JP2004101418A - 部分放電検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】より多くの測定データを処理することができ、作業者が電力機器における部分放電の発生状況の確認作業を容易に且つ精度良く行うことを可能とする。
【解決手段】部分放電センサ３により測定した信号は、Ａ／Ｄ変換装置４によりアナログ−ディジタル変換され、その変換後のディジタルデータは、ディジタルデータファイル９としてパソコン８のデータ蓄積装置１０に蓄積される。データ処理モジュール１４は、その蓄積されたディジタルデータファイル９を用いてデータ処理を行う。
【選択図】 図１
【解決手段】部分放電センサ３により測定した信号は、Ａ／Ｄ変換装置４によりアナログ−ディジタル変換され、その変換後のディジタルデータは、ディジタルデータファイル９としてパソコン８のデータ蓄積装置１０に蓄積される。データ処理モジュール１４は、その蓄積されたディジタルデータファイル９を用いてデータ処理を行う。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転中の電力機器から部分放電センサにより測定した信号に基づいて部分放電信号を検出する部分放電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１、２に開示されているように、従来から用いられている部分放電検出装置は、電力機器が発する信号（例えば接地線に流れる電流）を部分放電センサを用いて測定し、その信号をアナログ−ディジタル変換して得たディジタルデータを直ちにデータ処理装置において処理し、その処理結果をその場で表示装置に表示させるようになっている。そして、作業者は、この表示を見て部分放電の発生あるいは電力機器の絶縁劣化状態を判断している。
【０００３】
この場合、部分放電センサからの信号をアナログ−ディジタル変換して得られたディジタルデータには、部分放電信号以外にバックグラウンドノイズが含まれているため、ディジタルフィルタなどにより不要なノイズ成分を除去することが必要となる。従来の部分放電検出装置では、信号測定、アナログ−ディジタル変換、バックグラウンドノイズの除去がリアルタイムで行われているため、多くの計算時間を要するディジタルフィルタに替えて、例えば特許文献３に開示されているような計算時間の短い簡易的な雑音除去方法が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−１５１５７５号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−２６４３３１号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２０００−２７４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
部分放電センサからの信号に含まれる部分放電信号およびノイズの信号特性（例えば周波数帯域）は一定ではなく、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに依存して異なる。このため、各電力機器に取り付けた部分放電センサから得た上記信号に対し、同一のデータ処理方法例えば固定化されたカットオフ周波数を持つフィルタを適用しても、必ずしも部分放電信号を分離、検出できるとは限らない。
【０００８】
部分放電信号を検出できなかった場合、作業者は異なるデータ処理条件を設定して再度データ処理を行うことになる。しかし、従来の部分放電検出装置では、信号測定、データ処理および部分放電検出のための解析を一連の作業として行うようになっているため、再度データ処理を行おうとするともう一度信号測定作業から繰り返さなければならないという不都合があった。
【０００９】
また、ディジタルフィルタは優れたノイズ除去性能を有しているが、繰り返し演算回数が多く計算時間が長くなるため、アナログ−ディジタル変換したデータをリアルタイムで処理しなければならない従来の部分放電検出装置では採用し辛いという問題もあった。
【００１０】
さらに、部分放電センサからの信号に含まれるノイズは部分放電信号と酷似している場合が多く、表示装置の表示を見て部分放電信号とノイズとを識別するには熟練作業者の判断が必要であった。しかし、上述したように従来の部分放電検出装置では、信号測定、データ処理および部分放電検出のための解析を一連の作業として行うようになっているため、上記識別能力のある熟練作業者が電力機器の設置場所まで赴かなければならなかった。
【００１１】
こうした中、近年の半導体技術の進歩に伴ってＡ／Ｄ変換器の変換性能も飛躍的に向上し、現在では１００ＭＨｚサンプリングでアナログ−ディジタル変換可能なものも利用できる状況となっている。部分放電信号の帯域は十数ＭＨｚ以上あるため、より精度よく部分放電信号を検出するには上記１００ＭＨｚ程度のサンプリング性能を持つＡ／Ｄ変換器を採用することが望ましい。また、部分放電を検出するには、基本的に電力機器の印加電圧の１周期分以上に亘って信号測定することが必要である。
【００１２】
そうなると、アナログ−ディジタル変換して得られるディジタルデータの量は膨大となり、その膨大なディジタルデータに対しリアルタイムで上記フィルタ処理をはじめとする部分放電信号の分離、検出処理を実行することは一層困難なものとなる。
【００１３】
本発明はこうした事情に鑑みてなされたもので、その目的は、より多くの測定データを処理することができ、作業者が電力機器における部分放電の発生状況の確認作業を容易に且つ精度良く行うことができる部分放電検出装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した部分放電検出装置は、運転中の電力機器から部分放電信号を含んだ信号を測定する部分放電センサと当該部分放電センサが測定した信号をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換装置とからなる信号測定手段と、前記Ａ／Ｄ変換装置を制御するＡ／Ｄ変換装置制御手段と、前記Ａ／Ｄ変換装置により変換されたディジタルデータを蓄積するデータ蓄積手段と、このデータ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータに対し前記部分放電信号の抽出処理を行うデータ処理手段と、このデータ処理手段により処理されたデータを表示するデータ表示手段とを備えて構成されている。
【００１５】
この構成によれば、部分放電センサにより測定された信号は、Ａ／Ｄ変換装置によりアナログ−ディジタル変換され、その変換後のディジタルデータは、ファイルなどの形式を伴ってデータ蓄積手段に蓄積される。すなわち、このディジタルデータの蓄積は、例えばメモリへの極短時間の一時的な蓄積とは異なり、データ処理が完了するまでの間保持し得るような態様での蓄積である。
【００１６】
そして、データ処理手段は、この蓄積されたディジタルデータに対して部分放電信号の抽出処理を行うので、データ処理条件を変えて複数回に亘りデータ処理を試みる場合であっても、再度信号測定を行う必要がなく、作業者が電力機器における部分放電の発生状況の確認作業を容易に行うことができる。特に、部分放電検出技術にあっては、部分放電信号とノイズの信号特性が電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに依存して異なるため、ディジタルフィルタのカットオフ周波数などのデータ処理条件を最適化する作業が必要であり、蓄積データに対し何度も繰り返しデータ処理を施すことのできる本装置は好適となる。
【００１７】
また、従来の装置とは異なり、信号測定とデータ処理とを一連の作業として行う必要がないため、データ処理時間による制限がない。このため、高速サンプリング可能なＡ／Ｄ変換装置を用いて測定したより多くのディジタルデータを処理することができるとともに、演算量は多いものの優れたノイズ除去性能を有するディジタルフィルタを使用することができる。その結果、従来よりも精度良く部分放電信号を検出することが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載した手段によれば、ディジタルデータと信号変換条件情報と環境情報とが同一ファイルとなっているので、ディジタルデータとその付随情報との対応関係が不明となることがなく、ファイル管理が容易になる。また、ウェーブ（ＷＡＶＥ）形式ファイルを用いることにより、放電音を測定するセンサで測定した部分放電信号、部分放電センサで測定した部分放電信号またはこれらの信号を処理した後の部分放電信号を音として確認することが可能となる。
【００１９】
請求項３に記載した手段によれば、データ処理手段は、蓄積されているディジタルデータに対してカットオフ周波数を順次変更しながらフィルタをかけ、バックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となるカットオフ周波数を決定し、その決定したカットオフ周波数を持つフィルタをかけた後のフィルタ通過後データを得る。そして、フィルタ通過後データの中で比較的大きい強度を持つ複数のパルス状信号に対してその周波数スペクトルを計算して平均し、当該平均周波数スペクトルの中で信号強度が最大の周波数を得ることによって、パルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索する。
【００２０】
この構成によれば、データ処理手段が、自らパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索するので、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに応じて部分放電信号およびノイズの信号特性が異なっても、部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００２１】
