JP2995695B2 - サイリスタバルブ過電圧保護装置の監視システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、送電系などに使用され
るサイリスタバルブに加わる過電圧（サージ電圧）を吸
収して該サイリスタバルブを保護する過電圧保護装置の
ための監視システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】送電系などに使用されるサイリスタバル
ブを過電圧から保護するために設置される過電圧保護装
置である避雷器は、酸化亜鉛素子を主要素にして構成さ
れており、系に過電圧が発生しようとするとき該酸化亜
鉛素子が導通して該過電圧発生エネルギーを吸収する。
この過電圧発生エネルギー吸収によつて酸化亜鉛素子は
発熱して昇温するが、該酸化亜鉛素子の正常な過電圧発
生エネルギー吸収特性は所定の温度範囲において得られ
るものであり、該酸化亜鉛素子の熱的安定性が問題とな
る。また、酸化亜鉛素子の特性劣化により漏れ電流が増
加すると該酸化亜鉛素子の発熱が加速度的に増加して破
壊する問題がある。

【０００３】一方、直流送電の交直変換所や発変電所の
運転保守には、系統からのニーズや高い設備信頼性に応
えるために多量の情報を必要とし、かつこれらの情報を
総合的に判定しなければならないので、運転保守員には
豊富な経験やノウハウにより培われた技術が要求され、
負担が著しく増大する。従って、上記ニーズや高い設備
信頼性を維持しつつ、運転保守員の負担を軽減するため
には、的確かつ迅速な対応が行えるシステムが必要であ
り、上記交直変換所におけるサイリスタバルブの過電圧
保護用として用いられる避雷器にあっては、避雷器の運
転状態や不具合の前駆現象に関する監視情報の提供によ
って的確かつ迅速な対応を行うこと可能となる。 ところ
が、交直変換所におけるサイリスタバルブの過電圧保護
用として用いられる避雷器は、発変電所で用いられる避
雷器とは異なり、（１）サイリスタバルブの運転による
複雑な電圧が印加されるので、流れる漏れ電流も複雑に
なる、（２）サイリスタバルブの運転状態により印加波
形が常に変化するので、劣化の傾向を判定するパラメー
タが多くなる、（３）実フィールドでの適用実績が少な
い、等の理由から、診断技術が実用の領域に達しておら
ず、従って適用するとしても発変電所で用いられている
避雷器のために従来から提案されている特性劣化診断装
置、例えば避雷器に流れる電流から異常電流を検出して
特性劣化を診断する装置や、避雷器の温度を光温度セン
サで検出して特性劣化を診断する装置を適用せざるを得
ないのが現在の状態である。

【０００４】なお、このような従来の特性劣化診断装置
は、例えば、特公平２−２１２０５号公報や特開平１−
１３６３０５号公報に開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の特性劣化診断装置は、避雷器が正常に機能しな
くなる限界状態の検出に限られており、サイリスタバル
ブ過電圧保護装置の状態を総合的に監視して設備を健全
に運転できるようにするための配慮に欠けていた。

【０００６】従つて本発明の目的は、設備を健全に運転
するために適したサイリスタバルブ過電圧保護装置の総
合的な監視システムを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、過電圧保護装
置の温度を光温度センサで光信号に変換してモニター手
段に導き、該光信号を電気信号に変換・処理して過電圧
保護装置の状態を監視するサイリスタバルブ過電圧保護
装置の監視システムにおいて、前記モニター手段を、過
電圧保護装置の正常な過電圧発生エネルギー吸収による
短時間の温度変化を示す短時間温度情報と、前記過電圧
保護装置の特性劣化による長時間の温度変化を示す長時
間温度情報とを表示する構成としたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】光温度センサで検出される光信号に含まれる過
電圧保護装置の温度情報は、これを短時間変化でみるこ
とにより該過電圧保護装置の正常な過電圧発生エネルギ
ー吸収による短時間の温度上昇を捕らえて該過電圧保護
装置の運転状態を監視することができ、また、長時間的
な変化でみることにより該過電圧保護装置の特性劣化に
よる長時間の温度変化を捕らえて該過電圧保護装置にお
ける不具合の前駆現象を監視することができる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１０】図１は直流送電の交直変換設備におけるサ
イリスタバルブを過電圧から保護する過電圧保護装置の
監視システムを示している。交直変換用のサイリスタバ
ルブ１には過電圧保護装置である避雷器２，３，４，
５，６が並設される。避雷器２，３及び避雷器４，５は
２段構成であり、高電位側の下方の避雷器３は絶縁支持
碍子７を介して架台８に固定され、低電位側の下方の避
雷器５は架台９に固定され、避雷器６は架台１０に固定
される。これらの避雷器２〜６は、電線１１，１２，１
３，１４，１５，１６によつてサイリスタバルブ１の各
構成素子と並列接続され、該サイリスタバルブ１がフラ
ツシユオーバするような過電圧が発生しようとするとき
に該避雷器２〜６が導通して該過電圧発生エネルギーを
吸収する。

