JP2008289338A - 変圧器の交換時期判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統に設置されている変圧器が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かを正確に判定できる変圧器の交換時期判定装置を得ること。
【解決手段】変圧器１の１次巻線１ａを流れる特定の１つの電流成分を測定する変圧器１次側特定電流成分測定装置２と、変圧器１の２次巻線１ｂ〜ｋ次巻線１ｃを流れる前記１次側と同じ特定電流成分を測定する変圧器２次側特定電流成分測定装置３−１〜変圧器ｋ次側特定電流成分測定装置３−ｋと、測定装置２，３−１〜３−ｋがそれぞれ測定した特定電流成分の差分値と設定値とを大小比較し、変圧器１の劣化が交換すべき程度に進行しているか否か或いは変圧器１の容量が交換すべき程度に不適正になっているか否かの変圧器能力を判定する変圧器能力判定装置４とを備えている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、電力系統に設置されている変圧器の交換時期を判定する変圧器の交換時期判定装置に関するものである。

従来、電力系統に設置されている変圧器の交換時期を決める方法としては、（１）契約容量と運転年数に基づいて判定する、（２）変圧器の温度履歴を取って判定する、（３）負荷電流の履歴を取って判定する、などの方法が用いられていた。

特開２００３−１７７１５４号公報

しかしながら、判定方法（１）では、契約容量と運転年数は実際の負荷電流を必ずしも良く表しているとは言えないので、交換時期の判定誤差が大きい。判定方法（２）では、温度の測定は外気温に左右されるので、同様に交換時期に判定誤差が発生する。それに対して、判定方法（３）では、負荷電流の測定は正確に行えるので、現在の容量判定は行えるが、変圧器が劣化に伴って高調波を発生していて交換すべき時期であってもそれを判定できない。

また、変圧器が高調波を発生している運転状況では、その変圧器から電力の供給を受けている需要家の設備では、無効電力の増加や誤動作などの被害を受けるが、上記した従来の判定方法では、需要家が変圧器に起因する高調波によって被害を受けているか否かに応じて交換時期を判定することができない。

特に、住宅街への配電線路を有する低圧系統では、変圧器の交換時期を高調波の発生有無で判定するのは困難である。すなわち、高調波の発生有無を調べるには、同一の電力要求に対して電流を増大させる必要があるが、そうすると熱損失が大きくなる。また、マンションや集合住宅など低圧配電線が大量に張り巡らされている地域では、階数や床面積が増えるに伴って発熱量が増大する。加えて、電流が増大すると、電圧変動も大きくなる、などの問題があることによる。

そのため、変圧器の充電電流の漏れ電流を計測して交換時期の判定を行う方法も提案されている（例えば特許文献１）。しかし、この特許文献１に開示される方法は、変圧器に起因する高調波電流を計測するわけではないので、計測した変圧器の充電電流の漏れ電流に需要家の設備（高調波発生機器など）に起因する高調波電流が含まれている場合は、交換時期の判定に誤差が発生する。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであり、電力系統に設置されている変圧器が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かを正確に判定できる変圧器の交換時期判定装置を得ることを目的とする。

上述した目的を達成するために、この発明は、１次巻線および該１次巻線に磁気結合される少なくとも一つの２次巻線を有し電力系統に設置される変圧器において、前記１次巻線を流れる基本波電流成分と複数の高調波電流成分とのうちの特に定めた１つの電流成分を測定する変圧器１次側特定電流成分測定装置と、前記２次巻線を流れる前記１次側と同じ特定電流成分を測定する変圧器２次側特定電流成分測定装置と、前記変圧器１次側特定電流成分測定装置が測定した特定電流成分と前記変圧器２次側特定電流成分測定装置が測定した特定電流成分との差分と設定値とを大小比較して、前記変圧器の劣化が交換すべき程度に進行しているか否か、或いは、前記変圧器の容量が交換すべき程度に不適正になっているか否かの変圧器能力を判定する変圧器能力判定装置とを備えていることを特徴とする。

この発明によれば、１次巻線および該１次巻線に磁気結合される少なくとも一つの２次巻線を有する変圧器における全ての巻線を流れる同じ１つの電流成分の差分を取り、その差分値がしきい値よりも大きい場合に、変圧器は、劣化が交換すべき程度に進行している、或いは、容量が交換すべき程度に不適正になっていると判定するようにしたので、電力系統に設置されている変圧器が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かを正確に判定することができるという効果を奏する。

以下に図面を参照して、この発明にかかる変圧器の交換時期判定装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による変圧器の交換時期判定装置の構成を示すブロック図である。

