JP2010085386A - 高電圧電力機器の極超短波部分の放電及び放電位置測定装置 - Google Patents

高電圧電力機器の極超短波部分の放電及び放電位置測定装置 Download PDF

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Abstract

【課題】部分放電信号を検出する部分放電センサーを有する高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置を提供する。
【解決手段】対象電力機器に付着され、部分放電信号を検出する部分放電センサー１１０、前記対象電力機器の外部に設置され、外部の雑音信号を検出する外部の雑音センサー１１１、前記部分放電センサー１１０から部分放電信号及び前記外部の雑音センサー１１１から外部の雑音信号を受信してデジタル信号に変換するアナログーデジタル変換機１２０、波形のピック検出機１４０、前記各センサー別に抽出された信号の密度及び信号の傾向変化を生成する部分放電信号の可視化及び分析データ処理機１５０、前記部分放電センサーの位置座標及び前記到着時間から放電位置を算出し、統計処理をする放電位置算出及び統計処理機１７０、及び前記のピック信号、密度、傾向変化、及び放電位置を表示する表示装置１８０を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は高電圧を使用する電力機器の故障の予兆で発生する絶縁欠陥による部分放電によって起きる極超短波（Ｕｌｔｒａ-ｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ、以下“ＵＨＦ”という）帯域の部分放電信号をセンサーで入力を受け、部分放電を測定する同時にその部分放電が発生する位置を表示する装置に関する。
電力用の流入変圧機、ガス絶縁変圧機、リアクターなどと同じ高電圧電力機器の内部の欠陥がある場合、大部分、部分放電が発生する。このような部分放電を測定する従来の技術としては幾つかの超音波センサーを利用して電力機器の外箱あるいは絶縁物質である絶遠由を媒質して伝達する音波信号を被測定機の外箱に装着された各センサーに到着する時間を測定して各センサーの信号到着時間あるいは到着時間の差異を求めて、音波信号が伝達する経路にある各媒質から超音波信号の電波速度から放電の位置を算定する超音波を利用する方法があった。
しかし、このような超音波を利用した方法では音波が伝達する経路である金属外箱、構造物、絶遠由から音波の伝達速度を正確に知っておく場合だけ、位置を測定することができる。
また、正確な位置推定のためには測定者が超音波センサーを被測定物の表面から場所を何回も移しながら、測定しなければならないので、煩わしい。
されに、電力機器の振動、機器操作、風などの外部の要因による雑音のせいで、測定された分部放電と位置の正確度を高くするために手作業によるしかならない短所がある。
また、他の従来の技術として高電力機器内部の異常を測定して放電の位置を求める方法もある。
このような方法は放電から発生した部分放電信号を部分放電測定装置で測定して、分析した後ＵＨＦ部分放電センサーあるいは超音波センサー信号をオシロスコープで測定して放電信号の到着時間を求め、信号の到着時間あるいは到着時間の差異を利用して手作業で、あるいはコンピュータを利用して最適化の問題解決方法などを使用して放電の位置を計算する方法がある。
しかし、このような方法はオシロスコープ、計算用コンピュータ、手作業計算を利用するので、到着時間の算定と計算方法がとても難しくて不便で、実時間に変化する放電に対して、普通の技術者らがこのような方法を適用するには混乱という短所がある。
また、外部の雑音が流入する場合、測定者が一つ一つ手作業で分類しなければならない部分放電現状を分析するためにはオシロスコープとは別度の部分放電測定機を使用しなければならないので、同じセンサーで測定された部分放電信号から同時に放電の位置推定ができない短所がある。
本発明は前記と同じ従来の問題点を解決するために考案したことで、変圧機やリアクターと同じ高電圧機器の内部欠陥による部分放電が発生する際、極超音波センサーから検出した信号の入力を受け、極超短波部分放電パタンを便利に提供して使用者が簡単に部分放電現状を分析できるし、同時に幾つかのセンサーから検出した信号から得た情報と使用者が入力した各センサー位置情報そして変圧機あるいはリアクターと同じ電力機器の内部構造に対する情報から放電の位置を算出した測定回数によって統計処理して使用者に提供するので、一般的な現場の勤労者らに高い正確度で簡単に部分放電現状を分析して放電の位置を表示して運転者が放電欠陥を除去できるようにする高電圧電力機器の極超短波部分放電及び放電位置測定装置を提供することにある。
