JP2011151236A - ポンプの異常検出装置およびポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】油入電気機器の絶縁油から気泡が発生するような絶縁油の圧力異常（圧力低下）を検出するための技術を提供する。
【解決手段】油入電気機器５０は、絶縁油５３で満たされたタンク５１と、タンク５１内に収納された電気機器５２とを有する。異常検出装置２０は、絶縁油５２の圧力を検出するための圧力センサ２１と、異常検出部２２とを備える。異常検出部２２は、圧力センサ２１が検出した圧力が規定値以上であるか否かを判定するとともに、圧力値が規定値を下回る場合に送油ポンプ３の異常を示す警報信号２５を出力する。規定値は、絶縁油に対する空気の溶解度に基づいて予め定められた値である。
【選択図】図１

Description

本発明は、ポンプの異常検出装置およびポンプ制御装置に関し、特に油入電気機器の絶縁油を循環させるポンプの異常を検出するための技術に関する。

油入電気機器内部の絶縁油の圧力の異常を検出する従来の技術として、たとえば特開平７−２９７０３８号公報（特許文献１）に開示された技術がある。この文献では、電気機器内部に冷却媒体および絶縁媒体として封入された液体（たとえば鉱油あるいはパーフロロカーボン液）の圧力上昇あるいは電気機器からの液漏れに伴う圧力減少を検出することによって、電気機器の内部の異常を診断する技術が開示されている。

特開平７−２９７０３８号公報（段落［００１０］〜［００１３］および第１図）

油入変圧器などの油入電気機器では、電気機器（たとえば変圧器）を収納するためのタンクに絶縁油が満たされている。絶縁油を冷却するために、絶縁油は送油ポンプによって循環させられる。

発明者は、若干量の空気を溶解した絶縁油が負圧状態で送油ポンプに導入された場合に、ポンプ内で気泡が発生するとともにその気泡がタンク内に送り込まれる可能性があることを見出した。この可能性を検証するため、発明者は２％程度の空気を溶解した２種類の絶縁油（以下「絶縁油１」、「絶縁油２」と呼ぶ）を用いて、室温でポンプを緩やかに循環させて発泡状態を観測した。その結果、絶縁油１では絶対圧０．０１ＭＰａでポンプから油中に多量の気泡が放出されることが確認された。絶縁油２では絶対圧０．０２ＭＰａでポンプから油中に多量の気泡が放出されることが確認された。

一般的に、油入電気機器の絶縁油にはある程度の量の空気が溶解している。空気の溶解度が飽和溶解度を超えた場合には、ポンプの運転などといった擾乱が加えられることによって、気泡が絶縁油中に放出される恐れがある。また絶縁油中の圧力が負圧である場合には、絶縁油中に溶解した空気量が飽和量に達していなくともポンプ運転によって気泡が発生するとともに、その気泡が絶縁油中に放出される恐れがある。ここで負圧とは、絶縁油中の圧力が絶対圧力で（絶縁油における空気の溶解度／空気の飽和溶解度）以下になる状態を意味する。

油入変圧器の内部に気泡が送り込まれた場合には、気泡を含む絶縁油の絶縁耐力が大幅に低下する。絶縁油の絶縁耐力が大幅に低下した場合には、変圧器の絶縁破壊が誘発される恐れがある。変圧器は発電所および変電所における重要機器であるため絶縁信頼性を確保することが必要となる。したがって油入変圧器の内部に気泡が浸入することを防ぐことが必須となる。

この発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、油入電気機器の絶縁油から気泡が発生するような絶縁油の圧力異常（圧力低下）を検出するための技術を提供することを目的とする。

本発明は要約すれば、油入電気機器の絶縁油を循環させるポンプの異常検出装置である。油入電気機器は、絶縁油で満たされたタンクと、タンク内に収納された電気機器とを有する。異常検出装置は、絶縁油の圧力を検出するためのセンサと、センサが検出した圧力が、規定値以上であるか否かを判定するとともに、圧力値が規定値を下回る場合にポンプの異常を示す信号を出力する異常検出部とを備える。規定値は、絶縁油に対する空気の溶解度に基づいて予め定められた値である。

