JP4721882B2 - 遮断器の接点損耗監視システム、遮断器保守支援方法、および、プログラム - Google Patents

Description

本発明は、電力用遮断器の接点（アーク接触子）の損耗度を監視するシステムおよび遮断器保守支援方法に関するものである。

従来、累積遮断電流管理による遮断器の内部点検は、非特許文献１に記載の遮断電流−接触子損耗量の関係式 Ｖ＝α・I^β・ｔ （ここで、Ｉは遮断電流、ｔはアーク時間、α、βは係数）を用いて所定の損耗量に達したときに行われていた。

そして、この遮断電流やアーク時間を精度良く求めるための技術が開示されている。 （例えば、特許文献１〜４を参照）。

ところで、上記の式の係数βは、通常メーカ提示の値を使用している。しかしながら、
遮断器トリップ時の短絡電流に直流分が含まれた場合の遮断電流が定義されていないなどの理由から、メーカの提示した係数βの値によって管理を行っても接点の推定累積損耗度に誤差が生じ、遮断性能、通電性能の低下や不必要な点検の実施を招来するおそれがある。

さらに、遮断器を有する顧客に対して、保守サービスを提供する場合、不必要な点検によって顧客に不要な出費をもたらすおそれもある。
特開平０５−１２０９４５号公報 特開昭５５−４１６４０号公報 特開２００２−３４３１７３号公報 特開２００３−２８１９７５号公報 電気学会技術報告２部第２９０号「遮断器の信頼性および診断技術」

本発明は、上述のかかる事情に鑑みてなされたもので、遮断器接点の推定累積損耗度の係数βを実測によって修正することによって、遮断電流の測定方法の違い等による推定累積損耗度の誤差を吸収して精度の高い接点損耗度の推定を可能にし、また、遮断器を有する顧客に対して、遮断器の保守時期を効果的に通知することのできる遮断器の接点損耗監視システム、遮断器保守支援方法、および、プログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明に係わる遮断器の接点損耗監視システムは、主回路の電気情報を入力する手段と、遮断器のトリップ信号を入力する手段と、電気情報とトリップ信号を用いてアーク時間と遮断電流を演算すると共に遮断器の推定累積損耗度を演算する推定累積損耗度演算手段と、推定累積損耗度が所定値以上か否かを判定して当該判定結果を出力する判定手段と、遮断器のアーク接触子の実損耗量情報を入力して実測累積損耗度における係数βを演算して推定累積損耗度の係数βを修正する実測累積損耗度演算手段とを備えたことを特徴とする。

推定累積損耗度が管理値を超えたときに内部点検を行い、実測累積損耗度から係数βを求め、以降の推定累積損耗度の演算用にフィードバックする。

ここで、損耗度は、損耗率、および、損耗率に変換可能な情報を含む趣旨であり、たとえば損耗量も含まれる。

また、本発明は、遮断器を動作仕様および電圧階級をもとにグループ化し、係数βは当該グループごとに独立に修正することを特徴とする。メーカのβ値が同じもので、且つ開極時間等の動作仕様も共通のものはグループ化して同じβ値を用いることによって、サンプル数を増やし、効果的なβ値の管理が可能となる。

好ましくは、推定累積損耗度の演算において、遮断電流を非対称遮断電流か一般波形の実効値として求めるかを選択可能にする。遮断電流の演算方法を選択可能にしておき、遮断器の仕様によって適切な演算式を用いることによって、精度の高い接点損耗監視が可能となる。

また、本発明に係わる遮断器保守支援方法は、顧客側に設置された遮断電流把握装置から送られてくるアーク時間および遮断電流情報を通信ネットワークを介してサーバへ入力し、遮断器アーク接触子の損耗度を演算して顧客端末へ当該演算結果を送信する遮断器保守支援方法であって、サーバでは、アーク時間と遮断電流を用いて遮断器の推定累積損耗度を演算するステップと、推定累積損耗度が所定値以上か否かを判定して当該判定結果を顧客端末へ送信するステップと、遮断器のアーク接触子の実損耗量情報を入力して実測累積損耗度における係数βを演算して推定累積損耗度の係数βを修正するステップと、を含むことを特徴とする。

