JP2008045977A - Insulation diagnostic device and insulation diagnosis method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス絶縁機器や電力用トランスなどの電力用電気機器、または電力ケーブルの絶縁状態を監視する絶縁診断装置および絶縁診断方法に関し、特に、電気機器内部に発生する部分放電による電磁波を検出することにより絶縁診断を行う絶縁診断装置および絶縁診断方法に関する。 The present invention relates to an insulation diagnosis apparatus and insulation diagnosis method for monitoring the insulation state of power electrical equipment such as gas insulation equipment and power transformers, or power cables, and in particular, detects electromagnetic waves caused by partial discharges generated inside the electrical equipment. The present invention relates to an insulation diagnosis apparatus and an insulation diagnosis method that perform insulation diagnosis by doing so.
ガス絶縁機器や電力用トランスなどの電力用電気機器においては、絶縁異常時に部分放電が発生し、この部分放電により二次的に電磁波が発生する。電気機器の絶縁破壊による重大事故を未然に防ぐために、部分放電の段階における電磁波を検出することにより、運転中の電気機器の内部に絶縁異常が発生しているか否かを診断する絶縁診断装置が提案されている。 In electric power equipment such as gas insulation equipment and power transformers, partial discharge occurs when insulation is abnormal, and electromagnetic waves are generated secondarily by this partial discharge. In order to prevent serious accidents due to dielectric breakdown of electrical equipment, an insulation diagnosis device that diagnoses whether or not insulation abnormality has occurred inside the electrical equipment in operation by detecting electromagnetic waves at the stage of partial discharge. Proposed.
このような絶縁診断装置においては、部分放電により発生する電磁波は、部分放電検出アンテナにより検出される。また、部分放電検出アンテナは、電気機器内部からの電磁波だけではなく、他の電磁波も外部ノイズとして拾うため、この外部ノイズによる誤判定を排除する必要がある。 In such an insulation diagnostic apparatus, electromagnetic waves generated by partial discharge are detected by a partial discharge detection antenna. In addition, since the partial discharge detection antenna picks up not only electromagnetic waves from the inside of the electrical equipment but also other electromagnetic waves as external noise, it is necessary to eliminate erroneous determination due to this external noise.
この外部ノイズによる誤判定を排除するため、部分放電による電磁波と、外部ノイズとを分けて、部分放電を検出するために、部分放電検出アンテナと、外部ノイズのみを検出するノイズアンテナを有し、その2つのアンテナからの信号を差動演算することで、外部ノイズを除去し、この差動演算したデータから周期的ピーク点と、商用電圧の周期の1/4サイクル点を算出し比較することにより部分放電を検出する絶縁診断装置が開示されている(特許文献1および特許文献2)。
In order to eliminate this misjudgment due to external noise, it has a partial discharge detection antenna and a noise antenna that detects only external noise in order to detect partial discharge by separating electromagnetic waves due to partial discharge and external noise, By calculating the signals from the two antennas in a differential manner, the external noise is removed, and the periodic peak point and the 1/4 cycle point of the commercial voltage cycle are calculated and compared from the differentially calculated data. Insulation diagnostic devices that detect partial discharge are disclosed (
また、部分放電検出アンテナと、外部ノイズ検出信号のスペクトラムの時間変化を追跡してノイズを判断し、部分放電を検出する絶縁診断装置が開示されている。この装置およびこの方法では、診断対象帯域の全帯域において、スペクトラムの時間変化を追跡しており、外部ノイズレベルを示す規定値を超えた周波数が検出された場合、ある周波数幅ずらして、その規定値以下になるまで追跡繰り返すことで、突発性の電磁波を判断する(特許文献3および特許文献4)。
Further, there is disclosed a partial discharge detection antenna and an insulation diagnostic apparatus that detects a partial discharge by tracking a temporal change in the spectrum of an external noise detection signal to determine noise. In this device and this method, the time change of the spectrum is tracked in the entire band to be diagnosed, and when a frequency exceeding the specified value indicating the external noise level is detected, the frequency is shifted by a certain frequency width. By repeating the tracking until the value falls below the value, sudden electromagnetic waves are determined (
しかし、差動演算したデータから周期的ピーク点と、商用電圧の周期の1/4サイクル点を算出し比較する方法では、フィルタ後の帯域内周波数を一括検波した信号の商用同期性により部分放電判定をしているため、商用周波数あるいはそのn倍の周波数で変調された単一周波数(高周波)でも部分放電の発生と判断してしまう。 However, in the method of calculating and comparing the periodic peak point and the 1/4 cycle point of the commercial voltage cycle from the differentially calculated data, partial discharge is caused by the commercial synchronism of the signal obtained by collectively detecting the in-band frequency after filtering. Since the determination is made, it is determined that partial discharge occurs even at a single frequency (high frequency) modulated at a commercial frequency or n times the frequency.
また、外部ノイズ検出信号のスペクトラムの時間変化を追跡する方法では、外部ノイズレベルを示す規定値を超えた周波数が検出された場合、ある周波数幅ずらして規定値以下になるまで追跡を繰り返すため、エンジンなどの内燃機関によるノイズや放電ノイズ、スパイクノイズなどの広帯域で長時間にわたり発生する電磁波に対しても、部分放電と判断し、さらに、その電磁波の広帯域にわたりスペクトラム解析を行うため、部分放電判定までに時間を要してしまう。 In addition, in the method of tracking the time change of the spectrum of the external noise detection signal, when a frequency exceeding the specified value indicating the external noise level is detected, the tracking is repeated until the frequency is shifted to a specified value or less by shifting a certain frequency width. Even for electromagnetic waves generated over a long period of time, such as noise, discharge noise, spike noise, etc. caused by internal combustion engines such as engines, partial discharge is judged to be partial discharge and spectrum analysis is performed over the wide band of the electromagnetic wave. It takes time to complete.
