JP2018113737A - 柱上変圧器の寿命推定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】柱上変圧器の寿命を高い精度で推定することが可能な柱上変圧器の寿命推定装置を提供する。【解決手段】スマートメータ３を用いて得られる電流値を柱上変圧器ごとに積算演算し柱上変圧器１の電流値を取得する電流値取得部５０と、電流値に基づいて柱上変圧器１の巻線温度を計算する巻線温度演算部５１と、巻線温度に基づいて柱上変圧器１の寿命損失を計算する寿命損失演算部５３と、柱上変圧器１の劣化度合を示す劣化指標である平均重合度と寿命損失とを取得して両者の関係を一意に定めるマスターカーブを作成するマスターカーブ作成部５４と、マスターカーブを用いて寿命損失の軌跡を推定し補完して柱上変圧器１の寿命を予測する寿命予測部５６と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、柱上変圧器の寿命推定装置に関する。

一般に、柱上変圧器の定期点検は、普通点検を１年ごとに、精密点検を６年ごとに実施している。柱上変圧器は、系統内に面的に広がるため、設置数が膨大であり（２０１３年時に国内に約９５０万台）、定期点検コストは極めて大きい。柱上変圧器の交換時期は、柱上変圧器の運用限界とされる２５年〜３０年で巡ってくるが、実際には、安全を期して運用限界まで使われずに撤去される変圧器も多い。

したがって、柱上変圧器の交換時期の最適化が急務となっており、柱上変圧器を運用限界まで使用することで交換時期を延ばすことが求められている。そのため、柱上変圧器の保守に関しては、運用時間を基準とした時間計画保全TBM(Time Based Maintenance)から、機器の監視結果に基づいた状態監視保全CBM(Condition Based Maintenance)へと移行している。

柱上変圧器の状態監視保全を実現するためには、運用限界の指標である柱上変圧器の余寿命（現時点から運用限界に至るまでの寿命のこと。以下、単に寿命とも呼ぶ）が、残りどれくらいの期間なのかを推定することが不可欠である。そのため、柱上変圧器の寿命推定装置が提案されている。従来の柱上変圧器の寿命推定装置では、巻線の導体被覆である絶縁紙の機械強度（引っ張り強度）の低下度合から、柱上変圧器の寿命を推定することが一般的である。

絶縁紙の機械強度は、絶縁紙の熱的な劣化すなわち酸化によって低下する。絶縁紙が酸化すると、絶縁紙の主要構成物質であるセルロース分子が化学的変化を起こし、アルコール類、アルデヒド類、フルフラール、カルボン酸などの有機物や一酸化炭素、二酸化炭素、水が生成される。その結果、セルロース分子間の連鎖が切断される。分子間の連鎖が切断されると、分子の長さの目安となる平均重合度が低下するので、絶縁紙の機械強度が低下する。したがって、絶縁紙の平均重合度を調べれば、機械強度の劣化度合が分かることになる。

ただし、稼働中の柱上変圧器から絶縁紙を採取できないので、絶縁紙の機械強度を確認することは不可能である。そこで、絶縁紙の劣化に伴って変質する絶縁油中のガスを採取し、そのガス成分から絶縁紙の平均重合度を推定している。しかし、ガス成分の発生量は、巻線の熱に依存するので、柱上変圧器の設置年数が同じであったとしても、柱上変圧器ごとにガス成分の発生量が相違することが多い。

そのため、平均重合度には大きなばらつきが生じてしまい、柱上変圧器の寿命推定に関して精度が低いという問題点があった。そこで従来では、例えば、定期点検時や変圧器撤去後の負荷記録などから巻線温度を推測し、推測した巻線温度に基づいて平均重合度を補正した上で、柱上変圧器の寿命を推定する技術などが提案されている。

特開２００６―６０１３４号公報 特開２０１１―２５９５７５号公報

しかしながら、従来の柱上変圧器の寿命推定装置は、稼働中の柱上変圧器の使われ方が現在から将来にわたり一定であるという仮定に基づいて寿命推定を実施している。このため、柱上変圧器の使用環境や需要家の電力使用量が変化すると柱上変圧器の巻線温度も変わるが、その変動を反映させないまま、寿命を推定してしまうことがある。したがって、寿命の予測精度が低下するおそれがある。

近年では、送配電分離などを背景として、コスト管理や設備投資を一層慎重に行う必要性が高まっており、柱上変圧器の分野でも、交換時期の最適化は勿論のこと、設備運用や定期点検費用に関しても最適化することが要請されている。そのため、余寿命をより正確に推定することができる柱上変圧器の寿命推定装置の開発が待たれている。

本実施形態は、以上の点を解決するために提案されたものであり、スマートメータからのデータを利用して柱上変圧器の寿命損失の軌跡を推定し補完することにより、柱上変圧器の寿命を高い精度で推定することが可能な柱上変圧器の寿命推定装置を提供することを課題とする。

