JP2011237259A - 遮断器監視装置および遮断器監視制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の遮断器を制御する遮断器制御装置を用いて、それらの遮断器を一括して監視するコストをより低減する。
【解決手段】 複数の遮断器から１つを制御対象として選択して制御する遮断器制御装置が、前記制御対象の遮断器に閉極する入動作または開極する切動作をさせるための第１の電流の供給を開始してからの前記制御対象の遮断器の動作時間を算出する動作時間算出部と、前記動作時間が、前記制御対象の遮断器を示す遮断器選択情報と前記入動作または前記切動作の何れかを示す動作モード選択情報とに応じて予め設定された基準動作時間未満である場合に、前記制御対象の遮断器が所定の性能で動作したと判定する判定部と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、遮断器監視装置および遮断器監視制御システムに関する。

電力系統の信頼性を確保するためには、発電所、変電所などの電気所や送電線、配電線などの電線路を適宜監視することが重要である。また、電気所は交通が不便な場所にある場合や電気所運転の効率化のため無人のケースが多く、電気所内に設置されている数多くの機器は、一般に、制御所や給電所などから遠隔制御（遠隔操作）されるとともに、それらの施設において遠隔監視されている。

また、電気所内の機器のうち、特に遮断器は、電力系統が正常に機能している場合に電路の開閉を行うだけでなく、短絡事故や地絡事故などの場合に事故電流を短時間で遮断し、事故の重大な影響を防止する目的で設置されている。そのため、遮断器に対しては、故障のみならず、故障に至る以前の不具合兆候などの異常動作を適時に把握することが望ましい。

例えば、特許文献１では、複数の遮断器に制御電流を分岐して供給する制御電源母線の分岐点より制御電源側で計測された制御電流波形を基準波形と比較することで、複数の遮断器のそれぞれの良否判定を行う、遮断器の制御電流監視装置が開示されている。

このようにして、遮断器ごとに電流センサを設ける必要がないため、電気所内に設置されている複数の遮断器を一括して監視するコストを低減することができる。

特開昭６１−１９８０７０号公報

ところで、遮断器の動作時間は、遮断器が閉極する入動作時と開極する切動作時とで通常異なる。さらに、切動作時の動作時間（切動作時間）は、定格遮断時間（サイクル）や標準動作責務に応じて略一様となるのに対して、入動作時の動作時間（入動作時間）は、遮断器の種類によって異なる。

例えば、モータ（電動機）を用いて投入ばねを蓄勢する電動ばね操作方式の遮断器と、電磁石を用いて開閉操作する電磁操作方式の遮断器とでは、入動作時間が通常異なる。また、例えば、ＶＣＢ（Vacuum Circuit Breaker：真空遮断器）など、駆動部の質量が小さい遮断器と、ＯＣＢ（Oil Circuit Breaker：油遮断器）など、駆動部の質量が大きい遮断器とでも、入動作時間が通常異なる。

しかしながら、特許文献１では、監視装置（演算装置１００）は、各遮断器から送出される固有の符号や、各遮断器の補助接点に対応する入力端子を用いて遮断器を区別するため、複数の遮断器との間をそれぞれ配線する必要がある。そのため、電気所内に数多くの遮断器が分散して設置されているほど、電流センサの削減による監視コストの低減効果は抑制されてしまう。

前述した課題を解決する主たる本発明は、複数の遮断器から１つを制御対象として選択して制御する遮断器制御装置が、前記制御対象の遮断器に閉極する入動作または開極する切動作をさせるための第１の電流の供給を開始してからの前記制御対象の遮断器の動作時間を算出する動作時間算出部と、前記動作時間が、前記制御対象の遮断器を示す遮断器選択情報と前記入動作または前記切動作の何れかを示す動作モード選択情報とに応じて予め設定された基準動作時間未満である場合に、前記制御対象の遮断器が所定の性能で動作したと判定する判定部と、を有することを特徴とする遮断器監視装置である。

