(57)【要約】【課題】小形且つ簡易な構成で、僅かな異常でも見逃すことなく正確に異常判定を行うことができ、系統の安全性および信頼性の向上を図り得る負荷時タップ切換装置および変圧器を提供する。【解決手段】変圧器本体タンク６の外部に電動操作部３、特性計算部４および異常監視部５を配置する。電動操作部３内部には切換開閉器１およびタップ選択器２の動作を制御するためのタップ表示部８および２つの電磁スイッチ９、１０を変圧器本体タンク６の壁面部に設ける。電動操作部３はフタ１３および回転軸２３を有し、フタ１３に４台の監視カメラ１４ａ〜１４ｄを設置する。監視カメラ１４ａ〜１４ｄが撮影した画像から、特性計算部４がタップ表示部８、電磁スイッチ９、１０および回転軸２３の動作特性を計算し、計算結果に基づいて異常監視部５が電動操作部３の監視および異常判定を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器タンク内に配置された切換開閉器およびタップ選択器と、
変圧器タンク外に配置され、前記切換開閉器および前記タップ選択器を制御するために所定の動作を行う制御部品が設けられた電動操作部と、
前記制御部品に近接して設置され、当該制御部品の画像を撮影する監視カメラと、
前記監視カメラに接続され、当該監視カメラが撮影した前記制御部品の画像に基づいて前記制御部品の動作特性を計算する特性計算部と、
前記特性計算部の計算結果から前記電動操作部の監視および異常判定を行う異常監視部、を備えたことを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項２】
前記特性計算部は、前記制御部品の動作特性として、前記制御部品の変位量、動作間隔、動作速度および動作回数のうちの少なくとも１つを計算するように構成したことを特徴とする負荷時タップ切換装置。
【請求項３】
前記制御部品は、前記電動操作部内部に設けたタップ表示部または電磁スイッチあるいは前記電動操作部に連結した回転軸であることを特徴とする請求項１または２に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項４】
前記異常監視部は、異常発生を示す表示または電気信号を出力するように構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項５】
前記異常監視部は、前記電動操作部の監視および異常判定に基づいて、前記切換開閉器および前記タップ選択器の監視および異常判定を行うように構成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の負荷時タップ切換装置を備えたことを特徴とする変圧器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、電動操作部の異常監視を行う負荷時タップ切換装置およびそれを備えた変圧器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、送配電系統には負荷時タップ切換装置を備えた変圧器が接続されている。負荷時タップ切換装置とは、変圧器タップ巻線のタップを負荷時に切換えて系統電圧を調整する装置である。負荷時タップ切換装置には変圧器タンクの内部にタップ選択器および切換開閉器が配置されている。これらタップ選択器および切換開閉器にはこれらを制御するための電動操作部が連結されている。電動操作部には切換開閉器およびタップ選択器を制御するために所定の動作を行う制御部品が組み込まれている。
【０００３】
負荷時タップ切換装置は、系統電圧を安定化させる装置なので、万が一にも故障すると、送変電系統に停電などの重大な問題が発生しかねない。よって、送変電系統の安全性および信頼性を維持する上で、負荷時タップ切換装置自体の運転状況が正常であるかどうかの確認は非常に重要である。
【０００４】
