電力機器の保全システム、電力機器の保全プログラム、および電力機器の保全方法
【課題】 真に優れた絶縁信頼度評価法を利用した技術を提供することを目的とする。
【解決手段】 本発明にかかる電力機器の保全システム１００の代表的な構成は、ワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部１１４と、試験条件を取得する試験条件取得部１１６と、使用条件を取得する使用条件取得部１１８と、電力機器が独立法にしたがう割合または累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部１２０と、前記電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算部１２２と、を有することを特徴とする。
【解決手段】 本発明にかかる電力機器の保全システム１００の代表的な構成は、ワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部１１４と、試験条件を取得する試験条件取得部１１６と、使用条件を取得する使用条件取得部１１８と、電力機器が独立法にしたがう割合または累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部１２０と、前記電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算部１２２と、を有することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器の保全システム、その保全プログラム、およびその保全方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油入変圧器、ＧＩＳ(Gas Insulated Switchgear)、ＣＶケーブル等に代表される電力機器（変電機器）では絶縁仕様の１つとして、商用周波耐電圧試験が規定されている。かかる電力機器はその故障確率分布がワイブル分布で表され、絶縁破壊や部分放電開始の電圧Ｖｄに対する時間Ｔｄの特性が下記式（１）で近似される（いわゆる逆ｎ乗則にしたがう）ことが知られている。これらに基づいて、従来、非特許文献１に記載されているように「独立事象法（独立法）」や「累積故障法（累積法）」等の絶縁信頼度評価法が提案されている。独立法や累積法等の絶縁信頼度評価法を用いて、商用周波耐電圧試験の試験条件および電力機器の使用条件からその運転期間中（ライフタイム）の絶縁信頼度（以下「使用時絶縁信頼度」と称する）を求めることが可能である。
【０００３】
【数１】
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】岡部成光、外２名，「ワイブル分布を用いた変電機器の交流短時間過電圧に対する信頼度評価」，電気学会論文誌Ｂ，２００７年９月，１２７巻，９号，９９４−１００１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記独立法は工学的な取扱として一般的に認められているが、電圧印加履歴を考慮しないので精度に欠けるのではないかとの指摘がある。その一方で、上記累積法は電圧印加履歴が完全に残るとしたものであるが、実験等（実測）により精度が検証されておらず、現実に即した評価を下せない（精度に欠ける）おそれがある。また、この累積法は、工学的な取扱としても、一般的な電力機器の絶縁信頼度評価法として認められていない。
【０００６】
独立法や累積法等の絶縁信頼度評価法の精度が劣る場合、これに基づき求められた使用時絶縁信頼度が正確ではないこととなる。すると、電気事業者は、この使用時絶縁信頼度を参照して（信用して）、電力機器の保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）をたてることができず、適切な保全作業の実施が困難となる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、真に優れた絶縁信頼度評価法を利用した電力機器の保全システム、電力機器の保全プログラム、および電力機器の保全方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者らは、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を把握するために試験モデルを作成し、試験モデルに複数回電圧印加を行い、その絶縁信頼度（累積故障確率）を得た。そして、この実測に基づく絶縁信頼度を、独立法に基づく絶縁信頼度、累積法に基づく絶縁信頼度と比較し、絶縁破壊特性が初期故障型（時間形状パラメータａ＜1）の場合には、独立法では電圧印加履歴を考慮しないため絶縁信頼度が低く（累積故障率が高く）算定され、累積法では電圧印加履歴が完全に残るとするため絶縁信頼度が高く（累積故障率が低く）算定され、実際には独立法と累積法の間に適正な値があることを明らかにした。これらよりさらに研究を重ね、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮する絶縁信頼度評価法を完成させ、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明にかかる電力機器の保全システムの代表的な構成は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得部と、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、独立法にしたがう割合を独立法の要素の項に乗じ、累積法にしたがう割合を累積法の要素の項に乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する。これにより、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮することができ、より高い算出精度を実現することができる。
【００１１】
本発明にかかる電力機器の保全システムの代表的な他の構成は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間、並びに各印加電圧がその各印加時間加わった場合において電力機器に要求される使用時絶縁信頼度を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、使用時絶縁信頼度を用いて商用周波耐電圧試験に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を算出する演算部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記構成では、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間、並びに各印加電圧がその各印加時間加わった場合において電力機器に要求される使用時絶縁信頼度を取得（設定）し、この要求される使用時絶縁信頼度を満たすための商用周波耐電圧試験の試験条件を算出する。取得するものの変更により算出対象の変更が可能であり、この場合においても係数を用いて電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮しているため高い算出精度が確保される。
【００１３】
上記パラメータ取得部が、上記ワイブルパラメータとして、下記式に基づく時間形状パラメータ、電圧形状パラメータを取得するとよい。これにより、好適に演算部に演算させることができる。
【００１４】
【数２】
【００１５】
上記係数取得部が、上記電力機器が独立法にしたがう割合を示す係数を取得し、上記演算部が、下記式に基づいて算出を行うとよい。これにより、好適に演算部に演算させることができる。
【００１６】
【数３】
【００１７】
上記係数取得部が、下記式に基づく上記係数を取得するとよい。これにより、適切な係数を設定することができる。
【００１８】
【数４】
【００１９】
本発明にかかる電力機器の保全プログラムの代表的な構成は、コンピュータを、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得手段、電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得手段、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得手段、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得手段、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算手段、として機能させることを特徴とする。
