JP2005204368A - 位相制御開閉装置 - Google Patents

Abstract

【課題】事故発生時など位相制御開閉演算処理部を介さずに開極指令が遮断器の各操作装置に直接与えられた場合においても、変圧器の各相の残留磁束を計算し、各相の残留磁束を考慮して遮断器の閉極動作を制御する位相制御開閉装置を得る。
【解決手段】遮断器５０の開閉極接点信号又は５６および遮断器５１の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７の全てがＯＮ→ＯＦＦに変化したことを遮断器開閉状態識別手段８３ａが検出してトリガをＯＮする。トリガがＯＮになると、残留磁束検出手段８３ｃは、トリガがＯＮになった時刻の前後の各相の遮断器の変圧器１次側および２次側に設けられた各電圧計測部７２および７４より計測された電圧値から、変圧器の各相の残留磁束を計算する。
【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器コアの残留磁束を考慮して遮断器等の電力用開閉装置の開閉時刻を制御することによって、電力系統に接続された変圧器にとって過酷となる開閉装置の開閉に伴う過渡的な励磁突入電流の発生を最小限に抑制する位相制御開閉装置に関するものである。

従来、変圧器あるいは分路リアクトルコアに残留磁束がある場合について、変圧器あるいは分路リアクトル各相の残留磁束を予測すると共に、各相の残留磁束に応じた最適な投入タイミングで遮断器を動作させることにより、過渡的な開閉サージ現象を抑制するようにした位相制御開閉装置があった(例えば特許文献１参照)。

特開２００１−２１８３５４号公報、段落番号０００４、０００７、図１、図２４等

従来の位相制御開閉装置では、変圧器の各相の残留磁束を計算するためのトリガを開極指令としているため、事故発生時など位相制御演算処理部を介さずに開極指令が遮断器の各操作装置に直接与えられた場合には、開極指令がいつ発生されたか判断できないために、残留磁束を計算できなかった。このため事故発生時などの異常時には、たとえ変圧器の各相に残留磁束があったとしても、変圧器の各相の残留磁束を零として遮断器の閉極動作を制御するため、変圧器の各相に残留磁束がある場合には、変圧器にとって過酷となる開閉装置の開閉に伴う過渡的な励磁突入電流を抑制できないという欠点があった。

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、事故発生時などの異常時において位相制御開閉装置を介さずに開極指令が遮断器の各操作装置に直接与えられた場合においても、変圧器の各相の残留磁束を計算し、各相の残留磁束を考慮して遮断器の閉極動作を制御することのできる位相制御開閉装置を提供することを目的とする。

この発明は、電力系統に設けられた変圧器と、この変圧器の１次側および２次側にそれぞれ接続され、変圧器の故障電流および負荷電流を遮断すると共に変圧器を励磁するために投入され、さらに開閉動作に従って開閉状態を示す開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号を発生する三相分の各遮断器と、上記三相分の各相の各遮断器の変圧器側の電圧を計測する電圧計測部と、上記変圧器の残留磁束を考慮して１次側の上記遮断器の開閉制御を行う位相制御開閉演算処理部と、を備え、上記位相制御開閉演算処理部が、上記開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号から上記変圧器の１次側および２次側の各相の各遮断器の開閉状態を識別する遮断器開閉状態識別手段、および各遮断器の開閉状態が全て閉極状態から開極状態に変化した時の前後の各相に設けられた上記電圧計測部より計測された電圧値から、上記変圧器の各相の残留磁束を計算する残留磁束検出手段を含む、ことを特徴とする位相制御開閉装置にある。

