JP2013120113A

JP2013120113A - 内部放電検出装置および内部放電検出方法

Info

Publication number: JP2013120113A
Application number: JP2011267801A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Nishizawa; 敦西澤
Original assignee: RO JIE; SYNTHESIZE Ltd
Current assignee: RO JIE; SYNTHESIZE Ltd
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-06-17

Abstract

【課題】高電圧送配電機器の内部放電を外部放電や電磁波雑音と区別して、確実に内部放電を検出することができる内部放電検出装置および内部放電検出方法を得る。
【解決手段】内部放電検出装置１０は、高電圧電力機器１２などの電気設備に取り付けられる。内部放電検出装置１０は、放電による信号を検出するための第１の検出器１６および第２の検出器２０を含む。第１の検出器１６の出力は、３００ｋＨｚの信号を通過させる第１のフィルタ２４、振幅調整回路２６を介して、差動回路２８の非反転入力端に入力される。第２の検出器２０の出力は、３００ｋＨｚの信号を通過させる第２のフィルタ３０、位相補正回路３２を介して、差動回路２８の反転入力端に入力される。
【選択図】図２

Description

この発明は、内部放電検出装置および内部放電検出方法に関し、特にたとえば、高電圧電力ケーブルなどの絶縁体内部にある異物やボイドに発生する電気設備内の内部放電を検出するための内部放電検出装置および内部放電検出方法に関する。

たとえば、高電圧電力ケーブルなどの絶縁体内部に異物やボイドがあると、その部分に放電が発生する。このような放電現象によって絶縁体内に電気トリーが発生し、やがて絶縁破壊、すなわち短絡状態に至ることになる。電気トリー内部は空洞であり、電気トリーの成長により放電量が上昇する。したがって、高電圧電力ケーブルの内部に発生する放電を監視すれば、絶縁破壊を予知することが可能となる。

そこで、電力ケーブルなどの高電圧送配電設備に電圧を印加して、電力ケーブルの内部放電の監視が行われるが、内部放電による信号は極めて微弱であるため、電力ケーブルの外部で発生する外部放電による雑音の混入により、内部放電の検出ができない場合がある。このような雑音としては、車両等のエンジンスパーク、モータ等のスパーク、裸電線や電線端末における気中放電などが考えられる。このような雑音の影響を防止するため、図８に示すように、シールドルーム内において内部放電の検出が行われる。

シールドルームは、図８に示すように、接地シールドされた部屋であり、電力ケーブル１には、ブロッキングコイル２を介して高電圧が印加される。また、電力ケーブル１には検出器３が取り付けられ、高圧コンデンサ４を含む回路に流れる電流を測定することにより、内部放電が検出される。ここで、内部放電を検出するために、図９に示すように、検出器３の出力信号がフィルタ５に通され、商用周波数成分を取り除いて、内部放電信号のみが取り出される。この内部放電信号が増幅器６で増幅され、さらに復調器７で復調された、内部放電量に対応した振幅の信号を得ることができる。

このように、シールドルーム内で内部放電を測定することにより、車両等のエンジンスパークなどによる外部からの雑音は取り除かれるが、シールドルーム内の昇圧トランスなどに付属するモータの雑音や電力ケーブル端末の気中放電による雑音を防ぐことはできない。このような雑音を除去するために、たとえば図１０に示すように、高圧コンデンサ４に検出器７を接続し、２つの検出器３，７の出力の差をとることが考えられる。この場合、電力ケーブル１に雑音が入り込むことにより、図１０に示すように、２つの検出器３，７に同じ向きの電流が流れる。そのため、２つの検出器３，７の出力の差をとることにより、雑音は相殺される。それに対して、内部放電が発生すると、図１１に示すように、２つの検出器３，７に逆向きの電流が流れる。そのため、２つの検出器３，７の出力の差をとることにより、内部放電量に対応した大きい出力を得ることができる（特許文献１参照）。

