JP2017201681A

JP2017201681A - 変圧器の損失電力予測装置

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Publication number: JP2017201681A
Application number: JP2016242644A
Authority: JP
Inventors: ソン−ウク・イ; Seung-Wook Lee
Original assignee: LSIS Co Ltd
Current assignee: LS Electric Co Ltd
Priority date: 2016-05-04
Filing date: 2016-12-14
Publication date: 2017-11-09
Anticipated expiration: 2036-12-14
Also published as: KR102558782B1; EP3242371A1; US20170322242A1; ES2784623T3; JP6437508B2; CN107345982A; EP3242371B1; KR20170125641A; CN107345982B

Abstract

【課題】本発明は、変圧器の損失電力予測装置に係り、より詳しくは、変圧器の温度データを基準データと比べることで損失電力を予測することができる変圧器の損失電力予測装置に関する。
【解決手段】本発明の一実施形態による変圧器の損失電力予測装置は、変圧器の温度を測定する測定部、前記温度に基づいて前記変圧器の温度データを算出する算出部、前記変圧器の基準データを設定して保管する保管部、及び前記温度データを前記基準データと比べて前記変圧器の損失電力を判断する判断部を含み、前記基準データは前記温度データによる損失電力を含むことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、変圧器の損失電力予測装置に係り、より詳しくは、変圧器の温度データを基準データと比べることで損失電力を予測することができる、変圧器の損失電力予測装置に関するものである。

電力系統を連係する方式には、既存の交流電力系統をそのまま連係する方式と、電力変換器を介して交流電力を直流電力に変換して系統を連係する方式がある。近年、交流電力系統をそのまま連係する方式よりは、交流電力を直流電力に変換して電力系統を連係する方式に対する関心が増大している。国内でも電力変換器を利用した超高圧直流送電(High Voltage Direct Current；ＨＶＤＣ)システムを済州(チェジュ)と海南(ヘナム)の間に設けることで済州と海南の電力系統を連係している。

超高圧直流送電方式は、電気送電方式の一つとして、発電所で発電した高圧の交流電力を直流電力に変換させて送電した後、所望の受電地域で交流電力に再変換する供給方式である。超高圧直流送電方式は直流電圧を利用する。直流電圧は交流電圧の最大値に比べて大きさが約７０％に過ぎないため、超高圧直流送電システムは機器の絶縁が容易であり、各機器に取り付けられている絶縁体の数量を減らし、鉄塔の高さを低くすることができる。

また、同量の電力を伝送する場合、交流方式に比べて直流方式の方が送電損失が少ないため、超高圧直流送電システムは送電効率が高いという長所がある。また、電力運送能力は直流電流が交流電流に比べて２倍以上高いので、超高圧直流送電システムは電力運送能力が良いという長所がある。一方、超高圧直流送電システムは、電線使用量を減らすことができるし、送電線路の面積を減らすことができるため效果的であり、電圧や周波数が異なる二つの交流系統の間に連結して系統の安定度を向上させることもできる。また、超高圧直流送電システムは送電距離に対する制約がないし、４５０Ｋｍを超える陸地電力の伝送や４０Ｋｍを超える海底を介する電力伝送時も安価に伝送することもできる。

図１は従来の損失電力予測装置１０が無負荷３０損失を測定することを図示した図面で、図２は従来の損失電力予測装置１０が負荷損失を測定することを図示した図面である。図３は従来の変圧器２０に印加される電圧波形３１０を図示したグラフである。図１ないし図３を参照すれば、従来の変圧器２０は超高圧直流送電システムに利用される変圧器２０として２次捲線２２には図３に図示された電圧波形３１０が印加されなければならない。このとき、負荷３０は変換システムであることができるし、変換システムでsine形態の電圧をＤＣ電圧に変換して出力しなければならないので、２次捲線２２には図３に図示された電圧波形３１０が印加されなければならない。

電圧波形３１０が印加されれば、従来の損失電力予測装置１０は２次捲線２２に負荷３０を連結していない状態で無負荷損失を測定し、負荷３０を連結した状態で負荷損失を測定する。次いで、従来の損失電力予測装置１０は無負荷損失と負荷損失の和をもって損失電力を予測する。

