JP2001176729A - 電力機器負荷監視装置 - Google Patents
電力機器負荷監視装置Info
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Landscapes
- Transformer Cooling (AREA)
- Housings And Mounting Of Transformers (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 電力機器劣化に寄与する部位の経時的温度変
化を熱等価回路によってシミュレーションする電力機器
負荷監視装置において、上記等価回路の回路定数を精度
よく設定する。 【解決手段】 電力機器への負荷、冷却媒体温度、周温
および冷却器運転状態の実測運転状態情報を検出し、そ
れを初期値として機器の各部位の経時的温度変化を熱等
価回路によってシミュレーションする。また熱等価回路
の回路定数うち、推定が困難な冷却媒体、鉄心およびタ
ンクの等価熱時定数については、数時間のシミュレーシ
ョン結果と実測運転状態情報の収集結果との誤差和が最
小になる値を選択することにより、精度の高いシミュレ
ーションが行える。
化を熱等価回路によってシミュレーションする電力機器
負荷監視装置において、上記等価回路の回路定数を精度
よく設定する。 【解決手段】 電力機器への負荷、冷却媒体温度、周温
および冷却器運転状態の実測運転状態情報を検出し、そ
れを初期値として機器の各部位の経時的温度変化を熱等
価回路によってシミュレーションする。また熱等価回路
の回路定数うち、推定が困難な冷却媒体、鉄心およびタ
ンクの等価熱時定数については、数時間のシミュレーシ
ョン結果と実測運転状態情報の収集結果との誤差和が最
小になる値を選択することにより、精度の高いシミュレ
ーションが行える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、電力機器の劣化
に寄与する部位の温度を予測して、当該機器の高効率運
転および保守を支援する電力機器負荷監視装置に関する
ものである。
に寄与する部位の温度を予測して、当該機器の高効率運
転および保守を支援する電力機器負荷監視装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、設備投資を抑制する目的で電力機
器を高効率運転（高負荷運転）させるための技術開発が
進められているが、この流れに伴い、電力機器の過負荷
運転時における高信頼運転のための機器監視、異常予測
システムなど、運転保守支援装置（あるいはシステム）
の要求がでている。このような要求に対して、電力機器
を熱等価回路で表し、電力機器の寿命を決定する巻線温
度を、負荷率、外気温度（周囲温度）、および冷却器の
運転台数を入力情報とするシミュレーションにより予測
する負荷監視装置などが考えられている。負荷監視装置
においては、監視対象機器の熱等価回路の回路定数（あ
るいは定格値）を工場出荷試験や設計値から予め求め、
当該装置の演算処理部による上記シミュレーションの初
期設定値として入力しておくことが、一般的である。
器を高効率運転（高負荷運転）させるための技術開発が
進められているが、この流れに伴い、電力機器の過負荷
運転時における高信頼運転のための機器監視、異常予測
システムなど、運転保守支援装置（あるいはシステム）
の要求がでている。このような要求に対して、電力機器
を熱等価回路で表し、電力機器の寿命を決定する巻線温
度を、負荷率、外気温度（周囲温度）、および冷却器の
運転台数を入力情報とするシミュレーションにより予測
する負荷監視装置などが考えられている。負荷監視装置
においては、監視対象機器の熱等価回路の回路定数（あ
るいは定格値）を工場出荷試験や設計値から予め求め、
当該装置の演算処理部による上記シミュレーションの初
期設定値として入力しておくことが、一般的である。
【０００３】図７は、巻線油入変圧器の熱等価回路の一
例を示すものであり、この熱等価回路は次の微分方程式
(1)〜(4)で表すことができる。 Ｃ1c（dθ1c(t)／dt）＋Ｈ1c（Ｑp(t)）・（θ1c(t)−θo(t)） ＝（（Ｗ1rn(θ1c(t)）＋Ｗ1en（θ1c(t)））Ｐ1 2(t)）k・・・(1) Ｃ2c（dθ2c(t)／dt）＋Ｈ2c（Ｑp(t)）・（θ2c(t)−θo(t)） ＝（（Ｗ2rn(θ2c(t)）＋Ｗ2en（θ2c(t)））Ｐ2 2(t)）k・・・(2) Ｃ3c（dθ3c(t)／dt）＋Ｈ3c（Ｑp(t)）・（θ3c(t)−θo(t)） ＝（（Ｗ3rn(θ3c(t)）＋Ｗ3en（θ3c(t)））Ｐ3 2(t)）k・・・(3) Ｃo（dθo(t)／dt）＋Ｈo（Ｑp(t)，Ｑf(t)）・（θo(t)−θa(t)） ＝ΣＨic（Ｑp(t)）・（θic(t)−θo(t)）＋Ｗi(t) ・・・(4) 但し、 Ｃic，Ｃo ：巻線の熱容量，冷却媒体、鉄心およびタン
クの熱容量 Ｈic ：巻線−冷却媒体（絶縁油）間熱放散係数 Ｒic＝１／Ｈic（Ｒicは当該間熱抵抗、図７に図示あ
り） Ｈo ：冷却媒体（絶縁油）−大気間熱放散係数 Ｒo＝１／Ｈo （Ｒは当該間熱抵抗、図７に図示あり） Ｗirn ：巻線の定格負荷時の抵抗損 Ｗien ：巻線の定格負荷時の漂遊損 Ｗi ：無負荷損（印加電圧およびタップ位置によ
り決定） Ｉi＝（Ｗirn（θic(t)）＋Ｗien（θic(t)））・Ｐi 2 Ｉo＝Ｗi（t) （Ｉiは巻線部発生損失、Ｉoはそれ以外の発生損失、Ｉ
i，Ｉoともに図７に図示あり） θic,θo ：巻線の平均温度，冷却媒体（絶縁油）の温
