JP5344337B2 - 油入電気機器状態分析装置および油入電気機器状態分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、電気機器の状態分析装置および状態分析方法に関し、特に、変圧器およびリアクトル等の油入電気機器の状態分析装置および状態分析方法に関する。

一般に、変圧器およびリアクトル等の油入電気機器において使用される絶縁油には、腐食性を示す微量の元素硫黄および硫黄化合物が含まれている。これらの腐食性硫黄は、油入電気機器で使用されている硫化されやすい金属と反応して導電性の硫化物を生成する。そして、この硫化物が油入電気機器の故障原因となっているという報告が数多くある。しかしながら、硫化物生成のメカニズムは十分解明されておらず、温度および絶縁油種に依存するという程度の知見しか得られていない。そして、現時点では、硫化物の生成を事前に予見し、防止する方法も見つかっていない。これは、油入電気機器を分解しない限り、硫化物の生成を確認できないからである。

油入電気機器の硫化物診断方法として、たとえば、特開平７-３３５４４６号公報（特許文献１）には、以下のような診断方法が開示されている。すなわち、運転中の油入電気機器から絶縁油を採取し、絶縁油中に含まれる油中溶解銅及び硫酸イオンの含有率を測定し、それぞれの含有率の和と油入電気機器内の充填油量と機器内の油中に露出する銅部材の表面積とから、油中に露出する銅部材表面の生成硫化銅量を推定し、硫化腐食状況を診断する。これにより、機器を停止することなく、機器内部の銅部材表面の硫化腐食の程度を簡単に定量的に把握することができる。

また、特開２０００−３５３６２３号公報（特許文献２）には、以下のような診断方法が開示されている。すなわち、コイル導体を模擬した銅ブロックに絶縁紙を巻回して油入変圧器のコイルを模擬して、これを容器に収容し、絶縁油を注入する。銅ブロックを銅ブロック加熱用のヒータにて所定の温度に加熱し、容器加熱用のヒータにて絶縁油を別の所定の温度に加熱する。所定時間、加熱した後、絶縁紙及び絶縁油を容器から取り出し、表面特性、機械的特性、化学的特性および電気的特性等の評価を行なう。実際の温度条件を模擬して評価試験を行なうことができ、評価試験の精度を向上させることができる。
特開平７-３３５４４６号公報 特開２０００−３５３６２３号公報

しかしながら、特許文献１記載の方法では、油入電気機器内部の温度状態を確認することができず、また、油入電気機器内の銅部材の状態を確認することができないため、運転中の油入電気機器の硫化腐食状態と診断結果とに相違が生じる恐れがある。

また、特許文献２記載の方法では、運転中の油入電気機器の絶縁油を採取しないため、運転中の油入電気機器の硫化腐食状態と診断結果とに相違が生じる恐れがある。たとえば、油入電気機器における絶縁油は経年劣化によって変質している場合があり、実際の油入電気機器の状態を模擬することは困難である。

すなわち、従来の技術では、運転中の機器を停止して分解しない限り、油入電気機器内部の硫化物生成状態を正確に模擬することができないという問題点があった。

それゆえに、本発明の目的は、運転中の油入電気機器を分解せずに油入電気機器内部の硫化物生成状態を正確に模擬することが可能な油入電気機器状態分析装置および油入電気機器状態分析方法を提供することである。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる油入電気機器状態分析装置は、絶縁物が巻かれた第１の銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する状態分析装置であって、油入電気機器から絶縁油を抽出するための配管と、配管を開閉するための弁と、絶縁物と同じ材料の絶縁物に巻かれた第２の銅線を収容し、配管を通して抽出した絶縁油を収容することにより、第２の銅線を抽出した絶縁油で浸すためのタンクと、第２の銅線を加熱する第１のヒータとを備える。

好ましくは、油入電気機器状態分析装置は、さらに、油入電気機器における銅線の温度を測定する第１の温度測定部と、第１の温度測定部によって測定された温度に基づいて、第１のヒータを制御することにより、第２の銅線の温度を制御する第１の温度制御部とを備える。

より好ましくは、第１の温度制御部は、第１のヒータを制御することにより、第１の温度測定部によって測定された温度より高い温度になるように、第２の銅線の温度を制御する。

好ましくは、油入電気機器状態分析装置は、さらに、タンクに収容された絶縁油を加熱する第２のヒータを備える。

より好ましくは、油入電気機器状態分析装置は、さらに、油入電気機器における絶縁油の温度を測定する第２の温度測定部と、第２の温度測定部によって測定された温度に基づいて、第２のヒータを制御することにより、タンクに収容された絶縁油の温度を制御する第２の温度制御部とを備える。

