JP2007281275A - モールド変圧器の劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
モールド変圧器の劣化診断を簡易かつ正確に行える技術を提供する。
【解決手段】
絶縁性測定用部材をモールドコイル中に着脱可能に装着しておき、劣化診断時に、該絶縁性測定用部材をモールドコイルから取り出して、該絶縁性測定用部材の絶縁破壊電圧など絶縁性能を測定し、該測定結果に基づき、モールドコイルの劣化状態を評価する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、モールド変圧器の劣化状態を診断する技術に関する。

従来、モールド変圧器の劣化状態の診断は、コイル内の絶縁物の劣化状態を測定することにより行っていた。モールドコイル内の絶縁物の劣化状態は、一般試験による測定、部分放電による測定、光診断による測定などにより行う。一般試験の場合は、モールドコイル内の絶縁物の絶縁抵抗や誘電正損を測定し、部分放電による場合は、絶縁物につき放電電荷の量を測定し、光診断による場合は、絶縁物について光の反射率を測定する。
また、本発明に関連した従来技術であって特許文献に記載されたものとしては、例えば特開平７−１６１５５０号公報（特許文献１）や特開平２−１５４１６２号公報（特許文献２）に記載された技術がある。特開平７−１６１５５０号公報には、モールド変圧器の温度測定において、時間的遅れが少なくかつ正確な温度測定をするために、低圧コイルの巻き終わり引出し線に隣接した隙間部に温度センサを配設するとした構成が記載され、特開平２−１５４１６２号公報には、油入電気機器などの電気機器の寿命判定法として、電気機器本体内に用いられる絶縁物を模擬するサンプル用絶縁物を電気機器本体内または本体に隣接して設け、該サンプル絶縁物に、本体内の絶縁物が受ける熱の状態と等価の熱状態を与え、寿命判定時に該サンプル絶縁物を、電気機器を停止させることなく取出すことができるようにするとした構成が記載されている。

特開平７−１６１５５０号公報 特開平２−１５４１６２号公報

上記従来の一般試験による測定や、部分放電による測定や、光診断による測定においてはいずれも、劣化状態の診断時にモールド変圧器の運転を停止しかつ測定可能な状態にする必要がある。また、上記特開平７−１６１５５０号公報記載の技術は、温度センサの配設位置を低圧コイルの巻き終わり引出し線に隣接した隙間部とするもので、変圧器の負荷管理や異常発熱の監視を目的としている。また、特開平２−１５４１６２号公報記載の技術は、サンプル用の絶縁物を発熱抵抗体に巻回して電気機器の巻線を模擬させる構成のため、（ａ）該発熱抵抗体や電源や電流調整抵抗や接続用電線などが必要となること、（ｂ）該発熱抵抗体の温度が電気機器の巻線の温度と等価となるように通電電流値を管理する必要があること、（ｃ）電気機器の寿命判定時には、該サンプル用の絶縁物の一部を切り取って取出す必要があることなど、部品点数の増大、コストの増大、信頼性の低下などにつながり易い要因が予想される。

本発明の課題点は、上記従来技術の状況に鑑み、モールド変圧器において、部品点数やコストを増大させることなく、また、信頼性を低下させずにモールドコイルの劣化状態の判別を行えるようにすることである。
本発明の目的は、上記課題点を解決し、モールド変圧器の簡易かつ正確な劣化診断技術を提供することにある。

上記課題点を解決するために、本発明では、モールド変圧器の劣化診断方法として、劣化性能測定用部材をモールドコイル中に着脱可能に装着しておき、劣化診断時に、該劣化性能測定用部材をモールドコイルから取り出して、その絶縁破壊電圧など絶縁性能を測定し、該測定結果に基づき、モールドコイルの劣化状態を判別する。劣化状態が、予め設定したレベルに達している場合にはモールド変圧器の運転を停止して対応する。

