JP2011259575A - 配電設備劣化診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】個々の需要家に設置する自動検針装置で計測する需要家の負荷（電力消費量）情報と、配電設備を撮影した画像情報を利用して、柱上変圧器など配電設備の劣化状態を診断する配電設備劣化診断装置を提供する。
【解決手段】各需要家に設置する自動検針装置で電力負荷データを計測し、計測した複数の需要家の負荷データから、前記需要家と同じ配電系統につながる柱上変圧器の負荷を演算する。同時に前記柱上変圧器の負荷データから過負荷となるデータを逐次抽出し、前記過負荷の積算値が所定の閾値を超えた場合に、撮像装置で柱上変圧器の外観を自動撮影する。撮影した画像データと前記負荷データを同期させ、画像データを用いて外観の錆を検出し、負荷データを用いて内部の絶縁性能を推定し、錆の検出結果もしくは絶縁性能推定結果のうち少なくとも一方を用いて、柱上変圧器の劣化診断を実施する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、柱上変圧器等の配電設備の劣化および余寿命を診断する配電設備劣化診断装置に関するものである。

電力自由化に伴い、電力の安定供給や配電設備の信頼性向上へのニーズが高まる中、電力会社では建設や保守といった設備管理に対するいっそうのコスト削減が課題となっている。たとえば、既設設備を寿命の限界まで利用することや、過負荷に対する安全対策など、設備運用上の限界向上が望まれており、特に設備量の多い柱上変圧器等の配電設備については重要な課題となっている。

設備運用の限界向上を実現するためには、設備のライフサイクルまでを考慮した保守が重要である。従来、柱上変圧器の保守においては、営業所等の作業員が管理区と呼ばれる地区に設置される設備を定期的に巡回し、目視で順々に設備を点検していく。その際に、作業員は各自の経験や知識に基づいて、次回の巡視・点検までに故障する可能性が高い設備か否かを診断する。次回の巡視までに故障する可能性が低いと診断した場合は「継続利用」とし、故障の可能性が高いと診断した場合には、「回収」もしくは「交換」とする。しかし、この方法では、設備の劣化状態の診断が個人の経験や知識に依存するため、劣化の進行具合などについて診断レベルにばらつきが発生する。

一方で、このような状況を解決するために、以前より柱上変圧器をはじめとする配電設備の劣化診断技術の研究開発が行われてきた。

たとえば、特許文献１に記載された配電設備の劣化診断装置では、配電設備の外観に発生する錆の変化に基づいて、交換時期を判断すると同時に余寿命を推定する。作業員が現地にて、デジタルカメラで診断対象設備の外観を撮影し、撮影した画像データについて、発錆面積と錆色をパラメータとした画像処理を実施することにより錆の状態を認識する。その錆の状態に基づいて設備を交換するか否かを判断し、交換の必要なしと判断された場合は設備の余寿命を推定するという方法が開示されている。

特開２００９−１１８５８５号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている配電設備の劣化診断装置では、画像処理を使って錆等の外観状態による劣化診断を実施するため、診断レベルのばらつきをなくし保守管理の信頼性を向上させるものの、設備運用に伴う内部の劣化やその余寿命推定については考慮されていない。また、作業員が現地に赴いてデジタルカメラで撮影するという方法は、作業効率の向上と言う点で従来業務の改善には至っていない。

本発明は、上記のような課題に着目して着想したものであり、スマートメーター、ＡＭＩ（Advanced Metering Infrastructure）等を含む自動検針装置で計測した需要家の負荷および過負荷データから柱上変圧器の負荷および過負荷を推定し、一方であらかじめ電柱等に設置した固定カメラで設備の外観画像を自動撮影し、撮影した画像データと前記柱上変圧器の負荷および過負荷データを同期させて処理することを特徴とする配電設備劣化診断装置を提供する。さらに、負荷および過負荷データと同期した画像データを利用することにより、配電設備の外観の状態による劣化診断と、負荷および過負荷を用いた配電設備の内部に関する劣化診断の双方の利用を可能とする。

本発明は、需要家負荷を計測する自動検針装置と、配電設備の外観を撮影する撮像装置の情報とに基づいて劣化診断手段により前記配電設備の劣化診断を行う配電設備劣化診断装置において、前記自動検針装置から取得する需要家負荷を記憶する負荷記憶手段と、該負荷記憶手段の負荷に対して所定の演算を実行する負荷演算手段と、前記撮像装置で撮影した前記配電設備外観の画像情報を記憶する画像情報記憶手段と、前記負荷演算手段で演算した配電設備の負荷、負荷積算値、過負荷積算値のうち少なくとも一つと、前記撮像装置で撮影した画像情報とを時間同期させる同期手段を有することを特徴とする。

また、配電設備劣化診断装置において、前記配電設備負荷を用いて前記負荷演算手段で演算した負荷積算値および過負荷積算値のうち、少なくとも一つに基づいて、前記配電設備内部にある絶縁物の物性値の時間変化を分析することを特徴とする。

また、配電設備劣化診断装置において、前記配電設備の外観を撮影した前記画像情報に対して画像処理を実行する画像処理手段を設け、前記配電設備の外部に発生する錆または汚れの少なくとも一つを検出することを特徴とする。

また、配電設備劣化診断装置において、前記配電設備負荷と、前記負荷演算手段で演算した負荷積算値もしくは過負荷積算値のうち、少なくとも一つに基づいて、前記配電設備内部にある絶縁物の物性値の時間変化を推定する内部劣化診断手段を備え、前記絶縁物の絶縁性能の低下を内部劣化度として設定することを特徴とする。

また、配電設備劣化診断装置において、前記撮像装置で撮影した所定の配電設備の外観の画像情報に対して所定の画像処理を実行し、前記配電設備の表面に発生する錆または汚れの少なくとも一つを検出する画像処理手段を備え、検出した錆または汚れの特徴量と、あらかじめ複数の発生パターンを記憶している錆または汚れの特徴量とを比較し、少なくとも一つが類似している場合に、前記特徴量に応じた外部劣化度を設定する外部劣化診断手段を有することを特徴とする。

