(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-11-12
(45)【発行日】2024-11-20
(54)【発明の名称】保護リレー装置
(51)【国際特許分類】
H02H 3/05 20060101AFI20241113BHJP
【ＦＩ】
H02H3/05 F
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021079038
(22)【出願日】2021-05-07
(65)【公開番号】P2022172806
(43)【公開日】2022-11-17
【審査請求日】2023-10-06
(73)【特許権者】
【識別番号】000005108
【氏名又は名称】株式会社日立製作所
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】工藤 俊
(72)【発明者】
【氏名】柳岡 淳
【審査官】滝谷 亮一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１５－２２０９４８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１０６４５６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０６９６５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－１１８６４２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０２Ｈ ３／０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力回路における事故検知時に遮断器に対して遮断指令を与える二重化構成された内部回路を含む保護リレー装置であって、保護リレー装置は、各内部回路の異常を検知する自動監視機能をそれぞれの前記内部回路ごとに備え、
保護リレー装置の出力部は、Ａ系の内部回路の常開接点とＢ系の内部回路の第１の常開接点による第１の直列回路と、Ａ系の内部回路の前記常開接点とＢ系の自動監視機能の常閉接点による第２の直列回路と、Ａ系の自動監視機能の常閉接点とＢ系の内部回路の第２の常開接点による第３の直列回路とを備え、一つ以上の直列回路の形成をもって前記遮断器を遮断するとともに、
電力回路に事故が発生しておらず、かつ自動監視機能が内部回路の異常を検知していない正常状態において前記の常開接点と常閉接点はすべて開放状態とされていることを特徴とする保護リレー装置。
【請求項2】
請求項１に記載の保護リレー装置であって、前記自動監視機能は、内部回路の異常を検知しない時に前記常閉接点を開放状態とし、内部回路の異常を検知した時に前記常閉接点を閉状態とすることを特徴とする保護リレー装置。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載の保護リレー装置であって、直列回路は制御電源間に、補助リレーと直列に接続され、前記補助リレーの励磁により遮断器を操作することを特徴とする保護リレー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、二重化構成された保護リレー装置の信頼度向上対策に関する。
【背景技術】
【0002】
保護リレー装置は、電力系統で発生した事故を検出し、即座に遮断器にトリップ指令を出力することで遮断器を開放し、この異常による影響を最小限に抑えるために使用されている。
【0003】
従来から保護リレー装置は、信頼性向上を図るために、内部回路を二重化させる構成が用いられており、これにより片方の装置内部で故障が発生した場合においても、もう一方でトリップ指令が出力できる回路とすることで、誤不動作（動作すべきときに動作しない）を防止している。また、内部回路の二重化により、各々の遮断器制御出力接点を直列に接続することで、誤動作（動作すべきでないときに動作してしまう）を防止する構成が用いられている。
【0004】
