(57)【要約】【課題】変圧器内部の電気回路に対し、定量的な異常判定をすることができる変圧器の異常判定装置を提供する。【解決手段】本開示は、変圧器において一次側及び二次側の一方の巻線を開放し、一次側及び二次側の他方の巻線に電源を接続した際に生じる励磁電流の波形を、基準波形を形成する波形と同じ条件で取得する測定部と、取得された波形の基準波形に対するマハラノビス距離を算出し、算出されたマハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合に、変圧器に異常があると判定する判定部と、を備える変圧器の異常判定装置である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器において一次側及び二次側の一方の巻線を開放し、一次側及び二次側の他方の巻線に電源を接続した際に生じる励磁電流の波形を、基準波形を形成する波形と同じ条件で取得する測定部と、
取得された前記波形の前記基準波形に対するマハラノビス距離を算出し、算出された前記マハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合に、前記変圧器に異常があると判定する判定部と、
を備える、変圧器の異常判定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の変圧器の異常判定装置であって、
前記基準波形は、正常な変圧器における複数の前記励磁電流の波形から形成される、変圧器の異常判定装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の変圧器の異常判定装置であって、
前記基準波形は、判定対象の変圧器において過去に取得された複数の前記励磁電流の波形から形成される、変圧器の異常判定装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の変圧器の異常判定装置であって、
前記励磁電流は、変圧器において一次側の巻線を開放し、二次側の巻線に電源を接続した際に生じる二次励磁電流である、変圧器の異常判定装置。
【請求項５】
変圧器において一次側及び二次側の一方の巻線を開放し、一次側及び二次側の他方の巻線に電源を接続した際に生じる励磁電流の波形を、基準波形を形成する波形と同じ条件で取得する工程と、
取得された前記波形の前記基準波形に対するマハラノビス距離を算出する工程と、
算出された前記マハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合に、前記変圧器に異常があると判定する工程と、
を備える、変圧器の異常判定方法。
【請求項６】
変圧器において一次側及び二次側の一方の巻線を開放し、一次側及び二次側の他方の巻線に電源を接続した際に生じる励磁電流の波形の、基準波形に対するマハラノビス距離を算出するステップと、
算出された前記マハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合、前記変圧器に異常があると判定するステップと、
をコンピュータに実行させる、変圧器の異常判定プログラムであって、
前記波形は、前記基準波形を形成する波形と同じ条件で取得される、変圧器の異常判定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、変圧器の異常判定装置、変圧器の異常判定方法、及び変圧器の異常判定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
変圧器の巻線におけるレアショート、変形等の初期異常は、変圧器の外観点検によっても、巻線を格納している筐体の蓋を開けた状態での内部の目視確認によっても、発見が困難である。その結果、初期異常が進行してヒューズ切れ等の故障が発生し得る。
【０００３】
このような初期異常を診断する方法として、変圧器の巻線に流れる電流を測定する方法が公知である（特許文献１参照）。この方法では、巻線に異なる電圧が印加された時の２つの波形を比較し、２つの波形が相似している場合に正常、そうでない場合に異常と判定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−１２５６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の方法では、測定した２つの波形が相似していない場合に異常と判定するが、相似又は非相似の判定基準が明確ではない。そのため、判定者によって判定結果が異なるおそれがある。
【０００６】
