JP2016142641A - ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無線伝送を利用した、簡易で信頼性の高いガス絶縁電気機器の部分放電検出装置を提供する。【解決手段】送電用の高電圧導体１０２を内部に有し、絶縁ガスが封入された密閉容器１０１の内部に複数の部分放電検出器を有し、密閉容器１０１の外部に部分放電診断装置を有するガス絶縁電気機器で部分放電検出装置を構成する。部分放電検出器は密閉容器１０１内で生じた部分放電信号１０９を受信し、搬送波１１０で密閉容器１０１内に送信し、搬送波１１０で送信された部分放電信号１０９は、他の部分放電検出器を介して、受信および送信され、部分放電診断装置に最寄りの部分放電検出器から密閉容器１０１の外部に配された部分放電診断装置へ伝送される。【選択図】図１

Description

本発明は絶縁ガスを充填して使用するガス遮断器、ガス絶縁母線などから構成されるガス絶縁電気機器の部分放電検出装置に関する。

変電所で用いられているガス絶縁開閉装置、ガス絶縁母線、ガス絶縁変圧器などの絶縁ガスを充填した密閉金属容器内に高電圧導体を絶縁物により支持してなるガス絶縁機器や電力用ケーブルにおいては、接触不良、金属異物混入、絶縁物内のボイドなどの内部欠陥が存在すると、その欠陥部分で部分放電が発生することがある。それらの部分放電を放置しておくとやがて絶縁破壊に至り、重大な事故に結びつく恐れがあるため部分放電を早期に検出するための監視・診断方法が提案されている。

特許文献１（特開２００６−３２９６３６）では、ガス絶縁電気機器の一つであるガス絶縁開閉器（以下、ＧＩＳという。）において、ＧＩＳ内部で部分放電が発生した場合に生じる外部漏洩電磁波を検出する複数のセンサを有し、各センサに付帯した送信用の無線アンテナで外部漏洩電磁波の情報をＧＩＳ外部空間で送信し、センサからの送信信号（電波）を広帯域の受信アンテナとそれに接続されたスペクトラムアナライザによって受信し、部分放電の有無と発生場所を確認する構成が開示されている。

また、特許文献２（特開２０１１−２４２３６８）では、ＧＩＳをはじめとする診断対象の電気機器から電磁波を検出する部分放電検出センサと、部分放電検出センサが検出した信号を信号処理して、信号処理された信号から部分放電を含む信号を検出する信号処理部と、少なくとも部分放電を含む信号を無線で送信する第１の無線通信部と、を有する部分放電検出部と、部分放電検出部から送信される信号を受信する第２の無線通信部を有する信号制御部と、を有する絶縁診断装置であって、部分放電検出部には絶縁性支持体が接続されて絶縁離隔距離を確保し、点検員が絶縁支持体越しに部分放電検出部を外部漏洩電磁波が生じる可能性がある電気機器の要所へ配置することにより、安全性を確保しつつ簡易に部分放電検出が可能となる構成が開示されている。

以上の先行技術によれば、ＧＩＳに接続された部分放電情報送信部（部分放電検出センサや部分放電検出部）と部分放電情報受信部（部分放電信号を収集するスペクトラムアナライザや信号制御部）が無線化されているため、部分放電診断に係る省配線化が可能となる。

特開２００６−３２９６３６号公報 特開２０１１−２４２３６８号公報

しかしながら、従来の部分放電検出の構成にあっては、夫々の部分放電情報送信部から部分放電情報受信部に向けて無線伝送する際に部分放電情報送信部と部分放電情報受信部との距離が必ずしも一定ではなく、無線に係る伝送出力の設計に時間を要する。

また、ＧＩＳでは密閉金属容器が複雑な三次元配置となっているため、部分放電情報送信部と部分放電情報受信部との無線伝送に際しては、密閉金属容器が物理的な障壁となる。したがって、部分放電情報送信部と部分放電情報受信部とを無線中継器を複数配置するなどした上記障壁を迂回するための手段が必要であった。

また、部分放電情報送信部と部分放電情報受信部の無線伝送はＧＩＳ外部空間で行われるため、環境ノイズに曝されるおそれがあり、特に長距離電力伝送用のガス母線（以下、ＧＩＢという。）などを配するＧＩＳにおいては、部分放電情報送信部は夫々異なる環境ノイズに曝されて無線伝送の品質を損なうおそれがあった。

上記課題を解決するため、本発明のガス絶縁電気機器で部分放電検出装置は、送電用の高電圧導体１０２を内部に有し、絶縁ガスが封入された密閉容器１０１の内部に複数の部分放電検出器を有し、密閉容器１０１の外部に部分放電診断装置を有する。部分放電検出器は密封容器１０１内で生じた部分放電信号１０９を受信し、搬送波１１０で密閉容器１０１内に送信し、搬送波１１０で送信された部分放電信号１０９は、他の部分放電検出器を介して、受信および送信され、部分放電診断装置に最寄りの部分放電検出器から密閉容器１０１の外部に配された部分放電診断装置へ伝送される。

