製品紹介

変電所のデジタル化に向けたセンサソリューションの導入

変電所のデジタル化に向けたセンサソリューションの導入

製品紹介■ 篠崎宏司■ 沼尻Koji Shinozaki

12

はじめに

電力システム改革が進展する中で，送変電分野を中心に高経年化設備の維持とさらなる効率的運用が求められている。

稜平

Ryohei Numajiri

センサソリューション構成

図 1 に納入したセンサソリューションの構成図を示す。
センサソリューションは，各種センサ，センシング装

このような環境下でビックデータや IoT，人工知能

置（Sensor Interface Unit

以下，SIU），エッジ端末，（AI）等の新しいデジタル技術は電力業界が直面する課

データサーバ（東電 PG 既設設備），保守データ分析シ

題の解決や，競争力強化に向けた大きなポテンシャルをステムから構成される。

有している。受変電設備でもセンシング，データ整理と管理，データ分析による計測技術の進展に伴い，データ

2.1

センサにもとづくオペレーションの効率化と稼働率向上のサイ

表 1 にセンシング対象設備，センシング項目，およクルが生まれており，データの経済的価値がいっそう高び適用センサの一覧を示す。センサには市販品を適用すまっている。

ることで，センシング対象設備が多数ある場合でも安変電所のデジタル化は，現在の受変電設備で使用され価に構成することが可能となっている。また，センサのている制御ケーブルを省配線化，センシング技術の活用入手性が良いことから，故障時の交換が容易となっていによる設備の劣化兆候把握による設備トラブルの未然防る。各種センサの外観例を図 2 に示す。各種センサの止，デジタル情報の集積と分析による設備管理支援に寄特長を以下に挙げる。

与できると考えられている。

（1）電流・電圧センサ（図 2-a）

今回，東京電力パワーグリッド株式会社（以下，東電

電流センサや電圧センサに非接触タイプを適用するこPG）岬町変電所（千葉県いすみ市岬町）へ実設備での検とで，設備停止をすることなく施工を行うことができる証としてセンサソリューションを納入したので紹介する。

ようにした。

シス テ ム 構 成
データサ ーバ

保守データ分 析 シ ス テム
任意拠点で閲覧エ ッ ジ 端末
LoRa無無線

IEC61850

センシング装置(SIU：Sensor Interface Unit)

