JP2013078172A - ディジタル保護制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】容易に経年劣化による制御電源の劣化の進行具合を認識でき、経年劣化による部品の交換を容易に行うことを可能とする。
【解決手段】本発明のディジタル保護制御装置１０は、制御電源１ｈのコンデンサ３６の温度を検出するコンデンサ温度検出部１１と、コンデンサ３６の温度の検出の際に、周囲の外気の温度を検出する外気温度検出部１２と、両温度の検出の度に、コンデンサ３６の温度と外気の温度との差分Ｂを、過去に検出した外気の温度の平均温度Ａに加えて演算用コンデンサ温度Ｃを求め、コンデンサの周囲温度Ｔａと寿命年数との既定の関係情報を用いて、演算用コンデンサ温度Ｃを関係情報のコンデンサ３６の周囲温度Ｔａに当てはめてコンデンサ３６の経過寿命を求め、コンデンサ３６の寿命から経過寿命を減算することでコンデンサ３６の残余寿命を求め、コンデンサ３６の寿命の判定を行う寿命判定部１ｊとを備える。
【選択図】図６

Description

本発明は、制御電源装置の経年劣化を検出するディジタル保護制御装置に関する。

従来、特許文献１に記載の「電力用信号処理システム及びディジタル保護リレー装置」に開示されているディジタル形保護継電器が、変電所向けの保護装置として、ほぼ主流の構成として採用されている。すなわち、電流などのアナログ量をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換したディジタルデータをマイクロコンピュータなどのディジタル演算手段にて、予め格納された既定のプログラムに基づき、ディジタル演算処理を行い、電力系統、配電系統等の系統事故の有無を検出するディジタル形保護継電器である。

特許第２，６９４，９９３号公報 特開２０１０−１０４１４８号公報

しかしながら、従来、保護装置の経年劣化により性能が劣化する制御電源等の劣化検出機能はなく、故障が発生した際には、事後対応にて制御電源を交換しなければならなかった。
さらに、定期点検にて電源電圧の測定を人手により行い、劣化による交換有無の必要を判断するが、定期点検は６年周期に実施となるため、対応が不十分であるといった問題(課題)がある。

この問題(課題)に対応するため、特許文献２の「電源監視装置」では、予め直流電源に生じるリップル電圧のリップル抽出手段を備え、周期的にこの直流電圧に含まれるリップル電圧と、その周囲温度を取り込んで、その変化率から、故障時期をファジィ推論により推定する手法を提案している。

しかしながら、特許文献２の「電源監視装置」は電圧測定を行う必要があり、稼動中の回路機能に影響を与えかねない。また、各種ノイズの影響による誤動作も起きる可能性が潜在する。さらに、リップル検出の構成が複雑になるという不都合がある。
そのため、ディジタル保護制御装置の機能に影響を及ぼさない経年劣化の判定と対策を行う必要がある。

本発明が解決しようとする課題は、容易に経年劣化による制御電源の劣化の進行具合を認識でき、経年劣化による部品の交換を容易に行うことを可能とするディジタル保護制御装置を提供することである。

上記目的を達成すべく、本発明に関わるディジタル保護制御装置は、電力系統から取込んだアナログ交流電気量をディジタル電気量に変換し、当該ディジタル電気量を取込んで前記電力系統の保護制御を行うディジタル保護制御装置であって、前記ディジタル保護制御装置の制御電源のコンデンサの温度を検出するコンデンサ温度検出部と、前記コンデンサの温度の検出の際に、前記ディジタル保護制御装置の周囲の外気の温度を検出する外気温度検出部と、前記コンデンサの寿命の判定を行う寿命判定部とを備え、前記寿命判定部は、前記両温度の検出の度に、前記コンデンサの温度と前記外気の温度との差分を、過去に検出した外気の温度の平均温度に加えて演算用コンデンサ温度を求め、前記コンデンサの周囲温度と寿命年数との既定の関係情報を用いて、前記演算用コンデンサ温度を前記関係情報のコンデンサの周囲温度に当てはめて前記コンデンサの経過寿命を求め、前記コンデンサの寿命から前記経過寿命を減算することで前記コンデンサの残余寿命を求め、当該コンデンサの寿命の判定を行う。

