JP4072961B2 - Ｓｏｇ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、受電系統から電力の供給を受けると共に、分散型電源を構内に備える需要家の開閉器を制御する制御装置に関する。

従来、この種の開閉器の制御装置を図６ないし図８に示す。この図６は従来の開閉器の制御装置のブロック構成図、図７は図６に記載する従来の開閉器の制御装置における地絡事故に伴うＳＯ動作タイミングチャート、図８は図６に記載する従来の開閉器の制御装置における過電流事故に伴うＳＯ動作タイミングチャートである。

前記各図において従来の開閉器の制御装置は、電力会社側の特高変電所８及び配電変電所７を経由して配電線２００の受電系統から電力の供給を受け、この受電系統との連系が可能な自家発電装置３を備える需要家に設置される負荷開閉器２を制御するものであって、前記負荷開閉器２内に配設される過電流検出リレーＯＣＲ（図示を省略）の出力に基づいて短絡事故により生じる過電流を過電流検出手段１３０で検出し、この検出された過電流に基づいて負荷開閉器２に対して過電流ロック及び過電流蓄勢トリップの各動作をＳＯ制御手段１１０が実行する構成である。

また、前記自家発電装置３は出力電力が所定値以上の過電力供給となることを発電制御器４により検出され、過電流供給が検出された場合には発電制御器４が連系遮断器（ＣＢ）５を遮断する構成である。

次に、前記構成に基づく従来の開閉器の制御装置の動作を負荷開閉器２を区分点として需要家側の構内（二次側）と電力会社側（一次側）との各停電発生原因を分けて説明する。

まず、地絡事故から波及して短絡事故に至る場合には、需要家側の構内であるＢ点で地絡事故が発生し、この地絡事故発生からタイマの積算を開始して、予め設定された設定動作時限ｔ以内に積算時間ｔ1（ｔ1＜ｔ）があると判断される。短絡事故に至ると、この短絡点に一次側より過電流が供給され、需要家側で設定値を超過する過電流（又は短絡電流）が発生すると、負荷開閉器２をロックして過電流が流れている間の開放を防止する。配電変電所７の保護継電器が動作して異常発生区間を選択して遮断し、この配電線２００を切離すことにより停電が発生し、停電により過電流が消滅した後に事故原因のある需要家の負荷開閉器２は開放される。次に変電所の遮断器が再閉路されると事故原因のある需要家以外の需要家へ電力が供給され、事故原因のある需要家の引込配電線路は前記負荷開閉器２より開放されたままなので、需要家構内は停電が継続される。その事故原因を取り除いて、人手により負荷開閉器２を投入して復旧する。

他方、電力会社側（一次側）のＡ点である配電線２００が停電した場合には、自家発電装置３からロック電流値以上の電流が負荷開閉器２に逆潮流で流れることとなり、負荷開閉器２内の過電流検出用ＯＣＲ（図示を省略）が動作する。この過電流検出用ＯＣＲから過電流検出信号が開閉制御器１０のＳＯ（過電流ロック・過電流蓄勢トリップ）制御手段１１０へ出力され、このＳＯ制御手段１１０が「過電流が流れたこと」を記憶すると共に、自家発電装置３の発電制御器４が過電流供給を検知して連系遮断器（ＣＢ）５を開放させる。
この連系ＣＢ５が開放するとＳＯ制御手段１１０の制御電源がなくなるためＳＯ（過電流ロック・過電流蓄勢トリップ）動作が実行され、負荷開閉器２を開放させる。

この負荷開閉器２が開放した後に配電線２００が復旧し、さらに需要家側の構内における事故原因を究明して異常がないと判断されたことを条件として再度負荷開閉器２を投入する。この負荷開閉器２の投入により復旧した配電線２００から電力会社からの電力が需要家側の構内に設置される負荷６へ給電されることとなる。

また、電力会社側（一次側）である配電線２００のＡ点にて短絡事故が発生した場合にも、ＳＯＧ制御部がＳＯ動作を実行して負荷開閉器２を開放させる。さらに、この負荷開閉器２の開放した後も、前記の場合と同様に需要家側の構内における事故原因を究明して異常がないと判断された場合に、負荷開閉器２を投入して復電状態とすることができる。
特開２００３−１５８８２０号公報

従来の開閉器の制御装置は以上のように構成されていたことから、電力会社側（一次側）の配電線２００で短絡事故が発生した場合には、電力会社側の配電線２００が停電することにより負荷開閉器２は、開放状態となり、前記配電線２００が復電した後も開放状態を維持することとなる。

