遮断器ＣＢ５との間に接続される。

なお、図１では図示していないが、通常、第２遮断器ＣＢ２と第３遮断器ＣＢ３との間に第２の送電線の一端が接続される。さらに、第５遮断器ＣＢ５と第６遮断器ＣＢ６との間にこの第２遮断器ＣＢ２の他端または別の第３の送電線の一端が接続される。

上記のような母線、遮断器、および送電線の配置を１．５遮断器方式と称する。遮断器ＣＢ１～ＣＢ６は通常時は閉状態に制御され、故障発生時に故障部位を送電系統１５から切り離すように、関係する遮断器が開状態に制御される。

送電系統１５は、さらに、第１電流変成器ＣＴ１と、第２電流変成器ＣＴ２と、第１電圧変成器ＰＴ１と、第３電流変成器ＣＴ３と、第４電流変成器ＣＴ４と、第２電圧変成器ＰＴ２とを含む。

第１電流変成器ＣＴ１は、第１母線２１と第１遮断器ＣＢ１との間の母線連絡線１６を流れる第１電流Ｉ１を検出する。第２電流変成器ＣＴ２は、第２遮断器ＣＢ２と第３遮断器ＣＢ３との間の母線連絡線１６を流れる第２電流Ｉ２を検出する。第１電圧変成器ＰＴ１は、送電線２０の第１端２３に近接した位置の第１電圧Ｖ１を検出する。第３電流変成器ＣＴ３は、第３母線２４と第４遮断器ＣＢ４との間の母線連絡線１７を流れる第３電流Ｉ３を検出する。第４電流変成器ＣＴ４は、第５遮断器ＣＢ５と第６遮断器ＣＢ６との間の母線連絡線１７を流れる第４電流Ｉ４を検出する。第２電圧変成器ＰＴ２は、送電線２０の第２端２６に近接した位置の第２電圧Ｖ２を検出する。

送電線２０を保護する送電線保護リレーとして、送電線２０の第１端２３の近くに送電線保護リレー３０Ａが設けられ、送電線２０の第２端２６の近くに送電線保護リレー３０Ｂが設けられる。

送電線保護リレー３０Ａは、第１電流変成器ＣＴ１から第１電流Ｉ１を表す信号を取り込み、第２電流変成器ＣＴ２から第２電流Ｉ２を表す信号を取り込み、第１電圧変成器ＰＴ１から第１電圧Ｖ１を表す信号を取り込む。送電線保護リレー３０Ｂは、第３電流変成器ＣＴ３から第３電流Ｉ３を表す信号を取り込み、第４電流変成器ＣＴ４から第４電流Ｉ４を表す信号を取り込み、第２電圧変成器ＰＴ２から第２電圧Ｖ２を表す信号を取り込む。

さらに、送電線保護リレー３０Ａと送電線保護リレー３０Ｂとは、通信路２７を介して相互に接続される。通信路２７は、有線であってもよいし、無線であってもよい。また、通信路２７は、専用線であってもよいし、ネットワークであってもよい。

送電線保護リレー３０Ａは、第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との合成電流ＩＬを表す信号を、通信路２７を介して送電線保護リレー３０Ｂに送信する。送電線保護リレー３０Ｂは、第３電流Ｉ３と第４電流Ｉ４との合成電流ＩＲを表す信号を、通信路２７を介して送電線保護リレー３０Ａに送信する。なお、送電線保護リレー３０Ａは、合成電流ＩＬに代えて第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２を表す信号を送電線保護リレー３０Ｂに送信してもよい。また、送電線保護リレー３０Ｂは、合成電流ＩＲに代えて第３電流Ｉ３および第４電流Ｉ４を表す信号を送電線保護リレー３０Ａに送信してもよい。

送電線保護リレー３０Ａは、第１電流Ｉ１、第２電流Ｉ２、第１電圧Ｖ１、および合成電流ＩＲの各検出値に基づいて、距離リレー方式により送電線２０で故障が生じているか否かを判定する。送電線保護リレー３０Ｂは、第３電流Ｉ３、第４電流Ｉ４、第２電圧Ｖ２、および合成電流ＩＬの各検出値に基づいて、距離リレー方式により送電線２０で故障が生じているか否かを判定する。送電線保護リレー３０Ａ，３０Ｂの動作の詳細は、図３および図４を参照して後述する。

以下の説明において、送電線保護リレー３０Ａ，３０Ｂを距離リレー３０Ａ，３０Ｂと称する場合がある。また、送電線保護リレー（距離リレー）３０Ａ，３０Ｂについて、総称する場合または不特定の一つを示す場合に送電線保護リレー（距離リレー）３０と記載する。第１遮断器ＣＢ１、第２遮断器ＣＢ２、第３遮断器ＣＢ３、第４遮断器ＣＢ４、第５遮断器ＣＢ５、および第６遮断器ＣＢ６について、総称する場合に遮断器ＣＢと記載する。第１電流変成器ＣＴ１、第２電流変成器ＣＴ２、第３電流変成器ＣＴ３、および第４電流変成器ＣＴ４について総称する場合に電流変成器ＣＴと記載する。

［送電線保護リレーのハードウェア構成］
図２は、図１の送電線保護リレーのハードウェア構成の一例を示すブロック図である。図１の送電線保護リレー３０Ａと送電線保護リレー３０Ｂとは同様の構成を有しているので、以下では送電線保護リレー３０Ａを代表的に説明する。

図２を参照して、送電線保護リレー３０Ａは、いわゆるデジタルリレー装置と同様の構成を有している。具体的に、送電線保護リレー３０Ａは、入力変換部１００と、Ａ／Ｄ変換部１１０と、演算処理部１２０と、Ｉ／Ｏ（Input and Output）部１３０とを備える。

入力変換部１００は、各入力チャンネルごとに補助変成器１０１＿１，１０１＿２，…を備える。入力変換部１００は、図１の第１電流変成器ＣＴ１から出力された第１電流Ｉ１を表す信号、第２電流変成器ＣＴ２から出力された第２電流Ｉ２を表す信号、および第１電圧変成器ＰＴ１から出力された第１電圧Ｖ１を表す信号を、三相交流の相ごとに取り込む。各補助変成器１０１は、これらの入力信号をＡ／Ｄ変換部１１０および演算処理部１２０での信号処理に適した電圧レベルの信号に変換する。

Ａ／Ｄ変換部１１０は、アナログフィルタ（ＡＦ：Analog Filter）１１１＿１，１１１＿２，…と、サンプルホールド回路（Ｓ／Ｈ：Sample Hold Circuit）１１２＿１，１１２＿２，…と、マルチプレクサ（ＭＰＸ：Multiplexer）１１３と、Ａ／Ｄ変換器１１４とを含む。アナログフィルタ１１１およびサンプルホールド回路１１２は、入力変換部１００のチャンネルごとに設けられる。

各アナログフィルタ１１１は、Ａ／Ｄ変換の際の折返し誤差を除去するために設けられたローパスフィルタである。各サンプルホールド回路１１２は、対応のアナログフィルタ１１１を通過した信号を規定のサンプリング周波数でサンプリングして保持する。サンプリング周波数は、たとえば、４８００Ｈｚである。マルチプレクサ１１３は、サンプルホールド回路１１２＿１，１１２＿２，…に保持された電圧信号を順次選択する。Ａ／Ｄ変換器１１４は、マルチプレクサ１１３によって選択された信号をデジタル値に変換する。

演算処理部１２０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）１２１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）１２２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）１２３と、これらを接続するバス１２４とを含む。ＣＰＵ１２１は、プログラムに従って動作することにより、送電線保護リレー３０Ａの全体の動作を制御する。ＲＡＭ１２２およびＲＯＭ１２３は、ＣＰＵ１２１の主記憶として用いられる。ＲＯＭ１２３は、フラッシュメモリなどの不揮発性メモリを記憶媒体として用いることにより、プログラムおよび信号処理用の設定値などを収納することができる。

Ｉ／Ｏ部１３０は、通信回路１３１と、デジタル入力（Ｄ／Ｉ：Digital Input）回路１３４と、デジタル出力（Ｄ／Ｏ：Digital Output）回路１３５とを含む。通信回路１３１は、送電線保護リレー３０Ｂから合成電流ＩＲを受信する受信機１３２と、送電線保護リレー３０Ｂに合成電流ＩＬを送信する送信機１３３とを含む。デジタル入力回路１３４およびデジタル出力回路１３５は、ＣＰＵ１２１と外部装置との間でデジタル信号の入出力を行う際のインターフェース回路である。たとえば、デジタル出力回路１３５は、ＣＰＵ１２１の指令に従ってトリップ信号ＴＲＳを、関係する遮断器ＣＢに出力する。

なお、演算処理部１２０の機能は、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）またはＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの電子回路として実現されていてもよいし、ＣＰＵ、ＡＳＩＣ、およびＦＰＧＡのうち２つ以上を組み合わせて実現されてもよい。

［距離リレー要素の機能的構成］
図３は、図１の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。図１の送電線保護リレー３０Ａの動作と送電線保護リレー３０Ｂの動作とは同様であるので、図３では送電線保護リレー３０Ａで実現される距離リレー要素４０Ａの機能を代表的に示している。なお、距離リレー要素４０Ａの機能は、たとえば、図２のＣＰＵ１２１がプログラムに従って動作することによって実現される。

図３に示すように、距離リレー要素４０Ａは、加算器３５と、フィルタ（ＦＩＬ）３６，３７と、距離判定部４１と、方向判定部４２と、同期処理部４３と、外部故障判定部５０と、論理演算器４４，４５とを含む。

加算器３５は、第１電流Ｉ１の検出値と第２電流Ｉ２の検出値とを加算することにより、合成電流ＩＬの値を算出する。算出された合成電流ＩＬは、フィルタ３７および同期処理部４３に入力されるとともに、送信機１３３を介して送電線保護リレー３０Ｂに向けて出力される。

フィルタ３６は、第１電圧Ｖ１の検出値から正弦波成分を抽出する。抽出された第１電圧Ｖ１の正弦波成分は、距離判定部４１および方向判定部４２に入力される。また、フィルタ３７は、算出された合成電流ＩＬから正弦波成分を抽出する。抽出された合成電流ＩＬの正弦波成分は、距離判定部４１および方向判定部４２に入力される。

