製品紹介

高度な保守運用を実現する
センサインタフェース装置
搭載ガス絶縁開閉装置■ 笹山裕之■ 薄井誠■ 篠崎宏司■ 前澤格Hiroyuki Sasayama

Makoto UsuiKoji Shinozaki

1Itaru Maezawa

はじめに電力業界において設備の高経年化，労働人口減少に伴う人材不足により，設備巡視業務の省力化が求められている。これらの課題を解決するために IoT 技術を用いたセンシングソリューションが近年注目を集めている。
センシングデータを活用することにより，設備不具合の予兆察知が可能になり，余寿命診断の高度化，巡視・点検の省人化など，高度な保守運用の実現が期待できる。
今回，センサインタフェース装置（Sensor InterfaceUnit：以下，SIU）を搭載したガス絶縁開閉装置（GasInsulated Switchgear：以下，GIS）を開発したので紹介する。

2

SIU 搭載 GIS

2.1

特徴

GIS の 外 観 を 図 1 に 示 す。GIS は 遮 断 器， 断 路 器，接地開閉器などの機器本体が SF6 ガス中の安定した雰囲気中に収納され，塵埃や有害ガスなど外部環境による悪影響を受けず信頼性の高い機器となっている。
しかし，各機器が金属容器内に密封されているため，故障箇所の発見が難しく，万一内部故障が発生すると，復旧に時間を要する。また，集積密度が高いため改修が必要となった場合，広範囲の停止を伴うことがある。

GIS 外観図12.2

システム構成SIU 装置搭載 GIS のシステム構成イメージを図 2 に示す。GIS に各種センサを搭載し，GIS 制御盤に搭載した SIU にてセンシングを行う。各 SIU は母線連絡回線に設置した光終端箱と光ケーブルで結ばれ，変電所構内に設置されたエッジ端末と接続される。エッジ端末にてセンサ情報が集約され，データサーバへ伝送される。

GIS のシステム構成例

図22.3

センシング項目

表 1 にセンシング項目一覧を示す。取得するセンシング情報は，GIS の中でも重要性の高い開閉器関連の情報とした。主要機器である遮断器の場合，主回路電流や開閉ストローク，補助接点動作，コイル電流，蓄勢モータ電流などが，異常の早期発見が必要となる箇所である。日常の巡視点検で確認するガス圧力の情報についても伝送を行い，遠隔からの状態監視を可能とした。また，周囲温度を取得することで，ガス圧力の温度補正も可能としている。
センシング項目一覧

表1
対象
機器データ
内容

主回路電流
（投入・遮断電流）

波形

・機器の動作状況と合クランプ
わせて接点損耗量をCT（交流）監視開閉ストローク

波形

ストロー
クセンサ

・各種開閉特性の監視・接点損耗量推定のためのアーク時間起点算出

補助接点動作波形SIU にて直接取込

・開閉時間（パレット）の監視

コイル電流

波形

クランプ ・機器操作指令の起点
CT（直流）・コイル電流値の監視

蓄勢モータ
電流計測値

・蓄勢モータ電流の監
クランプ
視CT（直流）・蓄勢モータ動作時間の監視

制御電源
電圧計測値

SIU にて直接取込モータ電流波形

クランプ ・操作指令の起点CT（直流）・モータ電流の監視

補助接点
動作波形

SIU にて直接取込・開閉時間
（パレット）の監視

制御電源
電圧計測値

SIU にて直接取込・機器動作時の制御電
圧監視

周囲温度計測値

温度センサ

・運転時周囲温度の取得

ガス圧力計測値

ガス圧力センサ・ガス圧力の監視

遮断器

センシング
項目

断路器 ・接地開閉器

GIS 共通

2.4

適用
センサ

監視目的

・機器動作時の制御電
圧監視

センサの実装センサは機能や性能面に加え，入手性を考慮し市販品を適用することで，センシング対象設備が多数ある場合でも安価に構成することが可能となっている。
また，開閉器の主回路や制御回路などに影響を及ぼさない構成を基本とし，遮断器動作時の振動による影響を受けない構造，センサ類が故障した場合でも容易に部品交換が可能な構造とした。各種センサの配置イメージを
図 3 に示す。

センサ配置

図32.5

センサの外観と特長

各種センサの一例・外観と特長を以下に挙げる。センサ外観を図 4 に示す。

（1）ストロークセンサ（2）クランプ CT（3）温度センサ（4）ガス圧力センサ

図 4 各種センサ外観（1） ストロークセンサ（遮断器）
各種開閉特性・開閉動作時間の監視，接点損耗量推定のためのアーク時間起点算出が可能である。
（2） クランプ型電流センサ（以下，クランプ CT）
投入・遮断電流（主回路電流）を監視し，機器の動作状況と合わせて接点損耗量を監視することができる。
クランプ CT を GIS 制御盤内に設置することで交換を容易にした。
（3） 温度センサ
運転時の GIS 周囲温度の監視，ガス圧力の温度補正に用いる。東光高岳製スマート SIS 注 1）で実績のある温度センサを適用した。I2C 注 2） 通信方式によりノイズに強く，小型であるため，設備内のさまざまな場所へ取り付けが可能である。
（4） ガス圧力センサ
開閉器の機能を維持するために重要な SF6 ガスの圧力監視を行う。複数あるガス区画すべてに設置しており，ガス圧力の常時監視が可能となっている。
2.6

