JP3811037B2

JP3811037B2 - 柱上変圧器の劣化診断方法およびその装置

Info

Publication number: JP3811037B2
Application number: JP2001277769A
Authority: JP
Inventors: 純一片桐; 由高竹澤; 大吾武田; 章裕丹羽; 泰吉近藤
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc; Hitachi Ltd
Priority date: 2001-09-13
Filing date: 2001-09-13
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: JP2003083882A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、柱上変圧器に使用されている固体絶縁物の劣化度を非破壊で診断する劣化診断方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
柱上変圧器に使用されている固体絶縁物の劣化診断技術としては、特開平１０−７４６２８号公報に開示されているように、絶縁油中のコイル絶縁紙に光ファイバプローブを接触させ、絶縁油の透過光量を測定して透過光強度を一定になるように補正し、絶縁油中の絶縁紙を2波長間の反射吸光度の差や比から劣化度を非破壊で診断する方法が提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来技術において、小型油入変圧器である柱上変圧器の劣化度を診断するにあたり、必要に応じて光ファイバプローブを変圧器中に挿入してコイル絶縁紙の光測定を行う場合、コイルと容器との隙間が狭く、測定用のファイバプローブをコイル絶縁紙に接触させるのが困難であることや、接触できてもコイル絶縁紙に手で添えた光ファイバプローブを常時一定の状態で保持するのが困難であり、測定精度が損なわれるといった問題があった。
【０００４】
本発明の課題は、柱上変圧器劣化診断用の光ファイバプローブの取扱いを容易にし、かつ測定精度の高い診断方法および装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、柱上変圧器内に設けられている絶縁材料の劣化を、当該絶縁材料に照射した複数波長の反射吸光度の差から診断するにあたり、前記柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙に、照射用光ファイバケーブル・受光用光ファイバケーブルを備える光ファイバプローブを一定圧力で接触させることによって達成される。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、図１に示したような電気回路を形成する一次コイルと二次コイルから構成されるコイル２と磁気回路を形成する鉄心３及びこれらの絶縁のための絶縁油４からなる柱上変圧器において、コイル絶縁紙と二次ライン線絶縁紙との劣化度を検討した結果、両者に相関性があることを見出した。
【０００７】
以下、本発明を、図面を用いて説明する。ただし、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【０００８】
ここで、バンドルを構成するための光ファイバ素線としては、プラスチック系光ファイバ、多成分ガラス系光ファイバ等、汎用の光ファイバを使用できる。光ファイバ素線径は５０μｍ〜１２５μｍ程度のものを使用する。また、バンドル外径は０．５ｍｍ〜３．０ｍｍ程度のものを使用する。照射用光ファイバケーブル、受光用光ファイバケーブルの各光ファイバケーブルとして光ファイバ素線を束ねるバンドル構造を採用することで、光ファイバケーブルの屈曲により光量が変動しにくい構成とすることができる。すなわち、光ファイバが曲がると、伝播している光は、元の全反射の角度とは異なってきて、光線が放射され光損失となる。この放射損失の大きさは曲げ半径が小さいほど大きく、ファイバの直径が大きいほど大きくなる。ファイバ素線径を微小化してバンドル構造とすることにより、光量変動を少なくすることができる。
【０００９】
