JP5791796B2 - 保護継電装置の動作試験システム - Google Patents

Description

この発明は、電気設備を系統異常から保護する保護継電装置の動作試験を行う保護継電装置の動作試験システムに関するものである。

配電盤で使用する保護継電装置においては、内部電源電圧の監視を始めとする自己監視機能を有するものがある。しかし保護継電装置については、これまでは１年〜数年ごとの定期点検時のリレー試験により保護継電装置の動作確認を行うのが一般的であり、電気設備の運転中は常時信号が入力されているため、電気設備の異常か保護継電装置の異常かの判断が困難であった。

従来、電気設備を系統異常から保護する保護継電装置の特性試験を行う保護継電装置の特性試験システムとして、例えば特開２０１０−２８４０５７号公報（特許文献１）に開示されたものがある。この特許文献１では、保護継電装置のアナログ入力回路の前段に系統からの入力遮断スイッチを備え、これにより系統からのアナログ入力回路への電気量の入力を遮断する。この状態でアナログ入力回路へ試験波形を入力して保護継電装置を動作させることにより、停電を伴うことなく保護継電装置の特性試験を実施するものである。

特開２０１０−２８４０５７号公報

前記特許文献１に開示された保護継電装置の特性試験システムによれば、系統に接続されている既設の保護継電装置の特性試験を、停電を伴うことなく、或いは停電させることなく行うことができる。しかし、保護継電装置の特性試験期間中は系統からの入力を遮断するために、電気設備の保護ができない状態であった。

この発明は、前記課題を解決するためになされたもので、外部からの入力を監視しつつ、テスト信号生成回路で生成したテスト信号により保護機能の健全性が確認できる保護継電装置の動作試験システムを提供することを目的とするものである。

この発明による保護継電装置の動作試験システムは、系統異常を検出し系統の電気設備を系統異常から保護する保護継電装置の動作試験システムにおいて、前記系統からの入力信号を受けてアナログ計測値を出力するアナログ計測回路と、前記アナログ計測回路から出力される前記アナログ計測値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、前記保護継電装置に対するテスト信号を生成するテスト信号生成回路と、前記アナログ計測回路の前段に設けられ、前記テスト信号と前記系統からの入力信号とを切換える切換スイッチと、前記Ａ／Ｄコンバータから出力される前記デジタル信号を入力として取り込み、前記保護継電装置の保護演算と演算結果に基づいた保護もしくは制御の指示発令を行なうと共に、前記切換スイッチの切換えタイミングを制御するＣＰＵと、前記テスト信号と前記系統からの前記入力信号とを比較して異常有無を判定する保護／監視処理部と、を備え、前記テスト信号と前記系統からの前記入力信号とを前記切換スイッチにより切り換えることで交互にサンプリングし、異常の有無を監視するものである。

この発明による保護継電装置の動作試験システムによれば、系統に接続されている既設の保護継電装置の動作試験を、停電を伴うことなく、或いは停電させることなく行うことができると共に、動作試験期間中においても電気設備の保護ができる。

この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムの動作を説明する図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムの具体的実施例を説明する図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムの具体的実施例を説明する図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムの具体的実施例を説明する図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムの具体的実施例を説明する図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムの具体的実施例を説明する図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムの具体的実施例を説明する図である。 この発明の実施の形態２による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。 この発明の実施の形態２による保護継電装置の動作試験システムの動作を説明する図である。 この発明の実施の形態３による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。 この発明の実施の形態３による保護継電装置の動作試験システムの動作を説明する図である。 実施の形態４による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。

以下、この発明による保護継電装置の動作試験システムの好適な実施の形態について図面を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。
図１において、符号１００は保護継電装置を示している。保護継電装置１００は、図示しない系統からの入力信号を変換する変圧器または変流器などの変成器（ここでは変圧器として説明する。）１、変圧器１から切換スイッチ２を介して入力される信号を増幅し、フィルタ回路により雑音を除去するアナログ計測回路３、アナログ計測回路３からのアナログ信号をデジタル信号へ変換するＡ／Ｄコンバータ４、演算や保護、あるいは切換スイッチ２の切換え処理を行うＣＰＵ５、およびＣＰＵ５からの指令に応じてテスト波形を生成するテスト信号生成回路６を備えている。なお、切換スイッチ２は、ＣＰＵ５からの指示により、アナログ計測回路３へ入力される信号を、変圧器１から入力される信号とテスト信号生成回路６から入力される信号とを切換えるように構成されている。また、テスト信号生成回路６は、Ｄ／Ａコンバータもしくは任意の大きさの信号を生成する回路で構成されている。

