特許 6976258 変圧器巻線のターン間故障を検出するためのシステムおよび方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6976258

(24)【登録日】2021年11月11日

(45)【発行日】2021年12月8日

(54)【発明の名称】変圧器巻線のターン間故障を検出するためのシステムおよび方法

(51)【国際特許分類】

   H02H 7/045 20060101AFI20211125BHJP

   G01R 31/72 20200101ALI20211125BHJP

【ＦＩ】

   H02H7/045 E

   G01R31/72

【請求項の数】20

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2018-541136(P2018-541136)

(86)(22)【出願日】2017年2月9日

(65)【公表番号】特表2019-506831(P2019-506831A)

(43)【公表日】2019年3月7日

(86)【国際出願番号】US2017017140

(87)【国際公開番号】WO2017139445

(87)【国際公開日】20170817

【審査請求日】2020年2月4日

(31)【優先権主張番号】15/040,549

(32)【優先日】2016年2月10日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】390041542

【氏名又は名称】ゼネラル・エレクトリック・カンパニイ

(74)【代理人】

【識別番号】100105588

【弁理士】

【氏名又は名称】小倉 博

(74)【代理人】

【識別番号】100113974

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 拓人

(72)【発明者】

【氏名】チャン，チーイン

(72)【発明者】

【氏名】ダス，サラシジ

(72)【発明者】

【氏名】シドゥ，タルロチャン

(72)【発明者】

【氏名】ダダシュ・ザデー，モハンマド・レザ

【審査官】 大濱 伸也

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０００７９４３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平０２−１９３５２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１２９５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５７−２１１９３２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｈ ７／０４５

Ｇ０１Ｒ ３１／７２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

変圧器（３１０）と、
前記変圧器（３１０）の一次巻線電流を監視することに基づいて第１の電流測定値を提供するように構成された第１の電流監視要素（１２５、３０５、４０５）と、
前記変圧器（３１０）の二次巻線電流を監視することに基づいて第２の電流測定値を提供するように構成された第２の電流監視要素（１３０、３１５、４２０）と、
前記第１の電流測定値および前記第２の電流測定値の各々を受信し、前記第１の電流測定値および前記第２の電流測定値を使用して、
定常状態の差動電流値を決定することと、
定常状態の電圧値を決定することと、
前記定常状態の差動電流値を前記定常状態の電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定することと、
前記定常状態の電圧値に前記１つまたは複数の補償係数を乗算することによって磁化電流振幅指標を決定することと、
前記定常状態の差動電流値と前記磁化電流振幅指標を組み込んだ修正値とを組み合わせることによって補償差動電流値を決定することと、
前記補償差動電流値を閾値と比較することと、
前記補償差動電流値が前記閾値を超える場合に前記変圧器（３１０）のターン間故障の発生を示すことと、
警報を送信すること、または保護リレーを動作させることの少なくとも１つを含む是正動作を実行することと
を含む手順を実行することによって、前記変圧器（３１０）の前記ターン間故障を検出するように構成された故障検出器（１２０）と
を備える、システム（１００、３００、４００）。

【請求項2】

前記修正値が、前記磁化電流振幅指標に等しい、請求項１に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項3】

前記定常状態の差動電流値と前記修正値とを組み合わせることが、前記修正値を前記定常状態の差動電流値から減算することを含む、請求項２に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項4】

前記磁化電流振幅指標の振幅が、前記変圧器（３１０）の動作電圧の振幅に正比例する、請求項３に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項5】

前記補償差動電流値が所定の期間前記閾値を超える場合に、前記変圧器（３１０）の前記ターン間故障の前記発生が示される、請求項４に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項6】

前記所定の期間を示すユーザ入力を受け入れるように構成されたユーザインターフェースをさらに備える、請求項５に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項7】

前記変圧器（３１０）が、多相変圧器（４１０）であり、前記一次巻線電流および前記二次巻線電流の各々が、前記多相変圧器（４１０）の複数の巻線のうちの第１の対の巻線に対応する、請求項１に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項8】

前記故障検出器（１２０）が、前記多相変圧器（４１０）の前記複数の巻線のいずれか１つに存在する場合に前記ターン間故障を検出する、請求項７に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項9】

前記変圧器（３１０）が、少なくとも二組の巻線を有する三相変圧器（４１０）であり、前記故障検出器（１２０）が、前記三相変圧器（４１０）の各相に前記手順を実行する、請求項１に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項10】

多相変圧器（４１０）と、
前記多相変圧器（４１０）の複数の一次巻線電流の各々を監視することに基づいて一組の一次電流測定値、および前記多相変圧器（４１０）の複数の二次巻線電流の各々を監視することに基づいて一組の二次電流測定値を提供するように構成された電流監視システムと、
前記一組の一次電流測定値および前記一組の二次電流測定値を受信し、前記一組の一次電流測定値および前記一組の二次電流測定値を使用して、
前記多相変圧器（４１０）の各相の定常状態の差動電流値を決定することと、
前記多相変圧器（４１０）の各相の定常状態の電圧値を決定することと、
前記多相変圧器（４１０）の各相の前記定常状態の差動電流値を前記定常状態の電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定することと、
それぞれの定常状態の電圧値に１つまたは複数の補償係数を乗算することによって前記多相変圧器（４１０）の各相の磁化電流振幅指標を決定することと、
それぞれの定常状態の差動電流値と各々がそれぞれの磁化電流振幅指標を組み込んだそれぞれの修正値とを組み合わせることによって前記多相変圧器（４１０）の各相の補償差動電流値を決定することと、
前記多相変圧器（４１０）の各相の前記補償差動電流値を前記多相変圧器（４１０）の各相の閾値と比較することと、
前記補償差動電流値の少なくとも１つが前記閾値を超える場合に前記多相変圧器（４１０）のターン間故障の発生を示すことと、
警報を送信すること、または保護リレーを動作させることの少なくとも１つを含む是正動作を実行することと
を含む手順を実行することによって、前記多相変圧器（４１０）の前記ターン間故障を検出するように構成された故障検出器（１２０）と
を備える、システム（１００、３００、４００）。

【請求項11】

前記それぞれの修正値が、前記それぞれの磁化電流振幅指標に等しい、請求項１０に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項12】

前記それぞれの定常状態の差動電流値と前記それぞれの修正値とを組み合わせることが、前記それぞれの修正値を前記それぞれの定常状態の差動電流値から減算することを含む、請求項１１に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項13】

前記それぞれの磁化電流振幅指標の振幅が、前記多相変圧器（４１０）のそれぞれの相動作電圧の振幅に正比例する、請求項１２に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項14】

前記補償差動電流値の前記少なくとも１つが所定の期間前記閾値を超える場合に、前記多相変圧器（４１０）の前記ターン間故障の前記発生が示される、請求項１３に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項15】

前記所定の期間を示すユーザ入力を受け入れるように構成されたユーザインターフェースをさらに備える、請求項１４に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項16】

前記多相変圧器（４１０）が、三相変圧器（４１０）である、請求項１０に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項17】

前記故障検出器（１２０）が、前記三相変圧器（４１０）の前記複数の巻線のいずれか１つに存在する場合に前記ターン間故障を検出する、請求項１６に記載のシステム（１００、３００、４００）。

【請求項18】

変圧器（３１０）の一次巻線電流を監視することに基づいて故障検出器（１２０）の第１の電流測定値を受信することと、
変圧器（３１０）の二次巻線電流を監視することに基づいて前記故障検出器（１２０）の第２の電流測定値を受信することと、
前記第１の電流測定値および前記第２の電流測定値を使用して定常状態の差動電流値および定常状態の電圧値を決定することと、
前記定常状態の差動電流値を前記定常状態の電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定することと、
前記定常状態の電圧値に前記１つまたは複数の補償係数を乗算することによって磁化電流振幅指標を決定することと、
前記定常状態の差動電流値と前記磁化電流振幅指標を組み込んだ修正値とを組み合わせることによって補償差動電流値を決定することと、
前記補償差動電流値を閾値と比較することと、
前記補償差動電流値が前記閾値を超える場合に前記変圧器（３１０）のターン間故障の発生を示すことと、
警報を送信すること、または保護リレーを動作させることの少なくとも１つを含む是正動作を実行することと
を含む、方法。

