(57)【要約】【課題】油入変圧器の絶縁油の状態を正確に検出することが可能な検査装置を提供する。【解決手段】油入変圧器１０は、タンク１１内に絶縁油１３及び変圧部１２を収容している変圧器本体１４と、この変圧器本体１４に連通管１５を介して接続され、変圧器本体１４から連通管１５を介して流入した絶縁油１３を冷却するラジエータ１６とを備えている。検査装置１８は、連通管１５に、当該連通管１５内を流れる絶縁油１３の状態を検出する検出部１９を備えている。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タンク内に絶縁油及び変圧部を収容している変圧器本体と、この変圧器本体に連通管を介して接続され、前記変圧器本体から前記連通管を介して流入した前記絶縁油を冷却するラジエータとを備えている油入変圧器の検査装置であって、
前記連通管に、当該連通管内を流れる絶縁油の状態を検出する検出部を備えていることを特徴とする油入変圧器の検査装置。
【請求項２】
前記連通管の管壁には、光透過性の透光窓が形成されており、
前記検出部が、前記連通管外から前記透光窓を介して前記連通管内の絶縁油に光を投光する投光部と、
前記絶縁油を通過した光を前記透光窓を介して前記連通管外で受光するとともに、前記絶縁油の状態変化に伴う屈折率の変化に対応可能な受光範囲を有し、かつこの受光範囲内における前記光の受光位置を識別可能に構成された受光部と、を備えている請求項１に記載の油入変圧器の検査装置。
【請求項３】
前記透光窓が、前記連通管を横切る方向に対向して一対設けられており、
前記投光部が、一方の透光窓を介して前記連通管内に光を投光し、
前記受光部が、前記絶縁油を通過した光を他方の透光窓を介して受光する請求項２に記載の油入変圧器の検査装置。
【請求項４】
前記他方の透光窓が、前記一方の透光窓よりも高屈折率の材質により形成されている請求項３に記載の油入変圧器の検査装置。
【請求項５】
前記透光窓が、前記連通管の管壁の一側部に設けられており、
前記投光部が、前記透光窓を介して前記連通管内に光を投光し、
前記受光部が、前記透光窓に対向する前記連通管の内壁部において反射した光を、前記透光窓を介して受光する請求項２に記載の油入変圧器の検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油入変圧器に使用されている絶縁油の劣化等の状態を検査する検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、油入変圧器は、絶縁油が充填されたタンク内に鉄心やコイル等からなる変圧部を収容することによって構成されている。このような油入変圧器において、タンク内で局部過熱や部分放電等の異常が発生すると、絶縁材料の種類や異常部分の温度等に応じて特有の分解ガスが発生し、この分解ガスは絶縁油中に溶解する。このため、絶縁油の状態を分析すれば、内部異常の有無や状況を推定することが可能となっている。
【０００３】
従来、絶縁油の状態を分析するには、タンクから絶縁油を採取し、この採取した絶縁油をガスクロマトグラフで分析する方法が採られていた。しかし、この方法では短時間で処理することができず、複雑な操作を必要とし、人手と費用がかかるという問題があった。
【０００４】
このような問題を解消する技術として、下記特許文献１には、絶縁油が満たされている変圧器の排油弁近傍に油溜めを設けるとともに、この油溜めの油中に光ファイバーを貫通させ、この光ファイバーの一方端部に発光装置を結合し、かつ、他方端部に受光装置を結合するとともに、受光装置に、受光量の減衰量を検出する光減衰量検出装置およびこの光減衰量検出装置にて検出された光減衰量に基づき絶縁油の劣化度を判断する判定装置を設けた変圧器の診断装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−７８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の診断装置は、油溜めの中の油を貫通するように配置された光ファイバーを通る光の減衰量を検出することにより、短時間で簡単に変圧器の劣化度や異常の有無を予測判断できるという利点がある。しかしながら、油溜めにおいて絶縁油が滞留してしまう可能性が高いため、変圧器内の絶縁油全体の状態を正確に判断することが困難である。また、光ファイバーは油溜めの油中を貫通しているため、保守点検の際には少なくとも油溜め内の絶縁油を抜き取る必要があるので作業が繁雑になり、場合によっては変圧器を停止させなければならないという欠点がある。また、光ファイバーが破損し、変圧器のタンク内に入り込んでしまうと、大規模な除去作業が必要になるという問題もある。
