JPH1066247A - 光センサ形保護制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出信号に対する電気所構内の誘導、ノイズ
・サージの影響を低減し、保護制御装置の回路構成の簡
素化を図り、電気量検出用の変成器の２次出力負担を低
減する。 【解決手段】 電力系統の電流・電圧は、光ＣＴ２１お
よび光ＰＤ２２により光アナログ信号として検出され、
光ケーブル２８ａ，２８ｂによりＯ／Ｅ変換器２３ａ，
２３ｂに送られ、Ｏ／Ｅ変換器２３ａ，２３ｂにより電
気信号に変換された後、信号処理回路１８ａ，１８ｂの
Ａ／Ｄ変換器２４によりデジタル信号に変換される。デ
ジタル信号によって表される電圧・電流情報は、デジタ
ル演算部２５により所定のフォーマットに変換された
後、デジタル処理部２６によりその大きさ、時間的変
化、相互の位相関係等により電力系統における事故等の
異常の有無が判断される。デジタル処理部２６は、電力
系統の遮断器（ＣＢ）５等に対して保護・制御用の指令
を送る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、送変電設備におけ
る保護制御装置に係り、特に、電気量の計測装置とし
て、光のファラデー効果に伴う偏光状態に基づいてガス
絶縁開閉装置等の導体通電電流を計測する光学式電流計
測装置、または、光のポッケルス効果に伴う偏光状態に
基づいて電力系統の電圧を計測する光学式電圧計測装置
等の光学式電気量計測装置を用いた保護制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】送変電設備においては、停電に至るよう
な事故の発生を防止し、安定した電力の供給を図る観点
から、保護制御装置が設けられている。この保護制御装
置は、電力系統の電気量の計測に基づいて異常の有無を
常時監視し、異常が発生した場合には、遮断器や変圧器
等の構成機器の動作を制御する等の速やかな対応を行
い、事故の発生あるいは拡大を回避するものである。

【０００３】図９は、従来の保護制御装置を示す概念図
である。この図９に示すように、巻線形変流器（ＣＴ）
１および計器用変圧器（ＰＴ）２からの出力として、一
般的には、電流（１〜５Ａ）および電圧（１１０Ｖ）の
アナログ信号を、絶縁のための入力変成器（ＩＮ）３を
介してそれぞれ判定部４に入力している。この判定部４
は、電流や電圧のアナログ信号に基づいて、電力系統の
異常の有無を判断し、必要な時間に遮断器（ＣＢ）５に
動作指令を送ったり、また、変圧器のタップ電圧制御等
の電力系統の運転制御を行うようになっている。

【０００４】この場合、判定部４は、典型的には、アナ
ログ演算回路により、電流や電圧のアナログ信号の大き
さ、時間的変化、相互の位相関係等により電力系統の異
常の有無を判断するように構成されている。あるいはま
た、判定部４は、電流や電圧のアナログ信号を所定のサ
ンプリング信号によってサンプリングし、デジタル変換
器（Ａ／Ｄ）を介してデジタル化した後、このデジタル
データを用いてその大きさ、時間的変化、相互の位相関
係等により電力系統の異常の有無を判断するように構成
されている。

【０００５】図１０は、図９に示すような保護制御装置
の具体的な構成の一例を示す構成図である。この図１０
に示すように、変電所の開閉設備における送電線回線、
母線連絡回線等の回線毎に設置された巻線形変流器（Ｃ
Ｔ）１および計器用変圧器（ＰＴ）２のアナログ信号
を、送電線保護装置、母線保護装置、制御装置等の各種
の保護制御回路６に対して電気ケーブル７によって伝送
し、各種の保護制御回路６において、電力系統の電流や
電圧のアナログ信号に基づき、事故の有無を判断してい
る。

【０００６】一方、近年、図１０に示すような巻線形変
流器（ＣＴ）１および計器用変圧器（ＰＴ）２に代え
て、電気量を光変換する光応用変成器を使用して、ノイ
ズ・サージの影響を受け難い光信号に基づいてより高精
度の計測を行うことが図られている。図１１は、このよ
うな光応用変成器を使用して電気量を測定する場合にお
いて、特に、光信号を電気信号に再変換するための信号
処理回路の一例を示すブロック図である。

【０００７】すなわち、図１１に示す信号処理回路にお
いて、光変換部（ＯＰＣＴ）３１は、電流・電圧等の電
気量を光応用変成器を用いて２成分の光強度信号に変換
する機能部であり、この光変換部（ＯＰＣＴ）３１から
の光強度信号は、光強度／電流変換部（Ｏ／Ｉ）３２お
よび電流／電圧変換部（Ｉ／Ｅ）３３を介してアナログ
電圧信号に変換される。このアナログ電圧信号は、自動
利得制御回路（ＡＧＣ）３４によって自動的に規格化さ
れた後、フィルタ（Ｆ）３５、サンプリングホールド回
路（ＳＨ）３６、およびパラレル／シリーズ変換部（Ｐ
／Ｓ）３７により順次処理され、さらに、デジタル変換
部（Ａ／Ｄ）３８によってデジタル信号に変換される。
このようにして得られたデジタル信号は、演算変換回路
（ＣＡＬ）３９で演算によって電気量の計測値に対応し
た信号に変換される。

【０００８】そして、このように光応用変成器の信号処
理回路によって得られた電気量を表す信号は、再びアナ
ログ電気信号として出力され、図１０に示すような電気
ケーブル７を介して保護制御回路６に送られることにな
る。このような光応用変成器の信号処理回路からの出力
は、典型的には、図１２に示すようなデジタル式信号入
力回路を有する保護制御回路に送られる。

