15kV屋外真空自動再閉装置への故障診断技術の応用

フィールド: 故障とメンテナンス

China

統計によると、架空送電線の障害の大部分は一時的なものであり、永続的な障害は10%未満である。現在、中圧（MV）配電網では一般的に、セクショナライザーと連携して15 kV屋外真空自動再閉装置を使用している。この設定により、一時的な障害後に迅速に電力供給を復旧させることができ、永続的な障害が発生した場合には故障区間を隔離することができる。そのため、自動再閉装置コントローラーの動作状態を監視し、その信頼性を向上させることが重要となる。

1.技術研究の概要（国内および国際）

1.1 自動再閉装置の分類
自動再閉装置は主に2つのカテゴリーに分けられる：電流型と電圧型。電流型再閉装置は故障電流を検出し、それに応じてトリップし、自動的に再閉を行う—通常1〜3回の再閉試行を行う。これらは保護装置としても再閉装置としても機能する。故障の隔離は最も下流のセグメントから始めて順次区間を排除することで行われ、故障区間を特定する。しかし、この方法はグリッドに対して複数の故障電流再閉を引き起こし、大きなストレスを与える。さらに、線路区間が多いほど必要な再閉回数が多くなり、全体の復旧時間が長くなるため、一般的には3セクション以下に制限され、枝線または放射線フィーダーに最適である。

一方、電圧型再閉装置は電圧消失時にトリップし、電圧が復帰した後、予め設定された遅延時間後に再閉を行う。この方式では、変電所フィーダーサーキットブレーカーが2回の再閉を行うことで故障の隔離とサービスの復旧が完了する：最初の再閉でセクショナライザースイッチの閉鎖数に基づいて故障区間を特定し、その後、故障に隣接するスイッチをロックアウトして隔離する；2回目の再閉で非故障区間に電力を復旧させる。過電流瞬時保護は変電所フィーダーブレーカーに依存するため、このアプローチは長いフィーダーには適さない。しかし、システム容量が増加するにつれて、この制限は徐々に減少している。電圧型再閉装置は短い放射線またはループネットワークに適しており、基本的な自動化機能を実現できる。

1.2 伝統的なテスト方法の問題点
製造公差や長期使用による機械的摩耗により、自動再閉装置は故障または誤動作を起こす可能性がある。現在のテスト方法は主に手動検査装置に依存しており、これには高額な投資が必要となる。

1.3 現在の研究状況と開発トレンド（国内および国際）
15 kV MV屋外真空自動サーキット再閉装置に関しては、中国での慣行としては主にオフライン定期メンテナンスアプローチを採用しており、絶縁抵抗テスト、制御回路絶縁抵抗テスト、交流耐電圧テストなどが含まれる。これらの従来の方法にはいくつかの欠点があり：テスト装置は大型で運搬が困難であり、しばしば高所作業が必要で安全上のリスクがある；また、多くの人的資源と時間を消費する。包括的な統合診断システムは実際に現場で実装されることが少ない。

15 kV MV屋外真空自動サーキット再閉装置のコントローラレベルの診断については、顕著な進歩が見られている。現代の自動分析装置が広く使用されている。これらの装置はシンプルかつ標準化されたインターフェースを通じて接続され、異なるメーカーの再閉装置間で「プラグアンドプレイ」互換性をサポートする。再閉装置コントローラーに制御された電流信号を注入することで、分析装置は時間-電流特性（TCC）曲線や制御シーケンスなどの重要な反応を測定する。注入される電流の波形、タイミング、振幅を正確に制御し、コントローラーの反応をマイクロ秒単位で正確に記録することができる。システムは完全なテストシーケンスを全自動化し、テキスト形式の結果を即座に表示することができ、トリップコマンド、再閉動作、リセット、ロックアウトイベント、タイムスタンプ付きログなどを含む。

現在の知能故障診断に関する研究は主に以下の3つの方向に焦点を当てている：

統合型知能故障診断技術；
ネットワーク型知能診断システム；
適応型知能診断アーキテクチャ。

2.15 kV MV屋外真空自動サーキット再閉装置の故障診断技術

15 kV MV屋外真空自動サーキット再閉装置の故障診断システムは、中圧架空線で使用される再閉装置コントローラーの性能評価のために特別に設計されている。「サーキットブレーカーユニット」を再閉装置コントローラーに接続すると、システムはソフトウェアを使用してさまざまなシミュレーション故障電流をコントローラーに注入し、コントローラーの論理に基づいて対応する開閉操作をトリガーする。システムはこれらのシミュレーション電流変化に対するコントローラーの反応を記録し、ソフトウェアを通じてコントローラーが故障条件を正しく識別し、仕様に従って適切な制御アクションを実行しているかどうかを分析する。

この診断システムは多種多様な故障シナリオテストをサポートし、コントローラーの故障を完全自動で検出することができる。ユニバーサルまたはカスタマイズされたインターフェースを通じて様々な再閉装置モデルに接続でき、すべての制御およびテスト機能は専用の分析ソフトウェアを通じて実行される。システムの主要な特徴は以下の通りである：

高精度電流源：システムは高精度、高解像度、信頼性の高い電流源を使用して、故障電流のリアルなシミュレーションを確保する。ソフトウェア制御により、電流パラメータ—波形、振幅、上昇時間、持続時間、下降時間—を包括的に調整可能であり、電流波形と大きさのリアルタイム可視化を提供して分析能力を強化する。
汎用インターフェースデザイン：標準化されたインターフェースにより、実際の現場での真の「プラグアンドプレイ」操作が可能となり、シームレスな信号およびデータ伝送を実現する。
内蔵TCCカーブデータベース：電流-時間特性（すなわち、時間-電流特性またはTCCカーブ）は、遮断時間と故障電流の大きさとの間の逆時限関係を定義しており、高速および低速のTCCカーブを含みます。分析ソフトウェアは、Cooper、IEEE（米国）、IEC規格などの複数の標準TCCカーブライブラリを組み込んでおり、比較および診断判断を容易にします。
自動テストデータ分析：システムは自動再閉路器からのフィードバックを自動的に解釈し、トリップ、再閉路、ロックアウト、その他の運転イベントの詳細を含むグラフ表示およびレポートなどの解析結果を即座に表示します。

3. 結論

15kV中圧屋外真空自動回路再閉路器の故障診断技術により、以下のさまざまな異常を効果的に特定できます。