JP2018179724A - 部分放電検出装置および部分放電検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡単な回路構成で部分放電の発生源を特定する。【解決手段】部分放電検出装置２００において、アレーアンテナ装置１６０は、検査対象物から到来する電磁波１０３を検出するための複数のアンテナ素子１１を備える。複数のバンドパスフィルタ１５２は、対応するアンテナ素子１１０の受信信号から特定周波数範囲の成分をそれぞれ取り出す。部分放電によって生じる電磁波１０３の周波数特性は、特定周波数範囲においてピークを有する。Ａ／Ｄ変換部１３４は、バンドパスフィルタ１５２ごとに出力された特定周波数範囲の成分をアンダーサンプリング方式でＡ／Ｄ変換することによって複数の低周波信号を生成する。信号処理部１４０は、複数の低周波信号に基づいてアレーアンテナ装置１６０によって受信した電磁波の到来方向を推定し、検査対象物の方向から到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅に基づいて検査対象物における部分放電の有無を判定する。【選択図】図２

Description

本開示は、部分放電の発生に伴う電磁波を検出することによって、部分放電の発生を検知する部分放電検出装置および部分放電検出方法に関する。

電磁波による部分放電の検出では、放電発生源を正確に特定することが求められている。たとえば、特開２００５−９８８００号公報（特許文献１）に記載された部分放電検出装置は、変電所構内に３個以上のアンテナを配置し、各アンテナにおける受信時間差に基づいて放電発生源の位置を検知する。

さらに、この文献の部分放電検出装置は、アンテナで受信した電磁波の周波数特性に基づいて放電発生源の種類を判定する。具体的にこの文献によれば、部分放電発生源が「油中」であれば、電磁波の周波数特性は１５０ＭＨｚ付近にピークを有するものになる。部分放電が「架線」のコロナ放電由来のものであれば、電磁波の周波数特性は５０ＭＨｚ付近にピークを有するものになる。部分放電発生源が「碍子沿面」であれば、電磁波の周波数特性は２５ＭＨｚ付近にピークを有するものになる。

また、特開２０１１−２４２２４４号公報（特許文献２）は、アレーアンテナ装置によって部分放電の発生位置を標定する部分放電標定装置を開示する。具体的に部分放電標定装置は、フロントエンド部と、アナログ位相処理回路と、ＡＤ変換部と、標定部とを備える。フロントエンド部は、各アンテナ素子の受信信号から特定周波数（４００ＭＨｚ）の成分を取り出す複数のＳＡＷフィルタ（Surface Acoustic Wave Filter）を備える。アナログ位相処理回路は、ミキサーとローパスフィルタとを用いて各ＳＡＷフィルタの出力信号をダウンコンバージョンする。Ａ／Ｄ（Analog to Digital）変換部は、ダウンコンバートされた信号をＡ／Ｄ変換する。標定部は、Ａ／Ｄ変換後の信号から各アンテナ素子の到達時間差を算出し、算出した時間差に基づいて電磁波の到来方向を判別する。

特開２００５−９８８００号公報 特開２０１１−２４２２４４号公報

上記の特許文献１の技術によれば、特定周波数（たとえば、１５０ＭＨｚ）帯で各アンテナ素子における受信時間を検出する必要があるので、高精度のＡ／Ｄ変換器が必要となるという問題がある。上記の特許文献２の技術によれば、特定周波数（４００ＭＨｚ）の信号をダウンコンバージョンするためのアナログ回路を必要とするので、回路構成が複雑となる。したがって、この開示の第１の課題は、より簡単な回路構成で部分放電の発生源を特定可能な部分放電検出装置および部分放電検出方法を提供することである。

さらに、本願の発明者らは、第２の課題として、油入ブッシングの油中での部分放電を検出する場合に、上記の特許文献１，２で採用されている特定周波数の妥当性について検討した。具体的に、実機器の油入ブッシングが用いられる変電所の環境下でフィールドノイズを測定することによって、Ｓ／Ｎ（Signal to Noise）比が高い状態で部分放電の検出が可能な周波数範囲について検討した。

