JP2004172408A - 負荷時タップ切換器の診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】不具合が実時間で容易に診断できるようにした負荷時タップ切換器の診断方法を提供すること。
【解決手段】タップ切換操作用のモータ１５を制御する電磁接触器（図示してない）に常開接点７ａ４、８ａ４を設けると共に、このモータ１５に流れる電流Ｉを検出する変流器２４を設け、電磁接触器の動作時間Ｔと電流Ｉに基づいて不具合を診断するようにしたもの。
【効果】タップ切換操作が行なわれた際、実時間で簡易に且つ正確に異常を診断することができる。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、負荷時タップ切換器の不具合を診断する方法に係り、特に、電動操作機構を備えた負荷時タップ切換器の不具合を診断する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電力需要の増大に伴い、送変電用変圧器の高電圧化と大容量化が進んでいるが、更に、各需要家毎に設置されている受電用変圧器も１バンクに限らず、各々の需要家の要求に応じて２〜３バンクといった形態で設置されるのが通例である。
【０００３】
また、このとき、受電用変圧器に負荷時タップ切換器を設置し、無停電のまま電圧が上げ下げできるようにすることも、近年、通例になりつつあり、これらのことは、電力の安定供給に必要な手段ではあるが、反面、これらを正常に維持していくためには、多大の人件費、維持費が必要となる。
【０００４】
ところで、この負荷時タップ切換器は、例えば１日に２０回以上操作されることも珍しくなく、従って、かなり動作頻度が高く、このため所定の時間内に所定のタップ切換が終了されないという、いわゆるタップ渋滞や、所定のタップ切換が終了したにもかかわらず、電動操作機構のモータ（電動機）が連続通電されたままになるという、いわゆるタップ暴走といった不具合の発生がしばしば見られるようになっている。
【０００５】
ここで、これらの不具合が発生した場合は、通常、運転員が監視、制御、記録等を行う中央監視室に、それらが表示されるが、この中央監視室は、受変電機器や変圧器が設置されている場所とは離れた場所にあるのが一般的である。
【０００６】
ところで、このような負荷時タップ切換器（ＬＴＣ）は電動操作されるのが通例であり、そこで、このような電動操作機構の制御回路について、図１０と図１１により説明する。ここで、図１０は電動操作機構の制御部で、図１１はモータ部（電動操作機構のモータ部）を示したものである。
【０００７】
そして、これら図１０と図１１において、１は電動操作機構の全体を表わし、更に制御部は１Ａで、そしてモータ部は１Ｂで表わされ、これらは３相の所定の電圧（２２０Ｖ又は４４０Ｖ）をＵする電源ラインＲ、Ｓ、Ｔから供給される電力で動作するようになっている。ここで、ラインＣは制御用である。
【０００８】
まず、図１０の制御部１Ａにおいて、ここで２は降圧指示用スイッチで、３は昇圧指示用スイッチであり、何れも押しボタンスイッチからなる。そして降圧指令用スイッチ２は、タップ下げ指令（電圧が低下する方向にタップを切換える指令）Ｄを発生し、昇圧用切換スイッチ３は、タップ上げ指令（電圧が上昇する方向にタップを切換える指令）Ｕを発生する。
【０００９】
次に、４は切換スイッチで、２回路２接点型の切換スイッチからなり、タップ下げ指令Ｄとタップ上げ指令Ｕの入力を、降圧指示用スイッチ２と昇圧指示用スイッチ３から外部端子ｄ、ｕに切換える働きをする。ここで、これらの外部端子ｄ、ｕは、図示してない中央監視室などに接続されている。
【００１０】
次に、５は下限位置で閉じるリミットスイッチ、６は上限位置で閉じるリミットスイッチである。ここで、これらのリミットスイッチ５、６のＺ型のシンボルは、それらがカム（カム軸）操作されるスイッチであることを表わす。
