JP6965182B2

JP6965182B2 - 電力用開閉器における動作異常の診断方法

Info

Publication number: JP6965182B2
Application number: JP2018028758A
Authority: JP
Inventors: 敏文杉本
Original assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Current assignee: Chubu Electric Power Co Inc
Priority date: 2018-02-21
Filing date: 2018-02-21
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2038-02-21
Also published as: JP2019145348A

Description

本発明は、例えば変電所等において使用されている電力用開閉器としての遮断器に投入不動作又は開放不動作の動作異常が生じたことを簡易かつ的確に診断することができる電力用開閉器における動作異常の診断方法に関する。

変電所の遮断器に投入不動作の動作異常や開放不動作の動作異常が起きたときには異常部位を特定し、対策を実施する必要がある。このような遮断器の動作異常を検知するために、遮断器が動作する際の動作音を検出したり、動作音の伝播加速度を検出したり、動作時の振動を検出したりして、遮断器の動作状況を管理する方法が検討されている。

この種の遮断器監視装置が例えば特許文献１に開示されている。この遮断器監視装置は、遮断器の動作開始の信号を受信する遮断指令信号受信部と、遮断器の動作音を検出する音響センサと、遮断指令信号受信部が受信した遮断指令信号と音響センサが検出した動作音とに基づいて遮断器が動作するまでの動作時間を算出する演算部とを備えている。

特開２００７−２７３１５７号公報

前述した特許文献１に記載されている従来構成の遮断器監視装置では、遮断指令信号受信部で遮断指令信号を受信するとともに、音響センサで遮断器の動作音を検出し、両者の信号を比較して遮断器の動作時間を演算部で算出しなければならない。また、得られる遮断器の動作時間は遮断器と音響センサとの距離等によって変わるため、閾値を設定したり、測定精度を高めたりする観点から従来法との比較検討が必要になる。このため、監視装置の構成が煩雑になるとともに、遮断器の動作異常を的確に把握することが難しいという問題があった。

そこで、本発明の目的とするところは、簡易な構成で、電力用開閉器の動作異常を的確に把握することができる電力用開閉器における動作異常の診断方法を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の電力用開閉器における動作異常の診断方法では、電力用開閉器の周囲に計測用マイクロホンを配置し、電力用開閉器の開閉時における動作音を計測用マイクロホンで計測する。そして、計測された音圧と時間との関係を示すグラフに基づいて高速フーリエ変換により周波数と時間との関係を示すマップを作成し、そのマップに現れたピークの数又はピークの位置に基づいて電力用開閉器の動作異常を判別するものである。

このため、電力用開閉器の開閉時における動作音を計測用マイクロホンで計測し、得られた音圧の時間変化から周波数の時間変化を示すマップを作成するという簡単な操作を行えばよい。そして、そのマップに現れたピークの数又はピークの位置により電力用開閉器の動作異常を容易かつ的確に判別することができる。

本発明の電力用開閉器における動作異常の診断方法によれば、簡易な構成で、電力用開閉器の動作異常を的確に把握することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態において、遮断器の動作異常時における周波数と時間との関係を示すマップであり、（ａ）は切動作異常を示すマップ、（ｂ）はトリガのみが動作する入動作異常を示すマップ、（ｃ）はリンク動作するが、ラッチが係合しない入動作異常を示すマップ。遮断器の正常動作時における周波数と時間との関係を示すマップであり、（ａ）は切動作時を示すマップ、（ｂ）は入動作時を示すマップ。遮断器と計測用マイクロホンとの位置関係を示す概略説明図。遮断器の動作プロセスを示す説明図であり、（ａ）は切動作時の動作プロセスを示す説明図、（ｂ）は入動作時の動作プロセスを示す説明図。（ａ）は遮断器のカバーを外した状態を示す概略斜視図、（ｂ）は遮断器のカバーを付けた状態を示す概略斜視図、（ｃ）は遮断器にカバーを付け、さらにそれに保護カバーを被せた状態を示す概略斜視図。（ａ）は遮断器のカバーを外した状態での正常時におけるマップ、（ｂ）は遮断器のカバーを付けた状態での正常時におけるマップ、（ｃ）は遮断器にカバーを付け、さらにそれに保護カバーを被せた状態での正常時におけるマップ。（ａ）は遮断器のカバーを外した状態での切動作異常時におけるマップ、（ｂ）は遮断器のカバーを付けた状態での切動作異常時におけるマップ、（ｃ）は遮断器にカバーを付け、さらにそれに保護カバーを被せた状態での切動作異常時におけるマップ。遮断器の正常時と切動作異常時について、音圧レベルと時間との関係を示す特性図。遮断器の正常時と２つの入動作異常時について、音圧レベルと時間との関係を示す特性図。（ａ）は残響が少ない静環境、計測用マイクロホンが近位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｂ）は静環境、計測用マイクロホンが遠位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｃ）は静環境、近位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｄ）は静環境、遠位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｅ）は静環境、近位置で遮断器にカバーを付け、それに保護カバーを被せた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｆ）は静環境、遠位置で遮断器にカバーを付け、それに保護カバーを被せた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図。（ａ）は残響が多い響環境、近位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｂ）は響環境、遠位置で遮断器のカバーを外した場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｃ）は響環境、近位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図、（ｄ）は響環境、遠位置で遮断器にカバーを付けた場合における音圧レベルと時間との関係を示す特性図。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
この実施形態の電力用開閉器としての遮断器は、例えば３０年間使用した既知の６．６ｋＶ電動ばね式真空遮断器が用いられる。この遮断器では、その遮断器本体に電動機が備えられ、その電動機の起動によって蓄勢されるばねが設けられている。また、遮断器本体には主回路と連動し前記ばねに接続されているリンクが設けられ、切動作では遮断完了位置でストッパにて停止する。またリンクは、入動作では投入完了位置でラッチに係合して入状態を保持する。

