JP6799068B2 - 巻線のターンツーターン故障を検出するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Description

本開示は、巻線故障検出器に関し、より詳細には、ターンツーターン巻線故障検出器のシステムおよび方法に関する。

巻線コイルは、例えばインダクタおよび変圧器などの幅広い製品に組み込まれている。より詳細には、電力伝送システムでは、様々な構成要素、例えば電源変圧器またはシャントリアクトルが１つまたは複数の巻線コイルを含むことができる。使用時には、これらの巻線に様々なタイプの故障が発生する可能性がある。これらの故障のいくつか、例えば、電源変圧器の出力端子間の短絡は、電源変圧器の一次巻線または二次巻線の数回のターンの間の内部短絡などの他の故障よりも容易に検出可能である。数回のターン間の内部短絡は、必ずしも電源変圧器によって電源変圧器に結合された送電線に供給される電流量に大きな変化をもたらすとは限らない。しかし、時宜を得た修復動作がとられなければ、このような故障は結局、送電線を通じた送電に深刻な影響を及ぼす重大な故障に発展するおそれがある。

通常、種々のタイプの巻線における著しい電流変化を検出するように構成された従来の故障検出装置は、そのような巻線における小さなターンツーターン故障を効果的に検出することができない。より詳細には、従来の故障検出装置は、ターンツーターン故障を示す低振幅差分電流の変化を検出するのに十分な感度が不足している可能性がある。その結果、他の技術を用いてターンツーターン故障を検出することを目的とした解決策が提案されている。例えば、１つの従来の解決策は、負のシーケンス差分電流の発生源を特定するために様々な相電流測定を使用することによって電源変圧器または電力線における故障検出に一般的に関係し、そのような発生源は故障を示す。別の従来例は、一般に、第１相電流測定値および第２相電流測定値から導出された負のシーケンス値間の差を計算することによって、電力システムの故障を検出するために使用される負のシーケンス差分素子に関する。

故障検出のために負のシーケンス差分電流を使用する従来の解決策は、検出プロセスの感度と信頼性に影響を与える可能性のある様々なシステムの不均衡条件によって影響を受ける可能性がある。さらに、故障が検出された場合であっても、多相システムにおける特定の位相について故障の正確な位置を特定できないことがある。

国際公開第２０１５／０７０４０７号明細書

本開示の実施形態は、一般的に、巻線のターンツーターン故障を検出するためのシステムおよび方法に関する。

本開示の１つの例示的な実施形態によれば、三相電力線システムは、第１の電力線導体、第２の電力線導体、第３の電力線導体、三相シャントリアクトル、第１の電流監視素子、第２の電流監視素子、第３の電流監視素子、第１の電圧監視素子、第２の電圧監視素子、第３の電圧監視素子、および故障検出器を含むことができる。第１の電力線導体は第１相で電力を伝送し、第２の電力線導体は第２相で電力を伝送し、第３の電力線導体は第３相で電力を伝送する。三相シャントリアクトルは、三相電力線システムに結合される。第１の電流監視素子は、三相シャントリアクトルの第１の巻線を流れる第１相電流を監視することに基づいて第１の電流測定値を提供するように構成される。第２の電流監視素子は、三相シャントリアクトルの第２の巻線を流れる第２相電流を監視することに基づいて第２の電流測定値を提供するように構成される。第３の電流監視素子は、三相シャントリアクトルの第３の巻線を流れる第３相電流を監視することに基づいて第３の電流測定値を提供するように構成される。第１の電圧監視素子は、第１の電力線導体上に存在する第１相電圧を監視することに基づいて第１の電圧測定値を提供するように構成される。第２の電圧監視素子は、第２の電力線導体上に存在する第２相電圧を監視することに基づいて第２の電圧測定値を提供するように構成される。第３の電圧監視素子は、第３の電力線導体上に存在する第３相電圧を監視することに基づいて第３の電圧測定値を提供するように構成される。故障検出器は、第１相電流測定値、第２相電流測定値、第３相電流測定値、第１相電圧測定値、第２相電圧測定値、および第３相電圧測定値の各々を受信し、手順を実行することによって、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つのターンツーターン故障を検出するために使用するように構成される。この手順は、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算するステップであって、電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップを含み、差分値がゼロに等しくない場合には、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つにおけるターンツーターン故障の発生を宣言するステップをさらに含む。

本開示の別の例示的な実施形態によれば、ターンツーターン故障検出器は、第１の入力インターフェース、第２の入力インターフェース、第３の入力インターフェース、第４の入力インターフェース、第５の入力インターフェース、第６の入力インターフェース、および少なくとも１つのプロセッサを含むことができる。第１の入力インターフェースは、三相シャントリアクトルの第１の巻線を流れる第１相電流を監視することに基づく第１相電流測定値を受信するように構成され、第１の巻線は三相電力線システムの第１の電力線導体に結合されている。第２の入力インターフェースは、三相シャントリアクトルの第２の巻線を流れる第２相電流を監視することに基づく第２相電流測定値を受信するように構成され、第２の巻線は三相電力線システムの第２の電力線導体に結合されている。第３の入力インターフェースは、三相シャントリアクトルの第３の巻線を流れる第３相電流を監視することに基づく第３相電流測定値を受信するように構成され、第３の巻線は三相電力線システムの第３の電力線導体に結合されている。第４の入力インターフェースは、三相電力線システムの第１の電力線導体上に存在する第１相電圧を監視することに基づく第１相電圧測定値を受信するように構成される。第５の入力インターフェースは、三相電力線システムの第２の電力線導体上に存在する第２相電圧を監視することに基づく第２相電圧測定値を受信するように構成される。第６の入力インターフェースは、三相電力線システムの第３の電力線導体上に存在する第３相電圧を監視することに基づく第３相電圧測定値を受信するように構成される。プロセッサは、第１相電流測定値、第２相電流測定値、第３相電流測定値、第１相電圧測定値、第２相電圧測定値、および第３相電圧測定値の各々を用いて、手順を実行することによって、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つのターンツーターン故障を検出するように構成され、この手順は、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算するステップであって、電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップを含み、差分値がゼロに等しくない場合には、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つにおけるターンツーターン故障を宣言するステップをさらに含む。

本開示のさらに別の例示的な実施形態によれば、三相電力線システムに結合された三相シャントリアクトルのターンツーターン故障を検出するための方法は、三相シャントリアクトルの第１の巻線を流れる第１相電流を監視することに基づく第１相電流測定値を受信するステップと、三相シャントリアクトルの第２の巻線を流れる第２相電流を監視することに基づく第２相電流測定値を受信するステップと、三相シャントリアクトルの第３の巻線を流れる第３相電流を監視することに基づく第３相電流測定値を受信するステップと、三相電力線システムの第１の電力線導体上に存在する第１相電圧を監視することに基づく第１相電圧測定値を受信するステップと、三相電力線システムの第２の電力線導体上に存在する第２相電圧を監視することに基づく第２相電圧測定値を受信するステップと、三相電力線システムの第３の電力線導体上に存在する第３相電圧を監視することに基づく第３相電圧測定値を受信するステップと、第１相電流測定値、第２相電流測定値、第３相電流測定値、第１相電圧測定値、第２相電圧測定値、および第３相電圧測定値の各々を用いて、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算することによって、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つのターンツーターン故障を検出するステップと、を含むことができ、電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す。差分値がゼロに等しくない場合には、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つにおけるターンツーターン故障が宣言される。

本開示の他の実施形態および態様は、添付図面と関連付けた以下の説明から明らかになるであろう。

一般的な用語で本開示を説明し、ここで添付図面を参照するが、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。