本発明によれば、容易に経年劣化による制御電源の劣化の進行具合を認識でき、経年劣化による部品の交換を容易に行うことを可能とするディジタル保護制御装置を実現できる。

本発明に係る実施形態のディジタル保護制御装置を示す構成図である。 実施形態のディジタル保護制御装置のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図であり、(ａ)は通常状態を示す図であり、(ｂ)はコンデンサの寿命が近くなり、予備のコンデンサに切り替わった場合を示す図である。 実施形態のディジタル保護制御装置の外観を示す斜視図である。 実施形態のＨＩパネルの設定画面の例を示す図である。 実施形態のディジタル保護制御装置のＤＣ／ＤＣコンバータの寿命判定を行う構成を示す図である。 実施形態のコンデンサの寿命年数−温度特性を示す図である。 実施形態の寿命判定予測基板により寿命判定を行うフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る実施形態のディジタル保護制御装置を示す構成図である。
実施形態のディジタル保護制御装置１０は、変電所などにおいて設定ポイントの電流、電圧などを取得し、事故と判定した場合には信号を送り、遮断器、断路器などで事故発生の経路を他経路から切り離し、異常を他系統に影響させないようにする装置である。

＜ディジタル保護制御装置１０の構成＞
ディジタル保護制御装置１０は、以下の構成を有している。なお、図１では、一部構成要素の名称を略称で示し、ディジタル保護制御装置１０の本来の機能を破線内に示す。
バスマスタコントロール基板１ａは、システムバス１０ｂを介して、図１に示す各基板(１ｃ〜１ｆ、１ｊなど)間のデータ転送を高速に制御する。

入力変換器(ＰＴ(Potential Transforme)，ＣＴ(Current Transformer))１ｂは、それぞれ変電所などの電力系統からの大電圧や大電流の複数の電圧・電流信号(電気量)を、電子回路で扱うため、つまり電子回路で扱えるように、通常、例えばフルスケール±１０Ｖのアナログ電圧信号や電流信号(アナログ入力信号(電気量))に変換する。

アナログ入力手段（ＡＩ(Analog Input)）１ｃは、入力変換器１ｂからのアナログ入力信号を、装置１０内でディジタル制御するためにディジタルデータに変換する。
ＲＹ(Relay)・ＳＥＱ(Sequence)手段１ｄは、変電所から取り込んだ電圧値、電流値により系統箇所が正常に機能しているか否かの演算を行う保護演算、および、保護演算の条件・経路設定の保護シーケンスを実施する。

Ｉ／Ｏ手段１ｅは、ＲＹ・ＳＥＱ１ｄに接続したＩ／Ｏシステムバス２ｂを介して、外部情報を取込み、かつ、不図示の外部機器へ内部情報を出力する。
ヒューマンインタフェース（ＨＩ）１ｆは、ユーザと内部構成とのアクセスを司り、ユーザに対して表示や、ユーザが操作するためのＨＩパネル１ｇなどに接続されている。

寿命判定予測基板１ｊは、後に詳述するように、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈで使用されるコンデンサの寿命を判定し、寿命が近い場合には予備のコンデンサに切り換えるとともに、ユーザに対してＨＩパネル１ｇで表示などしてその旨報知する制御を担う。
電源手段１ｉは、例えば不図示のＡＣ／ＤＣコンバータなどから供給される１１０Ｖの直流電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈにより必要な電圧に降圧して、前記した各基板１ａ〜１ｆ、１ｈ、１ｊなどに電源を供給する。
なお、寿命判定予測基板１ｊは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈの寿命を判定することになるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈ以外から電源を供給してもよい。

電源手段１ｉは、一般には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈを介して電子回路の駆動用の例えばＤＣ５ＶやＤＣ２４Ｖをシステムバス１０ｂに供給する。
こうして、各基板１ａ〜１ｆ、１ｊは、電源手段１ｉから、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈ、システムバス１０ｂを経由して、駆動電源を受けて動作する。

＜ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈ＞
図２は、実施形態のディジタル保護制御装置のＤＣ／ＤＣコンバータの回路図であり、図２(ａ)は、通常状態を示し、図２(ｂ)は、コンデンサの寿命が近くなり、予備のコンデンサに切り換わった場合を示している。
ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈは、電源端子ｉ１とＧＮＤ端子ｉ２とで電源手段１ｉに接続され、出力端子ｏ１、ｏ２でシステムバス１０ｂに接続されている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈは、スィッチング素子のトランジスタ３２と、電源手段１ｉの電圧により自己誘導するコイル３４と、トランジスタ３２のオン時に蓄電するコンデンサ３６とを有しており、コンデンサ３６と並列にダイオード３３が接続されている。
ダイオード３３は、トランジスタ３２のオン時に電源手段１ｉの電流の流れを阻止する一方、トランジスタ３２のオフ時にコンデンサ３６の放電による電流をコイル３４に流す。なお、図２(ａ)では、トランジスタ３２がオンした場合を示している。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈには、コンデンサ３６と並列に予備のコンデンサ３７が接続されている。コンデンサ３６、予備のコンデンサ３７は、それぞれ電解コンデンサである。
そして、コンデンサ３６と直列に第１リレー３５ａが接続されるとともに予備のコンデンサ３７と直列に第２リレー３５ｂが接続されている。

