JP5938358B2 - 光モジュール寿命予測システム、光モジュール寿命予測装置、光モジュール寿命予測方法及び光モジュール寿命予測プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力系統の制御と保護を行うディジタルリレー装置に用いられる光モジュールの寿命を予測する、光モジュール寿命予測システム、光モジュール寿命予測装置、光モジュール寿命予測方法及び光モジュール寿命予測プログラムに関する。

ディジタルリレー装置は、電力系統の発電所や変電所に設置されている遮断器を開閉することによって、電力系統に発生する各種事故に対し電力系統や電力機器を保護する役割を担い、需要家に安定した電力を供給するための装置である。ディジタルリレー装置は、アナログ入力部、ディジタル演算処理部及び出力部を備える。
アナログ入力部は、入力変換器、高調波除去用のアナログフィルタとＡ／Ｄ変換器を有する。
アナログ入力部は、電力系統から電圧信号、電流信号等のアナログ信号を受けて、アナログ入力信号のうち基本波に重畳した高調波成分をアナログフィルタにより除去し、アナログフィルタの出力信号を電気角３０度（サンプリング周波数６００Ｈｚまたは７２０Ｈｚ）の周期でサンプリングすることで、アナログ信号をディジタル信号に変換する。近年では、電気角３．７５°や７．５°等の高速サンプリングも適用されている。
ディジタル演算処理部は、このディジタル信号から電力系統の電圧及び電流の大きさ、またはインピーダンスを演算して、系統事故を判別し、遮断器を遮断するトリップ指令信号を発生する。そして、トリップ指令信号は出力部から出力される。

ディジタルリレー装置は電力系統や電力機器を保護する目的の他、変圧器のタップを変更する系統安定化装置などの制御装置としても用いられる。このように、ディジタルリレー装置は、需要家の需要状況に応じて、常に電圧、周波数及び位相を最適な状態に維持するため、予め電力需要を予測して、季節、曜日、時間帯に応じて遮断器や変圧器等の制御を行う。
なお、本発明に類似すると思われる技術が開示されている先行技術文献を、特許文献１に示す。

ディジタルリレー装置の一種である送電線保護リレーは発電所や変電所に設置され、発電所と変電所、変電所間を結ぶ送電線の短絡事故や地絡事故等を検出すると瞬時に遮断器をトリップさせる。異なる変電所に設置される送電線保護リレー装置間は光ケーブルなどの通信路で接続され、電圧や電流等の情報をリアルタイムで通信して、送電線を保護する電流差動リレーシステムを構成する。

なお、本開示に近いと思われる技術が開示されている先行技術文献を、特許文献１に示す。特許文献１には、電気信号を光に変換し送信を行う送信部と、受信した光信号を電気に変換する受信部と、第１の発光手段を用いた伝送方式と前記第１の発光手段とは異なる第２の発光手段を用いた伝送方式との切換を行う光切換部とからなる光モジュール部と、伝送フォーマットのチェックや遅延時間の補償値の設定などの電気信号の処理を実施する電気回路部と、保護継電装置との接続を行うインターフェース部とを備えた、電力系統変電設備の光伝送による通信を行う保護継電装置が開示されている。

特開２００２−２３２３５４号公報

従来のディジタルリレー装置では、光ケーブルが接続される光モジュールは、ディジタルリレー装置専用に製造される、いわゆる専用品であった。このため、この光モジュールは汎用のネットワーク機器用のモジュールと比べて非常に高価であった。光モジュールは光電変換器とレーザダイオードを使用するため、寿命の問題が避けて通れない。従来の光モジュールはそれ自身の寿命を予測する方法がないため、電流差動保護リレーシステムの中で事後対応として監視しているのが現状である。

本発明は係る状況に鑑みてなされたものであり、可用性を高めたディジタルリレー装置を実現するための光モジュール寿命予測システム、光モジュール寿命予測装置、光モジュール寿命予測方法及び光モジュール寿命予測プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の光モジュール寿命予測システムは、電力に関する情報を送受信するための光モジュールを有し、遮断器を開閉するディジタル保護制御装置運用保守用のネットワークに接続し、ディジタル保護制御装置から光モジュールの現在駆動電流情報を、ネットワークを通じて受信して、光モジュールがディジタル保護制御装置に装着された時点の初期駆動電流情報を参照して、光モジュールが所定の寿命に近いと判断したらアラーム情報を出力する寿命予測サーバと、を備える。この寿命予測サーバは、ネットワークに接続されている全てのディジタル保護制御装置に装着されている光モジュールについて、現在駆動電流情報の初期駆動電流情報からの駆動電流の増加率を算出するとともに、前記駆動電流の増加率の平均値を算出する。そして、この駆動電流の増加率の平均値からの偏差を算出して偏差を所定の閾値と比較する。この比較の結果、偏差が所定の閾値を超えたときにアラーム情報を出力するものである。

