JPH0124013B2 - - Google Patents

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、各端子
Ａ，Ｂ，Ｃ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
の値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みを検出するもので
なく、左辺の２項の抑制量を付加することによつ
て区間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が
生じる。この場合、(1)式の第２項目を比較的大き
く、即ち、Ｒを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
線送電線の隣回線2L側の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)式の左辺第２項目の定数Ｒ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 ……大電流域…(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Id，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、大電流域特性の抑制量
を制限する比率定数である。又、K₀₁，K₀₂は小
電流域特性、大電流域特性の一端流入時の電流感
度を決める定数である。即ち、第４図々示特性か
ら明らかなように、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。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の立上りがいづれも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。即
ち、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るが、それ以降は差
動電流分（誤差電流分）が大きくなる。従つて小
電流域特性の比率定数の値と飽和度の関係によつ
て誤動作に至る。

以上の動作量と抑制量との時間的関係を第６図
に示す。第６図のＡ点が常時負荷状態であり、事
故が発生してから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は
早いことを示している。その後、波形歪が比較的
あきらかに表われて動作量が大きくなり、逆に抑
制量が小さくなつてくる。即ち、これはBC間で
表わされる。Ｃ点からは飽和度が低下して動作量
が低下し、抑制量が立上つてＤ領域に入つて行
く。即ち、Ｂ→Ｃ→Ｄの動きによつてＣ点ゾーン
で誤動作域に入つてくる可能性がある。そこでＣ
点ゾーンを避けるため比率定数を高めて抑制分を
大きくすると、通常の流出を伴なう内部事故時の
検出感度を低下させてしまう。

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飽和を起こした場合、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、区間外の事故であるにも
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〕

本発明は波形歪に原因して生ずる動作量として
の差電流に着目し、動作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による
最小差電流を使用し、しかも抑制量の立下りに対
して差電流の立上りを遅らせることにより、抑制
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。電
流差動継電気３に取込まれた電流は入力変換器３
１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回路）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）３
５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／）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_dMINn−R₁×I_Rn≧K₀₁ ……(4) I_dMINn−R₂×I_Rn≧K₀₂ ……(5) I_dMINn＝MIN（I_dn，I_dn-1，I_dn-2…I_dn-o） ……(6) I_{( )n}＝｜i_{( )n}｜＋｜i_{( )n-1}｜＋…＋｜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) 上記した(4)，(5)式は最小差電流を用いた各動作
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小差電流を検出することを
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
いては前記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_dnと、I_dnの過去
ｎサンプリング間の値（I_dn-1，……I_dn-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_dnと（I_dn-1，I_dn-2
……I_dn-o）の中の最小の値I_dMINnを検出する。
Step806ではStep805及びStep804で得られた
（I_dMINn，I_Rn）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804で得られた
（I_dMINn，I_Rn）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飽和の影響が顕著になつて
きた状態における抑制量と動作量の時間協調不足
による誤動作を防止できる。即ち、CT飽和の影
響が現われてきた時に、動作量の立上りを抑制量
の立下りより緩やかにすることによつて誤動作に
至るのを防止できる。

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、ここに
示したｎは現時点から遡つた過去のサンプリング
回数を意味する。第９図の横軸は時間、縦軸は動
作量I_dMINn及び抑制量（R₂×I_Rn＋K₀₂）の大きさ
を示している。同図の抑制量に注目すると、ある
時定数によつてCT誤差分の影響が大きくなり抑
制量が低下していることがわかる。次に動作量に
注目すると、ｎ＝０のI_dMINn＝I_dnとした場合はT₀
間だけ動作量I_dMINnが抑制量（R₂×I_Rn＋K₀₂）よ
り大きくなることがある。しかしｎ＝３以上では
動作量が抑制量を越えることはなく、誤動作には
至らない。又、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。即ち、動作量と抑制量の時間協調不揃いによ
る誤動作を防止できることが明らかとなつた。
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。

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特性とした場合の動作分に
も適用できる。更に本発明の対象とするCT飽和
時の誤動作現象が大電流域での問題であれば下式
を適用してもよい。

I_dn−R₁×I_Rn≧K₀₁ ……(10) I_dMINn−R₂×I_Rn≧K₀₂ ……(11) 即ち、大電流特性を示す(11)式の動作量にのみ
I_dMINnを用い、小電流特性は(10)式とするものであ
る。又、振幅値に対しては(7)式の代り以下の式を
用いてもよいことは云うまでもない。

I_{( )n}＝₅ 〓ⁱ⁼⁰ ｜i_{( )n-i}｜ …(12) 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 _dMINn−R′₁×I² _RM≧K′₀₁ I² _dMINn−R′₂×I² _RM≧K′₀₂ I² _dMINn ＝MIN（I² _dn，I² _dn-1，…I² _dn-o） I² _{( )n}＝i² _{( )n}＋i² _{( )n-3} I² _Rn＝I² _An＋I² _Bn＋I² _Cn……(13) 但し、R′₁，R′₂，K′₀₁，K′₀₂は定数 又、上記実施例では３端子構成として電力系統
又を説明したが、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 ……(14) を夫々演算し、これに前記した(4)，(5)，(6)式を適
用すればよい。なお（14）式の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。更
に、以上の説明では抑制量I_Rnとして各端電流振
幅値の夫夫の和としたが、下式のような方法など
種々考えられる。

I_Rn＝MAX（I(1)_n，I(2)_n……I_(N)n）……(15) 即ち、（15）式は各端電流振幅値I_{( )n}の最大端
子電流振幅値を抑制量I_Rnとするものである。

〔発明の効果〕

以上説明した如く、本発明によれば動作量とし
て各端子による最小差電流を使用し、抑制量の立
下りに対して動作量の立上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、区間外部故障時に一端子に集中して電
流が流れてCT飽和となつても誤動作することの
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
値と差動電流分の振幅値の時間的関係を説明する
図、第６図はCT飽和時における動作量と抑制量
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である。 １…電流変成器、２…送電線、３…電流差動継
電器、３１…入力変換器、３２…フイルタ、３３
…サンプリングホールド回路、３４…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。４…伝送装置。

Claims (1)

1. 【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することによりサンプリ
   ングデータを検出するサンプリング回路と、前記
   サンプリングデータをデジタルデータに変換する
   アナログ／デジタル変換回路と、前記デジタルデ
   ータを用いて所定の演算を行なう演算回路と、デ
   ジタルデータ及び演算結果を記憶する記憶回路と
   をそなえた電流差動保護継電装置において、各端
   子電流によるサンプリング値から導出されかつ電
   流のベクトル和に比例する動作量を算出する第１
   の手段と、各端子電流によるサンプリング値から
   導出されかつ電流のスカラー和に比例する抑制量
   を算出する第２の手段と、前記第１の手段からの
   演算結果を記憶する第３の手段と、前記第１の手
   段による演算結果及び第３の手段により記憶され
   た演算結果中から最小の値を検出する第４の手段
   と、前記第４の手段による出力を動作量とし、第
   ２の手段による出力を抑制量として動作判定をす
   る第５の手段とからなることを特徴とする電流差
   動保護継電装置。 ２ 動作量及び抑制量の夫々を交流量の振幅値の
   ２乗としたことを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の電流差動保護継電装置。