JP2000137053A - オンライン絶縁劣化診断方法及び装置 - Google Patents
オンライン絶縁劣化診断方法及び装置Info
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- JP2000137053A JP2000137053A JP31023698A JP31023698A JP2000137053A JP 2000137053 A JP2000137053 A JP 2000137053A JP 31023698 A JP31023698 A JP 31023698A JP 31023698 A JP31023698 A JP 31023698A JP 2000137053 A JP2000137053 A JP 2000137053A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 交流電気設備の絶縁劣化を、運転中に高精度
で診断する。 【解決手段】 交流電気設備の絶縁劣化によって生じる
部分放電音による空気振動を、音響―光変換センサ２０
を用いて検出し、ハイパスフィルタによって、放電音の
特徴となる超音波成分を抽出した後、包絡線検波し、電
源周波数の２倍の周波数のフーリエ級数を求め、予め求
めて記憶した放電音響中の電源周波数の２倍の周波数成
分値と放電電荷量との関係から、相当する放電電荷量に
換算して、絶縁の劣化状況を判定する。
で診断する。 【解決手段】 交流電気設備の絶縁劣化によって生じる
部分放電音による空気振動を、音響―光変換センサ２０
を用いて検出し、ハイパスフィルタによって、放電音の
特徴となる超音波成分を抽出した後、包絡線検波し、電
源周波数の２倍の周波数のフーリエ級数を求め、予め求
めて記憶した放電音響中の電源周波数の２倍の周波数成
分値と放電電荷量との関係から、相当する放電電荷量に
換算して、絶縁の劣化状況を判定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、オンライン絶縁劣
化診断方法及び装置に係り、特に、交流電動機の界磁巻
線のような、電磁波、電界、磁界等、電気的雑音の多い
環境下で、絶縁劣化を運転中に診断する際に用いるのに
好適な、オンライン絶縁劣化診断方法及び装置に関す
る。
化診断方法及び装置に係り、特に、交流電動機の界磁巻
線のような、電磁波、電界、磁界等、電気的雑音の多い
環境下で、絶縁劣化を運転中に診断する際に用いるのに
好適な、オンライン絶縁劣化診断方法及び装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】電気設備の絶縁劣化を診断する方法は、
停電して実施する方法と、運転中に行う方法とに大別さ
れる。
停電して実施する方法と、運転中に行う方法とに大別さ
れる。
【０００３】前者の停電した状態で絶縁劣化を検出する
方法としては、対象設備に試験電圧を課電して放電電荷
量を測定する方法等がある。
方法としては、対象設備に試験電圧を課電して放電電荷
量を測定する方法等がある。
【０００４】一方、後者の運転中の交流電気設備の絶縁
劣化を検出する方法としては、絶縁劣化で生じるコロナ
放電に起因する電磁波をコロナ検出素子で検出する方法
や、接地線に流入するパルス波で部分放電を検出する方
法、コロナ放電に伴って発生する超音波をマイクロホン
で検出する方法が考案されている。
劣化を検出する方法としては、絶縁劣化で生じるコロナ
放電に起因する電磁波をコロナ検出素子で検出する方法
や、接地線に流入するパルス波で部分放電を検出する方
法、コロナ放電に伴って発生する超音波をマイクロホン
で検出する方法が考案されている。
【０００５】例えば従来の技術で、電動機の絶縁劣化を
診断する方法として最も有効な方法は、電動機を停止し
た状態で試験電圧を課電し、部分放電電荷量を測定し、
その電荷量の大きさから劣化度を判定する方法である。
診断する方法として最も有効な方法は、電動機を停止し
た状態で試験電圧を課電し、部分放電電荷量を測定し、
その電荷量の大きさから劣化度を判定する方法である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法においては、巻線と大地間の絶縁劣化の判定は可能で