【００１１】交直変換設備の零力率運転時におけるサイ
リスタバルブの電圧−電流波形は、図２に示すように、
交流電流のような電流波形であるために、これらから酸
化亜鉛素子の課電状況を把握することが困難である。し
かしながら、酸化亜鉛素子には電流が流れて電力損失が
発生しており、また、侵入したサージ電圧等の過電圧エ
ネルギーを吸収して該酸化亜鉛素子は発熱する。本発明
は各避雷器２〜６の温度状態を監視するために、該温度
状態を光温度センサを使用して電気信号に変換する。

【００１２】光温度センサ１７，１８，１９，２０，２
１は各避雷器２〜６における酸化亜鉛素子の温度に応動
するように設置され、また、光温度センサ２２は周囲の
気温に応動するようにバルブホールに設置される。該光
温度センサは、光ケーブルの先端にガリウム砒素の結晶
を使用したプローブを取付けたもので、該光ケーブルを
介して光を当てるとガリウム砒素の結晶は該光を吸収し
て該結晶の温度に応じた別の波長の光を発生し、該光ケ
ーブルに送出する。

【００１３】各避雷器２〜６は、図３及び図４に示すよ
うに、碍管３１の内側の絶縁筒３２内の接続板３３上に
直並列接続関係となるように複数の酸化亜鉛素子３４，
３５を固定したもので、例えば、光温度センサ１７のプ
ローブ１７ａは接続板３３に接して設置され、該プロー
ブ１７ａから伸びる光ケーブル１７ｂの端は絶縁筒３２
の内面に沿つて下降してフランジ３６を貫通し、光コネ
クタ１７ｃに接続される。このような構成は、各避雷器
２〜６において同様に採用される。

【００１４】接地電位側の制御装置２３と高電位側の光
温度センサ１７の間で光の授受を仲介する光ケーブル２
４は、該光温度センサ１７から電線１２に沿つてサイリ
スタバルブ１に至り、該サイリスタバルブ１内を通つて
接地電位側に導かれる。同様に、光温度センサ１８と制
御装置２３の間で光の授受を仲介する光ケーブル２５も
該光温度センサ１８から電線１３に沿つてサイリスタバ
ルブ１に至り、該サイリスタバルブ１内を通つて接地電
位側に導かれ、光温度センサ１９と制御装置２３の間で
光の授受を仲介する光ケーブル２６も該光温度センサ１
９から電線１４に沿つてサイリスタバルブ１に至り、該
サイリスタバルブ１内を通つて接地電位側に導かれ、光
温度センサ２０と制御装置２３の間で光の授受を仲介す
る光ケーブル２７も該光温度センサ２０から電線１５に
沿つてサイリスタバルブ１に至り、該サイリスタバルブ
１内を通つて接地電位側に導かれる。そして、光温度セ
ンサ２１，２２も光ケーブル２８，２９を介して制御装
置２３に接続される。

【００１５】モニター手段は、主として、前記制御装置
２３，メインコンピユータ４１，出力装置４２によつて
構成される。制御装置２３は、前記各光ケーブル２４〜
２９と接続される光入出力端子４３ａ〜４３ｆと、該各
光入出力端子に接続された発光素子（発光ダイオード）
４４ａ〜４４ｆと受光素子（波長分離器とフオトダイオ
ード）４５ａ〜４５ｆと、該受光素子４５ａ〜４５ｆか
ら出力される各電気信号を処理するマイクロプロセツサ
４６ａ〜４６ｆと、該マイクロプロセツサからの温度信
号出力端子４７ａ〜４７ｆとを備える。メインコンピユ
ータ４１は信号ケーブル４８を介して前記制御装置２３
から前記温度信号を受信して処理及び記憶し、出力装置
４２により画面表示し、あるいは印字出力し、更には警
報する。

