JP4702373B2 - 残留磁束測定装置 - Google Patents

Description

この発明は、三相変圧器の残留磁束測定装置に関するものである。

従来の残留磁束測定装置においては、変圧器の電圧波形を測定して積分演算することで磁束波形を求めて、磁束波形の最大値と最小値との平均値を直流成分補正項として差し引いて残留磁束を求めている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来の残留磁束測定装置においては、変圧器の電圧波形を測定して積分演算することで磁束波形を求めて、このときに磁束波形の最終値と、電源遮断前の正弦波振動の中心との差を求めることで残留磁束を求めている（例えば、特許文献２参照）。

特開平２−１７９２２０ 特開２０００−２７５３１１

従来の残留磁束測定装置では、三相変圧器の遮断前後にのみ変圧器電圧および残留磁束の変動が生じることを前提としている。しかしながら、変圧器用遮断器が極間コンデンサを装備していると、遮断前後のみならず、変圧器用遮断器が開放している状態においても、系統事故等が発生して電源電圧に大きな変動が生じた場合には、極間コンデンサを介して変圧器電圧および残留磁束が変動することがある。このような状況下においても正確に残留磁束を測定するには、常に変圧器の電圧波形を測定しておき、積分演算により残留磁束を求める必要がある。このため、従来の残留磁束測定装置の構成で残留磁束の常時測定を実現するには、遮断直前から現時点までの全ての電圧波形を積分して磁束波形の最終値を求めることになる。よって、遮断時点から時間が経過するにつれて、長時間の電圧波形に対して電圧積分値を求める必要がある。この場合、電圧波形に重畳する直流オフセット成分のゆらぎにより電圧積分値にドリフトが発生し、時間が経過するにつれて正確な残留磁束を算出することができないという問題点があった。この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、遮断時点から時間が経過しても、より正確に残留磁束を測定することを目的としている。

この発明に係る残留磁束測定装置は、三相変圧器の電圧の電圧直流分を算出する電圧直流分算出手段と、三相変圧器の電圧から電圧直流分を除去して電圧積分信号を算出する電圧積分手段と、電圧積分信号から磁束直流分を算出する磁束直流分算出手段と、電圧積分信号から磁束直流分を除去して磁束信号を算出する磁束算出手段と、三相変圧器のいずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときには、電圧直流分および磁束直流分の更新を停止し、かつ、電圧の絶対値の最大値が所定時間内で閾値以下の状態が継続したときには、遮断器が開極してからの磁束信号の収束値の総和を残留磁束として算出する制御手段とを各相毎に備えたことを特徴とする残留磁束測定装置である。

この発明に係る残留磁束測定装置は、三相変圧器の電圧の電圧直流分を算出する電圧直流分算出手段と、三相変圧器の電圧から電圧直流分を除去して電圧積分信号を算出する電圧積分手段と、電圧積分信号から磁束直流分を算出する磁束直流分算出手段と、電圧積分信号から磁束直流分を除去して磁束信号を算出する磁束算出手段と、三相変圧器のいずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときには、電圧直流分および磁束直流分の更新を停止し、かつ、電圧の絶対値の最大値が所定時間内で閾値以下の状態が継続したときには、遮断器が開極してからの磁束信号の収束値の総和を残留磁束として算出する制御手段とを各相毎に備えたので、遮断時点から時間が経過しても正確に残留磁束を測定することができる。

実施の形態１による残留磁束測定装置を示すブロック図である。 実施の形態１による残留磁束測定装置の動作を示すタイミングチャートを示す図である。 実施の形態１による残留磁束測定装置の動作を示すタイミングチャートを示す図である。 実施の形態１による残留磁束測定装置の制御手段の動作を示すフローチャートを示す図である。