複数の顧客の遮断器の損耗監視サービスを行うことによって、データ数を増やして精度の高い管理が可能になる共に顧客にとっても不要点検による無駄な出費を抑制し、管理の労力を軽減することができる。

なお、遮断電流把握装置から送られてくるアーク時間および遮断電流情報は、アーク時間および遮断器電流情報を算出可能な情報であれば足りる趣旨である。したがって、電流波形の生データおよびその時間軸におけるトリップのタイミング信号であってもよい。

本発明に係わる遮断器保守支援方法は、さらに、推定累積損耗度の演算において、遮断器の動作仕様に基づいて遮断電流を非対称遮断電流か一般波形の実効値として求めるかを選択することを特徴とする。

好ましくは、推定累積損耗度が所定値以上か否かを判定する際の所定値を顧客端末から設定するステップを含む。所定範囲での顧客の設定を可能にすることによって、融通性を持たせることができる。

より好ましくは、推定累積損耗度が所定値以上になったとき、遮断器の電圧階級に基づいて解体により内部点検を行うか、Ｘ線診断を行うかのメッセージを出力するステップを含む。これにより、コストメリットのある点検を顧客へ提示することができる。

また、本発明に係わるプログラムは、アーク時間および遮断電流情報を入力して遮断器アーク接触子の損耗度を演算するコンピュータ上で動作するプログラムであって、アーク時間と遮断電流を用いて遮断器の推定累積損耗度を演算する処理と、推定累積損耗度が所定値以上か否かを判定して当該判定結果を出力する処理と、遮断器のアーク接触子の実損耗量情報を入力して実測累積損耗度における係数βを演算して推定累積損耗度の係数βを修正する処理と、を実行することを特徴とする。

本発明によれば、遮断器接点の実測累積損耗度をもとに推定累積損耗度の係数βを修正するので、遮断電流の測定方法の違い等による推定累積損耗度の誤差を吸収して精度の高い接点損耗度の推定が可能となり、また、遮断器の保守サービスを行う場合は遮断器を有する顧客に対して、遮断器の保守時期を正確に通知することがのできるので、顧客の不要な出費を抑えることができる。

本発明の第１の実施形態を説明する。図１は、本実施の形態に係わる接点損耗監視システムの機能ブロック図である。

この図において、接点損耗監視システム１は、主回路の電気情報と遮断器のトリップ信号を入力する遮断電流把握装置２０およびこれと通信回線４を介して繋がるコンピュータ装置１０から構成されている。

ここで、遮断電流把握装置２０は、主回路の電流情報（電気情報）を入力するトランスジューサ２２と、遮断器のトリップ信号を入力するトランスジューサ２３、両トランスジューサ２２、２３からの信号を電圧信号に変換するインピーダンス変換手段２４からなる入力変換部２１と、インピーダンス変換手段２４からの出力信号をデジタルに変換するＡＤ変換手段２６、入力したデータを用いて演算処理を実行するＣＰＵ部２７、コンピュータ装置１０と通信を行うためのレベルコンバータ２８からなるＡＤ変換・演算部２５と、入力データに時刻情報を付加するための時計ユニット２９と、データを保存する記憶装置３０と、電源３１とから構成されている。

また、コンピュータ装置１０は、通信回線４を介して時刻付けされた電流波形情報を入力して接点の累積損耗度の演算を行う機能を有している。

次に、このように構成された接点損耗監視システム１の動作を図２を用いて説明する。
主回路５の電流情報は、主回路変流器６または補助変流器７を介して常時遮断電流把握装置２０のトランスジューサ２２に取り込まれている。この信号は、インピーダンス変換手段２４およびＡＤ変換手段２６を介してデジタル化され、逐次時計ユニット２９からの時刻情報が付加されて記憶装置３０に保存される。一方、系統事故が発生して遮断器のトリップ信号が出力されると（Ｓ１０１）、この信号がトランスジューサ２３を介して入力され、インピーダンス変換手段２４、ＡＤ変換手段２６を介して入力され、時刻情報が付されて記憶装置３０に保存される（Ｓ１０３）。