図１に示すように、変圧器１は、１次巻線１ａと、この１次巻線１ａに所定巻数比でもって磁気結合して設置される１以上の巻線（２次巻線１ｂ〜ｋ次巻線１ｃ）とを有している。変圧器１は、例えば住宅街への配電線路を有する低圧系統に設置される柱上変圧器などであり、１次巻線１ａは、配電線に接続されている。２次巻線１ｂ〜ｋ次巻線１ｃは、それぞれ需要家が利用するもので、この実施の形態では、それぞれ需要家側に接続されて運用状態にあるとしている。

図１において、この実施の形態１による変圧器の交換時期判定装置は、変圧器１の１次巻線１ａを流れる特定電流成分を測定する変圧器１次側特定電流成分測定装置２と、変圧器１の２次巻線１ｂ〜ｋ次巻線１ｃを流れる１次側と同じ特定電流成分をそれぞれ測定する変圧器２次側特定電流成分測定装置３−１〜変圧器ｋ次側特定電流成分測定装置３−ｋと、測定装置２，３−１〜３−ｋの測定結果に基づき変圧器１が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かの変圧器能力を判定する変圧器能力判定装置４とを備えている。

ここで、測定装置２，３−１〜３−ｋの各々が測定する特定電流成分は、１次成分である基本波（充電電流）と２次以上の高調波成分（高調波電流）との中のいずれか１つの電流成分を指すが、図１や後述する図２では、説明の煩雑さを回避するため、そのいずれか１つの電流成分をｎ次高調波電流と表記し、そこでのｎにはｎ＝１である場合を含めている。

すなわち、変圧器１次側特定電流成分測定装置２は、変圧器１の１次巻線１ａを流れるｎ次高調波電流（実効値）Ｉｐｎを測定して、変圧器能力判定装置４に与える。また、変圧器２次側特定電流成分測定装置３−１は、変圧器１の２次巻線１ｂを流れるｎ次高調波電流（実効値）Ｉｓｎを測定して、変圧器能力判定装置４に与える。また、変圧器ｋ次側特定電流成分測定装置３−ｋは、変圧器１のｋ次巻線１ｃを流れるｎ次高調波電流（実効値）Ｉｋｎを測定して、変圧器能力判定装置４に与える。

変圧器能力判定装置４は、図２に示す手順で、全ての巻線を流れる特に定めた１つのｎ次高調波電流の差分が設定値を超えるか否かを判定することで、変圧器１が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かの変圧器能力を判定している。

以下、図２を参照して、変圧器能力判定装置４の判定動作を説明する。図２は、図１に示す変圧器能力判定装置の判定動作を説明するフローチャートである。なお、図２では、処理手順を示すステップは、「ＳＴ」と記している。

図２において、変圧器能力判定装置４は、変圧器１次側特定電流成分測定装置２が計測した変圧器１次側ｎ次高調波電流Ｉｐｎを取り込む（ＳＴ１）のと並行して、変圧器２次側特定電流成分測定装置３−１〜変圧器ｋ次側特定電流成分測定装置３−ｋが計測した変圧器２次側ｎ次高調波電流Ｉｓｎ〜変圧器ｋ次側ｎ次高調波電流Ｉｋｎをそれぞれ取り込む（ＳＴ２〜ＳＴ３）。なお、高調波電流は、実効値とし、変圧器１に流れ込む方向を正極側とする。

そして、変圧器２次側ｎ次高調波電流Ｉｓｎ〜変圧器ｋ次側ｎ次高調波電流Ｉｋｎに、巻数比ηｓ〜ηｋをそれぞれ乗算し（ＳＴ４〜ＳＴ５）、変圧器１次側ｎ次高調波電流Ｉｐｎと、巻数比ηｓ〜ηｋを乗算した変圧器２次側ｎ次高調波電流Ｉｓｎ〜変圧器ｋ次側ｎ次高調波電流Ｉｋｎとの差分ΔＩｎ＝｜Ｉｐｎ＋ηｓＩｓｎ＋・・・＋ηｋＩｋｎ｜を計算し（ＳＴ６）、得られた差分の絶対値｜ΔＩｎ｜が予め定めたしきい値ε以上であるか否かを判定する（ＳＴ７）。

ＳＴ７の判定結果、得られた差分｜ΔＩｎ｜が相当に大きく予め定めたしきい値ε以上である場合（ＳＴ７：Ｙｅｓ）は、変圧器能力判定装置４は、変圧器不適正判定結果を出力して（ＳＴ８）本判定処理を終了する。一方、ＳＴ７の判定結果、得られた差分｜ΔＩｎ｜が予め定めたしきい値εよりも小さい場合（ＳＴ７：Ｎｏ）は、変圧器能力判定装置４は、変圧器適正判定結果を出力して（ＳＴ９）本判定処理を終了する。