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。

本発明によれば、複数の遮断器を制御する遮断器制御装置を用いて、それらの遮断器を一括して監視するコストをより低減することができる。

本発明の一実施形態における遮断器監視装置の構成を示す回路ブロック図である。 遮断器監視制御システム全体の構成の概略および遮断器制御装置の構成を示す回路ブロック図である。 インタフェース部２８に入力される各選択情報とインタフェース部２８から出力される各選択信号との関係の一例を示す図である。 制御対象の遮断器が入動作または切動作を行う場合における動作開始信号ＳＴＲおよび電流値Ｉｄの関係の一例を示す模式図である。 ピーク検出部１１、動作時間算出部１３、および判定部１７の動作を説明するフローチャートである。

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。

＝＝＝遮断器監視制御システム全体の構成の概略および遮断器制御装置の構成＝＝＝
以下、図２を参照して、遮断器監視制御システム全体の構成の概略および遮断器制御装置の構成について説明する。

図２に示されている遮断器監視制御システムは、電気所内に設置された遮断器３１ないし３３を監視および制御するためのシステムであり、遮断器監視装置１および遮断器制御装置２を含んで構成されている。また、遮断器制御装置２は、例えばスイッチ回路２１ないし２５、電圧調整回路２６、制御部２７、インタフェース部２８を含んで構成されている。

インタフェース部２８には、例えば制御所などから遠隔制御情報として、遮断器選択情報ＢＳＬおよび動作モード選択情報ＭＳＬが入力されている。また、インタフェース部２８からは、図３に示すように、遮断器選択信号ＳＬ１ないしＳＬ３、入動作選択信号ＳＬｃ、および切動作選択信号ＳＬｔが出力されている。

電圧調整回路２６には、電源電圧Ｖｄ１が供給され、電圧調整回路２６からは、電圧Ｖｄ２およびＶｄ３が出力されている。また、制御部２７には、電圧Ｖｄ２が供給されている。

スイッチ回路２４および２５は、それぞれ、互いに連動する主スイッチｍおよび補助スイッチｓからなる。また、スイッチ回路２４および２５には、それぞれ入動作選択信号ＳＬｃおよび切動作選択信号ＳＬｔが制御信号として入力されている。さらに、主スイッチｍの一端には、電源電圧Ｖｄ１が印加され、補助スイッチｓの一端には、電圧Ｖｄ３が印加されている。

スイッチ回路２１ないし２３は、それぞれ、互いに連動する主スイッチｍ１、ｍ２、および補助スイッチｓからなる。また、スイッチ回路２１ないし２３には、それぞれ遮断器選択信号ＳＬ１ないしＳＬ３が制御信号として入力されている。さらに、主スイッチｍ１の一端は、スイッチ回路２４の主スイッチｍの他端に接続され、主スイッチｍ２の一端は、スイッチ回路２５の主スイッチｍの他端に接続され、補助スイッチｓの一端には、電圧Ｖｄ３が印加されている。

スイッチ回路２１ないし２３の主スイッチｍ１の他端から出力される投入指令信号ＣＮｃ１ないしＣＮｃ３は、それぞれ遮断器３１ないし３３の投入コイル（不図示）に入力されている。一方、スイッチ回路２１ないし２３の主スイッチｍ２の他端から出力される遮断指令信号ＣＮｔ１ないしＣＮｔ３は、それぞれ遮断器３１ないし３３の引き外しコイル（不図示）に入力されている。また、スイッチ回路２１ないし２５の補助スイッチｓの他端からは、それぞれ選択完了信号ＳＬ１’、ＳＬ２’、ＳＬ３’、ＳＬｃ’、およびＳＬｔ’が出力されている。

遮断器監視装置１には、遮断器選択情報ＢＳＬ、動作モード選択情報ＭＳＬ、および選択完了信号ＳＬ１’、ＳＬ２’、ＳＬ３’、ＳＬｃ’、ＳＬｔ’が入力されている。また、変流器１９は、例えばクランプ式の計器用変流器であり、遮断器制御装置２の電源電流Ｉ３を測定するように設置され、二次側電流Ｉ３’は、遮断器監視装置１に入力されている。そして、遮断器監視装置１からは、判定結果信号ＪＤが出力されている。

＝＝＝遮断器監視制御システム全体の動作の概略および遮断器制御装置の動作＝＝＝
次に、遮断器監視制御システム全体の動作の概略および遮断器制御装置の動作について説明する。