一実施形態による部分放電検出装置は、アレーアンテナ装置と、複数のバンドパスフィルタと、Ａ／Ｄ変換部と、信号処理部とを備える。アレーアンテナ装置は、検査対象物から到来する電磁波を検出するための複数のアンテナ素子を備える。複数のバンドパスフィルタは、複数のアンテナ素子にそれぞれ対応し、各々が対応するアンテナ素子の受信信号から特定周波数範囲の成分をそれぞれ取り出す。検査対象物の部分放電によって生じる電磁波の周波数特性は、特定周波数範囲においてピーク振幅を有する。Ａ／Ｄ変換部は、バンドパスフィルタごとに出力された特定周波数範囲の成分をアンダーサンプリング方式でＡ／Ｄ変換することによって複数の低周波信号を生成する。信号処理部は、複数の低周波信号に基づいてアレーアンテナ装置によって受信した電磁波の到来方向を推定し、検査対象物の方向から到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅に基づいて検査対象物における部分放電の有無を判定する。

他の実施形態による部分放電検出装置は、上記の一実施形態の場合において、さらに、検査対象物は、油入ブッシングであり、特定周波数範囲は、４５０ＭＨｚ以上４６０ＭＨｚ以下の範囲である。

上記の一実施形態によれば、アンダーサンプリング方式でＡ／Ｄ変換を行うので、より簡単な回路構成で放電発生源を特定可能な部分放電検出装置および部分放電検出方法を提供することができる。上記の他の実施形態によれば、特定周波数範囲を４５０ＭＨｚ以上４６０ＭＨｚ以下にすることによって、油入ブッシングの油中での部分放電をＳ／Ｎ比が高い状態で検出することができる。

実施の形態１による部分放電検出装置２００によって検査対象物１２０Ａの部分放電に伴う放射電磁波１０３を検出する様子を模式的に示す図である。 実施の形態１による部分放電検出装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１の部分放電検出装置において、検査対象物の部分放電を検出する手順を示すフローチャートである。 アンダーサンプリング方式のＡ／Ｄ変換の原理について説明するための図である。 アンテナ素子の配列方向と電磁波の到来方向との関係を示す図である。 図５のアンテナ素子１１０＿１で受信した電磁波の位相φ１とアンテナ素子１１０＿２で受信した電磁波の位相φ２との関係を示す図である。 実施の形態２による部分放電検出装置の構成を示すブロック図である。 部分放電に伴う電磁波を検出するための特定周波数範囲を決定する手順を示すフローチャートである。 油入ブッシングの油中での部分放電に伴う放射電磁波の検出結果と、実地環境でのフィールドノイズの検出結果とを示す図である。 図９の１００ＭＨｚから２００ＭＨｚの部分を拡大して示す図である。 図９の４００ＭＨｚから５００ＭＨｚの部分を拡大して示す図である。 油入ブッシングの碍子の沿面で部分放電が生じた場合の放射電磁波の受信電圧の振幅スペクトルを示す図である。

以下、各実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。

実施の形態１．
［部分放電検出装置の構成］
図１は、実施の形態１による部分放電検出装置２００によって検査対象物１２０Ａの部分放電に伴う放射電磁波１０３を検出する様子を模式的に示す図である。

図１の例では、検査対象物１２０Ａは油入ブッシング１２０である。部分放電検出装置２００は、油入ブッシング１２０の油中での部分放電に伴う電磁波１０３を検出する。油入ブッシング１２０が組み込まれた実機器１２１は、変電所などの実地環境１２５に設置されている。

なお、図１では、実機器１２１の機器本体１２２（たとえば、変圧器）に１本の油入ブッシング１２０が取り付けられた例が示されているが、実際には、３相の入出力用に６本の油入ブッシング１２０が設けられている。したがって、実地環境１２５において油入ブッシング１２０からの部分放電を検出する場合には、どの油入ブッシング１２０からの放射電磁波１０３であるかを区別する必要がある。さらに、実地環境では、放送波および通信波１２３などのフィールドノイズと部分放電に伴う電磁波とを区別する必要がある。

