JP2002034146A - 変圧器負荷監視装置 - Google Patents
変圧器負荷監視装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 変圧器、負荷時タップ切換器及びブッシング
の運転余裕時間及び劣化度合を予測する。 【解決手段】 変圧器１、負荷時タップ切換器４及びブ
ッシング１ａを介して系統と接続された変圧器１の時間
的な変動負荷に対して冷却器２の運転条件を制御する変
圧器負荷監視装置において、変圧器１、負荷時タップ切
換器４及びブッシング１ａの熱等価回路の過渡応答付数
学モデルにより、現状の冷却媒体の温度、変圧器１の負
荷及び冷却器の運転条件から数学モデルの初期値を決定
し、時系列的な予測負荷、予測周囲温度及び冷却器の運
転条件から、数学モデルでシミュレーションして変圧器
１、負荷時タップ切換器４及びブッシング１ａの時系列
的な温度を推定し、変圧器１、負荷時タップ切換器４及
びブッシング１ａの限界温度までの運転余裕時間及び劣
化度合を予測するものである。
の運転余裕時間及び劣化度合を予測する。 【解決手段】 変圧器１、負荷時タップ切換器４及びブ
ッシング１ａを介して系統と接続された変圧器１の時間
的な変動負荷に対して冷却器２の運転条件を制御する変
圧器負荷監視装置において、変圧器１、負荷時タップ切
換器４及びブッシング１ａの熱等価回路の過渡応答付数
学モデルにより、現状の冷却媒体の温度、変圧器１の負
荷及び冷却器の運転条件から数学モデルの初期値を決定
し、時系列的な予測負荷、予測周囲温度及び冷却器の運
転条件から、数学モデルでシミュレーションして変圧器
１、負荷時タップ切換器４及びブッシング１ａの時系列
的な温度を推定し、変圧器１、負荷時タップ切換器４及
びブッシング１ａの限界温度までの運転余裕時間及び劣
化度合を予測するものである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、変圧器、負荷時
タップ切換器及びブッシングの運転余裕時間及び劣化度
合を予測する変圧器負荷監視装置に関するものである。
タップ切換器及びブッシングの運転余裕時間及び劣化度
合を予測する変圧器負荷監視装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、変圧器は負荷時タップ切換器及
びブッシングを介して系統と接続されている。そして、
大容量の変圧器においては内部の発熱を大気へ放出する
ために複数台の冷却器が設置されているが、低負荷時に
は内部発熱が小さいので、負荷に応じて冷却器の運転台
数を減少させたり、冷却器のポンプやファンの回転数を
低減する省エネルギー運転が行われている。この場合、
冷却効果が抑制されているので、冷却器の全台数を運転
するのに比して変圧器内部の冷却媒体としての絶縁油の
温度が高くなっている。しかし、一般に変圧器は定格以
下の負荷で運転されているので、期待寿命内で省エネル
ギー運転が行われている。
びブッシングを介して系統と接続されている。そして、
大容量の変圧器においては内部の発熱を大気へ放出する
ために複数台の冷却器が設置されているが、低負荷時に
は内部発熱が小さいので、負荷に応じて冷却器の運転台
数を減少させたり、冷却器のポンプやファンの回転数を
低減する省エネルギー運転が行われている。この場合、
冷却効果が抑制されているので、冷却器の全台数を運転
するのに比して変圧器内部の冷却媒体としての絶縁油の
温度が高くなっている。しかし、一般に変圧器は定格以
下の負荷で運転されているので、期待寿命内で省エネル
ギー運転が行われている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来の変圧器負荷監視
装置は以上のように構成されているので、過負荷耐量が
変圧器より小さい負荷時タップ切換器及びブッシングの
限界温度については過負荷監視がなされていないので、
監視体制が不十分であるという問題点があった。この発
明は、以上のような問題点を解消するためになされたも
ので、変圧器、負荷時タップ切換器及びブッシングの運
転余裕時間及び劣化度合を予測することができる変圧器
負荷監視装置を提供することを目的とするものである。
装置は以上のように構成されているので、過負荷耐量が
変圧器より小さい負荷時タップ切換器及びブッシングの
限界温度については過負荷監視がなされていないので、
監視体制が不十分であるという問題点があった。この発
明は、以上のような問題点を解消するためになされたも
ので、変圧器、負荷時タップ切換器及びブッシングの運
転余裕時間及び劣化度合を予測することができる変圧器