【００２０】
上記構成では、独立法または累積法にしたがう割合を示す係数によって電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮する絶縁信頼度評価法が、プログラムによって実現される。これにより、この絶縁信頼度評価法の汎用化を図ることができ、より高い精度が実現されるこの手法の定着化を促進することができる。なお、上述した電力機器の保全システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該電力機器の保全プログラムにも適用される。
【００２１】
本発明にかかる電力機器の保全方法の代表的な構成は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得ステップと、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得ステップと、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得ステップと、コンピュータを利用して、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算ステップと、を有することを特徴とする。
【００２２】
上述した電力機器の保全システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該電力機器の保全方法にも適用される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、真に優れた絶縁信頼度評価法を利用した電力機器の保全システム、電力機器の保全プログラム、および電力機器の保全方法を提供可能である。具体的には、この絶縁信頼度評価法を適用したシステム等により、電力機器の絶縁信頼度の正確な値を算出することが可能であり、適切な保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）を設計できる。適切な保全作業の実施により、安全性が向上し、無駄なメンテナンスや更新・交換を行う必要もなくなるためコストの面でも良好な改善結果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態にかかる電力機器の保全方法の各ステップを示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる電力機器の保全システムの概略構成を示す図である。
【図３】図２の電力機器の保全システムの応用について説明する図である。
【図４】試験モデルについて説明する図である。
【図５】第１試験の結果を示す図である。
【図６】第２試験の結果を示す図である。
【図７】第３試験の結果を示す図である。
【図８】係数と、過電圧および運転電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２６】
＜電力機器の保全システム、保全プログラム、保全方法＞
図１は、本発明の実施形態にかかる電力機器の保全方法の各ステップを示す図である。ここでは、油入変圧器、ＧＩＳ、ＣＶケーブル等に代表される電力機器（変電機器）を対象として、その運転期間中（ライフタイム）の絶縁信頼度（以下「使用時絶縁信頼度Ｒｓ」と称する）を適正に把握し、適正に把握したこの使用時絶縁信頼度に基づいて保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）をたて、その作業を実施する。
【００２７】
図１に示すように、かかる電力機器の保全方法は、パラメータ取得ステップＳ１１２、試験条件取得ステップＳ１１４、使用条件取得ステップＳ１１６、係数取得ステップＳ１１８、演算ステップＳ１２０、保全計画ステップＳ１２２を含む。
【００２８】
上記電力機器は、その故障確率分布がワイブル分布で表され、絶縁破壊や部分放電開始の電圧Ｖｄに対する時間Ｔｄの特性が下記式（１）で近似される（いわゆる逆ｎ乗則にしたがう）ことが知られている。
【００２９】
【数５】
【００３０】
この場合、電力機器の累積故障確率Ｐは、下記式（２）で表すことができる。電力機器の絶縁信頼度Ｒは、下記式（３）の通りである。なお、V-t特性の傾きに関するパラメータであるｎ値、ワイブルパラメータである時間形状パラメータａおよび電圧形状パラメータｍの関係は下記式（４）の通りである。
【００３１】
【数６】
【００３２】
パラメータ取得ステップＳ１１２では、ユーザは、式（２）に基づいて電力機器のワイブルパラメータとしての時間形状パラメータａおよび電圧形状パラメータｍを取得する。このワイブルパラメータ（時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍ）は、ワイブル分布（故障確率分布）を決定する要素であり、対象が同じもの（要素）であれば同じ値と見なすことができる。
【００３３】
上記電力機器では絶縁仕様の１つとして商用周波耐電圧試験が規定されており、その商用周波耐電圧試験の現場には、商用周波耐電圧試験にて電力機器に印加される試験電圧Ｖｔ、試験電圧Ｖｔが印加される試験時間Ｔｔ、試験電圧Ｖｔが試験時間Ｔｔ印加された場合の電力機器の試験時絶縁信頼度Ｒｔを含む試験データ実績（工場実績値）が存在する。試験条件取得ステップＳ１１４では、この実績値としての試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、試験時絶縁信頼度Ｒｔを取得する。
【００３４】
使用条件取得ステップＳ１１６では、ユーザは、上記電力機器の使用時（運転期間中）に加わる各印加電圧Ｖｓおよびその各印加時間Ｔｓ、並びに印加電圧Ｖｓが印加時間Ｔｓ加わる合計回数Ｎを含む使用条件を取得する。この使用条件は、試験条件（実績値）とは異なり、将来的な見込みや現在までの電力機器の使用条件（現在までに加わった各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ）である。この使用条件としての各印加電圧Ｖｓやその各印加時間Ｔｓには、当然ながら電力機器の絶縁信頼度（累積故障確率）に大きな影響を及ぼす過電圧やその過電圧時間が含まれる。
【００３５】
現在まで利用されてきた独立法では累積故障確率Ｐを下記式（５）で表す。上記試験条件を下記式（５）に適用すると、下記式（６）の通りである。上記使用条件を下記式（５）に適用すると、下記式（７）の通りである。下記式（６）および下記式（７）の対数の比をとるように変形すると下記式（８）の通りとなり、独立法ではこの式（８）から使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出していた。
【００３６】
【数７】
【００３７】
一方、累積法では、式（７）に対応する（上記使用条件を当てはめた）式が下記式（９）で表される。これより、累積法では、使用時絶縁信頼度Ｒｓは、下記式（１０）の通りに算出される。
【００３８】
【数８】
【００３９】
独立法は電圧印加履歴を考慮しないモデルであり、累積法は電圧印加履歴が完全に残るとしたモデルである。詳細については後述の＜保全データの妥当性＞にて説明するが、本発明者らはこれらの手法が実態にはそぐわず、絶縁破壊特性が初期故障型すなわち時間形状パラメータａ＜１を示すもの（例えば油入変圧器、ＧＩＳ）では、独立法では電圧印加履歴を考慮しないため絶縁信頼度が低く（累積故障率が高く）算定され、累積法では電圧印加履歴が完全に残るとするため絶縁信頼度が高く（累積故障率が低く）算定されることを明らかにした。絶縁破壊特性が摩耗故障型すなわち時間形状パラメータａ＞１を示すもの（例えばＣＶケーブル）についても、大小逆順にして同様である。実際には、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響は累積法の試算より軽度に残り、実際の絶縁信頼度（累積故障確率）は、概して、独立法と累積法の算定結果の間となる。
【００４０】
そこで、本実施形態では、係数取得ステップＳ１１８にて、ユーザは電力機器が独立法にしたがう割合を示す係数ｃを取得する。係数ｃは、下記式（１１）に基づくものである。なお、ここでは独立法にしたがう割合を示す係数ｃを取得するが、累積法にしたがう割合を示す係数を取得してもよい。
【００４１】
【数９】
【００４２】