本発明によれば、ガス絶縁電気機器の密閉容器内部を経由して親局に最寄りの密閉容器内部の検出器へ向けて遠方の検出器から運転電圧の位相に同期した部分放電信号を伝送するため、ガス絶縁開閉器の外部空間の伝送のように親局までの距離を勘案した伝送出力の設計が不要となる。また、ガス絶縁開閉器外部の信号伝送に用いる中継器が不要となるため、設備配置が簡素化する。さらに、部分放電信号の送信を、ＧIＳ内部を経由して行うことにより外部環境ノイズの影響を低減できるので、精度の高い部分放電検出が可能となる。

本発明の第一の実施の形態を示すガス絶縁電気機器の部分放電検出装置を示す概略図である。 図１に示した部分放電検出センサ１０３および信号送受信用ユニット１０６を含むガス絶縁電気機器の径方向断面を示す概略図である。 図２に示した信号送受信用ユニット１０６による部分放電信号と運転電圧信号を検出する方法を説明するフロー図である。 図１に示した部分放電電磁波１０９の周波数スペクトラムの一例を示す特性図である。 図３に示した部分放電電磁波１０９の具体的な検出方法を説明するための周波数スペクトラムと時間波形を示した特性模式図である。 図３に示したフロー図で得られる高電圧導体１０２の運転電圧信号に同期した部分放電信号の一例を示す特性図である。 図１に示した部分放電検出センサ１０３のうち、親局１１１との無線伝送を司る部分放電検出センサ１０３ｎを除く、他の部分放電検出センサの信号送受信用ユニット１０６の概略構成図である。 図１に示したガス絶縁電気機器の親局１１１との無線伝送を司るセンサ１０３ｎの親局信号送信ユニット１０７の概略構成図である。 図１に示したガス絶縁電気機器の部分放電電磁波１０９と放電電磁波搬送波１１０の送受信のタイミングの一例を示すパターン図である。 本発明のガス絶縁電気機器の第二の実施の形態を示す図９に相当する図である。 本発明のガス絶縁電気機器の第三の実施の形態を示す図１に相当する図である。 図１に示したガス絶縁電気機器中を伝搬する電磁波の周波数に対応した距離減衰量の一例を示す特性図である。 本発明のガス絶縁電気機器の第三の実施の形態を示す図７および図８のバッテリー１１５に相当する図である。

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、ＧIＳを対象とした本発明の第一の実施の形態を示すガス絶縁電気機器概略断面の部分放電検出に係る模式図である。密閉容器１０１は電気的に接地されており、密閉容器１０１内部は支持碍子１１７（図１１参照）によってガス区画が形成され、このガス区画内にはＳＦ₆ガスなどの負性ガス、乾燥空気、窒素、二酸化炭素、負性ガスを含んだＳＦ₆／Ｎ₂混合ガス、負性ガスを含まないＮ₂／Ｏ₂混合ガス等が絶縁性ガスとして封入されている。

支持碍子１１７は周囲に絶縁物１１７ａ、中心部に埋め込み導体１１７ｂが配されており、埋め込み導体１１７ｂは、密閉容器１０１から電気的に絶縁した状態で高電圧導体１０２を接続、支持している。

万が一、密閉容器１０１の組立時に欠陥１０８（例えば、金属片が混入した場合や絶縁支持体１１７の絶縁物１１７ａにクラックが生じた場合）が存在する場合には、絶縁破壊の前駆現象である部分放電が発生する。

図１には一例として金属片が高電圧導体１０２に付着した欠陥１０８を示している。ＧＩＳでは、絶縁異常の状態監視の観点から、密閉容器１０１のハンドホール１０４部には、部分放電検出センサ１０３がガス密閉とセンサ固定のためのフランジ１０５と共に配置され、複数のセンサ（図１には１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｎと示す）で検出された部分放電電磁波１０９の運転電圧位相に対する放電パターン、および強度の大小比較や各センサまでの到達時間差を利用して、欠陥１０８の種類、および部分放電発生位置の標定を行う。

図１の例であると、部分放電電磁波１０９はセンサ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｎの順に到達する。従来の技術では、センサ毎にＧＩＳ外部の部分放電診断システム１１２と同軸ケーブルや無線によるデータ伝送を行い、部分放電診断システム１１２での部分放電の解析に基づき、データの記憶や警報出力を行ってきた。

