JP3560650B2 - 変電設備 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、変電設備に係り、特に、その現場制御盤のシステム構成の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代社会において、電力は不可欠なものであり、停電がしばしば問題化していることからも明らかなように、電力の安定供給に対する要求は、今後さらに増大するものと予想される。一方、このような電力供給を行う送電系統において、変電機器に障害が発生した場合、電力供給に対する影響は非常に大きなものとなる。そのため、変電機器の信頼性を一層向上することが要求されている。
【０００３】
このような変電機器の主要機器としては、開閉装置や変圧器が挙げられるが、開閉装置としては、近年、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）が主として用いられるようになっている。このガス絶縁開閉装置は、開閉器や導体などの高電圧充電部を、絶縁性および消弧性に優れたＳＦ６ガスなどの絶縁ガスとともに接地金属容器内に収納してなる装置である。このガス絶縁開閉装置は、ｋＶ・Ａ当たりの据付体積をコンパクト化できる上、耐環境性に優れているという利点を有することから、近年の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を満足する装置として、広く普及し、稼働している。
【０００４】
図５は、このようなガス絶縁開閉装置の一例を示す平面図であり、図６はこの図５のガス絶縁開閉装置に対応する単線結線図である。この図５および図６に示すように、送電線は、ブッシング１を介して引き込まれ、断路器２、遮断器３ａ、および主母線断路器４ａを介して主母線５に接続されている。主母線５は、変圧器回線の主母線断路器４ｂ、および遮断器３ｂを介して変圧器６と接続されている。なお、図中７は、ガス絶縁開閉装置を構成する各変電機器の制御と監視を行う現場制御盤であり、主としてガス絶縁開閉装置の各回線単位で設置されている。
【０００５】
また、図７は、図５に示す現場制御盤７内の回路の一部として、遮断器３ａ，３ｂの制御と監視を行う遮断器制御回路の一例を示す回路図である。この図７に示すように、遮断器制御回路は、投入回路、引外し回路、および欠相検出回路を有する。このうち、投入回路は、投入指令入力端子１１、切換スイッチ１２、インピーダンス素子１３、およびこのインピーダンス素子１３と並列に設けられた投入コイル１４ａを主な構成要素として構成されている。また、図中１５，１６は、遮断器本体の動作位置を示す補助開閉器接点や、遮断器本体の接地金属容器（タンク）内のガス圧低下時にオンするガス密度スイッチの接点、あるいは、遮断器本体の油圧操作機構部の油圧が低下した場合にオンする油圧スイッチの接点などである。これらの接点は、遮断器の操作ロックや指令信号の一定時間以上の継続防止などの機能を有する。一方、図７において、引外し回路は、引外し指令入力端子１９、インピーダンス素子１０、およびこのインピーダンス素子１０と直列に設けられた引外しコイル１４ｂを主な構成要素として構成されている。なお、図７中２点鎖線で囲まれた部分は遮断器本体に設置されている部分であり、これ以外の部分は、現場制御盤７内に収納されている。
【０００６】
また、図８は、図５に示す現場制御盤７の外観を示す図である。この図８に示すように、現場制御盤７のケース２１内には、模擬母線表示２２、操作スイッチ２３、切換スイッチ２４、警報表示部２５、および中継リレー２６などが設置されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような図７の現場制御盤７においては、ガス絶縁開閉装置を動作させる操作・制御回路として、各種のスイッチの接点やリレー類の接点が用いられている。この場合、ガス絶縁開閉装置自体の信頼性は高い反面、操作・制御用のリレー、スイッチ類の信頼性は比較的劣り、接点の接触不良などの障害が発生している。実際に、電気協同研究会などにおける操作機構の障害調査結果によれば、電装品と制御回路に関わる障害が過半数を占め、電装品の障害のうちの約７割近くを、接点の導通不良が占めている。図７に示すような制御回路においては、特に、接点がオフ状態の場合に回路の自己診断ができないため、接点の導通不良などの障害が生じても、この障害は、その接点に対応する機器の実際の操作時まで発見されないことになる。したがって、このような接点の導通不良などの障害が、ガス絶縁開閉装置の重大な事故につながる可能性がある。
【０００８】
また、図７に示すような制御回路において、ガス絶縁開閉装置と現場制御盤との間の配線、および現場制御盤と変電所制御室間の配線は、電線による並列配線となるため、配線量が非常に多くなるという問題点がある。図８に示すような現場制御盤７内の配線についても、電気ケーブルによる配線が主であるため、現場制御盤７自体が大型化し、そのケース２１の幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨが大きくなってしまうという問題がある。
【０００９】
一方、このような接点やリレー類から構成される制御回路の問題点を解決するために、文献：「ＧＩＳ用操作・制御回路の電子回路化」（平成６年電気学会電力エネルギー部門大会 Ｎｏ．６５１）などにおいては、接点やリレー類を電子化して回路系の自己診断を行うことにより信頼性の向上を図る方式が提案されている。
【００１０】
この文献においては、無接点化されたガス絶縁開閉装置の制御回路が提案されているが、文献中の図４にあるように、幾種ものユニットとシーケンサ（ＰＣ）が接続されたシステム構成は複雑である。また、ユニット種類が多いので、部品点数も多くなるため、現場制御盤７自体が大型化してしまう。さらに、この文献において、具体的な電子化の適用範囲、制御システムとしての冗長性、近年適用が拡大している機器監視システム（保守支援システム）などの上位システムの具体的な構成方法や上位システムと制御システムとの関係などについては何等示唆されていない。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、電子化された現場制御盤の制御システムとして、上位システムとの関係をも含めた、小型・簡略・高性能で信頼性・実用性の高い電子化制御システムを実現し、このような優れた電子化制御システムを有する変電設備を提供することである。
【００１２】
より具体的に、請求項１記載の発明の目的は、現場制御盤の制御システム全体を電子化してその小型・簡略化を図るとともに、事故時における変電機器の動作の迅速化と、その動作状態の監視の迅速化を図ることである。請求項２記載の発明の目的は、変電機器の保守点検性を向上することである。
【００１３】
請求項３記載の発明の目的は、事故時における電子化制御システムの動作の信頼性を向上することである。請求項４記載の発明の目的は、電子化制御システムの自己診断による信頼性をより向上することである。請求項５および６記載の発 明の目的は、伝送手段全体の構成を小型・簡略化することである。請求項１０記載の発明の目的は、伝送手段の使用効率を向上して、伝送手段をより小型・簡略化することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の変電設備は、高電圧充電部を絶縁媒体とともに接地金属容器内に収納してなる遮断器を含む複数の変電機器と、この変電機器近傍に配設されて変電機器の制御と監視を行う電子化制御システムを収納した収納部と、この電子化制御システムに変電機器の制御情報及び遮断器を動作させるための保護リレー情報を伝送する上位システムを有する変電設備において、前記電子化制御システムは、前記変電機器の動作状態の監視を行う制御監視ユニットと、前記遮断器を含む複数の変電機器の各可動部を駆動するための個別のドライブユニットを有し、前記変電機器の主回路に、事故情報を検出する検出手段を設け、この検出手段からの事故情報を検出情報伝送手段により前記上位システムに直接伝送し、この事故情報に基づき前記上位システムによって前記保護リレー情報を生成し、前記制御情報を上位システムから前記制御監視ユニットに対して第１の伝送手段によって伝送し、前記保護リレー情報を、前記上位システムから前記制御監視ユニットと遮断器用のドライブユニットの両方に対して第２の伝送手段によって同時に伝送することによって、前記変電機器の動作状態についての前記制御監視ユニットの監視と前記遮断器用のドライブユニットの動作とを同時に開始させることを特徴とする。なお、請求項中の保護リレー情報とは、遮断器を動作させるための情報を言う。
【００１５】