ただし、従来の損失電力予測装置１０によると、図３に図示された電圧波形３１０を変圧器２０の２次捲線２２に印加しにくいため、損失電力を予測しにくいという問題点がある。また、従来の損失電力予測装置１０によれば、損失電力を予測しにくいので電力システムを効率的に管理することができない問題点がある。また、従来の損失電力予測装置１
０によれば、変圧器２０の２次捲線２２に大きさ及び周波数が一定した正弦波を印加することができないので、正確な損失電力を算出し難いという問題点がある。

本発明は、変圧器の温度データを基準データと比べることによって損失電力を予測することができる変圧器の損失電力予測装置を提供することを目的とする。

また、本発明は変圧器の捲線温度、絶縁油温度及び周辺温度に基づいて損失電力を予測することで、正確に損失電力を予測することができる変圧器の損失電力予測装置を提供することを目的とする。

また、本発明は変圧器の温度データを基準データと比べることによって変圧器の異常可否を判断できる変圧器の損失電力予測装置を提供することを目的とする。

また、本発明は変圧器の損失電力を予測することで電力システムを効率的に管理することができる、変圧器の損失電力予測装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、以上で言及した目的に制限されず、言及していない本発明の他の目的及び長所は下記の説明によって理解されることができ、本発明の実施形態によってより明らかに理解される。また、本発明の目的及び長所は、特許請求の範囲に示す手段及びその組み合わせによって実現できることを容易に分かることができる。

このような目的を達成するための本発明の一実施形態による変圧器の損失電力予測装置は、変圧器の温度を測定する測定部、前記温度に基づいて前記変圧器の温度データを算出する算出部、前記変圧器の基準データを設定して保管する保管部、及び前記温度データを前記基準データと比べて前記変圧器の損失電力を判断する判断部を含み、前記基準データは前記温度データによる損失電力を含むことを特徴とする。

前述したような本発明によれば、変圧器の温度データを基準データと比べることで損失電力を予測することができる効果がある。

また、本発明によれば、変圧器の捲線温度、絶縁油温度及び周辺温度に基づいて損失電力を予測することによって、正確に損失電力を予測できる効果がある。

また、本発明によれば、変圧器の温度データを基準データと比べることで変圧器の異常可否を判断することができる効果がある。

また、本発明によれば、変圧器の損失電力を予測することで電力システムを効率的に管理することができる効果がある。

従来の損失電力予測装置が無負荷損失を測定することを図示した図面。従来の損失電力予測装置が負荷損失を測定することを図示した図面。従来の変圧器に印加される電圧波形を図示したグラフ。本発明の一実施形態による変圧器の損失電力予測装置を図示した図面。本発明の一実施形態による変圧器を図示した図面。本発明の一実施形態による基準データを算出することを図示した図面。本発明の一実施形態による捲線温度及び絶縁油温度を図示したグラフ。温度増加による損失電力を図示した表。勾配減少による損失電力を図示した表。

前述した目的、特徴及び長所は添付の図面を参照して詳細に後述されるし、これによって本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者が本発明の技術的思想を容易に実施することができる。本発明を説明するにあたり、本発明に係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができると判断される場合は、詳細な説明を省略する。以下、添付の図面を参照して本発明による好ましい実施形態を詳しく説明する。図面において同一な参照符号は、同一または類似する構成要素を示すものとして使われる。

図４は本発明の一実施形態による変圧器の損失電力予測装置１００を図示した図面である。図４を参照すれば、本発明の一実施形態による変圧器の損失電力予測装置１００は、測定部１１０、算出部１２０、保管部１３０及び判断部１４０を含んで構成されることができる。図４に図示された変圧器の損失電力予測装置１００は一実施形態によるもので、その構成要素が図４に図示された実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて一部の構成要素が付加、変更または削除されることができる。

