JP2009145209A

JP2009145209A - 電線・電力ケーブルの異常検出装置

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Publication number: JP2009145209A
Application number: JP2007323142A
Authority: JP
Inventors: Osamu Tazaki; 修田崎; Kazuo Kotani; 一夫小谷; Yukio Ikeda; 幸雄池田
Original assignee: Hitachi Cable Ltd
Current assignee: Hitachi Cable Ltd
Priority date: 2007-12-14
Filing date: 2007-12-14
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-14
Also published as: JP5024018B2

Abstract

【課題】環境条件が変化して高周波パルス伝播特性が変化した場合でも異常が検出できる電線・電力ケーブルの異常検出装置を提供する。
【解決手段】パルス信号の伝播に関与する環境条件を計測し、正常時に計測された環境条件集合を環境基準集合に設定し、環境距離指標演算器２０において環境基準集合と計測された環境条件との距離を求めて環境距離指標とし、環境距離指標が所定の環境しきい値を超えた場合には異常判定を保留し、環境距離指標が所定の環境しきい値以下のとき異常判定を行う。
【選択図】図１７

Description

本発明は、電線・電力ケーブルの温度、気圧等の環境条件が変化して電線・電力ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化した場合でも異常が検出できる電線・電力ケーブルの異常検出装置に関する。

電線・電力ケーブルの異常（素線の部分断線、絶縁体の劣化など）を検出する方法として、電線・電力ケーブルに高周波パルス信号を注入し、電線・電力ケーブルに現れる反射信号波形を利用する方法がある。

例えば、運転（通電）中の電線・電力ケーブルを対象にした異常検出方法として、商用周波数よりも周波数が高い高周波パルス信号をコンデンサを介して電線・電力ケーブルに注入し、非接触式の電流検出器により電線・電力ケーブルに生じる応答信号を検出する。応答信号はメモリなどに記憶し、応答信号の経時変化を調べることで異常を検出する。

従来、測定（高周波パルス信号の注入と応答信号波形の検出・記憶）を一定時間ごとに行い、最初に記憶した初期波形と時間経過後の変化波形を比較することにより、差分波形を求め、この差分波形をもとに異常の判定を行う。さらに、高周波パルス信号と応答信号波形中の差分波形（異常箇所からの反射に起因する波形）との時間差から異常箇所を推定する。

図７に示されるように、正常な電線・電力ケーブルからの応答信号波形（初期波形；太線）と異常が生じている電線・電力ケーブルからの応答信号波形（変化波形；細線）との差分波形２０１が電線・電力ケーブル往復伝搬時間Ｔａ（高周波パルス信号が検出器を通過してから機器の接続部、又は機器側高周波阻止用インダクタで反射した信号が検出器に戻るまでの時間）の間に現れている。なお、初期波形と変化波形はほぼ同形状であり、異常が生じている箇所のみが差分波形２０１としてわずかに現れている。この差分波形２０１は、異常箇所におけるインピーダンス変化により生じている。つまり、変化波形では、注入した高周波パルス信号が異常箇所で一部反射したことにより、初期波形にはなかった周波数成分を有するため、図示のような差分波形２０１が得られる。

特開２００６−２３１０５号公報特開２００６−２２０４６０号公報特開２００４−２２７２７９号公報特開２００３−３１５２１１号公報

従来の異常検出方法においては、電線・電力ケーブルを敷設した直後（使用開始前）に取得した初期波形と時間経過後の変化波形を比較する。ところが、対象の電線・電力ケーブルの温度、気圧等の環境条件が変化して電線・電力ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化する。従って、初期波形と時間経過後の変化波形とを単純に差分した量を基に電線・電力ケーブルが異常であるか又は正常であるかの判定を行うと、環境条件の変化による電線・電力ケーブルの高周波パルス伝播特性の変化を電線・電力ケーブルの異常による変化と判定してしまうおそれがある。

また、広い温度範囲及び広い気圧範囲についての参照データをあらかじめ実測によって取得するためには、年間を通してデータを実測する必要があり数ヶ月程度以上の長期間を要してしまうという問題がある。

そこで、本発明の目的は、前記課題を解決し、電線・電力ケーブルの温度、気圧等の環境条件が変化して電線・電力ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化した場合でも異常が検出できる電線・電力ケーブルの異常検出装置を提供することにある。

