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技術 マルチセンサを用いた部分放電検出装置

出願人 日新電機株式会社
発明者 岡田直喜山里将史大木秀人
出願日 2018年2月5日 (2年2ヶ月経過) 出願番号 2018-017988
公開日 2019年8月15日 (8ヶ月経過) 公開番号 2019-135455
状態 未査定
技術分野 短絡、断線、漏洩,誤接続の試験 絶縁性に関する試験 ガス絶縁開閉装置
主要キーワード アンテナセンサ 診断対象設備 バックグラウンドノイズレベル 極性判別回路 周囲環境変化 機械的変化 検出確度 ポート番
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重要な関連分野

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図面 (15)

課題

部分放電を取り逃がす可能性が低く信頼性の高い検出が可能である、小型で低コストマルチセンサを用いた部分放電検出装置を提供する。

解決手段

部分放電検出装置100は、診断対象設備200に配置された種類の異なるセンサ104〜118を含むセンサ群102と、1つのセンサからの信号を通過させるRFSW120と、RFSWの出力信号から抽出した所定周波数成分包絡線信号を出力するチューナ124と、包絡線信号から測定データを生成するA/D変換器126と、チューナに周波数を指示しFRSWに出力すべき信号を指示する制御部128とを含み、制御部は、センサ及び周波数の全ての組合せについて測定データを取得し、センサ毎周波数分析を行ない、分析結果に応じて、部分放電の検出に適した測定データを決定し、それを用いて部分放電を検出する。これにより、部分放電を信頼性高く検出できる。

概要

背景

配電盤スイッチギヤ変圧器開閉機器等の電力設備(以下、電力機器ともいう)は、設置されてから長期間使用され、それに伴い絶縁性能の低下等経年劣化が生じ得る。電力設備の絶縁性能が低下すると、部分放電が発生することが一般的に知られている。電力設備内部で放電(以下、部分放電ともいう)が繰返し発生すると絶縁破壊に至り、火災等の災害につながる可能性がある。したがって、電力設備を安全に運用するには、部分放電を検出することが重要である。

部分放電が発生すると2次的な信号(例えば、電磁波、接地線に流れ込む高周波電流等)が発生する。部分放電を検出する様々な技術が知られている。例えば、下記特許文献1には、図1に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、3相電力設備において各相に対応する3つのアンテナ7〜9の出力信号チャンネルセレクタ14により切替えて、チューニングアンプ15に出力し、A/D変換器16を介してデジタルデータとして測定し、周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。測定値から求めた評価値(平均等)が、1つのアンテナに関してのみ特異的に大きい場合に、絶縁異常が発生したと判定する。

下記特許文献2には、図2に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、3つのアンテナ(3相電力設備の各相に対応)13とノイズアンテナ17との出力信号を、セレクタ21で切替えて、アンプ22、チューナ25及びA/D変換器26を介して測定し、周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。ノイズアンテナ14の出力レベルがしきい値を超えない周波数ポイント測定範囲として決定した後、測定範囲で3つのアンテナ13の出力を測定し、測定値の平均値のレベルに基づいて部分放電の発生の有無を判定する。

下記特許文献3には、図3に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、複数の変電機器2a〜2cのそれぞれの接地線に設けたCT(放電検出センサ)3a〜3cの出力信号は、極性判別回路8及び信号選択回路9に入力される。極性判別回路8は入力信号立上り極性判別し、1つの信号のみ極性が異なる場合、それに対応する変電機器内部で部分放電が発生していると判定する。信号選択回路9は、極性判別回路8からの判別結果を示す信号に応じてアナログスイッチを切替え、対応する変電機器からの信号を表示器5及び部分放電レベル計6に出力する。

下記特許文献4には、図4に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、スイッチギヤ等で発生する部分放電を、複数の超音波センサ11からの、プリアンプ12による増幅後の出力信号をマルチプレクサ2で切替えて、放電に起因する信号成分を効率的に通過させるバンドパスフィルタ31、アイソレーションアンプ32、直流変換回路33、及びA/D変換回路34を通してサンプリングする。得られたデータから、ノイズ放電現象による信号成分との弁別、信号成分の平均値算出等を行ない、異常を判定する。

概要

部分放電を取り逃がす可能性が低く信頼性の高い検出が可能である、小型で低コストマルチセンサを用いた部分放電検出装置を提供する。部分放電検出装置100は、診断対象設備200に配置された種類の異なるセンサ104〜118を含むセンサ群102と、1つのセンサからの信号を通過させるRFSW120と、RFSWの出力信号から抽出した所定周波数成分包絡線信号を出力するチューナ124と、包絡線信号から測定データを生成するA/D変換器126と、チューナに周波数を指示しFRSWに出力すべき信号を指示する制御部128とを含み、制御部は、センサ及び周波数の全ての組合せについて測定データを取得し、センサ毎に周波数分析を行ない、分析結果に応じて、部分放電の検出に適した測定データを決定し、それを用いて部分放電を検出する。これにより、部分放電を信頼性高く検出できる。

