JP2014002095A

JP2014002095A - 部分放電測定方法

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Publication number: JP2014002095A
Application number: JP2012138506A
Authority: JP
Inventors: Tatsuya Ogawa; 達也小川
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2012-06-20
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-01-09
Anticipated expiration: 2032-06-20
Also published as: JP5922508B2

Abstract

【課題】ノイズを低減することができ、部分放電とノイズの判定が可能な部分放電測定方法を提供する。
【解決手段】測定端において、高圧母線に接続された導体及び接地母線に接続された遮蔽層をそれぞれ有し、測定端から遠端へ延伸する複数の電力ケーブルの中の第１及び第２電力ケーブルにおいて、部分放電を測定する方法であって、測定端において、第１及び第２電力ケーブルのそれぞれで第１及び第２信号を同時に検出した場合、第１及び第２信号の極性を比較し、且つ、反射による信号は排除して判定を行う手法。
【選択図】図７

Description

本発明は、電力ケーブルの部分放電測定方法に関する。

電力ケーブルの絶縁破壊を未然に検出する重要な絶縁試験方法として、部分放電測定が知られている。部分放電測定は、全路破壊には至らない絶縁体の局所的な放電に伴う微小で急峻なパルス信号を検出する。そのため、ノイズの影響を受けやすい。精密な測定を行うためには、シールドルームなどのノイズの少ない環境下で行う必要があるが、近年では、環境ノイズの大きな実使用状況下で部分放電測定が行われることがあり、ノイズと真の部分放電信号を弁別できる信頼性のある測定技術の確立が強く望まれている。

部分放電測定におけるノイズ除去方法としては、対象信号帯域を限定することが常法である。部分放電測定で検出される信号は、急峻に立ち上がり減衰するパルス状であるが、当該の信号は少なくとも数ＧＨｚまでの幅広い成分を有している。測定にあたっては、例えば約１００ｋＨｚ〜約１００ＭＨｚの範囲の周波数帯域にしぼりこむことで、そのほかの帯域に存在するノイズ（交流電源ノイズ（５０〜６０Ｈｚ）、種々機器や各種通信電波による高周波ノイズ）の影響を低減することができる。

また、従来から、差動平衡回路を用いるノイズ除去方法が知られている（非特許文献１参照）。例えば、二つの電力ケーブルを並列に接続した部分放電測定回路において、高圧母線と接地母線の間に商用周波数の交流高電圧が印加される。それぞれの電力ケーブルは、高圧側電極と接地側電極の間に設けられた絶縁体による静電容量を有する。

電力ケーブルの一方で絶縁体に部分放電が発生すると、部分放電による信号は、放電発生側の電力ケーブルから他方の電力ケーブルの静電容量を通路とするループ回路を流れる。したがって、それぞれの電力ケーブルで検出される信号は、大きさは略同じで、互いに逆極性となる。

一方、測定回路に外来ノイズが侵入した場合、二つの電力ケーブルに流れる信号は互いに同極性となる。したがって、それぞれの電力ケーブルで検出された信号の差動をとると、部分放電による信号は増大し、ノイズは減少する。

この手法は、実線路においては、わずかな回路定数の違いにより、位相や大きさの差異が生ずるために有効でない場合がある。このような場合、測定回路に平衡回路を付加して、それぞれの電力ケーブルに流れるノイズ信号の位相及び大きさを一致するように平衡をとれば、ノイズを除去することができる。このように、差動平衡回路を用いることにより、ノイズを低減し、検出信号の放電／ノイズ判定を行うことができる。

「ケーブルの部分放電測定方法について」、電気学会技術報告（II）部第４号、昭和４３年４月

しかしながら、上述の従来方法では、反射波を考慮せねばならない長尺の電力ケーブルの場合、検出信号の差動平衡をとってもノイズを減少できない場合や、検出信号の極性比較による放電／ノイズ判定を行う場合に、判定結果に誤りが生じる場合がある。具体的には、外来ノイズ信号の反射波が放電と判定される極性に、放電信号の反射波がノイズ信号に判定される極性になることである。

