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距離リレー装置 - 三菱電機株式会社
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発明の名称 距離リレー装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−20353(P2007−20353A)
公開日 平成19年1月25日(2007.1.25)
出願番号 特願2005−201114(P2005−201114)
出願日 平成17年7月11日(2005.7.11)
代理人 【識別番号】100094916
【弁理士】
【氏名又は名称】村上 啓吾
発明者 尾田 重遠
要約 課題
外部故障時に、2つのCTのうちの一方のCTが飽和した場合に、距離リレー装置が誤動作しないようにすることを目的とする。

解決手段
1.5CB母線系統において、2つのCTに流れる事故電流の合成電流iと、送電線に設置されたPTの二次側電圧vとが入力され、入力位置から事故発生点までのインピーダンスを演算する距離演算手段20、事故が前方方向か後方方向かを演算する方向演算手段21を備え、事故が前方方向である場合に信号を出力する距離リレー装置において、合成電流iの急変を検出する電流急変検出手段23、後方方向の信号を検出し出力する後方方向信号出力手段である信号反転手段25を備え、合成電流iの急変後、2つのCT飽和までの間のt2時間、信号反転手段25から後方方向の信号を検出した場合に、距離リレー装置から信号を出力させないようにするロック信号を出力する。
特許請求の範囲
【請求項1】
1.5CB母線系統において、母線間の常閉の2つの遮断器の外側に設置された2つの電流変成器に流れる上記1.5CB母線系統に発生した事故による事故電流の二次側電流の合成電流と、上記2つのCB間に接続された送電線に設置された電圧変成器の二次側電圧とが入力され、上記母線位置から上記事故発生点までのインピーダンスを演算する距離演算手段と、上記事故発生点が前方方向か後方方向かを演算し、前方方向の信号を出力する方向演算手段とを備え、上記距離演算手段の出力が所定の値以下であり、上記前方方向の信号が上記方向演算手段から出力された場合に上記2つの遮断器を開とする信号を出力して上記1.5CB送電系統を事故から保護するための距離リレー装置において、
上記二次側電流の急変を検出する電流急変検出手段と
上記方向演算手段とは別に事故点が前方方向か後方方向かを演算し、後方方向の場合に信号を検出し出力する後方方向信号出力手段とを備え、
上記電流急変検出手段が二次側電流の急変を検出した後、上記2つの電流変成器が上記事故電流により飽和するまでの間の所定の時間の間、上記後方方向信号出力手段から後方方向の信号を検出した場合に、
上記2つの遮断器を開とする信号を出力させないようにするロック信号を出力することを特徴とする距離リレー装置。
【請求項2】
上記後方方向信号出力手段は、上記方向演算手段の演算で得られる後方方向の信号を取り出し出力することを特徴とする請求項1記載の距離リレー装置。
【請求項3】
上記後方方向信号出力手段は、上記2つの電流変成器それぞれの二次側電流を検出し、上記それぞれ検出した二次側電流相互の位相を演算して、上記演算した二次側電流相互の位相が逆相になっていることにより上記後方方向の信号を出力することを特徴とする請求項1記載の距離リレー装置。
【請求項4】
上記後方方向信号出力手段は、上記2つの電流変成器それぞれの二次側電流を検出し、上記それぞれ検出した二次側電流相互の位相の同時間における瞬時の位相の積を演算して、上記演算した積が負になっていることにより上記後方方向の信号を出力することを特徴とする請求項1記載の距離リレー装置。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、1.5CB母線系統に接続される送電線で起こる短絡や地絡事故を検出して、事故を系統から除去して送電系統を保護するための距離リレー装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来の距離リレー装置においては、1.5CB母線連絡線に接続された送電線の2つの遮断器(以下、CBという)の外側に配設された2つの電流変成器(以下、CTという)の合成電流と送電線電圧とを使用して距離演算手段による距離演算(事故点から装置までのインピーダンス)及び方向演算手段による方向演算(事故点が前方方向(内部事故)か後方方向(外部事故)かを演算する)を実行して故障箇所を検出し、内部故障(2つのCTの間及び送電線における短絡あるいは地絡)の場合に保護リレーを作動させ、外部故障(2つのCTの外側における短絡あるいは地絡等の故障)の場合に保護リレーを作動させないような構成としている(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
