JPH0245414B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、継電器を用いた変圧器保護方法に
関し、特に変圧器の内部事故を確実に検出する方
法に関するものである。

［従来の技術］ 従来より、電力系統に接続される変圧器の内部
事故を検出するために差動継電器を用いること
は、広く行なわれている。

変圧器はエネルギの通過手段であり、その出入
口に電流変成器を設け、これら検出された電流を
合成して差動電流を求め、この差動電流の有無を
以て事故の有無を検出することは、電気回路にお
けるキルホツフの第一法則が成立するか否かを見
ていることであり、最も合理的とされている。こ
うした変圧器の差動保護では、常時は変圧器の電
圧（磁束）を確立するための励磁電流が誤差とし
て差動電流になつて流れる以外はほとんど零に近
く問題はないが、投入時は変圧器の磁束（電圧）
を確立するまでの間、過渡励磁電流（励磁突入電
流）がかなりの大きさをもつて流れ、本来の事故
時に流れる故障電流と大きさの上では見分けがつ
かない。

この問題を回避するため、従来より過渡励磁電
流の波形に着目した、いわゆる高調波抑制方式が
用いられている。即ち、変圧器投入時に流れる過
渡励磁電流を調波分析すれば、高調波成分が多い
ので、これを利用して投入時に流れる過渡励磁電
流による誤動作を防止している。

しかし、上記のような差動継電器を用いた従来
方法では、検出信号の処理にフイルタを必要と
し、その過渡現象を避けるのに時間遅れを持たせ
たりするため、基本波に対する応動が遅れ、継電
器の動作時間が長くなつてしまう。又、変圧器内
部の事故検出の確実性も十分ではない。

これを解決するため、例えば特開昭55−18856
号公報に開示されたように、変圧器の内部誘起電
圧を求め、継電器の動作を迅速にし且つ変圧器内
部事故の検出を確実にする方法が開発されてき
た。特開昭55−18856号公報に記載された技術内
容は、変圧器の一次側電圧、電流、二次側電圧、
電流を取り込み、予め与えられた一次側、二次側
の各巻線数に応じた全体電圧を求め、これら一次
側、二次側の全体電圧の比較により、変圧器投入
時と変圧器内部事故との識別を行うものである。

そして、変圧器の内部誘起電圧の両側に存在す
る漏洩インピーダンスを求め、この漏洩インピー
ダンスと全体電圧とから、電気回路的に内部誘起
電圧を求めている。更に、電気的定数に基づく内
部誘起電圧と磁気的特性に基づく内部誘起電圧と
の差の変動から内部事故を判別する方法も考えら
れる。この場合、一次側及び二次側の両方で上記
電圧差を演算し、 ω₁＝L₁（dI₁／dt）＋R₁I₁− V₁＋N₁（dΦm／dt） ε₂＝L₂（dI₂／dt）＋R²I₂− V₂＋N₂（dΦm／dt） の変動が独立に監視される。しかし、実際には、
漏洩インピーダンスL₁及びL₂は、変圧器を休止
して特性試験した結果から上式のように一義的に
分離することはできず、もし、分離できたとして
も無視できない程度の誤差を含んでいる可能性が
ある。従つて、２つの電圧差を一次側及び二次側
の双方で監視して内部事故を判別することは、実
用上困難が伴う。

［発明が解決しようとする問題点］ 従来の変圧器保護方法は以上のように、第１の
方法においては動作遅れという問題点があり、
又、第２の方法においては、電気回路的に内部誘
起電圧を求めているので、内部誘起電圧に事故が
生じても、各漏洩インピーダンスの事故と識別で
きないという問題点があつた。更に、第３の方法
においては、誤差を含む可能性のある漏洩インピ
ーダンスに基づいて一次側及び二次側の作用素ε₁
及びε₂を求めているので、内部事故を確実に判別
することができず、実用的でないという問題点が
あつた。

