JP2010133746A

JP2010133746A - 部分放電判別方法

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Publication number: JP2010133746A
Application number: JP2008307988A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Nagai; 美徳永井
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-17

Abstract

【課題】被計測電気機器からの部分放電による信号と、連続的ノイズ信号とが容易に判別できるとともに、部分放電とよく似たパルス状のノイズ信号との判別もできるようにする。
【解決手段】被計測電気機器に配置されるとともに、部分放電に伴って発生するパルス電流を計測する部分放電検出用のセンサ１１を設け、このセンサ１１で検出した信号は、増幅器１２で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器１３でＡ／Ｄ変換されて時間−周波数分析部１４に供給されて分析処理される。その分析処理後、第１時間解析の信号抽出部１５に送られた後、第２時間解析の信号処理部１６に供給されてから第３時間解析の判定部１７に送られる。判定部１７に送られた信号は、診断データベース１８に予め格納されているデータと照合されて部分放電信号かどうかが判定される。
【選択図】図１

Description

本発明は、運転中の電気機器から発生する部分放電信号を、時間−周波数分析処理することにより、ノイズ信号と部分放電信号とを良好に判別することができる部分放電判別方法に関するものである。

運転中の電気機器から発生する部分放電信号とノイズ信号との判別方法としては、カットオフ周波数を変更しながら最適な周波数を選定して部分放電信号を計測する手段がある（特許文献１参照。）。

また、部分放電信号の平均化データを作製し減算することにより、同一タイミングで同一強度のノイズ信号が消去されるが、ランダムノイズ信号等は消去されないため、検出精度は良いとは言えない（特許文献２参照。）。
特開２００４−１０１４１８号公報特開平０７−２６０８６８号公報

被計測電気機器から発生する部分放電信号を計測して、その信号が部分放電信号であるかノイズ信号であるかを判断する方法は、ノイズ信号と部分放電信号との判別が一番の問題となっている。

上記文献１の方法では、バックグランドノイズ信号は、判別できてもパルス状のノイズ信号は判別できない問題がある。また、計測を数回実施する必要があり、計測に時間がかかる問題もある。さらに、強いパルス状のノイズ信号があると、それを計測して部分放電であると誤判断してしまうおそれもある。

例えば、被計測電気機器が設置されてある現地での測定では、部分放電による信号の他に様々なノイズ信号が計測され、このノイズ信号との判別がかなり難しい。特に、部分放電とよく似たパルス状の信号が周辺機器からノイズ信号として計測される時があり、この場合はノイズ信号なのか、部分放電による信号なのかの判断が特定できない問題がある。

本発明の目的は、上記の事情に鑑みてなされたもので、被計測電気機器からの部分放電による信号と、連続的ノイズ信号とが容易に判別できるとともに、部分放電による信号とよく似たパルス状のノイズ信号との判別もできるようにし、しかも、被計測電気機器の部分放電発生相を精確に特定することができようにした部分放電判別方法を提供することにある。

上記の課題を達成するために、請求項１に係る発明は、部分放電信号を含んだ信号を検出するセンサを被計測電気機器に配置し、このセンサで部分放電信号を含んだ信号を検出した後、検出した信号に対して時間−周波数分析を行って分析データを得、この分析データを用いて一定の出力以上の信号で発生継続時間が閾値以下でかつ、周波数幅が閾値以上のパルス状の信号を周波数幅ごとに分類して第１時間解析によりデータとして抽出し、抽出されたデータの信号発生時間を印加電圧の１／２周期またはｎ周期ごとに区切って第２時間解析によりデータを信号処理した後、その信号処理により得たデータ分布パターンと、予め部分放電発生時のデータ分布パターンやノイズ信号の分布パターンが格納された診断データベースの分布パターンと照合され、その照合結果から前記被計測電気機器から発生した部分放電信号の有無を第３時間解析により判定することを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記時間−周波数分析は、送られてきた部分放電信号に対する短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、又はウィグナー分布関数であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明は、請求項１において、前記第２時間解析によりデータを信号処理した後、その信号処理により得たデータ分布パターンは、データの信号発生時間に対する信号発生回数を棒グラフ表示させることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明は、請求項１において、前記検出した部分放電信号と前記被計測電気機器の各相の印加電圧波形との同期を取って同時にコンピュータに取り込み、前記診断データベースに格納されている分布パターンとの照合を行って前記電気機器の部分放電発生相を特定することを特徴とする。

本発明によれば、センサで検出した信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換した後、時間−周波数分析してから時間解析を行い、その後、診断データベースに格納されているデータ分布パターンやノイズ信号分布パターンと照合されるようにしたことにより、被計測電気機器からの部分放電による信号と、一定時間以上継続している連続的ノイズ信号（ベースノイズ等）とを、容易に判別することができるとともに、部分放電信号とよく似たパルス状のノイズ信号をも判別することができる利点がある。

