JP2014176240A - Arrestor monitoring system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、避雷器監視システムに関する。 Embodiments described herein relate generally to a lightning arrester monitoring system.
変電所等の電気施設には、雷サージ等の過電圧から変圧器等の主要設備を防護するために、避雷器が設けられている。この避雷器は、保護すべき機器の端子又は母線と大地との間に接続され、発生した過電圧をただちに大地に放電し、停電を生じさせることなく原状に復帰させる機能を有する。 Electrical facilities such as substations are provided with lightning arresters to protect major equipment such as transformers from overvoltages such as lightning surges. This lightning arrester is connected between the terminal or bus of the device to be protected and the ground, and has a function of immediately discharging the generated overvoltage to the ground and returning it to its original state without causing a power failure.
このような避雷器は、基本的には非直線抵抗体を線間に直列に接続することによって構成される。非直線抵抗体は、電圧が増加するに従って抵抗値が著しく低下する非直線特性を持つ抵抗体であり、電力系統の高電圧化に伴い、保護特性、過電圧処理能力に優れた酸化亜鉛を主成分とした抵抗体が用いられている。 Such a lightning arrester is basically configured by connecting non-linear resistors in series between lines. Non-linear resistors are non-linear resistors whose resistance value decreases significantly as the voltage increases. The main component is zinc oxide, which has superior protection characteristics and overvoltage handling capability as the power system voltage increases. The resistor is used.
雷電流を測定する方法としては、磁鋼片を用いて測定する方法が知られている。避雷器においても劣化診断等のために、磁鋼片などにより放電電流の波高値が記録される。 As a method of measuring lightning current, a method of measuring using a magnetic steel piece is known. In the lightning arrester, the peak value of the discharge current is recorded by a magnetic steel piece or the like for deterioration diagnosis or the like.
しかし、避雷器が1秒間に数発といった短時間に連続した雷撃を受けた場合、本来の避雷器が持つ耐量値よりも低いエネルギーで非直線抵抗体が破損してしまう可能性がある。これは、非直線抵抗体の一部分が発熱した場合に、熱伝導により均一化される前に次の電撃を受けることで、発熱分布のバランスや熱膨張のバランスが悪くなることに起因する。 However, if the lightning arrester receives continuous lightning strikes such as several times per second, the non-linear resistor may be damaged with energy lower than the withstand value of the original lightning arrester. This is because, when a part of the non-linear resistor generates heat, it receives the next electric shock before it is made uniform by heat conduction, thereby deteriorating the balance of heat generation distribution and the balance of thermal expansion.
そのため、避雷器の処理エネルギーや温度を監視することが求められる。 Therefore, it is required to monitor the processing energy and temperature of the lightning arrester.
本発明の実施形態はこれらの課題を解決するために、避雷器の処理エネルギーや温度を監視可能な避雷器監視システムを提供するものである。 In order to solve these problems, an embodiment of the present invention provides a lightning arrester monitoring system capable of monitoring the processing energy and temperature of a lightning arrester.
上記課題を達成するために、実施形態の避雷器監視システムは、非直線抵抗体を有する避雷器の放電電流値を取得する放電電流取得部と、前記放電電流取得部により取得された放電電流値と時間との関係を示す電流波形を算出する電流波形算出部と、前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記非直線抵抗体の特性とから電圧波形を算出する電圧波形算出部と、前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記電圧波形算出部により算出された前記電圧波形とから前記避雷器の処理エネルギーを算出する処理エネルギー算出部と、前記処理エネルギー算出部により算出された前記処理エネルギーに基づいて前記避雷器の温度を算出する避雷器温度算出部とを備える。 To achieve the above object, a lightning arrester monitoring system according to an embodiment includes a discharge current acquisition unit that acquires a discharge current value of a lightning arrester having a non-linear resistor, and a discharge current value and time acquired by the discharge current acquisition unit. A current waveform calculation unit that calculates a current waveform indicating a relationship between the current waveform, a current waveform calculated by the current waveform calculation unit, and a voltage waveform calculation unit that calculates a voltage waveform from the characteristics of the nonlinear resistor, A processing energy calculation unit that calculates processing energy of the lightning arrester from the current waveform calculated by the current waveform calculation unit and the voltage waveform calculated by the voltage waveform calculation unit, and is calculated by the processing energy calculation unit. And a lightning arrester temperature calculation unit for calculating the temperature of the lightning arrester based on the processing energy.
以下、実施形態について図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は本実施形態に係る避雷器監視システムと周辺装置の関係を示す全体システム図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is an overall system diagram showing the relationship between a lightning arrester monitoring system and peripheral devices according to the present embodiment.
