(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変電所を構成する変圧器、遮断器及び断路器を含む機器と、前記変電所の電力系統の電圧・電流を検出する第1の状態検出器と、前記変電所の監視対象の前記機器の異常を診断するための前記変圧器の圧力、温度、油面の状態を含む前記機器の状態を検出する第２の状態検出器と、前記変電所の電力系統を保護又は操作するアクチュエータ又はトリップコイル等の制御器とを有してなる変電機器と、
前記第1の状態検出器と前記制御器にそれぞれ第1のシリアル信号伝送路を介して接続され、前記第1の状態検出器で検出された電圧・電流を取り込んで保護演算を行って前記制御器に保護及び操作指令を出力する保護・計測・制御手段と、前記第２の状態検出器に第２のシリアル信号伝送路を介して接続され、前記第２の状態検出器で検出された前記機器の状態を取り込んで前記機器の異常の有無を判定する機器監視手段とが収納され、前記変電機器の近傍に設置されたキュービクルと、
前記キュービクルに収納された前記保護・計測・制御手段及び前記機器監視手段に共有の信号伝送路を介して接続され、前記保護・計測・制御手段と前記機器監視手段とから出力される前記電圧・電流及び前記監視対象の機器の状態に関する情報を収集するとともに、前記制御器に操作指令を出力する変電所監視制御装置と、
前記変電所監視制御装置と通信回線又は通信ネットワークを介して接続され、前記変電所監視制御装置から出力される前記機器の状態に関する情報に基づいて前記機器の異常の有無を監視するとともに前記機器を管理する保守管理装置とを備えてなる変電所システム。
【請求項２】
請求項１に記載の変電所システムにおいて、前記保守管理装置は、前記変電所監視制御装置からの情報を基に、前記機器の状態に関するトレンド管理と履歴管理を含めたデータベースの構築、解析、診断を実行することを特徴とする変電所システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変電所システムに係り、特に、電力系統に接続された変電機器を保護・制御するための機器をＩＴ（Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）技術をベースに変電設備のコンパクト化、自律自動化、データのディジタル化とネットワークの活用によるデータの有効利用を可能とするに好適な変電所システムに関する。
【従来の技術】
【０００１】
電力系統のうち送電系統や配電系統には、発電機の出力を昇圧又は降圧したり、系統の電圧を降圧したりするために変電所が設置されている。変電所には、電圧を昇圧又は降圧するための変圧器の他に、電力を集中・配分するための機器や潮流を制御するための機器あるいは系統や変電所内の機器を保護・制御するための機器が設けられている。
【０００２】
例えば、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）に用いられる遮断器には、ガス圧を検出するガス圧センサ、異常に伴う信号を検出する加速度センサ、電流・電圧検出器などが設置され、変圧器には、変圧器の状態を検出するセンサとして、温度計、圧力計、油面センサ、電流検出器などが設置されている。
【０００３】
これらセンサは、電気信号を伝送するケーブルを介して保護装置、計測装置、制御装置及び機器監視装置に接続されている。さらに保護装置、計測装置、制御装置及び機器監視装置はそれぞれ電気信号を伝送するケーブルを介して、上位の変電所監視制御装置に接続されている。
【０００４】
変電所監視制御装置においては、各種センサから得られた情報を基に遮断器や変圧器の状態を監視し、この監視結果を画面上に表示するとともに、遮断器などに操作指令を出力するようになっている。すなわち、遠隔地において変電所の状態を監視するとともに遮断器などを遠隔操作するようになっている。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術においては、変電所監視制御装置と、この装置よりも下位側に配置された複数の装置がそれぞれ装置ごとにケーブルを介して接続されているため、ケーブル本数が多く、構成が複雑となる。さらに下位側の複数の装置と各センサとがそれぞれケーブルで接続されているため、ケーブル本数が多く、構成が複雑になる。また、遠隔地における機器の保護、制御、監視もまた変電所システムの構成を複雑化している。さらに、アナログ信号はデータの有効利用を妨げている。
【０００６】
