特許 7551421 リレー装置および受電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-06

(45)【発行日】2024-09-17

(54)【発明の名称】リレー装置および受電システム

(51)【国際特許分類】

   H02H 3/24 20060101AFI20240909BHJP

   H02H 7/28 20060101ALI20240909BHJP

【ＦＩ】

H02H3/24 D

H02H7/28

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2020158728

(22)【出願日】2020-09-23

(65)【公開番号】P2022052372

(43)【公開日】2022-04-04

【審査請求日】2023-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110003708

【氏名又は名称】弁理士法人鈴榮特許綜合事務所

(72)【発明者】

【氏名】山下 真征

(72)【発明者】

【氏名】川名 重則

(72)【発明者】

【氏名】東浦 航

【審査官】山口 大

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５５－０３７８０８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１８０１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－３０８７６２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｈ ３／２４

Ｈ０２Ｈ ７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１遮断器で保護される第１回線、第２遮断器で保護される第２回線、および第３遮断器で保護される第３回線からスポットネットワーク受電方式で受電する受電システムに適用可能なリレー装置において、
前記受電システムが、前記第２遮断器にトリップ指令を出力する第２リレー装置、および前記第３遮断器にトリップ指令を出力する第３リレー装置を具備する場合に、
前記第１回線に不足電圧事象が発生すると前記第１遮断器にトリップ指令を出力し、前記第１回線に前記不足電圧事象が発生していない状態で、前記第２回線に不足電圧事象が発生しかつ前記第３回線に不足電圧事象が発生した場合に、前記第１遮断器に前記トリップ指令を出力する論理回路と、
前記第２リレー装置および前記第３リレー装置と交流不足電圧継電器信号を授受し合う通信部とを具備し、
前記論理回路は、
プログラムを記憶するメモリと、
前記プログラムに記載された命令を実行するプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、
前記第２リレー装置によるトリップ指令の出力、および前記第３リレー装置によるトリップ指令の出力を検知する検知機能と、
前記第２リレー装置によるトリップ指令の出力、および前記第３リレー装置によるトリップ指令の出力が検知された場合に、前記第１遮断器に前記トリップ指令を出力する残存回線トリップ機能とを備える、リレー装置。

【請求項2】

前記通信部は、有線インタフェースを介して前記第２リレー装置および前記第３リレー装置と前記交流不足電圧継電器信号を授受し合う、請求項１に記載のリレー装置。

【請求項3】

前記通信部は、無線インタフェースを介して前記第２リレー装置および前記第３リレー装置と前記交流不足電圧継電器信号を授受し合う、請求項１に記載のリレー装置。

【請求項4】

スポットネットワーク受電方式で受電する受電システムにおいて、
第１遮断器で保護される第１回線と、
第２遮断器で保護される第２回線と、
第３遮断器で保護される第３回線と、
リレー装置と、
前記第２遮断器にトリップ指令を出力する第２リレー装置と、
前記第３遮断器にトリップ指令を出力する第３リレー装置とを具備し、
前記リレー装置は、
前記第１回線に不足電圧事象が発生すると前記第１遮断器にトリップ指令を出力し、前記第１回線に前記不足電圧事象が発生していない状態で、前記第２回線に不足電圧事象が発生しかつ前記第３回線に不足電圧事象が発生した場合に、前記第１遮断器に前記トリップ指令を出力する論理回路と、
前記第２リレー装置および前記第３リレー装置と交流不足電圧継電器信号を授受し合う通信部とを備え、
前記論理回路は、
プログラムを記憶するメモリと、
前記プログラムに記載された命令を実行するプロセッサとを備え、
前記プロセッサは、
前記第２リレー装置によるトリップ指令の出力、および前記第３リレー装置によるトリップ指令の出力を検知する検知機能と、
前記第２リレー装置によるトリップ指令の出力、および前記第３リレー装置によるトリップ指令の出力が検知された場合に、前記第１遮断器に前記トリップ指令を出力する残存回線トリップ機能とを備える、受電システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、リレー装置および受電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