前記目的を達成するために本発明の電線・電力ケーブルの異常検出装置は、電線・電力ケーブルに高周波パルス信号を注入する高周波パルス発生器と、前記電線・電力ケーブルに生じる応答信号を検出する応答信号検出器と、該応答信号波形を記憶する応答信号波形記憶器と、前記応答信号波形から複数の異常特徴量を抽出、記憶し、複数の前記異常特徴量から異常特徴量集合を形成する異常特徴量抽出器と、前記電線・電力ケーブルが正常時における前記異常特徴量集合から異常基準集合を設定する異常基準集合設定器と、前記異常基準集合からの異常特徴量の異常距離指標を算出する異常距離指標演算器と、前記パルス信号の伝播に関与する環境条件を計測する環境条件計測器と、該環境条件を記憶し、複数の環境条件から環境条件集合を形成する環境条件記憶器と、前記電線・電力ケーブルが正常時における前記環境条件集合から環境基準集合を設定する環境基準集合設定器と、前記環境基準集合からの環境条件の環境距離指標を算出する環境距離指標演算器と、前記環境距離指標が前記所定の環境しきい値より大きい場合は異常判定を保留し、前記環境距離指標が前記所定の環境しきい値以下でかつ、前記異常距離指標が所定の異常しきい値より大きい場合は異常と判定し、前記環境距離指標が前記所定の環境しきい値以下でかつ、前記異常距離指標が所定の異常しきい値以下の場合は正常と判定し、正常と判定した時点までの前記環境条件集合から環境基準集合を再設定し、この新たに得られた前記異常特徴量集合と前記環境基準集合によって異常判定を行う異常判定器と、を備えたものである。

前記異常距離指標と電線・電力ケーブルの異常程度との関係を表す検量線マップを用い、算出された前記異常距離指標を前記検量線マップに適用して異常程度を推定する異常程度推定器を備えてもよい。

前記環境条件は、温度と該温度の時間微分であってもよい。

前記異常距離指標及び前記環境距離指標は、マハラノビス距離であってもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）電線・電力ケーブルの温度、気圧等の環境条件が変化して電線・電力ケーブルの高周波パルス伝播特性が変化した場合でも異常が検出できる。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る異常検出装置１は、検査対象の電線・電力ケーブル２に高周波パルス信号（数十ＭＨｚ）を注入する高周波パルス発生器３と、電線・電力ケーブル２に生じる高周波パルス信号の応答信号を検出する応答信号検出器４と、この応答信号の波形を記憶する応答信号波形記憶器５とを備える。さらに、異常検出装置１は、一回のパルスで得られる応答信号から所定の時間間隔ごとに電流値を抽出することで異常特徴量を形成し、この作業を数回することで異常特徴量の集合である異常特徴量集合を形成する異常特徴量抽出器１５と、電線・電力ケーブル２が正常時に抽出された異常特徴量集合から異常基準集合を設定する異常基準集合設定器１６と、この異常基準集合と抽出した異常特徴量との距離を求めて異常程度の指標となる異常距離指標とする異常距離指標演算器１７とを備える。

また、異常検出装置１は、高周波パルス信号の伝播に関与する環境条件としてのケーブル温度を計測する温度計１８（環境条件計測器）と、この環境条件の集合である環境条件集合を形成する環境条件記憶器１９と、正常時に計測された環境条件集合から環境基準集合を設定する環境基準集合設定器１９ａと、環境基準集合と計測した環境条件との距離を求めて環境距離指標とする環境距離指標演算器２０とを備える。

そして、異常検出装置１は、得られた環境距離指標が所定の環境しきい値を超えた場合には異常判定を保留し、継続して高周波パルス信号の注入と応答信号の計測を行って異常距離指標及び環境距離指標を求め、この環境距離指標が所定の環境しきい値以下で、かつ、異常距離指標が所定の異常しきい値以下であった場合には、電線・電力ケーブル２を正常と判定すると共に、当初の異常基準集合と環境基準集合を電線・電力ケーブル２が正常と判定された時点までの異常基準集合と環境基準集合とから新たに設定しなおす。そして、設定しなおした異常基準集合と環境基準集合を基に検出した異常特徴量と環境条件から異常距離指標及び環境距離指標を計算し、環境距離指標が所定の環境しきい値以下で、かつ、前記異常距離指標が前記所定の異常しきい値を超えた場合には、前記電線・電力ケーブル２を異常と判定する異常判定器２１を備える。

さらに、異常検出装置１は、あらかじめ作成した異常距離指標と測定対象である電線・電力ケーブル２の異常程度（断線率など）との関係を表す検量線マップ２２と、この検量線マップ２２を利用して異常程度を推定する異常程度推定手段２３とを備える。

