JP6437729B2

JP6437729B2 - 絶縁異常診断装置

Info

Publication number: JP6437729B2
Application number: JP2014053382A
Authority: JP
Inventors: 幸夫松下; 友規二村; 康宏小杉; 鈴木　正美; 正美鈴木
Original assignee: 株式会社日本システム研究所; 一般財団法人関東電気保安協会; 康宏小杉
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2018-12-12
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: JP2015175769A

Description

本発明は、絶縁異常診断装置に関し、特に、音響センサにより検出される放電音の音響信号を解析して絶縁異常の診断を行う装置に用いて好適なものである。

一般に、絶縁物の絶縁抵抗値は新品ほど高く、老朽化に伴い低下する傾向がある。したがって、電気設備に含まれる絶縁物について絶縁抵抗値を測定することは、その電気設備の適正な交換時期を把握することにも役立つため、定期点検において実施されることが多い。しかし、絶縁抵抗値の測定は、通常は電気を停止したうえでなければ実施することができず、かつ電路に測定器具を接触させて実施するため、停電による設備稼働率の低下を招くとともに、誤操作による感電事故を引き起こす危険性がある。

そこで、絶縁物の絶縁抵抗値を通電状態かつ非接触で測定できるようにすることが、電気設備の稼動率向上および点検作業の作業性向上の観点から望まれている。従来、電気設備における絶縁物の絶縁抵抗劣化時に発生する放電を音響信号として捉え、放電検出を行うことによって絶縁異常を診断するようにした技術が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。

特許文献１に記載のコロナ放電検出装置は、コロナ放電が発生したときに生じる音響を検出する音響検出部と、音響検出部の検出信号から高周波成分を抽出して周辺ノイズを除去する高域通過フィルタと、ノイズ除去後の信号を整流によって包絡線検波し、コロナ放電音の強弱成分を抽出する整流器および低域通過フィルタと、強弱成分の中での電源周波数の２倍周波数成分の含有割合から、その音響の発生部位およびその様相を判定する中央演算処理装置とを備えている。

特許文献２に記載の絶縁劣化診断装置では、交流電気設備の絶縁劣化によって生じる部分放電音による空気振動を音響−光変換センサを用いて検出し、ハイパスフィルタによって、放電音の特徴となる超音波成分を抽出した後、包絡線検波することによって電源周波数の２倍の周波数のフーリエ級数を求める。そして、あらかじめ求めて記憶しておいた放電音響中の電源周波数の２倍の周波数成分値と放電電荷量との関係から、相当する放電電荷量に換算して、絶縁の劣化状況を判定する。

特許文献３に記載の部分放電検知器では、超音波を集音する超音波センサ（マイク）と、バンドパスフィルタと、検波回路と、商用電源周波数の２倍の周波数のみを通過させるフィルタ回路とを備え、特定の周波数以外を除去することで、部分放電に起因する振動波の情報のみを表示装置に表示させ、放電の判定を容易に行い得るようにしている。

特許文献４に記載の絶縁異常診断装置では、受電盤内で発生する部分放電に伴う超音波を音響センサで検出し、音響センサの出力信号のうち特定の周波数成分のみをフィルタ回路を介して抽出する。そして、抽出した信号を検波回路で包絡線検波して、電源周波数の２倍の周波数成分の信号を抽出し、抽出した信号をもとに受電盤の絶縁異常を診断するようにしている。

これらの特許文献１〜４に記載されているように、マイク等の音響センサで集音した音響信号に対してハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタの処理を行うことにより、特定周波数領域のパルス成分を分離抽出することができる。さらに、ＦＦＴ等を利用して包絡線検波を行い、電源周波数の２倍の周波数成分の信号を抽出することにより、虫の羽音、雨の滴り落ちる音などといった環境音による非放電性パルスをノイズとして除去することができる。

一方、電気機器の絶縁物から検出した放電音を高速フーリエ変換して得られる特定の周波数領域の放電音強度と、通電されている状態の電気機器の絶縁物の放電音強度と絶縁物の表面絶縁抵抗値との関係について予め記憶しておいた関係式とに基づいて、絶縁物の表面絶縁抵抗値を求めるようにした技術も提案されている（例えば、特許文献５参照）。この特許文献５に記載の技術によれば、電気機器への通電を行った状態で非接触にて絶縁抵抗値を測定することができる。

特開平９−２３３６７９号公報特開２０００−１３７０５３号公報特開２００１−３０５１７８号公報特開２００５−１４７８９０号公報特開２０１２−１６８１５８号公報

しかしながら、これらの特許文献１〜５に記載の技術は何れも、電気設備においてマイク等の音響センサが設置される環境が放電音の検出に与える影響については何ら考慮されておらず、放電音の検出による絶縁異常の診断を正確に行うことができないという問題があった。

すなわち、音響センサは電気設備の固定の位置に設置される一方、電気設備に含まれる絶縁物のどこで絶縁異常が起きるかは不定である。そのため、絶縁異常により放電音が発生している箇所と音響センサとの距離は状況によって異なり、音響センサで検出される放電音の強度がその距離の違いによって影響を受ける。

