JP2011174797A

JP2011174797A - 電力用コンデンサの監視装置

Info

Publication number: JP2011174797A
Application number: JP2010038683A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ono; 尊史小野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2011-09-08

Abstract

【課題】運用中の電力用機器の電磁操作機構に使用されるコンデンサによる駆動に支障を与えずに、コンデンサ容量を取得し、機器が故障状態になる前にコンデンサの劣化状況を把握できる電力用コンデンサの監視装置を提供することを目的とする。
【解決手段】電力用コンデンサの監視装置１００のデータ処理部４０は、診断部１０により診断時にコンデンサによる動作に支障を及ぼさない範囲で電圧低下値ΔＶを測定し、測定した電圧低下値ΔＶから演算したコンデンサ電圧と予め寿命予測用記憶部３０に記憶する寿命判断のしきい値とを比較するようにしたので、運転中の機器を停止することなくコンデンサの寿命時期到来有無を判断できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、真空遮断機等に用いられる電力用コンデンサの寿命診断機能を備える電力用コンデンサの監視装置に関するものである。

真空遮断器は、高真空の容器に電極を収めた構造により、高真空の優れた絶縁耐力と消アーク能力を利用して電流の遮断を行う。小型軽量、長寿命等の特長により、配電用の遮断器として広く利用されている。また、地球温暖化ガスを使用していないことにより、更なる適用範囲の拡大が望まれている。

それ故、受配電設備で故障が発生した場合、その影響が広く波及するおそれがある。それらを未然に防ぎ電力安定供給を図るために様々な手段がとられている。

真空遮断器の寿命判断の一つに、電気的寿命がある。真空遮断器の電磁操作機構にはコンデンサが使用されているが、このコンデンサの性能が低下すると電磁操作機構が操作不能になるなどの機器異常が発生する。

従来から、機器異常が発生する前に、事前にコンデンサの容量を測定することによりコンデンサの寿命を診断する方法は種々提案されているが、コンデンサの運転中に容量を測定する方法はなかった。

特許文献１では、充電電流を遮断することなくコンデンサの両端電圧の変動を測定し、コンデンサの容量測定を行い、この測定値とあらかじめ設定しておいた寿命判断値を比較することで、機器寿命を診断する方法が開示されている。

特開２００６−１３３０４６号公報（００２１〜００２５段、図１）

しかしながら、従来の電力用コンデンサの監視装置では、運転状態におけるコンデンサ端子電圧の変化を測定し、ピーク電圧と平均値の差の程度から容量低下の傾向を把握していたため、電磁操作機構などの瞬発力に影響を与えるコンデンサの容量及び内部インピーダンスの状況変化を把握することが難しいという問題点があった。

また、測定データは測定時点の計測値しかなく、劣化の進行具合が掴めないため、実際の寿命時期の到来がいつ頃になるかの予測ができないという問題点もあった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、運用中の電力用機器の電磁操作機構に使用されるコンデンサによる駆動に支障を与えずに、コンデンサ容量を取得し、機器が故障状態になる前にコンデンサの劣化状況を把握できる電力用コンデンサの監視装置を提供することを目的とする。

本発明に係る電力用コンデンサの監視装置は、直列に接続された放電回路と放電スイッチとを電磁操作機構に配設するコンデンサに並列し、電源からのコンデンサへの充電を停止し放電回路の放電スイッチを動通させることにより、コンデンサに充電されたエネルギを電磁操作機構の動作が可能な電圧低下値の範囲内で放電させ、放電によるコンデンサの電圧低下値を測定回路により測定し、電圧低下値に基づき測定時のコンデンサのコンデンサ電圧を演算する診断部と、コンデンサの寿命判断のしきい値を含む寿命データを予め記憶する第一の記憶部と、診断部で演算するコンデンサ電圧と第一の記憶部に記憶するコンデンサの寿命判断のしきい値とを比較してコンデンサの寿命を判断する寿命判断部とを備えるものである。

本発明によれば、電力用コンデンサの監視装置の寿命判断部は、診断部により診断時にコンデンサによる動作に支障を及ぼさない範囲で電圧低下値ΔＶを測定し、測定した電圧低下値ΔＶから演算したコンデンサ電圧と予め寿命予測用の記憶部に記憶する寿命判断のしきい値とを比較するようにしたので、運転中の機器を停止することなくコンデンサの寿命時期到来有無を判断できる。

