JP2019039845A - Partial discharge diagnosis device and partial discharge diagnosis method - Google Patents

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浩輔 藤田
Kosuke Fujita
浩輔 藤田
孝則 林
Takanori Hayashi
孝則 林
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株式会社明電舎
Meidensha Corp
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Abstract

To provide a partial discharge diagnosis device capable of identifying a partial discharge component and a noise component even with device configuration having no noise sensor, and high in reliability in simple device configuration.SOLUTION: A partial discharge diagnosis device comprises a current sensor 310 configured to measure current flowing in a ground wire of a facility 100 subjected to diagnosis for partial discharge to which voltage of an AC power supply 200 is applied, and an analyzer 320 configured to analyze the current measured by the current sensor 310, to detect partial discharge. The analyzer 320 is configured to: digitally sample the measured current to collect time-sequence current waveform data; based on the collected time-sequence current waveform data, calculate degree of variation of a current value on a temporal axis of a current waveform; and when the degree of variation of the current value on the temporal axis of the current waveform is deviated from a preset range of degree of variation of the current value in normal time, determine occurrence of partial discharge.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、部分放電診断技術に関するものである。   The present invention relates to a partial discharge diagnostic technique.
変圧器や回転機などの高電圧の電力機器には、その絶縁性を高めるために様々な絶縁材料が用いられている。これらの絶縁材料は徐々に劣化して絶縁破壊に至るが、その主な原因が部分放電である。   Various insulating materials are used for high voltage power devices such as transformers and rotating machines in order to increase the insulation. These insulating materials gradually deteriorate and cause dielectric breakdown, but the main cause is partial discharge.
一般に部分放電は絶縁体内の空隙に一定以上の電圧が掛かったタイミングで放電するため、交流電源電圧に同期して所定の位相領域で、1回あたり10〜数百nsの持続時間で1回または複数回のパルス的電流が発生する。部分放電が継続的に繰り返し発生すると、絶縁材料を侵食し、やがては絶縁破壊に至る。そこで、電力機器の突然の故障を防いで安心して使用するためには、部分放電を診断して絶縁劣化の初期的な段階を検知する必要がある。   In general, partial discharge is discharged at a timing when a certain voltage or more is applied to the air gap in the insulator. Therefore, the partial discharge is performed once in a predetermined phase region in synchronization with the AC power supply voltage for a duration of 10 to several hundred ns per time. Multiple pulsed currents are generated. When partial discharges are generated continuously and repeatedly, the insulating material is eroded and eventually dielectric breakdown occurs. Therefore, in order to prevent sudden breakdown of power equipment and use it with peace of mind, it is necessary to diagnose partial discharge and detect the initial stage of insulation degradation.
部分放電時には電磁波、異常電流等が発生するので、電磁波センサ、電流センサ等を利用して計測を行い検知することができる。   Since electromagnetic waves, abnormal currents, and the like are generated during partial discharge, they can be measured and detected using an electromagnetic wave sensor, a current sensor, or the like.
しかしながら、電磁波センサ、電流センサ等を使用して計測した波形には、ノイズが混入して部分放電成分の検知を妨げる。ノイズと部分放電を識別して部分放電検知の精度を高める技術として、例えば特許文献1に記載の絶縁診断装置が提案されている。   However, the waveform measured using an electromagnetic wave sensor, a current sensor or the like is mixed with noise and prevents detection of a partial discharge component. As a technique for discriminating between noise and partial discharge and improving the accuracy of partial discharge detection, for example, an insulation diagnostic device described in Patent Document 1 has been proposed.
特許文献1における図6の部分放電検出アルゴリズムには、次のようにして部分放電の有無を判定することが記載されている。すなわち、まず部分放電センサとノイズセンサにより取得したデータについて、少なくとも2サイクル分のデータをとり、1秒ごとにN個のデータを取得することにより、商用周波に同期したデータを取得する。そしてN個のデータを平均化して、又は代表データを取り出して同期ノイズを除去し、部分放電信号とノイズ信号とを差動演算して非同期ノイズを除去する。さらに、差動演算したデータから、周期的ピーク点と1/4サイクル点を算出し、周期的ピーク点と1/4サイクル点のデータを比較することにより、部分放電の有無を判定する。   In the partial discharge detection algorithm of FIG. 6 in Patent Document 1, it is described that the presence or absence of partial discharge is determined as follows. That is, first, at least two cycles of data obtained by the partial discharge sensor and the noise sensor are taken, and N pieces of data are obtained every second, thereby obtaining data synchronized with the commercial frequency. Then, N data is averaged or representative data is extracted to remove synchronous noise, and the partial discharge signal and noise signal are differentially operated to remove asynchronous noise. Further, the periodic peak point and the 1/4 cycle point are calculated from the differentially calculated data, and the presence / absence of partial discharge is determined by comparing the data of the periodic peak point and the 1/4 cycle point.