【請求項19】

前記修正値が、前記磁化電流振幅指標に等しい、請求項１８に記載の方法。

【請求項20】

前記定常状態の差動電流値と前記修正値とを組み合わせることが、前記修正値を前記定常状態の差動電流値から減算することを含む、請求項１９に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、巻線故障検出器に関し、より具体的には、ターン間巻線故障検出器のシステムおよび方法に関する。

【背景技術】

【0002】

巻線コイルは、インダクタや変圧器などの幅広い製品に組み込まれている。より具体的には、送電システムでは、様々な構成要素、例えば、電力変圧器または分路リアクトルは、１つまたは複数の巻線コイルを含むことができる。使用時には、様々なタイプの故障がこれらの巻線に発生する可能性がある。これらの故障のいくつか、例えば、電力変圧器の出力端子間の短絡は、電力変圧器の一次巻線または二次巻線の数ターンの間の内部短絡のような他の故障より容易に検出可能である。数ターンの間の内部短絡は、必ずしも電力変圧器によって電力変圧器に結合される送電線に提供される電流の量に大きな変化をもたらすとは限らない。しかし、時宜を得た是正措置がとられなければ、このような故障は、最終的には、送電線を通る送電に深刻な影響を及ぼす可能性のある重大な故障に発展する場合がある。

【0003】

典型的には様々なタイプの巻線における著しい電流変化を検出するように構成される従来の故障検出装置は、そのような巻線における小さなターン間故障を効果的に検出することができないことがある。より具体的には、従来の故障検出装置は、ターン間故障を示す低振幅差動電流の変化を検出するのに十分な感度が不十分である可能性がある。その結果、他の技術を使用してターン間故障を検出することを対象としたいくつかの解決策が提案されている。例えば、１つの従来の解決策は、一般に、差動原理を組み込んだ逆相に基づくアルゴリズムを使用することによる電力変圧器の故障検出に関連し、別の従来の解決策は、一般に、方向比較原理を組み込んだ逆相に基づくアルゴリズムを使用することによる電力変圧器の故障検出に関連する。故障検出のために逆相差動電流を使用するこのような従来の解決策は、検出プロセスの感度および信頼性に影響を与える可能性のある様々なシステムの不均衡状態によって影響を受ける可能性がある。さらに、故障が検出された場合であっても、多相変圧器システムにおける特定の相に関する故障の正確な位置は識別できないことがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２４７４８３２Ａ２号明細書

【発明の概要】

【0005】

本開示の実施形態は、一般に、巻線のターン間故障を検出するためのシステムおよび方法に関する。

【0006】

本開示の一実施形態による第１の例示的なシステムは、変圧器と、第１の電流監視要素と、第２の電流監視要素と、故障検出器とを含むことができる。第１の電流監視要素は、変圧器の一次巻線電流を監視することに基づいて第１の電流測定値を提供するように構成することができる。第２の電流監視要素は、変圧器の二次巻線電流を監視することに基づいて第２の電流測定値を提供するように構成することができる。故障検出器は、第１の電流測定値および第２の電流測定値の各々を受信し、第１の電流測定値および第２の電流測定値を使用して、定常状態の差動電流値を決定することと、定常状態の電圧値を決定することと、定常状態の差動電流値を定常状態の電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定することと、定常状態の電圧値に１つまたは複数の補償係数を乗算することによって磁化電流振幅指標を決定することと、定常状態の差動電流値と磁化電流振幅指標を組み込んだ修正値とを組み合わせることによって補償差動電流値を決定することと、補償差動電流値を閾値と比較することと、補償差動電流値が閾値を超える場合に変圧器のターン間故障の発生を示すことと、警報を送信すること、または保護リレーを動作させることの少なくとも１つを含む是正動作を実行することとを含むことができる手順を実行することによって、変圧器のターン間故障を検出するように構成することができる。

【0007】

本開示の一実施形態による第２の例示的なシステムは、多相変圧器と、電流監視システムと、故障検出器とを含むことができる。電流監視システムは、多相変圧器の複数の一次巻線電流の各々を監視することに基づいて一組の一次電流測定値、および多相変圧器の複数の二次巻線電流の各々を監視することに基づいて一組の二次電流測定値を提供するように構成することができる。故障検出器は、一組の一次電流測定値および一組の二次電流測定値を受信し、一組の一次電流測定値および一組の二次電流測定値を使用して、多相変圧器の各相の定常状態の差動電流値を決定することと、多相変圧器の各相の定常状態の差動電圧値を決定することと、多相変圧器の各相の定常状態の差動電流値を定常状態の差動電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定することと、それぞれの定常状態の電圧値に１つまたは複数の補償係数を乗算することによって多相変圧器の各相の磁化電流振幅指標を決定することと、それぞれの定常状態の差動電流値と各々がそれぞれの磁化電流振幅指標を組み込んだそれぞれの修正値とを組み合わせることによって多相変圧器の各相の補償差動電流値を決定することと、多相変圧器の各相の補償差動電流値を多相変圧器の各相の閾値と比較することと、補償差動電流値の少なくとも１つが閾値を超える場合に変圧器のターン間故障の発生を示すことと、警報を送信すること、または保護リレーを動作させることの少なくとも１つを含む是正動作を実行することとを含むことができる手順を実行することによって、多相変圧器のターン間故障を検出するように構成することができる。

【0008】

本開示の一実施形態による例示的な方法は、変圧器の一次巻線電流を監視することに基づいて故障検出器の第１の電流測定値を受信することと、変圧器の二次巻線電流を監視することに基づいて故障検出器の第２の電流測定値を受信することと、第１の電流測定値および第２の電流測定値を使用して定常状態の差動電流値および定常状態の電圧値を決定することと、定常状態の差動電流値を定常状態の電圧値で割ることによって１つまたは複数の補償係数を決定することと、定常状態の電圧値に１つまたは複数の補償係数を乗算することによって磁化電流振幅指標を決定することと、定常状態の差動電流値と磁化電流振幅指標を組み込んだ修正値とを組み合わせることによって補償差動電流値を決定することと、補償差動電流値を閾値と比較することと、補償差動電流値が閾値を超える場合に変圧器のターン間故障の発生を示すことと、警報を送信すること、または保護リレーを動作させることの少なくとも１つを含む是正動作を実行することとを含むことができる。

【0009】

本開示の他の実施形態および態様は、添付の図面と関連付けられた以下の説明から明らかになるであろう。

【0010】

一般的な用語で本開示を説明し、ここで添付の図面を参照するが、図面は必ずしも一定の縮尺で描かれているわけではない。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本開示の例示的な実施形態による、三相分路リアクトルの１つまたは複数のターン間故障を検出するように構成されたターン間故障検出器を含むことができる例示的な三相電力線システムを示す図である。

【図2】位相角情報に基づいて、図１に示す三相分路リアクトルの１つまたは複数のターン間故障を検出することに関連する例示的な位相図である。

【図3】本開示の別の例示的な実施形態による、単相変圧器のターン間故障を検出するように構成されたターン間故障検出器システムを含むことができる例示的な送電システムを示す図である。

【図4】本開示の別の例示的な実施形態による、三相変圧器のターン間故障を検出するように構成されたターン間故障検出器システムを含むことができる例示的な送電システムを示す図である。

【図5】図３に示す単相変圧器および図４に示す三相変圧器の各々に適用可能な例示的な等価回路図である。

【図6】本開示の例示的な実施形態による、例示的なターン間故障検出器を示す図である。

【図7A】本開示の例示的な実施形態による、三相分路リアクトルの１つまたは複数の巻線の故障を検出するためにターン間故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートである。

【図7B】本開示の例示的な実施形態による、三相分路リアクトルの１つまたは複数の巻線の故障を検出するためにターン間故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートである。

【図8A】本開示の別の例示的な実施形態による、変圧器の１つまたは複数の巻線のターン間故障を検出するためにターン間故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートである。

