JP2012207937A - 絶縁診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】単一の信号波形のみを用いてノイズを除去することのできる絶縁診断装置を提供する。
【解決手段】部分放電によって放射される電磁波信号を検出し、検出した電磁波信号をサンプリングし、サンプリングにより得られた電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２までの二乗時間積分をとり、（ｎ２−ｎ１）で除算することで１サンプリングステップ分のノイズを算出し、電磁波信号ａ（ｔ）の二乗時間積分からノイズを減算することで、ノイズを除去した部分放電信号を得る。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置に関する。

電力供給に資するため変電所内で使用されているガス絶縁機器（ＧＩＳ、ＧＣＢ）、変圧器、避雷器などの電力機器においては、絶縁劣化や導体の接触不良の前兆として部分放電（ＰＤ：Ｐａｒｔｉａｌ Ｄｉｓｃｈａｒｇｅ）が発生する。そこで、電力機器の絶縁異常を早期に把握できるように、部分放電を監視する絶縁診断装置が提供されている。

部分放電の検出方法としては、例えばＵＨＦ法が挙げられる。ＵＨＦ法では、部分放電によって発生する電磁波を検出する信号検出器を電力機器に収納し、数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波電磁波を光ファイバー等の同軸ケーブルに導き、オシロスコープやデジタイザ等の波形取込装置で波形解析する。波形解析によって、部分放電信号の特定、放電電荷の推定、欠陥位置の標定、欠陥の種類の同定、トレンド監視、余寿命推定等の各種診断項目を診断する。

部分放電信号の特定等の各種診断結果は、電磁波信号に含まれるノイズ除去処理に大きく影響を受ける。電磁波信号に含まれるノイズとしては、外部ノイズや波形取込装置に含まれるノイズが挙げられる。そこで、ノイズ除去に関して多くの技術が提案されている。

例えば、信号検出器からの信号をサンプリングし、商用電圧の位相に同期させて、周波数を変更して電磁波データを取り込み、信号レベルの大きい順に並び替えて、最大値から所定値までのデータをノイズとして除去することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術は、信号検出器からの信号と商用電圧の両波形を利用してデジタル処理によりノイズを除去するものである。

また、センサの出力信号をノイズ除去フィルタに入力することでノイズを除去する技術も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

また、複数の信号検出器を用いる手法としては、スロットアンテナセンサが検出した電磁波信号からアンテナセンサが検出した信号を差分することで、ノイズの影響を除去することが提案されている（例えば、特許文献３参照）。また、部分放電信号とノイズのレベルが異なる二つの接地線にそれぞれ高周波ＣＴを取り付け、信号の大小により部分放電信号とノイズとを区分することも提案されている（例えば、特許文献４参照）。また、電流センサの検出信号とＡＥセンサの検出信号との信号発生時間差Δｔが同一となる場合が一定時間内に所定数以上であるか否かにより部分放電とノイズと区別する技術も提案されている（例えば、特許文献５参照）。

尚、一般的には、放電電荷推定に関してＵＨＦ法では不可能であるという見解もあるが、例えば、部分放電電荷量の減衰特性データに基づいて部分放電を検出するセンサの位置と演算された部分放電発生位置との間における部分放電電荷量の減衰量を演算し、当該減衰量と部分放電の波形データとから部分放電発生位置で発生している部分放電電荷量を演算する技術も提案されている（例えば、特許文献６参照）。

特開２０１０−２７６３６５号公報 特開２００４−４００３号公報 特開２００４−５３３６４号公報 特開２００９−４７６６３号公報 特開２００８−１８０６８１号公報 特開２００８−１１１６８９号公報

従来の絶縁診断装置におけるノイズ除去は、上述したように、複数系統の信号を用いたり、複数の波形を用いたりするものである。配置箇所の異なる複数の信号検出器から入力された複数系統の電磁波信号を用いてノイズを算出すると、全ての信号に同一のノイズが重畳されているとは限らないため、ノイズ除去の精度は落ちてしまう。

従って、電力機器の部分放電を監視する絶縁診断装置においては、単一の信号波形のみでノイズを除去する技術が待望されている。

本発明の実施形態は、上記の課題を解消するために提案されたものであり、単一の信号波形のみを用いてノイズを除去することのできる絶縁診断装置を提供することを目的としている。

