JPS5837772B2 - 距離方向継電方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は送電線の事故を検出する距離方向継電方法に係
り、特にデジタル装置により実現することに関する。

電力系統には種々の障害が発生する。

例えば雷によって送電線には地絡．短絡等の事故が発生
する。

このような障害から送電線を保護することが必要である
。

そのために種々の保護継電器が開発され、送電線構或に
応じて最適と考えられる保護継電方式が採用されている
。

従来このための保護継電器は例えば電圧の低下を検出す
るもの，事故点筐での距離及び事故点の方向等を検出す
るものなど、夫々専用のアナログ回路によって構或され
ている。

従って，保護継電器の種類は実に多くのものが必要とな
シ、製造コストの高いこと、管理運用面での困難を感ず
ることが多いこと等不都合な面がある。

一方、最近のデジタル計算機の進歩に伴ｂ、前記した保
護継電器を汎用のデジタル計最機によって実現Ｌようと
する試みがなされている。

本発明は保護継電器の主要な要素である距離方向継電装
置のデジタル化をぜんとするものでちり，サンプリング
により得たデジタル値をもとにして実現する距離方向継
電方法を提供することを目的とする。

本発明は従来アナログ回路によって構或されている距離
方向継電装置の動作判定と等価な判定が，それに導入さ
れる入力交流量の零点．すなわち、入力交流量が正から
負にあるいは負から正に変る時点と任意の時点にわける
入力交流量の大きさとが導出されれば，すべてデジタル
演算によって判定できることに着目してなされたもので
ある。

この零点と入力交流量の導出およびデジタル演算を効率
的にデジタル計算機に実行させるための交流量のデジタ
ル的処理について以下詳細に説明する。

第１図は本発明になる零点検出のための一実施例を説明
するための説明図であシ、図中Ａ（ｔ）は正弦波である
。

今この正弦波Ａ（ｔ）の零点Ｄの前後の時点ａ及びｂに
おける正弦波Ａ（ｔ）の絶対値を各々Ａ（ａ） ， Ａ
（ｂ） ，時点ａとｂとの間の時間をＩｔ，時点ａの時
の正弦波Ａ（ｔ）ｈの点をａ′、時点ｂのときの正弦波
Ａ（ｔ）ｈの点をｂ／ ， ａ／点とｂ′点を結んだ時
の時間軸との時点をＣとすればａ−ｃ間の時間Ｊｔｌｔ
ｃｂ間の時間Ａｔ２は夫々次式で求められる。

このとき、時点ａと時間ＪｔとがわかっていればＣの時
点を求めることは容易である。

このようＫＬて求めｆｃｃの時点と正弦波Ａ（ｔ）の零
点Ｄとの差Ｊｔａを比較してみると、この差ＪｔａはＡ
ｔ＝１の時、最大でも約５度以下であることが計算２ の結果から明らかとなっている。

そしてＪｔをπ／２より小さい値いとすればする程，高
精度で正弦波Ａ（ｔ）の零点Ｄを検出することができる
。

第２図は本発明によりインピーダンス，リアクタンスお
よび抵抗を求めるための原理説明図で、夫々の正弦波を
Ａ（ｔ） ， Ｂ（ｔ）とし，一定時間，Ｊｔ（以下サ
ンプリング周期と称す）で正弦波Ａ（ｔ）及びＢ（ｔ）
をサンプリングする。

一般Ｋある時点ｎＫおける正弦波Ａ（ ｔ）の絶対値Ａ
（ｎ）とサンプリング周期だけ前の時点（ｎ−１）Ｋ＞
ける正弦波Ａ（ｔ）の大きさＡ（ｎ−１）とを順次掛け
合せた時Ａ（ｎ）・Ａ（ｎ−１）≦０であれば、時点ｎ
と（ｎ−１）の間に，この正弦波Ａ（ ｔ）の零点が存
在する。

以上の方法によシ、正弦波Ａ（ｔ）とＢ（ｔ）の零点た
とえば正弦波Ａ（ｔ）Ｋついては時点ａとｂの間の零点
，正弦波Ｂ（ｔ）Ｋついては時点ｄとｅの間の零点を検
出し各々の時点における正弦波Ａ（ｔ）およびＢ（ｔ）
の絶対値を（】）式に代入し，第２図のＪｔ２及びＡｔ
２′を求める。

正弦波Ａ（ｔ）とＢ（ｔ）の間の位相差φは次式で表わ
すことができる。

ただし次式は正弦波Ａ（ｔ） ， Ｂ（ｔ）共に零点を
同方向に通過したとき（両正弦波とも負から正への変化
，もＬ＜’ｄ正から負への変化であるとき）の計算式で
ある。

