JP2001016722A - ガス絶縁機器の部分放電位置標定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】金属容器内に封入されたガス絶縁機器内から発
生する部分放電電磁波を検出し、部分放電発生源の高精
度な位置標定装置を提供する。 【解決手段】金属容器内に距離をおいて設置された複数
個の検出器を有しており、周波数同調により測定できる
複数の測定器および同期測定に必要なトリガ信号発生器
を具備しており、複数の検出器から得られた信号を同期
させて測定器により測定する。さらに、検出器からの信
号を加算器、遅延回路を用いることにより、時間と大き
さの両面から高精度の位置標定を行う装置を提供する。 【効果】本発明によれば、位置標定に用いる信号減衰量
の誤差を少なくし、信号の大きさと到達時間により高精
度で部分放電の発生位置を標定することが可能となるた
め、ガス絶縁機器の保守、信頼性向上が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は絶縁ガスを充填して
使用するガス遮断器、ガス絶縁開閉装置、ガス絶縁母
線、ガス絶縁変圧器などのガス絶縁機器や電力用ケーブ
ルにおいて内部で発生する部分放電発生位置を標定する
ための部分放電発生位置標定装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】変電所で用いられているガス絶縁開閉装
置、ガス絶縁母線、ガス絶縁変圧器などの絶縁ガスを充
填した密閉金属容器３内に高電圧導体２を絶縁物により
支持してなるガス絶縁機器や電力用ケーブルにおいて
は、接触不良、金属異物混入、絶縁物内のボイドなどの
内部欠陥が存在すると、その欠陥部分で部分放電が発生
することがある。それらの部分放電を放置しておくとや
がて絶縁破壊に至り、重大な事故に結びつく恐れがある
ため各種の異常位置標定方法およびその装置が提案され
ている。特開平3−259756号では、部分放電によって生
じる電磁波を複数個の検出器４で検出し、検出信号とあ
らかじめ記憶しておいた検出器４の取付位置と各構成部
の電磁波伝播量に基づいて部分放電の発生箇所を判断し
て高感度に検出する方法が提案されている。また、特開
平7−83989号や特開平11−38074号、特開平11−38075号
に見られるように検出器４に到達する時間差や伝播距離
差により部分放電発生位置を標定する方法が提案されて
いる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ガス絶縁機器の部分放
電発生部位や発生レベルによっては、異常部の点検や復
旧作業は電力供給運転にできるだけ支障を及ぼさないよ
うに迅速に行う必要があるが、従来の位置標定方法では
標定精度が十分でなくそれを満足することができなかっ
た。

【０００４】従来の技術で示した減衰量比較の方法によ
ると、信号の減衰量による位置標定の場合、部分放電信
号が測定された時間は必ずしも一致していないため、標
定位置のばらつきが大きくなってしまう。具体的には、
絶縁物中の代表的な欠陥であるボイドなどのように部分
放電が発生していると劣化の影響で時間とともに放電が
変化するような欠陥の場合には標定する位置が大きく異
なってしまう。また、測定器の掃引時間や部分放電の発
生している電圧位相のずれから発生位置を十分な精度で
標定するための最良の方法とは言い難かった。

【０００５】さらに、部分放電信号の到達時間差によ
り、発生位置を標定する方法を取る場合、ノイズレベル
により信号が埋もれてしまったり、誤った信号検出によ
り到達時間が大きく変わってしまうことになる。電磁波
信号は基本的に光速に近いスピードで伝播するため到達
時間を1ns読み間違えると約30cmの位置標定のずれにな
ってしまう。また、特にオシロスコープなどの時間領域
のみによる信号解析ではS/Nが良くないため、ノイズの
少ない周波数帯域で測定するなどの必要がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明のガス絶縁機器の部分放電発生位置標定方
法は、絶縁ガスを封入した金属容器３内に絶縁支持体に
よって支持された高電圧導体２と、金属容器３内に距離
をおいて設置され、前記金属容器３内で発生した部分放
電の放射する電磁波を検出するための複数個の検出器４
を有しており、周波数同調により測定できる複数の測定
器および同期測定に必要なトリガ信号発生器11を具備し
ており、複数の検出器４から得られた信号を同期させて
測定器により測定することを特徴とする。

【０００７】また、周波数が異なると信号の減衰量が異
なることを利用して、測定周波数帯域を変化させること
により複数の周波数帯域でクロスチェックすることによ
り標定精度を向上させることを特徴とする。

