JP4070016B2

JP4070016B2 - 異常振動検知システム

Info

Publication number: JP4070016B2
Application number: JP2003060102A
Authority: JP
Inventors: 洋明三塚; 武彦菊池; 宏治長野; 弘窪川; 成美岩間
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; J Power Systems Corp
Current assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; J Power Systems Corp
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2008-04-02
Anticipated expiration: 2023-03-06
Also published as: JP2004274843A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常振動検知システムに関し、特に、電線等の異常振動を目的の場所へ無線により正確に知らせることが可能であり、かつ低消費電力化が図られた異常振動検知システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の異常振動検知システムに関連する従来技術には、以下のものがある。従来の架空線振動監視装置として、例えば、架空線に取り付けられる振動センサと、振動センサの出力を受け入れて処理する信号処理部と、この信号処理部の処理結果を送信する送信部と、処理結果を受信して架空線の振動を監視する監視部とを備える架空線振動監視装置がある（特許文献１参照）。これにより、監視部では、架空線に加わる振動を継続的に記録し監視することができるため、その疲労状態を推測し適切な保守管理ができる。
【０００３】
また、従来のギャロッピング検出装置として、例えば、架空送電線の張力および振れ角や風速、気温等の外部環境状態を検出するセンサ群と、該検出結果を光ファイバケーブルを介してリアルタイムで収集するコンピュータと、この収集した検出結果に基づき、張力変動の周波数、振動モード、振幅を算出し、架空送電線の振動モードおよび振幅軌跡を表示するコンピュータとを設けたギャロッピング検出装置がある（特許文献２参照）。これにより、時間帯や天候等の外部条件の影響を受けることなく、架空送電線に発生するギャロッピングをリアルタイムに把握することができるので、ギャロッピング発生時に迅速かつ適切に対処することができる。
【０００４】
さらに、従来の携帯電話等を利用した振動検知型異常発令装置として、例えば、一定パターンの振動種類を検知すると連結された携帯電話及びＰＨＳを自動発呼し、連絡先の相手局に対し自局の振動状態を信号音又は音声にて通知する手段を持つ振動検知型異常発令装置がある（特許文献３参照）。これにより、既存の携帯電話及びＰＨＳを利用することで広範囲のエリアを警備対象とし、そのための特別な装置や設備を特には必要とせず、使用用途に合わせてモード選択可能となり、また、異常の判断基準である振動の種類を選択することにより、その用途を限定することなく複数の分野で再利用ができる。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−１９１９０９号公報
【特許文献２】
特開平７−３０１５５７号公報
【特許文献３】
特開２０００−２９５３７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の架空線振動監視装置は、架空送電線からカレントトランス（ＣＴ）を介して電源が供給されるため、非常に大きな装置となる。また、振動の大小に関係なく検出し、かつ常時起動しているため、消費電力が大きくなるばかりでなく、無線によるデータ転送および解析が非常に煩雑となる。
【０００７】
特許文献２のギャロッピング検出装置は、電線の振動を主に、電線張力から解析する構成となっているので、実線路に適用する場合、耐張径間では張力計の挿入が可能であるが、懸垂径間では張力計の挿入は不可能である。仮に耐張径間に張力計を挿入した場合でも工事費等でコスト高となる。また、データ伝送が光ファイバケーブルによるため、オプティカルグランドワイヤー（ＯＰＧＷ）が架線されていない箇所では遠方へのデータ伝送が不可能である。さらに、回路の消費電力も大きく、省電力化が図られていない。
【０００８】
特許文献３の携帯電話及びＰＨＳを利用した振動検知型異常発令装置は、搭載センサが振動ジャイロのみであるので、振動振幅の計算が行えない。また、回路の消費電力も大きく、省電力化が考慮されていない。
