JP2667568B2 - 故障点標定システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、絶縁ガスを封入した金属容器内に高電圧導
体を収納して成るガス絶縁機器を備えた変電所におい
て、各ガス絶縁機器の信頼度確認と故障箇所の評定を行
うために使用される故障点標定システムに関するもので
ある。

（従来の技術） 近年、用地の高騰や都市部における電力供給量の増大
に伴う変電設備の増強化の必要性から、絶縁性及び消弧
性に優れたSF₆ガスを用いて、断路器、遮断器等の変電
機器を密閉された設置金属容器内に収納配置し、耐環境
性とKV・Ａ当たりの据付け体積をコンパクト化した、い
わゆるガス絶縁開閉装置が普及し稼働している。

上記の様なガス絶縁開閉装置はコンパクト化、接地タ
ンクの露出充電部の削減等、種々の利点がある反面、高
性能化に伴う保守診断の困難さ、保守修復作業時間の増
大等、容器内部に異常が生じた場合、その信頼性が著し
く低下するという欠点があった。そこで、従来から、ガ
ス絶縁開閉装置全体の信頼性の向上を実現するために、
装置の適切な設計・製作に努めているが、電力供給能力
の質の向上の一環として、装置全体の信頼度確認及び監
視が必要となり、その有効な手段が種々検討されてき
た。

ここで、現時点における問題点を、第４図に示した様
な代表的なガス絶縁開閉装置の配置図を参照して説明す
る。即ち、密封圧力容器１は、接地電位とされ、この密
封圧力容器１内には、課電部として、避雷器２、変成器
３、接地開閉器４、断路器５、変流器６、遮断器７及び
母線８が配設されており、接地電位とされた密封圧力容
器１と課電部とは、密封圧力容器１内に封入されたSF₆
ガスなどの絶縁ガス９によって電気的に絶縁されてい
る。また、密封圧力容器１内は、母線８を支持するため
に絶縁スペーサ10a〜10dが適当な間隔をおいて配設さ
れ、母線８の機械的強度と絶縁耐力を保持できるように
構成されている。この絶縁スペーサ10a〜10dは、保守上
の切離しや配置構成上の必要性から、密封圧力容器１内
の空間を気密に区分するように配設され、これによっ
て、絶縁ガス９の封入区分が行なわれ、各区分領域毎に
ガス封入されるように構成されている。また、図中11は
ガスボンベであり、このガスボンベ11からガスキュービ
クル12及びバルブ13を介して、密封圧力容器１内の各区
分領域にガスが充填されるように構成されている。な
お、ガスキュービクル12は、各区分領域の圧力を検出す
る機能も有している。

さらに、第３図において、主回路は、ブッシング14を
介し、断路器５、遮断器７を経由して変圧器19に接続さ
れている。なお、第３図においては、１回線受電主回路
を示しているが、この受電主回路の右側の受電主回路
（図示せず）より、断路器５を介して、変圧器19に電力
を供給する場合もある。一方、図中15は配電盤であり、
操作キュービクル16を介して開閉器類（断路器５、遮断
器７、接地開閉器４）の操作器17に付勢信号を与え、開
閉器類の主回路切換えや遮断操作を制御する機能を有し
ている。また、図中18は開閉器類の駆動源となるコンプ
レッサ設備18であり、このコンプレッサ設備18によって
得られた所定の圧力（たとえば、15kg/cm²が一般的）
が、操作キュービクル16を介して操作器17に供給され、
開閉器類の操作が行なわれるように構成されている。

上記の様な構成を有するガス絶縁開閉装置において
は、次に述べる様な利点がある。即ち、絶縁ガスの優れ
た特性によって、収納機器の小型化が可能となり、装置
全体としてのコンパクト化が実現できる。つまり、KV・
Ａ当たりの占有体積が小さくなり、設置用地の有効な活
用が可能となる。また、ガス母線を用いて２段乃至３段
の積み重ね構成が可能となり、ブロック積立てとなるの
で、小さな面積で大きな体積の構成がとれるという利点
がある。さらに、密封圧力容器１が接地されているの
で、課電中に接近しても感電の心配はなく、また、課電
部が直接塩害・風雨等にさらされることがないため、外
因による劣化の恐れがない。また、各種の開閉器類は、
消弧能力の高いSF₆ガス中でアーク処理されるため、１
主接点当たりの遮断容量の大幅な向上が可能となる。

