JP5272678B2 - Overexcitation detection device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、電力系統に接続され、変圧器の過励磁状態を検出する過励磁検出装置に関するものである。 The present invention relates to an overexcitation detection device that is connected to a power system and detects an overexcitation state of a transformer.
変圧器に、定格電圧を超える電圧を与えた場合には、鉄芯内で発生する鉄損が増大して、機器の異常加熱を引き起こすとともに効率の低下を発生させる過励磁状態に陥る。このため過励磁状態をいちはやく検出し対処するために過励磁検出装置が求められている。
従来の過励磁検出装置においては、変圧装置の一次電流と二次電流を測定するために電流測定器をそれぞれ設置し、その電流に基づいて励磁電流を算出し、その励磁電流に含まれる第三次高調波成分を検出することで変圧器の過励磁状態を判定している。(特許文献1)
When a voltage exceeding the rated voltage is applied to the transformer, the iron loss generated in the iron core increases, resulting in an overexcitation state that causes abnormal heating of the device and a decrease in efficiency. For this reason, there is a need for an overexcitation detection device to quickly detect and deal with overexcitation conditions.
In the conventional overexcitation detection device, a current measuring device is installed to measure the primary current and secondary current of the transformer device, the excitation current is calculated based on the current, and the third current included in the excitation current is calculated. The over-excitation state of the transformer is determined by detecting the second harmonic component. (Patent Document 1)
従来の変圧器の過励磁検出装置によれば、第三次高調波成分を検出する場合、一次電流と二次電流の双方の電流を検出する電流検出器を設置する必要があった。さらに、双方の電流検出器の検出値から励磁電流を算出するための励磁電流計算回路を設置する必要もあった。 According to the conventional transformer overexcitation detection device, when detecting the third harmonic component, it is necessary to install a current detector for detecting both the primary current and the secondary current. In addition, it is necessary to install an excitation current calculation circuit for calculating the excitation current from the detection values of both current detectors.
この発明は、上記のような複数の電流検出器や励磁電流算出回路を必要とすることなく、コイルの過励磁状態を検出できる過励磁検出装置を得るものである。 The present invention provides an overexcitation detection device that can detect the overexcitation state of a coil without requiring a plurality of current detectors and excitation current calculation circuits as described above.
この発明では、電力系統に接続された変圧器のY巻線が過励磁状態にあるとき、Y巻線の中性点の接地回路に第三次高調波を含んだ電流が流れることに着眼したものである。このためY巻線の中性点の接地回路に電流検出器を設け、この電流検出器により検出された電流値の第三次高調波成分を抽出するための第三次高調波濾波器を設け、第三次高調波成分による出力が所定値を超えた場合、過励磁状態の判定を実施する。 In the present invention, when the Y winding of the transformer connected to the power system is in an overexcited state, it is noted that a current including the third harmonic flows in the ground circuit at the neutral point of the Y winding. Is. For this purpose, a current detector is provided in the grounding circuit at the neutral point of the Y winding, and a third harmonic filter is provided for extracting the third harmonic component of the current value detected by the current detector. When the output by the third harmonic component exceeds a predetermined value, the overexcitation state is determined.
この発明の過励磁検出装置は、変圧器のY巻線の中性点の接地回路に流れる電流を測定するので、中性点に電流検出器があればよい。従来技術では、2台の電流検出器を必要とし2台の電流検出器の出力の誤差が発生し判定結果に影響を及ぼすこととなる。この発明では、中性点の電流検出器の精度だけを考慮すればよいので、電流をより正確に検出することが出来、過励磁状態を精度良く検出することができる。 Since the overexcitation detection device of the present invention measures the current flowing in the grounding circuit at the neutral point of the Y winding of the transformer, it suffices if there is a current detector at the neutral point. In the prior art, two current detectors are required, and an error in the output of the two current detectors occurs, affecting the determination result. In the present invention, since only the accuracy of the neutral-point current detector needs to be considered, the current can be detected more accurately, and the overexcitation state can be detected with high accuracy.
実施の形態1.