具体的には、図４（ａ）に示すように、遮断器の主回路を切動作させる場合には、指令信号（制御電流信号）等のトリガ動作１１によりばね解放１２、リンク動作１３を経てストッパで停止１４され、主回路が切動作１５される。一方、図４（ｂ）に示すように、遮断器の主回路を入動作させる場合には、指令信号等のトリガ動作１６によりばね解放１７、リンク動作１８を経てラッチ係合１９され、主回路が入動作２０される。なお、これら主回路の切動作１５及び入動作２０の後には、開放されたばねが電動機により蓄勢される。

前記主回路の切動作１５時にはばね解放１２、リンク動作１３及びストッパで停止１４されるときなどにおいて動作音が生じ、主回路の入動作２０時にはばね解放１７、リンク動作１８及びラッチ係合１９されるときなどにおいて動作音が発生する。これらの動作音は短時間のうちに連続的に発生する。

図３に示すように、この動作音を計測するために、遮断器２１から前方に離間した位置、例えば遮断器２１からの短離間距離Ｄが５ｃｍの位置や遮断器２１からの長離間距離Ｌが５０ｃｍの位置に計測用マイクロホン２２が配置される。この計測用マイクロホン２２としては、例えば周波数特性に優れた（株）小野測器の１／２インチマイクロホンや１／４インチマイクロホンなどが用いられる。この計測用マイクロホン２２により遮断器２１の動作音を計測し、動作音の特性を解析することができる。

次に、この遮断器２１における動作異常の診断方法について説明する。
この動作異常の診断方法では、まず前記遮断器２１の周囲に計測用マイクロホン２２を配置し、遮断器２１の開閉時における動作音を計測用マイクロホン２２で計測する。次いで、計測された音圧（Ｐａ）と時間（ｓ）との関係を示すグラフに基づいて高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の常法により周波数（Ｈｚ）と時間（ｓ）との関係を示すマップ（カラーマップ）を作成するものである。すなわち、音圧特性の時間変化をＦＦＴの常法に従って周波数特性の時間変化に変換するものである。このマップの作成は、音圧の時系列データを常法により編集、解析するソフト、例えば（株）小野測器の解析ソフトOscope2により行われる。そして、前記マップに現れたピークの数又はピークの時間的位置に基づいて遮断器２１の動作異常を判別することができる。

図２（ａ）に示すように、正常時において、遮断器２１の切動作時には周波数と時間との関係を示すマップ中の二点鎖線で表されるように、ピーク２３が１つ現れる。また、図２（ｂ）に示すように、正常時において、遮断器２１の入動作時にはマップ中の二点鎖線で表されるように、ピーク２３が１つ現れるとともに、そのピーク２３が１００ｍｓより前に位置している。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すマップにおいて、右側縦軸の数値はカラーインデックスを表し、１０５又は１１０に近いほど赤色、２５又は４０に近いほど黒色になる。前記マップはカラーマップであることから、ピーク２３の数や位置を目視により容易に認識することができる。なお、図２（ａ）及び図２（ｂ）のカラーマップは、物件提出書に添付されている。

一方、図１（ａ）に示すように、遮断器２１の切動作異常時にはマップ中の二点鎖線で表されるように、ピーク２４が２つ現れる。このため、マップ中に現れるピーク２４の数により切動作異常を判別することができる。

