JP6141206B2 - 保護継電装置 - Google Patents

Description

この発明は、保護継電装置に関し、特に、電圧階級が異なる複数の電力系統に対応可能な保護継電装置の入力回路に関する。

電力系統から電流および電圧などの情報（以下、系統電気量と称す）を収集するとともに、電力系統または電力設備に事故が発生した場合に、当該事故を検出するとともに、当該事故を電力系統から切り離すために、保護継電装置が用いられている。

保護継電装置においては、電力系統の保護機器が正常であるか否かを診断するために、保護機器の状態を連続して監視する自動監視が行なわれている。この自動監視では、保護継電装置は、監視対象となる遮断器および断路器等の開閉器の開閉情報を収集し、収集した開閉情報に基づいて開閉器の動作を確認する。

ディジタル保護継電装置の場合、自動監視機能として、開閉器の開閉情報を取り込み、取り込んだ情報をディジタル信号に変換してマイコンに入力するためのディジタル入力回路が設けられている。このディジタル入力回路には、開閉器の開閉状態に応じて異なる電圧レベルを示す直流電圧が入力される。ディジタル入力回路は、フォトカプラを用いることによって、入力された直流電圧を、入力側と出力側とを電気的に絶縁しつつ、マイコンに伝達することができる（たとえば特許文献１参照）。

特開２００８−２０５９２０号公報 特開昭６１−１１２２０３号公報 特開平５−２７８０９号公報

上述したディジタル保護継電装置において、ディジタル入力回路に入力される直流電圧の大きさは、保護継電装置が設置される電気所の直流電源電圧によって決まる。電気所の直流電源電圧は、通常、電気所内で系統電圧を用いて生成されるため、電力系統の電圧階級ごとに異なる値をとる。

ここで、電力系統の電圧階級は多岐に亘っているため、保護継電装置においては、電圧階級ごとにディジタル入力回路を作り分ける必要がある。このため、保護継電装置の製造コストおよび管理コストが嵩んでしまうという問題があった。

また、保護継電装置が設置された電気所において電圧階級の仕様が変更された場合には、変更後の電圧階級に対応した保護継電装置に交換するために、保護継電装置を電源オフの状態にして電力系統から切り離す作業を行なわなければならず、手間およびコストがかかるという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、保護継電装置において、電圧階級が異なる複数の電力系統間で入力回路を共通化するとともに、電圧階級の変更にも容易に対応可能とすることである。

この発明に係る保護継電装置は、電力系統に設けられた開閉器の開閉情報を取り込んで、開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号を生成する入力回路と、入力回路からのオンオフ信号に基づいて開閉器の開閉状態を監視するための制御部とを備える。入力回路は、取り込んだ開閉器の開閉情報を、電気所内に設けられた直流電源から与えられる入力直流電圧に応じた電圧信号に変換して出力する入力部と、制御部からの制御信号に応じて、互いに異なる複数の電圧値の閾値電圧を設定することが可能な閾値設定回路と、電圧信号と閾値電圧とを比較し、比較結果に基づいてオンオフ信号を生成するための比較器とを含む。制御部は、閾値電圧の電圧値の切り替えに応答して変化するオンオフ信号に基づいて直流電源の電圧値を判別し、判別した直流電源の電圧値に応じて閾値電圧の電圧値を設定する。

この発明によれば、入力回路は、電圧階級が異なる複数の電力系統間で共通化されるとともに、電圧階級の変更にも容易に対応できる。これにより、保護継電装置の製造コストおよび管理コストを削減することができる。

この発明の実施の形態１による保護継電装置の全体構成図である。 図１におけるＤＩ回路、ＣＰＵ、表示部および操作部の構成を示すブロック図である。 図２におけるＤＩ回路の構成を示す回路図である。 スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍ、基準電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍおよび直流電源Ｅの電源電圧ＶＤとの関係を示す図である。 この発明の実施の形態１による保護継電装置における自動判別モードの処理手順を示したフローチャートである。 この発明の実施の形態２による保護継電装置の概略構成を示すブロック図である。

以下、実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

実施の形態１．
（保護継電装置の全体構成）
図１は、この発明の実施の形態１による保護継電装置の全体構成図である。

図１を参照して、この発明の実施の形態１による保護継電装置１は、ディジタル保護継電装置であり、電気所（変電所）の所内に設置される。保護継電装置１は、電力系統を構成する送電線および母線から電流および電圧の情報（系統電気量）を収集し、その収集した系統電気量に基づいて電力系統の保護・制御を行なう。

電気所の所内には、保護継電装置１の他に、変圧器（図示せず）、計器用変流器ＣＴ（Current Transformer）および計器用変圧器ＶＴ（Voltage Transformer）、遮断器ＣＢ（Circuit Breaker）および断路器ＬＳ（Line Switch）等の開閉器が設置されている。計器用変流器ＣＴは、送電線を流れる電流を測定する。計器用変圧器ＶＴは、送電線に生じる電圧を測定する。計器用変流器ＣＴおよび計器用変圧器ＶＴが測定した電流および電圧の情報（系統電気量）は保護継電装置１へ入力される。

