JP2008145301A - 部分放電検出方法および検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な装置で部分放電に関する情報を収集し、その情報に基づいて部分放電による異常の有無を判定する。
【解決手段】部分放電検出装置１０は、探査対象領域における電磁波を受信する放電検出アンテナ３０、受信電圧が閾値電圧よりも大きくなったときに放電パルス検出信号を出力する放電パルス検出回路３２、放電パルス検出信号が出力された時点の日付時間情報を記憶するメモリ１６、およびメモリ１６に記憶された日付時間情報を異常判定装置１８へ転送するデータ転送回路（送信）３６を備えている。そして、部分放電検出装置１０から異常判定装置１８へ転送された日付時間情報に基づいて、部分放電による異常の有無が判定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種の電気機器（架線、碍子または変圧器等）について部分放電を検出する、部分放電検出方法および検出装置に関する。

電気機器における絶縁体に欠陥があると、その欠陥部分に電界が集中して部分放電が発生し、絶縁体が徐々に劣化して絶縁破壊に至るおそれがあり、ひいては火災等の事故を引き起こすおそれがある。そこで、従来では、部分放電の探査対象領域（変電所の構内等）に複数のアンテナを設置し、電気機器から出射された電磁波をこれらのアンテナで受信し、各アンテナにおける受信時間差に基づいて部分放電発生源を特定し（特許文献１、２参照）、その後、欠陥部分を修復するようにしていた。
特開平１０−１７０５８９号 特開２００５−９８８００号

従来技術（特許文献１、２）では、複数のアンテナにおける電磁波の受信時間差に基づいて部分放電発生源を特定できるものの、広範な探査対象領域に複数のアンテナを設置したり、これらのアンテナから配線を引き回したりする必要があるため、設備コストが高くなるという問題があった。また、部分放電の発生頻度が低い探査対象領域について大掛かりな設備を設置することは、費用対効果の観点から無駄が多いという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる課題は、より安価な設備で部分放電を検出でき、しかも大掛かりな設備を設置することによる無駄を解消できる、部分放電検出方法および検出装置を提供することである。

請求項１に記載した発明は、「特定周波数の電磁波の発生を伴う部分放電を検出する、部分放電検出方法であって、（ａ）探査対象領域における電磁波を放電検出アンテナ３０によって受信し、（ｂ）受信された電磁波の情報に基づいて前記特定周波数の電磁波の受信電圧を検出し、（ｃ）前記受信電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、（ｄ）前記受信電圧が前記閾値電圧よりも大きくなった時点の日付時間情報をメモリ１６に逐次記憶し、（ｅ）前記メモリ１６に記憶された前記日付時間情報に基づいて部分放電による異常の有無を判定する、部分放電検出方法」である。

一般に、部分放電発生源から発せられる電磁波の周波数特性は、部分放電発生源に固有の特定周波数に受信電圧のピークが現れるものとなる。たとえば、部分放電発生源が「油中」であれば、その周波数特性は、特定周波数「１５０ＭＨｚ」あたりに受信電圧のピークが現われるものとなり、「架線」であれば、特定周波数「５０ＭＨｚ」あたりに受信電圧のピークが現われるものとなる。したがって、特定周波数（油中：１５０ＭＨｚ、架線：５０ＭＨｚ）に受信電圧のピークが現れる頻度が高くなると、部分放電による異常が発生している可能性が高いと考えられる。一方、その頻度が低い場合には、単なるノイズであるとも考えられ、また、部分放電であっても事故の危険性の少ないものであるとも考えられる。

そこで、本発明では、部分放電発生源に固有の特定周波数における受信電圧と閾値電圧とを比較して、その受信電圧が閾値電圧よりも大きくなった時点、すなわち部分放電によるパルス（以下、「放電パルス」という。）が発生した時点の日付時間情報をメモリに逐次記憶し、その日付時間情報から放電パルスが現れる頻度等を調べることによって、部分放電による異常の有無を判定するようにしている。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した「部分放電検出方法」において、「前記（ｅ）工程では、前記受信電圧が前記閾値電圧よりも大きくなった時点が商用周波数の１サイクル内に１回以上存在することを基準として「部分放電による異常あり」と判定する」ことを特徴とする。

