变压器的残留磁通量推定方法及残留磁通量推定装置

摘要

本发明提供在实施了伴随有针对变压器绕组的直流电压施加的现场试验或检修的情况下推定试验或检修后的残留磁通量的变压器的残留磁通量推定方法及残留磁通量推定装置。残留磁通量推定装置（1）具备：直流电源控制装置（11），控制直流电源（300），向作为二次绕组或三次绕组的Δ接线的2个端子间施加直流电压；电压计测装置（12），计测3相变压器（200）的一次侧的端子电压；运算装置（13），从施加了电压的相以外的2相中决定电压较大的相；和残留磁通量计测装置（14），将由所决定的相以外的2相构成的线间推定为残留磁通量最大的线间。

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及变压器的残留磁通量推定方法及残留磁通量推 定装置。

背景技术

若在变压器铁心存在残留磁通量的状态下通过接通电源来进行无负载 励磁，则会根据接通相位而流过大的励磁冲击电流。一般公知的是，该励磁 冲击电流的大小为变压器的额定负载电流的数倍。若这样流过大的励磁冲击 电流，则系统电压发生变动，在该电压变动大的情况下，有时会对需要者造 成影响。

以往，作为抑制励磁冲击电流的方法，已知有下述那样的各种方法。

（1）将接通电阻和接点串联连接而成的带电阻体的断路器与断路器主 接点并联连接，将该带电阻体的断路器在断路器主接点之前接通。

（2）在利用3台单相型断路器将直接接地系统的3相变压器接通时， 先接通任意的1相，然后使剩余的2相接通。

（3）在利用3台单相型断路器将非有效接地系统的3相变压器接通时， 先接通任意的2相，然后将剩余的1相接通。

（4）使用由一个操作机构来同时操作3相断路器的接通及断开动作的3 相统一操作型断路器。

专利文献1：日本特开2002－75145号公报

专利文献2：日本特愿2008－162474号公报

专利文献3：日本特开2008－160100号公报

非专利文献1：IEEE Trans.Vol.16,No.22001“Eliminationof Transformer Inrush Currents by Controlled Switching-Part I：TheoreticalConsiderations”

发明内容

为了抑制变压器接通时的励磁冲击电流，需要预先掌握将变压器断开时 的铁心的残留磁通量的大小。该变压器的残留磁通量的大小一般可通过对断 开变压器时的变压器端子处的电压进行积分来获得。即，如果在将变压器断 开时通电时间足够长，则铁心的磁通量为稳定状态的变化，通过断开前后的 电压的积分来获得残留磁通量，不受通电之前的残留磁通量的影响。

另一方面，在实施了变压器的现场试验或检修等的情况下，将变压器断 开时计测出的残留磁通量不一定会维持到下一次将变压器接通时。例如，在 变压器的现场试验或检修中，有时实施绕组电阻测定或变流器的极性检查。 绕组电阻测定或变流器的极性检查一般通过对变压器的绕组施加直流电压来 实施。因此，将变压器断开时所产生的残留磁通量受到直流电压施加的影响 而变化，导致在试验或检修结束时残留磁通量的值发生变化。

如图7所示，在施加直流电压P的情况下，为了求取磁通量R而对电压 进行计测，若从电压施加时刻开始对电压进行积分则从0开始变化。即，电 压的积分中没有出现施加直流电压之前的铁心的残留磁通量。在图7中，施 加直流电压之后电压的积分会成为一定的值，但这不是铁心的正确的残留磁 通量。因此，铁心的正确的残留磁通量R必须进一步考虑施加直流电压之前 的残留磁通量。

这样，希望有在实施了变压器的绕组电阻测定或变流器的极性检查等、 伴随有针对变压器绕组的直流电压的施加的现场试验或检修等的情况下也能 够推定出试验或检修后的残留磁通量的技术。

本实施方式为了解决上述那样的现有技术的问题点而提出。本实施方式 的目的在于，提供在实施了伴随有针对变压器绕组的直流电压的施加的现场 试验或检修的情况下，推定试验或检修后的残留磁通量的方法及装置。