保護継電装置１は、収集した系統電気量を用いて保護リレー演算などの必要な演算を実行し、系統事故の発生を検出する。そして、保護継電装置１は、送電線や母線において事故を検出すると、開閉器に対して遮断指令（トリップ信号）を出力する。

具体的には、保護継電装置１は、補助変成器１０と、アナログ／ディジタル（Ａ／Ｄ：Analog to Digital）変換部２０と、リレーユニット３０と、出力部４０と、表示部４２と、操作部４４とを備える。

補助変成器１０は、計器用変流器ＣＴおよび計器用変圧器ＶＴからの系統電気量を取り込み、より小さな電気量に変換して出力する。Ａ／Ｄ変換部２０は、補助変成器１０から出力される系統電気量をアナログデータからディジタルデータに変換する。

具体的には、Ａ／Ｄ変換部２０は、フィルタ２１，２３と、サンプルホールド（ＳＨ）回路２４，２５と、マルチプレクサ２６と、Ａ／Ｄ変換器２７とを含む。フィルタ２１，２３は、アナログフィルタであり、補助変成器１０から出力される電流および電圧の波形信号からノイズ成分を除去する。フィルタ２１，２３の出力は、ＳＨ回路２４，２５にそれぞれ入力される。

ＳＨ回路２４，２５はそれぞれ、フィルタ２１，２３から出力される電流および電圧の波形信号を所定のサンプリング周期でサンプリングする。マルチプレクサ２６は、リレーユニット３０から入力されるタイミング信号に基づいて、ＳＨ回路２４，２５から入力される波形信号を順次切り替えてＡ／Ｄ変換器２７に入力する。Ａ／Ｄ変換器２７は、マルチプレクサ２６から入力される波形信号をアナログデータからディジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換器２７は、ディジタル変換した波形信号（ディジタルデータ）をリレーユニット３０へ出力する。

リレーユニット３０は、保護継電装置１の動作を制御するための制御部であり、マイクロコンピュータを主体として構成される。具体的には、リレーユニット３０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３２、ＲＯＭ（Read Only Memory）やフラッシュメモリなどの不揮発性メモリ３３およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの揮発性メモリ３４などの記憶部と、入出力インターフェイス（Ｉ／Ｆ）３５と、ＤＯ（ディジタル出力）回路３６と、ＤＩ（ディジタル入力）回路３７とを含む。これらはバス３１で結合されている。リレーユニット３０は、予め不揮発性メモリ３３に格納されたプログラムをＣＰＵ３２が揮発性メモリ３４に読出して実行することによって、保護継電装置１の動作を統括制御する。

具体的には、Ａ／Ｄ変換部２０からのディジタルデータは、バス３１を介してＣＰＵ３２に取り込まれる。ＣＰＵ３２は、入力されるディジタルデータを、不揮発性メモリ３３に収められているアルゴリズム（保護継電装置１の判定プログラム）により演算する。ＣＰＵ３２は、演算値が整定値を上回っていれば、ＤＯ回路３６から出力部４０にトリップ信号を発生する。出力部４０は、ＤＯ回路３６からのトリップ信号に応答して遮断指令を発生する。

ＣＰＵ３２はさらに、保護継電装置１が設置される電力系統の電圧階級を自動的に判別する機能を有する。以下の説明では、保護継電装置１の電力系統の電圧階級を自動判別する動作モードを「自動判別モード」とも称する。自動判別モードは、電気所内に設けられる直流電源の電源電圧に相当する電圧をＤＩ回路３７に印加した状態において実行される。たとえば、保護継電装置１の出荷前に工場において、納入先の電気所の電圧階級を想定して自動判別モードを実行してもよい。または、納入先の電気所の所内に保護継電装置１が設置された際に、保護継電装置１の稼働前に自動判別モードを実行してもよい。さらに、納入先の電気所において電圧階級に関する仕様が変更された場合においても、保護継電装置１の稼働前に自動判別モードを実行するようにしてもよい。

ＣＰＵ３２は、自動判別モードの実行によって電力系統の電圧階級を判別すると、その判別された電圧階級に応じて、ＤＩ回路３７の内部で開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号の生成に用いられる閾値電圧を設定する。自動判別モードの詳細については後述する。

ＤＩ回路３７は、開閉器の開閉情報を示す信号であるディジタル入力信号ＤＩを受ける。ＤＩ回路３７には、遮断器ＣＢからのディジタル入力信号ＤＩの他、図示しない断路器ＬＳの開閉情報を示すディジタル入力信号ＤＩが入力される。なお、図１では、簡単のため、遮断器ＣＢからのディジタル入力信号ＤＩを受ける１つの入力チャネルを代表的に示している。

ＤＩ回路３７は、開閉器から与えられるディジタル入力信号ＤＩに基づいて開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号を生成する。ＤＩ回路３７は、その生成したオンオフ信号を、バス３１を介してＣＰＵ３２へ送信する。ＣＰＵ３２は、このオンオフ信号に基づいて保護継電装置１の出力を常時監視することにより、誤動作側の不良を検出する。

