JP2001027907A - インテリジェント電子デバイスにおいて異常状態を予知する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トリップ装置、保護継電器、電力計、その他
のＩＥＤなどのインテリジェント電子デバイスで、異常
状態を予知する方法を提供する。 【解決手段】 電気信号を検知して、その電気信号の電
気特性を表す検知信号を供給する工程と、前記検知信号
と近トリップ事象閾値との関係を比較して、近トリップ
事象を検出する工程とを含む。該近トリップ事象閾値
は、インテリジェント電子デバイスの前記トリップ事象
閾値により規定された起こりうるトリップ事象に先だつ
近トリップ事象を規定する。前記近トリップ事象が検出
されたときには、近トリップ事象信号が発生される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、全般的には、イン
テリジェント電子デバイス（たとえば電子式トリップ装
置や保護継電器）に関する。より具体的には、本発明
は、インテリジェント電子デバイス（たとえば電子式ト
リップ装置や保護継電器）において異常状態を予知する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】インテリジェント電子デバイスはよく知
られている。たとえば、こうしたインテリジェント電子
デバイスの一つである電子式トリップ装置は、典型的に
は電圧センサおよび電流センサを有し、これらのセンサ
は電力線路信号を表すアナログ信号を提供する。このア
ナログ信号はＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器に
よってディジタル信号へ変換され、このディジタル信号
はマイクロコントローラによって処理される。トリップ
装置はさらに、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモ
リ）、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）およびＥＥＰＲＯＭ
（電気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ）を含
み、これらの全てはマイクロコントローラと連絡する。
ＲＯＭはトリップ装置アプリケーション・コード、例え
ば初期化パラメータを含む主機能ファームウエア、およ
びブート・コードを含んでいる。ＥＥＰＲＯＭはアプリ
ケーション・コードに対する動作パラメータを含んでい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】トリップ装置はデバイ
スを保護する役割をするが、異常が起こってトリップ装
置がトリップした時（すなわちトリップ事象の時点）に
おいて、設備に損傷や運転遅延が起こることが多い。た
とえば、プラントが運転停止されて再開するまでに数時
間かかり、又は薬品生産のバッチ全体が無駄になった
り、又はデータ・センタが非稼働状態になり企業活動全
体が不能に陥ることがあり、或いは政府の研究機関や大
学などで貴重な実験が失われたりする可能性がある。一
回のトリップ事象で一企業に数百万ドルの負担を生じさ
せることもある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の特徴の一つは、
トリップ事象を生じさせるような異常の発生に先だって
インテリジェント電子デバイス内で異常を予知すること
である。さらに、本発明の特徴の一つは、トリップ事象
の発生を防止あるいは予知することである。

【０００５】本発明に関するこれらの特徴およびその他
の特徴は、本発明によるインテリジェント電子デバイス
（ＩＥＤ）（たとえば電子式トリップ装置や保護継電
器）のマイクロコントローラに異常予知アルゴリズムを
利用するインテリジェント電子デバイス（ＩＥＤ）にお
ける異常予知方法により達成できる。電子式トリップ装
置は、本明細書において一例としてのみ示したもので、
本発明は他のＩＥＤに対しても同様に適用できる。この
電子式トリップ装置は電圧センサおよび電流センサを有
し、これらのセンサは電力線路信号を表すアナログ信号
を提供する。このアナログ信号はＡ／Ｄ（アナログ／デ
ィジタル）変換器によってディジタル信号へ変換され、
このディジタル信号はマイクロコントローラによって処
理される。トリップ装置はさらに、ＲＡＭ（ランダム・
アクセス・メモリ）、ＲＯＭ（読出し専用メモリ）およ
びＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能プログラマブル読出し専
用メモリ）を含み、これらの全てはマイクロコントロー
ラと連絡する。ＲＯＭはトリップ装置アプリケーション
・コード（例えば、初期化パラメータを含む主機能ファ
ームウエア）およびブート・コードを含んでいる。アプ
リケーション・コードは、本発明による異常予知アルゴ
リズムのためのコードを含む。ＥＥＰＲＯＭは、たとえ
ば近トリップ事象閾値を設定するためのコードなど、ア
プリケーション・コードに対する動作パラメータを含ん
でいる。これらのパラメータは、工場でトリップ装置に
記憶させて、顧客の要件を満たすように選択することが
できるが、遠隔式でダウンロードすることも可能であ
る。

