JP2010073666A - 変圧器の励磁突入電流抑制装置及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電力系統に設置された３相３脚鉄心の３相変圧器を使用した場合であっても、遮断器の開極位相を制御して当該遮断器を遮断することで当該変圧器の残留磁束を制御する。
【解決手段】励磁突入電流抑制装置内において、電源電圧計測手段は３相電源の各相電圧を計測し線間電圧を算出し、残留磁束算出手段は３相遮断器が前記３相変圧器を遮断した際の当該３相変圧器の線間残留磁束を算出し、開極位相制御手段は制御対象相として前記３相３脚鉄心の中相を選択し、当該中相が所定の位相で遮断されるよう前記３相遮断器の開極位相を制御し、投入制御手段は線間残留磁束が最も大きい線間において、前記線間電圧が前記線間残留磁束との関係で同極性から逆極性へと遷移する電圧零点を検出し、当該電圧零点で前記３相遮断器を投入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器を電源に投入する際に生じる励磁突入電流を抑制する技術に係り、特に、残留磁束を正確に算出し、抵抗体付き遮断器等の設備を付加することなく、励磁突入電流を抑制可能な変圧器の励磁突入電流抑制装置及びその制御方法に関する。

変圧器の鉄心に残留磁束がある状態において、当該変圧器を電源に投入することにより無負荷励磁を行うと、過渡的に大きな励磁突入電流が流れることがあり、この励磁突入電流の大きさは一般的に変圧器の定格負荷電流の数倍以上に達する。そのため、当該励磁突入電流が流れることにより系統電圧は変動し、その電圧変動が大きい場合には需要者に影響を与えるおそれがある。

そこで、従来では、この励磁突入電流を抑制する方法として、例えば、並置された二つの主遮断器のうちの一方と並列に、投入抵抗と接点とを直列に接続してなる抵抗体付き遮断器を接続し、当該抵抗体付き遮断器を二つの主遮断器の主接点に先行して投入させる励磁突入電流の抑制方法が提案されている（特許文献１を参照）。

また、直接接地系の３相変圧器を３台の単相型遮断器で投入する際、任意の１相を先行投入し、その後に残りの２相を投入させる励磁突入電流の抑制方法も提案されている（非特許文献１参照）。

また、非有効接地系の３相変圧器を、一つの操作機構で３相の遮断器の投入・開極動作を同時に操作するようにした３相一括操作型遮断器による励磁突入電流の抑制方法についても提案されている（特許文献２参照）。
特開２００２−７５１４５号公報 特開２００８−１６０１００号公報 ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｖｏｌ．１６、Ｎｏ．２ ２００１"Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ ｏｆ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ Ｉｎｒｕｓｈ

ところで、上記特許文献１に記載されているような、投入抵抗と接点とを直列に接続してなる抵抗体付き遮断器による励磁突入電流の抑制方法では、通常の遮断器に対して抵抗体付き遮断器を特別に付加する必要があるため、遮断器全体としての大型化は否めない。

また、上記非特許文献１に記載されているような、有効接地系の変圧器に対して単相型、すなわち各相操作型遮断器で投入するときの励磁突入電流の抑制方法では、非有効接地系の変圧器に対して生じる励磁突入電流を抑制できないという欠点がある。具体的には、非有効接地系に設置された無負荷変圧器を励磁するために各相操作型遮断器で投入する場合、遮断器を１相投入しただけでは変圧器巻線に電圧が引加されず、遮断器の第２、３相投入時には３相同時投入と同じ条件となってしまい、励磁突入電流を抑制できないでいた。なお、周知技術として一つの操作機構で３相の遮断器の投入・開極動作を同時に操作可能とした３相一括操作型遮断器が提案されているが、この３相一括操作型遮断器は、非特許文献１に記載されている励磁突入電流抑制方法に適用できないでいた。

そこで、非有効接地系の変圧器に対しても適用可能で、かつ、３相一括操作型遮断器を使用できる特許文献２に記載の励磁突入電流抑制方法が提案されている。特に、この特許文献２に記載の方法では、遮断器の開極位相を制御して遮断することにより、変圧器の残留磁束を推定している。

ところで、上述の非特許文献１、及び特許文献２に記載されているように、変圧器投入時の励磁突入電流の抑制には、変圧器鉄心の磁気飽和との関係から変圧器を遮断した際の残留磁束の大きさを把握する必要がある。
ここで、上記特許文献２における励磁突入電流抑制方法に関して、把握すべき開極位相（遮断位相とも言う）と残留磁束との関係を図８を参照して以下に説明する。

図８に示す通り、上記特許文献２における開極位相と残留磁束の関係は一般に３相対称であり、まず、その理由を下記に詳述する。
例えば、Ｕ相の９０度において遮断器を遮断した場合、残留磁束はＵ相が０、Ｖ相がマイナス、Ｗ相がプラスであるとする。

