JP5726467B2 - 変圧器並列運転防止装置およびそれを用いた変電所監視制御システム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、予め設定された台数を超えて変圧器が並列運転されることを防止する変圧器並列運転防止装置およびそれを用いた変電所監視制御システムに関する。

一般に、電力系統における変電所には、電圧階級の異なる変電所系統が複数設けられている。これらの変電所系統には母線が配置され、この母線に、系統構成機器である断路器や遮断器などが接続されている。このような変電所において、電力を効率良く分配するために、電圧階級の異なる変電所系統が変圧器によって結合されている。変圧器は並列接続となる系統構成で接続され、複数の変圧器が並列運転される。

変圧器の台数を増やすことで、変電所で取り扱うエネルギー量を増やすことが可能である。このとき、取り扱いエネルギー量が増加すれば、それに比例して系統に流れる電流も増大する。系統に流れる電流が多くなると、万が一電力系統に事故が発生した場合、事故を正しく除去できない可能性がある。また、変電所で取り扱うエネルギー量が多ければ、停電が広範囲に及ぶことにもなる。そのため、変圧器の台数が多い変電所では、信頼性に優れた監視体制が強く要求されており、特許文献１など監視制御システムが種々提案されている。

ところで、並列運転される変圧器に関しては、その運転台数とタップ値が監視対象となっている。すなわち、変電所において一定台数以上の変圧器が並列運転されることは望ましくない。したがって、並列運転される変圧器に最大許容台数を設定し、この設定台数を超えないようにしている。従来の変電所では、操作員が目視にて変電所の電力系統運用状態を把握し、手動で系統操作を実施している。これにより、設定台数を超えて変圧器が並列で運転されることを防止している。また、変圧器のタップ値の監視については、やはり操作員が目視により変圧器の運転状態を把握している。そして、変圧器に付属する負荷時タップ切替機構のタップ値を同一値に合わせる操作を行うことで、並列運転される変圧器同士の変換率をそろえている。

特開２００１−８３６６号公報

既に述べたように、操作員が電力系統運用状態や変圧器の運転状態を把握する場合、操作員の目視に頼っている。そのため、操作員の見間違いや勘違いなどの確認ミスが起きることがある。また、系統操作も操作員が手動で行うので、操作ミスが生じる可能性がある。つまり、変圧器運転状態の確認作業や系統操作は、人間系による作業なので、人為的なミスが発生し得ることになる。その結果、設定台数よりも多い変圧器が並列運転されたり、あるいは、タップ値の異なる変圧器が並列運転されたりするおそれがあった。

実施形態である変圧器並列運転防止装置およびそれを用いた変電所の監視制御システムにおいては、上記の課題を解消するために提案されたものであり、任意の系統操作を実施した場合に、設定台数を超えて変圧器が並列運転されるかどうかを判定し、並列運転される変圧器が設定台数を超えると判定する時、当該操作を自動的にロックすることにより、設定台数を超える変圧器の並列運転を確実に防ぐことを目的としている。

上記目的を達成するために、実施形態である変圧器並列運転防止装置は、電圧階級の異なる変電所系統が複数設けられ、前記変電所系統は母線と、断路器および遮断器を含む系統構成機器とから構成され、電圧階級の異なる前記変電所系統が変圧器により結合され、前記変圧器が並列運転可能に接続された変電所において、次のような特徴がある。

すなわち、入力手段と、インターフェース手段と、判定手段と、出力手段が設けられている。入力手段は、変電所系統の状態と変圧器の接続状態を把握するために系統構成機器の入・切状態を表す接点情報を入力する部分である。インターフェース手段は、操作員が系統構成機器の入・切操作を行う部分である。

判定手段は、インターフェース手段にて操作員が任意の系統操作を操作すると仮定して、当該操作に伴って並列運転される変圧器の台数が予め設定された台数を超えるかどうかを、入力手段の入力した接点情報に基づいて判定するように構成されている。また、出力手段では、判定手段が並列運転される変圧器台数が設定台数を超えると判定する時、当該系統操作のロック指令を出力するようになっている。さらに判定手段は、母線に識別番号として位相番号を予め割り振っておき、変圧器がどの位相番号を持つ母線に接続されているのかによって変圧器の位相番号を割り振り、上位側電圧階級における位相番号と下位側電圧階級の位相番号の数字を足した値が各変圧器で一致しているかどうかで変圧器が並列運転しているか否かを判断し、並列運転される変圧器台数を割り出すトポロジー方式にて判定処理を実行するように構成されている。

第１の実施形態に係る変圧器並列運転防止装置の構成図。 変電所の系統構成例を示す単線結線図。 変圧器が並列運転されている例を示す単線結線図。 並列運転されている変圧器のタップ値が異なることで循環電流が発生する例を示す単線結線図。 機器の操作をロックする箇所の例を示す単線結線図。 変圧器の並列運転判定処理を示すフローチャート。 並列運転操作のロック処理を示すフローチャート。 第２の実施形態において、トポロジー方式の原理を説明するための単線結線図であって、初期状態を示す。 第２の実施形態において、トポロジー方式の原理を説明するための単線結線図であって、変圧器の並列運転状態を示す。 第３の実施形態に係る変電所監視制御システムの構成図。 第４の実施形態に係る変電所監視制御システムの構成図。 他の実施形態を説明するための単線結線図であって、初期状態を示す。 他の実施形態を説明するための単線結線図であって、事故発生と系統合わせ込み状態を示す。 他の実施形態を説明するための単線結線図であって、並列運転復旧状態を示す。

