JPH02193524A - 変圧器故障検出方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は変圧器の保護方法及び故障巻線検出方法に係り
、特に保護対象変圧器各端子の電圧及び電流を適当な時
間間隔でサンプリングして求め、所定の演算を施すこと
によって高速度高感度で事故判別できるディジタル方式
の変圧器の保護方法及び故障巻線検出方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、変圧器の巻線短絡事故等の異常時における変圧器
保護は、変圧器各端子電流の差動電流を検出して行われ
ている。差動電流は巻線事故の他、変圧器の励磁突入に
よっても生ずるため、励磁突入電流中の第２高調波成分
含有率が多い性質を利用し、従来はいわゆる第２高調波
抑制方式として励磁突入電流による変圧器保護リレーの
誤動作を防止している。

ところが、送電系統の対地静電容量、リアクタンス及び
変圧器インピータンス等によっては、事故電流中に第２
高調波付近の低次高調枝分を含むことがあり、従来の第
２高調波抑制方法では変圧器保護リレーの動作遅延、ひ
いては誤不動作により重大災害を招く恐れがある。

その対策として特開昭６２−８９４２４号公報に示すデ
ィジタル方式が提案されている。これは、変圧器を多端
子回路網と考えてアドミッタンス方程式で表現したとき
、励時突入時及び内部事故時の伝達アドミッタンスは健
全時とほとんど変らないのに対し、駆動点アドミッタン
スまたはこれにより導出される並列アドミッタンスは励
磁突入時と内部事故時とで大きく異なるという事実に基
づいて以下のように処理している。なおインダクタンス
の逆数を表現する適当な言葉がないので、ここではこれ
をアドミッタンスと称している。

（１）保護対象変圧器の伝達アドミッタンスを漏れイン
ダクタンスから求め、定数として予めリレー内部に記憶
しておく。

（２）保護対象変圧器の各端子電圧及び電流を適当な時
間間隔でサンプリングする。

（３）サンプリングした各端子電流より差動電流を求め
る。

（４）差動電流が所定の検出レベルを超えたとき。

内部事故状態か励磁突入状態である。そこで、各電圧、
電流及び予め記憶しておいた伝達アドミッタンスより駆
動点アドミッタンスまたは並列アドミッタンスを求め、
その値の大きさに応じて内部事故状態か励磁突入状態か
を判定する。

（５）内部事故状態の判定が所定のサンプル数継続した
とき、変圧器から切り離すため、遮断器の開放指令を与
える。

この方法による変圧器保護方式は、演算式の係数となる
伝達アドミッタンスが既知定数なので高精度に演算でき
種々の構造の変圧器に適用できること、電流波形にかか
わらず内部事故か励磁突入かを判別できるので、対地静
電容量の大きさなどにかかわらずあらゆる系統の変圧器
に適用できること、電流の第１波で内部事故か励磁突入
かを判別できるので、内部事故時のリレー動作を高速度
にできることなど、従来の第２高調波抑制方式に比べて
、非常に優れた特徴をもっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術の問題点を列挙すると次の通りである。

（１）並列アドミッタンスの演算に除算が必要で演算時
間が大である。

（２）特に演算式の分母の値が小のとき、演算誤差が大
となり誤判定の恐れがある。

（３）並列アドミッタンスの値は変圧器構造によって異
なるので、変圧器毎にその値を推定して判定値を設定す
る必要があり、設定器まりの要因となる。

（４）事故時の並列アドミツタンス値は一定値なので、
１サイクル間において事故電流が大きいときも小さいと
きも同じ重みで事故判定の評価をすることになり、不合
理である。

なお、特開昭６２−８９４２４号公報には、判定式を変
形して分母・分子の符号を判定することで除算をしなく
ても事故判定できる方法が示されているが、事故判定原
理は並列アドミツタンス値で判定するのと同じなので、
上記（３）〜（４）の問題点は残っている。

以上のことから本発明の目的は、上記した従来技術の欠
点をなくし、簡単で高精度の演算・判定ができるディジ
タル方式の変圧器保護方法及び故障巻線検出方法を提供
するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するために、適当な時間間隔で
サンプリングした保護対象変圧器の各端子電圧及び電流
から並列アドミッタンス電流を演算して求め、その値に
よって内部事故判定するようにしたものである。

その概略手順を次に示す。

（１）保護対象変圧器の各端子電流より差動電流を求め
、その大きさより保護対象変圧器が内部事故状態又は励
磁突入状態にあることを判定する。

（２）保護対象変圧器各端子の電圧、電流、及び予め記
憶しておいた伝達アドミッタンスから並列アドミッタン
ス電流を求め、その値の大きさに応じて内部事故か励磁
突入かを判定する。

