JP2010093135A - 静止誘導電気機器の部分放電診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた部分放電検出感度を得ると共に、保守メンテナンスや交換を容易に行える静止誘導電気機器の部分放電診断装置を提供する。
【解決手段】変圧器タンク１とセンサ収納容器９とを蝶形弁１０を介して接続し、蝶形弁１０の弁体１１に部分放電検出センサ１２を取り付ける。蝶形弁１０の弁体１１は弁棒１３によって回転可能に支持され、この弁棒１３を回転させることによって、弁体１１に取り付けられた部分放電検出センサ１２が、センサ収納容器９と変圧器タンク１間を移動することができるように構成する。部分放電検出センサ１２を、蝶形弁１０の開閉状態が「開」の場合に、その信号検出部１４が変圧器タンク１内の測定対象物と対向するように、支持部材１５ａ、１５ｂによって、蝶形弁１０の弁棒１３の回転中心からずらした位置に固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、絶縁性ガスを絶縁媒体及び冷却媒体としたガス絶縁変圧器や、絶縁油を絶縁媒体及び冷却媒体とした油入変圧器等の静止誘導電気機器の部分放電診断装置に関するものである。

従来から、変圧器等の静止誘導電気機器の絶縁性能の監視には、機器内部で全路破壊前に生じる部分放電の発生を検出する方法が用いられている。この部分放電を検出する方法には、部分放電が発生する際に同時に発生する電気信号や音響信号、光信号を検出する方法がある。特に、電力用変圧器の部分放電検出方法としては、一般的に、変圧器のタンク外壁に取り付けられた音響センサによって部分放電に伴う超音波信号を検出する方法や、変圧器巻線の中性点等において電気的なパルス信号を検出する方法が用いられている。

しかしながら、変電所等で運転状態にある変圧器には、部分放電の検出を妨げる様々なノイズが外部から侵入する。そのため、変圧器巻線の中性点等で部分放電の電気的パルス信号を検出する方法では検出感度が低下するといった問題点があった。また、タンク外壁に取り付けられた音響センサで検出する方法では、風雨による音等を検出する誤作動が発生する恐れがあり、さらにタンク壁と音響センサ間で音響信号が減衰するため、この方法でも同様に検出感度が低下するといった問題点があった。

また、この音響センサで検出される音波信号は、部分放電発生源から変圧器内の媒体である絶縁油や絶縁ガスを直接伝播したものと、変圧器の本体タンクを伝播した両方の信号が重畳したものとなる。通常、部分放電位置を特定するには、絶縁油や絶縁ガス中を直接伝播してセンサに到達した音響信号の伝播時間差から逆算するが、タンク外壁に取り付けられた音響センサでは、タンクを伝播してきた音響信号がノイズとなり、部分放電位置の評定精度が低下するという欠点がある。

そのため、変圧器内の部分放電検出感度を向上させるためには、検出センサを変圧器タンク内に設置する方法が有効である。しかし、変圧器タンク内にセンサを設置することや、その設置されたセンサの保守メンテナンスは容易ではない。例えば、故障等によってセンサを交換しようとした場合、変圧器の運転を停止し、内部絶縁物を抜き取る等の大掛かりな工事が必要となり、大きな経済的損失が発生する。また、センサの設置を想定せずに製作され、実際にフィールドで使用されている既設器に対し、新たにセンサを内部に追加設置することはさらに大掛かりな改造工事が必要となる可能性があり、現実的な方法ではなかった。

このような問題点を解決すべく、特許文献１には、変圧器タンクと部分放電検出センサを収納した容器とをバルブを介して接続することにより、同センサを変圧器内に設置した場合と同等の高感度で部分放電を検出することができる静止誘導機器の監視装置が提案されている。

図４は、特許文献１に示された部分放電検出センサの取り付け例を示したものである。すなわち、図４に示したように、変圧器タンク１の中に巻線２と鉄心３が収納されて変圧器が構成され、この変圧器タンク１には、ブッシングポケット５の近傍にサージ電圧測定装置４が設置されている。また、変圧器タンク１の側面には、部分放電を検出する音響センサ６を収納するセンサ収納容器７がバルブ８を介して取り付けられている。