度 θa ：周囲温度（大気温度） Ｑp ：冷却媒体（絶縁油）流量 Ｑf ：冷却媒体（空気）流量 Ｐi ：巻線の負荷率 ｉ ：巻線番号（＝１，・・・,ｎ；ｎは巻線の数） （本実施の形態例ではｉ＝１，２，３としている。） ｋ ：定数 ｔ ：時刻または基準時刻からの経過時間 以上の微分方程式を解き、当該装置の演算処理部による
シミュレーションの初期設定値として入力することによ
り、変圧器の寿命を決定する巻線温度を予測することが
できる。
例を示すものであり、この熱等価回路は次の微分方程式
(1)〜(4)で表すことができる。 Ｃ1c（dθ1c(t)／dt）＋Ｈ1c（Ｑp(t)）・（θ1c(t)−θo(t)） ＝（（Ｗ1rn(θ1c(t)）＋Ｗ1en（θ1c(t)））Ｐ1 2(t)）k・・・(1) Ｃ2c（dθ2c(t)／dt）＋Ｈ2c（Ｑp(t)）・（θ2c(t)−θo(t)） ＝（（Ｗ2rn(θ2c(t)）＋Ｗ2en（θ2c(t)））Ｐ2 2(t)）k・・・(2) Ｃ3c（dθ3c(t)／dt）＋Ｈ3c（Ｑp(t)）・（θ3c(t)−θo(t)） ＝（（Ｗ3rn(θ3c(t)）＋Ｗ3en（θ3c(t)））Ｐ3 2(t)）k・・・(3) Ｃo（dθo(t)／dt）＋Ｈo（Ｑp(t)，Ｑf(t)）・（θo(t)−θa(t)） ＝ΣＨic（Ｑp(t)）・（θic(t)−θo(t)）＋Ｗi(t) ・・・(4) 但し、 Ｃic，Ｃo ：巻線の熱容量，冷却媒体、鉄心およびタン
クの熱容量 Ｈic ：巻線−冷却媒体（絶縁油）間熱放散係数 Ｒic＝１／Ｈic（Ｒicは当該間熱抵抗、図７に図示あ
り） Ｈo ：冷却媒体（絶縁油）−大気間熱放散係数 Ｒo＝１／Ｈo （Ｒは当該間熱抵抗、図７に図示あり） Ｗirn ：巻線の定格負荷時の抵抗損 Ｗien ：巻線の定格負荷時の漂遊損 Ｗi ：無負荷損（印加電圧およびタップ位置によ
り決定） Ｉi＝（Ｗirn（θic(t)）＋Ｗien（θic(t)））・Ｐi 2 Ｉo＝Ｗi（t) （Ｉiは巻線部発生損失、Ｉoはそれ以外の発生損失、Ｉ
i，Ｉoともに図７に図示あり） θic,θo ：巻線の平均温度，冷却媒体（絶縁油）の温
度 θa ：周囲温度（大気温度） Ｑp ：冷却媒体（絶縁油）流量 Ｑf ：冷却媒体（空気）流量 Ｐi ：巻線の負荷率 ｉ ：巻線番号（＝１，・・・,ｎ；ｎは巻線の数） （本実施の形態例ではｉ＝１，２，３としている。） ｋ ：定数 ｔ ：時刻または基準時刻からの経過時間 以上の微分方程式を解き、当該装置の演算処理部による
シミュレーションの初期設定値として入力することによ
り、変圧器の寿命を決定する巻線温度を予測することが
できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の負
荷監視装置においては、回路定数であるＣic、Ｃo、Ｈi
c、Ｈoは次式(5)〜(8)で与えられる。 Ｈicn＝（(Ｗirn(θicn)＋Ｗien(θicn β))／(θicn−θon) ・・・(5) Ｈon ＝（Σ(Ｈicn(θicn−θon))＋Ｗi)／(θon−θan) ・・・(6) Ｃic ＝Ｈicn・τic ・・・(7) Ｃo ＝Ｈon・τo ・・・(8) 但し、 Ｈicn ：定格運転時の巻線−冷却媒体（絶縁油）
間熱放散係数 Ｈon ：定格運転時の冷却媒体（絶縁油）−大気
間熱放散係数 θicn−θon：定格運転時の巻線平均温度−冷却媒体
（絶縁油）温度差 θon−θan ：定格運転時の冷却媒体（絶縁油）温度−
周囲温度差 τic ：巻線熱時定数 τo ：冷却媒体、鉄心およびタンクの等価熱時
定数 この中で、τoを除く定数、すなわちＨicn、Ｈon、
τic、Ｃicは工場試験結果や設計値から比較的容易に推
定することができる。しかし、熱等価回路においては計
算速度向上のため、冷却媒体、タンク、および鉄心を集
中回路素子で表していることから、冷却媒体温度で代表
する等価熱時定数τoを設計値から精度よく推定するこ
とが非常に困難である。この等価熱時定数τoは、負荷
監視において最も重要である巻線温度推定のためのベー
スとなる冷却媒体温度を決定するキーファクターとなる
ことから、等価熱時定数τoを精度よく推定できないた
め当該負荷監視装置の性能が低下するといった問題点が
あった。また、熱時定数を求めるための温度上昇試験
は、定格負荷（電圧および負荷電流）印加のための工場
設備が巨大となるために、工場試験でも困難である。さ
らに、実測運転状態情報をもとに上記熱等価回路の回路
定数を手計算などで推定するには、刻々と変化する負荷
や周囲温度、冷却器運転台数等の変動要因が複雑に絡む
ため、容易には求めることができなかった。
荷監視装置においては、回路定数であるＣic、Ｃo、Ｈi
c、Ｈoは次式(5)〜(8)で与えられる。 Ｈicn＝（(Ｗirn(θicn)＋Ｗien(θicn β))／(θicn−θon) ・・・(5) Ｈon ＝（Σ(Ｈicn(θicn−θon))＋Ｗi)／(θon−θan) ・・・(6) Ｃic ＝Ｈicn・τic ・・・(7) Ｃo ＝Ｈon・τo ・・・(8) 但し、 Ｈicn ：定格運転時の巻線−冷却媒体（絶縁油）
間熱放散係数 Ｈon ：定格運転時の冷却媒体（絶縁油）−大気
間熱放散係数 θicn−θon：定格運転時の巻線平均温度−冷却媒体
（絶縁油）温度差 θon−θan ：定格運転時の冷却媒体（絶縁油）温度−
周囲温度差 τic ：巻線熱時定数 τo ：冷却媒体、鉄心およびタンクの等価熱時
定数 この中で、τoを除く定数、すなわちＨicn、Ｈon、
τic、Ｃicは工場試験結果や設計値から比較的容易に推
