JP4964179B2 - 電力開閉装置の動作時間予測装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、遮断器等の電力開閉装置における動作時間予測装置及び方法に関する。

従来技術に係る遮断器等の電力開閉装置においては、下記の手順の方法で遮断器の動作時間を予測している（例えば、特許文献１参照。）。
（１）運用前に、各環境条件（周囲温度、制御電圧等）における開閉極時間を実測し、基準開閉極時間及び開閉極時間補正テーブルを作成しておく。
（２）現在の環境条件に応じた開閉極時間補正テーブルを参照し、基準開閉極時間を補正する。
（３）遮断器が動作する毎に開閉極時間を測定し、過去ｎ回の開閉極時間測定値に基づいて、基準開閉極時間を補正する。

特許第３７１６６９１号公報。

従来技術に係る遮断器等の電力開閉装置においては、運用前に、周囲温度、制御電圧、操作圧力、及び休止時間といった各環境条件を変化させて遮断器動作時間を実測し、基準環境条件下における動作時間としての標準動作時間、及び各環境条件の変動量に応じた動作時間変動量を格納する環境補正テーブルといった遮断器の動作特性パラメータを手動で作成していた。そのため、設置作業が煩雑になるという問題点があった。

本発明の目的は以上の問題点を解決し、従来技術に比較して設置作業が煩雑にならない電力開閉装置の動作時間予測装置及び方法を提供することにある。

本発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置は、
電力開閉装置の開閉指令及び主回路電流又は動作行程に基づいて上記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定手段と、
上記電力開閉装置の動作時における環境条件と動作時間測定値の履歴に基づいて上記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定手段と、
上記推定された動作特性パラメータと現在の環境条件に基づいて次回の動作時間を予測する動作時間予測手段と、
複数回連続して動作時間の予測値と実測値の誤差が所定範囲内となったことを検出して運用開始信号を出力する誤差判定手段とを備え、
上記環境条件は、周囲温度と、制御電圧と、操作圧力と、休止時間とのうちの少なくとも１つであることを特徴とする。

従って、本発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置によれば、遮断器の動作特性パラメータを自動的に取得するよう構成したため、設置作業を従来技術に比較して極めて簡単化でき、より正確に次回の動作時間を予測できる。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。なお、以下の各実施形態において、同様の構成要素については同一の符号を付している。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る、電力開閉装置である遮断器１の動作時間予測装置の構成を示すブロック図である。当該動作時間予測装置及び方法について、図１を参照しながら説明する。

図１において、遮断器１は主回路４０の電力開閉装置であって、各種センサ２〜６及びコントローラ３０を備える。

遮断器１は、電流センサ２と、動作行程センサ３と、温度センサ４と、制御電圧センサ５と、圧力センサ６とを備える。電流センサ２は主回路電流を測定してそれを示す主回路電流信号８を動作時間測定部１３に出力し、動作行程センサ３は遮断器１の接点の動作行程を測定してそれを示す動作行程信号９を動作時間測定部１３に出力する。また、温度センサ４は周囲温度を測定しそれを示す周囲温度信号７を動作特性パラメータ推定部１５及び動作時間予測部１７に出力し、制御電圧センサ５は制御電圧を測定してそれを示す制御電圧信号１０を動作特性パラメータ推定部１５及び動作時間予測部１７に出力し、圧力センサ６は操作圧力を測定してそれを示す操作圧力信号１０を動作特性パラメータ推定部１５及び動作時間予測部１７に出力する。

遮断器１のコントローラ３０は例えばディジタル計算機などのＣＰＵで構成され、動作時間測定部１３と、動作特性パラメータ推定部１５と、動作時間予測部１７と、誤差判定部１９とを備えて構成される。動作時間測定部１３は、遮断器１の開閉指令２１が入力される毎に、開閉指令２１の入力タイミングから遮断器１の接点が機械的に開閉するタイミングまでの遅延時間である動作時間測定値１４を測定して動作特性パラメータ推定部１５及び誤差判定部１９に出力する。ここで、遮断器１の接点が機械的に開閉するタイミングの検出には、従来技術と同じく主回路電流信号８又は動作行程信号９を用いるものとする。

