JP2023140455A - Life evaluation method of pole transformer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、柱上変圧器の寿命を評価する方法に関する。 The present invention relates to a method for evaluating the life of a pole transformer.
柱上変圧器は、タンクの腐食、巻線の被覆である絶縁紙の劣化、漏油を防止するためのガスケットの劣化を主な要因として寿命が短くなることが知られている。しかしながら、柱上変圧器はそれらの要因に基づく寿命とは関係なしに交換されることも多い。 It is known that the lifespan of pole transformers is shortened mainly due to corrosion of the tank, deterioration of the insulating paper that covers the windings, and deterioration of the gasket used to prevent oil leakage. However, pole transformers are often replaced regardless of their service life based on these factors.
そこで、柱上変圧器に取り付けたスマートメーターから得られる電流を元に柱上変圧器の寿命を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１）。このような技術によれば、柱上変圧器の推定寿命に基づいて交換や保守を行うことができる。 Therefore, a technique has been proposed for estimating the lifespan of a pole transformer based on the current obtained from a smart meter attached to the pole transformer (for example, Patent Document 1). According to such technology, replacement and maintenance can be performed based on the estimated lifespan of the pole transformer.
しかしながら、特許文献１の技術は、柱上変圧器の絶縁紙の劣化を元に寿命を判定しているが巻線の温度のみに基づいており、タンクやガスケットの温度などを考慮にいれたものではない。これらを考慮に入れ、より一層高精度に絶縁紙の劣化を評価することが求められている。 However, the technology in Patent Document 1 determines the lifespan based on the deterioration of the insulating paper of the pole transformer, but it is based only on the winding temperature, and does not take into account the temperature of the tank or gasket, etc. isn't it. Taking these into consideration, there is a need to evaluate the deterioration of insulating paper with even higher precision.
本発明は、上記事情に鑑み、絶縁紙の劣化に基づく柱上変圧器の寿命評価方法を提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a method for evaluating the life of a pole transformer based on the deterioration of insulating paper.
上記目的を達成するための本発明の態様は、柱上変圧器を通過する電流を測定可能なスマートメーターから前記電流を計算し、前記柱上変圧器の周囲の環境データを取得し、前記電流、及び前記環境データを入力データとし、前記柱上変圧器に備わるタンク内の油温、ガスケットの温度（以下、ガスケット温度）、及び巻線の温度（以下、巻線温度）を出力する熱等価回路を用いて前記巻線温度を計算し、前記巻線温度と、前記巻線を被覆する絶縁紙の劣化指標との関係を表す巻線熱特性に基づいて前記劣化指標を推定することにより前記柱上変圧器の寿命を推定することを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法にある。 An aspect of the present invention for achieving the above object is to calculate the current from a smart meter capable of measuring the current passing through the pole transformer, acquire environmental data around the pole transformer, and calculate the current passing through the pole transformer. , and the environmental data as input data, and a thermal equivalent that outputs the oil temperature in the tank provided in the pole transformer, the gasket temperature (hereinafter referred to as gasket temperature), and the winding temperature (hereinafter referred to as winding temperature). By calculating the winding temperature using a circuit and estimating the deterioration index based on the winding thermal characteristics representing the relationship between the winding temperature and the deterioration index of the insulating paper covering the winding. A method for evaluating the lifespan of a pole-mounted transformer, which is characterized by estimating the lifespan of the pole-mounted transformer.
本発明によれば、絶縁紙の劣化に基づく柱上変圧器の寿命評価方法が提供される。 According to the present invention, a method for evaluating the life of a pole transformer based on deterioration of insulating paper is provided.
本発明の実施形態に係る柱上変圧器の寿命評価方法について説明する。図１は柱上変圧器の寿命を評価するためのシステム構成を示す図である。寿命の評価対象となる柱上変圧器１は、高圧線から分岐されたリード線３がブッシング４を介してタンク６の内部に導かれている。また、ブッシング４にはガスケット５が設けられており、ガスケット５によって漏油が防止されている。タンク６の内部には、巻線や鉄心、巻線を被覆する絶縁紙９などを備えた変圧器本体が格納されている。変圧器本体の二次側から各需要家１０に電線７が配線されている。このような柱上変圧器１は公知のものであるので、その他の詳細な構成についての説明は省略する。
A method for evaluating the life of a pole transformer according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a diagram showing a system configuration for evaluating the life of a pole transformer. In the pole transformer 1 whose life is to be evaluated, a
需要家１０には、スマートメーター２が設置されている。スマートメーター２は電力量測定機能と通信手段を備えた装置である。電力測定機能は、電線７を介して供給される電力量を収集できる機能であり、例えば３０分に１回の頻度で電力量を収集する。収集した電力量はスマートメーター情報として通信手段の一例である専用回線により寿命評価装置１１に送信される。後述する寿命評価装置１１は、評価対象とする１台の柱上変圧器１に接続している各需要家１０のスマートメーター２の電力量を合算する。これにより、評価対象の柱上変圧器１を通過する電力量、及びこの電力量から柱上変圧器を通過する電流を把握することができる。
A smart meter 2 is installed in the consumer 10. The smart meter 2 is a device equipped with a power measurement function and communication means. The power measurement function is a function that can collect the amount of power supplied via the electric wire 7, and collects the amount of power at a frequency of, for example, once every 30 minutes. The collected power amount is transmitted as smart meter information to the
気象台の観測データは、温度、日射の状況、風速などに関するデータである。気象庁はこれらのデータをホームページで公開している。これらの気温、日射の状況、風速のデータをまとめて環境データと称する。環境データは、気象庁が提供するものに限らず、様々な機関が提供するものを利用できる。以後、環境データを提供する機関を気象台等と称する。 Observation data from meteorological observatories includes data on temperature, solar radiation conditions, wind speed, etc. The Japan Meteorological Agency publishes this data on its website. These data on temperature, solar radiation, and wind speed are collectively referred to as environmental data. Environmental data is not limited to that provided by the Japan Meteorological Agency, but can also be provided by various organizations. Hereinafter, institutions that provide environmental data will be referred to as meteorological observatories, etc.
