气体绝缘变压器、气体绝缘变压系统及电压推定方法与流程

1.本发明涉及一种气体绝缘变压器、气体绝缘变压系统、以及所述气体绝缘变压器及气体绝缘变压系统中的一次绕组的电压推定方法。


背景技术：

2.已知有用来连接于变电所等的母线或线路来改变电压而供给的气体绝缘变压器。这种气体绝缘变压器的例子在专利文献1中有所公开。
3.现有技术文献
4.专利文献
5.专利文献1：日本公开专利公报“特开2004-22557号”

技术实现要素：

6.发明所要解决的问题
7.在应用所述气体绝缘变压器的电力系统中，期待探测对气体绝缘变压器供给的一次电压。并且，在想要能够探测一次电压时，理想的是避免使机器的结构无谓地复杂化、大型化。而且，理想的是能够探测一次电压，不会因连接于二次侧的负载的变化导致产生误差。
8.本发明的一实施例的目的在于实现一种气体绝缘变压器等，所述气体绝缘变压器不会使机器的结构无谓地复杂化、大型化，或不会因连接于二次侧的负载的变化导致产生误差，而能够探测一次电压。
9.解决问题的技术手段
10.为了解决所述课题，本发明的一实施例的气体绝缘变压器包括：芯；二次绕组，缠绕于所述芯；一次绕组，与所述二次绕组同轴地缠绕于所述二次绕组的外周外；高压屏蔽罩，覆盖所述一次绕组的外周；低压屏蔽罩，与所述高压屏蔽罩相向；接地端子；及电路元件，一端连接于所述低压屏蔽罩，另一端连接于所述接地端子。
11.而且，本发明的一实施例的电压推定方法是一种推定气体绝缘变压器的一次电压的电压推定方法，所述气体绝缘变压器包括：芯；二次绕组，缠绕于所述芯；一次绕组，与所述二次绕组同轴地缠绕于所述二次绕组的外周外；高压屏蔽罩，覆盖所述一次绕组的外周；低压屏蔽罩，与所述高压屏蔽罩相向；接地端子；及电路元件，一端连接于所述低压屏蔽罩，另一端连接于所述接地端子，所述电压推定方法包括：检测对所述电路元件施加的电压的步骤；及基于所述高压屏蔽罩与所述低压屏蔽罩之间的静电电容、所述电路元件的电路常数、及对所述电路元件施加的电压来推定一次电压的步骤。
12.发明的效果
13.通过本发明的一实施例的气体绝缘变压器等，不会使机器的结构无谓地复杂化、大型化，或不会因连接于二次侧的负载的变化导致产生误差，而能够探测对一次绕组施加的电压。
附图说明
14.图1是表示实施方式1的气体绝缘变压系统的结构的图。
15.图2是表示图1中的x-x线上的剖面的图。
16.图3是表示图2中的y-y线上的剖面的图。
17.图4是表示实施方式1的变压器的电路结构的电路图。
18.图5是表示一次电压推定装置的主要部分的结构的框图。
19.图6是表示一次电压推定装置推定一次电压的处理的流程图。
具体实施方式
20.〔实施方式1〕
21.以下，对本发明的一实施方式进行详细说明。
22.(气体绝缘变压系统100的结构)
23.图1是表示实施方式1的气体绝缘变压系统100的结构的图。如图1所示，气体绝缘变压系统100包括变压器1(气体绝缘变压器)及一次电压推定装置9。图2及图3表示配置于变压器1的容器31内部的主要构件的特定切断位置处的剖面。
24.图2表示图1中的x-x线上的剖面。图3表示图2中的y-y线上的剖面。这种气体绝缘变压系统100例如以转换高压的电力并以所内电力的形式供给为目的，而设置于发电所或变电所。而且，图4是表示变压器1的电路的概略结构的电路图。
25.(变压器1的结构)
26.变压器1是单相接地型的变压器。变压器1包括芯10、一次绕组11、二次绕组12、高压屏蔽罩13、低压屏蔽罩14、引线连接部16、电容器21(电路元件)、电压检测端子22、接地端子23、电压检测器24、容器31、及端子箱32。
27.芯10是在其上缠绕一次绕组11及二次绕组12的芯材。芯10是由包含磁性体的材料所形成。在实施方式1中，芯10是由铁所形成。二次绕组12缠绕于芯10。一次绕组11以与二次绕组12同轴的方式缠绕于二次绕组12的外周外。
28.在变压器1中，通过对一次绕组11的输入端子(图4的电路图中的端子u、端子v)输入一次电压v1，而从二次绕组12的输出端子(图4的电路图中的端子u、端子v)输出和一次绕组11与二次绕组12的匝数比相应的二次电压。一次绕组11及二次绕组12的匝数比根据所需的一次电压v1与二次电压的比率适当决定即可。