本実施形態に係る柱上変圧器の寿命推定装置は、（１）〜（５）の構成要素を備える。
（１）スマートメータからの電流値を所定の柱上変圧器ごとに積算演算して前記柱上変圧器の電流値を取得する電流値取得部。
（２）前記電流値に基づいて前記柱上変圧器の巻線温度を計算する巻線温度演算部。
（３）前記巻線温度に基づいて前記柱上変圧器の寿命損失を計算する寿命損失演算部。
（４）前記柱上変圧器の劣化度合を示す劣化指標と前記寿命損失とを取得して前記劣化指標と前記寿命損失との関係を一意に定めるマスターカーブを作成するマスターカーブ作成部。
（５）前記マスターカーブを用いて前記寿命損失の軌跡を推定し補完して前記柱上変圧器の寿命を予測する寿命予測部。

第１の実施形態を適用した系統のブロック図 第１の実施形態のブロック図 第１の実施形態のマスターカーブ作成部のブロック図 マスターカーブを示すグラフの一例 第１の実施形態の寿命予測部のブロック図 寿命損失の軌跡を示すV―ｔグラフの一例 第２の実施形態のブロック図 第３の実施形態の要部ブロック図 第４の実施形態の要部ブロック図 第５の実施形態の要部ブロック図 第６の実施形態の要部ブロック図

以下、本発明の実施形態の一例について、図面を参照して具体的に説明する。下記の実施形態はいずれも、柱上変圧器の寿命推定装置である。
［１］第１の実施形態
第１の実施形態について、図１〜図６を参照して説明する。
（構成）
図１に示すように、系統内には複数の柱上変圧器１が設置されている。各柱上変圧器１には、各需要家に設置されるスマートメータ（図１ではＳＭとして示す）３が、複数接続されている。いくつかの柱上変圧器１に近接して、コンセントレータ２（図１ではＣＲとして示す）が配置されている。コンセントレータ２は、スマートメータ３を用いて得られるＳＭ電流値をスマートメータ３から収集するものである。

コンセントレータ２には、図１に点線で表される伝送路を介してスマートメータ３が接続される。コンセントレータ２に接続されるスマートメータ３には、同一の柱上変圧器１に接続されたスマートメータ３だけではなく、前記の柱上変圧器１とは別の柱上変圧器１に接続されたスマートメータ３も含まれる。つまりコンセントレータ２には、柱上変圧器１の種類に関わらず、複数のスマートメータ３が接続されている。コンセントレータ２には、７つのデータベース６〜１２が組み込まれたアセットマネジメントデータベース（以下、ＡＭＤＢと呼ぶ）４が接続されている。

ＡＭＤＢ４には、第１の実施形態に係る柱上変圧器の寿命推定装置（以下、単に寿命推定装置）５が接続されている。寿命推定装置５は、ＡＭＤＢ４と寿命推定装置５内部の各構成要素とを連携させ、ＡＭＤＢ４から必要なデータを取り込んで、柱上変圧器１の寿命を求める演算を行い、演算結果を再度、ＡＭＤＢ４に蓄積する装置である。

ＡＭＤＢ４に組み込まれた７つのデータベース６〜１２とは、次の通りである。６はコンセントレータ２が収集した各需要家のＳＭ電流値を記憶するＳＭ電流値ＤＢである。７は柱上変圧器１の電流値を記憶する変圧器電流値ＤＢである。８は柱上変圧器１の巻線温度を記憶する巻線温度ＤＢである。

９は柱上変圧器１の寿命損失を記憶する寿命損失ＤＢである。１０はＮ―Ｖ変換式を記憶するＮ―Ｖ変換式ＤＢである。Ｎ―Ｖ変換式とは、柱上変圧器１の平均重合度と柱上変圧器１の寿命損失との変換式である。ここでいう平均重合度とは、柱上変圧器１の絶縁紙の平均重合度であって、柱上変圧器１の劣化度合を示す劣化指標の一つである。

１１は本実施形態が推定した柱上変圧器１の寿命を記憶する寿命ＤＢである。１２は柱上変圧器１の定期点検を行った結果である点検情報を記憶する定期点検情報ＤＢである。定期点検情報ＤＢ１２に記憶される点検情報には、柱上変圧器１の定期点検時に推定した平均重合度が含まれる。

図２は寿命推定装置５のブロック図である。寿命推定装置５には、電流値演算部５０と、巻線温度演算部５１と、寿命損失演算部５３と、マスターカーブ作成部５４と、寿命予測部５６と、通知部５７と、が設けられている。このうち、電流値演算部５０は、ＳＭ電流値ＤＢ６からＳＭ電流値を取得する。電流値演算部５０には系統情報と顧客情報のひも付情報が予め与えられている。電流値演算部５０は、予め与えられた系統情報と顧客情報のひも付情報を使い、取得したＳＭ電流値の中から、寿命の予測対象である各柱上変圧器１に流れる電流値を選択して、これらを積算演算する。これにより電流値演算部５０は、柱上変圧器１ごとに変圧器電流値を求め、求めた変圧器電流値をＡＭＤＢ４側の電流値ＤＢ７及び巻線温度演算部５１に送る。