この発明は上記のような問題点を解決するため
になされたもので、動作を迅速にし且つ変圧器の
内部事故を確実に検出できる変圧器保護方法を得
ることを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る変圧器保護方法は、変圧器の一
次側及び二次側のそれぞれの電流値I₁，I₂及び電
圧値E₁，E₂を検出し、電流値I₁，I₂から正規化さ
れた代数和電流I_Dを求め、この代数和電流I_Dと変
圧器の励磁インピーダンスの励磁特性とに基づい
て、磁気的特性に基づく変圧器の内部誘起電圧
EΦを求め、一方、変圧器の一次側及び二次側の
それぞれの電圧値E₁，E₂を電流値I₁，I₂で補償す
ると共に、一次側及び二次側について得られる２
つの電圧値を平均化して、電気的定数に基づく変
圧器の内部誘起電圧E_Iを求め、こうして求められ
た内部誘起電圧EΦとE_Iとを比較することにより、
変圧器の内部事故を判別するようにしたものであ
る。

［作用］ この発明においては、変圧器の内部誘起電圧に
対応する励磁インピーダンスの磁束関数即ち励磁
特性を予め求めておき、磁気回路として変圧器の
内部誘起電圧EΦを検出すると共に、電気回路と
しての内部誘起電圧E_Iを、一次側及び二次側につ
いて求められる２つの電圧値の平均化により求
め、これらEΦとE_Iとを比較することにより、そ
の変動を確実に検知して変圧器の内部事故を判別
する。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第１図はこの発明による変圧器保護方法を説
明するためのブロツク回路構成図である。図にお
いて、１は保護対象となる変圧器、２及び３は変
圧器１の高圧側及び低圧側にそれぞれ設けられた
電流変成器即ち変流器である。変圧器１の等価回
路は第２図に示す通りであり、高圧側の漏洩イン
ピーダンス３１と、この漏洩インピーダンス３１
に接続されて励磁電流を流す励磁インピーダンス
３２と、この励磁インピーダンス３２に並列接続
されて理想の変圧器作用を起こす部分３３と、こ
の理想変圧器部分３３に接続された低圧側の漏枝
インピーダンス３４とからなつている。そして、
変圧器１の本体の動作は、周知のごとく高圧側の
一次側端子１ａに電圧が印加されれば低圧側の負
荷に応じて一次、二次側に電流が流れる。その
際、内部の漏洩インピーダンス３１によりドロツ
プを生じ、その分を差引きした後、励磁インピー
ダンス３２により変圧し、更に二次側の漏洩イン
ピーダンス３４によるドロツプが生じた後、二次
側端子１ｂに出力電圧が表れるようになつてい
る。

第１図において３９，４０は変圧器１の高圧
側、低圧側にそれぞれ設けられた電圧変成器であ
る。４１〜４７は変流器２，３及び変成器３９，
４０の電流、電圧を変成する補助変成器であり、
４１及び４３は高圧側の電流I₁用、４２及び４４
は低圧側の電流I₂用、４５及び４６はそれぞれ高
圧側及び低圧側の電圧E₁，E₂用、４７は代数和
電流I_D用である。５１〜５７はそれぞれ補助変成
器４１〜４７に対応して設けられ、各補助変成器
４１〜４７の出力レベルを調整するレベルコンバ
ータである。

６１〜６７は各レベルコンバータ５１〜５７を
介したI₁，I₂，I₁，I₂、E₁，E₂，I_Dの値をサンプル
し且つホールドするサンプルホールドアンプ、７
１〜７４は各サンプルホールドアンプ６１〜６４
の出力を受けて適当なゲインで増幅する可変ゲイ
ンアンプ、７５〜７７はバツフアアンプである。
尚、各可変ゲインアンプ７１〜７４のゲイン変更
は、後述するマイクロプロセツサ８４の指令出力
により行なわれる。