ここで、得られた差分｜ΔＩｎ｜が相当に大きく予め定めたしきい値ε以上である場合（ＳＴ７：Ｙｅｓ）として、ｎ＝１である場合は１次高調波と呼ぶことにした充電電流が交換すべき程度に過大になっている、或いは、損失が大きい状況である。また、ｎ≧２であるうちの１つである場合は、変圧器１が交換すべき程度に高調波を発生している状況である。具体的には、変圧器１が劣化している、或いは、容量が過小であるため過負荷を起こしている状況である。

また、得られた差分｜ΔＩｎ｜が予め定めたしきい値εよりも小さい場合（ＳＴ７：Ｎｏ）として、ｎ＝１である場合は充電電流に問題ないことを意味している。また、ｎ≧２であるうちの１つである場合は、変圧器１は高調波を発生しておらず適正容量内であると判断できる状況である。

以上のように、この実施の形態１によれば、１次巻線とそれに磁気結合している１以上の巻線とを流れる同じ１つの電流成分の差分を取り、その差分値がしきい値よりも大きい場合に、変圧器１は、劣化が交換すべき程度に進行している、或いは、容量が交換すべき程度に不適正になっていると判定するようにしたので、電力系統に設置されている変圧器が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かを正確に判定することが可能になる。

これによって、需要家の設備に被害を与える高調波を発生しているか否かを直接検出することができるので、適切な時期に交換して需要家の設備に与える被害を少なくすることができる。また、充電電流が大きい、或いは、損失が大きいなどの変圧器も確実に判定して交換することができる。

実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２による変圧器の交換時期判定装置の構成を示すブロック図である。なお、図３では、図１（実施の形態１）に示した構成要素と同一ないしは同等である構成要素には同一の符号が付されている。ここでは、この実施の形態２に関わる部分を中心に説明する。

図３に示すように、この実施の形態２による変圧器の交換時期判定装置は、変圧器１の１次巻線１ａを流れる複数電流成分の各々を測定する変圧器１次側複数電流成分測定装置２２と、変圧器１の２次巻線１ｂ〜ｋ次巻線１ｃを流れる１次側と同じ複数電流成分の各々を測定する変圧器２次側複数電流成分測定装置２３−１〜２３−ｋと、測定装置２２，２３−１〜２３−ｋの測定結果に基づき変圧器１が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かの変圧器能力を判定する変圧器能力判定装置２４とを備えている。

ここで、測定装置２２，２３−１〜２３−ｋの各々が測定する複数電流成分は、１次成分である基本波（充電電流）と２次以上の高調波成分（高調波電流）との中の複数（ｎ個）の電流成分を指すが、図３や後述する図４では、説明の煩雑さを回避するため、その複数の電流成分を１次〜ｎ次高調波電流と表記し、ｎ＝１を含めている。勿論、充電電流を含まず、複数（ｎ個）の高調波電流のみであってもよい。

すなわち、変圧器１次側特定電流成分測定装置２２は、変圧器１の１次巻線１ａを流れる１次〜ｎ次高調波電流（実効値）Ｉｐ１〜Ｉｐｎを測定して、変圧器能力判定装置２４に与える。また、変圧器２次側特定電流成分測定装置２３−１は、変圧器１の２次巻線１ｂを流れる１次〜ｎ次高調波電流（実効値）Ｉｓ１〜Ｉｓｎを測定して、変圧器能力判定装置２４に与える。また、変圧器ｋ次側特定電流成分測定装置２３−ｋは、変圧器１のｋ次巻線１ｃを流れる１次〜ｎ次高調波電流（実効値）Ｉｋ１〜Ｉｋｎを測定して、変圧器能力判定装置２４に与える。

変圧器能力判定装置２４は、図４に示す手順で、全ての巻線を流れる１次〜ｎ次高調波電流（実効値）Ｉｐ１〜Ｉｐｎ、Ｉｓ１〜Ｉｓｎ，〜，Ｉｋ１〜Ｉｋｎの対応するもの同士の差分値が設定値を超えるか否かを判定することで、変圧器１が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かの変圧器能力を判定している。