巻線温度演算部５１は、電流値演算部５０が求めた変圧器電流値に基づき、柱上変圧器１の巻線温度を計算する。巻線温度演算部５１では、例えば、巻線に流れる電流の二乗に比例して発生するジュール熱から経験的に近似式を作成し、作成した近似式を用いて、変圧器電流値から各柱上変圧器１の巻線温度を求める。つまり、巻線温度演算部５１はスマートメータ３からのＳＭ電流値という観測データを用いることで、各柱上変圧器１の巻線温度を求めている。巻線温度演算部５１は、計算結果を巻線温度ＤＢ８及び寿命損失演算部５３に送る。

寿命損失演算部５３は、観測データから導かれた巻線温度に基づき、柱上変圧器１の寿命損失を求める。このとき、寿命損失演算部５３は、寿命損失は温度に依存して半減していくというアレニウスの法則を巻線温度の時系列データに適用して、逐次、柱上変圧器１の寿命損失を計算する。

寿命損失演算部５３が柱上変圧器１の寿命損失を求める時の巻線温度の基準温度は、柱上変圧器１における定格運用時の最高温度である９５℃である。すなわち、９５℃以下では、柱上変圧器１の寿命損失は進まないものとし、巻線温度が９５℃を超えると、過負荷となって、熱による絶縁紙の劣化が起き、柱上変圧器１の寿命損失が進むものとする。寿命損失演算部５３は、求めた寿命損失を寿命損失ＤＢ９及びマスターカーブ作成部５４に送る。

マスターカーブ作成部５４は、柱上変圧器１の寿命損失と柱上変圧器１の平均重合度との関係を一意に定める近似曲線としてマスターカーブを作成する。図３は、マスターカーブ作成部５４のブロック図である。図３に示すように、マスターカーブ作成部５４には、寿命損失参照部５４１と、平均重合度参照部５４２と、Ｎ―Ｖ組み合わせ記憶部５４３と、Ｎ―Ｖ変換式参照部５４４と、マスターカーブ出力部５４５と、が設けられている。

このうち、寿命損失参照部５４１は、ＡＭＤＢ４の寿命損失ＤＢ９から柱上変圧器１の寿命損失を取り込む。平均重合度参照部５４２は、ＡＭＤＢ４の定期点検情報ＤＢ１２から定期点検時の平均重合度を取り込む。Ｎ―Ｖ組み合わせ記憶部５４３は、定期点検時の平均重合度と寿命損失との組み合わせを、柱上変圧器１の型式ごとに複数用意する。そして、Ｎ―Ｖ組み合わせ記憶部５４３は、前記の組み合わせを、平均重合度と寿命損失とを対応させたＮ―Ｖ変換式として、ＡＭＤＢ４のＮ―Ｖ変換式ＤＢ１０に記憶する。

Ｎ―Ｖ変換式参照部５４４は、ＡＭＤＢ４のＮ―Ｖ変換式ＤＢ１０からＮ―Ｖ変換式を取り込んでこれを参照し、マスターカーブ出力部５４５は、Ｎ―Ｖ変換式の近似曲線となるマスターカーブを作成し出力する。マスターカーブの一例を図４に示す。図４のグラフでは、縦軸に平均重合度Ｎをとり、横軸に寿命損失Ｖをとる。図４における寿命損失の閾値は、柱上変圧器１の寿命レベルである平均重合度の閾値に対応した値になる。マスターカーブ及びＮ―Ｖ変換式は、平均重合度Ｎをデータとして取り込んでいるため、平均重合度を取得する定期点検ごとに逐次更新するようにしてもよい。

寿命予測部５６は、マスターカーブ作成部５４の作成したマスターカーブを用いることにより、平均重合度を寿命損失に変換して、柱上変圧器１の寿命損失の軌跡を推定し補完することにより柱上変圧器１の寿命を予測する。図５は、寿命予測部５６のブロック図である。

図５に示すように、寿命予測部５６には、Ｎ―Ｖ変換式参照部５６１と、V―ｔグラフ参照部５６２と、V―ｔグラフ更新出力部５６４と、寿命演算・記憶部５６５と、が設けられている。このうち、Ｎ―Ｖ変換式参照部５６１は、ＡＭＤＢ４のＮ―Ｖ変換式ＤＢ１０からＮ―Ｖ変換式を取り込んでこれを参照する。V―ｔグラフ参照部５６２は、ＡＭＤＢ４の寿命損失ＤＢ９から柱上変圧器１の寿命損失を取り込んで参照する。

