(57)【要約】【課題】中性点が非接地の変圧器の場合、遮断器により遮断された後の変圧器電圧に直流成分が重畳して残留することがあり、変圧器電圧に直流オフセット成分が残り、残留磁束を正確に算定できない。【解決手段】電力系統に設けられた一次側がΔ結線、二次側がＹ結線で中性点が非接地の三相変圧器において、三相変圧器の一次側の各相毎のサージアブゾーバに変流器を設けて変流器の検出値から各相の対地電圧を求め、二次側各相の対地電圧を演算し残留磁束を求めるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力系統に設けられ一次側がΔ結線、二次側がＹ結線で中性点が非接地の三相変圧器の一次側給電回路と遮断器の間に設置された相毎のサージアブゾーバに流れる電流を測定する測定手段と、前記電流から一次側各相の対地電圧を演算する一次側の対地電圧演算手段と、前記一次側各層の対地電圧から二次側各相の対地電圧を演算する二次側の対地電圧演算手段と、前記二次側各相の対地電圧から前記三相変圧器の各相の鉄心に残留する残留磁束を演算する残留磁束演算手段を備えた残留磁束測定装置。
【請求項２】
遮断器が三相変圧器の給電回路への給電を遮断開始してから、所定時間経過後に、残留磁束演算手段が残留磁束を決定することを特徴とする、請求項１記載の残留磁束測定装置。
【請求項３】
遮断器が三相変圧器の給電回路への給電を遮断開始してから、一次側の対地電圧演算手段または二次側の対地電圧演算手段が出力する各相の電圧信号が、所定の振幅以下となった後に、残留磁束演算手段が残留磁束を決定することを特徴とする、請求項１記載の残留磁束測定装置。
【請求項４】
遮断器が三相変圧器の給電回路への給電を遮断開始してから、一次側の対地電圧演算手段または二次側の対地電圧演算手段が出力する各相の電圧信号の差の絶対値が、所定の値以下となった後に、残留磁束演算手段が残留磁束を決定することを特徴とする、請求項１記載の残留磁束測定装置。
【請求項５】
電力系統に設けられ一次側がΔ結線、二次側がＹ結線で中性点が非接地の三相変圧器において、一次側給電回路と遮断器の間に設置された相毎のサージアブゾーバに流れる電流を測定し、前記電流から一次側各相の対地電圧を演算し、前記一次側各相の対地電圧から二次側各相の対地電圧を演算し、前記二次側各相の対地電圧から前記三相変圧器の各相の鉄心に残留する残留磁束を演算することを特徴とする残留磁束測定方法。
【請求項６】
前記請求項１乃至４のいずれかに記載の残留磁束測定装置によって算出された残留磁束から目標投入位相を算出し、前記目標投入位相で遮断器を投入することを特徴とする遮断器の同期開閉制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、変圧器が遮断された時、鉄心内部が偏磁され発生する残留磁束を正確に計測する測定技術及び遮断器制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
変圧器が停止のため遮断された時、鉄心内部が偏磁され残留磁束が残る。その結果、復旧後遮断器再投入時大きな励磁突入電流が流れる場合がある。この場合の異常電流検出を防止するために残留磁束に応じたタイミングで各相の電力投入を図るべきである。このため、遮断後の変圧器の残留磁束を、一次コイル電圧から算出するための残留磁束計測装置が提案されている。
従来の残留磁束検出装置では、三相変圧器を三相電源に接続／遮断するための遮断器下流側に、各相電圧を計測するための電圧検出器を設けている。
各相の鉄心脚に誘起する電圧は相電圧に比例し、鉄心脚内の磁束量の時間的変化がその鉄心脚の相の誘起電圧となる。よって磁束を求めるためには相電圧を積分すればよい。
残留磁束計測装置では、三相変圧器が遮断された時の、各相の電圧波形を測定し電圧値を積分して磁束を算出し、残留磁束が求められる。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許  第２６８５５７４号  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