特開２００５−３３８０１６号公報

コンデンサの放電、コロナ放電などの放電、特に高電圧送配電設備の内部放電は、高い周波数成分をもつため、一般に高い周波数のフィルタ、共振回路を用いて、高い周波数成分を取り出して差動検出を行っている。しかしながら、大規模な電力設備機器等においては、２つの検出器３，７間の距離は数ｍになり、受信した外部放電信号が検出器３，７で検出されるまでの間に時差が生じる。高周波信号の場合、波長が短いため、検出器３，７の検出信号に時差が生じると、図１２に示すように、波長に対する位相差の影響が大きい。また、高周波信号は伝送により減衰しやすいため、遠い位置で受信した外部放電信号が異なる位置に配置された検出器３，７に入力された場合、入力された信号の減衰量に差が生じる。そのため、検出器３，７の出力信号の差をとっても、２つの信号を相殺することができない。これらの信号を相殺するためには、厳密に位相補正および振幅補正をすることができる回路が必要である。

また、外部放電信号の振幅や位相は、被検出機器の回路使用部品（抵抗、コンデンサ、リアクタンス）により変化するが、広帯域の信号の場合、低周波領域と高周波領域とで回路使用部品による影響が異なる。特に、異なる位置に配置された検出器で信号を検出する場合、回路使用部品のばらつきにより、低周波領域と高周波領域で振幅の増幅率や分圧比が異なり、位相の変化も異なる。そのため、図１３に示すように、低周波領域の信号と高周波領域の信号とで、異なる振幅調整および位相調整を行なわなければ、外部放電信号を除去することができない。

さらに、外部放電による信号だけでなく、電磁波を受信した場合には、それが雑音となって、内部放電の検出に支障をきたす恐れがある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、高電圧送配電機器の内部放電を外部放電や電磁波雑音と区別して、確実に内部放電を検出することができる内部放電検出装置および内部放電検出方法を提供することである。

この発明は、電気設備に伝達される信号を検出するための第１の検出器と、電気設備に伝達される信号を検出するために第１の検出器と離れた位置に設けられる第２の検出器と、第１の検出器で検出された信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を得るための第１のフィルタと、第２の検出器で検出された信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を得るための第２のフィルタと、第１のフィルタおよび第２のフィルタの少なくとも一方に接続される振幅調整回路および位相補正回路と、振幅調整回路および位相補正回路で振幅および位相が補正された第１のフィルタおよび第２のフィルタの出力信号の差をとるための差動回路とを含む、内部放電検出装置である。
また、この発明は、電気設備の異なる位置で電気機器に流れる信号を検出するステップと、電気設備の異なる位置で検出された信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を抽出して第１の信号および第２の信号を取り出すステップと、第１の信号および第２の信号の少なくとも一方の位相および振幅を調整して、電気設備の外部における放電がないときの第１の信号および第２の信号の位相および振幅を合わせるステップと、第１の信号と第２の信号との差をとるステップとを含む、内部放電検出方法である。

３００ｋＨｚ近傍の低周波信号は、長距離の伝送においても減衰量が小さく、異なる位置に配置された２つの検出器で検出された信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分の振幅差は小さい。また、低周波信号は波長が長いため、２つの検出器で検出される信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分の時差は、波長に対して小さい割合となる。そのため、外部放電信号を相殺するための位相補正および振幅調整が少なく、容易に位相および振幅の調整を行うことができる。また、単一の周波数成分で２つの検出信号の差をとることにより、広帯域の信号を用いた場合のように振幅や位相の変化が複雑にならないため、振幅および位相の調整値を一つに限定することができる。さらに、電磁波雑音の観測を行ったところ、３００ｋＨｚ近傍の周波数帯域が安定して低いレベルにあることがわかった。そのため、３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を用いて検出を行うことにより、電磁波雑音の影響を小さくすることができる。

この発明によれば、２つの検出器で検出した放電信号から３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を取り出して、振幅および位相を一つの調整値で調整することができる。そして、振幅および位相を調整した検出信号の差をとることにより、外部放電信号を相殺して、内部放電信号のみを検出することができる。しかも、電磁波雑音の少ない周波数帯域で信号の処理を行うことにより、確実に内部放電を検出することができる。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の発明を実施するための最良の形態の説明から一層明らかとなろう。