表示部４２は、保護継電装置１の動作状態を表示する。保護継電装置１の動作状態には、収集した系統電気量および開閉器の開閉情報や、遮断指令の発生の有無を示す情報などが含まれる。表示部４２はさらに、上述した自動判別モードの実行中において、判別された電力系統の電圧階級を表示する。

操作部４４は、保護継電装置１へのユーザによる各種操作の入力を受け付ける。操作部４４は、操作部に対する操作に応じた命令をＣＰＵ３２へ伝達する。操作部４４は、保護継電装置１を自動判別モードに設定するための操作を受け付けるための操作スイッチを含んでいる。

（ＤＩ回路の構成）
以下、ＤＩ回路３７の具体的構成について説明する。図２は、図１におけるＤＩ回路３７、ＣＰＵ３２、表示部４２および操作部４４の構成を示すブロック図である。図３は、図２におけるＤＩ回路３７の構成を示す回路図である。

図２を参照して、ＤＩ回路３７は、図示しないｎ個（ｎは１以上の整数）の開閉器に対応してｎ個の入力チャネルを有している。ＤＩ回路３７は、ｎ個の入力チャネルにそれぞれ対応するｎ個の開閉器からのディジタル入力信号ＤＩ１〜ＤＩｎを受ける。

ＤＩ回路３７は、ｎ個のＤＩ入力部５０＿１〜５０＿ｎと、ｎ個の比較器５２＿１〜５２＿ｎと、ｎ個の絶縁回路５４＿１〜５４＿ｎとを含む。ＤＩ回路３７は、閾値設定回路５８と、絶縁回路５８とをさらに含む。

なお、以下の説明において、ｎ個のディジタル入力信号ＤＩ１〜ＤＩｎを総称してディジタル入力信号ＤＩとも称する。また、ｎ個のＤＩ入力部５０＿１〜５０＿ｎを総称してＤＩ入力部５０とも称する。さらにｎ個の比較器５２＿１〜５２＿ｎを総称して比較器５２とも称し、ｎ個の絶縁回路５４＿１〜５４＿ｎを総称して絶縁回路５４とも称する。

ＤＩ入力部５０は、開閉器からのディジタル入力信号ＤＩを、電気所内に設置された直流電源Ｅ（図３参照）から与えられる入力直流電圧に応じた電圧信号に変換して出力する。ディジタル入力信号ＤＩは、開閉器が閉状態のときにＨ（論理ハイ）レベルとなり、開閉器が開状態のときにＬ（論理ロー）レベルとなる信号である。ＤＩ入力部５０は、このディジタル入力信号ＤＩの論理レベルに応じて２値の電圧値の間で変化する電圧信号を出力する。なお、電圧信号の電圧値は電気所内に設けられた直流電源Ｅの電源電圧ＶＤで決まる。したがって、電圧信号は、電力系統の電圧階級に応じて異なる電圧値を示す。

ＤＩ入力部５０の出力端子は、比較器５２の非反転入力端子（＋端子）に接続される。比較器５２の反転入力端子（−端子）には閾値設定回路５６で生成された閾値電圧Ｖｔｈが入力される。比較器５２は、ＤＩ入力部５０から出力された電圧信号と、閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、比較結果を出力する。電圧信号の電圧値が閾値電圧Ｖｔｈを超えているとき、比較器５２の出力信号はＨレベルとなる。ＤＩ入力部５０および閾値設定回路５６の構成は図３で説明する。

絶縁回路５４は、比較器５２の出力信号に基づいて開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号を生成する。絶縁回路５４は、比較器５２の出力信号を電気的に絶縁しながらＣＰＵ３２に伝達するための送信部を構成する。絶縁回路５４の出力信号（オンオフ信号）は、比較器５２がＨレベルの出力信号を出力した場合にＨレベルとなり、比較器５２がＬレベルの出力信号を出力した場合にＬレベルとなる。

図３を参照して、ＤＩ回路３７についてさらに説明する。図３では、簡単のため、ｎ個の入力チャネルのうちの１つの入力チャネルに受けるディジタル入力信号ＤＩｉ（ｉは１以上ｎ以下の整数）に基づいてオンオフ信号を生成するための回路が代表的に示されている。残りの（ｎ−１）個のディジタル入力信号についても同様の回路が設けられる。

ＤＩ回路３７は、保護継電装置１に設けられた外部入力端子２，３を介して、電気所の所内に設置された直流電源Ｅに接続される。直流電源Ｅの電源電圧ＶＤは、電力系統の電圧階級に応じて異なる電圧値を示す。例えば電源電圧ＶＤは、２４Ｖ，４８Ｖ，１１０Ｖ，２２０Ｖなどの値をとる。直流電源Ｅの正極は外部入力端子２に接続され、直流電源Ｅの負極は外部入力端子３に接続される。直流電源Ｅの負極はさらに接地ノードＧＮＤに接続される。