図２は、実施の形態１による部分放電検出装置の構成例を示すブロック図である。図１および図２を参照して、部分放電検出装置２００は、アレーアンテナ装置１６０と、バンドパスフィルタ１５２＿１〜１５２＿ｎと、アンプ１３０＿１〜１３０＿ｎと、オシロスコープ１１１と、コンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）１１２とを備える。

アレーアンテナ装置１６０は、直線状または平面上に配列されたｎ個（ｎは２以上）のアンテナ素子１１０（アンテナ素子１１０＿１〜１１０＿ｎ）を含む。アレーアンテナ装置１６０は、検査対象物である油入ブッシングの方向から到来する電磁波を受信するためのものである。図２の部分放電検出装置２００では、検査対象物の方向から電磁波が到来したか否かを確認するために、信号処理部１４０によって電磁波の到来方向を推定するための演算が行われる。これによって、検査対象物１２０Ａが複数ある場合に、どの検査対象物から到来した電磁波であるかを特定でき、また、複数の検査対象物１２０Ａから部分放電に伴う電磁波が同時に発生した場合でも、電磁波発生源を区別して部分放電を検出することができる。

さらに、本実施の形態の部分放電検出装置２００では、各アンテナ素子１１０として比較的広帯域のものが用いられる。広帯域のアンテナ素子１１０は、検査対象物の部分放電に伴う電磁波１０３とともに放送波および通信波１２３などのフィールドノイズを受信し得る。しかしながら、上記のようにアレーアンテナ装置１６０を用いて電磁波到来方向を推定することによって、フィールドノイズと区別して検査対象物１２０Ａの部分放電に伴う電磁波をより確実に検出することができる。

バンドパスフィルタ１５２＿１〜１５２＿ｎは、アンテナ素子１１０＿１〜１１０＿ｎにそれぞれ対応して設けられる。各バンドパスフィルタ１５２は、対応するアンテナ素子１１０の受信信号のうち特定周波数範囲（中心周波数ｆｃ、バンド幅ｆｂ）の成分を取り出す。

特定周波数範囲は検査対象物１２０Ａによって異なる。部分放電に伴う電磁波の受信信号の周波数特性がこの特定周波数範囲でピークを有するように周波数範囲が設定される。実施の形態３で説明するように、検査対象物１２０Ａが油入ブッシング１２０であり、油入ブッシング１２０の油中での部分放電を検出する場合には、特定周波数範囲は、４５０ＭＨｚ以上４６０ＭＨｚ以下に設定するのが望ましい。この場合、バンドパスフィルタ１５２の中心周波数ｆｃは４５５ＭＨｚであり、バンドパスフィルタ１５２のバンド幅ｆｂは１０ＭＨｚである。

アンプ１３０＿１〜１３０＿ｎは、バンドパスフィルタ１５２＿１〜１５２＿ｎにそれぞれ対応して設けられる。各アンプ１３０は、対応するバンドパスフィルタ１５２を通過した上記の特定周波数範囲の成分を増幅する。アンテナ素子１１０の受信信号の強度が十分な場合には、アンプ１３０は必ずしも設けられていなくてもよい。また、バンドパスフィルタ１５２とアンプ１３０の接続順序を逆にしてもよい。

オシロスコープ１１１は、Ａ／Ｄ変換部１３４と、メモリ１３２と、液晶ディスプレイなどの表示部１３３とを含む。Ａ／Ｄ変換部１３４は、バンドパスフィルタ１５２＿１〜１５２＿ｎの出力をそれぞれデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器１３１＿１〜１３１＿ｎを含む。

ここで、Ａ／Ｄ変換部１３４は、アンダーサンプリング方式のＡ／Ｄ変換を行う。アンダーサンプリングとは、帯域制限された高周波の信号を低周波のサンプリング周波数ｆｓでサンプリングするものである。これによって、帯域制限された高周波信号を０〜ｆｓ／２の範囲の低周波信号に変換することができる。アンダーサンプリングＡ／Ｄ変換については、図４を参照して後で詳しく説明する。