【図8B】本開示の別の例示的な実施形態による、変圧器の１つまたは複数の巻線のターン間故障を検出するためにターン間故障検出器を使用する例示的な方法のフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下では、本開示の例示的な実施形態を示す添付の図面を参照しながら、本開示についてより完全に説明する。しかし、本開示は、多くの異なる形式で具現化することができ、本明細書に記載された例示的な実施形態に限定されるものと解釈してはならない。むしろ、本開示が適用可能な法的要件を満たすように、これらの実施形態が提供される。全体を通して、類似する符号は、類似する要素を指す。本明細書では、便宜上のためだけで特定の単語および用語を用いており、そのような単語および用語は、当業者によって様々な形態および等価物で一般的に理解される様々な目的および行為を指すものとして解釈すべきであることを理解されたい。例えば、本明細書で使用する「線」という単語は、一般に、電気導体、例えば、ワイヤまたは電力ケーブルを指すことを理解されたい。さらに、本明細書で使用する「例」という単語は、本質的に非排他的であり、非限定的であることが意図されている。より具体的には、本明細書で使用する「例示的」という単語は、いくつかの例のうちの１つを示し、記載している特定の例を不当に強調し、優先的に扱うものではないことを理解されたい。

【0013】

一般的な概要に関して、本明細書に記載のシステムおよび方法の特定の実施形態は、コイル巻線の１つまたは複数のターン間故障を検出するために使用することができる故障検出器を対象とする。知られているように、コイル巻線は、広範囲の製品に普遍的に組み込まれている。しかし、簡潔さのために、本開示による様々な実施形態および態様を説明するために、ここでは２つの製品、具体的には三相分路リアクトルおよび電力変圧器のみを使用する。

【0014】

最初に図１を参照すると、本開示の例示的な実施形態による、三相分路リアクトル１５５の１つまたは複数のターン間故障を検出するように構成されたターン間故障検出器１２０を含むことができる例示的な三相電力線システム１００が示されている。三相電力線システム１００は、当技術分野で知られているように三相構成で３つの電力線１０１、１０２、および１０３を介して電力を伝搬するために使用することができる。３つの電力線１０１、１０２、および１０３の各々は、当技術分野で知られている方法で展開される三相分路リアクトル１５５に結合することができる。三相分路リアクトル１５５は、ノード１１８を介してグランドに集合的に結合される３つの巻線を含むことができる。三相分路リアクトル１５５の３つの巻線の第１の巻線１１４は、第１の電流監視要素１２５および第１の絶縁スイッチ１４０を介して電力線１０１に結合される。第１の絶縁スイッチ１４０は、ターン間故障が第１の巻線１１４で検出されたときに第１の巻線１１４を電力線１０１から絶縁するために、制御線１１３を介してターン間故障検出器１２０によって制御することができる。三相分路リアクトル１５５の３つの巻線の第２の巻線１１６は、第２の電流監視要素１３０および第２の絶縁スイッチ１４５を介して電力線１０２に結合される。第２の絶縁スイッチ１４５は、ターン間故障が第２の巻線１１６で検出されたときに第２の巻線１１６を電力線１０２から絶縁するために、制御線１１３を介して（または図示しない個別の制御線を介して）ターン間故障検出器１２０によって制御することができる。三相分路リアクトル１５５の３つの巻線の第３の巻線１１７は、第３の電流監視要素１３５および第３の絶縁スイッチ１５０を介して電力線１０３に結合される。第３の絶縁スイッチ１５０は、ターン間故障が第３の巻線１１７で検出されたときに第３の巻線１１７を電力線１０３から絶縁するために、制御線１１３を介して（または図示しない個別の制御線を介して）ターン間故障検出器１２０によって制御することができる。３つの任意のスイッチ１４０、１４５、および１５０（各々は、例えば、リレーの形態で実施することができる）の２つ以上は、１つまたは複数のターン間故障が３つの巻線１１４、１１６、および１１７の１つまたは複数で検出されたときにターン間故障検出器１２０によって動作することができることを理解されたい。さらに、３つの絶縁スイッチを使用する代わりに、３つの巻線１１４、１１６、および１１７の１つまたは複数で１つまたは複数のターン間故障を検出したときに、他の保護要素および構成を使用して是正措置を講じることができる。

【0015】

第１の電流監視要素１２５は、電力線１０１を監視し、三相電力が三相電力線システム１００を介して伝送されているときに電力線１０１から三相分路リアクトル１５５の第１の巻線１１４に経路指定される第１の相電流の縮小版である電流測定値を出力するために使用することができる。電流監視要素１２５の電流測定出力は、線１０９を介してターン間故障検出器１２０に結合される。第２の電流監視要素１３０は、同様に、電力線１０２を監視し、三相電力が三相電力線システム１００を介して伝送されているときに電力線１０２から三相分路リアクトル１５５の第２の巻線１１６に経路指定される第２の相電流の縮小版である電流測定値を出力するために使用することができる。電流監視要素１３０の電流測定出力は、線１１１を介してターン間故障検出器１２０に結合される。第３の電流監視要素１３５もまた、同様に、電力線１０３を監視し、三相電力が三相電力線システム１００を介して伝送されているときに電力線１０３から三相分路リアクトル１５５の第３の巻線１１７に経路指定される第３の相電流の縮小版である電流測定値を出力するために使用することができる。電流監視要素１３５の電流測定出力は、線１１２を介してターン間故障検出器１２０に結合される。

【0016】

三相分路リアクトル１５５をさらに参照すると、本開示による例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、および１１７は、単一のエンクロージャ内に集合的に収容することができる。さらに、３つの巻線１１４、１１６、および１１７は、例えば、Δ構成またはＹ構成などの様々な構成で設けることができる。開示による別の例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、および１１７の各々は、３つの個別のエンクロージャに収容することができる。開示によるさらに別の例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、および１１７の２つ以上は、３つの巻線１１４、１１６、および１１７の残りが収容される第１のエンクロージャとは異なる第２のエンクロージャに収容することができる。開示によるさらに別の例示的な実施形態では、３つの巻線１１４、１１６、および１１７に加えて、１つまたは複数の追加の巻線を設けることができる。例えば、第４の巻線を、ノード１１８とグランドとの間に結合することができる。ターン間故障検出器１２０は、本開示によるこれらの様々な巻線の１つまたは複数の、１つまたは複数のターン間故障を検出するために使用され得る。

【0017】

ここで、三相電力線システム１００の他の監視要素に移ると、第１の電圧監視要素１０５は、電力線１０１を監視し、三相電力が三相電力線システム１００を介して伝送されるときに電力線１０１に存在する第１の相電圧の縮小版である電圧測定値を出力するために使用することができる。電圧監視要素１０５の電圧測定出力は、線１０６を介してターン間故障検出器１２０に結合される。第２の電圧監視要素１１０は、電力線１０２を監視し、三相電力が三相電力線システム１００を介して伝送されるときに電力線１０２に存在する第２の相電圧の縮小版である電圧測定値を出力するために使用することができる。電圧監視要素１１０の電圧測定出力は、線１０７を介してターン間故障検出器１２０に結合される。第３の電圧監視要素１１５は、電力線１０３を監視し、三相電力が三相電力線システム１００を介して伝送されるときに電力線１０３に存在する第３の相電圧の縮小版である電圧測定値を出力するために使用することができる。電圧監視要素１１５の電圧測定出力は、線１０８を介してターン間故障検出器１２０に結合される。

【0018】

ターン間故障検出器１２０は、以下に別の図を使用してより詳細に説明する様々な要素を含む。動作可能なように、ターン間故障検出器１２０は、差動保護アルゴリズムを使用して三相分路リアクトル１５５の１つまたは複数の巻線の１つまたは複数のターン間故障を検出する手順を実行するように構成される。１つの例示的な実施態様では、手順は、電圧監視要素１０５、１１０、および１１５によって提供される電圧測定値、ならびに電流監視要素１２５、１３０、および１３５によって提供される電流測定値を使用して電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの間の差分値を計算することを含む。電圧に基づくパラメータは、正規化された負の電圧の不均衡を示し、電流に基づくパラメータは、正規化された負の電流の不均衡を示す。手順はさらに、差分値がゼロに等しくない場合には、三相分路リアクトル１５５の第１の巻線１１４、第２の巻線１１６、または第３の巻線１１７の少なくとも１つのターン間故障の発生を示すことをさらに含む。差分値は、定常状態の条件下ではほぼゼロであり、ターン間故障は、３つの巻線１１４、１１６、および１１７に存在しない。ゼロからの小さな偏差は、三相電力線システム１００の通常の動作条件下に存在し得る小さなシステム不均衡に起因する可能性がある。いくつかの例示的な実施態様では、ターン間故障の発生は、差分値が閾値を超えるときにのみ示すことができる。

