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公開番号2020145925
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200910
出願番号2020100573
出願日20200610
発明の名称電線監視システム
出願人住友電気工業株式会社
代理人特許業務法人ワンディーIPパートナーズ
主分類H02J 13/00 20060101AFI20200814BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】電力系統の電線を監視するための装置のより適切な配置を行うことが可能な電線監視システムを提供する。
【解決手段】電線監視システムは、電力系統の電線の第1の物理量を局所的に測定する第1のセンサと、前記第1のセンサの測定結果を転送する転送装置と、前記転送装置によって転送された前記測定結果を取得する収集装置と、前記電力系統の電線に関する物理量であって前記第1の物理量と共に用いられる第2の物理量を測定し、前記収集装置に接続される第2のセンサとを備え、前記収集装置は、前記第2のセンサの測定結果をさらに取得する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
電力系統の電線の
温度および/または電流である
第1の物理量を局所的に測定する
複数の
第1のセンサと、
前記第1のセンサの測定結果を転送する
複数の
転送装置と、
前記転送装置によって転送された前記測定結果を取得する収集装置
とを
備え

各前記第1のセンサおよび、前記各第1のセンサが取得した測定結果を転送する各前記転送装置を含む複数の接触ユニットは、前記電線における異なる位置に設けられ、
前記複数の接触ユニットのうち一の前記接触ユニットの前記転送装置は、前記一の前記接触ユニットの前記第1のセンサから直接取得した前記第1のセンサの測定結果、および前記一の前記接触ユニット以外の他の前記接触ユニットの前記転送装置から取得した前記第1のセンサの測定結果の少なくともいずれか一方を転送し、
前記収集装置は、前記転送装置によって転送された前記各第1のセンサの測定結果を取得する、
電線監視システム。
続きを表示(約 170 文字)【請求項2】
前記電線監視システムは、複数の前記収集装置を備え、
前記電線監視システムは、さらに、
前記電力系統の電線を監視する監視装置を備え、
前記複数の収集装置は、取得した前記各第1のセンサの測定結
果を
前記監視装置へ送信する、請求項

に記載の電線監視システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電線監視システムに関する。
続きを表示(約 8,400 文字)【背景技術】
【0002】
近年、電力系統の電線の許容電流を動的に見積もるための技術が開発されている。たとえば、非特許文献1(イー・フェルナンデス(E. Fernandez)、外4名、”レビュー・オブ・ダイナミック・ライン・レーティング・システムズ・フォー・ウィンド・パワー・インテグレーション(Review of dynamic line rating systems for wind power integration)”、リニューアブル・アンド・サステナブル・エナジー・レビュース(Renewable and Sustainable Energy Reviews)、2016年、第53巻、P.80−92)には、以下のような技術が開示されている。すなわち、スタティックラインレーティングでは、許容電流は、大気温が高く、日射量が多くかつ風量の低い過酷な気象状況を仮定することにより控えめに見積もられる。しかしながら、風量が大きくなると、風による冷却効果により許容電流が増加する。ダイナミックラインレーティングでは、許容電流は、風による冷却効果を考慮した気象状況の観測結果を用いてリアルタイムに見積もられる。
【0003】
しかしながら、実際には、風速および風向を正しく計測することが困難であるため、風向が電線に対して直交する方向に沿っていると仮定した有効風速が用いられる。この有効風速は、電線の電流、当該電線の温度、大気温および日射量に基づいて求められる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
イー・フェルナンデス(E. Fernandez)、外4名、”レビュー・オブ・ダイナミック・ライン・レーティング・システムズ・フォー・ウィンド・パワー・インテグレーション(Review of dynamic line rating systems for wind power integration)”、リニューアブル・アンド・サステナブル・エナジー・レビュース(Renewable and Sustainable Energy Reviews)、2016年、第53巻、P.80−92
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
非特許文献1に記載のダイナミックラインレーティングを効率よく行うために、電力系統の電線を監視するための装置のより適切な配置が可能な技術が求められる。
【0006】
この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、電力系統の電線を監視するための装置のより適切な配置を行うことが可能な電線監視システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
