JP5055602B2 - 変圧器の運転制御装置および方法 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器を電力系統に接続したときに、変圧器に過渡的に流れる励磁突入電流を抑制するための運転制御装置および方法に関する。

励磁突入電流を抑制するためには、変圧器に電流を投入するときのタイミングの制御が重要である。

特開２００４−２０８３９４号公報（特許文献１）に記載される技術では、各相毎に、変圧器側電圧を積分することによって磁束信号が算出され、開極指令が入力されてから変圧器側電圧がゼロ値に収束した時点の磁束値と開極指令が入力される前の磁束信号の中心値との差が、残留磁束として算出される。そして、残留磁束の絶対値が最も大きい相が閉極第１相に設定される。閉極第１相の電流の投入タイミングについては、閉極第１相の残留磁束、並びに予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、投入点における定常磁束値と残留磁束値との最大誤差の絶対値である投入磁束誤差が最小となる閉極位相が算出され、閉極第１相の目標閉極位相として設定される。

残り二相の電流の投入タイミングについては、予め求められている三相遮断器のプレアーク特性および閉極時間ばらつき特性に基づいて、残留磁束が０である場合に投入磁束誤差が最小となる閉極位相が算出され、残り二相の目標閉極位相として設定される。そして、基準点から残り二相の目標閉極位相までの時間と、予め設定しておいた三相電源の周期の整数倍に相当する遅延時間とを合計した時間が、残り二相の目標閉極時刻として設定される。

また、特開２００６−４０５６６号公報（特許文献２）に記載される技術では、三相中のいずれか１つの相の電圧零点で遮断器の各消弧室の各接触子が、三相同時に開極されて電流が遮断される。そして、電圧零点で開極した上記１つの相を第１投入相として、変圧器の残留磁束を考慮して、投入時の励磁突入電流が最小となる最適な閉極時刻が第１投入相の投入目標点に設定される。このときの第１投入相の投入目標点は、変圧器の上記１つの相の残留磁束が定常磁束と一致する点である。残りの二相の電流の投入タイミングについては、第１投入相の閉極時刻点以降の任意の時刻における第１投入相の電圧零点が、第２投入相および第３投入相の投入目標点に設定される。
特開２００４−２０８３９４号公報 特開２００６−４０５６６号公報

従来技術では、遮断器の閉極動作時間のばらつきや、プレアーク時間のばらつきのために、三相にうちの最初に電流を投入する第１投入相の投入タイミングが、目標投入時刻からずれることが起こり得る。このような場合、第１投入相に流れる電流による磁束が、残留している直流分磁束に重畳することになるので、過渡的な磁気飽和が発生して励磁突入電流が流れることになる。この場合、残り二相について、第１投入相の電圧が０となるタイミングに電流が投入されたとしても、残り二相にも変圧器にとって過酷となる励磁突入電流が過渡的に流れることになる。

したがって、本発明の目的は、遮断器の閉極動作時間およびプレアーク時間などにばらつきがある場合でも、変圧器に励磁突入電流が流れる期間をできるだけ短くすることが可能な運転制御装置および方法を提供することである。

本発明の変圧器の運転制御装置は、電力系統に接続された変圧器と、電力系統と変圧器との間に接続され、三相交流の各相ごとに電流の遮断および投入が可能な遮断器と、遮断器の電力系統側の各相の電圧を計測する第１の電圧計測部と、遮断器の変圧器側の各相の電圧を計測する第２の電圧計測部と、開極指令および閉極指令を受けて、遮断器による各相の電流の遮断および投入のタイミングを制御する制御部とを備える。ここで、制御部は、閉極指令を受けた場合に、第１、第２の電圧計測部の計測値に基づいて決定した目標投入時刻に、遮断器が三相のうち第１相の電流を投入するように制御し、励磁突入電流の抑制効果を確認する判定条件が満たされるか否かを判定する。そして、判定条件が満たされない場合には、遮断器の第１相の電流を遮断し、第１、第２の電圧計測部の計測値に基づいて再決定した目標投入時刻に、遮断器が第１相の電流を再投入するように制御し、判定条件が満たされるか否かを再判定する。判定条件が満たされた場合には、第１相を除く残りの二相の電流を投入する。

本発明によれば、第１相の電流の投入後に、励磁突入電流が抑制されているか否かが判定される。そして、励磁突入電流の抑制効果が確認された場合に、残りの二相について遮断器が投入されるので、変圧器に励磁突入電流が流れる期間を最小限に抑制することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における変圧器の運転制御装置１の構成を示すブロック図である。図１を参照して、変圧器の運転制御装置１は、変圧器３０と、遮断器１０とを含む。

変圧器３０は、Ｙ−Δ結線で接続された三相変圧器である。具体的には、変圧器３０の電源側の巻線は、中性点が接地されたＹ結線で接続され、負荷側の巻線は、Δ結線で接続される。

遮断器１０は、Ｒ相１Ｒ、Ｓ相１Ｓ、Ｔ相１Ｔの各相を含む電力系統の回線と変圧器３０との間に接続される。遮断器１０は、各接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔが設けられた消弧室１１Ｒ，１１Ｓ，１１Ｔと、各接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔの開閉を行なう操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔとを含む。Ｒ，Ｓ，Ｔ相の各相の接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔを独立に開閉させるため、操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔは、各相ごとに個別に設けられる。

