(57)【要約】  待機電力変圧器の欠相状態は、相電流の関数を監視することによって検出される。本関数は、すべての位相が接続されている場合に「指紋」を構成する基準電流に基づいて計算されたパラメータを有する。【選択図】図２
2018526617.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧側（５１２、５１３、５１４）の電力線の３つの相に接続され、低電圧側（５１６、５１７、５１８）でアンロードされる電力変圧器（５１０）の欠相状態を検出する方法（２００）であって、
前記電力線に接続された前記３つの相の基準電流（３１０、３２０、３３０）を測定すること（Ｓ２１０）と、
相電流（１１０、１２０、１３０）の関数として、前記基準電流（３１０、３２０、３３０）に基づいて判定された前記関数のパラメータを用いて、量を定義すること（Ｓ２２０）と、
前記欠相状態が生じたかどうかを判定するために相電流（１１０、１２０、１３０）を用いて計算された前記量の値を監視すること（Ｓ２３０）と、
を備える、方法（２００）。
【請求項２】
前記量は、予期せぬ空中線電流と励磁空中線電流との比、およびゼロシーケンス電流と予期される空中線電流の比のうちの少なくとも一方を含む、請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項３】
前記励磁空中線電流ＩE、予期せぬ空中線電流ＩU、および／またはゼロシーケンス電流Ｉ0が、現在の相電流（１１０、１２０、１３０）ＩA、ＩBおよびＩC、に対して、
【数１】
2018526617.tif 000009
として計算され、Ｎ1およびＮ2は正規化係数であり、αは任意の複素数であり、βは、
【数２】
2018526617.tif 000010
【数３】
2018526617.tif 000011
および
【数４】
2018526617.tif 000012
として計算される、請求項２に記載の方法（２００）。
【請求項４】
αは、前記予期せぬ空中線電流が前記基準電流（３１０、３２０、３３０）に対してゼロになるよう計算される、請求項３に記載の方法（２００）。
【請求項５】
αは、
【数５】
2018526617.tif 000013
として計算され、ここで、ＩAR、ＩBR、およびＩCRは前記基準電流（３１０、３２０、３３０）である、請求項３に記載の方法（２００）。
【請求項６】
前記量が所定の閾値を超える、請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項７】
前記予期せぬ空中線電流と前記励磁空中線電流との第１の比が所定の第１の比閾値を超えて増加する場合、および／または
前記ゼロシーケンス電流と前記励磁空中線電流との第２の比が所定の第２の比閾値を超えて増加する場合、
前記欠相状態が識別される、請求項２に記載の方法（２００）。
【請求項８】
前記相電流（１１０、１２０、１３０）のいずれかが所定の低閾値より低くなるか、または所定の高閾値より高くなり、前記第１の比または前記第２の比がそれぞれ相補的な第１の比閾値または相補的な第２の比閾値を超える場合にも、前記欠相状態が識別される、請求項７に記載の方法（２００）。
【請求項９】
前記欠相状態が識別された場合にアラームを発することをさらに備える、
請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項１０】
前記電力変圧器（５１０）の前記低電圧側（５１６、５１７、５１８）が、必要に応じて機器に電力を供給するよう接続される、請求項１に記載の方法（２００）。
【請求項１１】
高電圧側（５１２、５１３、５１４）の電力線の３つの相に接続され、低電圧側（５１６、５１７、５１８）でアンロードされる電力変圧器（５１０）に対する欠相状態を検出するよう構成されるコントローラであって、前記コントローラは、
前記３つの相上の電流を感知することができる少なくとも３つの電流感知素子と、
信号処理装置と
を備え、前記信号処理装置が、
前記少なくとも３つの電流感知素子からの相電流（１１０、１２０、１３０）を表す感知信号を受信し、
前記感知信号を処理して前記相電流（１１０、１２０、１３０）に関する情報を抽出し、
