JP5501197B2 - 配電盤用電圧調整装置 - Google Patents

Description

本発明は、配電用変電所から送り出される電圧を変更するためのタップ切換三相変圧器にタップ切換指令を発生する配電盤用電圧調整装置に関するものである。

配電線の電圧は、電気事業法および同施行規則に基づいて、低圧の供給電圧を一定の範囲内の電圧にしなければならない（標準電圧１００Ｖであれば、１０１±６Ｖ。標準電圧２００Ｖであれば、２０２±２０Ｖ。）。そこで、従来は、配電用変電所から送り出す三相電圧を適正に調整するために、タップ切換三相変圧器から出力される三相電圧のうち２つの相電圧の線間電圧の実効値を検出電圧とし、検出電圧が適正電圧範囲に収まるようにタップ切換三相変圧器のタップを切り換えている。従来１つの線間電圧を検出電圧としていたのは、配電用変電所から送り出される三相電圧は平衡であるという当業者の常識があったためである（例えば、特開２００７−１８９８２１号公報〔特許文献１〕）。

特開２００７−１８９８２１号公報

しかしながら、最近は、センサー内蔵ガス開閉器（ＳＬＧＳ）等のように三相電圧を測定して動作する機器が普及したことに伴い、配電用変電所から送り出される三相電圧が必ずしも平衡状態になっていない場合があることがわかってきた。例えば、平衡な三相の線間電圧値の実効値は、本来ならば一致しなければならないが[図４（Ａ）参照]、実際には三相の線間電圧は不平衡になっている場合があり、しかも図４（Ｂ）に示すように線間電圧にはばらつきが生じている場合があることがわかった。図４（Ｃ）及び（Ｄ）には、適正電圧の範囲を破線で挟まれた範囲（上側が上限値、下側が下限値）として示してあり、この例において、従来の方法でａ線間電圧のみを検出電圧としてタップ切換指令を発生していた場合には、ａ線間電圧及びｂ線間電圧は適正電圧の範囲内に収まっているが、ｃ線間電圧が適正電圧の範囲から外れてしまう状態が発生していた（図４（Ｃ））。また、ｃ線間電圧のみを検出電圧としてタップ切換指令を発生していた場合には、ａ線間電圧が適正電圧の範囲から外れてしまうことがあった（図４（Ｄ））。そのため、三相電圧の不平衡の程度によっては、タップ切換による電圧調整の精度が著しく低下してしまう可能性がある。

本発明の目的は、配電用変電所において、三相電圧が不平衡の場合でも、より適正な電圧判定により、タップ切換指令を発生することができる配電盤用電圧調整装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、複数種類の検出電圧からタップ切換指令の発生の判定に用いる検出電圧を選択できる配電盤用電圧調整装置を提供することにある。

本発明の配電盤用電圧調整装置は、基本的な構成に、配電用変電所に設けられたタップ切換三相変圧器の出力の電圧を検出する電圧検出部と、電圧の実効値に基づいて電圧に対応した検出電圧信号を出力する検出電圧信号生成部と、検出電圧信号を入力としてタップ切換三相変圧器のタップを切り換えるためのタップ切換指令を発生するタップ切換指令発生器とを備えている。電圧検出部は、タップ切換三相変圧器から送り出される三相出力から３種類の電圧を検出するように構成されている。ここで３種類の電圧は、線間電圧であっても、また相電圧であってもよい。検出電圧信号生成部は、３種類の電圧の実効値の平均値を算出する平均値演算部を備えており、平均値演算部は３種類の電圧の実効値の平均値を検出電圧信号としてタップ切換指令発生器に出力する。タップ切換指令発生器は、検出電圧信号に基づいてタップ切換を行うかを判定して、判定結果に基づいて昇圧または降圧のためのタップ切換指令を発生する。本発明のように、三相出力の３種類の電圧の平均電圧を検出電圧信号とすると、三相電圧が不平衡状態にある場合でも、平均的な検出電圧信号が得られ、不適切なタップ切換指令が発生し難くなる。

三相出力の平均値を用いる場合には、一相分の電圧出力または一つの線間電圧に基づいて検出電圧信号を作成していた従来の技術と比べて、応答性または感度は悪くなる可能性がある。そのため、配電用変電所の負荷変動状態によっては、三相出力の平均値を用いることが適さない場合もある。そこで、このような場合に対処するためには、検出電圧信号生成部を、平均値演算部から出力される平均値の他に、３種類の電圧の実効値を出力できるように構成し、更に検出電圧信号生成部とタップ切換指令発生器との間に選択手段を備えるようにする。この場合、選択手段が、平均値及び３種類の電圧の実効値から１つの値を任意に選択して検出電圧信号としてタップ切換指令発生器に出力する。その結果、負荷変動状況に応じて、三相出力の３種類の電圧の平均値を用いることが適さない場合には、従来と同様に一相分または一つの線間電圧を検出電圧信号として用いて、タップ切換指令をより適切に発生することが可能になる。

