JP2013062196A - 励磁突入電流抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 変圧器に直流電圧が残留する場合でも、遮断器を三相同時に投入する際に生じる変圧器の励磁突入電流を抑制することのできる突入電流抑制装置を提供することにある。
【解決手段】 Ｙ結線された１次巻線３０１及び２次巻線３０２とΔ結線された３次巻線３０３とを備える変圧器３と電源母線１との接続を開閉する遮断器２を励磁突入電流を抑制するように制御する励磁突入電流抑制装置６であって、電源母線１の三相交流電圧を計測して、３次巻線３０３の三線間の定常磁束を演算し、変圧器３の３次巻線３０３の各端子電圧を計測して、３次巻線３０３の三線間の残留磁束を演算し、三線間の残留磁束のうち絶対値が最小の残留磁束の線間において、定常磁束と残留磁束が一致する位相のうち励磁突入電流を抑制する投入目標位相で遮断器２を三相同時に投入する。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、変圧器を電源に投入する際に生じる励磁突入電流を抑制するための励磁突入電流抑制装置に関する。

一般に、変圧器鉄心に残留磁束がある状態で電源投入により無負荷励磁を行うと、大きな励磁突入電流が流れることが知られている。この励磁突入電流の大きさは変圧器の定格負荷電流の数倍になる。このように大きな励磁突入電流が流れると、系統電圧が変動する。その電圧変動が大きい場合、需要者に影響を与えることがある。

この励磁突入電流を抑制する方法としては、投入抵抗と接点とが直列に接続された抵抗体付き遮断器を用いる抑制方法がある。抵抗体付き遮断器は、遮断器主接点と並列に接続する。抵抗体付き遮断器は、遮断器主接点に先行して投入する。

また、直接接地系の三相変圧器を３台の単相型遮断器で投入する際、任意の１相を先行投入し、その後に残りの２相を投入させるようにして励磁突入電流を抑制する方法がある。この抑制方法では、変圧器を遮断したときの残留磁束の大きさを把握する。

さらに、非有効接地系の変圧器の励磁突入電流を抑制するために、変圧器遮断時の残留磁束を相電圧を計測して算出する方法がある。

特開２００２-７５１４５号公報 特許第４６１１４５５号公報

John H.Brunke、外１名，"Elimination of Transformer Inrush Currents by Controlled Switching -Part I: Theoretical Considerations", IEEE TRANSACTIONS ON POWER DELIVERY, IEEE,２００１年４月，Ｖｏｌ．１６，Ｎｏ．２，ｐ．２７６−２８０

しかしながら、抵抗体付き遮断器を付加した遮断器は大型化してしまう。また、遮断器が三相一括操作型である場合、相別に遮断器を投入して励磁突入電流を抑制することはできない。さらに、変圧器の遮断後は、第１相の遮断後に発生する零相電圧が変圧器に直流電圧として残留し、残留磁束を正確に求められないことがある。

そこで、本発明の実施形態による目的は、変圧器に直流電圧が残留する場合でも、遮断器を三相同時に投入する際に生じる変圧器の励磁突入電流を抑制することのできる突入電流抑制装置を提供することにある。

本発明の実施形態の観点に従った励磁突入電流抑制装置は、Ｙ結線された第１の巻線及びΔ結線された第２の巻線を備える変圧器と三相交流の電源との接続を開閉する遮断器を励磁突入電流を抑制するように制御する励磁突入電流抑制装置であって、前記遮断器の前記電源側の三相交流電圧を計測する電源側電圧計測手段と、前記電源側電圧計測手段により計測された前記三相交流電圧に基づいて、前記変圧器の前記第２の巻線の三線間の定常磁束を演算する定常磁束演算手段と、前記変圧器の前記第２の巻線の各端子電圧を計測する変圧器電圧計測手段と、前記変圧器電圧計測手段により計測された前記各端子電圧に基づいて、三線間の残留磁束を演算する残留磁束演算手段と、前記残留磁束演算手段により演算された前記三線間の残留磁束のうち最小の残留磁束を判断する最小残留磁束判断手段と、前記最小残留磁束判断手段により判断された前記最小の残留磁束の線間において、前記定常磁束演算手段により演算された前記定常磁束と前記残留磁束演算手段により演算された前記残留磁束が一致する位相のうち前記励磁突入電流を抑制する位相を投入位相として判断する投入位相判断手段と、前記投入位相判断手段により判断された前記投入位相で前記遮断器を三相同時に投入する投入手段とを備える。