V―ｔグラフ更新出力部５６４は、V―ｔグラフ参照部５６２の参照結果に基づいて、V―ｔグラフを更新し出力する。V―ｔグラフとは、図６に示すように、柱上変圧器１の寿命損失の軌跡を示すグラフであり、縦軸を寿命損失V、横軸を時間ｔとしている。V―ｔグラフ更新出力部５６４は、V―ｔグラフから得られた寿命損失値を寿命損失ＤＢ９にフィードバックする。

図６のグラフでは、最大寿命損失（柱上変圧器１の寿命レベルである平均重合度の閾値に達する際の寿命損失）に達する時刻をＴ２とし、現時刻をＴ１として、その差Ｔ２−Ｔ１が余寿命となる。柱上変圧器１の寿命レベルとなる平均重合度の閾値としては、例えば平均重合度４５０を設定する。

寿命演算・記憶部５６５は、Ｎ―Ｖ変換式参照部５６１の参照結果と、V―ｔグラフ更新出力部５６４の出力結果を取り込み、将来に向かっての寿命損失の軌跡（図６の破線部分）を、推定し補完する。これにより寿命演算・記憶部５６５は柱上変圧器１の運用限界となる寿命を予測して、予測した寿命を寿命損失ＤＢ９に送る。寿命演算・記憶部５６５は、予測した寿命を寿命ＤＢ１１に逐次、更新して記憶する。寿命予測部５６において、寿命損失の軌跡を補完する期間とは、現時刻Ｔ１を起点として、最大寿命損失に達した時刻Ｔ２を終点とする。すなわち、柱上変圧器１の寿命レベルに達するまでの寿命損失の軌跡を補完した時点が、予測される柱上変圧器１の余寿命となる。

柱上変圧器１の余寿命を予測する際には、柱上変圧器１の使用状況に応じたシナリオをいくつか用意しておき、予測値に時間幅を持たせて確率的に示すようにしても良い。また、柱上変圧器１の寿命レベルとなる平均重合度の閾値に加えて、その前段階として柱上変圧器１の危険レベルを設定してもよい。危険レベルとなる平均重合度の閾値としては、例えば平均重合度２００を設定するとよい。

通知部５７は、寿命予測部５６の予測結果をオペレータに通知する。通知部５７が通知する内容としては、柱上変圧器１の交換を促す交換通知であってもよい。通知部５７は、寿命予測部５６が予測した柱上変圧器１の寿命が予め設定された閾値に達すると、柱上変圧器１の交換通知をオペレータに通知する。通知部５７が通知する内容としては、柱上変圧器１が危険レベルを通知するものでもよい。

（効果）
（１）第１の実施形態では、寿命予測部５６が、寿命損失の軌跡を推定し補完した上で、柱上変圧器１の寿命が予め設定された閾値に達するまで、柱上変圧器１の寿命を逐次、高い精度で予測する。そのため、最適な柱上変圧器１の交換時期を選ぶことができ、柱上変圧器１を限界まで運用することが可能となる。

（２）しかも、寿命予測部５６のV―ｔグラフ更新出力部５６４では、柱上変圧器１ごとにV―ｔグラフを作成することができるので、柱上変圧器１ごとの寿命損失をきめ細かく管理することが可能となり、交換時期、設備運用並びに定期点検費用の最適化に寄与することができる。

（３）第１の実施形態では、電流値取得部５１がＳＭ電流値を柱上変圧器１ごとに積算演算するので、柱上変圧器１の変圧器電流値の変化を確実に捉えることができ、柱上変圧器１の変圧器電流値の変動を変圧器電流値の巻線温度に反映させることが可能である。すなわち、柱上変圧器１の使われ方が変化して変圧器電流値が変化しても、この変化を加味しつつ、寿命損失演算部５２が柱上変圧器１の寿命損失を計算することができる。したがって、柱上変圧器１の使用状況に左右されることなく、寿命予測部５６は常に優れた予測精度を発揮することができる。

（４）第１の実施形態では、寿命予測部５６の予測値が所定の閾値に達すると、通知部５７がオペレータに交換通知を行う。つまり、寿命予測部５６は、柱上変圧器１の最大寿命損失の到来時期を、柱上変圧器１の交換時期に置き換える役割を果たすことができる。したがって、複数の柱上変圧器１に関して、その交換時期が異なることが明らかとなり、柱上変圧器１の交換作業の優先順位付けが可能となる。これにより、柱上変圧器１に関して、設備運用及び定期点検の効率化を支援することができ、設備運用の最適化及び定期点検費用の最適化を進めることができる。

［２］第２の実施形態
第２の実施形態について、図７を参照して説明する。図７は第２の実施形態を示すブロック図である。第２の実施形態において第１の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して重複説明は省略する。

（構成）
図７に示すように、第２の実施形態に係る寿命推定装置５には、第１の実施形態に係る寿命推定装置５の各構成要素に加えて、周辺情報取得部５２が設けられている。周辺情報取得部５２は、気象庁、民間気象会社等の外部情報提供機関１７から柱上変圧器１の周辺情報を取得する。