以下、図４を参照して、変圧器能力判定装置２４の判定動作を説明する。図４は、図３に示す変圧器能力判定装置の判定動作を説明するフローチャートである。

図４において、変圧器能力判定装置２４は、変圧器１次側複数電流成分測定装置２２が計測した変圧器１次側１次〜ｎ次高調波電流Ｉｐ１〜Ｉｐｎを取り込む（ＳＴ１０）のと並行して、変圧器２次側複数電流成分測定装置２３−１〜変圧器２次側複数電流成分測定装置２３−ｋが計測した変圧器２次側１次〜ｎ次高調波電流Ｉｓ１〜Ｉｓｎ，〜，Ｉｋ１〜Ｉｋｎを取り込み（ＳＴ１１〜ＳＴ１２）、カウンタのカウント値ｍ（ｍ＝１〜ｎ）をｍ＝０にリセットして判定処理を開始する（ＳＴ１３）。

すなわち、カウント値ｍを１つ歩進してｍ＝ｍ＋１とし（ＳＴ１４）、歩進したカウント値ｍが最大次数ｎ以下であるか否かを判定する（ＳＴ１５）。最初は、ｍ＝１であるので、ＳＴ１５の判定は肯定（Ｙｅｓ）となり、ＳＴ１６に進み、ＳＴ１８までの処理を行う。

ＳＴ１６では、変圧器２次側１次高調波電流Ｉｓ１〜変圧器ｋ次側１次高調波電流Ｉｋ１に巻数比ηｓ〜ηｋを乗算する。ＳＴ１７では、変圧器１次側１次高調波電流Ｉｐ１
と、巻数比ηｓ〜ηｋを乗算した変圧器２次側１次高調波電流Ｉｓ１〜変圧器ｋ次側１次高調波電流Ｉｋ１との差分ΔＩ１＝｜Ｉｐ１＋ηｓＩｓ１＋・・・＋ηｋＩｋ１｜を計算する。ＳＴ１８では、得られた差分の絶対値｜ΔＩ１｜が１次高調波用に予め定めたしきい値ε１以上であるか否かを判定する。

そして、ＳＴ１８での判定結果、得られた差分｜ΔＩ１｜が相当に大きく、１次高調波用に予め定めたしきい値ε１以上である場合（ＳＴ１８：Ｙｅｓ）は、１次高調波と呼ぶことにした充電電流が交換すべき程度に過大になっている状況であるので、変圧器能力判定装置２４は、変圧器不適正判定結果を出力して（ＳＴ１９）本判定処理を終了する。

一方、ＳＴ１８での判定結果、得られた差分｜ΔＩ１｜が１次高調波用に予め定めたしきい値ε１よりも小さい場合（ＳＴ１８：Ｎｏ）は、充電電流には問題ないと判断してＳＴ１４に戻り、カウント値ｍを１つ歩進し、ＳＴ１５の判定を行う。今の例では、ｍ＝２であるので、ＳＴ１５の判定は肯定（Ｙｅｓ）となり、ＳＴ１６に進み、ＳＴ１８までの処理を行う。

すなわち、変圧器２次側２次高調波電流Ｉｓ２〜変圧器ｋ次側２次高調波電流Ｉｋ２に巻数比ηｓ〜ηｋを乗算し（ＳＴ１６）、変圧器１次側２次高調波電流Ｉｐ２と、巻数比ηｓ〜ηｋを乗算した変圧器２次側２次高調波電流Ｉｓ２〜変圧器ｋ次側２次高調波電流Ｉｋ２との差分ΔＩ２＝｜Ｉｐ２＋ηｓＩｓ２＋・・・＋ηｋＩｋ２｜を計算し（ＳＴ１７）、得られた差分の絶対値｜ΔＩ２｜が２次高調波用に予め定めたしきい値ε２以上であるか否かを判定する（ＳＴ１８）。

そして、ＳＴ１８での判定結果、得られた差分｜ΔＩ２｜が相当に大きく、２次高調波用に予め定めたしきい値ε２以上である場合（ＳＴ１８：Ｙｅｓ）は、変圧器１が交換すべき程度に２次高調波を発生していると状況である。具体的には、変圧器１が劣化している或いは容量が過小であるため過負荷を起こしている状況であるので、変圧器能力判定装置４は、変圧器不適正判定結果を出力して（ＳＴ１９）本判定処理を終了する。

一方、ＳＴ１８での判定結果、得られた差分｜ΔＩ２｜が２次高調波用に予め定めたしきい値ε２よりも小さい場合（ＳＴ１８：Ｎｏ）は、２次高調波を発生しておらず適正容量内であると判断できる状況であるので、ＳＴ１４に戻り、カウント値ｍを１つ歩進し、ＳＴ１５の判定を行う。

