JP7212602B2 - 変圧器の監視診断装置 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器の監視診断装置に関し、特に、負荷時タップ切換装置を備える変圧器の監視診断装置に関する。

変圧器は、鉄心と巻線が、絶縁油等の絶縁媒体に浸漬されて、タンクの内部に収納されている。一般に、商用周波数で通電し、定常運転している三相交流変圧器では、各相の鉄心や巻線が、商用周波数の２倍の周波数及びその高調波成分の周波数を持つ電磁気力により加振され、これらの振動が直接または絶縁媒体を介してタンクに伝わり、タンクが振動する。

変圧器の監視診断装置は、変圧器に取り付けられたセンサを用いて、変圧器の内部の状態、すなわち鉄心や巻線の異常や劣化状態を監視、診断する装置である。従来の変圧器の監視診断装置の例は、特許文献１、２に記載されている。

特許文献１には、変圧器に装着されて変圧器が発生する低周波数領域から可聴音領域（１Ｈｚ～２０ｋＨｚ）に至る振動に対し検出感度を有する振動検出器と、巻線に通電して変圧器を稼働している間に、タンクの天板をハンマーで叩いて得られる機械的振動に基づく固有振動を求める解析器と、解析器から得られたデータを演算する演算手段とを備える、変圧器の診断装置が記載されている。

特許文献２には、中性点接地線に設けた変流器により検出される電流と、変圧器タンク壁に取付けた超音波振動検出器により検出される内部発生音との組合せで、変圧器の部分放電異常の診断をおこなう変圧器の部分放電診断装置において、負荷時タップ切換装置の動作時における中性点接地線に流れる電流を用いて、超音波振動検出器と変流器の健全性を判定する変圧器の部分放電診断装置が記載されている。

特開２０１８－９６７０６号公報 特開昭６４－４９９８４号公報

変圧器では、内部の状態として、主に鉄心や巻線の異常（例えば、巻線の位置ずれや変形の有無）や劣化状態（例えば、絶縁物の劣化）が監視、診断される。

特許文献１に記載の変圧器の診断装置では、機械的振動に基づいて求めた固有振動数を用いて変圧器の状態を解析するが、機械的振動を得るためにハンマー等の付加的な能動装置でタンクを打撃する必要がある。このため、能動装置を用意する工程と、用意した能動装置でタンクを打撃する工程が必要であり、これらの工程に労力と時間等のコストがかかり、実行するのが容易ではない。

特許文献２に記載の変圧器の部分放電診断装置では、負荷時タップ切換装置の動作時に流れる電流と発生する作動音を利用して診断装置の機能をチエツクし、付加的な能動装置を必要としない。しかし、この診断装置は、診断装置を構成する超音波振動検出器や変流器の健全性を判定する装置であり、変圧器の内部の状態を診断する装置ではない。

本発明は、付加的な能動装置を用いずに、変圧器の内部に収納された鉄心や巻線の状態を監視、診断できる監視診断装置を提供することを目的とする。

本発明による、変圧器の監視診断装置は、タンクと負荷時タップ切換装置を備える変圧器に設置され、前記タンクの表面部に備えられた複数の振動センサと、前記タンクの表面部に備えられた複数の磁気センサと、前記振動センサと前記磁気センサに接続した診断装置とを備える。前記振動センサは、前記負荷時タップ切換装置がタップ切換動作を行うときの振動を測定する。前記磁気センサは、前記負荷時タップ切換装置がタップ切換動作を行うときの磁場の変化を測定する。前記診断装置は、前記振動センサと前記磁気センサの測定データを用いて、前記変圧器の内部の構造的な状態を診断する。

本発明によると、付加的な能動装置を用いずに、変圧器の内部に収納された鉄心や巻線の状態を監視、診断できる監視診断装置を提供することができる。

本発明の実施例による監視診断装置が設置された変圧器の正面図。 本実施例による監視診断装置が設置された変圧器の平面図。 本実施例による監視診断装置が設置された変圧器の左側面図。 本実施例による監視診断装置が設置された変圧器の右側面図 図１に示した変圧器の線Ａ－Ａでの断面図。 本実施例による監視診断装置が設置された変圧器の全体回路図。 本実施例による監視診断装置が設置された変圧器の負荷時タップ切換装置の回路図。 負荷時タップ切換装置が行うタップ切換動作の一連の状態において、端子１８４と端子１８５が選択されている状態を示す回路図。 負荷時タップ切換装置が行うタップ切換動作の一連の状態において、端子１８４と端子１８３が選択されている状態を示す回路図。 図９に示した状態において、切換開閉器Ｓ１３が開いた状態を示す回路図。 図１０に示した状態において、切換開閉器Ｓ１２が閉じた状態を示す回路図。 図１１に示した状態において、切換開閉器Ｓ１１が開いた状態を示す回路図。 図１２に示した状態において、切換開閉器Ｓ１４が閉じた状態を示す回路図。

