JP2024503561A - 無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置及び方法 - Google Patents
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Abstract
【要約】本発明は電力設備の品質検査の技術分野に関し、具体的には、無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置及び方法に関し、評価装置は、振動センサと、静電容量電流サンプリングボックスと、信号処理ユニットと、上部サーチコイルと、下部サーチコイルと、を含み、前記振動センサは変圧器タンクの中心位置に設けられ、変圧器の内部には複数の変圧器巻線が設けられ、前記上部サーチコイルは前記上部鉄ヨークの下端に設けられ、前記下部サーチコイルは前記下部鉄ヨークの上端に設けられ、前記静電容量電流サンプリングボックス、振動センサ、上部サーチコイル、下部サーチコイルはいずれも前記信号処理ユニットに接続され、評価方法は、巻線変形信号を監視するステップと、巻線変形信号を抽出して分析するステップと、巻線変形程度を評価するステップと、を含む。【選択図】図１
Description
本発明は電力設備の品質検査の技術分野に属し、具体的には、無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置及び方法に関する。
巻線の変形は、変圧器の運転中によく見られる問題である。一般的に、巻線が変形した変圧器はしばらく運転を続けるが、適切な修理ができなければ、巻線の変形による累積効果がさらに進行し、最終的に変圧器の破損を招き、電力供給の信頼性に悪影響を与える。しかし、従来の変圧器の巻線の変形検出は、主に停電での周波数応答解析、短絡インピーダンス測定などの方法により行われているが、これらの方法における主要な問題としては、一つは、変圧器の停電が必要で、電力供給の信頼性に影響すること、もう一つは、これらの検出方法自体にそれぞれの欠点が存在し、周波数応答解析の場合、感度が高すぎで、短絡インピーダンス測定の場合、小電流の検出では検出結果の妨害要素が多く、大きい偏差を発生しやすく、変圧器の巻線変形程度の評価診断に深刻な影響を与えることにある。変圧器の巻線変形程度の判断が間違ったら、変圧器の損傷度を悪化させ、大規模な停電が発生する可能性がある。
従来技術では、主に変圧器を停電させて巻線変形の検出と評価を行っているが、電力供給の信頼性が悪く、そして、一部の検出と評価は帯電監視方法により行われているが、これらの方法はほとんど単一で、効率が低く、精度が高くないなどの問題があり、しかも、変圧器の実際の帯電運転状態における変形程度を評価することができないため、従来技術では、実際の変圧器において無停電検出により巻線が変形したかどうかを正確に評価するという問題を解決することができない。従来技術では、本発明に近い特許技術ＣＮ２０２０１１５２８２９７．０においては、主に変圧器の内部巻線に光ファイバセンサを設置し、光パラメータの変化を監視することにより、巻線の変形程度をリアルタイムでフィードバックする電力変圧器巻線変形のオンライン監視方法及び装置が開示されている。当該特許は、監視信号が単一であり、変圧器巻線の外部及び内部の部品の干渉による検出誤差を克服することができず、精度が高くない。
本発明は、従来技術に存在する欠点を解決し、変圧器の巻線が変形した後、無停電状態において、リアルタイムで監視することにより、変圧器の巻線変形程度をタイムリーに把握し、変圧器の点検修理のための決定根拠を提供し、変圧器の故障の深刻化を回避し、変圧器の破損を防止し、運転の信頼性を高める面で重要な意義がある無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置及び方法を提供する。
上記の技術的課題を解決するために、本発明は以下の技術的解決手段を採用する。
無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置であって、