寿命評価装置１１は、一般的なコンピュータであり、気象台等から得た環境データ、及びスマートメーター２から得た電流を元に、柱上変圧器１の絶縁紙の劣化を推定するための計算を実行する。
The
図２－図５を用いて、寿命評価装置１１での処理について説明する。まず、図２に示すように、寿命評価装置１１は、スマートメーター２から柱上変圧器１の電流を取得する（ステップＳ１）。評価対象とする１台の柱上変圧器１について、複数のスマートメーター２が接続されているので、各スマートメーター２から得た電流を合計し、この合計値を評価対象の柱上変圧器１を通過する電流とする。スマートメーター２では３０分に一回の頻度で電流が測定されるから、３０分ごとに柱上変圧器１を通過する電流が得られることになる。
Processing in the
また、寿命評価装置１１は、気象台等から気温、日射、及び風速に関する環境データを取得する（ステップＳ２）。環境データを取得する頻度は、特に限定はないが、スマートメーター２の電流を取得するタイミングに合わせることが好ましい。
The
次に、電流及び環境データを入力データとして巻線温度を計算する（ステップＳ３）。具体的には、電流及び環境データ、並びに柱上変圧器１に関する定数を入力値とし、タンク６、タンク６内の油温、ガスケット５の温度（以下、ガスケット温度と称する）を出力とする熱等価回路を計算する。図３に熱等価回路の一例を示す。
Next, the winding temperature is calculated using the current and environmental data as input data (step S3). Specifically, the input values are current, environmental data, and constants related to the pole transformer 1, and the output is the temperature of the
［定数値］
巻線（同図のＴ１）、タンクの油温（同図のＴ２）、ガスケット（同図のＴ３）、気温（同図のＴ０）とが直列に接続されており、それぞれの間に挟まれた熱抵抗をＲ１、Ｒ２、Ｒ３とし、それらの熱容量をＣ１、Ｃ２、Ｃ３とする。これらの定数は、柱上変圧器１の温度上昇試験や柱上変圧器の仕様等から算定する。
[Constant value]
The winding (T1 in the same figure), tank oil temperature (T2 in the same figure), gasket (T3 in the same figure), and air temperature (T0 in the same figure) are connected in series, and there is a Let R1, R2, and R3 be the thermal resistances and C1, C2, and C3 be their heat capacities. These constants are calculated from a temperature rise test of the pole transformer 1, specifications of the pole transformer, and the like.
［入力値］
ｉは、柱上変圧器１の巻線に流れる電流により発生した熱流［Ｗ］である。この熱は、スマートメーター２から取得した電流から求めることができる。ｉｓは、日射による熱流である。Ｔ０は、柱上変圧器１の周囲の温度（気温）である。日射による熱流及び柱上変圧器１の周囲の温度は、気象台等から環境データとして得られたものが用いられる。
[Input value]
i is the heat flow [W] generated by the current flowing through the winding of the pole transformer 1. This heat can be determined from the current obtained from the smart meter 2. is is the heat flow due to solar radiation. T0 is the temperature (air temperature) around the pole transformer 1. For the heat flow due to solar radiation and the temperature around the pole transformer 1, environmental data obtained from a meteorological observatory or the like is used.
［出力値］
Ｔ１は柱上変圧器１の巻線最高温度を表している。Ｔ２はタンク６内の油温（上部と下部との平均温度）を表している。Ｔ３は、ブッシングのガスケット温度である。
[Output value]
T1 represents the maximum winding temperature of the pole transformer 1. T2 represents the oil temperature in the tank 6 (average temperature between the upper and lower parts). T3 is the bushing gasket temperature.
［風、雨の影響の補正］
風、雨は、熱等価回路においては、ガスケットと周囲の温度の間の熱抵抗Ｒ３に影響を及ぼすと考えられる。具体的には、気象台から得た風速が強いほど熱抵抗が小さくなるようにＲ３を補正する。この補正後の熱抵抗を表面放散熱抵抗Ｒ３’とする。また、雨の影響をどの程度考慮するかを表す雨係数αを０から１の範囲で設定する。雨の影響を全く考慮しない場合、雨係数αを１に設定する。雨の影響を考慮する場合、その程度に応じて０より大きく１未満で設定する。表面放散熱抵抗Ｒ３’に雨係数αを乗じた抵抗値を用いることで、雨が影響するほど熱抵抗Ｒ３が小さくなる。
[Correction for wind and rain effects]
Wind and rain are considered to affect the thermal resistance R3 between the gasket and the ambient temperature in the thermal equivalent circuit. Specifically, R3 is corrected so that the higher the wind speed obtained from the weather observatory, the lower the thermal resistance. This corrected thermal resistance is defined as surface dissipation thermal resistance R3'. Furthermore, a rain coefficient α, which indicates the degree to which the influence of rain is taken into consideration, is set in the range of 0 to 1. If the influence of rain is not considered at all, the rain coefficient α is set to 1. When considering the influence of rain, set it to a value greater than 0 and less than 1 depending on the degree of influence. By using the resistance value obtained by multiplying the surface heat dissipation resistance R3' by the rain coefficient α, the more the rain influences the thermal resistance R3, the smaller the thermal resistance R3 becomes.
