JP4703473B2 - 負荷時タップ切換装置 - Google Patents

Description

本発明は、切換開閉器およびタップ選択器に対する異常監視手段を備えた負荷時タップ切換装置に関するものである。

一般に、送変電系統の変圧器などには、切換開閉器およびタップ選択器からなる負荷時タップ切換装置が設けられている。この負荷時タップ切換装置は、変圧器タップ巻線のタップを負荷時に切換えて電圧調整を行う装置であって、電圧の安定化を図るために設置されている。このため、負荷時タップ切換装置が万一故障すると、送変電系統に停電などの重大な問題が発生する可能性がある。よって、この負荷時タップ切換装置の運転状況が正常であるかどうかを、常に監視し、いち早く異常を察知することが、送変電系統の安全性・信頼性を維持する上で、非常に重要である。

上記のような要求を満たす負荷時タップ切換装置の従来例としては、例えば特許文献１の技術が提案されている。この負荷時タップ切換装置では、切換開閉器とタップ選択器が設けられており、以下の点に特徴がある。すなわち、前記切換開閉器と前記タップ選択器の動作音の伝播加速度を検出する加速度検出部と、この加速度検出部にて検出された動作音の加速度を記憶する記憶回路部が設けられている。

さらに、前記検出加速度からタップ切換器の動作時間を算出する演算処理部と、前記動作時間と検出加速度による動作音のレベルから異常判定、監視を行う異常判定監視部とが設けられている。このような負荷時タップ切換装置においては、タップ選択器の動作音検出によって、タップ選択器の異常判定および監視を行うことを実現できた。
特開２００１−２６８７３５号公報

しかしながら、電力需要の増大に伴って送変電系統の大容量化・高電圧化が進む現在、安全性・信頼性はいっそう重視されており、負荷時タップ切換装置の監視体制に関しては、さらなる強化が求められている。特に、負荷時タップ切換装置の構成要素のうち、切換開閉器はタップ選択器と比較して動作時間が非常に短いため、異常判定を高い精度で監視することが難しかった。そこで、切換開閉器に関しても正確な異常判定を実施可能とする負荷時タップ切換装置の開発が待たれていた。

本発明は、このような状況を踏まえて提案されたものであり、小形かつ簡易な構成で、僅かな異常でも見逃すことなく正確に判定でき、安全性・信頼性の向上を図り得る異常監視手段を備えた負荷時タップ切換装置を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するために、変圧器タンク内に切換開閉器およびタップ選択器が設けられ、前記変圧器タンク外に異常判定および監視を行う異常監視手段が設置された負荷時タップ切換装置において、前記異常監視手段は、撮影手段による画像から導かれる動作速度に基づいて、前記切換開閉器および前記タップ選択器の異常判定および監視を行うように構成されたことを特徴としたものである。

請求項１の発明では、前記切換開閉器には該切換開閉器の動作を撮影する撮影手段が設けられ、前記撮影手段には該撮影手段が撮影した画像から前記切換開閉器の動作速度を計算する動作速度計算手段が連結され、前記異常監視手段は、前記動作速度計算手段の計算結果に基づいて前記切換開閉器の異常判定および監視を行うように構成されている。

本発明の負荷時タップ切換装置によれば、撮影手段による画像から導かれる動作速度を求め、この測定結果から、切換開閉器およびタップ選択の異常判定および監視を行うことが可能であり、これにより、小形かつ簡易な構成で、送変電系統の安全性・信頼性の向上に寄与することができる。

（１）第１の実施形態
［構成］
以下、本発明に係る代表的な実施形態について、図１〜図８を参照して、具体的に説明する。まず、図１〜図３を用いて第１の実施形態の構成について説明する。図１に示すように、負荷時タップ切換装置には、切換開閉器１、タップ選択器２および異常監視部３が設けられている。このうち、切換開閉器１とタップ選択器２は、変圧器本体タンク４に取付けられている。

切換開閉器１には、図示しない操作機構に連結した減速装置５と、この減速装置５に連結し蓄勢ばね６ｂを有する蓄勢装置６と、蓄勢装置６の放勢力により回転する駆動軸７と、この駆動軸７の回転に伴って電流の切換を行う接点部８が設けられている。接点部８の内部構成については本発明では特に限定しないが、ここでは、駆動軸７と共に回転するカム９、複数の真空バルブ１０、複数の通電接点１１から構成されている。また、タップ選択器２は、切換開閉器１と同様に図示しない操作機構に連結されている。タップ選択器２内には、タップを選択するための複数のタップ選択接点部が設けられている。