変圧器の運転制御装置１は、さらに、遮断器１０の電力系統側に設けられた第１の電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔと、遮断器１０の変圧器３０側に設けられた第２の電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔと、遮断器１０の変圧器３０側に設けられた電流計測部４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔと、制御部８０とを含む。

電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔおよび電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔは、たとえば、計器用変圧器であり、各相の電圧を計測するために各相ごとに設けられる。

電流計測部４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔは、たとえば、計器用変流器であり、遮断器１０を流れる各相の交流電流を計測するために各相ごとに設けられる。

制御部８０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）およびメモリを含むコンピュータをベースに構成され、開極／閉極指令５０に応じて遮断器１０の開閉を制御する。前述の電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔ、電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔ、および電流計測部４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔの計測値は、コンピュータに内蔵されるＡ／Ｄ（Analog to Digital)コンバータによってデジタル変換されて制御部８０に入力される。さらに、制御部８０には、操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔの周囲温度、操作圧力、制御電圧の計測データ６０が入力される。励磁突入電流を抑制するために、制御部８０は、各計測値および計測データ６０に基づいた適切なタイミングで遮断器１０の操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔに開極信号９０Ａ／閉極信号９０Ｂを出力し、遮断器１０の各接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔを開極／閉極させる。

制御部８０の構成を機能的な観点から見ると、制御部８０は、基準時刻検出部８１と、残留磁束検出部８３と、動作制御部８２とを含む。これらの各部８１〜８３の機能は、制御部８０を構成するコンピュータがプログラムを実行することによって実現される。

基準時刻検出部８１は、電力系統側の電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔの計測値を用いた演算処理を行なう。たとえば、基準時刻検出部８１は、遮断器１０に開極／閉極信号を出力するための基準時刻を決定するために、電力系統側の交流電圧の零点を検出する。

残留磁束検出部８３は、変圧器側の電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔの計測値を用いた演算処理を行なう。たとえば、残留磁束検出部８３は、遮断器１０の遮断時に変圧器３０側で計測された電圧波形を積分することによって、変圧器３０の各相の鉄心に残留する残留磁束を算出する。

動作制御部８２は、基準時刻検出部８１および残留磁束検出部８３の演算結果に基づいて、遮断器１０の開閉動作を制御する。動作制御部８２は、開極指令５０Ａに応じて遮断器１０へ出力する開極信号９０Ａの出力時刻を算出するための開極タイミング演算部８４と、閉極指令５０Ｂに応じて遮断器１０へ出力する閉極信号９０Ｂの出力時刻を算出するための閉極タイミング演算部８５とを含む。

さらに、動作制御部８２は、励磁突入電流の抑制効果を確認するための励磁突入電流判定部８６を含む。実施の形態１では、電流投入後の予め定める判定時間の間に、電流計測部４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔで計測される電流の絶対値が、予め定める閾値電流を超えたか否かという判定条件によって、励磁突入電流の抑制効果が確認される。ここで、励磁突入電流の抑制効果を判定するための判定時間として交流電源の１周期分の時間を設定すれば必要十分である。また、閾値電流は、たとえば、変圧器の定格電流の５０％から１００％の間で任意に設定される。

以下、遮断器１０の開閉動作の手順に従って、制御部８０の機能をさらに詳しく説明する。

図２は、図１の制御部８０による、遮断器１０の開閉動作の制御手順を示すフローチャートである。図２は、開極指令５０Ａを受けた制御部８０が、閉極状態にある遮断器１０を開極させ、その後、閉極指令５０Ｂを受けて再び閉極させるまでの制御手順を示すものである。以下、図３〜図５を適宜参照しながら、図２に示す制御部８０の制御手順について具体的に説明する。

図２を参照して、制御部８０は、遮断器１０の開極指令５０Ａおよび閉極指令５０Ｂのいずれも受信していない場合には（ステップＳ５でＮＯ）、ステップＳ１〜ステップＳ４を繰返して実行する。

ステップＳ１では、遮断器１０の変圧器３０側の電圧（以下、変圧器電圧と記載する場合がある。）が、電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔによってモニタされる。続くステップＳ２では、制御部８０の残留磁束検出部８３が、モニタされた変圧器電圧を取得し、制御部８０の内蔵メモリに蓄積する。メモリに蓄積された変圧器電圧は、ステップＳ９，Ｓ１４で、遮断器１０の開極時に変圧器３０の鉄心に残留する残留磁束を算出するために用いられる。

ステップＳ３では、遮断器１０の電力系統側の電圧（以下、電源電圧と記載する場合がある。）が、電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔによってモニタされる。モニタされた電源電圧は、制御部８０の基準時刻検出部８１によって取得され、ステップＳ７，Ｓ１０で開極および閉極のタイミングを算出するために用いられる。

次のステップＳ４で、遮断器１０の操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔの周囲温度、操作圧力、制御電圧の計測データ６０が、制御部８０の動作制御部８２によってモニタされる。モニタされた計測データは、ステップＳ７，Ｓ１０で開極および閉極のタイミングを算出するために用いられる。

上記ステップＳ１〜Ｓ４を繰返して実行しているときに、開極指令５０Ａを受信すると（ステップＳ５でＹＥＳ、ステップＳ６でＹＥＳ）、制御部８０は、ステップＳ７〜Ｓ９の遮断器１０の開極動作を順に実行する。遮断器１０の開極動作では、遮断器１０が三相とも同時に遮断される。