この負荷開閉器２の開放状態を投入状態とするためには、需要家構内のおける電気設備の異常がないことを確認し、前記短絡事故が電力会社側の配電線２００で発生したものと判断した後に前記負荷開閉器２の投入動作を手動で行うことから、配電線２００の復電から負荷開閉器２の投入による需要家側への電力供給まで長時間を要することとなるという課題を有していた。

本発明は、前記課題を解消するためになされたもので、受電系統と連系が可能な自家発電装置を備える需要家の構内以外で発生した停電事故に伴う誤ったＳＯ動作を阻止して、停電事故による停電時間を極力短くすることができるＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置は、受電系統から電力の供給をうけ、当該受電系統との連系が可能な自家発電装置を備える需要家に設置される負荷開閉器を制御するＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置において、前記負荷開閉器における負荷側の配電線に配設される変流器からなり、当該配電線に流れる電流値を出力する電流検出手段と、前記負荷開閉器に流れる零相電流及び零相電圧の位相差に基づいて地絡事故の地絡方向を判断する地絡方向判断手段と、前記電流検出手段から出力される電流値が前記自家発電装置の最大出力電流と前記受電系統の最大出力電流との間で設定されるしきい値以上の場合に過電流を検出する過電流検出手段と、前記地絡方向及び過電流に基づいて負荷開閉器に対して過電流ロック及び過電流蓄勢トリップの各動作を実行するＳＯ制御手段とを備え、前記過電流検出手段が、電流検出手段からの検出電流とＳＯ動作しきい値とを比較して過電流に基づくＳＯ動作を判断すると共に、負荷開閉器に対して過電流発生時に開放動作を防止する過電流ロック動作実行の判断基準となるロック電流しきい値を、前記ＳＯ動作しきい値より小さい値として備え、前記ロック電流しきい値より電流検出手段から出力される電流値が高い場合にＳＯ制御手段へ過電流ロック信号を出力し、前記ＳＯ制御手段が、ロック電流しきい値より高い検出電流値がＳＯ動作しきい値以下である場合には、過電流ロック動作を実行する一方で過電流蓄勢トリップのＳＯ動作は実行せず、また、検出電流値がＳＯ動作しきい値以上である場合には、過電流蓄勢トリップのＳＯ動作を実行するものである。

このように本発明においては、開閉器の負荷側の配電線に配設された変流器からなる電流検出手段で配電線に流れる電流値を検出し、この電流値が予め設定されたしきい値以上の場合に過電流検出手段が過電流を検出し、この検出された過電流と地絡方向判断手段で判断された地絡方向とに基づいてＳＯ制御手段が開閉器の過電流ロック動作又は過電流蓄勢トリップ動作のいずれかを実行するようにしているので、需要家構内で発生する事故以外の事故に伴う停電の場合において不必要な負荷開閉器の開放を阻止し、復電後直ちに需要家の構内電気設備への電力供給が可能となり、需要家側の停電時間を極力短くすることができる他、需要家構内における電気設備の異常を判断することが不用となる。

（本発明の第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置を図１及び図２に基づいて説明する。この図１は本実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置のブロック構成図、図２は図１に記載のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置の動作タイミングチャートを示す。

前記各図において本実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置１は、電力会社側の特高変電所８及び配電変電所７を経由して配電線２００の受電系統から電力の供給をうけ、この受電系統との連系が可能な自家発電装置３を備える需要家に設置される負荷開閉器２を制御するものであって、前記負荷開閉器２に流れる零相電流及び零相電圧の位相差に基づいて地絡事故の地絡方向を判断する地絡方向判断手段１２と、前記地絡事故から波及する短絡事故により生じる過電流を検出する過電流検出手段１３と、前記地絡方向及び過電流に基づいて負荷開閉器に対して過電流ロック及び過電流蓄勢トリップの各動作を実行するＳＯ制御手段１１とを備える構成である。
前記自家発電装置３には発電制御器４が併設され、この発電制御器４は自家発電装置３からの過電流供給を検知して前記需要家の構内配線路３００に負荷開閉器２と直列に配設される連系遮断器（ＣＢ）５を遮断する構成である。

次に、前記構成に基づく本実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置のＳＯ動作について説明する。まず、配電線２００のＡ点又は構内配線路３００のＢ点のいずれかにおいて地絡事故が時刻Ｓ1で発生する（図２（ａ）を参照）と、負荷開閉器２内に配設される零相変流器ＺＣＴ（図示を省略）及び零相コンデンサＺＰＣ（図示を省略）から各々出力される零相電流及び零相電圧の位相差により、地絡方向を電力会社側か需要家側かを判断して地絡事故のＡ点、Ｂ点を特定する（図２（ｅ）、（ｆ）を参照）。

