JP5700296B2 - 油入電気機器の内部異常の診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、変圧器やコンデンサなど、内部に絶縁油が含まれる油入電気機器の内部異常（変圧器の場合、絶縁紙の過熱・劣化、巻線に関連する部位の高温過熱、鉄心など巻線以外の部位の高温過熱や低温過熱など）の有無及び内部異常の種類を、容易に且つ精度良く診断する方法に関する。

油入電気機器のうち、油入変圧器の内部異常を診断する方法として、従来より、いわゆる油中ガス分析が採用されている。この油中ガス分析は、油入変圧器の内部で異常が発生すると、絶縁油や巻線を覆う絶縁紙などが過熱されて可燃性ガスが生成されるので、その生成された可燃性ガスの絶縁油中での溶存濃度を分析することにより、内部異常を診断する方法である。

油中ガス分析における内部異常の判定基準としては、例えば、非特許文献１に記載されている基準が知られている（図１参照）。内部異常により生成される可燃性ガスには、メタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、エチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）、水素（Ｈ_２）、一酸化炭素（ＣＯ）などがあり、それぞれの溶存濃度に応じた判定基準が設けられている。

油中ガス分析では、上記のように、複数の可燃性ガスの溶存濃度を判定基準に照らして内部異常の有無を診断するが、内部異常の種類の推定（異常が生じている部位の推定）や異常部位の補修・取り替えの要否を判断したり、将来の内部異常の進展の可能性を判断したりするには、油中ガス分析の結果を総合的に判断できる熟練した経験が必要であった。

上記の問題を解決する手段として、例えば、特許文献１には、油入変圧器の絶縁油から検出された可燃性ガス（メタン、エタン、エチレン、アセチレンなど）の濃度のそれぞれに対して、予め定められたしきい値に到達する時間を演算するシステムが提案されている。

しかしながら、特許文献１に記載のシステムは、各可燃性ガスについて個別にしきい値に到達する時間を予測するため、例えば、エタンのみが１０年後にしきい値に到達すると予測されたとしても、他の可燃性ガスが将来増加する傾向にはないと判断された場合、最終的に如何なる処置を行えばよいのか、熟練した経験がないと判断に迷うことになる。また、内部異常の種類、すなわち油入変圧器にどのような内部異常が生じているのかの判断は、複数の可燃性ガスの濃度に基づき、最終的に作業者が行わなければならないため、熟練を要する。

また、特許文献１に記載のシステムでは、従来の油中ガス分析と同様に、可燃性ガスの濃度（ｐｐｍ又はｍｌ／ｇ）に基づき、各種の解析が行われており、絶縁油量は考慮されていない。内部異常の程度が同じであれば同量の可燃性ガスが生成されると考えられる一方、異常発生部位から生成される可燃性ガスの量が同じである場合、絶縁油量が多いものほどその濃度は薄くなる。例えば、ある可燃性ガスが１００ｍｌ生成されたとき、絶縁油量５０００ｌの油入変圧器では、その可燃性ガスの濃度は２０ｐｐｍとなるが、同じ可燃性ガス量で絶縁油量１００００ｌの油入変圧器では、その可燃性ガスの濃度は１０ｐｐｍとなる。すなわち、可燃性ガスが同量であっても、絶縁油量が多いものほど、その濃度が薄まる結果、濃度を基準に考えると正常と診断してしまう可能性がある。このため、可燃性ガスの濃度に基づく解析では、内部異常の診断を誤る可能性がある。

また、特許文献２には、油入変圧器の絶縁油から検出された可燃性ガスの濃度に基づき、二乗平均誤差による推論過程とファジイ推論による推論過程とを用いて絶縁油の劣化原因（経年劣化、アーク放電、コイルの過熱など）を推定する方法が提案されている。