図３は、遮断器１０の開極動作を説明するためのタイミングチャートである。図３において、縦軸は、上から順に、各相の電源電圧、遮断器１０の主回路の開極／閉極状態、開極指令５０Ａ、遮断器１０の接触子の動作軌跡（トラベル）、開極信号９０Ａを表わす。また、図３の横軸は経過時間を示す。

図３を参照して、時刻ｔ１で開極指令５０Ａを受けると、制御部８０の基準時刻検出部８１は、電力系統側の電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔで計測された電圧値に基づいて各相の電圧零点の周期を検出する。そして、いずれか１つの相（ここではＲ相）を基準相に選択して、基準相の電圧零点を基準時刻Ｔｓｔａｎｄａｒｄ（図３で時刻ｔ２）に設定する。基準相の選択情報、基準時刻Ｔｓｔａｎｄａｒｄは、制御部８０のメモリに記憶される。

また、制御部８０の開極タイミング演算部８４は、後述する遮断時間Ｔｂｒｅａｋを考慮に入れて、遮断器１０を三相同時に遮断する時刻である目標遮断時刻Ｔｔａｒｇｅｔ（図３で時刻ｔ５）を設定する。目標遮断時刻Ｔｔａｒｇｅｔは、基準相（Ｒ相）の電圧零点に設定され、制御部８０のメモリに記憶される。

さらに、開極タイミング演算部８４は、遮断器１０に開極信号９０Ａを出力する時刻（図３で時刻ｔ３）を算出するために、操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔの周囲温度、操作圧力、制御電圧の計測データ６０に基づいて、予測される遮断時間Ｔｂｒｅａｋを計算する。算出された遮断時間Ｔｂｒｅａｋは、制御部８０のメモリに記憶される。ここで、遮断時間Ｔｂｒｅａｋは、開極動作時間Ｔｏｐｅｎと基準相（Ｒ相）のアーク時間Ｔａｒｃとの和で表わされる。開極動作時間Ｔｏｐｅｎは、動作制御部８２が開極信号９０Ａを遮断器１０に出力してから、遮断器１０の接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔが開極するまでの時間（図３で時刻ｔ３〜ｔ４の時間）である。アーク時間Ｔａｒｃは、遮断器１０の基準相（Ｒ相）の接触子１３Ｒの開極後、アーク放電が消滅することによって電流が遮断されるまでの時間（図３で時刻ｔ４〜ｔ５までの時間）である。

このように、遮断器１０を流れる電流の消滅を意味する遮断と、機械的な接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔの開極とは区別される。そして、上述のように、基準相（Ｒ相）の接触子１３Ｒが未接触の状態のアーク時間Ｔａｒｃを考慮に入れることによって、目標遮断時刻Ｔｔａｒｇｅｔを正確に予測することが可能になる。

こうして、開極タイミング演算部８４は、開極信号９０Ａの出力時刻を、目標遮断時刻Ｔｔａｒｇｅｔ（図３で時刻ｔ５）から遮断時間Ｔｂｒｅａｋを減じた時刻（図３で時刻ｔ３）に設定して、制御部８０のメモリに記憶する。また、開極タイミング演算部８４は、基準時刻Ｔｓｔａｎｄａｒｄから開極信号９０Ａを出力する時刻までの間（図３で時刻ｔ２〜ｔ３の時間）を、動作同期時間Ｔｃｏｎｔとして算出して、制御部８０のメモリに記憶する。

この結果、制御部８０の動作制御部８２は、基準時刻Ｔｓｔａｎｄａｒｄ（時刻ｔ２）から動作同期時間Ｔｃｏｎｔが経過した時刻ｔ３に、開極信号９０Ａを遮断器１０に出力する。予測どおりであれば、時刻ｔ３から開極動作時間Ｔｏｐｅｎが経過した時刻ｔ４に、遮断器１０の接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔが三相同時に開極される。そして、時刻ｔ４からさらにアーク時間Ｔａｒｃが経過した目標遮断時刻Ｔｔａｒｇｅｔ（時刻ｔ５）に電流が遮断される。

なお、実施の形態１では、開極動作時間Ｔｏｐｅｎが三相とも同じであるとしている。これらが各相ごとに異なる場合には、開極タイミング演算部８４は、各相ごとに異なる開極動作時間Ｔｏｐｅｎに基づいて、開極信号９０Ａの出力時刻を各相ごとに算出する。

再び図２を参照して、遮断器１０の開極動作の手順をまとめると次のようになる。
まず、ステップＳ７で、制御部８０の開極タイミング演算部８４は、上述の目標遮断時刻Ｔｔａｒｇｅｔおよび開極信号９０Ａの出力時刻（図３の時刻ｔ３）を計算して、これらの時刻を制御部８０のメモリに記憶する。

次のステップＳ８で、制御部８０の動作制御部８２が、ステップＳ７で計算した出力時刻で開極信号９０Ａを遮断器１０に出力することによって、遮断器１０が遮断される。

次のステップＳ９で、制御部８０の残留磁束検出部８３は、変圧器側の電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔで計測された電圧波形に基づいて、各相ごとの残留磁束を計算し、計算した残留磁束を制御部８０のメモリに蓄積する。以下、図４を参照して、残留磁束の計算方法について説明する。