本発明により、事後対応から予防保全的な対応を行う可用性を高めたディジタルリレー装置を実現するための光モジュール寿命予測システム、光モジュール寿命予測装置、光モジュール寿命予測方法及び光モジュール寿命予測プログラムが提供できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本発明の実施形態であるディジタルリレー装置が設けられた電力系統の模式図である。 本発明の実施形態であるディジタルリレー装置の構成を示すブロック図である。 ＨＩ処理部のハードウェア構成を示すブロック図と、ＨＩ処理部のソフトウェアの機能を示すブロック図である。 ＨＩ処理部による計測処理の動作の流れを示すフローチャートである。 寿命予測サーバのハードウェア構成を示すブロック図と、寿命予測サーバのソフトウェアの機能を示すブロック図である。 寿命予測サーバに備わっているテーブルのフィールド構成を示す図である。 光モジュールの寿命を予測する処理の流れを説明するフローチャートである。 光モジュールの経年劣化を説明するグラフである。 温度の異なる光モジュールについて、仮に同じ電流を流した場合の、時間の経過に対する発光強度との関係を示すグラフである。

［電力系統１０１の全体構成］
図１は、本発明の実施形態であるディジタルリレー装置（ディジタル保護制御装置）が設けられた電力系統の模式図である。
電力系統１０１は送電線２ルート構成の例を示す。 第一サブステーション１０２は、母線１０３に発電機１０４と第一送電線１０５と第二送電線１０６が接続されている。
第二サブステーション１０７は、母線１０８に変圧器１０９と第一送電線１０５と第二送電線１０６が接続されている。変圧器１０９の先には、図示しない負荷が接続される。
第一サブステーション１０２と第二サブステーション１０７は、発電機１０４と変圧器１０９を除き、それぞれ同じ構成を備えている。

第一送電線１０５の母線１０３の近傍には、変流器１１０ａと遮断器１１１ａが設けられている。変流器１１０ａと遮断器１１１ａはディジタルリレー装置１１２ａに接続されている。
同様に、第一送電線１０５の、母線１０８の近傍には変流器１１０ｂと遮断器１１１ｂが設けられている。変流器１１０ｂと遮断器１１１ｂはディジタルリレー装置１１２ｂに接続されている。
第二送電線１０６の、母線１０３の近傍には変流器１１０ｃと遮断器１１１ｃが設けられている。変流器１１０ｃと遮断器１１１ｃはディジタルリレー装置１１２ｃに接続されている。
同様に、第二送電線１０６の、母線１０８の近傍には変流器１１０ｄと遮断器１１１ｄが設けられている。変流器１１０ｄと遮断器１１１ｄはディジタルリレー装置１１２ｄに接続されている。

ディジタルリレー装置１１２ａは光モジュール１１３ａ及び１１３ｂを内蔵している。
ディジタルリレー装置１１２ｂは光モジュール１１３ｃ及び１１３ｄを内蔵している。
光モジュール１１３ａは光モジュール１１３ｃと光ケーブル１１４ａで接続されている。
光モジュール１１３ｂは光モジュール１１３ｄと光ケーブル１１４ｂで接続されている。
ディジタルリレー装置１１２ｃは光モジュール１１３ｅ及び１１３ｆを内蔵している。
ディジタルリレー装置１１２ｄは光モジュール１１３ｇ及び１１３ｈを内蔵している。
光モジュール１１３ｅは光モジュール１１３ｇと光ケーブル１１４ｃで接続されている。
光モジュール１１３ｆは光モジュール１１３ｈと光ケーブル１１４ｄで接続されている。

ディジタルリレー装置１１２ａは、変流器１１０ａから供給される電流信号（アナログ信号）を受けて、遮断器１１１ａを制御する。ディジタルリレー装置１１２ａは、光ケーブル１１４ａ及び１１４ｂを通じてディジタルリレー装置１１２ｂと電流等の情報をリアルタイムで通信して、遮断器１１１ａを開閉させることで、電流差動リレーを構成する。
同様に、ディジタルリレー装置１１２ｂは変流器１１０ｂから供給される電流信号を受けて、遮断器１１１ｂを開閉させる。
同様に、ディジタルリレー装置１１２ｃは変流器１１０ｃから供給される電流信号を受けて、遮断器１１１ｃを開閉させる。
同様に、ディジタルリレー装置１１２ｄは変流器１１０ｄから供給される電流信号を受けて、遮断器１１１ｄを開閉させる。

ディジタルリレー装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄは、ＬＡＮケーブル１１５を通じてネットワーク１１６に接続される。ネットワーク１１６には寿命予測サーバ１１７も接続されている。寿命予測サーバ１１７はディジタルリレー装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄと通信して、光モジュール１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇ及び１１３ｈの寿命を予測する演算処理を行う。
なお、ディジタルリレー装置１１２ａ、１１２ｂ、１１２ｃ及び１１２ｄを特に区別しない場合は、ディジタルリレー装置１１２と称することもある。
同様に、変流器１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ及び１１０ｄを特に区別しない場合は、変流器１１０と称することもある。
同様に、遮断器１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ及び１１１ｄを特に区別しない場合は、遮断器１１１と称することもある。
同様に、光モジュール１１３ａ、１１３ｂ、１１３ｃ、１１３ｄ、１１３ｅ、１１３ｆ、１１３ｇ及び１１３ｈを特に区別しない場合は、光モジュール１１３と称することもある。
同様に、光ケーブル１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ及び１１４ｄを特に区別しない場合は、光ケーブル１１４と称することもある。

［ディジタルリレー装置１１２の構成］
図２は、本発明の実施形態であるディジタルリレー装置１１２の構成を示すブロック図である。
ディジタルリレー装置１１２は、様々な形態の電力系統１０１に対して柔軟に対応できるように、機能毎にモジュール化されている。
制御処理部２０１は、汎用のネットワーク機器である光モジュール１１３と、リアルタイム処理部（以下「ＲＴ処理部」と略す）２０３よりなる。
制御処理部２０１と、アナログ入出力部２０４と、ディジタル入出力部２０５と、ヒューマンインターフェース処理部（以下「ＨＩ処理部」と略す）２０６は、第一バス２０７に接続される。