また、例えば配電盤のように、狭スペースの中に配線や部品類が密集して設置されている電気設備では、絶縁異常により放電音が発生している箇所と音響センサとの間に音の伝達を妨げる干渉物が存在する場合がある。この場合も、音響センサで検出される放電音の強度は、その干渉物の存在の有無によって影響を受ける。

つまり、マイク等の音響センサで集音した音響信号を処理して得られる指標値は、放電音が発生している箇所と音響センサとの距離や、音響センサとの間にある干渉物の有無など、音響センサの設置環境の影響を受け、同じ物理状態（放電状態または絶縁抵抗値）でも指標値が変化する可能性がある。しかし、上記特許文献１〜５に記載の技術では、このような設置環境の影響は考慮されておらず、正確な指標値を求めることができない。その結果、実際の現場において発生し得る絶縁物の絶縁異常を正確に診断することができないという問題があった。

本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、電気設備における音響センサの設置環境によらず、電気設備に含まれる絶縁物の絶縁異常の診断をより正確に行うことができるようにすることを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、音響センサの出力信号に対してフィルタ処理および包絡線検波処理を行うことによって得られる周波数毎の信号の強度を表す強度値に基づいて、絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定するための強度の指標値を求める際に用いる強度の基準値を算出し、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つまたは複数）の周波数成分の信号について、基準値に対する強度を算出することにより、絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定する際に閾値と対比するための指標値を求めるようにしている。

上記のように構成した本発明によれば、電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号の強度をそのまま指標値として用いるのではなく、音響センサが設置された現場において実際に検出された音響信号を処理して得られる周波数毎の信号の強度に基づいて基準値が算出され、当該基準値に対する信号の強度が指標値として算出される。そのため、算出される指標値は、電気設備における音響センサの設置環境による集音状況のバラツキの影響を抑制するように適宜補正された値となる。これにより、この指標値を用いて絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定することにより、電気設備における音響センサの設置環境によらず、電気設備に含まれる絶縁物の絶縁異常の診断をより正確に行うことができる。

第１の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。ハイパスフィルタの処理例を示す図である。放電パルスに対して包絡線検波を行った場合に得られるエンベロープを示す図である。非放電パルスに対して包絡線検波を行った場合に得られるエンベロープを示す図である。第１の実施形態による中央値を求める処理を説明するための図である。第１の実施形態においてＦＦＴ処理部の出力信号から周波数毎に算出した基準値を示す図である。周波数毎の信号の強度値から基準値を減算した結果得られるエンベロープを示す図である。音響センサにより検出した様々な音響信号から算出した指標値の例を示す図である。第２の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。第２の実施形態によるフレーム内平均算出部およびフレーム間平均算出部の処理例を示す図である。第３の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。第４の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、第１の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。図１に示すように、第１の実施形態による診断システムは、音響センサ１０、絶縁異常診断装置２０および通信装置３０を備えて構成されている。これらの音響センサ１０、絶縁異常診断装置２０および通信装置３０は、何れも診断対象とする電気設備に設置される。

音響センサ１０は、電気設備に含まれる絶縁物の絶縁異常により放電が発生したときに生じる放電音を検出するものであり、例えばマイクにより構成される。絶縁異常診断装置２０は、音響センサ１０により検出された音響信号を処理することにより、絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定するための指標値を求めるものである。通信装置３０は、絶縁異常診断装置２０により算出された指標値を、保安センタ等に設置されたコンピュータに送信するものである。

保安センタ等に設置されたコンピュータでは、絶縁異常診断装置２０から通信装置３０を介して送信されてくる指標値に基づいて、電気設備に含まれる絶縁物に絶縁異常が発生しているか否かを診断する。例えば、指標値が所定の閾値より大きい場合に、絶縁異常が発生している可能性があると判定してアラームを行う。あるいは、指標値が所定の閾値より大きい状態が所定時間以上続いた場合に、絶縁異常が発生している可能性があると判定するようにしてもよい。

第１の実施形態では、音響センサ１０による音響信号の検出は常時行っている。これに対し、絶縁異常診断装置２０による指標値の算出は、所定の時間間隔毎に行う。あるいは、保安センタ等のコンピュータから通信装置３０を介して絶縁異常診断装置２０に対して指標値の算出命令を通知できるように構成し、この算出命令を絶縁異常診断装置２０が受信したときに指標値の算出を行うようにしてもよい。

図１に示すように、絶縁異常診断装置２０は、その機能構成として、ハイパスフィルタ１１、絶対値処理部１２、ローパスフィルタ１３、ＦＦＴ処理部１４、基準値算出部１５、特定周波数成分抽出部１６および指標値算出部１７を備えている。これらの機能ブロック１１〜１７は、ハードウェア、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ソフトウェア、またはその組み合わせの何れによっても構成することが可能である。第１の実施形態では、音響センサ１０により検出される音響信号を、例えば９６ｋＨｚのサンプリング周波数でＡ／Ｄ変換する。絶縁異常診断装置２０は、Ａ／Ｄ変換によりデジタル化された音響信号をデジタル信号処理するものとする。

