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負荷時タップ切換器の異常診断システム - 株式会社日立製作所
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発明の名称 負荷時タップ切換器の異常診断システム
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−13248
公開日 平成6年(1994)1月21日
出願番号 特願平4−165798
出願日 平成4年(1992)6月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】高橋 明夫 (外1名)
発明者 佐藤 重勝 / 市川 文久
要約 目的
容易に事故を未然に防止することを可能とする。

構成
システムが、変圧器タンク3外に設けられ、かつ切換開閉器2の接点開閉音を検出する検出手段8と、この検出手段8により検出した切換開閉器2の接点開閉音波形を周波数選択用フィルタ9を介して入力し、演算、判定、表示する入力回路10、演算回路11、判定回路12および表示部13を持った処理装置14とが設けられたものであることを特徴とする。
特許請求の範囲
【請求項1】 変圧器タンク内に設けられた切換開閉器およびタップ巻線のタップを選択するタップ選択器と、前記変圧器タンクの外壁上部に設けられ、かつ変圧器内部の異常を検出する保護装置と、前記変圧器タンク外に出ている切換開閉器の上部に連結された伝動軸と、この伝動軸に連結され、かつ電動機内蔵の電動操作機構とを備え、前記伝動軸、電動操作機構を介して前記切換開閉器およびタップ選択器に駆動力が与えられる負荷時タップ切換器の異常診断システムにおいて、前記システムが、前記変圧器タンク外に設けられ、かつ前記切換開閉器の接点開閉音を検出する検出手段と、この検出手段により検出した切換開閉器の接点開閉音波形を周波数選択用フィルタを介して入力し、演算、判定、表示する入力回路、演算回路、判定回路および表示部を持った処理装置とが設けられたものであることを特徴とする負荷時タップ切換器の異常診断システム。
【請求項2】 前記処理装置が、前記判定回路に下限値と上限値との判定値が設けられ、この判定値を越えた時に警報を発し、かつ前記電動操作機構のタップ切換回路をロックするようにされたものである請求項1記載の負荷時タップ切換器の異常診断システム。
【請求項3】 前記接点開閉音を検出する検出手段が、前記変圧器タンクに設けた歪検出手段で形成されたものである請求項1記載の負荷時タップ切換器の異常診断システム。
【請求項4】 前記処理装置が、前記演算回路からのデータの演算値を記憶する記憶装置と、この記憶装置からの記憶値を適宜出力する出力自在な出力装置とが設けられたものである請求項1記載の負荷時タップ切換器の異常診断システム。
【請求項5】 前記処理装置が、前記記憶値および出力された出力値を基準値からの変化分、切換時間および変化割合、データによる標準偏差を考慮した接点消耗量の予測値とし、絶対値および変化割合が基準値を越えた時に警報を発するようにされたものである請求項4記載の負荷時タップ切換器の異常診断システム。
【請求項6】 前記処理装置が、前記基準値からの変化分の大小によりパターン図形化した出力画面上に色分けして出力することにより各接点毎の変化を判別するようにされたものである請求項1または請求項5記載の負荷時タップ切換器の異常診断システム。
【請求項7】 前記システムが、前記処理装置に電話回線などの連絡手段を介して遠方監視装置が接続されたものである請求項1記載の負荷時タップ切換器の異常診断システム。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は負荷時タップ切換器の異常診断システムに関するものである。
【0002】