より好ましくは、第２の温度制御部は、第２のヒータを制御することにより、第２の温度測定部によって測定された温度より高い温度になるように、タンクに収容された絶縁油の温度を制御する。

好ましくは、油入電気機器状態分析装置は、さらに、タンクに収容された絶縁油をタンク内で循環させるポンプを備える。

上記課題を解決するために、この発明のある局面に係わる油入電気機器状態分析方法は、絶縁物が巻かれた第１の銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する状態分析方法であって、油入電気機器から絶縁油を抽出するステップと、抽出した絶縁油をタンクに収容するステップと、絶縁物と同じ材料の絶縁物が巻かれた第２の銅線をタンクに収容して絶縁油に浸すステップと、第２の銅線を加熱するステップとを含む。

本発明によれば、運転中の油入電気機器を分解せずに油入電気機器内部の硫化物生成状態を正確に模擬することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
［構成および基本動作］
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。

図１を参照して、油入電気機器状態分析装置１０１は、タンク２と、バルブ３Ａ，３Ｂと、油配管４Ａ，４Ｂと、紙巻銅線５と、ポンプ６と、ヒーター７，８と、温度測定素子（温度測定部）９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂと、温度制御部１１，１２とを備える。紙巻銅線５は、銅線２１と、絶縁紙２２とを含む。

油入電気機器１およびタンク２は、バルブ３Ａを介して油配管４Ａによって接続されており、運転中の油入電気機器１内の絶縁油を容易に抽出することができる。バルブ３Ｂおよび油配管４Ｂは、タンク２内の絶縁油を油入電気機器１に戻すために設けられている。

図２は、油入電気機器の構成を示す断面図である。
図２を参照して、油入電気機器１は、たとえば変圧器であり、鉄心５１，５２と、コイル５３と、冷却器５４と、絶縁油５５と、ポンプ５６とを備える。

コイル５３は、銅巻線に絶縁紙が巻かれている紙巻銅線である。コイル５３は、鉄心５１，５２に囲まれている。

油入電気機器１内には、絶縁油５５が満たされており、コイル５３は、絶縁油５５に浸されている。絶縁油５５により、油入電気機器１の絶縁および冷却が行なわれる。冷却器５４により、絶縁油５５が冷却される。

ポンプ５６は、図中の矢印で示すように絶縁油５５を油入電気機器１内で循環させることにより、コイル５３を冷却する。

再び図１を参照して、銅線２１は、コイル５３の絶縁紙と同じ材料の絶縁紙２２に巻かれている。紙巻銅線５は、運転中の油入電気機器１内のコイル５３を模擬するためのものである。

タンク２は、紙巻銅線５と、油配管４Ａを通して抽出した絶縁油５５とを収容する。紙巻銅線５をタンク２内に収容し、油配管４Ａを通して抽出した絶縁油５５を収容することにより、紙巻銅線５を絶縁油５５で浸すことができる。

ヒーター７は、銅線２１に電流を流すことにより、銅線２１を加熱する。ヒーター８は、熱を発することにより、タンク２内の絶縁油５５を加熱する。

温度測定素子９Ａは、油入電気機器１に取り付けられている。温度測定素子９Ａは、油入電気機器１におけるコイル５３の銅線の温度を測定する。

温度測定素子９Ｂは、タンク２に取り付けられている。温度測定素子９Ｂは、タンク２における銅線２１の温度を測定する。

温度制御部１１は、温度測定素子９Ａによって測定された温度に基づいて、ヒーター７を制御することにより、油入電気機器状態分析装置１０１における紙巻銅線５の温度を制御する。より詳細には、温度制御部１１は、タンク２における銅線２１の温度が油入電気機器１におけるコイル５３の銅線の温度と同じになるように、ヒーター７を制御することにより、銅線２１の温度を制御する。

温度測定素子１０Ａは、油入電気機器１に取り付けられている。温度測定素子１０Ａは、油入電気機器１における絶縁油５５の温度を測定する。

温度測定素子１０Ｂは、タンク２に取り付けられている。温度測定素子１０Ｂは、タンク２内の絶縁油５５の温度を測定する。

温度制御部１２は、温度測定素子１０Ａによって測定された温度に基づいて、ヒーター８を制御することにより、油入電気機器状態分析装置１０１における絶縁油５５の温度を制御する。より詳細には、温度制御部１２は、タンク２内の絶縁油５５の温度が油入電気機器１における絶縁油５５の温度と同じになるように、ヒーター８を制御することにより、タンク２内の絶縁油５５の温度を制御する。