さらに、上述したいずれの方法も、外部ノイズ検出用のノイズセンサと、部分放電用の部分放電センサをそれぞれ有するものであり、そのため、両センサの構造や、設置場所により受信帯域感度の相違、および、サンプリング周期の同期性の維持が困難等の信頼性の問題がある。 Furthermore, each of the above-described methods has a noise sensor for detecting external noise and a partial discharge sensor for partial discharge. Therefore, the difference in reception band sensitivity depends on the structure and installation location of both sensors, and There is a problem of reliability such as difficulty in maintaining the synchronization of the sampling period.
また、2つのセンサが必要となると、センサ入力回路も2系統必要となり、信頼性欠如のための対処として、回路のさらなる2重化などが必要となり、その結果、絶縁診断装置が大きく、コスト的にも問題がある。 In addition, when two sensors are required, two sensor input circuits are required, and as a countermeasure for the lack of reliability, it is necessary to further duplicate the circuit. As a result, the insulation diagnosis apparatus is large and costly. There is also a problem.
本発明による絶縁診断装置は、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、を有する絶縁診断装置を提供する。 An insulation diagnostic apparatus according to the present invention is connected to a partial discharge detection sensor for detecting partial discharge, receives a detection signal from the partial discharge detection sensor, and receives a plurality of diagnostic target frequencies from the reception signal of the reception unit. Sampling the signal level every time, and comparing the signal level determined to be at the commercial voltage peak and the signal level determined to be commercial voltage asynchronous for each diagnosis target frequency, and the insulation diagnostic unit to determine partial discharge, An insulation diagnostic device is provided.
上記商用電圧非同期の信号レベルは、商用電圧ピーク時から1/4サイクルずれた時の信号レベルであっても良い。また、上記絶縁診断部は、商用電圧非同期の信号レベルは、相対的に高い信号レベルの場合に、当信号レベルの診断対象周波数については、比較対象の周波数から除外しても良い。 The signal level that is asynchronous with the commercial voltage may be a signal level that is shifted by ¼ cycle from the peak of the commercial voltage. The insulation diagnostic unit may exclude the frequency to be diagnosed from the comparison target frequency when the signal level of the commercial voltage asynchronous is a relatively high signal level.
絶縁診断部の部分放電判断は、商用電圧ピーク時の信号レベルから商用電圧非同期の信号レベルを減算することで判断しても良い。 The partial discharge determination of the insulation diagnosis unit may be determined by subtracting the signal level asynchronous with the commercial voltage from the signal level at the commercial voltage peak.
本発明による絶縁診断方法は、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、かつ、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部、および、絶縁診断部を有する絶縁診断装置における絶縁診断方法であって、絶縁診断部は、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、を有する絶縁診断方法を提供する。 An insulation diagnosis method according to the present invention is provided in an insulation diagnosis apparatus having a reception unit connected to a partial discharge detection sensor for detecting partial discharge and receiving a detection signal from the partial discharge detection sensor, and an insulation diagnosis unit An insulation diagnosis method, wherein the insulation diagnosis unit samples a signal level for each of a plurality of diagnosis target frequencies from a reception signal of the reception unit, determines a signal level determined to be during a commercial voltage peak, and determines that the commercial voltage is asynchronous. And comparing the signal level for each frequency to be diagnosed to determine partial discharge.
本発明による絶縁診断装置によれば、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、を有するようにしたので、診断対象周波数を、商用周波あるいはそのn倍の周波数以外から選択することで、商用電圧同期の高周波を分別できる。 According to the insulation diagnostic apparatus of the present invention, a diagnosis unit is connected to a partial discharge detection sensor for detecting partial discharge, and receives a detection signal from the partial discharge detection sensor. Insulation diagnostic unit that determines partial discharge by sampling the signal level for each target frequency and comparing the signal level determined to be at the commercial voltage peak and the signal level determined to be commercial voltage asynchronous for each frequency to be diagnosed Therefore, by selecting the frequency to be diagnosed from a frequency other than the commercial frequency or n times the frequency, it is possible to classify the commercial voltage-synchronized high frequency.
また、商用電圧非同期と判断した信号レベルは、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルのサンプリング時から1/4サイクルずれた時の信号レベルとすることができるので、商用電圧ピーク時の信号レベルを判別し、その信号レベルと、1/4サイクル前の信号レベルを比較することで、絶縁診断が可能であるため、部分放電判定時間は極めて短い。 Further, since the signal level determined to be commercial voltage asynchronous can be set to the signal level when the signal level is determined to be 1/4 cycle from the time of sampling of the signal level determined to be commercial voltage peak, the signal level at the commercial voltage peak is Since the insulation diagnosis can be performed by discriminating and comparing the signal level with the signal level before 1/4 cycle, the partial discharge determination time is extremely short.