【００１１】
そして、ここでリミットスイッチ５、６の場合、カムとは、タップ切換用スイッチ部材を回動させる軸に設けられているものを指し、従って、下限位置で閉じるとは、最低電圧タップ位置で閉じることを意味し、上限位置で閉じるとは、最大電圧タップ位置で閉じることを意味する。
【００１２】
次に、７は降圧切換用電磁接触器で、常開接点７ａ１、７ａ２、７ａ３と常閉接点７ｂ１を備え、８は昇圧切換用電磁接触器で、常開接点８ａ１、８ａ２、８ａ３と常閉接点８ｂ１を備えている。ここで、常開接点７ａ１と常閉接点８ｂ１は、この図１０には現れていない（後述）。
【００１３】
また、９は自己保持用パイロットスイッチで、１０はステップバイステップ回路用パイロットスイッチである。そして、１１はステップバイステップ回路用電磁接触器で、常開接点１１ａと常閉接点１１ｂを備え、１２はブレーキ用電磁接触器で、常開接点１２ａ１を備えている。
【００１４】
次に、図１１のモータ部１Ｂについて説明すると、この図において、まず７ａ１は昇圧切換用電磁接触器７（図１０）の常開接点で、次に８ａ１は降圧切換用電磁接触器８（図１０）の常開接点であり、更に１２ａはブレーキ用電磁接触器１２（図１０）の常開接点で、ここでは３回路接点構成のものが用いられている。
【００１５】
また、１３は引き外しコイル付配線用遮断器で、ここでは、図示のように、押しボタンスイッチで操作され、緊急時に電源を遮断する働きをする。更に、１４はタップ暴走検出用電磁接触器で、常開接点１４ａ１を備え、この常開接点１４ａ１の閉成状態が予め設定してある所定の時間以上継続したとき、タップ暴走発生とするものである。
【００１６】
そして、１５がモータ（ここでは３相誘導電動機）で、減速機構を介してタップ選択器と切換開閉器の可動部材を移動させる駆動動力源となり、１６はタップ渋滞検出用パイロットスイッチである。
【００１７】
ここで、１７は手動スイッチで、タップ切換を手動で操作する際に使用され、開路することにより降圧切換用電磁接触器７と昇圧切換用電磁接触器８の励磁動作を禁止する働きをする。また、１８は抵抗器で、ステップバイステップ回路用電磁接触器１１のコイルに発生する逆起電力を吸収する働きをする。
【００１８】
次に、動作について、一例として、タップ上げ指令Ｕが供給されたときの動作について説明する。ここで、図１０に示されているように、切換スイッチ４が外部端子ｄ、ｕ側に切換わっているときは、外部からタップ上げ指令Ｕが受信されるが、切換スイッチ４が降圧指示用スイッチ２と昇圧指示用スイッチ３側に切換わっていたときは、昇圧指示用スイッチ３が操作されたときタップ上げ指令Ｕが発せられる構成とになる。
【００１９】
こうしてタップ上げ指令Ｕが供給されたとすると、昇圧切換用電磁接触器８が励磁され、常開接点８ａ１、８ａ２、８ａ３が閉路する。
【００２０】
そして、まず常開接点８ａ２の閉成によりブレーキ用電磁接触器１２が励磁され、常開接点１２ａ、１２ａ１が閉路し、常開接点１２ｂは開路するので、モータ駆動回路が形成され、モータ１５が起動し、タップの切換動作がタップ上げ方向に進行する。
【００２１】
また、常開接点８ａ３が閉路することにより自己保持回路が形成され、昇圧切換用電磁接触器８は、タップ上げ指令Ｕがイネーブル後も励磁されたままに保持（自己保持）される。
【００２２】
こうしてモータ１５が起動し回転を開始すると、これに伴い、まずタップ渋滞検出用パイロットスイッチ１６が閉路する。ここで、このタップ渋滞検出用パイロットスイッチ１６は、あるタップから次のタップに移行する間だけ閉路するスイッチである。
【００２３】
また、こうしてモータ１５が起動し回転を開始すると、これに伴い、図示してないタップ渋滞検出用タイマも起動し、常閉接点からなる所定のタイマ接点を開路する。そして、予め設定してある正規の時間が経過したとき、上記所定のタイマ接点（常閉接点）を復帰させる。
【００２４】
