JP6929724B2 - 欠相検知装置、欠相検知システム、および欠相検知方法 - Google Patents
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Description
図1は、第1実施形態に係る欠相検知システムを示す。この欠相検知システムは、変圧器1、電流検出器5、電圧検出器9、断路器8、および欠相検知装置6を有する。
1次回路2は、外部に接続された各相の配線4a、4b、4cおよび1次コイル(1次巻き線)11を含む。配線4a、4b、4cは、浮遊容量Csを有する。
2次回路3は、2次コイル(2次巻き線)12を含む。
配線4a、4b、4cを通じて、1次コイル11に励磁電流が流れる。この結果、1次コイル11と2次コイル12の巻線比に応じた電流が2次コイル12に誘起される。
ここでは、1次回路2の配線4cに印加される電圧を検知している。3つの電圧検出器9を用いて、1次回路2の配線4a、4b、4c全ての電圧を測定することも可能であるが、1つの配線(または配線間)の電圧を検出すれば足りる。配線4a、4b、4cに印加される電圧は位相が異なる以外は、基本的に同様の波形だからである。
1次回路2の配線に換えて、2次回路3の少なくとも一の配線(または一の配線間)の電圧を検出してもよい。1次回路2と2次回路3の巻き線比から1次回路2での電圧を算出できる。また、後述の第2の実施形態のように、電圧の値自体を問題とせず、位相のみを検出してもよい。
断路器8と共に、あるいは断路器8に換えて、遮断器を配置してもよい。遮断器は、電力機器10の動作時の負荷電流を開閉する開閉器である。遮断器は、保護継電器と連携して、事故電流(特に短絡事故電流)などを遮断する。この結果、負荷側の設備が保護され、また上流側への事故の波及が防止される。
断路器8と遮断器は、遮断する対象が電圧、電流と異なるが、いずれも電力機器10への3相交流を遮断する。
断路器8のON/OFFの信号は、欠相検知装置6の判定部67に取り込まれる。
アナログフィルタ63は、電流を変換したアナログ信号に含まれる高周波ノイズ成分を減衰させる。
AD変換器64は、アナログフィルタ63によりノイズ成分(高周波成分)が減衰されたアナログ信号をデジタル信号に変換する。
デジタルフィルタ65は、AD変換器64により変換されたデジタル信号に含まれる商用周波数(50Hzまたは60Hz)成分を抽出する。
電圧調整器66からのアナログ信号は、フィルタ部62に入力され、商用周波数に対応する電圧成分(電圧値の時間変化)が抽出される。
ここでは、電圧成分を抽出しているが、後述の第2の実施形態のように、電圧の値自体を問題とせず、位相のみを検出してもよい。
ネットワークを介して接続したコンピュータにソフトウェアを分散配置してもよい。コンピュータ間の通信によって、判定部67の機能を実現できる。
(1)断路器8の状態確認(ステップS1)
判定部67は、断路器8がOFF状態(開状態、切断状態)か否かを確認する。すなわち、断路器8がOFF状態のときに、1相開放の有無が判定される。
後述のように、2次回路3に電力機器10(負荷)が接続されていると、負荷電流が発生する。このため、2次回路3に電力機器10(負荷)が接続されていると、既存システムでの検知は可能であるが、本実施形態では1相開放の検出が難しくなる。
判定部67は、フィルタ部62により抽出された電流I(Ia,Ib,Ic)および電圧Vから、配線4a〜4cそれぞれの励磁電流の実数部(実効成分)ILr(IaLr,IbLr,IcLr)に対応する量を算出する。判定部67は、第1〜第3の電流の実効成分に対応する第1〜第3の量を算出する算出部として機能する。なお、この詳細は後述する。
励磁電流の実数部ILr(IaLr,IbLr,IcLrの少なくともいずれか)が閾値Aより大きいか否かが判断される。閾値Aは、配線4a、4b、4cが開放状態(少なくとも1相が開放故障)か否かを判定するための基準値である。励磁電流の実数部ILrが閾値Aより小さければ、ステップS1に戻って処理が繰り返される。
励磁電流の実数部ILrが閾値Aよりより大きい場合、開放状態の配線(この例では配線4b)が存在するとして、配線4bが開放状態であることを示す警報信号が警報出力部68へと出力される。