この地絡事故が発生した後の時刻Ｓ2において地絡事故から短絡事故の過電流事故となった場合（図２（ｂ）を参照）には、負荷開閉器２内の過電流検出用ＯＣＲ（図示を省略）が約０．０３秒後の時刻Ｓ3に起動して過電流検出信号を出力する（図２（ｄ）を参照）。この過電流検出信号が入力され、且つ地絡方向電力側信号又は地絡方向需要家側信号が入力されることを条件としてＳＯ制御手段１１は、前記過電流検出信号の出力後の０．０５秒後の時刻Ｓ4にＳＯ状態であることを検出し、前記地絡方向需要家側信号が入力されている場合（即ち、地絡事故が需要家側のＢ地点で発生した場合）にはＳＯ出力を負荷開閉器２へ出力する（図２（ｈ）に実線で示す。）。他方、前記ＳＯ制御手段１１は、ＳＯ状態であることを検出されたことを条件として、前記地絡方向電力側信号が入力されている場合（即ち、地絡事故が電力会社側のＡ地点で発生した場合）にはＳＯ出力を負荷開閉器２へ出力しない（図２（ｈ）に破線で示す。）。

従って、負荷開閉器２は、地絡事故が需要家側のＢ点で発生した場合にのみＳＯ制御手段１１からＳＯ出力が入力されることから、時刻Ｓ6で開放状態となる（図２（ｉ）に実線で示す。）。他方、地絡事故が電力会社側のＡ点で発生した場合にはＳＯ制御手段１１からＳＯ出力が入力されないことから、開放状態とならない（図２（ｉ）に破線で示す。）。

このように地絡事故が電力会社側のＡ点で発生して自家発電装置３から系統側の配電線２００へ逆潮流が生じて過電流事故に至った場合でも、負荷開閉器２がＳＯ動作を誤って実行しないこととなり、系統側の配電線２００が復電すると直ちに需要家構内の電気設備に対して電力を供給できることとなる。

（本発明の第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置を図３ないし図５に基づいて説明する。この図３は本実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置のブロック構成図、図４は図３に記載のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置における過電流検出手段の過電流検出特性図、図５は図３に記載のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置における過電流検出手段の過電流検出タイミングチャートを示す。

前記各図において本実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置は、前記図１に記載の実施形態と同様にＳＯ制御手段１１、地絡方向判断手段１２及び過電流検出手段１３からなるＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置１と、負荷開閉器２と、自家発電装置３と、発電制御器４と、連系ＣＢ５とを備え、この構成に加え、前記負荷開閉器２における負荷側の構内配線路３００に配設される変流器ＣＴからなり、この構内配線路３００に流れる電流値を検出電流ｉとして出力する電流検出手段２０を備えると共に、前記過電流検出手段１３が電流検出手段２０からの検出電流ｉと前記自家発電装置３の最大出力電流値（例えば、１０００Ａ）及び前記受電系統である配電線２００に供給される最大出力電流（例えば、２０００Ａ）の間で設定されるＳＯ動作しきい値SL（例えば、１５００Ａ）とを比較して過電流に基づくＳＯ動作を判断する構成である。

また、前記過電流検出手段１３は、前記ＳＯ動作しきい値の他に、負荷開閉器２に対して過電流発生時に開放動作を防止する過電流ロック動作実行の判断基準となるロック電流しきい値RL（例えば、５００Ａ）を有し、このロック電流しきい値より電流検出手段２０の検出電流が高い場合に過電流ロック動作を実行する過電流ロック信号をＳＯ制御手段１１へ出力する構成である。

次に、前記構成に基づく本実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置のＳＯ動作について説明する。まず、配電線２００のＡ点又は構内配線路３００のＢ点いずれかで過電流事故が時刻Ｓ11で発生すると（図５（ａ）の過電流事故を参照）、変電所７の遮断器が入状態から切状態に遮断して停電状態とする（図５（ａ）の変電所を参照）。

このように過電流事故に対する停電動作を行う際に、前記電流検出手段２０の電流器ＣＴが構内配線路３００に流れる電流を検出し、この検出電流をロック電流しきい値RL（５００Ａ）と比較すると共にＳＯ動作しきい値SL（１５００Ａ）と比較する。

例えば、図５（ａ）のロック不実行及びＳＯ動作不実行に示すように前記検出電流ｉが３００Ａの場合には、ロック電流しきい値RL（５００Ａ）以下で、且つＳＯ動作しきい値SL（１５００Ａ）以下であるため、過電流ロック及び過電流蓄勢トリップのＳＯ動作が実行されない。

