JP2015516793A - タップ切換器の監視方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、周知の「タイムスロット手法」に基づくタップ切換器を監視する方法に関し、同期のために、負荷切換器の電流Ｉを連続的に検出して、その実効値Ｉｅｆｆを演算し、更に、それを微分する。それに対応する微分値の最大値又は最小値が生じる時間ｔ２が負荷ジャンプ切換時点ｔＬＵとして看做されて、同期パルスを発生させる。

Description

本発明は、タップ変成器のタップ間を無中断で切り換える役割を果たすタップ切換器を監視する方法に関する。

昔からタップ変成器の異なる巻線タップ間を無中断で切り換えるために、多くの数のタップ切換器が世界中で使用されてきた。そのようなタップ切換器は、本発明の観点において、タップ変成器の切り換え先の各巻線タップを無電力状態で選択するセレクタと、それまで切り換えられていた巻線タップから新しい予め選択された巻線タップへの本来の切換を行なう負荷切換器とから構成される。そのような負荷ジャンプ切換とも呼ばれる飛躍的な切換は、通常アキュムレータの力を借りて行なわれ、その作動により、切換シャフトを速く回転させている。更に、負荷切換器は、通常切換接点と抵抗接点を備えている。その場合、切換接点は、各巻線タップを負荷導体と直接接続する役割を果たし、抵抗接点は、短時間で切り換える、即ち、一つ以上の遷移抵抗を用いてブリッジングする役割を果たしている。

そのような方法は、本発明の請求項１の上位概念を構成する特許文献１により周知である。その周知の方法では、タップ切換器を操作している間、駆動モータの回転トルクを検出すると同時に、それぞれタップ切換器のその時点の位置の検出を行なっている。それに続いて、回転トルクの変化の時間に関して検出した値の保存を行ない、回転トルクの変化を典型的な時間範囲に分解し、その時間範囲内で、それぞれ別個に目標値と実際値の比較を行なっている。

即ち、この周知の方法では、当該の回転トルクの時間に関する対応付けを行ない、更に、その時間を負荷切換時に進んだ回転角と対応付けている。

それに続いて、所定の定義された時点に負荷切換時の特徴的な状態に到達した場合に発生させる同期パルスを用いた同期化を行なっている。この同期化によって、回転トルクの変化が正規化され、次に、監視タイムスロットが切換シーケンスの所定の開閉器に特徴的な部分に対応する典型的な時間範囲に区分されている。それに続いて、個々の監視タイムスロットの回転トルク値と予め保存された特徴的な目標値の比較が行なわれる。そのような回転トルクの変化を個々のタイムスロットに分割することは、既に前記の特許文献１の対象である。ここで述べた周知の方法では、前述した同期化、そのため同期パルスの発生のために、有利には、アキュムレータの作動時点が用いられ、そのアキュムレータ自体は、更に、負荷切換器の飛躍的な動きを始動している。そのようなアキュムレータの作動も、その後の負荷ジャンプ切換も、負荷切換器の操作毎に、典型的には速く進行する、そのため、容易に検出可能な短い時点に対応付けられる結果である。

即ち、この周知の方法では、「タイムスロット手法」を用いたタップ切換器の監視のために、アキュムレータの作動時点を、そのため、負荷ジャンプ切換を出来る限り正確に検出して、そのことから前述した同期化を導き出させるようにすることが必要である。通常タップ切換器又はそれに対応するモータ駆動部における周知の切換監視が、そのような役割を果たしている。しかし、そのような切換監視が停止した場合、同期化が最早不可能となる。更に、元来切換監視を備えていない多数のタップ切換器が存在する。

しかし、同期化を実行できない結果、温度変動により生じる、モータ駆動部とタップ切換器の間のトランスミッショントレーンの回転方向に応じた異なる解放トルクとそれ以外の外部からの影響が、各時点又はそれに対応するタイムスロットに関する回転トルクの間違った計算を引き起こし、そのために、間違った、或いは正しくない警報の発生、それどころかタップ切換器が実際には故障していないにも関わらずモータ駆動部の停止を引き起こす可能性が有る。

更に、特許文献２により、限定された評価タイムスロット内での回転トルクの微分により負荷ジャンプ切換を検出する方法が知られている。その場合、切換時に検出した回転トルクの変化を微分した後、この微分した回転トルクの変化の最小値を算出し、そのようにして算出した最小値の時点を負荷ジャンプ切換時点として見做し、それにより同期パルスを発生している。