ところで、第４図に示した様なガス絶縁開閉装置にお
いては、上記の様な利点がある反面、以下に述べる様な
欠点があった。即ち、ガス絶縁開閉装置全体をコンパク
ト化した結果、収納機器の保守・点検時において、回転
作業あるいは再組立て作業の寸法が小さく制限されてし
まい、収納機器の保守・点検作業に長時間を要し、作業
効率が著しく低下していた。また、密封圧力容器内部に
封入されるSF₆ガスなどの絶縁ガスが高価であるため、
外部へのガス漏れ防止上の製作技術が高級となると共
に、絶縁性の良さからkv/mmが大きく、ガス圧低下が絶
縁裕度に極めて敏感に関係するため、ガス漏れに対する
緊急修復体制の完備が要求されていた。さらに、密封圧
力容器を用いているため、目視による収納機器の監視が
できないという欠点もあった。また、各種開閉機器の主
接点の消耗に伴う交換作業においては、絶縁ガスの回収
・再充填作業に多大な時間を要するため、ガス絶縁開閉
装置の停止時間が長くなり、電力の安定供給に支障をき
たすという欠点もあった。

以上説明したように、第４図に示した様なガス絶縁開
閉装置は、利点ばかりでなく、いくつかの欠点を有して
いるものの、その性能的な利点は欠点を補っても十分に
余りあるため、目覚ましく普及している。しかしなが
ら、最近は、ガス絶縁開閉装置の設置箇所も増え、量産
体制がとられるようになった結果、その保守や緊急修復
体制の準備と品質のばらつきも無視できない問題となっ
ている。

この様なガス絶縁開閉装置における問題点に対する対
策として、稼働運転状態が正常であることの信頼度確認
と、異常発生時の早期検出監視が可能な故障点標定シス
テムの確立が切望されている。即ち、この様な故障点標
定システムの導入により、ガス絶縁開閉装置の事故を未
然に防止して、電力の安定供給を図り、事故に起因する
経済的損失を最低限にとどめることが期待されている。

ところで、上記の様な故障点標定システムにおいて
は、事故点を早急に検出することにより、事故対応を早
め、早期復旧に貢献すると共に、事故時に変電所の適用
を効率的に行ない、事故の波及範囲を最小限にとどめる
ことを目的として、定常ガス圧力センサと合わせて、地
絡検出器（衝撃ガス圧力センサ）が使用される場合が多
い。

第６図に、従来から用いられている凖定常または定常
圧力を検出する定常ガス圧力センサの一例を示す。即
ち、ケース21内側からガス配管22が外側に引き出されて
おり、その端部（図示せず）において、ガス絶縁開閉装
置のタンクに接続されている。また、ガス配管22のケー
ス21の内側の端部には、弾性を有する仕切り膜23を介し
て液室24が配設され、仕切り膜23によって、ガス配管22
内のガスと、液室24内の液体（油等）とが区分されてい
る。そして、液室24の仕切り膜23とは逆側に、ステンレ
スなどより構成されたダイヤフラム25が配設され、この
ダイヤフラム25の液室外面にはこのダイヤフラム25の歪
みを抵抗変化量に変換するピエゾ抵抗素子26が取付けら
れており、このピエゾ抵抗素子26と抵抗素子27とによっ
て、ブリッジ回路が構成されている。このブリッジ回路
には、その信号を増幅する電子回路28及び増幅された信
号を光信号に変換する電気・光変換回路29が順次接続さ
れ、さらに、電気・光変換回路29は、ケース21を貫通す
る光コネクタ30及びケース外部に配設された光ケーブル
31を介して受信器側に接続されている。なお、第６図中
32は、電子回路28及び電気・光変換回路29のバッテリで
ある。

