JP7798004B2 - 遮断器制御装置および遮断器制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、遮断器の作動を制御するための遮断器制御装置および遮断器制御方法に関する。

電力系統に短絡事故や地絡事故などが生じ、その事故電流が遮断器の定格遮断電流・定格容量を超過すると遮断ができなくなるおそれがある。このため、電力系統の大容量化に伴って事故電流が遮断器の定格容量を超過すると想定される場合、従来、大容量・特別仕様の遮断器に取り替えたり、電力系統を切り替えて（例えば、ループ切断して）事故電流・短絡容量を軽減したりする対策が採られていた。

しかしながら、大容量・特別仕様の遮断器に取り替える場合、遮断器自体の機器費用や工事費が高額となるばかりでなく、工期が長くなって系統運用が困難となる。また、電力系統を切り替える場合、系統運用が煩雑になるとともに、系統信頼度が低下するおそれがあった。一方、遮断器の交換時に母線の停止を避けて工期を短縮化できる、という技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１６－０５２１４９号公報

ところで、電力系統には多数の遮断器が配設されており、事故電流が遮断器の定格容量を超過すると想定されるケースに対して、すべての遮断器を取り替えたり電力系統を切り替えたりすると、膨大な費用がかかるばかりでなく、工期の長期化や系統運用の煩雑化によって系統信頼度が大きく低下するおそれがある。このため、事故電流の増加に対して簡易かつ低費用で対応可能な方策が求められていた。

そこで本発明は、簡易かつ低費用で事故電流の増加に対応可能な遮断器制御装置および遮断器制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１の発明は、交流電力系統の短絡事故を含む系統事故の発生を検出する事故検出手段と、前記事故検出手段で前記系統事故の発生が検出されると、遮断器を作動させる作動手段と、前記系統事故における直流分を含む事故電流が前記遮断器の定格遮断電流を超える場合に、前記事故電流の直流分が低下して前記事故電流が前記定格遮断電流以下になるまで前記作動手段による作動を待機させる待機手段と、を備え、前記事故検出手段と前記作動手段は、保護継電装置で構成され、前記待機手段は、外付けのタイマーで構成されている、ことを特徴とする遮断器制御装置である。

請求項２の発明は、保護継電装置で交流電力系統の短絡事故を含む系統事故の発生を検出する事故検出ステップと、前記事故検出ステップで前記系統事故の発生が検出されると、前記保護継電装置で遮断器を作動させる作動ステップと、を備え、前記作動ステップは、前記系統事故における直流分を含む事故電流が前記遮断器の定格遮断電流を超える場合に、外付けのタイマーで、前記事故電流の直流分が低下して前記事故電流が前記定格遮断電流以下になるまで待機した後に、前記遮断器を作動させる、ことを特徴とする遮断器制御方法である。

請求項１および２に記載の発明によれば、系統事故時の事故電流が遮断器の定格遮断電流を超える場合であっても、事故電流の直流分が低下して事故電流が遮断器の定格遮断電流以下になるまで待って、遮断器が作動・遮断される。つまり、事故電流が増加して遮断器の定格遮断電流を超えても、遮断器を適正に作動させることができ、遮断器を大容量・特別仕様のものに取り替えたり電力系統を切り替えたりする必要がない。しかも、事故電流が遮断器の定格遮断電流以下になるまで待機するだけでよいため、簡易かつ低費用で事故電流の増加（電力系統の大容量化）に対応することが可能となる。

請求項１および２の発明は、事故検出手段と作動手段が保護継電装置で構成されているため、既製・既存の保護継電装置を利用して本遮断器制御装置を容易・簡易かつ低費用で構築することが可能となる。また、待機手段が外付けのタイマーで構成されているため、タイマーを外付け（後付け）するだけで、本遮断器制御装置を容易・簡易かつ低費用で構築することが可能となる。すなわち、保護継電装置の保護盤・制御盤を取り替えたりする必要がないため、容易・簡易かつ低費用で構築することが可能となる。