上記問題点を鑑み、本発明の目的は、ノイズを低減することができ、部分放電とノイズの判定が可能な部分放電測定方法を提供することにある。

本発明の一態様によれば、測定端において、高圧母線に接続された導体及び接地母線に接続された遮蔽層をそれぞれ有し、測定端から遠端へ延伸する複数の電力ケーブルの中の第１及び第２電力ケーブルにおいて、導体及び遮蔽層の間に設けられた絶縁体での部分放電を測定する方法であって、測定端において、第１及び第２電力ケーブルのそれぞれで第１及び第２信号を同時に検出した場合、接続された複数の電力ケーブルの長さで規定される反射波の到来時刻を示す規定時間の範囲について観察を継続し、『同時同極性のノイズが観察された規定時間後に検出された同時逆極性』信号は、ノイズの第２波ゆえ排除することで、ノイズ信号の反射波を放電と誤認することを防ぐものである。

また、本発明の他の態様によれば、観察波形を継続して記録し、観察された同時逆極性の信号の検出時刻から規定時間遡って、外来ノイズである同時同極性の信号の有無を確認することで、ノイズ信号の反射波を放電と誤認することを防ぐものである。

本発明によれば、ノイズを低減することができ、部分放電とノイズの判定が可能な、反射波の到来時刻に関連した部分放電測定方法を提供することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る部分放電測定を実施するシステムの一例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る部分放電測定を実施する電力ケーブルの一例を示す概略図である。図２に示した電力ケーブルでの部分放電による信号の一例を示す図である。図２に示した電力ケーブルでのノイズによる信号の一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る部分放電測定に用いる差動平衡回路の一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る部分放電測定に用いるノイズ除去回路の一例を示す図である。本発明の実施の形態に係る部分放電測定方法の一例を示すフローチャートである。

以下図面を参照して、本発明の形態について説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号が付してある。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

又、以下に示す本発明の実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

本発明の実施の形態に係る部分放電測定を実施する測定システムは、図１に示すように、第１及び第２電力ケーブル１、２、第１及び第２検出器２４、２６、差動平衡回路７、及びノイズ除去回路９を備える。第１及び第２電力ケーブル１、２は、それぞれ導体、導体を覆う絶縁体、及び絶縁体を覆う遮蔽層を有する。測定端ａにおいて、第１及び第２電力ケーブル１、２の導体が高圧母線Ｈに接続され、遮蔽層が接地母線Ｅに接続される。第１及び第２電力ケーブル１、２は、測定端ａからそれぞれの遠端ｂ１、ｂ２へ延伸する。第１及び第２検出器２４、２６には、変流器などが用いられる。第１及び第２検出器２４、２６はそれぞれ、第１及び第２電力ケーブル１、２の遮蔽層を測定端ａ側で接地母線Ｅに接続する接地線２０、２２に設けられる。差動平衡回路７に、第１及び第２検出器２４、２６で検出された電流Ｉ1、Ｉ2が入力される。ノイズ除去回路９には、差動平衡回路７から電流Ｉ1、Ｉ2、及び差動電流（Ｉ1−Ｉ2）が入力される。

図２に示すように、測定端ａ側の第１電力ケーブル１の位置Ｐで発生した部分放電のパルス信号Ｄｓは、位置Ｐから測定端ａと遠端ｂ１に向かって進行する。測定端ａへ進行したパルス信号Ｄｓは、第１電力ケーブル１の接地線２０に第１電流信号Ｉ1sとなり、接地母線Ｅを介して第２電力ケーブル２の接地線２２に第２電流信号Ｉ2sとして伝搬する。したがって、第１電流信号Ｉ1sと第２電流信号Ｉ2sとは逆極性となる。

パルス信号の伝搬速度は、ＣＶケーブルの場合１８０ｍ／μsec程度であり、実設備における隣接ケーブル間の距離（１〜２ｍ程度）から考えると、Ｉ1sとＩ2sが検出される時間差は十分無視できるものである。つまり、第１及び第２電流信号Ｉ1s、Ｉ2sの差動電流信号ΔＩ1（＝Ｉ1s−Ｉ2s）は、第１及び第２電流信号Ｉ1s、Ｉ2sと実質的に同時刻に観察される。各信号の大きさは、｜ΔＩ1｜＞｜Ｉ1s｜≧｜Ｉ2s｜となる（図３）。ちなみに、位置Ｐから遠端ｂ１に進行したパルス信号Ｄｓは、遠端ｂ１で反射し測定端ａに向かう。第１電力ケーブル１の線路長が第２電力ケーブル２より短い場合は、前述と同様に、信号Ｉ11、信号Ｉ21、及び差動電流信号ΔＩ2がＩ1s、Ｉ2s、及びΔＩ1に続いて検出される。

