残留電流動作リレーの応用

 

【要約】 漏電遮断リレーは、低圧配電システムにおける主保護装置またはバックアップ保護装置として、主に人体への損傷や火災の危険を排除するために重要な役割を果たしており、漏電遮断リレーを正しく使用し、その原理を理解することは、電気システムの安全で信頼性の高い動作を確保する上で非常に重要です。

 

【キーワード】残留電流動作リレー低圧配電系統の火災危険

はじめに:我が国の低圧電気システムの継続的な発展と経済建設の規模拡大に伴い、電力電子機器、特に整流、周波数変換、スイッチング電源装置の適用数が増加し、線路波形の歪みがますます深刻になり、人々は電源供給能力と安全性の向上にもより高い要求を提示しています。特に、専用の独立変圧器によって提供される一部の電源システムでは、監視が弱く、保守要員の安全が保証されていません。線路設備の接触、漏電事故、接地短絡による火災などの安全上の危険と経済的損失が頻繁に発生します。そして、残留電流動作リレーは上記の事故を防ぐために使用されるより優れた保護装置であり、その主な役割は、感電死傷者から人を保護し、電気設備または線路の漏電による大規模な火災を防ぐことです。

1:残留電流動作リレーの使用の必要性

近年、電力消費と住宅建築の発展に伴い、低圧配電線の漏電保護要件は、多くの場面で漏電警報装置の設置を必要としています。改訂されたGB13955-2005「漏電保護装置の設置及び操作」では、漏電電流が定格値を超えると電源供給を遮断し、重大な経済的損失や社会への悪影響が生じる可能性のある電気機器や場所には、警報型漏電保護装置を設置することが明確に規定されています。例えば、公共の場所における非常用電源や通路照明、公共の場所の安全確保のための設備、消防用エレベーター、消防ポンプ、消防通路照明などの消防設備への電源供給、盗難防止警報装置への電源供給などが挙げられます。GB50096--1999住宅設計規定では、各住宅の電源入力線遮断器全体に漏電保護機能を備えなければならないと規定されています。これは、住宅全体の停電によって電源入力線遮断器全体が遮断されるのを防ぐためです。漏電警報機能は、一般的に主入力線保護のために設計されています。

2:Acrel ASJシリーズ漏電遮断リレー製品

Acrel ASJシリーズ漏電遮断リレーは、漏電保護機能を備え、リモートコントロールトリップと接続することで、電源を適時に遮断し、間接接触を防止し、漏電電流を制限します。また、電力設備の監視用信号リレーとしても使用できます。特に、学校、商業ビル、工場作業​​場、貿易市場、工業・鉱業企業、国家重点消防機関、インテリジェントビル・住宅地区、地下鉄、石油化学、通信、国防部門の電気安全保護に適しています。

ASJシリーズ製品には主に2つの取り付け方法があります。ASJ10シリーズはDINレールで取り付けます。写真と機能は下表のとおりです。

残留電流リレー

主な機能

1. 残留電流の測定

2. 過度警報

3. 定格残留動作電流を設定可能 4. 非駆動時間の制限を設定可能

5. 2チャンネル出力リレー

6. ローカル/リモートテスト/リセット機能

 

違い:

1. AC残留電流測定

2. 電流制限超過の警報表示

残留電流リレー

主な機能

1. 残留電流の測定

2. 過度警報

3. 定格残留動作電流を設定可能 4. 非駆動時間の制限を設定可能

5. 2チャンネル出力リレー

6. ローカル/リモートテスト/リセット機能

 

違い:

1. タイプA残留電流測定

2. 現在のライトのパーセンテージ列表示

残留電流リレー

主な機能

1. 残留電流の測定

2. 過度警報

3. 定格残留動作電流を設定可能 4. 非駆動時間の制限を設定可能

5. 2チャンネル出力リレー

6. ローカル/リモートテスト/リセット機能

 

違い:

1. タイプA残留電流測定

2. LCDディスプレイ

3. 相互断線警報

4.予測警告値の設定が可能で、戻り値も設定できる

5. 25 イベント記録

10KV用保護リレー

図1 10kVプラント電力配線

1. 10kV電力保護装置の再構築の理由

10kV発電所の従来の総合保護計測制御装置は、輸入した上海アレバMiCOM-P122総合保護装置を採用しています。この装置は2007年5月から稼働しています。保護装置の電子部品の老朽化が深刻で、保護用光結合入力部品の損傷が頻発しており、発電所の安全で安定した生産に影響を与えています。また、メーカーは同型スペアパーツの生産を終了しており、アップグレード用の装置交換部品しか購入できず、保護装置のデータは要求を満たしていませんが、スタンバイスイッチ保護用のスペアパーツはありません。自動化レベルは高くなく、デジタル化が弱く、装置情報管理が不便で、現在の要求を満たすことができません。マンマシンインターフェースと英語のソフトウェアはすべて使いにくく、作業が面倒になり、作業効率が低下しています。以上の要因を考慮すると、10kV消費電力総合保護計測制御システムの技術改造が必要です。