各 種 セ ンサ（市販品）

各 種 セ ンサ
（当社製品）
非接触電圧
セン サ

油 温計
油 面計

直流
クランプCT図146

東光高岳技報 Vol.9 2022

交流
クランプCT

水位
セン サ

温湿度
セン サ

センサソリューション構成図

部分放電
検出装置

変電所のデジタル化に向けたセンサソリューションの導入

対象設備

変圧器

遮断器

構内共通

製品紹介

表1

センシング項目と適用センサ

センシング項目

適用センサ

伝送周期

実装機能

油温

油温計（測温抵抗体）

毎時

負荷補正による油面管理
過負荷運転時の運用支援

油面位置油面計（内蔵シンクロ）毎時

高精度な油面位置監視による巡視の簡素化

余寿命診断

交流クランプ CT
温湿度センサ－

負荷電流，油温，外気温，タップ値データによる余寿命診断（IEC 方式，JEC 方式）

電動操作機構監視

交流クランプ CT動作時

タップ値，LTC 動作回数，モータ電流の FFT 解析による監視

限流抵抗断線監視

交流クランプ CT

動作時

バンク二次電流計測による断線監視

部分放電

部分放電検出装置

検出時

部分放電検出装置からの計測データの蓄積

電圧計測

非接触電圧センサ
交流クランプ CT

毎秒

変圧器一次側電圧の推定
系統周波数の算出

制御盤内温湿度

温湿度センサ毎時

外気温湿度との比較による各種部品劣化の推定

遮断時間

交流クランプ CT
CB タイミングモニタ

動作時

温度補正した高精度な遮断時間監視（CB タイミングモニタ計測データの補正）

遮断電流

交流クランプ CT

動作時

累積遮断電流による接点交換の残回数推定

ばね蓄勢電流直流クランプ CT

動作時

劣化兆候，メンテナンス時期の推定

制御盤内温湿度

温湿度センサ毎時

外気温湿度との比較による各種部品劣化の推定

外気温湿度

温湿度センサ毎時

各制御盤内温湿度との比較による各種部品劣化の推定，運用支援の実施

構内水位

水位センサ

毎時

変電所水没前の運用支援付けが可能である。

（2）水位センサ（図 2-b）
水位センサには圧力式を採用することにより，ゴミに（4）部分放電検出装置（図 2-d）よる影響が少なくメンテナンスフリーでの運用が可能と東光高岳の製品である部分放電検出装置をセンサとしなっている。また，取り付け方向の制限がないため，適て活用した。USB 接続により，部分放電検出時，およ用場所の自由度が高い。

び定周期（毎時）の部分放電情報を取得できる。

（3）温湿度センサ（図 2-c）

2.2

センシング装置（SIU）

で実績のある温湿度セン

SIU の外観を図 3 に示す。SIU は各種センサ値を測サを適用した。RS485 による通信方式によりノイズに定するためのアナログ回路，センサ情報を処理するため強く，小型であるため，設備内のさまざまな場所へ取りの演算部，エッジ端末への通信処理部を一体構成として

東光高岳製スマート SIS

注 1）小型化を図った。これにより他社を含む既設設備への取り付けが容易となっている。また，伝送するデータ量に応じて有線通信と無線通信に対応する 2 種類の SIU を（a）非接触タイプのセンサ用意した。
（1）有線用 SIU（b）水位センサ

通信方式に国際標準プロトコル IEC61850 規格を採用することで有線通信の標準化を図った。また，有線

（c）温湿度センサ  

（d）部分放電検出装置（左：センサ，右：本体）

図 2 各種センサ外観

LAN 接続を採用することで大容量，高頻度のセンシングデータの伝送に対応した。これにより，電圧や電流の毎秒データのセンシングが可能となっている。
（2）無線用 SIU
通信方式に省電力・長距離通信の特長を持つ LPWA
東光高岳技報 Vol.9 2022

47

製品紹介

変電所のデジタル化に向けたセンサソリューションの導入（Low Power Wide Area）の一種である LoRa 方式の無線通信を採用した。これにより，ケーブルの敷設作業が不要となり，工事期間の短縮やケーブル敷設コストの削減が可能である。

3

保守データ分析システム

SIU から取得した情報は，東電 PG のデータサーバに保存し，保守データ分析システムにより設備の異常検知また，金属製の制御盤内に取り付けた場合でも無線通信が可能であることを確認している。

や余寿命診断等について検証している。
保守データ分析システムは，海外で電力システムへの導入実績のある ATS 社製 OneATS 注 2） を適用することで短期間でのシステム構築を行った。保守データ分析シ
ステムのシステム構成図を図 6 に示す。OneATS では，履歴データベースを内蔵しており，データサーバが存在しない場合でも構築可能である。今回の実証検証では，
東電 PG にてデータサーバを運用していたことから，既存のシステムとの相互運用性を考慮して既設データサーバを使用して構築した。

図3

2.3

無線用 SIU（左），有線用 SIU（右）エッジ端末

エッジ端末は SIU からセンシング情報を受信・集約し，データサーバへ情報を伝送する機能を有している。
エッジ端末は，SIU と同様に通信方式に応じて有線用，保守データ分析システム

OneATS

診断画面

変圧器分析
ツール

履歴データベース

データサーバインタフェース

リアルタイム
データベースクライアントPC

無線用の二種類のエッジ端末を用意した。
（1）有線用エッジ端末
有線用エッジ端末の外観を図 4 に示す。有線 LAN 接続により，有線用 SIU からセンシング情報を受信する。
IEC61850 規格を採用したことにより，ベンダロックイ