（３）内部事故状態の判定が所定のサンプル数継続した
とき、変圧器を系統から切り離すために遮断器の開放指
令を与える。

〔作用〕

一般的に変圧器は伝達アドミッタンス及び並列アドミッ
タンスを用いた等価回路で表わせる。後で詳述するよう
に伝達アドミッタンスは変圧器の内部状態にかかわらず
ほぼ一定値であるが、並列アドミッタンスは励磁突入又
は内部事故等の状況によって大きく変化する。本発明は
、変圧器等価回路において複数の並列アドミッタンスブ
ランチに、並列アドミッタンスの値に対応した電流が流
れること、且つこれら各並列アドミッタンス電流の分布
が励磁突入時と内部事故時とで異なることを見出したも
ので、保護対象変圧器の各端子電圧及び電流から定数と
の乗算及び加減算のみで各並列アドミッタンス電流を求
めて事故判定する。

〔実施例〕

本発明による変圧器保護方式に用いる計算機の基本構成
を保護対象変圧器主回路も含めて第２図に、演算フロー
例を第１図に示し、以下説明を加える。

第２図において、１１．１２は保護対象変圧器の１次及
び２次巻線、２１．２２は１次側及び２次側電流変圧器
、３１．３２は１次側及び２次側電圧変成器、４１．４
２は１次側及び２次側遮断器、４３．４４は各遮断器の
トリップコイル、５乃至９より構成されるのは計算機で
、５は入力部、６は演算外、理部、７は記憶部、８は出
力部、９は係数設定器である。入力部５は主回路の電圧
、電流をレベル変換する補助電圧、電流変成器Ａｕｘ。

ＰＣＴ、保護には必要でない高調渡分を除去するフィル
タＦＩＬ、入力の瞬時値をサンプリングし、ホールドす
るサンプルホールダＳＨ，ＳＨの出力を順次切り換えて
Ａ／Ｄに入力するマルチプレクサＭＰＸ、アナログ／デ
ィジタル変換器Ａ／Ｄで構成される。演算処理部６は、
制御及び演算を実行する主処理ユニットＣＰＵ、データ
バス及びアドレスバスで構成される。記憶部７はプログ
ラムを記憶するＲＯＭ　（Ｒｅａｄ　０ｎｌｙ　Ｍｅｍ
ｏｒｙ）データを記憶するＲ　ＡＭ　（Ｒａｎｄｏａ＋
　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｎ＋ｏｒｙ）で構成される。又、
係数の記憶、変更などのために書き換え可能な不揮発生
の１例えば半導体不揮発生メモリＥＡＲＯＭがあっても
良い。出力部８は演算及び判定結果のディジタル出力部
で、しゃ断器トリップ許容信号はこの部分より出力され
る。係数設定器９は演算式の係数、リレー整定値等を設
定２表示するためのものであるが、演算９判定結果を表
示、出力するようにしても良い。

次に第１図の演算フロー例を説明する前に、変圧器の等
価回路、等価回路のアドミッタンス特性、及び等価回路
の並列アドミッタンス電流によって内部事故か励磁突入
かを判別する方法などについて、本発明の基本となる考
え方を三巻線変圧器を例にとり説明する。

まず第３図から第８図を用いて、特開昭６２−８９４２
４号公報に示されている変圧器のアドミッタンス方程式
及び変圧器等価回路とアドミッタンス特性の概略を説明
する。

第３図は単相３巻線変圧器の路線図で、１０は鉄心、１
１，１２．１３は１次、２次及び３次巻線を示す。図中
ｉｘ　、ｉｚ　、ｉａは１次、２次及び３次電流、Ｖｌ
　、Ｖ２　、Ｖｌｌは１次、２次及び３次電圧を示す。

第３図の３巻線変圧器を多端子回路網と考えると、定常
運転時、励磁突入時、内部事故時などの状態にかかわら
ず、電圧、電流は一般に（１）式のアドミッタンス方程
式で関係づけられる。

（１）式右辺のアドミッタンス行列において、対角要素
ｙ１１　ｔ　３’　１２’＋　ｙ３３は駆動点アドミッ
タンス、非対角要素’／　１２＋　’／　１３＊　Ｖ　
２Ａ等は伝達アドミッタンスと呼ばれている。簡単のた
めに第３図の３巻線変圧器の各巻線の巻数を等しいとす
る。即ち、各電圧、電流は任意の基準巻数に換算されて
いるものとすると、（１）式右辺のアドミッタンス行列
は対称行列となり、独立なアドミッタンス要素はｙｔｔ
、　ｙｚｚｔ　ｙａａ＋　ｙｔｚ（＝ｙｚｔＬ　ｙｔ３
（＝ｙａＩＬｙｚａ（＝ｙａｚ）の６個である。

第４図は、独立な６個の要素から成り、（１）式を満足
する３巻線変圧器の等価回路である。第４図中３’　１
Ｇ＋　３’　ｔｉｔ　’／　１１０は並列アドミッタン
スと呼ばれ、駆動点アドミッタンス及び伝達アドミッタ
ンスと（２）式によって関係づけられる。

等価回路に対応し、各アドミッタンスの値は定常運転時
、励磁突入時、内部事故時などの状況にかかわらずほぼ
一定値である。これらの各アドミッタンスの値を定常時
の漏れインダクタンスから求める方法を次に示す。