図４は、変圧器電圧と、変圧器３０の残留磁束との関係を示すグラフである。図４の縦軸は、上から順に変圧器電圧、変圧器磁束である。変圧器磁束は、変圧器電圧を積分することによって得られる磁束信号である。また、横軸は経過時間を表わす。

図４を参照して、時刻ｔ１で遮断器１０が遮断されると、変圧器電圧は次第に減衰して零電圧に収束する。変圧器電圧が零電圧に収束した時刻ｔ２における直流分の一定の磁束信号が残留磁束Ｆｒｅｓｉｄである。

具体的に残留磁束Ｆｒｅｓｉｄを算出するために、図１の残留磁束検出部８３は、変圧器側の電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔの計測値である変圧器電圧を一定時間分遡って記憶するように構成されている。残留磁束検出部８３は、遮断器１０が遮断される時刻ｔ１より以前の、たとえば１周期分に相当する時間の磁束信号の平均値を算出することによって、磁束信号の零値を算出する。そして、残留磁束検出部８３は、変圧器電圧が零電圧に収束した時刻ｔ２の磁束から、算出した磁束信号の零値を減ずることによって残留磁束Ｆｒｅｓｉｄを算出する。

再び図２を参照して、制御部８０は、ステップＳ７〜Ｓ９の開極動作を実行した後、ステップＳ１に戻ってステップＳ１〜Ｓ４を繰り返す。そして、次に、閉極指令５０Ｂを受けると（ステップＳ５でＹＥＳ、ステップＳ６でＮＯ）、制御部８０は、ステップＳ１０〜Ｓ１５に示される遮断器１０の閉極動作を実行する。

遮断器１０の閉極動作では、三相のうち１つの相の電流が先行して投入され、続いて残りの二相の電流が投入される。実施の形態１の場合、遮断器１０の遮断時に電圧零点で遮断されたＲ相の電流が最初に投入される。以下では、最初に電流が投入される相を第１投入相と記載する。

図５は、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の閉極動作を説明するためのタイミングチャートである。図５において、縦軸は、上から順に、電源電圧、遮断器１０の主回路の開極／閉極状態、閉極指令５０Ｂ、遮断器１０の接触子の動作軌跡（トラベル）、閉極信号９０Ｂを表わす。また、図５の横軸は経過時間を示す。

図５を参照して、時刻ｔ１で閉極指令５０Ｂを受けると、制御部８０の基準時刻検出部８１は、電力系統側の電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔで計測された電源電圧に基づいて各相の電圧零点の周期を検出する。そして、基準時刻検出部８１は、第１投入相であるＲ相の電圧零点を、基準時刻Ｔｓｔａｎｄａｒｄ（図５で時刻ｔ２）に設定して、制御部８０のメモリに記憶する。

さらに、基準時刻検出部８１は、電力系統側の電圧計測部１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔで計測された電源電圧の電圧波形を積分することによって、各相の定常磁束を算出する。定常磁束は、周期的に変化する定常状態の磁束である。

また、制御部８０の閉極タイミング演算部８５は、後述する投入時間Ｔｍａｋｅを考慮に入れて、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流の投入時刻である目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔ（図５で時刻ｔ４）を設定して、制御部８０のメモリに記憶する。目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔは、変圧器の第１投入相（Ｒ相）の定常磁束と第１投入相（Ｒ相）の残留磁束とが一致する時刻である。これによって、第１投入相（Ｒ相）の電流の投入後の励磁突入電流を最小限に抑制することができる。

さらに、閉極タイミング演算部８５は、操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔの周囲温度、操作圧力、制御電圧の計測データ６０に基づいて、予測される投入時間Ｔｍａｋｅを計算する。ここで、投入時間Ｔｍａｋｅは、動作制御部８２が閉極信号９０Ｂを遮断器１０に出力してから、遮断器１０の接触子１３Ｒが接近してプレアーク（先行アーク）が始まるまでの時間（図５の時刻ｔ３〜ｔ４の時間）である。投入時間Ｔｍａｋｅは、閉極動作時間Ｔｃｌｏｓｅからプレアーク時間Ｔｐｒｅａｒｃを減じたものに等しい。閉極動作時間Ｔｃｌｏｓｅは、動作制御部８２が閉極信号９０Ｂを遮断器１０に出力してから、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の接触子１３Ｒが閉極するまでの時間（図５で時刻ｔ３〜ｔ５の時間）である。また、プレアーク時間Ｔｐｒｅａｒｃは、遮断器１０の接触子１３Ｒが接近することによってアーク放電が生じている時間（図５の時刻ｔ４〜ｔ５の時間）である。

このように、遮断器１０を流れる電流の発生を意味する投入と、機械的な接触子１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔの閉極とは区別される。そして、上述のように、第１投入相（Ｒ相）の接触子１３Ｒが未接触状態のプレアーク時間Ｔｐｒｅａｒｃを考慮に入れることによって、目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔを正確に予測することが可能になる。

こうして、閉極タイミング演算部８５は、Ｒ相の目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔから投入時間Ｔｍａｋｅを減じた時刻を、Ｒ相の閉極信号９０Ｂの出力時刻（図５で時刻ｔ３）に設定して、制御部８０のメモリに記憶する。さらに、閉極タイミング演算部８５は、基準時刻ＴｓｔａｎｄａｒｄからＲ相の閉極信号９０Ｂを出力するまでの時間（図５で時刻ｔ２〜ｔ３の時間）を、Ｒ相の動作同期時間Ｔｃｏｎｔ１として算出して、制御部８０のメモリに記憶する。