上記特許文献1に記載されたような従来の距離リレー装置においては、外部故障により大電流が流れた場合、CTが飽和して距離演算手段及び方向演算手段が誤検出してCBを誤動作させる危険性があるという欠点がある。
【0004】
すなわち、1.5CBでは、外部故障が発生した場合、2つのCTのうちの一方のCTに母線貫通故障電流と送電線故障電流が集中し、大電流が流れることにより、大電流が流れたCTが飽和を起こしやすくなる傾向にある。上記一方のCTは外部流出側のCTに相当するので、外部流出側のCTのみが飽和し、内部流出側CTである他方のCTは飽和しないという現象が生じ、距離リレー装置へ入力される2つの合成電流としては内部流出側CTの電流が優勢となり、外部故障にもかかわらず内部故障と誤認識してCBを誤動作させることになる。
【0005】
【特許文献1】特開平5−83844号公報(第3−4頁、図4)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上記のように、従来の距離リレー装置においては、外部故障時に2つのCTのうちの一方のCTが飽和した場合、距離リレー装置が誤動作するという問題があった。
【0007】
この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、外部故障時に2つのCTのうちの一方のCTが飽和した場合に、距離リレー装置が誤動作しないようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係る距離リレー装置は、1.5CB母線系統において、母線間の常閉の2つの遮断器の外側に設置された2つの電流変成器に流れる上記1.5CB母線系統に発生した事故による事故電流の二次側電流の合成電流と、上記2つのCB間に接続された送電線に設置された電圧変成器の二次側電圧とが入力され、上記母線位置から上記事故発生点までのインピーダンスを演算する距離演算手段と、上記事故発生点が前方方向か後方方向かを演算し、前方方向の信号を出力する方向演算手段とを備え、上記距離演算手段の出力が所定の値以下であり、上記前方方向の信号が上記方向演算手段から出力された場合に上記2つの遮断器を開とする信号を出力して上記1.5CB送電系統を事故から保護するための距離リレー装置において、
上記二次側電流の急変を検出する電流急変検出手段と
上記方向演算手段とは別に事故点が前方方向か後方方向かを演算し、後方方向の場合に信号を検出し出力する後方方向信号出力手段とを備え、
上記電流急変検出手段が二次側電流の急変を検出した後、上記2つの電流変成器が上記事故電流により飽和するまでの間の所定の時間の間、上記後方方向信号出力手段から後方方向の信号を検出した場合に、
上記2つの遮断器を開とする信号を出力させないようにするロック信号を出力するものである。
【発明の効果】
【0009】
この発明に係る距離リレー装置によれば、外部故障時に、CT飽和による距離リレー装置の誤動作を阻止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
実施の形態1.
まず、外部故障が発生した場合の従来の距離リレー装置における誤動作について図1、図2及び図3で説明する。
【0011】
図1は、1.5CB母線連絡線と1.5CB母線連絡線に接続された距離リレー装置の構成を示すブロック図であり、図2は、外部故障Fが発生した場合の故障電流の流れを示す図であり、図3は、各CTの二次電流及び一方のCT7が故障電流により飽和した場合における各二次電流の合成電流の波形を説明する図である。
【0012】
図1に示したように、1.5CB母線連絡線は、第1母線1と第2母線2との間に3つの常時閉のCB3,4,5が直列に接続され、CB3とCB4との間に送電線が接続され、CB3とCB4の外側にそれぞれ送電線の電流を取り出すCT6とCT7が配設され、送電線には送電線の電圧を取り出すPT(電圧変成器)8が設置されている。CT6及びCT7の二次電流は合成してPT8の二次電圧とともに距離リレー装置10へ入力される。
【0013】
距離リレー装置10は、距離リレーで適用可能なように設計され、PT8の二次電圧が入力される電圧トランス11と、CT6及びCT7の二次電流を合成した合成電流が入力される電流トランス12と、電圧トランス11及び電流トランス12の出力が入力される距離演算手段20及び方向演算手段21並びに距離演算手段20の出力と方向演算手段21の出力との論理積を演算するAND手段22を備えた距離リレー要素13とを備えている。
