JP4627694B2 - 負荷時タップ切換器の監視装置 - Google Patents

Description

この発明は、変圧器に装着された負荷時タップ切換器の内部異常を監視する負荷時タップ切換器の監視装置に関するものである。

変圧器に装備された負荷時タップ切換器は、切換開閉器、限流抵抗器等が油槽内に収容され、絶縁油が充填された油槽と、切換操作を行う電動操作機構と、これを制御する制御装置とからなり、油槽は絶縁油が充填された変圧器に組み込まれている。
負荷時タップ切換器の油槽内における異常現象は、切換開閉器等の接触部の接触不良、切換動作時の切換動作不良等によって限流抵抗器に循環電流が長時間流れる現象が想定される。
これらの負荷時タップ切換器の異常現象は発熱を伴うので、異常発生時には油槽内の絶縁油温度が上昇する。したがって、油槽内絶縁油温度の温度変化を常時監視することで、負荷時タップ切換器の異常現象が監視できる。
負荷時タップ切換器の油槽内の油温を検出して内部異常を検出する負荷時タップ切換器の監視装置としては、例えば特許文献１に開示されている。
特許文献１の負荷時タップ切換器は、負荷時タップ切換器の油槽内に温度検出部を設け、予め油槽内の危険温度を設定し、温度検出部により一定時間間隔で油槽内温度を検出し、その検出温度および温度上昇速度、あるいは設定された危険温度に至る時間等を予測し、負荷時タップ切換装置の異常状態あるいは設定された危険温度に達した場合、または達する可能性大のときには変圧器を停止するように構成されている。

特開昭６３−１９９４０８号公報

上記特許文献１は、負荷時タップ切換器の油槽内温度を一定時間間隔で検出し、検出した温度の上昇速度、予め設定された危険温度に到達する時間等を予測し、負荷時タップ切換装置の異常状態を判定するものである。
しかしながら、変圧器の内部温度は周囲温度や負荷状態によって変動するものであり、変圧器に組み込まれた負荷時タップ切換器の油槽内の絶縁油温度は、変圧器の絶縁油温度に追随して変化する。負荷時タップ切換器の油槽内の温度を検出し、その温度変化の状況により、負荷時タップ切換器の内部の異常現象を監視する特許文献１の監視装置は、発熱量が大きな異常現象の検出および異常現象の拡大の予測はできるが、例えば、切換開閉器の接触不良等の発熱量の少ない異常現象は、負荷時タップ切換器の油槽内の絶縁油の温度変化は小さく、接触抵抗の増加によるものか、外気温度の変動や変圧器油温の変動の影響によるものかの識別が困難であり、異常現象を的確に検知することは困難であるという問題点があった。

この発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、周囲温度や変圧器内絶縁油温度に影響されないで、負荷時タップ切換器の油槽内の異常現象に起因する絶縁油の温度変化が正確に検出され、負荷時タップ切換器の油槽内での発熱量の少ない異常現象が的確に監視できる負荷時タップ切換器の監視装置を提供することを目的とする。

この発明に係る負荷時タップ切換器の監視装置は、切換開閉器を収容し、絶縁油が充填された油槽を有し、且つ油槽部が変圧器内に配置されるように変圧器に組み込まれた負荷時タップ切換器と、油槽内の絶縁油を濾過する、変圧器外の大気中に設置された油濾過装置と、一端が油槽の下部に配置され、他端が油濾過装置に接続され、油槽から絶縁油を油濾過装置に循環させる往路配管と、一端が油槽の上部に配置され、他端が油濾過装置に接続され、油濾過装置で濾過された絶縁油を油槽に戻す復路配管とを備え、往路配管に設けられた往路配管絶縁油温度を検出する往路配管絶縁油温度検出手段と、復路配管に設けられた復路配管絶縁油温度を検出する復路配管絶縁油温度検出手段と、変圧器の活線状態で油濾過装置が運転される毎に、運転開始から１循環する時間以上経過後の、往路配管絶縁油温度と復路配管絶縁油温度との温度差を演算する演算部、演算した温度差によって負荷時タップ切換器の異常状態を判定し、異常と判定されたときに、負荷時タップ切換器異常警報を出力する異常判定部および判定結果を表示する表示部を有する監視部とを備えたものである。

このように負荷時タップ切換器の絶縁油温度と変圧器の絶縁油温度の温度差により負荷時タップ切換器の異常現象を検出するようにすると、負荷時タップ切換器の油槽内の温度変化が、周囲温度や変圧器内絶縁油温度に影響されないで正確に検出され、負荷時タップ切換器に発熱量の少ない異常現象が生じても的確に監視できる負荷時タップ切換器の監視装置が構成できる。

