変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラム
【課題】変圧器の上蓋を開閉することなく且つ汎用装置のみによって、さらに、手間が少なく短時間でレアショートの有無を判定することができるようにする。
【解決手段】変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し（Ｓ１）、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する（Ｓ２）ようにした。
【解決手段】変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し（Ｓ１）、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する（Ｓ２）ようにした。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、変圧器におけるレアショートの有無の判定に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力流通設備の維持管理におけるコスト低減の要請や循環型社会形成のための産業廃棄物低減の要請から、配電用柱上変圧器のリユースが行われている。非特許文献１では、変圧器巻線部の再利用判定基準として、（１）焼損又は巻線の汚れなどの異常の有無，（２）導通(断線)の有無又は絶縁抵抗の値の良否，（３）巻線修理履歴が２回以上ある場合は巻替えの要否の三項目を紹介している。また、雷などでヒューズ切れが発生した場合にも同様の試験が行われることがある。
【０００３】
しかしながら、上記の試験では柱上変圧器の異常として問題になるレアショートや巻線の位置ずれを検出することができない。また、柱上変圧器の健全性の診断は、手間を低減するためや柱上変圧器内への水分の混入を防ぐためにも柱上変圧器の上蓋を開閉することなく実施できることが望ましい。なお、変圧器の鉄心に巻かれた巻線の層のことをレア(layer)といい、レア間が短絡した状態をレアショートや層間短絡という。
【０００４】
配電用柱上変圧器のレアショートの有無を判定する従来の方法としては、例えば、変圧器の巻線に周波数の異なる交流電圧を順次印加して周波数の異なる交流電圧に対する変圧器の励磁電流を測定し、測定された励磁電流値の近似曲線を１階微分し、微分値が正の場合に短絡無しと判定し、微分値が負の場合に短絡有りと判定するものがある（特許文献１）。
【０００５】
また、変圧器巻線の異常診断手法として周波数応答解析（Ｆrequency Ｒesponse Ａnalysis：ＦＲＡ）がある。周波数応答解析では、正弦波の電気的信号（例えば電圧）を入力して出力信号（例えば電流）の振幅の測定を数十〔Hz〕から数〔MHz〕まで周波数を変化させながら行って伝達関数（例えばインピーダンス）を求める。伝達関数は漏れインダクタンスや対地容量や巻線間容量などの電気定数によって共振を示すものであるところ、変圧器巻線に異常があればこれらの電気定数が変化して伝達関数（具体的には例えば共振周波数）が変化する。そして、周波数応答解析では、変圧器が健全状態である時に測定しておいた伝達関数と比較してその変化の有無で変圧器巻線の異常を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４５２８
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】電気学会技術報告第1164号：配電用品のライフサイクルマネジメントの動向と課題，2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のレアショート有無判定方法では、300〜2000〔Hz〕の広範囲に亘って周波数を掃引して電流を測定する装置が必要であると共に数百点(数百の周波数)での測定が必要であり、コスト並びに多大な手間と時間とがかかるという問題がある。特に、配電用柱上変圧器は非常に多数設置されているので、配電用柱上変圧器を対象にした場合には特許文献１のレアショート有無判定方法は汎用性が高いとは言えない。
【０００９】
また、周波数応答解析も、数十〔Hz〕から数〔MHz〕まで周波数を変化させて測定を行う必要があり、コスト並びに多大な手間と時間とがかかる。実際に、周波数応答解析は配電・変電クラスよりも大型の変圧器に対して専ら適用されており、設置数が非常に多い配電用柱上変圧器への適用例はない。
【００１０】
そこで、本発明は、変圧器の上蓋を開閉することなく且つ汎用装置のみによって、さらに、手間が少なく短時間でレアショートの有無を判定することができる変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラム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】
【００１１】
本発明者は、変圧器の上蓋を開閉することなく且つ汎用装置のみによって少ない手間・短時間で実施可能な変圧器の健全性評価方法の検討を行う中で、柱上変圧器の特定の一点の周波数のみの伝達関数を測定することでレアショートの有無を判定することができることを突き止めた。本発明に特有のこの技術的思想の妥当性を検証するための試験（以下、検証試験と呼ぶ）を以下に説明する。
【００１２】
周波数応答解析において測定する伝達関数は、巻線インピーダンス，アドミタンス，電圧レシオなどの中から原理的には任意に選択することができる。検証試験では、図３に示すように、巻線に注入した入力電圧Ｖin(ｊω)と50Ωインピーダンスを基準とした出力電圧Ｖout(ｊω)とを測定し、数式１で定義される伝達関数Ｈ(ｊω)を求める。なお、図３において、符号１は柱上変圧器，符号２Ａは１次巻線，符号２Ｂは２次巻線，符号５は測定装置をそれぞれ表す。
【数１】
ただし、ｊ：虚数単位，
ω：角周波数 をそれぞれ表す。
【００１３】
本検証試験では、１次巻線２Ａと２次巻線２Ｂとのそれぞれに対し、測定していない側の巻線を短絡した状態での測定（以下、短絡測定と呼ぶ）及び測定していない側の巻線端子間に何も接続しない状態での測定（以下、開放測定と呼ぶ）を行う。
【００１４】
まず、上述の条件での測定による正常(即ち健全)な柱上変圧器の伝達関数の例を図４に示す。図４(ａ)に示す伝達関数は定格容量が１０〔kVA〕の柱上変圧器のものであり、同図(ｂ)に示す伝達関数は定格容量が５０〔kVA〕の柱上変圧器のものである。
【００１５】
図４に示す結果から、以下のことが確認される。
ｉ）１次巻線の開放測定（図中実線）
商用周波数よりも周波数が高くなると伝達関数は漸減する。
ii）１次巻線の短絡測定（図中点線）
商用周波数よりも周波数が高くなると伝達関数は漸減する。
第一共振周波数は開放測定の場合よりも高い。
なお、共振のうち周波数が最も小さいものを第一共振と呼び、そのときの周波数を第一共振周波数と呼ぶ。
iii)２次巻線の開放測定（図中一点鎖線）
第一共振周波数は数百〔Hz〕、具体的には２００〜３００〔Hz〕である。
