JP2018165648A - 変圧器の絶縁油劣化診断システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い精度で変圧器の絶縁油の経年劣化や異常の度合いを非破壊検査にて行うことが可能な変圧器の絶縁油劣化診断システムを提供する。【解決手段】変圧器の絶縁油を被測定物としてブラックライトを照射する光源と、被測定物から放出される蛍光を撮影する撮像機とを含む測定装置と、測定装置からの情報を用いて絶縁油の劣化診断を行う分析装置から構成され、分析装置は、光源と撮像機の動作を制御する駆動制御部と、撮像機で撮影された被測定物の画像を記録する記録部と、記録部で記録した被測定物の画像を処理する画像処理部と、画像処理部で判定した結果を表示する表示部とを備え、画像処理部は、被測定物の画像からその輝度を算出し、当該輝度から絶縁油の絶縁破壊電圧を算出し、算出した絶縁破壊電圧と絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧のしきい値とから劣化度合いを算出し、判定することを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム。【選択図】図１

Description

本発明は、変圧器における絶縁油の劣化診断を可能とする変圧器の絶縁油劣化診断システム及び方法に関する。

従来から変圧器では、その内部の絶縁油を採取し、その絶縁油をガス分析することで、劣化を確認している。ただし、採取した絶縁油は再利用出来ないため破壊検査となっている。よって絶縁油の分析の度に変圧器内の絶縁油が減少し、絶縁油が規定値より減少した場合には、絶縁油を継ぎ足す必要があり、保守作業の増加となる。

また変圧器の内部の絶縁油の健全性トレンド管理にも影響を与えることが考えられる。高経年化した変圧器の場合には絶縁油の健全性を診断する上でもこの点は課題となる。

この問題を解決するための従来技術として、特許文献１に記載されたものがある。特許文献１には、絶縁油の吸収波長を含む紫外光を外部より被測定物に照射した際に、絶縁油から放出される蛍光を検出することが記載され、非破壊検査にて、電気機器の漏油、腐食を判定することが出来ると記載されている。

特開２００８‐１１６３８９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、絶縁油の識別は可能であるが、絶縁油の劣化診断（絶縁油の経年劣化や異常の度合い）については判定ができないという問題があった。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、装置を複雑化することなく、高い精度で変圧器の絶縁油の経年劣化や異常の度合いを非破壊検査にて行うことが可能な変圧器の絶縁油劣化診断システム及び方法を提供することである。

本発明の変圧器の絶縁油劣化診断システムは、上記課題を解決するために、「変圧器の絶縁油を被測定物としてブラックライトを照射する光源と、ブラックライトが照射された前記被測定物から放出される蛍光を撮影する撮像機とを含む測定装置と、該測定装置からの情報を用いて前記絶縁油の劣化診断を行う分析装置から構成され、分析装置は、測定装置の光源と撮像機の動作を制御する駆動制御部と、撮像機で撮影された被測定物の画像を記録する記録部と、記録部で記録した被測定物の画像を処理する画像処理部と、画像処理部で判定した結果を表示する表示部と、を備え、画像処理部は、被測定物の画像からその輝度を算出し、当該輝度から絶縁油の絶縁破壊電圧を算出し、算出した絶縁破壊電圧と絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧のしきい値とから劣化度合いを算出し、診断することを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム」としたものである。

本発明によれば、装置を複雑化することなく、高い精度で変圧器内の絶縁油の経年劣化や異常の度合いを非破壊検査にて行うことが可能となる。

実施例１に係る変圧器の絶縁油劣化診断システムを示す概略構成図。 変圧器８に予め備えられている採油バルブ２００を光透過窓９として利用する事例を示す図。 画像処理部５における処理を示すフローチャート例を示す図。 予め実験などにより作成された鉱油の場合の対応表ＴＢ１の一例を示す図。 鉱油の場合の絶縁破壊電圧と蛍光強度の関係を示す図。 予め実験などにより作成された植物油の場合の対応表ＴＢ１の一例を示す図。 植物油の場合の絶縁破壊電圧と蛍光強度の関係を示す図。 変圧器８に予め備えられている採油バルブ２００を光透過窓９として利用する他の実施例を示す図。

以下、実施例に基づいて本発明に係る変圧器の絶縁油劣化診断システム及び方法について説明する。ただし、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で当業者による様々な改良および変更を加えることができる。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１は、実施例１に係る変圧器の絶縁油劣化診断システムを示す概略構成図である。図１に示す実施例１の変圧器の絶縁油劣化診断システム１００は、測定装置２０と分析装置２１とを含み構成されている。

