JP2015228753A - 電圧調整システム - Google Patents

Abstract

【課題】 送出電圧の適正な維持供給を可能にする電圧調整システムを提供する。
【解決手段】 この電圧調整システムは、負荷時タップ切替変圧器１０Ａから需要家に供給される送出電圧を監視し、予め決められている基準送出電圧を基に設定されている不感帯幅を送出電圧が外れると、送出電圧を調整するための切替信号を出力する９０リレー６０を備え、負荷時タップ切替変圧器１０Ａは、切替信号を基にタップを切り替えて送出電圧を調整する。さらに、電圧調整システムは、不感帯幅の上限および下限と基準送出電圧との間に、上限値と下限値とが設定され、送出電圧が上限値を超過した場合、または、送出電圧が下限値を下回った場合、送出電圧を基準送出電圧にするための切替信号を出力する電圧逸脱監視用リレー７０を備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、配電用変電所で使用される電圧調整システムに関する。

配電用変電所は、需要家に供給する電圧の品質を保つために、電力需要に応じて、送出する送出電圧を調整している。配電用変電所の主変圧器（配変）の送出電圧については、プログラム制御とＬＤＣ（Ｌｉｎｅ Ｄｒｏｐ Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｏｒ：線路電圧降下補償器）制御とがある。プログラム制御は、タイムスイッチにより送出電圧を調整する方法であり、ＬＤＣ制御は、ピーク時とオフピーク時の電圧降下の模擬回路から、継電器に電圧を与え送出電圧を調整する方法である。そして、配電用変電所では、静止形電圧調整継電器（以下「９０リレー」という）により基準送出電圧を設定して運用している（例えば、特許文献１参照。）。

ところで、９０リレーには、不感帯や動作時間を設定するつまみがある。不感帯や動作時間の設定により、配電用変電所の負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）が動作する。配電用変電所では、寿命等を考慮し、負荷時タップ切替変圧器の動作回数を例えば「約２２回以下／日」とし、配電用変電所を運用している流通部門では、負荷時タップ切替変圧器を運用している。そして、この動作回数を超過しないように、９０リレーが動作しない電圧の範囲つまり不感帯の幅（以下「不感帯幅」という）を整定し、送出電圧を調整している。

特開２０１２−１３５１１３号公報

ところで、先に述べた送出電圧の調整には、次の課題がある。負荷時タップ切替変圧器の動作回数には制限がある。よって、この動作回数を超過しないように、不感帯幅や動作時間を整定し、運用している。不感帯幅は、上下対象であり、「±○○％」という整定の仕方である。

ここで問題となるのは、次のような場合である。例えば、基準送出電圧が６６９０Ｖであり、かつ、不感帯幅が±１．４％であるような整定をしている場合、送出電圧が不感帯幅上限で推移したとき、次のような問題が発生する。送出電圧が不感帯幅上限の６７８３Ｖであり、これを低圧に換算すると１０７．９Ｖ（変圧器タップ＝６６００Ｖの場合）となる。これは、法律（電気事業法第２６条および電気事業法施行規則第４４条）に定められている標準電圧（１０１±６Ｖ）の上限値を逸脱することになり、法律違反となる恐れがある。

ところで、近年、電力の固定価格買取制度の導入により、太陽光発電設備等の再生可能エネルギー発電設備の普及が急激に進んでいる。こうした発電設備の普及により、配電設備側の電圧対策のみでは限度があり、９０リレーの機能改良による変電設備での更なる電圧調整が必要不可欠な時代となっている。配電用変電所を運用している流通部門では、規定（電圧調整維持細則の「ＩＶ運用実績の把握」の「１６．運転目標値を外れた場合の連絡等」）に、
配電目標電圧±２．５％
以内を保持するよう定められている。例えば配電目標電圧が６６９０Ｖに整定されている場合、配電目標電圧の上限である＋２．５％は６８５７Ｖ、低圧換算で１０９．１Ｖまでは許容されている。