本発明の他の目的はＵＨＦ帯域からセンサーで検出した信号から変圧機が設置する変電所と同じ環境によく見られるコロナ雑音、スイッチングサージ、携帯電話、無線ラムと同じ多様な種類の外部雑音を除去して信号到着時間の検出程度向上と変圧機内部から発生した欠陥による部分放電信号の正確な測定のための波形の背景の雑音を低減して信頼度高い結果を達成する高電圧電力機器の極超短波部部放電及び放電位置測定装置を提供することである。
本発明の一様態によって高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置が提供され、前記高電圧機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置は対象電力機器に付着され、部分放電信号を検出する部分放電センサー；前記対象電力機器の外部に設置し、外部の雑音信号を検出する外部の雑音センサー；前記部分放電センサーから部分放電信号及び前記外部の雑音センサーから外部の雑音信号を受信してデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換機；前記デジタル信号の波形のピック値を各センサー別に抽出するピック検出機；前記各センサー別に抽出したピック値から電源位相と時間に対するピック信号、前記電源位相に対するピック信号の密度、及び信号の長期間の傾向変化を生成する部分放電信号の可視化及び分析データ処理機；前記部分放電信号のスタート点を検出して到着時間を検出する到着時間検出機；前記部分放電センサーが設置された位置座標及び前記到着時間から放電位置を算出して算出回数によって統計処理をする放電位置算出及び統計処理機；及びピック信号、前記密度、前記傾向変更、及び前記放電位置を表す表示装置を含む。
前記デジタル化された部分放電信号から雑音を低減あるいは除去する雑音低減及び除去機をもっと含む。
前記雑音低減及び除去機は前記外部の雑音信号の大きさが使用者が設定した大きさ以上である場合、前記部分放電センサーから測定された雑音信号を除去して前記デジタル化された部分放電信号から前記部分放電信号ではない雑音信号を低減させる。
前記放電位置算出及び統計処理機は前記到着時間と信号伝達速度の倍として各距離を求めて前記部分放電センサー位置から前記距離に対する円軌跡を画いて合う地点を部分放電位置で判断できます。
前記判断される部分放電位置が放電不能領域で判断される場合は前記判断された部分放電位置から一番近い放電可能領域を部分放電位置で判断できる。
上記のように、本発明による高電圧機器の極超短波部分放電及び放電位置測定装置は変圧機あるいはリアクターと同じ高電圧機器に設置されたＵＨＦ部分放電センサーから検出された信号を処理して使用者が簡単に部分放電を分析でき、部分放電分析データと同時に実時間に部分放電が発生した位置を計算して見ることができる。
したがって、測定者が既存の部分放電装置以外に、放電の位置を推定するためにオシロスコープを利用して到着時間を測定してコンピュータに位置推定最適化プログラムをするなどの不便さを解消できる。
結果的には本発明は変電所運営者が変圧機、リアクターと同じ高電圧電力機器の絶縁欠陥によって内部異常を簡単に発見し、診断して、措置できる方案を提供することができる。
また、本発明による高電圧電力機器の極超短波部分放電及び放電位置測定装置は測定装置の雑音の除去手段によって外部の雑音を除去して電力機器に設置された部分放電センサーに外部の雑音が流入され、不正確な測定結果を表すことを防止し、部分放電信号以外の背景の雑音を低減し、もっと正確な部分放電測定結果と正確度高い信号の到着時間算定で位置算定の正確度を高くして効果的な測定が可能である。
以下、同一な不才番号は同一な構成要素を参照すると、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を詳細に説明する。本明細書及び特許請求範囲に使用された用語と単語は通常的であるか、辞書的な意味で限定され、解析されないで、本発明の技術的な事項に符合する意味と概念に解析しなければならない。
本明細書に記載された実施例と図面に図示された構成は本発明の望ましい実施例で、本発明の技術的思想を全て代弁することではないので、本出願時点からこれらを代える均等物と変形の例がある。
