特許 5926419 欠相検出器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5926419

(24)【登録日】2016年4月28日

(45)【発行日】2016年5月25日

(54)【発明の名称】欠相検出器

(51)【国際特許分類】

   G01R 29/18 20060101AFI20160516BHJP

【ＦＩ】

   G01R29/18 Q

【請求項の数】6

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2015-90245(P2015-90245)

(22)【出願日】2015年4月27日

【審査請求日】2015年6月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】592061599

【氏名又は名称】株式会社近計システム

(74)【代理人】

【識別番号】100081422

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 光雄

(74)【代理人】

【識別番号】100084146

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100118625

【弁理士】

【氏名又は名称】大畠 康

(74)【代理人】

【識別番号】100183232

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 敏行

(72)【発明者】

【氏名】辻 成章

(72)【発明者】

【氏名】山口 保孝

(72)【発明者】

【氏名】大橋 善和

(72)【発明者】

【氏名】大浦 好文

【審査官】 川瀬 正巳

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５１−０５７４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１５９５７３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ２９／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

送電線または配電線に接続された変圧器の一次側の３相の電流を表す信号を、商用周波数における１サイクル当たりＮ個(Ｎは正の整数)に相当するサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
上記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された各相の電流波形データから上記変圧器の一次側の各相の電流のベクトル量を演算するベクトル量演算部と、
上記各相の電流波形データに基づいて、上記Ｎ個または上記Ｎ個の数倍の電流波形データ毎の各相の実効値を演算する実効値演算部と、
上記ベクトル量演算部の演算結果に基づいて、上記変圧器の一次側の欠相状態を判定する欠相状態判定部と
を備え、
上記ベクトル量演算部は、
上記商用周波数におけるＭサイクル分(Ｍは正の整数)の上記各相の電流波形データに渡ってフーリエ変換演算を行って、上記変圧器の一次側の各相の電流の基本波成分の大きさと位相角からなるベクトル量を上記Ｍサイクル毎に抽出し、
上記欠相状態判定部は、
上記ベクトル量演算部により抽出された上記Ｍサイクル分の各相の電流の基本波成分のベクトル量において、３相のうち常に同一の“１相”のベクトル量の絶対値が他の相のベクトル量の絶対値のＫ１倍(Ｋ１は１.０未満の定数)以下であるという第１条件と、
上記変圧器の一次側の中性点が非接地の場合は、上記他の２相の各電流の基本波成分のベクトル和が略零であるか、または、上記変圧器の一次側の中性点が接地線を介して接地されている場合は、上記２相の各電流および上記接地線の電流のベクトル和が略零であるという第２条件と、
上記３相のうち電流のベクトル量の絶対値が最大となっている相の電流のベクトル量の絶対値が、上記変圧器の一次側の任意の一相における通常時の励磁電流を含めた充電電流値の５０％程度以上であるという第３条件について、上記Ｍサイクル毎に判定して、予め設定されたＬ回(Ｌは正の整数)連続して上記第１,第２,第３条件を満たすとき、上記“１相”が正に欠相状態にあると判定すると共に、
上記実効値演算部により演算された上記Ｎ個の電流波形データ毎に、３相のうち実効値が最大となっている相の実効値が小さいほど上記Ｍの値を大きい値に設定する一方、上記実効値が最大となっている相の実効値が大きいほど上記Ｍの値を小さい値に設定するＭ値設定部を備えたことを特徴とする欠相検出器。

【請求項2】

請求項１に記載の欠相検出器において、
上記欠相状態判定部において、上記第１条件に用いられる定数Ｋ１は０.０３程度であることを特徴とする欠相検出器。

【請求項3】

請求項１または２に記載の欠相検出器において、
上記欠相状態判定部の判定結果の表示または外部への伝送の少なくとも一方を行う判定結果出力部を備えたことを特徴とする欠相検出器。

【請求項4】

請求項１から３までのいずれか１つに記載の欠相検出器において、
上記Ａ／Ｄ変換器は、
上記変圧器の一次側の３つの線間電圧を表す信号を、上記商用周波数における１サイクル当たりＮ個に相当するサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換し、
上記ベクトル量演算部は、
上記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された各線間電圧波形データから上記商用周波数におけるＭサイクル分の上記各線間電圧波形データに渡ってフーリエ変換演算を行って、上記変圧器の一次側の各線間電圧の基本波成分および第３次〜第７次高調波成分の大きさと位相角からなるベクトル量を抽出し、
上記ベクトル量演算部により得られた上記各線間電圧の基本波成分および第３次〜第７次高調波成分のベクトル量に基づいて、上記第３次〜第７次の高調波成分のいずれか１つによる上記変圧器の一次側から電源側を見た３つの線間インピーダンスベクトル量を上記Ｍサイクル毎に演算する線間インピーダンスベクトル量演算部を備え、
上記欠相状態判定部は、
上記線間インピーダンスベクトル量演算部により演算された上記３つの線間インピーダンスベクトル量のうちの絶対値が最も小さい線間に対して絶対値が次に大きい線間の絶対値がＫ２倍(Ｋ２は１.０を超える定数)以上である場合に、上記絶対値が大きい２つの線間に含まれる共通の１相が欠相状態にあるという第４条件と共に、上記第１,第２,第３条件を上記Ｍサイクル毎に判定して、上記第１,第３,第４条件を満たしかつ上記第２条件を満たさないということが上記Ｌ回連続したとき、上記“１相”が正に欠相状態にあると判定することを特徴とする欠相検出器。

【請求項5】

請求項４に記載の欠相検出器において、
上記欠相状態判定部において、上記第４条件に用いられる定数Ｋ２は１.５程度であることを特徴とする欠相検出器。

【請求項6】

請求項１から５までのいずれか１つに記載の欠相検出器において、
上記欠相状態判定部が、上記Ｍサイクル分の各相の電流波形データ毎に、上記第１,第２,第３条件を判定して、上記第１,第２,第３条件を少なくとも１回満たしたとき、欠相の予兆と判断する欠相予兆判断部を備えたことを特徴とする欠相検出器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、欠相検出器に関し、詳しくは、送電線や配電線に接続された変圧器の一次側の受電点に設置され、三相電源の欠相状態を監視する欠相検出器に関し、より詳しくは、上記変圧器の二次側に負荷が接続されていない場合にも正しく欠相検出できる欠相検出器に関する。

【背景技術】

【0002】

基本的には、三相電流のうちの一相のみが零アンペアに近くなった場合を一相欠相といい、負荷が誘導電動機の場合は、一相欠相時に逆相電流が流れて動作しなくなって発熱する。この場合、健全相は誘導電動機にとって過電流となるが、短絡事故ではなくブレーカー投入時の突入電流ほど過大でもないため、ブレーカーで遮断できず、過電流保護のための専用の検出器が必要である。そのため、専用の欠相検出機能付きブレーカーなどが市販されている。また、モーター駆動用インバーターなどには、欠相検出機能のあるものも市販されている。