更に、保護継電装置１００は、機械式リレー７を動作させるための信号を生成する出力回路８、保護継電装置１００からの情報を収集する中央監視装置９との通信を行う通信回路１０、および系統やテスト信号生成回路６のテスト信号の状態を表示するランプあるいは表示画面などの表示手段１１を備えている。

実施の形態１による保護継電装置の動作試験システムは前記のように構成されており、次に、その動作について説明する。
系統からの入力のサンプリング時においては、ＣＰＵ５は切換スイッチ２をサンプリングの度に変圧器１あるいはテスト信号生成回路６に接続を切換えるようにし、図２（ａ）（ｂ）に示すように、変圧器１からの信号とテスト信号生成回路６からの信号に対して交互にサンプリングを実行する。サンプリングの回数は電流または電圧波形１サイクルにつき１回以上の任意の値とする。サンプリング後のデータは、両信号が合成されたデータとなるが、ＣＰＵ５の内部のソフトウエア処理において、サンプリングデータのタイミングにより、テスト信号生成回路６のデータと変圧器１のデータとに分割する。そしてＣＰＵ５は、分割したそれぞれのデータに対して保護／監視処理部５ａにより、保護／監視処理を行う。なお、本実施の形態では、保護／監視処理部５ａをＣＰＵ５の内部の機能部として図示しているが、ＣＰＵ５の外部の機能部として具備するように構成してもよい。

ＣＰＵ５が変圧器１からの信号により系統の異常を検出した場合、出力回路８を介して機械式リレー７を動作させることで遮断器（図示せず）を開放させる。これに対してテスト信号生成回路６からの信号による保護動作の場合は、機械式リレー７を動作させずに、通信回路１０により中央監視装置９へ保護動作結果を送信する。これにより、その保護機能の健全性が確認できる。

以上により、変圧器１からの信号、即ち、系統からの入力を監視しつつ、テスト信号生成回路６で生成したテスト信号により保護機能の健全性確認が可能となる。なお、前記においては変圧器１を用いた場合について説明したが、変流器を用いた場合についても同様である。

次に、ＣＰＵ５による保護／監視処理について具体的実施例を説明する。
（実施例１）
ＣＰＵ５からの指令により、テスト信号生成回路６において直流信号を生成する。ＣＰＵ５は、テスト信号としてこの直流信号が入力されていることの監視を行う。なお、ここで言う直流信号とは、信号の幅（時間）、および大きさを規定するものではなく、例えば１サイクルにつき１回のパルス状の波形でも可とする。

例えば、テスト信号生成回路６で生成される直流信号を図３（ａ）の上段に示すようなパルス状の信号とし、信号の発生間隔ｔ１、信号の幅ｔ２、信号の大きさｄを規定する。そして、図３（ｂ）に示すＡ／Ｄコンバータ４の出力信号を、ＣＰＵ５の内部のソフトウエア処理において、サンプリングデータのタイミングにより、図３（ｃ）に示すようにテスト信号生成回路６のデータと変圧器１のデータとに分割する。なお、図３（ａ）の下段は系統からの入力信号を示している。また、図３（ｃ）において上段はテスト信号生成回路６のデータを示し、下段は変圧器１からの信号を示している。

以上のように、テスト信号生成回路６のテスト信号の監視処理において、これらの値を監視することで、例えば切換スイッチ２やＡ／Ｄコンバータ４の入力端子がオンの状態で故障した場合など、回路部品の故障を発見することができる。

（実施例２）
また、図４に示すように、テスト信号生成回路６のテスト信号を０から計測可能範囲まで段階的に大きくすることにより、計測可能範囲の精度確認が可能である。更にまた、図５（ａ）（ｂ）に示すように、テスト信号生成回路６のテスト信号を１サンプリングごとに大きくすることにより、１サイクルの途中で回路の異常が発生した場合でも即時に検出が可能となる。なお、図４、図５において、上段がテスト信号生成回路６のテスト信号を示し、下段が変圧器１からの信号を示している。