本発明の第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第１の例における定常磁束及び残留磁束を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第１の例における定常磁束と残留磁束との差分の磁束を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第１の例における励磁突入電流を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第２の例における定常磁束及び残留磁束を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第２の例における定常磁束と残留磁束との差分の磁束を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第２の例における励磁突入電流を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第３の例における定常磁束及び残留磁束を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第３の例における定常磁束と残留磁束との差分の磁束を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置による投入方法の第３の例における励磁突入電流を示す波形図。 第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置の適用された電力系統の一例を模式化した模式図。 変圧器を遮断したときの変圧器の１次巻線の対地電圧を示す波形図。 変圧器を遮断したときの変圧器の１次巻線の対地電圧を積分して算出した磁束を示す波形図。 変圧器を遮断したときの変圧器の２次巻線の線間電圧を示す波形図。 変圧器を遮断したときの変圧器の２次巻線の線間電圧を積分して算出した磁束を示す波形図。 本発明の第２の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置の適用された電力系統システムの構成を示す構成図。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置６の適用された電力系統システムの構成を示す構成図である。なお、以降の図における同一部分には同一符号を付してその詳しい説明を省略し、異なる部分について主に述べる。以降の実施形態も同様にして重複する説明を省略する。

本実施形態に係る電力系統システムは、電源母線１と、遮断器２と、変圧器３と、電源母線１に設けられた三相分の電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗと、変圧器３の３次側に設けられた三相分（変圧器端子分）の変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗと、励磁突入電流抑制装置６とを備えている。

電源母線１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相からなる三相交流の電源を備えた電力系統の母線である。

変圧器３は、遮断器２を介して、電源母線１に接続されている。変圧器３は、非有効接地系に設置されている。変圧器３は、三相交流電圧を変圧する三巻線の三相変圧器である。変圧器３は、１次巻線３０１、２次巻線３０２及び３次巻線３０３を備えている。１次巻線３０１及び２次巻線３０２は、Ｙ結線されている。３次巻線３０３は、Δ結線されている。１次巻線３０１は、中性点がインピーダンスＺｎ１で接地されている。２次巻線３０２は、中性点がインピーダンスＺｎ２で接地されている。

遮断器２は、電源母線１と変圧器３との間に設けられている。遮断器２は、Ｕ相、Ｖ相、及びＷ相の三相の全ての主接点が一括操作される三相一括操作型の遮断器である。遮断器２が投入されることにより、変圧器３は、電源母線１による電源投入がされる。遮断器２が開放されることにより、変圧器３は、電源母線１から電気的に遮断される。

３つの電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、それぞれ電源母線１のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれの相電圧（対地電圧）を計測するための計器用機器である。電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、例えば、計器用変圧器(VT, Voltage Transformer)又はコンデンサ形計器用変圧器(PD, Potential Device)などの電圧分圧装置である。電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、電源母線１の各相と大地間に接続される。電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗは、検出値を検出信号として、励磁突入電流抑制装置６に出力する。

３つの変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、それぞれ変圧器３の３次側の各端子電圧（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）を計測するための計測用機器である。変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗと同様の計器用変圧器である。変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、変圧器３の各端子と大地間に接続される。変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、検出値を検出信号として、励磁突入電流抑制装置６に出力する。

励磁突入電流抑制装置６は、電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ及び変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗのそれぞれから受信した検出信号に基づいて、遮断器２の主接点に対して投入指令を出力する。これにより、遮断器２は投入される。

図１〜図１０を参照して、励磁突入電流抑制装置６の構成について説明する。なお、図２〜図１０は、励磁突入電流抑制装置６による投入方法を説明するための磁束及び電圧を示す波形図である。

励磁突入電流抑制装置６は、電源電圧計測部６０１と、定常磁束算出部６０２と、変圧器電圧計測部６０３と、残留磁束算出部６０４と、位相検出部６０５と、投入指令出力部６０６とを備えている。