【0003】

しかしながら、負荷が発変電所に設置された変圧器であって普段使用されていない非常用電源装置である場合、変圧器の二次側が無負荷状態ならば欠相状態でない健全な相でも一次側の電流は励磁電流などのごく僅かであり、特に非常用電源専用に設計された電源用変圧器では、無負荷時の励磁電流は定格電流の０.１％程度以下にまで低減するように設計されているものがある。しかも、変圧器の一次側に設置されている電流検出用変流器は、定常時や短絡事故時の電流も変換してリレーやその他の計測器に伝える必要から、変流比が例えば８００：１などの高い比率に設計されている。そのような場合、正常時の電流値が０.１Ａ程度で、かつ変流器の出力は数百μＡ程度となる。そのような変流器の出力を数百ｍ離れた変電所の建屋内のリレー室までケーブル経由で送って、リレー室で測定する場合、誘導ノイズ等の影響を受けるため、従来の技術では欠相検出が困難であった。

【0004】

従来、欠相検出器としては、例えば、特許文献１(特許第４６５５２０７号)、特許文献２(特開２００５−２６１１５７号公報)、特許文献３(特開２００３−３０２４３４号公報)に記載された欠相検出方法を用いたものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第４６５５２０７号

【特許文献2】特開２００５−２６１１５７号公報

【特許文献3】特開２００３−３０２４３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の技術による欠相検出方法を以下に説明する。

【0007】

上記特許文献１(特許第４６５５２０７号)には、配電線の断線を事故点の負荷側で検出する場合に、三相電圧信号を計測し、微地絡による見かけ上の位相変化を抑制した安定な断線事故を検出すると共に、微地絡事故と断線事故との区分を可能とする方法が述べられている。

【0008】

また、上記特許文献２(特開２００５−２６１１５７号公報)には、三相電流の欠相検出を２個の変流器で検出することでコストを削減した欠相検出技術が述べられている。

【0009】

また、上記特許文献３(特開２００３−３０２４３４号公報)には、三相電流の欠相検出における誤判定を低減するため、データを平均化することが述べられている。

【0010】

しかしながら、上記特許文献１に記載された欠相検出方法では、変圧器の二次側に他の電源が接続されている場合や、変圧器の一次側がＹ結線かつ二次側が△結線でかつ軽負荷である場合には、変圧器の一次側の受電線が開放状態になっても変圧器の端子には二次側の△結線に生じる線間電圧等のため、ほぼ正常な電圧が現れる場合が有る。

【0011】

例えば、図９のように、変圧器の一次側の電源配線が１線断線すれば、その相は欠相状態となるが、二次側が無負荷状態でかつ△接続されていれば、他の健全な相の電圧によって通常の電圧値程度の逆圧が発生するため、欠相状態となった相の電圧が必ずしも低下するとは言えない。したがって、電圧信号観測だけでは欠相検出は不十分である。

【0012】

変電所や発電所の変圧器は超高電圧の場合、一次側がＹ接続方式であれば中性点を接地してあることが多い。また、変圧器の二次側は△接続方式である場合が多い。そのため、変圧器の一次側で一相断線して欠相しても、変圧器の二次側が無負荷または無負荷に近い状態の場合、他の二相の電圧のベクトル和が逆極性で欠相している相の二次側に掛かるので、その一次側は欠相状態にも関わらず常時の電圧と略同程度の電圧が現れる。

【0013】

一方、上記特許文献２に記載された欠相検出方法では、変圧器の二次側が無負荷の状態で測定値そのものが微小でかつ誘導ノイズ等のノイズ成分が多い場合、欠相状態を誤判定する可能性が有る。例えば、ホワイトノイズのような場合は、上記特許文献３に記載された欠相検出方法のように、データの平均化で解決できるが誘導ノイズの場合のようにノイズによる波形そのものが商用周波数のベクトル量を持つ場合は、平均化では解決されるものではない。

【0014】

また、変圧器の二次側に負荷が接続されている場合は、負荷電流がノイズ成分より大きいので問題ないが、この発明の狙いは負荷接続されていない場合にも欠相検出するところに有る。その理由は以下のとおりである。

【0015】

一般的には、変圧器の二次側が無負荷の状態なら、その一次側が欠相状態であってもなんら実害が無い。しかし、非常用電源設備であった場合は、普段無負荷の状態で非常時に負荷接続されると直ちに電圧不平衡が発生し、負荷が誘導機ならば正相分と同様の逆相分が発生する。そうなれば、ローターは回転せずに発熱してそのまま放置すれば焼損に至る。このような場合、この非常用電源設備を停止せざるを得なくなってしまう。これでは非常用設備である意味がない。したがって、このような非常用設備に用いられる欠相検出器は、平常時の無負荷状態でも使用でき、負荷接続される前に欠相状態を検出できるものでなければ意味がない。

【0016】

そこで、この発明は、変圧器の二次側に負荷が接続されていない場合や、別電源が接続されている場合および測定回路の信号ケーブルにホワイトノイズ成分や誘導ノイズ成分が重畳している場合であっても、欠相状態の検出を正確にできる欠相検出器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0017】

上記課題を解決するため、この発明の欠相検出器は、
送電線または配電線に接続された変圧器の一次側の３相の電流を表す信号を、商用周波数における１サイクル当たりＮ個(Ｎは正の整数)に相当するサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器と、
上記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された各相の電流波形データから上記変圧器の一次側の各相の電流のベクトル量を演算するベクトル量演算部と、
上記各相の電流波形データに基づいて、上記Ｎ個または上記Ｎ個の数倍の電流波形データ毎の各相の実効値を演算する実効値演算部と、
上記ベクトル量演算部の演算結果に基づいて、上記変圧器の一次側の欠相状態を判定する欠相状態判定部と
を備え、
上記ベクトル量演算部は、
上記商用周波数におけるＭサイクル分(Ｍは正の整数)の上記各相の電流波形データに渡ってフーリエ変換演算を行って、上記変圧器の一次側の各相の電流の基本波成分の大きさと位相角からなるベクトル量を上記Ｍサイクル毎に抽出し、
上記欠相状態判定部は、
上記ベクトル量演算部により抽出された上記Ｍサイクル分の各相の電流の基本波成分のベクトル量において、３相のうち常に同一の“１相”のベクトル量の絶対値が他の相のベクトル量の絶対値のＫ１倍(Ｋ１は１.０未満のゼロに近い定数、例えば０.０３程度)以下であるという第１条件と、
上記変圧器の一次側の中性点が非接地の場合は、上記他の２相の各電流の基本波成分のベクトル和が略零であるか、または、上記変圧器の一次側の中性点が接地線を介して接地されている場合は、上記２相の各電流および上記接地線の電流のベクトル和が略零であるという第２条件と、
上記３相のうち電流のベクトル量の絶対値が最大となっている相の電流のベクトル量の絶対値が、上記変圧器の一次側の任意の一相における通常時の励磁電流を含めた充電電流値の５０％程度以上であるという第３条件について、上記Ｍサイクル毎に判定して、予め設定されたＬ回(Ｌは正の整数)連続して上記第１,第２,第３条件を満たすとき、上記“１相”が正に欠相状態にあると判定すると共に、
上記実効値演算部により演算された上記Ｎ個の電流波形データ毎に、３相のうち実効値が最大となっている相の実効値が小さいほど上記Ｍの値を大きい値に設定する一方、上記実効値が最大となっている相の実効値が大きいほど上記Ｍの値を小さい値に設定するＭ値設定部を備えたことを特徴とする。