また、切換開閉器１のフタ１２には監視窓１３およびターミナル１５が設けられ、ここに蓄勢装置６を撮影するための撮影手段が設置されている。すなわち、監視窓１３には監視カメラ１４が設置され、ターミナル１５にはスコープ１６が設置されている。監視カメラ１４およびターミナル１５には信号ケーブルを介して動作速度計算部１７が接続されている。動作速度計算部１７は、監視カメラ１４およびスコープ１６が撮影した画像から切換開閉器１の蓄勢装置６における動作速度を計算する部分である。

また、異常監視部３は、変圧器本体タンク４の外部に設置されており、前記動作速度計算部１７に接続されている。異常監視部３には、事前に得られている知見を基にしてマスター・カーブが予め記録されており、これと動作速度計算部１７から取り入れた計算結果とを比較することによって、切換開閉器１の異常判定および監視を行うように構成されている。さらに、異常監視部３は異常発生を示す表示または電気信号を出力するようになっている。

［作用］
このように構成された本実施の形態における切換開閉器１およびタップ選択器２の作用をまず説明する。図示しない操作機構の駆動力は減速装置５から蓄勢装置６へと伝えられ、蓄勢装置６の放勢力により駆動軸７が回転して接点部８により電流が切換えられる。タップ選択器２も切換開閉器１と同様に操作機構により駆動され、タップの選択を行う。

続いて、異常監視部３の作用について説明する。監視窓１３から監視カメラ１４が蓄勢装置６の動作時の画像を撮影し、ターミナル１５に連結したスコープ１６もまた、蓄勢装置６の動作時の画像を撮影する。図２は監視カメラ１４またはスコープ１６による蓄勢装置６の撮影画像の一例を示す。この撮影画像は動作速度計算部１７に伝送され、動作速度計算部１７において、撮影画像を基にして蓄勢装置６の変位および速度が、下記のようにして計算される。

すなわち、
変位 Ｄ（ｔ）＝Ｄ０＋Ｃ×ｎ（ｔ）
速度 Ｖ（ｔ）＝Ｃ×（ｎ（ｔ＋Δｔ）−ｎ（ｔ））／Δｔ
ここで、Ｄ０：初期状態の変位
Ｃ：校正値（画面１画素当たりの変位）
ｎ（ｔ）：画面上での画素数
ｔ：時間
Δｔ：時間の微少増分
となる。

このようにして計算された変位Ｄ（ｔ）、速度Ｖ（ｔ）は、異常監視部３に送られる。異常監視部３では、ここに予め記録されているマスター・カーブと、送られてきた計算結果を比較することにより、蓄勢装置６の異常の有無を判断可能である。なお、図３では、マスター・カーブおよび算出された変位Ｄ（ｔ）、速度Ｖ（ｔ）の一例を示している。

図３の例では事前に得られている知見を基に、特定の変位Ｄ１における基準値の速度Ｖ１および基準値との差の許容値ｋを設定している。つまり、蓄勢装置６の撮影画像を基に算出した変位Ｄ（ｔ）および速度Ｖ（ｔ）から、変位Ｄ１における速度Ｖ２を求め、このＶ２と基準値Ｖ１とを比較し、その差が前記許容値ｋよりも大きい場合に、異常監視手段３が異常有りと判定する。

すなわち、
｜Ｖ２−Ｖ１｜＞ｋ ：「異常有り」と判定
｜Ｖ２−Ｖ１｜≦ｋ ：「異常無し」と判定
となる。

上記のように、異常監視部３が異常有りと判定した場合、蓄勢装置６または蓄勢装置６によって駆動される切換開閉器１の接点部８などに、過大な摩擦力などの異常が発生している可能性がある。この場合、異常監視部３が異常発生を示す表示または電気信号を出力し、負荷時タップ切換装置に事故が発生する前に、速やかに運転停止し、点検や修理などの対応を図ることができる。

［効果］
本実施の形態によれば、監視カメラ１４およびスコープ１６の撮影した蓄勢装置６の画像から、動作速度計算部１７が蓄勢装置６の動作速度を計算し、これに基づいて異常監視部３が、切換開閉器１を駆動する蓄勢装置６の動作の異常判定し、常に動作状態を監視することが可能となる。

