JP2022012606A - 絶縁油劣化診断装置及び絶縁油劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

【課題】油入電気機器の絶縁油の劣化診断を行うこと。
【解決手段】絶縁油劣化診断装置１は、油入電気機器として例えば油入変圧器の絶縁油の劣化診断を行う。絶縁油劣化診断装置１は、前記油入変圧器からサンプル容器２に採取された絶縁油の匂い成分の特徴量に基づき前記劣化診断を行うデータ解析部６を備える。データ解析部６は、前記絶縁油の劣化前と劣化後の匂い成分の特徴量を学習したサポートベクターマシンに前記採取された絶縁油の匂い成分の特徴量を供して前記劣化診断を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、油入変圧器等の油入電気機器の絶縁油の劣化を診断する技術に関する。

油入電気機器の劣化状態の診断技術としては、例えば特許文献１の油入電気機器の経年劣化診断方法や特許文献２の油入電気機器の内部状態診断装置が挙げられる。

特許文献１の診断方法は、絶縁油に溶存する劣化生成物を水溶液中に抽出し、ケトン類に感度を有する水溶液用センサを用いて油入電気機器の経年劣化を診断する。または、サンプリングされた絶縁油を気相状態にして、ケトン類に感度を有する合成２分子膜センサを用いて油入電気機器の経年劣化を診断する。

特許文献２の診断装置は、油入電気機器の絶縁油中に含まれるガスの臭気を検知する臭気検出手段を備えた診断装置により油入電気機器の内部状態を診断する。

特開平６－１６０３７９号公報 特開平１－２３３７１４号公報

B. Wyszynski, R. Yatabe, A. Nakano, M. Nakatani, A. Oki, H. Oka, K. Toko: "Array of Chemosensitive Resistors with Composites of Gas Chromatography (GC) Materials and Carbon Black for Detection and Recognition of VOCs: A Basic Study", Sensors, Issue 17,1606,2017-7

特許文献１、２の診断手法は、油入電気機器の絶縁油に含まれる成分の分析により当該機器の経年劣化や内部状態を診断するが、絶縁油の劣化診断を行うものではない。

本発明は、以上の事情を鑑み、油入電気機器の絶縁油の劣化診断を行えることを課題とする。

そこで、本発明の一態様は、油入変圧器の絶縁油の劣化診断を行う絶縁油劣化診断方法であって、前記油入変圧器の絶縁油の劣化前と劣化後の匂い成分の特徴量を学習したサポートベクターマシンに前記油入変圧器から採取された絶縁油の匂い成分の特徴量を供して前記劣化診断を行う。

本発明の一態様は、油入変圧器の絶縁油の劣化診断を行う絶縁油劣化診断装置であって、前記油入変圧器の絶縁油の劣化前と劣化後の匂い成分の特徴量を学習したサポートベクターマシンに前記油入変圧器から採取された絶縁油の匂い成分の特徴量を供して前記劣化診断を行うデータ解析部を備える。

本発明の一態様は、前記絶縁油劣化診断装置において、前記劣化診断の結果は出力表示される。

本発明の一態様は、前記絶縁油劣化診断装置において、前記劣化診断の結果は省電力無線通信により携帯端末に送信される。

本発明の一態様は、前記絶縁油劣化診断装置において、前記劣化診断の結果はネットワークを介して遠隔制御装置に送信される。

以上の本発明によれば、油入電気機器の絶縁油の劣化診断を行える。

本発明の一態様である実施形態１の劣化診断装置のブロック構成図。 実施形態１の制御部のブロック構成図。 実施形態１のデータ計測動作スケジュールの具体例。 実施形態１の嗅覚センサから出力信号を例示した信号波形図。 実施形態１のデータ解析部のブロック構成図。 前記嗅覚センサにより得られた特徴量データの作成例。 高次元ベクトルに整理された前記特徴データの構成例。 実施形態１の診断処理部による劣化診断処理のフロー図。 本発明の一態様である実施形態２の絶縁油劣化診断装置のブロック構成図。 実施形態２の油循環処理のフローチャート。 実施形態２の絶縁油劣化診断装置が適用された油入変圧器の点検作業説明図。 本発明の一態様である実施形態３の絶縁油劣化診断装置のブロック構成図。 実施形態３の絶縁油劣化診断装置が適用された油入変圧器の点検作業説明図。 本発明の一態様である実施形態４の絶縁油劣化診断装置のブロック構成図。 実施形態４の絶縁油劣化診断装置が適用された油入変圧器の点検作業説明図。