【０００９】すなわち、図１２は、図１０に示すような
保護制御回路６の具体的な構成の一例を示す構成図であ
り、特に、デジタル式信号入力回路の一例を示すブロッ
ク図である。この図１２に示すように、電気ケーブル７
からのアナログ電気信号は、入力変換器（ＩＮ）４０に
入力され、フィルタ（Ｆ）３５、サンプリングホールド
回路（ＳＨ）３６、およびパラレル／シリーズ変換部
（Ｐ／Ｓ）３７により順次処理された後、デジタル変換
部（Ａ／Ｄ）３８によってデジタル信号に変換される。
このようにして得られたデジタル信号を使用して、デジ
タル処理部２６により、電力系統の制御・保護のために
必要なデジタル処理が行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来の保護制御装置には、次のような問題点があ
る。

【００１１】まず、図１０に示すように、巻線形変流器
１および計器用変圧器２のアナログ信号を、電気ケーブ
ル７によって保護制御回路６に伝送する場合には、電気
ケーブル７で伝送されるアナログ信号が、電気所構内の
誘導、ノイズ・サージの影響を受けてしまい、計測精度
が低下しやすい。そのため、保護制御回路６の検出感度
を下げて使用する、あるいは、その電圧・電流入力部に
ノイズ・サージ対策としてサージ吸収用コンデンサ、あ
るいはアレスタ等の設置を必要としており、保護制御回
路６の構成が複雑化する問題がある。

【００１２】そして、図１０に示すように、巻線形変流
器１の出力を、複数の保護制御回路６に渡す場合には、
特に、将来の保護制御設備も考慮して出力の最大負担を
決定する必要があるため、巻線形変流器１の２次出力負
担が増大し、鉄心等の主器の構成が大型化してしまう問
題がある。さらに、このように、電気量の計測のために
鉄心を使用した巻線形変流器１を使用した場合には、大
電流や直流成分が含まれた電流の通過時にその鉄心飽和
により計測値に誤差が生じる等の欠点がある。同様に、
計器用変成器２の出力を、複数の保護制御回路６に渡す
場合にも、同様に、将来的な設備面からも、その２次出
力負担が増大し、主器の構成が大型化してしまう問題が
ある。

【００１３】一方、巻線形変流器１や計器用変圧器２に
代えて光応用変成器を使用した場合においても、処理さ
れた光信号は、図１１に示すような信号処理回路によっ
て電気信号に再変換された後に、アナログ電気信号とし
て出力され、電気ケーブルを介して保護制御回路６に入
力される。このような電気ケーブルによるアナログ電気
信号の伝送時には、前述したように、電気所構内の誘
導、ノイズ・サージの影響を受けてしまい、計測精度が
低下しやすいため、保護制御回路６側に前述したような
対策を高じる必要があり、その結果、保護制御回路６の
構成が複雑化する問題がある。そして、このように、光
応用変成器の信号処理回路からのアナログ電気信号を、
複数の保護制御回路６に渡す場合には、やはり、その変
成器からの２次出力負担が増大し、計測装置の構成が大
型化してしまう問題がある。

【００１４】さらに、図１１に示すような光応用変成器
の信号処理回路からの出力を、図１２に示すようなデジ
タル式信号入力回路を有する保護制御回路に送るように
構成した場合には、光応用変成器の信号処理回路と保護
制御回路の信号入力回路の両方において、いずれも、デ
ジタル化演算に伴い、フィルタ（Ｆ）３５、サンプリン
グホールド回路（ＳＨ）３６、パラレル／シリーズ変換
部（Ｐ／Ｓ）３７、およびデジタル変換部（Ａ／Ｄ）３
８等がそれぞれ存在している。そのため、フィルタ処
理、サンプリング処理に伴う誤差が、信号に２重に加わ
り、保護制御回路において得られる信号の誤差が結果的
に大きくなり、精度が低下するという問題と、保護制御
装置全体の回路構成が複雑化するという問題がある。

【００１５】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
検出信号に対する電気所構内の誘導、ノイズ・サージの
影響を低減し、保護制御装置の回路構成の簡素化を図
り、かつ、電気量検出用の変成器の２次出力負担を低減
することにより、高い計測精度と信頼性を有し、小型・
簡素化に貢献可能な光センサ形保護制御装置を提供する
ことである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために、電力系統の電圧や電流等の電気量を光
応用変成器を用いて計測し、電気量に応じて変換された
光信号を、電気信号に変換し、さらにデジタル化して、
この後に必要な全ての演算処理をデジタル処理のみによ
って行うことを特徴としている。したがって、検出信号
を光伝送すると共に、電気量の計測あるいは電力系統の
異常の有無の判定のための処理を保護制御装置内で全て
デジタル処理することにより、検出信号が電気所構内の
誘導、ノイズ・サージの影響を受けることはなく、保護
制御装置の回路構成の簡素化を図ることができ、また、
電気量検出用の変成器の２次出力負担を低減することが
できる。

【００１７】請求項１記載の発明は、光応用変成器を用
いて電力系統の電気量を計測し、計測した電気量に基づ
いて前記電力系統の保護・制御を行う光センサ形保護制
御装置において、次のような光変換手段、デジタル変換
手段、および処理手段を有することを特徴としている。
ここで、光変換手段は、電力系統の電気量を光応用変成
器を用いて光信号に変換する手段である。そして、デジ
タル変換手段は、前記光変換手段から光信号を受け取
り、この光信号を電気信号に変換し、さらにその電気信
号をデジタル信号に変換する手段である。また、処理手
段は、前記デジタル変換手段からデジタル信号を受け取
り、このデジタル信号によって表される前記電力系統の
電気量情報を使用して前記電力系統の保護・制御用の処
理を行う手段である。