請求項４に記載した手段によれば、データ処理手段は、蓄積されているディジタルデータに対して離散ウェーブレット変換をかけ、その得られた各レベルでの高周波域信号においてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となるレベルを検出し、そのレベルに基づいてパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索する。
【００２２】
この構成によっても、データ処理手段が、自らパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索するので、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに応じて部分放電信号およびノイズの信号特性が異なっても、部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００２３】
請求項５に記載した手段によれば、データ表示手段は、データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータあるいはデータ処理手段により処理されたデータを、電圧位相−測定時刻−信号強度を軸とした３次元表示を行う。
【００２４】
この構成によれば、作業者は、３次元表示の表示パターンから、部分放電信号（パルス状信号）あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができるので、部分放電信号とパルス状ノイズの識別が容易になり部分放電の検出精度が向上する。
【００２５】
請求項６に記載した手段によれば、データ表示手段は、データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータあるいはデータ処理手段により処理されたデータを、電圧位相−測定時刻を軸として信号強度により色を変えて表示する。
【００２６】
この構成によれば、作業者は、色についての表示パターンから、部分放電信号（パルス状信号）あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができるので、部分放電信号とパルス状ノイズの識別が容易になり部分放電の検出精度が向上する。
【００２７】
請求項７に記載した手段によれば、Ａ／Ｄ変換装置制御手段、データ蓄積手段、データ処理手段、データ表示手段のすべてあるいは一部が通信手段を介してＬＡＮやインターネットなどにより互いに接続されているので、例えば信号測定手段とＡ／Ｄ変換装置制御手段とを電力機器の傍らに設置し、データ蓄積手段、データ処理手段およびデータ表示手段を監視室あるいは遠方の事務所などに設置することができるので、作業者が電力機器の設置場所まで赴くことなくデータ処理や解析を行うことができ、作業性の一層の向上が図られる。
【００２８】
請求項８に記載した手段によれば、データ表示手段に汎用のブラウザを用いるので新規にデータ表示手段を開発する必要がない。また、請求項７記載の手段とともに用いれば既存のインターネット環境を利用でき、部分放電現象の遠隔監視システムを構築できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をモールド変圧器の部分放電検出について適用した第１の実施形態について図１ないし図１０を参照しながら説明する。
図１は、部分放電検出装置の全体構成を示すブロック図である。この図１において、電力機器であるモールド変圧器１の接地線２には、当該接地線２に流れる電流を検出するための例えば高周波ＣＴからなる部分放電センサ３が設けられている。この部分放電センサ３は、Ａ／Ｄ変換装置４とともに信号測定装置５（信号測定手段に相当）を構成している。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換装置４は、高速（１００ＭＨｚ）サンプリングが可能なＡ／Ｄ変換器６とメモリ７とから構成されており、部分放電センサ３が検出したアナログデータである電流検出信号をディジタルデータに変換してメモリ７に書き込むようになっている。この信号測定装置５の近くにはパソコン８が設置されており、このパソコン８は以下に述べる構成を備えている。なお、図１においてパソコン８の内部に記載された「モジュール」とはソフトウェアの実行モジュールを示している。
【００３１】
データ蓄積手段であるデータ蓄積装置１０は、ハードディスク、光−磁気ディスク、コンパクトディスク、ディジタルビデオディスクなどのディスク１１とそのディスクドライブ装置１２とから構成されており、上記Ａ／Ｄ変換装置４のメモリ７に一旦記憶されたディジタルデータをウェーブ（ＷＡＶＥ）形式のディジタルデータファイル９として蓄積するものである。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換装置制御手段であるＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３は、Ａ／Ｄ変換装置４に対して電流検出のサンプリング周波数、変換タイミング、変換するデータ数などの信号変換条件を指示したり、メモリ７に記憶されているディジタルデータの送信要求をしてＡ／Ｄ変換装置４を制御するソフトウェア実行モジュールである。Ａ／Ｄ変換装置４から送信されてきたディジタルデータは、上記データ蓄積装置１０にディジタルデータファイル９として蓄積される。
【００３３】
データ処理手段であるデータ処理モジュール１４は、ディスク１１に蓄積されたディジタルデータファイル９を用いて後述するディジタルフィルタ処理または離散ウェーブレット変換処理をはじめとする種々のデータ処理を行うソフトウェア実行モジュールで、その処理結果をデータ表示装置１５に出力するようになっている。
【００３４】
データ表示手段であるデータ表示装置１５は、ＣＲＴやカラー液晶ディスプレイ装置からなる表示装置１６と、データ処理モジュール１４から入力した処理結果を表示装置１６に表示するためのデータ表示モジュール１７とから構成されている。
【００３５】
図２は、ディスク１１に蓄積されるディジタルデータファイル９の構造を示している。このファイル形式は「ＷＩＮＤＯＷＳ（ウインドーズ）」（登録商標）の標準フォーマットであるウェーブ（ＷＡＶＥ）形式である。ウェーブ形式ファイルは、チャンクと称する論理的なデータの塊で構成されている。
【００３６】
本実施形態の部分放電検出装置においては、ディジタルデータファイル９の内部に、サンプリング周波数やデータビット数などのデータフォーマットを記述するフォーマットチャンク１８、信号測定日時や場所、温度などの測定環境情報を記述する環境情報チャンク１９、Ａ／Ｄ変換装置４を制御する制御情報を記述するＡ／Ｄ変換情報チャンク２０、およびＡ／Ｄ変換装置４で変換された測定信号のディジタルデータを記述するデータチャンク２１が用意される。ここで、フォーマットチャンク１８とＡ／Ｄ変換情報チャンク２０が、本発明でいう信号変換条件情報を構成している。
【００３７】
次に、具体的な部分放電の検出方法について図３ないし図１０も参照しながら説明する。
パソコン８内部のＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３が実行されると、パソコン８はＡ／Ｄ変換装置４に対してＡ／Ｄ変換タイミングであるゲート信号を出力し、モールド変圧器１の印加電圧の所定周期分例えば６４周期分のデータを測定する。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換器６は、１つの電流検出信号を例えば２バイトのディジタルデータに変換しそれをメモリ７に書き込む。Ａ／Ｄ変換装置４のサンプリング周波数が１００ＭＨｚ、モールド変圧器１の印加電圧の周波数が５０Ｈｚとすれば、１周期分のディジタルデータを記憶するために必要となるメモリ７の容量は４Ｍバイトとなる。
【００３９】
メモリ７の記憶容量は限られているので、Ａ／Ｄ変換装置４は、上記ゲート信号に従って最初の１周期分のデータを測定しそれをパソコン８のデータ蓄積装置１０に送った後、次の１周期分のデータを測定しそれを再びパソコン８のデータ蓄積装置１０に送る。このデータの測定処理と送信処理が６４回繰り返される。これら６４周期分のディジタルデータは、上述したように測定環境情報と制御情報とともにディジタルデータファイル９としてディスクドライブ装置１２を通してディスク１１に書き込まれる。
【００４０】
部分放電信号は一般的にパルス状信号となることが知られている。そこで、パソコン８においてデータ処理モジュール１４は、ディスク１１に蓄積されているディジタルデータファイル９を用いてディジタルフィルタ処理あるいは離散ウェーブレット変換処理を行い、ディジタルデータに変換された検出信号からパルス状信号（部分放電信号）とバックグラウンドノイズとを分離する。
【００４１】
図３は、データ処理モジュール１４がディジタルフィルタ処理を行う場合において、パルス状信号が顕著に現れる周波数帯域すなわちバンドパスフィルタのカットオフ周波数を探索するためのアルゴリズムを示している。まず、ステップＳ１において、ディジタルデータファイル９のデータに対し、部分放電センサ３の有する周波数帯域の下限周波数（例えば１００ｋＨｚ）であるｆ０と当該周波数ｆ０よりもΔｆだけ高い周波数（ｆ０＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤ０を得る。
【００４２】
バンド幅Δｆは、例えば数ＭＨｚ程度に設定される。これは、パルス状信号は実際には減衰振動波形でありその周波数は幅を持っているため、バンド幅Δｆをあまり狭く設定するとパルス状信号自体を通過させることができなくなるからである。図４は、モールド変圧器１に印加される電圧の位相を横軸、信号強度を縦軸として、このデータＤ０をプロットしたものである。
【００４３】
ステップＳ２では、データＤ０においてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、そのカウント値Ｎ０を保持する。
【００４４】
