JP6612547B2 - 劣化診断装置、劣化診断方法、及びプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、劣化診断装置、劣化診断方法、及びプログラムに関する。

電力設備は社会インフラストラクチャのバックボーンであり、長期にわたり安定した稼働が求められる。そのためには電力設備の劣化状態を把握し、保全・更新を計画的に実施することが重要である。
電力設備の導体を支持したり、部材を電気的に遮断するバリヤなどとして絶縁材料が用いられる。絶縁材料の絶縁特性は経年劣化、あるいは設置環境に浮遊する塵埃やガスの付着などで低下する。絶縁特性が低下すると放電やトラッキングを生じて設備停止に至ることがあるため、絶縁材料の余寿命は電力設備の劣化を診断するためのバロメータになる。

設置環境が絶縁材料の劣化に及ぼす影響は、塵埃やガスの付着による物理的汚損だけとは限らない。絶縁材料は、絶縁材料の成分と化学反応する物質が存在する雰囲気に暴露されると、通常の経年劣化を上回る速度で劣化する場合がある。このように、設備の設置環境により劣化は大きな影響を受ける。

そこで、絶縁材料の余寿命を詳細に推定するために、現地診断が行われている。現地診断では、電力設備が設定されている現地に赴いて、余寿命の推定に用いる設備の設置環境に関する評価項目の値を測定したり、その値を得るためのサンプルを採取して後日分析する。よって、現地診断には、時間と手間がかかる場合があった。

特開２０１２−１４１１４６号公報

本発明が解決しようとする課題は、簡易に絶縁材料の劣化を診断することができる劣化診断装置、劣化診断方法、及びプログラムを提供することである。

実施形態の劣化診断装置は、変換部と、算出部と、診断部とを持つ。変換部は、絶縁材料の経過年数、絶縁材料の設置場所の湿度、及び、絶縁材料の汚損に関連し、かつ、絶縁材料の設置場所で測定することなく得られる情報を、絶縁材料の劣化に影響を与える程度に応じた数値に変換する。算出部は、変換された数値から劣化状態の評価値を算出する。診断部は、評価値に基づいて絶縁材料の劣化状態を判断する。

第１の実施形態の簡易診断に用いる評価項目を示す図。 同実施形態の劣化診断装置の構成を示すブロック図。 同実施形態の劣化診断装置による簡易診断の処理フローを示す図。 同実施形態の回答入力画面を示す図。 第２の実施形態の簡易診断の合計点と推定余寿命の相関を示す図。 同実施形態の劣化診断装置の構成を示すブロック図。

以下、実施形態の劣化診断装置、劣化診断方法、及びプログラムを、図面を参照して説明する。
実施形態では、例えば受電設備、変電設備、スイッチギヤなどのような各種の電力機器又は電力設備に使用される絶縁材料の劣化状態を簡易に推定・診断する。

（第１の実施形態）
現地診断による絶縁材料の余寿命診断方法では、設備が設置されている現地において、設備の絶縁材料表面の「表面抵抗」、「色調」、「光沢」、「表面粗さ」を測定し、さらに、絶縁材料表面の汚損物をふき取ってサンプリングする。そして、持ち帰ったサンプリング品の「汚損度」、「イオン付着量」を測定した後、多変量解析を用いて絶縁材料の余寿命を算出する。この余寿命診断方法では、診断結果がでるまでに２週間程度要することが多い。実施形態では、このような現地診断などの詳細診断を実施する前に、現地に赴くことなく設備の劣化状態をある程度推定する簡易診断を行う。

図１は、簡易診断に用いる評価項目を示す図である。絶縁材料の余寿命には、絶縁材料の経過年数、絶縁材料が設置されている環境の湿度、絶縁材料表面の汚損が特に大きな影響を与える。そこで、絶縁材料の経過年数、絶縁材料が設置されている環境の湿度、絶縁材料表面の汚損に関連し、かつ、設備の設置場で測定を行うことなく評価可能な評価項目を簡易診断に用いる。これらの評価項目は、設備が設置されている環境などから一般の人でも回答可能なものである。また、絶縁材料が設置されている環境の温度も、余寿命に影響を与える。そこで、簡易診断に、絶縁材料が設置されている環境の温度に関連し、かつ、設備の設置場で確認することなく評価可能な評価項目をさらに用いる。