変流器１１０等から出力される電流信号（アナログ信号）は、アナログ入力部２０４によってディジタルデータに変換された後、制御処理部２０１のＲＴ処理部２０３の演算処理に供される。
ディジタル入出力部２０５は、ＲＴ処理部２０３の出力に従って遮断器１１１を開閉すると共に、遮断器１１１から状態情報を取得する。
他のディジタルリレー装置１１２に接続されている光ケーブル１１４は、光モジュール１１３に接続される。
ＲＴ処理部２０３は、光ケーブル１１４を通じて受信する、対向側のディジタルリレー装置１１２の電流情報と、現場のディジタルリレー装置１１２の電流情報を比較することで、短絡事故や地絡事故等の異常を瞬時に検出する。そして、ＲＴ処理部２０３はディジタル入出力部２０５に接続されている遮断器１１１をトリップさせる。

光モジュール１１３は、一例として業界標準のＳＦＰ（Small Form-Factor Pluggable）光モジュールと呼ばれるものを利用する。この光モジュール１１３には、周知のシリアルインターフェース規格であるＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit の略。）のポートが設けられている。
光モジュール１１３は前述のＩ２Ｃ等の第二バス２０８を通じてＲＴ処理部２０３に接続される。第二バス２０８は光モジュール１１３の状態情報をＲＴ処理部２０３に送る。

光モジュール１１３は、光モジュール１１３を一意に識別するＩＤ情報を有する。
また、ＲＴ処理部２０３は、光モジュール１１３が装着されるスロットにスロット番号を設けて、複数の光モジュール１１３の、ＲＴ処理部２０３における物理的な位置を一意に識別する。
図２中、光モジュール１１３ａはＲＴ処理部２０３のスロット番号＃０に装着されている。同様に、光モジュール１１３ｂはＲＴ処理部２０３のスロット番号＃１に装着されている。

図３Ａは、ＨＩ処理部２０６のハードウェア構成を示すブロック図であり、図３Ｂは、ＨＩ処理部２０６のソフトウェアの機能を示すブロック図である。
ＨＩ処理部２０６は、周知のＣＰＵ３０１、ＲＯＭ３０２、ＲＡＭ３０３、日時情報を出力するリアルタイムクロック（以下「ＲＴＣ」と略す）３０４、液晶ディスプレイである表示部３０５、操作ボタンである操作部３０６、ＮＩＣ３０７及びインターフェース（以下「Ｉ／Ｆ」と略す）３０８がバス３０９に接続されており、周知のマイクロコンピュータシステムを構成する。
ＨＩ処理部２０６はＲＴ処理部２０３に対する制御動作の指示を行うと共に、後述する寿命予測サーバ１１７に対して光モジュール１１３の状態情報を送信する。ＨＩ処理部２０６はＲＯＭ３０２に格納されているプログラムに従って動作する。ＨＩ処理部２０６はプログラムに従って、記憶部を構成するＲＡＭ３０３に格納されている整定値に基づく制御コマンドを、第一バス２０７に接続されるＩ／Ｆ３０８を通じてＲＴ処理部２０３に送信する。
この他、ＲＯＭ３０２にはｗｅｂサーバプログラムが格納されており、ＮＩＣ３０７を通じて図示しない端末のｗｅｂブラウザから制御の指示を受信することもできる。

図３Ｂを参照して、ＨＩ処理部２０６のソフトウェアの機能を説明する。
ＣＰＵ３０１は、ＲＯＭ３０２のプログラムを読み込むと、ＨＩ処理部２０６の機能として、入出力処理部３１０と、タスク起動処理部３１１と、リレー装置識別情報３１２と、起動日時メモリ３１３と、最新送信日時メモリ３１４と、一時記憶領域３１５と日時情報生成部３１６を構成する。
タスク起動処理部３１１は日時情報生成部３１６から現在日時情報を読み取り、予め設定された日時のタイミングで、入出力処理部３１０を起動する。
入出力処理部３１０は、図４にて後述する動作を行い、ＲＴ処理部２０３から光モジュール１１３の情報を取得して、それら情報を寿命予測サーバ１１７に送信する。
寿命予測サーバ１１７に送信するデータは、ディジタルリレー装置１１２のＭＡＣアドレス、ＩＰアドレス、光モジュール１１３のＩＤ情報、スロット番号、測定日時、駆動電流及び温度である。

［ＨＩ処理部２０６による計測処理の動作］
図４は、ＨＩ処理部２０６による計測処理の動作の流れを示すフローチャートである。
入出力処理部３１０はタスク起動処理部３１１によって起動される。処理を開始すると（Ｓ４０１）、入出力処理部３１０は最初に起動日時メモリ３１３を見て、ディジタルリレー装置１１２の起動日時が記憶されているか否かを確認する（Ｓ４０２）。もし、ディジタルリレー装置１１２が起動したばかりでディジタルリレー装置１１２の起動日時が起動日時メモリ３１３に記憶されていない場合（Ｓ４０２のＮＯ）は、入出力処理部３１０は日時情報生成部３１６から現在日時情報を取得して、起動日時メモリ３１３に記憶する（Ｓ４０３）。

