JP2022176589A - 監視制御システムおよび異常検出装置 - Google Patents

監視制御システムおよび異常検出装置 Download PDF

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雅典 小林
Masanori Kobayashi
哲 中村
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Abstract

Figure 2022176589000001
【課題】電力機器及び制御装置を含むシステムにおける障害の発生個所を特定することができる監視制御システムおよび異常検出装置を提供することである。
【解決手段】実施形態の異常検出装置は、受信部と第2入力接点と異常判定部を備える。受信部は、制御装置から監視信号を受信する。制御装置は、第1入力接点と第1出力接点とを持ち、所定のトリガが発生したときに第1出力接点から駆動信号を出力させる。監視信号は、トリガが発生したときに第1入力接点に駆動信号が入力されたか否かを示す信号である。第2接点は、制御装置と電力機器との間に接続される。異常判定部は、監視信号と第2入力接点に入力される信号に基づいて異常の発生個所を判定する。
【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は監視制御システムおよび異常検出装置に関する。
変電所の電力機器には、遮断器や断路器などの電力回路の開閉を行う開閉器が設けられる。電力機器には、電力機器を制御するための監視制御システムが設けられる。監視制御システムは、制御装置が開閉器を動作させる信号を出力してから所定時間以内に、開閉器が動作したか否かを監視することで、開閉器が正常に動作しているか否かを判定する。
特開2008-148413号公報
監視制御システムには、開閉器が動作しないことを検出したときに、電力機器及び制御装置を含むシステムのどこに障害があるかを判定することが求められている。
本発明が解決しようとする課題は、電力機器及び制御装置を含むシステムにおける障害の発生個所を特定することができる監視制御システムおよび異常検出装置を提供することである。
実施形態の監視制御システムは、開閉器と前記開閉器を励磁するコイルとを持つ電力機器を制御する監視制御システムである。監視制御システムは、制御装置と異常検出装置とを持つ。制御装置は、開閉器を制御する。異常検出装置は、電力機器及び制御装置を監視する。制御装置は、第1入力接点と、第1出力接点と、出力制御部と、伝送部と、を持つ。第1出力接点は、コイルに接続される。出力制御部は、所定のトリガが発生したときに第1出力接点から前記コイルを駆動させる駆動信号を出力させる。伝送部は、トリガが発生したときに第1入力接点に駆動信号が入力されたか否かを示す監視信号を異常検出装置に伝送する。異常検出装置は、受信部と、第2入力接点と、異常判定部とを持つ。受信部は、前記監視信号を受信する。第2入力接点は、制御装置と電力機器との間に接続される。異常判定部は、監視信号が、トリガが発生したときに第1入力接点に駆動信号が入力されないことを示す場合に、制御装置に異常が発生していると判定する。異常判定部は、監視信号が、トリガが発生したときに第1入力接点に駆動信号が入力されることを示し、かつ第2入力接点に駆動信号が入力されていない場合に、電力機器または制御装置と電力機器との間に異常が発生していると判定する。
第1の実施形態に係る監視制御システムの構成を示す概略図。 第1の実施形態に係る計測装置の動作を示すフローチャート。 第2の実施形態に係る監視制御システムの構成を示す概略図。
以下、実施形態の監視制御システムおよび異常検出装置を、図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る監視制御システム1の構成を示す概略図である。
第1の実施形態に係る監視制御システム1は、主機である遮断器2を制御し、障害の有無を監視する。監視制御システム1は、同一の筐体11内に設けられた制御装置13、保護装置15および計測装置17を備える。