このうち測定装置２０は、被測定物７にブラックライトを照射する光源１と、光源１からブラックライトが照射された被測定物７から放出される蛍光を撮影する撮像機２で構成されている。ここで被測定物７は、変圧器８の内部に収納された絶縁油であり、変圧器８の表面部分に形成されたガラスやアクリルなどの光透過窓９を含む領域１０（照射光照射領域）にブラックライトを照射し、被測定物７である絶縁油から放出される蛍光を撮影している。

図２は、変圧器８に予め備えられている採油バルブ２００を光透過窓９として利用する事例を示している。図２の場合、採油バルブ２００の一方端（図示左側）は変圧器８の内部の被測定物７（すなわち絶縁油）と連通しており、採油バルブ２００の他方端（図示右側）はガラス閉止板２０１により塞がれている。２０２は閉止板兼のぞき窓である。光源１からのブラックライトはガラス閉止板２０１を経由して採油バルブ２００内の絶縁油に照射され、ガラス閉止板２０１に取り付けられた撮像機２により、画像を撮影する。

また、分析装置２１は、測定装置２０の光源１と撮像機２の動作を制御する駆動制御部３と、撮像機２で撮影された被測定物７の画像を記録する記録部４と、記録部４で記録した被測定物７の画像を呼び出して画像を処理する画像処理部５と、この画像処理部５で判定した結果を表示する表示部６を含んで構成されている。

本実施例に係る変圧器の絶縁油劣化診断システム１００では、基本的には上記画像処理部５の部分において、絶縁油特有の絶縁破壊電圧と蛍光強度の対応表もしくは算定式により劣化度合いを算出し、判定（診断）するものである。

図３は、画像処理部５における処理を示すフローチャートである、画像処理部５の最初の処理である処理ステップＳ１では、撮像機３で撮影された被測定物７の画像を記録する記録部４からの画像を用いて、被測定物７である絶縁油から放出される蛍光の輝度（強度）を求める。なお蛍光の輝度は、例えば画像の明るさを数値化し画像全体の平均値を求めることで得ることができる。

次に、求められた蛍光の輝度（強度）を用いて、処理ステップＳ２または処理ステップＳ３のいずれか一方の処理、または双方の処理が実施される。処理ステップＳ２の処理では、絶縁油特有の絶縁破壊電圧と蛍光強度の対応表ＴＢ１が参照され、当該油種に特有の対応表について、測定した絶縁油の蛍光強度の時の絶縁破壊電圧を求める。

図４は、予め実験などにより作成された鉱油の場合の対応表ＴＢ１の一例であり、ここでは絶縁油の油種として鉱油が採用された場合の絶縁破壊電圧と蛍光強度の対応表ＴＢ１が例示されている。対応表は、例えば記録部４内に油種ごとに記憶されている。図４の場合には、鉱油の輝度が１５１．３であれば絶縁破壊電圧は１３．５ｋＶ、鉱油の輝度が１５３であれば絶縁破壊電圧は１９．７ｋＶ、鉱油の輝度が１５２．３であれば絶縁破壊電圧は２９．９ｋＶ、鉱油の輝度が１６０．３であれば絶縁破壊電圧は４９．３ｋＶといった具合である。なお、後述する図６には絶縁油の油種として植物油が採用された場合の絶縁破壊電圧と蛍光強度の対応表が例示されている。図６の数値についての説明は割愛する。

処理ステップＳ３の処理では、以下の（１）式に測定した蛍光強度Ｍを代入して、測定した絶縁油の蛍光強度の時の絶縁破壊電圧Ｙを導く。なお（１）式の係数Ａ，Ｂは予め定めておく。
[数１]
絶縁油の絶縁破壊電圧Ｙ＝Ａ×ｌｎ(輝度Ｍ)−Ｂ （１）
（１）式の絶縁油の絶縁破壊電圧Ｙをマスターカーブと称することにする。本実施例においては、変圧器内の絶縁油の健全性診断のマスターカーブ作成のために、変圧器タンク内に注油される絶縁油を人工的に加速劣化させた。人工的な加速劣化後の経年絶縁油の特性としては、新油、経年３０年後、経年５０年後相当の絶縁油の絶縁破壊電圧、全酸価、色相、水分量、蛍光強度（蛍光／入射光）の関係を整理した。この実験、計測結果によると、絶縁油の絶縁破壊電圧Ｙ―蛍光強度Ｍ（蛍光／入射光）の特性の間には、（１）式の絶縁油の絶縁破壊電圧Ｙ＝Ａ×ｌｎ（輝度Ｘ）−Ｂなる相関式が成り立ち、健全性診断のためのマスターカーブが作成できることが判明した。因みに鉱油の場合、係数Ａは５４９．４２であり、係数Ｂは２７４０であった。また図６で後述する植物油の場合、係数Ａは５８８．４３であり、係数Ｂは２９１０．５であった。