基準巻数に換算された１次−２次、１次−３次。

２次−３次間の漏れインダクタンスをＬ　ｉ　ｘ　ｔ　
Ｌ　１３＋Ｌ２３とする。一般に定常時の３巻線変圧器
は一般に第５図のスター形、又は第６図のデルタ形の等
価回路で表わせる。衆知のようにスター形等価回路の各
要素値は、 であり、これをスター／デルタ変換すると、デルタ形等
価回路の各要素値は 第４図における一Ｖ　１２，３’　１３ｅ　　’／　！
３の部分は一般に用いられている３巻線変圧器のデルタ
形ただしＬｓｓ＝ＬｓｔＬｓｚ＋ＬｓｔＬｓａ＋Ｌｓｚ
Ｌｓａである。第４図と第６図を比較すると、定常時は
ｙ１ｏ＝ｙｚｏ＝ｙａｏ＝Ｏであるから、伝達アドミッ
タンスは、 によって得られる。

（１）式を変形すると、各駆動点アドミッタンスは（６
）式で表わせる。

伝達アドミッタンス’／　１５１１３’　ｌａｐ　’７
２３等を定常時の漏れインダクタンスから求め、定数と
して予めリレー内部に記憶しておき、変圧器の多端子電
圧及び電流を適当な時間間隔でサンプリングすれば、（
６）式を用いて駆動点アドミッタンスｙ１１゜ｙ２２．
　ｙ３３を演算できる。更に（２）式を用いることで並
列アドミッタンス’Ｊ　Ｌｏｔ　ｙ２０＋　’／　３０
を演算できる。

第７図は３巻線変圧器の構造の例で、第８図は、励磁突
入時、内部事故時の並列アドミッタンス特性の例である
。第７図において１０は鉄心、１１゜１２．１３は１次
、２次及び３次巻線である。第８図において（ａ）、（
ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ励磁突入、１次巻線短
絡事故、２次巻線短絡事故、３次巻線短絡事故の場合を
示す。第８図（ａ）の横軸θは電源電圧投入位相、ＢＲ
は投入時の残留磁束密度である。第８図（ｂ）、（ｃ）
。

（ｄ）の横軸ｆは各巻線の全ターン数に対する短絡ター
ン数の割合である。これでみると、定常運転時（第８図
（ｂ）〜（ｄ）のｆ＝０）は励磁電流は小さく、はとん
ど無視できるため、並列アドミッタンスＹ　１０ｔ　’
／　２０＋　ｙ３０の値はほぼ零である。

励磁突入時（第８図（ａ）は、鉄心脚に近い最内層の３
次巻線１３に関する並列アドミッタンスｙａｏが最も大
きい正の値となり、最外層の１次巻線１１に関するｙｌ
ｏは小さい正の値となる。中間層の２次巻線１２に関す
るｙ２ｏの値はほぼ雰である。一方、内部事故時は、事
故巻線に関する並列アドミッタンスのみが短絡ターン数
の増加と共に正側に増加して大となるが、他の２個の並
列アドミッタンスはほぼ零のまま、もしくは負の値とな
る。

以上のような並列アドミッタンス特性の差を利用し、並
列アドミッタンスの値によって内部事故か励磁突入かを
判別する方法が特開昭６２〜８９４２４号公報に示され
ており、゛′従来の技術”の項で示した特徴を有する。

一方、″発明が解決しようとする課題″の項に示したよ
うな問題点を有する。

次に本発明の並列アドミッタンス電流による事故判定法
について説明する。

第４図で示した３巻線変圧器の等価回路において、並列
アドミッタンスｙ１０ｙ　ｙｚｏ＋　ｙａｏの各要素を
通る電流ｘｔｏ、　ｘｚｏｔ　１３０を並列アドミッタ
ンス電流と定義する。定常運転時及び励磁突入時におけ
る変圧器の励磁電流は１１０＋１２０．ｉａｏの総和で
ある。即ち、並列アドミッタンス電流は変圧器の励磁状
態を表わしている。内部事故状態も含めると、並列アド
ミッタンス電流は変圧器の見かけの励磁状態を表わして
いる。

第４図より（７）式が成立する。

（２）式を（７）式に代入し、更に（６）式を用いて整
理すると（８）式が得られる。

・・・（８） （８）式を用いて並列アドミッタンス電流を演算するど
きの離散化の方法について次に説明する。

電圧、電流は時間ｔの関数であることを表わすために、
以下添字（１）を付すことにする。（８）式は時間積分
の項を含むので、積分開始時間をｔ＝ｔｏとして変形す
ると（９）式が得られる。

・・・（ｌＯ） ・・・（９） 積分の方法としては、サンプリング間隔をΔｔとして、
例えば台形側を適用すると、 となる。ただし、積分の初期値は φ１（ｔｏ）＝φ２（ｔ　ｏ）　＝φａ（ｔｏ）＝０で
ある。又、電流増分として ・・・（１１） とおくと、並列アドミッタンス電流は（１３）式で得ら
れる。