この結果、図１の動作制御部８２は、基準時刻Ｔｓｔａｎｄａｒｄ（図５で時刻ｔ２）から動作同期時間Ｔｃｏｎｔ１が経過した時刻ｔ３に、遮断器１０にＲ相の閉極信号９０Ｂを出力する。予測どおりであれば、投入時間Ｔｍａｋｅが経過した時刻ｔ５の目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔに、変圧器３０のＲ相に電流が流れ始める。

しかしながら、遮断器の閉極動作時間およびプレアーク時間は、遮断器１０の操作装置１２Ｒ，１２Ｓ，１２Ｔの周囲温度、操作圧力、制御電圧などに依存するため、ばらつきが生じる。この結果、実際のＲ相の電流の投入時刻は、目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔからずれる場合がある。実施の形態１の遮断器１０の閉極動作の手順は、この投入時刻のずれを考慮に入れたものである。

再び図２を参照して、遮断器１０の閉極動作の手順を説明する。
閉極指令５０Ｂを受けると、まず、ステップＳ１０で、制御部８０の閉極タイミング演算部８５は、第１投入相（Ｒ相）の目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔ、および第１投入相（Ｒ相）の閉極信号９０Ｂの出力時刻（図５の時刻ｔ３）を計算して、これらの時刻を制御部８０のメモリに記憶する。

次のステップＳ１１で、制御部８０の動作制御部８２は、ステップＳ１０で計算した出力時刻で閉極信号９０Ｂを遮断器１０に出力する。これによって、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流が投入される。

次のステップＳ１２で、制御部８０の励磁突入電流判定部８６は、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流の投入後、１周期の判定時間の間に、電流計測部４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔで計測される電流が、閾値電流を超えているか否かを判定する。閾値電流を超える電流が検出されて励磁突入電流が生じている場合は（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３で、制御部８０の動作制御部８２は、第１投入相（Ｒ相）の開極信号９０Ａを遮断器１０に出力する。これによって、遮断器の第１投入相（Ｒ相）の電流は、再び遮断される。

次のステップＳ１４で、制御部８０の残留磁束検出部８３は、変圧器側の電圧計測部３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔで計測された電圧波形を積分することによって、各相ごとの残留磁束を再計算する。残留磁束検出部８３は、再計算した残留磁束を制御部８０のメモリに蓄積する。この後、ステップＳ１に戻ってステップＳ１〜Ｓ４を繰り返す。再度、閉極指令５０Ｂを受けると（ステップＳ５でＹＥＳ、ステップＳ６でＮＯ）、ステップＳ１０〜Ｓ１５の閉極動作が再実行される。

一方、ステップＳ１２で、制御部８０の励磁突入電流判定部８６が、励磁突入電流が生じていないと判定した場合には（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５では、遮断器１０のＳ相，Ｔ相の電流が、第１投入相であるＲ相の電圧零点で投入される。

具体的には、Ｒ相の場合と同様に、制御部８０の閉極タイミング演算部８５は、遮断器１０のＳ相，Ｔ相の電流が、第１投入相であるＲ相の電圧零点で投入されるように、Ｓ相，Ｔ相の目標投入時刻Ｔ２ｔａｒｇｅｔを算出する。動作制御部８２は、目標投入時刻Ｔ２ｔａｒｇｅｔよりも投入時間Ｔｍａｋｅだけ前の時刻に、Ｓ相，Ｔ相の閉極信号９０Ｂを遮断器１０に出力する。こうして、遮断器１０のＳ相，Ｔ相の電流が投入されることによって、遮断器を開極してから再び閉極するまでの手順が終了する。

以下、運転制御装置１の各相の電圧、電流、および磁束の波形を用いて、実施の形態１の遮断器１０の閉極動作の手順についてさらに詳しく説明する。

図６は、目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔで遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流が投入された場合における、各相の電圧、電流、および磁束の波形を示すグラフである。図６の縦軸は、上から順に、電源電圧、変圧器電圧、電流、変圧器３０の各相の磁束を表わし、横軸は時間を表わす。また、磁束のグラフの実線は、変圧器３０の鉄心に実際に生じている磁束を表わし、破線は定常磁束を表わす。

図６を参照して、遮断器１０のＲ相の電流は、投入時刻Ｔ１ｏｎで投入され、遮断器１０のＳ相，Ｔ相の電流は、投入時刻Ｔ２ｏｎで投入される。また、投入時刻Ｔ１ｏｎは、Ｒ相の目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔに等しく、投入時刻Ｔ２ｏｎは、Ｓ相，Ｔ相の目標投入時刻Ｔ２ｔａｒｇｅｔに等しい。

投入時刻Ｔ１ｏｎより前では、変圧器３０の鉄心には残留磁束が生じている。図６に示すように、第１投入相（Ｒ相）の残留磁束が最も大きく、Ｓ相とＴ相の残留磁束は、第１投入相（Ｒ相）の約１／２になっている。この理由は、第１投入相（Ｒ相）の電圧零点で、遮断器１０が三相同時に遮断されているからである。

