JPH0124012B2

JPH0124012B2 -

Info

Publication number: JPH0124012B2
Application number: JP57058540A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Kurosawa; Mitsuru Yamaura; Tetsuo Matsushima
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1982-04-08
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1989-05-09
Also published as: JPS58175924A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕本発明は、電流差動保護継電装置、特に故障電
流による変流器の飽和に拘らず内外故障を弁別し
得る電流差動保護継電装置に関するものである。

〔発明の技術的背景〕

送電線の大規模化に伴ない、多端子送電線系統
が増加し、その保護も複雑になつてきている。こ
のため所定の区間内外部の事故識別能力が最も高
い差動原理を適用した電流差動保護方式を多端子
送電線保護に適用しようとする傾向が近年盛んに
強くなつてきている。

以下第１図によつて差動保護原理を説明する。
即ち、この方式は各端Ａ，Ｂ，Ｃ端子の電流変成
器CT１を介して得られる電流i_A，i_B，i_Cのベクト
ル和の絶対値、｜i_A＋i_B＋i_C｜を動作量とし、前記
電流i_A，i_B，i_Cの各々のスカラー和、｜i_A｜＋｜i_B
｜＋｜i_C｜に定数Ｒを乗じた量を抑制量として、
動作量と抑制量の差が一定値Ｋ以上あるか否かに
より動作判定し、各端子Ａ，Ｂ，Ｃ内外部の事故
か否かを識別するものである。これを動作式で表
わすと下式のようになる。

｜i_A＋i_B＋i_C｜−Ｒ（｜i_A｜＋｜i_B｜＋｜i_C｜）Ｋ …(1) 〔背景技術の問題点〕 (1)式は単純な差動電流分の大きさのみを検出す
るものではなく、左辺の第２項の抑制量を付加す
ることによつて外部事故の種々の誤差による誤動
作を避け、且つ高感度な故障検出能力を得るため
の一般的な手法である。例えば第２図に示すよう
に外部事故時に過大な事故電流分i_FがＣ端子に集
中して流出し、電流変成器CT１が飽和し易くな
つてしまう。且つその時Ａ，Ｂ端子での流入電流
i_A，i_BはＡ，Ｂ端子の電流変成器CT１が飽和しな
い場合は、Ｃ端子で生じた電流変成器CTの飽和
による誤差分がそのまま差動電流分になつてしま
い、飽和度合によつては誤動作に至つてしまう可
能性を生じる。この場合、(1)式の第２項目を比較
的大きくしておけば前記誤動作は防止できる。し
かし第３図に示すように並行２回線送電線の2L
側Ｆ点での内部事故時にＣ端子の2L側は流出端
子となり、前記電流変成器CT１の誤差がなくて
も(1)式の左辺第１項目の動作量と第２項目の抑制
量の比が接近し外部事故との識別能力が低下して
くる可能性が生じる。この場合は(1)式の第２項目
の抑制量を過大に大きくすると、内部事故であり
ながら動作できないと云う不具合が生じることに
なる。従つて、外部事故で動作量が、又、内部事
故で抑制量が発生しても高感度に区間内外部の事
故を識別する必要があり、前記(1)式の定数Ｒ，Ｋ
をそのように適切に選ぶ必要がある。

このような状況を考慮して、電流が比較的小さ
い領域では抑制量を小さくして高感度にし、電流
が大きい領域ではCT飽和等の種々の誤差分によ
る影響を避けるため、抑制量を比較的大きくして
低感度にした、いわゆる電流の大小によつて特性
を変える方式が通常適用される。即ち、下式のよ
うな特性としている。

