変圧器保護継電システム
【課題】 事故除去の遅延を可及的に抑制できる新たな構成の転送遮断方式の変圧器保護継電システムを提供すること
【解決手段】 送電用変電所１から送電線３を介して電力供給される受電変電所２内に設置される変圧器４の一次，二次各相電流を検出する一次側，二次側光電流センサ群６ａ，６ｂと、各光電流センサ群の出力を送電用変電所に光伝送する一次側，二次側光ファイバ伝送路７ａ，７ｂと、送電用変電所に設置され、各光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する一次側，二次側光電変換器８ａ，８ｂと、両光電変換器の出力電圧に基づき、受電変電所へ電力供給する系統に配置される遮断器５を開放できる変圧器保護用比率差動継電装置９と、を備えた。
【解決手段】 送電用変電所１から送電線３を介して電力供給される受電変電所２内に設置される変圧器４の一次，二次各相電流を検出する一次側，二次側光電流センサ群６ａ，６ｂと、各光電流センサ群の出力を送電用変電所に光伝送する一次側，二次側光ファイバ伝送路７ａ，７ｂと、送電用変電所に設置され、各光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する一次側，二次側光電変換器８ａ，８ｂと、両光電変換器の出力電圧に基づき、受電変電所へ電力供給する系統に配置される遮断器５を開放できる変圧器保護用比率差動継電装置９と、を備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器保護継電システムに関し、より具体的には、上位の送電用変電所から送電線を介して電力供給される受電変電所内に設置される変圧器の一次側遮断器及び母線を省略したシステムにおける当該変圧器に対する保護継電システムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所に設置された変圧器の保護継電装置は、変圧器の一次側と二次側にそれぞれ巻線ＣＴを取付け、両巻線ＣＴの出力を差動リレーに入力する。すると、定常状態では一次側と二次側の電流値は所定の範囲内に収まっているため両巻線ＣＴの出力も一定の範囲内となるが、たとえば変圧器内部事故等が発生した場合、両巻線ＣＴの出力が大きく異なる。そこで、差動リレーは、両巻線ＣＴの出力の差が一定値以上か否かを判断し、一定値以上の場合に検出信号（トリップ指令）を出力し、それに基づいて変電所内の変圧器の一次側或いは二次側に設置された遮断器を開放し、変圧器の保護を図ると共に、それより下流への電力供給を停止するようにしている。係る構成の保護継電システムは、特許文献１等に開示されている。係るシステムを構成する巻線ＣＴや、差動リレーや、遮断器は、変電所内に設置される。
【０００３】
ところで、上位の送電用変電所から送電線を介して電力供給される受電変電所内に設置される変圧器の一次側遮断器及び母線を省略したシステム（以下、ユニット受電変電所とする。）がある。そして、例えば変圧器の内部事故が発生した場合、上位の送電用変電所に設置された遮断器を開放し、送電用変電所から受電変電所に対する電力供給を停止することで、変圧器を保護するようになっている。
【０００４】
係るシステム構成における変圧器保護継電システムは、上記の特許文献１と同様に、変圧器の一次側と二次側にそれぞれ巻線ＣＴを取り付けるとともに、その巻線ＣＴの出力に基づいて異常の有無を判断する差動リレー等の信号処理装置を受電変電所内に設置する。そして、信号処理装置（差動リレー）が異常を検知すると、受電変電所と送電用変電所との間に配線された表示線に電圧を印加して送電端側である送電変電所内に設置された受信継電器を動作させ、遮断器を引き外すように構成するといった転送遮断方式が利用されている。
【特許文献１】特開２００７−２３６０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の転送遮断方式では、受電変電所側で表示線に電圧を印加することにより遠隔に位置する送電用変電所側の転送遮断装置（受信器）を動作させて、送り出し遮断器を遮断するため、転送遮断装置の遅れ時間によって受電変電所の遮断器を直接遮断するより事故除去が遅延し、事故電流の大きさによってはタンク破壊が懸念される。さらに、転送遮断装置はアナログ部品を使用しており、近年その製作・保守が困難になってきているため、新たなシステム構成の開発が要求されているが、今のところ開発に至っていない。
【０００６】
この発明は、ユニット受電変電所の変圧器保護継電システムにおける新たな構成の転送遮断（トリップ）方式であり、事故除去の遅延を可及的に抑制できる変圧器保護継電器システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る変圧器保護継電システムは、（１）ユニット受電変電所における変圧器保護継電システムであって、前記変圧器の一次各相電流を検出する一次側光電流センサ群と、前記変圧器の二次各相電流を検出する二次側光電流センサ群と、前記一次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する一次側光ファイバ伝送路と、前記二次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する二次側光ファイバ伝送路と、前記送電用変電所に設置され、前記一次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する一次側光電変換器と、前記送電用変電所に設置され、前記二次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する二次側光電変換器と、前記一次側光電変換器と前記二次側光電変換器の出力電圧に基づき、前記送電用変電所の前記受電変電所へ電力供給する系統に配置される遮断器を開放できる変圧器保護用比率差動継電装置と、を備えて構成した。
【０００８】
定常状態では変圧器の一次側と二次側の電流値は所定の範囲内に収まっているため両光電流センサの出力（光信号強度）も一定の範囲内となるが、たとえば変圧器内部事故等が発生した場合、両光電流センサの出力信号レベルが大きく異なる。この光電流センサの出力は、光ファイバ伝送路を介して送電用変電所に設置された一次側，二次側光電変換器に送られ、出力信号レベル（検出対象の電流値）に応じた電圧信号に変換される。そこで、変圧器保護用比率差動継電装置は、例えば対応する一次側光電変換器と二次側光電変換器の出力の差が一定値以上になった場合に、変圧器の異常と判断して送電用変電所内の受電変電所へ電力供給する系統に設置された遮断器を開放し、受電変電所に対する電力供給を停止することができる。これにより、受電変電所の変圧器の保護が図れる。なお、上記の一定値は、固定値でも良いし、出力のＸ％のように光ＣＴ（光電変換器）の出力に応じて変動させ、検出対象の電流値が大きくなるほど許容誤差の範囲内は大きくなるようにしてもよい。
【０００９】
光電流センサと、信号処理装置とは、光ファイバ伝送路及び光電変換器を介して接続される。光ファイバ伝送路を用いることで、センサを取り付ける箇所（変圧器を設置する変電所）と、異常の有無を判断する信号処理装置を設置する箇所を離すことができる。その離反距離は、たとえば、１０ｋｍ程度にすることも可能となる。よって、信号処理装置を、遮断器が設置される送電用変電所に設置することができる。しかも、光電流センサの出力信号（検出信号）を、光ファイバ伝送路を用いて光伝送するため、その伝達が高速に行なえ、転送遮断であっても事故発生から早期に遮断することができる。また、本発明のシステムでは、光電変換器及び信号処理装置を、フォトダイオードやオペアンプその他の汎用の電子部品で実現することが可能となり、新たな転送遮断方式による変圧器保護システムを提供でき、その製造並びに保守も容易となる。
【００１０】
（２）前記一次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記一次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記二次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記二次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路を伝送されてくる光信号を変換した前記電気信号或いはその電気信号に含まれる直流成分を加算する加算手段と、