図1は、この発明を実施するための実施の形態1における過励磁検出装置の回路構成図である。過励磁検出装置5は、電流測定器4、第三次高調波濾波器6、レベル判定器7から構成されている。電力系統1に接続された変圧器2における一次側Y巻線3の中性点の接地回路に、電流測定器4が設置されている。過励磁検出装置5において、電流測定器4の出力は、第三次高調波成分を抽出する第三次高調波濾波器6の入力に接続され、第三次高調波濾波器6の出力がレベル判定器7の入力部に接続されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of an overexcitation detection device according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. The
図2は実施の形態1における過励磁検出装置の動作を説明する波形図である。図2(a)は変圧器2のY巻線3に印加される電圧を示しており、図2(b)は、電流測定器4で計測したY巻線3の中性点の接地回路に流れる電流を示している。
通常の電力用変圧器の定格電圧での磁束密度は鉄心の飽和磁束密度の85%前後に設定される場合が多いため、変圧器2に定格電圧Vを例えば10%超える電圧が印加されると、図2(a)に示すように過励磁分の電圧によって変圧器2のY巻線3の鉄心の磁束飽和現象が発生し、変圧器2のY巻線3の中性点の接地回路に鉄心の磁束飽和により低下した励磁インピーダンスに応じた電流IN(図2(b))が流れる。
過励磁状態にある変圧器2のY巻線3は電圧1相につき1周期で正方向と負方向で180度間隔で2回の鉄心飽和が発生する。よって、位相が120度と240度ずれた位相を合わせて、電圧3相では、正方向と負方向で60度間隔6回の鉄心飽和が発生し、変圧器2のY巻線3の中性点の接地回路には第三次高調波を含んだ電流INが発生する。従って、電流測定器4の出力から第三次高調波濾波器6によって第三次高調波成分を抽出し、第三次高調波成分の有無をレベル判定器7で判定する。
このレベル判定器7で用いる判定値は、変圧器の励磁特性に応じて任意に設定する固有のものであるが、少なくとも変圧器2に定格電圧Vが印加されるときY巻線3の中性点の接地回路に流れる電流の第三次高調波成分より大きな値に設定される。このとき、第三次高調波濾波器6の出力は実効値又は波高値を抽出してあらかじめ定めた所定値と比較することとしてもよい。
FIG. 2 is a waveform diagram for explaining the operation of the overexcitation detection apparatus in the first embodiment. 2A shows the voltage applied to the Y winding 3 of the
Since the magnetic flux density at the rated voltage of a normal power transformer is often set to about 85% of the saturation magnetic flux density of the iron core, when a voltage exceeding the rated voltage V, for example, 10% is applied to the
The Y winding 3 of the
The determination value used in the level determination unit 7 is a unique value that is arbitrarily set according to the excitation characteristics of the transformer, but at least when the rated voltage V is applied to the
このように、過励磁検出装置5に於いては、変圧器2の過励磁状態をY巻線3の中性点の接地回路に流れる電流から検出できるようにしたので、単一の電流検出器を用いて変圧器の過励磁状態を精度よく検出できる。また、電流検出器を2台用いる方法に比べて経済的である。加えて、従来必要であった、一次電流検出値、二次電流検出値から励磁電流を算出する励磁電流計算回路も不要であるので、この回路の計算誤差も考慮しなくてもよいので、より正確な過励磁検出が出来、経済的にも有利である。
Thus, in the
実施の形態2.
図3は、この発明を実施するための実施の形態2における過励磁検出装置の回路構成図である。過励磁検出装置10は、電流測定器4、第三次高調波濾波器6、基本波濾波器8、比較器9から構成されている。
実施の形態1では、電流測定器4を、第三次高調波濾波器6に接続し、この出力レベルをレベル判定器7であらかじめ定めた所定値と比較して過励磁状態を判定するよう構成した。これに対して、実施の形態2では図3に示すように、電流測定器4を第三次高調波濾波器6と、基本波濾波器8に接続し、第三次高調波濾波器6と基本波濾波器8を比較器9に接続している。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an overexcitation detection device according to
In the first embodiment, the current measuring device 4 is connected to the third
図4は、この発明の実施の形態2の比較器における判定特性の第1の例について示した図である。図4は、第三次高調波成分と基本波成分の大きさから、過励磁状態を判定するための特性を示しており、この境界を示す基準値より上の斜線で示す領域が過励磁状態と判定する領域である。
変圧器2のY巻線3の接地回路に流れる電流を、電流検出器4で検出し、この出力を第三次高調波濾波器6と基本波濾波器8で濾波し、基本波濾波器8の出力値の関数として定められた基準値と第三次高調波濾波器6の出力値を比較し、第三次高調波成分の出力値の方が、図4の境界を示す基準値より大きければ、過励磁状態と判定する。
FIG. 4 is a diagram showing a first example of determination characteristics in the comparator according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 shows the characteristics for determining the overexcitation state from the magnitudes of the third harmonic component and the fundamental wave component. The region indicated by the oblique line above the reference value indicating this boundary is the overexcitation state. It is an area to be determined.
