CN106716153A - 局部放电信号处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明的局部放电信号处理装置包括：设置于高压电气设备的内部的局部放电接收部(1)；局部放电信号处理部(2)；以及连接局部放电信号接收部(1)与局部放电信号处理部(2)的同轴电缆(3)。此外，局部放电信号接收部(1)由对局部放电所产生的电磁波进行接收的电磁波接收部(1a)构成。此外，局部放电信号处理部(2)构成为包括：对通过同轴电缆(3)所发送的局部放电信号进行检测的检测部(2a)；对局部放电信号的频带进行限制的频带限制部(2b)；对衰减后的局部放电信号进行修正的衰减量修正部(2c)；以及将修正后的局部放电信号向外部设备进行输出的信号输出部(2d)。

Description

局部放电信号处理装置

技术领域

本发明涉及对电气设备的内部的局部放电信号进行信号处理的局部放电信号处理装置。

背景技术

通常，在电气设备尤其是高压电气设备内部，若对导体部进行绝缘的绝缘材料的劣化不断发展，则该劣化部位产生的局部放电有变大的趋势。

若对高压电气设备内部的局部放电置之不理，则有发生绝缘损坏的可能性，有可能导致重大的事故。因此，有必要对局部放电进行检测,掌握绝缘材料的劣化程度，以避免发展成重大事故。因此，设置测量高压电气设备内部的局部放电的局部放电测量装置是有效的。

对于为了掌握高压电气设备的绝缘劣化程度而实施的局部放电测量，若以涡轮发电机为例，则大致可分为在运行停止中实施的离线测量与在运行过程中实施的在线测量。离线测量中，在涡轮发电机的运行停止中使用高压电源对电枢的各相施加额定电压左右的电压，对此时产生的局部放电进行测量。此外，在线测量中，由于在涡轮发电机的运行过程中，在电枢上产生了额定电压，因此对此时产生的局部放电进行长期连续地测量。

若产生局部放电，则作为在绕组的导体内传播的脉冲状信号或在空间传播的电磁波，产生具有从数kHz至数GHz的大范围频率分量的局部放电信号，因此从其中选择某个频带，使用适当的传感器进行测量。

作为测量高压电气设备内部的局部放电的方法，例如，可以利用传感器对电流、电磁波、声音、振动等进行检测。期待基于检测灵敏度、S/N比的优异程度、检测范围的广度等，对伴随局部放电而产生的电磁波进行测量的方法。特别地，伴随局部放电而产生的电磁波中，包含了从数kHz至数GHz的信号，正在研究对300MHz～3GHz的UHF频带的电磁波进行测量的方法。

此处，低频侧的信号(数kHz至数十MHz)在传播时，具有信号衰减相对较少、但容易受到噪声影响的特征，此外，高频侧的信号(数百MHz至数GHz)具有信号衰减相对较大、但不容易受到噪声影响的特征。因此，在噪声电平相对较小的离线测量中，即使是在远处产生的局部放电，也以能进行检测的方式检测低频侧信号。此外，噪声电平相对较高的在线测量中，对不容易受到噪声影响的高频侧信号进行检测，对于信号衰减较大的情况，通常通过在局部放电源附近的位置设置传感器、或应用接收灵敏度较高的传感器来进行应对。

因此，作为利用伴随上述局部放电而产生的电磁波来检测局部放电的装置，例如，在专利文献1所公开的局部放电检测装置中，在绝缘间隔件的外周面安装接收从绝缘间隔件泄露的电磁波的波导管天线，波导管天线由波导管部以及设置于波导管部的同轴电缆用连接器构成。波导管部的一端设置有金属制的短路板，另一端形成有覆盖绝缘间隔件的外周面的一部分的开口部。由此，公开了如下情况，即：即使在局部放电的检测器未预先安装于气体绝缘设备内部的情况下，也能通过对从气体绝缘设备泄露的电磁波进行检测，从而对局部放电进行检测。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2008－139207号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