その加算手段の出力からその光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路の異常の有無を判断する光学系異常判定手段と、
その光学系異常判定手段が異常と判定した場合、前記変圧器保護用比率差動継電装置の出力に基づく前記遮断器の開放を行なわないようにする手段と、
を備えるようにするとよい。この開放を行なわないようにする手段は、実施形態では、ＡＮＤ素子により実現されている。この発明は、第２実施形態以降により実現される。この発明によれば、光電流センサからの出力信号（光信号）が、位相が反転した状態で２つの光ファイバ伝送路を伝送されてくるので、電気信号に変換後の信号或いはその信号から直流成分を抽出した信号を加算手段で加算すると、正常状態では両信号が加算され比較的大きな値をとるが、少なくとも一方の光ファイバ伝送路が断線したり、コネクタの接続不良・外れなどの異常が生じたりした場合、その異常を生じた光ファイバ伝送路からは出力が０となり、加算した値も小さくなる。よって、加算値を監視することで光学系の異常の有無を検出でき、光学系の異常に基づく誤動作（トリップ指令の出力）を防止できる。
【００１１】
（３）（２）に記載した発明を前提とし、前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較し、閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能を備えることができる。この判定する機能は、実施形態の判定部に対応する。
【００１２】
（４）（２）に記載した発明を前提とし、前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較する比較手段と、その比較手段の出力を監視し、その比較結果が、一定時間以上継続して閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能と、を備えることもできる。この“一定時間以上継続して閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能”は、実施形態では、ロック判定部に対応する。
【００１３】
（５）前記一次側光電変換器，前記二次側光電変換器並びに変圧器保護用比率差動継電装置を含む電子回路系を二重化し、フェールセーフ機構を備えるとよい。この発明は、図６に示す第３実施形態により実現される。加算手段と光学系異常判定手段も、二重化するとさらによい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、ユニット受電変電所の変圧器保護継電システムにおける新たな構成の転送遮断（トリップ）方式を提供することができ、しかも、事故除去の遅延を可及的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態を示している。図１に示すように、送変電システムの一形態として、上位の送電用変電所１から送電線３を介して電力供給される受電変電所２内に設置される変圧器４の一次側遮断器及び母線を省略したシステムがある。この種の受電変電所２は、ユニット受電変電所とも称される。そして、例えば変圧器４の内部事故が発生した場合、送電用変電所１に設置された遮断器５を開放し、送電用変電所１から受電変電所２に対する電力供給を停止することで、変圧器４を保護するようになっている。本実施形態の変圧器保護継電システムは、係る構成の送変電システムに実装され、変圧器４の内部事故等を検出し、遮断器５に対してトリップ指令を与えるもので、具体的な構成は、以下の通りである。
【００１６】
まず、受電変電所２内に設置される設備として、変圧器４の一次各相電流を検出する一次側光電流センサ群６ａと、変圧器４の二次各相電流を検出する二次側光電流センサ群６ｂと、を備える。各光電流センサ群６ａ，６ｂは、それぞれ３相の各電力線にそれぞれ光電流センサを装着することで構成される。
【００１７】
各光電流センサ群６ａ，６ｂの出力は、光ファイバ伝送路を経由して上位の送電用変電所１に伝送される。すなわち、一次側光電流センサ群６ａは、一次側光ファイバ伝送路７ａの一端に接続され、その一次側光ファイバ伝送路７ａの他端は、送電側変電所１内に設置された一次側光電変換器８ａに接続される。同様に、二次側光電流センサ群６ｂは、二次側光ファイバ伝送路７ｂの一端に接続され、その二次側光ファイバ伝送路７ｂの他端は、送電側変電所１内に設置された二次側光電変換器８ｂに接続される。光電流センサ（１相）につき２本の光ファイバ伝送路が必要であるため、それらを１組とすると光ファイバ伝送路７ａ、７ｂは３組の光ファイバ伝送路で構成される。また、３相分の信号を適宜の異なる波長で伝送する波長分割多重伝送方式を採ることで光ファイバ伝送路７ａ、７ｂを１組の光ファイバ伝送路で構成することもできる。
【００１８】
両光電変換器８ａ，８ｂにて、対応する光電流センサ群の各光電流センサの出力信号（検出した電流値に対応する光信号）を電圧信号に変換し、変圧器保護用比率差動継電装置９に与える。変圧器保護用比率差動継電装置９は、一次側光電変換器８ａと二次側光電変換器８ｂと、から与えられる２つの出力（電圧信号）の差が、一定値以上になった場合に検出信号（トリップ指令）を出力し、それに基づいて送電用変電所１内の遮断器５を開放し、ユニット受電変電所に対する電力供給を停止する。
【００１９】
光ファイバ伝送路は、伝送距離が長く（たとえば、１０ｋｍ）、光電流センサの出力レベルに応じた光信号を、遮断器５が設置される上位の送電用変電所１に伝送することができる。係る構成にすると、電子回路系の信号処理装置部分は、送電用変電所１内に設置されるので、メンテナンスが容易に行なえる。遠隔に位置する送電用変電所１の遮断器５を同変電所内の信号処理部から直接遮断するため、転送遮断装置が不要となり、受電変電所２に設置する遮断器を直接遮断する場合と同等に事故発生から早期に遮断することができる。
【００２０】
図２は、本発明の第２実施形態を示している。上述した第１実施形態のシステムでは、一次側，二次側光ファイバ伝送路７ａ，７ｂが断線やコネクタの外れなどの光学系に異常が生じた場合、断線等した光ファイバ伝送路では光信号を伝送できず、変圧器保護用比率差動継電装置９が変圧器４に異常有りと誤判定し、誤ってトリップ指令を出力するおそれがある。そこで、本実施形態では、送電用変電所１内に設置された信号処理装置を構成する電子回路系側を工夫することで、光ファイバ伝送路を二重化することなく、光学系の異常に伴う誤動作を防止できるようにした。なお、図２は、図示の便宜上、１相分のみを示しており、実際のシステム構成は、３相分を並列に設けている。
【００２１】
具体的には、図２に示すように、監視対象の変圧器４の一次側の電力線が貫通するように光電流センサ１１を設置する。一次側の電力線は、３相であるので、実際には各相の電力線に対して光電流センサ１１を設置することになり、３つの光電流センサ１１により、一次側光電流センサ群６ａが構成される。
【００２２】
この光電流センサ１１に、２本の光ファイバ伝送路（第１光ファイバ伝送路１３ａ，第２光ファイバ伝送路１３ｂ）を接続する。第１光ファイバ伝送路１３ａには、光サーキュレータからなる３ポートの分光素子１４に接続され、その分光素子１４の他のポートには、光源５１と、光電変換器たる第１受光部１６ａと、が接続される。なお、分光素子１４は、実際には、分光部５２を介して光源５１に接続される。これは、光源５１から出射される光を、一次側と二次側で共用するためである。
【００２３】
また、第２光ファイバ伝送路１３ｂには、光電変換器たる第２受光部１６ｂが接続される。そして、両受光部１６ａ，１６ｂの出力には、平均化処理部１７が接続され、両受光部１６ａ，１６ｂの出力を平均化した値（電圧値）を出力としている。これら第１，第２受光部１６ａ，１６ｂと平均化処理部１７にて、一次側光電変換器８ａが構成される。また、第１光ファイバ伝送路１３ａと第２光ファイバ伝送路１３ｂが、一次側光ファイバ伝送路７ａを構成する。つまり、本実施形態では、１つの光電流センサに対し、２本の光ファイバ伝送路を接続し、後述するように、その２本の光ファイバ伝送路から出力される各信号に基づいて電流値を求めるようになっている。
【００２４】
同様に、監視対象の変圧器４の二次側の電力線が貫通するように光電流センサ２１を設置する。実際には三相の各電力線に対して光電流センサ２１を設置することになり、３つの光電流センサ２１により、二次側光電流センサ群６ｂが構成される。
【００２５】
