JP2008111689A - 部分放電検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部分放電発生位置の判定のみならず、当該発生位置における部分放電電荷量を知ることが出来る部分放電検出装置を得ることを目的とする。
【解決手段】電荷量演算部２２が、予め設定された金属容器１０内における部分放電電荷量の減衰特性データ２５に基づき部分放電センサ１の位置と位置演算部２１で演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の減衰量を演算し、当該減衰量と部分放電センサ１の波形データＳ１とから部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電圧印加部分を内蔵する金属容器の内部に発生する部分放電を検出する部分放電検出装置に関するものである。

例えば、特許文献１には、ガス絶縁機器内の部分放電をノイズと識別して効率よく処理することにより、該部分放電の位置標定を行う部分放電監視装置が開示されている。

特開平１１−１０１８４４号公報（段落００１６〜００１９、図１）

従来の部分放電監視装置は、以上のように、部分放電の判定は、部分放電センサの位置で検出した信号に基づき、部分放電発生位置を検出するものである。しかるに、発生している部分放電の有害無害の判別、更には、発生している部分放電の及ぼす各種影響等をより正確に判定するためには、各種要因にてガス絶縁機器内を伝播し減衰した信号を処理するだけではなく、部分放電発生位置における信号を想定した判断が必要であり、そのためには放電発生位置での信号強度を知る必要がある。従来の部分放電監視装置は、これらの要求に対処できるものではなかった。
この発明は、以上のような問題点を解消するためになされたもので、部分放電発生位置の判定のみならず、当該発生位置における部分放電電荷量を知ることが出来る部分放電検出装置を得ることを目的とする。

この発明に係る部分放電検出装置は、電圧印加部分を内蔵する金属容器の内部に発生する部分放電を検出するものであって、
部分放電の強度を金属容器の互いに異なる位置において検出する複数の部分放電センサ、これら部分放電センサの検出出力に基づき金属容器内の部分放電発生位置を演算する位置演算部、および部分放電センサの検出出力と当該部分放電センサの位置と位置演算部で演算された部分放電発生位置との情報に基づき部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算する電荷量演算部を備えたものである。

以上のように、この発明においては、部分放電センサの検出出力と当該部分放電センサの位置と位置演算部で演算された部分放電発生位置との情報に基づき部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算する電荷量演算部を備えたので、発生している部分放電について、その有害無害の判別等、より有用な評価が可能となる。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１における部分放電検出装置の検出対象となるガス絶縁機器の構成例を示すものである。ガス絶縁機器は、全体としては、金属容器の内部に電圧印加部分を収容し、六弗化硫黄等の絶縁性ガスを封入したものであるが、具体的には、図１に示すように、想定される変電所等の構成に応じて各種の単位構造体を適宜組み合わせて構成される。即ち、例えば、棒状の導体が中心を貫通する筒状部Ｔと、遮断器ＣＢ、断路器ＤＳ、接地スイッチＥＳや変流器ＣＴ等の電気機器を内蔵する機器部と、内蔵する導体が分岐する分岐部Ｂ等が組み合わされて構成されている。また、これら各単位構造体の接合部分には、導体を金属容器内部で絶縁支持する絶縁スペーサを内蔵するスペーサ部ＳＰが配置されている。

そして、部分放電発生位置と当該発生位置における部分放電電荷量を求めるため、ここでは、部分放電を検出する３個の部分放電センサ（以下、適宜、センサと略称する）１、２，３を図示の互いに異なる位置に取り付けている。なお、部分放電センサ自体は、一般に、部分放電の発生で生じる電磁波を受信するアンテナとこのアンテナで受信された信号を処理する信号処理部とから構成されるが、それ自体公知であるのでここでは個々の説明は省略する。
本願発明では、部分放電センサの検出出力から部分放電発生位置を演算し、更に、この発生位置における部分放電電荷量を演算する内容が重要であるが、その前段として必要となる処理、即ち、部分放電センサの検出信号からノイズと識別し、実際に発生している部分放電の信号波形を求めるための処理について図２を参照してその概要を説明する。