【0014】
図1に示した距離リレー装置10の動作を図2及び図3に基づき説明する。
図2に示したように、第2母線2上のFに短絡または地絡の故障が発生すると、Fに向かって母線貫通故障電流Iと送電線故障電流Iが流れる。CT6には母線貫通故障電流Iが流れ、CT7にはI=I+Iが流れ、I及びIの二次電流i及びiの合成電流がPT8の二次電圧vとともに距離演算手段20と方向演算手段21に入力される。距離演算手段20は、v/iの演算をして距離リレー装置10の設置点から故障点までのインピーダンスを演算する。方向演算手段21は、電流波形の向きから故障が前方方向(内部故障)か後方方向(外部故障)かを判定する演算を行う。AND手段22は、故障点までのインピーダンスが所定の値(整定値)以内であり、故障が前方方向である場合に信号を出力し、CB3,4を開とする。
【0015】
図3に示した、母線貫通故障電流Iの二次電流i、送電線故障電流Iの二次電流i及びiにおいて、CT7が飽和していない正常状態の場合には、合成電流i=−iとなり、方向演算手段21は後方方向と判断し、AND手段22からの出力はない。
【0016】
しかし、CT7が飽和した場合、図3に示したように、iの斜線部が距離リレー装置10に入力されなくなり、距離リレー装置10に入力される合成電流iは後方方向と前方方向とを繰り返すことになり、方向演算手段21で検出する時間が前方方向に掛かる場合には、後方方向であるにもかかわらずAND手段22は誤出力をすることになる。
【0017】
図4は、本発明に係る距離リレー装置の実施の形態1を示すブロック図であり、距離リレー要素の構成を示している。
【0018】
この実施の形態1における距離リレー装置の距離リレー要素は、2つのCTの合成電流と送電線の電圧から距離リレー装置の設置点から故障点までのインピーダンスを演算する距離演算手段20と電流波形の向きから故障が前方方向(内部故障)か後方方向(外部故障)かを判定する演算を行う方向演算手段21に加えて、合成電流iの急変を検出する電流急変検出手段23、故障が発生して合成電流iが急変した場合に電流急変検出手段23が検出した検出信号をCT飽和の継続時間以上のt1時間引き延ばす復帰タイマー手段24、方向演算手段21の後方方向の信号を反転させて出力する後方方向信号出力手段である信号反転手段25、復帰タイマー手段24の信号と信号反転手段25の信号の論理積を演算するAND手段26、AND手段26の出力の有無を判定し出力があった場合にON動作する判定動作タイマー手段27、判定動作タイマー手段27の判定信号を1サイクル以上継続させる復帰タイマー手段28、復帰タイマー手段28の信号により距離リレー要素の信号をロックするNOT付AND手段29を備えている。
【0019】
図5は、図4の距離リレー要素の動作を示すタイムチャートである。図5におけるA〜Eは、図4に示したA〜E点におけるON/OFFを示している。
外部故障発生時点までは方向演算手段21の出力B以外の出力A,C,Dは復帰状態(OFF)であり、出力Bは負荷電流の向きによって不定な状態である。
【0020】
故障発生後、距離演算手段20の出力AはON信号となる。方向演算手段21の出力Bは不定状態から復帰し、CT飽和発生によりON,OFFを交互に繰り返し、この繰り返しはCT飽和が消失するまで継続する。電流急変検出手段23の出力Cは復帰タイマー手段24によりt1の間(CT飽和が消失するまで)継続している。
【0021】
方向演算手段21の出力Bが不定状態から復帰して信号反転手段25の出力と、電流急変検出手段23の出力とにより、AND手段26から信号が出力され、判定動作タイマー手段27はAND手段26からの信号をt2時間検出した場合には外部故障と判断し出力信号D(ロック信号)をCTが飽和している期間中出力し、復帰タイマー手段28は判定動作タイマー手段27の判定信号(ロック信号)を1サイクル以上継続させる。t2は電流急変検出手段23の出力時からCTが飽和して方向演算手段21の出力Bの繰り返しが始まるまでの間の短い時間に設定される。t3は送電系統の電流電圧の1〜数サイクルに設定し、CT飽和による方向演算手段21の出力BのON,OFF繰り返し時間以上に信号Dのロック信号を引き延ばすことで完全にロックし、NOT付AND手段29がE信号を出力しないようにするためのものである。
【0022】
以上のように、外部故障の場合、電流急変検出手段23による故障発生検出時に、CT飽和前に方向演算手段21の後方方向の信号を信号反転手段25を介して出力し、電流急変検出手段23による故障発生の信号と信号反転手段25の出力とによるAND手段26の出力によりNOT付AND手段29の出力をロックし、CT飽和による距離リレー装置の誤動作を阻止することができる。
【0023】
実施の形態2.