図３の処理ステップＳ２または処理ステップＳ３により、当該油種における絶縁油の絶縁破壊電圧を求めることができた。これに対し、絶縁油の劣化診断上の健全性についてのしきい値については、電気学会、石油学会、石油学会 電気絶縁油保守管理指針にて記載のしきい値にて設定されている。

絶縁油の絶縁破壊電圧のしきい値は、系統システム上の電圧(例えば変圧器の定格電圧)が１１〜７７ｋＶの場合には絶縁破壊電圧ＶＬ１(ｋＶ/２．５ｍｍ) ≧３０、系統システム上の電圧が１１０〜２７５ｋＶの場合には絶縁破壊電圧ＶＬ２(ｋＶ/２．５ｍｍ) ≧４０、系統システム上の電圧が５００ｋＶの場合には絶縁破壊電圧ＶＬ３(ｋＶ/２．５ｍｍ) ≧５０である。

図５は、絶縁破壊電圧と蛍光強度の関係を示す図である。この図では高さ方向に、絶縁油の絶縁破壊電圧とそのしきい値ＶＬ１，ＶＬ２，ＶＬ３が、記述されている。また、このグラフには、図５の対応表ＴＢ１により特定される各点、及び（１）式（絶縁油の絶縁破壊電圧Ｙ）が記載されている。この表示によれば、対応表ＴＢ１あるいは（１）式から求めた現時点における測定対象絶縁油の絶縁破壊電圧が、絶縁破壊電圧のしきい値にどれほど近接しているのかが、測定値としきい値の比較から明らかである。

図３の処理ステップＳ４では、例えば、対応表ＴＢ１あるいは（１）式から求めた現時点における測定対象絶縁油の絶縁破壊電圧がＶ０であり、絶縁油の絶縁破壊電圧のしきい値がＶＬ２であるとき、ΔＶ＝ＶＬ２―Ｖ０が近接の度合いを示している指標であるとして求め、変圧器設置当初に測定したΔＶの値が、その後如何ほど変化しているかを監視することで絶縁油の経年劣化や異常の度合いを監視する。

以上説明したように、本実施例に係る変圧器の絶縁油劣化診断システムにおいては、絶縁破壊電圧と蛍光強度に相関性をもち、変圧器用絶縁油の劣化診断の判定のしきい値（ΔＶについてのしきい値）としては、絶縁破壊電圧値と蛍光強度値から対応表もしくは算定式により算出し、しきい値を算出するのがよい。

なお、油入変圧器で最も使用される鉱油については、上記の実験から求めた相関式から導かれ、図５に示すように鉱油の絶縁破壊電圧Ｙ＝５４９．４２×ｌｎ（輝度Ｍ）―２７４０の近似式となる。

尚、上記相関式は、変圧器納入時に現地での外乱要因を加味して、かつ当該変圧器に使用された絶縁油にて最初の輝度を測定し、補正項Ａ，Ｂを適宜に微調整して使用することで、健全性診断の精度が向上すると期待される。

以上、これらのことから、経年した変圧器の絶縁油の健全性診断を非破壊（非接触）法にて実施することができる。

実施例１では、変圧器に使用された絶縁油が鉱油である場合について述べたが、実施例２では、近年環境対応で広まりつつある植物油入変圧器で最も使用される植物油について説明する。

図６は、予め実験などにより作成された植物油のときの対応表ＴＢ２の一例を示す図であり、図７は植物油のときの絶縁破壊電圧Ｙ＝５８８．４３×ｌｎ（輝度Ｍ）―２９１０.５の近似式を示している。ここでは、具体的な数値での説明を割愛するが、植物油の場合にも実施例１と同様の傾向を示しており、係る数値関係や式を予め準備しておくことで、図３の処理と同様にして絶縁油の経年劣化や異常の度合いを監視する。

尚、上記相関式は、変圧器納入時に現地での外乱要因を加味して、かつ当該変圧器に使用された絶縁油にて最初の輝度を測定し、補正項Ａ，Ｂを適宜に微調整して使用することで、健全性診断の精度が向上すると期待される。