（１）第１の実施形態
［構成］
以下、第１の実施形態に係る変圧器並列運転防止装置について、図１〜図８を参照して具体的に説明する。図１は第１の実施形態の機能ブロック図である。図１に示すように、変圧器並列運転防止装置１には、判定部１１、入力部１２、出力部１３およびＨＭＩ部１４が設けられている。

このうち、入力部１２は、系統を構成する各機器の接点情報を取り込む部分である。入力部１２の取り込む接点情報とは、系統構成機器である断路器や遮断器などの入・切状態を表す情報であり、変電所系統の状態と変圧器の接続状態を把握するためのデータとなる。ＨＭＩ部１４は、変電所の操作員と系統構成機器とのインターフェースを実施する人間系のインターフェース手段であって、系統構成機器の入・切操作、変圧器のタップ値や各機器の機能設定、並列運転される変圧器の最大許容台数の設定など、各種の操作について、操作員が手動操作にて行う部分である。

判定部１１は、入力部１２の取り込んだ接点情報に基づいて系統状態を把握して、ＨＭＩ部１４による任意の系統構成機器の操作を実施する場合に、変圧器がどのような運転状態となるかを、ロジック方式（後述）に基づいて判定する部分である。より詳しくは、判定部１１は、次のような３つの判定を行うようになっている。まず、判定部１１は、変電所内の変圧器が並列運転されているかどうかを判定する。

また、判定部１１は、ＨＭＩ部１４にて任意の系統構成機器を操作すると仮定して、当該系統操作の結果、変圧器の並列運転状態を把握して、その台数が設定台数を超えて台数超過となるか、あるいは設定台数以下で済むのかを判定する。さらに判定部１１は、並列運転される変圧器が設定台数以下である時、変圧器同士のタップ値（より正確には変圧器に付属する負荷時タップ切替機構のタップ値）を相互に比較して、並列運転される変圧器同士の中で、１つでもタップ値が異なる変圧器があれば、タップ値不一致という判定を下すようになっている。

出力部１３は、これらの判定部１１の判定結果を受け、並列運転される変圧器台数が台数超過である、あるいは変圧器のタップ値が不一致であると、判定部１１が判定した場合に、これらの判定の基礎となったＨＭＩ部１４による系統構成機器の操作に対し、ロック指令を出力する部分である。出力部１３の出力するロック指令は、例えば、機器の操作回路を電気的に成立しないような接点として導入される。また、ロック指令には、操作を行おうとする操作員に注意喚起するための警報を含めるようにしても良い。

［変電所の系統構成］
続いて、本装置を適用する変電所の系統構成について、図２の単線結線図を用いて具体的に説明する。図２に示すように、変電所には上位電圧階級を構成する母線２０１、２０２と、下位電圧階級を構成する母線２２９、２３０が配置され、これら母線には系統構成機器である、断路器２０８〜２１５、２３６〜２４３と、遮断器２２１〜２２８とが接続されている。

さらに、母線２０１、２０２、２２９、２３０には、各母線を左右に分離するための遮断器２４５、２４６、２４７、２４８が設置されている。つまり、母線２０１は遮断器２４５にて母線２０３、２０４に分離され、母線２０２は遮断器２４６にて母線２０３、２０４に分離され、母線２２９は遮断器２４７により母線２３１、２３２に分離され、母線２３０は遮断器２４８により母線２３３、２３４に分離される。また、上位電圧階級側の母線２０１と母線２０２は両端部で遮断器２０７、２１６により結合することが可能である。さらに、下位電圧階級側の母線２２９と母線２３０は両端部で遮断器２３５、２４４により結合することができる。

図２に示した変電所では、上位電圧階級側の母線２０１、２０２と、下位電圧階級側の母線２２９、２３０とが、４台の変圧器２１７〜２２０により結合されている。変圧器２１７〜２２０は、母線２０１、２０２、２２９、２３０に対し並列に接続されている。変圧器２１７〜２２０にはそれぞれ、２台の遮断器が接続されている。

すなわち、変圧器２１７には遮断器２２１、２２５が接続され、変圧器２１８には遮断器２２２、２２６が接続され、変圧器２１９には遮断器２２３、２２７が接続され、変圧器２２０には遮断器２２４、２２８が接続されている。これら変圧器２１７〜２２０に接続された合計８台の遮断器２２１〜２２４にはそれぞれ、２台の断路器が接続されている。つまり、遮断器２２１〜２２４には上位側電圧階級の断路器２０８〜２１５が接続され、遮断器２２５〜２２８には下位側電圧階級の断路器２３６〜２４３が接続されている。

上位側電圧階級である断路器２０８〜２１５のうち、断路器２０８、２１０、２１２、２１４は母線２０１に接続され、断路器２０９、２１１、２１３、２１５は母線２０２に接続されている。これら断路器２０８〜２１５と遮断器２２１〜２２４にて、任意の上位電圧階級の母線２０１、２０９に変圧器２１７〜２２０が結合される。

また、下位側電圧階級である断路器２３６〜２４３のうち、２３６、２３８、２４０、２４２は母線２２９に接続され、断路器２３７、２３９、２４１、２４３は母線２３０に接続されている。これら断路器２３６〜２４３と遮断器２２５〜２２８にて、任意の下位電圧階級の母線２２９、２３０に変圧器２１７〜２２０が結合される。