この時、Ｖ相の９０度で遮断器を遮断すれば、上記のＵ相の９０度で遮断した場合に対して、各相が１２０°シフトすることになるので、残留磁束はＵ相がプラス、Ｖ相が０、Ｗ相がマイナスとなる。また、Ｗ相の９０度で遮断器を遮断すれば、上記のＵ相の９０度で遮断した場合に対して、各相が−１２０°シフトすることになるので、残留磁束はＵ相がマイナス、Ｖ相がプラス、Ｗ相が０となる。

このように、特許文献２における開極位相と残留磁束の関係は３相対称であることがわかる。なお、単相変圧器３台をＹ結線−Δ結線に接続した場合や、３相５脚鉄心の３相変圧器をＹ結線−Δ結線に接続した場合が、このような開極位相と残留磁束の関係が３相対称となるケースに相当する。

しかしながら、鉄心構造が図９に示すように３相３脚鉄心の３相変圧器３００を使用する場合には、外側の２相（以下、これを外相の２相とも称する）の鉄心磁路長が、内側の１相(以下、これを中相とも称する)の鉄心磁路長より長いため、磁気抵抗が大きく、インダクタンスは小さくなる。そのため、中相と外相では励磁特性が異なり、開極位相と残留磁束の関係が必ずしも３相対称にならないでいた。つまり、３相３脚鉄心の３相変圧器を採用する場合には、開極位相と残留磁束の関係が３相対称であることを前提とした特許文献２のような従来の方法と異なる方法で遮断器の開極位相を制御する必要が生じていた。

本発明は、上記のような課題を解消するために提案されたものであり、その目的は、電力系統に設置された３相３脚鉄心の３相変圧器を使用した場合であっても、遮断器の開極位相を制御して当該遮断器を遮断することにより、当該変圧器の残留磁束を制御することを可能にした変圧器の励磁突入電流抑制装置及びその制御方法を提供することにある。また、３相３脚鉄心の３相変圧器を電源に３相同時投入した際に、遮断制御により推定された残留磁束に応じて生じる励磁突入電流を、抵抗体付き遮断器等の設備を付加せずに抑制することを可能にした変圧器の励磁突入電流抑制装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明は、１次巻線がＹ結線もしくはΔ結線され、２次巻線又は３次巻線がΔ結線され、外側２相を外相、内側１相を中相とする３相３脚鉄心を有する３相変圧器を３相遮断器により３相電源に投入することで励磁開始時に生じる励磁突入電流を抑制する変圧器の励磁突入電流抑制装置において、前記３相電源の各相電圧を計測し線間電圧を算出する電源電圧計測手段と、前記３相遮断器が前記３相変圧器を遮断した際の当該３相変圧器の線間残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、制御対象相として前記３相３脚鉄心の中相を選択し、当該中相が所定の位相で遮断されるよう前記３相遮断器の開極位相を制御する開極位相制御手段と、前記線間残留磁束が最も大きい線間において、前記線間電圧が前記線間残留磁束との関係で同極性から逆極性へと遷移する電圧零点を検出し、当該電圧零点で前記３相遮断器を投入する投入制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明は、前記３相遮断器の開極位相と前記残留磁束算出手段により算出された線間残留磁束とを対応付けて保持する保持手段を備え、前記投入制御手段は、前記保持手段から線間残留磁束が最も大きい線間を抽出する点も一態様とする。

以上のような本発明によれば、電力系統に設置する変圧器として３相３脚鉄心の３相変圧器を採用した場合であっても、制御対象相として３相遮断器のＶ相を選択し、所定の開極位相で遮断することにより前記３相変圧器の残留磁束を制御することが可能となる。また、開極位相を制御することにより算出された残留磁束に基づいて、３相断器の投入位相を制御することにより、３相３脚鉄心の３相変圧器を電源に３相同時投入した際に生じる励磁突入電流を抵抗体付き遮断器等の設備を付加せずに抑制することができる。

［１．第１の実施形態］
［１．１．構成］
次に、第１の実施形態に係る変圧器の励磁突入電流抑制装置の構成を図１及び２を参照して以下に説明する。なお、図１は、本発明の第１の実施形態における変圧器の励磁突入電流抑制装置と３相３脚鉄心の３相変圧器、及び３相遮断器の接続関係を示すブロック図である。

図１に示すように、１００は、電力系統の母線（電源母線ともいう）であり、２００は、各相の主接点が一括操作される３相一括操作型遮断器である。３００は、３相一括操作型遮断器２００によって電源母線１００に投入又は遮断される３相３脚鉄心の３相変圧器であり、一例として、その１次巻線３０１はＹ結線され、２次巻線３０２および３次巻線３０３はΔ結線されている。Ｚｎは、１次巻線３０１の中性点を接地するためのインピーダンスである。

なお、３相一括操作型遮断器２００の代わりに各相操作遮断器を適用し、当該各相操作遮断器を３相同時に投入又は遮断操作しても構わない。また、３相変圧器３００は、１次巻線３０１及び２次巻線３０２がＹ結線され、３次巻線３０３がΔ結線された３相３脚鉄心など、図１に示した結線以外の態様も包含する。因みに、この３相変圧器３００には、図１に示すように、非有効接地変圧器（抵抗接地変圧器）を用いているが、直接接地変圧器や非接地変圧器を適用することも可能である。

