(57)【要約】【課題】負荷時タップ切換器を有する静止誘導機器の並列運転時において、電圧切換動作を安全に行うことのできる電圧切換制御方法及び電圧切換制御装置を提供する。【解決手段】電圧切換制御装置Ｄは、並列回路に各々設けられた負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂを備えた変圧器３Ａ、３Ｂと、この各変圧器３Ａ、３Ｂに接続され、変圧器３Ａ、３Ｂに設けられた負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂの電圧切換を制御するタップ切換制御装置４とからなる。また、このタップ切換制御装置４は、変圧器３Ａ、３Ｂに設けられた負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂに電圧切換の信号を送信する信号送信部４３と変圧器３Ａ、３Ｂの接続された並列回路の電流値を電流測定用デバイス４４を介して測定する電流検出部４２と、この電流検出部４２の検出結果に基づいて信号送信部４３を制御する制御部４１とを備えている。【選択図】  図１
2005012954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数並列に設けられ、それぞれ負荷時タップ切換器とこの切換器の動作を制御するタップ切換制御部とを有する静止誘導機器において、前記タップ切換制御部の制御によって前記負荷時タップ切換器が電圧切換を行う電圧切換制御方法であって、
前記複数の静止誘導機器のうち一の機器の負荷時タップ切換器のタップ切換を行い、前記負荷時タップ切換器が接続された並列回路に流れる電流値が前記負荷時タップ切換器で消弧可能な程度に減衰した後に、次の一の機器のタップ切換を行うことを特徴とする電圧切換制御方法。
【請求項２】
前記各静止誘導機器の電圧切換を行なう間隔を、前記静止誘導機器の接続された並列回路に流れる循環電流の大きさ、負荷電流との位相差及び過渡電流の時定数と、前記負荷時タップ切換器に設けられた切換スイッチの消弧能力とから求めることを特徴とする請求項１に記載の電圧切換制御方法。
【請求項３】
複数並列に設けられ、それぞれ負荷時タップ切換器とこの切換器の動作を制御するタップ切換制御部とを備えた静止誘導機器において、前記タップ切換制御部の制御によって前記負荷時タップ切換器が電圧切換を行う電圧切換制御装置であって、
前記タップ切換制御部は、前記静止誘導機器が接続されている並列回路に流れる電流を検出する電流検出部と、前記複数の静止誘導機器のうち一の機器の負荷時タップ切換器に対して電圧切換信号を送信すると共に、前記電流検出部によって検出された他の機器が接続された並列回路に流れる負荷電流が前記負荷時タップ切換器で消弧可能な程度に減衰した後に次の一の機器に電圧切換信号を送信する信号送信部とを備え、
前記負荷時タップ切換器は、前記電圧切換信号を受信して電圧切換を行うことを特徴とする電圧切換制御装置。
【請求項４】
前記タップ切換制御部には、前記電流検出部によって検出される電流値を表示する表示部と、この表示される電流値に基づいて前記信号送信部を操作する制御盤とを備えることを特徴とする請求項３に記載の電圧切換制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷時タップ切換器を有する電力用変圧器等の静止誘導機器に関するものであって、特に、静止誘導機器の並列運転時において、安全に電圧切換動作を行うことのできる電圧切換制御方法及び電圧切換制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、送配電系統においては負荷が変動して電圧変化が起きる。そこで、従来より送配電系統の静止誘導機器には系統の電圧を一定に保つために負荷時タップ切換器が設けられている。この負荷時タップ切換器は、静止誘導機器の負荷電流やタップ間の橋絡電流を開閉する切換開閉器と、静止誘導機器のタップ巻線から引き出されたタップを無負荷状態で選択するタップ選択器とから構成されている。このような負荷時タップ切換器を複数並列に設けられた静止誘導機器の各々に設けて構成されたものとして、以下のような技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−９３７５１号公報
【０００４】
ところで、このような負荷時タップ切換器の設けられた複数の静止誘導機器を並列運転する場合には、電圧切換のタイミングがずれることによって、図７に示すように、静止誘導機器の接続された並列回路に循環電流Ｉｃが流れてしまうため、電圧切換は並列運転するすべての機器間で同時に行なうこととしていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように複数機器間の電圧切換を同時に行おうとしても、実際には負荷時タップ切換器の電動操作機構間の歯車やカップリング等の連結部の遊びなどによって、切換のタイミングにわずかながら時間差が生じてしまっていた。そして、この時間差があるが故に過渡的な電流がタップ切換器に流れている状態で切換動作が始まることとなっていため、電圧切換をうまく行うことができなかった。