８１は各アンプ７１〜７７の出力を切換えて
ADコンバータ８２に入力するマルチプレクサで
ある。ADコンバータ８２は以上の動作に必要な
精度と速度を有している。８３はADコンバータ
８２の出力を一時記憶するレジスタである。８４
はマイクロプロセツサであり、ADコンバータ８
２からの入力を受けて変換、演算、判定時の処理
を行う他、サンプルホールドアンプ６１〜６７、
可変ゲインアンプ７１〜７４、マルチプレクサ８
１、ADコンバータ８２等にタイミング制御信号
を送出し且つ上記処理結果から変圧器１の内部事
故を判別し、出力ロジツク８５にその判別信号を
出力するようになつている。

次に、第３ａ図及び第３ｂ図に示したマイクロ
プロセツサ８４の詳細動作のフローチヤート図を
参照しながら、この発明の実施例の動作について
説明する。以下のフローは、周期的に発せられる
プログラム起動指令により処理される。

まず、補助変成器４１，４２から変圧器１の高
圧側電流I₁、低圧側電流I₂を読込み（ブロツク１
０１）、それぞれCT比を乗じてCT即ち変流器２
の一次側電流を得た後、変圧器変圧比を乗じて正
規化された一次側電流を得る。これを電流I₁の補
正（ブロツク１０２）及び電流I₂の補正（ブロツ
ク１０３）と称する。次に、ブロツク１０４に進
み、正規化されたI₁，I₂から代数和電流I_Dを、 I_D＝I₁＋I₂ により算出する。このI_Dの値は、補助変成器４７
から検出される値よりも、補正されたI₁，I₂を用
いているので正確である。具体的には、正規化さ
れた代数和電流I_Dは、 I_D＝I₁＋（N₂／N₁）I₂ 但し、N₁，N₂：一次側、二次側の巻数で表さ
れる。又、実際には、I₁，I₂が反極性のベクトル
であるため、正規化された代数和電流I_Dは、公知
の差動電流となり、通常はほぼ０に近い値とな
る。

この代数和電流I_Dは、第２図に示した変圧器１
の等価回路でいえば、内部の励磁インピーダンス
３２に流す励磁電流にほぼ等しい。このとき、わ
ずかな対地静電容量による漏洩分があるが、励磁
電流に比べて小さいので無視してよい。代数和電
流I_Dが励磁電流に等しいので、このI_Dを使つて予
め与えられた励磁特性から、内部誘起電圧EΦ即
ち励磁インピーダンス３２の両端間電圧V₃₂を、 EΦ＝ｆ（I_D） で計算する（ブロツク１０５）。ここで、ｆは励
磁インピーダンス３２のインピーダンス値に相当
するが、公知のように代数和電流I_Dの電流値に対
する関数として、非線形に変動する。

このブロツク１０５では、予め与えられたテー
ブルにより、代数和電流I_Dに近いI_D0とこのI_D0に
対応するEΦ₀を選び出し、 EΦ＝EΦ₀＋f′（I_D0）（I_D−I_D0） 等により計算を簡略化しても実用上支障がない。
なぜなら、I_Dが大きい値の領域では、f′（I_D）が比
較的小さくなつており、f′（I_D）△I_Dでも代数和電
流I_Dに対してEΦの誤差分が小さくなるからであ
る。

次に、補助変成器４５，４６から一次電圧E₁、
二次電圧E₂を読込み、又、補助変成器４３，４
４からI₁，I₂を読込み、更に、タツプチエンジヤ
のタツプ位置を読込み、変圧器１内の一次、二次
巻線巻数N₁，N₂の値を与えられた表から読取る
（ブロツク１０６）。

次に、ブロツク１０７に進み、高圧側の電圧
E₁及び電流I₁と、漏洩インピーダンスZ₁（第２図
の漏洩インピーダンス３１に相当）とから、一次
側の電気的定数に基づく変圧器１の内部誘起電圧
Ee₁を Ee₁＝E₁−Z₁I₁ から求める。