なお、第１リレー３５ａはノーマルオンであり、第２リレー３５ｂはノーマルオフであることが好ましい。第１・第２リレー３５ａ、３５ｂとしては、ヒンジ形やリード形などのリレーや、ホトカプラやホトトランジスタなどの無接点リレーなど、オン／オフの切り換えができれば、適宜任意に選択して使用できる。

ディジタル保護制御装置１０の使用が開始されると、電源手段１ｉから例えば１１０Ｖの電源電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈに印加され、通常、図２(ａ)に示すように、第１リレー３５ａがオンされコンデンサ３６が使用される一方、第２リレー３５ｂがオフして予備のコンデンサ３７は未使用とされる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈは、トランジスタ３２がオン時、図２(ａ)の実線矢印α１のように、電流が流れて出力端子ｏ１、ｏ２から、システムバス１０ｂに降圧された所定電圧が供給される。この際、コンデンサ３６は、電源手段１ｉの電圧により蓄電される。

トランジスタ３２がオフされると、コンデンサ３６に蓄電された電気が放電され、図２(ａ)の破線矢印β１のように、電流が流れ出力端子ｏ１、ｏ２から、システムバス１０ｂに降圧された所定電圧が供給される。
トランジスタ３２のオン／オフの制御は、不図示の制御回路により、出力端子ｏ１、ｏ２の電圧が所定電圧になるように監視され、フィードバック制御で行われる。

その後、ディジタル保護制御装置１０が永年使用され、寿命判定予測基板１ｊにより、コンデンサ３６の寿命が近いと判定された場合には、寿命判定予測基板１ｊから信号が送信され、図２(ｂ)に示すように、不図示のコンデンサ切り換え手段(コンデンサ切り換え部)の働きで、第１リレー３５ａがオフされコンデンサ３６への通電が停止されコンデンサ３６が未使用となる一方、第２リレー３５ｂがオンされ予備のコンデンサ３７への通電が開始され予備のコンデンサ３７が使用される。

この場合も、図２(ａ)と同様に、トランジスタ３２のオンにより、図２(ｂ)の実線矢印α２のように、電源手段１ｉにより電流が流れ予備のコンデンサ３７に蓄電されるとともに出力端子ｏ１、ｏ２から、システムバス１０ｂに降圧された所定電圧が供給される。なお、図２(ｂ)では、トランジスタ３２がオンした場合を示している。一方、トランジスタ３２のオフにより、図２(ｂ)の破線矢印β２のように、予備のコンデンサ３７の放電により電流が流れて出力端子ｏ１、ｏ２から、システムバス１０ｂに降圧された所定電圧が供給される。

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈのコンデンサ３６の寿命が尽きることでＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈが故障し、ディジタル保護制御装置１０が停止することを未然に防止することができる。
コンデンサ３６の寿命の判定は、寿命判定予測基板１ｊにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈのコンデンサ３６の温度を温度センサ１１で測定するとともに、ディジタル保護制御装置１０廻りの外気温を外気温センサ１２で測定することにより行われている。なお、コンデンサ３６の寿命判定の詳細は後記する。

＜ディジタル保護制御装置１０の外観構成＞
図３は、実施形態のディジタル保護制御装置の外観を示す斜視図である。
ディジタル保護制御装置１０は、前面板１０ｚの中ほどにヒューマンインタフェース（ＨＩ）１ｆに接続されるＨＩパネル１ｇが配置され、その下方にヒューマンインタフェース（ＨＩ）１ｆに接続される押し釦１ｆ１が配置されている。ユーザは、押し釦１ｆ１を押下操作することにより各種設定を行う。