電源電圧計測部６０１は、電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗにより検出された検出信号に基づいて、電源母線１の各相電圧を計測する。電源電圧計測部６０１は、計測した各相電圧を定常磁束算出部６０２に出力する。

定常磁束算出部６０２は、電源電圧計測部６０１により計測された各相電圧に基づいて、ＵＶ相間、ＶＷ相間、及びＷＵ相間の各線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕを演算する。定常磁束算出部６０２は、演算した各線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕをそれぞれ積分する。定常磁束算出部６０２は、この積分された値を、定常時の磁束（定常磁束）φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕとする。定常磁束算出部６０２は、演算した定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕを位相検出部６０５に出力する。

変圧器電圧計測部６０３は、変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗにより検出された検出信号に基づいて、変圧器３の各端子電圧（３次相電圧）を計測する。変圧器電圧計測部６０３は、計測した各端子電圧を残留磁束算出部６０４に出力する。

残留磁束算出部６０４は、変圧器電圧計測部６０３により計測された各端子電圧に基づいて、遮断器２による変圧器３の遮断前後のＵＶ相間、ＶＷ相間、及びＷＵ相間の各線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕを演算する。残留磁束算出部６０４は、演算した各線間電圧Ｖｕｖ，Ｖｖｗ，Ｖｗｕをそれぞれ積分する。残留磁束算出部６０４は、この積分された値を、変圧器３の鉄心の残留磁束（３次線間磁束）φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕとする。残留磁束算出部６０４は、演算した残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕを位相検出部６０５に出力する。

位相検出部６０５には、残留磁束算出部６０４により演算された残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕ及び定常磁束算出部６０２により演算された定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕが入力される。位相検出部６０５は、残留磁束算出部６０４により演算された残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕのうち絶対値が最小の残留磁束（以下、単に「最小の残留磁束」という。）と絶対値が最大の残留磁束（以下、単に「最大の残留磁束」という。）を検出する。位相検出部６０５は、検出した最大の残留磁束の線間において、定常磁束と残留磁束が同極性となる位相範囲（時間範囲）を判断する。位相検出部６０５は、判断した最小の残留磁束の線間において、最大の残留磁束の線間で定常磁束と残留磁束が同極性となる位相範囲内であって、定常磁束と残留磁束が一致する位相を検出する。位相検出部６０５は、検出した位相を投入目標位相Ｔｃとして投入指令出力部６０６に出力する。

投入指令出力部６０６は、位相検出部６０５により検出された投入目標位相Ｔｃで、遮断器２の主接点を駆動する操作機構に対して投入指令を出力する。これにより、遮断器２は、三相同時に投入される。

次に、図２〜図１０を参照して、励磁突入電流抑制装置６による励磁突入電流の抑制について説明する。

図２〜図１０では、３．３ｋＶ−４１５Ｖ−３００ｋＶＡの単相変圧器３台をＹ結線−Δ結線に接続した変圧器３を遮断器２で遮断したときの電圧及び磁束の波形を計算により求めた波形図を示している。図２〜図４は、変圧器３の第１の状態を示している。図５〜図７は、変圧器３の第２の状態を示している。図８〜図１０は、変圧器３の第３の状態を示している。第１の状態、第２の状態及び第３の状態は、Δ結線された巻線の線間の残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕ及び遮断位相を変えたものである。

図２〜図４を参照して、位相検出部６０５による変圧器３の第１の状態における投入目標位相Ｔｃの検出方法について説明する。図２は、定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕ及び残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕのそれぞれの波形を示している。図３は、線間毎に定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕから残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕをそれぞれ引いた差分の磁束φｄｕｖ，φｄｖｗ，φｄｗｕの波形を示している。図４は、第１の状態において、投入位相とその投入位相により発生する相毎の励磁突入電流Ｉｉｕ,Ｉｉｖ,Ｉｉｗとの相関関係を示している。

第１の状態では、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖは正極性、ＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗは負極性、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕはほぼ零である。最小の残留磁束は、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕである。