続いてブロツク１０８において、低圧側の電圧
E₂及び伝流I₂と、漏洩インピーダンスZ₂（第２図
の漏洩インピーダンス３４に相当）とから、二次
側の電気的定数に基づく変圧器１の内部誘起電圧
Ee₂を Ee₂＝E₂＋Z₂I₂ から求める。

こうして一次側及び二次側について求められた
内部誘起電圧Ee₁及びEe₂を、変圧器巻線比（高
圧側：N₁、低圧側：N₂）により寒準化して補正
し、 Ee₁／N₁≒Ee₂／N₂ を確かめる（ブロツク１０９）。

尚、単位法（p.u.）による基準化がブロツク１
０７及び１０８で既に行われた場合には、ブロツ
ク１０９において Ee₁≒Ee₂ が確かめられる。もし、両者が大きく異なる場合
は、計測系の故障等とみなして公知の警報装置
（図示せず）を作動させることは言うまでもない。

ここで、２つの誘起電圧が等しければ内部事故
がないとみてよいから、内部誘起電圧として確か
らしい値は、両者を平均化した値、即ち、 E_I＝ｋ・Ee₁＋ｌ・Ee₂ で求められる（ブロツク１１０）。ここで、Ee₁
及びEe₂は単位法によつて基準化された値であ
り、重み付け変数ｋ及びｌの値は、常識的には、 ｋ＝ｌ＝１／２ である。

こうして端子電圧E₁及びE₂にそれぞれ電流補
償を施して求めた内部誘起電圧E_Iと、測定電流I₁
及びI₂の正規化された代数和電流I_Dから求めた磁
気的特性に基づく内部誘起電圧EΦとを比較すれ
ば（ブロツク１１１）、これらは事故がなければ
当然等しい筈である。又、電気的定数に基づく内
部誘起電圧E_Iは事故がなければ低下することはな
く一定なので、その変動分を考慮した値k₀を選び
これらを比較すれば（ブロツク１１２）、E_Iは一
定値k₀以上である。これら２つの条件のどちらか
が成立しているとき、マイクロプロセツサ８４
は、変圧器内部に事故はないと判断して抑制出力
「１」を出力する（ブロツク１１３）。

以上のように、入力側及び出力側双方の電流、
電圧の測定値I₁，I₂，E₁，E₂から、電流I₁，I₂に
基づく内部誘起電圧EΦと、電圧E₁，E₂に基づく
内部誘起電圧E_Iとを求め、これらを比較すると共
に、変動分を検出して事故の判別を行つているの
で、過渡励磁状態において生じる不安定検出動作
を防止し且つ即応性及び信頼性の優れた変圧器保
護方法を実現していることが解る。又、変圧器の
休止状態での試験では、実際には分離できない漏
洩インピーダンス３１及び３４の電気的定数を、
一次側及び二次側から得られる値を平均化して丸
め処理することにより誤差を相殺し、電気的定数
に基づく内部誘起電圧E_Iを求めているので、実用
的で信頼性の高い事故判別を行うことができる。
もし、漏洩インピーダンス３１及び３３側で事故
が発生すれば、電気的定数に基づく内部誘起電圧
E_Iが変動し、励磁インピーダンス３２側で事故が
発生すれば、磁気的特性に基づく内部誘起電圧
EΦが変動することになる。従つて、両者の比較
により内部事故及びその異常部分を確実に検出す
ることができ、速やかに変圧器の保護を行うこと
ができる。

第３ｂ図は、第３ａ図のブロツク１１２に続く
フローチヤート図であり、電流及び電圧の検出値
からマイクロプロセツサ８４が第２高調波成分を
検出して、投入時の異常検知における誤動作を阻
止するようにした場合を説明するためのものであ
る。この考え方は、いわゆる第２高周波抑制機能
という従来行なわれていた方法であるが、フイル
タを使用せずにマイクロプロセツサ８４の演算処
理により調波分析を行うようにしているので基本
波に対する応動が迅速になり、第３ａ図の動作に
付加して一層の効果が得られるものである。

