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技術 開閉装置制御・監視システム

出願人 株式会社東芝
発明者 齋藤実
出願日 2006年4月17日 (13年11ヶ月経過) 出願番号 2006-113465
公開日 2007年11月1日 (12年4ヶ月経過) 公開番号 2007-288921
状態 拒絶査定
技術分野 給配電網の遠方監視・制御
主要キーワード 駆動接点 制御ドライブ 動作時間データ タイマーリレー 中継リレー ディジタル出力回路 ディジタル入力回路 保護指令
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図面 (8)

課題

開閉装置への効率的な配置、プロセスバスとの効率的な通信、十分に高い信頼性を確保した冗長構成同期開閉制御に適した開閉装置制御監視ステムを提供する。

解決手段

開閉装置制御・監視演算ユニット1と開閉装置制御・監視入出力ユニット2〜5との2種類のユニットに構成・機能を分担すると共に、開閉装置制御・監視入出力ユニット2の半導体スイッチ21を駆動する遮断器駆動回路を2個設けて冗長構成とし、開閉装置102〜104への効率的な配置、プロセスバス110との効率的な通信を可能にし、十分に信頼性の高い構成とした。

概要

背景

変電所に設置されている変電設備には通常、複数の変電機器と、機器制御監視ステム部と、保護・制御装置などから成る上位システム部とが設けられている。このうち、変電機器の主要機器としては開閉装置変圧器が挙げられる。機器制御・監視システム部とは、変電機器の近傍に配設されて当該変電機器の制御および監視を行うものであり、具体的には現場制御盤が該当する。そして上位システム部は、機器制御・監視システム部に対して変電機器の制御情報および電源を供給する役割を担っている。

開閉装置は例えば、避雷器線路側断路器遮断器、主母線断路器、主母線主回路電流検出手段である変流器、主回路の電圧検出手段である計器用変圧器、さらに制御および監視を行う現場制御盤などから構成される。

開閉装置の機器制御・監視システム部は、通常は開閉装置の各回線単位で設置された現場制御盤により構成されており、開閉装置を動作させる制御回路として各種のスイッチの接点リレー類の接点が用いられている。

開閉装置本体と機器制御・監視システム部である現場制御盤との間には、伝送手段として制御ケーブル配線されており、この制御ケーブルを通して、開閉装置の入/切状態情報故障情報操作ロック情報、操作指令情報といった情報が伝送される。

前記現場制御盤には、投入回路引外し回路および欠相検出回路等を備えた遮断器制御回路を設けている。このうち、投入回路は、投入指令入力端子、切換スイッチ、アンチポンピング(Anti-pumping)リレーおよび投入コイルを主な構成要素として構成されている。また、引外し回路は、引外し指令入力端子、切換スイッチ、操作スイッチ、中継リレーおよび引外しコイルを主な構成要素として構成されている。

遮断器制御回路は、さらに遮断器本体の動作位置を示す補助開閉器接点、遮断器本体のガス圧力低下時に動作出力を生じるガス密度スイッチ、あるいは遮断器本体の油圧操作機構油圧が低下した場合に動作出力を生じる油圧スイッチ中継したリレーの接点を備えており、これらの接点は、遮断器の操作ロックや指令信号が一定時間以上継続するのを防止する機能を有している。断路器制御回路も同様なスイッチ類を備えている。

前記上位システム部は、変電所制御室に設置されており、上記のような構成よりなる現場制御盤から開閉装置の動作位置を示す補助開閉器接点信号や、ガス圧低下、油圧低下信号や変流器、計器用変圧器信号を取り込むと共に、各現場制御盤に開閉装置の制御情報、保護リレー信号および電源を供給している(例えば、特許文献1参照)。

上記のような開閉装置本体、機器制御・監視システム部および上位システム部からなる変電設備において、前記開閉装置本体の交流電気量の検出およびディジタル変換を行い、ディジタル値で出力を行うディジタル計器用変成器保護制御システムとを通信手段により結合した変電機器保護制御システムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。

上記の通信手段はシリアル伝送媒体であるプロセスバスからなり、プロセスバスによりディジタル形計器用変成器、保護・制御装置などの上位システムと、機器制御・監視システム部とが接続されている。そして、プロセスバス上をディジタル化された交流電気量と共に、開閉装置本体の電気量データ運転状態データ開閉指令等のディジタル化された機器制御・監視システム部のデータが通信されるようになっている。

このようなディジタル化された変電機器保護制御システムにおいて、機器制御・監視システム部は、遮断器、断路器などの開閉機器それぞれに個別に配置される開閉装置制御監視ユニットとして提供される。

この開閉装置制御・監視ユニットは、開閉装置本体の電気量データや運転状態データ等のセンサ出力信号を取り込むデータ収集手段と、この収集されたデータを機器制御監視データとして保存するデータ記憶手段と、制御・監視演算を行うディジタル演算プロセッサと、変電機器本体の駆動部に信号を出力する半導体スイッチから成る駆動回路と、通信手段とを備え、上位システムからの制御信号および機器制御監視データを比較判定し、かつ監視する機能と、この判定結果に基づき開閉装置駆動部に駆動信号を出す機能と、機器制御監視データおよび判定結果を上位システムに伝送する機能とを備えている。
特開2002−354617号公報
特開2002−315233号公報

概要

開閉装置への効率的な配置、プロセスバスとの効率的な通信、十分に高い信頼性を確保した冗長構成同期開閉制御に適した開閉装置制御・監視システムを提供する。開閉装置制御・監視演算ユニット1と開閉装置制御・監視入出力ユニット2〜5との2種類のユニットに構成・機能を分担すると共に、開閉装置制御・監視入出力ユニット2の半導体スイッチ21を駆動する遮断器駆動回路を2個設けて冗長構成とし、開閉装置102〜104への効率的な配置、プロセスバス110との効率的な通信を可能にし、十分に信頼性の高い構成とした。

