(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器負荷履歴と周囲温度履歴の所定時間毎の記録から、個々の変圧器ごとに予め測定によりまたは設計条件に基づく解析により求められる第１特性表（表１）に基づいて巻線温度上昇値を算出して規格化寿命消費量を算出する第１算出手段（ステップＳ３４）と、
絶縁紙の基本劣化特性式から任意の平均重合度に達するまでの規格化時間を算出する第２算出手段（ステップＳ３６）と、
前記第１算出手段（ステップＳ３４）で算出した規格化寿命消費量と、前記第２算出手段（ステップＳ３６）で算出した任意の平均重合度に到達するまでの規格化時間から、変圧器での任意平均重合度へ到達するまでの寿命年数を計算する第３算出手段（ステップＳ３７）とを有することを特徴とする油入変圧器の過負荷運転方法。
【請求項２】
前記第３算出手段（ステップＳ３７）における加熱温度および加熱時間に依存した絶縁紙平均重合度の低下特性（Ｄｐ）は、平均重合度が半減するまでの時間を１とすることで規格化され、劣化基本式として
Ｄｐ＝Ａ／（１−γ1ｅ＾（−α（Ｔ）・ｔ））
＋（１−Ａ）／（１−γ2ｅ＾（−β（Ｔ）・ｔ））
Ａは、早く分解する成分の比率
（１−Ａ）は、遅く分解する成分の比率
α（Ｔ）およびβ（Ｔ）は、絶縁紙に依存する絶縁紙の分解速度
γ1およびγ2は、絶縁紙の劣化状態を表す係数
Ａ／（１−γ1）＋（１−Ａ）／（１−γ2）は、初期平均重合度に相当
に依り算出されることを特徴とする請求項１に記載の油入変圧器の過負荷運転方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、油入変圧器の過負荷運転方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
変電所等で用いられる油入変圧器では、設備の効率的な運用を図る目的で、電力需要の一時的なピーク時等において、過負荷運転が行われている。また、同じ目的で、変圧器の故障時には他の変圧器に負荷を分散することで、過負荷運転が行われている。
【０００３】
また、変圧器の詳細な寿命消費および寿命年数を、簡易に求める方法は存在しなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような過負荷運転の限度を見極めることが、従来は困難であった為に、寿命を極僅か消費する程度の未だ余裕のある状態で運転をせざるを得ない状況に有り、設備のより効率的な運用を図る点で改善余地があった。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたもので、過負荷運転の限度および寿命を正確に決定することで、設備のより効率的な運用を図ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、請求項１の発明による油入変圧器の過負荷運転方法は、
変圧器負荷履歴と周囲温度履歴の所定時間毎の記録から、個々の変圧器ごとに予め測定によりまたは設計条件に基づく解析により求められる第１特性表（表１）に基づいて巻線温度上昇値を算出して規格化寿命消費量を算出する第１算出手段（ステップＳ３４）と、
絶縁紙の基本劣化特性式から任意の平均重合度に達するまでの規格化時間を算出する第２算出手段（ステップＳ３６）と、
第１算出手段（ステップＳ３４）で算出した規格化寿命消費量と、第２算出手段（ステップＳ３６）で算出した任意の平均重合度に到達するまでの規格化時間から、変圧器での任意平均重合度へ到達するまでの寿命年数を計算する第３算出手段（ステップＳ３７）とを有することを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明による油入変圧器の過負荷運転方法は、請求項１において、
第３算出手段（ステップＳ３７）における加熱温度および加熱時間に依存した絶縁紙平均重合度の低下特性（Ｄｐ）は、平均重合度が半減するまでの時間を１とすることで規格化され、劣化基本式として
Ｄｐ＝Ａ／（１−γ1ｅ＾（−α（Ｔ）・ｔ））
＋（１−Ａ）／（１−γ2ｅ＾（−β（Ｔ）・ｔ））
Ａは、早く分解する成分の比率
（１−Ａ）は、遅く分解する成分の比率
α（Ｔ）およびβ（Ｔ）は、絶縁紙に依存する絶縁紙の分解速度
γ1およびγ2は、絶縁紙の劣化状態を表す係数
Ａ／（１−γ1）＋（１−Ａ）／（１−γ2）は、初期平均重合度に相当
に依り算出されることを特徴とする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１は、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の実施形態を示すブロック結線図である。ＣＰＵ回路１には、キーボード２を入力操作したデータがバスライン３を介して供給される。ＣＰＵ回路１は、供給されたデータとメモリー４に記憶されているデータを元にして演算を行い、結果をディスプレイ装置５に表示する。