避雷器監視システム1は、避雷器2を監視するシステムであり、監視装置100、O/E(Optical/Electrical)変換器10を有する。避雷器2には、正常な電圧下においては高い抵抗特性を示し、電撃等により異常電圧が印加された時には低抵抗特性を示す非直線抵抗体3が用いられ、電力系統4と大地5との間に接続される。非直線抵抗体3としては例えば酸化亜鉛素子が挙げられる。
The lightning
非直線抵抗体3の低電圧部と大地5は接地線6で接続されており、避雷器2の放電電流を検出する変流器7が接地線6の間に通して設けられる。
The low voltage portion of the
変流器7は、定常運転時の漏れ電流のようなmAオーダーの電流から雷撃による雷電流のような数十、数百kAの電流を検出できるような検出範囲の広いものを1台設けてもよいし、複数台設け、検出電流の値によって使い分けてもよい。 One current transformer 7 is provided with a wide detection range capable of detecting a current of several tens and several hundreds kA such as a lightning current due to a lightning strike from a current of mA order such as a leakage current in a steady operation. Alternatively, a plurality of units may be provided and used depending on the value of the detected current.
雷等により電力系統4に異常電圧が発生した場合は避雷器2の放電電流が接地線6を介して大地5に流れ異常電圧を制限する。雷撃による放電電流だけでなく、定常運転時の漏れ電流や系統操作時の開閉サージ電流についても同様である。 When an abnormal voltage is generated in the power system 4 due to lightning or the like, the discharge current of the lightning arrester 2 flows to the ground 5 via the ground line 6 to limit the abnormal voltage. The same applies not only to the discharge current due to lightning strike, but also to the leakage current during steady operation and the switching surge current during system operation.
変流器7とE/O(Electrical/Optical)変換器8は伝送路9aを介して接続され、E/O変換器8とO/E変換器10は伝送路9bを介して接続される。伝送路9bは例えば、光ファイバーである。また、監視装置100とO/E変換器10は伝送路9cを介して接続される。
The current transformer 7 and an E / O (Electrical / Optical)
E/O変換器8は、例えば避雷器2が設置される現場に置かれ、O/E変換器10は監視室に置かれる。E/O変換器8およびO/E変換器10によって電気−光の変換が行われることで、現場と監視室が絶縁され、避雷器2が雷撃を受けた場合でも監視室の安全が保たれる。また、伝送路9bに光ファイバーが用いられることで、外的なノイズの影響を抑制することができる。
For example, the E /
変流器7は、避雷器2の放電電流値を取得する。取得された放電電流値は電気信号として伝送路9aを介してE/O変換器8に出力される。
The current transformer 7 acquires the discharge current value of the lightning arrester 2. The acquired discharge current value is output as an electric signal to the E /
E/O変換器8は、変流器7から放電電流値の電気信号を取得し、光信号に変換する。変換された光信号は伝送路9bを介してO/E変換器10に出力される。
The E /
O/E変換器10は、E/O変換器8から光信号を取得し、電気信号に変換する。変換された電気信号は伝送路9cを介して監視装置100に出力される。
The O /
監視装置100は、O/E変換器10から電気信号として避雷器2の放電電流値を取得する。
The
図2は本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置の構成を示すブロック図である。 FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the monitoring device of the lightning arrester monitoring system according to the present embodiment.
監視装置100は、図2に示すように演算処理部11、通信IF(インターフェース)12、出力IF13、表示部14、記憶部15を有する構成である。その他、USBメモリ等の外部記憶装置を装着するIFを備えていてもよい。
As shown in FIG. 2, the
演算処理部11は、記憶部15に格納された各プログラムを読み出し、演算処理を行うCPU(Central Processing Unit)などのプロセッサである。演算処理部11は、機能に応じて複数備えていてもよい。また、内臓メモリを備えていてもよい。
The
通信IF12は、伝送路9bを介して信号の授受を行う通信装置、通信手段である。
The
出力IF13は、表示部14と監視装置100とを接続するインターフェースである。演算処理部11から出力IF13を介して表示部14の制御が行われてもよいし、グラフィックボードなど描画処理を行うLSI(Large Scale Integration)(GPU:Graphics Processing Unit)により表示制御が行われてもよい。表示制御機能としては例えば、画像データを復号化するデコード機能がある。監視装置100は、出力IF13を使用せず、監視装置100の内部に表示部14が直接接続されていてもよい。
The
表示部14は、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ、プラズマディスプレイなどのモニターである。その他、音を発する機能を備えていてもよい。本実施形態では監視装置100の外部に設置しているが、監視装置100内に組み込まれていてもよい。
The
記憶部15は、ハードディスクドライブ(HDD)などの不揮発性の記憶装置、記憶手段である。この他、不揮発性の記憶手段に限られることなくフラッシュメモリなどの半導体メモリを利用してもよいし、半導体メモリとHDDとを組み合せた形態の記憶媒体であってもよい。
The
図3は、本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置における記憶部の構成を示すブロック図である。 FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a storage unit in the monitoring device of the lightning arrester monitoring system according to the present embodiment.