【従来の技術】負荷時タップ切換器が、系統の電圧や位相の潮流制御用として不可欠の位置を占め、変圧器に用いられて以来久しく、近年になって製作、運転実績は飛躍的に増加の一途をたどるようになった。また、変圧器の少ない機構部の1つとして、更に主回路電流を流す主器として、その信頼性は年々高くなってきており、今後ますます高信頼性が要求されていく方向である。
【0003】また、これまでに負荷時タップ切換器保護の一環として何等かの原因により不具合が生じ、駆動系に異常が発生した場合、それを保護するために図8に示されているような保護装置が採用されている。同図は負荷時ップ切換器の構成および保護装置1の従来例を示すもので、この種の保護装置1は実公昭49−38734号公報がある。
【0004】同図に示されているように、負荷時タップ切換器LTCの切換開閉器2は、変圧器タンク3のカバーから変圧器タンク3内に吊り下げられるように取付けられているが、切換開閉器2は電流切換のための接触部を備えており、タップ選択器4はタップ巻線のタップを選択、接続する。切換開閉器2の頭部は変圧器タンク3の外に出ており、水平・垂直の伝動軸5を介してタップ切換の駆動源である電動操作機構6に連結されている。ここで、保護装置1は、切換開閉器2の切換不具合等に起因する内部異常を検出し、機器を保護するための装置である。なお、同図において7は切換開閉器2とタップ選択器4とに駆動力を与える源の電動機である。
【0005】図9は負荷時タップ切換器の基本的な切換接点シーケンスを示す図である。同図で4Aおよび4Bはタップ4a、4b、4cを選択するタップ選択器である。ArおよびAr´は主接触子であり、このうち主接触子Arはタップ選択器4Aと直列接続されると共に、抵抗接触子Rと並列に接続され、同様に主接触子Ar´はタップ選択器4Bと直列接続されると共に、抵抗接触子R´と並列に接続されている。
【0006】次にタップ切換動作について説明すると、まず、同図(a)では、主接触子Arが閉じていて、電流はタップ選択器4Aを通り、主接触子Arを経由して流れるようになっている。次いで、同図(b)で抵抗接触子Rが閉じ主接触子Arが開くと、電流はタップ選択器4Aを通り、抵抗接触子Rを経由して流れるようになる。次に、同図(c)で抵抗接触子Rが閉じたまま抵抗接触子R´が閉じると、電流の流れは次のように2重になる。すなわち、一方はタップ選択器4Aを通り、抵抗接触子Rを経由して、他方はタップ選択器4Bを通り、抵抗接触子R´を経由して夫々流れる。更にこの場合は、タップ間が抵抗接触子RおよびR´を介して短絡されており、1タップ分の電位差により循環電流がタップ選択器4A、抵抗接触子R、R´およびタップ選択器4Bを通って流れる。更に、同図(d)で抵抗接触子Rが開くと、電流はタップ選択器4Bを通り、抵抗接触子R´を経由して流れる。そして最終段階の同図(e)で主接触子Ar´が閉じ抵抗接触子R´が開くと、電流がタップ選択器4Bを通り、主接触子Ar´を経由して流れ、タップ選択器4Aから4Bに電流が移る動作を完了する。
【0007】電流をタップ選択器4Bから4Aに移し換える動作の場合は、上述とは逆に同図(e)から(a)の順序で行なえばよい。
【0008】この場合、各接触子の動作状態を表わす接点シーケンスは図中矢印で示されているように、抵抗接触子RON(閉)、R´ON(閉)、ROFF(開)およびR´OFF(開)は、それぞれ同図(b)、(c)、(d)および(e)に対応している。そして、各接触子動作間の時間、RON(閉)からR´ON(閉)までをt1、R´ON(閉)からROFF(開)までをt2、ROFF(開)からR´OFF(開)までをt3、およびRON(閉)からR´OFF(開)までをTで表わすと、正常なタップ切換動作の場合、これらの値t1、t2、t3およびTは、ある基準値内に収まる。従って、切換状態の異常診断をする場合は、この切換時間をオシログラフなどの測定装置で実測し、基準値との比較をする方法がとられている。この時には、変圧器を停止し負荷時タップ切換器の変圧器外への吊り出し作業を伴う。
【0009】