3 10kVプラントの電力保護および変圧に関する要件

配電盤とその設置位置は変更せず、既存のフィーダー負荷開閉器、バススイッチ、PTキャビネット、内部二次ケーブル、端子台をすべて交換します。配電盤は、新しい機器のサイズに合わせて再設計・修正し、新しい機器のアクセス電力監視システムと通信インターフェースのアドレス設定を完了します。変換プロセスにおいて、元の保護構成は変更せずに、操作ループを最適化します。

4 新しい総合保護計測制御機器の選定

新型統合保護計測制御装置は、制御、保護、故障波形記録、計測、信号警報、開閉量取得、通信機能を統合し、三段無方向電流保護を核として、線路パラメータの監視・収集機能を備え、計測データと保護情報は通信ポートを介して電力監視システムにアップロードできるため、配電網の自動化が容易になります。水力発電所10kVプラント電力保護装置改造プロジェクトにおける国内サプライヤーの公開入札結果によると、最終的にアクレ株式会社製のAM5SEシリーズ計測制御装置が選定されました。10kVプラント電力バスの異なる負荷特性に応じて、AM5SE-F線路保護計測制御装置、AM5SE-T変圧器保護監視制御装置、AM5SE-Mモータ保護計測制御装置、AM5SE-B自己制御保護計測制御装置、PTキャビネットAM5SE-UB PT監視装置があり、各モデルの保護機能は下表の通りです。

保護リレー

モデル

保護機能

AM5SE-F

ライン保護測定制御装置

3 段過電流保護 (低圧で閉路可能、方向で保護可能)、逆限時過電流保護 (低圧で閉路可能 W)、2 段ゼロ次 101 過電流 / 逆限時過電流保護、2 段ゼロ次 1.2 電流 / 逆限時過電流保護、再閉路、加速過電流保護 (低圧閉路による)、過負荷アラーム、過負荷トリップ、圧力損失トリップ、圧力損失アラーム、過電圧保護、ゼロ次過電圧保護、逆電力保護、低周波負荷低減 / 高周波保護 (滑り差による)、PT 断線アラーム、制御回路断線アラーム、過電流ロック機能付き FC ループ、無電力保護、CT 断線アラーム、チェック

AM5SE-T

配電保護計測制御装置

3 段階過電流保護(複合電圧閉鎖で完了可能)、逆限時過電流保護(複合電圧ロックで完了可能)、2 段階ゼロ次 101 過電流保護、2 段階ゼロ次 102 過電流保護、ゼロ次逆限時過電流保護、過負荷警報、過負荷トリップ、PT 断線警報、制御回路断線警報、無電源保護、CT 断線警報、過電流ロック機能付き FC ループ

AM5SE-B

自己投影保護測定制御装置

3 セクション過電流保護 (複合電圧ロックによる、方向ロック付き)、逆時間過電流保護 (複合電圧ロックによる)、加速過電流保護 (複合電圧ロックによる)、スタンバイ機能 (11 種類の電源システムをサポート)、PT 断線アラーム、制御回路断線アラーム、バス充電保護、再閉路、過負荷カップリング/アラーム、2 セクションゼロ次過電流保護、ゼロシーケンス加速過電流保護、同期チェック

AM5SE-M

モータ保護測定制御装置

電流保護(起動時、運転時)、電流 2 段階保護、逆時限保護、2 段階逆相保護、逆相逆時限保護、2 段階零次過電流保護、ホット過負荷、過負荷保護、過負荷アラーム、過負荷トリップ、ブロッキング保護、長い始動時間、無電力保護、PT 断線アラーム、制御回路断線アラーム、低電圧保護、零次過電圧アラーム、過電流ロック機能付き FC ループ、電圧不均衡保護、相順保護、電圧位相保護、過電圧保護

上記の保護機能に加え、各マイコン保護計測制御装置はRS485通信インターフェースを備え、電力監視システムとの通信、独立した操作回路監視機能、スイッチ状態監視を実現し、スイッチ回路監視をより完全なものにします。ホップ機能を内蔵しており、ユーザーは投資するかどうかを選択できます。新たに構成されたマイコン保護計測制御装置AM5SEシリーズの保護機能は豊富で、各メニューは中国語または英語で自由に設定でき、操作とメンテナンスに役立ちます。

