(57)【要約】【課題】開閉器の動作特性に関する異常の予兆を正確に検出する。【解決手段】開閉器の投入指令電流を測定する電流センサと、少なくとも２以上の補助接点から接触子の位置に応じた信号を出力する補助開閉器と、電流センサと補助開閉器からの信号を測定する測定部と、異常の有無を判定する診断部と、異常と判定されたときに異常と表示する表示部から開閉器の動作特性監視装置を構成し、予め実施した複数の開閉試験結果から閾値を求めておき、実際に遮断器が動作したときの投入指令電流と補助開閉器の信号から得られる特徴時間を計算し、閾値と比較したとききに、逸脱していた場合には異常と判定する。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉器の投入指令電流を測定する電流センサと、
少なくとも２以上の補助接点から接触子の位置に応じた信号を出力する補助開閉器と、
前記電流センサと前記補助開閉器からの信号を測定する測定部と、
前記測定部での信号から異常の有無を判定する診断部と、
前記診断部での診断結果から、異常と判定されたときに異常と表示する表示部から構成されることを特徴とする開閉器の動作特性監視装置。
【請求項２】
請求項１に記載の開閉器の動作特性監視装において、
前記各補助開閉器は接触子の位置に応じて接点の切り替わるタイミングが少なくとも２種類備わっていることを特徴とする開閉器の動作特性監視装置。
【請求項３】
請求項２に記載の開閉器の動作特性監視装において、
前記診断部は、前記投入指令電流と前記補助開閉器の信号から特徴時間を算出することを特徴とする開閉器の動作特性監視装置。
【請求項４】
請求項３に記載の開閉器の動作特性監視装において、
前記診断部は、測定した信号から投入指令電流の立ち上がり時刻ｔ０、投入指令電流の第一極小値の時刻ｔ１、前記接触子の動き始めの時刻ｔ２、前記補助開閉器の補助接点の信号の変動時刻を小さいものからｔ４、ｔ５、ｔ６、前記接触子の動き終わりの時刻ｔ７と設定し、閾値と比較して、｜ｔ１−ｔ０｜が所定より大きい場合には投入用ソレノイド異常を表示し、｜ｔ５−ｔ４｜が所定よりも大きい場合には可動接触子異常と表示し、｜ｔ２−ｔ０｜が所定よりも大きい場合には動作開始時刻異常と表示し、｜ｔ６−ｔ５｜が所定よりも大きい場合に緩衝装置異常と表示し、｜ｔ７−ｔ０｜が所定よりも大きい場合には動作終了時刻を表示することを特徴とする開閉器の動作特性監視装置。
【請求項５】
請求項４に記載の開閉器の動作特性監視装において、
前記診断部は、予め実施した開閉特性試験の平均値と標準偏差から定めた閾値を記憶していることを特徴とする開閉器の動作特性監視装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の開閉器の動作特性監視装置を備えた開閉器。
【請求項７】
開閉器の投入指令電流を取得し、
補助開閉器の少なくとも２以上の補助接点から接触子の位置に応じた信号を取得し、
前記投入指令電流と前記信号を測定し、
前記測定した信号から異常の有無を判定し、
異常がある場合には異常と表示することを特徴とする開閉器の動作特性監視方法。
【請求項８】
請求項７に記載の開閉器の動作特性監方法において、
前記補助開閉器から接触子の位置に応じて接点の切り替わるタイミングが少なくとも２種類備わった信号を取得することを特徴とする開閉器の動作特性監視方法。
【請求項９】
請求項８に記載の開閉器の動作特性監方法において、
前記測定した信号から投入指令電流の立ち上がり時刻ｔ０、投入指令電流の第一極小値の時刻ｔ１、接触子の動き始めの時刻ｔ２、補助接点信号の変動時刻を小さいものからｔ４、ｔ５、ｔ６、接触子の動き終わりの時刻ｔ７を抽出し、閾値と比較して、｜ｔ１−ｔ０｜が所定より大きい場合には投入用ソレノイド異常を表示し、｜ｔ５−ｔ４｜が所定よりも大きい場合には可動接触子異常と表示し、｜ｔ２−ｔ０｜が所定よりも大きい場合には動作開始時刻異常と表示し、｜ｔ６−ｔ５｜が所定よりも大きい場合に緩衝装置異常と表示し、｜ｔ７−ｔ０｜が所定よりも大きい場合には動作終了時刻を表示することを特徴とする開閉器の動作特性監視方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の開閉器の動作特性監方法において、