また、配電設備劣化診断装置において、前記内部劣化度もしくは前記外部劣化度のうち少なくとも一方の劣化度に対して、前記配電設備の仕様、設置環境に関する情報、気象情報のうち少なくとも一つを加算して故障リスクを設定することを特徴とする。

また、配電設備劣化診断装置において、前記内部劣化診断手段で推定する絶縁物の物性値の時間変化および対応する内部劣化度、または前記画像処理手段で検出した錆または汚れの特徴量および前記外部劣化診断手段で設定した外部劣化度の少なくとも一つを記憶する診断結果記憶手段を有し、前記劣化診断手段で推定された絶縁物の物性値の時間変化および内部劣化度、または前記錆または汚れの特徴量および外部劣化度に対して、配電設備の仕様、設置環境に関する情報のうち少なくとも一つの情報を関連付けて診断結果を記憶することを特徴とする。

また、配電設備劣化診断装置において、前記内部劣化診断手段で推定する絶縁物の物性値の時間変化および対応する内部劣化度、または前記画像処理手段で検出した錆もしくは汚れの特徴量とその画像情報、および前記外部劣化診断手段で設定した外部劣化度のうち、少なくとも一つを端末装置の画面上に出力表示することを特徴とする。

さらに、需要家負荷を含む配電設備負荷を計測する自動検針装置と、配電設備の外観を撮影する撮像装置の情報とに基づいて劣化診断手段により前記配電設備の劣化診断を行う配電設備劣化診断装置において、前記自動検針装置から取得する需要家の負荷を記憶する負荷記憶手段と、前記負荷に対して所定の演算を実行する負荷演算手段と、前記撮像装置で撮影した前記配電設備外観の画像情報を記憶する画像情報記憶手段と、前記負荷演算手段で演算した配電設備の負荷、負荷積算値、過負荷積算値のうち少なくとも一つと前記画像情報とを時間同期させる同期手段と、前記配電設備負荷を用いて前記負荷演算手段で演算した負荷積算値および過負荷積算値のうち、少なくとも一つに基づいて、前記配電設備内部にある絶縁物の物性値の時間変化を分析する内部劣化診断手段と、前記配電設備の外観を撮影した前記画像情報に対して画像処理を実行し、前記配電設備の外部に発生する錆もしくは汚れの少なくとも一方を検出する外部劣化診断手段と、前記内部劣化診断手段で推定する絶縁物の物性値の時間変化の推定結果および対応する内部劣化度、もしくは前記画像処理手段で検出した錆もしくは汚れの特徴量、および前記外部劣化診断手段で設定した外部劣化度を記憶する診断結果記憶手段と、前記診断結果を端末装置の画面上に表示する表示手段とを備えることを特徴とする。

さらに、配電設備劣化診断装置において、前記需要家負荷は前記自動検針装置が設置されている建物において需要家が消費する電力消費量であり、前記配電設備負荷は所定の配電設備に関する電力負荷でありかつ前記配電設備が連系する複数の需要家の電力消費量の合計値であることを特徴とする。

さらに、配電設備劣化診断装置において、前記配電設備は配電系統に電気的に接続される機器であって柱上変圧器、開閉器、電線、自動電圧調整器、支持物のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする。

本発明は、負荷情報および負荷情報に同期した画像情報を併用して、配電設備の内部劣化診断および外部劣化診断を実行することにより、配電設備に関する保守管理の信頼性および業務効率向上を実現し、設備管理コストを削減することができる。

本発明の一実施形態の基本構成を示すブロック図 本発明の一実施形態の劣化診断処理を示すフローチャート 本発明の自動検針装置で計測する負荷データの一例を示すグラフ 本発明の負荷演算処理のフローチャート 本発明の撮像装置および画像データの一例を示す説明図 本発明の撮像装置および画像データの一例を示す説明図 本発明の画像データ取得処理に関するフローチャート 本発明の負荷データおよび画像データ同期処理のフローチャート 本発明の画像処理のフローチャート 本発明の内部劣化判定処理のフローチャート 本発明の外部劣化判定処理のフローチャート 本発明の配電設備劣化判定の一例を示す説明図 本発明の配電設備劣化判定の一例を示す説明図 本発明の配電設備劣化判定の一例を示す説明図 本発明の出力表示例を示す説明図

以下、図面を用いて本発明に関する実施形態について説明する。なお、本実施形態では対象の配電設備を柱上変圧器として説明する。
〔基本構成〕
図１は、本発明の一実施形態を示すブロック図である。図１に示す配電設備劣化診断装置10は、あらかじめ所定のサーバーまたはコンピュータのソフトウェアプログラム上に構築される。設備管理者などの装置ユーザーは前記コンピュータと接続する所定の端末より指令を出し、配電設備劣化診断装置10の診断プログラムを実行して、所定の柱上変圧器の劣化診断を実行する。

本発明における配電設備劣化診断装置10は、複数の需要家に設置される自動検針装置101および撮像装置102と所定の通信ネットワークで接続されている。配電設備劣化診断装置10は自動検針装置101で計測した需要家の電力消費量である需要家負荷ＬD(T) [kWh]を記憶する負荷記憶手段103と、記憶した需要家負荷に基づいて、柱上変圧器の電力負荷である柱上変圧器負荷ＬTR(T)[kWh]と、同負荷の時間積分値である負荷積分値ＷTR[kWh]と、柱上変圧器負荷より抽出した過負荷の時間積分値である過負荷積分値ＷOVR[kWh]を演算する負荷演算手段104とを有する。

さらに、撮像装置102で撮影した柱上変圧器の外観を撮影した画像情報を記憶する画像記憶手段105と、画像情報と負荷演算手段104の算出した柱上変圧器負荷ＬTR(T)および負荷積分値ＷTR、過負荷積分値ＷOVRとを時間同期させる同期手段106と、時間同期後の画像情報（同期画像）に対して所定の画像処理を実行し、柱上変圧器の金属部等に発生する錆および汚れを検出する画像処理手段107とを有する。

また、画像処理手段107の画像処理結果および負荷演算手段104の算出した柱上変圧器負荷ＬTR(T)、負荷積分値ＷTR、過負荷積分値ＷOVRに基づいて、柱上変圧器の劣化状態を推定する劣化診断装置20を備えている。