【０００７】
本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、油入変圧器の絶縁油の状態を正確に検出することが可能な油検出装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、タンク内に絶縁油及び変圧部を収容している変圧器本体と、この変圧器本体に連通管を介して接続され、前記変圧器本体から前記連通管を介して流入した前記絶縁油を冷却するラジエータとを備えている油入変圧器の検査装置であって、
前記連通管に、当該連通管内を流れる絶縁油の状態を検出する検出部を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本発明の油入変圧器の検査装置は、変圧器本体とラジエータとを接続する連通管に対して絶縁油の状態を検出する検出部が設けられており、この連通管内は、変圧器本体とラジエータとの間で絶縁油が滞留することなく常時流通しているので、検出部によって絶縁油全体の状態を正確に検出することができる。
【００１０】
上記構成において、前記連通管の管壁には、光透過性の透光窓が形成されており、前記検出部は、前記連通管外から前記透光窓を介して前記連通管内の絶縁油に光を投光する投光部と、前記絶縁油を通過した光を前記透光窓を介して前記連通管外で受光するとともに、前記絶縁油の状態変化に伴う屈折率の変化に対応可能な受光範囲を有し、かつこの受光範囲内における前記光の受光位置を識別可能に構成された受光部と、を備えていることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、投光部は、透光窓を介して連通管内の絶縁油に投光し、受光部は、絶縁油を通過した光を透光窓を介して受光する。また、投光部から発せられた光は、受光部において受光されるまでに絶縁油と透光窓との間の屈折率の相違に基づいて屈折する。絶縁油は劣化等の状態により屈折率が変化するため、この絶縁油の状態に応じて絶縁油を通過する光路が変化し、受光部における受光位置にも変化が現れる。したがって、この受光位置を識別することによって、絶縁油の状態を検出することができる。
【００１２】
また、上記構成によって、油入変圧器の内部に光ファイバー等の部品を配置することなく絶縁油の状態を検出することができるので、装置の保守点検の際に、変圧器本体内の絶縁油を抜き取る作業を行う必要がなく、容易に保守点検作業を行うことが可能となる。
【００１３】
前記透光窓は、前記連通管を横切る方向に対向して一対設けられており、前記投光部は、一方の透光窓を介して前記連通管内に検査光を投光し、前記受光部は、他方の透光窓を介して前記検査光を受光するように構成することができる。
このような構成により、投光部から発せられた光を、一方の透光窓と絶縁油との間、絶縁油と他方の透光窓との間で屈折させた後に受光部によって受光させることができる。
【００１４】
この構成の場合、前記他方の透光窓は、前記一方の透光窓よりも高屈折率の材質により形成されていることが好ましい。
この場合、絶縁油を通過した後、他方の透光窓に到達した光を大きく屈折させて受光部によって受光させることができ、絶縁油の状態変化に伴う屈折率の変化を増幅し、検出精度を高めることができる。
【００１５】
前記透光窓は、前記連通管の管壁の一側部に設けられており、前記投光部は、前記透光窓を介して前記連通管内に光を投光し、前記受光部は、前記透光窓に対向する連通管の内壁部において反射した光を、前記透光窓を介して受光するように構成することができる。
このような構成により、投光部から発せられた光を、透光窓と絶縁油との間で屈折させた後に受光部によって受光させることができる。なお、光を反射させる連通管の内壁部は、当該光を全反射させることができるように鏡面としておくことが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の油入変圧器の検査装置によれば、絶縁油の状態を正確に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る油入変圧器とその検査装置の概略構成図である。
【図２】検査装置の模式的な構成図である。