柱上変圧器１の周辺情報とは、柱上変圧器１の寿命及び寿命予測に影響を与える要因に関する情報であり、例えば、柱上変圧器１周辺の気象情報や、柱上変圧器１周辺の環境情報などがある。周辺情報とは過去の情報だけではなく、寿命予測に影響を与える情報なので将来に向かっての情報も含む。

気象情報としては例えば、柱上変圧器１周辺の気温情報がある。環境情報としては例えば、海岸地域での塩分濃度の分布データや、温泉地域などで発生する腐食性ガス濃度の分布データなどがある。これらの周辺情報は、巻線温度計算時あるいは寿命損失計算時にモデル化して組み込むようにしてもよい。

周辺情報としては、予め定められた地域ごとに取得するようにしてもよい。また、周辺情報の取得タイミングも適宜選択可能であり、例えば３０分ごとであってもよい。さらに外部情報提供機関１７からではなく、周辺情報取得部５２自体にセンサを設けて周辺情報を取得してもよい。具体的には、周辺情報取得部５２に温度センサを設けて柱上変圧器１周辺の気温を求めてもよいし、日照計や風速計を設けて柱上変圧器１に対する日射量や風速を検知するようにしてもよい。

巻線温度演算部５１は、電流値ＤＢ７から取得した変圧器電流値と、外部情報提供機関１７から取得した柱上変圧器１の周辺情報とに基づいて、柱上変圧器１の巻線温度を計算する。例えば、巻線を流れる電流の二乗に比例して発生するジュール熱の項と、柱上変圧器１の周辺情報の項とを用いて経験的に近似式を作成し、この近似式を用いて柱上変圧器１の巻線温度を計算する。

（効果）
第２の実施形態の巻線温度演算部５１は、スマートメータ３のＳＭ電流値に基づく柱上変圧器１の変圧器電流値に加えて、柱上変圧器１の周辺情報に用いて、柱上変圧器１の巻線温度を計算する。そのため、柱上変圧器１を取り巻く環境の変化を反映させながら、柱上変圧器１の巻線温度を把握することができる。したがって、寿命予測部５６は寿命損失の軌跡を、より高い精度で推定し補完することができる。その結果、高い精度で柱上変圧器１の寿命を予測することが可能となり、柱上変圧器１ごとの交換時期、設備運用並びに定期点検費用の最適化を、確実に実現することができる。

［３］第３の実施形態
第３の実施形態について、図８を参照して説明する。図８は第３の実施形態の要部ブロック図である。第３の実施形態において上記の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して重複説明は省略する。

（構成）
図８に示すように、第３の実施形態にて利用されるＡＭＤＢ４には、以下に示す３つのＤＢ１３〜１５が設けられている。１３は柱上変圧器１の負荷率を記憶する負荷率ＤＢ、１４は柱上変圧器１の設計諸元を記憶する設計諸元ＤＢである。１５は柱上変圧器１の絶縁油の油温を記憶する油温ＤＢである。

第３の実施形態において、巻線温度演算部５１には、負荷率参照部５１１と、設計諸元参照部５１２と、巻線温度上昇分演算部５１３と、油温上昇分演算部５１４と、油温演算・記憶部５１５と、油温参照部５１６と、巻線温度演算・記憶部５１７と、が設けられている。このうち、負荷率参照部５１１は、ＡＭＤＢ４側の負荷率ＤＢ１３から柱上変圧器１の負荷率を参照する。

設計諸元参照部５１２は、設計諸元ＤＢ１４から各柱上変圧器１の設計諸元データを参照する。設計諸元参照部５１２が参照する設計諸元データとしては、寿命損失係数や定格運用時の最高温度等がある。巻線温度上昇分演算部５１３は、負荷率及び設計諸元から巻線温度の上昇分を演算する。

油温上昇分演算部５１４は、負荷率及び設計諸元から油温上昇分値を演算する。油温演算・記憶部５１５は、油温上昇分演算部５１４による油温上昇分値に基づいて油温を演算し、油温を油温ＤＢ１５に送る。油温参照部５１６は、油温ＤＢ１５から油温を取り出して参照する。巻線温度演算・記憶部５１７は、油温参照部５１６による油温と、巻線温度上昇分演算部５１３による巻線温度上昇値に基づいて、巻線温度を演算し、演算結果を巻線温度ＤＢ８に送る。

以上の内容を数式にて示すと下記の通りとなる。

上記の式（１）及び（２）において、θoは油温上昇分値、θgは巻線温度上昇分値である。これらの値は、それぞれ負荷率Ｋ及び設定諸元により得られる損失比Ｒ（負荷損／無負荷損≒銅損／鉄損）、冷却定数ｍ，ｎ、定格負荷時の最高油温上昇値θｏＮ、定格負荷時の最高巻線温度上昇値θｇＮによって、決まる。

