JP2006250818A - Diagnosis system for electrical installation - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a diagnosis system for electrical installation, capable of diagnosing a winding section from the shape of waveform pattern to which the hidden Markov model has been applied to the waveform pattern of characteristic quantity obtained by impressing a specific impulse in the winding section of electrical installation, and determining. <P>SOLUTION: The specific impulse is impressed from an impulse-generating circuit 3 to the winding section 2 of the electrical equipment, and the characteristic quantity detected with a characteristic quantity detector 4 is input in a learning section 6 by way of an A/D conversion circuit 5. The learning section 6 makes the waveform patterns of each characteristic quantity correspond to each state of normal, failure and degradation of the winding section 2 into parameters based on the hidden Markov model and stores. When diagnosing the winding section 2, the impulse with the same characteristic as the specific impulse is impressed from the impulse generation circuit 3 to the winding section 2. A diagnosis section 7 calculates the formation probability of the waveform pattern of the detected characteristics quantity, based on the parameters stored in the learning section 6, determines the parameter whose formation probability becomes maximum, decides the state of the winding section 2 and indicates the results on a display 8. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、工場やビルディング等に設けられた回転機(電動機、発電機等)や変圧器を構成する巻線部の状態を、統計的なパターン認識手法を用いて診断する電気設備診断システムに関する。   The present invention relates to an electrical equipment diagnosis system for diagnosing the state of a winding part constituting a rotating machine (an electric motor, a generator, etc.) or a transformer provided in a factory or a building using a statistical pattern recognition method. .

従来、工場やビルディング等の回転機や変圧器の巻線部を診断する場合、診断対象となる巻線部にインパルスを印加するインパルス試験が行なわれる。この場合、巻線部を正常状態や想定される異常状態(故障状態)に設定し、それぞれの状態において巻線部に所定のインパルスを印加することにより、当該巻線部から検出された電圧波形の面積を計算したうえ、それぞれの状態における電圧波形の面積を予め記憶部に記憶させておく。次に、巻線部の診断時に、当該巻線部に上記所定のインパルスと同特性のインパルスを印加した場合に得られた電圧波形の面積と、上述の記憶部に予め記憶されている前記巻線部のそれぞれの状態における電圧波形の面積を比較する。これにより、巻線部が正常状態か、異常状態かを診断する(非特許文献1,2参照)。
尚、図6は、診断対象となる巻線部にインパルスが印加されたときの印加期間(A点からB点までの期間)から減衰期間(B点以降)までの観測電圧の波形を示しており、上記従来の巻線部診断の際は、波形が比較的安定している減衰期間における電圧波形の面積を比較することによって、巻線部が正常状態か異常状態かを診断したうえ、異常状態になっていれば、どのような異常なのかを判定している。
Conventionally, when diagnosing a winding part of a rotating machine or a transformer in a factory or a building, an impulse test is performed in which an impulse is applied to the winding part to be diagnosed. In this case, the voltage waveform detected from the winding portion is set by setting the winding portion to a normal state or an assumed abnormal state (failure state) and applying a predetermined impulse to the winding portion in each state. The area of the voltage waveform in each state is stored in advance in the storage unit. Next, at the time of diagnosis of the winding part, the area of the voltage waveform obtained when an impulse having the same characteristics as the predetermined impulse is applied to the winding part, and the winding stored in advance in the storage unit described above. The area of the voltage waveform in each state of the line part is compared. Thereby, it is diagnosed whether the winding part is in a normal state or an abnormal state (see Non-Patent Documents 1 and 2).
FIG. 6 shows the waveform of the observed voltage from the application period (period from point A to point B) to the decay period (after point B) when an impulse is applied to the winding part to be diagnosed. In the conventional winding section diagnosis, the area of the voltage waveform during the decay period when the waveform is relatively stable is compared to diagnose whether the winding section is in a normal state or an abnormal state. If it is in a state, it is determined what kind of abnormality it is.