劣化診断装置20は、前述した柱上変圧器負荷ＬTR(T)、負荷積分値ＷTR、過負荷積分値ＷOVRと、柱上変圧器の仕様情報に基づいて、柱上変圧器内部の絶縁物の劣化状態を推定する内部劣化診断手段108と、画像処理手段107における錆や汚れの検出結果から柱上変圧器の劣化状態を推定する外部劣化診断手段109と、内部劣化診断手段108と外部劣化診断手段109の診断結果を記憶する診断結果記憶手段110から構成される。

配電設備劣化診断装置１０の出力は診断結果出力手段111を介して表示手段112に表示される。

なお、所定の通信ネットワークには、各種電波や光を利用した無線通信技術、およびＰＬＣ(電力線搬送通信)などの有線通信技術を利用した電気通信網が用いられる。

次に各部の機能について説明する。
（１）負荷検出系
自動検針装置101は、電気を使用する需要家の建物に設置され、30分毎の需要家負荷を計測し、計測した需要家負荷のデータは通信ネットワークを介して負荷記憶手段103に送られる。なお、需要家負荷を計測する時間間隔（時間分解能）については、30分間隔以外に1分以上60分以下で5分間隔の時間で設定可能としてもよい。

負荷記憶手段103は、自動検針装置102で計測した需要家負荷と自動検針装置102もしくは需要家の管理番号とを関連付けて記憶する。ここで管理番号の他に、自動検針装置102の製造番号もしくは需要家の住所、郵便番号、地域名などと関連付けて記憶してもよい。

負荷演算手段104は、配電系統において所定の柱上変圧器と連系する複数の需要家負荷ＬD(T)から、柱上変圧器負荷ＬTR(T)を演算する。また、演算した柱上変圧器負荷ＬTR(T)とあらかじめ設定した負荷積分範囲ＲL_Xに応じて負荷積分値ＷTRを演算する。同様に、あらかじめ設定した過負荷閾値ＬTHOVR[kWh]と前記柱上変圧器負荷ＬTR(T)より、過負荷ＬOVR[kWh]を抽出し、あらかじめ設定した過負荷積分範囲ＲOVR_Xに応じて過負荷積分値ＷOVRを演算する。また、前記負荷積分値ＷTRと前記過負荷積分値ＷOVRより過負荷比ＱOVRを演算する。なお、設定する負荷積分範囲および過負荷積分範囲は、所定の時間帯(X=T)、日間(X=D)、週間(X=W)、月間(X=M)、季節(X=SS)、年間(X=Y)であり、また、ユーザーが任意の範囲を時間分解能に応じて設定してもよい。
（２）撮像系
撮像装置102は、柱上変圧器が設置されている電柱と同じ電柱に設置され、負荷演算手段104で演算した負荷積分値ＷTRもしくは過負荷積分値ＷOVRが所定の数値に達した場合に、負荷演算手段104より画像撮影信号を受信し、自動的に柱上変圧器の外観を撮影し、画像記憶手段105に撮影した画像情報を送信する。なお、撮像装置102はＣＣＤカメラ等の固定カメラからなり、全ての柱上変圧器に取り付けてもよいし、管理区毎に１つの柱上変圧器に取り付けてもよい。

画像記憶手段105は、撮像装置102で撮影した柱上変圧器の画像情報を、柱上変圧器の管理番号もしくは製造番号、管理区域等の情報と関連付けて記憶する。なお、画像記憶手段105はＨＤＤ(Hard Disk Drive)やＤＶＤ、ＢＤ（Blue-Ray Disc）などの記録媒体である。

同期手段106は、負荷演算手段104で演算した柱上変圧器負荷ＬTR、負荷積分値ＷTR、過負荷積分値ＷOVRのうち少なくとも一つと、撮像装置102で撮影した柱上変圧器画像を時間同期させ、負荷と同期した画像情報を出力する。画像処理手段107は同期画像に対して画像処理を実行し、柱上変圧器の表面に発生する錆や付着する汚れを検出する。なお、画像処理としては、錆や汚れの形状および分布を検出するパターンマッチングと、錆や汚れの色を識別する手法を利用する。
（３）劣化診断系
劣化診断装置20において、内部劣化診断手段108は柱上変圧器負荷に基づく温度変化および絶縁物の物性値(絶縁物性値)を演算し、柱上変圧器負荷、温度変化、絶縁物性値の少なくともいずれか１つの数値に応じてあらかじめ定義した内部劣化度を設定し、診断結果記憶手段110に設定した内部劣化度を出力する。外部劣化診断手段109は、画像処理手段107で検出した柱上変圧器表面の錆や汚れの面積、色、分布状態に基づいて、あらかじめ定義した外部劣化度を設定し、診断結果記憶手段110に設定した外部劣化度を出力する。診断結果記憶手段110は、内部劣化診断手段108から出力される内部劣化度と、外部劣化診断手段109から出力される外部劣化度を診断対象の柱上変圧器の管理番号もしくは製造番号などと関連付けて記憶する。
（４）結果出力
診断結果出力手段111は、ユーザーが端末装置より発信した診断結果出力指令を受信し、ユーザーが指定した柱上変圧器の劣化診断結果を端末装置に出力する。表示手段112は、診断結果出力手段111より出力された劣化診断結果を保守関連情報と共に端末装置の画面に表示する。なお、保守関連情報とは、柱上変圧器が設置されている管理区名称および番号、巡視優先度、巡視日程、巡視担当者などを含む。
〔劣化診断処理〕
次に、図２を用いて配電設備劣化診断装置１０の処理内容について述べる。図２は、本発明の一実施形態の処理内容を示すフローチャートである。処理ステップS201において、負荷時間計測用のタイマＴL（負荷タイマ:負荷計測期間）の計測を開始してS202に進む。S202において、負荷演算手段104で演算した柱上変圧器負荷ＬTR[kWh]を読み込み、S203に進む。

S203において、S201で計測を開始した負荷タイマＴLとあらかじめ設定する負荷タイマの閾値ＴDnとを(1)式で比較し、負荷計測期間が負荷演算もしくは劣化診断を実行するのに十分な期間に達した否かを判定する。

