JP5272678B2 - 過励磁検出装置 - Google Patents

Description

この発明は、電力系統に接続され、変圧器の過励磁状態を検出する過励磁検出装置に関するものである。

変圧器に、定格電圧を超える電圧を与えた場合には、鉄芯内で発生する鉄損が増大して、機器の異常加熱を引き起こすとともに効率の低下を発生させる過励磁状態に陥る。このため過励磁状態をいちはやく検出し対処するために過励磁検出装置が求められている。
従来の過励磁検出装置においては、変圧装置の一次電流と二次電流を測定するために電流測定器をそれぞれ設置し、その電流に基づいて励磁電流を算出し、その励磁電流に含まれる第三次高調波成分を検出することで変圧器の過励磁状態を判定している。（特許文献１）

特開２００４−４０９５５号公報（段落［００７２］から［００８１］、図９）

従来の変圧器の過励磁検出装置によれば、第三次高調波成分を検出する場合、一次電流と二次電流の双方の電流を検出する電流検出器を設置する必要があった。さらに、双方の電流検出器の検出値から励磁電流を算出するための励磁電流計算回路を設置する必要もあった。

この発明は、上記のような複数の電流検出器や励磁電流算出回路を必要とすることなく、コイルの過励磁状態を検出できる過励磁検出装置を得るものである。

この発明では、電力系統に接続された変圧器のＹ巻線が過励磁状態にあるとき、Ｙ巻線の中性点の接地回路に第三次高調波を含んだ電流が流れることに着眼したものである。このためＹ巻線の中性点の接地回路に電流検出器を設け、この電流検出器により検出された電流値の第三次高調波成分を抽出するための第三次高調波濾波器を設け、第三次高調波成分による出力が所定値を超えた場合、過励磁状態の判定を実施する。

この発明の過励磁検出装置は、変圧器のＹ巻線の中性点の接地回路に流れる電流を測定するので、中性点に電流検出器があればよい。従来技術では、２台の電流検出器を必要とし２台の電流検出器の出力の誤差が発生し判定結果に影響を及ぼすこととなる。この発明では、中性点の電流検出器の精度だけを考慮すればよいので、電流をより正確に検出することが出来、過励磁状態を精度良く検出することができる。

実施の形態１．
図１は、この発明を実施するための実施の形態１における過励磁検出装置の回路構成図である。過励磁検出装置５は、電流測定器４、第三次高調波濾波器６、レベル判定器７から構成されている。電力系統１に接続された変圧器２における一次側Ｙ巻線３の中性点の接地回路に、電流測定器４が設置されている。過励磁検出装置５において、電流測定器４の出力は、第三次高調波成分を抽出する第三次高調波濾波器６の入力に接続され、第三次高調波濾波器６の出力がレベル判定器７の入力部に接続されている。

図２は実施の形態１における過励磁検出装置の動作を説明する波形図である。図２（ａ）は変圧器２のＹ巻線３に印加される電圧を示しており、図２（ｂ）は、電流測定器４で計測したＹ巻線３の中性点の接地回路に流れる電流を示している。
通常の電力用変圧器の定格電圧での磁束密度は鉄心の飽和磁束密度の８５％前後に設定される場合が多いため、変圧器２に定格電圧Ｖを例えば１０％超える電圧が印加されると、図２（ａ）に示すように過励磁分の電圧によって変圧器２のＹ巻線３の鉄心の磁束飽和現象が発生し、変圧器２のＹ巻線３の中性点の接地回路に鉄心の磁束飽和により低下した励磁インピーダンスに応じた電流Ｉ_Ｎ（図２（ｂ））が流れる。
過励磁状態にある変圧器２のＹ巻線３は電圧１相につき１周期で正方向と負方向で１８０度間隔で２回の鉄心飽和が発生する。よって、位相が１２０度と２４０度ずれた位相を合わせて、電圧３相では、正方向と負方向で６０度間隔６回の鉄心飽和が発生し、変圧器２のＹ巻線３の中性点の接地回路には第三次高調波を含んだ電流Ｉ_Ｎが発生する。従って、電流測定器４の出力から第三次高調波濾波器６によって第三次高調波成分を抽出し、第三次高調波成分の有無をレベル判定器７で判定する。
このレベル判定器７で用いる判定値は、変圧器の励磁特性に応じて任意に設定する固有のものであるが、少なくとも変圧器２に定格電圧Ｖが印加されるときＹ巻線３の中性点の接地回路に流れる電流の第三次高調波成分より大きな値に設定される。このとき、第三次高調波濾波器６の出力は実効値又は波高値を抽出してあらかじめ定めた所定値と比較することとしてもよい。