前記電力変圧器（５１０）の低電圧側（５１６、５１７、５１８）がアンロードされて前記３つの相が前記相電流（１１０、１２０、１３０）に依存する少なくとも１つの量を定義する関数のパラメータを計算するために接続される場合に感知される基準電流（３１０、３２０、３３０）を使用し、
前記少なくとも１つの量を監視して、欠相状態が発生したかどうかを判定するよう構成される、
コントローラ。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの量が、現在の相電流（１１０、１２０、１３０）ＩA、ＩBおよびＩCに対して、
【数６】
2018526617.tif 000014
として計算される、励磁空中線電流ＩE、予期せぬ空中線電流ＩU、および／またはゼロシーケンス電流Ｉ0の１つまたは複数を含み、Ｎ1およびＮ2は正規化係数であり、αは任意の複素数であり、βは、
【数７】
2018526617.tif 000015
【数８】
2018526617.tif 000016
および
【数９】
2018526617.tif 000017
として計算される、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１３】
前記信号処理装置が、前記予期せぬ空中線電流が前記基準電流（３１０、３２０、３３０）に対してゼロになるようにαを計算する、請求項１２に記載のコントローラ。
【請求項１４】
前記予期せぬ空中線電流と前記励磁空中線電流との第１の比が所定の第１の比閾値を超えて増加する場合、および／または
前記ゼロシーケンス電流と前記励磁空中線電流との第２の比が所定の第２の比閾値を超えて増加する場合、
前記信号処理装置が前記欠相状態を識別する、請求項１２に記載のコントローラ。
【請求項１５】
前記信号処理装置が、前記欠相状態を検出するとアラームを発するよう構成される、請求項１２に記載のコントローラ。
【請求項１６】
前記信号処理装置は、
前記感知信号をフィルタリングするよう構成されるフィルタリング部と、
前記基準電流（３１０、３２０、３３０）と、前記相電流（１１０、１２０、１３０）に基づいて前記少なくとも１つの量の値とに基づき前記関数の前記パラメータを計算し、前記少なくとも１つの量の前記値に基づいて前記欠相状態が発生したかどうかを判定するよう構成される、計算部と、
を備える、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１７】
前記少なくとも３つの電流感知素子が、光変流器である、請求項１１に記載のコントローラ。
【請求項１８】
高電圧側（５１２、５１３、５１４）の電力線の３つの相に接続され、低電圧側（５１６、５１７、５１８）でアンロードされる電力変圧器（５１０）の欠相検出を可能にする方法（６００）であって、
前記３つの相の電流を感知することができる電流感知素子を配置すること（Ｓ６１０）と、
前記電流感知素子を信号処理装置に接続すること（Ｓ６２０）と、
前記電流感知素子を用いて、前記電力線に接続された前記３つの相の基準電流（３１０、３２０、３３０）を測定すること（Ｓ６３０）と、
前記基準電流（３１０、３２０、３３０）に基づいて、相電流（１１０、１２０、１３０）の関数のパラメータを前記信号処理装置によって計算すること（Ｓ６４０）と、
前記変圧器が前記３つの相のうちの１つから切断されているかどうかを判定するために、現在の相電流（１１０、１２０、１３０）の前記関数の値を監視すること（Ｓ６５０）と、
を備える、方法（６００）。
【請求項１９】
前記関数は、現在の相電流（１１０、１２０、１３０）ＩA、ＩB、およびＩCに対して、
【数１０】
2018526617.tif 000018
によって与えられるＩE、ＩU、およびＩ0の１つまたは複数を含み、Ｎ1およびＮ2は正規化係数であり、αは、
【数１１】
2018526617.tif 000019
として計算され、ここで、ＩAR、ＩBR、およびＩCRは、前記基準電流（３１０、３２０、３３０）であり、
【数１２】
2018526617.tif 000020
【数１３】
2018526617.tif 000021
および
【数１４】
2018526617.tif 000022
である、
請求項１８に記載の方法（６００）。
【請求項２０】