ポンプ６は、タンク２内の絶縁油５５をタンク２内で循環させる。これにより、タンク２内の絶縁油５５の温度のばらつきを抑制することができる。

［動作］
次に、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作について説明する。

図３は、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。

まず、タンク２内に紙巻銅線５を配置する（ステップＳ１）。
次に、バルブ３を開けることにより、油入電気機器１から絶縁油５５を抽出し、タンク２内を絶縁油５５で満たす（ステップＳ２）。これにより、紙巻銅線５が絶縁油５５に浸される。

次に、ヒーター７によって紙巻銅線５の銅線２１を加熱することにより、運転中の油入電気機器１の巻線温度と同一の条件を油入電気機器状態分析装置１０１において模擬する（ステップＳ３およびＳ４）。より詳細には、油入電気機器１におけるコイル５３の銅線の温度を温度測定素子９Ａで観測する。温度測定素子９Ａの測定結果は、温度制御部１１へ送信される。

そして、温度制御部１１は、紙巻銅線５の温度が油入電気機器１におけるコイル５３の銅線の温度と同じとなるように、ヒーター７を制御する（ステップＳ４）。なお、油入電気機器１に温度測定素子９Ａを取り付けられない場合には、温度制御部１１が、油入電気機器１の負荷条件等に基づき計算して得られた温度になるようにヒーター７を制御する構成であってもよい。

また、これと並行して、ヒーター８によってタンク２内の絶縁油５５を加熱することにより、運転中の油入電気機器１の絶縁油５５の温度と同一の条件を油入電気機器状態分析装置１０１において模擬する（ステップＳ３およびＳ４）。より詳細には、油入電気機器１における絶縁油５５の温度を温度測定素子１０Ａで観測する。温度測定素子１０Ａの測定結果は、温度制御部１２へ送信される。

そして、温度制御部１２は、タンク２内の絶縁油５５の温度が油入電気機器１における絶縁油５５の温度と同じとなるように、ヒーター８を制御する（ステップＳ４）。なお、油入電気機器１に温度測定素子１０Ａを取り付けられない場合には、温度制御部１２が、油入電気機器１の負荷条件等に基づき計算して得られた温度になるようにヒーター８を制御する構成であってもよい。

ここで、油入電気機器状態分析装置１０１では、ポンプ６によって絶縁油５５を循環させながらヒーター８で加熱することにより、運転中の油入電気機器１における絶縁油５５の温度と同一の条件をさらに正確に模擬することができる。

次に、タンク２内の紙巻銅線５および絶縁油５５をサンプリングする。すなわち、バルブ３Ａを閉じてから、紙巻銅線５の一部および絶縁油５５の一部を取り出す（ステップＳ５）。

そして、取り出したサンプルの硫化物生成状態の確認および分析を行なう（ステップＳ６）。

ところで、特許文献１記載の方法では、油入電気機器内部の温度状態を確認することができず、また、油入電気機器内の銅部材の状態を確認することができない。また、特許文献２記載の方法では、運転中の油入電気機器の絶縁油を採取しない。このため、特許文献１および２記載の方法では、運転中の機器を停止して分解しない限り、油入電気機器内部の硫化物生成状態を正確に模擬することができないという問題点があった。

しかしながら、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置では、油入電気機器１から絶縁油５５を抽出するための油配管４Ａと、油配管４Ａを開閉するためのバルブ３Ａと、紙巻銅線５を収容し、油配管４Ａを通して抽出した絶縁油５５を収容することにより、紙巻銅線５を絶縁油５５で浸すためのタンク２と、紙巻銅線５を加熱するヒーター７とを備える。そして、紙巻銅線５は、油入電気機器１における絶縁紙と同じ材料の絶縁紙２２と、絶縁し２２に巻かれた銅線２１とを含む。

このような構成により、油入電気機器１と同じ材料条件および温度条件を模擬することができるため、運転中の油入電気機器１を停止および分解することなく、油入電気機器１内部の硫化物生成状態を正確に模擬し、診断することができる。これにより、油入電気機器１の長寿命化を図り、また、油入電気機器１の故障による不具合を未然に防ぐことが可能となる。

また、本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置は、タンク２内の絶縁油５５を加熱するヒーター８を備える。このような構成により、油入電気機器１と同じ温度条件をさらに正確に模擬することができるため、運転中の油入電気機器１を停止および分解することなく、油入電気機器１内部の硫化物生成状態をさらに正確に模擬し、診断することができる。

次に、本発明の他の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態は、第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置と比べて温度制御方法を変更した油入電気機器状態分析装置に関する。以下で説明する内容以外は第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置と同様である。

本発明の第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置では、タンク２内の銅線２１の温度を、油入電気機器１におけるコイル５３の銅線の温度よりも高く制御する。また、タンク２内の絶縁油５５の温度を、油入電気機器１における絶縁油５５の温度よりも高く制御する。