また、本発明によれば、被計測電気機器の印加電圧波形を同時に取り込むことにより、その電気機器の部分放電発生相を精度よく確実に特定することができる利点もある。

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施の第１形態を示すブロック構成図で、図１において、１１は、図示しない被計測電気機器に配置された部分放電信号を含んだ信号検出用のセンサ１１である。このセンサ１１は、被計測電気機器からの部分放電に伴って発生するパルス電流を計測するためのもので、例えば、被計測電気機器の接地線に取り付けた高周波ＣＴや被計測電気機器の接地線近傍に配置された磁界プローブ等から構成される。なお、このセンサ１１は、被計測電気機器の近傍に配置され、前記部分放電に伴って発生する電磁波を検出するアンテナであってもよい。

センサ１１が検出した信号は、増幅器１２で増幅した後、Ａ／Ｄ変換器１３でアナログ−ディジタル変換されて詳細を後述する時間−周波数分析部１４に供給される。前記検出された信号は、時間−周波数分析部１４で分析処理されて、第１時間解析の信号抽出部１５に送られた後、第２時間解析の信号処理部１６に供給されてから第３時間解析の判定部１７に送られる。判定部１７に送られた信号は、診断データベース（診断ＤＢ）１８に予め格納されている部分放電発生時のデータ分布パターンやノイズ信号分布パターンと照合されて後述のように判断される。

次に、センサ１１に、例えば高周波ＣＴを用いて被計測電気機器からの部分放電によるパルス電流を測定し、この測定したパルス電流を分析処理する方法を以下に述べる。

センサ１１で検出された部分放電信号を含んだ信号は、増幅器１２で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１３でＡ／Ｄ変換されて時間−周波数分析部１４に送られる。時間−周波数分析部１４では、送られてきた信号に対する短時間フーリエ変換による時間−周波数分析が、コンピュータ（パソコン）等により処理される。なお、時間−周波数分析は、ウェーブレット変換やウィグナー分布関数などで行ってもよい。

図２及び図３は、実際のフィールドＡ，Ｂにおける被計測電気機器の接地線に高周波ＣＴを取り付けて測定したデータを時間−周波数分析した結果の特性図で、両図において、ｘ軸が周波数、ｙ軸が時間、ｚ軸が信号出力である。

図２及び図３において、Ａ１，Ｂ１は時間に関係なく常に発生しているベースノイズ信号、Ａ２，Ａ３はパルス状の信号であって、信号Ａ２は周波数幅が狭い信号、信号Ａ３は周波数幅が広い信号であり、また、Ｂ２，Ｂ３はパルス状の信号であって、信号Ｂ２は周波数幅が広い信号，信号Ｂ３は周波数幅が狭い信号である。

上記時間−周波数分析部１４で分析された信号は、第１時間解析の信号抽出部１５から第２時間解析の信号処理部１６を経て第３時間解析の判定部１７に入力されるが、これら処理は、通常コンピュータ（パソコン）により処理される。

まず、第１時間解析の信号抽出部１５での処理について述べる。例えば、図２、図３に示す時間−周波数分析結果の特性図から一定の出力以上の信号であって、発生継続時間が閾値（例えば、０．１ｍｓ）以下でかつ、周波数幅が閾値（例えば、１０ＭＨｚ）以上のパルス状の信号が第１時間解析の信号抽出部１５から抽出される。この抽出結果から上記Ａ１，Ｂ１は、上述したように、これらはノイズ信号としてカットされる。このように、第１時間解析を行うことにより、部分放電による信号を含むパルス状の信号と一定時間以上継続している連続的ノイズ信号（ベースノイズ等）とが、容易に分別できる。

また、抽出の際には、周波数幅ごと（ｗ１，ｗ２，ｗ３）に分類しておく。ここでは、周波数幅［ＭＨｚ］を「ｗ１：１０以上〜５０未満」、［ｗ２：５０以上〜１５０未満」、「ｗ３：１５０以上」とした。

次に、第２時間解析の信号処理部１６の処理について述べる。前記信号抽出部１５で抽出されたデータの信号発生時間に着目し、印加電圧の１／２周期またはｎ周期ごと（ｎ：１以上の整数）に区切って図４、図５に示すように順次上方に並べて表示する。図４、図５では印加電圧の１周期分（５０Ｈｚなので２０ｍｓ）とした。

図４、図５の表示方法は、グラフの原点を「０ｍｓ（スタート）」とし、第１時間解析の信号抽出部１５で抽出したデータの発生時間を次のように表示した。

「０〜２０ｍｓをｘ軸方向にｘ＝０、ｙ＝０からｘ＝２０ｍｓ、ｙ＝０に表示
２０〜４０ｍｓをｘ軸方向にｘ＝０、ｙ＝１からｘ＝２０ｍｓ、ｙ＝１に表示
４０〜６０ｍｓをｘ軸方向にｘ＝０、ｙ＝２からｘ＝２０ｍｓ、ｙ＝２に表示」
以上を順次繰り返して図４、図５のように表示する。

次に、第３時間解析の判定部１７の処理について述べる。第２時間解析の信号処理部１６より送られてきたデータ分布パターンと診断データベース１８に格納されている分布パターンと照合し、最終的にノイズ信号をカットして部分放電による信号を抽出し、被計測電気機器からの部分放電信号の有無を判定することができる。