以上の熱等価回路を元に温度を得る計算については公知であるので詳細な説明は省略する。この結果、Ｔ１、すなわち巻線温度を得ることができる。巻線温度は絶縁紙の温度と同一と考えられる。図４に示すように、スマートメーター２から電流を、気象台等から環境データを得るたびに巻線温度の温度を計算することで、巻線温度の温度履歴を得ることができる。 The calculation for obtaining the temperature based on the above-mentioned thermal equivalent circuit is well known, so a detailed explanation will be omitted. As a result, T1, that is, the winding temperature can be obtained. The winding temperature is considered to be the same as the temperature of the insulating paper. As shown in FIG. 4, the temperature history of the winding temperature can be obtained by calculating the winding temperature each time the smart meter 2 obtains current and environmental data from a weather observatory or the like.
次に、上述のようにして得られた巻線温度から柱上変圧器１の寿命評価を行う（図２ステップＳ４）。寿命評価を行うために絶縁紙の劣化指標を用いる。劣化指標とは、絶縁紙の劣化の程度を表わす指標であり、一例として、絶縁紙を構成する素材の平均重合度を用いる。 Next, the life of the pole transformer 1 is evaluated from the winding temperature obtained as described above (step S4 in FIG. 2). The deterioration index of insulating paper is used to evaluate the lifespan. The deterioration index is an index representing the degree of deterioration of the insulating paper, and as an example, the average degree of polymerization of the material constituting the insulating paper is used.
図５（ａ）に、劣化指標と巻線温度との関係を表す巻線熱特性を示す。巻線熱特性の横軸は、巻線温度を表し、縦軸は、劣化指標（平均重合度）の減少量を表している。同図は巻線温度によって絶縁紙の平均重合度が減少する量を示す。 FIG. 5(a) shows the winding thermal characteristics representing the relationship between the deterioration index and the winding temperature. The horizontal axis of the winding thermal characteristics represents the winding temperature, and the vertical axis represents the amount of decrease in the deterioration index (average degree of polymerization). The figure shows the amount by which the average degree of polymerization of the insulating paper decreases depending on the winding temperature.
巻線温度は、熱等価回路を元に計算されたものであるが、前回と今回の計算の間における温度を表しているとみなす。この例では、３０分に一回の頻度で巻線温度を計算するので、巻線は３０分間に亘って計算により得られた巻線温度であったとみなすことになる。 The winding temperature is calculated based on the thermal equivalent circuit, but it is considered to represent the temperature between the previous and current calculations. In this example, since the winding temperature is calculated once every 30 minutes, it is assumed that the winding temperature was the same as that calculated for 30 minutes.
例えば、巻線温度が３０分間に亘って６０℃であれば、平均重合度の減少量は、０．０１％である。したがって、絶縁紙９の平均重合度からその値「０．０１」を減じる。以後、巻線温度を計算するたびに、巻線温度に対応する減少量を巻線熱特性から取得し、平均重合度から減少量を減じる。減少量が符号付である場合（例えば－０．０１％などの場合）は平均重合度に減少量を加算する。この結果、図５（ｂ）に示すように、劣化指標が経時的に減少していく。
For example, if the winding temperature is 60° C. for 30 minutes, the average degree of polymerization decreases by 0.01%. Therefore, the value "0.01" is subtracted from the average degree of polymerization of the insulating
なお、このような巻線熱特性は実測やシミュレーションなどにより予め用意しておく。また、巻線熱特性は図５（ａ）のような一種類のみ用いる場合に限定されない。例えば、巻線（絶縁紙）を使い始めてからの累積時間ごとに異なる巻線熱特性を用意してもよい。そして、実際の巻線の累積時間に応じて、それらの複数の巻線熱特性を切り替えて使用してもよい。同じ巻線温度であっても、巻線の累積時間によっては劣化指標の減少量が異なる場合がある。累積時間に応じた複数の巻線熱特性を切り替えて使用することで、より正確に劣化指標の減少量を得ることができる。 Note that such winding thermal characteristics are prepared in advance by actual measurements, simulations, etc. Further, the winding thermal characteristics are not limited to the case where only one type is used as shown in FIG. 5(a). For example, different winding thermal characteristics may be prepared for each cumulative time since the winding (insulating paper) has been used. Then, the plurality of winding thermal characteristics may be switched and used depending on the actual cumulative winding time. Even if the winding temperature is the same, the amount of decrease in the deterioration index may vary depending on the cumulative time of the winding. By switching and using a plurality of winding thermal characteristics depending on the cumulative time, it is possible to more accurately obtain the amount of decrease in the deterioration index.
