JP3970107B2

JP3970107B2 - 特性試験学習システム

Info

Publication number: JP3970107B2
Application number: JP2002182400A
Authority: JP
Inventors: 勝敏堀越
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2002-06-24
Publication date: 2007-09-05
Anticipated expiration: 2022-06-24
Also published as: JP2004029177A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実務経験が必要な装置の固有の特性試験等を、実際の装置を用いないでもパソコンにより学習することができる特性試験学習システムと、それに用いる特性試験学習プログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
電力系統の設備や装置には、様々な安全対策が施されている。例えば、発電機の保護には、図８に単線接続図により構成例を示すような複数の保護継電器（リレー）が設けられている。図８において、中性点が電流制限抵抗器ＣＬＲ１を介して接地された発電機４０の出力端は、高圧側中性点が電流制限抵抗器ＣＬＲ２を介して接地された主変圧器４１の低圧側に、並列用遮断器３７を介して接続され、さらに主変圧器４１の高圧側は、主要変圧器高圧側遮断器３８を介して電力系統３９に接続されている。
【０００３】
また、発電機４０の回路および主変圧器４１の回路には、その電流をそれぞれ検出するための計器用変流器ＣＴ１〜ＣＴ４およびＣＴ５〜ＣＴ８、および電圧をそれぞれ検出するための計器用変圧器ＰＴ１およびＰＴ２が設けられており、計器用変流器ＣＴ１〜ＣＴ８および計器用変圧器ＰＴ１、ＰＴ２の二次回路の出力は、発電機・変圧器保護リレー４２に導入されている。
【０００４】
一方、発電機・変圧器保護リレー４２には、発電機の保護リレー要素として、過電流リレー要素４３、差動リレー要素４４、界磁喪失リレー要素４５、地絡差動リレー要素４６、不足電圧リレー要素４７、過電圧リレー要素４８、および地絡過電流リレー要素４９が設けられている。
【０００５】
同様に、主要変圧器の保護リレー要素として、過電流リレー要素５１、差動リレー要素５２、および高圧回路地絡過電流リレー要素５３が設けられている。
【０００６】
さらに、主変圧器４１の低圧側回路には、周波数リレー要素５５、および地絡過電圧リレー要素５８が設けられている。なお、これらの保護継電器は、その多くがディジタル化されてきている。
【０００７】
これらの保護継電器については、電力系統の安全で正常な作動を確認するために、定期的に特性試験がおこなわれている。特性試験に際しては、保護継電器の動作や特性を十分に理解しておく必要があり、それらの理解の学習は、図９に模式図を示したように、研修設備等でおこなわれていた。研修施設では、設備されている実機の保護継電器が格納されている発電機保護継電器盤７１に、試験器材７２（計測器や電圧・電流発生器）を試験ケーブル７３で接続し、実際に様々な状態を発生させて、それについて講師が説明することにより動作や特性の学習をおこない、特性試験についての知見を得ていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、研修設備等で保護継電器の動作や特性を理解するための学習は、当然、それなりの学習効果があるが、（１）研修設備は高価である。（２）試験器材を準備する必要がある。（３）研修設備の場合は講師が必要となる。等の改善すべき問題を抱えていた。
【０００９】
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、研修設備等のような専用の施設を設けなくても装置の特性試験について、パソコンにより学習者が十分に習得することのできる特性試験学習システムと、それに用いる特性試験学習プログラムを提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、複数の要素からなる電気機器試験学習対象に関する特性試験方法や手順をグラフィックおよび音声で案内する案内プログラムが格納されている学習支援ロジック部と、
前記電気機器試験学習対象の電気回路、電圧・電流発生器および測定器に関する設定値の入力に対する動作手順が組み込まれている動作プログラムが格納されている試験回路部と、