この場合、バルブ８の開閉によって変圧器タンク１側の区画とセンサ収納容器７側の区画を容易に分離することができるので、万一センサに故障等のトラブルが発生した場合においても、変圧器タンク１内の絶縁媒体である絶縁油や絶縁ガスを抜くことなく、音響センサ６の修理や交換作業が行えるため、軽微で短時間の工事作業で対処することができ、音響センサ６の保守メンテナンスが容易に行えるという利点があった。
特開２００３−２１７９５５号公報

しかしながら、前述の音響センサ６すなわち部分放電検出センサの取り付け構造では、以下に述べるような問題点があった。すなわち、図４に示した従来型では、音響センサ６は、変圧器タンク１とは別区画のセンサ収納容器７内で部分放電の検出を行うように構成されているため、該センサを変圧器タンク１内に設置した場合に比べて、変圧器内の部分放電発生源と該センサの設置場所との距離が遠くなっていた。

また、変圧器タンク１とセンサ収納容器７を一体として見た場合、部分放電検出センサは変圧器タンク壁の窪みの底に設置される形態となる。その窪みの底の部分放電検出センサから変圧器側を見た際、部分放電の発生源が変圧器タンク１の陰となって直接見込めない場所、すなわち死角に存在すると、音響センサ６で受ける部分放電信号が減衰するため、部分放電の検出感度が低下する。この検出感度は、その窪みの断面積が小さく、深さが深くなる程、低下する。

さらに、変圧器タンク１とセンサ収納容器７の間に存在するバルブ８によっても部分放電の検出感度が低下する。すなわち、バルブ８としては開口部面積が大きい蝶形弁やゲートバルブが適しているが、これを設置しない場合と比べると開口断面積は縮小する。また、バルブ８の弁やその開閉軸等の構造物が部分放電検出センサの前面に存在すると、伝播する部分放電信号が反射等によって減衰するため、さらに部分放電の検出感度の低下を招くことになる。

上述したように、静止誘導電気機器にバルブを介して接続した容器内に、音響センサ等の部分放電検出センサを設置して部分放電診断を行う従来の構成では、静止誘導電気機器のタンク内に部分放電検出センサを設置した場合に比べて、部分放電の検出感度が低下するという問題点があった。そのため、静止誘導電気機器のタンク内に部分放電検出センサを設置した場合と同等の検出感度を得ることができる静止誘導電気機器の部分放電診断装置の開発が切望されていた。

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために提案されたものであり、その目的は、部分放電検出センサを静止誘導電気機器のタンク内に設置した場合と同等の部分放電検出感度を得ると共に、部分放電検出センサの保守メンテナンスや交換を静止誘導電気機器本体側に影響させることなく行える静止誘導電気機器の部分放電診断装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の静止誘導電気機器の部分放電診断装置は、静止誘導電気機器のタンクに蝶形弁を介してセンサ収納容器が取り付けられ、前記蝶形弁の弁体に部分放電検出センサが取り付けられ、前記弁体を回転させることによって、前記部分放電検出センサの信号検出面が、前記静止誘導電気機器のタンク内に位置するように構成されていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項１に記載の発明によれば、静止誘導電気機器のタンクとセンサ収納容器とを仕切る蝶形弁の弁体に部分放電検出センサを配設することによって、測定時には、弁体を回転させることによって、該センサを静止誘導電気機器のタンク側に設置することができる。これにより、静止誘導電気機器のタンク内にセンサを設置した場合と同等以上の部分放電検出感度が得られる。

一方、センサの設置工事や保守メンテナンスが必要となった場合には、該センサをセンサ収納容器側に移動させることにより、静止誘導電気機器のタンクと分離できるため、センサの設置工事や保守メンテナンスが容易に行える。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の静止誘導電気機器の部分放電診断装置において、前記蝶形弁の弁体の回転可能角度が、閉止状態から９０°以上１８０°以下の範囲とされていることを特徴とするものである。