次に、励磁突入電流抑制装置６００と主回路との接続関係について説明する。
４００は、前記電源母線１００の各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）電圧を計測するための計器用変圧器（ＶＴ）等で構成された電源電圧計測用機器であり、５００は、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の１次側各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）端子電圧を計測するためのＶＴ等で構成された変圧器端子電圧計測用機器である。６００は、３相一括操作型遮断器２００の主接点に対して、閉極位相制御された投入指令、及び開極位相制御された遮断指令を出力する励磁突入電流抑制装置である。

なお、変圧器端子電圧計測用機器５００を、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の２次側、又は３次側各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）端子に接続することで、２次側−１次側変換、又は３次側−１次側変換しても構わない。また、変圧器端子電圧計測用機器５００は、開極位相と残留磁束の関係を計測するときのみ必要となるので、開極位相と残留磁束の関係を計測する際に仮設のＶＴ等を接続する構成としても構わない。

次に、励磁突入電流抑制装置６００の電圧計測手段について説明する。
励磁突入電流抑制装置６００において、６０１は、ＶＴ等の電源電圧計測用機器４００から出力された各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）の電源電圧を取り込んで計測する電源電圧計測手段である。６０２は、この電源電圧計測手段６０１で計測された各相電圧を積分することにより、各相の定常時の各相の磁束を算出し、各相の磁束を線間の磁束（以下線間磁束と呼ぶ）に変換する定常磁束算出手段である。

もちろん、この定常磁束算出手段６０２は、電源電圧計測手段６０１で計測された各相電圧を線間電圧に変換し、それを積分しても各線間の磁束（線間磁束）を算出することも可能である。また、ＶＴ等の電源電圧計測用機器４００では、機器内で対地電圧を線間電圧に変換する機能を有しているものもあるため、この場合には、定常磁束算出手段６０２で線間電圧に変換する必要はない。なお、ＶＴ等の電源電圧計測用機器４００と励磁突入電流抑制装置６００の結線により相電圧−線間電圧変換する構成としてもよく、この場合も、定常磁束算出手段６０２で線間電圧に変換する必要はない。

６０３は、変圧器端子電圧計測用機器５００により出力された各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の変圧器端子電圧を取り込んで計測する変圧器端子電圧計測手段であり、６０４は、この変圧器端子電圧計測手段６０３により計測された各相電圧を積分することで変圧器各端子の残留磁束を算出し、それを線間の残留磁束（以下、線間残留磁束と称する）に変換する残留磁束算出手段である。なお、この残留磁束算出手段６０４は、変圧器端子電圧計測手段６０３で計測された各相電圧を線間電圧に変換し、それを積分することで各線間の残留磁束（線間残留磁束）を算出することも可能である。

また、ＶＴ等の変圧器端子電圧計測用機器５００内において対地電圧を線間電圧に変換する場合には、残留磁束算出手段６０４で線間電圧に変換する必要はなく、当該変圧器端子電圧計測用機器５００で直接計測した線間電圧を積分することで各線間の残留磁束（線間残留磁束）を求めても構わない。さらには、ＶＴ等の変圧器端子電圧計測用機器５００と励磁突入電流抑制装置６００の結線を相電圧−線間電圧変換する構成としてもよく、この場合も、残留磁束算出手段６０４で線間電圧に変換する必要はなく、直接計測した線間電圧を積分しても各線間の残留磁束（線間残留磁束）を求めることが可能である。

次に、３相遮断器２００の開極位相、及び投入位相の制御に係る励磁突入電流抑制装置６００内の各機能について説明する。
まず、開極位相制御について説明する。６０７は、変圧器端子電圧計測用機器５００が接続された状態で３相一括操作型遮断器２００を複数回遮断した際の変圧器端子電圧計測手段６０３から出力される開極位相と残留磁束算出手段６０４から出力される線間残留磁束との対応関係を計測し保持する開極位相と残留磁束の関係保持手段である。

６０８は、電源電圧計測手段６０１からの出力と、開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７からの出力と、に基づいて３相一括操作型遮断器２００の主接点の開極位相を制御する開極位相制御手段である。詳しい動作は［１．２．作用］の項目で説明する。６０９は、開極位相制御手段６０８からの出力信号を受けて、３相一括操作型遮断器２００の主接点を駆動させる操作機構に対して開極指令を出力する開極指令出力手段である。

なお、通常の運用において３相一括操作型遮断器２００により３相３脚鉄心の３相変圧器３００を遮断する場合、開極指令出力手段６０９は、開極位相制御手段６０８により開極位相が常に同じとなるように制御され、当該遮断器を遮断している。これにより、予め測定した遮断器の開極位相と線間残留磁束の関係から、各線間の線間残留磁束を推定することが可能となる。

次に、投入位相制御について説明する。
６０５は、３相一括操作型遮断器２００の投入位相を制御する投入位相制御手段である。投入位相制御手段６０５は、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の各線間（ＵＶ、ＶＷ、ＷＵ）のうち、最も線間残留磁束が大きい線間を取得し、当該線間において、定常磁束算出手段６０２からの線間磁束と開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７からの線間残留磁束の極性が一致する範囲で、当該線間磁束が最大となるタイミングを３相一括操作型遮断器２００の投入目標として検出する。