目的

本発明は、部分放電を取り逃がす可能性が低く信頼性の高い部分放電検出が可能である、小型で低コストのマルチセンサを用いた部分放電検出装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

少なくとも種類の異なるセンサを含む複数のセンサと、複数の前記センサによる検出信号入力信号として入力され、複数の前記入力信号のうちの1つの信号を出力信号として出力する切替手段と、前記切替手段から出力される前記出力信号から所定周波数成分を抽出し、当該所定周波数成分の信号を取得する取得手段と、前記所定周波数成分の周波数を前記取得手段に指示し、且つ、複数の前記入力信号のうち前記出力信号として出力すべき信号を前記切替手段に指示する制御手段とを含み、複数の前記センサが電気機器に配置された状態で、前記制御手段は、前記出力信号として出力すべき信号を前記切替手段に指示し、且つ前記周波数を前記取得手段に指示した後、前記取得手段により前記所定周波数成分の信号を取得する処理を、前記センサ及び前記周波数の全ての組合せについて繰返し、前記制御手段は、取得された前記所定周波数成分の信号に関して、前記センサ毎周波数分析を行なう分析手段と、前記分析手段による分析結果に応じて、取得された前記所定周波数成分の信号の中から、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号を決定する決定手段と、前記決定手段により決定された前記所定周波数成分の信号を用いて、前記電気機器における部分放電の発生の有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする部分放電検出装置

請求項2

前記分析手段は、前記周波数分析によりバックグラウンドノイズレベルを算出し、前記決定手段は、前記センサ毎に前記分析手段により算出された前記バックグラウンドノイズレベルの中の最小値を特定し、当該最小値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する、請求項1に記載の部分放電検出装置。

請求項3

前記分析手段は、前記周波数分析により部分放電と推定される信号レベルを算出し、前記決定手段は、前記センサ毎に前記分析手段により算出された前記部分放電と推定される信号レベルの中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定することを特徴とする、請求項1に記載の部分放電検出装置。

請求項4

前記分析手段は、前記周波数分析により、バックグラウンドノイズレベルと、部分放電と推定される信号レベルとを算出し、前記決定手段は、前記センサ毎に前記分析手段により算出された前記部分放電と推定される信号レベルから前記バックグラウンドノイズレベルを減算して差を算出し、算出された差の中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する、請求項1に記載の部分放電検出装置。

請求項5

複数の前記センサは、アンテナセンサHFCTセンサ及びTEVセンサのうちの少なくとも2種類のセンサを含むことを特徴とする、請求項1〜4のいずれか1項に記載の部分放電検出装置。

技術分野

0001

本発明は、電力設備において発生する部分放電を複数のセンサにより検出するマルチセンサを用いた部分放電検出装置に関する。

背景技術

0002

配電盤スイッチギヤ変圧器開閉機器等の電力設備(以下、電力機器ともいう)は、設置されてから長期間使用され、それに伴い絶縁性能の低下等経年劣化が生じ得る。電力設備の絶縁性能が低下すると、部分放電が発生することが一般的に知られている。電力設備内部で放電(以下、部分放電ともいう)が繰返し発生すると絶縁破壊に至り、火災等の災害につながる可能性がある。したがって、電力設備を安全に運用するには、部分放電を検出することが重要である。

0003

部分放電が発生すると2次的な信号(例えば、電磁波、接地線に流れ込む高周波電流等)が発生する。部分放電を検出する様々な技術が知られている。例えば、下記特許文献1には、図1に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、3相電力設備において各相に対応する3つのアンテナ7〜9の出力信号チャンネルセレクタ14により切替えて、チューニングアンプ15に出力し、A/D変換器16を介してデジタルデータとして測定し、周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。測定値から求めた評価値(平均等)が、1つのアンテナに関してのみ特異的に大きい場合に、絶縁異常が発生したと判定する。

0004

下記特許文献2には、図2に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、3つのアンテナ(3相電力設備の各相に対応)13とノイズアンテナ17との出力信号を、セレクタ21で切替えて、アンプ22、チューナ25及びA/D変換器26を介して測定し、周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。ノイズアンテナ14の出力レベルがしきい値を超えない周波数ポイント測定範囲として決定した後、測定範囲で3つのアンテナ13の出力を測定し、測定値の平均値のレベルに基づいて部分放電の発生の有無を判定する。

0005

下記特許文献3には、図3に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、複数の変電機器2a〜2cのそれぞれの接地線に設けたCT(放電検出センサ)3a〜3cの出力信号は、極性判別回路8及び信号選択回路9に入力される。極性判別回路8は入力信号立上り極性判別し、1つの信号のみ極性が異なる場合、それに対応する変電機器内部で部分放電が発生していると判定する。信号選択回路9は、極性判別回路8からの判別結果を示す信号に応じてアナログスイッチを切替え、対応する変電機器からの信号を表示器5及び部分放電レベル計6に出力する。