本発明によれば、油入電気機器の絶縁油から気泡が発生するような絶縁油の圧力異常（圧力低下）を検出することが可能となる。

この発明の実施の形態１に係る異常検出装置の構成図である。 この発明の実施の形態２に係るポンプ制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態３に係る異常検出装置の構成図である。 この発明の実施の形態４に係るポンプ制御装置の構成図である。 この発明の実施の形態５に係る異常検出装置の構成図である。 この発明の実施の形態６に係るポンプ制御装置の構成図である。

以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に係る異常検出装置の構成図である。図１を参照して、異常検出装置２０は、油入電気機器５０の絶縁油を循環させる送油ポンプ３の異常を検出するための装置である。油入電気機器５０は、油入電気機器本体１と、冷却器２と、入口配管５と、上部配管６と、送油配管７とを有する。

油入電気機器本体１は、タンク５１と、電気機器５２と、絶縁油５３とを有する。電気機器５２はタンク５１内に収納される。タンク５１の内部は絶縁油５３で満たされている。電気機器５２は、絶縁油に浸される電気機器であれば特にその種類は限定されず、たとえば変圧器、リアクトル等である。

タンク５１の上部には、タンク５１の上部から送油ポンプ３に絶縁油５３を戻すための上部配管６が設けられる。送油ポンプ３が絶縁油５３を循環させることによって、タンク５１内の絶縁油５３が上部配管６を通り冷却器２に送られる。冷却器２は、絶縁油５３を冷却する。冷却器２によって冷却された絶縁油５３は、送油ポンプ３の入口配管５を通り送油ポンプ３に戻される。

送油ポンプ３は、入口配管５を通じて戻された絶縁油５３を送油配管７に送出する。これにより送油配管７には送油ポンプ３からタンク５１への向きに冷却油の油流４が発生する。送油配管７は、タンク５１の底部近傍に設けられて、送油ポンプ３によって送出された絶縁油５３をタンク５１の内部に導入する。

送油ポンプ３は、開閉スイッチ１１を介して電源１０に接続される。開閉スイッチ１１はオフ状態とオン状態とを切換え可能に構成される。開閉スイッチ１１がオン状態であるときには電源１０と送油ポンプ３とが接続されて送油ポンプ３に電源電圧が供給される。一方で、開閉スイッチ１１がオフ状態であるときには電源１０と送油ポンプ３とが切り離される。開閉スイッチ１１としては、たとえば機械式リレー、半導体スイッチ素子等を適用することができる。

異常検出装置２０は、圧力センサ２１と、レベル判定器２２とを備える。圧力センサ２１は、送油ポンプ３の入口配管５の内部に配置され、絶縁油５３の圧力を検出する。圧力センサ２１の出力信号はレベル判定器２２に送られる。レベル判定器２２は、圧力センサ２１が検出した圧力、すなわち圧力センサ２１の出力信号によって示される圧力値が規定値以上であるか否かを判定する。その圧力値が規定値未満であるとレベル判定器２２が判定した場合には、レベル判定器２２は、送油ポンプ３の異常を示す警報信号２５を出力する。

警報信号２５は表示装置１２に送られる。表示装置１２は、レベル判定器２２からの警報信号２５に基づいて、送油ポンプ３の異常を示す情報を図示しない画面に表示する。

レベル判定器２２において設定される規定値は、絶縁油に対する空気の溶解度に基づいて定められる。具体的には、規定値は、絶縁油に対する空気の飽和溶解度と絶縁油に対する空気の溶解度との比率に基づいて定められる。

実施の形態１に係る異常検出装置の動作について詳細に説明する。圧力センサ２１の出力信号が示す圧力値が、絶対圧力で（絶縁油の空気溶解度）／（空気の飽和溶解度）よりも高い場合には、送油ポンプ３から空気（気泡）が発生しなくなる。一方、圧力センサ２１の出力信号が示す圧力値が絶対圧力で（絶縁油の空気溶解度）／（空気の飽和溶解度）よりも低くなると、送油ポンプ３から空気（気泡）が発生する可能性がある。実際の空気（気泡）の発生のしやすさは、絶縁油の種類によって異なるが、最も空気（気泡）の発生を起こしやすい絶縁油では、（絶縁油の空気溶解度）／（空気の飽和溶解度）になると考えられる。レベル判定器２２での判定に用いられる規定値は、最大で（絶縁油の空気溶解度）／（空気の飽和溶解度）と設定される。