この様に構成された定常ガス圧力センサにおいては、
ガス絶縁開閉装置のタンク内のガス圧力の変化によっ
て、ガス配管22内のガス圧力が変化すると、この圧力変
化が、仕切り膜23、液室24内の液体及びダイヤフラム25
を介してピエゾ抵抗素子26によって抵抗変化量に変換さ
れ、電子回路28にて増幅され、電気・光変換回路29にて
光信号に変換された後、光コネクタ30及び光ケーブル31
を介して受信器側に伝送される。この様な定常ガス圧力
センサは、静的な凖定常または定常圧力を測定するため
のものであり、その時間応答性は、センサ出力の精度、
安定度を向上させるために、一般に数百msec程度と遅く
設定されている。これに対し、地絡時において発生する
衝撃ガス圧力の立上りは数msec以下と極めて短時間であ
るため、この様な衝撃ガス圧力の検出に前記ガス圧力セ
ンサをそのまま適用することは困難である。

しかしながら、地絡アークがタンク内に発生した場合
は、タンクのガス量や故障電流値にもよるが、タンク内
のガス圧力が上昇するため、これを数秒程度の時間分解
能で計測すれば、ガス圧力センサによっても故障点を標
定することができる。即ち、第５図はガス絶縁開閉装置
の接地金属容器内にて地絡アークが発生した場合のガス
圧力変動の測定例を示したものである。この図に示す様
に、故障発生時には、ガス圧力は振動波形となるので、
この波形から高周波成分を除去し、正味の圧力上昇を算
出する処理を行なえば、ガス圧力センサによっても故障
点の標定が可能である。

一方、地絡時に発生する衝撃ガス圧力を検出する地絡
検出器としては、第７図に示した様な衝撃ガス圧力セン
サが用いられている。即ち、図中41は、密封圧力容器内
に高電圧充電部を内蔵してなるガス絶縁開閉装置であ
り、このガス絶縁開閉装置41と、衝撃ガス圧力センサの
スイッチケース42とは、連通管43を介して接続されてい
る。このスイッチケース42の底部にはガス導入孔44が形
成され、前記連通管43に接続されており、また、スイッ
チケース42の内部は、シリンダ45及びマイクロスイッチ
などの検出スイッチ46を設けたガス室47となっている。
シリンダ45はスイッチケース42の底面上に垂直に設置さ
れており、その下部開口部は前記ガス導入孔44に連通さ
れ、その上部開口部は、端板48の透孔49を介してガス室
47に連通されている。この端板48の延長部には、前記検
出スイッチ46が固定されている。また、シリンダ45の中
空部には、フロート50が上下動自在に取付けられてお
り、このフロート50の上部には、前記検出スイッチ46を
押圧する突子51が設けられている。

この様に構成された衝撃ガス圧力センサの動作は以下
の通りである。即ち、ガス絶縁開閉装置41の定常運転時
においては、ガス絶縁開閉装置41からの絶縁ガスが、連
通管43、ガス導入孔44、シリンダ45を介してスイッチケ
ース42のガス室47に導入され、ガス室47は定常圧力に保
たれている。ところが、ガス絶縁開閉装置41に地絡事故
が発生すると、その容器内の内部圧力が上昇するため、
シリンダ45に伝達される圧力と、スイッチケース42のガ
ス室47内の圧力差によって、シリンダ45内のフロート50
が浮上し、突子51を介して検出スイッチ46を作動させ、
この検出スイッチ46が図示しない検出回路を開閉し、故
障表示を行うように構成されている。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、上述した様な従来の故障点標定センサ
は、個々のガス絶縁開閉装置部分に設けられた表示回路
や表示盤などにおいて表示されるだけであり、複数のガ
ス絶縁開閉装置や変圧器を組合わせて構成されている変
電所システム全体の運転をこれらのセンサからの出力情
報によって制御することまでは行われていなかった。

ところが、最近では、これらのセンサ情報を開閉装置
に設けられた保護リレーからの情報や、変流器・変成器
からの主回路情報などと組合わせ、検出精度の向上や情
報処理の高度化を図ると共に、将来的には、これらの情
報を元に故障区分の自動切り離しや健全部分の自動復旧
を目的とした変電所システムを構築することが計画され
ている。