【0019】

重要なのは、従来のターン間故障システムとは対照的に、ターン間故障検出器１２０は、例えば、三相電力線システム１００の３つの相のうちの対象物の様々な相の中の特定の故障した相を識別するために使用することができる。また、ターン間故障検出器１２０は、巻線のインピーダンス情報（例えば、３つの巻線１１４、１１６、および１１７のいずれかに関連するインピーダンス情報）を必要とせずに、かつ三相分路リアクトル１５５の中立巻線（図示せず）を通って流れる電流に関連する情報を必要とせずに様々なタイプの巻線のターン間故障を識別するために使用することができる。

【0020】

さらに、ターン間故障検出器１２０は、例えば、通常のシステム不平衡、非常システム周波数、非常システム電圧下で、負荷スイッチング中、高調波の存在下、および三相分路リアクトル１５５の外部の故障の存在下で、三相電力線システム１００の様々な動作条件下で満足できるレベルの性能を提供することができる。しかし、１つの例示的な実施態様では、ターン間故障検出器１２０は、電流監視要素１２５、１３０、および１３５の１つまたは複数が電流飽和状態、電流突入状態、またはオフライン状態の１つまたは複数を経験するときに、差動保護アルゴリズムを使用することを回避するように構成される。

【0021】

三相分路リアクトル１５５の１つまたは複数の巻線の１つまたは複数のターン間故障を検出するためにターン間故障検出器１２０によって使用される差動保護アルゴリズムに関連する詳細は、本開示による数学的方程式に基づく以下の説明を参照してさらに理解することができる。

【0022】

Ｉ_Ａ＝Ｖ_Ａ／Ｚ_Ａ；Ｉ_Ｂ＝Ｖ_Ｂ／Ｚ_Ｂ；Ｉ_Ｃ＝Ｖ_Ｃ／Ｚ_Ｃ； 式（１）
Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝（Ｖ_２／Ｖ_１）ｘ１００％ 式（２）
Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝（Ｉ_２／Ｉ_１）ｘ１００％ 式（３）
Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝（Ｉ_Ａ＋ａ^２ Ｉ_Ｂ＋ａ Ｉ_Ｃ）／（Ｉ_Ａ＋ａ Ｉ_Ｂ＋ａ^２ Ｉ_Ｃ）ｘ１００％＝［Ｖ_Ａ／Ｚ_Ａ＋ａ^２（Ｖ_Ｂ／Ｚ_Ｂ）＋ａ（Ｖ_Ｃ／Ｚ_Ｃ）］／［Ｖ_Ａ／Ｚ_Ａ＋ａ（Ｖ_Ｂ／Ｚ_Ｂ）＋ａ^２（Ｖ_Ｃ／Ｚ_Ｃ）］ｘ１００％ 式（４）
式中、Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、およびＶ_Ｃは、それぞれ電圧監視要素１０５、１１０、および１１５よってターン間故障検出器１２０に提供される相電圧測定値であり、Ｉ−_Ａ、Ｉ_Ｂ、およびＩ_Ｃは、電流監視要素１２５、１３０、および１３５によってターン間故障検出器１２０に提供される相電流測定値であり、Ｚ−_Ａ、Ｚ_Ｂ、およびＺ_Ｃは、三相分路リアクトル１５５の３つの巻線１１４、１１６、および１１７の位相インピーダンスであり、Ｖ_２およびＶ_１は、それぞれ逆相および正相電圧であり、Ｉ_２およびＩ_１は、それぞれ逆相および正相電流である。演算子「ａ」は、１２０度の角度の単位ベクトルとして定義され、「ａ」＝１∠１２０度と表現することができる。

【0023】

三相分路リアクトル１５５の３つの巻線１１４、１１６、および１１７は、典型的には、互いに同一であり、対称的な配置を有する。したがって、三相電力線システム１００が定常状態で動作しているとき、Ｚ_Ａ＝Ｚ_Ｂ＝Ｚ_Ｃ＝Ｚとなる。したがって、式（１）〜（４）から、次のことが理解できる：
Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝［Ｖ_Ａ／Ｚ＋ａ^２（Ｖ_Ｂ／Ｚ）＋ａ（Ｖ_Ｃ／Ｚ）］／［Ｖ_Ａ／Ｚ−＋ａ（Ｖ_Ｂ／Ｚ）＋ａ^２（Ｖ_Ｃ／Ｚ）］ｘ１００％＝（Ｖ_Ａ＋ａ^２ Ｖ_Ｂ＋ａ Ｖ_Ｃ）／（Ｖ_Ａ＋ａ Ｖ_Ｂ＋ａ^２ Ｖ_Ｃ）ｘ１００％＝（Ｖ_２／Ｖ_１）ｘ１００％＝Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ} 式（５）
式中、Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}およびＩ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}は、パーセンテージ形式で表された単位のない複素数である。

【0024】

ここで、差分値は、次のように変数「Ｄｉｆｆ」の形式で定義することができる：
Ｄｉｆｆ＝Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}−Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ} 式（６）
定常状態動作中はＺ_Ａ＝Ｚ_Ｂ＝Ｚ_Ｃ＝Ｚであるため、
Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}＝０またはＤｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}≒０ 式（７）
ターン間故障が三相分路リアクトル１５５の３つの巻線１１４、１１６、および１１７の１つに存在する場合、ターン間故障を有する巻線のインピーダンスが変化し、それにより次のようになる：
Ｖ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}−Ｉ_{Ｎｅｇ＿Ｕｎｂａｌ＿Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ}＝Ｄｉｆｆ 式（８）
差分パラメータ（Ｄｉｆｆ）の絶対値は、ターン間故障検出器１２０によって使用され、故障状態を示すことができる。１つの例示的な実施態様では、故障状態は、差分パラメータ（Ｄｉｆｆ）の絶対値が閾値パーセンテージ値「ｃ」を超えたときに示すことができる。閾値パーセンテージ値「ｃ」は、ターン間故障検出器１２０のオペレータによって設定され得る設定可能な閾値とすることができる。

【0025】

故障状態＝ａｂｓ（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）＞ｃ 式（９）
故障状態はまた、電圧Ｖ_Ａ、Ｖ_Ｂ、およびＶ_Ｃの各々に関連する相のベクトル表現を調べることによって示すことができる。１つの例示的な実施形態では、これは、∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）という表現を使用して実行することができる。∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）が１８０°±Ｄの範囲にあるときは、故障した「相Ａ」を示すことができ、∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）が−６０°±Ｄの範囲にあるときは、故障した「相Ｂ」を示すことができ、∠（Ｄｉｆｆ−Ｄｉｆｆ_{ｓｔｅａｄｙ}）が＋６０度±Ｄの範囲にあるときは、故障した「相Ｃ」を示すことができ、式中、「Ｄ」は、２０°〜６０°の範囲で設定することができる限界角度である。

【0026】

図２は、位相角情報に基づいて、三相分路リアクトル１５５の１つまたは複数のターン間故障を検出することに関連する例示的な位相図２００を示す。「相Ａ」に対応する１８０度±Ｄの範囲は、矢印２０５によって示され、「相Ｂ」に対応する−６０度±Ｄの範囲は、矢印２１０によって示され、「相Ｃ」に対応する＋６０度±Ｄの範囲は、矢印２１５によって示される。ターン間故障検出器１２０は、例示的な位相図２００に示す３つの範囲を用いることによって、３つの相Ａ、Ｂ、およびＣのうちの特定の相における故障を示すように構成することができる。