ここで，ｓＵ両零点間の正弦波のサンプリング周期の回
数であシ、第２図のａ，ｂ間ＫＡ（ｔ）Ｋついての零点
が，又ｓ ｄ ｊ ｅ間に、Ｂ（ｔ）Ｋクいての零点
があるときは，Ｓは２である。

次に正弦波Ｂ（ｔ）Ｋついては，時点ｄとｅの間の零点
， Ａ（ｔ）Ｋついては時点ｇとｈとの間の零点を検出
した場合について述べる。

このときは一方の正弦波が負から正へ、他方の正弦波が
正から負へ零点を検出しているから， Ａ（ｔ）とＢ（
ｔ）の間の位相差φは前記した（３）式では求められず
，次式で求めることができる。

尚、第２図においてｄ，ｅ間とｇ，ｈ間に零点があると
きにｓ ＝ ２である。

φ＝π−（ ｌ ｔ，？ ＋ Ｓ Ａ ｔ＋ｌ ｔ１”
）””（４）以Ｌは本発明の基本となる位相差検出の方
法についての考え方Ｋついて説明しｆ？：．。

一方，正弦波Ａ（ｔ） ， Ｂ（ｔ）の最大値をＡｍ，
ＢｍとするとＡ（ｔ） ， Ｂ（ｔ）Ｕ一般に次式で表
わされる。

Ａ（ ｔ）＝ Ａｍ ｓ ｉｎ （Ｊ ｔ ２ ＋ Ｚ
１ １ ｔ） ・−−”・”（５）Ｂ（ｔ）＝ Ｂ
ｍ ｓ ｉｎ（Ｊ ｔ ２＋ Ｚ２ Ａ ｔ） −＝−
”（６）１た，最大値Ａｍ，Ｂｍは となる。

ただＬ．Ｚ１，Ｚ２は夫々の零点からＡ（１），Ｂ（ｔ
）が得られる時点までのサンプリング周期ＡｔＯ数であ
る。

ここで、（７） ， （８）式に注目すれば．正弦波Ａ
（ｔ） ， Ｂ（ｔ）に対してある一定のサンプリング
周期Ａｔでサンプリングを施しているため、各サンプリ
ング時点（ ｌ ｔ２＋Ｚ１１ ｔ，，Ｊ ｔ ，，’
＋Ｚ２，ｄｔ）及びその時点における正弦波Ａ（ｔ）
， Ｂ（ｔ）の値けち・のすと求められ、正弦波Ａ（ｔ
）， Ｂ（ｔ）の最大値Ａｍ，Ｂｍは各サンプリング時
点毎に求めることが可能でである。

次にこれらの関係を用いて．電圧，電流及びそれらの間
の位相差よ９，インピーダンス，リアクタンス及び抵抗
を求める場合について述べる。

一般ＫインピーダンスＺ，リアククンスＸ及び抵抗Ｒは
次のように表わされる。

ここで，■は電圧の最大値であり、（７）式で求められ
る。

■は電流の最大値であり、（８）式で求められる。

φは両者の位相差であり、（３）式あるいは（４）式で
求めたものでちる。

（９）〜０賦で求めたインピーダンスＺ，リアクタンス
Ｘ、及び抵抗Ｒを用いて従来の、モー継電器の特性全も
たせるには．次の動作式を用いればよい。

ここで、Ｚｏハ整定インピーダンス， Ｘｏ−Ｚｏｃｏ
ｓφｏ，Ｒｏ−ＺｏＳｉｎφ０，φ０は特性角を表わす
。

１た、リアクタンス継電器では、（１０）式のリアクタ
ンスＸを整定値Ｘ。

と比較することによ９保護範囲の内外判定は可能でちる
。

このような考え方から、オフセットモー継電器，インピ
ーダンス継電器の特性をもたせることも可能である。

１た，これらを組合せたモー特性とりアクタンス特性を
合或した特性をもたせることができる。

さらに計算機の特徴を生かして、各種形状の特性を持っ
たモー継電器を作或することもできる。

次に本発明の具体的な一実施例について説明する。

１ず，第３図は本発明の入力回路の一実施例を示すもの
で，Ａは所定の周期で出力パルスを生ずる発振器，Ｃ及
びＤは各々正弦波Ａ（ｔ）及びＢ（ｔ）のホールド回路
、Ｅは制御回路、Ｆはスキャニング回路，Ｇはアナログ
ーデジタル変換器（Ａ−Ｄ変換器）、Ｈはバツファレジ
スタ，■は演算装置であり、発振器Ａ，ホールド回路Ｃ
及びＤよりなる回路はコンピュータに取り入れるための
情報を作る装置，１たスキャニング回路Ｆ，Ａ−Ｄ変換
器ＧおよびバツファレジスタＨよりなる回路はコンピュ
ータ入力装置，演算装置■はコンピュータの演算処理部
，制御装置Ｅはあるプログラムに従いコンピュータの動
作を制御する制御部であるということができる。