図２は、説明を簡単にするため、単一のガス絶縁容器１０内の導体１１に電圧が印加された場合に発生する部分放電を２個の部分放電センサ１２ａ、１２ｂで検出する場合を想定している。
ガス絶縁容器１０内のｐ点における導体１１上で部分放電が発生した場合、当該部分放電は部分放電センサ１２ａ、１２ｂで相次いで所定の時間差をもって検出される。これら検出信号１３ａ、１３ｂは、トリガ検出回路１４、波形メモリ１５および部分放電発生認識装置１６ａ、１６ｂに同時に入力される。波形メモリ１５は、後述する部分放電発生信号１７の出力がない限り検出信号１３ａ、１３ｂの記憶を行わない。

部分放電発生認識装置１６ａ、１６ｂは、検出信号１３ａ、１３ｂをそれぞれ監視し、部分放電が発生しているかどうかを判定し、発生していれば、部分放電発生認識信号１８ａ、１８ｂを発生する。部分放電発生の判定方法は、検出信号１３ａ、１３ｂの閾値を越えるものについてパルス信号を発生させ、そのパルス数を１分間累積計数する。そのパルス計数値が、例えば、２００程度の閾値を越えると、部分放電発生と判定し部分放電発生認識信号１８ａ、１８ｂを出力する。また、課電位相の１サイクルを所定の数で分割し、いずれか特定の分割位相領域において所定の処理時間内で部分放電のパルス計数値が経時的に増加することを確認する。特定の分割位相領域における経時的増加が認められた場合、部分放電発生と判定して部分放電発生認識信号１８ａ、１８ｂを出力する。

ＯＲ回路１９は、いずれかの部分放電発生認識信号１８ａ、１８ｂを受け付けると、波形メモリ１５に対して部分放電発生信号１７を入力する。波形メモリ１５は、この部分放電発生信号１７を受信した後に初めてトリガ検出回路１４から入力される出力パルス信号２０により、検出信号１３ａ、１３ｂの波形信号を取り込んで記憶し、波形データＳを出力する。この波形データＳが、後段で説明する部分放電発生位置と部分放電電荷量の演算処理に使用されるので、ノイズが除去された、部分放電に基づく信号のみが確実に演算に供される訳である。

図３は、この発明の実施の形態１の部分放電検出装置における位置演算部２１および電荷量演算部２２を示す。先ず、位置演算部２１には、図１の部分放電センサ１〜３で検出され図２で示す信号処理を経た波形データＳ１〜Ｓ３が入力される。位置演算部２１は、各部分放電センサからの検出タイミングの時間差を用いて部分放電センサから部分放電発生位置までの距離を算出する。
例えば、部分放電センサ１とセンサ２とからの波形データＳ１、Ｓ２の検出時間差が０．０１μｓで、センサ１の方が早く検出したとすると、部分放電発生位置Ｘ（センサ１の位置から部分放電発生位置までの距離（ｍ））は、次式により求めることが出来る。

Ｘ＝（Ｌ−３×１０^８×ｔ）／２
但し、Ｌ：部分放電センサ間の距離（ｍ）、ｔ：検出時間差（ｓ）である。
例えば、Ｌ＝１６（ｍ）とすると、Ｘ＝６．５（ｍ）となる。予め、図１に示すガス絶縁機器の構成をデータベース２３として登録しておくと、そのデータを呼び出すことにより、部分放電が、例えば、センサ１側のＣＴ部で発生していることが検出できる。

次に、部分放電発生位置における部分放電電荷量を演算する電荷量演算部２２について説明する。ここでは、部分放電発生位置に比較的近いセンサ１で検出される波形データＳ１に基づき部分放電発生位置における部分放電電荷量Ｑ１を演算する場合について説明する。
先ず、センサ１の波形データＳ１の波高値（ｍＶ）からセンサ１の位置において検出された電荷量（ｐＣ）を求める。このため、予め、センサ直近で電荷量が既知の模擬パルスを注入しそのときのセンサ出力を測定することで、波形データＳ１と電荷量との関係特性を求めておき、その関係からセンサ位置における電荷量を算出する。

