KR20130020743A

KR20130020743A - 디지털 보호 계전 장치 및 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치

Info

Publication number: KR20130020743A
Application number: KR1020107020415A
Authority: KR
Inventors: 가즈토 후쿠시마; 히데아키 스기우라; 마사미치 사가
Original assignee: 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2009-03-18
Publication date: 2013-02-28
Also published as: JP5283938B2; EP2256891B1; JP2009225623A; US8396098B2; EP2256891A1; EP2256891A4; WO2009116292A1; CN101978567B; CN101978567A; US20110013676A1; KR101322753B1

Abstract

계통 전기량 데이터의 대용량 전송을 가능하게 함으로써, 고정밀도 또한 고기능의 디지털 보호 계전 장치 및 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치를 제공한다. 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치는, 전력 계통으로부터 취득한 계통 전기량을 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링한 후, n(n>12)비트의 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환부(6)와, 아날로그/디지털 변환부에서 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 k샘플링 데이터로 변환하는 데이터 처리부(7)와, 데이터 처리부에서 얻은 k샘플링 데이터를 소정의 전송 포맷으로 상대측의 디지털 보호 계전 장치에 송신하는 송신 수단(8)을 구비한다.

Description

디지털 보호 계전 장치 및 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치{DIGITAL PROTECTION RELAY DEVICE AND DATA TRANSMISSION DEVICE FOR DIGITAL PROTECTION RELAY DEVICE}

본 발명은, 송전선 등의 전력 계통을 보호하는 디지털 보호 계전 장치 및 디지털 보호 연산에 이용되는 신호를 전송하는 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치에 관한 것이다.

보호 계전 장치는, 모선(母線), 변압기, 송전선, 그 밖의 전력 계통 설비에 발생한 사고를 검출하면, 당해 사고 설비를 건전한 전력 계통으로부터 분리함으로써, 전력 계통의 안정 운용을 유지하는 목적을 위해 설치되어 있다.

전력 계통 설비가 중요한 계통일 경우, 보호 계전 장치로서는, 보호 성능이 뛰어난 전류 차동 보호 계전 장치를 적용하는 경우가 많다.

전류 차동 보호 계전 장치는, 보호 대상 설비의 양 단에 흐르는 전류를 도입해서 차동 연산을 행하여 내외부의 사고 판정을 행하는 방식이기 때문에, 송전선 보호용으로 적용했을 경우, 송전선의 양 단자에서 동기를 취하여 취득한 전류 순시값(電流瞬時値) 데이터를 상호 전송하고, 자기단(自端) 전류의 순시값 데이터와 전송되어 온 상대단 전류의 순시값 데이터를 도입해서 차동 연산하여 동작 판정한다. 송전선용 전류 차동 보호 계전 장치가 디지털형일 경우에는, 전류 순시값 데이터의 전송 방식으로서는, ＰＣＭ(Pulse Code Modulation) 전송 방식을 채용하고 있다(예를 들면, 비특허문헌 1 참조).

이 ＰＣＭ 전송 방식은, 전류의 순시값 데이터를 보호 계전 장치 내부의 신호에 기초하는 샘플링 주파수로 샘플링하고, 디지털 신호로 변환한 후에 부호화해서 전송하는 방식이다.

종래의 ＰＣＭ 전송 방식에 있어서의 샘플링 주파수는, 계통 전류를 전기각(電氣角) 30°의 간격으로 샘플링하도록 하고 있기 때문에, 50㎐계(系)의 경우에는 600㎐, 60㎐계의 경우에는 720㎐로 각각 설정되어 있다.

또한, 전류 차동 보호 계전 장치에서는, 각 단자에서의 데이터의 샘플링 시각을 동기화하는 수단으로서, 대향하는 장치간의 샘플링 타이밍의 시간차를 계측하여 보정하는 수단을 이용하고 있기 때문에, 전송측에 일정한 조건이 필요해진다. 또한, 전송 속도로서는 54k비트/초로 규정되고, 1샘플링당 송신 가능한 데이터수로서는, 50㎐계에서 90비트, 60㎐계에서 75비트로 규정되어 있다.

도 11에, 50㎐ 계통에 사용되고 있는 종래의 ＰＣＭ 전송 방식에 있어서의 전류 순시값 데이터를 전송하는 전송 포맷예를 나타낸다.

도 11은, 전류 3상분의 1샘플링의 데이터를 90비트 길이의 프레임으로 전송하는 예를 나타낸 것이다. 프레임 중에 12비트 간격으로 삽입된 "1" 비트는 고정 비트라고 불리는 것으로, 프레임의 식별에 사용된다.

최근에는, 샘플링 주파수를 전기각 30°로부터 3.75°로 변경해서, 50㎐계의 경우 4800㎐, 60㎐계의 경우 5760㎐로 샘플링하게 되었다. 또한, 디지털 신호로 변환할 때의 분해능은, 종래 12비트로 실시되고 있었던 것이, 16비트로 실시되게 되었지만, 전송 가능한 데이터수에는 변함이 없기 때문에, 16비트의 데이터를 의도적으로 12비트로 변환해서 송신하도록 하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).