【０００６】本発明の実施形態の一例では、算出の対象
となる事象のいずれに対しても、異常予知アルゴリズム
は以下のロジックを利用して近トリップ(near-trip)事
象を算出する。

【０００７】［（予め設定したトリップ条件値）−（実
際の観測値）］／（予め設定したトリップ条件値）≧
（顧客入力の近トリップ事象閾値（パーセント））であ
る場合、近トリップ事象の発行近トリップ事象条件を決
定しモニタリングする能力は、代替え不能な運転を有す
る設備配電システムに対して大きな診断価値を有する。
その理由は、設備異常状態の多くは突発的に起こること
はなく、むしろ時間とともに徐々に進行するからであ
る。近トリップ事象を監視することにより、犠牲の大き
い実際のトリップ事象が起きる前に、これらの異常状態
を予知し、検出しかつ修正することができる。このた
め、代替え不能の設備は、遅延時間や損害賠償金により
被るおそれのある数百万ドルの損失を免れることができ
る。

【０００８】本発明に関する上記およびその他の特徴並
びに利点は、詳細な説明および図面から当業者にはその
真価が認められかつ理解されるであろう。

【０００９】

【発明の実施の形態】図を参照すると、トリップ装置の
全体概略図が全体を参照番号３０として表されている。
本発明は電子式トリップ装置に限定されるものではな
く、全てのＩＥＤを対象としていることが理解されよ
う。トリップ装置３０は、信号線３４上の電圧計測値を
表すアナログ信号を供給する電圧センサ３２を含むと共
に、信号線３８上の電流計測値を表すアナログ信号を供
給する電流センサ３６を含む。信号線３４および３８上
のアナログ信号はＡ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換
器４０に与えられ、このＡ／Ｄ変換器４０はこれらのア
ナログ信号をディジタル信号に変換する。このディジタ
ル信号はバス４２を介して、たとえば日立電子部品グル
ープ(Hitachi Electronics Components Group)から商業
的に入手可能な日立Ｈ８／３００ファミリーのマイクロ
コントローラなどのマイクロコントローラ（信号処理プ
ロセッサ）４４に転送される。トリップ装置３０はさら
に、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）４６、ＲＯ
Ｍ（読出し専用メモリ）４８、およびＥＥＰＲＯＭ（電
気消去可能プログラマブル読出し専用メモリ）５０を含
み、これらのすべては制御バス５２を介してマイクロコ
ントローラ４４と通信する。周知のように、Ａ／Ｄ変換
器４０、ＲＯＭ４８、ＲＡＭ４６、あるいはこれらの任
意の組合せがマイクロコントローラ４４に包含できるこ
とが理解されよう。ＥＥＰＲＯＭ５０は不揮発性である
ため、システム情報およびプログラミングが停電または
電力遮断中に失われることはない。データ、典型的には
回路遮断器のステータスは、制御バス５２を介してマイ
クロコントローラ４４から受け取った表示信号に応答し
て表示装置５４により表示される。出力制御デバイス５
６は、制御バス５２を介してマイクロコントローラ４４
から受け取った制御信号に応答して、線６０を介してト
リップ・モジュール５８を制御する。較正、試験、プロ
グラミング、その他の特徴は、制御バス５２を介してマ
イクロコントローラ４４と通信する通信Ｉ／Ｏポート６
２を通じて実現される。商用電力の給電を受ける電源装
置６３は、線６４を介してトリップ装置３０の各構成部
品に適切な電力を供給する。ＲＯＭ４８はトリップ装置
アプリケーション・コード、たとえば初期化パラメータ
を含む主機能ファームウエア、およびブート・コードを
含む。アプリケーション・コードは本発明による異常予
知アルゴリズムのためのコードを含む。

【００１０】ＥＥＰＲＯＭ５０は、動作パラメータ・コ
ード、たとえば近トリップ事象の閾値を設定するための
コードを含む。これらのパラメータは、工場でトリップ
装置に記憶させて、顧客の要件を満たすように選択でき
るようにすることができるが、以下に記載するように遠
隔式でダウンロードすることも可能である。この異常保
護アルゴリズムはリアルタイムで、好ましくは起動時に
ブート・コードから稼働される。本発明の実施形態の一
例では、トリップまたは継電器を動作させることが有利
であるような事象が発生しているか否かを決定するため
にＩＥＤで各計算を実施する際に、異常予知アルゴリズ
ムにより第２の比較を実施して、近トリップ事象が発生
しているか否かを決定する。

