JP2008161011A - 短絡方向継電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】事故除去時間を大幅に短縮することができる電源端用および対向端用の短絡方向継電装置を提供する。
【解決手段】平衡２回線送電線の自回線１Ｌの電源端側に設置される第１の電源端短絡方向継電装置１０₁は、自回線１Ｌにおける短絡事故発生を検出すると自回線１Ｌの電源端側に設けられた第１の遮断器４₁を遮断するための第１のトリップ信号Ｓ₁を発生するトリップ信号発生回路２０を備える。トリップ信号発生回路２０は、第１の短絡電流Ｉ₁と第２の短絡電流Ｉ₂との差を第１の短絡電流Ｉ₁と第２の短絡電流Ｉ₂と和で割った値を求め、求めた値が閾値よりも大きいと出力信号を出力する自回線事故判定回路２５と、自回線事故判定回路２５の出力信号と他回線２Ｌの電源端側に設けられた第２の遮断器４₂から入力される第２の接点信号Ｓ_C2との論理積をとる第３の論理積回路２３とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、短絡方向継電装置に関し、特に、平衡２回線送電線の電源端側および対向端側に設置するのに好適な短絡方向継電装置に関する。

一般に、電力系統における短絡事故時の保護に用いられている短絡方向継電装置（ＤＳ）は、自回線（短絡方向継電装置が設置された送電線）の電気量（線間電圧および相電流）の大きさおよび方向に基づいて短絡事故発生を判定するものであり、事故区間を判定させるために、対向端（非電源）背後の送電線に設置された他の短絡方向継電装置と時限協調（０．４ｓ〜０．５ｓの積上げ）をとっている。
そのため、電源端側に設置された短絡方向継電装置では、以下に説明するように、事故除去時間が長くなるので、短絡方向継電装置は平衡２回線送電線においては後備保護として用いられ、保護区間内の短絡事故によって瞬時に動作する別方式の主保護継電装置を別に設置することにより、事故除去時間の短縮を図っている。

図７に示すように、電源１から電力を供給される母線から分岐された第１の送電線１Ｌ（以下、「自回線１Ｌ」と称する。）および第２の送電線２Ｌ（以下、「他回線２Ｌ」と称する。）の電源端側（母線側）に短絡方向継電装置（以下、「第１および第２の電源端短絡方向継電装置１１０₁，１１０₂」と称する。）がそれぞれ設置されており、自回線１Ｌおよび他回線２Ｌの対向端側（母線と反対側）にも短絡方向継電装置（以下、「第１および第２の対向端短絡方向継電装置１２０₁，１２０₂」と称する。）がそれぞれ設置されているとする。

第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁は、母線に設けられた第１の計器用変圧器２₁から入力される線間電圧（以下、「第１の線間電圧Ｖ₁」と称する。）と自回線１Ｌの電源端側に設置された第１の計器用変流器３₁から入力される相電流（以下、「第１の短絡電流Ｉ₁」と称する。）とに基づいて自回線１Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、自回線１Ｌの電源端側に設置された第１の遮断器４₁を遮断するための第１のトリップ信号Ｓ₁を発生する。
第２の電源端短絡方向継電装置１１０₂は、第１の計器用変圧器２₁から入力される第１の線間電圧Ｖ₁と他回線２Ｌに設置された第２の計器用変流器３₂から入力される相電流（以下、「第２の短絡電流Ｉ₂」と称する。）とに基づいて他回線２Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、他回線２Ｌの電源端側に設置された第２の遮断器４₂を遮断するための第２のトリップ信号Ｓ₂を発生する。

第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁は、対向端側の母線（以下、「対向端母線」と称する。）に設けられた第２の計器用変圧器２₂から入力される線間電圧（以下、「第２の線間電圧Ｖ₂」と称する。）と自回線１Ｌの対向端側に設置された第３の計器用変流器３₃から入力される相電流（以下、「第３の短絡電流Ｉ₃」と称する。）とに基づいて自回線１Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、自回線１Ｌの対向端側に設置された第３の遮断器４₃を遮断するための第３のトリップ信号Ｓ₃を発生する。
第２の対向端短絡方向継電装置１２０₂は、第２の計器用変圧器２₂から入力される第２の線間電圧Ｖ₂と他回線２Ｌの対向端側に設置された第４の計器用変流器３₄から入力される相電流（以下、「第４の短絡電流Ｉ₄」と称する。）とに基づいて他回線２Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、他回線２Ｌの対向端側に設置された第４の遮断器４₄を遮断するための第４のトリップ信号Ｓ₄を発生する。

第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁は、第１のトリップ信号Ｓ₁を発生するために、図８に示すようなトリップ信号発生回路１３０を具備する。
ここで、トリップ信号発生回路１３０は、リレー判定回路１３１と、遅延回路（タイマー）１３２とを備える。

リレー判定回路１３１は、第１の短絡電流Ｉ₁の大きさと第１の線間電圧Ｖ₁および第１の短絡電流Ｉ₁の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの瞬時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第１の瞬時要素トリップ信号ＳＴ_a1を出力するとともに、第１の短絡電流Ｉ₁の大きさと第１の線間電圧Ｖ₁および第１の短絡電流Ｉ₁の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの限時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第１の限時遮断出力信号を遅延回路１３２に出力する。
遅延回路１３２は、リレー判定回路１３１の第１の限時遮断出力信号を時限協調時間Ｔ１₁だけ遅延して第１の限時要素トリップ信号ＳＴ_b1を生成する。ここで、時限協調時間Ｔ１₁は、自回線１Ｌの対向端背後の送電線に設置された他の短絡方向継電装置（不図示）との時限協調のために設定される。
第１の瞬時要素トリップ信号ＳＴ_a1および第１の限時要素トリップ信号ＳＴ_b1は、第１のトリップ信号Ｓ₁として第１の遮断器４₁に出力される。