特許文献２に記載の方法は、熟練者以外の作業者にも推定が可能なように配慮されているものの、可燃性ガスの濃度に基づく推定であるため、正確な推定は困難である。

特開平６−３６９４１号公報 特開平５−４０１１４号公報

「電力用変圧器改修ガイドライン」、電気協同研究会、第６５巻第１号

本発明は、斯かる従来技術に鑑みなされたものであり、内部に絶縁油が含まれる油入電気機器の内部異常の有無、内部異常の種類及び進展を、容易に（熟練を要することなく）且つ精度良く診断する方法を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討を行い、以下の知見を得た。
（１）油入電気機器内部の異常によって絶縁油中に生成される可燃性ガスは、絶縁油の循環によって、絶縁油中にほぼ均一に対流・拡散していると考えられる（非特許文献１の第２２頁参照）。このため、絶縁油中に溶存する可燃性ガスの溶存濃度を測定し、測定した可燃性ガスの溶存濃度と絶縁油量とを乗算すれば、これにより得られる値は、絶縁油中に溶存する可燃性ガスの溶存量（総量）を表していると考えることができる。そして、油入電気機器の内部異常の程度が同じであれば、同量の可燃性ガスが生成されると考えられるため、この可燃性ガスの溶存量を用いて内部異常を診断すれば、従来のように可燃性ガスの溶存濃度を用いて診断する場合に比べて、精度の良い診断が可能であると考えられる。
（２）油入電気機器の内部異常を診断するに当たって、複数の可燃性ガスの溶存量を主成分分析すれば、各可燃性ガスの溶存量を個別に評価するのではなく、複数の可燃性ガスの溶存量を総合的に評価することができる。また、主成分の値と内部異常の有無との関係や、各可燃性ガスの溶存量に対する因子負荷量と内部異常の種類との関係（換言すれば、主成分の経時的変化の方向と内部異常の種類との関係）を予め把握しておきさえすれば、診断対象である油入電気機器の主成分の値やその経時的変化を評価するだけで、熟練者以外の作業者であっても、内部異常の有無や内部異常の種類や進展を容易に診断可能であると考えられる。

本発明は、上記本発明者らの知見に基づき完成されたものである。
すなわち、本発明は、内部に絶縁油が含まれる油入電気機器の内部異常を診断する方法であって、以下の第１〜第８ステップを含むことを特徴とする。
＜第１ステップ＞
内部異常の有無や内部異常の種類が既知で且つ混在する複数の油入電気機器について、各油入電気機器に含まれる絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存濃度を測定し、各可燃性ガスの溶存濃度と各油入電気機器の絶縁油量との積で表される各可燃性ガスの溶存量を算出する。
＜第２ステップ＞
前記第１ステップにより得られた、複数の油入電気機器についての複数の可燃性ガスの溶存量を主成分分析することにより、第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量を算出する。
＜第３ステップ＞
診断対象である油入電気機器について、当該油入電気機器に含まれる絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存濃度を測定し、各可燃性ガスの溶存濃度と当該油入電気機器の絶縁油量との積で表される各可燃性ガスの溶存量を算出する。
＜第４ステップ＞
前記第３ステップにより得られた当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量と、前記第２ステップにより得られた第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量とに基づき、当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分及び第２主成分を算出する。
＜第５ステップ＞
前記第４ステップにより得られた第１主成分及び第２主成分に基づき、当該油入電気機器の内部異常の有無を診断する。
＜第６ステップ＞
前記第４ステップで今回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分と、前記第４ステップで前回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分との差で表される第１主成分の増加量を算出する。
＜第７ステップ＞
前記第４ステップで今回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第２主成分と、前記第４ステップで前回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第２主成分との差で表される第２主成分の増加量を算出する。
＜第８ステップ＞
前記第６ステップ及び前記第７ステップにより得られた第１主成分の増加量及び第２主成分の増加量に基づき、当該油入電気機器の内部異常の種類及び進展を診断する。

本発明によれば、第１ステップ及び第２ステップを実行することにより、内部異常の有無や内部異常の種類が既知（例えば、熟練者が、従来の方法によって内部異常の有無や内部異常の種類を判断したもの。或いは、実際に内部を調査したもの）で且つ混在する（内部異常が生じていない油入電気機器や、内部異常の種類が異なる油入電気機器が含まれている）複数の油入電気機器についての複数の可燃性ガスの溶存量が主成分分析され、第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量が算出される。
上記のように、主成分分析の対象は、可燃性ガスの溶存濃度ではなく、内部異常の程度と相関を有すると考えられる可燃性ガスの溶存量（可燃性ガスの溶存濃度と絶縁油量との積）であるため、内部異常の程度に応じた精度の良い主成分分析が可能である。
そして、内部異常の有無が既知である油入電気機器に生成された可燃性ガスの溶存量を主成分分析するため、例えば、主成分分析の結果から得られる第１主成分及び第２主成分の値に対する所定のしきい値（内部異常の有無を識別するためのしきい値）を設定可能である。また、内部異常の種類が既知である油入電気機器に生成された可燃性ガスの溶存量を主成分分析するため、各可燃性ガスの溶存量に対する第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量と内部異常の種類との関係（換言すれば、第１主成分及び第２主成分を座標とする主成分の経時的変化の方向と内部異常の種類との関係）を把握することが可能である。