ディジタル保護制御装置１０の筐体１０Ｋ近傍には、ディジタル保護制御装置１０廻りの外気温度を検知する外気温センサ１２が配設されている。図２では、ディジタル保護制御装置１０の右側板１０ｍに配置した場合を示している。
ディジタル保護制御装置１０の内部には前記したＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈが配置されており、温度センサ１１が、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈのコンデンサ３６の温度を測定するため、コンデンサ３６に近接して配置されている。具体的には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈの回路基板の配線パターン上に温度センサ１１の熱電対が実装されている。

コンデンサ３６の温度センサ１１、外気温センサ１２としては、熱による起電力で温度を検知する熱電対が用いられるが、温度変化を電気抵抗の変化で検知するサーミスタ、光電効果を利用する非接触式温度センサなどでもよく、限定されない。しかし、熱電対は寿命、信頼性、コストなどの点で優れるので、最も望ましい。

＜ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈのコンデンサ３６の寿命判定＞
次に、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈのコンデンサ３６の寿命判定の方法について説明する。
図４は、ＨＩパネルの設定画面の例を示す図である。
まず、ユーザは、始めに、図３に示すディジタル保護制御装置１０のＨＩパネル１ｇに表示される設定画面Ｇ(図４参照)を用いて温度測定周期の設定を行う。

具体的には、ユーザは、設定画面Ｇ１において、「整定」ボタンＧ１を押下した後、「温度」ボタンＧ２を押下して、温度測定設定画面Ｇ３を表示する。
温度測定設定画面Ｇ３は、所望の点検周期で、コンデンサ３６の温度測定および外気温の温度測定を開始する年月日時を入力する年月日時入力欄Ｇ３ａと、両温度測定の点検周期を入力する日入力欄Ｇ３ｂおよび時間入力欄Ｇ３ｃを有している。
点検周期の日・時間入力欄Ｇ３ｂ、Ｇ３ｃの設定範囲は１時間から１週間までの範囲とされている。

ユーザは、温度測定設定画面Ｇ３における次回点検時刻の年月日時入力欄Ｇ３ａに、所望の点検周期でコンデンサ３６の温度測定および外気温の測定を開始する“年月日時分”を、テンキーＧ４で入力する。そして、点検周期の日入力欄Ｇ３ｂまたは点検周期の時間入力欄Ｇ３ｃに、所望の点検周期の“日”または“時間”として、１時間から１週間までの範囲で入力する。すなわち、点検周期の時間入力欄Ｇ３ｃに、テンキーＧ４で“１〜２３”の範囲で設定が行われるか、または、点検周期の日入力欄Ｇ３ｂにテンキーＧ４で“１〜７”の範囲で設定が行われる。

そして、点検周期の日入力欄Ｇ３ｂまたは時間入力欄Ｇ３ｃに設定値を入力後、実行ボタンＧ５を押下して設定を完了する。
なお、本実施形態では、１〜２３時間または１日から１週間までの範囲で温度設定測定の周期を設定する場合を例示しているが、この例に限定されないのは勿論である。
図５は、実施形態のディジタル保護制御装置のＤＣ／ＤＣコンバータの寿命判定を行う構成を示す図である。なお、図５では、システムバス１０ｂ、Ｉ／Ｏシステムバス２ｂは省略して示している。

温度測定設定画面Ｇ３(図４参照)の実行ボタンＧ５を押下後、ＨＩパネル１ｇから設定信号が送信され(図５の信号１１ｉ)、図５、図１に示すように、ヒューマンインタフェース（ＨＩ）１ｆ、システムバス１０ｂ、ＲＹ・ＳＥＱ１ｄを経由して(図５の信号１２ｉ)、寿命判定予測基板１ｊに設定値が記録される(図５の信号１３ｉ)。
そして、ユーザが設定した温度測定の設定時刻に至ると、内蔵タイマの計時によって寿命判定予測基板１ｊにより測定指令信号(図５の信号１３ｏ)が出力される。

測定指令信号は、寿命判定予測基板１ｊから、システムバス１０ｂを経由して、ＲＹ・ＳＥＱ１ｄ、Ｉ／Ｏシステムバス１ｋ、Ｉ／Ｏ手段１ｅ(図５の信号１２ｏ)を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈに設置されている温度センサ１１に送られ(図５の信号１４ｉ)、温度センサ１１によってコンデンサ３６の温度測定を実施する。同時に、測定指令信号は、入出力手段(Ｉ／Ｏ)１ｅを介して、ディジタル保護制御装置１０の筐体１０ｋ近傍の外気温センサ１２に送られ(図５の信号１４ｉ)、外気温センサ１２によって外気温の測定を実施する。

