JP2017110916A - Deterioration diagnostic device and deterioration diagnostic method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、高圧受配電機器を構成する絶縁がいしの経年使用に伴う劣化状態を診断するための劣化診断装置及び劣化診断方法に関する。 The present invention relates to, for example, a deterioration diagnosis apparatus and a deterioration diagnosis method for diagnosing a deterioration state associated with aged use of an insulating insulator constituting a high-voltage power distribution device.
高圧受配電機器は、高電圧構造物を一定サイズの配電盤に格納した装置である。配電盤内部の電位差が大きい箇所は、離隔距離を大きくしたり、絶縁物を挟んだりして、所定の絶縁強度を確保している。絶縁物は、経年使用により絶縁性能が劣化すると、最終的には絶縁破壊し故障に至るため、故障を未然に防ぐ絶縁物の劣化診断・余寿命診断技術が求められている。 A high-voltage power distribution device is a device in which a high-voltage structure is stored in a distribution board of a certain size. A portion having a large potential difference inside the switchboard is provided with a predetermined insulation strength by increasing a separation distance or sandwiching an insulator. When insulation performance deteriorates due to use over time, the insulation eventually breaks down and results in failure. Therefore, there is a need for an insulation deterioration diagnosis / remaining life diagnosis technology that prevents failure.
例えば、特許文献1には、絶縁劣化度合推定方法に関する発明が開示されている。具体的には、固体絶縁物表面の色相、明度、彩度を分光色差計により測定し、その測定値と予め作成した検量線とに基づいて、固体絶縁物表面の絶縁劣化度合を推定している(特許文献1の特許請求の範囲等参照)。
For example,
また、下記特許文献2には、受配電機器用固体絶縁物の余寿命推定方法に関する発明が開示されている。具体的には、固体絶縁物の光沢、色彩、及び成分(炭化水素基の量)の各評価項目を、それぞれ可搬型光沢計、可搬型色彩計及び簡易型赤外分光光度計で測定する。続いて、各評価項目による測定結果を総合的に解析して1つの劣化指標(マハラノビスの距離)で表し、予め作成した運転時間と劣化指標との関係から、余寿命を推定している(特許文献2の段落[0011]〜[0016]参照)。
しかしながら、上述した各特許文献に記載された発明では、固体絶縁物の劣化指標のデータベースを予め作成しておかなければ、劣化状態を診断することができないという問題がある。また、固体絶縁物の素材に応じてデータベースを作成しなければならず、劣化診断の前準備が煩雑になるという問題もある。 However, the invention described in each of the above-mentioned patent documents has a problem that a deterioration state cannot be diagnosed unless a database of deterioration indicators for solid insulators is created in advance. In addition, a database must be created according to the material of the solid insulator, which causes a problem that preparation for deterioration diagnosis becomes complicated.
また、各特許文献に記載された発明では、劣化診断の指標として、固体絶縁物の色相や光沢、彩度の変化等を用いている。しかしながら、これらは、絶縁性能低下とは無関係な減少(日焼けや汚れ等)で生じる可能性がある。このため、劣化診断を精度よく行うことが困難であるという問題がある。 Moreover, in the invention described in each patent document, the hue, gloss, saturation change, etc. of the solid insulator are used as indicators for deterioration diagnosis. However, these may be caused by a decrease (sunburn, dirt, etc.) unrelated to the insulation performance degradation. For this reason, there is a problem that it is difficult to accurately perform deterioration diagnosis.
また、各特許文献に記載された発明の劣化診断の指標では、固体絶縁物が設置されている現地で直接に測定すると、外乱の影響が大きい。このため、正確に劣化診断を行うことができないという問題がある。 Further, according to the indicators of the deterioration diagnosis of the invention described in each patent document, the influence of disturbance is large when measured directly at the site where the solid insulator is installed. For this reason, there exists a problem that a deterioration diagnosis cannot be performed correctly.
本発明は、これらのような問題点に鑑みてなされたものであり、マスターデータを必要とすることなく、現地で且つ非破壊にて劣化診断を行うことができる劣化診断装置及び劣化診断方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the problems as described above, and provides a deterioration diagnosis apparatus and a deterioration diagnosis method capable of performing deterioration diagnosis on-site and non-destructively without requiring master data. The purpose is to provide.
本発明における劣化診断装置は、絶縁物の絶縁表面の振動スペクトルを取得する振動分光計と、前記振動スペクトルの同一波長における、初期状態からの光強度変化量を検出する検出部と、前記光強度変化量に基づいて、前記絶縁物の劣化状態を診断する診断部と、を有することを特徴とする。 The deterioration diagnosis apparatus according to the present invention includes a vibration spectrometer that acquires a vibration spectrum of an insulating surface of an insulator, a detection unit that detects a change in light intensity from an initial state at the same wavelength of the vibration spectrum, and the light intensity. And a diagnostic unit for diagnosing the deterioration state of the insulator based on the amount of change.
上記劣化診断装置においては、前記振動スペクトルのピークから物質を同定するピーク解析部を備えることができる。 The deterioration diagnosis apparatus can include a peak analysis unit that identifies a substance from the peak of the vibration spectrum.
例えば、上記劣化診断装置において、前記振動分光計は、ラマン分光計であることが好ましい。 For example, in the deterioration diagnostic apparatus, the vibration spectrometer is preferably a Raman spectrometer.