電圧調整回路２６は、電源電圧Ｖｄ１から電圧Ｖｄ２を生成し、制御部２７に供給する。また、制御部２７は、図２に図示されていないものも含めて、遮断器制御装置２の各構成要素の制御を行う。さらに、電圧調整回路２６は、電源電圧Ｖｄ１から電圧Ｖｄ３を生成し、スイッチ回路２１ないし２５の補助スイッチｓに供給する。ここで、電圧調整回路２６の消費電流をＩ２とする。

図３に示したように、インタフェース部２８は、遮断器選択情報ＢＳＬに応じて、遮断器選択信号ＳＬ１ないしＳＬ３のうちの何れか１つをハイ・レベルとし、制御対象の遮断器を選択する。また、インタフェース部２８は、動作モード選択情報ＭＳＬに応じて、入動作選択信号ＳＬｃまたは切動作選択信号ＳＬｔの何れか一方をハイ・レベルとし、制御対象の遮断器の投入コイルまたは引き外しコイルを選択する。

例えば、ＢＳＬ＝１、かつＭＳＬ＝１の場合、各選択信号のうち、遮断器選択信号ＳＬ１および入動作選択信号ＳＬｃのみがハイ・レベルとなる。この場合、スイッチ回路２１および２４がオンとなり、制御対象の遮断器３１は、投入コイルに電流Ｉ１（第１の電流）が供給されて入動作を行う。また、例えば、ＢＳＬ＝２、かつＭＳＬ＝２の場合、各選択信号のうち、遮断器選択信号ＳＬ２および入動作選択信号ＳＬｔのみがハイ・レベルとなる。この場合、スイッチ回路２２および２５がオンとなり、制御対象の遮断器３２は、引き外しコイルに電流Ｉ１が供給されて切動作を行う。

なお、各スイッチ回路は、主スイッチと連動して補助スイッチもオンとなり、当該スイッチ回路がオンとなったことを示す選択完了信号を出力する。

＝＝＝遮断器監視装置の構成＝＝＝
以下、図１を参照して、本発明の一実施形態における遮断器監視装置の構成について説明する。

図１に示されている遮断器監視装置１は、電流値算出部１１、ピーク検出部１２、動作時間算出部１３、ＯＲ回路（論理和回路）１４、１５、ＡＮＤ回路（論理積回路）１６、および判定部１７を含んで構成されている。

ＯＲ回路１４には、選択完了信号ＳＬ１’ないしＳＬ３’が入力され、ＯＲ回路１５には、選択完了信号ＳＬｃ’およびＳＬｔ’が入力されている。また、ＡＮＤ回路１６には、ＯＲ回路１４および１５の出力信号が入力され、ＡＮＤ回路１６からは、動作開始信号ＳＴＲが出力されている。

電流値算出部１１は、ＡＤＣ（Analog-Digital Converter：アナログ・デジタル変換部）１１１および記憶部１１２を備えている。また、電流値算出部１１には、変流器１９の二次側電流Ｉ３’および動作開始信号ＳＴＲが入力され、電流値算出部１１からは、電流値Ｉｄが出力されている。

ピーク検出部１２には、電流値Ｉｄおよび動作開始信号ＳＴＲが入力され、ピーク検出部１２からは、ピークタイミングＴｐｋが出力されている。また、動作時間算出部１３には、ピークタイミングＴｐｋおよび動作開始信号ＳＴＲが入力され、動作時間算出部１３からは、動作時間Ｔｏｐが出力されている。

判定部１７は、閾値テーブル１７１を備えている。また、判定部１７には、動作時間Ｔｏｐ、遮断器選択情報ＢＳＬ、および動作モード選択情報ＭＳＬが入力され、判定部１７からは、判定結果信号ＪＤが出力されている。

＝＝＝遮断器監視装置の動作＝＝＝
次に、図４および図５を適宜参照して、本実施形態における遮断器監視装置の動作について説明する。

動作開始信号ＳＴＲは、遮断器制御装置２のスイッチ回路２１ないし２３のうちの何れか１つがオンとなり、かつ、スイッチ回路２４または２５の何れか一方がオンとなっている場合に、ハイ・レベルとなる。したがって、動作開始信号ＳＴＲは、遮断器制御装置２から制御対象の遮断器の投入コイルまたは引き外しコイルに電流Ｉ１の供給が開始されると、ハイ・レベルとなる。なお、各選択信号に応じたスイッチ回路２１ないし２５の動作時間が各遮断器の動作時間に対して十分に短い場合には、各スイッチ回路の選択完了信号の代わりに選択信号を用いて動作開始信号ＳＴＲを生成してもよい。

