JP2020030125A - Abnormality diagnosis device and abnormality diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電力機器の異常診断装置及び異常診断方法に関する。 The present invention relates to a power device abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method.
電力機器の異常診断は、電力系統や所定域内(工場等)の電力システムの安定運用にとって重要である。寿命の長い電力機器が多く、また、個々の電力機器によって使用される環境が異なる。加えて、電力機器の劣化メカニズムは多様な要因に影響されるため、一般に、電力機器の異常診断は困難である。そのため、電力機器の異常診断について、各種の診断アルゴリズムや計測センサが提案、実証及び運用されている。 Diagnosis of abnormalities in electric power equipment is important for stable operation of electric power systems and electric power systems within a predetermined area (such as a factory). Many power devices have a long life, and the environment used by each power device is different. In addition, since the deterioration mechanism of a power device is affected by various factors, it is generally difficult to diagnose abnormality of the power device. For this reason, various diagnosis algorithms and measurement sensors have been proposed, verified, and operated for abnormality diagnosis of power devices.
本技術分野の背景技術として、特許第2866533号公報(特許文献1)がある。この特許文献1には、電力ケーブルの常時監視に適用することが可能であると共に、電力ケーブルの劣化状況の判断に熟練を必要としない高周波部分放電検出システムを提供することを目的として、電力ケーブルの周面に配設された電極及びこの電極に接続されたインダクタンス要素により構成された高周波部分放電センサと、この高周波部分放電センサから出力された信号のスペクトルをデータ処理して、時間、電荷量、発生頻度及び位相からなる群から選択された少なくとも2つの要素の関係を示す分布図を得るスペクトル解析手段と、前記部分放電センサから出力される信号のパルスの様相に基づいてケーブル絶縁部のボイドの形状を推定する手段と、を有することが記載されている。 As a background art in this technical field, there is Japanese Patent No. 2866533 (Patent Document 1). This Patent Document 1 aims to provide a high-frequency partial discharge detection system that can be applied to constant monitoring of a power cable and that does not require skill in determining the deterioration state of the power cable. A high-frequency partial discharge sensor composed of an electrode disposed on the peripheral surface of the device and an inductance element connected to the electrode, and processing a spectrum of a signal output from the high-frequency partial discharge sensor as data to obtain a time and a charge amount. Spectrum analysis means for obtaining a distribution chart showing a relationship between at least two elements selected from the group consisting of occurrence frequency and phase, and a void in the cable insulation section based on a pulse form of a signal output from the partial discharge sensor. And means for estimating the shape of
また、本技術分野の背景技術として、特開平5−80112号公報(特許文献2)がある。この特許文献2には、架設後の電力ケーブルの接続部における異常発生を自動的に検出する電力ケーブルの異常診断装置を提供することを目的として、部分放電センサはケーブルの周面に配設された電極及びこの電極に接続されたコイルにより構成され、このセンサから出力された信号は信号処理部で処理された後、バッファメモリに与えられ、データ処理部は、部分放電のφ−q分布(又は、φ−q−n分布)における印加電圧のゼロクロス付近の部分放電パルスの波高値の増加によりケーブルの絶縁部の異常を検知することが記載されている(要約参照)。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-80112 (Patent Document 2) is a background art of this technical field. In this
特許文献1や特許文献2には、電力ケーブルの劣化を判断する高周波部分放電検出システムや電力ケーブルの異常を検出する電力ケーブルの異常診断装置が記載されている。しかし、これら特許文献1や特許文献2には、部分放電信号から、間隙の大きさを算出し、この間隙の大きさから電力ケーブル、つまり、電力機器の異常診断をすることは記載されていない。
Patent Literature 1 and
そこで、本発明は、部分放電信号から、間隙の大きさを算出し、この間隙の大きさから電力ケーブル、つまり、電力機器の異常診断をする異常診装置及び異常診断方法を提供する。 Therefore, the present invention provides an abnormality diagnosis device and an abnormality diagnosis method for calculating the size of a gap from a partial discharge signal and performing an abnormality diagnosis of a power cable, that is, a power device based on the size of the gap.
上記課題を解決するため、本発明の異常診断装置は、絶縁媒体を有する電力ケーブルの部分放電信号を検出するセンサから、部分放電信号を計測データとして受信する計測信号受信部と、計測信号受信部が受信した計測データから導出された電圧位相と部分放電電荷量とから、絶縁媒体に形成された間隙の大きさの指標値を算出し、電力ケーブルの異常診断を実施する異常判定部と、を有するものである。 In order to solve the above problem, an abnormality diagnosis device of the present invention includes a measurement signal receiving unit that receives a partial discharge signal as measurement data from a sensor that detects a partial discharge signal of a power cable having an insulating medium, and a measurement signal receiving unit. An abnormality determining unit that calculates an index value of the size of the gap formed in the insulating medium from the voltage phase and the partial discharge charge amount derived from the measurement data received, and performs an abnormality diagnosis of the power cable. Have
本発明によれば、部分放電信号から、間隙の大きさを算出し、この間隙の大きさから電力ケーブル、つまり、電力機器の異常診断をする異常診装置及び異常診断方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnitude | size of a gap is calculated from a partial discharge signal, and the abnormality diagnosis apparatus and abnormality diagnosis method which perform abnormality diagnosis of a power cable, ie, a power device, from the magnitude | size of this gap can be provided. .
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。 Problems, configurations, and effects other than those described above will be apparent from the following description of the embodiments.
以下、図面を用いて、本発明の実施例を説明する。なお、同一の構成には同一の符号を付し、説明が重複する場合は、その説明を省略する場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The same components are denoted by the same reference numerals, and in cases where the description is duplicated, the description may be omitted.
高経年化した電力ケーブルは、絶縁破壊が懸念され、絶縁破壊は停電等の被害へ繋がる可能性がある。本実施例では、このような電力ケーブルの絶縁破壊を検出し、異常診断を実施するものである。絶縁媒体(以下「絶縁体」として説明する)を有する電力ケーブルは、絶縁体の内部に間隙(油隙や空隙等)が生じると、部分放電が発生する。この部分放電を信号として検出し、この部分放電を信号として検出した部分放電信号を用いて、電力ケーブルの異常診断を実施する。 Aged power cables are concerned about insulation breakdown, and insulation breakdown may lead to damage such as power outages. In the present embodiment, such dielectric breakdown of the power cable is detected, and abnormality diagnosis is performed. In a power cable having an insulating medium (hereinafter, referred to as an “insulator”), when a gap (an oil gap, a void, or the like) is formed inside the insulator, a partial discharge occurs. This partial discharge is detected as a signal, and abnormality diagnosis of the power cable is performed using the partial discharge signal detected as a signal of the partial discharge.
部分放電は、絶縁体を炭化させ、絶縁破壊へと至らしめる。したがって、部分放電は絶縁破壊の原因かつ予兆となるため、部分放電信号に基づいた異常診断アルゴリズムの構築が重要である。本実施例では、部分放電信号から導出される電圧位相と部分放電電荷量との関係から、間隙の厚さの指標値を算出し、その後、間隙の底面の面積の指標値を算出し、この指標値に基づき異常診断を実施する。 Partial discharge carbonizes the insulator, leading to dielectric breakdown. Therefore, since partial discharge is a cause and a sign of dielectric breakdown, it is important to construct an abnormality diagnosis algorithm based on the partial discharge signal. In the present embodiment, an index value of the thickness of the gap is calculated from the relationship between the voltage phase derived from the partial discharge signal and the amount of the partial discharge charge, and then an index value of the area of the bottom surface of the gap is calculated. Diagnose abnormalities based on index values.
これにより、電力ケーブルから計測した部分放電信号に基づいて異常診断を実施できる。さらに、異常診断の結果から、電力ケーブルの絶縁破壊までの期間を予測し、電力ケーブルの更新や保守等の適切な対策を講じることができる。また、複数の電力ケーブルに対しては、コストに応じて、対策の優先度を決定するといった資産管理の高度化に活用できる。例えば、異常診断の結果に応じて、電力ケーブルの更新の時期を変更する等の対策により、電力機器、電力システム、ユーザ等の運用者の予算の平滑化を図ることができる。 Thereby, abnormality diagnosis can be performed based on the partial discharge signal measured from the power cable. Further, from the result of the abnormality diagnosis, it is possible to predict a period until the insulation breakdown of the power cable, and take appropriate measures such as updating and maintenance of the power cable. In addition, for a plurality of power cables, it can be utilized for advanced asset management such as determining the priority of a measure according to the cost. For example, the budget of an operator such as a power device, a power system, and a user can be smoothed by taking measures such as changing the timing of updating the power cable according to the result of the abnormality diagnosis.
加えて、本実施例によれば、間隙の形状を推定することができ、推定された間隙の形状(大きさ)と運用者の知見とを組み合わせことにより、早期に、信頼性が高い異常診断が実施できる。 In addition, according to the present embodiment, it is possible to estimate the shape of the gap, and to combine the estimated gap shape (size) with the knowledge of the operator to quickly and reliably diagnose abnormalities. Can be implemented.