S203の判定条件が成立する場合（負荷計測フラグfLD_MEASUR＝１）は、負荷計測期間が負荷演算もしくは劣化診断を実行するのに十分な期間に達したと判断してS204に進み、S204において、過負荷閾値ＬTHOVR[kWh]に基づき柱上変圧器負荷ＬTRより過負荷ＬOVR[kWh]を(2)式で抽出する。

(i)(2)が成立する場合

(ii)(2)が不成立の場合

S204において(2)式が成立する場合は、(3)式に従い柱上変圧器負荷ＬTRを過負荷ＬOVRと判断し、(2)式が不成立の場合は(4)式に従い通常の柱上変圧器負荷ＬTRと判断する。S203において、判定条件が不成立の場合（負荷計測フラグfLD_MEASUR＝０）はS202に戻り、引き続き柱上変圧器負荷を読み込む。

次に、S205において、(5)式に基づいて負荷積分値ＷTR[kWh]、(6)式に基づいて
過負荷積分値ＷOVR[kWh]を演算する。

次に、S206においてあらかじめ設定した過負荷積分閾値ＷTHOVRを読み込み、S207に進む。S207において、(5)式および(6)式で演算した負荷積分値ＷTRと過負荷積分値ＷOVRより演算した過負荷比ＱOVRと過負荷積分閾値ＷTHOVRとを(7)式で比較し、所定の期間の柱上変圧器負荷に対して過負荷の割合が所定値に達したか否かを判定する。過負荷の割合が所定値を越えると、変圧器の劣化が急速に進行する。

〔画像情報処理〕
S207において(7)式が成立する場合(負荷積分フラグ：fLD_INTG＝１)は、撮像装置102に画像撮影信号を出力し、撮像装置102にて柱上変圧器を撮影し、S208にて撮影した柱上変圧器の画像情報を読み込む。S20７において(7)式が不成立の場合(負荷積分フラグ：fLD_INTG＝０)は、S202に戻り引き続き柱上変圧器負荷を読み込む。

次に、S209において、S208にて読み込んだ画像情報と柱上変圧器負荷ＬTR、負荷積分値ＷTRもしくは過負荷積分値ＷOVRとを負荷タイマＴLに基づいて時間同期して負荷同期画像情報を作成しS210のパターンマッチング処理に進む。S210において、負荷同期画像情報に対して正規化等の画像調整を実行し、正規化した画像情報において、錆や汚れの特徴量(局所エッジ・面積・分布・色など)を抽出し、抽出した特徴量とあらかじめ記憶した記憶した錆や汚れの形状や色パターンとを比較することにより、柱上変圧器表面に発生した錆や汚れを検出する。

次に、S211において、S210にて検出した錆や汚れの発生度合いに応じて、あらかじめ定義した所定の外部劣化度ＦRUST（tRUST_DAMAGE）を設定したのち、劣化診断を実行し、あらかじめ設定した診断クラス（fCLS_FAULT）に振り分けて、S213に進む。一方、S212において、S205にて演算した柱上変圧器負荷ＬTR、負荷積分値ＷTR、過負荷積分値ＷOVRに基づいて、柱上変圧器内部の温度変化Ｋ[℃]および、絶縁物性値を演算し、絶縁物の余寿命ＺTRを推定する。次いで、演算した余寿命に応じてあらかじめ設定した所定の内部劣化度（tINSL_DAMAGE）を決定したのち、劣化診断を実行し、あらかじめ設定した診断クラス（fCLS_FAULT）に振り分けて、S213に進む。

S213において、S211およびS212で診断した結果をユーザーの端末に出力し、端末画面に表示して、配電設備劣化診断装置10および撮像装置102の処理を終了する。
〔負荷曲線〕
図３は、自動検針装置101で計測する需要家の電力消費量の変化（負荷曲線Ｌ(Ｔ)(負荷パターンとも言う)）の例を示したグラフであり、需要家の負荷曲線303と積分値304、過負荷の積分値308を示す。

図３は、横軸301を時間Ｔ、縦軸302を需要家負荷ＬDとし、実線303が自動検針装置102で計測した需要家負荷を示す。自動検針装置102で計測する需要家負荷ＬD(T)は、基本的に時間間隔ΔＴL(305)が30分間となる電力消費量[kWh]であり、電力消費量の瞬時値の30分間の積分値304である。時間間隔ΔＴL(305)として5分から60分まで5分間隔の任意の値を設定してもよい。ここで示す過負荷閾値ＬTHD_OVR(点線306)は、配電系統で連系する柱上変圧器の容量[kVA]もしくは過負荷率[％]に応じてあらかじめ設定される数値であり、本閾値を超えた負荷を過負荷ＬD_OVR[kWh](307)とする。面積308は該過負荷ＬD_OVR[kWh]の積分値ＷD_OVRであり（８）式で演算される。

なお、柱上変圧器負荷ＬTR[kWh]は、各時間毎に配電系統で連系する需要家の負荷ＬD(T)を合計した数値であり、ある時間ＴLの柱上変圧器負荷は(9)式で演算される。

以上のように、需要家負荷[kWh]は自動検針装置102により30分間隔でリアルタイムに計測され、通信ネットワークを介して負荷記憶手段103に記憶される。
〔負荷演算処理〕
次に、図４を用いて負荷演算手段104（図２の負荷・過負荷積分演算S205）の処理内容について詳細に述べる。図４は負荷演算手段104の処理内容をしめすフローチャートである。

S401において、自動検針装置102で計測した需要家負荷ＬD[kWh]を読み込み、S402に進む。S402において、S401で読み込んだ複数の需要家の負荷ＬDに基づいて、柱上変圧器負荷ＬTR[kWh]を(9)式より演算し、S403に進む。S403において、過負荷閾値ＬTHOVR[kWh]に基づき柱上変圧器負荷ＬTRより過負荷ＬOVR[kWh]を(2)式で抽出する。S403において(2)式が成立する場合は、(3)式に従い柱上変圧器負荷ＬTRを過負荷ＬOVRと判断し、(2)式が不成立の場合は(4)式に従い通常の柱上変圧器負荷ＬTRと判断する。