【0018】

送電線または配電線に接続された変圧器の二次側が無負荷状態において一次側の欠相検出は、電流が小さいために困難なものではあるが、負荷が接続されて使用状態となるまでに検出できればよいので、欠相状態の検出には充分な時間が掛けられるという特徴がある。本発明者はこの特徴を利用して、微小電流ながら充分な時間を掛けて検出することによって、高精度で欠相検出することが可能な欠相検出器を考案したものである。

【0019】

本発明者は、この考え方により、約２００ｍ離れた場所に設置されている非常電源用変圧器の無負荷時の電圧(５５０ｋＶ)および電流(約０.１Ａ)をその近くに設置された計測用電圧変圧器(ＶＴ)および変流器(変流比８００：１)およびその二次側ケーブル(約２００ｍ以上)を通して観測し、最大で交流波形の約３０００サイクルに渡ってデータ収集し、変電所内で発生するホワイトノイズ成分を除去することによって、より正確に欠相状態か否かを判断できる欠相検出器を実現することができた。

【0020】

また、同様の考え方を用い、変圧器のヒステリシス特性などで励磁電流に含まれる微小高調波成分が通常なら変圧器の一次側回路から、電源側に向かって流れるため、これを利用して電源側のインピーダンスが測定できるが、断線しているとその値が大きくなるため、この電源側のインピーダンスを長時間に渡って測定することで、信号そのものが小さくても、また、変流器二次側の信号ラインにホワイトノイズ成分や電磁誘導ノイズ成分が乗っていても、変圧器の一次側の断線の有無が正しく判定できると考えた。

【0021】

この発明では、変圧器の二次側が無負荷である時に、Ｍ値を大きい値に設定することにより、比較的長時間(例えば１０秒〜１分程度)に渡って波形を観測して、欠相状態の有無を検出するが、負荷接続時には、より大きな負荷電流によって欠相状態を容易に短時間で検出することが可能であるので、Ｍ値を小さい値に設定する。そのような場合、短時間で判定できなければならないが、電流が大きく観測波形の瞬時値の誤差に対する比(Ｓ／Ｎ比という)が大きくなるので、短時間の測定で判定可能である。

【0022】

上記構成によれば、変圧器の二次側に負荷が接続されていない場合や、別電源が接続されている場合および測定回路の信号ケーブルにホワイトノイズ成分や誘導ノイズ成分が重畳している場合であっても、欠相状態の検出を正確にできる。

【0023】

また、一実施形態の欠相検出器では、
上記欠相状態判定部において、上記第１条件に用いられる定数Ｋ１は０.０３程度である。

【0024】

上記実施形態によれば、欠相状態判定部において上記第１条件に用いられる定数Ｋ１を０.０３程度とすることによって、欠相状態の検出をより正確に行うことができる。

【0025】

また、一実施形態の欠相検出器では、
上記欠相状態判定部の判定結果の表示または外部への伝送の少なくとも一方を行う判定結果出力部を備えた。

【0026】

上記実施形態によれば、判定結果出力部によって、欠相状態判定部の判定結果の表示または外部への伝送の少なくとも一方を行うので、正確な欠相状態の検出結果を報知することができる。

【0027】

また、一実施形態の欠相検出器では、
上記Ａ／Ｄ変換器は、
上記変圧器の一次側の３つの線間電圧を表す信号を、上記商用周波数における１サイクル当たりＮ個に相当するサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換し、
上記ベクトル量演算部は、
上記Ａ／Ｄ変換器によりＡ／Ｄ変換された各線間電圧波形データから上記商用周波数におけるＭサイクル分の上記各線間電圧波形データに渡ってフーリエ変換演算を行って、上記変圧器の一次側の各線間電圧の基本波成分および第３次〜第７次高調波成分の大きさと位相角からなるベクトル量を抽出し、
上記ベクトル量演算部により得られた上記各線間電圧の基本波成分および第３次〜第７次高調波成分のベクトル量に基づいて、上記第３次〜第７次の高調波成分のいずれか１つによる上記変圧器の一次側から電源側を見た３つの線間インピーダンスベクトル量を上記Ｍサイクル毎に演算する線間インピーダンスベクトル量演算部を備え、
上記欠相状態判定部は、
上記線間インピーダンスベクトル量演算部により演算された上記３つの線間インピーダンスベクトル量のうちの絶対値が最も小さい線間に対して絶対値が次に大きい線間の絶対値がＫ２倍(Ｋ２は１.０を超える定数)以上である場合に、上記絶対値が大きい２つの線間に含まれる共通の１相が欠相状態にあるという第４条件と共に、上記第１,第２,第３条件を上記Ｍサイクル毎に判定して、上記第１,第３,第４条件を満たしかつ上記第２条件を満たさないということが上記Ｌ回連続したとき、上記“１相”が正に欠相状態にあると判定する。

【0028】

ここで、線間インピーダンスベクトル量とは、線間インピーダンスの抵抗成分をＸ軸、リアクタンス成分をＹ軸とする平面座標上におけるインピーダンスベクトル量である。

【0029】

上記実施形態によれば、欠相判定の第１条件および稼働判定の第３条件を満たすが、電流ベクトル量の総和がゼロの第２条件を満たさなかった場合に、線間インピーダンスベクトル量演算部により演算された３つの線間インピーダンスベクトル量のうちの絶対値が最も小さい線間(１組の断線していない健全なライン間)に対して絶対値が次に大きい線間(欠相した相を含む２組のライン間)の絶対値がＫ２倍(Ｋ２は１.０を超える定数)以上であるときに、上記絶対値が大きい２つの線間に含まれる共通の１相が欠相状態にあるという第４条件によって、欠相状態の有無の判定を補完することができ、さらに確実な検出が可能になる。

【0030】

この実施形態の欠相検出器は、長時間観測することで微小励磁電流を検出しようとするものであるが、電流変換器の二次側の信号ラインで発生するランダムノイズは低減できるものの同一周波数成分からなる電磁誘導ノイズは低減できないので、送電線または配電線が断線して欠相状態であるにも関わらず、電流変換器の二次側回路が受ける誘導ノイズの影響で微小電流成分を検出し、導通ありと誤判定してしまう可能性がある。

【0031】

そのため、本発明者は、高調波を用いた電源のインピーダンス観測を行って電圧高調波が必ず電流波形にも反映され、それによって電源側の導通状態がより正確に確認できると考えた。また、線間電圧、線間電流の高調波成分を算出することで各信号に含まれる同周波数で同位相の電磁誘導ノイズに対しては互いにキャンセルする効果があり、より正確な判定が可能であると考えた。

【0032】

ところで、電磁誘導ノイズに対しては電圧高調波のみが観測されるのは断線状態で電流が流れていない場合であり、電流高調波のみが観測されるのは誘導ノイズのためと考えられる。この電源のインピーダンス観測も交流１サイクル分の観測のみではノイズの影響で正確には測定できず、長時間に渡って観測を行うことによってより高精度な欠相判定が可能である。

