JP2008205450A - 変圧器の機器定数推定システムおよび機器定数推定プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】銘板に記載された情報から、本来は解析に不十分であるにもかかわらず、極めて妥当な機器定数を推定することのできる変圧器の機器定数推定システムおよび機器定数推定プログラムを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明にかかる変圧器の機器定数推定システムの代表的な構成は、定格容量と、高圧側定格電圧と、低圧側定格電圧と、周波数と、結線方式と、短絡インピーダンスとを含む銘板値が入力される銘板値入力部１１ａと、基準磁気装荷と、銅線の占積率と、電気比装荷と、巻線の情報とを含む仮パラメータが入力される仮パラメータ入力部１１ｂと、銘板値と仮パラメータとから、巻線抵抗と、漏れインダクタンスと、空心インダクタンスとを含む機器定数を算出する演算部１３と、機器定数を出力する出力部１４とを備えたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器の機器定数が不明である場合に、高い妥当性を持ってその機器定数を推定するシステムおよびプログラムに関するものである。

マンションなどの集合住宅や工場などでは大容量の電力が必要となることから、構内に電気工作物として変圧器を設置し、構外から供給された高電圧を低電圧に変圧して、局地的に電力をまかなう場合がある。このような変圧器は、整備または修繕のために必要に応じて停止され、また稼働される。

需要家に多く設置されている二巻線変圧器は、系統構成によっては投入時に生じる励磁突入電流に起因する過渡的な電圧降下、共振性の過電流現象などにより、近隣の他需要家に対して設備の停止、誤動作などの電力品質上の障害を引き起こす懸念がある。

一方、昨今は、需要家設備に電圧変動などに対して鋭敏な機器が多く含まれることになり、他の需要家変圧器の励磁突入電流などに起因して停止する現象が見られるようになった。またこのような過渡現象をきっかけとする高調波引き込みによる障害も顕在化するようになった。このため、さらに高品質な電力を供給することが期待されている。

励磁突入電流の大きさを決定する要因は、主として残留磁束、投入点（位相）、変圧器の磁気飽和特性である。残留磁束は最大で鉄心飽和磁束の約８５％であり、変圧器開放時の電圧波形変化から推定することができる。なお残留磁束は、三相の場合、各相の和は０になる。投入点（位相）は、残留磁束が＋の相の場合、電圧０点かつｄＶ／ｄｔ＞０の状態で電源投入すると、突入電流が大になる。磁気飽和特性は特に影響が大きく、中でもコイルの空心インダクタンスが小さく、定格磁束密度が大のときに、突入電流は大になる。

上記のような事情にあって、配電、送電系統に接続する需要家間の過渡的な励磁突入電流を定量的に波形データとして把握し、設備接続前ならびに障害発生時の挙動をシミュレーション上で適正に解析して、現象の原因特定、対策検討を支援できる必要性が高まってきている。その際、シミュレーション解析を行うためには、変圧器の機器定数を得る必要がある。

変圧器の機器定数を算出するためには、試験成績データや各種の情報が必要である。しかし従来は、需要家がどのような変圧器を設置するかについて関与しておらず、また現在所有している変圧器について詳細に模擬した系統解析も行っていない。変圧器のメーカーは少なくなく、また各社が多くのモデルを製造販売してきているため、その種類は多様なものとなっている。従って系統運用者が自力で全ての変圧器の機器定数を得ることは難しい。

現状では、機器定数や試験成績データ、空心インダクタンス値（巻線、鉄心などの形状データ）などの各種情報は、その変圧器を所有している需要家の協力によるところが大きい。しかし変圧器の資料に気を配って管理している場合は少なく、設置から時間が経過していればさらに資料が失われている確率も高くなってしまう。このため、需要家からの情報提供も確実性が低いものとなっている。

なお、従来からも、現地において変圧器の飽和インダクタンスを算出する方法が提案されている（非特許文献１）。この論文においては、現地試験において停止状態の変圧器に加圧し、励磁突入電流を測定することにより、飽和時の空心インダクタンスおよび漏れインダクタンスを算出するものである。