演算ステップＳ１２０では、ユーザは、電力機器の保全システム１００に、ワイブルパラメータ（時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍ）、試験条件（試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、試験時絶縁信頼度Ｒｔ）、使用条件（各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｖｔ、合計回数Ｎ）および係数ｃを与え、使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出する。
【００４３】
以下、電力機器の保全システム１００について説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる電力機器の保全システム１００の概略構成を示す図である。電力機器の保全システム１００は、システム制御部１０２、記憶部１０４、入力部１０６、出力部１０８、表示部１１０、保全データ算出部１１２を含んで構成される。
【００４４】
システム制御部１０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）によって実現され、システム全体の管理・制御を行う。記憶部１０４は、各種記憶手段（ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ等）により実現され、必要なデータを記憶する。システムに必要なプログラム等は、かかる記憶部１０４に格納される。
【００４５】
入力部１０６は、キーボードやマウス、タッチパネル、あるいはネットワークを通じたデータ通信等により、外部からデータをシステム内部へと取り込む入力手段である。出力部１０８は、システム内部からデータを外部へと送り出す出力手段であり、出力内容をデータとして記録媒体に保存したり、プリンタにて印刷したり、ネットワークを通じたデータ通信等によって必要なデータを特定のアドレスへと送ることが可能である。表示部１１０は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等とそのコントローラで構成され、ユーザに対し画像を表示する。
【００４６】
保全データ算出部１１２は、パラメータ取得部１１４、試験条件取得部１１６、使用条件取得部１１８、係数取得部１２０、演算部１２２からなり、使用時絶縁信頼度Ｒｓすなわち保全データを算出する。入力部１０６を介して、パラメータ取得部１１４は時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍを取得し、試験条件取得部１１６は試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、試験時絶縁信頼度Ｒｔを取得し、使用条件取得部１１８は各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ、合計回数Ｎを取得し、係数取得部１２０は係数ｃを取得する。
【００４７】
演算部１２２は、パラメータ取得部１１４、試験条件取得部１１６、使用条件取得部１１８、係数取得部１２０が取得した各データを受け取り、下記式（１２）に基づいて使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出する。具体的には、電力機器の使用時絶縁信頼度Ｒｓの独立法の要素の項、および累積法の要素の項に、係数ｃを用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出する。
【００４８】
【数１０】
【００４９】
算出された使用時絶縁信頼度Ｒｓ（保全データ）は、出力部１０８を介して、電力機器を管理する管理システムへと送られる。そして、この使用時絶縁信頼度Ｒｓが管理システムの保全計画に反映される（保全計画ステップＳ１２２）。これにより、実態に適合する保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）をたて、適切な保全作業を実施できるため、安全性の向上、コストの削減の効果を奏する。
【００５０】
なお、上記では電力機器の保全システム１００によって使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出したが、これはコンピュータ上で動作するプログラム（ソフトウェア）で実現することができる。すなわち、コンピュータを、パラメータ取得手段（パラメータ取得部１１４）、試験条件取得手段（試験条件取得部１１６）、使用条件取得手段（使用条件取得部１１８）、係数取得手段（係数取得部１２０）、演算手段（演算部１２２）として機能させるプログラムを構築してもよい。これにより、高い算出精度を確保可能な上記絶縁信頼度評価法の汎用化を図ることができ、本手法の定着化の促進を図ることができる。
【００５１】
＜応用＞
図３は、図２の電力機器の保全システム１００の応用について説明する図である。ここでは、要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを得るための商用周波耐電圧試験の試験条件を算出する。具体的には、パラメータ取得部１１４が時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍを取得し、使用条件取得部１１８が各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ、合計回数Ｎに加えて、各印加電圧Ｖｓが各印加時間Ｔｓ加わった場合において電力機器に要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを取得し、係数取得部１２０が係数ｃを取得する。そして、演算部１２２が式（１２）に基づいて、商用周波耐電圧試験の試験条件（保全データ）を算出する。
【００５２】
すなわち、演算部１２２は、未知数である式（１２）の試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、および試験時絶縁信頼度Ｒｔを収束計算で算出する。電力機器に要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを入れた式（１２）を満たす試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、および試験時絶縁信頼度Ｒｔを式（６）の関係に基づき決定（算出）するのである。算出された試験電圧Ｖｔおよび試験時間Ｔｔは、出力部１０８を介して、商用周波耐電圧試験の現場へと送られる。
【００５３】
このとき算出された試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、および試験時絶縁信頼度Ｒｔは、要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを得るために、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮すると、出荷時の試験時絶縁信頼度Ｒｔをどの条件でどの程度確保すればよいかという値を示している。したがって、算出された試験電圧Ｖｔおよび試験時間Ｔｔを採用することで、上記要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓの達成を見込める。
【００５４】
このように、電力機器の保全システム１００では、取得するものの変更により算出対象を変更可能である。この場合においても、係数ｃを用いて電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮しているため高い算出精度が確保される。
【００５５】
＜保全データの妥当性＞
本発明者らは、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を把握するために、油入変圧器（初期故障型）を想定して以下の検証を行った。図４は、試験モデル２００について説明する図である。図４（ａ）が試験モデル２００の概略構成を示す図であり、図４（ｂ）が図４（ａ）の円板電極２０４ａ、２０４ｂ間に加える電圧およびこの電圧を加える時間を示す図である。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、試験モデル２００では、絶縁油２０２で満たされたテストタンク２００ａ内部に油ギャップが４ｍｍとなるように一対の円板電極２０４ａ、２０４ｂを設置し、一方の円板電極２０４ａに高電圧印加線２０６ａを、他方の円板電極２０６ｂにアース線２０６ｂを接続した。
【００５７】
図４（ｂ）に示すように、円板電極２０４ａ、２０４ｂ間に、過電圧を想定した電圧（以下「過電圧ＶH」と称する）と運転電圧を想定した電圧（以下「運転電圧ＶL」と称する）を交互に加えた。詳細には、過電圧ＶHを過電圧時間ＴH加え、運転電圧ＶLを運転電圧時間ＴL加えることをそれぞれ５回繰り返した。