あるが、巻線と巻線間の絶縁劣化の判定は、一般的には
困難である。又、電動機を停止した状態でしか診断がで
きないため、長期間連続運転するプラントの電動機で
は、診断周期が適切に取れない場合が生じる。更に、電
動機を停止した状態での診断は、電気的・機械的ストレ
ス（例えば温度上昇や振動等）が実運転状態と異なるた
め、正確な診断を行うためには、電動機の運転中に診断
を行うことが望まれる。
法においては、巻線と大地間の絶縁劣化の判定は可能で
あるが、巻線と巻線間の絶縁劣化の判定は、一般的には
困難である。又、電動機を停止した状態でしか診断がで
きないため、長期間連続運転するプラントの電動機で
は、診断周期が適切に取れない場合が生じる。更に、電
動機を停止した状態での診断は、電気的・機械的ストレ
ス（例えば温度上昇や振動等）が実運転状態と異なるた
め、正確な診断を行うためには、電動機の運転中に診断
を行うことが望まれる。
【０００７】このような課題を解決するため、いくつか
のオンライン診断技術が考案されている。オンライン診
断技術として最も有効な方法は、絶縁劣化に起因するコ
ロナ放電音（超音波）をマイクロホンで捕らえる方法が
あるが、従来のセラミックマイクロホンは、電動機の強
磁界下においては、シールドを施しても電磁誘導を受
け、微小な超音波を捕らえることができないため、適用
できなかった。
のオンライン診断技術が考案されている。オンライン診
断技術として最も有効な方法は、絶縁劣化に起因するコ
ロナ放電音（超音波）をマイクロホンで捕らえる方法が
あるが、従来のセラミックマイクロホンは、電動機の強
磁界下においては、シールドを施しても電磁誘導を受
け、微小な超音波を捕らえることができないため、適用
できなかった。
【０００８】一方、コロナ放電による電磁波をコロナ検
出素子で検出する方法では、電動機本体から生じる電磁
波ノイズが大きく、ノイズと微小なコロナ放電の分別が
困難で、実用化に至っていない。
出素子で検出する方法では、電動機本体から生じる電磁
波ノイズが大きく、ノイズと微小なコロナ放電の分別が
困難で、実用化に至っていない。
【０００９】又、接地線に流入するパルス波で部分放電
を検出する方法では、電動機の界磁巻線で生じる絶縁劣
化は、対アース間でなく、対相間、巻線間の劣化があ
り、特に巻線間の劣化の場合は、コロナ放電に起因する
パルス波（電磁波）が接地線に重畳しないため、検出が
困難である。更に、高調波を含む系統においては、高調
波ノイズが定常的に中性点に重畳しており、微弱なコロ
ナ放電の信号だけを選択的に検出することは困難であ
る。
を検出する方法では、電動機の界磁巻線で生じる絶縁劣
化は、対アース間でなく、対相間、巻線間の劣化があ
り、特に巻線間の劣化の場合は、コロナ放電に起因する
パルス波（電磁波）が接地線に重畳しないため、検出が
困難である。更に、高調波を含む系統においては、高調
波ノイズが定常的に中性点に重畳しており、微弱なコロ
ナ放電の信号だけを選択的に検出することは困難であ
る。
【００１０】本発明は、前記従来の問題点を解決するべ
くなされたもので、交流電気設備の絶縁劣化を、運転中
に高精度で診断することを課題とする。
くなされたもので、交流電気設備の絶縁劣化を、運転中
に高精度で診断することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気的雑音の
多い環境下で、交流電気設備の絶縁劣化を運転中に診断
するためのオンライン絶縁劣化診断方法において、絶縁
劣化によって生じる部分放電音による空気振動を、音響
―光変換センサを用いて検出し、放電音の特徴となる超
音波成分を抽出した後、包絡線検波し、電源周波数の２
倍の周波数のフーリエ級数を求め、予め求めて記憶した
放電音響中の電源周波数の２倍の周波数成分値と放電電
荷量との関係から、相当する放電電荷量に換算して、絶
縁の劣化状況を判定するようにして、前記課題を解決し
たものである。
多い環境下で、交流電気設備の絶縁劣化を運転中に診断
するためのオンライン絶縁劣化診断方法において、絶縁
劣化によって生じる部分放電音による空気振動を、音響
―光変換センサを用いて検出し、放電音の特徴となる超