また、異常検出装置１は、高周波パルス信号発生器３が発生させた高周波パルス信号を電線・電力ケーブル２の導体８に注入するためのコンデンサ９が高周波パルス信号発生器３と導体８との間に配置される。応答信号検出器４は、高周波パルス信号発生器３からコンデンサ９までの間の信号注入線に設けられる。高周波パルス信号発生器３から注入される高周波パルス信号は、図２に示すとおり接続点１３、部分異常点１４及び電線・電力ケーブル２の遠端で反射され、応答信号検出器４にて非接触で検出することができる。

また、この異常検出装置１では、高周波パルス信号が商用周波数電源１０に流入しないよう、電線・電力ケーブル２の商用周波数電源側に高周波阻止用インダクタ１１が取り付けられる。機器１２のノイズカット機能が弱い場合は、電線・電力ケーブル２の機器側にも高周波阻止用インダクタ１１を取り付けるとよい。

検査対象の電線・電力ケーブル２においては、移動を行う機器１２が電線・電力ケーブル２により商用周波数電源１０からの電源供給を受けている。機器１２が移動して電線・電力ケーブル２が頻繁に屈曲されるため異常が発生する。これを検出するため、高周波パルス信号発生器３からコンデンサ９を介して電線・電力ケーブル２に高周波パルス信号を注入する。高周波パルス信号は、応答信号検出器４を通過し、電線・電力ケーブル２の導体８を伝搬し、機器１２の接続部や高周波阻止用インダクタ１１又は異常箇所などインピーダンスが変化している部分で反射して応答信号検出器４まで伝搬してくる。注入される高周波パルス電流とその応答信号は、信号注入線に設置された応答信号検出器４によって検出され、応答信号波形として応答信号波形記憶器５に記憶される。

高周波パルス信号の発生から応答信号の検出・記憶までの動作をサンプリングと称する。そのサンプリングの動作を一定時間ごと、あるいは機器１２が待機位置に復帰するたびに行う。この繰り返しにより、応答信号波形記憶器５に応答信号が蓄積される。

異常特徴量抽出器１５は、応答信号波形記憶器５に記憶された一回の高周波パルス信号によって得られた応答信号から所定の時間間隔ごとに電流値を抽出し、異常特徴量を形成する異常特徴量抽出部と、応答信号から抽出した過去から現在までの異常特徴量を記憶するメモリなどで構成される異常特徴量記憶部とを備える。異常特徴量抽出器１５は、上記構成により応答信号から複数の異常特徴量を抽出し、これら複数の異常特徴量から異常特徴量集合を形成することができる。

異常基準集合設定器１６は、異常特徴量抽出器１５が記憶する異常特徴量の集合のうち、電線・電力ケーブル２が正常時に抽出された異常特徴量集合から異常基準集合を設定するものである。

異常距離指標演算器１７は、異常基準集合からの異常特徴量の距離をマハラノビス距離として算出することで異常程度の指標である異常距離指標を求めるものである。異常距離指標は、異常基準集合と抽出した異常特徴量との距離を表す量である。

環境条件記憶器１９は、温度計１８（環境条件計測器）が計測した電線・電力ケーブル２の温度を記憶し、記憶した過去から現在までの温度の時間微分を求め、温度と温度微分からなる環境条件集合を形成し記憶する。

環境基準集合設定器１９ａは、環境条件記憶器１９が記憶する環境条件集合のうち、電線・電力ケーブル２が正常時に抽出された環境条件集合を環境基準集合に設定するものである。環境条件には、パルス信号の伝播に関与するあらゆる数量が該当する。例えば、電線・電力ケーブル２の温度に加えて気圧や気温を用いても良い。

環境距離指標演算器２０は、環境基準集合からの環境条件の距離をマハラノビス距離として算出することで環境基準集合からの環境条件の距離である環境距離指標を求めるものである。

検量線マップ２２は、正常・異常及び異常程度が既知である電線・電力ケーブル２を用いて作成され、異常距離指標と異常程度との関係を表すものである。ここで、異常程度とは、電線・電力ケーブル２の異常の程度を表す数値とする。例えば、電線・電力ケーブル２の撚り線導体を構成する複数本の素線の総本数に対する破断した素線の本数の割合を異常程度としてもよい。また、電線・電力ケーブル２の絶縁体の劣化による余寿命を経験則などにより数値化し、余寿命が小さいほど大きな値になるようにして（例えば逆数をとる）異常程度としてもよい。すなわち、正常・異常及び異常程度が既知である電線・電力ケーブル２に高周波パルス発生器３から高周波パルス信号を入射し、電線・電力ケーブル２が正常時の応答信号とさまざまの異常程度の異常時の応答信号とを応答信号検出器４で実測して応答信号波形記憶器５に波形を記憶し、異常特徴量抽出器１５によりこれら応答信号からそれぞれ異常特徴量を抽出し、正常時の異常特徴量から異常基準集合設定器１６が設定した異常基準集合と異常特徴量との距離である異常距離指標を異常距離指標演算器１７で求める。この異常距離指標と用いた電線・電力ケーブル２の既知の異常程度とを関係付けて記憶することにより、検量線マップ２２が作成される。