また、寿命判断部は、寿命予測用の記憶部に診断部から取得した診断時のコンデンサ容量をトレンドデータとして蓄積させるようにしたので、コンデンサ容量の変化の推移を把握することで、運転中の機器を停止することなくコンデンサ寿命到来の時期を予測することができる。

本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の実施の形態における構成を示すブロック図である。本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の実施の形態における診断部の構成を示す回路図である。本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の実施の形態における放電による電圧の変化を示す図である。本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の実施の形態における寿命予測用記憶部に記憶するデータの一例を示す図である。本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の実施の形態における動作手順を示すフローチャート図である。本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の実施の形態における表示部の表示の一例を示す図である。本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の実施の形態における表示部の表示の一例を示す図である。

以下、本発明に係る電力用コンデンサの監視装置の各種実施の形態について、図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施の形態における電力用コンデンサの監視装置１００の構成を示すブロック図である。

図１において、電力用コンデンサの監視装置１００は、診断部１０と、子局２０と、第一の記憶部としての寿命予測用の記憶部３０と、寿命判断部としてのデータ処理部４０と、表示部５０とから構成される。

診断部１０は、コンデンサ容量を診断するための検出端末を示す。また、診断部１０は、診断のために検出した電圧低下値ΔＶの計測値から演算したコンデンサ容量を子局２０に伝送する。子局２０は、診断部１０から取得したコンデンサ容量をデータ処理部４０に伝送する。

寿命予測用記憶部３０は、コンピュータのハードディスク（ＨＤＤ）等からなり、予め寿命データとしてのコンデンサの寿命判断のしきい値を記憶し、診断部１０から取得するコンデンサ容量等を蓄積する。

データ処理部３０は、診断部１０から取得したコンデンサ容量と寿命判断のしきい値とを比較し警報判定を行う。表示部５０は、データ処理部４０で出力された警報を表示したり、寿命予測用記憶部３０に蓄積されたデータのトレンド表示等を行う。

図２は、本発明の実施の形態における電力用コンデンサの監視装置１００の診断部１０の概略を示す回路構成図である。図２に示すように、診断部１０は、電源３と、放電回路４と、抵抗分圧回路５と、測定回路６と、診断回路７と、警報出力生成手段としての警報器８とから構成される。

電源３は、容量の良否を判定するコンデンサ２に充電するためのＤＣ電源３ａと、コンデンサ２に必要とされる電圧に調整する充電停止機能付きのＤＣ／ＤＣコンバータ３ｂとからなる。放電回路４は、放電抵抗４ａ及び放電スイッチ４ｂとしてのトランジスタとからなり、コンデンサ２のエネルギを放電させるためコンデンサ２に並列に接続される。

抵抗分圧回路５は、第一の抵抗５ａと第二の抵抗５ｂとからなり、コンデンサ２の放電時の電圧低下を測定するために並列に接続される。測定回路６は、増幅器６ａとＡ／Ｄコンバータ６ｂとからなり、抵抗分圧回路５で抵抗分圧されるコンデンサ電圧を増幅器６ａで増幅して測定し、Ａ／Ｄコンバータ６ｂでアナログ量をデジタル量に変換後、診断回路７に出力する。

診断回路７は、計測部７ａと、第二の記憶部としての異常診断用の記憶部７ｂとからなり、異常診断用記憶部７ｂは、コンピュータのハードディスク（ＨＤＤ）等からなり、予め異常診断データとしての許容電圧低下値ΔＶｓを記憶し、測定回路６で測定されるコンデンサ容量等を蓄積する。

診断回路７は、計測部７ａにより、コンデンサ２への充電の停止指令及び放電回路４の放電スイッチ４ａの導通指令を出し、コンデンサ２に充電されたエネルギを所定時間放電させる。

また、診断回路７は、記憶部２２に予め設定し記憶する許容電圧低下値ΔＶｓに基づいて、測定回路６にて測定される放電によるコンデンサ電圧の電圧低下値ΔＶによりコンデンサ容量の良否を判定する。警報器８は、診断回路７による判定結果に基づき、否と判断された場合にコンデンサ２が異常である旨の警報を発する。

良と判断された場合には、診断回路７は、コンデンサ電圧の電圧低下値ΔＶに基づき、
放電時間：Ｔ、初期電圧：Ｖ、低下電圧：ΔＶ、放電抵抗：Ｒ、放電電荷量：Ｑとした場合の式（１）よりコンデンサ２のコンデンサ容量：Ｃを演算する。
Ｃ＝（Ｖ×Ｔ）／（ΔＶ×Ｒ）（１）
なお、上式（１）は、Ｃ＝Ｑ／ΔＶ、Ｑ＝Ｉ×Ｔ／Ｒ×Ｔより導出される。

