JP2015032719A

JP2015032719A - 変換用変圧器の励磁電流検出装置

Info

Publication number: JP2015032719A
Application number: JP2013161932A
Authority: JP
Inventors: 藤田　裕幸; Hiroyuki Fujita; 裕幸藤田; 拡石井; Hiromu Ishii
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2013-08-05
Publication date: 2015-02-16

Abstract

【課題】変換用変圧器の励磁電流を精度良く正確に検出し偏磁抑制が可能なこと。【解決手段】本発明の変換用変圧器の励磁電流検出装置は、上記課題を解決するために、交流電力系統と電力変換器が変換用変換器を介して接続され、前記変換用変圧器と接続される直列変圧器及び前記変換用変圧器の励磁電流を検出する電流検出器を備え、前記直列変圧器は、前記変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線のそれぞれに直列に接続された巻線と、該巻線に接続されると共に、前記電流検出器に接続された検出用巻線とを有し、前記変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線の巻数比と、この変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線のそれぞれに直列に接続された前記直列変圧器のそれぞれの巻線の巻数比とを等しく構成したことを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は変換用変圧器の励磁電流検出装置に係り、特に、変換用変圧器の偏磁量を検出するものに好適な変換用変圧器の励磁電流検出装置に関するものである。

一般に、変換器の発生電圧に直流分がわずか含まれることは、現状技術では避けられないので、変換用変圧器は、この直流分の電圧により直流偏磁を受ける。この偏磁量が大きい場合には、変換用変圧器の鉄心が磁気飽和状態に近くなり、主磁束の鉄心外部への漏れが発生し、周辺の金属構造物を過熱させたり、鉄心の振動が過大となって変換用変圧器が損傷に至る場合がある。

これを防止するため、変換用変圧器の偏磁量を測定する必要がある。変換用変圧器の偏磁量を測定するためには、鉄心の励磁アンペアターンを検出することがもっとも有効な方法であるが、励磁電流は運転時の負荷電流に比べ非常に小さい（数百ＭＷ規模のシステムでは、励磁電流は負荷電流の０．１％以下）ので、高精度の変流器を用いても検出困難であった。

従来の変換用変圧器の偏磁量を測定する技術としては、例えば、特許文献１に記載された技術が知られている。この特許文献１に記載されている変換用変圧器の偏磁量を測定する技術は、特許文献１の図５に示す如く、変換用変圧器の一次側及び二次側に、それぞれの巻線の電流を計測するための変流器を設置し、その変流器によって検出された電流の第二調波成分から変圧器鉄心の偏磁状況を判定して、偏磁抑制をしようとするものである。

即ち、従来の技術は、図２に示す如く、交流電力系統３と電力変換器２の間に設置され、両者を接続する変換用変圧器２の一次側及び二次側の一次巻線１１及び二次巻線１２の電流を計測するための変流器６及び７を備え、変流器６及び７で計測した一次巻線１１及び二次巻線１２の電流の差を差電流検出器５で検出して行っていた。

特開平１−１２６７０４号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、変流器で検出される電流を使用しているので、検出すべき第二次調波成分の大きさが全電流の大きさに比べ非常に小さく、偏磁検出・抑制制御の判定が不正確になるという問題があった。また、変換器用変圧器の鉄心の偏磁によって発生する第二次調波成分と、電力交流系統及び電力変換器から発生する第二次調波成分を区別することができないので、誤った判定となる危険が避けられないものであった。

具体的には、従来の技術では、変流器による検出値には誤差が含まれ、誤差を０．２％以下にすることは困難である。即ち、変流器の二次側の電流の差として励磁アンペアターンを検出しようとしても、検出値には０．２％の誤差が生ずる。一方、変換用変圧器の励磁アンペアターンは、前述したように、定格電流の０．１％程度であるから正確な励磁アンペアターンの計測は、ほぼ不可能であった。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、変換用変圧器の励磁電流を精度良く正確に検出し偏磁抑制が可能な変換用変圧器の励磁電流検出装置を提供することにある。

本発明の変換用変圧器の励磁電流検出装置は、上記目的を達成するために、交流電力系統と電力変換器が変換用変換器を介して接続され、前記変換用変圧器と接続される直列変圧器及び前記変換用変圧器の励磁電流を検出する電流検出器を備え、前記直列変圧器は、前記変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線のそれぞれに直列に接続された巻線と、該巻線に接続されると共に、前記電流検出器に接続された検出用巻線とを有し、前記変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線の巻数比と、この変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線のそれぞれに直列に接続された前記直列変圧器のそれぞれの巻線の巻数比とを等しく構成したことを特徴とする。

本発明によれば、変換用変圧器の励磁電流を精度良く正確に検出し偏磁抑制が可能な変換用変圧器の励磁電流検出装置を得ることができる。

本発明の変換用変圧器の励磁電流検出装置を実施例１を示す図である。従来の変換用変圧器の励磁電流検出装置を示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の変換用変圧器の励磁電流検出装置を説明する。