本開示の一局面は、変圧器内部の電気回路に対し、定量的な異常判定をすることができる変圧器の異常判定装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様は、変圧器において一次側及び二次側の一方の巻線を開放し、一次側及び二次側の他方の巻線に電源を接続した際に生じる励磁電流の波形を、基準波形を形成する波形と同じ条件で取得する測定部と、取得された波形の基準波形に対するマハラノビス距離を算出し、算出されたマハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合に、変圧器に異常があると判定する判定部と、を備える変圧器の異常判定装置である。
【０００８】
このような構成によれば、励磁電流の波形に対し一義的に求められるマハラノビス距離を判定に用いるので、レアショート、変形等の変圧器内部の電気回路に対し、異常を定量的に判定することができる。
【０００９】
本開示の一態様では、基準波形は、正常な変圧器における複数の励磁電流の波形から形成されてもよい。このような構成によれば、過去の波形が蓄積されていない変圧器に対して、マハラノビス距離を用いた異常判定を行うことができる。
【００１０】
本開示の一態様では、基準波形は、判定対象の変圧器において過去に取得された複数の励磁電流の波形から形成されてもよい。このような構成によれば、同種類の変圧器の設置例が少ない変圧器に対して、マハラノビス距離を用いた異常判定を行うことができる。
【００１１】
本開示の一態様では、励磁電流は、変圧器において一次側の巻線を開放し、二次側の巻線に電源を接続した際に生じる二次励磁電流であってもよい。このような構成によれば、一次側からの電圧の印加が困難な高電圧の変圧器に対して、二次励磁電流の波形に基づいて異常判定を行うことができる。
【００１２】
本開示の別の態様は、変圧器において一次側及び二次側の一方の巻線を開放し、一次側及び二次側の他方の巻線に電源を接続した際に生じる励磁電流の波形を、基準波形を形成する波形と同じ条件で取得する工程と、取得された波形の基準波形に対するマハラノビス距離を算出する工程と、算出されたマハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合に、変圧器に異常があると判定する工程と、を備える変圧器の異常判定方法である。
【００１３】
本開示の別の態様は、変圧器において一次側及び二次側の一方の巻線を開放し、一次側及び二次側の他方の巻線に電源を接続した際に生じる励磁電流の波形の、基準波形に対するマハラノビス距離を算出するステップと、算出されたマハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合、変圧器に異常があると判定するステップと、をコンピュータに実行させる変圧器の異常判定プログラムである。波形は、基準波形を形成する波形と同じ条件で取得される。
【００１４】
これらのような構成によれば、マハラノビス距離を判定に用いることで、レアショート、変形等の変圧器内部の電気回路に対し、異常を定量的に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態における変圧器の異常判定装置の構成を概略的に示すブロック図である。
【図２】図２は、変圧器の電気回路を示す模式図である。
【図３】図３は、変圧器における二次励磁電流の波形の一例を示す模式図である。
【図４】図４は、実施形態における変圧器の異常判定方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本開示が適用された実施形態について、図面を用いて説明する。
［１．第１実施形態］
［１−１．変圧器の異常判定装置］
図１に示す変圧器の異常判定装置（以下、単に「異常判定装置」ともいう。）１は、測定部２と、判定部３とを備える。
【００１７】
異常判定装置１が異常の判定を行う変圧器Ｔの一次側及び二次側の定格電圧は特に問われない。変圧器Ｔは、送電設備等に用いられる。
【００１８】
＜測定部＞
測定部２は、図２に示すように、変圧器Ｔにおいて一次側Ｐの巻線を開放し、二次側Ｓの巻線に電源を接続した際に生じる二次励磁電流の波形を取得する。測定部２は、後述する基準波形を形成する波形と同じ条件で二次励磁電流の波形を取得する。
【００１９】
具体的には、測定部２は、波形取得装置２１と、電源２２とを有する。波形取得装置２１及び電源２２は、変圧器Ｔの二次側Ｓに電気的に接続されている。電源２２は、変圧器Ｔの二次側Ｓの巻線に一定の電圧を印加する発電機である。巻線に印加される電圧は例えば１００Ｖである。