わが国の商用周波数は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、探査対象領域内の電気機器１４には、いずれかの商用周波数の交流電流が供給されている。そして、放電パルスは、その交流電流の１サイクルに含まれる電圧のピークにおいて発生すると考えられるため、電気機器１４において部分放電が発生している場合には、商用周波数の１サイクル内に少なくとも１回の放電パルスが発生すると考えられる。そこで、本発明では、商用周波数の１サイクル内に放電パルスが１回以上存在することを基準として「部分放電による異常あり」と判定するようにしている。

請求項３に記載した発明は、「特定周波数の電磁波の発生を伴う部分放電を検出し、前記部分放電に関する情報を異常判定装置１８へ転送する、部分放電検出装置１０であって、探査対象領域における電磁波を受信する放電検出アンテナ３０、放電検出アンテナ３０によって受信された前記特定周波数における電磁波の受信電圧を検出する受信電圧検出手段と、前記受信電圧と予め設定された閾値電圧とを比較する比較手段とを有し、前記受信電圧が前記閾値電圧よりも大きくなったときに放電パルス検出信号を出力する放電パルス検出手段３２、前記放電パルス検出信号が出力された時点の日付時間情報を記憶するメモリ１６、および前記メモリ１６に記憶された前記日付時間情報を異常判定装置１８へ転送する転送手段３６を備える、部分放電検出装置１０」である。

本発明は、請求項１に記載した部分放電検出方法に用いられる装置である。なお、本発明は、請求項１における（ａ）〜（ｄ）工程を実行するものであり、（ｅ）工程については、別途準備される異常判定装置１８によって実行される。

請求項４に記載した発明は、請求項３に記載した「部分放電検出装置１０」において、「前記探査対象領域における電磁波を中波帯域において受信する探査アンテナ３８、および前記探査アンテナ３８で受信された放電パルスを含む所定値以上の電圧の電磁波によって誘導起電力を発生させ、その誘導起電力によって電源をＯＮする電源ＯＮ手段４０をさらに備える、請求項３記載の部分放電検出装置１０」である。

一般に、探査対象領域の電磁波においては、中波帯域の受信電圧が他の帯域の受信電圧よりも大きくなることが分かっている。そこで、本発明では、中波帯域における電磁波の持つ比較的大きな受信電圧を利用して、電源をＯＮするのに必要な誘導起電力を発生させるようにしている。また、本発明では、放電パルスを含む所定値以上の電圧の電磁波を利用して誘導起電力を発生させることによって、部分放電が発生したときにだけ電源をＯＮするようにしている。

請求項５に記載した発明は、請求項４に記載した「部分放電検出装置１０」において、「前記放電パルス検出信号が所定時間出力されないときに電源をＯＦＦする電源ＯＦＦ手段４０をさらに備える、請求項４記載の部分放電検出装置１０」である。

本発明では、放電パルスが所定時間発生しないときに電源ＯＦＦ手段４０によって電源をＯＦＦするようにしているので、省エネルギー運転が可能になる。

請求項１および２に記載した発明によれば、日付時間情報を取得する工程と、部分放電による異常の有無を判定する工程とを完全に分離することが可能であり、前者については、現場に常設した簡単な装置１０で行うことができ、後者については、パソコン等の他の装置１８で行うことができる。

請求項３〜５に記載した発明によれば、放電パルスが発生した時点の日付時間情報をメモリ１６に逐次記憶することができ、メモリ１６に記憶された日付時間情報を異常判定装置１８へ転送することができる。したがって、部分放電検出装置１０を簡単な構成で安価に製造することができる。

請求項４に記載した発明では、比較的大きな受信電圧が得られる中波帯域の電磁波を用いて誘導起電力を発生させるようにしているので、電源ＯＮ手段４０を確実に動作させることができる。しかも、放電パルスを含む電磁波を用いて誘導起電力を発生させるようにしているので、部分放電が発生しているときにだけ、電源をＯＮすることができる。

請求項５に記載した発明では、放電パルスが所定時間発生しないときに電源をＯＦＦするようにしているので、省エネルギー運転が可能になり、電池による稼動期間を長くすることができる。