前記設置値に対する動作判定を行う動作判定プログラムが格納され、試験結果の動作を判定する動作判定ロジック部とを格納したパソコンと、
前記学習支援ロジック部を起動し、前記電気機器試験学習対象の前記複数の要素の内、学習対象とする要素を選択するメニューを表示する学習対象要素選択メニュー表示手段と、
前記選択された学習対象要素の試験項目を選択する試験項目選択メニュー表示手段と、
前記選択された試験項目に係わる設定値の入力変更を可能としたテンキー表示を有する設定値操作パネル表示手段と、
前記選択された試験項目を学習者自身が学習を進める独学モード指定ボタンと、対話型の支援モードを指定する対話モード指定ボタンを表示する学習モード切換表示手段と、
前記選択された試験項目に関する試験結果ならびに前記試験結果と予め演算されている内容とを比較して判定された良否判定結果を表示する試験結果表示手段とを具備することを特徴とする特性試験学習システムである。
【００１１】
また、本発明によれば、前記電気機器試験学習対象は、発電機に接続されている保護継電器であり、前記設定値は整定値であることを特徴とする特性試験学習システムである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
発明者は、例えば、発電プラントにおける発電機の保護継電器の特性試験の学習を、Ｖｉｓｕａｌ開発言語である米国のマイクロソフト社が開発したＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ（以下、ＶＢと称する）により作成した、グラフィカルユーザインターフェースの学習システムプログラムのソフトを用いて、学習者がパソコン上で学習することについて検討してきた結果、以下に説明するような特性試験学習システムと特性試験学習プログラムを完成した。
【００１８】
ＶＢを用いると、グラフィカルユーザインターフェースによる入出力画面を使用するアプリケーションプログラムを開発することができる。したがって、学習者はパソコンの学習システムソフトの入出力画面を操作することにより、様々な条件等を設定して、それに応じた結果についての判定までの特性試験の一連の流れを学習することができる。
【００１９】
なお、ＶＢではプログラム（特性試験学習プログラム）の作成時（デザイン時）に作成されるウインドウで、ＶＢで「Ｆｏｒｍ」と呼ばれる画面定義体に対し、入出力を行うＯＢＪＥＣＴの数分だけ、画面入出力を行うＯＢＪＥＣＴの属性情報を設定するための部品で、ＶＢでは「Ｃｏｎｔｒｏｌ」と呼ばれる部品を利用して定義している。
【００２０】
その際、一般的な手法として、デザイン時に定義するＯＢＪＥＣＴに応じて、画面上の入出力位置や、ＯＢＪＥＣＴのサイズ、ＯＢＪＥＣＴのプロパティ（Ｐｒｏｐｅｔｙ）などをＣｏｎｔｒｏｌを利用して静的に定義している。
【００２１】
また、画面入出力に伴うファイルの入出力についても同様に、プログラム作成時にレイアウト数分だけ、ファイルレイアウト上の入出力項目を示す構造体を定義しておき、この構造体を用いて各項目に対するファイルの入出力を行っている。
【００２２】
それらの定義等により、キーボードやマウスからキー信号、移動量／移動方向検知信号、スイッチ信号などが出力されたとき、ＶＢによって、移動量／移動方向検知信号、スイッチ信号、キー信号を処理して表示信号を生成し、これをＣＲＴに画面表示しながら、アプリケーションプログラムである学習システムソフト（特性試験学習プログラム）を作成する。
【００２３】
次に、ＶＢを用いて作成した発電機の保護継電器の特性試験学習プログラムについて説明する。
【００２４】
特性試験学習プログラムのプログラム構成は、大別すると、（１）特性試験の対象装置に応じて特性試験の方法や手順がグラフィックおよび音声で案内する案内プログラムと、（２）対象装置の電気回路と電圧・電流発生器と測定器についての入力値に対する動作手順が組み込まれている動作プログラムと、（３）入力値に対する動作判定をおこなうロジックが組み込まれている動作判定プログラムとで構成されている。
【００２５】
保護継電器の特性試験学習プログラムの場合は、図１に示すように、案内プログラムとしての学習支援ロジック部１、動作プログラムとしての発電機の保護継電器試験回路部２、および動作判定プログラムとしての保護継電器ロジック部３で構成されている。また、学習モードは、学習者が自身で進めていく独学モードと、対話型の支援モードが選択自在に設けられている。