なお、以上の演算過程から明らかに、 ・・・（１３） ｉ　１ｏ（ｔ　ｏ）＝　ｉ　ｚｏ（ｔ　ｏ）＝　ｉ　ｇ
ｏ（ｔ　ｏ）＝　Ｏ−（１４）である。

（７）式から明らかに、各並列アドミッタンス電流の大
きさは並列アドミツタンス値に比例する。

従って第８図で示した励磁突入時及び内部事故時におけ
る各並列アドミツタンス値の大小関係は、そのまま各並
列アドミッタンス電流の大小関係を表わしている。例え
ば励磁突入時は １ａｏ（ｔ）ｌ＞１ｉｘｏ（ｔ）ｌ、　１ｉｚｏ（ｔ）
ｌ　　−（１５）であるのに対し、１次巻線内部事故時
は１ｉｘｏ（ｔ）Ｉ＞１ｉｚｏ（ｔ）１，１ｉａｏ（ｔ
）Ｉ　　・・・（ｔ６）となる、このように、並列アド
ミッタンス電流の大小関係によって内部事故と励磁突入
とを判別することができる。内部事故と励磁突入とを判
別する具体的な方法の例を次に示す。

Σ１ｏ（ｔ）＝ｉｔｏ（ｔ）＋１ｚｏ（ｔ）＋１ａｏ（
ｔ）　　・・・（１７）とおく。差電流に対応するΣｉ
　ｏ（ｔ　）が第４図で示した等価回路の３個の並列ア
ドミッタンス要素のブランチに分流するが、その分流の
状況が励磁突入時と内部事故時とで異なると考えること
ができる。励磁突入時のΣ１ｏ（ｔ）はｙａｏのブラン
チに最も多く分流するが、１次巻線内部事故時はΣ１ｏ
（ｔ）のほとんどは３Ｆ１０のブランチに流れ、２次巻
線内部事故時はΣ１ｏ（ｔ）のほとんどは”７２０のブ
ランチに流れる。このような分流状況をとらえて、例え
ばに２＝０．５．に３＝ＯとしてＩ　ｉ　１ｏ（ｔ　）
Ｉ　　Ｋ２１Σ１ｏ（ｔ）Ｉ＞Ｋａ　　　−・−（ｔａ
）又は １ｉｚｏ（ｔ）Ｉ　　ＫｚｌΣ１ｏ（ｔ）ｌ＞Ｋａ　　
　−（１９）のとき内部事故と判定する。即ち、Σ１ｏ
（ｔ）の５０％以上がｙｌｏ又はｙ２０のブランチに分
流したときは、励磁突入ではなく、内部事故である。

以上述べた並列アドミッタンス電流による事故判定法は
、変数同志の除算を必要としないので演算時間が短かく
演算誤差も少ないこと、事故判定に変圧器構造で異なる
特別な判定値を必要としないこと、差電流の大きさに対
応した並列アドミッタンス電流によって事故判定できる
ことなどの特徴があり、前記した従来技術の問題点を一
挙に解決することができる。

一方（１８）式及び（１９）式のみでは鉄心脚に最も近
い最内層の３次巻線事故を判定できないので、３次巻線
事故を判定するための方法が別途必要である。−例とし
てｙａｏの値による判定法を次に示す。

（７）式及び演算式の離散化により、ｙａｏの値は（２
０）式で得られる。

ｙ　ａｏ＝　ｉ　ａｏ（ｔ　）／φ３（ｔ）　　　　　
　　　・・・（２０）第８図で示した並列アドミッタン
ス特性において、第８図（ｄ）の３次巻線事故時は、短
絡ターンによっては第８図（ａ）の励磁突入の場合とｙ
ｓｏの値が等しくなる場合がある。そこで、励磁突入時
のｙａｏの値より大きい判定値をα、小さい判定値をβ
とし、 ｙａｏ＞。　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２
１）又は ｙａｏくβ　　　　　　　　　　　　　　　・・・（２
２）のとき内部事故と判定する。（２０）乃至（２２）
を変形して １４ｏ（ｔ　）−αφａ（ｔ）＞Ｏ・・・（２３）又は １ａｏ（ｔ）−βφａ（ｔ　）＜　Ｏ−（２４）のとき
内部事故判定するようにすれば、除算なしで判定できる
。励磁突入時、及び３次巻線事故時のｙｓｏの値は’／
１０．　’／２０の値と比べて大きく、演算誤差の影響
は比較的小さい。３次巻線事故時において、ｙｓｏの値
が励磁突入時とほぼ等しくなるのは、一般に短絡ターン
が多く全短絡に近い場合である。仮にこのような事故が
発生するとすれば、短絡ターンの少ない事故から進展す
ることになるが、この事故進展途中において（２２）式
又は（２４）式で事故判定できるため、実用上は問題な
い。実に、（２２）式又は（２４）式を用いると１次巻
線事故及び２次巻線事故も判定できるので、（１８）式
、（１９）式による判定と二重に事故検出できることに
なり、事故検出の信頼性向上に効果がある。

以上で本発明の基本となる考え方の説明を終わり、次に
本発明を３次巻線変圧器保護に適用した場合の第１図の
演算フロー例を、図中に示したステップ毎に詳細に説明
する。