第２の電源端短絡方向継電装置１１０₂は、上述したトリップ信号発生回路１３０と同様の構成のトリップ信号発生回路（不図示）を具備する。

第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁は、第３のトリップ信号Ｓ₃を発生するために、図９に示すようなトリップ信号発生回路１４０を具備する。
ここで、トリップ信号発生回路１４０は、リレー判定回路１４１と、遅延回路（タイマー）１４２とを備える。

リレー判定回路１４１は、第３の短絡電流Ｉ₃の大きさと第２の線間電圧Ｖ₂および第３の短絡電流Ｉ₃の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの瞬時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第３の瞬時要素トリップ信号ＳＴ_a3を出力するとともに、第３の短絡電流Ｉ₃の大きさと第２の線間電圧Ｖ₂および第３の短絡電流Ｉ₃の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの限時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第３の限時遮断出力信号を遅延回路１４２に出力する。
遅延回路１４２は、リレー判定回路１４１の第３の限時遮断出力信号を時限協調時間Ｔ１₃だけ遅延する。ここで、図８に示した遅延回路１３２において設定された時限協調時間Ｔ１₁（たとえば８００ｍｓ）は、時限協調のために、時限協調時間Ｔ１₃（たとえば４００ｍｓ）よりも大きくなるように設定される（Ｔ１₁＞Ｔ１₃）。

第２の対向端短絡方向継電装置１２０₂は、上述したトリップ信号発生回路１４０と同様の構成のトリップ信号発生回路（不図示）を具備する。

第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁の保護区間である自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において図１０に示す時刻ｔ₀に短絡事故が発生したとすると、事故電流（短絡電流）は図７に破線の矢印で示すように事故点に向かって流れるため、短絡電流（第１乃至第３の短絡電流Ｉ₁〜Ｉ₃）の向きが動作方向（内部方向＝＋方向）と同じである第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁、第２の電源端短絡方向継電装置１１０₂および第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁が動作する。

上述したように第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁の時限協調時間Ｔ１₃（＝４００ｍｓ）は第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁の時限協調時間Ｔ１₁（＝８００ｍｓ）よりも短いため、まず、第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁が動作して、自回線１Ｌの対向端側に設置された第３の遮断器４₃を遮断する。このとき、第３の遮断器４₃は、図１０に示すように、第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁のリレー判定時間Ｔ_RY（＝５０ｍｓ）および時限協調時間Ｔ１₃が経過した時刻ｔ₂に第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁から出力される第３のトリップ信号Ｓ₃によって遮断されるが、第３の遮断器４₃が完全に遮断されるのは、時刻ｔ₂から遮断器遮断時間Ｔ_CB（＝５０ｍｓ）が経過した時刻ｔ₃となる。

時刻ｔ₃に第３の遮断器４₃が完全に遮断されると、事故電流（短絡電流）は自回線１Ｌの電源端から事故点に向かってのみ流れるため（すなわち、図１０に示すように第１の短絡電流Ｉ₁のみが流れるため）、第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁のみが動作を続けて、自回線１Ｌの電源端側に設置された第１の遮断器４₁を遮断する。このとき、第１の遮断器４₁は、事故発生時刻ｔ₀から第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁のリレー判定時間Ｔ_RY（＝５０ｍｓ）および時限協調時間Ｔ１₁が経過した時刻ｔ₄に第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁から出力される第１のトリップ信号Ｓ₁によって遮断されるが、第１の遮断器４₁が完全に遮断されるのは、時刻ｔ₄から遮断器遮断時間Ｔ_CB（＝５０ｍｓ）が経過した時刻ｔ₅となる。

下記の特許文献１には、保護協調上必要な時間、継続して事故の検出および保護動作出力を送出可能にするために、入力電流と入力電圧の位相差を検出する方向要素と、入力電流の大きさを検出する過電流要素と、これら両要素により検出された位相差および電流の大きさから短絡事故の有無を判定し、短絡事故有りと判定されると保護動作出力を送出する判定部と、この判定部により短絡事故が発生していると判定されたことを条件に入力電流から短絡事故電流の大きさを検出して短絡事故が継続しているか否かを判定し、事故継続していると判定されると保護動作出力を送出する事故継続検出手段と、判定部および事故継続検出手段より出される保護動作出力を電力系統上の他の保護継電器との保護協調に必要な時限後に送出する時限装置とを備えた、短絡方向継電器が開示されている。
下記の特許文献２には、電力系統の平衡２回線送電線に流れる差電流が所定値以上のとき動作する過電流リレーと、差電流および母線電圧を入力とする短絡選択リレーとを備え、平衡２回線送電線の事故回線を選択遮断する回線選択継電装置において、母線短絡により平衡２回線送電線に循環電流が流れる後方故障時に誤って遮断器トリップ信号を出力させないようにするために、平衡２回線送電線の各回線に流れる電流の方向を検出する第１および第２電流方向リレーを設け、過電流リレーと短絡選択リレーと第１および第２電流方向リレーの各出力のアンド条件成立時に遮断器をトリップさせる回線選択継電装置が開示されている。
特開２０００−９２６９３号公報 特開平１１−１６４４７０号公報