変圧器能力判定装置２４は、以降同様に、ＳＴ１４にて歩進したカウント値ｍを次数とする高調波電流について、ｍ次高調波電流Ｉｓｍ〜Ｉｋｍに巻数比ηｓ〜ηｋを乗算し（ＳＴ１６）、差分ΔＩｍ＝｜Ｉｐｍ＋ηｓＩｓｍ＋・・・＋ηｋＩｋｍ｜を演算し（ＳＴ１７）、ｍ高調波用に予め定めたしきい値εｍとの大小比較を行って（ＳＴ１８）、｜ΔＩｍ｜≧εｍであれば（ＳＴ１８：Ｙｅｓ）変圧器不適正出力（ＳＴ１９）を行ってその時点で処理を終了するが、｜ΔＩｍ｜＜εｍである（ＳＴ１８：Ｎｏ）ことが、ＳＴ１４にて歩進したカウント値ｍが最大次数ｎに到達するまで（ＳＴ１５：Ｙｅｓ）の間継続すれば、次のＳＴ１４にて歩進したカウント値ｍが最大次数ｎを超える（ＳＴ１５：Ｎｏ）ので、この場合は、変圧器能力判定装置２４は、変圧器１には問題ないと判断して変圧器不適正出力（ＳＴ２０）を行って本処理を終了する。

以上のように、この実施の形態２によれば、複数次数の高調波の発生有無を同時に監視することができるので、特に問題となる３次高調波など特定次数の高調波の発生有無を監視する場合を示した実施の形態１よりも、交換時期の判定確度の向上が図れる。

以上のように、この発明にかかる変圧器の交換時期判定装置は、電力系統に設置されている変圧器が劣化程度や容量不適正の問題で交換時期にあるか否かを正確に判定するのに有用であり、特に、住宅街への配電線路を有する低圧系統を利用する需要家の設備が変圧器の劣化等に起因する高調波によって被害を受けるのを少なくするのに適している。

この発明の実施の形態１による変圧器の交換時期判定装置の構成を示すブロック図である。 図１に示す変圧器能力判定装置の判定動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２による変圧器の交換時期判定装置の構成を示すブロック図である。 図３に示す変圧器能力判定装置の判定動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 変圧器
１ａ １次巻線
１ｂ ２次巻線
１ｃ ｋ次巻線
２ 変圧器１次側特定電流成分測定装置
３−１ 変圧器２次側特定電流成分測定装置
３−ｋ 変圧器ｋ次側特定電流成分測定装置
４ 変圧器能力判定装置
２２ 変圧器１次側複数電流成分測定装置
２３−１ 変圧器２次側複数電流成分測定装置
２３−ｋ 変圧器ｋ次側複数電流成分測定装置
２４ 変圧器能力判定装置

Claims (3)

1. １次巻線および該１次巻線に磁気結合される少なくとも一つの２次巻線を有し電力系統に設置される変圧器において、
   前記１次巻線を流れる基本波電流成分と複数の高調波電流成分とのうちの特に定めた１つの電流成分を測定する変圧器１次側特定電流成分測定装置と、
   前記２次巻線を流れる前記１次側と同じ特定電流成分を測定する変圧器２次側特定電流成分測定装置と、
   前記変圧器１次側特定電流成分測定装置が測定した特定電流成分と前記変圧器２次側特定電流成分測定装置が測定した特定電流成分との差分値と、設定値と、を大小比較して、前記変圧器の劣化が交換すべき程度に進行しているか否か、或いは、前記変圧器の容量が交換すべき程度に不適正になっているか否かの変圧器能力を判定する変圧器能力判定装置と、
   を備えていることを特徴とする変圧器の交換時期判定装置。
2. １次巻線および該１次巻線に磁気結合される少なくとも一つの２次巻線を有し電力系統に設置される変圧器において、
   前記１次巻線を流れる基本波電流成分と複数の高調波電流成分とのうちの複数の電流成分の各々を測定する変圧器１次側複数電流成分測定装置と、
   前記２次巻線を流れる前記１次側と同じ複数電流成分の各々を測定する変圧器２次側複数電流成分測定装置と、
   前記変圧器１次側複数電流成分測定装置が測定した複数電流成分と前記変圧器２次側複数電流成分測定装置が測定した複数電流成分との対応する電流成分同士の差分値と、設定値と、を大小比較して、前記変圧器の劣化が交換すべき程度に進行しているか否か、或いは、前記変圧器の容量が交換すべき程度に不適正になっているか否かの変圧器能力を判定する変圧器能力判定装置と、
   を備えていることを特徴とする変圧器の交換時期判定装置。
3. 前記変圧器は、柱上変圧器であることを特徴とする請求項１または２に記載の変圧器の交換時期判定装置。

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