本開示の例示的な実施形態による三相シャントリアクトルの１つまたは複数のターンツーターン故障を検出するように構成されたターンツーターン故障検出器を含むことができる例示的な三相電力線システムを示す図である。 位相角情報に基づいて、図１に示す三相シャントリアクトルの１つまたは複数のターンツーターン故障を検出することに関する例示的な位相図である。 本開示の別の例示的な実施形態による、単相変圧器のターンツーターン故障を検出するように構成されたターンツーターン故障検出器システムを含むことができる例示的な電力伝送システムを示す図である。 本開示の別の例示的な実施形態による、三相変圧器のターンツーターン故障を検出するように構成されたターンツーターン故障検出器システムを含むことができる例示的な電力伝送システムを示す図である。 図３に示す単相変圧器および図４に示す三相変圧器の各々に適用可能な例示的な等価回路図である。 本開示の例示的な実施形態による例示的なターンツーターン故障検出器を示す図である。 本発明の例示的な実施形態による三相シャントリアクトルの１つまたは複数の巻線の故障を検出するためのターンツーターン故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートを示す図である。 本発明の例示的な実施形態による三相シャントリアクトルの１つまたは複数の巻線の故障を検出するためのターンツーターン故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートを示す図である。 本開示の別の例示的な実施形態による、変圧器の１つまたは複数の巻線のターンツーターン故障を検出するためのターンツーターン故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートを示す図である。 本開示の別の例示的な実施形態による、変圧器の１つまたは複数の巻線のターンツーターン故障を検出するためのターンツーターン故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートを示す図である。

以下では、本開示の例示的な実施形態を示す添付図面を参照しながら、本開示についてより完全に説明する。しかし、本開示は多くの異なる形式で具現化することができ、本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されるものと解釈してはならない。むしろ、本開示が適用可能な法的要件を満たすように、これらの実施形態が提供される。全体を通して、類似する符号は類似する要素を指す。本明細書では、便宜上のためだけで特定の単語および用語を用いており、そのような単語および用語は、当業者によって様々な形態および等価物で一般的に理解される様々な目的および行為を指すものとして解釈すべきであることを理解されたい。例えば、本明細書で使用される「ライン」という用語は、一般に、電気導体、例えば、ワイヤまたは電力ケーブルを指すことを理解されたい。さらに、本明細書で使用される「例」という単語は、本質的に非排他的であり、非限定的であることが意図されている。より具体的には、本明細書で使用する「例示的」という語は、いくつかの例のうちの１つを示し、記載している特定の例を不当に強調し、優先的に扱うものではないことを理解されたい。

一般的な概要に関して、本明細書に記載のシステムおよび方法の特定の実施形態は、コイル巻線の１つまたは複数のターンツーターン故障を検出するために使用することができる故障検出器を対象とする。知られているように、コイル巻線は、広範囲の製品に普遍的に組み込まれている。しかしながら、簡潔さのために、ここでは２つの製品、具体的には三相シャントリアクトルおよび電源変圧器のみを使用して、本発明による様々な実施形態および態様を説明する。

最初に図１を参照すると、本開示の例示的な実施形態による、三相シャントリアクトル１５５の１つまたは複数のターンツーターン故障を検出するように構成されたターンツーターン故障検出器１２０を含むことができる例示的な三相電力線システム１００が示されている。三相電力線システム１００は、当技術分野で知られているように三相構成の３つの電力線１０１、１０２、１０３を介して電力を伝送するために使用することができる。３つの電力線１０１、１０２、１０３の各々は、当技術分野で知られている方法で展開される三相シャントリアクトル１５５に結合することができる。三相シャントリアクトル１５５は、ノード１１８を介してグランドに一括して結合された３つの巻線を含むことができる。三相シャントリアクトル１５５の３つの巻線のうちの第１の巻線１１４は、第１の電流監視素子１２５および第１の絶縁スイッチ１４０を介して電力線１０１に結合される。例示的な保護素子である第１の絶縁スイッチ１４０は、第１の巻線１１４でターンツーターン故障が検出された場合に第１の巻線１１４を電力線１０１から絶縁するために、制御線１１３を介してターンツーターン故障検出器１２０によって制御され得る。三相シャントリアクトル１５５の３つの巻線のうちの第２の巻線１１６は、第２の電流監視素子１３０および第２の絶縁スイッチ１４５を介して電力線１０２に結合される。第２の絶縁スイッチ１４５は、第２の巻線１１６でターンツーターン故障が検出された場合に第２の巻線１１６を電力線１０２から絶縁するために、制御線１１３を介して（または、図示していない別個の制御線を介して）ターンツーターン故障検出器１２０によって制御され得る。三相シャントリアクトル１５５の３つの巻線のうちの第３の巻線１１７は、第３の電流監視素子１３５および第３の絶縁スイッチ１５０を介して電力線１０３に結合される。第３の絶縁スイッチ１５０は、第３の巻線１１７でターンツーターン故障が検出された場合に第３の巻線１１７を電力線１０３から絶縁するために、制御線１１３を介して（または、図示していない別個の制御線を介して）ターンツーターン故障検出器１２０によって制御され得る。３つの巻線１１４、１１６、１１７のうちの１つまたは複数において１つまたは複数のターンツーターン故障が検出された場合には、３つのオプションのスイッチ１４０、１４５、１５０（各々は、例えば、リレーの形態で実現することができる）のうちの２つ以上が、ターンツーターン故障検出器１２０によって動作され得ることを理解されたい。さらに、３つの絶縁スイッチを使用する代わりに、３つの巻線１１４、１１６、１１７のうちの１つまたは複数における１つまたは複数のターンツーターン故障を検出したときに、他の保護素子および構成を使用して修復動作を提供することができる。

第１の電流監視素子１２５は、三相電力線システム１００を介して三相電力が伝送されている場合に、電力線１０１を監視し、電力線１０１から三相シャントリアクトル１５５の第１の巻線１１４に導かれる第１相電流のスケールダウンされたバージョンである電流測定値を出力するために使用することができる。電流監視素子１２５の電流測定値出力は、ライン１０９を介してターンツーターン故障検出器１２０に結合される。第２の電流監視素子１３０は、三相電力線システム１００を介して三相電力が伝送されている場合に、電力線１０２を監視し、電力線１０２から三相シャントリアクトル１５５の第２の巻線１１６に導かれる第２相電流のスケールダウンされたバージョンである電流測定値を出力するために同様に使用することができる。電流監視素子１３０の電流測定値出力は、ライン１１１を介してターンツーターン故障検出器１２０に結合される。第３の電流監視素子１３５はまた、三相電力線システム１００を介して三相電力が伝送されている場合に、電力線１０３を監視し、電力線１０３から三相シャントリアクトル１５５の第３の巻線１１７に導かれる第３相電流のスケールダウンされたバージョンである電流測定値を出力するために同様に使用することができる。電流監視素子１３５の電流測定値出力は、ライン１１２を介してターンツーターン故障検出器１２０に結合される。

三相シャントリアクトル１５５をさらに参照すると、本開示による例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、１１７を単一のエンクロージャ内にまとめて収容することができる。さらに、３つの巻線１１４、１１６、１１７は、例えば、Δ構成またはＹ構成などの様々な構成で提供することができる。開示による別の例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、１１７の各々を３つの別々のエンクロージャに収容することができる。開示によるさらに別の例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、１１７のうちの２つ以上が、３つの巻線１１４、１１６、１１７のうちの残りが収容されている第１のエンクロージャとは異なる第２のエンクロージャに収容されてもよい。開示によるさらに別の例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、１１７に加えて、１つまたは複数の追加の巻線を設けることができる。例えば、ノード１１８とグランドとの間に第４の巻線を結合することができる。ターンツーターン故障検出器１２０は、本開示により、これらの様々な巻線のうちの１つまたは複数における１つまたは複数のターンツーターン故障を検出するために使用することができる。