【００１８】このような構成を有する請求項１記載の発
明によれば、光変換手段により電気量を光信号に変換
し、デジタル変換手段によりこの光信号を電気信号に変
換し、さらにデジタル化した後、電力系統の保護・制御
用の全ての処理を、処理手段により、デジタル処理のみ
によって行うことができる。この場合、電気量情報を担
う信号は、光信号として光伝送された後は、デジタル変
換手段の電子回路によりデジタル化され、このデジタル
信号が続く処理手段の電子回路内で完全にデジタル処理
されることになる。したがって、電気所構内でアナログ
電気信号が伝送されることはないため、検出信号が電気
所構内の誘導、ノイズ・サージの影響を受けることはな
く、保護制御装置の回路構成の簡素化を図ることがで
き、また、複数の処理手段に出力を渡す場合でも、変成
器の出力負担を低減することができる。

【００１９】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、デジタル変換手段が次のように構成された
ことを特徴としている。すなわち、デジタル変換手段
は、前記光変換手段から受け取った光信号を電気信号に
変換した後、その電気信号を電気所内に共通の同期信号
に基づいてサンプリングしてデジタル信号に変換するよ
うに構成される。

【００２０】このような構成を有する請求項２記載の発
明によれば、電気所内における全ての電圧・電流計測出
力がサンプリング同期の取れたデータとなり、複数の電
気量を用いて電力系統の異常の有無を判断する場合に
は、同期の取れたデータを使用できるため、容易に判定
が可能である。また、このように、全ての電圧・電流計
測出力の同期が取れているため、回線遮断器を投入する
際の回線と母線間の電圧についても、同期検定を容易に
行うことができ、さらに、母線電圧と回線の電流を使用
して有効電力あるいは無効電力を求める場合にも容易に
算出可能である。

【００２１】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、デジタル変換手段が次のように構成された
ことを特徴としている。すなわち、デジタル変換手段
は、前記光変換手段から受け取った光信号を電気信号に
変換した後、その電気信号を電気所に固有のサンプリン
グタイミングでサンプリングし、他の電気所のサンプリ
ングタイミングを基準としてサンプリングタイミングを
補正するように構成される。

【００２２】このような構成を有する請求項３記載の発
明によれば、事故発生時にその事故が送電線保護区間の
内外のいずれの事故であるかを識別する差動保護演算を
容易に行うことができる。すなわち、電力系統の保護装
置においては、自端と対向端子間の電流データを用いて
その事故が送電線保護区間の内外いずれかであるかを識
別する電流差動保護が主流である。このような電流差動
保護を行う場合には、自端と対向端子の電流データのサ
ンプリング同期が一致していることが、保護演算を行う
上で極めて重要であるため、請求項３記載の発明にした
がって、自端の電気所固有のサンプリングデータを対向
端子のサンプリングタイミングに合ったデータに作成し
直すことにより、差動保護演算を容易にすることができ
る。

【００２３】なお、具体的なデータの補正は、典型的に
は、他装置と自端の伝送遅延時間からサンプリングタイ
ミングのずれを求め、複数（通常は２個）の自端データ
からそのずれに応じたデータを補間演算することによっ
て行うことができる。

【００２４】請求項４記載の発明は、請求項１記載の発
明において、処理手段が次のようなデジタル演算手段と
デジタル処理手段を有することを特徴としている。ここ
で、デジタル演算手段は、前記電力系統の電気量情報を
所定のフォーマットに変換してシリアル信号として出力
する手段である。そして、デジタル処理手段は、前記デ
ジタル演算手段からのシリアル信号出力を使用して前記
電力系統の保護・制御用の処理を行う手段である。

【００２５】このような構成を有する請求項４記載の発
明によれば、複数の回線の電流データを必要とする装
置、あるいは複数種類の電圧・電流データを必要とする
装置（デジタル処理手段）に対して、情報伝送のシリー
ズ化によるＬＡＮ構成が可能となり、システムを簡素化
することができる。

【００２６】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、デジタル演算手段が、次のように構成され
たことを特徴としている。すなわち、デジタル演算手段
は、前記電力系統の電気量情報を使用して、そのデータ
の良否を判断し、データ不良と判定した場合にそのデー
タに不良判定識別を付加するように構成されたことを特
徴としている。

【００２７】このような構成を有する請求項５記載の発
明によれば、請求項４で説明したような複数の電気量デ
ータを必要とする装置（デジタル処理手段）で受信した
データの不良識別が容易になり、システムの信頼性を向
上できる。

【００２８】請求項６、７記載の各発明は、請求項１記
載の発明において、処理手段がそれぞれ次のように構成
されたことを特徴としている。すなわち、請求項６記載
の発明において、処理手段は、前記電力系統の電気量情
報として３相の電気量データを使用し、各相の平衡性に
基づいて各データの良否を判断するように構成される。
また、請求項７記載の発明において、処理手段は、前記
電力系統の電気量情報として３相と零相の電気量データ
を使用し、各相の平衡性に基づいて各データの良否を判
断するように構成される。

【００２９】このような構成を有する請求項６、７記載
の各発明によれば、３相の電気量データの平衡性を検証
することにより、光応用変成器を含めた不良を自己監視
することが可能となり、保護制御システムの信頼性を向
上できる。

【００３０】請求項８記載の発明は、光応用変成器を用
いて得られた光信号を電気信号に再変換し、電子回路を
用いてデジタル化することによって電力系統の電気量を
計測する計測手段と、前記電力系統の電気量情報を表す
信号を電子回路を用いてデジタル化して前記電力系統の
保護・制御を行う保護制御手段とを有する光センサ形保
護制御装置において、前記計測手段と保護制御手段が、
信号のデジタル化の処理に際して、同一のサンプリング
周波数を使用するように構成されたことを特徴としてい
る。請求項９記載の発明は、請求項８記載の発明におい
て、前記計測手段と保護制御手段の前記電子回路が共通
化されたことを特徴としている。