定することができる。しかし、熱等価回路においては計
算速度向上のため、冷却媒体、タンク、および鉄心を集
中回路素子で表していることから、冷却媒体温度で代表
する等価熱時定数τoを設計値から精度よく推定するこ
とが非常に困難である。この等価熱時定数τoは、負荷
監視において最も重要である巻線温度推定のためのベー
スとなる冷却媒体温度を決定するキーファクターとなる
ことから、等価熱時定数τoを精度よく推定できないた
め当該負荷監視装置の性能が低下するといった問題点が
あった。また、熱時定数を求めるための温度上昇試験
は、定格負荷（電圧および負荷電流）印加のための工場
設備が巨大となるために、工場試験でも困難である。さ
らに、実測運転状態情報をもとに上記熱等価回路の回路
定数を手計算などで推定するには、刻々と変化する負荷
や周囲温度、冷却器運転台数等の変動要因が複雑に絡む
ため、容易には求めることができなかった。
【０００５】この発明は、上述のような課題を解決する
ためになされたもので、その目的は、当該装置起動時に
おいて、熱等価回路の回路定数、特に冷却媒体、タンク
および鉄心の等価熱容量決定のための等価熱時定数τo
を精度よく設定することにより、巻線温度に代表される
電力機器劣化に寄与する部位の経時的温度変化を高精度
に予測できる電力機器負荷監視装置を得るものである。
ためになされたもので、その目的は、当該装置起動時に
おいて、熱等価回路の回路定数、特に冷却媒体、タンク
および鉄心の等価熱容量決定のための等価熱時定数τo
を精度よく設定することにより、巻線温度に代表される
電力機器劣化に寄与する部位の経時的温度変化を高精度
に予測できる電力機器負荷監視装置を得るものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る電力機器
負荷監視装置においては、電力機器の実測運転状態情報
を所定の時間収集した収集結果と、熱等価回路の回路定
数の値を任意に仮定してシミユレーションを上記所定の
時間行ったシミユレーション結果とを比較する手段、お
よび比較の結果、両者の誤差が最小になるときの回路定
数の値を上記熱等価回路の回路定数として決定する手段
を備えるものである。
負荷監視装置においては、電力機器の実測運転状態情報
を所定の時間収集した収集結果と、熱等価回路の回路定
数の値を任意に仮定してシミユレーションを上記所定の
時間行ったシミユレーション結果とを比較する手段、お
よび比較の結果、両者の誤差が最小になるときの回路定
数の値を上記熱等価回路の回路定数として決定する手段
を備えるものである。
【０００７】また、回路定数を決定するために収集する
実測運転状態情報として、電力機器への印加電圧および
当該電力機器に設けられた負荷時タップ切換器のタップ
位置を検出するものである。
実測運転状態情報として、電力機器への印加電圧および
当該電力機器に設けられた負荷時タップ切換器のタップ
位置を検出するものである。
【０００８】また、回路定数を決定するために収集する
実測運転状態情報として、当該機器への通電電流（負
荷）、冷却器の冷却媒体温度、周囲温度、および冷却器
運転状態を検出するものである。
実測運転状態情報として、当該機器への通電電流（負
荷）、冷却器の冷却媒体温度、周囲温度、および冷却器
運転状態を検出するものである。
【０００９】また、監視対象電力機器が変圧器である場
合、回路定数として冷却媒体、鉄心、およびタンクの等
価熱時定数の値を決定するものである。
合、回路定数として冷却媒体、鉄心、およびタンクの等
価熱時定数の値を決定するものである。
【００１０】また、冷却媒体、鉄心、およびタンクの等
価熱時定数の値として、経験により推定される範囲内の
任意の値を仮定してシミュレーションを行う際、実測運
転状態情報の収集時間を上記範囲の中央値の少なくとも
２倍以上とするものである。
価熱時定数の値として、経験により推定される範囲内の
任意の値を仮定してシミュレーションを行う際、実測運
転状態情報の収集時間を上記範囲の中央値の少なくとも
２倍以上とするものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、負荷監視
対象の電力機器として強制冷却器付きの３巻線油入変圧
器に本発明のシステムを適用した場合の構成図である。
図において、１は油入変圧器本体、２は変圧器１内で発
生した損失（熱量）を大気に放出する冷却器（油−大気
間熱交換器）で、油ポンプ３により変圧器本体１の冷却
媒体である絶縁油を油配管４を通じて冷却器２へ導き、
冷却された絶縁油を変圧器本体１に強制的に返送してい
る。なお、冷却器２には冷却能力向上のためのファンが
取り付けられ、強制的に大気を吹き付ける構造になって
おり、油ポンプ３と連動して運転される。大容量の変圧
器の場合、上記冷却器２および油ポンプ３は複数台取り
付けられており、冷却器制御盤５は、油ポンプ３への供
給電力を節約する目的で、変圧器本体１の負荷に応じて
油ポンプ３の運転台数を制御している。図２に、変圧器
１の負荷と冷却器運転台数との関係の一例をグラフで示
す。６は冷却器制御盤５から油ポンプ３およびファンへ
の電力供給用ケーブルである。
対象の電力機器として強制冷却器付きの３巻線油入変圧
器に本発明のシステムを適用した場合の構成図である。
図において、１は油入変圧器本体、２は変圧器１内で発
生した損失（熱量）を大気に放出する冷却器（油−大気
間熱交換器）で、油ポンプ３により変圧器本体１の冷却
媒体である絶縁油を油配管４を通じて冷却器２へ導き、
冷却された絶縁油を変圧器本体１に強制的に返送してい
る。なお、冷却器２には冷却能力向上のためのファンが
