保護継電装置の故障検出方法及び保護継電装置
【課題】系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時正確に検出できるようにする。
【解決手段】保護継電装置１０５は、相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路１０７、１０８と、前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生部１２２と、前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されているか否かに基づいて、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を前記第１、第２アナログ回路に入力して前記第１、第２アナログ回路が故障か否かを判定し、前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えている。
【解決手段】保護継電装置１０５は、相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路１０７、１０８と、前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生部１２２と、前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されているか否かに基づいて、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を前記第１、第２アナログ回路に入力して前記第１、第２アナログ回路が故障か否かを判定し、前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護継電装置の故障検出方法及び保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、送電線の地絡事故等、電力系統の事故を検出するためにデジタル保護継電装置が利用されている。デジタル保護継電装置は自身の故障を検出するために、故障検出機能を備えている。
デジタル保護継電装置は、系統電圧を所定レベルの信号に増幅したりノイズを除去して出力するアナログ回路部と、前記アナログ回路部からの信号をデジタル処理することによって電力系統の事故を検出するデジタル処理部を備えている。
アナログ回路部が故障した場合には異常な誤動作を発生する恐れがある。したがって、常時監視機能として、アナログ回路部の故障の有無を検出する機能が設けられている。
【０００３】
デジタル保護継電装置の故障検出機能の例をあげると、送電線からの系統電圧を入力変換器を介して系統信号として入力し、前記系統信号を、事故検出用の第１アナログ回路部及び故障検出用として第１アナログ回路部に並列接続され第１アナログ回路部と同一構成された第２アナログ回路部を介してデジタル処理回路部に入力する。第１、第２アナログ回路部の出力信号の差が所定値を超える場合、デジタル処理回路部はアナログ回路部に故障が発生したと判定する。これにより、保護継電装置の故障を検出することが可能になる。
【０００４】
ところで、一般には発電機の発電を停止することはあまり行われないが、プラント等では発電機の出力を停止することが普通に行われている。したがって、発電機の発電停止時には系統電圧を利用できなくなる。また、事故等の他の原因によって系統電圧を利用できない場合もある。
前述した保護継電装置では、系統電圧を利用して故障を検出する方式であるため、系統電圧を利用できない場合には保護継電装置自身の故障を検出することができないという問題がある。
【０００５】
この問題の解決策として、特許文献１、２に記載されているように、系統周波数の所定数倍の高調波信号を用いて保護継電装置の故障を検出する方式（高調波重畳監視方式）の故障検出機能を備えた保護継電装置が開発されている。
高調波重畳監視方式では、系統電圧に対応する系統信号と、別途発生した検査用の高調波信号（系統周波数の所定数倍の周波数信号）とを重畳して保護継電装置のアナログ回路部に入力する。フィルタ回路によって系統電圧に対応する信号は除去し、高調波信号のみを取り出す。
【０００６】
図２は、前記フィルタ回路の一例を示す特性図で、系統周波数が５０Ｈｚ、検査用の高調波信号の周波数が２００Ｈｚ（第４高調波）の場合の例である。図２において、フィルタ回路は、系統周波数５０Ｈの信号は殆ど通過しないが、２００Ｈｚの高調波信号は殆ど減衰することなく通過するような特性を有している。前記フィルタ回路を介して検出した高調波信号に基づいてアナログ回路部の故障の有無を検出する。
前記高調波重畳監視方式では、高調波信号を用いて故障検出するため、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時監視することが可能になる。
【０００７】
しかしながら、系統信号に検査用の高調波信号を重畳しているため、発電機出力が不安定だった場合、系統周波数が変動することが考えられる。この場合、系統信号が前記フィルタ回路を通過し、監視用の高調波信号と等価な周波数成分を抽出することになり、正確な故障の検出が困難になるという問題がある。
したがって、発電電力の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時正確に検出することが困難という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３３７４２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時正確に検出できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の視点によれば、
相互に同一構成されると共に並列接続され所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路に、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を入力し、
前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方の出力信号に基づいて、前記第１、第２アナログ回路に前記系統信号が入力されているか否かを判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは前記第１、第２アナログ回路が正常と判定する共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が前記所定範囲外のときは前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていないと判定した場合には、前記系統信号と区別可能な検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に入力し、所定範囲以内の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は正常と判定すると共に前記所定範囲外の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は故障と判定することを特徴とする保護継電装置の故障検出方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の視点によれば、
相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路と、
前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生手段と、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されているか否かを判定し、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を前記第１、第２アナログ回路に入力して前記第１、第２アナログ回路が故障か否かを判定し、前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えて成ることを特徴とする保護継電装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時正確に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る保護継電装置のブロック図である。
【図２】従来の保護継電装置に使用されているフィルタ回路の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る保護継電装置のブロック図である。
図１において、１０１は発電機、１０２は送電線、１０３は遮断器、１０５は本発明の実施の形態に係る保護継電装置である。発電機１０１は発電や発電停止が切り換えて行われるものであれば、プラントで使用される発電機でもよく又、一般事業者や一般家庭向けの発電機でもよい。発電機１０１が発電する電力の周波数（系統周波数）は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚでもよいが、本実施の形態では５０Ｈｚとしている。
【００１５】
保護継電装置１０５は、入力変換器１０６、第１アナログ回路１０７、第２アナログ回路１０８、デジタル処理部１０９、第３フィルタ回路１１５を備えている。第１、第２アナログ回路１０７、１０８は故障検出の対象となるアナログ回路である。デジタル処理部１０９は第１、第２アナログ回路１０７、１０８が故障しているか否か、電力系統に事故が生じているか否かを判定して電力供給の遮断を制御するデジタル回路部である。
【００１６】
入力変換器１０６は、送電線１０２を介して入力された発電機１０１の発電電圧（系統電圧）を所定レベルに降圧して、前記系統電圧に対応する信号（系統信号）を出力する。前記系統信号は電力系統の系統電圧を表す信号であり、系統電圧に関連する信号である。