ステップＳ３では、上記ステップＳ１における高域側のカットオフ周波数である（ｆ０＋Δｆ）をｆ１として、ディジタルデータファイル９のデータに対し、当該周波数ｆ１と周波数（ｆ１＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤ１を得る。ステップＳ４では、ステップＳ２と同様にして、データＤ１においてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、そのカウント値Ｎ１を保持する。
【００４５】
以降、データ処理モジュール１４は、カットオフ周波数を順次更新しながら、上記ステップＳ３とＳ４と同様の処理を繰り返し実行する。そして、最終的にステップＳ５では、ステップＳ５の直前のステップにおける高域側のカットオフ周波数である（ｆｎ−１ ＋Δｆ）をｆｎとして、ディジタルデータファイル９のデータに対し、当該周波数ｆｎと周波数（ｆｎ＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤｎを得る。ただし、このときの高域側のカットオフ周波数（ｆｎ＋Δｆ）は、部分放電センサ３の有する周波数帯域の上限周波数（例えば３０ＭＨｚ）を超えるものとする。ステップＳ６では、データＤｎにおいてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、そのカウント値Ｎｎを保持する。
【００４６】
データ処理モジュール１４は、続くステップＳ７において、上記ステップＳ２、Ｓ４、…、Ｓ６で得られたパルス状信号数Ｎ０、Ｎ１、…、Ｎｎの中の最大値Ｎｘを検索し、その最大値Ｎｘを得たときのカットオフ周波数であるｆｘと（ｆｘ＋Δｆ）を得る。そして、ステップＳ８では、ディジタルデータファイル９のデータに対し、当該周波数ｆｘと周波数（ｆｘ＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤｘを得る。図５は、電圧位相を横軸、信号強度を縦軸として上記データＤｘをプロットしたものである。
【００４７】
ステップＳ９では、データＤｘにおいてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号のうち比較的信号強度の大きいパルス状信号２２、２３、２４、２５を抽出し、それぞれパワスペクトルを計算してそれらの平均値を算出する。この場合、パルス状信号の誤抽出を防止するため、バックグラウンドノイズの強度よりも所定値以上大きい強度を持つパルス状信号だけを抽出する。図６は、パルス状信号２２、２３、２４、２５についてのパワスペクトルを平均した結果を示している。
【００４８】
ステップＳ１０では、パワが最大となる周波数ｆｍを検出し、この周波数ｆｍをパルス状信号が最も顕著となる周波数帯域の中心周波数とする。データ処理モジュール１４は、ディジタルデータファイル９のデータに対し、以上の探索処理により得られた中心周波数ｆｍを持つバンドパスフィルタを施して、パルス状信号とバックグラウンドノイズとを分離する。
【００４９】
以上はディジタルフィルタ処理を用いる場合であるが、これとは別に離散ウェーブレット変換処理を行うことによってもパルス状信号とバックグラウンドノイズとを分離することができる。離散ウェーブレット変換は、信号ｓ（ｘ）を低周波成分ａ１（ｘ）と高周波成分ｄ１（ｘ）とに分解し、その低周波成分ａ１（ｘ）をさらに低周波成分ａ２（ｘ）と高周波成分ｄ２（ｘ）とに分解するというように、低周波成分と高周波成分との分解を順次繰り返す変換処理手法である。
【００５０】
この場合、任意の低周波成分ａｉ（ｘ）は、（１）式に示すように次レベルの低周波成分ａｉ＋１ （ｘ）と高周波成分ｄｉ＋１ （ｘ）との和として表される。
ａｉ（ｘ）＝ａｉ＋１ （ｘ）＋ｄｉ＋１ （ｘ） …（１）
【００５１】
信号ｓ（ｘ）に対してこのような分解を繰り返すと、図７に示すような階層構造が得られる。このとき、信号ｓ（ｘ）のサンプリング周波数をＦｓとすれば、各階層（レベル）でのサンプリング周波数Ｆｉｓは次の（２）式のように表される。
Ｆｉｓ＝Ｆｓ／２ｉ …（２）
【００５２】
図８は、ディジタルデータファイル９のデータに対し、上記離散ウェーブレット変換を適用した結果を示している。横軸は１周期分の時間（規格値）であり、縦軸は信号強度を示している。データ処理モジュール１４は、各レベルの高周波成分であるｄ１（ｘ）からｄ５（ｘ）までの信号に対して、それぞれバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、その数が最多となるレベルを検索する。図８においては、レベル５の高周波成分ｄ５（ｘ）について、バックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となり、パルス状信号が分離されている。
【００５３】
このときのサンプリング周波数Ｆｓは１００ＭＨｚであるので、レベル５の高周波成分ｄ５（ｘ）は（２）式から３．１２５ＭＨｚでサンプリングした信号を示している。サンプリング定理によれば、分離されたパルス状信号の周波数帯域はおよそ１．５ＭＨｚ以下であることが分かる。
【００５４】
以上の処理により分離されたパルス状の部分放電信号は、データ表示モジュール１７によって作業者に認識し易い表示形式に変換されて、表示装置１６に表示される。図９は、バンドパスフィルタを用いて分離したパルス状信号の画面表示を示している。この表示は、電圧位相−測定時刻−信号強度を軸とした３次元表示である。電圧位相の軸は、モールド変圧器１の印加電圧の位相０°から３６０°までを示しており、測定時刻の軸は、６４周期分の経過時刻を等間隔に示している。部分放電信号は、電圧位相においてある一定位相、例えば電圧レベルがゼロクロスする位相付近で継続的に発生することが知られている。３次元表示により各位相における信号強度の時間的変化が非常に認識し易くなっており、図９においては位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３付近で部分放電が発生していることが容易に判定できる。
【００５５】
一方、図１０は、図９と同じデータについて、電圧位相と測定時刻を軸として信号強度を色の変化として表した画面表示を示している。図１０は、図面作成上の制約により、信号強度の大きいパルス状信号を黒色で示した白黒の２値表示となっているが、実際の表示装置１６には信号強度に応じた色で表示され非常に認識し易くなっている。この図１０においても位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３付近で部分放電が発生していることが容易に判定できる。なお、色の種類に替えて色の濃淡を変えて表示しても良い。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば部分放電センサ３により測定した信号は、Ａ／Ｄ変換装置４によりアナログ−ディジタル変換され、その変換後のディジタルデータは、ディジタルデータファイル９としてパソコン８のデータ蓄積装置１０に蓄積される。そして、データ処理モジュール１４は、その蓄積されたディジタルデータファイル９を用いてデータ処理を行うので、一度信号測定をすれば、データ処理条件を変えて複数回に亘りデータ処理を試みる場合であっても再度信号測定を行う必要がなく、作業者がモールド変圧器１における部分放電の発生状況の確認作業を容易に行うことができる。
【００５７】
また、信号測定とデータ処理とを一連の作業として行う必要がないため、データ処理時間による制限がない。このため、高速サンプリング可能なＡ／Ｄ変換装置４を用いて測定した膨大なディジタルデータを処理することができるとともに、演算量は多いものの優れたノイズ除去性能を有するディジタルフィルタを使用することができる。その結果、従来よりも精度良く部分放電信号を検出することが可能となる。
【００５８】
測定信号のディジタルデータ、データフォーマット、測定環境情報およびＡ／Ｄ変換装置４の制御情報が一つのウェーブ形式ファイルとして蓄積されるので、全体のファイルサイズを小さくでるとともに、ディジタルデータとその付随情報との対応関係が明確となり、作業者はファイル管理を容易且つ正確に行うことができる。また、ウェーブ形式ファイルを用いることにより、放電音を測定するセンサ（例えばマイクロフォン）で測定した部分放電信号、部分放電センサで測定した部分放電信号またはこれらの信号を処理した後の部分放電信号を音として確認することができるので、部分放電の発生を判定するのに有効となる。
【００５９】
パソコン８のデータ処理モジュール１４は、蓄積されているディジタルデータに対してカットオフ周波数を順次変更した結果に基づいて当該バンドパスフィルタのカットオフ周波数を決定し、バンドパスフィルタ通過後のデータの中で比較的大きい強度を持つ複数のパルス状信号に対して計算したパワスペクトルの平均結果に基づいて、パルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索する。これにより、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに応じて部分放電信号およびノイズの信号特性が異なっても、部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００６０】
また、データ処理モジュール１４は、蓄積されているディジタルデータに対して離散ウェーブレット変換をかけて得られる各レベルでの高周波成分に基づいてパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索することも可能である。これにより、上述同様に部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００６１】
データ表示装置１５は、蓄積されているディジタルデータにデータ処理を施して得られるデータを、電圧位相−測定時刻−信号強度を軸とした３次元表示するので、部分放電信号あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができ、部分放電信号とノイズの識別が容易になり部分放電の検出精度が向上する。
