JPH09133732A - 電気機器の異常振動監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 検出機能の向上と検出感度の改善とを図った
電気機器の異常振動監視装置を提供する。 【解決手段】 電気機器１２の振動を振動センサ１４で
検出し、ディジタル信号に変換して周波数解析手段３１
により周波数スペクトラムを求める。電気機器が発生す
る定常振動は低周波の領域に存在するのに対し、異常振
動は比較的高い周波数領域に存在する。異常振動判定手
段３２は、検出された振動波の周波数スペクトラム特性
のパターンから、又は、特定の周波数帯域で周波数スペ
クトラムの各周波数成分を積分してその分析値を所定の
識別レベルと比較することにより異常振動の有無を判定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス絶縁開閉装置
（以下「ＧＩＳ」という。）などの電気機器に発生する
異常振動を監視する異常振動監視装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】ＧＩＳなどの電気機器内に金属の切り粉
又はバリ等の金属異物が存在すると、その金属異物の先
端に部分放電が生じることがある。また、電気機器内の
導体の接触部分に接触不良がある場合にも、その部分に
部分放電が生じることがある。このような電気機器内部
で発生する部分放電を放置していると、やがて絶縁破壊
が生じて重大な事故に発展する虞がある したがって、電気機器の事故を未然に防ぐには、電気機
器内部の部分放電の発生の有無を監視する必要がある。

【０００３】そこで、部分放電により生じる振動を異常
振動として検出し、あるいは、部分放電の原因となる金
属異物の運動により発生する振動を異常振動として検出
することにより、電気機器内部での部分放電の有無を監
視するようにした異常振動監視装置が提案されている。
従来の異常振動監視装置をＧＩＳに適用した例を図３を
用いて説明する。図は、ＧＩＳの母線部を母線の軸方向
と直交する面で切った断面図を示す。

【０００４】図において、１はＧＩＳの容器、７は容器
１内に収納された導体、２はＧＩＳの容器１に取り付け
られた振動センサ、３は振動センサ２の出力信号を増幅
する増幅器である。４は増幅器３の出力信号からノイズ
を除去するフィルタであり、ＧＩＳの定常時に発生する
低周波振動をノイズとして除去する。５はフィルタ４に
よりノイズが除去された信号をディジタル信号に変換す
るアナログディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）である。

【０００５】６はＡ／Ｄ変換器５から得られるディジタ
ル信号を処理して異常振動を識別するマイクロコンピュ
ータである。マイクロコンピュータ６においては、入力
されたディジタル信号を平均化加算処理することによ
り、外部ノイズと異常信号とを識別し、識別された異常
信号のレベル、発生の頻度及び継続性から異常振動を検
出する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の異常振
動監視装置においては、電気機器の固有振動によるノイ
ズを、フィルタ４により除去するようにしているが、ノ
イズの周波数領域が異常振動のそれと近い場合には、ノ
イズを除去することが困難であるという問題があった。

【０００７】また、上記従来の装置では、周期的な繰り
返しを示す部分放電による異常振動を周期的なノイズと
誤認するのを防ぐために、マイクロコンピュータを用い
て平均化加算処理を行いレベル判定を行っているが、高
周波振動波のレベル判定に頼っているため、高レベルの
高周波ノイズが継続して発生する場合には、誤判定とな
る可能性が強かった。さらに、微弱な異常振動の場合に
は検出が困難になるという問題もあった。

【０００８】さらに、各電気機器による固有の共振周波
数、伝搬の減衰率、取付け位置による検出感度の良否、
装置の健全性などを考慮せず、闇雲に振動センサを電気
機器に取り付けるといった状態になりがちである。本発
明は、検出機能の向上と検出感度の改善とを図った電気
機器の異常振動監視装置を提供することを目的とするも
のである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、電気機器に取り付けられて電気機器の振
動を検出する振動センサと、振動センサの出力信号をデ
ィジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器
の出力信号から周波数スペクトラムを求める周波数解析
手段と、周波数解析手段により求めた周波数スペクトラ
ムに基づいて異常振動の有無を判定する異常振動判定手
段とから電気機器の異常振動監視装置を構成する。

【００１０】振動センサは、目的とする異常振動の他
に、電気機器の定常運転時の固有の振動又は外部振動な
どをノイズとして検出する。振動センサから時系列的に
得られる振動波データはＡ／Ｄ変換器によりディジタル
信号に変換される。このディジタル信号は周波数解析手
段に入力されてフーリエ変換され、振動センサの出力信
号の周波数スペクトラムが求められる。

