JP2010060313A

JP2010060313A - 変流器の異常検査試験装置

Info

Publication number: JP2010060313A
Application number: JP2008223518A
Authority: JP
Inventors: Hajime Yamamoto; 一山本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2010-03-18

Abstract

【課題】発電機が運転中であっても定常運転状態、即ち一定負荷で安定的に運転している運転状態であれば、短時間にブッシングＣＴの励磁特性の計測を可能にする試験装置を提供する。
【解決手段】発電機のブッシングに装着された変流器１と、変流器の２次側に接続された可変負荷抵抗５と、可変負荷抵抗への流入電流を計測する電流計３と、可変負荷抵抗の両端電圧を変流器の至近端で計測する電圧計４と、可変負荷抵抗の抵抗値と電流計、電圧計の計測結果を処理、保存するデータ処理装置６とを備え、発電機を一定負荷で安定的に運転している状態において、可変負荷抵抗を増加させた時の電流計の計測値の減少分に対する電圧計の計測値の変化を変流器の近似励磁特性とし、この近似励磁特性とあらかじめ計測された変流器の励磁特性とをデータ処理装置によって照合することにより変流器の異常の有無を判定するようにした構成。
【選択図】図１

Description

この発明は、発電機のブッシングに装着されたブッシング変流器（貫通型変流器）（以下ブッシングＣＴという）の異常の有無を検査する異常検査試験装置に関するものである。

従来のブッシングＣＴおよびＣＴ２次回路の異常検査は、ブッシングＣＴの励磁特性を計測し、これを工場出荷時にあらかじめ計測していた励磁特性と照合して異常の有無を判定するものであった。しかし、発電機の運転状態においては一次電流分による擾乱により零相残留電流や零相循環電流等の不測電流が流れ、正確な励磁特性の測定が不可能であるため、発電機を停止してから計測していた。（例えば非特許文献１参照）。

ＪＥＣ（電気学会電気規格調査会標準規格）におけるＪＥＣ−１２０１（１９９６）計器用変成器（保護継電器用）、P５９、励磁特性（Ｖ２−Ｉ０曲線）の測定回路

従来のブッシングＣＴの試験におけるブッシングＣＴの励磁特性の計測は、上述のように、発電機を停止した状態で実施する必要があるが、中央給電所から発電所に課せられた発電要求を簡単に変更できないことから、発電機の運転停止が可能な時期まで計測を延期する必要があった。
一方、発電機を停止すると、発電機会の喪失による経済損失のほか、試験器材の準備や作業者の確保などにも費用が発生するという問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、発電機が運転中であっても定常運転状態、即ち一定負荷で安定的に運転している運転状態であれば、短時間にブッシングＣＴの励磁特性の計測を可能にする試験装置を提供することを目的とする。

この発明に係るブッシングＣＴの異常検査試験装置は、発電機のブッシングに装着された変流器と、上記変流器の２次側に接続された可変負荷抵抗と、上記可変負荷抵抗への流入電流を計測する電流計と、上記可変負荷抵抗の両端電圧を上記変流器の至近端で計測する電圧計と、上記可変負荷抵抗の抵抗値と上記電流計、電圧計の計測結果を処理、保存するデータ処理装置とを備え、上記発電機を一定負荷で安定的に運転している状態において、上記可変負荷抵抗を増加させた時の上記電流計の計測値の減少分（上記変流器の励磁電流の増加分）に対する上記電圧計の計測値の変化を上記変流器の近似励磁特性とし、この近似励磁特性とあらかじめ計測された上記変流器の励磁特性とを上記データ処理装置によって照合することにより上記変流器の異常の有無を判定するようにしたものである。

この発明に係るブッシングＣＴの異常検査試験装置は上記のように構成されており、発電機が運転中であっても定常運転状態、即ち一定負荷で安定的に運転している運転状態であれば、短時間にブッシングＣＴの励磁特性を近似し、ブッシングＣＴの異常検査試験を行うことができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成を示す概略図、図２は、実施の形態１の基本概念を説明するための等価回路、図３は、ブッシングＣＴの鉄心飽和領域における端子電圧と２次電流との関係を示す図、図４は、実施の形態１の主要な要素となる近似励磁特性、即ちブッシングＣＴの端子電圧と励磁電流の増加分との関係を示す図、図５は、ブッシングＣＴ端子電圧の実際の測定結果と励磁電流I_０との関係を示す図である。