このように、部分放電により、第１波として第１及び第２電流信号Ｉ1s、Ｉ2sが観測され、第２波として電流信号Ｉ11、Ｉ21が観測される。第１波と第２波の時間差Ｔ1は、第１電力ケーブル１の往復伝搬時間Ｔｂを越えない時間である。

ところが、図２に示すように測定端ａにノイズＮｓが侵入した場合、ノイズの当該信号としてノイズ信号Ｉ1n、Ｉ2nが、図４に示すように第１及び第２電力ケーブル１、２にほぼ同時に接地線２０、２２に流れ、その差動電流信号ΔＩ1は、ほぼ０となる。

このノイズ信号が、測定端ａから第１電力ケーブル１に侵入し、遠端ｂ１で反射して再び測定端ａに戻ってきた場合が問題である。この反射信号は、第１電力ケーブル内で発生した放電と同様に認知されるため、図４に示すように、電流信号Ｉ11と電流信号Ｉ21は、逆極性となり、ノイズ信号の反射波であるにも関わらず放電信号と誤認されかねないので、後述する処方にて反射波は判定から除外する必要がある。

上述の説明では、第１及び第２電流信号Ｉ1s、Ｉ2sの位相及び大きさが同じであるという理想的な状態を前提としている。しかし、実際に検出される電流信号は位相及び大きさは必ずしも同じではない。また、電流信号は微小であり、増幅が必要で、増幅回路などによるノイズレベルも大きくなる。そのため、図１に示したように、差動平衡回路７及びノイズ除去回路９が用いられる。

差動平衡回路７は、例えば、図５に示すように、容量Ｃ１、Ｃ２、可変容量Ｃ３、抵抗Ｒ２、可変抵抗ＶＲ、及び差動トランスＴｒを有する。容量Ｃ１、Ｃ２にはそれぞれ、第１及び第２検出器２４、２６の出力が接続される。差動トランスＴｒの一次側から電流Ｉ1、Ｉ2が、二次側から差動電流（Ｉ1−Ｉ2）が出力される。可変容量Ｃ３及び可変抵抗ＶＲを調整することにより、電流Ｉ1、Ｉ2の位相及び大きさが等しくなるように平衡を取ることができる。この平衡調整は、部分放電測定前に予め実施する。例えば、接地母線Ｅ、あるいは測定対象の電力ケーブル以外の電力ケーブルの接地線に較正用パルスを電磁誘導により注入して行う。この場合、電力ケーブルの運転を停止することなく行うことができる。あるいは、電力ケーブルの運転を停止することができる場合は、高圧母線Ｈと接地母線Ｅの間に較正用パルスを注入してもよい。較正用パルスは、検出する放電信号と同じ周波数帯域であれば、波形は任意である。

ノイズ除去回路９は、例えば、図６に示すように、増幅回路Ａ1、Ａ2、Ａ12、遅延回路１２、判定回路１４、比較回路１６、及びゲートスイッチＧを有する。増幅回路Ａ1、Ａ2、Ａ12にはそれぞれ、差動平衡回路７から電流Ｉ1、Ｉ2、及び差動電流（Ｉ1−Ｉ2）が入力される。増幅回路Ａ1、Ａ2は、判定回路１４及び比較回路１６に接続される。増幅回路Ａ12は、遅延回路１２及び判定回路１４に接続される。判定回路１４には、比較回路１６の出力が入力される。判定回路１４は、放電検知信号Ｓｄを出力する。ゲートスイッチＧは、遅延回路１２に接続され、判定回路１４のゲート制御信号ｇｓにより差動電流信号Ｓ12を出力する。

差動平衡回路７を経由した電流Ｉ1、Ｉ2、及び差動電流（Ｉ1−Ｉ2）は、増幅回路Ａ1、Ａ2、Ａ12で増幅される。増幅された電流Ｉ1、Ｉ2は、比較回路１６により極性が比較される。判定回路１４では、接続された複数の電力ケーブルの中で、信号の反射を生ずる可能性の有する箇所についての往復伝搬時間Ｔｂが規定時間として規定されている。