振動センサと、静電容量電流サンプリングボックスと、信号処理ユニットと、上部サーチコイルと、下部サーチコイルと、とを含み、６つの前記静電容量電流サンプリングボックスはそれぞれ変圧器の中圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドと、低圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドに設けられ、前記振動センサは変圧器タンクの中心位置に設けられ、変圧器の内部にはそれぞれＡ相変圧器巻線、Ｂ相変圧器巻線、Ｃ相変圧器巻線という複数の変圧器巻線が設けられ、前記変圧器巻線は、鉄心主柱と、上部鉄ヨークと、下部鉄ヨークと、低圧巻線と、中圧巻線と、高圧巻線と、を含み、前記低圧巻線、中圧巻線及び高圧巻線は内側から外側へ前記鉄心主柱に順次外嵌される。このような変圧器構造は、現在成熟している技術であるので、ここでは詳しく説明しない。前記上部サーチコイルは、前記上部鉄ヨークの下端に設けられ、かつ前記中圧巻線と低圧巻線との間の真上に位置し、前記下部サーチコイルは、前記下部鉄ヨークの上端に設けられ、かつ前記低圧巻線と前記鉄心主柱との間の真下に位置し、前記静電容量電流サンプリングボックス、振動センサ、上部サーチコイル、下部サーチコイルはいずれも前記信号処理ユニットに接続される。
振動センサと、静電容量電流サンプリングボックスと、信号処理ユニットと、上部サーチコイルと、下部サーチコイルと、とを含み、６つの前記静電容量電流サンプリングボックスはそれぞれ変圧器の中圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドと、低圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドに設けられ、前記振動センサは変圧器タンクの中心位置に設けられ、変圧器の内部にはそれぞれＡ相変圧器巻線、Ｂ相変圧器巻線、Ｃ相変圧器巻線という複数の変圧器巻線が設けられ、前記変圧器巻線は、鉄心主柱と、上部鉄ヨークと、下部鉄ヨークと、低圧巻線と、中圧巻線と、高圧巻線と、を含み、前記低圧巻線、中圧巻線及び高圧巻線は内側から外側へ前記鉄心主柱に順次外嵌される。このような変圧器構造は、現在成熟している技術であるので、ここでは詳しく説明しない。前記上部サーチコイルは、前記上部鉄ヨークの下端に設けられ、かつ前記中圧巻線と低圧巻線との間の真上に位置し、前記下部サーチコイルは、前記下部鉄ヨークの上端に設けられ、かつ前記低圧巻線と前記鉄心主柱との間の真下に位置し、前記静電容量電流サンプリングボックス、振動センサ、上部サーチコイル、下部サーチコイルはいずれも前記信号処理ユニットに接続される。
さらに、前記上部サーチコイル及び下部サーチコイルは、円形構造であり、前記上部サーチコイルの直径の値が中圧巻線の半径と低圧巻線の半径との差であり、前記下部サーチコイルの直径の値が低圧巻線の半径と鉄心主柱の半径との差であり、変圧器巻線が変形すると、中圧巻線と低圧巻線との相対位置が変わり、低圧巻線と対応する鉄心主柱との相対位置が変わり、位置変化によって漏洩磁界が変わり、そのため、上部サーチコイル及び下部サーチコイルが設けられることによって、両方により変圧器の巻線変形程度を判定するので、巻線変形の監視の正確性が向上する。
さらに、前記上部サーチコイル及び下部サーチコイルはいずれもサーチコイル信号線を介して前記信号処理ユニットに接続され、前記サーチコイル信号線の外部には絶縁板紙及び強磁性シールドシートが設けられ、即ち、前記サーチコイル信号線は、変圧器ケース、上部鉄ヨーク及び下部鉄ヨークのいずれか一つとの間に絶縁板紙及び強磁性シールドシートが介在しており、これにより、サーチコイル信号線に対するシールド効果を果たし、変圧器の複雑な漏洩磁界によるサーチコイル信号線への干渉を解消する。
さらに、前記サーチコイル信号線は、サーチコイル信号線Ａとサーチコイル信号線Ｂを含み、サーチコイル信号線Ａとサーチコイル信号線Ｂは協働して１つのサーチコイルの信号伝送を実現し、前記強磁性シールドシートには磁路分割線が設けられ、前記強磁性シールドシートは磁路分割線分によって強磁性シールドシートＡ及び強磁性シールドシートＢに分割され、前記強磁性シールドシートＡは強磁性シールドシートＢの一端に接続され、前記強磁性シールドシートＡは前記サーチコイル信号線Ａの位置に対応し、前記強磁性シールドシートＢは前記サーチコイル信号線Ｂの位置に対応する。強磁性シールドシートに磁路分割線が設けられるのは、内部磁場による強磁性シールドシートでの渦流を切断するためであり、これにより、渦流による損耗を大幅に低減させる。