これにより、タップ選択器２と比べて動作時間が非常に短い切換開閉器１に関しても、高い精度で異常判定の監視を行うことができ、安全性・信頼性の向上に寄与することが可能である。また、本実施形態によれば、監視カメラ１４やスコープ１６を取付けるだけで、切換開閉器１の異常判定および監視を実施できるため、既設の負荷時タップ切換装置に対して適用が極めて容易である。

（２）第１の参考例
［構成］
次に、本発明に係る負荷時タップ切換装置の第１の参考例について、図４〜図７を参照して説明する。なお、上記第１の実施形態と同一の構成部材に関しては同一の符号を付して重複する説明は省略する。図４において、第１の参考例に係る負荷時タップ切換装置は、切換開閉器１、タップ選択器２および異常監視部３ｂとから構成されている。

また、切換開閉器１の内部には加速度センサー２１が設けられ、変圧器タンク４には加速度センサー２２が設けられている。加速度センサー２１、２２には、動作時間算出部１７ｂ、ピーク値算出部１７ｃが接続されている。動作時間算出部１７ｂは、加速度センサー２１による加速度測定値から切換開閉器１の動作時間を算出する部分である。また、ピーク値算出部１７ｃは加速度センサー２２による加速度測定値からタップ選択器２内の接点部における固有振動数成分を抽出し、その結果からタップ選択器２内の接点部における加速度のピーク値を算出する部分である。

また、異常監視部３ｂは、変圧器本体タンク４の外部に設置されており、上記動作時間算出部１７ｂおよびピーク値算出部１７ｃに接続されている。異常監視部３ｂには、事前に得られている知見を基にして予め設定された基準値が記録されており、この基準値と動作時間算出部１７ｂおよびピーク値算出部１７ｃからのデータを比較することで、切換開閉器１およびタップ選択器２の異常判定および監視を行うように構成されている。さらに、異常監視部３ｂは、前記異常監視部３と同様、異常発生を示す表示または電気信号を出力するようになっている。

［作用］
このように構成された本参考例において、異常監視部３ｂは次のように作用する。図５は、加速度センサー２１による切換開閉器１動作時の加速度測定結果の一例を示すグラフ、図６は、加速度センサー２２によりタップ選択器２動作時の加速度を測定し、さらにタップ選択器２内の接点部の固有振動数成分を抽出した結果の一例を示すグラフである。これらの加速度測定結果は、それぞれ動作時間算出部１７ｂ、ピーク値算出部１７ｃに伝送され、これを基に切換開閉器１およびタップ選択器２の動作特性が以下のようにして求められる。

（ａ）切換開閉器１の動作時間ｔ１
図５に示した切換開閉器１動作時の加速度測定結果から、動作時間算出部１７ｂは、切換開閉器１の動作時間ｔ１を算出することが可能である。動作時間算出部１７ｂにて算出した動作時間ｔ１と、事前に得られている知見を基にして、予め設定された基準値ｔｓおよび基準値との差の許容値ｋｔとして、この許容値ｋｔにより異常監視部３ｂが異常判定を行っている。

すなわち、
｜ｔ１−ｔｓ｜＞ｋｔ ：「異常有り」と判定
｜ｔ１−ｔｓ｜≦ｋｔ ：「異常無し」と判定
となる。

上記のように、異常監視部３ｂにより異常有りと判定した場合、切換開閉器１の駆動部分に、過大な摩擦力などの異常が発生している可能性がある。この場合、異常監視部３ｂによってなされる異常発生を示す表示または電気信号によって、負荷時タップ切換装置に事故が発生する前に、速やかに運転停止し、点検や修理などの対応を図ることができる。

（ｂ）タップ選択器２の接点部の摩耗量Ｗ
図６に示したように、タップ選択器２動作時の加速度を測定し、さらにタップ選択器２内の接点部の固有振動数成分を抽出した結果から、ピーク値算出部１７ｃはタップ選択器２動作時の加速度のピーク値Ａ１を算出することができる。なお、ピーク値算出部１７ｃにおいて、タップ選択器２接点部の固有振動数成分を抽出する代わりに、変圧器の電源周波数および２倍の成分を除去してから加速度のピーク値を算出するようにしても有効である。

ここで図７は、加速度のピーク値Ａ１とタップ選択器２内のタップ選択接点部の摩耗量Ｗの関係について得られている知見の一例を示している。この図７で示したように、タップ選択器２接点部の摩耗量Ｗが増大するに伴い、タップ選択器２接点部の動作時の振動が小さくなり、タップ選択器２の接点部における固有振動数成分の加速度ピーク値Ａ１が小さくなるという知見がある。