29.高压屏蔽罩13覆盖一次绕组11的外周。高压屏蔽罩13缓和因对一次绕组11施加从变电所等的母线或线路等供给的一次电压v1而产生的电场的影响。低压屏蔽罩14设置于与高压屏蔽罩13相向的位置。具体而言，低压屏蔽罩14配置于高压屏蔽罩13与芯10的未覆盖二次绕组12的区域之间。
30.低压屏蔽罩14通过设置于所述位置，而减轻芯10的边缘、及芯10的固定件等构件对由一次绕组11形成的电场造成的影响。而且，二次绕组12的轴方向比一次绕组11的轴方向长。因此，在变压器1中，二次绕组12也作为屏蔽罩而发挥作用，以减轻芯10的边缘、及芯10的固定件等构件对由一次绕组11形成的电场造成的影响。
31.高压屏蔽罩13及低压屏蔽罩14均由导体形成。而且，高压屏蔽罩13及低压屏蔽罩14不存在彼此通过导体连接的情况。由于低压屏蔽罩14设置于与高压屏蔽罩13相向的位
置，故而在变压器1中，在高压屏蔽罩13与低压屏蔽罩14之间存在静电电容c1。在以下说明中，视为高压屏蔽罩13与低压屏蔽罩14经由具有所述静电电容c1的虚拟电容器15而彼此连接。
32.引线连接部16是连接二次绕组12的引线12a的构件。如图1所示，在变压器1中，低压屏蔽罩14配置于高压屏蔽罩13与引线连接部16之间。因此，低压屏蔽罩14也会减轻引线连接部16对由一次绕组11形成的电场造成的影响。
33.电容器21是一端连接于低压屏蔽罩14、另一端连接于接地端子23的电路元件。接地端子23是将电容器21接地的端子。因此，低压屏蔽罩14的电位为以对电容器21施加的电压的量从接地电位浮动的状态。
34.电压检测端子22是用来检测对电容器21施加的电压vm进行检测的端子。电压检测端子22与电容器21的连接于低压屏蔽罩14的一端连接。因此，在变压器1中，可通过电压检测端子22与接地端子23检测对电容器21施加的电压vm。
35.电压检测器24检测对电容器21施加的电压vm。电压检测器24连接于电压检测端子22与接地端子23之间。换言之，电压检测器24连接于电容器21的连接于低压屏蔽罩14的一端与接地端子23之间。由此，电压检测器24可检测对电容器21施加的电压vm。作为电压检测器24，可使用已知的检测器。在实施方式1中，由于变压器1包括电压检测器，故而无需另行连接电压检测器。
36.容器31以密封状态收容芯10、一次绕组11、二次绕组12、高压屏蔽罩13及低压屏蔽罩14。在容器31内填充例如0.55mpa的sf6作为绝缘用气体。但填充至容器31中的气体的压力及种类不限于此。
37.用来对一次绕组11输入一次电压v1的非接地侧的端子11a经由套管(bushing)33而设置于从容器31拉出的位置。而且，也可以使用包括由绝缘树脂形成的本体及贯穿所述本体所设置的埋入导体的绝缘间隔件代替套管33。端子11a通过连接导体11b而连接于一次绕组11。
38.端子箱32还收容针对一次绕组11及二次绕组12的其他输入输出端子。在端子箱32中收容有一次绕组11的与上述端子11a为相反侧的输入端子(图4的电路图中的端子v)、及经由引线连接部16连接于二次绕组12的各引线12a的输出端子(图4的电路图中的端子u及端子v)。
39.为了避免繁杂，在图1中未示出这些端子、以及将所述端子与一次绕组11及二次绕组12连接的引线。不同于容器31，无需在端子箱32中填充绝缘用气体。
40.而且，在容器31中设置有用来将连接于低压屏蔽罩14的引线从容器31内向端子箱32内拉出的拉出构件34。电容器21配置于端子箱32内。即，电容器21配置于容器31的外部。因此，在电容器21发生异常的情况下，可在不打开填充有绝缘用气体的容器31的情况下应对所述异常。
41.(一次电压的检测)
42.如图4所示，在变压器1中，通过具有静电电容c1的虚拟电容器15、及具有静电电容c2的电容器21形成由非接地的高压屏蔽罩13所感应的一次电压v1的分压电路。
43.静电电容c1的值是根据高压屏蔽罩13及低压屏蔽罩14的大小及形状、以及填充于容器31内的气体的种类及压力等而唯一确定的已知的值。而且，当然静电电容c2的值为已
知。
44.其结果为，电压检测器24所检测的对电容器21施加的电压vm成为将由高压屏蔽罩13所感应的一次电压v1按照虚拟电容器15与电容器21的阻抗比所分配的值。即，以ω作为一次电压v1的角频率，关系式vm＝v1
×
{1/(j
×
ω
×
c2)}/{1/(j
×
ω