上記装置を用いた、無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価方法は、巻線変形信号を監視するステップＳ１と、巻線変形信号を抽出して分析するステップＳ２と、巻線変形程度を評価するステップＳ３と、を含み、
ステップＳ１では、
振動センサの監視信号を抽出して解析識別を行うことで、電圧信号の各次高調波成分実効値と特徴周波数ピーク値を抽出し、６つの静電容量電流サンプリングボックスによって中圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流と、低圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流とをそれぞれ取得し、上部サーチコイル及び下部サーチコイルによって、巻線変形による漏洩磁束信号の変化をそれぞれ監視し、
ステップＳ２では、
ステップＳ１では、
振動センサの監視信号を抽出して解析識別を行うことで、電圧信号の各次高調波成分実効値と特徴周波数ピーク値を抽出し、６つの静電容量電流サンプリングボックスによって中圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流と、低圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流とをそれぞれ取得し、上部サーチコイル及び下部サーチコイルによって、巻線変形による漏洩磁束信号の変化をそれぞれ監視し、
ステップＳ２では、
従来技術に比べて、本発明は、以下の有益な効果を有する。
本発明は、従来の監視技術に起因する、変圧器の巻線変形監視が正確さに欠け、信頼性が低いなどの問題を解決し、無停電検出によって変圧器の巻線変形程度をリアルタイムで評価することで、変圧器巻線の可能な変形をタイムリーに検出し、変圧器の点検修理の対策を適時に作ることに有利であり、変圧器が安全で確実に運転することを確保し、送電網の給電の信頼性を確保する点で重要な意義がある。
本発明は、従来の監視技術に起因する、変圧器の巻線変形監視が正確さに欠け、信頼性が低いなどの問題を解決し、無停電検出によって変圧器の巻線変形程度をリアルタイムで評価することで、変圧器巻線の可能な変形をタイムリーに検出し、変圧器の点検修理の対策を適時に作ることに有利であり、変圧器が安全で確実に運転することを確保し、送電網の給電の信頼性を確保する点で重要な意義がある。
以下、図面を参照して本発明をさらに説明する。
本発明の構造概略図である。
本発明のサーチコイルの概略図である。
本発明の強磁性シールドシートの概略図である。
以下、具体的な実施例を参照して本発明をさらに説明する。
図１及び図２に示すように、無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置は、振動センサ２と、静電容量電流サンプリングボックス３と、信号処理ユニット４と、上部サーチコイル５と、下部サーチコイル６と、を含み、６つの前記静電容量電流サンプリングボックス３は、それぞれ変圧器の中圧ブッシング７のＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドと、低圧ブッシング８のＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドに設けられ、前記振動センサ２は、変圧器のタンク１の中心位置に設けられる。図１に示すのは油浸式変圧器であり、そのタンクが変圧器のケースであり、図２に示すように、変圧器の内部には、それぞれＡ相変圧器巻線、Ｂ相変圧器巻線、Ｃ相変圧器巻線という３つの変圧器巻線が設けられ、各前記変圧器巻線は、それぞれ、鉄心主柱９と、上部鉄ヨーク１０と、下部鉄ヨーク１１と、低圧巻線１２と、中圧巻線１３と、高圧巻線１４と、を含み、前記低圧巻線１２、中圧巻線１３及び高圧巻線１４は内側から外側へ前記鉄心主柱９に順次外嵌され、前記上部サーチコイル５は、前記上部鉄ヨーク１０の下端に設けられ、かつ前記中圧巻線１３と低圧巻線１２との間の真上に位置し、前記下部サーチコイル６は、前記下部鉄ヨーク１１の上端に設けられ、かつ前記低圧巻線１２と前記鉄心主柱９との間の真下に位置し、前記静電容量電流サンプリングボックス３、振動センサ２、上部サーチコイル５、下部サーチコイル６はいずれも前記信号処理ユニット４に接続される。
前記上部サーチコイル５及び下部サーチコイル６は、円形構造であり、前記上部サーチコイル５の直径の値が、中圧巻線１３の半径と低圧巻線１２の半径との差であり、前記下部サーチコイル６の直径の値が、低圧巻線１２の半径と鉄心主柱９の半径との差である。