【００３１】請求項１０記載の発明は、請求項９記載の
発明において、より具体的に、次のような第１〜第６の
手段を有することを特徴としている。ここで、第１の手
段は、電気量を光応用変成器を用いて２成分の光強度信
号に変換する手段であり、第２の手段は、前記第１の手
段からの光強度信号を電流信号に変換した後、電圧信号
に変換する手段である。また、第３の手段は、前記第２
の手段からの電圧信号を自動的に規格化する手段であ
る。そして、第４の手段は、前記第３の手段からの規格
化された電圧信号を、フィルタ処理、サンプリングホー
ルド処理、パラレル／シリーズ変換処理した後、デジタ
ル化する手段である。さらに、第５の手段は、前記第４
の手段からのデジタル信号を、演算によって前記電気量
の計測値に対応した信号に変換する手段であり、第６の
手段は、前記第５の手段からのデジタル信号を使用して
電力系統の保護・制御用の処理を行う手段である。すな
わち、この請求項１０に記載の発明においては、第１〜
第４の手段が前記計測手段を構成し、第４〜第６の手段
が前記保護制御手段を構成しており、第４の手段が、請
求項９に記載の共通化された電子回路に相当する。

【００３２】以上のような構成を有する請求項８〜１０
記載の各発明によれば、光信号を電気信号に再変換し、
デジタル化することによって電力系統の電気量を計測す
る計測手段と、電力系統の電気量情報を表す信号をデジ
タル化して電力系統の保護・制御を行う保護制御手段と
において、信号のデジタル化の処理に際して同一のサン
プリング周波数を使用することにより、保護・制御に使
用する信号の誤差を大幅に低減することができる。そし
て、請求項９、１０記載の各発明によれば、計測手段と
保護制御手段とにおいて、デジタル化の処理を行う電子
回路を共通化することにより、保護・制御に使用する信
号の誤差を大幅に低減できると共に、回路構成の簡素化
を図ることができる。

【００３３】

【発明の実施の形態】

［１．第１の実施の形態］ ［１−１．構成］図１は、本発明による第１の実施の形
態として、請求項１記載の発明を適用した場合の光セン
サ形保護制御装置の一つの実施の形態を示す図であり、
特に、その光電流センサ（光ＣＴ）部を示す構成図であ
る。

【００３４】この図１に示すように、導体２０と絶縁媒
体を収納してなるガス絶縁開閉装置の絶縁密閉タンク８
のうち、隣接する２つの管状タンク９ａ，９ｂの端部の
タンクフランジ１０ａ，１０ｂ間には、絶縁スペーサ１
１が取り付けられ、両端の管状タンク９ａ，９ｂを空間
的に分離している。そして、この絶縁スペーサ１１と一
方のタンクフランジ１０ａとの間に、フランジ状に形成
されたセンサ部１２が配設されている。このセンサ部１
２は、絶縁スペーサ１１と共に、両端のタンクフランジ
１０ａ，１０ｂに固定されている。

【００３５】図１において、センサ部１２からは、送光
用ファイバ１３と受光用ファイバ１４が引き出されてお
り、これらのファイバ１３，１４は、センサ部１２から
十分離れた位置に配置された光源・検出器部１５の光源
１６と検出器１７にそれぞれ接続されている。このう
ち、光源１６は、測定用のレーザ光を出射するレーザ光
源であり、検出器１７は、センサ部１２からの出力を検
出して電気信号に変換するように構成されている。光源
・検出器部１５は、さらに、検出器１７からの出力信号
を演算して通電電流を算出する信号処理回路１８、およ
び演算結果を外部に出力する出力端子１９を備えてい
る。そして、この出力端子１９に、保護制御回路２７が
接続されている。

【００３６】なお、光電圧センサ（光ＰＤ）部の形態は
公知であり、本発明の直接の対象ではないため、ここで
は説明を省略する。

【００３７】図２は、本実施の形態における光センサ形
保護制御装置を示す概念図である。この図２に示すよう
に、本実施の形態において、光センサ形保護制御装置
は、電力系統に設けられた光ＣＴ２１および光ＰＤ２２
と、この光ＣＴ２１および光ＰＤ２２からの各出力を判
定する判定部４とから構成されており、判定部４は、Ｏ
／Ｅ変換器２３ａ，２３ｂと信号処理回路１８ａ，１８
ｂ、およびこの信号処理回路１８ａ，１８ｂに接続され
たデジタル処理部（ＲＹ）２６から構成されている。こ
の場合、光ＣＴ２１および光ＰＤ２２とＯ／Ｅ変換器２
３ａ，２３ｂとの接続は、光ケーブル２８ａ，２８ｂに
よって行われており、また、信号処理回路１８ａ，１８
ｂは、Ａ／Ｄ変換器２４とデジタル演算部２５を有す
る。

【００３８】すなわち、この図２に示す光センサ形保護
制御装置において、電力系統の電流・電圧は、光ＣＴ２
１および光ＰＤ２２により光アナログ信号として検出さ
れ、光ケーブル２８ａ，２８ｂによりＯ／Ｅ変換器２３
ａ，２３ｂに送られる。光アナログ信号は、このＯ／Ｅ
変換器２３ａ，２３ｂにより電気信号に変換され、さら
に、信号処理回路１８ａ，１８ｂのＡ／Ｄ変換器２４に
よりデジタル信号に変換される。このデジタル信号によ
って表される電圧・電流情報は、デジタル演算部２５に
より所定のフォーマットに変換された後、デジタル処理
部２６によりその大きさ、時間的変化、相互の位相関係
等により電力系統における事故等の異常の有無が判断さ
れる。その結果、デジタル処理部２６により、必要な時
間に遮断器（ＣＢ）５に動作指令が送られたり、また、
変圧器のタップ電圧制御等の電力系統の運転制御に必要
な指令が送られるようになっている。

【００３９】したがって、この図２においては、光ＣＴ
２１と光ＰＤ２２が、本発明の光変換手段に相当し、判
定部４のうち、Ｏ／Ｅ変換器２３ａ，２３ｂと信号処理
回路１８ａ，１８ｂのＡ／Ｄ変換器２４がデジタル変換
手段に相当し、また、信号処理回路１８ａ，１８ｂのデ
ジタル演算部２５とデジタル処理部２６が処理手段に相
当する。