上記の目的を達成するために、実施形態の絶縁診断装置は、電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置であって、前記部分放電によって放射される部分放電信号を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した前記部分放電信号をサンプリングする波形取込手段と、前記波形取込手段が出力する電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２において次の数式１を演算することで、１サンプリングステップ分のノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を算出するノイズ算出手段と、次の数式２に前記電磁波信号ａ（ｔ）と前記ノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を入力することでノイズを除去して、信号ｂ（ｎ）を得るノイズ除去手段と、診断項目と信号ｂ（ｎ）の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶手段と、前記ノイズ除去手段で得られた前記信号ｂ（ｎ）を前記相関関数ｆ（ｘ）に入力することで診断結果ｆ（ｂ（ｎ））を演算する演算手段と、を備えること、を特徴とする。

また、電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置であって、前記部分放電によって放射される部分放電信号を検出する検出手段と、前記検出手段が検出した前記部分放電信号をサンプリングする波形取込手段と、前記波形取込手段が出力する電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２において次の数式３を演算することで、１サンプリングステップ分のノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を算出するノイズ算出手段と、次の数式４に前記電磁波信号ａ（ｔ）と前記ノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を入力することでノイズを除去して、信号ｂ（ｎ）を得るノイズ除去手段と、診断項目と信号ｂ（ｎ）の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶手段と、前記ノイズ除去手段で得られた前記信号ｂ（ｎ）を前記相関関数ｆ（ｘ）に入力することで診断結果ｆ（ｂ（ｎ））を演算する演算手段と、を備えるようにしてもよい。

前記ｂ（ｎ）としては、前記ｂ（ｎ）の移動平均値、最大値、最小値、又はピークピーク値であってもよい。

また、上記の目的を達成するために、実施形態の絶縁診断装置のノイズ除去方法は、電力機器で発生する部分放電を監視するであって、部分放電によって放射される電磁波信号を検出し、検出した電磁波信号をサンプリングし、サンプリングにより得られた電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２までの二乗時間積分をとり、（ｎ２−ｎ１）で除算することで１サンプリングステップ分のノイズを算出し、電磁波信号ａ（ｔ）の二乗時間積分から前記ノイズを減算することで、ノイズを除去した部分放電信号を得ること、を特徴とする。

また、電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置のノイズ除去方法であって、部分放電によって放射される電磁波信号を検出し、検出した電磁波信号をサンプリングし、サンプリングにより得られた電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２までの絶対値の時間積分をとり、（ｎ２−ｎ１）で除算することで１サンプリングステップ分のノイズを算出し、電磁波信号ａ（ｔ）の絶対値の時間積分から前記ノイズを減算することで、ノイズを除去した部分放電信号を得るようにしてもよい。

本実施形態に係る絶縁診断装置の構成を示すブロック図である。 信号検出器の設置態様の一例を示す模式図である。 絶縁診断装置のノイズ除去処理の一例を示すグラフである。 演算部の構成を示すブロック図である。 部分放電により流れる電流とその電荷を示すグラフである。 信号検出器を複数備える絶縁診断装置の構成を示すブロック図である。 各信号検出器から入力された部分放電信号に基づく各部分放電信号ｂ_１（ｎ）、ｂ_２（ｎ）の関係を示すグラフである。 移動平均処理を実施した場合としない場合との比較例を示すグラフである。 他のノイズ除去態様による電磁波信号ａ（ｔ）と部分放電信号ｂ（ｎ）との関係を示すグラフである。 フィルタ部を備える絶縁診断装置の構成を示すブロック図である。

以下、絶縁診断装置の実施形態について、図面を参照して具体的に説明する。

［ノイズ除去］
図１は、本実施形態に係る絶縁診断装置１の構成を示すブロック図である。図１に示す絶縁診断装置１は、電力機器１００内の部分放電によって放射される部分放電信号を監視し、部分放電信号を基に電力機器１００を診断する。

監視対象の電力機器１００は、例えばガス絶縁開閉器（ＧＩＳ、ＧＣＢ）、タンク型遮断器、変圧器、及び避雷器等である。診断項目は、部分放電の発生、発生位置の標定、放電電荷の推定、欠陥の種類同定、トレンド監視、余寿命推定等である。