そこで、負荷時タップ切換装置には装置の状態を常に監視し、いち早くその異常を察知することが要求されている。このような要求を満たす従来例として例えば特許文献１の技術が提案されている。特許文献１に記載の負荷時タップ切換装置には、加速度検出部と、記憶回路部と、演算処理部と、異常判定監視部が設けられている。
【０００５】
加速度検出部は切換開閉器とタップ選択器の動作音の伝播加速度を検出し、記憶回路部は加速度検出部にて検出された動作音の加速度を記憶する。演算処理部は動作音の加速度からタップ切換器の動作時間を算出し、異常判定監視部はタップ切換器の動作時間と動作音の加速度による動作音のレベルから、タップ選択器の異常判定および監視を行うことができる。以上のように、特許文献１に記載の負荷時タップ切換装置では、タップ選択器の動作音を検出することでタップ選択器の異常判定および監視を行うことが実現できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−１０６１６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで近年、電力需要は増大傾向にあり、それに伴って送変電系統の大容量化および高電圧化が進んでいる。したがって、負荷時タップ切換装置を厳しく監視し、その異常を高い精度で発見して、系統の安全性および信頼性を高める必要がある。負荷時タップ切換装置の構成要素の中でも、切換開閉器およびタップ選択器を制御する電動操作部に関しては、監視体制の強化が望まれている。これは、電動操作部は、変圧器タンク外部に位置するので、監視員の目視点検に大きく依存しており、肉眼での監視であるが故に、僅かな異常を見逃すおそれがあるためである。
【０００８】
電動制御部における僅かな異常とは、電動制御部の制御部品が動作する場合に、制御部品の変位量や動作間隔、動作速度あるいは動作回数など、制御部品の動作特性が正規な値の範囲から若干外れることである。このような僅かな異常は、目視点検だけでは、たとえ熟練した監視員であってもそれを発見することは困難であった。このため、制御部品の動作特性の僅かな異常について、正確且つ早期に発見し得る新たな監視方式が求められていた。
【０００９】
また、切換開閉器およびタップ選択器は上記の電動操作部とは異なり、両方とも変圧器タンクの内部に収納しているので、切換開閉器およびタップ選択器に対する異常監視部は、変圧器タンクの内部から外部にわたって設けなくてはならない。したがって、切換開閉器およびタップ選択器に対する異常監視部は、構成が大形化および複雑化し易かった。そこで従来から、切換開閉器およびタップ選択器についても小形且つ簡易な構成で、正確に異常判定および監視を実現可能である負荷時タップ切換装置の開発が待たれていた。
【００１０】
本実施形態に係る負荷時タップ切換装置および変圧器は、上述の課題を解決するために提案されたものである。本実施形態の目的は、小形且つ簡易な構成で、僅かな異常でも見逃すことなく正確に異常判定を行うことができ、系統の安全性および信頼性の向上を図り得る負荷時タップ切換装置および変圧器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本実施形態の負荷時タップ切換装置は、変圧器タンク内部に切換開閉器およびタップ選択器を配置しており、以下の（１）〜（４）を備えた点に特徴がある。
（１）変圧器タンク外部に配置され、前記切換開閉器および前記タップ選択器を制御するために所定の動作を行う制御部品が設けられた電動操作部。
（２）前記制御部品に近接して設置され、当該制御部品の画像を撮影する監視カメラ。
（３）前記監視カメラに接続され、当該監視カメラが撮影した前記制御部品の画像に基づいて前記制御部品の動作特性を計算する特性計算部。
（４）前記特性計算部の計算結果から前記電動操作部の監視および異常判定を行う異常監視部。
【００１２】
また、本実施形態の変圧器は、上記の負荷時タップ切換装置を備えたことを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の構成を示す正面図。