また保護リレー装置は、さらに自己の状態を監視する自動監視機能を有しており、各内部回路で異常が一定時間以上継続した場合に装置異常と判断する。この場合、遮断器制御出力接点を制御できない状態となるため、誤動作を防止するために遮断器制御出力接点の制御を無効としている。
【0005】
このような各内部回路で装置異常となった場合を考慮し、遮断器制御出力接点には、バイパス制御接点（装置異常時に動作）を並列に接続する構成が提案されている。
【0006】
上記により、二重化された内部回路のどちらか一方が故障となってもバイパス回路によりトリップ指令が出力できない状態とはならず、もう一方の健全側回路単独で保護が継続できるようにトリップ出力方法を切り替える回路構成としている。
【0007】
係る構成の保護リレー装置として、特許文献１が知られている。特許文献１では、上記のように内部回路を二重化するとともに、各出力回路部の遮断器制御出力接点に対してバイパス制御接点を並列接続し、この並列回路を各々直列二重化して接続した構成としている。また、各内部回路が運悪く共に内部異常等を生じた場合において、各バイパス制御接点が共に閉状態となり、バイパス制御接点を経由して電流が流れて、遮断器がトリップされてしまうという不具合が発生しないように、バイパス指令の出力タイミングを調整する手段を有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
【文献】特許第５４２６４１２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
特許文献１では、両方のバイパス制御接点が同時に閉状態となることがないように、出力タイミング調整手段として、バイパス指令とサンプリング用のクロックとが与えられるＤフリップフロップを適用しており、バイパス制御常閉接点（ｂ接点）に対しバイパス制御常開接点（ａ接点）は１クロック遅れて指令が出力される。
【0010】
上記により、二重化された内部回路が同時に故障した場合においても、バイパス制御接点を経由して誤ってトリップ出力されることはないものの、電力系統の事故と装置の内部故障のタイミングによっては、本来バイパス制御接点が動作する時間が１クロック分遅れてしまうため、事故除去もそれに伴い１クロック分遅れてしまう可能性がある。
【0011】
また、接点ごとに動作時間のばらつきが生じるため、もしそのばらつきが１クロック分であった場合は、結果として、各バイパス制御接点が閉状態となり、遮断器がトリップされてしまうという不具合が生じる。
【0012】
このような動作の遅れや誤動作を防止するためには、例えば、バイパス制御常開接点とバイパス制御常閉接点を各々使用せず、切り替え接点（ｃ接点）を用いることで、接点ごとのばらつきに影響されず、正常な動作が可能である。
【0013】
しかし、切り替え接点（ｃ接点）を用いた構成とする場合には、接点構成が複雑化するとともに、余分なコストアップ、実装スペースの増大という課題がある。
【0014】
本発明は、上記の課題を解決すべく提案されたもので、出力タイミング等の調整が不要で、切り替え接点（ｃ接点）を使用することなく、より簡易な接点構成によって従来と同等の信頼性およびハードのスリム化が可能となる保護リレー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0015】
以上のことから本発明においては「電力回路における事故検知時に遮断器に対して遮断指令を与える二重化構成された内部回路を含む保護リレー装置であって、保護リレー装置は、各内部回路の異常を検知する自動監視機能をそれぞれの内部回路ごとに備え、保護リレー装置の出力部は、Ａ系の内部回路の常開接点とＢ系の内部回路の第１の常開接点による第１の直列回路と、Ａ系の内部回路の前記常開接点とＢ系の自動監視機能の常閉接点による第２の直列回路と、Ａ系の自動監視機能の常閉接点とＢ系の内部回路の第２の常開接点による第３の直列回路とを備え、一つ以上の直列回路の形成をもって遮断器を遮断するとともに、電力回路に事故が発生しておらず、かつ自動監視機能が内部回路の異常を検知していない正常状態において常開接点と常閉接点はすべて開放状態とされていることを特徴とする保護リレー装置」のように構成したものである。