上記実施の形態1は、2つのCTの合成電流の急変と方向演算手段の後方方向の信号を後方方向信号出力手段から出力して距離リレー装置をロックし、後方方向の事故の場合に距離リレー装置から信号を出力させないようにするものであるが、この実施の形態2では、後方方向信号出力手段を2つのCTから個別に電流を距離リレー装置に取り込み、取り込んだ相互の電流の位相関係から内部故障、外部故障の故障判定をして後方方向の場合に信号を出力して、外部故障の場合に距離リレー装置から出力しないようにロックするものである。
【0024】
図6は、1.5CB母線連絡線と1.5CB母線連絡線に接続された本発明の距離リレー装置に係る実施の形態2の構成を示すブロック図であり、図7は、図6における外部故障検出手段の構成を示すブロック図である。
【0025】
図6に示したように、この実施の形態2では、図1に示した距離リレー要素13及び電圧トランス11及び電流トランス12に加えて、CT6の電流iが入力される電流トランス14及びCT7の電流iが入力される電流トランス15、電流トランス14及び電流トランス15から外部故障を検出する外部故障検出手段16、外部故障検出手段16の出力信号(後方方向の信号)があった場合にNOT付AND手段18にロック信号を出力する復帰タイマー手段17を備えている。電流iと電流iとは合成されて電流トランス12に入力され、電流トランス12の出力は距離リレー要素13に入力される。
【0026】
図7に示したように、外部故障検出手段16は、CT6の電流iの位相とCT7の電流iの位相を検出し電流iと電流iとが同相か逆相かを判定して逆相の場合に後方方向の信号を出力する後方方向信号出力手段である位相検出手段31、電流iと電流iの電流急変を検出する電流急変検出手段32,33、電流急変検出手段32,33の論理和をとるOR手段34、OR手段34から出力される信号を急変信号としてCT飽和期間(t1)の間継続させる復帰タイマー手段35、位相検出手段31の出力信号と復帰タイマー手段35の急変信号の論理積をとるAND手段36、AND手段36からの出力があったかどうかを確認する判定動作タイマー手段37を備えている。
【0027】
図8は、電流i及び電流iの位相と位相検出手段31が出力を行う動作領域とを示しており、図8に示したように電流iと電流iが逆相になっている場合に位相検出手段31が動作する。図7のブロック図における動作について説明する。
位相検出手段31により、電流iと電流iとが同相か逆相かが後述のように判定され、逆相の場合に出力Bがなされる。また、電流急変検出手段32,33により電流i及び電流iのいずれか一方でも電流の急変が検出されるとOR手段34から信号が出力され、復帰タイマー手段35は急変信号Cを出力する。AND手段36は逆相の場合に出力される出力Bと急変信号Cによって信号を出力し、判定動作タイマー手段37はAND手段36の出力信号をt2時間検出した場合にロック信号を図6の復帰タイマー手段17に出力し、復帰タイマー手段17はロック信号をt3時間引き延ばしてNOT付AND手段18に出力する。
【0028】
判定動作タイマー手段37のt2時間は、電流急変を検出した後、CT飽和が発生するまでの短い時間に設定する。また、復帰タイマー手段17のt3時間はロック信号がCT飽和中も連続して確実に出力されるように送電系統の電流電圧の1〜数サイクルに設定される。
【0029】
なお、位相検出手段31における位相演算には、CT飽和までの短い時間幅で演算する必要があるので、例えば、電気角30゜の2サンプリング時間で演算できるようなアルゴリズムを用いる。電気角30゜サンプリングの場合には、現時点データと30゜前のデータの2点で演算する下記式(1)のような演算式とする。
【0030】
【数1】


【0031】
すなわち、I1(t)=sinωt、I2(t)=sin(ωt+φ)とすると、I1(t−T)は下記式(2)となり、I2(t−T)は下記式(3)となり、上記式(1)の左辺は下記式(4)となり、従って、cosφ<0であれば、90゜<φ<270゜となり、I1とI2の位相が逆相になることがわかる。
【0032】
【数2】


【0033】
この実施の形態2によれば、2つのCTの電流を個別に入力し、故障発生時の2つのCTの二次電流の急変時における位相検出手段31による2つのCTの二次電流の逆相を検出することによって故障が外部故障であると判断され、この判断により距離リレー装置の出力がロックされるので、CT飽和時における距離リレー装置の誤動作を阻止することができる。
【0034】
なお、この実施の形態2において、電流急変検出手段32,33は上記実施の形態1と同様に、一つにして電流i及び電流iの合成電流を検出するようにしてもよい。
【0035】
実施の形態3.