データサーバ

図 6 保守データ分析システムのシステム構成図

ンの回避が可能となり，市販の計測ユニット増設が容易

保守データ分析システムでは，データサーバから取得となっている。また，LAN コネクタを 2 ポート設けるしたセンシング情報を機器ごとに一覧表示することがでことで，データサーバ側とセンシング対象設備側のネッきる。また，任意の時刻におけるデータを表示する機能

トワークを分離することができ，不正アクセスに対するを備えている。各設備の診断画面例を図 7，図 8 に示す。

セキュリティ向上にも対応している。
（2）無線用エッジ端末
無線用エッジ端末の外観を図 5 に示す。LoRa 無線
によって無線用 SIU からセンシング情報を受信する。
LoRa 無線は長距離伝送方式であるため，無線中継器が基本的に不要である。ただし，エッジ端末と SIU 間の設置距離が長いことにより無線受信レベルが不足する場合，無線用エッジ端末を無線中継器として動作することでさらなる長距離の通信が可能となる。

図448

有線用エッジ端末図5

東光高岳技報 Vol.9 2022

無線用エッジ端末

図 7 変圧器設備診断画面

図 8 遮断器設備診断画面

変電所のデジタル化に向けたセンサソリューションの導入

各設備の診断機能として，以下に示す補正値の算出や機器寿命を推定する機能を実装した。

製品紹介（1）SIU の取り付け留め具（ねじ，ボルト）を使用せず，穴あけ加工を必要としないデュアルロック ™ ファスナー（スリーエム（1）変圧器設備診断機能

ジャパン（株）：3MTM の製品）を適用することにより①油面位置補正機能取り付け工数を大幅に削減した。図 11 に取り付け例を②油温負荷電流補正機能示す。図中の板金間に使用している。

③余寿命診断機能（2）センサの有効／無効機能の実装④ LTC 限流抵抗断線検出機能（2）遮断器診断機能①遮断器動作時間温度補正機能②接点損耗量算出機能

センサの有効／無効の設定機能を SIU に実装し，センサの追加を容易にした。
（3）交直両用電源の適用
SIU の電源を交直両用電源とし，既設設備に応じた電源選択ができるよう対応した。

変圧器余寿命診断機能については，詳細な分析が可能になっており，過去の運用データから余寿命の算出，表示が可能である。余寿命算出の方式には，IEC 方式に加えて JEC 方式を追加で実装し，両方式の比較や分析が可能である。変圧器余寿命診断画面例を図 9，図 10に示す。

使用個所
図 115

デュアルロック ™ ファスナーによる取り付け

あとがき

本稿では，実証検証として納入した変電所のデジタル化に向けたセンサソリューションの概要について紹介した。今後は，検証の結果得られたセンシング情報を評価し，その情報の活用方法や有効性の検討を行う。また，センシング項目の追加検討，より高精度な劣化診断技術
図9

変圧器余寿命診断画面（劣化損失）の開発，保守データ分析システムの機能追加を進めていく。また，東電 PG での実績をふまえ，今後は国内の電力会社ならびに一般産業向けにも適用拡大を目指す。
■参考文献（1） 電気学会技術報告（Ⅰ部）第 143 号
指針

油入変圧器運転

■語句説明

図 104

変圧器余寿命診断画面（油温予想）

現地施工実証検証として，岬町変電所にセンサを設置し，保守データ分析システムを東電 PG 本社，東電 PG 木更津制御所（千葉県木更津市）に導入した。
センサを設置する変圧器および遮断器は，東光高岳製以外の設備もあったことから，次に示す施策により効率的な施工を実施した。

注 1） ス マ ー ト SIS： 新 型 6 kV 固 体 絶 縁 開 閉 装 置 の 略称。 従 来 の 固 体 絶 縁 方 式 の 開 閉 装 置（SIS：SolidInsulated Switchgear）に ICT 技術の適用，センシング機能を組み込んだ装置。
注 2） OneATS: 本誌「OneATS が提供するソリューション」
参照。

篠崎宏司

沼尻稜平

 力プラント事業本部 電力システム製造部
電保護制御装置設計グループ 所属

 力プラント事業本部 電力システム製造部
電保護制御装置設計グループ 所属

東光高岳技報 Vol.9 2022

49