また、図１（ｂ）に示すように、遮断器２１の入動作異常のうち、トリガのみが動作する入動作異常時にはマップ中の二点鎖線で表されるようにピーク２４の位置が２５ｍｓより前に位置している。さらに、図１（ｃ）に示すように、遮断器２１の入動作異常のうち、リンク動作後にラッチが係合されない入動作異常時にはマップ中の二点鎖線で表されるようにピーク２４の位置が１００ｍｓより後に位置している。このため、マップ中に現れるピーク２４の位置により入動作異常を判別することができる。

これら図１（ａ）〜（ｃ）のマップはカラーマップであるため、ピーク２４の数や位置を目視により容易に認識することができる。なお、図１（ａ）〜（ｃ）のカラーマップは、物件提出書に添付されている。

次に、図５（ａ）に示すように遮断器２１のカバーを外した場合（点検状態）Ａ、図５（ｂ）に示すように遮断器２１にカバー２５を被せた場合Ｂ及び図５（ｃ）に示すように遮断器２１にカバー２５を被せ、それを保護ボックス２６内に収容した場合（通常運転状態）Ｃにおいて、遮断器２１の切動作異常について検討した。

図６（ａ）に示すＡの場合、図６（ｂ）に示すＢの場合及び図６（ｃ）に示すＣの場合において、遮断器２１の正常時には前記マップ中のピーク２３はいずれの場合にも１つ現れる。一方、図７（ａ）に示すＡの場合、図７（ｂ）に示すＢの場合及び図７（ｃ）に示すＣの場合において、遮断器２１の切動作異常時には前記マップ中のピーク２４はいずれの場合にも２つ現れる。

このように、遮断器２１のカバー２５や保護ボックス２６の有無に拘わらず、前述のマップを用い、ピーク数に基づいて遮断器２１の切動作異常を容易に判別することができる。

上記のようにして遮断器２１に切動作異常又は入動作異常があると判別された場合には、特定周波数例えば１３〜１５ｋＨｚ帯域の周波数に絞り込み、前記高速フーリエ変換（ＦＦＴ）の常法により音圧レベル（ｄＢ）と時間（ｍｓ）との関係を示す特性図を作成する。この特性図は、音圧特性の時間変化をＦＦＴの常法に従って音圧レベル特性の時間変化に変換するものである。この変換は、例えば前記（株）小野測器の解析ソフトにより行われる。前記特定周波数は、遮断器２１の固有振動周波数としての金属特有の１１．５ｋＨｚ付近の共振周波数と１９ｋＨｚ以上の局所的な振動音（ノイズ）の周波数とは異なる周波数帯域、つまり動作音の計測を正確に行うために適した周波数帯域である。

図８に示す実線は遮断器２１の切動作について正常時における波形であり、音圧レベル８５ｄＢ以上のピーク２７が１つ現れる。一方、図８の破線に示すように、遮断器２１の切動作異常の場合には、音圧レベル８５ｄＢ以上のピーク２８が２つ現れるとともに、２００ｍｓ以降の音圧レベルが正常時の１５０％以上である。このため、音圧レベルについて正常時の値に対する適切なしきい値を設定することにより、遮断器２１の切動作異常を的確に判別することができる。なお、正常時及び切動作異常時ともに動作音を２回ずつ測定した。

また、図９の実線に示すように、遮断器２１の入動作について正常時における波形を表し、音圧レベル８５ｄＢ以上のピーク２７が２つ現れる。一方、図９の太破線に示すように、遮断器２１のトリガのみが動作する入動作異常の場合には、その波形２９に音圧レベル８５ｄＢ以上のピークがなく、２００ｍｓ以降の音圧レベルが正常時の１０％以下である。

さらに、図９の細破線に示すように、遮断器２１のリンク動作後にラッチ係合しない入動作異常の場合には、音圧レベル８５ｄＢ以上のピーク２８が３つ現れ、２００ｍｓ以降の音圧レベルが正常時の１１５％以上である。このため、音圧レベルについて正常時の値に対する適切なしきい値を設定することにより、遮断器２１の入動作異常を的確に判別することができる。なお、正常時及び入動作異常時ともに動作音を２回ずつ測定した。

このように、遮断器２１の切動作異常又は入動作異常を、音圧レベルと時間との関係を示す特性図を用い、ピーク数又は音圧レベルのしきい値に基づいて明瞭に判断することができる。