I_d−R₁×Σ｜Ｉ｜K₀₁ ……小電流域 ……(2) I_d−R₂×Σ｜Ｉ｜K₀₂ ……小電流域 ……(3) 但しR₁＜R₂，K₀₁＞K₀₂ I_d＝｜i_A＋i_B＋i_C｜ Σ｜Ｉ｜＝｜i_A｜＋｜i_B｜＋｜i_C｜ (2)，(3)式で示されるI_d，Σ｜Ｉ｜は各々(1)式で
説明したようにＡ，Ｂ，Ｃ端子の電流i_A，i_B，i_C
のベクトル和｜i_A＋i_B＋i_C｜及び前記各電流i_A，
i_B，i_Cのスカラー和｜i_A｜＋｜i_B｜＋｜i_C｜であ
る。定数R₁，R₂は各々小電流域特性、大電流域
特性の大きさを制限する比率定数である。又、
K₀₁，K₀₂は小電流域特性、大電流域の一端流入
時の電流感度を決める定数である。

第４図の特性に示される如く、縦軸は動作量、
横軸は抑制量であり、小電流域では動作域が広
く、大電流域では動作域が狭くなつていることが
わかる。第２図において示したように、Ｃ端子に
集中した過大電流が流れ、電流変成器CT１が飽
和した場合の動作量と抑制量との関係を第５図に
よつて説明する。第５図ａは直流飽和波形であ
り、一般にCTの残留磁束等の影響により事故発
生から１サイクル〜２サイクル以降に大きな波形
歪が生じる傾向にある。従つて同図ｂに示される
非飽和端子Ａ，Ｂの和電流に比べて１サイクルか
ら２サイクル以降に誤差分が増大し動作量が発生
してくる。但しその時第５図ｃで示される飽和端
子Ｃの電流の大きさと、同図ｄで表わされる非飽
和端子の電流の和で示される抑制量は事故発生と
同時に大きくなつてきている。更に、第５図ｃ，
ｄの立上りがいずれもａ，ｂの故障電流の立上り
に対して僅かの時間遅れがあるのは、フイルタ
ー、振幅値計算等の反答時間によるものである。
又、第５図ｅにはCT飽和誤差分の大きさの時間
変化を示している。そして第５図ｅから下記のこ
とがわかる。

(i) 事故発生からCT飽和による波形歪の影響が
現われる迄には１〜２サイクル要するので、抑
制量が動作量より先に大きくなり、電流が大き
くなる迄の過渡時に(2)式の小電流域特性の動作
域に入つてくることがない。且つ飽和継続時に
は小電流域特性の動作域に入つても、大電流域
特性では不動作域となり誤動作に至るのを防止
できる。

(ii) ある時定数で減衰していくCT飽和の影響が
まだ残つている状態で事故が除去された場合、
飽和端子のCTの残留磁束による誤差分がその
まま動作量となつて残り、事故除去と同時に抑
制量が低下するのに比べて動作量の立下りが鈍
く、その時間協調によつて誤動作に至る。

以上の(i)，(ii)に示した動作量と抑制量との時間
関係を第６図に示す。

第６図のＡ点が常時負荷状態であり、事故発生
してからCT飽和による波形歪の影響が現われる
迄はAB間の変化で表わされる。即ち、抑制量の
大きさが動作量の大きさの立上りより早い場合を
示している。その後波形歪が比較的顕著に表われ
て動作量が大きくなつてくる場合の変化をBC間
で示す。CT飽和の継続中は主に第６図のハツチ
ング部で示される領域にある。ある時定数のもと
で飽和度も減衰していくが、完全に影響がなくな
らない間に事故が除去された場合は、抑制量が急
激に減衰していくにも拘らず、飽和端子のCT残
留磁束の影響による誤差分が過渡的に残つて動作
量の低下が鈍くなり、動作量と抑制量の時間協調
がとれなくなる。即ち、第６図のC′からＤ、そし
てＡへ戻る軌跡となる。Ｄ点は大電流域、小電流
域共に動作している領域であり誤動作と判定され
る。

以上のように(2)，(3)式で示される動作式で応動
する電流差動保護装置が多端子保護用に適用さ
れ、しかも或る一端子に集中して電流が流れて
CT飽和を起した場合、前記(2)，(3)式で示される
動作量と抑制量との時間協調がとれず、区間外部
事故時に誤動作に至る可能性が生じる。

〔発明の目的〕

本発明は上記問題点を解決することを目的とし
てなされたものであり、区間外事故であるにも拘
らず、集中して故障電流が流れて生じるCT誤差
分が原因となつて誤動作することのない電流差動
保護継電装置を提供することを目的としている。