センサ試験

センサ単体および SIU とセンサの組み合わせについて， 電 力 用 規 格 B-402（2016） や JEC-2500-2010，JEC-2501-2010 などの関連規格に準拠する条件で実施した。表 2 にセンサ試験項目一覧を示す。
試験項目一覧表

表2（凡例）○：試験結果良，－：未実施

試験条件
試験項目

センサ単体

SIU- センサ
組み合わせ

構造検査

◯

－

絶縁抵抗測定－◯商用周波耐電圧試験－◯

雷インパルス耐電圧試験－◯

温度上昇試験

◯－過負荷耐量試験

－

◯

耐久性試験

◯

－

イミュニティ試験－◯

振動・衝撃試験◯－

制御電源入力異常試験－◯

GIS に搭載することを考慮し，雷インパルス耐電圧試
験においては ±4.0 kV（3 回）に耐えることを確認した。
さらに，減衰振動波イミュニティ試験においても B-402準拠となる 2.5 kV のサージに耐えることを確認した。
その他試験においてもすべて良好な結果を得ている。

3センサインタフェース装置（SIU）

3.1

概要

SIU の外観を図 5 に，図 6 に SIU のシステム構成を示す。SIU は各種センサ値を測定するためのアナログ回路，センサ情報を処理するための演算部，上位装置への伝送を行うための通信処理部を一体構成としてユニット化している。SIU への配線をコネクタにすることで軽量化，およびコンパクト化を実現した。また，制御電源電圧の計測回路を SIU 内に設けることにより，外付けのセンサを必要とせずに計測が可能となっている。これに伴い，商用周波耐電圧試験の電気回路相互間において3 kV まで耐えることができる。

SIU 外観

図5

図6

3.2

SIU システム構成

性能

SIU はセンサ情報を取り込むセンシング機能，センシング情報を伝送するための上位伝送機能，SIU の状態および各種設定を行う HMI 注 3） 機能を搭載している。また，サイバーテロの脅威に対してセキュリティ対応を実施した。
（1） センシング
各種センシング情報は計測値，および波形情報として上位伝送を行う。波形情報のフォーマットには汎用ツールで波形解析が可能な COMTRADE 注 4）形式を採用した。
遮断器のストローク波形から初開離速度を取得するには，10 kHz（100μs/ サンプリング）以上の高速サンプリングが必要なため，遮断器ストロークのサンプリングは，IEC 61869-9：2016（1）（高速サンプリング）に準拠し 14.4 kHz 対応としている。遮断器の開閉ストロー
クをオシロスコープで記録した波形，および SIU で記録した波形を図 7 に示す。

0204060

図780

100120Milliseconds

140160180200

遮断器のストローク波形（2） 上位伝送
波形情報の大容量データを送信することから，上位伝送には光伝送（1000 BASE-LX）による通信方式を採用した。また，計測値の伝送に国際標準プロトコル IEC
61850：Ed2.0 規格を採用することで標準化を図った。
（3） セキュリティ対応「JESCZ0004（2019） 電 力 制 御 シ ス テ ム セ キ ュ リティガイドライン」にもとづき，不正処理防止，アクセス制御，ログの取得などのセキュリティ事項の対応を実施している。
（4） HMISIU でのセンサ入力状態，計測履歴，および SIU のメンテナンスや設定情報を閲覧するための HMI 機能を備える。HMI の閲覧には専用ソフトは不要となっており，Microsoft Edge が動作するパソコンであれば閲覧が可能となっている。HMI 機能は情報の閲覧のみが可
能な遠隔用，すべての情報の閲覧および設定変更が可能な現地用の 2 種類を用意した。図 8 に現地用，遠隔用の HMI 画面例を示す。また，図 9 に現地用 HMI の計測表示画面例を示す。

（a）現地用 HMI（b）遠隔用 HMI

図8

図94

HMI 画面例

計測表示画面例（現地用）

おわりに

本稿では，SIU を適用した GIS について紹介した。
今後は，既設の GIS にもセンサを追加・適用できるように検討を実施し，お客様へ最適なセンシングソリューションをご提案できるように努める。
また，SIU 装置搭載の変圧器についても開発を行っており，センシングソリューションのラインナップを拡充していく所存である。
■参考文献（1） I EC 61869-9：Digital interface for instrumenttransformers（2016）■語句説明
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） I 2C：Inter-Integrated Circuit の 略。 通 信 イ ン タ
フ ェ ー ス の 一 種 で Philips Semiconductors 社（ 現NXP Semiconductors 社）が開発した通信規格。2本の信号線によりデータ転送を行う。
注 3） H MI：Human Machine Interface の略。人間が装置などの状態確認や設定を行うための機能。
注 4） C OMTRADE：Common Format for Transient
Data Exchange の略。電力システムにおける過渡現象のデータ交換を行うための IEEE 標準の共通フォーマット。

笹山裕之

薄井誠

篠崎宏司

前澤格

 力プラント事業本部
電開閉装置設計グループ

 力プラント事業本部
電開閉装置設計グループ

開閉装置製造部
所属

開閉装置製造部所属

 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

 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.10 2023