ここで、三相電力線システム１００の他の監視素子に移ると、第１の電圧監視素子１０５は、三相電力線システム１００を介して三相電力が伝送される場合に、電力線１０１を監視し、電力線１０１に存在する第１相電圧のスケールダウンバージョンである電圧測定値を出力するために使用することができる。電圧監視素子１０５の電圧測定値出力は、ライン１０６を介してターンツーターン故障検出器１２０に結合される。第２の電圧監視素子１１０は、三相電力線システム１００を介して三相電力が伝送される場合に、電力線１０２を監視し、電力線１０２に存在する第２相電圧のスケールダウンバージョンである電圧測定値を出力するために使用することができる。電圧監視素子１１０の電圧測定値出力は、ライン１０７を介してターンツーターン故障検出器１２０に結合される。第３の電圧監視素子１１５は、三相電力線システム１００を介して三相電力が伝送される場合に、電力線１０３を監視し、電力線１０３に存在する第３相電圧のスケールダウンバージョンである電圧測定値を出力するために使用することができる。電圧監視素子１１５の電圧測定値出力は、ライン１０８を介してターンツーターン故障検出器１２０に結合される。

ターンツーターン故障検出器１２０は様々な要素を含み、それについては以下に別の図を用いてより詳細に説明する。動作可能に、ターンツーターン故障検出器１２０は、差分保護アルゴリズムを使用して、三相シャントリアクトル１５５の１つまたは複数の巻線における１つまたは複数のターンツーターン故障を検出する手順を実行するように構成される。１つの例示的な実施では、この手順は、電圧監視素子１０５、１１０、１１５によって提供される電圧測定値と、電流監視素子１２５、１３０、１３５によって提供される電流測定値と、を使用して、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの間の差分値を計算するステップを含む。電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す。この手順は、差分値がゼロに等しくない場合には、三相シャントリアクトル１５５の第１の巻線１１４、第２の巻線１１６、または第３の巻線１１７のうちの少なくとも１つにおけるターンツーターン故障の発生を宣言するステップをさらに含む。この差分値は定常状態の条件下ではほぼゼロであり、３つの巻線１１４、１１６、１１７にターンツーターン故障は存在しない。ゼロからの小さな偏差は、三相電力線システム１００の通常動作条件下で存在し得るマイナーなシステム不均衡に起因する可能性がある。いくつかの例示的な実施形態では、ターンツーターン故障の発生は、差分値がしきい値を超える場合にのみ宣言することができる。

重要なことに、従来のターンツーターン故障検出システムとは対照的に、ターンツーターン故障検出器１２０は、例えば三相電力線システム１００の三相のうちの対象物の様々な位相のうちの特定の故障位相を識別するために用いることができる。また、巻線のインピーダンス情報（例えば、３つの巻線１１４、１１６、１１７のいずれかに関するインピーダンス情報）を必要とせずに、かつ、三相シャントリアクトル１５５の中性巻線（図示せず）を流れる電流に関する情報を必要とせずに、様々なタイプの巻線におけるターンツーターン故障を識別するために、ターンツーターン故障検出器１２０を使用することができる。

さらに、ターンツーターン故障検出器１２０は、三相電力線システム１００の様々な動作条件下で、例えば、正常なシステム不平衡、非公称システム周波数、非公称システム電圧の下で、負荷スイッチング中に、高調波の存在下で、および三相シャントリアクトル１５５の外部の障害の存在下で、満足できるレベルの性能を提供することができる。しかしながら、１つの例示的な実施では、ターンツーターン故障検出器１２０は、電流監視素子１２５、１３０、１３５のうちの１つまたは複数が電流飽和条件、電流突入条件、またはオフライン条件のうちの１つまたは複数である場合に、差分保護アルゴリズムを用いることを回避するように構成される。

三相シャントリアクトル１５５の１つまたは複数の巻線における１つまたは複数のターンツーターン故障を検出するためにターンツーターン故障検出器１２０によって使用される差分保護アルゴリズムに関する詳細は、本開示による数学的方程式に基づく以下の説明でさらに理解することができる。

Ｉ−_Ａ＝Ｖ−_Ａ／Ｚ−_Ａ；Ｉ−_Ｂ＝Ｖ−_Ｂ／Ｚ−_Ｂ；Ｉ−_Ｃ＝Ｖ−_Ｃ／Ｚ−_Ｃ；式（１）
Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝（Ｖ_２／Ｖ_１）×１００％ 式（２）
Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝（Ｉ_２／Ｉ_１）×１００％ 式（３）
Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝（Ｉ−_Ａ＋ａ^２Ｉ_Ｂ＋ａＩ_Ｃ）／（Ｉ−_Ａ＋ａＩ_Ｂ＋ａ^２Ｉ_Ｃ）×１００％＝
［Ｖ−_Ａ／Ｚ−_Ａ＋ａ^２ （Ｖ−_Ｂ／Ｚ−_Ｂ）＋ａ（Ｖ−_Ｃ／Ｚ−_Ｃ）］／［Ｖ−_Ａ／Ｚ−_Ａ＋ａ（Ｖ−_Ｂ／Ｚ−_Ｂ）＋ａ^２（Ｖ−_Ｃ／Ｚ−_Ｃ）］×１００％ 式（４）
ここで、Ｖ−_Ａ、Ｖ_Ｂ、およびＶ_Ｃは、それぞれ電圧監視素子１０５、１１０、１１５によってターンツーターン検出器１２０に供給される相電圧測定値であり、Ｉ−_Ａ、Ｉ_Ｂ、およびＩ_Ｃは、電流監視素子１２５、１３０、１３５によってターンツーターン検出器１２０に供給される相電流測定値であり、Ｚ−_Ａ、Ｚ_Ｂ、およびＺ_Ｃは、三相シャントリアクトル１５５の３つの巻線１１４、１１６、１１７の位相インピーダンスであり、Ｖ_２およびＶ_１はそれぞれ負のシーケンス電圧および正のシーケンス電圧であり、Ｉ_２およびＩ_１はそれぞれ負のシーケンス電流および正のシーケンス電流である。演算子「ａ」は角度１２０度の単位ベクトルとして定義され、「ａ」＝１∠１２０°と表現することができる。

三相シャントリアクトル１５５の３つの巻線１１４、１１６、１１７は、通常互いに同一であり、対称的な配置を有する。したがって、三相電力線システム１００が定常状態で動作している場合には、Ｚ_Ａ＝Ｚ_Ｂ＝Ｚ_Ｃ＝Ｚとなる。したがって、方程式（１）〜（４）から、次のことが理解できる。

Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝［Ｖ−_Ａ／Ｚ＋ａ^２（Ｖ−_Ｂ／Ｚ）＋ａ（Ｖ−_Ｃ／Ｚ）］／［Ｖ−_Ａ／Ｚ−＋ａ（Ｖ−_Ｂ／Ｚ）＋ａ^２（Ｖ−_Ｃ／Ｚ）］×１００％＝（Ｖ_Ａ＋ａ^２Ｖ_Ｂ＋ａＶ_Ｃ）／（Ｖ_Ａ＋ａＶ_Ｂ＋ａ^２Ｖ_Ｃ）×１００％＝（Ｖ_２／Ｖ_１）×１００％＝Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ} 式（５）
ここで、Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}およびＩ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}は、パーセンテージ形式で表された単位のない複素数である。

ここで差分値は次のように変数「Ｄｉｆｆ」の形式で定義することができる。

Ｄｉｆｆ＝Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}−Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ} 式（６）
定常状態動作中はＺ_Ａ＝Ｚ_Ｂ＝Ｚ_Ｃ＝Ｚであるから、
Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}＝０またはＤｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}≒０ 式（７）
三相シャントリアクトル１５５の３つの巻線１１４、１１６、１１７のうちの１つにターンツーターン故障が存在すると、ターンツーターン故障を有する巻線のインピーダンスが変化し、それによって次式が得られる。

Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}−Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝Ｄｉｆｆ 式（８）
差分パラメータ（Ｄｉｆｆ）の絶対値は、故障状態を宣言するためにターンツーターン故障検出器１２０によって使用され得る。１つの例示的な実施では、差分パラメータ（Ｄｉｆｆ）の絶対値がしきい値パーセンテージ値「ｃ」を超えたときに、故障状態を宣言することができる。しきい値百分率値「ｃ」は、ターンツーターン故障検出器１２０のオペレータによって設定することができる設定可能なしきい値であってもよい。

