JP5616733B2

JP5616733B2 - ディジタル保護継電装置

Info

Publication number: JP5616733B2
Application number: JP2010220517A
Authority: JP
Inventors: 吉岡　秀幸; 秀幸吉岡; 親司小松; 謙太郎西村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2010-09-30
Filing date: 2010-09-30
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-09-30
Also published as: JP2012080600A

Description

本発明は、ディジタル保護継電装置に係り、特に保護継電演算を実行する保護継電ユニット自体に動作試験機能を内蔵するディジタル保護継電装置に関する。

ディジタル保護継電装置は、幾つかの要素で構成されているが、その主なものは、電力系統の電流、電圧を取り込むアナログ入力部、操作対象である遮断器の接点情報を取り込み、あるいは遮断器の操作信号を与えるディジタル入出力部、保護継電演算を実行する演算部、各部間の信号伝送を行うための信号伝送バスなどである。

また、ディジタル保護継電装置は、保護継電器盤に収納され、アナログ入力部やディジタル入出力部をハード回路で構成し、演算部を計算機で構成してプログラムによるソフト処理を実行する。

係るディジタル保護継電装置の動作試験は、保護継電器盤の外に模擬送電線試験装置を設置し、アナログ入力部やディジタル入出力部と接続して模擬入力を印加しその応答を計測するものである。

然るに係る大掛かりな動作試験は、保護継電器盤出荷時の場内試験などでは可能であるが、出荷後現地での動作試験には適さない。この点に関し、特許文献１には信号伝送バスに試験支援装置を接続し、アナログ入力部やディジタル入出力部といったハード回路を介さずに演算部の動作試験を行うものが知られている。

特開２０１０−４１７８８号公報

特許文献１による動作試験方法は、模擬送電線試験装置よりは簡便化されているが、それでも試験支援装置という専用装置を必要とし、かつ演算部と信号伝送バスを接続した状態で演算部の動作試験を行うことになるので、実際には保護継電器盤として組み立てられた状態で初めて動作試験が可能となる。

ディジタル保護継電装置の製品単位は、保護継電器盤であり、盤として組み立てられた状態で出荷し、現地で据付を行うことが多いが、改造、補修の場面では演算部のみを取り外し、据えつけることになる。特に近年では演算部を基板構成し、１つの保護継電ユニットとすることが多いので、動作試験方法としても、盤単位ではなく、保護継電ユニット単位に適したものとすることが望ましい。

以上のことから、本発明においては保護継電ユニットの動作試験に適したディジタル保護継電装置を提供することを目的とする。

本発明は上記目的達成のために、電力系統から電流、電圧を取り込むためのハード構成された入力変換器、遮断器に対するディジタル出力及び遮断器からのディジタル入力を取り扱うハード構成されたディジタル入出力部、入力変換器からの入力を得て保護演算を実行し、ディジタル入出力部との間でディジタル信号をやりとりするとともに基板構成されてプログラムによるソフト処理を行う演算部から構成されるディジタル保護継電装置の演算部を構成する保護継電ユニットにおいて、保護継電演算を行う保護継電機能部、遮断器からのディジタル入力を模擬する模擬入力部、保護継電機能部が与える遮断器に対するディジタル出力を得る出力確認部、保護継電機能部が遮断器に対してディジタル出力を与えてから前記遮断器が状態変化するまでのプロセスを模擬する操作・遮断器制御模擬部の各処理をプログラムを用いてソフト的に実行する機能を備えている。

また、保護継電装置は、主保護要素と、事故検出要素ごとに保護継電ユニットを形成し、各保護継電ユニットに、保護継電演算を行う保護継電機能部、遮断器からのディジタル入力を模擬する模擬入力部、保護継電機能部が与える遮断器に対するディジタル出力を得る出力確認部、保護継電機能部が遮断器に対してディジタル出力を与えてから遮断器が状態変化するまでのプロセスを模擬する操作・遮断器制御模擬部の各処理をプログラムを用いてソフト的に実行する機能を備えている。

また、電力系統の電流、電圧の模擬信号をソフト処理により発生させる。

本発明によれば、保護継電ユニット自身が動作試験機能を内蔵するので基板単位での総合動作試験が可能となる。

本発明の実施例である保護継電ユニットの処理内容を示す図。ディジタル保護継電装置の典型的な一例を示す図。試験入力部１５の構成を示す図。出力確認部１８の構成を示す図。遮断器制御模擬部１６、トリップ指令模擬部１７の構成を示す図。