为了实现上述目的，本实施方式的特征在于，具有：

对一次绕组被连接成Y接线、二次绕组或三次绕组被Δ接线的3相变压 器，向连接在上述Δ接线的规定的2个端子间的相施加直流电压的步骤；

在上述3相变压器的一次侧，计测除了施加了上述直流电压的相以外的 其他2相的端子电压的步骤；

从测定了上述端子电压的2相中，将测定出的端子电压较大的相决定为 高电压相的步骤；和

将测定除了上述高电压相以外的其他2相的线间而得到的残留磁通量， 推定为计测对象的3相变压器中的最大残留磁通量的步骤。

本发明的实施方式还包括下述的变压器的残留磁通量推定方法，该变压 器的残留磁通量推定方法具有：

对连接在上述Δ接线的规定的2个端子间的相施加直流电压的步骤；

计测上述3相变压器的Δ接线的各端子的端子电压，将计测出的各端子 电压相减，从而计算连接在各端子间的各相的线间电压的步骤；

从测定了上述端子电压的各相中，将除了施加了上述直流电压的相以外 的其他2相中计算出的线间电压较大的相决定为高电压相的步骤；和

将测定除了上述高电压相以外的其他2相的线间而得到的残留磁通量， 推定为计测对象的3相变压器中的最大残留磁通量的步骤。

并且，本发明的实施方式还包括实现上述那样的残留磁通量推定方法的 装置。

附图说明

图1是表示第1、第3实施方式涉及的残留磁通量推定装置、变压器及 断路器的连接关系的框图。

图2是表示第1～第4实施方式中的直流电压施加端子与线间磁通量的 关系的图。

图3是表示第1～第4实施方式中的直流电压施加端子与线间磁通量的 关系的波形图，表示与图2相比改变了直流施加前的残留磁通量的相态后的 波形例。

图4是表示第2实施方式涉及的残留磁通量推定装置、变压器及断路器 的连接关系的框图。

图5是表示第3实施方式中的直流电压施加前后的线间磁通量的图。

图6是表示第4实施方式涉及的残留磁通量推定装置、变压器及断路器 的连接关系的框图。

图7是表示是施加了直流电压时的电压波形、对上述电压波形进行了积 分的波形、以及进一步考虑了施加直流电压之前的状态后的磁通量波形的波 形图。

具体实施方式

以下，参照图1～图6对实施方式具体进行说明。

［1．第1实施方式］

第1实施方式例如以如下情况为适用对象，该情况为，通过实施了变压 器的绕组电阻测定或变流器的极性检查等伴随有相对于变压器绕组的直流电 压的施加的现场试验或检修，使得将变压器断开时所产生的残留磁通量发生 变化，在试验或检修结束时导致残留磁通量的值发生变化的情况。

以下，说明本实施方式的残留磁通量推定装置1的结构及作用、为了通 过该装置1实施残留磁通量推定方法的断路器100、变压器200及直流电源 300的结构和作用。

［1－1．结构］

在图1中，100表示3相断路器，200表示通过3相断路器100与电源 母线接通或者断开的3相变压器，300表示直流电源。该3相变压器200中 的一次绕组201被Y接线，二次绕组202被Δ接线。直流电源300经由接线 301向3相变压器200的作为Δ接线的二次绕组或者三次绕组的2个端子间 施加直流电压。在图1的例子中，直流电源300连接在二次绕组202的U－ V端子间。

残留磁通量推定装置1具备：直流电源控制装置11，控制直流电源30， 对作为二次绕组或三次绕组的Δ接线的2个端子间施加直流电压；和电压计 测装置12，对3相变压器200的一次侧的端子电压进行计测。另外，残留磁 通量推定装置1具备：运算装置13，在施加了电压的相以外的2相中，将电 压大的相决定为高电压相；以及残留磁通量计测装置14，对各相的线间的残 留磁通量进行计测，将来自该计测值中的由上述高电压相以外的2相构成的 线间的残留磁通量决定为计测对象的变压器中的最大磁通量。