診断回路７は、上式（１）で演算された診断時のコンデンサ容量を異常診断用記憶部７ｂに記憶させ、所定のタイミングで子局２０を介して、データ処理部４０に伝送する。

次に、図２を参照して、本実施の形態における電力用コンデンサの監視装置１００の診断部１０の動作原理について説明する。

まず、容量の良否を判定されるコンデンサ２は、接続されるＤＣ電源３ａより電力を供給され、ＤＣ／ＤＣコンバータ３ｂによりコンデンサ２が使用される機器が要求する電圧Ｖｃで充電される。

続いて、診断回路７からコンデンサ２への充電停止指令が出され、放電回路４の放電スイッチ４ｂに所定の時間ｔの導通指令が出される。図３は、コンデンサの容量診断時の放電によるコンデンサの電圧９を示すもので、コンデンサ電圧Ｖは放電スイッチ４ｂが導通されてから放電抵抗４ａを介して放電により時間とともに低下し、時間ｔで電圧低下は止まり、再び充電が開始される。

このコンデンサ電圧Ｖは、抵抗分圧回路５の第一の抵抗５ａの抵抗Ｒ１と第二の抵抗５ｂの抵抗Ｒ２の接続点ＡでＲ１／（Ｒ１＋Ｒ２）に分圧され、時間ｔでの電圧低下値ΔＶが測定され、増幅回路６ａを通してＡ／Ｄコンバータ６ｂにて変換された測定回路６による結果が診断回路７に送られる。

次いで、予め診断時にコンデンサ２に許容される所定の電圧低下値ΔＶとして異常診断用記憶部７ｂに記憶された基準の電圧低下値ΔＶｓと比較し、図３の９ａに示す基準値を越える電圧低下値ΔＶｓ以内である場合には、コンデンサ容量が適と判定され、９ｂに示す基準値を越える電圧低下値ΔＶｓ以上である場合には、コンデンサ容量が否と判定され、否と判定された場合には警報回路８にて警報が発せられる。

ここで、コンデンサ２に許容される所定の電圧低下値ΔＶｓとは、コンデンサ２が診断のため所定の時間放電されても、コンデンサ２が本来の操作に必要な容量が確保されていることをいう。ただし、放電抵抗４ａには、コンデンサ２の漏れ電流（自己放電電流）に対して大きい電流を流し、コンデンサ容量の計測時の漏れ電流の影響を小さくする。これにより、測定誤差が低減され、容量診断の精度の向上が図れる。

放電抵抗４の抵抗Ｒｄは式（２）を満たすように設定される。
Ｉｄ＝Ｖｃ／Ｒｄ＞Ｉｓ（２）
ここで、Ｖｃは充電時のコンデンサの電圧、Ｉｄは放電電流である。例えば、自己放電電流に対して容量診断時の放電電流を１００倍に設定することにより、測定誤差に与える影響は１％以下と実用上問題ないレベルまで大幅に低減することが可能となる。

コンデンサの本来の駆動操作に支障を及ぼさないコンデンサ容量が適であるとされる診
断時の許容電圧低下値ΔＶｓは、充電コンデンサ電圧Ｖｃの数％程度とされる。したがっ
て、容量診断時に適とされるコンデンサの放電による電圧低下値がΔＶｓの範囲内となる
よう所定の時間ｔは決定される。このため、抵抗分圧回路５のＡ点での電圧変化が小さい
ため、増幅器６ａによる電圧増幅を行うことが望ましい。

本実施の形態の電力用コンデンサの監視装置１００は、診断時にコンデンサによる動作に支障を及ぼさない範囲での放電による電圧低下となるよう所定の放電抵抗、時間内で測定を実施し、許容電圧低下値ΔＶｓに基づき判断することで、コンデンサ本来の動作が可能となる効果を有し、コンデンサの運用中もコンデンサ容量の適否の診断により異常判定できる。

一方、コンデンサ容量が良とされた場合には、診断回路７は、測定された電圧低下値ΔＶに基づき演算されるコンデンサ２のコンデンサ容量を、子極２０を介してデータ処理部４０に伝送する。データ処理部４０は、診断部１０の診断時のコンデンサ容量として、寿命予測用記憶部４に記憶させる。