特に、上記劣化診断装置においては、前記絶縁表面に照射するレーザ光の励起波長が、785nm以上であることが好ましい。 In particular, in the deterioration diagnosis apparatus, it is preferable that the excitation wavelength of the laser light applied to the insulating surface is 785 nm or more.
また、上記劣化診断装置において、前記診断部は、前記絶縁物の絶縁表面に付着した付着物の塩化物イオンに起因する光強度も加味して、前記劣化状態を診断することが可能である。 In the deterioration diagnosis apparatus, the diagnosis unit can diagnose the deterioration state in consideration of light intensity caused by chloride ions of deposits attached to the insulating surface of the insulator.
本発明における劣化診断方法は、絶縁物の絶縁表面の振動スペクトルを取得し、前記振動スペクトルの同一波長における、初期状態からの光強度変化量を検出し、前記光強度変化量に基づいて、前記絶縁物の劣化状態を診断することを特徴とする。 The deterioration diagnosis method in the present invention acquires a vibration spectrum of an insulating surface of an insulator, detects a light intensity change amount from an initial state at the same wavelength of the vibration spectrum, and based on the light intensity change amount, It is characterized by diagnosing the deterioration state of the insulator.
上記劣化診断方法においては、記振動スペクトルのピークから物質を同定することができる。 In the deterioration diagnosis method, a substance can be identified from the peak of the vibration spectrum.
また、上記劣化診断方法においては、前記絶縁物の絶縁表面に付着した付着物の塩化物イオンに起因する光強度を取得し、前記光強度も加味して、前記劣化状態を診断することが可能である。 Further, in the deterioration diagnosis method, it is possible to obtain the light intensity caused by the chloride ions of the deposits attached to the insulating surface of the insulator and diagnose the deterioration state in consideration of the light intensity. It is.
例えば、上記劣化診断方法においては、ラマン分光計を用いて、前記振動スペクトルとしてのラマンスペクトルを取得し、このとき、前記絶縁表面に照射するレーザ光の励起波長を、785nm以上とすることが好ましい。 For example, in the above degradation diagnosis method, it is preferable that a Raman spectrum as the vibration spectrum is obtained using a Raman spectrometer, and at this time, the excitation wavelength of the laser light applied to the insulating surface is 785 nm or more. .
また、上記劣化診断方法においては、前記絶縁物の絶縁表面の清掃前後における劣化状態を評価し、前記清掃の効果を考慮した余寿命を診断することが可能である。 Further, in the deterioration diagnosis method, it is possible to evaluate a deterioration state before and after cleaning the insulating surface of the insulator, and to diagnose the remaining life in consideration of the effect of the cleaning.
本発明によれば、振動スペクトルの同一波長における、初期状態からの光強度変化量を検出し、この光強度変化量に基づいて劣化状態を診断することで、劣化診断用のマスターデータを必要とすることなく、現地で且つ非破壊にて劣化診断を行うことができる。 According to the present invention, master data for deterioration diagnosis is required by detecting a light intensity change amount from the initial state at the same wavelength of the vibration spectrum and diagnosing the deterioration state based on the light intensity change amount. Without deterioration, it is possible to perform deterioration diagnosis on site and non-destructively.
以下、本発明の一実施の形態に係る劣化診断装置について、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明に係る劣化診断装置については、以下の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨の範囲内で種々変形して実施することができる。 Hereinafter, a deterioration diagnosis apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The deterioration diagnosis apparatus according to the present invention is not limited to the following embodiment, and can be implemented with various modifications within the scope of the spirit thereof.
本発明に係る劣化診断装置おける劣化診断対象は、例えば、高圧受配電機器を構成する絶縁がいしである。絶縁がいしは、ポリエステル樹脂やエポキシ樹脂等の固体絶縁物で形成される。これらの絶縁物は、経年使用により絶縁性能が劣化すると最終的には絶縁破壊に至る。一旦、絶縁破壊が発生すると、高圧受配電機器の復旧に時間と費用が掛かり、社会的にも莫大な損失が発生する。 An object of deterioration diagnosis in the deterioration diagnosis apparatus according to the present invention is, for example, an insulation insulator that constitutes a high-voltage power distribution device. The insulating insulator is formed of a solid insulator such as polyester resin or epoxy resin. These insulators eventually lead to dielectric breakdown when the insulation performance deteriorates with age. Once dielectric breakdown occurs, it takes time and money to restore the high-voltage power distribution equipment, resulting in a huge social loss.
固体絶縁物は、絶縁物内部を貫通破壊するバルク絶縁性能が非常に高い。一方、固体絶縁物は、絶縁表面を沿面破壊する沿面絶縁性能の低さが問題点として指摘されている。 The solid insulator has a very high bulk insulation performance that breaks through the inside of the insulator. On the other hand, it has been pointed out that the solid insulating material has a problem of low creeping insulation performance that creeps the insulating surface.
一般的な絶縁物劣化による沿面絶縁破壊のメカニズムは、(1)絶縁表面に汚損物質が付着、(2)汚損物質が湿潤して絶縁表面抵抗が低下、(3)絶縁表面の漏れ電流が増加、(4)ジュール熱により乾燥帯が発生、(5)乾燥帯への電圧集中で微小放電(シンチレーション)が発生、(6)放電分解生成物で絶縁表面が変質、(7)(1)〜(6)を繰り返して炭化導電路が発生、(8)炭化導電路先端で放電を繰り返して導電路が成長、(9)絶縁破壊、とされる。 The mechanism of creeping breakdown due to general insulator deterioration is that (1) fouling substances adhere to the insulating surface, (2) fouling substances wet and the insulating surface resistance decreases, and (3) leakage current on the insulating surface increases. (4) Dry zone is generated by Joule heat, (5) Micro discharge (scintillation) is generated due to voltage concentration on the dry zone, (6) Insulation surface is altered by discharge decomposition products, (7) The carbonized conductive path is generated by repeating (6), (8) the conductive path grows by repeating the discharge at the tip of the carbonized conductive path, and (9) dielectric breakdown.