［変圧器の並列運転状態］
以上のような変電所での変圧器の並列運転状態について、図３を参照して説明する。図３では３台の変圧器２１７〜２１９が並列運転されている。このうち、変圧器２１７は、断路器２０９が入状態、遮断器２２１が入状態なので上位側の母線２０２に接続され、断路器２３７が入状態、遮断器２２５が入状態なので下位側の母線２３０に接続されている。

変圧器２１８は、断路器２１１が入状態、遮断器２２２が入状態のため上位側の母線２０２に接続され、断路器２３９が入状態、遮断器２２６が入状態のため下位側の母線２３０に接続されている。また、変圧器２１９は、断路器２１３が入状態、遮断器２２３が入状態で上位側の母線２０２に接続され、断路器２４１が入状態、遮断器２２７が入状態で下位側の母線２３０に接続されている。

ここで、母線２０２を左右に分離する遮断器２４６が入状態、母線２３０を左右に分離する遮断器２４８が入状態のため、結果として３台の変圧器２１７〜２１９は同じ母線２０２、２３０で連結されている。さらに、各変圧器２１７〜２１９に付属する負荷時タップ切替操作機構のタップ値（３０１〜３０３）が何れも「５」と同じ数字になっている。以上の状態を変圧器２１７、２１８、２１９の並列運転状態とする。

これに対して、変圧器２２０においては、上位側は断路器２１４が入状態、遮断器２２４が入状態、下位側は断路器２４２が入状態、遮断器２２８が入状態のため、それぞれ母線２０１、母線２２９に接続しているが、母線２０１、母線２２９を左右に分離する遮断器２４５、２４７が切状態にある。このため、変圧器２２０は、他の変圧器２１７、２１８、２１９とは完全に分離運転される。したがって、図３では、変圧器２２０のタップ値は「８」となっているが、変圧器２２０は変圧器２１７、２１８、２１９と並列運転されていないので、タップ値の相違による影響はない。

［変圧器のタップ値が異なるケース］
続いて、変圧器の並列運転状態時に問題が発生してしまう２通りのケースでの変電所の系統構成について説明する。図４の系統構成では、変並列運転される変圧器同士のタップ値が異なっている状態を示している。図４に示すように、３台の変圧器２１７、２１８、２１９は、同一の母線２０２、２３０に接続しており、並列運転している。このうち、変圧器２１７、２１９のタップ値は両者とも「５」である。一方、変圧器２１８のタップ値は「３」である。

このような並列運転状態を取る時、タップ値の大きい（電圧の変換率が大きい）変圧器２１７、２１９から、タップ値の小さい（電圧の変換率が小さい）変圧器２１８に向かって、電圧差による循環電流４０２、４０３が発生してしまう。すなわち、本来の通過電流に循環電流４０２、４０３が付加されることになり、それぞれの変圧器２１７、２１８、２１９が余計に発熱する。

この結果、最終的に変圧器２１７、２１８、２１９には熱によるダメージが発生する場合がある。なお、図４においても、変圧器２２０のタップ値は「８」となっているが、変圧器２２０は、変圧器２１７、２１８、２１９と並列運転されていないため、タップ値が異なっても、上記のような影響が及ぶ心配はない。

［並列運転される変圧器台数が予め設定された台数を超えるケース］
次に、変圧器の並列運転状態時に問題となるもう１つのケースは、並列運転される変圧器の台数が、予め設定された最大許容台数を超えた時である。この場合の変電所系統構成について、図５を用いて説明する。図５の状態では、変圧器２１７、２１８、２１９が同一の母線２０２、２３０に接続されて並列運転状態である。

変圧器２２０の接続状態は、上位側電圧階級にて断路器２１５が入状態、遮断器２２４が入状態であり、他の変圧器２１７、２１８、２１９と同じく、母線２０２に接続している。一方、下位側電圧階級は、断路器２４３が入状態のため母線２３０に接続しているが、遮断器２２８が切状態のため、他の変圧器２１７、２１８、２１９との並列接続が成立しておらず、変圧器２２０は停止中である。

変電所の制約などにより、並列運転される変圧器の設定台数（最大許容台数）を３台とするとき、既に変圧器２１７〜２１９の３台で並列運転を実施している。したがって、この状態で、変圧器２２０に接続された遮断器２２８が入状態となれば、変圧器２２０も変圧器２１７〜２１９と共に並列運転となり、設定された３台を超えることになる。

［処理フローその１: 並列運転判定］
以上のような変圧器の並列運転状態時に問題が発生する２通りのケースとなることを想定して、本実施形態に係る変圧器並列運転防止装置は、次のような処理フローを実施している。図６のフローチャートに示すように、まず、判定部１１は、変電所の変圧器が並列運転されているかを判定する。すなわち、本処理は装置の起動と共に開始し（Ｓ９０１）、後は基本的に定期的に、あるいはなんらかの状態変化をキックにループする（Ｓ９０２、Ｓ９０６）。

続いて本実施形態に係る変圧器並列運転防止装置そのものに異常が無いかどうかを判定し（Ｓ９０３）、装置に異常があった場合には（Ｓ９０３のＹｅｓ）、判定処理を継続する意味がなくなるので、処理を終了する。また、変圧器並列運転防止装置が正常であれば（Ｓ９０３のＮｏ）、変圧器の母線接続状態を確認する処理に移行する（Ｓ９０４）。そして、確認した変圧器の母線接続状態の結果データに関して、所定のメモリーに格納する（Ｓ９０５）。