【００２４】
図２は、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第１実施形態を示すフローチャートであり、ＣＰＵ回路１（図１）の動作を説明している。
【００２５】
図２において、プログラムがスタートすると、まず、運転可否を判断したい定格負荷に対する目標負荷率をキーボード２から受け取る（ステップＳ１）。ステップＳ２では、予想される変圧器周囲の温度をキーボード２から受け取る。ステップＳ３では、ステップＳ１で入力された運転目標負荷率から、ステップＳ２で入力された冷却媒体温度をパラメータとして、表１に基づいて巻線温度上昇値を算出する。表１は、予めメモリー４に数値または関数として記憶されているものとする。なお、冷却媒体としては、空気または水が一般的に使用され、冷却媒体が空気の場合に冷却媒体温度は湿球温度となる。
【表１】
0003709444.tif 000002
【００２６】
表１は、個々の変圧器ごとに予め測定（または設計条件に基づく解析）により求められる特性表である。表１は、目標負荷率（横軸）に対する周囲温度から巻線温度上昇値（縦軸）を求める特性表として表現されている。
【００２７】
ステップＳ４では、変圧器内の絶縁油中の水分量および絶縁油の温度をキーボード２から受け取る。ステップＳ５では、ステップＳ４で入力された油中水分量と油温度とから、表２および表３に基づいて絶縁紙中の水分量を算出する。算出は、次に説明するようにして行われる。なお、表２および表３は、予めメモリー４に数値または関数として記憶されているものとする。
【００２８】
絶縁紙の水分蒸気圧と絶縁油の水分蒸気圧とが等しくなるまで、水分は蒸気圧の高い方から低い方に移動する。蒸気圧が等しくなると、水分の移動も終了して平衡状態に達する。即ち、ステップＳ４で入力された油中水分量と油温度とから、表２に基づいて平衡水蒸気圧を求める。同じ平衡水蒸気圧と油温度（ステップＳ４で入力）との交点として、表３から絶縁紙中の水分量が求まる。
【表２】
0003709444.tif 000003
【００２９】
表２は、油中水分量をパラメータとして予め測定により求められる特性表であり、油温度（横軸）、水蒸気圧（縦軸）、および油中水分量として表現されている。
【表３】
0003709444.tif 000004
【００３０】
表３は、紙中水分量をパラメータとして予め測定により求められる特性表であり、油温度（横軸）、水蒸気圧（縦軸）、および紙中水分量の関係を示す特性表として表現されている。
【００３１】
ステップＳ６では、ステップＳ５で求めた絶縁紙中水分量から、気泡が発生する温度を、表４により算出する。表４は、予めメモリー４に記憶されているものとする。
【表４】
0003709444.tif 000005
【００３２】
表４は、変圧器巻線の導体温度を変化させて、変圧器巻線の導体に巻かれた絶縁紙の紙中水分量を予め測定により求められる特性表である。表４は、絶縁紙中水分量（縦軸）から気泡発生温度（横軸）を求める特性表として表現されている。
【００３３】
ステップＳ７において、ステップＳ３で算出した巻線温度上昇値と、ステップＳ６で算出した気泡発生温度とを比較し、巻線温度≧気泡発生温度（ＹＥＳ）のときは、過負荷運転が不可能と判断して、結果をディスプレイ装置５に表示する（ステップＳ９）。巻線温度＜気泡発生温度（ＮＯ）のときは、過負荷運転が可能と判断して、結果をディスプレイ装置５に表示する（ステップＳ８）。
【００３４】
なお、ステップＳ３、ステップＳ５、ステップＳ６における算出には、表１〜表４に該当する値が存在しない場合に、補間法により算出すること、および測定値に基づく近似関数により算出することも含まれるものとする。
【００３５】
次に、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第２実施形態について説明する。
【００３６】
第１実施形態（図２）のステップＳ５では、油温度と油中水分量とから、表２および表３に基づいて絶縁紙中の水分量を求める方法を説明したが、第２実施形態では、数式により、油温度と油中水分量とから絶縁紙中の水分量を求めるようにしている。以下、その方法を説明するが、ステップＳ５以外は上述した第１実施形態と同一であるので、図２と同じ構成部分には同じ参照番号を付して重複した説明を省略する。
【００３７】
絶縁紙中の水分量を数式により求める方法として、まず、絶縁紙中に含まれる水分の蒸気圧を数式１のように定義する。
ＬｏｇＰｐ＝Ａｐ×Ｌｏｇ（Ｗｐ／１００）＋Ｂｐ  ・・・（１）
Ｐｐ ： 紙中水分の水蒸気圧 ［ｍｍＨｇ］
Ｗｐ ： 紙中水分濃度 ［ｗｔ％］
Ｔ   ： 絶対温度 ［Ｋ］
Ａｐ ： ４１８／（Ｔ−４１．８）＋０．０３７９
Ｂｐ ： −１５３０／（Ｔ−３７．４）＋８．６９
ＡｐおよびＢｐは係数であり、温度により変化する。
【００３８】