さらに、部分放電発生源の位置を特定する際には、従来技術（特許文献１、２）を用いることになるが、その場合でも、請求項１〜５に記載した発明を用いれば、部分放電による異常の有無を予め調べておくことができる。したがって、部分放電による異常が発生している場合にだけ、従来技術（特許文献１、２）に係る装置を探査対象領域に搬入すればよく、大掛かりな装置を常設しておくことによる無駄を解消できる。

図１は、本発明が適用された部分放電検出装置１０を示すブロック図である。部分放電検出装置１０は、図２に示すように、変電所１２の構内等に配設された電気機器１４（１４ａ〜１４ｅ）について部分放電を検出し、その部分放電に関する情報をメモリ１６（図１）へ記憶するとともに、メモリ１６から異常判定装置１８へ転送するものである。なお、部分放電検出装置１０は、「部分放電による異常の有無を判定する機能」を有しておらず、この機能は、異常判定装置１８が有している。

変電所１２（図２）は、発電所から送電された電気の電圧を調整する施設であり、変電所１２の構内には、架線１４ａ、避雷器１４ｂ、断路器１４ｃ、遮断器１４ｄおよび変圧器１４ｅ等の複数の電気機器１４が配設されている。

変圧器１４ｅは、図３に示すように、絶縁油２０が満たされたケーシング２２と、ケーシング２２の内部に収容されたコイル２４と、ケーシング２２の側壁に取り付けられた油入り碍子２６とを備えており、架線１４ａとコイル２４とが碍子２６に挿通された導電線２８を介して接続されている。したがって、変圧器１４ｅおよびその近辺においては、碍子２６の内部（油中）、架線１４ａおよび碍子２６の外面等において部分放電が発生する可能性がある。

ここで、部分放電に伴う電磁波の周波数特性は、部分放電発生源の種類によって相違し、部分放電発生源が「油中」であれば、電磁波の周波数特性は、図４に示すように、１５０ＭＨｚあたりに受信電圧のピークが現われるものとなる。また、部分放電発生源が「架線」であれば、電磁波の周波数特性は、５０ＭＨｚあたりに受信電圧のピークが現われるものとなり、「碍子外面」であれば、２５ＭＨｚあたりに受信電圧のピークが現われるものとなる。つまり、部分放電発生時の電磁波には、部分放電発生源の種類に応じた特定周波数に受信電圧のピークが現われることになる。

したがって、特定箇所について、部分放電の有無を調べる際には、その箇所で発生する電磁波の周波数特性において、特定周波数に受信電圧のピークが現われているか否かを調べればよい。たとえば、碍子２６の内部の「油中」について、部分放電の有無を調べる際には、特定周波数「１５０ＭＨｚ」に受信電圧のピークが現われているか否かを調べればよく、「架線」について、部分放電の有無を調べる際には、特定周波数「５０ＭＨｚ」に受信電圧のピークが現われているか否かを調べればよい。また、「碍子外面」について、部分放電の有無を調べる際には、特定周波数「２５ＭＨｚ」に受信電圧のピークが現われているか否かを調べればよい。

本実施例の部分放電検出装置１０は、碍子２６の内部の「油中」について、部分放電の有無を調べることを目的として設計されたものであり、図１に示すように、放電検出アンテナ３０、放電パルス検出回路３２、メモリ１６、データ転送回路（送信）３６、探査アンテナ３８、電源ＯＮ／ＯＦＦ回路４０、タイマー４２、パルスカウンター４４、カレンダー４６およびバッテリー４８等によって構成されている。

放電検出アンテナ３０は、探査対象領域（この実施例では、変圧器１４ｅの近辺）における電磁波を受信するものである。放電検出アンテナ３０の受信周波数帯域は、「油中」における特定周波数「１５０ＭＨｚ」を受信可能なように超短波帯域（ＶＨＦ）に設定されている。

放電パルス検出回路３２は、本発明の「放電パルス検出手段」として機能するものであり、放電検出アンテナ３０によって受信された特定周波数「１５０ＭＨｚ」における電磁波の受信電圧を検出する「受信電圧検出手段」としての受信電圧検出回路（図示省略）と、受信電圧と予め設定された閾値電圧とを比較する「比較手段」としての比較回路（図示省略）とを有している。そして、受信電圧が閾値電圧よりも大きくなったときに、パルスカウンター４４に対して放電パルス検出信号を出力する。