そこで、図示してない回路により、タップ渋滞検出用パイロットスイッチ１６の閉成期間とタイマ接点の閉成期間に重なりが現れるのを監視し、重なりが現れなかったとき、つまり、正規の時間が経過する前にタップ切換が終了した場合には、タップ渋滞が起こらなかったものとし、タップ渋滞検出回路を復帰させるのである。
【００２５】
また、このときは、ステップバイステップ回路用パイロットスイッチ１０が閉路する。そこでステップバイステップ回路用電磁接触器１１が励磁され、ステップバイステップ回路が形成される。
【００２６】
ここで、このステップバイステップ回路とは、タップ上げ指令Ｕ又はタップ下げ指令Ｄが１回入力される毎に、タップ切換が必ず１タップ分だけ切換えられるようにする回路のことである。
【００２７】
そこで、このステップバイステップ回路が形成されると、常開接点１１ａ、１１ｂが閉じられる。そして、まず接点１１ｂが動作することにより、昇圧切換用電磁接触器８の指令回路が開路となり、ステップバイステップ回路を一旦オフしない限り、次の指令が受け入れられないようにする。
【００２８】
これにより、タップ上げ指令Ｕ又はタップ下げ指令Ｄを連続的に付与した場合でも、ステップバイステップ回路用電磁接触器１１が連続励磁され、常閉接点１１ｂが開路されたままとなるため、１タップのみが切換えられ、それ以上、タップ切換が動作しないようになる。
【００２９】
このような一連の動作により、自己保持用パイロットスイッチ９が開路し、昇圧用切換電磁接触器８の励磁が解かれ、モータ１５が停止してタップ切換が終了することになる。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術は、負荷時タップ切換器に発生した不具合の診断について配慮がされておらず、保守作業に問題があった。
【００３１】
受変電機器や変圧器の異常監視は、通常、運転員が監視、制御、記録等を行う中央監視室に表示されるので、不具合が発生した場合、その後で運転員が現場に赴き、機器の状態を調べ、異常を確認することになる。
【００３２】
ここで、負荷時タップ切換器場合は、そのタップ渋滞、タップ暴走等の不具合の大半は、そこに使用されている電磁接触器やスイッチの接点接触に現れる一過性のものが多く、後で調査しても、異常が再現されないことが多い。
【００３３】
この結果、従来技術では、保守作業に問題が生じてしまうのである。
【００３４】
本発明の目的は、不具合が実時間で容易に診断できるようにした負荷時タップ切換器の診断方法を提供することにある。
【００３５】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、電動操作機構を備えた負荷時タップ切換器の診断方法において、前記電動操作機構駆動用電動機の電流値を検出する電流検出手段と、前記電動機制御用電磁接触器の動作時間を検出する接点手段とを備え、前記電動機の電流値の変化と前記電磁接触器の動作時間の相関に基づいて不具合を診断するようにして達成される。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による負荷時タップ切換器の診断方法について、図示の実施の形態により詳細に説明する。ここで、図１は、本発明の一実施形態におけるモータ部１Ｂを示したもので、制御部１Ａは、図１０で説明した従来技術の場合と同じである。
【００３７】
そして、この図１において、２０は変流器（ＣＴ）、２１は診断回路であるが、ここで、常開接点７ａ４、８ａ４、１１ａ１、１２ａ２は、各々図１０における降圧切換用電磁接触器７、昇圧切換用電磁接触器７、ステップバイステップ回路用電磁接触器１１、それにブレーキ用電磁接触器１２の接点である。
【００３８】
従って、この実施形態の場合、回路構成上は、図１０と図１１の従来技術において、変流器２０と診断回路２１、それに電磁接触器の夫々に常開接点７ａ４、８ａ４、１１ａ１、１２ａ２を付加したものに相当する。