［処理フローその２: 台数・タップ値判定からロック指令出力］
続いて、判定部１１にて、並列運転される変圧器が設定された台数以上かどうか、さらには設定台数以下であっても変圧器同士のタップ値が全て合致しているか否かを判定する。その上で、判定部１１の判定結果が設定台数の超過およびタップ値の不一致である場合、この判定結果を受けて。出力部１３がロック指令を所定の機器に出力する。

以上の台数・タップ値判定からロック指令出力の処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。図７に示すように、本実施形態に係る変圧器並列運転防止装置では、定期的に、あるいはなんらかの状態変化をキックにしてスタートし（Ｓ１００１１）、変電所に実装されている機器を全てチェックするまでループする（Ｓ１００２、Ｓ１０１７）。

ここでも、前記図６の処理フローと同じく、変圧器並列運転防止装置そのものに異常が無いかどうかを判定し（Ｓ１００３）、異常ありの場合には（Ｓ１００３のＹｅｓ）、判定処理を継続する意味がなくなるため、終了する。次に変電所系統を構成する機器を順に１つづつ選ぶ（Ｓ１００４）。

選択した機器が実装されているか否か（Ｓ１００５）、さらには、その機器が切状態かどうか（Ｓ１００７）を確認する。機器が実装されていない場合（Ｓ１００５のＮｏ）、あるいは入状態の時（Ｓ１００７のＮｏ）には、判定する意味が無いので次の機器を選択する処理を実行し（Ｓ１００６、図８では次の遮断器を確認する例）、Ｓ１００３まで戻る。

選択された機器が実装されていて（Ｓ１００５のＹｅｓ）、且つ切状態の場合（Ｓ１００７のＹｅｓ）には、当該機器を入状態にしたと仮定して、変圧器の並列運転状態がどうなるかをシミュレートする処理に入る（Ｓ１００８）。まず、図７に示した処理の最後でメモリーに格納した、変圧器の母線への接続データを取得し（Ｓ１００９）、当該機器を入れたと仮定した場合に、変電所系統状態が並列運転になるかならないかを、判定部１１が判断する（Ｓ１０１０）。当該機器を入れた場合に変圧器が並列運転にならないと判定部１１が判断すれば（Ｓ１０１０のＮｏ）、出力部１３はロック指令を出力することはない（Ｓ１０１４）。

これに対して、当該機器を入れた場合に変圧器が並列運転になると判定部１１が判断した場合（Ｓ１０１０のＹｅｓ）、Ｓ１０１１に移る。Ｓ１０１１では、変圧器の並列運転台数が設定された並列運転の最大台数を超えるかどうかを、判定部１１にて判断する。このような判断の前提として、判定部１１は、接点情報にて示される系統構成機器の入・切状態をもとにして、変電所系統状態および変圧器の接続状態を把握しており、具体的な入・切状態の把握方法としてロジック式を用いている。

ここで、ロジック式について表１、表２を用いて説明する。表１は上位電圧階級（ここでは４００ｋＶ）側３台の変圧器の並列運転判定表であり、表２は下位電圧階級（ここでは１３２ｋＶ）側３台の変圧器並列条運転判定表である。

表１、表２に示した変圧器並列条運転判定表は、機器の入切状態の全パターンについて、ＡＮＤやＯＲのロジック式を用いて定義したものであって、判定部１１はこれを予めに設定しておく。そして、判定部１１は、入力部１２から取り込んだ接点情報と、ＨＭＩ部１４にて操作・設定された情報に基づいて、系統構成機器の入・切状態に関し、どのパターンに当てはまるかをチェックすることで、並列運転される変圧器の運転台数を割り出すようになっている。

表１、表２に示したロジック式の例を、図５に示した並列運転される変圧器の台数超過である系統に当てはめると、表１のNo.１９、および表２のNo.１９のロジック式により、断路器２０９、２１１、２１３、２３７、２３９、２４１および遮断器２４６、２４８が入状態であることから、既に３台の変圧器２１７〜２１９が並列運転されていると、判定部１１が判断する。

この状態で、並列運転される変圧器の最大許容台数が３台と設定されている場合、一例としてＳ１００４にて遮断器２２８を選択した時、この遮断器２２８を投入すれば、変圧器２２０は変圧器２１７〜２１９と並列運転されることになる。つまり、並列運転される変圧器の台数が４台となり、判定部１１は、並列運転される変圧器の台数が設定台数の３台を超えると判断する（Ｓ１０１１のＮｏ）。判定部１１はこのような判定結果を出力部１３に送る。

出力部１３では、判定部１１の判定結果を受けて、Ｓ１００４で選択された機器、ここでは投入操作を想定した遮断器２２８に対し、投入操作のロック指令を出力する（Ｓ１０１６）。このロック指令の出力により、変圧器２２０に接続される遮断器２２８の投入操作はロックされることになる。この結果、仮に操作員が遮断器２２８を投入操作したとしても、その投入操作は無効となり、変圧器２２０が変圧器２１７〜２１９と共に並列運転されることを、確実に回避することができる。

なお、ここでの出力部１３からのロック指令は、変圧器２２０が母線２０２と母線２３０に接続されることを防止するためのものである。そこで、判定部１１は、変圧器２２０の接続防止に関して、変圧器が４台並列運転される際に考えられる系統条件の全てを、表１や表２と同じように作成しておく必要がある。このようにして、判定部１１が並列運転される変圧器の不成立条件となる機器を把握することで、その機器に対する投入操作のロック指令を出力部１３にて出力することが可能となる。以上が並列運転される変圧器が設定台数を超える場合の処理である。