第１アナログ回路１０７は、送電線１０２の短絡事故等、電力系統の事故を検出するためのアナログ回路である。第１アナログ回路１０７と並列に設けられた第２アナログ回路１０８は、アナログ回路１０７が故障しているか否かを検査するために設けられたアナログ回路である。
【００１７】
第１アナログ回路１０７は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び増幅器Ａ１から成る第１増幅回路１１６、コンデンサＣ１及び増幅器Ａ２から成る第１フィルタ回路１１７によって構成されている。第１増幅回路１１６は入力変換器１０６からの系統信号をデジタル処理部１０９の処理に適したレベルに増幅して出力する。第１フィルタ回路１１７は、高周波ノイズ除去用のローパスフィルタであり、系統周波数及び後述する検査用信号を含む所定周波数の信号が通過するようにカットオフ周波数が定められている。本実施の形態では検査用信号として系統周波数の第４高調波信号（周波数が２００Ｈｚの信号）を使用しており、前記カットオフ周波数を１５０Ｈｚとしている。
【００１８】
第２アナログ回路１０８は第１アナログ回路１０７と特性が同一になるように同一構成となっている。即ち、第２増幅回路１１８は第１増幅回路１１６と同一構成であり、第２フィルタ回路１１９は第１フィルタ回路１１７と同一構成である。
第１アナログ回路１０７の出力部はデジタル処理部１０９のマルチプレクサ１１０の第１入力部に接続され、第２アナログ回路１０８の出力部はマルチプレクサ１１０の第２入力部に接続されている。また、第３フィルタ回路１１５の出力部は、マルチプレクサ１１０の第３入力部に接続されると共に、第１アナログ回路１０７及び第２アナログ回路１０８の入力部に接続されている。
【００１９】
デジタル処理部１０９は、マルチプレクサ１１０、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１１、制御部１１２、出力部１１３、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１１４を備えている。
マルチプレクサ１１０は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８及び第３フィルタ回路１１５からのアナログ信号を選択的にＡ／Ｄ変換器１１１に出力する。Ａ／Ｄ換器１１１は、マルチプレクサ１１０からのアナログ信号をデジタル信号に変換し制御部１１２に出力する。制御部１１２は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号に対して、後述する処理を行う。
【００２０】
制御部１１２は、フィルタ部１２０、判定部１２１、検査用信号をデジタル形式で発生する信号発生部１２２を有している。フィルタ部１２０は、系統周波数を判定部１２１へ通すが検査用信号の周波数は遮断する第１フィルタ部１２３と、図２に示したフィルタのように系統周波数は遮断するが検査用信号の周波数は判定部１２１へ通す第２フィルタ部１２４とを備えている。制御部１１２はハードウェアによって構成することができるが、中央処理装置（ＣＰＵ）及びプログラムを用いてソフトウェア構成にすることができる。
【００２１】
判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号を、第１フィルタ部１２３、第２フィルタ部１２４のいずれか一方を介して受け取り、又は双方を介して時分割的に並列に受け取り、受け取った信号に関して後述するような所定の判定を行うことによって、出力部１１３のトリップ出力によって遮断器１０３の開閉制御を行ったり、信号発生部１２２に検査用信号の発生や停止を行わせる制御等を行う。
【００２２】
信号発生部１２２からのデジタル信号形式の検査用信号は、Ｄ／Ａ変換器１１４によってアナログ信号に変換された後、第３フィルタ回路１１５に入力される。第３フィルタ回路１１５は、コンデンサＣ２及び増幅器Ａ３によって構成されたローパスフィルタであり、Ｄ／Ａ変換器１１４から入力された検査用信号に含まれる高周波成分（歪み成分）を除去し、滑らかな正弦波の検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８の入力部及びマルチプレクサ１１０の第３入力部へ出力する。
【００２３】
尚、デジタル処理部１０９はデジタル処理手段を構成し、制御部１１２は制御手段を構成し、判定部１２１は判定手段を構成し、信号発生部１２２は信号発生手段を構成している。フィルタ部１２０はフィルタ手段を構成し、第１フィルタ部１２３は第１フィルタ手段を構成し、第２フィルタ部１２４は第２フィルタ手段を構成している。また、マルチプレクサ１１０はマルチプレクサ手段を構成し、Ａ／Ｄ変換器１１１はＡ／Ｄ変換手段を構成し、Ｄ／Ａ変換器１１４はＤ／Ａ変換手段を構成している。
【００２４】
上記のように構成された保護継電装置１０５の動作を以下に詳細に説明する。
先ず、発電機１０１が発電している状態において、保護継電装置１０５が電力系統の事故を検出するときの動作及び保護継電装置１０５が自身の故障を検出する動作を説明する。
発電機１０１が発電した電力は、送電線１０２及び正常時に閉状態にある遮断器１０３を介して、プラントに配設された各種機器（負荷）に送電される。保護継電装置１０５には、送電線１０２を介して系統電圧が入力される。
【００２５】
入力変換器１０６を介して、前記系統電圧に対応する系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力される。第１、第２アナログ回路１０７、１０８は同一構成であるため、これらが正常なときは、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号は同一レベルになる。第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号は、マルチプレクサ１１０の第１、第２入力部に入力される。
【００２６】
マルチプレクサ１１０は、その第１入力部に入力された第１アナログ回路１０７の出力信号と、その第２入力部に入力された第２アナログ回路１０８の出力信号とを、所定周期で時分割的に交互に直列に出力する。マルチプレクサ１１０から直列に出力された第１、第２アナログ回路の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１１１によってデジタル信号に変換され、制御部１１２に入力される。
【００２７】
制御部１１２では、判定部１２１が第１フィルタ部１２３を介して、デジタル形式の第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号を受け取ると、両出力信号のレベルの大小を判定する。第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常な場合は前記両信号のレベルは同じであり、設計誤差等のバラツキを考慮したとしても前記両信号のレベル差は所定範囲内になる信号である。したがって、判定部１２１は前記両信号のレベル差が所定範囲内の場合は第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常と判定する。
【００２８】
また、このときの第１アナログ回路１０７の出力信号として一定のレベルの信号が得られている場合、即ち第１アナログ回路１０７の出力信号が所定範囲内にあるときは、正常な系統電圧が得られているため、電力系統に事故が生じていないと判定する。
電力系統に事故が発生すると、入力変換器１０６に入力される系統電圧が変化し、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号のレベルが前記所定範囲外の値となる。この場合も第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号のレベル差が所定範囲内の場合には、判定部１１７は第１、第２アナログ回路１０７、１０８は正常と判定する。
しかしながら、第１アナログ回路１０７の出力信号のレベルが前記所定範囲外の値となるため、電力系統に事故が発生したと判定して、出力部１１３からトリップ出力を発生させて遮断器１０３を開状態に制御し、発電機１０１から各種負荷への電力供給を遮断する。
【００２９】
一方、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の一方が故障した場合、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号のレベルが相互に異なることになる。判定部１２１は、マルチプレクサ１１０、Ａ／Ｄ変換器１１１を介して入力された第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が前記所定範囲外になる場合、第１、第２アナログ回路１０７、１０８のいずれかが故障したと判定して、出力部１１３から保護継電装置自身が故障であることを通知（装置故障出力）し、早急な復旧が行えるようにしている。
【００３０】
尚、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の双方が同時に故障し、且つ第１、第２アナログ回路の両出力信号のレベル差が前記所定範囲内になるような事態の発生は殆ど有り得ない。したがって、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは正常、前記所定範囲外のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８のいずれかが故障したと判定するようにし、第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障したと判定した場合には、装置故障出力する事で保護装置の復旧を迅速に行い、装置の誤動作、誤不動作による大きな事故へ発展するような事態を防止する。
【００３１】
次に、発電機１０１が発電を停止している状態において、保護継電装置１０５が自身の故障を検出する動作について説明する。