上記従来の巻線部診断手段の場合、上述したように電圧波形の面積を比較することにより、巻線部が正常状態か異常状態かを診断したうえ、異常状態になっていれば、どのような異常なのかを判定している。しかしながら、図6のように観測された電圧波形が巻線部のそれぞれの異常状態に対応して異なる場合であっても、その電圧波形の面積が同じである場合がある。このような場合には、巻線部がどのような異常(故障)なのかを正確に判定することができない。
平成15年電気学会全国大会論文集「線試験機における判定法」 著者 長谷川、渋谷、梅津 株式会社電子制御国際の取扱説明書「インパルス巻線試験機DXW−01,05」
In the case of the conventional winding part diagnosis means, as described above, by comparing the areas of the voltage waveforms, it is diagnosed whether the winding part is in a normal state or an abnormal state. It is judged whether it is abnormal. However, even when the observed voltage waveforms are different corresponding to the respective abnormal states of the winding portions, the areas of the voltage waveforms may be the same. In such a case, it is impossible to accurately determine what abnormality (failure) the winding portion has.
Proceedings of the 2003 Annual Meeting of the Institute of Electrical Engineers of Japan "Judgment Method in Line Testing Machines" Electronic Control International Co., Ltd. “Impulse Winding Tester DXW-01, 05”

そこで本発明では、電気設備を構成する巻線部に所定のインパルスを印加することにより得られた特徴量の波形パターンに対して隠れマルコフモデルを適用した波形パターンの形状から巻線部の状態を正確に診断し、判定することができる電気設備診断システムを提供することを解決すべき課題とするものである。尚、診断対象となる巻線部に印加されるインパルスは、後述の発明を実施するための最良の形態の欄で説明するように、インパルス発生回路から出力されるインパルスや、巻線部に接続された逆起電力誘起回路による逆起電力も含む。   Therefore, in the present invention, the state of the winding portion is determined from the shape of the waveform pattern in which the hidden Markov model is applied to the waveform pattern of the feature amount obtained by applying a predetermined impulse to the winding portion constituting the electrical equipment. It is a problem to be solved to provide an electrical equipment diagnosis system that can accurately diagnose and determine. The impulse applied to the winding part to be diagnosed is connected to the impulse output from the impulse generating circuit or the winding part as described in the section of the best mode for carrying out the invention described later. The counter electromotive force by the counter electromotive force induction circuit is also included.

上記課題は、特許請求の範囲の欄に記載した電気設備診断システムにより解決することができる。
請求項1に記載の電気設備診断システムによれば、学習手段は、電気設備を構成する巻線部の予め決められたそれぞれの状態において巻線部に所定のインパルスを印加した場合に得られた特徴量の波形パターンを隠れマルコフモデルに基づいてパラメータ化したそれぞれのパラメータを記憶する。また、診断手段は、巻線部の診断時に、巻線部に前記所定のインパルスと同特性のインパルスを印加した状態で検出された特徴量の波形パターンの生成確率を前記学習部に記憶されているそれぞれのパラメータに基づいて演算するとともに、当該生成確率が最大となるパラメータに基づいて巻線部の状態を診断し、判定する。これにより、巻線部の状態が正確に診断され、判定される。
The above problems can be solved by the electrical equipment diagnosis system described in the appended claims.
According to the electrical equipment diagnosis system according to claim 1, the learning means is obtained when a predetermined impulse is applied to the winding part in each predetermined state of the winding part constituting the electrical equipment. Each parameter obtained by parameterizing the waveform pattern of the feature quantity based on the hidden Markov model is stored. Further, the diagnosis means stores the generation probability of the waveform pattern of the feature amount detected in the state in which the impulse having the same characteristic as the predetermined impulse is applied to the winding when the winding is diagnosed. The calculation is performed based on the respective parameters, and the state of the winding portion is diagnosed and determined based on the parameter having the maximum generation probability. Thereby, the state of the winding portion is accurately diagnosed and determined.

また、請求項2に記載の電気設備診断システムによれば、周波数解析手段により、特徴量の周波数スペクトルの波形や、周波数スペクトルの時系列の波形から、巻線部の状態をおおまかに判定することができる。これに加えて前記学習手段、診断手段により、巻線部の診断、判定をすることができるため、より正確に巻線部の状態を診断し、判定することができる。   According to the electrical equipment diagnosis system of claim 2, the state of the winding part is roughly determined from the frequency spectrum waveform of the feature quantity or the time-series waveform of the frequency spectrum by the frequency analysis means. Can do. In addition to this, the learning means and the diagnostic means can diagnose and determine the winding portion, so that the state of the winding portion can be more accurately diagnosed and determined.

更に、請求項3に記載の電気設備診断システムによれば、学習手段に予め記憶されているパラメータを更新もしくは交換することができるため、電気設備診断システムの汎用性を高めることができる。   Furthermore, according to the electrical equipment diagnostic system of the third aspect, since the parameters stored in advance in the learning means can be updated or exchanged, the versatility of the electrical equipment diagnostic system can be enhanced.