符号の説明

１ 電源、２ 三相変圧器、３ 遮断器、４ 計器用変圧器、５ 接点信号、６ 変圧器電圧測定手段、７ 測定電圧、８ 変圧器電圧信号、９ 電圧直流分算出手段、１０ 電圧直流分、１１ 電圧積分手段、１２ 電圧積分信号、１３ 磁束直流分算出手段、１４ 磁束直流分、１５ 磁束算出手段、１６ 磁束信号、１７ 制御手段、１８ 残留磁束、１９ 演算制御信号、２１ 電圧遅延手段、２２ 開極種別、２５ 測定信号、２６ 遮断器。

実施の形態１．
図１は本発明の実施形態を示す残留磁束測定装置のブロック図である。電源１と三相変圧器２との間に遮断器３が、三相変圧器２の二次側に遮断器２６が接続されている。遮断器３と遮断器２６とを合わせて両端遮断器と呼称する。三相変圧器２の一次側に接続された計器用変圧器４により変圧器電圧を測定する。なお、本実施例では三相変圧器２の一次側に計器用変圧器４を接続して三相変圧器２の電圧を測定しているが、二次側に接続して測定してもよいし、三次結線が存在する場合には、三次側に接続して測定してもよい。

なお、図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。また、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。

変圧器電圧測定手段６では、計器用変圧器４で得られた測定電圧７を所定時間間隔毎にＡ／Ｄ変換（アナログデジタル変換）して測定信号２５を得る。

電圧遅延手段２１では、三相変圧器２の最新の電圧を所定の遅延時間分だけ遅延させることができ、測定信号２５が１サンプル得られる毎に、所定の遅延時間分だけ遅延させた変圧器電圧信号８を出力する。例えば、遅延時間を１００ｍｓｅｃとした場合には、直近の測定信号２５を１００ｍｓｅｃ分バッファに蓄積しておき、最新の測定信号２５が得られるたびに、バッファの中で最も過去の測定信号２５を変圧器電圧信号８として出力する。

電圧直流分算出手段９は、三相変圧器２の電圧の電圧直流分を算出するものであり、毎サンプル毎に変圧器電圧信号８のオフセット値を算出する。オフセット値は、最新の変圧器電圧信号８を含む過去の所定時間サンプル分の変圧器電圧信号８の平均値として算出してもよいし、毎サンプル毎に得られた変圧器電圧信号８にローパスフィルタを適用した値として算出してもよい。演算制御信号１９がオンであれば、上記算出で得られた最新のオフセット値を電圧直流分１０として更新出力する。一方、演算制御信号１９がオフであれば、演算制御信号１９が最後にオンであったときの電圧直流分１０を出力する。すなわち、演算制御信号１９がオフであれば、電圧直流分１０の出力をサンプルホールドする。

電圧積分手段１１では、最新の変圧器電圧信号８が１サンプル得られる毎に、直近（最新）の変圧器電圧信号８から電圧直流分１０を差し引いた値を１サンプル前の電圧積分信号１２に足しあわせることで、最新の電圧積分信号１２を得ることができる。すなわち、電圧積分手段１１は三相変圧器２の電圧から電圧直流分１０を除去して電圧積分信号１２を算出することになる。

磁束直流分算出手段１３は、電圧積分信号１２から磁束直流分１４を算出するものであり、毎サンプル毎に電圧積分信号１２からオフセット値を算出する。オフセット値は、最新の電圧積分信号１２を含む過去の所定時間サンプル分の電圧積分信号１２の平均値として算出してもよいし、毎サンプル毎に得られた電圧積分信号１２にローパスフィルタを適用した値として算出してもよい。そして、演算制御信号１９がオンであれば、上記算出で得られた最新のオフセット値を磁束直流分１４として更新出力する。一方、演算制御信号１９がオフであれば、演算制御信号１９が最後にオンであったときの磁束直流分１４を出力する。すなわち、演算制御信号１９がオフであれば、磁束直流分１４の出力をサンプルホールドする。