発電機１０１が発電を停止している状態では、系統電圧に対応する信号が入力変換器１０６から出力されない。したがって、第１、第２アナログ回路１０８の双方の出力信号が所定レベル以下となる。よって、第１、第２アナログ回路１０７、１０８からマルチプレクサ１１０及びＡ／Ｄ変換器１１１を介して制御部１１２に入力される信号は、各々、所定値以下の電圧となる。
【００３２】
制御部１１２の判定部１２１は、第１フィルタ部１２３を介して得られる第１、第２アナログ回路１０７、１０８双方の出力信号が所定値以下になったと判定すると（換言すれば、発電機１０１の発電が停止したと判定すると）、信号発生部１２２に、アナログ回路１０７、１０８が正常か否かを検査するための信号である検査用信号を発生させる。前記検査用信号は、判定部１２１が系統電圧と区別することが可能な信号であればどのような信号でも良いが、本実施の形態では、系統周波数の高調波信号（本実施の形態では第４高調波信号、即ち、２００Ｈｚの信号）を使用している。
【００３３】
信号発生部１２２から出力される検査用信号は、デジタル信号であり、Ｄ／Ａ変換器１１４によってアナログ信号に変換され、第３フィルタ回路１１５によって滑らかなアナログ信号に変換された後、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の各入力部及びマルチプレクサ１１０の第３入力部に入力される。第３フィルタ回路１１５から出力される検査用信号は歪み成分が除去された滑らかな正弦波信号である。
第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力された前記検査用信号は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８を介して、マルチプレクサ１１０の第１、第２入力部に入力される。
【００３４】
マルチプレクサ１１０は、並列に入力された第１アナログ回路１０７、第２アナログ回路１０８、第３フィルタ回路１１５の出力信号を、順に時分割的に所定周期でＡ／Ｄ変換器１１１に直列に入力する。Ａ／Ｄ変換器１１１は、マルチプレクサ１１０から直列に順次入力される第１、第２アナログ回路１０７、１０８及び第３フィルタ回路１１５の出力信号を、デジタル信号に変換して順に制御部１１２へ入力する。
【００３５】
制御部１１２の判定部１２１は、マルチプレクサ１１０の第３入力部に入力される信号については、第２フィルタ部１２４を介して検出するように構成されており、第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０の第３入力部へ直接入力されている所定レベル（ノイズレベルよりも十分に大きいレベル）を超える検査用信号（第４高調波信号）を、第２フィルタ部１２４を介して検出することにより、信号発生部１２２から検査用信号が供給されていると判定する。
【００３６】
判定部１２１は、検査用信号が供給されていると判定すると、マルチプレクサ１１０の第１入力部に入力されている第１アナログ回路１０７の出力信号の検出に際しては、第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えて使用し、また、マルチプレクサ１１０の第２入力部に入力されている第２アナログ回路１０８の出力信号の検出に際しても、第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えて使用して、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号を検出する。
【００３７】
即ち、判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号のうち、第１アナログ回路１０７の出力信号については第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えることによって第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４の各々から出力される信号を検出し、第２アナログ回路１０８の出力信号についても第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えることによって第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４の各々から出力される信号を検出する。判定部１２１は、第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０に直接入力される検査用信号については、第２フィルタ部１２４を介して検出する。
【００３８】
判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号に基づいて第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０へ検査用信号が直接入力されていることを検出している状態で、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から出力される検査用信号のレベルがともに所定範囲内であれば、第１、第２アナログ回路１０７、１０８はともに正常と判定する。
【００３９】
一方、判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号に基づいて第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０へ検査用信号が直接入力されていることを検出している状態で、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から出力される検査用信号の少なくとも一方が所定範囲外の電圧レベルの場合は、前記所定範囲外のレベルの検査用信号を出力している第１アナログ回路１０７又は第２アナログ回路１０８は故障していると判定する。
このようにして第１、第２アナログ回路１０７、１０８が故障したか否かを検出することができる。
【００４０】
判定部１２１は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障したと判定すると、出力部１１３から装置故障出力することで継電保護装置１０５の復旧を迅速に行い得るようにし、保護継電装置１０５自身の誤動作、誤不動作による大きな事故へ発展するような事態を防止する。
【００４１】
発電機１０１が発電停止状態から発電を再開した場合、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から系統電圧に対応する系統周波数の信号が出力される。第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号は、マルチプレクサ１１０、Ａ／Ｄ変換器１１１介して、第１、第２フィルタ部１２３、１２４に入力される。
前述したように、判定部１２１は、第１、第２フィルタ部１２３、１２４を所定周期で交互に切り換えながら、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号を検出している。したがって、判定部１２１は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から出力される系統周波数の信号を、第１フィルタ部１２３を介して検出する。
【００４２】
判定部１２１は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号が所定範囲以内であると判定すると、信号発生部１２２が検査用信号を発生するのを停止させると共に、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号判定にはフィルタ部１２３のみを用いるように制御する。これにより、前述したように、系統電圧が生じている場合の電力系統の事故検出及び保護継電装置１０５の故障検出が行われることになる。
以上のようにして、発電機１０１が発電中か否かに拘わらず、即ち、系統電圧が存在するか否かに拘わらず、常時、保護継電装置１０５の故障を検出することが可能になる。
【００４３】
本発明の実施の形態に係る保護継電装置の故障検出方法は、
相互に同一構成されると共に並列接続され所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路１０７、１０８に、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を入力し、
第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方の出力信号に基づいて、第１、第２アナログ回路１０７、１０８に前記系統信号が入力されているか否かを判定し、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていると判定した場合には、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常と判定する共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が前記所定範囲外のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていないと判定した場合には、前記系統信号と区別可能な検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力し、所定範囲以内の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は正常と判定すると共に前記所定範囲外の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は故障と判定することを特徴とするように構成されている。
ここで、第１アナログ回路１０７の出力信号が所定範囲外のとき（換言すれば、前記出力信号が電力系統に事故が生じたことを表すとき）、前記電力系統から負荷へ供給する電力を遮断するように構成することができる。
したがって、発電機１０１が発電中か否かに拘わらず、即ち、系統電圧が存在するか否かに拘わらず、常時、保護継電装置１０５の故障を検出することが可能になる。