絶縁診断装置１は、部分放電信号を検出する信号検出器１０、部分放電信号の波形を取り込む波形取込部２０、波形取込部に含まれるノイズを除去する信号処理部３０、及びノイズ除去後の信号を基に電力機器１００の各種診断項目を演算する演算部４０を備える。

信号検出器１０は、ＵＨＦ（Ｕｌｔｒａ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）法を利用したセンサであり、静電分圧の原理を利用して、３００〜３０００ＭＨｚ帯の部分放電信号を受信する。この信号検出器１０は、電力機器に内装或いは隣接配置される。

図２は、信号検出器１０の設置態様の一例を示す模式図である。電力機器１００は、中心導体１０１が金属タンク１０２内に配設されて構成されている。金属タンク１０２には、絶縁物１０３がボルト１０４で固定されている。中心導体１０１と金属タンク１０２間は高電界下に曝されており、電力機器１００内部に微少な金属異物が存在した場合には、金属異物から部分放電が発生する。

信号検出器１０は、金属タンク１０２の内部に金属円盤１０ａを設け、静電分圧の原理によりＵＨＦ帯域の部分放電信号Ｓを検出し、信号取出口から出力する。金属円盤１０ａが電力機器１００の内部に配置されているため、外部ノイズ信号を検出する確率は少ない。

波形取込部２０は、オシロスコープ又はデジタイザである。この波形取込部２０は、信号検出器１０から出力された部分放電信号の波形を１００ＭＳ／ｓ以上のサンプリングレートで取り込み、その結果である電磁波信号ａ（ｔ）を出力する。ｔは時間であり、サンプリングレート毎の経時的な順列を表す。電磁波信号ａ（ｔ）は、波形取込部２０に含まれるノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}が重畳された部分放電信号である。

信号処理部３０は、ノイズ算出部３１とノイズ除去部３２とを備え、電磁波信号ａ（ｔ）からノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}が算出し、電磁波信号ａ（ｔ）からノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}を除去することで、部分放電信号ｂ（ｎ）を抽出する。

ノイズ算出部３１は、電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなっている区間を検索し、その区間の信号強度の平均値をノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}として算出する。具体的には、次の数式１を計算し、電磁波信号ａ（ｔ）からノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}が算出する。

数式１において、ｎ_１からｎ_２までの区間は、部分放電が検出されていない区間、換言すると電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなっている区間である。ノイズ算出部３１は、予め閾値を記憶し、閾値以下の信号強度が連続する区間内にｎ_１とｎ_２とを設定する。ｎ_１とｎ_２は、区間の始端及び終端であってもよいし、ｎ_１とｎ_２との距離を予め所定距離離間させて設定しておき、区間内の何れかに当てはめるようにしてもよい。

数式１において、分子の第１項はｔ＝ｎ_２までの電磁波信号ａ（ｔ）の時間積分であり、第２項はｔ＝ｎ_１までの電磁波信号ａ（ｔ）の時間積分である。分子は、これらの差分により、ｎ_１からｎ_２までの区間の電磁波信号ａ（ｔ）の時間積分を示す。ノイズ算出部は、このｎ_１からｎ_２までの区間の電磁波信号ａ（ｔ）の時間積分を、ｎ_１からｎ_２までのサンプリングステップ数で除することで、１サンプリングステップ当たりのノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}を算出する。電磁波信号ａ（ｔ）の二乗時間積分としたのは、ｎ_１からｎ_２の区間における各電磁波信号ａ（ｎ）の正負の干渉を低減するためである。

ノイズ除去部３２は、電磁波信号ａ（ｔ）からノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}を除去することで、部分放電信号ｂ（ｎ）を抽出する。ｎは、電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなっている区間内の一点である。具体的には、次の数式２を計算する。

第１項はノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}を含んだ電磁波信号ａ（ｔ）の時間積分であり、第２項はノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}の時間積である。これらを差分することにより、電磁波信号ａ（ｔ）からノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}が除かれ、部分放電信号ｂ（ｎ）が二乗時間積分の形態で抽出される。

演算部４０は、相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶部５０を備え、相関関数ｆ（ｘ）に部分放電信号ｂ（ｎ）を入力することで診断結果を演算する。相関関数ｆ（ｘ）は、部分放電信号ｂ（ｎ）と診断項目との相関関係を示す。この相関関数ｆ（ｘ）は、３次元電磁界解析を行い、診断項目に応じて予め算出しておき、記憶部５０に記憶させておく。