故障条件＝ａｂｓ（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）＞ｃ 式（９）
故障状態は、電圧Ｖ−_Ａ、Ｖ_Ｂ、およびＶ_Ｃの各々に関連する位相のベクトル表現を調べることによっても宣言することができる。１つの例示的な実施形態では、これは、∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）という表現を使用して実行することができる。∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）が１８０°±Ｄの範囲にあるときには「位相Ａ」の故障を宣言することができ、∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）が−６０°±Ｄの範囲にあるときには「位相Ｂ」の故障を宣言することができ、∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）が＋６０°±Ｄの範囲にあるときには「位相Ｃ」の故障を宣言することができ、ここで、「Ｄ」は、２０°〜６０°の範囲で設定することができる限界角度である。

図２は、位相角情報に基づいて三相シャントリアクトル１５５の１つまたは複数のターンツーターン故障を検出することに関する例示的な位相図２００を示す。「位相Ａ」に対応する１８０°±Ｄの範囲は矢印２０５で示され、「位相Ｂ」に対応する−６０°±Ｄの範囲は矢印２１０で示され、「位相Ｃ」に対応する＋６０°±Ｄの範囲は矢印２１５で示されている。ターンツーターン故障検出器１２０は、例示的な位相図２００に示される３つの範囲を用いることによって、３つの位相Ａ、Ｂ、およびＣのうちの特定の位相における故障を宣言するように構成することができる。

図３は、本開示の別の例示的な実施形態による単相変圧器３１０の一次巻線および二次巻線のターンツーターン故障を検出するように構成されたターンツーターン故障検出器システム１２０を含むことができる例示的な電力伝送システム３００を示す。第１の電流監視素子３０５を用いて、ライン３０６を介して単相変圧器３１０の一次巻線に流れる一次電流「Ｉ_Ｐ」を監視することができる。第１の電流監視素子３０５は、ライン３０１を介してターンツーターン故障検出器１２０に一次電流のスケールダウンバージョンを提供する。第２の電流監視素子３１５を用いて、単相変圧器３１０の二次巻線からライン３０７に流出する二次電流「Ｉ_Ｓ」を監視することができる。第２の電流監視素子３１５は、ライン３０２を介してターンツーターン故障検出器１２０に二次電流のスケールダウンバージョンを提供する。電力伝送システム３００の様々なノードにおける電圧を監視するために、例えば、ターンツーターン故障検出器１２０に、単相変圧器３１０の一次巻線および二次巻線に関連する１つまたは複数の定常状態の電圧値または差分電圧値を提供するなどのために、追加の監視素子（図示せず）を使用することができる。

この例示的な実施形態では、ターンツーターン故障検出器１２０は、様々な監視素子を介して得られた電流値および電圧値を使用して、様々な定常状態差分電流および様々な定常状態電圧値を決定するステップを含む手順を実行するように構成される。定常状態差分電流の各々は、通常、単相変圧器３１０の端子に存在する少なくとも１つの定常状態電圧に依存する定常状態磁化電流成分を含む。

この開示によれば、また従来の実装とは対照的に、（１つまたは複数の修正値の形式で）１つまたは複数の補償係数を様々な定常状態差分電流値と組み合わせて、定常状態磁化電流成分を補償し、また定常状態差分電流値の測定誤差を補償する。１つの例示的な実施では、磁化電流成分値に等しい修正値を使用することができる。修正値を定常状態差分電流値から減算して、補償を提供することができる。

補償された定常状態差分電流値は、例えば、補償された定常状態差分電流値を基準しきい値と比較することなどにより、ターンツーターン故障を検出するために使用することができる。この比較は、例えばオペレータによって予め設定することができる予め設定可能な時間にわたって実行することができる。

ターンツーターン故障検出器１２０は、ターンツーターン故障を検出すると、修復動作を実行することができる。例えば、ターンツーターン故障検出器１２０は、電力線導体３０６から単相変圧器３１０の一次巻線を絶縁するために、第１の保護素子３２０（例えば、リレー）に第１の制御信号を（ライン３０３を介して）供給することができる。別の例として、ターンツーターン故障検出器１２０は、電力線導体３０７から単相変圧器３１０の二次巻線を絶縁するために、第２の保護素子３２５（例えば、別のリレー）に第２の制御信号を（ライン３０４を介して）供給することができる。ターンツーターン故障検出器１２０はまた、ライン４１２を介して故障インジケータ信号を、例えば監視ステーションに配置されたコンピュータ、監視ステーションに配置された表示装置、またはターンツーターン故障検出器１２０上もしくはその近くに配置された警報（ライト、ブザー、サイレンなど）などの故障監視ユニット（図示せず）に供給することができる。

図４は、本開示の別の例示的な実施形態による、三相変圧器４１０のターンツーターン故障を検出するように構成されたターンツーターン故障検出器システム１２０を含むことができる電力伝送システム４００を示す。この他の例示的な実施形態では、三相変圧器４１０は、「Δ」配置で相互接続された３つの一次巻線と、「Ｙ」配置で相互接続された３つの二次巻線と、を単に説明の便宜のために示している。しかし、本開示による以下の説明は、３つの三相変圧器４１０に関連する様々な他の構成および相互接続に等しく適用可能であることを理解されたい。

第１の電流監視素子４０５は、ライン４０１を介して三相変圧器４１０の第１の一次巻線に流れる位相「Ａ」の一次電流「Ｉ_ＡＰ」を監視するために使用することができる。第１の電流監視素子４０５は、ライン４０４を介して一次電流「Ｉ_ＡＰ」のスケールダウンバージョン「Ｉ_ａｐ」をターンツーターン故障検出器１２０に供給する。第２の電流監視素子４２０は、ライン４０２を介して三相変圧器４１０の第２の一次巻線に流れる位相「Ｂ」の一次電流「Ｉ_ＢＰ」を監視するために使用することができる。第２の電流監視素子４２０は、ライン４０６を介して、一次電流「Ｉ_ＢＰ」のスケールダウンバージョン「Ｉ_ｂｐ」をターンツーターン故障検出器１２０に供給する。第３の電流監視素子４３５は、ライン４０３を介して三相変圧器４１０の第３の一次巻線に流れる位相「Ｃ」の一次電流「Ｉ_ＣＰ」を監視するために使用することができる。第３の電流監視素子４３５は、ライン４０７を介して、一次電流「Ｉ_ＣＰ」のスケールダウンバージョン「Ｉ_ｃｐ」をターンツーターン故障検出器１２０に供給する。

第４の電流監視素子４１５は、三相変圧器４１０の第１の二次巻線によってライン４１３に供給される位相「Ａ」の二次電流「Ｉ_ＡＳ」を監視するために使用することができる。第４の電流監視素子４１５は、「Ｉ_ＡＳ」のスケールダウンバージョンである第１の二次電流測定値「Ｉ_ａｓ」をターンツーターン故障検出器１２０に供給する。第５の電流監視素子４３０は、三相変圧器４１０の第２の二次巻線によってライン４１４に供給される位相「Ｂ」の二次電流「Ｉ_ＢＳ」を監視するために使用することができる。第５の電流監視素子４３０は、「Ｉ_ＢＳ」のスケールダウンバージョンである第２の二次電流測定値「Ｉ_ｂｓ」をターンツーターン故障検出器１２０に供給する。第６の電流監視素子４４５は、三相変圧器４１０の第３の二次巻線によってライン４１６に供給される位相「Ｃ」の二次電流「Ｉ_ＣＳ」を監視するために使用することができる。第６の電流監視素子４３０は、「Ｉ_ＣＳ」のスケールダウンバージョンである第３の二次電流測定値「Ｉ_ｃｓ」をターンツーターン故障検出器１２０に供給する。この例示的な実施形態では、３つの二次電流測定値（「Ｉ_ａｓ」、「Ｉ_ｂｓ」および「Ｉ_ｃｓ」）は、ライン４０８、ライン４０９、およびライン４１１を含むライン構成を介してターンツーターン故障検出器１２０に結合される。