本発明では、データをＧＩＳ内部で無線伝送にて行っている。密閉容器１０１内部に配置の各センサ１０３ａ、１０３ｂおよび夫々のセンサ１０３に接続された信号送受信用ユニット１０６で部分放電電磁波１０９を受信し、さらにＧＩＳ外部に設置した無線伝送１１３用の親局１１１に最寄りのセンサ１０３ｎ、および親局信号送信ユニット１０７に、その他のセンサ（図１ではセンサ１０３ａ、およびセンサ１０３ｂ）の受信データを各センサを順次経由して、放電電磁波搬送波１１０として受け渡す。

つまり、図１では、センサ１０３ａで受信した部分放電電磁波１０９はセンサ１０３ｂを経由してセンサ１０３ｎへ送られ、同様にセンサ１０３ｂで受信した部分放電電磁波１０９はセンサ１０３ｎへ送られる要領となる。センサ１０３ｎでは、センサ１０３ｎに配置した親局１１１との無線伝送が可能なアンテナ１１８によって各センサから送られた受信データを無線伝送１１３する。さらに、親局１１１と部分放電診断システム１１２間も同様に無線伝送１１４する構成である。

センサ１０３ａと信号送受信用ユニット１０６を例にとり、高電圧導体１０２に課電された商用周波数の運転電圧の位相に同期した部分放電電磁波１０９信号の検出方法について説明する。

図２は、図１で示したセンサ１０３ａ近傍のＧＩＳ構成を例にとり、密閉容器１０１の径方向断面とセンサ１０３ａから信号送受信用ユニット１０６への接続を模式的に示している。センサ１０３ａは密閉容器１０１のガス区画内の気密性を確保しつつ、フランジ１０５の一部を貫いて信号送受信用ユニット１０６と物理的・電気的に接続されている。センサ１０３ａでは、放電電磁波搬送波１１０による無線伝送の他に、２種類の電圧信号を検出する。一つは部分放電電磁波１０９の検出であり、もう一方が運転電圧の検出である。
センサ１０３ａは浮遊導体として振舞うため、高電圧導体１０２とセンサ１０３ａと密閉容器１０１間にはＣ１とＣ２で示される浮遊容量Ｃ１およびＣ２が存在する。その結果、センサ１０３ａには概略Ｖｅ’＝Ｃ１／（Ｃ１＋Ｃ２）・Ｖｅなる電圧が誘起される。ここで、Ｖｅは運転電圧である。この運転電圧の分圧分であるＶｅ’に外部環境ノイズ（以下、外部ノイズと示す）を含む部分放電電磁波１０９の電圧信号が重畳する。

図３は，図２の信号送受信用ユニット１０６の内部構成のうち、当該部分放電電磁波１０９の検出および運転電圧の検出を示すフロー図である。図中のグラフ模式図は、夫々フロー中で得られる波形である。図中の信号（a）では上述したＶｅ’に外部ノイズが重畳した電圧信号となる。信号（a）はスイッチ１０６ｈを介して分波器１２０に送られ、部分放電電磁波１０９信号を含む高周波信号と商用周波数帯を含む低周波信号に分波される。分波器１２０を介して得られる夫々の信号波形は上記と同様に図中の信号（ｂ）と信号（ｃ）となる。

信号（ｂ）は、受信信号検出部１０６ｃで部分放電の特徴を有する周波数成分（主として５００〜１５００ＭＨｚ（図４参照））の時間波形が分波器１２０を介して抽出され、更に信号（ｂ）のうち、外部ノイズを除去するために受信信号強度の高い周波数帯をバンドパスフィルタやスペクトラムアナライザで抽出すると共に、検出可能な信号強度へログアンプ等を用いて増幅して信号（ｄ）で示す波形を得る。

上述した信号（ｂ）および信号（ｄ）の具体的な検出方法の一例について示す。図４は、欠陥１０８に対する部分放電の周波数スペクトラムである。同図より上述したように、部分放電が生じると、主として５００〜１５００ＭＨｚ帯にかけて信号強度の高い出力が生じる。

図５は、図４で示す周波数成分と時間波形の関係を模式的に示した図である。先ず、分波器１２０では、図中の破線で囲われた部分放電の主たる周波数成分である５００〜１５００ＭＨｚを含む部分放電電磁波１０９の時間波形を抽出して信号（ｂ）を検出する。５００〜１５００ＭＨｚ内には、部分放電と共に外部ノイズも含まれるため、信号（ｂ）では、明確に部分放電のみを検出することはできない。破線で囲われた周波数成分の中には、出力が比較的大きく、且つ外部ノイズの影響を受け難い狭帯域の周波数帯（図中では第一の周波数帯１１９ａと第二の周波数帯１１９ｂと示す）が存在する。外部ノイズとしては、携帯電話の通信波を始めとする各種無線機器がある。そこで、これらの周波数帯１１９ａ、および１１９ｂの成分を有する時間波形を、図３で示す受信信号検出部１０６ｃにおいて、バンドパスフィルタやスペクトラムアナライザ等を用いて選択的に検出し、信号（ｄ）の波形を得るのである。