次に、S404において、任意の負荷積分範囲ＲL_X(Ｔs≦Ｔ≦Ｔg)を読み込み、S405に進む。S405において、任意の過負荷積分範囲ＲOVR_X(ＴS≦Ｔ≦ＴG)を読み込み、S406に進む。なお、負荷積分範囲と過負荷積分範囲は、所定の時間帯(X=T)、日間(X=D)、週間(X=W)、月間(X=M)、季節(X=SS)、年間(X=Y)である。また、ユーザーが任意の範囲を時間分解能に応じて設定してもよい。ただし、負荷積分範囲と過負荷積分範囲は(10)式の関係が成立する。

S406において、S402で演算した柱上変圧器負荷ＬTRとS404で読み込んだ負荷積分範囲ＲL_Xに基づいて負荷積分値ＷTRを(5)式より演算し、S407に進む。S407において、S403で抽出した柱上変圧器の過負荷ＬOVRとS405で読み込んだ過負荷積分範囲ＲOVR_Xに基づいて過負荷積分値ＷOVRを(6)式より演算し、S408に進む。S408において、S406で演算した負荷積分値ＷTRとS407で演算した過負荷積分値ＷOVRに基づいて、過負荷比ＱOVRが(11)式より演算される。

以上のように、負荷演算手段104において、自動検針装置102で計測した需要家負荷に基づいて、配電系統で需要家と連系する所定の柱上変圧器の柱上変圧器負荷の積分値および過負荷の積分値と、負荷に対する過負荷の比(過負荷比)を演算する。
〔画像情報の取得〕
次に、図５を用いて柱上変圧器の画像情報とその取得方法について述べる。図５Ａは撮像装置503(図１の撮像装置102に対応する)と画像情報取得方法の一実施例を示しており、図５Ｂはその画像情報を示す。

電柱501に柱上変圧器502が設置されており、撮像装置503は同電柱501に取り付けられる撮像装置支柱504に取り付けられる。撮像装置503は一般的な監視カメラのような固定カメラでよく動画像および静止画像を撮影する。一方、撮像装置503は柱上変圧器502の側面もしくは上面(上蓋)を撮影できるような位置および角度で取り付けられ、柱上変圧器の側面および上面を撮影する。ただし、側面と底面を撮影できるように取り付けてもよく、また、上面、側面、底面のいずれかのみを撮影できる位置に取り付けてもよい。

また、撮像装置503は柱上変圧器502１基もしくは電柱501一本あたり、撮像装置503を一台もしくは複数台を設置してもよく、また、管理区毎に劣化状況の指標とする柱上変圧器502および電柱503をあらかじめ指定して、該柱上変圧器にのみ設置してもよい。後者の場合は、撮像装置503の費用を大幅に低減できる。

撮像装置503で撮影した柱上変圧器502の画像情報は、無線通信手段505で自動送信され、データ管理センタ50などに設置された通信端局506で受信し、センタ50内の通信ネットワーク（LAN等）507を介して画像情報データベース508(画像記憶手段105)に順次記憶される。なお、画像情報の通信手段は、光ケーブルやＰＬＣなどの有線通信を利用してもよい。ユーザー509は、所定の端末装置より該画像情報データベース508にアクセスし、画像情報を確認することが可能である。

図５Ｂは、前述した画像情報510を示しており、柱上変圧器502の側面511および上面512が映し出されている柱上変圧器画像510である。柱上変圧器画像510では、柱上変圧器502に発生した錆513および付着した汚れ514も撮影可能であり、ユーザーが端末装置より撮像装置503に指令を出した場合には、錆513や汚れ514の近接画像を取得してもよい。

以上のように、所定の柱上変圧器に対して電柱に設置された撮像装置より、柱上変圧器の画像情報を自動で取得し、柱上変圧器の状態を適宜管理することが可能となる。
〔撮像処理〕
次に、図６を用いて撮像装置の処理内容について述べる。図６は画像情報を取得する場合の撮像装置102の処理内容を示すフローチャートである。

S601において、配電設備劣化診断装置10においてカウントを開始した負荷タイマＴLを読み込み、S602に進む。S602において、負荷演算手段104で演算された過負荷比ＱOVRを読み込み、S603に進む。なお、過負荷比ＱOVRの他に同じく負荷演算手段104で演算された柱上変圧器負荷ＬTR、負荷積分値ＷTR、過負荷積分値ＷOVRのいずれかを読み込んでもよい。

S603においてあらかじめ設定した過負荷積分閾値ＷTHOVRを読み込み、S604に進む。S604において、S602で読み込んだ過負荷比ＱOVRとS603で読み込んだ過負荷積分閾値ＷTHOVRとを(7)式で比較し、所定の期間の柱上変圧器負荷に対して過負荷の割合が所定の割合に達したか否かを判定する。S604において(7)式が成立する場合(負荷積分フラグ：fLD_INTG＝１)はS605に進み、S605において撮像装置102へ画像撮影信号と負荷タイマＴLを出力し、S606へ進む。

S606において、撮像装置102は、S605にて配電設備劣化診断装置より送信された画像撮影信号を受信し、S607へ進む。S607において、撮像装置102は所定の柱上変圧器を撮影することにより画像情報を取得と同時に取得時の負荷タイマＴpctL(画像取得タイマ)を記録し、S608に進む。なお、画像情報はデジタル画像情報であり、画像情報を複数取得してもよい。また、撮影時にS601にて読み込んだ負荷タイマＴLをナンバリングする。S608にて撮影した柱上変圧器の画像情報を配電設備劣化診断装置へ送信し、S609に進む。

S609において、撮像装置102より送信された画像情報を画像記憶手段105に記憶し、処理を終了する。

一方、S604において(7)式が不成立の場合(負荷積分フラグ：fLD_INTG＝０)は、S601に戻り負荷タイマＴLを読み込む。
〔同期処理〕
次に、図７を用いて同期手段106(S209)の処理内容について述べる。図７は、同期手段106の処理内容を示すフローチャートである。