ここで、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖとＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗの絶対値は、ほぼ同じである。従って、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖとＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗのどちらを最大の残留磁束としてもよい。このように、最大の残留磁束とする判断は、必ずしも最大の残留磁束を正確に判断する必要はない。実際の最大の残留磁束と近いと考えられる磁束差であれば２番目に最大の残留磁束を、最大の残留磁束と判断してもよい。

図２及び図３では、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖを最大の残留磁束としたときの投入目標位相Ｔｃの位相範囲Ｔｍｕｖ及びＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗを最大の残留磁束としたときの投入目標位相Ｔｃの位相範囲Ｔｍｖｗをそれぞれ示している。

位相検出部６０５は、図２に示すように、ＵＶ相間の磁束による位相範囲Ｔｍｕｖ又はＶＷ相間の磁束による位相範囲Ｔｍｖｗで、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕとＷＵ相間の定常磁束φＴｗｕが一致する位相を投入目標位相Ｔｃとして検出する。投入目標位相Ｔｃは、図２及び図３に示す第１の状態では、ＵＶ相間の磁束による位相範囲Ｔｍｕｖ又はＶＷ相間の磁束による位相範囲Ｔｍｖｗのどちらで検出しても同じ位相になる。図３に示すＷＵ相間の差分の磁束φｄｗｕであれば、零点を検出することで、投入目標位相Ｔｃを検出することができる。

図４に示すように、投入目標位相Ｔｃとなる１５０度近傍で遮断器２を投入した場合、各相の励磁突入電流Ｉｉｕ,Ｉｉｖ,Ｉｉｗは、他の位相で投入した場合と比較して小さいことが分かる。

次に、図５〜図７を参照して、位相検出部６０５による変圧器３の第２の状態における投入目標位相Ｔｃの検出方法について説明する。図５は、定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕ及び残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕのそれぞれの波形を示している。図６は、線間毎に定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕから残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕをそれぞれ引いた差分の磁束φｄｕｖ，φｄｖｗ，φｄｗｕの波形を示している。図７は、第２の状態において、投入位相とその投入位相により発生する相毎の励磁突入電流Ｉｉｕ,Ｉｉｖ,Ｉｉｗとの相関関係を示している。

第２の状態では、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖは正極性、ＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗ及びＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕは負極性である。最小の残留磁束は、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕである。最大の残留磁束は、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖである。

ここで、ＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗは、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕとほぼ同じ値であるため、ＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗを最小の残留磁束としてもよい。このように、最小の残留磁束とする判断は、必ずしも最小の残留磁束を正確に判断する必要はない。実際の最小の残留磁束と近いと考えられる磁束差であれば２番目に最小の残留磁束を、最小の残留磁束と判断してもよい。

図５〜図７では、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕを最小の残留磁束とする投入目標位相Ｔｃ１と、ＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗを最小の残留磁束とする投入目標位相Ｔｃ２をそれぞれ示している。

位相検出部６０５は、図５に示すように、ＵＶ相間の磁束による位相範囲Ｔｍｕｖで、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕとＷＵ相間の定常磁束φＴｗｕが一致する位相又はＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗとＶＷ相間の定常磁束φＴｖｗが一致する位相を、投入目標位相Ｔｃ１,Ｔｃ２として検出する。図６に示すＷＵ相間の差分の磁束φｄｗｕ又はＶＷ相間の差分の磁束φｄｖｗであれば、零点を検出することで、投入目標位相Ｔｃ１,Ｔｃ２を検出することができる。

図７に示すように、投入目標位相Ｔｃ１又は投入目標位相Ｔｃ２となる１８０度近傍で遮断器２を投入した場合、各相の励磁突入電流Ｉｉｕ,Ｉｉｖ,Ｉｉｗは、他の位相で投入した場合と比較して小さいことが分かる。

次に、図８〜図１０を参照して、位相検出部６０５による変圧器３の第３の状態における投入目標位相Ｔｃの検出方法について説明する。図８は、定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕ及び残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕのそれぞれの波形を示している。図９は、線間毎に定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕから残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕをそれぞれ引いた差分の磁束φｄｕｖ，φｄｖｗ，φｄｗｕの波形を示している。図１０は、第３の状態において、投入位相とその投入位相により発生する相毎の励磁突入電流Ｉｉｕ,Ｉｉｖ,Ｉｉｗとの相関関係を示している。