この光電流センサ２１に、２本の光ファイバ伝送路（第１光ファイバ伝送路２３ａ，第２光ファイバ伝送路２３ｂ）を接続する。第１光ファイバ伝送路２３ａには、光サーキュレータからなる３ポートの分光素子２４が接続される。その分光素子２４の他のポートには、光源５１と、光電変換器たる第１受光部２６ａと、が接続される。なお、この分光素子２４は、実際には、分光部５２を介して光源５１に接続される。
【００２６】
また、第２光ファイバ伝送路２３ｂには、光電変換器たる第２受光部２６ｂが接続される。そして、両受光部２６ａ，２６ｂの出力には、平均化処理部２７が接続され、両受光部２６ａ，２６ｂの出力を平均化した値（電圧値）を出力としている。第１実施形態と対応付けすると、これら第１，第２受光部２６ａ，２６ｂと平均化処理部２７にて、二次側光電変換器８ｂが構成される。また、第１光ファイバ伝送路２３ａと第２光ファイバ伝送路２３ｂが、二次側光ファイバ伝送路７ｂを構成する。
【００２７】
光源５１には、希土類元素添加物ファイバを半導体レーザ等の励起用光源で励起することにより生じた自然放出光がファイバ内を導波するに従い増幅する現象を利用した光源（ＡＳＥ）を使用する。また、第１，第２光ファイバ伝送路１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，は、単一モード光ファイバを使用する。ＡＳＥは、出力光量が大きい（数十ｍＷ）、時間的コヒーレンスが低い、空間的コヒーレンスが高いなどの特徴を有しており、光ＣＴ（電流センサ）の光源として適している。また、出力光の偏光度は小さいため、単一モードファイバからなる光ファイバ伝送路を用いた光ＣＴにおける光源として優れている。特許文献１に開示されたように、光ファイバ伝送路中（分光素子１４（２４）と第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）との間）に、偏光解消素子を介在させる構成を採るとよく、このようにすると偏光度が小さいことから偏光解消素子による無偏光化が容易となる。
【００２８】
また、分光素子１４，２４は、偏波無依存型サーキュレータから構成される。この分光素子１４（２４）は、光源５１から出射された光を第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）に供給し、第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）から入力される光を第１受光部１６ａ（２６ａ）に供給する。このとき、偏波無依存型サーキュレータを分光素子１４（２４）として使用することにより、光の偏波状態と強度を変化させることなく各ポートから入力された光を所定のポートに出力することができる。
【００２９】
よって、この光ＣＴによれば、光源５１から出射した光を光サーキュレータからなる分光素子１４（２４）に与えると、その光は第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）へ供給される。そして、第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）内を伝播されてきた光は、それぞれ光電流センサ１１（２１）に入射される。
【００３０】
光電流センサ１１（２１）は、ファラデー効果を利用することで、入射した光を検出対象の電力線に流れる電流により発生する磁界の大きさに依存した光の偏波方位の回転角度を２つの光強度に変換して出射する。一方の光信号は、上記の第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）に入射され、その第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）内を伝播され、分光素子１４（２４）を介して第１受光部１６ａ（２６ａ）に入射される。他方の光信号は、第２光ファイバ伝送路１３ｂ（２３ｂ）に入射され、その第２光ファイバ伝送路１３ｂ（２３ｂ）内を伝播され、第２受光部１６ｂ（２６ｂ）に入射される。これにより、光電流センサ１１（２１）から出射された２つの出力光（検出電流値に応じた光）は、２つの受光部１６ａ，１６ｂ（２６ａ，２６ｂ）にて光の強度に応じた電圧に変換され、それらの平均値を最終的な出力電圧とすることで、高精度な測定を行えるようにしている。
【００３１】
なお、光電流センサ１１，２１の具体的な構造は、たとえば特許文献１の実施形態や従来例として示された構成を適用することができるし、それ以外の構成を採ることももちろんできる。同様に、光ＣＴも、図１，図２に示す構成や、特許文献１に開示されたものの他、各種の構成を採ることができるのはもちろんである。
【００３２】
信号処理装置を構成する変圧器保護比率差動継電装置９は、一次側と二次側の両平均化処理部１７，２７の出力を受け、その差が所定の値（入力された値に応じて変動）よりも大きい場合に出力がＯＮとなる比率差動リレー５３と、一次側の断線等の光学系の異常を検出する異常検出部３１並びにロック判定部（ロック判定タイマ）３２と、二次側の断線等の光学系の異常を検出する異常検出部４１並びにロック判定部（ロック判定タイマ）４２と、比率差動リレー５３と、両ロック判定部３２，４２の出力に基づき論理演算をするＡＮＤ素子５４と、を、備えている。比率差動リレー５３は、Ｔ８７とも記述されるリレーであり、従来からこの種のシステムに一般的に用いられるものである。
【００３３】
異常検出部３１，４１は、第１受光部１６ａ，２６ａと、第２受光部１６ｂ，２６ｂの出力をそれぞれ加算する加算部３１ａ，４１ａと、その加算部３１ａ，４１ａの出力を閾値処理し、異常の有無を判定する判定部３１ｂ，４１ｂと、を備えて構成される。
【００３４】
すなわち、第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ），第２光ファイバ伝送路１３ｂ（２３ｂ）をそれぞれ伝送されてくる光電流センサ１１（２１）からの２つの戻り信号は、図３に示すように、位相が反転している。そのため、光学系が正常な場合には、両光ファイバ伝送路の出力を加算すると、図３（ｃ）のｘ区間のようになり、１本の光ファイバ伝送路が断線等の異常を生じて出力が０になると、他方の光ファイバ伝送路からの信号となり、その加算はｙ区間のようになり、２本とも断線等の異常を生じて出力が０になると、ｚ区間のようになる。従って、判定部３１ｂ，４１ｂは、図３（ｃ）のように正常時の加算部の出力よりも小さく、１本断線した際の加算部の出力よりも高い所定の値（図では中間値）を閾値に設定し、加算部３１ａ，４１ａの出力に対して閾値処理をする。よって、判定部３１ｂ，４１ｂの出力は、正常時は“１（ＯＮ）”で異常時は“０（ＯＦＦ）”（論理値は逆でも可）となり、異常を検出することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、光ファイバ伝送路で伝送される光電流センサの出力信号は、直流成分に交流成分が重畳した波形となるが、各受光部１６ａと１６ｂでは交流成分の位相が反転しているため両受光部の出力信号を加算部３１ａ，４１ａにて加算することにより交流成分を打ち消し、直流成分のみを抽出している。
【００３６】
ロック判定部３２，４２は、異常検出部３１，４１の出力を監視し、一定時間（たとえば、１０ｍｓ）異常検出信号が継続して出力されている場合に、光ファイバ伝送路の異常が発生していると判断してロック（出力をＨｉｇｈ）する。これにより、ＡＮＤ素子５４の一つの入力端子がＬｏｗ（反転入力のため）となり、比率差動リレー（Ｔ８７リレー）５３の出力の如何に関わらずＡＮＤ素子５４の出力はＬｏｗのままとする。これより、ノイズその他の要因で瞬間的に加算部の出力が閾値未満となる場合に光学系の異常発生と誤検出をし、不必要なトリップロックが行なわれるのを抑制する。つまり、一次側，二次側の光学系の少なくとも一方で、断線等の異常が発生した場合には、ＡＮＤ素子５４に対する少なくとも一つの入力がＬｏｗとなるので、その出力はＬｏｗとなる。よって、光学系の異常に基づいて比率差動リレー５３からＯＮ（Ｈｉｇｈ）が出力されたとしても、ＡＮＤ素子５４の出力はＬｏｗのままとなり、トリップ信号は出力されない。
【００３７】