電流値算出部１１は、ＡＤＣ１１１を用いて電流Ｉ３’の電流値をサンプリングし、変流器１９の変流比で適宜除算することによって、遮断器制御装置２の電源電流Ｉ３の電流値を算出し、時系列データとして記憶部１１２に記憶する。例えば、ＡＤＣ１１１は、電流Ｉ３’の電流値を１ｍｓ程度ごとにサンプリングし、記憶部１１２は、１０００サンプリング（１０００ｍｓ）程度の時系列データを順次記憶する。

ここで、遮断器制御装置２が制御対象の遮断器に電流Ｉ１を供給していない間の電源電流Ｉ３は、電圧調整回路２６の消費電流Ｉ２に等しく、略一定となる。したがって、電流値算出部１１は、電源電流Ｉ３の電流値の時系列データから、動作開始信号ＳＴＲがロー・レベルの間の電源電流Ｉ３（＝Ｉ２）の電流値（の平均値）を減算することによって、電流Ｉ１（＝Ｉ３−Ｉ２）の電流値Ｉｄを算出することができる。なお、例えば、図２において、破線で示された１９’の位置に変流器１９を設置し、電流Ｉ１を直接測定することによって、当該減算処理を省略することができる。

ここで、制御対象の遮断器が入動作または切動作を行う場合における動作開始信号ＳＴＲおよび電流値Ｉｄの関係の一例を図４に示す。さらに、図５を参照して、ピーク検出部１１、動作時間算出部１３、および判定部１７の動作について説明する。

遮断器制御装置２から制御対象の遮断器に電流Ｉ１の供給が開始され、動作開始信号ＳＴＲがハイ・レベルとなると（Ｓ１）、まず、ピーク検出部１２は、電流値Ｉｄが極大となるピークタイミングＴｐｋを検出する（Ｓ２）。

次に、動作時間算出部１３は、動作開始信号ＳＴＲがハイ・レベルとなったタイミングＴｓから、ピークタイミングＴｐｋまでの時間を動作時間Ｔｏｐ（＝Ｔｐｋ−Ｔｓ）として算出する（Ｓ３）。なお、電磁操作方式の遮断器は、電動ばね操作方式の遮断器のように投入ばねを蓄勢するためのモータに電流を供給する必要がないため、電流値Ｉｄは、ピークタイミングＴｐｋ後急激に減少する。したがって、タイミングＴｓから、電流値Ｉｄが略０となったタイミングＴｅまでの時間を動作時間Ｔｏｐ’（＝Ｔｅ−Ｔｓ）として算出してもよい。

次に、判定部１７は、動作時間Ｔｏｐを基準動作時間Ｔｒ（ＢＳＬ，ＭＳＬ）と比較する（Ｓ４）。ここで、基準動作時間Ｔｒ（ＢＳＬ，ＭＳＬ）は、制御対象の遮断器を示す遮断器選択情報ＢＳＬ、および入動作または切動作を示す動作モード選択情報ＭＳＬに応じて予め設定され、閾値テーブル１７１に格納されている。

Ｓ４において、動作時間Ｔｏｐが基準動作時間Ｔｒ（ＢＳＬ，ＭＳＬ）未満である場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、制御対象の遮断器が所定の性能で動作をしたと判定する。この場合、判定部１７は、当該正常動作との判定結果に応じて、判定結果信号ＪＤ＝０を出力し、処理を終了する（Ｓ５）。

一方、Ｓ４において、動作時間Ｔｏｐが基準動作時間Ｔｒ（ＢＳＬ，ＭＳＬ）以上である場合（Ｓ４：ＮＯ）には、制御対象の遮断器が所定の性能で動作をしなかったと判定する。この場合、判定部１７は、当該動作不良との判定結果に応じて、判定結果信号ＪＤ＝１を出力し、処理を終了する（Ｓ６）。

