JP2004055858A - 油入り変圧器の劣化・余寿命診断システム - Google Patents

Abstract

【課題】変圧器の負荷−油温度特性として静的な特性を使用した場合、運転負荷率の変動が大きい変圧器においては、正しい温度が求まらない。
【解決手段】変圧器の劣化診断システムを、変圧器の電流値を受信する電力量データ受信部と、気温を受信する気象データ受信部と、受信された電流値及び受信された気温を時系列データとして記憶する時系列データ記憶部と、変圧器の特性を記憶する変圧器データ記憶部及び変圧器データ記憶部に記憶されたデータより変圧器油温度を推定する変圧器油温度推定部とを備え、変圧器油温度推定部は、変圧器の電流値と変圧器油温度との関係を動的に表すモデルに基づいて変圧器油温度を推定するものとする。
【効果】変圧器の劣化状態および余寿命診断を安価で比較的精度良く判断できる。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は受変電設備の中の油入り変圧器の遠方監視・測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
油入り変圧器の劣化状況は本体内部の絶縁紙の機械的強度の劣化の度合いにより決まることが知られている。変圧器の絶縁紙はセルロースの分解反応により劣化し、これらの分解反応により様々な反応物質が生成されることから、変圧器内部の油を採取し、反応物質の生成量と絶縁紙の機械的強度の関係より絶縁紙の劣化度合いを推定する方法がある。
【０００３】
また、変圧器内部の油を採取せず、油入り変圧器の寿命を絶縁紙の劣化度合いから判定する技術として、特許２９１８９７０号，特許３１５７３７４号がある。これらの技術は、変圧器の電流および周辺温度を観測し現在までの変圧器の運転負荷率を静的な関数を用いて変圧器の油温度に変換し、公知である所定温度の継続時間と絶縁紙劣化の指標である抗張率残率の関係より現在の劣化を判断している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
変圧器内部の油を採取し、反応物質の生成量を測定する方法では、ガス分析等によりその生成量を測定する必要があるが、例えば柱上にある油入り変圧器については、作業的困難さやガス分析のコストの高さから殆ど実施されていないのが実情である。
【０００５】
また、特許２９１８９７０号，特許３１５７３７４号の方法では、実際の変圧器の油温変動は運転負荷率の変動に対して動的な特性をもっており、運転負荷率の変動が緩やかな場合は問題がないが、例えば柱上にある油入り変圧器のように運転負荷率の変動が大きい変圧器については、油温度の計算に誤差が発生し、適切な劣化判断が難しいと考えられる。
【０００６】
また、多数の変圧器の劣化状況を把握するのが困難で、効率的な点検スケジュールを作成することができない場合がある。
【０００７】
本発明は上記のような課題を解消するためになされたもので、特に比較的小容量で、運転負荷率変動の大きい油入り変圧器に対して経済的で精度の良い劣化・余寿命診断を実施する装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴は、変圧器の劣化診断システムを、変圧器の電流値を受信する電力量データ受信部と、気温を受信する気象データ受信部と、受信された電流値及び受信された気温を時系列データとして記憶する時系列データ記憶部と、変圧器の特性を記憶する変圧器データ記憶部及び変圧器データ記憶部に記憶されたデータより変圧器油温度を推定する変圧器油温度推定部とを備え、変圧器油温度推定部は、変圧器の電流値と変圧器油温度との関係を動的に表すモデルに基づいて変圧器油温度を推定するものとしたことにある。この特徴により、精度良く変圧器の劣化度を診断することができる。
