JP2000508830A - 音響解析によるタップ切換器のモニタ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 負荷時タップ切換器をモニタする方法であって、音の記録およびその音響信号への変換が前記タップ切換器の接続操作の始めに開始され、前記音響信号が整流され信号包絡線に変換されディジタル的にサンプリングされ、前記包絡線を少なくとも１つの固定され又は１つの連続的に更新される基準包絡線と比較することにより、前記タップ切換器の状態に関して連続的に評価される。前記比較は、量の測度および変動の測度に基づく無次元の比較指数Ｔ_iを計算することにより選択的に行われる。

Description

【発明の詳細な説明】 音響解析によるタップ切換器のモニタ方法 技術分野 本発明は、接続操作中における負荷時タップ切換器から発生する音を評価する ことにより、電源トランスまたはリアクトルの負荷時タップ切換器をモニタする 方法に関する。 背景技術および問題 送電に用いられる電源トランスの電圧制御およびリアクトルのインダクタンス 制御は、巻線の異なる端子間での変更を可能ならしめる負荷時タップ切換器の補 助により、通常、行われる。これは、ローディングのもとで行われるべきであり 、その理由のために、タップ切換器は、端子間の電圧差および巻線を通る電流の 双方を取扱い得なければならない。接続操作中に生じる避けられないアークの強 度を減少させるために、通常は接続操作に際し、さらに抵抗が接続される。電気 回路網内の電源トランスまたはリアクトルの場所により、そのトランスまたはリ アクトルの技術的寿命の間におけるタップ切換器の接続操作の回数は、数十万回 に及ぶ。タップ切換器は、複雑な機械的構造を有し、その構造は、機械的ローデ ィングのもとでの多数の使用サイクルとの関連で、タップ切換器を電源トランス またはリアクトルの最も露出した部品の１つとする。 タップ切換器は、機械的磨耗とアークとに曝される。これはタップ切換器の性 能をゆっくりと徐々に変化させうる。例えば、寸法および相互間の距離の変化の ために、接点および他の可動部分のような含まれた部品の接続時間が変化する。 この変化のプロセスは、ある段階においてタップ切換器が機能しなくなるのを加 速する。これは、損失の大きい停電を生じる。 タップ切換器が機能しなくなるのを防止するためには、タップ切換器をチェッ クする。これを行う１つの方法は、タップ切換器の検査であり、トランス／リア クトルの開放を必要とする。これは、長いサービスの中断を起こさせる。従って 、これは、できるだけ稀にしか行わないようにするので、その結果、次の検査の 前 に顕著な劣化が起こる危険が生じる。 例えば、トランス油内のアークから起こるカーボンの堆積により接触抵抗が増 加する接点において磨耗が温度上昇を招くタップ切換器の部品の温度を連続的に モニタすることは公知である。その場合、温度の上昇は、警告および警報信号で あり、タップ切換器の検査の根拠を与える。しかし、顕著な加熱は、タップ切換 器の変化のプロセスにおいてのみ起こり、その場合、それに先立つエージングプ ロセスの後にのみ起こる。 もう１つの公知の方法は、タップ切換器の機械的部分を駆動するモータの電力 消費を連続的にモニタすることである。摩擦の増大を生ずる磨耗プロセスは、接 続操作中における電力消費の増大を招くので、その時、警告または警報信号とし て用いられる。温度のモニタリングの場合と同様に、このモニタリングも、可能 な磨耗プロセスのみに限定される。 接続操作は、音を発生し、この音は、タップ切換器における変化に関して解析 される。磨耗の結果、距離の変化、摩擦の変化などは、接続操作から発生する音 に影響を及ぼす。特開平６−１３２４８号には、部分プロセスに関連するいくつ かの音響パルスに分割され、接続操作から発生する音をそれらのパルスの始まり の間の時間差に関して解析する技術が記載されている。もし１つまたはそれ以上 のこれらの時間差が、前もって定められている値から余りにも逸れれば、警告ま たは警報信号が出される。米国特許第４，１５９，４４６号には、間違って調節 された接点を接続操作から発生した信号包絡線のアナログ処理により検出するシ ステムが記載されており、そのアナログ処理は、好ましくは熟練した者により信 号包絡線内の信号ピーク間の時間差に関し、その信号包絡線を解析することによ り行われる。特開平６−１３２４８号および米国特許第４，１５９，４４６号に 記載されている方法においては、タップ切換器における全ての変化が、音響パル ス間の時間差の変化を生ずるのでなく、ひどい磨耗のみが、これらの時間差の顕 著な変化を生ずる恐れがある。 それぞれの接続時においてタップ切換器から発生する全ての音の完全な解析に は、実際には実現不可能な計算およびメモリが必要である。 