本発明の課題は、構成を簡素化するとともに、信頼性を向上できる変電所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】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明は、変電所を構成する変圧器、遮断器及び断路器を含む機器と、前記変電所の電力系統の電圧・電流を検出する第1の状態検出器と、前記変電所の監視対象の前記機器の異常を診断するための前記変圧器の圧力、温度、油面の状態を含む前記機器の状態を検出する第２の状態検出器と、前記変電所の電力系統を保護又は操作するアクチュエータ又はトリップコイル等の制御器とを有してなる変電機器と、前記第1の状態検出器と前記制御器にそれぞれ第1のシリアル信号伝送路を介して接続され、前記第1の状態検出器で検出された電圧・電流を取り込んで保護演算を行って前記制御器に保護及び操作指令を出力する保護・計測・制御手段と、前記第２の状態検出器に第２のシリアル信号伝送路を介して接続され、前記第２の状態検出器で検出された前記機器の状態を取り込んで前記機器の異常の有無を判定する機器監視手段とが収納され、前記変電機器の近傍に設置されたキュービクルと、前記キュービクルに収納された前記保護・計測・制御手段及び前記機器監視手段に共有の信号伝送路を介して接続され、前記保護・計測・制御手段と前記機器監視手段とから出力される前記電圧・電流及び前記監視対象の機器の状態に関する情報を収集するとともに、前記制御器に操作指令を出力する変電所監視制御装置と、前記変電所監視制御装置と通信回線又は通信ネットワークを介して接続され、前記変電所監視制御装置から出力される前記機器の状態に関する情報に基づいて前記機器の異常の有無を監視するとともに前記機器を管理する保守管理装置とを備えて、変電所システムを構成したことを特徴とする。
【０００８】
この場合において、前記保守管理装置は、前記監視制御装置からの情報を基に、前記監視対象に関するトレンド管理と履歴管理を含めたデータベースの構築、解析、診断を実行するように構成できる。
【０００９】
本発明によれば、保護・計測・制御手段は、第1の状態検出器と前記制御器にそれぞれ第１のシリアル信号伝送路を介して接続され、機器監視手段は、第２の状態検出器に第２のシリアル信号伝送路を介して接続されているから、ケーブルの本数を減らして構成の簡素化を図ることができる。また、保護・計測・制御手段及び機器監視手段は、共有の信号伝送路を介して変電所監視制御装置に接続されているから、ケーブルの本数を低減することができ、構成の簡素化を図ることができる。
【００１０】
また、保護・計測・制御手段及び機器監視手段をキュービクル内に収納し、かつ、監視、制御対象の変電機器の近傍に設置して、自律自動化したことから、システムの高機能化及び小型化を実現することができる。
【００１１】
また、保護・計測・制御手段及び機器監視手段を変電所監視制御装置に接続する信号伝送路の伝送情報として、国際的に標準化されたプロトコル、例えば、ＩＥＣ（国際電気標準化会議）６１８５０，６１３７５で規定されたプロトコルを使用すれば、異メーカ間の取り合いを標準化することができる。
【００１２】
さらに、変電所監視制御装置を、通信回線又は通信ネットワーク、例えば、公衆回線、イントラネット又はインターネットを介して保守管理装置に接続し、この保守管理装置が設置されたところを、例えば、電力会社、製造会社の保守拠点とし、保守拠点の保守管理装置において、変電所監視制御装置からの情報を基に監視対象の異常の有無を監視するとともに、監視対象に関するトレンド管理や履歴管理を実行することで、異常の前兆確認や異常発生時の速やかな対応を行うことができる。さらに、信頼性維持のための予防保全計画の立案や点検来歴、部品管理などを行うことで、保守運用の効率化及び信頼性維持を同時に実現することができる。
【発明の実施の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示すシステムの全体構成図である。図１において、電力系統のうち送電系統又は配電系統に接続された変電所には、監視・制御対象としての、変圧器、遮断器、断路器（図示省略）などの変電機器１０が設置されている。変電機器１０の近傍には現地キュービクル１２が設置されている。
【００１４】
変電機器１０は、監視対象（遮断器、変圧器等）の電圧・電流などの状態量を検出する状態検出器１４、制御対象（遮断器等）を制御情報にしたがって制御する制御器１６、状態検出器１８を備えて構成されている。
【００１５】
状態検出器１４は、例えば、図２に示すように、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）１７に設置されて、系統の電圧・電流を計測するセンサとしての巻線型ＰＣＴ（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｍｅｒ）センサと、ＰＣＴセンサの検出による電気信号を光信号に変換する電−光変換器を備えて構成されており、電−光変換器は光シリアルプロセスバス２０に接続されている。
【００１６】
制御器１６は、ＧＩＳ１７に設置されて、光シリアルプロセスバス２０からの光信号を電気信号に変換する光−電変換器と、光−電変換器の出力による保護指令又は操作指令にしたがってＧＩＳ１７を制御するアクチュエータ又はトリップコイルを備えて構成されている。