しかしながら、上述した第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁では、自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において短絡事故が発生した場合に、第１の遮断器４₁は事故発生時刻ｔ₀からリレー判定時間Ｔ_RY、時限協調時間Ｔ１₁および遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（＝５０ｍｓ＋８００ｍｓ＋５０ｍｓ＝９００ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ₅に遮断されるため（図１０参照）、この短絡事故を除去するのに時間を要し、設備に悪影響を与えるという問題がある。

また、第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁でも、第３の遮断器４₃は事故発生時刻ｔ₀からリレー判定時間Ｔ_RY、時限協調時間Ｔ１₃および遮断器遮断時間Ｔ_CBの合計時間（＝５０ｍｓ＋４００ｍｓ＋５０ｍｓ＝５００ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ₃に遮断されるため（図１０参照）、この短絡事故を除去するのに時間を要し、設備に悪影響を与えるという問題がある。

本発明の目的は、事故除去時間を大幅に短縮することができる電源端用および対向端用の短絡方向継電装置を提供することにある。

本発明の第１の短絡方向継電装置は、電源端側の母線と対向端側の対向端母線との間に敷設された自回線（１Ｌ）および他回線（２Ｌ）からなる平衡２回線送電線の該自回線の電源端側に設置される短絡方向継電装置（１０₁）であって、前記自回線における短絡事故発生を検出すると、該自回線の電源端側に設けられた自回線遮断器（４₁）を遮断するためのトリップ信号（Ｓ₁）を発生するトリップ信号発生回路（２０）を具備し、該トリップ信号発生回路が、前記自回線の電源端から事故点に向かって流れる自回線短絡電流（Ｉ₁）および該自回線の対向端から該事故点に向かって流れる他回線短絡電流（Ｉ₂）の差と該自回線短絡電流および該他回線短絡電流の和との比率に基づいて短絡事故を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生するトリップ信号発生手段を備えることを特徴とする。
ここで、前記トリップ信号発生手段が、前記他回線の電源端側に設置された隣回線遮断器（４₂）が遮断されていないことを条件に、前記比率に基づいて前記自回線における短絡事故発生を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生してもよい。
前記トリップ信号発生手段が、前記自回線短絡電流と前記他回線短絡電流との差を該自回線短絡電流と該他回線短絡電流と和で割った値を求め、該求めた値が閾値以上であると出力信号を出力する自回線事故判定回路（２５）と、該自回線事故判定回路の出力信号と、前記隣回線遮断器から入力される接点信号（Ｓ_C2）との論理積をとる論理積回路（２３）とを備えてもよい。
前記閾値が、前記自回線の電源端から対向端までのＸ％の区間を時限短縮保護区間とする場合には、“１−Ｘ／１００”とされてもよい。
前記時限短縮保護区間が、前記自回線の電源端から対向端までの８０〜８５％までの区間とされてもよい。
前記他回線の電源端側に設置される他の短絡方向継電装置（１０₂）が、前記短絡方向継電装置と同じ構成を有しかつ一体に構成されていてもよい。
本発明の第２の短絡方向継電装置は、電源端側の母線と対向端側の対向端母線との間に敷設された自回線（１Ｌ）および他回線（２Ｌ）からなる平衡２回線送電線の該自回線の対向端側に設置される短絡方向継電装置（３０₁）であって、前記自回線における短絡事故発生を検出すると、該自回線の対向端側に設けられた自回線遮断器（４₃）を遮断するためのトリップ信号（Ｓ₃）を発生するトリップ信号発生回路（４０）を具備し、該トリップ信号発生回路が、対向端側において短絡電流が前記他回線から前記自回線に回り込む比率に基づいて短絡事故を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生するトリップ信号発生手段を備えることを特徴とする。
ここで、前記トリップ信号発生手段が、前記他回線の対向端側に設置された隣回線遮断器（４₄）が遮断されていないことを条件に、前記比率に基づいて前記自回線における短絡事故発生を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生してもよい。
前記トリップ信号発生手段が、前記自回線の対向端から事故点に向かって流れる自回線短絡電流（Ｉ₃）と前記他回線の対向端から前記事故点に向かって流れる他回線短絡電流（Ｉ₄）との差の絶対値を該自回線短絡電流の２倍の値で割った値を求め、該求めた値が第１の閾値よりも大きくて第２の閾値よりも小さいと出力信号を出力する自回線事故判定回路（４５）と、該自回線事故判定回路の出力信号と前記隣回線遮断器から入力される接点信号（Ｓ_C4）との論理積をとる論理積回路（４３）とを備えてもよい。
前記第１および第２の閾値が、前記対向端の変流器誤差、リレー誤差および線路定数誤差を含む誤差に応じて決定されてもよい。
前記トリップ信号発生手段が、前記他回線の対向端側に設置された他の短絡方向継電装置（３０₂）が不動作であることを条件に、前記トリップ信号を瞬時に発生してもよい。
前記他回線の対向端側に設置される他の短絡方向継電装置（３０₂）が、前記短絡方向継電装置と同じ構成を有しかつ一体に構成されていてもよい。