(1)上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる電線監視システムは、電力系統の電線の第1の物理量を局所的に測定する第1のセンサと、前記第1のセンサの測定結果を転送する転送装置と、前記転送装置によって転送された前記測定結果を取得する収集装置と、前記電力系統の電線に関する物理量であって前記第1の物理量と共に用いられる第2の物理量を測定し、前記収集装置に接続される第2のセンサとを備え、前記収集装置は、前記第2のセンサの測定結果をさらに取得する。
【0008】
本発明は、このような特徴的な処理部を備える電線監視システムとして実現することができるだけでなく、かかる特徴的な処理部を構成する転送装置または収集装置として実現したり、かかる特徴的な処理をステップとする方法として実現したりすることができる。また、電線監視システムの一部または全部を実現する半導体集積回路として実現することができる。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、電力系統の電線を監視するための装置のより適切な配置を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムの構成を示す図である。
図2は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムの適用例を示す図である。
図3は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムにおける接触ユニットの構成を詳細に示す図である。
図4は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムにおける接触ユニットの配置の変形例を示す図である。
図5は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムにおける接触ユニットの配置の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
最初に、本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
【0012】
(1)本発明の実施の形態に係る電線監視システムは、電力系統の電線の第1の物理量を局所的に測定する第1のセンサと、前記第1のセンサの測定結果を転送する転送装置と、前記転送装置によって転送された前記測定結果を取得する収集装置と、前記電力系統の電線に関する物理量であって前記第1の物理量と共に用いられる第2の物理量を測定し、前記収集装置に接続される第2のセンサとを備え、前記収集装置は、前記第2のセンサの測定結果をさらに取得する。
【0013】
このような構成により、たとえば、測定対象の種々の物理量のうち、電線の近傍において局所的な計測が求められる第1の物理量を第1のセンサの測定対象とし、また、場所による変化が小さくかつ電線から離れた位置で計測可能な第2の物理量を第2のセンサの測定対象にすることができるので、転送装置を各電線の近傍に配置しながら、収集装置を設置する場所を自由に設定することができる。これにより、たとえば、収集装置が携帯電話基地局の少ない僻地に設けられる場合においても、電波環境の良い位置に収集装置を設置することができる。したがって、電力系統の電線を監視するための装置のより適切な配置を行うことができる。より詳細には、たとえば、ダイナミックラインレーティングを正確に行うためには電線の電流、電線の温度、大気温および日射量等を正確に測定し、電線を集中的に監視する監視装置へ測定結果を転送することが求められる。電線の温度を測定する場合、たとえば、第1のセンサおよび転送装置を収容する接触ユニットを、電線に接触するように電線に取付ける必要がある。しかしながら、接触ユニットの電源として、電線の電流による誘導電流、太陽光発電、およびリチウム電池といった蓄電池等が用いられることが多く、接触ユニットを駆動するための十分かつ安定的な電源が確保されていない。また、接触ユニットが大きくなると、振動等の影響によってコロナ放電が発生したりする。以上のような理由により、接触ユニットの小型化および省電力化が望まれる。また、たとえば、携帯電話等を用いて接触ユニットから監視装置へ測定結果を直接伝送する場合、接触ユニットの設置場所によっては携帯電話網の電波環境が悪くなるため、通信が困難となる可能性がある。また、携帯電話による通信のランニングコストは一般に大きい。これに対して、局所的な計測が求められる第1の物理量を第1のセンサの測定対象とする構成により、第1のセンサの測定対象を、設けられた位置に特有の物理量に限定することができるので、第1のセンサの種類数を少なくし、かつ情報の伝送量を抑制することができる。これにより、接触ユニットの小型化を可能とするとともに、接触ユニットの省電力を達成することができる。また、転送装置によって転送された測定結果を収集装置が取得する構成により、たとえば、大気温および日射量等の測定値の位置による変化の小さい物理量を第2のセンサの測定対象とすることで、収集装置および第2のセンサの設置位置の自由度を高めることができる。これにより、測定結果を監視装置へ伝送するための大きな電源の確保を容易にし、また、携帯電話網の電波環境の良い位置に収集装置を設けることができるので、安定した通信を行うことができる。また、収集装置から監視装置へ測定結果をまとめて送信することができるので、通信のランニングコストを低減することができる。