このように、流通側と配電側との電圧維持方法についての考え方が、法律に従うか、または規定に従うかで、配電用変電所における送出電圧の電圧維持が相違する場合もある。

この発明の目的は、前記の課題を解決し、送出電圧の適正な維持供給を可能にする電圧調整システムを提供することにある。

前記の課題を解決するために、請求項１の発明は、負荷時タップ切替変圧器から需要家に供給される送出電圧を監視し、予め決められている基準送出電圧を基に設定されている不感帯幅を前記送出電圧が外れると、前記送出電圧を調整するための切替信号を出力する第１の継電器を備え、前記負荷時タップ切替変圧器は、前記切替信号を基にタップを切り替えて送出電圧を調整する電圧調整システムにおいて、前記不感帯幅の上限および下限と前記基準送出電圧との間に、上限値と下限値とが設定され、前記送出電圧が前記上限値を超過した場合、または、前記送出電圧が前記下限値を下回った場合、前記送出電圧を前記基準送出電圧にするための切替信号を出力する第２の継電器を備えることを特徴とする電圧調整システムである。

請求項１の発明では電圧調整システムが第１の継電器を備えている。第１の継電器は、負荷時タップ切替変圧器から需要家に供給される送出電圧を監視している。第１の継電器は、予め決められている基準送出電圧を基に設定されている不感帯幅を送出電圧が外れると、送出電圧を調整するための切替信号を出力する。負荷時タップ切替変圧器は、切替信号を基にタップを切り替えて送出電圧を調整する。さらに、電圧調整システムは第２の継電器を備えている。第２の継電器には、不感帯幅の上限および下限と基準送出電圧との間に、上限値と下限値とが設定されている。そして、第２の継電器は、送出電圧が上限値を超過した場合、または、送出電圧が下限値を下回った場合、送出電圧を基準送出電圧にするための切替信号を出力する。

請求項２の発明は、請求項１に記載の電圧調整システムにおいて、前記基準送出電圧に上限と下限とがある場合、前記第２の継電器では、前記不感帯幅の上限と前記基準送出電圧の上限との間に前記上限値が設定され、前記不感帯幅の下限と前記基準送出電圧の下限との間に前記下限値が設定されている、ことを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項１または２に記載の電圧調整システムにおいて、前記第２の継電器では、前記上限値が前記基準送出電圧の上限付近に設定され、前記下限値が前記基準送出電圧の下限付近に設定されている、ことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、既設の第１の継電器に対して、第２の継電器を組み合わせている。この結果、第１の継電器により送出電圧を不感帯内に維持運用することに加えて、第２の継電器により送出電圧を上限値と下限値以内に維持運用する。これにより、送出電圧が不感帯幅内にあっても、第２の継電器の上限値と下限値とにより、常に適正な送出電圧の維持運用、つまり法律および規定の両方に従う送出電圧の維持運用を実現することができる。

請求項２の発明によれば、第２の継電器の上限値と下限値とが基準送出電圧の付近に設定されているので、送出電圧が不感帯幅内にあっても、送出電圧が基準送出電圧から外れることを防ぐことができる。

請求項３の発明によれば、第２の継電器の上限値が基準送出電圧の上限付近に設定され、下限値が基準送出電圧の下限付近に設定されているので、送出電圧が不感帯幅内にあっても、基準送出電圧の上限および下限から送出電圧が大幅に外れることを防ぐことができる。

実施の形態１による電圧調整システムの構成を示す構成図である。 ９０リレーの不感帯幅を説明するための説明図である。 送出電圧が不感帯幅上限で推移する様子を示す図である。 電圧逸脱監視用リレーの動作を説明する図である。 送出電圧が不感帯幅下限で推移する様子を示す図である。 電圧逸脱監視用リレーの動作を説明する図である。

次に、この発明の各実施の形態について、図面を用いて詳しく説明する。

（実施の形態１）
この実施の形態による電圧調整システムを図１に示す。図１の電圧調整システムは、配電用変電所で用いられるものであり、負荷時タップ切替変圧器（ＬＲＴ）１０Ａと、タップ切替器１０Ｂと、計器用変圧器（ＰＴ）２０Ａと、計器用変流器（ＣＴ）２０Ｂと、ＬＤＣ３０と、単巻変圧器４０と、インダクタンス回路５０と、９０リレー６０と、電圧逸脱監視用リレー（Ｒｙ）７０とを備えている。