請求項２記載の発明の変電設備は、請求項１記載の発明において、前記検出情報伝送手段の途中に設けられ、前記検出手段からの検出情報を低負担の電流あるいは電圧に変換して前記制御監視ユニットに送る変換手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記遮断器用のドラ イブユニットとして、第１と第２のドライブユニットが設けられ、第１のドライブユニットの異常時には第２のドライブユニットが動作するように構成されたことを特徴とする。また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の変電機器用の各ドライブユニットと、前記制御監視ユニットとの間にそれぞれ設けられ、各ドライブユニットの状態を監視する第１の状態監視回路と、前記遮断器用のドライブユニットと前記上位システムとの間に設けられ、遮断器用のドライブユニットの状態を監視する第２の状態監視回路とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の伝送手段は、前記電子化制御システムと前記上位システムとの間のデータ伝送を、光ファイバを使用して異なるデータ伝送方式でそれぞれ行う複数種類の伝送手段を有することを特徴とする。請求項６記載の発明の変電設備は、請求項５記載の発明において、前記複数種類の伝送手段の一つで使用されるデータ伝送方式は、ＩＥＥＥＳｔｄ． ８０２．４に準拠したプロトコルによる方式であることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の変電設備において、前記第１の伝送手段は、光ファイバを使用した手段であり、前記電子化制御システムと前記上位システムとの間で伝送する複数のデータを、各データに要求される伝送時間の差に基づいてクラス分けし、このクラス分けに基づいて各クラスのデータ伝送周期を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００１９】
【作用】
以上のような構成を有する本発明の変電設備によれば、次のような作用が得られる。すなわち、請求項１記載の発明によれば、現場制御盤の制御システム全体を電子化することにより、現場制御盤内の配線を電気ケーブルによって行った場合に比べて、現場制御盤を小型・簡略化することができる。さらに、事故時においては、システム間伝送手段によって、上位システムからの保護リレー情報を制御監視ユニットとドライブユニットの両方に伝送することにより、保護リレー情報によって制御監視ユニットとドライブユニットを同時に起動することができる。したがって、ドライブユニットによって、保護リレー情報に基づき、変電機器を迅速に動作させると同時に、制御監視ユニットによって、保護リレー情報に基づく変電機器の動作状態の監視を迅速に開始することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、検出手段からの検出情報を、検出情報伝送手段によって上位の保護システムに直接伝送すると同時に、この検出情報伝送手段の途中に設けた変換手段によって変換して制御監視ユニットに送ることができる。したがって、制御監視ユニットによって検出情報を利用して変電機器の状態を監視することができるため、変電機器の保守点検性を向上することができる。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、事故時には、第２の伝送手段によって、上位システムからの保護リレー情報を遮断器用の第１と第２のドライブユニットに対して高速で伝送し、第１のドライブユニットによって遮断器を迅速に動作させることができる。そして、仮に、この遮断器用の第１のドライブユニットに異常を生じた場合には、第２のドライブユニットによって遮断器を迅速に動作させることができる。したがって、事故時には、遮断器用のドライブユニットを確実に動作させることができるため、電子化制御システムの動作の信頼性を向上することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明によれば、各変電機器用のドライブユニットを第１の状態監視回路で監視するとともに、遮断器用のドライブユニットについては、第２の状態監視回路で二重に監視することができる。したがって、ドライブユニットの中でも特に重要な遮断器用のドライブユニットの診断性能を向上することができ、電子化制御システムの信頼性をより向上することができる。
【００２３】
請求項５、６記載の発明によれば、第１の伝送手段として、複数のデータの内容や伝送条件にそれぞれ応じた複数種類の適切な伝送方式で伝送することにより 、伝送手段全体の構成を小型・簡略化することができる。特に、高速の伝送が要求されるデータについては、請求項６記載の発明に記載のプロトコルによる方式を使用し、他のデータについては、比較的低速の方式を使用することにより、伝送手段全体の構成をできる限り小型・簡略化することができる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、データに要求される伝送時間に応じて、複数のデータを、タイミングをずらして同一の伝送手段によって伝送することができるため、同一の伝送手段の使用効率を向上するとともに、伝送手段全体の構成をできる限り小型・簡略化することができる。
【００２５】
【実施例】
以下には、本発明による変電設備の実施例について、図４を参照して具体的に説明する。ここで、上記同様、本発明における保護リレー情報とは、遮断器を動作させるための情報を言う。
【００２６】
［１］第１実施例…図１〜図３
［１−１］実施例の構成
図１は、本発明による変電設備の第１実施例を示す構成図である。この図１に示すように、変電設備は、開閉装置主回路３０、現場制御盤４０、および上位システム５０によって構成されている。まず、開閉装置主回路３０は、遮断器３１、断路器３２、接地装置３３などの開閉装置を含む主回路であり、この開閉装置主回路３０には、その状態を検出する検出手段として計器用変流器３４および計器用変圧器３５が接続されている。また、遮断器３１，断路器３２、接地装置３３などの開閉装置には、操作機構のアクチュエータやガス圧力、油圧などのセンサとして、トランスデューサ３６ａ〜３６ｃがそれぞれ設けられている。
【００２７】
次に、現場制御盤４０は、開閉装置主回路３０の近傍に配置されており、共通の制御監視ユニット４１と個別のドライブユニット４２ａ〜４２ｃを有する。このうち、制御監視ユニット４１は、マイクロコンピュータ回路などから構成されている。また、ドライブユニット４２ａ〜４２ｃは、遮断器３１、断路器３２、接地装置３３などの各開閉装置を個別に駆動するための手段であり、パワーＭＯＳＦＥＴなどからなるパワー電子回路とセンサ信号入力部を有する。なお、上位システム５０は、変電所内の制御室内に設置されている。
【００２８】
一方、図１中の５１〜５３は、データを伝送するための伝送路である。伝送路５１は、本発明のシステム間伝送手段の第１の伝送手段に相当する伝送手段であり、現場制御盤４０の制御監視ユニット４１と上位システム５０との間で双方向のデータ伝送を行うように構成されている。この伝送路５１は、制御情報のうち、保護リレー情報以外の情報で、他の伝送路５２，５３で伝送される情報に比べて緊急性の低い制御情報や保守点検情報などを伝送することを目的として使用される。事故情報を生成処理して得られるそのため、この伝送路５１は、高信頼性・高速性を実現する電気ケーブルを使用する代わりに、光ファイバケーブルを使用して構成されている。
【００２９】
伝送路５２は、本発明のシステム間伝送手段の第２の伝送手段に相当する伝送手段であり、上位システム５０からの保護リレー情報を、制御監視ユニット４１と遮断器用のドライブユニット４２ａに同時に伝送するように構成されている。この場合、上位システム５０からの保護リレー情報は、事故時において遮断器３１を緊急に駆動することを目的として使用される。そのため、この伝送路５２には、高信頼性と高速性が要求される。そして、この要求を満たすために、伝送路５２は、電気ケーブルを使用して構成されている。
【００３０】
伝送路５３は、本発明の検出情報伝送手段に相当する伝送手段であり、計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの検出情報を上位システム５０に直接伝送するように構成されている。この計器用変流器３４および計器用変圧器３５は、特に、送電線などで事故が発生した場合の情報を検出し、遮断器３１を駆動することを目的として使用される。したがって、この計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの検出情報を伝送する伝送路５３には、信号伝送の高信頼性と高速性が要求される。そして、この要求を満たすために、伝送路５３は、伝送路５２と同様に電気ケーブルを使用して構成されている。
【００３１】
伝送路５３の途中には、この伝送路５３によって伝送される計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの検出情報を変換して制御監視ユニット４１に送るための変換手段として、トランスデューサ４３が取り付けられている。このトランスデューサ４３としては、計器用変流器３４からの出力に対しては、低負担の補助変流器が用いられ、また、計器用変圧器３５からの出力に対しては、低負担の補助変圧器が用いられる。そして、これらのトランスデューサ４３の出力は、制御監視ユニット４１内に取り込まれるようになっている。
【００３２】
一方、図２は、遮断器３１のトランスデューサ３６ａの構成例を示す図である。この図２に示すように、トランスデューサ３６ａは、トリップコイル６１、投入コイル６２、位置センサ６３、油圧ポンプ６４、油圧センサ６５、およびガス密度センサを備えている。このうち、トリップコイル６１、投入コイル６２、及び油圧ポンプ６４は、ドライブユニット４２ａ内のＭＯＳＦＥＴなどからなるパワー電子回路に接続されている。また、位置センサ６３は、遮断器３１の動作位置を検出する手段であり、この位置センサ６３、油圧センサ６５、およびガス密度センサ６６の出力は、ドライブユニット４２ａ内のセンサ信号入力部に導かれるようになっている。
【００３３】