目的

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、開閉装置への効率的な配置、プロセスバスとの効率的な通信、十分に高い信頼性を確保した冗長構成、同期開閉制御に適した開閉装置制御・監視システムを提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
4件
牽制数
0件

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請求項1

開閉装置本体の主回路交流電気量を入力し、ディジタルデータを出力するディジタルデータ出力手段と、このディジタルデータ出力手段から出力されるディジタルデータを情報伝送路を形成する通信手段を介して入力し、前記開閉装置本体の監視、制御および保護を行う保護制御手段と、この保護制御手段からの指令を前記情報伝送路を形成する通信手段を介して受けると共に、前記開閉装置本体の監視、制御を行う開閉装置制御監視ユニットと、からなる開閉装置制御・監視システムにおいて、前記開閉装置制御・監視ユニットは、前記開閉装置に係わる電気量データ運転状態データ等の接点、またはセンサ出力信号である開閉装置状態データを取り込むデータ収集手段と、前記開閉装置の駆動部に開閉駆動信号を出す半導体スイッチから成る駆動回路と、前記半導体スイッチに与える開閉タイミングを制御する論理回路とを備えた開閉装置制御・監視入出力ユニットと、前記開閉装置の開閉制御演算および監視演算を行うディジタル演算プロセッサと、前記開閉装置制御・監視入出力ユニットから伝送されてきた前記開閉装置状態データを保存するデータ記憶手段と、前記通信手段と接続する通信インターフェースとを備えた開閉装置制御・監視演算ユニットと、から構成したことを特徴とする開閉装置制御・監視システム。

請求項2

前記通信手段は、シリアル伝送媒体としてのプロセスバスにより構成したことを特徴とする請求項1記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項3

前記開閉装置制御・監視ユニットにより制御、監視される開閉装置が遮断器である場合、当該遮断器の引外しコイル直接通電する半導体スイッチを有していることを特徴とする請求項1または請求項2記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項4

前記半導体スイッチは、引き外しコイルおよび投入コイルに対してそれぞれ複数個直列に接続されており、それぞれの半導体スイッチは、個別に設けられた前記論理回路から出力される駆動信号によってそれぞれ制御されることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項5

前記半導体スイッチの端子間電圧を検出することにより、半導体スイッチの常時監視およびコイル断線監視を行うことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項6

前記個別の論理回路から出力される半導体スイッチ駆動信号論理は、正負逆であることを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれかに記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項7

前記半導体スイッチは、前記保護制御手段からの保護指令および制御指令に対して個別の半導体スイッチを有しており、遮断器の駆動コイルには前記保護用半導体スイッチと前記制御用半導体スイッチ並列に接続されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれかに記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項8

前記半導体スイッチに電流検出用抵抗を直列に接続し、前記電流検出用抵抗により遮断器開閉指令電流を検出することを特徴とする請求項1乃至請求項7のいずれかに記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項9

前記保護制御手段からの保護指令、または制御指令に対して、遮断器の接触子主回路電流または主回路電圧の所定の位相にて開極閉極させる制御を行うにあたり、前記開閉装置制御・監視入出力ユニットの前記論理回路が、前記保護指令、または制御指令に対して所定の時間だけ遅延させて前記半導体スイッチを動作させ、この所定の遅延時間は、前記開閉装置制御・監視演算ユニットのディジタル演算プロセッサが、前記ディジタルデータ出力手段から取得した主回路電流または主回路電圧に基づいて算出することを特徴とする請求項1乃至請求項8のいずれかに記載の開閉装置制御・監視システム。

請求項10

前記開閉装置制御・監視入出力ユニットで取得した遮断器温度データ、遮断器操作圧力データ、遮断器制御電圧データ、遮断器動作時間データ、遮断器動作回数、遮断器休止時間のうち、少なくとも1つを使用して前記遅延時間の補正を行うことを特徴とした請求項1乃至請求項9のいずれかに記載の開閉装置制御・監視システム。

技術分野

0001

本発明は、変電所等の電気所に設置される開閉装置を制御および監視する開閉装置制御・監視システム係り、特に遮断器同期開閉制御に適した開閉装置制御・監視システムに関する。

背景技術

0002

変電所に設置されている変電設備には通常、複数の変電機器と、機器制御・監視システム部と、保護・制御装置などから成る上位システム部とが設けられている。このうち、変電機器の主要機器としては開閉装置や変圧器が挙げられる。機器制御・監視システム部とは、変電機器の近傍に配設されて当該変電機器の制御および監視を行うものであり、具体的には現場制御盤が該当する。そして上位システム部は、機器制御・監視システム部に対して変電機器の制御情報および電源を供給する役割を担っている。

0003

開閉装置は例えば、避雷器線路側断路器、遮断器、主母線断路器、主母線主回路電流検出手段である変流器、主回路の電圧検出手段である計器用変圧器、さらに制御および監視を行う現場制御盤などから構成される。

0004

開閉装置の機器制御・監視システム部は、通常は開閉装置の各回線単位で設置された現場制御盤により構成されており、開閉装置を動作させる制御回路として各種のスイッチの接点リレー類の接点が用いられている。

0005

開閉装置本体と機器制御・監視システム部である現場制御盤との間には、伝送手段として制御ケーブル配線されており、この制御ケーブルを通して、開閉装置の入/切状態情報故障情報操作ロック情報、操作指令情報といった情報が伝送される。

0006

前記現場制御盤には、投入回路引外し回路および欠相検出回路等を備えた遮断器制御回路を設けている。このうち、投入回路は、投入指令入力端子、切換スイッチ、アンチポンピング(Anti-pumping)リレーおよび投入コイルを主な構成要素として構成されている。また、引外し回路は、引外し指令入力端子、切換スイッチ、操作スイッチ、中継リレーおよび引外しコイルを主な構成要素として構成されている。