特開2001−249156号公報JP 2001-249156 A
特許文献1に係る部分放電診断装置では、部分放電センサとノイズセンサの2種類のセンサが必要となるため、装置構成のコストがかさんでしまう。   In the partial discharge diagnostic apparatus according to Patent Document 1, two types of sensors, a partial discharge sensor and a noise sensor, are required, which increases the cost of the apparatus configuration.
さらに、ノイズ成分を差分演算処理によって除去するためには、部分放電センサとノイズセンサのそれぞれを介して得られる波形データに含まれるノイズ成分が同一のものでなければならない。両センサ間のノイズ成分信号に差異があった場合、差分をとることによって、ノイズ成分の誤差が増幅されて残ってしまう。そのため、部分放電に起因する信号が、この誤差により検出できなくなる可能性がある。   Furthermore, in order to remove the noise component by the difference calculation process, the noise component included in the waveform data obtained via the partial discharge sensor and the noise sensor must be the same. When there is a difference in the noise component signal between the two sensors, the difference in the noise component is amplified and remains. Therefore, there is a possibility that a signal due to partial discharge cannot be detected due to this error.
本発明は、上記課題を解決するものであり、その目的は、ノイズセンサを省略した装置構成でも部分放電成分とノイズ成分を識別可能にして、簡素な装置構成で信頼性の高い部分放電診断装置、方法を提供することにある。   SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problems, and its object is to make it possible to distinguish a partial discharge component and a noise component even in a device configuration in which a noise sensor is omitted, and a highly reliable partial discharge diagnostic device with a simple device configuration. , To provide a method.
上記課題を解決するための請求項1に記載の部分放電診断装置は、
交流電源電圧が印加される部分放電診断対象設備に流れる電流を計測する電流計測部と、
前記電流計測部により計測された電流をデジタルサンプリングして時系列電流波形データを収集する時系列電流波形データ収集部と、
前記時系列電流波形データ収集部により収集された時系列電流波形データを基に、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを算出する電流波形バラつき算出部と、
前記電流波形バラつき算出部により算出された、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさが、予め設定した正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定する部分放電発生判定部と、
を備えたことを特徴としている。
The partial discharge diagnostic apparatus according to claim 1 for solving the above-mentioned problem is
A current measuring unit that measures the current flowing through the facility for diagnosis of partial discharge to which an AC power supply voltage is applied;
A time series current waveform data collection unit that digitally samples the current measured by the current measurement unit and collects time series current waveform data; and
Based on the time series current waveform data collected by the time series current waveform data collection unit, a current waveform variation calculation unit that calculates the magnitude of the variation of the current value on the time axis of the current waveform;
When the current waveform variation calculated by the current waveform variation calculation unit deviates from the preset normal current value variation range in the time axis of the current waveform, A partial discharge occurrence determination unit that determines that discharge has occurred;
It is characterized by having.
また、請求項2に記載の部分放電診断装置は、請求項1において、
前記電流計測部は、前記部分放電診断対象設備の接地線に流れる電流を計測し、
前記電流波形バラつき算出部は、前記部分放電診断対象設備が発生する部分放電成分の、設定したデータ収集期間における前記時系列電流波形データの標準偏差である診断対象の区間標準偏差を算出することで、前記電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを求め、
前記部分放電発生判定部における正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲は、部分放電が発生していない正常時に前記時系列電流波形データ収集部によって、前記データ収集期間と同一期間で収集した時系列電流波形データを基に算出した正常時の区間標準偏差の範囲に設定され、
前記部分放電発生判定部は、前記診断対象の区間標準偏差が前記正常時の区間標準偏差の範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定することを特徴としている。
Moreover, the partial discharge diagnostic apparatus according to claim 2 is characterized in that in claim 1,
The current measuring unit measures a current flowing through a ground line of the partial discharge diagnosis target facility,
The current waveform variation calculating unit calculates a section standard deviation of a diagnosis target that is a standard deviation of the time-series current waveform data in a set data collection period of a partial discharge component generated by the partial discharge diagnosis target facility. , To determine the amount of variation in the current value on the time axis of the current waveform,
The range of the magnitude of variation in the current value in the normal state in the partial discharge occurrence determination unit is collected in the same period as the data collection period by the time-series current waveform data collection unit in the normal state where the partial discharge has not occurred. It is set to the range of the standard deviation of the normal time calculated based on the time series current waveform data,
The partial discharge occurrence determining unit determines that a partial discharge has occurred when the interval standard deviation of the diagnosis target deviates from the normal interval standard deviation range.