本発明の短絡方向継電装置は、以下に示す効果を奏する。
（１）平衡２回線送電線の電源端側に設置される短絡方向継電装置は、自回線の電源端から事故点に向かって流れる自回線短絡電流および他回線の電源端から事故点に向かって流れる他回線短絡電流の差と自回線短絡電流および他回線短絡電流の和との比率に基づいて短絡事故を検出するとトリップ信号を瞬時に発生するので、自回線において発生した短絡事故の除去時間を大幅に短縮することができる。
（２）平衡２回線送電線の対向端側に設置される短絡方向継電装置は、対向端側において短絡電流が他回線から自回線に回り込む比率に基づいて短絡事故を検出するとトリップ信号を瞬時に発生するので、自回線において発生した短絡事故の除去時間を大幅に短縮することができる。
（３）事故継続時間も大幅に短縮するので、事故時の設備への悪影響を低減することができる。
（４）主保護継電装置を省略することも可能であるため、設備への投資コストの低減も図れる。

上記の目的を、自回線の電源端側に設置された短絡方向継電装置が自回線短絡電流および他回線短絡電流の差と自回線短絡電流および他回線短絡電流の和との比率に基づいて短絡事故を検出するとトリップ信号を瞬時に発生し、また、自回線の対向端側に設置された短絡方向継電装置が対向端側において短絡電流が他回線から自回線に回り込む比率に基づいて短絡事故を検出するとトリップ信号を瞬時に発生することにより実現した。

以下、本発明の短絡方向継電装置の実施例について、図面を参照して説明する。
まず、本発明の第１の実施例による短絡方向継電装置について、図１乃至図３を参照して説明する。
本実施例による短絡方向継電装置は、平衡２回線送電線の電源端側に設置される短絡方向継電装置であって、短絡事故発生時には平衡２回線送電線の電源端では事故回線の事故電流（第１の短絡電流Ｉ₁）の比率の方が健全回線の事故電流（第２の短絡電流Ｉ₂）の比率よりも大きくなることに着目し、健全回線の遮断器情報と、事故回線の事故電流および健全回線の事故電流の差と事故回線の事故電流および健全回線の事故電流の和との比率（前者を後者で割った値）とに基づいて短絡事故を検出すると、トリップ信号を瞬時に発生することを特徴とする。

したがって、図１に示す第１の電源端短絡方向継電装置１０₁（本発明の第１の実施例による短絡方向継電装置）は、健全回線である他回線２Ｌの電源端側に設置された第２の遮断器４₂が遮断されておらず、かつ、（１）式に示す自回線事故判定条件に基づいて事故回線である自回線１Ｌにおける短絡事故発生を検出すると第１のトリップ信号Ｓ₁を瞬時に発生する機能を備えている点で、図７に示した従来の第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁と相違する。
（Ｉ₁−Ｉ₂）／（Ｉ₁＋Ｉ₂）≧０．２ （１）
ここで、閾値は時限短縮保護区間（すなわち、短絡事故に対して第１のトリップ信号Ｓ₁を瞬時に発生する自回線１Ｌの範囲）によって決定され、自回線１Ｌの電源端から対向端までのＸ％の区間を時限短縮保護区間とする場合には、閾値＝１−Ｘ／１００とされる。したがって、（１）式における閾値＝０．２は、自回線１Ｌの電源端から対向端までの８０％の区間を時限短縮保護区間とする場合に用いる。なお、時限短縮保護区間は、変流器誤差（ＣＴ誤差）、リレー誤差および線路定数誤差などの誤差を考慮すると、１５〜２０％程度のマージンが必要であるため、自回線１Ｌの電源端から対向端までの８０〜８５％までの区間とする。

すなわち、第１の電源端短絡方向継電装置１０₁は、第２の遮断器４₂から入力される第２の接点信号Ｓ_C2がハイレベルであり（第２の遮断器４₂が遮断されていないことを示す。）、かつ、第１の計器用変流器３₁から入力される第１の短絡電流Ｉ₁と第２の計器用変流器３₂から入力される第２の短絡電流Ｉ₂との差（＝Ｉ₁−Ｉ₂）を第１の短絡電流Ｉ₁と第２の短絡電流Ｉ₂と和（Ｉ₁＋Ｉ₂）で割った値が閾値（＝０．２）以上であることを条件に、第１のトリップ信号Ｓ₁を瞬時に発生する。
これを実現するために、第１の電源端短絡方向継電装置１０₁は、図８に示したトリップ信号発生回路１２０の代わりに、図２に示すトリップ信号発生回路２０を具備する。