まずステップＳＬで時刻ｔにおける電圧ｖｔ（ｔ）。

ｖｚ（ｔ）、ｖａ（ｔ）、及び電流１１（ｔＬ　１２（
ｔＬｉａ（ｔ）をサンプリングする。電圧、電流は任意
の基準巻数に換算されているものとする。

ステップＳ２で差電流Σ１（ｔ）を（２５）式より求め
る。

Σ１（ｔ）＝ｉ１（ｔ）＋１ｚ（ｔ）＋１ａ（ｔ）　　
・・・（２５）ステップＳ３でΣ１（ｔ）の絶対値が所
定の検出レベルＫｓより大かどうかを判定する。Ｋｌよ
り小であればステップＳＩＺに進む。Ｋ１以上であれば
励磁突入又は内部事故であり、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４で差電流Σ１（ｔ）の絶対値が検出レベル
Ｋｌより大となった１回目のサンプリング時であるかど
うかを判定する。前回のサンプリング時から引き続きＫ
ｌより大であれば、ステップＳｓへ進む。１回目であれ
ばステップＳ５へ進む。

なお内部事故の場合、Σ１（ｔ）の極性が反転する付近
で、例えば前回のサンプリング時においてΣ１（ｔ）が
負極性でＫｚより大となり、現在のサンプリング時にお
いて正極性でに１より大となる場合があるにの場合、Σ
１（ｔ）の極性反転を検出して１回目と判定するように
しても良い。

ステップＳ５では次のように初期設定を行う。

まずｔｏ＝ｔとし、　　１ｔ（ｔｏ）、Ｌ２（ｔｏ）、
１ａ（ｔｏ）を記憶する。次に電圧ｖｘ（ｔ）、ｖｚ（
ｔ）、ｖａ（ｔ）の積分エリアとして、φｘ（ｔｏ）、
φ２（ｔＯ）１φａ（ｔ　ｏ）をクリアする。初期設定
後ステップＳｌｚへ進む。

ステップＳ６で電流増分ＡＩＤ）、ＡＺ　（ｔ）＊Ａａ
（ｔ）を（１２）式より求め、ステップＳ７で電圧積分
φＬ（ｔ）、φ２（ｔ）、　φ３（ｔ）を（１０）式よ
り求める。

ステップＳ８で並列アドミッタンス電流１ｔｏ（ｔＬｉ
　ｚｏ（ｔ　）ｔ　ｉ　ａｏ（ｔ　）を（１３）式より
求め、ステップＳ８で並列アドミッタンスｙ３ｏを（２
０）式で求める。

次にステップＳｔＯ乃至Ｓｔａにおける並列アドミッタ
ンス電流及び並列アドミッタンスの判定法について説明
する。

まず（１７）式でΣ１ｏ（ｔ）を求めて（１８）式及び
（１９）式左辺を演算する。次に（１８）、　（１９）
、　（２１）。

（２２）式が成立するかどうかを判定し、４個のうち少
なくとも１個の判定式が成立したら内部事故の可能性あ
り、即ち健全範囲外と判定して判定フラグをセットする
。４個の判定式の全てが不成立なら、健全範囲内である
と判定して判定フラグをリセットする。

内部事故を誤まりなく判別し、連続した遮断器トリップ
許容信号を出力するため、ステップＳ１４及びＳ１６に
おいて上記判定フラグの継続性を調べる。これには次に
示すような幾つかの方法がある。

（ａ）複数回、例えば２回又は３回以上継続して判定フ
ラグがセットされたら継続性ありと判定する。

（ｂ）一定時間の間、例えば主回路周波数の１サイクル
の間において、判定フラグが複数回セットされたら、そ
れが断続的であっても継続性ありと判定する。

（Ｃ）−たん継続性ありと判定したら、少なくとも一定
時間の間、例えば１サイクル間は継続性ありと判定し続
ける。

継続性ありと判定したとき、ステップＳ１７で故障判定
し、しゃ断器トリップ許容信号を出力する。

そうでないとき、ステップ５１Ｂで健全判定する。

トリップ許容信号は単独で、又は他の故障検出要素との
条件によってしゃ断器をトリップする信号となる。

以上で第２図の演算フロー例の説明を終る。

上記説明したフロー例は瞬時値演算のため、（１８）式
及び（１９）式左辺の値はサンプリング毎に変化する。

１サイクル間の平均的な値を得るためには、例えばサン
プリング間隔が電気角３０度の場合、並列アドミッタン
ス電流値として１２サンプル分の絶対値の総和をとれば
良い。この場合、（１８）式及び（１９）式に代る判定
式は（２６）式及び（２７）式となる。