次に、本発明によれば、第３ステップ及び第４ステップを実行することにより、診断対象（内部異常の有無や内部異常の種類が未知のもの）である油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分及び第２主成分が算出される。そして、第５ステップを実行することにより、算出された第１主成分及び第２主成分に基づき、当該油入電気機器（診断対象である油入電気機器）の内部異常の有無が診断される。
第５ステップにおける内部異常の有無の診断は、例えば、前述のように、第１ステップ及び第２ステップを実行することにより設定可能なしきい値と、第３ステップ及び第４ステップを実行することにより算出された第１主成分及び第２主成分の値とを比較することによって行うことが可能である。

次に、本発明によれば、第６ステップ及び第７ステップを実行することにより、当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分の増加量及び第２主成分の増加量が算出される。そして、第８ステップを実行することにより、算出された第１主成分の増加量及び第２主成分の増加量に基づき、当該油入電気機器の内部異常の種類及び進展が診断される。
第８ステップにおける内部異常の種類の診断は、例えば、前述のように、第１ステップ及び第２ステップを実行することにより把握可能な、各可燃性ガスの溶存量に対する第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量と内部異常の種類との関係（換言すれば、第１主成分及び第２主成分を座標とする主成分の経時的変化の方向と内部異常の種類との関係）を用いることによって行うことができる。具体的には、各可燃性ガスの溶存量に対する第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量と内部異常の種類との関係（第１主成分及び第２主成分を座標とする主成分の経時的変化の方向と内部異常の種類との関係）が把握できていれば、主成分が経時的に何れの方向に増えるかによって、内部異常の種類を診断可能である。例えば、一酸化炭素の溶存量に対する第１主成分の因子負荷量よりも第２主成分の因子負荷量の方がかなり大きいことが分かっており、なお且つ、絶縁紙の過熱・劣化が原因で一酸化炭素が生成されることが分かっているのであれば、当該油入電気機器において経時的に主として第２主成分が増える場合には、当該油入電気機器の内部異常の種類は絶縁紙の過熱・劣化であると診断することが可能である。
また、第８ステップにおいて、内部異常が進展しているか否かは、主成分の増加量の程度に応じて診断可能である。

本発明によれば、内部に絶縁油が含まれる油入電気機器の内部異常の有無、内部異常の種類及び進展を、熟練者以外の作業者であっても容易に且つ精度良く診断することが可能である。このため、熟練者以外の作業者であっても、内部異常を早期に発見したり、異常部位の補修や取り替えの要否を的確に判断可能である。

図１は、油入変圧器に対する従来の内部異常の判定基準を示す。 図２は、本発明の一実施形態に係る診断方法における基準作成工程を説明するフロー図である。 図３は、本発明の一実施形態に係る診断方法における診断工程を説明するフロー図である。 図４は、本発明の一実施形態に係る診断方法によって、第１主成分Ｚ１の因子負荷量及び第２主成分Ｚ２の因子負荷量を算出した結果の一例を示す。 図５は、本発明の一実施形態に係る診断方法によって、同一の油入変圧器について算出した主成分の経時的変化の例を示す。 図６は、本発明の一実施形態に係る診断方法によって、第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２を算出した結果の一例、及びこの主成分に対するしきい値の決定例を示す。

以下、添付図面を適宜参照しつつ、本発明の一実施形態について、密封型の構造を有する（絶縁油と空気との接触が遮られている）油入変圧器の内部異常を診断する場合を例に挙げて説明する。
本実施形態に係る診断方法は、油入変圧器の内部異常を診断するための基準を作成する基準作成工程と、該基準作成工程によって作成された基準に基づき内部異常を診断する診断工程とに大別される。以下、各工程について順次説明する。