【0033】

また、一実施形態の欠相検出器では、
上記欠相状態判定部において、上記第４条件に用いられる定数Ｋ２は１.５程度である。

【0034】

上記実施形態によれば、欠相状態判定部において上記第４条件に用いられる定数Ｋ２を１.５程度とすることによって、第４条件の判定を正確に行うことができる。

【0035】

また、一実施形態の欠相検出器では、
上記欠相状態判定部が、上記Ｍサイクル分の各相の電流波形データ毎に、上記第１,第２,第３条件を判定して、上記第１,第２,第３条件を少なくとも１回満たしたとき、欠相の予兆と判断する欠相予兆判断部を備えた。

【0036】

上記実施形態によれば、欠相状態判定部が上記第１,第２,第３条件を少なくとも１回満たすとき、欠相予兆判断部により欠相の予兆と判断するので、欠相状態になる前に速やかに対応することが可能になる。

【発明の効果】

【0037】

以上より明らかなように、この発明によれば、変圧器の二次側に負荷が接続されていない場合や、別電源が接続されている場合および測定回路の信号ケーブルにホワイトノイズ成分や誘導ノイズ成分が重畳している場合であっても、欠相状態の検出を正確にできる欠相検出器を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【0038】

【図1】図１はこの発明の実施の一形態の欠相検出器を用いた欠相検出システム構成図である。

【図2】図２は上記欠相検出器の演算部の第１欠相判定アルゴリズムを示す図である。

【図3】図３は電流値とＭ値の関係を示すグラフである。

【図4】図４は上記欠相検出器の演算部の第２欠相判定アルゴリズムを示す図である。

【図5】図５は略無負荷時(負荷抵抗１００ＭΩ)の電源用変圧器の回路モデル１相分を示す図である。

【図6】図６は略無負荷時の電源用変圧器の一次側の波形例を示す図である。

【図7】図７は図６の電圧波形のフーリエ変換結果を示す図である。

【図8】図８は図６の電流波形のフーリエ変換結果を示す図である。

【図9】図９は発変電所の受電用変圧器の構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0039】

以下、この発明の欠相検出器を図示の実施の形態により詳細に説明する。

【0040】

図１はこの発明の実施の一形態の欠相検出器１１を用いた欠相検出システムの構成図を示している。なお、この欠相検出システムでは、一例として、受電線または母線より供給された三相電源が、送電線Ｌを介して変電所内の変圧器ＴＲの一次側に接続され、欠相検出器１１によって変圧器ＴＲの一次側の三相電源の欠相状態を検出する。

【0041】

この実施の形態の欠相検出システムは、図１に示すように、変圧器ＴＲの一次側の線間電圧を変換する電圧変換器１(以下、ＶＴ１という)と、変圧器ＴＲの一次側の相電流を電圧に変換する電流変換器２(以下、ＣＴ２という)と、上記ＶＴ１およびＣＴ２からの信号を受けて、三相電源の欠相状態を判定する欠相検出器１１と、欠相検出器１１からの判定結果を通信ネットワーク１２を介して受けるデータサーバー装置１３と、欠相検出器１１からの判定結果を通信ネットワーク１２を介して受けて表示するモニター装置１４とを備えている。

【0042】

上記欠相検出器１１は、ＶＴ１により変換された変圧器ＴＲの一次側の電圧を計測用電圧信号に変換する計測用電圧変換器３と、ＣＴ２により変換された変圧器ＴＲの一次側の電流を表す電圧信号を計測用電圧信号に変換する計測用電流電圧変換器４と、計測用電圧変換器３および計測用電流電圧変換器４により変換された計測用電圧信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器５と、Ａ／Ｄ変換器５によりデジタルデータに変換された波形データを記憶する波形データメモリ部６と、ベクトル量演算部７ａと実効値演算部７ｂとＭ値設定部７ｃと線間インピーダンスベクトル量演算部７ｄを含む演算部７と、演算部７により演算されたベクトル量データに基づいて、欠相状態を判定する欠相状態判定部８と、欠相状態判定部８の判定結果に基づいて通信ネットワーク１２に出力する判定結果出力部９と、判定結果出力部９からの判定結果を受けて、欠相状態判定部８の判定結果を表示する表示部１０とを有する。

【0043】

また、ベクトル量演算部７ａは、波形データメモリ部６に記憶された波形データに基づいてベクトル量演算を行う。

【0044】

また、実効値演算部７ｂは、商用周波数における１サイクル毎に各相電流の実効値を演算する。なお、実効値演算部７ｂは、数サイクル毎(Ｎ個の数倍の波形データ毎)に各相電流の実効値を演算してもよい。

【0045】

また、Ｍ値設定部７ｃは、実効値演算部７ｂにより演算された各相電流の実効値に基づいて、「Ｍ値」を設定する。

【0046】

また、線間インピーダンスベクトル量演算部７ｄは、３次〜７次の高調波成分毎に線間電圧のベクトル量を同次の線間電流のベクトル量で除することにより線間インピーダンスベクトル量を演算する。

【0047】

変電所の受電線または母線より供給された三相電源は、変圧器ＴＲに供給されるが、その途中にＶＴ１およびＣＴ２が設置されている。

【0048】

ＶＴ１の電圧信号は、欠相検出器１１内の計測用電圧変換器３により数Ｖ以下の電圧信号に変換される。また、ＣＴ２の電流信号は、欠相検出器１１内の計測用電流電圧変換器４により数Ｖ以下の電圧信号に変換される。

【0049】

次に、計測用電圧変換器３および計測用電流電圧変換器４の各電圧信号は、Ａ／Ｄ変換器５によって、商用周波数における１サイクル当たりＮサンプル(Ｎは正の整数)に相当するサンプリング周波数でサンプリングされてデジタル信号に変換される。

【0050】

そのＡ／Ｄ変換器５によりデジタル信号に変換されたデジタルデータは、波形データとして波形データメモリ部６に記憶される。

【0051】

次に、波形データメモリ部６に記憶された波形データに基づいて、ベクトル量演算部７ａによりベクトル量に変換されて欠相状態判定部８に送られる。

【0052】

〔第１欠相判定アルゴリズム〕
まず、第１欠相判定アルゴリズムでは、欠相状態判定部８は、次の[第１条件],[第２条件],[第３条件]をＭサイクル毎(Ｍは正の整数)に判定する。したがって、各相の電流波形データは、Ｎ×Ｍ個となる。このＭはＭ値という。

【0053】

[第１条件] ベクトル量演算部７ａにより抽出されたＭサイクル分の各相の電流波形データから抽出されたベクトル量において、３相のうち常に同一の“１相”のベクトル量の絶対値が他の相のベクトル量の絶対値のＫ１倍(Ｋ１は１.０未満のゼロに近い定数、例えば０.０３程度)以下である。

【0054】

[第２条件] 変圧器ＴＲの一次側の中性点が非接地の場合は、他の２相の各電流の基本波成分のベクトル和が略零であるか、または、変圧器ＴＲの一次側の中性点が接地されている場合は、２相の各電流および接地線の電流のベクトル和が略零である。

