JP2018124108A - 部分放電を検出するための装置、システムおよび方法 - Google Patents
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Abstract
Description
例えば、特許文献1には、配電機器等の通電状態の電気機器に発生する部分放電の信号をセンサにより計測し、センサの計測信号の周波数分析により、計測信号のうちの部分放電の信号が分布する所定周波数範囲の信号レベルのデータを求め、各データのレベル順の設定範囲のデータの平均値を求め、平均値に基づき、部分放電の有無を判定して検出する方法が提案されている。
そこで、本発明は、上述した問題点を解消し、高価な測定器を用いることなく、判定結果にばらつきが生ずるおそれがなく、確実に部分放電を検出するための装置、システムおよび方法を提供する。
本発明の部分放電検出装置(100)は、センサ(20)に接続されている部分放電検出回路(10)と、前記部分放電検出回路(10)に接続されているコンピュータ(10’)と、を有し、
前記部分放電検出回路(10)は、
前記センサ(20)により検出された波形から、電圧の実効値(BGN)を検出するRMS回路(RMS)と、
前記センサ(20)により検出された波形から、電圧の最大値(MAX)を検出するピークホールド回路(PEAKHOLD)と、
前記センサ(20)により検出されたサージ波形の周波数(f)と設定周波数(fs)との差分を取得する手段と、
を備え、
前記コンピュータ(10’)は、前記サージ波形の発生周期(T)を検出する、
ことを特徴とする。
前記設定周波数(fs)を発生する電圧制御発振器(VCO)と、
前記周波数(f)および前記設定周波数(fs)の和信号(f+fs)および差信号(f−fs)を出力する混合器(1)と、
前記和信号(f+fs)を遮断し、前記差信号(f−fs)を出力するローパスフィルタ(LPF)と、
を備える、
ことが好ましい。
ことが好ましい。
ことが好ましい。
センサ(20)により検出された波形から、電圧の実効値(BGN)を検出するステップ(S1)と、
前記センサ(20)により検出された波形から、電圧の最大値(MAX)を検出するステップ(S2)と、
前記実効値(BGN)と前記最大値(MAX)とを比較するステップ(S3)と、
前記実効値(BGN)の所定倍より前記最大値(MAX)が大きい場合、前記センサ(20)により検出されたサージ波形の周波数(f)を検出するステップ(S4)と、
前記周波数(f)と設定周波数(fs)と比較するステップ(S5)と、
前記周波数(f)と前記設定周波数(fs)とが略一致する場合、前記サージ波形の発生周期(T)を検出するステップ(S6)と、
前記発生周期(T)と電源電圧の周期(Tp)とを比較するステップ(S7)と、
前記発生周期(T)と前記周期(Tp)とが略一致する場合、部分放電ありと判定するステップ(S8)と、
を含むことを特徴とする。
図1(a)には、減衰波形である部分放電波形AがバッググラウンドノイズBGNとともに現れている状態を示す。部分放電波形Aの振幅Vaは、バッググラウンドノイズBGNの振幅Vbに対して有意差を有する大きさである(例えば、振幅Vaは振幅Vbの所定倍より大きい)。
図1(b)に示すように、部分放電波形Aの発生周期(T)は、電源電圧波形の周期に同期している。図示例のように、例えば、電源電圧波形が50Hzの場合、部分放電波形Aの発生周期(T)は10msである。なお、電源電圧波形は、50Hzに限定されるものではなく、例えば60Hzにも適用可能である。
図1(c)に示すように、部分放電波形Aの周波数(f)は、高周波、例えば10MHz以上である。なお、部分放電が発生する箇所の絶縁物により、発生する部分放電波形Aの周波数が異なることが知られており、例えば、変圧器の場合、以下の通りである。
乾式変圧器(絶縁物:空気) 数10MHz
油入絶縁変圧器(絶縁物:シリコーン油、鉱油) 数10MHz〜200MHz
ガス絶縁変圧器(絶縁物:六フッ化硫黄) 数100MHz
以下、変圧器における部分放電波形を検出するための装置、システムおよび方法について説明するが、本発明は、変圧器だけでなく、遮断器等のさまざまな電力設備に適用可能である。
本発明の部分放電検出装置100は、センサ20に接続されている部分放電検出回路10と、部分放電検出回路10に接続されているコンピュータ10’と、を有する。部分放電検出装置100およびセンサ20は、部分放電検出システム200を構成する。
センサ20は、図1に示すサージ波形およびバックグラウンドノイズを検出し、このサージ波形が部分放電波形か否かは、部分放電検出装置100によって判定される。