この発明は、各相の各遮断器の各開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号から各遮断器の開閉状態を識別する機能と、各遮断器の開閉状態が全て閉極状態から開極状態に変化した時にトリガをＯＮし、そのトリガがＯＮとなった時刻の前後の各相に設けられた電圧計測部より計測された電圧値から、変圧器の各相の残留磁束を計算する機能を備えたことにより、事故発生時など位相制御開閉演算処理部を介さずに開極指令が遮断器の各操作装置に直接与えられた場合においても、変圧器の各相の残留磁束を計算することができる。このため、事故発生時などにおいても各相の残留磁束を考慮して遮断器の閉極動作を制御でき、変圧器にとって過酷となる開閉装置の開閉に伴う過渡的な励磁突入電流を最小限に抑制させることが可能となる。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における位相制御開閉装置の構成を示すブロック図である。図１において、遮断器５０は変圧器１０の１次側に接続され、この遮断器５０の消弧室５２ａ，５２ｂ，５２ｃ内の各接触子が独立に開閉極動作することを可能にするため、それぞれ独立の操作装置５４ａ，５４ｂ，５４ｃを有する。操作装置５４ａ，５４ｂ，５４ｃには遮断器５０の各相の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号(開閉極補助接点でもよい)が５６ａ，５６ｂ，５６ｃとして示されている。遮断器５１は変圧器１０の２次側に接続され、この遮断器５１の消弧室５３ａ，５３ｂ，５３ｃ内の各接触子が独立に開閉極動作することを可能にするため、それぞれ独立の操作装置５５ａ，５５ｂ，５５ｃを有する。操作装置５５ａ，５５ｂ，５５ｃには遮断器５１の各相の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号(開閉極補助接点でもよい)が５７ａ，５７ｂ，５７ｃとして示されている。

各Ｒ、Ｓ、Ｔ相の変圧器１０の１次側と遮断器５０との間および変圧器１０の２次側と遮断器５１との間にはそれぞれ電圧を計測する電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７４ａ，７４ｂ，７４ｃが設けられている。さらに各Ｒ、Ｓ、Ｔ相の遮断器５０の送電線側(図右側)には電圧を計測する電圧計測部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ、遮断器５１の送電線側(図左側)にも電圧を計測する電圧計測部７５ａ，７５ｂ，７５ｃが設けられている。そして位相制御開閉演算処理部８０はコンピュータ等により構成され、機能として基準位相検出部８２、演算・動作制御部８１、残留磁束検出部８３、後述する各電圧計測部で計測した電圧値等を記憶しておくメモリ８９を含む。この発明では特に残留磁束検出部８３は遮断器開閉状態識別手段８３ａ、事故発生位置判定手段８３ｂおよび残留磁束検出手段８３ｃを含む。

さらに、通常モード時の開極信号３４、閉極信号３５、並びに操作装置の周囲温度、操作圧力、制御電圧の計測データ３６が演算・動作制御部８１に入力され、異常モード時の開極信号３２は遮断器５０の操作装置５４ａ，５４ｂ，５４ｃに入力される。また、遮断器５１の操作装置５５ａ，５５ｂ，５５ｃには通常モード時の開閉極信号３１および異常モード時の開極信号３２が入力される。これらの信号３１〜３５は遮断器への開閉極指令である。

また図２はこの発明における位相制御開閉装置の動作を説明するための各相の変圧器の１次側、２次側の電圧、電流、磁束挙動を示す図である。図２において上から順に、変圧器の１次側電圧、変圧器の１次側電圧から予測した磁束、変圧器の内部電圧、変圧器の内部電圧から予測した磁束、変圧器の２次側電圧、変圧器の２次側電圧から予測した磁束、遮断器(○１)(最初に開極される遮断器)に流れる電流、事故点の電流、遮断器(○２)(後に開極される遮断器)に流れる電流、遮断器(○１)の開閉極接点信号、遮断器(○２)の開閉極接点信号、残留磁束検出のためのトリガ信号、変圧器の１次側もしくは２次側の電圧から残留磁束を予測する期間を示す。

また図３は事故点と遮断器との開極シーケンスの例を示す図である。図３の(ａ)は変圧器１０の１次側と遮断器５０の間に事故点があり、遮断器５０、５１の順で開極する場合、(ｂ)は変圧器１０の１次側と遮断器５０の間に事故点があり、遮断器５１、５０の順で開極する場合、(ｃ)は変圧器１０の２次側と遮断器５１の間に事故点があり、遮断器５１、５０の順で開極する場合、(ｄ)は変圧器１０の２次側と遮断器５１の間に事故点があり、遮断器５０、５１の順で開極する場合を示す。