さらに、本発明による絶縁診断装置によれば、接続される検出センサは1つであり、複数センサを有することによる、センサの構造や、設置場所により受信帯域感度の相違、および、サンプリング周期の同期性の維持が困難等の信頼性の問題は無く、センサ入力回路も2重化する必要は無い。 Furthermore, according to the insulation diagnostic apparatus of the present invention, one detection sensor is connected, and by having a plurality of sensors, the difference in reception band sensitivity depending on the structure of the sensor, the installation location, and the synchronization of the sampling period There is no problem of reliability such as difficulty in maintaining reliability, and the sensor input circuit does not need to be duplicated.
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、本発明の一実施形態による絶縁診断装置の機能構成図を示す。絶縁診断装置10は、入力アンプ回路20、A/D変換器12、CPU14を有し、部分放電用センサ1に接続される。以下にその各機能について説明する。
FIG. 1 shows a functional configuration diagram of an insulation diagnostic apparatus according to an embodiment of the present invention. The insulation
部分放電センサ1は、部分放電により発生する物理現象を検出するためのセンサであり、電磁波センサ、振動センサ、電流センサ、超音波センサなどが利用できる。電磁波センサが部分放電センサ1として適用される場合、絶縁診断時には、電気機器のブッシング部や絶縁スペーサにように、電気機器を構成する密閉容器内部で生じた部分放電に伴い発生する電磁波が放射され易い場所に設置される。
The
入力アンプ回路20は、部分放電センサ1からの検出信号を受信し、その検出信号を、CPU14からの制御信号にしたがった特定の周波数であり、かつ、A/D変換器12のための適切な信号レベル(電圧)のアナログ信号に変換して、出力する回路である。その入力アンプ回路20は、BPF(バンドパスフィルタ)21、プリアンプ22、PLL(位相同期回路)シンセサイザ23、発信器24、ミキサ25、中間周波フィルタ26、ログアンプ27から構成される。
The
BPF21は、部分放電により検出された信号から特定の周波数帯域を通過させるフィルタ回路である。なお、本実施例においては、実験により、部分放電が確認し易い帯域として、300MHz〜800MHzを通過帯域としている。しかしながら、この帯域に特定するものではなく、通過帯域は、部分放電センサ1の設置条件等により、部分放電が確認し易い帯域を設定するのが好ましい。
The
プリアンプ22は、BPF21を通過した信号を、ミキサ25の入力信号として適切な電圧に増幅する増幅器である。PLLシンセサイザ23は、CPU14から受信する制御信号にしたがって、発信器24からの周波数を可変して周波数信号fAを出力する回路である。ミキサ25は、プリアンプ22からの周波数fxの信号と、PLLシンセサイザ23からの周波数fAの信号を受信し、インピーダンス整合が乱れないように、それらを合成して1つの信号として出力する回路である。中間周波フィルタ26は、ミキサ25からの入力信号から中間周波数fBの信号成分を取り出すフィルタ回路である。ログアンプ27は、中間周波フィルタ26からの入力信号の電圧を、A/D変換器12への適切な電圧に出力する増幅器であり、例えば、プリアンプ22からの出力信号の電圧に相当する電圧のアナログ信号を出力する。
The
このように、入力アンプ回路20は、部分放電センサ1からの検出信号を受信し、その検出信号からCPU14からの制御信号にしたがった特定の周波数fBであり、かつ、A/D変換器12のための電圧のアナログ信号を出力する。
In this way, the
したがって、本発明による絶縁診断装置10は、特定周波数fBから、商用周波数あるいはそのn倍の周波数で変調された単一周波数(高周波)を部分放電判断から除外することにより、商用のn倍の周波数性により部分放電判定をすることは無い。
Therefore, the insulation
A/D変換器12は、ログアンプ27から受信したアナログ信号を、デジタル信号に変換する回路である。CPU14は、特定のサンプリングタイミングにおける計測対象周波数fBの信号レベルを、A/D変換器12から取得するために、そのサンプリングタイミングで、周波数fBを示す制御信号を、PLLシンセサイザ23に出力する。CPU14は、A/D変換器12から上述のサンプリングタイミングにおける周波数fBの信号レベルを取得すると、その信号レベルを、周波数fBとサンプリング時間毎に、CPU14内のキャッシュメモリ、または、図示しない絶縁診断装置10内のメモリに記憶する。
The A /
電気機器の部分放電信号は、絶縁劣化、又は異物混入により発生し、商用電圧位相のピーク付近で、サイクルごとに、或いは間欠的に発生する。したがって、絶縁診断対象周波数帯域の設定周波数毎に1サイクルずつデータの取得を行えば、データのサンプリング開始時点が商用周波数のゼロクロスと一致していなくても、設定周波数をパラメータとした場合の各データは、1サイクル毎に商用電圧位相に対して同じ位置(同一位相)となる。したがって、上記サンプリングタイミングは、設定周波数毎に1サイクルずつ(例えば、50Hzの場合、1サイクル100ポイント=200μs間隔でデータサンプリングを行う)データの取得を行うことで、同じ電圧位相でのサンプリングデータを得る。すなわち、診断対象周波数帯域の1つの設定周波数に対して、1サイクル分(例えば100ポイント)連続でデータを取得し、次にデータサンプリング時間以内に設定周波数をCPU14の制御信号により変更し、引き続いて1サイクル分連続でデータ取得をする。このとき、サンプリング時間以内に周波数設定などが間に合わない場合は、商用1サイクルの間をあけてその間に周波数設定を行い、次の1サイクルでデータ取得を行っても良い。