ハイパスフィルタ１１は、特許請求の範囲の「フィルタ部」に相当するものであり、音響センサ１０の出力信号に対してフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以上の成分を通過させる。例えば、ハイパスフィルタ１１は、音響センサ１０の出力信号に対して、５ｋＨｚ以上の周波数成分を通過させる処理を行うことにより、低周波のノイズ成分を除去する。なお、ここではハイパスフィルタ１１を用いているが、バンドパスフィルタを用いてもよい。

図２は、このハイパスフィルタ１１の処理例を示す図である。図２（ａ）は、音響センサ１０により検出された音響信号の波形を示す。図２（ｂ）は、ハイパスフィルタ１１の出力信号の波形を示す。図２に示したように、音響信号に対してハイパスフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以上のパルス成分を音響信号から分離抽出することが可能である。

絶対値処理部１２は、ハイパスフィルタ１１の出力信号を絶対値化する。ローパスフィルタ１３は、絶対値処理部１２の出力信号に対してローパスフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以下（例えば、４００Ｈｚ以下）の成分を通過させる。ＦＦＴ処理部１４は、ローパスフィルタ１３の出力信号に対してＦＦＴ処理を行うことにより、時間軸の信号を周波数軸の信号に変換する。

これらの絶対値処理部１２、ローパスフィルタ１３およびＦＦＴ処理部１４は、特許請求の範囲の「包絡線検波部」に相当する。すなわち、ハイパスフィルタ１１の出力信号に対して、絶対値処理部１２、ローパスフィルタ１３およびＦＦＴ処理部１４の処理によって包絡線検波を行うことにより、周波数毎の信号の強度を検出する。図３および図４は、包絡線検波部の処理例を示す図である。

このうち、図３は、音響センサ１０により放電音を検出した音響信号からハイパスフィルタ１１により抽出した放電パルスに対して包絡線検波を行った場合に得られるエンベロープを示している。すなわち、図３（ａ）がハイパスフィルタ１１の出力信号を示し、図３（ｂ）がＦＦＴ処理部１４の出力信号を示している。図３（ｂ）から分かるように、放電パルスを包絡線検波すると、電源周波数（図３では５０Ｈｚ）のｎ倍（ｎ＝１，２，３・・・）の周波数において特徴的なピークが発生する。

一方、図４は、音響センサ１０により虫の羽音を検出した音響信号からハイパスフィルタ１１により抽出した非放電パルスに対して包絡線検波を行った場合に得られるエンベロープを示している。すなわち、図４（ａ）がハイパスフィルタ１１の出力信号を示し、図４（ｂ）がＦＦＴ処理部１４の出力信号を示している。図４（ｂ）から分かるように、虫の羽音による非放電パルスを包絡線検波すると、どの周波数においても特徴的なピークは発生していない。

基準値算出部１５は、包絡線検波部により検出された周波数毎の信号（ＦＦＴ処理部１４の出力信号）の強度を表す強度値に基づいて、強度の基準値を算出する。具体的には、基準値算出部１５は、ＦＦＴ処理部１４により算出された周波数毎の信号に対してそれぞれ所定サイズの移動窓を設定し、当該移動窓に含まれる所定数の周波数成分の信号の強度に関する代表値を算出する。そして、算出した代表値を基準値とする。代表値は、例えば平均値、最小値、中央値、最大値などの何れとしてもよいが、中央値を用いるのが好ましい。

図５は、移動窓に含まれる所定数の周波数成分の信号の強度に関する中央値を求める処理を説明するための図である。図５（ａ）および（ｂ）は、ＦＦＴ処理部１４により算出された周波数毎の信号の強度値を示す。ここでは、周波数ｆ_１〜ｆ_８に対する信号の強度値がそれぞれ−６２，−６３，−７０，−６３，−６７，−６９，−６４，−６６[ｄＢ]であることが示されている。

このようなＦＦＴ処理部１４の出力信号に対して、５個の周波数が含まれるサイズの移動窓を順次設定し、各移動窓に含まれる５個の周波数成分の信号の強度に関する中央値を算出した結果が、図５（ｃ）に示されている。代表値として中央値を算出する場合、移動窓は、それに含まれる周波数の数が奇数となるようにサイズを設定する。

１番目の移動窓に含まれる周波数成分の信号の強度値は、−６２，−６３，−７０，−６３，−６７ [ｄＢ]の５個である。よって、この場合の中央値は−６３[ｄＢ]となる。２番目の移動窓に含まれる周波数成分の信号の強度値は、−６３，−７０，−６３，−６７，−６９ [ｄＢ] の５個である。よって、この場合の中央値は−６７[ｄＢ]となる。３番目以降の移動窓に関しても同様に中央値が求められる。

図６は、図３（ｂ）に示したＦＦＴ処理部１４の出力信号から周波数毎に算出した基準値（中央値）を示す図である。図６において、符号６１で示すエンベロープが周波数毎の信号の強度値（ＦＦＴ処理部１４の出力信号）であり、符号６２で示すエンベロープがこのＦＦＴ処理部１４の出力信号から求めた周波数毎の基準値である。