【発明の効果】
【0016】
本発明の回路構成であれば、従来の二重化構成とした場合のトリップ回路である各遮断器制御出力接点とバイパス制御接点の並列回路を各々直列二重化して接続した構成と同等の信頼性かつハードの少ないスリム化した回路構成にすることができる。
【0017】
さらに従来のように、共に内部異常等を生じた場合において、各バイパス制御接点が共に閉状態となり、バイパス制御接点を経由して電流が流れて、遮断器がトリップされてしまうという不具合が発生しないように、出力タイミングの調整をする必要もなく、接点構成のみで対策が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1】内部回路が二重化構成とされた保護リレー装置のブロック構成例を示す図。
【図2】本発明の実施例に係る保護リレー装置のトリップ回路の構成を示す図。
【図3】Ａ系内部回路異常時の処理を説明するための図。
【図4】Ａ系内部回路異常時の処理を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下本発明の実施例について説明する。
【実施例】
【0020】
図１は、内部回路が二重化構成とされた保護リレー装置のブロック構成例を示す図である。
【0021】
図１の保護リレー装置１００は、内部回路１００Ａ、内部回路１００Ｂで二重化されている。なお、ここでは各内部回路１００Ａ、１００Ｂを区別する必要があるため、一方の内部回路１００ＡをＡ系、他方の内部回路１００ＢをＢ系と称する。なお、Ａ系とＢ系は同一の機能を有するため、ここではＡ系の構成についてのみ説明する。
【0022】
この保護リレー装置１００は、入力変換器１Ａ、アナログフィルタ２Ａ、Ａ／Ｄ変換器３Ａ、ＣＰＵ部４Ａ、出力回路部５Ａ、自動監視機能６Ａで構成されている。
【0023】
入力変換器１Ａは、電力系統や電力機器のＶＴ（Ｖｏｌｔａｇｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：計器用変圧器）、ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ：変流器）と絶縁をとり、電圧値、電流値をアナログ／ディジタル変換部に適したレベルに変換するための補助ＶＴ、補助ＣＴを備えている。入力変換部に、電力系統や電力機器の主ＶＴ（Voltage Transformer：計器用変圧器）、主ＣＴ（Current Transformer：変流器）と絶縁をとり、電圧値、電流値をアナログ／ディジタル変換部に適したレベルに変換するための補助ＶＴ、ＣＴを備える。入力変換部に、電力系統や電力機器の主ＶＴ（Voltage Transformer：計器用変圧器）、主ＣＴ（Current Transformer：変流器）と絶縁をとり、電圧値、電流値をアナログ／ディジタル変換部に適したレベルに変換するための補助ＶＴ、ＣＴを備える。
【0024】
アナログフィルタ２Ａは、入力した電圧及び電流信号に含まれている折り返し誤差となる不要な周波数成分を除去するために実装されている。
【0025】
Ａ／Ｄ変換器３Ａは、出力される電圧または電流のアナログ信号をサンプリングしてディジタル量に変換する。
【0026】
ＣＰＵ部４Ａは、Ａ／Ｄ変換器３Ａで変換したディジタル値を用いて保護演算を実施し、系統で事故が発生しているか判定する。電力系統で事故が発生していると判定した場合は、ＣＰＵ部４Ａから出力回路部５Ａの遮断器制御接点に制御指令を出力する。
【0027】
出力回路部５Ａは、ＣＰＵ部４Ａからの制御指令に従って開閉する複数の接点で構成されており、遮断器にトリップ指令を与える。なお図示の例では、出力回路部を５Ａと５Ｂの二重系構成としているが、これは単重系により構成されるものであってもよい。出力回路部を５Ａと５Ｂの二重系構成としたときには、いずれかの出力回路部の条件成立をもって遮断器操作とする論理和出力とするのがよい。
【0028】