電荷量演算部２２は、位置演算部２１で求められた部分放電発生位置とセンサ１の位置との間における部分放電電荷量の減衰量を演算し、先に波形データＳ１から求めたセンサ１の位置で検出された電荷量に上記減衰量を逆に加算乗算する形で、部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算する。
このため、電荷量演算部２２の演算器２４は、先ず、ガス絶縁機器構成データ２３を取り込み、位置演算部２１からの部分放電発生位置の情報と照合することにより、部分放電が、図１に示すガス絶縁機器のどの単位構造体の中で発生しているかを求める。これによって、センサ１から部分放電発生位置に至る各単位構造体の種別が明らかになる。

金属容器内での電荷量の減衰特性は、単位構造体の種別によって異なり、部分放電電荷量の減衰特性データ２５には、この単位構造体の種別毎に予め減衰特性データが格納されている。そして、演算器２４は、センサ１から部分放電発生位置に至るルートに存在する各単位構造体に応じて減衰特性データ２５から必要なデータを読み出し上記ルートにおける減衰量を演算積算する。

ここで、金属容器を構成する単位構造体の種別毎に、電荷量の減衰特性の特徴等について説明する。
先ず、棒状の導体が中心を貫通するだけの簡単な形状の筒状部Ｔは、その長さ（距離）による減衰を考慮する。例えば、２７５ｋＶのガス絶縁母線では、距離減衰７ｄＢ／ｋｍ（平成１０年電気学会全国大会「２７５ｋＶ長距離ＧＩＬの竣工試験結果」図３参照）程度であり、これらの数値から単位長当たりの減衰量を求めておき減衰特性データ２５に予め格納しておく。
内蔵する導体が分岐する分岐部Ｂは、直角分岐（Ｔ分岐）で減衰率は約７０％とされている。
筒状部Ｔおよび分岐部Ｂにおける減衰は、共に、部分放電波形の周波数特性にはほとんど影響しないとされている。

次に、導体を絶縁支持する絶縁スペーサを内蔵するスペーサ部ＳＰは、通過する絶縁スペーサの枚数と部分放電波形の周波数特性に応じて、例えば、図４に示す実験データを基に減衰量を求めておき減衰特性データ２５に予め格納しておく。図４は、通過スペーサ枚数が１枚と２枚の場合について示している。部分放電パルスの立ち上がり時間が短いほど、従って、周波数が高いほど減衰が大きいことが分かる。具体的には、センサ１からの波形データＳ１の波形をフーリエ変換し、各周波数成分毎の減衰量を求めて合成しスペーサ部ＳＰにおける電荷量の減衰量を演算する。

また、機器部の内、遮断器ＣＢを内蔵する部分では、ＣＢの機種に応じた減衰特性を求めておき減衰特性データ２５に予め格納しておく。断路器ＤＳ、変流器ＣＴ、接地スイッチＥＳを内蔵する部分では、特に減衰は認められないという実験結果が得られており、これらの部分では減衰量は零と記憶される。

以上のように、この発明の実施の形態１における部分放電検出装置は、２個の部分放電センサの検出出力に基づき部分放電発生位置を演算する位置演算部２１と、部分放電センサの検出出力に基づき当該センサ位置における電荷量とガス絶縁機器構成データ２３および部分放電電荷量の減衰特性データ２５とから部分放電発生位置における電荷量を演算する電荷量演算部２２とを備えたので、発生している部分放電について、その有害無害の判別等、より有用な評価が可能となる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、部分放電発生位置の演算は、センサ１と２からの波形データＳ１とＳ２とから求めたが、その部分放電発生位置における部分放電の電荷量の演算は、もっぱらセンサ１からの波形データＳ１に基づき求めた。この実施の形態２においては、２個のセンサ１、２からの波形データＳ１、Ｓ２を共に活用し、部分放電発生位置における電荷量の演算をより信頼度の高いものとすることを狙ったものである。