上記のように発明者による予備的な実験では、２％程度の空気を溶解した絶縁油１の場合には絶対圧０．０１ＭＰａでポンプから油中に多量の気泡が放出されることが確認された。また絶縁油２の場合には、絶対圧０．０２ＭＰａでポンプから油中に多量の気泡が放出されることが確認された。したがって、タンク内の絶縁油として絶縁油１が用いられる場合には規定値として０．０１ＭＰａを採用できる。同様にタンク内の絶縁油として絶縁油２が用いられる場合には規定値として０．０２ＭＰａを採用できる。上記規定値は、一例であるが、このように実験結果に基づいて予め設定することが可能である。

圧力センサ２１によって検出された絶縁油の圧力が規定値を下回る場合には、レベル判定器２２は警報信号２５を出力する。表示装置１２は警報信号２５によって、送油ポンプ３の異常を示す情報を表示する。したがって実施の形態１によれば、気泡（空気）が絶縁油内に発生する恐れがある送油ポンプ３の運転を防止することができる。

さらに実施の形態１によれば、送油ポンプから油入電気機器本体１の内部に空気が送り込まれる可能性を小さくすることができるので、油入電気機器本体１の信頼性を確保することが可能になる。油入電気機器本体１の内部に気泡が送り込まれることによって、絶縁油の絶縁耐力が大幅に低下する。絶縁油の絶縁耐力が大幅に低下した場合には、電気機器（たとえば変圧器）の絶縁破壊が誘発される恐れがある。実施の形態１によれば、このような絶縁破壊が生じる可能性を小さくすることができる。これにより、油入電気機器の信頼性を確保できるので、油入電気機器の長寿命化を図ることができる。

なお、実際には、絶縁油の空気溶解度は経年や温度変化などの要因によって変化する。また、絶縁油における空気の飽和溶解度も、絶縁油の種類あるいは温度によって変化する。したがってレベル判定器２２での規定値（設定圧力）は、これらの変化を考慮した値とすることが好ましい。具体的には、規定値は、（絶縁油の空気溶解度）／（空気の飽和溶解度）によって定まる値に、上記の要因を考慮した補正値（正の値）を加えた値とすることが好ましい。これにより気泡が発生するときの絶縁油の圧力と規定値との差（マージン）を大きくすることができる。したがって、絶縁中に気泡が発生することをより確実に防止できる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係る異常検出装置によれば、ポンプの入口配管５での絶縁油の圧力が低下して、送油ポンプ３から気泡が発生する可能性が生じたときに、警報信号２５を出力する。したがって、この発明の実施の形態１によれば、送油ポンプ３から油入電気機器本体１に気泡が浸入することを抑制できるので電気機器の信頼性を確保することが可能となる。

［実施の形態２］
図２は、この発明の実施の形態２に係るポンプ制御装置の構成図である。図２を参照して、ポンプ制御装置３０は、異常検出装置２０および停止部２３を備える。

停止部２３は、異常検出装置２０からの警報信号２５に基づいて、トリップ信号２６を出力する。開閉スイッチ１１は、トリップ信号２６によりオフされる。開閉スイッチ１１がオフすることによって電源１０から送油ポンプ３への電力供給が停止されるので、送油ポンプ３が停止する。すなわち停止部２３は、異常検出装置２０から出力された警報信号２５に基づいて送油ポンプ３を停止させる。なお、図２に示した構成から表示装置１２を省略することもできる。

実施の形態１と同様に、異常検出装置２０は、入口配管５における絶縁油の圧力が規定値より低下した場合に、送油ポンプ３の異常を検出する。したがって実施の形態２によれば実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

さらに実施の形態２によれば、送油ポンプ３から気泡が発生する程度まで絶縁油の圧力が低下した場合（絶縁油の圧力が規定値を下回った場合）に送油ポンプ３を停止させることができる。したがって実施の形態２によれば、送油ポンプの異常運転を防止することができる。