次に、図６の目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔでは、第１投入相（Ｒ相）の残留磁束と定常磁束とが等しくなっている。このタイミングで、第１投入相（Ｒ相）の電流が投入されるので、投入後の第１投入相（Ｒ相）の磁束の直流分はほぼ０になり（磁束の正負の振幅がほぼ等しい）、励磁突入電流を最小限に抑制することができる。また、第１投入相（Ｒ相）の電流の投入後に、変圧器３０の第１投入相（Ｒ相）の電流によって生じるＳ相，Ｔ相の磁束についても、磁束の直流分がほぼ０になっている。また、Ｓ相とＴ相の磁束は、互いにほぼ等しくなっている。

この結果、第１投入相（Ｒ相）の電圧零点である目標投入時刻Ｔ２ｔａｒｇｅｔでは、Ｓ相，Ｔ相に生じている磁束とＳ相，Ｔ相の定常磁束とが等しくなる。このタイミングで遮断器１０のＳ相，Ｔ相が投入されるので、Ｓ相，Ｔ相についても励磁突入電流を最小限に抑制することができる。

図７は、目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔからずれて、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流が投入された場合における、各相の電圧、電流、および磁束の波形を示すグラフである。図７の縦軸は、上から順に、電源電圧、変圧器電圧、電流、変圧器３０の各相の磁束を表わし、横軸は時間を表わす。また、磁束のグラフの実線は、変圧器３０の鉄心に実際に生じている磁束を表わし、破線は定常磁束を表わす。

図７では、第１投入相（Ｒ相）の電流が投入される投入時刻Ｔ１ｏｎが、第１投入相（Ｒ相）の残留磁束と定常磁束とが等しくなる目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔよりも時間ＤＴだけ遅れている。このため、投入後の第１投入相（Ｒ相）の磁束の直流分は０にならないので、変圧器３０の第１投入相（Ｒ相）に励磁突入電流が生じる。また、第１投入相（Ｒ相）の電流の投入によってＳ相，Ｔ相に生じる磁束についても、直流分が０にならない。

前述のように、第１投入相（Ｒ相）の電流の投入タイミングのずれは、投入時刻Ｔ１ｏｎから１周期の間の判定時間Ｔｊに検出される電流の絶対値が、閾値電流Ｉｔｈｒを超えたか否かによって判定される。図７の場合、時刻Ｔｄで第１投入相（Ｒ相）の電流が閾値電流Ｉｔｈｒを超えたことが検知される。この結果、遮断時刻Ｔ１ｏｆｆで遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流が遮断される。

図８は、図７の比較例として、各相の電圧、電流、および磁束の波形を示すグラフである。図８の縦軸は、上から順に、電源電圧、変圧器電圧、電流、変圧器３０の各相の磁束を表わし、横軸は時間を表わす。また、磁束のグラフの実線は、変圧器３０の鉄心に実際に生じている磁束を表わし、破線は定常磁束を表わす。

図８は、図７と異なり、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流は遮断されずに、第１投入相（Ｒ相）の電流の投入に続いて、投入時刻Ｔ２ｏｎで、遮断器１０のＳ相，Ｔ相が投入される。この場合、Ｓ相，Ｔ相の電流の投入時刻Ｔ２ｏｎが、第１投入相（Ｒ相）の電圧零点のタイミングであったとしても、投入時刻Ｔ２ｏｎ以後のＳ相，Ｔ相の磁束の直流分は０にならない。したがって、投入時刻Ｔ２ｏｎ以後では、第１投入相（Ｒ相）の励磁突入電流に加えて、Ｓ相，Ｔ相についても異常な励磁突入電流が生じている。

このように、実施の形態１の変圧器の運転制御装置１によれば、遮断器１０の閉極動作時間Ｔｃｌｏｓｅおよびプレアーク時間Ｔｐｒｅａｒｃなどのばらつきによって、第１投入相の電流の投入タイミングが目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔからずれた場合に、いったん遮断器１０の第１投入相の電流が遮断される。そして、遮断時の残留磁束で再計算された目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔで、遮断器１０の第１投入相が再投入される。この後、第１投入相が適切なタイミングで投入されたことが確認されると、はじめて遮断器の残りの二相の電流が投入される。したがって、実施の形態１によれば、変圧器３０に励磁突入電流が流れる期間を最小限に抑制することが可能になる。また、第１投入相の投入時刻が目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔからずれたかどうかは、投入後の第１投入相の電流が閾値電流を超えたか否かによって容易に検出することができる。

なお、上述の実施の形態１と異なり、遮断器１０の遮断時に、三相のいずれかの相の電圧零点を考慮することなく、三相同時に遮断し、遮断時の残留磁束が最大の相を投入時の第１投入相として用いることもできる。この場合も、実施の形態１と同様に、第１投入相の目標投入時刻は、第１投入相の残留磁束と定常磁束が等しくなる時刻に設定される。また、遮断器１０の残りの二相の電流は、第１投入相の電圧零点で投入される。このような方法によっても、実施の形態１と同程度に励磁突入電流を抑制することが可能である。

［実施の形態２］
実施の形態２は、励磁突入電流の抑制効果を確認する判定条件が、実施の形態１と異なる。実施の形態２では、第１投入相の電流の投入時刻Ｔ１ｏｎを実際に検出して、目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔからのずれを判定する。実際の投入時刻Ｔ１ｏｎと目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔとの差が許容範囲にない場合は、投入時の第１投入相の残留磁束と定常磁束とが異なることになるので、励磁突入電流が発生する。

