JP2005302794A - 変圧器監視システム - Google Patents

Abstract

【課題】
油入変圧器の電流と外気温度から油入変圧器の油温度を精度良く換算する油入変圧器監視システムを提供することを目的とする。
【解決手段】
本発明の油入変圧器監視システムは、油入変圧器の電流計測手段と外気温度計測手段とから油入変圧器油温度に換算する油温度演算手段と油温度計測手段を備え、前記油温度演算手段の出力値と前記油温度計測手段の出力値を比較し、異常を検出することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、油入変圧器の油温度、電流、外気温度等の情報を利用した変圧器の状態監視に関する。

変圧器は、電力の安定供給が重要であるため、変圧器を定期的に監視しながら事故を未然に予防する必要がある。そのためには、変圧器の電圧、電流、油温度の監視が有効であり、油温度の監視は一般的に平均負荷率から油温度を推測し、温度計の温度表示を目視で読み取り、油温度の推測値と温度計の温度表示とを比較し、正常か異常かの判断を行うと共に温度計の温度表示がある値を超えていないかの確認を行っていた。

あるいは警報接点付温度計を用い、油温度がある設定温度以上になった場合に警報を出し、異常を検知していた。

また、例えば、特開平５-２２７６４４号公報に記載されているような構成を有し、最高巻線温度より残存寿命を求める際、油温度度上昇の演算は行うものの、油温度は油温度上昇に外気温度の実測値を加算していた。

また、例えば、特開平８-２１３２４６号公報に記載されているような構成を有し、油入変圧器のケース外側に取付けた温度計測と変圧器の負荷率計測とにより変圧器油温度に換算する手段を有するものがある。

特開平５―２２７６４４号公報 特開平８―２１３２４６号公報

しかしながら上記の従来技術の目視点検では、油温度の変化は負荷率や、外気温度の変動よりも遅れるため、負荷率が変動したり、外気温度が変化した場合、実測温度を見てもその実測温度が適正なのか容易に推測できなかった。

更に、JIS C 4304規格では、油温度の温度上昇限度は定格負荷時で最大50Kに対し、外気温度は-20〜40℃で使用可能であるため、油温度を正確に予測するには、外気温度の影響を考慮する必要がある。

また、油温度が警報接点付温度計の設定温度を超えた場合、警報を出し、異常を検知する事は可能であったが、油温度は変圧器の損失による温度上昇と外気温度による温度上昇の和であるため、過負荷運転でも外気温度が低いと油温度は設定温度に達しない。又は定格負荷以下での使用状態であっても外気温度が高いと設定温度を超え警報が出力される場合があり、油温度が正常であるかは捕らえる事ができなかった。

また、従来の監視システムでも同様に油温度が正常であるかは捕らえる事ができなかった。

また、上記従来技術の最高巻線温度を求める際、外気温度に関しては実測値を用いるため、外気温度の変化に対し油温度の変化が遅れる事に関し考慮されていなかった。

また、上記従来技術のケース外面温度から油温度を間接的に実測した場合、外気温度の変動について考慮されていないため、外気温度が急激に変化した場合実測値と換算値に誤差が出るといった問題があった。また、換算値に油温度を間接的に実測したケース実測値をもとに換算した場合、実測値が基準となるため、あるべき油温度を正確に予想する事はできなかった。

従って、経年劣化や、地震の振動等でコイル内部やケース内部の電路の接続部に異常が発生した場合、過熱し油温度が上昇するが、適正温度が正確に推測できないため、内部に異常が発生したと判断できなかった。

本発明は、上記の従来の課題を解決するもので、外気温度と変圧器の電流値から油入変圧器の油温度を高精度に換算でき、その換算値と油入変圧器の油温度実測値とにより油入変圧器を監視すると共に内部圧力、電圧値を監視するシステムを提供することを目的とする。

この目的を達成するために本発明の変圧器監視システムは、油入変圧器の電流計測手段と外気温度計測手段とを有し、この二つの計測手段から油入変圧器油温度に演算する油温度演算手段と、油入変圧器の油温度を実測するための油温度計測手段を備えたものである。そして演算した油温度演算値と実測した油温度とを比較して、その差が設定値以上になると、異常であると判定する油温度異常判定手段を備える。

また、内部圧力計測手段と内部圧力計測手段から得た内部圧力値からその内部圧力が異常であるかを判定する内部圧力異常判定手段を備える。

さらに、電圧計測手段と電圧計測手段から得た電圧値からその電圧値が異常であるかを判定する電圧異常判定手段を備える。

本発明によれば、油入変圧器の油温度を高精度に予測できるため、負荷率及び外気温度を仮定した場合、油温度推移を予想する事が可能となり油温度が設定値を超えると予想された場合、事前に負荷の切替えや、他系統への切替えが可能となる。あるいは換気等により、外気温度を下げる等の事前対応が可能となる。