以下、発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図２は、本発明の適用されるディジタル保護継電装置の典型的な一例を示している。この図で、ＢＤは基板を意味しており、例えばＢＤ−Ｄは電源部基板、ＢＤ−Ｃは演算部基板、ＢＤ−Ｉはディジタル入出力部基板を表している。また、これらの記号の後に付した記号Ｍが主検出保護継電要素、Ｆが事故検出保護継電要素を意味しており、この単位で基板化するために、図示の例では少なくとも６枚の基板でディジタル保護継電装置１３を構成している。

このうち、特に事故判定演算を実施する部分ＢＤ−Ｃは、互いに異なる演算原理の保護継電演算により事故を検出する主検出保護継電要素Ｍと、事故検出保護継電要素Ｆを備えた異方式二重化構成とし、かつ継電要素ごとに演算部基板を分離することが多い。主検出保護継電要素Ｍを搭載するのが主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭであり、事故検出保護継電要素Ｆを搭載するのが事故検出用演算部基板ＢＤ−ＣＦである。

このように、保護継電装置１３は、主検出保護継電要素Ｍ側を制御電源、演算部、ディジタル入出力部の要素単位に基板構成し、かつ事故検出保護継電要素Ｆ側も、制御電源、演算部、ディジタル入出力部の要素単位に基板構成した装置である。なお、図２において５１は、電力系統の計器用変成器で検出した電流情報・電圧情報１２を取り込みディジタル値に変換して演算部ＢＤ−Ｃに与える入力変換器である。

以上のように構成され処理された２つの演算部ＢＤ−Ｃの演算結果は、信号伝送バスＳＢを介して主保護側と事故検出側のディジタル入出力部ＢＤ−ＩＭ、ＢＤ−ＩＦにそれぞれ伝えられて、直列接続された常開接点ＳＭ、ＳＦを閉操作し、遮断器ＣＢに閉操作信号１５を与える。このように、異方式ニ重化演算結果、双方が故障判定していることを条件として遮断器の引き外しを実行する。

なお、図２ではディジタル入出力部ＢＤ−Ｉについて、主保護側と事故検出側の２つのみを記載しているが、実際には１つのディジタル入出力部ＢＤ−Ｉは複数基板で構成され、あるものは入力用基板とされ、あるものは出力用基板として区別して使用される。

図２の本発明の適用されるディジタル保護継電装置の回路構成は、演算部を主保護Ｍと、事故検出Ｆの基板でそれぞれ構成したものであるが、本発明は主保護Ｍと事故検出Ｆの演算部を１つの基板に実装したものにも適用可能である。

本発明において、保護継電ユニットと称するのは、演算部基板のことであり、図２の場合には、主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭと事故検出用演算部基板ＢＤ−ＣＦが、保護継電ユニットに相当する。主保護Ｍと事故検出Ｆの演算部を１つの基板に実装したものの場合には、この基板が保護継電ユニットに相当する。

図１は、保護継電ユニットの処理内容を示す図であり、図２の主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭの場合を図示している。この図に明らかなように、保護継電ユニットである主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭは、外部的には入力変換器５１、ディジタル入出力部ＢＤ−Ｉと接続されて使用される。そして、入力変換器５１から電力系統の計器用変成器で検出した電流情報・電圧情報１２を取り込み、ディジタル入出力部ＢＤ−Ｉにおいて、遮断器の接点情報を取り込み、或いは遮断器の操作信号を与える。なお、ここではディジタル入力部ＢＤ−ＩＭ（Ｉ）とディジタル出力部ＢＤ−ＩＭ（Ｏ）を分離して記載している。

ここで、保護継電ユニットである主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭは、ＣＰＵを中心に構成され、所定のプログラムにしたがってソフト演算を実行するものであるのに対し、外部の入力変換器５１やディジタル入出力部ＢＤ−Ｉは、ハード回路で構成されている。なお、主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭとディジタル入出力部ＢＤ−Ｉの間は、信号伝送バスＳＢを介して接続されている。