【0055】

[第３条件] ３相のうち電流のベクトル量の絶対値が最大となっている相の電流のベクトル量の絶対値が変圧器ＴＲの励磁電流を含めた充電電流値の５０％以上である。

【0056】

欠相状態判定部８は、Ｍサイクル毎に上記[第１条件],[第２条件],[第３条件]判定して、予め設定されたＬ回連続して[第１条件],[第２条件],[第３条件]を満たすとき、上記[第１条件]の“１相”が正に欠相状態にあると判定する。

【0057】

そして、欠相状態判定部８は、上記[第１条件]の“１相”が欠相状態にあると判定すると、その判定結果を判定結果出力部９から出力する。また、判定結果出力部９からの判定結果を表示部１０に表示すると共に、判定結果出力部９からの判定結果を通信ネットワーク１２を介してデータサーバー装置１３およびモニター装置１４に伝送する。

【0058】

上記ベクトル量演算部７ａにおいて、波形データからベクトル量データへの変換には離散的フーリエ変換法を用いる。これは波形データに、
sin(２πｎ・ｋ△t／Ｔ) および cos(２πｎ・ｋ△t／Ｔ)
ただし、ｎ ： 高調波成分ベクトル量の次数(基本波ベクトルの場合は１)
ｋ ： ０,１,２,…,Ｎ−１(Ｎ＝Ｔ／△t)
△ｔ： サンプル時間間隔
Ｔ ： 時間幅
を掛けて積算し、波形データの第ｎ次の高調波成分の正弦成分Ａnおよび余弦成分Ｂnを求めてベクトル量とするものである。これには個々に成分を求めるＤＦＴ(離散フーリエ変換)といわれる方法(後述する(式１)参照)を用いても良いし、全周波数成分を一度に求められるＦＦＴ(高速フーリエ変換)といわれる方法を用いても良い。

【0059】

また、当然のことながら波形データの切り出し時点の位相や観測対象の波形がＦＦＴのＢＩＮ周波数のいずれにも合致していないことによって誤差が出ることを避けるため、窓関数を掛けて側帯波の帯域幅を一定値以下に抑制し、かつ実効値演算時には、主たるスペクトルの周辺の側帯波を含めたピラゴラス和で計算してもよい。また、演算時間を短縮するために先にＦＦＴを行って、その後でＦＦＴの演算結果に簡単な処理を行って窓関数を掛けたのと同様の効果を得たり、リカーシブＤＦＴの方法を用いて逐次移動平均的にＦＦＴの結果を求めたりしても良い。

【0060】

窓関数については既知の事実であるが、時間幅Ｔのデータを採ってきてフーリエ変換する場合、同時間幅の矩形波窓関数を掛けているのと同義となり、データの先頭部分と最後尾部分とで値に差が有ると、その差に相当する時間幅Ｔの繰り返し波形成分が有ると認識され、元の波形に含まれていなかった周波数成分が出現してしまう。

【0061】

そのため、窓関数を掛けてデータの先頭部分と最後尾部分を圧縮し、フーリエ変換の結果の周波数スペクトルデータのうち別途に定めるノイズレベルを超えるものが、周波数スペクトルデータ中で最大のものを中心としてその最大のものの前後数本以内に収まるようにし、ノイズレベルを超える周波数スペクトルデータが全て後述する(式２)の中に含まれるようにしなければならない。

【0062】

基本波成分の周波数が判ると、高調波成分の周波数もその整数倍の値として算出可能であり、高調波成分は、各高調波の周波数を中心にその前後数本のスペクトルから算出可能である。

【0063】

フーリエ変換の結果の第ｍ番目のスペクトル成分は次の(式１)で算出できる。

【数1】

ただし、△ｔ ：波形のサンプリング時間間隔
ｖ(k△t) ：観測値の第ｋサンプル目の値
ｗ(k△t) ：窓関数

【0064】

例えば、ハニング窓の場合、
Ｗ(k△t)＝０.５×(１−cos(２πｋ△ｔ／Ｔ))
ただし、Ｔ ： 時間幅
のような関数である。また、△ｔ／Ｔは、
△ｔ／Ｔ ＝ １／(Ｎ×Ｍ)
ただし、Ｎ ： 商用周波数における１サイクル当たりサンプル数
Ｍ ： 商用周波数のサイクル数
であるフーリエ変換に掛けられる総データサンプル数である。

【0065】

例えば、基本周波数が５０Ｈｚで、ベクトル量の抽出のためのサイクル数をＭ＝４とし、商用周波数における１サイクル当たりのサンプル数がＮ＝６４サンプル／１サイクルの場合、波形データは６４×４＝２５６サンプルに渡ってサンプルされ、これは商用周波数の４サイクル分である。このとき、フーリエ変換の結果の周波数スペクトルは１２.５Ｈｚ毎に１本となり、０Ｈｚ成分を第０番目とすれば第４番目が５０Ｈｚになり、窓関数の形態にもよるが、この第４番目の前後数本のスペクトルが基本波成分によるスペクトルとなる。基本波成分の実効値Ｖ_rmsは、第４番目の前後数本のスペクトルから次の(式２)により算出される。

【数2】

(ただし、Ｎ＝６４サンプル／１サイクル)

【0066】

上記(式１)は、例として電圧波形データを元に電圧ベクトル量を求める場合について示しているが、電流ベクトル量計算の場合もデータを電流波形データに代えるだけで同様の計算式を用いることができる。

【0067】

そして、ベクトル量が抽出できると、次は欠相判定を実施する。

【0068】

まず、欠相状態判定部８の欠相判定方法を説明する。抽出した電流ベクトル量は、その絶対値の大きさの順に並べて、

【数3】

とする。そして、欠相判定は、

【数4】

(ただし、Ｋ１は０.０３程度の係数)
で行う。なお、係数Ｋ１は１.０未満の値を適宜設定してよい。

【0069】

通常の欠相判定はこれのみで充分であるが、この発明の目的は、変圧器ＴＲの二次側に負荷が接続されていない状態で(変圧器ＴＲの僅かな励磁電流もしくは充電電流のみで)欠相検出することにある。そのため、電流最大の相で通常の充電電流が流れていることを検出する([第３条件])。検出レベルは、充電電流値の５０％程度としたが厳密でなくても良い。次に、誤検出の無いことを確認するため、接地電流Ｉ₀も含めた健全相の受電電流の総和≒０の条件が成立していることを確認する([第２条件])。電流は全て変圧器ＴＲに流れ込む方向を正極性(または負極性)として極性を統一する。

【0070】

この欠相状態の判定に要するデータ数は、商用周波数のサイクル数(Ｍ値)で設定する。

【0071】

また、ベクトル量演算部７ａによるベクトル量の抽出とは別に、商用周波数における１サイクル毎(または数サイクル毎)に各相電流の実効値を実効値演算部７ｂにより演算し、その大きさで判定に要する波形データの取得時間幅を商用周波数のサイクル数で表現した値(Ｍ値)を決定する。