負荷監視装置を提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明に係わる変圧器
負荷監視装置は、負荷時タップ切換器及びブッシングを
介して系統と接続された変圧器の時間的な変動負荷に対
して冷却器の運転条件を制御する変圧器負荷監視装置に
おいて、変圧器、負荷時タップ切換器及びブッシングの
熱等価回路の過渡応答付数学モデルにより、現状の冷却
媒体の温度、変圧器の負荷及び冷却器の運転条件から数
学モデルの初期値を決定し、時系列的な予測負荷、予測
周囲温度及び冷却器の運転条件から、数学モデルでシミ
ュレーションして変圧器、負荷時タップ切換器及びブッ
シングの時系列的な温度を推定し、変圧器、負荷時タッ
プ切換器及びブッシングの限界温度までの運転余裕時間
及び劣化度合を予測するものである。
負荷監視装置は、負荷時タップ切換器及びブッシングを
介して系統と接続された変圧器の時間的な変動負荷に対
して冷却器の運転条件を制御する変圧器負荷監視装置に
おいて、変圧器、負荷時タップ切換器及びブッシングの
熱等価回路の過渡応答付数学モデルにより、現状の冷却
媒体の温度、変圧器の負荷及び冷却器の運転条件から数
学モデルの初期値を決定し、時系列的な予測負荷、予測
周囲温度及び冷却器の運転条件から、数学モデルでシミ
ュレーションして変圧器、負荷時タップ切換器及びブッ
シングの時系列的な温度を推定し、変圧器、負荷時タッ
プ切換器及びブッシングの限界温度までの運転余裕時間
及び劣化度合を予測するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は実施の形態
１の構成図である。図１において、１は絶縁油が封入さ
れた変圧器で、複数の巻線（図示せず）がタンク（図示
せず）に収容されてブッシング１ａを介して系統に接続
されている。２は絶縁油と大気との間で熱交換を行う冷
却器で、油ポンプ３により変圧器１内の絶縁油が循環さ
れる。なお、冷却器２は油ポンプ３と連動して運転され
るファン（図示せず）により、大気が吹き付けられて冷
却能力の向上が図られている。また、大容量の変圧器１
には複数台の冷却器２が設置されている。４は負荷時タ
ップ切換器で、変圧器１の負荷側（２次、３次出力）の
電圧制御を行う。５はタップ位置検出器で、負荷時タッ
プ切換器４のタップ位置を検出してタップ位置検出信号
５ａを出力する。６は負荷電流を検出する電流検出器
で、負荷電流検出信号６ａを出力する。７は測温抵抗体
等の油温度検出器で、変圧器１の上部に設置されて最高
油温度を検出して油温度検出信号７ａを出力する。
１の構成図である。図１において、１は絶縁油が封入さ
れた変圧器で、複数の巻線（図示せず）がタンク（図示
せず）に収容されてブッシング１ａを介して系統に接続
されている。２は絶縁油と大気との間で熱交換を行う冷
却器で、油ポンプ３により変圧器１内の絶縁油が循環さ
れる。なお、冷却器２は油ポンプ３と連動して運転され
るファン（図示せず）により、大気が吹き付けられて冷
却能力の向上が図られている。また、大容量の変圧器１
には複数台の冷却器２が設置されている。４は負荷時タ
ップ切換器で、変圧器１の負荷側（２次、３次出力）の
電圧制御を行う。５はタップ位置検出器で、負荷時タッ
プ切換器４のタップ位置を検出してタップ位置検出信号
５ａを出力する。６は負荷電流を検出する電流検出器
で、負荷電流検出信号６ａを出力する。７は測温抵抗体
等の油温度検出器で、変圧器１の上部に設置されて最高
油温度を検出して油温度検出信号７ａを出力する。
【０００６】８は熱電対等の周囲温度検出器で、周囲温
度検出信号８ａを出力する。９は冷却器制御回路で、図
２に示すように変圧器負荷率と冷却器２の運転台数との
運転条件に基づいて油ポンプ３を作動させ、運転台数検
出信号９ａを出力する。１０は変圧器１に印加される系
統電圧を検出する計器用変圧器等の電圧検出器で、電圧
検出信号１０ａを出力する。１１は各検出信号５ａ，６
ａ，７ａ，８ａ，９ａ，１０ａがインターフェース部１
１ａに入力される信号処理器で、処理部１１ｂで物理量
に変換し、インターフェース部１１ｃを介して運転状態
情報１１ｄとして出力される。１２はエンジニアリング
ワークステーション等のコンピュータからなる演算手段
で、運転状態情報１１ｄを基に図３に示す熱等価回路の
過渡応答付熱等価モデル（以下数学モデルという）によ
り、変圧器１内部の温度変化をシミュレーションする。
次に動作について説明する。図３（ａ）は、例えば３巻
線の変圧器１の熱等価回路（数学モデル）を示す説明図
である。この数学モデルから基本式は式（１）〜（４）
の微分方程式で与えられる。
度検出信号８ａを出力する。９は冷却器制御回路で、図