ここで、絶縁物の表面絶縁特性の低下は、主に、汚損付着物と表面変質とが問題とされる。前者については、「産業用情報処理・制御機器設置環境基準:JEITA IT−1004」にて、付着物の汚染度の評価基準が定められている。本実施の形態においても、後述するように、汚損付着物の等価塩分付着量を、付加的に劣化診断の評価に取り入れることとしている。一方、後者については、従来では、現地で且つ非破壊にて分析する手法が確立されていない。また、先に挙げた特許文献に記載の発明では、固体絶縁物の素材に応じてデータベースを作成しなければならず、劣化診断が煩雑な作業となり、簡単且つ精度よく劣化診断することができないという問題がある。 Here, the deterioration of the surface insulating properties of the insulator is mainly caused by fouling deposits and surface alteration. Regarding the former, “industrial information processing / control equipment installation environment standard: JEITA IT-1004” defines an evaluation standard for the degree of contamination of deposits. Also in this embodiment, as will be described later, the equivalent salt adhesion amount of the fouling deposit is additionally taken into the evaluation of the deterioration diagnosis. On the other hand, with respect to the latter, conventionally, a method for analyzing locally and non-destructively has not been established. Further, in the invention described in the above-mentioned patent document, it is necessary to create a database according to the material of the solid insulator, and the deterioration diagnosis becomes a complicated operation, and the deterioration diagnosis cannot be performed easily and accurately. There's a problem.
そこで、本発明者らは、劣化診断用のマスターデータを必要とすることなく、現地で且つ非破壊にて劣化診断を行うことができる劣化診断手法の確立を目的とし、本発明に至った。すなわち、本発明の骨子は、絶縁物の絶縁表面の振動スペクトルを取得し、この振動スペクトルの同一波長における、初期状態からの光強度変化量を検出し、この光強度変化量に基づいて絶縁物の劣化状態を診断することである。 Therefore, the present inventors have arrived at the present invention for the purpose of establishing a deterioration diagnosis method capable of performing deterioration diagnosis on-site and nondestructively without requiring master data for deterioration diagnosis. That is, the essence of the present invention is that the vibration spectrum of the insulating surface of the insulator is acquired, the amount of change in light intensity from the initial state at the same wavelength of the vibration spectrum is detected, and the insulator is based on the amount of change in light intensity. It is to diagnose the deterioration state of.
図1は、本実施の形態の劣化診断装置の模式図である。図1に示すように、本実施の形態に係る劣化診断装置1は、振動分光計としてのラマン分光計2、検出部3及び診断部4を含んで構成されている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a deterioration diagnosis apparatus according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the
ラマン分光計2は、光源21、プローブ22及び分光器23を含んで構成されている。光源21は、特定波長のレーザ光L1を出力する。プローブ22は、ハーフミラー24を介して光源21から出力されるレーザ光L1を絶縁表面Sに照射する一方、絶縁表面Sからの散乱光(ラマン光)L2を集光する。分光器23は、プローブ22にて集光した散乱光L2を分光する。分光器23にて分光された散乱光L2は、検出部3及び後述するピーク解析部5に出力される。
The Raman
検出部3は、ラマン分光計2(より具体的には、分光器23)から出力される散乱光L2の強度の変化量(以下、「散乱光強度変化量」という)を検出する。診断部4は、検出部3による検出結果(散乱光強度変化量)に基づいて、絶縁物の劣化状態を診断する。これらの検出部3による散乱光強度変化量の検出方法及び診断部4による劣化状態の診断方法の詳細については後述する。
The
また、劣化診断装置1は、ピーク解析部5及びモニタ6を有している。ピーク解析部5は、ラマン分光計2(より具体的には、分光器23)から出力される振動スペクトル(ラマンスペクトル)のピークを解析する。ピーク解析部5は、ラマンスペクトルのピークを解析することにより、絶縁物を構成する物質を同定する。なお、ピーク解析部5による物質同定の詳細については後述する。
Further, the
モニタ6は、検出部3、診断部4及びピーク解析部5に接続されている。モニタ6は、これらの検出部3による検出結果、診断部4による診断結果及びピーク解析部5による解析結果を表示する。例えば、モニタ6には、後述する絶縁物の劣化診断情報や余寿命情報、並びに、後述する物質同定情報や付着物の等価塩分濃度などが表示される。なお、図1においては、モニタ6が、検出部3、診断部4及びピーク解析部5と接続される場合について示している。しかしながら、モニタ6の接続対象は、これに限定されるものではなく、診断部4による診断結果が表示できればよい。
The
本実施の形態に係る劣化診断装置1においては、ラマン分光計2により取得され、通常、物質の同定分析に用いられるラマンスペクトルを、劣化診断用として使用する。一般に、高圧受配電機器に用いられる絶縁物としての高分子材料は、経時劣化により分子鎖が切断されて短くなる。その結果、経時劣化した高分子材料においては、初期状態(例えば、出荷時)にて得られたラマンスペクトルに対して、同一波長での散乱光強度が大きくなる。本実施の形態に係る劣化診断装置1においては、このような初期状態からの散乱光強度変化量を絶縁物の劣化状態の診断に利用する。
In the degradation
以下、具体例として、エポキシ樹脂を使用した絶縁がいし(以下、適宜「絶縁試料」という)の劣化診断について、図2を用いて説明する。図2は、各時間にて熱加速劣化させた絶縁試料におけるラマンシフト(Raman Shift)と散乱光強度(Intensity(count))との関係を示すグラフである。なお、横軸のラマンシフトは、ラマン分光の波長を単位cm−1(カイザー波数)で示したものである。 Hereinafter, as a specific example, a deterioration diagnosis of an insulating insulator using an epoxy resin (hereinafter referred to as “insulating sample” as appropriate) will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a graph showing the relationship between Raman shift (Raman Shift) and scattered light intensity (Intensity (count)) in an insulating sample subjected to thermal acceleration degradation at each time. The Raman shift on the horizontal axis indicates the wavelength of Raman spectroscopy in the unit cm −1 (Kaiser wave number).