第３の状態では、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖは正極性、ＶＷ相間の残留磁束φＺｖｗ及びＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕは負極性である。最小の残留磁束は、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕである。最大の残留磁束は、ＵＶ相間の残留磁束φＺｕｖである。

位相検出部６０５は、図８に示すように、ＵＶ相間の磁束による位相範囲Ｔｍｕｖで、ＷＵ相間の残留磁束φＺｗｕとＷＵ相間の定常磁束φＴｗｕが一致する位相を投入目標位相Ｔｃとして検出する。図９に示すＷＵ相間の差分の磁束φｄｗｕであれば、零点を検出することで、投入目標位相Ｔｃを検出することができる。

図１０に示すように、投入目標位相Ｔｃとなる１６０度から１７０度近傍で遮断器２を投入した場合、各相の励磁突入電流Ｉｉｕ,Ｉｉｖ,Ｉｉｗは、他の位相で投入した場合と比較して小さいことが分かる。

本実施形態によれば、以下の作用効果を得ることができる。

図１１は、本実施形態に係る励磁突入電流抑制装置６の適用された電力系統の一例を模式化した模式図である。

変圧器３αは、本実施形態で想定される変圧器の一例である。変圧器３αは、１次巻線３０１αと、２次巻線３０２αとを備えている。１次巻線３０１αは、中性点が非接地のＹ結線である。２次巻線３０２αは、Δ結線である。

図１２〜図１５は、図１１に示す電力系統において変圧器３αを遮断器２で遮断したときの変圧器３αの電圧及び磁束を示した波形図である。図１２は、１次巻線３０１αの各相の対地電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗを示している。図１３は、図１２に示す各相の対地電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗを積分して算出した磁束φｕ,φｖ,φｗを示している。図１４は、２次巻線３０２αの各線間電圧Ｖｕｖ,Ｖｖｗ,Ｖｗｕを示している。図１５は、図１４に示す各線間電圧Ｖｕｖ,Ｖｖｗ,Ｖｗｕを積分して算出した磁束φｕｖ,φｖｗ,φｗｕを示している。

図１２に示すように、遮断器２が電流を遮断した後、変圧器３αの１次側中性点には、直流電圧Ｖｄが現れている。このときに、変圧器３αの対地電圧（端子電圧）Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗを積分して残留磁束φｕ,φｖ,φｗを求めようとすると、直流電圧Ｖｄも積分することになる。このように積分された残留磁束φｕ,φｖ,φｗは、図１３に示すように、時間とともに増加し、最終的に発散する。従って、対地電圧Ｖｕ,Ｖｖ,Ｖｗを積分すると、残留磁束φｕ,φｖ,φｗが正確に算出できない。

一方、図１４に示すように、Δ結線された２次巻線３０２αの線間電圧Ｖｕｖ,Ｖｖｗ,Ｖｗｕでは、直流電圧Ｖｄの影響はない。これは、例えばＵＶ相間の線間電圧は、Ｖ相対地電圧ＶｖからＵ相対地電圧Ｖｕを引いたものだからである。従って、Δ結線された２次巻線３０２αの全体に直流電圧Ｖｄが現れていても、２つの対地電圧の差分を算出した線間電圧Ｖｕｖ,Ｖｖｗ,Ｖｗｕでは、互いに重畳されている直流電圧Ｖｄが減算されることにより零になる。

従って、図１５に示すように、線間電圧Ｖｕｖ,Ｖｖｗ,Ｖｗｕを積分して、残留磁束φｕｖ,φｖｗ,φｗｕを求めれば、残留磁束φｕｖ,φｖｗ,φｗｕが発散せずに正確に求めることができる。

このように、励磁突入電流抑制装置６では、線間電圧Ｖｕｖ,Ｖｖｗ,Ｖｗｕを積分して、定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕ及び残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕとの関係を求めているため、変圧器３が遮断された後の中性点電圧Ｖｄの影響を受けずに投入目標位相Ｔｃを決定することができる。