以下に図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

［実施形態１］
図１に示された絶縁油劣化診断装置１は、図示省略の油入電気機器例えば油入変圧器から採取された絶縁油の劣化診断を行う。絶縁油劣化診断装置１は、サンプル容器２、キャリアガスタンク３、ガス混合容器４、第一電磁弁Ｖ１、第二電磁弁Ｖ２、嗅覚センサ５、ポンプＰ１、データ解析部６及び制御部７を備える。

サンプル容器２は、前記油入電気機器から採取された絶縁油が封入される。

キャリアガスタンク３は、サンプル容器２及びガス混合容器４に供されるキャリアガスが充填される。前記キャリアガスとしては窒素ガスが用いられる。

ガス混合容器４は、サンプル容器２からのガスとキャリアガスタンク３からの前記キャリアガスとを混合する容器である。

第一電磁弁Ｖ１は、キャリアガスタンク３とガス混合容器４との間のガス供給ラインに備えられ、制御部７からの弁調整指令により弁開閉度合Ａが任意に調整される。

第二電磁弁Ｖ２は、サンプル容器２とガス混合容器４との間のガス供給ラインに備えられ、制御部７からの弁調整指令により弁開閉度合Ｂが任意に調整される。

嗅覚センサ５は、ガス混合容器４から供されたガスの匂い成分を検出し、この検出信号を出力する。嗅覚センサ５としては、複数（例えば１６チャンネル）のセンサを搭載したセンサアレイにより構成する人工嗅覚システムが挙げられる（非特許文献１）。前記センサは、チャンネル毎に異なるＧＣ固定相材料から成り、マルチチャネルのデータから学習した匂いの識別が可能となっている。前記人工嗅覚システムは、センサ受容部にガスクロマトグラフィー質量分析計（ＧＣＭＳ）のカラムの充填剤(ＧＣ材料)とカーボンブラックを混合してできた受容膜を有する。そして、匂い物質が膜に吸収されると膜の導電性が変化し、これに伴う抵抗値の変化がセンサ応答として出力される。

ポンプＰ１は、嗅覚センサ５を介してガス混合容器４内のガスを吸引する。ポンプＰ１には流量計が付属され、前記ガスの流量が制御される。

データ解析部６は、前記絶縁油の劣化診断に供される後述の解析パラメータを予め保存し、制御部７からの制御信号に基づき、嗅覚センサ５からの匂い成分のセンサ信号を時系列に整理したセンサ信号データのデータ解析を行い、前記劣化診断を行う。

制御部７は、第一電磁弁Ｖ１、第二電磁弁Ｖ２、ポンプＰ１及びデータ解析部６を制御する。

図２を参照して制御部７の態様例について詳細に説明する。

制御部７は、パラメータ入力部７１、診断スケジュール管理部７２及び記憶部７３を実装する。

パラメータ入力部７１は、外部から入力された制御パラメータを診断スケジュール管理部７２経由で記憶部７３に保存する。前記制御パラメータは、ガス流量設定値、センサ洗浄時間設定値、サンプルＯＮ時間、サンプルＯＦＦ時間、サンプルＯＮ／ＯＦＦ繰り返し回数、サンプルＯＮ開閉度設定値及びサンプルＯＦＦ開閉度設定値を含む。