本発明によれば、簡易かつ正確にモールド変圧器の劣化診断を行うことができる。

以下、本発明の実施例につき、図面を用いて説明する。
図１〜図４は、本発明の実施例の説明図である。図１は、本発明が実施されるモールド変圧器の構成例図、図２は、図１のモールド変圧器において劣化性能測定用部材を収納する部分の構成を示す図、図３は、図１のモールド変圧器において温度測定用の感温部材を収納する部分の構成を示す図、図４は、モールド変圧器の連続使用温度と使用時間と絶縁破壊電圧との関係を示す図である。以下、図面で用いる構成要素の符号や座標軸は、全図面について共通のものを用いるとする。

図１において、（ａ）は、モールド変圧器の上面構成図、（ｂ）は側面構成図である。図１において、１は、本発明が実施される３相式のモールド変圧器、２ａはモールド樹脂でモールドされて成るモールドコイルとしてのＵ相の高圧（１次コイル）コイル、２ｂは同じくＶ相の高圧コイル、２ｃは同じくＷ相の高圧コイル、３ａは同じくＵ相の低圧コイル（２次コイル）、３ｂは同じくＶ相の低圧コイル、３ｃは同じくＷ相の低圧コイル、４ａ_１は、Ｕ相の低圧コイル３ａ内に設けられ劣化性能測定用部材を収納する孔、４ａ_２は、Ｕ相の低圧コイル３ａ内に設けられ感温部材を収納する孔、４ｂ_１は、Ｖ相の低圧コイル３ｂ内に設けられ劣化性能測定用部材を収納する孔、４ｂ_２は、Ｖ相の低圧コイル３ｂ内に設けられ感温部材を収納する孔、４ｃ_１は、Ｗ相の低圧コイル３ｃ内に設けられ劣化性能測定用部材を収納する孔、４ｃ_２は、Ｗ相の低圧コイル３ｃ内に設けられ感温部材を収納する孔、５は変圧器金具、６ａはＵ相の低圧コイル端子、８ａはＵ相コイルのタップカバー、８ｂはＶ相コイルのタップカバー、８ｃはＷ相コイルのタップカバー、１１ａは、孔４ａ_１内に着脱可能に装着された劣化性能測定用部材としての絶縁材である。絶縁材１１ａとしては、低圧コイル３ａ、３ｂ、３ｃのそれぞれまたは高圧コイル２ａ、２ｂ、２ｃのそれぞれのコイル導体の層間に用いられている絶縁材と同じ材料特性のものを用いる。絶縁材は、孔４ａ_１、４ｂ_１、４ｃ_１のうちの一部のものに対し装着してもよいし、全部に対し装着してもよい。

上記構成において、モールド変圧器１が運転状態にされると、孔４ａ_１、４ｂ_１、４ｃ_１、４ａ_２、４ｂ_２、４ｃ_２では、各モールドコイル内でコイル導体の層間と略同じ熱状態が形成され、該孔に装着された絶縁材は、該コイル導体の層間の絶縁材と略同じ加熱状態にされる。このため、該孔に装着された絶縁材は、該コイル導体の層間の絶縁材と略同じ状態で劣化が進行することになる。該コイル導体の層間の絶縁材の劣化は、該コイル導体及び該絶縁材で構成されるモールドコイルの劣化を意味し、該モールドコイルの劣化は、該モールドコイルを用いて成るモールド変圧器の劣化を意味する。このため、上記孔に装着された絶縁材を、モールド変圧器１は運転状態のままで、該孔から取り出して劣化状態を測定することにより、モールドコイルの劣化すなわちモールド変圧器１の劣化状態を診断する。孔４ａ_１、４ｂ_１、４ｃ_１、４ａ_２、４ｂ_２、４ｃ_２はそれぞれ、コイルの外周部の近傍に設けられる。

図２は、図１のモールド変圧器１において、劣化性能測定用部材としての絶縁材１１ａを収納する孔４ａ_１とその周囲の構成を示す図である。
図２において、７は、モールドコイルを貫通してモールド変圧器１の環状の磁気回路を形成するコアである。他の符号は図１の場合と同じである。絶縁材１１ａは、低圧コイル３ａに形成された孔４ａ_１内に着脱可能に装着される。該絶縁材１１ａは、直接に孔４ａ_１内に装着されてもよいし、または、ケース等に入れられた間接的状態で該孔４ａ_１内に装着されてもよい。モールド変圧器１が運転状態にされたとき、Ｕ相の低圧コイル３ａは、該低圧コイル３ａ自体のコイル導体による発熱と、外周側のＵ相の高圧コイル２ａのコイル導体による発熱とにより加熱され、孔４ａ_１内の温度は、少なくとも低圧コイル３ａ内部のコイル導体の層間部分の温度と略同じ温度となる。