现有的局部放电检测装置中，需要从数kHz至数GHz的局部放电信号之中选择某个频带宽度并从接收部向信号处理部进行传输，因此在这些连接中通常使用能进行高频信号的传输的同轴电缆作为传输线。然而，对于该同轴电缆，所传输的信号的频率越高则信号的衰减量越大，为了提高局部放电的测量精度，需要使用单位长度的信号衰减量较小的同轴电缆或长度较短的同轴电缆来减小信号的衰减量，然而通常高压电气设备都是大型的，因此具有接收部与信号处理部之间距离变长的趋势，从而需要使用较长的同轴电缆，存在到达信号处理部的局部放电信号变得极小的问题。

此外，虽然能够在接收部与信号处理部之间设置修正信号的衰减量的放大器，然而因局部放电而产生的信号的频率具有某个带宽，因此在通过同轴电缆进行传输的情况下，若采用较宽的带宽则会产生与带宽的下限频率相比带宽的上限频率的信号的衰减变大的问题，从而难以将同轴电缆的信号衰减特性的频率依赖性、与放大器的信号放大特性的频率依赖性设为相同，存在难以再现信号处理部中的接收部的信号强度的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种即使在局部放电信号接收部与局部放电信号处理部之间使用了传输线的情况下，也能准确地将信号的强度再现的局部放电信号处理装置。

解决技术问题所采用的技术方案

为了解决上述课题，本发明所涉及的局部放电信号处理装置的特征在于，包括：将电气设备内的局部放电所产生的电磁波作为局部放电信号进行接收的局部放电信号接收部；检测所述局部放电信号并进行信号处理的局部放电信号处理部；以及连接所述局部放电信号接收部与所述局部放电信号处理部，对所述局部放电信号进行传输的传输线，所述局部放电信号处理部构成为包括：将基准频率设定为1GHz以上，利用以所述基准频率为中心的±1％频率的带宽来对所述局部放电信号的频率进行限制的频率限制部；基于所述传输线的信号衰减量对所述带宽中的所述局部放电信号的值进行修正的衰减量修正部；以及将修正后的所述局部放电信号向外部设备进行输出的信号输出部。

发明效果

根据本发明的局部放电信号处理装置，通过接收因局部放电而产生的电磁波，并将通过传输线传输的局部放电信号限制到预先规定的频率以及带宽，从而获得下述效果，即：能不受传输线的频率特性影响、高精度地对局部放电信号进行信号处理。

附图说明

图1是示出实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。

图2是示出同轴电缆的信号衰减特性的一个示例的图。

图3是示出因局部放电而产生的电磁波的频率特性的一个示例的图。

图4是示出实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的局部放电信号处理所使用的基准频率以及带宽的图。

图5是示出实施方式2所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。

图6是示出实施方式2所涉及的局部放电信号处理装置中的信号放大器的频率特性的一个示例的图。

图7是示出实施方式3所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。

图8是示出实施方式4所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。

图9是示出实施方式5所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。

图10是示出实施方式5所涉及的局部放电信号处理装置的其他简要构成的图。

具体实施方式

实施方式1.

图1是示出实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图，图2是示出同轴电缆的信号衰减特性的一个示例的图，图3是示出因局部放电而产生的电磁波的频率特性的一个示例的图，图4是示出局部放电信号处理所使用的基准频率以及带宽的图。

首先，使用图1对实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的构成进行说明。在图1中，局部放电信号处理装置由以下3部分构成，即：设置于高压电气设备的内部或外部的局部放电信号接收部1；设置于高压电气设备的外部的局部放电信号处理部2；以及作为连接局部放电信号接收部1与局部放电信号处理部2的传输线的同轴电缆3。此外，局部放电信号接收部1由对因局部放电而产生的电磁波进行检测的电磁波接收部1a构成。此外，局部放电信号处理部2构成为包括：对通过同轴电缆3而发送的局部放电信号进行检测的检测部2a；以基准频率为中心对检测部2a检测出的局部放电信号进行频带限制的频带限制部2b；在所限制的频带中对因同轴电缆3而被衰减的局部放电信号进行修正的衰减量修正部2c；以及将修正后的局部放电信号向外部设备进行输出的信号输出部2d。