音波成分を抽出した後、包絡線検波し、電源周波数の２
倍の周波数のフーリエ級数を求め、予め求めて記憶した
放電音響中の電源周波数の２倍の周波数成分値と放電電
荷量との関係から、相当する放電電荷量に換算して、絶
縁の劣化状況を判定するようにして、前記課題を解決し
たものである。
【００１２】本発明は、又、同様なオンライン絶縁劣化
診断装置において、絶縁劣化によって生じる部分放電音
を、空気振動による光出力の変化により検出するための
音響―光変換センサと、放電音の特徴となる超音波成分
を抽出するためのハイパスフィルタと、包絡線検波する
ための検波手段と、電源周波数の２倍の周波数のフーリ
エ級数を求めるための演算手段と、予め求めて記憶した
放電音響中の電源周波数の２倍の周波数成分値と放電電
荷量との関係から、相当する放電電荷量に換算して、絶
縁の劣化状況を判定する手段とを備えることにより、同
じく前記課題を解決したものである。
診断装置において、絶縁劣化によって生じる部分放電音
を、空気振動による光出力の変化により検出するための
音響―光変換センサと、放電音の特徴となる超音波成分
を抽出するためのハイパスフィルタと、包絡線検波する
ための検波手段と、電源周波数の２倍の周波数のフーリ
エ級数を求めるための演算手段と、予め求めて記憶した
放電音響中の電源周波数の２倍の周波数成分値と放電電
荷量との関係から、相当する放電電荷量に換算して、絶
縁の劣化状況を判定する手段とを備えることにより、同
じく前記課題を解決したものである。
【００１３】放電は、交流の１サイクルの中で、正電位
の時と負電位の時にそれぞれ生じるため、放電音は１サ
イクルに２回発生する。従って、放電音を包絡線検波す
ると、電源周波数の２倍の周波数成分が特徴的に表われ
る。そこで、予め放電電荷量と放電音の電源の２倍周波
数成分との関係を求めておけば、放電音の２倍周波数成
分値から放電電荷量を推定できる。
の時と負電位の時にそれぞれ生じるため、放電音は１サ
イクルに２回発生する。従って、放電音を包絡線検波す
ると、電源周波数の２倍の周波数成分が特徴的に表われ
る。そこで、予め放電電荷量と放電音の電源の２倍周波
数成分との関係を求めておけば、放電音の２倍周波数成
分値から放電電荷量を推定できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施形態を詳細に説明する。
施形態を詳細に説明する。
【００１５】本発明に係るオンライン絶縁劣化診断装置
の実施形態は、図１に示す如く、被測定物（例えば交流
電動機の界磁巻線）１０の絶縁劣化によって生じる部分
放電音を、空気振動による光の減衰により検出するため
の、図２に示す如く、被測定物１０の界磁巻線周辺に設
置された音響−光変換センサ（例えば光マイクロホン）
２０と、該音響−光変換センサ２０に入力する光を発生
する発光部（例えばレーザダイオード）２２と、該発光
部２２で発生されたレーザ光を前記音響−光変換センサ
２０に導くための光ファイバ２４と、前記音響−光変換
センサ２０によって減衰されたレーザ光を受光部２８に
戻すための光ファイバ２６と、該光ファイバ２６によっ
て導かれた光を電気信号に変換するための受光部（例え
ばフォトダイオード）２８と、該受光部２８によって電
気信号に変換された音響信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換装置３０と、該Ａ／Ｄ変換装置３０によって
デジタル信号に変換された音響信号を処理して絶縁の劣
化状況を判定する中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２とを
主に含んでいる。
の実施形態は、図１に示す如く、被測定物（例えば交流
電動機の界磁巻線）１０の絶縁劣化によって生じる部分
放電音を、空気振動による光の減衰により検出するため
の、図２に示す如く、被測定物１０の界磁巻線周辺に設
置された音響−光変換センサ（例えば光マイクロホン）
２０と、該音響−光変換センサ２０に入力する光を発生
する発光部（例えばレーザダイオード）２２と、該発光
部２２で発生されたレーザ光を前記音響−光変換センサ
２０に導くための光ファイバ２４と、前記音響−光変換