負荷時タップ切替変圧器１０Ａは、電気の供給を停止することなく、一次側の電圧を切り替えるための複数のタップ（図示を省略）を備えている。そして、負荷時タップ切替変圧器１０Ａは、タップを切り替えることにより、二次側の電圧を変える。つまり、負荷時タップ切替変圧器１０Ａは、二次側からの送出電圧が適正な電圧、例えば法律に定められている標準電圧（１０１±６Ｖ）またはこの標準電圧付近になるように、タップ切替器１０Ｂの制御でタップを切り替え、二次側からの送出電圧を調整する。

タップ切替器１０Ｂは、負荷時タップ切替変圧器１０Ａに備えられている。タップ切替器１０Ｂは、９０リレー６０から送られてくる第１の切替信号や、電圧逸脱監視用リレー７０から送られてくる第２の切替信号に応じて、負荷時タップ切替変圧器１０Ａのタップを切り替えて、二次側の送出電圧が適正になるように調整する。

計器用変圧器２０Ａは、負荷時タップ切替変圧器１０Ａの二次側からの送出電圧に対応した電圧を、検出電圧として出力する。計器用変流器２０Ｂは、負荷時タップ切替変圧器１０Ａの二次側から需要家に向けて流れる電流に対応した検出電流を出力する。

ＬＤＣ３０は、可変式の抵抗Ｒ１と、可変式のリアクタンスＬ１とを備えている。負荷時タップ切替変圧器１０Ａの二次側からの送出電圧により、配電用の線路を経て電流が需要家側に流れるとき、配電線路による電圧降下が発生する。ＬＤＣ３０は、抵抗Ｒ１とリアクタンスＬ１とにより、この電圧降下を補償するための既存設備である。

単巻変圧器４０は、複数のタップＴ１〜Ｔ４を備えている。単巻変圧器４０には、ＬＤＣ３０からの電圧降下を補償した検出電圧が加えられる。単巻変圧器４０は、複数のタップＴ１〜Ｔ４で電圧値が切り替えられた検出電圧を出力する。単巻変圧器４０は電圧切替用の既存設備である。

インダクタンス回路５０は、インダクタンスＳ１〜Ｓ４と、マイクロスイッチＭ１〜Ｍ４とを備え、マイクロスイッチＭ１〜Ｍ４にはインダクタンスＳ１〜Ｓ４がそれぞれ接続されている。インダクタンス回路５０には、単巻変圧器４０からの電圧値が切り替えられた検出電圧が加えられる。インダクタンス回路５０は、マイクロスイッチＭ１〜Ｍ４によりインダクタンスＳ１〜Ｓ４の接続を切り替えて検出電圧の位相を調整する。インダクタンス回路５０は調相用の既存設備である。

こうしたＬＤＣ３０と単巻変圧器４０とインダクタンス回路５０は、計器用変圧器２０Ａの検出電圧を補償する補償装置である。つまり、負荷時タップ切替変圧器１０Ａからの送出電圧が配電線により需要家に送られると、需要家に向けて電流が配電線を流れるので、配電線のインピーダンスにより送出電圧の降下等が発生する。ＬＤＣ３０と単巻変圧器４０とインダクタンス回路５０は、計器用変圧器２０Ａからの検出電圧に対して、こうした配電線による影響を補償するための既存設備である。