【００１１】一般的に電気機器が発生する定常振動は低
周波の領域に存在するのに対し、異常振動は比較的高い
周波数領域に存在する。したがって、異常振動判定手段
は、検出された振動波の周波数スペクトラム特性のパタ
ーンから異常振動の有無を判定するか、又は、特定の周
波数帯域で周波数スペクトラムの各周波数成分を積分し
てその分析値を所定の識別レベルと比較することにより
異常振動の有無を判定する。

【００１２】また、本発明は、上記電気機器の異常振動
監視装置において、振動波データを発生する手段と、振
動波データ発生手段から出力された信号をアナログ信号
に変換するディジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ変換器）
と、電気機器に取り付けられ、Ｄ／Ａ変換器の出力によ
り電気機器に振動を加える加振器とを更に設けることが
できる。

【００１３】振動センサを電気機器に取り付ける際、こ
の加振器により電気機器を振動状態としておき、振動セ
ンサをいくつかの候補位置に順次取り付ける。そして、
振動センサが振動を最も感度良く検出できる位置を選択
し、そこに振動センサを取り付けることにより、振動セ
ンサの検出感度を向上させることが可能となる。また、
振動センサを電気機器に取り付けて異常振動を監視して
いるときに、加振器により電気機器に振動を加える。こ
のとき、異常振動監視装置が振動を検出すれば、異常振
動監視装置の健全性確認ができる。

【００１４】さらに、異常振動の監視中に電気機器に異
常振動が発生した場合に、加振器で模擬異常振動を発生
させながら加振器の取付け位置を変えていく。この加振
器の位置に応じて検出される周波数スペクトラムの重畳
現象を比較することにより、電気機器容器内の異常振動
発生部を予測することができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明の電気機器の異常振動監視
装置をＧＩＳに適用した実施形態について図を用いて説
明する。図１は、ＧＩＳの母線部分の構成を概略的に示
しており、母線の軸線と平行に切った断面を示す。

【００１６】１１は絶縁スペーサ、１２ａ，１２ｂ，１
２ｃは絶縁スペーサ１１を介して接続された管状の金属
容器、１３は絶縁スペーサ１１により支持された導体で
ある。また、金属容器１２内にはＳＦ₆ ガス等の絶縁ガ
スが封入されている。異常振動監視装置は以下のように
構成される。１４は金属容器１２ｂの壁面に取り付けら
れた振動センサであり、加速度センサから構成される。
振動センサ１４の出力信号は、増幅器１５を介してＡ／
Ｄ変換器１６に入力され、アナログ信号からディジタル
信号へ変換される。Ａ／Ｄ変換器１６の出力信号は、演
算装置１７へ入力される。

【００１７】演算装置１７は、マイクロコンピュータか
らなり、ディジタル信号処理ユニット（ＤＳＰ）を含む
周波数解析部３１と、異常振動判定部３２と、振動波デ
ータ発生部３３とを形成する。Ａ／Ｄ変換器１６の出力
信号は、周波数解析部３１へ入力され、異常振動判定部
３２は周波数解析に基づいて異常振動が発生しているか
否かを判定する。

【００１８】振動波データ発生部３３は、異常振動模擬
信号を発生し、その模擬信号は、Ｄ／Ａ変換器１８と増
幅器１９を介して、加振器２０に入力される。次に、図
１に示した装置の動作について説明する。最初に、振動
センサ１４から異常振動判定部３２までの動作について
説明する。

【００１９】振動センサ１４は、金属容器１２ｂ内部で
生じた振動の加速度を検出する。この振動センサ１４か
ら時系列的に得られる振動波データは、ディジタル化さ
れて周波数解析部３１に入力される。周波数解析部３１
は、ディジタル化された振動波データを処理してフーリ
エ変換し、検出された振動波データに含まれる各周波数
成分（周波数スペクトラム）を求める。

【００２０】ここで、ＧＩＳ１０の金属容器１２内に存
在する金属異物が容器内で運動することにより生じる異
常振動は、ＧＩＳ１０における定常振動よりも高い周波
数帯域にピークを有するスペクトラム特性を示す。ま
た、部分放電により生じる異常振動は、金属異物による
振動よりも更に高い周波数帯域にピークを有するスペク
トラム特性を示す。

【００２１】異常振動判定部３２は、得られた各周波数
スペクトラムから、所定の周波数帯域での振動加速の積
分値を求めると共に、得られた周波数スペクトラム特性
のパターンを予め実験により求めておいた各異常振動の
スペクトラム特性のパターンと比較して、異常振動の有
無の識別を行う。以上のように振動波データの周波数ス
ペクトラムに基づいて異常振動の有無を判定すると、異
常振動が存在する限りその振動が微弱であっても必ず所
定の周波数帯域にピークが現れる。これにより、振動波
スペクトラム特性のパターンを識別することにより異常
振動を他の振動と区別して、検出感度を高めることがで
きる。