Ａ／Ｄ変換後の低周波のデジタル信号は、メモリ１３２に格納されるとともに、表示部１３３に表示される。メモリ１３２への格納および表示部１３３への表示の両方の処理を高速化するために、専用の信号処理回路（不図示）を設けてもよい。

コンピュータ１１２は、プロセッサなどの信号処理部１４０と、メモリ１４５と、液晶ディスプレイなどの表示部１４６とを含む。本実施の形態の場合、信号処理部１４０は、メモリ１４５に格納されたプログラムを実行することによって種々の機能を実現する。具体的に、信号処理部１４０は、複数の低周波信号に基づいてアレーアンテナ装置１６０によって受信した電磁波の到来方向を推定し、検査対象物１２０Ａの方向から到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅に基づいて検査対象物１２０Ａにおける部分放電の有無を判定する。電磁波の到来方向の推定方法については、図５および図６などを参照して後で詳しく説明する。

上記では汎用のオシロスコープ１１１と汎用のコンピュータ１１２とを用いて部分放電検出装置２００を構成した例が示されている。これと異なり、専用回路を利用することによって部分放電検出装置２００を一体的に構成してもよい。

［部分放電の検出手順］
図３は、実施の形態１の部分放電検出装置において、検査対象物の部分放電を検出する手順を示すフローチャートである。以下、図１〜図３を参照して、これまでの説明を総括して部分放電に伴う電磁波の検出手順を説明する。

ステップＳ１００において、部分放電検出装置２００は、検査対象物１２０Ａから到来する電磁波１０３を複数のアンテナ素子１１０を備えたアレーアンテナ装置１６０によって検出する。

次のステップＳ１１０において、部分放電検出装置２００は、複数のバンドパスフィルタ１５２をそれぞれ用いて、複数のアンテナ素子１１０の各々の受信信号から特定周波数範囲の成分を取り出す。ここで、検査対象物１２０Ａの部分放電によって生じる電磁波１０３の周波数特性は、上記の特定周波数範囲においてピーク振幅を有するものとする。したがって、特定周波数範囲は、検査対象物に特有のものである。

次にステップＳ１２０において、Ａ／Ｄ変換部１３４は、バンドパスフィルタ１５２ごとに出力された特定周波数範囲の成分をアンダーサンプリング方式でＡ／Ｄ変換することによって複数の低周波信号を生成する。アンダーサンプリングＡ／Ｄ変換については、図４を参照して後で詳しく説明する。

次のステップＳ１３０において、信号処理部１４０は、アンダーサンプリング方式のＡ／Ｄ変換によって生成された複数の低周波信号に基づいてアレーアンテナ装置１６０によって受信した電磁波の到来方向を推定する。具体的な到来方向推定方法については、図５および図６などを参照して後で詳しく説明する。

そして、次のステップＳ１４０において、信号処理部１４０は、検査対象物１２０Ａの方向から到来した電磁波によるアレーアンテナ装置１６０の受信信号の振幅に基づいて、検査対象物における部分放電の有無を判定する。より詳細には、信号処理部１４０は、検査時に得られた検査対象物１２０Ａから到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅と、部分放電が未発生のときに同一方向から到来した電磁波による受信信号の振幅とを比較することによって、検査対象物１２０Ａの部分放電の有無を判定する。部分放電が未発生のときにアレーアンテナ装置１６０に到来する電磁波は、主として放送波および通信波１２３などによるフィールドノイズである。

［アンダーサンプリング方式について］
図４は、アンダーサンプリング方式のＡ／Ｄ変換の原理について説明するための図である。以下の説明では、バンドパスフィルタ１５２の中心周波数をｆｃとし、バンド幅をｆｂとする。サンプリング周波数をｆｓとする。