なお、本実施例では、計測された部分放電信号の周期性から電圧位相を推定することができ、電圧センサの設置を不要とすることもできる。 In the present embodiment, the voltage phase can be estimated from the periodicity of the measured partial discharge signal, and the installation of the voltage sensor can be omitted.
図1は、本実施例のシステム構成を示す説明図である。図1は、電力ケーブル100の異常診断を実施するシステム構成を示すものである。
FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating the system configuration of the present embodiment. FIG. 1 shows a system configuration for performing abnormality diagnosis of the
本実施例では、電力機器の異常診断の一つとして、電力ケーブル100の異常診断を実施する。
In the present embodiment, an abnormality diagnosis of the
本実施例に記載する電力ケーブル100は、例えば、電力系統(送電網や配電網)や所定域内(工場、ビル、商業施設、駅等の大規模需要家)の送電網や配電網に用いられる電力ケーブルである。
The
電力ケーブル100は電力を送電する。電力ケーブル100は絶縁体を有するものである。電力ケーブル100の実装として、OF(Oil Filled)(油浸紙)ケーブル、CV(crosslinked polyethylene)ケーブルが例示される。
The
なお、本実施例では、電力ケーブル100の部分放電信号を計測し、電力ケーブル100の異常診断を実施するが、こうした部分放電信号を計測し、異常診断を実施できる電力機器であれば、本実施例を適用することが可能である。このような電力機器として、遮断器、変圧器、断路器等が例示される。
In this embodiment, the partial discharge signal of the
センサ101は、電力ケーブル100の部分放電信号を計測するセンサ装置であり、例えば、電力ケーブル100の部分放電信号を計測する計測用センサである。高周波CT(Current Transformer:変流器)が例示される。高周波CTは、高周波信号(今後、部分放電信号、計測データ、または計測信号として説明する場合がある。)のサンプリングが可能であり、100MHz、あるいはそれ以上の周波数をサンプリングすることができる。
The
計測診断装置102は、センサ101から送信される計測データを対象に、データ加工、異常診断、データ記録等の各処理(計測データを用いた異常診断に関する処理)を実行する。計測診断装置102の実装として、パソコン、エッジコンピューティングにおけるフィールド装置、フォグコンピューティングにおけるゲートウェイ、制御コントローラ、PLC(Programmable Logic Controller)、IED(Intelligent Electronic device)、MU(Merging Unit)、保護リレー等が例示される。
The measurement /
なお、本実施例に記載する計測診断装置102は、異常診断装置であり、異常診断装置は、計測診断装置102である場合がある。
Note that the measurement and
同軸ケーブル103は、センサ101から計測診断装置102への計測データを送信するためのケーブルである。計測データは高周波信号であるため、一般に同軸ケーブル103が用いられる。
The
ストレージ104は、計測診断装置102から送信される異常診断の結果、計測データ、電力ケーブル100の異常診断に関わる情報等を蓄積する。電力ケーブル100の異常診断に関わる情報として、電力ケーブル100の材質、各部の寸法(ケーブル径や絶縁体の厚さ等)、電気的特性のパラメータ(電気抵抗等)、重量、ケーブル長、製造年月日、敷設年月日、電力ケーブル100の運用情報が例示される。電力ケーブル100の運用情報として、通電電圧、潮流量、過去の運用実績(期間等)、停電履歴、電力系統上の接続構成、他の電力系統との接続関係が例示される。
The storage 104 stores the result of the abnormality diagnosis transmitted from the measurement /
なお、ストレージ104におけるデータ記憶機能の実装形態として、データベース、ファイルサーバ、ストレージデバイス、NAS(Network Attached Storage)、SAN(Storage Area Network)、不揮発性記憶媒体、外部記憶媒体といった実装が例示される。不揮発性記憶媒体としては、ハードディスクドライブ(HDD)、ソリッドステートドライブ(SSD)、フラッシュメモリが例示される。また、取り外しが容易な外部記憶媒体として、フロッピーディスク(FD)、コンパクトディスク(CD)、デジタルビデオディスク(DVD)、USB(Universal Serial Bus)メモリ等が例示される。これらの外部記憶媒体を利用する場合は、計測診断装置102が専用の接続インターフェースを備えていることが例示される。
As a mounting form of the data storage function in the storage 104, a database, a file server, a storage device, a NAS (Network Attached Storage), a SAN (Storage Area Network), a nonvolatile storage medium, and an external storage medium are exemplified. Examples of the nonvolatile storage medium include a hard disk drive (HDD), a solid state drive (SSD), and a flash memory. Examples of the easily removable external storage medium include a floppy disk (FD), a compact disk (CD), a digital video disk (DVD), and a USB (Universal Serial Bus) memory. When these external storage media are used, it is exemplified that the measurement and
サーバ105は、単独または複数の計測診断装置102から送信される情報やストレージ104に蓄積され情報(異常診断の結果、計測データ、電力ケーブル100の異常診断に関わる情報等)を用いて総合的に電力ケーブル100の異常診断を実施する。総合的な異常診断のため、運用者、中央給電指令所、制御所、給電所、変電所等と情報を共有することが例示される。
The
サーバ105の実装として、パソコン、サーバ、ワークステーション、クラウドコンピューティング、エッジコンピューティングにおけるフィールド装置、フォグコンピューティングにおけるゲートウェイ、SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition)、制御コントローラ、PLC、IED、MU、保護リレー等が例示される。サーバ105は、処理内容の違いや処理負荷の分散等の理由により、複数存在してもよい。ストレージ104も同様である。
As the implementation of the
ネットワーク106は、計測診断装置102、ストレージ104、サーバ105のそれぞれの間において情報を送信するための通信ネットワークである。
The
ネットワーク106の実装として、IEEE(アイトリプルイー) 802.3、各種産業用ネットワーク、IEC(International Electrotechnical Commission) 61784、IEC 61158、IEC 61850(IEC 61850−90−3含む)、IEC 62439、IEC 61850−7−420、IEC 60870−5−104、DNP(Distributed Network Protocol)3、IEC 61970、IEEE 802.1 AVB、DeviceNet、RS−232C、RS−422、RS−485、IEEE 802.15、IEEE 802.1、モバイル通信、デマンドレスポンスやVPP(仮想発電所)等の電力機器制御に用いる通信規格等が例示される。
Examples of the implementation of the
計測診断装置102、ストレージ104、サーバ105のそれぞれの間において情報を送信するための通信フォーマットについても上記のプロトコルに従う。
The communication format for transmitting information between the measurement /
また、アプリケーション層の通信プロトコルとして、web、HTTP(Hypertext Transfer Protocolo)、XML(Extensible Markup Language)、SOAP(ソープ)、RPC(Remote Procedure Call)、SQL(エスキューエル)、電子ファイルといった電子的手段を用いてもよい。 Further, as communication protocols of the application layer, web, HTTP (Hypertext Transfer Protocol), XML (Extensible Markup Language), SOAP (Soap), RPC (Remote Procedure Call), SQL (File Electronic), SQL (File Electronic), etc. May be used.