0007

遮断器制御回路は、さらに遮断器本体の動作位置を示す補助開閉器接点、遮断器本体のガス圧力低下時に動作出力を生じるガス密度スイッチ、あるいは遮断器本体の油圧操作機構油圧が低下した場合に動作出力を生じる油圧スイッチ中継したリレーの接点を備えており、これらの接点は、遮断器の操作ロックや指令信号が一定時間以上継続するのを防止する機能を有している。断路器制御回路も同様なスイッチ類を備えている。

0008

前記上位システム部は、変電所制御室に設置されており、上記のような構成よりなる現場制御盤から開閉装置の動作位置を示す補助開閉器接点信号や、ガス圧低下、油圧低下信号や変流器、計器用変圧器信号を取り込むと共に、各現場制御盤に開閉装置の制御情報、保護リレー信号および電源を供給している(例えば、特許文献1参照)。

0009

上記のような開閉装置本体、機器制御・監視システム部および上位システム部からなる変電設備において、前記開閉装置本体の交流電気量の検出およびディジタル変換を行い、ディジタル値で出力を行うディジタル計器用変成器保護制御システムとを通信手段により結合した変電機器保護制御システムが提案されている(例えば、特許文献2参照)。

0010

上記の通信手段はシリアル伝送媒体であるプロセスバスからなり、プロセスバスによりディジタル形計器用変成器、保護・制御装置などの上位システムと、機器制御・監視システム部とが接続されている。そして、プロセスバス上をディジタル化された交流電気量と共に、開閉装置本体の電気量データ運転状態データ開閉指令等のディジタル化された機器制御・監視システム部のデータが通信されるようになっている。

0011

このようなディジタル化された変電機器保護制御システムにおいて、機器制御・監視システム部は、遮断器、断路器などの開閉機器それぞれに個別に配置される開閉装置制御・監視ユニットとして提供される。

0012

この開閉装置制御・監視ユニットは、開閉装置本体の電気量データや運転状態データ等のセンサ出力信号を取り込むデータ収集手段と、この収集されたデータを機器制御監視データとして保存するデータ記憶手段と、制御・監視演算を行うディジタル演算プロセッサと、変電機器本体の駆動部に信号を出力する半導体スイッチから成る駆動回路と、通信手段とを備え、上位システムからの制御信号および機器制御監視データを比較判定し、かつ監視する機能と、この判定結果に基づき開閉装置駆動部に駆動信号を出す機能と、機器制御監視データおよび判定結果を上位システムに伝送する機能とを備えている。
特開2002−354617号公報
特開2002−315233号公報

発明が解決しようとする課題

0013

上記の特許文献2に記載された変電機器保護制御システムにおいては、開閉装置制御・監視ユニットはプロセスバスで結合されて、遮断器や断路器などの開閉装置に個別に設置される。従って、変電所全体としては遮断器および断路器の個数分だけ開閉装置制御・監視ユニットを設置する必要がある。通常、送電線回線あたり遮断器1台、断路器3台合計4台の開閉装置で構成されているので、10回線の変電所を仮定すると、40台の開閉装置に対して40台の開閉装置制御・監視ユニットが必要になる。

0014

また、特許文献2に記載された開閉装置制御・監視ユニットは、各々のユニットにディジタル演算プロセッサ(CPU)を有した構成となっているが、遮断器や断路器1台あたりの制御に必要とされる演算負担は非常に軽いので、このような構成はディジタル演算プロセッサの資源効率を考えるとき、非常に非効率である。また、遮断器や断路器の近傍は、開閉装置の動作時に発生する電気的なサージのレベルが非常に高く、このような苛酷な環境下にディジタル演算プロセッサを有する開閉装置制御・監視ユニットを配置することは好ましくない。

0015

さらに、特許文献2に記載された発明では、上述したように遮断器や断路器の個数分だけ開閉装置制御・監視ユニットが設置されるが、このことはプロセスバスに同数の開閉装置制御・監視ユニットが接続されるということを意味する。この結果、プロセスバスに過大な通信負担をかけることになり、通信の面からも非効率である。

0016

さらに、特許文献2に記載された開閉装置制御・監視ユニットでは、開閉装置の制御に必要と考えられる十分な信頼性を有する冗長構成を実現することが困難である。

0017

さらにまた、近年、主回路電流または主回路電圧の所定の位相で遮断器の接触子開極または閉極させるようにした所謂、遮断器の同期開閉制御が普及しており、開閉装置制御・監視ユニットにおいても同期開閉制御機能を装備する必要があると考えられている。

0018

しかしながら、上記特許文献2に記載の開閉装置制御・監視ユニットでは、半導体スイッチへの開閉駆動信号をディジタル演算プロセッサの演算に基づくソフトウェア制御のみで行っているため、遮断器の同期開閉制御を十分な精度で実現するということは困難と考えられる。

0019

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、開閉装置への効率的な配置、プロセスバスとの効率的な通信、十分に高い信頼性を確保した冗長構成、同期開閉制御に適した開閉装置制御・監視システムを提供することにある。

課題を解決するための手段

0020

上記の目的を達成するために、請求項1に係る発明は、開閉装置本体の主回路交流電気量を入力し、ディジタルデータを出力するディジタルデータ出力手段と、このディジタルデータ出力手段から出力されるディジタルデータを情報伝送路を形成する通信手段110を介して入力し、前記開閉装置本体102の監視、制御および保護を行う保護制御手段112,113と、この保護制御手段112、113からの指令を前記情報伝送路を形成する通信手段110を介して受けると共に、前記開閉装置本体の監視、制御を行う開閉装置制御・監視ユニットAと、からなる開閉装置制御・監視システムにおいて、前記開閉装置制御・監視ユニットは、前記開閉装置に係わる電気量データ、運転状態データ等の接点、またはセンサ出力信号である開閉装置状態データを取り込むデータ収集手段と、前記開閉装置の駆動部に開閉駆動信号を出す半導体スイッチから成る駆動回路と、前記半導体スイッチに与える開閉タイミングを制御する論理回路とを備えた開閉装置制御・監視入出力ユニットと、前記開閉装置の開閉制御演算および監視演算を行うディジタル演算プロセッサと、前記開閉装置制御・監視入出力ユニットから伝送されてきた前記開閉装置状態データを保存するデータ記憶手段と、前記通信手段と接続する通信インターフェースとを備えた開閉装置制御・監視演算ユニットと、から構成したことを特徴とする。