照射用光ファイバケーブルを構成する光ファイバ素線の束は、ピーク波長λ1の照射光を伝送する光ファイバ素線の束とピーク波長λ2の照射光を伝送する光ファイバ素線の束からなり、両者の光ファイバ素線をさらにランダムにミキシング配置した構造とすることにより、光ファイバケーブルはそのまま測定端部まで行き、従来、異なる２波長の光源からの照射光を照射用光ファイバケーブルに導くために必要であった光結合器が不要となる。
【００１０】
また、半導体レーザ（ＬＤ）あるいは発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光ピーク波長としては、６３５,６５０,６６０,６７０,６９５，７００，７７０，７８５,８００,８２０，８３０,８５０，８７０,９４０,９５０，１３１０，１５５０ｎｍ等が挙げられ、これらのＬＤ、ＬＥＤは市販されており、動作も安定しており好適である。
【００１１】
また、特開平３−２２６６５１号公報に記載されているように、劣化度は換算時間θで表すことが一般的である。換算時間θで表すことにより、様々な劣化履歴を有する材料であっても、θが等しければ同じ劣化度であることを意味する。換算時間θは（２）式で定義される。
【００１２】
θ＝ｔ×exp（−ΔＥ／ＲＴ） …（２）
ここで、ΔＥは劣化のみかけの活性化エネルギー（Ｊ／ｍｏｌ）、Ｒは気体定数（Ｊ／Ｋ／ｍｏｌ）、Ｔは劣化の絶対温度（Ｋ）、ｔは劣化（使用）時間（ｈ）である。絶縁紙劣化のΔＥはいわゆるアレニウスプロット法により容易に算出できる。さらに、予め求めておいた被測定材料の寿命点における換算時間をθ₀とすれば、実測から求めた換算時間θとの差Δθ（＝θ₀−θ）が余寿命に相当する換算時間となり、劣化度判定の尺度となる。すなわち、寿命点ｔ₀までの余寿命Δｔ（＝ｔ₀−ｔ）（ｈ）は（３）式で表される。
【００１３】
Δｔ＝Δθ／exp（−ΔＥ／ＲＴ） …（３）
（３）式より時間ｔ以降の材料の平均使用温度条件が定まれば、その後の余寿命Δｔを求めることができる。
（実施例１）
図１は柱上変圧器１への劣化診断装置の適用形態を示す模式図、図２は二次ライン線絶縁紙１１へのプローブ設置形態を示す模式図、図３は光ファイバ６、７がバンドル構造を有する光ファイバ先端部の構造図、図４は劣化度判定のための診断フローチャート、図５は反射吸光度差をパラメータにしたモールド樹脂の診断マスターカーブの例を示す図である。
【００１４】
図１において、劣化度演算部９は測定データ記憶用メモリー、読み出し専用メモリーを内蔵したマイクロプロセッサ、表示部からなっており、演算結果の表示を行う。照射光源としては６００ｎｍ〜１６００ｎｍのものを使用し、実験ではλ1＝８３０ｎｍおよびλ2＝１５５０ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）を用いた。
【００１５】
図４の診断フローチャートに従い、まず各光源波長の基準反射光強度I₁，I₂を以下のようにして測定した。基準反射光強度測定にはアルミナ白板を用い、光源・受光部8からの照射光（λ1，λ2）を照射用光ファイバケーブル６を介してアルミナ白板に導き、アルミナ白板からの反射光は受光用光ファイバケーブル７を介して光源・受光部８へと導かれる。光源・受光部８で波長λ1，λ2の反射光強度を検出し、劣化度演算部９に基準反射光強度I₁，I₂が記憶される。
【００１６】
なお、照射用光ファイバケーブル６、受光用光ファイバケーブル７は５０μｍΦの多成分ガラス系光ファイバのバンドルからなり、バンドルの外径は１ｍｍである。ここで、照射用光ファイバケーブル６を構成する光ファイバ素線の束は、図３のようにピーク波長λ1の照射光を伝送する光ファイバ素線１３の束とピーク波長λ2の照射光を伝送する光ファイバ素線１４の束からなり、両者の光ファイバ素線１３，１４をさらにランダムにミキシング配置した構造とすることにより、光ファイバケーブル６はそのまま測定端部まで行き、従来、異なる２波長の光源からの照射光を照射用光ファイバケーブルに導くために必要であった光結合器が不要となる。
【００１７】