９０リレー（９０Ｒ）６０は、あらかじめ設定された基準送出電圧と、入力される検出電圧とに基づいて負荷時タップ切替変圧器１０Ａのタップを切り替えることによって、送出電圧を調整している。この９０リレー６０には、不感帯と動作時間とが設定されている。そして、各種の補償が行われた検出電圧（以下、「補償後の検出電圧」という）が不感帯から外れた時間を調べる。９０リレー６０は、この時間が動作時間に達すると、補償後の検出電圧に応じて、スイッチ６１を切り替えるための信号を送る。このとき、９０リレー６０は、電圧上げ信号または電圧下げ信号を第１の切替信号として、タップ切替器１０Ｂに出力する。つまり、９０リレー６０は、動作時間を条件として、基準送出電圧を中心に、送出電圧が不感帯内に入るようにする。この基準送出電圧の下限が例えば０時〜６時までの６３９０Ｖであり、上限が９時〜２０時までの６６９０Ｖである場合の不感帯の幅を、図２の２種類の破線で示す。図２の不感帯幅は、基準送出電圧に対して±１．４％に整定されている。

こうした９０リレー６０は、負荷時タップ切替変圧器１０Ａからの送出電圧を監視している。そして、送出電圧が不感帯幅から外れると、９０リレー６０は負荷時タップ切替変圧器１０Ａに対して第１の切替信号を出力して、負荷時タップ切替変圧器１０Ａからの送出電圧を調整する。

電圧逸脱監視用リレー７０は、９０リレー６０に対して、新たに並列に設けられた監視用のリレーである。つまり、電圧逸脱監視用リレー７０は、補償後の検出電圧を基にして、負荷時タップ切替変圧器１０Ａのタップ切替器１０Ｂに第２の切替信号を出力する。このために、電圧逸脱監視用リレー７０には、電圧の上限値および下限値の２つが整定され、かつ、不感帯が設定されていない。さらに、電圧逸脱監視用リレー７０は、０．２５〜０．５Ｖ刻みのように可変型、つまり整定変更可能なものである。

例えば、負荷時タップ切替変圧器１０Ａからの送出電圧が上限値６７２０Ｖ（二次側１１２Ｖ）を超過したら、電圧逸脱監視用リレー７０は、スイッチ７１を切り替えて、タップを下げるように、負荷時タップ切替変圧器１０Ａに第２の切替信号（電圧下げ信号）を出す。また、送出電圧が下限値６３６０Ｖ（二次側１０６Ｖ）を下回ったら、電圧逸脱監視用リレー７０は、スイッチ７１を切り替えて、タップを上げるように、負荷時タップ切替変圧器１０Ａに第２の切替信号（電圧上げ信号）を出す。

こうした電圧逸脱監視用リレー７０の上限値は、基準送出電圧の上限と不感帯幅の上限との間に位置するように整定され、下限値は基準送出電圧の下限と不感帯幅の下限との間に位置するように整定されている。例えば先の図２に示すように、基準送出電圧の上限が６６９０Ｖであり、下限が６３９０Ｖである場合には、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値と下限値とは、基準送出電圧に対して±０．４６％になるように、
上限値：６７２０Ｖ
下限値：６３６０Ｖ
に整定されている。つまり、この実施の形態では、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値が基準送出電圧の上限付近に位置するように整定され、下限値は基準送出電圧の下限付近に位置するように整定されている。

このように、電圧逸脱監視用リレー７０には不感帯が設定されてなく、電圧逸脱監視用リレー７０は負荷時タップ切替変圧器１０Ａからの送出電圧を監視している。そして、送出電圧が上限値を超過し、また下限値を下回ると、電圧逸脱監視用リレー７０は、負荷時タップ切替変圧器１０Ａに対して第２の切替信号を出力して、送出電圧を調整する。この結果、送出電圧が９０リレー６０の不感帯幅内にあっても、電圧逸脱監視用リレー７０により基準送出電圧の上限および下限から送出電圧が大幅に外れることを防いでいる。このような電圧逸脱監視用リレー７０としては、９０リレー６０に電圧逸脱監視用リレー７０の機能を組み込んでもよい。また、電圧逸脱監視用リレー７０の機能を行う専用のリレーを用いてもよい。

次に、この実施の形態による電圧調整システムの作用について説明する。負荷時タップ切替変圧器１０Ａからの送出電圧に応じて、計器用変圧器２０Ａが検出電圧を発生し、計器用変流器２０Ｂが検出電流を発生する。計器用変圧器２０Ａからの検出電圧は、計器用変流器２０Ｂからの検出電流と、ＬＤＣ３０と単巻変圧器４０とインダクタンス回路５０とから成る既存設備により補償される。補償後の検出電圧は、９０リレー６０および電圧逸脱監視用リレー７０の両方に加えられる。