このようにして、遮断器監視装置１は、制御対象の遮断器の動作時間Ｔｏｐを、当該遮断器およびその動作に応じて予め設定された基準動作時間Ｔｒ（ＢＳＬ，ＭＳＬ）と比較することによって、当該遮断器の状態を判定することができる。また、例えば、判定結果信号ＪＤに応じて警報情報を出力することによって、故障や不具合兆候などの異常動作を報知することもできる。さらに、例えば、判定結果信号ＪＤや警報情報を、遠隔制御装置（不図示）を介して制御所に送信することもできる。

前述したように、遮断器監視装置１において、遮断器制御装置２の制御対象の遮断器の動作時間Ｔｏｐを算出し、遮断器選択情報ＢＳＬおよび動作モード選択情報ＭＳＬに応じて予め設定された基準動作時間Ｔｒ（ＢＳＬ，ＭＳＬ）と比較することによって、当該遮断器の状態を判定し、複数の遮断器を一括して監視するコストをより低減することができる。

また、遮断器制御装置２の電源電流Ｉ３の電流値の時系列データから、遮断器制御装置２が制御対象の遮断器に電流Ｉ１を供給していない間の電源電流Ｉ３の電流値を減算することによって、電流Ｉ１の電流値Ｉｄを算出することができる。

また、電流値Ｉｄが極大となるピークタイミングＴｐｋを検出することによって、遮断器制御装置２が制御対象の遮断器に電流Ｉ１の供給を開始してからピークタイミングＴｐｋまでの時間を動作時間Ｔｏｐとして算出することができる。

また、図２に示した遮断器監視制御システムにおいて、遮断器監視装置１が、遮断器制御装置２から制御対象の遮断器への電流Ｉ１の供給開始からの動作時間Ｔｏｐを、制御対象の遮断器およびその動作に応じて予め設定された基準動作時間Ｔｒ（ＢＳＬ，ＭＳＬ）と比較することによって、複数の遮断器を制御する遮断器制御装置２を用いて、それらの遮断器を一括して監視するコストをより低減することができる。

なお、上記実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

１ 遮断器監視装置
２ 遮断器制御装置
１１ 電流値算出部
１２ ピーク検出部
１３ 動作時間算出部
１４、１５ ＯＲ回路（論理和回路）
１６ ＡＮＤ回路（論理積回路）
１７ 判定部
１９ 変流器
２１〜２５ スイッチ回路
２６ 電圧調整回路
２７ 制御部
２８ インタフェース部
３１〜３３ 遮断器
１１１ ＡＤＣ（アナログ・デジタル変換部）
１１２ 記憶部
１７１ 閾値テーブル

Claims (4)

1. 複数の遮断器から１つを制御対象として選択して制御する遮断器制御装置が、前記制御対象の遮断器に閉極する入動作または開極する切動作をさせるための第１の電流の供給を開始してからの前記制御対象の遮断器の動作時間を算出する動作時間算出部と、
   前記動作時間が、前記制御対象の遮断器を示す遮断器選択情報と前記入動作または前記切動作の何れかを示す動作モード選択情報とに応じて予め設定された基準動作時間未満である場合に、前記制御対象の遮断器が所定の性能で動作したと判定する判定部と、
   を有することを特徴とする遮断器監視装置。
2. 前記遮断器制御装置に供給される電源電流の電流値と、前記遮断器制御装置が前記第１の電流を供給していない間の前記電源電流の電流値との差を前記第１の電流の電流値として算出する電流値算出部をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の遮断器監視装置。
3. 前記第１の電流の電流値が極大となるピークタイミングを検出するピーク検出部をさらに有し、
   前記動作時間算出部は、前記遮断器制御装置が前記第１の電流の供給を開始してから前記ピークタイミングまでの時間を前記動作時間として算出することを特徴とする請求項２に記載の遮断器監視装置。
4. 請求項１ないし請求項３の何れかに記載の遮断器監視装置と、
   前記遮断器選択情報および前記動作モード選択情報に応じて前記制御対象の遮断器の投入コイルまたは引き外しコイルを選択して前記第１の電流を供給する前記遮断器制御装置と、
   を備えることを特徴とする遮断器監視制御システム。

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