同図では、評価項目として、「経過年数」、「設置環境」、「階数」、「空調の有無」、「空調の温度設定」、「外気の取入れ」、「業種」、「海岸からの距離」、「点検履歴」が示されている。これらは、現地に足を運んだり、測定したりすることなく把握可能で、絶縁材料の劣化に大きな影響を及ぼす項目である。各評価項目の回答は、点数に変換される。ここでは、劣化への影響が大きい程、高い点数に変換される。

評価項目「経過年数」は、設備が設置されてからの経過年数を評価する。この評価項目は、絶縁材料の経過年数に関連する。経過年数が長い程、段階的に高い点数に変換される。
評価項目「設置環境」は、設備が設置されている環境を評価する。この評価項目は、絶縁材料の汚損に関連する。「屋内」よりも「屋外」のほうが外気の影響を受けやすく、汚損が高いと考えられるため、高い点数に変換される。

評価項目「階数」は、建物内で設備が設置されている階数を評価する。この評価項目は、絶縁材料が設置されている環境の湿度に関連する。１階以上よりも地下のほうが、湿度が高いと考えられるため、高い点数に変換される。
評価項目「空調」は、設備が設置されている場所の空調の有無を評価する。この評価項目は、絶縁材料が設置されている環境の湿度に関連する。「空調あり」よりも「空調なし」のほうが、湿度が高いと考えられるため、高い点数に変換される。
評価項目「空調の温度設定」は、設備が設置されている場所の温度を評価する。この評価項目は、絶縁材料が設置されている環境の温度に関連し、劣化が進む高い温度のほうが段階的に高い点数に変換される。
評価項目「外気の取入れ」は、設備が設置されている場所の外気の取入れの有無を評価する。この評価項目は、絶縁材料の汚損に関連し、外気の取り入れなし（「外気なし」）よりもあり（「外気あり」）のほうが、汚損が高まると考えられるため、高い点数に変換される。

評価項目「業種」は、設備の利用者の業種を評価する。この評価項目は、絶縁材料の汚損に関連する。設備に化学物質が付着しやすい環境と考えられる業種ほど、高い点数に変換される。
評価項目「海岸からの距離」は、設備が設置されている場所の海岸からの距離を評価する。この評価項目は、絶縁材料の汚損に関連する。海岸からの距離が近いほど、絶縁材料に塩分等が付着しやすいと考えられるため、段階的に高い点数に変換される。
評価項目「点検履歴」は、設備の点検の有無を評価する。この評価項目は、絶縁材料の汚損に関連する。点検時には絶縁材料の清掃が行われることが多いため、「点検なし」のほうが「点検あり」よりも高い点数に変換される。

上記のように、各評価項目の回答は、絶縁劣化が進みやすい状態ほど高い点数に変換される。従って、各評価項目の点数の合計が高いほど、総合して絶縁劣化が進んでいることを示す。そこで、簡易診断では、各評価項目の回答を点数に変換し、それらの点数の合計を劣化状態の評価値として用い、絶縁材料の劣化状態を診断する。従来は、絶縁材料の余寿命を、現地まで足を運んで詳細診断していたため、時間と手間がかかっていた。一方、簡易診断では、合計点に基づいて設備の劣化が問題ないと診断されたものに関しては、詳細診断を省略可能と判断でき、時間と手間を省くことができる。

図２は、劣化診断装置１の構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。劣化診断装置１は、例えば、パーソナルコンピュータやコンピュータサーバなどのコンピュータ装置により実現することができる。同図に示すように、劣化診断装置１は、入力部２と、記憶部３と、処理部４と、出力部５とを備える。
入力部２は、例えば、キーボードやボタン、タッチパネルに配されたタッチセンサであり、ユーザが情報を入力するためのユーザインタフェースである。なお、入力部２は、劣化診断装置１とネットワークを介して接続される他の装置から情報の入力を受けてもよく、記録媒体からデータを読み取ってもよい。
記憶部３は、詳細診断が必要と判断するときの合計点のしきい値など各種情報を記憶する。