次に入出力処理部３１０は、ＲＴ処理部２０３を通じて光モジュール１１３のＩＤ情報とスロット番号を取得し、更に所定時間（例えば一時間）、光モジュール１１３の駆動電流情報と温度情報を取得する。そして駆動電流の移動平均値と温度情報の移動平均値を算出した後、これらを光モジュール１１３の初期データとして寿命予測サーバ１１７に送信する（Ｓ４０４）。寿命予測サーバ１１７に対する初期データの送信が終了したら、入出力処理部３１０は日時情報生成部３１６から現在日時情報を取得して、最新送信日時メモリ３１４に記憶して（Ｓ４０５）、一連の処理を終了する（Ｓ４０６）。

ステップＳ４０２において、もし、ディジタルリレー装置１１２の起動日時が起動日時メモリ３１３に記憶されている場合（Ｓ４０２のＹＥＳ）は、入出力処理部３１０は次に最新送信日時メモリ３１４を見て、所定期間（例えば一週間）が経過したか否かを確認する（Ｓ４０７）。もし、所定期間が経過しているならば（Ｓ４０７のＹＥＳ）、入出力処理部３１０はＲＴ処理部２０３を通じて光モジュール１１３の駆動電流情報と温度情報を取得する。その上で更に、一時記憶領域に記憶されている、光モジュール１１３の駆動電流情報と温度情報を読み出す。そして、駆動電流の移動平均値と温度情報の移動平均値を算出した後、これらを光モジュール１１３のデータとして寿命予測サーバ１１７に送信する（Ｓ４０８）。寿命予測サーバ１１７に対するデータの送信が終了したら、入出力処理部３１０は日時情報生成部３１６から現在日時情報を取得して、最新送信日時メモリ３１４に記憶して（Ｓ４０５）、一連の処理を終了する（Ｓ４０６）。

ステップＳ４０７において、もし、所定期間が経過していないのならば（Ｓ４０７のＮＯ）、入出力処理部３１０はＲＴ処理部２０３を通じて光モジュール１１３の駆動電流情報と温度情報を取得して、これを一時記憶領域に記憶して（Ｓ４０９）、一連の処理を終了する（Ｓ４０６）。

光モジュール１１３は、第二バスから光モジュール駆動電流と温度の情報を取得することができる。これを寿命予測サーバ１１７に送信して、寿命の予測演算を実行する。しかし、光モジュール駆動電流や温度の情報は、短期的に変動する可能性がある。そこで、これら情報を例えば一時間間隔で取得して、寿命予測サーバ１１７に送信する直前にそれら情報の移動平均を算出することで、測定値のバラつきを抑止できる。

［寿命予測サーバ１１７の構成］
図５Ａは、寿命予測サーバ１１７のハードウェア構成を示すブロック図であり、図５Ｂは、寿命予測サーバ１１７のソフトウェアの機能を示すブロック図である。
寿命予測サーバ１１７は、周知のＣＰＵ５０１、ＲＯＭ５０２、ＲＡＭ５０３及びＮＩＣ５０７がバス５０９に接続されており、周知のマイクロコンピュータシステムを構成する。なお、一般的なパーソナルコンピュータと同様に、液晶ディスプレイ等の表示部５０５とキーボード等の操作部５０６を備えてもよい。
寿命予測サーバ１１７はネットワークを通じてディジタルリレー装置１１２から光モジュール１１３の情報を受信すると、ログテーブル又は光モジュールテーブルに情報を記録した後、図７にて後述する光モジュール１１３の寿命を予測する演算処理を実行する。

図５Ｂを参照して、寿命予測サーバ１１７のソフトウェアの機能を説明する。
ＣＰＵ５０１は、ＲＯＭ５０２のプログラムを読み込むと、寿命予測サーバ１１７の機能として、入出力処理部５１０と、寿命予測演算処理部５１１と、リレー装置マスタ５１２と、光モジュールテーブル５１３と、ログテーブル５１４と、温度補正マスタ５１５を構成する。
入出力処理部５１０はネットワークを通じてディジタルリレー装置１１２から光モジュール１１３の情報を受信すると、ログテーブル５１４又は光モジュールテーブル５１３に情報を記録した後、寿命予測演算処理部５１１を起動して、光モジュール１１３の寿命を予測する演算処理を実行する。
寿命予測演算処理部５１１は、リレー装置マスタ５１２と、光モジュールテーブル５１３と、ログテーブル５１４を読み込み、ネットワークに接続されている全てのディジタルリレー装置１１２に組み込まれている全ての光モジュール１１３について、装置寿命が短くなったと判断できるものがあるか、確認する。そして、寿命が残り僅かであると判断される光モジュール１１３があった場合は、ログテーブル５１４と温度補正マスタ５１５を読み込み、寿命の補正演算を行う。

図６は、寿命予測サーバ１１７に備わっているテーブルのフィールド構成を示す図である。
リレー装置マスタ５１２は、リレー装置名称フィールドと、ＮＩＣのＭＡＣアドレスフィールドと、ＩＰアドレスフィールドと、リレー装置シリアル番号フィールドで構成される。
リレー装置名称フィールドには、送配電システムの管理者によって任意に命名された名称の文字列が格納される。
ＮＩＣのＭＡＣアドレスフィールドには、ディジタルリレー装置１１２のＨＩ処理部２０６内のＮＩＣのＭＡＣアドレスが格納される。
ＩＰアドレスフィールドには、ＨＩ処理部２０６内のＮＩＣに付されているＩＰアドレスが格納される。
リレー装置シリアル番号フィールドには、寿命予測サーバ１１７の図示しないプログラムによって自動的に採番された、ディジタルリレー装置１１２を一意に識別するシリアル番号が格納される。