（実施例３）
前記においては、テスト信号生成回路６において、直流信号を生成する場合について説明したが、テスト信号生成回路６で正弦波信号を生成してもよい。次に、正弦波による保護機能の確認について説明する。

テスト信号生成回路６のテスト信号を図６（ａ）の上段に示すような正弦波信号とし、この信号の大きさおよび周波数を保護継電装置１００の製品の仕様で規定された範囲の値、即ち、規定値として保護機能を動作させる。そして、図６（ｂ）に示すＡ／Ｄコンバータ４の出力信号を、ＣＰＵ５の内部のソフトウエア処理において、サンプリングデータのタイミングにより、図６（ｃ）に示すようにテスト信号生成回路６のデータと変圧器１のデータとに分割する。なお、図６（ａ）の下段は系統からの入力信号を示している。また、図６（ｃ）の上段はテスト信号生成回路６のデータを示し、下段は変圧器１からの信号を示している。

これにより、保護継電装置１００の定期点検時に実施しているリレー試験の代用とすることができる。この動作結果のデータを、保護継電装置１００に搭載した通信回路１０を用いて中央監視装置９で定期的に収集することにより、保護機能の動作変化を中央監視装置９で確認することができる。

（実施例４）
実施例３ではテスト信号を正弦波とし、テスト波形に対して保護継電装置１００の保護機能を動作させたが、実施例４では保護継電装置１００のアナログ計測回路３の監視用として使用する場合を説明する。

テスト信号生成回路６は、予め規定された値（例えば、計測可能範囲の最大値）のテスト信号を正弦波で出力する。ＣＰＵ５では取り込んだテスト信号に対して監視用データと共通の保護、監視処理を行い、予め規定された値との比較を行う。図７はその具体的実施例を図示したものである。

この方法において、テスト信号生成回路６のテスト信号は系統、即ち、変圧器１より入力される電流および電圧と同等であるため、アナログ計測回路３およびＡ／Ｄコンバータ４の健全性に加えて、ＣＰＵ５の内部の保護、監視処理をリアルタイムで診断することができ、高信頼の保護継電装置１００が実現できる。

（実施例５）
更に、図８に示すようにＣＰＵ５が計測表示処理部１２を有する場合、表示手段１１の表示画面においてテスト信号による変換結果を表示するので、保護継電装置１００の使用者が系統、即ち、変圧器１からの入力による計測値とテスト信号による計測値を画面で比較確認することが可能となる。

保護継電装置１００の操作機能により、テスト信号の大きさを指定可能とすることで、使用者がアナログ計測回路３の計測可能範囲における任意の値を指定し、その値に対しての健全性を目視にて確認することができ、通信回路１０により中央監視装置９においても健全性確認を行うことができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２による保護継電装置の動作試験システムについて説明する。近年の保護継電装置は複数の保護要素を搭載したものが一般的となっている。実施の形態１では単一の回路例を説明したが、複数の回路を有する保護継電装置においても、本発明の適用は可能である。

図９は、実施の形態２による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。図９において、符号２００は保護継電装置を示している。保護継電装置２００は、図示しない系統からの入力信号を変換する変圧器１ａ、１ｂ、変流器１ｃ、１ｎを備えると共に、変圧器１ａ、１ｂ、変流器１ｃ、１ｎのそれぞれから切換スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｎを介して入力される信号を増幅し、フィルタ回路により雑音を除去するアナログ計測回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｎがｎ種類設けられている。そして、Ａ／Ｄコンバータ４には、それぞれに対する入力端子１〜ｎが設けられている。なお、その他の構成については実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

実施の形態２による保護継電装置の動作試験システムは前記のように構成されており、ＣＰＵ５は、テスト信号生成回路６に対して、テスト信号を出力する対象の回路および信号の大きさなどを指定する。テスト信号生成回路６はそれに応じた信号を、対象とする回路へ入力する。ここで、複数の回路も選択可能である。