また、請求項3に記載の部分放電診断装置は、請求項2において、
前記正常時の区間標準偏差の範囲は、部分放電が発生していない正常時に前記区間標準偏差を複数回求め、その平均値と標準偏差から設定することを特徴としている。
Moreover, the partial discharge diagnostic apparatus according to claim 3 is characterized in that in claim 2,
The range of the standard deviation of the section at the normal time is characterized in that the standard deviation of the section is obtained a plurality of times at the normal time when the partial discharge is not generated, and is set from the average value and the standard deviation.
また、請求項4に記載の部分放電診断装置は、請求項2又は3において、
前記区間標準偏差を算出する際のデータ収集期間は、前記交流電源電圧の電源周期半周期分に設定されていることを特徴としている。
Moreover, the partial discharge diagnostic apparatus of Claim 4 is set to Claim 2 or 3,
The data collection period when calculating the section standard deviation is set to a half cycle of the AC power supply voltage.
また、請求項5に記載の部分放電診断方法は、
電流計測部が、交流電源電圧が印加される部分放電診断対象設備に流れる電流を計測する電流計測ステップと、
時系列電流波形データ収集部が、前記電流計測部により計測された電流をデジタルサンプリングして時系列電流波形データを収集する時系列電流波形データ収集ステップと、
電流波形バラつき算出部が、前記時系列電流波形データ収集部により収集された時系列電流波形データを基に、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを算出する電流波形バラつき算出ステップと、
部分放電発生判定部が、前記電流波形バラつき算出部により算出された、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさが、予め設定した正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定する部分放電発生判定ステップと、を備えたことを特徴としている。
The partial discharge diagnosis method according to claim 5 is:
A current measurement step in which the current measurement unit measures the current flowing through the partial discharge diagnosis target equipment to which the AC power supply voltage is applied;
A time-series current waveform data collection unit that digitally samples the current measured by the current measurement unit and collects time-series current waveform data; and
A current waveform variation calculating unit that calculates a variation in current value on the time axis of the current waveform based on the time-series current waveform data collected by the time-series current waveform data collecting unit; ,
The amount of variation in the current value on the time axis of the current waveform calculated by the current waveform variation calculation unit by the partial discharge occurrence determination unit deviates from the preset range of normal current value variation. And a partial discharge occurrence determination step for determining that partial discharge has occurred.
また、請求項6に記載の部分放電診断方法は、請求項5において、
前記電流計測ステップは、前記部分放電診断対象設備の接地線に流れる電流を計測し、
前記電流波形バラつき算出ステップは、前記部分放電診断対象設備が発生する部分放電成分の、設定したデータ収集期間における前記時系列電流波形データの標準偏差である診断対象の区間標準偏差を算出することで、前記電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを求め、
前記電流波形バラつき算出部が、部分放電が発生していない正常時に、前記時系列電流波形データ収集部によって前記データ収集期間と同一期間で収集した時系列電流波形データを基に、正常時の区間標準偏差の範囲を算出して設定する正常時区間標準偏差範囲設定ステップ、を備え、
前記部分放電発生判定ステップは、前記診断対象の区間標準偏差が前記設定された正常時の区間標準偏差の範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定することを特徴としている。
The partial discharge diagnosis method according to claim 6 is the method of claim 5,
In the current measurement step, the current flowing in the ground line of the partial discharge diagnosis target equipment is measured,
The current waveform variation calculating step calculates a section standard deviation of a diagnosis target that is a standard deviation of the time-series current waveform data in a set data collection period of a partial discharge component generated by the partial discharge diagnosis target facility. , To determine the amount of variation in the current value on the time axis of the current waveform,
Based on the time-series current waveform data collected in the same period as the data collection period by the time-series current waveform data collection unit when the current waveform variation calculation unit is normal when partial discharge does not occur, the normal period Normal time interval standard deviation range setting step for calculating and setting the standard deviation range,
The partial discharge occurrence determining step determines that partial discharge has occurred when the interval standard deviation of the diagnosis target deviates from the set range of normal interval standard deviation. Yes.