なお、特定周波数「１５０ＭＨｚ」における電磁波の受信電圧は、図４に示すように、通常５μＶ未満であり、部分放電が発生している場合には、これが５μＶ以上になることが実験により確認されている。そこで、この実施例では、閾値電圧が５μＶに設定されている。ただし、閾値電圧は、５μＶに限定されるものではなく、５〜１０μＶの範囲に設定されていればよい。

メモリ１６は、放電パルス検出信号が出力された時点の日付時間情報を記憶するものである。つまり、放電パルス検出回路３２からパルスカウンター４４に対して放電パルス検出信号が出力されると、その信号に応じてパルスカウンター４４が「１」加算され、それと同時にカレンダー４６から日付時間情報が出力される。そして、その日付時間情報、すなわち放電パルスが発生した時点の日付時間情報がメモリ１６に記憶される。

データ転送回路（送信）３６は、本発明の「転送手段」として機能するものであり、メモリ１６に記憶された日付時間情報を異常判定装置１８へ転送するものである。

ここで、異常判定装置１８は、データ転送回路（受信）５０と、データ処理回路５２とによって構成されている。データ転送回路（受信）５０は、部分放電検出装置１０のデータ転送回路（送信）３６に対して転送要求信号を送信するとともに、データ転送回路（送信）３６から送信されたデータを受信するものである。データ処理回路５２は、データ転送回路（受信）５０から与えられたデータに基づいて、部分放電による異常の有無を判定するものである。なお、異常判定装置１８は、探査対象領域に常設されるものではなく、データ収集のために点検作業員等によって適宜搬入されるものであり、具体的には、携帯パソコン等を異常判定装置１８として用いることができる。

探査アンテナ３８は、探査対象領域における電磁波を中波帯域（ＭＦ：３００ＫＨｚ〜３ＭＨｚ）において受信するものである。中波帯域を受信するのは、図５に示すように、中波帯域の方が他の帯域よりも大きな受信電圧を得られるからであり、この比較的大きな受信電圧によって、電源ＯＮ／ＯＦＦ回路４０において十分な誘導起電力を発生させることができるからである。

電源ＯＮ／ＯＦＦ回路４０は、探査アンテナ３８で受信された所定値以上の電圧の電磁波によって誘導起電力を発生させ、その誘導起電力によって電源をＯＮする「電源ＯＮ回路（図示省略）」と、放電パルス検出手段による「放電パルスあり」との判定が所定時間なされないときに電源をＯＦＦする「電源ＯＦＦ回路（図示省略）」とを有している。したがって、電源ＯＮ／ＯＦＦ回路４０が、本発明の「電源ＯＮ手段」および「電源ＯＦＦ手段」として機能する。

「電源ＯＮ回路」では、探査アンテナ３８から与えられた受信電圧と予め設定された閾値電圧とが比較され、受信電圧が閾値電圧よりも大きくなったときに、受信電圧による誘導起電力を利用して電源がＯＮされ、バッテリー４８からの電力が放電パルス検出回路３２等へ供給される。

なお、中波帯域における電磁波の受信電圧は、図６に示すように、通常１０ｍＶ未満であり、部分放電が発生している場合には、これが１８ｍＶ以上になることが実験により確認されている。そこで、この実施例では、閾値電圧が１８ｍＶに設定されている。ただし、閾値電圧は、１８ｍＶに限定されるものではなく、１０〜２０ｍＶの範囲に設定されていればよい。

一方、「電源ＯＦＦ回路」では、電源がＯＮされた時点からの経過時間がタイマー４２によってカウントされ、パルスカウンター４４によってカウントされる放電パルス数が所定時間内に１つもなかったとき、すなわち放電パルス検出信号が所定時間出力されないときに電源がＯＦＦされ、放電パルス検出回路３２等への電力供給が停止される。

なお、図１のブロック図では、放電パルス検出回路３２および電源ＯＮ／ＯＦＦ回路４０を独立した回路として機能的に示しているが、実際には、これらを１つの中央演算装置（ＣＰＵ）として一体に構成してもよい。