ＩU／ＩEが所定の第１の比閾値を超えて増加し、および／またはＩ0／ＩEが所定の第２の比閾値を超えて増加した場合、前記欠相状態が識別される、請求項１８に記載の方法（６００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される発明の主題の実施形態は、一般的に、待機状態（すなわち、電力が供給されているが、アンロードされている状態）の電力変圧器の高電圧側の任意の相が切断、接地、またはインピーダンス接地されたかどうかを検出することに関する。より具体的には、相電流から導出された１つまたは複数の量を使用して、欠相状態が検出される。
【背景技術】
【０００２】
発電所（例えば、原子力発電所）では、発電所に付随する補助機器は、通常、発電所自体によって生成された電力によって駆動される。しかしながら、発電所で停電が発生した場合、補助機器を正常動作させるための電源が故障する可能性がある。補助機器（例えば、メルトダウンを防止するために原子炉炉心を冷却する機器）の電力を確保するために、代替電源が維持され、容易に利用可能でなければならない。この代替電源は、電力変圧器の高電圧側に接続された発電所から離れた電源から伸びる電力線を含むことができ、低電圧側は補助装置に接続可能である。通常動作中、変圧器は待機モードになっていることが多いが、故障の場合、補助機器はすぐに電力変圧器の低電圧側負荷となる。したがって、通常の状態では、これらの電力変圧器はアンロードされ、待機状態になり、高電圧側が電力線に接続される。高電圧側接続を維持することで、必要に応じて電力変圧器を迅速にオンにすることができる。
【０００３】
発電機が高電圧側で完全に接続されていない（すなわち、欠相状態にある）ことによって、いくつかの事故が引き起こされた。これは、緊急電力が必要とされる場合に限った状況である。この問題に対応して、米国の原子力規制委員会は現在、すべての待機発電機を監視して（すなわち、監視機器を設置して）、欠相状態を検出し、必要に応じて補助電力を迅速に供給できるようにすることを求めている。本明細書では、本明細書で使用される「欠相状態（ＯＰＣ）」および「欠相検出（ＯＰＤ）」という用語は、切断線だけでなく、接地線も指す。
【０００４】
アンロードされた場合、そのような待機電力変圧器の高電圧側に流れる電流は、実質的に、電力変圧器のコアの磁化に起因する電流であり、典型的には、５０〜８００ｍＡなどの１アンペア未満である。あるいは、待機電力変圧器が若干負荷を受けている場合（例えば、監視負荷が存在するため）、待機電力変圧器の高電圧側に流れる電流は、少し高く、例えば、１アンペア以上のオーダーになる可能性がある。それにもかかわらず、望ましくない欠相状態（断路状態または接地状態を含む）にある場合、待機電力変圧器の高電圧側に流れる電流が低下する可能性があるが（例えば、電流が切断線の容量性結合によってのみ発生した場合）、または上昇する可能性があるが（例えば、電流が接地線を流れる場合）、いずれの場合でも、３つの相電流は、大きさ、位相、またはその両方において変化する。
【０００５】
このように、欠相状態は、従来、変圧器の高電圧側に流れる電流を監視することにより検出されていた。しかしながら、特定の状況下では、対応する低位相磁化電流が変圧器になくても、欠相状態が存在する可能性がある。例えば、変圧器から大きな距離（例えば、１ｋｍ以上）の電力線に断線がある場合、３本の線の間の容量性結合が、破線を十分に励磁することができ、その結果、変圧器の破線に電流が存在するようにすることができる。いくつかの場合（例えば、変圧器から約５ｋｍ離れた電力線）、破線の場合の変圧器における電流は、この故障状態が存在しない場合よりも大きい。断線し、接地される電力線についても同様である。したがって、変圧器の高電圧側に低位相磁化電流が存在するかどうか、またはその低位相電流が適切な大きさを有するかどうかだけに着目すると、欠相状態を検出できないことがある。
【０００６】
したがって、例えば、容量結合または接地が断線された電力線に電流を生じる場合であっても、欠相状態を検出することができる他の方法および機器を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１５／０７３５１０号
【発明の概要】
【０００８】
本明細書に記載された実施形態は、例えば、電力変圧器が待機モードにあり、すべての相が接続されている場合に記録された基準相電流に対する相電流の類似性に基づいて、欠相状態を検出する。
【０００９】
