(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定工程と、
前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出工程と、
前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出工程と、を有し、
前記直流偏磁検出工程は、前記抽出工程により抽出された前記偏磁検出用波形の大きさに基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁の偏磁量を検出することを特徴とする変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項２】
前記所定の周波数成分は、励磁周波数成分または励磁周波数の奇数次の高調波成分であることを特徴とする請求項１に記載の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項３】
前記偏磁検出用波形の大きさは、前記偏磁検出用波形の振幅であることを特徴とする請求項１または２に記載の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項４】
前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記振動変位波形の極性であって、前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形において前記鉄心の磁化の絶対値が最大になるタイミングにおける当該振動変位波形の極性を予め記憶する記憶工程と、
前記変圧器の巻線電圧に基づいて前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形を導出する磁化導出工程と、を更に有し、
前記直流偏磁検出工程は、前記抽出工程により抽出された前記偏磁検出用波形におけるタイミングであって、前記記憶工程により記憶された極性の側で絶対値が最大となるタイミングにおける前記鉄心の磁化の極性を、前記磁化導出工程により導出された前記磁化波形から導出し、当該導出した極性を前記鉄心に生じている直流偏磁の極性とすることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項５】
前記鉄心の磁化に替えて前記鉄心の磁束密度を用いることを特徴とする請求項４に記載の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項６】
変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定工程と、
前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出工程と、
前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出工程と、
前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記振動変位波形の極性であって、前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形において前記鉄心の磁化の絶対値が最大になるタイミングにおける当該振動変位波形の極性を予め記憶する記憶工程と、
前記変圧器の巻線電圧に基づいて前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形を導出する磁化導出工程と、を有し、
前記直流偏磁検出工程は、前記抽出工程により抽出された前記偏磁検出用波形に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出し、
前記直流偏磁検出工程は、前記抽出工程により抽出された前記偏磁検出用波形におけるタイミングであって、前記記憶工程により記憶された極性の側で絶対値が最大となるタイミングにおける前記鉄心の磁化の極性を、前記磁化導出工程により導出された前記磁化波形から導出し、当該導出した極性を前記鉄心に生じている直流偏磁の極性とすることを特徴とする変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項７】
前記所定の周波数成分は、励磁周波数成分または励磁周波数の奇数次の高調波成分であることを特徴とする請求項６に記載の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項８】
前記鉄心の磁化に替えて前記鉄心の磁束密度を用いることを特徴とする請求項６または７に記載の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法。
【請求項９】