図５は、この発明の実施の形態２における部分放電検出装置の要部を示す構成図である。図５において、電荷量演算部２２−１は、センサ１からの波形データＳ１に基づき、先の実施の形態１で説明した通り、センサ１の位置での電荷量およびセンサ１の位置と部分放電発生位置との間の電荷量の減衰量Ａ１から部分放電発生位置における電荷量Ｑ１を演算し、電荷量演算部２２−２は、センサ２からの波形データＳ２に基づき、先の実施の形態１で説明したと同じ要領で、センサ２の位置での電荷量およびセンサ２の位置と部分放電発生位置との間の電荷量の減衰量Ａ２から部分放電発生位置における電荷量Ｑ２を演算する。
そして、電荷量合成部２６は、２個の電荷量演算部２２−１と２２−２とから出力される電荷量Ｑ１、Ｑ２を、各演算過程で得られる減衰量Ａ１とＡ２とを比較し、減衰量の演算値が小さい方の結果により重みを持たせる形で合成して電荷量Ｑを演算する。

数値例を挙げて説明すると、減衰量Ａ１が３０％（減衰率）、減衰量Ａ２が７０％（減衰率）、両電荷量演算部で得られた電荷量がＱ１＝１０、Ｑ２＝８とした場合、減衰量が小さいほど大きくその和が１となる重み係数ｋ１、ｋ２（ｋ１＋ｋ２＝１）を求める。ここでは、ｋ１＝０．７、ｋ２＝０．３となる。
従って、合成された電荷量Ｑは下式で求められる。
Ｑ＝Ｑ１×ｋ１＋Ｑ２×ｋ２＝０．７×１０＋０．３×８＝９．４

以上のように、この発明の実施の形態２における部分放電検出装置は、２個の部分放電センサ１、２の検出出力に基づき得られた結果を、部分放電発生位置までの電荷量の減衰量に応じて重みを持たせ合成した結果を採用するので、１個のセンサによる結果を採用する場合に比較して確率的にその演算値の信頼性が向上することが期待できる。

また、この発明の各変形例において、位置演算部は、２個の部分放電センサの検出出力の検出時間差に基づき金属容器内の部分放電発生位置を演算するので、部分放電発生位置が簡便確実に得られる。

また、電荷量演算部は、予め設定された金属容器内における部分放電電荷量の減衰特性データに基づき部分放電センサの位置と位置演算部で演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の減衰量を演算し、当該減衰量と部分放電センサの検出出力とから部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算するので、部分放電発生位置における電荷量を簡便確実に演算できる。

また、金属容器が、所定長さの筒状で電圧印加部分である棒状の導体が中心を貫通する筒状部、および導体が分岐する分岐部と導体を絶縁支持する絶縁スペーサを内蔵したスペーサ部と導体に接続された電気機器を内蔵した機器部とのいずれかを備える場合、
部分放電電荷量の減衰特性データは、筒状部に対しては単位長さ当たりの減衰率で設定され、分岐部、スペーサ部、機器部に対してはそれらの種別に応じた減衰率で設定されるので、各部での減衰量が簡便確実に演算できる。

また、スペーサ部に設定される減衰率は、部分放電センサの検出出力の周波数特性と当該部分放電センサの位置と部分放電発生位置との間に存在する絶縁スペーサの枚数とに応じて設定されるので、スペーサ部での減衰量が簡便確実に演算できる。

また、電荷量演算部は、第１の部分放電センサの検出出力および当該第１の部分放電センサの位置と位置演算部で演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の第１の減衰量に基づき部分放電発生位置で発生している第１の部分放電電荷量Ｑ１と、第２の部分放電センサの検出出力および当該第２の部分放電センサの位置と位置演算部で演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の第２の減衰量に基づき部分放電発生位置で発生している第２の部分放電電荷量Ｑ２とを演算する手段、
および第１および第２の減衰量に基づき減衰量が小さくなるにつれて大きくなる第１および第２の重み係数ｋ１、ｋ２（ｋ１＋ｋ２＝１）を求め、部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量Ｑを、Ｑ＝Ｑ１×ｋ１＋Ｑ２×ｋ２として演算する手段を備えたので、１個の部分放電センサによる結果を採用する場合に比較して確率的に電荷量の演算値の信頼性が向上することが期待できる。

