JP2019102694A - 変圧器の診断システム、変圧器の診断方法、及び変圧器 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、第1実施形態に係る変圧器の診断システム(以下、「診断システム」と称す。)を概念的に示す図である。本実施形態の診断システム1は、変圧器の劣化を診断する。診断システム1は、油入変圧器に用いられる。診断システム1は、油入変圧器中の絶縁油の温度と絶縁油中の水分量との経時データに基づいて、常時監視による劣化の診断を行う。本実施形態では、診断システム1は、本実施形態の変圧器2に備えられる構成として説明する。
第2実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。
第3実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。
第4実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。
第5実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。
第6実施形態について説明する。本実施形態において、上述の実施形態と同様の構成については、同じ符号を付してその説明を省略あるいは簡略化する。
油入変圧器の絶縁油の油温を測定する油温センサ及び絶縁油中の水分量を測定するセンサを用いて油温及び水分量を測定し、得られた油温及び水分量の経時データのトレンドの変化による変圧器の劣化診断の可能性を検証した。
本検証では、2台の水分量センサ(センサA、センサB)として、オンラインガスモニタを用いた。検証に用いたオンラインガスモニタの仕様を表4に示す。本検証では水分、温度を検証の対象とした。なお、絶縁油中の水分量は、オンラインガスモニタの演算回路により油中水分量(ppm)に換算し測定した。なお、表4において、「RS」は、油中水分飽和度を意味する。油中水分飽和度は、ある温度の油中に存在可能な最大水分量に対する実際の油中水分量の割合であり、相対的な値である。
本検証に用いたオンラインガスモニタ検証装置50(検証装置)の概略図を図26(A)、検証装置50の写真を図26(B)に示す。以下、検証装置について、説明する。検証装置50の容器部66(以下、「容器」と称すこともある。)は、アクリル製の円筒部材66を上下のフランジ53で挟むことにより、円筒部材66の内部を密閉した構造である。容器部66の内部は絶縁油65で満たし、絶縁油65中に絶縁紙63を配置した。絶縁油65の温度調節は、温度調節器(図示せず)を接続したヒーター54と冷却管55とを用いて実施した。絶縁油65の温度は、4つの熱電対57〜60を用いて測定した。オンラインガスモニタ(センサA51、センサB52)は、それぞれ、配管を介して下部フランジ53に取り付けた。また、容器部66には、内部への絶縁油65の導入に用いる採油用弁52と、内部の圧力を調整に用いる圧力弁51と、が設けられている。
絶縁油65として、JIS C 2320「電気絶縁油」1種2号の新油を脱気して用いた。絶縁紙は、JIS C 2304「コイル絶縁紙」2種(クラフト紙)を用いた。絶縁紙の紙中水分量は、大容量変圧器の現地作業基準の154kV級以下の管理値である2%(重量%)に調整した。劣化状態の絶縁紙(劣化品の絶縁紙(DP600、DP450))は、調湿した新品の絶縁紙(DP1000)を、絶縁油入り空気密封ステンレスタンク内で、加熱することにより、加速劣化させて作製した。
検証にあたって、容器部66内に絶縁油65と各絶縁紙13を封入した状態で、室温で一定時間静置することで紙中/油中水分の平衡状態を作った。絶縁油65の温度は、変圧器における低負荷時の油温を模擬した30℃と高負荷時の油温を模擬した70℃とし、予め設定した油温変動パターンとなるよう温度調節器で制御した。検証中は、絶縁油65全体が均一な温度となるように、マグネチックスターラー(撹拌子)56を用いて、常に撹拌を行った。なお、絶縁油65の加熱や冷却に伴う容器部66内の圧力変化が生じないように、圧力弁51を用いて容器部66内の圧力を調整した。
(センサの応答性に関する検証)
(1)オンラインガスモニタとJIS法で測定した油中水分量の比較
オンラインガスモニタで測定した油中水分量と、一般的に用いられるJIS C 2101による方法で測定した油中水分量と差異を把握するために、上記の2つの方法による油中水分量の測定結果を比較した。表6に、2つの方法により測定した油中水分量を比較した結果を示す。その結果、室温下での十分な静置状態においては、オンラインガスモニタで測定した値とJIS法で規定された方法で測定した値は、同程度であり、本検証で対象としたオンラインガスモニタによる油中水分量の測定結果は、信頼性が高いことが確認された。
図27に静置状態での室温変動に応じた油温変化に対する両センサにより測定された油中水分量の変化を示す。両センサの油中水分量は、油温の上昇傾向に伴い増加傾向を示すことが確認できた。特に、センサAの油中水分量は、昼夜の温度変化に応じて、若干の遅れがあるものの同傾向で変化していることがわかった。このことにより、センサAは油温変化に追従して絶縁紙と絶縁油間の水分移動を精度よく測定可能なことがわかった。
(1)新品の絶縁紙(DP1000)に対する油温の変動パターンと油中水分量の変化
油温の変動パターンは、油温を30℃から70℃に急速に昇温後一定時間保持し、その後30℃まで降温させる制御を2回繰り返したものである。図29に(A)に油温の経時的変化、図29(B)に油温変化に対する油中水分量の経時的変化を示す。
劣化品の絶縁紙(DP450)に対して、新品の絶縁紙(DP1000)と同様の温度設定にて油温を変動させた。ただし、70℃の保持時間は水分の増加傾向に合わせて1回目の昇温時は新品より長く設定し、2回目の昇温時では新品の絶縁紙(DP1000)の1回目の保持時間と同様に設定した。図30に(A)に油温の経時的変化(経時データ)、図30(B)に油温変化に対する油中水分量の経時的変化(経時データ)を示す。