変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出手段と、
前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出手段と、を有し、
前記直流偏磁検出手段は、前記抽出手段により抽出された前記偏磁検出用波形の大きさに基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁の偏磁量を検出することを特徴とする変圧器鉄心の直流偏磁検出システム。
【請求項１０】
変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定手段と、
前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出手段と、
前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出手段と、
前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記振動変位波形の極性であって、前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形において前記鉄心の磁化の絶対値が最大になるタイミングにおける当該振動変位波形の極性を予め記憶する記憶手段と、
前記変圧器の巻線電圧に基づいて前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形を導出する磁化導出手段と、を有し、
前記直流偏磁検出手段は、前記抽出手段により抽出された前記偏磁検出用波形に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出し、
前記直流偏磁検出手段は、前記抽出手段により抽出された前記偏磁検出用波形におけるタイミングであって、前記記憶手段により記憶された極性の側で絶対値が最大となるタイミングにおける前記鉄心の磁化の極性を、前記磁化導出手段により導出された前記磁化波形から導出し、当該導出した極性を前記鉄心に生じている直流偏磁の極性とすることを特徴とする変圧器鉄心の直流偏磁検出システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器鉄心の直流偏磁検出方法および変圧器鉄心の直流偏磁検出システムに関し、特に、変圧器の鉄心に発生する直流偏磁を検出するために用いて好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
電力系統においては、直流電力を交流電力に変換するインバータや電力変換装置など、スイッチング半導体素子によって構成される回路に、変圧器を接続する場合がある。変圧器には交流電力が入力されるが、前記回路が交流波形を生成する時、半導体素子のスイッチングのタイミングのずれなどの誤差によって、本来、正側と負側とで対称となるべき交流の電圧波形や電流波形が非対称となり、この現象が複数の周期に渡って連続して発生することがある。この様な場合、変圧器の１次電圧または２次電圧の積分波形となる、変圧器の鉄心の磁束の時間変化を示す波形は、一方の極性側に偏位していく、いわゆる偏磁が発生する。
【０００３】
前記偏磁は時間とともに増加し続けるが、電磁鋼板を始めとする磁性材料の磁化は飽和特性を持っているため、前記偏磁は一定の位置に至ると停止し、定常状態となる。この状態を、鉄心が直流偏磁された状態と呼ぶ。この状態では鉄心における最大磁化は、励磁の一周期の一方の半周期と、他方の半周期とで異なる値になり、一周期の一方の半周期での最大磁化が、他方の半周期での最大磁化よりも大きくなる。
【０００４】
変圧器の鉄心ではしばしば、その鉄損、励磁電流、騒音が問題となるが、これらはいずれも磁化に対する特性が非線形で上反りの曲線となる。そのため、直流偏磁で最大磁化が上昇した半周期では、過大な鉄損、励磁電流、騒音が発生することとなり、一周期でそれらを平均しても高くなるため問題化する。
【０００５】
この直流偏磁を強制的に抑制する技術は特許文献１〜３で提案されているが、そのためには、直流偏磁を検出する必要がある。つまり、直流偏磁の抑制を行うには、抑制に使用するパラメータの制御を定量的に行う必要があるため、まずは偏磁量を定量的に精度良く測定する技術が必要となる。更に変圧器は高電圧を扱うことがあるため、このような場合には、直流偏磁の測定に使用するセンサーへの放電事故を避ける、すなわち安全性が確保できる測定とすることも必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭５９−１３３１３号公報