光モジュールテーブル５１３は、ＩＤ情報フィールドと、スロット番号フィールドと、リレー装置シリアル番号フィールドと、光モジュールシリアル番号フィールドと、初期値測定日時フィールドと、駆動電流フィールドと、温度フィールドとよりなる。
ＩＤ情報フィールドには、ディジタルリレー装置１１２のＲＴ処理部２０３内の光モジュール１１３のＩＤ情報が格納される。
スロット番号フィールドには、ディジタルリレー装置１１２のＲＴ処理部２０３内の光モジュール１１３が装着されているスロットのスロット番号が格納される。
リレー装置シリアル番号フィールドには、リレー装置マスタ５１２のリレー装置シリアル番号フィールドと同じ、ディジタルリレー装置１１２を一意に識別するシリアル番号が格納される。
光モジュールシリアル番号フィールドには、寿命予測サーバ１１７の図示しないプログラムによって自動的に採番された、光モジュール１１３を一意に識別するシリアル番号が格納される。
初期値測定日時フィールドには、光モジュール１１３がディジタルリレー装置１１２に装着されて最初の、駆動電流と温度を測定した日時が格納される。
駆動電流フィールドには、光モジュール１１３がディジタルリレー装置１１２に装着されて最初に測定した駆動電流（初期駆動電流情報）が格納される。
温度フィールドには、光モジュール１１３がディジタルリレー装置１１２に装着されて最初に測定した温度が格納される。

ログテーブル５１４は、光モジュールシリアル番号フィールドと、測定日時フィールドと、駆動電流フィールドと、温度フィールドとよりなる。
光モジュールシリアル番号フィールドには、光モジュールテーブル５１３の光モジュールシリアル番号フィールドと同じ、光モジュール１１３を一意に識別するシリアル番号が格納される。
測定日時フィールドには、光モジュール１１３の駆動電流と温度を測定した日時が格納される。
駆動電流フィールドには、光モジュール１１３の駆動電流（現在駆動電流情報）が格納される。
温度フィールドには、光モジュール１１３の温度が格納される。

温度補正マスタ５１５は、温度範囲フィールドと、補正係数フィールドとよりなる。
補正係数フィールドには、光モジュール１１３がある温度である場合に、寿命予測演算に適用する温度補正係数が格納されている。
温度範囲フィールドには、補正係数フィールドに格納されている温度補正係数を適用する温度の範囲が格納される。

［寿命予測処理の動作］
図７は、光モジュール１１３の寿命を予測する処理の流れを説明するフローチャートである。
入出力処理部５１０はディジタルリレー装置１１２からデータを受信することによって起動される。処理を開始すると（Ｓ７０１）、入出力処理部５１０は最初に、受信したデータに含まれいている光モジュール１１３のＩＤ情報で光モジュールテーブル５１３を検索して、光モジュール１１３のＩＤ情報が光モジュールテーブル５１３に未登録のものであるか否かを確認する（Ｓ７０２）。未登録のＩＤ情報であると判明したら（Ｓ７０２のＹＥＳ）、入出力処理部５１０はディジタルリレー装置１１２から受信したディジタルリレー装置１１２のＭＡＣアドレスとＩＰアドレスに基づいてリレー装置マスタ５１２を検索して、リレー装置シリアル番号を得る。そして、入出力処理部５１０はディジタルリレー装置１１２から受信した光モジュール１１３のＩＤ情報とスロット番号、測定日時、駆動電流及び温度を、リレー装置シリアル番号と共に光モジュールテーブル５１３に登録する。更に、光モジュールシリアル番号に新たなシリアル番号を書き込む（Ｓ７０３）。

ステップＳ７０２において、受信したデータに含まれいている光モジュール１１３のＩＤ情報が光モジュールテーブル５１３に登録済みのＩＤ情報であると判明したら（Ｓ７０２のＮＯ）、入出力処理部５１０はディジタルリレー装置１１２から受信した光モジュール１１３のＩＤ情報に基づいて光モジュールテーブル５１３を検索して、光モジュールシリアル番号を得る。そして、入出力処理部５１０はディジタルリレー装置１１２から受信した測定日時、駆動電流及び温度を、光モジュールシリアル番号と共にログテーブル５１４に追記する（Ｓ７０４）。

ステップＳ７０３又はステップＳ７０４のいずれも、その処理の後、入出力処理部５１０は寿命予測演算処理部５１１を起動する。寿命予測演算処理部５１１は、入出力処理部５１０を通じて光モジュールテーブル５１３とログテーブル５１４を参照して、ネットワークに接続されている全てのディジタルリレー装置１１２に組み込まれている全ての光モジュール１１３について、駆動電流の変動率を算出する（Ｓ７０５）。具体的には、光モジュールテーブル５１３の各レコードに格納されている駆動電流の初期値（初期駆動電流情報）をＩｉ、ログテーブル５１４に格納されている駆動電流の最新の値（現在駆動電流情報）をＩｒとすると、変動率Ｒｉは以下の式で算出できる。