実験では、0時間(初期状態:Ref)、500時間、1000時間、1500時間及び2000時間にて熱加速劣化させた絶縁試料の各絶縁表面に対して、ラマン分光計2から、励起波長785nmの近赤外レーザ光を照射して、図2に示すラマンスペクトルを取得した。なお、500時間、1000時間、1500時間及び2000時間の熱加速劣化させた絶縁がいしに対しては、3回ずつラマンスペクトルを取得した。
In the experiment, an excitation wavelength of 785 nm was applied from the
ここで、「初期状態」とは、できる限り絶縁劣化が進行していない状態であることが好ましい。具体的には、製造直後、製品出荷前、あるいは、現地に製品を取り付けた際が好ましいが、製品出荷後においても、測定者等にて任意に設定した状態を含む。なお、この実験における「初期状態」は、熱加速劣化させていない状態(熱劣化加速時間は、0時間)である。また、熱加速劣化試験は、180℃の温度下で行った。 Here, the “initial state” is preferably a state in which the insulation deterioration has not progressed as much as possible. Specifically, it is preferable immediately after manufacture, before product shipment, or when a product is attached to the site, but also includes a state arbitrarily set by a measurer or the like even after product shipment. Note that the “initial state” in this experiment is a state in which thermal acceleration deterioration is not performed (thermal deterioration acceleration time is 0 hour). Further, the thermal accelerated deterioration test was performed at a temperature of 180 ° C.
図2に示すように、横軸のラマンシフトの同一波長にて評価すると、熱加速劣化時間を長くした絶縁試料ほど散乱光強度が上昇することがわかった。これは、熱加速劣化時間を長くした絶縁試料ほど劣化が進行しているため、従来とは異なる波長での蛍光が強まることによる。したがって、初期状態(Ref)に対し、熱加速劣化時間が長い絶縁試料ほど光強度変化量が大きくなる。 As shown in FIG. 2, when the evaluation was performed at the same wavelength of the Raman shift on the horizontal axis, it was found that the intensity of the scattered light increased as the insulating sample had a longer thermal acceleration degradation time. This is due to the fact that the deterioration progresses as the insulating sample has a longer thermal acceleration deterioration time, and the fluorescence at a wavelength different from the conventional one becomes stronger. Therefore, with respect to the initial state (Ref), the amount of change in light intensity increases as the insulating sample has a longer thermal acceleration deterioration time.
本実施の形態に係る劣化診断装置1における検出部3は、ラマン分光計2から取得したラマンスペクトルの同一波長における、初期状態からの散乱光強度変化量を検出する。診断部4は、このように検出された散乱光強度変化量に基づいて劣化状態を診断することができる。あくまでも一例であるが、診断部4においては、例えば、ラマンシフトが1000cm−1において、ラマン光強度が25,000以上の時に、寿命状態と判断する。この場合における、エポキシ樹脂を使用した絶縁がいしの寿命は、エポキシ樹脂の許容最高温度である130℃で、15年間使用した状態と定義した。なお、高分子材料の熱劣化は、一般的にアレニウス則に従うことが知られている。アレニウス則では、温度が8℃上昇すると、寿命時間が約1/2に低下する。アレニウス則を基準とした熱加速試験では、130℃での15年間仕様は、180℃での2053時間仕様に相当する。よって、今回の実験では、180℃で2000時間経過時に観測されたラマンスペクトル強度を、寿命基準とした。
The
なお、散乱光強度変化量は、初期状態からの変化量である。このため、劣化度合の指標となる散乱光強度変化量の値は、初期状態にて得られた所定波長での初期値に応じて種々変更される。例えば、診断部4は、所定波長における散乱光強度変化量の劣化度合の情報を記憶する。診断部4は、これらの劣化度合の情報を参照し、検出部3にて検出された散乱光強度変化量に基づいて劣化状態を診断することができる。診断部4では、例えば、「絶縁破壊の有無」、「劣化度」、「絶縁破壊までの余寿命」、或いは、「製品交換時期」等について診断することができる。
The scattered light intensity change amount is a change amount from the initial state. For this reason, the value of the amount of change in scattered light intensity, which serves as an indicator of the degree of deterioration, is variously changed according to the initial value at the predetermined wavelength obtained in the initial state. For example, the diagnosis unit 4 stores information on the degree of deterioration of the scattered light intensity change amount at a predetermined wavelength. The diagnosis unit 4 can diagnose the deterioration state based on the amount of change in scattered light intensity detected by the
図3Aは、レーザ光の励起波長を514nmとし、図3Bは、レーザ光の励起波長を785nmとした際の、ラマンシフトと散乱光強度との関係を示すグラフである。なお、これらの実験は、いずれも熱加速劣化時間を0時間(初期状態)として測定した結果である。 FIG. 3A is a graph showing the relationship between Raman shift and scattered light intensity when the excitation wavelength of laser light is 514 nm and FIG. 3B is 785 nm. In addition, all of these experiments are results obtained by measuring the thermal acceleration deterioration time as 0 hours (initial state).