【0072】

このＭ値は、３サイクルから３０００サイクル程度までの間を変化させる。各相電流のうちの実効値が最大の相の電流実効値が小さい場合は、Ｍ値を大きく設定して長時間(商用周波数５０ＨｚでＭ＝３０００の場合は６０秒相当)観測し、電流実効値が大きい場合は、Ｍ値を小さくして短時間(商用周波数５０ＨｚでＭ＝３の場合は６０ｍｓｅｃ相当)観測し、判定可能となるよう調整する。

【0073】

一例として次の(式３)によってＭ値を定めても良い。
Ｍ ＝ Ｉnt[Ｍ_min・exp{ln(Ｍ_max／Ｍ_min)・(Ｉ_teikaku−Ｉ)／(Ｉ_teikaku−Ｉ_reiji)}] … (式３)
ただし、Ｉnt(x) ： ｘの整数部分
Ｍ_min ： Ｍ値の最小値
Ｍ_max ： Ｍ値の最大値
Ｉ_teikaku ： 変圧器ＴＲの一次側の定格電流値
Ｉ_reiji ： 変圧器ＴＲの一次側の励磁電流値
Ｉ ： 実効値が最大となっている相の電流値
(例えば、Ｍ_max＝３０００(５０Ｈz商用周波数時６０秒相当)、Ｍ_min＝３)
このＭ値は、精密に設定する必要はないので、例えば３サイクル、３０サイクル、３００サイクルの各々に対応する電流値Ｉ₃、Ｉ₃₀、Ｉ₃₀₀、(Ｉ₃＞Ｉ₃₀＞Ｉ₃₀₀)を予め計算しておいて、電流値がＩ₃以上は３サイクル、Ｉ₃未満かつＩ₃₀以上は３０サイクル、Ｉ₃₀未満かつＩ₃₀₀以上は３００サイクルのように設定しても良い。

【0074】

ここで、Ｎ×Ｍ個サンプルのデータ収集中にＭ値がＭ’に変更された場合は、Ｎ×Ｍ’個サンプルに達していれば、最後からＮ×Ｍ’個サンプルのデータを用いてベクトル量の抽出を行う。

【0075】

稼働状態で受電電流の総和≒０の条件も満たした上で欠相判定された場合は、電流実効値が最小の相が欠相状態にあると判定し、その判定結果を判定結果出力部９から出力して、判定結果を表示部１０に表示したり通信ネットワーク１２を介して伝送したりする。

【0076】

図２は欠相検出器１１の演算部７の第１欠相判定アルゴリズムのフローを示している。また、図３のグラフに上記(式３)によるＭ値の特性を示している。

【0077】

第１欠相判定アルゴリズムでは、まず、図２に示す処理ブロック１０１で変圧器ＴＲの一次側の相電流Ｉa,Ｉb,Ｉcの１サイクル分(Ｎサンプル)の波形データから各相電流の実効値を演算する(実効値演算部７ｂ)。なお、数サイクル分の波形データから各相電流の実効値を演算してもよい。

【0078】

そして、その処理ブロック１０１で演算された各相電流の実効値に基づいて、処理ブロック１０２で「Ｍ値」を設定する(Ｍ値設定部７ｃ)。

【0079】

このとき、定格負荷時は、Ｍ＝Ｍ_min(例えば「３」)として、無負荷時は、Ｍ＝Ｍ_max(例えば「３０００」)とする(図３参照)。

【0080】

また、処理ブロック１０３では、処理ブロック１０２で設定した「Ｍ値」を用いて、変圧器ＴＲの一次側の相電流Ｉa,Ｉb,ＩcのＮ×Ｍ個(Ｍサイクル分)の波形データから各相電流の基本波成分のベクトル量を抽出する(ベクトル量演算部７ａ)。

【0081】

次に、処理ブロック１０４では、処理ブロック１０３で抽出された各相電流の基本波成分のベクトル量について、絶対値(すなわち大きさ)の大きいものから、

【数5】

の順に並べ替える。

【0082】

そして、処理ブロック１０５では、

【数6】

(Ｋ１は０.０３程度の係数)
であるとき、欠相状態の判定に関わる[第１条件]を満たす。

【0083】

また、処理ブロック１０６では、

【数7】

(ただし、Ｉ₀は接地電流)
であるとき、接地電流Ｉ₀も含めた健全相の受電電流の総和≒０の判定すなわち電流ベクトル和の判定に関わる[第２条件]を満たす。

【0084】

また、処理ブロック１０７では、

【数8】

であるとき、稼働中であるとして[第３条件]を満たす。ここで、励磁電流は、変圧器の一次側の任意の一相における通常時の励磁電流を含めた充電電流値である。

【0085】

そして、論理ブロック１０８では、上記[第１条件],[第２条件],[第３条件]のＡＮＤ(論理積)条件を判定する。

【0086】

次に、処理ブロック１０９で、Ｍサイクル毎の判定結果が、予め設定されたＬ回連続して上記[第１条件],[第２条件],[第３条件]を満たすとき、すなわち、ＡＮＤ(論理積)の結果が「真」であるとき、[第１条件]の絶対値の最も小さいベクトル量、すなわち、

【数9】

である相が欠相状態にあると判定する(欠相状態判定部８)。このようにして欠相状態にあると判定すると、処理ブロック１０９から、欠相状態にあることを表す信号を出力する(第１判定結果出力)。ここで、欠相状態にある相の情報を出力するようにしてもよい。

【0087】

また、論理ブロック１１１において、Ｍサイクル毎に、[第１条件],[第３条件]を満たしかつ[第２条件]を満たさないときのＡＮＤ(論理積)の結果が「真」であるとし、判定不能であることを出力する。すなわち、[第１条件](欠相条件)と[第３条件](稼働条件)とを満たすも[第２条件]の電流総和が略ゼロでない場合、ノイズのために判定不能であることを表す信号出力する(第１判定不能出力)。

【0088】

なお、変圧器ＴＲの一次側の中性点が接地されている場合は、処理ブロック１１０において、接地電流Ｉ₀のＮ×Ｍ個(Ｍサイクル分)の波形データから接地電流Ｉ₀の基本波成分のベクトル量、すなわち、

【数10】

を抽出する。この処理ブロック１１０で抽出された接地電流Ｉ₀の基本波成分のベクトル量は、処理ブロック１０６にて用いられる。ここで、変圧器ＴＲの一次側の中性点が非接地の場合は、接地電流Ｉ₀＝０とする。

【0089】

上記第１欠相判定アルゴリズムにおいて、稼働状態にも関わらず、健全相の受電電流の総和≒０の条件が満たされなかった場合は、欠相状態にないか、または、誘導電流ノイズなどのために商用周波数のベクトル量演算では正しく欠相判定ができないものとして、高調波による電源側の線間インピーダンスベクトル量に基づく第２欠相判定アルゴリズムで判定する。

