(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器に流れる交流電流を入力し、過電流検出時に前記変圧器に接続される遮断器の遮断動作を行うディジタル保護継電器であって、
入力された前記交流電流を一定時間間隔でサンプリングを行うＡ／Ｄ変換部、
前記Ａ／Ｄ変換部でサンプリングされたディジタル値から周波数解析を行う演算処理部、
前記演算処理部で抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合が定められた閾値以上のときに前記遮断器の遮断動作を阻止する制御部、
前記遮断器が投入され前記変圧器が接続される毎に前記演算処理部で抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合に基づいて閾値更新を行う閾値学習部、
前記閾値学習部において閾値更新に用いられた励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合を算出された時刻と共に保存する記憶部を備え、
前記閾値学習部は、前記記憶部に保存された励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合と、前記遮断器が投入され前記変圧器が接続された時に新たに入力された励磁突入電流及び前記演算処理部で抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合とに基づいて、将来の予測値を含む励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合それぞれの経時変化を算出するディジタル保護継電器。
【請求項２】
前記閾値学習部において、単純移動平均法を用いて将来の予測値を含む励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合それぞれの経時変化を算出する請求項１に記載のディジタル保護継電器。
【請求項３】
前記閾値学習部は、前記遮断器が投入され前記変圧器が接続される毎に新たに入力された励磁突入電流及び前記演算処理部で抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合に基づいて、将来の予測値を含む励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合それぞれの経時変化を算出し更新する請求項１または２に記載のディジタル保護継電器。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のディジタル保護継電器と、
前記ディジタル保護継電器に接続された監視装置と、を備え、
前記監視装置は、前記ディジタル保護継電器の前記閾値学習部で算出された将来の予測値を含む励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合それぞれの経時変化を表示するディジタル保護継電器監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ディジタル保護継電器及びディジタル保護継電器監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディジタル保護継電器は、電力系統の例えば変圧器の保護に用いられるものである。従来のディジタル保護継電器において、様々な誤動作防止が検討されている。例えば、変圧器等を系統に接続した際に流れる励磁突入電流と、系統故障時の故障電流とを区別するために、入力信号に含まれる第２高調波成分を検出し、基本波成分に対する比率が閾値を超えた場合は、励磁突入電流と判定し、故障電流対応時の継電器の過電流保護動作をさせないようにすることが知られている。【０００３】
しかし、変圧器毎に励磁突入電流に含まれる高調波成分は異なるため、従来のように一義的に閾値を決めても、変圧器接続時に誤動作する可能性があった。これに対し、出願人は、変圧器接続時の励磁突入電流を学習して閾値を設定する学習機能を持ち、誤動作の生じない信頼性の高いディジタル保護継電器を提案している（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１９／０４３９１０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１における閾値の学習は、学習期間を設定してその期間にサンプリングを行い閾値の更新を行うようにしているので、用いられるデータに限りがある。また、蓄積されたデータの平均値をとることで、精度を上げようとしているが、さらに信頼性の高い閾値の設定を行う方法が期待されている。【０００６】
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであり、計測された励磁突入電流及び第２高調波成分を蓄積し、そのデータから将来の予測値を含む経時変化を算出することが可能なディジタル保護継電器を提供すること、及び経時変化を可視化してディジタル保護継電器の監視及びディジタル保護継電器に接続された設備の劣化状態の把握が可能なディジタル保護継電器監視システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係るディジタル保護継電器は、変圧器に流れる交流電流を入力し、過電流検出時に前記変圧器に接続される遮断器の遮断動作を行うディジタル保護継電器であって、入力された前記交流電流を一定時間間隔でサンプリングを行うＡ／Ｄ変換部、前記Ａ／Ｄ変換部でサンプリングされたディジタル値から周波数解析を行う演算処理部、前記演算処理部で抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