また、請求項7に記載の部分放電診断方法は、請求項6において、
前記正常時区間標準偏差範囲設定ステップは、部分放電が発生していない正常時に前記区間標準偏差を複数回求め、その平均値と標準偏差から設定することを特徴としている。
The partial discharge diagnosis method according to claim 7 is the method according to claim 6,
The normal time interval standard deviation range setting step is characterized in that the interval standard deviation is obtained a plurality of times at normal times when partial discharge does not occur, and is set from the average value and the standard deviation.
また、請求項8に記載の部分放電診断方法は、請求項6又は7において、
前記区間標準偏差を算出する際のデータ収集期間は、前記交流電源電圧の電源周期半周期分に設定されていることを特徴としている。
The partial discharge diagnosis method according to claim 8 is the method according to claim 6 or 7,
The data collection period when calculating the section standard deviation is set to a half cycle of the AC power supply voltage.
(1)請求項1〜8に記載の発明によれば、ノイズセンサを用いることなく部分放電成分とノイズ成分の識別が可能となり、簡素な装置構成で信頼性の高い部分放電診断が行える。
(2)請求項2、6に記載の発明によれば、時系列電流波形データから、設定したデータ収集期間で算出した区間標準偏差を利用しているので、前記データ収集期間の長さ以下の周期の周波数がカットされ、解析対象周波数帯の範囲外に含まれるノイズ成分が排除される。これによって、ノイズ成分による誤判定が防止される。
(3)請求項4、8に記載の発明によれば、短いデータ収集期間で区間標準偏差を算出しているため、演算にかかる負荷が小さい。このため、演算処理性能が高くない装置にも適用可能となる。
(1) According to the first to eighth aspects of the invention, the partial discharge component and the noise component can be distinguished without using a noise sensor, and a highly reliable partial discharge diagnosis can be performed with a simple device configuration.
(2) According to the inventions of claims 2 and 6, since the section standard deviation calculated in the set data collection period is used from the time-series current waveform data, the length is equal to or less than the length of the data collection period. The frequency of the period is cut, and noise components included outside the range of the analysis target frequency band are excluded. This prevents erroneous determination due to noise components.
(3) According to the inventions described in claims 4 and 8, since the section standard deviation is calculated in a short data collection period, the load on the calculation is small. For this reason, the present invention can be applied to an apparatus that does not have high arithmetic processing performance.
本発明の実施形態例による部分放電診断装置の構成図。The block diagram of the partial discharge diagnostic apparatus by the example of embodiment of this invention. 図1の部分放電診断装置における解析装置が実行する処理のフローチャート。The flowchart of the process which the analyzer in the partial discharge diagnostic apparatus of FIG. 1 performs. 本発明の実施形態例による時系列電流波形データ収集の様子を示し、(a)は部分放電診断装置の実際の構成図、(b)は部分放電診断対象設備に印加される交流電源電圧、接地線の電流および収集した時系列電流の各波形図。The mode of time series current waveform data collection by the example of embodiment of this invention is shown, (a) is the actual block diagram of a partial discharge diagnostic apparatus, (b) is the alternating current power supply voltage applied to a partial discharge diagnostic object installation, grounding Each waveform diagram of line current and collected time-series current. 本発明の実施形態例において、交流電源電圧に生じるサージ電圧をデータ収集開始タイミングとすることの説明図。Explanatory drawing of making the surge voltage which arises in alternating current power supply voltage into data collection start timing in the embodiment of this invention. 本発明の実施形態例における、電流波形のバラつき算出の様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows the mode of the variation calculation of a current waveform in the example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態例における、正常時のバラつき範囲の設定方法を示す説明図。Explanatory drawing which shows the setting method of the variation range at the time of normal in the example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態例における、正常時のバラつき範囲と部分放電発生時のバラつき範囲を示す説明図。Explanatory drawing which shows the variation range at the time of normal, and the variation range at the time of partial discharge generation in the example of embodiment of this invention. 本発明の実施形態例における、診断対象設備の接地線に流れる電流の、正常時と部分放電発生時の各電流波形の特徴を示す説明図。Explanatory drawing which shows the characteristic of each current waveform at the time of normal and the time of partial discharge of the electric current which flows into the ground line of the diagnostic object equipment in the example of embodiment of this invention.
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明するが、本発明は下記の実施形態例に限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited to the following embodiments.
本実施形態例では、部分放電センサとして電流センサを用い、ノイズセンサは用いない。変圧器や回転機などの部分放電診断対象設備に流れる電流を電流センサで計測し、デジタルサンプリングして得た時系列電流波形データを解析する。   In this embodiment, a current sensor is used as the partial discharge sensor, and no noise sensor is used. The current flowing through the equipment subject to partial discharge diagnosis, such as transformers and rotating machines, is measured with a current sensor, and time-series current waveform data obtained by digital sampling is analyzed.