A partial discharge signal of an electric device is generated due to insulation deterioration or contamination, and is generated for each cycle or intermittently near the peak of the commercial voltage phase. Therefore, if data is acquired for each cycle for each set frequency of the insulation diagnosis target frequency band, each data when the set frequency is used as a parameter even if the data sampling start time does not coincide with the zero cross of the commercial frequency Becomes the same position (same phase) with respect to the commercial voltage phase every cycle. Therefore, the sampling timing is obtained by acquiring data for one cycle for each set frequency (for example, in the case of 50 Hz, data sampling is performed at an interval of 100 points = 200 μs per cycle). obtain. That is, data is acquired continuously for one cycle (for example, 100 points) for one set frequency in the diagnosis target frequency band, and then the set frequency is changed by the control signal of the
CPU14は、上述の設定周波数をパラメータとする受信データ群(設定周波数に対してそれぞれデータサンプリングポイント分の受信データ配列)を、データサンプリングポイントをパラメータとする周波数データの配列(商用電圧に対し同一位相となるサンプリングポイントにおける周波数に対する受信レベル)に並べ替える。次に、全ての或いは複数のデータサンプリングタイミングをパラメータとした周波数データの配列に対し、一定レベル以上の信号が同一周波数付近に定常的に存在する場合は、商用に同期しない通信など外部ノイズとして判断し、部分放電判定においてこの周波数を除外する。また、一定レベル以上の信号がランダムに存在している周波数も突発的な商用に非同期の外部ノイズが発生しているものと判断し、部分放電判定はおいてこの周波数も除外する。
The
次にデータサンプリングポイントをパラメータとする周波数データの配列において、上述のように外部ノイズと判断した周波数以外の周波数におけるデータの全て或いは一定数以上が、一定レベル以上である場合には、このデータ配列は、商用電圧周波に同期しているものと判断し、部分放電発生の疑いありと判断する。この商用電圧周波に同期していると判断したデータ配列において商用電圧同期と判断するために用いた一定レベル以上のデータの平均からバックグラウンドノイズ(以下、「BGN」と言う。)を減算した値が規定レベルを超えている場合に部分放電発生と判定する。 Next, in the frequency data array using the data sampling points as parameters, if all or a certain number of data at frequencies other than the frequency determined as external noise as described above are above a certain level, this data array Is determined to be synchronized with the commercial voltage frequency, and it is determined that partial discharge is suspected. A value obtained by subtracting background noise (hereinafter referred to as “BGN”) from the average of data of a certain level or more used for determining the commercial voltage synchronization in the data array determined to be synchronized with the commercial voltage frequency. Is determined to be partial discharge.
上述のように商用に同期しているものと判断し、部分放電と判断したデータ配列は、商用電圧位相のピーク付近で発生していると仮定し、この商用電圧周波に同期していると判断した配列に対して1/4サイクルずれたデータ配列が商用電圧位相のゼロクロス点付近で発生したと考えられる。したがって、BGNは、この商用電圧周波に同期していると判断した配列に対して1/4サイクルずれたデータ配列から算出する。具体的には、1/4サイクルずれたデータ配列において、外部ノイズと判断した周波数以外の周波数におけるデータの平均値や最小値、最大値をBGNとする。 As described above, it is determined that the data array is determined to be synchronized with commercial use, and the data array determined to be partial discharge is assumed to be generated near the peak of the commercial voltage phase, and is determined to be synchronized with the commercial voltage frequency. It is considered that a data array shifted by ¼ cycle with respect to the generated array occurred near the zero cross point of the commercial voltage phase. Therefore, BGN is calculated from a data array shifted by 1/4 cycle with respect to the array determined to be synchronized with the commercial voltage frequency. Specifically, in the data array shifted by ¼ cycle, the average value, minimum value, and maximum value of data at frequencies other than the frequency determined as external noise are defined as BGN.
なお、このとき算出したBGNレベルの値を参考に判定結果が有効であるか否かを判断しても良い。例えば、BGNレベルがある値より大きい場合は「過大ノイズのため判定結果は参考値である」などと判断しても良い。 Note that it may be determined whether the determination result is valid with reference to the value of the BGN level calculated at this time. For example, if the BGN level is greater than a certain value, it may be determined that “the determination result is a reference value due to excessive noise”.