このような絶縁診断装置１のノイズ除去処理の一例を図３に示す。図３の（ａ）は電磁波信号ａ（ｔ）を示し、（ｂ）は電磁波信号ａ（ｔ）の単純な時間積分を示し、（ｃ）はノイズ除去された部分放電信号ｂ（ｎ）を示す。信号処理部３０には、図３の（ａ）に示す電磁波信号ａ（ｔ）が入力されたものとする。ノイズ算出部３１は、図３の（ａ）に示される電磁波信号ａ（ｔ）の中から、部分放電が検出されていない区間を検索し、その検索結果として、例えばｎ１＝１００００、ｎ２＝２００００の区間を決定し、ノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}の算出を行う。尚、Δｔは、波形取込部のサンプリングレートが１０ＧＳ／ｓであれば１００［ｐｓ］となる。

図３の（ｂ）に示すように、電磁波信号ａ（ｔ）を単純に時間積分しただけでは、波形取込部に含まれるノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}が重畳してしまい、部分放電信号の正確な時間積分は得られない。そこで、図３の（ｃ）に示すように、求めたノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}を数式２に従って電磁波信号ａ（ｔ）の時間積分から減算することで、部分放電信号ｂ（ｎ）を抽出することができる。

図３の（ｂ）と（ｃ）に示す積分結果を比較すると、信号処理部３０によるノイズ算出とノイズ除去の処理によって、単一の電磁波信号ａ（ｔ）を信号処理することによっても累積ノイズが精度よく除去されていることがわかる。配置箇所の異なる複数の信号検出器から入力された複数系統の電磁波信号を用いてノイズを算出すると、全ての信号に同一のノイズが重畳されているとは限らないため、ノイズ除去の精度は落ちるが、本実施形態によると、単一の信号検出器から入力された単一の電磁波信号ａ（ｔ）の信号処理のみでノイズ除去は可能となるため、耐ノイズ性の高い絶縁診断装置１を提供することができる。

［診断項目の演算］
ノイズ除去された部分放電信号ｂ（ｎ）を用いた各種診断項目の演算の実施形態について説明する。図４に示すように、本実施形態において演算部４０は、部分放電の電荷を推定する電荷推定部４１と、部分放電の発生位置を標定する発生位置標定部４２とを備える。電荷推定部４１は、電荷の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶部５０を有し、発生位置標定部４２は、部分放電の発生位置の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶部５０を有する。

（真電荷の推定）
絶縁物１０３がボルト１０４で固定された金属タンク１０２内に内部導体１０１が配設された電力機器１００において金属タンク１０２内に信号検出器１０を装着し、部分放電により図５の（ａ）に示すような電流（Ａ）が流れたものとする。このとき、その電荷（Ｃ）は図５の（ｂ）に示すように、ｑ＝∫ｉ（ｔ）ｄｔで与えられる。

３次元電磁界解析を行った結果、電荷が１０（ｐＣ）であると、電力機器１００の部分放電のエネルギーは１０^−１５（Ｊ）と求められ、また、電荷の二乗はエネルギーに比例した。すなわち、（１０^−１１［Ｃ］）^２：１０^−１５［Ｊ］＝（ｆ（ｘ）［Ｃ］）^２：ｘ［Ｊ］より、相関関数ｆ（ｘ）は、以下のようになる。

ここで、図１の（ａ）に示す電磁波信号ａ（ｔ）を電圧信号とすれば、図１の（ｃ）に示す部分放電信号ｂ（ｎ）は、エネルギー（Ｊ）の時間変化を示すこととなる。上記数式３に示した電荷と部分放電信号ｂ（ｎ）との相関関数ｆ（ｘ）を記憶部５０に予め記憶しておき、信号処理部３０からエネルギーを示す部分放電信号ｂ（ｎ）が入力されると、演算部４０は、この相関関数ｆ（ｘ）を用いてｆ（ｂ（ｎ））を算出し、診断項目として電荷の値を得る。