特に、この投入目標となる箇所は、線間電圧が、線間残留磁束との関係で同極性から逆極性へ遷移する電圧零点である。この投入位相制御手段６０５は、電源電圧計測手段６０１の出力を参照して、この電圧零点において、３相一括操作型遮断器２００の３相の遮断器を同時に投入させるように投入位相を制御する機能を備えている。６０６は、投入位相制御手段６０５の出力信号を受けて３相一括操作型遮断器２００の主接点を駆動させる操作機構に対して投入指令を出力する投入指令出力手段である。

［１．２．作用］
次に、上記構成を有する第１の実施形態に係る変圧器の励磁突入電流抑制装置の作用について、図２〜４を参照して以下に詳述する。

［１．２．１．定常磁束、残留磁束、線間電圧、線間磁束、線間残留磁束との関係図］
図２は、本発明の第１の実施形態における３相の電源相電圧と３相３脚鉄心の３相変圧器３００の定常磁束、線間電圧と変圧器鉄心の残留磁束、線間磁束と線間残留磁束、の関係を示す波形図である。

図２によれば、１〜３は、電源各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）電圧であり、電源電圧計測手段６０１によりこの各相電圧が計測される。４〜６は、３相３脚鉄心の３相変圧器３００に定常状態で３相電圧１〜３が印加された場合において、当該電圧を積分することによって得られる変圧器各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の定常磁束であり、定常磁束算出手段６０２により３相電圧１〜３が積分されることで算出される。

７〜９は、３相３脚鉄心の３相変圧器３００各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の残留磁束であり、残留磁束算出手段６０４により変圧器端子電圧計測手段６０３により計測された各相の変圧器端子電圧を積分することで算出される。１０〜１２は、各相電圧１〜３を変換した各線間電圧であり、定常磁束算出手段６０２により各相電圧１〜３を変換することにより算出される。

１３〜１５は、各線間電圧１０〜１２を積分して算出した各線間の線間磁束であり、定常磁束算出手段６０２により算出される。なお、線間磁束１３〜１５は、定常磁束算出手段６０２により各相の磁束４〜６を変換することで求めることも可能である。

１６〜１８は、変圧器各線間（ＵＶ、ＶＷ、ＷＵ間）の線間残留磁束であり、残留磁束算出手段６０４により各相の残留磁束７〜９が変換されることにより算出される。なお、この線間残留磁束１６〜１８は、残留磁束算出手段６０４が、変圧器端子電圧計測手段６０３で計測された各相電圧を線間電圧に変換し、それを積分することで算出することも可能である。

［１．２．２．残留磁束の制御］
次に、図２を参照して、３相変圧器３００の残留磁束の制御動作について説明する。
［１．２．２．１．残留磁束制御における問題点］
図１のブロック図において、電力系統に３相一括操作型遮断器２００及び３相３脚鉄心の３相変圧器３００を一旦設置した後は、当該電力系統の回路条件（図１の場合、電力系統１００から３相３脚鉄心の３相変圧器３００までの回路条件）は常に同じである。そのため、３相一括操作型遮断器２００が遮断するときの開極位相を常に同じにしておけば、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の各線間の線間残留磁束の値も同じになるはずである。

つまり、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の１次側端子、２次側端子、３次側端子に電圧計測装置が常時接続されていない状況下においても、所定の位相で３相一括操作型遮断器２００を遮断すれば、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の残留磁束の情報を常に取得できるとも考えられる。例えば、図８に示す開極位相と残留磁束の関係を用いれば、Ｖ相の９０°で遮断すれば、図２に示す残留磁束、すなわち、ＵＶ間がプラス、ＶＷ間が０、ＷＵ間がマイナスの関係を常に得ることができる。

ここで、従来技術で示したとおり、３相変圧器（３相３脚鉄心の３相変圧器を除く）における遮断器の開極位相と残留磁束の関係を３相対称と仮定すれば、Ｕ相の９０°で遮断すれば、ＵＶ間が０、ＶＷ間がマイナス、ＷＵ間がプラスの関係を常に得ることができる。また、Ｗ相の９０°で遮断すれば、ＵＶ間がマイナス、ＶＷ間がプラス、ＷＵ間が０の関係を常に得ることができる。このことから、遮断制御の際に制御対象相を予め選択する必要はなく、いずれかの相の９０°で遮断すれば、所定の残留磁束（１相は残留磁束が０、残りの２相は大きな残留磁束で正負が異なる）を得ることが可能である。

しかしながら、［発明が解決しようとする課題］でも述べた通り、変圧器の鉄心構造が３相３脚鉄心の３相変圧器３００の場合には、３相一括操作型遮断器２００の開極位相と残留磁束の関係が３相対称にはならない。例えば、６６ｋＶ−６．６ｋＶ−６０００ｋＶＡの３相３脚鉄心の３相変圧器３００（Ｙ結線−Δ結線に接続、中相はＶ相、外相はＵ相とＷ相）を使用した場合、３相一括操作型遮断器２００で３相を同時に遮断した際の開極位相に応じた残留磁束の変化は、図３の通りである。すなわち、図３は、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の開極位相と残留磁束の関係の例である。