測定結果(図５の信号１４ｏ)は、温度センサ１１、外気温センサ１２それぞれから、入出力手段(Ｉ／Ｏ)１ｅ(図５の信号１５ｉ)、Ｉ／Ｏシステムバス１ｋ、ＲＹ・ＳＥＱ１ｄを介して、寿命判定予測基板１ｊに取込まれる(図５の信号１６ｉ)。寿命判定予測基板１ｊでは、測定したコンデンサ３６の温度、外気温の測定結果をＲＯＭ(Read Only Memory)、フラッシュメモリ（flash memory）などの記録媒体(メモリ)に記録(データセーブ)し、以下のようにして、コンデンサ３６の寿命を演算して、基準の残余寿命のデータとの比較を行うことで、寿命判定が行われる。

次に、コンデンサ３６の寿命の判定方法について説明する。
寿命判定方法は、まず、例えば１年内の外気温平均Ａを式(１)で算出する。
測定時より１年前の外気温の総和÷測定回数＝外気温平均Ａ (１)
式(１)では、１年前の外気温の総和を用いる場合を説明したが、蓄積した全ての外気温の総和としてもよい。つまり、過去の任意の期間の外気温の総和を用いることができる。これにより、季節毎、地域別などの外気温の変動の影響を可及的に抑制できる。

次に、測定時の外気温センサ１２で測定した外気温と温度センサ１１で測定したコンデンサ３６の周囲温度の差分Ｂを式(２)で算出する。
コンデンサ３６の周囲温度−外気温＝差分Ｂ (２)
続いて、算出した外気温平均Ａと差分Ｂとを加算し、寿命判定に用いるコンデンサ３６の温度とする。

図６は、コンデンサ３６の寿命年数−温度特性を示す図であり、横軸にコンデンサの周囲温度(Ｔａ)をとり、縦軸にコンデンサの寿命年数(年)をとり、負荷率(％)が４０〜１００の寿命を数種の曲線で示している。
負荷率(％)とは、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈの定格電力に対しての負荷の割合を示している。例えば、負荷率(％)が５０％とはＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈの定格電力２４０Ｗに対して、負荷が１２０Ｗの場合である。なお、負荷率(％)は、ディジタル保護制御装置１０の使用開始時にあらかじめ設定される。図６に示す標準盤内温度とは、標準的にＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈが使用される場合のコンデンサ３６の温度である。

図６に示すコンデンサ３６の既定の寿命−温度特性の結果(関係情報)を用いて、コンデンサ３６の寿命を演算する。
寿命の演算は、図６に示すコンデンサの寿命−温度特性を用いて、コンデンサ３６がどのくらいの温度で、どのくらいの時間使用されたかを累積していくことで演算される。
コンデンサ３６の寿命が既設定された基準残り寿命未満(または以下)と判断された場合には、コンデンサ３６の交換要となる。この場合には、下記のユーザへの報知、および、コンデンサ３６の予備のコンデンサ３７への切り換えが行われる。

具体的には、図５、図１に示すように、寿命判定予測基板１ｊより交換不要／要の判定信号(図５の信号１６ｏ)を、システムバス１０ｂを経由して、ＲＹ・ＳＥＱ１ｊを介してヒューマンインタフェース（ＨＩ）１ｆに送信し(図５の信号１１ｏ)、ＨＩパネル１ｇに表示される温度測定設定画面Ｇ３の異常表示灯Ｇ７を点灯して表示し(図５の信号１７ｏ)、ユーザに報知する。

同時に、コンデンサ３６が寿命(残り寿命僅か)と判定された場合には、ディジタルリレーが動作し、図５、図１に示すように、寿命判定予測基板１ｊより、システムバス１０ｂを経由して、ＲＹ・ＳＥＱ１ｄ、Ｉ／Ｏシステムバス１ｋ、Ｉ／Ｏ手段１ｅを介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈに設置されているＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈに切り換え信号(図５の信号１８ｉ)が送信され図２(ａ)に示す第１リレー３５ａがオンからオフされるとともに、第２リレー３５ｂがオフからオンされ、図２(ａ)に示すコンデンサ３６の使用状態から、図２(ｂ)に示す予備のコンデンサ３７の使用状態に切り換わる。