異常程度推定手段２３は、異常判定器２１において電線・電力ケーブル２が異常と判定されたときに、検量線マップ２２に異常距離指標を適用することにより異常程度を推定するものである。

異常特徴量抽出器１５〜異常程度推定手段２３のように図１にブロックで示した部材は、メモリとＣＰＵを備えたマイコンに所定のアルゴリズムを実行させることで実現することができる。

しかし、前記の定義による異常程度は、運転中（通電中）の電線・電力ケーブル２から直接計測できないので、本発明では、高周波パルス信号に対する応答信号から求めた異常距離指標を異常程度の指標として用いる。

以下、電線・電力ケーブル２の異常検出方法を原理から順を追って説明する。

図２に示すように、電線・電力ケーブル２が固定ケーブル２ａ、接続点１３、移動ケーブル２ｂ、から構成される場合を考える。また、部分異常点１４は移動ケーブル２ｂに生じるとする。説明を簡易にするため、固定ケーブル２ａの長さは１０ｍ、移動ケーブル２ｂの長さは１０ｍ、部分異常点１４は移動ケーブル２ｂの中間点（端から５ｍの点）とする。

図３に示すように、正常なときの応答信号波形（破線）３１と、電線・電力ケーブル２の異常時の応答信号波形（実線）３２とは、大部分で一致し、部分的に異なる。なお、破線は実線に重ならないよう少し縦にずらして描いてある。この波形は、パルス伝播速度は２×１０⁸ｍ／ｓとし、ケーブル遠端はオープン（他の導体に短絡していない）として得た。

正常時応答信号波形３１及び異常時応答信号波形３２において時間軸０ｎｓに位置するピーク３３が入射パルスに相当し、時間軸１００ｎｓに位置する上下の変動３４が固定ケーブル２ａと移動ケーブル２ｂの接続部１３のインピーダンス不整合による反射に相当し、時間軸１５０ｎｓに位置する小さなピーク３５が部分異常点１４からの応答信号に相当し、時間軸２００ｎｓに位置するピーク３６がケーブル遠端からの反射である。

部分異常点１４からの応答信号３５は微小であるが、表示の見やすさのため実際よりも大きく図示してある。また、部分異常点１４からの応答信号３５が増加すると、それに伴いケーブル遠端からの反射３６のピークの絶対値は減少するが（ピーク値がゼロに近づく）、この減少分も実際よりも大きく図示してある。ケーブル遠端からの反射３６のピークの絶対値が減少する理由は、ケーブルに入射された高周波パルス信号のパワーの一部が部分異常点１４からの応答信号３５に配分されて、ケーブル遠端からの反射３６のパワーが減少するためである。

ここで、対象の電線・電力ケーブル２の温度が変化して電線・電力ケーブル２の高周波パルス信号の伝播特性が変化した場合を考える。図４に温度ｔ１での正常時応答信号波形３７と温度ｔ２での正常時応答信号波形３８を示す（時間軸５０ｎｓ以降を表示）。電線・電力ケーブル２の温度が変化すると高周波パルス信号の伝播環境が変化する。よって、温度ｔ２では温度ｔ１に比べて高周波パルス信号の伝播速度が低下して時間遅延が増加し、また、電線・電力ケーブル２に備えられるシースなどの誘電率が変化して電線・電力ケーブル２を伝播した後のパルス幅が広がる。ここで、温度ｔ１での正常時応答信号波形３７が初期波形、温度ｔ２での正常時応答信号波形３８が経過後波形であるとし、初期波形と時間経過後の波形変化を単に差分で求めると図５が得られる。この場合、経過後のケーブルが正常であったとしても偽の差分信号３９ａ，３９ｂが現れてしまい、電線・電力ケーブル２に異常が生じていないにもかかわらず異常と判定してしまう恐れがある。

そこで、本発明では、図１７に示されるように、環境距離指標が所定の環境しきい値を超えた場合には異常判定を保留し、環境距離指標が環境しきい値以下のときのみ異常判定を行うようにした。