また、経年劣化や、地震の振動等でコイル内部やケース内部の電路の接続部に異常が発生した場合、油入変圧器内部での異常を即座に発見することができ、電圧異常、内部圧力異常が発生しても即座に発見することができるため、油入変圧器の監視に優れた効果を奏するものである。

以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

本発明の油入変圧器の監視システムの実施例について図面を用いて説明する。

図１は油入変圧器監視システムのブロック図を示す。

図１において、1は油入変圧器、２は変圧器の電流を計測する変流器（ＣＴ）より構成された電流計測手段、３は外気温度を計測する測温抵抗体（サーチコイル）より構成された外気温度計測手段、４aは電流計測手段２より出力された信号より負荷率を演算する負荷率演算手段、４bは負荷率演算手段４aの結果から損失を演算する損失演算手段、４cは損失演算手段４bの結果から瞬時油温度上昇値を演算する瞬時油温度上昇値演算手段、４dは瞬時油温度上昇値演算手段４cの結果から油温度上昇値を演算する油温度上昇値演算手段、５aは外気温度計測手段３からの出力信号より外気温度実測値に換算する外気温度実測値換算手段、５bは外気温度実測値換算手段５aの結果から仮想外気温度を演算する仮想外気温度演算手段、６は油温度上昇値演算手段４dと仮想外気温度演算手段５bから油温度を演算する油温度演算手段、７は変圧器のタンク内の油温度の実測値を計測するための測温抵抗体（サーチコイル）より構成された油温度計測手段、８は油温度計測手段７の出力信号より油温度実測値に換算する油温度実測値換算手段、９は油温度演算手段６と油温度実測値換算手段８の結果から油温度の演算値と実測値を比較する油温度演算値と油温度実測値の比較手段、１０は油温度演算値と実測値の差が設定値を超えた場合に異常と判断する油温度異常判断手段手段、及び油温度実測値換算手段の結果が油温度上限設定値以上でないか異常判定する油温度異常判定手段、１１は油温度異常判定手段により異常と判断された場合に異常信号を出力する出力手段、１２は油入変圧器タンクの内部圧力を計測する圧力センサで構成された内部圧力計測手段、１３は内部圧力計測手段１２からの信号より圧力に換算し、内部圧力が上限圧力設定値以上でないか異常判定する異常判定手段、１４は内部圧力異常判定手段により異常と判定された場合に異常信号を出力する出力手段。１５は変圧器の電圧を計測する変成器（ＶＴ）で構成された電圧計測手段、１６は電圧計測手段１５からの信号より電圧に換算し、電圧が上限電圧設定値以上でないか、及び下限電圧設定値以下でないか異常判定する異常判定手段、１７は電圧異常判定手段により異常と判定された場合に異常信号を出力する出力手段である。

次に図１のシステムブロック図の各部の時間経過に対する信号及びその演算処理について説明する。

図２は、本実施例における油入変圧器の負荷率１９に対する瞬時油温度上昇値２０と油温度上昇換算値２１の換算結果を示す。油入変圧器の負荷率１９は、図１の電流計測手段２の出力信号より負荷率演算手段４ａで演算され求められる。瞬時油温度上昇値２０は、瞬時油温度上昇演算手段４ｃにより油入変圧器の負荷率１９より演算されて求められ、さらに油温度上昇値換算手段４dにより油温度上昇換算値２１を求める。

図３は本実施例における油入変圧器の外気温度が変化したときの外気温度２２と仮想外気温度２３の換算結果を示す。外気温度２２は、図１の外気温度計測手段５aの出力信号で、仮想外気温度２３は、仮想外気温度演算手段５ｂで演算処理した結果である。

図４は本実施例における上記の油入変圧器の油温度上昇値２１と仮想外気温度２３の和である油温度換算値２４の換算結果を示す。また、油入変圧器の油温度実測値の出力値２５を示す。

図４において、油入変圧器の電流及び外気温度より演算して求めた油温度換算値２４と油温度の実測値２５がほぼ一致し、高精度に油温度を換算できていることが分かる。

従って、このようなシステムにおいて、変圧器の経年劣化や地震の振動等で電路の端子等の接続部で不具合が生じ、接触抵抗が大きくなった場合、２次側に流れる電流は通常では変動がないため、上記の油温度換算値２４と油温度実測値２５に差を生じることになる。

すなわち、図１のシステムブロック図の油温度の演算値と実測値の比較手段９により上記の差を求め、設定値以上であれば出力手段に出力し、警報などを発して異常を知らせることができる。更に、負荷率、外気温度を設定することにより、油温度がどのように推移するかを推測することができ、その結果、油温度が上限設定温度以上になると分かった場合、事前に負荷の切替えや、他系統への切替えが可能となる。あるいは換気等により、外気温度を下げる等の事前対応が可能となる。
次に、図１の監視システムの演算処理について説明する。
油温度演算手段６の演算出力である油温度換算値２４をθoc(t)とすると、