【００６２】
また、データ表示装置１５は、蓄積されているディジタルデータにデータ処理を施して得られるデータを、電圧位相−測定時刻を軸として信号強度により色を変えて表示することも可能であるため、上述同様に部分放電信号あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができ、部分放電の検出精度が向上する。
【００６３】
図１１ないし図１７は、それぞれ本発明の第２ないし第８の実施形態を示す部分放電検出装置の全体構成図である。これら各実施形態の部分放電検出装置は、上述した第１の実施形態と同様のデータ処理を行うが、構成要素の設置形態あるいは接続形態を異にしている。
【００６４】
図１１に示す第２の実施形態に係る部分放電装置は、Ａ／Ｄ変換装置制御モジュール１３、データ蓄積装置１０、データ処理モジュール１４、データ表示装置１５をそれぞれ異なるパソコン２６、２７、２８、２９に配置し、各パソコン間を通信装置３０（通信手段）を介してＬＡＮ３１により相互接続した構成となっている。ＬＡＮ３１に替えて、携帯電話、ＰＨＳ、インターネットなどの通信装置を用いても良い。
【００６５】
この構成において、Ａ／Ｄ変換装置４内のメモリ７に記憶されたディジタルデータは、パソコン２６、通信装置３０およびＬＡＮ３１を経由してパソコン２７内のデータ蓄積装置１０に送信され、ディジタルデータファイル９としてディスク１１に蓄積される。パソコン２８内のデータ処理モジュール１４は、ディスク１１に蓄積されたディジタルデータファイル９をＬＡＮ３１および通信装置３０を経由して入力し、ディジタルフィルタなどのデータ処理を行い、その結果をパソコン２８内に設けられたデータ蓄積装置３２にデータ処理結果ファイルの形式で保持する。パソコン２９のデータ表示装置１５には汎用のブラウザが用いられており、このデータ表示装置１５は、データ処理結果ファイルをＬＡＮ３１および通信装置３０を経由して入力し表示する。
【００６６】
また、上記データ処理結果ファイルをパソコン２８からパソコン２７内のデータ蓄積装置１０に送信してディスク１１内に蓄積しておき、パソコン２９内のデータ表示装置１５は、その蓄積されたデータ処理結果ファイルをディスク１１から取り込んで表示するように構成しても良い。さらに、データ処理モジュール１４が処理した結果を直接パソコン２９内のデータ表示装置１５に送っても良い。
【００６７】
本実施形態によれば、信号測定装置５とＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３を備えたパソコン２６のみを被検出機器であるモールド変圧器１の近傍に設置し、データ蓄積装置１０、データ処理モジュール１４、データ表示装置１５を備えたパソコン２７、２８、２９を監視室あるいは遠方の事務所などに設置することができるので、作業者が電力機器の設置場所まで赴くことなくデータ処理や解析を行うことができ、作業性の向上が図られる。また、データ表示装置１５に汎用のブラウザを用いるので、既存のインターネット環境を利用して容易に部分放電現象の遠隔監視システムを構築できる。
【００６８】
図１２に示す第３の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、Ａ／Ｄ変換装置制御モジュール１３とデータ蓄積装置１０とを一つのパソコン３３に配置した点が異なっている。
【００６９】
図１３に示す第４の実施形態に係る部分放電装置は、上記第３の実施形態に係る部分放電装置に対し、さらにデータ処理モジュール１４とデータ表示装置１５とを一つのパソコン３４に配置した構成となっている。
【００７０】
図１４に示す第５の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、データ蓄積装置１０とデータ処理モジュール１４とを一つのパソコン３５に配置した点が異なっている。
【００７１】
図１５に示す第６の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、データ処理モジュール１４とデータ表示装置１５とを一つのパソコン３４に配置した点が異なっている。これら、第３ないし第６の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
図１６に示す第７の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、データ蓄積装置１０とデータ処理モジュール１４とデータ表示装置１５とを一つのパソコン３６に配置した点が異なっている。この構成によれば、部分放電センサ３からの信号測定に必要となるＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３を備えたパソコン２６だけを、信号測定装置５とともに被検出機器であるモールド変圧器１の近傍に設置し、その他の手段を備えたパソコン３６を監視センターなどに設置することができる。
【００７３】
例えばパソコン２６と３６とをインターネットを介して接続すれば、パソコン３６を設置した監視センターにおいて、モールド変圧器１の近傍に設置されたパソコン２６から常時または所定時間ごとに送られてくるディジタルデータを受信して、熟練した監視員が部分放電の発生を監視することができる。
【００７４】
図１７に示す第８の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、Ａ／Ｄ変換装置制御モジュール１３とデータ蓄積装置１０とデータ処理モジュール１４とを一つのパソコン３７に配置した点が異なっている。この構成によれば、ＬＡＮ３１またはインターネットに接続されたパソコン２９があれば、データ表示モジュール１７をインストールするだけで、データ処理された部分放電データを表示することができるので、作業者（監視者）は様々な場所からデータの確認をすることができる。
【００７５】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
データ蓄積手段として、信号測定装置５にメモリーカードの書き込み装置を備え、パソコン８、２７、３３、３５、３６、３７にメモリーカードの読み込み装置と書き込み装置を備えても良い。
また、図９に示す３次元表示において、パルス状信号の信号強度に応じて当該パルス状信号の表示色に濃淡や変化を付けても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の部分放電検出装置は、部分放電センサが測定した信号をアナログ−ディジタル変換して得られるディジタルデータをデータ蓄積手段に蓄積し、その蓄積されたディジタルデータに対し部分放電信号の抽出処理を行うので、データ処理条件を変えて複数回に亘りデータ処理を試みる場合であっても、再度信号測定を行う必要がなく、作業者が電力機器における部分放電の発生状況の確認作業を容易に行うことができる。また、信号測定とデータ処理とを一連の作業として行う必要がないため、データ処理時間による制限がなく、ディジタルフィルタなどの優れたノイズ除去性能を有する処理を施すことができ、精度良く部分放電信号を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す部分放電検出装置の全体構成図
【図２】ディジタルデータファイルの構造を示す図
【図３】バンドパスフィルタのカットオフ周波数を探索するためのアルゴリズムを示す図
【図４】電流検出信号の信号強度を示す図
【図５】バンドパスフィルタを通過した後の信号強度を示す図
【図６】パルス状信号の平均化したパワスペクトルを示す図
【図７】離散ウェーブレット変換の結果得られる階層構造を示す図
【図８】離散ウェーブレット変換における各レベルの信号強度を示す図
【図９】分離したパルス状信号の画面表示を示す図
【図１０】図９相当図
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図１２】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図
【図１３】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図
【図１４】本発明の第５の実施形態を示す図１相当図
【図１５】本発明の第６の実施形態を示す図１相当図
【図１６】本発明の第７の実施形態を示す図１相当図
【図１７】本発明の第８の実施形態を示す図１相当図
【符号の説明】
１はモールド変圧器（電力機器）、３は部分放電センサ、４はＡ／Ｄ変換装置、５は信号測定装置（信号測定手段）、１０はデータ蓄積装置（データ蓄積手段）、１３はＡ／Ｄ変換装置制御モジュール（Ａ／Ｄ変換装置制御手段）、１４はデータ処理モジュール（データ処理手段）、１５はデータ表示装置（データ表示手段）、３０は通信装置（通信手段）である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、運転中の電力機器から部分放電センサにより測定した信号に基づいて部分放電信号を検出する部分放電検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
特許文献１、２に開示されているように、従来から用いられている部分放電検出装置は、電力機器が発する信号（例えば接地線に流れる電流）を部分放電センサを用いて測定し、その信号をアナログ−ディジタル変換して得たディジタルデータを直ちにデータ処理装置において処理し、その処理結果をその場で表示装置に表示させるようになっている。そして、作業者は、この表示を見て部分放電の発生あるいは電力機器の絶縁劣化状態を判断している。
【０００３】
