JP2016538547A

JP2016538547A - 光学的電流センサを使用する電力変圧器

Info

Publication number: JP2016538547A
Application number: JP2016530961A
Authority: JP
Inventors: ジェームス・ブレイク; アラン・ベイカー; ジョゼフ・エイチ・シェファー; マイケル・パット
Original assignee: General Electric Technology GmbH
Current assignee: General Electric Technology GmbH
Priority date: 2013-11-12
Filing date: 2014-11-12
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2034-11-12
Also published as: WO2015073510A1; EP3069151B1; EP3069151A4; JP6475717B2; US20160291063A1; US10191090B2; EP3069151A1

Abstract

これらの例示的実施形態によるシステムおよび方法は、待機電力変圧器を監視するのに使用される光電流センサ、特に光ファイバの電流および電圧のセンサ、より詳細には、周波数追跡くし型フィルタなど、そのようなセンサに使用するための、フィルタを包含する応用例に関する方法およびシステムを提供するものである。一実施形態によれば、待機電力変圧器の接続状態を監視する方法は、高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサを使用して、待機電力変圧器の高電圧側を流れる電流を測定するステップと、くし型フィルタを使用して測定電流をフィルタリングするステップと、フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満かどうか決定するステップと、待機電力変圧器の高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するステップとを含む。

Description

関係出願
本出願は、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、2013年11月12日に出願された「Open-Phase Detection on Unloaded Power Transformers Using Optical CTs to detect the presence (or absence) of the Proper Magnetization Current」という名称の米国特許出願第61/902,942号に関し、その優先権を主張するものである。

本発明はファイバ光電流および電圧センサに関し、より詳細には、そのようなセンサに使用するための、フィルタを包含する応用例に関するものである。

発電産業によって配備される電力システムの重要な態様の1つは、高圧送電線によって搬送される電力を測定する能力である。電力は、一般的には配電のために電圧が逓降される前にシステムの高電圧側で測定されている。しかしながら、電力配分システムの全体にわたって、より頻繁かつより正確な電力測定(たとえば電圧および電流の測定)の必要性が増大している。そのような電力測定に関連したいくつかの最近の革新は、たとえば参照によって上記で組み込まれた米国特許出願公開第2011/0204875号においてより詳細に説明されているような光ファイバセンサの使用を含む。

そのような監視を必要とする多数の様々な電力システムがある。たとえば、原子力の応用例では、障害の場合において重要な機器を運転するために待機電力変圧器が使用されている。通常、これらの待機電力変圧器は無負荷にされる(unloaded)が、高圧側は接続されている。これらの待機電力変圧器の高圧側を接続しておくことにより、必要なとき待機電力変圧器を急速に作動させることができる。しかしながら、これらの発電機が高圧側において完全には接続されておらず(すなわち開放相の状態であった)、予備電力が必要とされるまで知られなかった事故が数件あった。この問題を受けて、米国の原子力規制委員会は、すべてのそのような予備発電機が開放相の状態を検知するように組み込まれた監視機器を有すること、という要件を実施している。

無負荷にされた場合、そのような待機電力変圧器の高圧側に流れ込む電流は、たとえば50〜800mAなど、一般的には約1アンペア未満の、実質的に電力変圧器のコアの磁化電流に帰すことができる電流である。あるいは、たとえば監視している負荷の存在のために待機電力変圧器がわずかに負荷されると、待機電力変圧器の高圧側に流れ込む電流は、もう少し大きく、たとえば約1アンペアであろう。それとは関係なく、望ましくない開放相の状態にあれば、待機電力変圧器の高圧側に流れ込む電流は、(いくらかの非常に小さい容量性電流が依然としてあり得るが)ほぼゼロまで減少するはずである。

したがって、待機電力変圧器が適切に接続されているかどうか識別するために、高圧側の電流がたとえば25〜500mAといった何らかの所定の閾値未満に減少したと決定するように、監視システムを使用することができる。そのような小電流を確実に測定するために、電流センサには、低レベルの閾値の数分の一の電流の分解能、すなわち一般的には約10mAの分解能が要求される。この値は、検討中の特定の変圧器によって変化する可能性がある。10mAもの低電流レベルを検知することができる光電流センサを設計する1つの方法には、ファイバの多数の感知巻数と、この感知ファイバループのまわりの複数のワイヤラップとの組合せを用いるものがある。たとえば、Alstom社は、10ラップの1次導体とともに60ラップの感知ファイバを使用して600の電流の増倍係数をもたらす製品を配備している。

しかしながら、いくつかの応用例では、光ファイバ電流センサのまわりに1次導体の複数のラップを使用することは実際的ではない。また、光ファイバ電流センサのまわりの1次導体の多数のラップによってもたらされる乗法の効果がないとき必要となる、単一の光電流センサに多数の感知ファイバ巻数(たとえば600のファイバ巻数)を組み込むことはかなりコストがかかる。

そのような低レベルの電流を検知することができる光電流センサを提供するための別の手法には、光電流センサの出力を、たとえば「Adaptive Filters for Fiber Optic Sensors」という名称の、本明細書では米国特許出願公開第2011/0204875号とも称され、その開示が参照により本明細書に組み込まれる米国特許出願第12/598,651号において説明されているくし型フィルタに通すものが包含される。米国特許出願公開第2011/0204875号では、くし型フィルタは、それ自体がフィルタリングされている電流の波形を誘発する(is triggered off)。未処理の電流が、測定される最大の周波数成分(通常は基本周波数)の近くで狭帯域通過フィルタを通る。このフィルタの出力における波形のゼロ交差が、信号の周波数を追跡し、したがってコム信号処理において必要なリセット機能をもたらすのに用いられる。