発明の要約 本発明の方法は、接続操作中にタップ切換器から発生する音を用い、完全な音 響解析に必要とされる要素を必要とすることなく、タップ切換器の状態に関連す る音響像のゆっくりした遅い変化および速い変化を検出する連続モニタリングの 問題を解決する。 タップ切換器の接続操作を開始する時、以下に音響信号と呼ばれる電気信号と して音の記録を開始するトリガ信号が与えられる。音響信号は、整流され、信号 包絡線に変換され、比較的に低いサンプリング周波数、代表的には０．１から１ ００ｋＨｚでサンプリングされる。その信号包絡線は、取扱うデータセット内に タップ切換器の状態をモニタするために必要な情報を含む。信号包絡線は、永続 的に更新され、音響信号に連続的に適応された包絡線と、タップ切換器の配達時 または検査後の音響信号の包絡線である固定基準包絡線との双方と比較される。 この比較は、それぞれのサンプル点において、適切な統計的分布に関連する量の 測度および変動の測度に基づいた無次元の比較指数を形成することにより選択的 に行われる。もし比較指数が、１つ又はそれ以上のサンプル点において所定値を 超えれば、警報または警告が発生する。 サンプリングされ、整流された音響信号の信号包絡線への変換は、好ましくは 、アナログ回路において行われ、従って追加の計算能力を必要としない。包絡線 の発生とは、数学的には、それぞれのサンプリングされ整流された平均値に指数 関数的に減少する「尾部」を追加し、次に測定値をその測定値および全ての前の 「尾部」の最大値により置換することであると簡単に述べることができる。他の 重み関数、例えば、いくつかの測定値にわたって移動平均と比較したときの指数 関数的包絡線の利点は、急峻な信号変化の側部を保持するからであり、信号の特 徴を示すものとして重要である。 図面の簡単な説明 図１は、負荷時タップ切換器の接続操作から発生する典型的な音響信号を示す 。 図２は、整流および包絡線形成の後における図１の音響信号を示す。 図３は、本発明の方法のフローダイヤグラムを示す。 実施例の詳細な説明 図１は、タップ切換器の接続操作から発生する典型的な音響信号を示す。それ は極めて不安定な信号であり、いくつかの大きい振幅ピークが識別できる。図２ は、整流と、１０ｍｓの時定数の指数関数的に減少する「尾部」による包絡線形 成との後の同じ信号を示す。原信号における突然の振幅変化が、包絡線の上向き に移動するステップとして現れていることが極めて明瞭にわかる。 図３には、本発明の方法のフローダイヤグラムが示されている。信号処理の最 初の諸ステップは、上述の整流、包絡線形成および信号のあるオフセットの除去 である。 それぞれの接続操作に際し、トリガされた信号記録の開始から数えて、包絡線 のそれぞれのサンプル番号ｉにおいて、算術平均値Ｍ_iおよび標準偏差ｓ_iが、イ ンデックスｉを有する最後のＮ₀個のサンプル点に対して計算され、ここでｉは 、接続操作中における信号収集の開始から数えたサンプル番号を意味する。Ｎ₀ は、経験により選択され、その代表的な数値は１０である。もしＮ₀個より少な い信号包絡線しか存在しなければ、統計値は、Ｎ₀回の接続操作が行われるまで 蓄積され、その後、それぞれの接続操作の後に計算が１ステップ進められて、最 後の包絡線が含められ、時間的にＮ₀＋１ステップだけ後戻りした包絡線は、除 外される。このようにして、Ｍ_iおよびｓ_iは、絶えず更新され、それらは関連す る時刻における信号包絡線の典型的な外見の特徴を移動算術平均値および標準偏 差として示す。その更新は、好ましくは、それぞれのステップのために、わずか な計算しか必要としない再帰的アルゴリズムにより行われる。その後、インデッ クスｉを有するそれぞれのサンプル点のために、インデックスｉを有する標準偏 差ｓ_iにより正規化された、インデックスｉを有する現在のサンプル値Ｓ_iのイン デックスｉを有する平均値Ｍ_iからの偏差である無次元の比較指数Ｔ_i＝｜（Ｓ_i −Ｍ_i）／ｓ_i｜が形成される。 正規分布に関連する標準偏差および算術平均値の代わりに、比較指数を得るた めに他の分布に関連する対応した統計パラメータ、例えば、サンプル値の自然対 数の平均値Ｍｌ_iおよび標準偏差ｓｌ_iを計算することもでき、それらの対数は、 対数正規分布に関連している。その場合には、現在のサンプル値Ｓ_iもまた、そ の自然対数Ｓｌ_i＝ｌｎ（Ｓ_i）により置換される。 Ｔ_iは、Ｔ_i＝ｍｉｎ（Ｔ_x，Ｔ_i）として再定義することが適切であり、こ こでＴ_xは、測定中の一時的な外乱に関連する個々の極端なサンプル値の影響を 減少させるための経験値である。算術平均値を用いる時の代表的なＴ_xの値は、 Ｔ_x＝５．．．１０である。時折の極めて大きく逸れたサンプル値の影響を減少 させるための追加の方法は、Ｔ_iを比較指数として直接選択せず、代わりに最後 のＮ_i個のＴ_iの移動平均値Ｔｍ_iを用いる。ただし、Ｎ_tは、５から１０ｍｓに対 応するように選択される。 