しかし特許文献１の論文においては巻線の数などの機器定数はわかっていることが前提となっており、得られる情報の前提が異なっている。また飽和時の挙動を把握することを目的としているが、飽和に到らずとも他需要家に影響を及ぼす可能性はあり、不飽和時の挙動も把握する必要がある。また、現地で需要家が使用中の変圧器を停止させることは了解を得にくく、実施することが難しいという問題もある。
「現地試験に基づく変圧器飽和インダクタンスの算出方法」、平成１８年電気学会電力・エネルギー部門大会 No.53、pp.43-17(2006)：中地、波多野、松原、上村、古川、平山

現地に赴いて需要家の変圧器を観察し、機器定数などの各種情報が得られないとき、ほぼ確実に入手できると考えられるのは、変圧器に取り付けられた銘板に記載された情報である。銘板の提示およびその記載内容については規格が定められており（ＪＩＳ Ｃ ４３０４など)、定格容量、定格周波数、定格電圧など一定の情報を得ることができる。ただしこれらの情報は、解析に必要な機器定数の全てを推定するには不十分である。

機器定数を求めるためには、試験成績データから電気回路的な算出を行う以外に、機器の設計データから算出する方法も考えられる。しかし設計データは夫々のメーカーの独自のノウハウ蓄積があるため、外部から入手することは極めて困難である。そのため、設計データから算出することも不可能な状況にある。

そこで本発明は、銘板に記載された情報から、極めて妥当な機器定数を推定することのできる変圧器の機器定数推定システムおよび機器定数推定プログラムを提供することを目的としている。

発明者らは、上記課題について鋭意検討したところ、変圧器の基本構造自身はメーカーや容量が異なってもある程度決まっており、基礎的な設計手法は公知となっていることに着目し、本発明をするに到った。変圧器の基本構造は、例えば「電気機器設計学」（オーム社：竹内寿太郎著：１９５３年）に参照することができる。

すなわち本発明にかかる変圧器の機器定数推定システムの代表的な構成は、変圧器の機器定数を推定するシステムであって、定格容量と、高圧側定格電圧と、低圧側定格電圧と、周波数と、結線方式と、短絡インピーダンスとを含む銘板値が入力される銘板値入力部と、基準磁気装荷と、銅線の占積率と、電気比装荷と、巻線の情報とを含む仮パラメータが入力される仮パラメータ入力部と、銘板値と仮パラメータとから、巻線抵抗と、漏れインダクタンスと、空心インダクタンスとを含む機器定数を算出する演算部と、機器定数を出力する出力部とを備えたことを特徴とする。

上記構成によれば、銘板に記載された銘板値と、上記のような仮パラメータに基づき、変圧器の設計手法を適用することにより、解析に十分な機器定数を推定することができる。すなわち、設計の段取りをトレース（シミュレート）することにより、その過程において機器定数を推定することができる。

また演算部は、銘板値と仮パラメータとから短絡インピーダンスを算出し、当該システムはさらに銘板値に含まれる短絡インピーダンスと算出した短絡インピーダンスとを比較する対比部を備え、演算部は、対比部の比較結果（銘板値と算出値の差分）が所定の誤差範囲内になるまで仮パラメータを変更しながら再計算し、対比部の比較結果が所定の誤差範囲内になったときに仮パラメータを推定値とすることが好ましい。

銘板値には短絡インピーダンスが含まれており、また銘板値の他の情報と仮パラメータをあわせれば、短絡インピーダンスを算出することができる。そして、この銘板値に記載された確実な情報と演算結果とを比較することにより、極めて高い妥当性をもって仮パラメータを推定値とすることができる。