このように、過励磁検出装置５に於いては、変圧器２の過励磁状態をＹ巻線３の中性点の接地回路に流れる電流から検出できるようにしたので、単一の電流検出器を用いて変圧器の過励磁状態を精度よく検出できる。また、電流検出器を２台用いる方法に比べて経済的である。加えて、従来必要であった、一次電流検出値、二次電流検出値から励磁電流を算出する励磁電流計算回路も不要であるので、この回路の計算誤差も考慮しなくてもよいので、より正確な過励磁検出が出来、経済的にも有利である。

実施の形態２．
図３は、この発明を実施するための実施の形態２における過励磁検出装置の回路構成図である。過励磁検出装置１０は、電流測定器４、第三次高調波濾波器６、基本波濾波器８、比較器９から構成されている。
実施の形態１では、電流測定器４を、第三次高調波濾波器６に接続し、この出力レベルをレベル判定器７であらかじめ定めた所定値と比較して過励磁状態を判定するよう構成した。これに対して、実施の形態２では図３に示すように、電流測定器４を第三次高調波濾波器６と、基本波濾波器８に接続し、第三次高調波濾波器６と基本波濾波器８を比較器９に接続している。

図４は、この発明の実施の形態２の比較器における判定特性の第１の例について示した図である。図４は、第三次高調波成分と基本波成分の大きさから、過励磁状態を判定するための特性を示しており、この境界を示す基準値より上の斜線で示す領域が過励磁状態と判定する領域である。
変圧器２のＹ巻線３の接地回路に流れる電流を、電流検出器４で検出し、この出力を第三次高調波濾波器６と基本波濾波器８で濾波し、基本波濾波器８の出力値の関数として定められた基準値と第三次高調波濾波器６の出力値を比較し、第三次高調波成分の出力値の方が、図４の境界を示す基準値より大きければ、過励磁状態と判定する。

図２、図３、図４により、実施の形態２における、過励磁検出器の動作について説明する。
図３で、電力系統１から変圧器２のＹ巻線３に変圧器２の定格電圧Ｖ以下の電圧が印加されている状態では、電流測定器４の出力はほぼゼロである。実際にはインピーダンス不整合により流れる基本波成分の電流が存在するが微小である。
変圧器２に定格電圧Ｖを超える電圧が印加されると、図２（ａ）に示すように変圧器２のＹ巻線３の鉄心の磁束飽和現象が発生し、変圧器２のＹ巻線３の中性点の接地回路に鉄心の磁束飽和により低下した励磁インピーダンスに応じた電流Ｉ_Ｎ（図２（ｂ））が流れる。
過励磁状態にある変圧器２のＹ巻線３は電圧１相につき１周期で正方向と負方向で１８０度間隔で２回の鉄心飽和が発生する。よって、位相が１２０度と２４０度ずれた位相を合わせて、電圧３相では、正方向と負方向で６０度間隔６回の鉄心飽和が発生し、変圧器２のＹ巻線３の中性点の接地回路には第三次高調波を含んだ電流Ｉ_Ｎが発生する。
変圧器２のＹ巻線３の接地回路に流れる電流を、電流検出器４で検出し、この出力を第三次高調波濾波器６と基本波濾波器８で濾波し、基本波濾波器８の出力値の関数として定められた基準値と第三次高調波濾波器６の出力値を比較し、第三次高調波成分の出力値の方が、図４の境界を示す基準値より大きければ、過励磁状態と判定する。