特定周波数成分抽出部１６は、ＦＦＴ処理部１４の出力信号から、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数）の周波数成分を抽出する。第１の実施形態では、ｎ＝２とし、電源周波数の２倍（電源周波数が５０Ｈｚの場合は１００Ｈｚ）の周波数成分を抽出する。１００Ｈｚの周波数成分を抽出するのは、ｎ＝２以外の他の周波数成分に比べてピークの強度が大きく、放電パルスの特徴が最も強く表れる周波数成分だからである。

指標値算出部１７は、特定周波数成分抽出部１６により抽出された１００Ｈｚの周波数成分の信号について、基準値算出部１５により算出された基準値に対する強度を、絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定するための指標値として算出する。例えば、図５に示した例において、周波数ｆ_４が１００Ｈｚであったとすると、当該周波数ｆ_４の信号の強度値（−６３[ｄＢ]）から、基準値算出部１５により基準値として算出された中央値（−６７[ｄＢ]）を減算することにより、４[ｄＢ]という値を指標値とする。

図７は、図６において符号６１で示した周波数毎の信号の強度値から、符号６２で示した周波数毎の基準値を減算した結果得られるエンベロープを示す。ただし、減算した結果が負の値となる場合は、値をゼロとしている。この図７に示すエンベロープのうち、１００Ｈｚの周波数における強度値が、指標値算出部１７により算出される指標値ということになる。なお、ここでは基準値算出部１５により周波数毎の基準値を算出しているが、指標値算出部１７で使用する基準値は、１００Ｈｚの基準値のみである。そこで、基準値算出部１５は、特定周波数成分抽出部１６により抽出された電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号についてのみ、基準値を算出するようにしてもよい。

図８は、音響センサ１０により様々な音を検出して、それぞれの音について算出した指標値の例を示す図である。図８において、サンプルデータ（１−１）〜（１−５）は、音響センサ１０により放電音を検出した場合に得られる音響信号である。また、サンプルデータ（２−１）〜（２−５）は、シャッターの開閉音、虫の羽音、雨の滴り落ちる音などの非放電音を音響センサ１０により検出した場合に得られる音響信号である。

実施例は、これら１０種類の音響信号から第１の実施形態により算出される１００Ｈｚの指標値を示している。すなわち、基準値算出部１５により算出される基準値に基づいて１００Ｈｚの信号強度値を補正することによって指標値を算出した場合の数値を示している。これに対し、比較例は、同じ１０種類の音響信号から従来の手法により算出される１００Ｈｚの指標値を示している。すなわち、ＦＦＴ処理部１４により算出される１００Ｈｚの信号強度値をそのまま指標値とした場合の数値を示している。

図８では、放電音に関するサンプルデータ（１−１）〜（１−５）から算出される指標値と、非放電音に関するサンプルデータ（２−１）〜（２−５）から算出される指標値との集合間距離も示している。集合間距離とは、放電音から得られる複数の指標値で形成される集合と、非放電音から得られる複数の指標値で形成される集合との距離をいう。ここでは集合間距離を、マハラノビス距離により算出している。

図８から分かるように、第１の実施形態を適用して算出した指標値に関する集合間距離は６．８、従来の手法により算出した指標値に関する集合間距離は１．４となっている。第１の実施形態を適用した方が集合間距離の値は大きくなっており、放電音の検出に有利なことが示されている。

以上詳しく説明したように、第１の実施形態では、音響センサ１０の出力信号に対してフィルタ処理および包絡線検波処理を行うことによって得られる周波数毎の信号の強度を表す強度値に基づいて、強度の基準値を算出し、電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号について、基準値に対する強度を算出することにより、絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定するための指標値を求めるようにしている。

このように構成した第１の実施形態によれば、音響センサ１０が設置された現場において実際に検出された音響信号を処理して得られる周波数毎の信号の強度に基づいて基準値が算出され、当該基準値に対する信号の強度が指標値として算出される。そのため、算出される指標値は、電気設備における音響センサ１０の設置環境による集音状況のバラツキの影響を抑制するように適宜補正された値となる。これにより、この指標値を用いて絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定することにより、電気設備における音響センサ１０の設置環境によらず、電気設備に含まれる絶縁物の絶縁異常の診断をより正確に行うことができる。

また、図８に示したように、第１の実施形態によれば、放電音から得られる指標値と非放電音から得られる指標値との集合間距離を大きくすることもできる。これにより、指標値に基づいて、放電音が発生しているか否かの判定を行いやすくすることができる。すなわち、指標値算出部１７により算出された指標値が放電音を示すものか否かを所定の閾値によって明確に区別することができるので、誤判定を少なくすることができる。

また、第１の実施形態では、絶縁異常診断装置２０により指標値を算出し、それを通信装置３０によって保安センタ等のコンピュータに送信している。そのため、電気設備が設置された現場に実際に出向いて音響信号を採取しなくても、現場から送られてくる指標値を用いて、絶縁物の絶縁異常の有無を診断することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。図９は、第２の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。なお、この図９において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