診断スケジュール管理部７２は、予め設定されたデータ計測動作スケジュールに基づきガス流量、弁開閉度合Ａ、弁開閉度合Ｂ、センサ信号記録指令及びデータ解析指令を出力する。前記ガス流量はポンプＰ１に出力される。弁開閉度合Ａは第一電磁弁Ｖ１に出力される。弁開閉度合Ｂは第二電磁弁Ｖ２に出力される。前記センサ信号記録指令及び前記データ解析指令はデータ解析部６に出力される。

図３を参照してデータ計測動作スケジュールの具体例について説明する。

前記データ計測動作スケジュールは、各時間帯に対応して、ガス流量、弁開閉度合Ａ、弁開閉度合Ｂ、センサ信号記録指令の各値が任意に設定される。

前記データ計測動作スケジュールにおいて、センサ洗浄時間とデータ計測時間以外の時間が待機時間となる。前記データ計測時間は、サンプルＯＮ時間とサンプルＯＦＦ時間の一組を一回の計測周期とする。そして、この計測周期がサンプルＯＮ／ＯＦＦ繰り返し回数だけ繰り返した時に要する時間である。

ガス流量は、待機時間においては、ガス流量値を０とし、センサ洗浄時間とデータ計測時間は、ガス流量設定値をガス流量値として設定される。

弁開閉度合Ａは、待機時間においては、弁開閉度合Ａ値が０として設定される。センサ洗浄時間においては、サンプルＯＦＦ開閉度設定値が弁開閉度合Ａ値として設定される。データ計測時間においては、サンプルＯＮ時間についてはサンプルＯＦＦ開閉度設定値からサンプルＯＮ開閉度設定値を差し引いた値が弁開閉度合Ａ値として、サンプルＯＦＦ時間についてはサンプルＯＦＦ開閉度設定値が弁開閉度合Ａ値として設定される。

弁開閉度合Ｂは、待機時間とセンサ洗浄時間においては、弁開閉度合Ｂ値が０として設定される。データ計測時間においては、サンプルＯＮ時間についてはサンプルＯＮ開閉度設定値が弁開閉度合Ｂ値として、サンプルＯＦＦ時間については弁開閉度合Ｂ値が０として設定される。

センサ信号記録指令は、待機時間とセンサ洗浄時間はセンサ信号記録指令値が０として、データ計測時間はセンサ信号記録指令値が１として設定される。

前記データ計測動作スケジュールに従ってポンプＰ１、第一電磁弁Ｖ１、第二電磁弁Ｖ２及びデータ解析部６が制御されることで、例えば図４に示したように嗅覚センサ５の各センサからのセンサ信号を時系列に記録したノコギリ状のセンサ信号データが得られる。サンプルＯＮ時間においては絶縁油の成分に反応した嗅覚センサ５の出力信号が発生する。サンプルＯＦＦ時間においては嗅覚センサ５が前記キャリアガスにより洗浄されるので、前記出力信号が減少する。

前記センサ信号データは、データ計測時間の間、データ解析部６において記録される。データ解析指令は、データ解析部６にデータ解析を実行させる場合はデータ解析指令値を１として、当該解析を実行させない場合は０として設定される。

図５を参照してデータ解析部６の態様例について詳細に説明する。

データ解析部６は、パラメータ入力部６１、指令設定部６２、センサ信号データ作成部６３、記憶部６４、特徴量抽出部６５、劣化診断部６６、結果出力部６７及びセンサ信号データ出力部６８を実装する。

パラメータ入力部６１は、外部から入力された解析パラメータと、制御部７から受けた制御パラメータとを、記憶部６４に保存する。

指令設定部６２は、制御部７からセンサ信号記録指令及びデータ解析指令を受けて、当該センサ信号記録指令を優先するように解析制御状態の値を設定して出力する。

前記解析制御状態は、待機状態値、センサ信号記録状態値またはデータ解析状態値のいずれかにより示される。

センサ信号記録指令値及びデータ解析指令値が０である場合、解析制御状態は待機状態値となる。

センサ信号記録指令値が１である場合、解析制御状態はセンサ信号記録状態値となる。

センサ信号記録指令値が０である一方でデータ解析指令値が１である場合、解析制御状態はデータ解析状態値となる。

センサ信号データ作成部６３は、指令設定部６２から供された解析制御状態がセンサ信号記録状態値である場合、嗅覚センサ５から入力されたセンサ信号を時系列に整理したセンサ信号データを記憶部６４に保存する。