【0027】

図３は、本開示の別の例示的な実施形態による、単相変圧器３１０の一次および二次巻線のターン間故障を検出するように構成されたターン間故障検出器システム１２０を含むことができる例示的な送電システム３００を示す。第１の電流監視要素３０５を使用して、線３０６を介して単相変圧器３１０の一次巻線に流れる一次電流「Ｉ_Ｐ」を監視することができる。第１の電流監視要素３０５は、線３０１を介してターン間故障検出器１２０に一次電流の縮小版を提供する。第２の電流監視要素３１５を使用して、単相変圧器３１０の二次巻線から線３０７に流出する二次電流「Ｉ_Ｓ」を監視することができる。第２の電流監視要素３１５は、線３０２を介してターン間故障検出器１２０に二次電流の縮小版を提供する。追加の監視要素（図示せず）を送電システム３００の様々なノードの電圧を監視するために使用し、例えば、ターン間故障検出器１２０に単相変圧器３１０の一次巻線および二次巻線に関連する１つまたは複数の定常状態の電圧値または差動電圧値を提供することができる。

【0028】

この例示的な実施形態では、ターン間故障検出器１２０は、様々な監視要素を介して得られた電流値および電圧値を使用して様々な定常状態の差動電流および様々な定常状態の電圧値を決定することを含む手順を実行するように構成される。定常状態の差動電流の各々は、典型的には、単相変圧器３１０の端子に存在する少なくとも１つの定常状態の電圧に依存する定常状態の磁化電流成分を含む。

【0029】

本開示によれば、従来の実施態様とは対照的に、（１つまたは複数の修正値の形式で）１つまたは複数の補償係数を様々な定常状態の差動電流値と組み合わせて、定常状態の磁化電流成分を補償し、かつ定常状態の差動電流値の測定誤差を補償する。１つの例示的な実施態様では、磁化電流成分値に等しい修正値を使用することができる。修正値は、定常状態の差動電流値から減算して補償を行うことができる。

【0030】

次に、補償された定常状態の差動電流値は、例えば、補償された定常状態の差動電流値を基準閾値と比較することなどによってターン間故障を検出するために使用することができる。比較は、例えば、オペレータによって予め設定することができる予め設定可能な期間にわたって実行されてもよい。

【0031】

ターン間故障を検出すると、ターン間故障検出器１２０は、是正措置を実行することができる。例えば、ターン間故障検出器１２０は、単相変圧器３１０の一次巻線を電力線導体３０６から絶縁するために、（線３０３を介して）第１の制御信号を第１の遮断器３２０に提供することができる。別の例として、ターン間故障検出器１２０は、単相変圧器３１０の二次巻線を電力線導体３０７から絶縁するために、（線３０４を介して）第２の制御信号を第２の遮断器３２５に提供することができる。ターン間故障検出器１２０はまた、線４１２を介して故障指標信号を、例えば、監視ステーションに位置するコンピュータ、監視ステーションに位置する表示装置、またはターン間故障検出器１２０にまたはその近傍に位置する警報（光、ブザー、サイレンなど）などの故障監視ユニット（図示せず）に提供することができる。

【0032】

図４は、本開示の別の例示的な実施形態による、三相変圧器４１０のターン間故障を検出するように構成されたターン間故障検出器システム１２０を含むことができる送電システム４００を示す。この他の例示的な実施形態では、三相変圧器４１０は、単に説明の便宜上のために、「Δ」配置で相互接続された３つの一次巻線、および「Ｙ」配置で相互接続された３つの二次巻線を有して示されている。しかし、本開示に従って以下に提供される説明は、３つの三相変圧器４１０に関連する様々な他の構成および相互接続に等しく適用可能であることを理解されたい。

【0033】

第１の電流監視要素４０５は、線４０１を介して三相変圧器４１０の第１の一次巻線に流れる相「Ａ」の一次電流「Ｉ_ＡＰ」を監視するために使用することができる。第１の電流監視要素４０５は、線４０４を介して一次電流「Ｉ_ＡＰ」の縮小版「Ｉ_ａｐ」をターン間故障検出器１２０に提供する。第２の電流監視要素４２０は、線４０２を介して三相変圧器４１０の第２の一次巻線に流れる相「Ｂ」の一次電流「Ｉ_ＢＰ」を監視するために使用することができる。第２の電流監視要素４２０は、線４０６を介して一次電流「Ｉ_ＢＰ」の縮小版「Ｉ_ｂｐ」をターン間故障検出器１２０に提供する。第３の電流監視要素４３５は、線４０３を介して三相変圧器４１０の第３の一次巻線に流れる相「Ｃ」の一次電流「Ｉ_ＣＰ」を監視するために使用することができる。第３の電流監視要素４３５は、線４０７を介して一次電流「Ｉ_ＣＰ」の縮小版「Ｉ_ｃｐ」をターン間故障検出器１２０に提供する。

【0034】

第４の電流監視要素４１５は、三相変圧器４１０の第１の二次巻線によって線４１３に提供される相「Ａ」の二次電流「Ｉ_ＡＳ」を監視するために使用することができる。第４の電流監視要素４１５は、「Ｉ_ＡＳ」の縮小版である第１の二次電流測定値「Ｉ_ａｓ」をターン間故障検出器１２０に提供する。第５の電流監視要素４３０は、三相変圧器４１０の第２の二次巻線によって線４１４に提供される相「Ｂ」の二次電流「Ｉ_ＢＳ」を監視するために使用することができる。第５の電流監視要素４３０は、「Ｉ_ＢＳ」の縮小版である第２の二次電流測定値「Ｉ_ｂｓ」をターン間故障検出器１２０に提供する。第６の電流監視要素４４５は、三相変圧器４１０の第３の二次巻線によって線４１６に提供される相「Ｃ」の二次電流「Ｉ_ＣＳ」を監視するために使用することができる。第６の電流監視要素４４５は、「Ｉ_ＣＳ」の縮小版である第３の二次電流測定値「Ｉ_ｃｓ」をターン間故障検出器１２０に提供する。この例示的な実施形態では、３つの二次電流測定値（「Ｉ_ａｓ」、「Ｉ_ｂｓ」、および「Ｉ_ｃｓ」）は、線４０８、線４０９、および線４１１を含む線構成を介してターン間故障検出器１２０に結合される。

【0035】

追加の監視要素（図示せず）を送電システム３００の様々なノードの電圧を監視するために使用し、例えば、ターン間故障検出器１２０に三相変圧器４１０の３つの一次巻線および３つの二次巻線の１つまたは複数に関連する１つまたは複数の定常状態の電圧値または差動電圧値を提供することができる。

【0036】

ターン間故障検出器１２０は、上述の様々な監視要素を介して得られた電流値および電圧値を使用して様々な定常状態の差動電流および様々な定常状態の電圧値を決定することを含む手順を実行するように構成される。この手順は、図３に示す送電システム３００を参照して上述した手順、さらに本開示による数学的方程式に基づく以下の説明を考慮して理解することができる。