変電所などで運用中の電力機器で部分放電が発生した場合には、自然現象でもあることから電荷はばらつくため、予め上記のような相関関数ｆ（ｘ）を記憶しておくことで、単独の信号検出器１０から出力される単一の部分放電信号だけで電荷を校正することができる。しかも、算出結果の電荷は、ＩＥＣ６０２７０規格の「見掛けの放電電荷」ではなく「真電荷」に相当する。そのため、変電所などで運用中の電力機器１００でも真電荷の推定が可能となる。

尚、相関関数ｆ（ｘ）は、３次元電磁界解析の精度、波形取込部の前段にある増幅器、フィルタの周波数特性、電力機器の寸法等によって大きく影響を受けるため、それぞれ固有に求め、記憶部５０に記憶させておくことが望ましい。

（部分放電発生位置の評定）
図６に示すように、絶縁診断装置１は複数の信号検出器１０を備えるようにしてもよい。各信号検出器１０は、電力機器１００の各位置に取り付けられている。各信号検出器１０は、検出した部分放電信号を波形取込部２０に入力し、波形取込部２０は、各部分放電信号の波形を取り込み、電磁波信号ａ_１（ｔ）、ａ_２（ｔ）・・・を信号処理部３０に入力する。

信号処理部３０では、数式１及び数式２に従い、電磁波信号ａ_１（ｔ）、ａ_２（ｔ）、・・・・から各々のノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}を算出し、それぞれノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}を除去して部分放電信号ｂ_１（ｎ）、ｂ_２（ｎ）・・・を算出する。

記憶部５０には、部分放電の発生位置を示す数値と値ｂ_２（ｎ）／ｂ_１（ｎ）との相関関数ｆ（ｘ）が予め記憶されている。演算部４０は、相関関数ｆ（ｘ）に部分放電信号ｂ_２（ｎ）と部分放電信号ｂ_１（ｎ）を入力することで、発生位置を示す値を算出する。

図７は、場所の異なる信号検出器１０から入力された部分放電信号に基づき信号処理されて抽出された部分放電信号ｂ_１（ｎ）と部分放電信号ｂ_２（ｎ）との関係を示すグラフである。図７の（ａ）は、場所の異なる信号検出器１０から入力され、波形取込部２０から出力された電磁波信号ａ_１（ｔ）とａ_２（ｔ）とを示し、（ｂ）は、ノイズ除去された部分放電信号ｂ_１（ｎ）とｂ_２（ｎ）とを示し、（ｃ）は部分放電信号ｂ_１（ｎ）をｂ_２（ｎ）で除した状態を示す。

図７の（ａ）に示すように、部分放電信号は電力機器１００の絶縁物１０３や金属タンク１０２の分岐部を通過することによって減衰するため、信号強度は部分放電の発生位置と各信号検出器１０との距離に応じて連続的に変化する。すなわち、図７の（ｂ）に示す部分放電信号ｂ_ｍ（ｔ）の平坦部の値は、部分放電の発生位置と各信号検出器１０との距離に比例する。

そのため、図７の（ｃ）に示す値ｂ_２（ｎ）／ｂ_１（ｎ）は、部分放電信号が発生している金属タンク１０２内の断面位置を示し、３次元電磁界解析により得られる相関関数ｆ（ｘ）により特定が可能となる。尚、部分放電が発生する平面のみならず、その地点を標定する場合には、更に他の信号検出器１０が検出した部分放電信号より算出するｂ_３（ｔ）を組み合わせた相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶部５０に記憶させておけばよい。

［部分放電信号ｂ（ｎ）］
上述したように、演算部４０が相関関数ｆ（ｘ）に入力する部分放電信号ｂ（ｎ）は、電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなっている区間内の一点における値である。ノイズ除去部３２は、電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度を参照して信号強度がノイズレベルである区間を検索し、その区間内の一点における部分放電信号ｂ（ｎ）を算出する。

その他にも、ノイズ除去部３２は、部分放電信号ｂ（ｎ）として、部分放電信号ｂ（ｎ）の平均値、最大値、最小値、又はピークピーク値を算出し、演算部４０は、その演算結果を相関関数ｆ（ｘ）に入力するようにしてもよい。

部分放電信号ｂ（ｎ）の平均値、最大値、最小値、又はピークピーク値を採用する場合、ノイズ除去部３２は、電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなっている所定区間の平均値を算出し、最大値を検索し、最小値を検索し、又はピークピーク値を算出する。