遮断電流把握装置２０の記憶装置３０に保存されている電流波形データは、レベルコンバータ２８を介して、通信回線４を経由してコンピュータ装置１０に送られる。この送信は、たとえば、ＲＳ―２３２Ｃのような、１対１のシリアル通信でも良いし、公衆回線のような通信ネットワークを介して行っても良い。また、伝送によってデータを受け渡すことに替えて、遮断電流把握装置２０の記憶装置３０をフレキシブルディスクやＣＤ―ＲＯＭといった記憶媒体が着脱可能なものにして、その記憶媒体を介して受け渡ようにしてもよい。

コンピュータ装置１０では、遮断器の種別（タイプ）によって、以下の（１）式、（２）式のいずれかを選択して遮断電流を計算する（Ｓ１０４）。

（１）式、（２）式の遮断電流の関係を図３に示す。遮断指令から遮断器の仕様等で定まる所定時間後に遮断器の接触子が離れることによりアークが発生するが、アークの発生開始時点（発弧瞬時）直後の電流値が大きく異なっている。

遮断器の種別として、たとえば、２サイクル遮断器など開極時間が短いものについては（１）式を選択し、開極時間が比較的長いものについては（２）式を選択するようにする。（１）式で遮断電流を求める場合、ピーク検出、包絡線作成処理が必要になり、（２）式に比べて負荷がかかる。このため、開極時間が長い遮断器については、（２）式を用いることにより、コンピュータ装置１０の負荷に負荷をかけずに遮断電流値を算出することができる。

この他、電圧階級が比較的低いもの（たとえば１１０ｋＶ以下）については（２）式、比較的高いものについては（１）式など、電圧階級も選択条件にいれるようにしてもよい。

また、アーク時間は、発弧瞬時から遮断器の種別によって定まる遮断サイクルの零点までの時間で求められる。

次に、収集したアーク時間、（１）式または（２）式によって求めた遮断電流値、図４に示す電極特性データ、および、図５に示す累積遮断回数等の遮断器固有データを用いて（Ｓ１０５）、（３）式により推定累積損耗率Ｂｃを計算する（Ｓ１０６）。なお、この電極特性データ、遮断器固有データは、コンピュータ装置１０に格納されている。

ここで、βは初期値として仕様値（たとえば１．６）を用いるようにする。

遮断器が動作ごとに、それまでの動作時のデータを用いてアーク時間および遮断電流の平均値を求め、上記の演算を行う。

演算の都度、推定累積損耗率Ｂｃが管理限界値（たとえば０．９）を超えたか否かを判定し、管理限界値を超えると、それを知らせる注意メッセージを出力する（Ｓ１０７）。

そして、管理限界値を超えたものについては、解体（内部点検）を行い、次の（４）式により実測累積損耗率Ｂｆを求める（Ｓ１０８）。

次に、このＢｆを用いて、（５）式によってβ値を算出する（Ｓ１０９）。

このβ値をそれまで使用していた値と入れ替えて、以後このβ値を用いて他の同タイプの事故遮断器の推定累積損耗率の計算を行う。β値の管理は、遮断器のタイプおよび電圧階級別に行うようにするとよい。

本実施の形態によれば、推定累積損耗率の管理限界値を定め、事故遮断ごとに推定累積損耗率を計算し、その限界値を超えたものについては解体によって実測累積損耗率を求めてβ値を計算し、これを推定累積損耗率の計算に使用するようにしたため、一律仕様値を使用して管理することに比べ、推定累積損耗度と実測累積損耗率の誤差による遮断性能・通電性能の低下や不必要点検の実施を回避することができる。

また、遮断器のタイプや電圧階級によって使用する遮断電流の計算方式を選択可能にしたのでより精度の高い管理が可能となる。

なお、解体による内部点検に替えてＸ線による診断を行うようにしてもよい。このときコストメリット等を考慮して、遮断器のタイプや電圧階級別に内部点検か、Ｘ線診断かを選択するようにしてもよい。

なお、電流波形情報の記録は、図１に記載の遮断電流把握装置を用いるようにしてもよいが、同様の電気情報を採取して汎用の系統事故解析プログラム（以下、波形エクスプローラという）を用いて事故時のアーク時間と遮断電流値を算出するようにしても良い（Ｓ１０２）。

また、上記は損耗率を求めて、推定累積損耗率が所定値以上になったときに内部点検を行うこととしたが、損耗量によって管理するようにしてもよい。

次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。図６は、本実施の形態に係わる接点損耗監視システム１の機能ブロック図である。