動作特性パラメータ推定部１５は、動作時間測定値１４が測定された時点における周囲温度、制御電圧、操作圧力、休止時間といった環境条件、及び動作時間測定値について、開極時と閉極時で各々分けてその内部メモリに記憶する。ここで、休止時間とは、過去直近の開閉動作を行った時刻からの経過時間を示す。例えば、今回の動作が開極動作であれば、過去直近の開極動作を行った時刻からの経過時間とし、今回の動作が閉極動作であれば、過去直近の閉極動作を行った時刻からの経過時間とする。若しくは、今回の動作が開極動作であれば、過去直近の閉極動作を行った時刻からの経過時間とし、今回の動作が閉極動作であれば、過去直近の開極動作を行った時刻からの経過時間としてもよい。なお、環境条件は上記４つのパラメータのうちの少なくとも１つであってもよい。

次に、動作特性パラメータ推定部１５は、上記記憶された各環境条件と動作時間測定値の履歴から、開極時と閉極時の動作特性パラメータをそれぞれ計算する。動作特性パラメータ１６の決定方法を以下詳細に説明する。

まず、遮断器１の動作時間とは、定格条件における動作時間に、周囲温度補正、制御電圧補正、操作圧力補正、及び休止時間補正を行った結果であると考え、それぞれの関係は独立であるとみなす。すなわち、次式で表される。

［数１］
遮断器１の動作時間
＝定格条件における動作時間＋周囲温度補正関数＋制御電圧補正関数＋操作圧力補正関数＋休止時間補正関数 …（１）

ここで、定格条件における周囲温度をＡｓｔｄ、制御電圧をＶｓｔｄ、操作圧力をＰｓｔｄ、休止時間をＩｓｔｄとし、定格条件における動作時間をＴｓｔｄとする。定格条件は任意に設定され、例えば、Ｔｓｔｄ＝２０゜Ｃ、Ｖｓｔｄ＝１２５Ｖ、Ｐｓｔｄ＝２９ＭＰａ、Ｉｓｔｄ＝２４時間とする。そして、周囲温度補正関数を、未知パラメータｐ_１と周囲温度Ａに依存した関数ｆａ（ｐ_１，Ａ）と表す。同様に、制御電圧補正関数を、未知パラメータｐ_２と制御電圧Ｖに依存した関数ｆｖ（ｐ_２，Ｖ）と表す。同様に、操作圧力補正関数を、未知パラメータｐ_３と操作圧力Ｐに依存した関数ｆｐ（ｐ_３，Ｐ）と表す。同様に、休止時間補正関数を、未知パラメータｐ４と休止時間Ｉに依存した関数ｆｉ（ｐ_４，Ｉ）と表す。ここで、関数ｆａ（ｐ_１，Ａ）、ｆｖ（ｐ_２，Ｖ）、ｆｐ（ｐ_３，Ｐ）、ｆｉ（ｐ_４，Ｉ）は、遮断器１の構造に基づいて予め定義しておく任意の関数とし、例えば、次式で表される。

［数２］
ｆｖ（ｐ_２，Ｖ）＝ｐ_２・（Ｖ−Ｖｓｔｄ）／Ｖ

以上の変数を用いれば、（１）式は以下のように書くことができる。

［数３］
遮断器の動作時間
＝Ｔｓｔｄ＋ｆａ（ｐ_１，Ａ）＋ｆｖ（ｐ_２，Ｖ）＋ｆｐ（ｐ_３，Ｐ）＋ｆｉ（ｐ_４，Ｉ） …（２）

すなわち、動作特性パラメータの決定方法とは、記憶された各環境条件と動作時間測定値の履歴から、（２）式の未知パラメータであるＴｓｔｄ，ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３，ｐ_４を決定することであると言い換えることができる。

次に、記憶された動作履歴のうち、ｋ回目（ｋは自然数である。）の動作時における周囲温度をＡ（ｋ）、制御電圧をＶ（ｋ）、操作圧力をＰ（ｋ）、休止時間をＩ（ｋ）、動作時間測定値をＴ（ｋ）とし、現在ｎ回分の動作履歴が記憶されているとする。参照している動作履歴は開極時と閉極時でそれぞれ別々であることに注意する。このとき、ｋ回目の動作時間測定値は、（２）式を用いて次式で表される。