直流電源Ｅの正極と外部入力端子５１との間には、スイッチＳＷが設けられる。スイッチＳＷは、開閉器からのディジタル入力信号ＤＩｉに応じて、閉状態（オン状態）または開状態（オフ状態）に制御される。

具体的には、ディジタル入力信号ＤＩｉは、対応する開閉器が閉状態のときにＨレベルとなり、開閉器が開状態のときにＬレベルとなる。スイッチＳＷは、Ｈレベルのディジタル入力信号ＤＩｉに応答して閉状態（オン状態）となり、Ｌレベルのディジタル入力信号ＤＩｉに応答して開状態（オフ状態）となる。すなわち、開閉器がオン状態のときにスイッチＳＷはオン状態に制御され、開閉器がオフ状態のときにスイッチＳＷはオフ状態に制御される。このようにして、スイッチＳＷは、開閉器の開閉動作に連動して開閉する。

そして、スイッチＳＷがオン状態に制御されると、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤが外部入力端子２を介してＤＩ回路３７に入力される。ＤＩ回路３７は、外部入力端子２に入力された入力直流電圧Ｖｉｎに基づいて開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号を生成する。

具体的には、ＤＩ入力部５０＿ｉは、抵抗素子Ｒ１，Ｒ２を含む。抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は、外部入力端子２と外部入力端子３との間にこの順で直列に接続される。抵抗素子Ｒ１，Ｒ２は分圧回路を構成する。分圧回路は、入力直流電圧Ｖｉｎを抵抗素子Ｒ１，Ｒ２で分圧し、分圧電圧Ｖｄｉｖを出力する。抵抗素子Ｒ１および抵抗素子Ｒ２の接続ノード（ＤＩ入力部５０＿ｉの出力端子に相当）は、比較器５２＿ｉの非反転入力端子（＋端子）に接続される。比較器５２＿ｉの反転入力端子（−端子）には閾値設定回路５６で生成された閾値電圧Ｖｔｈが入力される。

比較器５２＿ｉは、ＤＩ入力部５０＿ｉから出力された分圧電圧Ｖｄｉｖと、閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、比較結果を出力する。分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えているとき、比較器５２＿ｉの出力信号はＨレベルとなる。

絶縁回路５４＿ｉは、比較器５２＿ｉの出力信号に基づいて、開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号を生成する。具体的には、絶縁回路５４＿ｉは、フォトカプラ５３と、プルアップ抵抗素子５５，５７とを含む。フォトカプラ５３は、フォトダイオード５３ａおよびフォトトランジスタ５３ｂから構成される。

フォトダイオード５３ａのアノード端子はプルアップ抵抗素子５５を介して動作電源５９に接続される。なお、ＤＩ回路３７は、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤを動作電源電圧として用いている。フォトダイオード５３ａのカソード端子は比較器５２＿ｉの出力端子に接続される。フォトトランジスタ５３ｂのコレクタ端子はプルアップ抵抗素子５７を介して動作電源５９に接続され、エミッタ端子は信号接地ＳＧに接続される。フォトカプラ５３は、フォトトランジスタ５３ｂのコレクタ端子にオンオフ信号を発生し、その発生したオンオフ信号をＣＰＵ３２に出力する。

上記の構成において、比較器５２＿ｉがＨレベルの出力信号を出力した場合、すなわち、分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えている場合、フォトダイオード５３ａおよびフォトトランジスタ５３ｂが非導通状態になる。よって、フォトカプラ５３の出力信号（オンオフ信号）はＨレベルとなる。一方、比較器５２＿ｉがＬレベルの出力信号を出力した場合、すなわち、分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈ以下となる場合、フォトダイオード５３ａおよびフォトトランジスタ５３ｂが導通状態になる。よって、フォトカプラ５３の出力信号（オンオフ信号）はＬレベルとなる。

このように、ＤＩ回路３７から出力されるオンオフ信号は、分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈを超えるときＨレベルとなり、分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈ以下となるときＬレベルとなる。このようにしてフォトカプラ５３は、比較器５２＿ｉの出力信号を電気的に絶縁しながらＣＰＵ３２に伝達する。

ここで、分圧電圧Ｖｄｉｖの大きさは、入力直流電圧Ｖｉｎに応じて変化する。入力直流電圧Ｖｉｎは、スイッチＳＷがオン状態（＝開閉器がオン状態）のとき直流電源Ｅの電源電圧ＶＤとなり、スイッチＳＷがオフ状態（＝開閉器がオフ状態）のとき接地電圧となる。すなわち、スイッチＳＷの開閉状態（＝開閉器の開閉状態）に応じて入力直流電圧Ｖｉｎが電源電圧ＶＤまたは接地電圧に切り替わることにより、ＤＩ回路３７から出力されるオンオフ信号はＨレベルまたはＬレベルに切替わる。これにより、ＣＰＵ３２は、オンオフ信号に基づいて開閉器の開閉情報を取得することができる。