【発明が解決しよとする課題】上記従来技術で主に切換開閉器の駆動部分で何か不具合、例えば軸受の固渋や接触子の開閉抵抗力の増大が発生したことを想定する。このような不具合が発生すると、負荷トルク(所要トルク)が増大し、切換開閉器の早切り動作が著しく遅延し、最悪の場合、切換途中で動作が停止することが考えられる。仮に、切換開閉器の早切り操作軸で固渋が生じ、切換開閉器が途中で動作停止になったとする。このようになると接点シーケンスに従った接触子の開閉が行われず、アークが継続し、接触子自体、限流抵抗器また近傍絶縁物等の過熱・溶損を伴うばかりか、切換開閉器筒内の油の急激な分解により大量のガスが発生し、急峻な内部圧力上昇と油流とを発生する。この場合、圧力上昇割合によっては切換開閉器筒の破損など致命的大打撃を与える結果となる。また条件によってはタップ間短絡の大事故に至ることも考えられる。
【0010】これを防ぐために設けられたのが放圧装置および油流継電器などの保護装置であり、内部圧力が増大してある設定値に達した時に動作し、それ以降の不具合進行を停止するため、変圧器をトリップさせるなど重大事故を防止する役目を担っている。
【0011】これも致命傷をくい止めるという点から必要不可欠な装置であるが、予防保全や異常診断の上からは不十分と言わざるを得ず、一旦放圧装置や油流継電器などの保護装置が動作すると、少なくともその時点で機器は全く停止してしまう。
【0012】また、機器を復旧させるには、予想外の対策時間と費用支出とを伴うため、機器の経済的運営の面からも必ずしも万全の保護装置ではない。
【0013】これは、放圧装置および油流継電器が切換開閉器内部異常のかなり進んだ段階をとらえて検出、保護する保護装置であることに起因する。
【0014】本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、容易に事故を未然に防止することを可能とした負荷時タップ切換器の異常診断システムを提供することを目的とするものである。
【0015】
【課題を解決するための手段】上記目的は、システムが、変圧器タンク外に設けられ、かつ切換開閉器の接点開閉音を検出する検出手段と、この検出手段により検出した切換開閉器の接点開閉音波形を周波数選択用フィルタを介して入力し演算、判定、表示する入力回路、演算回路、判定回路および表示部を持った処理装置とが設けられたものとすることにより、達成される。
【0016】
【作用】上記手段を設けたので、切換開閉器の切換に関する不具合が事前に容易に予測できるようになって、機器の運営に支障を与えない適切な処置がとれるようになる。
【0017】すなわちまず、切換開閉器の接点開閉音波形を検出し、それを適切な周波数選択用フィルタに通す。これにより得られた結果は、切換開閉器切換時の接点のON(閉)時とOFF(開)時のみ、大きな振幅を示す振動波形となり、その時間間隔は、切換時の接点シーケンスに対応する。
【0018】従って、この振動波形データを適切に比較判定することによって、接点シーケンスの変化や駆動系異常の兆候および接触子の消耗量を事前に感知することができる。更にこれらをシステム化することで、変圧器の計画停止や定検の推進など、機器の運営に支障を与えない適切な処置ができるのである。
【0019】
【実施例】次に本発明を実施例により具体的に説明する。
【0020】〔実施例 1〕図1から図4には本発明の一実施例が示されている。なお従来と同じ部品には同じ符号を付したので説明を省略する。本実施例ではシステムを、変圧器タンク3外に設けられ、かつ切換開閉器2の切換開閉音を検出する検出手段8と、この検出手段8により検出した切換開閉器2の切換開閉音波形を周波数選択用フィルタ9を介して入力し、演算、判定、表示する入力回路10、演算回路11、判定回路12および表示部13を持った処理装置14を設けて構成した。このようにすることにより切換開閉器2の不具合に関する異常が事前に容易に予測できるようになって、機器の運営に支障を与えない適切な処置がとれるようになり、容易に事故を未然に防止することを可能とした負荷時タップ切換器の異常診断システムを得ることができる。