本発明による、変圧器の監視診断装置は、負荷時タップ切換装置を備える変圧器の複数の位置に取り付けられた振動センサと磁気センサを備え、振動センサと磁気センサが、タップ切換動作に際して、各々の取り付け位置における振動または磁場の変化（電流の時間変化）を測定する。本発明による監視診断装置は、付加的な能動装置を用いずに、変圧器の内部の構造的な状態を効果的に監視、診断できる。変圧器の内部の構造的な状態とは、変圧器の内部に収納された鉄心や巻線の状態であり、特に鉄心や巻線の異常（例えば、巻線の位置ずれや変形の有無）や劣化状態（例えば、絶縁物の劣化）のことである。

さらに好ましくは、本発明による監視診断装置は、複数の振動センサのうち１つが振動を検出した後に、他の振動センサと磁気センサが測定を開始するように構成することもできる。このような構成を備えると、本発明による監視診断装置は、センサが消費する電力やセンサが測定したデータの保存量を従来の監視診断装置よりも小さくでき、長時間の監視診断に好適である。

以下、本発明の実施例による、変圧器の監視診断装置を、図面を用いて説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

図１～図４は、本実施例による、変圧器の監視診断装置の構成を示す図である。図１は、本実施例による監視診断装置が設置された変圧器の正面図である。図２は、この変圧器の平面図である。図３は、この変圧器の左側面図である。図４は、この変圧器の右側面図である。

本実施例による監視診断装置は、振動センサ１、１１、１２、１３と、磁気センサ２１、２２、２３と、診断装置６０を備え、負荷時タップ切換装置８００を備える変圧器１０００に設置され、変圧器１０００の内部の状態を監視し診断する。図２～図４では、診断装置６０の図示を省略している。変圧器１０００は、一例として、三相交流変圧器であるとする。

変圧器１０００は、タンク４００と、絶縁油等の絶縁媒体に浸漬されてタンク４００の内部に設置された鉄心と巻線１００、２００、３００を備える。鉄心は、主脚３１、３２、３３と、上部ヨーク３６ａと、下部ヨーク（図示せず）を備える。巻線１００、２００、３００は、それぞれ主脚３１、３２、３３に巻き回されている。鉄心と巻線１００、２００、３００は、上部締め金具４０ａと下部締め金具４０ｂとにより相互に固定され、支持部材５１、５２、５３を介して、タンク４００の底部に設置されている。上部締め金具４０ａと下部締め金具４０ｂは、図示していないボルト類により接続されている。

図５は、図１に示した変圧器１０００の線Ａ－Ａでの断面図であり、代表的に巻線１００の中心軸を通る断面を模式的に示す図である。巻線１００は、１次巻線１０１、２次巻線１０２、タップ巻線１０３を有する。

１次巻線１０１、２次巻線１０２、タップ巻線１０３の下部には、それぞれ絶縁部材１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂが配置されており、更にこれらの絶縁部材１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂの下部には、絶縁部材１２０ｂが配置されている。１次巻線１０１、２次巻線１０２、タップ巻線１０３は、これらの絶縁部材１１１ｂ、１１２ｂ、１１３ｂ、１２０ｂを介して、下部締め金具４０ｂの上面に接触して保持されている。

１次巻線１０１、２次巻線１０２、タップ巻線１０３の上部には、それぞれ絶縁部材１１１ａ、１１２ａ、１１３ａが配置されており、更にこれらの絶縁部材１１１ａ、１１２ａ、１１３ａの上部には、絶縁部材１２０ａが配置されている。１次巻線１０１、２次巻線１０２、タップ巻線１０３は、これらの絶縁部材１１１ａ、１１２ａ、１１３ａ、１２０ａを介して、上部締め金具４０ａの下面に接触し、上部締め金具４０ａによって下方に押し付けられている。上部締め金具４０ａにはこの押しつけ力の反力が作用するが、上部締め金具４０ａと下部締め金具４０ｂとを接続するボルト類による引っ張り力とこの反力が釣り合うことで、上部締め金具４０ａが保持されている。

なお、巻線１０１、１０２、１０３の間の電気的絶縁を保つために、円筒形状の絶縁物１３１、１３２、１３３、１３４、１３５が配置されている。

図１～図４の説明に戻る。

巻線２００は、１次巻線２０１、２次巻線２０２、タップ巻線２０３を有する。巻線３００は、１次巻線３０１、２次巻線３０２、タップ巻線３０３を有する。

タンク４００の上面には、高圧ブッシング１４２、２４２、３４２が配置されている。高圧ブッシング１４２、２４２、３４２のそれぞれの接続端１４１、２４１、３４１は、各相の１次巻線１０１、２０１、３０１の一端にそれぞれ接続されている。