その一方で、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤは電力系統の電圧階級によって異なるため、入力直流電圧Ｖｉｎからオンオフ信号を生成するためには、電圧階級ごとにＤＩ回路３７を作り分ける必要があり、製造コストおよび管理コストの増大を招いてしまう。

本実施の形態１では、ＤＩ回路３７を、様々な電圧階級に対応可能な構成とする。具体的には、閾値設定回路５６で生成される閾値電圧Ｖｔｈを、電力系統の電圧階級に応じて切り替え可能とする。これにより、複数の電圧階級の間でのＤＩ回路３７の共通化を実現する。

具体的には、閾値設定回路５６は、ｍ個（ｍは２以上の整数）の基準電圧生成回路６０＿１〜６０＿ｍと、ｍ個のスイッチ６２＿１〜６２＿ｍとを含む。基準電圧生成回路６０＿１〜６０＿ｍは、閾値設定回路５６の出力端子に対して互いに並列に接続される。基準電圧生成回路６０＿１〜６０＿ｍは、ｍ個の基準電Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍをそれぞれ生成する。このｍ個の基準電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍは互いに異なる電圧値をとる。

基準電圧生成回路６０＿１〜６０＿ｍの出力端子と閾値設定回路５６の出力端子との間には、スイッチ６２＿１〜６２＿ｍがそれぞれ接続される。スイッチ６２＿１〜６２＿ｍの開閉動作は、ＣＰＵ３２（図２）からのスイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍによってそれぞれ制御される。

絶縁回路５８は、ＣＰＵ３２の出力信号（スイッチ切替信号）を電気的に絶縁しながら閾値設定回路５６に伝達するための受信部を構成する。絶縁回路５８は、絶縁回路５４＿ｉと同様にフォトカプラを用いる構成としてもよい。これによれば、動作電源電圧に大きな差があるＤＩ回路３７とＣＰＵ３２との間の電気的絶縁を確実にすることができる。

図４は、スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍ、基準電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍおよび直流電源Ｅの電源電圧ＶＤとの関係を示す図である。

図４を参照して、スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍは、基準電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍと１対１に対応している。詳述すると、スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍの中から１つのスイッチ切替信号ＳＩＧｉ（ｉは１以上ｍ以下の整数）を選択してＨレベル（活性状態）とする一方で、残りの（ｍ−１）個のスイッチ切替信号をＬレベル（非活性状態）とする。これにより、スイッチ６２＿１〜６２＿ｍのうち、Ｈレベルに活性化されたスイッチ切替信号ＳＩＧｉに応答して、対応するスイッチ６２＿ｉのみがオン状態となる。そして、オン状態のスイッチ６２＿ｉに対応する基準電圧生成回路６０＿ｉから出力される基準電圧Ｖｔｈｉは、閾値電圧Ｖｔｈとして閾値設定回路５６から出力される。

さらに基準電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍは、ｍ個の直流電源Ｅの電源電圧ＶＤ１〜ＶＤｍと１対１に対応している。ｍ個の電源電圧ＶＤ１〜ＶＤｍは、電力系統の電圧階級に応じて異なる電圧値を示す。電源電圧ＶＤ１〜ＶＤｍの間には、ＶＤ１＜ＶＤ２＜・・・＜ＶＤｍの関係が成り立っているものとする。

以上のようにして、閾値設定回路５６は、ＣＰＵ３２からのスイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍに従って、電圧値が互いに異なるｍ個の閾値電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍを切り替えて出力する。ＣＰＵ３２は、以下に述べる自動判別モードを実行することにより、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤを自動的に判別する。そして、ＣＰＵ３２は、判別された電源電圧ＶＤに対応する基準電圧Ｖｔｈｉを選択し、その選択した基準電圧Ｖｔｈｉに基づいて１つのスイッチ切替信号ＳＩＧｉをＨレベルとする。これにより、閾値設定回路５６は、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤに適応した閾値電圧Ｖｔｈを生成することができる。

（自動判別モード）
以下、本実施の形態１による保護継電装置１の自動判別モードの処理手順について説明する。

図２を参照して、保護継電装置１は、操作部４４へのユーザの入力操作によって自動判別モードに設定される。自動判別モードの実行時、ＤＩ回路３７には、電気所内に設けられる直流電源Ｅの電源電圧ＶＤに相当する電圧が印加されている。操作部４４は、ユーザの入力操作を受け付けたとき、保護継電装置１を自動判別モードに切り替えるためのモード切替信号を生成し、その生成したモード切替信号をＣＰＵ３２へ出力する。

ＣＰＵ３２は、操作部４４からモード切替信号を受けると、スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍを順番に選択してＨレベルとする。閾値設定回路５６は、スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍの選択に従って基準電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍを順番に選択し、その選択した基準電圧を閾値電圧Ｖｔｈとして比較器５２の反転入力端子（−端子）へ出力する。

比較器５２は、ＤＩ入力部５０から出力された分圧電圧Ｖｄｉｖと、閾値電圧Ｖｔｈとを比較し、比較結果を出力する。絶縁回路５４は比較器５２の出力信号に基づいてオンオフ信号を生成し、その生成したオンオフ信号をＣＰＵ３２へ出力する。

