(57)【要約】      （修正有）【課題】電力用変圧器の周波数応答解析のための停電作業時間を短縮することが可能な計測装置及びその計測方法を提供する。【解決手段】第１電気機器３００に接続されている第２電気機器のキャパシタンス成分と共振回路を形成するように、前記キャパシタンス成分に対して並列に接続される可変インダクタ１６０と、前記共振回路に流入する電流を計測する電流計１９０と、第１電気機器３００に入力する正弦波信号の周波数を第１測定周波数から前記第１測定周波数よりも高い第２測定周波数まで変化させたときに、電流計１９０によって計測される電流の値がゼロとなるように、可変インダクタ１６０の値を制御する制御装置と、を備える。第１電気機器３００に入力される正弦波信号の周波数を変化させたときに、前記正弦波信号の周波数の変化に応じて出力される出力信号に基づいて、周波数応答波形生成装置が第１電気機器３００の周波数応答波形を生成する。【選択図】図１
2020177995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電気機器に入力される正弦波信号の周波数を第１測定周波数から前記第１測定周波数よりも高い第２測定周波数まで変化させたときに、前記第１電気機器から前記正弦波信号の周波数の変化に応じて出力される出力信号に基づいて、周波数応答波形生成装置が、前記第１測定周波数から前記第２測定周波数までの各測定周波数に対応する伝達関数を算出し、前記伝達関数から前記第１電気機器の周波数応答波形を生成するように、前記第１電気機器に前記正弦波信号を入力するとともに前記第１電気機器から出力される前記出力信号を前記周波数応答波形生成装置に入力するために用いられる計測装置であって、
前記第１電気機器に接続されている第２電気機器のキャパシタンス成分と共振回路を形成するように、前記キャパシタンス成分に対して並列に接続される可変インダクタと、
前記共振回路に流れる電流を計測する電流計と、
前記正弦波信号の周波数を前記第１測定周波数から前記第２測定周波数まで変化させたときに、前記電流計によって計測される電流の値がゼロとなるように、前記可変インダクタの値を制御する制御装置と、
を備えたことを特徴とする計測装置。
【請求項２】
前記可変インダクタは、円筒型のコイル巻線と、前記コイル巻線内に挿通される鉄心とを含み、
前記制御装置は、前記電流計によって計測される電流の値がゼロとなるように、前記コイル巻線に対して前記鉄心を出し入れするアクチュエータを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の計測装置。
【請求項３】
前記キャパシタンス成分に対して直列に接続される可変キャパシタを備え、
前記制御装置は、前記正弦波信号の周波数を前記第１測定周波数から前記第２測定周波数まで変化させたときに、前記電流計によって計測される電流の値がゼロとなるように、前記可変キャパシタの値を制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の計測装置。
【請求項４】
前記第１電気機器は、電力用変圧器であり、
前記第２電気機器は、計器用変圧器又はサージアブソーバである
ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の計測装置。
【請求項５】
第１電気機器に入力される正弦波信号の周波数を第１測定周波数から前記第１測定周波数よりも高い第２測定周波数まで変化させたときに、前記第１電気機器から前記正弦波信号の周波数の変化に応じて出力される出力信号に基づいて、周波数応答波形生成装置が、前記第１測定周波数から前記第２測定周波数までの各測定周波数に対応する伝達関数を算出し、前記伝達関数から前記第１電気機器の周波数応答波形を生成するように、前記第１電気機器に前記正弦波信号を入力するとともに前記第１電気機器から出力される前記出力信号を前記周波数応答波形生成装置に入力するために用いられる計測装置の計測方法であって、
前記第１電気機器に接続されている第２電気機器のキャパシタンス成分と共振回路を形成するように、前記キャパシタンス成分に対して可変インダクタを並列に接続する第１ステップと、
電流計によって前記共振回路に流入する電流を計測する第２ステップと、
前記正弦波信号の周波数を前記第１測定周波数から前記第２測定周波数まで変化させたときに、前記電流計によって計測される電流の値がゼロとなるように、前記可変インダクタの値を制御する第３ステップと、
を備えたことを特徴とする計測方法。
【請求項６】
前記可変インダクタは、円筒型のコイル巻線と、前記コイル巻線内に挿通される鉄心とを含み、
前記第３ステップは、前記電流計によって計測される電流の値がゼロとなるように、アクチュエータによって前記コイル巻線に対して前記鉄心を出し入れする第４ステップを含む
ことを特徴とする請求項５に記載の計測方法。
【請求項７】
前記制御装置は、前記正弦波信号の周波数を前記第１測定周波数から前記第２測定周波数まで変化させたときに、前記電流計によって計測される電流の値がゼロとなるように、前記キャパシタンス成分に対して直列に接続される可変キャパシタの値を制御する
ことを特徴とする請求項５に記載の計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、計測装置及びその計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気機器の１つである電力用変圧器の巻線や鉄心の異常を診断する方法として、周波数応答解析（Frequency Response Analysis）を用いる方法が知られている。