【０００９】
従って、本発明の目的は、電線等の異常振動を目的の場所へ無線により正確に知らせることが可能であり、かつ低消費電力化が図られた異常振動検知システムを提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、振動データに基づいて、振動振幅、振動周波数、及び捻回角を計算データとして出力することにより、精度の高い振動検知を行うことができる異常振動検知システムを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、架空送電線路の電線などの振動体の振動を検出して振動データを出力する振動センサを有する振動検出部と、前記振動検出部からの前記振動データを受信する基地局を有する異常振動検知システムであって、前記振動検出部は、前記振動センサとして加速度センサ及び角速度センサを有し、前記振動体の振動データが前記加速度センサ及び前記角速度センサの所定のトリガー値を超えたとき、異常振動信号を出力する異常振動信号発生回路と、前記異常振動信号が出力されたとき、前記振動センサを間欠動作から連続動作へ移行させる制御回路とを含む第１の制御部と、
前記振動体に応じた固有のＩＤを前記振動データに付して蓄積するメモリーと、蓄積された前記振動データを前記基地局に無線送信する第１の通信モジュールとを備え、前記基地局は、前記振動検出部から無線送信された前記振動データを受信する第２の通信モジュールと、受信した前記振動データに基づいて前記振動体の振動振幅、振動周波数、及び捻回角を求める第２の制御部とを備え、前記振動検出部で検出した前記振動体についての前記加速度センサから出力される振動データ、または前記基地局で受信した前記振動体についての前記加速度センサによる振動データは前記角速度センサから出力される前記振動データの値により補正され、前記第１の制御部は、前記連続動作に基づいて前記固有のＩＤを付した前記振動データを前記メモリーに一定時間蓄積し、前記一定時間経過後に前記メモリーに蓄積された前記振動データを前記第１の通信モジュールを介して前記基地局に無線送信することを特徴とする異常振動検知システムを提供する。
【００１２】
この構成によれば、振動検出部の回路にトリガー値を設定したことにより、平常時は間欠動作をしつつも、異常時には連続動作となり電線等の異常振動を目的の場所へ無線により正確に知らせることが可能となる。また、異常時にのみ連続動作となるため、無線によるデータ転送および解析が非常に簡略化、効率化される。
【００１３】
また、本システムは平常時は間欠動作を繰り返していること、さらには振動検出部に電力消費が所定値以下の加速度センサ及び角速度センサを使用していることから、従来のシステムに比べ大幅な低消費電力化が可能となる。また、超小型の加速度センサ及び角速度センサを使用することにより、装置の小型化も可能となる。
【００１４】
また、異常振動の検知に加速度センサ及び角速度センサを用いることにより、より正確な状況を知らせることが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本発明の異常振動検知システムにおける振動検出部、及び基地局の回路構成図をそれぞれ示している。
【００１６】
図１（ａ）に示す振動検出回路部は、消費電力の小さい超小型の加速度センサ１及び角速度センサ２、ＣＰＵ（セントラルプロセッサユニット）３ａ、メモリー４ａ、通信モジュール５ａ、バッテリー（一次電池）６ａ、６ｃ、増幅回路７ａ、７ｂ、７ｃ、フィルタ回路８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ、レギュレータ９ａ₁、ａ₂、ａ₃、接続ケーブルＲＳ２３２Ｃ１０ａ、及びＲＴＣ（リアルタイムクロック）１１ａ等から構成される。
【００１７】
加速度センサ１及び角速度センサ２は種々のものを用いることができるが、超小型であるために消費電力が小さい点に本発明の特徴があり、ここで超小型とは、従来品の大きさ（具体的には、加速度センサで長さ４０ｍｍ×幅４０ｍｍ×高さ４０ｍｍ、角速度センサで長さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ×高さ５０ｍｍ）の加速度センサで１／１０、角速度センサで１／２０程度の大きさである。電力消費は所定値以下である必要があり、例えば、日立金属株式会社製の加速度センサ（電流定格値が約１０ｍＡ）や松下電工株式会社製の角速度センサ（電流定格値が約１０ｍＡ）を使用することができる。通信モジュール５ａも同様であり、電流定格値が約３０ｍＡのものが使用される。因みに、従来の加速度センサは４５ｍＡの電流定格値であり、従来の角速度センサは５００ｍＡの電流定格値であり、従来の通信モジュールは１２０ｍＡの電流定格値である。