これにより、部分放電と同じ周波数に生じる外部ノイズの影響を受けずに、部分放電を判別することが可能である。したがって、従来技術では、外部ノイズ用センサと、部分放電ノイズ用センサと2つ有していたが、本発明による絶縁診断装置10は、1つの部分放電センサにより、部分放電を判別することが可能であり、2センサ方式による信頼性の問題、アンプ回路の2重化、装置の複雑化などの問題を解決している。
Thereby, it is possible to discriminate the partial discharge without being affected by external noise generated at the same frequency as the partial discharge. Therefore, in the prior art, the external noise sensor and the partial discharge noise sensor were provided, but the insulation
上述したように、一定以上の信号レベルを有する周波数データを検出した場合、そのデータは、外部ノイズではなく、商用電圧ピーク時の部分放電と判断できるため、その検出時間から1/4サイクル(50Hzの場合、5ms)前はゼロクロス時と推定できる。そのため、商用電圧波形との同期化は、一定以上の信号レベルを有する周波数データ検出時をピーク時と判断することにより可能であり、そのピーク時判断後、1/4サイクル前後の検出データの取得により、上述した部分放電の判断を実行可能である。したがって、本発明による絶縁診断装置10は、予め決められた設定周波数のデータのサンプリング後速やかに部分放電判断処理を開始できる。
As described above, when frequency data having a signal level above a certain level is detected, it can be determined that the data is not an external noise but a partial discharge at a commercial voltage peak. In the case of (5), it can be estimated that the time before zero crossing is 5 ms). Therefore, synchronization with the commercial voltage waveform is possible by determining that the frequency data having a signal level of a certain level or more is detected as the peak time, and obtaining the detected data around 1/4 cycle after the peak time is determined. Thus, it is possible to execute the partial discharge determination described above. Therefore, the
そのため、従来技術において、エンジンなどの内燃機関などの広帯域で、かつ、発生時間の長い電磁波は、周波数をずらして検出を繰り返したため、それに伴い長い検出時間を要することになるが、本発明による絶縁診断装置10は、予め決められた設定周波数毎に検出したデータを1/4サイクル前後のデータと比較することで部分放電判断を行うことができるため、部分放電判定時間は極めて短い。
Therefore, in the prior art, electromagnetic waves having a wide band and a long generation time such as an internal combustion engine such as an engine are repeatedly detected by shifting the frequency, and accordingly, a long detection time is required. The
上述したCPU14は、DSP(Digital Signal Processor)を用いることが可能である。DSPは、音声や画像などの処理に特化したマイクロプロセッサであり、一般的なCPUと比べて低コストであり、かつ、複雑なデジタル処理を効率よく行う機能を有するため、本発明によるCPU14に適している。また、CPU14は、RISCマイコン等の高速CPUも適用可能である。
The
図2を用いて、診断対象周波数毎に検出されるサンプリングデータの計時変化を説明する。データサンプリング処理は、BPF21で設定された診断周波数帯域にわたり行う。たとえば、診断対象周波数帯域は、300MHz〜800MHzとなる。このとき、診断対象周波数fxは、周波数分割数をmとすると、f1=300MHz、fm=800MHzと定義される。なお、このとき、商用周波数に同期したノイズを、部分放電と判断しないために、診断対象周波数fxから、商用周波数のn倍の周波数は取り除かれる。
The time change of the sampling data detected for every diagnosis object frequency is demonstrated using FIG. The data sampling process is performed over the diagnostic frequency band set by the
図2(A)は、商用電圧波形で、(B)は、商用電圧波形に同期してピーク区間で大きな信号レベルを示す、周波数faにおける検出波形で、(C)は、商用電圧波形に非同期で大きな信号レベルを示す周波数fbにおける検出波形で、(D)は、商用電圧波形に非同期で小さな信号レベルを示す周波数fcにおける検出波形である。なお、診断対象周波数fa、fb、fcは、いずれも診断対象周波数fxに含まれる。 2A is a commercial voltage waveform, FIG. 2B is a detected waveform at a frequency fa indicating a large signal level in the peak period in synchronization with the commercial voltage waveform, and FIG. 2C is asynchronous with the commercial voltage waveform. (D) is a detection waveform at a frequency fc indicating a small signal level that is asynchronous with the commercial voltage waveform. The diagnosis target frequencies fa, fb, and fc are all included in the diagnosis target frequency fx.
(A)に示される商用電圧波形は、50Hzの周波数波形であり、1サイクル20msである。図2においては、例示のために、20msを時間t1〜t80で区切り、ピーク区間1が時間t18〜t22で示され、ゼロクロス区間がt38〜t42で示され、ピーク区間2がt58〜t62で示される。
The commercial voltage waveform shown in (A) is a frequency waveform of 50 Hz, and one cycle is 20 ms. In FIG. 2, for the purpose of illustration, 20 ms is divided by time t1 to t80,
図2(B)に示す周波数faにおける検出波形は、ピーク区間1とピーク区間2で大きな信号レベルを示すが、ゼロクロス区間では、大きな信号レベルを示さないため、商用周波数に同期した部分放電と判断可能である。
The detected waveform at the frequency fa shown in FIG. 2B shows a large signal level in the
また、図2(C)に示す周波数fbにおける検出波形は、ピーク区間1及び2、ゼロクロス区間でも同じく高い信号レベルを示すが、商用周波数に非同期のため、高い信号レベルを示す外部ノイズと判断可能である。
Further, the detection waveform at the frequency fb shown in FIG. 2C shows the same high signal level in the
また、図2(D)に示す周波数fcにおける検出波形は、ピーク区間1及び2、ゼロクロス区間でも同じく低い信号レベルを示し、商用周波数に非同期のため、低い信号レベルを示す外部ノイズと判断可能である。
Further, the detection waveform at the frequency fc shown in FIG. 2D shows the same low signal level in the
また、検出データの信号レベルは、サンプリング時間と、周波数毎に検出されるため、CPU14内のキャッシュメモリに、データ配列として記憶しても良い。例えば、キャッシュメモリのデータ配列のアドレスを、mを診断対象周波数帯域の周波数分割数、nを総サンプリング時間とするデータ配列Dとして定義可能である。例えば、周波数f1のサンプリング時間t1〜tnの検出データが格納されるデータ配列のアドレスは、D11〜D1nのように定義され、周波数fmのサンプリング時間t1〜tnの検出データが格納されるデータ配列のアドレスは、Dm1〜Dmnのように、定義することができる。また、この信号レベルは、図2に示すように、ピーク区間やゼロクロス区間で複数検出されたサンプルデータの平均値や、ある標準偏差内のサンプルデータの平均値等、統計的手法により信頼性を高めた信号レベルとすることもできる。
Further, since the signal level of the detected data is detected for each sampling time and frequency, it may be stored in the cache memory in the
また、検出データは、商用電圧位相に対応した信号レベルとなるため、商用電圧1サイクル毎にデータを上記データ配列Dに、旧データの削除と、新規データの記録を行っても良い。 Since the detection data has a signal level corresponding to the commercial voltage phase, the old data may be deleted and the new data may be recorded in the data array D for each cycle of the commercial voltage.