〔発明の概要〕

本発明は事故除去を契機に急激に減衰していく
抑制量に着目し、抑制量として各端子からサンプ
リングされた各時刻毎のサンプリング値のうちか
ら最大値を使用し、しかも動作量の立下りよりも
抑制量の立下りを遅らせることにより、動作量と
の間の時間協調をとろうとするものである。

〔発明の実施例〕

以下図面を参照しつつ実施例を説明する。

第７図は本発明による電流差動保護継電装置の
一実施例構成図である。第７図において、Ａ，
Ｂ，Ｃは各電気所であり、本実施例では３端子系
統が示されている。なお、各端子は夫々同一構成
であるため、Ａ電気所についてのみ説明する。２
は各端子間にもうけられた送電線であり、変流器
１を介して各端電流は電流差動継電器３に導入さ
れる。ここで電流差動継電器３に取込まれた電流
は入力変換器３１にて所定の電気量に変換され、
フイルター３２を介して不要な周波数成分の電気
量を除去して得られた電気量がサンプリング・ホ
ールド回路（Ｓ／Ｈ）３３にて次のサンプリング
時迄ホールドされる。そして前記ホールドされた
電気量をマルチプレクサ回路（MPX）３４を介
してアナログ・デジタル変換回路（Ａ／Ｄ変換回
路）３５に導入し、これから得られた電気量であ
るデジタル量i_Anは伝送装置４を介してＢ，Ｃ端
子に夫々送られる。同時にＢ，Ｃ端子からの同時
刻にサンプリングされた電気量i_Bn，i_Cnを受信し、
前記自端電気量i_Anと共にデータ記憶メモリ
（RAM）３６に格納される。そして前記した如
き格納されたデータを用い、後述する(4)〜(9)式に
基いたアルゴリズムに従つた所定の処理内容を記
憶するプログラム・メモリ（ROM）３８のプロ
グラム命令によつて中央演算処理部（CPU）３
７で演算処理し、その判定結果に基いて入出力イ
ンターフエース回路（Ｉ／Ｏ）３９を介して出力
するよう構成される。

以上の構成を有する装置において以下に示す(4)
〜(9)式が演算される。

I_dn−R₁×I_RMAXnK₀₁ ……(4) I_dn−R₂×I_RMAXnK₀₂ ……(5) I_RMAXn＝MAX（I_Rn，I_Rn-1，I_Rn-2，……I_Rn-o）
……(6) I₍ _)n＝｜i₍ _)n｜＋｜i₍ _)n-1｜＋｜i₍ _)n-2｜＋……
＋｜i₍ _)n-5｜＋K₁｛‖i₍ _)n｜−｜i₍ _)n-3‖＋‖i₍ _)n-1｜−｜i
₍ _)n-4‖＋‖i₍ _)n-2｜−｜i₍ _)n-5‖｝……(7) i_dn＝i_An＋i_Bn＋i_Cn ……(8) I_Rn＝I_An＋I_Bn＋I_Cn ……(9) 上記(4)，(5)式はサンプリング値のうちから最大
値としての抑制量を用いて表わした各動作電流域
での特性式であり、(4)式は小電流域特性、(5)式は
大電流域特性を夫々示す。(6)式は各サンプリング
値のうちから最大の抑制量を検出することを意味
し、(7)式は各サンプリング値を用いて振幅値を計
算する計算式である。なお、式中にある（）は
ｄ，Ａ，Ｂ，Ｃが夫々入る。そして(8)，(9)式は各
端サンプリング電流値から動作量としての差電流
及び抑制量としての和電流を算出する式である。
更に上式において、ｍはサンプリング時系列を表
わし、且つ交流量を30゜毎にサンプリングする場
合を想定している。従つて時系列（ｍ）と（ｍ−
１）の差は１サンプリングであり、（ｍ）が最も
新しいサンプリング時刻のものであることを意味
する。