以上の一連の動作を図７のフローチャートで示し、経時的に説明する。
まず、Ｓ１００で、ユーザは、図４のＨＩパネル１ｇに表示される設定画面Ｇにおいて、年月日時入力欄Ｇ３ａに温度測定を開始する年月日時を入力するとともに、温度測定の点検周期を日入力欄Ｇ３ｂまたは時間入力欄Ｇ３ｃに入力し、実行ボタンＧ５を押下して、コンデンサ３６の温度測定および外気温の測定周期を設定する。

すると、温度センサ１１によるコンデンサ３６の温度測定と、外気温センサ１２によるディジタル保護制御装置１０の外気温の温度測定が設定した測定周期で実施され(Ｓ１０１)、測定データが、寿命判定予測基板１ｊのメモリに記録(データセーブ)される(Ｓ１０２)。
そして、式(１)により、 記録された外気温の総和÷測定回数＝平均外気温Ａ の演算を行い、平均外気温Ａを求める(Ｓ１０３)。Ｓ１０３の平均外気温Ａは、例えば過去１００回分とか１年分とかいうような移動平均でもよいが、外気温の総和の平均値が外気温の変動の影響を極力抑えられるので最も望ましい。
そして、式(２)からコンデンサ３６の周囲温度と外気温との差分Ｂを求める(Ｓ１０４)。

続いて、次の式(３)から
平均外気温Ａ＋差分Ｂ＝平均測定温度Ｃ (３)
平均測定温度Ｃを算出する(Ｓ１０５)。平均測定温度Ｃ(演算用コンデンサ温度)とは、測定時のコンデンサ３６の寿命判定に用いる温度に相当する。この平均測定温度Ｃ(演算用コンデンサ温度)を、後に図６の周囲温度に当てはめて使用する。

続いて、コンデンサ３６の残余寿命を以下のようにして演算する(Ｓ１０６)。
まず、ディジタル保護制御装置１０の使用開始時にあらかじめ設定された負荷率(％)が用いられる。これにより、図６の負荷率の曲線が決定する。
そして、例えば、コンデンサ３６の寿命を仮に１とし、コンデンサ３６の実際の寿命日数をＪ日とすると、１日経過した場合、１／Ｊの寿命が消費されたことになる。すなわち、残余寿命は、コンデンサ３６の寿命を１とした場合、ｎを経過日数とすると次のように表される。
残余寿命＝１−経過寿命＝１−ｎ／Ｊ (４)

よって、例えば、周囲温度(Ｔａ)、すなわち式(３)からの平均測定温度Ｃが、４０℃での寿命(設定された負荷率(％)の寿命)が図６の負荷率の曲線から仮に１０年として、点検周期を１日と仮定する。１０年の日数は、うるう年を無視して１年３６５日とした場合、寿命は、１０×３６５日＝３６５０日である。
そのため、寿命を１とすると、寿命１のうち１日で１／(１０×３６５)が消費されたことになる。実際は、４年に１回３６６日があるが、ここでは理解を容易にするため、１年３６５日としている。

従って、点検周期１日の場合に４０℃で１日経過した場合のコンデンサ３６の残余寿命は式(４)を用いて、 残余寿命＝１−１／(１０×３６５) の演算で求められる。そして、使用経過日をｄとすると、コンデンサ３６の残余寿命は次の式(５)で求められる。
残余寿命＝１−経過寿命＝１−ｄ／Ｊ (５)
この演算を、例えば１時間経過したとすると、１時間は１／２４日であるので、使用経過時間をｈとすると、式(４)は、
残余寿命＝１−経過寿命＝１−(ｈ／２４)／Ｊ (６)
で表される。

また、１分経過したとすると、１分は１／(２４×６０)であるので、使用経過分をｍとすると、式(４)は、
残余寿命＝１−経過寿命＝１−(ｍ／(２４×６０))／Ｊ (７)
で表される。
式(５)、(６)、(７)の関係から、式(８)が求まる。

残余寿命が求めるには、式(８)において、点検周期を、使用経過日ｄ、使用経過時間ｈ、使用経過分ｍにそれぞれ代入する。
そして、図７のＳ１０５で、式(３)で求めた平均測定温度Ｃを図６の周囲温度(Ｔａ)に当てはめ、寿命曲線でその温度の寿命を求め寿命日数Ｊを決定し、式(８)の関係を用いて、経過寿命を求めることで残余寿命が求められる。