図3を用いて、本発明による絶縁診断装置で検出された診断対象周波数毎の信号レベルを説明する。図3(A)は、1サイクル区間のある時点(商用における同一位相点)における信号レベルと周波数を示し、(B)は1サイクル区間の(A)に示すある時点と異なる時点における信号レベルと周波数を示し、(C)は1サイクル区間のある時点における信号レベルと周波数を示す。なお、本図は、例示のため診断対象周波数の数は少ないが、実際は、30以上の周波数を診断対象としても良い。 The signal level for each diagnosis target frequency detected by the insulation diagnosis apparatus according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 (A) shows the signal level and frequency at a certain time point (same commercial phase point) in one cycle section, and (B) shows the signal level at a different time point from the certain time point shown in (A) of one cycle section. (C) shows a signal level and a frequency at a certain point in one cycle section. In addition, although the number of diagnosis object frequencies is small for illustration in this figure, in fact, it is good also considering the frequency of 30 or more as a diagnosis object.
図3(A)において、診断対象周波数fbは、無効周波数判断用の閾値である信号レベルL1より高い信号レベルを示す。ここで信号レベルL1は、商用電圧に非同期で、かつ、部分放電に該当しない低信号レベルの設定周波数を、部分放電判断において無効とするために設定する閾値である。この信号レベルL1により、部分放電の判断対象としない周波数を決定することができる。これにより、本発明による絶縁診断装置は、非同期信号の高信号レベル周波数により、部分放電と誤判断することは無い。 In FIG. 3A, the diagnosis target frequency fb indicates a signal level higher than the signal level L1 that is a threshold for determining the ineffective frequency. Here, the signal level L1 is a threshold value set in order to invalidate the set frequency of the low signal level that is asynchronous with the commercial voltage and does not correspond to the partial discharge in the partial discharge determination. This signal level L1 can determine a frequency that is not subject to partial discharge determination. Thereby, the insulation diagnostic apparatus according to the present invention does not erroneously determine partial discharge due to the high signal level frequency of the asynchronous signal.
図3(B)において、診断対象周波数feは、突発性の高信号レベルの外部ノイズである。診断対象周波数feは、(A)においては検出されないため突発的に生じる外部ノイズである。このような外部ノイズも、L1以上の高信号レベルを示すため、部分放電の判断対象としない周波数とすることができる。一方、周波数fbは、定常波であるため(B)においても、検出される。 In FIG. 3B, the diagnosis target frequency fe is sudden noise with a high signal level. The diagnosis target frequency fe is external noise that occurs suddenly because it is not detected in (A). Since such external noise also exhibits a high signal level equal to or higher than L1, it can be set to a frequency that is not subject to partial discharge determination. On the other hand, since the frequency fb is a standing wave, it is detected also in (B).
図3(C)に示すように、部分放電が生ずると、周波数fb、周波数fe以外の周波数も高い信号レベルを示す。部分放電判断用の商用周波数同期周波数を判断するための閾値である信号レベルL2を設定し、このL2を超える周波数信号の個数等で部分放電を判断する。したがって、周波数feは、図3(B)に表われるため、突発的であるため、部分放電周波数から除外される。周波数fbは、図3(A)、(B)及び(C)に定常的に出現するため、定常波とみなされ、部分放電判断対象の周波数から除外され、その他の周波数は、図3(C)においてのみ信号レベルL2を越えるため商用周波に同期する電磁波とみなされ部分放電判断対象の周波数となる。なお、信号レベルL2は、信号レベルL1を超えた周波数データの中から、定常的又は突発的外部ノイズではない商用周波数同期信号レベルを選出するための信号レベルである。したがって、L2は少なくともL1と同じか(その場合は、L1又はL2のどちらかの信号レベルのみが必要となる)、L1以上に設定する必要がある。 As shown in FIG. 3C, when partial discharge occurs, frequencies other than frequency fb and frequency fe also show high signal levels. A signal level L2, which is a threshold value for determining a commercial frequency synchronization frequency for determining partial discharge, is set, and partial discharge is determined based on the number of frequency signals exceeding L2. Therefore, since the frequency fe appears in FIG. 3B and is sudden, it is excluded from the partial discharge frequency. Since the frequency fb constantly appears in FIGS. 3A, 3B, and 3C, it is regarded as a standing wave, excluded from the partial discharge determination target frequency, and other frequencies are shown in FIG. Since the signal level L2 is exceeded only in FIG. 2, it is regarded as an electromagnetic wave synchronized with the commercial frequency and becomes the frequency of the partial discharge determination target. The signal level L2 is a signal level for selecting a commercial frequency synchronization signal level that is not stationary or sudden external noise from frequency data exceeding the signal level L1. Therefore, L2 needs to be set to at least L1 or at least the same as L1 (in this case, only the signal level of either L1 or L2 is required).