なお、遮断器用のドライブユニット４２ａには、事故時において遮断器３１を緊急に駆動する必要から、高信頼性が求められる。これに対して、本実施例においては、各開閉装置３１〜３３用の各ドライブユニット４２ａ〜４２ｃと制御監視ユニット４１の間に、各ドライブユニット４２ａ〜４２ｃの状態を監視する第１の状態監視回路が構成されている。そして、これに加えて、遮断器用のドライブユニット４２ａに関しては、このドライブユニット４２ａと上位システム５０、およびその間の伝送路５２によって、ドライブユニット４２ａの状態を二重に監視する第２の状態監視回路が構成されている。具体的には、上位システム５０から伝送路５２を介してドライブユニット４２ａに微小なアナログ電流を流し、その状況を制御監視ユニット４１と上位システム５０の両方で監視する方法などが採用されている。
【００３４】
さらに、図３は、図１に示す現場制御盤の外観を示す図である。この図８に示すように、現場制御盤４０のケース４４内には、制御監視ユニット４１、ドライブユニット４２、およびトランスデューサ４３が収納されるとともに、その前面には、操作表示パネル４５が配置されている。
【００３５】
［１−２］実施例の作用
以上のような構成を有する本実施例の作用は次の通りである。すなわち、開閉装置主回路３０の通常運転時においては、開閉装置主回路３０の状態が計器用変流器３４および計器用変圧器３５によって検出され、この検出情報が伝送路５３によって上位システム５０に伝送されるとともに、トランスデューサ４３を介して現場制御盤４０の制御監視ユニット４１に送られる。したがって、開閉装置主回路３０の状態を、制御監視ユニット４１と上位システム５０の両方で監視することができる。また、特に高信頼性が要求される遮断器用のドライブユニット４２ａの状態についても、制御監視ユニット４１と上位システム５０の両方で監視することができるため、遮断器用のドライブユニット４２ａに何らかの異常が生じた場合には、この異常を確実に検出することができる。
【００３６】
そして、開閉装置主回路３０の事故時には、まず、計器用変流器３４および計器用変圧器３５によってその情報が検出され、この事故情報は、伝送路５３によって上位システム５０に高速で伝送される。そのため、上位システム５０によって、事故情報を処理して保護リレー情報を迅速に生成することができる。この保護リレー情報は、伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａに高速で伝送されるため、遮断器３１を迅速に動作させることができる。
【００３７】
すなわち、事故時に開閉装置主回路３０を保護するためには、ｍｓのオーダー以下の極めて短い時間で事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を完了することが求められる。仮に、計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの事故情報を、現場制御盤４０の制御監視ユニット４１を介して上位システム５０に伝送する場合には、この制御監視ユニット４１内でのデータ処理・伝送処理などに基づく時間遅れが生じ、要求されるｍｓのオーダー以下の短時間で事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を完了することはできない。これに対して、本実施例においては、計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの事故情報が、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５３によって上位システム５０に直接伝送されるとともに、上位システム５０からの保護リレー情報についても、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａに直接伝送される。したがって、本実施例においては、事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を、これらの伝送に要求されるｍｓのオーダー以下の短時間で完了することができ、事故の検出から極めて短時間の間に遮断器３１を動作させることができる。
【００３８】
また、上位システム５０からの保護リレー情報は、伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａと同時に制御監視ユニット４１にも高速で伝送される。そのため、遮断器３１の動作開始と同時に、制御監視ユニット４１によって保護リレー情報に基づく遮断器３１の動作時間・タイミングなどの動作状態の監視とその動作の管理を迅速に開始することができる。そして、遮断器３１の動作状態に何らかの異常、すなわち、各相間の動作時間遅れや欠相などの異常が発生した場合には、この制御監視ユニット４１によって迅速な対応処理を行うことができる。このように、本実施例においては、上位システム５０からの保護リレー情報を遮断器用のドライブユニット４２ａに直接伝送するとともに、制御監視ユニット４１にも直接伝送しているため、保護リレー情報をドライブユニット４２ａ経由で制御監視ユニット４１に送る場合に比べて、特に、遮断器３１の動作に何らかの異常を生じた場合に高速で対応できるという利点がある。
【００３９】
さらに、このような遮断器３１の動作時における遮断電流は、計器用変流器３４によって検出され、その検出情報は、伝送路５３に設けられたトランスデューサ４３から制御監視ユニット４１にほぼリアルタイムで送られる。この場合、遮断器３１の主接点消耗度と遮断電流値との間には一定の関係があるため、制御監視ユニット４１においては、計器用変流器３４によって得られた遮断電流値に基づき、遮断器３１の主接点消耗度をほぼリアルタイムで監視することができる。また、計器用変圧器３５で得られた電圧情報は、制御監視ユニット４１内において、インターロック処理や電力量の算出・表示用として使用される。
【００４０】
［１−３］実施例の効果
以上説明したように、本実施例によれば、現場制御盤４０の制御システム全体を電子化しているため、電気ケーブルによる配線を主として構成した図８の従来の現場制御盤７に比べて、現場制御盤４０自体を小型・簡略化することができる。図３に示す現場制御盤４０のケース４４の寸法は、図８の従来の現場制御盤７のケース２１の寸法：Ｗ×Ｄ×Ｈに対して、０．５Ｗ×０．７Ｄ×０．７Ｈであり、格段に小型化されていることが分かる。また、このように、現場制御盤４０を小型・簡略化することができるため、現場制御盤４０のコストを削減でき、実用性に優れている。さらに、現場制御盤４０と変電所内の制御室内に接地された上位システム５０との間の伝送路５１を光ファイバケーブルで構成しているため、伝送路全体を電気ケーブルで構成した場合に比べて、現場と制御室内との間の伝送系全体の構成を小型・簡略化することができる。したがって、変電所全体の建設コストの削減に寄与することができ、実用性に優れている。
【００４１】
また、電子化により自己診断機能を持たせて信頼性を向上することができ、信頼性が高くなっている。特に、事故時においては、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５３，５２によって、事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を高速で行うことができ、遮断器３１を迅速に動作させることができるため、現場制御盤４１と上位システム５０を含むシステム全体の性能・信頼性を向上することができる。
【００４２】
さらに、本実施例においては、上位システム５０からの保護リレー情報を伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａと制御監視ユニット４１に同時に伝送しており、遮断器３１の動作に何らかの異常を生じた場合には制御監視ユニット４１によって高速で対応できるため、システム全体の性能・信頼性を向上することができる。加えて、本実施例においては、遮断器用のドライブユニット４２ａの状態を、制御監視ユニット４１と上位システム５０によって二重に監視しており、遮断器用のドライブユニット４２ａに何らかの異常を生じた場合にはこの異常を確実に検出することができるため、この点からもシステム全体の性能・信頼性を向上することができる。
【００４３】
そしてまた、本実施例においては、遮断器３１の遮断電流値を、伝送路５３に設けられたトランスデューサ４３によって制御監視ユニット４１にほぼリアルタイムで送り、制御監視ユニット４１によって遮断器３１の主接点消耗度をほぼリアルタイムで監視することができるため、遮断器３１の保守点検性を向上することができ、実用性に優れている。
【００４４】
［２］第２実施例…図４
［２−１］実施例の構成
図４は、本発明による変電設備の第２実施例を示す構成図である。この図４は、前述した第１実施例における現場制御盤４０の数が複数である場合における各現場制御盤４０と上位システム５０の間の構成を示している。なお、この図４においては、上位システム５０を、具体的に、監視制御システム５０ａ、保守支援システム５０ｂ、および保護システム５０ｃの３つに分類して示している。これらのシステム５０ａ〜５０ｃは、伝送路５０ｄによって互いに接続されており、変電所内の制御室内に設置されている。また、図示していないが、各現場制御盤４０は、制御監視ユニットおよびドライブユニットを備えており、基本的に第１実施例の現場制御盤４０と同様に構成されている。
【００４５】
本実施例において、伝送路５２は、保護システム５０ｃからの保護リレー情報を、現場制御盤４０内の図示していない制御監視ユニットおよびドライブユニットに直接伝送するように構成されている。この伝送路５２は、第１実施例と同様に、電気ケーブルを使用して構成されている。
