(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器を絶縁するための絶縁媒体を封入した油入電気機器を監視するものにおいて、上記絶縁媒体の圧力変化を検出する圧力検出装置、上記油入電気機器の１００Ｈｚ以上である所定の周波数帯域までの振動を検出する振動検出装置、上記圧力検出装置及び上記振動検出装置で検出した信号情報から内部短絡が発生したか否かを判定する判定装置を備え、該判定装置は、上記圧力検出装置で検出した圧力値の微分値が所定の圧力微分しきい値以上で、且つ上記振動検出装置で検出した加速度の微分値が所定の加速度微分しきい値以下であれば内部短絡と判定することを特徴とする油入電気機器の監視装置。
【請求項２】
判定装置での判定結果を上位制御系に伝送する伝送装置を備えたことを特徴とする請求項１記載の油入電気機器の監視装置。
【請求項３】
電気機器を絶縁するための絶縁媒体を封入した油入電気機器を監視するものにおいて、上記絶縁媒体の圧力変化を検出する複数個の圧力検出装置、上記油入電気機器の１００Ｈｚ以上である所定の周波数帯域までの振動を検出する振動検出装置、上記複数個の圧力検出装置及び上記振動検出装置で検出した信号情報から内部短絡が発生したか否かを判定する判定装置、判定装置で内部短絡と判定されたとき上記複数個の圧力検出装置の信号情報から内部短絡の発生位置を推定する発生位置推定装置を備え、上記判定装置は、上記圧力検出装置で検出した圧力値の微分値が所定の圧力微分しきい値以上で、且つ上記振動検出装置で検出した加速度の微分値が所定の加速度微分しきい値以下であれば内部短絡と判定することを特徴とする油入電気機器の監視装置。
【請求項４】
上記圧力検出装置は、絶対圧型圧力センサであることを特徴とする請求項１または３記載の油入電気機器の監視装置。
【請求項５】
上記振動検出装置は、加速度センサ、振動センサ、衝撃センサ、速度センサ及び変位センサのいずれかであることを特徴とする請求項１または３記載の油入電気機器の監視装置。
【請求項６】
上記圧力検出装置及び上記振動検出装置からの信号情報を記憶する記憶装置を備えたことを特徴とする請求項１または３記載の油入電気機器の監視装置。
【請求項７】
上記判定装置での判定結果及び上記発生位置推定装置での内部短絡の発生位置の推定場所を上位制御系に伝送する伝送装置を備えたことを特徴とする請求項３記載の油入電気機器の監視装置。
【請求項８】
上記判定装置で内部短絡と判定されたときに、上記判定装置は電気機器の運転を停止させることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の油入電気機器の監視装置。
【請求項９】
上記判定装置で内部短絡と判定されたときに油入電気機器の内部の圧力を外部へ逃がす減圧装置を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の油入電気機器の監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内部に絶縁用の油等の媒体を封入した油入電気機器の監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、例えば、特公昭６１−１１０５４号公報の開示された従来の油入電気機器の監視装置を示す構成図である。図において、１は変圧器、２は変圧器１の絶縁媒体である油などが充填された油入容器、３は油入容器２内に急激な圧力変動があった際には放圧板４を割って油を外部に排出し油入容器２内を減圧させる放圧管、５は油入容器２に取り付けられ絶縁媒体の圧力変化を検出する圧力検出装置、６は過去の事故時の圧力変化などが記憶されている記憶装置、７は圧力検出装置５からの圧力値と記憶装置６からの過去の情報から、以降の圧力、時間特性を計算する演算装置、８は演算装置７での計算結果から事故の有無を判定する判定装置、９は判定装置８の結果により動作するリレー回路である。なお、放圧管３は、放圧板４を境に、油入容器２側は油で満たされているが、反対側は大気に向かって解放されている。
【０００３】
次に動作について説明する。変圧器等の油入電気機器において、内部短絡が生じた場合、短絡箇所が熱を持つために、絶縁媒体として封入されている油が分解する。油の一部が気化することによって、油入容器２内の油圧が増加して油入容器２が破壊され、漏れた油が原因で火災になることがある。このため、油圧の上昇を検知し、高圧となったら放圧板４を割って意図的に油を放圧管３から外部に放出して、油入容器２内部を減圧させる。