【００１７】
状態検出器１８は、図２に示すＧＩＳ１７や図３に示す変圧器１９等に設置されており、各種機器を診断するための機器監視センサとして、ＧＩＳ１７内のガス圧を検出するガス圧力センサ１８ａ、変圧器１９内の温度を検出する温度センサ１８ｂ、変圧器１９内の窒素ガスの圧力を検出する圧力センサ１８ｃ、変圧器１９内の油面レベルを検出する油面センサ１８ｄ、変圧器１９の電流を検出する電流センサ１８ｅ等のセンサを備えているとともに、各センサの出力による電気信号を光信号に変換する電−光変換器を備えて構成されている。電−光変換器は光シリアルプロセスバス２２に接続されている。なお、機器監視センサとしては、スイッチギア（ＳＷＧＲ）において、湿度を検出する湿度センサ、振動を検出する音響センサ、絶縁劣化を検出する絶縁劣化センサ、機器が異常加熱になるのを検出するにおいセンサなどが挙がられる。
【００１８】
一方、現地キュービクル１２内には、Ｗｅｂサーバ端末カード２４、２６、保護カード２８、計測カード３０、制御カード３２、機器監視カード３４、モバイル端末カード３６が光シリアルプロセスバス２０、２２とともに一体化されて収納されており、Ｗｅｂサーバ端末カード２４、２６はそれぞれタイムサーバ３８に接続されているとともに、シリアルバス４０を介して変電所監視制御装置４２に接続されている。
【００１９】
保護カード２８は、状態検出器１４からの情報を基に監視対象を保護するための演算を行い、制御情報としての保護指令を出力する保護機器として構成されている。計測カード３０は、状態検出器１４からの情報を基に監視対象の状態として、例えば、系統の電圧・電流又はＧＩＳ１７の電圧・電流を計測し、計測結果をＷｅｂサーバ端末カード２４に出力する計測器として構成されている。制御カード３２は、状態検出器１４からの情報及び変電所監視制御装置４２からの情報を基に制御対象を制御するための演算を行い、制御情報としての操作指令やトリップ指令などを制御器１６に出力する制御機器として構成されている。機器監視カード３４は、状態検出器１８からの情報を基に監視対象の異常の有無を判定し、判定結果をＷｅｂサーバ端末カード２６に出力する機器監視器として構成されている。モバイル端末カード３６はモバイル端末と情報の授受を行うための演算を行う機器として構成されている。
【００２０】
すなわち、計測カード３０、機器監視カード３４は、状態検出器１４、１８と光シリアルプロセスバス２０、２２を介して（光信号を媒体として）情報の授受を行うとともに、監視対象の状態に関する情報を生成する。保護カード２８、制御カード３２は、制御器１６を制御するための制御情報を生成し、生成した制御情報及びシリアルバス４０から入力した制御情報を光信号に変換して制御器１６に伝送する。これらの保護カード２８、計測カード３０、制御カード３２、機器監視カード３４は、一体化されて現地キュービクル１２内に収納されている。
【００２１】
Ｗｅｂサーバ端末カード２４、２６は、例えば、ＨＴＬＭ（Ｈｙｐｅｒｔｅｘｔ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）をベースとして、保護カード２８、計測カード３０、制御カード３２、機器監視カード３４と情報の授受を行うとともに、各カードからの情報をディジタルのシリアルデータとしてシリアルバス４０を介して変電所監視制御装置４２に伝送するとともに、変電所監視制御装置４２からのシリアルデータを、シリアルバス４０を介して受信し、受信したデータをそれぞれ各カードに配分するように構成されている。
【００２２】
また、Ｗｅｂサーバ端末カード２４、２６は、タイムサーバ３８から時間に関する情報を受信し、受信した時間に関する情報を各カードに配分し、各カード間で時間の同期を取らせるようになっている。すなわち、タイムサーバ３８は、人工衛星４４から送信されるＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）信号をアンテナ４６で受信し、ＧＰＳ信号に含まれる時間に関する情報をＷｅｂサーバ端末カード２４、２６に伝送するように構成されている。
【００２３】
信号伝送路を構成するシリアルバス４０は、変電所構内ＬＡＮ（ＬｏｃａｌＡｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）として構成されており、シリアルバス４０を伝送するシリアルデータは、国際的に標準化されたプロトコル（通信規格）、例えば、国際電気標準化会議（ＩＥＣ）で規定されたプロトコルＩＥＣ６１８５０，６１３７５にしたがって生成されるようになっている。そして、保護カード２８、計測カード３０、制御カード３２、機器監視カード３４は、Ｗｅｂサーバ端末回路２４、２６を介してシリアルバス４０に接続され、１本のシリアルバス４０を各カードで共有した状態で変電所監視制御装置４２に接続されている。
