JP6456573B1

JP6456573B1 - 保護継電装置の特性試験システム

Info

Publication number: JP6456573B1
Application number: JP2018548227A
Authority: JP
Inventors: 裕紀多田羅; 笹川　悟; 悟笹川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-05-30
Filing date: 2018-05-30
Publication date: 2019-01-23
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: JPWO2019229886A1; CN112154340A; KR102462925B1; TW202004207A; KR20210005089A; CN112154340B; PH12020552022A1; TWI670504B; WO2019229886A1

Abstract

保護継電装置の内部に設けられた試験波形発生回路で生成したテスト信号の健全性が確認できる保護継電装置の特性試験システムを得る。保護継電装置（１）の演算処理部（２）からの処理信号によって計測回路（６）に入力されるテスト信号を生成する試験波形発生回路（７）からのテスト信号を計測する電圧計測装置（１５）を備えている。

Description

本願は、電気設備を電力系統の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に関するものである。

保護継電装置は、電力系統に事故あるいは故障等の異常が発生した場合、この異常を検出して電力系統に接続されている電気設備を電力系統から切り離して保護する機器である。
保護継電装置の適正な保護機能を維持するためには、定期的に保護継電装置の特性試験を実施する必要がある。
このような保護継電装置の特性試験では、保護継電装置の保護機能を動作させるための基準となる規定値(設定値ともいう。以下同様)以上の入力を保護継電装置に供給して異常を検出し、異常を検出している時間が規定値の間継続した場合に保護が動作することを確認する。この特性試験は、保護継電装置の外部機器接続端子部に接続した特性試験に適したテスト信号を発生することができる専用の試験器から試験用の入力を印加して試験を行う方法、又は保護継電装置の内部に設けた試験波形発生回路で生成したテスト信号を用いて行うことを可能とした特性試験システムが知られている（例えば、特許文献1参照）。

特開２０１０−２８４０５７号公報

前述のような保護継電装置の特性試験において、試験器を用いて特性試験を行う場合には、保護継電装置とは別に準備した試験器を特性試験実施毎に保護継電装置に接続する必要がある。また、保護継電装置に内蔵した試験波形発生回路を用いて特性試験を実施する場合には、試験波形発生回路で生成したテスト信号の健全性が確認できないシステムであったので、上記試験器の出力を模擬したテスト信号に相応するように生成された試験波形発生回路からのテスト信号の入力で規定の条件で保護が動作したかどうかまで判断できなかった。

本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、保護継電装置とは別に外部に試験器を用意しておく必要がなく、また、保護継電装置の内部に設けた試験波形発生回路を用いて特性試験を実施するものにあっては、当該試験波形発生回路で生成したテスト信号の健全性が確認できる保護継電装置の特性試験システムを得ることを目的する。

本願に開示される保護継電装置の特性試験システムは、電力系統からのアナログ電気量が入力される入力回路と、入力回路からのアナログ電気量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを有した計測回路と、計測回路からのデジタル信号を用いて演算処理を実行する演算処理部と、演算処理部の判定結果に基づき遮断器を動作させる信号を生成する出力回路と、操作スイッチ部からの入力により表示項目の設定がなされ、設定された表示項目に応じて演算処理部からの出力を表示する表示部とを有する保護継電装置に設けられ、演算処理部からの処理信号によって計測回路に入力されるテスト信号を生成する試験波形発生回路を有した保護継電装置の特性試験システムにおいて、試験波形発生回路で生成されたテスト信号を計測する計測装置を備えたものである。

本願に開示される保護継電装置の特性試験システムによれば、試験波形発生回路で生成されたテスト信号を計測する計測装置を備えることで、試験波形発生回路で生成したテスト信号の健全性が確認できる。

実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムの構成を示すブロック図である。実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置の正面概略構成を示す外観図である。実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける信号変換ユニットの正面概略構成を示す外観図である。実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける信号変換ユニットと計測装置の接続構成を示す図である。実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置の表示部の表示態様の一例を示す図である。実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置と信号変換ユニットの接続構成とその使用例を説明するための図である。実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置の表示部の調整画面の一例を示す図である。実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムの動作フローチャートを示す図である。