図５は本発明の一実施形態による変圧器５００を図示した図面で、図６は本発明の一実施形態による基準データを算出することを図示した図面である。図７は本発明の一実施形態による捲線温度７１０及び絶縁油温度７２０を図示したグラフで、図８は温度増加による損失電力を図示した表で、図９は勾配減少による損失電力を図示した表である。以下、図４ないし図９を参照して本発明の一実施形態による変圧器の損失電力予測装置１００を説明する。

本発明の一実施形態による測定部１１０は、変圧器５００の温度を測定することができる。ここで、変圧器５００は高圧直流送電(High Voltage Direct Current Transmission；ＨＶＤＣ)システムで使われる変圧器５００であることができる。変圧器５００の温度は、変圧器５００の捲線温度７１０、変圧器５００の絶縁油温度７２０及び変圧器５００の周辺温度を含むことができる。捲線５１０は変圧器５００内のコイルを意味し、絶縁油５３０は変圧器５００と周辺機器との絶縁のための媒質として変圧器５００内で液体状として存在することができる。変圧器５００の周辺は、変圧器５００の内部ではなく変圧器５００の外部温度を意味する。

一実施形態として、前記測定部１１０は、捲線温度計、油温度計及び光センサーのいずれか一つ以上を含むことができる。図５を参照すれば、測定部１１０が捲線温度計であれば変圧器５００の捲線温度７１０を測定することができ、測定部１１０が油温度計であれば絶縁油温度７２０を測定することができる。また、測定部１１０が光センサーであれば変圧器５００の周辺温度を測定することができる。判断部１４０は測定部１１０で測定された変圧器５００の捲線温度７１０、絶縁油温度７２０及び変圧器５００の周辺温度を利用して変圧器５００の損失電力を判断するが、これに対しては後述する。

本発明の一実施形態による算出部１２０は、測定部１１０によって測定された変圧器５００の温度に基づいて変圧器５００の温度データを算出することができる。より具体的に、温度データは飽和温度及び温度勾配を含むことができる。ここで、飽和温度は、測定された変圧器５００の温度変化率と変圧器５００周辺温度の変化率が予め設定された範囲内である時、変圧器５００の温度でありうる。また、温度勾配は、測定された変圧器５００の温度が時間によって変化する時、該温度の時間による変化率でありうる。

例えば、変圧器５００の温度として絶縁油温度と変圧器５００の周辺温度を測定する時、絶縁油温度の時間当たり変化率、及び周辺温度の時間当たり変化率が１℃以下である場合、該変圧器５００の温度が飽和温度でありうる。一方、温度勾配は変圧器５００に電源を供給することによって変化する変圧器５００の温度を時間に対して微分した値であることができ、一定時間間隔に対する温度の変化量でもありえる。例えば、温度勾配は飽和温度の１０％ないし３０％の温度が測定される時間間隔による温度変化率を含むことができ、一定時間間隔は使用者の必要に応じて設定することができる。

本発明の一実施形態による保管部１３０は、変圧器５００の基準データを設定して保管することができ、基準データは上述した温度データによる損失電力を含むことができる。ここで、損失電力は無負荷電力及び負荷電力を含むことができる。無負荷電力は変圧器５００に負荷が連結されていない状態での損失電力で、負荷電力は変圧器５００に負荷が連結されている状態での損失電力である。また、基準データを設定するために利用される変圧器５００は、製造した後で最初に駆動される変圧器５００であることができる。

保管部１３０は変圧器５００の１次回路に電源を供給することによって、変化する変圧器５００の温度に基づいて基準データを設定することができる。より具体的に、保管部１３０が基準データを設定するにあたり、変圧器５００の２次回路を短絡させることで１次回路に電源を供給する短絡法が利用されることができる。図６を参照すれば、変圧器５００の２次側コイル５２０を短絡させた後で変圧器５００の１次側コイル５１０に電流を供給することができる。このとき、電流が供給されることにつれ、変圧器５００の温度は上昇することができ、保管部１３０は上昇する温度の勾配による損失電力を基準データとして設定することができる。