＜基準作成工程＞
図２は、本実施形態に係る診断方法における基準作成工程を説明するフロー図である。
図２に示すように、本工程では、まず最初に、内部異常の有無や内部異常の種類が既知で且つ混在する複数（本実施形態ではｎ個）の油入変圧器Ｔ１〜Ｔｎから、絶縁油を採油する（図２のＳ１１）。このｎ個の油入変圧器については、熟練者によって、内部異常の有無（本実施形態では、「正常」、「要注意」、「危険」の３段階に区分している）や、内部異常が生じている場合にはその種類（絶縁紙の過熱・劣化、巻線に関連する部位の高温過熱、鉄心など巻線以外の部位の高温過熱や低温過熱など）が予め判断されている。そして、このｎ個の油入変圧器には、内部異常が生じていないものや、内部異常の種類が異なるものが混在している。さらには、このｎ個の油入変圧器から採油した絶縁油には、同一の油入変圧器から採油した絶縁油であるが、採油するタイミングが異なるものも含まれている。

次に、採油したｎ個の絶縁油を順次ガスクロマトグラフによって分析し、絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガス（メタン、エタン、エチレン、アセチレン、水素、一酸化炭素）の溶存濃度ｇ１〜ｇ６を測定する（図２のＳ１２）。そして、各可燃性ガスの溶存濃度と各油入変圧器Ｔ１〜Ｔｎの絶縁油量Ｌ１〜Ｌｎとの積で表される各可燃性ガスの溶存量Ｇ１〜Ｇ６を算出する（図２のＳ１３）。各可燃性ガスの溶存量Ｇ１〜Ｇ６は、各油入変圧器Ｔ１〜Ｔｎの絶縁油毎に算出されるため、それぞれｎ個ずつ算出されることになる。
以上に説明した手順は、本発明の第１ステップに相当する。

本実施形態では、好ましい態様として、上記のようにしてｎ個ずつ算出した溶存量Ｇ１〜Ｇ６を標準化（正規化）する（図２のＳ１４）。例えば、ｎ個のメタンの溶存量Ｇ１の平均値をＧ１ａとし、標準偏差をＧ１ｓとすると、標準化後のメタンの溶存量Ｓｇ１は、Ｓｇ１＝（Ｇ１−Ｇ１ａ）／Ｇ１ｓで表される。他の可燃性ガスについても同様である。標準化後の各可燃性ガスの溶存量Ｓｇ１〜Ｓｇ６は、各油入変圧器Ｔ１〜Ｔｎの絶縁油毎に算出されるため、それぞれｎ個ずつ算出されることになる。

次に、上記のようにしてｎ個ずつ算出した標準化後の可燃性ガスの溶存量Ｓｇ１〜Ｓｇ６を主成分分析することにより、第１主成分Ｚ１の因子負荷量Ｋ１１〜Ｋ１６及び第２主成分Ｚ２の因子負荷量Ｋ２１〜Ｋ２６を算出する（図２のＳ１５）。
以上に説明した手順は、本発明の第２ステップに相当する。