【００４４】
また、本発明の実施の形態に係る保護継電装置１０５は、
相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路１０７、１０８と、
前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生部１２２と、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されているか否かを判定し、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力して第１、第２アナログ回路１０７、１０８が故障か否かを判定し、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えて成ることを特徴としている。
【００４５】
ここで、前記制御手段は、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていると判定した場合には、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常と判定すると共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が当該所定範囲外のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていないと判定した場合には、前記検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に供給し、所定範囲以内の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は正常と判定すると共に当該所定範囲外の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は故障と判定するように構成することができる。
【００４６】
また、前記制御手段は、前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていると判定した場合において、第１アナログ回路１０７の出力信号を用いて前記電力系統に事故が生じたか否かを判定し、事故が発生したと判定したときは前記電力系統から前記負荷への電力供給を遮断するように構成することができる。
【００４７】
また、第１、第２アナログ回路１０７、１０８は、各々、前記電力系統の系統周波数を含む所定周波数の信号を増幅して通過するように同一に構成され、
前記検査用信号は前記系統周波数の所定倍数の高調波信号であり、
前記制御手段は、
第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方から所定電圧を超える信号が出力されている場合には、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは電力系統と負荷間に設けられた遮断器を閉状態に維持すると共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲外のときは装置が故障であることを通知し、
第１、第２アナログ回路１０７、１０８のいずれからも所定電圧を超える信号が出力されていない場合には、前記検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力して、第１、第２アナログ回路１０７、１０８双方の出力信号が所定範囲以内のときは前記遮断器を閉状態に維持すると共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方の出力信号が前記所定範囲外のときは装置が故障であることを通知するように構成することができる。
【００４８】
したがって、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置１０５の故障を常時正確に検出することが可能になる。
尚、本実施の形態では、アナログ回路として、２つのアナログ回路１０７、１０８を用いた例を説明したが、複数であればいくつでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
架空送電線や地中送電線の事故検出等を行う保護継電装置及び保護継電装置の故障検出方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０１・・・発電機
１０２・・・送電線
１０３・・・遮断器
１０５・・・保護継電装置
１０６・・・入力変換器
１０７・・・第１アナログ回路
１０８・・・第２アナログ回路
１０９・・・デジタル処理部
１１０・・・マルチプレクサ
１１１・・・Ａ／Ｄ変換器
１１２・・・制御部
１１３・・・出力部
１１４・・・Ｄ／Ａ変換器
１１５・・・第３フィルタ回路
１１６・・・第１増幅回路
１１７・・・第１フィルタ回路
１１８・・・第２増幅回路
１１９・・・第２フィルタ回路
１２０・・・フィルタ部
１２１・・・判定部
１２２・・・信号発生部
１２３・・・第１フィルタ部
１２４・・・第２フィルタ部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・抵抗
Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・増幅器
Ｃ１、Ｃ２・・・コンデンサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、保護継電装置の故障検出方法及び保護継電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、送電線の地絡事故等、電力系統の事故を検出するためにデジタル保護継電装置が利用されている。デジタル保護継電装置は自身の故障を検出するために、故障検出機能を備えている。
デジタル保護継電装置は、系統電圧を所定レベルの信号に増幅したりノイズを除去して出力するアナログ回路部と、前記アナログ回路部からの信号をデジタル処理することによって電力系統の事故を検出するデジタル処理部を備えている。
アナログ回路部が故障した場合には異常な誤動作を発生する恐れがある。したがって、常時監視機能として、アナログ回路部の故障の有無を検出する機能が設けられている。
【０００３】
デジタル保護継電装置の故障検出機能の例をあげると、送電線からの系統電圧を入力変換器を介して系統信号として入力し、前記系統信号を、事故検出用の第１アナログ回路部及び故障検出用として第１アナログ回路部に並列接続され第１アナログ回路部と同一構成された第２アナログ回路部を介してデジタル処理回路部に入力する。第１、第２アナログ回路部の出力信号の差が所定値を超える場合、デジタル処理回路部はアナログ回路部に故障が発生したと判定する。これにより、保護継電装置の故障を検出することが可能になる。
【０００４】
ところで、一般には発電機の発電を停止することはあまり行われないが、プラント等では発電機の出力を停止することが普通に行われている。したがって、発電機の発電停止時には系統電圧を利用できなくなる。また、事故等の他の原因によって系統電圧を利用できない場合もある。
前述した保護継電装置では、系統電圧を利用して故障を検出する方式であるため、系統電圧を利用できない場合には保護継電装置自身の故障を検出することができないという問題がある。
【０００５】
この問題の解決策として、特許文献１、２に記載されているように、系統周波数の所定数倍の高調波信号を用いて保護継電装置の故障を検出する方式（高調波重畳監視方式）の故障検出機能を備えた保護継電装置が開発されている。
高調波重畳監視方式では、系統電圧に対応する系統信号と、別途発生した検査用の高調波信号（系統周波数の所定数倍の周波数信号）とを重畳して保護継電装置のアナログ回路部に入力する。フィルタ回路によって系統電圧に対応する信号は除去し、高調波信号のみを取り出す。
【０００６】
図２は、前記フィルタ回路の一例を示す特性図で、系統周波数が５０Ｈｚ、検査用の高調波信号の周波数が２００Ｈｚ（第４高調波）の場合の例である。図２において、フィルタ回路は、系統周波数５０Ｈの信号は殆ど通過しないが、２００Ｈｚの高調波信号は殆ど減衰することなく通過するような特性を有している。前記フィルタ回路を介して検出した高調波信号に基づいてアナログ回路部の故障の有無を検出する。
前記高調波重畳監視方式では、高調波信号を用いて故障検出するため、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時監視することが可能になる。
【０００７】
しかしながら、系統信号に検査用の高調波信号を重畳しているため、発電機出力が不安定だった場合、系統周波数が変動することが考えられる。この場合、系統信号が前記フィルタ回路を通過し、監視用の高調波信号と等価な周波数成分を抽出することになり、正確な故障の検出が困難になるという問題がある。
したがって、発電電力の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時正確に検出することが困難という問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−３３３７４２号公報
【特許文献２】特開２００４−２８９９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時正確に検出できるようにすることを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の視点によれば、
相互に同一構成されると共に並列接続され所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路に、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を入力し、