また記憶部は、さらに仮パラメータの候補値を格納する候補値テーブルを備え、仮パラメータ入力部は、候補値を選択させることによって仮パラメータが入力されることが好ましい。変圧器に用いられている部材に規格が存在したり、電気的特性に通常選択すべき妥当な値が存在する場合も多いため、仮パラメータの値を規格に合わせて量子化したり、範囲を限定することにより演算回数を削減し、演算が収束するまでの所要時間を飛躍的に短縮することができる。

当該システムは、さらに算出した途中経過のデータを記憶しておく記憶部を備え、演算部は、途中経過のデータを用いてさらに他のデータを算出することが好ましい。これにより、累積的な演算を行うことができる。また記憶部には、上記の候補値テーブルを記憶させておくこともできる。

変圧器の励磁突入電流の測定値を入力する測定値入力部と、算出した機器定数に基づいて励磁突入電流を演算して解析値を出力する解析部と、測定値と解析値とを比較する第二対比部とを備え、演算部は、第二対比部の比較結果が所定の誤差範囲内になるまで仮パラメータを変更しながら再計算してもよい。

上記のように実際の変圧器の測定データとを比較してその誤差が所定以下となるまで演算することにより、極めて高精度に機器定数を推定することができる。これにより、生じうる最大の励磁突入電流が算出できるようになるため、適切に障害発生時の原因特定、対策検討をおこなうことができる。

第二対比部は、測定値および解析値における励磁突入電力の第一波波高値を比較してもよい。波形同士の相関値を取ることも可能であるが、第一波波高値を比較することでも十分な精度を得ることができ、また計算負荷を低減して繰り返し計算を高速化することができる。

測定値入力部は、変圧器の系統インピーダンス、投入位相、残留磁束値の少なくとも一つの状態パラメータを入力可能であって、解析部は、状態パラメータを用いて励磁突入電流を演算してもよい。これにより励磁突入電力を算出するために必要な境界条件を適切に設定することができる。

本発明にかかる変圧器の機器定数推定プログラムの代表的な構成は、コンピュータに、定格容量と、高圧側定格電圧と、低圧側定格電圧と、周波数と、結線方式と、短絡インピーダンスとを含む銘板値を入力させ、基準磁気装荷と、銅線の占積率と、電気比装荷と、巻線の情報とを含む仮パラメータを入力させ、算出した途中経過のデータを記憶させ、銘板値と仮パラメータとから、巻線抵抗と、漏れインダクタンスと、空心インダクタンスとを含む機器定数を算出させ、機器定数を出力させることを特徴とする。上記構成のプログラムをコンピュータに実行させることにより、そのコンピュータを本発明にかかる変圧器の機器定数推定システムとして構成することができる。

本発明によれば、銘板に記載された銘板値と、上記のような仮パラメータに基づき、変圧器の設計手法を適用することにより、銘板に記載された情報は本来は解析に不十分であるにもかかわらず、解析に十分な機器定数を高い妥当性をもって推定することができる。

［第１実施形態］
本発明にかかる変圧器の機器定数推定システムおよび機器定数推定プログラムの第１実施形態について説明する。なお、以下の実施例に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。

図１は第１実施形態にかかる機器定数推定システム（以下、単に「システム１０」という。）の構成を説明するブロック図である。システム１０は、使用者がデータを入力するための入力部１１と、仮パラメータの候補値テーブル１２ａおよび一次記憶部１２ｂを備えた記憶部１２、後述する演算を行う演算部１３、演算結果を出力する出力部１４とから構成される。

システム１０は、プログラムをコンピュータに実行させることによって実現することができる。プログラムはコンピュータに組み込みで提供したり、記録媒体に固定して配布したり、またはネットワークからダウンロード可能なようにサーバーに保存したり、コンパイルして利用可能なようにソースファイルで提供したりすることができる。

プログラムとコンピュータが協働した場合、具体的には、入力部１１はキーボードやマウスなどの入力装置と、入力画面との組み合わせによって実現できる。記憶部１２はハードディスクやＣＤＲＯＭなどの記憶装置、および一時的な記憶であればＲＡＭを用いて実現できる。演算部１３はＣＰＵによって動作するプログラムルーチンとして実現できる。出力部１４は、モニタなどの画面表示のほか、プリンタによる紙などへの固定、記録媒体や他のコンピュータ装置へのファイルデータとしてデータを出力することができる。