図3Aに示すように、ラマン分光計2からのレーザ光の励起波長を514mとした場合、エポキシ樹脂自体からの蛍光が強くなってしまう。このため、分子構造を反映したピークが検出することが困難であることがわかった。一方、図3Bに示すように、ラマン分光計2からのレーザ光の励起波長を785nmとした場合、エポキシ樹脂自体からの蛍光を抑制できる。このため、レーザ光の励起波長を514mとした場合に比べて、はっきりと分子構造を反映したピークを検出することが可能になることがわかった。
As shown in FIG. 3A, when the excitation wavelength of the laser light from the
上述したように、ラマン分光計2は、もともと分子構造の分析に用いられ、物質同定を可能とする。本実施の形態に係る劣化診断装置1においても、ラマン分光計2から取得したラマンスペクトルを、劣化診断用としての散乱光強度変化量の測定のみならず、ラマンスペクトルのピーク解析により物質を同定できるようにすることは実施の形態として好ましい。
As described above, the
そのため、本実施の形態に係る劣化診断装置1では、ラマン分光計2から照射されるレーザ光の励起波長の好ましい範囲を785nm以上に設定している。これにより、ラマンスペクトルから分子構造を反映したピークを検出し易くなる。ピーク解析部5は、このようなラマンスペクトルのピークを解析し、絶縁物を構成する物質を同定する。
For this reason, in the
なお、図2に示すように、絶縁劣化が進行すると、ラマンスペクトルが初期状態のラマンスペクトル(ベースライン)から上昇する。このため、例えば、ピーク解析部5は、検出部3から散乱光強度変化量の情報を取得し、ラマンスペクトルに対し、ベースライン補正をした上でピーク解析をすることができる。これにより、ピーク解析による物質同定をより高精度に行うことができる。
As shown in FIG. 2, when the insulation deterioration progresses, the Raman spectrum rises from the initial Raman spectrum (baseline). Therefore, for example, the
また、ピーク解析部5は、ピーク解析にて得た物質同定の情報を診断部4に出力する。診断部4は、物質同定の情報も劣化診断のパラメータに取り入れる。これにより、診断部4は、絶縁物の劣化状態の診断をより高精度に行うことができる。より具体的には、絶縁表面の表面変質状態について、物質同定を一つのパラメータにできるため、このパラメータを参照することにより、例えば、後述する余寿命推定線を補正することができる。この結果、絶縁物の劣化診断をより高精度なものにできる。
Further, the
図4Aは、ラマンシフトを250cm−1とし、図4Bは、ラマンシフトを1000cm−1とした際の、熱加速劣化時間と散乱光強度との関係を示すグラフである。なお、図4A及び図4Bに示す黒点は、3つの白点の平均値である。 4A is a graph showing the relationship between the thermal acceleration deterioration time and the scattered light intensity when the Raman shift is 250 cm −1 and FIG. 4B is the Raman shift is 1000 cm −1 . 4A and 4B is an average value of three white spots.
図2に示すように、ラマンシフトが2500cm−1以上となると、熱加速劣化時間が異なる各絶縁試料の散乱光強度の差が小さくなり、適切に散乱光強度変化量を取得することができない。図4A及び図4Bに示すように、ラマンシフトを250cm−1、或いは、1000cm−1とすると、熱加速劣化時間に対する散乱光強度の変化が大きくなり、劣化診断に適していることがわかった。 As shown in FIG. 2, when the Raman shift is 2500 cm −1 or more, the difference in scattered light intensity between the insulating samples having different thermal acceleration degradation times becomes small, and the amount of change in scattered light intensity cannot be acquired appropriately. As shown in FIGS. 4A and 4B, the Raman shift 250 cm -1, or, when the 1000 cm -1, the change in the scattered light intensity with respect to thermal accelerated deterioration time is increased, it was found to be suitable for degradation diagnosis.