２に示すように変圧器負荷率と冷却器２の運転台数との
運転条件に基づいて油ポンプ３を作動させ、運転台数検
出信号９ａを出力する。１０は変圧器１に印加される系
統電圧を検出する計器用変圧器等の電圧検出器で、電圧
検出信号１０ａを出力する。１１は各検出信号５ａ，６
ａ，７ａ，８ａ，９ａ，１０ａがインターフェース部１
１ａに入力される信号処理器で、処理部１１ｂで物理量
に変換し、インターフェース部１１ｃを介して運転状態
情報１１ｄとして出力される。１２はエンジニアリング
ワークステーション等のコンピュータからなる演算手段
で、運転状態情報１１ｄを基に図３に示す熱等価回路の
過渡応答付熱等価モデル（以下数学モデルという）によ
り、変圧器１内部の温度変化をシミュレーションする。
次に動作について説明する。図３（ａ）は、例えば３巻
線の変圧器１の熱等価回路（数学モデル）を示す説明図
である。この数学モデルから基本式は式（１）〜（４）
の微分方程式で与えられる。
【０００７】
【数１】
【０００８】また、図３（ｂ）は、負荷時タップ切換器
４の熱等価回路（数学モデル）を示す説明図である。負
荷時タップ切換器４の数学モデルは、式（５）及び式
（６）の微分方程式で与えられる。
４の熱等価回路（数学モデル）を示す説明図である。負
荷時タップ切換器４の数学モデルは、式（５）及び式
（６）の微分方程式で与えられる。
【０００９】
【数２】
【００１０】さらに、図３（ｃ）は、ブッシング１ａの
熱等価回路（数学モデル）を示す説明図である。ブッシ
ング１ａの数学モデルは、式（７）及び式（８）の微分
方程式で与えられる。
熱等価回路（数学モデル）を示す説明図である。ブッシ
ング１ａの数学モデルは、式（７）及び式（８）の微分
方程式で与えられる。
【００１１】
【数３】
【００１２】ここで、変圧器の熱等価回路において、Ｃ
ｉｃはｉ番目巻線の熱容量である。Ｃ0 は冷却媒体（絶
縁油）、鉄心及びタンクの熱容量、Ｒｉｃはｉ番目の巻
線と冷却媒体（絶縁油）間の熱抵抗、Ｒ0 は冷却媒体
（絶縁油）と大気間の熱抵抗、Ｗｉｒｎはｉ番目巻線の
定格負荷時における抵抗損、Ｗｉｅｎはｉ番目巻線の定
格負荷時における漂遊損である。Ｗｉは無負荷損で、変
圧器１の印加電圧及びタップ位置により決定される。図
３において、Ｉｉ＝（Ｗｉｒｎ（θｉｃ（ｔ）＋Ｗｉｅ
ｎ（θｉｃ（ｔ））・Ｐｉ2 ，Ｉ0 ＝Ｗｉ（ｔ）であ
る。θｉｃはｉ番目巻線の巻線平均温度、θ0 は冷却媒
体（絶縁油）の温度、θａは周囲温度（大気温度）、Ｑ
ｐは冷却媒体（絶縁油）の流量、Ｑｆはファン（図示せ
ず）による冷却媒体（空気）の流量、Ｐｉはｉ番目巻線
の負荷率、ｋは定数、ｉは巻線番号（ｉ＝１，２，３，
・・・）、ｔは所定の時刻又は基準時刻からの経過時間
である。
ｉｃはｉ番目巻線の熱容量である。Ｃ0 は冷却媒体（絶
縁油）、鉄心及びタンクの熱容量、Ｒｉｃはｉ番目の巻
線と冷却媒体（絶縁油）間の熱抵抗、Ｒ0 は冷却媒体
（絶縁油）と大気間の熱抵抗、Ｗｉｒｎはｉ番目巻線の
定格負荷時における抵抗損、Ｗｉｅｎはｉ番目巻線の定
格負荷時における漂遊損である。Ｗｉは無負荷損で、変
圧器１の印加電圧及びタップ位置により決定される。図
３において、Ｉｉ＝（Ｗｉｒｎ（θｉｃ（ｔ）＋Ｗｉｅ
ｎ（θｉｃ（ｔ））・Ｐｉ2 ，Ｉ0 ＝Ｗｉ（ｔ）であ
る。θｉｃはｉ番目巻線の巻線平均温度、θ0 は冷却媒
体（絶縁油）の温度、θａは周囲温度（大気温度）、Ｑ
ｐは冷却媒体（絶縁油）の流量、Ｑｆはファン（図示せ
ず）による冷却媒体（空気）の流量、Ｐｉはｉ番目巻線
の負荷率、ｋは定数、ｉは巻線番号（ｉ＝１，２，３，
・・・）、ｔは所定の時刻又は基準時刻からの経過時間
である。
【００１３】また、負荷時タップ切換器の熱等価回路に
おいて、Ｒｃ１ｔｃは変圧器１の一次巻線と負荷時タッ
プ切換器４の導体との間の熱抵抗、θｔｃｃは負荷時タ
ップ切換器４の導体温度、Ｉｔｃ（Ｗｔｃｎ・Ｐ
1 2 （ｔ））は負荷時タップ切換器４の発生損失、Ｃｔ
ｃｃは負荷時タップ切換器４の導体熱容量、Ｒｔｃｃｏ
は負荷時タップ切換器４の導体と冷却媒体（絶縁油）と
の間の熱抵抗、Ｒｏｔｃは変圧器１の冷却媒体（絶縁
油）と負荷時タップ切換器４の冷却媒体（絶縁油）との
間の熱抵抗、θｔｃｏは負荷時タップ切換器４の冷却媒
体（絶縁油）の温度、Ｃｔｃｏは負荷時タップ切換器４
の冷却媒体（絶縁油）とタンクの熱容量、及びＲｔｃｏ
は負荷時タップ切換器４の冷却媒体（絶縁油）と大気と
の間の熱抵抗である。さらに、ブッシング１ａの熱等価
回路において、Ｒｃ１ｂは変圧器１の一次巻線とブッシ
ング１ａの導体との間の熱抵抗、θｂｃはブッシング１
ａの導体温度、Ｉｂｓｇ（Ｗｂｓｇｎ・Ｐ1 2 （ｔ））