なお、第一共振の発現として伝達関数の値が増減している周波数帯のことを第一共振周波数帯と呼ぶ。
数百〔kHz〕に第一共振とは別の比較的大きな共振が現れる。
iv）２次巻線の短絡測定（図中二点鎖線）
数十〔kHz〕以下の周波数では伝達関数がほぼ０〔dB〕になる。
【００１６】
次に、上記と同じ柱上変圧器でレアショートを模擬した上で伝達関数を測定する。ここで、本検証試験で用いた柱上変圧器の巻線構造を図５に示す。
【００１７】
１次巻線２Ａのレアは、鉄心４の左右それぞれに１２枚巻かれており、合わせて２４枚である。各レアのターン数は、タップ盤３に最も近い左右それぞれのレアで１５０回であり、他のレアは全て２３４回である。
【００１８】
また、２次巻線２Ｂのレアは、鉄心４の左右それぞれに２枚巻かれており、合わせて４枚である。各レアのターン数は２１回である。２次巻線２Ｂのレアは、鉄心４の左側のレアが右側のレアに、右側のレアが左側のレアに接続される構造になっている。
【００１９】
そして、各レアの上部巻線を引き出し、柱上変圧器の油面より上で接続して端子（ＨL2,3+〜ＨL12+，ＨL2,3-〜ＨL12-）を設けて短絡させることによってレアショートを模擬する。
【００２０】
１次巻線レア間を短絡させた場合の伝達関数の測定結果を図６に示す。図６に示す結果から、以下のことが確認される。
ｉ）正常時には数百〔Hz〕付近に見られた共振が、２次巻線の開放測定ではなくなる。
言い換えると、数百〔Hz〕の周波数帯における伝達関数が０〔dB〕になる。
ii）正常時にはなかった共振が、２次巻線の開放測定では１０〔kHz〕付近に現れる。
【００２１】
レアショートが発生すると、鉄心を取り囲む閉ループができる。これは、２巻線変圧器だったものが３巻線変圧器になり、その巻線が短絡していることと等価である。このとき、２次巻線が開放状態であっても短絡測定と同様に鉄心の特性が無視される。鉄心の特性を表すのは数百〔Hz〕の第一共振であり、これがなくなる。
【００２２】
なお、レアショートによって１０〔kHz〕付近に現れた共振は、１次側漏れインダクタンスと巻線間容量とによるものと考えられる。本検証試験の柱上変圧器の共振周波数の計算値は１０．８〔kHz〕であり、伝達関数測定結果とほぼ一致する。また、短絡させる１次巻線のレア数を徐々に多くしながら２次巻線の伝達関数を測定する別の測定(開放測定)を行い、短絡レア数が多くなると共振周波数が高周波側にシフトすることも確認された。これは、短絡したレアの数が多くなると、この共振に寄与する漏れインダクタンスが小さくなるためである。
【００２３】
また、変圧器の１次巻線の口出し部付近の隣接するターン間を短絡させた上で伝達関数を測定する。ターン間短絡は、短絡の程度が最も軽微な場合と位置づけ、本発明では変圧器の異常の一つとして本発明の変圧器の健全性診断方法によって判断され得るレアショートに含める。なお、柱上変圧器の場合には、構造上、ターン間短絡は実際には生じ難いと考えられる。
【００２４】
１次巻線のターン間を短絡させた場合の伝達関数の測定結果を図７に示す。図７に示す結果から、ターン間短絡の場合には２次巻線・開放測定の伝達関数（図中一点鎖線）は−５〔dB〕程度になることが確認される。この値は、正常な柱上変圧器の伝達関数と比べて大きい。
【００２５】
以上の検証試験の結果から、第一共振周波数帯の伝達関数に基づいてターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定することが可能であり、柱上変圧器の特定の一点の周波数のみの伝達関数を測定することでレアショート(ターン間短絡を含む)の有無を判定するという本発明に特有の技術的思想の妥当性が確認される。なお、本検証試験では配電用柱上変圧器を対象としているが、本検証試験によって得られる知見は変圧器におけるターン間短絡若しくはレアショートの発生有無を判定することができるということであり、上記の技術的思想は他の種類の変圧器に対しても当てはめ得るものである。
【００２６】
また、検証試験の結果から、配電用柱上変圧器の第一共振周波数帯は２００〜３００〔Hz〕程度であることが確認され、レアショート(ターン間短絡を含む)が発生している場合の伝達関数は−５〔dB〕程度以上であることが確認される。
【００２７】
本発明は上述の知見に基づくものであり、具体的には、請求項１記載の変圧器の健全性診断方法は、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定するようにしている。
【００２８】
また、請求項２記載の変圧器の健全性診断装置は、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が記録されている記憶手段と、該記憶手段から特定の周波数における伝達関数の値を読み込む手段と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する手段とを有するようにしている。
【００２９】
また、請求項３記載の変圧器の健全性診断プログラムは、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、伝達関数データベースから特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する処理とを行わせるようにしている。
【００３０】
したがって、これらの変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによると、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定するようにしているので、一定の範囲に亘って周波数を掃引する手間をかけることなく、また、変圧器の上蓋を開閉することなくレアショートの有無が判定される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、一定の範囲に亘って周波数を掃引する手間をかけることなくレアショートの有無を判定することができるので、汎用装置のみで足りると共に手間を軽減し測定時間を短縮して健全性診断技術としての汎用性の向上を図ることが可能になる。なお、低周波数帯で周波数を掃引して測定を行う場合には測定時間が一般に長くかかるところ本発明によればその必要がないので、従来の方法と比べて測定時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００３２】
また、本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、変圧器の上蓋を開閉することなくレアショートの有無を判定することができるので、健全性を診断することによって柱上変圧器の健全性を損なってしまうことを回避して汎用性の向上を図ることが可能になる。特に、柱上変圧器の設置場所は通常は野外であるところ本発明によれば上蓋を開閉することがないので柱上変圧器内部状態の保全に注意する必要がなく、現場適用性を大幅に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の変圧器の健全性診断方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。