【特許文献２】特開平１−１５７２２０号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２０２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、変圧器の励磁電流を変流器で測定する。負荷電流の大きさに比べて励磁電流の大きさは小さく、励磁電流が負荷電流に埋もれてしまうため、変圧器に負荷が接続されている状態では、励磁電流を正確に測定することが容易ではない。また、特許文献２に記載の技術では、鉄心のほぼ中央にサーチコイルを配置し、サーチコイルで磁束を検出する。変圧器内にサーチコイルを配置するため、そのスペースを確保する必要があり、変圧器が大きくなる虞がある。また、そのようなスペースがない場合には、直流偏磁を検出することができない。さらに、前述した安全性を十分に確保することが容易ではない。また、特許文献３に記載の技術では、変圧器の鉄心の温度を測定する。この場合、直流偏磁が発生してから鉄心の温度が上昇するまでの間に時間遅れが生じる。また、油入変圧器の絶縁油の温度など、変圧器の周囲の温度が高い場合には、直流偏磁による鉄心の温度の上昇分を正確に測定することが容易ではない。
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、変圧器の鉄心に生じている直流偏磁を、精度良く且つ安全に検出できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法の第１の例は、変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定工程と、前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出工程と、前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出工程と、を有し、前記直流偏磁検出工程は、前記抽出工程により抽出された前記偏磁検出用波形の大きさに基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁の偏磁量を検出することを特徴とする。
本発明の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法の第２の例は、変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定工程と、前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出工程と、前記測定工程により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出工程と、前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記振動変位波形の極性であって、前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形において前記鉄心の磁化の絶対値が最大になるタイミングにおける当該振動変位波形の極性を予め記憶する記憶工程と、前記変圧器の巻線電圧に基づいて前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形を導出する磁化導出工程と、を有し、前記直流偏磁検出工程は、前記抽出工程により抽出された前記偏磁検出用波形に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出し、前記直流偏磁検出工程は、前記抽出工程により抽出された前記偏磁検出用波形におけるタイミングであって、前記記憶工程により記憶された極性の側で絶対値が最大となるタイミングにおける前記鉄心の磁化の極性を、前記磁化導出工程により導出された前記磁化波形から導出し、当該導出した極性を前記鉄心に生じている直流偏磁の極性とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の変圧器鉄心の直流偏磁検出システムの第１の例は、変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出手段と、前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出手段と、を有し、前記直流偏磁検出手段は、前記抽出手段により抽出された前記偏磁検出用波形の大きさに基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁の偏磁量を検出することを特徴とする。