【0090】

〔第２欠相判定アルゴリズム〕
次に、健全相の受電電流の総和≒０の条件が満たされなかった場合に正しく判定可能な第２欠相判定アルゴリズムについて説明する。

【0091】

図５は略無負荷時(負荷抵抗値１００ＭΩ)の電源用変圧器ＴＲの回路モデル１相分を示している。図５において、Ｒ１は負荷抵抗、Ｒ２は送電線Ｌの抵抗、Ｅは電源、Ｃ１は変圧器ＴＲの一次側の接地容量、Ｃ２は変圧器ＴＲの二次側の接地容量である。

【0092】

この図５の回路モデルにおいて、変圧器ＴＲの一次側の電圧実効値を５５０ｋＶ／√３とし、変圧器ＴＲの二次側の電圧値を６６ｋＶとし、変圧器ＴＲの二次側が略無負荷時(負荷抵抗値１００ＭΩ)、変圧器ＴＲの励磁電流が略０.１Ａ程度で定格電流値の０.１％程度になるように設計されているものとする。励磁電流は、変圧器ＴＲのコア材のヒステリシス特性の影響を受けやすく、負荷電流が略０Ａの場合の一次側の電流波形は図６のように歪んだ正弦波状の波形となり、そのフーリエ変換結果は図７のようになる。

【0093】

図６は略無負荷時の電源用変圧器の一次側の波形例を示している。図６において、横軸は時間[ｓｅｃ]を表し、縦軸はブランチ電流(相電流)[Ａ]およびノード間電位差(線間電圧)[Ｖ]を表しており、太線の曲線が電圧波形、細線の曲線が電流波形を示す。

【0094】

また、図７は図６の電圧波形のフーリエ変換結果を示している。図７において、横軸は次数を表し、縦軸は次数毎の成分の大きさであるノード間電位差(線間電圧)[Ｖ](棒グラフ)および位相角[ｄｅｇ](折れ線グラフ)を示す。

【0095】

図８にその電流波形のフーリエ変換結果を示している。図８において、横軸は次数を表し、縦軸は次数毎の成分の大きさであるブランチ電流(相電流)[Ａ](棒グラフ)および位相角[ｄｅｇ](折れ線グラフ)を示す。

【0096】

この図８から基本波成分を除く高調波成分の中で３次高調波成分が最大でかつ変圧器ＴＲに流れ込む基本波成分とは逆位相なので、３次高調波成分が変圧器ＴＲから電源側に流れていることが判る。

【0097】

例えば、３次の高調波成分の線間電圧ベクトル量を同次の線間電流ベクトル量で除して線間インピーダンスベクトル量を求める。

【0098】

このベクトル量の抽出に必要な元データのサンプル数は、第１欠相判定アルゴリズムと同じＮ×Ｍ個である。

【0099】

この線間インピーダンスベクトル量を絶対値の大きいものから、

【数11】

の順に並べ替える。

【0100】

【数12】

(ただし、Ｋ２は１.５程度の係数)
の条件を満たすときにＺ_maxの線間と、Ｚ_midの線間に共通に含まれる相が欠相状態にあると判定する。なお、係数Ｋ２は１.０以上の値を適宜設定してよい。

【0101】

図４は欠相検出器１１の演算部７の第２欠相判定アルゴリズムのフローを示している。

【0102】

図４に示す処理ブロック２０１で、処理ブロック１０２で設定した「Ｍ値」を用いて、変圧器ＴＲの一次側の線間電圧Ｖab,Ｖbc,Ｖcaおよび線間電流Ｉab,Ｉbc,ＩcaのＮ×Ｍ個(Ｍサイクル分)の波形データから各線間電圧および各線間電流の基本波成分および３次〜７次の高調波成分のベクトル量を抽出する。

【0103】

次に、処理ブロック２０２で、３次〜７次の高調波成分毎に線間電圧のベクトル量を同次の線間電流のベクトル量で除して線間インピーダンスベクトル量を演算する(線間インピーダンスベクトル量演算部７ｄ)。ここで、相電流Ｉa,Ｉb,Ｉcのベクトル量を、

【数13】

とすると、線間電流Ｉab,Ｉbc,Ｉcaのベクトル量は、

【数14】

により求める。

【0104】

そして、処理ブロック２０３では、３次〜７次の線間インピーダンスベクトル量のうちの基本波成分に対して位相が逆向きの高調波成分の１つを選択し、その高調波成分の線間インピーダンスベクトル量の絶対値(すなわち大きさ)の大きい線間から、

【数15】

の順に並べ替える。

【0105】

次に、処理ブロック２０４では、

【数16】

(ただし、Ｋ２は１.５程度の係数)
であるとき、欠相状態であると判定する。

【0106】

そして、論理ブロック２０５により、第１欠相判定アルゴリズムで判定不能であるという第１判定不能出力と処理ブロック２０４で欠相状態であるという条件のＡＮＤ(論理積)を判定する(欠相状態判定部８)。

【0107】

次に、処理ブロック２０６で、Ｍサイクル毎の判定結果が、予め設定されたＬ回連続して論理ブロック２０５のＡＮＤ(論理積)の結果が「真」であるとき、

【数17】

の２つの線間インピーダンスベクトル量に共通に含まれる相が欠相状態にあると判定する(欠相状態判定部８)。そして、処理ブロック２０６から、２つの線間インピーダンスベクトル量に共通に含まれる相が欠相状態にあることを表す信号を出力する((判定結果出力部９からの第２判定結果出力)。

【0108】

上記構成の欠相検出器１１では、変圧器ＴＲの二次側が無負荷時に比較的長時間(例えば１０秒〜１分程度)に渡って波形を観測して欠相状態の有無を検出することを想定しているが、負荷接続時にはより大きな負荷電流によって欠相状態を容易に短時間で検出することが可能である。また、そのような場合は、短時間で判定できなければならないが、電流が大きく観測波形の瞬時値の誤差に対する比(Ｓ／Ｎ比という)が大きくなるので、短時間の測定で判定可能である。

【0109】

また、上記欠相検出器１１によれば、変圧器ＴＲの二次側に負荷が接続されていない場合や、別電源が接続されている場合および測定回路の信号ケーブルにホワイトノイズ成分や誘導ノイズ成分が重畳している場合であっても、欠相状態の検出を正確にできる。

【0110】

また、上記欠相状態判定部８において上記[第１条件]に用いられる定数Ｋ１を０.０３程度とすることによって、欠相状態の検出をより正確に行うことができる。

【0111】

また、上記判定結果出力部９によって、欠相状態判定部８の判定結果の表示および外部への伝送を行うので、正確な欠相状態の検出結果を報知することができる。なお、欠相状態判定部８の判定結果の表示または外部への伝送の一方を行うものでもよい。

【0112】

また、上記欠相判定の[第１条件]および稼働判定の[第３条件]を満たすが、電流ベクトル量の総和がゼロの[第２条件]を満たさなかった場合に、線間インピーダンスベクトル量演算部７ｄにより演算された３つの線間インピーダンスベクトル量のうちの絶対値が次に小さい線間(１組の断線していない健全なライン間)に対して絶対値が次に大きい線間(欠相した相を含む２組のライン間)の絶対値がＫ２倍(Ｋ２は１.０を超える定数)以上であるときに、上記絶対値が大きい２つの線間に含まれる共通の１相が欠相状態にあるという[第４条件]によって、欠相状態の有無の判定を補完することができ、さらに確実な検出が可能になる。