【０００４】
放出の動作について、以下に説明する。まず、圧力検出装置５で油入容器２内部の圧力を検出し、この検出された圧力値のうち、あるしきい値を超える値のみ演算装置７に入る。これは、正常運転時の微小な圧力変化は事前に制限して判定対象から外すためである。次に、演算装置７は、先ほどの検出した圧力値と、記憶装置６に記憶されている過去の事故時の圧力変化から、以後の圧力の変化と時間特性を計算し、油入容器２の破壊に対する許容圧力値に達する時間、または、一定時間経過後に到達する圧力値を求める。演算装置７の計算結果は、判定装置８で、油入容器２の破壊に対する許容圧力値に達する時間、または、一定時間経過後に到達する圧力値に対応した初期設定値と比較され、合致していれば事故発生と判定してリレー回路９が動作して、放圧作業が行われる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の油入電気機器の監視装置は以上のように構成されており、ある一定以上の圧力値（例えば、絶対圧で２ｋｇ／ｃｍ2）を越え、且つその圧力値に短時間（例えば、１ｋｇ／ｃｍ2／ｓｅｃ）に達したときに、放圧作業が行われている。しかし、内部短絡が発生した場合は当然動作するが、落雷による外部短絡といった事故とは関係ない要因でも放圧作業が行われ、しばしば誤動作で放圧板４の破壊に至っているという問題点があった。誤動作で放圧板が割れてしまった場合、放圧板の交換に多額の費用を要し、また、誤動作の原因を確認する必要がある。
【０００６】
この発明は、以上のような問題点を解決するためになされたものであり、油入電気機器の内部短絡を確実に検知することができる油入電気機器の監視装置を得ること目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る油入電気機器の監視装置は、電気機器を絶縁するための絶縁媒体を封入した油入電気機器を監視するものにおいて、上記絶縁媒体の圧力変化を検出する圧力検出装置、上記油入電気機器の１００Ｈｚ以上である所定の周波数帯域までの振動を検出する振動検出装置、上記圧力検出装置及び上記振動検出装置で検出した信号情報から内部短絡が発生したか否かを判定する判定装置を備え、該判定装置は、上記圧力検出装置で検出した圧力値の微分値が所定の圧力微分しきい値以上で、且つ上記振動検出装置で検出した加速度の微分値が所定の加速度微分しきい値以下であれば内部短絡と判定することを特徴とするものである。
【０００９】
また、電気機器を絶縁するための絶縁媒体を封入した油入電気機器を監視するものにおいて、上記絶縁媒体の圧力変化を検出する複数個の圧力検出装置、上記油入電気機器の１００Ｈｚ以上である所定の周波数帯域までの振動を検出する振動検出装置、上記複数個の圧力検出装置及び上記振動検出装置で検出した信号情報から内部短絡が発生したか否かを判定する判定装置、判定装置で内部短絡と判定されたとき上記複数個の圧力検出装置の信号情報から内部短絡の発生位置を推定する発生位置推定装置を備え、上記判定装置は、上記圧力検出装置で検出した圧力値の微分値が所定の圧力微分しきい値以上で、且つ上記振動検出装置で検出した加速度の微分値が所定の加速度微分しきい値以下であれば内部短絡と判定することを特徴とするものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による油入電気機器の監視装置を示す構成図である。図において、１は変圧器、２は変圧器１の絶縁媒体である油などが充填された油入容器、３は油入容器２内に急激な圧力変動があった際には放圧板４を割って油を外部に排出し油入容器２内を減圧させる放圧管、５は油入容器２に取り付けられ絶縁媒体の圧力変化を検出する圧力検出装置、１０は油入容器２の振動を検出する振動検出装置、６は圧力検出装置５と振動検出装置１０からの信号を受け取り信号波形などのデータを記憶する記憶装置、８は圧力検出装置５や振動検出装置１０からの信号、または記憶装置６に記憶されている信号から、内部短絡であるのか外部短絡であるのかを判定する判定装置である。なお、放圧管３は、放圧板４を境に、油入容器２側は油で満たされているが、反対側は大気に向かって解放されている。
【００１８】
圧力検出装置５としては、油圧の絶対圧を計測するタイプ、ゲージ圧で計測するタイプのどちらでも用いることができる。しかし、ゲージ圧で計測するタイプは、油入容器２の内圧の上昇によって、圧力検出装置５の検出部が破損した際に、油入容器２が外気（大気）に向かって解放されるため、不用意に油入容器２内の油が外に出てしまい好ましくない。その点から、本発明に用いるものは、絶対圧タイプの方が好ましい。
