JPS5849086B2 - 伝送信号の異常検出装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、周波数変調による波形伝送を用いて遠隔地点
の電気量を再現し、この信号により電力系統を保護する
装置において、伝送上の信号の異常を検出し、処理する
装置に関するものである。

第１図は従来の装置あるいは本発明の装置が適用される
保護継電装置の例を示す。

即ちＡ，Ｂ両電気所間の送電線ＴＬを保護するに当り、
変流器ＣＴの２次電流がリレ一部へ導入され、レベル変
換された後、送信部で電圧周波数変換器により周波数変
調されて相手電気所へ送信される。

一方相手電気所から同様に周波数変調された信号が送ら
れて来るので、これを受信部で受け、これを復調した信
号と自端の信号とによりリレ一部か応動ずる。

この様な保護継電装置においては、伝送信号の異常によ
る不正動作を避けるため、的確な異常検出が必要である
。

このため従来、周波数範囲監視方式が用いられていた。

即ち、周波数変調伝送方式においては搬送周波数Ｆｏを
±ＡＦの範囲に変移して伝送するので、受信波はＦｏ
ＪＦ−Ｆｏ＋ＪＦの範囲内にある。

そこで受信波の周波数を監視し、その範囲を外れた場合
異常とする。

しかしこの方式は検出性能が低い。

雑音により周波数が変化しても上記範囲内に収まってい
れば異常は検出されないが、復調波は十分に異常である
場合が多い。

その顕著な例を第２図に示す。

同図ａは送信波、ｂは受信波であり、伝送遅延時間を省
略して示す。

この例ではＦｏ＝１ ８ ０ ０Ｈｚ，ＪＦ＝６００Ｈ
ｚであり正常な周波数範囲は１２００〜２ ４ ０ ０
Ｈｚである。

ａは送信波のある一部分が１２００Ｈｚ、これに対応す
るｂの受信波では雑音により零点付近が乱されて２４０
０Ｈｚに変化している。

この場合周波数範囲の監祝ては異常を検出することはで
きないが、信号は下限から上限へ変化しており十分に異
常である。

これ程極端な例でなくても、正常な周波数範囲内の変化
で無視できないケースは種種あり・うる。

第３図はその例である。即ち１８００Ｈｚの信号が、雑
音により零点が推移して１ ５ ０ ０Ｈｚになり、次
の波が２２５０Ｈｚとなる例を表わしている。

この場合も異常は検出されないが、影響は第２図と類似
である。

本発明の第ｌの目的は伝送信号の異常を的確に伝えるよ
うにした伝送信号の異常検出装置を得ることにある。

本発明の第２の目的は伝送信号の異常時に伝送信号異常
検出装置の出力により継電器装置の応動を制御するよう
にした保護継電装置を得ることにある。

以下本発明にー）いて説明する。

第４図は本発明のー・実施←りを示す図である。

同図においてＳＤは送信部、ＲＣは受信部、Ｉ｛．Ｙｌ
ｊ．ｌＪレ一部であり、これらは第１図と同様であり、
本発明に必要な部分を示してある。

送信部ＳＤは、図示しない変流器から取り入れた変流器
２次電流（以下入力信号という）■を送信フィルタＳＦ
により適当な電圧信号に変換し、かつ帯域制限する。

この帯域制限された電圧信号は電圧周波数変換器ＶＦ内
部で搬送波を周波数変調してＦＭ波とし、このＦＭ波す
なわち伝送信号ＣＲを伝送する。

相手端に設置した受信部ＲＣではリミツタＬＭＴにより
、伝送信号ＣＲ中の位相信号ＰＨが検出される。

ここで、位相検出信号とは伝送信号ＣＲが正の半数のと
き論理値“１゜゜、負の半波のとき論理値“０゜゛とな
る方形波の信号のことである。

リミックＬＭＴは通常必要な程度の受信フィルタ機能を
含むものとする。

リミツタＬＭＴの出力は周波数電圧変換器ＦＶにより復
調（ＦＭ波を電圧信号に変換）されリレ一部ＲＹに印加
される。

ＤＥＴは本発明の中心となる異常検出部である。

ＯＳＣは異常検出のための演算を制御する発振器、ＣＮ