なお、計測診断装置102は、ネットワーク106に接続する構成として説明したが、ネットワーク106に接続せず、単独に存在してもよい。その際、ストレージ104に相当するデータ記憶機能を計測診断装置102の内部に備えてもよい。
Although the measurement and
計測診断装置102の内部におけるデータ記憶機能の実装形態として、データベース、ファイルサーバ、ストレージデバイス、NAS、SAN、不揮発性記憶媒体、外部記憶媒体といった実装が例示される。不揮発性記憶媒体としては、HDD、SSD、フラッシュメモリが例示される。また、取り外しが容易な外部記憶媒体として、FD、CD、DVD、USBメモリ等の利用が例示される。これらの外部記憶媒体を利用する場合は、計測診断装置102が専用の接続インターフェースを備えていることが例示される。
As an implementation form of the data storage function inside the measurement and
図2は、本実施例の機能構成を示す説明図である。図2は、計測診断装置102の機能構成を示すものである。
FIG. 2 is an explanatory diagram illustrating a functional configuration of the present embodiment. FIG. 2 shows a functional configuration of the measurement and
計測信号受信部113は、センサ101から計測データ(計測診断装置102の内部においての計測データは「計測信号」として説明する)を受信する。つまり、計測信号受信部113は、センサ101から部分放電信号を計測信号として受信することになる。計測信号受信部113の実装として、CPU(Center Processing Unit)、マイクロコンピュータ、CPUやマイクロコンピュータの内部の特定のハードウェア機能モジュール、FPGA(Field Programmable Gate Array)、CPLD(Complex Programmable Logic Device)、専用IC(Integrated Circuit)、アナログ・デジタル変換回路が例示される。
The measurement
異常判定部112は、計測信号受信部113が受信した計測信号に基づいて、電力ケーブル100の異常診断を実施する。あるいは、受信した計測信号を記憶すべきか否か判定する。異常診断の結果、受信した計測信号、所定の演算結果を、記憶部117または通信部114へ送信する。つまり、異常判定部112は、計測信号受信部113が受信した計測信号から導出された電圧位相と部分放電電荷量とから、電力ケーブル100の絶縁体に形成された間隙の大きさの指標値を算出し、電力ケーブル100の異常診断を実施することになる。なお、異常判定部112における異常診断方法は後述する。
The
通信部114は、ネットワーク106を介して、計測診断装置102への指令や設定パケットを受信し、計測診断装置102からストレージ104やサーバ105へ指令や設定パケットを送信する機能部である。ネットワーク106のプロトコルフォーマットに従うように整形して送信する。
The
また、通信部114は、他の計測診断装置102、ストレージ104、サーバ105に一定時間内における処理(例えば、他の計測診断装置102への計測信号の記憶処理)を実行させるため、通信の最大遅延を保証するリアルタイム通信方式を備えることが例示される。
In addition, the
電力機器情報記憶部115は、異常判定部112が異常診断を実施する際に用いる種々の情報(電力ケーブル100の異常診断に関わる情報等)を記憶する。記憶する情報としては、電力ケーブル100の材質、各部の寸法、電気的特性のパラメータ、重量、ケーブル長、製造年月日、敷設年月日、電力ケーブル100の運用情報が例示される。電力ケーブル100の運用情報として、通電電圧、潮流量、過去の運用実績、停電履歴、電力系統上の接続構成、他の電力系統との接続関係が例示される。また、電力ケーブル100にOFケーブルを使用する場合は、OFケーブルの油圧情報(例えば、油圧の履歴等)も記憶し、異常診断に使用することができる。
The power device
なお、電力機器情報記憶部115の実装として、HDD、SSD、フラッシュメモリが例示される。また、取り外しが容易な外部記憶媒体として、FD、CD、DVD、USBメモリ等が例示される。
Note that an example of the implementation of the power device
周期検知部116は、電力ケーブル100に印加される電圧の交流周期(サイクル)を検知して、計測信号受信部113やその他の機能部へ交流周期(サイクル)の開始時間やゼロクロスのタイミング等を通知する。
The cycle detection unit 116 detects an AC cycle (cycle) of the voltage applied to the
記憶部117は、異常判断部112から送信される異常診断の結果や電力ケーブル100の異常診断に関わる情報等を記憶する。電力ケーブル100の異常診断に関わる情報として、電力ケーブル100の材質、各部の寸法、電気的特性のパラメータ、重量、ケーブル長、製造年月日、敷設年月日、電力ケーブル100の運用情報が例示される。電力ケーブル100の運用情報として、通電電圧、潮流量、過去の運用実績、停電履歴、電力系統上の接続構成、他の電力系統との接続関係が例示される。
The
時刻同期部118は、所定の時刻同期プロトコルに従って、計測診断装置102を、他の計測診断装置102、ストレージ104、サーバ105のいずれか一つまたは複数と時刻を同期する。このとき、時刻同期手段としては、GPS(Global Positioning System)、NTP(Network Time Protocol)、IEEE1588、IRIG(Inter range instrumentation group)−Bといった方式が例示される。同期する時刻体系は、図1に記載するシステムに閉じた運用をする場合は相対時刻でもよいが、外部のシステムと連携する場合は絶対時刻が好ましい。
The
位相推定部119は、計測された計測信号から導出される部分放電電荷量の周期性から電圧位相を推定する。
The
なお、異常判定部112、通信部114、周期検知部116、時刻同期部118、位相推定部119の各機能部は、CPU、マイクロコンピュータ、CPUやマイクロコンピュータの内部の特定のハードウェア機能モジュール、FPGA、CPLD、専用IC等のハードウェアによって実装されることが例示される。また、これら各機能部は、単独のデバイスやICで構成されてもよいし、いくつかの機能部が一つのデバイスやICの内部に構成されてもよい。
The functional units of the
図3は、本実施例のハードウェア構成を示す説明図である。図3は、計測診断装置102のハードウェア構成を示すものである。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the hardware configuration of the present embodiment. FIG. 3 shows a hardware configuration of the measurement and
CPU120は、不揮発性記憶媒体125からプログラムをメモリ124に送信して実行する。実行処理プログラムとしては、オペレーティングシステム(以下、OSと称す)やOS上で動作するアプリケーションプログラムが例示される。CPU120は、マルチコアCPU、メニーコアCPU、FPGA内蔵CPUを用いてもよい。
The
LAN(Local area network)121は、CPU120上で動作するソフトウェアから送信要求を受け取り、ネットワーク106に対して送信する。また、LAN121は、ネットワーク106から受信した計測データを、バス126を介して、CPU120、メモリ124、不揮発性記憶媒体125へ送信する。
A LAN (Local area network) 121 receives a transmission request from software running on the
LAN121の実装として、FPGA、CPLD、ASIC(Application specific integrated circuit)、ゲートアレイ等のICが例示される。あるいは、CPU120と一体化して構成されてもよい。
Examples of the implementation of the
LAN121を、MAC(Media Access Control)層やPHY(Physical layer)(物理)層を含めたIEEE 802.3通信デバイスとしてもよいし、また、PHY機能を含めてLAN121を構成してもよい。
The
この場合、LAN121の実装としては、IEEE 802.3規格のMACチップやPHYチップ、MACとPHYの複合チップを含む。なお、LAN121は、CPU120やコンピュータの内部の情報経路を制御するチップセットに含まれていてもよい。
In this case, the implementation of the
データ処理IC122は、ハードウェアを用いて、ADC(analog to digital converter)123から転送される計測データを処理し、バス126を介して、処理結果をCPU120、メモリ124、不揮発性記憶媒体125、LAN121のいずれか、または複数に送信する。また、CPU120、LAN121等からのアクセスにより、データ処理IC122を設定してもよい。設定される情報としては、IC(FPGAやCPLD等)としての回路構成情報(コンフィギュレーションデータ)や計測データの処理に関するパラメータが例示される。
The
データ処理IC122の実装としては、FPGA、CPLD、汎用IC、専用ASIC、ゲートアレイ、プロセッサを内蔵するFPGAや、それらの上で動作するソフトウェアが例示される。また、FPGA、CPLDで実装する場合の回路構成情報は、不揮発性記憶媒体125に格納し、必要に応じて読み込んでもよい。なお、回路構成情報を記憶する不揮発性記憶媒体125は、バス126に接続せず、専用の不揮発性記憶媒体125を用いてデータ処理IC122と直結してもよい。
Examples of the implementation of the
ADC123は、センサ101から送信されるアナログ信号をデジタル信号に変換し、データ処理IC122に送信するアナログ・デジタル変換回路である。なお、複数のセンサ101に対応して、ADC123を複数備えてもよい。この時、それぞれの取り込み位相をずらして部分放電信号を計測してもよい。こうすることにより、ADC123の単独のサンプリング周波数が低い分解能であっても、高周波の部分放電信号を計測することができる。単独のADC123で複数のセンサ101に対応してもよいし、単独のADC123で単独のセンサ101に対応してもよい。同様に、単独のデータ処理IC122で複数のADC123に対応してもよいし、単独のデータ処理IC122で単独のADC123に対応してもよい。
The
メモリ124は、CPU120が動作するための一時的な記憶領域であり、不揮発性記憶媒体125から送信されたOSやOS上で動作するアプリケーションプログラム等が格納される。メモリ124として、スタティックRAM(Random access memory)、DRAM(Dynamic RAM)、NVRAM(Non Volatile RAM)等が挙げられる。
The
不揮発性記憶媒体125は、情報の記憶媒体であり、OS、アプリケーション、デバイスドライバ、CPU120を動作させるためのプログラムの保存、プログラムの実行結果の保存に利用される。不揮発性記憶媒体125として、HDD、SSD、フラッシュメモリが例示される。また、取り外しが容易な外部記憶媒体として、FD、CD、DVD、USBメモリ等の利用が例示される。
The
バス126は、CPU120、LAN121、メモリ124、不揮発性記憶媒体125をそれぞれ接続する。バス126としては、PCI(Peripheral Componet Interconnect)バス、ISA(Industry Standard Architecture)バス、PCI Expressバス、システムバス、メモリバス、オンチップバス等が例示される。
The
図4は、本実施例の異常を診断するための実行手順を示す説明図である。図4は、異常診断の手順である。 FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an execution procedure for diagnosing an abnormality in the present embodiment. FIG. 4 shows the procedure of the abnormality diagnosis.
本実施例に記載の計測診断装置102の動作について記載する。本実施例では、計測された部分放電信号から導出される電圧位相特性において、電圧位相と部分放電電荷量とから間隙の形状(大きさ)を推定し、その推定結果に基づいて異常診断を実施する。
The operation of the measurement and
第一に、部分放電信号を計測する電圧の交流周期の周期開始が待機か否かを判定する(S001)。例えば、これは電力系統の交流サイクルの起点である。待機であれば(S001のY)、S001の起点に戻り、待機でなければ(S001のN)に進む。 First, it is determined whether or not the start of the cycle of the AC cycle of the voltage for measuring the partial discharge signal is standby (S001). For example, this is the starting point of the AC cycle of the power system. If it is standby (Y of S001), the process returns to the starting point of S001, and if it is not standby, the process proceeds to (N of S001).