本発明は、以上のような変電所システムの構築に当た
って、故障点標定センサの情報を効率的に利用すること
のできる情報伝送方式を備えた故障点標定システムを提
供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明の故障点標定システムは、絶縁ガスを封入した
接地金属容器内に高電圧導体を収納して成る複数のガス
絶縁機器を備えた変電所の故障点標定システムにおい
て、ガス絶縁機器には、故障点標定センサと機器制御用
の制御盤とが設置され、故障点標定センサと前記機器制
御用の制御盤とが、制御用光伝送ネットワークを介して
変電所全体の監視と制御を行う変電所監視制御手段に接
続されていることを特徴とするものである。

（作用） 本発明の故障点標定システムによれば、故障点標定セ
ンサの情報を制御用光伝送ネットワークに取り込むため
に、変電所制御系統で処理されている他の制御情報との
結合やデータ処理が容易になり、故障点標定センサ情報
を利用した変電所システム全体の効率的で高精度の運用
が可能となる。特に、従来の変電所システムでは不可能
であった故障点標定センサ情報に基づいた故障区分の自
動切り離しや健全部分の自動復旧も可能となる。

また、光伝送ネットワークの利用により、データ伝送
の耐サージ性、耐ノイズ性も改善される。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て具体的に説明する。

第１図は本発明の故障点標定システムを利用して変電
所監視制御システムを構築した実施例を示すもので、特
に、変電所全体が母線セクション回線を境として500kV
級のA,Bブロックに２分割されているものである。

まず、本実施例におけるガス絶縁機器の監視制御系統
及びその制御用光伝送ネットワークの部分を説明する。
図中＃1A〜＃nA及び＃1B〜＃nBは、ガス絶縁開閉装置や
変圧器など、変電所の本館外部に設けられたガス絶縁機
器で、＃1A〜＃nAがＡブロック用、＃1B〜＃nBがＢブロ
ック用の機器である。これらのガス絶縁機器には、それ
ぞれその設置現場における機器制御用の現場制御盤が設
けられている。この機器現場制御盤は、変電所の本館内
部に設けられた回線単位制御盤に接続されている。ま
た、この回線単位制御盤には機器の保護リレーが接続さ
れ、前記回線単位制御盤からその回線の切離し、投入な
ど回線単位の制御が行われる。この回線単位制御盤は、
制御用光伝送ネットワークを介して、変電所全体の監視
並びに制御を行う監視制御用CPUに接続されると共に、I
DT或いはITCなどの変電所外部データ伝送装置に接続さ
れている。また、前記各ガス絶縁機器には、それに付設
された変流器や変成器などからの主回路監視データを、
前記監視制御用CPUに伝送する機器監視中継盤が設けら
れ、この機器監視中継盤も制御用光伝送ネットワークを
介して監視制御用CPUに接続されている。なお、監視制
御用CPUは、監視制御用の表示盤として各種のCRTと系統
盤を備えている。

本実施例は、上記のような構成を有する監視制御系統
を有する変電所システムに本発明を適用したものであ
る。本実施例において、各ガス絶縁機器には、本発明の
構成要件である故障点標定センサが付設され、この故障
点標定センサからの情報を中継する故障点標定中継盤が
機器側に設けられている。この故障点標定中継盤は、前
記回線単位制御盤を介して光伝送ネットワークに接続さ
れ、この光伝送ネットワークに接続された監視制御用CP
Uに接続されている。

この点を第２図によって更に詳しく述べると、各ガス
絶縁機器に設けられた故障点標定センサ61は、ケーブル
62を介して故障点標定中継盤63に集められ、そこで光デ
ジタル信号に変換された後、これに接続された光ケーブ
ル64を介して回線単位制御盤65に伝達されている。この
回線単位制御盤65は制御用光伝送ネットワーク66に接続
され、同じく制御用光伝送ネットワーク66に接続された
他の監視或いは制御機器からのリレー情報や主回路情報
と共に、前記故障点標定センサ61からの情報が監視制御
用CPU67に取込まれる。