ここで、隠れマルコフモデルの概念について、図1に示した模式図を参照しながら説明する。
図1において、a11,a12,a22,a23,a33,a34は、状態遷移確率を示すもので、aijは状態Siから状態Sjに遷移する確率である。また、bi(x)は状態Siにおいて特徴量xを出力する確率を示す。尚、S1は初期状態、S4は最終状態を示している。このように、隠れマルコフモデルは状態遷移確率、出力確率、及び初期状態確率πi(初期状態がSiである確率)をパラメータとして持ち、それぞれのパラメータを、電気設備を構成する巻線部の正常状態や、認識したい故障、異常、劣化状態毎に記憶しておくものであり、前述の学習手段の機能に相当する。
Here, the concept of the hidden Markov model will be described with reference to the schematic diagram shown in FIG.
In FIG. 1, a11, a12, a22, a23, a33, a34 indicate state transition probabilities, and aij is the probability of transition from state Si to state Sj. Further, bi (x) indicates the probability of outputting the feature quantity x in the state Si. S1 indicates an initial state, and S4 indicates a final state. As described above, the hidden Markov model has the state transition probability, the output probability, and the initial state probability πi (probability that the initial state is Si) as parameters, and each parameter is a normal state of the winding part constituting the electrical equipment. Or stored for each failure, abnormality, or deterioration state to be recognized, and corresponds to the function of the learning means described above.

本発明によれば、電気設備を構成する巻線部にインパルスを印加することにより得られた特徴量の波形パターンに対して隠れマルコフモデルを適用した波形パターンの形状から巻線部が正常か、故障や異常か、劣化状態なのかを正確に診断し、判定することができる。   According to the present invention, whether the winding part is normal from the shape of the waveform pattern to which the hidden Markov model is applied to the waveform pattern of the characteristic amount obtained by applying the impulse to the winding part constituting the electrical equipment, It is possible to accurately diagnose and determine whether it is a failure or abnormality or a deteriorated state.

次に、本発明の実施の形態について説明する。
図2は、電気設備診断システム1の全体的な構成を示したブロック図であり、この電気設備診断システム1は、電動機や発電機等の回転機や変圧器等を構成する巻線部2を診断し、判定するものである。
図2に示すように、電気設備診断システム1には、診断対象となる巻線部2に印加される所定のインパルスを発生するためのインパルス発生回路3が設けられている。また、巻線部2に所定のインパルスを印加した場合に得られた特徴量、例えば電圧、電流等を検出するための特徴量検出部4が設けられている。尚、特徴量検出部4で検出される特徴量は、一般にアナログ値であるため、そのアナログ信号をデジタル信号に変換するためのA/D変換回路5が設けられており、A/D変換回路5から出力されたデジタル信号は、巻線部2の予め決められた状態、例えば正常な状態や故障・異常、劣化状態等のそれぞれの状態で、以下に説明する学習部6に入力され、巻線部2の診断時には診断部7に入力されるようになっている。
Next, an embodiment of the present invention will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing the overall configuration of the electrical equipment diagnosis system 1. The electrical equipment diagnosis system 1 includes a winding unit 2 that constitutes a rotary machine such as an electric motor and a generator, a transformer, and the like. Diagnose and judge.
As shown in FIG. 2, the electrical equipment diagnosis system 1 is provided with an impulse generation circuit 3 for generating a predetermined impulse applied to the winding part 2 to be diagnosed. In addition, a feature amount detection unit 4 is provided for detecting a feature amount obtained when a predetermined impulse is applied to the winding portion 2, for example, a voltage, a current, or the like. Since the feature quantity detected by the feature quantity detection unit 4 is generally an analog value, an A / D conversion circuit 5 for converting the analog signal into a digital signal is provided. The A / D conversion circuit The digital signal output from 5 is input to the learning unit 6 described below in a predetermined state of the winding unit 2, for example, a normal state, a failure / abnormality, a deterioration state, and the like. At the time of diagnosis of the line part 2, it is inputted to the diagnosis part 7.