【００４０】図３は、図２に示す光センサ形保護制御装
置の具体的な構成の一例を示す構成図である。この図３
に示すように、変電所の開閉設備における送電線回線、
母線連絡回線等の回線毎に設置された光ＣＴ２１および
光ＰＤ２２の光アナログ信号は、Ｏ／Ｅ変換器２３ｃ〜
２３ｆにより電気信号に変換されて信号処理回路１８ｃ
〜１８ｆに入力され、この信号処理回路１８ｃ〜１８ｆ
のＡ／Ｄ変換器２４とデジタル演算部２５（図２）によ
りデジタル化され、所定のフォーマットに変換される。
このようにフォーマット化されたデジタル信号によって
表される電圧・電流情報は、デジタル処理部２６（図
２）を有する各種の保護制御回路２７ａ〜２７ｇ、すな
わち、送電線保護装置、母線保護装置、制御装置等に伝
送され、各保護制御回路２７ａ〜２７ｇにおいて、その
大きさ、時間的変化、相互の位相関係等により電力系統
における事故等の異常の有無が判断され、必要な時間に
遮断器５に動作指令が送られたり、また、変圧器のタッ
プ電圧制御等の電力系統の運転制御に必要な指令が送ら
れるようになっている。

【００４１】［１−２．作用・効果］以上のような構成
を有する本実施の形態の光センサ形保護制御装置によれ
ば、光ＣＴ２１および光ＰＤ２２から判定部４までの検
出信号の伝送を光ケーブル２８ａ，２８ｂによって行っ
ている上、判定部４においても、検出信号を一旦デジタ
ル化した後は、必要な演算処理を全てデジタル処理で行
っている。その結果、前述した従来例のように、電気所
構内で電気ケーブルによってアナログ電気信号が伝送さ
れることがないため、検出信号が電気所構内の誘導、ノ
イズ・サージの影響を受けることはない。

【００４２】したがって、計測精度を向上できると共
に、保護制御回路２７ａ〜２７ｇ側にノイズ・サージ対
策用の手段を設置する必要がなく、その回路構成の簡素
化を図ることができ、それによって、保護制御装置全体
の回路構成の簡素化を図ることができる。また、判定部
４における演算処理を全てデジタル処理で行うことによ
り、複数の保護制御回路２７ａ〜２７ｇに出力を渡す場
合でも、光ＣＴ２１および光ＰＤ２２の２次出力負担を
低減でき、これらの変成器を小型・簡素化できる。さら
に、光ＣＴ２１の原理から、大電流、直流電流に対して
誤差の少ない高精度の計測を実現できる。

【００４３】［２．第２の実施の形態］ ［２−１．構成］図４は、本発明による第２の実施の形
態として、請求項２記載の発明を適用した場合の光セン
サ形保護制御装置の一つの実施の形態を示す構成図であ
る。

【００４４】この図４に示すように、本実施の形態は、
Ａ／Ｄ変換器２４において、Ｏ／Ｅ変換器２３から受け
取った電気信号を、電気所内に共通の同期信号に基づい
てサンプリングし、デジタル信号に変換するものであ
る。この場合、電気所内に共通の同期信号は、電気所に
発信器とその分配器を設備し、各保護制御装置２７に同
一のサンプリングタイミングを与えることにより実現で
きる。また、発信器の代わりにＧＰＳ（衛星からの信号
を使用して地球上の位置測定と絶対時刻を知るシステ
ム）による時刻同期、あるいは別な手段で得られる共通
の時刻同期信号を使用してもよい。なお、他の部分につ
いては、前記第１の実施の形態と同様に構成されてい
る。

【００４５】［２−２．作用・効果］以上のような構成
を有する本実施の形態の光センサ形保護制御装置によれ
ば、前記第１の実施の形態と同様の作用・効果が得られ
ることに加えて、さらに次のような作用・効果が得られ
る。すなわち、本実施の形態によれば、電気所内におけ
る全ての電圧・電流計測出力がサンプリング同期の取れ
たデータとなり、複数の電気量を用いて電力系統の異常
の有無を判断する場合には、同期の取れたデータを使用
できるため、容易に判定が可能である。あるいは、回線
遮断器を投入する際の回線と母線間の電圧について、両
者の電圧データの同期が取れているため、同期検定を容
易に行うことができる。さらに、母線電圧と回線の電流
を使用して有効電力あるいは無効電力を求める場合に
も、電圧と電流が同期の取れたデータであるため、容易
に算出可能である。

【００４６】［３．第３の実施の形態］ ［３−１．構成］図５は、本発明による第３の実施の形
態として、請求項３記載の発明を適用した場合の光セン
サ形保護制御装置の一つの実施の形態を示す構成図であ
る。

【００４７】この図５に示すように、本実施の形態は、
Ａ／Ｄ変換器２４において、Ｏ／Ｅ変換器２３から受け
取った電気信号を、電気所固有のサンプリングタイミン
グでサンプリングし、他の電気所装置のサンプリングタ
イミングを基準としてサンプリングタイミングを補正す
る（非同期信号の時刻合わせを行い、対向端子との同期
を得る）ものである。なお、他の部分については、前記
第１の実施の形態と同様に構成されている。

【００４８】［３−２．作用・効果］以上のような構成
を有する本実施の形態の光センサ形保護制御装置によれ
ば、前記第１の実施の形態と同様の作用・効果が得られ
ることに加えて、さらに、電圧・電流計測出力のサンプ
リングタイミングについて他の電気所と同期を得ること
ができるため、事故発生時にその事故が送電線保護区間
の内外のいずれの事故であるかを識別する差動保護演算
を容易に行うことができる。

