(57)【要約】【課題】変電所や電気所で使われる負荷時タップ切換装置はより小型化と共に電力安定供給の上から高い動作信頼性を求められており、稼動中でも以上がないかどうかを確認するための異常監視機能が求められている。【解決手段】負荷時タップ切換装置の操作機構の駆動力を蓄勢装置４を介して開閉機構９ａ，９ｂに伝達する伝達軸３のトルクＴと角変位θ、または伝達軸３のトルクＴと蓄勢装置４の変位Ｘとの相関関係から異常を監視する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器のタップ巻線に形成されたタップを切換える切換開閉器と、前記タップに接続された固定接点を要求された位置に選択する可動接点を備えたタップ選択器と、前記切換開閉器を決められた順序で開閉させるための開閉機構と、前記開閉機構を駆動する操作機構と、操作機構の駆動力を蓄勢装置を介して開閉機構に伝達する伝達軸とから成る負荷時タップ切換装置において、前記伝達軸のトルクと角変位、または伝達軸のトルクと蓄勢装置の変位との相関関係から異常を監視するようにした負荷時タップ切換装置。
【請求項２】
蓄勢装置に第１の歯車を設け、この第１の歯車と係合する第２の歯車を設け、第２の歯車には角変位計を接続し、第１の歯車はトルク計を介して伝達軸に連結したことを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項３】
蓄勢装置に変位計を接続し、さらにこの蓄勢装置はトルク計を介して伝達軸に連結したことを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項４】
伝達軸の特定の角変位、または蓄勢装置の特定の変位におけるトルクの値を判定基準値とし、実際に測定した伝達軸のトルクと判定基準値とを比較することにより異常を監視するようにした請求項１に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項５】
伝達軸の特定の２点以上の角変位間、または蓄勢装置の特定の２点以上の変位間におけるにおけるトルクの変化量を判定基準値とし、実際に測定した伝達軸のトルクの変化量と判定基準値とを比較することにより異常を監視するようにした負荷時タップ切換装置。
【請求項６】
伝達軸の特定の２点以上の角変位間、または蓄勢装置の特定の２点以上の変位におけるトルクの積算量を判定基準値とし、実際に測定した伝達軸のトルクの積算量と判定基準値とを比較することにより異常を監視するようにした負荷時タップ切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、変圧器タップ巻線のタップを負荷時に切換えて電圧調整を行う負荷時タップ切換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年変電所や電気所の用地取得難から、電力機器の小形化、コスト低減の要求はますます高まっている。一方、電力の安定供給の上から電力機器には高い信頼性も同時に要求される。これらの要求に応えるため、簡易な構成で機能を満たすものが要求されている。
【０００３】
負荷時タップ切換装置は、変圧器の負荷時に、タップ巻線を流れる負荷電流をしゃ断して隣接するタップに電流を移す切換開閉器と、タップ巻線のタップを要求された位置に選択するタップ選択器とから構成され、負荷の変動に対応して必要な電圧調整を行うものである。
【０００４】
前記タップ選択器は負荷電流を直接しゃ断する必要がないため、タップを比較的低速度で選択し、シンプルに構成できる。一方、切換開閉器は、負荷電流を直接しゃ断するため一定以上のしゃ断速度が必要であり、また後述するような一定の決められた順番で開閉する機能が必要である。これらのことから、構造が複雑でかつ部品数が多くなる要因となっている。
【０００５】
近年、切換開閉器として従来から一般的に用いられている油中しゃ断方式の開閉器に比べて小型化し、動作信頼性の高い真空バルブを用いた負荷時タップ切換装置が普及してきている。この真空バルブを用いた負荷時タップ切換装置は種々考案されているが、その一例として、２個の限流抵抗と４個の真空バルブを用いた２抵抗４バルブ方式のタップ切換動作を、図５、図６を参照して説明する。
【０００６】