【図２】監視カメラによるタップ表示部の撮影画像の一例を示す図。
【図３】監視カメラによる電磁スイッチの撮影画像の一例を示す図。
【図４】電磁スイッチの変位量および動作間隔の算出方法の一例を示す図。
【図５】電磁スイッチの変位量と動作速度のマスターカーブおよび算出値の一例を示すグラフ。
【図６】監視カメラによる回転軸の撮影画像の一例を示す図。
【図７】回転軸の変位量および回転回数の算出方法の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本実施形態の負荷時タップ切換装置について、図１〜図７を参照して具体的に説明する。
［全体構成］
本実施形態の負荷時タップ切換装置には、切換開閉器１と、タップ選択器２と、電動操作部３と、減速装置１１と、特性計算部４と、監視カメラ１４ａ〜１４ｄと、異常監視部５と、変圧器本体タンク６とが設けられている。
【００１５】
このうち、切換開閉器１およびタップ選択器２は変圧器本体タンク６の内部に収納されている。電動操作部３、減速装置１１、特性計算部４および異常監視部５は変圧器本体タンク６の外部に配置されている。また、監視カメラ１４ａ〜１４ｄは電動操作部３に取り付けられている。
【００１６】
［切換開閉器］
切換開閉器１は通電状態としたまま選択したタップに回路を切り換える機器である。切換開閉器１には蓄勢ばね２６ｂを有する蓄勢装置２６が設けられている。蓄勢装置２６には蓄勢装置２６の放勢力により回転する駆動軸２７と、この駆動軸２７の回転に伴って電流の切換を行う接点部２８とが設けられている。
【００１７】
接点部２８は、駆動軸２７と共に回転するカム２９と、複数の真空バルブ３０と、複数の通電接点３１とから構成されている。このような切換開閉器１では、図示しない操作機構の駆動力が蓄勢装置２６へと伝わり、蓄勢装置２６の放勢力によって駆動軸２７が回転して、接点部２８において電流が切換わるようになっている。
【００１８】
［タップ選択器］
タップ選択器２は変圧器のタップ巻線のうち運転するタップを選択する機器である。タップ選択器２は切換開閉器１の下方に配置されている。タップ選択器２は切換開閉器１と同様に電動操作部３に連結されている。タップ選択器２内にはタップを選択するためのタップ選択接点部（図示せず）が複数設けられている。タップ選択器２も切換開閉器１と同じく図示しない操作機構の駆動力により駆動してタップの選択を行っている。
【００１９】
［電動操作部］
電動操作部３は切換開閉器１およびタップ選択器２の動作を制御する部分である。電動操作部３の内部には制御部品として、タップ表示部８および２つの電磁スイッチ９、１０が組み込まれている。また、電動操作部３には減速装置１１に回転力を与えるための回転軸２２、２３が設置されている。これら回転軸２２、２３も電動操作部３の制御部品とする。なお、電動操作部３の制御部品は電動操作部３の種類によって様々な形態があり、本実施形態では詳細な構成や設置数、設置箇所については限定しない。
【００２０】
タップ表示部８および電磁スイッチ９、１０は変圧器本体タンク６の壁面部に上側から下側に順番に配置されている。電磁スイッチ９、１０には突起９ｂ、１０ｂが出没自在に設けられている。回転軸２３は垂直に配置され、その上端部に回転軸２２が取り付けられている。回転軸２２は水平に配置されている。
【００２１】
［減速装置］
減速装置１１は切換開閉器１の蓄勢装置２６の上部に配置され、回転軸２２が取り付けられている。このため、減速装置１１および回転軸２２、２３を介して、切換開閉器１に電動操作部３が連結される。
【００２２】
［監視カメラ］
