JP5932880B2 - 装置故障評価装置 - Google Patents
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Description
図1は本発明に係る装置故障評価システム1を電力系統に適用した一例を示す図である。
装置故障評価システム1は、例えば上位電力系統2の送電線3から変圧器4を経て所定の電力を受電する母線5に対して、配電線(送電線とも成り得る)6を介して需要家装置である負荷装置7が接続されている。ここで、負荷装置7とは、無停電電源システムや電力需給システム(例えばマイクログリッド需給管理システム等)等のごとく電力需要家のために設置される装置であって、単なる装置だけでなく、上位電力系統2から電力の供給を受ける設備、機器、部品なども含むものである。また、図1では、1台の負荷装置7を示しているが、故障ないしその前兆となる異常時に何らかの音響を発する全ての負荷装置7を対象とするものである。
装置故障評価システム1は、コンピュータを用いて、一定の処理手順に従ってソフトウエア的に処理するものであって、機能的には,周波数成分計算手段11と、データ記録手段12と、周波数成分一致度計算手段13と、周波数異常推定手段(広義には周波数異常出力手段に相当する)14とで構成される。
周波数成分一致度計算手段13は、データベース16に保存された実測周波数成分計算結果15と周波数異常周波数成分17の周波数成分との一致度(以下、周波数成分一致度と呼ぶ)19を計算する機能を持っている。
先ず、周波数成分計算手段11では、音響測定装置8から送られてくる音響信号10に含まれる周波数の次数毎の成分を計算する。
例えばサンプル周波数が1Hz〜1000Hzであれば、サンプル周波数の総和は1Hzから1000Hzまでの周波数スペクトル(次数毎)の総和となる。
図4(a)は周波数正常パターン21の一例を示す図であって、400Hzから500Hzにピークを有する周波数スペクトル分布を示している。ここで、周波数正常パターン21とは、装置の故障やその前兆とならない周波数のパターンであって、通常運用時の周波数パターンである。これは、設備ごと、装置ごと、機器ごと、部品ごとに異なる。
……(2)
式(1)と式(2)のサンプル周波数が同じであるとすれば、式(2)の規格化後のj次の成分は、実測周波数成分計算結果15における周波数含有率(j次)となる。
図7(a)は周波数異常パターン18−Aのサンプル周波数の領域が1000Hz〜2000Hzとした場合であって、異常な周波数分布の積分値の合計を1とする。同様に、図7(b)は周波数異常パターン18−Bのサンプル周波数の領域が1000Hz〜1500Hzとした場合、図7(c)は周波数異常パターン18−Cのサンプル周波数の領域が1000Hz〜2000Hzとした場合である。
=|周波数iHzの成分(規格化実測周波数成分計算結果22)−周波数iHzの成分(規格化周波数異常周波数成分23)|+|周波数jHzの成分(規格化実測周波数成分計算結果22)−周波数jHzの成分(規格化周波数異常周波数成分23)|+ …… +|周波数nHzの成分(規格化実測周波数成分計算結果22)−周波数nHzの成分(規格化周波数異常周波数成分23)|(但し、サンプル周波数領域はiHz〜nHzである)。
……(3)
一致度計算処理部13bは、式(3)に基づき、規格化実測周波数成分計算結果22と規格化周波数異常周波数成分23が完全に一致していない場合、規格化実測周波数成分計算結果22の合計値と、規格化周波数異常周波数成分23の合計値がそれぞれ「1」であることから、規格化差分合計値24は「2」となる。但し、サンプル周波数領域は1500Hz〜1510Hzの範囲である。
今、規格化実測周波数成分計算結果22と規格化周波数異常周波数成分23が完全に一致している場合を100%、全く一致していない場合を−100%、これらの中間を0%となるようにすれば、図12に示すように理解し易く表すことができる。
周波数成分一致度19=(1−規格化差分合計値24)×100(%)…(4)
すなわち、一致度計算処理部13bは、周波数異常周波数成分17ごとに、実測周波数成分計算結果15との周波数成分一致度19を式(4)によって計算し、周波数異常推定手段14に渡す。
(変形例1)
図16は本発明に係る装置故障評価システムの実施の形態1における変形例1を示す構成図である。
図18は本発明に係る装置故障評価システムの実施の形態1における変形例2を示す構成図である。
図19は本発明に係る装置故障評価システムの実施の形態1における変形例3を示す構成図である。
図21は本発明に係る装置故障評価システムの実施の形態2を示す構成図である。
この装置故障評価システム1は、図2に示す周波数成分計算手段11、データ記録手段12及び周波数成分一致度計算手段13の他に、周波数成分一致度計算手段13の出力側に周波数異常推定手段14に代えて、結果表示制御手段31を設けた構成である。なお、周波数異常推定手段14や結果表示制御手段31は、広義には何れも周波数異常出力手段に相当する役割を有する。
実施の形態2は、所定時間毎に複数の周波数異常パターン18の周波数成分一致度19を計算し、データベース16に時系列的に蓄積し、表示装置32に例えば一日24時間分にわたって時系列的に変化する周波数成分一致度19を表示するようにしたが、この実施の形態2に前述した実施の形態1の変形例1〜3の組合せ周波数パターンを適用することもできる。
図23は本発明に係る装置故障評価システム1の実施の形態3を示す構成図である。