5. 10kVプラントの設計

新たに構成されたAM5SEシリーズのコンピュータ統合保護計測制御装置と図面は、Acrel Co., Ltd.によって設計されました。二次回路の回路図設計は、元の10kV高電圧キャビネット二次図面に基づいて行う必要があります。端子列の配置は図面設計に基づいており、図面設計は関連法規の要求を満たす必要があります。同一の負荷特性を持つ図面設計の場合、端子番号と回線番号は非常に統一されており、一定の規則があります。図面設計の精度は、建設と試運転の円滑さと、運転後の安全な生産を左右します。

6. 6 10kVプラントの電力保護および変電プロセス

10kVプラントは、建設条件を満たす必要があります。詳細な建設計画と図面、設備管理者による新規設備の検収、建設担当者による安全教育の完了、そして必要な工具と資材の調達が必要です。各リンクの円滑な完成を確実にするため、建設は計画と図面に厳密に従って実施されます。

6.1 10kVプラント電力保護ハードウェア変換

10kVプラントの改修工事は、主に配電盤内の端子列の交換、古い総合保護測定制御装置の撤去、新しい総合保護装置の設置と組立ラインおよびケーブル配置の3つの作業から構成されます。

6.1.1. 端末行を置き換える

端子の交換は、1つずつ交換する必要があります。誤接続や誤配線を防ぐため、2つ以上の端子を同時に交換することは禁止されています。配電盤内の端子列を1つずつ交換することで、誤配線を効果的に防止できます。AC電源、DC電源、トリップ回路、信号回路は絶縁を追加し、端子間のショートを防ぐため、緩めずに押し込む必要があります。端子列を交換する際は、元のループ端子と回線番号が変更されないようにし、次のステップの配線と回線チェック作業をスムーズに行うことができます。

6.1.2 旧総合保護計測制御装置の解体

工事計画書及び図面に基づき、廃止対象機器(旧統合保護計測制御装置、配電盤の中間リレー、電圧リレー、タイムリレー等の機器、及び関連する二次ケーブル)を撤去します。解体作業においては、機器への人為的な損傷や、誤って使用可能な二次ケーブルを撤去しないよう注意を払います。機器の整理・廃棄・分類を行い、現地保管場所を明確にし、作業現場の混乱を防ぐため、工事現場は6S基準を満たす必要があります。

6.1.3 総合保護計測制御装置の設置・組立ラインとケーブル配置

新旧の総合保護計測制御装置のサイズが異なるため、配電盤パネルの取付窓のサイズが新型総合保護計測制御装置のサイズと一致しません。新型総合保護計測制御装置を取り付けるには、配電盤パネルの取付窓を切断して拡張し、切断時にパネルが削れないようにする必要があります。新装置に接続するケーブルは新品とし、未使用のケーブルはすべて撤去して寄生回路の存在を防止します。配線は設計図に厳密に従い、漏電、誤接続、誤開閉を防止します。新型装置のケーブル配線は、整然と統一され、配線が合理的で、点検やメンテナンスに便利です。

6.2 10kVプラントの電力保護と試運転

保護とデバッグは主に4つのリンクに分かれています。二次ループラインのチェック、ループ機能の検証、保護装置の静的デバッグ、伝送テストです。施工図に従って各端子と各回線番号を慎重にチェックします。CT二次回路に断線がないか、PT二次回路に極性と配線が正しいかをチェックすることに重点を置いています。テレメトリ、リモート通信、リモートコントロールの配線が正しいかをチェックします。DC制御回路に短絡がないか、接地回路LN間に短絡がないかをチェックします。DC制御回路の絶縁抵抗が要件(1000V)を満たしているかを測定します。AC / DC回路に電気があるかどうかを測定します。外注ユニットは工場の二次回路に精通していないため、変換プロセスで見落としや誤接続が発生しやすいことに注意してください。

AC電圧制御ループとDC制御ループに電源を投入し、各ループの機能を検証します。テレメトリ、リモート信号、リモート制御信号が正しいこと、メーター、表示灯、照明、ヒーター回路が正常であること、スイッチ本体のジャンプ防止機能が正常であることを確認します。さらに、制御ループに電源を投入し、各ループの配線が正しいことを確認します。

保護装置の静的デバッグは、装置の抜き取り検査、固定値のアップロードと確認、および装置の機能検査を実施することです。CT二次側に電流を流し、PTキャビネット端子にアナログ電圧を流すことで、ライン保護装置AM5SE-F、変圧器保護装置AM5SE-T、モータ保護装置AM5SE-M、スタンバイ自己切換装置AM5SE-B、およびPT監視を確認します。装置AM5SE-UB、電圧計、電流計、および監視システムが正しく表示され、交流電圧および交流電流ループの位相順序と位相が正しいことを確認します。固定値単対保護装置に従って固定値を設定し、固定値が正しいことを確認します。保護機能検査は、アナログ量を追加することにより、AM5SEシリーズマイコン保護計測制御装置の動作ロジックと動作時間の正確性を検証し、拒絶反応や誤動作がなく、動作時間が要件を満たすことを確認します。保護装置の静的デバッグにより、保護装置が障害に敏感に反応し、アラーム信号とトリップ指示を確実かつ迅速に送信できるようになります。