２回目の残余寿命の計算は、
残余寿命(２)＝残余寿命(１)−経過寿命 (９)
であるので、ｎ回目の残余寿命の計算は、ｎ回目の計算の残余寿命を残余寿命(ｎ)とすると、
残余寿命(ｎ)＝残余寿命(ｎ−１)−経過寿命 (１０)
と表される。ただし、１回目の残余寿命の計算に用いられる残余寿命(０)は、前記したように、式(４)〜(８)から残余寿命(０)＝１ である。

続いて、図７のＳ１０７で、Ｓ１０３〜Ｓ１０６で求めた必要なデータが、ワークエリア(一時記憶領域)からメモリに記録(データセーブ)される。
そして、Ｓ１０８で、残余寿命が既定の基準残余寿命以下であるか否か判定される。
残余寿命が既定の基準残余寿命以下でない、すなわち残余寿命が既定の基準残余寿命より長いと判定された場合(Ｓ１０８でＮｏ)、Ｓ１０１に移行する。

一方、残余寿命が既定の基準残余寿命以下であると判定された場合(Ｓ１０８でＹｅｓ)、その旨の信号が寿命判定予測基板１ｊからヒューマンインタフェース（ＨＩ）１ｆおよびＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈのコンデンサ切り換え手段に送信される(Ｓ１０９)。
続いて、Ｓ１１０で、ＨＩパネル１ｇに表示された温度測定設定画面Ｇ３の異常表示灯Ｇ７を点灯し表示し、ユーザに報知される。また、コンデンサ切り換え手段により、図２(ａ)に示す第１リレー３５ａがオンからオフされるとともに、第２リレー３５ｂがオフからオンされ、図２(ａ)に示すコンデンサ３６の使用状態から、図２(ｂ)に示す予備のコンデンサ３７の使用状態に切り換わる。

上記構成によれば、温度測定といったＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈの稼動中の機能に影響を与えず、制御電源のＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈに付属しているコンデンサ３６の内部抵抗による熱損失を検出し、コンデンサ３６の寿命を判断できる。つまり、常時点検が困難なＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈに対して、稼動中の機能に影響を与えず、経年劣化する部品のコンデンサ３６に対して劣化診断を行える。

また、寿命判定に際し、図６の負荷率の曲線での周囲温度(Ｔａ)に当てはめる温度を求めるに当って、式(１)で外気温の総和の平均値で平均外気温Ａを求め、式(３)で差分Ｂを加算して平均測定温度Ｃを求めるので、外気温の変動の影響を極力抑えることができる。
そして、寿命判定が点検周期ごとに測定温度で経過寿命を求めるため、より正確な残余寿命を求めることが可能である。よって、従来より精緻な寿命判定が可能となり、従来に比べ精密な寿命判定機能が得られる。

さらに、寿命判定の頻度がユーザにより任意に設定できるので、ユーザの意向に沿った寿命判定が可能である。寿命判定の正確性を上げたい場合には、温度測定の頻度を上げ、経過寿命の演算の正確性を増加させることにより、ユーザが寿命判定の正確性を任意に選択できる。つまり、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈの使用雰囲気に適合させて経過寿命の演算の正確性を調整することが可能である。
また、残余寿命が既定値より小さくなった場合には、予備のコンデンサ３７に切り換えるので、コンデンサ３６の劣化が進行した場合には延命処置を行える。
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ１ｈのコンデンサ３６の寿命が近い場合には、ユーザに報知されるので、ディジタル保護制御装置１０の故障前にユーザはメンテナンス等の対策を採ることができる。

そのため、ディジタル保護制御装置１０の故障を招来することなく、メンテナンス等の対策が可能であり、ディジタル保護制御装置１０の故障を未然に防止することができる。
したがって、経年劣化にて故障するディジタル保護制御装置の制御電源について、現在の運用に影響を与えず、容易に経年劣化による制御電源の劣化の進行具合を認識でき、また、経年劣化による予備のコンデンサ３７の部品の交換を容易に行うことを可能とする。
このため、メンテナンスが、故障の事後対応から事前対応が可能となることから、ディジタル保護制御装置１０のメンテナンスコストの大幅低減を達成できる。

＜その他の実施形態＞
なお、前記実施形態では、コンデンサ３６の温度と外気温度を定期的に測定しコンデンサ３６の寿命を判定する場合を例示したが、不定期に温度測定しコンデンサ３６の寿命を判定するように構成してもよい。