距離判定部４１は、第１電圧Ｖ１の正弦波成分と合成電流ＩＬの正弦波成分とから、インピーダンスを演算する。距離判定部４１は、算出したインピーダンスが整定値以内であるか否かを判定する。

方向判定部４２は、第１電圧Ｖ１の正弦波成分の位相に対して合成電流ＩＬの正弦波成分の位相が同相側（すなわち、前方）であるか、逆相側（すなわち、後方）であるかを判定する。

また、方向判定部４２にはメモリ機能が設けられており、現時点の第１電圧Ｖ１の検出値と現時点よりもｎ周期前（ｎは２または３程度）の第１電圧Ｖ１の検出値を係数倍した値とを加算した加算電圧が判定に用いられる。これによって、故障発生直後に第１電圧Ｖ１が急減することによって方向判定が不能にならないようにする。さらに、加算電圧の大きさ（たとえば、振幅または実効値）も小さくなって方向判定ができなくなる前の時点で、方向判定部４２の出力がロックされ、その時点の判定結果が維持される。たとえば、現時点と現時点からｎ周期前との両方の時点での第１電圧Ｖ１の大きさが閾値より小さくなった時点で、方向判定部４２の出力が固定される。以下、方向判定部４２の出力をラッチさせる機能を「出力ロック機能」または「出力ラッチ機能」と称する。また、出力ロック機能を生じさせるか否かを決定するための、第１電圧Ｖ１の大きさに関する上記のような判定条件を「ラッチ条件」と称する。

同期処理部４３は、合成電流ＩＬの算出値の入力を受けるとともに、送電線保護リレー３０Ｂから合成電流ＩＲの算出値を受信する。同期処理部４３は、受信した第２端側の合成電流ＩＲのサンプリング時刻に同期するように、通信路２７の伝送遅延分だけ現時点よりも前のサンプリング時刻の合成電流ＩＬの算出値を取り出す。同期処理部４３は、同一のサンプリング時刻に検出された第１電流Ｉ１、第２電流Ｉ２、第３電流Ｉ３、および第４電流Ｉ４の各検出値に基づく合成電流ＩＬおよび合成電流ＩＲの値を、外部故障判定部５０に出力する。

なお、送電線保護リレー３０Ａにおける電気量のサンプルタイミングと、送電線保護リレー３０Ｂにおける電気量のサンプルタイミングとの同期には種々の方法を用いることができ、特に限定されない。たとえば、通信路２７を介して送電線保護リレー３０Ａと送電線保護リレー３０Ｂとから相互に同期パルスを送信し合う公知の方法を用いてもよい。この方法では、送電線保護リレー３０Ａ，３０Ｂの各々における同期パルスの送信時刻と受信時刻の時間差から、通信路２７の伝送遅延を計測できる。そして、計測した伝送遅延に基づいて、送電線２０の両端における電気量のサンプルタイミングを同期させることができる。

外部故障判定部５０は、送電線２０の第１端２３の側の合成電流ＩＬと第２端２６の側の合成電流ＩＲとに基づいて、送電線２０の保護区間に対して外部故障が発生しているか否かを判定する。この判定は、各電流変成器ＣＴが飽和するまでの間に実行される。外部故障判定部５０は、外部故障が発生している場合に、論理値「真（true）」を出力する。なお、以下の説明において、便宜的に論理値「真（true）」を「１」に対応付け、論理値「偽（false）」を「０」に対応付ける。

具体的には図３に示すように、外部故障判定部５０は、電流差動判定部５１と、第１故障判定部５２と、ワンショットタイマー５３と、論理演算器５４と、動作タイマー５５と、復帰タイマー５６とを含む。以下、外部故障判定部５０の構成および動作について説明する。

電流差動判定部５１は、送電線２０の第１端２３の側の合成電流ＩＬの瞬時値と第２端２６の側の合成電流ＩＲの瞬時値との和の絶対値が閾値Ｋ１よりも小さいか否かを判定する。すなわち、サンプリング時刻ｔにおいて、
ＩＬ（ｔ）＝Ｉ１（ｔ）＋Ｉ２（ｔ） …(1)
ＩＲ（ｔ）＝Ｉ３（ｔ）＋Ｉ４（ｔ） …(2)
ＩＤ＝｜（ＩＬ（ｔ）＋ＩＲ（ｔ））｜＜Ｋ１ …(3)
が満たされるとき、電流差動判定部５１は、論理値「真（true）」を出力する。キルヒホッフの電流則により、ＩＤは外部故障では零になり、内部故障では故障電流の大きさに相当する値を有する。したがって、上式（３）が満たされる場合は、送電線２０に負荷電流または外部故障電流が流れていることを示している。

第１故障判定部５２は、第１端２３の側の合成電流ＩＬまたは第２端２６の側の合成電流ＩＲが急変したか否かを判定する。具体的に図３の例では、Ｔを定格周波数における周期（サイクルとも称する）として、
ΣΔＩ＝｜IL(t)＋IL(t－T/2)｜＋｜IR(t)＋IR(t－T/2)｜ …(4)
を計算する。第１故障判定部５２は、（４）式の値が閾値Ｋ２よりも大きいとき、すなわち、
ΣΔＩ＞Ｋ２ …(5)
が満たされるとき、論理値「真（true）」を出力する。

上式（４）の第１項は、サンプリング時刻ｔにおける合成電流ＩＬ（ｔ）の瞬時値と、サンプリング時刻ｔよりも電気角で１８０°前の合成電流ＩＬ（ｔ－Ｔ／２）の瞬時値との和の絶対値を表す。上式（４）の第２項は、サンプリング時刻ｔにおける合成電流ＩＲ（ｔ）の瞬時値と、サンプリング時刻ｔよりも電気角で１８０°前の合成電流ＩＲ（ｔ－Ｔ／２）の瞬時値との和の絶対値を表す。よって、合成電流ＩＬ，ＩＲは正弦波であるので、故障のない場合にはΣΔＩの値は０になる。一方、内部故障か外部故障かにかかわらず、故障が発生すると電流が急変するためにΣΔＩの値は急増する。

したがって、上式（５）が満たされる場合は、送電系統１５に内部故障または外部故障が生じていることを示している。上式（３）および（５）が両方満たされている場合は、送電系統１５に外部故障が生じていることを示している。

ワンショットタイマー５３は、第１故障判定部５２の出力が「０」から「１」に変化したとき、パルス間隔Ｔ１だけ出力「１」を継続する。一般に、パルス間隔Ｔ１は、電流変成器ＣＴの磁気飽和が生じるまでの判定時間として１サイクル程度に設定される。

動作タイマー５５は、論理演算器５４の出力が「０」から「１」に変化してから動作時間Ｔ２が経過したときに、自身の出力を「０」から「１」に切り替える。復帰タイマー５６は、動作タイマー５５の出力が「１」から「０」に変化してから復帰時間Ｔ３が経過したときに、自身の出力を「１」から「０」に切り替える。たとえば、動作時間Ｔ２は１／８～１／６サイクル程度に設定され、復帰時間Ｔ３は電流変成器ＣＴの磁気飽和の継続時間以上（たとえば、１０～２０サイクル程度）に設定される。

したがって、外部故障判定部５０は、上式（５）が満たされてからＴ１時間（たとえば、１サイクル）の間に、上式（３）がＴ２時間（たとえば、１／８～１／６サイクル）以上継続して満たされると、Ｔ３時間（たとえば、１０～２０サイクル）の間、「１」を出力する。

論理演算器４５は、外部故障判定部５０から出力された論理値の否定と、方向判定部４２から出力された論理値との論理積を演算して演算結果を出力する。論理演算器４４は、距離判定部４１から出力された論理値と、論理演算器４５から出力された論理値との論理積を演算して演算結果を出力する。

したがって、外部故障判定部５０が外部故障でないと判定した場合（すなわち、外部故障判定部５０の出力が「０」の場合）には、距離判定部４１と方向判定部４２との判定結果によって距離リレー要素４０Ａの出力が決定される。すなわち、距離判定部４１によってインピーダンスが整定値以内であると判定され、方向判定部４２によって前方故障であると判定された場合に、距離リレー要素４０Ａは送電線２０の保護範囲内で内部故障が発生していると判定する。この結果、距離リレー要素４０Ａは、対応する第１遮断器ＣＢ１および第２遮断器ＣＢ２にトリップ信号ＴＲＳを出力する。なお、トリップ信号ＴＲＳは、図示しない復帰タイマーによって予め定められた時間、継続されるか、または図示しないラッチ回路によってラッチされる。

一方、外部故障判定部５０が外部故障であると判定した場合（すなわち、外部故障判定部５０の出力が「１」の場合）には、方向判定部４２の判定結果によらず、論理演算器４４，４５の出力は「０」に固定される。したがって、電流変成器ＣＴの磁気飽和に起因した方向判定部４２の誤動作を防止できる。

また、電流変成器ＣＴの磁気飽和が生じていると、方向判定部４２は、外部故障であるにもかかわらず前方と誤判定する。仮に、方向判定部４２が前方と誤判定しているときにメモリ機能によって判定結果をラッチしたとする。この時点では外部故障判定部５０の出力は「１」であるので論理演算器４５の出力は「０」となり、距離リレー要素は誤動作しない。しかし、復帰タイマー５６の復帰時間Ｔ３が経過すると、外部故障判定部５０の出力は「０」に戻る。この時点で方向判定部４２の出力が前方方向（すなわち、「１」）でラッチされていると、論理演算器４５の出力は「１」となって距離リレー要素が誤動作する。本実施の形態の距離リレー要素４０Ａでは、このような誤動作を防止するために、外部故障判定部５０が「１」を出力したときに、方向判定部４２は、判定結果を後方に（すなわち、出力を「０」）にロックする。以上によって、方向判定部４２のメモリ機能に起因した誤動作を防止できる。

［距離リレー要素の動作例］
図４は、図３の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である。図４のタイミング図は、上から順に、図３に示す第１電流Ｉ１、第２電流Ｉ２、合成電流ＩＲ、距離判定部４１の出力信号Ａ０、方向判定部４２の出力信号Ａ１，Ａ２、電流差動判定部５１の出力信号Ｂ、第１故障判定部５２の出力に基づくワンショットタイマー５３の出力信号Ｃ、外部故障判定部５０の出力信号Ｄ、論理演算器４４の出力信号Ｅ（トリップ信号ＴＲＳ）の各信号波形を示している。なお、方向判定部４２の出力信号Ａ２は本実施の形態の場合の波形を示し、出力信号Ａ１は比較例の波形を示す。