平均重合度は、初期値から劣化により減少する。このような平均重合度に対して閾値を設ける（図５（ｂ）の符号ｔｈを参照）。閾値は、絶縁紙の交換目安となるような値とする。劣化指標とこのように設定した閾値に基づいて絶縁紙９の寿命を推定する。その推定方法の一つは、平均重合度が閾値以下となったら、絶縁紙は交換すべきものであると評価することである。他の推定方法としては、平均重合度が閾値より高い場合、図５の熱特性から、今後の負荷および環境要因を想定し、あとどれくらいの期間で平均重合度が閾値に達するか推定する。そして絶縁紙の劣化は、柱上変圧器１の寿命に影響する要因である。よって、絶縁紙の劣化を推定することで柱上変圧器１の寿命を評価することができる。
The average degree of polymerization decreases from the initial value due to deterioration. A threshold value is set for such an average degree of polymerization (see symbol th in FIG. 5(b)). The threshold value is set to a value that serves as a guideline for replacing the insulating paper. The lifespan of the insulating
上述した寿命評価方法によって計算した巻線温度（絶縁紙の温度）と実測値の乖離について検証する。上記熱等価回路を用いて計算した場合に、各時間ごとに巻線温度とともにガスケット温度も得ることができる。具体的には、図６から図１１に示すように、上記熱等価回路を用いて計算して得たガスケット温度と、実測のガスケット温度とを比較する。各時間ごとに上記熱等価回路を用いて得られたガスケット温度において、計算と実測の温度の乖離が少なければ、同時刻の計算によって得られる巻線温度は、実測の巻線温度とも乖離が少ないと考えられる。換言すれば、熱等価回路におけるガスケット温度などの温度の乖離が大きければ、推定すべき巻線温度も乖離が大きいと考えられる。 The discrepancy between the winding temperature (temperature of the insulating paper) calculated by the above-mentioned life evaluation method and the actual value will be verified. When calculated using the thermal equivalent circuit described above, the gasket temperature as well as the winding temperature can be obtained at each time. Specifically, as shown in FIGS. 6 to 11, the gasket temperature calculated using the thermal equivalent circuit and the actually measured gasket temperature are compared. If there is little deviation between the calculated and actually measured gasket temperatures obtained using the above thermal equivalent circuit at each time, the winding temperature obtained by calculation at the same time will have little deviation from the actually measured winding temperature. it is conceivable that. In other words, if the temperature difference such as gasket temperature in the thermal equivalent circuit is large, it is considered that the winding temperature to be estimated also has a large deviation.
なお、図６－図１０に示す実線や点線等に付された色については、物件提出書に添付して提出した図６－図１０に相当するカラーの図面を参照されたい。また、図６－図８では実測値がゼロである箇所がいくつか存在するが、これはガスケット温度の実測値がゼロであることを意味するのではなく、実測値が欠落していることを表わしている。 For the colors of solid lines, dotted lines, etc. shown in Figures 6 to 10, please refer to the color drawings corresponding to Figures 6 to 10 submitted with the property submission form. Also, in Figures 6 to 8, there are some places where the actual measured value is zero, but this does not mean that the actual measured value of the gasket temperature is zero, but that the actual measured value is missing. It represents.
図６は、日射など環境データを用いずに計算したガスケット温度（計算値；青線）と、実測のガスケット温度（実測値；黒線）とを比較したものである。計算値は、実測値に対して増減傾向については追随しているが、特に晴れのときの温度に乖離が見られる。 FIG. 6 compares the gasket temperature (calculated value; blue line) calculated without using environmental data such as solar radiation with the actually measured gasket temperature (actual measurement value; black line). Although the calculated values follow the actual measured values in terms of increase and decrease, there are discrepancies, especially in the temperature when it is sunny.
図７は、気象台等から得た日射による熱流を用い、風の影響を考慮にいれ、雨が降っていない日について計算したガスケット温度（計算値；青線）と、実測のガスケット温度（実測値；黒線）とを比較したものである。つまり、表面放散熱抵抗Ｒ３’を用い、雨係数αは１である。この場合、計算値は、実測値に対して晴れのときについても非常によく近似していることが示されている。 Figure 7 shows the gasket temperature (calculated value; blue line) calculated on a non-rainy day using heat flow due to solar radiation obtained from a weather observatory, taking into account the influence of wind, and the actually measured gasket temperature (actual value). ; black line). That is, the surface heat dissipation resistance R3' is used, and the rain coefficient α is 1. In this case, it has been shown that the calculated value approximates the actual measured value very well even on sunny days.
表１は、風速の影響を考慮して絶縁紙の温度を計算し、その絶縁紙の温度から得た１０年間の平均重合度を示すものである。実風速は、気象台等から得た風速である。０．５ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ、４．０ｍ／ｓは、気象台等得たものではなく、絶縁紙の温度の計算に用いる風速として適宜割り当てた数値である。
実風速を考慮して得られた平均重合度は、最も確からしいものと考えられる。それに対して、０．５ｍ／ｓ、１．０ｍ／ｓ、４．０ｍ／ｓの風速を用いた場合の平均重合度は、実風速の場合の平均重合度よりも乖離していることが分かる。なお、上述したように気象台等から得た風速をそのまま用いる他に、気象台等から得た風速から所定期間における平均風速を求め、その平均風速を用いてもよい。 The average degree of polymerization obtained by considering the actual wind speed is considered to be the most probable. On the other hand, it can be seen that the average degree of polymerization when using wind speeds of 0.5 m/s, 1.0 m/s, and 4.0 m/s deviates from the average degree of polymerization when using the actual wind speed. . In addition to using the wind speed obtained from a weather observatory as described above, the average wind speed for a predetermined period may be determined from the wind speed obtained from a meteorological observatory and the obtained average wind speed may be used.