一実施形態によれば、待機電力変圧器における欠相状態を検出する方法がある。本方法は、電力線に接続された３つの相の基準電流を、低電圧側がアンロードされた状態で測定することと、相電流の関数として、基準電流に基づいて判定された関数のパラメータを用いて、量を定義することと、欠相状態が発生したかどうかを判定するために現在の相電流を用いて計算された量の値を監視することとを含む。
【００１０】
別の実施形態によれば、コントローラは、待機電力変圧器の欠相状態を検出するよう構成される。コントローラは、３つの相の電流を感知することができる少なくとも３つの電流感知素子と、信号処理装置とを含む。信号処理装置は、少なくとも３つの電流感知素子からの相電流を表す感知信号を受信し、感知信号を処理して相電流に関する情報を抽出し、電力変圧器の低電圧側がアンロードされて３つの相が相電流に依存する少なくとも１つの量を定義する関数のパラメータを計算するために接続される場合に感知される基準電流を使用し、少なくとも１つの量を監視して、欠相状態が発生したかどうかを判定するよう構成される。
【００１１】
さらに別の実施形態によれば、待機電力変圧器上で欠相検出を可能にする方法がある。本方法は、３つの相で電流を感知することができる電流感知素子を配置することと、電流感知素子を信号処理装置に接続することとを含む。本方法は、電流感知素子を用いて電力線に接続された３つの相の基準電流を測定することと、基準電流に基づく相電流の関数のパラメータを信号処理装置によって計算することとを含む。本方法はさらに、変圧器が３つの相のうちの１つから切断されているかどうかを判定するために、現在の相電流の関数の値を監視することを含む。
【００１２】
添付の図面は、本明細書に組み込まれ、明細書の一部を構成し、１つまたは複数の実施形態を示し、発明を実施するための形態とともに、これらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】低電圧側が短絡された場合の相電流のグラフ図である。
【図１Ｂ】低電圧側が短絡された場合の相電流のグラフ図である。
【図１Ｃ】低電圧側が短絡された場合の相電流のグラフ図である。
【図２】一実施形態による方法のフローチャートである。
【図３Ａ】低電圧側がアンロードされ、すべての相が接続された場合の相電流のグラフ図である。
【図３Ｂ】低電圧側がアンロードされ、すべての相が接続された場合の相電流のグラフ図である。
【図３Ｃ】低電圧側がアンロードされ、すべての相が接続された場合の相電流のグラフ図である。
【図４Ａ】低電圧側がアンロードされ、相のうちの１つが開放された場合の相電流のグラフ図である。
【図４Ｂ】低電圧側がアンロードされ、相のうちの１つが開放された場合の相電流のグラフ図である。
【図４Ｃ】低電圧側がアンロードされ、相のうちの１つが開放された場合の相電流のグラフ図である。
【図５】一実施形態によるコントローラを示す図である。
【図６】一実施形態による待機電力変圧器における欠相状態を検出することができるハードウェアを設定する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の例示的な実施形態の説明は、添付の図面を参照する。別々の図面における同じ参照番号は、同じかまたは同様の要素を表す。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定められる。以下の実施形態は、電力線からの高電圧を多様な機器によって使用可能な低電圧に変換するよう構成された電力変圧器の用語および構造に関して説明する。
【００１５】
明細書全体にわたって、「一実施形態」または「ある実施形態」に対する言及は、実施形態に関連して説明する特定の特徴、構造、または特性が開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書全体にわたって様々な箇所に現れるフレーズ「一実施形態では」または「ある実施形態では」というフレーズは、必ずしも同じ実施形態を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つ以上の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わせられてよい。
【００１６】