【００１１】ＩＥＤにより典型的に計算される事象とし
ては以下のものがある。 （１）計測量（相電流、相電圧、周波数、または高調波
歪み）を予め設定した閾値設定値と比較し、その閾値を
越えた場合に事象を発生する。 （２）計測量を予め設定した閾値設定値と比較し、予め
設定した時間間隔の間その閾値を越えた場合に事象を発
生する。 （３）計測した変化率を予め設定した閾値と比較し、そ
の閾値を越えた場合に事象を発生する。 （４）計測した変化率を予め設定した閾値設定値と比較
し、予め設定した時間間隔の間その閾値を越えた場合に
事象を発生する。 （５）その計測量が別々に計測した複数の量の算術的合
成、たとえば、相Ａ電圧と相Ｂ電圧との差、相Ａ周波数
と相Ｂ周波数の差、又は［（相Ａ電圧−相Ｂ電圧）／公
称電圧］、又は「（相Ａ周波数−相Ｂ周波数）／公称周
波数」であるような上記の計算の変形を求めること。

【００１２】トリップあるいは継電器事象が検出され
て、遮断器がトリップされ及び／又は接点が閉成された
ときに、このデバイスは事象メッセージを送出する。こ
のメッセージは、現場の表示装置上に表示するか、或い
は電力管理制御ソフトウェアにより装置内モニタや遠隔
コンピュータなどの遠隔監視ステーションに伝達するこ
とができる。しかし、上記のように、異常が発生し、ト
リップ装置や保護継電器がこれを検出し、遮断器がトリ
ップした時点では、修復不能な損傷および／または設備
の運転に対する金銭的な損失が大きい遅延がすでに生じ
ていることになる。

【００１３】本発明によれば、ＩＥＤによる計算の対象
となる事象のいずれに対しても、異常予知アルゴリズム
は以下のロジックを利用して近トリップ事象を計算す
る。

【００１４】すなわち、［（予め設定したトリップ条件
値）−（実際の観測値）］／（予め設定したトリップ条
件）≧（顧客入力の近トリップ事象閾値）である場合、
近トリップ事象を発生する。

【００１５】顧客入力の近トリップ事象閾値は、たとえ
ば０．００と１．０の間の数である。閾値０．００の場
合、近トリップ事象機能は事実上停止となる。閾値１．
０の場合、近トリップ事象と実際のトリップ事象とは同
じ意味となる。たとえば、最新の読み値が５０アンペア
であり、予め設定したトリップ条件値が１００アンペア
であり、かつ顧客入力の近トリップ事象閾値が０．４で
ある場合、（１００Ａ−５０Ａ）／（１００Ａ）＝０．
５であり、これは０．４より大であるので、近トリップ
事象が発生されることになる。

【００１６】トリップあるいは継電器事象が上記の事象
タイプ２および４のような時間間隔に関係している場
合、たとえば比較の対象となる条件が臨界値を越えてい
る時間である場合、たとえば「長限時(Long-Time) 」ト
リップが１秒で１００アンペアに設定されている場合、
電流読み値が１００アンペアを超えた時点でカウンタが
作動し始める。０．５秒後にその読み値が再び１００ア
ンペア以下に降下した場合は、タイマは再び停止状態に
なる。この例では、近トリップ事象状態は、０．５秒／
１．０秒である。これは、顧客入力の近トリップ事象閾
値が０．５以下に設定されていた場合には近トリップ事
象が発生され、また顧客の近トリップ事象閾値が０．５
を超える値に設定されていた場合には近トリップ事象が
発生されないことを意味する。

【００１７】代替例として、異常予知アルゴリズムは以
下のロジックを利用して近トリップ事象を計算する。

【００１８】すなわち、（実際の観測値）≧（予め設定
したトリップ条件値）×（顧客入力の近トリップ事象閾
値）である場合、近トリップ事象を発生する。

【００１９】たとえば、最新の読み値が５０アンペアで
あり、予め設定したトリップ条件値が１００アンペアで
あり、かつ顧客入力の近トリップ事象閾値が０．４であ
る場合、５０Ａは（１００Ａ×０．４）＝４０Ａより大
であるので、近トリップ事象が発生されることになる。
さらに、近トリップ事象閾値は選択可能なレベルとして
よく、たとえば、上記の例によれば、近トリップ事象閾
値を４０アンペアに設定することが可能である。