この図において、接点損耗監視システム１は、現地に設置された複数の遮断電流把握装置２０、顧客端末３５、および、これらと通信ネットワーク４０を介して繋がる接点損耗監視用サーバ（以下、サーバという）５０から構成されている。

遮断電流把握装置２０は、電力会社のほか、遮断器を設置している電力需要家や発電業者側に設置される。また、サーバ５０は、電力用機器の保守支援サービスを行う業者によって運営されている。

遮断電流把握装置２０の構成は、基本的に図１と同様であるが、レベルコンバータ２８の替りに通信ネットワーク４０を介して他の機器と接続するための通信インタフェースを備えている。

接点損耗監視用サーバ５０は、データの入出力を行うための入力部５３と出力部５２、データの演算処理を実行する中央演算処理部６０、データを記憶するための記憶部８０、および、通信ネットワーク４０を介して他の機器と通信を行うための送受信部５１から構成されている。

さらに、中央演算処理部６０は、送受信処理を実行する送受信処理手段（機能）６１、入力部１３および出力部５２との間でデータの受け渡しを行う入出力処理手段（機能）６２、入力部５３を介して入力された遮断器の基本情報を記憶部８０へ保存する基本情報登録手段(機能)６４、顧客情報を登録する顧客情報登録手段（機能）６３、顧客側に設置された遮断電流把握装置２０から送られてくる電流波形等の電気データを入力する電気データ入力手段(機能)６５、遮断器の推定累積損耗率を演算する推定累積損耗率演算手段（機能）６６、推定累積損耗率の演算結果を顧客端末３５へ送信する演算結果送信手段（機能）６７、遮断器の内部点検によって収集したアーク接触子損耗品重量情報などの点検情報を入力する点検情報入力手段（機能）６８、点検情報を用いて実測累積損耗率を演算する実測累積損耗率演算手段（機能）６９を有している。

また、記憶部８０は、顧客情報を保存する顧客情報データベース（ＤＢ）８１、遮断器の仕様情報を保存する基本情報データベース（ＤＢ）８２、および、顧客の遮断器の個別情報を保存する機器情報データベース（ＤＢ）８３を備えている。

次に接点損耗監視システム１の動作を説明する。
まず、入力部５３から遮断器の基本情報を入力する。この情報は、基本情報登録手段６４によって、記憶部８０の基本情報ＤＢ８２に保存される。また、業者の提供するサービスに加入を希望する顧客の情報が顧客端末３５から入力され、顧客情報登録手段６３によって、記憶部８０の顧客情報ＤＢ８１に保存される。また、同時に、顧客の遮断器の情報を記憶するためのエリアが機器情報ＤＢ８２に取られる。

顧客情報ＤＢ８１、基本情報ＤＢ８２、機器情報８２のデータ構成例を夫々図７、図８、図９に示す。

顧客情報ＤＢ８１には、図７に示すように保守サービスへの加入登録により顧客ＩＤが取られ、顧客名やメールアドレスなどの顧客の属性情報が保存される。図８、図９に示す基本情報ＤＢ８２、機器情報８３については、第１の実施の形態に示す電極特性データ（図４）、機器固有データ（図５）との主な違いとして、機器情報は、顧客の機器ごとに識別情報（ＩＤ）が付され、内部点検時期を判定する為の損耗率比較値が一定の範囲内で顧客の設定可能な値として機器情報ＤＢで管理されている。また、今回事故トリップ時の演算以外に、それまでの平均値をもとに次回事故時の損耗率の予測演算結果の値が保存可能になっている。これにより、顧客は事前に内部点検費用の予算立てを行うことができる。

顧客の遮断器が事故遮断すると、そのときの電流波形情報が遮断電流把握装置２０から送られてきて、電気データ入力手段６５を介して、その機器情報に関連付けて保存される。そして、推定累積損耗率演算手段６６が起動され、事故遮断のあった遮断器の機器情報に基づいて、遮断電流の演算式（（１）式または（２）式）が選択され、選択された式によって遮断電流値が計算される。また、電流波形とトリップ信号のタイミングによってアーク時間が算出される。そして、その機器の基本情報（設計アーク時間、定格遮断電流など）を参照して、（３）式を用いて推定累積損耗率を算出する。この計算のしかたは、第１の実施の形態と同様であるので説明を省略する。