前記上部サーチコイル５及び下部サーチコイル６は、いずれもサーチコイル信号線１５を介して前記信号処理ユニット４に接続され、前記サーチコイル信号線１５の外部には絶縁板紙１６及び強磁性シールドシートが設けられ、即ち、前記サーチコイル信号線と、変圧器ケース、上部鉄ヨーク及び下部鉄ヨークのいずれか１つとの間には絶縁板紙及び強磁性シールドシートが介在している。
図３に示すように、前記サーチコイル信号線１５は、サーチコイル信号線Ａ１７とサーチコイル信号線Ｂ１８を含み、サーチコイル信号線Ａ１７とサーチコイル信号線Ｂ１８は協働して１つのサーチコイルの信号伝送を実現し、前記強磁性シールドシートには磁路分割線１９が設けられ、前記強磁性シールドシートは磁路分割線１９によって強磁性シールドシートＡ２０と強磁性シールドシートＢ２１に分割され、前記強磁性シールドシートＡ２０は強磁性シールドシートＢ２１の一端に接続され、前記強磁性シールドシートＡ２０は前記サーチコイル信号線Ａ１７の位置に対応し、前記強磁性シールドシートＢ２１は前記サーチコイル信号線Ｂ１８の位置に対応する。
無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価方法は、巻線変形信号を監視するステップＳ１と、巻線変形信号を抽出して分析するステップＳ２と、巻線変形程度を評価するステップＳ３と、を含み、
ステップＳ１では、
振動センサの監視信号を抽出して解析識別を行うことで、電圧信号の各次高調波成分実効値と特徴周波数ピーク値を抽出し、６つの静電容量電流サンプリングボックスによって中圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流と、低圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流とをそれぞれ取得し、上部サーチコイル及び下部サーチコイルによって、巻線変形による漏洩磁束信号の変化をそれぞれ監視し、
ステップＳ２では、
振動センサによる監視信号の解析において、同一時刻での各高調波成分の電圧信号実効値Ｕｉを取得し、Ｕｉはいずれも５０ＨＺの逓倍信号であり、信号特徴によって、
ステップＳ１では、
振動センサの監視信号を抽出して解析識別を行うことで、電圧信号の各次高調波成分実効値と特徴周波数ピーク値を抽出し、６つの静電容量電流サンプリングボックスによって中圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流と、低圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流とをそれぞれ取得し、上部サーチコイル及び下部サーチコイルによって、巻線変形による漏洩磁束信号の変化をそれぞれ監視し、
ステップＳ２では、
振動センサによる監視信号の解析において、同一時刻での各高調波成分の電圧信号実効値Ｕｉを取得し、Ｕｉはいずれも５０ＨＺの逓倍信号であり、信号特徴によって、
上記の実施形態は本発明の原理及びその効果を例示的に説明するものに過ぎず、限定的なものではない。当業者であれば、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、上記の実施例について修飾又は改良を行うことができる。そのため、当業者であれば、本発明で開示された主旨及び技術的構想を逸脱することなく行われる全ての等価修飾及び変化は本発明の特許請求の範囲に含まれるものとする。
１ タンク
２ 振動センサ
３ 静電容量電流サンプリングボックス
４ 信号処理ユニット
５ 上部サーチコイル
６ 下部サーチコイル
７ 中圧ブッシング
８ 低圧ブッシング
９ 鉄心主柱
１０ 上部鉄ヨーク
１１ 下部鉄ヨーク
１２ 低圧巻線
１３ 中圧巻線
１４ 高圧巻線
１５ サーチコイル信号線
１６ 絶縁板紙
１７ サーチコイル信号線Ａ
１８ サーチコイル信号線Ｂ
１９ 磁路分割線
２０ 強磁性シールドシートＡ
２１ 強磁性シールドシートＢ
２ 振動センサ
３ 静電容量電流サンプリングボックス
４ 信号処理ユニット
５ 上部サーチコイル
６ 下部サーチコイル
７ 中圧ブッシング
８ 低圧ブッシング
９ 鉄心主柱
１０ 上部鉄ヨーク
１１ 下部鉄ヨーク
１２ 低圧巻線
１３ 中圧巻線
１４ 高圧巻線
１５ サーチコイル信号線
１６ 絶縁板紙
１７ サーチコイル信号線Ａ
１８ サーチコイル信号線Ｂ
１９ 磁路分割線