スポットネットワーク受電方式は、信頼性の高い電力供給方式として知られ、都市部などの過密エリアにおける受電方式として広く利用されている。例えば、３回線受電型のネットワーク受電方式は、１回線が停電しても負荷制限することなく電力供給を継続できる。しかし２回線停電が発生すると、過負荷に陥ることを防ぐため、ネットワークリレーにより残存回線の受電遮断器をトリップさせる制御（残存回線トリップ）が行われる。ネットワークリレーは、スポットネットワーク受電方式における安定運用を維持するためのキーデバイスである。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0003】

【文献】山本栽士、若松直樹、石田哲、「新型のHRE190形ネットワークリレー」、東芝レビュー Ｖｏｌ．７０ Ｎｏ．１（２０１５）、ｐ４４～４７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ネットワークリレーは、例えばスイッチギヤの盤面などに実装される。既存のネットワークリレーは、基本的な保護機能を備えているが、残存回線トリップ制御に関しては、外部に設けられた回路（残存回線トリップ回路）に頼っていた。スイッチギヤ等の部品点数を削減するためにも、何らかの対処が求められる。
そこで、目的は、部品点数を削減したリレー装置および受電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、リレー装置は、第１遮断器で保護される第１回線、第２遮断器で保護される第２回線、および第３遮断器で保護される第３回線からスポットネットワーク受電方式で受電する受電システムに適用可能なリレー装置である。このリレー装置は、論理回路を具備する。この論理回路は、第１回線に不足電圧事象が発生すると第１遮断器にトリップ指令を出力する。さらに、この論理回路は、第１回線に不足電圧事象が発生していない状態で、第２回線に不足電圧事象が発生しかつ第３回線に不足電圧事象が発生した場合に、第１遮断器にトリップ指令を出力する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、スポットネットワーク受電方式を適用した受電システムの一例を示す図である。

【図2】図２は、ネットワークリレーにおける残存回線トリップ回路の一例を示す図である。

【図3】図３は、図２に示される回路の動作を説明するための制御フロー図である。

【図4】図４は、第１の実施形態に係わるネットワークリレー１０１の一例を示す機能ブロック図である。

【図5】図５は、有線インタフェース１４ａによりネットワークリレー１０１～１０３が通信し合う形態を示す模式図である。

【図6】図６は、無線インタフェース１４ｂによりネットワークリレー１０１～１０３が通信し合う形態を示す模式図である。

【図7】図７は、第３の実施形態に係わるネットワークリレー１０１の一例を示す機能ブロック図である。

【図8】図８は、第３の実施形態に係わる受電システムにおける回線Ｓ１～Ｓ３とネットワークリレー１０１～１０３との接続の一例を示す図である。

【図9】図９は、既存の受電システムにおける回線Ｓ１～Ｓ３とネットワークリレー１０１′～１０３′との接続を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、実施形態について図面を参照して説明する。以下に示す幾つかの実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置またはシステムを例示するものであって、構成部品の形状、構造、配置等によって、本発明の技術思想が特定されるものではない。

【0008】

図１は、スポットネットワーク受電方式を適用した受電システムの一例を示す図である。図１において、電力系統１００からそれぞれ特別高圧系統の回線Ｓ１、回線Ｓ２、および回線Ｓ３から受電された電力は、各回線Ｓ１～Ｓ３において、受電用断路器１およびネットワーク変圧器２を介して需要家側に引き込まれる。ネットワーク変圧器２の２次側の系統には、ネットワークプロテクタが設置される。

【0009】

回線Ｓ１のネットワークプロテクタは、スポットネットワークリレー（ネットワークリレー）１０１、およびプロテクタ遮断器２１を含む。ネットワークリレー１０１は、変流器３、ネットワーク変成器５、およびネットワーク変流器６を介して系統２次側に接続される。また、計器用変成器４が例えば変流器３とネットワーク変成器５との間に設けられる。