なお、図５では、一例として、信号（ｂ）を得るために分波器１２０の信号周波数成分通過帯域を５００〜１５００ＭＨｚ、信号（ｄ）として抽出する時間波形を２種類としたが、この限りではなく、適用する地域の外部ノイズを予め調査した上で決定することが好適であることは言うまでもない。

図３で示した信号（ｃ）は、位相信号検出部１０６ｄを介して、運転電圧位相情報を抽出する。図３中には、位相抽出の一手法として、運転電圧信号のゼロクロスを抽出するようにしており、信号（ｅ）のパルス状の実線で示すように、位相信号検出部ではＣ１やＣ２や回路中の素子による信号位相のズレを位相信号検出部１０６ｄ内の積分器１０６ｅ（不図示）などで補正し、補正された信号に対して、例えばオペアンプなど増幅器を用いて運転電圧信号のゼロクロス位置を急峻なパルス状の信号に変換して出力する。なお、信号（ｃ）で運転電圧信号の高調波ノイズ等が重畳する場合などに備えて、ローパスフィルタを配すると、より精度良くゼロクロス信号を抽出可能となる。このようにして得られた信号（ｄ）と信号（ｅ）に対して、部分放電波形記憶部１０６ｆでは信号（ｅ）のゼロクロス信号をトリガ信号として信号（ｄ）の部分放電電磁波１０９信号を検出することにより、図中の信号（ｆ）で示すように、高電圧導体１０２に課電された商用周波数の運転電圧位相に同期した部分放電電磁波１０９信号が検出・記憶されるのである。

なお、受信信号検出部１０６ｃ、および位相信号検出部１０６ｄには、雷サージや開閉サージなどを保護するための課電圧保護装置を配することが望ましく、このための素子としてツェナーダイオードやアレスタ、ショットキーバリヤダイオードなどを夫々の回路と電気的な接地間に配すると良い。信号（ｆ）は、搬送波重畳部１０６ｇへと送られ、図１で説明した放電電磁波搬送波１１０によりセンサ１０３間で無線伝送される。

図６は、高電圧導体１０２上に模擬欠陥として線状の異物を付着挿させた場合に得られた図３の信号（ｆ）に相当する結果であり、運転電圧位相（横軸）に対して、導体上付着異物の特徴である９０°および２７０°近傍に山なりの部分放電パターンが現れている。図中には結果を判り易く示すために、部分放電電磁波１０９信号の上部に高電圧導体１０２の運転電圧波形（図３の信号（ｅ）の破線で示す波形に相当）を併記する。部分放電パターンは欠陥種毎に夫々異なる特徴を有するため、当該パターンを検出することによって、欠陥種を同定することが可能となる。このように上記の構成により、運転電圧に同期した部分放電電磁波１０９信号が検出できることが示された。

センサ１０３ａおよびセンサ１０３ｂとセンサ１０３ｎとの無線伝送について説明する。

図７は、図３で示した運転電圧位相に同期した部分放電電磁波１０９検出のフローを含む親局１１１との無線伝送１１３を司るセンサ（図１ではセンサ１０３ｎ）を除く、他の部分放電検出センサ１０３に接続された信号送受信用ユニット１０６の概要を模式図にて示す。信号送受信用ユニット１０６は、大別するとセンサ１０３で検出される信号を受信する受信部１０６ａと、受信した信号を次のセンサへ送信する送信部１０６ｂから成る。受信部１０６ａのうち、運転電圧に同期した部分放電電磁波１０９信号を検出するフローと結果については図３および図６に示した通りであり、ここではその他の機能について説明する。

先ず、スイッチ１０６ｈの機能について示す。センサ１０３で検出した各種信号は、スイッチ１０６ｈに入力される。スイッチ１０６ｈは少なくとも３ポート、２組みのユニットで構成されており、一方がセンサ１０３の検出信号受信切替え用（図７中のＡ、Ｂ、Ｎから成る）であり、もう一方がセンサ１０３への放電電磁波搬送波１１０送信切替え用（図７中のＡ’、Ｂ’、Ｎ’から成る）である。ＡとＡ’、ＢとＢ’、ＮとＮ’は夫々連動して動作する構成であり、これらの切り替えは制御部１２１によって制御される。ここで、ＡとＡ’は図３のフローで示した運転電圧および部分放電電磁波１０９信号の受信用と、送信部１０６ｂで成形される放電電磁波搬送波１１０送信用に用いられる。

ＢとＢ’は他のセンサから搬送される放電電磁波搬送波１１０の送受信用である。なお、ＮとＮ’については、部分放電電磁波１０９計測時、および放電電磁波１１０搬送時以外に使用され、雷サージや開閉サージなどから信号送受信ユニット１０６を保護する電気的な接地の役割として使用される。