【0014】
(2)好ましくは、前記第1のセンサは、前記電線の温度および電流を測定し、前記第2のセンサは、日射量および気温を測定する。
【0015】
このような構成により、電線の電流容量をリアルタイムで算出することができるので、ダイナミックラインレーティングを正確に行うことができる。
【0016】
(3)好ましくは、前記電線監視システムは、複数相の前記電線の、互いに対応する位置における温度をそれぞれ測定する複数の前記第1のセンサを備え、前記電線監視システムは、さらに、前記収集装置によって取得された各前記第1のセンサの測定結果を比較し、比較結果に基づいて前記電線の異常を判定する判定部を備える。
【0017】
このように、電流の大きさが同じ複数相の電線の温度を測定する構成により、各相の電線の温度差に基づいて、電線の腐食の進行度合いを的確に判断することができる。これにより、画像を用いた電線の膨張等の解析を行うことなく、電線の異常を簡易に判定することができる。また、各測定結果を平均化できるので安定した判定結果を出力することができる。また、電線の腐食の進行度合いを加味したより正確な電流容量を算出することができる。
【0018】
(4)好ましくは、前記電線監視システムは、3相の前記電線のうちのいずれか2相の前記電線の、互いに対応する位置における前記第1の物理量を測定する前記第1のセンサの組を複数備え、前記複数の組は、互いに異なる組み合わせの相の前記電線の前記第1の物理量を測定する複数の前記組を含む。
【0019】
このような構成により、各相の電線の物理量を万遍なく、より低コストで収集することができる。
【0020】
(5)好ましくは、前記電線監視システムは、複数の前記第1のセンサと、複数の前記転送装置とを備え、各前記第1のセンサは、前記電線における異なる位置に設けられ、前記転送装置は、前記第1のセンサから直接取得した前記第1のセンサの測定結果、および他の前記転送装置から取得した前記第1のセンサの測定結果の少なくともいずれか一方を転送し、前記収集装置は、前記転送装置によって転送された前記各第1のセンサの測定結果、および前記第2のセンサの測定結果を取得する。
【0021】
このように、第1のセンサの測定結果が複数の転送装置によって転送される構成により、転送装置の通信エリアを小さくしながら、より広範囲の電線の第1の物理量を収集装置に集約することができる。これにより、たとえば、異なる位置に設けられた各第1のセンサの測定結果、および収集装置によって第2のセンサから取得された共通的に用いられる測定結果を総合して監視することができ、かつ転送装置の低コスト化および小型化を実現することができる。また、より少数の収集装置を配置する設置形態とすることができるので、電線監視システムの設置コストを低減することができる。
【0022】
(6)より好ましくは、前記電線監視システムは、複数の前記収集装置を備え、前記電線監視システムは、さらに、前記電力系統の電線を監視する監視装置を備え、前記複数の収集装置は、取得した前記各第1のセンサの測定結果および前記第2のセンサの測定結果を前記監視装置へ送信する。
【0023】
このような構成により、より広範囲の電線の第1の物理量、およびより広範囲の電線に関する第2の物理量を監視装置に集約することができるので、監視装置では、これらの物理量を合わせて処理することで、より広範囲の電線の監視処理を行うことができる。
【0024】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。また、以下に記載する実施の形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。
【0025】
[構成および基本動作]
図1は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムの構成を示す図である。
【0026】
図1を参照して、電線監視システム301は、複数の接触ユニット101と、収集ユニット151と、監視装置(判定部)171とを備える。接触ユニット101は、センサ111と、転送装置161とを含む。収集ユニット151は、センサ121と、収集装置181とを含む。
【0027】
図1では、1つの収集ユニット151を代表的に示しているが、複数の収集ユニット151が設けられてもよい。
【0028】
図2は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムの適用例を示す図である。図1および図2を参照して、収集ユニット151は、たとえば鉄塔2に設けられる。
【0029】
電線1U,1V,1Wは、それぞれ、電力系統におけるU相,V相,W相の電線であり、複数の鉄塔2により支持されている。電線1U,1V,1Wにより1つの回線3が構成される。図2では、1つの回線3を代表的に示しているが、複数の回線3が設けられてもよい。以下、電線1U,1V,1Wの各々を、電線1とも称する。
【0030】
接触ユニット101は、たとえば、複数相の電線1において、互いに対応する位置に設けられる。より詳細には、3つの接触ユニット101は、たとえば、電線1U,1V,1Wのそれぞれにおける鉄塔2の近傍の位置に設けられる。これらの3つの接触ユニット101と鉄塔2との間の距離は、たとえば略同じである。
【0031】