また、ラマンシフトが短い250cm−1の方が、1000cm−1よりも熱加速劣化時間に対する散乱光強度の変化がより大きくなることがわかった。本実施の形態に係る劣化診断装置1においては、ラマンシフトの範囲を限定するものではない。しかしながら、検出部3にて、散乱光強度変化量を検出し易くするために、ラマンスペクトルから散乱光強度を取得するラマンシフトを1000cm−1以下とすることは実施の形態として好ましい。
In addition, it was found that the change in scattered light intensity with respect to the thermal acceleration deterioration time is larger at 250 cm −1 with a shorter Raman shift than at 1000 cm −1 . In
さらに、本実施の形態に係る劣化診断装置1においては、絶縁物自体の劣化診断に加えて、同じ劣化診断装置1を用いて、絶縁表面の付着物の評価も劣化診断に加えることが可能である。
Furthermore, in the
具体的には、絶縁表面から付着物を採取し、付着物を純水に溶かし、その溶液をガラス容器に注入する。そして、ラマン分光計2により、ガラス容器に対してレーザ光を照射する一方、散乱光を分光器23にて分光して、ガラス容器内の溶液のラマンスペクトルを取得する。検出部3及びピーク解析部5にて、塩化物イオンに起因するラマンシフトの散乱光強度を評価する。この散乱光強度から溶液の等価塩分濃度を推測することができる。このように推測された等価塩分濃度が診断部4に出力される。これにより、診断部4は、付着物の汚損劣化を加味して、より精度に優れた劣化診断を行うことができる。
Specifically, the deposit is collected from the insulating surface, dissolved in pure water, and the solution is poured into a glass container. Then, the
以下、本実施の形態に係る劣化診断装置1を用いた劣化診断方法について具体的に説明する。上述したように、劣化診断装置1を用いることにより、絶縁物自体の劣化状態の診断を行うと共に、絶縁表面における付着物の評価も加味した劣化状態の診断を行うことができる。
Hereinafter, the deterioration diagnosis method using the
まず、本実施の形態の劣化診断装置1を用いて、例えば、出荷前における絶縁物の初期状態のラマンスペクトルを取得する。検出部3では、初期状態のラマンスペクトルの所定波長に対する光強度を検出する。測定波長については、測定者や劣化診断装置1の販売メーカにて任意に決定することができるが、上述したように、測定波長をラマンシフトで1000cm−1以下とすることが好適である。また、上述したように、初期状態についても、絶縁物の出荷前でなく出荷後としてもよい。例えば、絶縁物を現地にて設置した直後に初期状態のラマンスペクトルを測定することができる。なお、過去に同様の材質からなる絶縁物の初期状態のラマンスペクトルを測定している場合には、そのときの散乱光強度を初期値として準用することもできる。
First, using the
このようにして初期状態の測定を終えた後、定期保守点検等が行われる。例えば、数年間隔のタイミングにて、本実施の形態の劣化診断装置1を用いて、現地の使用状態における絶縁物のラマンスペクトルを取得する。そして、検出部3にて、初期状態の測定時と同じ波長での散乱光強度を検出し、現地の使用状態と初期状態との同一波長における散乱光強度変化量を測定する。検出部3にて検出された散乱光強度変化量は、診断部4に出力される。診断部4は、この散乱光強度変化量に基づいて絶縁物の劣化状態を診断する。ここで、劣化状態の診断とは、絶縁物の劣化度合や余寿命を含む。診断部4では、これらの劣化結果に基づいて製品交換時期を判断することもできる。
After completing the initial state measurement in this way, periodic maintenance inspections and the like are performed. For example, the Raman spectrum of the insulator in the local use state is acquired using the
例えば、散乱光強度変化量が、ラマンシフトを1000cm−1、熱加速劣化時間を0時間としたときの散乱光強度(初期状態での散乱光強度)と、ラマンシフトを1000cm−1、熱加速劣化時間を2000時間としたときの散乱光強度との差以上となった場合に劣化度合が使用制限を超え、製品交換時期と定められているものとする。診断部4では、検出部3より取得した散乱光強度変化量に基づいて、製品交換時期に達しているか、あるいは、製品交換時期までどの程度の猶予があるのかを、モニタ6に表示する。これにより、測定者は、製品交換時期の最新情報を知ることができる。また、診断部4では、検出部3にて検出された散乱光強度変化量以外に、ピーク解析部5からの物質同定情報や、付着物の等価塩分濃度情報も加味して、絶縁物の劣化状態を診断することができる。これにより、より精度の高い劣化診断を行うことができる。
For example, the amount of change in the scattered light intensity is 1000 cm −1 for the Raman shift, the scattered light intensity (scattered light intensity in the initial state) when the thermal acceleration deterioration time is 0 hour, the Raman shift is 1000 cm −1 , and the thermal acceleration. It is assumed that when the deterioration time is 2000 hours or more, the degree of deterioration exceeds the use limit and is determined as the product replacement time. Based on the amount of change in scattered light intensity acquired from the
ところで、絶縁表面に付着した付着物は、付着場所によっては清掃して取り除くことができる。そして、この付着物の清掃の有無によって余寿命が変化する。以下、清掃の有無を加味した余寿命診断方法について説明する。 By the way, the adhering matter adhering to the insulating surface can be removed by cleaning depending on the adhering place. And the remaining life changes with the presence or absence of the cleaning of this deposit. Hereinafter, a remaining life diagnosis method that considers the presence or absence of cleaning will be described.