【図２】本実施形態の変圧器の健全性診断方法をプログラムを用いて実施する場合の変圧器の健全性診断装置の機能ブロック図である。
【図３】伝達関数測定方法を説明する図である。
【図４】検証試験の正常な柱上変圧器の伝達関数を示す図である。
【図５】検証試験の柱上変圧器の巻線構造を説明する図である。
【図６】検証試験のレアショートを模擬した柱上変圧器の伝達関数を示す図である。
【図７】検証試験のターン間短絡を模擬した柱上変圧器の伝達関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１及び図２に、本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムの実施形態の一例を示す。本発明の変圧器の健全性診断方法は、図１に示すように、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し（Ｓ１）、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する（Ｓ２）ようにしている。
【００３６】
また、本発明の変圧器の健全性診断装置は、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が記録されている記憶手段(１６)と、該記憶手段(１６)から特定の周波数における伝達関数の値を読み込む手段(１１ａ)と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する手段(１１ｂ)とを備えている。
【００３７】
上述の変圧器の健全性診断方法及び変圧器の健全性診断装置は、本発明の変圧器の健全性診断プログラムをコンピュータ上で実行することによっても実現される。本発明の変圧器の健全性診断プログラムは、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、伝達関数データベースから特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する処理とを行わせるようにしている。
【００３８】
本実施形態では、変圧器の健全性診断プログラムをコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。
【００３９】
変圧器の健全性診断プログラム１７を実行するためのコンピュータ１０（即ち変圧器の健全性診断装置１０；以下、単に健全性診断装置１０と呼ぶ）の全体構成を図２に示す。この健全性診断装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４及びメモリ１５を備え相互にバス等の信号回線により接続されている。また、健全性診断装置１０にはデータサーバ１６がバス等の信号回線により接続されており、その信号回線を介して相互にデータや制御指令等の信号の送受信（即ち出入力）が行われる。
【００４０】
制御部１１は記憶部１２に記憶されている変圧器の健全性診断プログラム１７によって健全性診断装置１０全体の制御並びに変圧器の健全性の診断に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。記憶部１２は少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。メモリ１５は制御部１１が各種の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）である。
【００４１】
入力部１３は少なくとも作業者の命令を制御部１１に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。
【００４２】
表示部１４は制御部１１の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
【００４３】
そして、変圧器の健全性診断プログラム１７を実行することにより、データサーバ１６にアクセス可能なコンピュータである健全性診断装置１０の制御部１１には、伝達関数データベース１８から特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理を行う伝達関数データ読込部１１ａと、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する処理を行う健全性判定部１１ｂとが構成される。
【００４４】
なお、本実施形態では、データサーバ１６が、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段として機能する。
【００４５】
本発明の実施にあたっては、まず、変圧器の伝達関数が測定される（Ｓ１）。なお、診断対象の変圧器が複数ある場合には、Ｓ１の処理は診断対象の変圧器毎に行われる。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、Ｓ１の処理は評価時毎に行われる。
【００４６】
本発明では、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数が測定される。以下、本実施形態では、変圧器の１次巻線の健全性を判定する場合について説明するものとし、したがって、変圧器の１次巻線を開放した状態で２次巻線の伝達関数が測定される。
【００４７】
伝達関数の測定は、例えば、変圧器を対象として行われる周波数応答解析において従来から用いられてきた方法によって行われる。一方で、従来の周波数応答解析では周波数を掃引する必要があるので周波数掃引機能を備える測定装置を用いる必要があるが（図３参照）、本発明では周波数を掃引する必要がないので特定の一点の周波数での測定を行う測定装置で足りる。例えば、発振器(例えば300Hz)，アンプ，50Ω抵抗，電圧計を備える測定装置（言い換えると、周波数応答解析において従来から用いられてきた測定装置で周波数掃引機能を有しないもの。例えば、図３に示す測定装置５で周波数掃引機能を有しないもの）を用い、柱上変圧器１の２次巻線２Ｂに注入した入力電圧Ｖin(ｊω)と50Ωインピーダンスを基準とした出力電圧Ｖout(ｊω)とを測定し、数式１で定義される伝達関数Ｈ(ｊω)を求めることによって行われる。
【００４８】
ここで、本発明では、特定の一点の周波数での伝達関数を測定する。そして、本発明では、健全状態である時の変圧器の伝達関数の第一共振が現れる周波数帯における特定の一点の周波数での伝達関数を測定することが好ましい。本発明において伝達関数を測定する周波数としては、柱上変圧器の場合には２次巻線・開放測定の第一共振が現れる周波数帯は具体的には例えば２００〜３００〔Hz〕程度が考えられるので当該範囲の特定の一点の周波数での伝達関数を測定することが考えられるが、これに限られるものではなく、診断対象の変圧器の伝達関数の第一共振が現れる周波数帯であればその他の周波数でも良い。なお、同型の変圧器であれば、伝達関数は一致し、したがって、共振が現れる周波数帯は一致する。