특허문헌 1: 일본국 특개2000-152486호 공보

비특허문헌 1: 「도시바 리뷰」 41권 11호, 소화61년 11월, 제942페이지～945페이지

이상과 같이, 종래 기술에서는, 보호 계전 장치측에서 고정밀도로 샘플링되어 디지털 변환된 데이터를 취득해도, 샘플링 동기화 수단에 의한 통신계의 제약에 의해, 복잡한 처리를 실시 가능한 고성능의 보호 계전 장치를 구축할 수 없다는 문제가 있었다.

본 발명은, 종래 기술의 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 계통 전기량 데이터의 대용량 전송을 가능하게 함으로써, 고정밀도 또한 고기능의 디지털 보호 계전 장치 및 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치는,

전력 계통으로부터 취득한 계통 전기량을 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링한 후, n(n>12)비트의 디지털 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 얻는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 k·f0의 k샘플링 데이터를 얻는 데이터 처리부와, 상기 데이터 처리부에서 얻은 k샘플링 데이터를 소정의 전송 포맷으로 상대측의 보호 계전 장치에 송신하는 송신 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 디지털 보호 계전 장치는, 전력 계통의 대향하는 각 단자에 각각 설치되고, 각 단자에서 취득된 계통 전기량을 각각 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링한 후, n(n>12)비트의 디지털 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 얻는 아날로그/디지털 변환부와, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 얻은 n(n>12)비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 k·f0의 k샘플링 데이터를 얻는 제 1 데이터 처리부와, 상기 제 1 데이터 처리부에서 얻은 k샘플링 데이터를 소정의 전송 포맷으로 상대 단자의 보호 계전 장치에 송신하는 송신 수단과, 상대 단자의 상기 송신 수단으로부터 전송 데이터로서 송신되어 온 상대 단자의 k샘플링 데이터를 수신하는 수신 수단과, 상기 수신 수단에 의해 수신된 상대 단자의 k샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 L·f0(L≤k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 L·f0의 상대 단자의 L샘플링 데이터를 얻는 수신 처리부와, 상기 제 1 데이터 처리부에서 얻은 k샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 L·f0(L≤k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 L·f0의 자기(自) 단자의 L샘플링 데이터를 얻는 제 2 데이터 처리부와, 상기 수신 처리부에서 얻은 상대 단자의 L샘플링 데이터 및 상기 제 2 데이터 처리부에서 얻은 자기 단자의 L샘플링 데이터를 이용해서 보호 연산을 행하는 연산 처리부를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전력 계통으로부터 취득한 전기량을, 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링하고, 샘플링된 데이터를 n(n>12)비트의 디지털 데이터인 m샘플링 데이터로 변환해서, 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 k샘플링 데이터로 변환해서 전송하도록 했기 때문에, 계통 전기량의 대용량 전송이 가능해지고, 그 결과, 고정밀도 또한 고기능의 디지털 보호 계전 장치 및 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시형태 ～ 제 5 실시형태에 있어서의 전송 포맷예를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 시스템 구성도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시형태에 있어서의 데이터 처리의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 여자 돌입 전류의 발생예와 파형예를 나타내는 도면.
도 6은 여자 돌입 전류의 블록 회로예를 나타내는 도면.
도 7은 ＣＴ 포화의 예를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 제 3 실시형태에 있어서의 시스템 구성도.
도 9는 본 발명의 제 4 실시형태에 있어서의 시스템 구성도.
도 10은 본 발명의 제 5 실시형태에 있어서의 시스템 구성도.
도 11은 종래의 전류 차동 보호 계전 장치의 전송 포맷예를 나타내는 도면.

이하, 도면을 참조해서 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 각 도면을 통해서 공통되는 부분에는, 동일 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략한다.

(제 1 실시형태)

본 발명의 제 1 실시형태에 대해서, 도 1 및 도 2를 참조해서 설명한다.

(구성)

도 1은 본 실시형태에 따른 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치의 시스템 구성도이다. 전력 계통(1)은, 차단기(2) 및 송전선(3)을 통해서 A단자 및 이것에 대향하는 도시하지 않은 B단자 사이를 연계하고 있다. 각 단자(도 1에서는 A단자)에서는, 전압 변성기(이하, ＶＴ라 약칭함)(4) 및 전류 변성기(이하, ＣＴ라 약칭함)(5)에 의해 취득된 계통 전압 및 계통 전류(이하, 계통 전기량이라 총칭함)가, 데이터 전송 장치(ＴＥ)에 입력되어, 우선 아날로그/디지털 변환부(이하, A/D 변환부라 함)(6)에 의해 소정의 디지털 데이터로 변환된다. 변환된 디지털 데이터는, 데이터 처리부(7)에 의해 필요한 처리가 실시되고, 송신부(8)를 통해서 도시하지 않은 B단자에 설치되어 있는 상대측 디지털 보호 계전 장치에 송신된다.

여기서, 데이터 전송 장치(ＴＥ)의 구성 요소 중, A/D 변환부(6) 및 송신부(8)는 개별의 하드웨어로 구성되고, 한편, 데이터 처리부(7)는 디지털 보호 계전 장치에 탑재된 마이크로프로세서의 하드웨어 및 소프트웨어를 이용함으로써 소기의 기능을 실현하고 있다.