したがって、米国特許出願公開第2011/0204875号において説明されたシステムは、信号対雑音比があまりにも小さくなったとき、周波数を正確に追跡する(したがって、くし型フィルタをリセットする時間を適切に選ぶ)能力が限られている。1次信号の何らかの低レベルにおいて、帯域通過フィルタを通り抜けるノイズが、結果として得られる信号のゼロ交差を実質的に邪魔し、ゼロ交差の位置を歪め、無関係のゼロ交差を付加することさえある。したがって、米国特許出願公開第2011/0204875号に説明されているシステムは、大きなノイズから小信号を回復する能力に限界がある。

米国特許出願公開第2011/0204875号

したがって、前述の問題に対処する光電流センサ、変圧器、システムおよび感知方法を提供することが望ましいであろう。

本発明によるシステムおよび方法は、待機電力変圧器の高圧側を流れる電流を測定して、変圧器が(適切に)接続されているかどうか決定するのに使用される、ファイバ光電流センサ(光変流器(OCT)称されることもある)に関するシステムおよび方法を提供することによって、この必要性などに対処するものである。

一実施形態によれば、待機電力変圧器の接続状態を監視する方法は、高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサを使用して、待機電力変圧器の高電圧側を流れる電流を測定するステップと、くし型フィルタを使用して測定電流をフィルタリングするステップと、フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満かどうか決定するステップと、フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満であると決定されたとき、待機電力変圧器の高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するステップとを含む。

別の実施形態によれば、待機電力変圧器の接続状態を監視するためのシステムは、待機電力変圧器と、待機電力変圧器の高電圧側を流れる電流を測定するように構成されて、高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサと、測定電流をフィルタリングするくし型フィルタと、フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満かどうか決定して、所定の閾値未満であると決定したときには、待機電力変圧器の高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するように構成されたプロセッサとを含む。

別の実施形態によれば、待機電力変圧器の接続状態を監視する方法は、高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサを使用して、待機電力変圧器の高電圧側を流れる電流を測定するステップと、2つの異なるフィルタリング技術を用いて測定電流をフィルタリングして、高度にフィルタリングされた測定電流値と、軽度にフィルタリングされた測定電流値とを生成するステップと、高度にフィルタリングされた測定電流値と、軽度にフィルタリングされた測定電流値の両方を評価して、少なくとも1つの条件が満たされているかどうか決定するステップと、少なくとも1つの条件が満たされたとき、待機電力変圧器の高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するステップとを含む。

添付図面は本発明の例示的実施形態を示すものである。

フィルタを含んでいる光電流センサを背景技術として示す図である。フィルタを背景技術として示す図である。フィルタリングシステムの一部分として使用され得るくし型フィルタを背景技術として示す図である。例示的実施形態による、待機電力変圧器用の監視システムを示す図である。図4の監視システムの内部で使用され得るくし型フィルタを示す図である。例示的実施形態による、待機電力変圧器を監視する方法を示す流れ図である。一実施形態による、監視回路において用いられる測定電流に対して2つの異なるフィルタ技術を適用するステップを示す図である。一実施形態による警報検知ロジックを示す図である。一実施形態による、待機電力変圧器を監視する方法の流れ図である。

本発明の以下の詳細な説明は添付図面を参照する。異なる図面における同一の参照番号は、同一の要素または類似の要素を識別する。また、以下の詳細な説明は本発明を限定するものではない。その代わりに、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。

本明細書を通じて、「一実施形態」または「ある実施形態」に対する参照は、実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通じて、様々な位置における慣用句「一実施形態では」または「ある実施形態では」の出現は、必ずしも同一の実施形態を指すわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、1つまたは複数の実施形態において任意の適切なやり方で組み合わされてよい。

この議論のためのいくつかの状況を提供するために、開示された例示的光ファイバ電流センサが図1として示され、以下で説明される。しかしながら、これらの例示的実施形態によるフィルタリングデバイスおよび技術は、この特定のセンサ構成において使用するように限定されるわけではなく、他の光ファイバの電流センサおよび電圧センサにおいて使用され得ることが理解されよう。

図1において、光源50(たとえばスーパー発光ダイオード(SLED))はランダム偏光状態を有する光を放射し、これがシングルモード(SM)光ファイバ51に結合される。光は、任意選択で、デポラライザ52によって、デポラライザ52からの光出力の偏光状態が、第1の直線偏光状態を有するほぼ2分の1の光と、第1の直線偏光状態に対して直交する第2の直線偏光状態を有する光の残余とを含有するように、偏光を解消される。

偏光を解消された光は、偏光ビームスプリッタ(PBS)54に進み、ポート55を通って入る。偏光ビームスプリッタ54は、偏光を解消された光を、2つの直交偏光成分へと分割するように動作する。一方の偏光成分(矢印Aによって示される)はPBS 54の内部の分割接合部から反射して戻され、(いくらかの光はポート55を通って反射して戻され得るが)デバイスの内部で実質的に分散され、他方の偏光成分(矢印Bによって示される)はPBSのポート57を通って伝送される。したがって、順伝搬方向(すなわち光源50から反射性の終端56まで)において、PBS 54は、単一の直線偏光状態を有する光がファラデー回転子58に搬送されるように、偏光器として動作する。