また、このロック判定部３２，４２が監視する一定時間であるが、実際に光学系で異常が発生してから、比率差動リレーが動作する（トリップ信号発生：ＯＮ）前にロック判定部がロックする必要があるので、係る条件を満たす適当な時間が設定される。すなわち、比率差動リレー（Ｔ８７）は、最小動作時間について、動作時間の使用は６０ｍｓ以下とされており、設計値として、たとえば、４５ｍｓ±１０ｍｓとされているとすると、実際の製品における最小動作時間は、３５ｍｓ〜５５ｍｓの範囲内となる。一方、断線等の異常が発生してから、異常検出部で異常を検知するまでの時間は、電子回路（フォトダイオードモジュールやオペアンプ等）による遅れ時間程度あるので、１ｍｓ程度となる。なお、後述するように、大電流が流れている場合には、最大１１ｍｓ程度の遅れが生じるおそれがある。そこで、係る遅れを加味し、
ロック判定時間＜最小動作時間（３５ｍｓ）−断線等の検出時間（１１ｍｓ）
＜２４ｍｓ
なる条件式を満たす必要がある。そして、本実施形態では、一定時間は、余裕を見て１０ｍｓとした。
【００３８】
なお、本発明は、実施形態のように直流成分のみを抽出し加算した値に基づいて判定するものに限ることはなく、直流成分に交流成分が重畳した出力信号を加算した値に基づいて判定するように構成することもできる。すなわち、たとえば第１光ファイバ伝送路の出力信号は、図４（ａ）のようにＤＣ２．５Ｖに交流成分が重畳した波形となり、正常状態が継続したものとする。そして、第２光ファイバ伝送路の出力信号は、図４（ｂ）のようにｔ＝２まではＤＣ２．５Ｖに交流成分が重畳した波形の正常状態であるが、ｔ＝２のときに断線が発生し出力が０になったものとする。すると、図４（ａ），（ｂ）から明らかなように共に正常状態の時は位相が反転しているので、両者を加算した波形は、図４（ｃ）に示すように５Ｖ一定となり、断線発生後は、第１光ファイバ伝送路の出力信号のみとなるので２．５Ｖを中心に振動する波形となる。そこで、判定部３１ｂ，４１ｂの閾値を、正常時の出力信号のレベル（この場合、５Ｖ）の５０％超えから１００％未満の間の設定範囲内の適宜の値（ここでは、７５％）に設定すると、片方の出力信号（ＡＣ＋ＤＣ）では閾値を越えることができないので、異常を検出することができる。
【００３９】
一方、光電流センサ１１（２１）の出力信号は、検出する電流値が大きいほど振幅も大きくなる。したがって、図５に示すように、大電流が流れるとそれに伴い両光ファイバ伝送路を伝送される出力信号の振幅も大きくなる。すると、図示するように、通常の振幅の２倍或いはそれ以上の大きい振幅となると、図５（ｂ）に示すように、ｔ＝３の時に第２光ファイバ伝送路側で断線が発生したとしても、図５（ｃ）に示すように、第１光ファイバ伝送路のみの出力信号でも閾値を超えた状態がある。その場合でも、一定の遅れのあと閾値未満となるので異常を検出することができる。そして、閾値を正常時の出力信号の通常のレベルの５０％付近に設定した場合には、事故が発生したタイミングにより最大で半周期の検出遅れが生じる。そのため、５０Ｈｚでは１０ｍｓ，６０Ｈｚでは８．３ｍｓの遅れが生じる。ただし、上述したように比率差動リレーの最小動作時間が３５ｍｓとすると、上記の遅れは問題なく適切に動作できる範囲内であり、ロック判定部を設けても問題はない。
【００４０】
図６は、本発明の第３実施形態を示している。本システムの場合、トリップ信号が発せられると、遮断器５が開放され、それより下流側への電力供給が遮断される。従って、誤動作でトリップ信号が発せられることを可及的に抑制する必要がある。上述した実施形態では、光学系に対する誤動作防止機能は実現されるが、電子回路系では誤動作防止機能は施されていない。そこで、電子回路系は、回路を二重化しフェールセーフを図るようにする。この場合、図６に示すように、第１光ファイバ伝送路１３ａ，２３ａを伝送する出力信号は、分光素子１４，２４の後段（第１受光部１６ａ，２６ａの入力側）から分岐し、第２光ファイバ伝送路１３ｂ，２３ｂを伝送する出力信号は、第２受光部１６ｂ，２６ｂの入力側から分岐し、フェールセーフ用の補助回路へ与える。この補助回路は、図示は省略するが、図６に示す主回路（第１，第２受光部以降）と同じ構成を採ることができる。そして、この補助回路には、異常検出部やロック判定部並びにＡＮＤ素子も組み込まれる。係る構成を採ると、光学系と電子回路系のいずれにおける故障発生をしても、誤ってトリップ信号が発せられるのを可及的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】変圧器保護継電システムの第１実施形態を示す図である。
【図２】変圧器保護継電システムの第２実施形態を示す図である。
【図３】動作原理を説明する図である。
【図４】動作原理を説明する図である。
【図５】動作原理を説明する図である。
【図６】変圧器保護継電システムの第３実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 送電用変電所
２ 受電変電所
３ 送電線
４ 変圧器
５ 遮断器
６ａ 一次側光電流センサ群
６ｂ 二次側光電流センサ群
７ａ 一次側光ファイバ伝送路
７ｂ 二次側光ファイバ伝送路
８ａ 一次側光電変換器
８ｂ 二次側光電変換器
９ 変圧器保護用比率差動継電装置
１１，２１ 光電流センサ
１３ａ，２３ａ 第１光ファイバ伝送路
１３ｂ，２３ｂ 第２光ファイバ伝送路
３１，４１ 異常検出部
３１ａ，４１ａ 加算部
３１ｂ，４１ｂ 判定部
３２，４２ ロック判定部
５３ 比率差動リレー（変圧器保護用比率差動継電装置）
５４ ＡＮＤ素子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器保護継電システムに関し、より具体的には、上位の送電用変電所から送電線を介して電力供給される受電変電所内に設置される変圧器の一次側遮断器及び母線を省略したシステムにおける当該変圧器に対する保護継電システムの改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
変電所に設置された変圧器の保護継電装置は、変圧器の一次側と二次側にそれぞれ巻線ＣＴを取付け、両巻線ＣＴの出力を差動リレーに入力する。すると、定常状態では一次側と二次側の電流値は所定の範囲内に収まっているため両巻線ＣＴの出力も一定の範囲内となるが、たとえば変圧器内部事故等が発生した場合、両巻線ＣＴの出力が大きく異なる。そこで、差動リレーは、両巻線ＣＴの出力の差が一定値以上か否かを判断し、一定値以上の場合に検出信号（トリップ指令）を出力し、それに基づいて変電所内の変圧器の一次側或いは二次側に設置された遮断器を開放し、変圧器の保護を図ると共に、それより下流への電力供給を停止するようにしている。係る構成の保護継電システムは、特許文献１等に開示されている。係るシステムを構成する巻線ＣＴや、差動リレーや、遮断器は、変電所内に設置される。
【０００３】
ところで、上位の送電用変電所から送電線を介して電力供給される受電変電所内に設置される変圧器の一次側遮断器及び母線を省略したシステム（以下、ユニット受電変電所とする。）がある。そして、例えば変圧器の内部事故が発生した場合、上位の送電用変電所に設置された遮断器を開放し、送電用変電所から受電変電所に対する電力供給を停止することで、変圧器を保護するようになっている。
【０００４】
係るシステム構成における変圧器保護継電システムは、上記の特許文献１と同様に、変圧器の一次側と二次側にそれぞれ巻線ＣＴを取り付けるとともに、その巻線ＣＴの出力に基づいて異常の有無を判断する差動リレー等の信号処理装置を受電変電所内に設置する。そして、信号処理装置（差動リレー）が異常を検知すると、受電変電所と送電用変電所との間に配線された表示線に電圧を印加して送電端側である送電変電所内に設置された受信継電器を動作させ、遮断器を引き外すように構成するといった転送遮断方式が利用されている。
【特許文献１】特開２００７−２３６０５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した従来の転送遮断方式では、受電変電所側で表示線に電圧を印加することにより遠隔に位置する送電用変電所側の転送遮断装置（受信器）を動作させて、送り出し遮断器を遮断するため、転送遮断装置の遅れ時間によって受電変電所の遮断器を直接遮断するより事故除去が遅延し、事故電流の大きさによってはタンク破壊が懸念される。さらに、転送遮断装置はアナログ部品を使用しており、近年その製作・保守が困難になってきているため、新たなシステム構成の開発が要求されているが、今のところ開発に至っていない。
【０００６】