0021

また、請求項9に係る発明は、前記保護制御手段からの保護指令、または制御指令に対して、遮断器の接触子を主回路電流または主回路電圧の所定の位相にて開極、閉極させる制御を行うにあたり、前記開閉装置制御・監視入出力ユニットの前記論理回路が、前記保護指令、または制御指令に対して所定の時間だけ遅延させて前記半導体スイッチを動作させ、この所定の遅延時間は、前記開閉装置制御・監視演算ユニットのディジタル演算プロセッサが、前記ディジタルデータ出力手段から取得した主回路電流または主回路電圧に基づいて算出することを特徴とするものである。

0022

さらに、請求項10に係る発明は、前記開閉装置制御・監視入出力ユニットで取得した遮断器温度データ、遮断器操作圧力データ、遮断器制御電圧データ、遮断器動作時間データ、遮断器動作回数、遮断器休止時間のうち、少なくとも1つを使用して前記遅延時間の補正を行うことを特徴とするものである。

発明の効果

0023

本発明によれば、開閉装置への効率的な配置、十分に高い信頼性を確保した冗長構成、同期開閉制御に適した開閉装置制御・監視システムを提供することができる。

発明を実施するための最良の形態

0024

以下、本発明に係る開閉装置制御・監視システムの実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図を通して同一部分には同一符号を付けて重複する説明は適宜省く。

0025

(実施形態1)
まず、図1を参照して本実施形態に係るディジタル化された変電機器保護制御システムの概要について説明する。

0026

図1は変電機器として、送電線1回線分の開閉装置の例を示しており、開閉装置は、2重化された主母線101と、遮断器(CB)102と、この遮断器(CB)102の母線側および線路側にそれぞれ配置された母線側断路器(DS)103および線路側断路器(DS)104と、遮断器(CB)102と母線側断路器(DS)103との間、遮断器(CB)102と線路側断路器(DS)104との間にそれぞれ配置された変流器105および106と、線路側断路器(DS)104の線路側に配置された計器用変圧器107とから構成されている。

0027

遮断器102の近傍、母線側断路器103の近傍そして線路側断路器104の近傍には、それぞれ開閉装置制御・監視入出力ユニット(図中、CBI/O、DSI/Oと表記)2〜5が設置されている。そして、これら開閉装置制御・監視入出力ユニット2〜5は、光ファイバからなる開閉装置制御・監視演算ユニット通信手段6を介して制御・監視演算ユニット1に接続されている。

0028

本実施形態では、このように各回線毎に1台設けられた開閉装置制御・監視演算ユニット1と、遮断器、断路器毎に設置した開閉装置制御・監視入出力ユニット2〜5と、光ファイバ等の開閉装置制御・監視演算ユニット通信手段6から構成されたユニット一式を、開閉装置制御・監視ユニットAと称する。

0029

なお、図1では接地開閉器を省略しているが、断路器用の開閉装置制御・監視入出力ユニットと接地開閉器用の開閉装置制御・監視入出力ユニットを兼用としても良いし、個別に設けても良い。この場合、接地開閉器用開閉装置制御・監視入出力ユニットが開閉装置制御・監視ユニットに含まれることは言うまでも無い。

0030

一方、本実施形態では変流器および計器用変圧器としてディジタル形変流器とディジタル形計器用変圧器を採用しており、電流検出部105および106と、電圧検出部107との近傍にそれぞれディジタルデータ出力手段としてのディジタル変換器(図中、SUと表記)108を設置している。各ディジタル変換器(SU)108は、光ファイバからなる通信手段109によってディジタル変換器のデータを収集・編集するマージングユニット(図中、MUと表記)111に接続されている。

0031

本実施形態では、以上のように構成されたディジタル形変流器105-108、106-108およびディジタル形計器用変圧器107-108と、光ファイバからなる通信手段109と、マージングユニット(MU)111とから構成されたユニット一式を、ディジタル計器変成器ユニットBと称する。

0032

上述した開閉装置制御・監視ユニットAの開閉装置制御・監視演算ユニット1と、ディジタル計器用変成器ユニットBのマージングユニット(MU)111とは、プロセスバスまたはプロセスLAN(以下、単にプロセスバスという)110に接続され、さらにこのプロセスバス110には保護リレーユニット112および回線単位の監視制御機能を持つベイコントロールユニット(図中、BCUと表記)113が接続される。なお、保護リレーユニット112とベイコントロールユニット113とを別々に構成せずに、両者を一体に構成したユニットの場合もある。また、保護リレーユニット112とベイコントロールユニット113とを総称して保護制御手段と呼ぶ。

0033

図2図1に示した開閉装置制御・監視演算ユニット1のうち、遮断器102に対応する機能および構成の一例を示す図であり、断路器103、104に対応する機能および構成については示していない。また、図3図1に示した遮断器102用の開閉装置制御・監視入出力ユニット2に対応する機能および構成の一例を示す図である。

0034

まず、図2から説明する。開閉装置制御・監視演算ユニット1は、内部を機能面で分けると、ディジタル演算プロセッサ(CPU)11と、開閉装置状態データ記憶手段12と、I/O通信インターフェース13と、内部バス14とから構成されている。

0035

このうち、ディジタル演算プロセッサ(CPU)11は、遮断器102に関する開閉制御演算および監視演算を行うものであり、具体的には図示されているように遮断器102の開閉状態監視、欠相監視、ガス圧力監視、油圧監視、油面監視等の監視演算、その他の機器監視演算、さらに選択完了確認(Selected確認)等に基づいて操作ロックやインターロック等を行っている。