前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方の出力信号に基づいて、前記第１、第２アナログ回路に前記系統信号が入力されているか否かを判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは前記第１、第２アナログ回路が正常と判定する共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が前記所定範囲外のときは前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていないと判定した場合には、前記系統信号と区別可能な検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に入力し、所定範囲以内の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は正常と判定すると共に前記所定範囲外の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は故障と判定することを特徴とする保護継電装置の故障検出方法が提供される。
【００１１】
また、本発明の第２の視点によれば、
相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路と、
前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生手段と、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されているか否かを判定し、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を前記第１、第２アナログ回路に入力して前記第１、第２アナログ回路が故障か否かを判定し、前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えて成ることを特徴とする保護継電装置が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置の故障を常時正確に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係る保護継電装置のブロック図である。
【図２】従来の保護継電装置に使用されているフィルタ回路の特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る保護継電装置のブロック図である。
図１において、１０１は発電機、１０２は送電線、１０３は遮断器、１０５は本発明の実施の形態に係る保護継電装置である。発電機１０１は発電や発電停止が切り換えて行われるものであれば、プラントで使用される発電機でもよく又、一般事業者や一般家庭向けの発電機でもよい。発電機１０１が発電する電力の周波数（系統周波数）は、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚでもよいが、本実施の形態では５０Ｈｚとしている。
【００１５】
保護継電装置１０５は、入力変換器１０６、第１アナログ回路１０７、第２アナログ回路１０８、デジタル処理部１０９、第３フィルタ回路１１５を備えている。第１、第２アナログ回路１０７、１０８は故障検出の対象となるアナログ回路である。デジタル処理部１０９は第１、第２アナログ回路１０７、１０８が故障しているか否か、電力系統に事故が生じているか否かを判定して電力供給の遮断を制御するデジタル回路部である。
【００１６】
入力変換器１０６は、送電線１０２を介して入力された発電機１０１の発電電圧（系統電圧）を所定レベルに降圧して、前記系統電圧に対応する信号（系統信号）を出力する。前記系統信号は電力系統の系統電圧を表す信号であり、系統電圧に関連する信号である。
第１アナログ回路１０７は、送電線１０２の短絡事故等、電力系統の事故を検出するためのアナログ回路である。第１アナログ回路１０７と並列に設けられた第２アナログ回路１０８は、アナログ回路１０７が故障しているか否かを検査するために設けられたアナログ回路である。
【００１７】
第１アナログ回路１０７は、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３及び増幅器Ａ１から成る第１増幅回路１１６、コンデンサＣ１及び増幅器Ａ２から成る第１フィルタ回路１１７によって構成されている。第１増幅回路１１６は入力変換器１０６からの系統信号をデジタル処理部１０９の処理に適したレベルに増幅して出力する。第１フィルタ回路１１７は、高周波ノイズ除去用のローパスフィルタであり、系統周波数及び後述する検査用信号を含む所定周波数の信号が通過するようにカットオフ周波数が定められている。本実施の形態では検査用信号として系統周波数の第４高調波信号（周波数が２００Ｈｚの信号）を使用しており、前記カットオフ周波数を１５０Ｈｚとしている。
【００１８】
第２アナログ回路１０８は第１アナログ回路１０７と特性が同一になるように同一構成となっている。即ち、第２増幅回路１１８は第１増幅回路１１６と同一構成であり、第２フィルタ回路１１９は第１フィルタ回路１１７と同一構成である。
第１アナログ回路１０７の出力部はデジタル処理部１０９のマルチプレクサ１１０の第１入力部に接続され、第２アナログ回路１０８の出力部はマルチプレクサ１１０の第２入力部に接続されている。また、第３フィルタ回路１１５の出力部は、マルチプレクサ１１０の第３入力部に接続されると共に、第１アナログ回路１０７及び第２アナログ回路１０８の入力部に接続されている。
【００１９】
デジタル処理部１０９は、マルチプレクサ１１０、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１１１、制御部１１２、出力部１１３、デジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器１１４を備えている。
マルチプレクサ１１０は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８及び第３フィルタ回路１１５からのアナログ信号を選択的にＡ／Ｄ変換器１１１に出力する。Ａ／Ｄ換器１１１は、マルチプレクサ１１０からのアナログ信号をデジタル信号に変換し制御部１１２に出力する。制御部１１２は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号に対して、後述する処理を行う。
【００２０】
制御部１１２は、フィルタ部１２０、判定部１２１、検査用信号をデジタル形式で発生する信号発生部１２２を有している。フィルタ部１２０は、系統周波数を判定部１２１へ通すが検査用信号の周波数は遮断する第１フィルタ部１２３と、図２に示したフィルタのように系統周波数は遮断するが検査用信号の周波数は判定部１２１へ通す第２フィルタ部１２４とを備えている。制御部１１２はハードウェアによって構成することができるが、中央処理装置（ＣＰＵ）及びプログラムを用いてソフトウェア構成にすることができる。
【００２１】
判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号を、第１フィルタ部１２３、第２フィルタ部１２４のいずれか一方を介して受け取り、又は双方を介して時分割的に並列に受け取り、受け取った信号に関して後述するような所定の判定を行うことによって、出力部１１３のトリップ出力によって遮断器１０３の開閉制御を行ったり、信号発生部１２２に検査用信号の発生や停止を行わせる制御等を行う。
【００２２】
信号発生部１２２からのデジタル信号形式の検査用信号は、Ｄ／Ａ変換器１１４によってアナログ信号に変換された後、第３フィルタ回路１１５に入力される。第３フィルタ回路１１５は、コンデンサＣ２及び増幅器Ａ３によって構成されたローパスフィルタであり、Ｄ／Ａ変換器１１４から入力された検査用信号に含まれる高周波成分（歪み成分）を除去し、滑らかな正弦波の検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８の入力部及びマルチプレクサ１１０の第３入力部へ出力する。
【００２３】
尚、デジタル処理部１０９はデジタル処理手段を構成し、制御部１１２は制御手段を構成し、判定部１２１は判定手段を構成し、信号発生部１２２は信号発生手段を構成している。フィルタ部１２０はフィルタ手段を構成し、第１フィルタ部１２３は第１フィルタ手段を構成し、第２フィルタ部１２４は第２フィルタ手段を構成している。また、マルチプレクサ１１０はマルチプレクサ手段を構成し、Ａ／Ｄ変換器１１１はＡ／Ｄ変換手段を構成し、Ｄ／Ａ変換器１１４はＤ／Ａ変換手段を構成している。
【００２４】
上記のように構成された保護継電装置１０５の動作を以下に詳細に説明する。
先ず、発電機１０１が発電している状態において、保護継電装置１０５が電力系統の事故を検出するときの動作及び保護継電装置１０５が自身の故障を検出する動作を説明する。
発電機１０１が発電した電力は、送電線１０２及び正常時に閉状態にある遮断器１０３を介して、プラントに配設された各種機器（負荷）に送電される。保護継電装置１０５には、送電線１０２を介して系統電圧が入力される。
【００２５】
入力変換器１０６を介して、前記系統電圧に対応する系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力される。第１、第２アナログ回路１０７、１０８は同一構成であるため、これらが正常なときは、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号は同一レベルになる。第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号は、マルチプレクサ１１０の第１、第２入力部に入力される。
【００２６】
マルチプレクサ１１０は、その第１入力部に入力された第１アナログ回路１０７の出力信号と、その第２入力部に入力された第２アナログ回路１０８の出力信号とを、所定周期で時分割的に交互に直列に出力する。マルチプレクサ１１０から直列に出力された第１、第２アナログ回路の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器１１１によってデジタル信号に変換され、制御部１１２に入力される。
【００２７】