はブッシング１ａの導体の発生損失、Ｃｂｃはブッシン
グ１ａの導体の熱容量、Ｒｂｃｂはブッシング１ａの導
体と系統の送電線ケーブルとの間の熱抵抗、θｃｂは送
電線ケーブルの温度、Ｒｂｃｏはブッシング１ａの導体
とブッシング１ａの絶縁油との間の熱抵抗、Ｒｏｂは変
圧器１の冷却媒体（絶縁油）とブッシング１ａの絶縁油
との間の熱抵抗、θｂｏはブッシング１ａの絶縁油の温
度、Ｃｂｏはブッシング１ａの絶縁油及び碍子の熱容
量、及びＲｂｏはブッシング１ａの絶縁油と大気との間
の熱抵抗である。なお、式（１）〜（８）において、回
路定数のＲｉｃｎ、Ｒｏｎ、Ｃｉｃ、Ｃｏは式（９）〜
（１２）で与えられる。
おいて、Ｒｃ１ｔｃは変圧器１の一次巻線と負荷時タッ
プ切換器４の導体との間の熱抵抗、θｔｃｃは負荷時タ
ップ切換器４の導体温度、Ｉｔｃ（Ｗｔｃｎ・Ｐ
1 2 （ｔ））は負荷時タップ切換器４の発生損失、Ｃｔ
ｃｃは負荷時タップ切換器４の導体熱容量、Ｒｔｃｃｏ
は負荷時タップ切換器４の導体と冷却媒体（絶縁油）と
の間の熱抵抗、Ｒｏｔｃは変圧器１の冷却媒体（絶縁
油）と負荷時タップ切換器４の冷却媒体（絶縁油）との
間の熱抵抗、θｔｃｏは負荷時タップ切換器４の冷却媒
体（絶縁油）の温度、Ｃｔｃｏは負荷時タップ切換器４
の冷却媒体（絶縁油）とタンクの熱容量、及びＲｔｃｏ
は負荷時タップ切換器４の冷却媒体（絶縁油）と大気と
の間の熱抵抗である。さらに、ブッシング１ａの熱等価
回路において、Ｒｃ１ｂは変圧器１の一次巻線とブッシ
ング１ａの導体との間の熱抵抗、θｂｃはブッシング１
ａの導体温度、Ｉｂｓｇ（Ｗｂｓｇｎ・Ｐ1 2 （ｔ））
はブッシング１ａの導体の発生損失、Ｃｂｃはブッシン
グ１ａの導体の熱容量、Ｒｂｃｂはブッシング１ａの導
体と系統の送電線ケーブルとの間の熱抵抗、θｃｂは送
電線ケーブルの温度、Ｒｂｃｏはブッシング１ａの導体
とブッシング１ａの絶縁油との間の熱抵抗、Ｒｏｂは変
圧器１の冷却媒体（絶縁油）とブッシング１ａの絶縁油
との間の熱抵抗、θｂｏはブッシング１ａの絶縁油の温
度、Ｃｂｏはブッシング１ａの絶縁油及び碍子の熱容
量、及びＲｂｏはブッシング１ａの絶縁油と大気との間
の熱抵抗である。なお、式（１）〜（８）において、回
路定数のＲｉｃｎ、Ｒｏｎ、Ｃｉｃ、Ｃｏは式（９）〜
（１２）で与えられる。
【００１４】
【数４】
【００１５】ここで、Ｒｉｃｎは定格運転時におけるｉ
番目巻線と冷却媒体（絶縁油）との間の熱抵抗、Ｒｏｎ
は定格運転時における冷却媒体（絶縁油）と大気との間
の熱抵抗、θｉｃｎ−θｏｎは定格運転時におけるｉ番
目巻線平均温度と冷却媒体（絶縁油）の温度との温度
差、θｏｎ−θａｎは定格運転時における冷却媒体（絶
縁油）の温度と周囲温度の温度差、τｉｃはｉ番目巻線
の熱時定数である。τ0は冷却媒体（絶縁油）、鉄心及
びタンクの等価時定数である。なお、式（１）〜（１
２）は非線型であるため、例えばＲｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔ
ａ法等により容易に解が得られる。図４は式（１）〜
（１２）の微分方程式の演算処理を示すフローチャート
である。図４において、演算処理のスタートに際して、
時系列的な予測負荷、予測周囲温度、図２に示す冷却器
運転条件、機器定数、許容損失時間及び限界巻線最高温
度を演算手段１２に入力する（ステップＳ1 ）。なお、
機器定数は定格負荷時における抵抗損、漂遊損、無負荷
損等の式（１）〜（４）の定数で、設計値、製品試験結
果、あるいは運転中の実測値から求めた数値や関数であ
る。次に、演算手段１２において、現在の時刻Ｔから計
算時間ステップΔｔのｎ倍前の時刻からの実測負荷率と
系統電圧の電圧検出信号１０ａとタップ位置検出信号５
ａとから発生損失を求める。そして、求めた発生損失と
冷却器運転台数と油温度検出信号７ａとを基に、時刻Ｔ
までの各巻線の巻線平均温度を微分方程式（１）〜
（３）によってシミュレーションする（ステップ
Ｓ2 ）。なお、変圧器１の劣化には巻線の温度上昇が最
も関与するが、巻線は電圧が印加されているためにセン
サ等により温度上昇を計測するのは非常に困難である。
番目巻線と冷却媒体（絶縁油）との間の熱抵抗、Ｒｏｎ
は定格運転時における冷却媒体（絶縁油）と大気との間
の熱抵抗、θｉｃｎ−θｏｎは定格運転時におけるｉ番
目巻線平均温度と冷却媒体（絶縁油）の温度との温度
差、θｏｎ−θａｎは定格運転時における冷却媒体（絶
縁油）の温度と周囲温度の温度差、τｉｃはｉ番目巻線
の熱時定数である。τ0は冷却媒体（絶縁油）、鉄心及
びタンクの等価時定数である。なお、式（１）〜（１
２）は非線型であるため、例えばＲｕｎｇｅ−Ｋｕｔｔ