［数４］
Ｔ（ｋ）
＝Ｔｓｔｄ＋ｆａ（ｐ_１，Ａ（ｋ））＋ｆｖ（ｐ_２，Ｖ（ｋ））＋ｆｐ（ｐ_３，Ｐ（ｋ））＋ｆｉ（ｐ_４，Ｉ（ｋ）） …（３）

ｎ回分（ｎは自然数である。）の動作履歴がある場合、ｎ個の（３）式が連立される。これらの式から未知パラメータＴｓｔｄ、ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３、ｐ_４を決定するには、（３）式の左辺と右辺の二乗誤差が最小となるような値を見つければよい。すなわち、（４）式で示される二乗誤差が最小となるように未知パラメータを決定すればよい。なお、ｋ＝１〜ｎに対して重み係数ｗ（ｋ）＝１とする。

二乗誤差を最小とするパラメータの算出方法は、既知の方法が多数提案されており、いずれを用いても良い。例えば、公知のネルダー・ミード（Ｎｅｌｄｅｒ−Ｍｅａｄ）のシンプレックス（Ｓｉｍｐｌｅｘ）法を用いれば、繰り返し探索により二乗誤差を最小化する未知パラメータを効率的に決定することができる。以上より、動作特性パラメータＴｓｔｄ，ｐ_１，ｐ_２，ｐ_３，ｐ_４が決定される。

なお、以上の実施の形態の説明では、ｎ回分全ての動作履歴に対して同一の重み係数ｗ（ｋ）＝１として計算を行ったが、最近の動作履歴ほど重み係数を大きくするようにして、最近の動作履歴をより考慮して動作特性パラメータを決定するように構成してもよい。また、（４）式の計算に用いる動作履歴の個数ｎについても、全ての動作履歴を用いるのではなく、最近の動作履歴から一定個数分のみ用いるようにして、最近の動作履歴をより考慮して動作特性パラメータを決定するように構成してもよい。

動作時間予測部１７は、動作特性パラメータ推定部１６で推定された動作特性パラメータＴｓｔｄ、ｐ_１、ｐ_２、ｐ_３、ｐ_４と、現在の環境条件、すなわち現在の周囲温度Ａ、制御電圧Ｖ、操作圧力Ｐ、休止時間Ｉを用いて、次回の動作時間である予測動作時間を演算してそれを示す予測動作時間１８を出力する。具体的には、前記動作特性パラメータ及び環境条件を（２）式に代入することで予測動作時間が求められる。なお、開極時と閉極時でそれぞれ別々の動作特性パラメータを用いていることに注意する。

以上の実施の形態では、周囲温度補正、制御電圧補正、操作圧力補正、休止時間補正に関する関数について未知パラメータを各々一つずつとしたが、各々の関数の未知パラメータを複数とし、同様の手法により予測動作時間を求めてもよい。

また、誤差判定部１９は、動作時間測定値１４及び予測動作時間１８に基づいて、運用開始信号２０を出力する。具体的には、開極又は閉極動作毎に、動作時間測定値１４と予測動作時間１８の差分値を求める。そして、前記差分値が所定回数連続して所定範囲内であった場合、動作特性パラメータが正しく推定され、予測動作時間が正しく求められるようになったとみなし、運用開始信号をオン出力する。なお、誤差判定部１９は、開極時と閉極時の動作時間を各々分けて判定するように構成してもよいし、分けることなく判定するように構成してもよい。

さらに、誤差判定部１９は、動作時間測定値１４及び予測動作時間１８に基づいて、予測異常信号２２を出力する。具体的には、開極又は閉極動作毎に、動作時間測定値１４と予測動作時間１８の差分値を求める。そして、前記差分値が所定回数連続して所定範囲外であった場合、動作特性パラメータが正しく推定されておらず、予測動作時間が正しく求められていないとみなし、予測異常信号２２を出力する。動作時間予測部１７は、予測異常信号２２が入力されると、予め設定された標準値を予測動作時間１８として出力する。