またコンピュータはデスクトップ型やノートブック型を問わず、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や携帯電話などの携帯端末を含むことができる。さらに、特にコンピュータが携帯端末である場合には、インターフェースのみを当該端末にて動作させ、演算処理を遠隔地のサーバーにて実行させる、いわゆるサーバ・クライアント方式としてもよい。

図２は、システム１０の動作を説明するフローチャートである。以下において、システムの詳細な構成と動作を、図１のブロック図と図２のフローチャートを参照しながら説明する。

入力部１１は、銘板に記載された情報を入力する銘板値入力部１１ａと、明確ではないデータを仮に入力する仮パラメータ入力部１１ｂとを備えている。

利用者は現地において、まず需要家の変圧器の銘板を確認する。銘板の記載内容については規格が定められている（ＪＩＳ Ｃ ４３０４など)。銘板値（基体データ項目）のうち、第１実施形態では定格容量Ｐｗ、高圧側定格電圧Ｖ１、低圧側定格電圧Ｖ２、短絡インピーダンス％Ｚｓ、周波数ｆ、結線方式（単相、三相など）を銘板値入力部１１ａから入力する（ステップＳ１０１）。

次に利用者は、仮パラメータ入力部１１ｂから仮パラメータを入力する（ステップＳ１０２)。仮パラメータは多くの種類があるが、演算結果に影響の大きい主調整用パラメータとして、基準磁気装荷φ0'と、銅線の占積率fcと、電気比装荷atがある。また演算結果に影響が小さい微調整用パラメータとして、巻線（導体）の縦横の寸法、導体を縦横に重ね合わせる本数、鉄心と巻線もしくは巻線間の距離などの、巻線の情報がある。さらに仮パラメータには、基本的には変化させない定数パラメータとして磁気比装荷、鉄心の占積率、実鉄心比率、巻線平均電流密度、絶縁・締め付け分などの情報が含まれる。

これらの仮パラメータは候補値が候補値テーブル１２ａに格納されており、入力するにあたって初期値として事前に補充される。候補値は単一の値である場合もあるが、複数の値からなるリストの場合と、スイープする値の範囲である場合もある。利用者はデータの形式に応じて値を記入し、選択し、または変更することにより仮パラメータを入力する。仮パラメータは可能性から言えば範囲はとても広くなるが、部材に規格が存在したり、通常選択すべき妥当な値が存在する場合が多い。従って仮パラメータの値を規格に合わせて量子化したり、範囲を限定することにより演算回数を削減し、演算が収束するまでの所要時間を飛躍的に短縮することができる。

入力が完了すると、演算部１３の一次演算部１３ａおよび記憶部１２の一次記憶部１２ｂによって演算が開始される。一次記憶部１２ｂは途中経過のデータを記憶しておくものであり、解析に必要としないパラメータであっても、後の演算に利用されるものは記憶される。これにより演算部１３は、累積的な演算を行うことができる。

まず図３に示すように、コイルの巻数を仮定する演算が行われる（ステップＳ１０３）。ここでは、銘板値データと仮パラメータを用いて、定格磁束φ（Ｗｂ）、高圧巻数Ｔ１、低圧巻数Ｔ２、アンペアターンＡＴが算出される。算出する際の仮定条件（仮パラメータ）として、例えばコイルは内鉄型の三脚鉄心であり、鉄心の断面は円形、低圧巻線を最内層に配置し、コイルの形状はソレノイドであるとする。算出したデータは、記憶部１２の一次記憶部１２ｂに記憶する。一次記憶部１２ｂに記憶したデータは以後の演算に利用し、また出力部１４から出力する項目のものは推定値とする。