A/D 변환부(A/D 변환기)(6) 자체는 주지이므로, 여기서는 내부 구성에 대해서 특별히 도시는 하지 않지만, 일반적으로 다음의 요소로 구성되어 있다. 즉, 입력한 계통 전기량을 전자 회로의 처리에 적합한 크기로 변환하는 입력 변환기와, 계통 전기량에 포함되어 있는 불필요한 주파수 성분을 제거하는 아날로그 필터와, 아날로그 필터로부터 출력된 신호를 일정 시간 걸러 샘플링하고, 아날로그/디지털 변환이 끝날 때까지 샘플값을 홀드하는 샘플 홀드 수단과, 샘플 홀드 수단의 출력을 순차 선택해서 출력하는 멀티플렉서 수단과, 멀티플렉서 수단으로부터 출력된 계통 전기량의 순시값 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그/디지털 변환 수단으로 구성되어 있다.

이러한 A/D 변환부(A/D 변환기)(6)의 내부 구성 요소 중, 샘플 홀드 수단은, 데이터 전송 장치(ＴＥ) 내의 샘플링 신호 발생기(9)로부터 출력되는 소정 주기의 샘플링 신호에 의해, 계통 전기량을 샘플링하고, 일정 시간 홀드해서 출력한다. 또한, 아날로그/디지털 변환 수단은, 샘플 홀드 출력을, 샘플링 주기와 소정의 관계를 유지하면서 아날로그/디지털 변환한다.

또한, 본 실시형태에 있어서, 데이터 전송 장치(ＴＥ) 내의 샘플링 신호 발생기(9)의 샘플링 주파수는, 전력 계통의 기본 주파수 f0의 m배(m·f0)로 설정되고, 게다가 배율 m은 12를 초과하는 값(m>12)으로 설정되어 있다.

배율 m을, 예를 들면 "32"(m=32)로 설정했을 경우, 기본 주파수 f0이 50㎐인 계에서는, 샘플링 주파수(m·f0)는, m·f0=32·50=1600㎐가 되고, 기본 주파수 f0이 60㎐인 계에서는, 샘플링 주파수(m·f0)는, m·f0=32·60=1920㎐가 된다. 배율 m을 더욱 올려서 m=96으로 설정했을 경우에는, 기본 주파수 f0이 50㎐인 계에서는, 샘플링 주파수(m·f0)는, 96·50=4800㎐, 기본 주파수 f0이 60㎐인 계에서는, m·f0=96·60=5760㎐가 된다.

이 샘플링 주파수(m·f0)로 샘플링된 계통 전기량의 순시값 데이터는, A/D 변환부(A/D 변환기)(6)에 의해, 1전기량(샘플링)당 n비트(단, n>12)의 디지털 데이터로 변환되고, 샘플링 주파수(m·f0), n비트/1전기량의 m샘플링 데이터로서 출력된다. 여기서, "12"는 종래 채용되고 있었던 비트수이다.

데이터 처리부(7)는, 입력된 샘플링 주파수(m·f0), n비트/1전기량의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수(k·f0(k≤m))의 데이터로 변환하는 데이터 처리를 행하고, 주파수(k·f0), n비트/1전기량의 k샘플링 데이터로서 송신부(8)에 보내도록 구성되어 있다.

(작용)

다음에 본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다.

도 1에 있어서, 전력 계통(1)의 A단자에 설치된 ＶＴ(4) 및 ＣＴ(5)에 의해 취득된 계통 전기량은, 데이터 전송 장치(ＴＥ) 내에 입력되고, A/D 변환부(6) 내의 도시하지 않은 샘플링 홀드 수단에 의해, 기본 주파수 f0에 대하여 m배로 된 샘플링 주파수(m·f0)로 샘플링된다.

이 샘플링 주파수(m·f0)로 샘플링된 데이터는, A/D 변환부(6) 내의 아날로그/디지털 변환 수단에 의해, 1전기량(샘플링)당 n비트(n>12)의 디지털 데이터로 변환되어, 샘플링 주파수(m·f0), n비트/1전기량의 m샘플링 데이터로서 출력되고, 데이터 처리부(7)에 입력된다.

데이터 처리부(7)에서는, 입력한 샘플링 주파수(m·f0), n비트/1전기량의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수(k·f0(k≤m))의 데이터로 변환하는 데이터 처리를 행하고, 그 결과 얻은 주파수(k·f0), n비트/1전기량의 k샘플링 데이터를 출력하고, 송신부(8)를 통해서 도시하지 않은 B단자에 설치되어 있는 상대측 디지털 보호 계전 장치에 전송한다.

도 2는, 전류 및 전압의 3상분의 디지털 데이터의 전송 포맷예를 나타내는 도면이며, 여기서는 n비트를 16비트로 했을 경우의 데이터 포맷이 나타나 있다.

종래는, 전기각 30°의 1샘플링 데이터를 12비트로 전송하고 있었지만, 본 실시형태의 경우, 1샘플링 데이터를 12비트보다 긴 비트 길이(도 2의 예에서는 16비트)로 전송하므로, 상대측의 수신 장치에서는, 12비트의 경우보다 파형 재생이 정확해진다. 또한, 전기각을 30°보다 작은 값, 예를 들면 10°(이 경우의 샘플링 주파수는 1800㎐로 종래의 3배)이거나, 3.75°(이 경우의 샘플링 주파수는 4800㎐로 종래의 8배)로 함으로써, 보다 고정밀도의 파형 재생이 가능해 진다.