上記のような構成を有する請求項３に記載の発明によれば、弁体の回転可能角度が閉止状態から９０°以上１８０°以下とされているため、最大（１８０°回転時）で、蝶形弁の開口部と同じ大きさの部分放電検出センサを設置することが可能となる。その結果、部分放電検出センサの信号検出部の大口径化が可能となるので、より高感度の部分放電測定が可能となる。

本発明によれば、部分放電検出センサを静止誘導電気機器のタンク内に設置した場合と同等の部分放電検出感度を得ると共に、部分放電検出センサの保守メンテナンスや交換を静止誘導電気機器本体側に影響させることなく行える静止誘導電気機器の部分放電診断装置を提供することができる。

以下、本発明に係る静止誘導電気機器の部分放電診断装置の実施の形態について、図面を参照して具体的に説明する。

（１）第１実施形態
（１−１）構成
本実施形態においては、図１に示したように、内部に巻線２を有する変圧器タンク１とセンサ収納容器９とが蝶形弁１０を介して接続され、前記蝶形弁１０の弁体１１には、部分放電検出センサ１２が取り付けられている。また、前記蝶形弁１０の弁体１１は、弁棒１３によって回転可能に支持されており、この弁棒１３を回転させることによって、弁体１１に取り付けられた部分放電検出センサ１２が、前記センサ収納容器９と変圧器タンク１間を移動することができるように構成されている（図１・図２参照）。

また、前記部分放電検出センサ１２は、前記蝶形弁１０の開閉状態が「開」の場合（図１）に、該部分放電検出センサ１２の信号検出部１４が変圧器タンク１内の巻線２等の測定対象物と対向するように、支持部材１５ａ、１５ｂによって、蝶形弁１０の弁棒１３の回転中心からずらした位置に固定されている。

また、前記部分放電検出センサ１２によって検出された信号は、同軸ケーブル１６を介してセンサ収納容器９に取り付けられたフランジ１７の外部端子１８に送られ、このセンサ出力を外部に取り出すことができるように構成されている。さらに、前記センサ収納容器９には、内部の絶縁油あるいは絶縁ガスを出し入れするためのバルブ１９ａ、１９ｂが取り付けられている。

なお、図２は、前記蝶形弁１０の開閉状態が「閉」となった場合を示したものであり、前記部分放電検出センサ１２と同軸ケーブル１６とが、センサ収納容器９内に密閉収納された状態を示している。

（１−２）作用
上記のような構成を有する本実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、図１に示したように、部分放電検出センサ１２が蝶形弁１０の弁棒１３の回転中心からずらして弁体１１に取り付けられているため、蝶形弁１０の開閉状態を「開」とすることによって、部分放電検出センサ１２をセンサ収納容器９側の区画から変圧器本体タンク１側の区画に移動させることができる。これにより、部分放電検出センサ１２を変圧器タンク１内に設置した場合と同等の高感度で部分放電を測定することができるようになる。

一方、図２に示したように、蝶形弁１０の開閉状態を「閉」として部分放電測定を行うと、部分放電検出センサ１２はセンサ収納容器９側の区画に移動しているため、バックグランドノイズのみを測定することができる。これにより、図１の状態で測定した部分放電信号から、図２の状態で測定したバックグランドノイズ信号を差し引けば、部分放電信号に重畳するノイズ成分を大幅に除去することができるので、部分放電の検出感度をさらに向上させることができる。

また、万一、部分放電検出センサ１２に故障が発生した場合、或いは別タイプのセンサで診断を行う必要が生じた場合等には、蝶形弁１０を閉じることによって、センサ収納容器９内の絶縁油あるいは絶縁ガスのみをバルブ１９ａ、１９ｂを使って抜き取り、フランジ１７をセンサ収納容器９から外すことによって、部分放電検出センサ１２を外部に取り出すことができる。この場合、変圧器タンク１の絶縁油や絶縁ガスの抜き取り作業が不要になるので、変圧器側に影響を及ぼすことなく容易に修理や交換を行うことができる。