タンク４００の右側面には、低圧ブッシング１９２、２９２、３９２が配置されている。低圧ブッシング１９２、２９２、３９２のそれぞれの接続端１９１、２９１、３９１は、デルタ結線された各相の２次巻線１０２、２０２、３０２の一端にそれぞれ接続されている。

タンク４００には、負荷時タップ切換装置８００が設置されている。負荷時タップ切換装置８００は、タップ選択部５００、切換開閉器６００、駆動操作部７００を備える。

図６は、本実施例による監視診断装置が設置された変圧器１０００の全体回路図である。上述したように、変圧器１０００は、一例として三相交流変圧器である。

各相の１次巻線１０１、２０１、３０１は、Ｙ結線で互いに接続されており、中性点７にそれぞれ端子１０５、２０５、３０５で接続する。１次巻線１０１、２０１、３０１は、それぞれ、タップ巻線１０３、２０３、３０３に接続する。

各相の２次巻線１０２、２０２、３０２は、デルタ結線で互いに接続されており、それぞれの一端が低圧ブッシング１９２、２９２、３９２の接続端１９１、２９１、３９１に接続されている。

図７は、本実施例による監視診断装置が設置された変圧器１０００の負荷時タップ切換装置８００の回路図である。タップ巻線１０３には、選択されるタップ位置に対応するように、端子１８１～１８９が接続されている。タップ巻線２０３には、選択されるタップ位置に対応するように、端子２８１～２８９が接続されている。タップ巻線３０３には、選択されるタップ位置に対応するように、端子３８１～３８９が接続されている。

これらの端子１８１～１８９、２８１～２８９、３８１～３８９が負荷時タップ切換装置８００によって選択されることで、タップ巻線１０３、２０３、３０３のタップ位置がそれぞれ決定される。負荷時タップ切換装置８００が、選択した端子１８１～１８９、２８１～２８９、３８１～３８９を変更すると、タップ巻線１０３、２０３、３０３のタップ位置がそれぞれ変更される。

負荷時タップ切換装置８００のタップ選択部５００は、各相の１次巻線１０１、２０１、３０１の一端とそれぞれ接続されている端子１８０、２８０、３８０を備える。タップ選択部５００は、さらに、タップ巻線１０３のタップ位置に対応する端子１８１～１８９と、タップ巻線２０３のタップ位置に対応する端子２８１～２８９と、タップ巻線３０３のタップ位置に対応する端子３８１～３８９を備える。

端子１８０、２８０、３８０は、それぞれ、極性切換スイッチＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０を介して、各相のタップ巻線１０３、２０３、３０３の一端と接続する。極性切換スイッチＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０が切り換わることにより、タップ巻線１０３、２０３、３０３の、端子１８０、２８０、３８０と接続する一端が切り換わる。

タップ選択部５００は、タップ巻線１０３、２０３、３０３のタップ位置（それぞれ、端子１８１～１８９、端子２８１～２８９、端子３８１～３８９）が選択されて、切換開閉器６００に接続される。

負荷時タップ切換装置８００の切換開閉器６００は、各相のタップ巻線１０３、２０３、３０３の複数のタップ位置（端子）と接続することができる。切換開閉器６００は、タップ巻線１０３と端子１８１～１８９で接続することができ、タップ巻線２０３と端子２８１～２８９で接続することができ、タップ巻線３０３と端子３８１～３８９で接続することができる。

切換開閉器６００は、中性点７に接続する各相の端子１０５、２０５、３０５を備える。切換開閉器６００は、各相に対し、切換開閉器Ｓ１１、Ｓ１２と、切換開閉器Ｓ２１、Ｓ２２と、切換開閉器Ｓ３１、Ｓ３２を、それぞれ備える。さらに、切換開閉器６００は、各相に対し、抵抗Ｒ１３、Ｒ１４と切換開閉器Ｓ１３、Ｓ１４と、抵抗Ｒ２３、Ｒ２４と切換開閉器Ｓ２３、Ｓ２４と、抵抗Ｒ３３、Ｒ３４と切換開閉器Ｓ３３、Ｓ３４を、それぞれ備える。