総合保護計測制御装置と電力監視システム間のデータ接続は正確であり、保護装置の動作状態、設定値、イベント記録などの情報をバックグラウンドでリアルタイムに収集できます。保護装置をバックグラウンドに接続することで、リレー保護システムの管理と故障情報処理の自動化レベルが向上します。

伝送テストは、保護装置によって収集された故障量をシミュレートし、保護装置がトリップスイッチから出力されて、装置の保護ロジック、トリップ回路、および信号回路の正確性を検証するものであり、ホストコンピュータの操作を通じてスイッチが遠隔的に適切に開閉できることを確認するものです。各保護装置セットごとに完全な伝送テストを実施し、各配電盤保護装置の保護ロジック、保護出力のトリップ、遠隔開閉スイッチ、および信号表示が正しいことを確認する必要があります。

6.3 変換と最適化で遭遇した問題

新型総合保護測定制御装置の改造が完了した後、伝送試験中に、スイッチは一度しか閉じることができないことが判明しました。再度閉じる場合は、制御電源を再起動した後でのみ閉じることができます。解析により、遮断器の投入コイルに常閉点がないことが判明しました。保護装置には遮断器を確実に閉じることができるように投入リレーが設置されているため、現時点では遮断器の投入コイルに常閉点がないため、投入後に遮断点がない場合、投入保持リレーのエネルギーを解放できないため、再起動して次の投入前に投入保持リレーを解放する必要があります。遮断器メーカーや水力発電所の関係者と何度も話し合った結果、投入コイルの前に常閉点のセットを直列に接続し、上記の問題を解決しました。 AM5SE-T変圧器保護測定制御装置を例に、水力発電所改造の開閉回路の二次図を図2に示します。

10KV保護リレー

図2 AM5SE-T分割回路の二次図

7 10kV電力監視システムの変革

配電室全体の運用とデータ収集をリアルタイムで監視するため、水力発電所にAcrel-2000Z電力監視システムを導入し、マイコン保護データを電力監視システムにアップロードすることで、10kV変電所の電力監視・管理を実現し、自動管理レベルを向上させました。主な機能は、リアルタイム監視、電気パラメータ照会、操作報告、リアルタイムアラーム、履歴イベント照会、電力統計報告、ユーザー権限管理、ネットワークトポロジー、電力品質監視、リモート制御機能、通信管理、障害記録波形、事故リコール、曲線照会、Webアクセス、APPアクセスなどです。

8. 結論

水力発電所の10kV電力保護装置の改造により、電子部品の深刻な老朽化、自動化レベルの低さ、使いにくいマンマシンインターフェースとソフトウェア、難しいメンテナンス作業などの問題が解決されました。 AM5SEシリーズのマイコン保護測定制御装置の交換により、より高機能で人間化され、装置の液晶画面はより直観的に電圧、電流サンプリング量、およびさまざまなイベント記録を表示します。 デバッグソフトウェア機能は強力で、操作が簡単で、習得しやすく、使いやすいソフトウェアインターフェースです。 操作回路には、スイッチの開閉と制御回路の切断を監視する機能があります。 装置パネルのインジケータライトは、スイッチのジャンプ位置とクローズ状態を直接表示し、操作および保守担当者にとってより直感的です。 構成されたAM5SE-Mモーター保護測定制御装置は、モーターの始動/運転状態認識を追加し、始動セクション、運転セクション、運転2セクションなどの保護機能を装備し、モーターの始動電流が大きく、誤ジャンプが発生しやすい問題を解決します。保護装置はRS485通信インターフェースを備えており、通信インターフェースは保護装置間を「ハンドインハンド」で接続し、データはAcrel-2000Z電力監視システムに送られ、保護情報の閲覧や故障情報の管理に便利です。新型総合保護計測制御装置への改造が運用開始されて以来、設備は正常に稼働しています。新型総合保護装置の適用は、豊富な保護機能、使いやすい操作インターフェース、そして便利な操作・保守を備えており、水力発電所の信頼性の高い運用を向上させ、発電所の安全性と安定した生産を確保し、その意義は明らかです。

 

参照

[1] Nb / T 35010-2013 水力発電所のリレー保護の設計規格

[2] DL / T 5164-2002 発電所の補助電源の設計に関する技術規格

[3] GB / T 50171-2012電気設備工事におけるパネル、キャビネットおよび二次回路配線の施工および検収規定

[4] 黄金鑫. 龍潭水力発電所10kV補助電力保護装置の改造

[5] アンクルイユーザー変電所の統合自動化・運用保守ソリューション。2021年11月


投稿日時: 2022年8月31日