本発明の変圧器鉄心の直流偏磁検出システムの第２の例は、変圧器の鉄心に生じている振動を、前記変圧器の外表面に取り付けられた振動センサーまたは前記変圧器に連結されている構造物に取り付けられた振動センサーを用いて測定する測定手段と、前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出する直流偏磁検出手段と、前記測定手段により測定された前記振動による前記鉄心の変位の時間変化を表す波形である振動変位波形から、所定の周波数成分の波形である偏磁検出用波形を抽出する抽出手段と、前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記振動変位波形の極性であって、前記鉄心に直流偏磁が生じていないときの前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形において前記鉄心の磁化の絶対値が最大になるタイミングにおける当該振動変位波形の極性を予め記憶する記憶手段と、前記変圧器の巻線電圧に基づいて前記鉄心の磁化と時間との関係を示す磁化波形を導出する磁化導出手段と、を有し、前記直流偏磁検出手段は、前記抽出手段により抽出された前記偏磁検出用波形に基づいて、前記鉄心に生じている直流偏磁を検出し、前記直流偏磁検出手段は、前記抽出手段により抽出された前記偏磁検出用波形におけるタイミングであって、前記記憶手段により記憶された極性の側で絶対値が最大となるタイミングにおける前記鉄心の磁化の極性を、前記磁化導出手段により導出された前記磁化波形から導出し、当該導出した極性を前記鉄心に生じている直流偏磁の極性とすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、変圧器の鉄心に生じている直流偏磁を、精度良く且つ安全に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】変圧器鉄心の直流偏磁検出システムの構成の一例を示す図である。
【図２】直流偏磁の偏磁量と方向を導出する方法の一例を説明する図である。
【図３】変圧器鉄心の直流偏磁検出システムの処理の一例を説明するフローチャートである。
【図４】実施例における変圧器鉄心の直流偏磁検出システムを示す図である。
【図５】鉄心に与えた直流偏磁の直流磁界の大きさと、偏磁検出用波形の振幅との関係の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。尚、各図では、説明の都合上、説明に必要な部分のみを必要に応じて簡略化して示す。
図１は、変圧器鉄心の直流偏磁検出システムの構成の一例を示す図である。
図１では、直流偏磁の検出対象の変圧器が油入変圧器である場合を例に挙げて示す。また、変圧器１０については、変圧器１０の重心の位置を通るように鉄心１１の積層方向（ｙ軸方向）に対して垂直な方向に切断した断面（即ち、ｘ−ｚ断面）を示す。
変圧器１０は、鉄心１１と、１次巻線１２と、２次巻線１３と、絶縁油１４と、タンク１５とを有する。
【００１３】
鉄心１１は、例えば、方向性電磁鋼板を積層させることにより形成される。ただし、鉄心１１は、必ずしも方向性電磁鋼板を用いて形成する必要はない。例えば、無方向性電磁鋼板を積層させることにより形成してもよい。また、鉄心１１の形状も図１に示す形状に限定されない。また、図１では、鉄心１１にギャップ１６が設けられている場合を例に挙げて示す。ギャップ１６を設けることにより、鉄心１１の磁気抵抗が増加し、直流偏磁の過度の進行を抑制することができる。ギャップ１６は、空隙であっても、当該空隙に非磁性体等を配置することにより形成してもよい。尚、ギャップ１６を空隙にした場合、油入変圧器では、ギャップ１６に絶縁油１４が存在することになる。また、必ずしもギャップ１６を形成する必要はない。鉄心１１は、台座１７の上に載せられてタンク１５に固定される。
【００１４】
１次巻線１２は、鉄心１１に対して巻き回され、交流電力を入力する。２次巻線１３は、鉄心１１に対して巻き回され、１次巻線１２に入力された交流電圧を、１次巻線１２と２次巻線１３との巻数比に応じて昇圧または降圧する。
【００１５】
１次巻線１２の両端には入力端子１８が設けられ、２次巻線１３の両端には出力端子１９が設けられる。入力端子１８（１次巻線１２）および出力端子１９（２次巻線１３）は、タンク１５と絶縁された状態でタンク１５に取り付けられる。２次巻線１３の電圧が高電圧になる場合には、例えば、絶縁ブッシングを用いて、出力端子（２次巻線１３）をタンク１５と絶縁することができる。尚、図１では、変圧器１０が単相変圧器である場合を例に挙げて示すが、変圧器は、例えば、三相変圧器であってもよい。三相変圧器の場合、入力端子および出力端子の数は、例えば、それぞれ３つになる。
【００１６】
絶縁油１４は、タンク１５の内部に、鉄心１１、１次巻線１２、および２次巻線１３と共に収容され、鉄心１１、１次巻線１２、および２次巻線１３の温度上昇の抑制および絶縁の確保等を実現する。鉄心１１、１次巻線１２、および２次巻線１３は、絶縁油１４に（完全に）浸される。
【００１７】
尚、直流偏磁の検出対象の変圧器は、図１に示すような油入変圧器に限定されず、乾式変圧器やモールド変圧器であってもよい。また、変圧器１０は、図１に示した構成要素以外に、公知の変圧器が有する構成要素を有する。例えば、変圧器１０は、１次巻線１２と２次巻線１３とを絶縁する絶縁物等を有する。