以下、保護継電装置の特性試験システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムの構成を示すブロック図である。
保護継電装置１は、電力系統からのアナログ電気量が入力される入力回路５、入力回路５からのアナログ電気量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータ６１を有した計測回路６、計測回路６からのデジタル信号を用いて所定の演算処理を実行する演算処理部（ＣＰＵ）２、演算処理部２の判定結果に基づき遮断器１３を動作させる信号を生成する出力回路９、操作部を構成する操作スイッチ部１０からの入力により表示項目の設定がなされ、設定された表示項目に応じて演算処理部２からの出力を表示する表示部１１、演算処理部２からの処理信号によって計測回路６に入力されるテスト信号を生成する試験波形発生回路７を備えている。試験波形発生回路７は、演算処理部２からの出力（デジタル信号）をアナログ信号に変換するＤ／Ａコンバータ７１及び増幅器７２を有して構成されている。

また、保護継電装置１は、演算処理部２での演算処理に必要な情報を記憶している不揮発性メモリ３、保護継電装置１の動作に必要な電源４、外部に設けられた制御器１２であるプログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）とオープンフィールドネットワークＮを介して演算処理部２と信号、情報の授受を行う伝送インターフェイス（伝送Ｉ／Ｆ）を構成する伝送回路８を有している。

入力回路５は、電力系統から入力されるアナログ電気量を後続の回路に適したレベルに変換する要素であって、電力系統の電流を検出する補助変流器（補助ＣＴ）を有した電流計測回路５１、電力系統の電圧を検出する補助変圧器（補助ＶＴ）を有した電圧計測回路５２、電力系統の零相電流を検出する補助変流器（補助ＣＴ）を有した零相電流計測回路５３、電力系統の零相電圧を検出する補助変圧器（補助ＶＴ）を有した零相電圧計測回路５４を有している。

計測回路６は、入力回路５からの信号と試験波形発生回路７からの信号を切替えてＡ／Ｄコンバータに６１に供給するマルチプレクサで構成された入力切替器６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄを有しており、保護継電装置１を通常に使用する場合は、入力回路５に接続され、保護継電装置１の特性試験を実施する場合は、試験波形発生回路７に接続される。また、入力切替器６２ａ、６２ｂ、６２ｃ、６２ｄとＡ／Ｄコンバータ６１とは増幅器６３ａ、６３ｂ、６３ｃ、６３ｄを介して接続されている。また、計測回路６には、Ａ／Ｄコンバータ６１の基準電源（基準電源ＩＣともいう）を有している。

遮断器１３は、保護継電装置１が接続されている電力系統に設けられており、出力回路９からの信号によって開路動作し、電力系統を開放することで、当該電力系統に接続されている電気設備を電力系統から切り離して保護する。

また、保護継電装置１は、信号変換ユニット１４を介して電圧計測装置１５、時間計測装置１６が接続されている。
信号変換ユニット１４は、増幅回路１４０と可変抵抗１４１、並びに絶縁トランスを用いた絶縁回路１４２ａ、１４２ｂを有しており、試験波形発生回路７の出力が増幅回路１４０、可変抵抗１４１、絶縁回路１４２ａを介して供給され、また、演算処理部２の制御用の時間信号に対応したパルス信号が絶縁回路１４２ｂを介して供給するように構成されている。

保護継電装置１は、入力側には電源４、電流計測回路５１、電圧計測回路５２、零相電流計測回路５３、零相電圧計測回路５４を電力系統に接続するための入力端子部を有し、出力側には信号変換ユニット１４、制御器１２、遮断器１３を接続するための出力端子部を有している。

信号変換ユニット１４は、入力側にはテスト波形、パルス信号を入力するための入力用端子となる入力端子部Ｔ２、及び出力側にはテスト波形、パルス信号を出力するための出力用端子となる出力端子部Ｔ３を有している。
試験波形発生回路７からのテスト波形の信号、演算処理部２からのパルス出力の信号が出力される各出力端子部Ｔ１と、信号変換ユニット１４の入力端子部Ｔ２とは、各専用ケーブルＣ１によって接続されている。

電圧計測装置１５及び時間計測装置１６は、信号変換ユニット１４の出力端子部Ｔ３に夫々接続されており、電圧計測装置１５は試験波形発生回路７からのテスト波形の信号を測定し、また、時間計測装置１６は演算処理部２からのパルス出力の信号を測定する。

図２は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置の正面概略構成を示す外観図である。
図２に示すように、保護継電装置１の正面部分には、操作スイッチ部１０、表示部１１、出力端子部Ｔ１を有している。操作スイッチ部１０には、表示モードを切り替える操作スイッチ１０Ａ、１０Ｂ及び表示態様を切り替える操作スイッチ１０Ｃ、１０Ｄを有している。