以下の説明では、各判定部の出力が「１」（論理値：真）の場合をハイレベルとし、判定部の出力が「０」（論理値：偽）の場合をローレベルとする。なお、図４および後続する図６、図８、図９、図１３の各タイミング図に示された信号波形は説明のために誇張したものであり、実際の信号波形をそのまま示したものではなく、正しい縮尺で表示もされていない。

図４のタイミング図では、図１の第２母線２２の故障点Ｆで地絡故障が生じた場合が示されている。この場合、第１母線２１から第２母線２２の方向に母線連絡線１６を通って貫通電流が流れるとともに第３電流Ｉ３および第４電流Ｉ４の合成電流ＩＲが送電線２０を通って第２母線２２に流入する。したがって、第２電流変成器ＣＴ２で検出される電流は、貫通電流（すなわち、第１電流Ｉ１）と合成電流ＩＲ（すなわち、Ｉ３＋Ｉ４）との合成電流である。なお、図４では、各電流変成器ＣＴにおいて、各母線から送電線２０の方向に電流が流れる場合を正として表示している。

図４を参照して、時刻ｔ１１では故障は生じておらず、送電系統１５は通常状態である。この場合、各電流変成器ＣＴによって負荷電流が検出される。負荷電流の大きさは故障電流の大きさよりもかなり小さいので、図４では図示を省略している。負荷電流が流れている場合、前述の式（３）の判定式が満たされているので、電流差動判定部５１の出力信号Ｂはハイレベルである。

時刻ｔ１２において、図１の故障点Ｆで地絡故障が発生する。距離判定部４１がインピーダンスを計算するのに故障発生から１サイクル程度の時間がかかる。したがって、時刻ｔ２０に、距離判定部４１は、算出したインピーダンスが整定値以内であり、送電系統１５に故障が発生していると判定する。これにより、距離判定部４１の出力信号Ａ０はハイレベルに切り替わる。

方向判定部４２による位相検出には、故障発生から１／６サイクル程度の時間がかかる。したがって、それまでの期間は方向判定部４２の判定結果に故障発生前の影響が含まれるため、方向判定部４２の出力は不定である。その後、電流変成器ＣＴの磁気飽和の影響が現れるまでの間は、方向判定部４２の出力信号Ａ２はローレベル（すなわち、外部故障）である。

また、外部故障の場合には、電流差動判定部５１の出力信号Ｂはハイレベルのままである。すなわち、前述の式（３）の判定式は満たされている。

故障発生（時刻ｔ１２）から２～３ミリ秒（ｍｓ）が経過した時刻ｔ１３に、第１故障判定部５２は、前述の式（５）が満たされていると判定することによって、電流の急変を検出する。これにより、ワンショットタイマー５３は、パルス間隔Ｔ１の間、ハイレベルの出力信号Ｃを出力する。

時刻ｔ１３から動作タイマー５５の動作時間Ｔ２が経過する時刻ｔ１４までの間、電流差動判定部５１の出力信号Ｂがハイレベルの状態が維持されると、外部故障判定部５０は外部故障であると判定する。これにより、外部故障判定部５０の出力信号Ｄは、復帰タイマー５６の復帰時間Ｔ３の間だけハイレベルに維持される。さらに、外部故障判定部５０は、時刻ｔ１４に方向判定部４２の出力信号Ａ２をローレベル（すなわち、後方判定）にラッチする。

次の時刻ｔ１５に、第２電流Ｉ２（すなわち、第１電流Ｉ１、第３電流Ｉ３、および第４電流Ｉ４の合成電流）によって生成される磁束密度が、第２電流変成器ＣＴ２のコアの最大磁束密度を超えたために第２電流変成器ＣＴ２のコアは磁気飽和状態になる。なお、時刻ｔ１７において電流変成器ＣＴを流れる電流の方向が逆になるので、第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和は解消する。しかし、時刻ｔ１８において再び第２電流変成器ＣＴ２に磁気飽和が発生し、この磁気飽和は時刻ｔ１９まで継続する。以下、第２電流変成器ＣＴ２によって検出される第２電流Ｉ２は同様の現象を繰り返す。

第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和により、電流差動判定部５１は、｜Ｉ１｜＞｜Ｉ２｜であるために内部故障であると誤判定し、出力信号Ｂをローレベルに切り替える。しかしながら、外部故障判定部５０の出力信号Ｄは、時刻ｔ１４の時点で外部故障に確定しているので第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和の影響を受けない。

さらに、方向判定部４２の出力信号Ａ２は、時刻ｔ１４の時点で外部故障判定部５０によってローレベル（すなわち、後方判定）に固定されている。したがって、方向判定部４２の出力信号Ａ２は、第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和の影響を受けない。

なお、外部故障判定部５０によって方向判定部４２の出力が後方にロックされない場合、方向判定部４２の出力信号波形をＡ１（Ａ１ａ，Ａ１ｂ）として示す。図４に示すように、出力信号波形Ａ１は、時刻ｔ１６に第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和の影響を受けて、ハイレベル（前方判定）に切り替わる。仮にこの状態で方向判定部４２自身の出力ロック機能によって方向判定部４２の出力がロックされてしまうと、実線の出力信号波形Ａ１ａのように、前方判定であると方向判定部４２は誤判定する。一方、仮に、故障発生による電圧低下が比較的小さく、方向判定部４２自身の出力ロック機能が働かない場合には、破線の出力信号波形Ａ１ｂのように、磁気飽和が生じていない期間はローレベル（後方判定）の出力信号波形を示し、磁気飽和が生じている期間はハイレベル（前方判定）の出力信号波形を示す。

最終的な距離リレー要素４０Ａの出力信号（論理演算器４４の出力信号Ｅ）は、距離判定部４１の出力信号Ａ０の論理値と、方向判定部４２の出力信号Ａ２の論理値と、外部故障判定部５０の出力信号Ｄの論理値の否定との論理積である。したがって、外部故障の場合には、距離リレー要素４０Ａの出力信号Ｅはローレベルであり、トリップ信号は出力されない。

［実施の形態１の効果］
図３の外部故障判定部５０が設けられていない場合を比較例１とし、図３の電流差動判定部５１に代えて前述の特開２００７－２０３５３号公報（特許文献１）に開示された位相検出手段が設けられている場合を比較例２とする。以下、上記の距離リレー要素４０Ａをこれらの比較例１，２と比較しつつ実施の形態１の効果について説明する。

まず、外部故障判定部５０が設けられていない比較例１の場合には、距離判定部４１の出力信号Ａ０の論理値と方向判定部４２の出力信号Ａ２の論理値との論理積によって、距離リレー要素４０Ａの出力信号Ｅが決定される。しかしながら、たとえば、図１の故障点Ｆで外部故障が生じたために第２電流変成器ＣＴ２に磁気飽和が生じた場合には、方向判定部４２は前方故障であると誤判定する。この結果、距離リレー要素４０Ａは誤動作する。

これに対して、本実施の形態の距離リレー要素４０Ａの場合には、外部故障判定部５０によって電流変成器ＣＴの磁気飽和が生じる前に外部故障であるか否かが判定される。そして、外部故障判定部５０によって外部故障であると判定された場合には、論理演算器４５の出力信号がローレベルに固定され、方向判定部４２の出力信号Ａ２もローレベル（後方判定）に固定される。したがって、電流変成器ＣＴの磁気飽和に起因した距離リレー要素４０Ａの誤動作を防止できる。

一方、比較例２の場合には、位相検出手段は、第１電流変成器ＣＴ１によって検出された第１電流Ｉ１と第２電流変成器ＣＴ２によって検出された第２電流Ｉ２とが、同相（すなわち、内部故障）であるか逆相（すなわち、外部故障）であるかを判定する。この判定は、電流変成器ＣＴの磁気飽和が生じる前に実行される。位相検出手段によって第１電流Ｉ１の位相と第２電流Ｉ２の位相とが逆相（すなわち、外部故障）と判定された場合には、距離リレー要素が動作しないようにロックされる。

しかしながら、位相検出手段で実行される位相演算は定格周波数の正弦波では正しく演算できるが、故障発生時の過渡的な歪波波形では演算誤差が生じる。

さらに、たとえば、図１の故障点Ｆで外部故障が生じた場合には、第１電流変成器ＣＴ１によって検出される第１電流Ｉ１は、第１母線２１から第２母線２２の方向の貫通電流である。第２電流変成器ＣＴ２によって検出される第２電流Ｉ２は、この貫通電流と送電線２０の第２端２６の側から流入する電流との合成電流である。すなわち、第２電流Ｉ２は、第１電流Ｉ１と第３電流Ｉ３と第４電流Ｉ４との合成電流に等しい。第１電流Ｉ１は送電線２０の第１端２３の側の電源電圧に基づくものであるのに対し、第３電流Ｉ３および第４電流Ｉ４は送電線２０の第２端２６の側の電源電圧に基づくものであるため、両者の位相は最大で３０°程度ずれている可能性がある。上記した故障発生時の過渡的な歪波波形と、送電線の両端の電源電圧の位相ずれの影響とが組み合わされることにより、位相検出手段は逆相と判定すべきところ同相と誤判定する可能性がある。

これに対して、本実施の形態の距離リレー要素４０Ａの場合には、電流差動判定部５１は、第１端２３の側の第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の瞬時値に、さらに、同一のサンプリング時刻の第２端２６の側の第３電流Ｉ３および第４電流Ｉ４の瞬時値を加算した加算値に基づいて、内部故障か外部故障かを判定する。キルヒホッフの電流則に基づいて内部故障では加算値は非零になり、外部故障では加算値は零になる。この加算値の絶対値を閾値と比較することによって、第１端２３の側の電源位相と第２端２６の側の電源位相が大きく異なっている場合でも、確実に外部故障であるか否かを判定することができる。

本実施の形態では、さらに、外部故障判定部５０によって外部故障と判定された場合には、方向判定部４２の判定結果が後方判定でロックされる。この結果、方向判定部４２のメモリ機能に起因した誤判定を回避することができる。

なお、本実施の形態では、各送電線保護リレー３０は、送電線２０の相手端側の検出電流を利用する。このため、各送電線保護リレー３０は、自端側の検出電流の合成電流を相手端側の送電線保護リレー３０に送信する送信機１３３と、相手端側の検出電流の合成電流を相手端側の送電線保護リレー３０から受信する受信機１３２と、自端側の検出電流と相手端側の検出電流とを同期させるための同期処理部４３とを含む。さらに、送電線２０の両端の送電線保護リレー３０Ａ，３０Ｂを接続する通信路２７が設けられる。