しかし、そのような改善された方法は、様々な欠点を有する。幾つかのタップ切換器では、負荷ジャンプ切換からモータ駆動部の停止までの（短か過ぎる）時間タイムスロットは十分でなく、そのため、負荷ジャンプ切換の位置を確実に検出することができない。更に、モータ駆動部の高調波を多く含む供給電圧は回転トルクの変化を乱し、それによって、回転トルクの変化の微分の誤った解釈、そのため、負荷ジャンプ切換を検出した位置の偏差を排除できなくなる。その結果、信頼できる同期化を妨げる大きな乱れが発生する。

ドイツ特許第１９７４４４６５号明細書 ドイツ特許第１０２０１００３３１９５号明細書 ドイツ特許第１９７４６５７４号明細書

本発明の課題は、アキュムレータの作動時点、そのため、負荷ジャンプ切換を簡単かつ確実に検出でき、それにより信頼できる同期化を可能とする、負荷切換器を監視するための改善された方法を提供することである。

本課題は、請求項１の特徴を有するタップ切換器を監視する方法によって解決される。従属請求項は、本発明の特に有利な改善構成に関する。

本発明の普遍的な考えは、同期パルスを生成するために、負荷切換中に負荷電流、即ち、タップ切換器の電流の変化を利用することである。負荷切換中に、変成器の二つの隣り合う巻線タップとの短時間の電気的な接触とその後の新しい巻線タップ、即ち、次のタップへの切換の実行に応じて、タップ切換器の電流が変化する。本発明では、浮動実効値演算とそれに続く実効値の微分によって、この電流の変化を確認する。次に、この電流の微分した実効値の最大値を算出し、それが、即ち、最大の絶対値が生じた時点を負荷ジャンプ切換時点、即ち、アキュムレータの作動時点に対応付けて、同期パルスのための同期時点として使用し、それによって、タップ切換器の切換中に、予め定義された特徴的な事象、即ち、負荷ジャンプ切換に対する本監視方法の正規化を実現する。そのため、本発明では、次に、負荷ジャンプ切換を同期時点として定義したことによって、特許文献３に詳述されている、所謂タイムスロット手法に基づき作動時点を知って、個々のタイムスロットの位置を決定し、それにより、負荷切換毎に所定のシーケンスで順番に操作されるプレセレクタ、転極スイッチ、ファインセレクタ、負荷切換器などのタップ切換器の個々の構造グループの機能を推測することができる。

場合によっては、ネットワーク雑音を補正して、誤った同期を防止するために、更に、微分した実効値の算出した最大値の前後の電流を観察するのが特に有利である。負荷切換前後に検出した電流が異なっていなければ、負荷切換が起こっておらず、それは、むしろネットワーク雑音である。この場合、検出された値は、捨てられて、同期のためには使用されない。

更に、タップ切換器の正しい動作状態時に負荷ジャンプ切換が起こると期待される、狭い評価タイムスロット内だけで電流を監視して、その実効値を微分することによって、誤った検出を防止するのが有利な場合が有る。

本発明では、変成器を始動した場合の電流の連続した記録に基づき、切換時に変化した電流から直接負荷切換を検出することができ、それにより、機械的な影響に依存しないようにするのが特に有利である。更に、タップ切換器を手動で操作する場合、即ち、電気的に動かされるモータ駆動部が無くてハンドルで操作する場合でも、本発明による方法を使用できるのが有利である。それは、従来技術では不可能であった。

以下において、本発明によるタップ切換器の監視方法の例を図面に基づき更に詳しく説明する。

本発明による方法の模式的なフロー図 タップ切換器の負荷切換時の典型的な電流の変化とそれに対応する本発明の方法に基づく微分後の変化のグラフ 図１に図示された本発明による方法の有利な改善構成のフロー図

以下におけるタップ切換器の監視方法の記述では、基本的に本発明による方法のアキュムレータの作動時点を検出する工程を詳しく説明する。本方法のそれ以外の工程は、確かに言及されているが、それらは、既に本出願人に帰属する特許文献１〜３で同様に詳しく説明されているので、ここでは当業者に周知であることを前提としている。

