JP2013059183A - 保護継電器 - Google Patents

Abstract

【課題】データが一部でも崩壊した場合にはメモリに異常が発生し得ると判断することにより、バックアップデータの信頼性を高く保つ。
【解決手段】メモリ監視ユニット１０には、電気量取得部４、電気量判定部５、データ確認部６、異常処理部７が設置されている。電気量取得部４は、バックアップ電源３からバックアップメモリ２へ供給される電気量を取得する。電気量判定部５は、電気量取得部４の取得した電気量を入力してこの電気量が閾値を超えているか否かを判定する。異常処理部７は、電気量判定部５が電気量を閾値未満であると判定すると、バックアップメモリ２の初期化処理もしくはイベントの記録処理を含む異常処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、バックアップメモリを搭載した保護継電器に関するものである。

保護継電器には事故検出の計算を行う演算処理部が組み込まれている。この演算処理部にはプログラムメモリや整定メモリ、バックアップメモリなどの各種メモリが搭載されている。このうち、プログラムメモリや整定メモリには、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリが用いられている。そのため、プログラムメモリや整定メモリではメイン電源が落ちてもデータ内容が保持される。

一方、バックアップメモリには、読み書きの高速性や経済性を重視してＤＲＡＭやＳＲＡＭなどの揮発性メモリが採用されている。バックアップメモリにはバックアップ電源が接続されており、メイン電源がオフの間もバックアップ電源からの電気供給が続く限り、データ内容が保持される。

このようなバックアップメモリ自体あるいはメモリに保存されたデータに異常が発生すると、メモリ上に不正データが生じる可能性がある。不正データが生じると、これに基づいて保護継電器が不正な動作を行うおそれがある。近年、情報伝送技術の発達や多機能化により保護継電器の扱うデータは飛躍的に多量化しており、それに比例してバックアップデータも多量化する傾向にある。

したがって、保護継電器においてバックアップメモリの重要性は増している。そこで従来から、バックアップメモリの正常／異常を監視する技術が提案されている。バックアップメモリを監視することでメモリの異常を検出した場合には、メモリの初期化あるいはイベントの記録といった異常処理を実行している。これにより、仮に不正データが発生したとしても、その不正データを使用することなく、保護継電器の不正な動作を防止することができる。

バックアップメモリの監視ではメモリの正常／異常を判定するが、このとき、バックアップデータにおける特定データの健全性を確認することで異常判定に行うのが一般的である。このようなバックアップメモリの監視技術によれば、特定のデータの健全性を確認するだけでバックアップメモリに発生した異常を効率よく検出することが可能である。

特開平６-７４０８７号公報

ところで、バックアップ電源は一般に電池またはキャパシタであるため、時間経過と共に電気の供給量は低下する。バックアップ電源からバックアップメモリへ供給される電気が大幅に減少して、バックアップメモリがデータを保持することができなくなれば、メモリ上のデータは崩壊する。ただし、バックアップメモリ上のデータは、電気供給の停止と同時に全てが一気に崩れるわけではなく、正常な動作を保証する電気が供給されなくなった時点から徐々に崩れていく性質がある。

つまり、バックアップメモリへ供給される電気が足りずに、バックアップメモリにおいてデータの保持が不能になると、データの崩壊した領域と未崩壊の領域とがメモリ上に併存する。このようなバックアップメモリはデータの一部が崩れていることに変わりはないため、データの崩壊領域がメモリ上に存在する以上、バックアップメモリには異常が発生していると判定すべきである。

しかし、従来のバックアップメモリ監視技術では、特定データの健全性を確認することでメモリの異常を判定している。このため、メモリへ供給される電気が不足したことでメモリ上のデータの一部が崩壊していても、健全性の確認対象であるデータが保持されていれば、バックアップメモリは正常であると判定してしまう。つまり、崩壊したデータと崩壊していないデータが混在するタイミングでは、従来のバックアップメモリ監視技術はメモリ異常を正しく検出することが困難であり、監視精度の低下を招いていた。そのため、保護継電器の不正動作防止を果たせないおそれがあった。