図４を参照して、アンダーサンプリング方式では、サンプリング周波数ｆｓの半分の周波数ｆｓ／２は、バンドパスフィルタのバンド幅ｆｂよりも大きく設定される（バンド幅ｆｂの２倍程度が望ましい）。さらに、サンプリング周波数ｆｓの整数倍（図４の場合、３倍）の周波数が帯域制限された高周波信号の下限周波数よりも若干小さくなるように設定される。この結果、エリアシングによって高周波信号が０〜ｆｓ／２の範囲に周波数変換される。この場合、バンドパスフィルタによって受信信号の帯域が制限されているので、エリアシングによって折り返された信号が互いに重なることはない。なお、アンダーサンプリングＡ／Ｄ変換によって、元信号の周波数情報は失われるが、振幅情報と位相情報とは保持されている。

上記のようにアンダーサンプリング方式のＡ／Ｄ変換を用いることによって、ミキサーとローパスフィルタとによるダウンコンバージョンのための回路を設ける必要がなくなるので、アナログ回路の構成を簡単化することができる。

［電磁波の到来方向の推定について］
以下、アレーアンテナ装置１６０を用いて電磁波到来方向を推定する方法について説明する。

（１） 基本原理
図５は、アンテナ素子の配列方向と電磁波の到来方向との関係を示す図である。図５では、電磁波１０３は単一周波数の平面波を仮定している。アンテナ素子１１０＿１およびアンテナ素子１１０＿２の配列方向をＸ方向とし、配列方向に垂直な方向をＹ方向とする。アンテナ素子１１０＿１とアンテナ素子１１０＿２との間隔をｄとする。電磁波１０３は、Ｙ方向からＸ方向にθだけ傾斜した方向から入射しているとする。

この場合、アンテナ素子１１０＿１で受信した電磁波１０３の位相φ１とアンテナ素子１１０＿２で受信した電磁波１０３の位相φ２とは、ｄ・ｓｉｎθに対応する位相φだけずれている。

図６は、図５のアンテナ素子１１０＿１で受信した電磁波の位相φ１とアンテナ素子１１０＿２で受信した電磁波の位相φ２との関係を示す図である。

図５および図６を参照して、電磁波１０３の波長をλとすると、
２π：φ＝λ：ｄｓｉｎθ …(1)
の関係が成り立つ。したがって、電磁波１０３の周波数をｆとし、電磁波１０３の速度をｃとすれば、電磁波１０３の入射方向θは、
θ＝ｓｉｎ^-1（φ・ｃ／２πｆｄ） …(2)
によって表される。

上記の位相φ１およびφ２は、たとえば、離散フーリエ変換を用いて計算できる。具体的に、各アンテナ素子１１０の受信信号をアンダーサンプリングＡ／Ｄ変換し、さらに離散フーリエ変換を行うことによって、各アンテナ素子１１０の受信信号ごとに振幅スペクトルおよび位相スペクトルが得られる。ある周波数（たとえば、振幅スペクトルのピーク周波数）における各アンテナ素子１１０＿１，１１０＿２の位相スペクトルの値が、上記の位相φ１およびφ２に対応する。

（２） 一般的な電磁波到来方向の推定法
これまでアレーアンテナの到来方向推定法として種々の方法が提案されている。最も基本的な方法はフーリエ変換に基づくビームフォーマ（Beamformer）法である。その後、ケイポン（Capon）法、線形予測法（ＬＰ：Linear Prediction）などが登場した。さらに、アレー入力の相関行列の固有値展開に基づく、最小ノルム法（Min-Norm）、ＭＵＳＩＣ（Multiple Signal Classification）、ＥＳＰＲＩＴ（Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques）、およびＭＯＤＥ（Method of Direction Estimation）などが提案された。図２の信号処理部１４０による電磁波到来方向の推定方法として、上記のいずれかの方法を採用してもよいし、その他の任意の公知の方法を採用してもよい。

上記の各方法に共通する概念について説明すると、各アンテナ素子１１０の受信信号に重み係数を乗算してから加算することによって合成出力信号が生成される。このとき、重み係数により受信信号の振幅および位相を制御することによって、アレーアンテナ装置１６０の指向性（例えば、各ローブの大きさおよびナル（null）点の位置）を制御できる。