接触ユニット101に含まれるセンサ111は、電線1の物理量P1を測定し、測定結果を転送装置161へ送信する。より詳細には、センサ111は、電線1の物理量P1を局所的に測定する。すなわち、センサ111は、電線1のある部分、具体的には接触ユニット101と電線1とが接触している部分の物理量P1を測定する。
【0032】
転送装置161は、センサ111の測定結果を転送する。より詳細には、転送装置161は、センサ111による測定結果をたとえば所定の計測周期ごとに取得し、取得した測定結果および計測時刻を示す第1のセンサ情報を含む無線信号を送信する。
【0033】
具体的には、転送装置161は、たとえば、IEEE802.15.4の通信規格に従って、差出元としての自己のID、宛先としての収集ユニット151のIDおよび第1のセンサ情報を含むセンサパケットを作成し、作成したセンサパケットを含む920MHz帯の無線信号を送信する。
【0034】
また、転送装置161は、たとえば、他の転送装置161によって送信されたセンサパケットを転送する。より詳細には、転送装置161は、他の転送装置161からセンサパケットを受信すると、受信したセンサパケットを送信する。
【0035】
センサパケットの伝送ルートは、たとえば、IEEE802.15.4の通信規格に従って、各転送装置161によって自動的に構築される。図2では、センサパケットの伝送ルートの一例が破線により示される。この例では、互いに対応する位置に設けられる3つの接触ユニット101のうちの1つの接触ユニット101(以下、代表接触ユニットとも称する。)が、自己の作成したセンサパケットを送信するとともに、対応の位置に設けられた他の接触ユニット101から送信されたセンサパケットを転送する。
【0036】
たとえば、各センサ111のうちの一部の測定結果は、複数の転送装置161を経由して収集装置181へ伝送される。具体的には、一部のセンサパケットは、たとえば、複数の鉄塔2における代表接触ユニットにより転送される。
【0037】
収集ユニット151の設けられた鉄塔2における代表接触ユニットは、自己の作成したセンサパケットを収集ユニット151へ送信するとともに、転送されたセンサパケット、および対応の位置に設けられた接触ユニット101から送信されたセンサパケットを受信すると、受信したセンサパケットを収集ユニット151における収集装置181へ送信する。
【0038】
また、たとえば、電線監視システム301において転送装置161が故障した場合、センサパケットの伝送ルートは、他の各転送装置161によって自動的に切り替えられる。
【0039】
収集装置181は、転送装置161によって転送された測定結果を取得する。より詳細には、収集装置181は、センサパケットを受信すると、受信したセンサパケットから差出元の転送装置161のIDおよび第1のセンサ情報を取得し、取得した第1のセンサ情報を転送装置161のIDに対応付けて保存する。
【0040】
センサ121は、収集装置181に接続される。また、センサ121は、電力系統の電線1に関する物理量であって物理量P1と共に電線監視処理に用いられる物理量P2を測定する。言い換えると、センサ121は、電力系統の電線1のセンサ111とは異なる測定対象の物理量P2を測定する。
【0041】
収集装置181は、センサ121による測定結果をたとえば所定の計測周期ごとに取得し、取得した測定結果および計測時刻を示す第2のセンサ情報を作成する。収集装置181は、作成した第2のセンサ情報を自己のIDに対応付けて保存する。
【0042】
収集装置181は、たとえば、取得したセンサ111の測定結果およびセンサ121の測定結果を監視装置171へ送信する。より詳細には、収集装置181は、たとえば所定の報告周期ごとに、保存している第1のセンサ情報および対応の転送装置161のID、ならびに第2のセンサ情報および対応の収集装置181のIDを含む収集情報を無線通信により監視装置171へ送信する。なお、収集装置181は、収集情報を有線通信により監視装置171へ送信してもよい。
【0043】
図3は、本発明の実施の形態に係る電線監視システムにおける接触ユニットの構成を詳細に示す図である。
【0044】
図3を参照して、センサ111は、電源回路21と、計測部22と、変流器23A,23Bと、サーミスタ24と、抵抗25と、電線接触部26とを含む。以下、変流器23A,23Bの各々を、変流器23とも称する。
【0045】
センサ111は、たとえば、電力系統の電線1の腐食度合いを判断可能な物理量P1の一例である電線1の温度、および電線1の電流を測定する。
【0046】
変流器23は、たとえば、電線1が通る貫通穴を有する。変流器23は、電線1に流れる交流電流の実効値等の大きさに応じた大きさを有する交流電流を出力する。
【0047】
電源回路21は、変流器23Aから出力される交流電流に基づいてたとえば直流電力を生成する。より詳細には、電源回路21は、変流器23Aから受ける交流電流をダイオードブリッジにより整流し、整流後の電流をコンバータにより直流電力に変換する。
【0048】
接触ユニット101における計測部22および転送装置161は、電源回路21により生成された直流電力を用いて動作する。
【0049】
また、電源回路21は、定電圧源として、所定電圧Vrたとえば5ボルトを出力する端子T1を有する。
【0050】
サーミスタ24は、電源回路21における端子T1に接続された第1端と、ノードN1に接続された第2端とを有する。
(【0051】以降は省略されています)

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