図３から明らかなように、３相一括操作型遮断器２００の開極位相と残留磁束の関係は３相対称とは言えない。特に、中相であるＶ相における開極位相と残留磁束の関係は、外相であるＵ相、Ｗ相における開極位相と残留磁束の関係と対比しても大きく相違する。

また、遮断器が同時に開極しても、各相の電気的な遮断タイミングにわずかなバラツキが生じる場合には、開極位相と残留磁束の関係は図４に示されるようになる。この図４は、図３の解析条件に加え、各相の遮断タイミングのバラツキを考慮して解析した結果であり、バラツキが生じる場合の３相３脚鉄心の３相変圧器３００の開極位相と残留磁束の関係を示すものである。

図４から明らかなように、遮断タイミングにバラツキが生じると、３相一括操作型遮断器２００の開極位相と残留磁束の関係における３相の対称性は図３と比してもさらに崩れており、３相３脚鉄心の３相変圧器３００を使用する場合は遮断器の開極位相と残留磁束の関係が３相対称にはなり得ない。

［１．２．２．２．本動作］
しかしながら、図４において、各相の開極位相９０°に着目すると、中相であるＶ相の開極位相９０°の場合は、ＵＶ間の残留磁束がプラス、ＶＷ間の残留磁束が０、ＷＵ間の残留磁束がマイナスであり、図２に示したような線間残留磁束の関係が維持されている。すなわち、中相で言えば、３相対称とした開極位相と残留磁束の関係を具備しており、Ｖ相の開極位相９０°で遮断すれば、所定の残留磁束を取得することが可能となり、励磁突入電流の抑制にも効果的である。

一方、外相であるＵ相の開極位相９０°（すなわち、図４における３３０°）の場合は、ＵＶ間の残留磁束が０、ＶＷ間の残留磁束がマイナス、ＷＵ間の残留磁束がプラスといった３相対称時の線間残留磁束の関係を維持することができない。同様に、外相であるＷ相の開極位相９０°（すなわち、図４における２１０°）の場合も、ＵＶ間の残留磁束がマイナス、ＶＷ間の残留磁束がプラス、ＷＵ間の残留磁束が０といった３相対称時の線間残留磁束の関係を維持することができない。

このことから、本実施形態では、図１の通り、３相一括操作型遮断器２００を用いて遮断制御を行い、３相３脚鉄心の３相変圧器３００内の残留磁束を制御するためには、制御対象相として中相を選択し、中相に対して所定の位相で遮断するように制御すれば良いことがわかる。

具体的な動作としては、開極位相制御手段６０８は、Ｖ相である中相を制御対象相として選択し、Ｖ相の開極位相を９０°に制御する。そして、開極指令出力手段６０９を通じて、３相一括操作型遮断器２００の中相の遮断器を開極位相９０°で遮断することで、所望の３相３脚鉄心の３相変圧器３００の残留磁束を取得することができる。

［１．２．３．遮断器の投入制御］
次に、上記のような３相一括操作型遮断器２００の開極動作により３相変圧器３００の残留磁束が制御された状況下における当該遮断器２００の投入制御動作について説明する。

投入位相制御手段６０５は、下記のように３相一括操作型遮断器２００を投入指令出力手段６０６を介して投入する。すなわち、投入位相制御手段６０５は、制御された線間残留磁束の環境下で、開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７により保持された開極位相と残留磁束の関係に基づいて、残留磁束が最も大きな線間において線間電圧が残留磁束と同極性から逆極性へ遷移する電圧零点を電気的な投入目標として遮断器を投入制御する。

前記図２によれば、３相３脚鉄心の３相変圧器ＵＶ間の線間残留磁束１６が、正極性で最大値、ＶＷ間の線間残留磁束１７が０、ＷＵ間の線間残留磁束１８が負極性でかつ絶対値がＵＶ間の線間残留磁束と同じ値の状態を示している。そのため、投入位相制御手段６０５は、遮断器の投入目標として、線間残留磁束が最大のＵＶ、ＷＵ間を検出し、このＵＶ間の線間残留磁束１６とＵＶ間の線間磁束１３とで極性が一致し、かつ残留磁束が最大となる箇所である投入目標２０を検出する。また、ＷＵ間においては、線間残留磁束１８と線間磁束１５とで極性が一致し、かつ線間残留磁束（絶対値）が最大となる箇所である投入目標２０’を検出する。

ここで、投入目標２０は、ＵＶ間の線間電圧１０が線間残留磁束との関係で同極性から逆極性へ遷移する電圧零点であり、投入目標２０’は、ＷＵ間の線間電圧１２が線間残留磁束との関係で同極性から逆極性に遷移する電圧零点である。