推定累積損耗率の計算が終了すると演算結果送信手段６７が起動され、演算結果がその顧客の端末３５に送られる。演算結果としては、推定累積損耗率の値と、損耗率比較値（管理値）と比較したときの判定結果、および、次回事故遮断の損耗率などがある。なお、損耗率が管理値以上になると内部点検要の注意メッセージが送られる。

顧客は、この注意メッセージにより、内部点検を自ら行うかメーカまたは保守業者に依頼して点検を行う。そして、アーク接触子損耗量重量などの点検情報が顧客端末３５から入力され、点検情報入力手段６８によって、機器情報ＤＢ８３の当該顧客機器の該当エリアに格納される。また解体によって点検が行われた場合は、同時に解体有りのフラグがセットされる。

その後、実測累積損耗率演算手段６９が起動され、（４）式によって実測累積損耗率が計算され、さらに（５）式によって、係数β値が算出される。そして、その機器の基本情報として保存されているβ値を書き換える。なお、この書き換えのときに、算出されたβ値をそのまま書き換えるのではなく、たとえば、保存されていたβ値と今回算出されたβ値を新たなβ値として保存するようにしてもよい。また、算出されたβ値が所定の範囲を超える場合は使用しない、または、所定範囲の限界値を使用するようにする。このように算出されたβ値に修正を加えることによって、環境条件等によってより誤差が大きくなるのを防ぐことができる。

本実施の形態によれば、遮断器接点の推定累積損耗度の係数βを実測によって修正するので、遮断電流の測定方法の違い等による推定累積損耗度の誤差を吸収して精度の高い接点損耗度の推定が可能となり、また、遮断器を有する顧客に対して、遮断器の保守時期を効果的に通知することが可能となる。

特に、夫々の顧客にとってみれば、累積損耗率に基づいて遮断器の内部点検が発生する機会はほとんど無いが、上述の遮断器保守支援サービスを行うことにより、データ数が増えるため、より精度の高いβ値を使用することができ、また、遮断電流の計算方法を機器種別ごとに統一できるため推定累積損耗率の精度を向上させることができる。

なお、遮断器の内部点検は、この保守支援サービス業者が行うようにしてもよい。この場合は、入力部５３から点検情報が入力される。このほか、遮断器等の電力機器の保守業者と提携し、この保守業者のサーバと接続して保守日程の調整を行うようにしてもよい。

また、遮断電流把握装置２０から送られてくるデータは、アーク時間および遮断電流情報を算出可能な情報であればよいので、電流波形の生データおよびその時間軸におけるトリップのタイミング信号に替えて、アーク時間および遮断電流値そのものであってもよい。この場合、たとえば、サーバ５０から、機器種別に基づいて（１）式、（２）式のいずれによって遮断電流を演算するかの設定情報を遮断電流把握装置２０に送信するようにすれば、同装置２０から適切な遮断電流情報が送られてくるためサーバ５０の負荷を低減させることができる。

本発明における第１の実施の形態に係わる接点損耗監視システムの機能ブロック図である。 接点損耗監視システムの動作をわらわすフローチャートである。 非対称電流および一般波形における遮断電流の計算を表す図である。 本発明第１の実施形態における電極特性データの説明図である。 本発明第１の実施形態における機器固有データの説明図である。 本発明の第２の実施の形態における接点損耗監視システムの機能ブロック図である。 図６における顧客情報ＤＢのデータ構成例である。 図６における基本情報ＤＢのデータ構成例である。 図６における機器情報ＤＢのデータ構成例である。