【００４９】すなわち、電力系統の保護装置において
は、送電線保護装置のように自端と対向端子間の電流デ
ータを用いて送電線保護区間内の事故か範囲外の事故か
を識別する電流差動保護が主流である。このような電流
差動保護を行う場合には、自端と対向端子の電流データ
のサンプリング同期が一致している（いつの時点のデー
タであるかが識別できる）ことが、保護演算を行う上で
極めて重要である。そのため、本実施の形態のように、
Ａ／Ｄ変換器２４において、対向端子のサンプリングタ
イミングを自端に伝送し、自端の電気所固有のサンプリ
ングデータを対向端子のサンプリングタイミングに合っ
たデータに作成し直すことにより、差動保護演算を容易
にすることができる。

【００５０】なお、具体的なデータの補正、すなわち、
対向端子（他装置）のサンプリングタイミングに合わせ
たデータの作成は、典型的には、他装置と自端の伝送遅
延時間からサンプリングタイミングのずれを求め、複数
（通常は２個）の自端データからそのずれに応じたデー
タを補間演算して求めることによって行うことができ
る。

【００５１】［４．第４の実施の形態］ ［４−１．構成］図６は、本発明による第４の実施の形
態として、請求項４、５記載の各発明を適用した場合の
光センサ形保護制御装置の一つの実施の形態を示す構成
図である。

【００５２】この図６に示すように、本実施の形態にお
いては、Ｒ相、Ｓ相、Ｔ相の３相各相に個別に配設され
た光応用変成器（図示せず）からの３相各相の光信号
を、各相用のＯ／Ｅ変換器２３Ｒ，２３Ｓ，２３Ｔで個
別に電気信号に変換し、さらに、信号処理回路１８ａの
各相用のＡ／Ｄ変換器２４Ｒ，２４Ｓ，２４Ｔで個別に
デジタル信号に変換した後、３相共通のデジタル演算部
（デジタル演算手段）２５に入力するようになってい
る。

【００５３】そして、このデジタル演算部２５におい
て、個別のデジタル信号によって表される３相各相の電
圧・電流情報を所定のフォーマットに変換してシリアル
信号で出力し、スターカプラ（ＳＣ）２９を介して複数
の保護制御回路２７ａ〜２７ｃのデジタル処理部（デジ
タル処理手段）２６に送るようになっている。また、デ
ジタル演算部２５においては、電圧・電流情報のデータ
の良否を判断し、データ不良と判定した場合には、その
データに不良判定マークを付加するように構成されてい
る。なお、他の部分については、前記第１の実施の形態
と同様に構成されている。

【００５４】［４−２．作用・効果］以上のような構成
を有する本実施の形態の光センサ形保護制御装置によれ
ば、前記第１の実施の形態と同様の作用・効果が得られ
ることに加えて、さらに、情報伝送のシリーズ化による
ＬＡＮ構成が可能となり、また、データ不良の自己監視
も可能となる。

【００５５】すなわち、複数の保護制御回路２７ａ〜２
７ｃが、電気所母線の保護装置のように、母線に接続さ
れる複数の回線の電流データを必要とする装置、あるい
は変電所監視制御装置のように送電線、変圧器、母線連
絡等の複数種類の電圧・電流データを必要とする保護制
御回路である場合に、これらの複数の保護制御回路２７
ａ〜２７ｃに対して、情報伝送のシリーズ化によるＬＡ
Ｎ構成が可能となり、システム全体を簡素化することが
できる。

【００５６】また、デジタル演算部２５から出力される
時点で、データの良否を判断して不良と判定したデータ
に不良判定マークを付加しているため、前述したような
複数回線の電気量を必要とする保護制御回路２７ａ〜２
７ｃのデジタル処理部２６で受信したデータの不良識別
を容易に行うことができ、システムの信頼性を向上でき
る。

【００５７】［５．第５の実施の形態］ ［５−１．構成］図７は、本発明による第５の実施の形
態として、請求項７記載の発明を適用した場合の光セン
サ形保護制御装置の一つの実施の形態を示す構成図であ
る。

【００５８】この図７に示すように、本実施の形態にお
いては、３相各相の光信号と、零相の光信号とを、各相
用のＯ／Ｅ変換器２３Ｒ，２３Ｓ，２３Ｔ，２３Ｕで個
別に電気信号に変換し、さらに、信号処理回路１８ａの
各相用のＡ／Ｄ変換器２４Ｒ，２４Ｓ，２４Ｔ，２４Ｕ
で個別にデジタル信号に変換した後、各相用のデジタル
演算部２５Ｒ，２５Ｓ，２５Ｔ，２５Ｕに個別に入力す
るようになっている。

【００５９】そして、この各相のデジタル演算部２５
Ｒ，２５Ｓ，２５Ｔ，２５Ｕにおいて、デジタル信号に
よって表される各相の電圧・電流情報を所定のフォーマ
ットに変換して出力し、保護制御回路２７に送り、この
保護制御回路２７において、３相の電圧・電流データお
よび零相の電圧・電流データとの間における平衡性を検
証し、この各相の平衡性に基づいて各データの良否を判
断するようになっている。なお、他の部分については、
前記第１の実施の形態と同様に構成されている。

【００６０】［５−２．作用・効果］以上のような構成
を有する本実施の形態の光センサ形保護制御装置によれ
ば、前記第１の実施の形態と同様の作用・効果が得られ
ることに加えて、さらに、保護制御回路２７において、
３相各相と零相の電圧・電流データの平衡性を検証する
ことにより、光応用変成器を含めた不良を容易に自己監
視することが可能となる。したがって、保護制御システ
ムの信頼性を向上できる。特に、本実施の形態において
は、３相だけでなく、零相の電圧・電流データをも使用
しているため、自己監視機能をより向上することができ
る。なお、本実施の形態の変形例として、請求項６記載
の発明を限定的に適用し、３相の電圧・電流データのみ
を使用してその平衡性を検証するように構成することも
可能であり、この場合にも十分な自己監視機能を得るこ
とができるものである。