ファラデー回転子58に入射する直線偏光は、たとえば右円(RHC)偏光された成分および左円(LHC)偏光された成分といった、実質的に等しい2つの円偏光された成分と見ることができる。ファラデー回転子58は、ワイヤ59を流れる電流の量の検知器の感度を改善するために、RHC成分とLHC成分の間にバイアスを受動的に導入するように動作する。この例示的実施形態では、ファラデー回転子58は、RHC成分とLHC成分のうち一方に+22.5度の位相シフトを導入し、他方に-22.5度の位相シフトを導入する。次いで、バイアスされた光エネルギーは、円偏光を直線偏光に変換するためのモードコンバータとして動作する1/4波プレート(λ/4)60に出力される。

直線偏光は、次いで、偏光保持(PM)ファイバ61によって、直線偏光を変換して円偏光に戻すためのモードコンバータとして動作する別の1/4波プレート62へと搬送される。検知器64が、偏光成分の間の相対的位相シフトを検知するように動作し、そこから、導体59を流れる電流の大きさが求められるので、1/4波プレート60、PMファイバ61および1/4波プレート62は、光の偏光状態(より有意には偏光成分の間の相対的位相シフト)を維持するのを支援するためのメカニズムとして設けられている。これらの例示的実施形態による光ファイバ電流センサの特定の実装形態に依拠して、PMファイバ61は、1メートルまたは2メートルから数百メートルまでの長さを有してよく、この長さにわたって成分の偏光状態および位相シフトの情報を維持することが有益である。直線偏光は、光の成分の偏光状態の純度を劣化させる傾向がある磁気およびストレスの影響対して感受性が低いので、この例示的実施形態では、システムのこの部分にわたって光を搬送するのに直線偏光が使用されている。

円偏光は、1/4波プレート62から出力された後、電流が監視されているワイヤ59を取り囲む感知ファイバ66に入る。検知器64の感度は、偏光の円形の状態が感知ファイバ66の全体にわたって十分に保たれるとき最大になる。導体59を流れる電流は、感知ファイバ66を通る光のRHC偏光成分とLHC偏光成分の間に、Δφ=VNIによって累積的に2VNIになる追加の位相シフトを導入することになる。次いで、光は、たとえばミラーといった反射性の終端56に到達し、そこで反射され、感知ファイバ66を通って1/4波プレート62へ戻る。光のRHC成分とLHC成分の間には、感知ファイバ66を通る逆伝搬中に、2VNIの第2の位相シフトを得るはずであり、2つの経路で合計4VNIになる。RHC成分およびLHC成分の偏光の感知が、反射性の終端に入射するとき逆転し、しかも、逆経路では、光は導体59を反対方向に流れる電流によって生成された磁界を通るので、この第2の位相シフトは(第1の位相シフトをオフセットするのではなく)第1の位相シフトに累積する。

光は、PMファイバ61を通る帰路に向けて、1/4波プレート62によって変換されて直線偏光に戻され、1/4波プレート60によって再び円偏光に戻されることになる。光は、RHC成分とLHC成分の間に導入される累積的位相シフトが90度+4VNIになるように、ファラデー回転子58によって再び位相シフトされることになる。次いで、ファラデー回転子58から出力された光はPBS 54へと進む。ファラデー回転子58から出力された光のいくらかの部分(順方向経路および逆方向経路に沿って導入された累積的な位相シフトに依拠する量)は、その偏光により、ファラデー回転子58の経路軸から反射され、PBS 54のポート65を通って(図1の矢印Cによって示されるように)検知器64の方へ導かれる。光の残りの部分は、PBS 54のポート55を通って(図1の矢印Dによって示されるように)光源50の方へ戻され、必要に応じて分離されるかまたは廃棄され得る。この状況では、矢印Cによって示される光が、その復帰経路において、順方向経路に沿ってPBS 54に入ったポート(ポート55)とは異なるポートを通ってPBS 54を出るので、ポート65はPBS 54の「非可逆ポート」である。反対に、帰還光の、矢印Dによって示される部分は、可逆ポート55を通ってPBS 54を出る。本発明の例示的実施形態は、偏光ビームスプリッタの非可逆ポートを通って戻される光の強度を検知する。

検知器64が生成する強度データから、逆伝搬路を通って検知器64に戻された光の偏光成分の間の位相シフトが求められる。この位相シフトは、導体59を流れる電流に関連付けられ、したがって、それと関連する電流の測定値を出力するのに用いられ得る。検知器64は、たとえば、検知器64から受け取る検知された強度に基づいて、検知された位相シフトに関連する60Hzの電流を求めるための信号プロセッサ68(たとえばオープンループ信号プロセッサ)に、たとえば接続され得る。

信号プロセッサ68の出力は、信号プロセッサの出力からノイズの影響を除去することによって電流の波形をより優れたものに保ち、かつ光電流センサが小電流をより優れて検知することを可能にするために、フィルタリングされ得る。結果として生じるフィルタリングされた波形は、たとえば電力品質判定機器、電力計または無効電力計に関連した表示端末に出力され得る。次に、例示的フィルタを、図2に関連してより詳細に説明する。