センサ20により検出されたサージ波形の周波数(f)は、電圧制御発振器(VCO)により発生した設定周波数(fs)とともに混合器1に入力される。混合器1では、ヘテロダインの原理により、入力されたサージ波形の周波数(f)および設定周波数(fs)の和信号(f+fs)および差信号(f−fs)が求められる。次に、ローパスフィルタ(LPF)により和信号である高周波成分(f+fs)が遮断され、差信号である低周波成分(f−fs)が出力される。すなわち、電圧制御発振器(VCO)、混合器1およびローパスフィルタ(LPF)は、センサ20により検出されたサージ波形の周波数(f)と設定周波数(fs)との差分を取得する手段を構成する。
次に、比較器2では、狙った周波数成分であるサージ波形の周波数(f)について、サージ波形の電圧が所定の閾値電圧(Threshold)と比較される。サージ波形の電圧が所定の閾値電圧(Threshold)より高い場合、当該サージ波形の頻度(周期)がコンピュータ10’において監視(検出)される。図示例では、頻度(周期)が10msでなければ、当該サージ波形が部分放電波形ではないと判定される。一方、頻度(周期)が10msであれば、当該サージ波形が部分放電波形の可能性があるとしてさらなる判定が行われる(図3において詳述する)。
センサ20により検出された波形(バックグラウンドノイズ+サージ波形)から、ピークホールド回路(PEAKHOLD)により電圧の最大値(MAX)が検出され、最大値(MAX)はコンピュータ10’に入力される。センサ20によりサージ波形が検出されない場合、最大値(MAX)はバックグラウンドノイズの最大値となり、センサ20によりサージ波形が検出される場合、最大値(MAX)はサージ波形の最大値となる。
コンピュータ10’において、実効値(BGN)と最大値(MAX)とが比較され、当該サージ波形が部分放電波形の可能性があるか否かが判定される(図3において詳述する)。
コンピュータ10’からはリセット信号(Reset)がピークホールド回路(PEAKHOLD)に供給される。
ステップS1において、センサ20により検出された波形から、電圧の実効値(BGN)を検出する。
ステップS2において、センサ20により検出された波形から、電圧の最大値(MAX)を検出する。
ステップS3において、実効値(BGN)と最大値(MAX)とを比較する。例えば、実効値(BGN)の2倍と最大値(MAX)とを比較する。なお、「2倍」は単なる一例であり、部分放電波形の振幅が、バッググラウンドノイズの振幅に対して有意差を有する大きさに適宜設定可能である。
ステップS3において、「はい」の場合、すなわち、実効値(BGN)の2倍より最大値(MAX)が大きい場合、ステップS4において、サージ波形の周波数(f)を検出する。
ステップS5において、サージ波形の周波数(f)と設定周波数(fs)とを比較する。設定周波数(fs)は、上述したとおり絶縁物の種類(空気、油、ガス)によって異なる。
ステップS5において、「はい」の場合、すなわち、サージ波形の周波数(f)と設定周波数(fs)とが略一致する場合、ステップS6において、サージ波形の発生周期(T)を検出する。
ステップS7において、サージ波形の発生周期(T)と電源電圧の周期(Tp)とを比較する。
ステップS7において、「はい」の場合、すなわち、サージ波形の発生周期(T)と電源電圧の周期(Tp)とが略一致する場合、ステップS8において、部分放電ありと判定する。
一方、ステップS3、S5、S7のいずれかにおいて、「いいえ」の場合、ステップS9において、部分放電なしと判定する。
なお、ステップS1〜S7はこの順に限定されるものではない。例えば、サージ波形の発生周期(T)の検出をサージ波形の周波数(f)検出より前に行ってもよい。また、図示を省略するが、サージ波形が減衰波形であるか否かを判定するステップを設けることもできる。
また、「略一致する」とは、正確に一致する場合だけではなく、ある程度の範囲を持って一致する場合を含めるための表現であり、範囲は本発明が利用される場合に応じて適宜設定可能である。
図4は、センサ一体型据置器の例を示す。変圧器300に部分放電検出システム200が取り付けられている。なお、上述したように、部分放電検出システム200は、部分放電検出回路10、コンピュータ10’およびセンサ20を含む。部分放電検出システム200は、コンピュータ400と通信するための通信手段も含む。変圧器300において内部不具合が発生すると、部分放電検出システム200は、図3のフローチャートに従って、部分放電の有無を判定する。部分放電有りと判定すると、部分放電検出システム200は、コンピュータ400に部分放電有りという情報を送信する。図示例では、部分放電検出システム200は、コンピュータ400に無線で接続されるが、有線で接続されてもよい。