たとえば、ビームフォーマ法は、同相励振アレーアンテナのメインローブを全方向にわたって走査し、合成出力信号が大きくなる方向を探す方法である。ケイポン法は、ある方向にメインローブを向けると同時に他の方向からの合成出力信号への寄与を最小化する方法である。上記のその他の方法は、ナル点の走査を利用することによってより高い分解能で電磁波の到来方向を推定するものである。

[効果］
以上のとおり、実施の形態１の部分放電検出装置２００によれば、アレーアンテナ装置１６０を構成する各アンテナ素子１１０に、部分放電に特有の特定周波数範囲の成分を取り出すためのバンドパスフィルタ１５２が接続される。そして、バンドパスフィルタ１５２を通過した特定周波数範囲の成分がアンダーサンプリング方式でＡ／Ｄ変換されることによって低周波数の信号に変換される。このようにアンダーサンプリング方式のＡ／Ｄ変換を用いることによって、アナログ回路を簡単化することができる。

さらに、これら複数の低周波信号を用いてアレーアンテナ装置１６０で受信する電磁波の到来方向を推定することによって、フィールドノイズと区別して検査対象物１２０Ａの部分放電に伴う電磁波をより確実に検出することができる。さらに、検査対象物１２０Ａが複数ある場合に、どの検査対象物から到来した電磁波であるかを特定でき、また、複数の検査対象物１２０Ａから部分放電に伴う電磁波が同時に発生した場合でも、電磁波の発生源を区別して部分放電を検出することができる。

実施の形態２．
図７は、実施の形態２による部分放電検出装置の構成を示すブロック図である。図７の部分放電検出装置２０１のアレーアンテナ装置１６０は、図１のアンテナ素子１１０に代えて狭帯域の指向性アンテナ素子１５０＿１〜１５０＿ｎが設けられる点で図２の部分放電検出装置２００のアレーアンテナ装置１６０と異なる。

各指向性アンテナ素子１５０のバンド幅（帯域幅とも称する）は、上述の特定周波数範囲を含む。指向性アンテナ素子１５０＿１〜１５０＿ｎは共通の方向（たとえば、指向性アンテナ素子１５０の配列方向に垂直な方向）への指向性を有する。指向性アンテナ素子１５０として、八木・宇田アンテナまたはホーンアンテナなどを用いることができる。

図７のその他の点は図２の場合と同様であるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。上記の構成の部分放電検出装置２０１においても、実施の形態１の部分放電検出装置２００と同様の効果を奏する。

実施の形態３．
実施の形態３では、検査対象物１２０Ａが油入ブッシング１２０の場合であって、特に油中での部分放電の検出について取り上げる。そして、このような検査対象に対して高いＳ／Ｎ比で部分放電を検出するのに適した特定周波数範囲を実験的に決定する方法について説明する。

具体的に、特定周波数範囲を実験的に決定するのに用いられる部分放電検出装置では、図２のアレーアンテナ装置１６０に代えて、単一の広帯域アンテナが用いられる。図２のバンドパスフィルタ１５２＿１〜１５２＿ｎは設けられない。また、Ａ／Ｄ変換器１３１は通常のナイキストの定理（サンプリング定理）に従って、信号処理に必要な周波数範囲でエイリアスが生じないようにサンプリング周波数が設定される。Ａ／Ｄ変換後の受信信号が離散フーリエ変換されることによって振幅スペクトルが生成される。

図８は、部分放電に伴う電磁波を検出するための特定周波数範囲を決定する手順を示すフローチャートである。

図８を参照して、ステップＳ２００では、実験室環境において検査対象物である油入ブッシングの油中で部分放電が生じたときの放射電磁波を測定する。油入ブッシングとして、水分を混入させることによって意図的に劣化させたものが用いられる。油入ブッシングは課電装置によって模擬的に課電される。部分放電が発生した際の放電電荷量は、部分放電測定器によって測定される。さらに部分放電に伴う電磁波は上記で説明したように広帯域の電磁波を検出可能な部分放電検出装置によって検出される。