図2において、真の電流が比較的小さいとき、フィルタ200は電流センサの出力から非高調波ノイズを除去する。一般に、この例示的実施形態は、ノイズが問題になる可能性があるほど真の電流が十分に小さいことを認識して、その場合には周波数追跡くし型フィルタ202を実施する。くし型フィルタ202は、いくらかの事前設定の限界値(たとえば100番目の高調波)まで、電力周波数の高調波をすべて通すが、高調波の間のすべての周波数成分を除去するように設定されている。くし型フィルタ202は、真の高い高調波を見損なわないことを保証するために、検知された電力周波数も追跡する。

より具体的には、図2は、例示的実施形態によるフィルタ200のブロック図を示す。図2において、未処理の信号(たとえば信号プロセッサ68から受け取られた60Hzの信号)が、3つの経路に分割される。最上部の信号処理経路では、周波数追跡くし型フィルタ202は、未処理の信号を受け取って、フィルタリングされた結果を連続的に出力する。例示的くし型フィルタ202の動作は、図3(a)および図3(b)に関して以下でより詳細に説明される。

図2に示される中間の信号処理経路には、kを求めるための比較器204があり、kは、加算器208によって生成される最終出力における未処理の信号とくし型フィルタリングされた信号の相対的寄与に重み付けするために、フィルタ200によって用いられる値である。未処理の信号は、任意選択で、ブロック206において、信号からノイズを除去するために帯域通過フィルタを使用してあらかじめフィルタリングされる。この回路の比較器204は、kの値の割出しにおいて、くし型フィルタリングされた信号が(大きさにおいて)、(場合によってはあらかじめフィルタリングされた)未処理の信号にどの程度近いかということと、未処理の信号の大きさとの両方を求める。未処理の信号の大きさが適切に小さく、くし型フィルタリングされた信号が未処理の信号に適切に近接しているとき、くし型フィルタリングされた信号の寄与は、利得ブロック210によって、フィルタ200の最終出力において重度に重み付けされる(すなわち、kは比較的小さい)。これら2つの条件により、くし型フィルタ202が測定電流の過渡現象をフィルタリングする可能性が低くなり、また、ノイズを抑制する必要がないときにはくし型フィルタ202が使用されないことになる。反対に、以下でより詳細に論じられるように、これら2つの条件のいずれかが満たされないとき、未処理の信号の寄与が、利得ブロック212によって重度に重み付けされる(すなわち、kは比較的大きい)。

図3は、周波数追跡くし型フィルタ202のブロック図を示す。くし型フィルタ202は、未処理の信号を、次々に切り換えられる低域通過フィルタのバンクを通すことによって実現され得る。より具体的には、未処理の信号は、加算器302においてフィードバック信号と加算される。次いで、ブロック306において、この値に、くし型フィルタ202の時定数を決定する利得係数αが掛けられる。この時定数は、たとえば0.5秒に設定され得るが、特定の実装形態に依拠して、たとえば1/8秒〜8秒の範囲においてたとえば4秒といった他の時定数も用いられ得ることが理解されよう。次いで、結果として生じる値が、バンク304の複数のアキュムレータのうちの1つに蓄積される。たとえば、電力周波数に関連した60Hzのサイクルが256のセグメントに分割され得、その各々が、それと関連するバンク304のアキュムレータを有する。ブロック306から渡される値は、たとえばスイッチコントローラ312の制御下でスイッチ308によって選択された、現在選択されているアキュムレータに加算され得る。そのアキュムレータに蓄積された値は、やはりスイッチコントローラ312の制御下で、スイッチ310によって取り出される(switched out)。したがって、アキュムレータ304のレジスタは、スイッチ308および310と併せて一連の低域通過フィルタとして動作し、測定される電流の基本周波数と時間を通じて同期して、効率よく波形値の平均をとる。くし型フィルタ202のこの同期態様は、リセット発生器314によって処理される。

この時点まで、図1〜図3に関するくし型フィルタを含んでいる光電流センサの図および議論は、米国特許出願公開第2011/0204875号が参照によって組み込まれている上記の類似の開示を実質的に反映したものである。しかしながら、前述のように、OCT技術に関する特定の他の応用例は、異なる要件を有する可能性がある。たとえば図4に示される実施形態を検討する。図4において、システム390が含む待機電力変圧器400は、高電圧側すなわち1次側において機器402に接続されている(または接続されるべきである)。機器402は、たとえば原子力発電所における水ポンプの接続を保証するために監視システムを伴って接続されているバックアップ電源を有することが望まれる任意の機器であり得る。この実施形態では、待機電力変圧器400の高圧側を流れる電流のレベルを監視するために、OCTシステムが、待機電力変圧器400の高電圧側に配置されている。