此外，图示的直流电源300的连接结构仅表示一个实施方式，作为其他 的结构，也能够连接在二次绕组202的V－W端子间、W－U端子间、或者 与三次绕组连接。

另外，在图1中采用了中性点非接地的变压器，但这只不过表示一个实 施方式。残留磁通量推定装置1也能够应用于直接接地系统的变压器、非有 效接地系统的变压器（电阻接地系统的变压器）。另外，还能够应用于一次绕 组被Y接线、二次绕组及三次绕组被Δ接线的3相变压器等具有图1以外的 接线的3相变压器。

［1－2．作用］

下面对由上述结构构成的第1实施方式的残留磁通量推定方法进行说 明。

如上所述，在本实施方式中，前提为，通过实施了变压器的绕组电阻测 定或变流器的极性检查等、伴随有针对变压器绕组的直流电压的施加的现场 试验或检修等，使得将变压器断开时所产生的残留磁通量变化，从而导致试 验或检修结束时残留磁通量的值发生变化的情况。这样，将变压器铁心中残 留有某些直流磁通量的状态设为在本实施方式中推定残留磁通量时的初始状 态。

在本实施方式中，直流电源控制装置11控制直流电源300，经由连接在 3相变压器200的Δ接线的端子间的接线301，向该端子间施加直流电压。在 图1的例子中，从直流电源300向二次绕组202的U－V端子间施加直流电 压。

接下来，利用电压计测装置12对3相变压器200的一次侧的端子电压 进行计测。接着，利用运算装置13，在施加了电压的相以外的2相中，将电 压大的相决定为高电压相。然后，利用残留磁通量计测装置14来计测各相的 线间的残留磁通量，并从计测出的各相的线间的残留磁通量中，将高电压相 以外的2相的线间的残留磁通量推定为计测对象的3相变压器中的最大残留 磁通量。

以下对按照这样的顺序执行的本实施方式的推定方法的理论依据进行 说明。在图2（a）中，图中从A到C是对通过直流电源控制装置11施加了 直流电压后的3相变压器200的一次侧的端子电压进行了测定的波形。在该 图中，表示了在0.1秒的时刻开始直流电压的施加，在0.5秒的时刻停止了直 流电压的施加的状态。

在图2（b）的图中，从D到F是对图2（a）中的A到C进行积分而计 算出的各相（U，V，W相）的磁通量。在该图中，可知各相（U，V，W相） 的磁通量从0开始变化，没有出现施加直流电压之前的铁心的残留磁通量。

另一方面，在图2（c）的图中，从G到I是进一步考虑了将变压器断开 时产生的残留磁通量（施加直流电压前）后的磁通量。作为各相的施加直流 电压前的残留磁通量，将U相设为8.2Wb，将V相设为－7.1Wb，将W相 设为－1.1Wb。

如图2（a）所示，从直流电源流向变压器的电流以由变压器的励磁电感 与绕组电阻及直流电源的内部电阻决定的时间常数从0开始增加，在由该时 间常数决定的时刻恒定。

在电流增加的期间，如图2（a）的从数字A到C所示，在各端子中出 现直流电压。而且，约0.16秒后的电压在3相中都变为0是因为来自电源的 电流成为恒定的值。其中，该直流电压在各端子出现的时间根据变压器及直 流电源的容量而变化。

图2（d）中的从数字J到L是对图2（c）中的从G到I进行变换而求 出的变压器3相的线间磁通量。另外，该图2（d）中的从数字M到O表示 停止了直流电压施加后的线间的残留磁通量。

如图2（d）所示，就线间的残留磁通量而言，U相－V相的线间的残留 磁通量（图中M）最大。而且，若观察此时的直流电压施加时刻的V相、W 相的电压，则如图2（a）所示，W相的电压比V相的大。

即，在本实施方式中，如上述那样，通过直流电源控制装置11从直流 电源300向二次绕组202的U－V端子间施加了直流电压。利用电压计测装 置12计测此时的各端子的电压，根据其结果，运算装置13将没有施加直流 电压的2相中电压较大的相（图2中为W相）确定为高电压相。然后，若利 用残留磁通量计测装置14对各相的线间的残留磁通量进行计测，则可将确定 出的高电压相以外的2相（图2中为U相、V相）的线间（图2中为U相－ V相）的残留磁通量推定为计测对象的3相变压器中的最大残留磁通量。