部分放電検出装置１０（図１）を用いて部分放電を検出する際には、図２および図３に示すように、変圧器１４ｅの所定箇所に部分放電検出装置１０が固定され、探査アンテナ３８によって中波帯域（ＭＦ）の電磁波が受信されるとともに、放電検出アンテナ３０によって超短波帯域（ＶＨＦ）の電磁波が受信される。

以下には、図７のフロー図に従って、部分放電検出装置１０を用いた「部分放電検出方法」について説明する。

部分放電検出装置１０による部分放電の検出動作が開始されると、まず、ステップＳ１において、探査アンテナ３８によって中波帯域の電磁波が受信され、その受信電圧が検出される。そして、ステップＳ２において、中波帯域の電磁波の受信電圧が１８ｍＶ以上か否かが判断され、「ＮＯ」と判断されると、ステップＳ３へ進み、「転送要求信号を受信した」と判断されない限り、ステップＳ１へ戻って待機状態となる。一方、ステップＳ２において「ＹＥＳ」と判断されると、ステップＳ４において電源がＯＮされるとともに、ステップＳ５においてタイマー４２が始動され、さらに、ステップＳ６において、放電検出アンテナ３０で受信された超短波帯域の電磁波について、１５０ＭＨｚにおける受信電圧が検出される。

そして、ステップＳ７において、１５０ＭＨｚにおける受信電圧が５μＶ以上か否かが判断され、「ＹＥＳ」と判断されると、ステップＳ８においてパルスカウンター４４が「１」加算され、ステップＳ９においてその時点の日付時間情報がメモリ１６に記憶され、その後、ステップＳ１０へ進む。一方、「ＮＯ」と判断されると、ステップＳ８およびＳ９を経ることなく、ステップＳ１０へ進む。

ステップＳ１０では、タイマー４２が始動してから１分経過したか否かが判断され、「ＮＯ」と判断されると、ステップＳ６へ戻り、「ＹＥＳ」と判断されると、ステップＳ１１においてタイマー４２が停止される。なお、この実施例では、放電パルスを連続して検出する時間を「１分間」に設定しているが、この時間は適宜変更してもよい。

次のステップＳ１２では、パルスカウンター４４によるカウント数が１以上であるか否かが判断され、「ＮＯ」と判断されると、ステップＳ１３において電源がＯＦＦされた後にステップＳ３へ進み、「転送要求信号を受信した」と判断されない限り、ステップＳ１へ戻って待機状態となる。一方、ステップＳ１２において「ＹＥＳ」と判断されると、ステップＳ１４へ進み、「転送要求信号を受信した」と判断されない限り、ステップＳ５へ戻って放電パルスの検出が続行される。

そして、ステップＳ３またはステップＳ１４において、「転送要求信号を受信した」と判断されると、ステップＳ１５においてメモリ１６に記憶された日付時間情報がデータ転送回路（送信）３６から異常判定装置１８のデータ転送回路（受信）５０へ送信される。

このように、異常判定装置１８からの転送要求信号を受信しない限り、メモリ１６には、放電パルスを検出した時点における日付時間情報が記憶され続けるが、放電パルスが検出されない場合には、電源ＯＮ／ＯＦＦ回路４０によって電源が自動的にＯＦＦされるので、バッテリー４８の消費電力を低減でき、１年以上の長期に亘る運転が可能になる。

メモリ１６に記憶された日付時間情報が異常判定装置１８へ送信された後は、異常判定装置１８のデータ処理回路５２において、部分放電による異常の有無が判定される。また、放電パルスが発生した時点の日付時間情報が、液晶表示装置等に表示される。したがって、「部分放電による異常がない」と判定された場合でも、液晶表示装置等に表示された情報から放電パルスの発生頻度を読み取ることが可能であり、部分放電の予防に役立てることができる。

データ処理回路５２において、部分放電による異常の有無を判定する際には、「特定周波数（１５０ＭＨｚ）における受信電圧が閾値電圧（５μＶ）よりも大きくなった時点が商用周波数の１サイクル内に１回以上存在するか否か」が判断され、「ＹＥＳ」と判断されると、「部分放電による異常あり」と判定され、「ＮＯ」と判断されると、「部分放電による異常なし」と判定される。そして、その結果が液晶表示装置等に表示される。