【００４９】
伝達関数を測定する周波数を独自に定める場合で、診断対象の変圧器と同型の変圧器（ただし、健全なもの）での伝達関数の既存の測定結果がある場合には当該測定結果を用いて測定周波数を決定するようにしても良いし、診断対象の変圧器の設計仕様に基づいて第一共振の周波数を計算して当該計算結果を用いて測定周波数を決定するようにしても良い。また、同型の複数の変圧器を診断する場合には一つの健全な変圧器の伝達関数を測定した結果を用いて測定周波数を決定するようにしても良い。なお、測定周波数は、第一共振周波数帯の範囲内であれば、第一共振の周波数と一致していなくても良い。
【００５０】
また、健全な変圧器の伝達関数を予め測定して測定周波数を決定する場合には、例えば、健全な変圧器において第一共振周波数から周波数を徐々に減少させていって伝達関数の値が共振周波数帯閾値以上になる周波数ｆ1と第一共振周波数から周波数を徐々に増加させていって伝達関数の値が共振周波数帯閾値以上になる周波数ｆ2とを測定し、これら周波数ｆ1から周波数ｆ2の範囲内の周波数を測定周波数とすることが考えられる。ここで、共振周波数帯閾値は、第一共振の発現として伝達関数の値が増減していることを判断するための伝達関数の値であり、後述する健全性判定閾値よりも小さな値（具体的には例えば、健全性判定閾値の２倍）に設定される。
【００５１】
そして、本実施形態では、特定の周波数での伝達関数の値は伝達関数データベース１８としてデータサーバ１６に蓄積される。なお、診断対象の変圧器が複数ある場合には、伝達関数データは個々の変圧器を識別する情報(例えばＩＤ)と対応づけられた上で伝達関数データベース１８としてデータサーバ１６に蓄積される。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、伝達関数データは計測時点の情報と対応づけられた上で伝達関数データベース１８としてデータサーバ１６に蓄積される。
【００５２】
続いて、Ｓ１の処理によって整備された伝達関数データを用いて変圧器の健全性が判定される（Ｓ２）。なお、診断対象の変圧器が複数ある場合には、Ｓ２の処理は診断対象の変圧器毎に行われる。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、Ｓ２の処理は評価時毎に行われる。
【００５３】
具体的には、制御部１１の健全性判定部１１ｂは、変圧器の伝達関数の値を伝達関数データベース１８から読み込む。
【００５４】
そして、健全性判定部１１ｂは、伝達関数の値が健全性判定閾値以下の場合にはレアショート(ターン間短絡を含む)が発生しておらず変圧器の健全性が保たれていると判定し、健全性判定閾値より大きい場合にはレアショートが発生して変圧器の健全性が損なわれていると判定する。
【００５５】
ここで、健全性判定閾値は、レアショート(ターン間短絡を含む)が発生して変圧器の健全性が損なわれていることを判定するための伝達関数の値である。本発明における健全性判定閾値としては、柱上変圧器の場合には具体的には例えば−５〔dB〕程度に設定することが考えられるが、これに限られるものではなく、例えば同型器での異常時の伝達関数の値に基づく適当な値でも良い。なお、健全性判定閾値を独自に定める場合には、ターン間短絡を模擬した状態での伝達関数に基づいて設定することが考えられる。なお、健全性判定閾値は例えば変圧器の健全性診断プログラム１７の中に予め規定される。
【００５６】
そして、健全性判定部１１ｂは、Ｓ２の処理における判定結果として、変圧器の健全性が保たれている旨若しくは損なわれている旨を、必要な場合には診断対象の変圧器別・評価時毎に、表示部１４に表示したり、例えば記憶部１２やデータサーバ１６内に診断結果データファイルとして保存したりする。
【００５７】
そして、制御部１１は、変圧器の健全性診断の処理を終了する（ＥＮＤ）。
【００５８】
以上の構成を有する本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、一定の範囲に亘って周波数を掃引する手間をかけることなくレアショートの有無を判定することができるので、汎用装置のみで足りると共に手間を軽減し測定時間を短縮して健全性診断技術としての汎用性の向上を図ることが可能になる。また、本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、変圧器の上蓋を開閉することなくレアショートの有無を判定することができるので、健全性を診断することによって柱上変圧器の健全性を損なってしまうことを回避して汎用性の向上を図ることが可能になる。
【００５９】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、変圧器の１次巻線の健全性を判定する場合として１次巻線を開放した状態で２次巻線の伝達関数を測定するようにしているが、これとは逆に、２次巻線を開放した状態で１次巻線の伝達関数を測定して２次巻線の健全性を判定するようにしても良い。この場合には、例えば柱上変圧器の場合には健全状態における１〔kHz〕周辺の１次巻線・開放測定の第一共振が現れる周波数帯の特定の一点の周波数の伝達関数を測定する。
【００６０】
また、本実施形態では、伝達関数データが蓄積される記憶手段をデータサーバ１６としているが、記憶部１２でも良いし、他の記憶装置を用いるようにしても良い。
【００６１】
また、本発明は、配電用柱上変圧器に限らず、二つの巻線を有する種々の変圧器に対して適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 変圧器
１０ 変圧器の健全性診断装置
１７ 変圧器の健全性診断プログラム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、変圧器におけるレアショートの有無の判定に用いて好適な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力流通設備の維持管理におけるコスト低減の要請や循環型社会形成のための産業廃棄物低減の要請から、配電用柱上変圧器のリユースが行われている。非特許文献１では、変圧器巻線部の再利用判定基準として、（１）焼損又は巻線の汚れなどの異常の有無，（２）導通(断線)の有無又は絶縁抵抗の値の良否，（３）巻線修理履歴が２回以上ある場合は巻替えの要否の三項目を紹介している。また、雷などでヒューズ切れが発生した場合にも同様の試験が行われることがある。
【０００３】
しかしながら、上記の試験では柱上変圧器の異常として問題になるレアショートや巻線の位置ずれを検出することができない。また、柱上変圧器の健全性の診断は、手間を低減するためや柱上変圧器内への水分の混入を防ぐためにも柱上変圧器の上蓋を開閉することなく実施できることが望ましい。なお、変圧器の鉄心に巻かれた巻線の層のことをレア(layer)といい、レア間が短絡した状態をレアショートや層間短絡という。
【０００４】