図３は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける信号変換ユニットの正面概略構成を示す外観図である。
図３に示すように、信号変換ユニット１４の正面部分には、保護継電装置１に接続される入力端子部Ｔ２、電圧計測装置１５及び時間計測装置１６が接続される出力端子部Ｔ３、信号変換ユニット１４を校正するための基準となる校正用機器が接続される入力端子部Ｔ４、信号変換ユニット１４の電源が接続される電源端子部Ｔ５を有している。
また、信号変換ユニット１４の正面部に螺子によって取り付けられたパネルには、入力端子部Ｔ２、出力端子部Ｔ３、入力端子部Ｔ４、電源端子部Ｔ５の各端子部の近傍に当該端子部に接続される接続対象が表記されている。

図４は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける信号変換ユニットと計測装置の接続構成を示す図である。
図４に示すように、信号変換ユニット１４の出力端子部Ｔ３には、電圧計測装置１５と時間計測装置１６が接続されている。また、信号変換ユニット１４の入力端子部Ｔ２は、図１に示すように、専用ケーブルＣ１によって、保護継電装置１の出力端子部Ｔ１に接続される。
なお、図４では、図１における電流計測回路５１からの出力に相当する試験波形発生回路７からの信号出力を計測するものとして電圧計測装置１５、並びに図１に示す演算処理部２からのパルス出力の信号を計測するものとして時間計測装置１６が出力端子部Ｔ３に接続された態様を示している。出力端子部Ｔ３には、計測したい出力に適した計測装置が接続される。例えば、図４においては、図１における電流計測回路５１が入力電流を変流して電圧出力するものの場合、これに対応する試験波形発生回路７からの信号出力については電圧計測装置１５で電圧を計測する態様を示している。後述する図６についても同様である。
電圧計測装置１５あるいは時間計測装置１６によって、試験波形発生回路７あるいは演算処理部２からの出力が特性試験に必要な規定値になっているか否かを確認することができる。
また、入力端子部Ｔ４に校正用機器、例えば、交流電圧発生器を接続し、出力端子部Ｔ３に接続された計測装置によって信号変換ユニット１４の精度を確認することができる。このようにして信号変換ユニット１４の精度を確認した結果、信号変換ユニット１４の精度が規定の範囲外であれば、信号変換ユニット１４に内蔵されている図１に示す可変抵抗１４１を調整することによって、信号変換ユニット１４を適正な状態にすることができる。なお、可変抵抗１４１の調整作業は、例えば、信号変換ユニット１４の本体に螺子止めされているパネルを取り外して行うことができる。

図５は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置の表示部の表示態様の一例を示す図である。保護継電装置１の操作スイッチ部１０に有する操作スイッチ１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄを操作することによって、表示部１１に表示される画面が選択される一例を示しており、テスト信号波形調整、演算処理部計測時間のパルス信号の確認が可能なモードへ移行する。調整要素（電流、電圧）、時間計測については、操作スイッチ部１０の操作スイッチにて切替える。調整要素は、（ａ）電流波形調整（オフセット）、（ｂ）電流波形調整（ゲイン）、（ｃ）電圧波形調整（オフセット）、（ｄ）電圧波形調整（ゲイン）、（ｅ）演算処理部計測時間出力であって、表示部１１には、電流波形調整画面（オフセット）、電流波形調整画面（ゲイン）、電圧波形調整画面（オフセット）、電圧波形調整画面（ゲイン）、時間確認画面を矢印方向に選択的に表示することができる。

図６は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置と信号変換ユニットの接続構成とその使用例を示す図である。図６に示すように、保護継電装置１と信号変換ユニット１４は、専用ケーブルＣ１によって、保護継電装置１の出力端子部Ｔ１と信号変換ユニット１４の入力端子部Ｔ２とが接続されている。また、信号変換ユニット１４の出力端子部Ｔ３には、電圧計測装置１５と時間計測装置１６が接続されている。また、図６においては、保護継電装置１の出力端子部Ｔ１と信号変換ユニット１４の入力端子部Ｔ２を接続する専用ケーブルＣ１に流れる信号の表示態様を例示しており、オフセット（出力波形の中心電圧）の調整（Ａ）、ゲイン（出力波形の振幅）の調整（Ｂ）、演算処理部計測時間（パルス出力）の確認（Ｃ）の例を示している。これらの信号は、例えば、出力端子部Ｔ３に接続したオシロスコープに表示することで確認可能である。
図５において説明した調整要素（ａ）〜（ｅ）を決定後、テスト波形の調整画面に移行する。調整画面では、操作スイッチにて調整値を増減させることで、出力波形のオフセット、波形の振幅に反映する。演算処理部計測時間確認の調整画面はないが、図５の時間確認画面での操作スイッチ操作にてパルス出力する。