【０００８】さらに、検出器４からの信号を加算器15、
積算器16、遅延回路14を用いることにより、時間と大き
さの両面から高精度の位置標定することを特徴とする。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面に
よって説明する。

【００１０】図１は本発明によるガス絶縁機器の部分放
電位置標定装置と、複数の部分放電検出器４を有するガ
ス絶縁母線の一相分の構成を示している。金属容器３内
には絶縁ガスが封入されており、絶縁支持体である絶縁
スペーサ１により高電圧導体２が支持されている。この
金属容器３には部分放電により発生した電磁波信号を検
出する複数の検出器４が設けられている。標定装置は複
数の検出器４から検出された信号を増幅器12を通してト
リガ信号により同期した周波数解析部13において周波数
解析される。検出信号を代表的な周波数解析装置である
スペクトラムアナライザにおいて周波数解析した例を図
２に示す。このような周波数解析手法は部分放電電磁波
が数GHzまでの高周波成分を含んでいるため、外部ノイ
ズの影響の少ない数百MHz〜数GHzまでの周波数帯域での
検出が有効な手段とされている。

【００１１】図１で示される複数の周波数解析部13はト
リガ信号により同期して信号を検出するようになってお
り、複数の周波数帯における信号強度を測定することが
できるスペクトラム強度測定部で構成されている。ま
た、回路構成として金属容器３、絶縁支持体、金属容器
の分岐部、開閉機器部などの各構成部の減衰量データベ
ースと、この情報をもとに標定対象とする機器の回路構
成作成部が構成されている。この回路構成および減衰量
のデータベースを基にして、異常位置演算部において異
常位置が算出され、異常位置表示部において異常位置を
表示する構成となっている。ここで、トリガ信号とは、
信号が出ている間測定するようなゲート信号を含み、ガ
ス絶縁機器に印加している電圧に同期して発生する信号
や、ランダムな時間間隔で発生する信号、および任意の
タイミングで信号を発生できるように出力される信号の
ことである。

【００１２】図３はガス絶縁母線などに代表される同軸
円筒構造の金属容器３における周波数に対しての信号の
減衰量を示している。図からわかるように測定する周波
数に対して減衰量が異なっていることがわかる。つまり
測定する周波数帯域を固定して選択することにより、ガ
ス絶縁母線において測定する周波数を選定すれば距離に
対してどれくらい信号が減衰するかを知ることができ
る。異なる周波数で距離に対しての減衰量は図４に示さ
れる。周波数が高くなると減衰は大きくなるが、低い周
波数帯域の場合は放送波、通信波などのノイズ信号も増
加しているために実用的には困難である。

【００１３】図５は金属容器３内部に異常が存在し、位
置標定を試みた結果である。センサ出力は例として1100
MHzの周波数に同調させて測定しており、複数の検出器
４からの信号を同期させているため、横軸を時間として
それぞれの出力値を示すと同期させた測定結果が得られ
ていることがわかる。ここで検出器4aと検出器4bの同じ
信号の信号強度を比較することにより、精度の高い位置
標定が可能となる。図５では検出器4bで検出された信号
が検出器4aに比べて大きくなっているが、同軸部分の距
離に対する減衰量および絶縁物であるスペーサ１による
減衰を考慮すると、部分放電が発生している位置を正確
に示している。すなわち、今回の発明の周波数解析部13
を同期させて測定することで、同じパルスの同じ周波数
成分の信号強度を比較することにより、非常に精度の高
い位置標定を行うことが可能である。また、検出器４間
に絶縁スペーサ１だけでなくガス絶縁機器を構成する遮
断器や断路器、接地開閉器などや同軸母線のL字部やT字
分岐、十字分岐などもそれぞれの選定した周波数に対す
る電磁波の減衰が存在するため、個々の構成機器の選定
周波数の減衰量を考慮して部分放電発生位置の標定を行
う。

【００１４】図６は複数の周波数帯域で位置標定場所の
クロスチェックを取り入れた例である。特定の周波数帯
域だけを使用して位置標定を行った場合は、万が一にも
侵入した散発的なノイズ信号などにより誤診断をしてし
まう可能性がある。そのため複数の周波数帯域でもって
クロスチェックすることにより標定精度を大幅に向上さ
せる方法である。ただし測定する周波数帯が異なると構
成機器の減衰量も変化するため使用する周波数に合った
減衰量を用いる。