配電用柱上変圧器のレアショートの有無を判定する従来の方法としては、例えば、変圧器の巻線に周波数の異なる交流電圧を順次印加して周波数の異なる交流電圧に対する変圧器の励磁電流を測定し、測定された励磁電流値の近似曲線を１階微分し、微分値が正の場合に短絡無しと判定し、微分値が負の場合に短絡有りと判定するものがある（特許文献１）。
【０００５】
また、変圧器巻線の異常診断手法として周波数応答解析（Ｆrequency Ｒesponse Ａnalysis：ＦＲＡ）がある。周波数応答解析では、正弦波の電気的信号（例えば電圧）を入力して出力信号（例えば電流）の振幅の測定を数十〔Hz〕から数〔MHz〕まで周波数を変化させながら行って伝達関数（例えばインピーダンス）を求める。伝達関数は漏れインダクタンスや対地容量や巻線間容量などの電気定数によって共振を示すものであるところ、変圧器巻線に異常があればこれらの電気定数が変化して伝達関数（具体的には例えば共振周波数）が変化する。そして、周波数応答解析では、変圧器が健全状態である時に測定しておいた伝達関数と比較してその変化の有無で変圧器巻線の異常を診断する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１４５２８
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】電気学会技術報告第1164号：配電用品のライフサイクルマネジメントの動向と課題，2009年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１のレアショート有無判定方法では、300〜2000〔Hz〕の広範囲に亘って周波数を掃引して電流を測定する装置が必要であると共に数百点(数百の周波数)での測定が必要であり、コスト並びに多大な手間と時間とがかかるという問題がある。特に、配電用柱上変圧器は非常に多数設置されているので、配電用柱上変圧器を対象にした場合には特許文献１のレアショート有無判定方法は汎用性が高いとは言えない。
【０００９】
また、周波数応答解析も、数十〔Hz〕から数〔MHz〕まで周波数を変化させて測定を行う必要があり、コスト並びに多大な手間と時間とがかかる。実際に、周波数応答解析は配電・変電クラスよりも大型の変圧器に対して専ら適用されており、設置数が非常に多い配電用柱上変圧器への適用例はない。
【００１０】
そこで、本発明は、変圧器の上蓋を開閉することなく且つ汎用装置のみによって、さらに、手間が少なく短時間でレアショートの有無を判定することができる変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラム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】
【００１１】
本発明者は、変圧器の上蓋を開閉することなく且つ汎用装置のみによって少ない手間・短時間で実施可能な変圧器の健全性評価方法の検討を行う中で、柱上変圧器の特定の一点の周波数のみの伝達関数を測定することでレアショートの有無を判定することができることを突き止めた。本発明に特有のこの技術的思想の妥当性を検証するための試験（以下、検証試験と呼ぶ）を以下に説明する。
【００１２】
周波数応答解析において測定する伝達関数は、巻線インピーダンス，アドミタンス，電圧レシオなどの中から原理的には任意に選択することができる。検証試験では、図３に示すように、巻線に注入した入力電圧Ｖin(ｊω)と50Ωインピーダンスを基準とした出力電圧Ｖout(ｊω)とを測定し、数式１で定義される伝達関数Ｈ(ｊω)を求める。なお、図３において、符号１は柱上変圧器，符号２Ａは１次巻線，符号２Ｂは２次巻線，符号５は測定装置をそれぞれ表す。
【数１】
ただし、ｊ：虚数単位，
ω：角周波数 をそれぞれ表す。
【００１３】
本検証試験では、１次巻線２Ａと２次巻線２Ｂとのそれぞれに対し、測定していない側の巻線を短絡した状態での測定（以下、短絡測定と呼ぶ）及び測定していない側の巻線端子間に何も接続しない状態での測定（以下、開放測定と呼ぶ）を行う。
【００１４】
まず、上述の条件での測定による正常(即ち健全)な柱上変圧器の伝達関数の例を図４に示す。図４(ａ)に示す伝達関数は定格容量が１０〔kVA〕の柱上変圧器のものであり、同図(ｂ)に示す伝達関数は定格容量が５０〔kVA〕の柱上変圧器のものである。
【００１５】
図４に示す結果から、以下のことが確認される。
ｉ）１次巻線の開放測定（図中実線）
商用周波数よりも周波数が高くなると伝達関数は漸減する。
ii）１次巻線の短絡測定（図中点線）
商用周波数よりも周波数が高くなると伝達関数は漸減する。
第一共振周波数は開放測定の場合よりも高い。
なお、共振のうち周波数が最も小さいものを第一共振と呼び、そのときの周波数を第一共振周波数と呼ぶ。
iii)２次巻線の開放測定（図中一点鎖線）
第一共振周波数は数百〔Hz〕、具体的には２００〜３００〔Hz〕である。
なお、第一共振の発現として伝達関数の値が増減している周波数帯のことを第一共振周波数帯と呼ぶ。
数百〔kHz〕に第一共振とは別の比較的大きな共振が現れる。
iv）２次巻線の短絡測定（図中二点鎖線）
数十〔kHz〕以下の周波数では伝達関数がほぼ０〔dB〕になる。
【００１６】
次に、上記と同じ柱上変圧器でレアショートを模擬した上で伝達関数を測定する。ここで、本検証試験で用いた柱上変圧器の巻線構造を図５に示す。
【００１７】
１次巻線２Ａのレアは、鉄心４の左右それぞれに１２枚巻かれており、合わせて２４枚である。各レアのターン数は、タップ盤３に最も近い左右それぞれのレアで１５０回であり、他のレアは全て２３４回である。
【００１８】
また、２次巻線２Ｂのレアは、鉄心４の左右それぞれに２枚巻かれており、合わせて４枚である。各レアのターン数は２１回である。２次巻線２Ｂのレアは、鉄心４の左側のレアが右側のレアに、右側のレアが左側のレアに接続される構造になっている。
【００１９】
そして、各レアの上部巻線を引き出し、柱上変圧器の油面より上で接続して端子（ＨL2,3+〜ＨL12+，ＨL2,3-〜ＨL12-）を設けて短絡させることによってレアショートを模擬する。
【００２０】
１次巻線レア間を短絡させた場合の伝達関数の測定結果を図６に示す。図６に示す結果から、以下のことが確認される。
ｉ）正常時には数百〔Hz〕付近に見られた共振が、２次巻線の開放測定ではなくなる。
言い換えると、数百〔Hz〕の周波数帯における伝達関数が０〔dB〕になる。
ii）正常時にはなかった共振が、２次巻線の開放測定では１０〔kHz〕付近に現れる。
【００２１】
レアショートが発生すると、鉄心を取り囲む閉ループができる。これは、２巻線変圧器だったものが３巻線変圧器になり、その巻線が短絡していることと等価である。このとき、２次巻線が開放状態であっても短絡測定と同様に鉄心の特性が無視される。鉄心の特性を表すのは数百〔Hz〕の第一共振であり、これがなくなる。
【００２２】
なお、レアショートによって１０〔kHz〕付近に現れた共振は、１次側漏れインダクタンスと巻線間容量とによるものと考えられる。本検証試験の柱上変圧器の共振周波数の計算値は１０．８〔kHz〕であり、伝達関数測定結果とほぼ一致する。また、短絡させる１次巻線のレア数を徐々に多くしながら２次巻線の伝達関数を測定する別の測定(開放測定)を行い、短絡レア数が多くなると共振周波数が高周波側にシフトすることも確認された。これは、短絡したレアの数が多くなると、この共振に寄与する漏れインダクタンスが小さくなるためである。