ここで、比較器５２においては、ある固定された分圧電圧Ｖｄｉｖに対して閾値電圧Ｖｔｈの電圧値が切り替わることによって、出力信号がＨレベルになったり、Ｌレベルになったりする。その結果、比較器５２から絶縁回路５４を介してＣＰＵ３２に与えられるオンオフ信号もＨレベルになったり、Ｌレベルになったりする。ＣＰＵ３２は、このオンオフ信号の変化に基づいて直流電源Ｅの電源電圧ＶＤを判別する。

図５は、この発明の実施の形態１による保護継電装置における自動判別モードの処理手順を示したフローチャートである。なお、図５に示すフローチャートは、ＣＰＵ３２において予め格納したプログラムを実行することで実現できる。

図５を参照して、まず、ＣＰＵ３２は、ステップＳ０１により、自動判別モードを実行するために、操作部４４がユーザの入力操作を受け付けたか否かを判定する。ＣＰＵ３２は、操作部４４からモード切替信号が入力されたとき（ステップＳ０１においてＹＥＳ）、保護継電装置１を自動判別モードに設定する。一方、モード切替信号が与えられていなければ（ステップＳ０１においてＮＯ）、処理を終了する。

次に、ＣＰＵ３２は、スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍを順番に選択してＨレベルとすることにより、閾値設定回路５６から出力される閾値電圧Ｖｔｈの電圧値を切り替える。これにより、ＤＩ回路３７から出力されるオンオフ信号の論理レベルを変化させる。そして、ＣＰＵ３２は、このオンオフ信号の論理レベルの変化に基づいて、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤを判別する。

具体的には、ＣＰＵ３２は、スイッチ切替信号ＳＩＧ１〜ＳＩＧｍを順番に選択してＨレベルとすることにより、ｍ個の閾値電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍを電圧値の高いものから順に（すなわち、Ｖｔｈｍ，Ｖｔｈｍ−１，・・・Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ１の順に）切り替える。そして、ＣＰＵ３２は、この閾値電圧Ｖｔｈの切り替えに応答してオンオフ信号がＬレベルからＨレベルに反転したときの閾値電圧Ｖｔｈの電圧値に基づいて、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤを判別する。

詳細には、まず、ステップＳ０２により、ＣＰＵ３２は、スイッチ切替信号ＳＩＧｍをＨレベルとする。Ｈレベルのスイッチ切替信号ＳＩＧｍに応答してスイッチ６２＿ｍがオン状態となることにより、基準電圧生成回路６０＿ｍから出力される基準電圧Ｖｔｈｍが閾値電圧Ｖｔｈとして閾値設定回路５６から出力される。

ＤＩ回路３７は、閾値電圧Ｖｔｈ（＝基準電圧Ｖｔｈｍ）を用いて、所定の入力チャネルに受けるディジタル入力信号ＤＩ（たとえばＤＩ１とする）に基づいてオンオフ信号を生成する。ＣＰＵ３２は、ステップＳ０３により、ＤＩ回路３７から入力されるオンオフ信号の状態を確認する。ステップＳ０４では、ＣＰＵ３２は、オンオフ信号がＨレベルであるか否かを判定する。

オンオフ信号がＨレベルであると判定されたとき（ステップＳ０４においてＹＥＳ）、すなわち、分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈ（＝Ｖｔｈｍ）を超えているとき、ＣＰＵ３２は、ステップＳ１２により、基準電圧Ｖｔｈｍに対応する電源電圧ＶＤｍ（図４参照）が、保護継電装置１の納入先の電気所内に設けられた直流電源Ｅの電源電圧ＶＤであると判断する。そして、ＣＰＵ３２は、判別された直流電源Ｅの電源電圧ＶＤ（＝ＶＤｍ）を表示部４２に表示させるとともに、自動判別モードを終了する。

これに対して、オンオフ信号がＬレベルであると判定されたとき（ステップＳ０４においてＮＯ）、ＣＰＵ３２は、ステップＳ０５に進み、スイッチ切替信号ＳＩＧｍ−１をＨレベルとする。Ｈレベルのスイッチ切替信号ＳＩＧｍ−１に応答してスイッチ６２＿ｍ−１がオン状態となることにより、基準電圧生成回路６０＿ｍ−１から出力される基準電圧Ｖｔｈｍ−１が閾値電圧Ｖｔｈとして閾値設定回路５６から出力される。

ＤＩ回路３７は、閾値電圧Ｖｔｈ（＝基準電圧Ｖｔｈｍ−１）を用いて、ディジタル入力信号ＤＩ１に基づいてオンオフ信号を生成する。ＣＰＵ３２は、ステップＳ０６により、ＤＩ回路３７から入力されるオンオフ信号の状態を確認する。ステップＳ０７では、ＣＰＵ３２は、オンオフ信号がＨレベルであるか否かを判定する。