実施の形態１．
図１は実施の形態１の負荷時タップ切換器の監視装置の構成図である。
負荷時タップ切換器２０は、絶縁油が充填された油槽２１内に切換開閉器２２、限流抵抗２４等が収容され、変圧器１０に組み込まれている。
負荷時タップ切換器２０は、運転中に変圧器の接続タップ位置を切り換えるものであり、切換開閉器２２の切換動作により充填された絶縁油が劣化するので、フィルタを内蔵した濾過槽３１と油ポンプ３２で構成された油濾過装置３０を装備しており、負荷時タップ切換器２０と油濾過装置３０との間は、油槽２１内から油濾過装置３０に絶縁油を循環する往路配管３５と、濾過された絶縁油を油槽２１に戻す復路配管３６で接続し、往路配管３５には往路配管絶縁油温度検出手段４１、復路配管３６には復路配管絶縁油温度検出手段４２を設けている。

監視部５０は、往路配管絶縁油温度検出手段４１が検出した温度をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５１と、復路配管絶縁油温度検出手段４２が検出した温度をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器５２と、想定される異常現象による温度上昇の管理限界値を予め設定しておき、ディジタル信号に変換された往路配管絶縁油温度と復路配管絶縁油温度を入力して温度差を演算し、予め設定された温度上昇の管理限界値と比較して異常現象の有無を判定し、異常と判定されたときに負荷時タップ切換器異常警報を出力する異常判定部５３と、判定結果を表示する表示部５４とを備えている。

通常、負荷時タップ切換器２０の油槽２１内の絶縁油温度は、周囲温度の変化や変圧器１０の負荷変動により、変圧器内の絶縁油温度が変化し、この変圧器１０内の絶縁油温度の変化に追随して変化する。
負荷時タップ切換器２０の正常時の油槽２１内の損失は、切換開閉器２２の接触抵抗のみで、その値は０．１ｍΩ以下であり、例えば、数１００Ａの電流が流れたとしても数１０Ｗ程度である。また、油槽２１内部の接続導体に流れる電流による温度上昇も僅かであり、正常状態で運転されている負荷時タップ切換器２０の油槽２１内の温度上昇は無視できる程度であり、負荷時タップ切換器２０の油槽２１の絶縁油温度は、変圧器１０の絶縁油温度とほぼ同じ温度となっている。
負荷時タップ切換器２０の内部発熱量はわずかであるが、油濾過装置３０により油槽２１内の絶縁油の濾過処理時の往路配管３５と復路配管３６の絶縁油の温度差は検出されない。
もし、油槽２１内に異常現象による発熱があると、油槽２１に流入する復路配管３６内の絶縁油温度と、往路配管３５内の絶縁油の温度に温度差が生じることとなり、この温度差が油槽２１内での異常現象による温度上昇と判断できる。したがって、この温度差を検出することで、負荷時タップ切換器２０の油槽内の異常現象を検出することができる。

負荷時タップ切換器２０の油槽２１内で発熱を伴う異常現象が発生すると、油槽２１内の絶縁油は加熱される。異常現象の発生状態で油濾過装置３０に油槽２１内の絶縁油を循環させると、復路配管３６から油槽２１内に流入する絶縁油は、油槽２１内での異常現象により加熱されて往路配管３５から油濾過装置３０の濾過槽３１に流入する。
油濾過装置３０は冷却装置ではないが、変圧器１０の絶縁油温度と異常現象による発熱により加熱されて温度上昇した絶縁油は、大気中に設置された油濾過装置３０を通過中に冷却され、復路配管３６を経由して油槽２１に戻る。

往路配管３５の絶縁油温度は往路配管絶縁油温度検出手段４１により、復路配管３６の絶縁油温度は復路配管絶縁油温度検出手段４２によりそれぞれ検出されるが、油濾過装置３０の起動直後の各部の加熱・冷却の条件は過渡状態にあり、各部の温度は安定していないので、起動直後に温度を検出しても異常現象による絶縁油の温度上昇は正確には検出されない。したがって、循環する絶縁油の温度の検出は、循環経路の加熱・冷却の条件がバランスした状態で検出する必要がある。
濾過処理中の絶縁油循環経路の絶縁油温度がバランスして安定する時間は、経験的に約１循環する時間が経過すると、ほぼバランスする状態になる。１循環とは負荷時タップ切換器２０の油槽２１内の絶縁油量を油ポンプ３２の送油量で除した値が１循環する所要時間である。
絶縁油の温度は、油濾過装置３０の運転開始後１循環する時間を経過した後に往路配管３５の絶縁油温度を往路配管絶縁油温度検出手段４１により、復路配管３６の絶縁油温度を復路配管絶縁油温度検出手段４２により検出する。

