配電自動化における自動再閉装置の簡易分析

自動回路再閉装置は、内蔵制御機能（追加のリレープロテクションや操作装置を必要とせずに、故障電流検出、動作順序制御、および実行機能を備えています）と保護機能を持つ高電圧スイッチング装置です。この装置は、回路内の電流と電圧を自動的に検出し、故障時には逆時間特性に基づいて故障電流を自動的に遮断し、予定された時間間隔と順序に従って複数回再閉します。

1. 自動回路再閉装置による給電線自動化の原理と特長

自動回路再閉装置を使用した空中配電線の自動化は、短絡電流を遮断する能力と保護、監視、通信の統合機能を活用しています。変電所のスイッチギアの保護動作に依存することなく、このスキームは再閉装置間の保護設定とタイミングの調整により故障を自動的に位置特定し、分離します。これにより、変電所のバスバーが配電線に効果的に拡張されます。主給電線上では、自動回路再閉装置は保護装置として機能し、故障の迅速なセグメンテーションと支線故障の自動分離を可能にします。

自動回路再閉装置スキームの主な機能は、給電線自動化を達成することです。通信ベースの自動化システムがなくても自動的に故障を分離できるため、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です。条件が許す場合、後で通信と自動化システムを強化して完全な自動化機能を実現することができます。

自動回路再閉装置を基にした給電線自動化は、比較的単純なネットワーク構造、例えば双方向「手つなぎ」ループネットワークに適しています。この構成では、2つの給電線は中間のタイスイッチによって接続されています。通常運転時、タイスイッチは開いたままとなり、システムはオープンループモードで動作します。一部に故障が発生した場合、ネットワーク再構成により非故障部への負荷転送が可能になり、供給信頼性が大幅に向上します。2つの電源間の距離が10kmを超えない場合、セグメント数と自動化調整を考慮して、3つの再閉装置（自動回路再閉装置）、4つのセグメント構成が推奨され、各セグメントは約2.5kmの長さとなります。

図1の配線図を例に取ると：B1とB2は変電所からの出力ブレーカーです；R0からR2はライン区画スイッチ（自動回路再閉装置）です。通常条件下では、B1、B2、R1、R2は閉じており、R0は開いたままです。

• ①セクションでの故障：一時的な故障の場合、B1の最初または2回目の再閉動作により電力が復旧します。永久的な故障の場合、B1が再閉を行いロックアウト（開き、さらなる再閉をブロック）すると、R1は①セクションでの持続的な電圧低下を検出します。設定された死時間t₁後にR1が開きます。その後、R0はより長い期間t₂（t₂ > t₁）で②セクションでの持続的な電圧低下を検出し、自動的に閉じて成功し、①セクション内の故障を分離します。

• ②セクションでの故障：一時的な故障はR1の再閉動作により解消されます（保護調整によりB1のトリップを防ぎます）。永久的な故障の場合、R1が再閉しロックアウトすると、R0は②セクションでの持続的な電圧低下をt₂期間検出し、自動的に閉じます。故障線路上で閉じた後、即座にトリップしロックアウトし、②セクション内の故障を分離します。タイスイッチの反対側にある2つのセクションの故障分離と復旧プロセスも同様の論理に従います。

アプリケーションにおける追加の考慮事項には以下があります：

• 自動回路再閉装置スキームを使用して故障を分離するためには、変電所出力ブレーカーの瞬時過電流（ゼロタイム）保護機能を無効にして、遅延瞬時保護に置き換える必要があります。

• 支線で一時的または永久的な故障が発生した場合、それらは支線に設置された自動回路再閉装置によって解消されます。支線再閉装置の保護設定と動作時間は、上流の主線再閉装置よりも低く、短いものにする必要があります。

局所制御を使用する配電自動化システムは、比較的低い投資で供給信頼性を向上させることができます。さらに、現代の自動回路再閉装置はマイクロプロセッサベースであり、スマートであるため、将来の遠隔監視拡張のためのインターフェースを提供します。通信インフラストラクチャとマスタステーションシステムが利用可能になると、システムはシームレスにマスタステーション制御の給電線自動化スキームに移行することができます。

2. 供給信頼性の向上と停電時間の短縮方法

• 高性能PLC（プログラマブルロジックコントローラ）を使用して自動回路再閉装置の制御センターとする。

• 一時的な故障を迅速に解消して停電時間を最小限に抑える。電力システムでは、ライン上の故障の70%以上が一時的なものです。一時的な故障を永続的な故障と同じように扱うと、長期の停電につながります。そのため、自動回路再閉装置には初期の高速再閉機能が追加され、ライン条件に応じて0.3〜1.0秒（設定により異なる）で一時的な故障を解消し、一時的なイベントの停電時間を大幅に短縮します。

• 故障セクションの両端での同時ロックアウト。従来のサーキットブレーカーは、故障時に故障線路の一端のみをロックアウトできます。一方、自動回路再閉装置は、永続的な故障セクションの両端を同時に分離することで、非故障エリアの停電を防ぎ、復旧時間を短縮し、再閉試行回数を減らし、グリッドへのストレスを最小限に抑えます。

3. 配電網における自動回路再閉装置の適用原則

• 動作条件：すべての障害は一時的な障害として扱う機会を与えられるべきであり、ラッシュカレントによる誤作動を避けるべきです。トリップ後のロックアウトは永久的な障害の場合にのみ発生するべきです。

• 負荷の大きさと線路長に基づいて、経済的かつ適切に自動再閉装置を選択し、導入します。

• 自動再閉装置の設置場所に応じて、定格電流、切断容量、短絡電流定格、および動的/熱的耐えられる電流を選択します。最大の短絡電流定格は一般的に16kA以上で、継続的に増加する電力網の容量に対応できるようにすべきです。

• 保護設定を適切に調整します。これには、トリップ電流、再閉試行回数、および時間遅延特性が含まれます。

• 上流と下流の自動再閉装置間の調整：許容される故障電流操作の回数は段階的に減少し、再閉の時間遅延は段階的に増加させるべきです（通常、各段階で8秒に設定）。