次に図４に示すように、鉄心の寸法を仮定する演算が行われる(ステップＳ１０４）。ここでは銘板値データは用いず、仮パラメータと、一次記憶部１２ｂに記憶されていた前に算出したデータを用いて、鉄心の断面積Ｑｆ、巻線断面積Ｑｃ、鉄心窓の高さａ’、鉄心窓の幅ｂ’、コイル高さｈなどを算出する。

次に図５に示すように、コイルの寸法を仮定する演算が行われる（ステップＳ１０５）。ここでは銘板値から導かれる定格電流Ｉ_１、Ｉ_２、仮パラメータ、前に算出したデータを用いて、コイルの巻線断面積ｑ_１、ｑ_２、コイルの１層あたりのターン数Ｌ_ａ１、Ｌ_ａ２、層数Ｎ_Ｌ１、Ｎ_Ｌ２、コイルの厚さｄ_１、ｄ_２、1ターン分の平均長さｌ_ｍ１、ｌ_ｍ２、巻線全長Ｌ_ｍ１、Ｌ_ｍ２を得ることができる（いずれも付記数字の１が高圧側、２が低圧側）。

ここで、コイルの寸法が鉄心窓内に収まるか否かを判定する(ステップＳ１０６）。そしてコイルが収まらない寸法であった場合、巻線の縦ｍ_ａ１、ｍ_ａ２、巻線の横ｍ_ｂ１、ｍ_ｂ２、巻線間の間隔ｄ_０、鉄心と二次巻線との間隔ｒ’などの仮パラメータを変更して、コイルの寸法を再計算する（ステップＳ１０５）。なお、これらの仮パラメータを変更してもコイルが窓内に収まらない場合は、ステップＳ１０３に戻って他の仮パラメータから変更する（この経路は不図示）。

次に図６に示すように、変圧器機器定数を算出する(ステップＳ１０７）。ここでは銘板値データは用いず、仮パラメータと、一次記憶部１２ｂに記憶されていた前に算出したデータを用いて、巻線抵抗ｒ_１、ｒ_２、漏れインダクタンスＬ_ｋ１、Ｌ_ｋ２、短絡インピーダンス％Ｚｓを算出する。

ここで図１に示すように、演算部１３の対比部１３ｂは、算出した短絡インピーダンスと、銘板値入力部１１ａから入力された短絡インピーダンスとを比較する（ステップＳ１０８）。そして、対比部の比較結果（銘板値と算出値の差分）が所定の誤差範囲内にない場合には、ステップＳ１０３に戻って、いずれかの仮パラメータを変更して再計算する。誤差範囲内にある場合は、そのときの仮パラメータを推定値とする。

ここで誤差範囲とは、銘板値の有効数字の桁数＋１の桁数で０となる範囲と設定することが好ましい。例えば銘板値が6.92％である場合には、比較結果（差分）が0.001未満となることを誤差範囲として、この範囲内に収まるまで計算を繰り返すことが好ましい。

次に図７に示すように、演算部１３の二次演算部１３ｃによって、鉄損抵抗Ｒｍ、励磁インダクタンスＬｍ、空心インダクタンスＬ_ａｉｒを算出する（ステップＳ１０９）。空心インダクタンスは、解析において特に励磁突入電流を算出するために必須である。以上の計算により、解析に必要な機器定数を推定値として得ることができ、出力部１４より出力する。

上記説明したように、本発明にかかる機器定数推定システムの構成によれば、銘板に記載された銘板値と、上記のような仮パラメータに基づき、変圧器の設計手法を適用することにより、解析に十分な種類の機器定数を推定することができる。すなわち、設計の段取りをトレース（シミュレート）することにより、その過程において機器定数を特定することができる。

特に、銘板値には短絡インピーダンスが含まれており、また銘板値の他の情報と仮パラメータをあわせれば、短絡インピーダンスを算出することができる。そして、この銘板値に記載された確実な情報と演算結果とを比較することにより、いわば検算を行うことができる。従って、極めて高い妥当性をもって仮パラメータを選定することができる。