以上の実施の形態において、遮断器１は単相遮断器であるとして説明したが、同様の方法を三相遮断器に適用してもよいことは言うまでもない。

従って、本実施の形態によれば、標準動作時間及び各環境条件に応じた動作時間補正量を自動的に取得するよう構成したため、設置作業を従来技術に比較して極めて簡単化でき、より正確に次回の動作時間を予測できる。また、複数回連続して動作時間の予測値と実測値の誤差が所定範囲内となったことを検出して運用開始信号を出力する誤差判定部１９を備えたので、運用開始が可能かどうかを容易に判定できる。さらに、複数回連続して動作時間の予測値と実測値の差が所定範囲外となったことを検出して予測異常信号を出力する誤差判定部を有し、予測異常信号が入力された場合は、予め設定された標準値を用いて次回の動作時間を予測する動作時間予測部１７を備えたので、動作特性パラメータ推定部１５が正しく動作していない場合においても、予測動作時間の推定精度を維持することができる。

以上説明したように、本発明に係る電力開閉装置の動作時間予測装置によれば、遮断器の動作特性パラメータを自動的に取得するよう構成したため、設置作業を従来技術に比較して極めて簡単化でき、より正確に次回の動作時間を予測できる。

本発明の実施の形態１に係る遮断器１の動作時間予測装置の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 電源、２ 電流センサ、３ 動作行程センサ、４ 温度センサ、５ 制御電圧センサ、６ 圧力センサ、７ 周囲温度信号、８ 主回路電流信号、９ 動作行程信号、１０ 制御電圧信号、１１ 操作圧力信号、１３ 動作時間測定部、１４ 動作時間測定値、１５ 動作特性パラメータ推定部、１６ 動作特性パラメータ、１７ 動作時間予測部、１８ 予測動作時間、１９ 誤差判定部、２０ 運用開始信号、２１ 開閉指令、２２ 予測異常信号、３０ コントローラ、４０ 主回路。

Claims (4)

1. 電力開閉装置の開閉指令及び主回路電流又は動作行程に基づいて上記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定手段と、
   上記電力開閉装置の動作時における環境条件と動作時間測定値の履歴に基づいて上記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定手段と、
   上記推定された動作特性パラメータと現在の環境条件に基づいて次回の動作時間を予測する動作時間予測手段と、
   複数回連続して動作時間の予測値と実測値の誤差が所定範囲内となったことを検出して運用開始信号を出力する誤差判定手段とを備え、
   上記環境条件は、周囲温度と、制御電圧と、操作圧力と、休止時間とのうちの少なくとも１つであることを特徴とする電力開閉装置の動作時間予測装置。
2. 上記誤差判定手段は、複数回連続して動作時間の予測値と実測値の誤差が所定範囲内となったことを検出して運用開始信号を出力するとともに、複数回連続して動作時間の予測値と実測値の差が所定範囲外となったことを検出して予測異常信号を出力し、
   上記動作時間予測手段は、上記推定された動作特性パラメータと現在の環境条件に基づいて次回の動作時間を予測するとともに、上記予測異常信号に基づいて、予め設定された標準値を用いて次回の動作時間を予測することを特徴とする請求項１記載の電力開閉装置の動作時間予測装置。
3. 電力開閉装置の開閉指令及び主回路電流又は動作行程に基づいて上記電力開閉装置の動作時間を測定する動作時間測定ステップと、
   上記電力開閉装置の動作時における環境条件と動作時間測定値の履歴に基づいて上記電力開閉装置の動作特性パラメータを推定する動作特性パラメータ推定ステップと、
   上記推定された動作特性パラメータと現在の環境条件に基づいて次回の動作時間を予測する動作時間予測ステップと、
   複数回連続して動作時間の予測値と実測値の誤差が所定範囲内となったことを検出して運用開始信号を出力する誤差判定ステップとを含み、
   上記環境条件は、周囲温度と、制御電圧と、操作圧力と、休止時間とのうちの少なくとも１つであることを特徴とする電力開閉装置の動作時間予測方法。
4. 上記誤差判定ステップは、複数回連続して動作時間の予測値と実測値の誤差が所定範囲内となったことを検出して運用開始信号を出力するとともに、複数回連続して動作時間の予測値と実測値の差が所定範囲外となったことを検出して予測異常信号を出力し、
   上記動作時間予測ステップは、上記推定された動作特性パラメータと現在の環境条件に基づいて次回の動作時間を予測するとともに、上記予測異常信号に基づいて、予め設定された標準値を用いて次回の動作時間を予測することを特徴とする請求項３記載の電力開閉装置の動作時間予測方法。

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