図1〜図3に関して上記で説明された技術に基づき得るOCTシステム(図5に関して以下で説明される変更に受ける)は、自立型の設計であり得、または、図4に示されるように、待機電力変圧器402の高電圧側すなわち1次側403に配置された待機電力変圧器402の高圧ブッシングの上に滑らせてはめる感知光ファイバを含むリングを形成することができる。一実施形態では、1つのブッシングを通って流れる電流を測定するために1つのOCTを使用することができる。したがって、システム390の実施形態では、三相変圧器402に対して3つのOCT 404が使用される。さらに、中性電流を測定するために第4のCT(図4には示されていない)が使用され得る。図4に示されるOCTシステムは、無負荷にされた(または軽く負荷された)低圧側すなわち2次側405、ケーブルボックス406、三相CTシャーシ408、および測定電流波形が監視のために表示され得る出力デバイス(たとえば中継器)410も含む。ケーブルボックス406は、待機電力変圧器400の近くに配置され得て、リング404を三相CTシャーシ408内の電子装置に接続するケーブル(光ファイバ)を管理するのに使用され得る。三相CTシャーシ408は、たとえば図3に関して上記で説明されたフィルタ回路ならびに図5および図7に関して以下で説明されるフィルタ回路に類似のフィルタ回路を含むことができる。同期電圧基準は、次に説明する、くし型フィルタをリセットするための基準として使用される電圧トランスデューサ(VT)411によって与えられ得る。VT 411は、基準として健全な電圧周波数を提供することができる配電所における任意の所望の電力に関連付けられ得る。

前述のように、図3に示されたOCT構造体は、たとえば図4に示されたような悪条件が存在し得る応用例といった特定の応用例において、大きなノイズから小信号を十分に回復することができないという問題に苦しむ可能性がある。したがって、一実施形態によれば、この可能性のある制約は、この基準を用意するために、図3に示されるように未処理の電流自体に頼るのではなく、たとえば、測定される電流の正確な周波数を求めるための基準として同期電圧信号を用いることによって克服される。通常、電力システムの応用例では、ライン上の電圧はその公称値の近くにとどまるのに対し、電流は広範に変化する。したがって、一般的には、OCT監視システムにおける基準として用いるための健全な電圧基準は常に利用可能である。

たとえば、図5に示されるように、たとえば送電システムの内部で生成されたAC電圧信号500といった電圧信号のゼロ交差が、くし型フィルタのリセットを起動するのに用いられ得る。たとえば、この電圧基準信号は、ライン上の電圧センサ(図示せず)からの120Vの入力から、または単に壁コンセントから得ることができる。電圧基準信号はシャーシ408に送り込まれ、基準電圧信号のゼロ交差においてコムをリセットするのに用いられ得る。図5では、残りの回路要素は図3に示されたものと同一であり、したがって、ここで冗長に説明することはない。そのような方式は、10倍を上回ってはるかに大きいノイズ信号から小電流信号を回復するためにコムの効率を改善することが示されている。このようにして、実施形態は、10mA未満の電流を測定する分解能を達成するのに、たとえば約600ラップの感知ファイバに頼ることなく、上記で説明された、OCTシステムにおいて多数の1次巻線を用いる必要性を解消することができる(したがってかなりのコストを節約する)。実験によって、これらの実施形態によって説明されたような、40ラップの感知ファイバを電圧トリガのコムリセットと併せて使用すると、10mA未満の電流を容易に測定するシステムをもたらすことが示された。

次いで、図5に関して上記で論じられたように、くし型フィルタのリセットを起動するのに電圧基準を用いるように改良された図1〜図3のOCT構造体を使用すると、図4に示されるような出願の実施形態は、その要素を流れる電流が、たとえば(それだけではないが)25〜200mA、またはより一般的には20〜500mAといった、何らかの事前設定の閾値を下回ったとき、待機電力変圧器400の高圧側(1次)の開放相の状態(または、同等にはアースされた相状態)を検知して、次いで、中継器または出力デバイスの410によって適切な警報または標示を生成することができる。測定電流がこの事前設定の閾値未満に低下すると常に警報が生成され得る。あるいは、一実施形態によれば、システムアラームが出される前に、測定電流が、いくらかの期間(たとえば1秒〜1分の範囲内の値、たとえば30秒)にわたって事前設定の閾値未満にとどまらなければならない。この期間は、過渡現象中に警報を作動させることのないように、くし型フィルタの整定時間よりも長く設定され得る。

変圧器が開放相の状態にあるかどうか決定するのに用いられる閾値は、恐らく実装形態ごとに一様ではないであろう。たとえば、変圧器によっては、無負荷にされていれば、500mAもの大きい閾値を必要とすることがある。負荷されていれば、たとえば約1Aといったより大きい閾値が用いられてよい。閾値は、変圧器が使用されている様子に依拠することになり、個別に設定されるであろう。いくつかの状況では、監視された変圧器は、時には負荷され、時には無負荷にされて動作することができる。その場合、システムには、プログラムされた2つの異なる閾値(すなわち各条件に対して1つの閾値)があってよい。

別の実施形態によれば、監視システムの中に、複数の所定の閾値のうちの1つを選択するための何らかのロジックを用意することができる。たとえば、変圧器に入る電流がすべて所定の値未満であれば、変圧器は無負荷にされていると想定され、したがって、所定の閾値の組のうち、より小さい閾値または最小の閾値が選択されて、開放相があるかどうか決定するのに用いられる。あるいは、変圧器に流れ込む電流のうち1つまたは複数が所定の値よりも大きければ、変圧器が負荷されていると想定され、別の(より大きい)電流閾値が選択されて、いつシステム警報を送出すべきか決定するのに用いられる。

