JP2012004265A

JP2012004265A - 避雷装置の故障診断方法と故障診断装置

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Publication number: JP2012004265A
Application number: JP2010136789A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Shimazaki; 克彦島崎; Hitoshi Sugimoto; 仁志杉本
Original assignee: Hokuriku Electric Power Co
Current assignee: Hokuriku Electric Power Co
Priority date: 2010-06-16
Filing date: 2010-06-16
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2030-06-16
Also published as: JP5478375B2

Abstract

【課題】内部にギャップと非線形抵抗素子を直列に接続した避雷装置において、正常避雷装置を使用不能とすることなく非線形抵抗素子の故障診断を正確に行なうことが出来る故障判定方法の提供。
【解決手段】ギャップ付き避雷装置に標準波形のインパルス電圧を印加して、避雷装置の端子間に発生した電圧を測定し、端子間電圧−時間特性を表示させ、正常避雷装置の端子間電圧−時間特性と比較し、特性カーブの相異から故障を診断する方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、電力設備に用いられる避雷装置、特に、直列ギャップ付き避雷装置における、保守・メンテナンス技術に関する。

従来、ギャップを有する避雷設備として、各々独立した直列ギャップと非線形抵抗素子を併用する避雷設備や、直列ギャップと非線形抵抗素子を兼ね備え、且つそれらを筐体内部に収容し一体化した直列ギャップ付き避雷装置等が用いられているが、特に、各々独立した直列ギャップと非線形抵抗素子を併用する避雷設備の故障診断方法として、電流を測定する手法（例えば下記特許文献１参照）、絶縁抵抗を測定する手法、又は放電開始電圧を測定する手法が存在する。

特開平５−１５９９０９号公報

しかし、前記三つの手法のうちの第一の手法にあっては、非線形抵抗素子の両端に電源を接続しなければならず、第二の手法及び第三の手法にあっては、ギャップが健全であった場合に非線形抵抗素子の診断を行なうことができない。
ギャップが健全であっても、非線形抵抗素子が故障している場合や導入当初の性能を有していない場合には、電力設備の信頼度低下を招くことから、この様な直列ギャップ付き避雷装置における、保守・メンテナンスにおいては大きな問題となる。

従来、この様な例において、非線形抵抗素子の診断を含む故障診断を行なうには、解体作業が不可欠であり、多大な労力を要するばかりか、この作業によってそれが正常品であったとしても、再度使用することが出来なくなるという問題があった。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、ギャップと非線形抵抗素子を直列に接続した避雷装置において、正常品を使用不能とすることなく非線形抵抗素子の故障診断を正確に行なうことが出来る避雷装置の故障診断方法の提供を目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による避雷装置の故障診断方法は、直列ギャップ付き避雷装置に標準波形のインパルス電圧を印加して、避雷装置の端子間に発生した電圧を測定し、端子間電圧−時間特性をグラフ化し、正常避雷装置の端子間電圧−時間特性と比較し、グラフ化により得た特性カーブの相異から故障を診断する方法である。

通過電流−時間特性は、上記端子間電圧−時間特性と比べて正常避雷装置と故障避雷装置の間で大きな差異が見られないことから、通過電流−時間特性による診断は採用しない場合が多い。
しかし、端子間電圧が通過電流に応じて発生することから、同様の通過電流が非線形抵抗素子に流れた事を確認する必要がある。従って、端子間電圧−時間特性を用いた定量的な評価・診断の正確性を期すために補足的診断として用いることとなる。

本発明による避雷装置の故障診断方法は、試料避雷装置、インパルス発生装置、及び電流測定器を直列接続すると共に、前記試料避雷装置の両端子に電圧測定器を並列に接続し、例えば、１．２／５０μ秒等の標準波形のインパルス電圧を、直列ギャップの最低放電開始電圧以上の波高値を有し、且つ非線形抵抗素子の定格電流以下、又はＪＥＣ等で規定する雷インパルス大電流試験の試験電流波高値以下の通過電流となる様に印加し、それによって得た端子間電圧及び通過電流を数値化し、特性カーブ化して診断に用いるものである。

即ち、インパルス電圧の印加によって得たアース端子とライン端子との間の電圧（以下端子間電圧と記す）、及びその端子間を通過する電流（以下通過電流と記す）を検出するステップと、共通のスケールを用いて、検出した端子間電圧の検出時刻から端子間電圧−時間特性をプロットすると共に、検出した通過電流と検出時刻から通過電流−時間特性をプロットするステップと、当該試料避雷装置固有の端子間電圧−時間特性と、予め保持する正常避雷装置の端子間電圧−時間特性とを対比し、相対的な傾向のズレ、及び端子間電圧の著しい増減、並びに特性の変化を確認し、変化が認められた場合に故障避雷装置と診断するステップを経ることを特徴とする。