【０００６】
すなわち、並列運転される複数の静止誘導機器の電圧同時切換時に生じるわずかな時間差によって並列回路には循環電流Ｉｃが流れ、タップ切換器には過渡的に直流電流が重畳された状態の電流が流れる。このとき系統の負荷と循環電流Ｉｃの大きさによっては、過渡電流が１０サイクル（数１０ｍｓ）以上も零点まで下がらずに流れるという現象が確認されている。タップ切換器において切換動作を行なうには、負荷時においても流れている電流が零点を迎えることが必要であり、１０サイクル以上も零点に落ちない電流が流れている状態では、切換動作時に切換スイッチの故障やタップ間短絡につながる可能性があった。
【０００７】
具体的には、図７に示すように、２台の変圧器の並列運転時において変圧器３Ａ、３Ｂが先に昇圧タップ切換を行なった場合には、並列の回路に循環電流Ｉｃが流れている状態となる。また、系統には負荷電流２×ＩＬが流れているため、結果としてそれぞれの変圧器には負荷電流ＩＬに循環電流Ｉｃを付加した電流が流れていることとなる。
【０００８】
そして、図８に示すように、負荷電流ＩＬと循環電流Ｉｃの大きさの比率や変圧器３Ａ、３Ｂのタップ切換時の電流の位相によっては、変圧器３Ａ、３Ｂに過渡的な直流電流が流れる。この直流電流は並列回路の時定数に従って減少するが、その値が十分小さくなる前に変圧器３Ａ、３Ｂのタップ切換が始まってしまうと、タップ切換器の切換スイッチで直流電流が消弧できずＬＴＣの故障および変圧器のタップ間短絡等の事故につながる可能性があった。
【０００９】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、負荷時タップ切換器を有する静止誘導機器の並列運転時において、電圧切換動作を安全に行うことのできる電圧切換制御方法及び電圧切換制御装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の電圧切換制御方法は、複数並列に設けられ、それぞれ負荷時タップ切換器とこの切換器の動作を制御するタップ切換制御部とを有する静止誘導機器において、前記タップ切換制御部の制御によって前記負荷時タップ切換器が電圧切換を行う電圧切換制御方法であって、前記複数の静止誘導機器のうち一の機器の負荷時タップ切換器のタップ切換を行い、前記負荷時タップ切換器が接続された並列回路に流れる電流値が前記負荷時タップ切換器で消弧可能な程度に減衰した後に、次の一の機器のタップ切換を行うことを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の方法の発明を電圧切換制御装置として捉えたものであって、複数並列に設けられ、それぞれ負荷時タップ切換器とこの切換器の動作を制御するタップ切換制御部とを備えた静止誘導機器において、前記タップ切換制御部の制御によって前記負荷時タップ切換器が電圧切換を行う電圧切換制御装置であって、前記タップ切換制御部は、前記静止誘導機器が接続されている並列回路に流れる電流を検出する電流検出部と、前記複数の静止誘導機器のうち一の機器の負荷時タップ切換器に対して電圧切換信号を送信すると共に、前記電流検出部によって検出された他の機器が接続された並列回路に流れる負荷電流が前記負荷時タップ切換器で消弧可能な程度に減衰した後に次の一の機器に電圧切換信号を送信する信号送信部とを備え、前記負荷時タップ切換器は、前記電圧切換信号を受信して電圧切換を行うことを特徴とする。
【００１２】
以上のような請求項１及び請求項３記載の発明では、タップ切換制御部の制御によって、並列回路に流れる過渡な直流電流を検出し、複数並列に設けられた静止誘導機器のタップ切換器を同時ではなく、ある一定の時間、すなわち検出した電流値がタップ切換器によって消弧可能な程度に十分に減衰した後に切換動作を行うことによって、タップ切換器の健全な切換動作が可能となる。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記各静止誘導機器の電圧切換を行なう間隔を、前記静止誘導機器の接続された並列回路に流れる循環電流の大きさ、負荷電流との位相差及び過渡電流の時定数と、前記負荷時タップ切換器に設けられた切換スイッチの消弧能力とから求めることを特徴とする。
【００１４】
