差動保護の例

導入

パーセンテージ差動リレーは、変圧器、同期機、バスバー、短い送電線 [ 1 ] の保護によく使用されます。この機能の主な特徴は、保護対象機器の上流および下流の変流器 (CT) によって決まる固有の選択性です。図 1 (a) は差動リレーの単線結線図を示しています。この保護機能は、操作コイル (OP) と抑制コイル (R) の 2 つのコイルを使用します。操作コイルと抑制コイルの電流比がパラメータ化された傾きを超えるか等しいときに動作します。図 1 (a) には、リレー保護ゾーン内の障害が示されており、電流の流れが動作電流の増分に寄与します。図 1 (b) には、リレー保護ゾーン外の障害が示されており、この場合は電流が逆の効果を引き起こします。

モデルの説明

例として、図2に示す放射状電力系統モデルを示します。このモデルは、グリッドモデル（V = 69 kV、60 Hz）と、20 kmの送電線を介して電力変圧器（TR-01）に接続されています。TR-01は三相変圧器で、高電圧（HV）側はデルタ結線、低電圧（LV）側はY結線で接地されています。LV電圧は13.8 kVに設定されています。低電圧側には、25 MVA、力率1の定インピーダンス負荷が接続されています。

このモデルには3つの故障箇所が存在します。1つはリレー保護ゾーン内（故障02）、2つはゾーン外（故障01と故障03）です。ANSI 87コンポーネントのトリップ状態は、TR-01の2つの遮断器を作動させます。保護ロジックは図3に示されています。

この保護方式では、CT電流の位相ベクトルと動作電流を利用します。動作電流は、保護対象機器の両側で測定された電流値の差を考慮して算出されます（図1）。抑制電流は様々な方法で決定できます。その1つは、図2に示すように、保護対象機器の両側で平均化を行う方法で、この保護方式でも使用されています。傾きの計算は図3に示されています。

差動リレーは、動作のために様々な要素を組み込むことができます。例えば、SEL-487Eリレー [ 2 ] は2つの差動要素を採用しています。1つ目は「位相拘束要素」（87R）と呼ばれるパーセンテージ差動要素です。2つ目は「非拘束要素」（87U）と呼ばれる純粋差動要素です。87U要素では、制限要素がなく、動作電流のみが利用されます。

ANSI 87機能の動作は、図4 （[ 3 ]より改変）に示すように、4つの領域の組み合わせとして図示することができます。いずれかの動作領域に達すると、出力機能が機器のトリップを始動させる場合があります。

シミュレーション

この例には、シミュレーションを監視および操作するためのウィジェットを備えたSCADAパネル（図5 ）が含まれています。このパネルには2つのサブパネルがあります。「測定」サブパネル（図6 ）は変圧器の両側の電流測定値を提供し、「グラフ」サブパネル（図7 ）は動作電流と拘束電流、ANSI 87保護機能のステータス情報、およびIRes x IOpグラフを表示します。キャプチャ/スコープウィジェットはトリップ信号でトリガーされるように設定されており、トリップ動作時のモデルのいくつかの変数の情報を表示します。

テスト自動化

このテストスクリプトは、開発されたサンプルに対して2つのテストルーチンを実行します。1つ目は、リレーの保護ゾーン内の故障に対してIEDが正しく動作するかどうかを確認し、2つ目は、保護ゾーン外の故障に対してリレーの不適切な動作がないかどうかを検証します。テスト実行の最後に、結果とシミュレーションに関する情報を含む.pdfレポートが生成されます。

要件の例

表1は、モデルをリアルタイムで実行するためのファイルの場所とハードウェア要件に関する詳細情報と、この最小限のハードウェア構成でモデルを実行した場合のHILデバイスのリソース使用率を示しています。この情報は、モデルの実行とカスタマイズを必要に応じて行う際に役立ちます。

参考文献

[1] キンダーマン、G. Proteção de Sistemas Elétricos de Potência。第2版フロリアノポリス: UFSC-EEL-LabPlan、2005 年、第 2 巻、207 ページ。

[2] シュバイツァーエンジニアリングラボラトリーズ、「SEL-487E-5: TiDLテクノロジーのサンプル値を備えた変圧器保護リレー」取扱説明書、2022年5月

[3] ABB、「Relion Protection and Control: 615シリーズ」、技術マニュアル、2023

著者

1. ジョナタン・アントニオ・カソル
2. アドリアーノ・ペレス・デ・モライス
3. フェルナンド・ギリェルメ・ケーラー・グアルダ