次のステップＳ２１０では、検査対象物である油入ブッシングが組み込まれた実機器が設置されている実地環境（変電所）において、通信波および放送波などのフィールドノイズが測定される。フィールドノイズの測定にも、上記で説明したような広帯域の電磁波を検出可能な部分放電検出装置が用いられる。なお、この測定では、油入ブッシングには機器本体から課電されているが、油入ブッシングはほとんど劣化していないので、油入ブッシングにおいて部分放電は生じていない。

次のステップＳ２２０において、ステップＳ２００で検出した部分放電に伴う電磁波のアンテナ受信信号の振幅スペクトルとフィールドノイズの振幅スペクトルとが比較される。これによって、油入ブッシング１２０の油中での部分放電の発生の検出に適したＳ／Ｎ比の高い周波数範囲が決定される。

図９は、油入ブッシングの油中での部分放電に伴う放射電磁波の検出結果と、実地環境でのフィールドノイズの検出結果とを示す図である。４５０ｐＣの放電電荷量の部分放電に伴う電磁波の受信電圧の振幅スペクトルを実線で示し、フィールドノイズの振幅スペクトルを破線で示す。フィールドノイズは、５か所の変電所で測定した値のうち、周波数ごとの最大値をプロットしている。図９の縦軸は、５０Ω系での電圧振幅［単位：Ｖ］を電力［単位：ｄＢｍ］に換算した値を示す。

図９に示すように、１５０ＭＨｚ付近、３００ＭＨｚ付近、４５０ＭＨｚ付近で電圧振幅にピークが生じている。したがって、これらの周波数帯が特定周波数範囲の候補として挙げられる。しかしながら、３００ＭＨｚ付近における部分放電に伴う放射電磁波の受信電圧のピーク値は、フィールドノイズの値と同程度である。これに対して、１５０ＭＨｚ付近および４５０ＭＨｚ付近における部分放電に伴う放射電磁波の受信電圧のピーク値はフィールドノイズの値よりも大きい。

図１０は、図９の１００ＭＨｚから２００ＭＨｚの部分を拡大して示す図である。図１１は、図９の４００ＭＨｚから５００ＭＨｚの部分を拡大して示す図である。

図１０に示すように、１４４ＭＨｚから１５１ＭＨｚにておいて部分放電に伴う電磁波の受信電圧のほうがフィールドノイズの受信電圧よりも大きくなっている。しかしながら、その差は３ｄＢｍ程度である。一方、図１１に示すように、４５０ＭＨ以上４６０ＭＨｚ以下の範囲において部分放電に伴う電磁波の受信電圧と、フィールドノイズの受信電圧との差は１０ｄＢｍ程度と比較的大きい。

上記の検討から、４５０ＭＨ以上４６０ＭＨｚ以下の範囲を特定周波数範囲として選択することによって、油入ブッシング１２０の油中での部分放電とフィールドノイズとの区別が容易になると考えられる。

図１２は、油入ブッシングの碍子の沿面で部分放電が生じた場合の放射電磁波の受信電圧の振幅スペクトルを示す図である。図１２に示すように、碍子沿面での部分放電の場合は、５０ＭＨｚ付近に受信電圧の振幅にピークを生じるともに、５０ＭＨｚから４００ＭＨｚ付近まで比較的大きな振幅が検出されている。したがって、上記の候補となる周波数範囲のうち、１５０ＭＨｚ付近および３００ＭＨｚ付近は、油中での部分放電と碍子沿面での部分放電の区別が困難であると考えられる。