そして、この投入位相制御手段６０５は、投入目標２０又は投入目標２０’において、３相一括操作型遮断器２００を投入するよう投入位相を制御し、投入指令出力手段６０６を通じて当該遮断器２００を投入する。つまり、開極位相制御手段６０８が中相であるＶ相の９０°で遮断制御することにより、ＵＶ間の残留磁束を０、ＶＷ間の残留磁束をマイナス、ＷＵ間の残留磁束をプラスに制御した状況下において、投入位相制御手段６０５は、保持手段６０７及び電源電圧計測手段６０１からの出力に基づいて、ＵＶ間の線間電圧が線間残留磁束と同一極性から逆極性に切り替わる箇所である電圧零点２０又は２０’を電気的な投入目標として３相一括操作型遮断器２００を投入する。

以上のような第１の実施形態によれば、電力系統に設置する変圧器として３相３脚鉄心の３相変圧器を採用した場合であっても、制御対象相として３相一括操作型遮断器のＶ相を選択し、所定の開極位相で遮断することにより前記３相変圧器の残留磁束を制御することが可能となる。また、開極位相を制御することにより算出された残留磁束に基づいて、３相一括操作型遮断器の投入位相を制御することにより、３相３脚鉄心の３相変圧器を電源に３相同時投入した際に生じる励磁突入電流を抵抗体付き遮断器等の設備を付加せずに抑制することができる。

［１．３．第１の実施形態に係る他の実施形態］
（ａ）前述した通り、３相一括操作型遮断器２００を投入する際には、操作機構の動作バラツキなどに起因する開極時間、投入時間のバラツキが生じる。そのため、本発明は、３相一括操作型遮断器２００の開極時、及び投入時のバラツキの特性を予め取得しておくことにより、開極位相制御及び投入位相制御を行う励磁突入電流抑制装置６００で当該バラツキを補正する実施形態も包含する。

（ｂ）上記実施形態では、線間残留磁束と線間電圧に基づいて遮断器の開極位相及び投入位相の制御を行っているが、本発明は、下記のような各相の残留磁束と相電圧を用いて、開極位相制御と投入位相制御による励磁突入電流の抑制を実現する実施形態も包含する。このような処理を実現するためには、図１に示す前記励磁突入電流抑制装置６００内の開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７、開極位相制御手段６０８、投入位相制御手段６０５が下記のような機能を有する必要がある。

すなわち、開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７は、線間残留磁束、線間電圧だけでなく、変圧器端子電圧計測手段６０３を通じて予め計測した３相一括操作型遮断器２００の開極位相と残留磁束算出手段６０４により算出された３相変圧器３００の巻線の残留磁束の関係を保持する。また、開極位相制御手段６０８は、開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７により保持された３相一括操作型遮断器２００の開極位相と変圧器の巻線の残留磁束の関係に基づいて、３相３脚鉄心の中相を選択し、当該中相に対して常に同じ相電圧の開極位相となるように遮断器２００の開極位相を制御する。

投入位相制御手段６０５は、３相一括操作型遮断器２００を投入させる際は、開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７により保持された当該遮断器２００の開極位相と変圧器の巻線の残留磁束の関係に基づいて、巻線の残留磁束が最も大きな相を取得し、当該相電圧が残留磁束との関係で同極性から逆極性へ遷移する電圧零点を検出する。そして、投入指令出力手段６０６を通じて相電圧の電圧零点において３相の遮断器を同時に投入するよう制御する。

（ｃ）上記実施形態に示す３相３脚鉄心の３相変圧器３００は、通常の運用状態において、１次側端子、２次側端子又は３次端子のいずれかに変圧器端子電圧計測用機器５００を接続する必要は必ずしもないため、本発明では、仮設の変圧器端子電圧計測用機器５００Ａを接続した状態で３相一括操作型遮断器２００を複数回遮断し、当該遮断器２００の開極位相と線間残留磁束の対応関係をあらかじめ測定する構成としても構わない。このような仮設の変圧器端子電圧計測用機器５００Ａを使用する場合、当該変圧器端子電圧計測用機器５００Ａは３相一括操作型遮断器２００の開極位相と線間残留磁束の対応関係を測定するために接続され、通常の運用状態では取り外される。

なお、本発明は、変圧器端子電圧計測手段６０３からの開極位相と残留磁束算出手段６０４で算出される３相３脚鉄心である３相変圧器３００の残留磁束とを励磁突入電流抑制装置６００とは別の装置で計測し演算する実施形態も包含する。

具体的には、図５に示すように、３相一括操作型遮断器２００の開極位相と変圧器の残留磁束の関係を計測する測定装置１６００を設け、当該測定装置１６００内に３相３脚鉄心の３相変圧器３００からの各相電圧を計測し、開極位相を出力する変圧器端子電圧計測手段１６０３と、変圧器端子電圧計測手段１６０３で計測された各相電圧を積分することで残留磁束、線間残留磁束を算出する残留磁束算出手段１６０４と、を備えている。このような測定装置１６００を採用する場合は、計測した遮断器の開極位相と変圧器の残留磁束係との関係を、別途、励磁突入電流抑制装置６００Ａの開極位相と残留磁束の関係保持手段６０７に設定して運用する。