取り付けられ、強制的に大気を吹き付ける構造になって
おり、油ポンプ３と連動して運転される。大容量の変圧
器の場合、上記冷却器２および油ポンプ３は複数台取り
付けられており、冷却器制御盤５は、油ポンプ３への供
給電力を節約する目的で、変圧器本体１の負荷に応じて
油ポンプ３の運転台数を制御している。図２に、変圧器
１の負荷と冷却器運転台数との関係の一例をグラフで示
す。６は冷却器制御盤５から油ポンプ３およびファンへ
の電力供給用ケーブルである。
【００１２】この発明に係る電力機器運転保守支援シス
テムは、上記のように構成された変圧器に対して、その
実測運転状態情報をセンサ等により検出し、その検出信
号をもとに、上位コンピュータ内で熱等価回路によって
シミュレーションを行い、機器劣化に寄与する部位、特
に巻線温度の経時的変化の予測を行うものであり、上記
等価回路の回路定数の値として、所定の時間、実測運転
状態情報を収集した収集結果とシミュレーション結果と
の誤差を最小とする値を設定するものである。上記図１
において、７〜９,１１,１２は変圧器本体１の実測運転
状態情報を検出する手段としての検出器で、７は変圧器
本体１の負荷を検出する変流器（ＣＴ）、８は油温を検
出する例えば測温抵抗体のような油温センサ、９は変圧
器本体１の印加電圧を検出する計器用変圧器（ＰＴ）、
１１は変圧器負荷側（２次、３次出力）の電圧を制御す
るためのタップ切替器（図示せず）のタップ切換器操作
機構１０からタップ位置を検出するタップ位置検出器、
１２は現地信号処理盤１３を経由して周温（大気温度）
を入力する例えば熱電対のような周温センサである。こ
れら検出器７〜９,１１,１２で検出された信号は、計測
用インターフェース部１４を経由して信号処理部１５で
物理量に変換され、エンジニアリングワークステーショ
ンのような上位のコンピュータ１７（以降、ＥＷＳとい
う）へ伝送インターフェース１６を通じて伝送される。
１８は現地信号処理盤１３とＥＷＳ１７間の伝送ケーブ
ルである。
テムは、上記のように構成された変圧器に対して、その
実測運転状態情報をセンサ等により検出し、その検出信
号をもとに、上位コンピュータ内で熱等価回路によって
シミュレーションを行い、機器劣化に寄与する部位、特
に巻線温度の経時的変化の予測を行うものであり、上記
等価回路の回路定数の値として、所定の時間、実測運転
状態情報を収集した収集結果とシミュレーション結果と
の誤差を最小とする値を設定するものである。上記図１
において、７〜９,１１,１２は変圧器本体１の実測運転
状態情報を検出する手段としての検出器で、７は変圧器
本体１の負荷を検出する変流器（ＣＴ）、８は油温を検
出する例えば測温抵抗体のような油温センサ、９は変圧
器本体１の印加電圧を検出する計器用変圧器（ＰＴ）、
１１は変圧器負荷側（２次、３次出力）の電圧を制御す
るためのタップ切替器（図示せず）のタップ切換器操作
機構１０からタップ位置を検出するタップ位置検出器、
１２は現地信号処理盤１３を経由して周温（大気温度）
を入力する例えば熱電対のような周温センサである。こ
れら検出器７〜９,１１,１２で検出された信号は、計測
用インターフェース部１４を経由して信号処理部１５で
物理量に変換され、エンジニアリングワークステーショ
ンのような上位のコンピュータ１７（以降、ＥＷＳとい
う）へ伝送インターフェース１６を通じて伝送される。
１８は現地信号処理盤１３とＥＷＳ１７間の伝送ケーブ
ルである。
【００１３】ＥＷＳ１７では、伝送された上記物理量を
もとに、現時刻における巻線の温度を後述の熱等価回路
で求め、この温度値を初期値として、予測される変動負
荷、周囲温度および冷却器制御条件をもとに、熱等価回
路で各部位の今後の経時的温度変化をシミュレーション
する。図７は、上記図１で示した機器構成を過渡現象も
考慮した過渡特性付き熱等価回路で表したものであり、
この熱等価回路は先に述べた微分方程式(1)〜(4)で表す
ことができる。この微分方程式を解くことにより、求め
るシミュレーション結果が得られる。ここで、熱等価回
路の回路定数であるＨic、Ｈo、Ｃic、Ｃoは式(5)〜(8)
で与えられる。回路定数の中で、冷却媒体、鉄心および
タンクの等価熱時定数τoは、負荷監視において最も重
要である巻線温度推定のためのベースとなる冷却媒体温
度を決定するキーファクターとなり、この等価熱時定数
τoを精度よく推定することが、当該負荷監視装置の性
能を左右する。本発明では、この等価熱時定数τoの値
を最適に決定するために、所定の時間、上記等価熱時定
数τoの値を任意の値に仮定して上記シミュレーション
を行った結果と、変圧器本体１の実測運転状態情報の収
集結果とを比較し、両者の誤差が最小となるときの等価
熱時定数の値を正規の値として決定するものである。
もとに、現時刻における巻線の温度を後述の熱等価回路
で求め、この温度値を初期値として、予測される変動負
荷、周囲温度および冷却器制御条件をもとに、熱等価回
路で各部位の今後の経時的温度変化をシミュレーション
する。図７は、上記図１で示した機器構成を過渡現象も
考慮した過渡特性付き熱等価回路で表したものであり、
この熱等価回路は先に述べた微分方程式(1)〜(4)で表す
ことができる。この微分方程式を解くことにより、求め
るシミュレーション結果が得られる。ここで、熱等価回
路の回路定数であるＨic、Ｈo、Ｃic、Ｃoは式(5)〜(8)
で与えられる。回路定数の中で、冷却媒体、鉄心および
タンクの等価熱時定数τoは、負荷監視において最も重
要である巻線温度推定のためのベースとなる冷却媒体温
度を決定するキーファクターとなり、この等価熱時定数