上記学習部6は、電気設備に駆動電力が供給されていない状態で、巻線部2の予め決められた上記それぞれの状態を設定し、巻線部2に所定のインパルスを印加した場合に特徴量検出部4で検出された各種特徴量がA/D変換回路5でデジタル信号に変換されたあとの信号を入力し、それぞれの特徴量の波形パターンを隠れマルコフモデルに基づいてパラメータ化したうえ、それぞれのパラメータを診断情報として記憶するものである。尚、この過程を学習過程と定義する。また、学習部6に診断情報として記憶されたパラメータは、更新もしくは交換することができるようになっているため、電気設備診断システム1の汎用性を高めることができる。   The learning unit 6 is characterized in that the respective predetermined states of the winding unit 2 are set and a predetermined impulse is applied to the winding unit 2 in a state where driving power is not supplied to the electrical equipment. The signal after the various feature quantities detected by the quantity detection unit 4 are converted into digital signals by the A / D conversion circuit 5 is input, and the waveform pattern of each feature quantity is parameterized based on the hidden Markov model. Each parameter is stored as diagnostic information. This process is defined as a learning process. Moreover, since the parameter memorize | stored in the learning part 6 as diagnostic information can be updated or replaced | exchanged, the versatility of the electric equipment diagnostic system 1 can be improved.

また、診断部7は、電気設備を停止した状態で巻線部2を診断するとき、巻線部2に前記所定のインパルスと同特性のインパルスを印加した場合に特徴量検出部4で検出された各種特徴量がA/D変換回路5でデジタル信号に変換されたあとの信号を入力し、それぞれの特徴量の波形パターンを生成する確率(尤度)を、上記学習部6に予め記憶されているそれぞれのパラメータに基づいて演算し、当該生成確率(尤度)が最大となるパラメータを決定したうえ、そのパラメータに対応した診断情報に基づいて巻線部2を診断し、故障であればその故障を、劣化であればその程度を特定する。   Further, when the diagnosis unit 7 diagnoses the winding unit 2 in a state where the electrical equipment is stopped, the feature amount detection unit 4 detects when the impulse having the same characteristic as the predetermined impulse is applied to the winding unit 2. The probabilities (likelihoods) of inputting the signals after the various feature values are converted into digital signals by the A / D conversion circuit 5 and generating waveform patterns of the respective feature values are stored in the learning unit 6 in advance. Is calculated based on each of the parameters, the parameter with the maximum generation probability (likelihood) is determined, and the winding unit 2 is diagnosed based on the diagnostic information corresponding to the parameter. If the failure is degraded, the degree of the failure is specified.

尚、巻線部2の特徴量としては、前述のように電圧、電流等があるが、これら特徴量の周波数スペクトルや周波数スペクトルの時系列も特徴量として含む。また複数の特徴量を組み合わせてそれを特徴量としてもよい。更に、これらの特徴量からつくられる多次元分布、又は多次元分布の時系列などでもよい。また、主成分分析や自己組織化マップなどを用いて、多特徴量(多次元)を1次元などに低次元化したものを特徴量としてもよい。尚、巻線部2のあらゆる異常状態における特徴量を検出することが困難な場合がある。その場合には、異常状態における特徴量の波形パターンをシミュレーション等によりコンピュータ上で作成したものを用いてもよい。また、代表的な異常状態における特徴量の波形パターンを用意しておくのもよい。これにより、すべての異常状態に対して特徴量の波形パターンを用意し、隠れマルコフモデルを適用してパラメータ化して学習部6に記憶させる必要はない。   Note that, as described above, the characteristic amount of the winding unit 2 includes voltage, current, and the like, and the frequency spectrum of these characteristic amounts and the time series of the frequency spectrum are also included as characteristic amounts. A plurality of feature amounts may be combined and used as a feature amount. Furthermore, a multidimensional distribution created from these feature quantities or a time series of multidimensional distributions may be used. Further, a feature amount obtained by reducing a multi-feature amount (multi-dimension) to one dimension or the like by using a principal component analysis or a self-organizing map may be used. In some cases, it may be difficult to detect a feature amount in any abnormal state of the winding portion 2. In that case, a waveform pattern of a feature amount in an abnormal state created on a computer by simulation or the like may be used. It is also possible to prepare a waveform pattern of feature amounts in a typical abnormal state. Thus, it is not necessary to prepare waveform patterns of feature amounts for all abnormal states, apply the hidden Markov model, parameterize them, and store them in the learning unit 6.