［２．第２の実施形態］
［２．１．構成］
次に、第２の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置の構成を図６を参照して以下に説明する。なお、図６は、本発明の第２の実施形態に係る変圧器の励磁突入電流抑制装置と３相３脚鉄心の３相変圧器、及び３相遮断器の接続関係を示すブロック図であり、図１と同様の構成に関しては同じ符号を付し説明を省略する。

８０３は、３相３脚鉄心の３相変圧器３００の１次側各相（Ｕ，Ｖ，Ｗ）の変圧器電流を計測するためのＣＴ等で構成された変圧器電流計測用機器であり、８０４は、ＣＴ等の変圧器電流計測用機器８０３から出力された各相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）の変圧器１次側電流を取り込んで計測する電流計測手段である。

８０１は、電源電圧計測手段６０１で計測された各相電圧から、３相変圧器３００を投入する際の電圧変動率を計測する電圧変動率計測手段であり、８０２は、電流計測手段８０４で計測された変圧器１次側電流に基づいて３相変圧器３００を投入する際の励磁突入電流を計測する励磁突入電流計測手段である。

［２．２．作用］
次に上記のような構成を有する第２の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置の作用を図７を参照して説明する。ここで、図７は、３相一括操作型遮断器２００を投入した際の電源側電圧、変圧器側電圧、変圧器１次側電流を示す図の一例である。なお、第２の実施形態では、第１の実施形態に係る作用を包含することは図６に示す構成上言うまでもない。

電圧変動率計測手段８０１は、図７に示す通り、３相遮断器３００の投入の前後で電源電圧計測手段６０１を介して電源側の電圧波形を一定期間（例えば、前後１０サイクル）計測し、当該一定期間の電源側電圧の振幅の平均値Ｖ１、Ｖ２を算出する。Ｖ１は、遮断器投入前の電源側電圧の平均値であり、Ｖ２は、遮断器投入後の電源側電圧の平均値である。

そして、電圧変動率計測手段８０１は、この電源側電圧の平均値Ｖ１、Ｖ２を下記［数１］に適用することで電圧変動率を算出し、当該電圧変動率を保存・表示する。なお、図７によれば、３相一括操作型遮断器２００が投入された際の電源側の電圧の振幅はその前後で変化するが、当該変化の割合が電圧変動率である。
［数１］
電圧変動率＝（Ｖ２−Ｖ１）／Ｖ１×１００ ［％］

励磁突入電流計測手段８０２は、３相一括操作型遮断器２００が投入された際に変圧器１次電流として励磁突入電流が流れるため、３相変圧器３００の１次側電流を電流計測手段８０４を介して一定期間（例えば、前後１０サイクル）計測し、電流の振幅の最大値Ｉ１を算出する。そして、当該励磁突入電流計測手段８０２は、この電流Ｉ１を励磁突入電流として保存・表示する。

以上のような第２の実施形態によれば、３相一括操作型遮断器を投入した際の励磁突入電流、及び電圧変動率を容易に計測することができるので、励磁突入電流の抑制効果を容易に把握することが可能となる。また、３相変圧器を投入した場合の系統への影響、及び需要家への影響も容易に把握することができる。

［２．３．第２の実施形態に係る他の実施形態］
また、本発明は、上記図６に示したような電圧変動率計測手段８０１と励磁突入電流計測手段８０２の双方を有する装置構成に限定するものではなく、どちらか一方のみを適用した装置構成とする実施形態も包含する。

本発明の第１の実施形態に係る変圧器の励磁突入電流抑制装置と３相３脚鉄心の３相変圧器、及び３相遮断器の接続関係を示すブロック図 本発明の第１の実施形態に係る３相の電源相電圧と３相３脚鉄心の３相変圧器の定常磁束、線間電圧と変圧器鉄心の残留磁束、線間定常磁束と線間残留磁束、の関係を示す波形図 本発明の第１の実施形態に係る３相３脚鉄心の３相変圧器の開極位相と残留磁束の関係の例 本発明の第１の実施形態に係る遮断バラツキが生じる場合の３相３脚鉄心の３相変圧器の開極位相と残留磁束の関係の例 本発明の第１の実施形態に係る他の実施形態の変圧器の励磁突入電流抑制装置と３相３脚鉄心の３相変圧器、及び３相遮断器の接続関係を示すブロック図 本発明の第２の実施形態に係る変圧器の励磁突入電流抑制装置と３相３脚鉄心の３相変圧器、及び３相遮断器の接続関係を示すブロック図 変圧器を投入させた際の電源側電圧と変圧器側電圧と変圧器電流の例 従来技術に係る開極位相と残留磁束の関係の例 ３相３脚鉄心の３相変圧器の内部構成