磁束算出手段１５は、電圧積分信号１２から磁束直流分１４を除去して磁束信号１６を算出するものであり、最新の電圧積分信号１２が１サンプル得られる毎に、最新の電圧積分信号１２から磁束直流分１４を差し引いて、磁束信号１６を算出する。なお、変圧器電圧が定格印加状態のときに磁束信号１６の振幅が１となるように、磁束信号１６を正規化してもよい。

以上の変圧器測定手段６、電圧遅延手段２１、電圧直流分算出手段９、電圧積分手段１１、磁束直流分算出手段１３、磁束算出手段１５は、各相毎の測定電圧７に応じて、各相毎に算出するものとする。

制御手段１７は、磁束信号１６、変圧器電圧信号８、遮断器３および遮断器２６の開閉位置と連動した信号である接点信号５を用いて、演算制御信号１９を電圧直流分算出手段９および磁束直流分算出手段１３に送信し、制御する。また、制御手段１７は残留磁束１８を算出する。制御手段１７には、通常シーケンスとなる通常遮断の場合か、系統故障などの場合かを区別する開極種別２２が入力される。

次に、制御手段１７の動作について、図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１による残留磁束測定装置の動作を示すタイミングチャートを示す図である。図において、遮断器２６の三本の接点信号は、上からＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相について、上側がオン、下側がオフを意味している。同様に遮断器３の三本の接点信号も、上からＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相について、上側がオン、下側がオフを意味している。この図では、１０１と示された時点で、遮断器３のＣ相の接点信号がオンからオフに切り替わっている。また、演算制御信号１９は、上側がオン、下側がオフを意味している。この図では、演算制御信号１９は、１０２および１０５と示された時点で、オフからオンに切り替わっており、１０４と示された時点で、オンからオフに切り替わっている。図２では説明の簡略化のため、一相分について説明するが、他相においても同一動作であることは言うまでもない。

制御手段１７では、遮断器３および遮断器２６の開閉位置と連動した信号である接点信号５を用いて開極点を常に検出している。開極点とは、三相変圧器２の各相の両端に備えられた遮断器３および遮断器２６の両端遮断器が、いずれかの相において最初に開極したとき、すなわち、いずれかの相において最初に、両端遮断器である遮断器３および遮断器２６の接点信号が共にオンからオフとなった時点を指す。例えば、図２では、１０１の時点で、最初にＣ相の接点信号が遮断器３および遮断器２６の両方の遮断器が共にオンからオフとなっているので、この時点を三相共通の開極点とする。

さらに制御手段１７では、三相変圧器２の両端の遮断器３および遮断器２６の両端遮断器が全ての相で開放状態（全ての接点信号５がオフ）であって、いずれかの相における変圧器電圧信号８の絶対値が閾値を越える時点である電圧発生点を常に検出している。例えば、図２では、１０４の時点で全ての接点信号５はオフであり、変圧器電圧信号８が閾値を越えたため、この時点を電圧発生点とする。

図２では、開極種別２２が「通常遮断」であった場合を例として説明する。開極点１０１を検出すると、開極種別２２が通常遮断であるので、所定の遅延時間１０６を経過した後に、演算制御信号１９をオフにする。なぜならば、電圧遅延手段２１により、変圧器電圧信号８は実際の発生現象よりも遅延時間分だけ遅れているため、開極点１０１を検出してから変圧器電圧信号８に過渡変化が発生するのは、遅延時間だけ経過した後となるからである。演算制御信号１９をオフにすることにより、電圧直流分算出手段９および磁束直流分算出手段１３において、電圧直流分１０と磁束直流分１４との値は電圧の過渡変化が発生する直前の値に固定されたまま、以降の磁束信号１６を算出することになる。

次に、変圧器電圧信号８の絶対値の最大値が所定時間内において閾値以下の状態が継続したかどうかを検出する。ここでは一例として、所定時間を５００ｍｓｅｃとして説明する。図２にあるように、過去５００ｍｓｅｃ間にわたり変圧器電圧信号８が閾値以下となった時点１０２が検出されることになる。この時点１０２で磁束信号１６が収束したとみなし、この時点１０２の磁束信号１６の収束値である磁束収束値Δｆ１を記憶しておく。