もし現在の接続操作において、少なくとも１つのＴ_iが、Ｔ_iを計算する時の算 術平均値を始点とする範囲４から５内にある所定値を超えれば、警報信号が供給 される。その場合、信号包絡線は、この接続操作中において、かなり変化してお り、タップ切換器に損傷が生じていることを示す兆候である。 上述のように、警報は、接続操作から発生する音響信号包絡線が突然変化した 時に出される。突然の変化に加え、例えば、ある構造部分がゆるんだ時も警報を 生じ、やはり音響信号包絡線の徐々の変化が起こる。それは、タップ切換器の対 応した徐々の変化、例えば、磨耗による相互距離の変化に関連したものである。 そのような徐々の変化は、更新された平均信号包絡線を基準信号包絡線と連続的 に比較することにより検出され、例えば、タップ切換器を使用し始める時、また はタップ切換器の検査および修理の後に行われる。これは、例えば、それぞれの インデックスに対し、信号包絡線のサンプルＳ_iを基準平均値Ｍｒ_iによって置換 することにより、警報と同じ計算を用いることによって行われる。もし少なくと も１つの対応するＴｍ_iが、例えば、警報に際して同じ所定値を超えれば、警告 信号が与えられ、タップ切換器の状態のかなりの徐々の変化が生じた兆候である 。 警報と無警報および警告と無警告の間をそれぞれ識別する代わりに、警報およ び警告の双方にＴ_iの大きさにより等級を付与する。例えば、最高レベルの警報 または警告は、タップ切換器の使用を直ちに中止して、電源トランス／リアクト ルを直ちに開放すべきことを指示し、一方、最低レベルの警報または警告は、タ ップ切換器の計画された保守の適切な時期であると判断すべき１つの指示となる 。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マルチンソン，ラルス スウェーデン国 エス―771 36 ルドビ カ，ハストスコベーゲン ９

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 1. 負荷時タップ切換器をモニタする方法において、音の記録およびその音響 信号への変換が前記タップ切換器の接続操作の始めに開始され、前記音響信号が 整流され信号包絡線に変換されディジタル的にサンプリングされ、前記包絡線を 少なくとも１つの固定され又は１つの連続的に更新される基準包絡線と比較する ことにより、前記タップ切換器の状態に関して連続的に評価される前記方法であ って、前記比較が、インデックスｉを有するそれぞれのサンプル点において、量 の測度および変動の測度に基づく無次元の比較指数Ｔ_iを計算することにより選 択的に行われ、前記量の測度および前記変動の測度が統計的分布に関連している こと、および警報または警告が前記比較指数Ｔ_iが１つまたはそれ以上のサンプ ル点において所定値を超えた時に発せられることを特徴とする前記方法。 2. 前記無次元の比較指数Ｔ_iが、Ｔ_i＝｜（Ｓ_i−Ｍ_i）／ｓ_i｜により計算さ れ、ここで、Ｓ_iはインデックスｉを有する現在のサンプルであり、Ｍ_iはインデ ックスｉを有する最後のＮ₀個の記録されたサンプル値に対する算術平均値であ り、ｓ_iはインデックスｉを有する最後のＮ₀個の記録されたサンプル値に対する 標準偏差であることを特徴とする請求項１に記載の方法。 3. 前記無次元の比較指数Ｔ_iが、Ｔ_i＝｜（Ｓｌ_i−Ｍｌ_i）／ｓｌ_i｜により 計算され、ここで、Ｓｌ_iはインデックスｉを有する現在のサンプルの自然対数 であり、Ｍｌ_iはインデックスｉを有する最後のＮ₀個の記録されたサンプル値の 対数に対する算術平均値であり、ｓ_iはインデックスｉを有する最後のＮ₀個の記 録されたサンプル値の対数に対する標準偏差であることを特徴とする請求項１に 記載の方法。 4. 前記無次元の比較指数Ｔ_iが上限値Ｔ_xにより、Ｔ_i＝ｍｉｎ（Ｔ_i，Ｔ_x） によって制限されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の 方法。 5. 移動平均値Ｔｍ_iが、次元の比較指数Ｔ_iの最後の数Ｎ_t個から形成される ことと、この移動平均値Ｔｍ_iが、無次元の比較指数として用いられることとを 特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。 6. 前記数Ｎ_tが、３ミリ秒と２０ミリ秒との間の時間に対応するように選択 されることを特徴とする請求項５に記載の方法。 7. 前記Ｎ₀の数が、３と３０との間にあることを特徴とする請求項１から請 求項６のいずれかに記載の方法。 8. 前記信号包絡線のサンプリング周波数が、０．１ｋＨｚと１００ｋＨｚと の間にあることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。