第二に、所定周期(計測期間)における部分放電信号を計測する(S002)。部分放電信号の計測は、部分放電電荷量と電圧位相とを記録する。所定周期は、例えば、交流1サイクル、または複数の交流サイクルである。ここで、部分放電電荷量とは、電力ケーブの絶縁体に間隙が生じた場合、部分放電が発生し、部分放電信号が計測され、その部分放電信号における電荷量である。 Second, a partial discharge signal in a predetermined cycle (measurement period) is measured (S002). The measurement of the partial discharge signal records the partial discharge charge amount and the voltage phase. The predetermined cycle is, for example, one AC cycle or a plurality of AC cycles. Here, the partial discharge charge amount is a charge amount in a partial discharge signal when a gap occurs in the insulator of the power cable, a partial discharge signal is measured, and the partial discharge signal is measured.
第三に、所定周期において部分放電信号を計測したかを判定する(S003)。計測していなければ(S003のN)、S001の起点に戻り、部分放電信号を計測していれば(S003のY)に進む。 Third, it is determined whether a partial discharge signal has been measured in a predetermined cycle (S003). If the measurement has not been performed (N in S003), the process returns to the starting point of S001, and if the partial discharge signal has been measured, the process proceeds to (Y in S003).
第四に、異常診断するための評価値を算出する(S004)。異常診断方法は後述する。 Fourth, an evaluation value for diagnosing abnormality is calculated (S004). The abnormality diagnosis method will be described later.
第五に、評価値がしきい値より大きいかを判定する(S005)。なお、しきい値は、事前に実験や過去の事例等により得られた結果に基づいて決定されるものであり、電圧位相に対する部分放電電荷量が記憶されている。 Fifth, it is determined whether the evaluation value is larger than the threshold value (S005). Note that the threshold value is determined in advance based on results obtained through experiments, past cases, and the like, and stores a partial discharge charge amount with respect to a voltage phase.
第六に、評価値がしきい値より大きい場合には「異常」と診断する(S006)。この診断は、評価値や判定方法に依存して判定され、しきい値と等しい場合、しきい値より小さい場合、しきい値を含む場合、含まない場合に異常と診断されることが例示される。 Sixth, if the evaluation value is larger than the threshold value, it is diagnosed as "abnormal" (S006). This diagnosis is determined depending on the evaluation value and the determination method, and it is exemplified that when the threshold value is equal to, smaller than the threshold value, when the threshold value is included, and when the threshold value is not included, the abnormality is diagnosed. You.
第七に、異常を外部に通知する(S007)。これは、ネットワーク106を経由し、ストレージ104やサーバ105に異常と診断したことを通知する、計測診断装置102が自身の画面へ表示する、LED(light emitting diode)などに点灯表示する、あるいは、警告音などのアラームを出力することが例示される。
Seventh, the abnormality is notified to the outside (S007). This is done by notifying the storage 104 or the
最後に、終了か否かを判定する(S008)。終了条件は、特定日時であるかどうか、計測診断装置102における計測データの記憶容量が所定の条件(満杯になった、あるいは、所定の割合に達した)を満足したこと等が例示される。終了でなければ(S008のN)、S001へ戻る。
Finally, it is determined whether or not to end (S008). The end condition is, for example, whether or not a specific date and time, that the storage capacity of the measurement data in the measurement and
なお、S002の計測について、正しく計測されたことを確認してから計測データを出力してもよい。これは計測装置(センサ101)やADC123の異常、データ処理IC122に利用するFPGAなどでのソフトエラーの可能性があるためである。このような計測上の異常が発見された際には、計測データを無効とすることが例示される。あるいは、計測できなかったことを記憶してもよい。また、一時的な異常か恒久的な異常かを判定して外部に通知してもよく、記憶部117やストレージ104に記憶することが例示される。
Note that the measurement data may be output after confirming that the measurement in S002 has been performed correctly. This is because there is a possibility of an abnormality in the measurement device (sensor 101) or
図5は、本実施例の電圧位相特性を示す説明図である。また、図6は、本実施例の放電開始電圧と部分放電との関係を示す説明図である。また、図7は、本実施例の間隙の形状推定を示す説明図である。これら図は、異常診断方法を示している。 FIG. 5 is an explanatory diagram showing the voltage phase characteristics of the present embodiment. FIG. 6 is an explanatory diagram showing the relationship between the discharge starting voltage and the partial discharge in the present embodiment. FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating the shape estimation of the gap according to the present embodiment. These figures show an abnormality diagnosis method.
図5に示すように、まず、計測した電圧位相(電圧の位相)(点線)と部分放電電荷量(実線)との関係から位相特性を作成する。本実施例では、この電圧位相特性から、間隙の形状(大きさ)または評価値(以下、指標値として説明する)を推定し、異常診断を実施する。 As shown in FIG. 5, first, a phase characteristic is created from the relationship between the measured voltage phase (voltage phase) (dotted line) and the partial discharge charge amount (solid line). In the present embodiment, the shape (size) of the gap or the evaluation value (hereinafter, referred to as an index value) is estimated from this voltage phase characteristic, and abnormality diagnosis is performed.
そして、図6に示すように、部分放電の発生は、放電開始電圧に関係する。電力ケーブル100にかかる電圧が放電開始電圧を超えた際に部分放電が発生するためである。本実施例では、特に、この放電開始電圧に着目する。
Then, as shown in FIG. 6, the occurrence of the partial discharge is related to the discharge starting voltage. This is because partial discharge occurs when the voltage applied to the
なお、放電開始電圧とは、計測データの計測点の集合において、同じ部分放電電荷量を示す計測データの計測点の中で、小さい電圧位相における計測データの計測点である。 Note that the discharge starting voltage is a measurement point of measurement data in a small voltage phase among measurement points of measurement data indicating the same partial discharge charge amount in a set of measurement points of measurement data.
つまり、本実施例では、計測データから導出された電圧位相のなかで、放電開始電圧を用いて、電力ケーブル100の絶縁体に形成された間隙の大きさの指標値を算出するものである。
That is, in this embodiment, the index value of the size of the gap formed in the insulator of the
このとき、放電開始電圧は、パッシェンの法則により、間隙の厚さ(ギャップ長)に比例する。したがって、部分放電が計測される電圧位相(放電開始電圧の位相)から間隙の厚さの指標値を得ることができる。ここで、指標値としている理由は、部分放電の発生位置によって部分放電電荷量を示す計測データが減衰するためである。 At this time, the firing voltage is proportional to the thickness of the gap (gap length) according to Paschen's law. Therefore, an index value of the thickness of the gap can be obtained from the voltage phase at which the partial discharge is measured (the phase of the firing voltage). Here, the reason why the index value is used is that the measurement data indicating the partial discharge charge amount attenuates depending on the position where the partial discharge occurs.
さらに、計測された部分放電電荷量は間隙の体積に相関がある(知見)と考えることができる。本実施例では、この知見にも着目する。指標値は相対的なものであり、特に、部分放電電荷量と間隙の体積との相関については、事前に所定の相関関係を記憶しておくことが好ましい。 Further, the measured partial discharge charge amount can be considered to have a correlation with the volume of the gap (knowledge). In the present embodiment, attention is paid to this finding. The index value is a relative value. In particular, it is preferable to store a predetermined correlation in advance with respect to the correlation between the amount of partial discharge charge and the volume of the gap.
そして、図7に示すように、計測された部分放電電荷量を、間隙の厚さの指標値で除することによって、間隙(ボイド)を直方体に近似してモデル化すれば、間隙の厚さdの方向に対する間隙の底面の面積Sの指標値を算出することができる。これにより、間隙の大きさ(厚さや底面の面積)を算出することができる。 Then, as shown in FIG. 7, by dividing the measured partial discharge charge amount by an index value of the gap thickness to approximate the gap (void) to a rectangular parallelepiped, the gap thickness is obtained. The index value of the area S of the bottom surface of the gap in the direction d can be calculated. Thereby, the size of the gap (thickness and area of the bottom surface) can be calculated.
つまり、本実施例では、間隙の厚さの指標値と部分放電電荷量とから、間隙の厚さに直交する間隙の底面の面積の指標値を算出する。
電力ケーブル100が絶縁破壊する際には、この間隙の大きさが、特に大きく影響する。
That is, in this embodiment, the index value of the area of the bottom surface of the gap orthogonal to the thickness of the gap is calculated from the index value of the gap thickness and the partial discharge charge amount.
When the
つまり、本実施例では、間隙の大きさとはが、間隙の厚さの指標値及び/又は前記間隙の底面の面積の指標値である。 That is, in the present embodiment, the size of the gap is an index value of the thickness of the gap and / or an index value of the area of the bottom surface of the gap.