(효과)

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 전력 계통으로부터 취득한 전기량을, 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링하고, 샘플링된 데이터를 n(n>12)비트의 디지털 데이터인 m샘플링 데이터로 변환하여, 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 k샘플링 데이터로 변환해서 전송하도록 했기 때문에, 계통 전기량의 대용량 전송이 가능해진다. 그 결과, 상대측의 수신 장치에서 보다 정확한 파형 재생이 가능해지므로, 고정밀도의 디지털 보호 계전 장치용의 데이터 전송 장치를 제공할 수 있다.

(제 2 실시형태)

본 발명의 제 2 실시형태에 대해서, 도 3 및 도 4를 참조해서 설명한다.

(구성)

본 실시형태는, 제 1 실시형태에 따른 디지털 신호 전송 장치를 적용한 송전선 보호용의 전류 차동형 디지털 보호 계전 장치에 관한 것이다.

또한, 본 실시형태는, 송전선 보호 계전 장치를 예로 해서 설명하지만, 이것 이외에도, 모선 보호 계전 장치에 적용 가능하고, 또한, 광역으로 분산해 있는 전기소(電氣所)로부터의 전류 순시값 데이터를 수집해서 계통 주파수를 감시하고, 발전기를 제어해서 전력 계통의 안정화를 도모하도록 한 계통 안정화 장치에도 적용할 수 있는 것이다.

이하, 도 3을 참조해서 송전선 보호용의 디지털 보호 계전 장치의 구성을 설명한다.

전력 계통(1)은 차단기(2) 및 송전선(3)을 통해서 대향하는 A단자 및 도시하지 않은 B단자간을 연계하고 있다. A단자에서는, ＶＴ(4) 및 ＣＴ(5)에 의해 취득된 계통 전기량이, 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)에 입력되어, A/D 변환부(6) 내에서 입력 변환기, 아날로그 필터를 통과한 후, 샘플 홀드 수단에 의해, 기본 주파수의 f0에 대하여 m배로 된 샘플링 주파수(m·f0)로 샘플링된다. 샘플링된 계통 전기량의 순시값 데이터는, A/D 변환부(6) 내의 아날로그/디지털 변환 수단에 의해 1전기량(샘플링)당 n비트(n>12)의 디지털 데이터로 변환되어, 샘플링 주파수(m·f0), n비트의 m샘플링 데이터로서 출력되고, 데이터 처리부(7)에 입력된다.

그리고, 데이터 처리부(7)에서는, 입력한 샘플링 주파수(m·f0), n비트의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수(k·f0(k≤m))의 데이터로 변환해서, 주파수(k·f0), n비트의 k샘플링 데이터를 출력한다. 송신부(8)는, 데이터 처리부(7)에서 얻은 주파수(k·f0), n비트의 k샘플링 데이터를 상대 장치에 전송한다.

여기까지의 구성은, 제 1 실시형태의 데이터 전송 장치(ＴＥ)와 동일하지만, 본 실시형태는, 이상의 구성에 더해서, 도시하지 않은 상대측에 설치된 디지털 보호 계전 장치로부터 전송되어 온 1전기량당 n비트의 k샘플링 데이터를 수신하는 수신부(10)와, 수신한 상대측의 k샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수(L·f0(L≤k≤m))의 데이터로 변환하는 데이터 처리를 행하고, 주파수(L·f0), n비트/1전기량의 L샘플링 데이터로서 출력하는 수신 처리부(11)와, 자기단의 데이터 처리부(7)에서 작성한 k샘플링 데이터를 L샘플링 데이터로 변환 처리해서 출력하는 데이터 처리부(12)와, 수신 처리부(11)로부터 출력된 상대측의 L샘플링 데이터 및 데이터 처리부(12)로부터 출력된 자기단의 L샘플링 데이터를 도입해서 차동 연산을 행하고, 연산 결과가 소정 값 이상인 경우에 트립 지령을 출력하는 연산 처리부(13)와, 이 연산 처리부(13)의 트립 지령을 자기단 차단기(2)의 트립 회로에 보내는 출력부(14)를 설치함으로써, 전류 차동형의 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)를 실현하고 있다.

여기서, 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)의 구성 요소 중, A/D 변환부(6), 송신부(8), 수신부(10) 및 출력부(14)는 전용의 하드웨어로 구성되고, 데이터 처리부(7), 수신 처리부(11), 데이터 처리부(12) 및 연산 처리부(13)는 마이크로프로세서의 하드웨어 및 소프트웨어를 이용함으로써 기능을 실현하고 있다.

또한, 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)와, 이것에 대향하는 도시하지 않은 상대측의 디지털 보호 계전 장치는, 계통 전기량을 샘플링할 때에 양 단자에서의 시각의 동기화가 필요하지만, 이것에 대해서는, ＧＰＳ(Global Positioning System: 전지구 측위 시스템)에 의한 시각 동기 방식이나, ＳＮＴＰ(Simple Network Time Protocol) 등에 의한 고정밀도의 시각 동기 방식이 이미 실용화되어 있어, 본 실시형태에 있어서도 이들 기술을 채용할 수 있다.