【０００９】
さらに、本発明の他の特徴は、変圧器の劣化診断システムを、変圧器の過去の電気量を保存する時系列データ保存部と、変圧器の過去の電気量に基づいて変圧器の電気量の将来の時系列データを作成する予想データ作成部と、予想データ作成部によって作成された時系列データに基づき変圧器の余寿命を予想するものとしたことにある。この特徴により、精度良く変圧器の余寿命を予想することができる。
【００１０】
さらに、本発明の他の特徴は、変圧器の劣化診断システムを複数の変圧器の電気量を受信する電力量データ受信部を備え、受信された電気量に基づき複数の変圧器の劣化度を算出し、算出された劣化度の大きい順又は小さい順に変圧器のデータを表示するものとしたことにある。この特徴により、多数の変圧器の劣化状況が把握しやすくなり、効率的な点検スケジュールを作成することができる。
【００１１】
さらに、本発明の他の特徴は、変圧器の劣化診断システムを、複数の変圧器の電気量を受信する電力量データ受信部を備え、受信された電気量に基づき複数の変圧器の劣化度を算出し、所定の地域の地図を表示し、算出された劣化度を表示された地図上の前記変圧器の位置に対応する箇所に表示させるものとしたことにある。この特徴により、多数の変圧器の劣化状況が把握しやすくなり、効率的な点検スケジュールを作成することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の構成である。１は測定された変圧器の電流値，電圧値等の電気量を受信する電力量データ受信部、２は気温，日射量等の気象データを受信する気象データ受信部、３は１と２で受信されたデータを時系列データとして保存する時系列データ記憶部、４は変圧器の容量，負荷−油温度特性等を保存する変圧器データ記憶部、５は４で得られたデータに基づき３のデータを変圧器油温度に変換する変圧器油温度推定部、６は５で得られたデータに基づきＣＯ_２　＋ＣＯ等の反応物質の生成量を算出し劣化診断を行う変圧器劣化診断部、１０は将来の負荷変動のシナリオを設定する負荷変動設定部、１１は７で設定されたシナリオに基づき将来の時系列データを作成する予想データ作成部、７は３，４に保存されたデータ、５，６，９で計算されたデータを表示する劣化状態表示部である。
【００１３】
電力量データ受信部１にて受信されるデータの一例として電流データがあり、時刻タグ（Ｉ_０ｔ）をつけて時系列データ記憶部３に保存される。気象データ受信部２にて受信されるデータの一例として気温データがあり時刻タグ（θ_０ｔ）をつけて時系列データ記憶部３に保存される。なお、Ｉ_０ｔ及びθ_０ｔの時間間隔が異なることがあることより、両者の時間間隔を合わせたデータ（Ｉ_ｔ：Ａ，θ_ｔ：℃）として保存してもよい。なお、時間間隔をあわせる際の方法として、時間間隔が収集時間間隔より狭くなるデータについては、線形補間やスプライン関数を用いて補間する方法等が考えられる。また、時間間隔が収集時間間隔より広くなるデータについては、平均値や瞬時値、そして最大値を取る方法が考えられる。
【００１４】
変圧器データ記憶部４に保存された変圧器の定格容量，定格電圧および運転負荷率を油温度に変換するモデル係数と時系列データ記憶部３に保存されたＩ_ｔ　，θ_ｔ　を用いて変圧器油温度推定部５にて運転負荷率データ（τ_ｔ　：％），変圧器油温度データ（Ｔ_ｔ　：℃）を計算する。先ず、運転負荷率は数１で計算される。
【００１５】
【数１】
τ_ｔ　＝Ｉ_ｔ　／定格容量×定格電圧×１００
次に数１で求められたτ_ｔ　に基づき変圧器温度の上昇分を計算する。運転負荷率と変圧器油温度の関係は、図２に示すように動的な関係がある（動的な関係とは、ある時刻のパラメータの値が、それ以前の時刻のパラメータの値の影響を受けることをいう。）。それゆえ、特に運転負荷率の変動が大きい変圧器の正しい変圧器油温度の上昇を求める際には上記動的な特性を考慮することが不可欠である。ここでは、運転負荷率と変圧器油温度の関係を動的に表すモデルの一例として、ＡＲＭＡモデルを使用する。数２に運転負荷率を変圧器油温度の上昇分に変換する式を示す。