放電／ノイズ判定の第一例としては、電流Ｉ1、Ｉ2が同時同極性であれば、比較回路１６から判定回路１４にトリガ信号を出力する。その後の規定時間の範囲で検出される同時逆極性の信号は、ノイズの反射波の可能性があるものとして、放電判定からは除外する。

放電／ノイズ判定の第二例としては、あらかじめ判定回路１４において連続・継続的に信号を記録し、電流Ｉ1、Ｉ2が同時逆極性であれば、比較回路１６から判定回路１４にトリガ信号を出力する。判定回路１４は、比較回路１６からトリガ信号を受けると、少なくとも規定時間に渡って記録された電流Ｉ1、Ｉ2、及び差動電流（Ｉ1−Ｉ2）の信号について、規定時間の範囲に遡って検出された電流信号の有無を判定する。遡って、ノイズである同時同極性信号がなければ、当該信号は部分放電であると判定し、放電検知信号Ｓｄを出力する。それと同時に、ゲート制御信号ｇｓをゲートスイッチＧに出力し、差動電流信号Ｓ12の波形を遅延回路１２を介してゲートスイッチＧから出力する。

上述の説明のように、ノイズであっても、第２波に逆極性が現れる場合がある。また、部分放電であっても、第２波に同極性が現れる場合がある。しかし、検出された電流信号が第１波であれば、極性を比較することにより、部分放電の判定を行うことができる。実施の形態では、同時同極性信号の規定時間後の同時逆極性は排除するか、同時逆極性信号の検出時間から規定時間の範囲に遡るなどして、判定することにより、ノイズ及び第２波の信号を除去し、第１波による部分放電の判定を行うことができる。

なお、規定時間は、予め対象の電力ケーブルにパルス信号を注入して測定し、設定することができる。あるいは、電力ケーブル、例えばＣＶケーブルの伝搬速度が約１８０ｍ／μｓecと既知であることから、ケーブルの長さと伝搬速度を用いて計算することもできる。

また、上述の説明では、電力ケーブル内で複数回反射を繰り返した第３波、第４波などについては考慮していない。電力ケーブル内では、パルス状の信号は伝搬、反射を繰り返すことで減衰し、消滅してしまう。したがって、通常の条件では、第２波までを対象にすれば十分である。たとえ第３波以降の反射波が検出されても、第２波の場合と同様に、規定時間遡って電流信号の有無を判定すれば、除外することができる。また、電流信号の反射を生じさせる点、例えば、測定電力ケーブル内や他の電力ケーブルのインピーダンス不整合点が複数ある場合、第２波以外の複数の反射波が生じる場合がある。この場合は、予めパルス信号を用いて規定時間の測定を行い、得られた複数の規定時間を設定すればよい。

次に、実施の形態に係る電力ケーブルの部分放電測定方法を、図７に示すフローチャートを用いて説明する。部分放電は、図１に示した測定システムを用いて測定する。予め、複数の電力ケーブルの中における反射波の到来時刻にて規定される規定時間が、図６に示した判定回路１４に設定される。

ステップＳ１００で、第１及び第２電力ケーブル１、２に較正用パルス信号を注入して差動平衡回路７の較正を行う。較正用パルス信号は、接地母線Ｅ、あるいは測定対象の第１及び第２電力ケーブル以外の電力ケーブルの接地線に注入される。差動平衡回路７の可変容量Ｃ３及び可変抵抗ＶＲを調整することにより、電流Ｉ1、Ｉ2の第１波の位相及び大きさが等しくなるように平衡を取る。この平衡調整により、同時同極性で観察されるノイズの差動電流（Ｉ1−Ｉ2）は、ほぼ０となる。

ステップＳ１０１で、第１及び第２電力ケーブルを運転し、接地線２０、２２に設置された第１及び第２検出器２４、２６で第１及び第２電力ケーブル１、２の電流Ｉ1、Ｉ2の検出が行われる。

ステップＳ１０２で、第１及び第２電力ケーブル１、２で第１及び第２電流信号が同時に検出された場合、ノイズ除去回路９の比較回路１６で第１及び第２電流信号の極性が比較される。第１及び第２電流信号が同極性であれば、電流信号がノイズ又は第２波以降と判定され、ステップＳ１０５で、部分放電ではないと判定される。更に、放電／ノイズ判定の第一例の場合は、同時同極性信号の規定時間後に観察される同時逆極性の信号を排除することで、誤判定の可能性を排除する。