容量結合電流または接地電流によって不明瞭になる欠相状態の問題を克服するために、各位相線上の低待機電流の従来の単純な監視の代わりに、このセクションに記載されている様々な実施形態は、相電流が正しく位相接続された状態の「指紋」と一致する程度を監視する。
【００１７】
電源システムの３つの相は、相互に１２０°の位相差で実質的に等しい大きさの電流を供給することができることはよく知られている。例えば、図１Ａは、３つの相がすべて接続された電力変圧器のロードされた低電圧側に対して、Ａ、Ｂ、およびＣ相電流（すなわち、それぞれ、１１０、１２０、および１３０であり、本明細書ではＩ＿Ａ、Ｉ＿Ｂ、およびＩ＿Ｃと表されることもある）をそれぞれ時間に対して示す。中性電流と呼ばれることがあり、ときにはＩ＿Ｎと表示されることがあるこれらの電流の合計１４０は、実質的に０に等しいので、図１Ａには見られない。
【００１８】
図１Ｂは、基本成分と高調波成分を示す振幅対周波数グラフにおける同じ電流を示す。見て分かるように、相電流の基本成分を表すバーとその和は６０Ｈｚの値の周りに分布しており、周波数は実際にそれらのすべてを特徴付けている。しかしながら、位相のハードウェア間のわずかな偏差によって影響を受ける合計電流Ｉ＿Ｎ、すなわち、Ｉ＿Ａ＋Ｉ＿Ｂ＋Ｉ＿Ｃは、６０Ｈｚの周波数値における成分１４０’に加えて、１８０Ｈｚの周波数値に対応する成分１４０’’を有する。
【００１９】
図１Ｃは、電流の二乗平均平方根、ＲＭＳ値（この場合、Ｉ＿Ａ＝４４．９７３Ａ、Ｉ＿Ｂ＝４４．３８０Ａ、およびＩ＿Ｃ＝４３．９０４Ａ）に等しい大きさを有する相電流をフェーザとして示す。図１Ｃにおける位相０°基準は、位相Ａの電位Ｖ＿Ａである。相電流間の位相差は、１２０°にほぼ等しく、Ｉ＿Ａ−Ｉ＿Ｂ＝１２０．７°、Ｉ＿Ｂ−Ｉ＿Ｃ＝１１８．７°、Ｉ＿Ｃ−Ｉ＿Ａ＝１２０．６°である。この場合、合計Ｉ＿Ｎ＝３２０．２６ｍＡの大きさは、図１Ｃのグラフ図では基本的にゼロと区別できない。
【００２０】
図１Ａ〜図１Ｃから、当業者であれば、変圧器二次側に負荷があると、電力変圧器の高電圧側に流れる３つの相電流は、ほぼ等しい大きさで、位相がほぼ１２０度離れており、非常に低い高調波成分を有し、ほぼバランスがとれており、小さな中性電流を生じることを理解するであろう。
【００２１】
図２は、一実施形態による、待機状態の電力変圧器の欠相状態を検出するための方法２００のフローチャートである。方法２００は、変圧器がロードされた場合、および開回路状態がないことが分かっている場合に、Ｓ２１０で電力線に接続された３つの相、すなわち、図５に示され、以下で説明するような変圧器の高電圧側の３つの相の基準電流を測定することにより開始される。
【００２２】
より詳細には、純粋にステップ２１０の説明のための例として、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃの表現と同様の３要素において、電力変圧器が接続されているがアンロードされている待機状態の場合、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃは、３つの基準電流３１０、３２０、３３０、およびそれらの合計３４０の測定値を表す。待機時には、相電流は、図１Ａ、図１Ｂ、および図１Ｃの負荷電流（４０Ａ以上）よりもはるかに低い（数百ｍＡ）。さらに、図３Ｂに示され、図３Ａのより複雑な時間発展から観察されるように、高調波（６０Ｈｚの周波数の倍数で）がより重要になる。図３Ｂは、基準電流間の位相差が１２０°から大きく離れていることを示す。最後に、待機状態において、相電流の和Ｉ＿Ｎ（符号３４０で示す）は、基準電流の大きさに対して重要な大きさを有する。具体的には、図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃにおける基準電流は、以下のＲＭＳ値および位相差を有し、すなわち、Ｉ＿Ａ＝７４７．３ｍＡ、Ｉ＿Ｂ＝４８４．５２ｍＡ、Ｉ＿Ｃ＝７９２．０ｍＡ、Ｉ＿Ｎ＝２１６．６２ｍＡ、Ｉ＿Ａ−Ｉ＿Ｂ＝９３．９°、Ｉ＿Ｂ−Ｉ＿Ｃ＝１０３．２°、およびＩ＿Ｃ−Ｉ＿Ａ＝１６２．９°である。これらの測定された基準電流値から、欠相状態のない待機状態にあるこの特定の（そして、単に例示的な）変圧器の「指紋」を導出することができる。例えば、変圧器の二次側に負荷がかからない場合、３つの相は、振幅の有意差、１２０度と大きく異なる相対位相角を示し、比較的高い高調波含有率を有し、相磁化電流の良好な部分である中性電流を示すことに留意されたい。