遮断器2は、接点対21とトリップコイル22とを備える。接点対21とトリップコイル22とはリレー回路を構成する。トリップコイル22は、監視制御システム1と第1導線31を介して接続される。接点対21は、可動接点と固定接点の対である。接点対21は、トリップコイル22の励磁がONとなることで開く(OFF状態となる)。また接点対21は、図示しないクローズコイルの励磁がONとなることで閉じる(ON状態となる)。クローズコイルも、トリップコイル22と同様に監視制御システム1と接続される。接点対21の二次側には、監視制御システム1と接続される第2導線32が接続される。第2導線32には、接点対21が閉じているときに電流が流れる。遮断器2は、監視制御システム1と別個に設けられる。例えば、監視制御システム1と遮断器2とは30メートルほど離れて設けられる。なお、以下の実施形態では、監視制御システム1がトリップコイル22の制御を監視することについて説明するが、監視制御システム1は同様の方法でクローズコイルの制御を監視してもよい。
制御装置13は、オペレータからの操作を受け付け、送電の停止や切替などのために接点対21を制御する。第1の実施形態に係る制御装置13は、PLC130(Programmable Logic Controller)と、マシンインタフェースユニット142とを備える。マシンインタフェースユニット142は、リレー回路である。マシンインタフェースユニット142は、第1導線31を介して遮断器2の接点対21に接続される。制御装置13は、通信回線19を介して接続されるPC141または図示しない中央監視装置から遮断器2の開閉に係る制御信号(トリップ制御信号およびクローズ制御信号)を受信する。
PLC130は、DO接点131、第1DI接点132、第2DI接点133、伝送ポート134、及びMPU135(Micro Processing Unit)を備える。DO接点131は、マシンインタフェースユニット142に接続される。つまり、DO接点131に接点対21をOFF状態にするためのOFF信号が入力されることで、マシンインタフェースユニット142が第1導線31に電圧を印加する。第1DI接点132は、DO接点131に接続される。これにより、PLC130は、第1DI接点132の入力に基づいてDO接点131の動作を監視することができる。第2DI接点133は、第2導線32を介して遮断器2の接点対21の二次側に接続される。つまり、PLC130は、第2DI接点133の入力に基づいて遮断器2の状態を認識することができる。伝送ポート134は、イーサネット(登録商標)などの通信回線19を介してPC141および計測装置17に接続される。伝送ポート134は、伝送部の一例である。つまり、オペレータによる操作信号は、伝送ポート134を介してPLC130に入力される。
MPU135は、伝送ポート134を介してトリップ制御信号が入力されたときに、DO接点131からOFF信号を出力させる。トリップ制御信号は、PC141または図示しない中央監視装置によって送信される。伝送ポート134を介してトリップ制御信号が入力されたこと、すなわちオペレータによる操作を受け付けたことは、DO接点131からOFF信号を出力させるトリガの一例である。MPU135は、出力制御部の一例である。また、伝送ポート134を介してトリップ制御信号が入力された直後に第1DI接点132にOFF信号が入力されたか否かを判定する。例えば、MPU135は、トリップ制御信号を検出した次の制御周期において、第1DI接点132のOFF信号を検出したか否かを判定する。MPU135は、トリップ制御信号が入力された直後に第1DI接点132にOFF信号が入力されたか否かを示す監視信号を伝送ポート134を介して計測装置17に送信する。監視信号は、例えばデータパケット形式で計測装置17に伝送される。また、MPU135は、第2DI接点133に入力される信号に基づいて、接点対21の開閉状態を監視する。
保護装置15は、系統の地絡などの事故信号を検出して遮断器2を制御する。保護装置15は、例えばデジタルリレー回路によって構成される。第1の実施形態に係る保護装置15は、地絡検出回路151、トリップスイッチ152、DO接点153、DI接点154、伝送ポート155、及びMPU156を備える。トリップスイッチ152は、例えばリレー回路によって構成される。地絡検出回路151は、例えば零相変流器(ZCT)によって構成される。トリップスイッチ152は、第1導線31を介して遮断器2の接点対21に接続される。DO接点153は、トリップスイッチ152に接続される。つまり、DO接点153にOFF信号が入力されることで、トリップスイッチ152が第1導線31に電圧を印加する。DI接点154は、DO接点153に接続される。これにより、保護装置15は、DI接点154の入力に基づいてDO接点153の動作を監視することができる。伝送ポート155は、通信回線19を介して計測装置17に接続される。