この様な構成を有する本実施例の作用は次の通りであ
る。まず、故障点標定センサ情報を光伝送ネットワーク
を介して変電所の監視制御系統に取込むことにより、第
１図に示すようなブロック分割や、１系、２系と言った
システムの冗長化に簡単に対応できる。即ち、仮に故障
点標定センサ情報を独立に変電所本館内部の監視制御用
CPUに取込もうとすると、光伝送ネットワークを故障点
標定システムだけで構成することになり、システムの複
雑化、コストの上昇に繋がるが、本実施例によれば、こ
の様な不都合を除去することができ、簡素で低廉なシス
テムを構成することができる。また、従来の監視制御系
統の各種データに、故障点標定センサからのデータを取
込むことにより、変電所システムのより正確かつ多様な
状況把握が可能となり、監視精度の向上が可能となると
同時に、これらの複合データに基づいたより複雑できめ
細かな制御が可能となり、自動切り離しや復旧の様な高
度で円滑なシステム運用が可能となる。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものでは
なく、次のような他の実施例も包含する。即、第３図は
他の実施例の一つを示したもので、回線単位制御盤が現
場に設置されたものである。ここで、現場に設置された
故障点標定中継盤63内には、光伝送ネットワーク66のイ
ンターフェイス70が設けられ、ここに各標定センサ61か
らの情報が前処理用インターフェイス71を経由して伝送
されている。そして、回線単位制御盤は（図示せず）前
記光伝送ネットワーク用インターフェイス70に接続され
ている。この様な構成を有する第３図の実施例によれ
ば、回線単位制御盤内で故障点標定センサ情報を集約で
きるので、システム構成がより単純化される。

また、第３図の実施例のような回線単位制御盤に限ら
ず、第１図の故障点標定中継盤その他現場で設置された
制御盤内で故障点標定センサ情報を集約し、ガス圧力セ
ンサを適用する場合などの様に各種のアルゴリズム処理
を施した後に制御用光伝送ネットワークにその情報を伝
送するようにすれば、監視制御系統のCPUにおけるデー
タ処理にも余り影響を与えずに、システム及びソフトを
構成することができる。

［発明の効果］ 以上述べた様に、本発明によれば、故障点標定センサ
情報を光伝送ネットワークを介して変電所の監視制御系
に取込むという簡単な手段にもかかわらず、簡単な構成
でしかも従来では到底不可能であった高度な機能を持つ
優れた故障点標定システムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の故障点標定システムの一実施例を示す
ブロック図、第２図は第１図の実施例における故障点標
定センサと光伝送ネットワークの接続の一例を示すブロ
ック図、第３図は第２図の変形例を示すブロック図、第
４図は一般的なガス絶縁開閉装置のガス系統図、第５図
は地絡故障時のガス圧力変動波形例を示す波形図、第６
図は定常ガス圧力センサを示す断面図、第７図は衝撃ガ
ス圧力センサを示す断面図である。 １……密封圧力容器、２……避雷器、３……変成器、４
……設置開閉器、５……断路器、６……変流器、７……
遮断器、８……母線、９……絶縁ガス、10a〜10d……絶
縁スペーサ、11……ガスボンベ、12……ガスキュービク
ル、13……バルブ、14……ブッシング、15……配電盤、
16……操作キュービクル、17……操作器、18……コンプ
レッサ設備、19……変圧器、21……ケース、22……ガス
配管、23……仕切り膜、24……液室、25……ダイヤフラ
ム、26……ピエゾ抵抗素子、27……抵抗素子、28……電
子回路、29……電気・光変換回路、30……光コネクタ、
31……光ケーブル、32……バッテリ、41……ガス絶縁開
閉装置、42……スイッチケース、43……連通管、44……
ガス導入孔、45……シリンダ、46……検出スイッチ、47
……ガス室、48……端板、49……透孔、50……フロー
ト、51……突子。 61……故障点標定センサ、62……ケーブル、63……故障
点標定中継盤、64……光ケーブル、65……回線単位制御
盤、66……制御用光伝送ネットワーク、67……監視制御
用CPU、70……光伝送ネットワーク用インターフェイ
ス、71……前処理用インターフェイス。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】絶縁ガスを封入した接地金属容器内に高電
   圧導体を収納して成る複数のガス絶縁機器を備えた変電
   所の故障点標定システムにおいて、 前記ガス絶縁機器には、故障点標定センサと機器制御用
   の制御盤とが設置され、 前記故障点標定センサと前記機器制御用の制御盤とが、
   制御用光伝送ネットワークを介して変電所全体の監視と
   制御を行う変電所監視制御手段に接続されていること、 を特徴とする故障点標定システム。