【００２６】
学習支援ロジック部１には、学習者がパソコン４からの音声および文字メッセージにて後述する発電機の保護継電器についての試験方法や手順等の学習を支援するためのロジックが組まれている。また、発電機保護継電器試験回路部２は、電圧・電流発生器、各計測器等で構成されており、また、パソコン４上の試験回路が構成されている。保護継電器ロジック部３には、保護継電器の保護特性や動作判定ロジックが組み込まれている。
【００２７】
次に、特性試験学習プログラムを用いた一例として、差動リレーにおける最小動作値試験の場合について説明する。最初に、特性試験学習プログラムの対象になっている比率差動リレーに流れる差動電流について、図２（ａ）〜（ｃ）の回路図および説明図を参照しながらの概要を説明する。なお、ここでは、便宜的に、比率差動リレー１０を主変圧器１１の両端間に設けた場合を例にとって説明する。
【００２８】
図２（ａ）は比率差動リレー１０内の差動回路のコイル構造を概略的に示す回路図であり、図２（ａ）において、ｉａは主変圧器１１の一次側電流、ｉｂは主変圧器１１の二次側電流、１２は計器用変流器１５ａおよび１５ｂの各二次側巻線間に挿入された抑制コイル、１３は抑制コイル１２の中間点と計器用変流器１５ａおよび１５ｂの中間点との間に挿入された動作コイルである。
【００２９】
通常、比率差動リレー１０内の動作コイル１３には、図２（ａ）のように、計器用変流器１５ａおよび１５ｂの特性差に起因する差動電流ｉｄ（不平衡電流）が流れる。したがって、比率差動リレー１０においては、差動電流ｉｄによる誤動作を防ぐことを目的として、抑制コイル１２を通過する電流により抑制力を発生させるようにしている。
【００３０】
いま、主変圧器１１に関して一次側電流ｉａが流れると、計器用変流器１５ａを介して二次電流ｉ１が比率差動リレー１０に供給される。また、主変圧器１１に関して二次側電流Ｉ２が流れると、計器用変流器１５ｂを介して二次電流ｉ２が比率差動リレー１０に供給される。
【００３１】
二次電流ｉ１およびｉ２は、比率差動リレー１０内の抑制コイル１２に流れ、各計器用変流器１５ａおよび１５ｂの特性差に起因する差動電流ｉｄが不平衡電流として動作コイル１３に流れる。
このときの差動電流ｉｄは、以下の式（１）で表わされる。
【００３２】
ｉｄ＝ｉ１−ｉ２…（１）
図２（ｂ）は式（１）で表わされる差動電流ｉｄの一例を示すベクトル図であり、主変圧器１１の一次側電流ｉａを一定にして二次側電流ｉｂを電流位相差ゼロの状態で変化させたときに比率差動リレー１０内の動作コイル１３に流れる不平衡電流（差動電流ｉｄ）の向きおよび大きさを示す。
【００３３】
図２（ｃ）は差動電流ｉｄの他の例を示すベクトル図であり、主変圧器１１の一次側電流ｉａおよび二次側電流ｉｂを一定にして二次側電流ｉｂの電流位相を変化させたときの動作コイル１３に流れる不平衡電流（差動電流ｉｄ）の向きおよび大きさを示す。
【００３４】
図２（ａ）〜（ｃ）から明らかなように、主変圧器１１の一次側電流ｉａを一定にして二次側電流ｉｂを電流位相差ゼロの状態で変化させるか、または主変圧器１１の一次側電流ｉａおよび二次側電流ｉｂを一定にして二次側電流ｉｂの電流位相を変化させると、比率差動リレー１０内の動作コイル１３に流れる不平衡電流すなわち差動電流ｉｄ（＝ｉ１−ｉ２）が大きくなって比率差動リレー１０が動作状態になることから、比率差動リレー１０の正常性の確認を試験することが可能なことが分かる。
【００３５】
次に、特性試験学習プログラムでの実際の操作について説明する。
【００３６】
まず、学習者はパソコンを操作して学習プログラムである学習支援ロジック部１を呼び出して、パソコン４の表示部に表示された図３に示す、初期画面の「発電機保護継電器・リレー選択・ＭａｉｎＭｅｎｕ」２１で、「学習する保護継電器を選択してください」の表示に従って、この場合は、「発電機・主変比率差動（８７ＧＴ）」を選択してクリックする。なお、「発電機保護継電器・リレー選択・ＭａｉｎＭｅｎｕ」の画面では、９個のリレーが表示されているので、学習に応じてそれぞれ選択することができる。
【００３７】
「発電機・主変化率差動（８７ＧＴ）」が選択されると、画面には図４に示すように、「発電機・主変比率差動（８７ＧＴ）リレー試験」２２が表示される。「試験項目を選択してください」に従って、２の「ＤＩＦ要素・比率特性試験」を選択する。勿論この場合、２以外の選択をおこなえば、それぞれに対応した試験をおこなうことになる。
【００３８】