【０００３】
上記の方法は、電力用変圧器に入力される正弦波信号（例えば電圧）の周波数（測定周波数）を数十Ｈｚから数ＭＨｚまで掃引させたときに変圧器から出力される出力信号（例えば電流）に基づいて、各測定周波数に対応する伝達関数（例えばインピーダンス）を算出した後、電力用変圧器が健全であることを示す予め用意されている伝達関数と比較することによって、電力用変圧器が健全であるか否かを診断する方法である（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５３８８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
電力系統において、電力用変圧器には計器用変圧器やサージアブソーバ等のキャパシタンス成分を有する付属設備（電気機器）が配線を介して接続されているため、このままでは、電力用変圧器の他に付属設備を含む周波数応答解析が一度に行われてしまい、電力用変圧器が単体で健全であるか否かを正確に診断することはできない。そこで、電力用変圧器の周波数応答解析を行う場合、電力用変圧器が単体で健全であるか否かを診断することができるように、電力用変圧器と付属設備との間の配線を取り外している。しかし、電力用変圧器と付属設備との間の配線をわざわざ取り外さなければならないため、周波数応答解析のための停電作業時間が長くなる虞があった。
【０００６】
そこで、本発明は、周波数応答解析のための停電作業時間を短縮することが可能な計測装置及びその計測方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述した課題を解決する主たる本発明は、第１電気機器に入力される正弦波信号の周波数を第１測定周波数から前記第１測定周波数よりも高い第２測定周波数まで変化させたときに、前記第１電気機器から前記正弦波信号の周波数の変化に応じて出力される出力信号に基づいて、周波数応答波形生成装置が、前記第１測定周波数から前記第２測定周波数までの各測定周波数に対応する伝達関数を算出し、前記伝達関数から前記第１電気機器の周波数応答波形を生成するように、前記第１電気機器に前記正弦波信号を入力するとともに前記第１電気機器から出力される前記出力信号を前記周波数応答波形生成装置に入力するために用いられる計測装置であって、前記第１電気機器に接続されている第２電気機器のキャパシタンス成分と共振回路を形成するように、前記キャパシタンス成分に対して並列に接続される可変インダクタと、前記共振回路に流れる電流を計測する電流計と、前記正弦波信号の周波数を前記第１測定周波数から前記第２測定周波数まで変化させたときに、前記電流計によって計測される電流の値がゼロとなるように、前記可変インダクタの値を制御する制御装置と、を備える。
【０００８】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、周波数応答解析のための停電作業時間を短縮することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施形態に係る計測装置の一例を示す回路ブロック図である。
【図２】本実施形態に係る計測装置が用いられる周波数応答波形生成装置の一例を示すブロック図である。
【図３】本実施形態に係る計測装置の動作の一例を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態に係る計測装置の他の例を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。
【００１２】
＝＝＝計測装置＝＝＝
図１は、本実施形態に係る計測装置の一例を示す回路ブロック図である。尚、本実施形態において、計測装置には、配電系統で電圧を降圧した電力を需要家に供給するための常設型又は移動型の電力用変圧器（第１電気機器）が接続され、電力用変圧器には、計器用変圧器やサージアブソーバ等のキャパシタンス成分を有する付属設備（第２電気機器）が配線を介して接続されていることとする。
【００１３】
計測装置１００は、周波数応答波形生成装置２００が電力用変圧器３００単体に対する周波数応答波形を生成することができるように、正弦波信号の周波数を広範囲に亘って変化させながら当該正弦波信号を電力用変圧器３００に入力するとともに、電力用変圧器３００から正弦波信号の周波数の変化に応じて出力される出力信号を周波数応答波形生成装置２００に入力する装置である。
【００１４】
計測装置１００は、上記の機能を実現するための手段として、入力電圧発生器１１０、抵抗１２０、交流回路用の電圧計１３０、１４０、スイッチ１５０、可変インダクタ１６０、制御装置１７０、交流回路用の電流計１９０を含んで構成されている。
【００１５】