【００１９】
また、振動検出装置１０としては、内部短絡と外部短絡の際の周波数帯域が、５０Ｈｚあるいは６０Ｈｚの整数倍振動が顕著に現れるため、１００Ｈｚ台以上の比較的高い周波数帯域の計測も可能な装置が適しているが、高帯域が２０ｋＨｚ程度まで計測できるものでも問題はない。振動検出装置１０としては、一般的に、振動加速度を測定する加速度センサ、振動センサ、衝撃センサを用いるが、振動変位を測定する変位センサ、振動の速度を測定する速度センサなどでも良い。
【００２０】
次に動作について説明する。まず、圧力検出装置５で油入容器２の内部の油圧変化、及び振動検出装置１０によって油入容器２の振動を検出する。圧力検出装置５及び振動検出装置１０では常時測定が行われており、一定時間、例えば１分間といった範囲で記憶装置６に計測データが記憶されると共に、判定装置８にも計測データが送付されている。
【００２１】
判定装置８は、圧力検出装置５及び振動検出装置１０で検出したデータから、内部短絡が発生したか否かを判定する。なお、判定装置８は、圧力検出装置５及び振動検出装置１０で検出したデータを直接利用しても、記憶装置６に一旦記憶されたデータを利用しても良い。また、記憶装置６と判定装置８は常時、あるいは必要に応じてデータのやりとりを行うことができる。
【００２２】
次に、判定装置８の動作について説明する。図２は、この発明の実施の形態１による油入電気機器の監視装置の判定装置の動作を示すフローチャートである。まず、圧力検出装置５から検出された圧力値Ｐが、ある圧力しきい値Ｐ0以上であるか否かを判定する（ステップ１）。圧力しきい値Ｐ0は、一般的に、明らかに内部短絡と判断される高い圧力、例えば絶対圧で３ｋｇｆ／ｃｍ2といった値である。圧力しきい値Ｐ0以上であれば、内部短絡と判定される（ステップ２）。圧力しきい値Ｐ0以下であれば、圧力値Ｐを微分し（ステップ３）、この値が、ある圧力微分しきい値Ｐｄ0以上であるか否かを判定する（ステップ４）。この判定は、即ち、圧力が短時間に急激に変化したか否かを判定するものである。圧力微分しきい値Ｐｄ0以上であれば、圧力が短時間に急激に変化したとしてステップ５へ進み、圧力微分しきい値Ｐｄ0以下であれば、圧力が短時間に急激に変化していないので判定を終了して、今までの作業を繰り返すことになる。
【００２３】
一方、振動検出装置１０で検出された加速度Ａは微分され（ステップ６）、この値が、ある加速度微分しきい値ａｄ0以上であるか否かを判定する（ステップ５）。この判定は、即ち、加速度が短時間に急激に変化したか否かを判定するものである。加速度微分しきい値ａｄ0以上であれば、加速度が短時間に急激に変化したとして、外部短絡と判定される（ステップ７）。加速度微分しきい値ａｄ0以下であれば、加速度が短時間に急激に変化していないので、内部短絡と判定される（ステップ２）。
【００２４】
以上のような判定装置８の処理をまとめると、内部短絡と判定されるケースは、圧力検出装置５で検出した圧力値が一定値を超えた場合、または、検出した圧力値が一定値を超えず、圧力値が短時間に急激に変化したが、振動検出装置１０で検出した加速度が短時間に変化していない場合である。また、外部短絡と判定されるケースは、圧力値が一定値を超えず、圧力、加速度共に短時間に急激に変化した場合である。
【００２５】
判定装置８で内部短絡が発生したと判定されると、上記従来例と同様に、放圧板４を割って意図的に油を放圧管３から外部に放出する作業を行う。
【００２６】
なお、内部短絡と判定した場合や外部短絡と判定した場合は、判定した時点の前後の信号を記憶装置６に保持することができる。
【００２７】
次に、参考として、内部短絡と外部短絡との圧力変動、加速度変動の波形を示す。図３は、油入容器２の４カ所に圧力検出装置５を取り付け、内部短絡が発生した際の圧力変動を模擬した解析データを示す図である。内部短絡が生じた場合、短絡箇所が熱を持つために封入されている油が分解する。その際、油の一部が気化することによって、油入機器内の油圧を単調に増加させることになる。上記図３は、実測ではなく解析データのため、３０ｍｓｅｃ以降に圧力変動の脈動が見られるが、実際には密閉された空間では油圧が減少することは通常考えられない。図に示すように、内部短絡の場合、短時間に急激に圧力値が上昇していることが分かる。なお、振動検出装置１０による振動データはここでは示していないが、後述する外部短絡の場合の振動データと比べて、短時間に急激な変動は見られない。