図１において、ブッシングＣＴ（貫通型変流器）１は、発電機端子部分に設置され、発電機主回路に流れる電流を計測するようにされている。ブッシングＣＴの２次回路S1、S2は、テストターミナル２に接続されている。通常はテストターミナル２を経由してブッシングＣＴの２次回路は保護リレー回路（図示せず）に接続されている。ブッシングＣＴの検査をする場合は、試験装置の端子をテストターミナル２に接続することによってテストターミナル２が保護リレー回路を切り離すと共にブッシングＣＴの２次回路に試験装置の回路を接続して２次回路が開放されないようになっている。

試験装置は、交流電流計３、交流電圧計４、可変負荷抵抗５、検査記録保存・データ処理装置６を有し、ブッシングＣＴの２次回路に図のように接続されるように構成されている。交流電流計３は図２に示すI_２を計測するものであり、交流電圧計４は図２に示すE_T
を計測するものである。また、可変負荷抵抗５は図２に示す抵抗R_Bに相当する。

次に、図２を用いて実施の形態１の基本概念について説明する。
ブッシングＣＴの１次電流と２次電流との関係は周知のように次の式で示される。

Ｉ_２＝（Ｉ_１÷Ｎ）−Ｉ_０・・・・（１）
ただしＩ_１：１次電流
Ｉ_２：２次電流
Ｉ_０：励磁電流
Ｎ：巻数比である。

さらにブッシングＣＴの端子電圧Ｅ_Ｔと負荷抵抗Ｒ_Ｂとの関係は次の式で示される。

Ｅ_Ｔ＝Ｉ_２ x Ｒ_Ｂ・・・・（２）

ここで、発電機運転を一定負荷運転とすると１次電流Ｉ_１は固定値となる。従って式（１）からＩ_２＋Ｉ_０＝一定になる。さらに式（２）から負荷抵抗Ｒ_Ｂを零オーム近くから増加させてゆくとブッシングＣＴの端子電圧Ｅ_Ｔが増えて行くことになる。

これは次のように説明できる。ブッシングＣＴの内部では、負荷抵抗Ｒ_Ｂが増えるに従い負荷抵抗Ｒ_Ｂに２次電流Ｉ_２を流すように内部磁束が増えるように作用し、励磁電流Ｉ_０が増加する結果となる。２次電流Ｉ_２は、励磁電流Ｉ_０が増加した分減少することになるが結果としてブッシングＣＴの端子電圧Ｅ_Ｔは増加することとなる。

さらに負荷抵抗Ｒ_Ｂを増加させてゆくと内部磁束が増加しＩ_０が増加するが、ブッシングＣＴの鉄心の飽和領域になるとブッシングＣＴの端子電圧Ｅ_Ｔが飽和する特性を示すようになる。これはブッシングＣＴの鉄心の飽和領域になると励磁電流Ｉ_０が急速に増加し、２次電流Ｉ_２がその分減少するためと考えられる。

この関係をグラフに示すと図３のようになる。さらに、２次電流Ｉ_２の減少分を励磁電流Ｉ_０の増加分として考えると、ブッシングＣＴの端子電圧Ｅ_Ｔと励磁電流Ｉ_０の増加分との関係は図４に示すようになる。
図４のグラフは、ブッシングＣＴの製作時に検査レポートとしてあらかじめ作成される励磁特性（図示していないが、励磁電流と励磁電圧との関係を示す特性で、工場試験によって作成されるものである）と近似の特性を示しているため、実施の形態１では図４の特性をブッシングＣＴの運転状態における近似励磁特性として設定し、この特性とあらかじめ計測されたブッシングＣＴの励磁特性とを照合することにより、ブッシングＣＴの異常の有無を判定することを特徴とする。

なお、図４に示す近似励磁特性の縦軸（端子電圧）は図２に示すブッシングＣＴの２次抵抗Ｒ_２を含む電圧Ｅ_Ｔを実測しているため、ブッシングＣＴの至近端の電圧Ｅ_２に対しては図５に示すように、ブッシングＣＴの２次抵抗Ｒ_２と２次電流Ｉ_２の積によって求められる電圧降下分ΔＶだけずれていることになる。従って、あらかじめ計測された励磁特性との照合に際しては、図５に示すΔＶ相当の電圧降下分を補正してブッシングＣＴの至近端の電圧に対応した近似励磁特性とする必要がある。