【００２０】本発明は、代替え不能な運転を有する設備
配電システムに対して大きな診断価値を有する。その理
由は、設備異常状態の多くは突発的に起こよりは、むし
ろ時間とともに徐々に進行するからである。

【００２１】近トリップ事象の発生の伝達に関しては、
たとえば（１）付属のコンピュータ（図示せず）やその
他の中央監視装置（図示せず）へのネットワーク接続を
介して送信するための事象メッセージを作成すること、
（２）メッセージをトリップ装置または遮断器の表示装
置５４上に表示させること、（３）続いて警報音、警告
灯、その他のアラーム（図示せず）を作動させるために
用いられる継電器接点を閉じること、などの幾つかの方
法で行うことが可能である。

【００２２】上記の限界値や設定値はすべて、ＥＥＰＲ
ＯＭ５０に格納する（記憶させる）ことが好ましい。ま
た代替例として、所望の設定値を通信Ｉ／Ｏポート６２
を介してダウンロードすることも可能である。この場合
には、直接電話線を介するか、その他適当な接続を介す
るかのいずれかにより、その装置がシステム・コンピュ
ータ（図示せず）と接続されているとき、データを遠隔
式でダウンロードすることが含まれる。さらに周知のよ
うに、ＥＥＰＲＯＭ５０はこうしたデータをフラッシュ
させるためのフラッシュ・メモリを含むことが好まし
い。

【００２３】好ましい実施形態を例示し説明してきた
が、これらに対しては、本発明の精神および範囲を逸脱
することなく、さまざまな修正や置換が可能である。し
たがって、本発明の以上の記載は例示のためであって、
限定のためではないことを理解すべきである。

【図面の簡単な説明】

【図１】電子式トリップ装置の概略ブロック図である。

【符号の説明】

３０ トリップ装置 ３２ 電圧センサ ３４ 信号線 ３６ 電流センサ ３８ 信号線 ４０ Ａ／Ｄ（アナログ／ディジタル）変換器 ４２ バス ４４ マイクロコントローラ ４６ ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ） ４８ ＲＯＭ（読出し専用メモリ） ５０ ＥＥＰＲＯＭ（電気消去可能プログラマブル読出
し専用メモリ） ５２ 制御バス ５４ 表示装置 ５６ 出力制御デバイス ５８ トリップ・モジュール ６２ 通信Ｉ／Ｏポート ６３ 電源装置