記憶部15には、図3に示すように、演算処理部11での処理に利用される放電電流値取得プログラム31、電流波形算出プログラム32、特性DB(Data Base:データベース)33、電圧波形算出プログラム34、処理エネルギー算出プログラム35、避雷器温度算出プログラム36、処理エネルギー判定プログラム37、温度判定プログラム38、警告出力プログラム39が格納される。
As shown in FIG. 3, the
放電電流値取得プログラム31は、通信IF12を介してO/E変換器10から避雷器2の放電電流値を取得する機能を演算処理部11に実行させる放電電流値取得部である。
The discharge current
電流波形算出プログラム32は、放電電流値取得プログラム31が取得した放電電流値から、放電電流値と時間の関係を示す電流波形を算出する機能を演算処理部11に実行させる電流波形算出部である。この電流波形の算出は例えば、デジタルオシログラム等により行われてもよい。
The current
特性DB33には、図4に示すように非直性抵抗体3の電流と電圧の関係を示す特性データが格納される。
As shown in FIG. 4, the
電圧波形算出プログラム34は、電流波形算出プログラム32により算出された電流波形と、特性DB33から、電圧値と時間の関係を示す電圧波形を算出する機能を演算処理部11に実行させる電圧波形算出部である。
The voltage
処理エネルギー算出プログラム35は、電流波形算出プログラム32により算出された電流波形と、電圧波形算出プログラム34により算出された電圧波形から避雷器2が処理した処理エネルギーを算出する機能を演算処理部11に実行させる処理エネルギー算出部である。
The processing
避雷器温度算出プログラム36は、処理エネルギー算出プログラム35により算出された処理エネルギーに基づいて避雷器2の現在の温度を算出する機能を演算処理部11に実行させる避雷器温度算出部である。
The lightning arrester
処理エネルギー判定プログラム37は、処理エネルギー算出プログラム35により算出された処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたか否かを判定する機能を演算処理部11に実行させる処理エネルギー判定部である。
The processing
温度判定プログラム38は、避雷器温度算出プログラム36により算出された避雷器2の現在の温度が予め設定された温度閾値を超えたか否かを判定する機能を演算処理部11に実行させる温度判定部である。
The
警告出力プログラム39は、処理エネルギー判定プログラム37により処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたと判定された場合、あるいは温度判定プログラム38により避雷器2の温度が予め設定された温度閾値を超えたと判定された場合に、出力IF13を介して警告を表示部14に出力する機能を演算処理部11に実行させる警告出力部である。
When the processing
次に各構成要素の作用について、図5を用いて説明する。図5は本実施形態に係る避雷器監視システムの監視装置の動作を示すフローチャートである。 Next, the operation of each component will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a flowchart showing the operation of the monitoring device of the lightning arrester monitoring system according to this embodiment.