切換開閉器６００について、巻線１００を備える相（すなわち、１次巻線１０１とタップ巻線１０３を備える相）の１相分を代表的に説明する。端子１０５は、切換開閉器６００の内部において、切換開閉器Ｓ１１、Ｓ１２の一端と接続される。Ｓ１１の他端には、並列接続された抵抗Ｒ１３と切換開閉器Ｓ１３の一端が接続される。Ｒ１３とＳ１３の他端には、タップ選択部５００の端子１８２、１８４、１８６、１８８のいずれか１つが選択されて接続される。Ｓ１２の他端には、並列接続された抵抗Ｒ１４と切換開閉器Ｓ１４の一端が接続される。Ｒ１４とＳ１４の他端には、タップ選択部５００の端子１８１、１８３、１８５、１８７、１８９のいずれか１つが選択されて接続される。

負荷時タップ切換装置８００の駆動操作部７００（図１～４）は、機械的な駆動装置（例えば、電動機構やばね機構等を備えるアクチュエータ）と、機械的な動力伝達装置を備え、動力伝達装置を介して駆動装置の動力をタップ選択部５００と切換開閉器６００に伝達し、タップ選択部５００と切換開閉器６００を操作する。具体的には、駆動操作部７００は、タップ選択部５００におけるタップ巻線１０３、２０３、３０３のタップ位置の選択（端子１８１～１８９、端子２８１～２８９、端子３８１～３８９の選択）、タップ選択部５００における極性切換スイッチＳ１０、Ｓ２０、Ｓ３０の動作、及び切換開閉器６００における切換開閉器Ｓ１１～Ｓ１４、Ｓ２１～Ｓ２４、Ｓ３１～Ｓ３４の動作等を、機械的な機構により実現させる。

図１～図４に示すように、本実施例による監視診断装置は、変圧器１０００のタンク４００の表面部で駆動操作部７００の近傍に、振動センサ１を備える。監視診断装置は、さらに、タンク４００の正面の表面部で変圧器１０００の巻線１００、２００、３００に対向する位置に、それぞれ振動センサ１１、１２、１３を備える。振動センサ１、１１、１２、１３は、変圧器１０００（具体的にはタンク４００）の振動を検出するセンサであり、例えば加速度センサを用いることができる。

振動センサ１は、負荷時タップ切換装置８００が選択したタップ位置を変更する動作（タップ位置である端子を変更する動作）により生じる機械振動を、他の振動センサ１１、１２、１３よりも早く検出できるような位置に設置するのが好ましい。例えば、振動センサ１は、タンク４００の表面部で駆動操作部７００に設置、タンク４００の表面部で駆動操作部７００の取り付け部に設置、またはタンク４００の表面部で駆動操作部７００の近傍に設置するのが好ましい。

振動センサ１１～１３は、それぞれ巻線１００、２００、３００によるタンク４００の振動を他の振動センサよりも早く検出できるように、タンク４００の正面の表面部で巻線１００、２００、３００の中心軸に近い位置に設置するのが好ましい。

また、本実施例による監視診断装置は、変圧器１０００のタンク４００の表面部で高圧ブッシング１４２、２４２、３４２の近傍に、それぞれ磁気センサ２１、２２、２３を備える。磁気センサ２１、２２、２３は、高圧ブッシング１４２、２４２、３４２の中の配線を流れる電流の変化を、この電流が発生させた磁場を測定することで検出する。

磁気センサ２１～２３は、それぞれ高圧ブッシング１４２、２４２、３４２の中の配線を流れる電流の変化を他の磁気センサよりも早く検出できるような位置に設置するのが好ましい。例えば、磁気センサ２１～２３は、それぞれ、タンク４００の表面部で高圧ブッシング１４２、２４２、３４２に設置、タンク４００の表面部で高圧ブッシング１４２、２４２、３４２の取り付け部に設置、またはタンク４００の表面部で高圧ブッシング１４２、２４２、３４２の近傍に設置するのが好ましい。

診断装置６０は、例えばコンピュータで構成でき、有線または無線で振動センサ１、１１～１３と磁気センサ２１～２３に接続し、これらのセンサからデータを受信したり、これらのセンサに信号を送信したりする。診断装置６０は、振動センサ１、１１～１３が検出した振動のデータを入力し、変圧器１０００（タンク４００）の振動のデータ（波形）を得る。また、診断装置６０は、磁気センサ２１～２３が検出した電流のデータを入力し、高圧ブッシング１４２、２４２、３４２の中の配線を流れる電流の時間変化のデータ（波形）を得る。

また、診断装置６０は、正常な状態の変圧器１０００についての、振動センサ１、１１～１３と磁気センサ２１～２３の測定データ（これらのセンサから得られるデータ）に対応するデータを、正常時のデータとして保存している。この正常時のデータは、正常な状態の変圧器１０００で測定することにより予め得ることができる。また、正常時のデータには、機械学習などで正常状態を学習することで得られたデータを用いてもよい。