S701において、配電設備劣化診断装置10においてカウントを開始した負荷タイマＴLを読み込み、S702に進む。S702において、負荷演算手段104で演算した負荷積分値ＷTR[kWh]を読み込み、S703へ進む。S703において、負荷演算手段104で演算した過負荷積分値ＷOVR[kWh]を読み込み、S704へ進む。S704において、同じく負荷演算手段104で演算した過負荷比ＱOVRを読み込み、S705へ進む。S705において、画像記憶手段105に記憶された柱上変圧器画像を読み込み、S706へ進む。

S706において、S701で読み込んだ負荷タイマＴLについて、柱上変圧器負荷ＬTR、負荷積分値ＷTRおよび過負荷積分値ＷOVRのタイマＴCLと、S705にて読み込んだ画像情報に記録されている画像情報取得時のタイマＴpctL(画像取得タイマ)との整合判定を(12)式より実施する。

S706において(12)式が成立する場合（同期フラグ：fSAME_PRD＝１）は、各種負荷演算値と画像情報とが同時期のパラメータであると判断してS707へ進み、S707において、該画像情報と該負荷演算値(柱上変圧器負荷、負荷積分値、過負荷積分値)に対して時間同期処理を実行し、S708に進む。S708において、負荷同期後の画像情報（同期画像）を画像処理手段107に出力して、同期手段106の処理を終了する。また、S706において(12)式が不成立の場合は、同期手段106の処理を終了する。
〔画像処理〕
次に、図８を用いて画像処理手段107の処理内容について述べる。図８は、画像処理手段108の処理内容を示すフローチャートである。
S801において、同期手段106にて負荷演算値との時間同期処理を実行した画像情報（同期画像）を読み込み、S802へ進む。S802において、あらかじめ多数の柱上変圧器の錆および汚れに関する画像情報を学習処理した錆画像情報のテンプレートを読み込み、S803に進む。

なお、学習処理とは、あらかじめ柱上変圧器の表面に発生する錆や汚れの特徴量に関する事例を複数与えておき、錆や汚れの特徴量に関する教師データ(テンプレート)を作成する。なお、特徴量とは形状、色、分布である。形状とは錆や汚れのエッジ、分布とは画像上での位置もしくは柱上変圧器上での位置である。

S803において、画像上の柱上変圧器もしくは錆や汚れ発生範囲を切り出し、S804に進む。S804において、S803にて切り出した画像を最も小さい錆画像の画素数に合わせて正規化し、S805に進む。なお、切り出し画像の正規化については、最も大きい錆画像の画素数に合わせて正規化してもよい。その場合、画像処理の処理精度は向上すると同時に処理時間も大きくなる。

S805において、S804にて正規化した画像情報から錆および汚れの特徴量を抽出し、その抽出した特徴量とS802で読み込んだテンプレートとを比較することにより、柱上変圧器の錆や汚れを検出する。次にS806において、S805の検出結果を外部劣化診断手段109に出力し、画像処理手段107の処理を終了する。
〔内部劣化診断〕
次に、図９を用いて内部劣化診断手段108の処理内容について述べる。図９は内部劣化診断手段108の処理内容を示すフローチャートである。

まず、S901において、配電設備劣化装置10においてカウントを開始した負荷タイマＴLを読み込み、S902に進む。S902において、負荷演算手段104で演算した柱上変圧器負荷ＬTRを読み込み、S903に進む。S903において、負荷演算手段104で演算した過負荷ＬOVRを読み込み、S904に進む。S904において、負荷演算手段104で演算した負荷積分値ＷTR[kWh]を読み込み、S905へ進む。S905において、負荷演算手段104で演算した過負荷積分値ＷOVR[kWh]を読み込み、S906へ進む。

S906において、柱上変圧器負荷ＬTRに応じた柱上変圧器の巻線温度変化Ｋ(Ｔ)[℃]を演算し、S907へ進む。ここで、巻線温度変化は経過時間Ｔの関数であるが、柱上変圧器負荷ＬTRを変数とした温度関数Ｋ(ＬTR)[℃]でもよく、柱上変圧器の機種、柱上変圧器負荷および実験による温度実測値に基づいて回帰分析などの統計分析により温度関数Ｋ(ＬTR)を求めてもよい。

S907において、S906で演算した巻線温度変化Ｋに基づいて、該柱上変圧器の絶縁物の物性値の物理的変化を(13)(14)式および種々の実験式より演算し、S908へ進む。なお、絶縁物の物性値とは絶縁紙の場合は、平均重合度残率の他に引張強度、平均重合度残率半減時間、余寿命である。また、絶縁物とは絶縁油でもよく、その場合は油中の炭酸ガス濃度でもよい。ここでkは反応速度定数、Ａは定数、Ｅは活性化エネルギー、Ｒは気体定数である。

次に、S908において、あらかじめ定義した内部劣化度ＦIN（tINSL_DAMAGE）を読み込み、S909に進む。S909において、S907で演算した絶縁物の物性値に応じて内部劣化度ＦINを設定し、S910に進む。なお、絶縁物の物性値の他に、S906で演算した柱上変圧器の巻線温度変化Ｋ(Ｔ)、S904およびS905で読み込んだ負荷積分値ＷTR、過負荷積分値ＷOVRでもよい。

また、内部劣化度ＦIN（tINSL_DAMAGE）は離散(ステップ)型もしくは連続型(関数)で定義してもよく、配電設備劣化診断装置10ではテーブル値として定義される。S910において、あらかじめ定義した診断クラス(fCLS_FAULT)とS909で指定した内部劣化度に応じて、該柱上変圧器内部の劣化状況を所定のクラスに振り分けて、S911に進む。なお、通常の診断クラスは「利用」「再利用」「廃棄」の３クラスを定義するが、「利用」「廃棄」の２クラスでもよく、ユーザーが従来の規定に則り、任意に定義可能である。

S911において、S910の診断結果を診断結果記憶手段110に出力し、内部劣化診断手段108の処理を終了する。
〔外部劣化診断〕
次に、図１０を用いて外部劣化診断手段109の処理内容について述べる。図１０は、外部劣化診断手段109の処理内容を示すフローチャートである。