表２は、雨係数αを１、０．４に設定して絶縁紙の温度を計算し、その絶縁紙の温度から得た平均重合度を示すものである。大きな差ではないが雨の影響が平均重合度に影響していると言える。
上述した例では、気象台等から得た日射による熱流を用いたが、柱上変圧器１の設置場所で得られた環境データを用いた場合との比較を図８に示す。 In the example described above, heat flow due to solar radiation obtained from a weather observatory or the like was used, but FIG. 8 shows a comparison with the case where environmental data obtained at the installation location of the pole transformer 1 is used.
同図には、ガスケット温度の実測値（青線）、計算値１（緑）、計算値２（ピンク）、計算値３（黒）が示されている。計算値１は、柱上変圧器１の設置場所において測定した日射の熱流を用いて計算したガスケット温度である。計算値２は、気象台等から柱上変圧器１の周辺の日射の熱流を得て、それを用いて計算したガスケット温度である。計算値３は、日射の熱流を用いずに計算したガスケット温度である。
The figure shows the measured value (blue line), calculated value 1 (green), calculated value 2 (pink), and calculated value 3 (black) of the gasket temperature. The calculated value 1 is the gasket temperature calculated using the heat flow of solar radiation measured at the installation location of the pole transformer 1. Calculated value 2 is the gasket temperature calculated using the heat flow of solar radiation around the pole transformer 1 obtained from a weather observatory or the like.
計算値１が最も実測値に近い。そして計算値２が計算値３よりも実測値に近い。したがって、計算値２のように気象台の日射の熱流に関する環境データを用いた場合であっても、計算値３のように環境データを用いない場合と比較して実測値に近い値を得ることができる。
The calculated value 1 is closest to the actual value. The calculated value 2 is closer to the actual measurement value than the calculated
次に、図９に、風速に関して気象台等から得た場合と、柱上変圧器１の設置場所で得た場合との比較を示す。 Next, FIG. 9 shows a comparison between wind speeds obtained from a meteorological observatory and the like and those obtained at the location where the pole transformer 1 is installed.
同図には、ガスケット温度の実測値（緑）、計算値１（青）、計算値２（黒）が示されている。計算値１は、柱上変圧器１の設置場所で風速を測定し、それを用いて計算したガスケット温度である。計算値２は、気象台等から柱上変圧器１の周辺の風速を得て、それを用いて計算したガスケット温度である。 The figure shows the measured value (green), calculated value 1 (blue), and calculated value 2 (black) of the gasket temperature. Calculated value 1 is a gasket temperature calculated using wind speed measured at the installation location of pole transformer 1. Calculated value 2 is the gasket temperature calculated using the wind speed around the pole transformer 1 obtained from a weather observatory or the like.
計算値１が最も実測値に近い。そして計算値２は、計算値１ほどではないが実測値に近い。したがって、計算値２のように気象台等の風速に関する環境データを用いた場合であっても、環境データを用いないで計算したガスケット温度よりも実測値に近い値を得られると考えられる。 The calculated value 1 is closest to the actual value. The calculated value 2 is not as good as the calculated value 1, but is close to the actual measured value. Therefore, even when environmental data regarding wind speed from a weather observatory or the like is used as in calculation value 2, it is considered that a value closer to the actual measurement value can be obtained than a gasket temperature calculated without using environmental data.
次に、図１０及び図１１に、風速及び日射に対する影響を検討するために、風速、日射を考慮する場合と考慮しなかった場合におけるガスケット温度の比較した結果を示す。 Next, FIGS. 10 and 11 show the results of a comparison of gasket temperatures when wind speed and solar radiation were taken into account and when they were not taken into consideration, in order to study the influence on wind speed and solar radiation.
図１０のガスケット温度の実測値（黒）、計算値１（ピンク）、計算値２（青）、計算値３（緑）が示されている。計算値１は、風速を考慮せず、日射を考慮して計算したガスケット温度である。計算値２は、風速を考慮し、日射を考慮せずに計算したガスケット温度である。計算値３は、風速及び日射ともに考慮せずに計算したガスケット温度である。計算値１（風速未考慮、日射考慮）は、実測値に対して、温度が高くなるとともに日間温度変動において降温にかかる時間が長くなる結果となった。計算値２（風速考慮、日射未考慮）は、実測値に対して温度が低くなる結果となった。計算値３（風速、日射ともに未考慮）は、実測値に対して温度と日間温度変動の時間、降温にかかる時間がずれる結果となった。
The measured value (black), calculated value 1 (pink), calculated value 2 (blue), and calculated value 3 (green) of the gasket temperature in FIG. 10 are shown. Calculated value 1 is a gasket temperature calculated taking into account solar radiation without considering wind speed. Calculated value 2 is a gasket temperature calculated taking into account wind speed and not taking into account solar radiation.
図１１に示すように、風速及び日射を考慮した計算値は、実測値との乖離が最も小さい。このような図１０及び図１１に示した結果から、実測値の温度と計算値の温度との乖離を少なくするためには、風速及び日射を考慮する必要がある。 As shown in FIG. 11, the calculated value taking into account wind speed and solar radiation has the smallest deviation from the actual measured value. From the results shown in FIGS. 10 and 11, it is necessary to consider wind speed and solar radiation in order to reduce the deviation between the measured temperature and the calculated temperature.
上述した図６－図１１の検証結果によれば、ガスケット温度の計算値は、ガスケット温度の実測値と乖離が少ないものであった。したがって、巻線温度（絶縁紙の温度）の計算値についても実測値と乖離が少ないと推定することができ、実測値に対する巻線温度の計算値は精度が担保されていると考えられる。 According to the verification results shown in FIGS. 6 to 11 described above, the calculated value of the gasket temperature had little deviation from the measured value of the gasket temperature. Therefore, it can be estimated that the calculated value of the winding temperature (temperature of the insulating paper) has little deviation from the actual measured value, and it is considered that the accuracy of the calculated value of the winding temperature with respect to the actual measured value is ensured.