実施形態の保護継電器は、上記課題を解決するために提案されたものであり、バックアップデータの信頼性を高く保ち、不正動作をより確実に防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、実施形態の保護継電器は、次の構成を特徴とする。実施形態の保護継電器は、
（ａ）バックアップデータ保存用のバックアップメモリを有する。
（ｂ）前記バックアップメモリに電気を供給するバックアップ電源を有する。
（ｃ）前記バックアップ電源から前記バックアップメモリに供給される電気の物理量を電気量として取得する電気量取得部を有する。
（ｄ）前記電気量取得部の取得した電気量が入力されて当該電気量が予め設定された基準値を超えているか否かを判定する電気量判定部を有する。
（ｅ）前記電気量判定部が前記電気量を前記基準値未満であると判定すると前記バックアップメモリの初期化処理もしくはイベントの記録処理を含む異常処理を行う異常処理部を有する。

第１の実施形態の構成図。 第１の実施形態の主要部の構成図。 第１の実施形態のフローチャート。

（１）代表的な実施形態の構成
以下、実施形態に係る保護継電器について、図１〜図３を参照して具体的に説明する。本実施形態はバックアップメモリを搭載した保護継電器であって、バックアップメモリの監視ユニット（以下、メモリ監視ユニット）を備えたものである。図１は本実施形態の概要を示す機能ブロック図、図２は本実施形態の主要部の機能ブロック図、図３はバックアップメモリの監視処理フローを示している。

［本実施形態の概要］
まず、本実施形態の概要について図１を用いて説明する。図１に示した保護継電器１は、Ａ／Ｄ変換部１１と、演算処理部１２と、整定・表示部１３とを含むディジタル保護継電器である。保護継電器１にはメイン電源である電源装置１４が接続されている。このうちＡ／Ｄ変換部１１は、系統からのアナログ電圧・電流入力瞬間値をサンプリングし、ディジタル量に変換する。

演算処理部１２にはＣＰＵ１７が設けられている。ＣＰＵ１７にはデータバスやアドレスバスを介してプログラムメモリ８、整定メモリ９及びバックアップメモリ２が接続されている。プログラムメモリ８は演算処理用のプログラムを保存し、整定メモリ９は動作判定に必要な整定値を保存している。ＣＰＵ１７はＡ／Ｄ変換部１１からディジタル量を取り込み、プログラムメモリ８に保存されたプログラムに従ってディジタル量の加工・演算処理を行う。

バックアップメモリ２には当該メモリ２への電気供給を行うバックアップ電源３が接続されている。また、バックアップメモリ２にはメモリ監視ユニット１０（詳しくは後述）が接続されている。

バックアップ電源３は一般なキャパシタである。そのため、時間経過と共に電気の供給量は低下する。バックアップ電源３からバックアップメモリ２へ供給される電気が大幅に減少して、バックアップメモリ２がデータを保持することができなくなれば、メモリ２上のデータは崩壊する。正常時はメイン電源である電源装置１４により充電される。ただし、電源装置１４が消失した異常時は、バックアップ電源３からバックアップメモリ２へ供給される電気は徐々に低下することになる。

整定・表示部１３は複数のリレー要素の動作値を整定する。また、整定・表示部１３は整定した動作値（整定値）や各リレー要素の動作状態を表示する。

［メモリ監視ユニットの構成］
続いて、メモリ監視ユニット１０の構成について図２を用いて説明する。メモリ監視ユニット１０には、電気量取得部４、電気量判定部５、データ確認部６、異常処理部７が設置されている。なお、電気量判定部５、データ確認部６、異常処理部７は、ＣＰＵによるプログラム処理であってもよい。

電気量取得部４はバックアップ電源３および電気量判定部５に接続されている。電気量取得部４はバックアップ電源３からバックアップメモリ２に供給される電気の物理量を電気量として取得する。本実施形態では、バックアップ電源３から供給されるアナログ電圧を電気量として取得している。

また、電気量取得部４はバックアップ電源３から取得したアナログ電圧をディジタルデータに変換し、電源電圧値として電気量判定部５に出力する。なお、電気量取得部４がバックアップ電源３からアナログ電圧を取得するタイミングは、保護継電器１の起動時に限られる。このような電気量取得部４はＡ／Ｄ変換器を採用する。