0006

下記特許文献4には、図4に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、スイッチギヤ等で発生する部分放電を、複数の超音波センサ11からの、プリアンプ12による増幅後の出力信号をマルチプレクサ2で切替えて、放電に起因する信号成分を効率的に通過させるバンドパスフィルタ31、アイソレーションアンプ32、直流変換回路33、及びA/D変換回路34を通してサンプリングする。得られたデータから、ノイズ放電現象による信号成分との弁別、信号成分の平均値算出等を行ない、異常を判定する。

先行技術

0007

特許第3612812号公報
特開平10−210647号公報
特開平4−235360号公報
特許第3229909号公報
特許第5489055号公報
特許第5935850号公報

発明が解決しようとする課題

0008

しかし、特許文献1〜4に共通する問題として、センサを複数備えてはいるが、全て同一種類のセンサであり、診断対象機器、及び部分放電の種類等により、検出できない場合があり、信頼性に欠け、部分放電を取り逃がす危険性がある。部分放電には、種々のメカニズムにより発生するものがある。例えば、固体絶縁物の表面に発生する放電(沿面放電)、固体絶縁物中のボイド(空隙)で発生する放電、固体絶縁物のクラック又は剥離部で発生する放電、高電圧部と接地電位との近接欠陥部での放電、固体絶縁物表面が汚損されてトラッキングが発生することによる放電等、種々のもの知られている。また、診断対象機器の構造の違い等によって、部分放電の発生場所も多様である。このように、診断対象機器の構造、放電の種類の違い等によって、部分放電により生じる物理量及びその変化(周波数)が異なる。また、測定は環境の影響を受け、診断対象機器が設置されている環境は必ずしも定常的ではなく、1日の中で変化し、診断対象機器が設置された後に変わり得る。

0009

したがって、本発明は、部分放電を取り逃がす可能性が低く信頼性の高い部分放電検出が可能である、小型で低コストのマルチセンサを用いた部分放電検出装置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

0010

本発明に係る部分放電検出装置は、少なくとも種類の異なるセンサを含む複数のセンサと、複数のセンサによる検出信号が入力信号として入力され、複数の入力信号のうちの1つの信号を出力信号として出力する切替部と、切替部から出力される出力信号から所定周波数成分を抽出し、当該所定周波数成分の信号を取得する取得部と、所定周波数成分の周波数を取得部に指示し、且つ、複数の入力信号のうち出力信号として出力すべき信号を切替部に指示する制御部とを含む。複数のセンサが電気機器に配置された状態で、制御部は、出力信号として出力すべき信号を切替部に指示し、且つ周波数を取得部に指示した後、取得部により所定周波数成分の信号を取得する処理を、センサ及び周波数の全ての組合せについて繰返す。制御部は、取得された所定周波数成分の信号に関して、センサ毎に周波数分析を行なう分析部と、分析部による分析結果に応じて、取得された所定周波数成分の信号の中から、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号を決定する決定部と、決定部により決定された所定周波数成分の信号を用いて、電気機器における部分放電の発生の有無を判定する判定部とを含む。

0011

これにより、電力機器に部分放電が発生しているか否かを、複数のセンサによる測定データのうち最も適切な測定データを用いて判定することができるので、部分放電を取り逃がす可能性が低くなり、結果の信頼性が高い。

0012

好ましくは、分析部は、周波数分析によりバックグラウンドノイズレベルを算出し、決定部は、センサ毎に分析部により算出されたバックグラウンドノイズレベルの中の最小値を特定し、当該最小値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する。

0013

より好ましくは、分析部は、周波数分析により部分放電と推定される信号レベルを算出し、決定部は、センサ毎に分析部により算出された部分放電と推定される信号レベルの中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する。

0014

さらに好ましくは、分析部は、周波数分析により、バックグラウンドノイズレベルと、部分放電と推定される信号レベルとを算出し、決定部は、センサ毎に分析部により算出された部分放電と推定される信号レベルからバックグラウンドノイズレベルを減算した差を算出し、算出された差の中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する。

0015

これらにより、複数のセンサによる測定データのうち、部分放電の発生の有無の判定に適した測定データを決定でき、部分放電を取り逃がす可能性が低くなり信頼性の高い検出ができる。

0016

好ましくは、複数のセンサは、アンテナセンサHFCTセンサ及びTEVセンサのうちの少なくとも2種類のセンサを含む。

0017

これにより、信頼性高く部分放電を検出できる。

発明の効果

0018

本発明によれば、配電盤、スイッチギヤ、変圧器又は開閉機器等の種々の電力機器に部分放電が発生しているか否かを、複数のセンサによる測定データのうち最も適切な測定データを用いて判定することができるので、部分放電を取り逃がす可能性が低くなり、結果の信頼性が高い。