MPU156は、地絡検出回路151が事故信号を検出した場合にDO接点153からOFF信号を出力させる。事故信号を検出したことは、DO接点153からOFF信号を出力させるトリガの一例である。MPU156は、地絡検出回路151が事故信号を検出した直後にDI接点154にOFF信号が入力されたか否かを判定する。MPU156は、自己信号の検出直後にDI接点154にOFF信号が入力されたか否かを示す監視信号を伝送ポート155を介して計測装置17に送信する。監視信号は、例えばデータパケット形式で計測装置17に伝送される。
計測装置17は、第1DI接点171、第2DI接点172、第3DI接点173、伝送ポート174、MPU175を備える。第1DI接点171は、マシンインタフェースユニット142の出力端に接続される。第2DI接点172は、遮断器2のトリップコイル22の入力端に接続される。第3DI接点173は、第2導線32に接続される。伝送ポート174は、制御装置13および保護装置15から監視信号を受信する。伝送ポート174は、受信部の一例である。MPU175は、各DI接点の入力信号及び伝送ポート174が受信した監視信号に基づいて、異常の有無を判定し、異常がある場合に異常個所を特定する。MPU175は、異常の有無の判定結果及び異常個所の特定結果をPC141などに表示させる。計測装置17は、異常検出装置の一例である。MPU175は、異常判定部の一例である。
図2は、第1の実施形態に係る計測装置17の動作を示すフローチャートである。
第1の実施形態に係る計測装置17は、伝送ポート174を介して監視信号を受信すると、図2に示す処理を実行する。
MPU175は、伝送ポート174を介して受信した監視信号の送信元の装置を特定する(ステップS1)監視信号は、制御装置13または保護装置15によって送信される。MPU175は、伝送ポート174を介して受信した監視信号が、所定のトリガが発生したときに第1DI接点132にOFF信号が入力されたことを示すか否かを判定する(ステップS2)。監視信号が、所定のトリガが発生したときに第1DI接点132にOFF信号が入力されていないことを示す場合(ステップS2:NO)、MPU175は、ステップS1で特定した装置の出力回路に異常があると判定する(ステップS3)。これは、制御装置13または保護装置15において接点対21を開くべきトリガが発生したにも関わらず、制御装置13または保護装置15が所定のDO信号を出力していないためである。
監視信号が、所定のトリガが発生したときに第1DI接点132にOFF信号が入力されたことを示す場合(ステップS2:YES)、MPU175は、第1DI接点171にOFF信号が入力されているか否かを判定する(ステップS4)。すなわち、MPU175は、制御装置13または保護装置15の出力端から、所定の電圧が印加されているか否かを判定する。MPU175は、第1DI接点171にOFF信号が入力されていないと判定した場合(ステップS4:NO)、第3DI接点173にOFF信号が入力されているか否かを判定する(ステップS5)。すなわち、MPU175は、トリップコイル22の動作によって接点対21がOFFになったか否かを判定する。
第3DI接点173にOFF信号が入力された場合(ステップS5:YES)、MPU175は、遮断器2および制御装置13が正常に動作している一方で、計測装置17のDI接点に異常があると判定する(ステップS6)。これは、遮断器2が正しく動作している、つまり制御装置13または保護装置15の出力が遮断器2に正しく伝送され、動作しているにも関わらず、計測装置17において一部の信号が検出できていないことを示すためである。
他方、第3DI接点173にON信号が入力されている場合(ステップS5:NO)、MPU175は、ステップS1で特定した装置の出力端に異常があると判定する(ステップS7)。これは、制御装置13のDO端子からOFF信号が出力されているにも関わらず、出力端から信号が出力されていないためである。
第1DI接点171にOFF信号が入力されている場合(ステップS4:YES)、MPU175は、第2DI接点172にOFF信号が入力されているか否かを判定する(ステップS8)。すなわち、MPU175は、トリップコイル22の入力端に所定の電圧が印加されているか否かを判定する。MPU175は、第1DI接点171にOFF信号が入力されていないと判定した場合(ステップS8:NO)、第3DI接点173にOFF信号が入力されているか否かを判定する(ステップS9)。すなわち、MPU175は、トリップコイル22の動作によって接点対21がOFFになったか否かを判定する。
第3DI接点173にOFF信号が入力された場合(ステップS9:YES)、MPU175は、遮断器2および制御装置13が正常に動作している一方で、計測装置17のDI接点に異常があると判定する(ステップS10)。