【0021】すなわち従来構成と異なる点は、変圧器タンク3外に切換開閉器2の切換開閉音の検出手段8を設け、タップ切換に伴って生ずる切換開閉音波形を検出できるようにしたことである。そしてこの出力信号は周波数選択用フィルタ9を介し処理装置14の入力回路10を経由して演算回路11に導かれ、判定回路12で比較判定された結果が表示部13に表わされる。なお図1において15はタップ切換ロック回路である。
【0022】このような構成にすることで、事故を未然に防止できる異常診断システムを提供することができるのであるが、まず、検出された切換開閉器2の切換開閉音と実際のタップ切換現象についての関係を図2、3により図1を参照にして説明する。
【0023】図2は、正常タップ切換時の接点シーケンスと切換開閉音の関係を示す図である。切換開閉音の検出手段8により検出された信号を適切な周波数選択用フィルタ9を通すことで、切換時の接触子のON(閉)時とOFF(開)時のみ大きな振幅を示す振動波形となり、その時間間隔は接点シーケンスのt1、t2、t3、およびTに対応する。この時、接触子のON(閉)時には、接触子同志の衝突により振動波形が大きな振幅を示すのは一般的であるが、OFF(開)時にも振動波形が大きく検出できるように周波数選択用フィルタ9を100〜200Hzに選んでいるところに特徴がある。
【0024】図3は、タップ切換により接触子が電気的に消耗した場合のタップ切換時の接点シーケンスと切換開閉音の関係を示す図である。同図に示されているように接触子が消耗すると、点線で示すように時間間隔がt1からt1´へ、t2からt2´へ、t3からt3´へ、およびTからT´へと変化する。勿論、時間間隔は接触子の消耗以外に、早切駆動ばね(図示せず)の切損などの異常、また、機構部の軸受の固渋、接触子の開閉抵抗力の増大などによっても変化する。
【0025】次に処理装置14の内容を図4に基づいて説明する。図4に示されているように切換開閉音の検出手段8(図1参照)により検出された検出値は、演算回路11に導かれ比較判定される。そしてその結果はOR回路12a、12b、AND回路12cを経由して、条件により駆動系の警報回路13aあるいは異常回路13fを経由してタップ切換ロック回路15に導かれるものと、正常表示部13bに送られるもの、またはその結果が、直接に警報のみの警報回路13dと消耗量予測回路13eに送られるものにわかれる。同図の操作電源異常判定回路13cはタップ切換時に生ずるべき現象が検出されない時に、それが検出回路の異常によるものか、タップ切換操作電源の異常により切換されなかったことによるものか、また、電源は正常でも切換開閉器駆動系の軸の切損などにより、駆動トルクが全く伝えられなかったことによるものかを判断するものである。図1の処理装置14は電動操作機構6内に納めてもよく、別設置の制御室(図示せず)内に納めてもよい。その目的によって任意に選び、カラー表示などを採用し、表示画面上で色分けなどにより正常、警報あるいはタップ切換ロックの別を容易に判別可能にするのがよい。
【0026】ところで図4にも示されているように、タップ切換時において切換開閉音の検出手段8(図1参照)で何も検出しなかった場合、情報は入力回路10を経由して操作電源異常判定回路13cに送られ判定される。
【0027】一方検出値有りの場合は、それぞれの接点の開閉時間を正常値と比較するようにしている。今、タップ切換時の切換時間Tが例えば正常値の1.5倍(図中に()値で示す)以上、またはt2が正常値の1/3(図中に( )値で示す)以下になった時には、タップ切換動作に何等かの異常兆候が考えられるとして、警報回路13aに導かれて警報表示するとともに、タップ切換ロック回路15に導かれて、電動機7によるタップ切換を停止する。一方、切換時間Tが例えば正常値の2倍以上、またはt1、t3が正常値の2倍以上になった時には、タップ切換動作に何らかの異常が進展しつつあるとして、異常回路13fに導かれて異常表示するとともに、タップ切換ロック回路15に導かれ、電動機7によるタップ切換を停止する。また、t2が1/2以下になった時には、警報回路13dに導かれ、タップ切換異常兆候として警報表示する。勿論それ以外の正常運転時には、正常を表示する正常表示部13bに導かれる。また比較要素として、ある切換回数間のデータ比較による値の変化割合とするのも良い。