図8は、交流電源電圧が印加される診断対象設備の接地線に流れる電流を計測した例であり、上段は交流電源電圧の波形、中段は正常時に接地線に流れる電流波形、下段は部分放電発生時に接地線に流れる電流波形を示している。   FIG. 8 shows an example in which the current flowing through the ground line of the diagnosis target equipment to which the AC power supply voltage is applied is measured. The upper stage shows the waveform of the AC power supply voltage, the middle stage shows the current waveform that flows through the ground line during normal operation, and the lower stage shows the partial discharge. A current waveform flowing in the ground line at the time of occurrence is shown.
前述のように、部分放電は交流電源電圧に同期して所定の位相領域で発生し、電流波形がバラつく。部分放電が発生していない正常時の電流波形を計測した場合でも、ノイズ成分が含まれるため電流波形がバラつくが、部分放電発生時はバラつきがより大きくなる。   As described above, the partial discharge is generated in a predetermined phase region in synchronization with the AC power supply voltage, and the current waveform varies. Even when a normal current waveform in which partial discharge does not occur is measured, the current waveform varies because noise components are included, but the variation becomes larger when partial discharge occurs.
そこで、本実施形態例では、正常時のバラつきと、部分放電発生時のバラつきの大きさを比較して部分放電の発生を検知する。バラつきの大きさを比較することで、ノイズ成分を含んだ電流波形においても部分放電成分を確実に識別して誤検出を防ぎ、信頼性の高い部分放電診断を行う。   Therefore, in the present embodiment example, the occurrence of partial discharge is detected by comparing the variation during normal operation and the magnitude of variation during occurrence of partial discharge. By comparing the magnitudes of variations, partial discharge components can be reliably identified even in current waveforms including noise components to prevent erroneous detection, and highly reliable partial discharge diagnosis is performed.
図1は、本実施形態例による部分放電診断装置の構成を表している。100は交流電源200の電圧が印加される部分放電の診断対象設備であり、110は部分放電発生源を示している。   FIG. 1 shows the configuration of a partial discharge diagnostic apparatus according to this embodiment. Reference numeral 100 denotes a partial discharge diagnosis target facility to which the voltage of the AC power source 200 is applied, and 110 denotes a partial discharge generation source.
診断対象設備100は接地線を介して接地され、この接地線には、部分放電診断装置300の、例えば変流器により構成された電流センサ310(電流計測部)が介挿されている。   The diagnosis target equipment 100 is grounded via a grounding wire, and a current sensor 310 (current measuring unit) configured by, for example, a current transformer of the partial discharge diagnostic device 300 is interposed in the grounding wire.
320は、後述する時系列電流波形データ収集部、電流波形バラつき算出部および部分放電発生判定部を備え、電流センサ310により計測された電流を解析して部分放電を検知し、診断する解析装置である。   320 is an analysis device that includes a time-series current waveform data collection unit, a current waveform variation calculation unit, and a partial discharge occurrence determination unit, which will be described later, and detects and diagnoses a partial discharge by analyzing the current measured by the current sensor 310. is there.
前記電流センサ310は簡単な作業により接続が可能であり、設置に手間がかからない。このため、本部分放電診断装置300は既設の診断対象設備にも容易に適用することができる。   The current sensor 310 can be connected by a simple operation, and installation is not time-consuming. For this reason, this partial discharge diagnostic apparatus 300 can be easily applied to existing facilities to be diagnosed.
前記解析装置320の部分放電診断処理は、図2のステップS1〜S3のフローチャートに沿って実行される。図2では一回の部分放電診断処理手順を示している。本発明の部分放電診断方法は電力機器の運用中に実施が可能であり、運用中に図2の診断処理手順を定期的に行う方法や、リアルタイムに連続して繰り返し行う方法などが考えられる。   The partial discharge diagnosis process of the analysis device 320 is executed according to the flowchart of steps S1 to S3 in FIG. FIG. 2 shows one partial discharge diagnosis processing procedure. The partial discharge diagnosis method of the present invention can be implemented during operation of the power equipment, and a method of periodically performing the diagnostic processing procedure of FIG. 2 during operation, a method of repeatedly performing it continuously in real time, and the like are conceivable.