また、評価対象の柱上変圧器１に対して、通常、温度、日射の状況、風速などの環境データは実測されていない。一方、本発明は、上述したように気象台等から得た環境データを活用することで、ガスケット温度の推定精度があがる（図７の計算値、図８の計算値２、図９の計算値２、図１０の計算値１及び計算値２、図１１の計算値を参照されたい）。さらに、ガスケット温度の推定精度が上がれば、同じ熱等価回路を用いているので巻線温度の推定精度も上がる。 Further, environmental data such as temperature, solar radiation status, wind speed, etc. are not usually actually measured for the pole transformer 1 to be evaluated. On the other hand, the present invention improves the estimation accuracy of gasket temperature by utilizing environmental data obtained from meteorological observatories and the like as described above (calculated value in Fig. 7, calculated value 2 in Fig. 8, calculated value 2 in Fig. 9). , see calculated value 1 and calculated value 2 in FIG. 10, and calculated value in FIG. 11). Furthermore, if the accuracy of estimating the gasket temperature increases, the accuracy of estimating the winding temperature also increases because the same thermal equivalent circuit is used.
以上に説明した柱上変圧器の寿命評価方法によれば、気象台等から得た環境データに基づいて巻線温度を計算し、この巻線温度に基づいて絶縁紙の劣化指標（例えば平均重合度）を推定し、劣化指標に基づく柱上変圧器１の寿命を評価することができる。巻線温度の計算においては、柱上変圧器１の周辺における環境データを用いている。これにより、風速、日射、温度などの影響を考慮しない場合と比較して、実際の巻線温度を精度良く推定することができる。そして、熱等価回路では巻線温度だけでなく、柱上変圧器の油温やガスケットの温度も同時に算出するようになっている。したがって、単に電流から巻線温度を計算する場合と比較して、より精度よく巻線温度を計算することができる。この結果、絶縁紙の劣化指標をより確実に推定し、柱上変圧器１の寿命をより精度良く評価することができる。 According to the above-described method for evaluating the life of a pole transformer, the winding temperature is calculated based on environmental data obtained from a meteorological observatory, etc., and the deterioration index of the insulating paper (for example, the average degree of polymerization) is calculated based on the winding temperature. ), and the life of the pole transformer 1 can be evaluated based on the deterioration index. In calculating the winding temperature, environmental data around the pole transformer 1 is used. As a result, the actual winding temperature can be estimated with higher accuracy than when the effects of wind speed, solar radiation, temperature, etc. are not considered. The thermal equivalent circuit calculates not only the winding temperature but also the oil temperature and gasket temperature of the pole transformer. Therefore, the winding temperature can be calculated more accurately than when the winding temperature is simply calculated from the current. As a result, the deterioration index of the insulating paper can be estimated more reliably, and the lifespan of the pole transformer 1 can be evaluated with higher accuracy.
具体的な柱上変圧器１の寿命評価方法としては、計算した巻線温度と、図５（ａ）に示した巻線熱特性から劣化指標の減少量を求め、図５（ｂ）に示した劣化指標の経時変化を計算する。このような劣化指標と閾値とに基づいて巻線を被覆する絶縁紙９の劣化状況が判断でき、柱上変圧器１の寿命を評価することができる。
As a specific method for evaluating the life of the pole transformer 1, the amount of decrease in the deterioration index is determined from the calculated winding temperature and the winding thermal characteristics shown in Fig. 5(a), and the amount of decrease in the deterioration index is calculated as shown in Fig. 5(b). Calculate the change in deterioration index over time. Based on such deterioration index and threshold value, the deterioration state of the insulating
累積時間に応じた複数の巻線熱特性を切り替えて使用することで、より正確に劣化指標の減少量を得ることができ、この結果、より精度良く絶縁紙の劣化指標を得ることができる。 By switching and using a plurality of winding thermal characteristics depending on the cumulative time, it is possible to more accurately obtain the amount of decrease in the deterioration index, and as a result, it is possible to obtain the deterioration index of the insulating paper with higher accuracy.
また、柱上変圧器の寿命評価方法は、環境データを柱上変圧器１の設置場所で取得しなくても、気象台等の環境データを用いて精度良く巻線温度を計算することができる。また、環境データを取得するための各種装置を柱上変圧器１の設置場所に配置しなくてよいので、それらに要するコストを発生させずにすむ。 Furthermore, the method for evaluating the life of a pole transformer can accurately calculate the winding temperature using environmental data from a weather observatory, etc., without having to obtain environmental data at the installation location of the pole transformer 1. Moreover, since it is not necessary to arrange various devices for acquiring environmental data at the installation location of the pole transformer 1, the cost required for them can be eliminated.
また、熱等価回路に環境データとして気温、日射による熱流、風速を入力する。これにより、より精度良く絶縁紙の温度を計算することができる。 In addition, the temperature, heat flow due to solar radiation, and wind speed are input as environmental data to the thermal equivalent circuit. Thereby, the temperature of the insulating paper can be calculated with higher accuracy.
また、熱等価回路に与える風速として平均風速を用いる。これにより、瞬間的な突風の影響を低減することができる。 Furthermore, the average wind speed is used as the wind speed given to the thermal equivalent circuit. This makes it possible to reduce the effects of momentary gusts of wind.