【００５８】
表１に具体的な条件を記す。表１に記す第１試験〜第３試験の条件下で、試験モデル２００の累積故障確率を実測した。また、第１試験〜第３試験のそれぞれにおいて、その累積故障確率を独立法および累積法で算定した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
図５は、第１試験の結果を示す図である。図５に示すように、第１試験では累積故障確率の実測データは、独立法による算定結果と累積法による算定結果の間を推移した。独立法では電圧印加履歴を考慮しないため累積故障率が高く算定され、累積法では電圧印加履歴が完全に残るとするため累積故障率が低く算定されてしまうと考えられる。
【００６１】
図６は、第２試験の結果を示す図である。第２試験では第１試験よりも運転電圧ＶLを高く設定しているため、図６に示すように、より電圧印加履歴の影響が残ると考えられ、累積故障確率の実測データが累積法による算定結果に近づいている。
【００６２】
図７は、第３試験の結果を示す図である。第３試験では第１試験よりも絶縁油２０２の油流速を速く設定しているため、図７に示すように、より電圧印加履歴の影響がなくなると考えられ、累積故障確率の実測データが独立法による算定結果に近づいている。
【００６３】
第１試験〜第３試験の結果を踏まえると、実際の累積故障確率（実測データ）は種々の条件に左右されるが、概ね、累積故障確率の実測データは、独立法の算定結果と累積法の算定結果の間を推移することが分かる。そのため、下記式（１３）によれば妥当な累積故障確率（使用時累積故障確率Ｐｓ）を算定可能である。なお、係数ｄは、累積法にしたがう割合を示すものであり、係数ｃ＋係数ｄ＝１とする。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
上記式（１２）は、この式（１３）と式（６）との対数の比をとるように変形することで導き出される。よって、式（１２）に基づいて、演算部１２２により算出される保全データは極めて妥当なものということができる。
【００６６】
＜係数＞
係数ｃは、独立法にしたがう割合を示すものであり、種々の条件に左右される。そのため、係数ｃは、式（１１）に基づき、実測に基づく累積故障確率Ｐｍを要素として算出される。しかし、この実測に基づく累積故障確率Ｐｍを毎回求めることは現実的ではない。
【００６７】
表２は、係数ｃの値を条件別に示したものである。表２に示すように、係数ｃを左右する要因として、過電圧ＶHおよび運転電圧ＶL、並びに油流速が存在する。ここでは、過電圧ＶHおよび運転電圧ＶL、並びに油流速によって係数ｃが決定されるものと見なし、他の要因に関しては絶縁信頼度を算出する電力機器同士で同じであると考える。
【００６８】
【表２】
【００６９】
図８は、係数ｃと、過電圧ＶHおよび運転電圧ＶLとの関係を示す図である。図８に示すように、係数ｃが過電圧ＶHおよび運転電圧ＶL、並びに油流速によって決定されるものと見なすことで、数回の実測データ（累積故障確率Ｐｍ）からこれらの相関（特性曲線）を取ることができる。これにより、累積故障確率Ｐｍを毎回求めずとも、係数ｃを決定することができる。
【００７０】
＜応用の実施例＞
以下、応用の実施例として、上述した絶縁信頼度評価法を用いて、ＵＨＶ級、５００ｋＶ級、非有効接地系（６６−１５４ｋＶ級）のそれぞれの油入変圧器が使用時絶縁信頼度Ｒｓ＝９９．８％を満たすための試験電圧Ｖｔを算出する。本手法との比較のために、独立法を用いて、使用時絶縁信頼度Ｒｓ＝９９．８％を満たすための試験電圧Ｖｔについても同様に算出する。なお、ここでは、試験時絶縁信頼度Ｒｔを９８％、試験時間Ｔｔを６０秒と仮定して算出を行う。
【００７１】
表３は、ワイブルパラメータ（時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍ）、使用条件（各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ、合計回数Ｎ）、係数ｃを示したものである。なお、係数ｃは、使用条件の中で最も影響の大きい下線を付したものに基づき算出した。
【００７２】
【表３】
【００７３】
表４は、表３の各データに基づいて算出される試験電圧Ｖｔを示したものである。表４に示すように、ＵＨＶ級、５００ｋＶ級、非有効接地系（６６−１５４ｋＶ級）のいずれの油入変圧器においても、本手法の方が独立法よりも試験電圧Ｖｔが若干低く算出された。すなわち、電圧印加履歴の影響を適正に考慮すれば、従来の独立法にしたがって策定されていた試験条件により絶縁性能を検証されてきた設備では、絶縁性能が高めに保たれており、絶縁設計に合理化の余地があることを示している。これは、エンジニアリング的な観点では、有益な結果と考えられる。
【００７４】
【表４】
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器の保全システム、その保全プログラム、およびその保全方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１００…電力機器の保全システム、１０２…システム制御部、１０４…記憶部、１０６…入力部、１０８…出力部、１１０…表示部、１１２…保全データ算出部、１１４…パラメータ取得部、１１６…試験条件取得部、１１８…使用条件取得部、１２０…係数取得部、１２２…演算部、２００…試験モデル、２００ａ…テストタンク、２０２…絶縁油、２０４ａ、２０４ｂ…円板電極、２０６ａ…高電圧印加線、２０６ｂ…アース線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器の保全システム、その保全プログラム、およびその保全方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
油入変圧器、ＧＩＳ(Gas Insulated Switchgear)、ＣＶケーブル等に代表される電力機器（変電機器）では絶縁仕様の１つとして、商用周波耐電圧試験が規定されている。かかる電力機器はその故障確率分布がワイブル分布で表され、絶縁破壊や部分放電開始の電圧Ｖｄに対する時間Ｔｄの特性が下記式（１）で近似される（いわゆる逆ｎ乗則にしたがう）ことが知られている。これらに基づいて、従来、非特許文献１に記載されているように「独立事象法（独立法）」や「累積故障法（累積法）」等の絶縁信頼度評価法が提案されている。独立法や累積法等の絶縁信頼度評価法を用いて、商用周波耐電圧試験の試験条件および電力機器の使用条件からその運転期間中（ライフタイム）の絶縁信頼度（以下「使用時絶縁信頼度」と称する）を求めることが可能である。
【０００３】
【数１】
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】岡部成光、外２名，「ワイブル分布を用いた変電機器の交流短時間過電圧に対する信頼度評価」，電気学会論文誌Ｂ，２００７年９月，１２７巻，９号，９９４−１００１頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記独立法は工学的な取扱として一般的に認められているが、電圧印加履歴を考慮しないので精度に欠けるのではないかとの指摘がある。その一方で、上記累積法は電圧印加履歴が完全に残るとしたものであるが、実験等（実測）により精度が検証されておらず、現実に即した評価を下せない（精度に欠ける）おそれがある。また、この累積法は、工学的な取扱としても、一般的な電力機器の絶縁信頼度評価法として認められていない。
【０００６】