前記閾値は、予め実施した複数回の開閉特性試験の平均値と標準偏差から求めることを特徴とする開閉器の動作特性監視方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の開閉器の動作特性監方法において、
前記閾値は、
【数１】
2018032566.tif 000006
【数２】
2018032566.tif 000007
【数３】
2018032566.tif 000008
から求めることを特徴とする開閉器の動作特性監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主回路を開閉するための開閉器の動作特性の異常を監視するのに好適な開閉器の動作特性監視装置、それを備えた開閉器及び開閉器の動作特性監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス遮断器は、変電所や発電所などに設置され、地絡や短絡などの系統事故時に、操作器により駆動される電極間にガスを吹き付けることにより電流を遮断し、変圧器などの機器が損傷することを防ぐ働きをする。不具合により電流を遮断できない場合には、事故範囲が拡大し、多大な支障が発生するため、ガス遮断器には高い信頼性が求められている。ガス遮断器の不具合要因としては、機構系のトラブルが多いため、ガス遮断器の動作特性を監視することにより、多く事故を未然防止できると考えられている。
【０００３】
特許文献１や特許文献２においては、電力設備の主回路を開閉するための開閉器の動作特性監視では、開閉器の動作特性を指示する指令の発生に伴って投入コイルまたは引き外しコイルに流れる励磁電流と、可動接触子の位置を示す検出信号とに基づいて、指令発生時から開閉器が動作を開始するまでの時間と、その後、動作を完了するまでの時間とを監視することで、開閉器の動作特性の良否を判定する方法が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２９３６８２号公報
【特許文献２】特開２００３−３０８７５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２における可動接触子の位置を示す検出信号からは開極動作または投入動作に対して、２点のストローク位置に関する時刻データしか得られなかった。そのため、開閉特性の詳細な動作を考慮できず、接点の動き始めやストロークエンド付近で発生する異常を検出できなかった。また、開閉器は長期間使用される機器であり特許文献１で用いられている検出器では、長期間の使用に対して更なる信頼性の改善が必要であった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、開閉器において複数のストローク位置に対応して信号を発する補助開閉器を少なくとも２つ以上備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、可動接触子の詳細情報を取得することで、開閉器の動作特性を高感度に、長期間の信頼性の高い検出を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１を示す開閉器の動作特性監視装置のブロック構成図である。
【図２】操作器の構造及び接触子との関係を表す図である。
【図３】補助開閉器の構造を表す上面図である。
【図４】補助開閉器の構造を表す側面図である。
【図５】カムの初期値θａとカムの閉極時の位置θｂと扇形の中心角θｃとの関係を表した図である。
【図６】可動接触子のストロークと軸Ａｘの回転角度θとの関係を表した図である。
【図７】ストローク特性の推定方法を表した図である。
【図８】実施例１の診断フロー図を示したものである。
【図９】遮断器を５００回ほど動かした場合の、各時間差のばらつきを示すデータである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を実施する上で好適な実施例について図面を用いて説明する。尚、下記はあくまでも実施例に過ぎず、発明の内容は下記態様に限定されるものでないことは言うまでもない。
【実施例１】
【００１０】