【００１８】
図１において、変圧器鉄心の直流偏磁検出システムは、変圧器１０の鉄心１１に生じる直流偏磁を検出するためのものであり、振動センサー２０と、直流偏磁検出装置３０とを有する。まず、振動センサー２０の一例について、図１を用いて説明する。
【００１９】
鉄心１１に使用される磁性材料のほとんどは、磁歪現象を有する。磁歪現象は、磁性材料の磁化の変化に伴って、磁性材料の寸法が変化する現象であり、交流磁化の場合には鉄心１１の振動となって現れる。また、図１に示すように、鉄心１１の一部にギャップ１６が設けられる場合には、鉄心１１の磁化に比例した引力がギャップ１６の両側の鉄心１１に発生し、交流磁化の場合にはそれが鉄心１１に振動を発生させる。
【００２０】
以上の磁歪現象による鉄心１１の振動や、ギャップ１６を設けたことにより生じる鉄心１１の振動は、鉄心１１の磁化によく対応するため、本実施形態では、このことを利用して、以下のようにして鉄心１１の振動による変位を測定することにより、鉄心１１の直流偏磁を検出する。
【００２１】
振動センサー２０は、鉄心１１の振動を測定するためのものである。鉄心１１の振動は、変圧器１０の外部構造に伝搬するため、その測定は、変圧器１０の外部で行うことができる。そこで、本実施形態では、振動センサー２０を、変圧器１０の外表面（タンク１５の外表面）に設置する。このようにすれば、変圧器１０の内部にセンサーを設置する必要がなくなり、振動センサー２０を変圧器１０の内部に設置することによる放電事故（振動センサー２０の破損や、変圧器１０の絶縁性能の劣化等）を抑制することができる。
【００２２】
また、鉄心１１の振動を測定する観点から、図１に示すように、タンク１５の外表面に振動センサー２０を設置する場合には、振動センサー２０の設置位置は、変圧器１０の本体（鉄心１１、１次巻線１２、および２次巻線１３）とタンク１５との連結部分に極力近い方が望ましい。
【００２３】
また、前述した鉄心１１の磁歪現象による振動の方向は、主として、鉄心１１の平面（積厚方向に垂直な方向の面、ｘ−ｚ平面）における直線状の部分の長手方向である。図１に示す例では、鉄心１１の平面に、ｚ軸方向に延設される直線状の部分が３つ、ｘ軸方向に延設される直線状の部分が２つあり、ｚ軸方向に延設される直線状の部分では、ｚ軸方向が長手方向になり、ｘ軸方向に延設される直線状の部分では、ｘ軸方向が長手方向になる。従って、これらの何れかの方向の振動を検出するように、振動センサー２０を設置するのが望ましい。
【００２４】
また、前述したギャップ１６による鉄心１１の振動の方向は、主として、ギャップ１６の厚み方向である。図１に示す例では、ギャップ１６の厚み方向は、ｚ軸方向である。従って、この方向の振動を検出するように、振動センサー２０を設置するのが望ましい。
【００２５】
また、図１では、変圧器１０の入力端子１８および出力端子１９はタンク１５の上面に設置される。タンク１５の底面は、タンク１５の外側における変圧器１０の通電部分との距離が遠く、且つ、設置スペースを容易に確保することができる場所である。
【００２６】
以上の観点から、図１では、タンク１５の底面の中心に振動センサー２０を設置する場合を例に挙げて示す。このようにすれば、鉄心１１の振動を容易に検出することができると共に振動センサー２０の位置を容易に決定することができる。ただし、振動センサー２０は、鉄心１１の振動を検出できれば、必ずしも前述した方向の振動を検出しなくてもよい。また、振動センサー２０を様々な位置に試験的に設置して、鉄心１１の振動を最も検知しやすい場所を特定し、特定した場所に振動センサー２０を設置するのがより望ましい。また、振動センサー２０を複数の位置に設置し、それら複数の振動センサー２０による測定値の平均値、中央値、または最頻値等の統計量を、振動センサーの測定値として用いてもよい。
【００２７】
また、乾式変圧器やモールド変圧器のようにタンク１５を有しない変圧器に対しては、振動センサー２０を、（変圧器の外表面である）鉄心の外表面に直接設置してもよいし、変圧器を支持するために変圧器に連結されている構造物に設置してもよい。
【００２８】
図１に示す例では、振動センサー２０は、ｚ軸方向の振動を検出する。振動センサー２０は、鉄心１１に生じる振動を検出できるものであればよく、その種類は特に限定されない。ただし、鉄心１１に直流磁化が生じると、磁歪現象による鉄心１１の振動や、ギャップ１６を設けたことによる鉄心１１の振動の周波数成分に、励磁周波数（基本周波数）成分およびその奇数次の高調波成分が含まれる。従って、振動センサー２０は、これらの周波数成分の振動に十分な感度を持ち、これらの周波数成分の振動を高精度に測定することができるものであるのが望ましい。振動センサー２０として、例えば、公知の加速度ピックアップを用いることができる。尚、励磁周波数は、一般に、商用周波数（５０Ｈｚまたは６０Ｈｚ）である。励磁周波数が５０Ｈｚである場合、その奇数次の高調波は、１５０Ｈｚ、２５０Ｈｚ、３５０Ｈｚ、・・・の波形になる。