また、熱等価回路に雨係数を用いる。これにより、雨の影響を考慮して巻線温度をより精度良く計算することができる。 In addition, the rain coefficient is used in the thermal equivalent circuit. Thereby, the winding temperature can be calculated with higher accuracy while taking into account the influence of rain.
また、上述した説明では、気象台等から環境データを取得する場合について説明したがこのような構成に限定されない。環境データは、柱上変圧器１を含む範囲として設置場所付近に設けたセンサー等によって得てもよい。さらに、風速、温度、日射などの環境データを得ることができるセンサー等を有するスマートメーターが実現されれば、そのようなスマートメーターから環境データを取得してもよい。 Further, in the above description, the case where environmental data is acquired from a weather observatory or the like has been described, but the present invention is not limited to such a configuration. The environmental data may be obtained by a sensor or the like provided near the installation location in a range including the pole transformer 1. Furthermore, if a smart meter having a sensor or the like capable of obtaining environmental data such as wind speed, temperature, and solar radiation is realized, environmental data may be obtained from such a smart meter.
スマートメーター２により３０分に一回の頻度で電流が測定される場合について説明したが、本発明はそのような頻度に限定されない。本発明は任意の頻度で電流を測定可能なスマートメーターを利用することができる。 Although a case has been described in which the smart meter 2 measures current at a frequency of once every 30 minutes, the present invention is not limited to such a frequency. The present invention can utilize a smart meter that can measure current at any frequency.
絶縁紙の劣化指標として平均重合度を用いたがこれに限定されない。例えば、絶縁紙から得られる分解生成物の濃度を絶縁紙の劣化指標として用いてもよい。当該濃度は、高いほど絶縁紙が劣化していることを表わす指標となる。また、絶縁紙が劣化するほど増大する劣化指標を用いる場合は、図５を「増加量」と読み替えればよい。そして、平均重合度を用いた場合と同様にして劣化指標と閾値に基づいて絶縁紙の劣化を推定すればよい。 Although the average degree of polymerization was used as an index of deterioration of insulating paper, the present invention is not limited to this. For example, the concentration of decomposition products obtained from insulating paper may be used as an indicator of deterioration of insulating paper. The higher the concentration, the more degraded the insulating paper becomes. Furthermore, when using a deterioration index that increases as the insulating paper deteriorates, FIG. 5 may be read as "increase amount." Then, the deterioration of the insulating paper may be estimated based on the deterioration index and the threshold value in the same manner as when the average degree of polymerization is used.
柱上変圧器を保守する産業分野などで利用することができる。 It can be used in industrial fields where pole-mounted transformers are maintained.
１…柱上変圧器、２…スマートメーター、３…リード線、４…ブッシング、５…ガスケット、６…タンク、７…電線、９…絶縁紙、１０…需要家、１１…寿命評価装置 1... Pole transformer, 2... Smart meter, 3... Lead wire, 4... Bushing, 5... Gasket, 6... Tank, 7... Electric wire, 9... Insulating paper, 10... Consumer, 11... Life evaluation device
上記目的を達成するための本発明の態様は、柱上変圧器を通過する電流を測定可能なスマートメーターから前記電流を計算し、前記柱上変圧器の周囲の環境データを取得し、前記電流、及び前記環境データを入力データとし、前記柱上変圧器に備わるタンク内の油温、ガスケットの温度（以下、ガスケット温度）、及び巻線の温度（以下、巻線温度）を出力する熱等価回路を用いて前記巻線温度を計算し、前記巻線温度と、前記巻線を被覆する絶縁紙の劣化指標との関係を表す巻線熱特性に基づいて前記劣化指標を推定することにより前記柱上変圧器の寿命を推定し、前記環境データは、前記柱上変圧器を含む範囲を対象として気象台により測定されたものであり、前記熱等価回路は、前記柱上変圧器の前記巻線、前記柱上変圧器のタンクの油温、前記ガスケット温度、気温とがそれぞれ熱抵抗を挟んで直列に接続され、前記気温には、前記環境データとして得られた気温を入力し、さらに、前記熱等価回路は、前記ガスケット温度に、前記環境データとして日射による熱流が入力されることを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法にある。 An aspect of the present invention for achieving the above object is to calculate the current from a smart meter capable of measuring the current passing through the pole transformer, acquire environmental data around the pole transformer, and calculate the current passing through the pole transformer. , and the environmental data as input data, and a thermal equivalent that outputs the oil temperature in the tank provided in the pole transformer, the gasket temperature (hereinafter referred to as gasket temperature), and the winding temperature (hereinafter referred to as winding temperature). By calculating the winding temperature using a circuit and estimating the deterioration index based on the winding thermal characteristics representing the relationship between the winding temperature and the deterioration index of the insulating paper covering the winding. The lifespan of the pole transformer is estimated, the environmental data is measured by a meteorological observatory in an area including the pole transformer, and the thermal equivalent circuit is based on the winding of the pole transformer. , the oil temperature of the tank of the pole transformer, the gasket temperature, and the air temperature are connected in series with a thermal resistance in between, and the air temperature obtained as the environmental data is inputted to the air temperature, and The thermal equivalent circuit is a method for evaluating the life of a pole transformer, characterized in that heat flow due to solar radiation is inputted as the environmental data to the gasket temperature .