次に、容量20ｋVA柱上変圧器１の二次ライン線絶縁紙１１に対してピーク波長λ1，λ2の反射光強度（I₃，I₄）を以下のようにして測定した。図２に示したように二次ライン線絶縁紙１１に照射用光ファイバケーブル６、受光用光ファイバケーブル７からなる光ファイバプローブ１２をプローブ取付治具５を用いて接触させた後、光源・受光部８からの照射光（λ1，λ2）を照射用光ファイバケーブル６を介して二次ライン線絶縁紙１１に導き、二次ライン線絶縁紙１１からの反射光が受光用光ファイバケーブル７を介して光源・受光部８へと導かれる。光源・受光部８で波長λ1，λ2の反射光強度を検出し、劣化度演算部９に反射光強度I３，I４が記憶される。
【００１８】
なお、図２において、光ファイバプローブ１２を備えるプローブ取付治具５は、柱上変圧器１の二次ライン線絶縁紙１１を挟持する２本の挟持部材５ａ，５ｂを具備し、前記両挟持部材５ａ，５ｂを、支軸１６を中心に開閉自在に構成し、かつ前記２本の挟持部材５ａ，５ｂに、常態においてこれら２本の挟持部材５ａ，５ｂを閉じる方向に付勢し、拡開方向の力が加わった場合には、圧縮方向の力に抗して拡開するバネ１７が取り付けられている。
【００１９】
以上のようにして得られたλ1，λ2における該基準反射光強度I₁，I₂、二次ライン線絶縁紙１１の反射光強度I₃，I₄から（１）式を用いて２波長間の反射吸光度差ΔＡ_Rを算出した。反射光の測定は、表面の汚れや入射される光の角度のずれが測定値に大きく影響するが、２波長間の反射吸光度差をパラメータとすることにより測定値のバラツキを著しく低減できる。測定結果では、I₁＝１．２７μＷ、I₂＝１．３０μＷ、I₃＝０．７５μＷ、I₄＝１．０６μＷであったので、ΔＡ_R値は（１）式より＝０．１４０となった。測定時に照射用光ファイバケーブル６、受光用光ファイバケーブル７を故意に曲げたりしても受光量変動は３％以内で良好であった。
【００２０】
さらに、劣化度演算部９では、図５に示したような二次ライン線絶縁紙１１の反射吸光度差と劣化度との関係（マスターカーブ）が予め記憶されており、この関係図から測定した絶縁紙の反射吸光度差を基に換算時間θ（劣化度）を読み取り、余寿命Δｔを算出し、結果を表示できる。
（実施例２）
実施例１と同様の劣化診断装置の構成であるが、照射光源にλ1＝６３５ｎｍおよびλ2＝１３１０ｎｍの半導体レーザ（ＬＤ）を用いて同様の測定を実施した。また、容量50ｋVA柱上変圧器を用いた他は実施例１と同様に実施した。
【００２１】
測定結果では、I₀，₁＝１．３１μＷ、I₀，₂＝１．３４μＷ、I₁＝０．７７μＷ、I₂＝１．０９μＷであったので、ΔＡ_R値は（１）式より＝０．１４１となった。
【００２２】
なお、前記実施例においては、２波長を用いて柱上変圧器の劣化診断を行う場合について説明したが、３波長でも測定装置を同様に操作し、３波長用のマスターカーブを用いて柱上変圧器の劣化度を診断することもできる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、柱上変圧器の劣化を診断するにあたり、照射用光ファイバケーブル・受光用光ファイバケーブルを備える光ファイバプローブを、柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙に接触させるものであって、従来のように、柱上変圧器内のコイル絶縁紙の光測定を行うものではないから、コイルと容器との隙間が狭く、測定用の光ファイバプローブをコイル絶縁紙に接触させるのが困難であるといった問題を解消し、光ファイバプローブの取扱いを容易にすることができる。
【００２４】
また、本発明によれば、前記光ファイバプローブは、柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙に一定圧力で接触させるものであるから、従来のように、コイル絶縁紙に手で添えた光ファイバプローブを常時一定の状態で保持するのが困難であるといった問題を解消し、測定精度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】柱上変圧器１への劣化診断装置の適用形態を示す模式図である。
【図２】二次ライン線絶縁紙１１へのプローブ設置形態を示す模式図である。
【図３】光ファイバ６、７がバンドル構造を有する光ファイバ先端部の構造図である。
【図４】劣化度判定のための診断フローチャートである。
【図５】反射吸光度差をパラメータにしたモールド樹脂の診断マスターカーブの例を示す図である。
【符号の説明】