中性点が非接地の三相変圧器の場合、遮断器により遮断された後の三相変圧器電圧に直流成分が重畳して残留することがある。その結果、三相変圧器電圧に直流オフセット成分が残り、この電圧を積分することによって算出した残留磁束がドリフトしてゆき、残留磁束を正確に算定できない。
また，残留磁束を計測するための電圧検出回路を設置する必要がありコストが高くなっている。
【０００５】
この発明は、上記の課題を解決する為になされたもので、三相変圧器において、低コストでかつ遮断後の直流オフセット成分の影響を排して電圧を積分し、各相の磁束を算出することにより正確に残留磁束を検出することができる残留磁束測定装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る残留磁束測定装置は、電力系統に設けられた一次側がΔ結線、二次側がＹ結線で中性点が非接地の三相変圧器において、三相変圧器の一次側の各相毎のサージアブゾーバに変流器を設けて変流器の検出値から各相の対地電圧を求め、二次側の各相の対地電圧を演算し残留磁束を求めるものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明は、三相変圧器の各相毎に電圧を計測する為の分岐回路を新たに設置すること無しに、一次側の各相のサージアブゾーバに設けた変流器の出力から遮断器が開極した後の各相の対地電圧を求め、各相の残留磁束を正確に求めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１の三相変圧器の相毎の挙動（ａ）（ｂ）を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１の三相変圧器の相毎の挙動（ｃ）（ｄ）（ｅ）を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における残留磁束測定装置１の構成を示すブロック図である。残留磁束測定装置１は、三相変圧器３０と三相遮断器１０に接続されたサージアブゾーバ１３に設置された変流器を含んで構成される。
三相変圧器３０は、Δ結線された三相一次側巻線３１と、Ｙ結線され中性点が非接地の二次側巻線３２を有し、三相遮断器１０を介して発電機側の回線に接続されている。
三相遮断器１０は、３つのスイッチ１０Ｒ，１０Ｓ，１０Ｔを有し、Ｒ相１Ｒ，Ｓ相１Ｓ，Ｔ相１Ｔの各相の発電機側の回線と、三相変圧器３０との間に接続される。３つのスイッチ１０Ｒ，１０Ｓ，１０Ｔは、同時もしくは独立に開閉可能となっている。
三相変圧器３０の一次側には、系統保護用のサージアブゾーバ１３が相毎に１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔのように設置されている。このサージアブゾーバは、一次側（発電機側）のノイズによって系統の下流の電圧・電流が揺さぶられるのを防いでいる。
【００１０】
この相毎のサージアブゾーバ１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔに流れる電流の瞬時値は、三相変圧器３０の一次側（発電機側）の母線１１Ｒ，１１Ｓ，１１Ｔとサージアブゾーバ１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔとの間に設けた変流器１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔによって各相毎に測定される。
変流器１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔによって測定された電流値Ｉｓｒ，Ｉｓｓ，Ｉｓｔは、残留磁束測定装置１の三相変圧器一次側対地電圧演算手段４に伝達される。三相変圧器一時側対地電圧演算手段４は、遮断器が開極される前後における電流値を各相毎に積分して、その積分した値を各相毎のサージアブゾーバ１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔの静電容量Ｃｒ，Ｃｓ，Ｃｔで除算することにより、各相毎の対地電圧Ｖδｒ，Ｖδｓ，Ｖδｔを求めることができる。
Ｃｒ・Ｖδｒ＝∫（Ｉｓｒ）ｄｔ                ・・・  （１）
Ｃｓ・Ｖδｓ＝∫（Ｉｓｓ）ｄｔ                ・・・  （２）