ここで、図１の通信路２７が光ファイバーで構成される場合には信号の伝送遅延時間は２～３ミリ秒程度であるので、外部故障判定部５０は、ＣＴ飽和発生までの短時間（たとえば、３～５ミリ秒）で外部故障であるか否かの判定が可能である。しかしながら、たとえば、通信路２７がメタルケーブルによって構成されている場合には、伝送遅延時間が最大で１０数ミリ秒に達する場合がある。この場合には、方向判定部４２による方向判定よりも外部故障判定部５０による判定が遅れる。この問題点に対する対策については、実施の形態２で説明する。

なお、送電線保護リレー３０Ａ，３０Ｂの各々が距離リレー要素とともに電流差動リレー要素を含む場合には、電流差動リレー要素で計算される差動電流を用いて、式（３）のＩＤを計算してもよい。

実施の形態２．
実施の形態２では、通信路２７の伝送遅延時間が大きいために、方向判定部４２による方向判定よりも外部故障判定部５０による判定が遅れる場合について説明する。以下に詳しく説明するように、方向判定部４２の出力信号の経路に動作タイマー６３を設けることによって、方向判定部４２からの出力変化を遅らせる。動作タイマー６３の動作時間Ｔ４は、通信路２７の伝送遅延時間にほぼ等しく設定される。

［距離リレー要素の機能的構成］
図５は、実施の形態２の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。図１の送電線保護リレー３０Ａの動作と送電線保護リレー３０Ｂの動作とは同様であるので、図５では送電線保護リレー３０Ａで実現される距離リレー要素４０Ｂの機能を代表的に示している。なお、距離リレー要素４０Ｂの機能は、たとえば、図２のＣＰＵ１２１がプログラムに従って動作することによって実現される。

具体的に、図５の距離リレー要素４０Ｂは、第２故障判定部６０と、復帰タイマー６１と、論理演算器６２と、動作タイマー６３とをさらに含む点で、図３の距離リレー要素４０Ａと異なる。

第２故障判定部６０は、第１電流Ｉ１の検出値と第２電流Ｉ２の検出値とを受ける。第２故障判定部６０は、自端側の検出電流、すなわち、第１電流Ｉ１または第２電流Ｉ２が急変したか否かを判定する。すなわち、第２故障判定部６０は、Ｔを定格周波数での周期として、
ΔＩ１（ｔ）＝｜Ｉ１（ｔ）＋Ｉ１（ｔ－Ｔ／２）｜ …(6)
ΔＩ２（ｔ）＝｜Ｉ２（ｔ）＋Ｉ２（ｔ－Ｔ／２）｜ …(7)
を計算する。上式（６）の右辺は、サンプリング時刻ｔにおける第１電流Ｉ１（ｔ）の瞬時値と、サンプリング時刻ｔよりも電気角で１８０°前の第１電流Ｉ１（ｔ－Ｔ／２）の瞬時値との和の絶対値を表す。上式（７）の右辺は、サンプリング時刻ｔにおける第２電流Ｉ２（ｔ）の瞬時値と、サンプリング時刻ｔよりも電気角で１８０°前の第２電流Ｉ２（ｔ－Ｔ／２）の瞬時値との和の絶対値を表す。

さらに、故障判定部６０は、Ｉｓｔを整定値として、
ΔＩ１（ｔ）＋ΔＩ２（ｔ）＞Ｉｓｔ …(8)
が満たされるとき、論理値「真」を出力する。故障のない場合には、ΔＩ１（ｔ）およびΔＩ２（ｔ）の値はほぼ０になる。内部故障か外部故障かにかかわらず、故障が発生すると第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２が急変するために、ΔＩ１（ｔ）とΔＩ２（ｔ）の和は閾値よりも大きくなる。第２故障判定部６０は、自端側の電流検出値のみを用いて故障の有無を判定しているので、自端側と相手端側の両方の電流検出値を利用する第１故障判定部５２に比べて、通信路２７の伝送遅延の影響を受けずに故障の有無を早く判定できる。

復帰タイマー６１は、第２故障判定部６０の出力が「１」から「０」に変化してから復帰時間Ｔ５が経過したときに、自身の出力を「１」から「０」に切り替える。論理演算器６２は、方向判定部４２の出力信号の論理値と復帰タイマー６１の出力信号の論理値との論理積を演算して出力する。

動作タイマー６３は、論理演算器６２の出力が「０」から「１」に変化してから動作時間Ｔ４の経過後に自身の出力を「０」から「１」に変化させる。これにより、外部故障であるにもかかわらず電流変成器ＣＴの磁気飽和によって方向判定部４２が内部故障と誤判定した場合に、出力信号が「１」に変化するのを動作時間Ｔ４だけ遅らせることができる。動作時間Ｔ４は、通信路２７の伝送遅延時間にほぼ等しく設定される。

論理演算器４５は、動作タイマー６３の出力信号の論理値と外部故障判定部５０の出力信号の論理値の否定との論理積を演算する。したがって、外部故障が生じた場合に通信路２７の伝送遅延時間だけ外部故障判定部５０の出力が遅れても、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４だけ方向判定部４２の出力変化の影響を遅らせることできる。この結果、電流変成器ＣＴの磁気飽和に起因した距離リレー要素４０Ｂの誤動作を防止できる。

図５のその他の点は図３の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

［距離リレー要素の動作例］
図６は、図５の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である。図６のタイミング図は、上から順に、図５に示す第１電流Ｉ１、第２電流Ｉ２、合成電流ＩＲ、距離判定部４１の出力信号Ａ０、方向判定部４２の出力信号Ａ１，Ａ２、第２故障判定部６０の出力に基づく復帰タイマー６１の出力信号Ｂ、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ｃ、電流差動判定部５１の出力信号Ｄ、第１故障判定部５２の出力に基づくワンショットタイマー５３の出力信号Ｅ、外部故障判定部５０の出力信号Ｆ、論理演算器４４の出力信号Ｇ（トリップ信号ＴＲＳ）の各信号波形を示している。

第１電流Ｉ１、第２電流Ｉ２、合成電流ＩＲ、距離判定部４１の出力信号Ａ０、および方向判定部４２の出力信号Ａ１，Ａ２は、実施の形態１の図４の場合と同じ信号波形である。具体的に、時刻ｔ３１に図１の第２母線２２の故障点Ｆで外部故障が生じる。時刻ｔ３３から時刻ｔ３５までの間、および時刻ｔ３６から時刻ｔ４０までの間に、第２電流変成器ＣＴ２において磁気飽和が発生する。このために、第２電流変成器ＣＴ２で検出される第２電流Ｉ２はほぼ０になる。

距離判定部４１によるインピーダンスの計算には、故障発生から１サイクル程度の時間がかかる。したがって、時刻ｔ４１に、距離判定部４１は、算出したインピーダンスが整定値以内であり、送電系統１５に故障が発生していると判定する。これにより、距離判定部４１の出力信号Ａ０は「０」から「１」に切り替わる。

また、時刻ｔ３１の外部故障の発生によって、方向判定部４２は、当初は後方故障であると判定し、その出力信号Ａ１，Ａ２は「０」になる。時刻ｔ３３に第２電流変成器ＣＴ２に磁気飽和が生じると、その影響を受けて方向判定部４２が前方故障であると誤判定する。このため、方向判定部４２の出力信号は「０」から「１」に切り替わる。その後、基本的に、方向判定部４２の出力信号は、図６の破線の波形Ａ１ｂの変化を示す。ただし、第１電圧Ｖ１（ただし、メモリ機能により２、３周期前の電圧値を係数倍した値を加算したもの）の大きさが閾値より小さくなった時点の値に応じて、方向判定部４２の出力信号は、ハイレベル（Ａ１ａ）またはローレベル（Ａ２）に固定される。さらに、後述するように、外部故障判定部５０が外部故障と判定すると、方向判定部４２の出力信号は、ローレベル（Ａ２）に固定される。

時刻ｔ３１の外部故障発生後の時刻ｔ３２に、第２故障判定部６０は、第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の急変を検出する。その後、０．５サイクルの間、第２故障判定部６０の出力信号Ｂは「１」である。さらに、復帰タイマー６１は、復帰時間Ｔ５の間、出力信号Ｂを「１」に維持した後、時刻ｔ４３に出力信号Ｂを「０」に切り替える。

時刻ｔ３１の外部故障発生後、第１故障判定部５２は、合成電流ＩＲ，ＩＬの急変を検出する。これにより、ワンショットタイマー５３はパルス間隔Ｔ１の間、出力信号Ｅとしてワンショットパルスを出力する。ただし、このワンショットパルスの立ち上がりは、通信路２７の伝送遅延時間の影響により時刻ｔ３７まで遅延する。

次の時刻ｔ３３に第２電流変成器ＣＴ２が磁気飽和するために、第２電流Ｉ２がほぼ０になる。これにより、時刻ｔ３４に方向判定部４２が前方故障であると誤判定し、その出力信号Ａ１が「０」から「１」に切り替わる。これにより、動作タイマー６３の出力信号Ｃは、動作時間Ｔ４の経過後に「１」に切り替わるように徐々に増加する。

また、時刻ｔ３３における第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和の影響により、電流差動判定部５１は、内部故障であると誤判定するためにその出力信号Ｄが「１」から「０」に切り替わる。ただし、この信号変化は、通信路２７の伝送遅延時間の影響により時刻ｔ３９まで遅延する。

ワンショットタイマー５３の出力信号が「１」に切り替わった時刻ｔ３７から、動作タイマー５５の動作時間Ｔ２が経過する時刻ｔ３８まで間、電流差動判定部５１の出力信号Ｄがハイレベルの状態が維持されると、外部故障判定部５０は外部故障であると判定する。これにより、外部故障判定部５０の出力信号Ｆは、復帰タイマー５６の復帰時間Ｔ３の間だけハイレベルに維持される。さらに、外部故障判定部５０は、時刻ｔ３８に方向判定部４２の出力信号Ａ２をローレベル（すなわち、後方判定）にラッチする。この結果、動作タイマー６３の出力信号Ｃはローレベルに固定される。