【００４６】
また、伝送路５１ａは、監視制御システム５０ａからの制御情報を、複数の現場制御盤４０の各々に伝送するように構成されている。この伝送路５１ａは、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃなどを使用して構成されている。すなわち、監視制御システム５０ａからの制御情報は、保護リレー情報などの緊急性を有する情報に比べて、伝送時間の裕度が、数１０ｍｓから数１００ｍｓと大きいことから、光ファイバケーブルによるシリアルデータ伝送方式を適用することができる。なお、伝送時間の裕度があるといっても、数１００ｍｓ以内と短い上に、現場制御盤４０の数が１０以上になる場合があるため、本実施例では、ＩＥＥＥ Ｓｔｄ． ８０２．４で規格化されているトークンパッシング方式を使用している。
【００４７】
さらに、伝送路５１ｂは、複数の現場制御盤４０の各々からの保守点検情報を、保守点検システム５０ｂに伝送するように構成されている。この伝送路５１ｂもまた、伝送路５１ａと同様に、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃなどを使用して構成されている。しかしながら、この保守点検情報の伝送時間の裕度は、制御情報に比べて、秒単位と大きいため、より低速の方式が使用されている。
【００４８】
なお、図示していないが、これらの伝送路５１ａ，５１ｂ，５２以外の部分については、前述した第１実施例と全く同様に構成されている。
【００４９】
［２−２］実施例の作用
以上のような構成を有する本実施例においては、第１実施例と同様の作用が得られる。例えば、本実施例において、事故時には、保護システム５０ｃからの保護リレー情報が、第１実施例と同様に、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５２によって現場制御盤４０内の制御監視ユニットおよびドライブユニットに高速で伝送されるため、事故の検出から極めて短時間の間に遮断器を動作させることができる。
【００５０】
また、本実施例においては、第１実施例と同様の作用に加えて、さらに次のような作用が得られる。すなわち、監視制御システム５０ａからの制御情報は、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃから構成された伝送路５１ａによって、シリアルデータ伝送方式の一つであるトークンパッシング方式により伝送される。したがって、監視制御システム５０ａからの制御情報は、この制御情報に要求される伝送時間に相当する数１００ｍｓ以内の伝送時間で適切に伝送される。
【００５１】
そしてまた、複数の現場制御盤４０の各々からの保守点検情報は、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃから構成された伝送路５１ｂによって、トークンパッシング方式よりも低速の方式により伝送される。したがって、現場制御盤４０からの保守点検情報は、この制御情報に要求される伝送時間に相当する秒単位の伝送時間で適切に伝送される。この場合、保守点検情報としては、例えば、開閉器動作時間、回数、ガス密度値、油圧値、油圧ポンプの動作回数や頻度、制御回路系の異常の有無、開閉器動作の異常の有無などが複数の現場制御盤４０の各々から伝送される。
【００５２】
［２−３］実施例の効果
以上説明したように、本実施例によれば、まず、前述した第１実施例と同様の作用が得られることから、第１実施例と同様の効果が得られる。そして、本実施例によれば、第１実施例と同様の効果に加えて、さらに次のような効果が得られる。すなわち、複数の現場制御盤４０と変電所内の制御室内に設置された監視制御システム５０ａおよび保守支援システム５０ｂとの間の伝送路５１ａ，５１ｂを、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃを使用して構成しているため、現場と制御室内との間のケーブル本数を大幅に削減することができ、伝送系全体の構成を小型・簡略化することができる。したがって、変電機器側のコストの削減のみならず、変電所全体の建設コストの削減にも大きく寄与することができ、実用性に優れている。また、情報の伝送時間の裕度に応じて、伝送路５１ａ，５１ｂに異なる伝送方式を使用しており、特に、伝送時間の裕度の大きい保守点検情報を伝送する伝送路５１ｂについては高速化のためのコストが不要であるため、コストをできる限り削減できる。
【００５３】
一方、複数の現場制御盤４０の各々からの保守点検情報を、上位の保守点検システム５０ｂに常時伝送することができるため、保守点検システム５０ｂによって変電機器の保守点検を自動的に行うことができる。したがって、変電機器の保守点検性を向上することができ、実用性に優れている。そしてまた、このように保守点検を自動的に行うことができることから、日常巡視や定期点検などに費やすコストを大幅に削減することができ、この点でも実用性に優れている。
【００５４】
［３］他の実施例
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、他にも多種多様の変形例を実施可能である。例えば、第１実施例の変形例として、遮断器用のドライブユニットを二重化して、一方のドライブユニットの異常時には他方のドライブユニットを動作させるように構成することも可能である。このように構成した場合には、事故時において遮断器を確実に動作させることができ、信頼性を向上することができる。また、このようにドライブユニットを二重化した場合には、さらに、制御監視ユニットにより遮断器の動作応答に問題のないタイミングでドライブユニットを切換えて自己診断を行うように構成することも可能である。このように構成した場合には、自己診断性能を向上し、信頼性を一層向上することができる。
【００５５】
一方、第２実施例の変形例として、伝送時間の裕度の大きい保守点検情報のデータ量が少ない場合には、保守点検情報専用の伝送路５１ｂを省略し、保守点検情報を、制御情報用の伝送路５１ａによって監視制御システム５０ａ経由で保守支援システム５０ｂに送るように構成することも可能である。この場合、制御データと保守点検データを、その伝送時間の裕度に応じてクラス分けし、このクラス分けに基づいて各クラスの伝送周期を制御するように構成することが望ましい。そして、このように構成することにより、複数のデータを、タイミングをずらして同一の伝送路５１ａによって伝送することができるため、伝送路５１ａの使用効率を向上するとともに、伝送路全体の構成をできる限り小型・簡略化することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現場制御盤の電子化制御システム、上位システム、あるいはこれらのシステムに関連する伝送手段を改良したことにより、上位システムとの関係をも含めた、小型・簡略・高性能で信頼性・実用性の高い電子化制御システムを実現し、このような優れた電子化制御システムを有する変電設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による変電設備の第１実施例を示す構成図。
【図２】図１の遮断器のトランスデューサを示す構成図。
【図３】図１の現場制御盤の外観を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ矢視図。
【図４】本発明による変電設備の第２実施例を示す構成図。
【図５】本発明の適用対象となる変電機器の一つとして、ガス絶縁開閉装置の一例を示す構成図。
【図６】図５のガス絶縁開閉装置に対応する単線結線図。
【図７】図５の現場制御盤内の遮断器制御回路の一例を示す回路図。
【図８】図５の現場制御盤の外観を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は内部正面図。
【符号の説明】
３０…開閉装置主回路
３１…遮断器
３２…断路器
３３…接地装置
３４…計器用変流器
３５…計器用変圧器
３６ａ〜３６ｃ…トランスデューサ
４０…現場制御盤
４１…制御監視ユニット
４２ａ〜４２ｃ…ドライブユニット
４３…トランスデューサ
５０…上位システム
５０ａ…監視制御システム
５０ｂ…保守支援システム
５０ｃ…保護システム
５１，５１ａ，５１ｂ，５２，５３…伝送路
【産業上の利用分野】
本発明は、変電設備に係り、特に、その現場制御盤のシステム構成の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現代社会において、電力は不可欠なものであり、停電がしばしば問題化していることからも明らかなように、電力の安定供給に対する要求は、今後さらに増大するものと予想される。一方、このような電力供給を行う送電系統において、変電機器に障害が発生した場合、電力供給に対する影響は非常に大きなものとなる。そのため、変電機器の信頼性を一層向上することが要求されている。
【０００３】
このような変電機器の主要機器としては、開閉装置や変圧器が挙げられるが、開閉装置としては、近年、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）が主として用いられるようになっている。このガス絶縁開閉装置は、開閉器や導体などの高電圧充電部を、絶縁性および消弧性に優れたＳＦ６ガスなどの絶縁ガスとともに接地金属容器内に収納してなる装置である。このガス絶縁開閉装置は、ｋＶ・Ａ当たりの据付体積をコンパクト化できる上、耐環境性に優れているという利点を有することから、近年の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を満足する装置として、広く普及し、稼働している。