［実施例］
上記第１実施形態に説明した機器定数推定システムについて、実際に数値を与えた場合の実施例について説明する。図８（ａ）は定格容量２７００ｋＶＡの変圧器の銘板値の例、図８（ｂ）は上記構成の機器定数推定システムによって変圧器の機器定数を算出した例を示す図である。また図８（ｂ）には、あわせて試験成績データから算出した機器定数についても、製作者データとして載せている。

機器定数のうち、巻線抵抗ｒ_１、ｒ_２（付記数字の１が高圧側、２が低圧側）、漏れインダクタンスＬ_ｋについて、表２において比較すると、製作者データとほぼ近い推定値が得られたと考えられる。また推定の過程で得られた高圧側、低圧側各コイルの巻数と寸法から、鉄損抵抗Ｒｍ１、励磁インダクタンスＬｍ１、空心インダクタンスＬ_ａｉｒ１、Ｌ_ａｉｒ２を導出している。

次に、図９（ａ）に示すような系統について、スイッチＣＢ０１を投入したときの６６ｋＶ（高圧）側の三相電流の瞬時値を測定した。その結果の一例を図９（ｂ）に示す。このときの三相の残留磁束ならびに投入時点の電圧位相を同じ条件の下で、図８（ｂ）に示した本発明を適用した推定値を用いて６６ｋＶ側の三相電流を解析した。その結果を図９（ｃ）に示す。解析には、ＥＭＴＰ（Electro-Magnetic Transients Program：電力系統瞬時値過渡現象解析プログラム）としてＡＴＰＤｒａｗを用いた。

図９（ｂ）および図９（ｃ）の波形図を比較したところ、測定結果の波形と極めて類似した解析結果が得られたと認められる。また電流波形値の最大値を比較すると、測定値で−１３９Ａであるのに対し、解析値は−１４９Ａであり、実用上はほぼ同等の結果が得られた。

上記説明した如く、本発明を適用することによって、銘板値だけから変圧器の機器定数を推定でき、過渡現象の測定波形をほぼ再現できることを確認できた。このように瞬時値の波形データを把握することにより、変圧器投入点の瞬時での電圧低下分や、得られた波形データをＦＦＴ変換して、含まれる高調波の周波数や強度などの各種指標を取得することができる。すなわち、変圧器の試験成績データが得られない場合であっても、配電、送電系統に接続する需要家間の過渡的な励磁突入電流を定量的に波形データとして把握し、設備接続前ならびに障害発生時の挙動をシミュレーション上で適正に解析して、現象の原因特定、対策検討に資することができる。

［第２実施形態］
本発明にかかる変圧器の機器定数推定システムおよび機器定数推定プログラムの第２実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１実施形態に加えて、さらに実機での測定結果と比較する検証機能を追加したものである。図１０は第２実施形態にかかる機器定数推定システムの構成を説明するブロック図、図１１はシステムの動作を説明するフローチャートである。上記第１実施形態と説明の重複する部分については同一の符号を付して説明を省略する。

図１０に示すシステム１０においては、算出した機器定数に基づいて励磁突入電流を解析する解析部１５を備えている。解析部１５は、例えばＥＭＴＰとしてＡＴＰＤｒａｗを用いることができる。

また入力部１１は、銘板値入力部１１ａ、仮パラメータ入力部１１ｂに加え、測定値入力部１１ｃを有している。測定値入力部１１ｃは変圧器の励磁突入電流の瞬時値の波形データ、特に第一波波高値を入力する。また測定値入力部１１ｃには、変圧器の系統インピーダンス、投入位相、残留磁束値の少なくとも一つの状態パラメータを入力可能となっている。これらの状態パラメータは、解析部１５において励磁突入電流を解析する際に必要な境界条件を適切に設定するために利用することができる。

演算部１３は、一次演算部１３ａ、対比部１３ｂ、二次演算部１３ｃに加え、第二対比部１３ｄを備えている。対比部１３ｂが算出した短絡インピーダンスと銘板値入力部１１ａから入力された短絡インピーダンスとを比較するものであった。これに対し第二対比部１３ｄは、測定値入力部１１ｃから入力された励磁突入電流の瞬時値の測定値と、解析部１５において算出された解析値とを比較する。