以上の従来品と本発明における消費電力の比較をまとめると表１のようになる。
【００１８】
【表１】

【００１９】
振動センサである加速度センサ１及び角速度センサ２は、架空送電線などの振動体の振動を検出して振動データを出力する。
加速度センサ１の出力データであるＸ方向の加速度Ｇｘ、Ｙ方向の加速度Ｇｙ、及びＺ方向の加速度Ｇｚは、増幅回路７ａ、７ｂ、７ｃ及びフィルタ８ａ、８ｂ、８ｃを経て異常振動信号発生回路及び制御回路を含む信号処理部としてのＣＰＵ３ａに供給され、角速度センサ２の出力データである角速度は、フィルタ８ｄを経てＣＰＵ３ａに供給される。加速度センサ１及び角速度センサ２は、レギュレータ９ａ₁によって調整された電圧（例えば、５Ｖ）を供給され、ＣＰＵ３ａ及び通信モジュール５ａは、レギュレータ９ａ₂、９ａ₃によって調整された電圧を供給される。振動検出部は、取り付けられる鉄塔と送電線路などに応じたＩＤを付与され、そのＩＤはＩＤ入力部２０よりＣＰＵ３ａへ入力される。ＣＰＵ３ａと通信モジュール５ａは、接続ケーブルＲＳ２３２Ｃ１０ａによって接続されている。
【００２０】
図２は、本発明の振動検出回路部の動作を示す。
振動検出部のＣＰＵ３ａは、振動体の振動が加速度センサ１及び角速度センサ２の所定のトリガー値を超えたとき、異常振動信号を出力する異常振動信号発生回路と、異常振動信号が出力されたとき、振動センサを間欠動作から連続動作へ移行させる制御回路を有する。
すなわち、振動検出回路部は、平常時、回路動作時限（例えば、６秒）と待機時限（例えば、５４秒）を一定間隔で繰り返す間欠動作をしている。なお、間欠動作は不定期間隔であってもよいが、一定間隔であることが好ましい。
【００２１】
平常時の回路動作時限において、加速度センサ１及び角速度センサ２の振動データが所定のトリガー値を超えたとき、回路は連続動作モードに入り、取得データ（例えば、Ｘ方向の加速度Ｇｘ、Ｙ方向の加速度Ｇｙ、Ｚ方向の加速度Ｇｚ、角速度）を逐次メモリーに蓄える。そして、所定時間経過後(例えば、１０分間経過後)に、それまでにメモリーに蓄えたデータを通信モジュール５ａを介して、地上の基地局に送信する。
【００２２】
なお、加速度センサ１における加速度値を２重積分することでＸＹＺ方向の変位を求めることができるが、加速度センサは振動中に傾いたときに、重力分の出力が加算されてしまうため、傾き角に応じた補正を角速度センサの値（１回積分）を用いて行うことにより正しい変位を求めることが出来る。この補正は、ＣＰＵ３ａのほか、図１（ｂ）における基地局のＣＰＵ３ｂで行うこともできる。
【００２３】
連続動作モードでは、振動検出部の通信モジュール５ａを除いたすべての部分が連続動作しており、一定時間（例えば、１０分）経過後、データを基地局に送信するために通信モジュール５ａも併せて動作する。
【００２４】
データ送信後、引き続き加速度センサ及び角速度センサの振動データが所定のトリガー値を超えている場合には、データをメモリーに蓄え、再度所定時間経過後、通信モジュール５ａを介して、データを基地局に送信する。所定値を超える限り、これらの一連の動作が繰り返される。データ送信後、所定値以下の場合には、間欠動作に戻る。
図２において、間欠動作と連続動作を更に詳しく説明する。
図２（ａ）は、回路動作時限６秒と待機時限５４秒より成る間欠動作と、計測時限ｔ（０＜ｔ≦６[秒]）が経過したとき（時間ｔ₀において）、図２（ｂ）の振動データＶがトリガー値Ｖ_thを超えたために、所定の時間Ｔ（例えば、１０分）の時限にわたって連続動作し、その後（データ送信後）、時間ｔ₁において振動データＶがトリガー値Ｖ_th以下となったために、再び、間欠動作に戻ることを示している。
図２（ｂ）は、上述した振動データＶとトリガー値Ｖ_thとの比較を示している。
図２（ｃ）は、ＣＰＵ３ａが連続時限Ｔにわたって振動データＶをメモリー４ａに蓄積するタイミングを示している。
図２（ｄ）は、メモリー４ａに蓄積されたデータを、例えば、圧縮データとして通信モジュール５ａを介して基地局へ伝送するタイミングを示している。
【００２５】
次に、図１（ｂ）に示す基地局は、ＣＰＵ３ｂ、メモリー４ｂ、通信モジュール５ｂ、バッテリー（一次電池）６ｂ、６ｄ、レギュレータ９ｂ₁、９ｂ₂、９ｂ₃、接続ケーブルＲＳ２３２Ｃ１０ｂ₁、１０ｂ₂、ＲＴＣ１１ｂ、及び携帯電話１２等から構成される。基地局の動作について説明すると、振動検出部の通信モジュール５ａからのデータを通信モジュール５ｂにて受信後、接続ケーブルＲＳ２３２Ｃ１０ｂ₁を介してＣＰＵ３ｂに供給され、そこで受信データを基に、最大振動振幅、振動周波数、及び最大捻回角を直ちに計算する。それらの計算データはメモリー４ｂへ蓄積される。
【００２６】