この場合、部分放電センサからの信号をアナログ−ディジタル変換して得られたディジタルデータには、部分放電信号以外にバックグラウンドノイズが含まれているため、ディジタルフィルタなどにより不要なノイズ成分を除去することが必要となる。従来の部分放電検出装置では、信号測定、アナログ−ディジタル変換、バックグラウンドノイズの除去がリアルタイムで行われているため、多くの計算時間を要するディジタルフィルタに替えて、例えば特許文献３に開示されているような計算時間の短い簡易的な雑音除去方法が用いられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平４−１５１５７５号公報
【０００５】
【特許文献２】
特開平８−２６４３３１号公報
【０００６】
【特許文献３】
特開２０００−２７４１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
部分放電センサからの信号に含まれる部分放電信号およびノイズの信号特性（例えば周波数帯域）は一定ではなく、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに依存して異なる。このため、各電力機器に取り付けた部分放電センサから得た上記信号に対し、同一のデータ処理方法例えば固定化されたカットオフ周波数を持つフィルタを適用しても、必ずしも部分放電信号を分離、検出できるとは限らない。
【０００８】
部分放電信号を検出できなかった場合、作業者は異なるデータ処理条件を設定して再度データ処理を行うことになる。しかし、従来の部分放電検出装置では、信号測定、データ処理および部分放電検出のための解析を一連の作業として行うようになっているため、再度データ処理を行おうとするともう一度信号測定作業から繰り返さなければならないという不都合があった。
【０００９】
また、ディジタルフィルタは優れたノイズ除去性能を有しているが、繰り返し演算回数が多く計算時間が長くなるため、アナログ−ディジタル変換したデータをリアルタイムで処理しなければならない従来の部分放電検出装置では採用し辛いという問題もあった。
【００１０】
さらに、部分放電センサからの信号に含まれるノイズは部分放電信号と酷似している場合が多く、表示装置の表示を見て部分放電信号とノイズとを識別するには熟練作業者の判断が必要であった。しかし、上述したように従来の部分放電検出装置では、信号測定、データ処理および部分放電検出のための解析を一連の作業として行うようになっているため、上記識別能力のある熟練作業者が電力機器の設置場所まで赴かなければならなかった。
【００１１】
こうした中、近年の半導体技術の進歩に伴ってＡ／Ｄ変換器の変換性能も飛躍的に向上し、現在では１００ＭＨｚサンプリングでアナログ−ディジタル変換可能なものも利用できる状況となっている。部分放電信号の帯域は十数ＭＨｚ以上あるため、より精度よく部分放電信号を検出するには上記１００ＭＨｚ程度のサンプリング性能を持つＡ／Ｄ変換器を採用することが望ましい。また、部分放電を検出するには、基本的に電力機器の印加電圧の１周期分以上に亘って信号測定することが必要である。
【００１２】
そうなると、アナログ−ディジタル変換して得られるディジタルデータの量は膨大となり、その膨大なディジタルデータに対しリアルタイムで上記フィルタ処理をはじめとする部分放電信号の分離、検出処理を実行することは一層困難なものとなる。
【００１３】
本発明はこうした事情に鑑みてなされたもので、その目的は、より多くの測定データを処理することができ、作業者が電力機器における部分放電の発生状況の確認作業を容易に且つ精度良く行うことができる部分放電検出装置を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載した部分放電検出装置は、運転中の電力機器から部分放電信号を含んだ信号を測定する部分放電センサと当該部分放電センサが測定した信号をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換装置とからなる信号測定手段と、前記Ａ／Ｄ変換装置を制御するＡ／Ｄ変換装置制御手段と、前記Ａ／Ｄ変換装置により変換されたディジタルデータを蓄積するデータ蓄積手段と、このデータ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータに対し前記部分放電信号の抽出処理を行うデータ処理手段と、このデータ処理手段により処理されたデータを表示するデータ表示手段とを備えて構成されている。
【００１５】
この構成によれば、部分放電センサにより測定された信号は、Ａ／Ｄ変換装置によりアナログ−ディジタル変換され、その変換後のディジタルデータは、ファイルなどの形式を伴ってデータ蓄積手段に蓄積される。すなわち、このディジタルデータの蓄積は、例えばメモリへの極短時間の一時的な蓄積とは異なり、データ処理が完了するまでの間保持し得るような態様での蓄積である。
【００１６】
そして、データ処理手段は、この蓄積されたディジタルデータに対して部分放電信号の抽出処理を行うので、データ処理条件を変えて複数回に亘りデータ処理を試みる場合であっても、再度信号測定を行う必要がなく、作業者が電力機器における部分放電の発生状況の確認作業を容易に行うことができる。特に、部分放電検出技術にあっては、部分放電信号とノイズの信号特性が電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに依存して異なるため、ディジタルフィルタのカットオフ周波数などのデータ処理条件を最適化する作業が必要であり、蓄積データに対し何度も繰り返しデータ処理を施すことのできる本装置は好適となる。
【００１７】
また、従来の装置とは異なり、信号測定とデータ処理とを一連の作業として行う必要がないため、データ処理時間による制限がない。このため、高速サンプリング可能なＡ／Ｄ変換装置を用いて測定したより多くのディジタルデータを処理することができるとともに、演算量は多いものの優れたノイズ除去性能を有するディジタルフィルタを使用することができる。その結果、従来よりも精度良く部分放電信号を検出することが可能となる。
【００１８】
請求項２に記載した手段によれば、ディジタルデータと信号変換条件情報と環境情報とが同一ファイルとなっているので、ディジタルデータとその付随情報との対応関係が不明となることがなく、ファイル管理が容易になる。また、ウェーブ（ＷＡＶＥ）形式ファイルを用いることにより、放電音を測定するセンサで測定した部分放電信号、部分放電センサで測定した部分放電信号またはこれらの信号を処理した後の部分放電信号を音として確認することが可能となる。
【００１９】
請求項３に記載した手段によれば、データ処理手段は、蓄積されているディジタルデータに対してカットオフ周波数を順次変更しながらフィルタをかけ、バックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となるカットオフ周波数を決定し、その決定したカットオフ周波数を持つフィルタをかけた後のフィルタ通過後データを得る。そして、フィルタ通過後データの中で比較的大きい強度を持つ複数のパルス状信号に対してその周波数スペクトルを計算して平均し、当該平均周波数スペクトルの中で信号強度が最大の周波数を得ることによって、パルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索する。
【００２０】
この構成によれば、データ処理手段が、自らパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索するので、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに応じて部分放電信号およびノイズの信号特性が異なっても、部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００２１】
請求項４に記載した手段によれば、データ処理手段は、蓄積されているディジタルデータに対して離散ウェーブレット変換をかけ、その得られた各レベルでの高周波域信号においてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となるレベルを検出し、そのレベルに基づいてパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索する。
【００２２】
この構成によっても、データ処理手段が、自らパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索するので、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに応じて部分放電信号およびノイズの信号特性が異なっても、部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００２３】
請求項５に記載した手段によれば、データ表示手段は、データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータあるいはデータ処理手段により処理されたデータを、電圧位相−測定時刻−信号強度を軸とした３次元表示を行う。
【００２４】
この構成によれば、作業者は、３次元表示の表示パターンから、部分放電信号（パルス状信号）あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができるので、部分放電信号とパルス状ノイズの識別が容易になり部分放電の検出精度が向上する。
【００２５】
請求項６に記載した手段によれば、データ表示手段は、データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータあるいはデータ処理手段により処理されたデータを、電圧位相−測定時刻を軸として信号強度により色を変えて表示する。
【００２６】
この構成によれば、作業者は、色についての表示パターンから、部分放電信号（パルス状信号）あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができるので、部分放電信号とパルス状ノイズの識別が容易になり部分放電の検出精度が向上する。
【００２７】