【００２４】
変電所監視制御装置４２は、監視対象の状態に関する情報を収集するとともに、制御対象を制御するための制御情報、例えば、操作指令、トリップ指令を出力する機器として、パーソナルコンピュータ４８、５０を備えて構成されており、パーソナルコンピュータ４８、５０はシリアルバス４０に接続されているとともに、インターフェイス５２を介して、通信ネットワークとしてのインターネット５４に接続されている。パーソナルコンピュータ４８、５０の画面上には、各監視対象の状態に関する画像が表示されるようになっており、各パーソナルコンピュータ４８、５０からは、操作員の操作に基づいた各種の操作指令などが制御情報として出力されるようになっている。なお、インターネット５４の代わりに、イントラネットを用いたり、通信回線としての公衆回線を用いることも可能である。
【００２５】
インターネット５４には、電力会社の保守拠点として保守管理装置５６が接続されているとともに、変電所の各機器を製造する製造会社の保守拠点として保守管理装置５８が接続されている。
【００２６】
保守管理装置５６、５８は、保守員の操作により、インターネット５４を介して変電所監視制御装置４２と情報の授受を行うとともに、監視制御装置４２からの情報を基に、監視対象の異常の有無を監視するとともに、監視対象に関するトレンド管理と履歴管理を遠隔地で実行するようになっている。この場合、各保守管理装置５６、５８においては、インターネット５４を介して必要なデータを取り込むためのデータベースを構築するとともに、データベースに格納されたデータを基に各種の解析を実行したり、監視対象及び制御対象に関する診断を実行したりすることで、異常の前兆を確認したり、異常発生時に速やかな対応を行ったりすることができる。さらに、解析結果及び診断結果を基に信頼性維持のための予防保全計画の立案や点検来歴、部品管理などを行うことで、保守運用の効率化及び信頼性維持を同時に実現することができる。
【００２７】
本実施形態によれば、保護カード２８、計測カード３０、制御カード３２、機器監視カード３４はそれぞれ１本のシリアルバス４０を共有した状態で変電所監視制御装置４２と情報の授受を行うことができるため、ケーブルの本数を１本にすることができ、構成の簡素化を図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態によれば、保護カード２８、計測カード３０、制御カード３２、機器監視カード３４、モバイル端末カード３６はそれぞれ光シリアルプロセスバス２０、２２を介して状態検出器１４、１８、制御器１６に接続されているため、各カードと状態検出器１４、１８又は制御器１６とを結ぶケーブルの本数を低減することができ、構成の簡素化を図ることができる。
【００２９】
さらに、本実施形態によれば、保護カード２８、計測カード３０、制御カード３２、機器監視カード３４、モバイル端末カード３６は一体化されて現地キュービクル１２内に収納されているため、システムの高機能化及び小型化を実現することができる。
【００３０】
また、本実施形態によれば、シリアルバス４０を伝送するシリアルデータとして、国際的に標準化されたプロトコルにしたがったものを用いているため、異メーカ間の取り合いを標準化することができる。
【００３１】
また、本実施形態においては、電圧・電流計測センサとして巻線型ＰＣＴセンサを用いたものについて述べたが、電流計測センサとして、無鉄心のロゴスキーコイルを用い、電圧計測センサとして、複数のコンデンサによって電圧を分圧するものを用いれば、巻線型ＰＣＴセンサよりも、電力損失が少なく、小型化を図ることができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、変電所システムの構成を簡素化するとともに、自律自動化、信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】  本発明の一実施形態を示すシステムの全体構成図である。
【図２】  ＧＩＳにおける状態検出器の設置例を説明するための図である。
【図３】  変圧器における状態検出器の設置例を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０ 変電機器
１２ 現地キュービクル
１４ 状態検出器
１６ 制御器
１８ 状態検出器
２０、２２ 光シリアルプロセスバス
２４、２６ Ｗｅｂサーバ端末カード
２８ 保護カード
３０ 計測カード
３２ 制御カード
３４ 機器監視カード
３６ モバイル端末カード
４０ シリアルバス
４２ 変電所監視制御装置
５４ インターネット
５６、５８ 保守管理装置
【図１】
0004051534.tif 000002
【図２】
0004051534.tif 000003
【図３】
0004051534.tif 000004