【０００４】
図５は、このようなガス絶縁開閉装置の一例を示す平面図であり、図６はこの図５のガス絶縁開閉装置に対応する単線結線図である。この図５および図６に示すように、送電線は、ブッシング１を介して引き込まれ、断路器２、遮断器３ａ、および主母線断路器４ａを介して主母線５に接続されている。主母線５は、変圧器回線の主母線断路器４ｂ、および遮断器３ｂを介して変圧器６と接続されている。なお、図中７は、ガス絶縁開閉装置を構成する各変電機器の制御と監視を行う現場制御盤であり、主としてガス絶縁開閉装置の各回線単位で設置されている。
【０００５】
また、図７は、図５に示す現場制御盤７内の回路の一部として、遮断器３ａ，３ｂの制御と監視を行う遮断器制御回路の一例を示す回路図である。この図７に示すように、遮断器制御回路は、投入回路、引外し回路、および欠相検出回路を有する。このうち、投入回路は、投入指令入力端子１１、切換スイッチ１２、インピーダンス素子１３、およびこのインピーダンス素子１３と並列に設けられた投入コイル１４ａを主な構成要素として構成されている。また、図中１５，１６は、遮断器本体の動作位置を示す補助開閉器接点や、遮断器本体の接地金属容器（タンク）内のガス圧低下時にオンするガス密度スイッチの接点、あるいは、遮断器本体の油圧操作機構部の油圧が低下した場合にオンする油圧スイッチの接点などである。これらの接点は、遮断器の操作ロックや指令信号の一定時間以上の継続防止などの機能を有する。一方、図７において、引外し回路は、引外し指令入力端子１９、インピーダンス素子１０、およびこのインピーダンス素子１０と直列に設けられた引外しコイル１４ｂを主な構成要素として構成されている。なお、図７中２点鎖線で囲まれた部分は遮断器本体に設置されている部分であり、これ以外の部分は、現場制御盤７内に収納されている。
【０００６】
また、図８は、図５に示す現場制御盤７の外観を示す図である。この図８に示すように、現場制御盤７のケース２１内には、模擬母線表示２２、操作スイッチ２３、切換スイッチ２４、警報表示部２５、および中継リレー２６などが設置されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、このような図７の現場制御盤７においては、ガス絶縁開閉装置を動作させる操作・制御回路として、各種のスイッチの接点やリレー類の接点が用いられている。この場合、ガス絶縁開閉装置自体の信頼性は高い反面、操作・制御用のリレー、スイッチ類の信頼性は比較的劣り、接点の接触不良などの障害が発生している。実際に、電気協同研究会などにおける操作機構の障害調査結果によれば、電装品と制御回路に関わる障害が過半数を占め、電装品の障害のうちの約７割近くを、接点の導通不良が占めている。図７に示すような制御回路においては、特に、接点がオフ状態の場合に回路の自己診断ができないため、接点の導通不良などの障害が生じても、この障害は、その接点に対応する機器の実際の操作時まで発見されないことになる。したがって、このような接点の導通不良などの障害が、ガス絶縁開閉装置の重大な事故につながる可能性がある。
【０００８】
また、図７に示すような制御回路において、ガス絶縁開閉装置と現場制御盤との間の配線、および現場制御盤と変電所制御室間の配線は、電線による並列配線となるため、配線量が非常に多くなるという問題点がある。図８に示すような現場制御盤７内の配線についても、電気ケーブルによる配線が主であるため、現場制御盤７自体が大型化し、そのケース２１の幅Ｗ、奥行きＤ、高さＨが大きくなってしまうという問題がある。
【０００９】
一方、このような接点やリレー類から構成される制御回路の問題点を解決するために、文献：「ＧＩＳ用操作・制御回路の電子回路化」（平成６年電気学会電力エネルギー部門大会 Ｎｏ．６５１）などにおいては、接点やリレー類を電子化して回路系の自己診断を行うことにより信頼性の向上を図る方式が提案されている。
【００１０】
この文献においては、無接点化されたガス絶縁開閉装置の制御回路が提案されているが、文献中の図４にあるように、幾種ものユニットとシーケンサ（ＰＣ）が接続されたシステム構成は複雑である。また、ユニット種類が多いので、部品点数も多くなるため、現場制御盤７自体が大型化してしまう。さらに、この文献において、具体的な電子化の適用範囲、制御システムとしての冗長性、近年適用が拡大している機器監視システム（保守支援システム）などの上位システムの具体的な構成方法や上位システムと制御システムとの関係などについては何等示唆されていない。
【００１１】
本発明は、上記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、電子化された現場制御盤の制御システムとして、上位システムとの関係をも含めた、小型・簡略・高性能で信頼性・実用性の高い電子化制御システムを実現し、このような優れた電子化制御システムを有する変電設備を提供することである。
【００１２】
より具体的に、請求項１記載の発明の目的は、現場制御盤の制御システム全体を電子化してその小型・簡略化を図るとともに、事故時における変電機器の動作の迅速化と、その動作状態の監視の迅速化を図ることである。請求項２記載の発明の目的は、変電機器の保守点検性を向上することである。
【００１３】
請求項３記載の発明の目的は、事故時における電子化制御システムの動作の信頼性を向上することである。請求項４記載の発明の目的は、電子化制御システムの自己診断による信頼性をより向上することである。請求項５および６記載の発 明の目的は、伝送手段全体の構成を小型・簡略化することである。請求項１０記載の発明の目的は、伝送手段の使用効率を向上して、伝送手段をより小型・簡略化することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の変電設備は、高電圧充電部を絶縁媒体とともに接地金属容器内に収納してなる遮断器を含む複数の変電機器と、この変電機器近傍に配設されて変電機器の制御と監視を行う電子化制御システムを収納した収納部と、この電子化制御システムに変電機器の制御情報及び遮断器を動作させるための保護リレー情報を伝送する上位システムを有する変電設備において、前記電子化制御システムは、前記変電機器の動作状態の監視を行う制御監視ユニットと、前記遮断器を含む複数の変電機器の各可動部を駆動するための個別のドライブユニットを有し、前記変電機器の主回路に、事故情報を検出する検出手段を設け、この検出手段からの事故情報を検出情報伝送手段により前記上位システムに直接伝送し、この事故情報に基づき前記上位システムによって前記保護リレー情報を生成し、前記制御情報を上位システムから前記制御監視ユニットに対して第１の伝送手段によって伝送し、前記保護リレー情報を、前記上位システムから前記制御監視ユニットと遮断器用のドライブユニットの両方に対して第２の伝送手段によって同時に伝送することによって、前記変電機器の動作状態についての前記制御監視ユニットの監視と前記遮断器用のドライブユニットの動作とを同時に開始させることを特徴とする。なお、請求項中の保護リレー情報とは、遮断器を動作させるための情報を言う。
【００１５】
請求項２記載の発明の変電設備は、請求項１記載の発明において、前記検出情報伝送手段の途中に設けられ、前記検出手段からの検出情報を低負担の電流あるいは電圧に変換して前記制御監視ユニットに送る変換手段を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記遮断器用のドラ イブユニットとして、第１と第２のドライブユニットが設けられ、第１のドライブユニットの異常時には第２のドライブユニットが動作するように構成されたことを特徴とする。また、請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記複数の変電機器用の各ドライブユニットと、前記制御監視ユニットとの間にそれぞれ設けられ、各ドライブユニットの状態を監視する第１の状態監視回路と、前記遮断器用のドライブユニットと前記上位システムとの間に設けられ、遮断器用のドライブユニットの状態を監視する第２の状態監視回路とを有することを特徴とする。
【００１７】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の伝送手段は、前記電子化制御システムと前記上位システムとの間のデータ伝送を、光ファイバを使用して異なるデータ伝送方式でそれぞれ行う複数種類の伝送手段を有することを特徴とする。請求項６記載の発明の変電設備は、請求項５記載の発明において、前記複数種類の伝送手段の一つで使用されるデータ伝送方式は、ＩＥＥＥＳｔｄ． ８０２．４に準拠したプロトコルによる方式であることを特徴とする。
【００１８】
請求項７記載の発明は、請求項１記載の変電設備において、前記第１の伝送手段は、光ファイバを使用した手段であり、前記電子化制御システムと前記上位システムとの間で伝送する複数のデータを、各データに要求される伝送時間の差に基づいてクラス分けし、このクラス分けに基づいて各クラスのデータ伝送周期を制御するように構成されたことを特徴とする。
【００１９】
【作用】