ａ法等により容易に解が得られる。図４は式（１）〜
（１２）の微分方程式の演算処理を示すフローチャート
である。図４において、演算処理のスタートに際して、
時系列的な予測負荷、予測周囲温度、図２に示す冷却器
運転条件、機器定数、許容損失時間及び限界巻線最高温
度を演算手段１２に入力する（ステップＳ1 ）。なお、
機器定数は定格負荷時における抵抗損、漂遊損、無負荷
損等の式（１）〜（４）の定数で、設計値、製品試験結
果、あるいは運転中の実測値から求めた数値や関数であ
る。次に、演算手段１２において、現在の時刻Ｔから計
算時間ステップΔｔのｎ倍前の時刻からの実測負荷率と
系統電圧の電圧検出信号１０ａとタップ位置検出信号５
ａとから発生損失を求める。そして、求めた発生損失と
冷却器運転台数と油温度検出信号７ａとを基に、時刻Ｔ
までの各巻線の巻線平均温度を微分方程式（１）〜
（３）によってシミュレーションする（ステップ
Ｓ2 ）。なお、変圧器１の劣化には巻線の温度上昇が最
も関与するが、巻線は電圧が印加されているためにセン
サ等により温度上昇を計測するのは非常に困難である。
【００１６】しかし、巻線温度の経時的変化を精度よく
予測することが最も重要である。このため、計算時間ｎ
Δｔは巻線の温度上昇の時定数以上として、精度向上を
図ることが望ましい。また、ステップＳ2 の演算処理
は、巻線温度により抵抗損及び漂遊損が変動するので、
巻線温度と抵抗損と漂遊損とが収斂するまで繰り返し行
う。演算処理の経過が収斂したら、現在時刻Ｔを時間ｔ
＝０として時刻初期化を行う。そして、時間ｔ＝０にお
ける各巻線平均温度としてシミュレーションの最終値を
初期値として設定する（ステップＳ3 ）。次に、時刻Ｔ
（時間ｔ＝０）での予測負荷、冷却器２の運転条件（図
２の変圧器負荷率と運転台数）及び予測周囲温度を設定
する（ステップＳ4 ）。そして、時刻Ｔから時刻（Ｔ＋
Δｔ）の間、又は経過時間（ｔ＋Δｔ）に対する各巻線
の巻線平均温度の経時変化を式（１）〜（８）により計
算し、温度分布が収斂するまで行う（ステップＳ5 ）。
算出した巻線平均温度θｉｃ（ｔ）に対して予測負荷、
予測周囲温度及び図２の冷却器２の運転条件の予測値を
基に、現在時刻Ｔ（時間ｔ＝０）から所定の時間の巻線
最高温度θｉＴ（θ）を式（１３）により算出する（ス
テップＳ6 ）。
予測することが最も重要である。このため、計算時間ｎ
Δｔは巻線の温度上昇の時定数以上として、精度向上を
図ることが望ましい。また、ステップＳ2 の演算処理
は、巻線温度により抵抗損及び漂遊損が変動するので、
巻線温度と抵抗損と漂遊損とが収斂するまで繰り返し行
う。演算処理の経過が収斂したら、現在時刻Ｔを時間ｔ
＝０として時刻初期化を行う。そして、時間ｔ＝０にお
ける各巻線平均温度としてシミュレーションの最終値を
初期値として設定する（ステップＳ3 ）。次に、時刻Ｔ
（時間ｔ＝０）での予測負荷、冷却器２の運転条件（図
２の変圧器負荷率と運転台数）及び予測周囲温度を設定
する（ステップＳ4 ）。そして、時刻Ｔから時刻（Ｔ＋
Δｔ）の間、又は経過時間（ｔ＋Δｔ）に対する各巻線
の巻線平均温度の経時変化を式（１）〜（８）により計
算し、温度分布が収斂するまで行う（ステップＳ5 ）。
算出した巻線平均温度θｉｃ（ｔ）に対して予測負荷、
予測周囲温度及び図２の冷却器２の運転条件の予測値を
基に、現在時刻Ｔ（時間ｔ＝０）から所定の時間の巻線
最高温度θｉＴ（θ）を式（１３）により算出する（ス
テップＳ6 ）。
【００１７】
【数５】
【００１８】ここで、α（ＱＰ）は冷却媒体（絶縁油）
流量によって決まる係数、ΔθｉＴｎは定格負荷時にお
ける冷却媒体（絶縁油）が定格流量時の巻線平均温度と
巻線最高温度との温度差、Ｐｉは巻線ｉの負荷率及びβ
は定数である。このようにして求められた演算結果を記
憶する（ステップＳ7 ）。ここで、時刻（Ｔ＋Δｔ）が
予め巻線温度の経時変化を予測しようと定めていた時刻
を超過していなければ、又は経過時間（ｔ＋Δｔ）が同
様に時間を経過していなければ（ステップＳ8 ）、現在
時刻Ｔ又は経過時間ｔに＋Δｔとして、ステップＳ4 以
降の処理を繰り返して行う。そして、計算時間（時刻）
が予測しようと定めていた時間（時刻）を超過した（ス
テップＳ8 ）場合には、変圧器１の巻線の限界温度に対
する異常を予測すると共に、巻線最高温度から寿命損失
を計算して記憶する（ステップＳ9 ）。そして、図５に
示すように現在時刻Ｔ1 から所定時刻（時間）までのト
レンド及び異常予測時刻Ｔ2 までの余裕時間（限界温
度に達するまでの余裕時間）、及び運転裕度（現在の負
荷率に対して、限界温度になるまでの余裕の負荷率）を