図５は２抵抗４バルブ方式の負荷時タップ切換装置の切換回路とその切換順序を▲１▼から▲５▼の順に示す回路構成図、図６は図５の切換回路における切換順序▲１▼から▲５▼に対応する動作シーケンス図である。
【０００７】
図５において、Ｔｗは変圧器のタップ巻線、Ｔ１、Ｔ２はタップ巻線Ｔｗの途中から引き出されたタップ、ＷＡ、ＷＢは接点Ｍ１、Ｍ２を介してタップＴ１、Ｔ２にそれぞれ接続された真空バルブから成る抵抗バルブ、ＨＡ、ＨＢは一端をそれぞれ前記抵抗バルブＷＡ、ＷＢに接続され、他端が中性点に接続された同じく真空バルブから成る主バルブである。Ｒ１、Ｒ２はそれぞれ前記主バルブＨＡ、ＨＢに並列に接続された限流抵抗である。
【０００８】
次に、タップの切換動作について説明する。図５及び図６において、▲１▼はタップＴ１に選択された運転状態を示している。この状態で、図示されていない操作機構のタップ切換駆動によって、タップが動かされタップ切換動作が開始される。
【０００９】
まず、主バルブＨＡが開いてタップＴ１を流れる負荷電流ＩＡをしゃ断すると、負荷電流ＩＡは限流抵抗Ｒ１に移る（図中▲２▼）。次に、抵抗バルブＷＢが閉じると、２つの限流抵抗Ｒ１、Ｒ２には負荷電流ＩＡとタップ間電流ＩＢが流れる（図中▲３▼）。次に、抵抗バルブＷＡが開いて負荷電流ＩＡを遮断してタップＴ２に移すと（図中▲４▼）、限流抵抗Ｒ２には負荷電流ＩＡのみが流れる。最後に、主バルブＨＢが閉じてタップＴ２に完全に切換わり、タップＴ２での運転状態となってタップ切換動作を終了する（図中▲５▼）。
【００１０】
この図５、図６において、切換開閉器の１タップ切換に要する時間（主バルブＨＡが開いた状態から、他方の主バルブＨＢが閉じるまでの時間）を切換開閉器の切換時間ｔ２としている。この切換時間ｔ２は常時一定の値でなければ、主バルブＨＡ、ＨＢおよび抵抗バルブＷＡ、ＷＢの負荷電流遮断能力に影響を与えることになる。
【００１１】
また、図５、図６には、タップ選択器の動作を省略しているが、図５中▲５▼の状態から図示しないタップＴ３への切換に際しては、タップ選択器の接点Ｍ１がタップＴ１からＴ３へ移動を完了した後、切換開閉器は▲５▼の状態から▲１▼の状態へ前述の動作と逆の順序で切換動作を行うことになる。
このような動作原理による従来の負荷時タップ切換装置としては、例えば図７に示すような構成のものがある。なお、図７では負荷時タップ切換装置の内、切換開閉器部分のみを示し、タップ選択器は図中から省略している。
【００１２】
図７において、１は図示しない変圧器カバーに取付けられる頭部、２は図示しない操作機構からの駆動力を受け、その駆動力を垂直変換する減速装置、３は減速装置２の駆動力を蓄勢装置４へ伝達する絶縁物から成る伝達軸、５は頭部１に適宜の間隔を存して取付けられた複数本の絶縁支柱で、支持棒６と共に全体の構造を支持する。
【００１３】
７は蓄勢装置４からの放勢力を受けて回転する駆動軸で、この駆動軸７は軸中央部に取付けられたカム８を回転させ、開閉機構９ａ、９ｂを介して主バルブＨＡ、ＨＢと抵抗バルブＷＡ、ＷＢを前記図５、図６で示した決められた順序に従って開閉駆動する。
【００１４】
開閉機構９ａ、９ｂは、それぞれローラ１０ａ、１０ｂをカム８の溝に係合して連結した駆動ボス１１ａ、１１ｂと、主バルブＨＢおよび抵抗バルブＷＢのにそれぞれ連結した絶縁ロッド１２ａ、１２ｂと、この絶縁ロッド１２ａ、１２ｂに連結した開閉ボス１３ａ、１３ｂと、開閉ボス１３ａ、１３ｂと駆動ボス１１ａ、１１ｂとの間に設けたワイプばね１４ａ、１４ｂとから構成されている。図では右側の、主バルブＨＢ、抵抗バルブＷＢの開閉機構９ａ、９ｂについて符号を付けて説明したが、図示左側の主バルブＨＡ、抵抗バルブＷＡにおいても同様の開閉機構が設けられている。１５は開閉機構９ａ、９ｂが取付けられた軸受板である。
【００１５】
また、１６は中性点引出し端子Ｎと主バルブＨＡ、ＨＢを固定する締付部を有した中性点導体で、蓄勢装置４に支持棒６により固定されている。１７ａ、１７ｂは主バルブＨＡ、ＨＢおよび抵抗バルブＷＡ、ＷＢ各々の可動接点と接続導体１８とを接続した平編線で、主バルブＨＡ、ＨＢから抵抗バルブＷＡ、ＷＢへの通電経路を形成している。接続導体１８は、外周側が絶縁材料でコーティングされている。
【００１６】