図31(A)及び(B)に、センサAで測定した新品の絶縁紙(DP1000)と劣化品の絶縁紙(DP450)の油温に対する油中水分量変化のトレンドを示す。図31に示すように、新品の絶縁紙(DP1000)と劣化品の絶縁紙(DP450)の油中水分量は共に、昇温に伴ってゆるやかに増加後急増、その後油温低下に伴ってゆるやかに減少し、環状のトレンドとなることがわかる。図31(A)に示すように昇温時間を長くとった場合は、劣化品の絶縁紙(DP450)では多くの水分が絶縁紙から放出され、油中水分量は新品の絶縁紙(DP1000)と比べて大きく増加するトレンドであった。
油温の変動パターンは、油温を30℃から70℃に急速に昇温後一定時間保持し、その後30℃まで降温させる制御を3回繰り返したものである。図32(A)に油温の経時的変化、図32(B)に油温変化に対する油中水分量の経時的変化を示す。
油温の変動パターンは、油温を30℃から70℃に急速に昇温後一定時間保持し、その後30℃まで降温させる制御を2回繰り返したものである。図33(A)に油温の経時的変化、図33(B)に油温変化に対する油中水分量の経時的変化を示す。
油温の変動パターンは、油温を30℃から70℃に急速に昇温後一定時間保持し、その後30℃まで降温させる制御を行ったものである。図34(A)に油温の経時的変化、図34(B)に油温変化に対する油中水分量の経時的変化を示す。
絶縁紙の劣化に伴う紙中/油中水分平衡関係の変化を利用し、変圧器における劣化時の油温の変化に対する油中水分量のトレンド変化による変圧器劣化診断の可能性について検証を行った。新品絶縁紙と劣化絶縁紙をそれぞれ絶縁油中で昇降温したところ、劣化絶縁紙での油中水分量が多く、センサで測定した絶縁油温度変化に伴う油中水分量のトレンドが新品絶縁紙と異なることが確認された。例えば、この差異から、温度、水分を精度良く測定できるセンサを用いることで、変圧器の劣化診断ができる。
2、2A〜2D・・・変圧器
4・・・鉄心
5・・・一次巻線(巻線)
6・・・二次巻線(巻線)
7・・・絶縁油
8・・・タンク
10・・・冷却器
11・・・一次ブッシング
12・・・二次ブッシング
16・・・センサ収容部
17・・・油温センサ
18・・・水分量センサ
19、19E・・・処理装置
24、24E・・・処理部
25・・・記憶部
26・・・通信部
28、28E・・・処理装置
30、30A〜30C・・・評価部
32・・・寿命評価部
34・・・データ管理部
35・・・記憶部
36・・・処理部
40・・・絶縁紙
41・・・油中水分検出槽
42・・・加熱装置
43・・・絶縁油
D1・・・経時データ
NW・・・ネットワーク
Claims (11)
- 変圧器の劣化を診断する変圧器の診断システムであって、
前記変圧器に設けられ、前記変圧器に用いられる絶縁油の温度を測定する油温センサと、
前記変圧器に設けられ、前記絶縁油中の水分量を測定する水分量センサと、
前記油温センサ及び前記水分量センサにより得られた前記温度及び前記水分量の経時データに基づいて、前記変圧器に用いられる絶縁紙の重合度を推定し、前記重合度から前記変圧器の劣化を評価する評価部と、を備える変圧器の診断システム。 - 前記評価部は、前記経時データにおいて、所定の前記温度の変化における前記水分量の変化量から前記重合度を推定する、請求項1に記載の変圧器の診断システム。
- 前記評価部は、前記経時データにおいて、所定の前記温度における前記水分量の変化速度から前記重合度を推定する、請求項1に記載の変圧器の診断システム。
- 前記評価部は、前記経時データにおいて、前記水分量を前記温度で除した値の積算値から前記重合度を推定する、請求項1に記載の変圧器の診断システム。
- 前記評価部は、前記変圧器の劣化を段階的に評価する、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の変圧器の診断システム。
- 前記評価部は、前記重合度の経時データに基づいて、前記変圧器の使用可能期間を評価する寿命評価部を備える、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の変圧器の診断システム。
- 前記変圧器に用いられる絶縁紙及び絶縁油を密閉した油中水分検出槽を、前記変圧器の絶縁油中に備え、
前記油温センサ及び前記水分量センサは、それぞれ、前記油中水分検出槽の前記絶縁油の油温及び前記絶縁油中の水分量を測定する、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の変圧器の診断システム。 - 前記評価部は、前記変圧器に設けられ、かつ、ネットワークに接続され、前記評価部による評価の結果を、前記ネットワークを介して接続される所定の処理装置に送信する、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の変圧器の診断システム。
- 前記油温センサ及び前記水分量センサは、ネットワークに接続され、前記絶縁油の温度及び前記絶縁油中の水分量を、前記ネットワークを介して接続される所定の処理装置に備えられる前記評価部に送信する、請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の変圧器の診断システム。
- 変圧器の劣化を診断する変圧器の診断方法であって、
前記変圧器に設けられる油温センサにより、前記変圧器に用いられる絶縁油の温度を測定することと、
前記変圧器に設けられる水分量センサにより、前記絶縁油中の水分量を測定することと、
前記油温センサ及び前記水分量センサにより得られた前記温度及び前記水分量の経時データに基づいて、前記変圧器に用いられる絶縁紙の重合度を推定し、前記重合度から前記変圧器の劣化を評価することと、を含む、変圧器の診断方法。 - 鉄心と、前記鉄心に装着され、絶縁紙により絶縁された巻線と、前記巻線及び前記鉄心を浸漬する絶縁油とを備える、変圧器であって、
請求項1から請求項9のいずれか一項に記載の変圧器の診断システムを備える、変圧器。
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