自動監視機能６Ａは、内部回路の状態を常時監視し、異常が発生した場合に、出力回路部５Ａのバイパス制御接点に制御指令を出力し、誤出力を与える可能性が高い内部回路の出力が外部出力され遮断器が誤って開放されることを阻止する。
【0029】
図２は、本発明の実施例に係る保護リレー装置のトリップ回路の構成を示す。トリップ回路は、出力回路部５Ａ、５Ｂの双方に同一回路構成として形成されるので、ここではＡ系の出力回路部５Ａについて説明する。なお、出力回路部５Ａ、５Ｂの双方には、ＣＰＵ部４Ａ、４Ｂからの指令により作動する遮断器制御接点４Ａａ、４Ｂａと、自動監視機能６Ａからの指令により作動するバイパス制御接点６Ａａ、６Ｂａを備えている。また遮断器制御接点４Ａａ、４Ｂａの一方として、この例では４Ｂａが２組の接点４Ｂａ１、４Ｂａ２を有するものとされている。
【0030】
図２の出力回路部５Ａ、５Ｂ内のトリップ回路は、以下のような論理回路構成とされている。ここでは、図示せぬ正負の制御電源間に、Ａ系ＣＰＵ部４Ａからの指令により作動する遮断器制御接点４ＡａとＢ系ＣＰＵ部４Ｂからの指令により作動する遮断器制御接点４Ｂａ１による第１の直列回路を形成し、第１の直列回路が形成されたことをもってトリップ指令とし、トリップ指令により図示せぬ補助リレーを励磁し、遮断器をトリップする。なお一般的にこの補助リレーは、図示せぬ正負の制御電源間にこれら直列回路に直列に接続されて、遮断器の引き外し操作を行う。
【0031】
ここで遮断器制御接点４Ａａと遮断器制御接点４Ｂａは、ＣＰＵ部４Ａ、４Ｂにおいて保護対象機器における事故を検知した時に閉じられる常開接点（ａ接点）である。この第１の直列回路により、二重の内部回路が共に保護対象機器における事故検知した時に遮断の引き外し操作（トリップ操作）が実行されることになる。なお保護対象機器とは電力系統における送電線、変圧器、母線、発電機、その他の電力機器であり、事故検知時に遮断器を開放することにより自己除去するものである。
【0032】
また図２の出力回路部５Ａ、５Ｂ内のトリップ回路は、図示せぬ正負の制御電源間に、Ａ系自動監視機能６Ａからのバイパス制御接点６ＡｂとＢ系ＣＰＵ部４Ｂからの遮断器制御接点４Ｂａ２による第２の直列回路を形成し、第２の直列回路が形成されたことをもってトリップ指令とする。なお、第２の直列回路は、Ａ系内部回路異常時に遮断器トリップを行うための第１の補助回路ということができる。また、正負の制御電源間に、Ａ系ＣＰＵ部４Ａからの遮断器制御接点４ＡａとＢ系自動監視機能６Ｂからのバイパス制御接点６Ｂｂとによる第３の直列回路を形成し、第３の直列回路が形成されたことをもってトリップ指令とし、トリップ指令により図示せぬ補助リレーを励磁し、遮断器をトリップする。第３の直列回路は、Ｂ系内部回路異常時に遮断器トリップを行うための第２の補助回路ということができる。
【0033】
ここで、自動監視機能６Ａ、６Ｂからのバイパス制御接点６Ａｂ、６Ｂｂは、自動監視機能６Ａ、６Ｂからの指令により作動する常閉接点（ｂ接点）であるが、自動監視機能６Ａ、６Ｂは、それぞれが監視するＡ系、Ｂ系の内部回路に異常がないときに、常時出力を与えており、バイパス制御接点６Ａｂ、６Ｂｂを内部回路に異常がない正常状態において開放状態とするように運用している。これは電源異常が発生し、バイパス制御接点６Ａｂ、６Ｂｂの接点コイルに電流印加がされない場合を考慮したためである。なお、バイパス制御接点６Ａｂ、６Ｂｂとして常開接点を使用した場合は、電源異常時は接点コイルに電流印加されないため、接点は開状態となり、装置異常（電源異常）であってもバイパス回路が機能せず、トリップ指令が出力できないことによる。
【0034】
この結果、図２の回路は、保護対象機器に事故が発生しておらず、かつ自動監視機能６Ａ、６Ｂのそれぞれが監視するＡ系、Ｂ系の内部回路に異常を検知していない、いわゆる正常状態において、すべての接点４Ａａ、４Ｂａ（４Ｂａ１、４Ｂａ２）、６Ａｂ、６Ｂｂが開放状態にある。
【0035】
なお図２において２つの矢印は、保護対象機器に事故が発生して２組の内部回路が事故検出し、かつ自動監視機能６Ａ、６Ｂのそれぞれが監視するＡ系、Ｂ系の内部回路に異常を検知していない状態において、第１の直列回路が形成され、図示せぬ正負の制御電源間に電流が流れる、つまり遮断器のトリップ指令が出力されることを表している。