【0028】ところで、13eは接触子の消耗量予測回路である。図3で説明したように、接触子の消耗量と接点シーケンスの時間との間には密接な関係が有るので、この相関関係を利用し、t1およびt3の時間測定値から標準偏差を考慮した接触子の消耗量予測と余切換寿命を推定することができる。
【0029】なお、図1に示す検出手段8は、装置のセットおよび測定作業に全く変圧器主器の停止が不要といった極めて簡単なシステムを与える。従って、新規製作の変圧器から既納品の測定まで全て同じように簡単に測定できる。また常時監視の場合も一時的な測定の場合も、検出手段8が簡単なので容易に対応できる。勿論常時監視のシステムとする場合は、タップ切換時にトリガーをかけることでその都度検出部分を働かせればよい。
【0030】このように本実施例によれば、接点シーケンスの変化や駆動系異常の兆候および接触子の消耗量を事前に感知し、更にこれらをシステム化することで変圧器の計画停止や定検の推進など機器の運営に支障を与えない適切な処置をすることができ、事故発生を未然に防止して信頼性を十分に高めることができる。
【0031】〔実施例 2〕図5には、本発明の他の実施例が示されている。本実施例は、演算回路11からのデータの演算値を記憶する記憶装置16と、この記憶装置16からの記憶値を適宜に出力する出力自在な出力装置17とが設けられた場合である。そして適宜に出力されたデータは、演算回路11から直接判定回路12に送られるものと並列に判定回路12に送られ判定されるようになっている。
【0032】ここで出力装置17には、シンボル化されたカラー表示の負荷時タップ切換回路を表示し、基準値からの変化分の大小をベースに、色分けなどによりどの接触子の消耗量が大きいか、また正常、警報あるいはタップ切換ロックの別を容易に判別可能にするのが良い。
【0033】このように、本実施例によれば、切換開閉器2の接点開閉音を検出する検出手段8を設け、検出値を演算,比較判定することで接点シーケンスの変化や駆動系異常の兆候および接触子の消耗量を事前に感知することができるようになって、前述の場合と同様な作用効果を奏することができる。
【0034】〔実施例 3〕図6には本発明の更に他の実施例が示されている。図6は変圧器タンク3の壁または切換開閉器2の早切操作軸にそれぞれ歪検出手段18、19を設け、これら歪検出手段18、19により検出した信号を処理装置14(図1参照)に導き演算、比較判定することで前述の場合と同様の効果を得ることができる。
【0035】〔実施例 4〕図7には本発明の更に他の実施例が示されている。本実施例は、検出手段8により検出した切換開閉器2の切換開閉音波形を処理装置14で処理した後、電話回線などの連絡手段20により例えば機器製造者や装置管理者の遠方監視装置21にデータを送るようにした。このようにすることにより、現地機器据付場所から遠く離れた所で運転の一括監視ができ、予防保全、自動化にも有効な負荷時タップ切換器の切換異常診断システムとすることが可能である。
【0036】
【発明の効果】このように本発明は、システムが、変圧器タンク外に設けられ、かつ切換開閉器の接点開閉音を検出する検出手段と、この検出手段により検出した切換開閉器の接点開閉音波形を周波数選択用フィルタを介して入力し、演算、判定、表示する入力回路、演算回路、判定回路および表示部を持った処理装置とが設けられたものとしたので、切換開閉器の切換に関する不具合が事前に容易に予測できるようになって、機器の運営に支障を与えない適切な処置がとれるようになり、容易に事故を未然に防止することを可能とした負荷時タップ切換器の異常診断システムを得ることができる。




 

 


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