Ｔは位相信号ＰＨをサンプリングするためのサンプリン
グパルスを発振器ＯＳＣ出力から分周して得るカウンタ
Ｓ Ｐ Ｇ，は位相信号ＰＨが論理値ＩＩ ｌ． ＴＩ
となっている期間をサンプリングするサンプラ、ＮＯＴ
は位相信号ＰＨの極性反転に用いられる否定回路、ＳＰ
Ｇ２は位相信号ＰＨが論理値゛１゜゛となっている期間
をサンプリングするためのサンプラ、演算回路ＭＤＰは
これらサンプラＳＰＧ，ＳＰＧ２の１ 出力パルス列Ｃ１，Ｃ２、発信器ＯＳＣの出力及び位相
信号ＰＨを入力として伝送信号の異常を検出するための
演算を行なう演算回路で通常の論理回路の組み合わせで
も容易に実現できるが、公知のマイクロプロセッサを中
心とした構成でも実現できる。

演算回路ＭＤＰの出力ＬＰはリレ一部ＲＹに印加され、
リレ一部ＲＹの応動を制御する。

次に本発明の動作説明を行なう。

第５図に示した波形図は第４図の作用を説明するための
ものである。

第４図の受信部ＲＣで受信される伝送信号ＣＲの位相が
第５図に示したように急変したものとする。

このような急変は入力信号Ｉの帯域が送信フィルタＳＦ
によって制限されているので電圧周波数変換器ＶＦをも
めた伝送路が正常である限り有り得ない。

すなわち、伝送信号に異常が有るとして、異常検出部Ｄ
Ｅ Ｔによって検出されねばならない。

伝送は周波数変調によって行なわれているので、受信部
ＲＣのリミツタＬＭＴでは伝送信号ＣＲのなかの位相信
号ＰＨがとり出されている。

位相信号ＰＨは第４図に示したように２つのサンプラＳ
ＰＧ，，ＳＰＧ２に供給され、ここで断続するパルス列
Ｃ，，Ｃ２に直され、第５図に示したようにそのパルス
の個数が位相信号ＰＨの周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３・・・・
・を表わす信号となる。

上述のように正常な状態では位相信号ＰＨの周期の変化
は小さい。

すなわち△Ｔ＝Ｔ２−’Ｉ”， としたとすると、周期の差△Ｔは小さく、次に来たるべ
き周期Ｔ３もそれが正常であるならば、たとえばＴ２＋
△Ｔといったそれまでの周期から演算される値に近いも
のとなる。

ところが第５図のようにじよう乱の影響を受けると、周
期Ｔ２＋△Ｔと周期Ｔ３との間には大きな不一致が生じ
ることになる。

これらの演算が演算回路ＭＤＰでなされる。

正常状態における上述の周期の差△Ｔを更に詳しく説明
したものが第６図である。

第６図は入力信号１の１サイクル分の伝送信号波形と周
期の差△Ｔを示したものである。

ａは入力信号１ （ １＝ｃｏｓωｔ，ω＝２ πＸ
６ ０ ｒａｄ／ｓｅｃ）の１サイクル分を表わし、ま
たｂは入力信号Ｉに相当する電圧信号を Ｆｏ±ΔＦ＝１８００±６００Ｈｚ で電圧周波数変調したときの伝送信号ＣＲの波形である
。

またＣは伝送信号ＣＲの隣接する任意の周期を時間の経
過に従ってＴ１，Ｔ２としたとき、周期の差△Ｔ＝Ｔ２
−Ｔ，を縦軸に、時間ｔを横軸にとり、両者の関係を示
したものである。

従って伝送信号ＣＲの周期が徐々に増大している時間帯
（ｔ＝０−ｔ＝６）では隣接周期差△Ｔは正の所定の値
をとり、伝送信号ＣＲが徐々に減少しだすと△Ｔは負の
値となる。

もち論、ΔＦを更に大きくとすれは△Ｔは大きくなり、
入力信号Ｉに波形歪があったり、送信フィルタＳＦに振
幅を制限する機能があったりした場合にも周期の差△Ｔ
は変化する。

従ってこれら正常な入力に対する周期の差△Ｔを考慮し
、異常検出部ＤＥＴ中の演算回路ＭＤＰにおける演算を
たとえば とし、 Ｉ Ｔａ −Ｔｂ ｌ＜ε１，ε１：定数 ・・・（式
３）なる判定条件によるものとすれば入力信号１によっ
て伝送信号ＣＲの周期が変化しているときでも高い精度
で、伝送信号ＣＲの異常を検出することが可能となる。