最終的な距離リレー要素４０Ｂの出力信号（論理演算器４４の出力信号Ｇ）の論理値は、距離判定部４１の出力信号Ａ０の論理値と、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ｃの論理値と、外部故障判定部５０の出力信号Ｆの論理値の否定との論理積である。したがって、外部故障の場合には、距離リレー要素４０Ｂの出力信号Ｇはローレベルであり、トリップ信号は出力されない。

［実施の形態２の効果］
外部故障判定部５０が自端電流と相手端電流の両方を利用するため、通信路２７の伝送遅延時間だけ外部故障判定部５０の判定が遅れる。したがって、通信路２７の伝送遅延時間が大きい場合には、電流変成器ＣＴが磁気飽和するまでに外部故障判定部５０の判定結果が得られないという不都合が生じる。そこで、実施の形態２の距離リレー要素４０Ｂでは、動作タイマー６３を用いることによって、電流変成器ＣＴの磁気飽和による方向判定部４２の出力信号の変化を動作時間Ｔ４だけ遅らせる。動作時間Ｔ４は、通信路２７の伝送遅延時間にほぼ等しく設定される。これにより、外部故障が生じている場合に、方向判定の演算タイミングと外部故障判定の演算タイミングとを整合させることができるので、電流変成器ＣＴの磁気飽和による距離リレー要素４０Ｂの誤動作を防止できる。

実施の形態３．
実施の形態２では、動作タイマー６３を用いて方向判定部４２の出力変化を動作時間Ｔ４だけ遅らせることによって、外部故障発生時の電流変成器ＣＴの磁気飽和による方向判定部４２の誤出力を防止できる。しかしながら、動作タイマー６３は、内部故障発生時の方向判定部４２の前方出力も同様に遅延させるために、電流変成器ＣＴの磁気飽和が生じていない場合にも不要に距離リレー要素の動作を遅延させることになる。実施の形態３では、後方故障発生時にのみに方向判定部４２の前方判定結果の出力を遅延させるようにする。これによって、不要な距離リレー要素の動作遅延を防止できる。以下、図面を参照して具体的に説明する。

［距離リレー要素の機能的構成］
図７は、実施の形態３の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。図１の送電線保護リレー３０Ａの動作と送電線保護リレー３０Ｂの動作とは同様であるので、図７では送電線保護リレー３０Ａで実現される距離リレー要素４０Ｃの機能を代表的に示している。なお、距離リレー要素４０Ｃの機能は、たとえば、図２のＣＰＵ１２１がプログラムに従って動作することによって実現される。

具体的に、図７の距離リレー要素４０Ｃは、自端電流による故障方向判定部７０と、動作タイマー６３とを含む点で、図３の距離リレー要素４０Ａと異なる。故障方向判定部７０は、第２故障判定部６０と、復帰タイマー６１と、位相判定部７１と、論理演算器７２とを含む。

図７の第２故障判定部６０および復帰タイマー６１の動作は、図５の第２故障判定部６０および復帰タイマー６１の動作と同一である。したがって、これらには同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

位相判定部７１における位相判定は、内部故障であれば第１電流Ｉ１の波形と第２電流Ｉ２の波形とがほぼ同じであり、外部故障であれば第１電流Ｉ１の波形と第２電流Ｉ２の波形とがほぼ逆転していることを利用したものである。すなわち、２つのサンプリング時刻における第１電流Ｉ１の瞬時値の差分をΔ^＃Ｉ１（ｔ）とし、同じ２つのサンプリング時刻における第２電流Ｉ２の瞬時値の差分をΔ^＃Ｉ２（ｔ）とすれば、
前方故障の場合、Δ^＃Ｉ１（ｔ）×Δ^＃Ｉ２（ｔ）＞０ …(9)
後方故障の場合、Δ^＃Ｉ１（ｔ）×Δ^＃Ｉ２（ｔ）＜０ …(10)
が成り立つ。上式（９）は、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が－９０°より大きく＋９０°よりも小さい範囲で成り立つ。位相判定部７１は、前方故障と判定した場合に「１」を出力し、前方故障でないと判定した場合に「０」を出力する。

たとえば、リレー演算用のサンプリング周期を電気角で３０°とし、現時点ｔよりも電気角でｎ・３０°前の第１電流Ｉ１をＩ１（ｔ－ｎ）と表記し、現時点ｔよりも電気角でｎ・３０°後の第１電流Ｉ１をＩ１（ｔ＋ｎ）と表記する。ただし、ｎは正の整数である。第２電流Ｉ２についても同様に表記する。上式（９），（１０）において、＃＝１の場合、２つのサンプリング時刻は電気角で３０°の時間差がある。＃＝２の場合、２つのサンプリング時刻は電気角で６０°の時間差がある。＃＝３の場合、２つのサンプリング時刻は電気角で９０°の時間差がある。

まず、位相判定部７１は、現サンプリング時刻ｔにおいて、
Δ^１Ｉ１（ｔ）＝Ｉ１（ｔ）－Ｉ１（ｔ－１） …(11A)
Δ^１Ｉ２（ｔ）＝Ｉ２（ｔ）－Ｉ２（ｔ－１） …(11A)
を計算し、上式（９）が成立しているか否かを判定する。

現サンプリング時刻ｔにおいて上式（９）が成立している場合、位相判定部７１は、次のサンプリング時刻ｔ＋１において、
Δ^２Ｉ１（ｔ＋１）＝Ｉ１（ｔ＋１）－Ｉ１（ｔ－１） …(12A)
Δ^２Ｉ２（ｔ＋１）＝Ｉ２（ｔ＋１）－Ｉ２（ｔ－１） …(12A)
を計算し、上式（９）が成立しているか否かを判定する。

次のサンプリング時刻ｔ＋１において上式（９）が成立している場合、位相判定部７１は、さらに次のサンプリング時刻ｔ＋２にておいて、
Δ^３Ｉ１（ｔ＋２）＝Ｉ１（ｔ＋２）－Ｉ１（ｔ－１） …(13A)
Δ^３Ｉ２（ｔ＋２）＝Ｉ２（ｔ＋２）－Ｉ２（ｔ－１） …(13A)
を計算し、上式（９）が成立しているか否かを判定する。このように連続した３つのサンプリング時刻で上式（９）が成立している場合に、位相判定部７１は、前方故障であると判定する。

外部故障発生後の短時間で電流変成器ＣＴの磁気飽和が発生する場合には、上記のような３サンプリング時刻の位相判定では時間がかかりすぎ、距離リレー要素４０Ｃが誤動作する可能性がある。この場合には、現サンプリング時刻ｔと次のサンプリング時刻ｔ＋１の２サンプリング時刻において、上式（９）が成立している場合に、位相判定部７１は前方故障であると判定してもよい。

自端側の電源電圧と相手端側の電源電圧とに位相差がある場合には、図１の第２母線２２の故障点Ｆで外部故障が生じた場合に、第１電流変成器ＣＴ１で検出される第１電流Ｉ１と第２電流変成器ＣＴ２で検出される第２電流Ｉ２とに位相差が生じる場合がある。この場合には、前方判定の位相範囲を狭くする必要がある。たとえば、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が－６０°よりも大きく＋６０°よりも小さい範囲で成立するようにするには、位相判定部７１は、
Δ^＃Ｉ１（ｔ）×Δ^＃Ｉ２（ｔ）＞０ …(14A)
Δ^＃Ｉ１（ｔ）×Δ^＃Ｉ２（ｔ－１）＞０ …(14B)
Δ^＃Ｉ１（ｔ－１）×Δ^＃Ｉ２（ｔ）＞０ …(14C)
が全て満たされているか否かを判定する。

前述のように（１４Ａ）式は、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が－９０°よりも大きく＋９０°より小さい場合に成立する。（１４Ｂ）式は、Ｉ１に対するＩ２∠－３０°の位相差が－９０°～＋９０°の範囲、すなわち、－１２０°～＋６０°の範囲で成立する。（１４Ｃ）式は、Ｉ１∠－３０°に対するＩ２の位相差が－９０°～＋９０°の範囲、すなわち、－６０°～＋１２０°の範囲で成立する。したがって、上式（１４Ａ）～（１４Ｃ）が全て成立する場合は、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が－６０°より大きく＋６０°より小さい範囲にある。これにより、第１電流Ｉ１の位相と第２電流Ｉ２の位相とが３０°ずれていても、位相判定部７１は前方故障であると正しく判定できる。なお、（１４Ａ）～（１４Ｃ）の各式が成立しているか否かの判定は、上式（９）の場合と同様に、２サンプリング時刻または３サンプリング時刻で実行される。

論理演算器７２は、復帰タイマー６１の出力信号の論理値と位相判定部７１の出力信号の論理値との論理積を演算する。したがって、故障方向判定部７０は、前方故障と判定した場合に動作タイマー６３に「１」を出力し、そうでない場合に「０」を出力する。

動作タイマー６３は、方向判定部４２の出力信号の立ち上がりを動作時間Ｔ４だけ遅延させる。ここで、動作タイマー６３は、故障方向判定部７０が前方故障と判定した場合に動作時間Ｔ４が０ミリ秒に設定され、故障方向判定部７０が後方故障と判定した場合に動作時間Ｔ４が通信路２７の伝送遅延時間にほぼ等しい値に設定される。

図７のその他の点は図３および図５で説明したものと同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

［距離リレー要素の動作例］
図８および図９は、図７の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である。図８のタイミング図は後方故障（図１の故障点Ｆの外部故障）が生じている場合を示し、図９のタイミング図は前方故障が生じている場合を示す。

図８および図９のタイミング図は、上から順に、図７に示す距離判定部４１の出力信号Ａ０、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ１，Ａ２、第２故障判定部６０の出力に基づく復帰タイマー６１の出力信号Ｂ、位相判定部７１の出力信号Ｃ、故障方向判定部７０（論理演算器７２）の出力信号Ｄ、電流差動判定部５１の出力信号Ｅ、第１故障判定部５２の出力に基づくワンショットタイマー５３の出力信号Ｆ、外部故障判定部５０の出力信号Ｇ、論理演算器４４の出力信号Ｈ（トリップ信号ＴＲＳ）の各信号波形を示している。なお、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ２は本実施の形態の場合の波形であり、出力信号Ａ１は比較例の波形である。