0036

また、開閉装置状態データ記憶手段12は、開閉装置制御・監視演算ユニット1の左側に示されている開閉装置制御・監視入出力ユニット2から伝送されてきた遮断器状態データをI/O通信インターフェース13を介して取り込み、保存する。なお、内部バス14は、ディジタル演算プロセッサ(CPU)11のデータの入出力に使われるほか、開閉装置制御・監視入出力ユニット(DSI/O)3や開閉装置制御・監視入出力ユニット(DSI/O)5との間でa、b接点情報の入出力を行う。

0037

一方、プロセスバス110は、マージングユニット(MU)111との間で電圧および電流情報を入出力し、保護リレーユニット112との間でトリップ指令再閉路指令を入出力し、そしてベイコントロールユニット(BCU)113との間で選択/制御等の信号を入出力するようになっている。なお、保護リレーユニット112中、メイン112-1、FD112-2とはそれぞれ主検出リレーユニット、事故検出フェイルセーフリレーユニットを意味する。

0038

次に、図3について説明する。遮断器の開閉装置制御・監視入出力ユニット(図中、CB I/Oと表記)2は、遮断器102の駆動コイルである投入コイル(CC)や引外しコイル(TC)に投入電流あるいは引外し電流直接通電させる半導体スイッチ21を有する駆動回路と、この半導体スイッチに投入(再閉路)または遮断開放)指令に基づく駆動信号を出力する2重化された論理回路22{第1の論理回路;FD/選択ドライブ用論理回路(PLD−1)22-1、第2の論理回路;メイン/制御ドライブ用論理回路(PLD−2)22-2}と、遮断器の状態接点(a接点、b接点)や油圧スイッチ、油面スイッチ油圧ポンプモータ回路の49M等の接点情報を入力するデータ収集手段としてのディジタル入力回路(DI)23と、指令電流、ガス圧、温度、油圧、制御電圧ストローク量等のアナログ情報を入力するデータ収集手段としてのアナログ入力回路AI)24と、油圧ポンプモータ(88M)にディジタル制御指令を出力するディジタル出力回路DO)25と、GCB動作回数カウント油圧ポンプ動作回数カウントを行い、制御・監視演算ユニット1の伝送する制御回路(PLD−3)26とから構成されている。このように、本実施形態の遮断器の開閉装置制御・監視入出力ユニット2には、ディジタル演算プロセッサを一切使用していない。

0039

また、第1および第2の論理回路22-1および22-2、制御回路26は、PLDに限定されるものではなく、FPGAに置き換えてもよい。なお、上述したPLDとは、プログラマブルロジックデバイス(Programmable Logical Device)のことであり、またはFPGAとはフィールド・プログラマブル・ゲートアレイ(Field Programmable Gate Array)のことである。

0040

前記半導体スイッチ21は、遮断器引外し回路、投入回路の信頼性を上げるために、8個の半導体スイッチを引外しコイル(TC)用と、投入コイル(CC)用とに4個ずつ分け、しかも引外しコイル(TC)と、投入コイル(CC)にそれぞれ2直列並列となるように接続している。また、半導体スイッチ21には電流検出用抵抗27を直列に接続しており、この電流検出用抵抗27の端子から開閉装置の電気量データとして、投入コイル電流あるいは引外しコイル電流を取り出して遮断器開閉の指令電流を検出できるようにしている。なお、必要により点検用半導体スイッチなどを直列に接続しても良い。

0041

次に、前記第1の論理回路22-1および第2の論理回路22-2について説明するが、これらの機能および構成の詳細は図4で述べるので、ここでは概念について説明する。

0042

第1の論理回路22-1および第2の論理回路22-2は、図中右側に示した制御・監視演算ユニット1からコード化された制御指令をそれぞれ入力して、反転2重符号チェックデコード処理を行って、制御指令に基づいて前記半導体スイッチ21に駆動信号を出力する。

0043

第1の論理回路22-1は、引外し回路のコイル(TC)端子側および投入回路のコイル(CC)端子側にそれぞれ挿入された2個並列接続の半導体スイッチ21に対して駆動信号を出力するように構成されている。

0044

一方、第2の論理回路22-2は、直流電源Bat(バッテリー)の陽極端子側の引外し回路および投入回路にそれぞれ挿入された2個並列接続の半導体スイッチ21に対して駆動信号を出力するように構成されている。

0045

また、前記ディジタル入力回路(DI)23に入力された遮断器の状態接点(a接点、b接点)、油圧スイッチ、油面スイッチ、油圧ポンプモータ回路の49M接点などのディジタル入力信号は制御回路26に入力されるようになっている。

0046

前記アナログ入力回路(AI)24に入力されたガス圧力センサ温度センサ油圧センサ、制御電圧センサストロークセンサおよび指令電流等のアナログ入力データは、マルチプレクサ(MPX)で時系列並び替えられた後、アナログ/ディジタル変換器(A/D)によりディジタルデータに変換され、制御装置26に入力される。

0047

前記ディジタル出力回路(DO)25は、制御回路26から出力された指令を油圧ポンプモータ回路に駆動接点88Mとして出力する。

0048

このように、制御回路26は、ディジタル入力回路(DI)23、アナログ入力回路(AI)24からデータを入力する他に、選択完了確認(Selected確認)、ドライブ回路監視(半導体スイッチの常時監視)、コイル断線監視等の監視回路出力を入力することによって、ガス遮断器(GCB)の動作回数カウント、油圧ポンプの動作回数カウント、油圧ポンプ制御回路モータ制御等を行う。なお、前記ドライブ回路監視、コイル断線監視は、前記半導体スイッチの端子間電圧を検出することにより行う。

0049

さらに、制御回路26は、開閉装置制御・監視入出力ユニット2の走行監視を行い、その結果を図示しないI/O通信インターフェースを介して開閉装置制御・監視演算ユニット1に伝送する。なお、開閉装置制御・監視演算ユニット1へのデータ伝送の際には、信頼性を上げるためにデータをマンチェスターコードに変換し、CRC符号を付加して伝送するようにしているが、もちろん他の符号形式データチェック方法を用いても良い。