特徴量抽出部６５は、指令設定部６２から供された解析制御状態がデータ解析状態値である場合、記憶部６４から引き出した制御パラメータとセンサ信号データとに基づき抽出された当該センサ信号データの特徴量を特徴量データとして記憶部６４に保存する。

以下に特徴量データの作成について説明する。

先ず、サンプルＯＦＦ時間のセンサ信号の平均値が算出され、この平均値からのセンサ信号の差分値を離散的に算出して並べることにより、センサ毎の特徴量データを作成する。センサ毎の特徴量データの作成例を図６に示した。

次に、センサ毎に算出された特徴量データから成る高次元ベクトルデータに整理する。この高次元ベクトルデータが特徴量データとなる。高次元ベクトルデータに整理して特徴量データとする例を図７に示す。

劣化診断部６６は、解析制御状態がデータ解析状態値である場合、記憶部６４から引き出した解析パラメータ及び特徴量データをサポートベクターマシンに供して前記劣化診断を行う。この診断により得られた「劣化あり」または「劣化なし」とする診断結果が前記絶縁油の劣化診断結果として記憶部６４に保存される。前記サポートベクターマシンは、２クラス分類器であって、前記解析パラメータが適用される。前記解析パラメータは、予め採取された劣化前と劣化後の前記絶縁油の匂い成分のセンサ信号データに基づく特徴量を教師データとするオフライン学習により得られた２クラス分類器の線形入力素子のパラメータを含む。