図８を参照して、時刻ｔ５１に図１の第２母線２２の故障点Ｆで外部故障が発生する。距離判定部４１によるインピーダンスの計算には、故障発生から１サイクル程度の時間がかかる。したがって、時刻ｔ５５に、距離判定部４１は、算出したインピーダンスが整定値以内であり、送電系統１５に故障が発生していると判定する。これにより、距離判定部４１の出力信号Ａ０は「０」から「１」に切り替わる。

時刻ｔ５１の外部故障発生後、第２故障判定部６０は、時刻ｔ５２に第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の急変を検出する。その後、時刻ｔ５３までの０．５サイクルの間、第２故障判定部６０の出力信号Ｂは「１」である。さらに、復帰タイマー６１は、復帰時間Ｔ５の間、出力信号Ｂを「１」に維持した後、時刻ｔ６１に出力信号Ｂを「０」に切り替える。位相判定部７１は、時刻ｔ５２に前方故障でないと判定し、出力信号Ｃを「０」のまま維持する。したがって、故障方向判定部７０の出力信号Ｄは「０」を示す。これにより、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４は、通信路２７の伝送遅延時間にほぼ等しい値に設定される。

時刻ｔ５１の外部故障発生後、方向判定部４２は、当初は後方故障であると判定し、その出力信号は「０」になる。第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和が発生すると、方向判定部４２は前方故障であると誤判定するために、時刻ｔ５４に方向判定部４２の出力信号は「０」から「１」に切り替わる（信号波形Ａ１を参照）。これにより、動作タイマー６３の出力信号Ａ２は、動作時間Ｔ４の経過後の時刻ｔ６０に「１」に切り替わるように徐々に増加する。

時刻ｔ５１の外部故障の発生により、第１故障判定部５２は、合成電流ＩＲ，ＩＬの急変を検出する。これにより、ワンショットタイマー５３はパルス間隔Ｔ１の間、出力信号Ｆとしてワンショットパルスを出力する。ただし、このワンショットパルスの立ち上がりは、通信路２７の伝送遅延時間の影響により時刻ｔ５７まで遅延する。

電流差動判定部５１の出力信号Ｅは、外部故障発生当初には「１」を示す。しかし、第２電流変成器ＣＴ２が磁気飽和を生じると、その影響により、電流差動判定部５１は、内部故障であると誤判定する。この結果、電流差動判定部５１の出力信号Ｅは、「１」から「０」に切り替わる。ただし、この出力信号Ｅの変化は、通信路２７の伝送遅延時間の影響により時刻ｔ５６まで遅延する。その後、交流の故障電流の極性が変わることによって、第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和が解消すると、時刻ｔ５８に電流差動判定部５１の出力信号Ｅは、「０」から「１」に切り替わる。

時刻ｔ５８に、電流差動判定部５１の出力信号Ｅと、ワンショットタイマー５３の出力信号Ｆとが共にハイレベルになる。そして、動作タイマー５５の動作時間Ｔ２が経過する時刻ｔ５９までの間、両信号が共にハイレベルの状態で維持されると、外部故障判定部５０は外部故障であると判定する。これにより、外部故障判定部５０の出力信号Ｇは、復帰タイマー５６の復帰時間Ｔ３の間だけハイレベルに維持される。さらに、外部故障判定部５０は、時刻ｔ５９に方向判定部４２の出力信号をローレベル（すなわち、後方判定）にラッチする。この結果、動作タイマー６３の出力信号Ａ２はローレベルに固定される。

最終的な距離リレー要素４０Ｃの出力信号（論理演算器４４の出力信号Ｈ）の論理値は、距離判定部４１の出力信号Ａ０の論理値と、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ２の論理値と、外部故障判定部５０の出力信号Ｇの論理値の否定との論理積である。したがって、外部故障の場合には、距離リレー要素４０Ｃの出力信号Ｈはローレベルであり、トリップ信号は出力されない。

次に、図９を参照して、時刻ｔ５１に図１の送電線２０で内部故障が生じる。距離判定部４１によるインピーダンスの計算には故障発生から１サイクル程度の時間がかかるので、時刻ｔ５５に、距離判定部４１の出力信号Ａ０は「０」から「１」に切り替わる。

時刻ｔ５１の内部故障発生後、第２故障判定部６０は、時刻ｔ５２に第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の急変を検出する。その後、時刻ｔ５３までの０．５サイクルの間、第２故障判定部６０の出力信号Ｂは「１」である。さらに、復帰タイマー６１は、復帰時間Ｔ５の間、出力信号Ｂを「１」に維持した後、時刻ｔ６１に出力信号Ｂを「０」に切り替える。位相判定部７１は、時刻ｔ５２に前方故障であると判定し、出力信号Ｃを「０」から「１」に切り替える。したがって、故障方向判定部７０の出力信号Ｄは、時刻ｔ５２に「０」から「１」に切り替わる。これにより、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４は、０ミリ秒に設定される。

時刻ｔ５１の内部故障発生後、方向判定部４２は、前方故障であると判定する。これにより、時刻ｔ５４に方向判定部４２の出力信号は、「０」から「１」に切り替わる。なお、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４は０ミリ秒に設定されているので、動作タイマー６３の出力信号Ａ２も時刻ｔ５４に「０」から「１」に切り替わる。なお、内部故障の場合には、電流変成器ＣＴの磁気飽和は生じないので、動作タイマー６３の出力信号Ａ２はハイレベルのまま維持される。

時刻ｔ５１の内部故障の発生により、電流差動判定部５１は内部故障を検出する。これにより、電流差動判定部５１の出力信号Ｅは、「１」から「０」に切り替わる。ただし、この出力信号Ｅの変化は、通信路２７の伝送遅延時間の影響により時刻ｔ５６まで遅延する。

時刻ｔ５１の内部故障の発生により、第１故障判定部５２は、合成電流ＩＲ，ＩＬの急変を検出する。これにより、ワンショットタイマー５３はパルス間隔Ｔ１の間、出力信号Ｆとしてワンショットパルスを出力する。ただし、このワンショットパルスの立ち上がりは、通信路２７の伝送遅延時間の影響により時刻ｔ５７まで遅延する。ワンショットタイマー５３の出力信号Ｆが「１」を示す間、電流差動判定部５１の出力信号Ｅは「０」を示しているで、外部故障判定部５０の出力信号Ｇは、ローレベルのまま維持される。

最終的な距離リレー要素４０Ｃの出力信号（論理演算器４４の出力信号Ｈ）の論理値は、距離判定部４１の出力信号Ａ０の論理値と、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ２の論理値と、外部故障判定部５０の出力信号Ｇの論理値の否定との論理積である。したがって、外部故障の場合には、距離リレー要素４０Ｃの出力信号Ｈは、時刻ｔ５５においてローレベルからハイレベルに変化し、トリップ信号が出力される。

［実施の形態３の効果］
実施の形態３によれば、距離リレー要素４０Ｃの故障方向判定部７０は、自端側の電流変成器ＣＴ１，ＣＴ２で検出される第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の各変化分が同極性の場合に前方故障であると判定する。そして、前方故障の場合に、方向判定部４２の出力信号を遅延させるための動作タイマー６３の動作時間を０に設定する。これにより、前方故障判定の判定時間に遅れがないようにできる。また、故障方向判定部７０は、前方故障でないと判定した場合に、動作タイマー６３の動作時間を、通信路２７の伝送遅延時間に基づいた値に設定する。これにより、電流変成器ＣＴの磁気飽和による距離リレー要素４０Ｃの誤動作を防止できる。

なお、上記の故障方向判定部７０の位相判定では、第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の各変化分が用いられる。故障電流に含まれる直流成分を除去することができ、より精度の高い判定が可能である。

また、送電線２０の第１端２３の側の電源電圧の位相と送電線２０の第２端２６の側の電源電圧の位相とが異なる場合には、第１電流Ｉ１の交流分の位相に対する第２電流Ｉ２の交流分の位相の範囲をより狭く設定する。たとえば、送電線２０の両端の電源電圧の位相が最大でα°異なっている場合には、故障方向判定部７０は、第１電流Ｉ１の交流分に対する第２電流Ｉ２の交流分の位相差が－（９０－α）度より大きく、＋（９０－α）度より小さい場合に、前方故障であると判定する。これにより、送電線２０の両端の電源電圧に位相差がある場合でも正しい判定が可能である。

実施の形態４．
通信路２７の伝送不良または同期処理部４３の同期不良がある場合には、外部故障判定部５０は正常に動作しない。したがって、外部故障発生時に動作タイマー６３の動作時間Ｔ４を通信路２７の伝送遅延時間に設定したとしても、距離リレー要素は誤動作する可能性がある。実施の形態４は、この問題点に対する解決手段を提示する。

［距離リレー要素の機能的構成］
図１０は、実施の形態４の送電線保護リレーで実現される距離リレー要素の機能を表す機能ブロック図である。図１の送電線保護リレー３０Ａの動作と送電線保護リレー３０Ｂの動作とは同様であるので、図１０では送電線保護リレー３０Ａで実現される距離リレー要素４０Ｄの機能を代表的に示している。なお、距離リレー要素４０Ｄの機能は、たとえば、図２のＣＰＵ１２１がプログラムに従って動作することによって実現される。

具体的に、図１０の距離リレー要素４０Ｄは、故障方向判定部７０の構成が図７の故障方向判定部７０と異なる。図１０に示すように、故障方向判定部７０は、第２故障判定部６０と、復帰タイマー６１と、第１位相判定部７１Ａと、第２位相判定部７１Ｂと、論理演算器７２，７３，７５，７６とを含む。第１位相判定部７１Ａと第２位相判定部７１Ｂとによって位相判定部７１が構成される。

図１０の第２故障判定部６０および復帰タイマー６１の動作は、図５および図７の第２故障判定部６０および復帰タイマー６１の動作と同一である。したがって、これらには同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

第１位相判定部７１Ａは、送電線２０の両端で電源電圧の位相がずれていることを考慮した上で、前方故障が発生しているか否かを判定する。たとえば、第１位相判定部７１Ａは、前述の（１４Ａ）～（１４Ｃ）式に基づいて、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が－６０°よりも大きく＋６０°よりも小さい範囲にあるか否かを判定する。