他方、第3DI接点173にON信号が入力されている場合(ステップS9:NO)、MPU175は、第1導線31に異常があると判定する(ステップS11)。これは、制御装置13の出力端から電圧が印加されているにも関わらず、トリップコイル22の入力端に当該電圧が届いておらず、第1導線31の断線が疑われるためである。
第2DI接点172にOFF信号が入力されている場合(ステップS8:YES)、MPU175は、第3DI接点173にOFF信号が入力されているか否かを判定する(ステップS12)。第3DI接点173にOFF信号が入力された場合(ステップS12:YES)、MPU175は、遮断器2および制御装置13が正常に動作していると判定する(ステップS13)。他方、第3DI接点173にOFF信号が入力されている場合(ステップS12:NO)、MPU175は、遮断器2に異常があると判定する(ステップS14)。
MPU175は、遮断器2の制御における異常の有無を示す表示画面のデータを通信回線19を介してPC141に送信し、表示部176に表示画面を表示させる(ステップS15)。遮断器2の制御に異常がある場合、表示画面にはMPU175が特定した異常の発生個所を含む。
このように、第1の実施形態によれば、計測装置17は、制御装置(制御装置13または保護装置15)から受信した監視信号がトリガが発生したときに入力接点にOFF信号が入力されないことを示す場合に、制御装置に異常が発生していると判定する。また、計測装置17は、監視信号がトリガが発生したときに入力接点にOFF信号が入力されたことを示し、かつ制御装置と遮断器2との間に所定の電圧が検出されていない場合に、遮断器2、または遮断器2と保護装置15との間に異常が発生していると判定する。これにより、計測装置17は、遮断器2および制御装置を含むシステムにおける障害の発生個所を特定することができる。
また、第1の実施形態によれば、計測装置17は、制御装置13の出力端から信号が出力されているにも関わらず、トリップコイル22の入力端に信号が入力されていない場合に、制御装置13とトリップコイル22とを接続する第1導線31に障害が発生していると判定する。制御装置13とトリップコイル22とは、離れて設けられることがあるため、第1導線31の断線が原因で遮断器2が動作しない事象は十分発生し得る。したがって、第1の実施形態のように、計測装置17が制御装置13またはトリップコイル22の障害なのか、第1導線31の障害なのかを切り分けて提示することで、オペレータは迅速な故障対応を実行することができる。
ここで、比較例として、通信回線19による監視信号の通信がない場合の計測装置17の動作について説明する。監視信号の通信がない場合、計測装置17は第1DI接点171にOFF信号が入力された後に、第3DI接点173がONを示すか否かを判定することで、制御装置13による制御によって遮断器2が動作したか否かを判定することができる。しかしながら、そもそも制御装置13においてトリガが発生しているにもかかわらずOFF信号が出力されない場合には、計測装置17はトリガの発生を検出することができず、異常判定を行うことができない可能性がある。また、動作異常が検出されても、制御装置13の出力端、第1導線31および遮断器2のどの部分に障害が発生しているかを判定することは、比較例に係る計測装置17にとっては困難である。これに対し、第1の実施形態に係る計測装置17は、制御装置13におけるトリガを確実に認識し、さらに障害の発生個所を特定することができる。
(第2の実施形態)
図3は、第2の実施形態に係る監視制御システム1の構成を示す概略図である。第2の実施形態に係る監視制御システム1は、計測装置17への信号の入力と、計測装置17の動作が第1の実施形態と異なる。遮断器2には、サージ電圧などの外乱信号が侵入することがある。第2の実施形態に係る監視制御システム1は、制御装置と遮断器2との間の動作不良に加え、遮断器2に外乱信号による異常が生じているか否かをさらに判定する。
第2の実施形態に係る計測装置17は、第2DI接点172および第3DI接点173に加えて、または代えて、第1AI接点177、第2AI接点178を備える。AI接点は、アナログ信号の入力を受け付ける接点であり、内部にAD変換部を備える。すなわち、AI接点に入力された信号は、信号の強度を表すデジタル信号に変換される。
第1AI接点177は、遮断器2のトリップコイル22の入力端に接続される。第2AI接点178は、第2導線32に接続される。
MPU175は、AI接点に入力される電圧が所定の閾値以上である場合に、OFF信号が入力されたと判定し、所定の閾値未満である場合にOFF信号が入力されたと判定する。これにより、MPU175は、第1AI接点177および第2AI接点178の入力に基づいて図2の判定処理を行うことができる。