詳しく述べると、まず、高周波パルス信号の発生から応答信号の検出・記憶までの動作であるサンプリングと環境条件の計測を行ってデータ（応答信号、異常特徴量、環境条件など）を記録（Ｓ１７１）する。これらのデータを用い、電線・電力ケーブル２が正常時に環境基準集合と異常基準集合を決定（設定）しておく（Ｓ１７２）。また、異常基準集合からの異常特徴量の距離を求め、これを異常程度の指標となる異常距離指標とすると共に、環境基準集合からの環境条件の距離を求め、これを環境距離指標とする（図示せず）。

環境距離指標が所定の環境しきい値を超えたかどうか判定し（Ｓ１７３）、環境距離指標が環境しきい値を超えた場合には異常判定を保留する（Ｓ１７４）。この場合、継続して高周波パルス信号の注入と応答信号の計測を行って異常距離指標及び環境距離指標を求める。

環境距離指標が環境しきい値以下のときは、異常距離指標について判定を行う。すなわち、異常距離指標が所定の異常しきい値を超えたかどうか判定し（Ｓ１７５）、異常距離指標が異常しきい値を超えた場合には、電線・電力ケーブル２が異常と判定する（Ｓ１７６）。異常距離指標が異常しきい値以下であった場合には、電線・電力ケーブル２が正常と判定する（Ｓ１７７）。この場合、電線・電力ケーブル２が正常と判定された時点までを正常時と見なし、電線・電力ケーブル２が正常と判定された時点までの異常特徴量集合と環境条件集合から、異常距離指標と環境距離指標を再計算する（Ｓ１７８）。

以下では、異常基準集合と抽出された異常特徴量とのマハラノビス距離を求めて異常距離指標とし、環境基準集合と計測された環境条件とのマハラノビス距離を環境距離指標とし、異常特徴量のマハラノビス距離から異常（部分断線）を判定又は異常程度を推定した実施形態において、試験を行った結果を説明する。

測定対象とした電線・電力ケーブル２は導体断面積１．２５ｍｍ²の導体が２心から成るロボット用ケーブルである。屈曲回数は図８のように変化させた。試験開始後２７００分間は電線・電力ケーブル２を屈曲させずに新品状態に保った後、２７００〜３０００分の間で１５０００回まで屈曲させて部分断線を徐々に進行させた。応答信号波形は１分毎に測定し、測定毎にサンプリングを行い、異常特徴量を抽出して蓄積した。

異常特徴量抽出器１５において、図３に示すような一回の高周波パルス信号で得られる応答信号波形の−５０ｎｓ〜２５０ｎｓの範囲から５ｎｓごとに電流値を抽出し、これを異常特徴量とした。そしてこの作業を数回繰り返し抽出した複数の異常特徴量により異常特徴量集合を形成した。

温度計１８（環境条件計測器）及び環境条件記憶器１９において、電線・電力ケーブル２の温度を計測し、さらにこの温度の時間微分を求め、これを環境条件とした。そしてこの作業を数回繰り返し複数の環境条件からの環境条件集合を形成した。

ここで、初期データ取得時（ここでは０〜２００分の間とする）を考えると、電線・電力ケーブル２は屈曲させていないため新品状態に保たれており、部分断線は起きていない。つまり、この０〜２００分の間は、電線・電力ケーブル２が正常時であることが自明である。そこで、例えば、手動操作により異常検出装置１に正常時であることを教示し、異常検出装置１は異常基準集合設定器１６を起動する。

異常基準集合設定器１６では、初期データの異常特徴量集合を基にして、異常基準集合として異常特徴量のマハラノビス距離の単位空間を構成する。マハラノビス距離の詳細については、特許文献３などに詳しく述べられているため、ここでの説明は割愛する。異常基準集合設定器１６で設定した異常基準集合を基に異常距離指標演算器１７により異常距離指標として求めた異常特徴量のマハラノビス距離を図９に示す。マハラノビス距離は１付近で安定しており、単位空間を構成できた。単位空間とは、様々な数値を列挙したベクトルで数理的な多次元空間を形成するものである。

初期データ取得以降（２００〜３０００分の間）も試験を継続して異常特徴量を求め、前記単位空間より求めたマハラノビス距離を図１０に示す。電線・電力ケーブル２の屈曲前（２７００分以前）では、部分断線が起きていない状態であるにも関わらず、異常特徴量のマハラノビス距離の増減が見られた。このグラフから電線・電力ケーブル２の部分断線を正しく検出することはできない。この原因は、試験期間中の環境条件変化（ここではケーブルの温度変化）により、環境条件が初期データ取得時（０〜２００分）の環境条件範囲を外れたためと考えられる。