전술한 데이터 처리부(7), 수신 처리부(11) 및 제 2 데이터 처리부(12)에서는, m샘플링 데이터로부터 k샘플링 데이터, 또한 L샘플링 데이터로 변환하는 방법의 일례로서, 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 정주기(定周期)의 m샘플링 데이터로부터 단계적으로 솎아내는 형태를 생각할 수 있다. 도 4에 있어서는, m이 32일 경우의 m샘플링 데이터 (a)를, k가 16일 경우의 k샘플링 데이터 (b)로 하고, 또한, L이 12일 경우의 L샘플링 데이터 (c)로 할 때까지의, 단계적으로 솎아내는 형태를 나타내고 있다.

(작용)

다음에, 본 실시형태의 작용을 설명한다.

도 3에 있어서, 전력 계통(1)으로부터 ＶＴ(4) 및 ＣＴ(5)에 의해 취득된 계통 전기량은, A/D 변환부(6) 내의 샘플 홀드 수단에 의해, 기본 주파수 f0에 대하여 m배로 된 샘플링 주파수(m·f0, 단 m> 12)로 샘플링된다.

데이터 처리부(7)에서는, 입력한 샘플링 주파수(m·f0), n비트의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수(k·f0(k≤m))의 데이터로 변환하는 데이터 처리를 행하고, 그 결과 얻은 주파수(k·f0), n비트/1전기량의 k샘플링 데이터를 출력하고, 송신부(8)를 통해서 상대측에 전송한다.

데이터 처리부(12)에서는, 데이터 처리부(7)에서 작성한 주파수(k·f0), n비트/1전기량의 k샘플링 데이터를, 보호 연산에 적합한 그 이하의 주파수(L·f0(L≤k≤m))의 L샘플링 데이터로 변환해서, 연산 수단(13)에 출력한다.

한편, 수신부(10)는, 상대 장치로부터 전송되어 온 신호, 즉, 상대 단자의 k샘플링 데이터를 수신해서 수신 처리부(11)에 보낸다. 수신 처리부(11)는, 상대 단자의 k샘플링 데이터를 L샘플링 데이터로 변환해서 연산 처리부(13)에 출력한다.

연산 처리부(13)는, 수신 처리부(11)로부터 출력된 상대 단자의 계통 전기량 순시값 데이터의 L샘플링 데이터와, 데이터 처리부(12)로부터 출력된 자기 단자의 계통 전기량 순시값 데이터의 L샘플링 데이터를 입력해서 차동 연산을 행하고, 연산 결과가 소정 값 이상인 경우에는, 출력부(14)를 통해서 차단기(2)에 트립 지령을 출력한다.

도 5는, 분기 부하가 있는 송전선 전류 차동 보호 방식을 나타내는 도면이며, 도 5의 (a)는 전력 계통 구성도, 도 5의 (b)는, 여자 돌입 전류의 파형도, 도 6은, 연산 처리부(13)의 기능 블록도이다.

송전선(3)의 중간에 분기 부하인 변압기(ＴＲ)가 접속되고, 양 단자(A단자, B단자)에 각각 송전선 보호용의 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)를 설치하고 있다. 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ 및 ＲｙＢ)는, A단, B단의 전류를 각각 사용해서 송전선(3)에 사고가 있는지를 판정한다. 이 판정 방법의 예를 이하에 나타낸다.

양 단자의 전류를 각각 ＩＡ, ＩＢ라고 했을 경우에,

Ｉｄ=ＩＡ+ＩＢ

Ｉｒ=|ＩＡ|+|ＩＢ|

로서, Ｉｄ-kＩｒ>ko 이 성립하면, "사고 있음"이라고 판정하고, 트립 지령을 출력해서 차단기(2)를 차단한다.

여기서, k, ko는 정수이다. ＩＡ, ＩＢ는 각각, m샘플링, n비트/1전기량으로 디지털 데이터로 변환된 데이터를 송수신해서 얻을 수 있는 것이다. 분기 부하(ＴＲ)의 전류는 항상 차전류로서 표현되고, 전류 차동 릴레이(relay)의 감도의 ko는, 이 값을 고려해서 정해져 있다.

이제, 도 5의 (a)에 있어서, 전원단 A단자의 지근단(至近端)에서 3선 단락 사고가 발생하고, A단자의 보호 릴레이에 의해 사고가 제거되었다고 하면, A단자의 전압이 0(zero)으로부터 정격(定格)으로 되돌아온다. 이때, 도 5의 (b)와 같이 송전선(3)의 분기 부하인 변압기(ＴＲ)에 여자 돌입 전류가 흘러, 송전선(3)의 보호를 행하는 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)의 차동 연산에 차전류가 생기고, 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)가 부정 동작해서, 양 단자를 오(誤)차단할 우려가 있다.

도 6은, 이러한 때에, 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)를 로크하기 위해서, 기본파의 차전류를 검출하는 기본파 산출부(Ｉｆ0)(13-1)의 이외에 변압기의 여자 돌입 전류에 포함되는 2배 조파를 검출하는 2배 조파 산출부(Ｉｆ2)(13-2)와, 기본파에 대한 2배 조파의 함유율(λ=Ｉｆ2/Ｉｆ0)을 구하는 비율 판정부(13-3)를 설치하고, 기본파에 대한 2배 조파의 함유율이, 예를 들면, 0.15(15%) 이상인 경우, 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)의 동작 출력을 로크하도록 한 보호 연산 방식의 예이다.