【0010】

回線Ｓ２のネットワークプロテクタは、ネットワークリレー１０２、およびプロテクタ遮断器２２を含み、回線Ｓ２は回線Ｓ１と同様の構成を有する。また、回線Ｓ３のネットワークプロテクタは、ネットワークリレー１０３およびプロテクタ遮断器２３を含み、回線Ｓ３は回線Ｓ１と同様の構成を有する。すなわち、回線Ｓ１は主にプロテクタ遮断器２１により保護され、回線Ｓ２は主にプロテクタ遮断器２２により保護され、回線Ｓ３は主にプロテクタ遮断器２３により保護される。そして、各回線Ｓ１～Ｓ３は、ネットワーク母線２００に並列に接続されて運転される。

【0011】

ネットワークリレー１０１～１０３は、無電圧投入、差電圧投入、及び逆電力遮断の各機能を備える。これらの機能は、スポットネットワーク受電方式の自動運用の要となる３原則要素である。例えば、３回線のうち２回線が故障すると、残存する回線のネットワークリレーから、自回線のプロテクタ遮断器を動作させるためのトリップ指令が出力される。これにより、残存回線トリップ制御がただちに実行される。

【0012】

図２は、ネットワークリレーにおける残存回線トリップ回路の一例を示す図である。図２において、回線Ｓ１、および回線Ｓ２が停電状態で、回線Ｓ３が運転状態であるとする。回線Ｓ１、Ｓ２が停電状態になると２７Ｓ１、２７Ｓ２が動作し、閉じたａ接点に電流が流れる。回線Ｓ３は運転状態であるため、２７Ｓ３は動作せず、閉じているｂ接点に電流が流れる。２７Ｓ１、２７Ｓ２、２７Ｓ３の動作により、２回線停電状態であることが判定され、２７ＳＴが動作し、ａ接点が閉じる。その後、補助リレーＴＸ－Ｓ１、ＴＸ－Ｓ２、ＴＸ－Ｓ３が動作し、各回線のプロテクタ遮断器２１，２２，２３に一括でトリップ指令が出力される。トリップ指令が出力された後、タイマリレー２７ＳＴＴが動作し、ｂ接点が開くことでＴＸ－Ｓ１、ＴＸ－Ｓ２、およびＴＸ－Ｓ３が復帰する。

【0013】

図３は、図２に示される回路の動作を説明するための制御フロー図である。ネットワークリレー１０１，１０２，１０３は、不足電圧継電器（２７リレー）としての機能を備える、そして、各回線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の２７リレーの動作信号を、電線、タイマリレー、および補助リレーなどを含む回路に通すことで２回線停電を判定し、全回線に対してトリップ指令を出す。

【0014】

２７リレーは、各回線Ｓ１～Ｓ３の電圧を入力することで停電時（設定電圧値を下回った場合）に動作する。動作するとａ接点は閉じ、ｂ接点は開く。平常運転時（設定電圧値を上回っている場合）は動作せず、ａ接点は開き、ｂ接点は閉じる。

【0015】

図３に示されるように、ネットワークリレー１０１，１０２，１０３の動作信号は３分岐され、３つの３入力ＡＮＤ回路Ａ１，Ａ２，Ａ３に入力される。ただし、各ＡＮＤ回路の３つの入力のうち一つはＮＯＴ信号（２７動作なし）Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３である。すなわちＡＮＤ回路Ａ１への入力のうちネットワークリレー１０３のＮＯＴ信号（２７Ｓ３動作なし）Ｎ１が入力される。ＡＮＤ回路Ａ２への入力のうちネットワークリレー１０２のＮＯＴ信号（２７Ｓ２動作なし）Ｎ２が入力される。ＡＮＤ回路Ａ３への入力のうちネットワークリレー１０１のＮＯＴ信号（２７Ｓ１動作なし）Ｎ３が入力される。