次に、動作音の測定環境に関し、残響が少ない環境（静環境）と残響が多い環境（響環境）で、計測用マイクロホン２２が遮断器２１から短離間距離Ｄが５ｃｍの位置（近位置）と長離間距離Ｌが５０ｃｍの位置（遠位置）で、さらに遮断器２１が前記Ａの場合、Ｂの場合及びＣの場合について検討した。

図１０（ａ）は静環境、近位置でＡの場合を示し、図１０（ｂ）は静環境、遠位置でＡの場合を示し、図１０（ｃ）は静環境、近位置でＢの場合を示し、図１０（ｄ）は静環境、遠位置でＢの場合を示し、図１０（ｅ）は静環境、近位置でＣの場合を示し、図１０（ｆ）は静環境、遠位置でＣの場合を示す。また、図１１（ａ）は響環境、近位置でＡの場合を示し、図１１（ｂ）は響環境、遠位置でＡの場合を示し、図１１（ｃ）は響環境、近位置でＢの場合を示し、図１１（ｄ）は響環境、遠位置でＢの場合を示す。

図１０（ａ）〜（ｆ）及び図１１（ａ）〜（ｄ）において、実線は正常状態の波形３０を表し、破線は切動作異常の波形３１を示す。なお、波形３０及び波形３１ともに動作音を２回ずつ測定した結果である。

これらの図１０（ａ）〜（ｆ）と図１１（ａ）〜（ｄ）との比較により、響環境の方が静環境よりも遮断器２１の動作異常を判断しやすい傾向を示した。また、図１０（ａ）と図１０（ｂ）との比較、図１０（ｃ）と図１０（ｄ）との比較、図１０（ｅ）と図１０（ｆ）との比較、図１１（ａ）と図１１（ｂ）との比較、図１１（ｃ）と図１１（ｄ）との比較により、計測用マイクロホン２２の位置は近位置よりも遠位置の方が遮断器２１の動作異常を判別しやすい傾向を示した。

続いて、前記遮断器２１の動作異常の診断を行う具体的な手順について説明する。
１）遮断器２１の正常状態での動作音を計測し、初期パターンを保有する。
２）経年使用した遮断器２１について、遮断器２１に常設された計測用マイクロホン２２又は計測員が持参した計測用マイクロホン２２で通電状態における遮断器２１の動作音を計測する。

３）計測データを解析装置で解析し、前記マップに基づいて初期パターンとの比較や異常パターンの照合により定性的に判別する。
４）前記３）で動作異常があると判断された場合には、特定周波数に絞り込んで音圧レベルと時間との関係を示す特性図に基づいて動作異常の様相をしきい値との比較により判断する。

５）動作異常があると判別された遮断器２１は、停電後に点検や手入れを行う。
次に、本実施形態の遮断器２１における動作異常の診断方法について作用を説明する。
さて、遮断器２１の動作異常を診断する場合には、遮断器２１の周囲に計測用マイクロホン２２を配置し、遮断器２１の開閉時に発せられる動作音を計測する。そして、計測された音圧と時間との関係を示すグラフに基づいてＦＦＴにより周波数と時間との関係を示すマップを作成する。得られたマップにより、マップ上に現れるピークの数又はピークの位置に基づいて遮断器２１の動作異常を定性的に判別することができる。このマップはカラーマップであることから、ピークの数や位置を視覚で速やかに認識することができる。

このようにして遮断器２１の動作異常が定性的に判別された後、その動作異常をさらに明瞭に判別するときには、一定範囲の周波数に絞り込んでＦＦＴにより音圧レベルと時間との関係を示す特性図を作成する。そして、得られた特性図により、その特性図におけるピークの数及び正常時を基準として設定したしきい値に基づく音圧レベルにより遮断器２１の動作異常を的確に判別することができる。

以上の実施形態により発揮される効果を以下にまとめて記載する。
（１）この実施形態の遮断器２１における動作異常の診断方法では、遮断器２１の周囲に計測用マイクロホン２２を配置し、遮断器２１の開閉時における動作音を計測用マイクロホン２２で計測する。次いで、得られた音圧特性の時間変化を示すグラフに基づいてＦＦＴにより周波数特性の時間変化を示すマップを作成する。そして、そのマップに現れたピークの数又はピークの位置に基づいて遮断器２１の動作異常を判別することができる。

このため、計測用マイクロホン２２で得られた動作音のデータから容易かつ迅速にマップを作成することができ、そのマップに現れたピークにより遮断器２１の動作異常を簡単に判別することができる。