Ｒｉ＝（Ｉｒ−Ｉｉ）／Ｉｉ （１）

次に寿命予測演算処理部５１１は、ステップＳ７０５で算出した、全ての光モジュール１１３の駆動電流の変動率について、平均値を算出する（Ｓ７０６）。
次に寿命予測演算処理部５１１は、カウンタ変数ｉを１に初期化する（Ｓ７０７）。

次に寿命予測演算処理部５１１は、入出力処理部５１０を通じて光モジュールテーブル５１３のｉ番目のレコードの光モジュール１１３について、変動率の偏差を算出する。そして、その偏差が所定の閾値以上であるか否かを確認する（Ｓ７０８）。もし、変動率の偏差が所定の閾値以上であるならば（Ｓ７０８のＹＥＳ）、寿命予測演算処理部５１１は当該光モジュール１１３が故障に至る寿命が近いと判断し、ログテーブル５１４から温度を読み出して、温度補正マスタ５１５を参照して、予測寿命の補正演算を行う（Ｓ７０９）。その後、図示しない端末等に当該光モジュール１１３の交換を促すメッセージと共に、予測寿命情報（アラーム情報）を出力する（Ｓ７１０）。

もし、算出した変動率の偏差が所定の閾値未満であるならば（Ｓ７０８のＮＯ）、寿命予測演算処理部５１１は当該光モジュール１１３が故障に至る寿命が近くないと判断し、アラーム出力等の動作を行わない。

ステップＳ７１０又はステップＳ７０８のＮＯのいずれも、その処理の後、寿命予測演算処理部５１１はカウンタ変数ｉを１インクリメントする（Ｓ７１１）。なお、図７中「＋＋」はインクリメントを示す。次に、寿命予測演算処理部５１１は入出力処理部５１０を通じて光モジュールテーブル５１３のｉ番目のレコードが存在しないか否かを確認する（Ｓ７１２）。
もし、ｉ番目のレコードが存在するなら（Ｓ７１２のＮＯ）、寿命予測演算処理部５１１はステップＳ７０８から再度処理を繰り返す。
もし、ｉ番目のレコードが存在しないなら（Ｓ７１２のＹＥＳ）、寿命予測演算処理部５１１及び入出力処理部５１０は一連の処理を終了する（Ｓ７１３）。

なお、図７に示した光モジュール１１３の寿命予測処理は、変動率の平均値を算出して、その平均値に対する偏差を所定の閾値と比較したが、変動率を直接所定の閾値と比較してもよい。この場合、ステップＳ７０６の変動率の平均値を算出する処理を省略して、ステップＳ７０８では変動率を直接所定の閾値と比較する。

［光モジュール１１３の経年劣化］
光モジュール１１３は半導体であり、発光させるためには電流を流す必要がある。光モジュール１１３は電流を流すと発熱する。この発熱が光モジュール１１３を劣化させる原因となる。光モジュール１１３は劣化すると、投入する電流に対する発光強度が下がる。殆ど全ての光モジュール１１３は、その発光強度を一定範囲内に収めるため、駆動電流のフィードバック制御を行っている。すると、光モジュール１１３が劣化するに連れて、駆動電流が増えることとなる。駆動電流の増加は光モジュール１１３を一層発熱させることとなる。
半導体はジャンクション温度が上昇すると、寿命が短くなる。予測される寿命は、経験値に基づくアレニウスの法則により、温度によって変化することとなる。

図８Ａ及びＢは、光モジュール１１３の経年劣化を説明するグラフである。
図８Ａは、光モジュール１１３の駆動電流の一例を示すグラフである。
サンプル線Ｓ８０１は、ある光モジュール１１３における駆動電流の変化を示す。
サンプル線Ｓ８０２は、別の光モジュール１１３における駆動電流の変化を示す。
サンプル線Ｓ８０３は、更に別の光モジュール１１３における駆動電流の変化を示す。
時点Ｐ８０４において、駆動電流の大小だけで比較すると、サンプル線Ｓ８０１が最も光モジュール駆動電流が大きく、次にサンプル線Ｓ８０２、そしてサンプル線Ｓ８０３が最も駆動電流が少ない。しかし、時系列で見るとサンプル線Ｓ８０３の光モジュール駆動電流の変化量が大きく、したがって、サンプル線Ｓ８０３の光モジュール１１３が最も早く故障する可能性が高いと思われる。

前述のように、光モジュール１１３はＳＦＰという規格化されたものを使用するが、内部に使用する光モジュールの種別は、製造業者によってまちまちである。また、光モジュール自体の個体差も存在する。したがって、全く同じ新品の光モジュール１１３の駆動電流を複数個比較すると、駆動電流はばらばらである。つまり、駆動電流自体は個体差を有する。駆動電流だけを着目すると、ある時点において駆動電流が低い値であった光モジュール１１３が、いきなり壊れる、という現象も生じ得る。