この発明の内部放電検出装置が取り付けられた高電圧電力機器の一例を示す図解図である。この発明の内部放電検出装置の一例を示すブロック図である。図１に示す高電圧電力機器が外部放電信号を受信した場合の電流の流れを示す図解図である。図２に示す内部放電検出装置の差動回路に外部放電信号が入力されたときの出力信号を示す図解図である。図１に示す高電圧電力機器において内部放電が生じた場合の電流の流れを示す図解図である。図２に示す内部放電検出装置の差動回路に内部放電信号が入力されたときの出力信号を示す図解図である。アンテナで電磁波を受信して電磁波雑音の周波数特性の観測を行った結果を示すグラフである。シールドルーム内において電力ケーブルの絶縁体における内部放電を検出するための従来の検出方法を示す図解図である。図８に示す内部放電検出方法に用いられる内部放電検出装置の一例を示すブロック図である。図８に示す内部放電検出方法において、電力ケーブルで受信した雑音を除去するための回路図である。図１０に示す回路において、電力ケーブルの絶縁体において発生した内部放電による信号の流れを示す図解図である。２つの検出器で検出した振幅差および時差を有する放電信号が差動回路に入力されたときの出力信号を示す図解図である。広帯域の信号の低周波領域と高周波領域における振幅変動および位相変動を示す図解図である。

図１は、この発明の内部放電検出装置が取り付けられた高電圧電力機器などの電気設備の一例を示す図解図である。内部放電検出装置１０は、高電圧電力機器１２に取り付けられる。高電圧電力機器１２としては、図８に示すような電力ケーブルでもよいし、変圧器などであってもよい。高電圧電力機器１２には、高圧コンデンサ１４を介して、第１の検出器１６が取り付けられる。また、高電圧電力機器１２には、高圧コンデンサ１８を介して、第２の検出器２０が取り付けられる。たとえば、高電圧電力機器１２がトランスなどの場合、高圧コンデンサ１４および第１の検出器１６は、トランスの接地線に取り付けられるＣＴ（カレントトランス）などとすることができる。また、高圧コンデンサ１８および第２の検出器２０は、第１の検出器１６が取り付けられた接地線に隣接するトランスの接地線に取り付けられるＣＴなどとすることができる。また、高電圧電力機器１２の外部には、これに接続される機器や分布容量などの他の容量２２が存在する。

第１の検出器１６の出力信号は、図２に示すように、３００ｋＨｚの信号を通過させる第１のフィルタ２４に入力される。第１のフィルタ２４から出力される第１の信号は、その電圧を調整するための振幅調整回路２６に入力される。そして、振幅調整回路２６の出力信号は、差動回路２８の非反転入力端に入力される。

また、第２の検出器２０の出力信号は、３００ｋＨｚの信号を通過させる第２のフィルタ３０に入力される。第２のフィルタ３０から出力される第２の信号は、その位相を調整するための位相補正回路３２に入力される。そして、位相補正回路３２の出力信号は、差動回路２８の反転入力端に入力される。したがって、差動回路２８の出力端からは、振幅調整回路２６の出力信号と位相補正回路３２の出力信号の差が出力される。

なお、第１のフィルタ２４に位相補正回路３２が接続され、第２のフィルタ３０に振幅調整回路２６が接続されてもよい。また、第１のフィルタ２４および第２のフィルタ３０のどちらか一方に、振幅調整回路２６と位相補正回路３２とが直列に接続されてもよい。

ここで、高電圧電力機器１２の外部で放電があった場合、図３に矢印で示すように、第１の検出器１６および第２の検出器２０に同じ向きの電流が流れる。この電流が第１の検出器１６および第２の検出器２０で検出され、これらの検出器１６，２０の出力信号が、第１のフィルタ２４および第２のフィルタ３０でフィルタリングされる。それにより、商用周波数成分は除去され、外部放電信号のうちの３００ｋＨｚの信号成分のみが振幅調整回路２６および位相補正回路３２に入力される。

振幅調整回路２６では、第１のフィルタ２４から出力される第１の信号の振幅が調整される。また、位相補正回路３２では、第２のフィルタ３０から出力される第２の信号の位相が調整される。これらの振幅調整回路２６および位相補正回路３２においては、その出力信号が差動回路２８で相殺されるように、第１の信号および第２の振動の振幅調整および位相補正が行われる。したがって、図４に示すように、差動回路２８の２つの入力端に振幅および位相の揃った信号が入力され、差動回路２８からは、信号が出力されない。