つまり、わが国の商用周波数は、５０Ｈｚまたは６０Ｈｚであり、変圧器１４ｅには、いずれかの商用周波数の交流電流が供給されている。そして、放電パルスは、その交流電流の１サイクルに含まれる電圧のピークにおいて発生すると考えられるため、変圧器１４ｅにおいて部分放電が発生している場合には、１サイクル内に少なくとも１回の放電パルスが発生すると考えられる。そこで、本実施例では、商用周波数の１サイクル内に放電パルスが１回以上存在している場合に、「部分放電による異常あり」と判定するようにしている。

なお、「１サイクル内に１回以上存在する」との判断を１サイクルごとに行ったのでは、ノイズ等の影響を受け易いために現実的ではない。そこで、本実施例では、図８に示すように、商用周波数の周期（１／６０秒）よりも短いサンプリング周期（１／６８秒）を設定し、そのサンプリング周期内に放電パルス（日付時間情報）が１つでも存在していれば、「１」とカウントし、１分間に「３６００」以上のカウントがあったときに、「１サイクル内に１回以上存在する」と判断して、「部分放電による異常あり」と判定するようにしている。

部分放電検出装置を示すブロック図 探査対象領域（変電所の構内）を示す図 変圧器を示す図 超短波帯域における受信電圧の大きさを示すグラフ 中波帯域における受信電圧の大きさを示すグラフ 探査アンテナで受信した電磁波における受信電圧の大きさを示すグラフ 部分放電検出方法を示すフロー図 商用周波数の周期に対するサンプリング周期を示すグラフ

符号の説明

１０… 部分放電検出装置
１２… 変電所
１４… 電気機器
１４ｅ… 変圧器
１６… メモリ
１８… 異常判定装置
３０… 放電検出アンテナ
３２… 放電パルス検出回路
３６… データ転送回路（送信）
３８… 探査アンテナ
４０… 電源ＯＮ／ＯＦＦ回路
４２… タイマー
４４… パルスカウンター
４６… カレンダー
４８… バッテリー
５０… データ転送回路（受信）
５２… データ処理回路

Claims (5)

1. 特定周波数の電磁波の発生を伴う部分放電を検出する、部分放電検出方法であって、
   （ａ）探査対象領域における電磁波を放電検出アンテナによって受信し、
   （ｂ）受信された電磁波の情報に基づいて前記特定周波数の電磁波の受信電圧を検出し、
   （ｃ）前記受信電圧と予め設定した閾値電圧とを比較し、
   （ｄ）前記受信電圧が前記閾値電圧よりも大きくなった時点の日付時間情報をメモリに逐次記憶し、
   （ｅ）前記メモリに記憶された前記日付時間情報に基づいて部分放電による異常の有無を判定する、部分放電検出方法。
2. 前記（ｅ）工程では、前記受信電圧が前記閾値電圧よりも大きくなった時点が商用周波数の１サイクル内に１回以上存在することを基準として「部分放電による異常あり」と判定する、請求項１記載の部分放電検出方法。
3. 特定周波数の電磁波の発生を伴う部分放電を検出し、前記部分放電に関する情報を異常判定装置へ転送する、部分放電検出装置であって、
   探査対象領域における電磁波を受信する放電検出アンテナ、
   放電検出アンテナによって受信された前記特定周波数における電磁波の受信電圧を検出する受信電圧検出手段と、前記受信電圧と予め設定された閾値電圧とを比較する比較手段とを有し、前記受信電圧が前記閾値電圧よりも大きくなったときに放電パルス検出信号を出力する放電パルス検出手段、
   前記放電パルス検出信号が出力された時点の日付時間情報を記憶するメモリ、および
   前記メモリに記憶された前記日付時間情報を異常判定装置へ転送する転送手段を備える、部分放電検出装置。
4. 前記探査対象領域における電磁波を中波帯域において受信する探査アンテナ、および
   前記探査アンテナで受信された放電パルスを含む所定値以上の電圧の電磁波によって誘導起電力を発生させ、その誘導起電力によって電源をＯＮする電源ＯＮ手段をさらに備える、請求項３記載の部分放電検出装置。
5. 前記放電パルス検出信号が所定時間出力されないときに電源をＯＦＦする電源ＯＦＦ手段をさらに備える、請求項４記載の部分放電検出装置。
   

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