タップ選択部２接点部の摩耗量Ｗには許容値Ｗｐが設定可能なので、図７中の許容値Ｗｐに相当する加速度ピーク値Ａｐと、算出した加速度ピーク値Ａ１を用いて、異常監視部３ｂは以下のように異常判定が可能である。すなわち、
Ａ１＜Ａｐ ：「異常有り」と判定
Ａ１≧Ａｐ ：「異常無し」と判定
となる。

以上述べたように、異常監視部３ｂにより異常有りと判定した場合、タップ選択器２内の接点部に、過大な摩耗などの異常が発生している可能性がある。この場合、異常判定監視部３ｂによってなされる異常発生を示す表示または電気信号によって、負荷時タップ切換装置に事故が発生する前に、速やかに運転停止し、点検や修理などの対応を図ることができる。

［効果］
本参考例によれば、加速度センサー２１と２２によって、切換開閉器１およびタップ選択器２動作時の加速度を測定し、動作時間算出部１７ｂおよびピーク値算出部１７ｃにて求めた動作時間ｔ１およびピーク値Ａ１を求めて、これらを基準値と比較することで、異常監視部３ｂは切換開閉器１の動作時間やタップ選択器２における接点部の異常判定、監視が可能となる。これにより、前記第１の実施形態と同様、小形かつ簡易な構成で安全性・信頼性の向上を図り得る異常監視手段を備えた負荷時タップ切換装置を提供することが可能である。

（３）第２の参考例
［構成］
次に、本発明に係る負荷時タップ切換装置に係る第２の参考例を、図８を用いて説明する。なお、上記第１の実施形態と同一の構成部材に関しては同一の符号を付して重複する説明は省略する。

図８に示すように、負荷時タップ切換装置は、切換開閉器１、タップ選択器２、および異常監視部３ｃとから構成されている。また、切換開閉器１の内部には温度センサー３１、３２が設けられ、変圧器タンク４には温度センサー３３、３４が設けられている。

それぞれの温度センサー３１〜３４のうち、温度センサー３１は切換開閉器１内の限流抵抗器３５の温度を、温度センサー３２は切換開閉器１内の接点部８の温度を、温度センサー３３はタップ選択器２内の接点部の温度を、温度センサー３４が変圧器タンク４内部の温度を、それぞれ測定可能となるように設置されている。これらの温度センサー３１〜３４に前記異常監視部３ｃが接続され、温度測定結果が伝送されるようになっている。

異常監視部３ｃには、事前に得られる知見や規格などを基にした基準値が記録されており、この基準値と温度センサー３１〜３４からの温度測定結果を比較することで、切換開閉器１およびタップ選択器２の異常判定および監視を行うように構成されている。なお、異常監視手段３ｃは、前記異常監視部３、３ｂと同じく、異常発生を示す表示または電気信号を出力するようになっている。

［作用］
このように構成された本参考例における、異常監視部３ｃの作用を説明する。本参考例では、温度センサー３１により切換開閉器１内の限流抵抗器３５の温度を測定し、温度センサー３２により切換開閉器１内の接点部８の温度を測定し、温度センサー３３によりタップ選択器２内の接点部の温度を測定することにより、各部の過熱を監視することができる。

限流抵抗器３５、切換開閉器１内の接点部８、タップ選択器２内の接点部の各部の温度には、予め得られた知見や規格などによって許容値が設定可能である。温度センサー３１、３２、３３による温度の測定値をそれぞれＴ３１、Ｔ３２、Ｔ３３、対応する許容値をそれぞれＴ３１ｐ、Ｔ３２ｐ、Ｔ３３ｐとすると、異常監視部３ｃでは以下のような異常判定が可能である。

すなわち、
Ｔ３１＞Ｔ３１ｐ ：「異常有り」と判定
Ｔ３２＞Ｔ３２ｐ ：「異常有り」と判定
Ｔ３３＞ｔ３３ｐ ：「異常有り」と判定
となる。

また、変圧器の運転状態や外気温によっては、変圧器タンク４内部の冷媒の温度が変化することがある。このため、温度センサー３４による変圧器タンク４内部の冷媒の温度測定値をＴ３４、Ｔ３１〜Ｔ３３のＴ３４との差分の許容値をそれぞれＴ３１ｐｄ、Ｔ３２ｐｄ、Ｔ３３ｐｄとして、下記のように異常を判定することが有効である。