試験期間中の温度と温度の時間微分を図１１に示す。初期データ取得時（０〜２００分）では、温度が約１２℃、温度の時間微分が約１．０℃／ｈｏｕｒであった。その後、図１０に示す異常特徴量のマハラノビス距離が１５００分付近で１付近になったが、このとき温度が約１３℃、温度の時間微分が約０．７℃／ｈｏｕｒであり、初期データ取得時の温度および温度の時間微分と近い値であった。一方、５００分付近では温度が約１２℃、温度の時間微分が約−０．２℃／ｈｏｕｒであり、１９００分付近では温度が約１２℃、温度の時間微分が約−０．８℃／ｈｏｕｒであり、初期データ取得時の温度とは近いが、初期データ取得時の温度の時間微分とは符号が異なっていた。

この温度と温度の時間微分の関係を理解しやすくするため、図１１の温度を横軸に、温度の時間微分を縦軸にしたグラフを図１２に示す。図１２（ａ）は、初期データ取得時（０〜２００分）の温度と温度の時間微分の関係を表すグラフである。同図（ｂ）は試験期間全体（０〜３０００分）の温度と温度の時間微分の関係を表すグラフであり、０分、２００分、５００分、１５００分、１９００分、３０００分の点に○印をつけてある。このグラフの軌跡は０分の点から時計回りに伸びて行き、１５００分の点は初期データ取得時（０〜２００分）の軌跡に近く、５００分および１９００分の点は初期データ取得時（０〜２００分）の軌跡から離れていることが分かる。

温度と温度の時間微分の初期データ取得時（０〜２００分）からの差を定量化するため、環境条件集合である温度と温度の時間微分の初期データから環境条件のマハラノビス距離の単位空間（環境基準集合）を構成し、試験期間中の温度と温度の時間微分の全データに対して環境条件のマハラノビス距離を計算した結果を図１３に示す。この図から、１５００分付近は環境条件のマハラノビス距離が小さく、５００分および１９００分では環境条件のマハラノビス距離が大きいことが分かる。

これにより、１５００分付近では初期データ取得時（０〜２００分）と環境が同条件であることが分かる。従って、１５００分付近の異常特徴量のマハラノビス距離は環境条件によって変化したものではなく、電線・電力ケーブル２の絶縁体の劣化や撚り線導体の破断などにより変化したものと判断できる。

１５００分付近の異常特徴量のマハラノビス距離を見ると、初期データ取得時（０〜２００分）付近とほぼ同じであり、電線・電力ケーブル２は正常であると判断される。

ここで、電線・電力ケーブル２の部分断線率は、電線・電力ケーブル２の屈曲によって増加することはあっても減少することはない、つまり異常程度が一方的に増加すると考えられることから、正常と判定された１５００分付近より以前でも電線・電力ケーブル２は正常であったと考えるのが妥当である。これから下記のようにマハラノビス単位空間を構成して判定する方法が考えられる。

異常距離指標演算器１７と環境距離指標演算器２０において、初期データ取得以降（２００分以降）では、異常特徴量のマハラノビス距離と、環境条件（この場合は温度と温度の時間微分）のマハラノビス距離を測定毎に求める。

異常判定器２１において、環境条件のマハラノビス距離が所定の環境しきい値を超えた場合には、異常特徴量のマハラノビス距離による異常程度の判定を保留することとする。ここで、本実施形態では環境条件のマハラノビス距離の環境しきい値及び異常特徴量のマハラノビス距離の異常しきい値をそれぞれ１０とする。

ただし、異常しきい値及び後述する環境しきい値は測定対象によって適宜定められる量であり、上記値に限定されない。

１５００分まで測定して得られた異常特徴量のマハラノビス距離と、環境条件のマハラノビス距離を図１４に示す。図の下部に示したように、単位空間は０〜２００分の範囲である。

この後、２３０〜１３８９分では、環境条件のマハラノビス距離が環境しきい値（ここでは１０）を超えたため、異常程度の判定を保留する。また、１３９０分〜１５００分では、環境条件のマハラノビス距離が環境しきい値以下となったため判定を再開することができるが、このときの異常特徴量のマハラノビス距離は異常しきい値の１０以下であるため、電線・電力ケーブル２に異常は発生しておらず正常と判定できる。