放電電流値取得プログラム31は、通信IF12を介してO/E変換器10から避雷器2の放電電流値を取得する(ステップS101)。
The discharge current
電流波形算出プログラム32は、放電電流値取得プログラム31が取得した放電電流値から、放電電流値と時間の関係を示す電流波形を算出する(ステップS102)。
The current
電流波形算出プログラム32により算出される電流波形の一例を図6に示す。図6は時刻t1に雷撃を受けた場合の例である。
An example of the current waveform calculated by the current
電圧波形算出プログラム34は、電流波形算出プログラム32により算出された電流波形と、特性DB33から、電圧値と時間の関係を示す電圧波形を算出する(ステップS103)。
The voltage
図4に示すように特性DB33から、電流値iに対応する電圧値vが算出され、電流波形算出プログラム32により算出された電流波形に対応する電圧波形が算出される。
As shown in FIG. 4, a voltage value v corresponding to the current value i is calculated from the
電圧波形算出プログラム34により算出される電圧波形の一例を図7に示す。図7は時刻t1に雷撃を受けた場合の例である。
An example of the voltage waveform calculated by the voltage
処理エネルギー算出プログラム35は、電流波形算出プログラム32により算出された電流波形と、電圧波形算出プログラム34により算出された電圧波形から避雷器2が処理した処理エネルギーを算出する(ステップS104)。
The processing
具体的に処理エネルギーEは数式(1)に示すように電流値iと電圧値vの積の時間積分で求められる。
処理エネルギー算出プログラム35は、処理エネルギーを図8に示すような波形として算出してもよい。図8は時刻t1に雷撃を受けた場合の例である。
The processing
処理エネルギー算出プログラム35は、避雷器2が処理した処理エネルギーから避雷器2が今後処理可能なエネルギー値を算出してもよい。
The processing
避雷器温度算出プログラム36は、処理エネルギー算出プログラム35により算出された処理エネルギーに基づいて避雷器2の現在の温度を算出する(ステップS105)。
The lightning arrester
避雷器2の温度変化Δtは数式(2)により算出され、避雷器2の初期温度と温度変化Δtから避雷器2の現在の温度が算出される。 The temperature change Δt of the lightning arrester 2 is calculated by Equation (2), and the current temperature of the lightning arrester 2 is calculated from the initial temperature of the lightning arrester 2 and the temperature change Δt.
Δt=E/Cv (2)
ここで、Eは避雷器2の処理エネルギー、Cvは定積比熱である。
Δt = E / Cv (2)
Here, E is the processing energy of the lightning arrester 2 and Cv is the constant volume specific heat.
処理エネルギー判定プログラム37は、処理エネルギー算出プログラム35により算出された処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたか否かを判定し、温度判定プログラム38は、避雷器温度算出プログラム36により算出された避雷器2の現在の温度が予め設定された温度閾値を超えたか否かを判定する(ステップS106)。
The processing
処理エネルギー閾値の一例としては、多重雷を模擬した試験回路によって破壊試験を行い得られた非直線抵抗体3の短時間耐量値が挙げられる。ここで、短時間耐量値とは、予め設定された時間内に避雷器2が処理したエネルギー値である。
An example of the processing energy threshold is the short-time withstand value of the
温度判定プログラム38では、避雷器温度算出プログラム36により算出された避雷器2の温度上昇値等の温度変化Δtが予め設定された温度閾値を超えたか否かを判定してもよい。
The
温度閾値の一例としては、解析計算によって非直線抵抗体3の発熱分布と熱伝導率から求められる非直線抵抗体3の局所的な温度、あるいは局所的な温度上昇値が挙げられる。
As an example of the temperature threshold, a local temperature of the
警告出力プログラム39は、処理エネルギー判定プログラム37により処理エネルギーが予め設定された処理エネルギー閾値を超えたと判定された場合、あるいは温度判定プログラム38により避雷器2の現在の温度が予め設定された温度閾値を超えたと判定された場合(ステップS106 YES)に、出力IF13を介して警告を表示部14に出力する(ステップS107)。
The
警告出力プログラム39は、処理エネルギー算出プログラム35により算出された処理エネルギーが処理エネルギー閾値に近づいた場合、あるいは避雷器温度算出プログラム36により算出された避雷器2の現在の温度や温度変化Δtが温度閾値に近づいた場合に、出力IF13を介して警告を表示部14に出力してもよい。
When the processing energy calculated by the processing
表示部14は、警告出力プログラム39から出力された警告を表示する(ステップS108)。
The
表示部14は、警告出力プログラム39から出力された警告に加えて、処理エネルギー算出プログラム35により算出された避雷器2の処理エネルギー値、避雷器温度算出プログラム36により算出された避雷器2の現在の温度、あるいは温度変化Δtを表示してもよい。また、図6に示す電流波形算出プログラム32により算出された電流波形、あるいは図7に示す電圧波形算出プログラム34により算出された電圧波形を表示してもよい。
In addition to the warning output from the
表示部14により表示される避雷器2の処理エネルギー値は、図8に示すような処理エネルギー値と時間の関係を示す波形でもよく、予め設定された時間内に避雷器2によって処理された最大のエネルギー値でもよい。また、予め設定された時間内の最後に避雷器2によって処理されたエネルギー値でもよい。
The processing energy value of the lightning arrester 2 displayed by the
ここで、予め設定された時間をt2とすると、予め設定された時間内に避雷器2によって処理された最大のエネルギー値とは図8中のE1を示し、予め設定された時間内の最後に避雷器2によって処理されたエネルギー値とは図8中のE2を示す。 Here, if the preset time is t2, the maximum energy value processed by the arrester 2 within the preset time indicates E1 in FIG. 8, and the surge arrester ends at the end of the preset time. The energy value processed by 2 indicates E2 in FIG.