入力電圧発生器１１０は、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）（正弦波信号）を発生する発生器であって、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数を第１測定周波数（例えば数十Ｈｚ）から第２測定周波数（例えば数ＭＨｚ）まで変化させる掃引機能を有している。抵抗１２０は入力電圧発生器１１０に対して直列に接続され、その抵抗値は例えば５０Ωに設定されている。入力電圧発生器１１０及び抵抗１２０からなる直列接続体は、電力用変圧器３００の２次巻線３２０に対して並列に接続されている。電圧計１３０は、入力電圧発生器１１０に対して並列に接続され、第１測定周波数から第２測定周波数まで周波数が連続的に変化する入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）を計測する。電圧計１４０は、抵抗１２０に対して並列に接続され、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）が２次巻線３２０に供給されたときに抵抗１２０の両端に発生する出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）（出力信号）を計測する。尚、ｊは虚数単位、ωは角周波数を表している。
【００１６】
スイッチ１５０は、電力用変圧器３００の１次巻線３１０に対して並列に接続されている。電力用変圧器３００の巻線の異常を診断する場合、スイッチ１５０を閉じて１次巻線３１０を短絡させた状態で、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）及び出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を計測する。一方、電力用変圧器３００の鉄心の異常を診断する場合、スイッチ１５０を開いて１次巻線３１０を開放させた状態で、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）及び出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を計測する。
【００１７】
付属設備に含まれるキャパシタンス成分５００は、２次巻線３２０に対して並列に接続されることと等価である。そこで、可変インダクタ１６０は、キャパシタンス成分５００と共振回路４００を形成するように、キャパシタンス成分５００に対して並列に接続されている。
【００１８】
制御装置１７０は、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数が第１測定周波数から第２測定周波数まで変化している期間、共振回路４００が常に並列共振するように、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数の変化に応じて可変インダクタ１６０の値を調整する装置である。
【００１９】
制御装置１７０は、上記の機能を実現するための手段として、制御部１７０Ａ及びアクチュエータ１７０Ｂを含んで構成されている。尚、制御部１７０Ａの機能は、マイクロコンピュータのソフトウエア処理によって実現される。
【００２０】
ここで、可変インダクタ１６０を流れる電流ＩＬは、可変インダクタ１６０のインダクタンス値をＬ、２次巻線３２０に現れる電圧をＥとすると、以下の式（１）で表される。
【００２１】
【数１】
2020177995.tif 000003
又、キャパシタンス成分５００を流れる電流ＩＣは、キャパシタンス成分５００のキャパシタンス値をＣとすると、以下の式（２）で表される。
【００２２】
【数２】
2020177995.tif 000004
ここで、“ωＬ＝１／ωＣ”を満足するインダクタンス値Ｌを選択すると、“ＩＬ＝−ＩＣ”となるため、計測装置１００から共振回路４００へ電流が流れなくなって、共振回路４００は並列共振する。このとき、計測装置１００と共振回路４００との間には無限大のインピーダンスが存在することとなるため、キャパシタンス成分５００が２次巻線３２０に接続された状態であっても、電力用変圧器３００単体としての出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を得ることが可能となる。
【００２３】
可変インダクタ１６０は、円筒型のコイル巻線１６０Ａと、コイル巻線１６０Ａ内に挿通される鉄心１６０Ｂとを含んで構成されている。アクチュエータ１７０Ｂは、鉄心１６０Ｂと機械的に連結されている。
【００２４】
そして、制御部１７０Ａは、電圧計１３０と可変インダクタ１６０との間の配線１８０上に接続されている電流計１９０の値を監視し、電流計１９０によって計測される電流の値がゼロとなるように（共振回路４００が並列共振するように）、コイル巻線１６０Ａの軸線方向に沿って鉄心１６０Ｂを出し入れして磁束密度を変化させることによって、可変インダクタ１６０の値を調整する。
【００２５】
これによって、計測装置１００は、電力用変圧器３００にキャパシタンス成分５００を含む付属設備を接続したままの状態で、電力用変圧器３００単体としての出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を得ることが可能となる。
【００２６】
＝＝＝周波数応答波形生成装置＝＝＝
図２は、本実施形態に係る計測装置が用いられる周波数応答波形生成装置の一例を示すブロック図である。
【００２７】
周波数応答波形生成装置２００は、電力用変圧器３００が健全な状態で稼働しているか否かを診断するに際して、電力用変圧器３００と接続された計測装置１００によって測定された入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）及び出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）から伝達関数を算出し、伝達関数から周波数応答波形を生成する装置である。