図８Ｂは、光モジュール１１３の駆動電流の変動率のグラフである。
サンプル線Ｓ８０４は、ある光モジュール１１３における駆動電流の電流変動率を示す。これは、図８Ａのサンプル線Ｓ８０１を電流変動率に変換したものである。
サンプル線Ｓ８０５は、別の光モジュール１１３における駆動電流の電流変動率を示す。これは、図８Ａのサンプル線Ｓ８０２を電流変動率に変換したものである。
サンプル線Ｓ８０６は、更に別の光モジュール１１３における駆動電流の電流変動率を示す。これは、図８Ａのサンプル線Ｓ８０３を電流変動率に変換したものである。
光モジュール１１３を導入した当初の電流値を記憶しておき、現在の電流値との差を当初の電流値で割ると、駆動電流の変動率（増加率）が判る。個々の光モジュール１１３を電流の増加率で比較すれば、個体差を吸収できる。個体差がなくなれば、一意な閾値Ｌ８０７と比較して、劣化の度合いを判定することが可能になる。

図９は、温度の異なる光モジュール１１３について、仮に同じ電流を流した場合の、時間の経過に対する発光強度との関係を示すグラフである。
光モジュールはジャンクション温度が高いと、より早く劣化する。つまり、光モジュールの発光レベルが低下する傾きがより急峻になることを意味する。図９は、仮に同じ発光レベルにある光モジュールのジャンクション温度が異なる場合に、発光レベルが低下する傾きがどのように異なるのかを模式的に示したものである。
サンプル線Ｓ９０１は、ジャンクション温度が高い場合の、光モジュールの発光レベルの低下を示す。
サンプル線Ｓ９０２は、ジャンクション温度が中程度の場合の、光モジュールの発光レベルの低下を示す。
サンプル線Ｓ９０３は、ジャンクション温度が低い場合の、光モジュールの発光レベルの低下を示す。
仮に、ある時点Ｐ９０４でこれら三つのサンプル線の発光レベルが等しいとして、予測寿命レベルＬ９０５に至る時期は、最もジャンクション温度が高いサンプル線Ｓ９０１が最も早く到達する。

以上説明した実施形態には、以下に記す応用例が可能である。

（１）寿命予測サーバ１１７の寿命予測演算機能をディジタル保護制御装置１１２のＨＩ処理部２０６に含めてもよい。送配電システムの規模が小さい場合や、寿命予測サーバ１１７の設置が困難な場合等に有用である。

（２）アラーム情報は光モジュール１１３の交換時期を示す。したがって、アラーム情報に基づいて計画的な設備停止を実施して、新しい光モジュール１１３に交換することができる。
更に、入出力処理部５１０が出力するアラーム情報を、光モジュール１１３の製造メーカに対して発注を依頼するトリガとして利用することが可能である。つまり、入出力処理部５１０が出力するアラーム情報を利用することで、保守部品の調達業務を、人手を介さずに実施することが可能になる。

（３）交換時期に至った光モジュール１１３を明確に識別するため、ＲＴ処理部２０３を実装する基板の、光モジュール１１３を装着するスロットの近傍にＬＥＤを設けて、交換対象であることを示すためにＬＥＤを点滅させる制御を行うと、誤って交換対象外の光モジュール１１３を交換する事故を防ぐことができる。ＨＩ処理部２０６は光モジュール１１３のスロット番号も送信するので、交換対象である光モジュール１１３のスロット番号をディジタルリレー装置１１２のＨＩ処理部２０６に送信することで、ＲＴ処理部２０３がどの光モジュール１１３を交換対象とすべきなのかを識別することができる。

本実施形態では、ディジタルリレー装置１１２と寿命予測サーバ１１７を開示した。
光モジュール１１３から得られる、光モジュール１１３の駆動電流情報に基づいて、光モジュール１１３の寿命を予測演算することで、光モジュール１１３の寿命をより正確に予測することができる。
特に、寿命予測サーバ１１７は光モジュール１１３がディジタルリレー装置１１２に装着された直後の初期駆動電流情報を光モジュールテーブル５１３に記憶しておき、現在駆動電流情報との電流増加率を算出する。寿命予測サーバ１１７が電流値そのものではなく電流増加率を算出することで、光モジュール１１３の個体差をなくし、寿命予測サーバ１１７は劣化の度合いを高い確率で予測することができる。
更に、電流増加率の平均を算出し、その偏差を算出することで、寿命判断の客観性を高めることができる。
更に、予測寿命に温度補正をかけることで、寿命予測の精度を高めることができる。
消耗品である光モジュール１１３の寿命を正確に予測することで、ディジタルリレー装置１１２が不慮の事故に陥る可能性を低減できるだけでなく、適切な時期に劣化した光モジュール１１３を交換することができるので、可用性の高い電力供給システムを実現できる。

以上、本発明の実施形態例について説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて、他の変形例、応用例を含む。
例えば、上記した実施形態例は本発明をわかりやすく説明するために装置及びシステムの構成を詳細且つ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることは可能であり、更にはある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
また、上記の各構成、機能、処理部等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行するためのソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の揮発性或は不揮発性のストレージ、または、ＩＣカード、光ディスク等の記録媒体に保持することができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。

１０１…電力系統、１０２…第一サブステーション、１０３…母線、１０４…発電機、１０５…第一送電線、１０６…第二送電線、１０７…第二サブステーション、１０８…母線、１０９…変圧器、１１０…変流器、１１１…遮断器、１１２…ディジタルリレー装置、１１３…光モジュール、１１４…光ケーブル、１１５…ＬＡＮケーブル、１１６…ネットワーク、１１７…寿命予測サーバ、１１８…負荷、２０１…制御処理部、２０３…ＲＴ処理部、２０４…アナログ入出力部、２０５…ディジタル入出力部、２０６…ＨＩ処理部、５１０…入出力処理部、５１１…寿命予測演算処理部、５１２…リレー装置マスタ、５１３…光モジュールテーブル、５１４…ログテーブル、５１５…温度補正マスタ