これらの様々な実施形態は、たとえば方法としても表現することができ、その一例が図6に示されている。図6では、ステップ600において、高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサを使用して、待機電力変圧器の高電圧側を流れる電流が測定され、ステップ602において、くし型フィルタを使用して測定電流をフィルタリングし、次いで、フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満であるかどうか決定することができる。そうであれば、フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満であると決定されたとき、待機電力変圧器の高電圧側が接続されていないという警報表示が生成される。

さらなる実施形態によれば、監視された電流に加えて、いつシステム警報を送出すべきか決定するのに用いられる他の条件があってよい。たとえば、変圧器に流れ込む電流のいわゆる「ゼロシーケンス」は、開放相またはアースされた相によってかなり影響を及ぼされ得る。ゼロシーケンス電流I₀は、(三相三線式では)三相電流の合計に等しく、一般的には中性(物理的)電流にも等しいことが、当業者には理解されよう。したがって、別の実施形態によれば、たとえば、i)少なくとも1つの相電流が、何らかの事前設定の閾値未満に低下すること、およびii)ゼロシーケンス電流が、何らかの事前設定の閾値を越えて上昇すること、の2つの異常状態が生じたとき、ロジックは警報を送出することができる。

この実施形態によって、これら2つの条件が満たされたことを検知することは、論理的閾値の動作を遂行すべきフィルタリングされた電流の異なるバージョンを用いることから利益を受ける可能性がある。たとえば、図7に示されるように、未処理の測定電流は、高度にフィルタリングされた出力および軽度にフィルタリングされた出力をそれぞれ生成するために、たとえば図5に関して上記で説明されたくし型フィルタ700と、別のフィルタ702(たとえば帯域通過フィルタまたは低域通過フィルタ)の両方でフィルタリングされてよい。軽度にフィルタリングされた測定電流は、高度にフィルタリングされた測定電流よりも、未処理の電流の変化に対して、より急速に応答するはずであり、これら2つのデータの流れは、開放相の状態が存在するかどうか決定するように動作するロジックに対して適用され得ることが、当業者には理解されよう。図7には1つの相しか示されていないが、各相に対して、測定電流が同様にして処理され得ることが理解されよう。

待機電力変圧器において利用可能な三相電流とゼロシーケンス電流の両方の、2つの異なるフィルタリングされた電流測定値を用いてアラーム状態(開放相トリップ)を生成するために一実施形態によって用いられ得るロジックの、詳細ではあるが単なる説明の例が図8として用意されている。図8では、論理回路800の上半分、すなわち、大まかに点線802の上の部分には、軽度にフィルタリングされた入力電流測定値があり、論理回路800の下半分には、高度にフィルタリングされた入力電流測定値があることが見られる。最上部のブランチ804から始めて、軽度にフィルタリングされたゼロシーケンスI₀は、その大きさが800mAを上回るとANDゲート806にプラス入力(たとえばブールの1)を供給し、その大きさが800mAを下回るとANDゲート806にマイナス入力(たとえばブールの0)を供給する。図8の例に用いられている数的閾値は単なる例示であり、別の実装形態では他の値が用いられてもよいことに留意されたい。いくつかの例では、ノイズスパイク、システムの過渡現象などに関連した偽値を防止するために、所与のロジックライン上に供給される値が、たとえばブランチ804における100ミリ秒といった所定の時間にわたって有効であることを保証するために、たとえば遅延ブロック808といった遅延が設けられることにも留意されたい。図8に示された残りの遅延ブロックは、そのような要素がどのように機能し、どのように実施されるかということを当業者なら理解するはずであるため、この議論においてさらに言及することはない。

ANDゲート806は、その第2の入力として、軽度にフィルタリングされた測定電流I_A、すなわちOCT 404のうちの1つによって測定されてたとえば帯域通過フィルタを適用された後の相電流で始まるブランチ808を通って到達する値も有する。この値が1Aよりも大きければライン上の値はプラスであり、そうでなければ、ライン上の値はマイナスである。ライン808上の値はANDゲート810に(反転して)入力され、ANDゲート810は、その他の入力としてORゲート812の出力も有する。ORゲート812は、その入力として、待機電力変圧器の高圧側の三相の各々に関連したOCT 404からの、3つの軽度にフィルタリングされた電流測定値の各々の間の比較に閾値を適用した結果を有し、すなわち、測定電流のうちのいずれかが2Aよりも大きければORゲート812の出力はプラスであり、そうでなければマイナスである。このすべてを2つの上のブランチ804および808に対して適用すると、軽度にフィルタリングされたゼロシーケンス電流が100ミリ秒にわたって800mAよりも大きく、軽度にフィルタリングされた単相Aの電流が少なくとも100ミリ秒にわたって1A未満であって、3つの単相A〜Cの電流のうちの1つが少なくとも100ミリ秒にわたって2Aよりも大きければ、ANDゲート806は、ORゲート814を介して、開放相トリップ条件(警報)を活性化するプラスの値を出力することになる。