実施の形態１では変圧器２が過励磁状態と判定するために、レベル判定器７に変圧器２毎に定めた固有の所定値を設定しなければならなかった。
これに対して、実施の形態２では、変圧器２のＹ巻線３の接地回路に流れる電流を、電流検出器４で検出し、この出力を第三次高調波濾波器６と基本波濾波器８で濾波し、基本波濾波器８の出力値の関数として定められた基準値と第三次高調波濾波器６の出力値を比較し、第三次高調波成分の出力値の方が、図４の境界を示す基準値より大きければ、過励磁状態と判定する構成とした。第三次高調波成分による出力が図４の境界値より大きければ、過励磁状態と判定することとした。これにより中性点の接地回路に流れる電流が、トランス巻線や電流系統の微小なアンバランス、地絡事故等によって基本成分、第三次高調波成分ともに増大するような場合であっても、精度のよい過励磁状態の判定ができ、変圧器２毎に固有の閾値を設定する必要がない。第三次高調波成分の大きさと基本波成分の大きさを前もって設定した図４の判定特性を基に比較することにより変圧器の過励磁を検出できるものである。第三次高調波成分の大きさと基本波成分の大きさは、各濾波器の出力の実効値又は波高値を抽出して比較することとしてもよい。
図５は、この発明の実施の形態２の比較器における判定特性の第１の例を説明する図である。図５で、図４に示した境界値の特性について説明する。インピーダンス不整合を起因としたアンバランス現象による中性点に流れる電流の基本波及び第三次高調波成分は絶対値が比較的小さいので、これは図の左方下部の「アンバランス領域」と記載した領域にあたる。よってこの領域を避けて過励磁状態を検出する為、第三次高調波成分の大きさが所定の値Ａ１以上の時のみ、過励磁状態を検出すべくＡ１の値を設定すればよい。
また、地絡事故による中性点の電流量は大きくなるが、第三次高調波成分の大きさは基本波成分の大きさの３０％を超えず、図５の「比率３０％」と記載した直線の下側の、図５の右下部の「地絡事故領域」と記載した領域にあたる。この領域を避けて過励磁状態を検出しかつ誤検出防止の為、例えば第三次高調波成分の大きさが基本波成分の大きさの３５％となる直線を、図５に「過励磁検出比率」と記載して示したように決めてやればよい。
過励磁による中性点を流れる電流の第三次高調波成分は、図４の左方上部領域の「過励磁領域」と記載した領域を占めるので、この領域を検出することで、過励磁状態を精度よく確認することが出来る。

このように、過励磁検出装置１０においては、変圧器２毎に固有の所定値の設定が不要で、変圧器２の過励磁状態を精度よく検出できるという効果がある。
図６は、この発明の実施の形態２の比較器における判定特性の第２の例について示した図である。基本波成分と第三次高調波成分の関係から、過励磁状態を検出する特性を、図４に例示したが、図６に示すように、２つの成分の関係を所定の傾きと切片を持った一次関数として表し、第三次高調波成分の大きさがこれを超えたとき、過励磁状態と判定してもよい。

上記説明は、この発明の用途として発電所に設置される変圧器の場合を説明した。他に、変電所の変圧器など、Ｙ巻線の中性点が接地された変圧器であれば、過励磁検出が必要となる保護継電器などの分野にも応用できる。

この発明の実施の形態１を示す過励磁検出装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態１、２による過励磁検出装置の動作を説明する波形図である。 この発明の実施の形態２を示す過励磁検出装置の回路構成図である。 この発明の実施の形態２の比較器における判定特性の第１の例について示した図である。 この発明の実施の形態２の比較器における判定特性の第１の例を説明する図である。 この発明の実施の形態２の比較器における判定特性の第２の例について示した図である。

符号の説明

１ 電力系統
２ 変圧器
３ Ｙ巻線
４ 電流測定器
５、１０ 過励磁検出装置
６ 第３次高調波濾波器
７ レベル判定器
８ 基本波濾波器
９ 比較器

Claims (2)

1. 電力系統に接続された変圧器の一次側又は二次側のいずれか一方のＹ巻線における中性点の接地回路に設けられた電流測定器と、前記電流測定器の出力から第三次高調波成分を抽出する第三次高調波濾波器と、前記第三次高調波濾波器の出力から第三次高調波成分の有無を判定するレベル判定器を備えた過励磁検出装置。
2. 電力系統に接続された変圧器の一次側又は二次側のいずれか一方のＹ巻線における中性点の接地回路に設けられた電流測定器と、前記電流測定器の出力から第三次高調波成分を抽出する第三次高調波濾波器と、前記電流測定器の出力から基本波成分を抽出する基本波濾波器と、前記基本波濾波器の出力の関数として定められた基準値と前記第三次高調波濾波器の出力とを比較し前記第三次高調波濾波器の出力の方が大きいか否か判別する比較器を備えた過励磁検出装置。

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