Claims (6)

1. 電力に関する情報を送受信するための光モジュールを有し、遮断器を開閉するディジタル保護制御装置と、
   前記ディジタル保護制御装置から前記光モジュールの現在駆動電流情報を、ネットワークを通じて受信して、前記光モジュールが前記ディジタル保護制御装置に装着された時点の初期駆動電流情報を参照して、前記光モジュールが所定の寿命に近いと判断したらアラーム情報を出力する寿命予測サーバと、を備え、
   前記寿命予測サーバは、
   前記ネットワークに接続されている全ての前記ディジタル保護制御装置に装着されている前記光モジュールについて、前記現在駆動電流情報の前記初期駆動電流情報からの駆動電流の増加率を算出するとともに、前記駆動電流の増加率の平均値を算出し、
   前記駆動電流の増加率の前記平均値からの偏差を算出して前記偏差を所定の閾値と比較し、
   前記偏差が前記所定の閾値を超えたときに前記アラーム情報を出力する、
   光モジュール寿命予測システム。
2. 前記寿命予測サーバは、前記所定の閾値と比較して寿命が短いと判定した前記光モジュールについて、前記ディジタル保護制御装置から受信した前記光モジュールの温度情報を参照して、予測寿命を補正する、
   請求項１に記載の光モジュール寿命予測システム。
3. 遮断器を開閉するディジタル保護制御装置に装着されて、電力に関する情報を送受信するための光モジュールの、前記ディジタル保護制御装置に装着された時点の初期駆動電流情報が格納されている光モジュールテーブルと、
   前記光モジュールの現在駆動電流情報が格納されるログテーブルと、
   前記ディジタル保護制御装置から前記初期駆動電流情報を受信して前記光モジュールテーブルに格納し、前記現在駆動電流情報を受信して前記ログテーブルに格納する入出力処理部と、
   前記入出力処理部を通じて前記初期駆動電流情報と前記現在駆動電流情報を受け取り、前記光モジュールの寿命を予測演算する寿命予測演算処理部と、を備え、
   前記寿命予測演算処理部は、ネットワークに接続されている全ての前記ディジタル保護制御装置に装着されている前記光モジュールについて、前記現在駆動電流情報の前記初期駆動電流情報からの増加率を算出するとともに、前記増加率の平均値を算出し、前記駆動電流の増加率の前記平均値からの偏差を算出して、前記偏差を所定の閾値と比較することにより、前記偏差が前記所定の閾値を超えたときにアラーム情報を出力する、
   光モジュール寿命予測装置。
4. 更に、
   温度の範囲と温度補正係数が格納される温度補正マスタを具備し、
   前記ログテーブルは更に前記光モジュールの現在温度情報が格納されており、
   前記寿命予測演算処理部は予測寿命を演算する際に前記温度補正マスタと前記現在温度情報を参照して予測寿命を補正演算する、
   請求項３に記載の光モジュール寿命予測装置。
5. ネットワークに接続されている、遮断器を開閉するディジタル保護制御装置に装着され、電力に関する情報を送受信するための光モジュールの、前記ディジタル保護制御装置に装着された時点の初期駆動電流情報を保存する初期駆動電流情報保存ステップと、
   その後所定時間経過後に、前記ディジタル保護制御装置から前記光モジュールの現在駆動電流情報を取得して、前記現在駆動電流情報と前記初期駆動電流情報から前記光モジュールの駆動電流の増加率を算出する、駆動電流増加率算出ステップと、
   前記増加率に基づいて前記光モジュールの寿命について予測演算する、寿命予測演算ステップと、を含み、
   前記寿命予測演算ステップでは、前記ネットワークに接続されている全ての前記ディジタル保護制御装置に装着されている前記光モジュールについて、前記現在駆動電流情報の前記初期駆動電流情報からの増加率を算出するとともに、前記増加率の平均値を算出し、前記駆動電流の増加率の前記平均値からの偏差を算出して、前記偏差を所定の閾値と比較し、前記偏差が前記所定の閾値を超えたときにアラーム情報を出力する、光モジュール寿命予測方法。
6. ネットワークに接続されている、遮断器を開閉するディジタル保護制御装置に装着され、電力に関する情報を送受信するための光モジュールの、前記ディジタル保護制御装置に装着された時点の初期駆動電流情報を保存する初期駆動電流情報保存ステップと、
   その後所定時間経過後に、前記ディジタル保護制御装置から前記光モジュールの現在駆動電流情報を取得して、前記現在駆動電流情報と前記初期駆動電流情報から前記光モジュールの駆動電流の増加率を算出する、駆動電流増加率算出ステップと、
   前記増加率に基づいて前記光モジュールの寿命について予測演算する、寿命予測演算ステップと、
   前記ネットワークに接続されている全ての前記ディジタル保護制御装置に装着されている前記光モジュールについて、前記駆動電流の増加率を算出するとともに該増加率の平均値を算出し、前記駆動電流の増加率の前記平均値からの偏差を算出して、該偏差を所定の閾値と比較し、前記偏差が前記所定の閾値を超えたときにアラーム情報を出力するステップとを、
   コンピュータに実行させる、光モジュール寿命予測プログラム。

Images