図７を参照すれば、短絡法を利用して時間に応じる変圧器５００の捲線温度７１０及び絶縁油温度７２０を測定することができる。測定した結果、時間が経つことにつれ、捲線温度７１０及び絶縁油温度７２０が上昇することが分かる。捲線５１０は金属で、絶縁油５３０は液体であるため、絶縁油５３０の温度上昇率が捲線５１０の温度上昇率より小さいことがある。保管部１３０は、このように変圧器５００の温度を測定する過程を繰り返して基準データを設定することで、基準データの正確度を高めることができる。

図９を参照すれば、温度データである勾配は、飽和温度の１０％ないし３０％の温度が測定される時間間隔による温度変化率であることができる。保管部１３０は、変圧器５００の捲線温度７１０の温度勾配が５である時、変圧器５００の損失電力として負荷電力は１２３Ｗ、無負荷電力は９０ＶＡＲと基準データを設定することができる。一方、保管部１３０は、絶縁油温度７２０の温度勾配が３である時、変圧器５００の損失電力として負荷電力は３１０Ｗ、無負荷電力は２０５ＶＡＲと基準データを設定することができる。

また、保管部１３０は変圧器５００の温度変化率及び周辺温度変化率が予め設定された範囲内である時、変圧器５００が飽和されたと判断することができる。このとき、保管部１３０は飽和された変圧器５００の温度に基づいて基準データを設定することができる。例えば、短絡法によって１次回路に電源が供給されれば、変圧器５００の温度変化率は時間に応じて減少する。このとき、保管部１３０は変圧器５００の時間当たり温度変化率及び周辺温度の時間当たり変化率が１℃以下である場合、該変圧器５００が飽和されたと判断することができる。これによって、保管部１３０は飽和された変圧器５００の温度による損失電力を基準データとして設定することができる。

図８を参照すれば、変圧器５００の捲線温度７１０の飽和温度は８０℃で、絶縁油温度７２０の飽和温度は６０℃であり得る。このとき、保管部１３０は捲線温度７１０の飽和温度が８０℃であれば、変圧器５００の損失電力として負荷電力は３１０Ｗ、無負荷電力は２０５ＶＡＲと基準データを設定することができる。一方、保管部１３０は絶縁油温度７２０の飽和温度が６０℃であれば変圧器５００の損失電力として負荷電力は１２３Ｗ、無負荷電力は９０ＶＡＲと基準データを設定することができる。保管部１３０は別途のデータベースをさらに含むこともでき、基準データを判断部１４０に伝送することもできる。

本発明の一実施形態による判断部１４０は、温度データを基準データと比べることで変圧器５００の損失電力を判断することができる。一実施形態として、温度データは飽和温度を含み、判断部１４０は飽和温度と基準データを比べて変圧器５００の損失電力を判断することができる。図８を参照すれば、測定された変圧器５００の飽和温度が７０℃である時、判断部１４０は保管部１３０で設定された基準データを利用して、変圧器５００の損失電力として負荷電力を２４８Ｗ、無負荷電力を１６９ＶＡＲと判断することができる。

また、温度データは温度勾配を含み、判断部１４０は温度勾配を基準データと比べて変圧器５００の損失電力を判断することもできる。図９を参照すれば、測定された変圧器５００の温度勾配が４である時、判断部１４０は保管部１３０で設定された基準データを利用して、変圧器５００の損失電力として負荷電力を２４８Ｗ、無負荷電力を１６９ＶＡＲと判断することができる。

一方、判断部１４０は温度データを基準データと比べて変圧器５００の異常可否を判断することができる。より具体的に、変圧器５００に異常がある場合、温度変化率が正常の時より急激に増加するか、または急激に減少することがある。判断部１４０は、変圧器５００の温度変化率が正常範囲を脱した場合、該変圧器５００に異常があると判断することができる。例えば、測定部１１０で測定した温度の変化率が図７に図示された温度の変化率を基準にして正常範囲を脱した場合、判断部１４０は変圧器５００に異常があると判断することができる。一方、判断部１４０は測定部１１０で測定した温度の変化率が図７に図示された温度の変化率を基準にして正常範囲以内であれば、変圧器５００が正常であると判断することができる。判断部１４０の判断基準となる正常範囲は、使用者の必要に応じて設定されることができる。