以上のような構成を有する本発明の変電設備によれば、次のような作用が得られる。すなわち、請求項１記載の発明によれば、現場制御盤の制御システム全体を電子化することにより、現場制御盤内の配線を電気ケーブルによって行った場合に比べて、現場制御盤を小型・簡略化することができる。さらに、事故時においては、システム間伝送手段によって、上位システムからの保護リレー情報を制御監視ユニットとドライブユニットの両方に伝送することにより、保護リレー情報によって制御監視ユニットとドライブユニットを同時に起動することができる。したがって、ドライブユニットによって、保護リレー情報に基づき、変電機器を迅速に動作させると同時に、制御監視ユニットによって、保護リレー情報に基づく変電機器の動作状態の監視を迅速に開始することができる。
【００２０】
請求項２記載の発明によれば、検出手段からの検出情報を、検出情報伝送手段によって上位の保護システムに直接伝送すると同時に、この検出情報伝送手段の途中に設けた変換手段によって変換して制御監視ユニットに送ることができる。したがって、制御監視ユニットによって検出情報を利用して変電機器の状態を監視することができるため、変電機器の保守点検性を向上することができる。
【００２１】
請求項３記載の発明によれば、事故時には、第２の伝送手段によって、上位システムからの保護リレー情報を遮断器用の第１と第２のドライブユニットに対して高速で伝送し、第１のドライブユニットによって遮断器を迅速に動作させることができる。そして、仮に、この遮断器用の第１のドライブユニットに異常を生じた場合には、第２のドライブユニットによって遮断器を迅速に動作させることができる。したがって、事故時には、遮断器用のドライブユニットを確実に動作させることができるため、電子化制御システムの動作の信頼性を向上することができる。
【００２２】
請求項４記載の発明によれば、各変電機器用のドライブユニットを第１の状態監視回路で監視するとともに、遮断器用のドライブユニットについては、第２の状態監視回路で二重に監視することができる。したがって、ドライブユニットの中でも特に重要な遮断器用のドライブユニットの診断性能を向上することができ、電子化制御システムの信頼性をより向上することができる。
【００２３】
請求項５、６記載の発明によれば、第１の伝送手段として、複数のデータの内容や伝送条件にそれぞれ応じた複数種類の適切な伝送方式で伝送することにより 、伝送手段全体の構成を小型・簡略化することができる。特に、高速の伝送が要求されるデータについては、請求項６記載の発明に記載のプロトコルによる方式を使用し、他のデータについては、比較的低速の方式を使用することにより、伝送手段全体の構成をできる限り小型・簡略化することができる。
【００２４】
請求項７記載の発明によれば、データに要求される伝送時間に応じて、複数のデータを、タイミングをずらして同一の伝送手段によって伝送することができるため、同一の伝送手段の使用効率を向上するとともに、伝送手段全体の構成をできる限り小型・簡略化することができる。
【００２５】
【実施例】
以下には、本発明による変電設備の実施例について、図４を参照して具体的に説明する。ここで、上記同様、本発明における保護リレー情報とは、遮断器を動作させるための情報を言う。
【００２６】
［１］第１実施例…図１〜図３
［１−１］実施例の構成
図１は、本発明による変電設備の第１実施例を示す構成図である。この図１に示すように、変電設備は、開閉装置主回路３０、現場制御盤４０、および上位システム５０によって構成されている。まず、開閉装置主回路３０は、遮断器３１、断路器３２、接地装置３３などの開閉装置を含む主回路であり、この開閉装置主回路３０には、その状態を検出する検出手段として計器用変流器３４および計器用変圧器３５が接続されている。また、遮断器３１，断路器３２、接地装置３３などの開閉装置には、操作機構のアクチュエータやガス圧力、油圧などのセンサとして、トランスデューサ３６ａ〜３６ｃがそれぞれ設けられている。
【００２７】
次に、現場制御盤４０は、開閉装置主回路３０の近傍に配置されており、共通の制御監視ユニット４１と個別のドライブユニット４２ａ〜４２ｃを有する。このうち、制御監視ユニット４１は、マイクロコンピュータ回路などから構成されている。また、ドライブユニット４２ａ〜４２ｃは、遮断器３１、断路器３２、接地装置３３などの各開閉装置を個別に駆動するための手段であり、パワーＭＯＳＦＥＴなどからなるパワー電子回路とセンサ信号入力部を有する。なお、上位システム５０は、変電所内の制御室内に設置されている。
【００２８】
一方、図１中の５１〜５３は、データを伝送するための伝送路である。伝送路５１は、本発明のシステム間伝送手段の第１の伝送手段に相当する伝送手段であり、現場制御盤４０の制御監視ユニット４１と上位システム５０との間で双方向のデータ伝送を行うように構成されている。この伝送路５１は、制御情報のうち、保護リレー情報以外の情報で、他の伝送路５２，５３で伝送される情報に比べて緊急性の低い制御情報や保守点検情報などを伝送することを目的として使用される。事故情報を生成処理して得られるそのため、この伝送路５１は、高信頼性・高速性を実現する電気ケーブルを使用する代わりに、光ファイバケーブルを使用して構成されている。
【００２９】
伝送路５２は、本発明のシステム間伝送手段の第２の伝送手段に相当する伝送手段であり、上位システム５０からの保護リレー情報を、制御監視ユニット４１と遮断器用のドライブユニット４２ａに同時に伝送するように構成されている。この場合、上位システム５０からの保護リレー情報は、事故時において遮断器３１を緊急に駆動することを目的として使用される。そのため、この伝送路５２には、高信頼性と高速性が要求される。そして、この要求を満たすために、伝送路５２は、電気ケーブルを使用して構成されている。
【００３０】
伝送路５３は、本発明の検出情報伝送手段に相当する伝送手段であり、計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの検出情報を上位システム５０に直接伝送するように構成されている。この計器用変流器３４および計器用変圧器３５は、特に、送電線などで事故が発生した場合の情報を検出し、遮断器３１を駆動することを目的として使用される。したがって、この計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの検出情報を伝送する伝送路５３には、信号伝送の高信頼性と高速性が要求される。そして、この要求を満たすために、伝送路５３は、伝送路５２と同様に電気ケーブルを使用して構成されている。
【００３１】
伝送路５３の途中には、この伝送路５３によって伝送される計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの検出情報を変換して制御監視ユニット４１に送るための変換手段として、トランスデューサ４３が取り付けられている。このトランスデューサ４３としては、計器用変流器３４からの出力に対しては、低負担の補助変流器が用いられ、また、計器用変圧器３５からの出力に対しては、低負担の補助変圧器が用いられる。そして、これらのトランスデューサ４３の出力は、制御監視ユニット４１内に取り込まれるようになっている。
【００３２】
一方、図２は、遮断器３１のトランスデューサ３６ａの構成例を示す図である。この図２に示すように、トランスデューサ３６ａは、トリップコイル６１、投入コイル６２、位置センサ６３、油圧ポンプ６４、油圧センサ６５、およびガス密度センサを備えている。このうち、トリップコイル６１、投入コイル６２、及び油圧ポンプ６４は、ドライブユニット４２ａ内のＭＯＳＦＥＴなどからなるパワー電子回路に接続されている。また、位置センサ６３は、遮断器３１の動作位置を検出する手段であり、この位置センサ６３、油圧センサ６５、およびガス密度センサ６６の出力は、ドライブユニット４２ａ内のセンサ信号入力部に導かれるようになっている。
【００３３】
なお、遮断器用のドライブユニット４２ａには、事故時において遮断器３１を緊急に駆動する必要から、高信頼性が求められる。これに対して、本実施例においては、各開閉装置３１〜３３用の各ドライブユニット４２ａ〜４２ｃと制御監視ユニット４１の間に、各ドライブユニット４２ａ〜４２ｃの状態を監視する第１の状態監視回路が構成されている。そして、これに加えて、遮断器用のドライブユニット４２ａに関しては、このドライブユニット４２ａと上位システム５０、およびその間の伝送路５２によって、ドライブユニット４２ａの状態を二重に監視する第２の状態監視回路が構成されている。具体的には、上位システム５０から伝送路５２を介してドライブユニット４２ａに微小なアナログ電流を流し、その状況を制御監視ユニット４１と上位システム５０の両方で監視する方法などが採用されている。
【００３４】
さらに、図３は、図１に示す現場制御盤の外観を示す図である。この図８に示すように、現場制御盤４０のケース４４内には、制御監視ユニット４１、ドライブユニット４２、およびトランスデューサ４３が収納されるとともに、その前面には、操作表示パネル４５が配置されている。
【００３５】
［１−２］実施例の作用
以上のような構成を有する本実施例の作用は次の通りである。すなわち、開閉装置主回路３０の通常運転時においては、開閉装置主回路３０の状態が計器用変流器３４および計器用変圧器３５によって検出され、この検出情報が伝送路５３によって上位システム５０に伝送されるとともに、トランスデューサ４３を介して現場制御盤４０の制御監視ユニット４１に送られる。したがって、開閉装置主回路３０の状態を、制御監視ユニット４１と上位システム５０の両方で監視することができる。また、特に高信頼性が要求される遮断器用のドライブユニット４２ａの状態についても、制御監視ユニット４１と上位システム５０の両方で監視することができるため、遮断器用のドライブユニット４２ａに何らかの異常が生じた場合には、この異常を確実に検出することができる。