１９ａ、１９ｂは抵抗バルブＷＡ、ＷＢの固定接点に取付けられた接続端子である。また、２０は絶縁パネルで、接続端子１９ａ、１９ｂを取付け、その中央部には駆動軸７の軸受２１を有している。
【００１７】
次に、上記従来の負荷時タップ切換装置の動作を説明する。図示しない操作機構の回転駆動力は減速装置２へ伝達され、さらに伝達軸３を介して蓄勢装置４に蓄勢動作を与える。この蓄勢装置４の蓄勢力が所定値に達すると放勢され、その放勢力を回転運動に変換して駆動軸７を回転させる。この回転によりカム８が回転して外周部に設けられた溝の変位に応じて駆動ボス１１ａ、１１ｂを上、下方向に駆動する。
【００１８】
さらに、この直線運動が、ワイプばね１４ａ、１４ｂ、開閉ボス１３ａ、１３ｂ、絶縁ロッド１２ａ、１２ｂを介して、主バルブＨＡ、ＨＢおよび抵抗バルブＷＡ、ＷＢに伝わり所定の順序で開閉される。
【００１９】
図８は、カム８の溝とローラの位置との関係、及びそれに対応した主バルブＨＡ、ＨＢ、抵抗バルブＷＡ、ＷＢの開閉動作を説明するための図であり、８ａ、８ｂはカム８に設けられた溝で、これらの溝８ａ、８ｂに沿って駆動ボス１１ａ、１１ｂに連結されたローラ１０ａ、１０ｂが回転しながら上下方向に移動することにより、絶縁ロッド１２ａ、１２ｂを介して連結された開閉ボス１３ａ、１３ｂが上下方向に駆動し、主バルブＨＡ、ＨＢ、抵抗バルブＷＡ、ＷＢがそれぞれ開閉される。ここで、図８において、▲１▼〜▲５▼は動作原理を示す図５及び図６中の数字と同一状態を示している。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の負荷時タップ切換装置は、切換開閉器として真空バルブを採用することにより小形化、簡易な構成によるコスト低減、および信頼性の向上という要求に応えてきている。しかし、さらなる電力の安定供給を図るためには、負荷時タップ切換装置の稼動状態が正常であることの確認と、異常発生の監視が可能な予防保全システムを、本体同様に簡易な構成で実現することが望まれている。
【００２１】
本発明は、上記のような問題点を解決し、小形かつ簡易な構成にして信頼性の向上を図り得る動作監視機能を備えた負荷時タップ切換装置を提供することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、変圧器のタップ巻線に形成されたタップを切換える切換開閉器と、前記タップに接続された固定接点を要求された位置に選択する可動接点を備えたタップ選択器と、前記切換開閉器を決められた順序で開閉させるための開閉機構と、前記開閉機構を駆動する操作機構と、操作機構の駆動力を蓄勢装置を介して開閉機構に伝達する伝達軸とから成る負荷時タップ切換装置において、前記伝達軸のトルクと角変位、または伝達軸のトルクと蓄勢装置の変位との相関関係から異常を監視するようにしたことを特徴とする。
【００２３】
この発明によれば、伝達軸のトルクと角変位、または伝達軸のトルクと蓄勢装置の変位との相関関係を監視することにより、負荷時タップ切換装置の稼動状態の異常を監視する。
【００２４】
請求項２に記載の発明は、蓄勢装置に第１の歯車を設け、この第１の歯車と係合する第２の歯車を設け、第２の歯車には角変位計を接続し、第１の歯車はトルク計を介して伝達軸に接続したことを特徴とする。
この発明によれば、簡易な構成で、伝達軸のトルクと角変位との相関関係を監視することにより、負荷時タップ切換装置の稼動状態の異常を監視する。
【００２５】
請求項３に記載の発明は、蓄勢装置に変位計を連結し、さらにこの蓄勢装置はトルク計を介して伝達軸に連結したことを特徴とする。
この発明によれば、簡易な構成で、伝達軸のトルクと蓄勢装置の変位との相関関係を監視することにより、負荷時タップ切換装置の稼動状態の異常を監視する。
【００２６】
請求項４に記載の発明は、伝達軸の特定の角変位、または蓄勢装置の特定の変位におけるトルクの値を判定基準値とし、実際に伝達軸のトルクを測定するようにしたことを特徴とする。
この発明によれば、判定基準値と実際の伝達軸のトルクとを比較することにより負荷時タップ切換装置の稼動状態の異常を監視する。
【００２７】
請求項５に記載の発明は、伝達軸の特定の２点以上の角変位間、または蓄勢装置の特定の２点以上の変位間におけるにおけるトルクの変化量を判定基準値とし、実際に伝達軸のトルクを測定するようにしたことを特徴とする。