The current flowing through the ground circuit of the Y winding 3 of the
図2、図3、図4により、実施の形態2における、過励磁検出器の動作について説明する。
図3で、電力系統1から変圧器2のY巻線3に変圧器2の定格電圧V以下の電圧が印加されている状態では、電流測定器4の出力はほぼゼロである。実際にはインピーダンス不整合により流れる基本波成分の電流が存在するが微小である。
変圧器2に定格電圧Vを超える電圧が印加されると、図2(a)に示すように変圧器2のY巻線3の鉄心の磁束飽和現象が発生し、変圧器2のY巻線3の中性点の接地回路に鉄心の磁束飽和により低下した励磁インピーダンスに応じた電流IN(図2(b))が流れる。
過励磁状態にある変圧器2のY巻線3は電圧1相につき1周期で正方向と負方向で180度間隔で2回の鉄心飽和が発生する。よって、位相が120度と240度ずれた位相を合わせて、電圧3相では、正方向と負方向で60度間隔6回の鉄心飽和が発生し、変圧器2のY巻線3の中性点の接地回路には第三次高調波を含んだ電流INが発生する。
変圧器2のY巻線3の接地回路に流れる電流を、電流検出器4で検出し、この出力を第三次高調波濾波器6と基本波濾波器8で濾波し、基本波濾波器8の出力値の関数として定められた基準値と第三次高調波濾波器6の出力値を比較し、第三次高調波成分の出力値の方が、図4の境界を示す基準値より大きければ、過励磁状態と判定する。
The operation of the overexcitation detector in the second embodiment will be described with reference to FIGS.
In FIG. 3, the output of the current measuring device 4 is almost zero when a voltage equal to or lower than the rated voltage V of the
When a voltage exceeding the rated voltage V is applied to the
The Y winding 3 of the
The current flowing through the ground circuit of the Y winding 3 of the
実施の形態1では変圧器2が過励磁状態と判定するために、レベル判定器7に変圧器2毎に定めた固有の所定値を設定しなければならなかった。
これに対して、実施の形態2では、変圧器2のY巻線3の接地回路に流れる電流を、電流検出器4で検出し、この出力を第三次高調波濾波器6と基本波濾波器8で濾波し、基本波濾波器8の出力値の関数として定められた基準値と第三次高調波濾波器6の出力値を比較し、第三次高調波成分の出力値の方が、図4の境界を示す基準値より大きければ、過励磁状態と判定する構成とした。第三次高調波成分による出力が図4の境界値より大きければ、過励磁状態と判定することとした。これにより中性点の接地回路に流れる電流が、トランス巻線や電流系統の微小なアンバランス、地絡事故等によって基本成分、第三次高調波成分ともに増大するような場合であっても、精度のよい過励磁状態の判定ができ、変圧器2毎に固有の閾値を設定する必要がない。第三次高調波成分の大きさと基本波成分の大きさを前もって設定した図4の判定特性を基に比較することにより変圧器の過励磁を検出できるものである。第三次高調波成分の大きさと基本波成分の大きさは、各濾波器の出力の実効値又は波高値を抽出して比較することとしてもよい。
図5は、この発明の実施の形態2の比較器における判定特性の第1の例を説明する図である。図5で、図4に示した境界値の特性について説明する。インピーダンス不整合を起因としたアンバランス現象による中性点に流れる電流の基本波及び第三次高調波成分は絶対値が比較的小さいので、これは図の左方下部の「アンバランス領域」と記載した領域にあたる。よってこの領域を避けて過励磁状態を検出する為、第三次高調波成分の大きさが所定の値A1以上の時のみ、過励磁状態を検出すべくA1の値を設定すればよい。
また、地絡事故による中性点の電流量は大きくなるが、第三次高調波成分の大きさは基本波成分の大きさの30%を超えず、図5の「比率30%」と記載した直線の下側の、図5の右下部の「地絡事故領域」と記載した領域にあたる。この領域を避けて過励磁状態を検出しかつ誤検出防止の為、例えば第三次高調波成分の大きさが基本波成分の大きさの35%となる直線を、図5に「過励磁検出比率」と記載して示したように決めてやればよい。
過励磁による中性点を流れる電流の第三次高調波成分は、図4の左方上部領域の「過励磁領域」と記載した領域を占めるので、この領域を検出することで、過励磁状態を精度よく確認することが出来る。
In Embodiment 1, in order to determine that the
On the other hand, in the second embodiment, the current flowing through the ground circuit of the Y winding 3 of the
FIG. 5 is a diagram illustrating a first example of determination characteristics in the comparator according to the second embodiment of the present invention. The characteristics of the boundary values shown in FIG. 4 will be described with reference to FIG. Since the absolute value of the fundamental and third harmonic components of the current flowing in the neutral point due to the unbalance phenomenon due to impedance mismatch is relatively small, this is the `` unbalance region '' at the lower left of the figure. It corresponds to the described area. Therefore, in order to detect the overexcitation state while avoiding this region, the value of A1 may be set to detect the overexcitation state only when the magnitude of the third harmonic component is equal to or greater than the predetermined value A1.