絶縁材が低圧コイルの孔内に装着された状態のとき、該低圧コイルの感温部材収納用の孔４ａ_２、４ｂ_２、４ｃ_２のうちの一部のものまたは全部に対し、温度測定用の感温部材が装着された状態とされ、該感温部材収納用の孔の温度が検知される。低圧コイル３ａ内において、孔４ａ_２における温度と孔４ａ_１における温度とは略同じであり、同様に、低圧コイル３ｂ内において、孔４ｂ_２における温度と孔４ｂ_１における温度とは略同じであり、低圧コイル３ｃ内において、孔４ｃ_２における温度と孔４ｃ_１における温度とは略同じである。

図３は、図１のモールド変圧器１において、温度測定用の感温部材を収納する孔４ａ_２とその周囲の構成を示す図である。
図３において、１２は感温部材、１３は伝熱線、１４ａ、１４ｂは結合部、１５はダイヤル式温度計である。孔４ａ_２の温度が感温部材１２により検知され、伝熱線１３を経て結合部１４ａに伝わり、さらにダイヤル式温度計１５の結合部１４ｂを経て該ダイヤル式温度計１５を作動させる。すなわち、孔４ａ_２の温度は、感温部材１２に接続されたダイヤル式温度計に表示され監視される。

モールド変圧器１の劣化状態を診断するとき、モールド変圧器１は停止させずにすなわちモールド変圧器１は運転状態のままで、孔４ａ_１、４ｂ_１、４ｃ_１の一部のものまたは全部に装着された劣化性能測定用部材としての絶縁材が、装着されている孔から取り出され、その劣化状態が測定される。劣化状態の測定は、例えば絶縁破壊電圧や引張り強度につき行われる。

図４は、モールド変圧器１の連続使用温度と使用時間と絶縁破壊電圧との関係をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。
図４において、モールド変圧器１を高い温度で長時間使用した場合は、モールドコイルのコイル層間の絶縁材の劣化度が高くなるため絶縁破壊電圧が低くなり、低い温度で使用した場合や短時間使用した場合は、モールドコイルのコイル層間の絶縁材の劣化度が低くなるため絶縁破壊電圧が高く維持される。イは、モールド変圧器１を１５年間連続使用した場合のコイル層間の絶縁材の絶縁破壊電圧と連続使用可能な温度との関係を示す特性線、ロは、モールド変圧器１を３０年間連続使用した場合のコイル層間の絶縁材の絶縁破壊電圧と連続使用可能な温度との関係を示す特性線である。例えば、モールド変圧器１を１５５℃の温度で１５年間連続使用した場合は、特性線イから、モールドコイルのコイル層間の絶縁材の絶縁破壊電圧は約７．８ｋＶｒｍｓ（ｐ点）となるが、１５５℃の温度で３０年間連続使用した場合は、特性線ロから、該絶縁材の絶縁破壊電圧は約５．８ｋＶｒｍｓ（ｑ点）となり、１５年連続使用した場合に比べ、絶縁材の劣化がさらに進行して絶縁破壊電圧が約２ｋＶｒｍｓ低下することになる。なお、図４中、絶縁破壊電圧の相対値は、絶縁破壊電圧の初期値を１５ｋＶｒｍｓとしたときのこれに対する百分率値である。