以上のような請求項２記載の発明では、請求項１記載の電圧切換制御方法において、各負荷時タップ切換器の切換時間間隔を、静止誘導機器の電圧切換のステップ電圧、抵抗、インダクタンスから機器を流れる過渡電流の大きさ・時定数を求め、それらの数値と負荷時タップ切換器の直流電流の消弧能力から、電流値がタップ切換器によって消弧可能な程度に十分に減衰する時間間隔を導出することができるようになる。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記タップ切換制御部には、前記電流検出部によって検出される電流値を表示する表示部と、この表示される電流値に基づいて前記信号送信部を操作する制御盤とを備えることを特徴とする。
【００１６】
以上のような請求項４記載の発明では、複数並列して設けられた静止誘導機器の接続された並列回路を流れる電流を表示手段を介してリアルタイムで表示することによって、過渡電流の監視を行うことができるようになる。さらに、この表示から過渡電流の重畳が十分小さくなったことを確認した上で、制御盤を介して信号送信部に対して電圧切換のための信号を送ることができるため、複数の静止誘導機器の電圧切換をタイミングよく行うことができるようになる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態（以下「実施形態」と呼ぶ）について図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
〔１．第１の実施形態〕
図１は第１の実施形態の構成を示すブロック図であり、図２は変圧器の接続された並列回路を流れる電流の時間変化波形を示すグラフである。本発明の電圧切換制御方法は、同図に示す電圧切換制御装置Ｄによって実現されるものである。この電圧切換制御装置Ｄは、概略的には、送配電系統の負荷２の変動に対応した電圧変化量をタップ切換制御装置４で検出し、これに基づいて系統電源１から送られてくる電圧の昇圧が必要と判断すると負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂ（単にタップ切換器ともいう。）を有する変圧器３Ａ、３Ｂに対して、電圧切換指令を送るように構成されている。
【００１９】
さらに具体的には、電圧切換制御装置Ｄは、並列回路に各々設けられた負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂを備えた変圧器３Ａ、３Ｂと、この各変圧器３Ａ、３Ｂに接続され、変圧器３Ａ、３Ｂに設けられた負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂの電圧切換を制御するタップ切換制御装置４とからなる。また、このタップ切換制御装置４は、変圧器３Ａ、３Ｂに設けられた負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂに電圧切換の信号を送信する信号送信部４３と変圧器３Ａ、３Ｂの接続された並列回路の電流値を電流測定用デバイス４４を介して測定する電流検出部４２と、この電流検出部４２の検出結果に基づいて信号送信部４３を制御する制御部４１とを備えている。
【００２０】
ここで、既に従来技術として説明した通り、図１において、変圧器３Ａのみが先に昇圧タップ切換を行なった場合、並列の回路には循環電流Ｉｃが流れることとなり、系統には負荷電流２×ＩＬが流れているから、変圧器３Ｂには負荷電流ＩＬに循環電流Ｉｃが付加された電流が流れることとなる。
【００２１】
したがって、負荷電流ＩＬと循環電流Ｉｃの大きさの比率や変圧器３Ａのタップ切換時の電流の位相によっては、変圧器３Ｂに過渡的な直流電流が流れる。この直流電流は、図２のグラフに示すように、並列回路の時定数に従って減少するが、その値が十分小さくなる前に変圧器３Ｂのタップ切換を行うと、タップ切換器３１Ｂの切換スイッチで直流電流が消弧できず、タップ切換制御装置４の故障や変圧器のタップ間短絡等の事故につながることとなる。
【００２２】
そこで、本発明第１の実施形態では、タップ切換制御装置４の作用によって、このような過渡的に発生する直流電流がタップ切換器３１Ｂの切換スイッチで消弧しうる値以下まで減衰するまでのあいだ変圧器３Ｂの電圧切換を待機させ、この一定期間、すなわち、図２に示すＴｃ期間経過後にタップ切換動作を行なうように構成している。
【００２３】
次に、上述したタップ切換器３１Ａ、３１Ｂの切換スイッチにおいて過渡的に発生する直流電流を十分に消弧しうる値以下まで減衰する時間間隔について、その算出方法について説明する。なお、本実施形態においてこれらの処理は、上述の制御部４１で行われるものである。
【００２４】
本実施形態の電圧切換制御装置において、複数の変圧器３Ａ、３Ｂの電圧切換を行う時の時間間隔Ｔｃは、循環電流Ｉｃの大きさ、負荷電流ＩＬとの位相差、および過渡電流の時定数Ｔ、負荷時タップ切換器３１の切換スイッチの直流消弧能力によって決まるものである。この過渡電流の時定数Ｔは、変圧器３Ａ、３Ｂのタップのステップ電圧と並列回路の回路定数によって求めることができる。
【００２５】