ORゲート812への軽度にフィルタリングされた入力は、回路800の他のロジックを介して、中継器410における他の任意選択のインジケータを駆動するのにも用いられ得る。たとえば、相A〜Cのうちのいずれかが、2Aよりも大きい測定電流を示すと、次いで、ORゲート812のプラス出力が、この実施形態では待機変圧器が負荷されていることを示すLED8をオンにすることになる。さらに、ORゲート816への入力である高度にフィルタリングされた単相A〜Cの電流測定値からの論理的寄与と併せて、軽度にフィルタリングされた入力は、LED 6(待機変圧器がANDゲート818によって通電を切られていることを示す)を点灯すべきかどうか決定するのも支援し、また、ORゲート820(A相が小さいかどうか示す)によってLED 1を点灯すべきかどうか決定するのを支援する。

次に、高度にフィルタリングされた電流測定値に関連した論理回路800の入力、すなわち点線802よりも下に目を向けると、これらの値は、ブールのプラス値またはマイナス値を生成するために、すべてがそれぞれの閾値と比較される。図8において、これらの閾値が互いに異なるものであり得、ORゲート812に供給される軽度にフィルタリングされた入力に対して、ブール代数の結果を生成するために用いられる閾値とも異なり得ることが理解され得る。閾値の比較値は、すべてがORゲート816に入力され、ORゲート816の出力は、ANDゲート818への入力を供給し、待機変圧器の相のうちいずれかがエネルギーを与えられているかどうかを示すLED 4を駆動し、ANDゲート822に対する3つの入力のうちの1つも供給し、ANDゲート822は、その結果として、ANDゲート824を介してORゲート820およびORゲート814に向けて出力する。さらに、閾値と、それぞれの高度にフィルタリングされた電流測定値との比較結果が、ANDゲートにも渡され、ANDゲートの出力は、待機変圧器の相のすべてがエネルギーを与えられているときLED 5を点灯するのに用いられる。

前述のように、この実施形態では、ゼロシーケンス電流は、開放相の状態が存在するかどうかの決定の一部分として用いられる。したがって、図8の下部において、高度にフィルタリングされたゼロシーケンス電流が、この場合500mAである個別の閾値よりも大きいとき、ブランチはブールのプラス入力も供給し、そうでなければ、その値はマイナスになる。ORゲート814に対して、高度にフィルタリングされた入力を供給するために、この値は、ANDゲート822の出力とAND演算され、これが、ANDゲート806からORゲート814への軽度にフィルタリングされた入力とともに、開放相の状態が検知され得る、警報を生成する代替的方法をもたらす。

図7および図8の先の議論から、ゼロシーケンス電流を用いて、測定された相電流とゼロシーケンス電流とを異なって(たとえば、大きさの変化に対してある程度応答して)フィルタリングすることにより、より精巧な検知方式が実施され得ることが理解され得る。図9において提供されるロジックは、一実施形態によって構想され得る1つの検知方式の単なる例示である。より一般的には、各実施形態は、図9に示された方法の流れに従って動作することができる。図9では、ステップ900において、高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサを使用して、待機電力変圧器の高電圧側を流れる電流が測定される。測定電流は、次いで、ステップ902において、2つの異なるフィルタ技術(たとえば図5のくし型フィルタ技術および帯域通過フィルタ)を用いてフィルタリングされ、高度にフィルタリングされた測定電流値および軽度にフィルタリングされた測定電流値を生成する。高度にフィルタリングされた測定電流値と軽度にフィルタリングされた測定電流値は、どちらも、ステップ904において、少なくとも1つの条件が満たされているかどうか決定するために、たとえば図8に示されたものなどのロジックを用いて評価される。ステップ906において、少なくとも1つの条件が満たされたとき、待機電力変圧器の高電圧側が接続されていないという警報表示が生成される。

前述の例示的実施形態は、本発明のすべての点において、限定的であるというよりもむしろ例示的であるように意図されている。したがって、本発明は、当業者によって、本明細書に含有されている説明から導出され得る詳細な実装形態において多くの変形形態が可能である。すべてのそのような変形形態および修正形態は、以下の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神の範囲内にあると見なされる。本出願の説明において用いられるいかなる要素、動作、または命令も、そのように明示的に記述されていなければ、本発明にとって重要なものまたは不可欠なものと解釈されるべきではない。また、本明細書で用いられる冠詞「a」は、1つまたは複数の項目を含むように意図されている。

50 光源
51 シングルモード(SM)光ファイバ
52 デポラライザ
54 偏光ビームスプリッタ(PBS)
55 ポート
56 反射性の終端
57 ポート
58 ファラデー回転子
59 ワイヤ
60 1/4波プレート(λ/4)
61 偏光保持(PM)ファイバ
62 1/4波プレート
64 検知器
65 ポート
66 感知ファイバ
68 信号プロセッサ
70 適応フィルタ
72 表示端末
200 フィルタ
202 周波数追跡くし型フィルタ
204 kを求める比較器
206 プレフィルタ
208 加算器
210 利得ブロック
212 利得ブロック
302 加算器
304 アキュムレータのレジスタ
306 ブロック
308 スイッチ
310 スイッチ
312 スイッチコントローラ
314 リセット信号発生器
316 クロック
390 システム
400 待機電力変圧器
402 機器
403 高電圧側すなわち1次側
404 光変流器(OCT)
405 低圧側すなわち2次側
406 ケーブルボックス
408 三相CTシャーシ
410 中継器
411 電圧トランスデューサ(VT)
500 AC電圧信号
700 くし型フィルタ
702 別のフィルタ
800 論理回路
802 点線
804 ブランチ
806 ANDゲート
808 遅延ブロック
810 ANDゲート
812 ORゲート
814 ORゲート
816 ORゲート
818 ANDゲート
820 ORゲート
822 ANDゲート
824 ANDゲート
826 ANDゲート
828 ブランチ