このように、本実施例に記載する異常診断方法は、部分放電信号から生成される電圧位相特性を用いている。計測された部分放電電荷量の電圧位相から間隙の厚さの指標値を算出し、部分放電電荷量と厚さの指標値から間隙の底面の面積の指標値を算出し、これらの指標値を用いて異常診断を実施するものである。 As described above, the abnormality diagnosis method described in the present embodiment uses the voltage phase characteristic generated from the partial discharge signal. The index value of the thickness of the gap is calculated from the voltage phase of the measured partial discharge charge amount, the index value of the area of the bottom surface of the gap is calculated from the index value of the partial discharge charge amount and the index value, and these index values are calculated. This is used to perform abnormality diagnosis.
つまり、本実施例に記載する異常診断方法は、絶縁媒体を有する電力ケーブル100の部分放電信号を検出し、部分放電信号を計測データとして受信し、受信された計測データから導出された電圧位相と部分放電電荷量とから、絶縁媒体に形成された間隙の大きさの指標値を算出し、電力ケーブル100の異常診断を実施するものである。
That is, the abnormality diagnosis method described in the present embodiment detects the partial discharge signal of the
図8は、本実施例の指標値を算出するための実行手順を示す説明図である。 FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an execution procedure for calculating an index value according to the present embodiment.
最初に、同じ部分放電電荷量の計測データ(y軸の値)の中で、最初に現れる電圧位相(x軸の位置)を抽出する(S010)。最初に現れる計測データとしている理由は、2番目以降の計測データが、同じ間隙において、電圧の交流周期が放電開始電圧を超えるごとに発生する計測データであると考えられるためである。 First, a voltage phase (a position on the x-axis) that appears first is extracted from measurement data (a value on the y-axis) of the same partial discharge charge amount (S010). The reason why the measurement data appears first is that the second and subsequent measurement data are considered to be measurement data generated each time the AC cycle of the voltage exceeds the discharge start voltage in the same gap.
次に、S010で抽出した計測データの計測点の電圧位相(x軸の値)から間隙の厚さの指標値を算出する(S011)。 Next, an index value of the gap thickness is calculated from the voltage phase (x-axis value) of the measurement point of the measurement data extracted in S010 (S011).
最後に、同じ計測データの部分放電電荷量(y軸の値)と、S011で求めた間隙の厚さの指標値から間隙の底面の面積の指標値を算出する(S012)。 Finally, an index value of the area of the bottom surface of the gap is calculated from the partial discharge charge amount (y-axis value) of the same measurement data and the index value of the gap thickness obtained in S011 (S012).
以上の手順により、間隙の厚さ(以後、厚さと称して説明する)や間隙の底面の面積(以後、面積と称して説明する)といった間隙の形状(大きさ)の指標値を算出することができ、本実施例では、これらの指標値に基づいて異常診断を実施する。 By the above procedure, the index value of the shape (size) of the gap, such as the thickness of the gap (hereinafter, referred to as the thickness) and the area of the bottom surface of the gap (hereinafter, referred to as the area), is calculated. In this embodiment, abnormality diagnosis is performed based on these index values.
例えば、厚さが所定しきい値を超えた場合に、異常と診断することが例示される。あるいは、面積が所定しきい値を超えた場合に異常と診断することが例示される。また、厚さと面積とのそれぞれに所定の重み係数を乗じ、その和を計算し、その和が所定のしきい値を超えた場合に異常と診断することが例示される。このとき、厚さと面積とに乗ずる重みは、実験や過去の事例等により得られた結果から、機械学習等の統計的手法を用いて決定してもよい。 For example, it is exemplified that when the thickness exceeds a predetermined threshold, it is diagnosed as abnormal. Alternatively, it is exemplified that an abnormality is diagnosed when the area exceeds a predetermined threshold. In addition, the thickness and the area are each multiplied by a predetermined weighting coefficient, the sum is calculated, and when the sum exceeds a predetermined threshold value, an abnormality is diagnosed. At this time, the weight multiplied by the thickness and the area may be determined by a statistical method such as machine learning from the results obtained by experiments, past cases, and the like.
また、これらの指標値の時間変化(経時変化)に基づいて異常診断を実施してもよい。一定間隔ごとに、厚さと面積との指標値を算出するか、あるいは、厚さと面積との指標値を算出した時刻または算出した時刻間の間隔をあわせて記録し、その変化に基づいて異常診断を実施することが例示される。例えば、変化度合いがしきい値を超えた場合に異常と診断する。 In addition, abnormality diagnosis may be performed based on a time change (time-dependent change) of these index values. At regular intervals, the index value between the thickness and the area is calculated, or the time when the index value between the thickness and the area is calculated or the interval between the calculated times is recorded and the abnormality diagnosis is performed based on the change. Is exemplified. For example, if the degree of change exceeds a threshold, it is diagnosed as abnormal.
間隙の分布に基づいて異常診断を実施してもよい。部分放電電荷量の計測データごとに間隙が存在すると仮定し、部分放電電荷量の計測データごとに厚さや面積の指標値を算出する。これが複数の間隙に相当するため、その間隙の分布に基づいて異常診断を実施することが例示される。 The abnormality diagnosis may be performed based on the distribution of the gap. Assuming that a gap exists for each piece of partial discharge charge measurement data, an index value of thickness or area is calculated for each piece of partial discharge charge measurement data. Since this corresponds to a plurality of gaps, performing abnormality diagnosis based on the distribution of the gaps is exemplified.
つまり、本実施例では、計測データにおける部分放電電荷量が異なる複数の計測点に対して指標値を算出し、複数の計測点における間隙の大きさの指標値の分布を推定し、推定した分布に基づいて異常診断を実施することもできる。 That is, in the present embodiment, the index value is calculated for a plurality of measurement points having different partial discharge charge amounts in the measurement data, the distribution of the index value of the gap size at the plurality of measurement points is estimated, and the estimated distribution is calculated. The abnormality diagnosis may be performed based on
例えば、複数の間隙が存在すると想定される場合、厚さの違いによって複数の計測点をクラス分けし、そのクラスの間隙の数が所定数よりも多い場合に異常と診断する。あるいは、クラスごとに重み係数を定め、各クラスに含まれる間隙の数と重み係数を乗じた値の和を求め、所定のしきい値より大きい場合に異常と診断する。なお、クラス分けは厚さごとではなく、面積ごとに分けてもよい。 For example, when it is assumed that there are a plurality of gaps, a plurality of measurement points are classified according to the difference in thickness, and when the number of gaps of the class is larger than a predetermined number, it is diagnosed as abnormal. Alternatively, a weighting factor is determined for each class, and the sum of a value obtained by multiplying the number of gaps included in each class by the weighting factor is obtained. The classification may be performed not for each thickness but for each area.
また、これらの分布の時間変化に基づいて異常診断を実施してもよい。例えば、クラス数の変化に基づくことが例示される。クラス数が所定数を超え、その後、間隙の集合が結合することを想定し、クラス数が所定数より少なくなった場合に異常と診断することが例示される。上述した重み係数は、クラス数やその変化、あるいは計測の経過時間に基づいて動的に変更してもよい。 Further, abnormality diagnosis may be performed based on a temporal change of these distributions. For example, based on a change in the number of classes is exemplified. Assuming that the number of classes exceeds a predetermined number, and thereafter, a set of gaps is combined, an example of diagnosing an abnormality when the number of classes becomes smaller than the predetermined number is exemplified. The above-mentioned weighting coefficient may be dynamically changed based on the number of classes, the change thereof, or the elapsed time of measurement.
つまり、本実施例では、複数の計測点における間隙の大きさの指標値をクラス分けし、各クラスの指標値の数に基づいて異常診断を実施することもできる。 That is, in the present embodiment, it is also possible to classify the index values of the gap size at a plurality of measurement points into classes, and to perform abnormality diagnosis based on the number of index values of each class.
図9は、本実施例の異常度を示す説明図である。 FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating the degree of abnormality in the present embodiment.
本実施例に記載の異常診断方法は、異常か否かを診断する実施例であるが、異常の度合い(異常度)を出力するように構成してもよい。そのような場合は、しきい値と比較する前述の構成において、形状(大きさ)の指標値に基づく計算値をそのまま異常度として示すことが例示される。 The abnormality diagnosis method described in the present embodiment is an embodiment for diagnosing whether or not there is an abnormality. However, the abnormality diagnosis method may be configured to output the degree of abnormality (degree of abnormality). In such a case, in the above-described configuration for comparison with the threshold value, an example is given in which the calculated value based on the index value of the shape (size) is directly shown as the degree of abnormality.
運用者に対するこのような異常度の表示方法としては、数値を示してもよい。また、図9に示すように、x軸に時間tをとり、縦軸に異常度を示してもよい。 As a method of displaying such a degree of abnormality to the operator, a numerical value may be indicated. Further, as shown in FIG. 9, the time t may be taken on the x-axis and the degree of abnormality may be shown on the vertical axis.