請求項７に記載した手段によれば、Ａ／Ｄ変換装置制御手段、データ蓄積手段、データ処理手段、データ表示手段のすべてあるいは一部が通信手段を介してＬＡＮやインターネットなどにより互いに接続されているので、例えば信号測定手段とＡ／Ｄ変換装置制御手段とを電力機器の傍らに設置し、データ蓄積手段、データ処理手段およびデータ表示手段を監視室あるいは遠方の事務所などに設置することができるので、作業者が電力機器の設置場所まで赴くことなくデータ処理や解析を行うことができ、作業性の一層の向上が図られる。
【００２８】
請求項８に記載した手段によれば、データ表示手段に汎用のブラウザを用いるので新規にデータ表示手段を開発する必要がない。また、請求項７記載の手段とともに用いれば既存のインターネット環境を利用でき、部分放電現象の遠隔監視システムを構築できる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をモールド変圧器の部分放電検出について適用した第１の実施形態について図１ないし図１０を参照しながら説明する。
図１は、部分放電検出装置の全体構成を示すブロック図である。この図１において、電力機器であるモールド変圧器１の接地線２には、当該接地線２に流れる電流を検出するための例えば高周波ＣＴからなる部分放電センサ３が設けられている。この部分放電センサ３は、Ａ／Ｄ変換装置４とともに信号測定装置５（信号測定手段に相当）を構成している。
【００３０】
Ａ／Ｄ変換装置４は、高速（１００ＭＨｚ）サンプリングが可能なＡ／Ｄ変換器６とメモリ７とから構成されており、部分放電センサ３が検出したアナログデータである電流検出信号をディジタルデータに変換してメモリ７に書き込むようになっている。この信号測定装置５の近くにはパソコン８が設置されており、このパソコン８は以下に述べる構成を備えている。なお、図１においてパソコン８の内部に記載された「モジュール」とはソフトウェアの実行モジュールを示している。
【００３１】
データ蓄積手段であるデータ蓄積装置１０は、ハードディスク、光−磁気ディスク、コンパクトディスク、ディジタルビデオディスクなどのディスク１１とそのディスクドライブ装置１２とから構成されており、上記Ａ／Ｄ変換装置４のメモリ７に一旦記憶されたディジタルデータをウェーブ（ＷＡＶＥ）形式のディジタルデータファイル９として蓄積するものである。
【００３２】
Ａ／Ｄ変換装置制御手段であるＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３は、Ａ／Ｄ変換装置４に対して電流検出のサンプリング周波数、変換タイミング、変換するデータ数などの信号変換条件を指示したり、メモリ７に記憶されているディジタルデータの送信要求をしてＡ／Ｄ変換装置４を制御するソフトウェア実行モジュールである。Ａ／Ｄ変換装置４から送信されてきたディジタルデータは、上記データ蓄積装置１０にディジタルデータファイル９として蓄積される。
【００３３】
データ処理手段であるデータ処理モジュール１４は、ディスク１１に蓄積されたディジタルデータファイル９を用いて後述するディジタルフィルタ処理または離散ウェーブレット変換処理をはじめとする種々のデータ処理を行うソフトウェア実行モジュールで、その処理結果をデータ表示装置１５に出力するようになっている。
【００３４】
データ表示手段であるデータ表示装置１５は、ＣＲＴやカラー液晶ディスプレイ装置からなる表示装置１６と、データ処理モジュール１４から入力した処理結果を表示装置１６に表示するためのデータ表示モジュール１７とから構成されている。
【００３５】
図２は、ディスク１１に蓄積されるディジタルデータファイル９の構造を示している。このファイル形式は「ＷＩＮＤＯＷＳ（ウインドーズ）」（登録商標）の標準フォーマットであるウェーブ（ＷＡＶＥ）形式である。ウェーブ形式ファイルは、チャンクと称する論理的なデータの塊で構成されている。
【００３６】
本実施形態の部分放電検出装置においては、ディジタルデータファイル９の内部に、サンプリング周波数やデータビット数などのデータフォーマットを記述するフォーマットチャンク１８、信号測定日時や場所、温度などの測定環境情報を記述する環境情報チャンク１９、Ａ／Ｄ変換装置４を制御する制御情報を記述するＡ／Ｄ変換情報チャンク２０、およびＡ／Ｄ変換装置４で変換された測定信号のディジタルデータを記述するデータチャンク２１が用意される。ここで、フォーマットチャンク１８とＡ／Ｄ変換情報チャンク２０が、本発明でいう信号変換条件情報を構成している。
【００３７】
次に、具体的な部分放電の検出方法について図３ないし図１０も参照しながら説明する。
パソコン８内部のＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３が実行されると、パソコン８はＡ／Ｄ変換装置４に対してＡ／Ｄ変換タイミングであるゲート信号を出力し、モールド変圧器１の印加電圧の所定周期分例えば６４周期分のデータを測定する。
【００３８】
Ａ／Ｄ変換器６は、１つの電流検出信号を例えば２バイトのディジタルデータに変換しそれをメモリ７に書き込む。Ａ／Ｄ変換装置４のサンプリング周波数が１００ＭＨｚ、モールド変圧器１の印加電圧の周波数が５０Ｈｚとすれば、１周期分のディジタルデータを記憶するために必要となるメモリ７の容量は４Ｍバイトとなる。
【００３９】
メモリ７の記憶容量は限られているので、Ａ／Ｄ変換装置４は、上記ゲート信号に従って最初の１周期分のデータを測定しそれをパソコン８のデータ蓄積装置１０に送った後、次の１周期分のデータを測定しそれを再びパソコン８のデータ蓄積装置１０に送る。このデータの測定処理と送信処理が６４回繰り返される。これら６４周期分のディジタルデータは、上述したように測定環境情報と制御情報とともにディジタルデータファイル９としてディスクドライブ装置１２を通してディスク１１に書き込まれる。
【００４０】
部分放電信号は一般的にパルス状信号となることが知られている。そこで、パソコン８においてデータ処理モジュール１４は、ディスク１１に蓄積されているディジタルデータファイル９を用いてディジタルフィルタ処理あるいは離散ウェーブレット変換処理を行い、ディジタルデータに変換された検出信号からパルス状信号（部分放電信号）とバックグラウンドノイズとを分離する。
【００４１】
図３は、データ処理モジュール１４がディジタルフィルタ処理を行う場合において、パルス状信号が顕著に現れる周波数帯域すなわちバンドパスフィルタのカットオフ周波数を探索するためのアルゴリズムを示している。まず、ステップＳ１において、ディジタルデータファイル９のデータに対し、部分放電センサ３の有する周波数帯域の下限周波数（例えば１００ｋＨｚ）であるｆ０と当該周波数ｆ０よりもΔｆだけ高い周波数（ｆ０＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤ０を得る。
【００４２】
バンド幅Δｆは、例えば数ＭＨｚ程度に設定される。これは、パルス状信号は実際には減衰振動波形でありその周波数は幅を持っているため、バンド幅Δｆをあまり狭く設定するとパルス状信号自体を通過させることができなくなるからである。図４は、モールド変圧器１に印加される電圧の位相を横軸、信号強度を縦軸として、このデータＤ０をプロットしたものである。
【００４３】
ステップＳ２では、データＤ０においてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、そのカウント値Ｎ０を保持する。
【００４４】
ステップＳ３では、上記ステップＳ１における高域側のカットオフ周波数である（ｆ０＋Δｆ）をｆ１として、ディジタルデータファイル９のデータに対し、当該周波数ｆ１と周波数（ｆ１＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤ１を得る。ステップＳ４では、ステップＳ２と同様にして、データＤ１においてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、そのカウント値Ｎ１を保持する。
【００４５】
以降、データ処理モジュール１４は、カットオフ周波数を順次更新しながら、上記ステップＳ３とＳ４と同様の処理を繰り返し実行する。そして、最終的にステップＳ５では、ステップＳ５の直前のステップにおける高域側のカットオフ周波数である（ｆｎ−１ ＋Δｆ）をｆｎとして、ディジタルデータファイル９のデータに対し、当該周波数ｆｎと周波数（ｆｎ＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤｎを得る。ただし、このときの高域側のカットオフ周波数（ｆｎ＋Δｆ）は、部分放電センサ３の有する周波数帯域の上限周波数（例えば３０ＭＨｚ）を超えるものとする。ステップＳ６では、データＤｎにおいてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、そのカウント値Ｎｎを保持する。
【００４６】
データ処理モジュール１４は、続くステップＳ７において、上記ステップＳ２、Ｓ４、…、Ｓ６で得られたパルス状信号数Ｎ０、Ｎ１、…、Ｎｎの中の最大値Ｎｘを検索し、その最大値Ｎｘを得たときのカットオフ周波数であるｆｘと（ｆｘ＋Δｆ）を得る。そして、ステップＳ８では、ディジタルデータファイル９のデータに対し、当該周波数ｆｘと周波数（ｆｘ＋Δｆ）とをカットオフ周波数とするバンドパスフィルタをかけてデータＤｘを得る。図５は、電圧位相を横軸、信号強度を縦軸として上記データＤｘをプロットしたものである。
【００４７】
ステップＳ９では、データＤｘにおいてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号のうち比較的信号強度の大きいパルス状信号２２、２３、２４、２５を抽出し、それぞれパワスペクトルを計算してそれらの平均値を算出する。この場合、パルス状信号の誤抽出を防止するため、バックグラウンドノイズの強度よりも所定値以上大きい強度を持つパルス状信号だけを抽出する。図６は、パルス状信号２２、２３、２４、２５についてのパワスペクトルを平均した結果を示している。