さらに、処理エネルギー算出プログラム35により避雷器2が今後処理可能なエネルギー値が算出された場合、表示部14に表示させてもよい。
Further, when an energy value that can be processed in the future by the lightning arrester 2 is calculated by the processing
表示部14に表示させる時間間隔は操作者が任意に設定可能である。
The time interval displayed on the
表示部14の表示内容は通信IF12を介して、他の避雷器監視システム、コンピュータ、端末機器等に出力可能な構成としてもよい。
The display content of the
以上説明したように、本実施形態に係る避雷器監視システムによれば、避雷器2の処理エネルギーや温度が監視可能であるため、単発の雷サージだけでなく複数の雷サージにより過負荷となり、劣化や損傷した可能性のある避雷器を早期に発見可能である。劣化や損傷した可能性のある避雷器を早期に発見することで地絡事故を未然に防ぐことができる。 As described above, according to the lightning arrester monitoring system according to the present embodiment, the processing energy and temperature of the lightning arrester 2 can be monitored, so that overload is caused not only by a single lightning surge but also by a plurality of lightning surges. It is possible to detect a lightning arrester that may have been damaged early. By detecting lightning arresters that may have deteriorated or damaged at an early stage, ground faults can be prevented.
さらに、表示部14に表示させる時間間隔を変更することでリアルタイムでの監視も可能である。
Furthermore, monitoring in real time is possible by changing the time interval displayed on the
なお、本実施形態で述べた各種機能や処理手順は、ハードウェアにより実現されてもよい。 Note that the various functions and processing procedures described in the present embodiment may be realized by hardware.
本実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。本実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。本実施形態やその変形は、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。 This embodiment is presented as an example and is not intended to limit the scope of the invention. The present embodiment can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the spirit of the invention. This embodiment and its modifications are included in the invention described in the claims and equivalents thereof as well as included in the scope and spirit of the invention.
1…避雷器監視システム
2…避雷器
3…非直線抵抗体
4…電力系統
5…大地
6…接地線
7…変流器
8…E/O(Electrical/Optical)変換器
9a,9b,9c…伝送路
10…O/E(Optical/Electrical)変換器
11…演算処理部
12…通信IF(インターフェース)
13…出力IF
14…表示部
15…記憶部
31…放電電流値取得プログラム
32…電流波形算出プログラム
33…特性DB(Data Base:データベース)
34…電圧波形算出プログラム
35…処理エネルギー算出プログラム
36…避雷器温度算出プログラム
37…処理エネルギー判定プログラム
38…温度判定プログラム
39…警告出力プログラム
DESCRIPTION OF
13 ... Output IF
DESCRIPTION OF
34 ... Voltage
Claims (5)
前記放電電流取得部により取得された放電電流値と時間との関係を示す電流波形を算出する電流波形算出部と、
前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記非直線抵抗体の特性とから電圧波形を算出する電圧波形算出部と、
前記電流波形算出部により算出された前記電流波形と、前記電圧波形算出部により算出された前記電圧波形とから前記避雷器の処理エネルギーを算出する処理エネルギー算出部と、
前記処理エネルギー算出部により算出された前記処理エネルギーに基づいて前記避雷器の温度を算出する避雷器温度算出部と
を備える避雷器監視システム。 A discharge current value acquisition unit for acquiring a discharge current value of a lightning arrester having a non-linear resistor;
A current waveform calculation unit that calculates a current waveform indicating a relationship between the discharge current value acquired by the discharge current acquisition unit and time; and
A voltage waveform calculating unit that calculates a voltage waveform from the current waveform calculated by the current waveform calculating unit and characteristics of the non-linear resistor;
A processing energy calculation unit that calculates processing energy of the lightning arrester from the current waveform calculated by the current waveform calculation unit and the voltage waveform calculated by the voltage waveform calculation unit;
A lightning arrester monitoring system comprising: a lightning arrester temperature calculation unit that calculates the temperature of the lightning arrester based on the processing energy calculated by the processing energy calculation unit.
前記放電電流値取得部は、前記変換器により電気信号に変換された前記放電電流値を取得する請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の避雷器監視システム。 It further has a converter that acquires an optical signal of a discharge current value of a lightning arrester having a non-linear resistor and converts it into an electrical signal,
The lightning arrester monitoring system according to any one of claims 1 to 4, wherein the discharge current value acquisition unit acquires the discharge current value converted into an electric signal by the converter.
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