周期Ｔ１，Ｔ２，Ｔ３，・・・とじては伝送信号ＣＲの
半周期をとっても一周期をとってもまた飛び飛びの周期
をとっても本質的な差異はない。

ちなみに上記の定数ｋ１のとるべき値を周期Ｔ１，Ｔ２
，・・・として伝送信号Ｃ Ｂ．の一周期をとった場合
を考えると、第６図Ｃにおけるグラフの傾きの最大値も
しくはその値から大きく離れない範囲で演算回路ＭＤＰ
の演算に都合の良い値とすべきであることは自明である
。

また定数ε，はサンプリングによって周期長を量子化す
る際の誤差等によって決まる値である。

以上のようにして伝送信号ＣＲの異常が検出された場合
にはその信号ＬＰはリレ一部ＲＹに導かれ そこでの判
定をロックするなどリレ一部ＲＹの応動を制御する。

なお、異常検出の判定式は（式３）そのものに限定する
必要はなく、この（式３）の有する基本的な性質を損わ
ない実質的に等価な式 たとえば゛ とすることが出来る。

（式１，２）における周期Ｔａ，Ｔｂの値のかわりにも
種々のものが考えられる。

たとえは伝送信号ＣＲの隣接もしくは近接した４つの周
期をＴ，，Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４とし Ｔｃ＝Ｔ３十ｋ２ （ ’ｒ３−’ｒ２）＋ｋ３（Ｔ２
−Ｔ，）ｋ２，ｋ３定数 Ｔｄ＝Ｔ４ に対して判定条件を ＩＴｃ−Ｔｄｌ＜ε３ とすれば演算の容量は大きくなるが、より高精度の伝送
信号異常の検出が町能となる。

本発明の構威を示す第４図においては周期長を量子化す
るためのサンプラを２つ用いた。

しかし周期Ｔ，，Ｔ２，・・・が演算回路ＭＤＰにおい
て識別できればどのようにしても良い。

たとえは第７図のような構成が考えられる。

図中、第４図と同一記号は同一機能を表わす。

すなわち、第７図の各部の波形は第８図のようになって
いる。

第８図において、ＣＲは伝送信号の波形、ＰＨは伝送信
号ＣＲをリミツタに通して位相信号のみをとりだした波
形である。

また、Ｃは発信器ＯＳＣ出力をカウンタＣＮＴで分周し
た信号である。

第７図の演算回路ＭＤＰは発信器ＯＳＣの出力によりそ
の演算ステップを制御され、位相信号ＰＨが゛ｌ”ある
いは”Ｏ Ｑである期間のカウンタＣＮＴの出力Ｃのパ
ルス数をそれぞれカウントアップし、比較演算すること
によって、第４図と同様の機能を果たずものである。

第７図においては、カウンタＣＮＴの出力は直接演算回
路ＭＤＰ’に導かれ、位相信号ＰＨをもう一つの入力と
して、発振器ＯＳＣの出力のクロツクに応じて、位相信
号ＰＨの周期長を識別し、上述の異常判定演算を行なう
。

（式１）において、Ｔａとして用いるべき周期Ｔ１，Ｔ
２を、それ以前に異常が発生していない場合には実際の
周期Ｔ１，Ｔ２とし、もし異常が発生した場合にはそれ
以前の値から考えられるあるべき周期Ｔ，，Ｔ２の値を
用いることにより検出精度を向上できる。

たとえば周期がＴ。ｊ ’ｒ， ｔ ’ｒ２ｔＴ３と時
系列的に並んでいる場合において周期Ｔ。

およびＴ１はそれぞれ正常だったが、周期Ｔ２を周期Ｔ
。

及びＴ，を用いて（式１）〜（式３）により判定したと
ころ異常であったとする。

この場合には周期Ｔ３の周期Ｔ２， Ｔ，による判定に
際してＴ１Ｔ３は実際に到達した周期を用い、Ｔ２をＴ
１以前の値より所定の演算式を用いて演算される確から
しい推定値とした上でＴ３の判定に供する。

ここで言う所定の演算式としては以下に掲けるようにさ
まざまなものが考えられる。

たとえば上例のＴ２の推定値として （Ｈ Ｔ，＋ｋ（Ｔ，−Ｔ。

）を用いる（ＩＩ） Ｔ１の値をそのまま用いる （１１ｌ）周波数変調の搬送波の周期（無変調の搬送波
の周期）を用いる などがある。

（１）は周期異常の判定式を利用したもの、（Ｉ１）は
誤差の増大は許容した上でより簡略化したもの、（曲は
次々に誤りが検出され（いわゆるバーストエラー的状態
）過去の周期のどれが正しいのかの判定が困難となった
とき、無変調の搬送波の周期を基準に引き続く異常検出
を行なおうとする場合に用いられるものである。