図９に示すように、第２の実施形態による絶縁異常診断装置２０は、図１に示した基準値算出部１５に代えて第２の基準値算出部１５Ａを備えている。この第２の基準値算出部１５Ａは、その機能構成として、フレーム内平均算出部２１およびフレーム間平均算出部２２を備えている。また、第２の実施形態による絶縁異常診断装置２０は、指標値算出部１７に代えて指標値算出部１７Ａを備えている。

フレーム内平均算出部２１は、絶対値処理部１２の出力信号について、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に、信号の強度の平均値（以下、フレーム内平均値という）を算出する。フレーム間平均算出部２２は、フレーム内平均算出部２１によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて算出されたフレーム内平均値の平均値（以下、フレーム間平均値という）を算出する。

図１０は、このフレーム内平均算出部２１およびフレーム間平均算出部２２の処理例を示す図である。図１０に示す波形は、絶対値処理部１２の出力信号を示すものである。フレーム内平均算出部２１は、この出力信号を所定の時間毎に区切り、処理単位としてのフレームを設定する。ｍ＝０，１，２・・・で示す時間単位が各々フレームである。１つのフレームの中には、ｔ＝０〜Ｎ−１で示すＮ個のサンプリング値が含まれている。フレーム内平均算出部２１は、フレーム毎に、このＮ個のサンプリング値の平均値を算出する。

フレーム間平均算出部２２は、フレーム内平均算出部２１によりフレーム毎に算出されたｍ個のフレーム内平均値の平均値を算出する。第２の実施形態では、このフレーム間平均算出部２２により算出されたフレーム間平均値を、電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号に対する基準値とする。

指標値算出部１７Ａは、電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号について、フレーム間平均算出部２２により算出された基準値に対する強度を算出することにより、指標値を求める。具体的には、特定周波数成分抽出部１６により抽出された１００Ｈｚの信号の強度値から、第２の基準値算出部１５Ａにより算出された基準値を減算することにより、指標値を求める。

なお、第２の基準値算出部１５Ａによる基準値の算出（更新）タイミングは、任意に設定することが可能である。例えば、Ａ）毎フレーム、Ｂ）１日に1回程度、Ｃ）電気設備の定期点検時、Ｄ）絶縁異常診断装置２０の電気設備への設置時などが考えられる。あるいは、Ｅ）保安センタ等のコンピュータから通信装置３０を介して絶縁異常診断装置２０に対して基準値の算出命令を通知できるように構成し、この算出命令を絶縁異常診断装置２０が受信したときに基準値の算出を行うようにしてもよい。

ただし、あまり頻繁に基準値を更新するのも好ましくないので、Ｂ）乃至Ｅ）のタイミングとするのが好ましい。Ｂ）乃至Ｅ）のタイミングで基準値を算出する場合は、フレーム間平均算出部２２の後段に記憶部を設け、次回更新時まで基準値を記憶部に記憶させておく。なお、Ｄ）の場合は基準値の算出は最初の１回のみで、更新は無い。指標値算出部１７Ａは、記憶部に記憶された基準値を用いて指標値の算出を行う。この指標値算出部１７Ａによる指標値の算出タイミングを、第２の基準値算出部１５Ａによる基準値の算出タイミング（Ｃ，Ｄの場合を除く）と合わせるようにしてもよい。

このように構成した第２の実施形態においても、音響センサ１０が設置された現場において実際に検出された音響信号を処理して得られる信号の強度に基づいて基準値が算出され、当該基準値に対する信号の強度が指標値として算出される。これにより、この指標値を用いて絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定することにより、電気設備における音響センサ１０の設置環境によらず、電気設備に含まれる絶縁物の絶縁異常の診断をより正確に行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態を図面に基づいて説明する。図１１は、第３の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。なお、この図１１において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

図１１に示すように、第３の実施形態による絶縁異常診断装置２０は、図１に示した基準値算出部１５に代えて第３の基準値算出部１５Ｂを備えている。この第２の基準値算出部１５Ｂは、その機能構成として、直流成分抽出部３１および平均算出部３２を備えている。また、第３の実施形態による絶縁異常診断装置２０は、指標値算出部１７に代えて指標値算出部１７Ｂを備えている。

直流成分抽出部３１は、ＦＦＴ処理部１４の出力信号について、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に直流成分を抽出する。フレームとは、第２の実施形態で説明したフレームと同じものである。また、フレーム毎に抽出する直流成分とは、ハイパスフィルタ１１の出力信号をフレーム単位で区切り、各フレーム内の信号をＦＦＴ処理したときに得られる０Ｈｚの周波数成分の強度値である。

平均算出部３２は、直流成分抽出部３１によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて抽出された直流成分の平均値を算出する。第３の実施形態では、この平均算出部３２により算出された平均値を、電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号に対する基準値とする。

指標値算出部１７Ｂは、電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号について、平均算出部３２により算出された基準値に対する強度を算出することにより、指標値を求める。具体的には、特定周波数成分抽出部１６により抽出された１００Ｈｚの信号の強度値から、第３の基準値算出部１５Ｂにより算出された基準値を減算することにより、指標値を求める。