即ち、上記故障を診断するステップは、当該試料避雷装置固有の端子間電圧−時間特性と、予め保持する正常避雷装置の端子間電圧−時間特性に設定量以上の差が認められるか否かによって診断を行なう。
診断は、原則として、インパルス電圧印加後に得た端子間電圧−時間特性の特性カーブのなかで相対的に平坦な部分（図３の矢印で示した部分：平坦部）の値、範囲、及び傾斜で診断する。例えば、約３３ｋＶでは約３０μ秒まで、約９０００ｋＶでは約２００μ秒まで診断を継続する。平坦部が認められない場合には、診断した時間帯における特性カーブの傾斜から診断する。

尚、共通のスケールとは、同じ目盛り及び尺度を意味する。
インパルス電圧の標準波形は、サンプリング手段及び演算手段の能力が許容する限りにおいて、実用的な診断精度が得られる特性カーブを導けるものであれば良く、１．２／５０μ秒に限定されるものではない。

本実施の形態においては、インパルス電圧の電圧値の範囲は、約３３ｋＶから約９０００ｋＶが望ましい。即ち、下限値（約３３ｋＶ）は、使用している避雷装置におけるギャップの放電開始電圧であり、上限値（約９０００ｋＶ）は、使用している避雷装置に採用されている非線形抵抗素子にＪＥＣで規定する雷インパルス大電流試験の試験電流波高値（例えば約２０ｋＡ）相当が流れると予想される電圧である。

また、端子間電圧及び通過電流を数値化し、端子間電圧−時間特性を導く際のサンプリング数、及びプロット数については、実態に即した特性カーブが得られ、且つ実用的な演算速度を得られるものである必要がある。

以上の如く、本発明による避雷装置の故障診断方法によれば、単なる数値の比較のみならず、相対的な傾向のズレ、及び端子間電圧の著しい増減、並びに特性の変化を確認する処理を採用したことから、従来に増して正確な診断結果を得ることができるので、電力設備に用いられる直列ギャップ付き避雷装置の保守・メンテナンスの技術向上及び効率化が図られる。
また、非線形抵抗素子が破壊に至っている避雷装置を発見することにより、電力設備の信頼度維持が図られる。

本発明による避雷装置の故障診断方法に用いる測定回路の一例を示す電気回路図である。本発明による避雷装置の故障診断方法が用いられる避雷装置の内部等価回路である。本発明による避雷装置の故障診断方法が用いられる避雷装置のインパルス電圧に対する端子間電圧の一例を示すグラフである。本発明による避雷装置の故障診断方法が用いられる避雷装置のインパルス電圧に対する通過電流の一例を示すグラフである。

以下、本発明による避雷装置の故障診断方法（以下診断方法と記す）を具体的に説明する。
本発明による故障診断方法は、図２に示す様な単数又は複数の非線形抵抗素子（本実施の形態では酸化亜鉛素子）７ｄとギャップ７ｃを直列に接続してなる避雷装置（直列ギャップ付き避雷装置：試料避雷装置７）の診断に用いるものである。

本発明による診断方法は、故障した非線形抵抗素子７ｄの抵抗値が破壊や閃絡により低下するという性質を利用するものであって、故障した非線形抵抗素子７ｄの個数及びその程度に応じて端子間電圧Ｖout及び通過電流Ｉoutの量及び経時変化の態様が相異することを以って、試料避雷装置７の良否のみならず故障の情況に至るまでを診断するものである。

以下、本発明による診断方法の実施の形態、及びそれに用いる故障診断装置（以下診断装置と記す）の実施の形態を具体的に説明する。
本実施の形態で用いる診断装置８は、前記電圧測定器及び電流測定器、並びにインパルス発生装置の機能を併せて備えるものである。

即ち、当該診断装置８は、インパルス電圧を試料避雷装置７のライン端子７ａとアース端子７ｂの端子間に印加するインパルス電圧ジェネレータ（以下ジェネレータと記す）１と、試料避雷装置７の端子間電圧Ｖoutを検出する電圧測定手段２と、試料避雷装置７の端子間電流（通過電流Ｉout）を検出する電流測定手段３と、検出した端子間電圧Ｖout及び通過電流Ｉoutを共通のスケールでプロットし、端子間電圧−時間特性及び通過電流−時間特性をメモリー上、又は画面上に実現するプロッタ４と、試料避雷装置７と正常避雷装置の端子間電圧−時間特性及び通過電流−時間特性の同じ時刻ｔにおける格差を導く比較部５と、その比較結果から、試料避雷装置７の評価を出力する診断部６とで構成される（図１参照）。