１…柱上変圧器、２…コイル、３…鉄心、４…絶縁油、５…プローブ取付治具、６…照射用光ファイバケーブル、７…受光用光ファイバケーブル、８…光源・受光部、９…劣化度演算部、１０…二次ライン線、１１…二次ライン線絶縁紙、１２…光ファイバプローブ、１３…照射用光ファイバケーブルのピーク波長λ1用光ファイバ素線、１４…照射用光ファイバファイバケーブルのピーク波長λ2用光ファイバ素線、１５…受光用光ファイバファイバケーブルの光ファイバ素線、１６…支軸、１７…バネ。

Claims

柱上変圧器内に設けられている絶縁材料の劣化を、当該絶縁材料に照射した複数波長の反射吸光度の差から光ファイバプローブで診断する診断方法であって、
前記柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙に、照射用光ファイバケーブル・受光用光ファイバケーブルを備える光ファイバプローブを一定圧力で接触させ、前記二次ライン線絶縁紙の反射光強度を測定して、反射吸光度差から変圧器の劣化度を判定することを特徴とする柱上変圧器の劣化診断方法。
ピーク波長λ1およびλ2の光を、柱上変圧器内に設けられている絶縁材料の表面に照射し、ピーク波長λ1，λ2の照射光が材料表面で反射した反射光を反射光強度の測定結果から２波長間の反射吸光度差（ΔＡＲ）を（１）式で演算し、予め記憶させた前記絶縁材料の反射吸光度差と劣化度との関係（マスターカーブ）を用いて劣化度を判定する劣化診断方法であって、
ΔＡ_R＝−log（I₃／I₁）＋log（I₄／I₂） …（１）
（ここで、I_1,I₂は波長λ1，λ2における基準反射光強度、I_3,I₄は波長λ1，λ2における材料の反射光強度を示す（λ1＜λ2））
前記柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙に、照射用光ファイバケーブル・受光用光ファイバケーブルを備える光ファイバプローブを一定圧力で接触させ、ピーク波長λ1，λ2の２波長における前記絶縁紙の反射光強度を測定し、２波長間の反射吸光度差から劣化度を判定することを特徴とする請求項１に記載の柱上変圧器の劣化診断方法。
柱上変圧器内に設けられている絶縁材料の劣化を、当該絶縁材料に照射した複数波長の反射吸光度の差から診断する光ファイバプローブを備える診断装置であって、
照射用光ファイバケーブル・受光用光ファイバケーブルを備える光ファイバプローブに、当該プローブを前記柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙に一定圧力で接触させるプローブ取付治具を備えたことを特徴とする柱上変圧器の劣化診断装置。
ピーク波長λ1およびλ2の光を照射する２つの光源と、前記それぞれの光源からのピーク波長λ1，λ2の照射光を、柱上変圧器内に設けられている絶縁材料の表面に導く照射用光ファイバケーブルと、前記照射用光ファイバケーブルからのピーク波長λ1，λ2の照射光が前記絶縁材料の表面で反射し、この反射光を受光する受光用光ファイバケーブルと、前記受光用光ファイバケーブルに導かれたピーク波長λ1，λ2の反射光強度を測定する受光部と、前記受光部のピーク波長λ1，λ2の２波長における反射光強度の測定結果から２波長間の反射吸光度差（ΔＡ_R）を（１）式で演算し、予め記憶させた前記絶縁材料の反射吸光度差と劣化度との関係（マスターカーブ）を用いて劣化度を判定する劣化度演算部とを備えた診断装置であって、
ΔＡ_R＝−log（I₃／I₁）＋log（I₄／I₂） …（１）
（ここで、I₁，I₂は波長λ1，λ2における基準反射光強度、I₃，I₄は波長λ1，λ2における材料の反射光強度を示す（λ1＜λ2））
照射用光ファイバケーブル・受光用光ファイバケーブルを備える光ファイバプローブに、当該プローブを前記柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙に一定圧力で接触させるプローブ取付治具を備えたことを特徴とする請求項３に記載の柱上変圧器の劣化診断装置。
請求項３または４において、光ファイバプローブを備えるプローブ取付治具は、柱上変圧器の二次ライン線絶縁紙を挟持する２本の挟持部材を具備し、前記両挟持部材を、支軸を中心に開閉自在に構成し、かつ前記２本の挟持部材に、常態においてこれら２本の挟持部材を閉じる方向に付勢し、拡開方向の力が加わった場合には、圧縮方向の力に抗して拡開するバネを取り付けたことを特徴とする柱上変圧器の劣化診断装置。