【００１６】
【数２】
Ｔ′_ｔ＝ａτ_ｔ＋ｂτ_ｔ−１＋ｃＴ′_ｔ−１＋ｄ
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：モデル係数
数３にＴ′_ｔ　に気温等の補正をすることにより、変圧器油温度が求められる。
【００１７】
【数３】
Ｔ_ｔ＝Ｔ′_ｔ＋θ_ｔ
変圧器劣化診断部６にて得られたＴ_ｔ　を公知であるＣＯ_２　＋ＣＯ生成速度の式（数４）に代入することにより、当該時間帯（Δｔ：分）のＣＯ_２　＋ＣＯ生成量（Ｙ_ｔ　：ｍｌ／ｇ）が算出できる。
【００１８】
【数４】
Ｙ_ｔ＝１０^{（１１．１６−５８６５／（２７３＋Ｔｔ））}×Δｔ／６０
数４で得られた時間帯のＹ_ｔ　を変圧器の運転開始時から現在まで積算することにより現在の変圧器ＣＯ_２　＋ＣＯ量（Ｙ：ｍｌ／ｇ）に換算することができる。
【００１９】
ＣＯ_２　＋ＣＯ量は変圧器絶縁紙の引っ張り強度と密接な関係にある平均重合度と図３のような関係があることが知られている。それゆえ、Ｙの値を図３と比較することより、変圧器絶縁紙の平均重合度が推定でき変圧器の劣化度が診断できる。
【００２０】
地域情報設定部８にて各変圧器の地域を設定し、地域情報記憶部９に記憶する。また、地域情報記憶部９には地図データや系統接続データ等が保存されているものとする。
【００２１】
劣化状態表示部７にて図４のように地域情報設定部８にて設定された地域毎の劣化状況（平均重合度）の一覧表を作成し、劣化度が大きい順に表示することにより、ある地域の点検スケジュールを作成する際の点検内容の重み付け，変圧器交換スケジュールを作成する際の順位付け等効率的な設備保守スケジュールの作成に役立つ情報を提供可能となる。もちろん、劣化度の小さい順に表示しても構わない。
【００２２】
劣化状態表示部７にて図４のように地図上に表示された変圧器に対し、劣化度合い・余寿命を表示することにより、移動時間を考慮した効率的なスケジュール作成の支援が可能となる。なお、表示方法として、ある閾値をもって数字ではなく色分けで表示する方法を取ると見やすい場合がある。
【００２３】
負荷変動設定部１０にて将来の負荷変動のシナリオとして、例えば将来の負荷伸び率（α_ｋ　：％）を地域情報設定部８にて設定された地域（ｋ）毎に設定可能とし、予想データ作成部１１にて過去１年のＩ_ｔ　から数５より、翌年１年間の予想運転負荷率データ（Ｘ_１ｔ）を作成する。
【００２４】
【数５】
Ｘ_１ｔ＝Ｉ_ｔ×（１＋β_ｋ／１００）
β_ｋ　：０〜α_ｋ　までのランダムな値
同様に１年以上先の運転負荷率データ（Ｘ_ｎｔ）を数６より作成する。
【００２５】
【数６】
Ｘ_ｎｔ＝Ｘ_ｎ−１ｔ×（１＋β_ｋ／１００）
数５，数６で得られた将来の変圧器電流データを変圧器データ記憶部４のデータに基づき変圧器油温度推定部５，変圧器劣化診断部６の処理を実施することにより将来の劣化診断、すなわち余寿命診断が実施できる。図５にシミュレーション結果の一例を示す。図５より、ＣＯ_２＋ＣＯ量が０．２ｍｌ／ｇの時に変圧器の寿命とした場合、最短で１２年後に変圧器の寿命がくると予想できる。
【００２６】