従って、実施形態の診断方法によれば、簡易な構成で、遮断器２１の動作異常を的確に把握することができる。
（２）前記電力用開閉器は、トリガ動作１１でばね解放１２、リンク動作１３によりストッパで停止１４して主回路が切動作１５し、一方トリガ動作１６でばね解放１７、リンク動作１８によりラッチ係合１９して主回路が入動作２０するばね操作式の遮断器２１である。この遮断器２１の切動作時及び入動作時における動作音を計測することにより、遮断器２１の切動作異常及び入動作異常を容易に判別することができる。

（３）前記計測用マイクロホン２２は、遮断器２１から離間した位置に配置される。この場合には、遮断器２１の振動音等のノイズを避けて遮断器２１の動作音を計測用マイクロホン２２で正確に計測することができる。さらに、通常運転の状態において、遮断器２１の動作に支障を来たすことなく、遮断器２１の動作異常を判別することができる。

（４）前記マップに現れたピークが２つである場合には切動作異常であると判断し、ピークが２５ｍｓより前に位置する場合にはトリガ動作のみが行われる入動作異常であると判断し、ピークが１００ｍｓより後に位置する場合にはリンク動作後にラッチ係合が行われない入動作異常であると判別する。このため、マップに現れたピークの数又はピークの位置に基づいて遮断器２１の動作異常を簡単に判別することができる。

（５）前記ＦＦＴにより音圧レベルと時間との関係を示す特性図を作成し、その特性図におけるピークの数及び正常時を基準として設定したしきい値に基づく音圧レベルにより遮断器２１の動作異常を判別する。従って、音圧レベルと時間との特性図を作成することにより、特性図に現れるピークの数と任意に設定したしきい値とに基づいて遮断器２１の動作異常を的確に判別することができる。

（６）前記特性図は、遮断器２１の固有振動周波数としての金属特有の共振周波数と局所的な振動音の周波数とは異なる周波数帯域における動作音に基づいて作成されるものである。具体的には、周波数帯域は１３〜１５ｋＨｚの周波数帯域である。このため、遮断器２１の固有振動周波数やノイズの周波数によって妨害されることがなく、特性図の信頼性を高めることができる。

なお、前記実施形態を次のように変更して具体化することも可能である。
・前記マップを使用して遮断器２１の動作異常を的確に判別できれば、音圧レベルと時間との関係を示す特性図の作成を省略してもよい。

・前記計測用マイクロホン２２を、遮断器２１の側方位置に配置したり、後方位置に配置したりしてもよい。
・前記遮断器２１として、前記電動ばね式真空遮断器のばねを油圧やエアで動作する構造に変更した遮断器を使用してもよい。

・前記電力用開閉器として、スイッチ等の開閉器、断路器等を用いてもよい。

１１…トリガ動作、１２…ばね解放、１３…リンク動作、１４…ストッパで停止、１５…主回路が切動作、１６…トリガ動作、１７…ばね解放、１８…リンク動作、１９…ラッチ係合、２０…主回路が入動作、２１…遮断器、２２…計測用マイクロホン。

Claims

電力用開閉器の周囲に計測用マイクロホンを配置し、電力用開閉器の開閉時における動作音を計測用マイクロホンで計測し、計測された音圧と時間との関係を示すグラフに基づいて高速フーリエ変換により周波数と時間との関係を示すマップを作成し、そのマップに現れたピークの数又はピークの位置に基づいて電力用開閉器の動作異常を判別する電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記電力用開閉器は、トリガ動作でばね解放し、リンク動作によりストッパで停止して主回路が切動作し、一方トリガ動作でばね解放し、リンク動作によりラッチ係合して主回路が入動作するばね操作式の遮断器である請求項１に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記計測用マイクロホンは、電力用開閉器から離間した位置に配置される請求項１又は請求項２に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記マップに現れたピークが２つである場合には切動作異常であると判断し、ピークが２５ｍｓより前に位置する場合にはトリガ動作のみが行われる入動作異常であると判断し、ピークが１００ｍｓより後に位置する場合にはリンク動作後にラッチ係合が行われない入動作異常であると判断する請求項２又は請求項３に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記高速フーリエ変換により音圧レベルと時間との関係を示す特性図を作成し、その特性図におけるピークの数及び正常時を基準として設定したしきい値に基づく音圧レベルにより電力用開閉器の動作異常を判別する請求項１に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記特性図は、電力用開閉器の固有振動周波数としての金属特有の共振周波数と局所的な振動音の周波数とは異なる周波数帯域における動作音に基づいて作成されるものである請求項５に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。
前記周波数帯域は、１３〜１５ｋＨｚの周波数帯域である請求項６に記載の電力用開閉器における動作異常の診断方法。