図4は、本発明による絶縁診断装置の無効周波数判断処理のフローチャートである。この無効周波数判断処理は、部分放電判断を行う場合に、判断対象としない周波数を決定するためのである。そのため、基本的に部分放電判断処理中またはその前処理として行うものであり、部分放電と判断した時点から1/4サイクルずれた時点で行っても良い。 FIG. 4 is a flowchart of the invalid frequency determination process of the insulation diagnostic apparatus according to the present invention. This invalid frequency determination process is for determining a frequency that is not a determination target when performing partial discharge determination. Therefore, it is basically performed during the partial discharge determination process or as a pre-process thereof, and may be performed at a time deviated by ¼ cycle from the time when the partial discharge is determined.
ステップS101では、診断対象の最小周波数から順に開始し、次にステップS102に進む。 In step S101, the procedure starts from the lowest frequency to be diagnosed, and then proceeds to step S102.
ステップS102では、特定の診断対象周波数fxについて、1サイクル区間のDデータ配列を検索し、周波数fxの時間毎の信号レベルを取得して、ステップS103に進む。 In step S102, the D data array in one cycle section is searched for the specific diagnosis target frequency fx, the signal level for each time of the frequency fx is acquired, and the process proceeds to step S103.
ステップS103では、周波数fxの信号レベルが、無効周波数判断用の閾値L1以上かどうか判断する。L1以上の場合は、ステップS104に進み、L1未満の場合は、ステップS105に進む。 In step S103, it is determined whether the signal level of the frequency fx is equal to or higher than a threshold L1 for determining the invalid frequency. If it is greater than or equal to L1, the process proceeds to step S104. If it is less than L1, the process proceeds to step S105.
ステップS104では、ステップS103で判断した周波数fxを、部分放電判断においては無効周波数データとし、ステップS106に進む。 In step S104, the frequency fx determined in step S103 is set as invalid frequency data in the partial discharge determination, and the process proceeds to step S106.
ステップS105では、ステップS103で判断した周波数fxを、部分放電判断においては有効周波数データとし、ステップS106に進む。 In step S105, the frequency fx determined in step S103 is used as effective frequency data in the partial discharge determination, and the process proceeds to step S106.
ステップS106では、周波数fxは、診断対象周波数の中で最大周波数fmか否かを判断する。周波数fxが最大周波数fmの場合は、処理を終了し、最大周波数fmではない場合は、ステップS102に戻る。 In step S106, it is determined whether or not the frequency fx is the maximum frequency fm among the diagnosis target frequencies. If the frequency fx is the maximum frequency fm, the process ends. If the frequency fx is not the maximum frequency fm, the process returns to step S102.
このようにして、無効周波数判断処理において無効周波数と判断された周波数は、定常波もしくは突発性の電磁波として、商用電圧に非同期に存在するため、無効周波数は、次に述べる部分放電判断では、判断対象から除外される。 In this way, the frequency determined as the ineffective frequency in the ineffective frequency determination process exists as a standing wave or a sudden electromagnetic wave asynchronously with the commercial voltage. Therefore, the ineffective frequency is determined in the partial discharge determination described below. Excluded from.
図5は、本発明による絶縁診断装置の部分放電判断処理のフローチャートである。この処理は、常時行っても良いし、1時間に1度、あるいは、人間による絶縁診断時など、間欠的に行っても良い。 FIG. 5 is a flowchart of the partial discharge determination process of the insulation diagnostic apparatus according to the present invention. This process may be performed constantly, or may be performed once every hour, or intermittently, such as during an insulation diagnosis by a human.
ステップS201では、1サイクル区間に相当するある時間間隔内に、部分放電判断用の閾値である信号レベルL2以上の周波数データがあるか否かを、データ配列Dを検索して判断し、その数を数える。なお、この判断処理においては、外部ノイズを部分放電と誤判断しないために、図4で説明された無効周波数判断処理において、無効判断された周波数については、L2以上の周波数データとして数えない。そして、そのL2以上のデータ数が、1サイクル間隔内にある閾値以上ある場合は、ステップS202に進み、その閾値以下の場合はステップS201に戻り、同じ処理を繰り返す。 In step S201, it is determined by searching the data array D whether or not there is frequency data that is equal to or higher than the signal level L2 that is a threshold value for partial discharge determination within a certain time interval corresponding to one cycle interval, and the number Count. In this determination process, in order not to misdetermine external noise as partial discharge, the frequency determined to be invalid in the invalid frequency determination process described in FIG. 4 is not counted as frequency data of L2 or more. If the number of data equal to or greater than L2 is equal to or greater than a threshold value within one cycle interval, the process proceeds to step S202. If the number of data is equal to or less than the threshold value, the process returns to step S201 and the same process is repeated.
ステップS202では、ステップS201で検索されたL2以上の周波数データの検出時間から、1/4サイクル前のデータを取得し、L2以上の周波数データの信号レベルから、1/4サイクル前の相当する周波数データの信号レベルをバックグラウンドノイズ(BGN)として減算する。このバックグラウンドノイズの信号レベルは、その周波数データの平均値、最小値、最大値又はその他の統計処理を加えたデータとすることもできる。 In step S202, the data before 1/4 cycle is acquired from the detection time of the frequency data of L2 or more searched in step S201, and the corresponding frequency before 1/4 cycle is obtained from the signal level of the frequency data of L2 or more. The signal level of data is subtracted as background noise (BGN). The signal level of the background noise may be data obtained by adding an average value, a minimum value, a maximum value, or other statistical processing of the frequency data.