表示する（ステップＳ10）。なお、図５の例では、変圧
器巻線及びブッシング導体が限界温度を超えている。
流量によって決まる係数、ΔθｉＴｎは定格負荷時にお
ける冷却媒体（絶縁油）が定格流量時の巻線平均温度と
巻線最高温度との温度差、Ｐｉは巻線ｉの負荷率及びβ
は定数である。このようにして求められた演算結果を記
憶する（ステップＳ7 ）。ここで、時刻（Ｔ＋Δｔ）が
予め巻線温度の経時変化を予測しようと定めていた時刻
を超過していなければ、又は経過時間（ｔ＋Δｔ）が同
様に時間を経過していなければ（ステップＳ8 ）、現在
時刻Ｔ又は経過時間ｔに＋Δｔとして、ステップＳ4 以
降の処理を繰り返して行う。そして、計算時間（時刻）
が予測しようと定めていた時間（時刻）を超過した（ス
テップＳ8 ）場合には、変圧器１の巻線の限界温度に対
する異常を予測すると共に、巻線最高温度から寿命損失
を計算して記憶する（ステップＳ9 ）。そして、図５に
示すように現在時刻Ｔ1 から所定時刻（時間）までのト
レンド及び異常予測時刻Ｔ2 までの余裕時間（限界温
度に達するまでの余裕時間）、及び運転裕度（現在の負
荷率に対して、限界温度になるまでの余裕の負荷率）を
表示する（ステップＳ10）。なお、図５の例では、変圧
器巻線及びブッシング導体が限界温度を超えている。
【００１９】以上のように、変圧器１、負荷時タップ切
換器４及びブッシング１ａの熱等価回路の過渡応答付数
学モデルにより、現状の冷却媒体の温度、変圧器１の負
荷及び冷却器２の運転条件から数学モデルの初期値を決
定し、時系列的な予測負荷、予測周囲温度及び冷却器の
運転条件から数学モデルでシミュレーションして、図５
に示すように変圧器１、負荷時タップ切換器４及びブッ
シング１ａの時系列的な温度を推定することにより、変
圧器１、負荷時タップ切換器４及びブッシング１ａの限
界温度までの運転余裕時間及び劣化度合を予測すること
ができるので、各機器の限界温度までの運転裕度及び余
裕時間を運転員や保守員にリアルタイムで支援すること
ができる。実施の形態１において、冷却器２の運転台数
を運転条件としたものについて説明したが、油ポンプ３
及びファン（図示せず）をインバータ制御により運転周
波数をして、冷却媒体（絶縁油）の流量を冷却器２の運
転条件にしても同様の効果を期待することができる。
換器４及びブッシング１ａの熱等価回路の過渡応答付数
学モデルにより、現状の冷却媒体の温度、変圧器１の負
荷及び冷却器２の運転条件から数学モデルの初期値を決
定し、時系列的な予測負荷、予測周囲温度及び冷却器の
運転条件から数学モデルでシミュレーションして、図５
に示すように変圧器１、負荷時タップ切換器４及びブッ
シング１ａの時系列的な温度を推定することにより、変
圧器１、負荷時タップ切換器４及びブッシング１ａの限
界温度までの運転余裕時間及び劣化度合を予測すること
ができるので、各機器の限界温度までの運転裕度及び余
裕時間を運転員や保守員にリアルタイムで支援すること
ができる。実施の形態１において、冷却器２の運転台数
を運転条件としたものについて説明したが、油ポンプ３
及びファン（図示せず）をインバータ制御により運転周
波数をして、冷却媒体（絶縁油）の流量を冷却器２の運
転条件にしても同様の効果を期待することができる。
【００２０】また、実施の形態１において、変圧器１に
印加される系統電圧を電圧検出器１０で検出した電圧検
出信号１０ａを数学モデルに使用したものについて説明
したが、系統電圧がほぼ一定であれば、無負荷損失Ｗｉ
の変動が小さいことから、無負荷損失Ｗｉの変動による
変圧器１の冷却媒体（絶縁油）の温度（数学モデルの
θ）の変化が少ない。従って、変圧器１の一次側の遮断
器（図示せず）の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としても、予測精度は少し低下す
るが、ほぼ同様のシミュレーション結果を期待すること
ができる。さらに、実施の形態１において、強制冷却方
式の変圧器１について説明したが、自冷方式の変圧器に
ついても次の部分を変更することにより、同様の効果を
期待することができる。即ち、（１）冷却器の運転条件
は、冷却媒体の温度と周囲温度との温度差を関数とした
等価流量特性を入力する。（２）数学モデルによるシミ
ュレーションに際しては、冷却媒体の流量の決定を冷却
媒体の温度と周囲温度との温度差から等価流量を推定す
る。（３）微分方程式（１）〜（８）の冷却媒体と大気
との間の熱抵抗は、上記（２）の関数を冷却器の冷却能
力として与える。
印加される系統電圧を電圧検出器１０で検出した電圧検
出信号１０ａを数学モデルに使用したものについて説明