上記実施の形態2では、後方方向信号出力手段として、電流急変時の2つのCTからの二次電流の位相を位相検出手段で演算するものとした。この実施の形態3における後方方向信号出力手段では、電流急変時における2つのCTからの二次電流の瞬時値の正負により位相を判定する。
【0036】
図9は、本発明の距離リレー装置に係る実施の形態3における外部故障検出手段の構成を示すブロック図である。
【0037】
図9に示したように、この実施の形態3では、上記実施の形態2における図6及び図7における位相検出手段に代えて、後方方向信号出力手段として2つのCTからの二次電流iとiの瞬時値の正負判定を行う瞬時値比較手段41を備えている。
【0038】
瞬時値比較手段41は、同時刻におけるiとiとの掛け算により、i×i=εを求め、ε<0の場合にiとiとが逆相であると判定する。すなわち、故障発生時に、2つのCTからの二次電流iとiが同極性方向へ立ち上がればεは正となり前方方向(内部故障)と判断でき、逆極性方向に立ち上がればεは負となり後方方向(外部故障)と判断できる。この同極性、逆極性の判定は二次電流iとiの瞬時値の掛け算の正負によって判定することができる。ここで、εとしてはある値以上とし、電流零付近とした場合の位相判定誤りが生じないように考慮する。
【0039】
判定動作タイマー手段37のt2時間は、電流急変を検出した後、CT飽和が発生するまでの短い時間に設定する。また、図6における復帰タイマー手段17のt3時間はロック信号がCT飽和中も連続して確実に出力できるように送電系統の電流電圧の1〜数サイクルに設定される。
【0040】
この実施の形態3によれば、位相演算が簡単であり、かつ、短時間で逆極性の判定ができる。
【0041】
なお、この実施の形態3において、電流急変検出手段32,33は上記実施の形態1と同様に、一つにして電流i及び電流iの合成電流を検出するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0042】
この発明に係る距離リレー装置は、1.5CB母線系統に接続される送電線の電力用保護継電器に有効に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】1.5CB母線連絡線と1.5CB母線連絡線に接続された距離リレー装置の構成を示すブロック図である。
【図2】外部故障Fが発生した場合の故障電流の流れを示す図である。
【図3】各CTの二次電流及び一方のCT7が故障電流により飽和した場合における各二次電流の合成電流の波形を説明する図である。
【図4】本発明に係る距離リレー装置の実施の形態1を示すブロック図であり、距離リレー要素の構成を示している。
【図5】図4の距離リレー要素の動作を示すタイムチャートである。
【図6】本発明の距離リレー装置に係る実施の形態2の構成を示すブロック図である。
【図7】図6における外部故障検出手段の構成を示すブロック図である。
【図8】電流i及び電流iの位相と位相検出手段が出力を行う動作領域とを示す図である。
【図9】本発明の距離リレー装置に係る実施の形態3における外部故障検出手段の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【0044】
1 第1母線、2 第2母線、3,4,5 CB、6,7 CT、8 PT、
10 距離リレー装置、11 電圧トランス、12,14,15 電流トランス、
13 距離リレー要素、16 外部故障検出手段、
17,24,28,35 復帰タイマー手段、18,29 NOT付AND手段、
20 距離演算手段、21 方向演算手段、22,26,36 AND手段、
23 電流急変検出手段、25 信号反転手段、27,37 判定動作タイマー手段、
31 位相検出手段、32,33 電流急変検出手段、34 OR手段、
41 瞬時値比較手段。




 

 


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