以下、実施例１を図面に基づいて説明する。図１は開閉器の動作特性監視装置のブロック構成図である。開閉器の動作特性監視装置は、開閉器として、例えば、三相の主回路の開閉させる遮断器１を対象とし、遮断器１の開閉時における異常の有無を検出できるように構成されている。遮断器１は例えばガス遮断器（ＧＣＢ）や真空遮断器（ＶＣＢ）である。遮断器１は、投入コイル２、引き外しコイル４、測定部９、診断部１０、表示部１１、補助開閉器２０等を備えて構成される。補助開閉器は補助ａ接点ａ１、ａ２、ａ３、補助ｂ接点ｂ１、ｂ２、ｂ３等から構成される。
【００１１】
投入コイル２は、遮断器１の主接点と連動する補助ａ接点ａ１と投入指令用の接点７ａと互いに直列に接続され、直流電源３の電源端子間に挿入されており、制御装置（図示省略）からの投入指令に応答して接点７ａが閉じたときに励磁電流が流れる。投入コイル２に電流が流れると、操作器が駆動される。
【００１２】
図２に一例として操作器の構造及び接触子との関係を示す。圧縮により蓄勢された投入ばね４５は投入ばねリンク４６と、それに接続されたラチェットギヤ４４及びラチェットギヤと同軸上に固定されたカム５３を反時計回りに回転させようとする。この力は投入用第２ラッチレバー４７と投入用第１ラッチレバー４２によって支えられて、力のつり合いが保たれている。
【００１３】
投入コイル２に電流が流れると、投入用ソレノイド４１のプランジャが飛び出し、投入用第１ラッチレバー４２を反時計回りに回転させ、投入用第２ラッチレバー４７との係合が外れる。カム５３は、取り付けられたローラにより投入用第２ラッチレバー４７に沿って、反時計回りに回転する。カム５３の回転はメインレバー５２を時計回りに回転させる。
【００１４】
メインレバー５２の回転は補助開閉器２０の軸Ａｘをリンクを介して反時計回りに回転させる。同時にメインレバー５２に接続されているばね受け５５を左方向に動かして、遮断ばね５４を圧縮する。圧縮の途中で、ばね受けはピストン５６と係合し、ピストン５６を左側に動かす。ピストン５６の動きは軸５７を中心として、可動接触子５８を右側に動かす。可動接触子５８が固定接触子５９と接触状態となったときに投入状態となる。
【００１５】
図１で遮断器１の主接点が投入されたときには補助ａ接点ａ１が開かれ、投入コイル２が非励磁状態となる。このとき引き外しコイル４と直列に接続された補助ｂ接点ｂ１が閉じる。投入コイル２に流れる電流はシャント抵抗で構成された電流センサ１２によって検出され、この検出電流は測定部９に供給される。
【００１６】
一方、引き外しコイル４は、遮断器１の主接点と連動する補助ｂ接点ｂ１、開極指令用の接点８ａと互いに直列に接続されて直流電源３の電源端子に接続されており、制御装置からの引き外し指令に応答して接点８ａが閉じたときには、補助ｂ接点ｂ１が閉じているので、励磁電流が流れるように構成されている。引き外しコイル４に励磁電流が流れると、操作器が駆動され、遮断器１の主接点が引き外される。
【００１７】
図２では、遮断ばね５４の力で主接点である可動接触子５８と固定接触子が引き離される。その際、メインレバー５２は反時計回りに回転し、補助開閉器の軸Ａｘを時計回りに回転させる。
【００１８】
遮断器１の主接点が引き外された後は、補助ｂ接点ｂ１は開き、引き外しコイル４に流れる電流は、シャント抵抗で構成された電流センサ１３によって検出され、この検出電流は測定部９に供給される。
【００１９】
投入コイル２の励磁により遮断器１の主接点が投入され、遮断器１の投入動作が完了した時には補助ｂ接点ｂ２及びｂ３が閉じ、投入動作が終了したことを示す信号が測定部９に入力される。遮断器１の引き外し動作が終了したときには補助ａ接点ａ２及びａ３が閉じ、遮断器１の引き外し動作が終了したことを示す信号が測定部９に入力される。
【００２０】
補助開閉器２０の構造を表す上面図を図３に、その側面図を図４に示す。補助開閉器は軸Ａｘに扇形状のカム２２が取り付けられており、軸Ａｘの回転に応じて、下側または上側の接点がカムにより動かされることで、ａ接点ａおよびｂ接点ｂの導通状態が変化する。図の例では、ばね２１の力によりＯＮしていたｂ接点（下側の接点）がカムにより押し下げられ、ＯＦＦとなり、ａ接点（上側の接点）がばねの力でＯＮ状態となっている。補助開閉器２０の接点は軸Ａｘに複数のカムと接点とを設けており、複数のａ接点とｂ接点の組みが得られる構成となっている。補助開閉器２０は図３に示すように、複数の接点とから構成されている。
【００２１】