まずS1001において、画像処理手段107にて検出した所定の柱上変圧器の錆および汚れの検出結果を読み込み、S1002に進む。S1002において、あらかじめ定義した外部劣化度ＦRUST（tRUST_DAMAGE）を読み込み、S1003に進む。S1003において、S1001にて読み込んだ錆および汚れの検出結果に応じて外部劣化度ＦRUST（tRUST_DAMAGE）を設定し、S1004に進む。

S1004において、あらかじめ定義した診断クラス(fCLS_FAULT)とS1003で指定した外部劣化度に応じて、柱上変圧器外部の劣化状況を所定のクラスに振り分けて、S1005に進む。S1005において、S1004の診断結果を診断結果記憶手段110に出力し、外部劣化診断手段109の処理を終了する。
〔診断事例〕
図１１Ａ〜１１Ｃは、劣化診断装置20における劣化診断の一例を示す。図１１Ａは内部劣化度の定義の一例、図１１Ｂは外部劣化度の一例、図１１Ｃは内部劣化度と外部劣化度に基づく劣化診断(クラス分け)の一例を示す。

図１１Ａは横軸1100に余寿命、縦軸1101に内部劣化度ＦINをとり、内部劣化度ＦINの定義の一実施例を示したグラフである。実線1102は余寿命ＮRの範囲に応じて離散型(ステップ型)に設定した内部劣化度である。それぞれ余寿命ＮRの数値が大きいほど内部劣化度は小さい。たとえば、図１１Ａの実施例では式(15)のように定義されている。
内部劣化度Ｆ1IN：余寿命Ｎ1R＜ＮＲ≦Ｎ0R
内部劣化度Ｆ2IN：余寿命Ｎ2R＜ＮＲ≦Ｎ1R
内部劣化度Ｆ3IN：余寿命Ｎ3R＜ＮＲ≦Ｎ2R ・・・（１５）
内部劣化度Ｆ4IN：余寿命Ｎ4R＜ＮＲ≦Ｎ3R
内部劣化度Ｆ5IN：余寿命Ｎ5R＜ＮＲ≦Ｎ4R
ここで、余寿命がＮ5R(1105)以下の値ＮDAMAGE(1106)の場合は設備の継続利用を禁止し、ただちに新しい柱上変圧器と交換するという判断を下す必要がある。

点線1103と1104の曲線は内部劣化度ＦINを余寿命ＮRの関数ＦIN (ＮR)として定義した例であり、多項式、指数関数、対数関数などで定義してよい。また直線の一次式で定義してもよい。

なお、内部劣化度と対応するパラメータとして、余寿命の他に、負荷積算値、過負荷積算値、過負荷比、巻線温度変化、平均重合度残率、平均重合度残率半減時間のうち少なくとも一つであればよい。

図１１Ｂは、外部劣化度ＦRUSTを定義した表1107を示している。表1107では、錆総面積ＳR[m2](1108)と錆色ＣR(1110)を指標にした場合のが部劣化度定義の表である。錆総面積ＳR(1108)については、総面積ＳRが大きい(1109)ほど外部劣化度が高いとする。同様に、錆色ＣR(1110)については、色が薄茶色から赤褐色(1111)に変化するにつれて、錆による金属の腐食が進行していると判断し、外部劣化度が高いとする。以上、錆面積と錆色の２つの指標により外部劣化度をＥ１〜Ｅ１６まで細分化しており、Ｅ１〜Ｅ５の場合は外部の劣化状況としては安全領域、Ｅ６〜Ｅ１３の場合は注意領域、Ｅ１４〜Ｅ１６の場合は危険領域であり交換が必要となる劣化状況と判断する。なお、指標に関しては錆分布や錆面積の割合等を用いてもよく、外部劣化度定義の表1107は４×４＝１６でなくてもよい。

図１１Ｃは、図１１Ａ、Ｂでそれぞれ定義した内部劣化度(1113)を横軸にとり、外部劣化度(1114)を縦軸にとり、劣化診断時の診断クラス(fCLS_FAULT)を定義した表1112である。内部劣化度および外部劣化度に応じて診断クラスが自動的に設定され、該診断クラスに応じて「利用」「再利用」「廃棄」を自動的に判断する。なお、各診断クラスと「利用」「再利用」「廃棄」に該当する領域(表1112上の色が異なる領域)との対応はユーザーが任意に設定・変更してもよい。

図１２は、診断結果出力手段111と表示手段112の一例を示す。本装置のユーザーは、表示手段112として配電設備劣化診断装置10があらかじめプログラミングされたサーバーまたはコンピュータにアクセスできる所定の端末装置の画面1200において、診断結果画面1201を表示することが可能である。

診断結果画面1201において、外部劣化診断結果の表示については、枠1202に図１１Ｂの表1107で示した外部劣化度を表示し、枠1203診断した柱上変圧器の画像を表示する。内部劣化診断結果の表示については、枠1204に図１１Ａのグラフで定義した内部劣化度を表示し、枠1205に該柱上変圧器の余寿命ＮRを表示する。また、総合判定結果の枠1208には、図１１Ｃで定義した劣化診断クラスを表示する。

その他、該柱上変圧器に関する保守情報を所定の枠に表示することで、設備管理の利便性を向上する。たとえば、図１２の場合、枠1209には、該柱上変圧器が設置されている管理区の番号もしくは地域名を表示、枠1210には枠1208に表示される劣化診断クラスに基づいて順位づけされる巡視優先度を表示し、枠1211には該柱上変圧器に関する次回の巡視年月日と曜日を表示し、枠1212には前回の巡視年月日と曜日が表示される。また、枠1213には次回の巡視担当者名もしくは該柱上変圧器の保守を担当する作業員名が表示される。枠1214は巡視担当者もしくは保守担当者が、診断した柱上変圧器に対するコメントを表示することが可能であり、直接書き込むことを可能としてもよい。

なお、ボタン1206は次の診断結果を表示するための指示ボタンであり、ボタン1206をクリックすることにより、柱上変圧器の診断結果を順次閲覧することができる。ボタン1207はボタン1206とは反対に前の診断結果を表示するための指示ボタンであり、ボタンをクリックすることにより、柱上変圧器の診断結果を前回に戻って閲覧することができる。