【００６１】［６．第６の実施の形態］ ［６−１．構成］図８は、本発明による第６の実施の形
態として、請求項８〜１０記載の各発明を適用した場合
の光センサ形保護制御装置の一つの実施の形態を示すブ
ロック図である。

【００６２】この図８に示すように、本実施の形態にお
いてはまず、電流・電圧等の電気量を光応用変成器を用
いて２成分の光強度信号に変換する光変換部（ＯＰＣ
Ｔ）３１、この光変換部（ＯＰＣＴ）３１からの光強度
信号を電流信号に変換する光強度／電流変換部（Ｏ／
Ｉ）３２と、電流信号を電圧信号に変換する電流／電圧
変換部（Ｉ／Ｅ）３３、および電圧信号を自動的に規格
化する自動利得制御回路（ＡＧＣ）３４が順次接続され
ている。そして、この自動利得制御回路（ＡＧＣ）３４
には、規格化された電圧信号を順次処理してデジタル化
する機能部、すなわち、フィルタ（Ｆ）３５、サンプリ
ングホールド回路（ＳＨ）３６、パラレル／シリーズ変
換部（Ｐ／Ｓ）３７、およびデジタル変換部（Ａ／Ｄ）
３８が順次接続されている。さらに、このデジタル変換
部（Ａ／Ｄ）３８には、デジタル信号を演算によって電
気量の計測値に対応した信号に変換する演算変換回路
（ＣＡＬ）３９と、デジタル信号を使用して電力系統の
制御・保護用のデジタル処理を行うデジタル処理部２６
が順次接続されている。

【００６３】すなわち、本実施の形態は、図１１に示し
たような従来の光応用変成器の信号処理回路と図１２に
示したような従来の保護制御回路のデジタル式信号入力
回路とにおけるフィルタ（Ｆ）３５からデジタル変換部
（Ａ／Ｄ）３８に至る部分を共通化したものである。こ
の共通化部分は、本発明における第４の手段に相当す
る。そして、光変換部（ＯＰＣＴ）３１は第１の手段に
相当し、光強度／電流変換部（Ｏ／Ｉ）３２と電流／電
圧変換部（Ｉ／Ｅ）３３は第２の手段に相当し、自動利
得制御回路（ＡＧＣ）３４は第３の手段に相当する。ま
た、演算変換回路（ＣＡＬ）３９とデジタル処理部２６
は、第５と第６の手段にそれぞれ相当する。

【００６４】［６−２．作用・効果］以上のような構成
を有する本実施の形態の光センサ形保護制御装置によれ
ば、前記第１の実施の形態と同様な作用・効果が得られ
るが、特に、次のような作用・効果を得ることができ
る。すなわち、従来は、前述したように、光信号を処理
する部分と、電力系統の保護・制御用の信号の処理を行
う部分において、個別の電子回路部分３５〜３８で異な
るサンプリング周波数を使用してデジタル化の処理を行
っていた。これに対し、本実施の形態においては、従来
重複していた電子回路部分３５〜３８を共通化し、同一
のサンプリング周波数を使用してデジタル化の処理を行
っているため、保護・制御用に使用する信号の誤差を従
来に比べて大幅に低減できると共に、回路構成を簡素化
できる。

【００６５】［７．他の実施の形態］なお、本発明は、
前記各実施の形態に限定されるものではなく、他にも本
発明の範囲内で多種多様の形態を実施可能である。すな
わち、光変換手段、デジタル変換手段、処理手段等の各
種の手段の具体的な構成は自由に選択可能である。より
詳細には、光変換手段を構成する光応用変成器や、信号
のデジタル化を行う電子回路部分、あるいは、デジタル
化した信号を処理する各種の回路部分の具体的な構成は
自由に選択可能である。

【００６６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明においては、
電力系統の電圧や電流等の電気量を光応用変成器を用い
て計測し、電気量に応じて変換された光信号を、電気信
号に変換し、さらにデジタル化して、この後に必要な全
ての演算処理をデジタル処理のみによって行うことによ
り、検出信号に対する電気所構内の誘導、ノイズ・サー
ジの影響を低減し、保護制御装置の回路構成の簡素化を
図り、かつ、電気量検出用の変成器の２次出力負担を低
減することができる。したがって、従来に比べて高い計
測精度と信頼性を有し、小型・簡素化に貢献可能な光セ
ンサ形保護制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による第１の実施の形態に係る光センサ
形保護制御装置を示す図であり、特に、その一部を構成
する光電流センサ部を示す構成図。