制御部１１２では、判定部１２１が第１フィルタ部１２３を介して、デジタル形式の第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号を受け取ると、両出力信号のレベルの大小を判定する。第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常な場合は前記両信号のレベルは同じであり、設計誤差等のバラツキを考慮したとしても前記両信号のレベル差は所定範囲内になる信号である。したがって、判定部１２１は前記両信号のレベル差が所定範囲内の場合は第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常と判定する。
【００２８】
また、このときの第１アナログ回路１０７の出力信号として一定のレベルの信号が得られている場合、即ち第１アナログ回路１０７の出力信号が所定範囲内にあるときは、正常な系統電圧が得られているため、電力系統に事故が生じていないと判定する。
電力系統に事故が発生すると、入力変換器１０６に入力される系統電圧が変化し、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号のレベルが前記所定範囲外の値となる。この場合も第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号のレベル差が所定範囲内の場合には、判定部１１７は第１、第２アナログ回路１０７、１０８は正常と判定する。
しかしながら、第１アナログ回路１０７の出力信号のレベルが前記所定範囲外の値となるため、電力系統に事故が発生したと判定して、出力部１１３からトリップ出力を発生させて遮断器１０３を開状態に制御し、発電機１０１から各種負荷への電力供給を遮断する。
【００２９】
一方、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の一方が故障した場合、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号のレベルが相互に異なることになる。判定部１２１は、マルチプレクサ１１０、Ａ／Ｄ変換器１１１を介して入力された第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が前記所定範囲外になる場合、第１、第２アナログ回路１０７、１０８のいずれかが故障したと判定して、出力部１１３から保護継電装置自身が故障であることを通知（装置故障出力）し、早急な復旧が行えるようにしている。
【００３０】
尚、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の双方が同時に故障し、且つ第１、第２アナログ回路の両出力信号のレベル差が前記所定範囲内になるような事態の発生は殆ど有り得ない。したがって、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは正常、前記所定範囲外のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８のいずれかが故障したと判定するようにし、第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障したと判定した場合には、装置故障出力する事で保護装置の復旧を迅速に行い、装置の誤動作、誤不動作による大きな事故へ発展するような事態を防止する。
【００３１】
次に、発電機１０１が発電を停止している状態において、保護継電装置１０５が自身の故障を検出する動作について説明する。
発電機１０１が発電を停止している状態では、系統電圧に対応する信号が入力変換器１０６から出力されない。したがって、第１、第２アナログ回路１０８の双方の出力信号が所定レベル以下となる。よって、第１、第２アナログ回路１０７、１０８からマルチプレクサ１１０及びＡ／Ｄ変換器１１１を介して制御部１１２に入力される信号は、各々、所定値以下の電圧となる。
【００３２】
制御部１１２の判定部１２１は、第１フィルタ部１２３を介して得られる第１、第２アナログ回路１０７、１０８双方の出力信号が所定値以下になったと判定すると（換言すれば、発電機１０１の発電が停止したと判定すると）、信号発生部１２２に、アナログ回路１０７、１０８が正常か否かを検査するための信号である検査用信号を発生させる。前記検査用信号は、判定部１２１が系統電圧と区別することが可能な信号であればどのような信号でも良いが、本実施の形態では、系統周波数の高調波信号（本実施の形態では第４高調波信号、即ち、２００Ｈｚの信号）を使用している。
【００３３】
信号発生部１２２から出力される検査用信号は、デジタル信号であり、Ｄ／Ａ変換器１１４によってアナログ信号に変換され、第３フィルタ回路１１５によって滑らかなアナログ信号に変換された後、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の各入力部及びマルチプレクサ１１０の第３入力部に入力される。第３フィルタ回路１１５から出力される検査用信号は歪み成分が除去された滑らかな正弦波信号である。
第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力された前記検査用信号は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８を介して、マルチプレクサ１１０の第１、第２入力部に入力される。
【００３４】
マルチプレクサ１１０は、並列に入力された第１アナログ回路１０７、第２アナログ回路１０８、第３フィルタ回路１１５の出力信号を、順に時分割的に所定周期でＡ／Ｄ変換器１１１に直列に入力する。Ａ／Ｄ変換器１１１は、マルチプレクサ１１０から直列に順次入力される第１、第２アナログ回路１０７、１０８及び第３フィルタ回路１１５の出力信号を、デジタル信号に変換して順に制御部１１２へ入力する。
【００３５】
制御部１１２の判定部１２１は、マルチプレクサ１１０の第３入力部に入力される信号については、第２フィルタ部１２４を介して検出するように構成されており、第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０の第３入力部へ直接入力されている所定レベル（ノイズレベルよりも十分に大きいレベル）を超える検査用信号（第４高調波信号）を、第２フィルタ部１２４を介して検出することにより、信号発生部１２２から検査用信号が供給されていると判定する。
【００３６】
判定部１２１は、検査用信号が供給されていると判定すると、マルチプレクサ１１０の第１入力部に入力されている第１アナログ回路１０７の出力信号の検出に際しては、第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えて使用し、また、マルチプレクサ１１０の第２入力部に入力されている第２アナログ回路１０８の出力信号の検出に際しても、第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えて使用して、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号を検出する。
【００３７】
即ち、判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号のうち、第１アナログ回路１０７の出力信号については第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えることによって第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４の各々から出力される信号を検出し、第２アナログ回路１０８の出力信号についても第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４を所定周期で交互に切り換えることによって第１フィルタ部１２３と第２フィルタ部１２４の各々から出力される信号を検出する。判定部１２１は、第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０に直接入力される検査用信号については、第２フィルタ部１２４を介して検出する。
【００３８】
判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号に基づいて第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０へ検査用信号が直接入力されていることを検出している状態で、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から出力される検査用信号のレベルがともに所定範囲内であれば、第１、第２アナログ回路１０７、１０８はともに正常と判定する。
【００３９】
一方、判定部１２１は、Ａ／Ｄ変換器１１１の出力信号に基づいて第３フィルタ回路１１５からマルチプレクサ１１０へ検査用信号が直接入力されていることを検出している状態で、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から出力される検査用信号の少なくとも一方が所定範囲外の電圧レベルの場合は、前記所定範囲外のレベルの検査用信号を出力している第１アナログ回路１０７又は第２アナログ回路１０８は故障していると判定する。
このようにして第１、第２アナログ回路１０７、１０８が故障したか否かを検出することができる。
【００４０】
判定部１２１は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障したと判定すると、出力部１１３から装置故障出力することで継電保護装置１０５の復旧を迅速に行い得るようにし、保護継電装置１０５自身の誤動作、誤不動作による大きな事故へ発展するような事態を防止する。
【００４１】
発電機１０１が発電停止状態から発電を再開した場合、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から系統電圧に対応する系統周波数の信号が出力される。第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号は、マルチプレクサ１１０、Ａ／Ｄ変換器１１１介して、第１、第２フィルタ部１２３、１２４に入力される。