次に、演算制御信号１９をオンし、電圧直流分算出手段９および磁束直流分算出手段１３における電圧直流分１０および磁束直流分１４の更新算出を再開する。このような演算制御信号１９の制御によって、変圧器電圧信号８が過渡変化している区間における、電圧直流分１０および磁束直流分１４の算出誤差を低減することができる。なお、電圧直流分算出手段９および磁束直流分算出手段１３の演算制御信号１９は、同一のものであるとして説明したが、各々に独立して演算制御信号を設け、演算制御信号１９がオフからオンへ復帰する時点を異なるように構成してもよい。

次に、図２では、変圧器電圧信号８が電圧発生点１０４を検出している。電圧発生点１０４を検出すると、直ちに演算制御信号１９をオフにする。これによって、電圧直流分算出手段９および磁束直流分算出手段１３において、電圧直流分１０と磁束直流分１４の値は、電圧の過渡変化が発生する直前の値に固定されたまま、以降の磁束信号１６を算出することになる。

前出と同様に、所定時間である過去５００ｍｓｅｃ間にわたり変圧器電圧信号８の絶対値の最大値が閾値以下となった時点１０５が検出されることになる。この時点１０５で磁束信号１６が収束したとみなし、この時点の磁束信号１６の収束値である磁束収束値Δｆ２を記憶しておく。次に、演算制御信号１９をオンし、電圧直流分算出手段９および磁束直流分算出手段１３における電圧直流分１０および磁束直流分１４の更新算出を再開する。

これを繰り返すことで、電圧発生点１０４が現れる度に磁束収束値を追加記憶して残留磁束１８を算出することになる。残留磁束１８は、遮断器３が開極してから現在までに記憶されたである磁束収束値の総和により求められる。図２の右端の時点での残留磁束１８は、Δｆ１＋Δｆ２と計算されることになる。

よって、制御手段１７は、三相変圧器２のいずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときには、電圧直流分１０および磁束直流分１４の更新を停止し、かつ、電圧の絶対値の最大値が所定時間内で閾値以下の状態が継続したときには、遮断器が開極してからの磁束信号１６の収束値の総和を残留磁束として算出することになる。また、制御手段１７は、いずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときには、遅延時間だけ経過した後に、電圧直流分１０および磁束直流分１４の更新を停止することになる。

さらに、制御手段１７は、両端の遮断器が全て開放状態であって、いずれかの相の電圧の絶対値が閾値を越えたときには、電圧直流分１０および磁束直流分１４の更新を停止し、かつ、電圧の絶対値の最大値が所定時間内で閾値以下の状態が継続したときには、遮断器が開極してからの磁束信号の収束値の総和を残留磁束として算出することになる。これらによって、遮断時点から時間が経過しても正確に残留磁束を測定することができる。

図３は、実施の形態１による残留磁束測定装置の動作を示すタイミングチャートを示す図である。図において、遮断器２６の三本の接点信号は、上からＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相について、上側がオン、下側がオフを意味している。同様に遮断器３の三本の接点信号も、上からＡ相、Ｂ相、Ｃ相の３相について、上側がオン、下側がオフを意味している。この図では、１０１と示された時点で、遮断器３のＣ相の接点信号がオンからオフに切り替わっている。また、演算制御信号１９は、上側がオン、下側がオフを意味している。この図では、演算制御信号１９は、１０１と示された時点でオンからオフに切り替わっており、１０２と示された時点でオフからオンに切り替わっている。