以下、図に従って動作について説明する。各Ｒ、Ｓ、Ｔ相の変圧器１０の１次側および２次側の電圧は、各電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃおよび７４ａ，７４ｂ，７４ｃにて計測され、位相制御開閉演算処理部８０の残留磁束検出部８３へ送られる。残留磁束検出部８３は、トリガ信号ＴＲＩがＯＮ(オン)になると、各電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃおよび７４ａ，７４ｂ，７４ｃにて計測された電圧に基づいて残留磁束の計算を開始する。

遮断器５０の各消弧室５２ａ，５２ｂ，５２ｃ内の各接触子の開閉極状態は、各相の遮断器の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５６ａ，５６ｂ，５６ｃと連動して、例えば図２のように遮断器５０の各消弧室５２ａ，５２ｂ，５２ｃ内の各接触子が閉極状態では遮断器５０の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５６ａ，５６ｂ，５６ｃはＯＮ、開極状態ではＯＦＦ(オフ)となる。この開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、位相制御開閉演算処理部８０の残留磁束検出部８３へ送られ、残留磁束検出部８３はこの開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５６ａ，５６ｂ，５６ｃのＯＮ−ＯＦＦ信号から、遮断器５０の各消弧室５２ａ，５２ｂ，５２ｃ内の各接触子の開閉極状態を検出する。

遮断器５１も同様に各消弧室５３ａ，５３ｂ，５３ｃ内の各接触子の開閉極状態は、各相の遮断器５１の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７ａ，５７ｂ，５７ｃと連動して、例えば図２のように遮断器５１の各消弧室５３ａ，５３ｂ，５３ｃ内の各接触子が閉極状態では遮断器５１の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７ａ，５７ｂ，５７ｃはＯＮ、開極状態ではＯＦＦとなる。この開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７ａ，５７ｂ，５７ｃは、位相制御開閉演算処理部８０の残留磁束検出部８３へ送られ、残留磁束検出部８３は、この開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７ａ，５７ｂ，５７ｃのＯＮ−ＯＦＦ信号から、遮断器５１の各消弧室５３ａ，５３ｂ，５３ｃ内の各接触子の開閉極状態を検出する。

今、各遮断器５０，５１の変圧器１０側で事故が発生した場合、この事故を除去するために、例えば図３の(ａ)に示すように先に閉極状態の遮断器５０に開極指令を出して、その数サイクル後に閉極状態の遮断器５１に開極指令を出すものとする。閉極状態の遮断器５０は、開極指令を受けて、各消弧室５２ａ，５２ｂ，５２ｃ内の各接触子を開極した場合、各相の遮断器５０の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５６ａ，５６ｂ，５６ｃは、例えば、図２のようにＯＮ→ＯＦＦに変化する。

次に、閉極状態の遮断器５１が開極指令を受けて、各消弧室５３ａ，５３ｂ，５３ｃ内の各接触子を開極した場合、遮断器５１の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７ａ，５７ｂ，５７ｃは、例えば、図２のようにＯＮ→ＯＦＦに変化する。図２から磁束は、変圧器１０の１次側の遮断器５０および２次側の遮断器５１がともに開放された場合にその挙動が一定値に収束していることが分かる。

このことから、残留磁束検出部８３は、遮断器５０の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５６ａ，５６ｂ，５６ｃおよび遮断器５１の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７ａ，５７ｂ，５７ｃの全てがＯＮ→ＯＦＦに変化したことを検出(遮断器開閉状態識別手段８３ａ)してトリガをＯＮする。トリガがＯＮになると、残留磁束検出部８３は、トリガがＯＮになった時刻の前後の各相の遮断器の変圧器１０の１次側および２次側に設けられた各電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃおよび７４ａ，７４ｂ，７４ｃより計測された電圧値から、変圧器１０の各相の残留磁束を計算することが可能となる(残留磁束検出手段８３ｃ)。なお、各電圧計測部で計測された電圧値を常時、メモリ８９に蓄積しておきこの電圧値を使用するようにしてもよい。これによって、事故発生時など位相制御開閉演算処理部８０を介さずに開極指令が遮断器の各操作装置に与えられた場合においても、変圧器の各相の残留磁束を計算することができる。