センサ２０によって減衰されたレーザ光を受光部２８に
戻すための光ファイバ２６と、該光ファイバ２６によっ
て導かれた光を電気信号に変換するための受光部（例え
ばフォトダイオード）２８と、該受光部２８によって電
気信号に変換された音響信号をデジタル信号に変換する
Ａ／Ｄ変換装置３０と、該Ａ／Ｄ変換装置３０によって
デジタル信号に変換された音響信号を処理して絶縁の劣
化状況を判定する中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２とを
主に含んでいる。
【００１６】以下、本実施形態の作用を説明する。
【００１７】まず、発光部２２のレーザダイオードから
のレーザ光が、光ファイバ２４によって、界磁巻線周辺
に設置した音響−光変換センサ２０に導かれる。光ファ
イバ２４によって導かれたレーザ光は、音響−光変換セ
ンサ２０を通過する際、周囲の空気振動に比例した屈折
率又は反射率の変化を受けて減衰し、その後、再び光フ
ァイバ２６を通過して受光部２８に戻される。音響−光
変換センサ２０で受けたレーザ光の減衰は、この受光部
２８で電気信号に変換されることで、図３に示すような
（超音波の）音響信号に変換され、Ａ／Ｄ変換装置３０
によってデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ３２に導か
れる。
のレーザ光が、光ファイバ２４によって、界磁巻線周辺
に設置した音響−光変換センサ２０に導かれる。光ファ
イバ２４によって導かれたレーザ光は、音響−光変換セ
ンサ２０を通過する際、周囲の空気振動に比例した屈折
率又は反射率の変化を受けて減衰し、その後、再び光フ
ァイバ２６を通過して受光部２８に戻される。音響−光
変換センサ２０で受けたレーザ光の減衰は、この受光部
２８で電気信号に変換されることで、図３に示すような
（超音波の）音響信号に変換され、Ａ／Ｄ変換装置３０
によってデジタル信号に変換されて、ＣＰＵ３２に導か
れる。
【００１８】前記ＣＰＵ３２では、Ａ／Ｄ変換装置３０
によってデジタル化された信号をデジタルハイパスフィ
ルタ（図示せず）によって、図４に示す如く、放電音の
特徴となる、例えば４０ＫＨｚ以上の超音波成分のみ抽
出し、図５に示す如く、包絡線検波後、ＦＦＴ（高速フ
ーリエ変換）演算し、図６に示す如く、信号中の電源周
波数の２倍の周波数成分を抽出する。そして、予め実験
で求めて記憶しておいた、図７に示すような、放電音響
中の電源周波数の２倍の周波数成分値（音圧）と放電電
荷量との関係曲線から、抽出した信号に相当する放電電
荷量を求め、例えば図２に示した如く、ＣＲＴ３４にト
レンド表示すると共に、履歴の記録から、絶縁の劣化状
況を判定する。図７において、菱形印、正方形印、三角
形印、Ｘ印は、それぞれ、モータのコイルとセンサ間の
距離を１ｍ、２ｍ、３ｍ、５ｍとした時の実測値であ
る。
によってデジタル化された信号をデジタルハイパスフィ
ルタ（図示せず）によって、図４に示す如く、放電音の
特徴となる、例えば４０ＫＨｚ以上の超音波成分のみ抽
出し、図５に示す如く、包絡線検波後、ＦＦＴ（高速フ
ーリエ変換）演算し、図６に示す如く、信号中の電源周
波数の２倍の周波数成分を抽出する。そして、予め実験
で求めて記憶しておいた、図７に示すような、放電音響
中の電源周波数の２倍の周波数成分値（音圧）と放電電
荷量との関係曲線から、抽出した信号に相当する放電電
荷量を求め、例えば図２に示した如く、ＣＲＴ３４にト
レンド表示すると共に、履歴の記録から、絶縁の劣化状
況を判定する。図７において、菱形印、正方形印、三角
形印、Ｘ印は、それぞれ、モータのコイルとセンサ間の
距離を１ｍ、２ｍ、３ｍ、５ｍとした時の実測値であ
る。
【００１９】前音響−光変換センサ２０として、本実施
形態では、光ファイバ２４，２６を伝送路として、光マ
イクロホンを用いた光強度変調法を用いていたが、特開
昭６１−４７５２０に示されるような、光ファイバ自身
をセンサとして、音響信号により光ファイバの屈折率や
長さが変化して光出力が変化することを利用した光干渉
法等を用いることができる。例えば、特開昭６１−４７
５２０に開示されたような、分岐された光の２つのセン
サ用光ファイバからの出力を比較することにより、音響
