JP6799068B2 - 巻線のターンツーターン故障を検出するためのシステムおよび方法 - Google Patents
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Description
VNeg_Unbal_Normalized=(V2/V1)×100% 式(2)
INeg_Unbal_Normalized=(I2/I1)×100% 式(3)
INeg_Unbal_Normalized=(I−A+a2IB+aIC)/(I−A+aIB+a2IC)×100%=
[V−A/Z−A+a2 (V−B/Z−B)+a(V−C/Z−C)]/[V−A/Z−A+a(V−B/Z−B)+a2(V−C/Z−C)]×100% 式(4)
ここで、V−A、VB、およびVCは、それぞれ電圧監視素子105、110、115によってターンツーターン検出器120に供給される相電圧測定値であり、I−A、IB、およびICは、電流監視素子125、130、135によってターンツーターン検出器120に供給される相電流測定値であり、Z−A、ZB、およびZCは、三相シャントリアクトル155の3つの巻線114、116、117の位相インピーダンスであり、V2およびV1はそれぞれ負のシーケンス電圧および正のシーケンス電圧であり、I2およびI1はそれぞれ負のシーケンス電流および正のシーケンス電流である。演算子「a」は角度120度の単位ベクトルとして定義され、「a」=1∠120°と表現することができる。
ここで、VNeg_Unbal_NormalizedおよびINeg_Unbal_Normalizedは、パーセンテージ形式で表された単位のない複素数である。
定常状態動作中はZA=ZB=ZC=Zであるから、
Diffsteady=0またはDiffsteady≒0 式(7)
三相シャントリアクトル155の3つの巻線114、116、117のうちの1つにターンツーターン故障が存在すると、ターンツーターン故障を有する巻線のインピーダンスが変化し、それによって次式が得られる。
差分パラメータ(Diff)の絶対値は、故障状態を宣言するためにターンツーターン故障検出器120によって使用され得る。1つの例示的な実施では、差分パラメータ(Diff)の絶対値がしきい値パーセンテージ値「c」を超えたときに、故障状態を宣言することができる。しきい値百分率値「c」は、ターンツーターン故障検出器120のオペレータによって設定することができる設定可能なしきい値であってもよい。
故障状態は、電圧V−A、VB、およびVCの各々に関連する位相のベクトル表現を調べることによっても宣言することができる。1つの例示的な実施形態では、これは、∠(Diff−Diffsteady)という表現を使用して実行することができる。∠(Diff−Diffsteady)が180°±Dの範囲にあるときには「位相A」の故障を宣言することができ、∠(Diff−Diffsteady)が−60°±Dの範囲にあるときには「位相B」の故障を宣言することができ、∠(Diff−Diffsteady)が+60°±Dの範囲にあるときには「位相C」の故障を宣言することができ、ここで、「D」は、20°〜60°の範囲で設定することができる限界角度である。
Idiff_B_補償=Idiff_B−KA×VRB 式(11)
Idiff_C_補償=Idiff_C−KA*VRC 式(12)
VRA、VRB、VRCは、三相変圧器410の出力側の位相A、位相B、位相Cの電圧である。しかしながら、代替的な実施では、三相変圧器410の入力側の位相A、位相B、および位相Cの電圧を代わりに使用することができる。KA、KB、KCは、Idiff_A_補償、Idiff_B_補償、Idiff_C_補償、Idiff_C_補償の各々をゼロにするために、三相変圧器410の定常動作時に使用される係数である。それぞれの巻線の1つまたは複数に故障が存在すると、Idiff_A_補償、Idiff_B_補償、およびIdiff_C_補償の各々の1つまたは複数がゼロより大きな値に増加する。係数KA、KB、およびKCは、以下のように定義することができる。
KB=Idiff_A_定常/VRB定常 式(14)
KC=Idiff_A_定常/VRC定常 式(15)
Idiff_A_補償、Idiff_B_補償、およびIdiff_C_補償の各々の絶対値は、三相変圧器410のそれぞれの位相における故障状態を宣言するためにターンツーターン故障検出器120によって使用することができる。1つの例示的な実施では、Idiff_A_補償の絶対値がしきい値パーセンテージ値「a」を超える(または等しくなる)場合に位相Aにおける故障状態を宣言することができ、Idiff_B_補償の絶対値がしきい値パーセンテージ値「b」を超える(または等しくなる)場合に位相Bにおける故障状態を宣言することができ、Idiff_C_補償の絶対値がしきい値パーセンテージ値「c」を超える(または等しくなる)場合に位相Cにおける故障状態を宣言することができる。つまり、abs(Idiff_A_補償)≧「a」である場合に位相Aのターンツーターン故障状態が宣言され、abs(Idiff_B_補償)≧「b」である場合に位相Bのターンツーターン故障状態が宣言され、abs(Idiff_C_補償)≧「c」である場合に位相Cのターンツーターン故障状態が宣言される。しきい値パーセンテージ値「a」、「b」、および「c」は、例えば、ターンツーターン故障検出器120のオペレータによって設定することができる設定可能なしきい値とすることができる。
105 第1の電圧監視素子
110 第2の電圧監視素子
115 第3の電圧監視素子
120 ターンツーターン故障検出器
125 第1の電流監視素子
130 第2の電流監視素子
135 第3の電流監視素子
140 第1の絶縁スイッチ
145 第2の絶縁スイッチ
150 第3の絶縁スイッチ
155 三相シャントリアクトル
200 位相図
300 システム
305 第1の電流監視素子
310 変圧器
315 第2の電流監視素子
320 第1の保護素子
325 第2の保護素子
400 システム
405 第1の電流監視素子
410 三相変圧器
415 第4の電流監視素子
420 第2の電流監視素子
430 第5の電流監視素子
435 第3の電流監視素子
445 第6の電流監視素子
500 等価回路図
605 入力インターフェース
610 フィルタ
615 アナログデジタル変換器
620 入力インターフェース
625 入力インターフェース
630 メモリ
635 デジタルアナログ変換器
640 入力インターフェース
645 入力インターフェース
650 プロセッサ
655 リレー
660 入力インターフェース
665 出力インターフェース
Claims (20)
- 三相電力線システム(100,300,400)であって、
第1相で電力を伝送する第1の電力線導体と、第2相で電力を伝送する第2の電力線導体と、第3相で電力を伝送する第3の電力線導体と、
前記三相電力線システム(100,300,400)に結合された三相シャントリアクトル(155)と、