図３を用いて開極種別２２が「系統故障」で開極点を検出した場合の動作を説明する。開極点１０１を検出すると、開極種別２２が「系統故障」であるので、直ちに演算制御信号１９をオフにする。先に示した開極種別２２が「通常遮断」の場合とは、演算制御信号１９をオフする時点が異なっている。系統故障のケースでは、故障発生により開極点発生前に測定信号２５の電圧が過渡変化する。よって、遅延時間を故障発生から開極点発生までの時間差よりも大きな値に設定しておき、開極点１０１を検出して直ちに演算制御信号１９をオフにすれば、電圧直流分１０と磁束直流分１４の値は故障発生により電圧の過渡変化が発生する直前の値に固定されたまま、以降の磁束信号１６を算出することができる。

制御手段１７は、三相変圧器２のいずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときであって、開極種別が系統事故である場合には、直ちに電圧直流分１０および磁束直流分１４の更新を停止するので、遮断時点から時間が経過しても正確に残留磁束を測定することができる。

図４は、実施の形態１による残留磁束測定装置の制御手段の動作を示すフローチャートを示す図である。まず、開極点検出があった場合は、開極種別２２を調べ、「通常遮断」ならば遅延時間ウェイトしてから演算制御信号１９をオフする。それ以外ならば直ちに演算制御信号１９をオフする。すなわち、三相変圧器２のいずれかの相の両端の遮断器３，２６が共に開極したときであって、開極種別２２が系統故障である場合には、直ちに電圧直流分１０および磁束直流分１４の更新を停止することになる。また、開極点が検出できず、電圧発生点を検出した場合にも、直ちに演算制御信号１９をオフする。次に、変圧器電圧信号８の絶対値が所定時間内において閾値以下の状態を継続するまで待った上で、磁束収束値を記憶して残留磁束１８を更新する。以上が終わったならば、再び演算制御信号１９をオンして、一連の動作を繰り返す。この動作を繰り返すことにより、残留磁束１８を求めることができる。

以上のように、この発明の残留磁束測定装置によれば、電圧変動が発生した前後の変圧器電圧信号８を利用して、測定した変圧器電圧信号８から磁束信号１６を算出する際に、電圧直流分１０および磁束直流分１４を除去するので、従来よりも正確に残留磁束１８を測定することができる。

Claims (5)

1. 三相変圧器の電圧の電圧直流分を算出する電圧直流分算出手段と、
   前記三相変圧器の電圧から前記電圧直流分を除去して電圧積分信号を算出する電圧積分手段と、
   前記電圧積分信号から磁束直流分を算出する磁束直流分算出手段と、
   前記電圧積分信号から前記磁束直流分を除去して磁束信号を算出する磁束算出手段と、
   前記三相変圧器のいずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときには、前記電圧直流分および前記磁束直流分の更新を停止し、かつ、前記電圧の絶対値の最大値が所定時間内で閾値以下の状態が継続したときには、前記遮断器が開極してからの前記磁束信号の収束値の総和を残留磁束として算出する制御手段とを
   各相毎に備えたことを特徴とする残留磁束測定装置。
2. 三相変圧器の最新の電圧を所定の遅延時間分だけ遅延させる電圧遅延手段を各相毎に備え、
   制御手段は、いずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときには、前記遅延時間だけ経過した後に、電圧直流分および磁束直流分の更新を停止することを特徴とする請求項１に記載の残留磁束測定装置。
3. 制御手段は、両端の遮断器が全て開放状態であって、いずれかの相の電圧の絶対値が閾値を越えたときには、電圧直流分および磁束直流分の更新を停止し、かつ、電圧の絶対値の最大値が所定時間内で閾値以下の状態が継続したときには、前記遮断器が開極してからの磁束信号の収束値の総和を残留磁束として算出することを特徴とする請求項１に記載の残留磁束測定装置。
4. 制御手段は、三相変圧器のいずれかの相の両端の遮断器が共に開極したときであって、開極種別が系統事故である場合には、直ちに電圧直流分および磁束直流分の更新を停止することを特徴とする請求項１に記載の残留磁束測定装置。
5. 制御手段は、収束値の総和を残留磁束として算出した後には、電圧直流分および磁束直流分の更新を再開することを特徴とする請求項１に記載の残留磁束測定装置。

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