尚、前記学習部6において、前述のように特徴量の波形パターンをパラメータ化するとき、前向きアルゴリズム(Forward Algorithm)や後向きアルゴリズム(Backward Algorithm)などを含む計算アルゴリズム適用して計算する。また、診断部7においては、特徴量のパターンを生成する確率(尤度)を、前述の学習部6に記憶されているパラメータを用いて計算する場合、前向きアルゴリズム、もしくは後向きアルゴリズムなどを含む計算アルゴリズムを適用して計算する。   In the learning unit 6, when the waveform pattern of the feature value is parameterized as described above, calculation is performed by applying a calculation algorithm including a forward algorithm and a backward algorithm. In the diagnosis unit 7, when the probability (likelihood) of generating a feature quantity pattern is calculated using the parameters stored in the learning unit 6, the calculation includes a forward algorithm or a backward algorithm. Apply algorithm to calculate.

表示部8は、上記診断部7で診断された電気設備の巻線部2の診断結果を表示するものであり、学習部6、診断部7を構成するコンピュータのディスプレイ部である。尚、診断部7で診断された巻線部2の状態は、上記のようにコンピュータのディスプレイに表示されるとともに、通信手段を用いれば他の装置に送信することができる。   The display unit 8 displays a diagnosis result of the winding unit 2 of the electrical equipment diagnosed by the diagnosis unit 7 and is a display unit of a computer constituting the learning unit 6 and the diagnosis unit 7. The state of the winding unit 2 diagnosed by the diagnosis unit 7 is displayed on the computer display as described above, and can be transmitted to other devices by using communication means.

尚、以上説明したA/D変換回路5、学習部6、診断部7をまとめて隠れマルコフモデル部(HMM部)10として、以後の説明に用いる。   The A / D conversion circuit 5, the learning unit 6, and the diagnosis unit 7 described above are collectively used as a hidden Markov model unit (HMM unit) 10 in the following description.

図3は、前述の学習部6に既に記憶されている診断情報それぞれのパラメータに基づいて例えば電動機の巻線部2を診断する場合に、前述の学習過程で使用された所定のインパルスと同特性のインパルスを巻線部2に印加し、巻線部2を診断するための診断説明図である。   FIG. 3 shows the same characteristics as the predetermined impulse used in the learning process described above when diagnosing the winding part 2 of the electric motor, for example, based on the parameters of the diagnostic information already stored in the learning part 6. FIG. 6 is a diagnostic explanatory diagram for diagnosing the winding part 2 by applying the impulse of FIG.

図3に示されたインパルス発生回路3は、巻線部2の診断時に前述の学習過程で使用された所定のインパルスと同特性のインパルスを巻線部2に印加するもので、巻線部2に対してインパルス発生回路3から所定のインパルスが発生されると、巻線部2の両端の電圧が、例えば高圧プローブ11を用いることにより検出される。また、巻線部2に所定のインパルスが印加されたときに巻線部2に流れた電流を、インパルス発生回路3と巻線部2の間にセットされた電流センサ12により検出する。尚、上記高圧プローブ11や電流センサ12は、図2に示した特徴量検出部4に相当する。   The impulse generating circuit 3 shown in FIG. 3 applies an impulse having the same characteristics as the predetermined impulse used in the learning process described above when diagnosing the winding portion 2 to the winding portion 2. On the other hand, when a predetermined impulse is generated from the impulse generating circuit 3, the voltage across the winding portion 2 is detected by using, for example, the high voltage probe 11. Further, a current flowing through the winding unit 2 when a predetermined impulse is applied to the winding unit 2 is detected by a current sensor 12 set between the impulse generating circuit 3 and the winding unit 2. The high-voltage probe 11 and the current sensor 12 correspond to the feature amount detection unit 4 shown in FIG.

図4は、インパルス発生回路3から出力された上記インパルスが巻線部2に印加されたときに高圧プローブ11により検出された電圧が減衰振動電圧波形になることを示した波形図である。この減衰振動電圧波形は、巻線部2の特性や状態に応じて特徴的な波形になるため、高圧プローブ11により検出された電圧信号をA/D変換回路5でデジタル信号に変換したあとの信号を特徴量とし、その特徴量を隠れマルコフモデル部(HMM部)10の診断部7に出力する。診断部7は、その特徴量の波形パターン認識を行ない、その特徴量の波形パターンを生成する確率(尤度)を、前述の学習部6に予め記憶されているそれぞれのパラメータに基づいて演算し、当該生成確率(尤度)が最大となるパラメータを決定したうえ、そのパラメータに対応した診断情報に基づいて巻線部2を診断する。これにより、巻線部2が正常と診断されれば、正常状態が、また故障と診断されれば、その故障を、劣化であれば、その程度を特定したうえ、その診断結果を表示部8に表示する。   FIG. 4 is a waveform diagram showing that the voltage detected by the high voltage probe 11 becomes a damped oscillation voltage waveform when the impulse output from the impulse generating circuit 3 is applied to the winding part 2. Since this damped oscillating voltage waveform is a characteristic waveform according to the characteristics and state of the winding section 2, the voltage signal detected by the high voltage probe 11 is converted into a digital signal by the A / D conversion circuit 5. The signal is used as a feature value, and the feature value is output to the diagnosis unit 7 of the hidden Markov model unit (HMM unit) 10. The diagnosis unit 7 recognizes the waveform pattern of the feature value, and calculates the probability (likelihood) of generating the waveform pattern of the feature value based on the respective parameters stored in advance in the learning unit 6 described above. Then, after determining a parameter that maximizes the generation probability (likelihood), the winding unit 2 is diagnosed based on diagnostic information corresponding to the parameter. Thus, if the winding unit 2 is diagnosed as normal, the normal state is diagnosed, and if it is diagnosed as a failure, the failure is specified. To display.