また、図１１に示す変圧器３αでは、変圧器中性点のインピーダンスがない状態を示しているが、非有効接地系で、変圧器中性点にインピーダンスが接続される場合がある。この場合に、変圧器中性点に接続されるインピーダンスは、大きな値の抵抗であることが多い。このように、大きな値の抵抗が変圧器中性点に接続される場合でも、変圧器中性点に直流電圧が現れる。このような変圧器であっても、励磁突入電流抑制装置６であれば、中性点電圧の影響を受けずに投入目標位相Ｔｃを決定することができる。

従って、励磁突入電流抑制装置６により、遮断器２を投入することで、変圧器３に直流電圧が残留する場合でも、励磁突入電流を抑制することができる。

（第２の実施形態）
図１６は、本発明の第２の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置６Ａの適用された電力系統システムの構成を示す構成図である。

励磁突入電流抑制装置６Ａは、図１に示す第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置６において、位相検出部６０５の代わりに、位相検出部６０５Ａを設け、開極位相制御部６０７及び開極指令出力部６０８を追加した構成である。その他の構成は、第１の実施形態に係る励磁突入電流抑制装置６と同様である。

開極位相制御部６０７には、遮断器２を開極する開極位相が予め設定されている。設定する開極位相は、励磁突入電流抑制装置６Ａの運用前に、遮断器２を複数回開極させて、電源電圧計測部６０１により計測された電源母線１の電圧及び残留磁束算出部６０４により演算された変圧器３の残留磁束の特性などに基づいて決定される。例えば、開極位相は、ある線間の残留磁束が最も大きくなるようにした位相（又は最も小さくなるようにした位相）である。

開極位相制御部６０７には、電源電圧計測部６０１により計測された電源母線１の各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが入力される。開極位相制御部６０７は、各相電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが予め設定された開極位相と一致したときに、遮断器２を開極するように（遮断器２の電流を遮断するように）開極位相（遮断位相）を制御する。開極位相制御部６０７は、制御した開極位相を開極指令出力部６０８に出力する。

開極指令出力部６０８は、開極位相制御部６０７から受信した開極位相に基づいて、遮断器２の主接点を駆動する操作機構に対して開極指令を出力する。これにより、遮断器２は、開極位相制御部６０７に予め設定された開極位相で開放される。

位相検出部６０５Ａには、残留磁束算出部６０４により演算された残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕ及び定常磁束算出部６０２により演算された定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕが入力される。位相検出部６０５Ａは、残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕ及び定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕに基づいて、第１の実施形態と同様に投入目標位相Ｔｃを検出する。位相検出部６０５Ａは、検出した投入目標位相Ｔｃを投入指令出力部６０６に出力する。

ここで、開極位相制御部６０７は、常に予め設定された開極位相で遮断器２を開極するように位相制御をしている。従って、励磁突入電流抑制装置６Ａの適用された電力系統システムの回路条件（電源母線１から変圧器３までの回路条件）に変更がなく、かつ開極位相制御部６０７に設定されている開極位相に変更がなければ、位相検出部６０５Ａが検出する投入目標位相Ｔｃは常に同じでよい。

よって、位相検出部６０５Ａは、投入目標位相Ｔｃを変更する必要が無いことを判断することで、投入目標位相Ｔｃを検出する演算処理を簡略化することができる。例えば、電力系統システムの回路条件及び開極位相制御部６０７に設定されている開極位相に変更が無ければ、残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕは常に同じである。この場合、位相検出部６０５Ａは、残留磁束算出部６０４から残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕが入力されなくても、定常磁束算出部６０２から入力される定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕのみに基づいて、投入目標位相Ｔｃを検出してもよい。

また、開極位相制御部６０７に設定した開極位相を、ある線間の残留磁束が最も大きく（又は最も小さく）なるように決定した場合、位相検出部６０５Ａは、その線間の残留磁束が最大（又は最小）の残留磁束であるとして、投入目標位相Ｔｃを検出することができる。このような場合、開極位相制御部６０７には、開極位相をある程度の位相の幅がある位相範囲として設定する。開極指令出力部６０８は、この開極位相の位相範囲内であれば、どの時点の位相で遮断器２を開極してもよい。