図５に補助開閉器２０のカムの初期値θａとカムの閉極時の位置θｂと扇形の中心角θｃとの関係を示す。図６に投入時の可動接触子のストロークと軸Ａｘの回転角度θとの関係を示す。横軸が開極状態を基準とした軸Ａｘの回転角であり、縦軸は主接点のストロークを表す。θ＝０が開極状態、θｍが閉極状態での回転角度である。θｂでｂ接点がＯＮ（抵抗ゼロ）、θａでａ接点がＯＦＦとなっていることを表す。所望のθａ、θｂは、カム２２の閉極時の位置をθｂとし、カム２２の中心角度がθｃ（＝θｂ−θａ＋１８０）となるように製作することで、実現できる。Ｚ＝０が開極状態での可動接点の位置を表し、Ｚ＝１で閉極状態の位置を表している。ストロークと軸Ａｘの回転角度θは１対１の関係にあり、回転角度θを知ることにより、ストロークの位置を把握できる。
【００２２】
図７に補助開閉器２０からの接点情報３５ａ、３５ｂ、３４ａ、３４ｂ、投入指令電流３３及びストローク特性の真値３１とストローク特性の推定値３２を示す。遮断器１が正常に投入されたときには、投入指令電流３３及び可動接触子５８のストローク特性の真値３１は、ほぼ定まった波形となり、投入毎に大きなばらつきはない。そのため、遮断器１の動作特性の異常の有無を判別するには、可動接触子５８のストローク特性の真値３１を正確に模擬できることが重要である。ストローク特性の真値３１を得るには、ポテンショメータやレーザ変位計などを用いることが考えられるが、これらの変位計を遮断器１に取り付けることは困難である。また、これら計測器は、長期間の使用には十分な信頼性を持って使えないという点も課題としてあげられる。
【００２３】
そこで、実施例１では、上述した補助開閉器２０の軸Ａｘの回転角度とストロークの関係に基づき、カム２２の初期位置θｂや中心角θｃを様々に変えたものを補助開閉器２０に組み込むことで、１つのストローク特性に対して、少なくとも２点の補助開閉器の信号データを得られるようにした。図７中では補助開閉器２０から４点の接点信号を得ることで、高精度にストローク特性を推定可能としている。補助開閉器２０とすることで、より簡便な計測器とし、長期間の使用に対して十分な信頼性を持って使えるようになる。
【００２４】
図７の３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂ、３３は、それぞれ、図１のａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３、１２の投入動作時の信号を測定部９で取り込んだものに対応している。この例では、ストローク特性を模擬するのに２つの補助接点を用いているので計４つの信号が取り込まれている。横軸を投入指令電流を起点とした時間、縦軸を開極状態の可動接点の位置を起点としたストロークを表す場合、各接点の信号の変化点ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６と、対応するカムの角度θｂ２、θｂ１、θａ１、θａ２とから、白丸で示したプロットが得られ、ストローク特性の推定値３２を折れ線で近似できる。ｔ３とｔ４の点を延長してストロークが零となる時間をｔ２とし、ｔ５とｔ６の点を延長しストロークが１ｐｕとなる時間をｔ７とするとき、ｔ２は可動接点の動き始めを表し、ｔ７は可動接点が停止位置に来たときの時間を表す。使用する補助接点数を増やせば、更に実際のストローク特性の真値３１に近づき、より正確なストローク特性を推定できる。
【００２５】
図８に実施例１の診断フロー図を示す。遮断器１が投入されたら、測定部９で投入コイル２に流れる投入指令電流３３及び補助開閉器信号ａ２、ｂ２、ａ３、ｂ３の電流３４ａ、３４ｂ、３５ａ、３５ｂを測定する（Ｓ１）。
【００２６】
補助開閉器信号と、予め把握しているストロークと対応づけられた補助接点のカムの回転角の関係からストローク特性の値を推定する（Ｓ２）
図７に示すように特徴時間として、 電流立ち上がり時刻ｔ０と投入指令電流の窪みの極小値ｔ１を投入指令電流３３から抽出し、補助開閉器の信号変化する時刻ｔ３、ｔ４、ｔ５、ｔ６を補助開閉器信号から抽出する。また、可動接触子の動き始める時間ｔ２をｔ３、ｔ４の点から、停止位置に来る時間ｔ７をｔ５、ｔ６の点から直線近似で推定する。なお、投入指令電流の窪みは投入用ソレノイドのプランジャが投入用第１ラッチレバー４２を押す時に発生する（Ｓ３）。
【００２７】