0019

複数の種類の異なるセンサを備えることにより、種々のタイプの部分放電を検出することができ、電力設備の設置後の環境の変化があったとしても、部分放電を信頼性高く検出できる。
つまり、各センサにおいて、以下に記載する条件が部分放電信号検出に影響を与える場合があるが、このような影響が大きい場合は、一種類のセンサでは部分放電信号を検出できない場合があり、絶縁異常の兆候を取り逃がす恐れがある。
・アンテナセンサ:電力設備の周辺構造による電磁遮蔽の影響、チューナの設定周波数が発生している部分放電電磁波の周波数の狭間となる場合など。
・HFCTセンサ:センサが取り付けられている接地線と高圧回路間の静電容量による影響。
・TEVセンサ :周囲環境変化によるBGNの増加(S/N変化)の影響。
それに対して、種類の異なる複数のセンサで部分放電信号を検出した場合には、上記影響の要素を加味することで、部分放電信号の検出確度をより一層高めることが可能である。

0020

高周波切替器を備えることにより、複数のセンサを備える場合にも、同じ機器重複して備える必要がなく、装置全体を小型化し、コストを低減することができる。

図面の簡単な説明

0021

従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。
従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。
従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。
従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。
本発明の実施の形態に係る部分放電検出装置の概略構成を示すブロック図である。
図5の部分放電検出装置による部分放電検出処理を示すフローチャートである。
FSWを使用しない場合の部分放電検出装置の構成を示すブロック図である。
変形例を示すブロック図である。
RFSWを使用して行なった実験の構成を示すブロック図である。
RFSWを使用せずに行なった実験の構成を示すブロック図である。
RFSWを使用して測定されたTEVセンサの出力信号を示すグラフである。
RFSWを使用して測定されたHFCTセンサの出力信号を示すグラフである。
RFSWを使用せずに測定されたTEVセンサの出力信号を示すグラフである。
RFSWを使用せずに測定されたHFCTセンサの出力信号を示すグラフである。

0022

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

0023

(部分放電検出装置の構成)
図5を参照して、本発明の実施の形態に係る部分放電検出装置100は、複数のセンサから構成されるセンサ群102と、高周波切替器(以下、RFSWという)120と、診断装置122とを含む。部分放電検出装置100は、各部を作動させるための電源等(図示せず)をも含む。

0024

センサ群102は、異なる種類のセンサを含んでいる。図5では、センサ群102は、2つのアンテナセンサ104及び106と、3つの高周波変流器(High Frequency Current Transformer)センサ(以下、HFCTセンサともいう)108〜112と、3つの過渡接地電圧(Transient Earth Voltage)センサ(以下、TEVセンサともいう)114〜118とを含んでいる。センサ群102の各センサは、配電盤、スイッチギヤ、変圧器又は開閉機器等である診断対象設備200に配置され、診断対象設備200で部分放電が発生したことにより生じる変化(電磁気的変化)を検出する。

0025

アンテナセンサ104及び106は、部分放電により空中に放射される電磁波を検出する。HFCTセンサ108〜112は、例えば診断対象設備200の接地線に配置され、部分放電により発生する電流の変化を検出する。TEVセンサ114〜118は、診断対象設備200の外壁面等の接地された金属板に配置され、部分放電により変化する金属板の電位を検出する。アンテナセンサ、HFCTセンサ及びTEVセンサは何れも公知のものを使用することができる。

0026

RFSW120は、複数の入力ポートを有し、外部からの制御を受けて、複数の入力ポートのうちの1つの入力ポートに入力された信号を出力させる。RFSW120は、例えば、各入力ポートラインに、外部から制御されるスイッチを備えて構成されている。RFSW120は、入力信号に含まれる周波数を維持し、減衰させることなく出力させる。センサ群102に含まれるセンサからの出力信号の周波数帯域に応じて、公知の高周波数スイッチを使用することができる。

0027

診断装置122は、チューナ124、A/D変換器126、制御部128及び記憶部130を含む。診断装置122は、後述するように、入力される信号を分析して、部分放電の発生の有無を判定する。

0028

チューナ124は、同調機能及び検波機能を有し、入力信号から特定の周波数成分を抽出し、その包絡線信号エンベロープ)を出力する。抽出対象の周波数は、外部からの指示に応じて設定される。A/D変換器126は、入力されるアナログ信号を所定の周期でサンプリングし、デジタルデータとして出力する。即ち、チューナ124及びA/D変換器126は、特定の周波数成分の信号を取得する機能を担う。なお、特定の周波数成分とは、特定の周波数を帯域中心周波数とする所定の狭い帯域幅内の周波数成分を意味する。