トリップ信号発生回路２０は、図２に示すように、リレー判定回路２１と、遅延回路（タイマー）２２と、論理積回路２３と、自回線事故判定回路２５とを備える。

リレー判定回路２１は、図８に示したリレー判定回路１３１と同様に、第１の短絡電流Ｉ₁の大きさと第１の線間電圧Ｖ₁および第１の短絡電流Ｉ₁の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの瞬時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第１の瞬時要素トリップ信号ＳＴ_a1を出力するとともに、第１の短絡電流Ｉ₁の大きさと第１の線間電圧Ｖ₁および第１の短絡電流Ｉ₁の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの限時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第１の限時遮断出力信号を遅延回路２２および論理積回路２３に出力する。
遅延回路２２は、図８に示した遅延回路１３２と同様に、リレー判定回路２１の第１の限時遮断出力信号を時限協調時間Ｔ１₁だけ遅延して第１の限時要素トリップ信号ＳＴ_b1を生成する。
自回線事故判定回路２５は、第１の短絡電流Ｉ₁と第２の短絡電流Ｉ₂との差（＝Ｉ₁−Ｉ₂）を第１の短絡電流Ｉ₁と第２の短絡電流Ｉ₂と和（Ｉ₁＋Ｉ₂）で割った値を求め、求めた値が閾値（＝０．２）以上であるとハイレベルの出力信号を出力する。
論理積回路２３は、リレー判定回路２１の第１の限時遮断出力信号と自回線事故判定回路２５の出力信号と第２の接点信号Ｓ_C2との論理積をとって第１の瞬時トリップ信号ＳＴ_c1を生成する。ここで、リレー判定回路２１の第１の限時遮断出力信号を論理積回路２３に入力しているのは、リレー判定回路２１が短絡事故を検出していないとき（第１の電源端短絡方向継電装置１０₁が動作していないとき）にハイレベルの第１の瞬時トリップ信号ＳＴ_c1が誤って出力されないようにするためである。
第１の瞬時要素トリップ信号ＳＴ_a1、第１の限時要素トリップ信号ＳＴ_b1および第１の瞬時トリップ信号ＳＴ_c1は、第１のトリップ信号Ｓ₁として第１の遮断器４₁に出力される。

次に、図１に示す自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において短絡事故が発生した場合のトリップ信号発生回路２０の動作について、図３を参照して説明する。

自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において時刻ｔ₀に短絡事故が発生すると、短絡電流（第１乃至第３の短絡電流Ｉ₁〜Ｉ₃）の向きが動作方向（内部方向＝＋方向）と同じである第１の電源端短絡方向継電装置１０₁、第２の電源端短絡方向継電装置１０₂および第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁が動作する（図７参照）。

第１の電源端短絡方向継電装置１０₁が具備するトリップ信号発生回路２０のリレー判定回路２１は、第１の線間電圧Ｖ₁と第１の短絡電流Ｉ₁とに基づいて自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において短絡事故が発生したと判定して、ハイレベルの第１の限時遮断出力信号を出力する。
また、第１の短絡電流Ｉ₁と第２の短絡電流Ｉ₂との差（＝Ｉ₁−Ｉ₂）を第１の短絡電流Ｉ₁と第２の短絡電流Ｉ₂と和（Ｉ₁＋Ｉ₂）で割った値が“０．２”以上であると、自回線事故判定回路２５は、自回線１Ｌにおいて短絡事故が発生したと判定して、ハイレベルの出力信号を出力する。
その結果、第２の遮断器４₂から入力される第２の接点信号Ｓ_C2がハイレベルであると、論理積回路２３からハイレベルの第１の瞬時トリップ信号ＳＴ_c1が出力される。

その結果、ハイレベルの第１のトリップ信号Ｓ₁が、事故発生時刻ｔ₀から第１の電源端短絡方向継電装置１０₁のリレー判定時間Ｔ_RY（５０ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ₁にトリップ信号発生回路２０から第１の遮断器４₁に出力される。

このとき、第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁においても、図９および図１０を参照して説明したように、事故発生時刻ｔ₀から第２の対向端短絡方向継電装置１２０₂のリレー判定時間Ｔ_RY（５０ｍｓ）および時限協調時間Ｔ１₃（４００ｍｓ）の合計時間（＝５０ｍｓ＋４００ｍｓ＝４５０ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ₂にハイレベルの第３のトリップ信号Ｓ₃が第３の遮断器４₃に出力されるが、ハイレベルの第１のトリップ信号Ｓ₁が出力される時刻ｔ₁は、図３に示すように、ハイレベルの第３のトリップ信号Ｓ₃が出力される時刻ｔ₂よりも早くなる。

したがって、第１の遮断器４₁は、第３の遮断器４₃よりも早く、時刻ｔ₁から遮断器遮断時間Ｔ_CB（５０ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ_1aに完全に遮断される。その結果、図３に破線で示した従来の第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁の場合（図１０参照）に比べて、第１の遮断器４₁をｔ₅−ｔ_1a＝Ｔ１₁（＝８００ｍｓ）だけ早く遮断することができる。

第１の遮断器４₁が完全に遮断されると、事故電流は他回線２Ｌの電源端から事故点に向かってのみ流れるため、第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁が動作を続けて、第３の遮断器４₃が時刻ｔ₂から遮断器遮断時間Ｔ_CB（５０ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ₃に完全に遮断される。したがって、第３の遮断器４₃は、図１０に示した従来の場合と同じ時刻ｔ₃に完全に遮断される。

第２の電源端短絡方向継電装置１０₂も第１の電源端短絡方向継電装置１０₁と同様に構成することにより、他回線２Ｌの限時要素動作範囲内において短絡事故が発生した場合に、従来の第２の電源端短絡方向継電装置１１０₂と比べて第２の遮断器４₂を第２の電源端短絡方向継電装置１０₂，１１０₂の時限協調時間Ｔ１₂だけ早く遮断することができる。

以上の説明では、第１および第２の電源端短絡方向継電装置１０₁，１０₂を個々に構成したが、一体に構成してもよい。

次に、本発明の第２の実施例による短絡方向継電装置について、図４乃至図６を参照して説明する。
本実施例による短絡方向継電装置は、平衡２回線送電線の対向端側に設置される短絡方向継電装置であって、短絡事故発生時には平衡２回線送電線の対向端では事故電流（短絡電流）が健全回線から事故回線に回り込むことに着目し、健全回線の遮断器情報と事故電流が健全回線から事故回線に回り込む比率とに基づいて短絡事故を検出すると、トリップ信号を瞬時に発生することを特徴とする。