図１は本発明の一実施例による高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置のブロック図である。
図１を参照すると、本発明の一実施例による高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置はＵＨＦ部分放電センサー１１０；外部の雑音センサー１１１；高域通過フィルター１２１；アナログ−デジタル変換機１２０；電源１１２；雑音処理機１３０；ピック検出機１４０；部分放電信号可視化及び分析データ処理機１５０；信号到着時間検出機１６０；放電位置算出及び統計処理機１７０；表示装置１８０；及び設定調節機１９０を含む。
ＵＨＦ部分放電センサー１１０は部分放電及びその位置を測定しようとする対象電力機器に付着されて部分放電信号を検出する。
ＵＨＦ部分放電センサー１１０から検出された部分放電信号は同じ遅延時間を持つ同軸信号線を通じてアナログ−デジタル変換機１２０に伝送する。
前記対象電力機器に印加された電圧と同じ位相を持つＡＣ電源信号あるいは電源１１２からアナログ−デジタル変換機１２０に入力する。
アナログ−デジタル変換機１２０に入力された全ての信号はＡＣ電源新郷１１２の位相と動機された時間に対する大きさでデジタル変換され、雑音処理機１３０に入力／処理され、ピック検出機１４０と信号到着時間検出機１６０に供給される。
ピック検出機１４０は入力された各々の部分放電センサー１１０のデジタル信号から波形のピック値を各センサー別に抽出して部分放電信号可視化及び分析データ処理機１５０に伝達する。
前記部分放電信号可視化及び分析データ処理機１５０は各センサー別ピック値から部分放電分析に必要な電源位相と時間に対するピック信号ＰＲＰＳ、電源位相に対するピック信号の密度ＰＲＰＤ、信号の長期間の傾向変化Ｔｒｅｎｄを作って表示装置１８０に伝送する。
表示装置１８０の画面表示部１８１は前記ピック信号ＰＲＰＳ、ピック信号の密度ＰＲＰＤ、及び傾向変化Ｔｒｅｎｄを出力する。
信号到着時間検出機１６０は入力した各々の部分放電センサー１１０から雑音処理機１３０を通過した部分放電信号１３１のスタート点１６１を検出して放電位置算出及び統計処理機１７０に伝達する。
放電位置算出及び統計処理機１７０は使用者によって入力した部分放電センサー１１０が設置したところの位置座標と各々の部分放電センサー１１０から検出された放電信号の到着時間から放電の位置を算出して算出回数によって平均値と標準偏差などの統計処理をして表示装置１８０の位置表示画面１８２に表示する。
設定調節機１９０は使用者が指定した値によって各の構成要素の可能と設定を調節する。詳細には、設定調節機１９０はアナログーデジタル変換機１２０トリガーの大きさ、帯域幅、サンプリング間隔などを調節して雑音低減及び雑音除去機１３０の雑音低減と雑音除去を遂行する信号の大きさを調停する。
また、信号到着時間検出機１６０の検出感度を設定して部分放電信号可視化及び分析データ処理機１５０の累積時間、測定時間、回数などを設定して、放電位置算出及び統計処理機１７０の統計の母集団の個数などを設定する。
以下、上記構成を持つ本発明の一実施例による高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置の作用を図２及至図６を参照して説明する。
図２は本発明の一実施例による高電圧機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置の部分放電センサー１１０及び外部雑音センサー１１１が変圧機２１０に付着している状態を図示した図、図３は本発明の一実施例にＰＲＰＳ、ＰＲＰＤ、及びＴｒｅｎｄを表示した図、図４は部分放電センサーから部分放電位置を円軌跡法で探したことを表した図、図５は本発明の一実施例に高電圧電力機器用極超短波部分および放電位置側定装置の表示に対象電力機器の形態及び部分放電位置を表示していることを表した図である。図６は図１に図示した本発明の一実施例に高電圧電力機器用極超短波の部分放電及び放電位置測定装置の各の構成要素を通過する信号の詳細図である。
まず、図２を参照すると、まず、変圧機２１０と同じ対象電力機器に設置した部分放電センサー１１０及び対象電力機器の周りに設置した雑音センサー１１１が各々の部分放電信号と外部雑音信号を検出して高域通過フィルター１２１に伝送する。
高域通過フィルター１２１は直流成分及び低周波信号成分を遮断することで外部の強力なサージなどから本発明による部分放電及び放電位置測定装置を保護できる。
高域通過フィルター１２１を通過した部分放電信号及び外部の雑音信号はアナログーデジタル変換機１２０に入力される。