電動操作部３にはフタ１３が設けられており、このフタ１３の内側には３台の監視カメラ１４ａ、１４ｂ、１４ｃが設置され、フタ１３の外側には監視カメラ１４ｄが設置されている。これらの監視カメラ１４ａ〜１４ｄのうち、監視カメラ１４ａはタップ表示部８に対向して配置され、監視カメラ１４ｂは電磁スイッチ９の上方に配置され、監視カメラ１４ｃは電磁スイッチ１０の下方に配置され、監視カメラ１４ｄは回転軸２３に隣接して配置されている。したがって、監視カメラ１４ａがタップ表示部８を、監視カメラ１４ｂ、１４ｃが電磁スイッチ９、１０を、監視カメラ１４ｄが回転軸２３を、それぞれ撮影するように設けられている。図１中の点線の矢印の方向が、各監視カメラ１４ａ〜１４ｄの撮影方向を示している。
【００２３】
［特性計算部］
特性計算部４は各監視カメラ１４ａ〜１４ｄに信号ケーブル２１を介して接続されている。特性計算部４は、各監視カメラ１４ａ〜１４ｄが撮影した画像から、タップ表示部８の変位量、電磁スイッチ９の動作間隔、電磁スイッチ１０の動作速度、回転軸２３の回転特性を計算し、計算結果である算出値を異常監視部５に送るようになっている。ここで、タップ表示部８の変位量、電磁スイッチ９の動作間隔、電磁スイッチ１０の動作速度、回転軸２３の回転特性はいずれも、各制御部品の動作特性である。
【００２４】
［異常監視部］
異常監視部５は信号ケーブル２１を介して特性計算部４に接続されている。異常監視部５には、タップ表示部８の変位量、電磁スイッチ９の動作間隔、電磁スイッチ１０の動作速度、回転軸２３の回転回数に関して、事前に得られた知見に基づいた許容値が予め設定されている。
【００２５】
異常監視部５は、特性計算部４から取り入れた算出値と予め設定された許容値とを比較することによって、タップ表示部８、電磁スイッチ９、１０、回転軸２３の動作特性を監視し、算出値が許容値の範囲内に収まっているか否かで、タップ表示部８、電磁スイッチ９、１０、回転軸２３の異常を判定するように構成されている。さらに、異常監視部５はタップ表示部８、電磁スイッチ９、１０、回転軸２３に異常有りと判定したとき、負荷時タップ切換装置の異常発生を示す表示または電気信号を出力するようになっている。
【００２６】
［作用］ 
続いて、本実施形態の作用について説明する。監視カメラ１４ａ〜１４ｄは電動操作部３の各制御部品を撮影する。すなわち、監視カメラ１４ａがタップ表示部８を、監視カメラ１４ｂ、１４ｃが電磁スイッチ９、１０を、監視カメラ１４ｄが回転軸２３を、それぞれ撮影する。
【００２７】
［タップ表示部の異常判定］
図２は、監視カメラ１４ａが撮影したタップ表示部８の撮影画像の一例である。タップ表示部８にはマーカ８ｂが設けられている。特性計算部４はマーカ８ｂの現在の位置と予め設定された正規位置との変位量Ｄ１を、下記の式（１）により算出する。すなわち、
変位量Ｄ１＝Ｃ×ｎ１…（１）
となる。ここで、Ｃは校正値（画面１画素当たりの変位量）、ｎ１はマーカ８ｂの正規位置からの画素数である。
【００２８】
特性計算部４は算出した変位量Ｄ１を異常監視部５に送る。異常監視部５では、予め設定された許容値と、特性計算部４から送られてきた変位量Ｄ１を比較することで、タップ表示部８の監視および異常判定を行う。このとき、異常監視部５は、特性計算部４からの変位量Ｄ１が許容値の範囲内であればタップ表示部８は正常であると判定する。また、異常監視部５は、特性計算部４からの変位量Ｄ１が許容値を逸脱していればタップ表示部８に異常があると判定する。
【００２９】
［電磁スイッチの動作間隔の異常判定］
図３は、監視カメラ１４ｂが撮影した電磁スイッチ９の撮影画像の一例である。特性計算部４は電磁スイッチ９に設けた突起９ｂの時間ｔに対する変位量Ｄ２（ｔ）を下記の式（２）により算出する。すなわち、
変位量Ｄ２（ｔ）＝Ｃ×ｎ２（ｔ）…（２）
となる。ここで、Ｃは校正値（画面１画素当たりの変位量）、ｎ２（ｔ）は電磁スイッチ９の変位の画面上での画素数である。
【００３０】