計算データは、携帯電話１２を介して、目的とする箇所（受信局）に即座に伝送し、電線の異常振動を知らせる。また、基地局でその値を見て、電線と電線が接触し短絡するような危険な場合には、自動又は手動により系統の切り替えを行ない、電気の需要箇所には別系統から潮流が行くようにする。携帯電話１２は、ＰＨＳ等を用いることもできる。
【００２７】
基地局は、平常時は休止しており、振動検出部が連続動作となったときに、これにより起動される構成とすることもできる。このような構成とすることにより、システム全体としての低消費電力化がさらに図られる。
【００２８】
通信モジュール５ｂは、レギュレータ９ｂ₁によって調整された電圧（例えば、５Ｖ）を供給され、ＣＰＵ３ｂ及び携帯電話１２は、レギュレータ９ｂ₂、９ｂ₃によって調整された電圧を供給される。
【００２９】
なお、データは基地局のメモリーにストックされているため、後日、基地局のＣＰＵ３ｂと接続ケーブルＲＳ２３２Ｃ１０ｂ₂を介して持参したモバイルＰＣ等とを接続し、データをＰＣ等に吸い上げることが可能である。また、メモリーカードにストックされている場合は、メモリーカードを抜き取り、持参したＰＣに挿入することで、データの読み取りが可能である。なお、接続ケーブルはＲＳ２３２Ｃに限られない。
【００３０】
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の振動検出部、及び基地局の設置例を示す。図３（ａ）では、振動検出部３０ａ、基地局３１、受信局３２、電力線３３、地線３４、及び鉄塔３５を図示している。振動検出部は、図３（ａ）に示すように、電線（架空送電線路）３３に装着されるほか、図３（ｂ）に示すように、ジャンパ装置３６に装着してもよく、図３（ｃ）に示すように、懸垂がいし部３９（懸垂がいし部金具部を含む）に装着してもよい。また、地線３４や耐張がいし部３８（耐張がいし部金具部を含む）等に装着してもよい。ギャロッピング時に電線の揺れが大きくなる径間の１／２地点および１／４地点に主に装着することが望ましい。一方、基地局の設置位置も図３（ａ）に示す位置（鉄塔３５に装着）に限られず、地上に設置してもよく、電波の届く範囲内であればどこへでも設置することができる。
【００３１】
なお、振動検出部のトリガー値は電線に装着前に設定するものであるが、状況に応じて地上からも設定可能な方式となっている。具体的には、電波の届く範囲の地上からＰＤＡ（携帯端末）と通信モジュールの組合わせでトリガーの設定値を振動検出部に送信する。
【００３２】
また、振動検出部と基地局を分けずに、一体化することもできる。例えば、１つの筐体内に振動検出部と基地局の回路を入れ、上述の各部（電線３３等）に装着する。
【００３３】
図４は、以上述べた本発明の異常振動検知システムの振動検出部の動作を示すフローチャート図であり、ステップ１において、間欠動作を行い、ステップ２において、振動データが所定のトリガー値を超えているか否かの判断を行い、超えていない場合には、ステップ１の間欠動作へ戻り、超えている場合には、ステップ３の連続動作へと移行する。ステップ４において、連続動作中のデータをメモリーに蓄積し、ステップ５において、所定時間（例えば、１０分）を経過したか否かの判断を行い、経過していない場合にはステップ３の連続動作へ戻り、経過している場合には、ステップ６において、蓄積したデータを基地局へ送信する。ステップ７において、データ送信後、振動データが所定のトリガー値を超えているか否かの判断を行い、超えていない場合には、ステップ１の間欠動作へ戻り、超えている場合には、ステップ３の連続動作を継続する。
【００３４】
以上、本発明の異常振動検知システムを電線における振動検知を例に挙げて説明してきたが、これに限定されるものではなく、種々の振動体の振動検知にも適用できる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の異常振動検知システムによれば、以下の優れた効果が発揮される。
すなわち、振動検出部の回路にトリガー値を設定して平常時は間欠動作を行うようにしたことにより、さらには、同回路のセンサ部に電力消費が所定値以下の超小型の加速度センサ及び角速度センサを使用したことにより、従来に比べ大幅な低消費電力化を達成することができる。
また、基地局からの送信に携帯電話等の通信媒体を利用したので、遠隔での集中監視が可能となり、点検業務の効率化により、大幅なコストダウンを図ることができる。