接着，参照图1至图4，对实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的动作进行说明。

通常，局部放电接收部设置于高压电气设备的内部或外部，然而例如图1所示，本实施方式中对以下情况进行说明，即：局部放电的接收是对伴随局部放电而产生的电磁波进行接收，局部放电信号接收部1设置于高压电气设备的内部。此外，局部放电信号处理部2设置于高压电气设备的外部，经由作为传输线的同轴电缆3与局部放电信号接收部1相连接。

在局部放电信号处理部2中，进行对经由同轴电缆3发送来的高频的局部放电信号的信号处理等，然而局部放电信号在通过同轴电缆3时发生信号衰减。该信号的衰减量随着同轴电缆3的长度变长而变大，此外，如图2的同轴电缆的信号衰减特性所示，频率越高则该信号的衰减量变得越大。

另一方面，因局部放电而产生的电磁波的频率特性例如如图3所示那样包含宽度较宽的频率分量，因此若将检测出的电磁波作为局部放电信号并通过同轴电缆进行传输，则低频区域中衰减量变少，高频区域中衰减量变大。此外，在大型的高压电气设备中，由于同轴电缆3的长度变长，因此衰减量变得更大。根据上述理由，由局部放电信号处理部2接收的局部放电信号成为具有与局部放电信号接收部1所接收到的信号不同的强度以及频率特性。

接着，作为高压电气设备，对以涡轮发电机为例时的情况进行说明。在涡轮发电机的局部放电的在线测量中，在将局部放电信号作为电磁波进行接收的情况下，由于接收相对不易受到噪声影响的数百MHz至数GHz的电磁波，因此在其性质上，到电磁波到达电磁波接收部1a为止的衰减较大。此外，电磁波接收部1a接收到的电磁波作为高频的局部放电信号经由同轴电缆3被发送至设置于涡轮发电机的外部的局部放电信号处理部2。局部放电信号在通过同轴电缆3时产生信号衰减，信号衰减量随着同轴电缆3的长度变长而变大，并且，如图2的同轴电缆的信号衰减特性所示，该信号衰减量随着信号频率变高而变大。即，在大型的涡轮发电机中，若通过在线方式实施局部放电测量，则信号的衰减量必然变得极大(局部放电信号处理部2中的局部放电信号变得极小。)，因此若不事先掌握同轴电缆3中的信号衰减，则无法进行准确的局部放电测量。

因此，本发明中，将局部放电信号处理部2中进行局部放电信号的信号处理的基准频率f0设定为不易受到噪声影响的1GHz以上，并设定为例如衰减量的变动在0.1dB以内的带宽ΔW，以使得在以基准频率f0为中心的情况下能够将同轴电缆3的信号衰减量视为相同。如图4所示，若将基准频率f0设为1.00GHz、带宽ΔW设定为1.00GHz的±1％，则在带宽下限即0.99GHz的情况下，因同轴电缆3而产生的信号衰减量为565dB/km，在带宽上限即1.01GHz的情况下，信号衰减量为575dB/km，其差值为10dB/km。因此，在使用10m的同轴电缆3的情况下，带宽下限即0.99GHz的情况下的信号衰减量为5.65dB，带宽上限即1.01GHz的情况下的信号衰减量为5.75dB，其差值为0.1dB，可将信号衰减量视为相同，即，对于基准频率f0为1.00GHz的情况，通过将带宽ΔW设为±0.01GHz(基准频率f0的±1％)，则衰减量的差值为0.1dB，能较为容易地进行局部放电信号的修正。

