JP2008289338A - 変圧器の交換時期判定装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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
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。 - 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。 - 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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Cited By (3)
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KR102053169B1 (ko) * | 2018-07-31 | 2019-12-06 | 현대일렉트릭앤에너지시스템(주) | 배전변압기의 품질 시험 장치 및 컴퓨터 판독 가능한 저장 매체 |
JP2021168573A (ja) * | 2020-04-13 | 2021-10-21 | ニチコン株式会社 | 電力供給システム |
WO2024009428A1 (ja) * | 2022-07-06 | 2024-01-11 | 三菱電機株式会社 | 短絡判別装置、電子機器、および短絡判別方法 |
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2007
- 2007-05-21 JP JP2007134787A patent/JP2008289338A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
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