電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度が大きい場合は、図３や図７に示したように平坦で安定した部分放電信号ｂ（ｎ）が得られる。しかし、電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度が小さいと、ノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}が占める割合が大きくなるため、Ｓ／Ｎ比が小さくなり、部分放電信号ｂ（ｔ）のグラフに歪みが生じてしまう。その場合でも、部分放電信号ｂ（ｎ_１）、部分放電信号ｂ（ｎ）の平均値、最大値、最小値、又はピークピーク値を算出することにより、より高精度なノイズ除去を行うことが可能となる。

また、ノイズ除去部３２は、部分放電信号ｂ（ｎ）のグラフを移動平均により予め平滑化してから、最大値、最小値、又はピークピーク値を算出するようにしてもよい。すなわち、ノイズ除去部３２は、部分放電信号ｂ（ｎ）を各ｎ＝ｎ_ｋ、ｎ_ｋ＋１、ｎ_ｋ＋２・・・において算出した後、以下の数式３を計算する。
移動平均をとる時間幅、即ちｎ’の値は、移動平均処理後の部分放電信号ｂ（ｎ）の波形が元の波形から大きく外れない程度に調整しておくのが望ましい。

波形取込部２０によって得られる数十ＭＨｚ〜数ＧＨｚの高周波電磁波信号ａ（ｔ）は、図８の（ａ）に示すように、その位相とサンプリングのタイミングとのズレによって、最大値、最小値、ピークピーク値が変化してしまう場合がある。ノイズ除去部３２により移動平均をとると、図８の（ｂ）に示すように、部分放電信号ｂ（ｎ）の急激な最大値、最小値、ピークピーク値の変化を抑制することができ、サンプリングタイミングのズレによる波形変化を緩和できる。

［部分放電信号ｂ（ｎ）の他の算出方法］
ノイズ算出部３１によるノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}の算出、及びノイズ除去部３２による部分放電信号ｂ（ｎ）の算出においては、電磁波信号ａ（ｔ）の二乗であるａ（ｔ）^２を積分することで信号の正負の干渉を抑制したが、その他にも、ａ（ｔ）^２に代えて｜ａ（ｔ）｜を用いるようにしてもよい。

すなわち、ノイズ算出部３１では以下の数式４を計算し、ノイズ除去部３２では以下の数式５を計算することで、部分放電信号ｂ（ｎ）を時間積分の形態で抽出する。

図９は、電磁波信号ａ（ｔ）と数式４及び５により得られる部分放電信号ｂ（ｎ）との関係を示している。図９の（ａ）は電磁波信号ａ（ｔ）を示し、（ｂ）は部分放電信号ｂ（ｎ）を示す。図９の（ａ）に示す電磁波信号ａ（ｔ）が電圧信号であれば、図９の（ｂ）に示す部分放電信号ｂ（ｎ）も電圧を示すこととなり、電磁波信号ａ（ｔ）と部分放電信号ｂ（ｎ）とは同一次元となる。従って、診断項目において電磁波信号ａ（ｔ）と同一次元の部分放電信号ｂ（ｎ）が必要な場合には、この数式４及び５によるノイズ除去が有効となる。また、部分放電信号ｂ（ｎ）の最大値、最小値、ピークピーク値が有効に取得できる。

［フィルタ処理］
図１０、絶縁診断装置１の他の実施形態を示すブロック図である。図１０に示すように、絶縁診断装置１には、信号処理部３０の他にも、波形取込部２０と信号処理部３０との間にフィルタ部６０を備えるようにしてもよい。フィルタ部６０は、電磁波信号ａ（ｔ）に対して、ハイパスフィルタ、ローパスフィルタ、又はバンドパスフィルタ等のフィルタ処理を施し、電磁波信号ａ（ｔ）に帯域制限をかけたり、特定周波数成分を取り出したりする。

絶縁診断装置１内では、波形取込部２０においてノイズが重畳される場合が多いが、電磁波信号ａ（ｔ）にもともと含まれているノイズも存在する。フィルタ部６０は、この電磁波信号ａ（ｔ）にもともと含まれているノイズを除去し、信号処理部に入力する。このフィルタ部を備えておくことで、電磁波信号ａ（ｔ）自信に含まれているノイズ及び波形取込部に含まれるノイズの何れも除去することが可能となる。