【0113】

この実施形態の欠相検出器１１は、長時間観測することで微小励磁電流を検出しようとするものであるが、ＣＴ２の二次側の信号ラインで発生するランダムノイズは低減できるものの同一周波数成分からなる電磁誘導ノイズは低減できないので、送電線または配電線が断線して欠相状態であるにも関わらず、ＣＴ２の二次側回路の受ける誘導ノイズの影響で微小電流成分を検出し、導通ありと誤判定する可能性が有る。

【0114】

そのため、本発明者は高調波を用いた電源のインピーダンス観測を行って電圧高調波が必ず電流波形にも反映され、それによって電源側の導通状態がより正確に確認することができる。また、線間電圧、線間電流の高調波成分を算出することで各信号に含まれる同周波数で同位相の電磁誘導ノイズに対しては互いにキャンセルする効果があり、より正確な判定が可能である。

【0115】

ところで、電磁誘導ノイズに対しては電圧高調波のみが観測されるのは断線状態で電流が流れていない場合であり、電流高調波のみが観測されるのは誘導ノイズのためと考えられる。この電源のインピーダンス観測も交流１サイクル分の観測のみではノイズの影響で正確には測定できず、長時間に渡って観測を行うことによってより高精度な欠相判定が可能である。

【0116】

また、上記欠相状態判定部８において上記[第４条件]に用いられる定数Ｋ２を１.５程度とすることによって、[第４条件]の判定を正確に行うことができる。

【0117】

なお、上記欠相状態判定部８が上記[第１条件],[第２条件],[第３条件]を少なくとも１回満たすとき、欠相の予兆と判断する欠相予兆判断部を備えてもよい。この場合、欠相予兆判断部により欠相の予兆と判断することで、欠相状態になる前に速やかに対応することが可能になる。

【0118】

この発明の欠相検出器によれば、変圧器ＴＲの二次側が無負荷の場合でも、励磁電流程度の微弱な充電電流の有無で変圧器ＴＲの一次側の欠相監視が可能である。電流信号が微弱な場合は、測定時間を最大１０００倍程度まで増加させてデータのサンプル数を増やすことにより、ランダムノイズは低減されて測定精度が増加する。また、ＣＴ２の二次側の信号ラインに並走する電流信号などによる誘導ノイズのように、サンプル数を増しても低減されないノイズに対しては、この発明の第２欠相判定アルゴリズムによって、変圧器ＴＲのコアのヒステリシス特性のために励磁電流に含まれる３次〜７次の高調波成分から求めた電源側を見た線間インピーダンスベクトル量を用いて欠相状態を再確認することができ、より精度の高い判定を行うことができる。

【0119】

また、この発明によれば、電流信号が微弱な場合は測定時間を最大１０００倍程度まで増加させることにより高精度な判定が可能であると共に、電流信号が急激に増大した場合は測定時間を自動的に短縮するので、最短で交流信号の数サイクルでの判定が可能である。

【0120】

上記実施の形態では、図２に示す第１欠相判定アルゴリズムと、図４に示す第２欠相判定アルゴリズムを用いて欠相状態の判定を行う欠相検出器およびそれを備えた欠相検出システムについて説明したが、欠相検出器はこれに限らず、第１欠相判定アルゴリズムのみを用いて欠相状態の判定を行う欠相検出器にこの発明を適用してもよい。

【0121】

また、上記実施の形態では、欠相状態判定部８の判定結果の表示および外部への伝送を行う判定結果出力部９を備えた欠相検出器１１について説明したが、欠相状態判定部はなくともよい。

【0122】

従来の発電所の非常時電源装置の変圧器は、普段稼働しないことから励磁電流が極端に小さくなるよう設計されており、線間電圧５５０ｋＶでも励磁電流は０.１Ａ程度である。一方、短絡電流は数千Ａになるので、測定側では５桁程度の有効数字が必要になる。このような数千Ａの短絡電流を測定系にそのまま流せないので、ＣＴなどの変換器が現場では必須要件となるが、例えば電流４千Ａを５Ａにするには変流比が８００：１のＣＴが必要となる。この場合のＣＴの一次側電流０.１Ａとすると二次側電流は１２５μＡとなり、このような微小電流を数百ｍ離れた保護リレー室で監視することは精度上困難である。

【0123】

これに対して、この発明の欠相検出器では、ＣＴの二次側電流を数十秒の電流波形データを蓄積させてＤＦＴにより各相の電流のベクトル量を抽出することにより、μＡのオーダーにまで小さくなってしまったＣＴの二次側電流から欠相判定することができる。

【0124】

なお、測定対象が１２５μＡ程度の電流である場合、隣接する別系統のＣＴ電流が数Ａ流れていると、そのケーブルが同じ配線ダクト内を数十ｍ併走されている場合は、商用周波数の誘導ノイズ(基本波成分)が測定対象であるＣＴの二次側電流に重畳する。このような誘導ノイズによる影響を低減させるため、この発明の欠相検出器では、各相電流と零相電流のベクトル和が略零となる当然成立すべき論理条件を確認し、その条件を満たさない場合は、高調波成分の線間複素電圧(線間電圧のベクトル量)を線間複素電流(線間電流のベクトル量)で割って線間インピーダンスベクトル量を求めて、電源側の欠相判定を行うので、商用周波数の誘導ノイズは、線間要素による演算でキャンセルされて効果的に低減できる。

【0125】

この発明の具体的な実施の形態について説明したが、この発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々変更して実施することができる。

【符号の説明】

【0126】

１…電圧変換器
２…電流変換器
３…計測用電圧変換器
４…計測用電流電圧変換器
５…Ａ／Ｄ変換器
６…波形データメモリ部
７…演算部
７ａ…ベクトル量演算部
７ｂ…実効値演算部
７ｃ…Ｍ値設定部
７ｄ…線間インピーダンスベクトル量演算部
８…欠相状態判定部
９…判定結果出力部
１０…表示部
１１…欠相検出器
１２…通信ネットワーク
１３…データサーバー装置
１４…モニター装置
ＴＲ…変圧器

【要約】

【課題】欠相状態の検出を正確にできる欠相検出器を提供する。
【解決手段】欠相状態判定部(８)は、常に同一の“１相”のベクトル量の絶対値が他の相のベクトル量の絶対値のＫ１倍以下であるという[第１条件]と、他の２相の各電流の基本波成分のベクトル和が略零であるという[第２条件]と、３相のうち電流のベクトル量の絶対値が最大となっている相の電流のベクトル量の絶対値が変圧器の励磁電流を含めた充電電流値の５０％以上であるという[第３条件]について、Ｍサイクル毎に判定して、Ｌ回連続して[第１条件],[第２条件],[第３条件]を満たすとき、“１相”が正に欠相状態にあると判定する。Ｍ値設定部(７ｃ)により、Ｎ個の電流波形データ毎の３相のうち実効値が最大となっている相の実効値が小さいほどＭの値を大きくする一方、実効値が最大となっている相の実効値が大きいほどＭの値を小さくする。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】