ＣＰＵ５は、テスト信号生成回路６への指示の後、サンプリングのタイミングに合わせて、対象とするアナログ計測回路３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｎに対応する切換スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｎの切換えを実施する。同時に複数のチャンネルがサンプリング可能なＡ／Ｄコンバータ４の場合は、切換え前後で待ち時間を設け、切換スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｎの切換え時に発生するノイズの影響を防止する。図１０は、実施の形態２による保護継電装置の動作試験システムの動作を説明する図で、保護継電装置２００に設けられたＣＰＵ５のサンプリングタイミング例を示すものである。

以上のように、複数の回路を有する保護継電装置２００においても、実施の形態１と同様に、変圧器１ａ、１ｂ、変流器１ｃ、１ｎからの信号、即ち、系統からの入力を監視しつつ、テスト信号生成回路６で生成したテスト信号により保護機能の健全性確認が可能となる。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３による保護継電装置の動作試験システムについて説明する。図１１は、実施の形態３による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。実施の形態３は実施の形態２の変形例であって、図１１に示すように、保護継電装置３００のＡ／Ｄコンバータ４の入力端子が１点の場合の構成である。複数の要素を入力する場合、Ａ／Ｄコンバータ４の前段に１：ｎのアナログスイッチ１３を設け、これで順次切換えを行いながらそれぞれの外部からの入力のサンプリングを実施する。

各要素のサンプリングが終了した時点で、切換スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｎをテスト信号生成回路６に接続するように切換えておく。これにより変圧器１ａ、１ｂ、変流器１ｃ、１ｎからの入力とテスト信号回路６からの入力との切換えまでの時間が発生するため、切換スイッチ２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｎを切換えた時のノイズの影響を低減することが可能である。図１２は、実施の形態３による保護継電装置の動作試験システムの動作を説明する図で、保護継電装置３００に設けられたＣＰＵ５のサンプリングタイミング例を示すものである。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４による保護継電装置の動作試験システムについて説明する。これまではテスト信号生成回路６のテスト信号をアナログ計測回路３へ入力する場合について説明したが、変圧器または変流器（ここでは変圧器として説明する。）１の一次側への入力も可能である。これにより保護継電装置内部の変圧器１の健全性確認が可能である。

図１３は、実施の形態４による保護継電装置の動作試験システムを説明するブロック構成図である。図１３において、符号４００は保護継電装置を示している。保護継電装置４００は、変圧器１の一次側と保護継電装置４００の内部回路との絶縁部１４と、変圧器１の試験用端子１ｔへの入力回路１５を備えている。なお、その他の構成については、実施の形態１と同様であり、同一符号を付すことにより説明を省略する。

実施の形態４による保護継電装置の動作試験システムは前記のように構成されており、変圧器１の一次側へテスト信号生成回路６のテスト信号を入力するので、大電圧の信号が必要となる。このため、変圧器１に試験用端子１ｔを設け、この試験用端子１ｔにテスト信号生成回路６のテスト信号を入力するようにしている。これにより大電圧の生成は不要である。なお、前記においては変圧器を用いた場合について説明したが、変流器を用いた場合についても同様である。

以上のように、実施の形態４による保護継電装置の動作試験システムにおいても、保護継電装置４００の健全性確認が可能であり、この実施の形態によれば、保護継電装置内部の変圧器１の健全性も確認できる。

以上において、実施の形態１から実施の形態４について説明したが、保護継電装置で使用される電子部品については経年による劣化はほとんど無く、また、保護機能の動作についてはソフトウエア処理で実行するため、保護機能の動作変化もほとんど発生しない。このため、実施の形態１で説明した実施例３については必要に応じて１年に１回や１ヶ月に１回など定期的に実施すればよく、実施の形態１で説明した実施例１、２、４、５については、アナログ計測回路３の異常検出が目的であるため、常時実行することで保護継電装置の異常検出を即時に発見することができる。なお、この発明はこれらに限定されるものでなく、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

Claims (10)