변압기(ＴＲ)의 여자 돌입 전류를 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)에서 검지할 경우에, 종래의 기본파의 12배의 샘플링 데이터에서는 정확하게 검지하는 것은 곤란해서, 24배 이상의 데이터인 것이 바람직하다. 따라서, 자기단에서 작성한 k샘플링(k≥24)의 데이터 혹은 상대 단자로부터 수신한 k샘플링(k≥24)의 데이터로부터, 24배의 데이터를 작성하고, 도 6에 나타내는 바와 같이 2배 조파의 함유율(λ)을 구해서, 그것이 15% 이상임을 검출했을 경우에는 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)의 출력을 로크하는 바와 같은 처리를 행하면, 분기 부하의 변압기(ＴＲ)에 여자 돌입 전류가 흘러서 부정 동작하지 않는 디지털 보호 계전 장치를 얻을 수 있다.

또한, 송전선(3)의 외부 사고시에 과대한 전류가 흘러서 ＣＴ 포화가 생겼을 경우에도, 본 실시형태의 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ, ＲｙＢ)는 정상으로 대응할 수 있는 것이다.

도 7은, 외부 사고시에 취득한 단자 전류 및 차동 전류를 나타내는 도면이다.

B단자측의 외부 사고에 있어서, B단자의 ＣＴ(5)가 포화했을 경우, B단자측의 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＢ)에 ＣＴ(5)를 통해서 얻을 수 있는 전기량은, 도 7의 ＩＢ와 같은 파형이 된다.

이때의 A, B 양 단의 차동 전류(ＩＡ-ＩＢ)는, 도 7의 Ｉｄ와 같이 되어, 반드시 "무포화 기간"(무변화)으로 되는 부분이 있고, 이 무변화 부분을 검출해서 차동 연산을 로크하는 수법이 있다.

이 방식은, 모선 보호 장치로 대표되는 바와 같은 전송계의 제약을 받지 않는 보호 계전 장치에 있어서는, 고정밀도의 샘플링 주파수와 n비트에서의 디지털 데이터 변환에 의해, Ｉｄ의 파형을 정확하게 재생할 수 있고, 고감도 또한 고품질로 확실하게 로크가 가능해지는 수단이다.

전류 차동형의 디지털 보호 계전 장치에 있어서는, 전송계의 제약으로부터 전송 비트수에 제한이 있어, 상기와 같은 파형 재생을 고정밀도화할 수 없었지만, 본 실시형태에 의해 용이하게 실현이 가능해진다.

(효과)

본 실시형태에 따르면, 취득한 전기량을 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링하고, 샘플링된 데이터를 n(n>12)비트의 디지털 데이터인 m샘플링 데이터로 변환하여, 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 k샘플링 데이터로 변환해서 전송함으로써, 계통 전기량의 대용량 전송이 가능해진다. 그 결과, 수신한 장치측에서 보다 정확한 파형 재생이 가능해지고, 이 데이터를 사용해서 보호 연산에 필요한 샘플링 데이터를 얻음으로써, 이제까지 실현되지 않고 있는 변압기의 여자 돌입 전류 대책이나, 외부 사고시의 ＣＴ 포화에 의한 오동작 대책이 가능하여, 고품질의 디지털 보호 계전 장치를 제공할 수 있다.

(제 3 실시형태)

본 발명의 제 3 실시형태에 대해서 도 8을 참조해서 설명한다.

(구성)

본 실시형태는, 제 2 실시형태에서 설명한 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)의 데이터 처리부(7)를, 데이터의 평균화 처리를 행하는 평균화 처리부(7-1)에 의해 실현하도록 한 것을 특징으로 하는 것이며, 그 밖의 구성은 제 2 실시형태의 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)와 바뀌는 곳은 없으므로 도시를 생략한다.

본 실시형태에 의한 데이터 처리부(7A)는, 전술한 도 4의 (a)의 샘플링 데이터로부터 (b)의 샘플링 데이터로 변환하는 방법을 평균화 처리부(7-1)로 실현하도록 한 것이다. 평균화 처리부(7-1)는, 입력된 샘플링 주파수 m·f0, n비트/1전기량의 m샘플링 데이터를 평균화 처리함으로써, 주파수 k·f0(k≤m), n비트/1전기량의 k샘플링 데이터로 변환해서 출력한다.

본 실시형태에 있어서도, 도시하지 않은 전력 계통(1)으로부터 ＶＴ(4) 및 ＣＴ(5)에 의해 취득한 전기량을, A/D 변환부(6)에서 기본 주파수의 m(m>12)배로 샘플링하고, 그 샘플링된 데이터를 n(n>12)비트의 디지털 데이터로 변환한다.

그리고, 데이터 처리부(7A)에 있어서, 입력한 m샘플링 데이터를, 평균화 처리 수단(7-1)에 의해 평균화 처리를 행함으로써 k샘플링 데이터로 변환해서 출력하고, 송신부(8)를 통해서 상대 장치에 전송하는 동시에, 상대단으로부터 수신한 순시값 데이터와 자기단에서 작성한 순시값 데이터에 의해 차동 연산을 행한다.