图3是以与图2同样的条件，将变压器施加直流前的残留磁通量的值改 变了的情况。在图3（c）中，作为各相的施加直流电压前的残留磁通量，将 U相设为－4.1Wb，将V相设为＋8.2Wb，将W相设为－4.1Wb。

在图3（a）中，若观察施加直流时的V、W相（不施加直流电压的2 相）的电压，则变为V相的电压更大。另一方面，如图3（d）所示，就线间 的残留磁通量而言，电压大的V相以外的2相即W相－U相间也最大。因 此，通过与施加直流前的残留磁通量的值无关地观察施加直流电压时的电压、 即通过确定不施加直流电压的2相中电压较大的相，能够将在由该相以外的 2相构成的线间计测的残留磁通量推定为施加直流电压后的变压器中的最大 残留磁通量。

［1－3．效果］

综上所述，根据本实施方式，即使在实施了变压器的绕组电阻测定或变 流器的极性检查等伴随有针对变压器绕组的直流电压施加的现场试验或检修 的情况下，也能够推定出残留磁通量最大的线间、即测定对象的变压器中的 残留磁通量的最大值。结果，能够正确地推定出试验或检修后的变压器的残 留磁通量，从而可靠地进行励磁冲击电流的抑制。

［2．第2实施方式］

第2实施方式是在变压器200的一次侧没有设置电压测定装置的情况 下，通过计测2次或3次的Δ接线侧的端子电压，来作为一次侧的端子电压 的方式。第2实施方式的其他结构基本上与图1所示的第1实施方式中的结 构相同。

具体而言，如图4所示，第2实施方式的残留磁通量推定装置2具备下 述结构。

（1）直流电源控制装置21，控制直流电源300，向作为二次绕组或三 次绕组的Δ接线的2个端子间施加直流电压。

（2）电压计测装置22，对3相变压器200的Δ接线的各端子的端子电 压进行计测。

（3）运算装置23，将各端子电压相减来计算出线间电压，在施加了电 压的相以外的2相中，将线间电压大的相决定为高电压相。

（4）残留磁通量计测装置24，计测各相的线间的残留磁通量，将来自 该计测值中的由上述高电压相以外的2相构成的线间的残留磁通量决定为计 测对象变压器中的最大磁通量。

这里，第2实施方式也和第1实施方式同样，前提为，通过实施了变压 器的绕组电阻测定或变流器的极性检查等伴随有针对变压器绕组的直流电压 的施加的现场试验或检修等，使得将变压器断开时产生的残留磁通量变化， 导致试验或检修结束时残留磁通量的值发生变化的情况。这样，将变压器铁 心中残留有某些直流磁通量的状态设为在本实施方式中推定残留磁通量时的 初始状态。

直流电源控制装置21控制直流电源300，经由接线301向3相变压器 200的Δ接线的端子间施加直流电压。在本实施方式中也是，如图1所示， 从直流电源300向二次绕组202的U－V端子间施加直流电压。

接下来，电压计测装置22对3相变压器200的Δ接线的各端子的端子 电压进行计测，并基于该计测值，决定施加了直流电压后的3相变压器200 的一次侧的端子电压。接着，运算装置23通过将该各端子电压相减来计算线 间电压。

该线间电压与一次侧的端子电压是同等的，所以在变压器一次侧没有设 置电压测定装置的情况或难以测定的情况下可获得同样的作用。根据如此获 得的端子电压，由运算装置23将施加了电压的相以外的2相中电压较大的相 决定为高电压相。然后，利用残留磁通量计测装置24计测各相的线间的残留 磁通量，并从计测出的各相的线间的残留磁通量中将被决定为高电压相的相 以外的2相的线间的残留磁通量推定为计测对象的3相变压器中的最大残留 磁通量。

综上所述，在本实施方式中，在实施了变压器的绕组电阻测定或变流器 的极性检查等伴随有针对变压器绕组的直流电压施加的现场试验或检修等的 情况下，即使在变压器的一次侧没有设置电压测定装置，也能够推定计测对 象的3相变压器中的最大残留磁通量。结果，能够推定出变压器的试验或检 修后的正确的残留磁通量，从而可靠地进行励磁冲击电流的抑制。