上記のような処理を図３の２台の変圧器の並列運転時の等価回路を用いて、具体的に説明する。通常、並列運転の回路定数は、負荷電流の均等な分担のため、ほぼ同一である。また、負荷は条件が最も厳しくなる誘導性負荷とした。回路の抵抗をＲ、インダクタンスをＬ、変圧器３Ａの１ステップ分のタップ電圧をｖＴとすると、並列回路を流れる循環電流Ｉｃは次の式で表すことができる。なお、並列回路において通常はＲ＜ｗＬとなるので、この電流も電源電圧にたいして９０°の遅れの位相をもつ電流となる。
【数１】
2005012954.tif 000003
【００２６】
また、並列回路の時定数Ｔは以下のように表すことができる。
【数２】
2005012954.tif 000004
【００２７】
変圧器３Ｂに流れる過渡電流がもっとも厳しくなる条件は、負荷電流ＩＬと循環電流Ｉｃの大きさが等しく、負荷電流ＩＬの位相が９０°もしくは２７０°で最大となるときに、変圧器３Ａのタップ切換が行なわれる場合である。このとき変圧器３Ｂを流れる電流は図４のようになり過渡電流はＩＬのピーク値から時定数Ｔによって減衰する波形となる。
【００２８】
変圧器３Ａの電圧切換から変圧器３Ｂのタップ切換までの時間Ｔｃは、この条件下において、変圧器を流れる過渡的な直流電流が負荷時タップ切換器３１の切換スイッチの直流消弧能力以下になるまでの期間となる。
【００２９】
以上のような構成からなる本実施形態の電圧制御切換方法は、次のように作用する。すなわち、送配電系統の負荷２の変動に対応した電圧変化量を電流測定用デバイス４４を介して電流検出部４２が検出し、これに基づいて制御部４１が、変圧器３Ａ、３Ｂの昇圧が必要と判断すると、制御部４１が信号送信部４３を制御して、負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂへ電圧切換の信号を送信する。
【００３０】
この際、制御部４１は、まず、変圧器３Ａの電圧のみを切り換えるよう制御し、これを切り換えた後、電流検出部４２から送られてくる循環電流Ｉｃの大きさ、負荷電流ＩＬとの位相差と、過渡電流の時定数Ｔおよび負荷時タップ切換器３１Ｂの切換スイッチの直流消弧能力に基づいて、変圧器３Ａの電圧切換後、変圧器３Ｂに過渡的に流れる直流電流が、負荷時タップ切換器３１Ｂの切換スイッチによって消弧可能な程に減衰する時間間隔Ｔｃを求める。そして、この求められた時間間隔Ｔｃ経過後、制御部４１は、信号送信部４３を制御して、負荷時タップ切換器３１Ｂの電圧切換を行う。
【００３１】
以上のように作用する本実施形態では、次のような効果を奏する。すなわち、制御部４１の制御によって、電流検出部４２を介して並列回路に流れる過渡な直流電流を検出し、変圧器３Ａ、３Ｂの負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂを同時ではなく、検出した電流値がタップ切換器３１Ａ、３１Ｂの切換スイッチによって消弧可能な程度に十分に減衰する時間間隔Ｔｃ経過後に切換動作を行うことによって、負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂの健全な切換動作を行うことができるようになる。
【００３２】
また、上記負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂの切換時間間隔Ｔｃを、変圧器の接続された並列回路に流れる循環電流Ｉｃの大きさと、負荷電流ＩＬとの位相差と、過渡電流の時定数Ｔと、負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂに設けられた切換スイッチの消弧能力から求めるため、電流値がタップ切換器によって消弧可能な程度に十分に減衰する時間間隔を正確に導出することができるようになる。
【００３３】
〔２．第２の実施形態〕
本発明第２の実施形態は、第１実施形態における変圧器３が３台以上並列して設けられている場合について示すものである。なお、この第２の実施形態において第１の実施形態と異なるのは、各変圧器の電圧切換を行う時間間隔Ｔｃの算出方法であり、電圧切換制御装置Ｄの構成や作用について上記第１の実施形態におけるものと同様な点は第１実施形態と同一の符号を用いる。
【００３４】
図４は、本実施形態に係る電圧切換制御装置の構成を示すブロック図である。同図に示すように、本実施形態における電圧切換制御方法としては、概略的には、ｎ台の変圧器の並列運転時において、１台目の変圧器の電圧切換から過渡電流が切換スイッチによって消弧できる程度に減衰するまで２台目以降の電圧切換を待機させ、２台目の電圧切換を行なった後も過渡電流が十分減衰するまでは３台目以降の電圧切換を待機させる、というように１台目の変圧器の電圧切換からある一定時間間隔をおいて順々に電圧切換を行なっていくというというものである。
【００３５】