本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の作用効果に加え、以下の作用効果を得ることができる。

電力系統に遮断器２及び変圧器３などを一旦設置した後は、この電力系統の回路条件は、常に同じである。このため、励磁突入電流抑制装置６Ａは、遮断器２の開極位相を常に同じなるように制御することで、変圧器３の残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕの値を常に同じにすることができる。これにより、励磁突入電流抑制装置６Ａは、遮断器２を投入して変圧器３を励磁させるときも、励磁突入電流の抑制をするための投入位相を常に同じ位相にすることができる。

従って、変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗが常時接続されていない場合でも、励磁突入電流抑制装置６Ａは、遮断器２が開極した後の変圧器３の残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕを把握することができる。例えば、変圧器３次電圧検出器５Ｕ，５Ｖ，５Ｗは、開極位相制御部６０７に設定する開極位相を決定するための計測時のみ接続し、励磁突入電流抑制装置６Ａの運用時には取り外すこともできる。

開極位相制御部６０７に、開極位相として位相範囲を設定することで、遮断器２を開極する位相に自由度を持たせることができる。これにより、磁突入電流抑制装置６Ａは、開極位相の高精度な制御をしなくてもよい。また、位相検出部６０５Ａは、設定した開極位相の意図（ある線間の残留磁束の絶対値を最大にすること等）に従って、投入目標位相Ｔｃを検出するための演算処理を軽減することができる。

なお、各実施形態において、励磁突入電流抑制装置６,６Ａでの位相制御における各種パラメータは、より精度を高めるため等により補正をしてもよい。例えば、遮断器２の投入では、主接点間に発生するプレアークと呼ばれる先行放電や、操作機構の動作ばらつきなどに起因する投入時間のばらつきが存在する。このプレアークによる投入ばらつきや、遮断器投入時のばらつきは、予めその特性を取得しておくことにより、位相制御を行う際にこの特性による補正をすることができる。このような補正をすることで、これらのばらつきがあっても、励磁突入電流をより確実に抑制することができる。

また、各実施形態において、電源電圧検出器４Ｕ，４Ｖ，４Ｗにより、電源母線１の各相電圧を計測したが、電源母線１の各線間電圧を計測してもよい。これにより、相電圧を線間電圧に変換する演算処理を省略することができる。また、定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕは、実際に演算（積分）しなくてもよい。例えば、磁束（電圧を積分した値）が電圧よりも９０度遅れることを考慮することで、実質的な演算とみなすことができる。

さらに、各実施形態において、定常磁束φＴｕｖ，φＴｖｗ，φＴｗｕ及び残留磁束φＺｕｖ，φＺｖｗ，φＺｗｕを演算する場合に、相電圧から線間電圧のように、電圧を変換してから磁束を求めたが、磁束を求めた後に、磁束を変換してもよい。例えば、各相電圧から各線間の磁束を求める場合、先に各相の磁束を求めた後に、各線間の磁束を求めてもよい。

その他の演算においても、結果が同じになるのであれば、演算の順序や演算をさせる場所（励磁突入電流抑制装置６,６Ａの内部や外部を問わず、コンピュータや各種検出器等）は、適宜変更してもよい。

また、各実施形態において、遮断器２は、三相一括操作型の遮断器としたが、相毎に操作する各相操作型の遮断器でもよい。各相操作型遮断器であれば、各相の遮断器を同時に投入することで、三相一括操作型遮断器と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、各実施形態において、投入目標位相Ｔｃは、最大と判断された残留磁束の線間で定常磁束と残留磁束が同極性となる位相範囲内で検出することとしたが、これに限らない。例えば、図２〜図１０では、投入目標位相Ｔｃは、全て２番目に大きい残留磁束の線間で定常磁束と残留磁束が同極性となる位相範囲内にある。従って、励磁突入電流Ｉｉｕ,Ｉｉｖ,Ｉｉｗを抑制できるのであれば、最小の残留磁束の線間で定常磁束と残留磁束が一致する位相の中からどのように投入目標位相Ｔｃを決定してもよい。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…電源母線、２…遮断器、３…変圧器、４Ｕ，４Ｖ，４Ｗ…電源電圧検出器、５Ｕ，５Ｖ，５Ｗ…変圧器３次電圧検出器、６…励磁突入電流抑制装置、３０１…１次巻線、３０２…２次巻線、３０３…３次巻線、６０１…電源電圧計測部、６０２…定常磁束算出部、６０３…変圧器電圧計測部、６０４…残留磁束算出部、６０５…位相検出部、６０６…投入指令出力部、Ｚｎ１,Ｚｎ２…中性点インピーダンス。

