製品紹介

デジタル変電所の高度化へ寄与する送電用変電所向け監視制御装置の開発

デジタル変電所の高度化へ寄与する送電用変電所向け監視制御装置の開発

製品紹介■ 菅原淳Jun Sugawara

1■ 篠﨑宏司

Koji Shinozaki

2

はじめに■ 川俣陽輝

Haruki Kawamata■ 平山賢人

Kento Hirayama

システム全体構成

送電用変電所設備の運用効率化・高度化・制御ケーブ

図 1 に今回適用したシステムの構成を示す。本シスル削減を目的に変電所のデジタル化が推進されている。

テムでは，ステーションバスレベル，プロセスバスレベ

その目的を達成するためには，デジタル変電所対応監視ルの両方でマルチベンダ接続を実現している。BCU を制御装置を活用することが有効である。そこで東光高岳はじめとした各 IED 注 1）にて取得した機器情報はステー

は 2023 年に，監視制御機能を有するフィールドゲート

ションバスを通して FGW へ伝送される。情報を受けウェイ（以下，FGW）と，変電所内機器の状態・計測情

た FGW では IEC 61850-90-2（制御所 - 変電所間通信）報を収集するベイコントロールユニット（以下，BCU）に従ってプロトコル変換装置へデータの伝送を行う。

を開発した。今回，東京電力パワーグリッド株式会社

なお，FGW，BCU は全て A 系 / B 系からなる完全 2

千葉印西変電所（千葉県印西市）のデジタル化対応に合系列構成となっており，片方のユニットが停止した場合わせて，より多くの機器を監視できるよう装置の改良をでも運用を継続することができる。

（1）

行った。また，変電所内機器の状態を取り込み，制御お従来の装置では制御ケーブルにより変電所機器と接よび機器インタロックを出力する機能などを有するプロ続していたが，国際規格 IEC 61850 のプロセスバスをセスインタフェースユニット（以下，PIU），および PIU適用した。PRP 注 2）による 2 ルート構成とし，片側伝送盤を機器のデジタル化のため新規に開発し，当該変電所ルートが故障した場合においても，ダウンタイムなしでに納入したので紹介する。

監視機能を維持することが可能となっている。

【制御所】：通信ケーブル：制御ケーブル
上位システムIP伝送
IPIFプロトコル

プロトコル変換装置
A系
ユニット

B系
ユニット

制御所-変電所間ネットワーク
IEC 61850-90-2準拠

FGW

【変電所】

A系
ユニット

B系
ユニット

HMI PC

HMI-NW 兼 syslog

A系NW
B系NW
BCU
A系
ユニット

Aルート

B系
ユニット

機器

機器

L2SW

L2SW

X社製
IED

Y社製
IED

RedBoxRedBoxステーションバス
IEC 61850準拠
Z社製
IED

プロセスバスIEC 61850準拠

Bルート

東光高岳製
PIU

機器状態

・・・

X社製 PIU

東光高岳技報 No.11 2024

PIU

計測情報

図1

56

syslogサーバ

システム全体構成

デジタル変電所の高度化へ寄与する送電用変電所向け監視制御装置の開発

3

フィールドゲートウェイ（FGW）

製品紹介

また，千葉印西変電所は従来変電所と比べ BCU やIED の 数 が 多 い こ と か ら， 従 来 の 装 置 を ハ イ エ ン ド

FGW の 外 観 を 図 2 に 示 す。FGW は，IEC 61850

CPU 対応にすることで，処理の高速化・高性能化を実サーバ，クライアント双方の機能を有している。クライ現した。その結果，対向 BCU・IED 数が従来の 48 台

アント機能により変電所構内の情報を収集し，サーバ機から 150 台以上の接続を可能とした。

能によってプロトコル変換装置へデータの伝送を行う。
FGW の主な機能概要を表 1 に示す。

4

ベイコントロールユニット（BCU）

BCU の外観を図 4 に示す。BCU は各機器の状態や情報を取り込み，FGW へ通知，各機器を制御するための装置である。従来装置は変電所機器との接続は制御ケーブルのみを用いた方法であったが，今回，プロセスバスの IEC 61850（GOOSE 注 5））伝送機能を搭載することで，PIU と光 LAN ケーブルによる接続を可能とした。また，既存装置（デジタル化非対応装置）である保護リレーは制御ケーブルにより接続できる。