第二対比部１３ｄが比較する励磁突入電流の瞬時値としては、第一波波高値を比較してもよい。第一波波高値とは、電源投入後の最初のピークの絶対値である。波形同士の相関値を取ることも可能であるが、第一波波高値を比較することでも十分な精度を得ることができ、また計算負荷を低減して繰り返し計算を高速化することができる。

そして演算部１３は、第二対比部１３ｄの比較結果が所定の誤差範囲内になるまで、仮パラメータを変更しながら再計算することができる。すなわち、銘板値とのみ正当性を対比するのではなく、実測値とも正当性を対比することにより、飛躍的に推定値の精度を向上させることができる。

図１１は第二実施形態にかかるシステムの動作を説明するフローチャートである。第１実施形態と同様に銘板値を入力し（Ｓ１０１）、あわせて変圧器の状態パラメータ（実測値）を測定値入力部１１ｃに入力する（Ｓ１２１）。そして、明確でないデータを仮パラメータとして入力する（Ｓ１０２）。

コイルや鉄心の寸法を決定し（Ｓ１０３〜１０６）、変圧器の機器定数を算出する（Ｓ１０７）。算出した短絡インピーダンスと銘板値とを比較して（Ｓ１０８）、所定の誤差範囲内になるまで仮パラメータを変更しながら計算を繰り返す。所定の誤差範囲とは、例えば短絡インピーダンスの差の絶対値が０．００１未満であることを条件とすることができる。誤差が所定の範囲内となったら、鉄損抵抗、励磁インダクタンス、空心インダクタンスを算出し（Ｓ１０９）、機器定数を出力する（Ｓ１１０）。

次に、出力した機器定数を解析部１５に入力する（Ｓ１２２）。このときステップＳ１２１において入力した変圧器の系統インピーダンス、投入位相、残留磁束値などの状態パラメータもあわせて解析部１５に入力し、解析に利用する。そして機器定数の推定値と実測した状態パラメータから、励磁突入電流の瞬時値を解析する（Ｓ１２３）。

第二対比部１３ｄは、測定値入力部１１ｃから入力された励磁突入電流の瞬時値の測定値と、解析部１５において算出された解析値とが所定の誤差範囲内にあるか否かを比較する（Ｓ１２４）。所定の誤差範囲としては、例えば解析値と測定値の比が１．１以下とすることができる。そして、第二対比部１３ｄの比較結果（実測値と算出値の差分）が所定の誤差範囲内にない場合には、ステップＳ１０３に戻って、いずれかの仮パラメータを変更して再計算する。誤差範囲内にある場合は、そのとき解析に用いた機器定数と、励磁突入電流の解析結果を出力する（Ｓ１２５）。

上記説明した如く、実際の変圧器の測定データと解析値との誤差が所定以下となるまで演算することにより、極めて高精度に機器定数を推定することができる。なお変圧器から測定データを取るためには変圧器の開閉を行う必要があり、その際に他需要家に影響を及ぼす可能性はある。しかし確率的に１度の開閉で大きな励磁突入電流を生じてしまう可能性は低い。一方、これにより高精度な機器定数が推定できれば、生じうる最大の励磁突入電流も算出できるようになるため、適切に障害発生時の原因特定、対策検討をおこなうことができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、変圧器の機器定数が不明である場合に、高い妥当性を持ってその機器定数を推定するシステムおよびプログラムとして利用することができる。