したがって、上記の図１２の結果からも、４５０ＭＨ以上４６０ＭＨｚ以下の範囲を特定周波数範囲として選択することによって、油中での部分放電と碍子沿面での部分放電との区別も容易になると考えられる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０３ 電磁波、１１０ アンテナ素子、１１１ オシロスコープ、１１２ コンピュータ、１２０ 油入ブッシング、１２０Ａ 検査対象物、１２１ 実機器、１２２ 機器本体、１２３ 通信波、１２５ 実地環境、１３０ アンプ、１３１ Ａ／Ｄ変換器、１３４ Ａ／Ｄ変換部、１４０ 信号処理部、１５０ 指向性アンテナ素子、１５２ バンドパスフィルタ、１６０ アレーアンテナ装置、２００，２０１ 部分放電検出装置。

Claims (10)

1. 部分放電検出装置であって、
   検査対象物から到来する電磁波を検出するための複数のアンテナ素子を備えたアレーアンテナ装置と、
   前記複数のアンテナ素子にそれぞれ対応し、各々が対応するアンテナ素子の受信信号から特定周波数範囲の成分をそれぞれ取り出す複数のバンドパスフィルタとを備え、
   前記検査対象物の部分放電によって生じる電磁波の周波数特性は、前記特定周波数範囲においてピーク振幅を有し、
   前記部分放電検出装置は、さらに、
   前記バンドパスフィルタごとに出力された前記特定周波数範囲の成分をアンダーサンプリング方式でＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換することによって複数の低周波信号を生成するＡ／Ｄ変換部と、
   前記複数の低周波信号に基づいて前記アレーアンテナ装置によって受信した電磁波の到来方向を推定し、前記検査対象物の方向から到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅に基づいて前記検査対象物における部分放電の有無を判定する信号処理部とを備える、部分放電検出装置。
2. 各前記アンテナ素子のバンド幅は、前記特定周波数範囲を含む、請求項１に記載の部分放電検出装置。
3. 各前記アンテナ素子は互いに共通の方向への指向性を有する、請求項１または２に記載の部分放電検出装置。
4. 前記検査対象物は、油入ブッシングであり、
   前記特定周波数範囲は、４５０ＭＨｚ以上４６０ＭＨｚ以下の範囲である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の部分放電検出装置。
5. 前記信号処理部は、検査時に得られた前記検査対象物から到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅と、前記部分放電が未発生のときに同一方向から到来した電磁波による受信信号の振幅とを比較することによって、前記検査対象物の部分放電の有無を判定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の部分放電検出装置。
6. 部分放電検出方法であって、
   検査対象物から到来する電磁波を複数のアンテナ素子を備えたアレーアンテナ装置によって検出するステップと、
   前記複数のアンテナ素子の各々の受信信号から特定周波数範囲の成分をバンドパスフィルタにより取り出すステップとを備え、
   前記検査対象物の部分放電によって生じる電磁波の周波数特性は、前記特定周波数範囲においてピーク振幅を有し、
   前記部分放電検出方法は、さらに、
   前記アンテナ素子ごとに出力された前記特定周波数範囲の成分をアンダーサンプリング方式でＡ／Ｄ（Analog to Digital）変換することによって複数の低周波信号を生成するステップと、
   前記複数の低周波信号に基づいて前記アレーアンテナ装置によって受信した電磁波の到来方向を推定し、前記検査対象物から到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅に基づいて前記検査対象物における部分放電の有無を判定するステップとを備える、部分放電検出方法。
7. 各前記アンテナ素子のバンド幅は、前記特定周波数範囲を含む、請求項６に記載の部分放電検出方法。
8. 各前記アンテナ素子は、互いに共通の方向への指向性を有する、請求項６または７に記載の部分放電検出方法。
9. 前記検査対象物は、油入ブッシングを含み、
   前記特定周波数範囲は、４５０ＭＨｚ以上４６０ＭＨｚ以下の範囲である、請求項６〜８のいずれか１項に記載の部分放電検出方法。
10. 前記部分放電の有無を判定するステップは、検査時に得られた前記検査対象物から到来したと推定した電磁波による受信信号の振幅と、前記部分放電が未発生のときに同一方向から到来した電磁波による受信信号の振幅とを比較するステップを含む、請求項６〜９のいずれか１項に記載の部分放電検出方法。
    

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