【００４８】
ステップＳ１０では、パワが最大となる周波数ｆｍを検出し、この周波数ｆｍをパルス状信号が最も顕著となる周波数帯域の中心周波数とする。データ処理モジュール１４は、ディジタルデータファイル９のデータに対し、以上の探索処理により得られた中心周波数ｆｍを持つバンドパスフィルタを施して、パルス状信号とバックグラウンドノイズとを分離する。
【００４９】
以上はディジタルフィルタ処理を用いる場合であるが、これとは別に離散ウェーブレット変換処理を行うことによってもパルス状信号とバックグラウンドノイズとを分離することができる。離散ウェーブレット変換は、信号ｓ（ｘ）を低周波成分ａ１（ｘ）と高周波成分ｄ１（ｘ）とに分解し、その低周波成分ａ１（ｘ）をさらに低周波成分ａ２（ｘ）と高周波成分ｄ２（ｘ）とに分解するというように、低周波成分と高周波成分との分解を順次繰り返す変換処理手法である。
【００５０】
この場合、任意の低周波成分ａｉ（ｘ）は、（１）式に示すように次レベルの低周波成分ａｉ＋１ （ｘ）と高周波成分ｄｉ＋１ （ｘ）との和として表される。
ａｉ（ｘ）＝ａｉ＋１ （ｘ）＋ｄｉ＋１ （ｘ） …（１）
【００５１】
信号ｓ（ｘ）に対してこのような分解を繰り返すと、図７に示すような階層構造が得られる。このとき、信号ｓ（ｘ）のサンプリング周波数をＦｓとすれば、各階層（レベル）でのサンプリング周波数Ｆｉｓは次の（２）式のように表される。
Ｆｉｓ＝Ｆｓ／２ｉ …（２）
【００５２】
図８は、ディジタルデータファイル９のデータに対し、上記離散ウェーブレット変換を適用した結果を示している。横軸は１周期分の時間（規格値）であり、縦軸は信号強度を示している。データ処理モジュール１４は、各レベルの高周波成分であるｄ１（ｘ）からｄ５（ｘ）までの信号に対して、それぞれバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数をカウントし、その数が最多となるレベルを検索する。図８においては、レベル５の高周波成分ｄ５（ｘ）について、バックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となり、パルス状信号が分離されている。
【００５３】
このときのサンプリング周波数Ｆｓは１００ＭＨｚであるので、レベル５の高周波成分ｄ５（ｘ）は（２）式から３．１２５ＭＨｚでサンプリングした信号を示している。サンプリング定理によれば、分離されたパルス状信号の周波数帯域はおよそ１．５ＭＨｚ以下であることが分かる。
【００５４】
以上の処理により分離されたパルス状の部分放電信号は、データ表示モジュール１７によって作業者に認識し易い表示形式に変換されて、表示装置１６に表示される。図９は、バンドパスフィルタを用いて分離したパルス状信号の画面表示を示している。この表示は、電圧位相−測定時刻−信号強度を軸とした３次元表示である。電圧位相の軸は、モールド変圧器１の印加電圧の位相０°から３６０°までを示しており、測定時刻の軸は、６４周期分の経過時刻を等間隔に示している。部分放電信号は、電圧位相においてある一定位相、例えば電圧レベルがゼロクロスする位相付近で継続的に発生することが知られている。３次元表示により各位相における信号強度の時間的変化が非常に認識し易くなっており、図９においては位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３付近で部分放電が発生していることが容易に判定できる。
【００５５】
一方、図１０は、図９と同じデータについて、電圧位相と測定時刻を軸として信号強度を色の変化として表した画面表示を示している。図１０は、図面作成上の制約により、信号強度の大きいパルス状信号を黒色で示した白黒の２値表示となっているが、実際の表示装置１６には信号強度に応じた色で表示され非常に認識し易くなっている。この図１０においても位相Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３付近で部分放電が発生していることが容易に判定できる。なお、色の種類に替えて色の濃淡を変えて表示しても良い。
【００５６】
以上説明したように、本実施形態によれば部分放電センサ３により測定した信号は、Ａ／Ｄ変換装置４によりアナログ−ディジタル変換され、その変換後のディジタルデータは、ディジタルデータファイル９としてパソコン８のデータ蓄積装置１０に蓄積される。そして、データ処理モジュール１４は、その蓄積されたディジタルデータファイル９を用いてデータ処理を行うので、一度信号測定をすれば、データ処理条件を変えて複数回に亘りデータ処理を試みる場合であっても再度信号測定を行う必要がなく、作業者がモールド変圧器１における部分放電の発生状況の確認作業を容易に行うことができる。
【００５７】
また、信号測定とデータ処理とを一連の作業として行う必要がないため、データ処理時間による制限がない。このため、高速サンプリング可能なＡ／Ｄ変換装置４を用いて測定した膨大なディジタルデータを処理することができるとともに、演算量は多いものの優れたノイズ除去性能を有するディジタルフィルタを使用することができる。その結果、従来よりも精度良く部分放電信号を検出することが可能となる。
【００５８】
測定信号のディジタルデータ、データフォーマット、測定環境情報およびＡ／Ｄ変換装置４の制御情報が一つのウェーブ形式ファイルとして蓄積されるので、全体のファイルサイズを小さくでるとともに、ディジタルデータとその付随情報との対応関係が明確となり、作業者はファイル管理を容易且つ正確に行うことができる。また、ウェーブ形式ファイルを用いることにより、放電音を測定するセンサ（例えばマイクロフォン）で測定した部分放電信号、部分放電センサで測定した部分放電信号またはこれらの信号を処理した後の部分放電信号を音として確認することができるので、部分放電の発生を判定するのに有効となる。
【００５９】
パソコン８のデータ処理モジュール１４は、蓄積されているディジタルデータに対してカットオフ周波数を順次変更した結果に基づいて当該バンドパスフィルタのカットオフ周波数を決定し、バンドパスフィルタ通過後のデータの中で比較的大きい強度を持つ複数のパルス状信号に対して計算したパワスペクトルの平均結果に基づいて、パルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索する。これにより、電力機器の種類や当該電力機器の設置環境などに応じて部分放電信号およびノイズの信号特性が異なっても、部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００６０】
また、データ処理モジュール１４は、蓄積されているディジタルデータに対して離散ウェーブレット変換をかけて得られる各レベルでの高周波成分に基づいてパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索することも可能である。これにより、上述同様に部分放電信号とバックグラウンドノイズとを容易に分離することができる。
【００６１】
データ表示装置１５は、蓄積されているディジタルデータにデータ処理を施して得られるデータを、電圧位相−測定時刻−信号強度を軸とした３次元表示するので、部分放電信号あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができ、部分放電信号とノイズの識別が容易になり部分放電の検出精度が向上する。
【００６２】
また、データ表示装置１５は、蓄積されているディジタルデータにデータ処理を施して得られるデータを、電圧位相−測定時刻を軸として信号強度により色を変えて表示することも可能であるため、上述同様に部分放電信号あるいはパルス状ノイズの発生位相や信号強度の時間推移を視覚的に捉えることができ、部分放電の検出精度が向上する。
【００６３】
図１１ないし図１７は、それぞれ本発明の第２ないし第８の実施形態を示す部分放電検出装置の全体構成図である。これら各実施形態の部分放電検出装置は、上述した第１の実施形態と同様のデータ処理を行うが、構成要素の設置形態あるいは接続形態を異にしている。
【００６４】
図１１に示す第２の実施形態に係る部分放電装置は、Ａ／Ｄ変換装置制御モジュール１３、データ蓄積装置１０、データ処理モジュール１４、データ表示装置１５をそれぞれ異なるパソコン２６、２７、２８、２９に配置し、各パソコン間を通信装置３０（通信手段）を介してＬＡＮ３１により相互接続した構成となっている。ＬＡＮ３１に替えて、携帯電話、ＰＨＳ、インターネットなどの通信装置を用いても良い。
【００６５】
この構成において、Ａ／Ｄ変換装置４内のメモリ７に記憶されたディジタルデータは、パソコン２６、通信装置３０およびＬＡＮ３１を経由してパソコン２７内のデータ蓄積装置１０に送信され、ディジタルデータファイル９としてディスク１１に蓄積される。パソコン２８内のデータ処理モジュール１４は、ディスク１１に蓄積されたディジタルデータファイル９をＬＡＮ３１および通信装置３０を経由して入力し、ディジタルフィルタなどのデータ処理を行い、その結果をパソコン２８内に設けられたデータ蓄積装置３２にデータ処理結果ファイルの形式で保持する。パソコン２９のデータ表示装置１５には汎用のブラウザが用いられており、このデータ表示装置１５は、データ処理結果ファイルをＬＡＮ３１および通信装置３０を経由して入力し表示する。
【００６６】
また、上記データ処理結果ファイルをパソコン２８からパソコン２７内のデータ蓄積装置１０に送信してディスク１１内に蓄積しておき、パソコン２９内のデータ表示装置１５は、その蓄積されたデータ処理結果ファイルをディスク１１から取り込んで表示するように構成しても良い。さらに、データ処理モジュール１４が処理した結果を直接パソコン２９内のデータ表示装置１５に送っても良い。
【００６７】