図７は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムにおける保護継電装置の表示部の調整画面例（電流）の一例を示す図である。表示部１１には、波形調整要素７ａ、調整値７ｂが表示されている。図５における調整要素選択画面にて、テスト波形の調整要素を選択し、選択後、この図７の調整画面に移行する。調整値は操作スイッチにより増減させる。調整値は、図６に示すようにテスト波形の出力に反映する。

図８は、実施の形態１に係る保護継電装置の特性試験システムの動作フローチャートを示す図である。
先ず、調整前準備として、保護継電装置１の出力端子部Ｔ１と信号変換ユニット１４の入力端子部Ｔ２とを専用ケーブルＣ１で接続して保護継電装置１に信号変換ユニット１４を接続し、また信号変換ユニット１４の出力端子部Ｔ３に電圧計測装置１５及び時間計測装置１６等の計測装置を接続する（ステップＳ１１）。信号変換ユニット１４に接続された時間計測装置１６によって演算処理部２のパルス出力の時間確認を行い、演算処理部２の計測時間を確認し（ステップＳ１２）（図６参照）、確認結果が規定値の範囲内であれば（ステップＳ１３でＹｅｓ）、ステップＳ１４に進み、確認結果が規定値の範囲内でなければ（ステップＳ１３でＮｏ）、ステップＳ１５に進み、保護継電装置１が故障と判断して装置の交換を行って作業を終了する。

ステップＳ１４では、テスト波形の出力要素を選択し（図５参照）、出力要素が電流要素の場合は電流テスト波形を出力し（ステップＳ１６）、出力要素が電圧要素の場合は電圧テスト波形を出力し（ステップＳ１７）、出力要素が零相電流要素の場合は零相電流テスト波形を出力し（ステップＳ１８）、出力要素が零相電圧要素の場合は零相電圧テスト波形を出力する（ステップＳ１９）。

ステップＳ２０では、ステップＳ１６〜ステップＳ１９において出力された波形の振幅及びオフセット値が、規定値の範囲内であれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２１に進み、規定値の範囲内でなければ（Ｎｏ）、ステップＳ２２に進み、出力波形の振幅調整を行い（図６参照）、ステップＳ２０に戻る。

ステップＳ２１において、全ての波形の調整が完了しているかを判断し、完了しておれば（Ｙｅｓ）、ステップＳ２３に進み、特性試験を開始し、完了していなければ（Ｎｏ）、ステップＳ１４に戻る。

実施の形態における基本的構成は、信号変換ユニット１４を介在させることなく、保護継電装置１に設けられた試験波形発生回路７からのテスト信号を計測する計測装置を備えることによって構成することができ、この構成によれば、計測装置である電圧計測装置１５によってテスト信号のテスト波形を計測することで、テスト信号の健全性を確認することが可能となる。
また、この実施の形態１においては、更に、以下に示す３つの機能を有している。
（１）信号変換ユニット１４を介して、試験波形発生回路７にて生成したテスト信号の健全性を確認することができるシステムとすることで、試験器からの出力を模擬したテスト信号であることが確認できる機能を有する。信号変換ユニットは校正が可能であり、校正のとれた信号変換ユニットでテスト信号の確認を行う。
（２）演算処理部２が計測する時間を外部にパルス信号として出力する機能を搭載する。このパルス信号を校正された時間計測装置１６にて測定する。これにより、演算処理部２が計測している時間が正しいと確認できる。
（３）生成したテスト信号を確認し、規定値を外れた場合を想定し、テスト信号の出力を調整できる機能を搭載する。部品劣化等で、生成するテスト信号が規定値を外れた場合は、出力波形のオフセット、振幅(ゲイン)を調整できる機能を搭載する。ここで波形調整した調整値に関しては、テスト信号に反映する。
上記（１）（２）により、試験波形発生回路７で生成したテスト信号の健全性の確認と演算処理部２が計測する時間の健全性の確認を可能とすることで特性試験システムによる試験の信頼性向上及び特性試験結果のトレーサビリティを確保する。
また、上記（３）の機能を搭載することで、常に健全なテスト信号を入力し、特性試験が可能となるシステムを実現する。