この発明によれば、実際に測定した伝達軸のトルクの変化量と判定基準値とを比較することにより負荷時タップ切換装置の稼動状態の異常を監視する。
【００２８】
請求項６に記載の発明は、伝達軸の特定の２点以上の角変位間、または蓄勢装置の特定の２点以上の変位におけるトルクの積算量を判定基準値とし、実際に伝達軸のトルクを測定するようにしたことを特徴とする。
この発明によれば、実際に測定した伝達軸のトルクの積算量と判定基準値とを比較することにより負荷時タップ切換装置の稼動状態の異常を監視する。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明による負荷時タップ切換装置の実施の形態を示す正面図である。なお、図１において図７に示した従来技術による負荷時タップ切換装置と同一部分については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３０】
図１において、２は図示しない操作機構からの駆動力を受け、その駆動力を垂直変換する減速装置、４は減速装置２に連結され、蓄勢ばね４ｂを有する蓄勢装置、３は蓄勢装置４の放勢力により回転する絶縁物から成る伝達軸、５は頭部１に適宜の間隔を存して取付けられた複数本の絶縁支柱で、支持棒６と共に全体の構造を支持する。
【００３１】
７は伝達軸３に連結され、蓄勢装置４からの放勢力を受けて回転する駆動軸である。この駆動軸７が回転すると、これに伴ってカム８が回転し、開閉機構９ａ、９ｂを介して主バルブＨＡ、ＨＢと抵抗バルブＷＡ、ＷＢを決められた順序に従って開閉駆動させる構成については従来と同様である。
【００３２】
本実施の形態においては、蓄勢機構４と伝達軸３との間には、第１の歯車２２を介して、トルク計２３が接続されている。トルク計２３の方式にはにはひずみゲージ方式等いくつかの種類があるが、本発明ではでは特定しない。さらに、第１の歯車２２と係合する第２の歯車２４には、角変位計２５が接続されている。また、蓄勢装置４には、並進方向に変位計２６が接続されている。変位計２６および角変位計２５の方式には抵抗方式等いくつかの種類があるが、本発明では特定しない。なお、トルク計２３、角変位計２５、変位計２６はそれぞれ図示しないケーブルを介して現場中継盤の異常監視装置２７に接続されている。
【００３３】
次に上記のように構成された負荷時タップ切換装置の作用を説明する。
図示しない操作機構の回転駆動力は減速装置２へ伝達され、さらに蓄勢装置４に伝達され蓄勢動作を与える。この蓄勢装置４内部の蓄勢ばね４ｂの蓄勢力が所定値に達すると放勢され、その放勢力を回転運動に変換して伝達軸３が回転される。伝達軸３の回転と共に、駆動軸７とカム８が回転する。なお、カム８の回転による主バルブＨＡ、ＨＢ、抵抗バルブＷＡ、ＷＢの動作原理は図５、図６及び図８と同様なので、ここではその説明を省略する。
【００３４】
トルク計２３は蓄勢機構４から絶縁ロッド３に伝達されるトルクを検出し、その値を信号として異常監視装置２７へ出力する。角変位計２５は、第１の歯車２２と第２の歯車２４を介して伝達された伝達軸３の変位角を検出し、その値を信号として異常監視装置２７へ出力する。同様に変位計２６は、蓄勢機構４の並進方向の変位を検出し、その値を信号として異常監視装置２７へ出力する。
【００３５】
ここで、本発明の負荷時タップ切換装置の異常監視手段を図２乃至図４により説明する。トルク計２３、角変位計２５、変位計２６の信号は、それぞれ図示しないケーブルを介して判定基準値が設定された専用の回路または計算機を備えた現場中継盤の異常監視装置２７に出力される。その出力例を図２乃至図４に示す。
【００３６】
図２に示すように、角変位計２５の信号から求まる角変位θおよび変位計２６の信号から求まる変位Ｘと、トルク計２３の信号から求まるトルクＴとはそれぞれ独立したものではなく、相互に定量的な相対関係がある。このため、単に全体のトルクＴの最大値を判定基準値とするような方法では、正確な判断ができない。
【００３７】