また、インパルス発生回路3と巻線部2の間にセットされた電流センサ12により検出された前述の電流の電流波形も、電圧同様の減衰振動電流波形になるため、その検出電流信号をA/D変換回路5でデジタル信号に変換したあとの信号を特徴量とし、その特徴量を隠れマルコフモデル部(HMM部)10の診断部7に出力させる。診断部7は、その特徴量の波形パターン認識を行ない、その特徴量の波形パターンを生成する確率(尤度)を、前述の学習部6に予め記憶されているそれぞれのパラメータに基づいて演算し、当該生成確率(尤度)が最大となるパラメータを決定したうえ、そのパラメータに対応した診断情報に基づいて巻線部2を診断する。これにより、巻線部2が正常と診断されれば、正常状態が、また故障と診断されれば、その故障を、劣化であれば、その程度を特定したうえ、その診断結果を表示部8に表示する。   In addition, since the current waveform of the current detected by the current sensor 12 set between the impulse generator 3 and the winding unit 2 is also a damped oscillation current waveform similar to the voltage, the detected current signal is expressed as A / The signal converted into a digital signal by the D conversion circuit 5 is used as a feature value, and the feature value is output to the diagnosis unit 7 of the hidden Markov model unit (HMM unit) 10. The diagnosis unit 7 recognizes the waveform pattern of the feature value, and calculates the probability (likelihood) of generating the waveform pattern of the feature value based on the respective parameters stored in advance in the learning unit 6 described above. Then, after determining a parameter that maximizes the generation probability (likelihood), the winding unit 2 is diagnosed based on diagnostic information corresponding to the parameter. Thus, if the winding unit 2 is diagnosed as normal, the normal state is diagnosed, and if it is diagnosed as a failure, the failure is specified. To display.

図5は、図3に示したインパルス発生回路3に代え、逆起電力発生回路13を用いて診断対象となる巻線部2に逆起電力を発生させることにより、この逆起電力をインパルスとするものである。
図5に示すように、逆起電力発生回路13は、巻線部2に直流電流を流すための直流電源14と、直流電源14に直列に接続されたスイッチ15と、スイッチ15がオンされた状態で充電されるコンデンサ16とを備えている。このコンデンサ16に対して並列に巻線部2を接続した状態でスイッチ15がオンされると、巻線部2に直流電流が通電されるため、この状態でスイッチ15がオフされると、巻線部2に逆起電力が発生する。この逆起電力は、巻線部2に印加されたインパルスと同等に作用するため、検出された逆起電力を特徴量とし、その特徴量を隠れマルコフモデル部(HMM部)10の診断部7に出力させる。診断部7は、その特徴量の波形パターン認識を行ない、その特徴量の波形パターンを生成する確率(尤度)を、前述の学習部6に予め記憶されているそれぞれのパラメータに基づいて演算し、当該生成確率(尤度)が最大となるパラメータを決定したうえ、そのパラメータに対応した診断情報に基づいて巻線部2を診断する。これにより、巻線部2が正常と診断されれば、正常状態が、また故障と診断されれば、その故障を、劣化であれば、その程度を特定したうえ、その診断結果を表示部8に表示する。
FIG. 5 shows that the back electromotive force is generated as an impulse by using the back electromotive force generating circuit 13 instead of the impulse generating circuit 3 shown in FIG. To do.
As shown in FIG. 5, the counter electromotive force generation circuit 13 includes a DC power supply 14 for passing a DC current through the winding portion 2, a switch 15 connected in series to the DC power supply 14, and the switch 15 is turned on. And a capacitor 16 charged in a state. When the switch 15 is turned on in a state where the winding portion 2 is connected in parallel to the capacitor 16, a direct current is passed through the winding portion 2. Therefore, when the switch 15 is turned off in this state, the winding portion 2 is turned on. A back electromotive force is generated in the line portion 2. Since this back electromotive force acts in the same manner as the impulse applied to the winding part 2, the detected back electromotive force is used as a feature amount, and the feature amount is used as the diagnosis unit 7 of the hidden Markov model unit (HMM unit) 10. To output. The diagnosis unit 7 recognizes the waveform pattern of the feature value, and calculates the probability (likelihood) of generating the waveform pattern of the feature value based on the respective parameters stored in advance in the learning unit 6 described above. Then, after determining a parameter that maximizes the generation probability (likelihood), the winding unit 2 is diagnosed based on diagnostic information corresponding to the parameter. Thus, if the winding unit 2 is diagnosed as normal, the normal state is diagnosed, and if it is diagnosed as a failure, the failure is specified. To display.