【００２９】
直流偏磁検出装置３０は、振動センサー２０から出力された電気信号を入力し、直流偏磁の偏磁量と方向（極性）を導出して出力する。
直流偏磁検出装置３０のハードウェアは、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ、および各種のインターフェースを備える情報処理装置や、専用のハードウェアを用いることにより実現される。以下に、直流偏磁検出装置３０が有する機能の一例を説明する。本実施形態では、以下の機能が、１つの装置で実現する場合を例に挙げて示すが、以下の機能を、複数の装置で分担して実現してもよい。
【００３０】
振動変位導出部３１は、振動計としての役割を有する。振動変位導出部３１は、振動センサー２０から、鉄心１１の振動を表す電気信号を順次取得し、取得した電気信号に基づいて、振動変位波形を導出する。振動変位波形は、前述した振動により生じる鉄心１１の変位と時間との関係を示す波形である。
【００３１】
磁化導出部３２は、変圧器１０の１次電圧（入力端子１８間の電圧）の時間積分を行い、当該時間積分値に基づいて、磁化波形を導出する。磁化波形は、鉄心１１の磁化と時間との関係を示す波形である。尚、磁化波形を導出する際に、変圧器１０の１次電圧の替わりに、変圧器１０の２次電圧（出力端子１９間の電圧）を用いてもよい。変圧器１０の１次電圧および２次電圧のうち、低い方の電圧を用いて磁化波形を導出するのが望ましい。また、磁化波形を導出するために使用する巻線電圧は、変圧器の巻線電圧であれば１次巻線または２次巻線の電圧（１次電圧または２次電圧）に限定されない。例えば、変圧器が３次巻線を有する場合には、当該３次巻線の電圧の時間積分値に基づいて、磁化波形を導出してもよい。また、磁化に替えて磁束密度を用いてもよい。
【００３２】
偏磁量・偏磁方向導出部３３は、振動変位導出部３１により導出された振動変位波形と、磁化導出部３２により導出された磁化波形とに基づいて、鉄心１１に生じている直流偏磁の偏磁量と方向（極性）を導出する。
【００３３】
前述したように直流偏磁が生じると、振動変位波形に、励磁周波数成分およびその奇数次の高調波成分が含まれるが、本実施形態では、振動変位波形の励磁周波数成分を検出する場合を例に挙げて説明する。そこで、まず、偏磁量・偏磁方向導出部３３は、振動変位波形から励磁周波数と同一の周波数成分の波形を抽出する。その方法は、例えば、特許文献１に記載のように帯域フィルタを用いたり、特許文献２に記載のようにフーリエ級数展開を用いたりする方法で実現することができ、公知の技術で実現することができるので、その詳細な説明を省略する。
【００３４】
尚、特許文献１、２に記載の技術では、１次巻線に流れる電流や鉄心からの磁束を測定するので、直流偏磁が生じると、これらの電流や磁束の波形に、偶数次の高調波成分が現れる。これに対し、本実施形態では、磁歪現象による鉄心１１の振動やギャップ１６を設けたことによる鉄心１１の振動を測定するので、前述したように、直流偏磁が生じると、この振動の波形に、励磁周波数成分および奇数次の高調波成分が現れる。
【００３５】
次に、偏磁量・偏磁方向導出部３３は、振動変位波形の励磁周波数と同一の周波数成分の波形に基づいて、直流偏磁の偏磁量と方向を導出する。尚、以下の説明では、振動変位波形の励磁周波数と同一の周波数成分の波形を必要に応じて、偏磁検出用波形と称する。
【００３６】
図２は、直流偏磁の偏磁量と方向を導出する方法の一例を説明する図である。具体的に、図２（ａ）は、直流偏磁がない場合の、磁化波形２０１ａ、振動変位波形２０２ａ、および偏磁検出用波形２０３ａの一例を示す図であり、図２（ｂ）は、直流偏磁がある場合の、磁化波形２０１ｂ、振動変位波形２０２ｂ、および偏磁検出用波形２０３ｂの一例を示す図である。
【００３７】
まず、図２を参照しながら、直流偏磁の偏磁量を導出する方法の一例を説明する。図２（ａ）に示すように、鉄心１１に直流偏磁が生じていない場合、磁化波形２０１ａは、励磁周波数と同一の周波数の波形になり、且つ、正の半周期と負の半周期とで同一の波形になる。また、振動変位波形２０２ａは、励磁周波数の偶数次の周波数の波形になる（図２（ａ）では、励磁周波数の２倍の周波数の波形を示す）。振動変位波形２０２ａには、励磁周波数成分が含まれないので、偏磁検出用波形２０３ａは０（ゼロ）の値を示す（言い換えると、偏磁検出用波形２０３ａは検出されない）。
【００３８】
一方、鉄心１１に直流偏磁が生じると、磁化波形２０１ｂは、直流偏磁の方向に応じて正の方向または負の方向シフトする（白抜きの矢印線を参照）。これにより、振動変位波形２０２ｂには、励磁周波数の偶数次の周波数成分に加えて、励磁周波数およびその奇数次の周波数成分が含まれる。従って、この振動変位波形２０２ｂの励磁周波数成分を抽出することにより、偏磁検出用波形２０３ｂとして、直流偏磁の偏磁量に対応する振幅を有する正弦波の波形が検出される。