次に、部分放電波形記憶部１０６ｆについて説明する。部分放電波形記憶部１０６ｆの主たる役割は、図３の信号（ｆ）に示す通り運転電圧位相に同期させた部分放電電磁波１０９信号を出力することにあるが、その後の搬送波重畳部１０６ｇを経由して放電電磁波搬送波１１０信号を任意の時刻に送信させるための記憶機能も有している。信号の送受信のタイミングについては、制御部１２１によって制御される。これにより、任意の時刻に所定のセンサ１０３による確実な送受信が可能となる。

続いて搬送波重畳部１０６ｇについて説明する。搬送波重畳部１０６ｇは搬送用の発振器を有しており、部分放電電磁波１０９信号（図ｄに示す信号（ｆ））に、当該発振器による変調用の発振波を重畳させて無線伝送用の送信信号を成形し出力する。ここで、変調後の周波数は、部分放電電磁波１０９の主たる周波数成分である５００〜１５００ＭＨｚへの干渉を避けるため、部分放電電磁波１０９よりも高い周波数成分が望ましい。例えば、無線通信規格の周波数帯である２．４ＧＨｚ（２４００ＭＨｚ）帯等を選択すれば良く、さらに当該規格の周波数帯を選択すれば、図１で示した親局信号送信ユニット１０７と親局１１１間の無線伝送、或いは親局１１１と部分放電診断システム１１２との無線伝送にそのまま使用することが可能となり、より好適である。

他の部分放電検出センサ１０３から送信されてきた放電電磁波搬送波１１０の受け渡しにあっては、スイッチ１０６ｈを制御部１２１によって受信部１０６ａでＢ側に、送信部１０６ｂでＢ’側に夫々接続する。スイッチ１０６ｈのＢ−Ｂ’間に配置した検出波形記憶部１０６ｉでは、搬送波重畳部１０６ｇで形成された放電電磁波搬送波１１０の周波数成分（先に一例を示した２．４ＧＨｚ帯等）を通過させるバンドパスフィルタを介して、部分放電検出センサ１０３で受信した放電電磁波搬送波１１０を受信・記憶する機能を有し、当該センサ１０３によって受信した放電電磁波搬送波１１０を記憶して当該センサ１０３を用いて順次放電電磁波搬送波１１０を送信する。検出波形記憶部１０６ｉでも部分放電波形記憶部１０６ｆと同様に制御部１２１によって信号の送受信のタイミングを制御する。また、無線伝送の過程で放電電磁波搬送波１１０の出力が距離減衰する場合には検出波形記憶部１０６ｉに増幅率が既知の増幅器を介在させても良い。当該増幅率については、最終的に部分放電診断システム１１２で増幅分を差し引く演算をすれば、実際に各センサ１０３で得られた部分放電電磁波１０９の信号強度が得られる。

最後に、信号送受信用ユニット１０６を駆動させるための電源には、バッテリー１１５を使用する。バッテリー１１５は一次電池の他、太陽光パネルや風車等の自然エネルギーを利用して蓄電する二次電池であっても良い。また、信号送受信用ユニット１０６の近傍に電源供給用の電力ケーブルがある場合には、それを利用しても良い。バッテリー１１５の具体的な用途は、スイッチ１０６ｈの駆動用、受信信号検出部１０６ｃや位相信号検出部１０６ｄのアンプ電源用、部分放電波形記憶部１０６ｆの記憶装置用、搬送波重畳部１０６ｇの搬送波（発振波）生成用、検出波形記憶部１０６ｉの記憶機能および増幅用、制御部１２１電源用等である。

図８は親局１１１と無線伝送１１３を行うセンサ（図１ではセンサ１０３ｎ）の親局信号送信ユニット１０７の概要を示した模式図である。部分放電電磁波１０９、および放電電磁波搬送波１１０の受信に関しては、図７で示した信号送受信用ユニット１０６と同様である。ここでは、図７の構成と異なる点について説明する。

親局信号送信ユニット１０７では、親局１１１との無線伝送１１３となるため、部分放電波形記憶部１０６ｆと検出波形記憶部１０６ｉからの出力は、当該ユニット１０７に取り付けられたアンテナ１１８に接続される。ここで、スイッチ１０６ｈについては図７と同様であり、ＡとＡ’、ＢとＢ’、ＮとＮ’がペアとなり、制御部１２１によって適宜切り替えられる。つまり、センサ１０３ｎで取得した部分放電電磁波１０９を搬送波重畳部１０６ｇを介して放電電磁波１１０としてアンテナ１１８へ出力する際には、スイッチ１０６ｈのＡとＡ’に接続され、他のセンサ１０３から受信する放電電磁波搬送波１１０をアンテナ１１８へ出力する際には、同様にＢとＢ’に接続される。

図８では、一例としてＡとＡ’に接続した様子を示している。なお、アンテナ１１８では、親局１１１へ向けた無線伝送１１３が実施されて最終的に部分放電診断システム１１２にデータが送信される。無線伝送１１３に際しては、信号送受信ユニット１０６と同様に、部分放電波形記憶部１０６ｆと検出波形記憶部１０６ｉに備えた任意の時刻に出力するための機能を利用する。