本実施例による監視診断装置では、負荷時タップ切換装置８００がタップ切換動作を行うときに、振動センサ１、１１～１３と磁気センサ２１～２３は、振動と電流（磁場）をそれぞれ測定し、診断装置６０は、振動センサ１、１１～１３と磁気センサ２１～２３の測定データと正常時のデータを用いて、変圧器１０００の内部の構造的な状態（鉄心や巻線の異常や劣化状態）を診断する。

以下では、本実施例による監視診断装置の動作を、負荷時タップ切換装置８００が行うタップ切換動作とともに説明する。以下では、簡単のために、三相交流変圧器である変圧器１０００の１つの相（巻線１００を備える相）について代表的に説明する。なお、タップ切換動作は、３相で同時に行う。

図８～図１３は、負荷時タップ切換装置８００が行うタップ切換動作の一連の状態における巻線１００を備える相（すなわち、１次巻線１０１とタップ巻線１０３を備える相）の回路図である。以下では、図８に示すように、タップ巻線１０３の通電しているタップ位置として端子１８４が選択されており、通電していないタップ位置として端子１８５が選択されている状態から、図１３に示すように、タップ巻線１０３の通電しているタップ位置として端子１８３が選択されており、通電していないタップ位置として端子１８４が選択されている状態へ遷移する場合を、例に挙げて説明する。

なお、巻線１００を流れる電流の変化は、磁気センサ２１～２３の中で磁気センサ２１が最も大きな信号として検出可能であり、この電流の変化に伴う機械的な振動は、振動センサ１、１１～１３の中で振動センサ１１が最も大きな信号として検出可能である。

図８は、タップ巻線１０３の端子１８４と端子１８５がタップ位置として選択されており、端子１８４に通電しており、端子１８５に通電していない状態を示す図である。この状態では、高圧ブッシング１４２の接続端１４１と切換開閉器６００の端子１０５の間に、図８に破線で示した経路で電流ＩＬが流れる。この状態から、タップ位置を端子１８５から端子１８３に変更する機械動作が、駆動操作部７００によって行われる。

図９は、タップ巻線１０３の端子１８４と端子１８３が選択されており、端子１８４に通電しており、端子１８３に通電していない状態を示す図である。すなわち、図９では、タップ位置として端子１８５が選択された状態（図８）が、タップ位置として端子１８３が選択された状態に変更されている。この変更では、電流ＩＬに変化が生じない。

駆動操作部７００は、端子１８３を選択してタップ位置を変更する動作を、機械的な機構により実行する。駆動操作部７００がタップ位置を変更すると、機械振動が発生する。このタップ位置の変更動作（端子１８５から端子１８３への切り換え）により生じる機械振動は、振動センサ１で検出される。

振動センサ１は、主に駆動操作部７００の振動を検出する。具体的には、振動センサ１は、駆動操作部７００がタップ位置を変更して発生した振動（すなわち、端子１８５が選択された状態から端子１８３が選択された状態に変更したときに発生した振動）を検出する。振動センサ１は、駆動操作部７００の近傍に設けられているので、振動センサ１、１１～１３の中で最初にこの振動を検出する。すなわち、振動センサ１は、タップ位置が変更されたことを、振動センサ１、１１～１３の中で最初に検出する。また、振動センサ１は、検出した振動のデータを、タップ位置変更時の振動データとして診断装置６０に送信する。

なお、図９に示す状態では、通電経路が図８に示した状態と同じであり、電流ＩＬは、このタップ位置の変更動作によって変化しない。

図１０は、図９に示した状態において、切換開閉器６００の切換開閉器Ｓ１３が開いた状態を示す図である。駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１３を開くと、通電経路は、図１０に破線で示したものに変化し、電流ＩＬが変化する。すなわち、抵抗Ｒ１３が通電経路に直列に挿入された状態となり、この抵抗Ｒ１３による電圧降下分だけ、接続端１４１と端子１８４との間に印加される電圧が低下し、これに伴い電流ＩＬが急に変化する。

従って、磁気センサ２１は、切換開閉器Ｓ１３が開く動作において、電流ＩＬの時間変化を磁場の時間変化として検出する。磁気センサ２１は、電流ＩＬが発生させた磁場を測定することで電流ＩＬの変化を検出し、検出した電流ＩＬのデータをＳ１３開時の電流変化データとして診断装置６０に送信する。