第８図は動作説明のためのフローチヤートであ
る。先ずStep801においてはデータメモリ
（RAM）３６から必要とする各端子のデータ
（i_An，i_An-1，…i_An-5），（i_Bn，i_Bn-1，…i_Bn-5），
（i_Cn，i_Cn-1，…i_Cn-5）を読み出し、Step802にお
いて差動電流分（i_dn，i_dn-1，…i_dn-5）を作る。
差動電流分i_dnは各端子電流i_An，i_Bn，i_Cnから(8)式
により作成される。Step803においてはStep801，
802で得られたデータ列（i_An，i_Bn，i_Cn，i_dn），
（i_An-1，i_Bn-1，i_Cn-1，i_dn-1）……（i_An-5，i_Bn-5，
i_Cn-5，i_dn-5）から(7)式で示される交流電気量の
大きさに比例した量I_An，I_Bn，I_Cn，I_dnを作る。
Step804においてはStep803で求めたI_An，I_Bn，I_Cn
から(9)式によつて抑制量I_Rnを求める。更に、I_Rn
についてはｍ時点以降ｎサンプリング間必要とす
るため所定のデータメモリ（RAM）３６に格納
しておく。Step805においてはStep804で得られ
たI_Rnと、I_Rnの過去ｎサンプリング間の値
（I_Rn-1，I_Rn-2，……I_Rn-o）を記憶している所定の
データメモリ（RAM）３６から前記各データを
読み出し、I_Rnと（I_Rn-1，I_Rn-2……I_Rn-o）の中の
最大の値I_RMAXnを検出する。Step806ではStep805
及び803で得られた（I_RMAXn，I_dn）と定数R₁，
K₀₁とから(4)式が成立するか否かを検出する。そ
してこれが成立したならばStep807において、
Step805及び803で得られた（I_RMAXn，I_dn）と定数
R₂，K₀₂とから(5)式が成立するか否かを検出す
る。これが成立したならば動作と判定し次の処理
に進む。Step806において(4)式が成立しなければ
不動作と判定し次の処理に進む。更にStep807に
おいて(5)式が成立しない場合も不動作と判定し次
の処理に進む。以上の処理を施すことによつて前
述したCT飽和の影響がまだ残つている状態での
事故除去時の抑制量と動作量との時間協調不足に
よる誤動作を防止できる。即ち、事故除去時に抑
制量の立下りを動作量の立下りより緩やかにする
ことによつて誤動作が防止できる。

第９図は抑制量と動作量との時間関係をｎをパ
ラメータとして示したものである。なお、ここで
ｎは現時点を基準にした過去のサンプリング回数
である。第９図の横軸は時間、縦軸は動作量I_dn
及び抑制量（R₁I_RMAXn＋K₀₁）の大きさを示して
いる。同図の動作量に注目すると、ある時定数に
よつてCT誤差分の影響が低下し、動作量が低下
していることがわかる。時刻t₀において事故が除
去されると、飽和端子のCT残留磁束による影響
だけが残り、非飽和端子では事故除去と同時に負
荷電流のみとなるので動作量はt₀から一定時間だ
け残ることになる。そしてそれ以降は減衰し略々
零レベルとなる。

次に抑制量に注目すると、ｎ＝０のI_RMAX＝I_Rn
とした場合はT₀間だけ抑制量（R₁I_RMAXn＋K₀₁）
が動作量I_dnより小さくなることがある。しかし、
ｎ＝３以上では動作量が抑制量を越えることなく
誤動作に至ることはない。ｎ＝２の場合はT₂間
だけ誤動作期間があるが、T₀よりはるかに小さ
くなつている。以上の如く、抑制量の立下りを緩
やかにすることにより、前述した動作量と抑制量
の立下り時の時間協調の不揃いによる誤動作を防
止することができることが明らかになつた。な
お、抑制量の立下りを緩やかにする方法として(6)
式の方法によらず下式によつても実現できる。

I_RMAXn＝MAX（I_Rn，ξI_RMAXn-1） ……(10) ここでI_Rnは(7)，(9)式から算出される前記した
ものと同一である。しかしI_RMAXnはｍ時点のI_Rnと
（ｍ−１）時点のI_RMAXn-1に１より小さい定数ξ
を乗じた値ξI_RMAXn-1との大きい方の値とする。