まず、上述の電流I₁，I₂及びE₁，E₂の読込み時
点で、以下の調波分析に便利な電圧０の時点を読
込み（ブロツク１１４）、このときのI₁，I₂の値
を（I₁）₀，（I₂）₀とする。これを用いて、 （I_D）₀＝（I₁）₀＋（I₂）₀・N₂／N₁ を算出する（ブロツク１１５）。

以下、（I_D）₀、（I_D）₁…、（I_D）₁₁をそれぞれ、ω
t＝
2π／12毎に順次読込み記憶する（ブロツク１１
５，１１６，１１７）。これらを、y₀，y₁，…，
y₁₁とすると、直流分a₀、基本波分a₁及びb₁、第
２高周波分a₂及びb₂は、それぞれ a₀＝（y₀＋y₁＋y₂＋…＋y₁₁）／12 a₁＝［y₀−y₆＋（y₁−y₅−y₇＋y₁₁）／２ ＋√３・（y₂−y₄−y₈−y₁₀）／２］／６ b₁＝［y₀＋y₆＋y₃−y₉ ＋（y₂＋y₄−y₀−y₁₀）／２ ＋√３（y₁−y₅−y₇−y₁₁）／２］／６ a₂＝［y₀＋y₆−y₃−y₉＋（y₁−y₂−y₄ ＋y₅＋y₇−y₈−y₁₀−y₁₁）／２］／６ b₂＝［y₀＋y₃＋y₆＋y₉＋√３（y₁＋y₂ −y₄−y₅＋y₇＋y₈−y₁₀−y₁₁）／２］／６ として求まる（ブロツク１１８）。

次に、こうして求めた各直流成分の中から、直
流分a₀を所定値ｋと比較して（ブロツク１１９）、
直流分a₀が大きいときは、これを検出してブロツ
ク１２３に進み抑制出力「１」を生じるようにす
る。

又、各調波成分ai、biの絶対値を所定値k′と比
較して（ブロツク１２０）、これらが全て小さい
ときは、励磁電流そのものが小さいのであるか
ら、ブロツク１２３に進み抑制出力「１」を生じ
てよい。

更に、各調波成分ai、biの互いに直交する成分
の比をとり、所定値k′と比較して（ブロツク１２
１）、例えば a₂＜k₁b₁ b₂＜k₁a₁ であれば、ブロツク１２３に進み抑制出力「１」
を出力する。同時に、 a₂＜k₂a₁ b₂＜k₂b₁ を満足している場合も抑制出力「１」を出力す
る。

更に、第２高調波成分の実効値Ｉ〓f₂及び基本波
成分の実効値Ｉ〓f₁をそれぞれ、 Ｉ〓f₂＝√₂ ²＋₂ ² Ｉ〓f₁＝√₁ ²＋₁ ² から求め、所定値k″と比較して（ブロツク１２
２）、 Ｉ〓f₂≧k₁₂Ｉ〓f₁ であれば、第２高調波成分が大であるとして、ブ
ロツク１２３に進み抑制出力「１」を生じさせ
る。