1. 系統異常を検出し系統の電気設備を系統異常から保護する保護継電装置の動作試験システムにおいて、
   前記系統からの入力信号を受けてアナログ計測値を出力するアナログ計測回路と、
   前記アナログ計測回路から出力される前記アナログ計測値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
   前記保護継電装置に対するテスト信号を生成するテスト信号生成回路と、
   前記アナログ計測回路の前段に設けられ、前記テスト信号と前記系統からの入力信号とを切換える切換スイッチと、
   前記Ａ／Ｄコンバータから出力される前記デジタル信号を入力として取り込み、前記保護継電装置の保護演算と演算結果に基づいた保護もしくは制御の指示発令を行なうと共に、前記切換スイッチの切換えタイミングを制御するＣＰＵと、
   前記テスト信号と前記系統からの前記入力信号とを比較して異常有無を判定する保護／監視処理部と、
   を備え、
   前記テスト信号と前記系統からの前記入力信号とを前記切換スイッチにより切り換えることで交互にサンプリングし、異常の有無を監視することを特徴とする保護継電装置の動作試験システム。
2. 系統異常を検出し系統の電気設備を系統異常から保護する保護継電装置の動作試験システムにおいて、
   前記系統からの入力信号を受けてアナログ計測値を出力するアナログ計測回路と、
   前記アナログ計測回路から出力される前記アナログ計測値をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータと、
   前記保護継電装置に対するテスト信号を生成するテスト信号生成回路と、
   前記アナログ計測回路の前段に設けられ、前記テスト信号と前記系統からの入力信号とを切換える切換スイッチと、
   前記Ａ／Ｄコンバータから出力される前記デジタル信号を入力として取り込み、前記保護継電装置の保護演算と演算結果に基づいた保護もしくは制御の指示発令を行なうと共に、前記切換スイッチの切換えタイミングを制御するＣＰＵと、
   前記テスト信号と前記系統からの前記入力信号とを比較して異常有無を判定する保護／監視処理部と、
   を備え、
   前記テスト信号と前記系統からの前記入力信号とを、前記系統の監視対象の電流又は電圧の１サイクル以下の間隔で前記切換スイッチにより切り換えることで交互にサンプリングすることを特徴とする保護継電装置の動作試験システム。
3. 系統異常を検出し系統の電気設備を系統異常から保護する保護継電装置の動作試験システムにおいて、
   前記系統からの入力信号を変換する複数の変成器と、
   前記保護継電装置に対するテスト信号を生成するテスト信号生成回路と、
   前記保護継電装置に設けられた複数のアナログ計測回路のそれぞれの前段に設けられ、前記テスト信号と前記複数の変成器のそれぞれからの入力信号とを切換える切換スイッチと、
   前記切換スイッチの切換えタイミングを制御するＣＰＵと、を備え、
   前記テスト信号生成回路のテスト信号と前記複数の変成器のそれぞれからの入力信号とを、前記切換スイッチにより切り換えることで交互にサンプリングすることを特徴とする保護継電装置の動作試験システム。
4. 前記ＣＰＵからの指令により前記テスト信号生成回路にて直流信号を生成し、前記ＣＰＵの指令と前記テスト信号生成回路で生成される直流信号から前記保護継電装置の動作を確認することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の保護継電装置の動作試験システム。
5. 前記直流信号をパルス状の信号とし、前記信号の発生間隔、前記信号の幅、前記信号の大きさを規定し、前記保護継電装置の動作を確認することを特徴とする請求項４に記載の保護継電装置の動作試験システム。
6. 前記信号は、０から計測可能範囲まで段階的に大きくなる信号であることを特徴とする請求項５に記載の保護継電装置の動作試験システム。
7. 前記信号は、１サンプリングごとに大きくされた信号であることを特徴とする請求項５に記載の保護継電装置の動作試験システム。
8. 前記ＣＰＵからの指令により前記テスト信号生成回路にて正弦波信号を生成し、前記正弦波信号の大きさおよび周波数を前記保護継電装置の規定値として動作させることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の保護継電装置の動作試験システム。
9. 前記規定値は、前記系統からの入力信号と同等であることを特徴とする請求項８に記載の保護継電装置の動作試験システム。
10. 前記系統から入力信号を得る変成器を備え、前記テスト信号生成回路のテスト信号を前記変成器の一次側に入力することを特徴とする請求項１から９の何れか一項に記載の保護継電装置の動作試験システム。

Images