第１０図は動作説明のためのフローチヤートで
ある。第１０図において、Step101においては、
データメモリ（RAM）３６から必要な各端子デ
ータ（i_An，i_An-1，……i_An-5），（i_Bn，i_Bn-1……
i_Bn-5），i_Cn，i_Cn-1，……i_Cn-5）を読み出し、
Step102において差動電流分（i_dn，i_dn-1，……
i_dn-5）を作る。差動電流分（i_dn）は各端子電流
i_An，i_Bni_Cnから(8)式により作成される。Step103
においては第８図のStep803と同様に(7)式に基い
て交流電気量の大きさに比例した量I_An，I_Bn，
I_Cn，I_dnを作る。Step104においてStep803で得ら
れた各端子電流の大きさI_An，I_Bn，I_Cnより(9)式に
基いてI_Rnを作成する。Step105においては
Step104で得られたI_Rnと所定のデータメモリ
（RAM）３６に記憶されている前サンプリング
時点の演算結果I_RMAXn-1に定数ξを乗じた値との
大小を比較し、大きい方を検出する。同時にその
値（I_RMAXn）を前記したI_RMAXn-1を記憶していた
データメモリ（RAM）３６に記憶する。
Step106ではStep105で得られたI_RMAXnとStep103
で得られたI_dn及び定数（R₁，K₀₁）とから(4)式が
成立するか否かを検出する。ここで成立した場合
はStep107においてStep105及びStep103で得られ
た（I_RMAXn，I_dn）と定数（R₂，K₀₂）とから(5)式
が成立するか否かを検出する。これが成立した場
合は動作と判定し次の処理へ進む。Step106又は
107が成立しない場合は不動作と判定し次に処理
へ進む。

以上の処理を施すことによつて(6)式の場合と同
様に動作量と抑制量の立下り時間協調不足による
誤動作を防止することができる。

第１１図は抑制量と動作量との時間関係をξを
パラメータとして示したものである。第１１図か
らわかるように、ξを１に近づければ抑制量の立
下りをより遅らせることができる。

ここで(10)式の定性的な意味は、抑制量I_Rnの立
下りが急岐な場合はξI_RMAX-1の効果によつてなめ
らかになり、逆にI_Rnの立下りがなめらかな場合
にはI_Rnが支配的であると云うことである。

以上の如く本発明で提案した(6)式及び(10)式で示
される方法によつて、区間外事故除去時の動作量
と抑制量の立下り時間協調不足による誤動作を防
止することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるも
のではなく、次のような方式にも適用できるもの
である。即ち、電流差動継電器として小電流域、
大電流域特性(4)，(5)式の２特性を有するもの以外
に、両者の特性の長所を加味した１特性とした場
合の抑制分にも適用できる。更に、本発明の対象
とする事故除去時の誤動作現象が小電流域での問
題であれば、前記(4)式の小電流域特性のみに(6)式
又は(10)式のI_RMAXnを適用し、大電流特性の抑制量
としてはI_Rnを適用すればよい。

即ち、 I_dn−R₁×I_RMAXnK₀₁ ……(11) I_dn−R₂×I_RnK₀₂ ……(12) なる式となる。但し、I_RMAXnは(6)式又は(10)式を適
用する。又、振幅値に対しては(7)式の代りに以下
の式を用いてもよいことは云うまでもない。

I₍ _)n＝₅ 〓ⁱ⁼⁰ ｜i₍ _)n-i｜ ……(13) 但し（）はｄ，Ａ，Ｂ，Ｃが入る。

更に、電流差動継電器の動作式を(4)〜(9)式に限
ることなく、次式で示すように交流量の振幅値の
２乗値としても可能である。

I² _dn−R₁′×I² _RMAXnK₀₁′ I² _dn−R₂′×I² _RMAXnK₀₂′ I² _RMAX＝MAX（I² _Rn，I² _Rn-1……I² _Rn-o） I² ₍ _)n＝i₍ _)n＋i₍ _)n-3 I² _RMAXn＝I² _An＋I² _Bn＋I² _Cn……(14) 但し（）はｄ，Ａ，Ｂ，Ｃが入る。