【0016】

ＡＮＤ回路Ａ１，Ａ２，Ａ３の出力はＯＲ回路Ｏ１に入力され、タイマ回路Ｔを介してトリップ指令が出力される。このトリップ指令は全てのプロテクタ遮断器２１，２２，２３に入力される（５２Ｓ１トリップ、５２Ｓ２トリップ、５２Ｓ３トリップ）。このような構成により、回線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３のうちいずれか２つに不足電圧事象（２７）が生じると、残存する回線を含めて全ての回線が遮断される。これにより残存回線トリップ制御が完了する。

【0017】

［第１の実施形態］
図４は、第１の実施形態に係わるネットワークリレー１０１の一例を示す機能ブロック図である。なおネットワークリレー１０２，１０３の構成も同様である。ネットワークリレー１０１は、操作部１１、表示部１２、出力部１３、通信部１４、プロセッサ１５、およびメモリ１６を備える。これらはバス１７により相互に接続される。

【0018】

操作部１１は、ユーザによる操作を受け付ける。表示部１２は、警報の発生などの、各種の情報を視覚的に表示する。出力部１３は、プロセッサ１５からの指示に応じて、自回線Ｓ１のプロテクタ遮断器２１を動作させるためのトリップ指令を出力する。通信部１４は、有線インタフェース１４ａ、または無線インタフェース１４ｂにより、他のネットワークリレー１０２，１０３と通信する。プロセッサ１５は、メモリ１６に記憶されたプログラム１６ａにより演算処理を行う、半導体演算回路である。プロセッサ１５およびメモリ１６は、論理回路１８を形成する。論理回路１８は、上記したように、回線Ｓ１に不足電圧事象が発生すると、第１遮断器としてのプロテクタ遮断器２１にトリップ指令を出力する。

【0019】

ところで、プロセッサ１５は、実施形態に係わる処理機能として検知機能１５ａ、および残存回線トリップ機能１５ｂを備える。
検知機能１５ａは、他のネットワークリレー１０２によるトリップ指令の出力、およびネットワークリレー１０３によるトリップ指令の出力を検知する。
残存回線トリップ機能１５ｂは、検知機能１５ａにより、ネットワークリレー１０２によるトリップ指令の出力、およびネットワークリレー１０３によるトリップ指令の出力が検知された場合に、プロテクタ遮断器２１にトリップ指令を出力する。

【0020】

図５は、有線インタフェース１４ａによりネットワークリレー１０１～１０３が通信し合う形態を示す模式図である。図５に示される形態は、ネットワークリレー１０１～１０３間を有線（電線）で繋ぐことで、ネットワークリレー１０１～１０３間で２７信号の取合を行う。各回線Ｓ１～Ｓ３で２回線停電の判定を行い、ネットワークリレー１０１（２７Ｓ１）はＳ１のプロテクタ遮断器２１へ、ネットワークリレー１０２（２７Ｓ２）はＳ２のプロテクタ遮断器２２へ、ネットワークリレー１０３（２７Ｓ３）はＳ３のプロテクタ遮断器２３へそれぞれトリップ指令を出力する。

【0021】

以上説明したように、第１の実施形態では、ネットワークリレー１０１～１０３に、プロセッサ１５およびメモリ１６を含む論理回路１８を設け、プロセッサ１５により残存回線トリップ制御機能を実装した。また、有線インタフェース１４ａにより、他のネットワークリレーと２７信号を授受し合うようにした。これにより、制御用品や配線などの部品点数を大幅に削減することができ、製造コストの低減も促すことができる。

【0022】

また、有線接続であることによりノイズの影響を受けにくくすることができる。さらに、メンテナンスの際、交換点数も少なくすみ、配線ミスや故障の発生確率を最小限に抑えることができる。これらのことから第１の実施形態によれば、部品点数を削減したリレー装置および受電システムを提供することが可能になる。