この発明の実施の形態に係る遮断器制御装置を含む電力系統の一部を示す図である。 図１の遮断器制御装置を構成する保護継電装置を示す概略構成図である。 事故電流とその直流分の時間的変化を示す概念図である。

以下、この発明を図示の実施の形態に基づいて説明する。

図１は、この発明の実施の形態に係る遮断器制御装置３、４、５を含む電力系統の一部を示す図である。この遮断器制御装置３、４、５は、遮断器２１、２２、２３を制御するための装置であり、後述するように、主として、既製・既存の保護継電装置で構成されている。すなわち、既に設置、運用されている保護継電装置を活用して、遮断器制御装置３、４、５が構成されている。

ここで、この実施の形態では、次のような電力系統の一部を例にして説明するが、どのような電力系統にも本遮断器制御装置３、４、５を適用することが可能である。

すなわち、母線Ｌ０間に母線用遮断器２１が配設され、この母線用遮断器２１を開閉制御する母線用の遮断器制御装置３が配設されている。また、母線Ｌ０に対して２つのハウストランス６が、それぞれトランス用遮断器２２を介して接続され、トランス用遮断器２２を開閉制御するトランス用の遮断器制御装置４がそれぞれ配設されている。さらに、母線Ｌ０に対して２つのシャントリアクトル（分岐リアクトル）７が、１つのシャント用遮断器２３を介して接続され、シャント用遮断器２３を開閉制御するシャント用の遮断器制御装置５が配設されている。

母線用の遮断器制御装置３は、母線保護継電装置・ＢＰ（保護継電装置）で構成され、トランス用の遮断器制御装置４とシャント用の遮断器制御装置５は、過電流継電装置・ＯＣ（短絡継電装置・保護継電装置）で構成されている。このように、いずれの遮断器制御装置３、４、５も保護継電装置で構成されており、このような保護継電装置は、既製・既存の保護継電装置と同等の構成であり、図２に示すように、主として、演算部（事故検出手段、作動手段）３１と、時限部（待機手段）３２と、を備えるが、後述するように、時限部３２が既製・既存の保護継電装置と構成が異なる。

すなわち、演算部３１は、交流電力系統の短絡事故を含む系統事故の発生を検出すると、遮断器２１、２２、２３を作動・遮断させる。具体的には、電流計３３で計測された自端の電流値Ｉ１と相手端の電流Ｉ２を演算部３１に取り込み、所定のリレー演算処理を行ない、送電線（母線Ｌ０を含む）Ｌの異常・系統事故を検出すると、トリップ信号ＴＳを出力する。そして、このトリップ信号ＴＳが遮断器２１、２２、２３に入力されることで、遮断器２１、２２、２３が作動・遮断する。

また、時限部３２は、演算部３１から遮断器２１、２２、２３へのトリップ信号ＴＳの入力タイミング（遮断タイミング）を調整・制限するタイマーである。この実施の形態では、主として、系統事故における直流分を含む事故電流が遮断器２１、２２、２３の定格容量を超える場合に、事故電流の直流分が低下して事故電流が定格容量以下になるまでトリップ信号ＴＳの入力（演算部３１による作動）を待機させる。

すなわち、一般に事故電流には、交流分のほかに直流分を含む場合があり、事故電流が遮断器２１、２２、２３の定格遮断電流・定格容量を超過すると（あるいは、直流分が大きいと）、遮断器２１、２２、２３による遮断が適正にできなくなる、あるいは、遮断性能が低下するおそれがある。一方、事故電流の直流分は、図３に示すように、時間の経過とともに減衰する。このため、事故電流の直流分が低下して事故電流が遮断器２１、２２、２３の定格容量以下になるまで（適正な遮断ができるまで）待って、トリップ信号ＴＳを遮断器２１、２２、２３に入力する。

具体的には、予め、系統事故が発生した直後における直流分を含む事故電流値が算出、計測等され、遮断器２１、２２、２３の定格容量を超えるか否かが確認されている。この実施の形態では、事故発生直後の事故電流値が遮断器２１、２２、２３の定格容量を超えるものとする。