Ｃｔ・Ｖδｔ＝∫（Ｉｓｔ）ｄｔ                ・・・  （３）
（１），（２），（３）より
Ｖδｒ＝（１／Ｃｒ）∫（Ｉｓｒ）ｄｔ    ・・・  （４）
Ｖδｓ＝（１／Ｃｓ）∫（Ｉｓｓ）ｄｔ    ・・・  （５）
Ｖδｔ＝（１／Ｃｔ）∫（Ｉｓｔ）ｄｔ    ・・・  （６）
【００１１】
変圧器一次側対地電圧演算手段４で求めた変圧器一次側の三相の対地電圧は、変圧器二次側対地電圧演算手段５へ伝達される。
変圧器二次側対地電圧演算手段５は、変圧器の一次側の対地電圧を差分演算して、Ｙ結線された二次側の対地電圧Ｖｙｒ，Ｖｙｓ，Ｖｙｔを求める。
Ｖｕ＝Ｖδｒ−Ｖδｓ       ・・・  （７）
Ｖｖ＝Ｖδｓ−Ｖδｔ      ・・・  （８）
Ｖｗ＝Ｖδｔ−Ｖδｒ      ・・・  （９）
このようにして求められた変圧器二次側の対地電圧は、残留磁束演算手段６へ伝達される。
残留磁束演算手段６は、変圧器二次側対地電圧演算手段で求められた二次側対地電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを各相毎に積分して、各相の残留磁束を演算する。
【００１２】
図５
残留磁束演算手段６によって三相変圧器３０の残留磁束を相電圧から算出する方式は次の通りである。 
三相変圧器３０の各相の鉄心脚に誘起する電圧はこの三相変圧器３０のＹ結線の相電圧に比例する。また、鉄心脚内の磁束量の時間的変化がその鉄心脚の相の誘起電圧となるので、相電圧から磁束を求めるためには相電圧を積分すればよい。ただし、積分を開始する時点によって磁束には計算上の直流成分が含まれるのでこれを消去する必要がある。 
今、二次側コイル３２の各相の対地電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗに対して定常状態における電圧，磁束量を式で表すと次式となる。
Ｖｕ＝Ｖｍ・ｓｉｎ（ωｔ）               ・・・（１０）
Ｖｖ＝Ｖｍ・ｓｉｎ（ωｔ−２／３π）              ・・・（１１）
Ｖｗ＝Ｖｍ・ｓｉｎ（ωｔ＋２／３π）              ・・・（１２）
φｕ＝−φｍ・ｃｏｓ（ωｔ）                          ・・・（１３）
φｖ＝−φｍ・ｃｏｓ（ωｔ―２／３π）            ・・・（１４）
φｗ＝−φｍ・ｃｏｓ（ωｔ＋２／３π）            ・・・（１５）
ここで、 
Ｖｍ：相電圧波高値 
ε：角周波数 
ｔ：時間 
Φm：定常時の鉄心脚内磁束最大値 
Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗ：それぞれの相の相電圧 
Φｕ，Φｖ，Φｗ：それぞれの相の鉄心脚の磁束 
今、遮断器１０による遮断開始の少なくとも１サイクル前から残留磁束計算のための相電圧データの演算手段６への取り込みを開始するものとする。そうすると、遮断開始後の相電圧の過渡的な変化が始まる前に相電圧，磁束ともに少なくとも１回ずつ交流波形の最大値と最小値とが存在することになる。 
各相の遮断時の過渡的な相電圧，磁束をＶuｔ，Ｖvｔ，Ｖwｔ，Φuｔ，Φvｔ，Φwｔとし、Φuｔの場合を例にとると、次式よりΦuｔが時間関数として計算される。 
ｔ
φuｔ（ｔ）＝∫Ｖuｔ  ｄｔ  −  φu０        ・・・（１６）
ｔ０
ここで、 
ｔ０：積分開始時間 
ｔ：時間 
Φu０：積分開始時間ｔ０によって変化する計算上の直流成分補正項 
【００１３】
前述のように積分開始時間ｔ０は遮断開始の少なくとも１サイクル前であるので、相電圧は勿論、磁束も定常状態の交流波形での最大値と最小値とが出現する筈であり、最大値と最小値とはその大きさが等しく符号が反対であるという特徴があるので、（１６）式の積分を行うことによりΦuｔ（ｔ）を時間関数の形で求め、このΦuｔ（ｔ）の最大値と最小値とを、それぞれΦu２，Φu１とすると、前述の条件からΦＵ０を求めることができ、次式となる。 
Φu０＝（Φu２＋Φu１）／２           ・・・（１７） 
【００１４】
このように、遮断による過渡現象的な波形になる少なくとも１サイクル前の任意の時間を積分開始時間にすることにより、相電圧を積分して鉄心脚の残留磁束を計算することができる。Φvｔ，Φwｔもインデックスを変えるだけでΦＵｔと同じ式が成立する。 