処理部４は、表示制御部４１と、変換部４２と、算出部４３と、診断部４４とを備える。
表示制御部４１は、画面データを出力部５に出力する。変換部４２は、入力部２により入力された各評価項目の回答を示す情報を取得する。変換部４２は、各評価項目の回答の情報を数値に変換する。算出部４３は、各評価項目の回答の情報を変換して得られた数値の合計値を算出する。診断部４４は、算出部４３が算出した合計値に基づいて、絶縁材料の劣化状態を判断する。診断部４４は、判断した劣化状態を診断結果として出力部５に出力する。

出力部５は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やタッチパネルなどのディスプレイであり、画面データを表示する。なお、出力部５は、劣化診断装置１と接続される他の装置のディスプレイに画面データを表示してもよく、診断部４４による診断結果を記録媒体に書き込んでもよい。

次に、劣化診断装置１の動作について説明する。
図３は、劣化診断装置１の処理フローを示す図である。
調査者が評価開始を劣化診断装置１の入力部２により入力する。表示制御部４１は、記憶部３から回答入力画面データを読み出して出力部５に表示する。回答入力画面データは、簡易診断に用いる各評価項目の回答を入力するためのボタンまたはフィールドを含む。回答入力画面データは、さらに、診断開始ボタンを含む。調査者は、劣化診断装置１の入力部２により、各評価項目の回答を入力し、診断開始ボタンを押下する（ステップＳ１０５）。

変換部４２は、入力部２により入力された各評価項目の回答の情報を取得する。変換部４２は、各評価項目の回答の情報を、例えば、図１に示す回答と点数との関係に基づいて、点数に変換する（ステップＳ１１０）。算出部４３は、変換部４２により変換された各評価項目の点数を足し合わせて合計点を算出する（ステップＳ１１５）。算出部４３は、各評価項目の点数に、評価項目に応じた重み係数を乗算した後に足し合わせ、合計点を算出してもよい。ある評価項目の重み係数は、他の評価項目の回答に応じて変更してもよい。例えば、評価項目Ａ、Ｂ、Ｃ、…があるときに、評価項目Ａの回答がａである場合、評価項目Ｃの重み係数に係数αを乗算する。あるいは、評価項目Ａの回答がａ、かつ、評価項目Ｂの回答がｂの場合、評価項目Ｃの重み係数に係数βを乗算する。また、あるいは、評価項目Ａの回答がａ、かつ、評価項目Ｂの回答がｂの場合、合計値にさらに所定の値γを加算してもよい。

診断部４４は、算出部４３が算出した合計点に基づいて、絶縁材料の劣化状態を判断し、診断結果を得る（ステップＳ１２０）。例えば、診断部４４は、合計点と記憶部３に記憶されるしきい値とを比較する。診断部４４は、合計点がしきい値以上であれば、余寿命が短く、詳細診断が必要な劣化状態と判断し、合計点がしきい値未満であれば、余寿命が長く、詳細診断が必要ない劣化状態であると判断する。あるいは、診断部４４は、記憶部３から合計点と余寿命との相関を示す情報を読み出し、読み出した情報に基づいて、算出部４３が算出した合計点に対応した余寿命を診断結果として取得してもよい。表示制御部４１は、診断部４４による診断結果を表示する画面データを出力部５に出力する（ステップＳ１２５）。

図４は、出力部５に表示される回答入力画面の例を示す図である。図３のステップ１０５において、表示制御部４１は、回答入力画面データを出力部５に表示する。これにより、出力部５は、図４に示す回答入力画面Ｇを表示する。回答入力画面Ｇは、各評価項目についての質問Ｑと、その質問Ｑに対する回答を入力するためのボタンＢ及びフィールドＦを含む。ボタンＢには、ラジオボタンやチェックボックスが用いられる。