外部系統で地絡、短絡等の事故が発生した場合、事故電
流が変圧器を通過するが、この事故電流の大きさ、含有
直流分などによっては変流器の誤差によって差電流が発
生することがある。この誤差による差電流の大きさが検
出レベルを越えると、上記した方法では内部事故と誤判
定する恐れがある。これを防ぐには、例えばに４＝０．
３．Ｋａ＝０として １Σｉｔ−に４（Ｉｉｔｌ＋ｌ１ｚｌ＋口ａｔ）＞Ｋｓ
　　　　・・・（２８）のとき事故判定する、いわゆる
通過電流抑制を併用すれば良い。このような事故判定要
素の構成例を第９図に示す。第９図において１０１及び
１０２は並列アドミッタンス電流を用いた（１８）式及
び（１９）式の判定式による判定要素を示し、１０３は
通過電流抑制として（２８）式の判定式を用いた判定要
素を示す。第９図中に示すようにＯＲ要素とＡＮＤ要素
を用いることにより、判定式（１８）又は（＝１９　）
のいずれかが成立して事故判定しても、判定式（２８）
が成立しなければトリップ信号は出力されないので、外
部事故による誤動作を防止できる。

事故判定要素の他の構成例を第１０図に示す。

第１０図において第９図と同一部分は第９図と同一符号
を付し、説明を省略する。第１０図において第９図と異
なるのは１０４，１０５の判定要素が追加された点であ
る。１０４はいわゆる第２高調波抑制を用いた判定要素
で、判定式の例を（２９）式に示す。

１Σｉ　ｚｘｌ　−ＫｅｌΣｉ　ｚｚｌ　＞　Ｋ　７　
　　　　　・・・（２９）ここでΣｉｚｘは差電流Σｊ
の基本波成分、Σｉｚ２は第２高調波成分で、例えばＫ
ｓ＝０．１５゜Ｋ７＝０に設定する。−次側及び二次側
の系統条件によっては１次巻線又は２次巻線事故時に第
２高調波付近の低次高調波電流が発生し、１０４の要素
では事故判定ができない場合がある。このような系統条
件であっても、一般に低圧側である３次巻線事故時は、
発生する低次高調波電流は小さい。

従って３次巻線事故時は１０４の要素によって十分に高
速度で事故判定することができ、第９図の構成では３次
巻線事故を判定できない問題点が解決される。１０５は
いわゆる瞬時過電流による判定要素で、判定式の例を（
３０）式に示す。

！Σ１Ｉ−Ｋａ＞Ｋｏ　　　　　　　　　　　＝４３０
）例えばに♂は定格電流の５倍の値、Ｋ８は零に設定す
る。１０５の判定要素を付加することによって巻線全短
絡などの重事故時に、電流波形などにかかわらず高速度
で遮断器トリップ信号を出力できる。

事故判定要素の更に他の構成例を第１１図に示す。第１
１図において第９図と同一部分は第９図と同一符号を付
し、説明を省略する。第１１図において第９図と異なる
のは１０６，１０７の判定要素が追加された点である。

１０６，１０７は並列アドミッタンスｙａｏを用いた（
２３）、　（２４）式の判定要素を示す。前記したよう
に、これによって第２高調波抑制の判定を用いることな
く、実用止金ての巻線事故を検出し、トリップ信号を出
力することができる。

事故判定要素の更に他の構成例を第１２図に示す。第１
２図において第１１図と同一部分は第１１図と同一符号
を付し、説明を省略する。第１２図において第１１図と
異なるのは１０４゜１０５の判定要素が追加された点で
ある。第１２図において１０４，１０５は第１０図にお
ける同一符号のものと同じ判定要素で、１０４は第２高
調波抑制による（２９）式を用いた判定要素、１０５は
瞬時過電流による（３０）式を用いた判定要素である。

このように構成することで、一つの内部事故に対し、複
数の判定要素による事故判定が可能となり、事故検出の
信頼性が向上する。

本発明が分離巻線形変圧器のみでなく、単巻変圧器にも
適用できることを第１３図で説明する。

第１３図はその路線図で、１は保護対象の単巻変圧器、
１０は鉄心、１１，１２．１３は直列巻線、分路巻線、
３次巻線である。第１３図の単巻変圧器は３個の巻線１
１，１２．１３を有する３巻線変圧器であり、各巻線電
圧としてｖｔ’　、　ｖｚ。

ｖ３、及び各巻線電流としてｉｌ、ｉ４．ｉａを用いれ
ば良い。又、１次巻線（１１＋１２）、２次巻線１２，
３次巻線１３で構成される３巻線変圧器と考えれば、電
圧としてＶｌ、　Ｖｌ、　ＶＢ　、及び電流としてｉｔ
、ｉｚ、ｉｓを用いれば良い。

以上本発明を３巻線変圧器に適用した例を説明したが、
本発明は３巻線変圧器のみでなく、４巻線以上の変圧器
にも、もちろん２巻線変圧器にも適用できる。２巻線変
圧器に適用する場合の概略を次に説明する。

第１４図は単相２巻線変圧器の路線図で、１０は鉄心、
１１　、４２は１次及び２次巻線を示す。

図中１１．ｉｚは１次及び２次電流、Ｖｌ、　Ｖｌは１
次及び２次電圧を示す。第１４図の２巻線変圧器を４端
子回路網と考えると、定常運転時、励磁突入時、内部事
故時などの状態にかかわらず、電圧。