0029

制御部128は、例えば、CPU(Central Processing Unit)であり、RFSW120に対して、RFSW120が出力させるべき入力信号(入力ポート)を指示する。例えば、制御部128は、RFSW120の入力ポートを特定するデータ(ポート番号のコードデータ)をRFSW120に入力し、RFSW120は、入力されたデータをデコードして、該当するポート番号を特定し、その番号に対応する入力ポートのスイッチをオンし、それ以外の入力ポートのスイッチをオフする。また、制御部128は、チューナ124に対して抽出する周波数を指示する。制御部128は、RFSW120及びチューナ124のそれぞれに指示した後、A/D変換器126から入力される時系列のデジタルデータを所定の期間、記憶部130に記憶する。

0030

HFCTセンサ及びTEVセンサはHF帯域(3〜30MHzの短波)の周波数を検出することができるので、HFCTセンサ又はTEVセンサの信号がチューナ124に入力されるときには、チューナ124に設定される周波数は、例えば、1MHz、2MHz等である。アンテナセンサはUHF帯域(300MHz〜3GHzの極超短波)の電波を検出することができるので、アンテナセンサの信号がチューナ124に入力されるときには、チューナ124に設定される周波数は、例えば、300MHz、305MHz等である。チューナ124に設定される周波数は、同じ種類のセンサに関して、同じ値が設定され得る。また、同じ種類のセンサであっても、例えば、個々のセンサの特性、又は配置される位置等に応じて、チューナ124に異なる周波数が設定されてもよい。

0031

記憶部130は、入力されるデータを記憶する。記憶部130は、揮発性又は不揮発性の公知の記憶装置である。記憶部130は、可搬性の記憶装置(メモリカードUSBメモリ等)であってもよい。

0032

(部分放電の検出処理)
以下に、図6を参照して、図5の部分放電検出装置100により、診断対象設備200において部分放電が発生したか否かを判定する処理に関して、具体的に説明する。図6プログラムは、制御部128により実行される。そのプログラムは、例えば、予め記憶部130に記憶されていればよい。

0033

ここでは、記憶部130には、RFSW120の入力ポートを表す情報(以下、ポート情報ともいう)とセンサ群102の各センサの種類を表す情報(以下、センサ情報ともいう)とが対応させて記憶されており、センサ情報とチューナ124に設定する周波数を表す情報(以下、周波数情報ともいう)とが対応させて記憶されているとする。記憶部130には、例えば、{ポート情報,センサ情報}の組、{センサ情報,f1,f2,・・・,fn}の組が記憶されている。f1,f2,・・・,fnは、周波数情報である。

0034

テップ300において、制御部128は、測定対象のセンサを決定し、RFSW120に指示する。具体的には、制御部128は、記憶部130に記憶されている{ポート情報,センサ情報}の中から、ポート情報を1つ選択し、選択したポート情報をRFSW120に指定する。これにより、指示されたポート情報に対応する入力ポートに接続されているセンサが選択されたことになる。RFSW120は、指定された入力ポートと出力ポートとを接続するスイッチをオンし、それ以外の入力ポートと出力ポートとを接続するスイッチをオフする。

0035

ステップ302において、制御部128は、ステップ300で選択したポート情報に対応させて記憶部130に記憶されているセンサ情報を特定し、特定されたセンサ情報に対応する周波数情報{f1,f2,・・・}を記憶部130から読出す

0036

ステップ304において、制御部128は、ステップ302で読出した周波数情報の中から1つ周波数を選択し、チューナ124に指示する。これにより、チューナ124は、入力される信号から、指示された周波数成分を抽出し、その包絡線信号を出力し、A/D変換器126は、アナログの包絡線信号をサンプリングしてデジタルデータを生成して出力する。A/D変換器126によるデータのサンプリング周期は一定であり、診断対象設備200に供給されている商用電力電圧波形の周波数(50Hz又は60Hz)の1周期を整数値で除した値である。例えば、50Hzの場合、その周期は20ms(ミリ秒)であり、その1/50である0.4msをサンプリング周期とすることができる。

0037

ステップ306において、制御部128は所定の期間、A/D変換器126から出力されるデータを取得して、記憶部130に記憶させる。記憶する時間は、例えば、診断対象設備200に供給されている商用電力の2周期の期間である。後述するように、ステップ306の処理は繰返し実行され、制御部128は各処理において、診断対象設備200に供給されている商用電力(電圧波形)の同じ位相で、データ取得を開始する。例えば、制御部128は、0〜2πの範囲で変化する電圧波形の位相が0のときからデータ取得を開始する。

0038

ステップ308において、制御部128は、ステップ302で読出した全ての周波数(f1,f2,・・・,fn)に関して、ステップ304及び306の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、制御はステップ310に移行する。完了していなければ、制御はステップ304に戻り、制御部128は、既に選択された周波数と重複しないように周波数を1つ選択し、上記したステップ304及び306の処理を繰返す。

0039

ステップ310において、制御部128は、RFSW120の全ての入力ポートに関して、ステップ300〜308の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、制御はステップ312に移行する。完了していなければ、制御はステップ300に戻り、制御部128は{ポート情報,センサ情報}の中から、既に選択された入力ポートと重複しないように入力ポートを1つ選択し、上記したステップ300〜308の処理を繰返す。