図１に、本発明の変換用変圧器の励磁電流検出装置の実施例１を示す。

該図に示す如く、本実施例の変換用変圧器の励磁電流検出装置は、交流電力系統３と電力変換器２が変換用変換器１を介して接続され、変換用変圧器１と接続される個別の鉄心を有する直列変圧器４及び変換用変圧器１の励磁電流を検出する差電流検出器５を備えており、しかも、直列変圧器４は、変換用変圧器１の一次巻線１１及び二次巻線１２のそれぞれに直列に接続された２つの一次巻線４１及び二次４２と、この直列変圧器４の一次巻線４１及び二次巻線４２に直列に接続されると共に、差電流検出器５に接続された検出用巻線４３とを有し、そして、変換用変圧器１の一次巻線１１及び二次巻線１２の巻数比と、この変換用変圧器１の一次巻線１１及び二次巻線１２のそれぞれに直列に接続された直列変圧器４の一次巻線４１及び二次巻線４２の巻数比とを等しく（変換用変圧器１の一次巻線１１の巻回数対二次巻線１２の巻回数の比を、直列変圧器４の一次巻線４１の巻回数対二次巻線４２の巻回数の比と等しく）構成したことを特徴とし、検出用巻線４３により、変換用変圧器１の鉄心励磁アンペアターンを、非常に小さな誤差で検出することが可能となるものである。

以下、これについて説明する。

変換用変圧器１の鉄心励磁アンペアターンは、負荷電流によるアンペアターンのベクトル的な和であり、図１では、励磁アンペアターン＝Ｉ_１・Ｎ_１＋Ｉ_２・Ｎ_２である。このアンペアターンを検出するために直列変圧器４が接続されている。なお、Ｉ_１及びＩ_２は、変換用変圧器１の一次巻線１１及び二次巻線１２の電流、Ｎ_１及びＮ_２は、変換用変圧器１の一次巻線１１及び二次巻線１２の巻数である。

また、直列変圧器４には、変換用変圧器１の一次巻線１１に直列接続される一次巻線４１、変換用変圧器１の二次巻線１２に直列接続される二次巻線４２及び差電流検出器５に接続される検出用巻線４３が配置されている。

そして、検出用巻線４３に流れる電流が、直列変圧器４の一次アンペアターンと二次アンペアターンの差になるよう一次巻線４１及び二次巻線４２の極性を決定する。そうすると、直列変圧器４の検出用巻線４３に必要な容量は、変換用変圧器１の励磁容量に偏磁による励磁アンペアターンの増大分を考慮した容量が適正となるので、変換用変圧器１の励磁容量のたかだか３〜５倍である。５倍とすると直列変圧器４の定格容量は、変換用変圧器容量の１％となり、直列変圧器４の鉄心の励磁容量はさらにその約１／１００である。

変換用変圧器１の励磁アンペアターンをＩｅｘとすると、Ｉｅｘは、
Ｉｅｘ＝Ｎ_１Ｉ_１＋Ｎ_２Ｉ_２となる。

一方、直列変圧器４の検出巻線４３に誘起される電流は、直列変圧器の励磁アンペアターンをＩｅｓとすると、直列変圧器４の検出用巻線４３に誘起される電流Ｉ_４３は、
Ｉ_４３＝（Ｎ_１Ｉ_１/ｎ＋Ｎ_２Ｉ_２/−Ｉｅｓ）/Ｎｘ＝（Ｉｅｘ−Ｉｅｓ）/（ｎ・Ｎｘ）となる。

これで分かるように、直列変圧器４の検出用巻線４３に誘起される電流Ｉ_４３に現れる誤差Ｉｅｓは、変換用変圧器１の励磁アンペアターンの１／１００程度であり正確な計測が可能となる。なお、ｎは変換用変圧器１の一次巻線１１の巻回数と変換用変圧器１の二次巻線１２の巻回数の比、Ｎｘは直列変圧器４の検出用巻線４３の巻数である。

以上説明したように、本実施例の構成によれば、変換用変圧器の励磁アンペアターンを正確に検出することができるので、変換用変圧器の励磁電流を精度良く正確に検出し偏磁抑制が可能となる効果がある。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１…変換用変圧器、２…電力変換器、３…交流電力系統、４…直列変圧器、５…差電流検出器、６、７…変流器、１１…変換用変圧器の一次巻線、１２…変換用変圧器の二次巻線、４１…直列変圧器の一次巻線、４２…直列変圧器の二次巻線、４３…検出用巻線。

Claims

交流電力系統と電力変換器が変換用変換器を介して接続され、前記変換用変圧器と接続される直列変圧器及び前記変換用変圧器の励磁電流を検出する電流検出器を備え、
前記直列変圧器は、前記変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線のそれぞれに直列に接続された巻線と、該巻線に接続されると共に、前記電流検出器に接続された検出用巻線とを有し、前記変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線の巻数比と、この変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線のそれぞれに直列に接続された前記直列変圧器のそれぞれの巻線の巻数比とを等しく構成したことを特徴とする変換用変圧器の励磁電流検出装置。
請求項１に記載の変換用変圧器の励磁電流検出装置において、
前記検出用巻線には、前記変換用変圧器の鉄心励磁アンペアターンに比例する電流が誘起され、この検出用巻線に誘起される電流を前記電流検出器で検出することを特徴とする変換用変圧器の励磁電流検出装置。
請求項２に記載の変換用変圧器の励磁電流検出装置において、
前記検出用巻線に流れる電流が、前記直列変圧器の一次アンペアターンと二次アンペアターンの差になるように前記変換用変圧器の一次巻線及び二次巻線の極性を決定することを特徴とする変換用変圧器の励磁電流検出装置。