２０ 強磁性シールドシートＡ
２１ 強磁性シールドシートＢ
Claims (5)
- 無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置であって、
振動センサ（２）と、静電容量電流サンプリングボックス（３）と、信号処理ユニット（４）と、上部サーチコイル（５）と、下部サーチコイル（６）と、を含み、
６つの前記静電容量電流サンプリングボックス（３）は、それぞれ変圧器の中圧ブッシング（７）のＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドと、低圧ブッシング（８）のＡ相、Ｂ相、Ｃ相のエンドシールドに設けられ、前記振動センサ（２）は、変圧器のタンク（１）の中心位置に設けられ、変圧器の内部には複数の変圧器巻線が設けられ、前記変圧器巻線は、鉄心主柱（９）と、上部鉄ヨーク（１０）と、下部鉄ヨーク（１１）と、低圧巻線（１２）と、中圧巻線（１３）と、高圧巻線（１４）と、を含み、前記低圧巻線（１２）、中圧巻線（１３）及び高圧巻線（１４）は内側から外側へ前記鉄心主柱（９）に順次外嵌され、前記上部サーチコイル（５）は、前記上部鉄ヨーク（１０）の下端に設けられ、かつ前記中圧巻線（１３）と低圧巻線（１２）との間の真上に位置し、前記下部サーチコイル（６）は、前記下部鉄ヨーク（１１）の上端に設けられ、かつ前記低圧巻線（１２）と前記鉄心主柱（９）との間の真下に位置し、前記静電容量電流サンプリングボックス（３）、振動センサ（２）、上部サーチコイル（５）、下部サーチコイル（６）はいずれも前記信号処理ユニット（４）に接続されることを特徴とする無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置。 - 前記上部サーチコイル（５）及び下部サーチコイル（６）は、円形構造であり、前記上部サーチコイル（５）の直径の値が中圧巻線（１３）の半径と低圧巻線（１２）の半径との差であり、前記下部サーチコイル（６）の直径の値が低圧巻線（１２）の半径と鉄心主柱（９）の半径との差であることを特徴とする請求項１に記載の無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置。
- 前記上部サーチコイル（５）及び下部サーチコイル（６）はいずれもサーチコイル信号線（１５）を介して前記信号処理ユニット（４）に接続され、前記サーチコイル信号線（１５）の外部には絶縁板紙（１６）及び強磁性シールドシートが設けられることを特徴とする請求項２に記載の無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置。
- 前記サーチコイル信号線（１５）は、サーチコイル信号線Ａ（１７）とサーチコイル信号線Ｂ（１８）を含み、サーチコイル信号線Ａ（１７）とサーチコイル信号線Ｂ（１８）は協働して１つのサーチコイルの信号伝送を実現し、前記強磁性シールドシートには磁路分割線（１９）が設けられ、前記強磁性シールドシートは磁路分割線（１９）によって強磁性シールドシートＡ（２０）と強磁性シールドシートＢ（２１）に分割され、前記強磁性シールドシートＡ（２０）は強磁性シールドシートＢ（２１）の一端に接続され、前記強磁性シールドシートＡ（２０）は前記サーチコイル信号線Ａ（１７）の位置に対応し、前記強磁性シールドシートＢ（２１）は前記サーチコイル信号線Ｂ（１８）の位置に対応することを特徴とする請求項３に記載の無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価装置。
- 無停電検出に基づく変圧器の巻線変形程度評価方法であって、
巻線変形信号を監視するステップＳ１と、巻線変形信号を抽出して分析するステップＳ２と、巻線変形程度を評価するステップＳ３と、を含み、
ステップＳ１では、振動センサの監視信号を抽出して解析識別を行うことで、電圧信号の各次高調波成分実効値と特徴周波数ピーク値を抽出し、６つの静電容量電流サンプリングボックスによって中圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流と、低圧ブッシングのＡ相、Ｂ相、Ｃ相の静電容量電流とをそれぞれ取得し、上部サーチコイル及び下部サーチコイルによって、巻線変形による漏洩磁束信号の変化をそれぞれ監視し、
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