【図３】検査装置の動作手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の他の実施形態に係る油入変圧器の検査装置の模式的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の実施形態に係る油入変圧器１０とその検査装置１８の概略構成図、図２は検査装置１８の模式図である。油入変圧器１０は、タンク１１内に変圧部１２及び絶縁油１３を収容することによって構成された変圧器本体１４と、この変圧器本体１４に連通管１５を介して接続されたラジエータ１６とを備えている。
【００１９】
変圧部１２は、電圧の変換を行う部分であり、鉄心やこれに巻回された巻線等から構成されている。また、変圧部１２には巻線の導体被覆として用いられる絶縁紙や、巻線間のスペーサとして使用されるプレスボード等（以下、これらを単に「絶縁物」という）が設けられている。
絶縁油１３は、変圧部１２を周囲から絶縁するとともに、変圧部１２から発生する熱を吸収するためにタンク１１内に充填されている。この絶縁油１３としては、シリコーン油や鉱油を用いることができる。
【００２０】
ラジエータ１６は、変圧部１２の熱を吸収した絶縁油１３を冷却するためのものであり、この絶縁油１３は連通管１５を介して変圧器本体１４とラジエータ１６との間を循環するようになっている。すなわち、絶縁油１３は、変圧器本体１４から流入用連通管１５Ａを介してラジエータ１６内に流入し、放熱・冷却された後に排出用連通管１５Ｂを介して変圧器本体１４に戻されるようになっている。この絶縁油１３の循環は、自然対流による循環であってもよいし、油圧ポンプ等による強制的な循環であってもよい。
【００２１】
本実施形態の油入変圧器１０には、絶縁油１３の劣化等の状態を検査する検査装置１８が付設されている。この検査装置１８は、排出用連通管１５に設けられた検出部１９を備え、この検出部１９は、図２に示すように、一対の透光窓２０Ａ，２０Ｂと、投光部Ｅと、受光部Ｒ1〜Ｒnと、これら投光部Ｅ及び受光部Ｒ1〜Ｒnを制御する制御ユニット２１とを備えている。なお、検出部１９は、流入用連通管１５Ａに設けられていてもよく、流入用連通管１５Ａ及び排出用連通管１５Ｂの双方に設けられていてもよい。
【００２２】
投光部Ｅは、例えば可視光線レーザー光や赤外線レーザー光を発光するレーザー発振器等を有している。
透光窓２０Ａ，２０Ｂは、投光部Ｅから投光されたレーザー光ＬＢを透過可能な部材、例えば透明なガラスやプラスチックから形成されており、連通管１５Ｂを横切る方向に対向するように設けられた入側透光窓２０Ａと、出側透光窓２０Ｂとから構成されている。また、出側透光窓２０Ｂは、入側透光窓２０Ａよりも屈折率の高い材質により形成されている。
【００２３】
投光部Ｅは、連通管１５Ｂの外部から入側透光窓２０Ａに対して斜めにレーザー光ＬＢを投光し、かつこのレーザー光ＬＢが、連通管１５Ｂ内の絶縁油１３と出側透光窓２０Ｂとを通過するように配置されている。レーザー光ＬＢは、入側透光窓２０Ａと絶縁油１３との間、及び絶縁油１３と出側透光窓２０Ｂとの間の屈折率の相違に基づいて、屈折しながら進行する。
【００２４】
受光部Ｒ1〜Ｒnは、投光部Ｅから投光され、入側透光窓２０Ａ、絶縁油１３、及び出側透光窓２０Ｂを通過したレーザー光ＬＢを受光可能なフォトダイオード、フォトトランジスタ、光電管等の受光素子を有している。本実施形態では、絶縁油１３内でレーザー光ＬＢが通り得る範囲を全てカバーするように、複数の受光部Ｒ1〜Ｒnによって受光範囲が設定され、どの受光部Ｒ1〜Ｒnが受光するかによって当該受光範囲内におけるレーザー光ＬＢの受光位置を識別することができる。なお、図２においては複数の受光部Ｒ1〜Ｒnが間隔をあけて配置されているように示されているが、実際には、レーザー光ＬＢを受光できない部分が生じないように複数の受光部Ｒ1〜Ｒnは隙間なく配置されている。
【００２５】
変圧器本体１４内の絶縁油１３は、使用に伴う劣化によって酸価が上昇し、スラッジの生成が促進される。このスラッジは、絶縁物や鉄心等に付着することによって冷却効果の低下や絶縁物の熱劣化をもたらし、局部加熱や部分放電の原因となる。さらに、変圧器本体１４のタンク１１内で局部加熱や部分放電が生じると、周囲の絶縁物が熱分解されて分解ガスを発生し、この分解ガスが絶縁油中に溶解される。変圧器に発生する異常と絶縁油１３中に溶解される分解ガスとは相関があるため、従来から行われている油中ガス分析では、この分解ガスの成分を分析することによって変圧器の異常を判断している。
【００２６】