本発明の配電盤用電圧調整装置を含む配電用変電所の全体構成を示す図である。 配電盤用電圧調整装置の実施形態の一例の要部の構成を示すブロック図である。 本発明の配電盤用電圧調整装置によって三相電圧を適正電圧の範囲に調整する概念図である。 （Ａ）乃至（Ｄ）は、従来の配電盤用電圧調整装置を用いる場合において、三相電圧に不平衡状態がある場合の動作を説明するために用いる図である。

以下、図面を参照して、本発明の配電盤用電圧調整装置の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本発明の配電盤用電圧調整装置１を含む配電用変電所３の全体構成を示す図である。図２は、配電盤用電圧調整装置１の実施形態の一例の要部の構成を示すブロック図である。図３は、本実施の形態の配電盤用電圧調整装置によって三相出力を適正電圧の範囲に調整する概念図である。

図１に示す例では、配電用変電所３の構内に配電盤用電圧調整装置１を３台備えた配電盤５と、複数台のタップ切換三相変圧器７とが配置されている。本実施の形態の配電盤用電圧調整装置１は、図１には図示していないが、電圧制御用基準データを含む各種の制御用基準データを保存する基準データ保存部と、電圧制御用基準データとタップ切換変圧器の出力電圧とに基づいて、タップ切換変圧器のタップを切り換えるためのタップ切換指令を発生するタップ切換指令発生器とを備えている。３台の配電盤用電圧調整装置１は、１つのラック９内に組み込まれている。１台の配電盤用電圧調整装置１からは、１台以上のタップ切換三相変圧器７に対してタップ切換指令が出力される。本実施の形態では、３台の配電盤用電圧調整装置１は、独立してデータ整定が可能で且つ独立して動作する。そこで３台の配電盤用電圧調整装置１は、それぞれ外部（電力所）にあるデータ整定装置１１で生成された制御用データをＬＡＮ回線とハブ１３とを通して受信すると、受信した制御用データをデータ保存部に書き込むデータ書込部を備えている。よって３台の配電盤用電圧調整装置１は、それぞれ外部のデータ整定装置で作成された制御用データによりデータ整定される。そのため配電盤用電圧調整装置１の点検・修理を行う際に、対象となる配電盤用電圧調整装置１以外の配電盤用電圧調整装置を停止させる必要がない。また配電盤を停止させることなく、配電盤用電圧調整装置１の増設を行うことができる。

また本実施の形態の配電盤用電圧調整装置１は、制御所１５からの遠隔制御指令を受信すると、制御対象とするタップ切換三相変圧器７に遠隔指令でタップ切換指令を与えるように構成されている。

本実施の形態の配電盤用電圧調整装置１は、ラック９内に個別に組み込まれる２つの分割ユニット１Ａ及び１Ｂによって構成されている。配電盤用電圧調整装置１に含まれる各種の制御回路は、複数の分割ユニット内に分けて配置されることになる。２つの分割ユニット１Ａ及び１Ｂによって配電盤用電圧調整装置１を構成すると、１つの分割ユニット毎に搬送し、分割ユニット毎に現場でラックに組み込めばよいため、搬送及び組立が容易になる。上の分割ユニット１Ａは、主に制御機能を備えており、後述する、検出電圧信号生成部２５や、タップ切換指令発生器などを備えている部分である。下の分割ユニット１Ｂは、管理者等が状況を確認したり、直接指令を入力するための操作パネルや表示パネル（図示せず）を備えている。

タップ切換三相変圧器７は、特別高圧側の電圧（７７ｋＶや６６ｋＶなど）を配電用の電圧（６．６ｋＶなど）に降圧し、高圧側の配電線に送電する役割を果たしている。タップ切換三相変圧器７は、変圧器側インターフェイス１６を有しており、後述するタップ切換指令発生器３３からのタップ切換指令を受信すると、電動操作機構１７に動作指令信号を送信し、タップ切換器１８を作動させて電圧調整を行う。なお保護装置１９は、内部で故障診断を自己で実施し、軽故障があったときには変圧器側インターフェイス１６に故障内容を送信する。変圧器側インターフェイス１６は軽故障があると、予め定めた対応モードで電動操作機構１７を動作させる指令を出力する。また保護装置１９が重故障を検出すると、配電盤用電圧調整装置１はその判定結果を受けて、予め定めた重故障対応モードとなる。

図２には、配電盤用電圧調整装置１の上側の分割ユニット１Ａ内の要部の構成をブロック図で示してある。本実施の形態では、三相出力として、三相出力側（高圧側）のＵ相、Ｖ相、Ｗ相の各線間電圧である、ＵＶ，ＶＷ，ＷＵの３種類の線間電圧を検出する。線間電圧検出のために、各線間には、計器用変圧器ＰＴ（電圧検出部）が備えられており、計器用変圧器ＰＴはＵＶ，ＶＷ，ＷＵ線間の線間電圧を検出している。検出された線間電圧は、各線間毎に設けられたアナログ回路部２１で信号のレベル変換が行われ、Ａ／Ｄ変換部２３によってデジタル信号に変換される。このデジタル信号に基づき、検出電圧信号生成部２５が検出電圧信号を出力する。