【0037】

Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ−ＫＡ＊Ｖ_ＲＡ 式（１０）
Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ−ＫＡ＊Ｖ_ＲＢ 式（１１）
Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ−ＫＡ＊Ｖ_ＲＣ 式（１２）
式中、Ｖ_ＲＡ、Ｖ_ＲＢ、およびＶ_ＲＣは、三相変圧器４１０の出力側の相Ａ、相Ｂ、および相Ｃの電圧である。しかし、代替の実施態様では、三相変圧器４１０の入力側の相Ａ、相Ｂ、および相Ｃの電圧を代わりに使用することができる。ＫＡ、ＫＢ、およびＫＣは、Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ、およびＩｄｉｆｆ＿Ｃ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄの各々をゼロにするために、三相変圧器４１０の定常状態動作中に使用される係数である。Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ、およびＩｄｉｆｆ＿Ｃ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄの各々の１つまたは複数は、ターン間故障がそれぞれの巻線の１つまたは複数に存在する場合、ゼロより大きい値に増加する。係数ＫＡ、ＫＢ、およびＫＣは、以下のように定義することができる：
ＫＡ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｓｔｅａｄｙ／Ｖ_ＲＡ ｓｔｅａｄｙ 式（１３）
ＫＢ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｓｔｅａｄｙ／Ｖ_ＲＢ ｓｔｅａｄｙ 式（１４）
ＫＣ＝Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｓｔｅａｄｙ／Ｖ_ＲＣ ｓｔｅａｄｙ 式（１５）
Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ、およびＩｄｉｆｆ＿Ｃ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄの各々の絶対値は、三相変圧器４１０のそれぞれの相の故障状態を示すためにターン間故障検出器１２０によって使用することができる。１つの例示的な実施態様では、Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄの絶対値が閾値パーセンテージ値「ａ」を超える（または等しい）場合、故障状態を相Ａで示すことができ、Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄの絶対値が閾値パーセンテージ値「ｂ」を超える（または等しい）場合、故障状態を相Ｂで示すことができ、Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄの絶対値が閾値パーセンテージ値「ｃ」を超える（または等しい）場合、故障状態を相Ｃで示すことができる。つまり、ａｂｓ（Ｉｄｉｆｆ＿Ａ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）≧「ａ」の場合、相Ａのターン間故障状態を示すことができ、ａｂｓ（Ｉｄｉｆｆ＿Ｂ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）≧「ｂ」の場合、相Ｂのターン間故障状態を示すことができ、ａｂｓ（Ｉｄｉｆｆ＿Ｃ＿ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｄ）≧「ｃ」の場合、相Ｃのターン間故障状態を示すことができる。閾値パーセンテージ値「ａ」、「ｂ」、および「ｃ」は、例えば、ターン間故障検出器１２０のオペレータによって設定され得る設定可能な閾値とすることができる。

【0038】

三相変圧器４１０のターン間故障を検出すると、ターン間故障検出器１２０は、是正措置を実行することができる。例えば、ターン間故障検出器１２０は、一次巻線の１つまたは複数をそれぞれの１つまたは複数の入力線から絶縁するために、かつ／または二次巻線の１つまたは複数をそれぞれの１つまたは複数の出力線から絶縁するために、（線４１２を介して）制御信号を１つまたは複数の保護要素（図示せず）に提供することができる。いくつかの例示的な実施態様では、ターン間故障検出器１２０は、線４１２を介して故障指標信号を、例えば、監視ステーションに位置するコンピュータ、監視ステーションに位置する表示装置、またはターン間故障検出器１２０にまたはその近傍に位置する警報（光、ブザー、サイレンなど）などの故障監視ユニット（図示せず）に提供することができる。

【0039】

図５は、図３に示す単相変圧器３１０の例示的な等価回路図を示す。損失が単相変圧器３１０に発生しなかった場合、入力電流Ｉ_１は、出力電流Ｉ_２（典型的には、１８０°の位相差を有する）に等しい。しかし、実用的には、電流損失が単相変圧器３１０に発生する。この電流損失は、等価回路図に示されている磁化電流Ｉ_０に起因し得る。ターン間故障検出器１２０は、この磁化電流Ｉ_０を本開示に従って考慮することによってターン間故障検出を実行する。

【0040】

図６は、本開示によるターン間故障検出器１２０に含むことができるいくつかの例示的な要素を示す。説明の目的のために、図６に示すターン間故障検出器１２０は、図４に示され、三相変圧器４１０に関して上述した例示的な実施形態を実施するために使用され得る様々な要素を含む。したがって、入力線および出力線は、図４に示されたものと同じ参照番号によって示される。しかし、例えば、図３に示す単相変圧器３１０の実施形態を実施する場合のような他の実施態様では、ターン間故障検出器１２０に含まれる様々な要素の数（例えば、入力インターフェースの数など）は、異なることがある。さらに、図示されていない通信ポートおよびユーザ入力／出力インターフェースなどのいくつかの要素は、本開示によるターン間故障検出器１２０に組み込むことができる。

【0041】

この例示的な実施態様では、ターン間故障検出器１２０は、それぞれ線４０４、４０６、４０７、４０８、４０９および４１１に結合される６つの入力電流インターフェース６０５、６２５、６４５、６２０、６４０および６６０を含むことができる。例えば電圧入力インターフェース（図示せず）のような他の入力インターフェースは、ターン間故障検出器１２０に様々な種類の電圧測定入力を提供するために使用することができる。ターン間故障検出器１２０はまた、制御信号、故障指標信号、または警報信号などの出力信号を送信するために、（線４１２に結合されて示される出力インターフェース６６５のような）１つまたは複数の出力インターフェースを含むことができる。

【0042】

ターン間故障検出器１２０はさらに、１つまたは複数のアナログ−デジタル変換器およびデジタル−アナログ変換器を含むことができる。例えば、アナログ−デジタル変換器６１５を使用して、アナログ形式の入力インターフェースの１つによって提供される電流測定値を、プロセッサ６５０によって処理され得るデジタル電流測定値に変換することができる。逆に、デジタル−アナログ変換器６３５を使用して、プロセッサ６５０によってデジタル−アナログ変換器６３５に提供され得る様々なタイプのデジタル情報を、出力インターフェース６６５を介してターン間故障検出器１２０から送信されるアナログ出力信号に変換することができる。リレー６５５のような１つまたは複数のリレーは、ターン間故障が三相変圧器４１０で検出された場合、（例えば、送電システム４００に関連する特定の電流信号のような）様々なタイプの信号をスイッチングするために使用することができる。

【0043】

プロセッサ６５０などの１つまたは複数のプロセッサは、メモリ６３０と相互作用するように構成することができる。プロセッサ６５０は、適切なハードウェア、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せを使用して実施し、動作させることができる。ソフトウェアまたはファームウェアの実施態様は、説明した様々な機能を実行するように任意の適切なプログラミング言語で書かれたコンピュータ実行可能命令または機械実行可能命令を含むことができる。一実施形態では、機能ブロック言語に関連する命令は、メモリ６３０に記憶することができ、かつプロセッサ６５０によって実行することができる。

【0044】

メモリ６３０は、プロセッサ６５０によってロードおよび実行可能なプログラム命令を記憶するために、ならびにこれらのプログラムの実行中に生成されたデータを記憶するために使用することができる。ターン間故障検出器１２０の構成およびタイプに応じて、メモリ６３０は、揮発性（ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）など）および／または不揮発性（リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、フラッシュメモリなど）であってもよい。一部の実施形態では、メモリデバイスはまた、限定はしないが、磁気記憶装置、光ディスク、および／またはテープ記憶装置を含む付加的なリムーバブル記憶装置（図示せず）および／または非リムーバブル記憶装置（図示せず）を含むことができる。ディスクドライブおよびそれらの関連するコンピュータ可読媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュール、および他のデータの不揮発性記憶装置を提供する。一部の実施態様では、メモリ６３０は、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）、またはＲＯＭなどの複数の異なるタイプのメモリを含むことができる。

【0045】

メモリ６３０、リムーバブル記憶装置、および非リムーバブル記憶装置は、すべて非一時的コンピュータ可読記憶媒体の例である。このような非一時的コンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータ可読命令、データ構造、プログラムモジュールまたは他のデータなどの情報を記憶するための任意の方法または技術で実現することができる。存在することができる非一時的コンピュータ記憶媒体のさらなるタイプは、限定はしないが、プログラマブルランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）、ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、ＲＯＭ、電気的に消去可能なプログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）または他の光学的記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置または他の磁気記憶装置、あるいは所望の情報を記憶するために使用することができ、かつプロセッサ６５０によってアクセスすることができる他の任意の媒体を含む。上記のいずれかの組合せもまた、非一時的コンピュータ可読媒体の範囲内に含まれるべきである。

【0046】

メモリ６３０の内容に移ると、メモリ６３０は、限定はしないが、オペレーティングシステム（ＯＳ）ならびに本明細書に開示される特徴および態様を実施するための１つまたは複数のアプリケーションプログラムまたはサービスを含むことができる。そのようなアプリケーションまたはサービスは、ターン間故障検出モジュール（図示せず）を含むことができる。一実施形態では、ターン間故障検出モジュールは、構成可能な制御ブロック言語で提供され、かつ不揮発性メモリに記憶されるソフトウェアによって実施することができる。プロセッサ６５０によって実行されると、ターン間故障検出モジュールは、本開示で説明する様々な機能および特徴を実施する。