×
c1) 1/(j
×
ω
×
c2)}成立。由此，一次电压v1可通过关系式v1＝vm
×
(c1 c2)/c1而算出。因此，在变压器1中，通过利用电压检测端子22测定对电容器21施加的电压vm，可推定对一次绕组11施加的一次电压v1。
45.图5是表示一次电压推定装置9的主要部分的结构的框图。一次电压推定装置9基于电压检测器24所检测的电压来推定一次电压v1的大小。如图5所示，一次电压推定装置9包括电路元件电压检测部91及一次电压推定部92。
46.电路元件电压检测部91通过电压检测器24来检测对电容器21施加的电压vm。电路元件电压检测部91将表示电压vm的信号向一次电压推定部92输出。
47.一次电压推定部92基于虚拟电容器15的静电电容c1、电容器21的静电电容(电路常数)c2、及对电容器21施加的电压vm，通过所述关系式算出一次电压v1。因此，在气体绝缘变压系统100中，可通过一次电压推定装置9推定一次电压v1。
48.图6是表示一次电压推定装置9推定一次电压v1的处理的流程图。在推定一次电压v1的处理中，首先，电路元件电压检测部91检测对电容器21施加的电压vm(s1)。其次，一次电压推定部92推定一次电压v1(s2)。
49.如以上所述，在实施方式1的变压器1中，通过测定对电容器21施加的电压vm，可推定一次电压v1。对电容器21施加的电压vm为一定，与连接于二次绕组12的负载无关。
50.在变压器中，研究独立于输出用的二次绕组，将电压检测用的绕组缠绕于芯上，根据对电压检测用的绕组施加的电压探测一次电压。但是，对电压检测用的绕组施加的电压也会根据在二次绕组中流通的负载电流而发生变动。
51.例如，在结构与变压器1相同但设置电压检测用的绕组而探测一次电压的方法中，判明在实际的使用条件下，负载会导致产生5％～10％左右的误差。
52.但是，本实施方式的变压器1因通过所述方法探测一次电压v1而不会因负载的变动产生误差。因此，在变压器1中，可以高精度推定一次电压v1。而且，无需包括用于电压测定的绕组，可使变压器的结构简单。
53.或在变压器中，也研究在变压器1的一次侧并列地一体设置用于一次电压v1测定的互感器。但是，这种结构的变压器的结构复杂，装置大型化。
54.而且，当然，即使除了变压器以外，另外在变压器1的一次侧并列设置用于一次电压v1测定的互感器，气体绝缘变压系统100也大型化、且高成本化。另一方面，根据本实施方式，作为气体绝缘变压系统100，可通过紧凑、且低成本的结构探测一次电压v1。
55.除此以外，气体绝缘变压系统100可包括输出装置，所述输出装置对使用者输出电路元件电压检测部91所检测的电压vm、及一次电压推定部92所推定的一次电压v1中的一个以上。作为输出装置的例子，可列举显示图像的显示装置。
56.而且，气体绝缘变压系统100可包括警报装置，所述警报装置判定一次电压推定部92所推定的一次电压v1是否在规定的范围内，在不为规定的范围内的情况下，对使用者发出警报。警报例如由图像、光、或声音形成。
57.〔实施方式2〕
58.以下对本发明的其他实施方式进行说明。此外，为了方便说明，对具有与所述实施方式中所说明的构件相同的功能的构件标注相同的符号，不再重复其说明。
59.如上所述，实施方式1的变压器1包括电容器21作为用来检测电压vm的电路元件。但是，本发明的变压器也可以包括电阻器或电感器之类的其他种类的电路元件代替电容器21。
60.在这种变压器中，也由虚拟电容器15及电路元件形成分压电路。因此，可基于对电路元件施加的电压vm推定一次电压v1。但，就简化利用所述关系式的一次电压v1的算出的观点而言，为了避免一次电压v1被由施加电压决定的铁芯的激磁电流及由二次连接的负载的大小决定的负载电流所影响，优选将电路元件设为电容器。
61.〔利用软件的实现例〕
62.一次电压推定装置9的控制块(尤其是电路元件电压检测部91及一次电压推定部92)可通过形成于集成电路(集成电路(integrated circuit，ic)芯片)等的逻辑电路(硬件)来实现，也可以通过软件来实现。
63.在后者的情况下，一次电压推定装置9包括计算机，所述计算机执行作为实现各功能的软件的程序的命令。所述计算机包括例如至少一个处理器(控制装置)，并且包括存储有所述程序的计算机可读取的至少一个记录媒体。