本実施形態のように、変圧器３がｎ台並列に設けられている場合には、電圧切換を行なった変圧器群の並列回路と電圧切換を行なっていない変圧器群の並列回路を直列にして考えることで、各変圧器の循環電流Ｉｃを求める。このような装置の等価回路を図５のように表すと、１台目からｎ台目までの変圧器３が電圧切換を行なった後に、各変圧器に流れる循環電流Ｉｃ（１）〜Ｉｃ（Ｎ）は下記の式（３）、（４）から求めることができる。
【数３】
2005012954.tif 000005
【数４】
2005012954.tif 000006
【００３６】
また、並列回路の時定数Ｔは、上記第１の実施形態における式（２）で求める。以上のような計算式から算出される数値を用いることによって、第１の実施形態における２台の変圧器３の並列運転時と同じような評価方法で、ｎ台目の変圧器３の電圧切換からｎ＋１台目の変圧器３の電圧切換までに必要な時間間隔Ｔｃを導出することができる。
【００３７】
したがって、変圧器がｎ台並列に設けられている場合であっても、本実施形態における電圧切換制御方法および電圧切換制御装置を用いれば、ｎ台の変圧器３の負荷時タップ切換器３１を同時ではなく、検出した電流値がタップ切換器３１の切換スイッチによって消弧可能な程度に十分に減衰する時間間隔Ｔｃ経過後に順次切換動作を行うことによって、負荷時タップ切換器３１の健全な切換動作を行うことができるようになる。
【００３８】
〔３．他の実施形態〕
本発明は、上記のような実施形態に限定されるものではなく、例えば、次のような実施形態も含む。すなわち、図６に示すように、２台で並列運転している変圧器３Ａ、３Ｂのタップ巻線がある側に、並列回路を流れる電流をモニタリングできる表示装置５を設ける。変圧器３Ａ、３Ｂで電圧切換を行なうと並列回路に循環電流Ｉｃが流れる。この時、変圧器３Ａ、３Ｂのタップ巻線を流れる電流は負荷電流ＩＬ、循環電流Ｉｃの和、差となり、その過渡電流は表示装置５にリアルタイムで表示される。
【００３９】
また、同時にこの電流信号はタップ切換を制御しているタップ切換制御装置４もしくはこの制御部４１を外部から監視、コントロールする制御盤６に出力され、変圧器３Ａ、３Ｂに流れている過渡的な直流電流が負荷時タップ切換器３１Ａ、３１Ｂの切換スイッチで消弧しうるほど減衰したとき、タップ切換制御装置４もしくは制御盤６から変圧器３Ａ、３Ｂにタップ切換の信号を送り、変圧器３Ａ、３Ｂの電圧切換を行うことができる。なお、変圧器３が３台以上の複数台で並列運転する場合であっても同様の構成とする。
【００４０】
以上のような実施形態によれば、それぞれのタップ巻線の電圧切換時の過渡電流を表示装置５を用いて監視し、制御盤６を通じてタップ切換器３１Ａ、３１Ｂの電圧切換を操作することができるので、最適なタイミングで複数の変圧器の電圧切換を行うことができるようになる。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負荷時タップ切換器を有する静止誘導機器の並列運転時において、タップ切換動作時の機器間のわずかな動作時間の差異により生じる過渡的な直流電流によって切換スイッチでの電流消弧失敗によるタップ切換スイッチおよび変圧器のタップ巻線での事故を未然に防ぎ、電力系統の安全な運用を行なうことが可能な電圧切換制御方法及び電圧切換制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における電圧切換制御装置の構成を示すブロック図。
【図２】本発明の第１の実施形態における変圧器の接続された並列回路を流れる電流の時間変化波形を示すグラフ。
【図３】本発明の第１の実施形態における変圧器の並列運転時の等価回路図。
【図４】本発明の第２の実施形態における電圧切換制御装置の構成を示すブロック図。
【図５】本発明の第２の実施形態における変圧器の並列運転時の等価回路図。
【図６】本発明の他実施形態における電圧切換制御装置の構成を示すブロック図。
【図７】従来の負荷時タップ切換器を備えた静止誘導機器の構成を示すブロック図。
【図８】従来技術における静止誘導機器の接続された並列回路を流れる電流の時間変化波形を示すグラフ。
【符号の説明】
１…系統電源
２…負荷電流
３、３Ａ、３Ｂ…変圧器
４…タップ切換制御装置
５…表示装置
６…制御盤
３１、３１Ａ、３１Ｂ…負荷時タップ切換器
４１…制御部
４２…電流検出部
４３…信号送信部
４４…電流測定用デバイス
Ｄ…電圧切換制御装置
【図１】
2005012954.tif 000007
【図２】
2005012954.tif 000008
【図３】
2005012954.tif 000009
【図４】
2005012954.tif 000010
【図５】
2005012954.tif 000011
【図６】
2005012954.tif 000012
【図７】
2005012954.tif 000013
【図８】
2005012954.tif 000014