【００２８】
周波数応答波形生成装置２００は、上記の機能を実現するための手段として、入力部２１０、伝達関数算出部２２０、周波数応答波形生成部２３０、記憶部２４０、出力部２５０を含んで構成されている。
【００２９】
入力部２１０は、計測装置１００から入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）及び出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を示す情報が供給される、計測装置１００と周波数応答波形生成装置２００との間の信号路を接続するインターフェースである。
【００３０】
伝達関数算出部２２０は、入力部２１０から入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）及び出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を示す情報が供給されることによって、測定周波数ごとに、例えば以下に示す式（４）で定義される伝達関数Ｈ（ｊω）を算出する。尚、伝達関数Ｈ（ｊω）は、電圧レシオを示す関数として定義されているが、巻線インピーダンスやアドミタンスを示す関数として定義されてもよい。伝達関数Ｈ（ｊω）は、記憶部２４０の記憶領域２４０Ａに記憶される。
【００３１】
【数３】
2020177995.tif 000005
周波数応答波形生成部２３０は、記憶部２４０の記憶領域２４０Ａから読み出される伝達関数Ｈ（ｊω）を繋ぎ合わせて周波数応答波形を生成する。周波数応答波形を示す情報は、記憶部２４０の記憶領域２４０Ｂに記憶される。
【００３２】
記憶部２４０は、上記の記憶領域２４０Ａ、２４０Ｂを有する。尚、記憶部２４０は、１つの記憶領域を２つの記憶領域２４０Ａ、２４０Ｂに分割する１つの記憶部であってもよいし、２つの記憶領域２４０Ａ、２４０Ｂを個別に有する２つの記憶部であってもよい。
【００３３】
出力部２５０は、記憶部２４０の記憶領域２４０Ｂから読み出された周波数応答波形を示す情報を後段の診断装置（不図示）に出力する。
【００３４】
診断装置は、例えば、出力部２５０から供給された電力用変圧器３００の現在の周波数応答波形を、電力用変圧器３００が健全であることを示す予め用意されている周波数応答波形と比較し、両波形の乖離の度合に応じて、電力用変圧器３００が健全な状態で稼働しているか否かを診断する。
【００３５】
＝＝＝計測装置の動作＝＝＝
図３は、本実施形態に係る計測装置の動作の一例を示すフローチャートである。尚、図３における動作の主体は、制御部１７０Ａである。
【００３６】
先ず、制御部１７０Ａは、入力電圧発生器１１０から発生する入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数が第１測定周波数から第２測定周波数まで連続的に変化するように、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の掃引を開始する（ステップＳ１）。
【００３７】
次に、制御部１７０Ａは、アクチュエータ１７０Ｂを制御することによって、鉄心１６０Ｂをコイル巻線１６０Ａの軸線方向に沿って移動させ、電流計１９０によって計測される電流の値がゼロとなるように（共振回路４００が並列共振するように）可変インダクタ１６０の値を調整する（ステップＳ２）。
【００３８】
次に、制御部１７０Ａは、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数が第２測定周波数であるか否かを判別する（ステップＳ３）。入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数が第２測定周波数ではない場合（ステップＳ３：ＮＯ）、ステップＳ２以降の処理を再度実行する。一方、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数が第２測定周波数である場合（ステップＳ３：ＹＥＳ）、一連の処理を終了する。
【００３９】
これによって、共振回路４００を並列共振させることによって計測装置１００とキャパシタンス成分５００との間のインピーダンスを無限大とできるため、電力用変圧器３００にキャパシタンス成分５００を含む付属設備を接続したままの状態で、電力用変圧器３００単体としての出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を得ることが可能となる。
【００４０】
＝＝＝まとめ＝＝＝