【００１５】図7は複数の検出器4a，4b，4cから長さの
異なるケーブル5a，5b，5cを用いて信号を伝播させ、加
算器15を用いて信号を合成して、個々の検出器からのパ
ルス信号を時間をずらして測定する方法である。この方
法では特定周波数の時間変化を測定し、図８に示される
ような横軸が時間の出力となる。発生を同じくする信号
が異なる検出器により検出され時間差でもって測定され
ている。この個々のパルスの信号強度を上述した減衰量
による位置標定方法により可能である。すなわち前述し
たようなトリガ信号を用いて同期させた信号出力を用い
る方法でなく、ケーブル５の長さの違いにより検出器か
らの信号を識別して減衰量を比較することが可能であ
る。この方法によると高価な周波数解析部13や増幅器12
などを用いる必要がなく簡単に強度比較が可能となる。

【００１６】ここで、部分放電の発生間隔は早くて数μ
秒程度であり、次に発生するパルスと区別するため、短
いケーブルと長いケーブルの差は30m以下となるように
する。また、ガス絶縁機器内の伝播時間差と区別するた
め個々の検出器間の距離以上の長さの差となるケーブル
長とする。また、この時ケーブルの長さの差によりケー
ブル自体の減衰量が異なるので、位置標定にはその違い
も考慮する。

【００１７】図9は図８のケーブル５による時間差を遅
延回路14を用いることで達成するものである。この時、
検出器４からのそれぞれのケーブルは同じ長さにする
か、信号伝達時間が明確に分かるケーブル長にしておく
必要がある。また、遅延回路14により任意の遅延時間を
設定することが可能であるため、図８で示したような信
号強度の減衰量からの位置標定のほかに、遅延時間の設
定により到達時間差からも位置標定が可能である。具体
的な例は図10に示すとおりであり、図10の上部は検出器
４からの同時刻の信号波形を示している。このように検
出器４の信号は時間的に異なっているが、14を用いて検
出器aからの信号と検出器bからの信号を時間的に合わせ
ることにより、合成信号が一つのパルスとして出力され
ることになる。すなわち、スペクトラム強度測定部にお
いて豪勢信号が一つの信号となるように遅延回路14aと
遅延回路14bの遅延時間を設定することにより、部分放
電発生源からの検出器に到達する時間差を明確に知るこ
とができる。金属容器３内の電磁波伝播速度はほぼ光速
に近い値であり、（遅延設定時間）×（電磁波伝播速
度）により部分放電発生位置を算出することが可能であ
る。さらに、遅延回路14を用いる方法としては図11に示
すように加算器15でなく積算器16においても遅延時間設
定による位置標定が可能である。

【００１８】図12は測定した検出器4a、4b間に部分放電
信号発生源が存在するかの判定方式であり、図１での測
定において回路構成による電磁波減衰特性が明確になっ
ていない場合に適用される。例えば図１で二つの隣接し
た検出器４において信号が大きく検出されたほうの検出
器から信号発生器18により、大きく検出された周波数帯
域で検出されたものと同じ信号強度の信号を入力する。
すなわち、図12に示すように検出器4aから信号を送信
し、他方の検出器4bで検出する。ここで、入力する信号
強度は増幅器12による増幅量と検出器自身での信号減衰
量を加味して決定し、検出器4aで検出された部分放電信
号強度と送信する信号強度が一致するように選定する。
検出器の信号減衰量は検出器自身の周波数特性により決
まり、最も検出器自身の感度の高い周波数ならばほとん
ど減衰はないが、必ずしも測定された周波数帯が同じと
は限らないので、測定に用いる周波数帯の検出器自身の
減衰量を使用する必要がある。

【００１９】上記のように決定した信号を検出器4aから
入力した時に、検出器4bでの信号が部分放電測定時での
信号強度と一致している時は測定した検出器4a、4b間に
部分放電発生源が存在しないことを示しており、不一致
の時は検出器間に部分放電発生源が存在することを示し
ている。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によるガス絶
縁機器の部分放電位置標定装置によれば、部分放電によ
る電磁波を検出する複数の検出器４を用いて、信号を同
時測定することにより減衰量の誤差を少なくし、高精度
で部分放電の発生位置を標定することができる。また検
出信号の遅延技法を用いることで、信号の大きさと時間
の両面から位置標定が可能であり、ガス絶縁機器の保
守、信頼性を向上させることができる。また、本発明の
標定方法によれば短時間で精度良く標定することが可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるガス絶縁機器の部分放
電位置標定装置を示す概略図である。