第１実施形態にかかる機器定数推定システムの構成を説明するブロック図である。 システムの動作を説明するフローチャートである。 コイルの巻数を仮定する演算を説明する図である。 鉄心の寸法を仮定する演算を説明する図である。 コイルの寸法を仮定する演算を説明する図である。 変圧器機器定数の算出を説明する図である。 飽和磁気特性の算出を説明する図である。 実施例にかかる変圧器の銘板値および機器定数の例を示す図である。 実施例にかかる系統を説明する図である。 第２実施形態にかかる機器定数推定システムの構成を説明するブロック図である。 第２実施形態にかかるシステムの動作を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ …システム
１１ …入力部
１１ａ …銘板値入力部
１１ｂ …仮パラメータ入力部
１１ｃ …測定値入力部
１２ …記憶部
１２ａ …候補値テーブル
１２ｂ …一次記憶部
１３ …演算部
１３ａ …一次演算部
１３ｂ …対比部
１３ｃ …二次演算部
１３ｄ …第二対比部
１４ …出力部
１５ …解析部

Claims (8)

1. 変圧器の機器定数を推定するシステムであって、
   定格容量と、高圧側定格電圧と、低圧側定格電圧と、周波数と、結線方式と、短絡インピーダンスとを含む銘板値が入力される銘板値入力部と、
   基準磁気装荷と、銅線の占積率と、電気比装荷と、巻線の情報とを含む仮パラメータが入力される仮パラメータ入力部と、
   前記銘板値と前記仮パラメータとから、巻線抵抗と、漏れインダクタンスと、空心インダクタンスとを含む機器定数を算出する演算部と、
   前記機器定数を出力する出力部とを備えたことを特徴とする変圧器の機器定数推定システム。
2. 前記演算部は、前記銘板値と前記仮パラメータとから短絡インピーダンスを算出し、
   当該システムはさらに前記銘板値に含まれる短絡インピーダンスと前記算出した短絡インピーダンスとを比較する対比部を備え、
   前記演算部は、
   前記対比部の比較結果が所定の誤差範囲内になるまで前記仮パラメータを変更しながら再計算し、
   前記対比部の比較結果が所定の誤差範囲内になったときに前記仮パラメータを推定値とすることを特徴とする請求項１記載の変圧器の機器定数推定システム。
3. 当該システムは、さらに前記仮パラメータの候補値を格納した候補値テーブルを備え、
   前記仮パラメータ入力部は、前記候補値を選択させることによって仮パラメータが入力されることを特徴とする請求項１記載の変圧器の機器定数推定システム。
4. 当該システムは、さらに算出した途中経過のデータを記憶しておく記憶部を備え、
   前記演算部は、前記途中経過のデータを用いてさらに他のデータを算出することを特徴とする請求項１記載の変圧器の機器定数推定システム。
5. 変圧器の励磁突入電流の測定値を入力する測定値入力部と、
   算出した機器定数に基づいて励磁突入電流を演算して解析値を出力する解析部と、
   前記測定値と前記解析値とを比較する第二対比部とを備え、
   前記演算部は、前記第二対比部の比較結果が所定の誤差範囲内になるまで前記仮パラメータを変更しながら再計算することを特徴とする請求項１記載の変圧器の機器定数推定システム。
6. 前記第二対比部は、測定値および解析値における励磁突入電力の第一波波高値を比較することを特徴とする請求項５記載の機器定数推定システム。
7. 前記測定値入力部は、変圧器の系統インピーダンス、投入位相、残留磁束値の少なくとも一つの状態パラメータを入力可能であって、
   前記解析部は、前記状態パラメータを用いて励磁突入電流を演算することを特徴とする請求項５記載の機器定数推定システム。
8. コンピュータに、
   定格容量と、高圧側定格電圧と、低圧側定格電圧と、周波数と、結線方式と、短絡インピーダンスとを含む銘板値を入力させ、
   基準磁気装荷と、銅線の占積率と、電気比装荷と、巻線の情報とを含む仮パラメータを入力させ、
   算出した途中経過のデータを記憶させ、
   前記銘板値と前記仮パラメータとから、巻線抵抗と、漏れインダクタンスと、空心インダクタンスとを含む機器定数を算出させ、
   前記機器定数を出力させることを特徴とする変圧器の機器定数推定プログラム。

Images