また、MPU175は、図2の処理と別に、すなわち監視信号の受信の有無に関わらず、第1AI接点177および第2AI接点178の入力信号を監視する。MPU175は、信号判定部の一例である。
MPU175は、AI接点の入力信号が矩形波であるか否かを判定する。例えば、MPU175は、一定期間における入力信号の電圧とON信号の電圧(例えば100V)の差、または入力信号の電圧とOFF信号の電圧(例えば0V)との差が所定の誤差範囲以内である場合に、入力信号が矩形波であると判定する。MPU175は、第1AI接点177および第2AI接点178の入力信号が矩形波である場合に、サージ電圧等の異常が生じていない、すなわち遮断器2が制御装置13または保護装置15による制御に基づく正常な信号に従って動作していると判定する。他方、MPU175は、第1AI接点177および第2AI接点178の少なくとも何れか一方の入力信号が矩形波でない場合に、遮断器2にサージ電圧等の外乱信号による異常が生じていると判定する。MPU175は、外乱信号による異常が生じていることを示す情報をPC141に出力させる。
このように、第2の実施形態に係る監視制御システム1は、制御装置13または保護装置15と遮断器2との間の動作不良に加え、遮断器2に外乱信号による異常が生じているか否かをさらに判定することができる。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、異常検出装置は、制御装置から監視信号を受信する受信部と、制御装置と電力機器との間に接続された入力接点とを持つことにより、監視信号と入力接点に入力された信号とに基づいて、異常の発生個所を判定することができる。
なお、上述の実施形態に係る監視制御システム1は、遮断器2を制御する制御装置として制御装置13および保護装置15を備えるが、他の実施形態においては、制御装置13および保護装置15の一方のみを備えるものであってもよい。また他の実施形態に係る監視制御システム1は、さらに他の制御装置を備えるものであってもよい。
また、上述の実施形態に係る監視制御システム1は、遮断器2の動作を監視するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る監視制御システム1は、断路器などの他の開閉器を監視するものであってもよい。
また、上述の実施形態に係る監視制御システム1は、第1導線31を通る信号を検出するために、制御装置13の出力側とトリップコイル22の入力側とのそれぞれから信号を取得するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る監視制御システム1は、制御装置13の出力側とトリップコイル22の入力側の何れか一方の信号のみを検出してもよいし、第1導線31から信号を検出してもよい。
また、第2の実施形態に係る監視制御システム1は、遮断器2のトリップコイル22の入力信号および接点対21の出力信号のそれぞれをAI端子に入力するが、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る監視制御システム1は、遮断器2のトリップコイル22の入力信号および接点対21の出力信号のいずれか一方のみをAI端子に入力させるものであってよい。この場合、他方の信号はDI端子に入力されてよい。
制御装置13、保護装置15および計測装置17が備えるMPUは、プロセッサ、メモリ、補助記憶装置などを備えたコンピュータである。
MPUが実行するプログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えば磁気ディスク、光磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記憶装置である。プログラムは、電気通信回線を介して送信されてもよい。
なお、MPUの各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)等のカスタムLSI(Large Scale Integrated Circuit)を用いて実現されてもよい。PLDの例としては、PAL(Programmable Array Logic)、GAL(Generic Array Logic)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、FPGA(Field Programmable Gate Array)が挙げられる。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、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。これら実施形態は、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。これら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ものである。