「ＤＩＦ要素・比率特性試験」が選択されると、画面には図５に示すように、「発電機・主変比率差動（８７ＧＴ）リレー試験」２３が表示される。この画面２３には、試験内容の全体が模式的に表示されており、学習者は試験内容の全貌を把握することができる。次に、リレー整定値（Ｓ）をクリックする。
【００３９】
リレー整定値（Ｓ）のクリックにより、図６に示すような「リレー整定値変更」２４画面が表示される。この画面２４の中で、「リレー要素選択」の項から「８７ＧＴ」を選択し、整定値の変更が必要な場合は、「８７ＧＴ整定一覧」の項の中から該当個所を選択し、「整定値書込み」のテンキー表示から所定値を入力する。
【００４０】
その結果が、図７に示すように、試験結果として、画面に「発電機・主変化率差動（８７ＧＴ）試験記録」２５として表示され、同時に、試験結果の艮否が予め整定値に対応して演算されている結果と比較されて判定される。
【００４１】
なお、上述の場合、初期画面の「発電機保護継電器・リレー選択・ＭａｉｎＭｅｎｕ」２１で、「発電機・主変比率差動（８７ＧＴ）」を選択したが、他のリレーを選択すれば、そのリレーに応じたリレー試験メニューが表示され、それらの中から選択することにより、所望の試験をおこなうことができる。
【００４２】
以上に説明したように、本発明によれば、発電機の実際の試験をおこなう前に、予め、パソコン上で特性試験学習プログラムを用いて、継電器特性試験を学習することにより、実際の本試験をスムーズに実施することができる。
【００４３】
また、特性試験学習プログラムはＶｉｓｕａＩＢａｓｉｃを用いて作成したシミュレータの為、汎用のパソコン４にインストールできる。
【００４４】
また、机上でパソコン４により保護継電器特性試験の学習できる為、学習者は時間が大幅に節約でき、さらに、実際の設備を備えた研修設備等が不要になるので場所についても大幅に削減することができる。
【００４５】
なお、本発明の学習システムは、発電機の保護継電器の学習に限らず、蒸気タービンのローカル制御装置の学習等の、様々な学習システムに適用することができる。
【００４６】
【発明の効果】
本発明によれば、実際の装置を用いずにも、経験が必要な装置の固有の試験等を学習することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特性試験学習プログラムの模式図。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は、差動電流についての回路図および説明図。
【図３】本発明の特性試験学習プログラムの表示画面。
【図４】本発明の特性試験学習プログラムの表示画面。
【図５】本発明の特性試験学習プログラムの表示画面。
【図６】本発明の特性試験学習プログラムの表示画面。
【図７】本発明の特性試験学習プログラムの表示画面。
【図８】発電機に接続された保護継電器の単線接続図。
【図９】従来の学習の模式図。
【符号の説明】
１…学習支援ロジック部、２…保護継電器試験回路部、３…保護継電器ロジック部、４…パソコン、１０…差動リレー

Claims

複数の要素からなる電気機器試験学習対象に関する特性試験方法や手順をグラフィックおよび音声で案内する案内プログラムが格納されている学習支援ロジック部と、
前記電気機器試験学習対象の電気回路、電圧・電流発生器および測定器に関する設定値の入力に対する動作手順が組み込まれている動作プログラムが格納されている試験回路部と、
前記設置値に対する動作判定を行う動作判定プログラムが格納され、試験結果の動作を判定する動作判定ロジック部とを格納したパソコンと、
前記学習支援ロジック部を起動し、前記電気機器試験学習対象の前記複数の要素の内、学習対象とする要素を選択するメニューを表示する学習対象要素選択メニュー表示手段と、
前記選択された学習対象要素の試験項目を選択する試験項目選択メニュー表示手段と、
前記選択された試験項目に係わる設定値の入力変更を可能としたテンキー表示を有する設定値操作パネル表示手段と、
前記選択された試験項目を学習者自身が学習を進める独学モード指定ボタンと、対話型の支援モードを指定する対話モード指定ボタンを表示する学習モード切換表示手段と、
前記選択された試験項目に関する試験結果ならびに前記試験結果と予め演算されている内容とを比較して判定された良否判定結果を表示する試験結果表示手段とを具備することを特徴とする特性試験学習システム。
前記電気機器試験学習対象は、発電機に接続されている保護継電器であり、前記設定値は整定値であることを特徴とする請求項１記載の特性試験学習システム。