τoを精度よく推定することが、当該負荷監視装置の性
能を左右する。本発明では、この等価熱時定数τoの値
を最適に決定するために、所定の時間、上記等価熱時定
数τoの値を任意の値に仮定して上記シミュレーション
を行った結果と、変圧器本体１の実測運転状態情報の収
集結果とを比較し、両者の誤差が最小となるときの等価
熱時定数の値を正規の値として決定するものである。
【００１４】図３は、上記微分方程式の演算処理をサブ
プログラムとして組み込み、実測運転状態情報から回路
定数τoを推定する演算処理のフローチャートである。
まず、装置起動時において、工場試験結果および設計値
から上式(5)〜(7)によりτo以外の回路定数を設定す
る。あるいは、上式（5)〜(7)の必要情報を装置に入力
して、ＥＷＳ１７内で演算により求めてもよい。さら
に、推定時定数範囲（τox−△τ）〜（τox＋△τ）お
よび計算ステップｎ（時定数変化は△τ／ｎ）を設定す
る（Ｓ１）。ここで、τoxの値は過去の経験から一般的
に１〜２時間とする。また、一般的に冷却媒体、鉄心お
よびタンクの温度上昇θと定常値温度θmaxの関係は一
定負荷印加時において、 θ＝θmax（１−ｅ-t/ τ o) で表され、温度θは、時間ｔの値がτoのとき定常値温
度θmaxの６３％、２τoのとき８６％、・・・となり、
時間ｔの値が短いと時定数の違いによる誤差が大きくな
るので、実測運転状態情報の収集時間Ｔ〜Ｔmaxは、演
算精度確保のため、熱等価回路の等価熱時定数τoxの少
なくとも２倍以上とする。続いて、時刻の初期化（現時
刻Ｔにおいて収集時間ｔ＝０，τ＝τox−△τ）を行う
（Ｓ２）。
プログラムとして組み込み、実測運転状態情報から回路
定数τoを推定する演算処理のフローチャートである。
まず、装置起動時において、工場試験結果および設計値
から上式(5)〜(7)によりτo以外の回路定数を設定す
る。あるいは、上式（5)〜(7)の必要情報を装置に入力
して、ＥＷＳ１７内で演算により求めてもよい。さら
に、推定時定数範囲（τox−△τ）〜（τox＋△τ）お
よび計算ステップｎ（時定数変化は△τ／ｎ）を設定す
る（Ｓ１）。ここで、τoxの値は過去の経験から一般的
に１〜２時間とする。また、一般的に冷却媒体、鉄心お
よびタンクの温度上昇θと定常値温度θmaxの関係は一
定負荷印加時において、 θ＝θmax（１−ｅ-t/ τ o) で表され、温度θは、時間ｔの値がτoのとき定常値温
度θmaxの６３％、２τoのとき８６％、・・・となり、
時間ｔの値が短いと時定数の違いによる誤差が大きくな
るので、実測運転状態情報の収集時間Ｔ〜Ｔmaxは、演
算精度確保のため、熱等価回路の等価熱時定数τoxの少
なくとも２倍以上とする。続いて、時刻の初期化（現時
刻Ｔにおいて収集時間ｔ＝０，τ＝τox−△τ）を行う
（Ｓ２）。
【００１５】そして、図５で示すような、時刻Ｔ（収集
時間ｔ＝０）での実測負荷、冷却器運転状態、および周
温データを取り込む（Ｓ３）。次に、微分方程式(1)〜
(4)によって、時刻Ｔ〜時刻（Ｔ＋△ｔ）間または収集
時間（ｔ＋△ｔ）の各部位の平均発生損失（熱量）を計
算し、時刻（Ｔ＋△ｔ）または収集時間（ｔ＋△ｔ）の
温度分布計算を結果が収斂するまで行う（Ｓ４〜Ｓ
６）。そして、その演算結果を記憶する（Ｓ７）。上記
Ｓ３〜Ｓ７の処理を時刻Ｔが時刻Ｔmaxを超過するま
で、△ｔの計算ステップで繰り返す（Ｓ８でＮのと
き）。時刻Ｔ〜時刻Ｔmaxの演算結果を記憶したならば
（Ｓ８でＹのとき）、その時間帯の最終時間帯△Ｔ（時
刻（Ｔmax−△Ｔ）〜時刻Ｔmax）における演算結果を抽
出し、当該時間帯の実測冷却媒体（油）温度とを比較
し、次式によりその誤差和を求める（Ｓ９）。 ε＝Σ（計算油温−実測油温)2
時間ｔ＝０）での実測負荷、冷却器運転状態、および周
温データを取り込む（Ｓ３）。次に、微分方程式(1)〜
(4)によって、時刻Ｔ〜時刻（Ｔ＋△ｔ）間または収集
時間（ｔ＋△ｔ）の各部位の平均発生損失（熱量）を計
算し、時刻（Ｔ＋△ｔ）または収集時間（ｔ＋△ｔ）の
温度分布計算を結果が収斂するまで行う（Ｓ４〜Ｓ
６）。そして、その演算結果を記憶する（Ｓ７）。上記
Ｓ３〜Ｓ７の処理を時刻Ｔが時刻Ｔmaxを超過するま
で、△ｔの計算ステップで繰り返す（Ｓ８でＮのと
き）。時刻Ｔ〜時刻Ｔmaxの演算結果を記憶したならば
（Ｓ８でＹのとき）、その時間帯の最終時間帯△Ｔ（時
刻（Ｔmax−△Ｔ）〜時刻Ｔmax）における演算結果を抽
出し、当該時間帯の実測冷却媒体（油）温度とを比較
し、次式によりその誤差和を求める（Ｓ９）。 ε＝Σ（計算油温−実測油温)2
【００１６】次に、等価熱時定数τの値が（τox＋△
τ）を超過するまで（Ｓ１０でＮのとき）、τの値を△
τ／nずつ大きい値に設定し、上記Ｓ２〜Ｓ９の処理を
繰り返す。推定時定数範囲（τox−△τ）〜（τox＋△
τ）に対して上記処理を終了したならば（Ｓ１０でＹの
とき）、上記Ｓ９で求めた誤差が最小であるときのτを
抽出し（Ｓ１１）、そのτの値を正規の等価熱時定数と
して設定する（Ｓ１２）。以降、設定された各種回路定
数を用いてシミュレーションを行い、巻線温度に代表さ
れる変圧器劣化に寄与する部位の負荷監視あるいは予測
を開始する。なお、実測運転状態情報の収集時間帯Ｔ〜
Ｔmaxは、周囲温度や負荷増加の変動の大きい朝方から
正午に設定する方が、装置の高信頼性のためのより望ま
しい情報が得られる。
τ）を超過するまで（Ｓ１０でＮのとき）、τの値を△
τ／nずつ大きい値に設定し、上記Ｓ２〜Ｓ９の処理を
繰り返す。推定時定数範囲（τox−△τ）〜（τox＋△