0040

これにより、診断対象設備200に配置されたセンサ群102の各センサに関して、例えば、図11に示すようなデータが測定される。図11においては、取得されたセンサ信号の強度を磁界強度としてdBm単位で示している。1つの周波数に関してステップ306で取得された時系列データ(磁界強度)は、時間軸方向に沿って並べられている。時間軸は、商用電力の2周期分に対応する。その間に部分放電検出装置100個のデータが取得されており、時間軸の単位は、商用電圧波形の1周期をT(s)として、2T×10−2(s)=20T(ms)である。50Hzの商用電圧波形の場合、時間軸の単位は、上記したサンプリング周期0.4msと等しい。

0041

なお、図11のグラフにおいて、時間軸の値が同じデータ(周波数軸に平行に並んでいるデータ)は、ステップ306に関して説明したように、商用電力(電圧波形)の同じ位相で取得されたデータである。

0042

ステップ312において、制御部128は、記憶部130に記憶されている測定データを用いて、センサ毎に周波数分析を行ない、バックグラウンドノイズ(以下、BGNともいう)のレベル、及び、部分放電と推定される信号(以下、推定放電信号ともいう)のレベルを算出する。BGNレベル及び推定放電信号レベルの算出には、公知の方法を使用すればよい。例えば、特許文献5又は6に開示されている方法を使用することができる。

0043

例えば、特許文献5では、先ず、各2周期分のデータ(例えば、図11の時間軸に沿ったデータ)に関して、前半の1周期のデータと後半の1周期のデータとを、同位相で比較し、両者のレベルの小さい方を代表値として選択して、1周期分の分析対象波形を決定する。得られた複数の波形(周波数の異なる波形)において、同位相の、所定のしきい値よりも大きい信号が存在すれば、部分放電信号である可能性がある。次に、得られた波形において、ピーク付近の値から1/4周期ずれ付近の値をBGNレベルとし、ピーク付近の値とBGNレベルとの差が所定の値以上であれば、部分放電が発生していると判定する。したがって、ステップ312においても、同様にBGNレベルを決定し、部分放電が発生していると判定されたピーク付近の値を、推定放電信号レベルとすることができる。

0044

また、特許文献5には、不必要に大きいレベルのデータは部分放電の判定に有用でないとして、上記で得られた1周期分のデータを大きさでソートし、上位の所定数(例えば“10”)を除外したデータを対象として、上記と同様にBGNレベルを決定し、部分放電の発生の有無を判定することを開示している。したがって、ステップ312において、同様にBGNレベルを決定し、推定放電信号レベルを決定してもよい。特許文献6に開示された周波数分析方法を用いてもよい。

0045

ステップ314において、制御部128は、ステップ312において、各センサに関して得られたBGNレベル及び推定放電信号レベルに基づいて、部分放電の発生の有無を判定に使用するデータを決定する。

0046

例えば、ステップ312で得られたBGNレベルの最小値を特定し、それに対応するセンサを特定する。推定放電信号レベルの最大値を特定し、それに対応するセンサを特定してもよい。また、推定放電信号レベルとBGNレベルとの差が最大であるものを特定し、それに対応するセンサを特定することもできる。これらのいずれかにより、記憶部130に記憶されている、特定されたセンサからの信号の測定データが特定される。

0047

ステップ316において、制御部128は、ステップ314で特定された測定データを用いて周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。ここでの判定には、公知の方法を使用すればよい。例えば、上記と同様に、特許文献5又は6に開示されている方法を使用することができる。

0048

例えば、ステップ312で得られたBGNレベルの最小値を特定し、それに対応するセンサを特定し、その測定データを用いて推定放電信号のレベルを算出し、算出された推定放電信号レベルと所定のしきい値とを比較して、部分放電の発生の有無を判定することができる。

0049

ステップ318において、制御部128は、ステップ316での判定結果(例えば、部分放電の発生あり、部分放電の発生なし)を提示する。これにより、上記した一連の処理が終了する。例えば、診断装置122が音響出力装置又は画像表示装置を備えていれば、判定結果を音響又は画像として提示することができる。診断装置122から外部の音響出力装置又は画像表示装置に、提示する判定結果を表すデータを出力してもよい。

0050

以上により、部分放電検出装置100の診断装置122は、診断対象設備200に部分放電が発生しているか否かを判定し、判定結果を提示することができる。診断対象設備200に発生する部分放電には、種々のメカニズムにより発生するものがあり、診断対象設備200における部分放電の発生場所も多様である。また、診断対象設備200が設置されている環境は必ずしも定常的ではなく、1日の中で変化し、設置された後に変わり得る。したがって、センサを複数用いたとしても、全て同一種類のセンサであれば、部分放電を適切に検出できない可能性がある。部分放電検出装置100では、種類の異なるセンサにより同じ期間に測定されたデータを用いて判定するので、信頼性の高い部分放電検出ができる。