図７および図８で説明した部分放電電磁波１０９および放電電磁波搬送波１１０の送受信のタイミングについて説明する。図９は部分放電電磁波１０９および放電電磁波搬送波１１０の送受信タイミングの一例を示すパターン図である。横軸は送受信に係る時間軸を、縦軸は送受信のタイミングを夫々示している。信号送受信動作はパルス発生の時刻で行われるものとし、当該パルスは受信時については白抜きにて、送信時についてはハッチングにて夫々表記する。また、説明を判りやすくするために、パルス部に（イ）〜（ヲ）でナンバリングする。

簡単化のために、図１に表記した３つのセンサ１０３ａ、センサ１０３ｂ、センサ１０３ｎで部分放電電磁波１０９、および放電電磁波搬送波１１０の授受を行うものとする。先ず、図９の（イ）、（ロ）、（ハ）の時刻において各センサ１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｎで部分放電電磁波１０９を受信する。次いで（イ）で受信したセンサ１０３ａの部分放電電磁波１０９を信号送受信用ユニット１０６で放電電磁波搬送波１１０に変換して（ニ）のタイミングでセンサ１０３ｂに向けて送信する。これで、センサ１０３ａの送受信動作は完了する。

センサ１０３ｂでは、（ニ）の放電電磁波搬送波１１０を（ホ）のタイミングで受信する。その後、（ヘ）と（ト）のタイミングで（ホ）（センサ１０３ａの放電電磁波搬送波１１０）と（ロ）（センサ１０３ｂの放電電磁波搬送波１１０）の信号を夫々送信する。これにより、センサ１０３ｂの送受信の動作は完了する。

最後に（チ）と（リ）のタイミングで（ヘ）と（ト）の送信信号を受信し、（ヌ）と（ル）と（ヲ）のタイミングでセンサ１０３ａ、１０３ｂおよび１０３ｎの信号を親局信号送信ユニット１０７のアンテナ１１８より、順次センサ１０３ｎと親局１１１間の無線伝送１１３によって親局１１１に信号を送信し、さらに親局１１１より親局１１１と部分放電診断システム１１２間の無線伝送１１４によって、同様に部分放電診断システム１１２へ信号を送信する。以上の要領によって、各センサ１０３で取得した部分放電電磁波１０９が部分放電診断システム１１２に伝送される。

なお、本実施の形態ではセンサ１０３ｎまで他の全てのセンサを順次経由して放電電磁波搬送波１１０の送信を行った例を示したが、センサ間が近接している場合は、必ずしも全てのセンサを経由する必要はなく、センサを複数個飛ばした送受信も可能である。つまり、予め制御部１２１で受信するタイミングと送信するタイミング、および部分放電診断システム１１２で受信した部分放電搬送波１１０とセンサ１０３の関係をパターン化しておけば良い。

センサ１０３ｎで受信した各放電電磁波搬送波１１０はアンテナ１１８〜親局１１１間の無線伝送１１３、および親局１１１〜部分放電診断システム１１２間の無線伝送１１４によって部分放電診断システム１１２へ送られる。部分放電診断システム１１２では放電電磁波搬送波１１０を復調して部分放電電磁波１０９を検出し、放電パターンと部分放電信号強度の大小比較から部分放電の要因である欠陥種の判定と欠陥種の位置評定が可能となる。

以上の構成によれば、ＧＩＳ内部で発生した部分放電を精度良く検出できると共に、従来の部分放電検出センサ１０３と部分放電診断システム１１２間のケーブル接続による検出方法と比較すれば、ケーブル敷設が不要になり省配線化に貢献すること、また部分放電検出センサ１０３と部分放電診断システム１１２間のＧＩＳ外部無線伝送と比較すると、無線伝送に係るＧＩＳ外部に設置する複数の中継器が不要となり、簡易に信頼性の高い無線伝送を行うことができる利点を有する。

図１０は、本発明の第二の実施の形態を示す部分放電電磁波１０９および放電電磁波搬送波１１０の送受信タイミングの別の一例を示すパターン図であり、タイミングパルスの表記については図９と同様である。ここでは、一例としてＧＩＳ内部に６個の部分放電検出センサ１０３ｄ〜１０３ｎを配置することを想定して送受信パターンを示すが、実際の運用に際しては、この限りではない。また、親局１１１に最寄りのセンサを図１と同様にセンサ１０３ｎと示し、センサ１０３ｎから遠ざかる順にセンサ１０３ｈ、１０３ｇ、１０３ｆ、１０３ｅ、１０３ｄとして示している。