独立法や累積法等の絶縁信頼度評価法の精度が劣る場合、これに基づき求められた使用時絶縁信頼度が正確ではないこととなる。すると、電気事業者は、この使用時絶縁信頼度を参照して（信用して）、電力機器の保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）をたてることができず、適切な保全作業の実施が困難となる。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、真に優れた絶縁信頼度評価法を利用した電力機器の保全システム、電力機器の保全プログラム、および電力機器の保全方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために本発明者らは、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を把握するために試験モデルを作成し、試験モデルに複数回電圧印加を行い、その絶縁信頼度（累積故障確率）を得た。そして、この実測に基づく絶縁信頼度を、独立法に基づく絶縁信頼度、累積法に基づく絶縁信頼度と比較し、絶縁破壊特性が初期故障型（時間形状パラメータａ＜1）の場合には、独立法では電圧印加履歴を考慮しないため絶縁信頼度が低く（累積故障率が高く）算定され、累積法では電圧印加履歴が完全に残るとするため絶縁信頼度が高く（累積故障率が低く）算定され、実際には独立法と累積法の間に適正な値があることを明らかにした。これらよりさらに研究を重ね、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮する絶縁信頼度評価法を完成させ、本発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、本発明にかかる電力機器の保全システムの代表的な構成は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得部と、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、独立法にしたがう割合を独立法の要素の項に乗じ、累積法にしたがう割合を累積法の要素の項に乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する。これにより、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮することができ、より高い算出精度を実現することができる。
【００１１】
本発明にかかる電力機器の保全システムの代表的な他の構成は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間、並びに各印加電圧がその各印加時間加わった場合において電力機器に要求される使用時絶縁信頼度を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、使用時絶縁信頼度を用いて商用周波耐電圧試験に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を算出する演算部と、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記構成では、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間、並びに各印加電圧がその各印加時間加わった場合において電力機器に要求される使用時絶縁信頼度を取得（設定）し、この要求される使用時絶縁信頼度を満たすための商用周波耐電圧試験の試験条件を算出する。取得するものの変更により算出対象の変更が可能であり、この場合においても係数を用いて電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮しているため高い算出精度が確保される。
【００１３】
上記パラメータ取得部が、上記ワイブルパラメータとして、下記式に基づく時間形状パラメータ、電圧形状パラメータを取得するとよい。これにより、好適に演算部に演算させることができる。
【００１４】
【数２】
【００１５】
上記係数取得部が、上記電力機器が独立法にしたがう割合を示す係数を取得し、上記演算部が、下記式に基づいて算出を行うとよい。これにより、好適に演算部に演算させることができる。
【００１６】
【数３】
【００１７】
上記係数取得部が、下記式に基づく上記係数を取得するとよい。これにより、適切な係数を設定することができる。
【００１８】
【数４】
【００１９】
本発明にかかる電力機器の保全プログラムの代表的な構成は、コンピュータを、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得手段、電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得手段、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得手段、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得手段、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算手段、として機能させることを特徴とする。
【００２０】
上記構成では、独立法または累積法にしたがう割合を示す係数によって電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮する絶縁信頼度評価法が、プログラムによって実現される。これにより、この絶縁信頼度評価法の汎用化を図ることができ、より高い精度が実現されるこの手法の定着化を促進することができる。なお、上述した電力機器の保全システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該電力機器の保全プログラムにも適用される。
【００２１】
本発明にかかる電力機器の保全方法の代表的な構成は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得ステップと、電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得ステップと、電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得ステップと、コンピュータを利用して、ワイブルパラメータ、各印加電圧およびその各印加時間にて表される電力機器の独立法の要素の項、並びに累積法の要素の項に、係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算ステップと、を有することを特徴とする。
【００２２】
上述した電力機器の保全システムにおける技術的思想に対応する構成要素やその説明は、当該電力機器の保全方法にも適用される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、真に優れた絶縁信頼度評価法を利用した電力機器の保全システム、電力機器の保全プログラム、および電力機器の保全方法を提供可能である。具体的には、この絶縁信頼度評価法を適用したシステム等により、電力機器の絶縁信頼度の正確な値を算出することが可能であり、適切な保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）を設計できる。適切な保全作業の実施により、安全性が向上し、無駄なメンテナンスや更新・交換を行う必要もなくなるためコストの面でも良好な改善結果を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態にかかる電力機器の保全方法の各ステップを示す図である。
【図２】本発明の実施形態にかかる電力機器の保全システムの概略構成を示す図である。
【図３】図２の電力機器の保全システムの応用について説明する図である。
【図４】試験モデルについて説明する図である。
【図５】第１試験の結果を示す図である。
【図６】第２試験の結果を示す図である。
【図７】第３試験の結果を示す図である。
【図８】係数と、過電圧および運転電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００２６】
＜電力機器の保全システム、保全プログラム、保全方法＞
図１は、本発明の実施形態にかかる電力機器の保全方法の各ステップを示す図である。ここでは、油入変圧器、ＧＩＳ、ＣＶケーブル等に代表される電力機器（変電機器）を対象として、その運転期間中（ライフタイム）の絶縁信頼度（以下「使用時絶縁信頼度Ｒｓ」と称する）を適正に把握し、適正に把握したこの使用時絶縁信頼度に基づいて保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）をたて、その作業を実施する。
【００２７】
図１に示すように、かかる電力機器の保全方法は、パラメータ取得ステップＳ１１２、試験条件取得ステップＳ１１４、使用条件取得ステップＳ１１６、係数取得ステップＳ１１８、演算ステップＳ１２０、保全計画ステップＳ１２２を含む。
【００２８】
上記電力機器は、その故障確率分布がワイブル分布で表され、絶縁破壊や部分放電開始の電圧Ｖｄに対する時間Ｔｄの特性が下記式（１）で近似される（いわゆる逆ｎ乗則にしたがう）ことが知られている。
【００２９】
【数５】
【００３０】
この場合、電力機器の累積故障確率Ｐは、下記式（２）で表すことができる。電力機器の絶縁信頼度Ｒは、下記式（３）の通りである。なお、V-t特性の傾きに関するパラメータであるｎ値、ワイブルパラメータである時間形状パラメータａおよび電圧形状パラメータｍの関係は下記式（４）の通りである。
【００３１】
【数６】
【００３２】