［実施の形態３］
図３は、この発明の実施の形態３に係る異常検出装置の構成図である。図３および図１を参照して、異常検出装置２０Ａは、圧力センサ２１に代えて圧力センサ２１ａを備える点において異常検出装置２０と異なる。圧力センサ２１ａは、上部配管６に設置される点において圧力センサ２１と異なる。

異常検出装置２０Ａの他の部分の構成は異常検出装置２０の対応する部分の構成と同様である。すなわちレベル判定器２２は、圧力センサ２１ａの出力信号が示す圧力値が規定値以上であるか否かを判定する。その圧力値が規定値未満である場合にはレベル判定器２２は警報信号２５を出力する。

実施の形態３では、レベル判定器２２の規定値（設定圧力）は以下のように設定される。すなわち規定値は、（絶縁油の空気溶解度）／（空気の飽和溶解度）によって定まる値に、入口配管５での絶縁油の圧力と圧力センサ２１ａが取付られた上部配管６での圧力との差を加えることで得られる。この圧力差は、送油ポンプ３での負圧、送油ポンプ３の運転能力、タンク５１の高さ等に依存する。たとえば実験によって予め求められた圧力差を、レベル判定器２２の規定値の設定に用いることができる。

実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち実施の形態３によれば、絶縁油から気泡を発生させる送油ポンプ３の異常を検出できる。さらに、実施の形態３によれば、その異常を示す警報信号を発生させることができるので、気泡が絶縁油内に発生する恐れがある送油ポンプ３の運転を防止することができる。

また、圧力センサ２１はタンク５１の高さ方向における下方に設けられているのに対して、圧力センサ２１ａはタンク５１の高さ方向における上方に設けられている。

圧力センサを上部に取り付けることで、油漏れなどによる変圧器本体の圧力異常を検出しやすくなり、ポンプの異常運転防止のほかに変圧器本体の圧力異常の検出を感度良く行なうことができる。実施の形態３によれば、変圧器本体の圧力を精度良く把握できるので、ポンプからの空気（気泡）発生ほどの緊急性が無い、油漏れなどの圧力異常の監視を精度良く行なうことも可能になる。

［実施の形態４］
図４は、この発明の実施の形態４に係るポンプ制御装置の構成図である。図４を参照して、ポンプ制御装置３０Ａは、異常検出装置２０Ａおよび停止部２３を備える。

実施の形態２と同様に、停止部２３は、異常検出装置２０Ａからの警報信号２５に基づいてトリップ信号２６を出力する。開閉スイッチ１１は、トリップ信号２６によりオフされる。したがって送油ポンプ３が停止する。

実施の形態４によれば実施の形態１，３と同様の効果を得ることができる。また実施の形態４によれば、実施の形態２と同様に、送油ポンプ３から気泡が発生する程度まで絶縁油の圧力が低下した場合（圧力センサ２１ａにより検出された絶縁油の圧力が規定値を下回った場合）に送油ポンプ３を停止させることができる。したがって実施の形態４によれば、送油ポンプの異常運転を防止することができる。

なお、実施の形態２と同様に、図４に示した構成から表示装置１２を省略することもできる。

［実施の形態５］
図５は、この発明の実施の形態５に係る異常検出装置の構成図である。図５および図１を参照して、異常検出装置２０Ｂは、圧力センサ２１に代えて圧力センサ２１ｂを備える点において異常検出装置２０と異なる。圧力センサ２１ｂは、タンク５１の上部に設置される点において圧力センサ２１と異なる。

異常検出装置２０Ｂの他の部分の構成は異常検出装置２０の対応する部分の構成と同様である。すなわちレベル判定器２２は、圧力センサ２１ｂの出力信号が示す圧力値が規定値以上であるか否かを判定する。その圧力値が規定値未満である場合にはレベル判定器２２は警報信号２５を出力する。