次にこの回路の動作について説明する。

１ず，発振器Ａは任意のサンプリング周期Ｊｔでパルス
状の信号を発し，ホールド回路Ｃ，Ｄ及び制御回路ＥＫ
入力信号を与える。

すなわち，ちる時点の信号全正弦波Ａ（ｔ）のホールド
回路Ｃと正弦波Ｂ（ｔ）のホールド回路Ｄとに与え，こ
の時点における正弦波Ａ（ｔ）とＢ（ｔ）の値をホール
ドする。

ただし，ここでホールド回路Ｃ及びＤのホールド時間を
ｔとすれば，このホールド時間ｔｉｉサンプリング周期
Ａｔよりも短く，ホールド時間ｔの時間内に．ホールド
されているデータをコンピュータ内部に取込めるような
値である。

このようＫＬて正弦波Ａ（ ｔ）及びＢ（ｔ）の各時点
における値がアナログデータとしてホールドされる。

次にこのホールド値をスキャニング回路Ｆ，ＡＤ変換器
Ｇ１バツファレジスタＨよりなるコンピュータ入力回路
に取込む。

即ち、制御回路Ｅは発振回路Ａの出力により，駆動され
，制御回路Ｅの制御出力信号Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３及び８４
によりスキャニング回路Ｆ，Ａ−Ｄ変換器Ｇ，バツファ
レジスタＨを順次制闘し，ホールド回路Ｃ及びＤに蓄え
られていたアナログデータをデジタルデータとして演算
装置■に加える。

第４図は本発明の要部であるコンピュータの演算処理部
の処理内容をフローチャートで示したものでちる。

このフローチャートでステップ１０１〜ステップ１１１
は零点検出，ステップ１２３〜ステップ１２７は位相検
出のフローである。

１ずステップ１０１で割込等によるスタート２５Ｅ指令
ざれる。

この割込はこのフローを起動させるためのもので．第２
図の説明の項で述べたサンプリングパルスの場合もあり
，計算機が別の判断目的に使用される場合のためのもの
もある。

いずれの割込みであるかの弁別がステップ１０３によっ
て行なわれる。

割込がこの検出フローのためのものでない場合ＫはＮＯ
の側に進み，計算機はこの判定の仕事から解除され，ス
テップ１０４の別のステップに移る。

ステップ１０３の弁別結果がＹＥＳであるときは，ステ
ップ１０５で時点ｔｎにおける正弦波Ａ（ｔｎ）の値が
読込１れる。

ステップ１０７では１サンプリング周期前の時点ｔｎ−
ＩＫおける値Ａ（ｔｎ−１）と現時点における値Ａ （
ｔ ｎ ）との積Ａ（ ｔ ｎ− １ ）ＸＡ（ｔ
ｎ）を計算する。

ステップ１０９では前段のステップ１０７での計算結果
が零１たは負であるか否かを弁別する。

即ち，ＡはＡ（ ｔ ｎ−１ ） ＸＡ（ ｔ ｎ ）
≦０でちればＹＥＳの側に．そうでない場合はＮＯの側
に進む。

ステップ１０９の弁別結果がＹＥＳであるとき，ステッ
プ１１１Ｋおいて． （１） ， （２）式を実行ＬＡ
（ｔ）についての計算Ｌの零点とその前後のサン？リン
グ時点との間の時間Ｊｔｌｌ及びＪｔｌ２が計算される
。

このようＫＬてサンプリング時点ｔｎ−１またはｔｎを
基準とした正弦波Ａ（ｔ）の零点が導出される。

この場合，その一周期Ｊｔ内に零点を含むので， Ａ（
ｔ）の最大値Ａｍの導出のためＫは（７）式のＺＩＪｔ
の項が不要であるゆえ、ステップ１１２においてＺ１
＝０とする。

前記したステップ１０９の弁別結果がＮＯである場合ス
テップ１１５に移り，ここで交流Ｂ（ ｔｎ）について
Ｂ（ ｔｎ−１ ）ＸＢ（ ｔｎ）の計算を行なう。

そしてこのルートを通過するときＡ（ｔ）は零点を含１
ないので，（７）式実行の為にＺ１＝Ｚ１＋１とする。

ステップ１１７においてはステップ１０９と同様Ｂ（ｔ
）の零点を導出すべきタイミングかどうかを弁別する。

ステップ１１７の弁別結果がＹＥＳであれば，即ち，
Ｂ（ ｔ ｎ−１ ）ＸＢ（ｔｎ）≦Ｏであればステッ
プ１１９Ｋおいて，ステップ１１１と同様交流Ｂ（ｔ）
の零点を導出する計算を行ない， Ａｔ１１′，ｉｔ
１，ｒを計算する。

ａｔ１１’はＡ１１と同様に計算Ｌの零点とその前のサ
ンプリング時点間の時間であり， Ｊｔ，′は”ｔｌ
２と同様に計算七の零点とその後のサンプリング時点間
の時間である。