図４は、上記のようにして第１主成分Ｚ１の因子負荷量及び第２主成分Ｚ２の因子負荷量を算出した結果の一例を示す。図４（ａ）は各可燃性ガスについての因子負荷量の値を示す表であり、図４（ｂ）は横軸に第１主成分Ｚ１の因子負荷量を、縦軸に第２主成分Ｚ２の因子負荷量をプロットしたグラフである。
なお、各可燃性ガスに対する第１主成分Ｚ１の因子負荷量及び第２主成分Ｚ２の因子負荷量を座標とする点は、内部異常の種類に応じて、第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２を座標とする主成分が経時的に何れの方向に増えるかを示すことになる。図４（ｂ）に示す例では、Ａグループに属する一酸化炭素（ＣＯ）は、絶縁紙の過熱・劣化に起因して生成されると熟練者であれば判断可能である。そして、後述する診断工程において、Ａグループに属する一酸化炭素の因子負荷量（第１主成分Ｚ１の因子負荷量及び第２主成分Ｚ２の因子負荷量を座標とする点）の方向（進展方向Ｄ１）に主成分が経時的に増えるのであれば、内部異常として絶縁紙の過熱・劣化が発生していると診断することができる。
また、Ｂグループに属するエチレン（Ｃ_２Ｈ_４）、アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２）は、生成される一酸化炭素が比較的少ない場合には、巻線以外の部位の高温過熱に起因して生成されると熟練者であれば判断可能である。そして、後述する診断工程において、Ｂグループに属するエチレン、アセチレンの因子負荷量の方向（進展方向Ｄ２）に主成分が経時的に増えるのであれば、内部異常として巻線以外の部位の高温過熱が発生していると診断することができる。
さらに、Ｃグループに属するメタン（ＣＨ_４）、エタン（Ｃ_２Ｈ_６）、水素（Ｈ_２）は、生成される一酸化炭素が少ないことも考慮して、鉄心など巻線以外の部位の低温過熱に起因して生成されると熟練者であれば判断可能である。そして、後述する診断工程において、Ｃグループに属するメタン、エタン、水素の因子負荷量の方向（進展方向Ｄ３）に主成分が経時的に増えるのであれば、内部異常として鉄心など巻線以外の部位の低温過熱が発生していると診断することができる。
なお、Ａグループに属する一酸化炭素と、Ｂグループに属するエチレン又はアセチレンとが同時に比較的多く生成されるのであれば、巻線に関連する部位の高温過熱が発生していると熟練者であれば判断可能である。巻線が高温過熱している場合には、エチレンやアセチレンが生成されると共に、巻線を覆う絶縁紙の劣化に起因して一酸化炭素も生成されるからである。そして、後述する診断工程において、Ａグループに属する一酸化炭素の因子負荷量の方向（進展方向Ｄ１）と、Ｂグループに属するエチレン、アセチレンの因子負荷量の方向（進展方向Ｄ２）との中間の方向（進展方向Ｄ４）に主成分が経時的に増えるのであれば、内部異常として巻線に関連する部位の高温過熱が発生していると診断することができる。

図５は、同一の油入変圧器についての主成分の経時的変化の例を示す。図５（ａ）は、油入変圧器の巻線に異常が発生した場合の主成分の経時的変化の一例である。図５（ｂ）は、油入変圧器の鉄心に異常が発生した場合の主成分の経時的変化の一例である。
図５（ａ）に示す例では、変圧器を高負荷で運転していたため、巻線温度が高く、絶縁紙の過熱によって、当初は一酸化炭素が多く検出されていた。その後、エチレンやアセチレンが検出されるに至ったので、熟練者が巻線異常と判断して変圧器を停止し、内部調査を行ったところ、巻線に異常のあることが判明した。図５（ａ）に示すように、主成分は当初進展方向Ｄ１に変化していることから、図４を参照して説明したように、内部異常として絶縁紙の過熱・劣化が発生していると診断することができる。その後、主成分は進展方向Ｄ４に変化していることから、図４を参照して説明したように、内部異常として巻線に関連する部位の高温過熱が発生していると診断することができる。このように、主成分の経時的変化の方向に着目すれば、一般の作業者であっても、熟練者の診断や実際の内部調査の結果と同様の診断が可能であることが分かる。

図５（ｂ）に示す例は、変圧器の内部調査によって鉄心の低温過熱が判明した事例である。図５（ｂ）に示すように、主成分は進展方向Ｄ３に変化していることから、図４を参照して説明したように、内部異常として鉄心など巻線以外の部位の低温過熱が発生していると診断することができる。このように、主成分の経時的変化の方向に着目すれば、一般の作業者であっても、実際の内部調査の結果と同様の診断が可能であることが分かる。

次に、前述のようにして算出された第１主成分Ｚ１の因子負荷量Ｋ１１〜Ｋ１６及び第２主成分Ｚ２の因子負荷量Ｋ２１〜Ｋ２６と、ｎ個ずつ算出した標準化後の可燃性ガスの溶存量Ｓｇ１〜Ｓｇ６とを用いて、第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２を算出する。第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２は、各油入変圧器Ｔ１〜Ｔｎの絶縁油毎に算出されるため、それぞれｎ個ずつ算出されることになる。そして、各油入変圧器（各絶縁油）の内部異常の有無（「正常」、「要注意」、「危険」の３段階）は前述のように既知であるため、第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２の値（第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２を座標とする主成分の値）と、内部異常の有無とは紐付けられることになる。従って、正常な油入変圧器の絶縁油から得られた主成分のデータが集まる領域と、要注意の油入変圧器の絶縁油から得られた主成分のデータが集まる領域と、危険な油入変圧器の絶縁油から得られた主成分のデータが集まる領域とをほぼ分離し得る境界線を、主成分に対するしきい値として決定する（図２のＳ１６）。