例えば、モールド変圧器１の製造後１５年後に、孔４ａ_１から劣化性能測定用部材としての絶縁材１１ａを取出し、その絶縁破壊電圧を測定した結果、絶縁破壊電圧が９ｋＶｒｍｓすなわち初期値の６０％であったとすると、この場合の絶縁破壊電圧の経時変化量は４０％であり、特性線イで示される連続使用温度１５５℃の場合（７．８ｋＶｒｍｓ（初期値の５３％すなわち経時変化量＝４７％））程には絶縁材１１ａの劣化すなわちモールドコイルのコイル層間の絶縁材の劣化は進行していないことになる。すなわち、特性線イを寿命限界としたとき、モールド変圧器１はまだ寿命時期に達していないことになる。劣化が進行しなかったのは、実効的に連続使用温度が１５５℃よりも低温であったことなどに起因する。一方、モールド変圧器１の製造後１５年後に、絶縁材１１ａの絶縁破壊電圧を測定した結果、絶縁破壊電圧が６ｋＶｒｍｓすなわち初期値の４０％であったとすると、経時変化量は６０％であり、特性線イで示される連続使用温度１５５℃の場合の経時変化量は４７％を超えて絶縁材１１ａの劣化すなわちモールドコイルのコイル層間の絶縁材の劣化が進行していることになり、既に、特性線イで示される寿命限界を超え、連続使用温度１５５℃で３０年間使用した場合に近い状態に達していることになる。この場合には、モールドコイルの劣化状態が限界レベルに達しているとする表示または音声などによる報知を行う。

上記実施例によれば、モールド変圧器またはモールドコイルの劣化診断時に、劣化性能測定用部材としての絶縁材のみをモールドコイルの孔から取り出して測定を行うことで該劣化診断を行うことができるため、モールド変圧器の運転を停止させずにかつ容易に該診断を行うことができる。また、劣化性能測定用部材としての絶縁材は、上記モールドコイルの孔に着脱可能に装着することで、コイル層間の絶縁材と同様の熱環境内に置くことができ、該コイル層間の絶縁材と略同じ状態で劣化を進行させることができるため、正確な該劣化診断を行うことができる。

本発明が実施されるモールド変圧器の構成例である。 図１のモールド変圧器において劣化性能測定用部材を収納する部分の構成を示す図である。 図１のモールド変圧器において温度測定用の感温部材を収納する部分の構成を示す図である。 モールド変圧器の連続使用温度と使用時間と絶縁破壊電圧との関係を示す図である。

符号の説明

１…モールド変圧器、
２ａ、２ｂ、２ｃ…高圧コイル、
３ａ、３ｂ、３ｃ…低圧コイル、
４ａ_１、４ａ_２、４ｂ_１、４ｂ_２、４ｃ_１、４ｃ_２…孔、
５…変圧器金具、
６ａ…低圧コイル端子、
７…コア、
８ａ、８ｂ、８ｃ…タップカバー、
１１ａ…絶縁材、
１２…感温部材、
１３…伝熱線、
１４ａ、１４ｂ…結合部、
１５…ダイヤル式温度計。

Claims (4)

1. モールド変圧器の劣化診断方法であって、
   劣化性能測定用部材をモールドコイル中に着脱可能に装着する第１のステップと、
   上記劣化性能測定用部材を上記モールドコイルから取り出し、その絶縁性能を測定し、該測定結果に基づき、上記モールドコイルの劣化状態を判別する第２のステップと、
   を備え、モールド変圧器の劣化を診断することを特徴とするモールド変圧器の劣化診断方法。
2. 上記第１のステップでは、上記劣化性能測定用部材としての絶縁材を、低圧側のモールドコイルのモールド樹脂中に設けた孔の中に挿入する請求項１に記載のモールド変圧器の劣化診断方法。
3. 上記第２のステップでは、上記劣化性能測定用部材の絶縁破壊電圧または引張り強度を測定し、該測定結果から、上記モールドコイルのコイル層間に設けた絶縁材の劣化状態を判断する請求項１に記載のモールド変圧器の劣化診断方法。
4. 上記第２のステップでは、上記劣化性能測定用部材の絶縁破壊電圧または引張り強度の経時変化量を求め、該経時変化量を基準値と比較し、該比較の結果、該経時変化量が基準値を超える場合に、上記モールドコイルの劣化状態が限界レベルに達しているとする表示または報知を行う請求項１に記載のモールド変圧器の劣化診断方法。
   

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