一方、放電／ノイズ判定の第二例の場合は、第１及び第２電流信号が逆極性であれば、ステップＳ１０３で、判定回路１４において設定された規定時間の範囲に遡って第１及び第２電流信号より先に検出された電流信号が確認される。規定時間の範囲に遡って検出された同時同極性信号があれば、ノイズ信号の第２波と判定され、ステップＳ１０５で部分放電ではないと判定される。

第１及び第２電流信号より先に検出された電流信号がないか、同時逆極性信号が存在した場合、ステップＳ１０４で、判定回路１４において部分放電と判定され、放電検知信号Ｓｄが出力される。また、ゲートスイッチＧにゲート制御信号ｇｓが送られ、遅延回路１２を介して差動電流信号Ｓ12が出力される。

実施の形態に係る部分放電測定方法では、第１及び第２電力ケーブル１、２で同時に検出された信号に着目し、第一例では同時同極性信号の後に生ずるノイズ反射に由来する同時逆極性信号を排除することで、第二例では同時逆極性の検出時間から規定時間の範囲に遡って検出された電流信号によって、ノイズ及び第２波の信号を除去し、第１波による部分放電の判定を行うことができる。

なお、上記説明では、電流信号を用いて部分放電の測定を行っているが、電圧信号を用いてもよい。その場合、第１及び第２検出器２４、２６では電圧が検出される。また、差動平衡回路７では、第１及び第２検出器２４、２６で検出された第１及び第２電圧信号の差動電圧信号が生成される。

（その他の実施の形態）
上記のように、本発明の実施の形態を記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者にはさまざまな代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係わる発明特定事項によってのみ定められるものである。

本発明は、電力ケーブルの部分放電を測定する方法に適用することができる。

１…第１電力ケーブル
２…第２電力ケーブル
７…差動平衡回路
９…ノイズ除去回路
１４…判定回路
１６…比較回路
２０、２２…接地線
２４…第１検出器
２６…第２検出器

Claims

測定端において、高圧母線に接続された導体及び接地母線に接続された遮蔽層をそれぞれ有し、前記測定端から遠端へ延伸する複数の電力ケーブルの中の第１及び第２電力ケーブルにおいて、部分放電を測定する方法であって、測定対象系統で信号の反射が生ずる可能性のある箇所と観測点との信号伝搬時間に基づいて設定される規定時間を考慮し、
前記測定端において、前記第１及び第２電力ケーブルのそれぞれで第１及び第２信号を同時に検出した場合、前記第１及び第２信号の極性を比較し、
前記第１及び第２信号が同極性の場合、前記規定時間後に観察された同時逆極性信号は排除することを含むことを特徴とする部分放電測定方法。
測定端において、高圧母線に接続された導体及び接地母線に接続された遮蔽層をそれぞれ有し、前記測定端から遠端へ延伸する複数の電力ケーブルの中の第１及び第２電力ケーブルにおいて、部分放電を測定する方法であって、測定対象系統で信号の反射が生ずる可能性のある箇所と観測点との信号伝搬時間に基づいて設定される規定時間を考慮し、
前記測定端において、前記第１及び第２電力ケーブルのそれぞれで第１及び第２信号を同時に検出した場合、前記第１及び第２信号の極性を比較し、
前記第１及び第２信号が逆極性の場合、前記規定時間の範囲に遡って前記第１及び第２信号より先に検出された信号があるか判定し、
前記第１及び第２信号より先に検出された同時同極性信号がないと判定された場合、部分放電と判定する
ことを含むことを特徴とする部分放電測定方法。
前記部分放電の測定の前に、前記第１及び第２電力ケーブルに較正用パルス電流を注入して、前記第１及び第２電力ケーブルのそれぞれで検出される信号の位相及び大きさを差動平衡回路により調整することを更に含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の部分放電測定方法。
前記較正用パルス信号が、前記第１及び第２電力ケーブルに並列に設けられた第３電力ケーブルの遮蔽層を前記接地母線に接続する接地線を介して注入されることを特徴とする請求項３に記載の部分放電測定方法。