図１には、本発明による方法が模式的に図示されている。タップ切換器の操作、即ち、一つの巻線タップから隣の別の巻線タップへの切換の開始時に、先ずはタップ切換器の負荷切換器に発生する電流Ｉを検出する。そのために、従来技術では様々な手段が使用できる。

次の工程では、切換を完了する間に時間に関するタップ切換器の位置、即ち、相対的な位置の検出が周知の手法により行なわれる。そのことから、プレセレクタ、セレクタ、負荷切換器などの個々の構造グループがちょうどその時点で全体として実行すべきシーケンス内の如何なる位置に有るのかを導き出すことができる。この位置の検出は、特に有利には、連続的な検出が可能なレゾルバーを用いて行なわれる。更に、操作中に、タップ切換器に属する駆動モータの回転トルクが検出される。それは、例えば、タップ切換器に属する駆動モータの電流と電圧の実効値を検出して、それから、周知の手法で有効電力を算出し、それから、更に、それに対応する回転トルクを計算することによって、特に簡単に検出することができる。次に、負荷切換器の時間に関して検出した電流Ｉの値の保存が行なわれる。

更に、本発明では、次に、負荷切換器の電流Ｉの実効値Ｉ_ｅｆｆの演算が行なわれる。それは、連続的に行なわれる。

次に、負荷切換器の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆをそれぞれ微分して、その結果、ｄＩ_ｅｆｆ／ｄｔが得られる。更に、次に、微分した変化の最大値又は最小値を求め、それに対応して、それが生じた時点ｔ_２に対応付ける。その理由は、負荷ジャンプ切換が上昇する電流変化と関連するのか、或いは下降する電流変化と関連するのかに応じて、微分した変化に最大値又は最小値が生じるからである。言い換えると、本発明では、（符号無しの）絶対値の最大値を検出する。そのような最大値又は最小値が生じる時点ｔ_２が、負荷ジャンプ切換時点ｔ_ＬＵ、即ち、アキュムレータの作動時点として定義される。それにより、一義的な同期時点が検出される。同期が取られる。

それに続いて、（同期の成功後に）駆動モータの回転トルクの変化を典型的な時間範囲、即ち「タイムスロット」に分解することが周知の手法で行なわれる。この場合、各タイムスロットは、それぞれ進行する切換シーケンスの特徴的な部分に対応する。そのようなタイムスロットは、例えば、プレセレクタ、ファインセレクタ又は負荷切換器を操作する時間空間を含むことができる。この場合、各タイムスロットは、それぞれ二つの特徴的な時点によって境界を画定され、タイムスロットの開始と終了（ｔ_０−ｔ_１，ｔ_１．．．，ｔ_ｓｙｎ−ｔ_ｎ）が時間的に決定される。これらのタイムスロットの各々は、予め保存しておいた特徴的な目標値と比較される。この選択的な比較手法によって、回転トルクの実際値と目標値の偏差、そのため、誤差を検出できるだけでなく、それにより、生じた誤差をそれを引き起こした所定の構造グループに対応付け、それによって、負荷切換器毎に所定のシーケンスで順番に操作されるプレセレクタ、転極スイッチ、ファインセレクタ、負荷切換器などのタップ切換器の個々の構造グループの機能を推測することができる。

図２は、切換中の当該の変化を模式的な図面で図示している。先ずは負荷切換器の各電流Ｉと、更に、その上限値Ｉ_ｇとが図示されている。この電流Ｉに対して、先ずは実効値演算が行なわれ、それぞれ得られた実効値Ｉ_ｅｆｆが太字で図示されている。負荷切換器ＬＵが時点ｔ_１で操作された場合、本来の負荷切換が始まる。そして、所定の時間間隔後に、巻線タップ間の本来の電気的な切換が始まる。前述した通り、実効値の微分ｄＩ_ｅｆｆ／ｄｔが行なわれる。同様に、負荷切換中に短い時間で発生する最大値が太字で図示されている。