時刻ｔ１とｔ０の差がある閾値Ｔｔｈ１よりも大きいとき、投入用ソレノイドに固渋があると判断し、表示部１１に異常を表示する（Ｓ４）。
【００２８】
図５からも分かるようにストローク特性の中央(０．５ｐｕ)付近は、ほぼ直線で近似できる。したがって、時刻ｔ４とｔ５の差は可動接点の速度に関係する。時刻ｔ４とｔ５の差がある時間Ｔｔｈ２よりも大きいとき、可動接点の動く速度に異常があると判断し、表示部１１に異常表示する（Ｓ５）。
【００２９】
時刻ｔ２とｔ０の差がある閾値Ｔｔｈ３よりも大きいときには、投入用ソレノイド４１のプランジャの動き以降の投入用第１ラッチレバー４２または投入用第２ラッチレバー４７の動きに問題があると考えられるため、可動接点の動作開始時刻の異常を表示する（Ｓ６）。
【００３０】
時刻ｔ６付近はストロークの最終であり、緩衝装置の働きにより可動接触子とともに可動部が減速する。時刻ｔ６とｔ５の差がある閾値Ｔｔｈ４よりも大きいときには、緩衝装置に異常が発生していると考えられるため、異常を表示する（Ｓ７）。
【００３１】
時刻ｔ７とｔ０の差がある閾値Ｔｔｈ５よりも大きいときには、可動接触子が停止位置に来るまでの時間に異常があると判断し、停止位置到達時刻異常を表示する（Ｓ８）。
【００３２】
次に上記の異常判定部の不等式の右辺に使用した閾値（Ｔｔｈ１からＴｔｈ５）の決め方について説明する。
【００３３】
閾値は事前に遮断器を多数回動かし、正常時の特徴時間ｔ０からｔ７を抽出し、そのばらつきを評価することで決定できる。遮断器の動きが正常時の場合には、フローの異常判定部の右辺の時間差を表す値は、殆ど変化が無く一定値となるものの、僅かにばらつく。
【００３４】
図９に遮断器１を５００回ほど動かした場合の、各時間差のばらつきを示す。例として、この場合における閾値Ｔｔｈ１は、式１により５００回部の平均値ｔｌａｖを求め、次に式２により標準偏差σ１を算出し、最後に式３により平均値と標準偏差をｎ倍したものを閾値Ｔｔｈ１とする。閾値Ｔｔｈ２からＴｔｈ５についても、同様の考え方で計算できる。このデータの標準偏差σを計算し、そのｎ倍したものを平均値に加えることで、閾値にすることができる。
【００３５】
【数１】
2018032566.tif 000003
【００３６】
【数２】
2018032566.tif 000004
【００３７】
【数３】
2018032566.tif 000005
【００３８】
実施例１によれば複数のストローク位置に対応して信号を発する補助開閉器を少なくとも２つ以上備えることで、接点の動き始めやストロークエンド近傍の開閉特性を取得し、高感度な異常検出を長期間実現することが出来る。
【００３９】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細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が可能であり、また、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・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
１：遮断器
２：投入コイル
３：直流電源
４：引き外しコイル
９：測定部
１０：診断部
１１：表示部
１２、１３：電流センサ
２０：補助開閉器
２１：ばね
２２、５３：カム
３１：ストローク特性の真値
３２：ストローク特性の推定値
３３：投入指令電流
４１：投入用ソレノイド
４２：投入用第１ラッチレバー
４４：ラチェットギヤ
４５：投入ばね
４６：リンク
４７：投入用第２ラッチレバー
５２：メインレバー
５４：遮断ばね
５６：ピストン
５８：可動接触子
５９：固定接触子
ａ：ａ接点
ｂ：ｂ接点
ａ１、ａ２、ａ３：補助ａ接点
ｂ１、ｂ２、ｂ３：補助ｂ接点
７ａ、８ａ：接点
【図１】
2018032566.tif 000009
【図２】
2018032566.tif 000010
【図３】
2018032566.tif 000011
【図４】
2018032566.tif 000012
【図５】
2018032566.tif 000013
【図６】
2018032566.tif 000014
【図７】
2018032566.tif 000015
【図８】
2018032566.tif 000016
【図９】
2018032566.tif 000017