図5は、本発明の実施の形態の劣化診断装置1を用いた余寿命診断方法を説明するための余寿命診断グラフの概念図である。
FIG. 5 is a conceptual diagram of a remaining life diagnosis graph for explaining a remaining life diagnosis method using the
図5に示すように、出荷時に絶縁特性の初期値A0を、本実施の形態の劣化診断装置1を用いて取得する。また、出荷時に、絶縁特性の絶縁寿命ラインを取得する。ここで「絶縁特性」を構成するパラメータは、少なくともある所定波長におけるラマンスペクトルの初期状態からの散乱光強度変化量により判断された指標である。更に好ましくは、物質同定情報や、付着物の等価塩分濃度情報の各パラメータも加味して判断される。
As shown in FIG. 5, the initial value A 0 of the insulation characteristic is acquired at the time of shipment using the
図5に示すように、出荷後、任意の期間が経過した測定時(上述のように、定期保守点検等のタイミング)に、測定対象としての絶縁物に対して特に清掃をせずに(未清掃状態で)、本実施の形態の劣化診断装置1を用いて絶縁特性を測定して現測定値(未清掃)A1を得る。その後も、清掃をしないと仮定すれば、初期値A0と現測定値(未清掃)A1とから導き出される余寿命推定線C1と絶縁寿命ラインとが交わる位置T1を寿命と診断することができる。
As shown in FIG. 5, during measurement after an arbitrary period has elapsed after shipment (as described above, the timing of regular maintenance inspection, etc.), the insulator as a measurement target is not particularly cleaned (not yet cleaned). in the cleaning state), the current measured value by measuring the dielectric characteristics using the
なお、余寿命推定線C1については、常に直線で近似するわけではなく、付着物質や表面変質状態を鑑みて、実際の物理現象に則した近似曲線としてグラフ化する。寿命時期は、余寿命推定線が絶縁寿命ラインに達する年度であり、測定時点から寿命時期までの時間を余寿命として評価する。なお、余寿命推定線は、直線化しないと考えられる。清掃の有無にかかわらず、例えば、同じスピードで劣化が進んでも、絶縁特性に与える影響は一定とならない。劣化の度合が進むほど、絶縁特性の変動は小さくなるからである。また、余寿命推定線については、例えば、直近の2点の測定点の傾きから推定することや、3回以上の近似直線や曲線から推定することも可能である。 Note that the remaining service life estimation line C 1 is not always approximated by a straight line, in view of the adhesion material and surface deterioration state, is graphed as an approximate curve conforming to the actual physical phenomena. The life time is a year when the remaining life estimation line reaches the insulation life line, and the time from the measurement time to the life time is evaluated as the remaining life. The remaining life estimation line is considered not to be linearized. Regardless of the presence or absence of cleaning, for example, even if the deterioration progresses at the same speed, the influence on the insulation characteristics is not constant. This is because as the degree of deterioration progresses, the variation in insulation characteristics becomes smaller. The remaining life estimation line can be estimated from, for example, the slopes of the two most recent measurement points, or can be estimated from three or more approximate lines or curves.
既に述べたように、絶縁表面抵抗の低下因子は、汚損付着物と母材の表面変質に絞られる。汚損付着物は、絶縁表面の清掃により除去可能な可逆劣化成分である。一方、表面変質は、樹脂表面に生じた化学反応生成物で清掃では除去不可能な不可逆劣化成分である。表面変質が起こると、表面抵抗が低下し漏れ電流による発熱が生じることで、絶縁劣化反応が進展する。なお、本実施の形態では、清掃方法を限定するものでないが、例えば、絶縁表面の拭き取りやブロー等が一般的である。また、清掃には洗浄の概念も含まれる。 As already described, the factors for reducing the insulation surface resistance are limited to the fouling deposits and the surface alteration of the base material. The fouling deposit is a reversible deterioration component that can be removed by cleaning the insulating surface. On the other hand, surface alteration is an irreversible deterioration component that is a chemical reaction product generated on the resin surface and cannot be removed by cleaning. When surface alteration occurs, the surface resistance decreases and heat is generated due to leakage current, so that the insulation deterioration reaction proceeds. In this embodiment, although the cleaning method is not limited, for example, wiping or blowing the insulating surface is common. Cleaning also includes the concept of cleaning.
そこで、出荷後の現測定時、上述のように未清掃状態での絶縁特性を測定すると共に、清掃後の絶縁特性も測定する。上述したように、汚損付着物は除去可能な可逆劣化に分類される。このため、清掃により汚損付着物を除去できると、絶縁特性をある程度回復させることができる。 Therefore, during the current measurement after shipment, the insulation characteristics in the uncleaned state are measured as described above, and the insulation characteristics after cleaning are also measured. As described above, the fouling deposits are classified as reversible deterioration that can be removed. For this reason, if the dirt deposits can be removed by cleaning, the insulating properties can be recovered to some extent.
図5に示す余寿命診断方法では、絶縁表面を清掃した後に、本実施の形態の劣化診断装置1を用いて、清掃された絶縁表面の絶縁特性を測定する。これにより、絶縁特性の現測定値(清掃後)A2を得ることができる。図5に示すように、定期的に製品の清掃を行い、その都度、絶縁表面の清掃前後の絶縁特性を測定する。図5に示すように、定期的な製品の清掃前後に得られる測定値は、清掃を全く行わない場合に得られる余寿命推定線C1に対して、清掃前後を問わず、ずれていくことがわかる。また、絶縁特性が徐々に絶縁寿命ラインに近づいていくこともわかる。これは、絶縁特性に清掃により回復可能な可逆的な劣化成分と、清掃により回復不可能な不可逆的な劣化成分とが存在するからである。
In the remaining life diagnosis method shown in FIG. 5, after the insulating surface is cleaned, the insulation characteristics of the cleaned insulating surface are measured using the
なお、測定時に清掃前後の絶縁特性を測定するのは、例えば、清掃後の絶縁特性だけを測定しても、清掃により回復可能な可逆的な劣化成分と、清掃により回復不可能な不可逆的な劣化成分とがどの程度存在し、その後どのように変化していくのかを適切に評価できず、精度の高い余寿命推定線を作製することができないためである。 Note that the insulation characteristics before and after cleaning are measured at the time of measurement, for example, even if only the insulation characteristics after cleaning are measured, reversible degradation components that can be recovered by cleaning and irreversible that cannot be recovered by cleaning This is because it is impossible to appropriately evaluate how much deterioration component exists and how it will change thereafter, and it is not possible to produce a highly accurate remaining life estimation line.