アナログーデジタル変換機１２０は使用者が設定した値より大きい信号が入力した場合全てのチャンネルで同時に信号をキャッチしてデジタル変換して、このようにデジタル変換した信号を雑音低減及び雑音除去機１３０に入力する。
雑音低減及び雑音除去機１３０は、万が一、外部の雑音センサー１１１で測定した信号６３０の大きさが使用者が設定した大きさｔｈｒｅｓｈｏｌｄ６３１より大きく、部分放電センサーから測定した信号がある場合には信号を図６の信号６５０と同じ、その信号を除去して出力する。
また、雑音低減及び除去機１３０は入力した信号１２２から背景の雑音６１０を除去してピック検出機１４０と信号到着時間検出機１６０に供給する。
雑音を低減すると到着時間検出が簡単で、もっと正確な到着時間を検出するばかりではなくもっと正確な部分放電信号を表示できる。
ピック検出機１４０は入力された波形１３０あるいは６５０から波形の最高値を検出して部分放電信号の可視化及び分析データ処理機１５０に送る。
この際、ピック検出機１４０は使用者の設定によって部分放電検出感度を高くするためにすべての部分放電センサーから測定された値らを合算してピック値を検出できる。
部分放電信号の可視化及び分析データ処理機１５０は使用者が設定した期間または、累積回数に対するピックデータを処理して図３に図示した一例と同じように電源位相と時間に対するピック信号Ｐｈａｓｅ ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｐｕｌｓｅ ｓｅｑｕｅｎｃｅ、ＰＲＲＳ３１０、電源位相に対するピック密度Ｐｈａｓｅ ｒｅｓｏｌｖｅｄ ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ ＰＲＰＤ３２０、及び設定期間の間の信号推移変化Ｔｒｅｎｄ３３０などの部分放電分析方法で表示装置１８０の部分放電表示部１８１に表示する。
信号到着時間検出機１６０は入力された各センサーの波形から信号スタート点あるいは到着時間１６１ｔを検出して放電位置算出及び統計処理機１７０に送る。
放電位置算出及び統計処理機１７０は使用者が入力した部分放電センサー１１０の設置座標と各センサーから検出した信号から図４に図示したことと同じ前記到着時間と信号伝達速度の倍として各の距離を求めて、前記部分放電センサー位置から上記距離に対する円軌跡を画いて合う地点を部分放電位置に判断して放電の位置４１０を算出するか、各のセンサーの到着時間の差異を研鑽して到着時間差の方法Ｔｉｍｅ ｏｆ ａｒｒｉｖａｌ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄを利用してセンサー位置と到着時間差に対する線形方程式を解いて、放電の位置を算定する。
この際、放電信号の伝達の速度は対象電力機器の絶縁媒質によって使用者が入力した値を利用する。
放電回数によって毎度算出した放電位置のＸ、Ｙ、Ｚ値を使用者が指定した個数ほどの累積統計処理して、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標の平均、標準編者、範囲などを算出して図５と同じ表示装置１８０に表示する。
この際、使用者の便意のために図５の５３０と同じに入力された対象電力機器の模様と比例した図で放電の位置を表示することができる。
この際、算出した放電の位置が使用者が入力した放電不能領域にある場合の表示装置１８０の位置の表示部分１８２に放電不能領域から位置が算出したことを表示して算出した位置から一番近い放電可能の領域を表示する。
表示装置１８０は同じ部分放電波形１２２から処理された結果の部分放電信号分析画面１８１と部分放電位置推定結果１８２を同時に見せて新しい部分放電信号がセンサーから検出して入力されるごとに、実時間に更新して表示する。
以上、本発明に対する技術思想を添付図面と一緒に述べたが、これは本発明の望ましい実施例として説明したことで、本発明を限定したことではない。
また、この技術分野の通常の知識を持つ人なら、誰でも本発明の技術思想のカテゴリーを離脱しない範囲内では多様な変形及び模倣が可能なことは事実である。
図１は本発明の一実施例による高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電装置のブッロク図である
図２は本発明の一実施例による高電圧電力機器用極超短波部分放電及び位置測定の複数の部分放電センサー及び外部のセンサーが変圧機に付着されている状態を図示した図である