図６は、上記のようにして第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２を算出した結果の一例、及びこの主成分に対するしきい値の決定例を示す。図６の横軸（Ｘ軸）は第１主成分Ｚ１を、縦軸（Ｙ軸）は第２主成分Ｚ２を示す。図６に示す例では、正常な油入変圧器の絶縁油から得られた主成分のデータ（図中、■でプロット）が集まる領域と、要注意の油入変圧器の絶縁油から得られた主成分のデータ（図中、▲でプロット）が集まる領域と、危険な油入変圧器の絶縁油から得られた主成分のデータ（図中、◆でプロット）が集まる領域とを、第１しきい値（Ｙ１＝ａ１・Ｘ＋ｂ１）、第２しきい値（Ｙ２＝ａ２・Ｘ＋ｂ２）、第３しきい値（Ｙ３＝ａ３・Ｘ＋ｂ３）及び第４しきい値（Ｙ４＝ａ４・Ｘ＋ｂ４）によってほぼ分離している。
なお、後述する診断工程において、上記のようにして決定した第１しきい値〜第４しきい値との大小関係に応じて、診断対象である油入変圧器の内部異常の有無が診断されることになる。すなわち、診断対象である油入変圧器の主成分の座標を（Ｘ０，Ｙ０）としたとき、
（１）Ｙ１＞Ｙ０＞Ｙ２であれば、当該油入変圧器は「危険」と診断され、
（２）Ｙ３＞Ｙ０＞Ｙ４であり、且つ、Ｙ１＞Ｙ０＞Ｙ２でなければ、当該油入変圧器は「要注意」と診断され、
（３）上記（１）、（２）のいずれでもなければ、当該油入変圧器は「正常」と診断される。

次に、ｎ個の油入変圧器の主成分（第１主成分Ｚ１、第２主成分Ｚ２）のうち、同一の油入変圧器についての主成分であるが、絶縁油を採油するタイミングが異なる主成分について、増加率を算出する（図２のＳ１７）。具体的には、下記の式（１）で表される第１主成分Ｚ１の増加率ΔＺ１と、下記の式（２）で表される第２主成分Ｚ２の増加率ΔＺ２を算出する。
ΔＺ１＝（Ｚ１−Ｚ１’）／ｈ ・・・（１）
ΔＺ２＝（Ｚ２−Ｚ２’）／ｈ ・・・（２）
上記の式（１）において、Ｚ１は今回算出した第１主成分の値を、Ｚ１’は前回算出した第１主成分の値を意味する。上記の式（２）において、Ｚ２は今回算出した第２主成分の値を、Ｚ２’は前回算出した第２主成分の値を意味する。上記の式（１）及び（２）において、ｈは採油ピッチ（測定ピッチ）を意味する。
従って、第１主成分Ｚ１の増加率ΔＺ１は、第１主成分Ｚ１の増加量を測定ピッチで除算した値である。同様に、第２主成分Ｚ２の増加率ΔＺ２は、第２主成分Ｚ２の増加量を測定ピッチで除算した値である。

そして、熟練者の経験則により、主成分の増加率（ΔＺ１、ΔＺ２）に対するしきい値（ｍｘ、ｍｙ）を決定する（図２のＳ１８）。具体的には、第１主成分Ｚ１の増加率ΔＺ１がそのしきい値を超えれば、内部異常として絶縁紙の過熱・劣化が急速に進展していると判断できるしきい値ｍｘと、ΔＺ２がそのしきい値を超えれば、内部異常として巻線以外の部位の低温過熱が急速に進展していると判断できるしきい値ｍｙとを、熟練者の経験則により決定する。なお、これらのしきい値ｍｘ、ｍｙは、ΔＺ１がしきい値ｍｘを超え、なお且つ、ΔＺ２がしきい値ｍｙを超える場合には、内部異常として巻線に関連する部位の高温過熱が急速に進展していると判断できるしきい値でもある。

以上に説明した手順で、油入変圧器の内部異常を診断するための基準が作成される。

＜診断工程＞
図３は、本実施形態に係る診断方法における診断工程を説明するフロー図である。
図３に示すように、本工程では、まず最初に、診断対象である油入変圧器ＴＸから、絶縁油を採油する（図３のＳ２１）。次に、採油した絶縁油をガスクロマトグラフによって分析し、絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガス（メタン、エタン、エチレン、アセチレン、水素、一酸化炭素）の溶存濃度を測定する（図３のＳ２２）。そして、各可燃性ガスの溶存濃度と油入変圧器ＴＸの絶縁油量ＬＸとの積で表される各可燃性ガスの溶存量を算出する（図２のＳ２３）。
以上に説明した手順は、本発明の第３ステップに相当する。