図2主な機能概要（FGW）

表1
機FGW 外観能概要

プロキシ／ゲートウェイ機能・代理（プロキシ／ゲートウェイ）機能

HMI 注 3）機能・機器状態，故障状態の表示
・変電所全体監視／直接操作・設定機能

監視制御機能・BCU 等 IED 接続状態の監視
・機器状態，故障状態の監視・機器（遮断器／断路器等）の制御

セキュリティ・権限管理・制限・syslog 注 4）

この中の監視制御機能について紹介する。FGW に接続されている各 BCU・保護リレーの接続状態や変電所

図 4 BCU 外観

4.1

機能概要

BCU の主な機能概要を表 2 に示す。ここでは，代表機器の状態表示や故障表示および制御が可能となっていとして 2 つの機能を紹介する。

る。制御では，変電所から離れた制御所からの遠方制（1） ソフトインタロック機能

御，変電所構内に設置されている HMI からの直接制御誤操作によって電力系統への支障を及ぼすことや変電を可能としている。図 3 に BCU・IED の一覧とその接所機器への損傷を与える可能性がある機器については，続状態の HMI 監視画面例を示す。

インタロック機能を実装している。
インタロック機能については，機器操作条件をソフトウェアで判定する。判定は，選択時および制御時に実施する。インタロック条件は HMI で確認ができ，インタロック条件の変更もユーザが行えるようにしている。
ソフトウェアでのインタロックの判定の仕組みについて図 5 で示す。インタロック判定を実施する BCU が変電所機器情報を GOOSE で受信し，機器ごとの判定条件からインタロックの判定を実施している。図 6 にソフ

図3

HMI

対向 BCU・IED の監視画面

トインタロックの条件設定を行う HMI の画面例を示す。
東光高岳技報 No.11 2024

57

製品紹介

デジタル変電所の高度化へ寄与する送電用変電所向け監視制御装置の開発

表2

主な機能概要（BCU）

機 能

概 要

により受信した情報は MMS 通信へ変換し FGW へ送信している。

情報伝送・IEC 61850（MMS 注 6））伝送・IEC 61850（GOOSE）伝送

選択制御機能・強化型選択制御の採用
・同期並列検定機能
・ソフトインタロック機能

・送電線設備（最大 4 回線，275 kV 回線にも対応）

表示機能

下記情報の取り込みと状態表示
・現地機器
・43SW 回路（※ 1）・故障・警報表示

計測機能

・変電所設備の計測情報
・遮断器投入のための同期計測

・所内変圧器設備

同期検定機能送電線，母線区分，主変のみ実装

43P 切替条件判定機能（※ 2）二重母線時の送電線，主変のみ実装

VT 切替機能

二重母線時の送電線，主変のみ実装

自動監視機能・BCU 監視・計測入力監視
・電圧監視
・故障監視 他

HMI 機能・状態表示
・設定・整定機能

セキュリティ・脆弱性管理
・不要サービス停止
・未使用インタフェースの閉塞・権限管理・制限・syslog※1

使用 / ロック，自動 / 手動などの切替回路※2

電圧要素自動切替機能

4.2

適用可能な変電所設備

BCU が適用可能な変電所設備は下記の通りである。
・共通設備
・母線・母連・母線区分設備
・主変設備
千葉印西変電所では，主変 BCU と所内 BCU の 2 面となるところを，当社の提案により，主変所内 BCU として 1 面に実装してコストダウンを図った。

5プロセスインタフェースユニット（PIU）

PIU は変電所機器，または屋外盤に搭載され，BCUと IEC 61850 伝送（GOOSE 通信）によって，機器状態監視や制御を行う。図 7 に PIU 外観を示す。

図 7 PIU 外観

5.1
図5

ソフトインタロック判定方法

機器仕様

PIU の仕様を表 3 に，試験項目一覧を表 4，試験例を図 8 に示す。PIU 単体での変電所機器搭載を想定し，
電 力 用 規 格 B-402（2016） や JEC-2500-2010，JEC2501-2010 などの関連規格に準拠した試験を実施している。
表 3 PIU 仕様
項

図6

HMI ソフトインタロック画面（2） MMS/GOOSE 変換機能
プロセスバスレベルでは高速かつ信頼性の高い通信
規 格 と し て 1000Base-LX の 光 LAN ケ ー ブ ル に よ る
GOOSE 通信を適用している。PIU からの GOOSE 通信
58

東光高岳技報 No.11 2024

目

詳

細電源電圧

DC 100 V，DC 110 V（− 20％〜 + 30％）

入力回路

標準：16 点（拡張：24 点）

出力回路

標準：8 点（拡張：8 点）

インタロック出力

2 点（無電圧接点）

LED 表示動作（RUN：緑），異常（ERR：赤），CPU 停止検出（WDT：赤）通信ポート

上位通信：2 ポート（PRP）
HMI：1 ポート

デジタル変電所の高度化へ寄与する送電用変電所向け監視制御装置の開発

表 4 PIU 試験項目一覧
No.