第２位相判定部７１Ｂは、送電線２０の両端で電源電圧の位相がずれていることを考慮した上で、後方故障が発生しているか否かを判定する。たとえば、第２位相判定部７１Ｂは、
Δ^＃Ｉ１（ｔ）×Δ^＃Ｉ２（ｔ）＜０ …(15A)
Δ^＃Ｉ１（ｔ）×Δ^＃Ｉ２（ｔ－１）＜０ …(15B)
Δ^＃Ｉ１（ｔ－１）×Δ^＃Ｉ２（ｔ）＜０ …(15C)
が全て満たされているか否かを判定する。上式（１５Ａ）～（１５Ｃ）が全て満たされる場合には、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が＋１２０°より大きく＋２４０°より小さい範囲にある。（１５Ａ）～（１５Ｃ）の各式が満たされているかの判定は、（１１Ａ），（１１Ｂ）～（１３Ａ），（１３Ｃ）式で説明したように、２サンプリング時刻または３サンプリング時刻で実行される。

論理演算器７２は、復帰タイマー６１の出力信号の論理値と第１位相判定部７１Ａの出力信号の論理値との論理積を演算する。論理演算器７２の演算結果は、動作タイマー６３に出力される。

論理演算器７３は、復帰タイマー６１の出力信号の論理値と第２位相判定部７１Ｂの出力信号の論理値との論理積を演算する。論理演算器７２の演算結果は、動作タイマー６３および方向判定部４２に出力される。

論理演算器７５は、論理演算器７２の出力信号の論理値の否定と論理演算器７３の出力信号の論理値との論理積を演算する。したがって、第２故障判定部６０が故障発生と判定することにより復帰タイマー６１の出力が「１」となっている間で、第２位相判定部７１Ｂが後方と判定している場合に、論理演算器７５の出力は「１」になる。その他の場合に、論理演算器７５の出力は「０」になる。論理演算器７５の出力信号は方向判定部４２に入力される。

論理演算器７６は、論理演算器７２の出力信号の論理値の否定と、論理演算器７３の出力信号の論理値の否定と、復帰タイマー６１の出力信号の論理値との論理積を演算する。したがって、第２故障判定部６０が故障発生と判定することにより復帰タイマー６１の出力が「１」となっている間で、第１位相判定部７１Ａが前方と判定せずかつ第２位相判定部７１Ｂが後方と判定していない場合に（以下、この状態を「不定」という）、論理演算器７６の出力は「１」になる。その他の場合に、論理演算器７６の出力は「０」になる。論理演算器７６の出力信号は方向判定部４２に入力される。

距離リレー要素４０Ｄは、さらに論理和を演算する論理演算器７４を含む。実施の形態４の送電線保護リレー３０Ａでは、同期処理部４３は、同期不良であるか否かを表す信号を論理演算器７４に出力する。また、受信機１３２は、伝送不良であるか否かを表す信号を論理演算器７４に出力する。論理演算器７４は、同期不良または伝送不良である場合に「１」を出力し、同期不良でも伝送不良でもない場合に「０」を出力する。論理演算器７４の論理和演算の結果は、第１位相判定部７１Ａ、第２位相判定部７１Ｂ、および動作タイマー６３に入力される。したがって、第１位相判定部７１Ａ、第２位相判定部７１Ｂ、および動作タイマー６３は、伝送不良または同期不良が生じているか否かを検知できる。

故障方向判定部７０および論理演算器７４の出力に基づく、方向判定部４２および動作タイマー６３の動作については、図１２および図１３を参照して後述する。図１０のその他の点は図３、図５、図７で説明したものと同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。

［第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との位相関係について］
図１１は、第１電流と第２電流との位相関係について説明するための図である。図１１では、第１電流Ｉ１の位相に対する第２電流Ｉ２の位相の関係が示されている。位相判定部７１は、第１電流Ｉ１の位相に対する第２電流Ｉ２の位相が同相側（前方領域９１）であるか、逆相側（後方領域９２）であるか、または同相側と逆相側との間の中間領域（不定領域９３）であるかを判定する。

具体的に、図１１を参照して、前述の（１４Ａ）～（１４Ｃ）式が満たされる場合、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差は前方領域９１にあると判定できる。したがって、第２故障判定部６０によって故障が生じていると判定された場合には、前方故障が生じていると結論できる。

一方、前述の（１５Ａ）～（１５Ｃ）式が満たされる場合、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差は後方領域９２にあると判定できる。したがって、第２故障判定部６０によって故障が生じていると判定された場合には、後方故障が生じていると結論できる。

前方領域９１でも後方領域９２でもない場合を不定領域９３と称する。送電線２０の両端での電源電圧に位相差がある場合であり、かつ第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が不定領域９３にある場合、前方故障か後方故障かを確実に判定することができない。

［距離リレー要素の動作］
図１２は、図１０の距離リレー要素の動作を示すフローチャートである。以下、図１０および図１２を参照して距離リレー要素４０Ｄの動作、特に、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４の設定および方向判定部４２の制御について説明する。

図１２のステップＳ１００において、故障方向判定部７０の判定結果が前方故障の場合（ステップＳ１００でＹＥＳ）、故障方向判定部７０は、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４を０ミリ秒に設定する（ステップＳ１５０）。これにより、電流変成器ＣＴの磁気飽和の影響のない前方故障の場合に、距離リレー要素４０Ｄは、距離判定部４１の出力信号と方向判定部４２の出力信号とに基づいて直ちにトリップ信号を出力することができる。ステップＳ１００でＮＯの場合には、処理はステップＳ１１０に進む。

次のステップＳ１１０において、故障方向判定部７０の判定結果が後方故障の場合（ステップＳ１１０でＹＥＳ）について説明する。この場合、故障方向判定部７０は、方向判定部４２のラッチ条件が成立している場合に（ステップＳ１６０でＹＥＳ）、方向判定部４２の判定結果を後方判定でラッチする（ステップＳ１７０）。たとえば、ラッチ条件として、現時点の第１電圧Ｖ１と現時点よりもｎ周期前（ｎは２または３程度の整数値に設定される）の第１電圧Ｖ１の係数倍との合成電圧の大きさが閾値以下になる条件が採用される。一方、ラッチ条件が成立していない場合には（ステップＳ１６０でＹＥＳ）、故障方向判定部７０は、方向判定部４２の出力を後方判定に設定する（ロックはしない）（ステップＳ１８０）。ステップＳ１１０でＮＯの場合、すなわち、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が不定領域９３にある場合には、処理はステップＳ１２０に進む。

次のステップＳ１２０において、故障方向判定部７０は、伝送不良も同期不良もない場合には（ステップＳ１２０でＮＯ）、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４を通信路２７の伝送遅延時間にほぼ等しい値に設定する（ステップＳ１９０）。一方、伝送不良または同期不良がある場合には（ステップＳ１２０でＹＥＳ）、故障方向判定部７０は処理をステップＳ１３０に進める。

次のステップＳ１３０において、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が不定領域９３にあって、ラッチ条件が成立している場合には（ステップＳ１３０でＹＥＳ）、故障方向判定部７０は、方向判定部４２の判定結果を後方判定でラッチする（ステップＳ１７０）。

一方、第１電流Ｉ１に対する第２電流Ｉ２の位相差が不定領域９３にあって、ラッチ条件が成立していない場合には（ステップＳ１３０でＮＯ）、故障方向判定部７０は、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４を電流変成器ＣＴの飽和時間に設定する（ステップＳ１４０）。

図１３は、図１０の距離リレー要素の動作例を説明するための概念的なタイミング図である。図１３のタイミング図は、後方故障（図１の故障点Ｆの外部故障）が生じており、かつ伝送不良または同期不良が生じている場合を示している。

図１３のタイミング図は、上から順に、図１０に示す距離判定部４１の出力信号Ａ０、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ１，Ａ２、第２故障判定部６０の出力に基づく復帰タイマー６１の出力信号Ｂ、第１位相判定部７１Ａの出力信号Ｃ１、第２位相判定部７１Ｂの出力信号Ｃ２、論理演算器７４の出力信号Ｄ、論理演算器７２の出力信号Ｅ１、論理演算器７３の出力信号Ｅ２、電流差動判定部５１の出力信号Ｆ、第１故障判定部５２の出力に基づくワンショットタイマー５３の出力信号Ｇ、外部故障判定部５０の出力信号Ｈ、論理演算器４４の出力信号Ｉ（トリップ信号ＴＲＳ）の各信号波形を示している。なお、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ２は本実施の形態の場合の波形であり、出力信号Ａ１は比較例の波形である。

図１３を参照して、時刻ｔ７１に伝送不良が発生する。伝送不良中の電流差動判定部５１の出力信号Ｆおよび第１故障判定部５２の出力信号Ｇはいずれも「０」を示す。したがって、外部故障判定部５０の出力信号Ｈも「０」を示す。

次の時刻ｔ７２に、図１の第２母線２２の故障点Ｆで外部故障が発生する。これにより、距離判定部４１は、算出したインピーダンスが整定値以内であることによって、送電系統１５に故障が発生していると判定する。この結果、時刻ｔ７７に、距離判定部４１の出力信号Ａ０は「０」から「１」に切り替わる。

時刻ｔ７２の外部故障の発生により、第２故障判定部６０は、時刻ｔ７３に第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の急変を検出する。その後、時刻ｔ７５までの０．５サイクルの間、第２故障判定部６０の出力信号Ｂは「１」である。さらに、復帰タイマー６１は、復帰時間Ｔ５の間、出力信号Ｂを「１」に維持した後、時刻ｔ６１に出力信号Ｂを「０」に切り替える。

また、時刻ｔ７３に、第１位相判定部７１Ａは時刻ｔ７３に前方故障でないと判定し、第２位相判定部７１Ｂは後方故障であると判定する。これにより、第１位相判定部７１Ａの出力信号Ｃ１および論理演算器７２の出力信号Ｅ１は「０」のままであるが、第２位相判定部７１Ｂの出力信号Ｃ２および論理演算器７３の出力信号Ｅ２は「０」から「１」に切り替わる。ただし、この時点で方向判定部４２のラッチ条件は成立していないので、故障方向判定部７０は方向判定部４２の出力信号Ａ２を「０」（後方判定）にするが、ロックはしない（図１２のステップＳ１８０）。

次の時刻ｔ７４に、第２電流変成器ＣＴ２に磁気飽和が発生し、第１電流Ｉ１と第２電流Ｉ２との位相差が不定領域９３領域まで進む。これにより、第２位相判定部７１Ｂの出力信号Ｃ２および論理演算器７３の出力信号Ｅ２は「１」から「０」に切り替わる。さららに、故障方向判定部７０は、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４を電流変成器ＣＴの磁気飽和の減衰時間（すなわち、ＣＴ飽和時間）に設定する（図１２のステップＳ１４０）。