図９は、本発明の実施の形態２における変圧器の運転制御装置１Ａの構成を示すブロック図である。図９の運転制御装置１Ａは、励磁突入電流判定部８６に代えて、投入時刻判定部８７を含む点で、図１の運転制御装置１と異なる。さらに、図９の運転制御装置１Ａは、電流計測部４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔを含まない点で、図１の運転制御装置１と異なる。その他の点については、運転制御装置１Ａは、図１の運転制御装置１と共通するので、共通する点については説明を繰り返さない。

また、図１０は、図９の制御部８０Ａによる、遮断器１０の開閉動作の制御手順を示すフローチャートである。図１０の制御手順は、図２のステップＳ１２に代えて、ステップＳ１２Ａを含む点で、図２の制御手順と異なる。その他の点については、図１０の制御手順は、図２の制御手順と共通するので、共通する点については説明を繰り返さない。

まず、第１投入相（Ｒ相）の実際の投入時刻Ｔ１ｏｎの検出方法について説明する。図７を参照して、投入時刻Ｔ１ｏｎで第１投入相（Ｒ相）の電流が投入されると、変圧器電圧は零電圧から変化する。したがって、予め定める閾値電圧以上の変圧器電圧が生じた時刻を検出することによって、実際の投入時刻Ｔ１ｏｎが求められる。このように実測した投入時刻Ｔ１ｏｎを用いて、第１投入相（Ｒ相）の電流の投入タイミングのずれが判定される。

具体的には、図７、図９、図１０を参照して、図１０のステップＳ１２Ａで、制御部８０Ａの投入時刻判定部８７は、検出した投入時刻Ｔ１ｏｎと目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔとの差ＤＴの絶対値が、予め定める閾値時間を越えたか否かを判定する。閾値時間は、たとえば、交流電源の１周期の１０％程度に定められる。そして、差ＤＴの絶対値が閾値時間を超えた場合には、ステップＳ１３に進み、遮断器１０の第１投入相の接触子がいったん開極される。一方、差ＤＴの絶対値が閾値時間を超えない場合には、ステップＳ１５に進み、遮断器１０の残りの二相の電流が投入される。

このような実施の形態２の変圧器の運転制御装置１Ａによれば、実施の形態１と同様に、変圧器３０に励磁突入電流が流れる期間を最小限に抑制することが可能になる。さらに、変圧器電圧が零電圧から変化した時刻と目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔとの差ＤＴによって、投入タイミングのずれが判定されるので、実施の形態１と異なり、電流計測部４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔを設ける必要がない。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１における変圧器の運転制御装置１の構成を示すブロック図である。 図１の制御部８０による、遮断器１０の開閉動作の制御手順を示すフローチャートである。 遮断器１０の開極動作を説明するためのタイミングチャートである。 変圧器電圧と、変圧器３０の残留磁束との関係を示すグラフである。 遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の閉極動作を説明するためのタイミングチャートである。 目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔで遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）が投入された場合における、各相の電圧、電流、および磁束の波形を示すグラフである。 目標投入時刻Ｔ１ｔａｒｇｅｔからずれて、遮断器１０の第１投入相（Ｒ相）の電流が投入された場合における、各相の電圧、電流、および磁束の波形を示すグラフである。 図７の比較例として、各相の電圧、電流、および磁束の波形を示すグラフである。 本発明の実施の形態２における変圧器の運転制御装置１Ａの構成を示すブロック図である。 図９の制御部８０Ａによる、遮断器１０の開閉動作の制御手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１，１Ａ 運転制御装置、１Ｒ，１Ｓ，１Ｔ 電力系統の回線のＲ相，Ｓ相，Ｔ相、１０ 遮断器、１３Ｒ，１３Ｓ，１３Ｔ 接触子、１５Ｒ，１５Ｓ，１５Ｔ 電圧計測部（電力系統側）、３０ 変圧器、３５Ｒ，３５Ｓ，３５Ｔ 電圧計測部（変圧器側）、４０Ｒ，４０Ｓ，４０Ｔ 電流計測部、５０Ａ 開極指令、５０Ｂ 閉極指令、８０，８０Ａ 制御部、９０Ａ 開極信号、９０Ｂ 閉極信号、Ｉｔｈｒ 閾値電流、Ｔ１ｔａｒｇｅｔ 目標投入時刻（第１投入相）、Ｔｃｌｏｓｅ 閉極動作時間、Ｔｊ 判定時間、Ｔｍａｋｅ 投入時間、Ｔｐｒｅａｒｃ プレアーク時間。

Claims (15)