【００３９】
変圧器１０について、直流偏磁の偏磁量と、偏磁検出用波形の振幅との関係を予め調査しておき、直流偏磁検出装置３０の内部または外部の記憶媒体に予め記憶しておく。偏磁量・偏磁方向導出部３３は、以上のようにして得られる偏磁検出用波形２０３ｂの振幅と、前記記憶媒体に記憶されている前記関係とに基づいて、鉄心１１に生じている直流偏磁の偏磁量を導出する。
尚、偏磁検出用波形の振幅に替えて、偏磁検出用波形の大きさを表す量として、偏磁検出用波形の実効値や、半周期における平均値や、ピークトゥピーク（peak to peak）値等を用いてもよい。
【００４０】
次に、図２を参照しながら、直流偏磁の方向（即ち、極性）を導出する方法の一例を説明する。まず、直流偏磁がない状態において、鉄心１１の磁化の絶対値が最大になるタイミングにおける偏磁検出用波形の極性を予め調査する。図２（ａ）に示す例では、直流偏磁の方向は、Ｄ１の方向（即ち、負の極性）になる。このときの方向（極性）の情報を、直流偏磁検出装置３０の内部または外部の記憶媒体に予め記憶しておく。
偏磁量・偏磁方向導出部３３は、偏磁検出用波形２０３ｂにおいて、記憶しておいた極性の側で振動変位の絶対値が最大になるタイミングでの鉄心１１の磁化の方向（極性）を、磁化導出部３２で導出された磁化波形２０１ｂから導出し、導出した方向（極性）を、鉄心１１に生じている直流偏磁の方向（極性）とする。
【００４１】
図２（ｂ）に示す例では、偏磁検出用波形２０３ｂから、直流磁化の方向としてＤ２の方向（正の極性）とＤ３の方向（負の極性）とが得られるが、Ｄ１の方向と同一の方向は、Ｄ３の方向である。従って、偏磁検出用波形２０３ｂにおいて、Ｄ３の方向（即ち、負の極性）で振動変位の絶対値が最大になるタイミングｔでの鉄心１１の磁化の極性は、負になる。
【００４２】
尚、前述したように本実施形態では、振動変位波形の励磁周波数成分を偏磁検出用波形にする場合を例に挙げて説明したが、励磁周波数の奇数次の高調波成分を抽出する場合には、以上の説明において、励磁周波数を、その奇数次の高調波の周波数に置き換えればよいので、その詳細な説明を省略する。また、振動変位波形から、直流偏磁が生じていないときには含まれない周波数成分を抽出していれば、必ずしも、励磁周波数成分や、その奇数次の高調波成分を検出する必要はない。ただし、直流偏磁が生じているときに振動変位波形に含まれる周波数成分は、励磁周波数成分、その奇数次の高調波成分の順に大きくなるので、励磁周波数の奇数次の高調波成分を抽出するのが望ましく、励磁周波数成分を抽出するのが最も望ましい。
【００４３】
制御部３４は、以上のようにして偏磁量・偏磁方向導出部３３により導出された直流偏磁の偏磁量と方向（極性）に基づいて、当該直流偏磁を打ち消すための制御を行う。この制御は、例えば、特許文献１に記載されているように、鉄心１１に対して巻き回した付加巻線に、直流偏磁の偏磁量に応じた大きさを有する直流電流であって、当該直流偏磁の方向（極性）とは逆方向（逆の極性）の直流偏磁が生じる向きの直流電流を流す負帰還制御により実現することができる。尚、制御部３４は、例えば、以上の制御に替えてまたは加えて、偏磁量・偏磁方向導出部３３により導出された直流偏磁の偏磁量と方向の情報を出力してもよい。出力の形態としては、コンピュータディスプレイへの表示、直流偏磁検出装置３０の内部または外部の記憶媒体への記憶、および外部装置への送信の何れか１つを採用することができる。
【００４４】
次に、図３のフローチャートを参照しながら、本実施形態の変圧器鉄心の直流偏磁検出方法の処理の一例を説明する。
ステップＳ３０１において、振動センサー２０は、鉄心１１の振動を測定する。
次に、ステップＳ３０２において、振動変位導出部３１は、振動センサー２０により測定された鉄心１１の振動を表す電気信号に基づいて、振動変位波形２０２ｂを導出する。
【００４５】
次に、ステップＳ３０３において、磁化導出部３２は、変圧器１０の巻線電圧の時間積分を行い、当該時間積分値に基づいて、磁化波形２０１ｂを導出する。尚、ステップＳ３０２とステップＳ３０３の処理の順番は逆であってもよい。また、図１に示す例では、巻線電圧は、１次巻線の電圧（１次電圧）または２次巻線の電圧（２次電圧）であり、それらの電圧のうち、低い方の電圧であるのが望ましい。
次に、ステップＳ３０４において、偏磁量・偏磁方向導出部３３は、ステップＳ３０２で導出された振動変位波形２０２ｂから励磁周波数成分の波形（偏磁検出用波形２０３ｂ）を抽出する。
【００４６】
次に、ステップＳ３０５において、偏磁量・偏磁方向導出部３３は、ステップＳ３０４で抽出された偏磁検出用波形２０３ｂの振幅と、予め記憶されている関係であって、偏磁検出用波形の振幅と直流偏磁の偏磁量との関係とに基づいて、偏磁検出用波形２０３ｂの振幅に対応する直流偏磁の偏磁量を導出する。