このような計算方式で実際に残留磁束を計算するのに大きく分けて２種類の方法があり、その一つはコンピュータによってディジタル演算として行う方法であり、もう一つの方法はアナログ演算回路により演算する方式である。対象とする回路の周波数が商用周波数である50Ｈｚまたは60Hzであるのでコンピュータによるディジタル演算でも計算時間に支障を生ずることはなく、またアナログ演算を採用するにしても、既成のアナログ演算回路を組み合わせることにより比較的簡単に演算回路が製作できるので、いずれを選択するかは別の条件から検討する必要があるが、後述の最適投入位相の計算にはコンピュータによるディジタル演算の方がアナログ演算よりも優れている点が多いので、残留磁束計算もこれに合わせて第１図に示すように残留磁束演算も相電圧をA/D変換によってディジタル信号に変換してコンピュータによるディジタル演算とするのが妥当である。
【００１５】
図２〜４は、サージアブゾーバの電流波形、変圧器一次側の対地電圧波形、変圧器二次側の対地電圧波形、変圧器磁束、変圧器二次側の電流波形を夫々示している。
図２（ａ）は、図１の変流器１２Ｒ、１２Ｓ、１２Ｔの出力から求めた、サージアブゾーバ１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔへ流れ込んだ電流値Ｉｓｒ，Ｉｓｓ，Ｉｓｔが示されている。この電流値を積分してサージアブゾーバの静電容量Ｃｒ，Ｃｓ，Ｃｔで式（４），（５），（６）のように除算することで、図２（ｂ）に示す各相毎の一次側コイルの対地電圧Ｖδｒ，Ｖδｓ，Ｖδｔを求めることができる。
これらの電圧値の差分から式（７），（８），（９）を用いて、二次側対地電圧を演算することができ、図３（ｃ）に示すＶｕ，Ｖｖ，Ｖｗが求められる。
二次側コイルの対地電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗを式（１６）のように積分して、三相変圧器磁束を求めることができ、これを図３（ｄ）に示している。
また、図３（ｅ）は、二次側コイルに流れる電流である。
【００１６】
よって、三相変圧器の各相毎に電圧を計測する為の分岐回路を新たに設置すること無しに、一次側の各相のサージアブゾーバに設けた変流器の出力から遮断器が開極した後の各相の対地電圧を求め、各相の残留磁束を正確に求めることが可能となる。
【００１７】
図２（ａ）のサージアブゾーバ電流を見れば判るように、開閉器が開放された後も、サージアブゾーバ電流はしばらく発振しながら流れ続けている。
従って、この発振電流の影響を免れるため、遮断後所定時間経過した後に発振電流が十分収束してから残留磁束を決定すれば、より正確な残留磁束演算値を得ることができる。
【００１８】
また、図２（ａ）のサージアブゾーバ電流はしばらく発振しながら流れ続け、図２（ｂ），図３（ｃ）に示すように三相変圧器の一次側または二次側の対地電圧の発振となって現れている。
従って、この対地電圧の発振の影響を免れるため、遮断後発振電流が所定の振幅より小さくなり十分収束してから残留磁束を演算すれば、電源電圧や遮断タイミングなどにより発振電圧の振幅がばらついて、収束するまでの時間が変化する場合でも、十分収束したことを直接的に発振電圧の振幅より検出し、より正確な残留磁束演算値を最短の待ち時間で得ることができる。
【００１９】
また、各相コイルの発振振幅ではなく、各相のコイル電圧を比較し、これらの差分の絶対値が所定の値より小さくなってから残留磁束を決定すればより正確な残留磁束演算値を最短の待ち時間で得ることができる。
【００２０】
以上、実施の形態１では、以下の残留磁束測定方法について説明してきた。
電力系統に設けられ一次側がΔ結線、二次側がＹ結線で中性点が非接地の三相変圧器において、一次側給電回路と遮断器の間に設置された相毎のサージアブゾーバに流れる電流を変流器によって各相毎に測定する。この測定した各相の電流値を積分して各サージアブゾーバの静電容量で除することにより、一次側各相の対地電圧を演算する。この演算した一次側各相の対地電圧から二次側各相の対地電圧を差分演算によって求める。この演算の結果である二次側各相の対地電圧を各相毎に積分して三相変圧器の各相の鉄心に残留する残留磁束を測定することができる。