【００２８】
図４（ａ）は、外部短絡（雷）が発生した際の圧力変動を模擬して実験した実測データを示す図であり、図４（ｂ）は、外部短絡が発生した際の加速度変動を模擬して実験した実測データである。外部短絡（雷）によるサージ電流が変圧器１に流入した場合、コイルに働く電磁力によってコイルが振動し、この振動により油入容器２内の油も振動して、圧力検出装置５から得られる油圧、及び振動検出装置１０から得られる振動データが適当なオフセット上昇分を含みながら脈動する。図４（ａ）に示すように、圧力の変化は、上記図３に示す内部短絡の場合と同様に短時間に急激に圧力変動しているが、圧力値自体はさほど高くないことが分かる。また、図４（ｂ）に示すように、振動検出装置１０から得られる振動データも極めて短時間、１０ｍｓｅｃ内でも正負に加速度が振れていることが分かる。
【００２９】
なお、上記実施の形態１における判定装置８の動作は、圧力検出装置５と振動検出装置１０とが単数の場合を想定したが、圧力検出装置５と振動検出装置１０とが複数個設置されることも考えられる。この場合判定には、複数のデータの最大値や微分値の最大を採る方式が考えられる。また、複数のデータの掛け合わせを行って判定することも考えられる。
【００３０】
また、本発明による油入電気機器の監視装置は、内部短絡の検出を主たる目的としているが、地震などの振動データを蓄積する意味から帯域が比較的低い振動検出装置１０を別途設けて、記憶装置６に記憶することもでき、事故ではないが同様に、外部短絡時の圧力検出装置５と振動検出装置１０による計測データを記憶装置６に記憶しても良い。
【００３１】
以上のように、この実施の形態１によれば、絶縁媒体の圧力変化を検出する圧力検出装置５、油入容器２の振動を検出する振動検出装置１０、圧力検出装置５及び上記振動検出装置１０で検出した信号情報から内部短絡が発生したか否かを判定する判定装置８を備えたので、内部短絡事故を確実に検知することができる効果が得られる。
【００３２】
実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２による油入電気機器の監視装置を示す構成図である。図において、１１は判定装置８で内部短絡と判定されたとき、その発生位置を推定する発生位置推定装置である。
【００３３】
油入容器２の複数箇所に圧力検出装置５を設置した場合、上記図３で示したように、内部短絡の発生位置に位置が近い圧力検出装置５が、一番高い圧力値を示すと考えられる。そこで、図６に示すように、圧力検出装置５を複数箇所設け、判定装置８で内部短絡と判定されたら、発生位置推定装置１１により、複数の圧力検出装置５の中で、最初に油圧が急上昇した圧力検出装置５、または最初に油圧がある一定値、例えば絶対圧で２ｋｇｆ／ｃｍ2を越えた圧力検出装置５の近傍を内部短絡の発生位置と推定する。これにより、内部短絡の発生位置がある程度特定され、変圧器１の修理が容易になる。
【００３４】
なお、ここでは、判定装置８と発生位置推定装置１１は別々の演算装置として記載されているが、同一の演算装置としても良い。
【００３５】
実施の形態３．
図６は、この発明の実施の形態３による油入電気機器の監視装置を示すブロック図である。図において、１２は判定装置８によって判定された判定結果、発生位置推定装置１１で推定された内部短絡の発生位置、及び記憶装置６に記憶された信号波形を上位制御系１３へ伝送する伝送装置である。
【００３６】
双方向通信機能を有する伝送装置１２の具体例としては、準国際標準規格のフィールドバスといった伝送するための有線のケーブル以外にも、無線通信などがある。また、上位制御系１３は、例えば、複数の変圧器１を同時に監視する監視室や、遠方にて集中監視する監視局のことである。
【００３７】
上位制御系１３では記憶装置６を大幅に上回る大容量の記憶媒体を有しており、判定装置８や発生位置推定装置１１よりも高度な演算機能を有している。圧力検出装置５や振動検出装置１０から得られた値を上位制御系１３で常時蓄積することによって、内部短絡の予兆を過去に蓄積された油圧、振動データから分析することが可能となる。
【００３８】
また、例えば上位制御系１３で圧力検出装置５の一つに劣化や故障と思われるような信号が検出される際に、その異常と判断された圧力検出装置５によって計測されるデータを外した監視システムをおこなうように判定装置８や発生位置推定装置１１に指示するような形で、上位制御系１２から判定装置８や発生位置推定装置１１に命令を送ることも双方向通信であるため可能である。
【００３９】
実施の形態４．