この場合の背景は、本来の負荷切換中に、タップ切換器の電流Ｉが、そのため、その実効値Ｉ_ｅｆｆも、二つの巻線タップ、即ち、それまでのタップと切換先の新しいタップにおける負荷切換器接点の短時間の電気的な接触に応じて、短い時間上昇することである。抵抗高速切換方式に基づく全てのタップ切換器では、それは周知の従来技術であり、当業者に良く知られている。前述した通り、機能に応じた、そのような短時間の速い電流上昇は、微分値ｄＩ_ｅｆｆ／ｄｔの最大値を生じさせる。図示されたｄＩ_ｅｆｆ／ｄｔの最大値が生じた時点が時点ｔ_２に対応付けられ、本発明では、その後の同期の基本位置となる負荷ジャンプ切換時点ｔ_ＬＵとして看做される。

本来の負荷切換の前の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆ１が負荷切換後の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆ２よりも高く、或いは低くなっていることが分かる。それが高くなるか、或いは低くなるかは、タップ切換器が如何なる方向に操作されたのか、即ち、電圧の上昇が行なわれたのか、或いは電圧の降下が行なわれたのかに依存する。

この効果は、図３に図示された、本発明による方法の改善構成のために有効に活用することができる。この場合、本発明による方法のフローの図１で符号ａとｂで表示された時点の間に、更に、図３に図示された部分フローが挿入される。この場合、時点ｔ_２の前の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆ１が、時点ｔ_２の後の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆ２と比較される。これら二つの実効値Ｉ_ｅｆｆ１とＩ_ｅｆｆ２が明らかに互いに異なる場合、正常な負荷切換の指標として看做され、検出された時点ｔ_２が負荷ジャンプ切換時点ｔ_ＬＵとして採用されて、同期のために使われる。そうでない場合、負荷切換が実行できなかったと想定される。それは、場合によっては、ネットワーク雑音と関連付けることができ、そのような場合には、その場合の根拠となった時点ｔ２が適切ではなく、負荷切換時点を導き出せないので、同期は行なわれない。

同様に、本発明の範囲内では、負荷切換器の機能が正常な場合に負荷ジャンプ切換が起こると期待される（タップ切換で特徴的な）評価タイムスロット内だけで電流Ｉの監視を行なうことが可能である。

従って、電流Ｉの連続的な検出とそれに続く本発明による実効値演算及び微分から、変成器の始動時における負荷切換時点を非常に正確に検出することができ、更に、それは機械的な影響に依存しない。

本発明による方法の更なる利点は、ハンドルによる操作時にも、即ち、電気的に動くモータ駆動部が無い場合にも適用できることである。

Claims (3)

1. タップ切換器を監視する方法であって、
   タップ切換器の操作中に、駆動モータの回転トルクが検出され、
   それと同時に、それぞれタップ切換器のその時点の位置の検出が行なわれ、
   その後、回転トルクの変化を時間に関して検出した値の保存が行なわれ、
   それに続き、同期パルスによる同期が行なわれ、
   この場合、回転トルクの変化が典型的な時間範囲に分解され、この時間範囲内で、それぞれ別個に目標値と実際値の比較が行なわれる、
   方法において、
   負荷切換器で発生する電流Ｉが連続的に検出されることと、
   それに続き、同じく負荷切換器の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆが連続的に算出されることと、
   それに続き、ｄＩ_ｅｆｆ／ｄｔが得られるように、負荷切換器の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆがそれぞれ微分されることと、
   それに続き、更に、この微分した変化ｄＩ_ｅｆｆ／ｄｔの絶対値の最大値が算出され、それに対応する、その最大値が生じた時点ｔ_２に対応付けられることと、
   この絶対値の最大値が生じた時点ｔ_２が負荷ジャンプ切換時点ｔ_ＬＵとして看做され、その時点が同期パルスのための同期時点として使用されることと、
   を特徴とする方法。
2. 当該の微分された変化ｄＩ_ｅｆｆ／ｄｔの最大値が算出され、それに対応する、その最大値が生じた時点ｔ_２に対応付けられた後、更に、時点ｔ_２の前の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆ１と時点ｔ_２の後の電流の実効値Ｉ_ｅｆｆ２の比較が行なわれることと、
   両方の実効値Ｉ_ｅｆｆ１とＩ_ｅｆｆ２が明らかに互いに異なる場合にのみ、時点ｔ_２が負荷ジャンプ切換時点ｔ_ＬＵとして看做されて、同期のために使用されることと、
   を特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 負荷ジャンプ切換が起こると期待されるタップ切換器に特徴的な評価タイムスロット内だけで、電流Ｉの検出が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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