信号変換ユニット１４は、入力波形の増幅回路１４０と絶縁回路１４２ａ、１４２ｂ及び可変抵抗１４１で構成されており、それぞれの目的は下記（１）（２）の通りである。
（１）信号変換ユニット内に増幅回路１４０と可変抵抗１４１を配置することで出力波形の調整をする。通常の増幅率は×１倍の抵抗値となっているが、可変抵抗１４１を変動させることにより、増幅率を変更でき、出力波形の調整が可能となる。よって、絶縁回路１４２ａ、１４２ｂを構成する絶縁トランスの問題(たとえば、劣化)により、入力波形と出力波形のずれが発生した場合に出力波形の調整を行う。信号変換ユニット１４のオフセット分のずれに関しては、調整不可であるため、信号変換ユニット自体の交換が必要となる。
（２）絶縁回路１４２ａ、１４２ｂの絶縁トランスにより、保護継電装置１の内部回路の保護を行う。保護継電装置１の内部回路と計測装置である電圧計測装置１５、時間計測装置１６を絶縁せずに直接接続しようとした場合、人の指がふれることで例えば静電気のノイズが進入する可能性がある。信号変換ユニット１４と保護継電装置１とをコネクタ接続し、接続の際は人の指がふれない構造(接続口が小さい)とする。信号変換ユニット１４を接続し、保護継電装置１と絶縁された状態を作った上で、計測装置である電圧計測装置１５、時間計測装置１６を接続し、出力波形を確認する。

テスト波形を計測装置である電圧計測装置１５で計測するだけであれば、信号変換ユニット１４は不要である。
保護継電装置１の内部に絶縁トランスを配置するか、絶縁トランスのみの信号変換ユニットでも問題なく計測可能である。
しかし、この構造とした場合、以下の（１）（２）の問題を考慮する必要がある。
（１）保護継電装置１の内部に絶縁トランスを配置する場合
テスト波形を計測装置で測定した場合に、正常値範囲から外れた場合、保護継電装置１が生成するテスト信号に問題があって正常値から外れたか、絶縁トランスの問題(例えば、劣化)で外れたかを判断ができない。
（２）絶縁トランスのみの信号変換ユニットの場合
信号変換ユニット１４の入出力の確認で信号変換ユニット自体の健全性は確認できるが、信号変換ユニット自体の出力値調整ができないため、健全性確認で問題がある場合、信号変換ユニットの交換が必要になる。
実施の形態１のように信号変換ユニットを設けることで、これらの問題点を解消することができる。

本願は、例示的な実施の形態が記載されているが、実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合が含まれるものとする。

１保護継電装置、２演算処理部、５入力回路、６計測回路、７試験波形発生回路、９出力回路、１０操作スイッチ部、１１表示部、１４信号変換ユニット、１５電圧計測装置、１６時間計測装置

Claims

電力系統からのアナログ電気量が入力される入力回路と、前記入力回路からのアナログ電気量をデジタル信号に変換するＡ／Ｄコンバータを有した計測回路と、前記計測回路からのデジタル信号を用いて演算処理を実行する演算処理部と、前記演算処理部の判定結果に基づき、前記電力系統に設けられた遮断器を動作させる信号を生成する出力回路と、操作スイッチ部からの入力により表示項目の設定がなされ、前記設定された表示項目に応じて前記演算処理部からの出力を表示する表示部とを有する保護継電装置に設けられ、前記演算処理部からの処理信号によって前記計測回路に入力されるテスト信号を生成する試験波形発生回路を有した保護継電装置の特性試験システムにおいて、前記試験波形発生回路で生成されたテスト信号を計測する計測装置を備えたことを特徴とする保護継電装置の特性試験システム。
前記計測装置は電圧計測装置であることを特徴とする請求項１に記載の保護継電装置の特性試験システム。
前記計測装置の入力側に設けられ、前記試験波形発生回路からのテスト信号の校正を行う信号変換ユニットを備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の保護継電装置の特性試験システム。
前記演算処理部に用いられる時間信号を計測する時間計測装置を備えたことを特徴とする請求項３に記載の保護継電装置の特性試験システム。