異常診断方法は、どれかひとつでもよいし、複数の異常診断方法を適用してもよい。複数の異常診断方法を適用する場合は、各異常診断方法を指標化(例えば、しきい値との差分)して、各異常診断方法の指標値を加算した値を所定のしきい値と比較してもよい。あるいは、いずれかの異常診断方法において異常と診断された場合に、異常と診断してもよいし、所定数以上の異常診断方法が異常と診断した場合に異常と診断してもよい。 Any one of the abnormality diagnosis methods may be used, or a plurality of abnormality diagnosis methods may be applied. When a plurality of abnormality diagnosis methods are applied, each abnormality diagnosis method is indexed (for example, a difference from a threshold value), and a value obtained by adding the index value of each abnormality diagnosis method is compared with a predetermined threshold value. May be. Alternatively, when an abnormality is diagnosed in any of the abnormality diagnosis methods, the abnormality may be diagnosed, or when a predetermined number or more of the abnormality diagnosis methods have been diagnosed as abnormal, the abnormality may be diagnosed.
また、複数の異常診断方法を並列に適用してもよいし、順番に適用してもよい。あるいは、異常診断方法を階層的に適用してもよい。例えば、最初に間隙の厚さに関する異常診断に適用する。ここで異常と診断された場合に、次に、間隙の底面の面積に関する異常診断に適用する。あるいは間隙の厚さで異常と診断されなかった場合に、次に、間隙の厚さで分類するクラス数についての異常診断方法を適用する。これは階層的に異常診断方法を適用することで、診断対象の指標を順次変更していくことを目的としている。 Further, a plurality of abnormality diagnosis methods may be applied in parallel or may be applied in order. Alternatively, the abnormality diagnosis method may be applied hierarchically. For example, first, it is applied to an abnormality diagnosis regarding the thickness of the gap. If an abnormality is diagnosed here, it is applied to an abnormality diagnosis relating to the area of the bottom surface of the gap. Alternatively, if no abnormality is diagnosed based on the thickness of the gap, an abnormality diagnosis method for the number of classes classified based on the thickness of the gap is applied. This aims at sequentially changing the index to be diagnosed by applying the abnormality diagnosis method hierarchically.
また、間隙の形状(大きさ)に関する知見を活用することもできる。つまり、異常と診断された特定の形状パターンセット(運用者の過去の知見)を定義し、出力された間隙の形状(大きさ)に関する情報と組み合わせて異常と診断してもよい。このように機能をわけておくことにより、運用者の知見やノウハウを活用することができる。 In addition, knowledge on the shape (size) of the gap can be used. In other words, a specific shape pattern set diagnosed as abnormal (an operator's past knowledge) may be defined, and the abnormality may be diagnosed in combination with the output information on the shape (size) of the gap. By dividing the functions in this way, the knowledge and know-how of the operator can be utilized.
また、診断対象がOFケーブルの場合には、OFケーブルの油圧情報と連携して異常診断を実施してもよい。例えば、油圧が低い場合には、油隙が進展しやすく、異常になりやすいと考えられるため、異常診断のしきい値を低くすることや、異常度の計算の重みを大きくすることが例示される。 When the diagnosis target is an OF cable, the abnormality diagnosis may be performed in cooperation with the oil pressure information of the OF cable. For example, when the oil pressure is low, it is considered that the oil gap is likely to develop and become abnormal. Therefore, it is exemplified to lower the threshold value of the abnormality diagnosis and increase the weight of the calculation of the abnormality degree. You.
また、油圧情報を、異常度の判定の信頼度とすることが例示される。例えば、油圧が低下している場合は異常となりやすいと考えられるため、そのような場合に異常度が高くなっている場合は、信頼度が高いとする。逆に、油圧が正常範囲内である場合には、異常となりにくいと考えられるため、異常度が低い場合に信頼度が高いとする。 Further, it is exemplified that the hydraulic pressure information is used as the reliability of the determination of the degree of abnormality. For example, when the oil pressure is low, it is considered that an abnormality is likely to occur. Therefore, when the degree of abnormality is high in such a case, the reliability is determined to be high. Conversely, when the oil pressure is within the normal range, it is considered that the oil pressure is unlikely to be abnormal. Therefore, when the degree of abnormality is low, the reliability is determined to be high.
つまり、本実施例では、電力ケーブルがOFケーブルの場合、OFケーブルにおける油圧情報に基づいて、指標値に対する信頼度を出力することができる。 That is, in this embodiment, when the power cable is an OF cable, the reliability of the index value can be output based on the oil pressure information of the OF cable.
このように異常度に加えて、信頼度を数値化し、図9に示すような可視化手段に追加して表示することが例示される。 As described above, in addition to the abnormalities, the reliability is quantified and displayed in addition to the visualization means as shown in FIG.
また、電力系統の運用情報と連携して、異常診断を実施することができる。油圧情報と同様に、電力系統の運用情報を異常度の判定や信頼度に用いてもよい。例えば、潮流量やその積算値を異常度の判定や信頼度の計算に反映してもよい。 Further, abnormality diagnosis can be performed in cooperation with the operation information of the power system. Similarly to the oil pressure information, the operation information of the power system may be used for determining the degree of abnormality and reliability. For example, the tide flow and its integrated value may be reflected in the determination of the degree of abnormality and the calculation of the degree of reliability.
図10は、本実施例の位相推定を示す説明図である。図10は、電圧位相を計測できない場合について説明するものである。 FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the phase estimation according to the present embodiment. FIG. 10 illustrates a case where the voltage phase cannot be measured.
図8に示す異常診断方法では、電圧位相をもとに指標値を算出したが、計測センサ101の設定制約等(例えば、追加設置不可等)で電圧位相を計測できない場合が考えられる。このような場合に対して、計測される部分放電電荷量の計測データのパターンに時間的な周期性が期待されること、また、1周期が交流周波数(50Hz、60Hz)であることから周期の長さが固定であること、を踏まえ、電圧位相が0となる位置を推定することができる。 In the abnormality diagnosis method illustrated in FIG. 8, the index value is calculated based on the voltage phase. However, there may be a case where the voltage phase cannot be measured due to a setting restriction of the measurement sensor 101 (for example, additional installation is impossible). In such a case, it is expected that the pattern of the measurement data of the partial discharge charge amount to be measured has a temporal periodicity, and since one cycle is the AC frequency (50 Hz, 60 Hz), the cycle of the cycle is not changed. Based on the fact that the length is fixed, the position where the voltage phase becomes 0 can be estimated.
部分放電は、間隙にかかる電圧が放電開始電圧を超えた際に発生することから、計測データの計測点の多い部分放電電荷量の場合(例えば、図10のA)の先頭の計測データのサンプル(例えば、図10のB)の前(x軸の左側)を位相270度(マイナス90度)と推定することが例示される。あるいは、同様の考え方に基づき、図10のCの計測データの計測点の山型形状の前(x軸の左側)に位相270度(マイナス90度)があると推定してもよい。本実施例では、間隙の形状(大きさ)の指標値に基づいて異常度を判定するため、位相0度のおおよその位置を推定できればよい。 Since the partial discharge occurs when the voltage applied to the gap exceeds the discharge starting voltage, a sample of the first measurement data in the case of the partial discharge charge amount having many measurement points of the measurement data (for example, A in FIG. 10). It is exemplified that the phase before (for example, B in FIG. 10) (left side of the x-axis) is estimated to be a phase of 270 degrees (minus 90 degrees). Alternatively, based on a similar concept, it may be estimated that there is a phase of 270 degrees (minus 90 degrees) in front of the chevron shape (on the left side of the x-axis) of the measurement point of the measurement data in FIG. In this embodiment, the degree of abnormality is determined based on the index value of the shape (size) of the gap, and therefore, it is sufficient that the approximate position of the phase 0 degree can be estimated.
また、異常判定部112による計測データの記憶要否の判定について記載する。異常判定部112が計測データについて記憶要と判定した場合には、記憶部117に記憶するか、あるいは、通信部114を介してストレージ104へ計測データを送信することが例示される。記憶要と判定する場合は、異常判定部112が異常と診断する基準と同様である。あるいは、異常度を算出し、その変化(微分値を評価)や、あるいは、変化が一定期間ない場合に記憶してもよい。このようにすれば、異常判定部112や記憶処理の故障判定に用いることができる。
In addition, a description will be given of how the
なお、記憶する計測データの形式は、計測した計測データそのもの、あるいは重畳した計測データでもよいし、時系列データの圧縮方法を適用した形式でもよい。そのようなアルゴリズムには、Swinging Doorアルゴリズム等が例示される。 The format of the stored measurement data may be the measured measurement data itself, the superimposed measurement data, or a format to which a time series data compression method is applied. Such an algorithm is exemplified by the swinging door algorithm and the like.
また、異常診断の基準に基づいて、記憶要と判定した後、記憶可能容量または記憶可能スループットに基づいて、記憶要と判定してもよい。 After determining that storage is necessary based on the criteria of the abnormality diagnosis, it may be determined that storage is required based on the storable capacity or the storable throughput.