また、前記部分放電検出センサ１２としては、絶縁油や絶縁ガス中で使用可能で、変圧器運転時の絶縁油や絶縁ガスの温度や圧力に耐えるものであればその種類は問われず、部分放電の際に発生する高周波電波を検出するＵＨＦセンサ、部分放電の際に発生する超音波を検出する音響センサも適用可能である。

特に、部分放電検出センサ１２に音響センサを適用した場合、前記蝶形弁１０が「開」の状態においては、部分放電検出センサ１２は変圧器タンク１内にあると共に同タンクに直接接触していないため、タンク壁を伝播する部分放電の音波を検出しにくくなる。このため、部分放電発生源から絶縁油や絶縁ガス等の絶縁媒体を直接伝播して来る部分放電の音波信号を感度良く検出でき、部分放電発生位置評価の精度を大きく向上させることが可能となる。

また、既設の静止誘導電気機器にセンサ収納容器９を取り付けることに対して適切なバルブやマンホールとしては、ユニットクーラーの配管取り付けバルブや負荷時タップ切換装置（ＬＴＣ）の切換器を収納するマンホールが有望である。ユニットクーラーの場合、静止誘導電気機器にこれが複数取り付けられている場合、ユニットクーラーを１台取り外しても全負荷運転でなければ十分機器の運転が可能であり、センサ収納容器９の取り付けが本体機器の運転を妨げる危険性は小さい。また、ＬＴＣの切換器を収納するマンホールに至っては、マンホール内区画は機器本体と分離されているため、部分放電検出センサを取り付ける改造工事を容易に行うことができる。

（１−３）効果
このように本実施形態によれば、変圧器タンク１とセンサ収納容器９とを仕切る蝶形弁の弁体に部分放電検出センサ１２を配設することによって、部分放電検出センサ１２が変圧器タンク１とセンサ収納容器９の間で移動可能となるので、測定時には、該センサを変圧器タンク１側に設置することができる。これにより、静止誘導電気機器のタンク内にセンサを設置した場合と同等以上の部分放電検出感度が得られる。

一方、センサの設置工事や保守メンテナンスが必要となった場合には、該センサをセンサ収納容器９側に移動させることにより、変圧器タンク１と分離できるため、センサの設置工事や保守メンテナンスが容易に行える。さらに、既設の静止誘導電気機器への本診断装置の設置についても、本体機器内部に影響を与えることなく行うことができる。これにより、高感度の部分放電診断が低コストで実現できると共に、幅広い機器に適用可能な汎用性が高い部分放電診断装置を実現することができる。

（２）第２実施形態
（２−１）構成
本実施形態においては、図３に示したように、蝶形弁２０の弁体２１の回転可能角度が、閉止状態から９０°以上１８０°以下となるように構成されている。また、部分放電検出センサ２２は、そのセンサ検出部２４の受信面が前記弁体２１と平行になるように、支持部材２５ａ、２５ｂによって蝶形弁２０の弁体２１に固定されている。

なお、弁体２１に設置される部分放電検出センサ２２によって蝶形弁２０の開閉が妨げられてはならないため、設置可能な部分放電検出センサ２２の大きさは、蝶形弁の開口部の大きさで制限される。一般的な蝶形弁では、弁体の最大回転角は９０°であるので、第１実施形態に示したように、部分放電検出センサ２２の大きさは、最大でも蝶形弁の開口部の半分迄の大きさとしなければならない。

これに対して、本実施形態においては、弁体２１の回転可能角度が閉止状態から９０°以上１８０°以下とされているので、最大（１８０°回転時）で、蝶形弁の開口部と同じ大きさの部分放電検出センサを設置することが可能となる。なお、蝶形弁２０の弁体２１を９０°以上回転させるには、一般的に蝶形弁に取り付けられている弁体回転のロック位置を変更することによって行うことができる。

（２−２）作用・効果
上記のような構成を有する本実施形態によれば、次のような作用効果が得られる。すなわち、本実施形態によれば、上記第１実施形態に比べて部分放電検出センサ２２の信号検出部２４の大口径化が可能となるので、より高感度の部分放電測定が可能となる。