一方、本発明の一実施形態による損失電力予測方法を説明すれば、先ず、変圧器の１次回路に電源を供給し、２次回路は短絡させて変圧器の基準データを算出する。このとき、基準データは変圧器の飽和温度に対する損失電力、温度勾配に対する損失電力を含むことができ、損失電力は無負荷電力及び負荷電力を含むことができる。変圧器の基準データを算出した後、保管部は基準データをデータベースに保管することができる。

次いで、測定部が変圧器の温度を測定する。このときの変圧器の温度は、変圧器の捲線温度、変圧器の絶縁油温度、及び変圧器の周辺温度を含むことができる。変圧器の温度を測定した後、算出部は温度に基づいて変圧器の温度データを算出する。ここで、温度データは飽和温度及び温度勾配を含むことができる。変圧器の温度データを算出した後、判断部は温度データと基準データを比べて変圧器の損失電力を判断する。例えば、判断部は飽和温度と基準データを比べて変圧器の損失電力を判断することができ、温度勾配と基準データを比べて変圧器の損失電力を判断することができる。

一方、判断部は温度データを基準データと比べて変圧器の異常可否を判断することもできる。変圧器は、６ヶ月を周期にしてメンテナンスのための点検が行われるので、判断部は６ヶ月に１回ずつ温度データを基準データと比べて変圧器の異常可否を判断することができる。

前述したような本発明によれば、変圧器の温度データを基準データと比べることで損失電力を予測できる效果がある。また、本発明によれば、変圧器の捲線温度、絶縁油温度及び周辺温度に基づいて損失電力を予測することで、正確に損失電力を予測できる効果がある。

また、本発明によれば、変圧器の温度データを基準データと比べることで変圧器の異常可否を判断することができる効果がある。また、本発明によれば変圧器の損失電力を予測することで、電力システムを効率的に管理することができる効果がある。

前述した本発明は、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者にとって本発明の技術的思想を脱しない範囲内で様々な置換、変形及び変更が可能なので、前述の実施形態及び添付の図面によって限定されるものではない。

Claims

変圧器の温度を測定する測定部と、
前記温度に基づいて前記変圧器の温度データを算出する算出部と、
前記変圧器の基準データを設定して保管する保管部、及び
前記温度データを前記基準データと比べて前記変圧器の損失電力を判断する判断部とを含み、
前記基準データは前記温度データによる損失電力を含むことを特徴とする、変圧器の損失電力予測装置。
前記変圧器の温度は、
前記変圧器の捲線温度、前記変圧器の絶縁油温度、及び前記変圧器の周辺温度を含むことを特徴とする、請求項１に記載の変圧器の損失電力予測装置。
前記温度データは飽和温度を含み、
前記判断部は、
前記飽和温度を前記基準データと比べて前記変圧器の損失電力を判断することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の変圧器の損失電力予測装置。
前記飽和温度は、
前記変圧器の温度変化率及び前記変圧器の周辺温度変化率が予め設定された範囲内である時の前記変圧器の温度であることを特徴とする、請求項３に記載の変圧器の損失電力予測装置。
前記温度データは温度勾配を含み、
前記判断部は、
前記温度勾配を前記基準データと比べて前記変圧器の損失電力を判断することを特徴とする、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の変圧器の損失電力予測装置。
前記保管部は、
前記変圧器の１次回路に電源を供給することによって、変化する前記変圧器の温度に基づいて前記基準データを設定することを特徴とする、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の変圧器の損失電力予測装置。
前記保管部は、
前記変圧器の温度変化率及び周辺温度変化率が予め設定された範囲内である時、前記変圧器が飽和されたと判断し、前記飽和された変圧器の温度に基づいて前記基準データを設定することを特徴とする、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の変圧器の損失電力予測装置。
前記測定部は、
捲線温度計、油温度計及び光センサーのいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の変圧器の損失電力予測装置。