前述したように、判定部１２１は、第１、第２フィルタ部１２３、１２４を所定周期で交互に切り換えながら、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号を検出している。したがって、判定部１２１は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８から出力される系統周波数の信号を、第１フィルタ部１２３を介して検出する。
【００４２】
判定部１２１は、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号が所定範囲以内であると判定すると、信号発生部１２２が検査用信号を発生するのを停止させると共に、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号判定にはフィルタ部１２３のみを用いるように制御する。これにより、前述したように、系統電圧が生じている場合の電力系統の事故検出及び保護継電装置１０５の故障検出が行われることになる。
以上のようにして、発電機１０１が発電中か否かに拘わらず、即ち、系統電圧が存在するか否かに拘わらず、常時、保護継電装置１０５の故障を検出することが可能になる。
【００４３】
本発明の実施の形態に係る保護継電装置の故障検出方法は、
相互に同一構成されると共に並列接続され所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路１０７、１０８に、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を入力し、
第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方の出力信号に基づいて、第１、第２アナログ回路１０７、１０８に前記系統信号が入力されているか否かを判定し、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていると判定した場合には、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常と判定する共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が前記所定範囲外のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていないと判定した場合には、前記系統信号と区別可能な検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力し、所定範囲以内の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は正常と判定すると共に前記所定範囲外の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は故障と判定することを特徴とするように構成されている。
ここで、第１アナログ回路１０７の出力信号が所定範囲外のとき（換言すれば、前記出力信号が電力系統に事故が生じたことを表すとき）、前記電力系統から負荷へ供給する電力を遮断するように構成することができる。
したがって、発電機１０１が発電中か否かに拘わらず、即ち、系統電圧が存在するか否かに拘わらず、常時、保護継電装置１０５の故障を検出することが可能になる。
【００４４】
また、本発明の実施の形態に係る保護継電装置１０５は、
相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路１０７、１０８と、
前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生部１２２と、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されているか否かを判定し、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力して第１、第２アナログ回路１０７、１０８が故障か否かを判定し、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えて成ることを特徴としている。
【００４５】
ここで、前記制御手段は、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていると判定した場合には、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８が正常と判定すると共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が当該所定範囲外のときは第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていないと判定した場合には、前記検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に供給し、所定範囲以内の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は正常と判定すると共に当該所定範囲外の信号を出力している第１、第２アナログ回路１０７、１０８は故障と判定するように構成することができる。
【００４６】
また、前記制御手段は、前記系統信号が第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力されていると判定した場合において、第１アナログ回路１０７の出力信号を用いて前記電力系統に事故が生じたか否かを判定し、事故が発生したと判定したときは前記電力系統から前記負荷への電力供給を遮断するように構成することができる。
【００４７】
また、第１、第２アナログ回路１０７、１０８は、各々、前記電力系統の系統周波数を含む所定周波数の信号を増幅して通過するように同一に構成され、
前記検査用信号は前記系統周波数の所定倍数の高調波信号であり、
前記制御手段は、
第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方から所定電圧を超える信号が出力されている場合には、第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲以内のときは電力系統と負荷間に設けられた遮断器を閉状態に維持すると共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の出力信号の差が所定範囲外のときは装置が故障であることを通知し、
第１、第２アナログ回路１０７、１０８のいずれからも所定電圧を超える信号が出力されていない場合には、前記検査用信号を第１、第２アナログ回路１０７、１０８に入力して、第１、第２アナログ回路１０７、１０８双方の出力信号が所定範囲以内のときは前記遮断器を閉状態に維持すると共に第１、第２アナログ回路１０７、１０８の少なくとも一方の出力信号が前記所定範囲外のときは装置が故障であることを通知するように構成することができる。
【００４８】
したがって、系統電圧の有無に拘わらず、保護継電装置１０５の故障を常時正確に検出することが可能になる。
尚、本実施の形態では、アナログ回路として、２つのアナログ回路１０７、１０８を用いた例を説明したが、複数であればいくつでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
架空送電線や地中送電線の事故検出等を行う保護継電装置及び保護継電装置の故障検出方法に適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０１・・・発電機
１０２・・・送電線
１０３・・・遮断器
１０５・・・保護継電装置
１０６・・・入力変換器
１０７・・・第１アナログ回路
１０８・・・第２アナログ回路
１０９・・・デジタル処理部
１１０・・・マルチプレクサ
１１１・・・Ａ／Ｄ変換器
１１２・・・制御部
１１３・・・出力部
１１４・・・Ｄ／Ａ変換器
１１５・・・第３フィルタ回路
１１６・・・第１増幅回路
１１７・・・第１フィルタ回路
１１８・・・第２増幅回路
１１９・・・第２フィルタ回路
１２０・・・フィルタ部
１２１・・・判定部
１２２・・・信号発生部
１２３・・・第１フィルタ部
１２４・・・第２フィルタ部
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３・・・抵抗
Ａ１、Ａ２、Ａ３・・・増幅器
Ｃ１、Ｃ２・・・コンデンサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互に同一構成されると共に並列接続され所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路に、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を入力し、
前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方の出力信号に基づいて、前記第１、第２アナログ回路に前記系統信号が入力されているか否かを判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは前記第１、第２アナログ回路が正常と判定する共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が前記所定範囲外のときは前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていないと判定した場合には、前記系統信号と区別可能な検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に入力し、所定範囲以内の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は正常と判定すると共に前記所定範囲外の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は故障と判定することを特徴とする保護継電装置の故障検出方法。