以上説明したように、電力用変圧器３００に入力される入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数を第１測定周波数（数十Ｈｚ）から第２測定周波数（数ＭＨｚ）まで変化させたときに、電力用変圧器３００から入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数の変化に応じて出力される出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）に基づいて、周波数応答波形生成装置２００が、第１測定周波数から第２測定周波数までの各測定周波数に対応する伝達関数Ｈ（ｊω）を算出し、伝達関数Ｈ（ｊω）から電力用変圧器３００の周波数応答波形を生成するように、電力用変圧器３００に入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）を入力するとともに電力用変圧器３００から出力される出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を周波数応答波形生成装置２００に入力するために用いられる計測装置１００であって、電力用変圧器３００に接続されている付属設備（計器用変圧器やサージアブソーバ等）のキャパシタンス成分５００と共振回路４００を形成するように、キャパシタンス成分５００に対して並列に接続される可変インダクタ１６０と、共振回路４００に流れる電流を計測する電流計１９０と、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数を第１測定周波数から第２測定周波数まで変化させたときに、電流計１９０によって計測される電流の値がゼロとなるように、可変インダクタ１６０の値を制御する制御装置１７０と、を備える。これによって、計測装置１００とキャパシタンス成分５００との間のインピーダンスを無限大とできるため、電力用変圧器３００にキャパシタンス成分５００を含む付属設備を接続したままの状態で、電力用変圧器３００単体としての出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を得ることが可能となる。つまり、電力用変圧器３００の周波数応答解析を行う際の停電作業時間を短縮することが可能となる。
【００４１】
又、可変インダクタ１６０は、円筒型のコイル巻線１６０Ａと、コイル巻線１６０Ａ内に挿通される鉄心１６０Ｂとを含み、制御部１７０Ａは、電流計１９０によって計測される電流の値がゼロとなるように、コイル巻線１６０に対して鉄心１６０Ｂを出し入れするアクチュエータ１７０Ｂを含んで構成される。
【００４２】
＝＝＝計測装置の他の例＝＝＝
図４は、本実施形態に係る計測装置の他の例を示す回路ブロック図である。尚、図１に示す計測装置１００と同一の構成については、同一番号を記すとともにその説明を省略する。
【００４３】
計測装置７００は、計測装置１００に対して、制御装置１７０の代わりに制御装置７１０を備え、キャパシタンス成分５００に対して可変キャパシタ６００を直列に接続したところが異なっている。
【００４４】
可変キャパシタ６００は、入力電圧Ｖｉｎ（ｊω）の周波数に応じて容量値を変化させるために、キャパシタンス成分５００に対して直列に接続されている。可変キャパシタ６００は、例えば、軸を回転させる極板の対向面積や電極同士の距離を変化させるようにした構造であってもよいし、それぞれが固定の容量値を有する複数のキャパシタを直列又は並列に接続し、複数のキャパシタをスイッチによって選択的に接続する構造であってもよい。
【００４５】
制御装置７１０は、制御部７１０Ａ及びアクチュエータ７１０Ｂを含んで構成されている。制御部７１０Ａは、電流計１９０によって計測される電流の値がゼロとなるように、
アクチュエータ７１０Ｂを制御することによって、可変インダクタンス１６０及び可変キャパシタ６００の値を調整する。アクチュエータ７１０Ｂは、可変インダクタ１６０の鉄心１６０Ｂをコイル巻線１６０Ａの軸線方向に沿って移動させる構造を有している。更に、アクチュエータ７１０Ｂは、可変キャパシタ６００の極板の対向面積や極板同士の距離を変化させたり、複数のキャパシタに選択的に接続するためのスイッチを切り替えたりする構造を有している。尚、スイッチは、制御部７１０Ａからの指示に従って電気的に切り替えてもよい。
【００４６】
これによって、共振回路８００を並列共振させることによって計測装置７００とキャパシタンス成分５００との間のインピーダンスを無限大とできるため、電力用変圧器３００にキャパシタンス成分５００を含む付属設備を接続したままの状態で、電力用変圧器３００単体としての出力電圧Ｖｏｕｔ（ｊω）を得ることが可能となる。
【００４７】
尚、上記の実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明は、その趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。例えば、図４において、共振回路４００を共振させるために、可変インダクタ１６０及び可変キャパシタ６００の少なくとも一方の値を調整するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１００、７００  計測装置
１１０  入力電圧発生器
１２０  抵抗
１３０、１４０  電圧計
１５０  スイッチ
１６０  可変インダクタ
１６０Ａ  コイル巻線
１６０Ｂ  鉄心
１７０、７１０  制御装置
１７０Ａ、７１０Ａ  制御部
１７０Ｂ、７１０Ｂ  アクチュエータ
１８０  配線
１９０  電流計
２００  周波数応答波形生成装置
２１０  入力部
２２０  伝達関数算出部
２３０  周波数応答波形生成部
２４０  記憶部
２４０Ａ、２４０Ｂ  記憶領域
２５０  出力部
３００  電力用変圧器
３１０  １次巻線
３２０  ２次巻線
４００、８００  共振回路
５００  キャパシタンス成分
６００  可変キャパシタ
【図１】
2020177995.tif 000006
【図２】
2020177995.tif 000007
【図３】
2020177995.tif 000008
【図４】
2020177995.tif 000009