このように構成した第３の実施形態においても、音響センサ１０が設置された現場において実際に検出された音響信号を処理して得られるフレーム毎の直流成分の強度に基づいて基準値が算出され、当該基準値に対する信号の強度が指標値として算出される。これにより、この指標値を用いて絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定することにより、電気設備における音響センサ１０の設置環境によらず、電気設備に含まれる絶縁物の絶縁異常の診断をより正確に行うことができる。

なお、第３の基準値算出部１５Ｂによる基準値の算出（更新）タイミングも、任意に設定することが可能である。例えば、Ａ）毎フレーム、Ｂ）１日に1回程度、Ｃ）電気設備の定期点検時、Ｄ）絶縁異常診断装置２０の電気設備への設置時、Ｅ）絶縁異常診断装置２０が保安センタ等のコンピュータから基準値の算出命令を受信したときなどに基準値の算出を行うことが可能である。Ｂ）乃至Ｅ）のタイミングで基準値を算出する場合は、平均算出部３２の後段に記憶部を設ける。指標値算出部１７Ｂは、この記憶部に記憶された基準値を用いて指標値の算出を行う。この指標値算出部１７Ｂによる指標値の算出タイミングを、第３の基準値算出部１５Ｂによる基準値の算出タイミング（Ｃ，Ｄの場合を除く）と合わせるようにしてもよい。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態を図面に基づいて説明する。図１２は、第４の実施形態による絶縁異常診断装置を備えた診断システムの構成例を示すブロック図である。なお、この図１２において、図１に示した符号と同一の符号を付したものは同一の機能を有するものであるので、ここでは重複する説明を省略する。

図１２に示すように、第２の実施形態による絶縁異常診断装置２０は、図１に示した基準値算出部１５に代えて指標値校正部１８を備えている。この指標値校正部１８は、その機能構成として、校正値算出部４１、校正値記憶部４２および校正部４３を備えている。また、第３の実施形態による絶縁異常診断装置２０は、指標値算出部１７に代えて指標値算出部１７Ｃを備えている。

指標値算出部１７Ｃは、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に指標値を算出する。フレームとは、第２の実施形態で説明したフレームと同じものである。また、フレーム毎に算出する指標値とは、ハイパスフィルタ１１の出力信号をフレーム単位で区切り、各フレーム内の信号をＦＦＴ処理部１４によりＦＦＴ処理したときに得られる１００Ｈｚの周波数成分の信号の強度値である。

校正値算出部４１は、指標値算出部１７Ｃによりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて算出された指標値の平均値を、指標値に対する校正値として算出する。例えば、電気設備が正常であることが確認されている状態（電気設備を新規に設置したときや、電気設備の点検整備を行った直後など）で、この校正値算出部４１の処理を実施する。そして、校正値算出部４１により算出された校正値を校正値記憶部４２に記憶させる。

校正部４３は、校正値記憶部４２に校正値を記憶させた後に、指標値算出部１７Ｃにより算出された指標値を、校正値記憶部４２に記憶された校正値で校正する。すなわち、校正部４３は、所定の時間間隔毎（例えば、フレーム間隔毎または１日に1回程度）または保安センタ等のコンピュータから通信装置３０を介して指標値の算出命令が送られてきたときに指標値算出部１７Ｃにより算出された指標値を、校正値記憶部４２に記憶された校正値で校正する。具体的には、指標値算出部１７Ｃにより算出された１００Ｈｚの信号の強度値から、校正値記憶部４２に記憶された校正値を減算することにより、最終的な指標値を求める。

以上のように構成した第４の実施形態によれば、電気設備が正常状態のときに算出しておいた指標値に基づいて校正値が算出され、当該校正値により校正された信号の強度値が最終的な指標値として算出される。これにより、この指標値を用いて絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定することにより、電気設備における音響センサ１０の設置環境によらず、電気設備に含まれる絶縁物の絶縁異常の診断をより正確に行うことができる。

なお、ここでは基準値算出部１５に代えて指標値校正部１８を備える例について説明したが、基準値算出部１５に加えて指標値校正部１８を備えるようにしても良い。この場合、指標値算出部１７Ｃが所定の時間単位で区切ったフレーム毎に算出する指標値とは、ハイパスフィルタ１１の出力信号をフレーム単位で区切り、各フレーム内の信号をＦＦＴ処理部１４によりＦＦＴ処理したときに得られる１００Ｈｚの周波数成分の信号の強度値に対して、基準値算出部１５により算出された基準値に基づき補正された値である。

また、第２の実施形態で説明した第２の基準値算出部１５Ａまたは第３の実施形態で説明した第３の基準値算出部１５Ｂに加えて指標値校正部１８を備えるようにしてもよい。この場合、指標値算出部１７Ｃが所定の時間単位で区切ったフレーム毎に算出する指標値とは、ハイパスフィルタ１１の出力信号をフレーム単位で区切り、各フレーム内の信号をＦＦＴ処理部１４によりＦＦＴ処理したときに得られる１００Ｈｚの周波数成分の信号の強度値に対して、第２の基準値算出部１５Ａまたは第３の基準値算出部１５Ｂにより算出された基準値に基づき補正された値である。