合が定められた閾値以上のときに前記遮断器の遮断動作を阻止する制御部、前記遮断器が投入され前記変圧器が接続される毎に前記演算処理部で抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合に基づいて閾値更新を行う閾値学習部、前記閾値学習部において閾値更新に用いられた励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合を算出された時刻と共に保存する記憶部を備え、前記閾値学習部は、前記記憶部に保存された励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合と、前記遮断器が投入され前記変圧器が接続された時に新たに入力された励磁突入電流及び前記演算処理部で抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合とに基づいて、将来の予測値を含む励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合それぞれの経時変化を算出するものである。【０００８】
本開示に係るディジタル保護継電器監視システムは、前記ディジタル保護継電器と、前記ディジタル保護継電器に接続された監視装置と、を備え、前記監視装置は、前記ディジタル保護継電器の前記閾値学習部で算出された将来の予測値を含む励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合それぞれの経時変化を表示するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本開示のディジタル保護継電器によれば、入力された励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合を保存、蓄積し、そのデータから将来の経時変化を予測するので、将来の予測結果を含む経時変化を基に閾値を設定することが可能となりディジタル保護継電器の信頼性をさらに向上させることが可能となる。【００１０】
また、本開示に係るディジタル保護継電器監視システムによれば、励磁突入電流及び第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合の予測値を含む経時変化を可視化するようにしたので、ディジタル保護継電器の監視のみならずディジタル保護継電器に接続された変圧器等の設備の劣化状態も把握可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係るディジタル保護継電器を電力用変圧器に適用した回路構成図である。
【図２】実施の形態１に係るディジタル保護継電器及びディジタル保護継電器監視システムの機能ブロック図である。
【図３】実施の形態１に係るディジタル保護継電器及びディジタル保護継電器監視システムのハードウエア構成図である。
【図４】実施の形態１に係る監視装置の使用状態を説明する図である。
【図５】実施の形態１に係る監視装置に表示される励磁突入電流の経時変化の例を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る監視装置に表示される励磁突入電流の第２高調波含有率の経時変化の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本実施の形態について図を参照して説明する。なお、各図中、同一符号は、同一または相当部分を示すものとする。
【００１３】
実施の形態１．
以下、実施の形態１に係るディジタル保護継電器及びディジタル保護継電器監視システムについて図を用いて説明する。
図１は、実施の形態１に係るディジタル保護継電器１を電力用の変圧器３に適用した回路構成図である。図１において、電力系統電源（図示せず） には、遮断器２（ＣＢ：Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ）を介して被保護対象である変圧器３ が接続されている。また、各相の交流電流を抽出する主変流器４（ＣＴ：Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）が設けられている。変圧器３の低圧側は、ノーヒューズブレーカー（ＭＣＣＢ：Ｍｏｌｄｅｄ  Ｃａｓｅ  Ｃｉｒｃｕｉｔ  Ｂｒｅａｋｅｒ）５ａ、５ｂを介して負荷（図示せず）に接続される。主変流器４により抽出された交流電流がディジタル保護継電器１に入力され、系統故障等により発生する過電流（故障電流）と判断されれば、遮断器２の遮断動作を行うことにより、変圧器３が保護される。
【００１４】
図２は、実施の形態１に係るディジタル保護継電器１及びディジタル保護継電器監視システム１００の機能ブロック図である。図２において、主変流器４により抽出された交流電流は電流計測部１１により適当な大きさに変換される。Ａ／Ｄ変換部１２は、電流計測部１１により変換された交流電流を一定時間間隔でサンプリングし、ディジタルデータに変換する。ディジタルデータは演算処理部１３に入力され、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）またはディジタル加減算処理などのディジタル演算による周波数解析を実施する。周波数解析の結果、電流の基本波成分に対する第２高調波の割合が閾値以上のときは、制御部１４において励磁突入電流と判定して遮断器２の遮断動作を実行する。
【００１５】