【0047】

図７Ａおよび図７Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、三相分路リアクトルの１つまたは複数の巻線の故障を検出するためにターン間故障検出を使用する方法の例示的なフローチャートを示す。図１に示す三相電力線システム１００は、ここでは、この例示的なフローチャートに示す様々な動作を説明するために便宜的にのみ使用される。

【0048】

ブロック７０５において、三相分路リアクトルの第１の巻線を通って流れる第１の相電流を監視することに基づく第１の相電流測定値が受信される。この動作は、第１の電流監視要素１２５から線１０９を介して第１の相電流測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。

【0049】

ブロック７１０において、三相分路リアクトルの第２の巻線を通って流れる第２の相電流を監視することに基づく第２の相電流測定値が受信される。この動作は、第２の電流監視要素１３０から線１１１を介して第２の相電流測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。

【0050】

ブロック７１５において、三相分路リアクトルの第３の巻線を通って流れる第３の相電流を監視することに基づく第３の相電流測定値が受信される。この動作は、第３の電流監視要素１３５から線１１２を介して第３の相電流測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。

【0051】

ブロック７２０において、三相電力線システムの第１の電力線導体に存在する第１の相電圧を監視することに基づく第１の相電圧測定値が受信される。この動作は、第１の電圧監視要素１０５から線１０６を介して第１の相電圧測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。

【0052】

ブロック７２５において、三相電力線システムの第２の電力線導体に存在する第２の相電圧を監視することに基づく第２の相電圧測定値が受信される。この動作は、第２の電圧監視要素１１０から線１０７を介して第２の相電圧測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。

【0053】

ブロック７３０において、三相電力線システムの第３の電力線導体に存在する第３の相電圧を監視することに基づく第３の相電圧測定値が受信される。この動作は、第３の電圧監視要素１１５から線１０８を介して第３の相電圧測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。

【0054】

ブロック７３５において、ターン間故障検出器は、第１の相電流測定値、第２の相電流測定値、第３の相電流測定値、第１の相電圧測定値、第２の相電圧測定値、および第３の相電圧測定値の各々を使用して、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障を検出する。検出は、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの間の差分値を計算することによって実行され、電圧に基づくパラメータは、正規化された負の電圧の不均衡を示し、電流に基づくパラメータは、正規化された負の電流の不均衡を示す。

【0055】

ブロック７４０において、ターン間故障検出器は、差分値がゼロに等しくない場合に、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障を示す。

【0056】

図８Ａおよび図８Ｂは、本開示の例示的な実施形態による、変圧器の１つまたは複数の巻線のターン間故障を検出するためにターン間故障検出を使用する方法の例示的なフローチャートを示す。図３に示す送電システム３００は、この例示的なフローチャートに示す様々な動作を説明するために便宜的にのみ使用される。しかし、方法は、図４に示す三相変圧器４１０のような多相変圧器の１つまたは複数の巻線のターン間故障を検出するために適切に適用することができることを理解されたい。

【0057】

ブロック８０５において、変圧器の一次巻線を監視することに基づく第１の電流測定値が受信される。この動作は、第１の電流監視要素３０５から線３０１を介して第１の電流測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。

【0058】

ブロック８１０において、変圧器の二次巻線を監視することに基づく第２の電流測定値が受信される。この動作は、第２の電流監視要素３１５から線３０２を介して第２の電流測定値を受信するターン間故障検出器１２０に対応することができる。ブロック８１５において、第１の電流測定値および第２の電流測定値の各々は、定常状態の差動電流値および定常状態の電圧値を決定するために使用される。ブロック８２０において、１つまたは複数の補償係数が、定常状態の差動電流値を定常状態の電圧値で割ることによって決定される。ブロック８２５において、磁化電流振幅指標が、定常状態の電圧値に補償係数を乗算することによって決定される。ブロック８３０において、補償差動電流値が、定常状態の差動電流値と磁化電流振幅指標を組み込んだ修正値とを組み合わせることによって決定される。ブロック８３５において、補償差動電流値が、閾値と比較される。ブロック８４０において、補償差動電流値が閾値を超える場合に、変圧器のターン間故障の発生が示される。ブロック８４５において、警報を送信すること、または保護リレーを動作させることの少なくとも１つを含む是正動作が実行される。例えば、ターン間故障検出器１２０は、第１の保護要素３２０および／または第２の保護要素３２５を作動させることができる。

【0059】

要約すると、ターン間故障を検出するための本明細書に開示されるシステムおよび方法は、添付の特許請求の範囲に具現化される変圧器のみに限定されず、１つまたは複数の巻線を組み込む様々な他の対象物にも等しく適用可能である。例えば、三相分路リアクトルに関連し得るいくつかの例示的なシステムおよび方法を、以下に示す。

【0060】

本開示の実施形態による第１の例示的なシステムは、第１の電力線導体と、第２の電力線導体と、第３の電力線導体と、三相分路リアクトルと、第１の電流監視要素と、第２の電流監視要素と、第３の電流監視要素と、第１の電圧監視要素と、第２の電圧監視要素と、第３の電圧監視要素と、故障検出器とを含むことができる三相電力線システムである。第１の電力線導体は、第１の相で電力を転送することができ、第２の電力線導体は、第２の相で電力を転送することができ、第３の電力線導体は、第３の相で電力を転送することができる。三相分路リアクトルは、三相電力線システムに結合することができる。第１の電流監視要素は、三相分路リアクトルの第１の巻線を通って流れる第１の相電流を監視することに基づいて第１の電流測定値を提供するように構成することができる。第２の電流監視要素は、三相分路リアクトルの第２の巻線を通って流れる第２の相電流を監視することに基づいて第２の電流測定値を提供するように構成することができる。第３の電流監視要素は、三相分路リアクトルの第３の巻線を通って流れる第３の相電流を監視することに基づいて第３の電流測定値を提供するように構成することができる。第１の電圧監視要素は、第１の電力線導体に存在する第１の相電圧を監視することに基づいて第１の電圧測定値を提供するように構成することができる。第２の電圧監視要素は、第２の電力線導体に存在する第２の相電圧を監視することに基づいて第２の電圧測定値を提供するように構成することができる。第３の電圧監視要素は、第３の電力線導体に存在する第３の相電圧を監視することに基づいて第３の電圧測定値を提供するように構成することができる。故障検出器は、第１の相電流測定値、第２の相電流測定値、第３の相電流測定値、第１の相電圧測定値、第２の相電圧測定値、および第３の相電圧測定値の各々を受信および使用して、手順を実行することによって三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障を検出するように構成することができる。手順は、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの間の差分値を計算することを含むことができ、電圧に基づくパラメータは、正規化された負の電圧の不均衡を示し、電流に基づくパラメータは、正規化された負の電流の不均衡を示し、さらに、差分値がゼロに等しくない場合に、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障の発生を示すことを含むことができる。

【0061】

電圧に基づくパラメータは、逆相電圧値を正相電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出された第１の正規化された値とすることができ、電流に基づくパラメータは、逆相電流値を正相電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出された第２の正規化された値とすることができる。逆相電圧値および正相電圧値の各々は、三相電力線システムに存在する相電圧のベクトル表現で表すことができる。第１の正規化された値は、第１のパーセンテージとして示すことができ、第２の正規化された値は、第２のパーセンテージとして示すことができる。第１の正規化された値は、ターン間故障が三相分路リアクトルに存在しない場合に、第２の正規化された値に等しくすることができる。故障検出器はさらに、ターン間故障の発生時に是正動作を実行するように構成することができ、是正措置は、保護リレーを動作させることを含む。是正措置は、設定可能な閾値を超える差分値に基づいて実行することができる。差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも１つとして定義することができ、設定可能な閾値は、それに応じて、絶対数値または角度値の少なくとも１つに基づくことができる。差分値は、角度値として定義することができ、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の特定の巻線のターン間故障の識別は、角度値に基づいて決定することができる。第１の巻線は、角度値が約（１８０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができ、第２の巻線は、角度値が約（−６０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができ、第３の巻線は、角度値が約（＋６０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができる。