上記の式（３）において、θｏｔは油温である。油温上昇分値θo、３０分前の油温θｏｔより算出する油温初期値θｏｓ、周辺気温Ｔａ、設計諸元より得られる油温時定数τｏによって、油温θｏｔが決まる。上記の式（４）において、θｇｔは巻線温度であり、式（２）、式（３）より得られる巻線温度上昇分値θgと油温θｏｔによって、これが決まる。

なお、巻線を流れる電流の二乗に比例して発生するジュール熱の項と前述の気象情報の項を用いて、α、βを係数として、経験的に下記の式（５）のような近似式を作成してもよい。

（効果）
第３の実施形態の巻線温度演算部５１では、電流値演算部５０からの各柱上変圧器１の変圧器電流値に加え、負荷率参照部５１１による柱上変圧器１の負荷率の時間変化を反映させながら、油温演算・記憶部５１５にて油温を求めることができる。したがって、巻線温度演算・記憶部５１７では、柱上変圧器１の油温に基づいて巻線温度の変化を、精度よく求めることが可能である。このため、第３の実施形態によれば、寿命損失の軌跡をより正確に推定し補完することが可能となり、柱上変圧器１の寿命を高い精度で逐次予測することができる。

［４］第４の実施形態
第４の実施形態について、図９を参照して説明する。図９は第４の実施形態のブロック図である。第４の実施形態において上記の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して重複説明は省略する。

（構成）
図９に示すように、寿命損失演算部５３には、巻線温度参照部５３１と、設計諸元参照部５３２と、寿命損失演算・記憶部５３３と、寿命損失参照部５３４と、V―ｔグラフ出力部５３５と、が設けられている。このうち、巻線温度参照部５３１は、ＡＭＤＢ４側の巻線温度ＤＢ８から柱上変圧器１の巻線温度を参照する。設計諸元参照部５３２は、設計諸元ＤＢ１４から各柱上変圧器１の設計諸元データを参照する。

寿命損失演算・記憶部５３３は、参照結果に基づき、下記の式（６）のような寿命損失計算式を用いて寿命損失を求め、得られた結果をＡＭＤＢ４の寿命損失ＤＢ９に記憶する。寿命損失参照部５３４は、寿命損失ＤＢ９から柱上変圧器１の寿命損失を取り込んで参照する。V―ｔグラフ出力部５３５は、寿命損失参照部５３４が参照した寿命損失に基づき、図６に示すようなV―ｔグラフを出力する。

ここで設計諸元参照部５１２より得る定数は、例えば寿命損失係数ｂ及び定格運用時の最高温度であれば、寿命損失定数ｂはln(2/6)=0.1155、定格運用時の最高温度は９５℃とする。これは巻線温度が６K上昇する毎に寿命が半減することを意味する。

（効果）
第４の実施形態に係る寿命損失演算部５５では、柱上変圧器１の巻線温度及び設計諸元を参照しつつ、V―ｔグラフ出力部５３５が柱上変圧器１の寿命損失（図６の実線部分）を正確に求めることができる。このため、第４の実施形態によれば、寿命損失の軌跡を正確に推定し補完することが可能であり、柱上変圧器１の寿命を高い精度で逐次予測することができる。また、柱上変圧器１の数分だけ、V―ｔグラフを作成することができるので、柱上変圧器１ごとの寿命損失を容易に管理することが可能となる。

さらに、寿命損失計算式である上記の式（６）に、外部環境が寿命に与える影響を組み込むようにしてもよい。具体的には、海岸地域では塩害、温泉地域では腐食ガスによって、腐食性を伴う塩素ガスが発生し、柱上変圧器を傷めている。気象庁などの外部情報提供機関１７により塩害濃度や腐食性ガス濃度の時空間分布である分布データを取得して、寿命損失計算にモデル化して組み込むようにしてもよい。以上のような第４の実施形態によれば、寿命損失という劣化指標に起因する要素を数式化して求めることで、寿命損失の時間変化をさらに高い精度で演算することができる。

［５］第５の実施形態
第５の実施形態について、図１０を参照して説明する。図１０は第５の実施形態の要部ブロック図である。第５の実施形態において上記の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して重複説明は省略する。

（構成）
図１０に示すように、第５の実施形態にて利用されるＡＭＤＢ４には、前述したＤＢに加えて、データ記の各需要家の電力使用履歴情報を記憶する電力使用履歴ＤＢ１６が設けられている。電力使用履歴ＤＢ１６に記憶される各需要家の電力使用履歴情報には、スマートメータ３が設置される以前の履歴情報も含まれるものとする。

前記図６に示したV―ｔグラフにおいて横軸に示す時刻Ｔ０は、スマートメータ３が設置された時点である。既に述べたように、時刻Ｔ０以降はスマートメータ３を用いて観測データを取得可能なので、この観測データを柱上変圧器１の寿命予測に反映させることができる。