図３は本発明の一実施例による高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置の表示装置にＰＲＰＳ、ＰＲＰＤ、及びＴｒｅａｎｄを表示した図である。
図４は本発明の一実施例による部分放電センサーから部分放電位置を円軌跡法で探すことを表した図である。
図５は本発明の一実施例による高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置の表示装置に対象電力機器の形態及び部分放電位置を表示していることを図である。
図６は本発明の一実施例による高電圧機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置の各の構成要素を通過する信号の詳細図である。
部分放電位置測定図である。 変圧機あるいはリアクターに設置された部分放電センサーと雑音センサーの一例を示す図である。 部分放電線路処理結果表示の一例を示す図である。 センサーから放電位置を算出する方法を示す図である。 部分放電位置算定結果表示の一例を示す図である。 雑音低減及び雑音除去が処理された波形の一例を示す図である。
符号の説明
１１０ 極超短波部分放電センサー
１１１ 外部の雑音センサー
１１２ 電力機器ＡＣ電源とアラインメントＡＣ電源信号
１２０ コンバーター
１２１ 高域フィルター
１２２ 部分放電波形
１３０ 雑音除去機
１３１ 雑音除去された部分放電波形
１４０ ピック検出機
１５０ 可視化分析データ処理機
１６０ 信号到着時間検出機
１６１ 信号のスタート点
１７０ 放電位置算出及び統計処理機
１８０ 推定結果表示装置
１８１ 部分放電信号分析画面表示部
１８２ 放電位置推定結果表示部
１９０ 設定調節機
２１０ 変圧機
４１０ 放電発生位置
６１０ 背景の雑音
６３０ 雑音低減及び雑音除去機
６３１ 外部雑音センサーから測定した信号
６５０ 雑音除去処理された信号

Claims (5)

  1. 高電圧電力機器用極超短波の部分放電及び放電位置測定装置として、対象電力機器に付着され、部分放電信号を検出する部分放電センサー；
    前記対象電力機器の外部に設置され、外部の雑音信号を検出する外部の雑音センサー；
    前記部分放電センサーから部分放電信号及び前記外部の雑音センサーから外部の雑音信号を受信してデジタル信号に変換するアナログーデジタル変換機；
    前記デジタル信号の波形のピック値を各のセンサー別に抽出するピック検出機；
    前記各のセンサー別抽出したピック値から電源位相と時間に対するピック信号、前記電源位相に対するピック信号の密度、及び信号の長期間の傾向変化を生成する部分放電信号の可視化及び分析データ処理機；
    前記部分放電信号のスタート点を検出して到着時間を検出する到着時間検出機；
    前記部分放電センサーが設置された位置座標及び前記到着時間から放電位置を算出して算出回数によって統計処理をする放電位置算出及び統計処理機；及び
    前記ピック信号機、前記密度、前記傾向変化、及び前記放電位置を表示する表示装置を含むことを特徴とする高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置。
  2. 請求項１において、前記デジタル化された部分放電信号から雑音と低減または除去する雑音低減及び除去機をさらに含むことを特徴とする高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置。
  3. 請求項２において、前記雑音低減及び除去機は前記外部の雑音信号の大きさが使用者が設定した大きさ以上である場合、前記部分放電センサーから測定した雑音信号を除去して、
    前記デジタル化された部分放電信号から前記部分放電信号ではない雑音信号を低減することを特徴とする高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置。
  4. 請求項３において、前記放電位置算出及び統計処理機は前期到着時間と信号伝達速度の倍として距離を求めて、前記部分放電センサー位置から前記距離に対する円軌跡を画いて合う地点を部分放電位置に判断することを特徴とする高電圧電力機器用極短波部分放電及び放電位置測定装置。
  5. 請求項４において、上記判断した部分放電位置が放電不能領域に判断された場合は上記判断された部分放電位置から一番近い放電可能領域を部分放電位置に判断して表示することを特徴とする高電圧電力機器用極超短波部分放電及び放電位置測定装置。
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