さらに特性計算部４は図４に示すように電磁スイッチ９の動作間隔ｔ１を算出する。特性計算部４は動作間隔ｔ１を異常監視部５に送る。異常監視部５では、予め設定された許容値と、特性計算部４から送られてきた動作間隔ｔ１を比較することにより、電磁スイッチ９を監視し、その異常の有無を判断する。このとき、異常監視部５は、特性計算部４からの動作間隔ｔ１が許容値の範囲内であれば電磁スイッチ９は正常であると判定し、動作間隔ｔ１が許容値から外れていれば電磁スイッチ９に異常があると判定する。
【００３１】
［電磁スイッチの動作速度の異常判定］
図５は、監視カメラ１４ｃが撮影した電磁スイッチ１０の撮影画像に基づいて、電磁スイッチ１０の変位および速度を算出した結果の一例である。図４と同様の撮影画像から、特性計算部４は電磁スイッチ１０に設けた突起１０ｂの時間ｔに対する変位量Ｄ３（ｔ）および速度Ｖ３（ｔ）を下記の式（３）、（４）により算出する。すなわち、
変位量Ｄ３（ｔ）＝Ｃ×ｎ３（ｔ）…（３）
速度Ｖ３（ｔ）＝Ｃ×（ｎ３（ｔ＋Δｔ）−ｎ３（ｔ））／Δｔ…（４）
となる。ここで、Ｃは校正値（画面１画素当たりの変位量）、ｎ３（ｔ）は電磁スイッチ１０の変位の画面上での画素数、Δｔは時間の微少増分である。特性計算部４は算出した変位量Ｄ３（ｔ）および速度Ｖ３（ｔ）を異常監視部５に送る。
【００３２】
異常監視部５では、予め設定された許容値から導かれる変位量および速度のマスターカーブ（図５のグラフでは実線）と、特性計算部４から送られてきた変位量Ｄ３（ｔ）および速度Ｖ３（ｔ）（図５のグラフでは点線）を比較することにより、電磁スイッチ１０を監視して、その異常の有無を判断する。
【００３３】
図５のグラフの例では、異常監視部５は、事前に得られた知見を基に、基準変位Ｄ０における基準速度Ｖ０と算出速度Ｖ３との差の許容値ｋを設定している。つまり、異常監視部５は、特性計算部４が電磁スイッチ１０の撮影画像を基に算出した実際の変位量Ｄ３（ｔ）および速度Ｖ３（ｔ）から、基準変位Ｄ０における速度Ｖ３を求める。
【００３４】
そして、この速度Ｖ３と基準速度Ｖ０とを比較して電磁スイッチ１０を監視し、速度Ｖ３と基準速度Ｖ０との差が許容値ｋよりも大きい場合には異常監視部５は電磁スイッチ１０を異常有り、速度Ｖ３と基準速度Ｖ０との差が許容値ｋ以下の場合には異常監視部５は電磁スイッチ１０を異常無しと判定する。すなわち、下記の不等式に示すように、
｜Ｖ３−Ｖ０｜＞ｋ ：「異常有り」と判定
｜Ｖ３−Ｖ０｜≦ｋ ：「異常無し」と判定
となる。
【００３５】
なお、上記実施形態における異常監視部５は、電磁スイッチ９の動作間隔を監視および異常判定を実施し、電磁スイッチ１０の動作速度を監視および異常判定を実施したが、電磁スイッチ９について動作速度を監視および異常判定を行い、電磁スイッチ１０について動作間隔を監視および異常判定を行うようにしてもよい。また、電磁スイッチ９、１０両方について、動作間隔と動作速度を監視および異常を判定するようにしてもよい。
【００３６】
［回転軸の異常判定］
図６は、監視カメラ１４ｄが撮影した回転軸２３の撮影画像の一例である。回転軸２３にはマーカ２３ｂが設けられている。特性計算部４はマーカ２３ｂの時間ｔに対する変位量Ｄ４（ｔ）を下記の式（４）により算出する。すなわち、
変位量Ｄ４（ｔ）＝Ｃ×ｎ４（ｔ）…（４）
とする。ここで、Ｃは校正値（画面１画素当たりの変位量）、ｎ４（ｔ）は回転軸２３の変位量の画面上での画素数である。
【００３７】
このようにして特性計算部４が算出した変位量Ｄ４（ｔ）の一例を図７に示す。回転軸２３の回転に伴ってマーカ２３ｂの変位量は図７中に示したように間欠的な値となり、これに基づいて、特性計算部４は回転回数を算出する。特性計算部４は算出結果を異常監視部５に送る。異常監視部５では、予め設定されている許容値と、特性計算部４から送られてきた算出値を比較することにより、回転軸２３の監視と異常判断を行う。
【００３８】
［効果］
異常監視部５がタップ表示部８、電磁スイッチ９、１０および回転軸２３のいずれかについて異常有りと判定した場合、これらの制御部品だけではなく、電動操作部３に組み込まれた他の部品にも異常が発生している可能性がある。さらに電動操作部３によって駆動される切換開閉器１またはタップ選択器２に、過大な摩擦力などの異常が発生している可能性がある。