図１では、主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭがソフト的に実行する各種機能をブロックで表現しているが、ここでの主たる機能は保護継電機能部１１である。主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭにおいては、通常の運用状態では、電力系統の電圧、電流情報を保護継電機能部１１に取り込み、保護継電演算、シーケンス演算処理などを行う。これらの演算を行う際、系統の遮断器条件や他装置情報を、ディジタル入力部ＢＤ−ＩＭ（Ｉ）より保護継電機能部１１に取り込み処理を行う。この処理により、電力系統の故障を判定した結果を元に、遮断器への遮断出力、他装置への動作出力をディジタル出力部ＢＤ−ＩＭ（Ｏ）により出力する。

係る保護継電ユニットの試験を実施するために、本発明では、これらの試験機能を保護継電ユニットにあらかじめソフト的に実装している。以下、試験機能について説明する。

主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭにおいては、その動作試験を当該基板内で完結して実現するために、試験入力部１５、遮断器制御模擬部１６、トリップ指令模擬部１７、出力確認部１８を備え、かつこれら各々の試験機能部と個別の保護継電機能部とを接続する、試験機能入出力割付部１９を備える。これらの各部は、いずれもプログラムとして予め、準備されたものである。

主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭにおける動作試験を当該基板内で完結して行うためには、まず入出力切替処理部１４において、外部のハード回路を切り離した状態とする。つまり、保護継電器盤に実装するのではなく、基板単体に必要な電源のみを接続した状態とする。この状態において、当該基板内の試験入力部１５から模擬入力を与える。試験入力部１５は、図３のように構成されており、ＤＩ（ディジタル入力）模擬設定２１により入力信号を模擬する。模擬されたＤＩ条件は、ＤＩ入力模擬部の出力２２となって出力される。ＤＩ入力模擬部の出力２２は、試験機能入出力割付部１９、入出力切替処理部１４を経由して保護継電機能部１１に与えられる。

また最終的に、保護継電機能部１１での演算結果得られたＤＯ（ディジタル出力）２３は、入出力切替処理部１４、試験機能入出力割付部１９を経由して出力確認部１８に伝達され、図４に示すように、出力動作表示５２が行なわれる。

図１の遮断器制御模擬部１６、トリップ指令模擬部１７は、保護継電機能部１１のＤＯが、図１のディジタル出力部ＢＤ−ＩＭ（Ｏ）に与えられ、さらに操作信号１５として遮断器ＣＢに印加され、その結果として遮断器ＣＢの接点４４（パレット接点）として状態変化するまでのプロセスを模擬している。図５にこの間の一連の流れを示している。

図５において、左側のトリップ指令模擬部１７は、トリップ模擬部１７ａと、投入模擬部１７ｂから構成されており、このうち、トリップ模擬部１７ａは、図２のディジタル出力部ＢＤ−ＩＭ（Ｏ）から、遮断器ＣＢに操作信号（トリップ信号）１５を与えるまでの回路部分を模擬している。また、投入模擬部１７ｂは、図２のディジタル出力部ＢＤ−ＩＭ（Ｏ）から、遮断器ＣＢに操作信号（投入信号）１５を与えるまでの回路部分を模擬している。

トリップ模擬部１７ａについては、主検出要素動作出力４１と事故検出動作出力４２、点検出力４３、遮断器パレット条件４４から構成される。これらの条件を使用してトリップ出力４７を得る。なお、主検出要素動作出力４１と事故検出動作出力４２は、図２の接点ＳＭ，ＳＦにそれぞれ対応している。このうち、主検出要素動作出力４１は主検出側の保護継電機能部１１が自ら作成した信号であるので、入出力切替処理部１４、試験機能入出力割付部１９を経由してトリップ模擬部１７ａに入力され、事故検出動作出力４２、点検出力４３は、適宜設定されたものとする。尚、後で説明するが遮断器パレット条件４４は、遮断器制御模擬部１６から得られる。

また、投入模擬部１７ｂについては、主検出投入指令４５、事故検出投入指令４６、点検出力４３、遮断器パレット条件４４を使用して投入指令出力４８を構成する。このうち、主検出投入指令４５は主検出側の保護継電機能部１１が自ら作成した信号であるので、入出力切替処理部１４、試験機能入出力割付部１９を経由して投入模擬部１７ｂに入力され、事故検出投入指令４６、点検出力４３は、適宜設定されるものとする。