一方、Ｓ１００４にて選択した機器を投入操作しても、並列運転される変圧器が設定台数の３台以下に収まると、判定部１１が判定すれば（Ｓ１０１１のＹｅｓ）、続いて判定部１１は、並列運転される変圧器同士のタップ値が一致しているかどうかを比較する（Ｓ１０１２）。ここで、並列運転される変圧器のタップ値が全て一致すると、判定部１１が判定すると（Ｓ１０１３のＹｅｓ）、出力部１３はロック指令を出力することはない（Ｓ１０１４）。

これに対して、並列運転される変圧器同士のタップ値が不一致であると判定部１１が判断した場合（Ｓ１０１３のＮｏ）、その結果を受けて出力部１３が、Ｓ１００４で選択された機器に対し操作のロック指令を出力する（Ｓ１０１６）。図４に示した系統を例に取ると、タップ値「３」の変圧器２１８が、タップ値「５」の変圧器２１７、２１９と並列運転される場合にタップ値が不一致となる。

そこで、変圧器２１８に接続される遮断器２２２または２２６が、Ｓ１００４において選択されれば、判定部１１はタップ値不一致という判定を下すことになる。この判定結果を判定部１１より受けた出力部１３は、遮断器２２２または２２６に対してロック指令を出力することになる。

これにより、仮に操作員が遮断器２２２または２２６の投入操作を実施したとしても、これらの投入操作は無効となり、タップ値「３」の変圧器２１８が、タップ値「５」の変圧器２１７、２１９と並列運転されることはない。最後に、変電所を構成する機器を全てチェックしたかどうかを判断し（Ｓ１０１５）、残りの未チェック機器がある場合には、ループ（Ｓ１０１７）して、チェック済みの機器が無くなった時点で一旦処理を終了する。

［作用効果］
以上説明したように、第１の実施形態によれば、切状態にある機器に対し投入操作を実施する機器が選択された場合に、当該機器の操作により、タップ値の異なる変圧器が並列運転されるか、あるいは、設定台数を超えて変圧器が並列運転されると判断されれば、当該機器に対して、投入操作のロック指令を自動的に出力することができる。

したがって、選択された機器への投入操作をロックすることができ、不具合が起きるおそれのある変圧器の並列運転を、確実に防ぐことができる。上述したように従来では、系統操作に際して、タップ値の異なる変圧器が並列運転にならないか、あるいは、設定された台数以上の変圧器が並列運転されないかといった確認作業を、操作の都度、人間系にて判断しており、人為的なミスが起きる可能性がある。

そこで、本実施形態においては、系統構成機器の接点情報に基づき、変圧器の運転状態を、判定部１１にて把握している。したがって、ＨＭＩ部１４にて変圧器の最大許容台数を設定さえしておけば、設定台数を超える変圧器の並列運転を招く機器について、人間系の判断に委ねることなく、判定部１１が判断可能である。

また、タップ値の異なる変圧器が並列運転されるかどうかについても、操作対象となる機器を選択する時点で、人間系の判断を待つまでもなく、判定部１１がこれを即座に判断することができる。つまり、第１の実施形態では、判定部１１が変圧器の運転状態を判定することで、人間系による確認ミスを的確に排除することができる。

そして、操作員の選んだ機器を操作した場合に、並列運転される変圧器の台数超過や、タップ値不一致が起きると判定部１１が判断すれば、この判断を受けて出力部１３が操作のロック指令を出力する。したがって、万が一、操作ミスが起きたとしても、設定台数を超える変圧器の並列運転や、タップ値の異なる変圧器の並列運転を、確実に防ぐことができる。

以上のような変圧器並列運転防止装置によれば、変電所で取り扱うエネルギー量を増やすべく変圧器台数を増やしたとしても、安定した変圧器の並列運転を実施することができる。したがって、変圧器台数の多い変圧器に好適であって、変電所の信頼性向上に寄与することができる。しかも、出力部１３にて系統操作のロック指令を出力する場合に、警報や、警報内容の表示を出力すれば、操作員に注意喚起を促すことができる。したがって、人間系の判断ミスや操作ミスを抑制することが可能である。

（２）第２の実施形態
［構成］
次に第２の実施形態に係る変圧器並列運転防止装置について説明する。第２の実施形態は、変電所系統の状態と変圧器の接続状態を把握する処理に特徴があり、基本構成は上記第１の実施形態と同一である。

第２の実施形態の判定部１１は、系統構成機器の入・切状態を把握処理する方式として、トポロジー方式を採用した点に特徴がある。このトポロジー方式の原理について、図８、図９を用いて具体的に説明する。これら図８、図９はトポロジー方式を説明するための変電所系統の一例である。

変電所系統の基本である母線２０１、２０２、２２９、２３０は、途中の遮断器２４５、２４６、２４７、２４８によって左右に分割され、それぞれ母線２０３、２０４と、母線２０５、２０６と、母線２３１、２３２と、母線２３３、２３４とに分割されている。この状態でそれぞれの分割された母線に、位相番号（図８、図９では点線の丸で囲んだ番号）を割り振り、初期状態とする。

図８に示した例では、母線２０３には位相番号１を、母線２０４には位相番号３を、母線２０５には位相番号２を、母線２０６には位相番号４を、母線２３１には位相番号１０を、母線２３２は位相番号３０を、母線２３３には位相番号２０を、母線２３４には位相番号４０を、それぞれ割り付ける。