と表される。

ここで、θoc(t) ［℃］： t分後の油温度
(数１)において、θ_{A i} (t)は図２及び図３の仮想外気温度を表し、θmi(t)は図1及び図3に示した油温度上昇換算値を表す。

そして、この仮想外気温度θ_{A i} (t)及び油温度上昇換算値θmi(t)はそれぞれ次式で表される。

ここで、T_A ［分］ ： 油温度の外気温度に対する時定数
θ_A(-nt) ［℃］： nxt分前の外気温度
t ［分］ ： 監視間隔
n = 演算に使用する過去の実測数

ここで、Tm ［分］ ： 油温度の総損失に対する時定数
θmu(-nt) ［K］ ： nxt分前の負荷率m(%)定常状態時の油温度上昇値
そして、この油温度上昇値θmu(-nt)は、図２の瞬時油温度上昇値２０であり、次式で表される。

ここで、θou ［K］ ： 定格（100%）負荷定常状態時の油温度上昇値
m(-nt) ［%］ ： nxt分前の瞬時負荷率
Wi ［W］ ： 無負荷損失
Wc ［W］ ： 定格（100%）負荷時の負荷損失
k ： 定数
そして、瞬時負荷率m(-nt)は次式で表される。

ここで、 i(-nt) ［A］ ： nxt分前の二次瞬時電流
Is ［A］ ： 二次定格電流
そして、２次定格電流は次式で表される。

ここで、Es ［V］ ： 二次定格電圧
P ［kVA］ ： 変圧器定格容量
F ［相］ ： 変圧器相数
t = 測定間隔
以上の演算式において、使用している電圧や、変圧器の仕様に基づいて、(数６)、(数５)、・・・(数１)と演算処理を行なうことにより、図３に示したように油温度換算値２４を得、油温度実測値２５と近似の値を得ることができる。

本発明の産業上の利用可能性は有望である。

油入変圧器監視システムのブロック図である。 油入変圧器の負荷率が変化したときの瞬時油温度上昇値と油温度上昇換算値のグラフを示す。 油入変圧器の外気温度が変化したときの外気温度と仮想外気温度のグラフを示す。 油入変圧器の油温度上昇値と仮想外気温度と油温度換算値と、油温度実測値のグラフを示す。

符号の説明

１‥‥油入変圧器、２‥‥電流計測手段、３‥‥外気温度計測手段
４a‥‥負荷率演算手段、４b‥‥損失演算手段、４c‥‥瞬時油温度上昇値演算手段、４d‥‥油温度上昇値演算手段、５a‥‥外気温度実測値換算手段、５b‥‥仮想外気温度演算手段、６‥‥油温度演算手段、７‥‥油温度計測手段、８‥‥油温度実測値換算手段、９‥‥油温度演算値と実測値の比較手段、１０‥‥油温度異常判定手段、１１‥‥出力手段、１２‥‥内部圧力計測手段、１３‥‥内部圧力異常判定手段、１４‥‥出力手段、１５‥‥電圧計測測手段、１６‥‥電圧異常判定手段、１７‥‥出力手段、１８‥‥演算ユニット、１９‥‥負荷率、２０‥‥瞬時油温度上昇値、２１‥‥油温度上昇換算値、２２‥‥外気温度、２３‥‥仮想外気温度、２４‥‥油温度換算値、２５‥‥油温度実測値

Claims (5)

1. 油入変圧器の電流計測手段と外気温度計測手段とから油入変圧器の油温度を演算する油温度演算手段を備えたことを特徴とする変圧器監視システム。
2. 請求項１記載の変圧器監視システムにおいて、
   電流計測手段から得た電流値と外気温度計測手段とから得た外気温度と変圧器内部で発生した総損失に対する油の時定数と、外気温度に対する油の時定数を用い、油温度を予測する油温度演算手段を備えたことを特徴とする変圧器監視システム。
3. 請求項１又は請求項２記載の変圧器監視システムにおいて、
   油温度計測手段を備え油温度演算手段の出力値と油温度実測値換算手段の出力値を比較し、異常を検出するとともに、設定温度を超えた場合に異常と判断する油温度異常判断手段を備えたことを特徴とする変圧器監視システム。
4. 請求項３に記載の変圧器監視システムにおいて、
   前記油入変圧器のタンク内部圧力を計測する内部圧力計測手段と、内部圧力計測手段から得た内部圧力値からその内部圧力が異常であるかを判定する内部圧力異常判定手段とを備え、異常を検出することを特徴とする変圧器監視システム。
5. 請求項３に記載の変圧器監視システムにおいて、
   前記油入変圧器の電圧を計測する電圧計測手段と、電圧計測手段から得た電圧値からその電圧が異常であるかを判定する電圧異常判定手段とを備え、異常を検出することを特徴とする変圧器監視システム。
   

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