図８を参照して劣化診断部６６による劣化診断処理の過程について説明する。

Ｓ１０１：記憶部６４から前記解析パラメータを読み出す。

Ｓ１０２：前記サポートベクターマシンを起動させる。

Ｓ１０３：記憶部６４から前記絶縁油の特徴量データを読み出す。

Ｓ１０４：前記読み出された解析パラメータ及び特徴量データを前記サポートベクターマシンに供して前記絶縁油の劣化の有無を診断する。

Ｓ１０５：Ｓ１０４で得られた前記劣化の有無を劣化診断結果として記憶部６４に保存する。

結果出力部６７は、記憶部６４から劣化診断結果を読み出して外部に出力する。

センサ信号データ出力部６８は、記憶部６４から前記劣化診断結果に対応したセンサ信号データを引き出して外部に出力する。

以上の実施形態１の絶縁油劣化診断装置１によれば、油入電気機器から採取された絶縁油の匂い成分の特徴量に基づき当該絶縁油の劣化診断が行える。

［実施形態２］
図９に示された実施形態２の絶縁油劣化診断装置１は油入変圧器１０に取り付けられる。

油入変圧器１０の絶縁油は、絶縁油劣化診断装置１により定期的に自動採取されて劣化診断が行われ、この劣化診断の結果が絶縁油劣化診断装置１から出力表示される。

本実施形態の絶縁油劣化診断装置１は、実施形態１の態様において、油量計１１、第三電磁弁Ｖ３、油ポンプＰ２、油循環制御部１２、インジケータ１３をさらに備える。

油量計１１は、サンプル容器２内の絶縁油の量を計測して油循環制御部１２に出力する。

第三電磁弁Ｖ３は、油循環制御部１２から出力された弁開閉度合Ｃに基づき開閉動作して油入変圧器１０からサンプル容器２に絶縁油を供給する。

油ポンプＰ２は、油循環制御部１２から出力された油流量に基づき動作してサンプル容器２から絶縁油を油入変圧器１０に返送する。

油循環制御部１２は、予め設定された循環時間間隔毎に動作し、第三電磁弁Ｖ３と油ポンプＰ２の制御により、サンプル容器２内の絶縁油を循環させる。

油循環制御部１２には、循環時間間隔、サンプル油量、サンプル油入替量、弁開閉度合Ｃ設定値及び油流量設定値が予め設定される。

油循環制御部１２は循環時間間隔毎に制御信号を第三電磁弁Ｖ３及び油ポンプＰ２に出力する。油循環制御部１２は、サンプル容器２の油量計１１の値がサンプル油量からサンプル油入替量を差し引いた値になるまで、油流量の値を油流量設定値にして油ポンプＰ２に出力する。その後、油流量の値を０にして油ポンプＰ２に出力する。次いで、サンプル容器２の油量計１１の値がサンプル油量になるまで弁開閉度合Ｃの値を弁開閉度合Ｃ設定値にして第三電磁弁Ｖ３に出力する。その後、弁開閉度合Ｃの値を０にして第三電磁弁Ｖ３に出力する。以上のように、サンプル容器２内の絶縁油が自動的に循環する。

図１０を参照して油循環制御部１２による油循環処理の過程について説明する。

Ｓ２０１：絶縁油劣化診断装置１の時計（タイマー）が起動する。

Ｓ２０２：前記循環時間間隔が経過した場合（Ｙｅｓ）はＳ２０３に移行する。一方、前記循環時間間隔が経過していない場合（Ｎｏ）はＳ２０９に移行して待機状態となる。

Ｓ２０３：油流量の値を油流量設定値にして油ポンプＰ２に出力する。

Ｓ２０４：油流量をサンプル容器２の油量計１１の値がサンプル油量からサンプル油入替量を差し引いた値となるまで（Ｙｅｓ）、油流量の値を油流量設定値にして油ポンプＰ２に出力する。

Ｓ２０５：油流量の値を０にして油ポンプＰ２に出力する。

Ｓ２０６：サンプル容器２の油量計１１の値がサンプル油量になるまで弁開閉度合Ｃの値を弁開閉度合Ｃ設定値にして第三電磁弁Ｖ３に出力する。

Ｓ２０７：サンプル容器２の油量計１１の値がサンプル油量になると（Ｙｅｓ）、Ｓ２０８に移行する。

Ｓ２０８：弁開閉度合Ｃの値を０にして第三電磁弁Ｖ３に出力する。

Ｓ２０９：第三電磁弁Ｖ３及び油ポンプＰ２を停止させる。

本実施形態の第一電磁弁Ｖ１、第二電磁弁Ｖ２、嗅覚センサ５、ポンプＰ１、データ解析部６及び制御部７の動作は、実施形態１と同様となる。

インジケータ１３は、データ解析部６で得られた劣化診断の結果である絶縁油の劣化の有無を警告灯の点灯等により出力表示する。

以上の実施形態２の絶縁油劣化診断装置１によれば、実施形態１と同様の効果が得られることは明らかである。特に、図１１に示したように油入変圧器１０が設置された現地の電気設備において、油入変圧器１０の絶縁油が定時的に劣化診断される。そして、この診断の結果は絶縁油劣化診断装置１のインジケータ１３から出力表示されるので、保守員２０が前記電気設備の点検時に前記絶縁油の劣化診断の結果を明確に把握できる。

［実施形態３］
図１２に示された実施形態３の絶縁油劣化診断装置１は、油入変圧器１０の絶縁油の劣化診断結果を図１３の保守員２０の携帯端末２１に送信可能となっている。

本実施形態の絶縁油劣化診断装置１は、実施形態２の態様において、劣化診断結果無線送信部１４をさらに備える。劣化診断結果無線送信部１４は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等の省電力無線通信により携帯端末２１と通信可能となっている。