信号を検出するようにした場合には、音響信号以外の原
因、例えば、温度、ケーブル振動等による影響は、２組
の光ファイバを並列に配置したことにより除去でき、音
響信号だけを正確に検出することができる。
形態では、光ファイバ２４，２６を伝送路として、光マ
イクロホンを用いた光強度変調法を用いていたが、特開
昭６１−４７５２０に示されるような、光ファイバ自身
をセンサとして、音響信号により光ファイバの屈折率や
長さが変化して光出力が変化することを利用した光干渉
法等を用いることができる。例えば、特開昭６１−４７
５２０に開示されたような、分岐された光の２つのセン
サ用光ファイバからの出力を比較することにより、音響
信号を検出するようにした場合には、音響信号以外の原
因、例えば、温度、ケーブル振動等による影響は、２組
の光ファイバを並列に配置したことにより除去でき、音
響信号だけを正確に検出することができる。
【００２０】又、本実施形態においては、放電音の特徴
となる超音波成分を抽出するためのハイパスフィルタ、
包絡線検波するための検波手段、フーリエ級数を求める
ための演算手段、及び絶縁の劣化状況を判定する手段
が、全て、ＣＰＵ３２内でソフトウェアにより実現され
ていたが、前記各手段を実現する方法はこれに限定され
ず、各手段に対応する回路や演算手段を設け、それらを
組合せることによって、各処理を行うことも可能であ
る。
となる超音波成分を抽出するためのハイパスフィルタ、
包絡線検波するための検波手段、フーリエ級数を求める
ための演算手段、及び絶縁の劣化状況を判定する手段
が、全て、ＣＰＵ３２内でソフトウェアにより実現され
ていたが、前記各手段を実現する方法はこれに限定され
ず、各手段に対応する回路や演算手段を設け、それらを
組合せることによって、各処理を行うことも可能であ
る。
【００２１】なお、前記実施形態においては、本発明
が、交流電動機の界磁巻線の絶縁劣化の判定に適用され
ていたが、本発明の適用対象はこれに限定されない。
が、交流電動機の界磁巻線の絶縁劣化の判定に適用され
ていたが、本発明の適用対象はこれに限定されない。
【００２２】
【発明の効果】本発明によれば、交流電気設備の絶縁が
劣化し、コロナ放電が生じた時に発生する超音波を、光
を用いた音響−光変換センサで検出するようにしたの
で、界磁等の磁界の影響を受けることなく、精度の高い
放電検出が可能になる。又、信号処理によって、放電電
荷量の推定が、電気設備の運転中に連続して行えるた
め、絶縁劣化を高い精度で管理することが可能になる。
劣化し、コロナ放電が生じた時に発生する超音波を、光
を用いた音響−光変換センサで検出するようにしたの
で、界磁等の磁界の影響を受けることなく、精度の高い
放電検出が可能になる。又、信号処理によって、放電電
荷量の推定が、電気設備の運転中に連続して行えるた
め、絶縁劣化を高い精度で管理することが可能になる。
【図１】本発明に係るオンライン絶縁劣化診断装置の全
体構成を示すブロック線図
体構成を示すブロック線図
【図２】本実施形態における被測定物である交流電動機
に対する接続状態を示す斜視図
に対する接続状態を示す斜視図
【図３】本実施形態における原音波形の例を示す線図
【図４】同じくバイパスフィルタ通過後の信号波形の例
を示す線図
を示す線図
【図５】同じく包絡線検波後の信号波形の例を示す線図
【図６】同じくＦＦＴ演算結果の例を示す線図
【図７】本実施形態で用いる、放電電荷量と電源周波数
の２倍の周波数成分値（音圧）の関係の例を示す線図
の２倍の周波数成分値（音圧）の関係の例を示す線図
１０…被測定物 ２０…音響−光変換センサ ２２…発光部 ２４、２６…光ファイバ ２８…受光部 ３０…Ａ／Ｄ変換装置 ３２…中央演算処理装置（ＣＰＵ）
Claims (2)
- 【請求項１】電気的雑音の多い環境下で、交流電気設備
の絶縁劣化を運転中に診断するためのオンライン絶縁劣
化診断方法において、 絶縁劣化によって生じる部分放電音による空気振動を、
音響−光変換センサを用いて検出し、 放電音の特徴となる超音波成分を抽出した後、 包絡線検波し、 電源周波数の２倍の周波数のフーリエ級数を求め、 予め求めて記憶した放電音響中の電源周波数の２倍の周
波数成分値と放電電荷量との関係から、相当する放電電