【００３６】
そして、開閉装置主回路３０の事故時には、まず、計器用変流器３４および計器用変圧器３５によってその情報が検出され、この事故情報は、伝送路５３によって上位システム５０に高速で伝送される。そのため、上位システム５０によって、事故情報を処理して保護リレー情報を迅速に生成することができる。この保護リレー情報は、伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａに高速で伝送されるため、遮断器３１を迅速に動作させることができる。
【００３７】
すなわち、事故時に開閉装置主回路３０を保護するためには、ｍｓのオーダー以下の極めて短い時間で事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を完了することが求められる。仮に、計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの事故情報を、現場制御盤４０の制御監視ユニット４１を介して上位システム５０に伝送する場合には、この制御監視ユニット４１内でのデータ処理・伝送処理などに基づく時間遅れが生じ、要求されるｍｓのオーダー以下の短時間で事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を完了することはできない。これに対して、本実施例においては、計器用変流器３４および計器用変圧器３５からの事故情報が、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５３によって上位システム５０に直接伝送されるとともに、上位システム５０からの保護リレー情報についても、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａに直接伝送される。したがって、本実施例においては、事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を、これらの伝送に要求されるｍｓのオーダー以下の短時間で完了することができ、事故の検出から極めて短時間の間に遮断器３１を動作させることができる。
【００３８】
また、上位システム５０からの保護リレー情報は、伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａと同時に制御監視ユニット４１にも高速で伝送される。そのため、遮断器３１の動作開始と同時に、制御監視ユニット４１によって保護リレー情報に基づく遮断器３１の動作時間・タイミングなどの動作状態の監視とその動作の管理を迅速に開始することができる。そして、遮断器３１の動作状態に何らかの異常、すなわち、各相間の動作時間遅れや欠相などの異常が発生した場合には、この制御監視ユニット４１によって迅速な対応処理を行うことができる。このように、本実施例においては、上位システム５０からの保護リレー情報を遮断器用のドライブユニット４２ａに直接伝送するとともに、制御監視ユニット４１にも直接伝送しているため、保護リレー情報をドライブユニット４２ａ経由で制御監視ユニット４１に送る場合に比べて、特に、遮断器３１の動作に何らかの異常を生じた場合に高速で対応できるという利点がある。
【００３９】
さらに、このような遮断器３１の動作時における遮断電流は、計器用変流器３４によって検出され、その検出情報は、伝送路５３に設けられたトランスデューサ４３から制御監視ユニット４１にほぼリアルタイムで送られる。この場合、遮断器３１の主接点消耗度と遮断電流値との間には一定の関係があるため、制御監視ユニット４１においては、計器用変流器３４によって得られた遮断電流値に基づき、遮断器３１の主接点消耗度をほぼリアルタイムで監視することができる。また、計器用変圧器３５で得られた電圧情報は、制御監視ユニット４１内において、インターロック処理や電力量の算出・表示用として使用される。
【００４０】
［１−３］実施例の効果
以上説明したように、本実施例によれば、現場制御盤４０の制御システム全体を電子化しているため、電気ケーブルによる配線を主として構成した図８の従来の現場制御盤７に比べて、現場制御盤４０自体を小型・簡略化することができる。図３に示す現場制御盤４０のケース４４の寸法は、図８の従来の現場制御盤７のケース２１の寸法：Ｗ×Ｄ×Ｈに対して、０．５Ｗ×０．７Ｄ×０．７Ｈであり、格段に小型化されていることが分かる。また、このように、現場制御盤４０を小型・簡略化することができるため、現場制御盤４０のコストを削減でき、実用性に優れている。さらに、現場制御盤４０と変電所内の制御室内に接地された上位システム５０との間の伝送路５１を光ファイバケーブルで構成しているため、伝送路全体を電気ケーブルで構成した場合に比べて、現場と制御室内との間の伝送系全体の構成を小型・簡略化することができる。したがって、変電所全体の建設コストの削減に寄与することができ、実用性に優れている。
【００４１】
また、電子化により自己診断機能を持たせて信頼性を向上することができ、信頼性が高くなっている。特に、事故時においては、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５３，５２によって、事故情報の伝送と保護リレー情報の伝送を高速で行うことができ、遮断器３１を迅速に動作させることができるため、現場制御盤４１と上位システム５０を含むシステム全体の性能・信頼性を向上することができる。
【００４２】
さらに、本実施例においては、上位システム５０からの保護リレー情報を伝送路５２によって遮断器用のドライブユニット４２ａと制御監視ユニット４１に同時に伝送しており、遮断器３１の動作に何らかの異常を生じた場合には制御監視ユニット４１によって高速で対応できるため、システム全体の性能・信頼性を向上することができる。加えて、本実施例においては、遮断器用のドライブユニット４２ａの状態を、制御監視ユニット４１と上位システム５０によって二重に監視しており、遮断器用のドライブユニット４２ａに何らかの異常を生じた場合にはこの異常を確実に検出することができるため、この点からもシステム全体の性能・信頼性を向上することができる。
【００４３】
そしてまた、本実施例においては、遮断器３１の遮断電流値を、伝送路５３に設けられたトランスデューサ４３によって制御監視ユニット４１にほぼリアルタイムで送り、制御監視ユニット４１によって遮断器３１の主接点消耗度をほぼリアルタイムで監視することができるため、遮断器３１の保守点検性を向上することができ、実用性に優れている。
【００４４】
［２］第２実施例…図４
［２−１］実施例の構成
図４は、本発明による変電設備の第２実施例を示す構成図である。この図４は、前述した第１実施例における現場制御盤４０の数が複数である場合における各現場制御盤４０と上位システム５０の間の構成を示している。なお、この図４においては、上位システム５０を、具体的に、監視制御システム５０ａ、保守支援システム５０ｂ、および保護システム５０ｃの３つに分類して示している。これらのシステム５０ａ〜５０ｃは、伝送路５０ｄによって互いに接続されており、変電所内の制御室内に設置されている。また、図示していないが、各現場制御盤４０は、制御監視ユニットおよびドライブユニットを備えており、基本的に第１実施例の現場制御盤４０と同様に構成されている。
【００４５】
本実施例において、伝送路５２は、保護システム５０ｃからの保護リレー情報を、現場制御盤４０内の図示していない制御監視ユニットおよびドライブユニットに直接伝送するように構成されている。この伝送路５２は、第１実施例と同様に、電気ケーブルを使用して構成されている。
【００４６】
また、伝送路５１ａは、監視制御システム５０ａからの制御情報を、複数の現場制御盤４０の各々に伝送するように構成されている。この伝送路５１ａは、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃなどを使用して構成されている。すなわち、監視制御システム５０ａからの制御情報は、保護リレー情報などの緊急性を有する情報に比べて、伝送時間の裕度が、数１０ｍｓから数１００ｍｓと大きいことから、光ファイバケーブルによるシリアルデータ伝送方式を適用することができる。なお、伝送時間の裕度があるといっても、数１００ｍｓ以内と短い上に、現場制御盤４０の数が１０以上になる場合があるため、本実施例では、ＩＥＥＥ Ｓｔｄ． ８０２．４で規格化されているトークンパッシング方式を使用している。
【００４７】
さらに、伝送路５１ｂは、複数の現場制御盤４０の各々からの保守点検情報を、保守点検システム５０ｂに伝送するように構成されている。この伝送路５１ｂもまた、伝送路５１ａと同様に、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃなどを使用して構成されている。しかしながら、この保守点検情報の伝送時間の裕度は、制御情報に比べて、秒単位と大きいため、より低速の方式が使用されている。
【００４８】
なお、図示していないが、これらの伝送路５１ａ，５１ｂ，５２以外の部分については、前述した第１実施例と全く同様に構成されている。
【００４９】
［２−２］実施例の作用
以上のような構成を有する本実施例においては、第１実施例と同様の作用が得られる。例えば、本実施例において、事故時には、保護システム５０ｃからの保護リレー情報が、第１実施例と同様に、高信頼性・高速性を有する電気ケーブルからなる独立した伝送路５２によって現場制御盤４０内の制御監視ユニットおよびドライブユニットに高速で伝送されるため、事故の検出から極めて短時間の間に遮断器を動作させることができる。