製品紹介

ための情報伝送機能を具備している。さらに，サイバーテロの脅威に対するセキュリティ対策も施している。

試験項目

HMI 画面例を図 9 に示す。各画面からは PIU の入出1

絶縁抵抗試験

2

商用周波耐電圧試験3雷インパルス耐電圧試験

4過負荷耐量試験

5温度上昇試験

6温度性能試験

7イミュニティ試験

8振動・衝撃試験

9電源電圧変動試験

10機能試験

11セキュリティ確認試験

力状態，異常履歴，各種設定値の閲覧，変更が可能となっている。

図95.3

HMI 画面例

PIU 盤

既設機器に PIU を搭載するスペースが無い場合に別置盤として機器近傍に設置するための PIU 盤を製作した。PIU 盤外観を図 10 に示す。

図85.2

試験例

イミュニティ試験（放射電磁界試験）

機能

PIU の主な機能概要を表 5 に示す。変電所機器に搭載されることから，機器操作のための選択制御機能や機器状態取り込みのための表示機能，BCU と通信を行う
表5
機

主な機能概要（PIU）

能概

図 10

要

PIU 盤外観PIU 盤の仕様を表 6 に示す。屋外設置が可能であるた

情報伝送

・IEC 61850（GOOSE）伝送

選択制御機能・二挙動制御表示機能

・接点状態取り込みインタロック機能

・インタロック状態出力

自動監視機能・通信監視・接点二重化監視・入出力回路監視

HMI 機能・状態表示
・設定機能
・履歴表示（アクセス，操作）

セキュリティ・脆弱性管理
・不要サービス停止
・未使用インタフェースの閉塞・権限管理・制限・syslog

6め，既設機器の更新を待たずにデジタル化が可能となる。
表 6 PIU 盤仕様
項目

詳

細盤寸法［mm］

W：700，H：2,300，D：600

防水性能

IPX3 相当

PIU 搭載数

最大 6 台

おわりに送電用変電所設備の運用効率化・高度化に貢献することを目的に，千葉印西変電所に当社の監視制御装置であ
東光高岳技報 No.11 2024

59製品紹介

デジタル変電所の高度化へ寄与する送電用変電所向け監視制御装置の開発

る FGW，BCU，PIU を納めたことを紹介した。
今後は，配電用変電所向けの IEC 61850 に対応したデジタル監視制御装置の開発，変電所形態に合わせたFGW，BCU の開発に取り組んでいく。
末尾ながら，今回の開発に多大なるご指導・助言をいただいた東京電力パワーグリッド株式会社殿に対し，厚くお礼申し上げます。

注 4） syslog：装置（システム）のログを IP ネットワーク上で伝送するための標準規格。

注 5） G OOSE：Generic Object Oriented Substation

Event の略称。IEC 61850 規格に基づく通信機能の一つで，変電所内で発生するイベント情報を高速かつ信頼性の高い方法で送受信するために使用される。
注 6） MMS：Manufacturing Message Specification（製造メッセージ仕様）の略称。

■参考文献（1） 佐藤一男，川俣陽輝，池田栄二：「デジタル変電所の実現に向けた IEC 61850 対応 監視制御装置」，東光高
岳技報，No.10，pp.43-47（2023）

菅原

■語句説明

篠﨑

注 1） IED：Intelligent Electronic Device（高性能電子装置）の略称。システムの合理化，標準化を図ることができる。IEC 61850-2 で定義。
注 2） P RP：Parallel Redundancy Protocol の略称。複数経路でデータを送信することにより信頼性 / 耐障害性を高める通信プロトコル。
注 3） H MI：Human Machine Interface の略称。人間が装置などの状態確認や設定を行うための機能。

60

東光高岳技報 No.11 2024淳 力プラント事業本部
電第二設計部 保護制御装置設計グループ宏司

 力プラント事業本部
電第二設計部 保護制御装置設計グループ

川俣所属

陽輝

 力プラント事業本部
電第二設計部 保護制御装置設計グループ

平山所属

所属

賢人

 力プラント事業本部
電第二設計部 保護制御装置設計グループ

所属