【００２２】また、ＧＩＳ１０に異常振動の模擬スペク
トラムを加振することで、異常の内容に応じていずれの
周波数帯域にピークが現れるかは予め知ることができ
る。このため、異常振動判定部３２は、所定の周波数帯
域の周波数スペクトラムの各周波数成分を積分して、そ
の積分値を所定の識別レベルと比較することにより、異
常振動の有無を判定することもできる。

【００２３】次に、振動波データ発生部３３から加振器
２０までの動作について説明する。振動波データ発生部
３３が発生した異常振動模擬信号をＤ／Ａ変換器１８に
よりアナログ化した後、増幅器１９により加振器２０を
ドライブする。図２は、加振器２０の具体例を示す。図
２において、２２は加振器２０のケースで、取付け用磁
石２１により、金属容器１２に取付け可能とされてい
る。ケース２２内には磁石２３が固定され、ベローズ２
６を介して加振金具２５が取り付けられる。この加振金
具２５は、一端が金属容器１２に当接する部分として形
成され、他端がベローズ２６に固定され、更にコイル２
４が固定される。

【００２４】アナログ化された異常振動模擬信号がコイ
ル２４に印加されると、磁石２３との間で機械的振動が
発生し、この振動は加振金具２５を介して金属容器１２
に伝達される。この金属容器１２に加えた振動は、以下
のように利用される。振動センサ１４を金属容器１２に
取り付ける際に、加振器２０により金属容器１２を振動
させた状態で、振動センサ１４をいくつかの位置に順次
取付け、各位置ごとに周波数解析部３１による検出結果
をチェックする。そして、周波数解析部３１が最も感度
良く振動を検出する場所を振動センサ１４の取付け場所
とする。

【００２５】また、異常振動監視動作中に加振器２０を
ドライブし、異常振動判定部３２が異常振動を検出する
か否かをチェックする。異常振動監視装置全体が正常な
状態にあれば、異常振動判定部３２は振動を検出する。
これにより、異常振動監視装置の健全性をチェックする
ことが可能となる。さらに、ＧＩＳ１０の各所に、加振
器で異常振動スペクトラム又は基準振動波を加振し、こ
れを異常振動監視装置で検出することにより、ＧＩＳ１
０の固有振動、各周波数の振動の減衰等が把握できる。
これにより、異常振動の検出感度をより向上させること
ができる。

【００２６】また、ＧＩＳ１０に異常振動が発生した時
に、模擬異常振動を発生させながら加振器２０の取付け
位置を変え、検出される周波数スペクトラムの重畳現象
を比較する。これにより、ＧＩＳ１０容器内の異常振動
発生部を予測することができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、検出機能の向上と検出
感度の改善とを図った電気機器の異常振動監視装置を得
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の異常振動監視装置の構成を示すブロッ
ク図。

【図２】図１の異常振動監視装置に使用する加振器の構
成を示す断面図。

【図３】従来の異常振動監視装置の構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

１０…ＧＩＳ １１…絶縁スペーサ １２…金属容器 １３…導体 １４…振動センサ １５，１９…増幅器 １６…Ａ／Ｄ変換器 １７…演算装置 １８…Ｄ／Ａ変換器 ２０…加振器 ２１…取付け用磁石 ２２…ケース ２３…磁石 ２４…コイル ２５…加振金具 ２６…ベローズ ３１…周波数解析部 ３２…異常振動判定部 ３３…振動波データ発生部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電気機器に取り付けられて該電気機器の
   振動を検出する振動センサと、該振動センサの出力信号
   をディジタル信号に変換するアナログディジタル変換器
   と、該アナログディジタル変換器の出力信号から周波数
   スペクトラムを求める周波数解析手段と、該周波数解析
   手段により求めた周波数スペクトラムに基づいて異常振
   動の有無を判定する異常振動判定手段とを具備すること
   を特徴とする電気機器の異常振動監視装置。
2. 【請求項２】 振動波データを発生する手段と、該振動
   波データ発生手段から出力された信号をアナログ信号に
   変換するディジタルアナログ変換器と、前記電気機器に
   取り付けられ、前記ディジタルアナログ変換器の出力に
   より前記電気機器に振動を加える加振器とを具備するこ
   とを特徴とする請求項１記載の電気機器の異常振動監視
   装置。