オンオフ信号がＨレベルであると判定されたとき（ステップＳ０７においてＹＥＳ）、すなわち、分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈ（＝Ｖｔｈｍ−１）を超えているとき、ＣＰＵ３２は、ステップＳ１２により、基準電圧Ｖｔｈｍ−１に対応する電源電圧ＶＤｍ−１（図４参照）が直流電源Ｅの電源電圧ＶＤであると判断する。ＣＰＵ３２は、判別された電源電圧ＶＤを表示部４２に表示させるとともに、自動判別モードを終了する。

これに対して、オンオフ信号がＬレベルであると判定されたとき（ステップＳ０７においてＮＯ）、ＣＰＵ３２は、スイッチ切替信号ＳＩＧｍ−２をＨレベルとすることにより、閾値電圧Ｖｔｈを基準電圧Ｖｔｈｍ−２に下げる。そして、ＣＰＵ３２は、ＤＩ回路３７から入力されるオンオフ信号がＨレベルであると判定されたとき、ステップＳ１２により、基準電圧Ｖｔｈｍ−２に対応する電源電圧ＶＤｍ−２が直流電源Ｅの電源電圧ＶＤであると判断する。

このようにしてＣＰＵ３２は、閾値設定回路５６から出力される閾値電圧Ｖｔｈの電圧値を下げていくとともに、閾値電圧Ｖｔｈの低下によるオンオフ信号の論理レベルの変化を捉えるという動作を繰り返す。ステップＳ０８では、ＣＰＵ３２は、スイッチ切替信号ＳＩＧ１をＨレベルとする。Ｈレベルのスイッチ切替信号ＳＩＧ１に応答してスイッチ６２＿１がオン状態となることにより、基準電圧生成回路６０＿１から出力される基準電圧Ｖｔｈ１が閾値電圧Ｖｔｈとして閾値設定回路５６から出力される。

ＤＩ回路３７は、閾値電圧Ｖｔｈ（＝基準電圧Ｖｔｈ１）を用いて、ディジタル入力信号ＤＩ１に基づいてオンオフ信号を生成する。ＣＰＵ３２は、ステップＳ０９により、ＤＩ回路３７から入力されるオンオフ信号の状態を確認する。ステップＳ１０では、ＣＰＵ３２は、オンオフ信号がＨレベルであるか否かを判定する。オンオフ信号がＨレベルであると判定されたとき（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、すなわち、分圧電圧Ｖｄｉｖが閾値電圧Ｖｔｈ（＝Ｖｔｈ１）を超えているとき、ＣＰＵ３２は、ステップＳ１２により、基準電圧Ｖｔｈ１に対応する電源電圧ＶＤ１（図４参照）が、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤであると判断する。そして、ＣＰＵ３２は、自動判別モードを終了する。

これに対して、オンオフ信号がＬレベルであると判定されたとき（ステップＳ１０においてＮＯ）、すなわち、ｍ個の閾値電圧Ｖｔｈｍ〜Ｖｔｈ１のいずれに対してもオンオフ信号がＬレベルからＨレベルに変化しないとき、ＣＰＵ３２は、保護継電装置１の異常と判断する。保護継電装置１の異常には、基準電圧生成回路６０における基準電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍの設定に誤りがある場合や、ＤＩ回路３７内部の回路素子または配線の故障等によってオンオフ信号がＤＩ回路３７から出力されていない場合などが含まれる。ＣＰＵ３２は、保護継電装置１の異常を示すエラーコードを表示部４２に表示させる。なお、エラーの報知は、保護継電装置１の異常をユーザに対して視覚的および／または聴覚的に報知し得るものであれば、どのような態様であってもよい。

なお、図５に示すフローチャートでは、ｍ個の閾値電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍを電圧値の高いものから順に切り替えている。これにより、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤの判別を効率良く行なうことができる。なお、ｍ個の閾値電圧Ｖｔｈ１〜Ｖｔｈｍを電圧値の低いものから順に切り替える構成としても同様の効果が得られる。

このように、この発明の実施の形態１による保護継電装置によれば、ＤＩ回路において開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号を生成するために用いられる閾値電圧Ｖｔｈは、保護継電装置が設置される電力系統の電圧階級に応じて切り替えられる。これにより、ＤＩ回路は様々な電圧階級に容易に対応できるため、複数の電圧階級の間でＤＩ回路を共通化することができる。

また、この発明の実施の形態１による保護継電装置によれば、保護継電装置が設置される電力系統の電圧階級を自動的に判別することができる。そのため、電圧階級が変更された場合においても、変更後の電圧階級を判別して閾値電圧Ｖｔｈを容易に切り替えることができる。これにより、閾値電圧Ｖｔｈの設定を変更するために保護継電装置を電源オフの状態にして電力系統から切り離す作業が不要となる。したがって、保護継電装置の製造コストおよび管理コストを低減できる。

さらに、この発明の実施の形態１による保護継電装置によれば、電力系統の電圧系統を自動判別する処理の実行中において、保護継電装置の異常を検出してユーザに対して報知することができる。これにより、保護継電装置の誤動作を未然に防止できる。