荷量に換算して、絶縁の劣化状況を判定することを特徴
とするオンライン絶縁劣化診断方法。 - 【請求項２】電気的雑音の多い環境下で、交流電気設備
の絶縁劣化を運転中に診断するためのオンライン絶縁劣
化診断装置において、 絶縁劣化によって生じる部分放電音を、空気振動による
光出力の変化により検出するための音響−光変換センサ
と、 放電音の特徴となる超音波成分を抽出するためのハイパ
スフィルタと、 包絡線検波するための検波手段と、 電源周波数の２倍の周波数のフーリエ級数を求めるため
の演算手段と、 予め求めて記憶した放電音響中の電源周波数の２倍の周
波数成分値と放電電荷量との関係から、相当する放電電
荷量に換算して、絶縁の劣化状況を判定する手段と、 を備えたことを特徴とするオンライン絶縁劣化診断装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31023698A JP2000137053A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | オンライン絶縁劣化診断方法及び装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31023698A JP2000137053A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | オンライン絶縁劣化診断方法及び装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000137053A true JP2000137053A (ja) | 2000-05-16 |
Family
ID=18002829
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31023698A Pending JP2000137053A (ja) | 1998-10-30 | 1998-10-30 | オンライン絶縁劣化診断方法及び装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000137053A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008032587A (ja) * | 2006-07-31 | 2008-02-14 | Meidensha Corp | 干渉型光ファイバーを用いたａｅセンサ及びこのａｅセンサによる部分放電計測装置 |
| JP2009261202A (ja) * | 2008-03-25 | 2009-11-05 | Jfe Steel Corp | 放電検出／同定装置 |
| JP2010085366A (ja) * | 2008-10-02 | 2010-04-15 | Toshiba Corp | 高電圧電気機器の絶縁異常診断装置 |
| CN102135594A (zh) * | 2011-01-30 | 2011-07-27 | 太原理工大学 | 矿用主通风机用高压电动机绝缘状态监测装置 |
| WO2016098644A1 (ja) * | 2014-12-18 | 2016-06-23 | 三菱電機株式会社 | 電力機器の部分放電判定方法、部分放電判定装置、部分放電判定システム、これらを用いて部分放電判定された電力機器、および部分放電判定方法を含む電力機器の製造方法 |
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| CN111157864A (zh) * | 2020-03-12 | 2020-05-15 | 广东电网有限责任公司 | 一种局部放电超声波信号及图谱识别系统及其方法 |
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-
1998
- 1998-10-30 JP JP31023698A patent/JP2000137053A/ja active Pending
Cited By (13)
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