パラメータ取得ステップＳ１１２では、ユーザは、式（２）に基づいて電力機器のワイブルパラメータとしての時間形状パラメータａおよび電圧形状パラメータｍを取得する。このワイブルパラメータ（時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍ）は、ワイブル分布（故障確率分布）を決定する要素であり、対象が同じもの（要素）であれば同じ値と見なすことができる。
【００３３】
上記電力機器では絶縁仕様の１つとして商用周波耐電圧試験が規定されており、その商用周波耐電圧試験の現場には、商用周波耐電圧試験にて電力機器に印加される試験電圧Ｖｔ、試験電圧Ｖｔが印加される試験時間Ｔｔ、試験電圧Ｖｔが試験時間Ｔｔ印加された場合の電力機器の試験時絶縁信頼度Ｒｔを含む試験データ実績（工場実績値）が存在する。試験条件取得ステップＳ１１４では、この実績値としての試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、試験時絶縁信頼度Ｒｔを取得する。
【００３４】
使用条件取得ステップＳ１１６では、ユーザは、上記電力機器の使用時（運転期間中）に加わる各印加電圧Ｖｓおよびその各印加時間Ｔｓ、並びに印加電圧Ｖｓが印加時間Ｔｓ加わる合計回数Ｎを含む使用条件を取得する。この使用条件は、試験条件（実績値）とは異なり、将来的な見込みや現在までの電力機器の使用条件（現在までに加わった各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ）である。この使用条件としての各印加電圧Ｖｓやその各印加時間Ｔｓには、当然ながら電力機器の絶縁信頼度（累積故障確率）に大きな影響を及ぼす過電圧やその過電圧時間が含まれる。
【００３５】
現在まで利用されてきた独立法では累積故障確率Ｐを下記式（５）で表す。上記試験条件を下記式（５）に適用すると、下記式（６）の通りである。上記使用条件を下記式（５）に適用すると、下記式（７）の通りである。下記式（６）および下記式（７）の対数の比をとるように変形すると下記式（８）の通りとなり、独立法ではこの式（８）から使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出していた。
【００３６】
【数７】
【００３７】
一方、累積法では、式（７）に対応する（上記使用条件を当てはめた）式が下記式（９）で表される。これより、累積法では、使用時絶縁信頼度Ｒｓは、下記式（１０）の通りに算出される。
【００３８】
【数８】
【００３９】
独立法は電圧印加履歴を考慮しないモデルであり、累積法は電圧印加履歴が完全に残るとしたモデルである。詳細については後述の＜保全データの妥当性＞にて説明するが、本発明者らはこれらの手法が実態にはそぐわず、絶縁破壊特性が初期故障型すなわち時間形状パラメータａ＜１を示すもの（例えば油入変圧器、ＧＩＳ）では、独立法では電圧印加履歴を考慮しないため絶縁信頼度が低く（累積故障率が高く）算定され、累積法では電圧印加履歴が完全に残るとするため絶縁信頼度が高く（累積故障率が低く）算定されることを明らかにした。絶縁破壊特性が摩耗故障型すなわち時間形状パラメータａ＞１を示すもの（例えばＣＶケーブル）についても、大小逆順にして同様である。実際には、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響は累積法の試算より軽度に残り、実際の絶縁信頼度（累積故障確率）は、概して、独立法と累積法の算定結果の間となる。
【００４０】
そこで、本実施形態では、係数取得ステップＳ１１８にて、ユーザは電力機器が独立法にしたがう割合を示す係数ｃを取得する。係数ｃは、下記式（１１）に基づくものである。なお、ここでは独立法にしたがう割合を示す係数ｃを取得するが、累積法にしたがう割合を示す係数を取得してもよい。
【００４１】
【数９】
【００４２】
演算ステップＳ１２０では、ユーザは、電力機器の保全システム１００に、ワイブルパラメータ（時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍ）、試験条件（試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、試験時絶縁信頼度Ｒｔ）、使用条件（各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｖｔ、合計回数Ｎ）および係数ｃを与え、使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出する。
【００４３】
以下、電力機器の保全システム１００について説明する。図２は、本発明の実施形態にかかる電力機器の保全システム１００の概略構成を示す図である。電力機器の保全システム１００は、システム制御部１０２、記憶部１０４、入力部１０６、出力部１０８、表示部１１０、保全データ算出部１１２を含んで構成される。
【００４４】
システム制御部１０２は、中央処理装置（ＣＰＵ）によって実現され、システム全体の管理・制御を行う。記憶部１０４は、各種記憶手段（ＲＯＭやＲＡＭ、ＨＤＤ等）により実現され、必要なデータを記憶する。システムに必要なプログラム等は、かかる記憶部１０４に格納される。
【００４５】
入力部１０６は、キーボードやマウス、タッチパネル、あるいはネットワークを通じたデータ通信等により、外部からデータをシステム内部へと取り込む入力手段である。出力部１０８は、システム内部からデータを外部へと送り出す出力手段であり、出力内容をデータとして記録媒体に保存したり、プリンタにて印刷したり、ネットワークを通じたデータ通信等によって必要なデータを特定のアドレスへと送ることが可能である。表示部１１０は、液晶ディスプレイ、ＥＬ(Electro Luminescence)ディスプレイ等とそのコントローラで構成され、ユーザに対し画像を表示する。
【００４６】
保全データ算出部１１２は、パラメータ取得部１１４、試験条件取得部１１６、使用条件取得部１１８、係数取得部１２０、演算部１２２からなり、使用時絶縁信頼度Ｒｓすなわち保全データを算出する。入力部１０６を介して、パラメータ取得部１１４は時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍを取得し、試験条件取得部１１６は試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、試験時絶縁信頼度Ｒｔを取得し、使用条件取得部１１８は各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ、合計回数Ｎを取得し、係数取得部１２０は係数ｃを取得する。
【００４７】
演算部１２２は、パラメータ取得部１１４、試験条件取得部１１６、使用条件取得部１１８、係数取得部１２０が取得した各データを受け取り、下記式（１２）に基づいて使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出する。具体的には、電力機器の使用時絶縁信頼度Ｒｓの独立法の要素の項、および累積法の要素の項に、係数ｃを用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、試験条件を用いて使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出する。
【００４８】
【数１０】
【００４９】
算出された使用時絶縁信頼度Ｒｓ（保全データ）は、出力部１０８を介して、電力機器を管理する管理システムへと送られる。そして、この使用時絶縁信頼度Ｒｓが管理システムの保全計画に反映される（保全計画ステップＳ１２２）。これにより、実態に適合する保全計画（設備メンテナンスや更新・交換計画）をたて、適切な保全作業を実施できるため、安全性の向上、コストの削減の効果を奏する。
【００５０】
なお、上記では電力機器の保全システム１００によって使用時絶縁信頼度Ｒｓを算出したが、これはコンピュータ上で動作するプログラム（ソフトウェア）で実現することができる。すなわち、コンピュータを、パラメータ取得手段（パラメータ取得部１１４）、試験条件取得手段（試験条件取得部１１６）、使用条件取得手段（使用条件取得部１１８）、係数取得手段（係数取得部１２０）、演算手段（演算部１２２）として機能させるプログラムを構築してもよい。これにより、高い算出精度を確保可能な上記絶縁信頼度評価法の汎用化を図ることができ、本手法の定着化の促進を図ることができる。
【００５１】
＜応用＞