なお、回答入力画面Ｇには、図１に示した評価項目の他、設備設置場所が工業地区か否か、山間地区か否か、都市地区か否か、近隣または敷地内に温泉があるか否か、近隣または敷地内に有毒ガスを発生する設備や地区がある否か、有毒ガスを発生する設備がある場合は有毒ガスの種類などの評価項目についての質問がある。またさらに、診断対象の設備の冷却方式、フィルターの有無、ケーブル引き込み部の遮断の有無、盤内のほこりの有無など盤構造に関する評価項目についての質問もある。
変換部４２は、わからないと回答された評価項目や、回答未入力の評価項目については、評価項目ごとに予め決められたデフォルトの点数を取得する。

上述したように、設備に使用されている絶縁材料の経過年数、設備の設置環境の湿度や温度、絶縁材料表面の汚損などに関連した予めわかっている情報を点数化し、それら点数の合計に基づいて絶縁材料の劣化状態をある程度判断することができる。そして、余寿命が短いと判断された設備に対しては、現地診断を実施して詳細に余寿命を推定することが可能となる。

上述した劣化診断装置１は、以下のように利用されることが考えられる。例えば、調査者は、顧客の設備の詳細診断を行う前に、劣化診断装置１として使用される自分のパーソナルコンピュータに情報をインプットして簡易診断を行う。調査者は、劣化診断装置１による簡易診断の結果を顧客に報告し、詳細診断に進むか否かの判断を仰ぐ。
また別の利用方法として、劣化診断装置１を、インターネットなどのネットワークに接続し、問診事項をネットワーク上で掲載することが考えられる。顧客は、自身が保有する顧客端末からネットワークを経由して劣化診断装置１にアクセスする。顧客端末が、劣化診断装置１から受信した回答入力画面データを表示すると、顧客は各評価項目の回答を入力する。顧客端末が、入力された回答の情報を劣化診断装置１に送信すると、劣化診断装置１は、その回答の情報に基づいて簡易診断を行い、簡易診断結果を顧客端末に送信し、表示させる。これより、不特定多数の顧客が容易に自社設備の診断をすることができ、独自に設備更新計画ができるメリットがある。
最初から詳細診断を実施するとコストが高くなることが多いため、簡易診断で必要があった場合のみ詳細診断に進む方が顧客にとって実施しやすい。

（第２の実施形態）
本実施形態では、合計点と余寿命の相関を推定する。
図５は、簡易診断の合計点と詳細診断による推定余寿命の相関を示す図である。同図に示すグラフは、簡易診断の合計点を横軸とし、詳細診断による推定余寿命年数を縦軸としたときの相関を表している。詳細診断は、従来技術（例えば、特許第５７２２０２７号公報）により行った結果である。

グラフ上の各点は、簡易診断の合計点と詳細診断による推定余寿命との相関を求めるために学習データとして用いた簡易診断の合計点と、詳細診断による推定余寿命年数との組をプロットしたものである。同図に示すように、簡易診断の合計点と詳細診断の推定余寿命との相関を表す直線Ｌは、決定係数Ｒ^２＝０．６３９１であり、相関が高いことがわかる。

例えば、企業等において、余寿命が１０年以下となった時点で、設備を新しくするための計画や準備を始めるものとする。図５に示す直線Ｌによれば、詳細診断で余寿命が１０年以下と推定される場合の簡易診断の合計点は１３点以上である。そのため、簡易診断により合計点が１２点以下の場合は、詳細診断にまで進む必要がないが、簡易診断で合計点が１３点以上の場合、現地での詳細診断により的確な余寿命を推定するのが望ましい。これにより、設備更新計画の目安をつけることができる。