次に、絶縁紙中に含まれる水分の蒸気圧を数式１のように定義する。
ＬｏｇＰｏ＝Ａｏ×Ｌｏｇ（Ｗｏ）＋Ｂｏ  ・・・（２）
Ｐｏ ： 油中水分の水蒸気圧 ［ｍｍＨｇ］
Ｗｏ ： 油中水分濃度 ［ｗｔ％］
Ｔ   ： 絶対温度 ［Ｋ］
Ａｏ ： １．３１
Ｂｏ ： −５０．５／（Ｔ−２２３）−０．４５１
ＡｏおよびＢｏは係数であり、Ｂｏは温度により変化する。
【００３９】
絶縁紙の水分蒸気圧と絶縁油の水分蒸気圧とが異なる場合は、両者が等しくなるまで、水分は蒸気圧の高い方から低い方に移動する。蒸気圧が等しくなると、水分の移動も終了して平衡状態に達する。平衡状態での紙中水分を油中水分から計算するには、（１）式と（２）式を等号で結んだ式を満足するＷｐを求めれば良い。
Ａｐ×Ｌｏｇ（Ｗｐ／１００）＋Ｂｐ＝Ａｏ×Ｌｏｇ（Ｗｏ）＋Ｂｏ
Ａｐ×Ｌｏｇ（Ｗｐ／１００）＝Ａｏ×Ｌｏｇ（Ｗｏ）＋Ｂｏ−Ｂｐ
Ｌｏｇ（Ｗｐ／１００）＝（Ａｏ×Ｌｏｇ（Ｗｏ）＋Ｂｏ−Ｂｐ）／Ａｐ
Ｗｐ／１００＝１０＾（（Ａｏ×Ｌｏｇ（Ｗｏ）＋Ｂｏ−Ｂｐ）／Ａｐ）
Ｗｐ＝１００×１０＾（（Ａｏ×Ｌｏｇ（Ｗｏ）＋Ｂｏ−Ｂｐ）／Ａｐ）
・・・（３）
【００４０】
第２実施形態では、この（３）式により、油温度と油中水分量とから絶縁紙中の水分量を求める。
【００４１】
次に、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第３実施形態について説明する。図３は、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第３実施形態を示すフローチャートである。第３実施形態では、コンサベータの噴油を考慮するようにしている点で第１および第２実施形態と異なるが、その他の点では、上述した第１および第２実施形態と同一であるので、図２と同じ構成部分には同じ参照番号を付して重複した説明を省略する。
【００４２】
図３において、ステップＳ７で巻線温度＜気泡発生温度（ＮＯ）と判断したときには、ステップＳ１３に移行する。ステップＳ１３では、コンサベータの噴油を考慮するか否かをキーボード２から受け取る。ＹＥＳであればステップＳ１４に移行し、ＮＯであれば直ちにステップＳ８に移行する。
【００４３】
ステップＳ１４では、コンサベータ応動油量をキーボード２から受け取る。ステップＳ１５では、目標負荷率における変圧器絶縁油の温度を表５から算出する。表５は、予めメモリー４に記憶されているものとする。
【表５】
0003709444.tif 000006
【００４４】
表５は、個々の変圧器ごとに予め測定（または設計条件に基づく解析）により求められる特性表である。表５は、目標負荷率（横軸）に対する周囲温度からの温度上昇値（縦軸）を求める特性表として表現されている。
【００４５】
ステップＳ１６では、ステップＳ１５で算出した温度上昇値を元にして、油温による絶縁油の体積変動量（変動油量）を算出する。ステップＳ１７では、ステップＳ１４で入力したコンサベータ応動油量と、ステップＳ１６で算出した変動油量とを比較する。変動油量＞コンサベータ応動油量のときは、過負荷運転が不可能と判断して、結果をディスプレイ装置５に表示する（ステップＳ９）。変動油量≦コンサベータ応動油量のときは、過負荷運転が可能と判断して、結果をディスプレイ装置５に表示する（ステップＳ８）。
【００４６】
次に、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法および装置の第４実施形態について説明する。
【００４７】
図４は、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第４実施形態を示すフローチャートである。この第４実施形態では、第１実施形態に、ステップＳ１１、ステップＳ２１、およびステップＳ２２を付加している点で第１実施形態と異なるが、その他の点では、上述した第１実施形態と同一であるので、図１と同じ構成部分には同じ参照番号を付して重複した説明を省略する。
【００４８】
図４において、ステップＳ１０の後にステップＳ１１が実行される。ステップＳ１１では、過負荷前条件（負荷率、温度）を入力する。次にステップＳ２を実行した後に、ステップＳ２１およびステップＳ２２が実行される。ステップＳ２１では、過負荷時間を入力する。ステップＳ２２では、温度上昇時定数を入力する。これらの入力値により、過負荷前負荷による温度上昇から時定数（通常は１〜２時間）による時間遅れを考慮して到達時間を求めることが可能となり、過負荷運転の限度および寿命を更に正確に決定することが可能となる。
【００４９】
次に、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法および装置の第５実施形態（請求項１に対応）について説明する。この第５実施形態では、寿命消費および寿命年数を求める方法について説明している。
【００５０】