図３は、図２の電力機器の保全システム１００の応用について説明する図である。ここでは、要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを得るための商用周波耐電圧試験の試験条件を算出する。具体的には、パラメータ取得部１１４が時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍを取得し、使用条件取得部１１８が各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ、合計回数Ｎに加えて、各印加電圧Ｖｓが各印加時間Ｔｓ加わった場合において電力機器に要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを取得し、係数取得部１２０が係数ｃを取得する。そして、演算部１２２が式（１２）に基づいて、商用周波耐電圧試験の試験条件（保全データ）を算出する。
【００５２】
すなわち、演算部１２２は、未知数である式（１２）の試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、および試験時絶縁信頼度Ｒｔを収束計算で算出する。電力機器に要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを入れた式（１２）を満たす試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、および試験時絶縁信頼度Ｒｔを式（６）の関係に基づき決定（算出）するのである。算出された試験電圧Ｖｔおよび試験時間Ｔｔは、出力部１０８を介して、商用周波耐電圧試験の現場へと送られる。
【００５３】
このとき算出された試験電圧Ｖｔ、試験時間Ｔｔ、および試験時絶縁信頼度Ｒｔは、要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓを得るために、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮すると、出荷時の試験時絶縁信頼度Ｒｔをどの条件でどの程度確保すればよいかという値を示している。したがって、算出された試験電圧Ｖｔおよび試験時間Ｔｔを採用することで、上記要求される使用時絶縁信頼度Ｒｓの達成を見込める。
【００５４】
このように、電力機器の保全システム１００では、取得するものの変更により算出対象を変更可能である。この場合においても、係数ｃを用いて電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を適正に考慮しているため高い算出精度が確保される。
【００５５】
＜保全データの妥当性＞
本発明者らは、電圧印加履歴の絶縁信頼度への影響を把握するために、油入変圧器（初期故障型）を想定して以下の検証を行った。図４は、試験モデル２００について説明する図である。図４（ａ）が試験モデル２００の概略構成を示す図であり、図４（ｂ）が図４（ａ）の円板電極２０４ａ、２０４ｂ間に加える電圧およびこの電圧を加える時間を示す図である。
【００５６】
図４（ａ）に示すように、試験モデル２００では、絶縁油２０２で満たされたテストタンク２００ａ内部に油ギャップが４ｍｍとなるように一対の円板電極２０４ａ、２０４ｂを設置し、一方の円板電極２０４ａに高電圧印加線２０６ａを、他方の円板電極２０６ｂにアース線２０６ｂを接続した。
【００５７】
図４（ｂ）に示すように、円板電極２０４ａ、２０４ｂ間に、過電圧を想定した電圧（以下「過電圧ＶH」と称する）と運転電圧を想定した電圧（以下「運転電圧ＶL」と称する）を交互に加えた。詳細には、過電圧ＶHを過電圧時間ＴH加え、運転電圧ＶLを運転電圧時間ＴL加えることをそれぞれ５回繰り返した。
【００５８】
表１に具体的な条件を記す。表１に記す第１試験〜第３試験の条件下で、試験モデル２００の累積故障確率を実測した。また、第１試験〜第３試験のそれぞれにおいて、その累積故障確率を独立法および累積法で算定した。
【００５９】
【表１】
【００６０】
図５は、第１試験の結果を示す図である。図５に示すように、第１試験では累積故障確率の実測データは、独立法による算定結果と累積法による算定結果の間を推移した。独立法では電圧印加履歴を考慮しないため累積故障率が高く算定され、累積法では電圧印加履歴が完全に残るとするため累積故障率が低く算定されてしまうと考えられる。
【００６１】
図６は、第２試験の結果を示す図である。第２試験では第１試験よりも運転電圧ＶLを高く設定しているため、図６に示すように、より電圧印加履歴の影響が残ると考えられ、累積故障確率の実測データが累積法による算定結果に近づいている。
【００６２】
図７は、第３試験の結果を示す図である。第３試験では第１試験よりも絶縁油２０２の油流速を速く設定しているため、図７に示すように、より電圧印加履歴の影響がなくなると考えられ、累積故障確率の実測データが独立法による算定結果に近づいている。
【００６３】
第１試験〜第３試験の結果を踏まえると、実際の累積故障確率（実測データ）は種々の条件に左右されるが、概ね、累積故障確率の実測データは、独立法の算定結果と累積法の算定結果の間を推移することが分かる。そのため、下記式（１３）によれば妥当な累積故障確率（使用時累積故障確率Ｐｓ）を算定可能である。なお、係数ｄは、累積法にしたがう割合を示すものであり、係数ｃ＋係数ｄ＝１とする。
【００６４】
【数１１】
【００６５】
上記式（１２）は、この式（１３）と式（６）との対数の比をとるように変形することで導き出される。よって、式（１２）に基づいて、演算部１２２により算出される保全データは極めて妥当なものということができる。
【００６６】
＜係数＞
係数ｃは、独立法にしたがう割合を示すものであり、種々の条件に左右される。そのため、係数ｃは、式（１１）に基づき、実測に基づく累積故障確率Ｐｍを要素として算出される。しかし、この実測に基づく累積故障確率Ｐｍを毎回求めることは現実的ではない。
【００６７】
表２は、係数ｃの値を条件別に示したものである。表２に示すように、係数ｃを左右する要因として、過電圧ＶHおよび運転電圧ＶL、並びに油流速が存在する。ここでは、過電圧ＶHおよび運転電圧ＶL、並びに油流速によって係数ｃが決定されるものと見なし、他の要因に関しては絶縁信頼度を算出する電力機器同士で同じであると考える。
【００６８】
【表２】
【００６９】
図８は、係数ｃと、過電圧ＶHおよび運転電圧ＶLとの関係を示す図である。図８に示すように、係数ｃが過電圧ＶHおよび運転電圧ＶL、並びに油流速によって決定されるものと見なすことで、数回の実測データ（累積故障確率Ｐｍ）からこれらの相関（特性曲線）を取ることができる。これにより、累積故障確率Ｐｍを毎回求めずとも、係数ｃを決定することができる。
【００７０】
＜応用の実施例＞
以下、応用の実施例として、上述した絶縁信頼度評価法を用いて、ＵＨＶ級、５００ｋＶ級、非有効接地系（６６−１５４ｋＶ級）のそれぞれの油入変圧器が使用時絶縁信頼度Ｒｓ＝９９．８％を満たすための試験電圧Ｖｔを算出する。本手法との比較のために、独立法を用いて、使用時絶縁信頼度Ｒｓ＝９９．８％を満たすための試験電圧Ｖｔについても同様に算出する。なお、ここでは、試験時絶縁信頼度Ｒｔを９８％、試験時間Ｔｔを６０秒と仮定して算出を行う。
【００７１】
表３は、ワイブルパラメータ（時間形状パラメータａ、電圧形状パラメータｍ）、使用条件（各印加電圧Ｖｓ、各印加時間Ｔｓ、合計回数Ｎ）、係数ｃを示したものである。なお、係数ｃは、使用条件の中で最も影響の大きい下線を付したものに基づき算出した。
【００７２】
【表３】
【００７３】
表４は、表３の各データに基づいて算出される試験電圧Ｖｔを示したものである。表４に示すように、ＵＨＶ級、５００ｋＶ級、非有効接地系（６６−１５４ｋＶ級）のいずれの油入変圧器においても、本手法の方が独立法よりも試験電圧Ｖｔが若干低く算出された。すなわち、電圧印加履歴の影響を適正に考慮すれば、従来の独立法にしたがって策定されていた試験条件により絶縁性能を検証されてきた設備では、絶縁性能が高めに保たれており、絶縁設計に合理化の余地があることを示している。これは、エンジニアリング的な観点では、有益な結果と考えられる。
【００７４】
【表４】
【００７５】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明は、故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器の保全システム、その保全プログラム、およびその保全方法として利用することができる。
【符号の説明】
【００７７】
１００…電力機器の保全システム、１０２…システム制御部、１０４…記憶部、１０６…入力部、１０８…出力部、１１０…表示部、１１２…保全データ算出部、１１４…パラメータ取得部、１１６…試験条件取得部、１１８…使用条件取得部、１２０…係数取得部、１２２…演算部、２００…試験モデル、２００ａ…テストタンク、２０２…絶縁油、２０４ａ、２０４ｂ…円板電極、２０６ａ…高電圧印加線、２０６ｂ…アース線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得部と、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、