例えば、絶縁油中の分解ガスとして、Ｈ２（水素）、ＣＨ4（メタン），Ｃ2Ｈ6（エタン），Ｃ2Ｈ4（エチレン），Ｃ2Ｈ2（アセチレン）が発生している場合には絶縁油１３が過熱されていると判断することができ、これらに加えてＣＯ（一酸化炭素），ＣＯ2（二酸化炭素）が発生している場合には、絶縁油１３に浸積している絶縁物が過熱されていると判断することができる。また、Ｈ２（水素）、ＣＨ4（メタン），Ｃ2Ｈ4（エチレン），Ｃ2Ｈ2（アセチレン）が発生している場合には絶縁油中で放電が発生していると判断することができ、これらに加えてＣＯ（一酸化炭素），ＣＯ2（二酸化炭素）が発生している場合には、絶縁油１３に浸積している絶縁物が放電していると判断することができる。
【００２７】
以上のように、絶縁油１３の劣化や分解ガスの溶解など、様々な理由で絶縁油１３の状態が変化すると、当該絶縁油１３の屈折率にも変化が現れ、この屈折率の変化によって図２に示すように投光部Ｅから投光されたレーザー光ＬＢ1〜ＬＢnの光路が変化する。例えば、絶縁油１３としてのシリコーン油は屈折率が約１．４であるが、劣化等によって状態が変化するとこれより屈折率が上昇又は低下する。
【００２８】
図２においては、劣化等のない正常な絶縁油１３を通過したレーザー光が符号ＬＢ1とともに実線で示されており、このレーザー光ＬＢ1は受光部Ｒ1によって受光される。また、劣化等の異常のある絶縁油１３を通過したレーザー光は符号ＬＢ2〜ＬＢnとともに２点鎖線で示されており、このレーザー光ＬＢ2〜ＬＢnは受光部Ｒ2〜Ｒnによって受光される。したがって、受光部Ｒ1がレーザー光ＬＢ1を受光した場合には、絶縁油１３や変圧器本体１４に異常等がないと判断することができ、他の受光部Ｒ2〜Ｒnがレーザー光ＬＢを受光した場合には、絶縁油１３や変圧器に異常が生じていると判断することができる。
【００２９】
また、レーザー光を受光する受光部Ｒ1〜Ｒnが複数設けられていることによって、レーザー光ＬＢ1〜ＬＢnを受光した受光部Ｒ1〜Ｒnによって絶縁油１３の劣化等の異常の度合いを判別することができる。また、受光部Ｒ1の両側に他の受光部Ｒ2〜Ｒnが配置されていることによって、劣化等の異常により絶縁油１３の屈折率が大きくなった場合だけでなく小さくなった場合も検出することができる。
【００３０】
図２に示すように、制御ユニット２１は、制御部２５と、警報発生部２６と、送信部２７等を有している。制御部２５は、レーザー光ＬＢを発光するように投光部Ｅを駆動制御し、また、受光部Ｒ1〜Ｒnからは受光信号が入力される。警報発生部２６は、制御部２５に入力された受光信号に応じて警報信号を生成する。また、送信部２７は、警報発生部２６において生成された警報信号を、例えば、油入変圧器１０から離れた場所に設置された監視センター２８（図１参照）等へ送信する機能を有している。
【００３１】
以下、図３を参照して本実施形態の油入変圧器１０の検査装置１８の動作フローについて説明する。
まず、ステップＳ１において、制御ユニット２１の制御部２５は、レーザー光ＬＢを投光するように投光部Ｅを駆動制御する。投光部Ｅが連通管１５に向かってレーザー光ＬＢを投光すると、このレーザー光ＬＢは入側透光窓２０Ａ、絶縁油１３、出側透光窓２０Ｂを屈折しつつ通過する。
【００３２】
次いで、ステップＳ２において、制御部２５は、レーザー光ＬＢがいずれかの受光部Ｒ1〜Ｒnによって受光されたか否かを判断する。いずれか受光部Ｒ1〜Ｒnによってレーザー光ＬＢが受光された場合には、ステップＳ３に処理を進め、受光されていない場合には、ステップＳ８に処理を進める。
【００３３】
ステップＳ３において、制御部２５は、さらに受光部Ｒ1によってレーザー光ＬＢが受光されたか否かを判断する。受光部Ｒ1によってレーザー光ＬＢが受光された場合、ステップＳ４において、制御部２５は絶縁油１３の状態が正常であると判断し、ステップＳ１に処理を戻して上記動作を繰り返し行う。
【００３４】
受光部Ｒ1によってレーザー光ＬＢが受光されなかった、すなわち、受光部Ｒ2〜Ｒnによってレーザー光ＬＢが受光された場合、ステップＳ５において、制御部２５は絶縁油１３の状態に劣化等の異常があると判断する。そして、ステップＳ６において、警報発生部２６によって絶縁油１３が正常でない旨の警報信号を生成し（ステップＳ６）、ステップＳ７において、この警報信号を送信部２７によって遠隔の監視センター２８に送信する。
【００３５】
一方、ステップＳ２において、いずれかの受光部Ｒ1〜Ｒnによってレーザー光ＬＢが受光されていないと判断された場合には、投光部Ｅ又は受光部Ｒ1〜Ｒnの故障、レーザー光を遮る障害の発生等の不具合が生じたものと考えられる。したがって、制御部２５は、検出エラーが発生したと判断し（ステップＳ８）、ステップＳ６において、警報発生部２６によって検出エラーを示す警報信号を生成し、送信部２７によってこの警報信号を監視センタに送信する（ステップＳ７）。
【００３６】