【００３９】
まず、変流器２０は、モータ１５に供給される電流（モータ電流）Ｉを検出し、診断回路２１供給する働きをする。なお、この図１の実施形態では、変流器２０がモータ部１Ｂ、つまり電動操作機構１の中に設置されているが、電動操作機構１の外部で、電源供給ラインに設置しても良い。
【００４０】
次に、この実施形態の動作について説明する。ここで、まず図２は、この実施形態において、診断回路２１のマイコンにより実行される不具合診断アルゴリズムで、診断には降圧切換用電磁接触器７と昇圧切換用電磁接触器８の常開接点７ａ４、８ａ４の閉成期間と、変流器２０の出力値を用い、これらを比較して診断を行なう。
【００４１】
このため、診断回路２１のマイコンは、所定の事象発生を契機として図２の処理を実行する。ここで、所定の事象発生とは、タップ下げ指令Ｄの入力と、タップ上げ指令Ｕの入力のことであり、何れの場合も契機となる。
【００４２】
また、図３〜図９は、不具合診断時の切換時間Ｔとモータ電流Ｉのタイムチャートで、このとき、図３は電動操作機構１の機能が正常なときのタイムチャートで、図４〜図９は不具合が発生した場合のタイムチャートであり、以下、図２も含め、これら図３〜図９により、診断動作について説明する。
【００４３】
図２の処理が開始されたと、まず最初に、切換時間Ｔを判定基準値（期間）Ｔ_０ と比較する（Ｓ１）。そこで、これら切換時間Ｔと判定基準期間値Ｔ_０ について説明する。
【００４４】
図３において、まず常開接点７ａ４又は常開接点８ａ４が閉成（オン）された時刻をｔ_ＯＮ とする。次に開放（オフ）された時刻をｔ_ＯＦＦ とする。そうすると、図示のように、時刻ｔ_ＯＮ から時刻ｔ_ＯＦＦ までの期間が切換時間Ｔとなる。
【００４５】
次に、判定基準値Ｔ_０ は以下のようにして決める。まず、電動操作機構１の機能が正常であることを確認した上で１タップの切換えに要する時間を求める。そうすると、これは、当然、正常なときの切換時間Ｔと等しくなる。そこで、この切換時間Ｔにプラスαの余裕（マージン）をみて、図示のように、判定基準期間値Ｔ_０（＝Ｔ＋α）とするのである。
【００４６】
そして処理Ｓ１では、切換時間Ｔと判定基準期間値Ｔ_０ の比較結果を正常Ａ、超過Ｂ、瞬断Ｃに分けて判定する。ここで、
Ａ：Ｔ＜Ｔ_０
Ｂ：Ｔ≧Ｔ_０
Ｃ：Ｔ≪Ｔ_０
である。
【００４７】
そして、処理Ｓ１での判定結果が正常Ａになったときは処理Ｓ２に進み、超過Ｂのときは処理Ｓ３に進む。しかし、結果が瞬断Ｃのときは、ここで直ちに診断結果Ｇ７を与える。
【００４８】
処理Ｓ２では、モータ電流Ｉを判定基準電流値Ｉ_０ と比較する。そこで、今度は、これらモータ電流Ｉと判定基準電流値Ｉ_０ について説明する。
【００４９】
図３において、時刻ｔ_ＯＮ で常開接点７ａ４又は常開接点８ａ４が閉成されたことにより、モータ１５には、まず大きな起動電流が流れ、その後、負荷トルクτ（後述）に応じた電流値に落ち着く。
【００５０】
ここで、この起動電流が流れている期間はだいたい決まっているので、これを期間Ｔ_Ｓ とする。そして、時刻ｔ_ＯＮ から期間Ｔ_Ｓ が経過した後、変流器２０から出力されてくる電流値をモータ電流Ｉとするのである。
【００５１】
次に判定基準電流値Ｉ_０ について説明する。まず、電動操作機構１の機能が正常で、その駆動に必要なトルクτに応じた電流値にあることを確認した上で、モータ１５に流れる電流値を求める。そうすると、これは、当然、正常なときのモータ電流Ｉと等しくなる。そこで、このときの電流値を判定基準電流値Ｉ_０ とするのである。
【００５２】
そこで、処理Ｓ２では、モータ電流Ｉと判定基準電流値Ｉ_０ の比較結果を正常Ｘと過大Ｙ、それに過小Ｚに分けて判定する。ここで、
Ｘ：（Ｉ_０＋β）＞Ｉ＞（Ｉ_０−β）
Ｙ：Ｉ≧（Ｉ_０＋β）
Ｚ：Ｉ≦（Ｉ_０−β）
であり、このときβは判定に余裕を持たせるための所定値で、通常は判定基準電流値Ｉ_０ の数％程度にしてある。