これをもとにして、実際の変電所系統を構成する機器の入切状態に従い、どの母線に変圧器が接続されているかをチェックする。そして、接続されている母線の設定番号を変圧器に割り振ることで、変圧器の並列状態を確認する。トポロジー方式では、以上のようにして変圧器の接続状態を把握することができる。

続いて、図９を用いて、判定部１１にてトポロジー判定方法を採用した場合の通常時動作を説明する。図９に示した例では、母線２０２を左右に分割する遮断器２４６が入状態のである。そのため、母線２０５と母線２０６の位相番号は同じとなる。ここで若い方の位相番号を優先して付与する。したがって、母線２０５側の位相番号２を母線２０６側にも適用する。つまり、母線２０６の位相番号は４ではなく、２になる。同じく母線２３０を左右に分割する遮断器２４８が入状態のため、母線２３３と母線２３４の位相番号は同じとなる。このとき、若い位相番号を優先するので、母線２３３側の位相番号２０が母線２３４側にも適用し、母線２３４の位相番号は４０から２０になる。

次に、それぞれの変圧器の接続状態を確認し、変圧器の位相番号を割り振る。上位側電圧階級においては、断路器２０８が切状態、断路器２０９と遮断器２２１が入状態であり、断路器２１０が切状態、断路器２１１と遮断器２２２が入状態である。このため、変圧器２１７、２１８は、いずれも母線２０５側と接続し、上位側電圧階級における位相番号は２となる。また、断路器２１２が切状態、断路器２１３と遮断器２２３が入状態なので、変圧器２１９は母線２０６側と接続している。したがって、変圧器２１９の上位側電圧階級における位相番号も２となる。

これに対して、母線２０１を左右に分割する遮断器２４５は切状態のため、母線２０３と母線２０４の位相番号は初期状態のままであって、前者の位相番号が１、後者の位相番号が３である。このとき、断路器２１４と遮断器２２４が入状態、断路器２１５が切状態であるため、変圧器２２０は母線２０４側と接続しており、その位相番号は３となる。

一方、下位側電圧階級においては、断路器２３６が切状態、断路器２３７と遮断器２２５が入状態のため、変圧器２１７は母線２３３側と接続し、位相番号は２０となる。また、断路器２３８が切状態、断路器２３９と遮断器２２６が入状態のため、変圧器２１８は母線２３３側と接続して、位相番号は同じく２０となる。さらに、断路器２４０が切状態、断路器２４１と遮断器２２７が入状態のため、変圧器２１９は母線２３４側と接続していることから、変圧器２１９の位相番号は同じく２０となる。

これに対し、母線２２９を左右に分割する遮断器２４７が切状態なので、母線２３１と母線２３２の位相番号は初期状態のままであって、前者の位相番号が１０、後者の位相番号が３０である。このとき、断路器２４２と遮断器２２８が入状態、断路器２４３が切状態のため、変圧器２２０は母線２３２側と接続している。このため、変圧器２２０の位相番号は３０となる。

以上のトポロジー方式では、最終的に上位電圧階級と下位電圧階級の位相番号の数字を足した値が一致しているかによって、変圧器が並列運転しているか否かを判断する。つまり、変圧器２１７〜２１９の位相番号の合計値は２＋２０＝２２なので、これら３台の変圧器は並列運転されていると、判定部１１は判断する。一方、変圧器２２０の位相番号の合計値は３＋３０＝３３となり、位相番号の合計値が２２である変圧器２１７〜２１９とは並列運転されていないと、判定部１１は判断する。

以上のようにして位相番号の合計値を求めることで、第２の実施形態の判定部１１では、並列運転される変圧器の台数を割り出すことができる。ここで、設定台数が３台で、割り出した変圧器台数が３台であれば、変圧器２２０の位相番号の合計値が２２となるような機器を選択する場合には、上記第１の実施形態と同じく、その機器に対し出力部１３がロック指令を出力する。これにより、並列運転される変圧器の台数増加を抑えることができる。

［作用効果］
第２の実施形態には、前記第１の実施形態の持つ作用効果に加えて、次のような独自の作用効果がある。すなわち、第２の実施形態では、並列運転される変圧器の判定に際してトポロジー方式を採用したことにより、機器および初期の母線の位相番号を設定するだけで、機器の入切状態に基づく変圧器の並列運転状態を把握可能である。

つまり、上記第１の実施形態に係る判定部１１ではロジック式を用いていたので、変電所における変圧器の並列運転条件を予めロジック化することが不可欠であった。そのため、系統条件が変更されるたびに、判定部１１に設定されたロジック式を見直す必要があった。これに対して、第２の実施形態では、そもそも並列運転条件の全ての系統状態を予めロジック式として表していないので、系統条件が変更されたとしても判定部１１におけるロジック式の変更は不要であり、優れた保守性を発揮することができる。

（３）第３の実施形態
［構成］
以下、第３の実施形態について、図１０を参照して具体的に説明する。第３の実施形態は、変圧器並列運転防止装置１を用いた変電所監視制御システム１０であって、図１０に示すように、変圧器並列運転防止装置１と、伝送路１６と、変電所の機器１７と、変電所の機器１７とのインターフェースを実施するｎ個の回線端末１８１〜１８ｎとから構成されている。なお、変電所の機器１７には、図２などに図示された変電所の系統構成機器である断路器や遮断器、さらには変圧器も包含される。