この発明は、ユニット受電変電所の変圧器保護継電システムにおける新たな構成の転送遮断（トリップ）方式であり、事故除去の遅延を可及的に抑制できる変圧器保護継電器システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る変圧器保護継電システムは、（１）ユニット受電変電所における変圧器保護継電システムであって、前記変圧器の一次各相電流を検出する一次側光電流センサ群と、前記変圧器の二次各相電流を検出する二次側光電流センサ群と、前記一次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する一次側光ファイバ伝送路と、前記二次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する二次側光ファイバ伝送路と、前記送電用変電所に設置され、前記一次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する一次側光電変換器と、前記送電用変電所に設置され、前記二次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する二次側光電変換器と、前記一次側光電変換器と前記二次側光電変換器の出力電圧に基づき、前記送電用変電所の前記受電変電所へ電力供給する系統に配置される遮断器を開放できる変圧器保護用比率差動継電装置と、を備えて構成した。
【０００８】
定常状態では変圧器の一次側と二次側の電流値は所定の範囲内に収まっているため両光電流センサの出力（光信号強度）も一定の範囲内となるが、たとえば変圧器内部事故等が発生した場合、両光電流センサの出力信号レベルが大きく異なる。この光電流センサの出力は、光ファイバ伝送路を介して送電用変電所に設置された一次側，二次側光電変換器に送られ、出力信号レベル（検出対象の電流値）に応じた電圧信号に変換される。そこで、変圧器保護用比率差動継電装置は、例えば対応する一次側光電変換器と二次側光電変換器の出力の差が一定値以上になった場合に、変圧器の異常と判断して送電用変電所内の受電変電所へ電力供給する系統に設置された遮断器を開放し、受電変電所に対する電力供給を停止することができる。これにより、受電変電所の変圧器の保護が図れる。なお、上記の一定値は、固定値でも良いし、出力のＸ％のように光ＣＴ（光電変換器）の出力に応じて変動させ、検出対象の電流値が大きくなるほど許容誤差の範囲内は大きくなるようにしてもよい。
【０００９】
光電流センサと、信号処理装置とは、光ファイバ伝送路及び光電変換器を介して接続される。光ファイバ伝送路を用いることで、センサを取り付ける箇所（変圧器を設置する変電所）と、異常の有無を判断する信号処理装置を設置する箇所を離すことができる。その離反距離は、たとえば、１０ｋｍ程度にすることも可能となる。よって、信号処理装置を、遮断器が設置される送電用変電所に設置することができる。しかも、光電流センサの出力信号（検出信号）を、光ファイバ伝送路を用いて光伝送するため、その伝達が高速に行なえ、転送遮断であっても事故発生から早期に遮断することができる。また、本発明のシステムでは、光電変換器及び信号処理装置を、フォトダイオードやオペアンプその他の汎用の電子部品で実現することが可能となり、新たな転送遮断方式による変圧器保護システムを提供でき、その製造並びに保守も容易となる。
【００１０】
（２）前記一次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記一次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記二次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記二次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路を伝送されてくる光信号を変換した前記電気信号或いはその電気信号に含まれる直流成分を加算する加算手段と、
その加算手段の出力からその光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路の異常の有無を判断する光学系異常判定手段と、
その光学系異常判定手段が異常と判定した場合、前記変圧器保護用比率差動継電装置の出力に基づく前記遮断器の開放を行なわないようにする手段と、
を備えるようにするとよい。この開放を行なわないようにする手段は、実施形態では、ＡＮＤ素子により実現されている。この発明は、第２実施形態以降により実現される。この発明によれば、光電流センサからの出力信号（光信号）が、位相が反転した状態で２つの光ファイバ伝送路を伝送されてくるので、電気信号に変換後の信号或いはその信号から直流成分を抽出した信号を加算手段で加算すると、正常状態では両信号が加算され比較的大きな値をとるが、少なくとも一方の光ファイバ伝送路が断線したり、コネクタの接続不良・外れなどの異常が生じたりした場合、その異常を生じた光ファイバ伝送路からは出力が０となり、加算した値も小さくなる。よって、加算値を監視することで光学系の異常の有無を検出でき、光学系の異常に基づく誤動作（トリップ指令の出力）を防止できる。
【００１１】
（３）（２）に記載した発明を前提とし、前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較し、閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能を備えることができる。この判定する機能は、実施形態の判定部に対応する。
【００１２】
（４）（２）に記載した発明を前提とし、前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較する比較手段と、その比較手段の出力を監視し、その比較結果が、一定時間以上継続して閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能と、を備えることもできる。この“一定時間以上継続して閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能”は、実施形態では、ロック判定部に対応する。
【００１３】
（５）前記一次側光電変換器，前記二次側光電変換器並びに変圧器保護用比率差動継電装置を含む電子回路系を二重化し、フェールセーフ機構を備えるとよい。この発明は、図６に示す第３実施形態により実現される。加算手段と光学系異常判定手段も、二重化するとさらによい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明では、ユニット受電変電所の変圧器保護継電システムにおける新たな構成の転送遮断（トリップ）方式を提供することができ、しかも、事故除去の遅延を可及的に抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１は、本発明の第１実施形態を示している。図１に示すように、送変電システムの一形態として、上位の送電用変電所１から送電線３を介して電力供給される受電変電所２内に設置される変圧器４の一次側遮断器及び母線を省略したシステムがある。この種の受電変電所２は、ユニット受電変電所とも称される。そして、例えば変圧器４の内部事故が発生した場合、送電用変電所１に設置された遮断器５を開放し、送電用変電所１から受電変電所２に対する電力供給を停止することで、変圧器４を保護するようになっている。本実施形態の変圧器保護継電システムは、係る構成の送変電システムに実装され、変圧器４の内部事故等を検出し、遮断器５に対してトリップ指令を与えるもので、具体的な構成は、以下の通りである。
【００１６】
まず、受電変電所２内に設置される設備として、変圧器４の一次各相電流を検出する一次側光電流センサ群６ａと、変圧器４の二次各相電流を検出する二次側光電流センサ群６ｂと、を備える。各光電流センサ群６ａ，６ｂは、それぞれ３相の各電力線にそれぞれ光電流センサを装着することで構成される。
【００１７】
各光電流センサ群６ａ，６ｂの出力は、光ファイバ伝送路を経由して上位の送電用変電所１に伝送される。すなわち、一次側光電流センサ群６ａは、一次側光ファイバ伝送路７ａの一端に接続され、その一次側光ファイバ伝送路７ａの他端は、送電側変電所１内に設置された一次側光電変換器８ａに接続される。同様に、二次側光電流センサ群６ｂは、二次側光ファイバ伝送路７ｂの一端に接続され、その二次側光ファイバ伝送路７ｂの他端は、送電側変電所１内に設置された二次側光電変換器８ｂに接続される。光電流センサ（１相）につき２本の光ファイバ伝送路が必要であるため、それらを１組とすると光ファイバ伝送路７ａ、７ｂは３組の光ファイバ伝送路で構成される。また、３相分の信号を適宜の異なる波長で伝送する波長分割多重伝送方式を採ることで光ファイバ伝送路７ａ、７ｂを１組の光ファイバ伝送路で構成することもできる。