【００２０】
波形取得装置２１は、電流計及び電圧計を含み、二次側Ｓの巻線に発生する二次励磁電流を測定する。波形取得装置２１は、測定した二次励磁電流の時間変化を図３に示すような波形として出力又は記憶する。波形取得装置２１としては、公知のオシロスコープ等を使用することができる。
【００２１】
波形を取得するためのサンプリングレートとしては、１ｋＨｚ以上１００ｋＨｚ以下が好ましく、例えば、１０ｋＨｚとすることができる。また、交流１周期分を１つの波形として、１００程度の波形が含まれる長さの波形のデータが取得されるとよい。例えば、図３の例では、１つの波形の周期が２０ミリ秒であるので、２秒の計測によって、１００の波形を含むデータが取得される。
【００２２】
＜判定部＞
判定部３は、測定部２によって取得された二次励磁電流の波形の基準波形に対するマハラノビス距離を算出する。判定部３は、算出されたマハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合に、変圧器Ｔに異常があると判定する。
【００２３】
本実施形態の判定部３は、下記式（１）で定義される変圧器Ｔのマハラノビス距離Ｄを算出する。マハラノビス距離Ｄはスカラーである。
【００２４】
【数１】
2020125958.tif 000003
【００２５】
式（１）中、Ｉｋは、測定部２が取得したデータにおけるｋ番目の波形を表すベクトルである。ｍは、平均（つまり、基準波形）を表すベクトルである。Σは、分散共分散行列を示す。ｎは、測定部２が取得したデータに含まれる波形の数である。
【００２６】
Ｉｋは、１つの波形における１周期分の振幅値（つまり電流値）を時系列に並べたベクトルである。Ｉｋは、例えば１つの波形を２５分割した２５次元ベクトルとすることができる。ｍは、１周期分の基準波形を時系列に並べたベクトルである。ｍの次元は、Ｉｋと同じである。
【００２７】
基準波形は、変圧器Ｔ以外の複数の正常な変圧器における複数の二次励磁電流の波形を平均化した第１平均波形から形成される。また、基準波形は、判定対象の変圧器Ｔにおいて過去に取得された複数の二次励磁電流の波形を平均化した第２平均波形から形成されてもよい。さらに、基準波形は、第１平均波形と第２平均波形とから形成されてもよい。
【００２８】
第１平均波形を用いることで、二次励磁電流の測定が行われておらず、過去の波形が蓄積されていない比較的新しい変圧器Ｔに対して、マハラノビス距離Ｄを用いた異常判定を行うことができる。
【００２９】
第２平均波形を用いることで、基準波形を得るための母集団が小さい（つまり、同種類の変圧器の設置例）が少ない変圧器に対して、マハラノビス距離Ｄを用いた異常判定を行うことができる。
【００３０】
なお、基準波形として、変圧器Ｔ以外の１つの正常な変圧器における二次励磁電流の１つの代表波形、又は、判定対象の変圧器Ｔにおいて過去に取得された１つの二次励磁電流の代表波形を用いてもよい。
【００３１】
式（１）から明確なように、本実施形態で判定部３によって算出される変圧器Ｔのマハラノビス距離Ｄは、取得されたデータに含まれる各波形のマハラノビス距離を加算平均したものである。
【００３２】
本実施形態の判定部３は、算出したマハラノビス距離Ｄが変圧器Ｔに対して予め定めた閾値を超える場合、変圧器Ｔに異常があると判定する。一方、マハラノビス距離Ｄが閾値以下の場合、判定部３は、変圧器Ｔは正常であると判定する。
【００３３】
異常判定の閾値Ａは、変圧器Ｔの種類に応じて設定される。閾値Ａは、例えば、下記式（２）とすることができる。式（２）中、Ｄｓは、基準波形を形成する母集団に含まれる各波形のマハラノビス距離の加算平均である。σは、上記母集団における各波形のマハラノビス距離の標準偏差である。
Ａ＝Ｄｓ＋３σ      ・・・（２）
【００３４】
上記母集団に含まれる各波形は、基準波形を形成することができる波形である。つまり、基準波形が第１平均波形の場合は、母集団には複数の正常な変圧器から取得された複数の波形が含まれる。基準波形が第２平均波形の場合は、母集団には判定対象の変圧器Ｔが正常な状態であるときに変圧器Ｔから過去に取得された複数の波形が含まれる。
【００３５】
判定部３は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等のプロセッサと、メモリ等の記憶部と、キーボード、ディスプレイ等の入出力部とを有するコンピュータによって構成される。
【００３６】