64.并且，在所述计算机中，通过所述处理器从所述记录媒体读取所述程序并执行，而达成本发明的目的。作为所述处理器，例如可使用中央处理器(central processing unit，cpu)。作为所述记录媒体，除了“非暂态有形媒体”、例如只读存储器(read only memory，rom)等以外，还可使用磁带、磁碟、卡、半导体存储器、可编程逻辑电路等。
65.而且，可还包括展开所述程序的随机存取存储器(random access memory，ram)等。而且，所述程序可经由能够传送所述程序的任意传送媒体(通信网络或广播波等)供给至所述计算机。此外，本发明的一实施例也可以通过利用电子传送实现所述程序的埋入载波中的数据信号的实施例实现。
66.〔总结〕
67.本发明的实施例1的气体绝缘变压器包括：芯；二次绕组，缠绕于所述芯；一次绕组，与所述二次绕组同轴地缠绕于所述二次绕组的外周外；高压屏蔽罩，覆盖所述一次绕组的外周；低压屏蔽罩，与所述高压屏蔽罩相向；接地端子；及电路元件，一端连接于所述低压屏蔽罩，另一端连接于所述接地端子。
68.根据所述结构，通过由高压屏蔽罩及低压屏蔽罩形成的虚拟电容器、以及与低压屏蔽罩及接地端子连接的电路元件，形成分压电路。通过检测对电路元件施加的电压，可算出由高压屏蔽罩所感应的一次电压。因此，不存在使气体绝缘变压器大型化的情况，不受负载电流所影响，而能够附加可推定一次电压的功能。
69.而且，本发明的实施例2的气体绝缘变压器是在实施例1中，所述二次绕组的轴方向比所述一次绕组的轴方向长。
70.根据所述结构，二次绕组作为屏蔽罩而发挥作用以减轻芯的边缘及固定件等构件对由一次绕组形成的电场造成的影响。
71.而且，本发明的实施例3的气体绝缘变压器是在实施例2中，所述低压屏蔽罩配置
于所述高压屏蔽罩与所述芯的未覆盖所述二次绕组的区域之间。
72.根据所述结构，通过低压屏蔽罩，可减轻芯的边缘及固定件等构件对由一次绕组形成的电场造成的影响。
73.而且，本发明的实施例4的气体绝缘变压器是在实施例2或实施例3中，还包括引线连接部，所述引线连接部连接所述二次绕组的引线，所述低压屏蔽罩配置于所述高压屏蔽罩与所述引线连接部之间。
74.根据所述结构，通过低压屏蔽罩也能够减轻引线连接部对由一次绕组11形成的电场造成的影响。
75.而且，本发明的实施例5的气体绝缘变压器是在实施例1至实施例4的任一项中，还包括电压检测器，所述电压检测器连接于所述电路元件的所述一端与所述接地端子之间。
76.根据所述结构，无需另行连接检测对电路元件施加的电压的电压检测器。
77.而且，本发明的实施例6的气体绝缘变压系统包括：实施例5的气体绝缘变压器；及一次电压推定装置，基于所述电压检测器所检测的电压，推定一次电压的大小。
78.根据所述结构，可通过一次电压推定装置推定一次电压。
79.而且，本发明的实施例7的电压推定方法是推定气体绝缘变压器的一次电压的电压推定方法，所述气体绝缘变压器包括：芯；二次绕组，缠绕于所述芯；一次绕组，与所述二次绕组同轴地缠绕于所述二次绕组的外周外；高压屏蔽罩，覆盖所述一次绕组的外周；低压屏蔽罩，与所述高压屏蔽罩相向；接地端子；及电路元件，一端连接于所述低压屏蔽罩，另一端连接于所述接地端子，所述电压推定方法包括：检测对所述电路元件施加的电压的步骤；及基于所述高压屏蔽罩与所述低压屏蔽罩之间的静电电容、所述电路元件的电路常数、及对所述电路元件施加的电压来推定一次电压的步骤。
80.根据所述结构，在电压推定方法中，首先检测连接于低压屏蔽罩与接地端子的电路元件的电压，并基于所述电压推定一次电压。因此，并非直接测定一次电压，而是能够通过推定而探测。
81.本发明并不限定于上述各实施方式，可在权利要求所示的范围内进行各种变更，将不同的实施方式所分别公开的技术手段适当组合所获得的实施方式也包括于本发明的技术范围内。进而，通过将各实施方式所分别公开的技术手段加以组合，可形成新的技术特征。
82.符号的说明
83.1：变压器
84.9：一次电压推定装置
85.10：芯
86.11：一次绕组
87.12：二次绕组
88.13：高压屏蔽罩
89.14：低压屏蔽罩
90.16：引线连接部
91.21：电容器(电路元件)
92.22：电压检测端子
93.23：接地端子
94.24：电压检测器
95.31：容器
96.100：气体绝缘变压系