一方、スマートメータ３が設置される時刻Ｔ０以前では、当然ながらスマートメータ３から取得する観測データを柱上変圧器１の寿命予測に反映させることはできない。そこで、第４の実施形態に係る寿命損失演算部５５では、スマートメータ３が設置される時刻Ｔ０を起点して、電力使用履歴ＤＢ１６から各需要家の過去の電力使用履歴を取り込んで参照し、各需要家にスマートメータ３が設置されるよりも以前の寿命損失の軌跡を、推定し補完する。

具体的には、図１０に示すように、寿命損失演算部５５には、V―ｔグラフ参照部５５１と、電力使用履歴参照部５５２と、過去推定V―ｔグラフ更新出力部５５３と、が設けられている。このうち、V―ｔグラフ参照部５５１は、ＡＭＤＢ４の寿命損失ＤＢ９から柱上変圧器１の寿命損失を取り込んで参照する。電力使用履歴参照部５５２は、スマートメータ３と柱上変圧器１のひも付情報を突き合わせて、電力使用履歴ＤＢ１６から各需要家の過去の電力使用履歴を取得して参照する。

過去推定V―ｔグラフ更新出力部５５３は、線形補完を行うことや、前述の将来に向かっての寿命損失の軌跡を時間軸に対して反転させる。これにより、過去推定V―ｔグラフ更新出力部５５３は、スマートメータ３が設置された時点Ｔ０以前の寿命損失の軌跡を推定し補完する（図６の一点鎖線）。過去推定V―ｔグラフ更新出力部５５３は、V―ｔグラフの作成により得られた寿命損失値を、逐次、寿命損失ＤＢ９にフィードバックする。

（効果）
第５の実施形態に係る寿命損失演算部５５では、現時点から過去に遡る柱上変圧器１の寿命損失を求めることができる。したがって、第４の実施形態では、スマートメータ３が設置される以前の寿命損失も求めることが可能である。これにより、柱上変圧器１の状態を的確に把握することで、正確に柱上変圧器１の寿命をより高い精度で逐次予測することができる。

［６］第６の実施形態
第６の実施形態について、図１１を参照して説明する。図１１は第６の実施形態を示すブロック図である。第６の実施形態において上記の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して重複説明は省略する。

（構成）
図１１に示す第６の実施形態に係る寿命予測部５６は、図５に示した寿命予測部５６の構成に、需要予測部５６３を追加したものである。需要予測部５６３は、周辺情報取得部５２から柱上変圧器１の周辺情報を取得しつつ、V―ｔグラフ参照部５６２の参照結果に基づいて、需要を予測する。

より具体的には、需要予測部５６３は、周辺情報取得部５２から得られる電力量に起因するパラメータを使って重回帰分析などを行い、逐次、需要予測を行う。需要予測部５６３は、予測した需要をV―ｔグラフ更新出力部５６４に送る。V―ｔグラフ更新出力部５６４は、需要予測部５６３の予測した需要に基づいて、V―ｔグラフを更新し出力する。

（効果）
第６の実施形態に係る寿命予測部５６では、需要予測部５６３が重回帰分析などの統計学的手法を用いて需要予測を行い、その結果を踏まえて寿命損失の軌跡を推定し補完する。すなわち、柱上変圧器１の寿命予測に際して、需要予測を反映することができる。そのため、柱上変圧器１の交換時期、設備運用並びに定期点検費用の最適化を進めることができる。

［７］他の実施形態
本発明のいくつかの複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

例えば、第１の実施形態では、定期点検時の平均重合度と寿命損失との組み合わせを柱上変圧器１の型式ごとに複数用意したが、これに限らず、柱上変圧器１における熱損耗実験を別途行って、この熱損耗実験から平均重合度Ｎと寿命損失Ｖとの関係を得るようにしてもよい。柱上変圧器１の熱損耗実験に際しては、温泉地域にあるなどの特殊な条件下という制約を加えて、所定の条件下に限った平均重合度Ｎと寿命損失Ｖとの関係を求めることができるので、柱上変圧器１の寿命推定をより高い精度で実施することができる。

さらに、平均重合度Ｎの代わりとなる劣化指標を用いて、図４に示したマスターカーブと同様のグラフを作成するようにしても良い。例えば、前記の実施形態では柱上変圧器１の内部的な劣化を定量的に評価しようとしたものであるが、柱上変圧器１の外観上の劣化を段階的に劣化指標として設定し、外観の画像データを監視カメラネットワークなどを使って取得して、画像診断的に評価するようにしてもよい。

また、柱上変圧器１の巻線温度計算を行う際に用いるデータとしては、第２の実施形態では柱上変圧器１の変圧器電流値と柱上変圧器１の周辺情報を利用し、第３の実施形態では柱上変圧器１の変圧器電流値と油温を利用したが、第２及び第３の実施形態を組み合わせてもよい。すなわち、柱上変圧器１の変圧器電流値と、柱上変圧器１の周辺情報と、柱上変圧器１の油温とを用いて、柱上変圧器１の巻線温度を求めるようにしてもよい。