(작용)

다음에 본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다.

한편, 데이터 처리부(7A) 외에는, 도 3에 나타낸 구성과 동일하므로 간단히 살펴보고, 데이터 처리부(7A)를 중심으로 설명한다.

본 실시형태의 평균화 처리부(7A)에서는, 과거 N샘플링의 데이터의 가산 평균을 취함으로써, N개의 데이터에 중첩해 있는 화이트 노이즈를 실효적으로 압축할 수 있다.

평균화 처리의 예를, 이하에 나타낸다. 본 처리는 8개의 데이터를 평균화 처리하고 있는 예이다.

[수 1]

(효과)

본 실시형태에 따르면, 전력 계통(1)으로부터 ＶＴ(4) 및 ＣＴ(5)에 의해 취득한 전기량을 A/D 변환부(6)에서 기본 주파수의 m(m>12)배로 샘플링하고, 샘플링된 데이터를 n(n>12)비트의 디지털 데이터인 m샘플링 데이터로 변환하여, 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를, 데이터 처리부(7A)의 평균화 처리에 의해, 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 k샘플링 데이터로 변환해서 전송함으로써, 제 2 실시형태와 동일한 효과에 더해서, 화이트 노이즈가 더 제거되어, 수신한 장치측에서 보다 정확한 파형 재생이 가능해진다. 이 평균화된 데이터를 사용해서 보호 연산에 필요한 샘플링 데이터를 얻음으로써, 이제까지 실현되지 않고 있는 변압기의 여자 돌입 전류 대책이나, 외부 사고시의 ＣＴ 포화에 의한 오동작 대책이 가능하고, 고품질의 디지털 보호 계전 장치를 제공할 수 있다.

(제 4 실시형태)

다음에 본 발명의 제 4 실시형태에 대해서 도 9를 참조해서 설명한다.

(구성)

본 실시형태는, 제 2 실시형태에서 설명한 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)의 데이터 처리부(7)를, 표본 전기량의 작성 처리를 행하는 표본 전기량 작성 수단(7-2)에 의해 실현하도록 한 것을 특징으로 하는 것이며, 그 밖의 구성은 제 2 실시형태의 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)와 바뀌는 곳은 없으므로 도시를 생략한다.

본 실시형태에 따른 데이터 처리부(7B)는, 전술한 도 4의 (a)의 샘플링 데이터로부터 (b)의 샘플링 데이터로 변환하는 방법을 표본 전기량 작성부(7-2)에 의해 실현하도록 한 것이다. 표본 전기량 작성부(7-2)는, 샘플링 주파수 m·f0, n비트/1전기량의 m샘플링 데이터를 표본화함으로써, 주파수 k·f0(k≤m), n비트/1전기량의 k샘플링 데이터로 변환해서 출력한다.

본 실시형태에 있어서도, 도시하지 않은 전력 계통(1)으로부터 ＶＴ(4) 및 ＣＴ(5)에 의해 취득한 전기량을 A/D 변환부(6)에서 기본 주파수의 m(m>12)배로 샘플링하고, 그 샘플링된 데이터를 n(n>12)비트의 디지털 데이터로 변환한다.

그리고, 데이터 처리부(7B)에 있어서, 입력한 m샘플링 데이터를 표본 전기량 작성부(7-2)에 의해 표본화해서 k샘플링 데이터로 변환해서 출력하고, 송신부(8)를 통해서 상대 장치에 전송하는 동시에, 상대단으로부터 수신한 순시값 데이터와 자기단에서 작성한 순시값 데이터에 의해 차동 연산을 행한다.

(작용)

다음에 본 실시형태의 작용에 대해서 설명한다.

한편, 데이터 처리부(7B) 외에는, 도 3에 나타낸 수단과 동일하므로 간단히 살펴보고, 데이터 처리부(7B)를 중심으로 설명한다.

본 실시형태의 표본 전기량 작성부(7-2)에서는, 예를 들면, 대칭분(分) 전기량으로서, 정상(正相), 역상(逆相) 및 영상(零相), 또는, αβ0 회로의 α, β, 0 등으로 모드 변환된 것이다.

이하, 표본 전기량 처리의 예로서, 정상 전기량의 예를 나타낸다.

3Ｉ₁=Ｉａ+αＩｂ+α²Ｉｃ

3Ｖ₁=Ｖａ+αＶｂ+α²Ｖｃ

I₁: 정상 전류, V₁: 정상 전압

(효과)

본 실시형태에 따르면, 전력 계통(1)으로부터 ＶＴ(4) 및 ＣＴ(5)에 의해 취득한 전기량을 A/D 변환부(6)에서 기본 주파수의 m(m>12)배로 샘플링하고, 샘플링된 데이터를 n(n>12)비트의 디지털 데이터인 m샘플링 데이터로 변환하여, 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를, 데이터 처리부(7B)의 표본 전기량 처리에 의해, 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 k샘플링 데이터로 변환해서 전송함으로써, 수신한 장치측에서 보다 정확한 파형 재생이 가능해지고, 이 데이터를 사용해서 보호 연산에 필요한 샘플링 데이터를 얻음으로써, 안정도의 판정에 사용할 수 있고, 고품질의 디지털 보호 계전 장치를 제공할 수 있다.