<時系列電流波形データ収集>
まず図2のステップS1では、解析装置320内の時系列電流波形データ収集部(図示省略)が、電流センサ310により計測された電流をデジタルサンプリングして時系列電流波形データを収集する。
<Time series current waveform data collection>
First, in step S1 of FIG. 2, a time-series current waveform data collection unit (not shown) in the analysis device 320 digitally samples the current measured by the current sensor 310 and collects time-series current waveform data.
部分放電は交流電源200の電圧に同期して所定の位相領域で発生するため、この位相領域を含む期間の時系列電流波形データを収集する必要がある。この期間は診断対象とする電力機器の種類や、解析装置のメモリ容量、演算処理性能などの条件により実施形態ごとに決定する。以降は具体例として説明するために、時系列電流波形データの収集期間を図3(b)に示すように電源周期1周期分の期間とする。   Since the partial discharge is generated in a predetermined phase region in synchronization with the voltage of the AC power supply 200, it is necessary to collect time-series current waveform data in a period including the phase region. This period is determined for each embodiment according to conditions such as the type of power equipment to be diagnosed, the memory capacity of the analysis device, and the arithmetic processing performance. Hereinafter, in order to explain as a specific example, the collection period of the time-series current waveform data is set to a period corresponding to one power cycle as shown in FIG.
図3は、本発明の実施形態例による時系列電流波形データ収集の様子を示し、(a)は部分放電診断装置の実際の構成図、(b)は診断対象設備100に印加される交流電源電圧、接地線の電流および収集した時系列電流の各波形図である。   3A and 3B show a state of time-series current waveform data collection according to the embodiment of the present invention, where FIG. 3A is an actual configuration diagram of the partial discharge diagnostic apparatus, and FIG. 3B is an AC power supply applied to the diagnosis target equipment 100 It is each waveform figure of a voltage, the electric current of a grounding wire, and the collected time series current.
図3(a)のように、交流電源200と診断対象設備100を結ぶ電路に介挿された、例えば計器用変圧器などの電圧センサ400によって交流電源電圧変動周期の位相を把握し、その電圧がマイナスからプラスに転じるタイミングを収集開始タイミングとして、そこから電源周期1周期分の期間の時系列電流波形データを収集して解析対象とする。   As shown in FIG. 3A, the phase of the AC power supply voltage fluctuation period is grasped by a voltage sensor 400 such as an instrument transformer, which is inserted in an electric circuit connecting the AC power supply 200 and the diagnosis target equipment 100, and the voltage Is the timing at which the change from minus to plus is taken as the collection start timing, from which time series current waveform data for a period of one power cycle is collected and used as an analysis target.
尚、交流電源200が、インバータにより制御される交流電源である場合は、例えば図4のように、電圧の符号が転じる際に瞬間的に大きなサージ電圧が発生する。したがって、図4のようなサージ電圧をトリガーとしてデータ収集を開始する方法も考えられる。   When the AC power supply 200 is an AC power supply controlled by an inverter, for example, as shown in FIG. 4, a large surge voltage is instantaneously generated when the voltage sign changes. Therefore, a method of starting data collection using a surge voltage as a trigger as shown in FIG. 4 is also conceivable.
<電流波形のバラつき算出>
次にステップS2において、解析装置320内の電流波形バラつき算出部(図示省略)が、前記ステップS1で収集された時系列電流波形データを基に、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを算出する。
<Calculation of current waveform variation>
Next, in step S2, the current waveform variation calculation unit (not shown) in the analysis device 320 has a large variation in current value on the time axis of the current waveform based on the time-series current waveform data collected in step S1. Is calculated.
前記電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさは、例えば診断対象設備100が発生する部分放電成分の、設定したデータ収集期間における前記時系列電流波形データの標準偏差である診断対象の区間標準偏差を算出することで求める。   The magnitude of the variation of the current value on the time axis of the current waveform is, for example, a diagnosis target section, which is a standard deviation of the time series current waveform data in a set data collection period of a partial discharge component generated by the diagnosis target equipment 100 Obtained by calculating the standard deviation.
すなわち、時系列電流波形データに対して、所定のサンプル数毎(設定したデータ収集期間であり、区間と呼ぶ)に標準偏差を算出する(区間標準偏差)。ここで、区間標準偏差σは、以下の式(1)で求められる。   That is, a standard deviation is calculated for each predetermined number of samples (a set data collection period, referred to as a section) with respect to time-series current waveform data (section standard deviation). Here, the section standard deviation σ is obtained by the following equation (1).
尚、nは1区間のサンプル数、xiはi番目のデータの値、μはn個のデータの平均値である。   Note that n is the number of samples in one section, xi is the value of the i-th data, and μ is the average value of n data.