また、高電圧電力機器１２の内部で放電があった場合、図５に矢印で示すように、第１の検出器１６および第２の検出器２０に逆向きの電流が流れる。この電流が第１の検出器１６および第２の検出器２０で検出され、これらの検出器１６，２０の出力信号が、第１のフィルタ２４および第２のフィルタ３０でフィルタリングされる。それにより、内部放電信号のうちの３００ｋＨｚの信号成分のみが振幅調整回路２６および位相補正回路３２に入力される。

振幅調整回路２６および位相補正回路３２は、外部放電信号が差動回路２８で相殺されるように調整されているが、図６に示すように、内部放電信号は逆位相で差動回路２８に入力されるため、差動回路２８から内部放電信号に対応する大きい出力を得ることができる。

この内部放電検出装置１０では、外部放電信号や内部放電信号を処理するために、３００ｋＨｚという低周波成分が用いられる。そのため、高電圧電力機器１２から遠いところで外部放電信号を受信しても、受信した場所から第１の検出器１６および第２の検出器２０に到着するまでの間の外部放電信号の減衰量が小さい。したがって、第１の検出器１６と第２の検出器２０に入力される信号の振幅の差が小さい。

また、第１の検出器１６と第２の検出器２０とが離れた位置に配置されている場合、これらの検出器１６，２０において、遠くで受信された外部放電信号が時差をもって受信される。しかしながら、外部放電信号のうちの３００ｋＨｚの信号成分が検出用として用いられるため、高周波成分を用いる場合に比べて波長が長く、波長に対する２つの検出信号の位相差の割合が小さい。そのため、振幅調整回路２６および位相補正回路３２における振幅および位相の補正が容易である。

さらに、３００ｋＨｚという単一の周波数で信号処理を行うことにより、広帯域の信号を処理する場合のように、周波数によって振幅や位相の変化が異なるということがない。そのため、高電圧電力機器１２内の抵抗、コンデンサ、リアクタンスなどのばらつきにかかわらず、振幅調整回路２６での振幅調整量および位相補正回路３２での位相補正量を一つに限定することができる。したがって、広帯域の信号を処理する場合に比べて、振幅や位相の補正を容易に行うことができる。

また、アンテナで電磁波を受信し、得られたアンテナ信号を増幅して、スペクトラムアナライザで長時間電磁波雑音の周波数特性の観測を行った。その観測結果を図７に示す。図７からわかるように、電磁波雑音は、３００ｋＨｚ付近で、安定して低いレベルにあることがわかる。したがって、外部放電信号および内部放電信号の３００ｋＨｚ成分を用いることにより、電磁波雑音の影響を小さくすることができ、正確な内部放電検出を行うことができる。

このように、この内部放電検出装置１０では、簡単な調整を行なうことで、正確に内部放電と外部放電とを区別することができる。

１０内部放電検出装置
１２高電圧電力機器
１４高圧コンデンサ
１６第１の検出器
１８高圧コンデンサ
２０第２の検出器
２２他の容量
２４第１のフィルタ
２６振幅調整回路
２８差動回路
３０第２のフィルタ
３２位相補正回路

Claims

電気設備に伝達される信号を検出するための第１の検出器、
前記電気設備に伝達される信号を検出するために前記第１の検出器と離れた位置に設けられる第２の検出器、
前記第１の検出器で検出された信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を得るための第１のフィルタ、
前記第２の検出器で検出された信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を得るための第２のフィルタ、
前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタの少なくとも一方に接続される振幅調整回路および位相補正回路、および
前記振幅調整回路および前記位相補正回路で振幅および位相が補正された前記第１のフィルタおよび前記第２のフィルタの出力信号の差をとるための差動回路を含む、内部放電検出装置。
電気設備の異なる位置で前記電気機器に流れる信号を検出するステップ、
前記電気設備の異なる位置で検出された信号の３００ｋＨｚ近傍の周波数成分を抽出して第１の信号および第２の信号を取り出すステップ、
前記第１の信号および前記第２の信号の少なくとも一方の位相および振幅を調整して、前記電気設備の外部における放電がないときの前記第１の信号および前記第２の信号の位相および振幅を合わせるステップ、および
前記第１の信号と前記第２の信号との差をとるステップを含む、内部放電検出方法。