0050

断路器103、104用または図示しない接地開閉器用の開閉装置制御・監視入出力ユニット3〜5の構成については、以上述べた遮断器102用の開閉装置制御・監視入出力ユニット2と同様なので図面および説明は省略する。

0051

次に、図4を参照して開閉装置制御・監視入出力ユニット2における、遮断器駆動回路(CMU)29の機能および構成について説明する。

0052

図4において、遮断器駆動回路(CMU)29は、システムを2重化しているため、第1および第2の論理回路22-1、22-2は、それぞれ開閉装置制御・監視演算ユニット1系および開閉装置制御・監視演算ユニット2系の両方から伝送されてくる開閉指令情報を取り込み、しかも、2重化伝送による指令信号の矛盾が発生しないように、開閉装置制御・監視入出力ユニット2の伝送エラー処理として、指令信号のコード化と反転2重符号チェックを採用している。このため、第1の論理回路22-1と第2の論理回路22-2はそれぞれ、コード化された指令信号の反転2重符号チェックをした後、デコード処理を行うように構成されている。

0053

また、保護機能制御機能独立制御の実現と十分な信頼性の確保のために、投入回路、引外し回路は保護と制御で独立するように、8個の半導体スイッチを引外しコイル(TC)用と、投入コイル(CC)用とに4個ずつ分けて2直列2並列接続し、各々の半導体スイッチ21を別々の論理回路22-1、22-2で制御するように構成していることは図3のところで述べた通りである。このように、本実施形態のGCB駆動回路は8接点構成(8半導体スイッチ構成)とすることにより、誤動作を防止する冗長構成としている。

0054

なお、半導体スイッチ21による遮断器駆動出力は、遮断(開放)指令はa接点ONとのアンド条件で、投入(再閉路)指令はb接点オンとのアンド条件で出力する。従って、第1の論理回路22-1と第2の論理回路22-2では、a接点情報およびb接点情報を取り込む構成としている。

0055

また、制御における選択完了確認信号(Selected確認)は、従来の機器制御・監視システム部である現場制御盤の設計思想に合わせて、半導体スイッチに対する遮断器駆動信号(すなわち、論理回路の出力側)より折り返すことにする。論理回路22が故障した場合、遮断器102の誤動作に直結する可能性が高い。論理回路22の故障モードとしては全てHi側またはLo側張り付くモードが多いことから、第1の論理回路22-1と第2の論理回路22-2の同時故障による遮断器誤動作を防止するために、第1の論理回路22-1と第2の論理回路22-2の正負論理を逆にする設計としている。

0056

すなわち、第1の論理回路22-1において、FDリレーのトリップ信号および欠相遮断信号オア回路ORを介して半導体スイッチ21に動作指令を与えるように構成されている。また、保護リレー動作時に選択制御指令をブロックする論理回路(従来の機器制御・監視システム部である現場制御盤の86回路相当)は、禁止回路(IH;インヒビット回路)が担うようにしている。また、再閉路(FD)時にはAnti-pumpingリレー回路でアンチポンピング制御を行うように構成している。そして、前述した選択指令時には、選択完了確認(Selected確認)を行うように構成している。

0057

第2の論理回路22-2において、メインリレーのトリップ信号および欠相遮断信号はオア回路(OR)を出力するように構成されている。また、保護リレー動作時に開放指令または投入指令を禁止回路(IH)でブロックするようにしている。さらに、再閉路時と投入時にはAnti-pumpingリレー回路でアンチポンピング制御を行うように構成している。

0058

そして、前記オア回路(OR)、禁止回路(IH)、Anti-Pumpingリレー回路の出力は、それぞれノット回路(NOT)によって反転されて直流電源Batの陽極側の半導体スイッチ21に動作指令を与えるように構成されている。

0059

なお、電源監視回路(PAL)28の故障による遮断器誤動作を防止するため、電源監視回路PALを2重化構成とし、第1の論理回路22-1と電源監視回路(PAL−1)28-1、第2の論理回路22-2と電源監視回路(PAL−2)28-2の組み合わせ構成を採用している。

0060

なお、本実施形態では、保護と制御では同一の論理回路で半導体スイッチを制御しているが、さらに信頼性を高めるために別々の論理回路を用いて制御しても良いことは言うまでも無い。また、第1の論理回路22-1はFDリレーの選択ドライブ、第2の論理回路22-2は、メインリレーの制御ドライブをそれぞれ分担しているが、この組み合わせは任意に変更できることは言うまでも無い。

0061

図5は、保護時すなわち、トリップ時または再閉路時における、主検出リレー(メイン)および事故検出リレー(FD)の出力信号が、保護リレーユニット112から、開閉装置制御・監視入出力ユニットおよび開閉装置制御・監視演算ユニット(論理回路)を経て開閉装置制御・監視演算ユニット(半導体スイッチ)の駆動信号に至るまでの一連の遮断器駆動信号の基本的な流れを示すと共に、制御時すなわち、開放時または投入時における、選択から選択完了そして制御に移行する時の出力信号が、ベイコントロールユニット(BCU)から、開閉装置制御・監視入出力ユニット、開閉装置制御・監視演算ユニット(論理回路)を経て開閉装置制御・監視演算ユニット(半導体スイッチ)の駆動信号に至るまでの一連の遮断器駆動信号の基本的な流れについて示したものである。

0062

以上述べたように、本実施形態の開閉装置制御・監視システムによれば、開閉装置制御・監視演算ユニット1と開閉装置制御・監視入出力ユニット2〜5との2種類のユニットに構成・機能を分担したことにより、開閉装置102〜104への効率的な配置、プロセスバス110との効率的な通信が可能になる。

0063

また、開閉装置制御・監視入出力ユニット2の遮断器駆動回路の冗長構成を十分に信頼性の高い構成としたことにより、保護リレーの信頼性を低下させないシステムとして十分な信頼性を得ることができる。