区間標準偏差σは、電流波形のバラつき算出の様子を示す図5のように、時系列電流波形データに対して、先頭のサンプルから開始位置を時間軸方向に1サンプルずつずらしながら繰り返し求め、これによって区間数N個の区間標準偏差列が求められる。   The interval standard deviation σ is repeatedly obtained by shifting the start position from the first sample by one sample in the time axis direction with respect to the time series current waveform data as shown in FIG. As a result, a section standard deviation sequence having N sections is obtained.
ここで、区間標準偏差σを求める1区間のサンプル数は、目的とする周波数帯域と、計測時のサンプリング周波数によって決定する。例えば、目的とする周波数帯が1MHz〜100MHzの場合を考える。   Here, the number of samples in one section for obtaining the section standard deviation σ is determined by the target frequency band and the sampling frequency at the time of measurement. For example, consider a case where the target frequency band is 1 MHz to 100 MHz.
はじめに、サンプリング周波数は上限の100MHzを十分にカバーできる500MHzとする。サンプリング周波数を500MHzとすると1サンプルあたりの時間は2×10-9sとなる。 First, the sampling frequency is set to 500 MHz that can sufficiently cover the upper limit of 100 MHz. If the sampling frequency is 500 MHz, the time per sample is 2 × 10 −9 s.
次に、下限の1MHzの1周期の長さは1×10-6sである。サンプリングデータ数を500個にすればその長さは、2×10-9s×500=1×10-6sであるため、下限1MHzの1周期分をカバーできる。このようにして、1MHz〜100MHzをカバーする適切なサンプリングデータ数500が定まる。またこのようにすることで、目的とする周波数帯の範囲外の周波数はカットされ、そこに含まれるノイズ成分も除去される。 Next, the length of one cycle of 1 MHz as the lower limit is 1 × 10 −6 s. If the number of sampling data is 500, the length is 2 × 10 −9 s × 500 = 1 × 10 −6 s, so that one cycle of the lower limit of 1 MHz can be covered. In this manner, an appropriate number of sampling data 500 that covers 1 MHz to 100 MHz is determined. In addition, by doing in this way, the frequency outside the range of the target frequency band is cut, and the noise component contained therein is also removed.
ここで、解析装置320内の部分放電発生判定部(図示省略)は、後述するステップS3において、電流波形バラつき算出部で算出された電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさと、予め設定した正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲とを比較して部分放電発生を判定している。   Here, the partial discharge occurrence determination unit (not shown) in the analysis device 320 sets in advance the magnitude of the current value variation on the time axis of the current waveform calculated by the current waveform variation calculation unit in step S3 to be described later. The occurrence of partial discharge is determined by comparing with a range of variations in the current value during normal operation.
この正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲は、次のようにして設定する。   The range of the magnitude of the normal current value variation is set as follows.
<正常時のバラつき範囲の設定方法>
解析装置320内の電流波形バラつき算出部は、部分放電が発生していない正常時に、前記時系列電流波形データ収集部によって前記データ収集期間と同一期間で収集した時系列電流波形データを基に、正常時の区間標準偏差の範囲を算出して設定する。
<Setting method of variation range in normal condition>
Based on the time-series current waveform data collected by the time-series current waveform data collection unit in the same period as the data collection period when the partial discharge is normal, the current waveform variation calculation unit in the analysis device 320, Calculate and set the range of the standard deviation of the section at normal time.
すなわち、
(1)前記図5と同様の方法で、部分放電が発生していない正常時における区間標準偏差の列を、正常時のバラつき範囲の設定方法を示す図6の(1)のように、複数回(n回)収集する。
(2)複数の区間標準偏差列の同じ位置(同じ位相)の区間において、図6の(2)に示すように平均値μと標準偏差σを算出する。
That is,
(1) By using the same method as in FIG. 5, a plurality of sections of normal section deviations in a normal state where partial discharge has not occurred are set as shown in (1) in FIG. Collect times (n times).
(2) In a section of the same position (same phase) in a plurality of section standard deviation sequences, an average value μ and a standard deviation σ are calculated as shown in (2) of FIG.
正常時の標準偏差の範囲は、平均値μと標準偏差σから、例えば図7のようにμ−3σ以上、μ+3σまでの範囲とする。   The range of the standard deviation at normal time is a range from the average value μ and the standard deviation σ to, for example, μ−3σ or more and μ + 3σ as shown in FIG.