電流は一般に（３１）式のアドミッタンス方程式で関係
づけられる。

（３１）式右辺のアドミッタンス行列において、対角要
素ｙｔｔｔ　ｙｚｚは駆動点アドミッタンス、非対角要
素ｙ１２．ｙ２１は伝達アドミッタンスである。

簡単のために第１４図の２巻線変圧器の１次及び２次巻
線の巻数を等しいとする。即ち、各電圧。

電流は任意の基準巻数に換算されているものとすると、
（３１）式右辺のアドミッタンス行列は対称行列となり
、独立なアドミッタンス要素はｙｌｌ。

ｙ　２１＋　ｙ　１！（＝　ｙ　ａｔ）の３個であるＯ
第１５図は独立は３個の要素から成り、（３１）式を満
足する２巻線変圧器の等価回路である。第１５図中ｙ１
０．　ｙ２０は並列アドミッタンスで、駆動点アドミッ
タンス及び伝達アドミッタンスと（３２）式によって関
係づけられる。

第１５図における一ｙ１２の部分は２巻線変圧器の漏れ
インダクタンスに対応し、その値は定常運転時、励磁突
入時、内部事故時などの状況にかかわらずほぼ一定値で
ある。基準巻数に換算された１次−２次間の漏れインダ
クタンスをＬｌｚとすると、伝達アドミッタンスは ’Ｊｌｚ＝　　１／Ｌｔｘ　　　　　　　　　　　・・
・（３３）によって得られる。

（３１）式を変形すると、各駆動点アドミッタンスは（
３４）式で表わせる。

３巻線変圧器の構造例として示した第７図と同様に１次
巻線が外側に、２次巻線が内側に同心配置された２巻線
変圧器における励磁突入時及び内部事故時の並列アドミ
ッタンス特性は、３巻線変圧器での特性例として示した
第８図と同様である。

即ち２巻線変圧器において外側に巻回された１次巻線に
関する並列アドミッタンスｙ１０は、３巻線変圧器にお
いて最外層に巻回された１次巻線に関する並列アドミッ
タンスｙ１ｏの特性と同様である。

２巻線変圧器において内側に巻回された２次巻線に関す
る並列アドミッタンスｙ２ｏは、３巻線変圧器において
最内層に巻回された３次巻線に関する並列アドミッタン
スｙａｏの特性と同様である。

第１５図で示した２巻線変圧器の等価回路において、並
列アドミッタンスｙｔｏ、　ｙｚｏの各要素を通る電流
ｉｌｏ、ｉ２ｏを並列アドミッタンス電流と定義する。

定常運転時及び励磁突入時における変圧器の励磁電流は
ｉｉｏとｉｚｏの和である。即ち、並列アドミッタンス
電流は変圧器の励磁状態を表わしている。内部事故状態
も含めると、並列アドミッタンス電流は変圧器の見かけ
の励磁状態を表わしている。

第１５図より（３５）式が成立する （３２）式を（３５）式に代入し、更に（３４）式を用
いて整理すると（３６）式が得られる。

（３６）式を用いて並列アドミッタンス電流を演算する
ときの離散化の方法、内部事故と励磁突入とを判別する
ときの具体的な方法などは３巻線変圧器の場合と同様で
あり、前記した３巻線変圧器を対象とした説明から容易
に類推できるので、以下説明を省略する。

本発明の他の特徴として、上記した並列アドミッタンス
電流の値によって内部事故発生時に事故巻線を特定でき
るので、次に３巻線変圧器の場合を対象としてこれを説
明する。

例えば事故判定要素の構成例として示した第１２図を参
照し、事故判定要素１０１，１０２゜１０６及び１０７
に着目すると、内部事故時の各事故判定要素の動作は次
のようになる。まず１次巻線事故のとき、判定式（１８
）が成立するので判定要素１０１は１′″を出力するが
、判定式（１９）。

（２３）及び（２４）は非成立なので、判定要素１０２
゜１０６及び１０７の出力は“ＯＩ＋のままである。

２次巻線事故のとき、判定式（１９）が成立するので判
定要素１０２は１″″を出力するが、判定式（１８）、
　（２３）及び（２４）は非成立なので、判定要素１０
１．１０６，１０７（７）出力は′１０１＋　（１）ま
まである。３次巻線事故のとき、判定式（２３）又は（
２４）が成立するので判定要素１０６又は１０７のどち
らかは１”を出力するが、判定式（１８）及び（１９）
が非成立なので、判定要素１０１及び１０２は“０”の
出力のままである。即ち、各判定要素の判定結果の出力
状態を知ることによって、事故巻線を特定することがで
きる。これは、事故と判定して遮断器の開放指令を出力
したときに、そのときの各判定要素の判定結果の出力状
態を第１図で示した計算機の記憶部７に記憶しておく、
又は出力部８に出力する、又は係数設定器９に表示する
などによって実現可能である。変圧器の内部事故が発生
して変圧器を電力系統から切り離した後、上記のように
して記憶していた各判定要素の出力から事故巻線を特定
できることは、事故の原因究明、早期復旧などに多大の
効果がある。又、遮断器の開放指令を出力した瞬時の判
定結果のみでなく、遮断器に開放指令が出力されるまで
の一定時間の複数サンプル分の判定結果を記憶しておく
ようにすれば、事故発生状況を更に詳しく知ることがで
きる。更に、各判定要素の判定結果のみでなく、演算結
果の値を記憶しておけば、内部事故の大きさも推定でき
、事故の復旧に更に効果がある。