ジェネレータ１は、試料避雷装置７に、所定のインパルス電圧を印加する（インパルス電圧印加ステップ）。
電圧測定手段２は、試料避雷装置７のライン端子７ａ及びアース端子７ｂとジェネレータ１を結ぶ回路に並列に接続し、両端子７ａ，７ｂの端子間の電位差のサンプルを採取する（端子間電圧検出ステップ）。
一方、電流測定手段３は、試料避雷装置７のいずれかの端子７ａ又は７ｂとジェネレータ１を結ぶ回路に直列に介在し、当該回路を通過する電流量Ｉoutのサンプルを採取する（通過電流検出ステップ）。

即ち、電圧測定手段２及び電流測定手段３は、試料避雷装置７の端子間に当該インパルス電圧を印加することにより発生した端子間電圧Ｖout、及びその際に試料避雷装置７を通過した通過電流Ｉoutを、タイマ９が発するクロックに同期させて検出時刻ｔと共に端子間電圧データ及び通過電流データとしてサンプリングする。

本実施の形態のプロッタ４は、取得した端子間電圧Ｖout及び通過電流Ｉoutのサンプル値を、予め保持している正常避雷装置の端子間電圧Ｖout及び通過電流Ｉoutの端子間電圧−時間特性及び通過電流−時間特性と共通のスケール（Ｖout軸−ｔ軸、Ｉout軸−ｔ軸）でメモリー上に書き込み、端子間電圧−時間特性及び通過電流−時間特性を実現する（プロットステップ）。

比較部５は、試料避雷装置７の端子間電圧Ｖout及び通過電流Ｉoutから、正常避雷装置の端子間電圧Ｖref及び通過電流Ｉrefを時刻ｔ毎に減じてそれらの減算結果｜Ｖdif｜及び｜Ｉdif｜をメモリーに書き込む（比較ステップ）。当該減算結果が所定の閾値（例えば正常避雷装置の値の約１０％）を超えた時を低下開始時とする。

非線形抵抗素子７ｄの破壊とそれによって端子間電圧Ｖoutに表れる現象として、非線形抵抗素子７ｄが割れなどで完全短絡した場合には、急激に端子間電圧Ｖoutが低下し、非線形抵抗素子沿面の絶縁が低下したものは、電圧の低下が緩やかとなる傾向がある。
診断部６は、前記減算を、インパルス電圧印加直後から２００μ秒間のなかで、印加したインパルス電圧に応じた時間帯のなかで行い、その減算結果｜Ｖdif｜及び｜Ｉdif｜を基に、試料避雷装置７の評価を出力する（診断ステップ）。

本実施の形態の故障診断は、上記傾向を踏まえて、正常避雷装置の端子間電圧−時間特性において２００μ秒程度までに現れる比較的平坦な端子間電圧−時間特性（平坦部）に対して、端子間電圧Ｖoutが低下を開始するまでに要する時間の差異（正常避雷装置と比べて減少を開始するタイミングが早い等）によって故障の有無を診断する低下タイミングの診断と、正常避雷装置と比較した試料避雷装置７の端子間電圧Ｖoutの低下幅によって破壊状況を診断する低下量の診断とで総合的に診断を行なうものである。

具体的な故障診断は、以下の基準に照らして行なう。
非線形抵抗素子７ｄを二個直列に接続した避雷装置の場合は、試料避雷装置７の端子間電圧Ｖoutが正常避雷装置の５０％程度に低下し、その後平坦な電圧特性を維持する場合は、非線形抵抗素子７ｄを２個直列に並んでいるうちのいずれか一つが破壊されていると診断する。
試料避雷装置７の端子間電圧Ｖoutが正常避雷装置の０％近傍に低下し、その後平坦な電圧特性を維持する場合は、二個の非線形抵抗素子７ｄ全てが破壊されていると診断する。

避雷装置には、非線形抵抗素子７ｄが一個の器材や、三個直列に接続した器材もある。
試料避雷装置７の端子間電圧Ｖoutが正常避雷装置の０％近傍に低下し、その後平坦な電圧特性を維持する場合は、全て（例えば一個のうちの一個や三個のうちの三個）の非線形抵抗素子７ｄが破壊されていると診断する。
試料避雷装置７の端子間電圧Ｖoutが正常避雷装置の３３％近傍に低下し、その後平坦な電圧特性を維持する場合は、三個の非線形抵抗素子７ｄのうち二個が破壊されていると診断する。
試料避雷装置７の端子間電圧Ｖoutが正常避雷装置の６６％近傍に低下し、その後平坦な電圧特性を維持する場合は、三個の非線形抵抗素子７ｄのうち一個が破壊されていると診断する。