すなわち、異常監視部３ｃでは、
Ｔ３１−Ｔ３４＞Ｔ３１ｐｄ ：「異常有り」と判定
Ｔ３２−Ｔ３４＞Ｔ３２ｐｄ ：「異常有り」と判定
Ｔ３３−Ｔ３４＞ｔ３３ｐｄ ：「異常有り」と判定
となる。

上記のように異常監視部３ｃにより異常有りと判定した場合、切換開閉器１またはタップ選択器２内に、過熱などの異常が発生している可能性がある。この場合、異常判定監視部３ｃによってなされる異常発生を示す表示または電気信号によって、負荷時タップ切換装置に事故が発生する前に、速やかに運転停止し、点検や修理などの対応を図ることができる。

［効果］
本参考例によれば、温度センサー３１、３２、３３によって、切換開閉器１またはタップ選択器２の温度を測定し、異常監視部３ｃにより切換開閉器１またはタップ選択器２の過熱状態を把握することで、切換開閉器１やタップ選択器２の異常判定、監視が可能となる。これにより、前記第１の実施形態及び第１の参考例と同様、小形かつ簡易な構成で、安全性・信頼性の向上を図った負荷時タップ切換装置を提供することができる。

（４）他の実施形態
本発明に係るガス絶縁開閉装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、第１の実施形態にて示した監視カメラ１４およびスコープ１６の形式や構成あるいは配置数や配置箇所については本発明では特に限定しないが、監視カメラ１４としては通常のＣＣＤカメラのほか、高速度ＶＴＲなどが含まれる。また、スコープ１６としては光ファイバー式スコープで光源を備えたものなどが考えられる。さらに、第１の参考例にて示した加速度センサー２１、２２、あるいは第２の参考例にて示した温度センサー３１〜３４に関する形式、構成あるいは配置数や配置箇所についても本発明では特に限定することなく、適宜変更可能である。

本発明の第１の実施形態の負荷時タップ切換装置を示す正面図。 監視カメラまたはスコープによる蓄勢装置の撮影画像の一例を示すグラフ。 変位と速度のマスター・カーブおよび算出された実測値の一例を示すグラフ。 本発明の第１の参考例の負荷時タップ切換装置を示す正面図。 加速度センサーによる切換開閉器動作時の加速度測定結果の一例 加速度センサーによりタップ選択器動作時の加速度を測定し、さらにタップ選択器内のタップ選択接点部の固有振動数成分を抽出した結果の一例を示すグラフ。 加速度のピーク値とタップ選択接点部の摩耗量の関係について得られている知見の一例を示すグラフ。 本発明の第２の参考例の負荷時タップ切換装置を示す正面図。

符号の説明

１…切換開閉器
２…タップ選択器
３、３ｂ、３ｃ…異常監視部
４…変圧器タンク
５…減速装置
６…蓄勢装置
６ｂ…蓄勢ばね
７…駆動軸
８…接点部
９…カム
１０…真空バルブ
１１…通電接点
１２…フタ
１３…監視窓
１４…監視カメラ
１５…ターミナル
１６…スコープ
１７…動作速度計算部
１７ｂ…動作時間算出部
１７ｃ…ピーク値算出部
２１、２２…加速度センサー
２３、３６…接続端子
３１、３２、３３、３４…温度センサー
３５…限流抵抗器

Claims (3)

1. 変圧器タンク内に切換開閉器およびタップ選択器が設けられ、前記変圧器タンク外に異常判定および監視を行う異常監視手段が設置された負荷時タップ切換装置において、
   前記切換開閉器には該切換開閉器の動作を撮影する撮影手段が設けられ、
   前記撮影手段には該撮影手段が撮影した画像から前記切換開閉器の動作速度を計算する動作速度計算手段が連結され、
   前記異常監視手段は、前記動作速度計算手段の計算結果に基づいて前記切換開閉器の異常判定および監視を行うように構成されたことを特徴とする負荷時タップ切換装置。
2. 前記撮影手段は、前記切換開閉器に形成された監視窓と、前記切換開閉器の動作を撮影するように前記監視窓に設置された監視カメラとから構成されることを特徴とする請求項１に記載の負荷時タップ切換装置。
3. 前記撮影手段は、前記切換開閉器に設けられたターミナルと、前記切換開閉器の動作を撮影するように前記ターミナルに連結されたスコープとから構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の負荷時タップ切換装置。

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