以上説明したように、配電設備劣化診断装置があらかじめプログラミングされたサーバーおよびコンピュータにアクセスできる所定の端末装置の画面に診断結果を表示することにより、本発明による装置の利便性をしている。

10：配電設備劣化診断装置
20：劣化診断装置
101：自動検針装置
102：撮像装置
103：負荷記憶手段
104：負荷演算手段
105：画像記憶手段
106：同期手段
107：画像処理手段
108：内部劣化診断手段
109：外部劣化手段
110：診断結果記憶手段
111：診断結果出力手段
112：表示手段

Claims (11)

1. 需要家負荷を計測する自動検針装置と、配電設備の外観を撮影する撮像装置の情報とに基づいて劣化診断手段により前記配電設備の劣化診断を行う配電設備劣化診断装置において、
   前記自動検針装置から取得する需要家負荷を記憶する負荷記憶手段と、該負荷記憶手段の負荷に対して所定の演算を実行する負荷演算手段と、前記撮像装置で撮影した前記配電設備外観の画像情報を記憶する画像情報記憶手段と、前記負荷演算手段で演算した配電設備の負荷、負荷積算値、過負荷積算値のうち少なくとも一つと、前記撮像装置で撮影した画像情報とを時間同期させる同期手段を有することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
2. 請求項１に記載の配電設備劣化診断装置において、前記配電設備負荷を用いて前記負荷演算手段で演算した負荷積算値および過負荷積算値のうち、少なくとも一つに基づいて、前記配電設備内部にある絶縁物の物性値の時間変化を分析することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
3. 請求項１または２に記載の配電設備劣化診断装置において、前記配電設備の外観を撮影した前記画像情報に対して画像処理を実行する画像処理手段を設け、前記配電設備の外部に発生する錆または汚れの少なくとも一つを検出することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
4. 請求項２に記載の配電設備劣化診断装置において、前記配電設備負荷と、前記負荷演算手段で演算した負荷積算値もしくは過負荷積算値のうち、少なくとも一つに基づいて、前記配電設備内部にある絶縁物の物性値の時間変化を推定する内部劣化診断手段を備え、前記絶縁物の絶縁性能の低下を内部劣化度として設定することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
5. 請求項３に記載の配電設備劣化診断装置において、前記撮像装置で撮影した所定の配電設備の外観の画像情報に対して所定の画像処理を実行し、前記配電設備の表面に発生する錆または汚れの少なくとも一つを検出する画像処理手段を備え、検出した錆または汚れの特徴量と、あらかじめ複数の発生パターンを記憶している錆または汚れの特徴量とを比較し、少なくとも一つが類似している場合に、前記特徴量に応じた外部劣化度を設定する外部劣化診断手段を有することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
6. 請求項４または５に記載の配電設備劣化診断装置において、前記内部劣化度もしくは前記外部劣化度のうち少なくとも一方の劣化度に対して、前記配電設備の仕様、設置環境に関する情報、気象情報のうち少なくとも一つを加算して故障リスクを設定することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
7. 請求項２乃至６のいずれかに記載の配電設備劣化診断装置において、前記内部劣化診断手段で推定する絶縁物の物性値の時間変化および対応する内部劣化度、または前記画像処理手段で検出した錆または汚れの特徴量および前記外部劣化診断手段で設定した外部劣化度の少なくとも一つを記憶する診断結果記憶手段を有し、前記劣化診断手段で推定された絶縁物の物性値の時間変化および内部劣化度、または前記錆または汚れの特徴量および外部劣化度に対して、配電設備の仕様、設置環境に関する情報のうち少なくとも一つの情報を関連付けて診断結果を記憶することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
8. 請求項２乃至７のいずれかに記載の配電設備劣化診断装置において、前記内部劣化診断手段で推定する絶縁物の物性値の時間変化および対応する内部劣化度、または前記画像処理手段で検出した錆もしくは汚れの特徴量とその画像情報、および前記外部劣化診断手段で設定した外部劣化度のうち、少なくとも一つを端末装置の画面上に出力表示することを特徴とする配電設備劣化診断装置。
9. 需要家負荷を含む配電設備負荷を計測する自動検針装置と、配電設備の外観を撮影する撮像装置の情報とに基づいて劣化診断手段により前記配電設備の劣化診断を行う配電設備劣化診断装置において、
   前記自動検針装置から取得する需要家の負荷を記憶する負荷記憶手段と、前記負荷に対して所定の演算を実行する負荷演算手段と、前記撮像装置で撮影した前記配電設備外観の画像情報を記憶する画像情報記憶手段と、前記負荷演算手段で演算した配電設備の負荷、負荷積算値、過負荷積算値のうち少なくとも一つと前記画像情報とを時間同期させる同期手段と、前記配電設備負荷を用いて前記負荷演算手段で演算した負荷積算値および過負荷積算値のうち、少なくとも一つに基づいて、前記配電設備内部にある絶縁物の物性値の時間変化を分析する内部劣化診断手段と、前記配電設備の外観を撮影した前記画像情報に対して画像処理を実行し、前記配電設備の外部に発生する錆もしくは汚れの少なくとも一方を検出する外部劣化診断手段と、前記内部劣化診断手段で推定する絶縁物の物性値の時間変化の推定結果および対応する内部劣化度、もしくは前記画像処理手段で検出した錆もしくは汚れの特徴量、および前記外部劣化診断手段で設定した外部劣化度を記憶する診断結果記憶手段と、前記診断結果を端末装置の画面上に表示する表示手段とを備えることを特徴とする配電設備劣化診断装置。
10. 請求項１乃至９のいずれかに記載の配電設備劣化診断装置において、前記需要家負荷は前記自動検針装置が設置されている建物において需要家が消費する電力消費量であり、前記配電設備負荷は所定の配電設備に関する電力負荷でありかつ前記配電設備が連系する複数の需要家の電力消費量の合計値であることを特徴とする配電設備劣化診断装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の配電設備劣化診断装置において、前記配電設備は配電系統に電気的に接続される機器であって柱上変圧器、開閉器、電線、自動電圧調整器、支持物のうち少なくとも一つを含むことを特徴とする配電設備劣化診断装置。

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