記憶可能容量に関しては、記憶部117またはストレージ104の記憶容量に応じて、記憶要と判定するかどうかを決定する。例えば、残りの空き容量が少なければ、記憶不要と判定する。そのような場合には、記憶部117またはストレージ104に対して、記憶済みデータの削除や圧縮を指示してもよいし、記憶容量が少ないことを運用者などの外部に通知してもよい。
Regarding the storable capacity, it is determined whether or not it is determined that the storage is necessary according to the storage capacity of the
記憶可能スループットに関しては、単位時間あたりの記憶可能容量に基づいて記憶要否を判定する。これは、記憶部117またはストレージ104の単位時間あたりの記憶可能容量や、ネットワーク106におけるデータ転送速度に準じて定まる。例えば、ネットワーク106のデータ転送速度に制限がある場合は、記憶不要と判定する。このように判定した場合も運用者などの外部に通知してもよい。
Regarding the storable throughput, the necessity of storage is determined based on the storable capacity per unit time. This is determined according to the storable capacity of the
本実施例では、異常診断の結果を、異常時の対策として利用することができる。異常と診断された場合は、所定の対策を実施する。例えば、診断対象の電力ケーブル100に潮流を流さないように系統運用する、あるいは、絶縁破壊までの期間を推定し、その期間内で実施可能な定期点検を計画して実行し、電力ケーブル100の更新等をする。
In this embodiment, the result of the abnormality diagnosis can be used as a countermeasure in the event of an abnormality. If an abnormality is diagnosed, take prescribed measures. For example, system operation is performed so as not to flow a power flow into the
絶縁破壊までの期間は、同様の環境を用いて、事前に過去の事例や実験等により得られた結果を用いてもよいし、電力機器情報記憶部115に記憶する情報、過去の記録や履歴情報を用いて推定してもよい。この推定には、機械学習や統計手法を用いて推定することが例示される。また、実験においては、絶縁破壊まで電力ケーブル100に課電してもよいし、絶縁破壊の発生前に課電をやめ、解体した電力ケーブル100内の状態について、目視や画像処理を適用して評価することが例示される。
In the period up to the dielectric breakdown, a similar environment may be used, and a result obtained in advance by a past case or experiment may be used, or information stored in the power device
本実施例では、異常診断を実施し、間隙の位置(部分放電の発生位置)を標定することができる。複数の計測診断装置102間の連携について記載する。
In the present embodiment, abnormality diagnosis is performed, and the position of the gap (position where partial discharge occurs) can be located. The cooperation between the plurality of measurement and
複数の計測診断装置102は、時刻同期部118を備え、相互に時刻同期している。複数の計測診断装置102で計測した計測データは、計測時の時刻情報を付与されて、ストレージ104へ記憶される。サーバ105は、ストレージ104に記憶された計測データ、あるいは異常診断の結果を用いて、部分放電の発生位置を推定する。
The plurality of measurement /
各計測診断装置102は相互に時刻同期されているため、ある計測診断装置102で異常と診断した時刻における、別の計測診断装置102の計測データを確認する。このときの部分放電電荷量あるいは周波数スペクトルにおける特定周波数(最大振幅となる周波数または最小、あるいは、部分放電と考えられる特定周波数)の振幅値と、複数の計測診断装置102の電力系統上における位置とから、部分放電の発生位置を推定する。あるいは、特定位相における部分放電電荷量の値の比を用いて、複数の計測診断装置102の電力系統上における位置関係から、部分放電の発生位置を推定してもよい。
Since each of the measurement and
なお、部分放電を示す計測データが特定の条件に一致する場合のみ、その計測データを記録すると説明したが、計測診断装置102から近接の計測診断装置102に対して、異常と診断された時刻の計測データを記録、または出力するように指示してもよい。あるいは、外部からの指示によって計測診断装置102が計測データを記録するようにしてもよい。これは間隙の発生位置が、異常と診断された計測診断装置102よりも遠方にあり、部分放電を示す計測データを計測できない場合があるためである。
It has been described that the measurement data is recorded only when the measurement data indicating the partial discharge matches a specific condition. However, the measurement /
このとき、ある計測診断装置102から別の計測診断装置102に対して、計測データの記録、出力を指示するため、ネットワーク106が所定時間内に、この指示を伝達するリアルタイム通信方式を備えることが例示される。また、指示を受ける計測診断装置102が、そのようなリアルタイム通信方式における最大保証遅延に応じた容量の記憶部117または一時データ保存バッファを備えることが例示される。
At this time, in order to instruct measurement and recording of measurement data from one measurement /
なお、単独の計測診断装置102であっても、計測された部分放電電荷量の電圧位相特性から間隙の位置を推定してもよい。これは既存の実績データ等から機械学習等の手法によって、位置予測アルゴリズムを構築してもよいし、部分放電電荷量の絶対値と電力ケーブル100の抵抗成分による減衰量を推定して、間隙の位置を推定してもよい。
Note that even the single measurement and
また、サーバ105は、複数の計測診断装置102の計測結果、または単独の計測診断装置102の計測結果から、新規の計測診断装置102の設置場所の案を提示してもよい。例えば、2つの計測診断装置102で部分放電信号が計測されたが、部分放電電荷量が微弱で正確に間隙の位置を標定できない場合には、その2つの計測診断装置102の診断対象の電力ケーブル100の観測位置の間に計測診断装置102を設置することが例示される。この提示された位置に対して、他の計測診断装置102(例えば、部分放電を計測していない計測診断装置102)を移設することが例示される。
In addition, the
また、同様にサーバ105は、運用者、中央給電指令所、制御所、給電所、変電所との通信、あるいは情報共有の手段を用いて操作履歴、稼動情報、制御対象の状態情報を取得して、計測診断装置102またはストレージ104における計測データの出力を指示してもよい。
Similarly, the
例えば、電力系統上の電力ケーブル100での潮流の変化(運用:潮流の増加、減少、逆潮流)や、所定しきい値との比較(潮流が増えて、所定しきい値を超えたなど)が起きた時刻と、その前後の所定期間の計測データを出力するように指示してもよい。あるいは、OFケーブルの油圧系の異常や変化、油中ガス分析を実施した日時の前後の所定期間の計測データを出力するように指示してもよい。
For example, a change in power flow in the
遮断器や断路器への開閉操作(系統操作)の事象に対して、その前後の所定期間の計測データを出力するように指示してもよい。開閉操作による開閉サージが部分放電との契機ともなり得るため、開閉操作にともなう計測データの観測は重要である。 In response to an event of switching operation (system operation) to a circuit breaker or disconnector, an instruction may be issued to output measurement data for a predetermined period before and after the event. Since the switching surge due to the switching operation may trigger partial discharge, it is important to observe the measurement data associated with the switching operation.
あるいは、落雷といった気象事象の発生時刻に基づいて、計測データを出力してもよい。例えば、診断対象の電力ケーブル100付近に対する落雷発生時に、サーバ105は落雷時刻を取得して、その時刻の前後の所定期間の計測データを出力するように指示してもよい。
Alternatively, measurement data may be output based on the time of occurrence of a weather event such as a lightning strike. For example, when a lightning strike occurs near the
また、電力系統に接続されたインバータ等によるノイズの影響を除去するため、計測された部分放電電荷量を周波数帯域に変換し、このようなノイズに関わる所定周波数の信号をフィルタし、逆フーリエ変換等により、再び位相域(時間域)にすることが例示される。 In addition, in order to remove the influence of noise caused by an inverter or the like connected to the power system, the measured partial discharge charge amount is converted into a frequency band, and a signal of a predetermined frequency related to such noise is filtered, and inverse Fourier transform is performed. For example, it is exemplified that the phase region (time region) is set again.
あるいは、センサ101による計測誤差等のノイズを含むことが考えられるため、複数周期分の計測データに対して、統計的手法を適用して、外れ値除去をすることが例示される。
Alternatively, since it is conceivable that noise such as a measurement error by the
なお、出力指示した時刻の計測データが、計測診断装置102またはストレージ104に記憶されていなければ、この時刻について計測診断装置102は異常または記憶要と判定しなかったことを意味する。そのため、そのような場合の標準データセットを定義して、利用してもよい。
If the measurement data at the time when the output is instructed is not stored in the measurement /
なお、診断の精度を上げるために、計測診断装置102、サーバ105及びサーバ105と連携する各種制御システム間の同期精度を高めてもよい。
In order to increase the accuracy of the diagnosis, the synchronization accuracy between the measurement /
なお、出力に際しては、電子的手段を用いてもよいし、紙等により出力する非電子的手段を用いてもよい。 At the time of output, electronic means may be used, or non-electronic means for outputting with paper or the like may be used.