［3．第3实施方式］

第3实施方式的残留磁通量推定装置的基本结构与第1实施方式相同。 在第3实施方式中，作为运算装置13，使用除了上述第1实施方式的功能之 外，还进行下述那样的运算的装置。

（1）判定上述一次侧的端子电压、或者Δ接线侧的线间电压的电压施 加相以外的2相的电压是否相等。

（2）在上述2相的电压相等的情况下，判定电压施加相与向量表示中 下一相的线间，或者电压施加相与向量表示中前一相的线间。

另外，残留磁通量计测装置14计测各相的线间的残留磁通量，上述运 算装置13从计测出的各相的线间的残留磁通量中，将电压施加相与向量表示 中下一相的线间的残留磁通量，或者电压施加相与向量表示中前一相的线间 的残留磁通量，推定为计测对象的3相变压器中的最大残留磁通量。

具有这样结构的第3实施方式的作用如下所述。即，第3实施方式也与 第1实施方式同样，例如以如下情况为适用对象，该情况为，通过实施了变 压器的绕组电阻测定或变流器的极性检查等伴随有针对变压器绕组的直流电 压施加的现场试验或检修等，使得将变压器断开时产生的残留磁通量变化， 导致试验或检修结束时残留磁通量的值发生变化的情况。

这样，将在变压器铁心残留有某些直流磁通量的状态设为初始状态，利 用图1及图5对本实施方式中的残留磁通量的推定方法进行说明。从直流电 源300经由接线301向3相变压器200的Δ接线的端子间施加直流电压。在 图1的例子中，从直流电源300向二次绕组202的U－V端子间施加直流电 压。

在图5（a）的图中，从P到R是对通过直流电源控制装置11施加了直 流电压后的3相变压器200的一次侧的端子电压进行了测定的波形。在该图 中，表示了在0.1秒的时刻开始直流电压施加、在0.5秒的时刻停止直流电压 的施加的状态。

在图5（b）的图中，从S到U是在进一步考虑了将变压器断开时产生 的残留磁通量（直流电压的施加前）的状态下对图5（a）中的从P到R进行 积分而计算出的变压器各相（U，V，W相）的磁通量。作为各相的施加直 流电压前的残留磁通量，将U相设为8.2Wb，将V相设为－4.1Wb，将W相 设为－4.1Wb。

在如图5（b）所示，施加直流电压之前的变压器的残留磁通量只有1 相大、其他2相为其1／2的逆极性的值的情况下，若对残留磁通量大的相施 加直流电压，则其他2相的电压通过Δ接线将施加了直流电压的相的电压分 压而显现。即，成为与施加了直流电压的相的电压的1／2相同的值。该电压 使其他2相的磁通量发生变化，由于对其他2相而言，铁心的励磁特性的开 始时刻相同，所以磁通量以相同的值推移，停止了直流电压的施加后的残留 磁通量成为相同的值。

另一方面，图5（c）中的从数字V到X是对图5（b）中的从S到U进 行变换而求出的变压器3相的线间磁通量。另外，该图5（c）中的从数字Y 到AA表示停止了直流电压施加后的线间的残留磁通量。

如图5（c）所示，对线间的残留磁通量而言，U相－V相的线间的残留 磁通量（图中为Y）及W相－U相的线间的残留磁通量（图中为AA）最大。

即，线间的残留磁通量在电压施加相与向量表示中下一相的线间、和电 压施加相与向量表示中前一相的线间之间相等，可以推定为变压器的残留磁 通量在上述两线间最大。这样，能够与施加直流之前的变压器的残留磁通量 的相态无关地推定施加了直流后的残留磁通量最大的线间。

综上所述，在本实施方式中，当实施伴随有针对变压器绕组的直流电压 的施加的现场试验或检修等时，即使在将直流电压施加到磁通量饱和为止的 情况下，也能够推定出残留磁通量最大的线间。而且，通过上述方法，能够 推定出残留磁通量最大的线间，能够抑制变压器接通时的励磁冲击电流。