以上、これらのことから、経年変圧器の絶縁油の健全性診断を非破壊（非接触）法にて実施することができる。

実施例３では、図２の方式とは異なる、油入機器８に予め備えられている採油バルブ２００を光透過窓９として利用する事例を示す図である。撮像機２が採油バルブ２００の絶縁油７に浸漬する位置に設けられている点で図２とは相違している。

実施例１の場合には、測定の都度測定装置２０（光源１と撮像機２）を据え付けし直す必要があるが、実施例３の場合には撮像機２との配線のみ行えばよく、かつ撮像機２の位置が固定されるので、時間経過後の測定であっても同一条件を保ちやすいという効果がある。

以上説明したように、実施例３の構成によれば、装置を複雑化することなく、高い精度で変圧器の絶縁油劣化診断システムを提供することができる。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１…光源、２…撮像機、３…駆動制御部、４…記録部、５…画像処理部、６…表示部、７…被測定物、８…変圧器、９…光透過窓、２０…測定装置、２１…分析装置、１００…変圧器の絶縁油劣化診断システム、２００…採油バルブ、２０１…ガラス閉止板、２０２…閉止板兼のぞき窓

Claims (11)

1. 変圧器の絶縁油を被測定物としてブラックライトを照射する光源と、ブラックライトが照射された前記被測定物から放出される蛍光を撮影する撮像機とを含む測定装置と、該測定装置からの情報を用いて前記絶縁油の劣化診断を行う分析装置から構成され、
   前記分析装置は、前記測定装置の光源と撮像機の動作を制御する駆動制御部と、撮像機で撮影された被測定物の画像を記録する記録部と、記録部で記録した被測定物の画像を処理する画像処理部と、該画像処理部で判定した結果を表示する表示部とを備え、
   前記画像処理部は、前記被測定物の画像からその輝度を算出し、当該輝度から前記絶縁油の絶縁破壊電圧を算出し、算出した絶縁破壊電圧と絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧のしきい値とから劣化度合いを算出し、診断することを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム。
2. 請求項１に記載の変圧器の絶縁油劣化診断システムであって、
   絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧の前記しきい値は、前記絶縁油の油種に応じて定められていることを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の変圧器の絶縁油劣化診断システムであって、
   前記算出した絶縁破壊電圧と、前記絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧のしきい値との差を求め、求めた差の大きさから劣化度合いを算出することを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の変圧器の絶縁油劣化診断システムであって、
   輝度から前記絶縁油の絶縁破壊電圧を算出するために、前記輝度と前記絶縁油の絶縁破壊電圧の関係を示す対応表を作成しておき、前記記録部に記録しておくことを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム。
5. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の変圧器の絶縁油劣化診断システムであって、
   輝度から前記絶縁油の絶縁破壊電圧を算出するために、前記輝度と前記絶縁油の絶縁破壊電圧の関係を数式化しておき、算出した前記輝度を数式に代入して前記絶縁油の絶縁破壊電圧を求めることを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム。
6. 請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の変圧器の絶縁油劣化診断システムであって、
   前記撮像機について、前記絶縁油の発光の受光部分を変圧器内部に備えたことを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断システム。
7. 変圧器の絶縁油を被測定物としてブラックライトを照射し、ブラックライトが照射された前記被測定物から放出される蛍光の輝度を求め、当該輝度から前記絶縁油の絶縁破壊電圧を算出し、算出した絶縁破壊電圧と絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧のしきい値とから劣化度合いを算出し、判定（診断）することを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断方法。
8. 請求項７に記載の変圧器の絶縁油劣化診断方法であって、
   絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧の前記しきい値は、前記絶縁油の油種に応じて定められていることを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断方法。
9. 請求項７または請求項８に記載の変圧器の絶縁油劣化診断方法であって、
   前記算出した絶縁破壊電圧と、前記絶縁油について予め設定された絶縁破壊電圧のしきい値との差を求め、求めた差の大きさから劣化度合いを算出することを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断方法。
10. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の変圧器の絶縁油劣化診断方法であって、
    輝度から前記絶縁油の絶縁破壊電圧を算出するために、前記輝度と前記絶縁油の絶縁破壊電圧の関係を示す対応表を作成しておくことを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断方法。
11. 請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の変圧器の絶縁油劣化診断方法であって、
    輝度から前記絶縁油の絶縁破壊電圧を算出するために、前記輝度と前記絶縁油の絶縁破壊電圧の関係を数式化しておき、算出した前記輝度を数式に代入して前記絶縁油の絶縁破壊電圧を求めることを特徴とする変圧器の絶縁油劣化診断方法。

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