与此相对，假设若将基准频率f0设为1.00GHz、带宽ΔW设定为1.00GHz的±50％，则在图2的同轴电缆3的信号衰减特性的示例中，带宽下限即0.50GHz的情况下的信号衰减量为340dB/km，带宽上限即1.50GHz的情况下的信号衰减量为780dB/km，其差值为440dB/km。在使用10m的同轴电缆的情况下，带宽下限即0.50GHz的情况下的信号衰减量为3.40dB，带宽上限即1.50GHz的情况下的信号衰减量为7.80dB，其差值为4.40dB。在该情况下，则无法将信号衰减量视为一定。若电缆的长度进一步变长，则带宽下限与上限的衰减量的差值进一步变大，因此难以根据电缆的长度在局部放电信号处理部2中进行局部放电信号的修正。

所谓使局部放电信号处理中的局部放电信号的带宽变窄是指，将局部放电测量中处理的信号限定到设定的频带，然而若在该频带中存在因局部放电而产生的电磁波，则能进行局部放电测量，从在线测量与离线测量的差异可知，根据目的的不同来选定要检测的频带是局部放电测量的特有技术，因此如本发明那样即使将进行信号处理的频带变窄也无损局部放电测量的本质。

另外，此处，根据局部放电的传输中使用的同轴电缆3的长度事先掌握衰减量，以能将信号衰减量视为相同的方式设定带宽，决定衰减量修正部2c中对局部放电信号的衰减量进行修正的修正系数。

此外，对于用于局部放电信号的修正的衰减量，可以使用基准频率f0下的衰减量，也可以使用带宽ΔW中的频率下的衰减量的平均值。

如上所述，只要用于局部放电测量的频率区域是包含因局部放电而产生的电磁波的频率的区域，则能选择任意频率区域，但需要设定为能将局部放电信号在同轴电缆3中的信号衰减量视为相同这一程度的带宽ΔW。通过规定进行信号处理的局部放电信号的频带，将因同轴电缆3而产生的信号衰减量视为某个一定的值来进行修正，从而能将局部放电信号处理部2中的局部放电信号的信号强度修正为局部放电信号接收部1中的信号强度，能够通过向外部的测量设备进行输出来提高局部放电测量的精度。

此外，若能通过变更同轴电缆的剖面尺寸或材质来进一步减少同轴电缆3的信号衰减量，使同轴电缆3的布线路径最短化来减小局部放电信号的衰减量，则能以更高的精度来进行局部放电信号的测量。该效果在对信号衰减量较大的高频的局部放电信号进行处理时更为显著。

由此，根据实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置，在接收因高压电气设备的内部的局部放电而产生的电磁波，并将接收到的电磁波作为高频的局部放电信号通过传输线进行传输时，通过在预先规定的基准频率以及带宽下对局部放电信号进行信号处理，从而获得以下效果，即：局部放电信号不受传输线的频率特性影响，能更精确地对局部放电信号进行修正，并且通过向外部的测量设备进行输出，从而能准确地对局部放电信号进行测量。

实施方式2.

图5是示出实施方式2所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图，图6是示出信号放大器的频率特性的一个示例的图。与图1所示的实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的不同点在于，在实施方式2所涉及的局部放电信号处理装置中，将衰减量修正部设为以对应于同轴电缆中的衰减量的放大率对局部放电信号进行放大的信号放大部。其它构成要素与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，参照图5及图6，对实施方式2所涉及的局部放电信号处理装置的动作进行说明。

实施方式2中，为了修正同轴电缆3中的衰减量，设置有信号放大部2e来作为衰减量修正部的功能，该信号放大部2e以对应于同轴电缆3中的衰减量的放大率对局部放电信号进行放大，为了对以基准频率f0为中心的带宽ΔW中的、在局部放电信号接收部1与局部放电信号处理部2之间进行了衰减的局部放电信号的强度进行修正，在信号放大部2e中进行对应于衰减量的局部放电信号的放大。这里，将同轴电缆3的长度、所设定的带宽ΔW中的衰减特性考虑在内来决定信号放大部2e的放大率。