【００２３】
例えば、方法２００に戻ると、Ｓ２２０において、少なくとも１つの量が相電流の関数として定義される。すなわち、関数のパラメータは基準電流に基づいて判定され、その例を以下に示す。一実施形態によれば、少なくとも１つの量が、欠相状態を検出するために使用される。例えば、励磁空中線電流ＩE、予期せぬ空中値ＩU、および／またはテキストブックゼロシーケンス電流Ｉ0は、相電流ＩA、ＩBおよびＩCからの情報を搬送する別の方法を提供することができる。励磁空中線電流は、基準電流に対する相電流の類似性の測定値とすることができる。ゼロシーケンス電流は、基準電流の合計である。一実施形態によれば、予期せぬ空中線電流は、その値が基準電流に対してゼロになるように有利に定義される。
【００２４】
非限定的な実施形態によれば、励磁空中線電流ＩE、予期せぬ空中線電流ＩU、およびゼロ電流Ｉ0は、相電流ＩA、ＩBおよびＩCについて、
【００２５】
【数１】
2018526617.tif 000003
として計算され、Ｎ1およびＮ2は正規化係数であり、αは任意の複素数であり、βは
【００２６】
【数２】
2018526617.tif 000004
として計算される（記号＊は複素共役を示し、
【００２７】
【数３】
2018526617.tif 000005
【００２８】
【数４】
2018526617.tif 000006
である）。
【００２９】
ここで、αは、予期せぬ空中線電流が基準電流に対してゼロになるように計算することができる。したがって、αは
【００３０】
【数５】
2018526617.tif 000007
として計算され、ここで、ＩAR、ＩBR、およびＩCRは基準電流である。
【００３１】
ベクトル形式で書かれた式（１）は、代数形式（例えば、Ｉ0＝１／３（ＩA＋ＩB＋ＩC）など）に容易に変換され、励磁空中線電流ＩE、予期せぬ空中線電流ＩU、およびゼロ電流Ｉ0の関数として相電流を表現するために反転することができる。
【００３２】
【数６】
2018526617.tif 000008
最後に、方法２００のＳ２２０において、現在の相電流値を使用して計算された１つまたは複数の量の値が監視され、欠相状態が生じたかどうかが判定される。例えば、図４Ａ、図４Ｂ、および図４Ｃ（図１Ａ、１Ｂ、および１Ｃ、または図３Ａ、図３Ｂ、および図３Ｃの表現の同じ３要素）は、位相Ｃが開いている間に測定された相電流４１０，４２０、および４３０と、それらの和とを示す。この場合、ＲＭＳ値および相電流間の位相差は、以下のようになり、すなわち、Ｉ＿Ａ＝１．４１２４Ａ、Ｉ＿Ｂ＝９８５．６ｍＡ、Ｉ＿Ｃ＝８１．７４ｍＡ、Ｉ＿Ｎ＝２．１６３３Ａ、Ｉ＿Ａ−Ｉ＿Ｂ＝４３．４°、ならびにＩ＿Ｂ−Ｉ＿ＣおよびＩ＿Ｃ−Ｉ＿Ａは判定できない。
【００３３】
上述の１つまたは複数の量のＲＭＳ値は、監視することができ、例えば、図４Ａから図４Ｃに反映されたように得られた測定値に基づいて計算され、その値のうちの１つが所定の時間長の予め定義された閾値を超えているかどうかを判定することができる。超過する閾値レベルおよび欠相状態を示すのに必要な時間長は、各変圧器および大電力システム内の特定の状況に依存する。例えば、予期せぬ空中線電流と励磁空中線電流との比（ＩU／ＩE）が所定の閾値を超えて増加した場合、欠相状態を識別することができる。代替的にまたはさらに、ゼロ電流および励磁空中線電流の比（Ｉ0／ＩE）が所定の閾値を超えるまで増加した場合、欠相状態を識別することができる所定の閾値は、それらが比較される比に応じて異なる）。ＩＵ／ＩＥの例示的な閾値は０．３から０．５であり、Ｉ０／ＩＥの例示的な閾値は０．５から１．０であり、アラームをトリガするために閾値を超過する必要がある例示的な時間は３から６０秒である。
【００３４】
一実施形態では、相電流の値を比に加えて考慮することができる。したがって、相電流のいずれかが所定の低閾値より低くなるか、または所定の高閾値より高くなり、第１の比または第２の比がそれぞれ相補的な第１の比閾値または相補的な第２の比閾値を超える場合、欠相状態を識別することができる。ここで使用される「相補的な」という表現は、これらの閾値が、その比が個々に考慮される場合に使用される閾値と異なる可能性があることを示す。