計測した計測データに基づいて、電力系統の情報や機械学習等を用いて、絶縁破壊までの期間を推定し、その推定期間を用いて、電力ケーブル100の資産管理(保守サービス)に応用することができる。
Estimating the period until insulation breakdown based on the measured data using power system information, machine learning, etc., and applying the estimated period to asset management (maintenance service) of the
絶縁破壊までの日数、電力ケーブル100の重要度、更新のための費用、予算に基づいて、更新対象の電力ケーブル100の優先度を決定する。このとき、部分放電に影響し得る外部事象(系統操作、運用、気象等)を考慮してもよい。例えば、落雷の発生確率が高い地域の電力ケーブル100の更新優先度を高くすることが例示される。開閉操作をし得る変電所と接続する電力ケーブル100の更新優先度を高くすることが例示される。あるいは、電力ケーブル100が絶縁破壊した場合の影響度合い(停電範囲や接続する電力ケーブル100の分岐数等)に応じて更新優先度に反映してもよい。影響度合いの大きい電力ケーブル100の更新優先度を高くすることが例示される。
The priority of the
あるいは、所定期間(例えば、複数年)にわたる予算計画を前提に、複数の電力ケーブルの異常度、優先度を考慮して、電力ケーブルの更新時期を決定することが例示される。これにより、例えば、実際の適切な更新時期よりも前倒しして電力ケーブルを更新することが例示される。 Alternatively, it is exemplified that, based on a budget plan for a predetermined period (for example, a plurality of years), the update timing of the power cable is determined in consideration of the abnormalities and priorities of the plurality of power cables. This illustrates, for example, updating the power cable ahead of the actual appropriate update time.
上位のサーバ105に複数の計測データの情報と、異常診断の結果(絶縁破壊の発生や部分放電の痕跡等)を集約して、ビッグデータ解析、ニューラルネットワーク等の統計的手法を適用し、上位系クラウドで情報を集約することにより、異常診断を高精度に実施することが例示される。例えば、重み係数やしきい値の高精度が示される。
The information of a plurality of measurement data and the results of the abnormality diagnosis (such as the occurrence of insulation breakdown and traces of partial discharge) are aggregated in the
計測診断装置102は、診断対象の電力ケーブル100に全て設定してもよいし、定期的に場所を変更してもよい。保守員の定期検査にともなって移設、設置してもよい。
The measurement /
以上より、本実施例によれば、OFケーブルやCVケーブルといった電力ケーブルにおける油隙、空隙の状態を推定することができ、電力ケーブルの劣化状態を診断することができる。これにより、電力ケーブルの更新等の適切な対策を講じることができ、電力システムを安定に運用することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to estimate the state of the oil gap and the gap in the power cable such as the OF cable and the CV cable, and it is possible to diagnose the deterioration state of the power cable. This makes it possible to take appropriate measures, such as updating the power cable, and to stably operate the power system.
さらに、絶縁破壊までの期間を推定し、複数の電力ケーブル内での更新等の優先順位を決定することにより、資産管理を適切に実施することができる。異常度に応じて電力ケーブルの交換の時期を前倒しする等の対策により、運用者の予算の平滑化を図ることができる。加えて、本実施例による間隙の形状(大きさ)推定と、絶縁破壊等の異常につながる間隙の形状(大きさ)といった運用者の知見と組み合わせることで、運用者の知見を活用できる。さらに、計測された部分放電電荷量の周期性から電圧位相を推定することができ、電圧センサの設置を不要とすることができる。 Furthermore, by estimating the period until the insulation breakdown and determining the priority of updating in a plurality of power cables, asset management can be appropriately performed. By taking measures such as bringing forward the timing of replacing the power cable in accordance with the degree of abnormality, the budget of the operator can be smoothed. In addition, the knowledge of the operator can be utilized by combining the estimation of the shape (size) of the gap according to the present embodiment with the knowledge of the operator such as the shape (size) of the gap leading to abnormality such as insulation breakdown. Further, the voltage phase can be estimated from the periodicity of the measured partial discharge charge amount, and the installation of the voltage sensor can be eliminated.
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、様々変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に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。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described above.
100 … 電力ケーブル、101… センサ、102… 計測診断装置、103… 同軸ケーブル、104 … ストレージ、105 … サーバ、106… ネットワーク、112 … 異常判定部、113 … 計測信号受信部、114 … 通信部、115 … 電力機器情報記憶部、116 … 周期検知部、117 … 記憶部、118 … 時刻同期部、119 … 位相推定部、120 … CPU、121 … LAN、122 … データ処理IC、123 … ADC、124 … メモリ、125 … 不揮発性記憶媒体、126 … バス 100 ... power cable, 101 ... sensor, 102 ... measurement and diagnosis device, 103 ... coaxial cable, 104 ... storage, 105 ... server, 106 ... network, 112 ... abnormality determination unit, 113 ... measurement signal receiving unit, 114 ... communication unit, 115 ... power device information storage unit, 116 ... cycle detection unit, 117 ... storage unit, 118 ... time synchronization unit, 119 ... phase estimation unit, 120 ... CPU, 121 ... LAN, 122 ... data processing IC, 123 ... ADC, 124 … Memory, 125… non-volatile storage medium, 126… bus
Claims (13)
前記計測信号受信部が受信した前記計測データから導出された電圧位相と部分放電電荷量とから、前記絶縁媒体に形成された間隙の大きさの指標値を算出し、前記電力ケーブルの異常診断を実施する異常判定部と、を有することを特徴とする異常診断装置。 From a sensor that detects a partial discharge signal of a power cable having an insulating medium, a measurement signal receiving unit that receives the partial discharge signal as measurement data,
From the voltage phase and the partial discharge charge amount derived from the measurement data received by the measurement signal receiving unit, an index value of the size of the gap formed in the insulating medium is calculated, and the abnormality diagnosis of the power cable is performed. An abnormality diagnosis device comprising: an abnormality determination unit that performs the abnormality determination.
前記計測データから導出された電圧位相のなかで、放電開始電圧を用いて、前記絶縁媒体に形成された間隙の大きさの指標値を算出し、前記電力ケーブルの異常診断を実施することを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 2, wherein
In the voltage phase derived from the measurement data, an index value of a size of a gap formed in the insulating medium is calculated using a discharge starting voltage, and an abnormality diagnosis of the power cable is performed. Abnormality diagnosis method.
前記間隙の大きさが、前記間隙の厚さの指標値又は前記間隙の底面の面積の指標値であることを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 2, wherein
An abnormality diagnosis method, wherein the size of the gap is an index value of a thickness of the gap or an index value of an area of a bottom surface of the gap.
前記間隙の厚さの指標値と前記部分放電電荷量とから、前記間隙の底面の面積の指標値を算出することを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 2, wherein
An abnormality diagnosis method, wherein an index value of the area of the bottom surface of the gap is calculated from the index value of the thickness of the gap and the partial discharge charge amount.
前記計測データにおける前記部分放電電荷量が異なる複数の計測点に対して指標値を算出し、複数の計測点における間隙の大きさの指標値の分布を推定し、推定した前記分布に基づいて前記電力ケーブルの異常診断を実施することを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 2, wherein
An index value is calculated for a plurality of measurement points where the partial discharge charge amounts in the measurement data are different, an index value distribution of a gap size at the plurality of measurement points is estimated, and based on the estimated distribution, An abnormality diagnosis method characterized by performing abnormality diagnosis of a power cable.
複数の計測点における間隙の大きさの指標値をクラス分けし、各クラスの指標値の数に基づいて前記電力ケーブルの異常診断を実施することを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 6, wherein
An abnormality diagnosis method, comprising: classifying index values of gap sizes at a plurality of measurement points into classes; and performing abnormality diagnosis of the power cable based on the number of index values of each class.
前記指標値の時間変化に基づいて前記電力ケーブルの異常診断を実施することを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 2, wherein
An abnormality diagnosis method, wherein an abnormality diagnosis of the power cable is performed based on a time change of the index value.
前記指標値を異常度として出力することを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 2, wherein
An abnormality diagnosis method, wherein the index value is output as an abnormality degree.
前記電力ケーブルが、油浸紙ケーブルであり、前記油浸紙ケーブルにおける油圧情報に基づいて、前記指標値に対する信頼度を出力することを特徴とする異常診断方法。 The abnormality diagnosis method according to claim 2, wherein
An abnormality diagnosis method, wherein the power cable is an oil immersion paper cable, and the reliability of the index value is output based on oil pressure information in the oil immersion paper cable.
前記電力ケーブルに印加される電圧の交流周期を検知する周期検知部を有することを特徴とする異常診断装置。 The abnormality diagnosis device according to claim 1,
An abnormality diagnosis device, comprising: a period detection unit that detects an AC period of a voltage applied to the power cable.
所定の時刻同期プロトコルに従って、他の異常診断装置と時刻を同期する時刻同期部を有することを特徴とする異常診断装置。 The abnormality diagnosis device according to claim 1,
An abnormality diagnosis device comprising a time synchronization unit for synchronizing time with another abnormality diagnosis device according to a predetermined time synchronization protocol.
前記計測データから導出される部分放電電荷量の周期性から電圧位相を推定する位相推定部を有することを特徴とする異常診断装置。 The abnormality diagnosis device according to claim 1,
An abnormality diagnosis device comprising a phase estimating unit for estimating a voltage phase from a periodicity of a partial discharge charge amount derived from the measurement data.
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JP7089439B2 (en) | 2022-06-22 |
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