在因局部放电而产生的电磁波的宽频带中进行信号处理的情况下，理想情况是规定信号放大器的信号放大率，以使得按照频率对因同轴电缆而产生的信号衰减进行修正，然而一般的信号放大器具有图6所示的频率特性，因此按照频率对衰减量进行修正将会导致信号放大器变得复杂且昂贵。此外，将同轴电缆的长度考虑在内的修正将变得更为复杂。实施方式2中，将进行信号处理的频率设定为能将同轴电缆的信号衰减量视为相同这一程度的带宽，因此不需要按照频率对放大率进行调整，能以简单的构造廉价地制造信号放大器。

由此，根据实施方式2所涉及的局部放电信号处理装置，利用信号放大器仅在所设定的带宽中对经由传输线进行了衰减的局部放电信号进行放大，从而能得到与实施方式1相同的效果，并获得以下效果，即：能够使用信号放大器的放大量的设定更容易、结构更简单的局部放电信号处理装置。

实施方式3.

图7是示出实施方式3所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。实施方式3所涉及的局部放电信号处理装置中，准备多个接收因局部放电而产生的电磁波的局部放电信号接收部及局部放电信号处理部，将其设置于高压电气设备的多个部位，其他构成要素与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，参照图7，对实施方式3所涉及的局部放电信号处理装置的动作进行说明。

多个局部放电信号接收部1、10(在图7中，示出了具有2个局部放电信号接收部的情况)安装于高压电气设备的不同部位，将由电磁波接收部1a、10a同时接收到的电磁波作为高频的局部放电信号，利用发送部1b、10b并通过同轴电缆3、30进行传输，并利用局部放电信号处理部2、20进行局部放电信号的处理。局部放电信号处理部2、20中的动作与实施方式1相同，因此省略说明。通过对因连接局部放电信号接收部1、10与局部放电信号处理部2、20的同轴电缆3、30的长度不同而产生的衰减量的差异和频率特性进行修正，能准确地处理各局部放电信号。由此，能在高压电气设备的多个部位同时捕捉局部放电，通过对它们进行比较，从而能获得准确的局部放电信号的信息，异常监视、异常部位的掌握变得容易。

由此，根据实施方式3所涉及的局部放电信号处理装置，通过准备多个局部放电信号接收部并同时对局部放电信号进行处理，从而具有与实施方式1相同的效果，并获得以下效果，即：能够在高压电气设备的多个部位同时捕捉局部放电，通过对它们进行比较，从而能获得准确的局部放电信号的信息，异常监视、异常部位的掌握变得容易。

实施方式4.

图8是示出实施方式4所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。与实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的不同点在于，实施方式4中，局部放电信号处理部中具备存储同轴电缆的衰减特性的存储部。其它构成与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，参照图8，对实施方式4所涉及的局部放电信号处理装置的动作进行说明。

如图8所示，局部放电信号处理部2中设置有存储部2f，存储部2f中存储有图2所示的同轴电缆3的衰减特性，参照该所存储的数据，通过衰减量修正部2c对衰减后的局部放电信号进行修正。若知道同轴电缆3的长度，则通过将该长度输入局部放电信号处理部2，从而能对因同轴电缆3而产生的衰减量进行推测，能较容易地将衰减后的局部放电信号恢复到局部放电信号接收部1接收到的局部放电信号的强度。局部放电信号处理部2中的其他动作与实施方式1相同，因此省略说明。

由此，根据实施方式4所涉及的局部放电信号处理装置，通过在局部放电信号处理部中设置存储部并预先存储传输线的衰减特性，从而具有与实施方式1相同的效果，并获得以下效果，即：即使传输线的长度改变也能较容易地对衰减量进行推测，能准确地对局部放电信号的强度进行修正。

实施方式5.