また、上記第１〜第４の実施形態では、指標値算出部１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃは、ＦＦＴ処理部１４の出力信号のうち、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つ。例えばｎ＝２）の周波数成分の信号について指標値を算出する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数で複数個）の周波数成分の信号について複数の指標値を算出し、当該複数の指標値を組み合わせて最終的な１つの指標値を求めるようにしてもよい。

例えば、ｎ＝１，２，４として、５０Ｈｚ、１００Ｈｚおよび２００Ｈｚの周波数成分の信号についてそれぞれ指標値を算出し、３つの指標値を加算することによって最終的な１つの指標値を算出する。このようにすることにより、ノイズに強い指標値を得ることができる。すなわち、１００Ｈｚの周波数成分にノイズが混在していたとしても、５０Ｈｚおよび２００Ｈｚの周波数について算出した指標値が加算されているので、ノイズの割合を相対的に小さくして影響を最小限に抑えることができる。

また、上記第１〜第４の実施形態では、絶縁異常診断装置２０で算出した指標値を保安センタ等のコンピュータに送信し、当該コンピュータにおいて絶縁異常が発生しているか否かを診断する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、絶縁異常診断装置２０において指標値に基づく閾値判定により絶縁異常の診断まで行い、その診断結果を保安センタ等のコンピュータに送信するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、絶縁異常診断装置２０により算出された指標値そのものに基づいて絶縁異常の有無を判定する例について説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、絶縁異常診断装置２０により算出された指標値と、指標値と絶縁物の絶縁抵抗値との関係についてあらかじめ定めた関係式または参照テーブルとに基づいて絶縁抵抗値を算出し、この絶縁抵抗値に基づいて絶縁異常の有無を判定するようにしてもよい。

絶縁抵抗値を算出する場合、第１〜第４の実施形態の中の何れか複数の方法によって指標値を並行して算出し、さらにそれらの指標値から上述の関係式または参照テーブルに基づいて絶縁抵抗値をそれぞれ算出するようにしてもよい。そして、このように算出した複数の絶縁抵抗値のうち、例えば最も小さい絶縁抵抗値（つまり、絶縁異常が発生している可能性が最も高いことを示している値）に基づいて、絶縁異常の有無を判定するようにしてもよい。あるいは、複数の絶縁抵抗値の平均値を算出し、この平均値に基づいて絶縁異常の有無を判定するようにしてもよい。

また、絶縁抵抗値を算出する場合、絶縁抵抗値の時系列的な変化を監視し、絶縁抵抗値が低下傾向を示していることを検知できた場合に、絶縁異常が今後発生する可能性があることを予兆診断するようにしてもよい。

その他、上記第１〜第４の実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその要旨、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。

１０音響センサ
１１ハイパスフィルタ（フィルタ部）
１２絶対値処理部（包絡線検波部）
１３ローパスフィルタ（包絡線検波部）
１４ＦＦＴ処理部（包絡線検波部）
１５，１５Ａ，１５Ｂ基準値算出部
１６特定周波数成分抽出部
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ指標値算出部
１８指標値校正部
２０絶縁異常診断装置
２１フレーム内平均算出部
２２フレーム間平均算出部
３０通信装置
３１直流成分抽出部
３２平均算出部
４１校正値算出部
４２校正値記憶部
４３校正部

Claims

絶縁物の絶縁異常により放電が発生したときに生じる放電音を検出する音響センサの出力信号に対してフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以上の成分を通過させるフィルタ部と、
上記フィルタ部の出力信号に対して包絡線検波を行うことにより、周波数毎の信号の強度を検出する包絡線検波部と、
上記包絡線検波部により検出された周波数毎の信号の強度を表す強度値に基づいて、上記絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定するための強度の指標値を求める際に用いる強度の基準値を算出する基準値算出部と、
上記包絡線検波部の出力信号のうち、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つまたは複数）の周波数成分の信号について、上記基準値算出部により算出された上記基準値に対する強度を算出することにより、上記絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定する際に閾値と対比するための上記指標値を求める指標値算出部とを備え、
上記基準値算出部は、上記包絡線検波部により検出された周波数毎の信号に対して所定サイズの移動窓を設定し、当該移動窓に含まれる所定数の周波数成分の信号の強度に関する代表値を算出することにより、当該代表値を上記基準値とすることを特徴とする絶縁異常診断装置。
上記代表値は中央値であることを特徴とする請求項１に記載の絶縁異常診断装置。
上記基準値算出部は、上記電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つまたは複数）の周波数成分の信号についてのみ上記基準値を算出することを特徴とする請求項１または２に記載の絶縁異常診断装置。
絶縁物の絶縁異常により放電が発生したときに生じる放電音を検出する音響センサの出力信号に対してフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以上の成分を通過させるフィルタ部と、
上記フィルタ部の出力信号を絶対値化する絶対値処理部と、