0064

また、前述したように遮断器の状態接点(a接点、b接点)、油圧スイッチ、油面スイッチ、油圧ポンプモータ回路の49M接点、ガス圧力センサ、温度センサ、油圧センサ、制御電圧センサ、ストロークセンサ、指令電流検出、遮断器動作回数カウント、油圧ポンプ動作回数カウントの機能を備えているので、遮断器動作回数監視、遮断器動作時間監視、ガス漏れ監視、油圧ポンプ動作回数監視、遮断器ストローク波形監視などの機器監視が可能である。

0065

更に、従来の現場制御盤で補助リレータイマーリレーなどを組み合わせて実現していた開閉装置本体の駆動制御や監視を、開閉装置制御・監視演算ユニット1のディジタル演算プロセッサ(CPU)11上で走るソフトウェアにより実現し、また、操作機構部の駆動は、駆動回路(CMU)の半導体スイッチにより行うので、現場制御盤と同等の機能を数枚の基板回路で実現することができる。

0066

また、制御回路の基板化により、制御部品取り付け工数電気配線工数を大幅に削減できる。従来の現場制御盤を廃止して、開閉装置制御・監視ユニットを開閉装置本体に組み込むことが可能になるので、開閉装置本体のコンパクト化、トータルコストダウン、主器と保護・制御の保守メンテナンス一体化が可能になる。

0067

更に、機器の制御・監視をソフトウェアで実現するので、インターロック条件など、機種運用形態毎に異なる制御・監視条件の変更や、制御・監視機能拡張を、ハードウェア設計変更をすることなく、ソフトウェアの変更により容易に実現することができる。

0068

また、各ベイの開閉装置制御・監視ユニットは互いにプロセスバスで接続されているので、インターロックの状態を監視制御装置などの上位系から監視、制御することに加えて、複数の開閉装置制御・監視ユニットが互いに監視、制御することができるので、インターロックの信頼性を向上できる。また、機器の点検中に誤って上位系からの指令でインターロックが解除されることを防止できるので、機器の点検時の安全性を向上させることができる。

0069

なお、断路器、接地開閉器の機器監視も同様であることは言うまでも無い。
また、伝送の符号化形式、伝送エラー検出方法、2重化、2系列化などの冗重構成に関しては、上述の方法に限定せず、他の方法を適用できることも言うまでも無い。

0070

(実施形態2)
次に、図6を参照して実施形態2におけるディジタル化された開閉装置保護制御システムにおける開閉装置制御・監視ユニットの位置付けについて説明する。

0071

図6において、プロセス制御ユニット120は、前述した保護リレーユニット112、ベイコントロールユニット113(BCU)(保護リレーユニット112とベイコントロールユニット113が一体のユニットの場合もある)、マージングユニット(MU)111、プロセスバス通信手段122、および開閉装置制御・監視演算ユニット1のそれぞれの機能をプリント基板実装し、これらのプリント基板を集合ケースの背面にてバックボードに設けたパラレルバス(内部バス)121で接続する構成としたものである。

0072

本実施形態の開閉装置制御・監視演算ユニット1は、実施形態1の場合と同様に、開閉装置制御・監視入出力ユニット2〜5と光ファイバからなる開閉装置制御・監視演算ユニット通信手段6で接続されている。

0073

プロセスバス通信手段122は、パラレルバス121とプロセスバス110との間の通信を中継することおよび通信プロトコルの変換を行うものであり、必要に応じてスイッチングハブ130等のバス調停装置を介して、下位に位置する開閉装置制御・監視演算ユニット1やマージングユニット111に接続され、更に図示していない他ベイにある各種ユニット等と接続される。
なお、開閉装置制御・監視ユニットの構成詳細および半導体スイッチ21と論理回路22による遮断器駆動回路の詳細構成と動作は、実施形態1と同様なので、説明を省略する。

0074

このように、本実施形態は、保護リレーユニット112、ベイコントロールユニット(BCU)113、マージングユニット(MU)111、プロセスバス通信手段122、および開閉装置制御・監視演算ユニット1を1つの集合ケース内でバックボードによって、パラレルバス121と接続するように構成したので、プロセスバス構成規模を小さくでき、集合ケースにコンパクトに納めることができるため、集合ケースの設置スペース確保等も容易になり、開閉装置本体または本体近傍に設置する形態に最も適していると言える。

0075

また、保護リレーユニット112、ベイコントロールユニット(BCU)113、マージングユニット(MU)111、プロセスバス通信手段122、および開閉装置制御・監視演算ユニット1を基板で構成する場合、各基板の故障時に該当基板のみ交換できる保守上の利点がある。また、同一基板内に複数のユニットの機能を実装する場合は、基板の枚数が少なくなると共に、回路部品点数を削減することもでき、故障率低減、コスト低下、小型化が実現できる利点がある。

0076

また、開閉装置制御・監視ユニットとしての機能は、実施形態1と同様であるが、開閉装置制御・監視演算ユニット1が、保護リレーユニット112、ベイコントロールユニット(BCU)113、マージングユニット(MU)111とパラレルバス(内部バス)121で接続されたことにより、実施形態1より高速、かつより高信頼にユニット間のデータの授受が可能となり、結果としてより信頼性の高いシステムを構築できる。
なお、実施形態2は、実施形態1で述べた開閉装置制御・監視システムの効果を全て有することは言うまでも無い。

0077

(実施形態3)
本実施形態は、遮断器の接触子(コンタクタ)を主回路電流または主回路電圧の所定の位相にて開極、閉極させるようにした開閉装置制御・監視システムにおける遮断器の同期開閉制御に係るものである。