图9是示出实施方式5所涉及的局部放电信号处理装置的简要构成的图。与实施方式1所涉及的局部放电信号处理装置的不同点在于，实施方式5中，局部放电信号处理部中具备测定同轴电缆的衰减特性的衰减量测定部。其它构成与实施方式1相同，因此省略说明。

接着，参照图9，对实施方式5所涉及的局部放电信号处理装置的动作进行说明。

如图9所示，局部放电信号处理部2中设置了衰减量测定部2g，为了测定同轴电缆3的衰减量，从设置于局部放电信号接收部1中的发送部1b向同轴电缆3发送在基准频率f0具有规定强度的衰减量测定信号，由局部放电信号处理部2的衰减量测定部2g接收衰减量测定信号并进行衰减量的测定。基于该测定出的衰减量，通过衰减量修正部2c对衰减后的局部放电信号进行修正。由此，即使同轴电缆3的长度发生改变也能决定实际的因同轴电缆3而产生的衰减量，能容易地将在局部放电传输时发生了衰减的局部放电信号恢复到从局部放电信号接收部1发送来的局部放电信号的强度。局部放电信号处理部2中的其他动作与实施方式1相同，因此省略说明。上述说明中，对新设置衰减量测定部2g的例子进行了说明，然而也可以使检测部2a具有衰减量测定部2g的功能。

此外，如图10所示，作为测定同轴电缆3的衰减量的其他方法，也能够采用下述方法，即：从衰减量测定部2g向同轴电缆3发送在基准频率f0具有规定强度的衰减量测定信号，并在局部放电信号接收部1的发送部1b折返，利用衰减量测定部2g接收通过了同轴电缆3的衰减量测定信号并进行衰减量的测定。

由此，根据实施方式5所涉及的局部放电信号处理装置，通过在局部放电信号处理部设置衰减量测定部来测定传输线的衰减特性，从而具有与实施方式1相同的效果，并获得以下效果，即：即使传输线的长度发生改变也能准确地对衰减量进行决定，能准确地对局部放电信号的强度进行修正。

另外，上述实施方式中，对使用同轴电缆作为传输线的示例进行了说明，然而在考虑其长度、衰减特性的情况下，若能够传输局部放电的电磁波所产生的局部放电信号的基准频率，则不限于同轴电缆，也可以是多股绞合线等传输线。

此外，上述实施方式中，作为高压电气设备，以涡轮发电机为例对动作进行了说明，然而该技术也能够适用于涡轮发电机以外的高压电气设备。

另外，本发明可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。

另外，在图中，同一标号表示相同或相当的部分。

标号说明

1、10局部放电信号接收部，1a、10a电磁波接收部，1b、10b发送部，2、20局部放电信号处理部，3、30同轴电缆，2a、20a检测部，2b、20b频带限制部，2c、20c衰减量修正部，2d、20d信号输出部，2e信号放大部，2f存储部，2g衰减量测定部。

Claims (4)

1.一种局部放电信号处理装置，其特征在于，包括：

局部放电信号接收部，该局部放电信号接收部将电气设备内的局部放电所产生的电磁波作为局部放电信号进行接收；

局部放电信号处理部，该局部放电信号处理部检测所述局部放电信号并进行信号处理；以及传输线，该传输线连接所述局部放电信号接收部与所述局部放电信号处理部，对所述局部放电信号进行传输，所述局部放电信号处理部构成为包括：频率限制部，该频率限制部将基准频率设定为1GHz以上，利用以所述基准频率为中心的±1％频率的带宽来对所述局部放电信号的频率进行限制；衰减量修正部，该衰减量修正部基于所述传输线的信号衰减量对所述带宽中的所述局部放电信号的值进行修正；以及信号输出部，该信号输出部将修正后的所述局部放电信号向外部设备进行输出。

2.如权利要求1所述的局部放电信号处理装置，其特征在于，

所述局部放电信号处理部具备放大部，该放大部基于在所述带宽中的因所述传输线而产生的信号衰减量来对所述局部放电信号的值进行放大。

3.如权利要求1所述的局部放电信号处理装置，其特征在于，

所述局部放电信号处理部具备存储所述传输线的信号衰减量的特性值的存储部，使用所述特性值来对所述局部放电信号的值进行修正。

4.如权利要求1所述的局部放电信号处理装置，其特征在于，

所述局部放电信号处理部具备测定所述传输线的信号衰减量的衰减量测定部，基于所测定的所述信号衰减量来对所述局部放电信号的值进行修正。