図5(a)は、センサ取替式の部分放電検出装置の一例を示す。変圧器300にセンサ20が取り付けられている。センサ20は、例えば面電流センサであり、部分放電検出装置100に有線で接続され、測定信号を、部分放電検出装置100に送信する。なお、上述したように、部分放電検出装置100は、部分放電検出回路10およびコンピュータ10’を含む。部分放電検出装置100には、受信した測定信号にサージ波形が含まれているか否かを表示するためのsurgeランプ101と、当該サージ波形が電源電圧に同期しているか否かを表示するためのsyncランプ102と、検出電圧を表示する画面103と、ピークホールド回路をリセットするためのRESETボタン104と、が設けられている。部分放電検出装置100を用いて、図3のフローチャートに従って、部分放電の有無を判定する。
図5(b)は、センサ取替式の部分放電検出装置の他の例を示す。部分放電検出装置100にはアンテナが取り付けられ、当該アンテナがセンサの役割を果たす。図5(b)の構成では、アンテナが変圧器300から信号を受信する以外、図5(a)の構成と同様であるのでその説明を省略する。
2 比較器
10 部分放電検出回路
10’ コンピュータ
20 センサ
100 部分放電検出装置
101 surgeランプ
102 syncランプ
103 画面
104 RESETボタン
200 部分放電検出システム
300 変圧器
400 コンピュータ
Claims (6)
- センサ(20)に接続されている部分放電検出回路(10)と、前記部分放電検出回路(10)に接続されているコンピュータ(10’)と、を有する部分放電検出装置(100)において、
前記部分放電検出回路(10)は、
前記センサ(20)により検出された波形から、電圧の実効値(BGN)を検出するRMS回路(RMS)と、
前記センサ(20)により検出された波形から、電圧の最大値(MAX)を検出するピークホールド回路(PEAKHOLD)と、
前記センサ(20)により検出されたサージ波形の周波数(f)と設定周波数(fs)との差分を取得する手段と、
を備え、
前記コンピュータ(10’)は、前記サージ波形の発生周期(T)を検出する、
部分放電検出装置(100)。 - 前記周波数(f)と前記設定周波数(fs)との差分を取得する前記手段は、
前記設定周波数(fs)を発生する電圧制御発振器(VCO)と、
前記周波数(f)および前記設定周波数(fs)の和信号(f+fs)および差信号(f−fs)を出力する混合器(1)と、
前記和信号(f+fs)を遮断し、前記差信号(f−fs)を出力するローパスフィルタ(LPF)と、
を備える、
請求項1に記載の部分放電検出装置(100)。 - 前記部分放電検出回路(10)は、前記周波数(f)について、前記サージ波形の電圧を所定の閾値電圧と比較する比較器(2)をさらに備える、
請求項1または2に記載の部分放電検出装置(100)。 - 請求項1から3のいずれかに記載の部分放電検出装置(100)と、前記部分放電検出装置(100)に接続されているセンサ(20)と、を備える部分放電検出システム(200)。
- 前記部分放電検出システム(200)は、コンピュータ(400)に部分放電の有無に関する情報を送信する、
請求項4に記載の部分放電検出システム(200)。 - 部分放電を検出するための方法において、
センサ(20)により検出された波形から、電圧の実効値(BGN)を検出するステップ(S1)と、
前記センサ(20)により検出された波形から、電圧の最大値(MAX)を検出するステップ(S2)と、
前記実効値(BGN)と前記最大値(MAX)とを比較するステップ(S3)と、
前記実効値(BGN)の所定倍より前記最大値(MAX)が大きい場合、前記センサ(20)により検出されたサージ波形の周波数(f)を検出するステップ(S4)と、
前記周波数(f)と設定周波数(fs)と比較するステップ(S5)と、
前記周波数(f)と前記設定周波数(fs)とが略一致する場合、前記サージ波形の発生周期(T)を検出するステップ(S6)と、
前記発生周期(T)と電源電圧の周期(Tp)とを比較するステップ(S7)と、
前記発生周期(T)と前記周期(Tp)とが略一致する場合、部分放電ありと判定するステップ(S8)と、
を含む方法。
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