閾値学習部１５で、励磁突入電流発生から閾値演算までの一連の学習のための手順を行う。学習された閾値は制御部１４に送信され、制御部１４において、励磁突入電流の判定に用いる電流の基本波成分に対する第２高調波の割合（以下、第２高調波含有率と称する）の閾値として更新される。演算処理部１３で算出された周波数解析の結果及び閾値学習部１５での学習結果は不揮発性メモリである記憶部１６に格納され、蓄積される。また、詳細は後述するが、記憶部１６に蓄積されたデータを用いて、閾値学習部１５では励磁突入電流及び第２高調波含有率の将来の予測値の算出を行う。記憶部１６に蓄積されたデータは通信部１７を介してディジタル保護継電器１外の監視装置２０に送信される。ここでは、ディジタル保護継電器１外の監視装置２０を含めたものがディジタル保護継電器監視システム１００である。
【００１６】
図３は、実施の形態１に係るディジタル保護継電器１及びディジタル保護継電器監視システム１００のハードウエアの一例を示す構成図である。ディジタル保護継電器１内の電流計測部１１はアナログ回路で構成されるが、それを除く、Ａ／Ｄ変換部１２、演算処理部１３、制御部１４、閾値学習部１５、記憶部１６及び通信部１７は、少なくともプロセッサ１０１と記憶装置１０２とから構成される。また、ディジタル保護継電器監視システム１００も同様に、少なくともプロセッサ１０１と記憶装置１０２とから構成される。記憶装置１０２には図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１０１は、記憶装置１０２から入力されたプログラムを実行し、サンプリング、及びＦＦＴによる周波数解析等を実施する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１０１にプログラムが入力される。また、プロセッサ１０１は、演算結果等のデータを記憶装置１０２の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。後述する閾値の学習機能も、プログラムとして記憶装置１０２に記憶され、プロセッサ１０１で実行されてもよい。また、回路構成によっては、プロセッサに一部ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ    Ｃｉｒｃｕｉｔ）を組み合わせた構成としてもよい。
【００１７】
次に、閾値学習部１５及び監視装置２０の動作について説明する。
主変流器４は常時交流電流を計測し、計測された交流電流は電流計測部１１に入力される。遮断器２が投入され、変圧器３が系統に接続される毎に、主変流器４は交流電流を励磁突入電流として計測し、電流計測部１１に入力する。電流計測部１１により適当な大きさに変換された信号は、Ａ／Ｄ変換部１２で、ディジタルデータに変換される。演算処理部１３に入力されたディジタルデータは、周波数解析が実施され、第２高調波が抽出されるとともに第２高調波含有率が算出される。算出された第２高調波含有率は制御部１４及び閾値学習部１５に入力される。閾値学習部１５には、第２高調波含有率とともに、励磁突入電流も入力される。閾値学習部１５に入力された励磁突入電流及び第２高調波含有率はデータの算出された時刻とともに記憶部１６に保存される。
【００１８】
閾値学習部１５は、今回入力された励磁突入電流及び第２高調波含有率を基に、閾値を更新し、制御部１４に送信する。さらに、今回入力された励磁突入電流及び第２高調波含有率と、記憶部１６に蓄積されている励磁突入電流及び第２高調波含有率とから経時変化を予測する。
【００１９】
記憶部１６に蓄積されている励磁突入電流及び第２高調波含有率のデータと、閾値学習部１５で予測された励磁突入電流及び第２高調波含有率の経時変化とは、通信部１７を介して監視装置２０に送信される。
【００２０】
図４は、監視装置２０の使用状態を説明する図である。監視装置２０は例えばＰＣ（パーソナルコンピュータ）あるいはタブレット等の端末であり、その表示画面に、ディジタル保護継電器１から送信されたデータが表示される。ディジタル保護継電器１を使用するユーザは、表示された励磁突入電流及び第２高調波含有率の経時変化等の情報からディジタル保護継電器１の動作状況を監視することができる。また、変圧器３、負荷の経年劣化の予測が可能となり、変圧器３、負荷の経年劣化による事故発生前にメンテナンスを行うことが可能となる。そのため、設備をより安定的に運用することが可能となる。
【００２１】
次に、励磁突入電流及び第２高調波の割合の経時変化の予測方法について、監視装置２０に表示されるデータを参照して説明する。
図５及び図６は、監視装置２０に表示されるデータの例を示す図で、図５は励磁突入電流の経時変化の例、図６は励磁突入電流の第２高調波含有率の経時変化の例を示す図である。図５及び図６において、実線はディジタル保護継電器１で算出した実績データ、破線は将来の予測値である。
【００２２】
ディジタル保護継電器１で計測した励磁突入電流を解析し、出願人は次の情報を得ている。変圧器及び負荷の経年劣化によって、励磁突入電流は大きくなるが、第２高調波成分の電流値に関しては、一定値で変化しない。また、これらのデータは時間の経過と共に線形に変動する。そのため、経時変化として、励磁突入電流の大きさは増加するが、第２高調波含有率は減少する傾向となる。
この傾向を基に、単純移動平均法を用い、実績データの平均値から励磁突入電流及び第２高調波含有率の将来予測データを算出する。
【００２３】
単純移動平均法は次の式で表され、この式により直前ｎ個（ｎは２以上の自然数）のデータ平均値を用いて将来予測データを算出するものである。
【数１】
0006840306.tif 000002
【００２４】
なお、ｎ≦３の場合は、同機種の変圧器、あるいは同機種の変圧器に接続された負荷の状況を参考にした予め設定された初期値の閾値及び１次関数を用いて暫定的な経時変化の予測線図を作成しておく。ｎ＞３で、単純移動平均法による予測データを作成する。この時、ｎ＋１番目の予測データを算出後、それを含めたｎ＋１個のデータ平均値を用いてｎ＋２番目の予測データを算出することを繰り返し、経時変化の予測線図を作成する。