【請求項２】
前記第１アナログ回路の出力信号が所定範囲外のとき、前記電力系統から負荷へ供給する電力を遮断することを特徴とする請求項１記載の保護継電装置の故障検出方法。
【請求項３】
相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路と、
前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生手段と、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されているか否かを判定し、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を前記第１、第２アナログ回路に入力して前記第１、第２アナログ回路が故障か否かを判定し、前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えていことを特徴とする保護継電装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは前記第１、第２アナログ回路が正常と判定すると共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が前記所定範囲外のときは前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていないと判定した場合には、前記検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に供給し、所定範囲以内の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は正常と判定すると共に所定範囲外の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は故障と判定することを特徴とする請求項３記載の保護継電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合において、前記第１アナログ回路の出力信号を用いて前記電力系統に事故が生じたか否かを判定し、事故が発生したと判定したときは前記電力系統から前記負荷への電力供給を遮断することを特徴とする請求項３又は４記載の保護継電装置。
【請求項６】
前記第１、第２アナログ回路は、各々、前記電力系統の系統周波数を含む所定周波数の信号を増幅して通過するように同一に構成され、
前記検査用信号は前記系統周波数の所定倍数の高調波信号であり、
前記制御手段は、
前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方から所定電圧を超える信号が出力されている場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは電力系統と負荷間に設けられた遮断器を閉状態に維持すると共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲外のときは装置が故障であることを通知し、
前記第１、第２アナログ回路のいずれからも所定電圧を超える信号が出力されていない場合には、前記検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に入力して、前記第１、第２アナログ回路双方の出力信号が所定範囲以内のときは前記遮断器を閉状態に維持すると共に前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方の出力信号が前記所定範囲外のときは装置が故障であることを通知することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一に記載の保護継電装置。
【請求項１】
相互に同一構成されると共に並列接続され所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路に、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を入力し、
前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方の出力信号に基づいて、前記第１、第２アナログ回路に前記系統信号が入力されているか否かを判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは前記第１、第２アナログ回路が正常と判定する共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が前記所定範囲外のときは前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていないと判定した場合には、前記系統信号と区別可能な検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に入力し、所定範囲以内の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は正常と判定すると共に前記所定範囲外の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は故障と判定することを特徴とする保護継電装置の故障検出方法。
【請求項２】
前記第１アナログ回路の出力信号が所定範囲外のとき、前記電力系統から負荷へ供給する電力を遮断することを特徴とする請求項１記載の保護継電装置の故障検出方法。
【請求項３】
相互に同一構成されると共に並列接続され、電力系統の系統電圧に関連する系統信号を含む所定周波数の信号を増幅して出力する第１、第２アナログ回路と、
前記系統信号と区別可能な検査用信号を発生する信号発生手段と、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されているか否かを判定し、前記系統信号又は前記検査用信号のいずれか一方を前記第１、第２アナログ回路に入力して前記第１、第２アナログ回路が故障か否かを判定し、前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障している場合には装置が故障であることを通知する制御手段とを備えていことを特徴とする保護継電装置。
【請求項４】
前記制御手段は、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは前記第１、第２アナログ回路が正常と判定すると共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が前記所定範囲外のときは前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方が故障と判定し、
前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていないと判定した場合には、前記検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に供給し、所定範囲以内の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は正常と判定すると共に所定範囲外の信号を出力している前記第１、第２アナログ回路は故障と判定することを特徴とする請求項３記載の保護継電装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記系統信号が前記第１、第２アナログ回路に入力されていると判定した場合において、前記第１アナログ回路の出力信号を用いて前記電力系統に事故が生じたか否かを判定し、事故が発生したと判定したときは前記電力系統から前記負荷への電力供給を遮断することを特徴とする請求項３又は４記載の保護継電装置。
【請求項６】
前記第１、第２アナログ回路は、各々、前記電力系統の系統周波数を含む所定周波数の信号を増幅して通過するように同一に構成され、
前記検査用信号は前記系統周波数の所定倍数の高調波信号であり、
前記制御手段は、
前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方から所定電圧を超える信号が出力されている場合には、前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲以内のときは電力系統と負荷間に設けられた遮断器を閉状態に維持すると共に前記第１、第２アナログ回路の出力信号の差が所定範囲外のときは装置が故障であることを通知し、
前記第１、第２アナログ回路のいずれからも所定電圧を超える信号が出力されていない場合には、前記検査用信号を前記第１、第２アナログ回路に入力して、前記第１、第２アナログ回路双方の出力信号が所定範囲以内のときは前記遮断器を閉状態に維持すると共に前記第１、第２アナログ回路の少なくとも一方の出力信号が前記所定範囲外のときは装置が故障であることを通知することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一に記載の保護継電装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２２２９６４（Ｐ２０１２−２２２９６４Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６３７３（Ｐ２０１１−８６３７３）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００２８４２）株式会社高岳製作所 (72)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００２８４２）株式会社高岳製作所 (72)
【Ｆターム（参考）】
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