合併装置はどのように配電網のフィーダ自動化を実現するのか

AC高電圧自動再閉装置（本記事では再閉装置と略す）

AC高電圧自動再閉装置（本記事では再閉装置と略す）は、自己制御機能（故障電流の検出、動作順序の制御および実行を自身で行い、追加のリレー保護および操作装置を必要としない）と保護機能を持つ高電圧スイッチギアです。再閉装置の主回路を通る電流と電圧を自動的に検出し、故障が発生した場合、逆時間制限保護に従って故障電流を自動的に遮断し、予め設定された時間順序に従って複数回の再閉動作を行います。

1. 餵電線自動化を実現するための再閉装置方式の主な特長

空中配電線の自動化に再閉装置方式を採用することで、短絡電流を遮断する能力や保護、監視、通信などの多機能を持つ再閉装置の特性を利用します。これは変電所の保護スイッチ装置の動作に依存せず、再閉装置間の保護設定値と時間の調整により、故障を自動的に位置特定し隔離することができます。また、変電所の母線を線路上まで延長する機能も備えています。

保護装置として、幹線上の再閉装置は故障を迅速に区切ることができ、支線の故障を隔離することができます。再閉装置方式の主な機能は、餵電線自動化を実現することです。通信自動化システムがない場合でも、故障を自動的に隔離することができます。これにより、全体的な自動化プロジェクトを段階的に実施することが可能になります。条件が整えば、通信および自動化システムを改善し、すべての自動化機能を実現することができます。

再閉装置方式の餵電線自動化は、比較的単純なネットワーク構造を持つ二重電源の手をつなぐ環状網の供給構造に適しています。二つの線路は中間接続スイッチ装置によって接続されています。通常運転時には、接続スイッチ装置は開いた状態であり、システムは開放ループモードで動作します。ある区間で故障が発生した場合、ネットワーク構造を通じて正常な供給を移転させ、非故障区間が正常に動作するようにすることができます。これにより、供給の信頼性が大幅に向上します。二つの電源間の距離が10kmを超えない場合、セクション数と自動化の調整を考慮して、3つのスイッチ（再閉装置）による4セクションモードを検討することが望ましく、各セクションの平均長さは約2.5kmとなります。

図1に示す配線を例にとって、B1とB2は変電所の出力スイッチ（遮断器）であり、R0 - R2は線路区切りスイッチ（再閉装置）です。通常状態では、B1、B2、R1、R2は閉じており、R0は開いています。

• ①区間の故障

• 瞬時故障の場合、B1の一回または二回の再閉動作によって復旧します。

• 永続故障が発生した場合：B1が再閉動作を行い、その開閉がロックされた後、R1は①区間の電力喪失を検出します。電力喪失時間がt1経過すると、R1が開きます。R0は②区間の電力喪失時間をt2 (t2 > t1) で検出し、その後自動的に閉じて成功し、①区間の故障を隔離します。

• ②区間の故障

• 瞬時故障の場合、R1の再閉動作（保護設定の調整によりB1の開閉を避ける）によって復旧します。

• 永続故障が発生した場合：R1が再閉動作を行い、その開閉がロックされた後、R0は②区間の電力喪失時間をt2で検出し、その後自動的に閉じます。故障線路への閉じた後に開閉がロックされ、②区間の故障を隔離します。

他の側の二セクション線路での故障隔離と供給復旧の過程も上記と同じです。

適用上の注意点 (1) 再閉装置方式で故障隔離を実現するには、変電所の出力スイッチにはゼロ秒速断機能と故障時間制限速断機能が必要です。(2) 支線で瞬時または永続故障が発生した場合、支線上に設置された餵電線再閉装置の保護動作を利用して隔離します。支線再閉装置の保護動作設定値および動作時間は、幹線再閉装置よりも小さく設定する必要があります。

局所制御方法を使用した配電網自動化は、比較的低コストで供給の信頼性を向上させる目標を達成することができます。さらに、マイクロコンピュータベースで知能型の再閉装置などの装置は、将来の遠隔監視拡張のためにシステムインターフェースも提供しています。条件が整えば、通信およびマスタステーションシステムを改善することで、マスタステーション制御モード下の餵電線自動化方式に変更することができます。

2. 供給の信頼性向上と停電時間の削減方法

(1) 高性能なPLC（プログラマブルロジックコントローラ）を選択し、再閉装置の制御センターとして使用します。

(2) 瞬時故障を素早く排除して停電時間を短縮します。電力システムでは、線路故障の70%以上が瞬時故障です。瞬時故障を永続故障と同じように扱うと、比較的長期の停電につながります。そのため、再閉装置には初めての速やかな再閉機能が追加され、瞬時故障を0.3 - 1.0秒（異なる線路で異なる設定）以内に排除し、瞬時故障時の停電時間を大幅に短縮します。

(3) 故障区間の両端を同時にロックします。線路故障が発生した場合、従来の遮断器は故障線路の一端しかロックできませんが、再閉装置を使用すると、永続線路故障が発生したときに故障区間の両端を同時に隔離することができます。これにより、非故障区間の停電を避け、正常供給の復旧時間を短縮し、再閉装置の再閉回数と電力網システムへの影響を減らすことができます。

3. 配電網における再閉装置の適用原則

(1) 動作条件 すべての故障は瞬時故障として扱われる機会を与えます。インラッシュ電流の影響を避け、開閉後のロック動作は永続故障の場合のみ行われます。

(2) 負荷の大きさと線路の長さに応じて、経済的かつ合理的に再閉装置を配置および選択します。

(3) インストール場所に応じて、再閉装置の定格電流、切断容量、短絡電流、動的および熱安定電流を決定します。短絡電流の上限は一般的に16kA以上を選択し、継続的に増加する電力網容量の要件を満たします。

(4) トリップ電流、再閉回数、遅延時間特性などの保護協調を正しく設定します。

(5) 再閉装置間の協調において、故障電流動作時間の設定は段階的に少なくなっていくべきです。再閉装置の遅延時間設定は段階的に長くなっていくべきです（通常は8秒に設定されます）。