コンピュータは、変圧器の異常判定プログラムによって、二次励磁電流の波形の基準波形に対するマハラノビス距離を算出するステップと、算出されたマハラノビス距離が予め定めた閾値を超える場合、変圧器に異常があると判定するステップとを実行する。
【００３７】
判定部３は、測定部２と共に変圧器Ｔの設置場所に搬送されてもよいし、変圧器Ｔの設置場所と離れた遠隔地の施設に設置されてもよい。つまり、測定部２と判定部３とは離間して配置されてもよい。判定部３には、例えば、ネットワーク又は記憶媒体を介して、測定部２が取得したデータが提供される。
【００３８】
なお、測定部２と判定部３とが一体化されている場合、変圧器の異常判定プログラムは、二次励磁電流の波形を取得するステップを測定部２又は判定部３を構成するコンピュータに実行させてもよい。
【００３９】
［１−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１ａ）二次励磁電流の波形に対し一義的に求められるマハラノビス距離を判定に用いるので、レアショート、変形等の変圧器Ｔ内部の電気回路に対し、異常を定量的に判定することができる。
【００４０】
（１ｂ）一次側Ｐの巻線を開放し、二次側Ｓの巻線に電源を接続することで、一次側Ｐからの電圧の印加が困難な高電圧の変圧器Ｔに対して、二次励磁電流の波形に基づいて異常判定を行うことができる。
【００４１】
［２−１．第２実施形態］
図４に示す変圧器の異常判定方法は、波形取得工程Ｓ１０と、算出工程Ｓ２０と、判定工程Ｓ３０とを備える。
【００４２】
＜波形取得工程＞
本工程では、例えば図１の測定部２を用い、変圧器において一次側の巻線を開放し、二次側の巻線に電源を接続した際に生じる二次励磁電流の波形を取得する。
【００４３】
＜算出工程＞
本工程では、波形取得工程Ｓ１０で取得された波形の基準波形に対するマハラノビス距離Ｄ（上記式（１）参照）を算出する。
【００４４】
＜判定工程＞
本工程では、算出工程Ｓ２０で算出されたマハラノビス距離Ｄが予め定めた閾値を超える場合に、変圧器に異常があると判定する。
【００４５】
なお、算出工程Ｓ２０及び判定工程Ｓ３０は、図１の判定部３を用いて行うことができるが、これらの工程において、必ずしも判定部３が用いられる必要はない。また、算出工程Ｓ２０及び判定工程Ｓ３０は、判定対象の変圧器の設置場所で行われる必要はなく、これらの工程は変圧器の設置場所から離れた遠隔地で行われてもよい。
【００４６】
［２−２．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（２ａ）マハラノビス距離を判定に用いることで、レアショート、変形等の変圧器内部の電気回路に対し、異常を定量的に判定することができる。
【００４７】
［３．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は、上記実施形態に限定されることなく、種々の形態を採り得ることは言うまでもない。
【００４８】
（３ａ）上記実施形態の変圧器の異常判定装置及び異常判定方法において、判定に用いるマハラノビス距離は、必ずしも上記式（１）で表されるマハラノビス距離Ｄ（つまり、取得されたデータに含まれる複数の波形のマハラノビス距離の平均値）でなくてもよい。
【００４９】
例えば、データに含まれる波形ごとのマハラノビス距離（つまり、式（１）の総和記号Σ内の各項）をそれぞれ閾値と比較して判定をしてもよいし、複数のマハラノビス距離の代表値（例えば最大値）を閾値と比較して判定をしてもよい。
【００５０】
（３ｂ）上記実施形態の変圧器の異常判定装置及び異常判定方法において、変圧器において二次側の巻線を開放し、一次側の巻線に電源を接続した際に生じる一次励磁電流の波形を取得してもよい。つまり、一次励磁電流の波形に対しマハラノビス距離が算出されてもよい。
【００５１】
（３ｃ）上記実施形態における１つの構成要素が有する機能を複数の構成要素として分散させたり、複数の構成要素が有する機能を１つの構成要素に統合したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加、置換等してもよい。なお、特許請求の範囲に記載の文言から特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本開示の実施形態である。
【符号の説明】
【００５２】
１…変圧器の異常判定装置、２…測定部、３…判定部、２１…波形取得装置、
２２…電源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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