【００１６】ここで、避雷器２の温度検出系を例にとつ
て、その構成の詳細を図５を参照して説明する。制御装
置２３の発光素子４４ａが発生した光は、光ケーブル２
４ａ−光入出力端子４３ａ−光ケーブル２４を介して光
温度センサ１７に供給される。該光温度センサ１７にお
けるガリウム砒素の結晶は避雷器の温度に相応した温度
になつており、発光素子４４ａから送られてきた光を吸
収して該結晶の温度に応じた波長の光を発生する。この
光は、光ケーブル２４を介して制御装置２３に至り、入
出力端子４３ａから光ケーブル２４ｂを介して受光素子
４５ａに達する。該受光素子４５ａは、入来する光を波
長分離器で分光した後にフオトダイオードによつて電気
信号に変換して出力する。マイクロプロセツサ４６ａは
該電気信号を演算処理して避雷器２の温度に相応した温
度信号を得、温度信号出力端子４７ａに出力する。

【００１７】このような構成は、避雷器３〜６及びバル
ブホールの温度に応動する光温度センサ１８〜２２を使
用した温度検出系においても同様に採用される。

【００１８】メインコンピユータ４１は、前記制御装置
２３の各温度信号出力端子４７ａ〜４７ｆから避雷器２
〜６及びバルブホールの温度に相当する温度信号を取得
して蓄積し、監視のための信号処理を行つて監視データ
を作成し、該監視データをメモリに蓄積する。また、該
メインコンピユータ４１は、監視データを対比する許容
温度データもメモリに蓄積しており、必要に応じてメモ
リから読出して出力装置４２により画面表示し、印刷出
力し、警報する。

【００１９】このような温度検出系を備えた三相構成の
交直変換設備において、メインコンピユータ４１は、前
記監視データとして、各相の避雷器毎の短時間的な温度
変化を示す短時間温度データ，サージ電圧吸収等による
瞬時的な温度上昇の判定，所定時間内での該瞬時温度上
昇計数データ，経年変化等によつて発生する長時間的な
温度変化を示す長時間温度データ，瞬時温度上昇計数デ
ータが所定値に達したこと及び温度データが許容参照温
度に達したことを警報する警報データを作成する。

【００２０】前記短時間温度データは、前記制御装置２
３から出力される各相の避雷器の温度信号Ｔｕ，Ｔｖ，
Ｔｗを１秒程度の短時間周期でサンプリングした温度デ
ータである。長時間温度データは、１日毎の所定時刻の
前記短時間温度データをサンプリングしたものであり、
該短時間温度データが瞬時温度上昇に該当するものであ
る場合にはその次の短時間温度データを採用する。瞬時
温度上昇判定は、１秒毎に得られる前記短時間温度デー
タの偏差を順次演算して該偏差が所定値（例えば１℃）
を越えたかどうかを比較するデータ処理であり、瞬時温
度上昇計数は、所定時間（例えば１日）内に瞬時温度上
昇が所定値を越えた回数を計数するデータ処理である。

【００２１】短時間温度データと共に表示する許容参照
温度は、避雷器における酸化亜鉛素子の許容最大温度
（例えば１３０℃）であり、長時間温度データと共に表
示する許容参照温度は、定常的な温度が漸増して許容最
大温度に到達するまでの余裕を周囲の温度等を参照して
勘案した許容安全温度（例えば８０℃）である。

【００２２】警報データは、短時間温度データに関して
は該短時間温度が許容最大温度に到達したことを示す短
時間温度警報データ、長時間温度データに関しては該長
時間温度が許容安全温度に到達したことを示す長時間温
度警報データ、瞬時温度上昇計数データに関しては正常
時の上昇回数を越えた回数（例えば５回）に達したこと
を示す送電系統異常警報データである。

【００２３】以上のようなデータを作成し、画面表示
し、印刷し、警報するために、メインコンピユータ４１
が実行するデータ処理及び出力装置４２による表示画面
を図６〜図８を参照して説明する。

【００２４】図６において、処理１００は１秒周期で制
御装置２３から各相の温度データＴｕ，Ｔｖ，Ｔｗを取
得するデータサンプリング処理で、処理２００は該温度
データから短時間温度データＴｕ，Ｔｖ，Ｔｗと長時間
温度データＴｕｏ，Ｔｖｏ，Ｔｗｏと各種警報データを
得る監視データ作成処理である。