時刻ｔ７２の外部故障の発生により、方向判定部４２は、当初は後方故障であると判定し、その出力信号は「０」になる。第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和が発生すると、方向判定部４２は前方故障であると誤判定するために、時刻ｔ７６に方向判定部４２の出力信号は「０」から「１」に切り替わる（信号波形Ａ１を参照）。これにより、動作タイマー６３の出力信号Ａ２は、動作時間Ｔ４の経過後の時刻ｔ７９に「１」に切り替わるように徐々に増加する。ここで、動作時間Ｔ４は、ＣＴ飽和時間に設定されている。

時刻ｔ７８に、交流の故障電流の極性が切り替わるために、第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和は一旦解消する。これにより、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ２は「０」に戻る。このように、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４をＣＴ飽和時間に設定することによって、ＣＴ飽和による距離リレー要素４０Ｄの誤動作を防止できる。

時刻ｔ８０に、第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和の発生により、方向判定部４２の出力信号は「０」から「１」に切り替わる（信号波形Ａ１を参照）。これにより、動作タイマー６３の出力信号Ａ２は、動作時間Ｔ４の経過後に「１」に切り替わるように徐々に増加する。

時刻ｔ８１に、方向判定部４２においてラッチ条件が成立する。この時刻ｔ８１において、位相判定部７１の判定結果は不定状態であるので（すなわち、出力信号Ｅ１，Ｅ２は共に「０」かつ復帰タイマー６１の出力信号Ｂは「１」）、方向判定部４２の出力信号は「０」（後方判定）にロックされる（図１２のステップＳ１７０）。

最終的な距離リレー要素４０Ｄの出力信号（論理演算器４４の出力信号Ｉ）の論理値は、距離判定部４１の出力信号Ａ０の論理値と、方向判定部４２の出力に基づく動作タイマー６３の出力信号Ａ２の論理値と、外部故障判定部５０の出力信号Ｈの論理値の否定との論理積である。伝送不良が発生しているために、外部故障判定部５０の出力信号Ｈは「０」に固定されている。また、上述のように、故障方向判定部７０は、第２電流変成器ＣＴ２の磁気飽和によって方向判定部４２が誤動作しないように制御している。したがって、距離リレー要素４０Ｄの出力信号Ｈはローレベルに維持され、トリップ信号は出力されない。

［実施の形態４の効果］
上記の実施の形態４によれば、送電線２０の両端の電源電圧の位相差のために、自端の電流のみでは、前方とも後方とも判断できない場合は、不定と判断する。そして、通信路２７の伝送不良および同期処理部４３の同期不良が生じていない場合であり、かつ第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の位相関係が不定の場合には、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４が伝送遅延時間に設定される。これにより、距離リレー要素４０Ｄの不要動作を防止できる。

一方、通信路２７の伝送不良または同期処理部４３の同期不良が生じている場合であり、かつ第１電流Ｉ１および第２電流Ｉ２の位相関係が不定の場合には、外部故障判定部５０が正常動作しないので、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４を通信路２７の伝送遅延時間に設定しても誤動作する可能性がある。そこで、この場合において、ラッチ条件が成立していない場合には、動作タイマー６３の動作時間Ｔ４がＣＴ飽和時間に設定される。これにより、電流変成器ＣＴの磁気飽和している間には、方向判定部４２の出力が「０」から「１」に切り替わることはないので、距離リレー要素４０Ｄの誤動作を防止できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１５ 送電系統、１６，１７ 母線連絡線、２０ 送電線、２１ 第１母線、２２ 第２母線、２３ 第１端、２４ 第３母線、２５ 第４母線、２６ 第２端、２７ 通信路、３０Ａ，３０Ｂ 送電線保護リレー（距離リレー）、４０Ａ～４０Ｄ 距離リレー要素、４１ 距離判定部、４２ 方向判定部、４３ 同期処理部、４４，４５，５４，６２，７２，７３，７４ 論理演算器、５０ 外部故障判定部、５１ 電流差動判定部、５２ 第１故障判定部、５３ ワンショットタイマー、５５，６３ 動作タイマー、５６，６１ 復帰タイマー、６０ 第２故障判定部、７０ 故障方向判定部、７１ 位相判定部、９１ 前方領域、９２ 後方領域、９３ 不定領域、１３２ 受信機、１３３ 送信機、１３４ 回路、ＣＢ１～ＣＢ６ 遮断器、ＣＴ１～ＣＴ４ 電流変成器、Ｆ 故障点、Ｉ１ 第１電流、Ｉ２ 第２電流、Ｉ３ 第３電流、Ｉ４ 第４電流、ＩＬ，ＩＲ 合成電流、ＰＴ１～ＰＴ２ 電圧変成器、Ｔ１ パルス間隔、Ｔ２，Ｔ４ 動作時間、Ｔ３，Ｔ５ 復帰時間、ＴＲＳ トリップ信号、Ｖ１ 第１電圧、Ｖ２ 第２電圧。

Claims (11)

1. 送電系統を保護する距離リレーであって、
   前記送電系統は、
   送電線と、
   １．５遮断器方式で前記送電線の第１端と接続された第１母線および第２母線ならびに前記送電線の第２端と接続された第３母線および第４母線と、
   前記第１端と前記第１母線との間を流れる第１電流を検出する第１電流変成器と、
   前記第１端と前記第２母線との間を流れる第２電流を検出する第２電流変成器と、
   前記第１端の第１電圧を検出する第１電圧変成器と、
   前記第２端と前記第３母線との間を流れる第３電流を検出する第３電流変成器と、
   前記第２端と前記第４母線との間を流れる第４電流を検出する第４電流変成器とを備え、
   前記距離リレーは、
   前記第１電流の検出値と前記第２電流の検出値とを加算した第１合成電流の値と前記第１電圧の検出値とに基づいてインピーダンスを算出し、算出したインピーダンスの大きさが整定値以内であるか否かを判定する距離判定部と、
   前記第１合成電流の値と前記第１電圧の検出値とに基づいて、故障点が前方であるか後方であるかを判定する方向判定部と、
   前記方向判定部の出力信号を動作時間だけ遅延させる動作タイマーと、
   前記送電線の前記第２端側から通信路を介して伝送された前記第３電流および前記第４電流の各検出値を受信する受信機と、
   同一のサンプリング時刻に検出された前記第１電流、前記第２電流、前記第３電流、および前記第４電流の各検出値の加算結果に基づいて、外部故障であるか否かを判定する外部故障判定部とを備え、
   前記距離リレーは、前記距離判定部によってインピーダンスが整定値以内であると判定され、前記方向判定部によって故障点が前方であると判定され、前記外部故障判定部によって外部故障でないと判定された場合に、対応する遮断器にトリップ信号を出力する、距離リレー。
2. 前記外部故障判定部は、
   同一のサンプリング時刻に検出された前記第１電流、前記第２電流、前記第３電流、および前記第４電流の各検出値の加算結果の絶対値が閾値以内であるか否かを判定する電流差動判定部と、
   前記第１合成電流の変化、および前記第３電流の検出値と前記第４電流の検出値とを加算した第２合成電流の変化に基づいて、前記送電系統の故障発生を検出する第１故障判定部とを含む、請求項１に記載の距離リレー。
3. 前記第１電流および前記第２電流に基づいて、前方故障であるか否かを判定する故障方向判定部をさらに備え、
   前記故障方向判定部は、前方故障であると判定した場合に前記動作時間を０に設定する、請求項１または２に記載の距離リレー。
4. 前記故障方向判定部は、前方故障でないと判定した場合に前記動作時間を前記通信路の伝送遅延時間に基づいて設定する、請求項３に記載の距離リレー。
5. 前記故障方向判定部は、
   前記第１電流の変化および前記第２電流の変化に基づいて、前記送電系統の故障発生を検出する第２故障判定部と、
   前記第１電流の位相に対する前記第２電流の位相が同相側であるか否かを判定する位相判定部とを含み、
   前記故障方向判定部は、前記第２故障判定部によって前記送電系統の故障発生が検出され、前記位相判定部によって前記同相側と判定された場合に、前記前方故障と判定する、請求項３または４に記載の距離リレー。
6. 前記故障方向判定部は、
   前記第１電流の変化および前記第２電流の変化に基づいて、前記送電系統の故障発生を検出する第２故障判定部と、
   前記第１電流の位相に対する前記第２電流の位相が同相側であるか、逆相側であるか、または前記同相側と前記逆相側との間の中間領域であるかを判定する位相判定部とを含み、
   前記故障方向判定部は、前記第２故障判定部によって前記送電系統の故障発生が検出され、前記位相判定部によって前記同相側と判定された場合に、前記前方故障と判定し、
   前記故障方向判定部は、前記第２故障判定部によって前記送電系統の故障発生が検出され、前記位相判定部によって前記逆相側と判定された場合に、後方故障と判定する、請求項３に記載に距離リレー。
7. 前記故障方向判定部は、前記前方故障でも前記後方故障でもなく、前記通信路の伝送不良が検出されておらず、前記送電線の前記第１端側と前記第２端側とでサンプルタイミングの同期不良が検出されていない場合に、前記動作時間を前記通信路の伝送遅延時間に基づいて設定する、請求項６に記載の距離リレー。
8. 前記故障方向判定部は、前記前方故障でも前記後方故障でもなく、前記通信路の伝送不良または前記送電線の前記第１端側と前記第２端側とでサンプルタイミングの同期不良が検出されている場合に、前記動作時間を電流変成器の磁気飽和の減衰時間に基づいて設定するか、または前記方向判定部の判定結果を後方判定にロックする、請求項６または７に記載の距離リレー。
9. 前記故障方向判定部は、前記後方故障と判定した場合に、前記方向判定部の判定結果を後方に設定するか、または後方判定にロックする、請求項６～８のいずれか１項に記載の距離リレー。
10. 前記位相判定部は、
    ２つのサンプリング時刻における前記第１電流の検出値の差分と、前記２つのサンプリング時刻における前記第２電流の検出値の差分との積の符号に基づいて、前記同相側であるか否かを判定する、請求項５～９のいずれか１項に記載の距離リレー。
11. 前記外部故障判定部は、外部故障であると判定した場合に、前記方向判定部の判定結果を後方判定にロックする、請求項１～１０のいずれか１項に記載の距離リレー。

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