Claims (9)
前記柱上変圧器の周囲の環境データを取得し、
前記電流、及び前記環境データを入力データとし、前記柱上変圧器に備わるタンク内の油温、ガスケットの温度（以下、ガスケット温度）、及び巻線の温度（以下、巻線温度）を出力する熱等価回路を用いて前記巻線温度を計算し、
前記巻線温度と、前記巻線を被覆する絶縁紙の劣化指標との関係を表す巻線熱特性に基づいて前記劣化指標を推定することにより前記柱上変圧器の寿命を推定する
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 calculating said current from a smart meter capable of measuring the current passing through the pole transformer;
acquiring environmental data around the pole transformer;
The current and the environmental data are used as input data, and the oil temperature in the tank provided in the pole transformer, the gasket temperature (hereinafter referred to as gasket temperature), and the winding temperature (hereinafter referred to as winding temperature) are output. Calculating the winding temperature using a thermal equivalent circuit,
The lifetime of the pole transformer is estimated by estimating the deterioration index based on winding thermal characteristics representing the relationship between the winding temperature and the deterioration index of insulating paper covering the winding. A method for evaluating the lifespan of pole-mounted transformers.
前記巻線熱特性は、前記巻線温度と、前記劣化指標の増加量又は減少量との関係を表し、
前記巻線温度を計算するごとに、前記巻線温度に対応する前記増加量又は前記減少量を前記巻線熱特性から取得し、前記増加量又は前記減少量を前記劣化指標に加算し、
前記劣化指標に対して、前記巻線を被覆する絶縁紙の交換を要することを表す閾値を設定し、
前記劣化指標と前記閾値とに基づいて前記柱上変圧器の寿命を推定する
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 A method for evaluating the life of a pole transformer according to claim 1, comprising:
The winding thermal characteristics represent the relationship between the winding temperature and the amount of increase or decrease in the deterioration index,
Each time the winding temperature is calculated, the increase amount or the decrease amount corresponding to the winding temperature is obtained from the winding thermal characteristics, and the increase amount or the decrease amount is added to the deterioration index,
Setting a threshold value indicating that the insulating paper covering the winding needs to be replaced for the deterioration index,
A method for evaluating the life of a pole transformer, comprising estimating the life of the pole transformer based on the deterioration index and the threshold.
前記巻線を使い始めてからの累積時間ごとに異なる前記巻線熱特性を用意し、
前記累積時間に応じた前記巻線熱特性から前記増加量又は前記減少量を取得する
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 A method for evaluating the life of a pole transformer according to claim 2,
preparing different winding thermal characteristics for each cumulative time since the winding was first used;
A method for evaluating the life of a pole transformer, characterized in that the amount of increase or the amount of decrease is obtained from the winding thermal characteristics according to the cumulative time.
前記環境データは、前記柱上変圧器を含む範囲を対象として気象台により測定されたものである
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 A method for evaluating the life of a pole transformer according to any one of claims 1 to 3, comprising:
A method for evaluating the life of a pole transformer, characterized in that the environmental data is measured by a weather observatory in an area including the pole transformer.
前記熱等価回路は、
前記柱上変圧器の前記巻線、前記柱上変圧器のタンクの油温、前記ガスケット温度、気温とがそれぞれ熱抵抗を挟んで直列に接続され、
前記気温には、前記環境データとして得られた気温を入力する
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 A method for evaluating the life of a pole transformer according to any one of claims 1 to 4, comprising:
The thermal equivalent circuit is
The winding of the pole transformer, the oil temperature of the tank of the pole transformer, the gasket temperature, and the air temperature are each connected in series with a thermal resistance in between,
A method for evaluating the life of a pole-mounted transformer, characterized in that the air temperature obtained as the environmental data is inputted as the air temperature.
前記熱等価回路の前記巻線には、前記環境データとして日射による熱流を入力する
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 The method for evaluating the life of a pole transformer according to claim 4,
A method for evaluating the life of a pole transformer, characterized in that heat flow due to solar radiation is input as the environmental data to the winding of the thermal equivalent circuit.
前記熱等価回路の前記巻線と前記気温との間の前記熱抵抗を、前記環境データとしての風速が強いほど小さくなるよう補正する
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 A method for evaluating the life of a pole transformer according to claim 5 or 6,
A method for evaluating the life of a pole-mounted transformer, characterized in that the thermal resistance between the winding of the thermal equivalent circuit and the temperature is corrected so that it becomes smaller as the wind speed as the environmental data becomes stronger.
前記環境データとしての風速から所定期間における平均風速を計算し、前記平均風速が強いほど小さくなるよう前記熱抵抗を補正する
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 The method for evaluating the life of a pole transformer according to claim 7,
A method for evaluating the life of a pole-mounted transformer, comprising: calculating an average wind speed for a predetermined period from the wind speed as the environmental data, and correcting the thermal resistance so that it becomes smaller as the average wind speed becomes stronger.
雨の影響を考慮しない場合を１とし、雨の影響を考慮する程度に応じて０より大きく１未満の値を雨係数として設定し、
前記熱等価回路の前記巻線と前記気温との間の前記熱抵抗に、前記雨係数を乗じる
ことを特徴とする柱上変圧器の寿命評価方法。 A method for evaluating the life of a pole transformer according to any one of claims 5 to 8,
If the effect of rain is not considered, it is set as 1, and depending on the degree to which the effect of rain is considered, a value greater than 0 and less than 1 is set as the rain coefficient.
A method for evaluating the life of a pole transformer, comprising: multiplying the thermal resistance between the winding of the thermal equivalent circuit and the temperature by the rain coefficient.
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