【図２】本発明による第１の実施の形態に係る光センサ
形保護制御装置を示す概念図。

【図３】図２の光センサ形保護制御装置の具体的な構成
の一例を示す構成図。

【図４】本発明による第２の実施の形態に係る光センサ
形保護制御装置を示す構成図。

【図５】本発明による第３の実施の形態に係る光センサ
形保護制御装置を示す構成図。

【図６】本発明による第４の実施の形態に係る光センサ
形保護制御装置を示す構成図。

【図７】本発明による第５の実施の形態に係る光センサ
形保護制御装置を示す構成図。

【図８】本発明による第６の実施の形態に係る光センサ
形保護制御装置を示す構成図。

【図９】従来の保護制御装置を示す概念図。

【図１０】図９に示す従来の保護制御装置の具体的な構
成の一例を示す構成図。

【図１１】従来の光応用変成器の信号処理回路の一例を
示すブロック図。

【図１２】従来の保護制御回路に使用されるデジタル式
信号入力回路の一例を示すブロック図。

【符号の説明】

１：巻線形変流器（ＣＴ） ２：計器用変圧器（ＰＴ） ３：入力変成器（ＩＮ） ４：判定部 ５：遮断器（ＣＢ） ６：保護制御回路 ７：電気ケーブル ８：絶縁密閉タンク ９ａ，９ｂ：管状タンク １０ａ，１０ｂ：タンクフランジ １１：絶縁スペーサ １２：センサ部 １３：送光用ファイバ １４：受光用ファイバ １５：光源・検出器部 １６：光源 １７：検出器 １８，１８ａ〜１８ｆ：信号処理回路 １９：出力端子 ２０：導体 ２１：光ＣＴ ２２：光ＰＤ ２３，２３ａ〜２３ｆ，２３Ｒ〜２３Ｕ：Ｏ／Ｅ変換器 ２４，２４Ｒ〜２４Ｕ：Ａ／Ｄ変換器 ２５，２５Ｒ〜２５Ｕ：デジタル演算部 ２６：デジタル処理部 ２７，２７ａ〜２７ｇ：保護制御回路 ２８ａ，２８ｂ：光ケーブル ２９：スターカプラ（ＳＣ） ３１：光変換部（ＯＰＣＴ） ３２：光強度／電流変換部（Ｏ／Ｉ） ３３：電流／電圧変換部（Ｉ／Ｅ） ３４：自動利得制御回路（ＡＧＣ） ３５：フィルタ（Ｆ） ３６：サンプリングホールド回路（ＳＨ） ３７：パラレル／シリーズ変換部（Ｐ／Ｓ） ３８：デジタル変換部（Ａ／Ｄ） ３９：演算変換回路（ＣＡＬ） ４０：入力変換器（ＩＮ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 純正 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 堀 政夫 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 寺井 清寿 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 高橋 正雄 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 生田 栄 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 上西 徹 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内 (72)発明者 毛受 新一 神奈川県川崎市川崎区浮島町２番１号 株 式会社東芝浜川崎工場内

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光応用変成器を用いて電力系統の電気量
   を計測し、計測した電気量に基づいて前記電力系統の保
   護・制御を行う光センサ形保護制御装置において、 電力系統の電気量を光応用変成器を用いて光信号に変換
   する光変換手段と、 前記光変換手段から光信号を受け取り、この光信号を電
   気信号に変換し、さらにその電気信号をデジタル信号に
   変換するデジタル変換手段と、 前記デジタル変換手段からデジタル信号を受け取り、こ
   のデジタル信号によって表される前記電力系統の電気量
   情報を使用して前記電力系統の保護・制御用の処理を行
   う処理手段とを有することを特徴とする光センサ形保護
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記デジタル変換手段は、前記光変換手
   段から受け取った光信号を電気信号に変換した後、その
   電気信号を電気所内に共通の同期信号に基づいてサンプ
   リングしてデジタル信号に変換するように構成されたこ
   とを特徴とする請求項１記載の光センサ形保護制御装
   置。
3. 【請求項３】 前記デジタル変換手段は、前記光変換手
   段から受け取った光信号を電気信号に変換した後、その
   電気信号を電気所に固有のサンプリングタイミングでサ
   ンプリングし、他の電気所のサンプリングタイミングを
   基準としてサンプリングタイミングを補正するように構
   成されたことを特徴とする請求項１記載の光センサ形保
   護制御装置。
4. 【請求項４】 前記処理手段は、 前記電力系統の電気量情報を所定のフォーマットに変換
   してシリアル信号として出力するデジタル演算手段と、 前記デジタル演算手段からのシリアル信号出力を使用し
   て前記電力系統の保護・制御用の処理を行うデジタル処
   理手段とを有することを特徴とする請求項１記載の光セ
   ンサ形保護制御装置。
5. 【請求項５】 前記デジタル演算手段は、前記電力系統
   の電気量情報を使用して、そのデータの良否を判断し、
   データ不良と判定した場合にそのデータに不良判定識別
   を付加するように構成されたことを特徴とする請求項４
   記載の光センサ形保護制御装置。
6. 【請求項６】 前記処理手段は、前記電力系統の電気量
   情報として３相の電気量データを使用し、各相の平衡性
   に基づいて各データの良否を判断するように構成された
   ことを特徴とする請求項１記載の光センサ形保護制御装
   置。
7. 【請求項７】 前記処理手段は、前記電力系統の電気量
   情報として３相と零相の電気量データを使用し、各相の
   平衡性に基づいて各データの良否を判断するように構成
   されたことを特徴とする請求項１記載の光センサ形保護
   制御装置。
8. 【請求項８】 光応用変成器を用いて得られた光信号を
   電気信号に再変換し、電子回路を用いてデジタル化する
   ことによって電力系統の電気量を計測する計測手段と、
   前記電力系統の電気量情報を表す信号を電子回路を用い
   てデジタル化して前記電力系統の保護・制御を行う保護
   制御手段とを有する光センサ形保護制御装置において、 前記計測手段と保護制御手段は、信号のデジタル化の処
   理に際して、同一のサンプリング周波数を使用するよう
   に構成されたことを特徴とする光センサ形保護制御装
   置。
9. 【請求項９】 前記計測手段と保護制御手段の前記電子
   回路は、共通化されたことを特徴とする請求項８記載の
   光センサ形保護制御装置。
10. 【請求項１０】 電気量を光応用変成器を用いて２成分
    の光強度信号に変換する第１の手段と、 前記第１の手段からの光強度信号を電流信号に変換した
    後、電圧信号に変換する第２の手段と、 前記第２の手段からの電圧信号を自動的に規格化する第
    ３の手段と、 前記第３の手段からの規格化された電圧信号を、フィル
    タ処理、サンプリングホールド処理、パラレル／シリー
    ズ変換処理した後、デジタル化する第４の手段と、 前記第４の手段からのデジタル信号を、演算によって前
    記電気量の計測値に対応した信号に変換する第５の手段
    と、 前記第５の手段からのデジタル信号を使用して電力系統
    の保護・制御用の処理を行う第６の手段とを有すること
    を特徴とする請求項９記載の光センサ形保護制御装置。