例えば、図４の場合は、ｗ１は印加電圧に関係なく分布していることから、ノイズ信号と判定でき（ノイズＡ２がカットされる）、ｗ２は数が少ないことから単発的なノイズと判定し、ｗ３は１相から部分放電が発生した場合の典型的な分布パターンであると判定し、これらの判定から、ｗ３の分布が部分放電信号と判定される。

また、図５の場合は、ｗ１は数が少ないことから単発的なノイズと判定し、ｗ２は１相から部分放電が発生した場合の典型的な分布パターンであると判定し、ｗ３は一定の時間に周期的に分布していることから周期的なノイズ信号（ノイズＢ２がカットされる）と判定し、これらの判定からｗ２の分布が部分放電信号と判定される。このように第２、第３時間解析を行うことにより、部分放電信号によく似たパルス状のノイズ信号を分別することができるようになる。

以上のように、パルス状の信号を周波数幅ごとに分類した信号発生時間での分布パターンからノイズ信号分布パターンとの判別が可能となる。なお、図２に示すフィールドＡでは、部分放電信号Ａ３がノイズＡ２よりも周波数幅が広い信号であったが、図３に示すフィールドＢでは、ノイズＢ２が部分放電信号Ｂ３よりも周波数幅が広い信号であった。この結果、後者のフィールドＢのようにノイズ信号より周波数幅の狭い部分放電信号でも抽出が可能である。

また、ベースノイズ信号等の連続発生ノイズ信号、部分放電信号とよく似たパルス状の周辺機器からのノイズ信号、印加電圧に依存しないランダムなノイズ信号等とを区別し、部分放電による信号を漏れなく計測することにより精度の良い測定が可能である。

図６及び図７は、図４及び図５に示すｘ軸をｍ分割し（ｍ：２以上の整数）時間帯ごとの発生回数をカウントし、分布表示させた結果を示す棒グラフである。このように棒グラフ表示することにより、部分放電信号とノイズ信号との判断が明確にできるようになる。図６及び図７は２０ｍｓを２０分割して表示した例である。

図８は、本発明の実施の第２形態を示すブロック構成図で、オシロスコープ３４には被計測電気機器（図示省略）から印加電圧が与えられ、このオシロスコープ３４が検出した印加電圧の波形と、時間−周波数分析部１４が検出した部分放電信号の波形とを同期回路３５で同期を取る。このようにして同期を取った印加電圧の波形と部分放電信号を含んだ信号の波形とをコンピュータ３３に同時に取り込み、第３時間解析の部分放電分布パターンとの比較を行う。これにより、被計測電気機器の部分放電発生相が特定できるようになり、精度のよい計測が可能になる。

図１は本発明の実施の第１形態を示すブロック構成図。フィールドＡにおける電気機器の接地線に高周波ＣＴを取り付けて測定したデータを時間−周波数分析した結果の特性図。フィールドＢにおける電気機器の接地線に高周波ＣＴを取り付けて測定したデータを時間−周波数分析した結果の特性図。フィールドＡにおける信号発生時間に対する時間グラフ。フィールドＢにおける信号発生時間に対する時間グラフ。フィールドＡにおける信号発生時間帯の棒グラフ。フィールドＢにおける信号発生時間帯の棒グラフ。本発明の実施の第２形態を示すブロック構成図。

符号の説明

１１…センサ
１２…増幅器
１３…Ａ／Ｄ変換器
１４…時間−周波数分析部
１５…信号抽出部
１６…信号処理部
１７…判定部
１８…診断データベース

Claims

部分放電信号を含んだ信号を検出するセンサを被計測電気機器に配置し、このセンサで部分放電信号を含んだ信号を検出した後、検出した信号に対して時間−周波数分析を行って分析データを得、この分析データを用いて一定の出力以上の信号で発生継続時間が閾値以下でかつ、周波数幅が閾値以上のパルス状の信号を周波数幅ごとに分類して第１時間解析によりデータとして抽出し、抽出されたデータの信号発生時間を印加電圧の１／２周期またはｎ周期ごとに区切って第２時間解析によりデータを信号処理した後、その信号処理により得たデータ分布パターンと、予め部分放電発生時のデータ分布パターンやノイズ信号分布パターンが格納された診断データベースの分布パターンと照合され、その照合結果から前記被計測電気機器から発生した部分放電信号の有無を第３時間解析により判定することを特徴とする部分放電判別方法。
前記時間−周波数分析は、送られてきた部分放電信号に対する短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、又はウィグナー分布関数であることを特徴とする請求項１記載の部分放電判別方法。
前記第２時間解析によりデータを信号処理した後、その信号処理により得たデータ分布パターンは、データの信号発生時間に対する信号発生回数を棒グラフ表示させることを特徴とする請求項１記載の部分放電判別方法。
前記検出した部分放電信号と前記被計測電気機器の各相の印加電圧波形との同期を取って同時にコンピュータに取り込み、前記診断データベースに格納されている分布パターンとの照合を行って前記電気機器の部分放電発生相を特定することを特徴とする請求項１記載の部分放電判別方法。