本実施形態によれば、信号測定装置５とＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３を備えたパソコン２６のみを被検出機器であるモールド変圧器１の近傍に設置し、データ蓄積装置１０、データ処理モジュール１４、データ表示装置１５を備えたパソコン２７、２８、２９を監視室あるいは遠方の事務所などに設置することができるので、作業者が電力機器の設置場所まで赴くことなくデータ処理や解析を行うことができ、作業性の向上が図られる。また、データ表示装置１５に汎用のブラウザを用いるので、既存のインターネット環境を利用して容易に部分放電現象の遠隔監視システムを構築できる。
【００６８】
図１２に示す第３の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、Ａ／Ｄ変換装置制御モジュール１３とデータ蓄積装置１０とを一つのパソコン３３に配置した点が異なっている。
【００６９】
図１３に示す第４の実施形態に係る部分放電装置は、上記第３の実施形態に係る部分放電装置に対し、さらにデータ処理モジュール１４とデータ表示装置１５とを一つのパソコン３４に配置した構成となっている。
【００７０】
図１４に示す第５の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、データ蓄積装置１０とデータ処理モジュール１４とを一つのパソコン３５に配置した点が異なっている。
【００７１】
図１５に示す第６の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、データ処理モジュール１４とデータ表示装置１５とを一つのパソコン３４に配置した点が異なっている。これら、第３ないし第６の実施形態によっても第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００７２】
図１６に示す第７の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、データ蓄積装置１０とデータ処理モジュール１４とデータ表示装置１５とを一つのパソコン３６に配置した点が異なっている。この構成によれば、部分放電センサ３からの信号測定に必要となるＡ／Ｄ変換装置制御モジュール１３を備えたパソコン２６だけを、信号測定装置５とともに被検出機器であるモールド変圧器１の近傍に設置し、その他の手段を備えたパソコン３６を監視センターなどに設置することができる。
【００７３】
例えばパソコン２６と３６とをインターネットを介して接続すれば、パソコン３６を設置した監視センターにおいて、モールド変圧器１の近傍に設置されたパソコン２６から常時または所定時間ごとに送られてくるディジタルデータを受信して、熟練した監視員が部分放電の発生を監視することができる。
【００７４】
図１７に示す第８の実施形態に係る部分放電装置は、上記第２の実施形態に係る部分放電装置に対し、Ａ／Ｄ変換装置制御モジュール１３とデータ蓄積装置１０とデータ処理モジュール１４とを一つのパソコン３７に配置した点が異なっている。この構成によれば、ＬＡＮ３１またはインターネットに接続されたパソコン２９があれば、データ表示モジュール１７をインストールするだけで、データ処理された部分放電データを表示することができるので、作業者（監視者）は様々な場所からデータの確認をすることができる。
【００７５】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す各実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のように変形または拡張が可能である。
データ蓄積手段として、信号測定装置５にメモリーカードの書き込み装置を備え、パソコン８、２７、３３、３５、３６、３７にメモリーカードの読み込み装置と書き込み装置を備えても良い。
また、図９に示す３次元表示において、パルス状信号の信号強度に応じて当該パルス状信号の表示色に濃淡や変化を付けても良い。
【００７６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の部分放電検出装置は、部分放電センサが測定した信号をアナログ−ディジタル変換して得られるディジタルデータをデータ蓄積手段に蓄積し、その蓄積されたディジタルデータに対し部分放電信号の抽出処理を行うので、データ処理条件を変えて複数回に亘りデータ処理を試みる場合であっても、再度信号測定を行う必要がなく、作業者が電力機器における部分放電の発生状況の確認作業を容易に行うことができる。また、信号測定とデータ処理とを一連の作業として行う必要がないため、データ処理時間による制限がなく、ディジタルフィルタなどの優れたノイズ除去性能を有する処理を施すことができ、精度良く部分放電信号を検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態を示す部分放電検出装置の全体構成図
【図２】ディジタルデータファイルの構造を示す図
【図３】バンドパスフィルタのカットオフ周波数を探索するためのアルゴリズムを示す図
【図４】電流検出信号の信号強度を示す図
【図５】バンドパスフィルタを通過した後の信号強度を示す図
【図６】パルス状信号の平均化したパワスペクトルを示す図
【図７】離散ウェーブレット変換の結果得られる階層構造を示す図
【図８】離散ウェーブレット変換における各レベルの信号強度を示す図
【図９】分離したパルス状信号の画面表示を示す図
【図１０】図９相当図
【図１１】本発明の第２の実施形態を示す図１相当図
【図１２】本発明の第３の実施形態を示す図１相当図
【図１３】本発明の第４の実施形態を示す図１相当図
【図１４】本発明の第５の実施形態を示す図１相当図
【図１５】本発明の第６の実施形態を示す図１相当図
【図１６】本発明の第７の実施形態を示す図１相当図
【図１７】本発明の第８の実施形態を示す図１相当図
【符号の説明】
１はモールド変圧器（電力機器）、３は部分放電センサ、４はＡ／Ｄ変換装置、５は信号測定装置（信号測定手段）、１０はデータ蓄積装置（データ蓄積手段）、１３はＡ／Ｄ変換装置制御モジュール（Ａ／Ｄ変換装置制御手段）、１４はデータ処理モジュール（データ処理手段）、１５はデータ表示装置（データ表示手段）、３０は通信装置（通信手段）である。
Claims (8)
- 運転中の電力機器から部分放電信号を含んだ信号を測定する部分放電センサと当該部分放電センサが測定した信号をアナログ−ディジタル変換するＡ／Ｄ変換装置とからなる信号測定手段と、
前記Ａ／Ｄ変換装置を制御するＡ／Ｄ変換装置制御手段と、
前記Ａ／Ｄ変換装置により変換されたディジタルデータを蓄積するデータ蓄積手段と、
このデータ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータに対し前記部分放電信号の抽出処理を行うデータ処理手段と、
このデータ処理手段により処理されたデータを表示するデータ表示手段とを備えて構成されていることを特徴とする部分放電検出装置。 - 前記データ蓄積手段は、前記Ａ／Ｄ変換装置により変換されたディジタルデータと、前記Ａ／Ｄ変換装置がアナログ−ディジタル変換する時に用いた信号変換条件情報と、前記信号測定手段による信号測定日、測定場所などの環境情報をウェーブ（ＷＡＶＥ）形式ファイルとして蓄積することを特徴とする請求項１記載の部分放電検出装置。
- 前記データ処理手段は、前記データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータに対してカットオフ周波数を順次変更しながらフィルタをかけ、バックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となるカットオフ周波数を決定し、前記蓄積されているディジタルデータに対してその決定したカットオフ周波数を持つフィルタをかけた後のフィルタ通過後データを得た後、当該フィルタ通過後データの中で比較的大きい強度を持つ複数のパルス状信号に対してその周波数スペクトルを計算して平均し、当該平均周波数スペクトルの中で信号強度が最大の周波数を得ることによって、前記ディジタルデータにおいてパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の部分放電検出装置。
- 前記データ処理手段は、前記データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータに対して離散ウェーブレット変換をかけ、その得られた各レベルでの高周波域信号においてバックグラウンドノイズの信号強度よりも大きい強度を持つパルス状信号の数が最多となるレベルを検出し、そのレベルに基づいて前記ディジタルデータにおいてパルス状信号が最も顕著に現れる周波数帯域を探索するように構成されていることを特徴とする請求項１または２記載の部分放電検出装置。
- 前記データ表示手段は、前記データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータあるいは前記データ処理手段により処理されたデータについて、電圧位相−測定時刻−信号強度を軸とした３次元表示を行うように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の部分放電検出装置。
- 前記データ表示手段は、前記データ蓄積手段に蓄積されているディジタルデータあるいは前記データ処理手段により処理されたデータについて、電圧位相−測定時刻を軸として信号強度により色を変えて表示するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の部分放電検出装置。
- 前記Ａ／Ｄ変換装置制御手段、データ蓄積手段、データ処理手段およびデータ表示手段のすべてあるいは一部が通信手段を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の部分放電検出装置。
- 前記データ表示手段に汎用のブラウザを用いることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の部分放電検出装置。
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