したがって、図４に示す第１の対向端短絡方向継電装置３０₁（本発明の第２の実施例による短絡方向継電装置）は、健全回線である他回線２Ｌの対向端側に設置された第４の遮断器４₄が遮断されておらず、かつ、（２）式に示す自回線事故判定条件に基づいて事故回線である自回線１Ｌにおける短絡事故発生を検出すると、第３のトリップ信号Ｓ₃を瞬時に発生する機能を備えている点で、図７に示した従来の第１の電源端短絡方向継電装置１２０₁と相違する。
０．８６＜｜Ｉ₃−Ｉ₄｜／（Ｉ₃×２）＜１．１８ （２）
ここで、２つの閾値（第１および第２の閾値）は対向端の変流器誤差（ＣＴ誤差）、リレー誤差および線路定数誤差などの誤差に応じて決定される。（２）に示した第１の閾値＝０．８６および第２の閾値＝１．１８はこの誤差を±１５％とする場合に用いる。なお、この誤差を±１０％とする場合には、第１の閾値は“０．９”とし、第２の閾値は“１．１２”とする。

すなわち、第１の対向端短絡方向継電装置３０₁は、第４の遮断器４₄から入力される第４の接点信号Ｓ_C4がハイレベルであり（第４の遮断器４₄が遮断されていないことを示す。）、かつ、第３の計器用変流器３₃から入力される第３の短絡電流Ｉ₃と第４の計器用変流器３₄から入力される第４の短絡電流Ｉ₄との差の絶対値（＝｜Ｉ₃−Ｉ₄｜）を第３の短絡電流Ｉ₃の２倍の値（Ｉ₃×２）で割った値が第１の閾値（０．８６）よりも大きくて第２の閾値（＝１．１８）よりも小さいことを条件に、第３のトリップ信号Ｓ₃を瞬時に発生する。
これを実現するために、第１の対向端短絡方向継電装置３０₁は、図９に示したトリップ信号発生回路１４０の代わりに、図５に示すトリップ信号発生回路４０を具備する。

トリップ信号発生回路４０は、図５に示すように、リレー判定回路４１と、遅延回路（タイマー）４２と、論理積回路４３と、自回線事故判定回路４５とを備える。

リレー判定回路４１は、図９に示したリレー判定回路１４１と同様に、第３の短絡電流Ｉ₃の大きさと第２の線間電圧Ｖ₂および第３の短絡電流Ｉ₃の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの瞬時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第３の瞬時要素トリップ信号ＳＴ_a3を出力するとともに、第３の短絡電流Ｉ₃の大きさと第２の線間電圧Ｖ₂および第３の短絡電流Ｉ₃の位相関係とに基づいて自回線１Ｌの限時要素動作範囲内に発生した短絡事故を検出するとハイレベルの第３の限時遮断出力信号を遅延回路４２および論理積回路４３に出力する。
遅延回路４２は、図９に示した遅延回路１４２と同様に、リレー判定回路４１の第３の限時遮断出力信号を時限協調時間Ｔ１₃だけ遅延して第３の限時要素トリップ信号ＳＴ_b3を生成する。
自回線事故判定回路４５は、第３の短絡電流Ｉ₃と第４の短絡電流Ｉ₄との差の絶対値（＝｜Ｉ₃−Ｉ₄｜）を第３の短絡電流Ｉ₃の２倍の値（Ｉ₃×２）で割った値を求め、求めた値が第１の閾値（０．８６）よりも大きくて第２の閾値（＝１．１８）よりも小さいとハイレベルの出力信号を出力する。
論理積回路４３は、リレー判定回路４１の第３の限時遮断出力信号と自回線事故判定回路４５の出力信号と第４の接点信号Ｓ_C4との論理積をとって第３の瞬時トリップ信号ＳＴ_c3を生成する。ここで、リレー判定回路４１の第３の限時遮断出力信号を論理積回路４３に入力しているのは、第１の対向端短絡方向継電装置３０₁が動作していないときにハイレベルの第３の瞬時トリップ信号ＳＴ_c3が誤って出力されないようにするためである。

次に、図４に示す自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において短絡事故が発生した場合のトリップ信号発生回路４０の動作について、図６を参照して説明する。

自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において時刻ｔ₀に短絡事故が発生すると、短絡電流（第１乃至第３の短絡電流Ｉ₁〜Ｉ₃）の向きが動作方向（内部方向＝＋方向）と同じである第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁、第２の電源端短絡方向継電装置１１０₂および第１の対向端短絡方向継電装置３０₁が動作する（図７参照）。

第１の対向端短絡方向継電装置３０₁が具備するトリップ信号発生回路４０のリレー判定回路４１は、第２の線間電圧Ｖ₂と第３の短絡電流Ｉ₃とに基づいて自回線１Ｌの限時要素動作範囲内において短絡事故が発生したと判定して、ハイレベルの第３の限時遮断出力信号を出力する。
また、第３の短絡電流Ｉ₃と第４の短絡電流Ｉ₄との差の絶対値（＝｜Ｉ₃−Ｉ₄｜）を第３の短絡電流Ｉ₃の２倍の値で割った値が“０．８６”よりも大きくて“１．１８”よりも小さいと、自回線事故判定回路４５は、自回線１Ｌにおいて短絡事故が発生したと判定して、ハイレベルの出力信号を出力する。
その結果、第４の遮断器４₄から入力される第４の接点信号Ｓ_C4がハイレベルであると、論理積回路４３からハイレベルの第３の瞬時トリップ信号ＳＴ_c3が出力される。