切換開閉器Ｓ１３が開いて電流ＩＬが急に変化すると、１次巻線１０１とタップ巻線１０３に加わる電磁力が急に変化するため、これらの巻線１０１、１０３に衝撃的な機械振動が発生する。巻線１０１、１０３の振動、すなわち巻線１００の振動は、直接または絶縁媒体を介してタンク４００に伝わり、タンク４００が振動する。

振動センサ１１は、巻線１００の振動に起因したタンク４００の振動を検出する。振動センサ１１は、巻線１００の近傍（巻線１００に対向する位置）に設けられているので、振動センサ１、１１～１３の中で最初にこの振動を検出する。また、振動センサ１１は、検出した振動のデータをＳ１３開時の振動データとして診断装置６０に送信する。

なお、機械的な振動は、電流の変化より遅く伝搬する。従って、振動センサ１１は、磁気センサ２１が電流ＩＬの変化を検出した後で、電流ＩＬの変化による巻線１００の振動に起因したタンク４００の機械振動を検出する。

図１１は、図１０に示した状態において、切換開閉器６００の切換開閉器Ｓ１２が閉じた状態を示す図である。駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１２を閉じると、図１１に点線で示した経路に循環電流ＩＣが流れる。抵抗Ｒ１３と抵抗Ｒ１４が設置されている主な目的は、この循環電流ＩＣを抑制することである。

また、この時に電流ＩＬは、Ｓ１１を流れる経路とＳ１２を流れる経路の双方の経路を通過するため、値が変化する。従って、磁気センサ２１は、切換開閉器Ｓ１２が閉じる動作においても、電流ＩＬの時間変化を磁場の時間変化として検出する。磁気センサ２１は、電流ＩＬが発生させた磁場を測定することで電流ＩＬの変化を検出し、検出した電流ＩＬのデータをＳ１２閉時の電流変化データとして診断装置６０に送信する。

また、切換開閉器Ｓ１２が閉じることにより、電流ＩＬが変化するとともに、タップ巻線１０３に循環電流ＩＣが流れるので、切換開閉器Ｓ１３が開いたとき（図１０）とは特徴が異なる振動が巻線１００に生じる。振動センサ１１は、巻線１００のこの振動に起因したタンク４００の振動を検出し、検出した振動のデータをＳ１２閉時の振動データとして診断装置６０に送信する。

図１２は、図１１に示した状態において、切換開閉器６００の切換開閉器Ｓ１１が開いた状態を示す図である。駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１１を開くと、通電経路は、図１２に破線で示したものに変化し、電流ＩＬの値も変化する。切換開閉器Ｓ１１が開くことにより、タップ巻線１０３の通電しているタップ位置として端子１８３が選択されており、通電していないタップ位置として端子１８４が選択されている状態になる。

磁気センサ２１は、切換開閉器Ｓ１１が開く動作においても、電流ＩＬの時間変化を磁場の時間変化として検出する。磁気センサ２１は、電流ＩＬが発生させた磁場を測定することで電流ＩＬの変化を検出し、検出した電流ＩＬのデータをＳ１１開時の電流変化データとして診断装置６０に送信する。

また、切換開閉器Ｓ１１が開いて電流ＩＬが変化すると、巻線１００には、切換開閉器Ｓ１３が開いたとき（図１０）や切換開閉器Ｓ１２が閉じたとき（図１１）とは特徴が異なる振動が生じる。振動センサ１１は、巻線１００のこの振動に起因したタンク４００の振動を検出し、検出した振動のデータをＳ１１開時の振動データとして診断装置６０に送信する。

図１３は、図１２に示した状態において、切換開閉器６００の切換開閉器Ｓ１４が閉じた状態を示す図である。駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１４を閉じると、通電経路は、図１３に破線で示したものに変化し、電流ＩＬの値も変化する。すなわち、通電経路に直列に挿入されていた抵抗Ｒ１４が短絡された状態となり、抵抗Ｒ１４により生じていた電圧降下が無くなる分だけ、接続端１４１と端子１８３との間に印加される電圧が上昇し、これに伴い電流ＩＬが変化する。

磁気センサ２１は、切換開閉器Ｓ１４が閉じる動作においても、電流ＩＬの時間変化を磁場の時間変化として検出する。磁気センサ２１は、電流ＩＬが発生させた磁場を測定することで電流ＩＬの変化を検出し、検出した電流ＩＬのデータをＳ１４閉時の電流変化データとして診断装置６０に送信する。

また、切換開閉器Ｓ１４が閉じて電流ＩＬが変化すると、巻線１００には、切換開閉器Ｓ１３、Ｓ１１が開いたとき（図１０、１２）や切換開閉器Ｓ１２が閉じたとき（図１１）とは特徴が異なる振動が生じる。振動センサ１１は、巻線１００のこの振動に起因したタンク４００の振動を検出し、検出した振動のデータをＳ１４閉時の振動データとして診断装置６０に送信する。