【００５０】
また、本実施例においては、第１実施例と同様の作用に加えて、さらに次のような作用が得られる。すなわち、監視制御システム５０ａからの制御情報は、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃから構成された伝送路５１ａによって、シリアルデータ伝送方式の一つであるトークンパッシング方式により伝送される。したがって、監視制御システム５０ａからの制御情報は、この制御情報に要求される伝送時間に相当する数１００ｍｓ以内の伝送時間で適切に伝送される。
【００５１】
そしてまた、複数の現場制御盤４０の各々からの保守点検情報は、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃから構成された伝送路５１ｂによって、トークンパッシング方式よりも低速の方式により伝送される。したがって、現場制御盤４０からの保守点検情報は、この制御情報に要求される伝送時間に相当する秒単位の伝送時間で適切に伝送される。この場合、保守点検情報としては、例えば、開閉器動作時間、回数、ガス密度値、油圧値、油圧ポンプの動作回数や頻度、制御回路系の異常の有無、開閉器動作の異常の有無などが複数の現場制御盤４０の各々から伝送される。
【００５２】
［２−３］実施例の効果
以上説明したように、本実施例によれば、まず、前述した第１実施例と同様の作用が得られることから、第１実施例と同様の効果が得られる。そして、本実施例によれば、第１実施例と同様の効果に加えて、さらに次のような効果が得られる。すなわち、複数の現場制御盤４０と変電所内の制御室内に設置された監視制御システム５０ａおよび保守支援システム５０ｂとの間の伝送路５１ａ，５１ｂを、光ファイバケーブルおよびスターカプラ５１ｃを使用して構成しているため、現場と制御室内との間のケーブル本数を大幅に削減することができ、伝送系全体の構成を小型・簡略化することができる。したがって、変電機器側のコストの削減のみならず、変電所全体の建設コストの削減にも大きく寄与することができ、実用性に優れている。また、情報の伝送時間の裕度に応じて、伝送路５１ａ，５１ｂに異なる伝送方式を使用しており、特に、伝送時間の裕度の大きい保守点検情報を伝送する伝送路５１ｂについては高速化のためのコストが不要であるため、コストをできる限り削減できる。
【００５３】
一方、複数の現場制御盤４０の各々からの保守点検情報を、上位の保守点検システム５０ｂに常時伝送することができるため、保守点検システム５０ｂによって変電機器の保守点検を自動的に行うことができる。したがって、変電機器の保守点検性を向上することができ、実用性に優れている。そしてまた、このように保守点検を自動的に行うことができることから、日常巡視や定期点検などに費やすコストを大幅に削減することができ、この点でも実用性に優れている。
【００５４】
［３］他の実施例
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、他にも多種多様の変形例を実施可能である。例えば、第１実施例の変形例として、遮断器用のドライブユニットを二重化して、一方のドライブユニットの異常時には他方のドライブユニットを動作させるように構成することも可能である。このように構成した場合には、事故時において遮断器を確実に動作させることができ、信頼性を向上することができる。また、このようにドライブユニットを二重化した場合には、さらに、制御監視ユニットにより遮断器の動作応答に問題のないタイミングでドライブユニットを切換えて自己診断を行うように構成することも可能である。このように構成した場合には、自己診断性能を向上し、信頼性を一層向上することができる。
【００５５】
一方、第２実施例の変形例として、伝送時間の裕度の大きい保守点検情報のデータ量が少ない場合には、保守点検情報専用の伝送路５１ｂを省略し、保守点検情報を、制御情報用の伝送路５１ａによって監視制御システム５０ａ経由で保守支援システム５０ｂに送るように構成することも可能である。この場合、制御データと保守点検データを、その伝送時間の裕度に応じてクラス分けし、このクラス分けに基づいて各クラスの伝送周期を制御するように構成することが望ましい。そして、このように構成することにより、複数のデータを、タイミングをずらして同一の伝送路５１ａによって伝送することができるため、伝送路５１ａの使用効率を向上するとともに、伝送路全体の構成をできる限り小型・簡略化することができる。
【００５６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、現場制御盤の電子化制御システム、上位システム、あるいはこれらのシステムに関連する伝送手段を改良したことにより、上位システムとの関係をも含めた、小型・簡略・高性能で信頼性・実用性の高い電子化制御システムを実現し、このような優れた電子化制御システムを有する変電設備を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による変電設備の第１実施例を示す構成図。
【図２】図１の遮断器のトランスデューサを示す構成図。
【図３】図１の現場制御盤の外観を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は（Ａ）のＸ矢視図。
【図４】本発明による変電設備の第２実施例を示す構成図。
【図５】本発明の適用対象となる変電機器の一つとして、ガス絶縁開閉装置の一例を示す構成図。
【図６】図５のガス絶縁開閉装置に対応する単線結線図。
【図７】図５の現場制御盤内の遮断器制御回路の一例を示す回路図。
【図８】図５の現場制御盤の外観を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は内部正面図。
【符号の説明】
３０…開閉装置主回路
３１…遮断器
３２…断路器
３３…接地装置
３４…計器用変流器
３５…計器用変圧器
３６ａ〜３６ｃ…トランスデューサ
４０…現場制御盤
４１…制御監視ユニット
４２ａ〜４２ｃ…ドライブユニット
４３…トランスデューサ
５０…上位システム
５０ａ…監視制御システム
５０ｂ…保守支援システム
５０ｃ…保護システム
５１，５１ａ，５１ｂ，５２，５３…伝送路
Claims (7)
- 高電圧充電部を絶縁媒体とともに接地金属容器内に収納してなる遮断器を含む複数の変電機器と、この変電機器近傍に配設されて変電機器の制御と監視を行う電子化制御システムを収納した収納部と、この電子化制御システムに変電機器の制御情報及び遮断器を動作させるための保護リレー情報を伝送する上位システムを有する変電設備において、
前記電子化制御システムは、前記変電機器の動作状態の監視を行う制御監視ユニットと、前記遮断器を含む複数の変電機器の各可動部を駆動するための個別のドライブユニットを有し、
前記変電機器の主回路に、事故情報を検出する検出手段を設け、この検出手段からの事故情報を検出情報伝送手段により前記上位システムに直接伝送し、この事故情報に基づき前記上位システムによって前記保護リレー情報を生成し、前記制御情報を上位システムから前記制御監視ユニットに対して第１の伝送手段によって伝送し、前記保護リレー情報を、前記上位システムから前記制御監視ユニットと遮断器用のドライブユニットの両方に対して第２の伝送手段によって同時に伝送することによって、前記変電機器の動作状態についての前記制御監視ユニットの監視と前記遮断器用のドライブユニットの動作とを同時に開始させることを特徴とする変電設備。 - 前記検出情報伝送手段の途中に設けられ、前記検出手段からの検出情報を低負担の電流あるいは電圧に変換して前記制御監視ユニットに送る変換手段を有することを特徴とする請求項１記載の変電設備。
- 前記遮断器用のドライブユニットとして、第１と第２のドライブユニットが設けられ、第１のドライブユニットの異常時には第２のドライブユニットが動作するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の変電設備。
- 前記複数の変電機器用の各ドライブユニットと、前記制御監視ユニットとの間にそれぞれ設けられ、各ドライブユニットの状態を監視する第 １の状態監視回路と、前記遮断器用のドライブユニットと前記上位システムとの間に設けられ、遮断器用のドライブユニットの状態を監視する第２の状態監視回路とを有することを特徴とする請求項１記載の変電設備。
- 前記第１の伝送手段は、前記電子化制御システムと前記上位システムとの間のデータ伝送を、光ファイバを使用して異なるデータ伝送方式でそれぞれ行う複数種類の伝送手段を有することを特徴とする請求項１記載の変電設備。
- 前記複数種類の伝送手段の一つで使用されるデータ伝送方式は、ＩＥＥＥ Ｓｔｄ． ８０２．４に準拠したプロトコルによる方式であることを特徴とする請求項５記載の変電設備。
- 前記第１の伝送手段は、光ファイバを使用した手段であり、前記電子化制御システムと前記上位システムとの間で伝送する複数のデータを、各データに要求される伝送時間の差に基づいてクラス分けし、このクラス分けに基づいて各クラスのデータ伝送周期を制御するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の変電設備。
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