τ）に対して上記処理を終了したならば（Ｓ１０でＹの
とき）、上記Ｓ９で求めた誤差が最小であるときのτを
抽出し（Ｓ１１）、そのτの値を正規の等価熱時定数と
して設定する（Ｓ１２）。以降、設定された各種回路定
数を用いてシミュレーションを行い、巻線温度に代表さ
れる変圧器劣化に寄与する部位の負荷監視あるいは予測
を開始する。なお、実測運転状態情報の収集時間帯Ｔ〜
Ｔmaxは、周囲温度や負荷増加の変動の大きい朝方から
正午に設定する方が、装置の高信頼性のためのより望ま
しい情報が得られる。
【００１７】また、上記説明においては、電力機器とし
て負荷制御方式冷却器運転の強制冷却油入変圧器につい
て述べたが、近年電力会社などで省エネのために採用さ
れているインバータ制御の冷却方式であっても、同様な
定数の自動生成をおこなうことができる。すなわち、負
荷に対する冷却媒体流量（あるいはポンプやファンの運
転周波数が冷却媒体の流量に比例することから、負荷に
対する運転周波数）条件をシミュレーションの冷却器運
転条件とすることで、同様な効果が得られる。さらに、
上記説明においては、ＥＷＳ１７において熱等価回路の
シミュレーションを行ったが、近年のマイクロコンピュ
ータの進歩により、図１の現地処理盤１３内の演算処理
部に高速処理のマイクロコンピュータを使用しても、上
記実施の形態例と同様の効果が得られる。しかも、この
場合、ＥＷＳ１７の処理負荷が軽くなるため、１台の上
位コンピュータで複数台の電力機器の処理も可能とな
る。
て負荷制御方式冷却器運転の強制冷却油入変圧器につい
て述べたが、近年電力会社などで省エネのために採用さ
れているインバータ制御の冷却方式であっても、同様な
定数の自動生成をおこなうことができる。すなわち、負
荷に対する冷却媒体流量（あるいはポンプやファンの運
転周波数が冷却媒体の流量に比例することから、負荷に
対する運転周波数）条件をシミュレーションの冷却器運
転条件とすることで、同様な効果が得られる。さらに、
上記説明においては、ＥＷＳ１７において熱等価回路の
シミュレーションを行ったが、近年のマイクロコンピュ
ータの進歩により、図１の現地処理盤１３内の演算処理
部に高速処理のマイクロコンピュータを使用しても、上
記実施の形態例と同様の効果が得られる。しかも、この
場合、ＥＷＳ１７の処理負荷が軽くなるため、１台の上
位コンピュータで複数台の電力機器の処理も可能とな
る。
【００１８】実施の形態２．なお、上記実施の形態１に
おいては、機器への印加電圧を計測して無負荷損を決定
し微分方程式の演算に用いたが、電力機器においてその
系統電圧がほぼ一定である場合は、例えば変圧器の場
合、電圧の多少の変動では冷却媒体の温度θoにそれほ
どの変化はない。したがって、図５に示すように、図１
で示した構成の現地信号処理盤１３における信号処理の
うち、タップ切換器操作機構１０からタップ位置を検出
するタップ位置検出器１１からの信号処理、および変圧
器本体１への印加電圧を検出する計器用変圧器（ＰＴ）
９からの信号処理を省略した構成とし、電圧印加有無の
検知信号（例えば、変圧器１次側の遮断器投入信号）で
電圧印加として代表的な無負荷損が発生していることと
しても、上記実施の形態１とほぼ同様のシミュレーショ
ン結果が得られる。
おいては、機器への印加電圧を計測して無負荷損を決定
し微分方程式の演算に用いたが、電力機器においてその
系統電圧がほぼ一定である場合は、例えば変圧器の場
合、電圧の多少の変動では冷却媒体の温度θoにそれほ
どの変化はない。したがって、図５に示すように、図１
で示した構成の現地信号処理盤１３における信号処理の
うち、タップ切換器操作機構１０からタップ位置を検出
するタップ位置検出器１１からの信号処理、および変圧
器本体１への印加電圧を検出する計器用変圧器（ＰＴ）
９からの信号処理を省略した構成とし、電圧印加有無の
検知信号（例えば、変圧器１次側の遮断器投入信号）で
電圧印加として代表的な無負荷損が発生していることと
しても、上記実施の形態１とほぼ同様のシミュレーショ
ン結果が得られる。
【００１９】実施の形態３．また、図６に示すように、
電力機器として自冷式変圧器システムとしても、熱等価
回路は同じであるので、基本的には上記実施の形態１と
同様の手順でシミュレーションでき、冷却器運転台数を
固定して演算処理すれば同様な効果が得られる。
電力機器として自冷式変圧器システムとしても、熱等価
回路は同じであるので、基本的には上記実施の形態１と
同様の手順でシミュレーションでき、冷却器運転台数を
固定して演算処理すれば同様な効果が得られる。
【００２０】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。
れているので、以下に示すような効果を奏する。
【００２１】電力機器の実測運転状態情報を検出し、検
出した実測運転状態情報および上記冷却器の制御条件を
もとに、上記電力機器劣化に寄与する部位の経時的温度
変化を熱等価回路によってシミュレーションする際、上
記熱等価回路の回路定数の値として、上記実測運転状態
情報を所定の時間収集した結果と上記シミュレーション
結果とを比較し、両者の誤差を最小にするときの上記回
路定数の値を正規の値として決定するので、精度の高い
負荷監視が行える。
出した実測運転状態情報および上記冷却器の制御条件を
もとに、上記電力機器劣化に寄与する部位の経時的温度
変化を熱等価回路によってシミュレーションする際、上
記熱等価回路の回路定数の値として、上記実測運転状態
情報を所定の時間収集した結果と上記シミュレーション
結果とを比較し、両者の誤差を最小にするときの上記回