【００２５】該監視データ作成処理２００では、図７に
示すように、処理２０１で今回取得した各相の短時間温
度データＴｕ，Ｔｖ，Ｔｗをメモリの短時間温度データ
蓄積領域に蓄積し、処理２０２で前回取得の短時間温度
データと今回取得した短時間温度データを比較して瞬時
温度上昇の有無を判定し、瞬時温度上昇がなければ処理
２０３に移つて長時間温度データＴｕｏ，Ｔｖｏ，Ｔｗ
ｏを取得する所定時刻かどうかをチエツクし、所定時刻
であれば処理２０４で今回取得した短時間温度データを
当該所定時刻の長時間温度データＴｕｏ，Ｔｖｏ，Ｔｗ
ｏとしてメモリの長時間温度データ蓄積領域に蓄積す
る。このとき、当該所定時刻の長時間温度データＴｕ
ｏ，Ｔｖｏ，Ｔｗｏが既にメモリの長時間温度データ蓄
積領域に蓄積されているかどうかを確認し、蓄積されて
いれば今回の温度データの蓄積は省略する。瞬時温度上
昇に該当する場合には、処理２０５において瞬時温度上
昇計数カウンタを＋１する。次いで処理２０６で該温度
上昇計数カウンタの計数値が警報すべき所定値に到達し
ているかどうかを確認し、所定値に到達していれば処理
２０７で送電系統異常警報データを作成する。到達して
いなければ処理２０８において所定期間の満了に該当す
る所定時刻かどうかを確認し、該所定時刻であれば処理
２０９で瞬時温度上昇計数カウンタをクリアする。

【００２６】処理２１０では今回取得した短時間温度デ
ータＴｕ，Ｔｖ，Ｔｗが許容最大温度以上かどうかを確
認し、以上であれば処理２１１で短時間温度警報データ
を作成する。処理２１２では長時間温度データＴｕｏ，
Ｔｖｏ，Ｔｗｏが許容安全温度以上かどうかを確認し、
以上であれれば処理２１３で長時間温度警報データを作
成する。

【００２７】図６において、処理３００は監視データ表
示処理であり、図８に示すように、短時間温度データＴ
ｕ，Ｔｖ，Ｔｗと許容最大温度、長時間温度データＴｕ
ｏ，Ｔｖｏ，Ｔｗｏと許容安全温度、瞬時温度上昇計数
データをメモリから読出して画面表示する。短時間温度
データＴｕ，Ｔｖ，Ｔｗと許容最大温度の表示は、１秒
単位の時間軸で各短時間温度データＴｕ，Ｔｖ，Ｔｗと
許容最大温度（１３０℃）レベルを折線グラフにした画
像である。避雷器がサージ電圧を吸収して発熱したとき
の温度上昇を破線で例示している。長時間温度データＴ
ｕｏ，Ｔｖｏ，Ｔｗｏと許容安全温度の表示は、１日単
位の時間軸で長時間温度データＴｕｏ，Ｔｖｏ，Ｔｗｏ
と許容安全温度（８０℃）レベルを折線グラフにした画
像であり、瞬時温度上昇計数データ表示は数字画像であ
る。この実施例の表示画像は、表示画面領域を区画して
これらを同時に表示しているが、各監視データを単独
で、あるいは任意の組合せで時分割表示するようにして
もよい。この場合は、監視者が表示形態を選択指示でき
るようにすることが望ましい。

【００２８】処理４００は警報処理であり、前記監視デ
ータ作成処理２００で作成した各種警報データを読出し
て警報する。

【００２９】処理５００は印刷処理であり、監視者から
の指示により前記監視データ作成処理２００で作成して
蓄積した各種監視データを読出して印刷する。

【００３０】図９は避雷器３に設置した光温度センサ１
８に対する光ケーブル２５を絶縁指示碍子７の内側を通
して接地電位側まで導出するようにした変形例であり、
図１０は避雷器２に設置した光温度センサ１７に対する
光ケーブル２４を、該避雷器シールド５１の端から架台
８に設けた支持具５２まで垂下して支持した変形例であ
る。

【００３１】

【発明の効果】以上のように本発明は、過電圧保護装置
の温度情報を短時間変化でみることにより該過電圧保護
装置の正常な過電圧発生エネルギー吸収による短時間の
温度上昇を捕らえて該過電圧保護装置の運転状態を監視
し、また、長時間的な変化でみることにより該過電圧保
護装置の特性劣化による長時間の温度変化を捕らえて該
過電圧保護装置における不具合の前駆現象を監視するよ
うにしたので、設備を健全に運転するために適したサイ
リスタバルブ過電圧保護装置の総合的な監視システムを
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる直流送電の交直変換設備における
サイリスタバルブを過電圧から保護する過電圧保護装置
の監視システムのブロツク図である。