なお、部分放電検出センサ２２には同軸ケーブル１６を配線する必要があるので、実際は前記弁体２１を完全に１８０°回転させることはできず、部分放電測定を行う場合には、同軸ケーブル１６を通すために蝶形弁２０を若干開けておく必要がある。図３は、例として弁体２１を閉止状態に対して３０°の空きを設けて、部分放電検出センサ２２の信号検出部２４を変圧器内に向けた状態を示しているが、この状態でも部分放電検出センサ２２の信号検出部２４の受信面は、蝶形弁２０の開口面の８６％（＝ｃｏｓ３０°）を利用することができるので、部分放電検出センサの信号検出部の大口径化の利点が損なわれることはない。

また、部分放電検出センサ２２をセンサ収納容器９に収納する場合には、蝶形弁２０の閉止に同軸ケーブル１６は干渉しないため、蝶形弁２０は完全に閉止することができる。そのため、上記第１実施形態と同様に、センサを収納した状態でのバックグランドノイズの測定や、部分放電検出センサの交換・変更作業を、変圧器本体側に影響を及ぼすことなく行うことができる。

このように本実施形態においても、上記第１実施形態と同様に、高感度の部分放電診断が低コストで実現できると共に、幅広い機器に適用可能な汎用性が高い部分放電診断装置を実現することができる。

本発明に係る静止誘導電気機器の部分放電診断装置の第１実施形態の構成を示す図であって、蝶形弁の開閉状態が「開」の場合を示したものである。 本発明に係る静止誘導電気機器の部分放電診断装置の第１実施形態の構成を示す図であって、蝶形弁の開閉状態が「閉」の場合を示したものである。 本発明に係る静止誘導電気機器の部分放電診断装置の第２実施形態の構成を示す図であって、蝶形弁の開閉状態が「開」の場合を示したものである。 従来の静止誘導電気機器の部分放電検出センサの設置例を示す図である。

符号の説明

１…変圧器タンク
２…巻線
３…鉄心
４…サージ電圧測定装置
５…ブッシングポケット
６…音響センサ
７…センサ収納容器
８…バルブ
９…センサ収納容器
１０、２０…蝶形弁
１１、２１…弁体
１２、２２…部分放電検出センサ
１３、２３…弁棒
１４、２４…センサ検出部
１５ａ、１５ｂ、２５ａ、２５ｂ…支持部材
１６…同軸ケーブル
１７…フランジ
１８…外部端子
１９ａ、１９ｂ…バルブ

Claims (5)

1. 静止誘導電気機器のタンクに蝶形弁を介してセンサ収納容器が取り付けられ、
   前記蝶形弁の弁体に部分放電検出センサが取り付けられ、
   前記弁体を回転させることによって、前記部分放電検出センサの信号検出面が、前記静止誘導電気機器のタンク内に位置するように構成されていることを特徴とする静止誘導電気機器の部分放電診断装置。
2. 前記部分放電検出センサが、前記弁体の回転によって、前記静止誘導電気機器のタンクと前記センサ収納容器の間を移動することができるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の静止誘導電気機器の部分放電診断装置。
3. 前記蝶形弁の弁体の回転可能角度が、閉止状態から９０°以上１８０°以下の範囲とされていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の静止誘導電気機器の部分放電診断装置。
4. 前記蝶形弁を閉じて、前記部分放電検出センサを前記センサ収納容器内に収納し、密閉された該センサ収納容器内で部分放電測定を行うことによってバックグランドノイズ信号を測定すると共に、
   前記蝶形弁を開いて、前記部分放電検出センサを前記静止誘導電気機器のタンク内に配置して部分放電信号を測定し、
   この部分放電信号から前記バックグランドノイズ信号の差分を取ることによって、部分放電信号のノイズ除去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乃至請求項３のいずれか一に記載の静止誘導電気機器の部分放電診断装置。
5. 前記センサ収納容器を、静止誘導電気機器のユニットクーラーの配管取り付けバルブ、あるいは、負荷時タップ切換装置の切換器収納マンホールに取り付けたことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一に記載の静止誘導電気機器の部分放電診断装置。

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