変圧器３が系統に接続され、新しく励磁突入電流と第２高調波含有率を取得すると、新しいデータを用いて、経時変化の予測線図を更新する。
【００２５】
ディジタル保護継電器１を使用するユーザは、変圧器３が系統に接続され、新しく励磁突入電流と第２高調波を取得する毎に、更新された励磁突入電流及び第２高調波含有率の経時変化の予測線図を監視装置２０で確認することが可能となる。また、ユーザは、第２高調波含有率の経時変化からディジタル保護継電器１の制御部１４に設定されている閾値を直接設定、変更することができる。閾値の設定は、ディジタル保護継電器１に通常設けられている設定機能を用いればよい。
【００２６】
また、ディジタル保護継電器１を使用するユーザは、ディジタル保護継電器１に接続された変圧器３及び負荷の運用計画に応じ、例えば変圧器３及び負荷の劣化が進む過酷な運用が予定されている場合は、閾値が小さくなるように閾値自身あるいは閾値を算出する係数を調整する等を行うことが可能となる。これにより、ディジタル保護継電器１が確実に動作するように設定することができる。
【００２７】
上述したように、ディジタル保護継電器１を使用するユーザは、監視装置２０に表示される更新される励磁突入電流及び第２高調波含有率の経時変化の予測線図をから、変圧器３及び負荷の劣化を予測することが可能となる。予測線図の傾きが刻々と大きくなればメンテナンス計画を早める、予測線図の傾きが緩やかになればメンテナンス計画を見直す等、設備管理も容易となる。
【００２８】
閾値の設定及び更新方法について説明を省略したが、初期値は同機種の変圧器の実績から予め決められた値を用いた後、更新していけばよい。変圧器３が系統に接続され、新しく励磁突入電流と第２高調波含有率を取得する毎に、取得された第２高調波含有率に係数を掛けて設定するようにしてもよいし、国際公開第２０１９／０４３９１０号に開示された計算方法を用いてもよい。
【００２９】
また、遮断器２が投入され、変圧器３が系統に接続される毎に交流電流を励磁突入電流として計測し、閾値学習部１５で閾値を算出し、制御部１４に送信し、記憶部１６にデータが蓄積されていくが、遮断器２が投入され変圧器３が系統に接続されるトリガーは、ディジタル保護継電器１自身が遮断器２の動作信号を生成している場合はそれを用いる。
【００３０】
以上のように実施の形態１によれば、本実施の形態に係るディジタル保護継電器１は、入力された励磁突入電流を基に演算処理部１３で第２高調波含有率を算出し、閾値学習部１５で閾値を算出して制御部１４の閾値を更新するので、経時変化に伴った閾値を設定することが可能となる。また、励磁突入電流及び第２高調波含有率は算出された時刻と共に記憶部１６に格納されて蓄積され、閾値学習部１５では蓄積されたデータ及び新たに算出された励磁突入電流及び第２高調波含有率を基に、将来の経時変化を予測して算出するようにした。ディジタル保護継電器１外の監視装置２０は、記憶部１６に蓄積されたデータ及び閾値学習部１５で算出された将来の予測値を含む経時変化を取得し、表示するようにしたので、ディジタル保護継電器１のユーザは可視化されたデータを確認し、ディジタル保護継電器１に直接、閾値の変更を入力することが可能となる。
【００３１】
また、本実施の形態に係るディジタル保護継電器監視システム１００は、ディジタル保護継電器１に蓄積された励磁突入電流及び第２高調波含有率のデータ及びそれらの将来の予測値を含む経時変化を可視化してユーザに提供するので、ディジタル保護継電器１の監視のみならずディジタル保護継電器に接続された変圧器３等の設備の劣化状態も把握可能となる。さらに、設備の劣化状態から設備のメンテナンスを合理的に計画することが可能となる。
【００３２】
本開示は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の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、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３３】
１：ディジタル保護継電器、  ２：遮断器、  ３：変圧器、  ４：主変流器、  ５ａ、５ｂ：ノーヒューズブレーカー、  １１：電流計測部、  １２：Ａ／Ｄ変換部、  １３：演算処理部、  １４：制御部、  １５：閾値学習部、  １６：記憶部、  １７：通信部、  ２０：監視装置、  １００：ディジタル保護継電器監視システム、  １０１：プロセッサ、  １０２：記憶装置
【要約】
変圧器（３）に流れる交流電流を入力し、過電流検出時に変圧器（３）に接続される遮断器（２）の遮断動作を行うディジタル保護継電器（１）であって、抽出された第２高調波の励磁突入電流に含まれる割合（第２高調波含有率）が定められた閾値以上のときに遮断器の遮断動作を阻止する制御部（１４）、遮断器（２）が投入され変圧器（３）が接続される毎に抽出された第２高調波含有率に基づいて閾値更新を行う閾値学習部（１５）、励磁突入電流及び第２高調波含有率を算出された時刻と共に保存する記憶部（１６）を備え、閾値学習部（１５）は、記憶部（１６）に保存された励磁突入電流及び第２高調波含有率と、新たに入力された励磁突入電流及びそれに対応する第２高調波含有率とに基づいて、将来の予測値を含む励磁突入電流及び第２高調波含有率それぞれの経時変化を算出する。ディジタル保護継電器（１）に接続された監視装置（２０）はそれらを表示する。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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