劣化診断結果無線送信部１４は、データ解析部６から供された前記絶縁油の劣化診断結果を劣化診断結果無線送信部１４の内蔵メモリに一時保存する。そして、携帯端末２１から前記劣化診断結果の送信要求を受けると、劣化診断結果無線送信部１４は、前記内蔵メモリに保存された現時点の劣化診断結果を前記省電力無線により携帯端末２１に送信する。

以上の実施形態３の絶縁油劣化診断装置１によれば、実施形態２と同様の効果が得られることは明らかである。特に、油入変圧器１０が設置されている現地の電気設備において、油入変圧器１０の点検時に保守員２０の携帯端末２１が油入変圧器１０の絶縁油の劣化診断結果を低コストに受信して記録及び確認できる。

［実施形態４］
図１４に示された実施形態４の絶縁油劣化診断装置１は、油入変圧器１０の絶縁油の劣化診断結果を図１５の遠隔制御装置２２に送信可能となっている。

本実施形態の絶縁油劣化診断装置１は、劣化診断結果無線送信部１４の代わりに劣化診断結果通信部１５を備えたこと以外は実施形態３と同様の態様となっている。劣化診断結果通信部１５は、ＬＡＮ（ローカルエリアネットワーク）等のネットワークを介して遠隔制御装置２２と通信可能となっている。

劣化診断結果通信部１５は、データ解析部６から前記絶縁油の劣化診断結果を受けると、実施形態１と同様に、劣化診断結果通信部１５の内蔵メモリに一時保存する。そして、遠隔制御装置２２から前記診断結果の送信要求により、前記内蔵メモリに保存された現時点の劣化診断結果が劣化診断結果通信部１５から前記ネットワークを介して遠隔制御装置２２に送信される。

以上の実施形態４の絶縁油劣化診断装置１によれば、実施形態２と同様の効果が得られることは明らかである。特に、図１５に示したように遠隔制御装置２２から離れた現地の電気設備に具備された油入変圧器１０の絶縁油の劣化診断断果を保守員２０が遠隔制御装置２２において入手して記録及び確認できる。

１…絶縁油劣化診断装置、２…サンプル容器、３…キャリアガスタンク、４…ガス混合容器、Ｖ１…第一電磁弁、Ｖ２…第二電磁弁、５…嗅覚センサ、Ｐ１…ポンプ
１０…油入変圧器、２０…保守員、２１…携帯端末、２２…遠隔制御装置
１１…油量計、Ｖ３…第三電磁弁、Ｐ２…油ポンプ、１２…油循環制御部、１３…インジケータ、１４…劣化診断結果無線送信部、１５…劣化診断結果通信部
６…データ解析部、６１…パラメータ入力部、６２…指令設定部、６３…センサ信号データ作成部、６４…記憶部、６５…特徴量抽出部、６６…劣化診断部、６７…結果出力部、６８…センサ信号データ出力部
７…制御部、７１…パラメータ入力部、７２…診断スケジュール管理部、７３…記憶部

Claims (5)

1. 油入変圧器の絶縁油の劣化診断を行う絶縁油劣化診断装置であって、
   前記油入変圧器の絶縁油の劣化前と劣化後の匂い成分の特徴量を学習したサポートベクターマシンに前記油入変圧器から採取された絶縁油の匂い成分の特徴量を供して前記劣化診断を行うデータ解析部を備えたことを特徴とする絶縁油劣化診断装置。
2. 前記劣化診断の結果は出力表示されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁油劣化診断装置。
3. 前記劣化診断の結果は省電力無線通信により携帯端末に送信されることを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁油劣化診断装置。
4. 前記劣化診断の結果はネットワークを介して遠隔制御装置に送信されることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の絶縁油劣化診断装置。
5. 油入変圧器の絶縁油の劣化診断を行う絶縁油劣化診断方法であって、
   前記油入変圧器の絶縁油の劣化前と劣化後の匂い成分の特徴量を学習したサポートベクターマシンに前記油入変圧器から採取された絶縁油の匂い成分の特徴量を供して前記劣化診断を行うことを特徴とする絶縁油劣化診断方法。

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