1. 電力系統に接続された変圧器と、
   前記電力系統と前記変圧器との間に接続され、三相交流の各相ごとに電流の遮断および投入が可能な遮断器と、
   前記遮断器の前記電力系統側の各相の電圧を計測する第１の電圧計測部と、
   前記遮断器の前記変圧器側の各相の電圧を計測する第２の電圧計測部と、
   開極指令および閉極指令を受けて、前記遮断器による各相の電流の遮断および投入のタイミングを制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、
   前記閉極指令を受けた場合に、前記第１、第２の電圧計測部の計測値に基づいて決定した目標投入時刻に、前記遮断器が三相のうち第１相の電流を投入するように制御し、励磁突入電流の抑制効果を確認する判定条件が満たされるか否かを判定し、
   前記判定条件が満たされない場合には、前記遮断器の前記第１相の電流を遮断し、前記第１、第２の電圧計測部の計測値に基づいて再決定した目標投入時刻に、前記遮断器が前記第１相の電流を再投入するように制御し、前記判定条件が満たされるか否かを再判定し、
   前記判定条件が満たされた場合には、前記第１相を除く残りの二相の電流を投入する、変圧器の運転制御装置。
2. 前記変圧器の運転制御装置は、前記遮断器の前記変圧器側の各相の電流を計測する電流計測部をさらに備え、
   前記判定条件は、前記遮断器の前記第１相の電流が投入されてから予め定める判定時間の間、前記電流計測部で計測された電流の絶対値が、予め定める閾値電流を超えないという条件を含む、請求項１に記載の変圧器の運転制御装置。
3. 前記判定条件は、前記第１相に電流が投入されたことによって、前記第２の電圧計測部で計測される電圧が零電圧から変化した時刻と、前記目標投入時刻との差の絶対値が、予め定める閾値時間を越えないという条件を含む、請求項１に記載の変圧器の運転制御装置。
4. 前記目標投入時刻は、前記第１相の定常磁束が、前記第１相の残留磁束に一致するときであり、
   前記定常磁束は、前記第１の電圧計測部で計測された電圧波形を時間積分することによって得られる、周期的に変化する定常状態の磁束であり、
   前記残留磁束は、前記第２の電圧計測部で計測された電圧波形を時間積分することによって得られ、前記開極指令を受けて前記遮断器を遮断した場合に前記変圧器の鉄心に残留する一定の磁束である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の変圧器の運転制御装置。
5. 前記制御部は、前記閉極指令を受けた場合に、前記目標投入時刻よりも前記遮断器の投入時間だけ前の時刻に、前記遮断器の前記第１相の接触子を閉極させるための閉極信号を前記遮断器に出力し、
   前記投入時間は、前記遮断器の接触子が閉極するのに要する閉極動作時間から、プレアーク時間を減じた時間である、請求項４に記載の変圧器の運転制御装置。
6. 前記制御部は、前記判定条件が満たされた場合には、前記第１相の交流電圧が零になる時刻に、前記遮断器の前記残りの二相の電流を同時に投入する、請求項４または５に記載の変圧器の運転制御装置。
7. 前記制御部は、前記残留磁束の絶対値が最も大きい相を、前記閉極指令を受けた場合の前記第１相とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の変圧器の運転制御装置。
8. 前記制御部は、前記開極指令を受けた場合に、三相のいずれか１つの相の交流電圧が零となる時刻で、前記遮断器の三相の電流を同時に遮断し、遮断時に零電圧であった相を、前記閉極指令を受けた場合の前記第１相とする、請求項４〜６のいずれか１項に記載の変圧器の運転制御装置。
9. 電力系統に遮断器を介して接続された変圧器の運転制御方法であって、
   前記遮断器の前記変圧器側の電圧を計測するステップと、
   前記遮断器の前記電力系統側の電圧を計測するステップと、
   前記遮断器を投入する場合に、三相交流のうち第１相を選択し、前記遮断器の前記変圧器側および前記電力系統側の電圧の計測値に基づいて決定した目標投入時刻で、前記遮断器の前記第１相の電流を投入するステップと、
   励磁突入電流の抑制効果を確認する判定条件が満たされるか否かを判定するステップと、
   前記判定条件が満たされた場合に、前記遮断器の前記第１相を除く残りの二相の電流を投入するステップと、
   前記判定条件が満たされない場合に、前記変圧器の前記第１相の電流を遮断した後、前記第１相の電流を投入するステップ、および前記判定するステップを再実行するステップとを備える、変圧器の運転制御方法。
10. 前記判定条件は、前記遮断器の前記変圧器側の電流の絶対値が、前記第１相の電流の投入後の予め定める判定時間の間に予め定める閾値電流を超えないという条件を含む、請求項９に記載の変圧器の運転制御方法。
11. 前記判定条件は、前記遮断器の前記第１相の電流が投入されることによって前記変圧器側の電圧が零電圧から変化した時刻と、前記目標投入時刻との差の絶対値が、予め定める閾値時間を越えないという条件を含む、請求項９に記載の変圧器の運転制御方法。
12. 前記遮断器を遮断したときに、前記遮断器の前記変圧器側の電圧波形を時間積分することによって前記変圧器の各相の残留磁束を算出するステップと、
    前記遮断器を投入する場合に、前記遮断器の前記電力系統側の電圧波形を時間積分することによって得られる前記変圧器の前記第１相の定常状態の磁束が、算出された前記第１相の残留磁束に等しくなる時刻を、前記目標投入時刻として算出するステップとをさらに備える、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の変圧器の運転制御方法。
13. 前記残りの二相の電流を投入するステップでは、前記第１相の交流電圧が零になる時刻に、前記遮断器の前記残りの二相の電流を同時に投入する、請求項１２に記載の変圧器の運転制御方法。
14. 前記残留磁束の絶対値が最も大きい相を、前記遮断器の投入時に最初に電流を投入する前記第１相とする、請求項１２または１３に記載の変圧器の運転制御方法。
15. 前記遮断器を遮断する場合に、三相のいずれか１つの相の交流電圧が零となる時刻で、前記遮断器の各相の電流を同時に遮断するステップをさらに備え、
    前記遮断するステップで遮断時に零電圧であった相を、前記遮断器の投入時に最初に電流を投入する前記第１相とする、請求項１２または１３に記載の変圧器の運転制御方法。

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