そして、系統事故が発生した場合の事故電流値および直流分の減衰特性（時間的変化）が算出、計測等され、系統事故が発生してからどのくらいの待機時間だけ待てば、事故電流値が遮断器２１、２２、２３の定格容量以下に低下して適正な遮断ができるかが算出、決定されている。ここで、待機時間が長すぎることで、系統運用や事故対応などに支障（例えば、停電範囲の拡大）が生じないように、待機時間が算出、決定される。さらに、火力機・発電機から遠い系統では、時間の経過とともに直流分の減衰が早くなることなども考慮して、待機時間が算出、決定される。

このようにして、遮断器２１、２２、２３のそれぞれに対して待機時間が算出、決定されている。そして、その待機時間だけ時限部３２で待って、トリップ信号ＴＳを遮断器２１、２２、２３に入力するようになっている。

ここで、母線用の遮断器制御装置３を構成する既製・既存の母線保護継電装置は、時限を変更可能であるため、整定変更で時限部３２の時限を上記の待機時間に調整することで、系統事故発生から待機時間だけ待ってトリップ信号ＴＳを母線用遮断器２１に入力する。

また、トランス用の遮断器制御装置４を構成する既製・既存の過電流継電装置は、系統事故発生時に瞬時にトリップ信号ＴＳをトランス用遮断器２２に入力する瞬時要素と、系統事故発生から所定時間後にトリップ信号ＴＳをトランス用遮断器２２に入力する時限要素を備える。そして、時限要素の所定時間が上記の待機時間以上であるため、整定変更で瞬時要素をロックする（瞬時に遮断しないようにする）ことで、時限部３２の時限要素のみによって、系統事故発生から待機時間以上待ってトリップ信号ＴＳをトランス用遮断器２２に入力する。

一方、シャント用の遮断器制御装置５を構成する既製・既存の過電流継電装置５１は、トランス用の遮断器制御装置４と同様に瞬時要素と時限要素を備えるが、整定変更で瞬時要素をロックできない仕様となっている。このため、時限部３２に代って（加えて）、外付けのタイマー５２が過電流継電装置５１とシャント用遮断器２３との間に配設されている。この外付けのタイマー５２の時限は、上記の待機時間に設定され、過電流継電装置５１から出力されたトリップ信号ＴＳを待機時間だけ待って、シャント用遮断器２３に入力する。

このように、既製・既存の母線保護継電装置を整定変更して母線用の遮断器制御装置３が構成され、同様に、既製・既存の過電流継電装置を整定変更してトランス用の遮断器制御装置４が構成されている。一方、既製・既存の過電流継電装置５１に外付けのタイマー５２を備えることで、シャント用の遮断器制御装置５が構成されている。つまり、既製・既存の保護継電装置を活用して、遮断器制御装置３、４、５が構成されている。

次に、このような構成の遮断器制御装置３、４、５の動作、遮断器制御装置３、４、５による遮断器制御方法について説明する。

まず、交流電力系統において短絡事故を含む系統事故が発生すると、遮断器制御装置３、４、５の各演算部３１で系統事故の発生を検出する（事故検出ステップ）。そして、各演算部３１から時限部３２または外付けのタイマー５２を介して、遮断器２１、２２、２３に対してトリップ信号ＴＳを出力することで、遮断器２１、２２、２３を作動・遮断させる（作動ステップ）。このとき、事故発生直後の事故電流値が遮断器２１、２２、２３の定格容量を超えるため、遮断器制御装置３、４の各時限部３２および遮断器制御装置５の外付けのタイマー５２で、事故電流の直流分が低下して事故電流値が定格容量以下になるまで待機した後に、遮断器２１、２２、２３に対してトリップ信号ＴＳを入力し、遮断器２１、２２、２３を作動させるものである。