このような測定方法を実施することにより、三相変圧器の各相毎に電圧を計測する為の分岐回路を新たに設置すること無しに、一次側の各相のサージアブゾーバに設けた変流器の出力から遮断器が開極した後の各相の対地電圧を求め、各相の残留磁束を正確に求めることが可能となる。
【００２１】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２における遮断器の同期開閉制御装置７の構成を示すブロック図である。遮断器の同期開閉制御装置７は、残留磁束測定装置１、開閉制御装置８を包含し、発電機側回線１Ｒ，１Ｓ，１Ｔの電圧検出用配線９Ｒ，９Ｓ，９Ｔ及び三相遮断器１０の３つのスイッチ１０Ｒ，１０Ｓ，１０Ｔを動作させる開閉指令信号線１４及び残留磁束演算手段６から残留磁束情報を受け取る情報線１５を含んで構成される。
開閉制御装置８は、三相遮断器１０の開放と投入を開閉指令信号線１４を介して指令し、また発電機側回線１Ｒ，１Ｓ，１Ｔの電圧を電圧検出用配線を介してモニターし残留磁束測定装置１の残留磁束演算手段６から残留磁束情報を残留磁束情報線１５を介して受け、三相遮断器１１の最適な投入位相を決定し三相遮断器１１の投入を指令する。
【００２２】
変圧器が停止のため遮断された後、復旧後遮断器再投入時に鉄心内部の残留磁束によって大きな励磁突入電流が流れる場合がある。
三相変圧器の鉄心の残留磁束を求めた後、各相毎の最適投入位相を求めることによってこれを防ぐことができる。三相変圧器の鉄心の残留磁束と、変圧器に定常状態で電圧が印加されたときの磁束が一致する位相で三相変圧器が投入されると、励磁突入電流は流れない。
各相操作型遮断器では、最初に遮断器を１相について最適の位相で投入させ、残りの２相は時間差を設けて投入させることによって、励磁突入電流を抑制することができる。
三相同時投入しかできない遮断器においても、最も励磁突入電流が少ない位相で３相同時投入することで、励磁突入電流を最小化することができる。
【００２３】
残留磁束測定装置を用いた遮断器の同期開閉装置は、遮断動作後の三相変圧器の正確な残留磁束を求めることができ、三相遮断器の同期開閉装置を投入するとき正しい目標投入位相を設定が可能となり、三相遮断器の投入時の励磁突入電流を最小化することによって電力系統の三相遮断器の投入動作を安定して行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１                         残留磁束測定装置
１Ｒ，１Ｓ，１Ｔ          発電機側回線
２Ｕ，２Ｖ，２Ｗ          電力系統側回線
４                         変圧器一次側対地電圧演算手段
５                         変圧器二次側対地電圧演算手段
６                         残留磁束演算手段
７                         遮断器の同期開閉制御装置
８                         開閉制御装置
９Ｒ，９Ｓ，９Ｔ          電圧検出用配線
１０                       三相遮断器
１０Ｒ，１０Ｓ，１０Ｔ    スイッチ
１１Ｒ，１１Ｓ，１１Ｔ    三相変圧器一次側母線
１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔ    変流器
１３，１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔ              サージアブゾーバ
１４                       開閉指令信号線
１５                       残留磁束情報線
３０                       三相変圧器
３１                       一次側コイル
３２                       二次側コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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