図４は図３に対応した、各事故の種類および事故の発生位置および各開極シーケンスの場合の、各Ｒ、Ｓ、Ｔ相の変圧器１０の１次側および２次側の各電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃおよび７４ａ，７４ｂ，７４ｃにて計測される電圧から、変圧器１０の各相の残留磁束を解析により求めたものである。図中の誤差は、変圧器内部電圧から求めた残留磁束を基準としたものである(解析上は励磁回路の電圧を直接読み取れるため、その電圧から計算した磁束を真値とした)。

図４より、事故の種類および遮断器５０と遮断器５１の開極順序および事故の発生位置によらず、遮断器５０の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５６ａ，５６ｂ，５６ｃおよび遮断器５１の開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号５７ａ，５７ｂ，５７ｃの全てがＯＮ→ＯＦＦに変化したことを検出してトリガをＯＮすることにより、各Ｒ、Ｓ、Ｔ相の変圧器１０の１次側もしくは２次側の何れか一方の各相の電圧が各電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃもしくは７４ａ，７４ｂ，７４ｃにて計測できれば、変圧器の各相の残留磁束を数％以内の誤差で計算できることがわかる。

なお、残留磁束検出部８３は事故の発生位置を判定する事故発生位置判定手段８３ｂを含み得る。事故発生位置判定手段８３ｂは、例えば変圧器１０の１次側に接続された遮断器５０の送電線側(図１の右側)の各電圧計測部７３ａ，７３ｂ，７３ｃ、変圧器１０の１次側と遮断器５０の間の各電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃ、変圧器１０の２次側と遮断器５１の間の各電圧計測部７４ａ，７４ｂ，７４ｃ、および変圧器１０の２次側に接続された遮断器５１の送電線側(図１の左側)の各電圧計測部７５ａ，７５ｂ，７５ｃからの電圧波形をモニタしておき、例えばメモリ８９に予め事故時あるいは異常時のモデル電圧波形を格納しておき、これとの照合により事故位置を判定する。

この判定結果に従い残留磁束検出手段８３ｃは、変圧器１０の１次側と遮断器５０の間における事故の場合又は遮断器５０の送電線側における事故の場合は、変圧器１０の１次側の各相に設けられた電圧計測部７２ａ，７２ｂ，７２ｃより計測された電圧値から変圧器の各相の残留磁束を計算する。また、変圧器１０の２次側と遮断器５１の間における事故の場合又は遮断器５１の送電線側における事故の場合は、変圧器１０の２次側の各相に設けられた電圧計測部７４ａ，７４ｂ，７４ｃより計測された電圧値から変圧器の各相の残留磁束を計算する。なお、事故の発生位置を判定することなく、変圧器１０の１次側もしくは２次側の何れか一方の各相に設けられた電圧計測部より計測された電圧値から変圧器の各相の残留磁束を計算するようにしてもよい。

そして図５の各部の電圧等のタイミングチャートに従って位相制御開閉演算処理部８０の基準位相検出部８２および演算・動作制御部８１の動作を遮断器５０について説明すると、基準位相検出部８２では、各相の遮断器５０の送電線側に設けられた電圧計測部７３ａ，７３ｂ，７３ｃより計測された電圧値から、各Ｒ、Ｓ、Ｔ相の電圧零点の周期を検出し、基準となる電圧零点を設定して基準点Ｔstandardとする。