以上では、本実施例による監視診断装置の動作を、変圧器１０００の巻線１００を備える相について説明した。本実施例による監視診断装置は、巻線２００、３００を備える相についても同様に動作する。巻線２００を流れる電流の変化は、磁気センサ２１～２３の中で磁気センサ２２が最も大きな信号として検出可能であり、この電流の変化に伴う機械的な振動は、振動センサ１、１１～１３の中で振動センサ１２が最も大きな信号として検出可能である。巻線３００を流れる電流の変化は、磁気センサ２１～２３の中で磁気センサ２３が最も大きな信号として検出可能であり、この電流の変化に伴う機械的な振動は、振動センサ１、１１～１３の中で振動センサ１３が最も大きな信号として検出可能である。

診断装置６０は、磁気センサ２１～２３から受信した電流変化データと振動センサ１、１１～１３から受信した振動データを用いて、変圧器１０００の内部の構造的な状態（鉄心や巻線の異常や劣化状態）を診断する。診断装置６０は、これら多くの種類のデータを用いて診断を行うので、従来よりも診断精度を向上させることができる。

診断装置６０は、例えば以下のようにして、変圧器１０００の内部の構造的な状態を診断する。

診断装置６０は、正常時のタップ位置変更時の振動データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００がタップ位置を端子１８５から端子１８３に切り換えたときに発生する機械振動のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のタップ位置変更時の振動データの時間波形と、振動センサ１から送信されたタップ位置変更時の振動データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態（鉄心や巻線の異常や劣化状態）が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１３開時の電流変化データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１３を開いたときの電流ＩＬの変化のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１３開時の電流変化データの時間波形と、磁気センサ２１から送信されたＳ１３開時の電流変化データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１３開時の振動データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１３を開いたときのタンク４００の振動のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１３開時の振動データの時間波形と、振動センサ１１から送信されたＳ１３開時の振動データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１２閉時の電流変化データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１２を閉じたときの電流ＩＬの変化のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１２閉時の電流変化データの時間波形と、磁気センサ２１から送信されたＳ１２閉時の電流変化データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１２閉時の振動データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１２を閉じたときのタンク４００の振動のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１２閉時の振動データの時間波形と、振動センサ１１から送信されたＳ１２閉時の振動データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１１開時の電流変化データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１１を開いたときの電流ＩＬの変化のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１１開時の電流変化データの時間波形と、磁気センサ２１から送信されたＳ１１開時の電流変化データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１１開時の振動データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１１を開いたときのタンク４００の振動のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１１開時の振動データの時間波形と、振動センサ１１から送信されたＳ１１開時の振動データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１４閉時の電流変化データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１４を閉じたときの電流ＩＬの変化のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１４閉時の電流変化データの時間波形と、磁気センサ２１から送信されたＳ１４閉時の電流変化データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

診断装置６０は、正常時のＳ１４閉時の振動データとして、正常な状態の変圧器１０００についての、駆動操作部７００が切換開閉器Ｓ１４を閉じたときのタンク４００の振動のデータを保存している。診断装置６０は、正常時のＳ１４閉時の振動データの時間波形と、振動センサ１１から送信されたＳ１４閉時の振動データの時間波形を比較し、これらの波形の差を求める。診断装置６０は、この差が予め任意に定めた閾値を超えていれば、これらの波形が異なっており、変圧器１０００の内部の状態が異常と判定する。

以上に説明した実施例では、振動センサ１、１１～１３と磁気センサ２１～２３は、常に動作している。本実施例による監視診断装置は、これらのセンサのうち、振動センサ１のみが常に動作し、振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３は、振動センサ１が振動を検出した後に動作するように構成することができる。以下、この構成について説明する。

振動センサ１は、常に動作し、タップ位置の変更動作（図８と図９を用いて説明した例では、負荷時タップ切換装置８００が選択した端子を端子１８５から端子１８３に切り換える動作）により生じる機械振動をいつでも検出することができる。振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３は、振動センサ１が振動を検出する前は、スリープ状態（一時的に動作を停止した状態）となっており、動作をしておらず測定をしていない。

診断装置６０は、振動センサ１からタップ位置変更時の振動データを受信したら、振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３に起動信号を送信する。

振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３は、診断装置６０から起動信号を受信したら、スリープ状態から復帰して動作を開始し、電流ＩＬの変化やタンク４００の振動の測定を開始する。振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３は、動作を開始してから予め定めた一定時間が経過したら、動作を停止し、診断装置６０から次に起動信号を受信するまでスリープ状態になる。