その結果、ハイレベルの第３のトリップ信号Ｓ₃が、事故発生時刻ｔ₀から第１の対向端短絡方向継電装置３０₁のリレー判定時間Ｔ_RY（＝５０ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ₁にトリップ信号発生回路４０から第３の遮断器４₃に出力される。

したがって、第３の遮断器４₃は、時刻ｔ₁から遮断器遮断時間Ｔ_CB（＝５０ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ_1aに完全に遮断される。その結果、図６に破線で示した従来の第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁の場合（図１０参照）に比べて、第３の遮断器４₃をｔ₃−ｔ_1a＝Ｔ１₃（＝４００ｍｓ）だけ早く遮断することができる。

第３の遮断器４₃が完全に遮断されると、事故電流は自回線１Ｌの電源端から事故点に向かってのみ流れるため、第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁が動作を続けて、第１の遮断器４₁が事故発生時刻ｔ₀から第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁のリレー判定時間Ｔ_RY（＝５０ｍｓ）、時限協調時間Ｔ１₁（＝８００ｍｓ）および遮断器遮断時間Ｔ_CB（＝５０ｍｓ）の合計時間（＝５０ｍｓ＋８００ｍｓ＋５０ｍｓ＝９００ｍｓ）だけ経過した時刻ｔ₅に完全に遮断される。したがって、第１の遮断器４₁は、図１０に示した従来の場合と同じ時刻ｔ₅に完全に遮断される。

第２の対向端短絡方向継電装置３０₂も第１の対向端短絡方向継電装置３０₁と同様に構成することにより、他回線２Ｌの限時要素動作範囲内において短絡事故が発生した場合に、従来の第２の対向端短絡方向継電装置１２０₂と比べて第４の遮断器４₄を第２の対向端短絡方向継電装置３０₂，１２０₂の時限協調時間Ｔ１₄だけ早く遮断することができる。

なお、隣回線である他回線２Ｌの対向端に設置された第２の対向端短絡方向継電装置３０₂の不動作条件を付加してもよい。この場合には、図５に示したトリップ信号発生回路４０に、第２の対向端短絡方向継電装置３０₂から出力される第４のトリップ信号Ｓ₄の極性を反転させるインバータ回路を追加し、このインバータ回路の出力信号を論理積回路４３に入力させて、リレー判定回路４１の出力信号と自回線事故判定回路４５の出力信号と第４の接点信号Ｓ_C4とインバータ回路の出力信号との論理積を論理積回路４３にとらせるようにすればよい。

以上の説明では、第１および第２の対向端短絡方向継電装置３０₁，３０₂を個々に構成したが、一体に構成してもよい。

図２に示した遅延回路２２などの遅延回路は、入力信号を所定の時間だけ遅延する回路で構成してもよいし、入力信号が入力されると所定の回数だけカウントしたのちに出力信号を出力するタイマーで構成してもよい。

本発明の第１の実施例による短絡方向継電装置である第１の電源端短絡方向継電装置１０₁について説明するための図である。 図１に示した第１の電源端短絡方向継電装置１０₁が具備するトリップ信号発生回路２０の構成を示すブロック図である。 図１に示す自回線１Ｌにおいて短絡事故が発生した場合の図２に示したトリップ信号発生回路２０の動作について説明するための図である。 本発明の第２の実施例による短絡方向継電装置である第１の対向端短絡方向継電装置３０₁について説明するための図である。 図４に示した第１の対向端短絡方向継電装置３０₁が具備するトリップ信号発生回路４０の構成を示すブロック図である。 図４に示す自回線１Ｌにおいて短絡事故が発生した場合の図５に示したトリップ信号発生回路４０の動作について説明するための図である。 短絡方向継電装置が平衡２回線送電線において後備保護として用いられていることを説明するための図である。 図７に示した第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁が具備するトリップ信号発生回路１３０の構成を示すブロック図である。 図７に示した第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁が具備するトリップ信号発生回路１４０の構成を示すブロック図である。 自回線１Ｌにおいて短絡事故が発生したときの図７に示した第１の電源端短絡方向継電装置１１０₁および第１の対向端短絡方向継電装置１２０₁の動作について説明するための図である。

符号の説明

１ 電源
２₁，２₂ 第１および第２の計器用変圧器
３₁〜３₄ 第１乃至第４の計器用変流器
４₁〜４₄ 第１乃至第４の遮断器
１０₁，１０₂，１１０₁，１１０₂ 第１および第２の電源端短絡方向継電装置
２０，４０，１３０，１４０ トリップ信号発生回路
２１，４１，１３１，１４１ リレー判定回路
２２，４２，１３２，１４２ 遅延回路
２３，４３ 論理積回路
２５，４５ 自回線事故判定回路
３０₁，３０₂，１２０₁，１２０₂ 第１および第２の対向端短絡方向継電装置
１Ｌ 自回線
２Ｌ 他回線
Ｖ₁ 第１の線間電圧
Ｖ₂ 第２の線間電圧
Ｉ₁〜Ｉ₄ 第１乃至第４の短絡電流
Ｓ₁〜Ｓ₄ 第１乃至第４のトリップ信号
ＳＴ_a1〜ＳＴ_a4 第１乃至第４の瞬時要素トリップ信号
ＳＴ_b1〜ＳＴ_b4 第１乃至第４の限時要素トリップ信号
ＳＴ_c1〜ＳＴ_c4 第１乃至第４の瞬時トリップ信号
Ｓ_C1〜Ｓ_C4 第１乃至第４の接点信号
Ｔ１₁〜Ｔ１₄ 時限協調時間
Ｔ_RY リレー処理時間
Ｔ_CB 遮断器遮断時間
ｔ₀〜ｔ₅，ｔ_1a 時刻