実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２による保護継電装置１Ａの概略構成を示すブロック図である。

図６を参照して、保護継電装置１Ａは、図２に示す保護継電装置１の概略構成において、記憶部４６をさらに設けたものである。保護継電装置１Ａの概略構成は、記憶部４６を除いて図２と同様であるので、詳細な説明は繰り返さない。

記憶部４６は、ＲＯＭやフラッシュメモリなどの不揮発性メモリで構成される。記憶部４６は、自動判別モードの実行後、判別された直流電源Ｅの電源電圧ＶＤをＣＰＵ３２から受ける。記憶部４６はさらに、判別された電源電圧ＶＤに対応して選択されるスイッチ切替信号ＳＩＧｉをＣＰＵ３２から受ける。記憶部４６は、これらの情報を不揮発的に記憶する。

記憶部４６は、保護継電装置１Ａの外部に設けられた機器（外部機器）５と通信可能に接続されている。外部機器５は、たとえば電気所内に設けられたパーソナルコンピュータなどのデータ表示端末である。外部機器５は、記憶部４６に格納された直流電源Ｅの電源電圧ＶＤおよびスイッチ切替信号ＳＩＧｉを読み出すことができる。

本実施の形態２による保護継電装置１Ａによれば、保護継電装置１Ａの出荷前に納入先の電気所の電圧階級を想定して行なわれた自動判別モードでの判別結果を、記憶部４６に記憶させておくことができる。これにより、納入先の電気所の所内に保護継電装置１Ａを設置した際に、外部機器５を用いて上記の判別結果を確認することができる。具体的には、ユーザは保護継電装置１Ａにおける直流電源Ｅの電源電圧ＶＤの設定、およびスイッチ切替信号ＳＩＧｉの選択が正しく行なわれているかどうかを確認することができる。その結果、直流電源Ｅの電源電圧ＶＤの設定の誤りを防止できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１，１Ａ 保護継電装置、２，３ 外部入力端子、５ 外部機器、１０ 補助変成器、２０ Ａ／Ｄ変換部、２１，２２ フィルタ、２４，２５ ＳＨ回路、２６ マルチプレクサ、２７ Ａ／Ｄ変換器、３０ リレーユニット、３１ バス、３２ ＣＰＵ、３３ 不揮発性メモリ、３４ 揮発性メモリ、３５ Ｉ／Ｆ、３６ ＤＯ回路、３７ ＤＩ回路、４０ 出力部、４２ 表示部、４４ 操作部、４６ 記憶部、５０＿１〜５０＿ｎ ＤＩ入力部、５２＿１〜５２＿ｎ 比較器、５３ フォトカプラ、５４＿１〜５４＿ｎ，５８ 絶縁回路、５５，５７ プルアップ抵抗素子、５６ 閾値設定回路、５９ 動作電源、６０＿１〜６０＿ｍ 基準電圧生成回路、６２＿１〜６２＿ｍ，ＳＷ スイッチ、ＣＴ 計器用変流器、ＶＴ 計器用変圧器、ＣＢ 遮断器、Ｅ 直流電源。

Claims (4)

1. 電力系統に設けられた開閉器の開閉情報を取り込んで、前記開閉器の開閉状態を示すオンオフ信号を生成する入力回路と、
   前記入力回路からの前記オンオフ信号に基づいて、前記開閉器の開閉状態を監視するための制御部とを備え、
   前記入力回路は、
   取り込んだ前記開閉器の開閉情報を、電気所内に設けられた直流電源から与えられる入力直流電圧に応じた電圧信号に変換して出力する入力部と、
   前記制御部からの制御信号に応じて、互いに異なる複数の電圧値の閾値電圧を設定することが可能な閾値設定回路と、
   前記電圧信号と前記閾値電圧とを比較し、比較結果に基づいて前記オンオフ信号を生成するための比較器とを含み、
   前記制御部は、前記閾値電圧の電圧値の切り替えに応答して変化する前記オンオフ信号に基づいて前記直流電源の電圧値を判別し、判別した前記直流電源の電圧値に応じて前記閾値電圧の電圧値を設定する、保護継電装置。
2. 前記制御部は、前記複数の電圧値の閾値電圧を、電圧値の高いものから順に、または電圧値の低いものから順に切り替えるとともに、前記オンオフ信号の論理レベルが反転したときの前記閾値電圧の電圧値に基づいて前記直流電源の電圧値を判別する、請求項１に記載の保護継電装置。
3. 判別した前記直流電源の電圧値を表示するための表示部をさらに備え、
   前記表示部は、前記閾値電圧の電圧値の切り替えに応答して前記オンオフ信号が変化しないときには、前記保護継電装置の異常を報知する、請求項１または２に記載の保護継電装置。
4. 外部から読み出し可能に構成され、判別した前記直流電源の電圧値を保持するための記憶部をさらに備える、請求項１から３のいずれか１項に記載の保護継電装置。

Images