【００１８】
両光電変換器８ａ，８ｂにて、対応する光電流センサ群の各光電流センサの出力信号（検出した電流値に対応する光信号）を電圧信号に変換し、変圧器保護用比率差動継電装置９に与える。変圧器保護用比率差動継電装置９は、一次側光電変換器８ａと二次側光電変換器８ｂと、から与えられる２つの出力（電圧信号）の差が、一定値以上になった場合に検出信号（トリップ指令）を出力し、それに基づいて送電用変電所１内の遮断器５を開放し、ユニット受電変電所に対する電力供給を停止する。
【００１９】
光ファイバ伝送路は、伝送距離が長く（たとえば、１０ｋｍ）、光電流センサの出力レベルに応じた光信号を、遮断器５が設置される上位の送電用変電所１に伝送することができる。係る構成にすると、電子回路系の信号処理装置部分は、送電用変電所１内に設置されるので、メンテナンスが容易に行なえる。遠隔に位置する送電用変電所１の遮断器５を同変電所内の信号処理部から直接遮断するため、転送遮断装置が不要となり、受電変電所２に設置する遮断器を直接遮断する場合と同等に事故発生から早期に遮断することができる。
【００２０】
図２は、本発明の第２実施形態を示している。上述した第１実施形態のシステムでは、一次側，二次側光ファイバ伝送路７ａ，７ｂが断線やコネクタの外れなどの光学系に異常が生じた場合、断線等した光ファイバ伝送路では光信号を伝送できず、変圧器保護用比率差動継電装置９が変圧器４に異常有りと誤判定し、誤ってトリップ指令を出力するおそれがある。そこで、本実施形態では、送電用変電所１内に設置された信号処理装置を構成する電子回路系側を工夫することで、光ファイバ伝送路を二重化することなく、光学系の異常に伴う誤動作を防止できるようにした。なお、図２は、図示の便宜上、１相分のみを示しており、実際のシステム構成は、３相分を並列に設けている。
【００２１】
具体的には、図２に示すように、監視対象の変圧器４の一次側の電力線が貫通するように光電流センサ１１を設置する。一次側の電力線は、３相であるので、実際には各相の電力線に対して光電流センサ１１を設置することになり、３つの光電流センサ１１により、一次側光電流センサ群６ａが構成される。
【００２２】
この光電流センサ１１に、２本の光ファイバ伝送路（第１光ファイバ伝送路１３ａ，第２光ファイバ伝送路１３ｂ）を接続する。第１光ファイバ伝送路１３ａには、光サーキュレータからなる３ポートの分光素子１４に接続され、その分光素子１４の他のポートには、光源５１と、光電変換器たる第１受光部１６ａと、が接続される。なお、分光素子１４は、実際には、分光部５２を介して光源５１に接続される。これは、光源５１から出射される光を、一次側と二次側で共用するためである。
【００２３】
また、第２光ファイバ伝送路１３ｂには、光電変換器たる第２受光部１６ｂが接続される。そして、両受光部１６ａ，１６ｂの出力には、平均化処理部１７が接続され、両受光部１６ａ，１６ｂの出力を平均化した値（電圧値）を出力としている。これら第１，第２受光部１６ａ，１６ｂと平均化処理部１７にて、一次側光電変換器８ａが構成される。また、第１光ファイバ伝送路１３ａと第２光ファイバ伝送路１３ｂが、一次側光ファイバ伝送路７ａを構成する。つまり、本実施形態では、１つの光電流センサに対し、２本の光ファイバ伝送路を接続し、後述するように、その２本の光ファイバ伝送路から出力される各信号に基づいて電流値を求めるようになっている。
【００２４】
同様に、監視対象の変圧器４の二次側の電力線が貫通するように光電流センサ２１を設置する。実際には三相の各電力線に対して光電流センサ２１を設置することになり、３つの光電流センサ２１により、二次側光電流センサ群６ｂが構成される。
【００２５】
この光電流センサ２１に、２本の光ファイバ伝送路（第１光ファイバ伝送路２３ａ，第２光ファイバ伝送路２３ｂ）を接続する。第１光ファイバ伝送路２３ａには、光サーキュレータからなる３ポートの分光素子２４が接続される。その分光素子２４の他のポートには、光源５１と、光電変換器たる第１受光部２６ａと、が接続される。なお、この分光素子２４は、実際には、分光部５２を介して光源５１に接続される。
【００２６】
また、第２光ファイバ伝送路２３ｂには、光電変換器たる第２受光部２６ｂが接続される。そして、両受光部２６ａ，２６ｂの出力には、平均化処理部２７が接続され、両受光部２６ａ，２６ｂの出力を平均化した値（電圧値）を出力としている。第１実施形態と対応付けすると、これら第１，第２受光部２６ａ，２６ｂと平均化処理部２７にて、二次側光電変換器８ｂが構成される。また、第１光ファイバ伝送路２３ａと第２光ファイバ伝送路２３ｂが、二次側光ファイバ伝送路７ｂを構成する。
【００２７】
光源５１には、希土類元素添加物ファイバを半導体レーザ等の励起用光源で励起することにより生じた自然放出光がファイバ内を導波するに従い増幅する現象を利用した光源（ＡＳＥ）を使用する。また、第１，第２光ファイバ伝送路１３ａ，１３ｂ，２３ａ，２３ｂ，は、単一モード光ファイバを使用する。ＡＳＥは、出力光量が大きい（数十ｍＷ）、時間的コヒーレンスが低い、空間的コヒーレンスが高いなどの特徴を有しており、光ＣＴ（電流センサ）の光源として適している。また、出力光の偏光度は小さいため、単一モードファイバからなる光ファイバ伝送路を用いた光ＣＴにおける光源として優れている。特許文献１に開示されたように、光ファイバ伝送路中（分光素子１４（２４）と第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）との間）に、偏光解消素子を介在させる構成を採るとよく、このようにすると偏光度が小さいことから偏光解消素子による無偏光化が容易となる。
【００２８】
また、分光素子１４，２４は、偏波無依存型サーキュレータから構成される。この分光素子１４（２４）は、光源５１から出射された光を第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）に供給し、第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）から入力される光を第１受光部１６ａ（２６ａ）に供給する。このとき、偏波無依存型サーキュレータを分光素子１４（２４）として使用することにより、光の偏波状態と強度を変化させることなく各ポートから入力された光を所定のポートに出力することができる。
【００２９】
よって、この光ＣＴによれば、光源５１から出射した光を光サーキュレータからなる分光素子１４（２４）に与えると、その光は第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）へ供給される。そして、第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）内を伝播されてきた光は、それぞれ光電流センサ１１（２１）に入射される。
【００３０】
光電流センサ１１（２１）は、ファラデー効果を利用することで、入射した光を検出対象の電力線に流れる電流により発生する磁界の大きさに依存した光の偏波方位の回転角度を２つの光強度に変換して出射する。一方の光信号は、上記の第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）に入射され、その第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ）内を伝播され、分光素子１４（２４）を介して第１受光部１６ａ（２６ａ）に入射される。他方の光信号は、第２光ファイバ伝送路１３ｂ（２３ｂ）に入射され、その第２光ファイバ伝送路１３ｂ（２３ｂ）内を伝播され、第２受光部１６ｂ（２６ｂ）に入射される。これにより、光電流センサ１１（２１）から出射された２つの出力光（検出電流値に応じた光）は、２つの受光部１６ａ，１６ｂ（２６ａ，２６ｂ）にて光の強度に応じた電圧に変換され、それらの平均値を最終的な出力電圧とすることで、高精度な測定を行えるようにしている。
【００３１】
なお、光電流センサ１１，２１の具体的な構造は、たとえば特許文献１の実施形態や従来例として示された構成を適用することができるし、それ以外の構成を採ることももちろんできる。同様に、光ＣＴも、図１，図２に示す構成や、特許文献１に開示されたものの他、各種の構成を採ることができるのはもちろんである。
【００３２】