【0036】
図３は、Ａ系内部回路異常時の処理を説明するための図である。図２のトリップ回路において、Ａ系内部回路の異常をＡ系自動監視機能６Ａが検知しているときの回路構成および、この状態での保護対象機器に事故が発生した時の状態を示している。この状態では、Ａ系内部回路の異常により接点４Ａａの信頼度が低下し、その開閉状態は信ずるに足りない。
【0037】
この時、自動監視機能６ＡはＡ系内部回路の異常を検知して開放状態にあった自動監視機能６Ａの常閉接点６Ａｂを閉状態とする。このことは、第１の直列回路において、仮に４Ａａが内部回路４Ａの装置異常により閉じたとしても、Ｂ系内部回路の接点４Ａａが正しく開放状態にあるために第１の直列回路の形成には至らず、遮断器の操作が行われることはないことを意味している。またこのことは制御対象機器に事故が発生し、遮断器を開放すべき状態となった時に、第２の直列回路において内部回路が正常であるＢ系の接点４Ｂａとバイパス制御接点６Ａｂにより、単重系による遮断動作が実行可能であることを意味している。図２の３つの矢印は、第２の直列回路が形成され、図示せぬ正負の制御電源間に電流が流れる、つまり遮断器のトリップ指令が出力されることを表している。
【0038】
図４は、Ｂ系内部回路異常時の処理を説明するための図である。図２のトリップ回路において、Ｂ系内部回路の異常をＢ系自動監視機能６Ｂが検知しているときの回路構成および、この状態での保護対象機器に事故が発生した時の状態を示している。この状態では、Ｂ系内部回路の異常により接点４Ｂａ（４Ｂａ１、４Ｂａ２）の信頼度が低下し、その開閉状態は信ずるに足りない。
【0039】
この時、自動監視機能６ＢはＢ系内部回路の異常を検知して開放状態にあった自動監視機能６Ｂの常閉接点６Ｂｂを閉状態とする。このことは、第１の直列回路において、仮に４Ｂａ１が内部回路４Ｂの装置異常により閉じたとしても、Ａ系内部回路の接点４Ａａが正しく開放状態にあるために第１の直列回路の形成には至らず、遮断器の操作が行われることはないことを意味している。また第２の直列回路において、仮に４Ｂａ２が内部回路４Ｂの装置異常により閉じたとしても、Ａ系自動監視機能６Ａの接点６Ａａが正しく開放状態にあるために第２の直列回路の形成には至らず、遮断器の操作が行われることはないことを意味している。またこのことは制御対象機器に事故が発生し、遮断器を開放すべき状態となった時に、第３の直列回路において内部回路が正常であるＡ系の接点４Ａａとバイパス制御接点６Ｂｂにより、単重系による遮断動作が実行可能であることを意味している。図２の３つの矢印は、第３の直列回路が形成され、図示せぬ正負の制御電源間に電流が流れる、つまり遮断器のトリップ指令が出力されることを表している。
【0040】
なお、自動監視機能６Ａ、６Ｂの常閉接点６Ａｂ、６Ｂｂを用いたバイパス回路は内部回路の故障時に動作する常閉接点６Ａｂ、６Ｂｂと正常時に動作する常開接点４Ａａ、４ＢａのＡＮＤでのみバイパス回路が機能し、片系でのトリップ指令を可能とする接点構成としているため、正常な系列のバイパス回路をロックする機能や接点の動作時間のばらつきを考慮する必要はなく、仮に同時に両系故障した場合にも、ミストリップ等の不要動作が発生しない接点構成となる。
【符号の説明】
【0041】
１００：保護リレー装置
１００Ａ、１００Ｂ：保護リレー装置の内部回路
１Ａ、１Ｂ：入力変換器
２Ａ、２Ｂ：アナログフィルタ
３Ａ、３Ｂ：Ａ／Ｄ変換器
４Ａ、４Ｂ：ＣＰＵ
５Ａ、５Ｂ：ＤＯ回路
６Ａ、６Ｂ：自動監視機能
４Ａａ、４Ｂａ：内部回路の常開接点
６Ａｂ、６Ｂｂ：自動監視機能の常閉接点
１００Ａ、１００Ｂ：保護リレー装置の内部回路
１Ａ、１Ｂ：入力変換器
２Ａ、２Ｂ：アナログフィルタ
３Ａ、３Ｂ：Ａ／Ｄ変換器
４Ａ、４Ｂ：ＣＰＵ
５Ａ、５Ｂ：ＤＯ回路
６Ａ、６Ｂ：自動監視機能
４Ａａ、４Ｂａ：内部回路の常開接点
６Ａｂ、６Ｂｂ：自動監視機能の常閉接点
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】