したが、系統電圧がほぼ一定であれば、無負荷損失Ｗｉ
の変動が小さいことから、無負荷損失Ｗｉの変動による
変圧器１の冷却媒体（絶縁油）の温度（数学モデルの
θ）の変化が少ない。従って、変圧器１の一次側の遮断
器（図示せず）の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としても、予測精度は少し低下す
るが、ほぼ同様のシミュレーション結果を期待すること
ができる。さらに、実施の形態１において、強制冷却方
式の変圧器１について説明したが、自冷方式の変圧器に
ついても次の部分を変更することにより、同様の効果を
期待することができる。即ち、（１）冷却器の運転条件
は、冷却媒体の温度と周囲温度との温度差を関数とした
等価流量特性を入力する。（２）数学モデルによるシミ
ュレーションに際しては、冷却媒体の流量の決定を冷却
媒体の温度と周囲温度との温度差から等価流量を推定す
る。（３）微分方程式（１）〜（８）の冷却媒体と大気
との間の熱抵抗は、上記（２）の関数を冷却器の冷却能
力として与える。
【００２１】
【発明の効果】この発明によれば、変圧器、負荷時タッ
プ切換器及びブッシングの熱等価回路の過渡応答付数学
モデルにより、現状の冷却媒体の温度、変圧器の負荷及
び冷却器の運転条件から数学モデルの初期値を決定し、
時系列的な予測負荷、予測周囲温度及び冷却器の運転条
件から、数学モデルでシミュレーションして変圧器、負
荷時タップ切換器及びブッシングの時系列的な温度を推
定することにより、変圧器、負荷時タップ切換器及びブ
ッシングの限界温度までの運転余裕時間及び劣化度合を
予測することができるので、各機器の限界温度までの運
転裕度及び余裕時間を運転員や保守員にリアルタイムで
支援することができる。
プ切換器及びブッシングの熱等価回路の過渡応答付数学
モデルにより、現状の冷却媒体の温度、変圧器の負荷及
び冷却器の運転条件から数学モデルの初期値を決定し、
時系列的な予測負荷、予測周囲温度及び冷却器の運転条
件から、数学モデルでシミュレーションして変圧器、負
荷時タップ切換器及びブッシングの時系列的な温度を推
定することにより、変圧器、負荷時タップ切換器及びブ
ッシングの限界温度までの運転余裕時間及び劣化度合を
予測することができるので、各機器の限界温度までの運
転裕度及び余裕時間を運転員や保守員にリアルタイムで
支援することができる。
【図１】 この発明の実施の形態１の構成図である。
【図２】 変圧器の変圧器負荷率と冷却器の運転台数と
の運転条件を示す説明図である。
の運転条件を示す説明図である。
【図３】 実施の形態１の熱等価回路の過渡応答付熱等
価モデル（数学モデル）の説明図である。
価モデル（数学モデル）の説明図である。
【図４】 図３の数学モデルにおける微分方程式の演算
処理を示すフローチャートである。
処理を示すフローチャートである。
【図５】 微分方程式のシミュレーション結果をトレン
ドグラフ表示した説明図である。
ドグラフ表示した説明図である。
１ 変圧器、１ａブッシング、２ 冷却器、４ 負荷時
タップ切換器。
タップ切換器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 篠原 秀雄 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 5G043 AA01 AA06 AB05 AC02 BA12 BB01 BB04 5H420 BB02 BB12 CC04 DD03 EA30 EB26 EB38 FF03 FF04 FF14 FF21 FF22 FF26 FF28 LL07
Claims (1)
- 【請求項１】 負荷時タップ切換器及びブッシングを介
して系統と接続された変圧器の時間的な変動負荷に対し
て冷却器の運転条件を制御する変圧器負荷監視装置にお
いて、上記変圧器、上記負荷時タップ切換器及び上記ブ
ッシングの熱等価回路の過渡応答付数学モデルにより、
現状の冷却媒体の温度、上記変圧器の負荷及び上記冷却
器の運転条件から上記数学モデルの初期値を決定し、時
系列的な予測負荷、予測周囲温度及び上記冷却器の運転
条件から、上記数学モデルでシミュレーションして上記
変圧器、上記負荷時タップ切換器及び上記ブッシングの
時系列的な温度を推定し、上記変圧器、上記負荷時タッ
プ切換器及び上記ブッシングの限界温度までの運転余裕
時間及び劣化度合を予測することを特徴とする変圧器負