以上のブロツク１１９〜１２２の各比較条件が
いずれも成立しないときは、内部事故と判別して
ブロツク１２４に進み動作出力「１」を生じせし
める。

このようにして、変圧器健全時の過渡現象によ
り生じる差動継電器の誤動作は、完全に防止され
る。

又、この発明によれば、変圧器１の内部事故時
には電圧が低下して電流が流入するため、電流
I₁，I₂に基づいて生じると仮定した内部誘起電圧
EΦと、電圧E₁，E₂に基づいて推定した内部誘起
電圧E_Iとが等しくなく（EΦ＞E_I）なり、平衡関
係（ブロツク１１１）がくずれる結果、ブロツク
１１３に進まず抑制出力「１」を生じない。従つ
て、第２調波成分を差動電流中に見出しにくい場
合にも、ブロツク１２４に進み動作出力「１」を
生じることになる。尚、上記実施例において、第
３ａ図のブロツク１０７及び１０８内で用いられ
る漏洩インピーダンスZ₁及びZ₂は、オンライン計
測値によつて補正された値であることは言うまで
もない。即ち、時間的に変動し得る計測値E₁，
E₂，I₁，I₂，N₁及びN₂と、変圧器運転開始前
（オンライン）に試験計測された一次及び二次間
の漏洩インピーダンスZ₁₂（単位法によつて基準化
された値）とを用いて、例えば Z₁＝−I₂・Z₁₂／（I₁−I₂）＋ （E₁−E₂）／（I₁−I₂） Z₂＝I₁・Z₁₂／（I₁−I₂）− （E₁−E₂）／（I₁−I₂） から計算される。従つて、Z₁及びZ₂をほぼ正確に
分離することができる。ここで、 Z₁＋Z₂＝Z₁₂ である。

又、この場合、ブロツク１０７及び１０８にお
いて、巻数N₁及びN₂を用いて、電圧E₁，E₂及び
電流I₁，I₂をそれぞれ単位法（P.u.）で表現する
基準化が行われているので、ブロツク１０９にお
いては、 Ee₁≒Ee₂ が判定される。尚、ブロツク１０９は、単なる計
測系チエツク用のブロツクであり、この発明の特
徴ではないので、削除してもよい。

更に、ブロツク１１０において、ｋ及びｌの値
を、 ｋ＝ｌ＝１／２ として、内部誘起電圧Ee₁及びEe₂を平均化する
場合を示したが、ｋ及びｌの値は、 ｋ＋ｌ＝１ を満たす範囲内で、それぞれ任意に設定され得る
ことは言うまでもない。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、変圧器の一次
側及び二次側のそれぞれの電流値I₁，I₂及び電圧
値E₁，E₂を検出し、電流値I₁，I₂の代数和電流I_D
と変圧器内の励磁インピーダンスの励磁特性励磁
特性とに基づいて変圧器の内部誘起電圧EΦを求
め、一方、電圧値E₁，E₂を電流値I₁，I₂で補償し
て変圧器の内部誘起電圧E_Iを求め、２つの内部誘
起電圧EΦとE_Iとを比較することにより、変圧器
の内部事故を判別するようにしたので、変圧器内
部の励磁インピーダンスの故障による事故を確実
に検知できる変圧器保護方法が得られる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を説明するための
ブロツク構成図、第２図は変圧器の等価回路図、
第３ａ図及び第３ｂ図はこの発明の一実施例の動
作を説明するためのフローチヤート図である。 １……変圧器、２，３……電流変成器、３９，
４０……電圧変成器、８４……マイクロプロセツ
サ、I₁……一次側電流値、I₂……二次側電流値、
E₁……一次側電圧値、E₂……二次側電圧値、I_D…
…代数和電流、EΦ，E_I……内部誘起電圧、１０
５……EΦを求めるブロツク、１１０……E_Iを求
めるブロツク、１１１……EΦとE_Iとを比較する
ブロツク、尚、図中、同一符号は同一又は相当部
分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 変圧器の一次側及び二次側のそれぞれの電流
   値I₁，I₂から正規化された代数和電流I_Dを求め、
   この代数和電流I_Dと前記変圧器の励磁インピーダ
   ンスの励磁特性とに基づいて、磁気的特性に基づ
   く前記変圧器の内部誘起電圧EΦを求め、 一方、前記変圧器の一次側及び二次側のそれぞ
   れの電圧値E₁，E₂を前記電流値I₁，I₂で補償する
   と共に、前記一次側及び二次側から得られる値を
   平均化して、電気的定数に基づく前記変圧器の内
   部誘起電圧E₁を求め、 前記内部誘起電圧EΦとE_Iとを比較することに
   より、前記変圧器の内部事故を判別するようにし
   たことを特徴とする変圧器保護方法。