本工程でも、前述した基準作成工程と同様に、好ましい態様として、上記のようにして算出した各可燃性ガスの溶存量を標準化（正規化）する（図３のＳ２４）。この標準化の際に必要となる溶存量の平均値や標準偏差としては、前述した基準作成工程で用いたものと同じものを用いればよい。

次に、上記のようにして算出した標準化後の各可燃性ガスの溶存量と、前述した基準作成工程で算出した第１主成分Ｚ１の因子負荷量及び第２主成分Ｚ２の因子負荷量とに基づき、当該油入変圧器ＴＸについての第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２を算出する（図３のＳ２５）。
以上に説明した手順は、本発明の第４ステップに相当する。

次に、上記のようにして算出した当該油入変圧器ＴＸについての第１主成分Ｚ１及び第２主成分Ｚ２を座標とする主成分の値と、前述した基準作成工程で決定した主成分に対するしきい値（第１しきい値〜第４しきい値）（図６参照）との大小関係に応じて、当該油入変圧器ＴＸの内部異常の有無（「正常」、「要注意」、「危険」の３段階）を診断する（図３のＳ２６）。
この手順は、本発明の第５ステップに相当する。

上記の手順（図３のＳ２６）において、「正常」であると診断した場合には、当該油入変圧器ＴＸに対して何ら処置を施すことなく、次の採油タイミング（測定タイミング）に至った時点で、再び同様の手順（図３のＳ２１〜Ｓ２６）を繰り返せばよい。

上記の手順（図３のＳ２６）において、「要注意」であると診断した場合には、当該油入変圧器ＴＸについての主成分の増加率を算出する（図３のＳ２７）。具体的には、前述した式（１）で表される第１主成分Ｚ１の増加率ΔＺ１と、前述した式（２）で表される第２主成分Ｚ２の増加率ΔＺ２とを算出する。
この手順は、本発明の第６ステップ及び第７ステップに相当する。

次に、上記のようにして算出した当該油入変圧器ＴＸについての第１主成分Ｚ１の増加率ΔＺ１及び第２主成分Ｚ２の増加率ΔＺ２と、前述した基準作成工程で決定した主成分の増加率に対するしきい値ｍｘ、ｍｙとの大小関係に応じて、当該油入変圧器ＴＸの内部異常の進展を診断する（図３のＳ２８）。この際、基準作成工程の説明において前述したように、しきい値ｍｘ、ｍｙとの大小関係に応じて、どのような内部異常が急速に進展しているのか、すなわち、進展している内部異常の種類についての診断も行うことが可能である。
この手順は、本発明の第８ステップに相当する。

上記の手順（図３のＳ２８）において、内部異常が急速に進展していないと診断した場合（すなわち、ΔＺ１≦ｍｘで、且つ、ΔＺ２≦ｍｙである場合）には、当該油入変圧器ＴＸに対して何ら処置を施すことなく、次の採油タイミング（測定タイミング）に至った時点で、再び同様の手順（図３のＳ２１〜Ｓ２６）を繰り返せばよい。
一方、上記の手順（図３のＳ２８）において、内部異常が急速に進展していると診断した場合には、内部異常の有無の診断結果が、近い将来に「要注意」から「危険」に遷移するおそれがあるため、測定ピッチを短縮し（図３のＳ２９）、次の採油タイミング（測定タイミング）に至った時点で、再び同様の手順（図３のＳ２１〜Ｓ２６）を繰り返せばよい。

一方、前述した手順（図３のＳ２６）において、「危険」であると診断した場合には、当該油入変圧器ＴＸに対して、最終的には、補修や取替等の処置を施すことになる（図３のＳ３２）。ただし、当該油入変圧器ＴＸの何れの部位に補修や取替等の処置を施せばよいのか（内部異常の種類）を判断するため、当該油入変圧器ＴＸについての主成分の増加率を算出する（図３のＳ３０）。具体的には、前述した式（１）で表される第１主成分Ｚ１の増加率ΔＺ１と、前述した式（２）で表される第２主成分Ｚ２の増加率ΔＺ２とを算出する。