要するに過去の周期及び過去の異常検出の履歴から来た
るべき周期の最も期待される長さを演算し、実際に到達
した長さとの比較を行なう方法であれはよい。

本発明中に用いた周波数変調は伝送信号ＣＲの位相によ
って情報伝送を行なう広義の周波数変調であり、いわゆ
る位相変調をも包含することは言を待たない。

なお以上説明の本発明では第１図に示す送電線保護継電
装置を例として説明したが、これに限定されるものでは
ない。

複数の電気所の電流、電圧、有効電力あるいは無効電力
等の一部あるいは全部を一電気所へ伝送して総合判定す
るいわゆる総合後備保護継電装置、あるいは同様の手法
を用いる脱調保護継電装置等においても、また伝送手段
として周波数変調方式を用いる放送関係の分野において
も、全て適用できる。

以上のように本発明は周波数変調における伝送信号の特
質を十分に活用して異常を検出し処理するので、正常時
の誤検出および異常時の見逃しの少い検出が町能であり
、不正動作のない伝送信号の異常検出装置及びこれを使
用する保護継電装置を構或することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は搬送保護継電装置の概念図、第２図および第３
図は従来の方式の欠点を説明する図、第４図は本発明の
一実症例を示す図、第５図は第４図の動作を説明する波
形図、第６図ａ − ｃは，｛Ｔについて示す図、第７
図は第４図の異常検出部ＤＥＴの一部を変形した実施例
の構或図、第８図は第７図の波形図である。 ＳＤ・・・・・・送信部、ＲＣ・・・・・・受信部、Ｒ
Ｙ・・・・・・リレ一部、ＤＥＴ・・・・・・異常検出
部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周波数変調された伝送信号から得られる隣接もしく
   は近接した３つの周期をＴｉ−，，Ｔｉ，Ｔｉ＋１ と
   し Ｔａ＝Ｔｔ＋ ｋ１（Ｔｔ Ｔｌ ，）Ｔｂ＝Ｔｉ
   ＋， とするとき、異常検出の判定条件式を とする伝送信号の異常検出装置において、前記Ｔａとし
   て用いるべき周期Ｔｉ−］およびＴｉは周期Ｔｉ＋＋
   よりも前に異常が発生していない場合には実際の周期Ｔ
   ｉ−＋およびＴｉの値とし、周期Ｔｉ−ｈより前に異常
   が発生していた場合には周期Ｔｉ−＋−＋より前の周期
   及び過去の異常検出の履歴から来るべき周期の期待され
   る長さを推定し、異常の発生した周期の値の代りにこの
   推定された長さをＴｉ−＋，Ｔｉの値としたことを特徴
   とする伝送信号の異常検出装置。 ２ 周波数変調された伝送信号から得られる隣接もしく
   は近接した４つの周期をＴｉ−ｚ，Ｔｉ−＋Ｔｉ，Ｔｉ
   −ｈとし Ｔｃ＝Ｔｉ＋ｋ２（Ｔｉ−Ｔｉ−＋）＋ｋ３（Ｔｉ−１
   −Ｔｉ−２） Ｔ ｄ −＝Ｔ ｉ ＋ １ とするとき、異常検出の判定条件式を とする伝送信号の幾常検出装置において、前記Ｔｃとし
   て用いるべき周期Ｔｉ−２ ，Ｔ ｉ −１ ＋ Ｔｉ
   は、周期Ｔｉ＋＋よりも前に異常が発生していない場合
   には実際の周期Ｔｉ −２ ， Ｔｉ −ｔ ｙおよび
   Ｔｉの値とし、周期Ｔｉ−ｈより前に異常が発生してい
   た場合には尚期Ｔｉ−ｈより前の周期及び過去の異常検
   出の履歴から来るべき周期の期待される長さを推定し、
   異常の発生した周期の値の代りにこの推定された長さを
   Ｔ ｉ −２ ， Ｔ ｉ −＋ ， Ｔ．’ ｉの値
   としたことを特徴とする伝送信号の異常検出装置。