次に、変圧器や回転機などの製造工場では、JEC等の規格で定められている工場試験が行なわれる。この場合、変圧器や回転機などに対して、落雷時の過電圧に対する落雷耐電圧試験や、系統遮断操作時に発生する過電圧に対する遮断耐電圧試験が行なわれる。落雷耐電圧試験では、雷インパルス耐電圧試験が行なわれ、遮断耐電圧試験では、開閉インパルス耐電圧試験が行なわれる。尚、上記雷インパルス耐電圧試験で用いられる雷インパルス電圧は、インパルスの継続時間が数μs〜数十μsであり、開閉インパルス耐電圧試験で用いられる開閉インパルス電圧は、インパルスの継続時間が数百μs〜数msとなっている。また、雷インパルス電圧及び開閉インパルス電圧は、それぞれ、規定された波形や極性、及び波高値を有する。   Next, in a manufacturing factory for transformers and rotating machines, factory tests defined by standards such as JEC are performed. In this case, a lightning strike withstand voltage test with respect to an overvoltage at the time of a lightning strike or a cut-off withstand voltage test with respect to an overvoltage generated during a system cut-off operation is performed on a transformer or a rotating machine. In the lightning strike withstand voltage test, a lightning impulse withstand voltage test is performed, and in the breaking withstand voltage test, a switching impulse withstand voltage test is performed. The lightning impulse voltage used in the lightning impulse withstand voltage test has an impulse duration of several μs to several tens of μs, and the switching impulse voltage used in the switching impulse withstand voltage test has an impulse duration of several hundreds. μs to several ms. Further, the lightning impulse voltage and the switching impulse voltage each have a prescribed waveform, polarity, and peak value.

上記のような工場試験では、本発明の電気設備診断システム1を用い、規定された波形や極性、及び波高値を有する雷インパルス電圧や開閉インパルス電圧を、診断対象となる変圧器や回転機などの巻線部に印加することにより得られた電圧や電流などの波形パターンに隠れマルコフモデルを適用すれば、前述のように巻線部を診断することができる。
尚、上記診断は、変圧器や回転機などを組み立てる前段階の巻線部単体に対しても、組み立てた後の巻線部に対しても可能である。
In the factory test as described above, the electrical equipment diagnosis system 1 of the present invention is used, and a lightning impulse voltage and a switching impulse voltage having a prescribed waveform, polarity, and peak value are converted into a diagnosis object such as a transformer or a rotating machine. If a hidden Markov model is applied to a waveform pattern such as voltage or current obtained by applying to the winding part, the winding part can be diagnosed as described above.
Note that the diagnosis can be performed on a single winding part before assembling a transformer, a rotating machine, or the like, or on a winding part after assembling.