部分放電の検出対象となるガス絶縁機器の構成例を示す図である。 部分放電センサの検出信号からノイズを除いて実際に発生している部分放電の信号波形を求める信号処理回路を示す図である。 この発明の実施の形態１の部分放電検出装置における位置演算部２１および電荷量演算部２２を示す図である。 スペーサ部ＳＰでの電荷量の減衰特性を示す図である。 この発明の実施の形態２の部分放電検出装置における電荷量合成部２６を示す図である。

符号の説明

１〜３ 部分放電センサ、１０ ガス絶縁容器、１１ 導体、２１ 位置演算部、
２２，２２−１，２２−２ 電荷量演算部、２３ ガス絶縁機器構成データ、
２４ 演算器、２５ 部分放電電荷量の減衰特性データ、２６ 電荷量合成部、
Ｔ 筒状部、ＣＴ，ＣＢ，ＥＳ，ＤＳ 機器部、ＳＰ スペーサ部、Ｂ 分岐部。

Claims (6)

1. 電圧印加部分を内蔵する金属容器の内部に発生する部分放電を検出するものであって、
   上記部分放電の強度を上記金属容器の互いに異なる位置において検出する複数の部分放電センサ、これら部分放電センサの検出出力に基づき上記金属容器内の部分放電発生位置を演算する位置演算部、および上記部分放電センサの検出出力と当該部分放電センサの位置と上記位置演算部で演算された部分放電発生位置との情報に基づき上記部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算する電荷量演算部を備えたことを特徴とする部分放電検出装置。
2. 上記位置演算部は、２個の上記部分放電センサの検出出力の検出時間差に基づき上記金属容器内の部分放電発生位置を演算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。
3. 上記電荷量演算部は、予め設定された上記金属容器内における部分放電電荷量の減衰特性データに基づき上記部分放電センサの位置と上記位置演算部で演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の減衰量を演算し、当該減衰量と上記部分放電センサの検出出力とから上記部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算することを特徴とする請求項１または２に記載の部分放電検出装置。
4. 上記金属容器が、所定長さの筒状で上記電圧印加部分である棒状の導体が中心を貫通する筒状部、および上記導体が分岐する分岐部と上記導体を絶縁支持する絶縁スペーサを内蔵したスペーサ部と上記導体に接続された電気機器を内蔵した機器部とのいずれかを備える場合、
   上記部分放電電荷量の減衰特性データは、上記筒状部に対しては単位長さ当たりの減衰率で設定され、上記分岐部、スペーサ部、機器部に対してはそれらの種別に応じた減衰率で設定されることを特徴とする請求項３記載の部分放電検出装置。
5. 上記スペーサ部に設定される減衰率は、上記部分放電センサの検出出力の周波数特性と当該部分放電センサの位置と上記部分放電発生位置との間に存在する上記絶縁スペーサの枚数とに応じて設定されることを特徴とする請求項４記載の部分放電検出装置。
6. 上記電荷量演算部は、第１の部分放電センサの検出出力および当該第１の部分放電センサの位置と上記位置演算部で演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の第１の減衰量に基づき上記部分放電発生位置で発生している第１の部分放電電荷量Ｑ１と、第２の部分放電センサの検出出力および当該第２の部分放電センサの位置と上記位置演算部で演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の第２の減衰量に基づき上記部分放電発生位置で発生している第２の部分放電電荷量Ｑ２とを演算する手段、
   および上記第１および第２の減衰量に基づき上記減衰量が小さくなるにつれて大きくなる第１および第２の重み係数ｋ１、ｋ２（ｋ１＋ｋ２＝１）を求め、上記部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量Ｑを、Ｑ＝Ｑ１×ｋ１＋Ｑ２×ｋ２として演算する手段を備えたことを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の部分放電検出装置。

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