(제 5 실시형태)

다음에 본 발명의 제 5 실시형태에 대해서 도 10을 참조해서 설명한다.

본 실시형태는, 제 2 실시형태의 도 3 중의 수신 처리부(11)에, 제 3 실시형태에서 설명한 평균화 처리 수법을 채용하는 것을 특징으로 하는 것이며, 그 밖의 수단은 제 2 실시형태의 디지털 보호 계전 장치(ＲｙＡ)와 바뀌는 곳은 없으므로 도시를 생략한다.

본 실시형태에 의한 수신 처리부(11A)는, 전술한 도 4의 (b)의 샘플링 데이터로부터 (c)의 샘플링 데이터로 변환하는 방법을 평균화 처리부(11-1)에 의해 실현하도록 한 것으로, 수신 처리부(11A)는 수신부(10)에서 수신한 상대 장치로부터 전송되어 온 1전기량당 n비트의 k샘플링 데이터를, 평균화 처리부(11-1)에 의해 평균화 처리해서 n비트/1전기량의 L샘플링 데이터로 변환해서 출력한다.

이 평균화 처리의 수법에 따르면, 제 3 실시형태의 도 8의 데이터 처리부(7A)에 설치한 평균화 처리 수단(7-1)과 마찬가지로, 과거 N샘플링의 데이터의 가산 평균을 취함으로써, N개의 데이터에 중첩해 있는 화이트 노이즈를 실효적으로 압축할 수 있다.

이상 기술한 바와 같이, 본 실시형태에 따르면, 수신측에서 평균화 처리를 행함으로써, 수신측에서의 화이트 노이즈도 포함시켜 제거할 수 있는 것으로, 제 3 실시형태와 조합시켜서 채용함으로써, 더욱 고품질의 디지털 보호 계전 장치를 제공할 수 있다.

ＴＥ…데이터 전송 장치, ＲｙＡ…디지털 보호 계전 장치, 1…전력 계통, 2…차단기, 3…송전선, 4…전압 변성기(ＶＴ), 5…전류 변성기(ＣＴ), 6…아날로그/디지털 변환부, 7, 7A, 7B…데이터 처리부, 7-1…평균화 처리부, 7-2…표본 전기량 작성부, 8…송신부, 9…샘플링 신호 발신기, 10…수신부, 11, 11A…수신 처리부, 11-1…평균화 처리부, 12… 제 2 데이터 처리부, 13…연산 처리부, 13-1…기본파 산출부, 13-2…2배 조파 산출부, 13-3…비교 판정부, 14…출력부.

Claims

전력 계통으로부터 취득한 계통 전기량을 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링한 후, n(n>12)비트의 디지털 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 얻는 아날로그/디지털 변환부와,
상기 아날로그/디지털 변환부에서 얻은 n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 k·f0의 k샘플링 데이터를 얻는 데이터 처리부와,
상기 데이터 처리부에서 얻은 k샘플링 데이터를 소정의 전송 포맷으로 상대측의 보호 계전 장치에 송신하는 송신 수단,
을 구비한 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전 장치용 데이터 전송 장치.
전력 계통의 대향하는 각 단자에 각각 설치되고, 각 단자에서 취득된 계통 전기량을 각각 기본 주파수 f0의 m(m>12)배로 샘플링한 후, n(n>12)비트의 디지털 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를 얻는 아날로그/디지털 변환부와,
상기 아날로그/디지털 변환부에서 얻은 n(n>12)비트, 주파수 m·f0의 m샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 k·f0(k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 k·f0의 k샘플링 데이터를 얻는 제 1 데이터 처리부와,
상기 제 1 데이터 처리부에서 얻은 k샘플링 데이터를 소정의 전송 포맷으로 상대 단자의 보호 계전 장치에 송신하는 송신 수단과,
상대 단자의 상기 송신 수단으로부터 전송 데이터로서 송신되어 온 상대 단자의 k샘플링 데이터를 수신하는 수신 수단과,
상기 수신 수단에 의해 수신된 상대 단자의 k샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 L·f0(L≤k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 L·f0의 상대 단자의 L샘플링 데이터를 얻는 수신 처리부와,
상기 제 1 데이터 처리부에서 얻은 k샘플링 데이터를, 그 이하의 주파수 L·f0(L≤k≤m)의 데이터로 변환해서, n비트, 주파수 L·f0의 자기(自) 단자의 L샘플링 데이터를 얻는 제 2 데이터 처리부와,
상기 수신 처리부에서 얻은 상대 단자의 L샘플링 데이터 및 상기 제 2 데이터 처리부에서 얻은 자기 단자의 L샘플링 데이터를 이용해서 보호 연산을 행하는 연산 처리부,
를 구비한 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 데이터 처리부는, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 얻은 m샘플링 데이터를, 평균화 처리를 해서 k샘플링 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제 1 데이터 처리부는, 상기 아날로그/디지털 변환부에서 얻은 m샘플링 데이터를, 표본 전기량으로 가공 처리해서 k샘플링 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 수신 처리부는, 상기 수신 수단에 의해 수신된 상대 단자의 k샘플링 데이터를, 평균화 처리해서 k샘플링 데이터로 변환하는 것을 특징으로 하는 디지털 보호 계전 장치.