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トリップ事象閾値を有するインテリジェ
   ント電子デバイスにおいて異常状態を予知する方法であ
   って、 電気信号を検知して、その電気信号の電気特性を表す検
   知信号を供給する工程と、 前記検知信号と近トリップ事象閾値との関係を比較し
   て、近トリップ事象を検出する工程であって、該近トリ
   ップ事象閾値が、インテリジェント電子デバイスの前記
   トリップ事象閾値により規定された起こりうるトリップ
   事象に先だつ近トリップ事象を規定している、前記近ト
   リップ事象を検出する工程、 前記近トリップ事象が検出されたときに、近トリップ事
   象信号を発生する工程と、を含む異常状態予知方法。
2. 【請求項２】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾値
   との前記関係が、前記検知信号、前記近トリップ事象閾
   値および時間の関係を含む請求項１に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾値
   との前記関係が、前記検知信号の変化率と前記近トリッ
   プ事象閾値の関係を含む請求項１に記載の方法。
4. 【請求項４】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾値
   との前記関係が、前記検知信号の変化率、前記近トリッ
   プ事象閾値および時間の関係を含む請求項１に記載の方
   法。
5. 【請求項５】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾値
   との前記関係を比較する前記工程が、前記検知信号をト
   リップ事象閾値から差し引いて差を規定する工程と、前
   記の差をトリップ事象閾値で除して商を規定する工程
   と、前記の商を前記近トリップ事象閾値と比較する工程
   と、前記の商が前記近トリップ事象閾値と等しいか又は
   これより大であるときに前記近トリップ事象を検出する
   工程とを含んでいる請求項１に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記トリップ事象閾値が前記電気特性と
   関連づけられる請求項１に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記トリップ事象閾値が時間と関連づけ
   られる請求項１に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾値
   との前記関係を比較する前記工程が、トリップ事象閾値
   と前記近トリップ事象閾値とを乗じて積を規定する工程
   と、前記の積を前記検知信号と比較する工程と、前記検
   知信号が前記の積と等しいか又はこれより大であるとき
   に前記近トリップ事象を検出する工程とを含んでいる請
   求項１に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記電気特性が電流を含む請求項１に記
   載の方法。
10. 【請求項１０】 前記電気特性が電圧を含む請求項１に
    記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記近トリップ事象閾値を遠隔式で設
    定することをさらに含む請求項１に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記インテリジェント電子デバイス
    が、電子式トリップ装置または保護継電器を含む請求項
    １に記載の方法
13. 【請求項１３】 前記近トリップ事象の発生を表す情報
    を表示することをさらに含む請求項１に記載の方法。
14. 【請求項１４】 電気信号を検知して、その電気信号の
    電気特性を表す検知信号を提供するためのセンサと、 前記検知信号に応答する信号処理プロセッサであって、
    近トリップ事象閾値がインテリジェント電子デバイスの
    トリップ事象閾値により規定された起こりうるトリップ
    事象に先だつ近トリップ事象を規定するものであるとし
    て、近トリップ事象を検出するために前記検知信号と近
    トリップ事象閾値との関係を比較し且つ前記近トリップ
    事象を検出したときに近トリップ事象信号を発生するた
    めの実行可能なプログラムを規定するプログラム信号を
    含む複数の信号を記憶するメモリを有している信号処理
    プロセッサと、を備えているインテリジェント電子デバ
    イス。
15. 【請求項１５】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾
    値との前記関係が、前記検知信号、前記近トリップ事象
    閾値および時間の関係を含む請求項１４に記載のインテ
    リジェント電子デバイス。
16. 【請求項１６】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾
    値との前記関係が、前記検知信号の変化率と前記近トリ
    ップ事象閾値の関係を含む請求項１４に記載のインテリ
    ジェント電子デバイス。
17. 【請求項１７】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾
    値との前記関係が、前記検知信号の変化率、前記近トリ
    ップ事象閾値および時間の関係を含む請求項１４に記載
    のインテリジェント電子デバイス。
18. 【請求項１８】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾
    値との関係を比較することが、前記検知信号をトリップ
    事象閾値から差し引いて差を規定し、前記の差をトリッ
    プ事象閾値で除して商を規定し、前記の商を前記近トリ
    ップ事象閾値と比較し、前記の商が前記近トリップ事象
    閾値と等しいか又はこれより大であるときに前記近トリ
    ップ事象を検出することを含む請求項１４に記載のイン
    テリジェント電子デバイス。
19. 【請求項１９】 前記トリップ事象閾値が前記電気特性
    と関連づけられる請求項１４に記載のインテリジェント
    電子デバイス。
20. 【請求項２０】 前記トリップ事象閾値が時間と関連づ
    けられる請求項１４に記載のインテリジェント電子デバ
    イス。
21. 【請求項２１】 前記検知信号と前記近トリップ事象閾
    値と関係を比較することが、トリップ事象閾値と前記近
    トリップ事象閾値を乗じて積を規定し、前記の積を前記
    検知信号と比較し、前記検知信号が前記の積と等しいか
    又はこれより大であるときに前記近トリップ事象を検出
    することを含む請求項１４に記載のインテリジェント電
    子デバイス。
22. 【請求項２２】 前記電気特性が電流を含む請求項１４
    に記載のインテリジェント電子デバイス。
23. 【請求項２３】 前記電気特性が電圧を含む請求項１４
    に記載のインテリジェント電子デバイス。
24. 【請求項２４】 前記プログラム信号がさらに、前記近
    トリップ事象閾値を遠隔式で設定するための前記実行可
    能なプログラムを規定する請求項１４に記載のインテリ
    ジェント電子デバイス。
25. 【請求項２５】 前記インテリジェント電子デバイスが
    電子式トリップ装置または保護継電器を含む請求項１４
    に記載のインテリジェント電子デバイス。
26. 【請求項２６】 前記近トリップ事象の検出を表す情報
    を表示するため、前記近トリップ事象信号に応答する表
    示装置をさらに含む請求項１４に記載のインテリジェン
    ト電子デバイス。