0078

すなわち、本実施形態の開閉装置制御・監視システムは、保護リレーユニット112/ベイコントロールユニット113からの保護指令、または制御指令に対して、遮断器の接触子を主回路電流または主回路電圧の所定の位相にて開極、閉極させる制御を行うにあたり、開閉製装置制御・監視入出力ユニット2の前記論理回路22が、前記保護指令、または制御指令に対して所定の時間だけ遅延させて前記半導体スイッチ21を動作させ、この所定の遅延時間は、前記開閉装置制御・監視演算ユニット1のディジタル演算プロセッサ(CPU)11が、ディジタル変換器(SU)108から取得した主回路電流または主回路電圧に基づいて算出するようにしたものである。
なお、本実施形態における開閉装置制御・監視ユニットの構成は実施形態1または実施形態2のいずれの構成も採用できる。

0079

図7は同期開極制御のタイミングチャートを示す図である。
開極指令信号(引き外し指令、または遮断指令)は、ベイコントロールユニット(BCU)113(または、保護リレーユニット112)からプロセスバス110を経由してtcommandのタイミングで開閉装置制御・監視演算ユニット1に伝送される。

0080

開閉装置制御・監視演算ユニット1は、開極指令信号を受信後、次にくる主回路電流の零クロス点のタイミングを待ち、このタイミングから同期開極遅延時間Tdelayの遅延時間をおいて同期開極制御信号(TCSS)を出力して、引外しコイル(TC)を駆動する。
ここで、理想的には同期開極遅延時間Tdelayは次式で得られる。

0081

Tdelay = Tfreq + ( Ttarget − ( Topening %Tfreq ) )
( 0 ≦ Tdelay < 2 × Tfreq )
ただし、(Topening %Tfreq )は、Topening /Tfreq の余り
開閉装置制御・監視ユニットを用いた同期開閉制御システムでは、以下の役割分担をして同期開極制御を行う。

0082

<開閉装置制御・監視演算ユニット1の役割>
(i)主回路電流の零クロス点を検出する。ただし、主回路電流波形は、プロセスバス110経由で、マージングユニット(MU)111より取得する。
(ii)開極指令信号受信後、次の主回路電流の零クロス点のタイミングまでの時間を算出する。
(iii)主回路電流の零クロス点のタイミングを基準とした同期開極遅延時間Tdelayを算出する。
(iv)同期開極遅延時間Tdelayを開閉装置制御・監視入出力ユニット2に伝送する。

0083

なお、開閉装置制御・監視入出力ユニット2に伝送する同期開極遅延時間Tdelayには、理想的な遅延時間に開閉装置制御・監視入出力ユニット2への伝送遅れ、零クロス点と伝送タイミングとのズレなどを考慮した補正を加える。

0084

<開閉装置制御・監視入出力ユニット2の役割>
(i)開閉装置制御・監視演算ユニット1から開極指令を受信後、受信した同期開極遅延時間Tdelay分だけ、遅延タイマーをカウントする。
遅延タイマーのカウントは第1の論理回路22-1、および第2の論理回路22-2で実施する。
(ii)遅延タイマーカウント完了後に、半導体スイッチ21に対して開極動作信号を出力する。

0085

また、遮断器の開極動作時間Topeningは、遮断器温度、遮断器操作圧力、遮断器制御電圧、遮断器動作回数、遮断器休止時間によって変動する。これらのデータは開閉装置制御・監視入出力ユニット2で取得しているので、開閉装置制御・監視演算ユニット1内のディジタル演算ユニットで開極動作時間Topeningの補正演算を行うことができる。

0086

なお、同期閉極制御においても同様な動作を行うことは言うまでも無い。ただし、同期閉極制御では、主回路電圧の零クロス点を基準に制御し、また、プレアーク特性を考慮する必要がある。

0087

以上説明したように、本実施形態の開閉装置制御・監視ユニットを用いた同期開閉制御システムによれば、遮断器の接触子を主回路電流または主回路電圧の所定の位相にて開極、閉極させるタイミングを出力する制御動作を、ハードウェアである開閉装置制御・監視入出力ユニット2の論理回路のみで行っている。一方、タイミングを決定する開極動作時間/閉極動作時間および同期開極/閉極遅延時間Tdelayの演算は、開閉装置制御・監視演算ユニット1のディジタル演算プロセッサ(CPU)11によるので、複雑なアルゴリズムを容易に計算することができる。

0088

以上のハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより、高精度の同期開閉制御を実現することができる。

図面の簡単な説明

0089

本発明の実施形態1に係るディジタル化された開閉装置保護制御システムの概要を説明する図。
図1遮断器用の開閉装置制御・監視ユニットのうち、開閉装置制御・監視演算ユニットを中心に示す構成図。
図1の遮断器用の開閉装置制御・監視ユニットのうち、開閉装置制御・監視入出力ユニットを中心に示す構成図。
遮断器駆動回路の詳細構成図。
遮断器駆動信号の基本的な流れ図。
本発明の実施形態2に係るディジタル化された開閉装置保護制御システムの概要を説明する図。
本発明の実施形態3のディジタル化された開閉装置保護制御システムにおける同期開極制御時のタイミングチャートを示す図。

符号の説明

0090

A…開閉装置制御・監視ユニット、B…ディジタル計器用変成器ユニット、1…開閉装置制御・監視演算ユニット、2、3、4、5…開閉装置制御・監視入出力ユニット、6…開閉装置制御・監視演算ユニット通信手段、11…ディジタル演算プロセッサ、12…開閉装置状態データ記憶手段、13…I/O通信インターフェース、14…内部バス、21…半導体スイッチ、22-1、22-2…論理回路、23…ディジタル入力回路(DI)、24…アナログ入力回路(AI)、25…ディジタル出力回路(DO)、26…制御回路、27…電流検出用抵抗、28…電源監視回路(PAL)、29…遮断器駆動回路(CMU)、102…遮断器、103、104…断路器、105、106…変流器、107…計器用変圧器、108…ディジタル出力手段(ディジタル変換器)、109…通信手段、110…プロセスバス(プロセスLAN)、111…マージングユニット(MU)、112…保護リレーユニット、113…ベイコントロールユニット(BCU)、121…パラレルバス(内部バス)、122…プロセスバス通信手段。

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