電力伝送システム３００の様々なノードにおける電圧を監視するために、例えば、ターンツーターン故障検出器１２０に、三相変圧器４１０の３つの一次巻線および３つの二次巻線のうちの１つまたは複数に関連する１つまたは複数の定常状態の電圧値または差分電圧値を提供するために、追加の監視素子（図示せず）を使用することができる。

ターンツーターン故障検出器１２０は、上述した様々な監視素子を介して得られた電流値および電圧値を使用して、様々な定常状態差分電流および様々な定常状態電圧値を決定するステップを含む手順を実行するように構成される。この手順は、図３を参照して上述した手順、および本開示による数学的方程式に基づく以下の説明を考慮して理解することができる。

Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿補償＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ−ＫＡ＊Ｖ_ＲＡ 式（１０）
Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿補償＝Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ−ＫＡ×Ｖ_ＲＢ 式（１１）
Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿補償＝Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ−ＫＡ＊Ｖ_ＲＣ 式（１２）
Ｖ_ＲＡ、Ｖ_ＲＢ、Ｖ_ＲＣは、三相変圧器４１０の出力側の位相Ａ、位相Ｂ、位相Ｃの電圧である。しかしながら、代替的な実施では、三相変圧器４１０の入力側の位相Ａ、位相Ｂ、および位相Ｃの電圧を代わりに使用することができる。ＫＡ、ＫＢ、ＫＣは、Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿補償、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿補償、Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿補償、Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿補償の各々をゼロにするために、三相変圧器４１０の定常動作時に使用される係数である。それぞれの巻線の１つまたは複数に故障が存在すると、Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿補償、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿補償、およびＩｄｉｆｆ＿Ｃ＿補償の各々の１つまたは複数がゼロより大きな値に増加する。係数ＫＡ、ＫＢ、およびＫＣは、以下のように定義することができる。

ＫＡ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿定常／Ｖ_ＲＡ定常 式（１３）
ＫＢ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿定常／Ｖ_ＲＢ定常 式（１４）
ＫＣ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿定常／Ｖ_ＲＣ定常 式（１５）
Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿補償、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿補償、およびＩｄｉｆｆ＿Ｃ＿補償の各々の絶対値は、三相変圧器４１０のそれぞれの位相における故障状態を宣言するためにターンツーターン故障検出器１２０によって使用することができる。１つの例示的な実施では、Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿補償の絶対値がしきい値パーセンテージ値「ａ」を超える（または等しくなる）場合に位相Ａにおける故障状態を宣言することができ、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿補償の絶対値がしきい値パーセンテージ値「ｂ」を超える（または等しくなる）場合に位相Ｂにおける故障状態を宣言することができ、Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿補償の絶対値がしきい値パーセンテージ値「ｃ」を超える（または等しくなる）場合に位相Ｃにおける故障状態を宣言することができる。つまり、ａｂｓ（Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿補償）≧「ａ」である場合に位相Ａのターンツーターン故障状態が宣言され、ａｂｓ（Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿補償）≧「ｂ」である場合に位相Ｂのターンツーターン故障状態が宣言され、ａｂｓ（Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿補償）≧「ｃ」である場合に位相Ｃのターンツーターン故障状態が宣言される。しきい値パーセンテージ値「ａ」、「ｂ」、および「ｃ」は、例えば、ターンツーターン故障検出器１２０のオペレータによって設定することができる設定可能なしきい値とすることができる。

三相変圧器４１０のターンツーターン故障を検出すると、ターンツーターン故障検出器１２０は修復動作を実行することができる。例えば、ターンツーターン故障検出器１２０は、一次巻線の１つまたは複数をそれぞれの１つまたは複数の入力ラインから絶縁するために、ならびに／あるいは二次巻線の１つまたは複数をそれぞれの１つまたは複数の出力ラインから絶縁するために、１つまたは複数の保護素子（図示せず）に制御信号を（ライン４１２を介して）供給することができる。いくつかの例示的な実施では、ターンツーターン故障検出器１２０は、ライン４１２を介して故障インジケータ信号を、例えば監視ステーションに配置されたコンピュータ、監視ステーションに配置された表示装置、またはターンツーターン故障検出器１２０上もしくはその近くに配置された警報（ライト、ブザー、サイレンなど）などの故障監視ユニット（図示せず）に供給することができる。

図５は、図３に示す単相変圧器３１０の例示的な等価回路図を示す。単相変圧器３１０に損失が発生しない場合には、入力電流Ｉ_１は出力電流Ｉ_２（通常は１８０°の位相差を有する）に等しい。しかし、実用的には、単相変圧器３１０に電流損失が発生する。この電流損失は、等価回路図に示されている磁化電流Ｉ_０に起因する可能性がある。ターンツーターン故障検出器１２０は、この磁化電流Ｉ_０を本開示に従って考慮することにより、故障対故障検出を実行する。

図６は、本開示によるターンツーターン故障検出器１２０に含まれ得るいくつかの例示的な要素を示す。説明の目的のために、図６に示すターンツーターン故障検出器１２０は、図４に示され、三相変圧器４１０に関して上述された例示的な実施形態を実施するために使用することができる様々な要素を含む。したがって、入力ラインおよび出力ラインは、図４に示すものと同じ符号によって示される。しかしながら、例えば、図３に示す単相変圧器３１０の実施形態を実施する場合などの、他の実施では、ターンツーターン故障検出器１２０に含まれる様々な要素の数（例えば、入力インターフェースの数など）は異なっていてもよい。

この例示的な実施では、ターンツーターン故障検出器１２０は、それぞれライン４０４、４０６、４０７、４０８、４０９、４１１に結合された６つの入力電流インターフェース６０５、６２５、６４５、６２０、６４０、６６０を含むことができる。例えば電圧入力インターフェース（図示せず）などの他の入力インターフェースを使用して、ターンツーターン故障検出器１２０に様々な種類の電圧測定値入力を提供することができる。ターンツーターン故障検出器１２０はまた、制御信号、故障指示信号、またはアラーム信号などの出力信号を送信する目的で、（ライン４１２に結合されて示される出力インターフェース６６５などの）１つまたは複数の出力インターフェースを含むことができる。

ターンツーターン故障検出器１２０は、１つまたは複数のアナログデジタル変換器およびデジタルアナログ変換器をさらに含むことができる。例えば、アナログデジタル変換器６１５を使用して、アナログ形式の入力インターフェースの１つによって提供される電流測定値を、プロセッサ６５０によって処理することができるデジタル電流測定値に変換することができる。逆に、デジタルアナログ変換器６３５は、プロセッサ６５０によってデジタルアナログ変換器６３５に提供することができる様々なタイプのデジタル情報をアナログ出力信号に変換して、出力インターフェース６６５を介してターンツーターン故障検出器１２０の外に出力することができる。三相変圧器４１０においてターンツーターン故障が検出された場合に、リレー６５５などの１つまたは複数のリレーを用いて、（例えば、電力伝送システム４００に関連する特定の電流信号などの）様々なタイプの信号をスイッチングすることができる。

プロセッサ６５０などの１つまたは複数のプロセッサは、メモリ６３０と対話するように構成することができる。プロセッサ６５０は、適切なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組み合わせを使用して実施し、動作させることができる。ソフトウェアまたはファームウェアの実施態様は、説明した様々な機能を実行するように任意の適切なプログラミング言語で書かれたコンピュータ実行可能命令または機械実行可能命令を含むことができる。一実施形態では、機能ブロック言語に関連する命令は、メモリ６３０に記憶することができ、またプロセッサ６５０によって実行することができる。