電気量判定部５はバックアップメモリ２が正常に動作可能な電圧値の閾値を設定する。電気量判定部５には異常処理部７が接続されている。電気量判定部５は電気量取得部４の出力した電源電圧値を入力し、当該電源電圧値が前記閾値Ｎを超えているか否かを判定し、判定結果を異常処理部７に出力する。

データ確認部６にはバックアップメモリ２および異常処理部７が接続されている。データ確認部６はバックアップメモリ２の特定領域に記憶された特定のデータ列を読み出す。また、データ確認部６は読み出したデータ列が予め定められた所定値と一致するか否かによってバックアップメモリ２上のデータの健全性を確認する。さらに、データ確認部６は確認結果を異常処理部７に出力する。なお、データ確認部６が読み出すデータ列としては、制御データとは無関係なものを用いる。

またデータ確認部６は反転データによってデータの健全性を確認するようにしてもよい。この場合には、制御データの各ビットを反転させた反転データがバックアップメモリ２の所定の領域に予め書き込んでおく。そして、データ確認部６において、反転データをもう一度反転させた二重反転データと前記制御データとを対比させ、両データが一致するか否かによってバックアップメモリ２のデータの健全性を確認する。

異常処理部７にはバックアップメモリ２が接続されている。異常処理部７には電気量判定部５からの判定結果と、データ確認部６から確認結果とがそれぞれ入力される。異常処理部７はこれらに基づいてバックアップメモリ２に対し初期化処理もしくはイベントの記録処理を実施する。

（２）バックアップメモリの監視処理
図３のフローチャートを用いて、バックアップメモリ２の監視処理について説明する。図３に示したデータ確認部６の処理例は、データの健全性確認として反転データを用いた場合を示している。

保護継電器１が起動する時、電気量取得部４はバックアップ電源３からアナログ電圧を受け取り、ディジタルデータに変換した電源電圧値を電気量判定部５に出力する（ステップＳ０１）。

続いて、電気量判定部５は電気量取得部４の出力した電源電圧値が閾値を超えたか否かを判定する（ステップＳ０２）。前記電源電圧値が閾値Ｎを超えていれば（ステップＳ０２のＹｅｓ）、バックアップ電源３には十分な残容量があることになる。そのため、バックアップメモリ２は正常に動作して、メモリ２の保持するデータは健全な状態を維持可能である。この場合はステップＳ０３に進む。

ステップＳ０３ではデータ確認部６が制御データと当該制御データの二重反転データとが一致するかどうかを確認する。つまり、本実施形態では電気量判定部５によりバックアップメモリ２が正常に動作すると判断し、その後、データ確認部６によってバックアップメモリ２のデータ健全性を確認することで、バックアップメモリ２の異常判定を二重に行っている。

制御データと二重反転データとが一致した場合には（ステップＳ０３のＹｅｓ）、データ確認部６はバックアップメモリ２が正常であると判定し、メモリ監視処理は終了する。

しかし、制御データと二重反転データとが一致しなかった場合には（ステップＳ０３のＮｏ）、バックアップメモリ２に異常が発生したと判断してステップＳ０４に進む。ステップＳ０４では異常処理部７がバックアップメモリ２の初期化処理またはイベントの記録処理を実施する。

一方、電気量取得部４の出力した電源電圧値が閾値未満であれば（ステップＳ０２のＮｏ）、バックアップ電源３はバックアップメモリ２が正常に動作できるだけの電気をメモリ２に供給していないことになる。このため、バックアップメモリ２ではデータが徐々に崩壊し始め、データの健全性が失われる可能性がある。前記電源電圧値の出力が閾値Ｎをいったん下回ると、電源装置１４が再びオンとなってバックアップ電源３の充電が完了するまでは、その状態が続くことになる。

そこで電気量取得部４の出力した電源電圧値が閾値未満の場合、バックアップメモリ２に異常が発生したとみなして、ステップＳ０４に進む。ステップＳ０４では異常処理部７がバックアップメモリ２の初期化処理またはイベントの記録処理を実施する。

（３）作用効果
上述したように、バックアップ電源３からバックアップメモリ２への電気供給量が閾値未満となり、メモリ２に異常が発生し得る状況に陥れば、メモリ２上の一部のデータが崩壊する可能性がある。そのため、本実施形態では、バックアップメモリ２への電気供給量が閾値未満となった時点で、健全性確認対象である特定のデータが壊れているか否かは関係なく、メモリ２に異常が発生したと見なすことにする。