また、前記実施形態では、コンデンサ３６が寿命と判定された場合、設定画面Ｇ(図４参照)で点灯表示する場合を例示したが、警報発生手段(ユーザ報知部)で警報を発生し、ユーザに報知するように構成してもよい。または、点灯表示および警報で行うようにしてもよい。或いは、残余寿命が既定値より小さくなった場合には担当者に電子メールおよび／またはＦＡＸを送信する手段を備え、電子メールおよび／またはＦＡＸなどで、電子連絡するようにしてもよい。
なお、前記実施形態では、コンデンサ３６の温度と外気温度とを同時に測定する場合を例示したが、それぞれの温度が殆ど変化せず経過寿命の演算に影響しなければ、多少の時間的ズレがあっても構わない。

なお、前記実施形態では、温度検出設定部としてＨＩパネルの温度測定設定画面Ｇ３を例示したが、ディジタル保護制御装置１０をＬＡＮなどネットワークで接続したパソコンなどの端末でコンデンサ３６の温度と外気温度の測定周期、次回点検時刻などを設定し、端末でユーザに報知する構成としてもよい。また、閉域のネットワークを構成できれば、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などの携帯情報端末で測定周期、次回点検時刻などを設定する構成としてよく、携帯情報端末でユーザに報知するよう構成してもよい。

１ｆ ＨＩ(温度検出設定部、ユーザ報知部)
１ｇ ＨＩパネル(温度検出設定部、ユーザ報知部)
１ｈ ＤＣ／ＤＣコンバータ(制御電源)
１ｊ 寿命判定予測基板(寿命判定部、コンデンサ切り換え部)
１０ ディジタル保護制御装置
１１ 温度センサ(コンデンサ温度検出部)
１２ 外気温センサ(外気温度検出部)
３５ａ 第１リレー(コンデンサ切り換え部)
３５ｂ 第２リレー(コンデンサ切り換え部)
３６ コンデンサ
３７ 予備のコンデンサ
Ａ 平均外気温(外気の温度の平均温度)
Ｂ 差分(コンデンサの温度と外気の温度との差分)
Ｃ 平均測定温度(演算用コンデンサ温度)
Ｇ 温度測定設定画面(温度検出設定部、ユーザ報知部)
Ｔａ コンデンサの周囲温度

Claims (5)

1. 電力系統から取込んだアナログ交流電気量をディジタル電気量に変換し、当該ディジタル電気量を取込んで前記電力系統の保護制御を行うディジタル保護制御装置であって、
   前記ディジタル保護制御装置の制御電源のコンデンサの温度を検出するコンデンサ温度検出部と、
   前記コンデンサの温度の検出の際に、前記ディジタル保護制御装置の周囲の外気の温度を検出する外気温度検出部と、
   前記コンデンサの寿命の判定を行う寿命判定部とを備え、
   前記寿命判定部は、
   前記両温度の検出の度に、
   前記コンデンサの温度と前記外気の温度との差分を、過去に検出した外気の温度の平均温度に加えて演算用コンデンサ温度を求め、前記コンデンサの周囲温度と寿命年数との既定の関係情報を用いて、前記演算用コンデンサ温度を前記関係情報のコンデンサの周囲温度に当てはめて前記コンデンサの経過寿命を求め、
   前記コンデンサの寿命から前記経過寿命を減算することで前記コンデンサの残余寿命を求め、当該コンデンサの寿命の判定を行う
   ことを特徴とするディジタル保護制御装置。
2. 請求項１に記載のディジタル保護制御装置において、
   前記コンデンサの温度の検出および前記外気の温度の検出のタイミングを設定する温度検出設定部を備える
   ことを特徴とするディジタル保護制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のディジタル保護制御装置において、
   前記コンデンサ温度検出部と前記外気温度検出部とは、それぞれ前記コンデンサの温度および前記外気の温度を定期的に測定し、
   前記寿命判定部は、前記コンデンサの寿命の判定を定期的に行う
   ことを特徴とするディジタル保護制御装置。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか一項に記載のディジタル保護制御装置において、
   前記制御電源は、前記コンデンサに代替する予備のコンデンサを有し、
   前記寿命判定部が前記コンデンサの残余寿命が少ないと判定した場合、前記制御電源において前記コンデンサから前記予備のコンデンサに切り換えるコンデンサ切り換え部を備える
   ことを特徴とするディジタル保護制御装置。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか一項に記載のディジタル保護制御装置において、
   前記寿命判定部が前記コンデンサの残余寿命が少ないと判定した場合、ユーザにその旨報知するユーザ報知部を備える
   ことを特徴とするディジタル保護制御装置。

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