この構成のように、振動センサ１がタップ位置の変更動作を検出したら、これをトリガとして振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３が動作を開始することにより、振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３の消費電力を減らすことができるとともに、これらのセンサが測定したデータの保存量を小さくできる。従って、この構成では、変圧器１０００を長時間にわたって監視し診断するのに好適である。

また、振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３は、診断装置６０と無線で通信するものが好ましい。診断装置６０と無線で通信する振動センサ１１～１３と磁気センサ２１～２３は、通信のための配線が不要であり、設置位置の自由度が高く、より高精度に測定できるという利点がある。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

１…振動センサ、７…中性点、１１、１２、１３…振動センサ、２１、２２、２３…磁気センサ、３１、３２、３３…主脚、６０…診断装置、１００…巻線、１０１…１次巻線、１０２…２次巻線、１０３…タップ巻線、１０５…端子、１４１…接続端、１４２…高圧ブッシング、１８０～１８９…端子、１９１…接続端、１９２…低圧ブッシング、２００…巻線、２０１…１次巻線、２０２…２次巻線、２０３…タップ巻線、２０５…端子、２４１…接続端、２４２…高圧ブッシング、２８０～２８９…端子、２９１…接続端、２９２…低圧ブッシング、３００…巻線、３０１…１次巻線、３０２…２次巻線、３０３…タップ巻線、３０５…端子、３４１…接続端、３４２…高圧ブッシング、３８０～３８９…端子、３９１…接続端、３９２…低圧ブッシング、４００…タンク、５００…タップ選択部、６００…切換開閉器、７００…駆動操作部、８００…負荷時タップ切換装置、１０００…変圧器、ＩＣ…循環電流、ＩＬ…電流、Ｒ１３、Ｒ１４…抵抗、Ｒ２３、Ｒ２４…抵抗、Ｒ３３、Ｒ３４…抵抗、Ｓ１０…極性切換スイッチ、Ｓ１１～Ｓ１４…切換開閉器、Ｓ２０…極性切換スイッチ、Ｓ２１～Ｓ２４…切換開閉器、Ｓ３０…極性切換スイッチ、Ｓ３１～Ｓ３４…切換開閉器。

Claims (7)

1. タンクと負荷時タップ切換装置を備える変圧器に設置され、
   前記タンクの表面部に備えられた複数の振動センサと、
   前記タンクの表面部に備えられた複数の磁気センサと、
   前記振動センサと前記磁気センサに接続した診断装置と、
   を備え、
   前記振動センサは、前記負荷時タップ切換装置がタップ切換動作を行うときの振動を測定し、
   前記磁気センサは、前記負荷時タップ切換装置がタップ切換動作を行うときの磁場の変化を測定し、
   前記診断装置は、前記振動センサと前記磁気センサの測定データを用いて、前記変圧器の内部の構造的な状態を診断する、
   ことを特徴とする、変圧器の監視診断装置。
2. 複数の前記振動センサは、第１の振動センサと第２の振動センサを備え、
   前記第２の振動センサと前記磁気センサは、前記第１の振動センサが前記振動を検出する前は動作をしておらず、前記第１の振動センサが前記振動を検出した後に動作を開始する、
   請求項１に記載の変圧器の監視診断装置。
3. 前記変圧器は、前記負荷時タップ切換装置によって選択される複数の端子が接続されたタップ巻線を備え、
   前記第１の振動センサは、前記負荷時タップ切換装置が選択した前記端子を変更するときに生じる機械振動を検出し、
   前記第２の振動センサと前記磁気センサは、前記第１の振動センサが前記機械振動を検出する前は動作をしておらず、前記第１の振動センサが前記機械振動を検出した後に動作を開始する、
   請求項２に記載の変圧器の監視診断装置。
4. 前記診断装置は、前記測定データの時間波形と、正常状態の前記変圧器についての、前記測定データに対応するデータの時間波形とを比較することで、前記変圧器の内部の構造的な状態を診断する、
   請求項１に記載の変圧器の監視診断装置。
5. 前記第２の振動センサと前記磁気センサは、前記診断装置と無線で通信する、
   請求項２に記載の変圧器の監視診断装置。
6. 前記変圧器は、前記タンクの内部に前記タップ巻線を有する巻線を備え、
   前記第２の振動センサは、前記タンクの表面部で前記巻線に対向する位置に備えられている、
   請求項３に記載の変圧器の監視診断装置。
7. 前記変圧器は、前記タンクにブッシングを備え、
   前記磁気センサは、前記ブッシングの中の配線を流れる電流が発生させた磁場の変化を測定する、
   請求項３に記載の変圧器の監視診断装置。

Images