前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算部と、
を有することを特徴とする電力機器の保全システム。
【請求項２】
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間、並びに該各印加電圧がその各印加時間加わった場合において前記電力機器に要求される使用時絶縁信頼度を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、
前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記使用時絶縁信頼度を用いて商用周波耐電圧試験に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を算出する演算部と、
を有することを特徴とする電力機器の保全システム。
【請求項３】
前記パラメータ取得部が、前記ワイブルパラメータとして、下記式に基づく時間形状パラメータ、電圧形状パラメータを取得することを特徴とする請求項１または２に記載の電力機器の保全システム。
【数１】
【請求項４】
前記係数取得部が、前記電力機器が前記独立法にしたがう割合を示す係数を取得し、
前記演算部が、下記式に基づいて算出を行うことを特徴とする請求項３に記載の電力機器の保全システム。
【数２】
【請求項５】
前記係数取得部が、下記式に基づく前記係数を取得することを特徴とする請求項４に記載の電力機器の保全システム。
【数３】
【請求項６】
コンピュータを、
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得手段、
前記電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得手段、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得手段、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得手段、
前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算手段、
として機能させるための電力機器の保全プログラム。
【請求項７】
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
前記電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得ステップと、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得ステップと、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得ステップと、
コンピュータを利用して、前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算ステップと、
を有することを特徴とする電力機器の保全方法。
【請求項１】
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得部と、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、
前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算部と、
を有することを特徴とする電力機器の保全システム。
【請求項２】
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得部と、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間、並びに該各印加電圧がその各印加時間加わった場合において前記電力機器に要求される使用時絶縁信頼度を含む使用条件を取得する使用条件取得部と、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得部と、
前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記使用時絶縁信頼度を用いて商用周波耐電圧試験に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を算出する演算部と、
を有することを特徴とする電力機器の保全システム。
【請求項３】
前記パラメータ取得部が、前記ワイブルパラメータとして、下記式に基づく時間形状パラメータ、電圧形状パラメータを取得することを特徴とする請求項１または２に記載の電力機器の保全システム。
【数１】
【請求項４】
前記係数取得部が、前記電力機器が前記独立法にしたがう割合を示す係数を取得し、
前記演算部が、下記式に基づいて算出を行うことを特徴とする請求項３に記載の電力機器の保全システム。
【数２】
【請求項５】
前記係数取得部が、下記式に基づく前記係数を取得することを特徴とする請求項４に記載の電力機器の保全システム。
【数３】
【請求項６】
コンピュータを、
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得手段、
前記電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得手段、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得手段、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得手段、
前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算手段、
として機能させるための電力機器の保全プログラム。
【請求項７】
故障確率分布がワイブル分布で表される電力機器のワイブルパラメータを取得するパラメータ取得ステップと、
前記電力機器の商用周波耐電圧試験時に加えられる試験電圧およびその試験時間、並びに商用周波耐電圧試験時の試験時絶縁信頼度を含む試験条件を取得する試験条件取得ステップと、
前記電力機器の使用時に加わる各印加電圧およびその各印加時間を含む使用条件を取得する使用条件取得ステップと、
前記電力機器が絶縁信頼度評価法の独立法にしたがう割合または絶縁信頼度評価法の累積法にしたがう割合を示す係数を取得する係数取得ステップと、
コンピュータを利用して、前記ワイブルパラメータ、前記各印加電圧およびその各印加時間にて表される前記電力機器の前記独立法の要素の項、並びに前記累積法の要素の項に、前記係数を用いてそれぞれの手法にしたがう割合を乗じ、互いを足し合わせ、前記試験条件を用いて使用時絶縁信頼度を算出する演算ステップと、
を有することを特徴とする電力機器の保全方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１７３０９６（Ｐ２０１２−１７３０９６Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４５８４（Ｐ２０１１−３４５８４）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 ＩＥＥＥ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ 刊行物名、巻数、号数 Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ、１７巻、５号 発行年月日 ２０１０年１０月７日
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 ＩＥＥＥ Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｃｉｅｔｙ 刊行物名、巻数、号数 Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ，ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ、１７巻、５号 発行年月日 ２０１０年１０月７日
【出願人】（０００００３６８７）東京電力株式会社 (2,580)
【Ｆターム（参考）】
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