低下幅は小さいが、正常避雷装置と同程度の平坦な特性を示さない場合は、割れなどの物理的破壊には至っていないが、非線形抵抗素子沿面の絶縁が著しく劣化し、非線形抵抗素子沿面にアーク電流が流れたと診断する。
この様な劣化の場合は、インパルス電圧の印加から端子間電圧Ｖoutが著しく低下を開始するに至る時間が１０％程度以上短く、端子間電圧Ｖoutの低下幅が正常避雷装置と比較して１０％程度以上大きい場合を目安とする（図３の故障例３参照）。

図３に示す測定結果は、１．２／５０μ秒、１２０ｋＶ程度のインパルス電圧印加時（図３の１０μ秒経過時）における非線形抵抗素子を二個直列に接続した正常避雷装置と、三つの故障例の端子電圧−時間特性を示したものである。
当該測定結果では、インパルス電圧印加後約０μ秒から約７０μ秒にかけて平坦部を有する。
以下、本実施例について上記故障診断基準に照らし、ｔ＝１０μ秒〜１００μ秒におけるその減算結果より、電圧低下の傾向を推認し、試料避雷装置７の状態を診断する。

故障例１は、印加後５０μ秒経過までに一気に端子間電圧Ｖoutが０ｋＶ近傍にまで低下しているので、２個直列に並んでいる非線形抵抗素子７ｄの両方が割れたものであると診断できる。
故障例２は、印加後５０μ秒経過までに一気に端子間電圧Ｖoutが低下しているものの、その低下量は、故障例１の半分程度である。よって、この傾向から、片方が割れたものであると診断できる。
故障例３は、印加後５０μ秒経過時における端子間電圧Ｖoutは正常避雷装置よりも低いものの、その低下量は、故障例１及び故障例２と比較して少ないことから、その低下は緩やかであると推認できる。よって、この傾向から、両方もしくは片方にクラックなどが生じたことにより非線形抵抗素子沿面の絶縁が低下したものであると診断できる。

１インパルス電圧ジェネレータ，
２電圧測定手段，３電流測定手段，４プロッタ，
５比較部，６診断部，
７試料避雷装置，
７ａライン端子，７ｂアース端子，７c ギャップ，７ｄ非線形抵抗素子，
８診断装置，９タイマ，

Claims

試料避雷装置の端子間に直列ギャップの放電開始電圧以上のインパルス電圧を印加し電流を流入させるステップと、
インパルス電圧の印加によって得た試料避雷装置の端子間電圧を検出するステップと、
共通のスケールを用いて、検出した端子間電圧と、当該端子間電圧の検出時刻から端子間電圧−時間特性をプロットするステップと、
当該試料避雷装置固有の端子間電圧−時間特性と、予め保持する正常避雷装置の端子間電圧−時間特性を対比し、
相対的な傾向のズレ、及び端子間電圧の著しい増減、並びに特性の変化を確認し、変化が認められた場合に故障避雷装置と診断するステップを経ると共に、
試料避雷装置を診断するステップでは、正常避雷装置の端子間電圧−時間特性においてインパルス電圧の印加から約２００μ秒経過までに現れる平坦部と比較し、試料避雷装置の端子間電圧が低下を開始する時刻と、正常避雷装置と比較した試料避雷装置の端子間電圧の低下量により、故障した非線形抵抗素子の数と、故障の態様を診断することを特徴とする避雷装置の故障診断方法。
直列ギャップの放電開始電圧以上のインパルス電圧を試料避雷装置のライン端子とアース端子の端子間に印加し電流を流入させるインパルス電圧ジェネレータ（１）と、試料避雷装置の端子間電圧を検出する電圧測定手段（２）と、検出した端子間電圧を共通のスケールでプロットし、端子間電圧−時間特性をメモリー上に実現するプロッタ（４）と、試料避雷装置と正常避雷装置の端子間電圧−時間特性の同じ時刻における格差を導く比較部（５）と、その比較結果から、試料避雷装置の評価を出力する診断部（６）とで構成され、
前記診断部（６）は、正常避雷装置の端子間電圧−時間特性においてインパルス電圧の印加から約２００μ秒経過までに現れる平坦部と比較し、試料避雷装置の端子間電圧が低下を開始する時刻と、正常避雷装置と比較した試料避雷装置の端子間電圧の低下量により、故障した非線形抵抗素子の数と、故障の態様を診断することを特徴とする避雷装置の故障診断装置。