図中の一点鎖線で示した矢印は、スイッチ１０６ｈのＡとＡ’、部分放電波形記憶部１０６ｆ、および搬送波重畳部１０６ｇが電気的に接続された際の放電電磁波搬送波１１０の送受信を行うタイミングである（図７および図８参照）。

一方、図中の実線で示した矢印は、スイッチ１０６ｈのＢとＢ’、および検出波形記憶部１０６ｉを用いて他のセンサ１０３から搬送された放電電磁波搬送波１１０の送受信を行うタイミングである（図７および図８参照）。この送受信パターンによれば、全てのセンサ１０３において、スイッチＢ、Ｂ’と検出波形記憶部１０６ｉの動作は常に受信、送信を交互に繰返すため、検出波形記憶部１０６ｉは一つの放電電磁波搬送波１１０を記憶する記憶容量があれば良く、その結果、信号送受信用ユニット１０６および親局信号送信ユニット１０７の簡素化および小型化に寄与できる。

また、センサ１０３ｎに近いセンサから順に親局１１１、および部分放電診断システム１１２への無線伝送１１３、および無線伝送１１４を行うため、何れかのセンサが故障した場合には、故障したセンサで放電電磁波搬送波１１０が途絶えるため、無線伝送１１４の何個目の信号以降が途絶えたのかを部分放電診断システム１１２でカウントすることにより、故障したセンサを評定することができ、信頼性の向上に寄与できる。

図１１および図１２を用いて本発明の第三の実施の形態を説明する。図１１は、本発明の第三の実施の形態を示すＧＩＳの部分放電検出に係る別の模式図である。本実施の形態は、例えば長距離ガス母線ＧＩＢなど密閉容器１０１の軸方向長さが長い場合を対象とする。

図１２は、ＧＩＢ等に代表される同軸円筒構造の密閉容器における周波数に対しての信号の減衰量を示している。図からわかるように、周波数が高くなると信号の減衰は大きくなる。すなわち、部分放電電磁波１０９と放電電磁波搬送波１１０の関係では、部分放電電磁波１０９の周波数の方が低周波であるため、より電磁波が伝搬する距離が長い。本実施の形態ではこの特性を利用する。

図１１に示す１１６ａおよび１１６ｂは夫々センサ１０３ｉおよびセンサ１０３ｌの放電電磁波搬送波１１０の到達域とする。また、部分放電電磁波１０９は放電電磁波搬送波１１０と比較して周波数成分が低いために、１０３ｉ〜１０３ｎまでの範囲で放電電磁波１０９が到達するものとする。この場合、センサ１０３ｉとセンサ１０３ｉに接続された信号送受信ユニット１０６で形成される放電電磁波搬送波１１０が直接センサ１０３ｌまで到達することはない。同様に、センサ１０３ｌとセンサ１０３ｌに接続された信号送受信ユニット１０６で形成される放電電磁波搬送波１１０が直接センサ１０３ｉに到達することもない。

したがって、両センサ１０３ｉと１０３ｌが十分に離れていればセンサ１０３ｉではセンサ１０３ｊ、センサ１０３ｋへ向かって、またセンサ１０３ｌではセンサ１０３ｍ、センサ１０３ｎに向かって同時刻に複数の放電電磁波搬送波１１０を伝送することが可能となる。

この構成によると、複数の箇所で同時に放電電磁波搬送波１１０を形成できるため、センサ１０３ｎでの待ち時間が減少し、簡易に一連の無線伝送に要する時間を短縮できる利点を有する。なお、本実施の形態では一例として２箇所での同時搬送を示したが、この限りではなく、搬送到達域１１６が重ならない範囲であれば、同時刻により多くの部分放電検出センサ１０３を利用した搬送が可能である。

図１３は本発明の第四の実施の形態を示すバッテリー１１５の搭載方法を示した模式図である。バッテリー１１５は信号送受信用ユニット１０６および親局信号送信ユニット１０７に用いられ、長期に亘って駆動電力の供給を行う。そこで通常は耐用年数を定めて、その間に必要となる総電力量に見合ったバッテリー１１５を搭載する。このとき、単一のバッテリー１１５を用いると、バッテリー１１５が故障した場合には完全に電源が喪失してしまうこととなる。そこで、本実施の形態ではバッテリー１１５の総電力量をバッテリーユニット１１５ａ〜ｎで分割し、例えばバッテリーユニット１１５ａが故障しても他のバッテリーユニット１１５ｂ〜ｎで電力を供給できるように冗長性を確保したのである。バッテリーユニット１１５ａ〜ｎの故障の検知に際しては、バッテリーユニット１１５ａ〜ｎの何れにも電源オンの状態を明示することができるＬＥＤなどからなる表示器を付ければ良く、日常点検時に確認すれば良い。