メモリ６３０は、プロセッサ６５０によってロードおよび実行可能なプログラム命令を記憶するために、ならびにこれらのプログラムの実行中に生成されたデータを記憶するために使用することができる。ターンツーターン故障検出器１２０の構成およびタイプに応じて、メモリ６３０は、揮発性（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など）および／または不揮発性（読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなど）であってもよい。一部の実施形態では、メモリデバイスは、磁気記憶装置、光ディスク、および／またはテープ記憶装置を含むが、これらに限定されない付加的な取り外し可能な記憶装置（図示せず）および／または取り外し不能な記憶装置（図示せず）をさらに含むことができる。ディスクドライブおよびそれらの関連するコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータの不揮発性記憶を提供する。一部の実施態様では、メモリ６３０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、またはＲＯＭなどの複数の異なるタイプのメモリを含むことができる。

メモリ６３０、取り外し可能な記憶装置、および取り外し不能な記憶装置は、すべて非一時的なコンピュータ可読記憶媒体の例である。このような非一時的なコンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実現することができる。存在することができる非一時的なコンピュータ記憶媒体のさらなるタイプは、限定はしないが、プログラム可能なランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、電気的に消去可能なプログラム可能な読み出し専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスク読み出し専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光学的記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置、あるいは所望の情報を格納するために使用することができ、かつプロセッサ６５０によりアクセスすることができる他の任意の媒体を含む。上記のうちのいずれかの組み合わせもまた、非一時的なコンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

メモリ６３０の内容に目を向けると、メモリ６３０は、限定はしないが、オペレーティングシステム（ＯＳ）ならびに本明細書に開示した特徴および態様を実施するための１つもしくは複数のアプリケーションプログラムまたはサービスを含むことができる。そのようなアプリケーションまたはサービスは、ターンツーターン故障検出モジュール（図示せず）を含むことができる。一実施形態では、ターンツーターン故障検出モジュールは、構成可能な制御ブロック言語で提供され、かつ不揮発性メモリに記憶されたソフトウェアによって実現することができる。プロセッサ６５０によって実行されると、性能ターンツーターン故障検出モジュールは、本開示で説明される様々な機能および特徴を実行する。

図７Ａおよび図７Ｂは、本発明の例示的な実施形態による三相シャントリアクトルの１つまたは複数の巻線の故障を検出するためにターンツーターン故障検出を使用する方法の例示的なフローチャートを示す。図１に示す三相電力線システム１００は、ここでは、この例示的なフローチャートに示す様々な動作を説明するために便宜的にのみ使用される。

ブロック７０５において、三相シャントリアクトルの第１の巻線を流れる第１相電流を監視することに基づく第１相電流測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第１の電流監視素子１２５からライン１０９を介して第１相電流測定値を受信することに対応することができる。

ブロック７１０において、三相シャントリアクトルの第２の巻線を流れる第２相電流を監視することに基づく第２相電流測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第２の電流監視素子１３０からライン１１１を介して第２相電流測定値を受信することに対応することができる。

ブロック７１５では、三相シャントリアクトルの第３の巻線を流れる第３相電流を監視することに基づく第３相電流測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第３の電流監視素子１３５からライン１１２を介して第３相電流測定値を受信することに対応することができる。

ブロック７２０において、三相電力線システムの第１の電力線導体上に存在する第１相電圧を監視することに基づく第１相電圧測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第１の電圧監視素子１０５からライン１０６を介して第１相電圧測定値を受信することに対応することができる。

ブロック７２５において、三相電力線システムの第２の電力線導体上に存在する第２相電圧を監視することに基づく第２相電圧測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第２の電圧監視素子１１０からライン１０７を介して第２相電圧測定値を受信することに対応することができる。

ブロック７３０において、三相電力線システムの第３の電力線導体上に存在する第３相電圧を監視することに基づく第３相電圧測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第３の電圧監視素子１１５からライン１０８を介して第３相電圧測定値を受信することに対応することができる。

ブロック７３５において、ターンツーターン故障検出器は、第１相電流測定値、第２相電流測定値、第３相電流測定値、第１相電圧測定値、第２相電圧測定値、および第３相電圧測定値の各々を用いて、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つのターンツーターン故障を検出する。この検出は、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算することにより実行され、電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す。

ブロック７４０において、ターンツーターン故障検出器は、差分値がゼロに等しくない場合には、三相シャントリアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの少なくとも１つにおけるターンツーターン故障を宣言する。

図８Ａおよび図８Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、変圧器の１つまたは複数の巻線におけるターンツーターン故障を検出するためにターンツーターン故障検出を使用する方法の例示的なフローチャートを示す。図３に示す電力伝送システム３００は、この例示的なフローチャートに示す様々な動作を説明するために便宜的に使用されるだけである。しかし、この方法は、図４に示す三相変圧器４１０などの多相変圧器の１つまたは複数の巻線におけるターンツーターン故障を検出するために適切に適用することができることを理解されたい。

ブロック８０５において、変圧器の一次巻線を監視することに基づく第１の電流測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第１の電流監視素子３０５からライン３０１を介して第１の電流測定値を受信することに対応することができる。

ブロック８１０において、変圧器の二次巻線を監視することに基づく第２の電流測定値が受信される。この動作は、ターンツーターン故障検出器１２０が第２の電流監視素子３１５からライン３０２を介して第２の電流測定値を受信することに対応することができる。ブロック８１５において、第１の電流測定値および第２の電流測定値の各々が、定常状態差分電流値および定常状態電圧値を決定するために使用される。ブロック８２０では、定常状態差分電流値を定常状態電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数が決定される。ブロック８２５において、定常状態電圧値に補償係数を掛けることによって磁化電流振幅インジケータが決定される。ブロック８３０において、補償された差分電流値は、定常状態差分電流値と、磁化電流振幅インジケータを組み込んだ修正値と、を組み合わせることによって決定される。ブロック８３５において、補償された差分電流値がしきい値と比較される。ブロック８４０において、補償された差分電流値がしきい値を超えると、変圧器のターンツーターン故障の発生が宣言される。ブロック８４５において、警報の送信または保護リレーの動作の少なくとも一方を含む修復動作が実行される。例えば、ターンツーターン故障検出器１２０は、第１の保護素子３２０および／または第２の保護素子３２５を作動させることができる。

要約すれば、本明細書に開示されているターンツーターン故障を検出するためのシステムおよび方法は、特許請求の範囲に記載の三相シャントリアクトルだけに限定されず、１つまたは複数の巻線を組み込む様々な他の対象物にも等しく適用可能である。例えば、変圧器に関連付けることができるいくつかの例示的なシステムおよび方法を以下に示す。

本開示の一実施形態による第１の例示的なシステムは、変圧器、第１の電流監視素子、第２の電流監視素子、および故障検出器を含むことができる。第１の電流監視素子は、変圧器の一次巻線電流を監視することに基づいて第１の電流測定値を提供するように構成することができる。第２の電流監視素子は、変圧器の二次巻線電流を監視することに基づいて第２の電流測定値を提供するように構成することができる。故障検出器は、第１の電流測定値および第２の電流測定値の各々を受信し、第１の電流測定値および第２の電流測定値を使用して、手順を実行することによって変圧器のターンツーターン故障を検出するように構成することができ、この手順は、定常状態差分電流値を決定するステップと、定常状態電圧値を決定するステップと、定常状態差分電流値を定常状態電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定するステップと、定常状態電圧値に１つまたは複数の補償因子を掛けることによって磁化電流振幅インジケータを決定するステップと、定常状態差分電流値と、磁化電流振幅インジケータを組み込んだ修正値と、を組み合わせることによって補償された差分電流値を決定するステップと、補償された差分電流値をしきい値と比較するステップと、補償された差分電流値がしきい値を超えた場合に変圧器のターンツーターン故障の発生を宣言するステップと、警報の送信または保護リレーの動作の少なくとも一方を含む修復動作を実行するステップと、を含むことができる。