このように、絶縁診断装置１は、部分放電によって放射される部分放電信号を検出する信号検出器１０と、部分放電信号をサンプリングする波形取込部２０と、波形取込部２０が出力する電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２において上記数式１を演算することで、１サンプリングステップ分のノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を算出するノイズ算出部３１と、電磁波信号ａ（ｔ）とノイズ成分Ｃ_{ｎｏｉｓｅ}とに基づいて上記数式２によりノイズを除去して、部分放電信号ｂ（ｎ）を得るノイズ除去部３２とを備える。これにより、単一の信号検出器１０から入力された単一の電磁波信号ａ（ｔ）の信号処理のみでノイズ除去は可能となるため、耐ノイズ性の高い絶縁診断装置１を提供することができる。

また、診断項目と部分放電信号ｂ（ｎ）の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶部と、ノイズ除去部で得られた部分放電信号ｂ（ｎ）を相関関数ｆ（ｘ）に入力することで診断結果ｆ（ｂ（ｎ））を演算する演算部４０を備えている。

例えば、波形取込部２０は、電圧信号を電磁波信号ａ（ｔ）として出力し、ノイズ除去部３２は、上記数式１及び２によりエネルギーを示す部分放電信号ｂ（ｎ）を算出し、記憶部５０には、３次元電磁界解析により得られる電荷と部分放電信号ｂ（ｎ）の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶しておき、演算部５０は、直電荷を示す前記ｆ（ｂ（ｎ））を算出するようにしてもよい。これにより、ＩＥＣ６０２７０規格の見掛けの放電電荷ではなく真電荷の推定が変電所などで運用中の電力機器１００でも可能となる。

また、記憶部５０は、３次元電磁界解析より得られる、各信号検出器１０に由来する各部分放電信号ｂ（ｎ）の除算結果と部分放電位置の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶し、演算部４０は、各部分放電信号ｂ（ｎ）と相関関数ｆ（ｘ）により部分放電位置を示す診断結果を算出するようにしてもよい。

また、演算部４０は、部分放電信号ｂ（ｎ_１）、部分放電信号ｂ（ｎ）の平均値、最大値、最小値、又はピークピーク値を前記相関関数ｆ（ｘ）に入力する。この平均値、最大値、最小値、又はピークピーク値は、部分放電信号ｂ（ｎ）の移動平均を予め算出し、その後に求めるようにしてもよい。これにより、部分放電信号ｂ（ｎ）の急激な最大値、最小値、ピークピーク値の変化を抑制することができ、サンプリングタイミングのズレによる波形変化を緩和できる。

また、ノイズ算出部３１及びノイズ除去部３２は、上記数式４及び５を演算してノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を算出し、ノイズを除去するようにしてもよい。これにより、電磁波信号ａ（ｔ）と部分放電信号ｂ（ｎ）とは同一次元となる。従って、診断項目において電磁波信号ａ（ｔ）と同一次元の部分放電信号ｂ（ｎ）が必要な場合に有効となる。また、部分放電信号ｂ（ｎ）の最大値、最小値、ピークピーク値が有効に取得できる。

また、波形取込部２０が出力した電磁波信号ａ（ｔ）をフィルタリングして信号処理部３０に出力するフィルタ部６０を更に備えるようにしてもよい。これにより、単一の信号検出器１０から入力された単一の電磁波信号ａ（ｔ）の信号処理のみでノイズ除去は可能となるため、耐ノイズ性の高い絶縁診断装置１を提供することができる。

以上、本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。各実施形態の全て又はいずれかを組み合わせたものも発明の範囲に包含される。また、各実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１ 絶縁診断装置
１０ 信号検出器
２０ 波形取込部
３０ 信号処理部
３１ ノイズ算出部
３２ ノイズ除去部
４０ 演算部
４１ 真電荷推定部
４２ 発生位置標定部
５０ 記憶部
６０ フィルタ部
１００ 電力機器
１０１ 中心導体
１０２ 金属タンク
１０３ 絶縁物
１０４ ボルト

Claims (8)