１ 柱上変圧器
２ コンセントレータ
３ スマートメータ
４ アセットマネジメントＤＢ（ＡＭＤＢ）
５ 柱上変圧器の寿命推定装置
６ ＳＭ電流値ＤＢ
７ 変圧器電流値ＤＢ
８ 巻線温度ＤＢ
９ 寿命損失ＤＢ
１０ Ｎ―Ｖ変換式ＤＢ
１１ 寿命ＤＢ
１２ 定期点検情報ＤＢ
１３ 負荷率ＤＢ
１４ 設計諸元ＤＢ
１５ 油温ＤＢ
１６ 電力使用履歴ＤＢ
１７ 外部情報提供機関
５１ 巻線温度演算部
５１１ 負荷率参照部
５１２ 設計諸元参照部
５１３ 巻線温度上昇分演算部
５１４ 油温上昇分演算部
５１５ 油温演算・記憶部
５１６ 油温参照部
５１７ 巻線温度演算・記憶部
５２ 周辺情報取得部
５３、５５ 寿命損失演算部
５４ マスターカーブ作成部
５４１ 寿命損失参照部
５４２ 平均重合度参照部
５４３ Ｎ―Ｖ組み合わせ記憶部
５４４ Ｎ―Ｖ変換式参照部
５４５ マスターカーブ出力部
５６ 寿命予測部
５６１ Ｎ―Ｖ変換式参照部
５６２ V―ｔグラフ参照部
５６３ 需要予測部
５６４ V―ｔグラフ更新出力部
５６５ 寿命演算・記憶部
５７ 通知部

Claims (14)

1. スマートメータからの電流値を所定の柱上変圧器ごとに積算演算して前記柱上変圧器の電流値を取得する電流値取得部と、
   前記電流値に基づいて前記柱上変圧器の巻線温度を計算する巻線温度演算部と、
   前記巻線温度に基づいて前記柱上変圧器の寿命損失を計算する寿命損失演算部と、
   前記柱上変圧器の劣化度合を示す劣化指標と前記寿命損失とを取得して前記劣化指標と前記寿命損失との関係を一意に定めるマスターカーブを作成するマスターカーブ作成部と、
   前記マスターカーブを用いて前記寿命損失の軌跡を推定し補完して前記柱上変圧器の寿命を予測する寿命予測部と、
   を備えた柱上変圧器の寿命推定装置。
2. 前記寿命予測部は、現時点から予め設定された所定の寿命損失閾値に達する時点までの前記寿命損失の軌跡を、推定し補完する請求項１に記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
3. 前記寿命予測部の予測結果を通知する通知部を備えた請求項１又は２に記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
4. 前記通知部は、前記寿命予測部が予測した前記柱上変圧器の寿命が予め設定された閾値に達すると、前記柱上変圧器の交換を促す交換通知を通知する請求項３に記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
5. 前記柱上変圧器の寿命に影響を与える前記柱上変圧器の周辺情報を、外部から取得する周辺情報取得部を備え、
   前記巻線温度演算部は、前記電流値及び前記周辺情報に基づいて前記柱上変圧器の巻線温度を計算する請求項１〜４のいずれかに記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
6. 前記周辺情報取得部は、前記周辺情報として、前記柱上変圧器周辺の気象情報及び前記柱上変圧器周辺の環境情報のうちの少なくとも一方を取得する請求項５に記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
7. 前記周辺情報取得部は、予め設定された地域ごとの前記周辺情報を取得する請求項５又は６に記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
8. 前記劣化指標取得部は、前記劣化指標として前記柱上変圧器の巻線絶縁紙から測定した平均重合度を取得する請求項１〜７のいずれかに記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
9. 前記劣化指標取得部は、前記劣化指標として監視カメラによる前記柱上変圧器の監視画像を取得する請求項１〜８のいずれかに記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
10. 前記巻線温度演算部は、前記柱上変圧器に封入された絶縁油の油温を計算し、当該油温を参照して前記巻線温度を計算する請求項１〜９のいずれかに記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
11. 前記柱上変圧器の設計諸元データを記憶する設計諸元データ記憶部と、
    前記設計諸元データ及び前記電流値から前記柱上変圧器の負荷率を計算する負荷率演算部と、を備え、
    前記巻線演算部は、前記負荷率及び前記設計諸元データを参照して前記油温を計算する請求項１０に記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
12. 前記寿命損失演算部は、前記巻線温度の変化にアレニウス法則を適応して寿命損失を演算する請求項１〜１１のいずれかに記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
13. 前記寿命損失演算部は、各需要家にスマートメータが設置されるよりも以前の電力使用履歴を参照して前記寿命損失を計算する請求項１〜１２のいずれかに記載の柱上変圧器の寿命推定装置。
14. 需要予測を行う需要予測部を備え、
    前記寿命損失演算部は、前記需要予測を参照して前記寿命損失の軌跡を推定し補完する請求項１〜１３のいずれかに記載の柱上変圧器の寿命推定装置。

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