1…監視制御システム 11…筐体 13…制御装置 130…PLC 131…DO接点 132…第1DI接点 133…第2DI接点 134…伝送ポート 135…MPU 141…PC 142…マシンインタフェースユニット 15…保護装置 151…地絡検出回路 152…トリップスイッチ 153…DO接点 154…DI接点 155…伝送ポート 156…MPU 17…計測装置 171…第1DI接点 172…第2DI接点 173…第3DI接点 174…伝送ポート 175…MPU 177…第1AI接点 178…第2AI接点 19…通信回線 2…主機 21…遮断器 22…トリップコイル 31…第1導線 32…第2導線

Claims (4)

  1. 開閉器と前記開閉器を励磁するコイルとを備える電力機器を制御する監視制御システムであって、
    前記開閉器を制御する制御装置と、
    前記電力機器及び前記制御装置の異常を検出する異常検出装置と
    を備え、
    前記制御装置は、
    第1入力接点と、
    前記コイルに接続される第1出力接点と、
    所定のトリガが発生したときに前記第1出力接点から前記コイルを駆動させることを示す駆動信号を出力させる出力制御部と、
    前記トリガが発生したときに前記第1入力接点に駆動信号が入力されたか否かを示す監視信号を前記異常検出装置に伝送する伝送部と、
    を備え、
    前記異常検出装置は、
    前記監視信号を受信する受信部と、
    前記制御装置と前記電力機器との間に接続された第2入力接点と、
    前記監視信号が、前記トリガが発生したときに前記第1入力接点に駆動信号が入力されないことを示す場合に、前記制御装置に異常が発生していると判定し、前記監視信号が、前記トリガが発生したときに前記第1入力接点に駆動信号が入力されたことを示し、かつ前記第2入力接点に駆動信号が入力されていない場合に、前記電力機器または前記制御装置と前記電力機器との間に異常が発生していると判定する異常判定部と
    を備える監視制御システム。
  2. 前記異常検出装置は、前記制御装置の出力端に接続された第3入力接点を備え、
    前記第2入力接点は、前記コイルの入力端に接続され、
    前記異常判定部は、
    前記第3入力接点に駆動信号が入力されていない場合に、前記制御装置の出力端に異常があると判定し、
    前記第3入力接点に駆動信号が入力され、かつ前記第2入力接点に駆動信号が入力されていない場合に、前記制御装置と前記電力機器とを接続する導線に異常があると判定する
    請求項1に記載の監視制御システム。
  3. 前記異常検出装置は、
    前記第2入力接点に入力される信号をAD変換するAD変換部と、
    AD変換された前記信号の強度に基づいて前記信号が前記制御装置による制御に基づく正常な信号であるか否かを判定する信号判定部と
    を備える請求項1または請求項2に記載の監視制御システム。
  4. 開閉器と前記開閉器を励磁するコイルとを備える電力機器を制御する監視制御システムを監視する異常検出装置であって、
    第1入力接点と、前記コイルに接続される第1出力接点と、を備え、所定のトリガが発生したときに前記第1出力接点から前記コイルを駆動させることを示す駆動信号を出力させる制御装置から、前記トリガが発生したときに前記第1入力接点に駆動信号が入力されたか否かを示す監視信号を受信する受信部と、
    前記制御装置と前記電力機器との間に接続された第2入力接点と、
    前記監視信号が、前記トリガが発生したときに前記第1入力接点に駆動信号が入力されないことを示す場合に、前記制御装置に異常が発生していると判定し、前記監視信号が、前記トリガが発生したときに前記第1入力接点に駆動信号が入力されたことを示し、かつ前記第2入力接点に駆動信号が入力されていない場合に、前記電力機器または前記制御装置と前記電力機器との間に異常が発生していると判定する異常判定部と
    を備える異常検出装置。
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