0051

また、RFSW120を備えることにより、同じ機器を複数備える必要がなく、部分放電検出装置又はシステム全体を小型化し、コストを低減できる。従来であれば、例えば、図7のように構成することが考えられる。図7の構成では、センサ毎に診断装置を備えており、診断装置が重複しているために、図5の構成よりもはるかに大掛かりな装置であり、製造コストは高くなる。

0052

上記では、制御部128が、診断対象設備200に供給されている商用電力(電圧波形)の位相に同期させて、データを取得する場合を説明したが、これに限定されない。診断装置122が、内部クロック等から商用電力と同じ周波数の信号を生成する機能を有していれば、制御部128は、その信号の位相に同期させて、測定データを取得してもよい。

0053

上記では、BGNレベル及び推定放電信号レベルを、特許文献5又は6に開示されている方法で算出する場合を説明したが、これに限定されない。他の方法により、BGNレベル及び推定放電信号レベルを算出してもよい。

0054

上記では、部分放電の発生の有無を、特許文献5又は6に開示されている方法で判定する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、推定放電信号が複数存在する場合、その数に応じて、部分放電の診断結果の確度を評価してもよい。推定放電信号が複数存在する場合とは、1つのセンサの測定データに複数存在する場合に限らず、複数のセンサの測定データにそれぞれ1つ存在する場合をも意味する。例えば、部分放電の診断結果の確度は、推定放電信号の数が減少するにしたがって、危険、警告、注意、又は正常として提示することができる。

0055

上記では、部分放電による電磁気的変化を検出する異なる種類のセンサを使用する場合を説明したが、これに限定されない。部分放電は電力設備に、振動等の機械的変化をも生じさせる。したがって、電磁気的変化を検出するセンサに代えて、又はそれに追加して、機械的変化を検出するセンサ(振動センサ、超音波センサ、音響センサ等)を使用してもよい。機械的変化を検出するセンサにより検出された変化は電気信号として出力されるので、RFSWを介して測定することができる。チューナは、機械的変化を検出するセンサから出力される信号に含まれる周波数に同調できるものを使用することが好ましい。

0056

ポート番号、センサ情報、周波数情報等の情報を、記憶部130に予め記憶しておく形式は任意である。それらの対応関係を特定できる形式であればよい。また、周波数情報の形式は、チューナ124に設定する周波数を特定できればよく、任意である。例えば、周波数情報は、{下限周波数上限周波数周波数間隔}、{下限周波数,上限周波数,間隔数}、{下限周波数,周波数間隔,間隔数}又は{上限周波数,周波数間隔,間隔数}等であってもよい。

0057

(変形例)
上記では、部分放電検出装置100が1台の診断装置122を含む場合を説明したがこれに限定されない。例えば、図8に示すように、複数の装置により、上記した機能を実現してもよい。図8図5と異なるのは、診断装置122が第1診断装置132で代替され、第2制御部142及び記憶部144を含む第2診断装置140が追加されていることだけである。

0058

第1診断装置132は、図5の診断装置122から記憶部130が削除された構成であり、第1制御部134は、チューナ124及びA/D変換器126に対して、図5の制御部128と同様の機能を有する。第2診断装置140において、第2制御部142は、例えばCPUであり、RFSW120に対して、RFSW120が出力させるべき入力信号(入力ポート)を指示する。記憶部144は、入力されるデータを記憶する。記憶部144は、揮発性又は不揮発性の記憶装置であり、可搬性の記憶装置であってもよい。

0059

部分放電を検出する処理は、図5の部分放電検出装置100による処理と同様であり、図6のフローチャートで表される。図8の構成では、第1診断装置132及び第2診断装置140(実際にはそれら内部の第1制御部134及び第2制御部142)が連系して、図6のフローチャートの処理を実行する。以下、図6を参照して、上記した診断装置122による処理と異なる点を中心に説明する。なお、記憶部144には、記憶部130と同様に、{ポート情報,センサ情報}、{センサ情報,f1,f2,・・・,fn}が予め記憶されている。

0060

ステップ300において、第2制御部142は、記憶部144に記憶されている{ポート情報,センサ情報}の中から、ポート情報を1つ選択し、RFSW120に指定する。

0061

ステップ302において、第2制御部142は、ステップ300で選択したポート情報に対応させて記憶部144に記憶されているセンサ情報を特定し、特定されたセンサ情報に対応する周波数情報{f1,f2,・・・}を記憶部144から読出し、読出した周波数情報を第1制御部134に送信する。

0062

ステップ304において、第1制御部134は、第2制御部142から受信した周波数情報の中から1つ周波数を選択して、チューナ124に指示する。これにより、A/D変換器126から有意なデジタルデータ(測定データ)が出力される。