次に、試験手順について説明する。
発電機が定常運転状態、即ち一定負荷で安定的に運転している状態で、可変負荷抵抗５を零オームから断続的に抵抗値を増やしてゆき、その都度、交流電流計３、交流電圧計４、可変負荷抵抗５の指示値をデータ処理装置６に記録させる。可変負荷抵抗５の抵抗値の変化にくらべて２次端子電圧の増加がなく飽和の兆候が確認できたところで計測を終了する。
測定したブッシングＣＴの２次電流Ｉ_２とブッシングＣＴの端子電圧Ｅ_Ｔをグラフにすると図３のようになる。

さらにデータ処理装置６により、２次電流Ｉ_２の減少分を励磁電流Ｉ_０の増加分として演算し、ブッシングＣＴの端子電圧Ｅ_Ｔと励磁電流Ｉ_０の増加分の関係をグラフにすると図４に示すような近似励磁特性が得られる。この近似励磁特性について、ブッシングＣＴの２次抵抗Ｒ_２による電圧降下分の補正を行った後、あらかじめ工場試験によって得られているブッシングＣＴの励磁特性と照合し、両特性の相違点からブッシングＣＴの異常の有無を判定する。

例えば、近似励磁特性の飽和を示す部分の電圧が低くなっておれば、ブッシングＣＴで部分的に内部短絡が発生していることを知ることができる。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図６は、実施の形態２の構成を示す概略図で、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
図１と異なる点は、可変負荷抵抗５を電動操作式にして制御し得るようにすると共に、信号変換器を付加した交流電流計３、交流電圧計４の信号を取り込む可変抵抗器制御・測定信号処理装置７を設けた点である。

可変抵抗器制御・測定信号処理装置７は、電動操作式の可変負荷抵抗５を零オームから自動で変化させると共に、その設定値、即ち抵抗値と計測される交流電流値、交流電圧値を取り込み、データ処理装置６が自動的に計測した結果を装置内に取り込み保存できるように信号を処理するものである。実施の形態２はこのような構成とすることにより、より多数の測定データを短時間に収集でき、検査期間の短縮と測定精度の向上を図ることができる。

実施の形態３．次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。実施の形態３の構成は図１または図６と同様であるため、これらの図を援用して図示を省略する。また、図７（ａ）は実施の形態３の作用効果を説明するための等価回路であり、図７（ｂ）は図７（ａ）の所定の測定点における測定結果を示すものである。

上述した実施の形態１および２では、ブッシングＣＴの検査のみに注目したが、実施の形態３はブッシングＣＴの２次回路に使用されるＣＴケーブルのケーブル端子の緩みによる回路異常についても検知しようとするものである。

ＣＴ２次回路ケーブルが正常な場合には、ケーブル抵抗は図７（ａ）に示すＲ_Ｌのみであり、負荷端Ｔ_Ｂにおいて測定したブッシングＣＴの励磁特性は、ケーブル抵抗Ｒ_Ｌによる電圧降下の影響を受けるのみであるが、ＣＴ２次回路ケーブルに接触不良が発生すると、図７（ａ）に示す接触不良抵抗Ｒ_Ｘが等価回路に加わることになる。このため、負荷端Ｔ_Ｂで測定したブッシングＣＴの励磁特性は、ケーブル抵抗Ｒ_Ｘ＋Ｒ_Ｌによる電圧降下の影響を受け、測定したブッシングＣＴの励磁特性は図７（ｂ）に破線で示すようになる。

つまり、ＣＴ２次ケーブルに接触不良が発生した場合には、ブッシングＣＴの至近端Ｔ_Ｔで測定したブッシングＣＴの励磁特性（図７（ｂ）に実線で示す）と負荷端Ｔ_Ｂで測定したブッシングＣＴの励磁特性とを比較すると、図７（ｂ）に示すようにケーブル抵抗Ｒ_Ｘ＋Ｒ_Ｌに相当する電圧降下分だけ飽和電圧の差が生じるため、両測定結果を比較して飽和電圧の差が一定値以上であることを判定することによりＣＴ２次回路ケーブルの端子接続部分の異常を検出することができる。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。実施の形態４の構成は図１または図６と同様であるため、これらの図を援用して図示を省略する。また、図８（ａ）は実施の形態４の作用効果を説明するための等価回路であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の所定の測定点における測定結果を示すものである。