実施の形態５では、レベル判定器２２の規定値（設定圧力）は以下のように設定される。すなわち規定値は、（絶縁油の空気溶解度）／（空気の飽和溶解度）によって定まる値に、入口配管５での絶縁油の圧力と圧力センサ２１ｂが取付られたタンク５１の上部での圧力との差を加えることで得られる。実施の形態３と同様に、この油圧差は、たとえば実験によって予め求めることができる。

実施の形態５によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。すなわち実施の形態５によれば、絶縁油から気泡を発生させる送油ポンプ３の異常を検出できる。さらに、実施の形態５によれば、その異常を示す警報信号を発生させることができるので、気泡が絶縁油内に発生する恐れがある送油ポンプ３の運転を防止することができる。

また実施の形態３と同様に、圧力センサ２１ｂはタンク５１の高さ方向における上方に設けられている。すなわち実施の形態５によれば、実施の形態３と同様に、変圧器本体の圧力を精度良く把握できるので、ポンプからの空気（気泡）発生ほどの緊急性が無い、油漏れなどの圧力異常の監視を精度良く行なうことも可能になる。

［実施の形態６］
図６は、この発明の実施の形態６に係るポンプ制御装置の構成図である。図６を参照して、ポンプ制御装置３０Ｂは、異常検出装置２０Ｂおよび停止部２３を備える。

実施の形態２，４と同様に、停止部２３は、異常検出装置２０Ｂからの警報信号２５に基づいて、トリップ信号２６を出力する。開閉スイッチ１１は、トリップ信号２６によりオフされる。したがって送油ポンプ３が停止する。

実施の形態６によれば実施の形態１，３，５と同様の効果を得ることができる。また実施の形態６によれば、実施の形態２，４と同様に、送油ポンプ３から気泡が発生する程度まで絶縁油の圧力が低下した場合（絶縁油の圧力が規定値を下回った場合）に送油ポンプ３を停止させることができる。したがって実施の形態６によれば、送油ポンプの異常運転を防止することができる。

なお、実施の形態２，４と同様に、図６に示した構成から表示装置１２を省略することもできる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 油入電気機器本体、２ 冷却器、３ 送油ポンプ、５ 入口配管、６ 上部配管、７ 送油配管、１０ 電源、１１ 開閉スイッチ、１２ 表示装置、２０，２０Ａ，２０Ｂ 異常検出装置、２１，２１ａ，２１ｂ 圧力センサ、２２ レベル判定器、２３ 停止部、２５ 警報信号、２６ トリップ信号、３０，３０Ａ，３０Ｂ ポンプ制御装置、５０ 油入電気機器、５１ タンク、５２ 電気機器、５３ 絶縁油。

Claims (6)

1. 油入電気機器の絶縁油を循環させるポンプの異常検出装置であって、
   前記油入電気機器は、前記絶縁油で満たされたタンクと、前記タンク内に収納された電気機器とを有し、
   前記異常検出装置は、
   前記絶縁油の圧力を検出するためのセンサと、
   前記センサが検出した圧力が、規定値以上であるか否かを判定するとともに、前記圧力が前記規定値を下回る場合に前記ポンプの異常を示す信号を出力する異常検出部とを備え、
   前記規定値は、前記絶縁油に対する空気の溶解度に基づいて予め定められた値である、ポンプの異常検出装置。
2. 前記規定値は、前記絶縁油に対する空気の飽和溶解度と前記絶縁油に対する空気の溶解度との比率に基づいて予め定められた値である、請求項１に記載のポンプの異常検出装置。
3. 前記センサは、前記ポンプの入口配管に配置される、請求項１または２に記載のポンプの異常検出装置。
4. 前記油入電気機器は、
   前記タンクの底部近傍に設けられて、前記ポンプから送出された前記絶縁油を前記タンクの内部に導入するための第１の配管と、
   前記タンクの上部から前記ポンプに前記絶縁油を戻すための第２の配管とをさらに有し、
   前記センサは、前記第２の配管に配置される、請求項１または２に記載のポンプの異常検出装置。
5. 前記センサは、前記タンクの上部に配置される、請求項１または２に記載のポンプの異常検出装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のポンプの異常検出装置と、
   前記異常検出装置から出力された前記信号に基づいて前記ポンプを停止させる停止部とを備える、ポンプ制御装置。

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