【0062】

本開示の一実施形態による第２の例示的なシステムは、第１の入力インターフェースと、第２の入力インターフェースと、第３の入力インターフェースと、第４の入力インターフェースと、第５の入力インターフェースと、第６の入力インターフェースと、少なくとも１つのプロセッサとを含むことができるターン間故障検出器である。第１の入力インターフェースは、三相分路リアクトルの第１の巻線を通って流れる第１の相電流を監視することに基づく第１の相電流測定値を受信するように構成することができ、第１の巻線は、三相電力線システムの第１の電力線導体に結合される。第２の入力インターフェースは、三相分路リアクトルの第２の巻線を通って流れる第２の相電流を監視することに基づく第２の相電流測定値を受信するように構成することができ、第２の巻線は、三相電力線システムの第２の電力線導体に結合される。第３の入力インターフェースは、三相分路リアクトルの第３の巻線を通って流れる第３の相電流を監視することに基づく第３の相電流測定値を受信するように構成することができ、第３の巻線は、三相電力線システムの第３の電力線導体に結合される。第４の入力インターフェースは、三相電力線システムの第１の電力線導体に存在する第１の相電圧を監視することに基づく第１の相電圧測定値を受信するように構成することができる。第５の入力インターフェースは、三相電力線システムの第２の電力線導体に存在する第２の相電圧を監視することに基づく第２の相電圧測定値を受信するように構成することができる。第６の入力インターフェースは、三相電力線システムの第３の電力線導体に存在する第３の相電圧を監視することに基づく第３の相電圧測定値を受信するように構成することができる。プロセッサは、第１の相電流測定値、第２の相電流測定値、第３の相電流測定値、第１の相電圧測定値、第２の相電圧測定値、および第３の相電圧測定値の各々を使用して、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの間の差分値を計算することを含むことができる手順を実行することによって三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障を検出するように構成することができ、電圧に基づくパラメータは、正規化された負の電圧の不均衡を示し、電流に基づくパラメータは、正規化された負の電流の不均衡を示し、さらに、差分値がゼロに等しくない場合に、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障を示すことを含むことができる。

【0063】

電圧に基づくパラメータは、逆相電圧値を正相電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出された第１の正規化された値とすることができ、電流に基づくパラメータは、逆相電流値を正相電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出された第２の正規化された値とすることができる。逆相電圧値および正相電圧値の各々は、三相電力線システムに存在する相電圧のベクトル表現で表すことができ、第１の正規化された値は、第１のパーセンテージとして示すことができ、第２の正規化された値は、第２のパーセンテージとして示すことができる。第１の正規化された値は、ターン間故障が三相分路リアクトルに存在しない場合に、第２の正規化された値に等しくすることができる。差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも１つとして定義することができ、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の特定の巻線のターン間故障の識別は、絶対数値または角度値の少なくとも１つに基づいて決定することができる。第１の巻線は、角度値が約（１８０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができ、第２の巻線は、角度値が約（−６０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができ、第３の巻線は、角度値が約（＋６０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができる。

【0064】

本開示のさらに別の例示的な実施形態による例示的な方法は、三相電力線システムに結合された三相分路リアクトルのターン間故障を検出するための方法である。方法は、三相分路リアクトルの第１の巻線を通って流れる第１の相電流を監視することに基づく第１の相電流測定値を受信すること、三相分路リアクトルの第２の巻線を通って流れる第２の相電流を監視することに基づく第２の相電流測定値を受信すること、三相分路リアクトルの第３の巻線を通って流れる第３の相電流を監視することに基づく第３の相電流測定値を受信すること、三相電力線システムの第１の電力線導体に存在する第１の相電圧を監視することに基づく第１の相電圧測定値を受信すること、三相電力線システムの第２の電力線導体に存在する第２の相電圧を監視することに基づく第２の相電圧測定値を受信すること、三相電力線システムの第３の電力線導体に存在する第３の相電圧を監視することに基づく第３の相電圧測定値を受信すること、ならびに第１の相電流測定値、第２の相電流測定値、第３の相電流測定値、第１の相電圧測定値、第２の相電圧測定値、および第３の相電圧測定値の各々を使用して、電圧に基づくパラメータと電流に基づくパラメータとの間の差分値を計算することによって三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障を検出することなどの動作を含むことができ、電圧に基づくパラメータは、正規化された負の電圧の不均衡を示し、電流に基づくパラメータは、正規化された負の電流の不均衡を示す。差分値がゼロに等しくない場合に、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の少なくとも１つのターン間故障を示すことができる。

【0065】

電圧に基づくパラメータは、逆相電圧値を正相電圧値と比較することによって少なくとも部分的に導出された第１の正規化された値とすることができ、電流に基づくパラメータは、逆相電流値を正相電流値と比較することによって少なくとも部分的に導出された第２の正規化された値とすることができる。差分値は、絶対数値または角度値の少なくとも１つとして定義することができ、三相分路リアクトルの第１の巻線、第２の巻線、または第３の巻線の特定の巻線のターン間故障の識別は、絶対数値または角度値の少なくとも１つに基づいて決定することができる。第１の巻線は、角度値が約（１８０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができ、第２の巻線は、角度値が約（−６０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができ、第３の巻線は、角度値が約（＋６０度±許容値）に実質的に等しいときに識別することができる。

【0066】

これらの説明に関して本明細書に述べた例示的な説明についての多くの変形例および他の実施形態は、上記の説明および関連する図面に提示した教示の利点を有することが考えられよう。このように、本開示は多くの形態で実施することができ、上述した例示的な実施形態に限定されるものではないことが理解されよう。したがって、本開示は、開示された特定の実施形態に限定されるものではなく、変形例および他の実施形態が添付の特許請求の範囲の範囲内に含まれることが意図されていると理解すべきである。本明細書では特定の用語を用いているが、それらは限定のためではなく、包括的および説明的な意味で用いている。

【符号の説明】

【0067】

１００ 三相電力線システム
１０１ 電力線
１０２ 電力線
１０３ 電力線
１０５ 第１の電圧監視要素
１０６ 線
１０７ 線
１０８ 線
１０９ 線
１１０ 第２の電圧監視要素
１１１ 線
１１２ 線
１１３ 制御線
１１４ 第１の巻線
１１５ 第３の電圧監視要素
１１６ 第２の巻線
１１７ 第３の巻線
１１８ ノード
１２０ ターン間故障検出器、ターン間故障検出器システム
１２５ 第１の電流監視要素
１３０ 第２の電流監視要素
１３５ 第３の電流監視要素
１４０ 第１の絶縁スイッチ
１４５ 第２の絶縁スイッチ
１５０ 第３の絶縁スイッチ
１５５ 三相分路リアクトル
２００ 位相図
３００ 送電システム
３０５ 第１の電流監視要素
３１０ 単層変圧器
３１５ 第２の電流監視要素
３２０ 第１の保護要素、第１の遮断器
３２５ 第２の保護要素、第２の遮断器
４００ 送電システム
４０１ 線
４０２ 線
４０３ 線
４０４ 線
４０５ 第１の電流監視要素
４０６ 線
４０７ 線
４０８ 線
４０９ 線
４１０ 三相変圧器
４１１ 線
４１２ 線
４１３ 線
４１４ 線
４１５ 第４の電流監視要素
４１６ 線
４２０ 第２の電流監視要素
４３０ 第５の電流監視要素
４３５ 第３の電流監視要素
４４５ 第６の電流監視要素
５００ 等価回路図
６０５ 入力電流インターフェース
６１０ フィルタ
６１５ アナログ−デジタル変換器
６２０ 入力電流インターフェース
６２５ 入力電流インターフェース
６３０ メモリ
６３５ デジタル−アナログ変換器
６４０ 入力電流インターフェース
６４５ 入力電流インターフェース
６５０ プロセッサ
６５５ リレー
６６０ 入力電流インターフェース
６６５ 出力インターフェース

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】