［4．第4实施方式］

第4实施方式中的残留磁通量推定装置4与上述各实施方式同样，以下 述情况为适用对象，该情况为，通过实施了伴随有针对变压器绕组的直流电 压的施加的现场试验或检修，使得将变压器断开时产生的残留磁通量变化， 从而导致试验或检修结束时残留磁通量的值发生变化的情况。

图6是表示第4实施方式中的残留磁通量推定装置4的功能的框图，是 表示为了通过残留磁通量推定装置4实施残留磁通量推定方法的、3相的断 路器及3相的变压器的连接关系的图。

在图6中，100是3相断路器。200是通过3相断路器100与电源母线 接通或者断开的3相变压器，其一次绕组201被Y接线，二次绕组202被Δ 接线。

300是直流电源，经由接线301向3相变压器200的作为Y接线的一次 绕组端子与中性点间施加直流电压。在图6所示的例子中，直流电源300连 接在一次绕组201的U端子和中性点间。

对残留磁通量推定装置4而言，其结构要素与第1实施方式相同，具备： 直流电源控制装置41，控制直流电源300，向作为二次绕组或者三次绕组的 Δ接线的2个端子间施加直流电压；和电压计测装置42，对3相变压器200 的一次侧的端子电压进行计测。另外，残留磁通量推定装置1具备：运算装 置43，将施加了电压的相以外的2相中电压较大的相决定为高电压相；和残 留磁通量计测装置44，计测各相的线间的残留磁通量，将来自该计测值中的 由上述高电压相以外的2相构成的线间的残留磁通量决定为计测对象变压器 中的最大磁通量。

此外，在上述结构中，可以使直流电源300连接在二次绕组201的V端 子与中性点间、V端子和中性点间。另外，在本实施方式中，如图6所示， 采用了中性点非接地的变压器，但例如也可以应用于直接接地系统的变压器、 非有效接地系统的变压器（电阻接地系统的变压器）。另外，也能够使用一次 绕组被Y接线、二次绕组及三次绕组被Δ接线的3相变压器等，使用图6所 示的情况以外的接线的3相变压器。

对本实施方式的残留磁通量的推定方法进行说明。本实施方式也与上述 各实施方式同样，以铁心中残留有某些直流磁通量的状态的变压器为对象， 对其残留磁通量进行推定。

首先，直流电源控制装置41从直流电源300经由接线301向3相变压 器200的Y接线的端子与中性点间施加直流电压。在图6的例子中，从直流 电源300向一次绕组201的U端子与中性点间施加直流电压。若基于上述的 状态，电压计测装置42对施加直流电压后的3相变压器200的一次侧的端子 电压进行测定，则可获得与第1实施方式所表示的图2中的符号1到3相同 的电压。

此时，对一次侧的端子电压进行积分而计算出的变压器各相的磁通量也 为与图2的从符号4到6相同的波形。另外，此时通过计测Δ侧的端子电压 也能获得同样的波形。

由此，即使在对3相变压器的某一相的一次绕组端子与中性点间施加了 直流电压的情况下，也能够通过运算装置43及残留磁通量计测装置44以与 第1实施方式相同的方法，推定出变压器的残留磁通量最大的线间，并基于 此推定出残留磁通量的最大值。

综上所述，在第4实施方式中，在实施了变压器的绕组电阻测定或变流 器的极性检查等伴随有针对变压器绕组的直流电压施加的现场试验或检修的 情况下，即使对3相变压器的某一相的一次绕组端子与中性点间施加直流电 压，也能推定出残留磁通量最大的线间。结果，能够正确地推定出变压器的 残留磁通量，能够有效地抑制接通时的励磁冲击电流。

附图标记说明：

1、2、4…残留磁通量推定装置

11…直流电源

12…端子电压计测装置

13…运算装置

14…残留磁通量计测装置

21…直流电源

22…端子电压计测装置

23…运算装置

24…残留磁通量计测装置

41…直流电源

42…端子电压计测装置

43…运算装置

44…残留磁通量计测装置

100…3相断路器

200…3相变压器

201…一次绕组

202…二次绕组

300…直流电源

301…接线