以下、励磁電流の実数部ILrによる1相開放の検出の詳細を説明する。先に、配線4a〜4cに流れる電流Ia〜Ic自体の測定による1相開放の検出が困難であることを説明する。
既述のように、配線4a〜4cの電圧によって、1相開放を検出するのは困難である。このため、配線4a〜4cの電流Ia〜Icの測定によって、1相開放を検出することが考えられる。しかし、電流Ia〜Icの大きさのみから1相開放を検出するのも困難である。電流Ia〜Icは、励磁電流以外に充電電流を含むからである。
I=ICS+IL
充電電流ICS: 浮遊容量Csによる電流
励磁電流IL: 変圧器1を励磁する電流
この状態であれば(配線に断線が無ければ)、図3のように、電流検出器5(CTなど)を変圧器1の近傍に設置することで、励磁電流ILのみを測定できる。
断線箇所Pが、変圧器1から離れている場合、変圧器1に励磁電流ILは流れない(IL=0)。また、断線が生じているので、電源Eから充電電流ICSが供給されることはない(ICS=0)。
次のように、この場合も、電流I自体の検出だけで断線を判別することは困難である。
ここでは、2次側に比較的大きな充電電流ICS3が流れる。この充電電流ICS3は、変圧器1の1次側に進み位相の電流ICS31(充電電流ICS3に対して、変圧器1の巻き数比の逆数の電流)を発生させる。この電流ICS31は、変圧器1の励磁電流ILと逆位相であり、両者は打ち消し合う。
本実施形態では、励磁電流ILと充電電流ICSの性質の違いに着目して、充電電流ICSを無視できない場合でも、励磁電流ILを検出できる。
配線に流れる電流Iは、充電電流ICS,励磁電流ILの実数部ILr、虚数部ILiを含む。
I=ICS+IL
=ICS+ILr+ILi …式(1)
充電電流ICS: 配線4の浮遊容量Csによる電流
励磁電流の実数部ILr: 1次コイル11の抵抗成分Rによる電流
励磁電流の虚数部ILi: 1次コイル11のインダクタンス成分Lによる電流
図7は、電圧V(t),充電電流ICS(t)、励磁電流ILの実数部ILr(t)、虚数部ILi(t)それぞれの波形の一例を表すグラフである。
基本的には、次のように、これらの波形は、三角関数で表すことができる。
V(t) =21/2・Ve・sin((2π/T)・t)
ICS(t)=21/2・ICSe・sin((2π/T)・t+π/2)
ILr(t)=21/2・ILre・sin((2π/T)・t)
ILi(t)=21/2・ILie・sin((2π/T)・t+3π/2)
…式(2)
Ve: 電圧Vの平均(実効)値(平均(実効)電圧)
ICSe: 充電電流ICSの平均値(実効値)
ILre: 励磁電流ILの実数部ILrの平均値(実効値)
ILie: 励磁電流ILの虚数部ILiの平均値(実効値)
T: 交流の周期(T=1/f、f:周波数)
例えば、次のように、有効電力Peは、励磁電流の実数部ILrと対応する。
Pe=∫0 TI(t)・V(t)dt/T
=∫0 T(ICS(t)+ILr(t)+ILi(t))・V(t)dt/T
=∫0 TILr(t)・V(t)dt/T
=ILre・Ve
=ILre2/R …式(3)
∫0 T dt: 時間tが0〜Tまでの積分
R: 1次コイル11の抵抗成分
ここでは、配線4cの電圧Vcを測定している。このため、配線4cでの有効電力Pceは測定された電圧Vcを用いて算出できる。
Pce=∫0 TIc(t)・Vc(t)dt/T …式(4)
Pae=∫0 TIa(t)・Va(t)dt/T
=∫0 TIa(t)・Vc(t+T/3)dt/T
Pbe=∫0 TIa(t)・Vb(t)dt/T
=∫0 TIa(t)・Vc(t+2T/3)dt/T …式(5)
Va(t): 電圧Vcから位相を120°(2π/3)進めた電圧
Vb(t): 電圧Vcから位相を240°(4π/3)進めた電圧
変圧器1に電力機器10(負荷)が接続されると、2次コイル12に負荷電流I2が流れ、これに伴い1次コイル11に負荷電流I1が流れる。負荷電流I1は、有効電力となる大きな有効電流成分を有する。このため、負荷電流が大きい場合には、有効電力Peの演算による欠相検知は困難となる。
このため、既述のように、断路器8がON状態の場合、判定部67での判定処理を中止する。