【００３５】
本方法は、さらに、欠相状態が識別されたことを通知するアラームを発することを含むことができる。前述のように、電力変圧器は待機状態であり、必要に応じて重要な機器に接続する準備がされている。重要な機器に接続する必要が生じる前に、アラームがオペレータに欠相を修理するよう促す。
【００３６】
種々の試験により、欠相状態では、ＩU／ＩEおよびＩ0／ＩEの比は、監視される変圧器のタイプ、例えば、監視されている変圧器のタイプ、例えば、ワイまたはデルタ高電圧側、コアまたはシェル形態の構成に依存して、それらのベースラインまたは基準値に対して３０から５０％以上増加する可能性があることが示されている。しかしながら、閾値の設定は、セキュリティと信頼性との間の特定の実装に対する望ましいバランスにも依存する。閾値が高く設定されるほど、誤ったトリップに対するシステムの安全性は高まるが、実際の欠相におけるトリップの場合にはシステムの信頼性は低下する。
【００３７】
このセクションに記載された欠相検出方法は、以下に説明され、図５に概略的に示されるコントローラ（すなわち、欠相検出システム）で実装されている。電力変圧器５１０は、電力線位相に接続された高電圧側端子５１２、５１３、および５１４を有し、低電圧側端子５１６、５１７、および５１８がアンロードされる。ファイバ構成の光変流器（ＯＣＴ）５２２、５２３、および５２４（例えば、２００２年にＷｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓにより出版された、光学ファイバ感知技術のハンドブックの「Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｆｉｂｅｒ  Ｃｕｒｒｅｎｔ  ａｎｄ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｓｅｎｓｏｒｓ  ｆｏｒ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｗｅｒ  Ｉｎｄｕｓｔｒｙ」５６９〜６１８ページ、第２７章に説明される）は、相電流を測定するために配置される。ＯＣＴは、ダイレクト（連続）電流を含む、ダイナミックレンジのオーダー・レンジが広く、飽和がなく、周波数応答がはるかに大きい従来の鉄心電流変圧器に比べて測定上の利点がある。ＯＣＴの広いダイナミックレンジのために、同じセンサを使用して、無負荷電力変圧器に流入する磁化電流と、障害電流を含む、負荷時に流入する電流との両方を検出することができる。図５の実施形態はＯＣＴを使用するが、ＯＣＴの使用は強制的ではなく、設計者の選択であり、限定ではなく、本明細書で説明する実施形態は、例えば、非光学的電流検知技術を使用して実施することができる。
【００３８】
ＯＣＴからの電流検出信号は、電子機器ブロック５３０および論理処理ブロック５４０によって処理される。マルチストリームデジタル信号処理では、電子機器ブロック５３０は、信号をフィルタリングおよび結合して、論理処理ブロック５４０によって使用される情報を生成して、欠相状態が発生したかどうかを判定する。前述したように、電流の「指紋」（すなわち、基準値）は、欠相検出判定をフレーム化するために使用される。
【００３９】
電子機器ブロック５３０は、電力変圧器が待機状態である（すなわち、低電圧側がアンロードされている）間に受信された電流検出信号をフィルタリングするよう構成することができる。国際公開第２０１５／０７３５１０号に記載されているように（その内容は参照により本明細書に組み込まれる）、待機電流検出信号は、くし形フィルタを使用してフィルタリングすることができる。さらに、電子機器ブロック５３０は、基準電流に基づいてパラメータを計算するようプログラムすることができる。その場合、これらのパラメータは、相電流の関数である１つまたは複数の量を計算するために使用され、これらのパラメータを使用する関数は、基準電流に基づいて計算される。例えば、これらの量は、励磁空中線電流ＩE、予期せぬ空中線電流ＩU、ゼロ電流Ｉ0、比率ＩU／ＩEおよび／または比率Ｉ0／ＩEを含むことができる。
【００４０】