荷監視装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000212558A JP2002034146A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 変圧器負荷監視装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000212558A JP2002034146A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 変圧器負荷監視装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002034146A true JP2002034146A (ja) | 2002-01-31 |
Family
ID=18708469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000212558A Pending JP2002034146A (ja) | 2000-07-13 | 2000-07-13 | 変圧器負荷監視装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002034146A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2253979A1 (es) * | 2004-04-29 | 2006-06-01 | Union Fenosa Distribucion, S.A. | Metodo y sistema de monitorizacion de transformadores de potencia. |
| EP2278428A3 (en) * | 2006-03-21 | 2011-04-27 | ABB Technology Ltd | Diagnostic system for protecting a tap-changer |
| CN101401990B (zh) * | 2008-12-01 | 2011-06-15 | 内蒙古硕方水电设备有限公司 | 泡沫喷雾灭火器 |
| KR101499300B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2015-03-05 | 주식회사 효성 | 변압기의 핫스팟 온도 예측산출 방법 및 장치 |
| JP2017201681A (ja) * | 2016-05-04 | 2017-11-09 | エルエス産電株式会社Lsis Co., Ltd. | 変圧器の損失電力予測装置 |
| WO2018186467A1 (ja) * | 2017-04-05 | 2018-10-11 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | 制御装置、制御方法、および制御プログラム |
| 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 |
-
2000
- 2000-07-13 JP JP2000212558A patent/JP2002034146A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2253979A1 (es) * | 2004-04-29 | 2006-06-01 | Union Fenosa Distribucion, S.A. | Metodo y sistema de monitorizacion de transformadores de potencia. |
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| WO2018186467A1 (ja) * | 2017-04-05 | 2018-10-11 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | 制御装置、制御方法、および制御プログラム |
| JP2018182822A (ja) * | 2017-04-05 | 2018-11-15 | 東芝エネルギーシステムズ株式会社 | 制御装置、制御方法、および制御プログラム |
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| 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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| A02 | Decision of refusal |
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