第３の実施形態の変圧器並列運転防止装置１には、図１に記載した判定部１１、出力部１３およびＨＭＩ部１４に加えて、通信部１５が設けられている点に特徴がある。変圧器並列運転防止装置１側のＨＭＩ部１４および通信部１５が伝送路１６に結合されている。また、伝送路１６には変電所の機器１７の回線端末１８１〜１８ｎが結合されている。伝送路１６上を流れている情報としては、各機器の入切状態や変圧器のタップ値など変電所の機器１７の各種情報があり、これらが伝送データとして変圧器並列運転防止装置１側の通信部１５に送られるようになっている。

また、第３の実施形態において、ＨＭＩ部１４にて実施する変電所の機器１７への操作指令については、伝送路１６を介して回線端末１８１〜１８ｎへ操作データとして送信される。回線端末１８１〜１８ｎは受信した操作データを変電所の機器１７へと出力するように構成されている。変電所の機器１７で回線端末１８１〜１８ｎからの操作データに基づいて所定の操作が行われる。

［作用効果］
このような構成を有する第３の実施形態では、通信部１５によって、伝送路１６上を流れている変電所の機器１７の各種情報（各機器の入切状態、変圧器のタップ値）を、伝送データとして変圧器並列運転防止装置１側に取り込むことができる。

そして、通信部１５は伝送データを判定部１１に送る。したがって、上記第１および第２の実施形態と同じく、判定部１１が変圧器の運転状態を把握し、判定部１１の判断に応じて、変電所の機器１７（例えば遮断器）の操作ロック指令を、出力部１３から接点出力することができる。

以上のような第３の実施形態によれば、図１にて示した変圧器並列運転防止装置１の入力部１２を省くことが可能となる。そのため、変圧器並列運転防止装置１の簡略化を進めることができる。また、入力部１２と変電所の機器１７とを接続するケーブルも不要となり、ケーブル本数を削減することができる。したがって、変電所監視制御システム１０全体としての簡略化にも寄与することができる。

（４）第４の実施形態
［構成］
次に、第４の実施形態に係る変電所監視制御システム１０について、図１１を参照して具体的に説明する。図１１に示すように、第４の実施形態の基本的な構成は上記第３の実施形態と同じであるが、第４の実施形態では変圧器並列運転防止装置１側の出力部１３を省き、回線端末１８１〜１８ｎを用いてロック指令を出力する点に特徴がある。

すなわち、変圧器並列運転防止装置１側の判定部１１は、伝送路１６を介して、その判定結果を回線端末１８１〜１８ｎに出力するようになっている。回線端末１８１〜１８ｎは、判定部１１の判定結果を受けて、各回線端末１８１〜１８ｎに接続された変電所の機器１７に対し、ロック指令を出力するようになっている。

また、第４の実施形態でも、ＨＭＩ部１４にて実施する変電所の機器１７への操作指令については、伝送路１６を介して回線端末１８１〜１８ｎへ操作データとして送信される。回線端末１８１〜１８ｎは、受信した操作データを変電所の機器１７へと出力し、変電所の機器１７はこの操作データに基づいて所定の操作が行うことになる。

［作用効果］
以上の構成を有する第４の実施形態では、変圧器並列運転防止装置１が通信部１５を介して伝送路１６に接続されているため、機器の操作ロック指令を、伝送路１６を介してＨＭＩ部１４へ送信したり、回線端末１８１〜１８ｎに送信したりすることが可能となる。

すなわち、第４の実施形態によれば、系統情報の入力と操作ロック指令の出力を、通信部１５を介して授受することができ、入力部１２および出力部１３は不要となる。そのため、変圧器並列運転防止装置１の構成の簡略化をいっそう進めることが可能である。しかも、出力部１３と変電所の機器１７間のケーブルも不要となって、システムにおけるケーブル本数をさらに削減することができる。

（５）他の実施形態
以上説明した変圧器並列運転防止装置では、変電所の系統を把握可能としたことで、設定された台数を超える変圧器並列運転の防止や、タップ値の異なる変圧器の並列運転を防止している。

変圧器運転の防止に際して、機器の操作指令をロックするロック指令を出力しているが、ロック指令の出力が可能であれば、この出力機能を用いて、他の指令を出力することも可能である。すなわち、並列運転されている変圧器が系統事故や操作により、並列から解列された場合、他の健全かつ単独運転変圧器を並列運転する操作指令を出力することも可能である。

ここで、並列運転される変圧器が解列される時、操作指令を出力するように構成された変圧器並列運転防止装置について、図１２〜図１４を用いて説明する。図１２は変電所運転の初期状態の一例である。この図では、変圧器２１７、２１８、２１９が何れも同じタップ値であって、母線２０２、２３０を介して並列運転されている。

変圧器２２０に関しては遮断器２２８が切状態のため、停止状態となっている。変圧器２２０のタップ値は「８」となっている。この図１２に示した状態から、図１３に示すように変圧器２１９にて系統事故が発生すると、遮断器２２３、２２７が切状態となって、変圧器２１９は停止状態となる。

したがって、並列運転されている変圧器は変圧器２１７、２１８の２台となり、当然ながら母線２０２から母線２３０へ送信できるエネルギーは減ってしまう。そこで、これを補うため、変圧器並列運転防止装置１の出力部１３は、事故発生前の変圧器並列運転台数が３台であったことに基づいて、停止している変圧器２２０を母線２０２、２３０へ接続する操作指令を出力するようになっている。