【００５３】
そして、処理Ｓ２での判定結果がＸになったときは診断結果Ｇ１を与え、Ｙのときは診断結果Ｇ２を与える。そして、判定結果がＺのときは、診断結果Ｇ３を与えるのである。
【００５４】
ここで、処理１で判定結果がＢになったときの動作について説明すると、このときはモータ電流Ｉの波形を調べる（Ｓ３）。そして、この処理Ｓ３では、比較結果を正常Ｂ１と異常Ｂ２に分けて判定する。ここで、
Ｂ１：Ｉの波形に脈動無し
Ｂ２：Ｉの波形に脈動あり
である。
【００５５】
そして、この処理Ｓ３での判定結果が異常Ｂ２のときは、ここで直ちに診断結果Ｇ６を与える。
【００５６】
一方、正常Ｂ１になったときは処理Ｓ４に進み、モータ電流Ｉを判定基準電流値Ｉ_０ と比較する。そして、この処理Ｓ４では、モータ電流Ｉと判定基準電流値Ｉ_０ の比較結果を過大Ｂ３と正常Ｂ４に分けて判定する。ここで、
Ｂ３：Ｉ≧（Ｉ_０＋β）
Ｂ４：（Ｉ_０＋β）＞Ｉ＞（Ｉ_０−β）
である。
【００５７】
そして、処理Ｓ４の判定結果が過大Ｂ３になったときは診断結果Ｇ４を与え、正常Ｂ４のときは診断結果Ｇ５を与えるのである。
【００５８】
次に、各診断結果Ｇ１〜Ｇ７について説明する。ここで、上記したように、診断結果Ｇ１は正常な切換動作が行なわれた場合であり、残りの診断結果Ｇ２〜Ｇ６は何らかの異常、不具合と診断された場合である。
【００５９】
まず、図３は、診断結果Ｇ１が得られたときの状態で、この場合、切換時間Ｔは正常、つまり切換時間Ｔは判定基準期間値Ｔ_０ より短く、しかもモータ電流Ｉは、判定基準電流値Ｉ_０ に対して±βの許容範囲に収まっている。
【００６０】
そこで、この診断結果Ｇ１の場合は正常と判断し、従って、タップ切換機構には何も異常部位がないものとすることができる。
【００６１】
次に、図４は、切換時間Ｔは正常、つまり切換時間Ｔは判定基準期間値Ｔ_０ より短いが、しかし、モータ電流Ｉが判定基準電流値Ｉ_０ 以上になってしまったときである。
【００６２】
ここで、この図４の状態は、切換時間Ｔは正常であるにも関わらず、電流のみが増大（Ｉ≧（Ｉ_０＋β））しているので、診断結果Ｇ２（異常傾向）となり、異常現象としてはモータ１５にかかるトルクτが過大傾向であり、従って異常部位は負荷時タップ切換器の機構系で、そこに固渋傾向が現れていると診断する。
【００６３】
次に、図５は、切換時間Ｔは正常であるが、しかし、モータ電流Ｉが判定基準電流値Ｉ_０ 以下になってしまったときである。
【００６４】
ここで、この図５の状態は、切換時間Ｔは正常であるにも関わらず、電流のみが減少（Ｉ≦（Ｉ_０−β））しているので、診断結果Ｇ３（異常傾向）となり、異常現象としてはモータ１５にかかるトルクτが過小傾向で、異常部位は負荷時タップ切換器の機構系に脱落傾向が現れていると診断する。
【００６５】
次に、図６は、切換時間Ｔも異常で、モータ電流Ｉも異常（過大）になっているので、診断結果Ｇ４の場合となり、異常現象としてはモータ１５にかかるトルクτが更に過大傾向であり、従って異常部位は負荷時タップ切換器の機構系で、そこに固渋傾向が更に強く現れていると診断する。
【００６６】
ここで、これら診断結果Ｇ２〜Ｇ３のように、傾向があると診断された項目については、診断時点で直ちに重大事故に繋がる様なケースではない。従って、以後、測定データの前回値比較など、継続的に監視していくことにより、一過性の異常か否かを最終的に診断することにより的確な対処が得られることになる。
【００６７】
次に、図７は、モータ電流Ｉは正常で、切換時間Ｔが異常（超過）になっているので、診断結果Ｇ５となる。そして、この場合は、異常現象としては制御系の異常となり、異常部位は電磁接触器の接点の不具合と診断する。
【００６８】
ここで、過去の不具合の中で、この診断結果Ｇ５となるケースが最も多く、このとき、常開接点７ａ４、８ａ４の切換時間をみていたか、常開接点１１ａ１の切換時間をみていたか、或いは常開接点１２ａ２の切換時間をみていたかにより不具合部位の特定が可能になる。