Claims (7)

1. Ｙ結線された第１の巻線及びΔ結線された第２の巻線を備える変圧器と三相交流の電源との接続を開閉する遮断器を励磁突入電流を抑制するように制御する励磁突入電流抑制装置であって、
   前記遮断器の前記電源側の三相交流電圧を計測する電源側電圧計測手段と、
   前記電源側電圧計測手段により計測された前記三相交流電圧に基づいて、前記変圧器の前記第２の巻線の三線間の定常磁束を演算する定常磁束演算手段と、
   前記変圧器の前記第２の巻線の各端子電圧を計測する変圧器電圧計測手段と、
   前記変圧器電圧計測手段により計測された前記各端子電圧に基づいて、三線間の残留磁束を演算する残留磁束演算手段と、
   前記残留磁束演算手段により演算された前記三線間の残留磁束のうち絶対値が最小の残留磁束を判断する最小残留磁束判断手段と、
   前記最小残留磁束判断手段により判断された前記最小の残留磁束の線間において、前記定常磁束演算手段により演算された前記定常磁束と前記残留磁束演算手段により演算された前記残留磁束が一致する位相のうち前記励磁突入電流を抑制する位相を投入位相として判断する投入位相判断手段と、
   前記投入位相判断手段により判断された前記投入位相で前記遮断器を三相同時に投入する投入手段と
   を備えたことを特徴とする励磁突入電流抑制装置。
2. 前記投入位相判断手段は、前記定常磁束演算手段により演算された前記定常磁束と前記残留磁束演算手段により演算された前記残留磁束との差分の磁束が零点となる位相のうち前記励磁突入電流を抑制する位相を前記投入位相として判断すること
   を特徴とする請求項１に記載の励磁突入電流抑制装置。
3. 前記最小残留磁束判断手段により判断された前記最小の残留磁束の線間以外の線間において、前記定常磁束演算手段により演算された前記定常磁束と前記残留磁束演算手段により演算された前記残留磁束との極性が一致する位相範囲を判断する位相範囲判断手段とを備え、
   前記投入位相判断手段は、前記位相範囲判断手段により判断された前記位相範囲内にある位相を前記励磁突入電流を抑制する位相と判断すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２に記載の励磁突入電流抑制装置。
4. 予め決められた位相範囲で前記遮断器を開放する開放手段
   を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の励磁突入電流抑制装置。
5. 前記開放手段は、前記変圧器の前記第２の巻線の各線間において予め決められた線間の残留磁束の絶対値が最大となるように前記位相範囲が決定されること
   を特徴とする請求項４に記載の励磁突入電流抑制装置。
6. 前記開放手段は、前記変圧器の前記第２の巻線の各線間において予め決められた線間の残留磁束の絶対値が最小となるように前記位相範囲が決定されること
   を特徴とする請求項４に記載の励磁突入電流抑制装置。
7. Ｙ結線された第１の巻線及びΔ結線された第２の巻線を備える変圧器と三相交流の電源との接続を開閉する遮断器を励磁突入電流を抑制するように制御する励磁突入電流抑制方法であって、
   前記遮断器の前記電源側の三相交流電圧を計測し、
   計測した前記三相交流電圧に基づいて、前記変圧器の前記第２の巻線の三線間の定常磁束を演算し、
   前記変圧器の前記第２の巻線の各端子電圧を計測し、
   計測した前記各端子電圧に基づいて、三線間の残留磁束を演算し、
   演算した前記三線間の残留磁束のうち絶対値が最小の残留磁束を判断し、
   判断した前記最小の残留磁束の線間において、演算した前記定常磁束と演算した前記残留磁束が一致する位相のうち前記励磁突入電流を抑制する位相を投入位相として判断し、
   判断した前記投入位相で前記遮断器を三相同時に投入すること
   を含むことを特徴とする励磁突入電流抑制方法。

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