すなわち、温度制御部１１は、ヒーター７を制御することにより、温度測定素子９Ａによって測定された温度より高い温度になるように、油入電気機器状態分析装置１０１における銅線２１の温度を制御する（図３のステップＳ４）。

また、温度制御部１２は、ヒーター８を制御することにより、温度測定素子１０Ａによって測定された温度より高い温度になるように、油入電気機器状態分析装置１０１における絶縁油５５の温度を制御する（図３のステップＳ４）。

本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置では、運転中の油入電気機器１内部と同じ温度条件を模擬することにより硫化物の生成を確認する。これに対して、本発明の第２の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置では、タンク２内の温度を運転中の油入電気機器１内部の温度よりも高く制御することにより、硫化物生成が加速された条件における油入電気機器１の状態の模擬および診断が可能となる。すなわち、油入電気機器１において硫化物が生成される前に油入電気機器状態分析装置１０１において硫化物を生成させることができるため、油入電気機器１の劣化進行を事前に察知することが可能となる。これにより、油入電気機器１の故障による不具合をさらに確実に防ぐことが可能となる。

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は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特許請求の範囲によって示され、特許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。

本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置の構成を示す図である。 油入電気機器の構成を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る油入電気機器状態分析装置を用いて油入電気機器の診断を行なう際の動作手順を定めたフローチャートである。

符号の説明

１ 油入電気機器、２ タンク、３Ａ，３Ｂ バルブ、４Ａ，４Ｂ 油配管、５ 紙巻銅線、６ ポンプ、７，８ ヒーター、９Ａ，９Ｂ，１０Ａ，１０Ｂ 温度測定素子（温度測定部）、１１，１２ 温度制御部、２１ 銅線、２２ 絶縁紙、５１，５２ 鉄心、５３ コイル、５４ ポンプ、５５ 絶縁油、１０１ 油入電気機器状態分析装置。

Claims (3)

1. 絶縁物が巻かれた第１の銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する油入電気機器状態分析装置であって、
   前記油入電気機器から前記絶縁油を抽出するための配管と、
   前記配管を開閉するための弁と、
   前記絶縁物と同じ材料の絶縁物に巻かれた第２の銅線を収容し、前記配管を通して抽出した絶縁油を収容することにより、前記第２の銅線を前記抽出した絶縁油で浸すためのタンクと、
   前記第２の銅線を加熱する第１のヒータと、
   前記油入電気機器における前記第１の銅線の温度を測定する第１の温度測定部と、
   前記第１の温度測定部によって測定された温度に基づいて、前記第１のヒータを制御することにより、前記第２の銅線の温度を制御する第１の温度制御部と、
   前記タンクに収容された絶縁油を加熱する第２のヒータと、
   前記油入電気機器における前記絶縁油の温度を測定する第２の温度測定部と、
   前記第２の温度測定部によって測定された温度に基づいて、前記第２のヒータを制御することにより、前記タンクに収容された絶縁油の温度を制御する第２の温度制御部とを備え、
   前記第１の温度制御部は、前記第１のヒータを制御することにより、前記第１の温度測定部によって測定された温度より高い温度になるように、前記第２の銅線の温度を制御し、
   前記第２の温度制御部は、前記第２のヒータを制御することにより、前記第２の温度測定部によって測定された温度より高い温度になるように、前記タンクに収容された絶縁油の温度を制御する、油入電気機器状態分析装置。
2. 前記油入電気機器状態分析装置は、さらに、
   前記タンクに収容された絶縁油を前記タンク内で循環させるポンプを備える請求項１に記載の油入電気機器状態分析装置。
3. 絶縁物が巻かれた第１の銅線が絶縁油に浸されている油入電気機器の状態を模擬する油入電気機器状態分析方法であって、
   前記油入電気機器から前記絶縁油を抽出するステップと、
   前記抽出した絶縁油をタンクに収容するステップと、
   前記絶縁物と同じ材料の絶縁物が巻かれた第２の銅線を前記タンクに収容して絶縁油に浸すステップと、
   前記第１の銅線の温度を測定するステップと、
   前記油入電気機器における前記絶縁油の温度を測定するステップと、
   前記第２の銅線を加熱するステップと、
   前記タンクに収容された前記絶縁油を加熱するステップとを備え、
   前記第２の銅線を加熱するステップにおいて、前記第１の銅線の温度を測定するステップにおいて測定された温度よりも高い温度になるように前記第２の銅線の温度を制御し、
   前記タンクに収容された前記絶縁油を加熱するステップにおいて、前記油入電気機器における前記絶縁油の温度を測定するステップにおいて測定された温度よりも高い温度になるように、前記タンクに収容された絶縁油の温度を制御する、油入電気機器状態分析方法。

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