検出電圧信号生成部２５は、各線間電圧の実効値を演算する実効値演算部２７と、実効値演算部２７が演算した３種類の線間電圧の実効値に基づいて、平均値を演算する平均値演算部２９とを有している。本実施の形態では、３つの実効値演算部２７の出力と、平均値演算部２９の出力の計４種類の出力を選択できるように選択手段３１が設けられている。選択手段３１により選択した電圧が、検出電圧信号としてタップ切換指令発生器３３（いわゆる、９０リレー、２７リレー、５９リレー等）に入力される。タップ切換指令発生器３３は、入力された検出電圧信号に基づいて、タップ切換三相変圧器から出力される高圧側の電圧を予め設定された目標電圧に保つように制御するためのタップ切換指令をタップ切換三相変圧器７に出力する。タップ切換指令発生器３３の動作は周知であるため説明は省略する。

図３は、平均値演算部２９の出力を検出電圧信号としてタップ切換指令発生器３３に入力し、タップ切換制御を行う場合の概念図である。適正電圧の範囲は、図の上側が上限値、下側が下限値を示す破線で挟まれている範囲である。便宜上、ＵＶ線間電圧をａ線間電圧、ＶＷ線間電圧をｂ線間電圧、ＷＵ線間電圧をｃ線間電圧として、各線間電圧の実効値を実線で示してある。ａ線間電圧，ｂ線間電圧，ｃ線間電圧の平均値は、各線間電圧の実効値に基づいて、（ａ＋ｂ＋ｃ）／３の演算により求まる値であり、図３には、長い破線で示してある。本実施の形態では、タップ切換指令発生器３３は、前述の平均値が適正電圧の範囲に収まるように、タップ切換指令を出力するように構成されている。すなわち、平均値が適正電圧の範囲に収まるように制御することで、３種類の線間電圧が適正電圧の範囲に近づくように制御することができる。

選択手段３１を用いて、３つの実効値演算部２７のいずれかの出力を制御対象とした場合には、制御対象とした線間電圧（ａ，ｂまたはｃ）が適正電圧の範囲に収まるように制御することもできる。特に負荷状態によって、配電用変電所において三相出力の平均値を用いることが適さない場合には、従来と同様の方法で電圧調整を行う方が適している場合がある。

なお、既存の配電用変電所のように、一相分の計器用変圧器しかない設備に本実施の形態の配電盤用電圧調整装置を設置する場合には、選択手段３１を用いて、計器用変圧器が設置されている線間の線間電圧の実効値を選択するようにすればよい。このようにすれば、一相分の計器用変圧器しかない既存の配電用変電所などにも配電盤用電圧調整装置１を設置することができる。

本実施の形態では、タップ切換三相変圧器の三相出力として、３種類の線間電圧を検出したが、設置する配電用変電所によっては、３種類の相電圧を検出するようにしてもよいのはもちろんである。この場合にも、３種類の相電圧の平均値を演算して、演算結果を検出電圧信号として出力すればよい。

本発明によれば、三相電圧が不平衡状態にある場合でも、より適正な電圧判定のもと、タップ切換指令を発生することができる配電盤用電圧調整装置を提供することができる。

１ 配電盤用電圧調整装置
１Ａ 分割ユニット
１Ｂ 分割ユニット
３ 配電用変電所
５ 配電盤
７ タップ切換三相変圧器
９ ラック
１１ データ整定装置
１３ ハブ
１５ 制御所
１６ 変圧器側インターフェイス
１７ 電動操作機構
１８ タップ切換器
１９ 保護装置
２１ アナログ回路部
２３ Ａ／Ｄ変換部
２５ 検出電圧信号生成部
２７ 実効値演算部
２９ 平均値演算部
３１ 選択手段
３３ タップ切換指令発生器
ＰＴ 計器用変圧器（電圧検出部）

Claims (3)

1. 配電用変電所に設けられたタップ切換三相変圧器の出力の電圧を検出する電圧検出部と、
   前記電圧の実効値に基づいて前記電圧に対応した検出電圧信号を出力する検出電圧信号生成部と、
   前記検出電圧信号を入力として前記タップ切換三相変圧器のタップを切り換えるためのタップ切換指令を発生するタップ切換指令発生器とを備えた配電盤用電圧調整装置であって、
   前記電圧検出部は、前記タップ切換三相変圧器からの三相出力の３種類の電圧を検出するように構成され、
   前記検出電圧信号生成部は、前記３種類の電圧の実効値の平均値を算出する平均値演算部を備え、前記平均値を前記検出電圧信号として前記タップ切換指令発生器に出力することを特徴とする配電盤用電圧調整装置。
2. 前記検出電圧信号生成部は、前記平均値演算部から出力される前記平均値の他に、前記３種類の電圧の実効値を出力できるように構成され、
   前記検出電圧信号生成部と前記タップ切換指令発生器との間に選択手段を更に備え、
   前記選択手段が、前記平均値及び前記３種類の電圧の実効値から１つの値を任意に選択して前記検出電圧信号として前記タップ切換指令発生器に出力するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の配電盤用電圧調整装置。
3. 前記電圧検出部が検出する前記３種類の電圧は、線間電圧または相電圧であることを特徴とする請求項１または２に記載の配電盤用電圧調整装置。

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