上記フィルタ部の出力信号に対して包絡線検波を行うことにより、周波数毎の信号の強度を検出する包絡線検波部と、
第２の基準値算出部と、
上記包絡線検波部の出力信号のうち、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つまたは複数）の周波数成分の信号について、上記第２の基準値算出部により算出された基準値に対する強度を算出することにより、上記絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定する際に閾値と対比するための指標値を求める指標値算出部とを備え、
上記第２の基準値算出部は、
上記絶対値処理部の出力信号について、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に、信号の強度のフレーム内平均値を算出するフレーム内平均算出部と、
上記フレーム内平均算出部によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて算出されたフレーム内平均値をさらに平均化することによりフレーム間平均値を算出し、当該フレーム間平均値を、上記電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号に対する基準値とするフレーム間平均算出部とを備えたことを特徴とする絶縁異常診断装置。
絶縁物の絶縁異常により放電が発生したときに生じる放電音を検出する音響センサの出力信号に対してフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以上の成分を通過させるフィルタ部と、
上記フィルタ部の出力信号に対して包絡線検波を行うことにより、周波数毎の信号の強度を検出する包絡線検波部と、
第３の基準値算出部と、
上記包絡線検波部の出力信号のうち、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つまたは複数）の周波数成分の信号について、上記第３の基準値算出部により算出された基準値に対する強度を算出することにより、上記絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定する際に閾値と対比するための指標値を求める指標値算出部とを備え、
上記第３の基準値算出部は、
上記包絡線検波部の出力信号について、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に直流成分を抽出する直流成分抽出部と、
上記直流成分抽出部によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて抽出された直流成分の平均値を算出し、当該平均値を、上記電源周波数のｎ倍の周波数成分の信号に対する基準値とする平均算出部とを備えたことを特徴とする絶縁異常診断装置。
絶縁物の絶縁異常により放電が発生したときに生じる放電音を検出する音響センサの出力信号に対してフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以上の成分を通過させるフィルタ部と、
上記フィルタ部の出力信号に対して包絡線検波を行うことにより、周波数毎の信号の強度を検出する包絡線検波部と、
指標値校正部と、
上記包絡線検波部の出力信号を所定の時間単位で区切ったフレーム毎に、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つまたは複数）の周波数成分の信号の強度を算出することにより、上記絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定する際に閾値と対比するための指標値を求める指標値算出部とを備え、
上記指標値校正部は、
上記指標値算出部によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて算出された指標値の平均値を、上記指標値に対する校正値として算出する校正値算出部と、
上記指標値算出部により算出された指標値を、上記校正値算出部により算出された校正値で校正する校正部とを備えたことを特徴とする絶縁異常診断装置。
指標値校正部を更に備え、
上記指標値算出部は、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に上記指標値を算出し、
上記指標値校正部は、
上記指標値算出部によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて算出された指標値の平均値を、上記指標値に対する校正値として算出する校正値算出部と、
上記指標値算出部により算出された指標値を、上記校正値算出部により算出された校正値で校正する校正部とを備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の絶縁異常診断装置。
上記第２の基準値算出部に代えて、または加えて、指標値校正部を備え、
上記指標値算出部は、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に上記指標値を算出し、
上記指標値校正部は、上記指標値算出部によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて算出された指標値の平均値を、上記指標値に対する校正値として算出する校正値算出部と、
上記指標値算出部により算出された指標値を、上記校正値算出部により算出された校正値で校正する校正部とを備えたことを特徴とする請求項４に記載の絶縁異常診断装置。
上記第３の基準値算出部に代えて、または加えて、指標値校正部を備え、
上記指標値算出部は、所定の時間単位で区切ったフレーム毎に上記指標値を算出し、
上記指標値校正部は、上記指標値算出部によりｍ個（ｍは２以上の任意の整数）のフレームについて算出された指標値の平均値を、上記指標値に対する校正値として算出する校正値算出部と、
上記指標値算出部により算出された指標値を、上記校正値算出部により算出された校正値で校正する校正部とを備えたことを特徴とする請求項５に記載の絶縁異常診断装置。
絶縁物の絶縁異常により放電が発生したときに生じる放電音を検出する音響センサの出力信号に対してフィルタ処理を行うことにより、所定の周波数以上の成分を通過させるフィルタ部と、
上記フィルタ部の出力信号に対して包絡線検波を行うことにより、周波数毎の信号の強度を検出する包絡線検波部と、
上記包絡線検波部により検出された周波数毎の信号の強度を表す強度値に基づいて、上記絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定するための強度の指標値を求める際に用いる強度の基準値を算出する基準値算出部と、
上記包絡線検波部の出力信号のうち、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数の１つまたは複数）の周波数成分の信号について、上記基準値算出部により算出された上記基準値に対する強度を算出することにより、上記絶縁物の絶縁異常が発生しているか否かを判定する際に閾値と対比するための上記指標値を求める指標値算出部とを備え、
上記指標値算出部は、上記包絡線検波部の出力信号のうち、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数で複数個）の周波数成分の信号について複数の指標値を算出し、当該複数の指標値を組み合わせて最終的な１つの指標値を求めることを特徴とする絶縁異常診断装置。
上記指標値算出部は、上記包絡線検波部の出力信号のうち、電源周波数のｎ倍（ｎは１以上の整数で複数個）の周波数成分の信号について複数の指標値を算出し、当該複数の指標値を組み合わせて最終的な１つの指標値を求めることを特徴とする請求項１〜９の何れか１項に記載の絶縁異常診断装置。