0063

ステップ306において、第1制御部134は、所定の期間、A/D変換器126から出力されるデータを取得し、取得したデータを第2制御部142に送信する。第2制御部142は、第1制御部134から受信したデータを、記憶部144に記憶させる。

0064

ステップ308において、第1制御部134は、第2制御部142から受信した全ての周波数に関して、ステップ304及び306の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、第1制御部134は、完了したことを表す情報を記憶部144に送信する。完了していなければ、制御はステップ304に戻る。

0065

ステップ310において、第2制御部142は、完了を表す情報を第1制御部134から受信すると、RFSW120の全ての入力ポートに関して、ステップ300〜308の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、制御はステップ312に移行する。完了していなければ、制御はステップ300に戻る。

0066

ステップ312において、第2制御部142は、記憶部144に記憶した測定データを用いて、センサ毎に周波数分析を行ない、BGNレベル及び推定放電信号レベルを算出する。

0067

ステップ314において、第2制御部142は、ステップ312において、各センサに関して得られたBGNレベル及び推定放電信号レベルから、部分放電の発生の有無を判定するために使用するデータを決定する。

0068

ステップ316において、第2制御部142は、ステップ314で特定された測定データを用いて周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。

0069

ステップ318において、第2制御部142は、ステップ316での判定結果を提示する。

0070

以上により、部分放電検出装置100の診断装置122と同様に、第1診断装置132及び第2診断装置140は、診断対象設備200に部分放電が発生しているか否かを、信頼性高く判定することができる。

0071

上記では、周波数分析及び部分放電の発生の有無の判定を第2制御部142が実行する場合を説明したが、第1制御部134が実行するようにしてもよい。その場合、部分放電検出装置100と同様に、第1診断装置132に記憶部を設けておけば、効率的である。また、第1診断装置132に記憶部を設けていない図8の構成のままであれば、第1制御部134は、記憶部144に記憶されている測定データを、第2制御部142を介して取得して、周波数分析及び部分放電の発生の有無を判定できる。

0072

以下に実験結果を示し、本発明の有効性を示す。高圧配電盤において部分放電を発生させ、種類の異なる複数のセンサを用いて測定した。具体的には、図9及び図10のように、HFCTセンサを高圧配電盤の接地線にクランプさせ、TEVセンサを高圧配電盤の壁面に取り付けた。この状態で、高圧配電盤内で高圧側針端放電を模擬して強制的に、電荷量が約1000pCの部分放電を発生させ、各センサの検出信号を測定した。

0073

図9及び図10の診断装置は、図5の診断装置122ように構成されている。図9では、各センサをRFSWの入力ポートに接続し、RFSWを切替制御して、各センサからの信号を測定した。図10では、各センサからの信号を、RFSWを介さずに、診断装置で直接測定した。

0074

図9の構成での測定結果図11及び図12に示し、図10の構成での測定結果を図13及び図14に示す。図11及び図13は、TEVセンサによる検出信号の測定結果であり、図12及び図14は、HFCTセンサによる検出信号の測定結果である。

0075

図11〜14では、周波数軸(単位はMHz)、時間軸(単位は、商用電力の周期をTとして、20Tms)及び磁界強度軸(単位はdBm)を直交させて配置し、時間及び周波数の組に対応する測定値(磁界強度)をプロットしている。同じ周波数の測定値を結んでいる。

0076

時間軸は、商用電力の2周期分に対応する。その間に100個のデータが取得されている。したがって、上記したように、時間軸の単位は20T(ms)である。

0077

図11図14から分かるように、いずれにおいても、ほぼ同じ位相の位置に、部分放電による信号(周波数軸に沿って並ぶピーク)が含まれている。したがって、HFCTセンサ及びTEVセンサにより、部分放電による電磁気的な変化を信号として検出することができ、各センサにより検出された信号は、RFSWによる影響(例えば、高周波成分のカット、減衰等)を受けず、診断装置により測定され得ることが分かった。よって、RFSWを介して測定されたデータを周波数分析し、部分放電の発生の有無を判定できることが分かった。

0078

HFCTセンサの測定結果である図12及び図14から、2周期の間に4回部分放電が発生していることが分かる。一方、同じ部分放電が発生している状態で測定したにもかかわらず、TEVセンサの測定結果を示す図11及び図13では、2周期の間に2回部分放電が発生していることは分かるが、HFCTセンサの測定結果から明確に判別できる残り2回の部分放電は、明確には判別できない。したがって、実験した部分放電を検出するには、TEVセンサよりもHFCTセンサの方が適していると言える。

実施例

0079

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

0080

100部分放電検出装置
102センサ群
104、106アンテナセンサ
108、110、112HFCTセンサ
114、116、118 TEVセンサ
120高周波切替器(RFSW)
122診断装置
124チューナ
126 A/D変換器
128 制御部
130、144 記憶部
132 第1診断装置
134 第1制御部
140 第2診断装置
142 第2制御部
200 診断対象設備

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