【００２３】
また、変圧器の１次巻線の口出し部付近の隣接するターン間を短絡させた上で伝達関数を測定する。ターン間短絡は、短絡の程度が最も軽微な場合と位置づけ、本発明では変圧器の異常の一つとして本発明の変圧器の健全性診断方法によって判断され得るレアショートに含める。なお、柱上変圧器の場合には、構造上、ターン間短絡は実際には生じ難いと考えられる。
【００２４】
１次巻線のターン間を短絡させた場合の伝達関数の測定結果を図７に示す。図７に示す結果から、ターン間短絡の場合には２次巻線・開放測定の伝達関数（図中一点鎖線）は−５〔dB〕程度になることが確認される。この値は、正常な柱上変圧器の伝達関数と比べて大きい。
【００２５】
以上の検証試験の結果から、第一共振周波数帯の伝達関数に基づいてターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定することが可能であり、柱上変圧器の特定の一点の周波数のみの伝達関数を測定することでレアショート(ターン間短絡を含む)の有無を判定するという本発明に特有の技術的思想の妥当性が確認される。なお、本検証試験では配電用柱上変圧器を対象としているが、本検証試験によって得られる知見は変圧器におけるターン間短絡若しくはレアショートの発生有無を判定することができるということであり、上記の技術的思想は他の種類の変圧器に対しても当てはめ得るものである。
【００２６】
また、検証試験の結果から、配電用柱上変圧器の第一共振周波数帯は２００〜３００〔Hz〕程度であることが確認され、レアショート(ターン間短絡を含む)が発生している場合の伝達関数は−５〔dB〕程度以上であることが確認される。
【００２７】
本発明は上述の知見に基づくものであり、具体的には、請求項１記載の変圧器の健全性診断方法は、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定するようにしている。
【００２８】
また、請求項２記載の変圧器の健全性診断装置は、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が記録されている記憶手段と、該記憶手段から特定の周波数における伝達関数の値を読み込む手段と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する手段とを有するようにしている。
【００２９】
また、請求項３記載の変圧器の健全性診断プログラムは、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、伝達関数データベースから特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する処理とを行わせるようにしている。
【００３０】
したがって、これらの変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによると、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定するようにしているので、一定の範囲に亘って周波数を掃引する手間をかけることなく、また、変圧器の上蓋を開閉することなくレアショートの有無が判定される。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、一定の範囲に亘って周波数を掃引する手間をかけることなくレアショートの有無を判定することができるので、汎用装置のみで足りると共に手間を軽減し測定時間を短縮して健全性診断技術としての汎用性の向上を図ることが可能になる。なお、低周波数帯で周波数を掃引して測定を行う場合には測定時間が一般に長くかかるところ本発明によればその必要がないので、従来の方法と比べて測定時間を大幅に短縮することが可能になる。
【００３２】
また、本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、変圧器の上蓋を開閉することなくレアショートの有無を判定することができるので、健全性を診断することによって柱上変圧器の健全性を損なってしまうことを回避して汎用性の向上を図ることが可能になる。特に、柱上変圧器の設置場所は通常は野外であるところ本発明によれば上蓋を開閉することがないので柱上変圧器内部状態の保全に注意する必要がなく、現場適用性を大幅に向上させることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の変圧器の健全性診断方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。
【図２】本実施形態の変圧器の健全性診断方法をプログラムを用いて実施する場合の変圧器の健全性診断装置の機能ブロック図である。
【図３】伝達関数測定方法を説明する図である。
【図４】検証試験の正常な柱上変圧器の伝達関数を示す図である。
【図５】検証試験の柱上変圧器の巻線構造を説明する図である。
【図６】検証試験のレアショートを模擬した柱上変圧器の伝達関数を示す図である。
【図７】検証試験のターン間短絡を模擬した柱上変圧器の伝達関数を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
以下、本発明の構成を図面に示す実施の形態の一例に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図１及び図２に、本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムの実施形態の一例を示す。本発明の変圧器の健全性診断方法は、図１に示すように、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し（Ｓ１）、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する（Ｓ２）ようにしている。
【００３６】
また、本発明の変圧器の健全性診断装置は、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が記録されている記憶手段(１６)と、該記憶手段(１６)から特定の周波数における伝達関数の値を読み込む手段(１１ａ)と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する手段(１１ｂ)とを備えている。
【００３７】
上述の変圧器の健全性診断方法及び変圧器の健全性診断装置は、本発明の変圧器の健全性診断プログラムをコンピュータ上で実行することによっても実現される。本発明の変圧器の健全性診断プログラムは、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、伝達関数データベースから特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理と、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する処理とを行わせるようにしている。