図５は、本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第５実施形態を示すフローチャートであり、ＣＰＵ回路７（図１）の動作を説明している。プログラムがスタートすると、一定時間間隔の負荷記録を負荷履歴として入力する（ステップＳ３１）。次に、一定時間間隔の気温記録を周囲温度履歴として入力する（ステップＳ３２）。次に、図２のステップＳ３と同様にして巻線温度上昇値を算出する（ステップＳ３３）。なお、巻線温度上昇値を算出するに際して、時定数を考慮する場合も含むものとする。
【００５１】
ステップＳ３４では、次に説明するようにして、規格化時間を算出する。一定時間間隔の温度が一定時間一定していると仮定し、その温度での寿命時間に対する継続時間の比率分だけ寿命を消費（本明細書中では、これを規格化寿命消費と言う）したと考え、これを積算して一定時間内の寿命消費率（本明細書中では、これを規格化時間と言う）が求まる。
【００５２】
ステップＳ３５では、目標となる絶縁紙の平均重合度を入力する。ステップＳ３６では、平均重合度が目標値となる規格化時間を算出する。ステップＳ３７では、平均重合度が目標値に低下するまでの期間（寿命）を算出する。
【００５３】
ステップＳ３７における加熱温度および加熱時間に依存した絶縁紙平均重合度の低下特性（Ｄｐ）は、平均重合度が半減するまでの時間を１とすることで規格化され、劣化基本式として、
【００５４】
Ｄｐ＝Ａ／（１−γ1ｅ＾（−α（Ｔ）・ｔ））＋（１−Ａ）／（１−γ2ｅ＾（−β（Ｔ）・ｔ））
【００５５】
Ａは、早く分解する成分の比率
（１−Ａ）は、遅く分解する成分の比率
α（Ｔ）およびβ（Ｔ）は、絶縁紙に依存する絶縁紙の分解速度
γ1およびγ2は、絶縁紙の劣化状態を表す係数で、０．９９８〜０．９９９４程度
Ａ／（１−γ1）＋（１−Ａ）／（１−γ2）は、初期平均重合度に相当し、９００〜１２００程度
に依り算出される。
【００５６】
この第５実施形態によれば、ある運転パターンを実施したときの寿命消費の割合が求まる（短期的寿命評価）。また、ある運転パターンを繰り返し実施したときの期待寿命が求まる（年間負荷パターン等を対象とする長期的寿命評価）。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、キーボード２を入力操作することで、ＣＰＵ回路１にデータを供給するものとして説明したが、センサー等からＣＰＵ回路１にデータを供給するようにしても良い。
【００５８】
また、上述した実施形態では、判断結果をディスプレイ装置５に表示するものとして説明したが、判断結果に応じてアクチエーター等を駆動するようにしても良い。
【００５９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の油入変圧器の過負荷運転方法によれば、変圧器負荷履歴と周囲温度履歴の所定時間毎の記録から、個々の変圧器ごとに予め測定によりまたは設計条件に基づく解析により求められる第１特性表（表１）に基づいて巻線温度上昇値を算出して規格化寿命消費量を算出する第１算出手段（ステップＳ３４）と、絶縁紙の基本劣化特性式から任意の平均重合度に達するまでの規格化時間を算出する第２算出手段（ステップＳ３６）と、第１算出手段（ステップＳ３４）で算出した規格化寿命消費量と、第２算出手段（ステップＳ３６）で算出した任意の平均重合度に到達するまでの規格化時間から、変圧器での任意平均重合度へ到達するまでの寿命年数を計算する第３算出手段（ステップＳ３７）とを具備することにより、過負荷運転の限度を正確に決定することで、設備のより効率的な運用を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の実施形態を示すブロック結線図である。
【図２】  本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第１実施形態を示すフローチャートである。
【図３】  本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第３実施形態を示すフローチャートである。
【図４】  本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第４実施形態を示すフローチャートである。
【図５】  本発明による油入変圧器の過負荷運転方法の第５実施形態を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１    ＣＰＵ回路
２    キーボード
３    バスライン
４    メモリー
５    ディスプレイ装置
【図１】
0003709444.tif 000007
【図２】
0003709444.tif 000008
【図３】
0003709444.tif 000009
【図４】
0003709444.tif 000010
【図５】
0003709444.tif 000011