図６は、本実施形態の劣化診断装置１ａの構成を示す機能ブロック図であり、本実施形態と関係する機能ブロックのみを抽出して示してある。同図において、図２に示す第１の実施形態による劣化診断装置１と同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。同図に示す劣化診断装置１ａが、第１の実施形態の劣化診断装置１と異なる点は、処理部４に代えて処理部４ａを備える点である。処理部４ａが、第１の実施形態の処理部４と異なる点は、相関算出部４５をさらに備える点である。
相関算出部４５は、入力部２により入力された学習データを取得する。学習データは、複数の設備それぞれについての簡易診断の合計点と詳細診断による推定余寿命年数との組の情報を含む。相関算出部４５は、学習データに基づいて、簡易診断の合計点と詳細診断による推定余寿命年数との相関を表す関数（例えば、図５に示す直線Ｌ）を学習する。相関算出部４５は、学習した関数を、合計点と余寿命との相関を示す情報として記憶部３に書き込む。さらに、相関算出部４５は、学習した関数から、詳細診断が必要となるときの推定余寿命年数に対応した合計点を算出し、しきい値として記憶部３に書き込む。

劣化診断装置１ａが、簡易診断を行うときの処理は、第１の実施形態の劣化診断装置１と同様である。
本実施形態によれば、詳細診断が必要であると判断するときの簡易診断の合計点を得ることができる。また、簡易診断の合計点と余寿命の関係を得ることができる。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、変換部、算出部、及び診断部を持つことにより、絶縁材料の設置場所で確認することなく得られる情報から、絶縁材料の劣化状態を診断することができる。
また、以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、相関算出部を持つことにより、簡易診断の合計点と余寿命との相関が得られるため、合計点に基づく絶縁材料の劣化状態の診断の精度を上げることができる。

上述した実施形態における劣化診断装置１、１ａの機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この劣化診断装置１、１ａの機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１…劣化診断装置、１ａ…劣化診断装置、２…入力部、３…記憶部、４…処理部、４ａ…処理部、４１…表示制御部、４２…変換部、４３…算出部、４４…診断部、４５…相関算出部、５…出力部

Claims (7)

1. 絶縁材料の経過年数、前記絶縁材料の設置場所の湿度、及び、前記絶縁材料の汚損に関連し、かつ、前記絶縁材料の設置場所で測定することなく得られる情報を、前記絶縁材料の劣化に影響を与える程度に応じた数値に変換する変換部と、
   変換された前記数値から劣化状態の評価値を算出する算出部と、
   評価値及び余寿命の相関に基づいて得られるしきい値と算出された評価値とに基づいて余寿命を取得する診断部と、
   を備える劣化診断装置。
2. 前記変換部は、さらに、前記絶縁材料の設置場所の温度に関連し、かつ、前記絶縁材料の設置場所で確認することなく得られる情報を、前記絶縁材料の劣化に影響を与える程度に応じた数値に変換する、
   請求項１に記載の劣化診断装置。
3. 前記しきい値は、評価値と余寿命との相関に基づいて得られた所定の余寿命のときの評価値である、
   請求項２に記載の劣化診断装置。
4. 予め得られた評価値と余寿命との対応を示す情報から前記相関を算出する相関算出部をさらに備える、
   請求項３に記載の劣化診断装置。
5. 前記診断部は、前記相関に基づいて前記評価値に対応した余寿命を取得する、
   請求項４に記載の劣化診断装置。
6. 絶縁材料の経過年数、前記絶縁材料の設置場所の湿度、及び、前記絶縁材料の汚損に関連し、かつ、前記絶縁材料の設置場所で測定することなく得られる情報を、前記絶縁材料の劣化に影響を与える程度に応じた数値に変換する変換ステップと、
   変換された前記数値から劣化状態の評価値を算出する算出ステップと、
   評価値と余寿命との相関に基づいて得られるしきい値と算出された評価値とに基づいて余寿命を取得する診断ステップと、
   を有する劣化診断方法。
7. コンピュータに、
   絶縁材料の経過年数、前記絶縁材料の設置場所の湿度、及び、前記絶縁材料の汚損に関連し、かつ、前記絶縁材料の設置場所で測定することなく得られる情報を、前記絶縁材料の劣化に影響を与える程度に応じた数値に変換する変換ステップと、
   変換された前記数値から劣化状態の評価値を算出する算出ステップと、
   評価値と余寿命との相関に基づいて得られるしきい値と算出された評価値とに基づいて余寿命を取得する診断ステップと、
   を実行させるプログラム。

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