【００３８】
本実施形態では、変圧器の健全性診断プログラムをコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。
【００３９】
変圧器の健全性診断プログラム１７を実行するためのコンピュータ１０（即ち変圧器の健全性診断装置１０；以下、単に健全性診断装置１０と呼ぶ）の全体構成を図２に示す。この健全性診断装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入力部１３、表示部１４及びメモリ１５を備え相互にバス等の信号回線により接続されている。また、健全性診断装置１０にはデータサーバ１６がバス等の信号回線により接続されており、その信号回線を介して相互にデータや制御指令等の信号の送受信（即ち出入力）が行われる。
【００４０】
制御部１１は記憶部１２に記憶されている変圧器の健全性診断プログラム１７によって健全性診断装置１０全体の制御並びに変圧器の健全性の診断に係る演算を行うものであり、例えばＣＰＵ（中央演算処理装置）である。記憶部１２は少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。メモリ１５は制御部１１が各種の制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となるものであり、例えばＲＡＭ（Ｒandom Ａccess Ｍemory の略）である。
【００４１】
入力部１３は少なくとも作業者の命令を制御部１１に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。
【００４２】
表示部１４は制御部１１の制御により文字や図形等の描画・表示を行うものであり、例えばディスプレイである。
【００４３】
そして、変圧器の健全性診断プログラム１７を実行することにより、データサーバ１６にアクセス可能なコンピュータである健全性診断装置１０の制御部１１には、伝達関数データベース１８から特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理を行う伝達関数データ読込部１１ａと、特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無に基づいて変圧器の健全性を判定する処理を行う健全性判定部１１ｂとが構成される。
【００４４】
なお、本実施形態では、データサーバ１６が、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段として機能する。
【００４５】
本発明の実施にあたっては、まず、変圧器の伝達関数が測定される（Ｓ１）。なお、診断対象の変圧器が複数ある場合には、Ｓ１の処理は診断対象の変圧器毎に行われる。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、Ｓ１の処理は評価時毎に行われる。
【００４６】
本発明では、変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数が測定される。以下、本実施形態では、変圧器の１次巻線の健全性を判定する場合について説明するものとし、したがって、変圧器の１次巻線を開放した状態で２次巻線の伝達関数が測定される。
【００４７】
伝達関数の測定は、例えば、変圧器を対象として行われる周波数応答解析において従来から用いられてきた方法によって行われる。一方で、従来の周波数応答解析では周波数を掃引する必要があるので周波数掃引機能を備える測定装置を用いる必要があるが（図３参照）、本発明では周波数を掃引する必要がないので特定の一点の周波数での測定を行う測定装置で足りる。例えば、発振器(例えば300Hz)，アンプ，50Ω抵抗，電圧計を備える測定装置（言い換えると、周波数応答解析において従来から用いられてきた測定装置で周波数掃引機能を有しないもの。例えば、図３に示す測定装置５で周波数掃引機能を有しないもの）を用い、柱上変圧器１の２次巻線２Ｂに注入した入力電圧Ｖin(ｊω)と50Ωインピーダンスを基準とした出力電圧Ｖout(ｊω)とを測定し、数式１で定義される伝達関数Ｈ(ｊω)を求めることによって行われる。
【００４８】
ここで、本発明では、特定の一点の周波数での伝達関数を測定する。そして、本発明では、健全状態である時の変圧器の伝達関数の第一共振が現れる周波数帯における特定の一点の周波数での伝達関数を測定することが好ましい。本発明において伝達関数を測定する周波数としては、柱上変圧器の場合には２次巻線・開放測定の第一共振が現れる周波数帯は具体的には例えば２００〜３００〔Hz〕程度が考えられるので当該範囲の特定の一点の周波数での伝達関数を測定することが考えられるが、これに限られるものではなく、診断対象の変圧器の伝達関数の第一共振が現れる周波数帯であればその他の周波数でも良い。なお、同型の変圧器であれば、伝達関数は一致し、したがって、共振が現れる周波数帯は一致する。
【００４９】
伝達関数を測定する周波数を独自に定める場合で、診断対象の変圧器と同型の変圧器（ただし、健全なもの）での伝達関数の既存の測定結果がある場合には当該測定結果を用いて測定周波数を決定するようにしても良いし、診断対象の変圧器の設計仕様に基づいて第一共振の周波数を計算して当該計算結果を用いて測定周波数を決定するようにしても良い。また、同型の複数の変圧器を診断する場合には一つの健全な変圧器の伝達関数を測定した結果を用いて測定周波数を決定するようにしても良い。なお、測定周波数は、第一共振周波数帯の範囲内であれば、第一共振の周波数と一致していなくても良い。
【００５０】
また、健全な変圧器の伝達関数を予め測定して測定周波数を決定する場合には、例えば、健全な変圧器において第一共振周波数から周波数を徐々に減少させていって伝達関数の値が共振周波数帯閾値以上になる周波数ｆ1と第一共振周波数から周波数を徐々に増加させていって伝達関数の値が共振周波数帯閾値以上になる周波数ｆ2とを測定し、これら周波数ｆ1から周波数ｆ2の範囲内の周波数を測定周波数とすることが考えられる。ここで、共振周波数帯閾値は、第一共振の発現として伝達関数の値が増減していることを判断するための伝達関数の値であり、後述する健全性判定閾値よりも小さな値（具体的には例えば、健全性判定閾値の２倍）に設定される。
【００５１】
そして、本実施形態では、特定の周波数での伝達関数の値は伝達関数データベース１８としてデータサーバ１６に蓄積される。なお、診断対象の変圧器が複数ある場合には、伝達関数データは個々の変圧器を識別する情報(例えばＩＤ)と対応づけられた上で伝達関数データベース１８としてデータサーバ１６に蓄積される。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、伝達関数データは計測時点の情報と対応づけられた上で伝達関数データベース１８としてデータサーバ１６に蓄積される。