【００６９】
次に、図８は、モータ電流の波形に脈動が現れているので、診断結果Ｇ６となり、異常現象としてはモータ欠相起動となる。そして、異常部位はモータ回路と診断することになる。
【００７０】
次に、図９は、切換時間Ｔが短時間（瞬時）で終っているので、診断結果Ｇ７となり、異常現象としては回路異常になる。そして、異常部位は指令回路の接点不具合か、電磁接触器接点の不具合と診断することができる。
【００７１】
図１に戻り、診断回路２１は、図２の処理を実行し、診断結果Ｇ１〜Ｇ７が得られたら、それを表示して運転員の監視に供したり、記憶して後刻での分析、解析に供することができるようにする。
【００７２】
従って、この実施形態によれば、変圧器に内蔵される負荷時タップ切換器などにおいて、タップ渋滞、タップ暴走等の不具合を実時間で診断することができるので、保守作業が容易になり、信頼性の向上を充分に得ることができる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば、負荷時タップ切換器の異常を実時間で簡単且つ正確に診断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による負荷時タップ切換器の診断方法の一実施形態が適用された電動操作機構の回路ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態における不具合診断アルゴリズムの説明図である。
【図３】本発明の一実施形態による不具合診断動作説明用のタイムチャート（その１）である。
【図４】本発明の一実施形態による不具合診断動作説明用のタイムチャート（その２）である。
【図５】本発明の一実施形態による不具合診断動作説明用のタイムチャート（その３）である。
【図６】本発明の一実施形態による不具合診断動作説明用のタイムチャート（その４）である。
【図７】本発明の一実施形態による不具合診断動作説明用のタイムチャート（その５）である。
【図８】本発明の一実施形態による不具合診断動作説明用のタイムチャート（その６）である。
【図９】本発明の一実施形態による不具合診断動作説明用のタイムチャート（その７）である。
【図１０】負荷時タップ切換器の制御回路の一例を示す回路ブロック図である。
【図１１】従来技術による負荷時タップ切換器の電動操作機構の一例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
Ｂ 電動操作機構側の電源母線
１ 電動操作機構（全体）
１Ａ 制御部
１Ｂ モータ部
２ 降圧指令用スイッチ
３ 昇圧指令用スイッチ
４ 切換スイッチ（切換指令入力切換用）
５ 下限位置で閉じるリミットスイッチ
６ 上限位置で閉じるリミットスイッチ
７ 降圧切換用電磁接触器
８ 昇圧切換用電磁接触器
９ 自己保持用パイロットスイッチ
１０ ステップバイステップ回路用パイロットスイッチ
１１ ステップバイステップ回路用電磁接触器
１２ ブレーキ用電磁接触器
１３ 引き外しコイル付配線用遮断器
１４ タップ暴走検出用電磁接触器
１５ モータ（電動機）
１６ タップ渋滞検出用パイロットスイッチ
２４ 電流検出用変流器（ＣＴ）

Claims (1)

1. 電動操作機構を備えた負荷時タップ切換器の診断方法において、
   前記電動操作機構駆動用電動機の電流値を検出する電流検出手段と、
   前記電動機制御用電磁接触器の動作時間を検出する接点手段とを備え、
   前記電動機の電流値と前記電磁接触器の動作時間に基づいて不具合を診断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器の不具合診断方法。

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