次に、算出した主成分の増加率に基づき、当該油入変圧器ＴＸの内部異常の種類を診断する（図３のＳ３１）。具体的には、例えば、第１主成分Ｚ１の増加率ΔＺ１と第２主成分Ｚ２の増加率ΔＺ２との比から、主成分の経時的変化の方向を算出し、その算出した方向が進展方向Ｄ１〜Ｄ３（図４参照）の何れに最も近いかによって、内部異常の種類を診断する（例えば、進展方向Ｄ２に最も近ければ、内部異常として鉄心など巻線以外の部位の低温過熱が発生していると診断する）ことが可能である。このようにして診断した内部異常の種類に応じて、該当部位に補修や取替等の処置（図３のＳ３２）を施せばよい。

以上に説明したように、本実施形態に係る診断方法によれば、可燃性ガスの溶存濃度ではなく溶存量を主成分分析することで、油入変圧器の内部異常の有無、内部異常の種類及び進展を、熟練者以外の作業者であっても容易に且つ精度良く診断することが可能である。

なお、本実施形態では、密封型の構造を有する油入変圧器の内部異常を診断する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、これに限るものではなく、開放型（絶縁油が空気と接触している）の構造を有する油入変圧器の内部異常を診断する場合についても同様に適用可能である。ただし、油入変圧器の構造に応じて、可燃性ガスの生成量や生成速度が異なる（従って、算出される因子負荷量等も油入変圧器の構造に応じて異なる）と考えられるため、内部異常を診断するための基準は、油入変圧器の構造毎に作成することが好ましい。すなわち、基準作成工程で用いる複数の油入変圧器は全て同じ構造のものにすると共に、診断工程においては同じ構造の油入変圧器を診断対象とすることが好ましい。

また、本実施形態では、油入変圧器の内部異常を診断する場合を例に挙げて説明したが、本発明は、これに限るものではなく、内部に絶縁油が含まれる油入電気機器の内部異常を診断する限りにおいて、同様に適用可能である。

さらに、本実施形態では、絶縁油中の溶存量を測定し主成分分析を行う可燃性ガスとして、メタン、エタン、エチレン、アセチレン、水素、一酸化炭素を例示したが、本発明は、これに限るものではなく、上記の可燃性ガスに加えて、プロパンやプロピレンなどの他の可燃性ガスを対象とすることも可能である。

Claims (1)

1. 内部に絶縁油が含まれる油入電気機器の内部異常を診断する方法であって、
   内部異常の有無や内部異常の種類が既知で且つ混在する複数の油入電気機器について、各油入電気機器に含まれる絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存濃度を測定し、各可燃性ガスの溶存濃度と各油入電気機器の絶縁油量との積で表される各可燃性ガスの溶存量を算出する第１ステップと、
   前記第１ステップにより得られた、複数の油入電気機器についての複数の可燃性ガスの溶存量を主成分分析することにより、第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量を算出する第２ステップと、
   診断対象である油入電気機器について、当該油入電気機器に含まれる絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存濃度を測定し、各可燃性ガスの溶存濃度と当該油入電気機器の絶縁油量との積で表される各可燃性ガスの溶存量を算出する第３ステップと、
   前記第３ステップにより得られた当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量と、前記第２ステップにより得られた第１主成分の因子負荷量及び第２主成分の因子負荷量とに基づき、当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分及び第２主成分を算出する第４ステップと、
   前記第４ステップにより得られた第１主成分及び第２主成分に基づき、当該油入電気機器の内部異常の有無を診断する第５ステップと、
   前記第４ステップで今回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分と、前記第４ステップで前回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第１主成分との差で表される第１主成分の増加量を算出する第６ステップと、
   前記第４ステップで今回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第２主成分と、前記第４ステップで前回算出した当該油入電気機器の絶縁油中に溶存する複数の可燃性ガスの溶存量についての第２主成分との差で表される第２主成分の増加量を算出する第７ステップと、
   前記第６ステップ及び前記第７ステップにより得られた第１主成分の増加量及び第２主成分の増加量に基づき、当該油入電気機器の内部異常の種類及び進展を診断する第８ステップと、
   を含むことを特徴とする油入電気機器の内部異常の診断方法。