図４は、寿命予測用記憶部３０における、コンデンサ容量の保存データイメージを示す。例えば、図４に示すように、保存したデータを日単位で行毎に保存する。図４において、１列目には、測定した日付として年月日４１を保存する。２列目以降には、各診断部が計測したコンデンサ容量の一日の平均値４２を保存する。

次に、図５のフローチャートに従い、本発明の実施の形態における電力用コンデンサの監視装置１００の動作について説明する。まず、各診断部１０では、診断回路７は、定時間毎に計測部７ａによりコンデンサ２の所定の電圧低下値ΔＶを測定し、コンデンサ容量Ｃを演算する。（ステップＳ５０１）。

例えば、１時間毎に、１日につき２４回、コンデンサ２の所定の電圧低下値ΔＶの測定を行い、診断回路７は、予め異常診断用記憶部７ｂに記憶する基準の電圧低下値ΔＶｓより低下しているか否かを判断する。

測定された電圧低下値ΔＶが基準値を越える電圧低下値ΔＶｓ以上である場合には、コンデンサ容量が否と判定され、診断回路７は、計測部７ａから警報器８に信号を送り、警報器８により警報を発する。

測定された電圧低下値ΔＶが基準値を越える電圧低下値ΔＶｓ以内である場合には、コンデンサ容量が適と判定され、測定された電圧低下値ΔＶからコンデンサ容量Ｃを演算し、異常診断用記憶７ｂに記憶させる。

次いで、診断回路７は、日替わりチェックを行う（ステップＳ５０２）。日替わりチェックの直前に記憶した測定値の測定が、一日の最後の測定でなければ、定時間毎に測定を繰り返す（ステップＳ５０１）。

日替わりチェックの直前に記憶した測定値の測定が、一日の最後の測定であれば、診断回路７は、異常診断用記憶７ｂに記憶するコンデンサ容量Ｃの最大及び最小のそれぞれ３回を除いた計１８回の平均値を演算し（ステップＳ５０３）、日替わり時に、その日一日のコンデンサ容量の平均測定値として子局２０に送信する。

続いて、データ処理部４０は、日替わり時に、子局２０を経由して各診断部１０からの一日のコンデンサ容量の平均測定値を取得し、警報チェックを行う（ステップＳ５０４）。

すべての各診断部１０でコンデンサ容量の平均値が寿命判断のしきい値以上と判断した場合は、データ処理部４０は、そのまま各診断部１０のコンデンサ容量を寿命予測用記憶部３０に記憶させ（ステップＳ５０５）、ステップＳ５０１乃至Ｓ５０５を繰り返してコンデンサ容量を蓄積し、監視を継続する。

いずれかの診断部１０でコンデンサ容量の平均値が寿命判断のしきい値より低下したと判断した場合、データ処理部４０は、表示部５０に寿命判断のしきい値より低下した診断部１０の警報表示を行った後（ステップＳ５０６）、コンデンサ容量の平均値を寿命予測用記憶部３０に記憶させ（ステップＳ５０５）、寿命判断のしきい値より低下していない診断部１０についてステップＳ５０１乃至Ｓ５０５を繰り返してコンデンサ容量を蓄積し、監視を継続する。

図６に、表示部５０に表示するコンデンサ容量の警報表示画面６００の一例を示す。図６では、診断部１０でコンデンサ容量の平均値が寿命判断のしきい値より低下した遮断器のアラーム表示領域６０に表示されている警報項目６１、６２の文字を、例えば、色反転して表示し、劣化状態を警告する。

劣化状態は、例えば、軽故障の判定のしきい値を下回った場合は、軽故障の警報項目６１を橙色に反転表示し、重故障の判定のしきい値を下回った場合、重故障の警報項目６２を赤色に反転表示してもよい。

本実施の形態の電力用コンデンサの監視装置１００は、データ処理部４０により、診断時にコンデンサによる動作に支障を及ぼさない範囲で電圧低下値ΔＶを測定し、測定した電圧低下値ΔＶから演算したコンデンサ電圧と寿命判断データとを比較することで、運転中の機器を停止することなくコンデンサの寿命時期到来有無を判断できる。

さらに、データ処理部４０は、寿命に至っていない診断部１０でコンデンサ容量の平均値の監視を継続し、長期間（例えば、１年分、１０年分）のコンデンサ容量の平均値を診断部１０から取得し、寿命予測用記憶部３０に記憶させ、コンデンサ容量の変化をトレンドデータとして蓄積させる。データ処理部４０は、表示部５０に、このトレンドデータを表示させる。