Moreover, although the amount of current at the neutral point due to the ground fault increases, the magnitude of the third harmonic component does not exceed 30% of the magnitude of the fundamental component, and is described as “ratio 30%” in FIG. This corresponds to the area described as “ground fault area” in the lower right part of FIG. 5 below the straight line. In order to detect the overexcitation state while avoiding this region and prevent erroneous detection, for example, a straight line in which the third harmonic component is 35% of the fundamental component is shown in FIG. What is necessary is just to determine as described in the ratio.
The third harmonic component of the current flowing through the neutral point due to over-excitation occupies the region described as “over-excitation region” in the upper left region of FIG. 4. By detecting this region, the over-excitation state Can be confirmed with high accuracy.
このように、過励磁検出装置10においては、変圧器2毎に固有の所定値の設定が不要で、変圧器2の過励磁状態を精度よく検出できるという効果がある。
図6は、この発明の実施の形態2の比較器における判定特性の第2の例について示した図である。基本波成分と第三次高調波成分の関係から、過励磁状態を検出する特性を、図4に例示したが、図6に示すように、2つの成分の関係を所定の傾きと切片を持った一次関数として表し、第三次高調波成分の大きさがこれを超えたとき、過励磁状態と判定してもよい。
Thus, in the overexcitation detection device 10, there is no need to set a specific predetermined value for each
FIG. 6 is a diagram showing a second example of determination characteristics in the comparator according to the second embodiment of the present invention. FIG. 4 illustrates the characteristic of detecting the overexcitation state from the relationship between the fundamental wave component and the third harmonic component. As shown in FIG. 6, the relationship between the two components has a predetermined slope and intercept. When the magnitude of the third harmonic component exceeds this, it may be determined as an overexcitation state.
上記説明は、この発明の用途として発電所に設置される変圧器の場合を説明した。他に、変電所の変圧器など、Y巻線の中性点が接地された変圧器であれば、過励磁検出が必要となる保護継電器などの分野にも応用できる。 The above description has explained the case of a transformer installed in a power plant as an application of the present invention. In addition, any transformer such as a transformer in a substation, where the neutral point of the Y winding is grounded, can be applied to a field such as a protective relay that requires overexcitation detection.
1 電力系統
2 変圧器
3 Y巻線
4 電流測定器
5、10 過励磁検出装置
6 第3次高調波濾波器
7 レベル判定器
8 基本波濾波器
9 比較器
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