前記三相シャントリアクトル(155)の第1の巻線を流れる第1相電流を監視することに基づいて第1の電流測定値を提供するように構成された第1の電流監視素子(125,305,405)と、
前記三相シャントリアクトル(155)の第2の巻線を流れる第2相電流を監視することに基づいて第2の電流測定値を提供するように構成された第2の電流監視素子(130,315,420)と、
前記三相シャントリアクトル(155)の第3の巻線を流れる第3相電流を監視することに基づいて第3の電流測定値を提供するように構成された第3の電流監視素子(135,435)と、
前記第1の電力線導体上に存在する第1相電圧を監視することに基づいて第1の電圧測定値を提供するように構成された第1の電圧監視素子(105)と、
前記第2の電力線導体上に存在する第2相電圧を監視することに基づいて第2の電圧測定値を提供するように構成された第2の電圧監視素子(110)と、
前記第3の電力線導体上に存在する第3相電圧を監視することに基づいて第3の電圧測定値を提供するように構成された第3の電圧監視素子(115)と、
前記第1相電流測定値、前記第2相電流測定値、前記第3相電流測定値、前記第1相電圧測定値、前記第2相電圧測定値、および前記第3相電圧測定値の各々を受信し、手順を実行することによって、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの少なくとも1つのターンツーターン故障を検出するために使用するように構成された故障検出器(120)と、を含み、前記手順は、
電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算するステップであって、前記電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、前記電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップと、
前記差分値がゼロに等しくない場合には、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの少なくとも1つにおける前記ターンツーターン故障の発生を宣言するステップと、を含む、システム(100,300,400)。 - 前記電圧に基づくパラメータは、負のシーケンス電圧値を正のシーケンス電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第1の正規化値であり、前記電流に基づくパラメータは、負のシーケンス電流値を正のシーケンス電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第2の正規化値である、請求項1に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記負のシーケンス電圧値および前記正のシーケンス電圧値の各々は、前記三相電力線システム(100,300,400)に存在する相電圧のベクトル表現で表される、請求項2に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記第1の正規化値は第1のパーセンテージとして示され、前記第2の正規化値は第2のパーセンテージとして示される、請求項2に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記ターンツーターン故障が前記三相シャントリアクトル(155)に存在しない場合には、前記第1の正規化値は前記第2の正規化値に等しい、請求項2に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記故障検出器(120)は、前記ターンツーターン故障の発生時に修復動作を実行するようにさらに構成され、前記修復動作は保護リレーを動作させることを含む、請求項2に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記修復動作は、設定可能なしきい値を超える前記差分値に基づいて実行される、請求項6に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも一方として定義され、前記設定可能しきい値は、それに対応して絶対数値または角度値の少なくとも一方に基づく、請求項7に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記差分値は角度値として定義され、前記三相シャントリアクトル(155)の第1の巻線、第2の巻線、または第3の巻線のうちの特定の1つの前記ターンツーターン故障の識別は、前記角度値に基づいて決定される、請求項2に記載のシステム(100,300,400)。
- 前記角度値が約(180度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第1の巻線が識別され、前記角度値が約(−60度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第2の巻線が識別され、前記角度値が約(+60度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第3の巻線が識別される、請求項9に記載のシステム(100,300,400)。
- ターンツーターン故障検出器(120)であって、
三相シャントリアクトル(155)の第1の巻線を流れる第1相電流を監視することに基づく第1相電流測定値を受信するように構成された第1の入力インターフェースであって、前記第1の巻線は三相電力線システム(100,300,400)の第1の電力線導体に結合されている、第1の入力インターフェースと、
前記三相シャントリアクトル(155)の第2の巻線を流れる第2相電流を監視することに基づく第2相電流測定値を受信するように構成された第2の入力インターフェースであって、前記第2の巻線は前記三相電力線システム(100,300,400)の第2の電力線導体に結合されている、第2の入力インターフェースと、
前記三相シャントリアクトル(155)の第3の巻線を流れる第3相電流を監視することに基づく第3相電流測定値を受信するように構成された第3の入力インターフェースであって、前記第3の巻線は前記三相電力線システム(100,300,400)の第3の電力線導体に結合されている、第3の入力インターフェースと、
前記三相電力線システム(100,300,400)の前記第1の電力線導体上に存在する第1相電圧を監視することに基づく第1相電圧測定値を受信するように構成された第4の入力インターフェースと、
前記三相電力線システム(100,300,400)の前記第2の電力線導体上に存在する第2相電圧を監視することに基づく第2相電圧測定値を受信するように構成された第5の入力インターフェースと、