監視センター２８では、検査装置１８から異常検出時の警報信号がリアルタイムに送信されるので、この警報信号に基づいて、変圧器の使用停止など迅速な対処を行うことができる。また、検査装置１８によって異常が検出された変圧器は、別途、油中ガス分析等の詳細な検査により異常の原因を診断したり、絶縁油１３の交換などのメンテナンスを行ったりすることができる。
【００３７】
以上の構成を有する油入変圧器１０の検査装置１８は、変圧器本体１４とラジエータ１６との間で常に絶縁油１３が循環している連通管１５に検出部１９を備えているので、絶縁油１３全体の状態を正確に検出することができる。
また、検査装置１８は、絶縁油１３を通過したレーザー光ＬＢをどの受光部Ｒ1〜Ｒnが受光するかによって絶縁油１３の状態を検出しているので、その劣化等の異常の判断が極めて簡単であり、誤検出も少なくすることができる。
【００３８】
また、検査装置１８において絶縁油の異常が検出されると、警報信号が監視センター２８等の遠隔地に送信されるので、油入変圧器１０の設置場所や検査装置１８の設置場所に出向かなくても異常を監視することができる。
また、出側透光窓２０Ｂは、入側透光窓２０Ａよりも屈折率の高い材質により形成されているので、絶縁油１３と出側透光窓２０Ｂとの間のレーザー光ＬＢの屈折量を増幅することができ、レーザー光ＬＢの光路の変化を高精度で検出することができる。
【００３９】
検査装置１８は、連通管１５の外部から投光されたレーザー光ＬＢを連通管１５の外部において受光するように構成されているので、絶縁油１３が存在する連通管１５の内部に検査装置１８の部品を配置する必要がない。そのため、検査装置１８の保守点検を行う場合に絶縁油１３を抜き取る作業が不要となり、作業を簡単且つ短時間で行うことができる。また、検査装置１８の部品が破損したとしても変圧器本体１４内に入り込むことがないので、除去作業等が必要となることもない。
【００４０】
図４は本発明の他の実施形態に係る油入変圧器１０の検査装置１８の概略構成図である。
本実施形態では、排出用連通管１５Ｂの一側部に透光窓２０が設けられ、排出用連通管１５Ｂの他側部の内壁部には透光窓２０に対向するように反射鏡３０が設けられている。そして、投光部Ｅから投光されたレーザー光ＬＢは、絶縁油１３を通過して反射鏡３０によって全反射され、再度、絶縁油１３を通過して透光窓２０から外部へ進行する。受光部Ｒ1〜Ｒnは、投光部Ｅと並設して配置されており、反射鏡３０で反射されたレーザー光ＬＢを透光窓２０を介して受光するように設けられている。また、上記実施形態と同様に、複数の受光部Ｒ1〜Ｒnによって、レーザー光ＬＢの屈折に対応するように所定の受光範囲が設定されている。
したがって、本実施形態においても、第１実施形態と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態の検出部１９は、投光部Ｅと受光部Ｒ1〜Ｒnとを連通管１５に対して同じ側に並設して配置することができるので、装置のコンパクト化が可能となる。
【００４１】
本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。例えば、上記実施形態では、複数の受光部（受光素子）Ｒ1〜Ｒnを並設することによって、レーザー光ＬＢの屈折の変化に対応可能な受光範囲を設定しているが、１つの受光素子上の受光位置を、その出力電流又は出力電圧の変化によって識別することが可能なフォトダイオード等によって受光部を構成することも可能である。
投光部Ｅは、レーザー発振器に代えてＬＥＤ等を有するものとし、このＬＥＤ等の光を集光し指向性を高めて利用することもできる。ただし、直進性、指向性の高いレーザー光を使用することがより好ましい。
また、請求項１の発明では、検出部１９が連通管１５内の絶縁油１３の状態を検出する限りにおいて、上記実施形態とは異なる検出方法（例えば、従来公知の検出方法）によって絶縁油の状態を検出してもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１０  油入変圧器
１１  タンク
１２  変圧部
１３  絶縁油
１４  変圧器本体
１５  連通管
１６  ラジエータ
１８  検査装置
１９  検出部
２０Ａ  入側透光窓
２０Ｂ  出側透光窓
２１  制御ユニット
２５  制御部
２６  警報発生部
２７  送信部
Ｅ  投光部
Ｒ1〜Ｒn  受光部
ＬＢ1〜ＬＢn  レーザー光
【図１】
2011091340.tif 000003
【図２】
2011091340.tif 000004
【図３】
2011091340.tif 000005
【図４】
2011091340.tif 000006