符号の説明

１〜３…各相電圧
１〜３…相電圧
４〜６…定常磁束
７〜９…残留磁束
１０〜１２…線間電圧
１３〜１５…線間磁束
１６〜１８…線間残留磁束
２０…投入目標（電圧零点）
２０’…投入目標（電圧零点）
１００…電源母線
２００…３相一括操作型遮断器
３００…３相変圧器
３０１…１次巻線
３０２…２次巻線
３０３…３次巻線
４００…電源電圧計測用機器
５００…変圧器端子電圧計測用機器
５００Ａ…変圧器端子電圧計測用機器
６００…励磁突入電流抑制装置
６００Ａ…励磁突入電流抑制装置
６０１…電源電圧計測手段
６０２…定常磁束算出手段
６０３…変圧器端子電圧計測手段
６０４…残留磁束算出手段
６０５…投入位相制御手段
６０６…投入指令出力手段
６０７…開極位相と残留磁束の関係保持手段
６０８…開極位相制御手段
６０９…開極指令出力手段
８０１…電圧変動率計測手段
８０２…励磁突入電流計測手段
８０３…変圧器電流計測用機器
８０４…電流計測手段
１６００…測定装置
１６０３…変圧器端子電圧計測手段
１６０４…残留磁束算出手段

Claims (10)

1. １次巻線がＹ結線もしくはΔ結線され、２次巻線又は３次巻線がΔ結線され、外側２相を外相、内側１相を中相とする３相３脚鉄心を有する３相変圧器を３相遮断器により３相電源に投入することで励磁開始時に生じる励磁突入電流を抑制する変圧器の励磁突入電流抑制装置において、
   前記３相電源の各相電圧を計測し線間電圧を算出する電源電圧計測手段と、
   前記３相遮断器が前記３相変圧器を遮断した際の当該３相変圧器の線間残留磁束を算出する残留磁束算出手段と、
   制御対象相として前記３相３脚鉄心の中相を選択し、当該中相が所定の位相で遮断されるよう前記３相遮断器の開極位相を制御する開極位相制御手段と、
   前記線間残留磁束が最も大きい線間において、前記線間電圧が前記線間残留磁束との関係で同極性から逆極性へと遷移する電圧零点を検出し、当該電圧零点で前記３相遮断器を投入する投入制御手段と、
   を備えたことを特徴とする変圧器の励磁突入電流抑制装置。
2. 前記３相遮断器の開極位相と前記残留磁束算出手段により算出された線間残留磁束とを対応付けて保持する保持手段を備え、
   前記投入制御手段は、前記保持手段から線間残留磁束が最も大きい線間を抽出することを特徴とする請求項１に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置。
3. 前記残留磁束算出手段は、計測された前記３相変圧器の各相電圧を積分することで前記線間残留磁束を算出することを特徴とする請求項１に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置。
4. 前記投入制御手段により前記３相遮断器が投入された際に、投入の前後における前記電源電圧計測手段により計測された前記各相電圧の変動率を算出する電圧変動率計測手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置。
5. 前記投入制御手段により前記３相変圧器が投入された際に生じる前記励磁突入電流を計測する励磁突入電流計測手段を備えたことを特徴とする請求項１又は４に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置。
6. １次巻線がＹ結線もしくはΔ結線され、２次巻線又は３次巻線がΔ結線され、外側２相を外相、内側１相を中相とする３相３脚鉄心を有する３相変圧器を３相遮断器により３相電源に投入することで励磁開始時に生じる励磁突入電流を抑制する変圧器の励磁突入電流抑制装置の制御方法において、
   コンピュータが、
   前記３相電源の各相電圧を計測し線間電圧を算出する電源電圧計測ステップと、
   前記３相遮断器が前記３相変圧器を遮断した際の当該３相変圧器の線間残留磁束を算出する残留磁束算出ステップと、
   制御対象相として前記３相３脚鉄心の中相を選択し、当該中相が所定の位相で遮断されるよう前記３相遮断器の開極位相を制御する開極位相制御ステップと、
   前記線間残留磁束が最も大きい線間において、前記線間電圧が前記線間残留磁束との関係で同極性から逆極性へと遷移する電圧零点を検出し、当該電圧零点で前記３相遮断器を投入する投入制御ステップと、
   を実行することを特徴とする変圧器の励磁突入電流抑制装置の制御方法。
7. 前記３相遮断器の開極位相と前記残留磁束算出ステップにより算出された線間残留磁束とを対応付けて保持する保持ステップを実行し、
   前記投入制御ステップは、前記保持ステップで保持された線間残留磁束のうち当該線間残留磁束が最も大きい線間を抽出することを特徴とする請求項６に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置の制御方法。
8. 前記残留磁束算出ステップは、計測された前記３相変圧器の各相電圧を積分することで前記線間残留磁束を算出することを特徴とする請求項６に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置の制御方法。
9. 前記投入制御ステップにより前記３相遮断器が投入された際に、投入の前後における前記電源電圧計測ステップで計測された前記各相電圧の変動率を算出する電圧変動率計測ステップを実行することを特徴とする請求項６に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置の制御方法。
10. 前記投入制御ステップにより前記３相変圧器が投入された際に生じる前記励磁突入電流を計測する励磁突入電流計測ステップを実行することを特徴とする請求項６又は９に記載の変圧器の励磁突入電流抑制装置の制御方法。

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