例えば、図３に示すように、９時から２０時までの基準送出電圧が６６９０Ｖであり、かつ、不感帯幅が±１．４％であるような整定をしている場合、送出電圧が不感帯幅上限で推移するときがある。送出電圧が例えば６７８３Ｖ（不感帯幅上限）であり、これを低圧に換算すると、１０７．９Ｖ（変圧器タップ＝６６００Ｖの場合）になる。これは、法律（電気事業法第２６条および電気事業法施行規則第４４条）に定められている標準電圧（１０１±６Ｖ）の上限値（１０７Ｖ）を逸脱することになる。

このとき、電圧逸脱監視用リレー７０が補償後の検出電圧を監視していて、図４に示すように、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値６７２０Ｖ（二次側１１２Ｖ）を送出電圧が超過したら、電圧逸脱監視用リレー７０は、タップを下げるように、第２の切替信号として電圧下げ信号を負荷時タップ切替変圧器１０Ａのタップ切替器１０Ｂに出す。これにより、タップ切替器１０Ｂが負荷時タップ切替変圧器１０Ａを駆動して、負荷時タップ切替変圧器１０Ａのタップを下げ、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値６７２０Ｖ以下になるように負荷時タップ切替変圧器１０Ａの二次側の送出電圧を下げる。

また、例えば図５に示すように、９時から２０時までの基準送出電圧が６６９０Ｖであり、０時から６時までの基準送出電圧が６３９０Ｖであり、かつ、不感帯幅が±１．４％であるような整定をしている場合、送出電圧が不感帯幅下限で推移するときがある。送出電圧が例えば６３０１Ｖ（不感帯幅下限）であり、これを低圧に換算すると、１００．２Ｖ（変圧器タップ＝６６００Ｖの場合）になる。これは、先の法律に定められている標準電圧（１０１±６Ｖ）の下限値（９５Ｖ）を逸脱することになる。なお、低圧換算値１００．２Ｖで不良とする根拠は、
１００．２Ｖ−低圧線電圧降下許容値５Ｖ−引込線電圧降下許容値１Ｖ
＝９４．２Ｖ
であり、需要家に供給される電圧が法定電圧（９５Ｖ）を逸脱するためである。

このとき、電圧逸脱監視用リレー７０が補償後の検出電圧を監視していて、図６に示すように、電圧逸脱監視用リレー７０の下限値６３６０Ｖ（二次側１０６Ｖ）を送出電圧が下回ったら、電圧逸脱監視用リレー７０は、タップを上げるように、第２の切替信号として電圧上げ信号を負荷時タップ切替変圧器１０Ａに出す。これにより、タップ切替器１０Ｂが負荷時タップ切替変圧器１０Ａを駆動して、負荷時タップ切替変圧器１０Ａのタップを上げ、電圧逸脱監視用リレー７０の下限値６３６０Ｖ以上になるように負荷時タップ切替変圧器１０Ａの二次側の送出電圧を上げる。

一方、配電用変電所を運用している流通部門では、規定（電圧調整維持細則の「ＩＶ運用実績の把握」の「１６．運転目標値を外れた場合の連絡等」）に、
配電目標電圧±２．５％
以内を保持するよう定められている。例えば９時〜２０時までの基準送出電圧が６６９０Ｖに整定されている場合、上限である＋２．５％は６８５７Ｖ、低圧換算で１０９．１Ｖまでは許容される。電圧逸脱監視用リレー７０の上限値は６７２０Ｖであるので、先の規定に従う。
また、９時〜２０時までの基準送出電圧が６６９０Ｖに整定され、０時から６時までの基準送出電圧が６３９０Ｖに整定されている場合、下限である−２．５％は６２３０Ｖまでは許容されている。電圧逸脱監視用リレー７０の下限値は６３６０Ｖであるので、先の規定に従う。