また、前記図５（ａ）の場合と同様に図５（ｂ）の過電流事故及び変電所の各タイミングチャートにおいて、例えば図５（ｂ）のロック実行及びＳＯ動作不実行に示すように前記検出電流ｉが６００Ａの場合には、ロック電流しきい値RL（５００Ａ）以上であるため過電流ロック動作を実行するが、ＳＯ動作しきい値SL（１５００Ａ）以下であるためＳＯ動作は実行されない。

さらに、前記図５（ａ）の場合と同様に図５（ｃ）の過電流事故及び変電所の各タイミングチャートにおいて、例えば図５（ｃ）のロック及びＳＯ動作実行に示すように前記検出電流ｉが２０００Ａの場合には、ロック電流しきい値RL（５００Ａ）以上で且つＳＯ動作しきい値SL（１５００Ａ）以上であるため、過電流ロック動作及びＳＯ動作をＳＯ制御手段１１が実行する。

このように、受電系統に連系可能な自家発電装置３を設置する需要家においては、需要家の構内及びこの構内以外のいずれの停電事故においても過電流検出手段１３が過電流を検出することとなるが、この過電流検出手段１３がロック電流しきい値RL及びＳＯ動作しきい値SLと検出電流とを各々比較して過電流ロック動作及びＳＯ動作の実行を判断することにより、需要家構内の停電事故の場合にのみＳＯ動作を実行できることとなり、需要家構内以外の停電事故時に需要家側の停電時間を極力短くすることができると共に、需要家構内における電気設備の異常を判断することが不用となる。
なお、ロック電流しきい値RL及びＳＯ動作しきい値SLは、需要家の電気設備の規模に応じて任意に設定されるのものである。

本発明の第１の実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置におけるブロック構成図である。 図１に記載のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置の動作タイミングチャートである。 本発明の第２の実施形態に係るＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置におけるブロック構成図である。 図３に記載のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置における過電流検出手段の過電流検出特性図である。 図３に記載のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置における過電流検出手段の過電流検出タイミングチャートである。 従来のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置のブロック構成図である。 図６に記載する従来のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置における地絡事故に伴うＳＯ動作タイミングチャートである。 図６に記載する従来のＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置における過電流事故に伴うＳＯ動作タイミングチャートである。

符号の説明

１ ＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置
２ 負荷開閉器
３ 自家発電装置
４ 発電制御器
５ 連系遮断器（ＣＢ）
６ 負荷
７ 配電変電所
８ 特高変電所
１０ 開閉制御器
１１、１１０ ＳＯ制御手段
１２ 地絡方向判断手段
２０ 電流検出手段
１３０ 過電流検出手段
２００ 配電線
３００ 構内配線路
ｉ 検出電流

Claims (1)

1. 受電系統から電力の供給をうけ、当該受電系統との連系が可能な自家発電装置を備える需要家に設置される負荷開閉器を制御するＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置において、
   前記負荷開閉器における負荷側の配電線に配設される変流器からなり、当該配電線に流れる電流値を出力する電流検出手段と、
   前記負荷開閉器に流れる零相電流及び零相電圧の位相差に基づいて地絡事故の地絡方向を判断する地絡方向判断手段と、
   前記電流検出手段から出力される電流値が前記自家発電装置の最大出力電流と前記受電系統の最大出力電流との間で設定されるしきい値以上の場合に過電流を検出する過電流検出手段と、
   前記地絡方向及び過電流に基づいて負荷開閉器に対して過電流ロック及び過電流蓄勢トリップの各動作を実行するＳＯ制御手段とを備え、
   前記過電流検出手段が、電流検出手段からの検出電流とＳＯ動作しきい値とを比較して過電流に基づくＳＯ動作を判断すると共に、負荷開閉器に対して過電流発生時に開放動作を防止する過電流ロック動作実行の判断基準となるロック電流しきい値を、前記ＳＯ動作しきい値より小さい値として備え、前記ロック電流しきい値より電流検出手段から出力される電流値が高い場合にＳＯ制御手段へ過電流ロック信号を出力し、
   前記ＳＯ制御手段が、ロック電流しきい値より高い検出電流値がＳＯ動作しきい値以下である場合には、過電流ロック動作を実行する一方で過電流蓄勢トリップのＳＯ動作は実行せず、また、検出電流値がＳＯ動作しきい値以上である場合には、過電流蓄勢トリップのＳＯ動作を実行することを
   特徴とするＳＯＧ開閉器の系統連系保護機能を備えた制御装置。

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