【図２】部分放電電磁波信号の周波数解析結果を示す図
である。

【図３】ガス絶縁母線での周波数に対する減衰率を示す
図である。

【図４】ガス絶縁母線での異なる周波数での距離に対す
る減衰量を示す図である。

【図５】本発明を適用した位置標定方法の概略図であ
る。

【図６】複数の周波数帯域を用いて本発明を適用した位
置標定方法の概略図である。

【図７】加算器を用いて複数の検出器からの信号を測定
する方法の概略図である。

【図８】加算器からの信号を示す図である。

【図９】遅延回路と加算器を用いて位置標定を行う概略
図である。

【図10】遅延回路による信号出力結果を示す図である。

【図11】積算器と遅延回路を用いて位置標定を行う概略
図である。

【図12】信号発生器からの電磁波信号を検出し位置標定
する概略図である。

【符号の説明】

１…絶縁スペーサ、２…高電圧導体、３…金属容器、４
…部分放電検出器、５…同軸ケーブル、９…部分放電発
生源、11…トリガ信号発生器、12…広帯域増幅器、13…
周波数解析部、14…遅延回路、15…加算器、16…積算
器、18…信号発生器、20…標定装置、21…スペクトラム
強度測定部、22…異常位置演算部、23…各構成部の減衰
量データベース、24…回路構成作成部、25…異常位置表
示部、30…距離による信号減衰、31…スペーサによる信
号減衰。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G015 AA03 AA27 BA01 CA01 2G033 AA01 AB01 AC05 AD18 AE04 AF04 2G036 AA23 AA25 BA05 BB20 5G017 EE02 5G365 DA13 DN04

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁ガスを封入した金属容器内に絶縁支
   持体によって支持された高圧導体と、前記金属容器内に
   距離をおいて設置され、前記金属容器内で発生した部分
   放電の放射する電磁波を検出するための複数の検出器
   と、検出信号を周波数解析するためのスペクトラムアナ
   ライザに代表される周波数同調測定器において、検出器
   からの検出された信号強度から検出器間の電磁波減衰量
   とを比較し、部分放電の発生位置を標定するガス電気機
   器の異常位置標定装置を備えたガス絶縁機器であって、
   複数個の検出器からの部分放電電磁波信号を同期させて
   測定することができる複数個の周波数同調測定器を備え
   ることを特徴とするガス絶縁機器の部分放電位置標定装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のガス絶縁機器の部分放電
   位置標定装置において、複数の検出器で検出された同じ
   パルスの同じ周波数帯域の信号を測定し、位置標定を行
   うことを特徴とするガス絶縁機器の部分放電位置標定装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のガス絶縁機器の部分放電
   位置標定装置において、複数の異なる周波数帯域の信号
   を用いることを特徴とするガス絶縁機器の部分放電位置
   標定装置。
4. 【請求項４】 絶縁ガスを封入した金属容器内に絶縁支
   持体によって支持された高圧導体と、前記金属容器内に
   距離をおいて設置され、前記金属容器内で発生した部分
   放電の放射する電磁波を検出するための複数の検出器
   と、検出信号を周波数解析するための周波数同調測定器
   を備えたガス絶縁機器であって、複数の検出器からの信
   号出力を異なる長さのケーブルや遅延回路を通して混合
   器に入力し、周波数同調測定器により測定することを特
   徴とするガス絶縁機器の部分放電位置標定装置。
5. 【請求項５】 請求項４記載のガス絶縁機器の部分放電
   位置標定装置であって、遅延回路の遅延時間を調節し、
   複数の検出器からの信号を一つの信号となるように混合
   し、その合成信号が最大出力となる遅延回路の遅延時間
   差から位置標定することを特徴とするガス絶縁機器の部
   分放電位置標定装置。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項４記載のガス絶縁
   機器の部分放電位置標定装置において、最も信号が大き
   く検出された検出器から、検出された部分放電信号の特
   定周波数における信号強度と同じ周波数で同じ信号強度
   の信号を信号発生器により入力し、これと異なる検出器
   で検出された特定周波数の部分放電の信号強度と信号発
   生器からの信号強度を比較し、一致しなかった場合にこ
   の検出器間に部分放電が発生していると標定することを
   特徴とするガス絶縁機器の部分放電位置標定装置。