修正値は、磁化電流振幅インジケータと等しくすることができる。定常状態差分電流値と修正値とを組み合わせるステップは、定常状態差分電流値から修正値を減算するステップを含むことができる。磁化電流振幅インジケータの振幅は、変圧器の動作電圧の振幅に正比例することができる。変圧器のターンツーターン故障の発生は、補償された差分電流値が所定の期間にわたってしきい値を超えた場合に宣言することができ、例示的なシステムは、例示的なシステムは、所定の期間を示すユーザ入力を受け入れるように構成されたユーザインターフェースを含むことができる。変圧器は多相変圧器であってもよく、一次巻線電流および二次巻線電流の各々は、多相変圧器の複数の巻線のうちの第１の巻線対に対応することができ、故障検出器は、多相変圧器の複数の巻線のうちのいずれか１つに存在するときにターンツーターン故障を検出するように構成することができる。変圧器は、少なくとも２組の巻線を有する三相変圧器であってもよく、故障検出器は、三相変圧器の位相ごとに手順を実行するように構成することができる。

本開示の一実施形態による第２の例示的なシステムは、多相変圧器、電流監視システム、および故障検出器を含むことができる。電流監視システムは、多相変圧器の複数の一次巻線電流の各々を監視することに基づく一組の一次電流測定値と、多相変圧器の複数の二次巻線電流の各々を監視することに基づく一組の二次電流測定値と、を提供するように構成することができる。故障検出器は、一組の一次電流測定値と一組の二次電流測定値とを受信し、一組の一次電流測定値と一組の二次電流測定値とを使用して、手順を実行することによって多相変圧器のターンツーターン故障を検出するように構成することができ、この手順は、多相変圧器の位相ごとに定常状態差分電流値を決定するステップと、多相変圧器の位相ごとに定常状態差分電圧値を決定するステップと、多相変圧器の位相ごとに定常状態差分電流値を定常状態電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定するステップと、それぞれの定常状態電圧値に１つまたは複数の補償因子を掛けることによって、多相変圧器の位相ごとに磁化電流振幅インジケータを決定するステップと、それぞれの定常状態差分電流値とそれぞれの修正値とを組み合わせることによって、多相変圧器の位相ごとに補償された差分電流値を決定するステップであって、各それぞれの修正値はそれぞれの磁化電流振幅インジケータを組み込む、ステップと、多相変圧器の位相ごとの補償された差分電流値を多相変圧器の位相ごとのしきい値と比較するステップと、補償された差分電流値のうちの少なくとも１つがしきい値を超えた場合に変圧器のターンツーターン故障の発生を宣言するステップと、警報の送信または保護リレーの動作の少なくとも一方を含む修復動作を実行するステップと、を含むことができる。

それぞれの修正値は、それぞれの磁化電流振幅インジケータと等しくすることができる。それぞれの定常状態差分電流値とそれぞれの修正値とを組み合わせるステップは、それぞれの定常状態差分電流値からそれぞれの修正値を減算するステップを含むことができる。それぞれの磁化電流振幅インジケータの振幅は、変圧器のそれぞれの位相動作電圧の振幅に正比例することができる。変圧器のターンツーターン故障の発生は、補償された差分電流値の少なくとも１つが所定の期間にわたってしきい値を超えた場合に宣言することができ、例示的なシステムは、例示的なシステムは、所定の期間を示すユーザ入力を受け入れるように構成されたユーザインターフェースを含むことができる。変圧器は三相変圧器であってもよく、故障検出器は、三相変圧器の複数の巻線のいずれか１つに存在する場合にターンツーターン故障を検出するように構成することができる。

本開示の一実施形態による例示的な方法は、故障検出器において、変圧器の一次巻線電流を監視することに基づく第１の電流測定値を受信するステップと、故障検出器において、変圧器の二次巻線電流を監視することに基づく第２の電流測定値を受信するステップと、第１の電流測定値および第２の電流測定値を用いて、定常状態差分電流値および定常状態電圧値を決定するステップと、定常状態差分電流値を定常状態電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定するステップと、定常状態電圧値に１つまたは複数の補償因子を掛けることによって磁化電流振幅インジケータを決定するステップと、定常状態差分電流値と、磁化電流振幅インジケータを組み込んだ修正値と、を組み合わせることによって補償された差分電流値を決定するステップと、補償された差分電流値をしきい値と比較するステップと、補償された差分電流値がしきい値を超えた場合に変圧器のターンツーターン故障の発生を宣言するステップと、警報の送信または保護リレーの動作の少なくとも一方を含む修復動作を実行するステップと、を含むことができる。修正値は、磁化電流振幅インジケータと等しくすることができる。定常状態差分電流値と修正値とを組み合わせるステップは、定常状態差分電流値から修正値を減算するステップを含むことができる。

これらの説明に関して本明細書に述べた例示的な説明についての多くの変形例および他の実施形態は、上記の説明および関連する図面に提示した教示の利点を有することが考えられよう。このように、本開示は多くの形態で実施することができ、上述した例示的な実施形態に限定されるものではないことが理解されよう。したがって、本開示は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態が添付の特許請求の範囲内に含まれることが意図されていると理解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは限定のためではなく、包括的および説明的な意味で用いている。

１００ システム
１０５ 第１の電圧監視素子
１１０ 第２の電圧監視素子
１１５ 第３の電圧監視素子
１２０ ターンツーターン故障検出器
１２５ 第１の電流監視素子
１３０ 第２の電流監視素子
１３５ 第３の電流監視素子
１４０ 第１の絶縁スイッチ
１４５ 第２の絶縁スイッチ
１５０ 第３の絶縁スイッチ
１５５ 三相シャントリアクトル
２００ 位相図
３００ システム
３０５ 第１の電流監視素子
３１０ 変圧器
３１５ 第２の電流監視素子
３２０ 第１の保護素子
３２５ 第２の保護素子
４００ システム
４０５ 第１の電流監視素子
４１０ 三相変圧器
４１５ 第４の電流監視素子
４２０ 第２の電流監視素子
４３０ 第５の電流監視素子
４３５ 第３の電流監視素子
４４５ 第６の電流監視素子
５００ 等価回路図
６０５ 入力インターフェース
６１０ フィルタ
６１５ アナログデジタル変換器
６２０ 入力インターフェース
６２５ 入力インターフェース
６３０ メモリ
６３５ デジタルアナログ変換器
６４０ 入力インターフェース
６４５ 入力インターフェース
６５０ プロセッサ
６５５ リレー
６６０ 入力インターフェース
６６５ 出力インターフェース

Claims (20)