具体的には断路器２１４を切状態、断路器２１５を入状態、遮断器２２４を入状態にすることで、上位電圧階級側の母線２０２へ変圧器２２０を接続する。また断路器２４２を切状態、断路器２４３を入状態とする。ただし、図１３に示す状態では遮断器２２８が入っておらず、下位電圧階級側の母線２０２に変圧器２２０は接続されておらず、変圧器２２０は依然として停止中である。

そこで、変圧器並列運転防止装置１の出力部１３は、変圧器２２０に対しタップ値を設定し直す指令を出力し、この指令に基づき、変圧器２２０はタップを操作してタップ値を「８」から、他の変圧器２１７、２１８と同じ「５」に変更する。その後、図１４に示すように、遮断器２２８を入状態とし、最終的に、変圧器２１７、２１８、２２０の３台並列運転を実現させる。これにより、母線２０２から母線２３０へ送信するエネルギーを回復させることが可能である。

このような他の実施形態によれば、変電所の系統事故や操作によって、変圧器の並列運転台数が減ってしまった場合には、自動的に他の変圧器を並列運転に加入させることができる。これにより、人間系による操作に頼ることなく、常に安定したエネルギー供給が可能である。

１…変圧器並列運転防止装置
１０…変電所監視制御システム
１１…判定部
１２…入力部
１３…出力部
１４…ＨＭＩ部
１５…通信部
１６…伝送路
１７…変電所の機器
１８１〜１８ｎ…回線端末
２０１〜２０６、２２９〜２３４…母線
２０７、２１６、２２１〜２２８、２３５、２４４…遮断器
２０８〜２１５、２３６〜２４３…断路器
２１７〜２２０…変圧器

Claims (7)

1. 電圧階級の異なる変電所系統が複数設けられ、前記変電所系統は母線と、断路器および遮断器を含む系統構成機器とから構成され、電圧階級の異なる前記変電所系統が変圧器により結合され、前記変圧器が並列運転可能に接続された変電所において、
   前記変電所系統の状態と前記変圧器の接続状態を把握するための判定用データとして、前記系統構成機器の入・切状態を表す接点情報を入力する入力手段と、
   前記系統構成機器の入・切操作を行う操作員とのインターフェースを実施するインターフェース手段と、
   前記インターフェース手段にて操作員が任意の前記系統構成機器を操作すると仮定して、当該操作に伴って並列運転される変圧器の台数が、予め設定された台数を超える台数超過なのか、あるいは設定台数以下なのかを、前記入力手段の入力した前記接点情報に基づいて、判定する判定手段と、
   前記判定手段が前記台数超過であると判定した時、当該操作のロック指令を出力する出力手段、が設けられ、
   前記判定手段は、前記母線に識別番号として位相番号を予め割り振っておき、前記変圧器がどの位相番号を持つ母線に接続されているのかによって変圧器の位相番号を割り振り、上位側電圧階級における位相番号の数字と下位側電圧階級の位相番号の数字を足した値が各変圧器で一致しているかどうかで前記変圧器が並列運転しているか否かを判断し、並列運転される変圧器台数を割り出すトポロジー方式にて判定処理を実行するように構成されたことを特徴とする変圧器並列運転防止装置。
2. 前記入力手段は、前記変圧器に付属する負荷時タップ切替機構からタップ値を入力するように構成され、
   前記判定手段は、前記入力手段の入力した前記タップ値に基づいて、前記変圧器同士の前記タップ値が一致するかどうかを判定するように構成されており、
   前記インターフェース手段にて操作員が任意の前記系統構成機器を操作すると仮定して、並列運転される前記変圧器が設定台数以下であるものの、前記変圧器同士の前記タップ値は不一致であると前記判定手段が判定した時、前記出力手段は、当該操作のロック指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の変圧器並列運転防止装置。
3. 並列運転されていた変圧器の並列運転状態が解除となった場合、前記出力手段は、健全且つ単独運転されている変圧器を並列運転に加入させる操作指令を出力するように構成されたことを特徴とする請求項１又は２に記載の変圧器並列運転防止装置。
4. 前記判定手段は、ロジック式を用いて前記系統構成機器の入・切状態のパターンを予め定義しておき、前記パターンにて判定処理を実行するように構成されたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の変圧器並列運転防止装置。
5. 前記出力手段は、前記ロック指令とは別に、操作員に注意喚起するための警報を出力するように構成されたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の変圧器並列運転防止装置。
6. 請求項１〜５に記載の変圧器並列運転防止装置を用いた変電所監視制御システムであって、
   変電所監視制御システムは、変電所の系統構成機器とのインターフェースを実施する回線端末と、操作員とのインターフェースを実施するインターフェース手段とが、伝送路によって結合され、
   前記伝送路には前記系統構成機器の持つ各種情報が伝送データとして流されており、
   前記変圧器並列運転防止装置には前記伝送路に接続される通信手段が設けられ、
   前記通信手段は、前記伝送路上を流れる変電所の機器の各種情報を伝送データとして取り込むように構成されたことを特徴とする変電所監視制御システム。
7. 前記通信手段には前記判定手段が接続され、
   前記通信手段は、前記伝送路を介して前記判定手段の判定結果を前記インターフェース手段又は前記回線端末に送信するように構成されており、
   前記インターフェース手段又は前記回線端末は、変電所を構成する機器に対し操作のロック指令を出力可能に構成されたことを特徴とする請求項６に記載の変電所監視制御システム。

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