上記実施の形態１では、内部短絡と判定された場合、放圧板４を割って意図的に油を放圧管３から外部に放出し、油入容器２内の圧力を減圧させるという作業を行っている。しかし、本実施の形態では、判定装置８で内部短絡と判定された場合、判定装置８は、変圧器１と電力系統とを接続する遮断機を開放させる信号を発して、変圧器１の運転を停止させるものである。これにより、放圧管３、放圧板４を省略させることができ、また、変圧器１の運転自体を停止させるので、変圧器１が加圧されて破損するようなことは発生しない。
【００４０】
実施の形態５．
本実施の形態では、放圧管３の先端に減圧装置を設けるものである。減圧装置内部は、一般的に用いらている電気式の電磁弁と、例えば窒素などの気体が充填された減圧室とからなる。判定装置８で内部短絡と判定されると、電気式の電磁弁を開放して、油入容器２内の油を放出するが、窒素などの気体が充填された減圧室により減圧して放出することができる。従って、油入容器２内部の圧力を上昇させることなく油を密閉しているタンクの破裂を未然に防ぐことが可能となる。
【００４１】
液体は気体と違い、わずかな体積膨張、例えば体積比１％の膨張でも、圧力が１０ｋｇｆ／ｃｍ2以上に達するため、減圧室の容積は、油入容器２の容積の１％あれば充分に減圧室としての機能を達することができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上のように、電気機器を絶縁するための絶縁媒体を封入した油入電気機器を監視するものにおいて、上記絶縁媒体の圧力変化を検出する圧力検出装置、上記油入電気機器の１００Ｈｚ以上である所定の周波数帯域までの振動を検出する振動検出装置、上記圧力検出装置及び上記振動検出装置で検出した信号情報から内部短絡が発生したか否かを判定する判定装置を備え、該判定装置は、上記圧力検出装置で検出した圧力値の微分値が所定の圧力微分しきい値以上で、且つ上記振動検出装置で検出した加速度の微分値が所定の加速度微分しきい値以下であれば内部短絡と判定することを特徴とするものなので、内部短絡事故を確実に検知することができる効果が得られる。
【００４４】
また、電気機器を絶縁するための絶縁媒体を封入した油入電気機器を監視するものにおいて、上記絶縁媒体の圧力変化を検出する複数個の圧力検出装置、上記油入電気機器の１００Ｈｚ以上である所定の周波数帯域までの振動を検出する振動検出装置、上記複数個の圧力検出装置及び上記振動検出装置で検出した信号情報から内部短絡が発生したか否かを判定する判定装置、判定装置で内部短絡と判定されたとき上記複数個の圧力検出装置の信号情報から内部短絡の発生位置を推定する発生位置推定装置を備え、上記判定装置は、上記圧力検出装置で検出した圧力値の微分値が所定の圧力微分しきい値以上で、且つ上記振動検出装置で検出した加速度の微分値が所定の加速度微分しきい値以下であれば内部短絡と判定することを特徴とするものなので、内部短絡事故を確実に検知すると共に、事故の発生位置を特定して、油入電気機器の修理を容易に行える効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による油入電気機器の監視装置を示す構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による油入電気機器の監視装置の判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】  内部短絡時の圧力変動を示す波形図である。
【図４】  外部短絡時の圧力変動及び加速度変動を示す波形図である。
【図５】  この発明の実施の形態２による油入電気機器の監視装置を示す構成図である。
【図６】  この発明の実施の形態３による油入電気機器の監視装置を示すブロック図である。
【図７】  従来の油入電気機器の監視装置を示す構成図である。
【符号の説明】
１  変圧器、２  油入容器、３  放圧管、４  放圧板、５  圧力検出装置、６  記憶装置、８  判定装置、１０  振動検出装置、１１  発生位置推定装置、１２伝送装置、１３  上位制御系
【図１】
0003846519.tif 000002
【図２】
0003846519.tif 000003
【図３】
0003846519.tif 000004
【図４】
0003846519.tif 000005
【図５】
0003846519.tif 000006
【図６】
0003846519.tif 000007
【図７】
0003846519.tif 000008