Claims

待機電力変圧器の接続状態を監視する方法であって、
高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサを使用して、前記待機電力変圧器の前記高電圧側を流れる電流を測定するステップ(600)と、
くし型フィルタを使用して前記測定された電流をフィルタリングするステップ(602)と、
前記フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満かどうか決定するステップ(604)と、
前記フィルタリングされた測定電流が前記所定の閾値未満であると決定されたとき、前記待機電力変圧器の前記高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するステップ(606)と、
を含む方法。
前記待機電力変圧器が低圧側において無負荷にされている請求項1に記載の方法。
前記待機電力変圧器が低圧側において軽度に負荷されている請求項1に記載の方法。
前記フィルタリングされた測定電流が、所定の期間にわたって前記所定の閾値未満であると決定されたとき、前記待機電力変圧器の前記高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するステップを含む請求項1に記載の方法。
前記所定の閾値が20〜500mAの範囲内にある請求項1に記載の方法。
前記所定の期間が1〜10秒の範囲内にある請求項4に記載の方法。
くし型フィルタを使用して前記測定電流をフィルタリングする前記ステップが、
電圧基準信号を用いて前記くし型フィルタをリセットするステップさらに含む請求項1に記載の方法。
前記くし型フィルタが周波数追跡くし型フィルタである請求項1に記載の方法。
前記くし型フィルタが、アキュムレータのスイッチドレジスタを含む請求項1に記載の方法。
前記所定の閾値が、前記待機電力変圧器が無負荷にされているときのための値と、前記待機電力変圧器が負荷されているときのための別の値の2つの値を含む請求項1に記載の方法。
待機電力変圧器の接続状態を監視するためのシステムであって、
待機電力変圧器(400)と、
前記待機電力変圧器(400)の高電圧側(403)を流れる電流を測定するように構成されて、前記高電圧側(403)の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサ(404)と、
前記測定された電流をフィルタリングするためのくし型フィルタ(図5の202)と、
前記フィルタリングされた測定電流が所定の閾値未満かどうか決定して、前記所定の閾値未満であると決定したときには、前記待機電力変圧器(400)の前記高電圧側(403)が接続されていないという警報表示(LED 7)を生成するように構成されたロジック(図8)と、
を備えるシステム。
前記待機電力変圧器が低圧側において無負荷にされている請求項11に記載のシステム。
前記待機電力変圧器が低圧側において軽度に負荷されている請求項11に記載のシステム。
前記プロセッサが、前記フィルタリングされた測定電流が所定の期間にわたって前記所定の閾値未満であると決定されたとき、前記待機電力変圧器の前記高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するようにさらに構成されている請求項11に記載のシステム。
前記所定の閾値が20〜500mAの範囲内にある請求項11に記載のシステム。
前記所定の期間が1〜10秒の範囲内にある請求項14に記載のシステム。
前記くし型フィルタが、前記くし型フィルタをリセットするのに用いられる電圧基準信号の入力端をさらに備える請求項11に記載のシステム。
前記くし型フィルタが周波数追跡くし型フィルタである請求項11に記載のシステム。
前記くし型フィルタがアキュムレータのスイッチドレジスタを含む請求項18に記載のシステム。
前記所定の閾値が、前記待機電力変圧器が無負荷にされているときのための値と、前記待機電力変圧器が負荷されているときのための別の値の2つの値を含む請求項11に記載のシステム。
待機電力変圧器の接続状態を監視する方法であって、
高電圧側の電流経路に近接して配設された少なくとも1つの光電流センサを使用して、前記待機電力変圧器の前記高電圧側を流れる電流を測定するステップ(900)と、
2つの異なるフィルタリング技術を用いて前記測定された電流をフィルタリングして、高度にフィルタリングされた測定電流値と、軽度にフィルタリングされた測定電流値とを生成するステップ(902)と、
前記高度にフィルタリングされた測定電流値と、前記軽度にフィルタリングされた測定電流値の両方を評価して、少なくとも1つの条件が満たされているかどうか決定するステップ(904)と、
前記少なくとも1つの条件が満たされたとき、前記待機電力変圧器の前記高電圧側が接続されていないという警報表示を生成するステップ(906)と、
を含む方法。
前記測定電流に関連するゼロシーケンス電流を求めるステップと、
前記ゼロシーケンス電流を、2つの異なるフィルタリング技術を用いてフィルタリングして、高度にフィルタリングされたゼロシーケンスの測定電流値と、軽度にフィルタリングされたゼロシーケンスの測定電流値とを生成するステップと、
前記高度にフィルタリングされたゼロシーケンスの測定電流値と、前記軽度にフィルタリングされたゼロシーケンスの測定電流値の両方を用いて、前記少なくとも1つの条件が満たされているかどうか決定するステップと、
をさらに含む請求項21に記載の方法。
前記2つの異なるフィルタ技術が、前記高度にフィルタリングされた測定電流値と、前記軽度にフィルタリングされた測定電流値とをそれぞれ生成するためのくし型フィルタ技術および帯域通過フィルタ技術を含む請求項21に記載の方法。