信号処理装置を構成する変圧器保護比率差動継電装置９は、一次側と二次側の両平均化処理部１７，２７の出力を受け、その差が所定の値（入力された値に応じて変動）よりも大きい場合に出力がＯＮとなる比率差動リレー５３と、一次側の断線等の光学系の異常を検出する異常検出部３１並びにロック判定部（ロック判定タイマ）３２と、二次側の断線等の光学系の異常を検出する異常検出部４１並びにロック判定部（ロック判定タイマ）４２と、比率差動リレー５３と、両ロック判定部３２，４２の出力に基づき論理演算をするＡＮＤ素子５４と、を、備えている。比率差動リレー５３は、Ｔ８７とも記述されるリレーであり、従来からこの種のシステムに一般的に用いられるものである。
【００３３】
異常検出部３１，４１は、第１受光部１６ａ，２６ａと、第２受光部１６ｂ，２６ｂの出力をそれぞれ加算する加算部３１ａ，４１ａと、その加算部３１ａ，４１ａの出力を閾値処理し、異常の有無を判定する判定部３１ｂ，４１ｂと、を備えて構成される。
【００３４】
すなわち、第１光ファイバ伝送路１３ａ（２３ａ），第２光ファイバ伝送路１３ｂ（２３ｂ）をそれぞれ伝送されてくる光電流センサ１１（２１）からの２つの戻り信号は、図３に示すように、位相が反転している。そのため、光学系が正常な場合には、両光ファイバ伝送路の出力を加算すると、図３（ｃ）のｘ区間のようになり、１本の光ファイバ伝送路が断線等の異常を生じて出力が０になると、他方の光ファイバ伝送路からの信号となり、その加算はｙ区間のようになり、２本とも断線等の異常を生じて出力が０になると、ｚ区間のようになる。従って、判定部３１ｂ，４１ｂは、図３（ｃ）のように正常時の加算部の出力よりも小さく、１本断線した際の加算部の出力よりも高い所定の値（図では中間値）を閾値に設定し、加算部３１ａ，４１ａの出力に対して閾値処理をする。よって、判定部３１ｂ，４１ｂの出力は、正常時は“１（ＯＮ）”で異常時は“０（ＯＦＦ）”（論理値は逆でも可）となり、異常を検出することができる。
【００３５】
なお、本実施形態では、光ファイバ伝送路で伝送される光電流センサの出力信号は、直流成分に交流成分が重畳した波形となるが、各受光部１６ａと１６ｂでは交流成分の位相が反転しているため両受光部の出力信号を加算部３１ａ，４１ａにて加算することにより交流成分を打ち消し、直流成分のみを抽出している。
【００３６】
ロック判定部３２，４２は、異常検出部３１，４１の出力を監視し、一定時間（たとえば、１０ｍｓ）異常検出信号が継続して出力されている場合に、光ファイバ伝送路の異常が発生していると判断してロック（出力をＨｉｇｈ）する。これにより、ＡＮＤ素子５４の一つの入力端子がＬｏｗ（反転入力のため）となり、比率差動リレー（Ｔ８７リレー）５３の出力の如何に関わらずＡＮＤ素子５４の出力はＬｏｗのままとする。これより、ノイズその他の要因で瞬間的に加算部の出力が閾値未満となる場合に光学系の異常発生と誤検出をし、不必要なトリップロックが行なわれるのを抑制する。つまり、一次側，二次側の光学系の少なくとも一方で、断線等の異常が発生した場合には、ＡＮＤ素子５４に対する少なくとも一つの入力がＬｏｗとなるので、その出力はＬｏｗとなる。よって、光学系の異常に基づいて比率差動リレー５３からＯＮ（Ｈｉｇｈ）が出力されたとしても、ＡＮＤ素子５４の出力はＬｏｗのままとなり、トリップ信号は出力されない。
【００３７】
また、このロック判定部３２，４２が監視する一定時間であるが、実際に光学系で異常が発生してから、比率差動リレーが動作する（トリップ信号発生：ＯＮ）前にロック判定部がロックする必要があるので、係る条件を満たす適当な時間が設定される。すなわち、比率差動リレー（Ｔ８７）は、最小動作時間について、動作時間の使用は６０ｍｓ以下とされており、設計値として、たとえば、４５ｍｓ±１０ｍｓとされているとすると、実際の製品における最小動作時間は、３５ｍｓ〜５５ｍｓの範囲内となる。一方、断線等の異常が発生してから、異常検出部で異常を検知するまでの時間は、電子回路（フォトダイオードモジュールやオペアンプ等）による遅れ時間程度あるので、１ｍｓ程度となる。なお、後述するように、大電流が流れている場合には、最大１１ｍｓ程度の遅れが生じるおそれがある。そこで、係る遅れを加味し、
ロック判定時間＜最小動作時間（３５ｍｓ）−断線等の検出時間（１１ｍｓ）
＜２４ｍｓ
なる条件式を満たす必要がある。そして、本実施形態では、一定時間は、余裕を見て１０ｍｓとした。
【００３８】
なお、本発明は、実施形態のように直流成分のみを抽出し加算した値に基づいて判定するものに限ることはなく、直流成分に交流成分が重畳した出力信号を加算した値に基づいて判定するように構成することもできる。すなわち、たとえば第１光ファイバ伝送路の出力信号は、図４（ａ）のようにＤＣ２．５Ｖに交流成分が重畳した波形となり、正常状態が継続したものとする。そして、第２光ファイバ伝送路の出力信号は、図４（ｂ）のようにｔ＝２まではＤＣ２．５Ｖに交流成分が重畳した波形の正常状態であるが、ｔ＝２のときに断線が発生し出力が０になったものとする。すると、図４（ａ），（ｂ）から明らかなように共に正常状態の時は位相が反転しているので、両者を加算した波形は、図４（ｃ）に示すように５Ｖ一定となり、断線発生後は、第１光ファイバ伝送路の出力信号のみとなるので２．５Ｖを中心に振動する波形となる。そこで、判定部３１ｂ，４１ｂの閾値を、正常時の出力信号のレベル（この場合、５Ｖ）の５０％超えから１００％未満の間の設定範囲内の適宜の値（ここでは、７５％）に設定すると、片方の出力信号（ＡＣ＋ＤＣ）では閾値を越えることができないので、異常を検出することができる。
【００３９】
一方、光電流センサ１１（２１）の出力信号は、検出する電流値が大きいほど振幅も大きくなる。したがって、図５に示すように、大電流が流れるとそれに伴い両光ファイバ伝送路を伝送される出力信号の振幅も大きくなる。すると、図示するように、通常の振幅の２倍或いはそれ以上の大きい振幅となると、図５（ｂ）に示すように、ｔ＝３の時に第２光ファイバ伝送路側で断線が発生したとしても、図５（ｃ）に示すように、第１光ファイバ伝送路のみの出力信号でも閾値を超えた状態がある。その場合でも、一定の遅れのあと閾値未満となるので異常を検出することができる。そして、閾値を正常時の出力信号の通常のレベルの５０％付近に設定した場合には、事故が発生したタイミングにより最大で半周期の検出遅れが生じる。そのため、５０Ｈｚでは１０ｍｓ，６０Ｈｚでは８．３ｍｓの遅れが生じる。ただし、上述したように比率差動リレーの最小動作時間が３５ｍｓとすると、上記の遅れは問題なく適切に動作できる範囲内であり、ロック判定部を設けても問題はない。
【００４０】
図６は、本発明の第３実施形態を示している。本システムの場合、トリップ信号が発せられると、遮断器５が開放され、それより下流側への電力供給が遮断される。従って、誤動作でトリップ信号が発せられることを可及的に抑制する必要がある。上述した実施形態では、光学系に対する誤動作防止機能は実現されるが、電子回路系では誤動作防止機能は施されていない。そこで、電子回路系は、回路を二重化しフェールセーフを図るようにする。この場合、図６に示すように、第１光ファイバ伝送路１３ａ，２３ａを伝送する出力信号は、分光素子１４，２４の後段（第１受光部１６ａ，２６ａの入力側）から分岐し、第２光ファイバ伝送路１３ｂ，２３ｂを伝送する出力信号は、第２受光部１６ｂ，２６ｂの入力側から分岐し、フェールセーフ用の補助回路へ与える。この補助回路は、図示は省略するが、図６に示す主回路（第１，第２受光部以降）と同じ構成を採ることができる。そして、この補助回路には、異常検出部やロック判定部並びにＡＮＤ素子も組み込まれる。係る構成を採ると、光学系と電子回路系のいずれにおける故障発生をしても、誤ってトリップ信号が発せられるのを可及的に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】変圧器保護継電システムの第１実施形態を示す図である。
【図２】変圧器保護継電システムの第２実施形態を示す図である。
【図３】動作原理を説明する図である。
【図４】動作原理を説明する図である。
【図５】動作原理を説明する図である。
【図６】変圧器保護継電システムの第３実施形態を示す図である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 送電用変電所
２ 受電変電所
３ 送電線
４ 変圧器
５ 遮断器
６ａ 一次側光電流センサ群
６ｂ 二次側光電流センサ群
７ａ 一次側光ファイバ伝送路