路定数の値を正規の値として決定するので、精度の高い
負荷監視が行える。
【００２２】また、回路定数の値を決定するための実測
運転状態情報として、電力機器への印加電圧および当該
電力機器に設けられた負荷時タップ切換器のタップ位置
を検出するので、簡単な構成で精度の高いシミュレーシ
ョンが行える。
運転状態情報として、電力機器への印加電圧および当該
電力機器に設けられた負荷時タップ切換器のタップ位置
を検出するので、簡単な構成で精度の高いシミュレーシ
ョンが行える。
【００２３】また、回路定数の値を決定するための実測
運転状態情報として、当該機器への通電電流（負荷）、
冷却器の冷却媒体温度、周囲温度、および冷却器運転状
態を検出するので、実際の運転状態にあったシミュレー
ションができる。
運転状態情報として、当該機器への通電電流（負荷）、
冷却器の冷却媒体温度、周囲温度、および冷却器運転状
態を検出するので、実際の運転状態にあったシミュレー
ションができる。
【００２４】また、監視対象電力機器が変圧器である場
合、推定の困難な冷却媒体、鉄心、およびタンクの等価
熱時定数を実測運転状態情報をもとに決定するので、よ
り精度の高い等価熱時定数を設定することができる。
合、推定の困難な冷却媒体、鉄心、およびタンクの等価
熱時定数を実測運転状態情報をもとに決定するので、よ
り精度の高い等価熱時定数を設定することができる。
【００２５】また、実測運転状態情報の収集時間を、経
験により推定される冷却媒体、鉄心、およびタンクの等
価熱時定数の値の少なくとも２倍以上とするので、誤差
の小さい精度の高いシミュレーションが行え、運転員や
保守員に有効な支援ができる。
験により推定される冷却媒体、鉄心、およびタンクの等
価熱時定数の値の少なくとも２倍以上とするので、誤差
の小さい精度の高いシミュレーションが行え、運転員や
保守員に有効な支援ができる。
【図１】 この発明の実施の形態１による電力機器負荷
監視装置を強制冷却器付き油入変圧器に適用した場合の
構成図である。
監視装置を強制冷却器付き油入変圧器に適用した場合の
構成図である。
【図２】 負荷制御方式冷却器における負荷と運転台数
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図３】 電力機器に対する回路定数の推定処理を示す
フローチャートである。
フローチャートである。
【図４】 図１の変圧器の実測機器情報トレンド例であ
る。
る。
【図５】 この発明の実施の形態２による電力機器負荷
監視装置を強制冷却器付き油入変圧器に適用した場合の
構成図である。
監視装置を強制冷却器付き油入変圧器に適用した場合の
構成図である。
【図６】 この発明の実施の形態３による電力機器負荷
監視装置を自冷式油入変圧器に適用した場合の構成図で
ある。
監視装置を自冷式油入変圧器に適用した場合の構成図で
ある。
【図７】 ３巻線油入変圧器の熱等価回路を示す図であ
る。
る。
１ 電力機器としての変圧器本体、２ 冷却器、５ 冷
却器制御盤、７ 検出手段としての変流器（ＣＴ）、８
検出手段としての油温センサ、９ 検出手段としての
計器用変圧器（ＰＴ）、１１ 検出手段としてのタップ
位置検出器、１２ 検出手段としての周温センサ、１７
シミュレーション手段、比較手段および回路定数決定
手段としての上位コンピュータ。
却器制御盤、７ 検出手段としての変流器（ＣＴ）、８
検出手段としての油温センサ、９ 検出手段としての
計器用変圧器（ＰＴ）、１１ 検出手段としてのタップ
位置検出器、１２ 検出手段としての周温センサ、１７
シミュレーション手段、比較手段および回路定数決定
手段としての上位コンピュータ。
Claims (5)
- 【請求項１】 内部に発生する損失（熱量）を冷却する
冷却器を備えた電力機器の実測運転状態情報を検出する
検出手段と、検出した実測運転状態情報および上記冷却
器の制御条件をもとに、上記電力機器劣化に寄与する部
位の経時的温度変化を熱等価回路によってシミュレーシ
ョンする手段とを備えた電力機器負荷監視装置におい
て、 当該電力機器の上記実測運転状態情報を所定の時間収集
した収集結果と、上記熱等価回路の回路定数の値を任意
に仮定して上記シミユレーションを上記所定の時間行っ
たシミユレーション結果とを比較する手段、および比較
の結果、両者の誤差が最小になるときの回路定数の値を
上記熱等価回路の回路定数として決定する手段を備えた
ことを特徴とする電力機器負荷監視装置。 - 【請求項２】 回路定数を決定するために収集する実測
運転状態情報として、電力機器への印加電圧および当該
電力機器に設けられた負荷時タップ切換器のタップ位置
を検出することを特徴とする請求項１記載の電力機器負
荷監視装置。 - 【請求項３】 回路定数を決定するために収集する実測
運転状態情報として、当該機器への通電電流（負荷）、
冷却器の冷却媒体温度、周囲温度、および冷却器運転状
態を検出することを特徴とする請求項１または２記載の
電力機器負荷監視装置。 - 【請求項４】 監視対象電力機器が変圧器である場合、
回路定数として冷却媒体、鉄心、およびタンクの等価熱
時定数の値を決定することを特徴とする請求項１ないし
３のいずれかに記載の電力機器負荷監視装置。 - 【請求項５】 冷却媒体、鉄心、およびタンクの等価熱
時定数の値として、経験により推定される範囲内の任意
の値を仮定してシミュレーションを行う際、実測運転状
態情報の収集時間を上記範囲の中央値の少なくとも２倍
以上とすることを特徴とする請求項４記載の電力機器負