或いは電源オンの情報を親局１１１〜部分放電診断システム１１２間の無線伝送１１４に乗せて、部分放電診断システム１１２で監視しても良い。バッテリーユニット１１５ａ〜ｎは信号送受信用ユニット１０６および親局信号送信ユニット１０７に並列に接続されているため、バッテリーユニット１１５ａ〜ｎの何れかが故障した際にも当該故障ユニットを交換するだけで済み、且つ停電作業が伴わない利点がある。

なお、太陽光パネルや風車等を利用した二次電池を使用する場合であっても、発電した電力をバッテリーユニット１１５ａ〜ｎに分配して供給して蓄電することにより、同様に冗長性を確保できる。また、本実施の形態は親局１１１の駆動電源としてバッテリー１１５を用いた場合でも同様に適用可能である。

以上の実施の形態によれば、部分放電を長期に亘り確実に監視できると共に、バッテリー１１５の故障時には、これを停電作業を伴わず簡易に検出・交換でき、信頼性の高い部分放電情報の送受信に寄与できる。

１０１…密閉容器、１０２…高電圧導体、１０３…部分放電検出センサ、１０４…ハンドホール、１０５…フランジ、１０６…信号送受信用ユニット、１０６ａ…受信部、１０６ｂ…送信部、１０６ｃ…受信信号検出部、１０６ｄ…位相信号検出部、１０６ｅ…積分器、１０６ｆ…部分放電波形記憶部、１０６ｇ…搬送波重畳部、１０６ｈ…スイッチ、１０６ｉ…検出波形記憶部、１０７…親局信号送信ユニット、１０８…欠陥、１０９…部分放電電磁波、１１０…放電電磁波搬送波、１１１…親局、１１２…部分放電診断システム、１１３…センサと親局間の無線伝送、１１４…親局と部分放電診断システム間の無線伝送、１１５…バッテリー、１１５ａ〜ｎ…バッテリーユニット、１１６ａ…部分放電検出センサ１０３ｉの搬送波到達域、１１６ｂ…部分放電検出センサ１０３ｌの搬送波到達域、１１７…支持碍子、１１７ａ…絶縁物、１１７ｂ…埋め込み導体、１１８…アンテナ、１１９ａ…第一の周波数帯、１１９ｂ…第二の周波数帯、１２０…分波器、１２１…制御部

Claims (8)

1. 送電用の高電圧導体を内部に有し、絶縁ガスが封入された密閉容器の内部に複数の部分放電検出器を有し、前記密閉容器の外部に部分放電診断装置を有するガス絶縁電気機器の部分放電検出装置において、
   前記部分放電検出器は前記密閉容器内で生じた部分放電信号を受信し、前記部分放電信号を搬送波で密閉容器内に送信し、
   前記搬送波で送信された前記部分放電信号は、前記部分放電検出器を介して、受信および送信され、前記部分放電検出器のうち前記部分放電診断装置に最寄りのものから前記密閉容器の外部に配された前記部分放電診断装置へ伝送されることを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
2. 請求項１において、
   前記部分放電検出器は、前記密閉容器の内部に配置されたセンサと、前記密閉容器の外部に配置された信号送受信装置を有し、
   前記センサと前記信号送受信装置は、前記密閉容器を貫いて電気的に接続されていることを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
3. 請求項２において、
   前記信号送受信装置は、分波器と、
   前記部分放電信号を検出する受信信号検出部と、
   前記高電圧導体の運転電圧信号を検出する位相信号検出部と、
   前記部分放電信号を前記高電圧導体の運転電圧信号の位相に同期させて検出すると共に、前記部分放電電磁波を記憶する部分放電波形記憶部と、
   前記部分放電波形記憶部に接続し、前記部分放電電磁波を形成する主たる周波数成分よりも高周波の信号で前記部分放電電磁波を変調して前記送信信号を成形する第一の信号処理手段と、
   前記部分放電検出器から受信する送信信号を記憶する検出波形記憶部を有する第二の信号処理手段とを備えたことを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
4. 請求項３において、
   前記部分放電波形記憶部と、前記検出波形記憶部は、任意の時刻でそれぞれ記憶した信号を出力する手段を備えたことを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
5. 請求項３において、
   前記受信信号検出部と、前記検出波形記憶部は、入力された信号を増幅して出力する手段を備えたことを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
6. 請求項３において、
   前記部分放電波形記憶部及び前記検出波形記憶部は、夫々一つの前記部分放電電磁波の波形及び前記送信信号の波形を記憶することを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
7. 請求項３において、
   前記第一の信号処理手段と前記第二の信号処理手段は、切替スイッチと前記切替スイッチを制御する制御部によって各々の手段が選択、動作されることを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。
8. 請求項７において、
   前記制御部と前記切替スイッチは、前記第一の信号処理手段と前記第二の信号処理手段を動作させない時刻において、前記第一の信号処理手段と前記第二の信号処理手段を電気的に接地させるための接地回路に接続されることを特徴とする、
   ガス絶縁電気機器の部分放電検出装置。