1. 三相電力線システム（１００，３００，４００）であって、
   第１相で電力を伝送する第１の電力線導体と、第２相で電力を伝送する第２の電力線導体と、第３相で電力を伝送する第３の電力線導体と、
   前記三相電力線システム（１００，３００，４００）に結合された三相シャントリアクトル（１５５）と、
   前記三相シャントリアクトル（１５５）の第１の巻線を流れる第１相電流を監視することに基づいて第１の電流測定値を提供するように構成された第１の電流監視素子（１２５，３０５，４０５）と、
   前記三相シャントリアクトル（１５５）の第２の巻線を流れる第２相電流を監視することに基づいて第２の電流測定値を提供するように構成された第２の電流監視素子（１３０，３１５，４２０）と、
   前記三相シャントリアクトル（１５５）の第３の巻線を流れる第３相電流を監視することに基づいて第３の電流測定値を提供するように構成された第３の電流監視素子（１３５，４３５）と、
   前記第１の電力線導体上に存在する第１相電圧を監視することに基づいて第１の電圧測定値を提供するように構成された第１の電圧監視素子（１０５）と、
   前記第２の電力線導体上に存在する第２相電圧を監視することに基づいて第２の電圧測定値を提供するように構成された第２の電圧監視素子（１１０）と、
   前記第３の電力線導体上に存在する第３相電圧を監視することに基づいて第３の電圧測定値を提供するように構成された第３の電圧監視素子（１１５）と、
   前記第１相電流測定値、前記第２相電流測定値、前記第３相電流測定値、前記第１相電圧測定値、前記第２相電圧測定値、および前記第３相電圧測定値の各々を受信し、手順を実行することによって、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの少なくとも１つのターンツーターン故障を検出するために使用するように構成された故障検出器（１２０）と、を含み、前記手順は、
   電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算するステップであって、前記電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、前記電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップと、
   前記差分値がゼロに等しくない場合には、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの少なくとも１つにおける前記ターンツーターン故障の発生を宣言するステップと、を含む、システム（１００，３００，４００）。
2. 前記電圧に基づくパラメータは、負のシーケンス電圧値を正のシーケンス電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第１の正規化値であり、前記電流に基づくパラメータは、負のシーケンス電流値を正のシーケンス電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第２の正規化値である、請求項１に記載のシステム（１００，３００，４００）。
3. 前記負のシーケンス電圧値および前記正のシーケンス電圧値の各々は、前記三相電力線システム（１００，３００，４００）に存在する相電圧のベクトル表現で表される、請求項２に記載のシステム（１００，３００，４００）。
4. 前記第１の正規化値は第１のパーセンテージとして示され、前記第２の正規化値は第２のパーセンテージとして示される、請求項２に記載のシステム（１００，３００，４００）。
5. 前記ターンツーターン故障が前記三相シャントリアクトル（１５５）に存在しない場合には、前記第１の正規化値は前記第２の正規化値に等しい、請求項２に記載のシステム（１００，３００，４００）。
6. 前記故障検出器（１２０）は、前記ターンツーターン故障の発生時に修復動作を実行するようにさらに構成され、前記修復動作は保護リレーを動作させることを含む、請求項２に記載のシステム（１００，３００，４００）。
7. 前記修復動作は、設定可能なしきい値を超える前記差分値に基づいて実行される、請求項６に記載のシステム（１００，３００，４００）。
8. 前記差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも一方として定義され、前記設定可能しきい値は、それに対応して絶対数値または角度値の少なくとも一方に基づく、請求項７に記載のシステム（１００，３００，４００）。
9. 前記差分値は角度値として定義され、前記三相シャントリアクトル（１５５）の第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線のうちの特定の１つの前記ターンツーターン故障の識別は、前記角度値に基づいて決定される、請求項２に記載のシステム（１００，３００，４００）。
10. 前記角度値が約（１８０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第１の巻線が識別され、前記角度値が約（−６０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第２の巻線が識別され、前記角度値が約（＋６０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第３の巻線が識別される、請求項９に記載のシステム（１００，３００，４００）。
11. ターンツーターン故障検出器（１２０）であって、
    三相シャントリアクトル（１５５）の第１の巻線を流れる第１相電流を監視することに基づく第１相電流測定値を受信するように構成された第１の入力インターフェースであって、前記第１の巻線は三相電力線システム（１００，３００，４００）の第１の電力線導体に結合されている、第１の入力インターフェースと、
    前記三相シャントリアクトル（１５５）の第２の巻線を流れる第２相電流を監視することに基づく第２相電流測定値を受信するように構成された第２の入力インターフェースであって、前記第２の巻線は前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の第２の電力線導体に結合されている、第２の入力インターフェースと、
    前記三相シャントリアクトル（１５５）の第３の巻線を流れる第３相電流を監視することに基づく第３相電流測定値を受信するように構成された第３の入力インターフェースであって、前記第３の巻線は前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の第３の電力線導体に結合されている、第３の入力インターフェースと、
    前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の前記第１の電力線導体上に存在する第１相電圧を監視することに基づく第１相電圧測定値を受信するように構成された第４の入力インターフェースと、
    前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の前記第２の電力線導体上に存在する第２相電圧を監視することに基づく第２相電圧測定値を受信するように構成された第５の入力インターフェースと、
    前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の前記第３の電力線導体上に存在する第３相電圧を監視することに基づく第３相電圧測定値を受信するように構成された第６の入力インターフェースと、
    前記第１相電流測定値、前記第２相電流測定値、前記第３相電流測定値、前記第１相電圧測定値、前記第２相電圧測定値、および前記第３相電圧測定値の各々を用いて、手順を実行することによって、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの少なくとも１つのターンツーターン故障を検出するように構成された少なくとも１つのプロセッサと、を含み、前記手順は、
    電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算するステップであって、前記電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、前記電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップと、
    前記差分値がゼロに等しくない場合には、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの少なくとも１つにおけるターンツーターン故障を宣言するステップと、を含む、検出器。
12. 前記電圧に基づくパラメータは、負のシーケンス電圧値を正のシーケンス電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第１の正規化値であり、前記電流に基づくパラメータは、負のシーケンス電流値を正のシーケンス電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第２の正規化値である、請求項１１に記載の検出器。
13. 前記負のシーケンス電圧値および前記正のシーケンス電圧値の各々は、前記三相電力線システム（１００，３００，４００）に存在する相電圧のベクトル表現で表され、前記第１の正規化値は第１のパーセンテージとして示され、前記第２の正規化値は第２のパーセンテージとして示される、請求項１２に記載の検出器。
14. 前記ターンツーターン故障が前記三相シャントリアクトル（１５５）に存在しない場合には、前記第１の正規化値は前記第２の正規化値に等しい、請求項１２に記載の検出器。
15. 前記差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも一方として定義され、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの特定の１つの前記ターンツーターン故障の識別は、前記絶対数値または前記角度値の少なくとも一方に基づいて決定される、請求項１２に記載の検出器。
16. 前記角度値が約（１８０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第１の巻線が識別され、前記角度値が約（−６０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第２の巻線が識別され、前記角度値が約（＋６０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第３の巻線が識別される、請求項１５に記載の検出器。
17. 三相電力線システム（１００，３００，４００）に結合された三相シャントリアクトル（１５５）のターンツーターン故障を検出するための方法であって、前記方法は、
    前記三相シャントリアクトル（１５５）の第１の巻線を流れる第１相電流を監視することに基づく第１相電流測定値を受信するステップと、
    前記三相シャントリアクトル（１５５）の第２の巻線を流れる第２相電流を監視することに基づく第２相電流測定値を受信するステップと、
    前記三相シャントリアクトル（１５５）の第３の巻線を流れる第３相電流を監視することに基づく第３相電流測定値を受信するステップと、
    前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の第１の電力線導体上に存在する第１相電圧を監視することに基づく第１相電圧測定値を受信するステップと、
    前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の第２の電力線導体上に存在する第２相電圧を監視することに基づく第２相電圧測定値を受信するステップと、
    前記三相電力線システム（１００，３００，４００）の第３の電力線導体上に存在する第３相電圧を監視することに基づく第３相電圧測定値を受信するステップと、
    第１相電流測定値、第２相電流測定値、第３相電流測定値、第１相電圧測定値、第２相電圧測定値、および第３相電圧測定値の各々を用いて、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの差分値を計算することによって、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの少なくとも１つのターンツーターン故障を検出するステップであって、前記電圧に基づくパラメータは正規化された負の電圧不均衡を示し、前記電流に基づくパラメータは正規化された負の電流不均衡を示す、ステップと、
    前記差分値がゼロに等しくない場合には、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの少なくとも１つにおける前記ターンツーターン故障を宣言するステップと、を含む方法。
18. 前記電圧に基づくパラメータは、負のシーケンス電圧値を正のシーケンス電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第１の正規化値であり、前記電流に基づくパラメータは、負のシーケンス電流値を正のシーケンス電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出される第２の正規化値である、請求項１７に記載の方法。
19. 前記差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも一方として定義され、前記三相シャントリアクトル（１５５）の前記第１の巻線、前記第２の巻線、または前記第３の巻線のうちの特定の１つの前記ターンツーターン故障の識別は、前記絶対数値または前記角度値の少なくとも一方に基づいて決定される、請求項１８に記載の方法。
20. 前記角度値が約（１８０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第１の巻線が識別され、前記角度値が約（−６０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第２の巻線が識別され、前記角度値が約（＋６０度±許容値）に実質的に等しい場合には前記第３の巻線が識別される、請求項１９に記載の方法。