荷監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36010399A JP3617799B2 (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 電力機器負荷監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP36010399A JP3617799B2 (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 電力機器負荷監視装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001176729A true JP2001176729A (ja) | 2001-06-29 |
| JP3617799B2 JP3617799B2 (ja) | 2005-02-09 |
Family
ID=18467919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP36010399A Expired - Lifetime JP3617799B2 (ja) | 1999-12-20 | 1999-12-20 | 電力機器負荷監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3617799B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006060134A (ja) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Tohoku Electric Power Co Inc | 電力用変圧器の余寿命診断装置および余寿命診断方法 |
| CN110069020A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-30 | 中国长江电力股份有限公司 | 一种变压器强迫油循环水冷冷却器仿真控制系统 |
| WO2019167166A1 (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | 富士通株式会社 | 配管診断方法、配管診断装置、及び配管診断システム |
| CN114171288A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-03-11 | 西南交通大学 | 一种考虑环境恶劣度的车载牵引变压器冷却系统匹配方法 |
| JP7100215B1 (ja) | 2022-03-23 | 2022-07-12 | 一般財団法人電力中央研究所 | 柱上変圧器の寿命評価方法 |
| JP7157268B1 (ja) | 2022-03-23 | 2022-10-19 | 一般財団法人電力中央研究所 | 柱上変圧器の寿命評価方法 |
-
1999
- 1999-12-20 JP JP36010399A patent/JP3617799B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006060134A (ja) * | 2004-08-23 | 2006-03-02 | Tohoku Electric Power Co Inc | 電力用変圧器の余寿命診断装置および余寿命診断方法 |
| WO2019167166A1 (ja) * | 2018-02-28 | 2019-09-06 | 富士通株式会社 | 配管診断方法、配管診断装置、及び配管診断システム |
| JPWO2019167166A1 (ja) * | 2018-02-28 | 2020-12-03 | 富士通株式会社 | 配管診断方法、配管診断装置、及び配管診断システム |
| JP7006766B2 (ja) | 2018-02-28 | 2022-01-24 | 富士通株式会社 | 配管診断方法、配管診断装置、及び配管診断システム |
| CN110069020A (zh) * | 2019-04-28 | 2019-07-30 | 中国长江电力股份有限公司 | 一种变压器强迫油循环水冷冷却器仿真控制系统 |
| CN114171288A (zh) * | 2021-10-25 | 2022-03-11 | 西南交通大学 | 一种考虑环境恶劣度的车载牵引变压器冷却系统匹配方法 |
| CN114171288B (zh) * | 2021-10-25 | 2022-07-05 | 西南交通大学 | 一种考虑环境恶劣度的车载牵引变压器冷却系统匹配方法 |
| JP7100215B1 (ja) | 2022-03-23 | 2022-07-12 | 一般財団法人電力中央研究所 | 柱上変圧器の寿命評価方法 |
| JP7157268B1 (ja) | 2022-03-23 | 2022-10-19 | 一般財団法人電力中央研究所 | 柱上変圧器の寿命評価方法 |
| JP2023140456A (ja) * | 2022-03-23 | 2023-10-05 | 一般財団法人電力中央研究所 | 柱上変圧器の寿命評価方法 |
| JP2023140455A (ja) * | 2022-03-23 | 2023-10-05 | 一般財団法人電力中央研究所 | 柱上変圧器の寿命評価方法 |
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| JP3617799B2 (ja) | 2005-02-09 |
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