R₁′，R₂B′，K₀₁′，K₀₂′は定数又、上記実施例では３端子構成として電力系統
を説明したが、２端子構成又は４端子構成以上の
場合にも適用できる。この場合には前記(8)，(9)式
に対応する量として、 i_dn＝i_(1)n＋i_(2)n＋……＋i_(N)n I_Rn＝I_(1)n＋I_(2)n＋……＋I_(N)n ……(15) を演算し、これに(4)，(5)，(6)式を適用すればよ
い。なお（）内のＮは端子数である。そして本
実施例では保護区間を送電線として説明したが、
これに限定されるものではなく、例えば母線、変
圧器等の保護にも適用できることは勿論である。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば抑制量とし
て各端子からサンプリングされたサンプリング値
のうちから最大値を使用し、しかも動作量の立下
りよりも抑制量の立下りを遅らせることにより、
抑制量と動作量との時間協調をとるよう構成した
ので、区間外事故除去時における誤動作を防止し
得る電流差動保護継電装置を供給することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は電流差動保護方式の一般的な原理を説
明する図、第２図は外部故障時に１端子に集中し
て電流が流れる様子を説明する図、第３図は内部
故障時に電流が流出する端子が生ずる場合を説明
する図、第４図は電流差動継電器の小電流域特性
と大電流域特性の一般的説明を行なうための図、
第５図はCTの直流飽和波形と各端子の電流振幅
値の時間的関係を説明する図、第６図はCT飽和
時と飽和による影響が残つている場合の事故除去
時の動作量と抑制量との関係を概念的に示す図、
第７図は本発明による電流差動継電装置の一実施
例構成図、第８図は動作説明のためのフローチヤ
ート、第９図は動作量と抑制量との時間協調を説
明する図、第１０図は他の検出量を用いて時間協
調させる場合を説明するフローチヤート、第１１
図は動作量と抑制量との時間協調を説明する図で
ある。１…電流変成器、２…送電線、３…電流差動継
電器、４…伝送装置、３１…入力変換器、３２…
フイルタ、３３…サンプリングホールド回路、３
４…マルチプレクサ、３５…アナログ／デジタル
変換回路、３６…データ・メモリ、３７…中央演
算処理部、３８…プログラム・メモリ、３９…入
出力インターフエース回路。

Claims

【特許請求の範囲】１電力系統の各端子電流値を同一時刻、一定周
期をもつてサンプリングし、これらのサンプリン
グされた検出データを用いて保護演算を行なう電
流差動保護継電装置において、検出データが格納
されたデータメモリから必要とする各端子データ
を読み出す手段と、読み出された各データをもと
に動作量を作成する手段と、データメモリ内の各
端子データ列を用いて各電気量に比例した振幅値
を作成する手段と、前記各振幅値をもとに抑制量
を作成して記憶する手段と、前記記憶された過去
ｎサンプリング間の抑制量のうちから最大値を検
出する手段と、前記動作量と抑制量のうちの最大
値を用いて動作判定する小電流域特性と大電流域
特性を有する判定手段とを備えたことを特徴とす
る電流差動保護継電装置。２電力系統の各端子電流値を同一時刻、一定周
期をもつてサンプリングし、これらのサンプリン
グされた検出データを用いて保護演算を行なう電
流差動保護継電装置において、検出データが格納
されたデータメモリから必要とする各端子データ
を読み出す手段と、読み出された各データをもと
に動作量を作成する手段と、データメモリ内の各
端子データ列を用いて各電気量に比例する振幅値
を作成する手段と、前記各振幅値をもとに抑制量
を作成して記憶する手段と、既に記憶されている
一定時間前に使つた抑制量に正の定数を乗じて得
られた抑制量と現時点で作成された抑制量とのう
ちで大きいものを選択する手段と、前記動作量と
選択された抑制量を用いて動作判定する小電流域
特性と大電流域特性を有する判定手段とを備えた
ことを特徴とする電流差動保護継電装置。