【００５２】
続いて、Ｓ１の処理によって整備された伝達関数データを用いて変圧器の健全性が判定される（Ｓ２）。なお、診断対象の変圧器が複数ある場合には、Ｓ２の処理は診断対象の変圧器毎に行われる。また、健全性評価時が複数時点ある場合には、Ｓ２の処理は評価時毎に行われる。
【００５３】
具体的には、制御部１１の健全性判定部１１ｂは、変圧器の伝達関数の値を伝達関数データベース１８から読み込む。
【００５４】
そして、健全性判定部１１ｂは、伝達関数の値が健全性判定閾値以下の場合にはレアショート(ターン間短絡を含む)が発生しておらず変圧器の健全性が保たれていると判定し、健全性判定閾値より大きい場合にはレアショートが発生して変圧器の健全性が損なわれていると判定する。
【００５５】
ここで、健全性判定閾値は、レアショート(ターン間短絡を含む)が発生して変圧器の健全性が損なわれていることを判定するための伝達関数の値である。本発明における健全性判定閾値としては、柱上変圧器の場合には具体的には例えば−５〔dB〕程度に設定することが考えられるが、これに限られるものではなく、例えば同型器での異常時の伝達関数の値に基づく適当な値でも良い。なお、健全性判定閾値を独自に定める場合には、ターン間短絡を模擬した状態での伝達関数に基づいて設定することが考えられる。なお、健全性判定閾値は例えば変圧器の健全性診断プログラム１７の中に予め規定される。
【００５６】
そして、健全性判定部１１ｂは、Ｓ２の処理における判定結果として、変圧器の健全性が保たれている旨若しくは損なわれている旨を、必要な場合には診断対象の変圧器別・評価時毎に、表示部１４に表示したり、例えば記憶部１２やデータサーバ１６内に診断結果データファイルとして保存したりする。
【００５７】
そして、制御部１１は、変圧器の健全性診断の処理を終了する（ＥＮＤ）。
【００５８】
以上の構成を有する本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、一定の範囲に亘って周波数を掃引する手間をかけることなくレアショートの有無を判定することができるので、汎用装置のみで足りると共に手間を軽減し測定時間を短縮して健全性診断技術としての汎用性の向上を図ることが可能になる。また、本発明の変圧器の健全性診断方法、健全性診断装置及び健全性診断プログラムによれば、変圧器の上蓋を開閉することなくレアショートの有無を判定することができるので、健全性を診断することによって柱上変圧器の健全性を損なってしまうことを回避して汎用性の向上を図ることが可能になる。
【００５９】
なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、変圧器の１次巻線の健全性を判定する場合として１次巻線を開放した状態で２次巻線の伝達関数を測定するようにしているが、これとは逆に、２次巻線を開放した状態で１次巻線の伝達関数を測定して２次巻線の健全性を判定するようにしても良い。この場合には、例えば柱上変圧器の場合には健全状態における１〔kHz〕周辺の１次巻線・開放測定の第一共振が現れる周波数帯の特定の一点の周波数の伝達関数を測定する。
【００６０】
また、本実施形態では、伝達関数データが蓄積される記憶手段をデータサーバ１６としているが、記憶部１２でも良いし、他の記憶装置を用いるようにしても良い。
【００６１】
また、本発明は、配電用柱上変圧器に限らず、二つの巻線を有する種々の変圧器に対して適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１ 変圧器
１０ 変圧器の健全性診断装置
１７ 変圧器の健全性診断プログラム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し、前記特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定することを特徴とする変圧器の健全性診断方法。
【請求項２】
変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が記録されている記憶手段と、該記憶手段から前記特定の周波数における伝達関数の値を読み込む手段と、前記特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する手段とを有することを特徴とする変圧器の健全性診断装置。
【請求項３】
変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、前記伝達関数データベースから前記特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理と、前記特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する処理とを行わせることを特徴とする変圧器の健全性診断プログラム。
【請求項１】
変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数を測定し、前記特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定することを特徴とする変圧器の健全性診断方法。
【請求項２】
変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が記録されている記憶手段と、該記憶手段から前記特定の周波数における伝達関数の値を読み込む手段と、前記特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する手段とを有することを特徴とする変圧器の健全性診断装置。
【請求項３】
変圧器の１次巻線と２次巻線とのどちらか一方の巻線を開放した状態で測定された、健全状態の変圧器の第一共振が現れる周波数帯の特定の周波数における他方の巻線の伝達関数の値が蓄積されている伝達関数データベースが格納されている記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、前記伝達関数データベースから前記特定の周波数における伝達関数の値を読み込む処理と、前記特定の周波数における伝達関数の値に基づいて前記一方の巻線のターン間短絡若しくはレアショートの有無を判定する処理とを行わせることを特徴とする変圧器の健全性診断プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２５２７５２（Ｐ２０１１−２５２７５２Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１２５８０２（Ｐ２０１０−１２５８０２）
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月１日（２０１０．６．１）
【出願人】（０００１７３８０９）財団法人電力中央研究所 (1,040)
【Ｆターム（参考）】
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