上述した実施の形態３では、２次回路ケーブル端子の緩みなどによる回路抵抗の変化に注目したが、実施の形態４はブッシングＣＴの２次回路に使用されるＣＴケーブルのケーブル絶縁抵抗の低下による回路異常についても検知しようとするものである。

図８（ａ）の等価回路において、ケーブルの絶縁抵抗Ｒ_Ｙを追加して説明する。
ＣＴ２次回路ケーブルが正常な場合には、ケーブルの絶縁抵抗Ｒ_Ｙは非常に高い抵抗値であり、負荷端Ｔ_Ｂで測定したブッシングＣＴの励磁特性は、ケーブル抵抗Ｒ_Ｌによる電圧降下の影響を受けるのみであるが、ＣＴ２次回路ケーブルに絶縁低下が発生すると絶縁抵抗Ｒ_Ｙによる漏れ電流Ｉ_Ｙが励磁電流Ｉ_０に対して無視できなくなる。このため、負荷端Ｔ_Ｂで測定したブッシングＣＴの励磁特性は、ケーブル抵抗Ｒ_Ｙによる漏れ電流の影響を受け、測定したブッシングＣＴの励磁特性は図８（ｂ）に破線で示すようになる。

つまり、ＣＴ２次回路ケーブルに絶縁低下が発生した場合には、ブッシングＣＴの至近端Ｔ_Ｔで測定したブッシングＣＴの励磁特性（図８（ｂ）に実線で示す）と負荷端Ｔ_Ｂで測定したブッシングＣＴの励磁特性とを比較すると、図８（ｂ）に示すように電流Ｉ_Ｙによる漏れ電流の増加分に対応して励磁特性の直線部分の傾きに差が生じるため、両測定結果を比較して励磁特性の直線部分の傾きの差が一定値以上であることを判定することによりＣＴ２次回路ケーブルの絶縁抵抗低下の異常を検出することができる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。実施の形態５の構成は図１または図６と同様であるため、これらの図を援用して図示を省略する。また、図９は、実施の形態５の作業手順を示すフローチャートである。

実施の形態５は、上述した実施の形態１から４の異常判定の手順と機能をデータ処理装置６の機能として組み込み、データ処理装置６が取り込んだ測定結果とあらかじめ計測されているブッシングＣＴの励磁特性とを装置自身で自動的に演算・処理して判定を行い、ブッシングＣＴおよびＣＴ２次回路の異常の有無を自動的に表示できるようにしたものである。このような機能をデータ処理装置６に組み込むことにより、検査員の負担を軽減し、人による判定のバラツキをなくすことができるため、検査時間の短縮と判定結果の信頼性を高める効果がある。

次に、図９に示すフローチャートについて説明する。ステップＳＴ１において、実施の形態１で説明した至近端での測定結果を図４に示す近似励磁特性として設定する。
次に、ステップＳＴ２において、あらかじめ工場試験で計測されている励磁特性とステップＳＴ１で設定された図４に示す近似励磁特性とを比較し、飽和電圧値の差を確認する。

飽和電圧値の差が大きい場合はステップＳＴ３でブッシングＣＴの内部異常と判定する。
ステップＳＴ２において、飽和電圧値の差が小さい場合は、ステップＳＴ４において実施の形態３で説明した負荷端での測定結果を図７に示す近似励磁特性として設定する。

次に、ステップＳＴ５で至近端での近似励磁特性と負荷端での近似励磁特性とを比較し、飽和電圧値の差を確認する。ステップＳＴ５で飽和電圧値の差が大きい場合には、ステップＳＴ６でＣＴ２次回路ケーブルの接触不良によるケーブル異常と判定する。

ステップＳＴ５で飽和電圧値の差が小さい場合は、ステップＳＴ７でステップＳＴ５と同じ比較を行い、近似励磁特性の直線部の傾きの差を確認する。傾きの差が大きい場合には、ステップＳＴ８でＣＴ２次回路ケーブルの絶縁低下によるケーブル異常と判定し、傾きの差が小さい場合には、ステップＳＴ９でＣＴ回路に異常なしと判定する。