さらに本実施形態においては、バックアップ電源３から取得した電気量という判定条件に続き、特定データの健全性という２つ目の判定条件を用いて、バックアップメモリ２の異常を判定している。このため、バックアップ電源３から供給される電気が閾値を満たしている場合でも、特定データの健全性を確認することができなければ、メモリ２の異常を検出して異常処理を実施可能である。したがって、バックアップメモリ２自身が故障して正常にデータを記憶することができなくなったとしても、このような不具合を確実に検出することができる。これにより、高い精度でバックアップメモリを監視することが可能であり、保護継電器１の不正動作を確実に防ぐことができる。

このような本実施形態によれば、メモリ２の監視に際して、バックアップ電源３から供給される電気の閾値と、特定データの健全性確認という２つの判定条件に基づいて、メモリ２の異常判定を行っている。このため、バックアップメモリ２の異常を検出し損なう心配がない。系統を保安する保護継電器１には誤動作は許されず、優れた安全性を確保することが最優先である。したがって、本実施形態においては、少しでもバックアップデータの健全性が疑われるような状況であれば、保護継電器１はバックアップメモリ２に対する異常処理を実施しており、保護継電器１の不正動作防止により高い安全性を獲得している。

ところで、本実施形態のバックアップ電源３は、保護継電器１が起動すれば（電源装置１４がオンになれば）、放電から充電状態となる充電式のバッテリーなので、バックアップ電源３の残容量は保護継電器１の起動直後が最小である。したがって、バックアップ電源３の電圧値を判定するタイミングとしては、バックアップ電源３の残容量が最小である保護継電器１の起動時だけで十分である。すなわち、本実施形態のメモリ監視ユニット１０では、電気量取得部４がバックアップ電源３からアナログ電圧を取得するタイミングを、保護継電器１の起動時だけに設定しており、効率的な電圧値判定を実現している。

（４）他の実施形態
なお、上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

他の実施形態としては、次のようなものがある。
[1]上記実施形態では電気量取得部４の取得する電気量としてアナログ電圧を用いたが、電気量の種別で電気量取得部４の適用が限定されるものではない。また、電気量取得部４がバックアップ電源３からアナログ電圧を取得するタイミングは保護継電器１の起動時に限らず、定期時に行うように設定してもよい。
[2]電気量判定部５に設定される閾値Ｎの範囲は適宜変更自由である。
[3]データ確認部６でのデータ健全性の確認方法は、特定の値をメモリ２に書き込み、これを読み出してデータが一致することを確認基準とするなど、適宜選択可能である。

１…保護継電器
２…バックアップメモリ
３…バックアップ電源
４…電気量取得部
５…異常処理部
６…データ確認部
７…異常処理部
８…プログラムメモリ
９…整定メモリ
１１…Ａ／Ｄ変換部
１２…演算処理部
１３…整定・表示部
１４…電源装置
１７…ＣＰＵ

Claims (3)

1. バックアップデータ保存用のバックアップメモリと、
   前記バックアップメモリに電気を供給するバックアップ電源と、
   前記バックアップ電源から前記バックアップメモリに供給される電気量を取得する電気量取得部と、
   前記電気量取得部の取得した電気量が入力されて当該電気量が予め設定された基準値を超えているか否かを判定する電気量判定部と、
   前記電気量判定部が前記電気量を基準値未満であると判定すると、前記バックアップメモリの初期化処理もしくはイベントの記録処理を含む異常処理を行う異常処理部とを備えたことを特徴とする保護継電器。
2. 前記電気量判定部が前記電気量を基準値以上であると判定すると、前記バックアップメモリに保存されたバックアップデータの健全性を確認するデータ確認部を備え、
   前記異常処理部は、前記データ確認部が前記バックアップデータの健全性に異常があることを確認すると、前記異常処理を行うことを特徴とする請求項１に記載の保護継電器。
3. 前記電気量取得部は、前記保護継電器の起動時に前記電気量を取得し、前記電気量判定部に当該電気量を出力することを特徴とする請求項１または２に記載の保護継電器。

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