７ｂ 二次側光ファイバ伝送路
８ａ 一次側光電変換器
８ｂ 二次側光電変換器
９ 変圧器保護用比率差動継電装置
１１，２１ 光電流センサ
１３ａ，２３ａ 第１光ファイバ伝送路
１３ｂ，２３ｂ 第２光ファイバ伝送路
３１，４１ 異常検出部
３１ａ，４１ａ 加算部
３１ｂ，４１ｂ 判定部
３２，４２ ロック判定部
５３ 比率差動リレー（変圧器保護用比率差動継電装置）
５４ ＡＮＤ素子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位の送電用変電所から送電線を介して電力供給される受電変電所内に設置される変圧器の一次側遮断器及び母線を省略したシステムにおける変圧器保護継電システムであって、
前記変圧器の一次各相電流を検出する一次側光電流センサ群と、
前記変圧器の二次各相電流を検出する二次側光電流センサ群と、
前記一次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する一次側光ファイバ伝送路と、
前記二次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する二次側光ファイバ伝送路と、
前記送電用変電所に設置され、前記一次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する一次側光電変換器と、
前記送電用変電所に設置され、前記二次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する二次側光電変換器と、
前記一次側光電変換器と前記二次側光電変換器の出力電圧に基づき、前記送電用変電所の前記受電変電所へ電力供給する系統に配置される遮断器を開放できる変圧器保護用比率差動継電装置と、
を備えたことを特徴とする変圧器保護継電システム。
【請求項２】
前記一次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記一次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記二次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記二次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路を伝送されてくる光信号を変換した前記電気信号或いはその電気信号に含まれる直流成分を加算する加算手段と、
その加算手段の出力からその光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路の異常の有無を判断する光学系異常判定手段と、
その光学系異常判定手段が異常と判定した場合、前記変圧器保護用比率差動継電装置の出力に基づく前記遮断器の開放を行なわないようにする手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の変圧器保護継電システム。
【請求項３】
前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較し、閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能を備えたことを特徴とする請求項２に記載の変圧器保護継電システム。
【請求項４】
前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較する比較手段と、その比較手段の出力を監視し、その比較結果が、一定時間以上継続して閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の変圧器保護継電システム。
【請求項５】
前記一次側光電変換器，前記二次側光電変換器並びに変圧器保護用比率差動継電装置を含む電子回路系を二重化し、フェールセーフ機構を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の変圧器保護継電システム。
【請求項１】
上位の送電用変電所から送電線を介して電力供給される受電変電所内に設置される変圧器の一次側遮断器及び母線を省略したシステムにおける変圧器保護継電システムであって、
前記変圧器の一次各相電流を検出する一次側光電流センサ群と、
前記変圧器の二次各相電流を検出する二次側光電流センサ群と、
前記一次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する一次側光ファイバ伝送路と、
前記二次側光電流センサ群の出力を前記送電用変電所に光伝送する二次側光ファイバ伝送路と、
前記送電用変電所に設置され、前記一次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する一次側光電変換器と、
前記送電用変電所に設置され、前記二次側光ファイバ伝送路からの光信号を受光し電圧信号に変換する二次側光電変換器と、
前記一次側光電変換器と前記二次側光電変換器の出力電圧に基づき、前記送電用変電所の前記受電変電所へ電力供給する系統に配置される遮断器を開放できる変圧器保護用比率差動継電装置と、
を備えたことを特徴とする変圧器保護継電システム。
【請求項２】
前記一次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記一次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記二次側光電流センサ群を構成する複数の光電流センサには、それぞれ前記二次側光ファイバ伝送路を構成する２つの光ファイバ伝送路が接続され、一方の光ファイバ伝送路から送られてくる光信号を、ファラデー効果を利用して被測定導体に流れる電流の大きさに対応する位相が反転した２つの光強度信号に変換し、その変換した光強度信号を前記２つの光ファイバ伝送路にそれぞれ光信号として出力するものであり、
前記光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路を伝送されてくる光信号を変換した前記電気信号或いはその電気信号に含まれる直流成分を加算する加算手段と、
その加算手段の出力からその光電流センサに接続される２つの光ファイバ伝送路の異常の有無を判断する光学系異常判定手段と、
その光学系異常判定手段が異常と判定した場合、前記変圧器保護用比率差動継電装置の出力に基づく前記遮断器の開放を行なわないようにする手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載の変圧器保護継電システム。
【請求項３】
前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較し、閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能を備えたことを特徴とする請求項２に記載の変圧器保護継電システム。
【請求項４】
前記光学系異常判定手段は、前記加算手段の出力を予め設定された閾値と比較する比較手段と、その比較手段の出力を監視し、その比較結果が、一定時間以上継続して閾値以下または未満の場合に光ファイバ伝送路に異常ありと判定する機能と、
を備えたことを特徴とする請求項２に記載の変圧器保護継電システム。
【請求項５】
前記一次側光電変換器，前記二次側光電変換器並びに変圧器保護用比率差動継電装置を含む電子回路系を二重化し、フェールセーフ機構を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の変圧器保護継電システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００９−２４７１６４（Ｐ２００９−２４７１６４Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９２６２７（Ｐ２００８−９２６２７）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【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２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００００２８４２）株式会社高岳製作所 (72)
【Ｆターム（参考）】
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