図５において、右側の遮断器制御模擬部１６は、遮断器へのトリップ指令４７と投入指令４８により遮断器動作を模擬する。遮断器制御模擬部１６からは、遮断器パレット接点の状態出力４４が得られ、これがトリップ模擬部１７ａ、投入模擬部１７ｂに対する遮断器パレット条件４４として帰還される。また、遮断器パレット接点の状態出力４４は、主検出側の保護継電機能部１１に戻され、所望の制御結果が達成されたことを検証すると共に、次のステップでの動作確認に進むための条件とされる。

なお、遮断器制御模擬部１６においては、遮断器の遮断、投入のコイルが励磁されてから状態変化するまでの時間を模擬するために、パレット接点の動作、復帰時間の設定条件３５、３６が適宜与えられる。

以上、本発明においては主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭに、その動作試験を当該基板内で完結して実現するために、試験入力部１５、遮断器制御模擬部１６、トリップ指令模擬部１７、出力確認部１８を備え、かつこれら各々の試験機能部と個別の保護継電機能部とを接続する、試験機能入出力割付部１９を備える。これらの各部は、プログラムで構成され、ここで必要な接点などは保護継電機能部１１が作成し、あるいは事前に外部条件として設定済みのものが使用される。さらに、ここでは説明を省略したが、電力系統の電流、電圧信号についてもディジタル的な信号発生により主検出用演算部基板ＢＤ−ＣＭ内で発生させ、使用する。

この結果、本発明によれば必要な電源さえ確保できれば保護継電ユニットとしての基板単体での総合試験が行える。

保護継電ユニットとしての基板単体での総合試験が行えるので、盤製品組み立て前、補修、交換の場面で広く採用することができる。

ＢＤ：基板
ＢＤ−Ｄ：電源部基板
ＢＤ−Ｃ：演算部基板
ＢＤ−Ｉ：ディジタル入出力部基板
Ｍ：主検出保護継電要素
Ｆ：事故検出保護継電要素
１３：ディジタル保護継電装置
５１：入力変換器
ＳＢ：シリアルバス
ＳＭ、ＳＦ：常開接点
ＣＢ：遮断器
１５：操作信号
ＢＤ−ＩＭ（Ｉ）：ディジタル入力部
ＢＤ−ＩＭ（Ｏ）：ディジタル出力部
１１：保護継電機能部
１５：試験入力部
１６：遮断器制御模擬部
１７：トリップ指令模擬部
１８：出力確認部
１９：試験機能入出力割付部
１４：入出力切替処理部
１５：試験入力回路
２１：ＤＩ（ディジタル入力）模擬設定
１７ａ：トリップ模擬部
１７ｂ：投入模擬部
４１：主検出要素動作出力
４２：事故検出動作出力
４３：点検出力
４４：遮断器パレット条件

Claims

電力系統から電流、電圧を取り込むためのハード構成された入力変換器と、遮断器に対するディジタル出力及び遮断器からのディジタル入力を取り扱うハード構成されたディジタル入出力部と、前記入力変換器からの入力を得て保護演算を実行し、前記ディジタル入出力部との間でディジタル信号をやりとりするとともにプログラムによるソフト処理を行う演算部を備え基板構成された保護継電ユニットから構成されるディジタル保護継電装置において、
前記基板構成された保護継電ユニットは、保護継電演算を行う保護継電機能部、ディジタル入力を模擬する試験入力部、前記保護継電機能部が与える遮断器に対するディジタル出力を得る出力確認部、前記保護継電機能部が遮断器に対してディジタル出力を与えてから前記遮断器が状態変化するまでのプロセスを模擬する操作・遮断器制御模擬部の各処理をプログラムを用いてソフト的に実行する機能を備えていることを特徴とするディジタル保護継電装置。
請求項１記載のディジタル保護継電装置において、
ディジタル保護継電装置は、主保護要素と、事故検出要素ごとに前記保護継電ユニットを形成し、各保護継電ユニットに、保護継電演算を行う保護継電機能部、ディジタル入力を模擬する試験入力部、前記保護継電機能部が与える遮断器に対するディジタル出力を得る出力確認部、前記保護継電機能部が遮断器に対してディジタル出力を与えてから前記遮断器が状態変化するまでのプロセスを模擬する操作・遮断器制御模擬部の各処理をプログラムを用いてソフト的に実行する機能を備えていることを特徴とするディジタル保護継電装置。
請求項１記載のディジタル保護継電装置において、
電力系統の電流、電圧の模擬信号をソフト処理により発生させることを特徴とするディジタル保護継電装置。