また、あらかじめ変圧器運転許容負荷率値（τ_ｎ０）および継続時間基準値（Δｔ_０　）を設定しておき、上記余寿命診断シミュレーションにてΔｔ_０　の間τ_０　が継続した時点（Ｘ_ｎｔ０　）すなわち、変圧器運転許容負荷率到達時点を計算する。図６のように地図上に表示された変圧器に対し、劣化度合い・変圧器運転許容負荷率到達時点を表示することにより、移動時間を考慮した効率的なスケジュール作成の支援が可能となる。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べてきたように、本発明によれば変圧器の劣化状態および余寿命診断を安価で精度良く判断できる。また、地図データ等の地域的な特性を合わせて表示することにより、効率的な点検・交換等のスケジュール作成を支援できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置の装置構成図。
【図２】運転負荷率と変圧器油温度の関係。
【図３】ＣＯ_２　＋ＣＯ量と平均重合度の関係。
【図４】地域毎の変圧器劣化状況表示例。
【図５】余寿命判定シミュレーション結果の例。
【図６】地域毎の変圧器劣化状況表示例２。
【符号の説明】
１…電力量データ受信部、２…気象データ受信部、３…時系列データ記憶部、４…変圧器データ記憶部、５…変圧器油温度推定部、６…変圧器劣化診断部、７…劣化状態表示部、８…地域情報設定部、９…地域情報記憶部、１０…負荷変動設定部、１１…予想データ作成部。

Claims (8)

1. 変圧器の電流値を受信する電力量データ受信部と、
   気温を受信する気象データ受信部と、
   前記受信された電流値及び前記受信された気温を時系列データとして記憶する時系列データ記憶部と、
   前記変圧器の特性を記憶する変圧器データ記憶部及び前記変圧器データ記憶部に記憶されたデータを用いて変圧器油温度を推定する変圧器油温度推定部とを備え、
   前記変圧器油温度推定部は、前記変圧器の電流値と変圧器油温度との関係を動的に表すモデルを用いて変圧器油温度を推定することを特徴とする変圧器劣化診断システム。
2. 請求項１において、
   前記推定された変圧器油温度を用いて前記変圧器中の反応物質の生成量を推定することを特徴とする変圧器劣化診断システム。
3. 請求項１において、
   前記変圧器の電流値と変圧器油温度との関係を表す動的モデルとして、時間帯ｔの変圧器油温度をＴ′_ｔ，電流値をＩ_ｔ，負荷率をτ_ｔ，モデル係数をａ，ｂ，ｃ，ｄとしたとき、
   Ｔ′_ｔ＝ａτ_ｔ＋ｂτ_ｔ−１＋ｃＴ′_ｔ−１＋ｄ
   とするモデルを用いることを特徴とする変圧器劣化診断システム。
4. 変圧器の過去の電気量の時系列データを保存する時系列データ保存部と、
   前記保存された変圧器の過去の電気量に基づいて前記変圧器の将来の電気量の時系列データを作成する予想データ作成部と、
   前記予想データ作成部によって作成された時系列データに基づき前記変圧器の余寿命を予想することを特徴とする変圧器余寿命診断システム。
5. 請求項４において、
   前記変圧器の将来の電気量の時系列データから前記変圧器中の反応物質の生成量を推定し、前記推定された変圧器中の反応物質の生成量に基づき前記変圧器の余寿命を予想することを特徴とする変圧器余寿命診断システム。
6. 複数の変圧器の電気量を受信する電力量データ受信部を備え、
   前記受信された電気量に基づき前記複数の変圧器の劣化度を算出し、前記算出された劣化度の大きい順又は小さい順に前記変圧器のデータを表示することを特徴とする変圧器劣化診断システム。
7. 複数の変圧器の電気量を受信する電力量データ受信部を備え、
   前記受信された電気量に基づき前記複数の変圧器の劣化度を算出し、所定の地域の地図を表示し、前記算出された劣化度を前記表示された地図上の前記変圧器の位置に対応する箇所に表示させることを特徴とする変圧器劣化診断システム。
8. 請求項７において、
   前記劣化度に応じて色，図形の形状又は図形の大きさを変化させて表示させることを特徴とする変圧器劣化診断システム。

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