Claims (12)

1. 電源端側の母線と対向端側の対向端母線との間に敷設された自回線（１Ｌ）および他回線（２Ｌ）からなる平衡２回線送電線の該自回線の電源端側に設置される短絡方向継電装置（１０₁）であって、
   前記自回線における短絡事故発生を検出すると、該自回線の電源端側に設けられた自回線遮断器（４₁）を遮断するためのトリップ信号（Ｓ₁）を発生するトリップ信号発生回路（２０）を具備し、
   該トリップ信号発生回路が、前記自回線の電源端から事故点に向かって流れる自回線短絡電流（Ｉ₁）および該他回線の電源端から該事故点に向かって流れる他回線短絡電流（Ｉ₂）の差と該自回線短絡電流および該他回線短絡電流の和との比率に基づいて短絡事故を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生するトリップ信号発生手段を備える、
   ことを特徴とする、短絡方向継電装置。
2. 前記トリップ信号発生手段が、前記他回線の電源端側に設置された隣回線遮断器（４₂）が遮断されていないことを条件に、前記比率に基づいて前記自回線における短絡事故発生を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生することを特徴とする、請求項１記載の短絡方向継電装置。
3. 前記トリップ信号発生手段が、
   前記自回線短絡電流と前記他回線短絡電流との差を該自回線短絡電流と該他回線短絡電流と和で割った値を求め、該求めた値が閾値以上であると出力信号を出力する自回線事故判定回路（２５）と、
   該自回線事故判定回路の出力信号と、前記隣回線遮断器から入力される接点信号（Ｓ_C2）との論理積をとる論理積回路（２３）と、
   を備えることを特徴とする、請求項２記載の短絡方向継電装置。
4. 前記閾値が、前記自回線の電源端から対向端までのＸ％の区間を時限短縮保護区間とする場合には、“１−Ｘ／１００”とされることを特徴とする、請求項３記載の短絡方向継電装置。
5. 前記時限短縮保護区間が、前記自回線の電源端から対向端までの８０〜８５％までの区間とされることを特徴とする、請求項４記載の短絡方向継電装置。
6. 前記他回線の電源端側に設置される他の短絡方向継電装置（１０₂）が、前記短絡方向継電装置と同じ構成を有しかつ一体に構成されていることを特徴とする、請求項１乃至５いずれかに記載の短絡方向継電装置。
7. 電源端側の母線と対向端側の対向端母線との間に敷設された自回線（１Ｌ）および他回線（２Ｌ）からなる平衡２回線送電線の該自回線の対向端側に設置される短絡方向継電装置（３０₁）であって、
   前記自回線における短絡事故発生を検出すると、該自回線の対向端側に設けられた自回線遮断器（４₃）を遮断するためのトリップ信号（Ｓ₃）を発生するトリップ信号発生回路（４０）を具備し、
   該トリップ信号発生回路が、対向端側において短絡電流が前記他回線から前記自回線に回り込む比率に基づいて短絡事故を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生するトリップ信号発生手段を備える、
   ことを特徴とする、短絡方向継電装置。
8. 前記トリップ信号発生手段が、前記他回線の対向端側に設置された隣回線遮断器（４₄）が遮断されていないことを条件に、前記比率に基づいて前記自回線における短絡事故発生を検出すると、前記トリップ信号を瞬時に発生することを特徴とする、請求項７記載の短絡方向継電装置。
9. 前記トリップ信号発生手段が、
   前記自回線の対向端から事故点に向かって流れる自回線短絡電流（Ｉ₃）と前記他回線の対向端から前記事故点に向かって流れる他回線短絡電流（Ｉ₄）との差の絶対値を該自回線短絡電流の２倍の値で割った値を求め、該求めた値が第１の閾値よりも大きくて第２の閾値よりも小さいと出力信号を出力する自回線事故判定回路（４５）と、
   該自回線事故判定回路の出力信号と前記隣回線遮断器から入力される接点信号（Ｓ_C4）との論理積をとる論理積回路（４３）と、
   を備えることを特徴とする、請求項７記載の短絡方向継電装置。
10. 前記第１および第２の閾値が、前記対向端の変流器誤差、リレー誤差および線路定数誤差を含む誤差に応じて決定されることを特徴とする、請求項９記載の地絡方向継電装置。
11. 前記トリップ信号発生手段が、前記他回線の対向端側に設置された他の短絡方向継電装置（３０₂）が不動作であることを条件に、前記トリップ信号を瞬時に発生することを特徴とする、請求項７乃至１０いずれかに記載の短絡方向継電装置。
12. 前記他回線の対向端側に設置される他の短絡方向継電装置（３０₂）が、前記短絡方向継電装置と同じ構成を有しかつ一体に構成されていることを特徴とする、請求項７乃至１１いずれかに記載の短絡方向継電装置。

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