次いで、電子機器ブロック５３０は、これらの量を論理処理ブロック５４０に送信し、論理処理ブロック５４０は、これらの量を閾値と比較して、比較結果に基づいて欠相状態が発生したことを個別にまたは組み合わせて識別するよう構成される。一実施形態では、電子機器ブロック５３０はまた、フィルタリングされた相電流値を論理処理ブロック５４０に提供し、これらの電流とそれぞれの閾値との比較を可能にする。
【００４１】
前述のように、ＯＣＴは、低電圧側がロードされた場合により高い電流を検出するためにも使用することができる。この場合、電子機器ブロック５３０は、電力変圧器が待機状態にある場合の低電流とは異なるフィルタを使用して信号を軽くフィルタリングすることができる。論理処理ブロック５４０としてＩＥＣ６１８５０−９．２ＬＥプロセスバスリレーを使用するプロトタイプが最近テストされた。３相ＯＣＴ電子機器ブロックは、６１８５０−９．２ＬＥ光イーサネット接続を介してリレーに１２の量を供給するよう構成されている。１２の量は、相電流と、相電流に基づいて導出された量（すなわち、相電流の関数）とを含んでいた。
【００４２】
待機電力変圧器の欠相状態を検出できるハードウェアを既存の発電所に追加することができる。図６は、一実施形態による、高電圧側の電力線の３つの相に接続され、低電圧側でアンロードされる電力変圧器の欠相状態を検出することができるハードウェアを設定する方法６００のフローチャートである。方法６００は、Ｓ６１０で、３つの相で電流、例えば、１ｍＡのような低い電流を感知することができる電流感知素子を配置することと、Ｓ６２０で、電流感知素子を信号処理装置に接続することとを含む。ステップＳ６１０およびＳ６２０は、機器装着フェーズを示す。
【００４３】
方法６００は、Ｓ６３０で電流感知素子を用いて電力線に接続された３つの相の基準電流を測定することと、Ｓ６４０で、基準電流に基づく相電流の関数のパラメータを信号処理装置によって計算することとを含む。ステップＳ６３０およびＳ６４０は較正フェーズを構成する。
【００４４】
最後に、方法６００のステップＳ６５０で、変圧器が３つの相のうちの１つから切断されているかどうかを判定するために、現在の相電流の関数の値を監視する。
【００４５】
開示された例示的な実施形態は、待機電力変圧器における欠相状態を検出するための方法およびコントローラを提供する。この説明は本発明を限定するものではないことを理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神および範囲に含まれる代替物、改変物、および等価物を包含することが意図される。さらに、例示的な実施形態の詳細な説明では、特許請求の範囲に記載された発明の包括的な理解を提供するために、多数の特定の詳細が記載される。しかしながら、当業者であれば、そのような特定の詳細なしで様々な実施形態を実施できることを理解するであろう。
【００４６】
例示的な本実施形態の特徴および要素は、実施形態において特定の組み合わせで記載されているが、各特徴または要素は、実施形態の他の特徴および要素なしに単独で、または本明細書に開示された他の特徴および要素を伴うまたは伴わない様々な組み合わせで使用することができる。
【００４７】
この記述した説明は、任意の装置またはシステムの作成および使用、および任意の組み込まれた方法の実行を含む、当業者が同じことを実施できるように開示された発明の主題の例を使用する。主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲の範囲内であることが意図される。
【符号の説明】
【００４８】
１１０  相電流
１２０  相電流
１３０  相電流
１４０  電流の合計
１４０’  成分
１４０’’  成分
２００  方法
３１０  基準電流
３２０  基準電流
３３０  基準電流
３４０  合計
４１０  位相電流
４２０  位相電流
４３０  位相電流
５１０  電力変圧器
５１２  高電圧側端子
５１３  高電圧側端子
５１４  高電圧側端子
５１６  低電圧側端子
５１７  低電圧側端子
５１８  低電圧側端子
５２２  光電流変換器（ＯＣＴ）
５２３  光電流変換器（ＯＣＴ）
５２４  光電流変換器（ＯＣＴ）
５３０  電子機器ブロック
５４０  論理処理ブロック
６００  方法
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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