また、地上からも振動検出部のトリガー値が任意に設定可能という機能を持ち合わせているため、各線路ごとにトリガー値が容易に変更出来るので、トリガー設定に伴う線路の停止が不要となり、大幅な労力の削減が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態にかかる異常振動検知システムにおける振動検出部の回路構成図である。図１（ｂ）は本発明の実施の形態にかかる異常振動検知システムにおける基地局の回路構成図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は本発明の振動検出回路部の動作を示すタイミングチャート図である。
【図３】図３（ａ）は本発明の振動検出部、及び基地局の装着例を示す図である。図３（ｂ）は本発明の振動検出部のジャンパ装置への装着例を示す図である。図３（ｃ）は本発明の振動検出部の懸垂がいし部への装着例を示す図である。
【図４】図４は本発明の振動検出部の動作を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１：加速度センサ２：角速度センサ３ａ、３ｂ：ＣＰＵ
４ａ、４ｂ：メモリー５ａ、５ｂ：通信モジュール
６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ：一次電池７ａ、７ｂ、７ｃ：増幅回路
８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ：フィルタ
９ａ₁、９ａ₂、９ａ₃、９ｂ₁、９ｂ₂、９ｂ₃：レギュレータ
１０ａ、１０ｂ₁、１０ｂ₂：接続ケーブルＲＳ２３２Ｃ
１１ａ、１１ｂ：ＲＴＣ１２：携帯電話
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ：振動検出部３１：基地局
３２：受信局３３：電力線３４：地線３５：鉄塔
３６：ジャンパ装置３７：鉄塔取付部３８：耐張がいし
３９：懸垂がいし

Claims

架空送電線路の電線などの振動体の振動を検出して振動データを出力する振動センサを有する振動検出部と、前記振動検出部からの前記振動データを受信する基地局を有する異常振動検知システムであって、
前記振動検出部は、前記振動センサとして加速度センサ及び角速度センサを有し、前記振動体の振動データが前記加速度センサ及び前記角速度センサの所定のトリガー値を超えたとき、異常振動信号を出力する異常振動信号発生回路と、前記異常振動信号が出力されたとき、前記振動センサを間欠動作から連続動作へ移行させる制御回路とを含む第１の制御部と、
前記振動体に応じた固有のＩＤを前記振動データに付して蓄積するメモリーと、蓄積された前記振動データを前記基地局に無線送信する第１の通信モジュールとを備え、
前記基地局は、前記振動検出部から無線送信された前記振動データを受信する第２の通信モジュールと、受信した前記振動データに基づいて前記振動体の振動振幅、振動周波数、及び捻回角を求める第２の制御部とを備え、
前記振動検出部で検出した前記振動体についての前記加速度センサから出力される振動データ、または前記基地局で受信した前記振動体についての前記加速度センサによる振動データは前記角速度センサから出力される前記振動データの値により補正され、
前記第１の制御部は、前記連続動作に基づいて前記固有のＩＤを付した前記振動データを前記メモリーに一定時間蓄積し、前記一定時間経過後に前記メモリーに蓄積された前記振動データを前記第１の通信モジュールを介して前記基地局に無線送信することを特徴とする異常振動検知システム。
前記基地局は、前記振動データに基づいて、振動振幅、振動周波数、及び捻回角を計算して計算データを出力することを特徴とする請求項１記載の異常振動検知システム。
前記振動検出部の前記振動センサは、電力消費が所定値以下の加速度センサ及び角速度センサであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の異常振動検知システム。
前記振動検出部は、前記基地局と一体化された構成を有することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の異常振動検知システム。
前記基地局は、前記計算データを受信局へ無線で伝送することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の異常振動検知システム。
前記異常振動信号発生回路は、前記加速度センサ及び前記角速度センサの所定のトリガー値を地上から無線で設定されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の異常振動検知システム。
前記振動検出部は、前記架空送電線路の電線、地線、ジャンパ装置、懸垂がいし部（懸垂がいし金具部含む）、又は耐張がいし部（耐張がいし金具部含む）などの振動体に装着されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の異常振動検知システム。