【図２】零力率運転時におけるサイリスタバルブの電圧
−電流波形図である。

【図３】避雷器の要部縦断側面図である。

【図４】避雷器の要部横断平面図である。

【図５】避雷器の１つに対する温度検出系のブロツク図
である。

【図６】メインコンピユータが実行する監視処理のブロ
ツク図である。

【図７】監視データ作成処理のブロツク図である。

【図８】監視データ表示画面図である。

【図９】光ケーブル配線の変形例を示す側面図である。

【図１０】光ケーブル配線の更に他の変形例を示す側面
図である。

【符号の説明】

１ サイリスタバルブ ２〜６ 避雷器 １７〜２２ 光温度センサ ２４〜２９ 光ケーブル ２３ 制御装置 ４１ メインコンピユータ ４２ 出力装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大石 一哉 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社 日立製作所 日立研究所内 (72)発明者 小林 隆幸 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東京電力 株式会社内 (72)発明者 沢 武司 東京都千代田区内幸町一丁目１番３号 東京電力 株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−189187（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−230172（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−174086（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−219581（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−246728（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−136305（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−46204（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−121693（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−189164（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭59−788（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平２−21205（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01T 15/00

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 過電圧保護装置の温度を光温度センサで
   光信号に変換してモニター手段に導き、該光信号を電気
   信号に変換・処理して過電圧保護装置の状態を監視する
   サイリスタバルブ過電圧保護装置の監視システムにおい
   て、 前記モニター手段は、前記過電圧保護装置の正常な過電
   圧発生エネルギー吸収による短時間の温度変化を示す短
   時間温度情報と、前記過電圧保護装置の特性劣化による
   長時間の温度変化を示す長時間温度情報とを表示する構
   成であることを特徴とするサイリスタバルブ過電圧保護
   装置の監視システム。
2. 【請求項２】 過電圧保護装置の温度を光温度センサで
   光信号に変換してモニター手段に導き、該光信号を電気
   信号に変換・処理して過電圧保護装置の状態を監視する
   サイリスタバルブ過電圧保護装置の監視システムにおい
   て、 前記モニター手段は、過電圧保護装置の正常な過電圧発
   生エネルギー吸収による短時間の温度変化を示す短時間
   温度情報と、前記過電圧保護装置の特性劣化による長時
   間の温度変化を示す長時間温度情報とを、それぞれの許
   容参照温度と共に表示する構成であることを特徴とする
   サイリスタバルブ過電圧保護装置の監視システム。
3. 【請求項３】 請求項１、又は２において、前記短時間
   温度情報と長時間温度情報とは時間軸の単位を変えた温
   度情報として表示することを特徴とするサイリスタバル
   ブ過電圧保護装置の監視システム。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記短時間温度情報
   と長時間温度情報とは時分割で選択的に表示することを
   特徴とするサイリスタバルブ過電圧保護装置の監視シス
   テム。
5. 【請求項５】 請求項３において、前記短時間温度情報
   と長時間温度情報とは表示領域を区分して同時に表示す
   ることを特徴とするサイリスタバルブ過電圧保護装置の
   監視システム。
6. 【請求項６】 請求項２において、前記許容参照温度
   は、短時間温度情報と共に表示される許容最大温度、長
   時間温度情報と共に表示される許容安全温度であること
   を特徴とするサイリスタバルブ過電圧保護装置の監視シ
   ステム。
7. 【請求項７】 過電圧保護装置の温度を光温度センサで
   光信号に変換してモニター手段に導き、該光信号を電気
   信号に変換・処理して過電圧保護装置の状態を監視する
   サイリスタバルブ過電圧保護装置の監視システムにおい
   て、 前記モニター手段は、前記過電圧保護装置の正常な過電
   圧発生エネルギー吸収による短時間の温度変化を示す短
   時間温度情報と、前記過電圧保護装置の特性劣化による
   長時間の温度変化を示す長時間温度情報を表示すると共
   に、前記短時間温度情報における所定時間内の瞬時的温
   度上昇の回数を計数して該計数値を表示する構成である
   ことを特徴とするサイリスタバルブ過電圧保護装置の監
   視システム。
8. 【請求項８】 過電圧保護装置の温度を光温度センサで
   光信号に変換してモニター手段に導き、該光信号を電気
   信号に変換・処理して過電圧保護装置の状態を監視する
   サイリスタバルブ過電圧保護装置の監視システムにおい
   て、 前記モニター手段は、前記電気信号を所定の周期でサン
   プリングして、前記過電圧保護装置の正常な過電圧発生
   エネルギー吸収による短時間の温度変化を示す短時間温
   度情報と、前記過電圧保護装置の特性劣化による長時間
   の温度変化を示す長時間温度情報を求めて、メモリに蓄
   積する手段と、前記メモリに蓄積された各温度情報を読
   出して表示する表示手段とを備えることを特徴とするサ
   イリスタバルブ過電圧保護装置の監視システム。