【0023】

［第２の実施形態］
図６は、無線インタフェース１４ｂによりネットワークリレー１０１～１０３が通信し合う形態を示す模式図である。図６に示される形態は、ネットワークリレー１０１～１０３間を無線（電波）で繋ぐことで、ネットワークリレー１０１～１０３間で２７信号の取合を行う。各回線Ｓ１～Ｓ３で２回線停電の判定を行い、ネットワークリレー１０１（２７Ｓ１）はＳ１のプロテクタ遮断器２１へ、ネットワークリレー１０２（２７Ｓ２）はＳ２のプロテクタ遮断器２２へ、ネットワークリレー１０３（２７Ｓ３）はＳ３のプロテクタ遮断器２３へそれぞれトリップ指令を出力する。
上記構成によれば、２７信号の取合を無線伝送で行うため、ネットワークリレー間の配線を削減でき、断線のリスクも無くすことができる。すなわち第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果に加え、配線の取り回しをさらに軽減することができる。

【0024】

［第３の実施形態］
図７は、第３の実施形態に係わるネットワークリレー１０１の一例を示す機能ブロック図である。図７において図４と共通するブロックには同じ符号を付して示し、ここでは異なる部分についてのみ説明する。
図７のネットワークリレー１０１は、通信部１４（図４）に代えて、電圧入力部１９を備える。また、プロセッサ１５は、検知機能１５ａに代えて検出機能１５ｃを備える。

【0025】

電圧入力部１９は、それぞれネットワーク変成器５を介して回線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３に接続され、分圧された回線Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３の電圧を入力する。
検出機能１５ｃは、回線Ｓ２における不足電圧事象の発生、および、回線Ｓ３における不足電圧事象の発生を、電圧入力部１９を介して検出する。残存回線トリップ機能１５ｂは、回線Ｓ２における不足電圧事象の発生、および、回線Ｓ３における不足電圧事象の発生が検出された場合に、プロテクタ遮断器２１にトリップ指令を出力する。

【0026】

図８に示されるように、第３の実施形態においては、各回線Ｓ１～Ｓ３の（分圧された）電圧が、ネットワークリレー１０１，１０２，１０３の各々に取り込まれる。すなわち、各ネットワークリレー１０１～１０３に３回線Ｓ１～Ｓ３の電圧を入力することにより、２回線停電の有無を判定するようにした。つまり上記構成によれば、２７信号をネットワークリレー１０１～１０３間で共有することなく、ネットワークリレー１０１～１０３において個別に、より直接的に２回線停電の判定を行うことができる。従って、ネットワークリレー１０１～１０３間の配線を削減することができる。

【0027】

図９に示されるように、既存の受電システムでは、各ネットワークリレー１０１′～１０３′に、自回線の電圧だけが入力されていた。このため、各々のネットワークリレーは１回線の停電情報しか知ることができず、ネットワークリレーの外部に２回線停電の判定回路を構築する必要があった。

【0028】

これに対して第３の実施形態によれば、第１、第２の各実施形態と同様の効果を得られるのに加え、複数のネットワークリレー間の配線を削減することができる。

【0029】

なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば各ネットワークリレー１０１～１０３での検知の対象とする物理量は、電圧に限らず、電流でもよい。また、不足電圧事象を検知するだけでなく、過大な電圧値または電流値を検知するようにしてもよい。

【0030】

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0031】

１…受電用断路器、２…ネットワーク変圧器、３…変流器、４…計器用変成器、５…ネットワーク変成器、６…ネットワーク変流器、１１…操作部、１２…表示部、１３…出力部、１４…通信部、１４ａ…有線インタフェース、１４ｂ…無線インタフェース、１５…プロセッサ、１５ａ…検知機能、１５ｂ…残存回線トリップ機能、１５ｃ…検出機能、１６…メモリ、１６ａ…プログラム、１７…バス、１８…論理回路、１９…電圧入力部、２１，２２，２３…プロテクタ遮断器、１００…電力系統、１０１，１０２，１０３…ネットワークリレー、１０２…ネットワークリレー、１０３…ネットワークリレー、２００…ネットワーク母線、Ｓ１～Ｓ３…回線、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３…回線。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】