ステップS203では、減算後の数値の周波数平均が、ある閾値を越える場合は、部分放電発生と判断し、ステップS204に進み、その閾値を超えない場合は、ステップS201に戻る。 In step S203, if the average frequency after subtraction exceeds a certain threshold, it is determined that partial discharge has occurred, and the process proceeds to step S204. If not, the process returns to step S201.
ステップS204では、部分放電発生が判断されるため、必要な異常警告を出力したり、異常処理を実施したりして、部分放電判断処理を終了する。この異常処理において、上述のバックグラウンドノイズがある値より大きい場合は、「過大ノイズのため判定結果は、参考値である」などと、絶縁診断装置に接続された図示しない表示手段に表示しても良い。 In step S204, since occurrence of partial discharge is determined, a necessary abnormality warning is output or abnormality processing is performed, and the partial discharge determination processing is terminated. In this abnormal process, if the above background noise is larger than a certain value, it is displayed on a display means (not shown) connected to the insulation diagnostic device, such as “the judgment result is a reference value due to excessive noise”. Also good.
また、本発明による絶縁診断装置10の健全性の確認方法としては、例えば、定期的にあらかじめ設定したテレビ、ラジオなどの周波数を受信し、その受信強度を確認しても良い。この放送波周波数は、アナログ放送波であってもデジタル放送波であっても良い。
In addition, as a method for confirming the soundness of the insulation
さらに、本発明による絶縁診断装置10の入力アンプ回路20のバンドパスフィルタ処理、診断対象周波数fBのフィルタ処理などは、CPU14でも代替的に実行可能である。例えば、その場合、本発明による絶縁診断装置10は、センサ1からの検出信号をプリアンプ22で増幅し、そしてそのアナログ信号を、A/D変換器12でデジタル化して、CPU14に送信し、CPU14で、バンドパスフィルタ処理、診断対象周波数fBのフィルタ処理を行うこともできる。
Further, the
以上説明したように、本発明によれば、診断対象周波数を選択することで、商用同期した電磁波を分別でき、また、診断対象周波数毎に信号レベルを検出し、1/4サイクル前の信号レベルと比較し、部分放電を判断することで、外部ノイズを除外して部分放電を判別可能であり、さらに、リアルタイムに部分放電判断処理を実行することが可能である。 As described above, according to the present invention, it is possible to classify commercial-synchronized electromagnetic waves by selecting the frequency to be diagnosed, and to detect the signal level for each frequency to be diagnosed. By comparing partial discharge and determining partial discharge, it is possible to determine partial discharge by excluding external noise, and it is possible to execute partial discharge determination processing in real time.
このように、絶縁診断装置のような電気設備に広範囲に適用される装置に、本発明のような高い部分放電判断性能と判断速度の向上をもたらす装置が適用されれば、電力産業界において多大な利益をもたらす。 In this way, if a device that provides high partial discharge determination performance and improved determination speed as in the present invention is applied to a device that is widely applied to electrical equipment such as an insulation diagnosis device, it will be greatly increased in the electric power industry. Will bring about profits.
1 センサ
10 絶縁診断装置
12 A/D変換器
14 CPU
20 入力アンプ回路
21 BPF
22 プリアンプ
23 PLLシンセサイザ
24 発信器
25 ミキサ
26 中間周波フィルタ
27 ログアンプ
DESCRIPTION OF
20
22
Claims (7)
前記受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した該信号レベルと、商用電圧非同期と判断した該信号レベルを該診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、
を有することを特徴とする絶縁診断装置。 A receiving unit connected to a partial discharge detection sensor for detecting the partial discharge and receiving a detection signal from the partial discharge detection sensor;
The signal level is sampled for each of a plurality of diagnosis target frequencies from the reception signal of the reception unit, and the signal level determined to be a commercial voltage peak and the signal level determined to be a commercial voltage asynchronous are determined for each diagnosis target frequency. Insulation diagnostic unit that determines partial discharge by comparing to
An insulation diagnostic apparatus characterized by comprising:
前記絶縁診断部は、前記受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、
前記絶縁診断部は、商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルと、商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを前記診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、
を有することを特徴とする絶縁診断方法。 An insulation diagnosis method in an insulation diagnosis apparatus having a reception unit connected to a partial discharge detection sensor for detecting partial discharge and receiving a detection signal from the partial discharge detection sensor, and an insulation diagnosis unit,
The insulation diagnosis unit samples a signal level for each of a plurality of diagnosis target frequencies from the reception signal of the reception unit;
The insulation diagnosis unit determines the partial discharge by comparing the signal level determined to be a commercial voltage peak and the signal level determined to be a commercial voltage asynchronous for each diagnosis target frequency;
An insulation diagnostic method characterized by comprising:
前記部分放電検出センサの検出信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、
商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルと、商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを前記診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、
を、前記コンピュータに実行させるプログラム。 An insulation diagnostic program executed by a computer connected to a partial discharge detection sensor for detecting partial discharge,
Sampling a signal level for each of a plurality of diagnosis target frequencies from a detection signal of the partial discharge detection sensor;
A step of determining partial discharge by comparing the signal level determined at the commercial voltage peak and the signal level determined as commercial voltage asynchronous for each frequency to be diagnosed;
For causing the computer to execute the program.
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