符号の説明

１ 接点損耗監視システム
４ 通信回線
５ 主回路
６ 主回路変流器
７ 補助変流器
８ ＴＣ（トリップコイル）
９ 補助接点
１０ コンピュータ装置
２０ 遮断電流把握装置
２１ 入力変換部
２２ ２３ トランスデューサ
２４ インピーダンス変換手段
２５ ＡＤ変換・演算部
２６ ＡＤ変換手段
２７ ＣＰＵ部
２８ レベルコンバータ
２９ 時計ユニット
３０ 記憶装置
３１ 電源（停電補償型）
３５ 顧客端末
４０ 通信ネットワーク
５０ 接点損耗監視用サーバ
５１ 送受信部
５２ 出力部
５３ 入力部
６０ 中央演算処理部
６１ 送受信処理手段
６２ 入出力処理手段
６３ 顧客情報登録手段
６４ 基本情報登録手段
６５ 電気データ入力手段
６６ 推定累積損耗率演算手段（推定累積損耗度演算手段）
６７ 演算結果送信手段
６８ 点検入力手段
６９ 実測累積損耗率演算手段（実測累積損耗度演算手段）
８０ 記憶部
８１ 顧客情報ＤＢ
８２ 基本情報ＤＢ
８３ 機器情報ＤＢ

Claims (8)

1. 主回路の電気情報を入力する手段と、
   遮断器のトリップ信号を入力する手段と、
   前記電気情報と前記トリップ信号を用いてアーク時間と遮断電流を演算すると共に、係数初期値βを用いて、下記（Ａ）式により前記遮断器の推定累積損耗率Ｂｃを演算する推定累積損耗率演算手段と、
   前記推定累積損耗率Ｂｃが所定値以上か否かを判定して当該判定結果を出力する判定手段と、
   前記遮断器のアーク接触子の実損耗量情報を入力して、下記（Ｂ）式により実測累積損率Ｂｆを求め、
   下記（Ｃ）式により実測累積損耗率Ｂｆにおける係数βを演算して前記係数初期値βを修正する実測累積損耗率演算手段と、
   を備えたことを特徴とする遮断器の接点損耗監視システム。
2. 遮断器を動作仕様および電圧階級をもとにグループ化し、前記係数βは当該グループごとに独立に修正することを特徴とする請求項１記載の遮断器の接点損耗監視システム。
3. 前記推定累積損耗率の演算において、遮断電流を非対称遮断電流か一般波形の実効値として求めるかを選択可能にすることを特徴とする請求項１記載の遮断器の接点損耗監視システム。
4. 顧客側に設置された遮断電流把握装置から送られてくるアーク時間および遮断電流情報を通信ネットワークを介してサーバへ入力し、遮断器アーク接触子の損耗率を演算して顧客端末へ当該演算結果を送信する遮断器保守支援方法であって、
   前記サーバでは、
   前記アーク時間、前記遮断電流および係数初期値βを用いて、下記（Ａ）式により遮断器の推定累積損耗率Ｂｃを演算するステップと、
   前記推定累積損耗率Ｂｃが所定値以上か否かを判定して当該判定結果を顧客端末へ送信するステップと、
   前記遮断器のアーク接触子の実損耗量情報を入力して、下記（Ｂ）式により実測累積損耗率Ｂｆを求め、
   下記（Ｃ）式により実測累積損耗率Ｂｆにおける係数βを演算して前記係数初期値βを修正するステップと、
   を含むことを特徴とする遮断器保守支援方法。
5. 前記推定累積損耗率の演算において、遮断器の動作仕様に基づいて遮断電流を非対称遮断電流か一般波形の実効値として求めるかを選択することを特徴とする請求項４記載の遮断器保守支援方法。
6. 推定累積損耗率が所定値以上か否かを判定する際の前記所定値を顧客端末から設定するステップを含むことを特徴とする請求項４記載の遮断器保守支援方法。
7. 推定累積損耗率が所定値以上になったとき、遮断器の電圧階級に基づいて解体により内部点検を行うか、Ｘ線診断を行うかのメッセージを出力するステップを含むことを特徴とする請求項４ないし６のいずれか一に記載の遮断器保守支援方法。
8. アーク時間および遮断電流情報を入力して遮断器アーク接触子の損耗率を演算するコンピュータ上で動作するプログラムであって、
   前記アーク時間、前記遮断電流および係数初期値βを用いて、下記（Ａ）式により遮断器の推定累積損耗率Ｂｃを演算する処理と、
   前記推定累積損耗率Ｂｃが所定値以上か否かを判定して当該判定結果を出力する処理と、
   前記遮断器のアーク接触子の実損耗量情報を入力して、下記（Ｂ）式により実測累積損耗率Bｆを求め、
   下記（Ｃ）式により実測累積損耗率Ｂｆにおける係数βを演算して前記係数初期値βを修正する処理と、
   を実行するプログラム。