【００３９】
このため、本実施形態では、異常監視部５が表示部８、電磁スイッチ９、１０および回転軸２３のいずれかについて異常有りと判定した場合、電動操作部３全体に異常有りと判定し、さらには変圧器タンク６に収納された切換開閉器１およびタップ選択器２についても異常の可能性有りと判定する。すなわち、異常監視部５は、タップ表示部８、電磁スイッチ９、１０、回転軸２３に異常有りと判定すると、負荷時タップ切換装置の異常発生を示す表示または電気信号を出力する。これにより、負荷時タップ切換装置に事故が発生するよりも前に速やかに、負荷時タップ切換装置の運転を停止して、点検や修理などの対応を実施することができ、事故発生を未然に防ぐことが可能である。
【００４０】
以上のような本実施形態によれば、監視員の目視に頼るのではなく、監視カメラ１４ａ〜１４ｄの撮影した画像から、タップ表示部８、電磁スイッチ９、１０および回転軸２３の動作特性を算出する。そして、異常監視部５が、算出結果に基づき電動操作部３は勿論のこと、切換開閉器１およびタップ選択器２についても異常判定および監視を行う。
【００４１】
そのため、負荷時タップ切換装置において肉眼では見逃すおそれのあった僅かな異常も、的確に発見することができ、高い精度で異常判定および監視を実現可能である。したがって、負荷時タップ切換装置の異常を正確且つ早期に判定して、負荷時タップ切換装置の正常運転を長期間継続させることができる。これにより、系統の安全性および信頼性の向上に寄与することができる。
【００４２】
また、本実施形態によれば、監視カメラ１４ａ〜１４ｄを電動操作部３に対し取付けるだけで、負荷時タップ切換装置全体の異常判定および監視を実現することができるので、既設の負荷時タップ切換装置への適用が極めて容易である。しかも、切換開閉器１およびタップ選択器２の監視部について、変圧器本体タンク６の内部から外部にかけて設置する必要が無い。したがって、切換開閉器およびタップ選択器についても小形且つ簡易な構成で、正確に異常判定および監視を行うことができる。
【００４３】
［他の実施形態］
上記の実施形態は、本明細書において一例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図するものではない。すなわち、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことが可能である。これらの実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００４４】
例えば、監視カメラの形式や構成あるいは配置数や配置箇所については実施形態では特に限定しない。監視カメラとしては通常のＣＣＤカメラのほか、高速度ＶＴＲや、光ファイバー式スコープで光源を備えたものなどが包含される。また、動作特性を計算する制御部品に関しても適宜選択可能であり、動作特性の組合せなども適宜変更可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１…切換開閉器
２…タップ選択器
３…電動操作部
４…特性計算部
５…異常監視部
６…変圧器本体タンク
８…タップ表示部
９、１０…電磁スイッチ
１１…減速装置
１３…フタ
１４ａ〜１４ｄ…監視カメラ
２１…信号ケーブル
２２、２３…回転軸
２６…蓄勢装置
２６ｂ…蓄勢ばね
２７…駆動軸
２８…接点部
２９…カム
３０…真空バルブ
３１…通電接点
【図１】
2013247173.tif 000003
【図２】
2013247173.tif 000004
【図３】
2013247173.tif 000005
【図４】
2013247173.tif 000006
【図５】
2013247173.tif 000007
【図６】
2013247173.tif 000008
【図７】
2013247173.tif 000009