すなわち、清掃により回復可能な可逆的な劣化成分と、清掃により回復不可能な不可逆的な劣化成分との双方を評価する。そして、これらの劣化成分の評価結果に基づいて、余寿命推定線C2を作製することで、精度の高い余寿命推定線C2を得ることができる。また、付着物を除去できない箇所が存在する場合、付着物領域の状況から、例えば、絶縁物周辺の機器に及ぼす影響等を加味して、余寿命推定線C2を補正する。これにより、機器としての余寿命判断の精度をより高めることができる。 That is, both a reversible deterioration component that can be recovered by cleaning and an irreversible deterioration component that cannot be recovered by cleaning are evaluated. Then, based on the evaluation results of these degraded component, by manufacturing a residual life estimation line C 2, it is possible to obtain an accurate remaining service life estimation line C 2. Also, if the position can not be removed deposits are present, the situation of the deposit area, for example, in consideration of the influence on the insulation around the device, correcting the residual life estimation line C 2. Thereby, the precision of the remaining life judgment as an apparatus can be raised more.
このように、本実施の形態の余寿命診断方法によれば、清掃効果を含んだ余寿命を診断することができる。そして、清掃による絶縁性能回復を加味することで、従来よりもきめの細かい余寿命判断が可能となり、どの程度の延命が可能かを精度よく診断することができる。この結果、従来よりも製品の交換時期等を事前に判断し易く、また、延命させるための清掃管理計画も適切に図ることが可能となる。 Thus, according to the remaining life diagnosis method of the present embodiment, it is possible to diagnose the remaining life including the cleaning effect. Further, by taking into account the recovery of the insulation performance by cleaning, the remaining life can be judged more finely than in the past, and how much life can be extended can be accurately diagnosed. As a result, it is easier to determine in advance the product replacement time and the like than before, and it is possible to appropriately plan a cleaning management plan for extending the life.
なお、本発明は上記実施の形態に限定されず、さまざまに変更して実施可能である。上記の各実施の形態において、添付図面に図示されている部材や孔などの大きさや形状などについては、これに限定されず、本発明の効果を発揮する範囲内で適宜変更が可能である。その他、本発明の目的の範囲を逸脱しない限りにおいて適宜変更して実施可能である。 In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement variously. In each of the embodiments described above, the size and shape of the members and holes illustrated in the accompanying drawings are not limited to this, and can be appropriately changed within a range in which the effects of the present invention are exhibited. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the object of the present invention.
例えば、上記実施の形態においては、振動分光計としてラマン分光計2を適用する場合について説明している。しかしながら、振動分光計の構成については、これに限定されるものではなく適宜変更が可能である。例えば、振動分光計として、赤外分光計(IR分光計)を適用することができる。この場合には、図2に示す劣化診断に利用されるグラフにおいては、横軸は、波数(Wavenumber(cm−1))、縦軸は、吸光度(Abs)とされる。このように赤外分光計を適用する場合においても、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
For example, in the above-described embodiment, the case where the
但し、ラマン分光計2を適用する場合には、劣化診断装置1の小型化及び焦点距離の長距離化を実現できると共に、励起光照射の角度許容範囲を拡大することができる。これにより、ラマンスペクトルの取得を、測定対象の絶縁物が設置されている現地にて容易に劣化診断を行うことができる。このため、劣化診断の容易性という観点からは、振動分光計としてラマン分光計2を適用することが好ましい。
However, when the
本発明の劣化診断装置及び劣化診断方法によれば、マスターデータを必要とすることなく、現地で且つ非破壊にて劣化診断を行うことができるという効果を奏し、特に、高圧受配電機器を構成する絶縁がいしの劣化診断等に好適に用いることができる。 According to the deterioration diagnosis device and the deterioration diagnosis method of the present invention, there is an effect that deterioration diagnosis can be performed on-site and non-destructively without requiring master data. It can be used suitably for deterioration diagnosis of insulating insulators.
1 劣化診断装置
2 ラマン分光計
21 光源
22 プローブ
23 分光器
24 ハーフミラー
3 検出部
4 診断部
5 ピーク解析部
6 モニタ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記振動スペクトルの同一波長における、初期状態からの光強度変化量を検出する検出部と、
前記光強度変化量に基づいて、前記絶縁物の劣化状態を診断する診断部と、
を有することを特徴とする劣化診断装置。 A vibration spectrometer for obtaining a vibration spectrum of an insulating surface of an insulator;
A detection unit for detecting a light intensity change amount from an initial state at the same wavelength of the vibration spectrum;
Based on the light intensity change amount, a diagnostic unit for diagnosing the deterioration state of the insulator,
A deterioration diagnosis apparatus comprising:
前記振動スペクトルの同一波長における、初期状態からの光強度変化量を検出し、
前記光強度変化量に基づいて、前記絶縁物の劣化状態を診断することを特徴とする劣化診断方法。 Obtain the vibration spectrum of the insulating surface of the insulator,
Detecting the amount of change in light intensity from the initial state at the same wavelength of the vibration spectrum,
A degradation diagnosis method characterized by diagnosing a degradation state of the insulator based on the light intensity change amount.
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