この実施の形態3における装置故障評価システム1は、周波数成分計算手段11、データ記録手段12、周波数成分一致度計算手段13及び周波数異常推定手段14の他、新たにアラーム発生手段40を設けた構成である。
実施の形態3については、周波数異常パターン18の周波数成分一致度19が周波数警戒レベル閾値45を超えてアラーム発生時限値46に至ったとき、アラーム43を送出するようにしたが、当該実施の形態3に前述した実施の形態1の変形例1〜3の組合せ周波数パターンを適用することができる。すなわち、図16、図18、図19に示す装置故障評価システム1の周波数異常推定手段14の出力側にアラーム発生手段40を設け、図25に示す条件のもとに、異常周波数(異常音響)発生源をもつ負荷装置7や電力エネルギー系を集中管理する中央監視制御センター42に対して、アラーム43を通知するようにしても良い。
図26は本発明に係る装置故障評価システム1の実施の形態4を示す構成図である。
この実施の形態4は、図23に示す構成に新たに制御指令発生手段47を設けたものである。
実施の形態4については、周波数異常パターン18の周波数成分一致度19が警戒レベルにあることのアラームを発生し、かつ、負荷装置7の動作制御を停止するようにしたが、前述した実施の形態1の変形例1〜3の組合せ周波数パターンにも同様に適用することができる。すなわち、図16、図18、図19に示す装置故障評価システム1の周波数異常推定手段14の出力側にアラーム発生手段40及び制御指令発生手段47を設け、図28に示す条件のもとに、危険状態にある負荷装置7に対して、制御指令伝送系49Aを介して停止を含む負荷低減に関する制御指令48を送出することができる。
Claims (6)
- 複数の需要家装置のうち、電力系統から電力の供給を受ける少なくとも一つの需要家装置(設備、機器、部品を含む。以下、同じ)から発生する音響信号を測定する測定手段と、
前記測定手段で測定される音響信号を波形分析し実測周波数成分を算出する周波数成分算出手段と、
前記需要家装置毎に当該各需要家装置が並列接続される他の需要家装置に特有の周波数と推定される負荷周波数成分の周波数負荷パターンを記憶するデータ記録手段と、
前記周波数成分算出手段で算出された実測周波数成分について、前記データ記録手段に記憶される複数の負荷周波数成分のそれぞれの周波数成分一致度を計算する周波数成分一致度計算手段と、
前記周波数成分一致度計算手段で算出される周波数成分一致度のうち、前記周波数成分一致度が高い負荷周波数成分に対応する周波数負荷パターンから、前記複数の需要家装置のうち少なくとも一つの需要家装置に係る周波数の影響の高い前記周波数負荷パターンを推定し、その結果を出力する出力手段とを備え、
前記データ記録手段は、前記需要家装置毎に、各需要家装置の故障や前兆となる周波数異常と推定される周波数異常周波数成分を有する周波数異常パターンと前記各要家装置の正常時の周波数と推定される周波数正常周波数成分を有する周波数正常パターンとをさらに記憶し、
前記周波数成分一致度計算手段は、前記周波数成分算出手段で算出された実測周波数成分について、前記データ記録手段に記憶される複数の周波数異常周波数成分と複数の周波数正常周波数成分とのそれぞれの周波数成分一致度をさらに計算し、
前記出力手段は、前記周波数成分一致度計算手段で算出される周波数成分一致度のうち、当該周波数成分一致度が高い前記周波数異常周波数成分に対応する周波数異常パターンから、周波数異常の可能性が高い当該周波数異常パターンをさらに推定し、また、前記周波数成分一致度が低い前記周波数正常周波数成分に対応する周波数正常パターンから、周波数異常の可能性を示す周波数正常パターンをさらに推定し、その結果を出力することを特徴とする装置故障評価装置。 - 請求項1に記載の装置故障評価装置において、
前記出力手段は、前記周波数成分一致度の高い順に、前記周波数異常周波数成分をもつ前記周波数異常パターン及び前記周波数正常周波数成分をもつ前記周波数正常パターンを表示することを特徴とする装置故障評価装置。 - 請求項1に記載の装置故障評価装置において、
前記出力手段は、前記周波数成分一致度の高い順に、前記周波数異常周波数成分をもつ前記周波数異常パターン、前記周波数正常周波数成分をもつ前記周波数正常パターン及び前記負荷周波数成分をもつ前記周波数負荷パターンを表示することを特徴とする装置故障評価装置。 - 請求項1に記載の装置故障評価装置において、
前記出力手段は、所要期間にわたって予め定めた時間毎に前記周波数成分算出手段及び前記周波数成分一致度計算手段を繰り返し実行させることにより、前記各パターンにおける前記周波数成分一致度の時系列的な変化を表示することを特徴とする装置故障評価装置。 - 請求項1に記載の装置故障評価装置において、
前記出力手段の出力側に、周波数異常の程度が予め決められた周波数警戒レベル閾値を超えたとき、周波数異常発生源となる前記需要家装置に注意を喚起するアラーム情報を通知するアラーム発生手段を設けたことを特徴とする装置故障評価装置。 - 請求項1に記載の装置故障評価装置において、
前記出力手段の出力側に、周波数異常の程度が予め決められた周波数危険レベル閾値を超えたとき、周波数異常発生源となる前記需要家装置に動作抑制ないし停止の制御指令を送出する制御指令発生手段を設けたことを特徴とする装置故障評価装置。
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