この発明の実施の形態１の構成を示す概略図である。実施の形態１の基本概念を説明するための等価回路である。ブッシングＣＴの鉄心飽和領域における端子電圧と２次電流との関係を示す図である。実施の形態１の主要な要素となる近似励磁特性を示す図である。ブッシングＣＴ端子電圧の実際の測定結果と励磁電流との関係を示す図である。この発明の実施の形態２の構成を示す概略図である。（ａ）は実施の形態３の作用効果を説明するための等価回路であり、（ｂ）は（ａ）の所定の測定点における測定結果を示すものである。（ａ）は実施の形態４の作用効果を説明するための等価回路であり、（ｂ）は（ａ）の所定の測定点における測定結果を示すものである。この発明の実施の形態５の作業手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ブッシングＣＴ（貫通型変流器）、２テストターミナルまたは切り離し回路、
３交流電流計または変換器付交流電流計、
４交流電圧計または変換器付交流電圧計、
５可変負荷抵抗または電動式可変負荷抵抗、
６検査記録保存・データ収集処理装置、
７可変抵抗器制御・測定信号処理装置。

Claims

発電機のブッシングに装着された変流器と、上記変流器の２次側に接続された可変負荷抵抗と、上記可変負荷抵抗への流入電流を計測する電流計と、上記可変負荷抵抗の両端電圧を計測する電圧計と、上記可変負荷抵抗の抵抗値と上記電流計、電圧計の計測結果を処理、保存するデータ処理装置とを備え、上記発電機を一定負荷で安定的に運転している状態において、上記可変負荷抵抗を増加させた時の上記電流計の計測値の減少分に対する上記電圧計の計測値の変化を上記変流器の近似励磁特性とし、この近似励磁特性とあらかじめ計測された上記変流器の励磁特性とを上記データ処理装置によって照合することにより上記変流器の異常の有無を判定するようにしたことを特徴とする変流器の異常検査試験装置。
発電機のブッシングに装着された変流器と、上記変流器の２次側に接続された可変負荷抵抗と、上記可変負荷抵抗への流入電流を計測する電流計と、上記変流器の至近端の２次側電圧を計測する第１の電圧計と、上記可変負荷抵抗の両端の電圧を計測する第２の電圧計と、上記可変負荷抵抗の抵抗値と上記電流計、第１及び第２の電圧計の計測結果を処理、保存するデータ処理装置とを備え、上記発電機を一定負荷で安定的に運転している状態において、上記可変負荷抵抗を増加させた時の上記電流計の計測値の減少分に対する上記第１、第２の電圧計の計測値の変化を上記変流器の第１及び第２の近似励磁特性とし、上記第１及び第２の近似励磁特性を上記データ処理装置によって照合することにより上記変流器の異常の有無を判定するようにしたことを特徴とする変流器の異常検査試験装置。
発電機のブッシングに装着された変流器と、上記変流器の２次側に接続された可変負荷抵抗と、上記可変負荷抵抗への流入電流を計測する電流計と、上記変流器の至近端の２次側電圧を計測する第１の電圧計と、上記可変負荷抵抗の両端の電圧を計測する第２の電圧計と、上記可変負荷抵抗の抵抗値と上記電流計、第１及び第２の電圧計の計測結果を処理、保存するデータ処理装置とを備え、上記発電機を一定負荷で安定的に運転している状態において、上記可変負荷抵抗を増加させた時の上記電流計の計測値の減少分に対する上記第１、第２の電圧計の計測値の変化を上記変流器の第１及び第２の近似励磁特性とし、上記第１の近似励磁特性とあらかじめ計測された上記変流器の励磁特性とを上記データ処理装置によって照合し、電圧飽和値の差が所定値より大の時に上記変流器の内部異常と判定し、上記電圧飽和値の差が所定値より小の時は上記第１近似励磁特性と第２近似励磁特性とを上記データ処理装置によって照合し、電圧飽和値の差が所定値より大の時にケーブルの接触抵抗異常と判定し、上記両近似励磁特性の傾きの差異が所定値以上の時にケーブルの絶縁抵抗異常と判定することを特徴とする変流器の異常検査試験装置。
上記可変負荷抵抗を電動操作式にして制御すると共に、その抵抗値及び上記電流計、電圧計の計測値を取り込み上記データ処理装置に供給する可変抵抗器制御・測定信号処理手段を設け、上記可変負荷抵抗の抵抗値を自動的に増減し得るようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の変流器の異常検査試験装置。