そして次に例えば遮断器５０が閉極(投入)指令を受けた場合、演算・動作制御部８１は、操作装置５４ａ，５４ｂ，５４ｃの周囲温度、操作圧力、制御電圧の計測データより予測される閉極動作時間ｔcloseおよび先行アーク時間ｔprearcを計算すると共に、変圧器１０の各相の残留磁束を考慮して、各相投入時の励磁突入電流が最小となる最適な投入(閉極)時刻(電気角)点Ｔtarget(変圧器の各相の残留磁束が定常磁束と一致する点)から基準点Ｔstandardまでの時間から、予測された閉極動作時間ｔcloseを引き算し、かつ、先行アーク時間ｔprearcを足し算して求まる動作同期時間ｔcontを計算する。演算・動作制御部８１は、基準点Ｔstandardから計算された動作同期時間ｔcontを経過後に各操作装置５４ａ，５４ｂ，５４ｃに投入信号を与えて、各消弧室５２ａ，５２ｂ，５２ｃ内の各接触子が所定の電気角にて独立に閉極動作するよう制御する。

この発明の一実施の形態における位相制御開閉装置の構成を示すブロック図である。 この発明における位相制御開閉装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 事故点と遮断器との開極シーケンスの例を示す図である。 図３の各開極シーケンスの場合の残留磁束を解析により求めた結果を示す図である。 位相制御開閉演算処理部の基準位相検出部および演算・動作制御部の動作を説明するためのタイミングチャートである。

符号の説明

１０ 変圧器、５０，５１ 遮断器、５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 消弧室、５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５５ａ，５５ｂ，５５ｃ 操作装置、５６ａ，５６ｂ，５６ｃ，５７ａ，５７ｂ，５７ｃ 開閉極接点信号(開閉極補助接点信号)、７２ａ，７２ｂ，７２ｃ，７３ａ，７３ｂ，７３ｃ，７４ａ，７４ｂ，７４ｃ，７５ａ，７５ｂ，７５ｃ 電圧計測部、８０ 位相制御開閉演算処理部、８１ 演算・動作制御部、８２ 基準位相検出部、８３ 残留磁束検出部、８３ａ 遮断器開閉状態識別手段、８３ｂ 事故発生位置判定手段、８３ｃ 残留磁束検出手段、８９ メモリ。

Claims (3)

1. 電力系統に設けられた変圧器と、
   この変圧器の１次側および２次側にそれぞれ接続され、変圧器の故障電流および負荷電流を遮断すると共に変圧器を励磁するために投入され、さらに開閉動作に従って開閉状態を示す開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号を発生する三相分の各遮断器と、
   上記三相分の各相の各遮断器の変圧器側の電圧を計測する電圧計測部と、
   上記変圧器の残留磁束を考慮して１次側の上記遮断器の開閉制御を行う位相制御開閉演算処理部と、
   を備え、
   上記位相制御開閉演算処理部が、上記開閉極接点信号又は開閉極補助接点信号から上記変圧器の１次側および２次側の各相の各遮断器の開閉状態を識別する遮断器開閉状態識別手段、および各遮断器の開閉状態が全て閉極状態から開極状態に変化した時の前後の各相に設けられた上記電圧計測部より計測された電圧値から、上記変圧器の各相の残留磁束を計算する残留磁束検出手段を含む、
   ことを特徴とする位相制御開閉装置。
2. 上記残留磁束検出手段が、上記変圧器の１次側又は２次側の各相に設けられた電圧計測部より計測された電圧値から変圧器の各相の残留磁束を計算することを特徴とする請求項１に記載の位相制御開閉装置。
3. 上記変圧器の１次側および２次側の上記各相の各遮断器の上記変圧器側と反対側の送電線側の電圧を計測する電圧計測部をそれぞれさらに備え、
   上記位相制御開閉演算処理部が、上記電圧計測部の計測された電圧から電力系統上の事故発生位置を判定する事故発生位置判定手段をさらに含み、
   上記残留磁束検出手段が、上記変圧器の１次側と遮断器の間又は該遮断器の送電線側における事故の場合は、上記変圧器の１次側の各相に設けられた上記電圧計測部より計測された電圧値から変圧器の各相の残留磁束を計算し、上記変圧器の２次側と遮断器の間又は該遮断器の送電線側における事故の場合は、上記変圧器の２次側の各相に設けられた上記電圧計測部より計測された電圧値から変圧器の各相の残留磁束を計算することを特徴とする請求項１に記載の位相制御開閉装置。

Images