負荷時タップ切換器２０の油槽２１内で発熱を伴う異常現象が発生すると、負荷時タップ切換器２０の油槽２１内の絶縁油は加熱されて温度上昇する。負荷時タップ切換器２０の油槽２１内において絶縁油が加熱される異常現象としては、次のような要因がある。
Ａ．切換開閉器２２動作不良によるアークおよび限流抵抗器２４に流れる長時間電流が流れることによる加熱
Ｂ．切換開閉器２２等の接触部の接触抵抗の増大による加熱
Ｃ．接続導体の接続部の締め付けの緩みによって接触抵抗が増大したことによる加熱
Ｄ．接続導体および通電部に電流が流れることによる加熱

要因Ａの切換開閉器２２が正常に動作しないで、切換途中で停止する異常現象の場合は、限流抵抗器２４に負荷電流と循環電流が流れた状態で停止している現象であり、例えば限流抵抗器２４の抵抗値が数Ω程度であり、負荷電流が数１００Ａとすると発熱量は数１００ｋＷとなり急激な温度上昇となる。このような切換開閉器２２の動作不良の場合には別に設けられた保護装置により保護されるので、この発明の負荷時タップ切換器の監視装置の監視対象外とする。
要因Ｂの切換開閉器２２等の接触不良が生じて、接触不良が発生した場合は、接触抵抗が数ｍΩ以上を異常と見なすと、このレベルの発熱量は数ｋＷ程度である。数ｋＷの発熱量であれば、急激な温度上昇はなく、絶縁油の温度が徐々に上昇する現象として現れる。要因Ｃ、要因Ｄについても同様に、急激な温度上昇はなく、絶縁油の温度が徐々に上昇する現象として現れる。
この負荷時タップ切換器の監視装置においては、上記の要因Ｂ、Ｃ、Ｄに対応して予め管理基準値を設定しておく。

次に図１の構成の負荷時タップ切換器の監視装置の動作について説明する。
検出された往路配管３５内の絶縁油温度および復路配管３６内の絶縁油温度は、監視部５０のＡ／Ｄ変換器５１およびＡ／Ｄ変換器５２に入力し、それぞれディジタル信号に変換して、異常判定部５３に入力し、異常判定部５３では管理限界値と比較し、異常現象発生状態の判定を行い、判定結果を表示部５４に表示する。異常判定部５３で異常発生と判定された場合には、負荷時タップ切換器異常警報を出力する。

図１のように構成した負荷時タップ切換器の監視装置は、負荷時タップ切換器２０の油槽２１内の絶縁油を濾過処理する循環経路の往路配管３５の絶縁油温度と復路配管３６の絶縁油温度を検出し、それぞれの温度の温度差により異常現象の有無を判定する構成としたことにより、周囲温度や変圧器の絶縁油温度の如何に関わらず負荷時タップ切換器２０の油槽２１内部の異常現象による発熱の有無が判定され、負荷時タップ切換器２０内部の異常現象が監視できる。

この構成は、絶縁油温度検出手段を負荷時タップ切換器２０の油槽２１と油濾過装置３０の間の往路配管３５および復路配管３６に設けたものであり、既設の負荷時タップ切換器にも、負荷時タップ切換器２０を改造することなく容易に追設することができる。

上記は、負荷時タップ切換器２０が切換開閉器２２、限流抵抗器２４が油槽２１内に収容されるもので説明したが、油槽内には切換開閉器２２のみの場合や、切換開閉器２２、タップ選択器２３に加えて転換器も油槽２１内に収容した構成に適用しても同様の効果が得られる。

実施の形態２．
実施の形態１では、監視部５０の構成を負荷時タップ切換器２０の油槽２１と油濾過装置３０の間の絶縁油を循環させる往路配管３５と復路配管３６に温度検出手段４１、４２を設け、変圧器が活線状態で油濾過装置３０を運転して絶縁油を循環させ、循環中の往路配管３５および復路配管３６を通過する絶縁油の温度を検出し、両者の温度差とその管理基準との比較によって異常現象の判定を行う構成としたが、この実施の形態２は、異常現象の判定を行わず、過去の温度差データを蓄積し、蓄積した温度差データの表示期間を指定し、一覧表またはグラフで表示するように構成したものである。

実施の形態２の負荷時タップ切換器の監視装置の構成図を図２に示す。図２の構成は、変圧器１０、負荷時タップ切換器２０および油濾過装置３０は実施の形態１の図１と同一であるので、説明は省略する。
監視部６０は、往路配管絶縁油検出手段４１および復路配管絶縁油温度検出手段４２により検出された絶縁油温度をそれぞれディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器６１、Ａ／Ｄ変換器６２と、ディジタル信号に変換された往路配管３５を通過する絶縁油温度と、復路配管３６を通過する絶縁油温度との温度差を演算して温度差データとして記憶する記憶手段を有する演算部６３と、演算部６３において演算された温度差を記憶手段に記憶して蓄積し、表示部に温度差データの表示期間を指定して一覧表表示またはグラフ表示する。