以上のように、この遮断器制御装置３、４、５および遮断器制御方法によれば、系統事故時の事故電流が遮断器２１、２２、２３の定格容量を超える場合であっても、事故電流の直流分が低下して事故電流が遮断器２１、２２、２３の定格容量以下になるまで待って、遮断器２１、２２、２３が作動・遮断される。つまり、事故電流が増加して遮断器２１、２２、２３の定格容量を超えても、遮断器２１、２２、２３を適正に作動させることができ、遮断器２１、２２、２３を大容量・特別仕様のものに取り替えたり電力系統を切り替えたりする必要がない。しかも、事故電流が遮断器２１、２２、２３の定格容量以下になるまで待機するだけでよいため、簡易かつ低費用で事故電流の増加（電力系統の大容量化）に対応することが可能となる。

また、事故検出手段と作動手段が保護継電装置で構成されているため、既製・既存の保護継電装置を利用して本遮断器制御装置３、４、５を容易・簡易かつ低費用で構築することが可能となる。特に、既製・既存の母線保護継電装置を整定変更するだけで、母線用の遮断器制御装置３を構成することができ、同様に、既製・既存の過電流継電装置を整定変更するだけで、トランス用の遮断器制御装置４を構成することができる。

一方、既製・既存の過電流継電装置５１に外付けのタイマー５２を備えるだけで、シャント用の遮断器制御装置５を構成することができる。すなわち、待機手段が外付けのタイマー５２で構成されているため、タイマーを外付け（後付け）するだけで、シャント用の遮断器制御装置５を容易・簡易かつ低費用で構築することが可能となる。このため、過電流継電装置５１の保護盤・制御盤を取り替えたりする必要がないため、容易・簡易かつ低費用で構築することが可能となる。

このように、例えば、遮断器２１、２２、２３を大容量・特別仕様のものに取り替える場合、費用が数億円で、工期が二十数カ月必要であるのに対して、既存の保護継電装置を活用した本遮断器制御装置３、４、５および本遮断器制御方法によれば、費用を数百万円、工期を十カ月程度に抑えることが可能となる。

以上、この発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても、この発明に含まれる。例えば、上記の実施の形態では、既製・既存の過電流継電装置５１に外付けのタイマー５２を備えることで、シャント用の遮断器制御装置５を構成しているが、既製・既存の過電流継電装置５１において整定変更で瞬時要素をロック等できる場合には、瞬時要素をロック等することで、シャント用の遮断器制御装置５を構成してもよい。すなわち、既製・既存の保護継電装置の機能をできるだけ活用して、上記のような待機時間だけ待ってシャント用遮断器２３を遮断できればよい。

２１ 母線用遮断器
２２ トランス用遮断器
２３ シャント用遮断器
３ 母線用の遮断器制御装置（保護継電装置）
３１ 演算部（事故検出手段、作動手段）
３２ 時限部（待機手段）
４ トランス用の遮断器制御装置（保護継電装置）
５ シャント用の遮断器制御装置
５１ 過電流継電装置（保護継電装置）
５２ 外付けのタイマー
６ ハウストランス
７ シャントリアクトル
ＴＳ トリップ信号

Claims (2)

1. 交流電力系統の短絡事故を含む系統事故の発生を検出する事故検出手段と、
   前記事故検出手段で前記系統事故の発生が検出されると、遮断器を作動させる作動手段と、
   前記系統事故における直流分を含む事故電流が前記遮断器の定格遮断電流を超える場合に、前記事故電流の直流分が低下して前記事故電流が前記定格遮断電流以下になるまで前記作動手段による作動を待機させる待機手段と、を備え、
   前記事故検出手段と前記作動手段は、保護継電装置で構成され、
   前記待機手段は、外付けのタイマーで構成されている、
   ことを特徴とする遮断器制御装置。
2. 保護継電装置で交流電力系統の短絡事故を含む系統事故の発生を検出する事故検出ステップと、
   前記事故検出ステップで前記系統事故の発生が検出されると、前記保護継電装置で遮断器を作動させる作動ステップと、
   を備え、前記作動ステップは、前記系統事故における直流分を含む事故電流が前記遮断器の定格遮断電流を超える場合に、外付けのタイマーで、前記事故電流の直流分が低下して前記事故電流が前記定格遮断電流以下になるまで待機した後に、前記遮断器を作動させる、
   ことを特徴とする遮断器制御方法。