又、各判定要素の判定結果、演算結果の値などから内部
事故発生部位、ひいては事故の大きさなどを推定するプ
ログラムを計算機の中に内蔵しておき、これらの結果を
記憶又は出力又は表示するようにしておけば、事故発生
後の更に迅速な対応が可能となる。

（発明の効果〕 以上述べたように本発明によればディジタル方式の変圧
器の保護方法において、並列アドミッタンス電流による
事故判定を基本にしているので、簡単な演算で高精度、
高感度で事故検出できる特徴がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の演算フロー図、第２図は本発明に用い
る計算機の基本構成図、第３図は３巻線変圧器の路線図
、第４図乃至第６図はその等価回路、第７図は３巻線変
圧器の巻線配置図、第８図は３巻線変圧器の並列アドミ
ッタンス特性図、第９図乃至第１２図は本発明の事故判
定要素の構成例、第１３図は単巻変圧器の路線図、第１
４図と第１５図は２巻線変圧器の等価回路である。 ５・・・入力部、６・・・演算処理部、７・・・記憶部
、８・・出力部、９・・・係数設定器、１１．１２・・
・保護対象変圧器の１次及び２次巻線、４１．４２・・
・遮断器、第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 第 第 図 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、保護対象変圧器の端子電流と端子電圧とから前記変
   圧器の見かけの励磁状態を表わす並列アドミッタンス電
   流を求め、該並列アドミッタンス電流の大きさに応じて
   前記変圧器が内部事故状態にあることを判定して遮断器
   に開放指令を与えることを特徴とする変圧器の保護方法
   。 ２、保護対象変圧器の各端子電流から差動電流を求めて
   その大きさに応じて前記変圧器の内部事故状態か励磁突
   入状態であることを判別し、且つ端子電流と端子電圧と
   から前記変圧器の見かけの励磁状態を表わす並列アドミ
   ッタンス電流を求め、該並列アドミッタンス電流の大き
   さに応じて内部事故状態を判別して遮断器に開放指令を
   与えることを特徴とする変圧器の保護方法。 ３、保護対象変圧器の端子電流と端子電圧とから前記変
   圧器の見かけの励磁状態を表わす並列アドミッタンス電
   流及び前記変圧器の端子電流と端子電圧を関係づけるア
   ドミッタンスパラメータを求め、該並列アドミッタンス
   電流の値又は該アドミッタンスパラメータの値に応じて
   前記変圧器が内部事故状態にあることを判定して遮断器
   に開放指令を与えることを特徴とする変圧器の保護方法
   。 ４、保護対象変圧器の各端子電流から差動電流を求めて
   その大きさに応じて前記変圧器の内部事故状態か励磁突
   入状態であることを判別し、且つ端子電流と端子電圧と
   から前記変圧器の見かけの励磁状態を表わす並列アドミ
   ッタンス電流及び前記変圧器の端子電流と端子電圧を関
   係づけるアドミッタンスパラメータを求め、該並列アド
   ミッタンス電流の値又は該アドミッタンスパラメータの
   値に応じて内部事故状態を判別して遮断器に開放指令を
   与えることを特徴とする変圧器の保護方法。 ５、変圧器の各巻線に流れる励磁電流に相当する並列ア
   ドミッタンス電流を算出し、その大きさに応じて変圧器
   の故障発生巻線を特定することを特徴とする変圧器の故
   障巻線検出方法。 ６、変圧器の各巻線に流れる励磁電流に相当する並列ア
   ドミッタンス電流を各巻線の端子電圧と各巻線の端子電
   流を用いて算出し、その大きさに応じて変圧器の故障発
   生巻線を特定することを特徴とする変圧器の故障巻線検
   出方法。 ７、変圧器の各巻線に流れる励磁電流に相当する並列ア
   ドミッタンス電流と並列アドミッタンスを算出し、その
   大きさに応じて変圧器の故障発生巻線を特定することを
   特徴とする変圧器の故障巻線検出方法。 ８、請求項７記載の変圧器の故障巻線検出方法において
   、変圧器鉄心に最も近い位置に配置された巻線では並列
   アドミッタンスを算出しその他の巻線では並列アドミッ
   タンス電流を故障巻線の検出に利用することを特徴とす
   る変圧器の故障巻線検出方法。 ９、変圧器の各巻線に流れる励磁電流に相当する並列ア
   ドミッタンス電流と並列アドミッタンスを各巻線の端子
   電圧と各巻線の端子電流を用いて算出し、その大きさに
   応じて変圧器の故障発生巻線を特定することを特徴とす
   る変圧器の故障巻線検出方法。 １０、請求項９記載の変圧器の故障巻線検出方法におい
   て、変圧器鉄心に最も近い位置に配置された巻線では並
   列アドミッタンスを算出しその他の巻線では並列アドミ
   ッタンス電流を故障巻線の検出に利用することを特徴と
   する変圧器の故障巻線検出方法。