このように構成すると、検出され演算された温度差データの変化の傾向が示されるので、表示された一覧表またはグラフから異常現象の進展を容易に予測することができる。

実施の形態３．
実施の形態２の監視部は、検出された温度差データが表示期間を指定して一覧表表示またはグラフ表示ができるように構成したが、検出データのすべてを記憶する構成とすると記憶容量の大きな記憶部が必要となる。
実施の形態３は、負荷時タップ切換器２０の構成は図２の構成とし、監視部に検出した温度差データを記憶する記憶部を有する構成とし、温度差データ検出毎に記憶部の温度差データと比較して、検出した温度差データが記憶部に記憶された温度差データよりも大きい場合に、記憶された温度差データを更新し、記憶部のデータは常に温度差データの最高値が記憶されている状態とし、演算した温度差と記憶部に記憶された温度差データの最高値を表示する構成としたものである。

この構成では、記憶部に記憶された温度差データが常に過去最高値が記憶されており、温度差の検出値と記憶部に記憶された過去最高値を表示部に表示する構成としたことにより、記憶部の記憶容量は小さなもので、異常現象の進展性の判断もできるようになり、監視部の構成が簡素化できる。

実施の形態１の負荷時タップ切換器の監視装置の構成図である。 実施の形態２の負荷時タップ切換器の監視装置の構成図である。

符号の説明

１０ 変圧器、２０ 負荷時タップ切換器、２１ 油槽、２２ 切換開閉器、
２３ タップ選択器、２４ 限流抵抗、３０ 油濾過装置、３１ 濾過槽、
３２ 油ポンプ、３５ 往路配管、３６ 復路配管、
４１ 往路配管絶縁油温度検出手段、４２ 復路配管絶縁油温度検出手段、
５０ 監視部、５１，５２ Ａ／Ｄ変換器、５３ 異常判定部、５４ 表示部、
６０ 監視部、６１，６２ Ａ／Ｄ変換器、６３ 演算部、６４ 表示部。

Claims (3)

1. 切換開閉器が収容され、絶縁油が充填された油槽を有し、且つ油槽部が変圧器内に配置されるように上記変圧器に組み込まれた負荷時タップ切換器と、上記油槽内の絶縁油を濾過する、上記変圧器外の大気中に設置された油濾過装置と、一端が上記油槽の下部に配置され、他端が上記油濾過装置に接続され、上記油槽から絶縁油を上記油濾過装置に循環させる往路配管と、一端が上記油槽の上部に配置され、他端が上記油濾過装置に接続され、上記油濾過装置で濾過された絶縁油を上記油槽に戻す復路配管とを備え、
   上記往路配管に設けられた往路配管絶縁油温度を検出する往路配管絶縁油温度検出手段と、上記復路配管に設けられた復路配管絶縁油温度を検出する復路配管絶縁油温度検出手段と、上記変圧器が活線状態で、上記油濾過装置が運転される毎に、運転開始から１循環する時間以上経過後の上記往路配管絶縁油温度と上記復路配管絶縁油温度との温度差を演算する演算部、演算した温度差によって上記負荷時タップ切換器の異常状態を判定し、異常と判定されたとき負荷時タップ切換器異常警報を出力する異常判定部および上記判定結果を表示する表示部を有する監視部とを備えたことを特徴とする負荷時タップ切換器の監視装置。
2. 上記監視部は、上記油濾過装置の運転毎に検出された上記往路配管絶縁油温度と上記復路配管絶縁油温度の温度差の温度差データを記憶する記憶部を有し、上記表示部は表示する期間を指定し、指定した期間の上記記憶部に記憶された温度差データを上記表示部に一覧表表示またはグラフ表示することを特徴とする請求項１記載の負荷時タップ切換器の監視装置。
3. 上記監視部は、上記油濾過装置が運転される毎に検出された上記往路配管絶縁油温度と上記復路配管絶縁油温度の温度差を温度差データとして記憶する記憶部を有し、検出された上記往路配管絶縁油温度と上記復路配管絶縁油温度との温度差が、上記記憶部に記憶された温度差データよりも大きな温度差が検出されたときに記憶部に記憶された温度差データを更新し、上記表示部に検出値と上記記憶部に記憶された過去最高値の温度差データを表示することを特徴とする請求項１記載の負荷時タップ切換器の監視装置。

Images