【００４７】
次に、ステップＳ３０６において、偏磁量・偏磁方向導出部３３は、ステップＳ３０４で抽出された偏磁検出用波形２０３ｂにおいて、予め記憶されている極性の側において絶対値が最大になるタイミングｔを特定する。そして、偏磁量・偏磁方向導出部３３は、ステップＳ３０３で導出した磁化波形２０１ｂにおいて、特定したタイミングｔにおける極性を、直流偏磁の方向（極性）として導出する。
【００４８】
最後に、ステップＳ３０７において、制御部３４は、ステップＳ３０５で導出された偏磁量に対応する大きさを有し、ステップＳ３０６で導出した方向（極性）に生じている直流偏磁を打ち消すように、変圧器１０に対する制御を行う。そして、図３のフローチャートを終了する。
【００４９】
以上のように本実施形態では、磁歪現象による鉄心１１の振動を振動センサー２０で測定し、測定した振動による鉄心１１の変位と時間との関係に基づいて、鉄心１１における直流偏磁の偏磁量と方向を検出する。従って、変圧器の本体の内部にセンサーを設置することなく、直流偏磁を反映する情報をリアルタイムで確実に得ることができる。よって、変圧器の鉄心に生じている直流偏磁を、定量的に精度良く且つ安全に検出することができる。また、本実施形態では、タンク１５の外表面に振動センサー２０を設置する。従って、より安全性が確保された状態で測定を行うことができる。
【００５０】
（実施例）
以下、実施例を説明する。本実施例では、直流偏磁の変位量と、偏磁検出用波形の振幅との関係に相関があることを確認した。
図４は、本実施例における変圧器鉄心の直流偏磁検出システムを示す図である。
図４に示すように、本実施例では、単相２脚積鉄心による乾式変圧器４０１を用いた。鉄心に生じる直流偏磁を模擬的に発生させるために、乾式変圧器４０１の１次巻線に、交流電源４０２と直流電源４０３とを並列に接続し、交流電流に直流電流を重畳させた電流を乾式変圧器４０１の１次巻線に流す。鉄心の振動の測定には、鉄心の底部に設置した加速度ピックアップ４０４を用いた。加速度ピックアップ４０４を、当該加速度ピックアップ４０４用に専用に設計された振動計４０５に接続し、振動計４０５で振動変位波形を得る。尚、振動計４０５は、波形の積分機能等を有する。振動計４０５で得られた振動変位波形を、ＦＦＴアナライザ４０６に入力する。ＦＦＴアナライザ４０６は、振動変位波形に対して、ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）を行い、振動変位波形から励磁周波数成分を抽出し、偏磁検出用波形を得る。尚、励磁周波数は、５０［Ｈｚ］である。また、ＦＦＴアナライザ４０６は、乾式変圧器４０１の２次巻線の電圧を入力し、当該電圧の時間積分値に基づいて、磁化波形（鉄心の磁化と時間との関係）を得る。
【００５１】
ここで、交流励磁条件として、励磁周波数５０Ｈｚとし、鉄心の磁束密度を１．５Ｔとする条件を採用した。直流偏磁条件として、直流磁界を０から１２Ａ／ｍまでの範囲で鉄心に与える条件を採用した。ＦＦＴアナライザ４０６は、直流偏磁条件のそれぞれにおいて、偏磁検出用波形を得る。そして、情報処理装置４０７により、ＦＦＴアナライザ４０６で導出された偏磁検出用波形の振幅と、当該偏磁検出用波形を得た際の直流偏磁条件（直流磁界）との関係を導出した。
【００５２】
図５は、鉄心に与えた直流偏磁の直流磁界の大きさと、偏磁検出用波形（振動変位波形の５０Ｈｚ成分の波形）の振幅との関係の一例を示す図である。図５に示すように、直流偏磁の偏磁量と、偏磁検出用波形の振幅には、良好な相関関係が見られる。前述した実施形態では、偏磁検出用波形の振幅との関係として、図５に示すような関係を、関数やテーブルとして、直流偏磁検出装置３０の内部または外部の記憶媒体に予め記憶する。尚、図５に示す結果から、直流偏磁の偏磁量と、偏磁検出用波形との関係を、１次関数で近似（線形近似）することができるが、ｎ次関数（ｎは２以上）で近似してもよい。
【００５３】
尚、以上説明した本発明の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその技術思想、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１０：変圧器、１２：１次巻線、１３：２次巻線、１４：絶縁油、１５：タンク、１６：ギャップ、１７：台座、１８：入力端子、１９：出力端子、２０：振動センサー、３０：直流偏磁検出装置、３１：振動変位導出部、３２：磁化導出部、３３：偏磁量・偏磁方向導出部、３４：制御部、２０１ａ〜２０１ｂ：磁化波形、２０２ａ〜２０２ｂ：振動変位波形、２０３ａ〜２０３ｂ：偏磁検出用波形
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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