前記三相電力線システム(100,300,400)の前記第3の電力線導体上に存在する第3相電圧を監視することに基づく第3相電圧測定値を受信するように構成された第6の入力インターフェースと、
前記第1相電流測定値、前記第2相電流測定値、前記第3相電流測定値、前記第1相電圧測定値、前記第2相電圧測定値、および前記第3相電圧測定値の各々を用いて、手順を実行することによって、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの少なくとも1つのターンツーターン故障を検出するように構成された少なくとも1つのプロセッサと、を含み、前記手順は、
電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算するステップであって、前記電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、前記電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップと、
前記差分値がゼロに等しくない場合には、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの少なくとも1つにおけるターンツーターン故障を宣言するステップと、を含む、検出器。 - 前記電圧に基づくパラメータは、負のシーケンス電圧値を正のシーケンス電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第1の正規化値であり、前記電流に基づくパラメータは、負のシーケンス電流値を正のシーケンス電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第2の正規化値である、請求項11に記載の検出器。
- 前記負のシーケンス電圧値および前記正のシーケンス電圧値の各々は、前記三相電力線システム(100,300,400)に存在する相電圧のベクトル表現で表され、前記第1の正規化値は第1のパーセンテージとして示され、前記第2の正規化値は第2のパーセンテージとして示される、請求項12に記載の検出器。
- 前記ターンツーターン故障が前記三相シャントリアクトル(155)に存在しない場合には、前記第1の正規化値は前記第2の正規化値に等しい、請求項12に記載の検出器。
- 前記差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも一方として定義され、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの特定の1つの前記ターンツーターン故障の識別は、前記絶対数値または前記角度値の少なくとも一方に基づいて決定される、請求項12に記載の検出器。
- 前記角度値が約(180度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第1の巻線が識別され、前記角度値が約(−60度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第2の巻線が識別され、前記角度値が約(+60度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第3の巻線が識別される、請求項15に記載の検出器。
- 三相電力線システム(100,300,400)に結合された三相シャントリアクトル(155)のターンツーターン故障を検出するための方法であって、前記方法は、
前記三相シャントリアクトル(155)の第1の巻線を流れる第1相電流を監視することに基づく第1相電流測定値を受信するステップと、
前記三相シャントリアクトル(155)の第2の巻線を流れる第2相電流を監視することに基づく第2相電流測定値を受信するステップと、
前記三相シャントリアクトル(155)の第3の巻線を流れる第3相電流を監視することに基づく第3相電流測定値を受信するステップと、
前記三相電力線システム(100,300,400)の第1の電力線導体上に存在する第1相電圧を監視することに基づく第1相電圧測定値を受信するステップと、
前記三相電力線システム(100,300,400)の第2の電力線導体上に存在する第2相電圧を監視することに基づく第2相電圧測定値を受信するステップと、
前記三相電力線システム(100,300,400)の第3の電力線導体上に存在する第3相電圧を監視することに基づく第3相電圧測定値を受信するステップと、
第1相電流測定値、第2相電流測定値、第3相電流測定値、第1相電圧測定値、第2相電圧測定値、および第3相電圧測定値の各々を用いて、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算することによって、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの少なくとも1つのターンツーターン故障を検出するステップであって、前記電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、前記電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップと、
前記差分値がゼロに等しくない場合には、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの少なくとも1つにおける前記ターンツーターン故障を宣言するステップと、を含む方法。 - 前記電圧に基づくパラメータは、負のシーケンス電圧値を正のシーケンス電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第1の正規化値であり、前記電流に基づくパラメータは、負のシーケンス電流値を正のシーケンス電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第2の正規化値である、請求項17に記載の方法。
- 前記差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも一方として定義され、前記三相シャントリアクトル(155)の前記第1の巻線、前記第2の巻線、または前記第3の巻線のうちの特定の1つの前記ターンツーターン故障の識別は、前記絶対数値または前記角度値の少なくとも一方に基づいて決定される、請求項18に記載の方法。
- 前記角度値が約(180度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第1の巻線が識別され、前記角度値が約(−60度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第2の巻線が識別され、前記角度値が約(+60度±許容値)に実質的に等しい場合には前記第3の巻線が識別される、請求項19に記載の方法。
Applications Claiming Priority (3)
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