図７は、表示部５０に表示するコンデンサ容量のトレンド表示画面７００の一例を示す。図７では、トレンドグラフ表示領域７０に、開極用のコンデンサ２ａ及び閉極用のコンデンサ２ｂのそれぞれのコンデンサ容量の経時変化を表すトレンドグラフ７１、７２が表示されている。

また、トレンドグラフ表示領域７０には、寿命判断データとして、コンデンサ２の軽故障判断のしきい値のグラフ７３及び重故障判断のしきい値のグラフ７４が表示されている。軽故障判断のしきい値のグラフ７３は、例えば、橙色の線で表示し、重故障判断のしきい値のグラフ７４は赤色の線で表示する。

このトレンドグラフの傾向から、寿命判断のしきい値と比較して異常発生や寿命時期をあらかじめ把握したり、部品交換タイミングを予測することができる。

電力用機器である真空遮断器の電磁操作機構の電源として使用されるコンデンサは、必要とされるコンデンサ容量が大きいため、コンデンサ自体も大きくなり、交換に要する時間が長くなる上、コンデンサ交換中は真空遮断器が動作しないことから交換は計画的に行う必要がある。

本実施の形態の電力用コンデンサの監視装置１００は、データ処理部４０により、寿命予測用記憶部３０にトレンドデータを蓄積させ、コンデンサ容量の変化の推移を把握することで、運転中の機器を停止することなくコンデンサ寿命到来の時期を予測することができ、計画的な部品交換が可能となる。

以上のように、本実施の形態では、電力用コンデンサの監視装置１００のデータ処理部４０は、診断部１０により診断時にコンデンサによる動作に支障を及ぼさない範囲で電圧低下値ΔＶを測定し、測定した電圧低下値ΔＶから演算したコンデンサ電圧と予め寿命予測用記憶部３０に記憶する寿命判断のしきい値とを比較するようにしたので、運転中の機器を停止することなくコンデンサの寿命時期到来有無を判断できる。

また、データ処理部４０により、寿命予測用記憶部３０に診断部１０から取得した診断時のコンデンサ容量をトレンドデータとして蓄積させるようにしたので、コンデンサ容量の変化の推移を把握することで、運転中の機器を停止することなくコンデンサ寿命到来の時期を予測することができ、計画的な部品交換が可能となる。

２コンデンサ
３電源
４ａ放電抵抗
４ｂ放電スイッチ
７診断回路
５抵抗分圧回路
６測定回路
１０診断部
３０寿命予測用記憶部
４０データ処理部

Claims

直列に接続された放電回路と放電スイッチとを電磁操作機構に配設するコンデンサに並列し、電源からの前記コンデンサへの充電を停止し前記放電回路の前記放電スイッチを動通させることにより、前記コンデンサに充電されたエネルギを前記電磁操作機構の動作が可能な電圧低下値の範囲内で放電させ、前記放電による前記コンデンサの電圧低下値を測定回路により測定し、前記電圧低下値に基づき測定時の前記コンデンサのコンデンサ電圧を演算する診断部と、
前記コンデンサの寿命判断のしきい値を含む寿命データを予め記憶する第一の記憶部と、
前記診断部で演算する前記コンデンサ電圧と前記第一の記憶部に記憶する前記コンデンサの寿命判断のしきい値とを比較して前記コンデンサの寿命を判断する寿命判断部とを備える電力用コンデンサの監視装置。
測定回路は、直列に接続された第一の抵抗と第二の抵抗とをコンデンサに並列に接続される抵抗分圧回路と、前記第一の抵抗と前記第二の抵抗との分圧点の電圧を増幅する増幅回路とからなることを特徴とする請求項１に記載の電力用コンデンサの監視装置。
診断部は、コンデンサの電圧低下値を所定時間毎に測定し、前記所定時間ごとに測定した前記電圧低下値に基づき演算するコンデンサ電圧を記憶する第二の記憶部をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電力用コンデンサの監視装置。
寿命判断部は、診断部により演算されたコンデンサ容量を所定時間毎に第一の記憶部にトレンドデータとして蓄積し、前記第一の記憶部に記憶する前記トレンドデータと前記コンデンサの寿命判断のしきい値とを比較して前記コンデンサの寿命を予測することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の電力用コンデンサの監視装置。