ここで、１５００分の時点で電線・電力ケーブル２が正常と判定されたため、０〜１５００分の間でも電線・電力ケーブル２は正常であったと考えられることから、マハラノビス単位空間を構成する初期データの範囲を０〜１５００分に拡大して異常特徴量のマハラノビス単位空間を計算し直し、計算し直した異常特徴量のマハラノビス単位空間に対する異常特徴量のマハラノビス距離を計算することとする。また、環境条件のマハラノビス単位空間を構成する環境条件集合の範囲も同じく０〜１５００分に拡大し、計算し直した環境条件のマハラノビス単位空間に対する環境条件のマハラノビス距離を計算し直す。このようにして、初期データの範囲を広げてマハラノビス単位空間を構成し直した場合の環境条件のマハラノビス距離と、異常特徴量のマハラノビス距離が、図１５に示すとおり得られた。

これ以降（１５００〜３０００分）測定して得られた環境条件のマハラノビス距離と、異常特徴量のマハラノビス距離を図１６に示す。今度は環境条件のマハラノビス距離が環境しきい値の１０を超えなかったため、異常程度の判定を保留する必要がなく、異常程度の判定をすることができる。異常特徴量のマハラノビス距離が２７５０分以降において、異常しきい値の１０を超えて増加し続けたため、異常と判定した。実際に図８に示すとおり２７００分以降に電線・電力ケーブル２の屈曲を行ったため部分断線が徐々に進行したものと考えられ、３０００分で試験を終了して電線・電力ケーブル２を解体し内部を観察したところ、導体の断線率は約１００％であった。

また、異常特徴量のマハラノビス距離と異常程度（断線率）の関係をあらかじめ調べ、検量線マップ２２を作成した。具体的には、正常・異常及び異常程度が既知である電線・電力ケーブル２に高周波パルス信号を入射し、電線・電力ケーブル２が正常時の応答信号とさまざまの異常程度の異常時の応答信号とを実測し、これら応答信号からそれぞれ異常特徴量を抽出することで、異常距離指標（異常特徴量のマハラノビス距離）と異常程度（断線率）との関係を表す検量線マップ２２を作成した。

図６に、作成した検量線マップ２２を示す。横軸が電線・電力ケーブル２の断線率、縦軸が異常特徴量のマハラノビス距離から求めた断線指標を表す。ここでは、異常特徴量のマハラノビス距離と異常しきい値から断線指標を、
（異常特徴量のマハラノビス距離ＭＤ²―異常特徴量のマハラノビス距離の異常しきい値（ここでは１０））／１００
とした（ただしマイナスの場合はゼロとする）。

ただし、断線指標と異常特徴量のマハラノビス距離との関係は前記関係に限定されない。要は、異常特徴量のマハラノビス距離と断線率との関係が分かればよく、断線指標は異常特徴量のマハラノビス距離から任意に作ることが可能である。

異常程度推定手段２３で求めた断線指標を検量線マップ２２に適用することで断線率を推定した。

断線指標０．２のとき、電線・電力ケーブル２の断線率を実測したところ断線率は２２．５％であった。これに対して、検量線マップ２２に断線指標０．２を適用すると、断線率は約２０％と、実測値とほぼ一致した。

以上より、環境条件が当初の初期データ取得時と異なる場合であっても、電線・電力ケーブル２の部分断線による異常を判定できた。また、異常程度推定手段２３により異常程度（断線率）を推定し、実測の断線率に近い値を予知できた。

本発明は、電線・電力ケーブル２に限らず、異常程度が一方的に増加する種類の異常であればさまざまなシステムに応用できる。

また、前記実施形態ではマハラノビス単位空間とマハラノビス距離について記載し、距離指標としてマハラノビス距離を採用したが、基準集合に対して特徴量集合が近いか遠いかを記述する種類の指標であれば、マハラノビス単位空間を基準集合と読み変えることにより本発明を適用可能である。