1. 電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置であって、
   前記部分放電によって放射される部分放電信号を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した前記部分放電信号をサンプリングする波形取込手段と、
   前記波形取込手段が出力する電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２において次の数式１を演算することで、１サンプリングステップ分のノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を算出するノイズ算出手段と、
   次の数式２に前記電磁波信号ａ（ｔ）と前記ノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を入力することでノイズを除去して、信号ｂ（ｎ）を得るノイズ除去手段と、
   診断項目と信号ｂ（ｎ）の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶手段と、
   前記ノイズ除去手段で得られた前記信号ｂ（ｎ）を前記相関関数ｆ（ｘ）に入力することで診断結果ｆ（ｂ（ｎ））を演算する演算手段と、
   を備えること、
   を特徴とする絶縁診断装置。
   
2. 電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置であって、
   前記部分放電によって放射される部分放電信号を検出する検出手段と、
   前記検出手段が検出した前記部分放電信号をサンプリングする波形取込手段と、
   前記波形取込手段が出力する電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２において次の数式３を演算することで、１サンプリングステップ分のノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を算出するノイズ算出手段と、
   次の数式４に前記電磁波信号ａ（ｔ）と前記ノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を入力することでノイズを除去して、信号ｂ（ｎ）を得るノイズ除去手段と、
   診断項目と信号ｂ（ｎ）の相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶する記憶手段と、
   前記ノイズ除去手段で得られた前記信号ｂ（ｎ）を前記相関関数ｆ（ｘ）に入力することで診断結果ｆ（ｂ（ｎ））を演算する演算手段と、
   を備えること、
   を特徴とする絶縁診断装置。
   
3. 前記波形取込手段は、電圧信号を前記電磁波信号ａ（ｔ）として出力し、
   前記ノイズ除去手段は、前記数式１によりエネルギーを示す前記ｂ（ｎ）を算出し、
   前記記憶手段は、３次元電磁界解析により得られる電荷と前記ｂ（ｎ）の前記相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶し、
   前記演算手段は、直電荷を示す前記ｆ（ｂ（ｎ））を算出すること、
   を特徴とする請求項１記載の絶縁診断装置。
4. 前記ノイズ算出手段は、前記波形取込手段がサンプリングした複数系統の電磁波信号ａ（ｔ）からそれぞれ前記ノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}を算出し、
   前記ノイズ除去手段は、前記電磁波信号ａ（ｔ）と前記ノイズＣ_{ｎｏｉｓｅ}とに基づいてノイズを除去して、各信号ｂ（ｎ）を取得し、
   前記記憶手段は、３次元電磁界解析より得られる前記各信号ｂ（ｎ）の除算結果と前記部分放電位置との相関を示す前記相関関数ｆ（ｘ）を予め記憶し、
   前記演算手段は、前記部分放電位置を示す診断結果を算出すること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の絶縁診断装置。
5. 前記演算手段は、
   前記電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルである区間の一点ｎにおける前記ｂ（ｎ）、前記ｂ（ｎ）の平均値、最大値、最小値、又はピークピーク値を前記相関関数ｆ（ｘ）に入力すること、
   を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の絶縁診断装置。
6. 前記波形取込手段が出力した前記電磁波信号ａ（ｔ）をフィルタリングして前記ノイズ除去手段に出力するフィルタ手段を更に備えること、
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の絶縁診断装置。
7. 電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置のノイズ除去方法であって、
   部分放電によって放射される電磁波信号を検出し、
   検出した電磁波信号をサンプリングし、
   サンプリングにより得られた電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２までの二乗時間積分をとり、（ｎ２−ｎ１）で除算することで１サンプリングステップ分のノイズを算出し、
   電磁波信号ａ（ｔ）の二乗時間積分から前記ノイズを減算することで、ノイズを除去した部分放電信号を得ること、
   を特徴とする絶縁診断装置のノイズ除去方法。
8. 電力機器で発生する部分放電を監視する絶縁診断装置のノイズ除去方法であって、
   部分放電によって放射される電磁波信号を検出し、
   検出した電磁波信号をサンプリングし、
   サンプリングにより得られた電磁波信号ａ（ｔ）の信号強度がノイズレベルとなる区間ｎ１からｎ２までの絶対値の時間積分をとり、（ｎ２−ｎ１）で除算することで１サンプリングステップ分のノイズを算出し、
   電磁波信号ａ（ｔ）の絶対値の時間積分から前記ノイズを減算することで、ノイズを除去した部分放電信号を得ること、
   を特徴とする絶縁診断装置のノイズ除去方法。