以上説明した実施の形態では、変圧器や回転機の巻線部を診断対象としたが、それ以外の電気設備でも、巻線部を有するものであれば、診断対象とすることができる。また、特徴量としては電圧や電流の例を示したが、巻線部にインパルスが印加されたときに発生する音や振動などを特徴量としてもよい。尚、前述のように特徴量の波形パターン認識を行ない、その特徴量の波形パターンを生成する確率(尤度)を、前述の学習部6に予め記憶されているそれぞれのパラメータに基づいて演算し、当該生成確率(尤度)が最大となるパラメータを決定したうえ、そのパラメータに対応した診断情報に基づいて巻線部2を診断する場合、特徴量の波形パターンの全体的な波形形状からでも、部分的な波形形状からでも診断が可能である。   In the embodiment described above, the winding part of the transformer or the rotating machine is the object of diagnosis. However, any other electrical equipment can be the object of diagnosis as long as it has the winding part. Moreover, although the example of the voltage and the current is shown as the feature value, the sound or vibration generated when an impulse is applied to the winding portion may be used as the feature value. As described above, the waveform pattern recognition of the feature value is performed, and the probability (likelihood) of generating the waveform pattern of the feature value is calculated based on each parameter stored in advance in the learning unit 6 described above. When determining the parameter that maximizes the generation probability (likelihood) and diagnosing the winding unit 2 based on the diagnostic information corresponding to the parameter, even from the overall waveform shape of the waveform pattern of the feature amount Diagnosis is possible even from a partial waveform shape.

隠れマルコフモデルの概念説明図である。It is a conceptual explanatory view of a hidden Markov model. 電気設備診断システムの系統図である。It is a systematic diagram of an electrical equipment diagnostic system. 巻線部に対してインパルスを印加した場合の電圧、電流検出系統図である。It is a voltage and electric current detection system diagram at the time of applying an impulse with respect to a coil part. 図3における検出電圧の波形図である。FIG. 4 is a waveform diagram of a detection voltage in FIG. 3. 巻線部に逆起電力を発生させる逆起電力発生回路。A counter electromotive force generating circuit for generating a counter electromotive force in the winding portion. 従来の技術を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the prior art.

符号の説明Explanation of symbols

1 電気設備診断システム
2 巻線部
3 インパルス発生回路
4 特徴量検出部
5 A/D変換回路
6 学習部
7 診断部
8 表示部
10 隠れマルコフモデル部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrical equipment diagnostic system 2 Winding part 3 Impulse generation circuit 4 Feature-value detection part 5 A / D conversion circuit 6 Learning part 7 Diagnosis part 8 Display part 10 Hidden Markov model part

Claims (3)

電気設備を構成する巻線部を診断するための電気設備診断システムであって、
前記巻線部の特性に対応した所定のインパルスを発生させるインパルス発生手段と、前記巻線部の予め決められたそれぞれの状態において前記インパルス発生手段で発生されたインパルスを当該巻線部に印加した場合に得られた特徴量の波形パターンを隠れマルコフモデルに基づいてパラメータ化するとともに、それぞれのパラメータを記憶する学習手段と、前記巻線部の状態を診断する場合に、当該巻線部に前記インパルスと同特性のインパルスを印加したときに得られた特徴量の波形パターンの生成確率を前記学習手段に記憶されているそれぞれのパラメータに基づいて演算するとともに、当該生成確率が最大となるパラメータに基づいて前記巻線部の状態を診断し判定する診断手段とを備えたことを特徴とする電気設備診断システム。
An electrical equipment diagnosis system for diagnosing a winding portion constituting an electrical equipment,
Impulse generating means for generating a predetermined impulse corresponding to the characteristics of the winding part, and an impulse generated by the impulse generating means in each predetermined state of the winding part is applied to the winding part When the waveform pattern of the characteristic amount obtained in this case is parameterized based on the hidden Markov model, and each of the parameters is stored in the learning means, and when the state of the winding portion is diagnosed, the winding portion The calculation probability of the waveform pattern of the feature amount obtained when an impulse having the same characteristics as the impulse is applied is calculated based on the respective parameters stored in the learning means, and the parameter having the maximum generation probability is calculated. An electrical equipment diagnostic system comprising diagnostic means for diagnosing and judging the state of the winding portion based on the diagnostic means.
請求項1に記載の電気設備診断システムであって、前記特徴量の周波数スペクトルの波形や、前記特徴量の周波数スペクトルの時系列の波形に基づいて前記巻線部の状態を判定するための周波数解析手段を備えたことを特徴とする電気設備診断システム。   2. The electrical equipment diagnosis system according to claim 1, wherein a frequency for determining a state of the winding portion based on a waveform of the frequency spectrum of the feature amount or a time-series waveform of the frequency spectrum of the feature amount is set. An electrical equipment diagnosis system comprising an analysis means. 請求項1又は2に記載の電気設備診断システムであって、前記学習手段に記憶されているパラメータを更新もしくは交換することができることを特徴とする電気設備診断システム。   The electrical equipment diagnosis system according to claim 1 or 2, wherein the parameters stored in the learning means can be updated or exchanged.
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