なお、断路器8のON/OFF信号に換えて、遮断器のON/OFF信号を用いてもよい。発電所の運用実態に合わせて、負荷の有無を判断することができる。
図8は第2実施形態に係る欠相検知システムを示す図である。この欠相検知システムでは、欠相検知装置6は、位相検出部69を有する。
電圧調整器66からのアナログ信号は、フィルタ部62ではなく、位相検出部69に入力され、位相検出部69によって、電圧V(t)の位相が検出される。例えば、電圧(アナログ信号)がゼロとなるタイミング(ゼロクロス点)が検出される。電圧が負から正となるゼロクロス点は、位相が0°(ゼロ)となるタイミングに、電圧が正から負となるゼロクロス点は、位相が180°(π)となるタイミングに対応する。ゼロクロス点に換えて、電圧のピーク(正のピーク:電圧の位相が90°(π/2)、負のピーク:270°(3π/2))を検出してもよい。
すなわち、測定された電圧V(t)に換えて、例えば、測定された位相αに対応するsin波形の電圧Vs(t)を用いて、有効電力Pe(励磁電流の実数部ILr)に対応する量Psを算出する。これを基準値(閾値)と比較することで、1相欠落を検出できる。
Ps=∫0 TI(t)・Vs(t)dt/T
=∫0 TI(t)・sin(2πt/T+α)dt …式(6)
2 1次回路
3 2次回路
4a−4c 配線
5 電流検出器
6 欠相検知装置
8 断路器
9 電圧検出器
10 電力機器
11 1次コイル
12 2次コイル
13 安定化コイル
61 入力変換器
62 フィルタ部
63 アナログフィルタ
64 AD変換器
65 デジタルフィルタ
66 電圧調整器
67 判定部
68 警報出力部
69 位相検出部
Claims (8)
- 互いに磁気的に結合される1次回路および2次回路を有する3相静止誘導電気機器の、前記1次回路に接続される第1〜第3の配線を流れる第1〜第3の電流を検出する第1〜第3の電流検出器と、
前記第1〜第3の電流の実効成分に対応する第1〜第3の量を算出する算出部と、
前記第1〜第3の量に基づいて、前記第1〜第3の配線いずれかが開放状態か否かを判定する判定部とを具備し、
前記判定部は、前記2次回路に負荷電流が流れていないときに前記第1〜第3の配線が開放状態か否かを判定する
欠相検知装置。 - 前記1次回路または前記2次回路の一の配線または一の配線間の電圧を検出する電圧検出部をさらに具備し、
前記算出部は、前記電圧および前記第1〜第3の電流に基づいて、前記第1〜第3の量を算出する、
請求項1に記載の欠相検知装置。 - 前記第1〜第3の量が、前記第1〜第3の配線での実効電力に対応する
請求項2に記載の欠相検知装置。 - 前記1次回路または前記2次回路の一の配線または一の配線間の電圧の位相を検出する電圧検出部をさらに具備し、
前記算出部は、前記位相および前記第1〜第3の電流に基づいて、前記第1〜第3の量を算出する、
請求項1に記載の欠相検知装置。 - 前記2次回路に接続される断路器または遮断器の開閉状態を検出する検出器をさらに具備し、
前記判定部は、前記断路器または前記遮断器が開状態のときに、前記第1〜第3の配線が開放状態か否かを判定する
請求項1に記載の欠相検知装置。 - 前記判定部が前記第1〜第3の配線いずれかが開放状態と判定したときに、警告を発する警告部をさらに具備する
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の欠相検知装置。 - 互いに磁気的に結合される1次回路および2次回路を有する3相静止誘導電気機器と、
請求項1乃至5のいずれか1項に記載の欠相検知装置と、
を具備する欠相検知システム。 - 互いに磁気的に結合される1次回路および2次回路を有する3相静止誘導電気機器の、前記1次回路に接続される第1〜第3の配線を流れる第1〜第3の電流を検出する工程と、
前記第1〜第3の電流の実効成分に対応する第1〜第3の量を算出する工程と、
前記第1〜第3の量に基づいて、前記第1〜第3の配線いずれかが開放状態か否かを判定する工程とを具備し、
前記判定する工程は、前記2次回路に負荷電流が流れていないときに前記第1〜第3の配線が開放状態か否かを判定する
欠相検知方法。
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