なお、負荷時タップ切替変圧器１０Ａの１タップ当たりの電圧変化量を１００Ｖとすると、例えば図６で基準送出電圧６６９０Ｖの時間帯に、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値６７２０Ｖを超過し、電圧逸脱監視用リレー７０のリレー動作により負荷時タップ切替変圧器１０Ａのタップが電圧下げ信号を受け取り、送出電圧が６６２０Ｖとなる。この時に、不感帯幅下限の６５９６Ｖより上位に電圧が推移しているので、ハンチングをすることはない。

この実施の形態によれば、既設の９０リレー６０による不感帯電圧維持運用に加えて、もう１つのリレーである電圧逸脱監視用リレー７０を追加して組み合わせている。これにより、法律および規定の両方に従う送出電圧の維持運用、つまり常に適正な送出電圧の維持運用が実現でき、電気事業法２６条および電気事業法施行規則第４４条を遵守することが可能となる。また、この実施の形態によれば、次の効果を期待することができる。
１．９０リレー６０の不感帯幅上下限を推移した場合の法定電圧逸脱を、電圧逸脱監視用リレー７０により防止することができる。このため、法定電圧範囲内の電圧を６ｋＶ配電線へ常に供給することができる。
２．上記１により、再生可能エネルギー発電設備（主に太陽光発電）の電圧出力抑制に対する発電設備設置者への対応回数が減少する。また、電力会社への売電量も安定する。
３．配変の送出電圧が法定電圧範囲内を推移することにより、電圧対策を配電線側のみで検討することが可能となる。なお、タップリミットにより配変の電圧調整が不可能な場合は除く。

（実施の形態２）
この実施の形態では、電圧逸脱監視用リレー７０による上限値と下限値との整定を次のようにしている。実施の形態１では、例えば先の図２に示すように、基準送出電圧の上限が６６９０Ｖであり、下限が６３９０Ｖである場合には、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値と下限値とは、基準送出電圧に対して±０．４６％つまり、
上限値：６７２０Ｖ
下限値：６３６０Ｖ
に整定されている。この実施の形態では、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値と下限値とを異なる値にして、補償後の検出電圧を監視する。

この実施の形態によれば、電圧逸脱監視用リレー７０の上限値と下限値とを異なる値にするので、法律および規定の両方に従い、かつ、状況に応じた弾力的な送出電圧の維持運用を可能にする。

１０Ａ 負荷時タップ切替変圧器
１０Ｂ タップ切替器
２０Ａ 計器用変圧器
２０Ｂ 計器用変流器
３０ ＬＤＣ
４０ 単巻変圧器
５０ インダクタンス回路
６０ ９０リレー（第１の継電器）
７０ 電圧逸脱監視用リレー（第２の継電器）

Claims (3)

1. 負荷時タップ切替変圧器から需要家に供給される送出電圧を監視し、予め決められている基準送出電圧を基に設定されている不感帯幅を前記送出電圧が外れると、前記送出電圧を調整するための切替信号を出力する第１の継電器を備え、前記負荷時タップ切替変圧器は、前記切替信号を基にタップを切り替えて送出電圧を調整する電圧調整システムにおいて、
   前記不感帯幅の上限および下限と前記基準送出電圧との間に、上限値と下限値とが設定され、前記送出電圧が前記上限値を超過した場合、または、前記送出電圧が前記下限値を下回った場合、前記送出電圧を前記基準送出電圧にするための切替信号を出力する第２の継電器を備えることを特徴とする電圧調整システム。
2. 前記基準送出電圧に上限と下限とがある場合、前記第２の継電器では、前記不感帯幅の上限と前記基準送出電圧の上限との間に前記上限値が設定され、前記不感帯幅の下限と前記基準送出電圧の下限との間に前記下限値が設定されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の電圧調整システム。
3. 前記第２の継電器では、前記上限値が前記基準送出電圧の上限付近に設定され、前記下限値が前記基準送出電圧の下限付近に設定されている、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の電圧調整システム。

Images