本発明の異常検出装置の構成図である。電線・電力ケーブルが固定ケーブル、接続点、移動ケーブルから構成される場合の構成図である。正常時の応答信号波形と異常時の応答信号波形を示した線グラフである。正常時の異なる２つの温度での正常時応答信号波形を示した線グラフである。図４の２つの応答信号波形の差分を示した線グラフである。断線率と断線指標との対応関係を表す検量線マップである。電線・電力ケーブルの通常時の応答信号波形（太線）と異常時の応答信号波形（細線）とを示した線グラフである。与えるケーブル屈曲回数の時間予定を示した線グラフである。初期データ０〜２００分の間の異常特徴量を元にして、マハラノビス距離の単位空間を構成したマハラノビス距離を示した線グラフである。初期データ０〜２００分の間の異常特徴量を元にして、マハラノビス距離の単位空間を構成した２００〜３０００分間のマハラノビス距離を示した線グラフである。試験期間中０〜３０００分の間の温度と温度の時間微分を示した線グラフである。図１２（ａ）は試験期間中０〜２００分の間の温度を横軸に、温度の時間微分を縦軸にしたグラフであり、図１２（ｂ）は試験期間中０〜３０００分の間の温度を横軸に、温度の時間微分を縦軸にしたグラフである。初期データ０〜２００分の間の温度と温度の時間微分からマハラノビス距離の単位空間を構成したマハラノビス距離を示した線グラフである。初期データ０〜２００分の間の異常特徴量を元にして、マハラノビス距離の単位空間を構成した０〜１５００分の間の異常特徴量のマハラノビス距離測と、初期データ０〜２００分の間の温度と温度の時間微分からマハラノビス距離の単位空間を構成した１５００分まで環境条件のマハラノビス距離測とを示した線グラフである。初期データの範囲を０〜１５００分の間の異常特徴量を元にして、マハラノビス単位空間を構成した場合の異常特徴量のマハラノビス距離と、初期データの範囲を０〜１５００分の間の温度と温度の時間微分を元にして、マハラノビス単位空間を構成した場合の環境条件のマハラノビス距離とを示した線グラフである。初期データ０〜１５００分の間の異常特徴量を元にして、マハラノビス距離の単位空間を構成した０〜３０００分の間の異常特徴量のマハラノビス距離と、初期データ０〜１５００分の間の温度と温度の時間微分を元にして、マハラノビス距離の単位空間を構成した０〜３０００分の間の環境条件のマハラノビス距離とを示した線グラフである。本発明の一実施形態による異常判定のフローチャートである。

符号の説明

１異常検出装置
２電線・電力ケーブル
３高周波パルス信号発生器
４応答信号検出器
５応答信号波形記憶器
１５異常特徴量抽出器
１６異常基準集合設定器
１７異常距離指標演算器
１８温度計
１９環境条件記憶器
１９ａ環境基準集合設定器
２０環境距離指標演算器
２１異常判定器
２２検量線マップ
２３異常程度推定手段

Claims

電線・電力ケーブルに高周波パルス信号を注入する高周波パルス発生器と、
前記電線・電力ケーブルに生じる応答信号を検出する応答信号検出器と、
該応答信号波形を記憶する応答信号波形記憶器と、
前記応答信号波形から複数の異常特徴量を抽出、記憶し、複数の前記異常特徴量から異常特徴量集合を形成する異常特徴量抽出器と、
前記電線・電力ケーブルが正常時における前記異常特徴量集合から異常基準集合を設定する異常基準集合設定器と、
前記異常基準集合からの異常特徴量の異常距離指標を算出する異常距離指標演算器と、前記パルス信号の伝播に関与する環境条件を計測する環境条件計測器と、
該環境条件を記憶し、複数の環境条件から環境条件集合を形成する環境条件記憶器と、前記電線・電力ケーブルが正常時における前記環境条件集合から環境基準集合を設定する環境基準集合設定器と、
前記環境基準集合からの環境条件の環境距離指標を算出する環境距離指標演算器と、
前記環境距離指標が前記所定の環境しきい値より大きい場合は異常判定を保留し、
前記環境距離指標が前記所定の環境しきい値以下でかつ、前記異常距離指標が所定の異常しきい値より大きい場合は異常と判定し、
前記環境距離指標が前記所定の環境しきい値以下でかつ、前記異常距離指標が所定の異常しきい値以下の場合は正常と判定し、正常と判定した時点までの前記環境条件集合から環境基準集合を再設定し、この新たに得られた前記異常特徴量集合と前記環境基準集合によって異常判定を行う異常判定器と、
を備えたことを特徴とする電線・電力ケーブルの断線検出装置。
前記異常距離指標と電線・電力ケーブルの異常程度との関係を表す検量線マップを用い、算出された前記異常距離指標を前記検量線マップに適用して異常程度を推定する異常程度推定器を備えたことを特徴とする請求項１記載の電線・電力ケーブルの断線検出装置。
前記環境条件は、温度と該温度の時間微分であることを特徴とする請求項１記載の電線・電力ケーブルの断線検出装置。
前記異常距離指標及び前記環境距離指標は、マハラノビス距離であることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の電線・電力ケーブルの異常検出装置。