本発明では、特定の角変位θａにおけるトルクＴを判定基準値Ｔａとして定めておき、この判定基準値Ｔａと実際にトルク計２３で測定したトルク値との相対的関係を比較し異常の診断を行う。例えば、角変位θａ付近において摺動部の摩擦力の過大が発生した場合、角変位θａにおけるトルクＴが判定基準値Ｔａを超える過大な値Ｔａ’となり、異常監視装置２７が負荷時タップ切換装置の稼動状態を異常と判定することができる。
【００３８】
また図３に示すように、特定の角変位θｄとθｅにおけるトルクの差Ｔｅ−Ｔｄを判定基準値として定めておく。例えば、角変位θｄとθｅの間に駆動する真空バルブの真空破壊により自閉力が失われた場合、この間のトルク差は判定基準値を下回る値Ｔｅ’−Ｔｄ’となり、異常監視装置２７が負荷時タップ切換装置の稼動状態を異常と判定することができる。
【００３９】
この手段では２点の角変位間におけるトルクの変化量を判定基準値とすることによって、周囲温度変化等に起因する変位角全体にわたるトルク増減の影響を受けずに異常診断することができる。
【００４０】
さらに図４に示すように、本発明では、特定の角変位θｇとθｈの間におけるトルクの積算量Ｅを判定基準値として定めておく。トルクの積算量Ｅは、次式によって求めることができる。
【００４１】
【数１】
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【００４２】
例えば、角変位θｇとθｈの間に駆動する開閉機構にゆるみ等が生じて図４中のＴ’のようなトルクが生じた場合、トルクの積算量Ｅ’が判定基準値Ｅを超える値となり、異常監視装置２７が負荷時タップ切換装置の稼動状態を異常と判定することができる。
この手段では特定区間のトルクを積算して判定基準値とすることにより、絶対値としては小さなトルクＴの異常を高精度に診断することができる。
【００４３】
前記実施の態様の説明では、伝達軸の特定の角変位に対するトルクの値の相関関係を求めて異常検出を行う場合について説明したが、蓄勢装置の変位と伝達軸のトルクの値との相関関係に基づいて異常検出を行うようにしても良い。
【００４４】
なお、図２乃至図４に示した角変位θ、変位Ｘ、トルクＴとそれぞれの相関関係および判定基準値については、負荷時タップ切換器の機種や運用形態によって異なるものであり、本実施の形態ではその中の典型的な例について説明している。
【００４５】
本発明では、前述の形態に限るものではなく、負荷時タップ切換器の用途に応じて種々変形して実施できることは勿論である。本発明では２抵抗４バルブ方式の負荷時タップ切換器に関して実施例を紹介したが、他の方式の負荷時タップ切換器に関しても、本発明を容易に適用可能である。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、負荷時タップ切換装置の動作時に作用する伝達軸のトルクと角変位、または伝達軸のトルクと蓄勢装置の変位との相関関係を監視することにより、小形かつ簡易な構成にして信頼性の向上を図り得る動作監視機能を備えた負荷時タップ切換装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による負荷時タップ切換装置を示す正面図。
【図２】本発明の請求項４に対応する異常監視手段を説明する特性図。
【図３】本発明の請求項５に対応する異常監視手段を説明する特性図。
【図４】本発明の請求項６に対応する異常監視手段を説明する特性図。
【図５】２抵抗４バルブ方式の負荷時タップ切換装置の動作原理を説明するための回路構成図。
【図６】２抵抗４バルブ方式の負荷時タップ切換装置の動作原理を説明するための動作シーケンス図。
【図７】従来の負荷時タップ切換装置を示す正面図。
【図８】従来及び本発明の負荷時タップ切換装置におけるカムの溝とローラ位置との関係を示す説明図。
【符号の説明】
１…頭部、２…減速装置、３…伝達軸、４…蓄勢装置、７…駆動軸、８…カム、９ａ、９ｂ…開閉機構、Ｔｗ…タップ巻線、ＨＡ、ＨＢ…主バルブ、ＷＡ、ＷＢ…抵抗バルブ、ＩＡ、ＩＢ…電流、ｔ２…切換時間、２２…第１の歯車２３…トルク計、２４…第２の歯車、２５…角変位計、２６…変位計、２７…異常監視装置、θ…角変位、Ｘ…変位、Ｔ…トルク。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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