この場合．その一周期Ａｔ内に零点を含むので， Ｂ（
ｔ）の最大値Ｂｍの導出のためには（８）式のＺ２Ｊｔ
の項が不要ゆえ，ステップ１２０においてＺ２−０ と
する。

ステップ１１７の弁別結果がＮＯであるとき， Ｂ（ｔ
）はその一周期Ｊｔ内に零点を有しないため（８）式実
行の為にＺ２＝Ｚ２＋１とする。

１た，このステップ１２１が選択されるときは第２図の
Ｃの時点のように， Ａ（ｔ） ｔ Ｂ（ｔ）ともに零
点を有しないからステップ１２１において，（３）もし
くは（４）式の位相差計算のためのＪｔＫ乗ずる係数Ｓ
を１だけ増し．Ｓ＝Ｓ＋１Ｋ修正する。

ステップ１０９あるいは１１７における弁別結果がＹＥ
Ｓ（零点有り）となる時は，ステップ１２３に進みここ
で２つの交流Ａ（ｔ） ， Ｂ（ｔ）の進み，遅れの関
係より，＠記（３） ， （４）式のいずれを実行すべ
きか弁別する。

ステップ１２５では零点導出の計算をＬａいスプリング
回数Ｓとサンプリング周期Ａｔとの積Ｓ−Ｊｔを計算す
る。

ステツフ゜１２７では式（３），（４階もとＫＬて位相
差φを計算する。

次に電力検出Ｋあたっては，電圧，電流のピーク値及び
両者０位相差φが必要である。

１ず、ピーク値を導出するステップ１７１〜１７７につ
いて説明する。

ステップ１７１ではｓｔｎ（Ｊ ｊ１２ ＋Ｚ１− Ａ
ｔ）ステップ１７５でＶｉＳｉｎ（，！ｉｔ１２′＋
Ｚ２・Ｊｔ） を求め，ステップ１７３で つの交流Ａ（ｔ） ， Ｂ（ｔ）のピーク値を算出する
。

次にステップ１９１〜１９７でインピーダンス検出のフ
ローを説明する。

前述したフローにおいて， Ｂ（ｔ）が負以外の場合．
（９） ， （１０） ， （１１）式よりＺ ，Ｘ，
Ｒ全ステップ１９１，１９３及び１９５で計算し（１２
）弐全ステップ１９７〜１９９により計算し保護範囲内
の事故か、外の事故かを判定する。

ステップ１２７で求めたφは（９） ， （１０） ，
（１０式実行の際に使用する。

以！ｒ：．ハ主として電圧Ａ（ ｔ）基準の場合につい
て述べたが電流Ｂ（ｔ）基準について，１たけこれらの
双方を満足する場合についても同様の手法で検出できる
。

以上述べたごとく本発明はコンピュータにより検出器の
設置点よｐ見た故障点の距離及び方向を電圧，電流から
インピーダンス，リアクタンス及び抵抗の形で求め！従
来のアナログ型距離継電器の機能をコンピュータで行な
わせるようＫＬたので，継電器の製造Ｅのコストを低減
すると共に，管理，運用を容易ＫＬ得る効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図はいずれも本発明の実施例を示すもの
で，第１図及び第２図は動作原理説明図．第３図はコン
ピュータへの入力回路の構或図，第４図は距離継電器の
動作説明用のフローチャートである。 Ａ（ｔ） ， Ｂ（ｔ）・・・・・・正弦波，Ａ・・・
・・・発振器，Ｃ，Ｄ・・・・・・ホールド回路，Ｅ・
・・・・・制御回路，Ｆ・・・・・・スキャニング回路
，Ｇ・・・・・・アナログーデジタル変換器，Ｈ・・・
・・・バツファレジスタ、■・・・・・・演算装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電力系統の電圧と電流に関する交流入力量を所定の
   サンプリング周期で同時にサンプリングして得たサンプ
   リング値のうち、現在のサンプリング値とサンプリング
   周期だけ前のサンプリング値とが異符号であるとき．両
   サンプリング値から夫夫の交流入力量の零点を決定Ｌ，
   ２つの交流量の夫々について各々の零点と現サンプリン
   グ時点ｌでの時間を導出し，前記２交流入力量間の零点
   を通過する時点間の時間を導出し，各サンプリング時点
   におけるサンプリング値と，零点からの時間より夫々の
   交流入力量の最大値を求め、２つの交流量の最大値及び
   ２つの交流量間の位相差よシ．インピーダンス、リアク
   タンス及び抵抗或分を求め，予め定められている電力系
   統の保護領域に関する整定値と前記のインピーダンス、
   リアクタンス及び抵抗戎分とから線路の異常を検出する
   こと全特徴とする距離方向継電方法。