図7において、μ−3σ未満およびμ+3σ以上の範囲が、部分放電発生時のバラつき範囲となる。   In FIG. 7, the range of less than μ−3σ and greater than μ + 3σ is the variation range when partial discharge occurs.
尚、確率論や統計学で用いられる、データの分布が平均値付近に集積するものを、正規分布と呼ぶ。図7はこの正規分布のイメージを表しており、この分布に従うデータは、平均μからのずれが±σ以内の範囲に含まれる確率は68.27%、±2σ以内だと95.45%、±3σ以内だと99.73%となる。そして、異常判定の基準としてよく用いられるのがμ±3σである。   Note that data distributions accumulated in the vicinity of the average value used in probability theory and statistics are called normal distributions. FIG. 7 shows an image of this normal distribution. The data according to this distribution shows that the probability that the deviation from the average μ is included in the range within ± σ is 68.27%, and that within ± 2σ is 95.45%, If it is within ± 3σ, it becomes 99.73%. And μ ± 3σ is often used as a criterion for abnormality determination.
このように、正常時のデータを判定基準とすれば、様々な電力機器に合わせての適用が容易である。   In this way, if normal data is used as a criterion, it can be easily applied to various power devices.
<部分放電発生判定>
次にステップS3では、解析装置320内の部分放電発生判定部が、電流波形バラつき算出部で算出された電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさが、予め設定した正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲を逸脱している場合に部分放電が発生していると判定する。
<Partial discharge occurrence determination>
Next, in step S3, the partial discharge occurrence determination unit in the analysis device 320 determines that the magnitude of the current value variation on the time axis of the current waveform calculated by the current waveform variation calculation unit is a preset normal current value. It is determined that the partial discharge has occurred when it is outside the range of the size of the variation.
すなわち、前記<電流波形のバラつき算出>で述べた診断対象の区間標準偏差が、前記<正常時のバラつき範囲の設定方法>で述べた正常時の区間標準偏差の範囲(図7)を逸脱している場合に部分放電が発生していると判定する。   That is, the interval standard deviation of the diagnosis target described in <Calculation of current waveform variation> deviates from the normal interval standard deviation range (FIG. 7) described in <Normal variation range setting method>. It is determined that partial discharge has occurred.
具体的には、診断対象の区間数N個の標準偏差列を順に、同じ位置(同じ位相)の正常時の標準偏差の範囲(図7)と比較し、範囲に収まるか否かを調べる。範囲に収まる場合は、部分放電発生なしと判定する。範囲外となった場合は部分放電発生と判定する。   Specifically, the N standard deviation strings for the number of sections to be diagnosed are sequentially compared with the normal standard deviation range (FIG. 7) at the same position (same phase) to check whether they fall within the range. If it falls within the range, it is determined that there is no partial discharge. If it is out of range, it is determined that partial discharge has occurred.
前記正常時の標準偏差の範囲との比較では、診断対象電流波形データと正常時電流波形データのサンプリング周波数、収集開始位相、収集期間、1区間のサンプル数は同じにする。   In comparison with the standard deviation range at the normal time, the sampling frequency, the collection start phase, the collection period, and the number of samples in one section are the same for the current waveform data to be diagnosed and the normal current waveform data.
また、部分放電発生の判定がシビアで誤検出する場合は、下記式(2)、式(3)に示す、範囲からの逸脱量(異常度)が所定の割合(10%など)を超えた場合に部分放電発生と判定する等、不感帯を設けてもよい。   In addition, when the partial discharge occurrence is severely erroneously detected, the deviation (abnormality) from the range shown in the following formulas (2) and (3) exceeds a predetermined ratio (10%, etc.) In some cases, a dead zone may be provided, such as determining that partial discharge has occurred.
尚、(異常度%)>100%となった場合、(異常度%)=100%とする。   When (abnormality%)> 100%, (abnormality%) = 100%.
本発明の方法は、1回の部分放電に伴う成分を捉えて発生を検知している。この実施形態例では、図3のように、電源周期1周期分の期間の時系列電流波形データを解析対象とする例を説明したが、部分放電は大きな電圧がかかる際に発生するため、その周辺の位相を解析すれば検知することが可能である。そのため、電源周期半周期以下での短い期間を解析すれば足りる。   The method of the present invention detects the occurrence by capturing a component accompanying one partial discharge. In this embodiment, as shown in FIG. 3, an example in which time-series current waveform data for a period of one power cycle is analyzed is described. However, partial discharge occurs when a large voltage is applied. It can be detected by analyzing the surrounding phase. Therefore, it is sufficient to analyze a short period of less than half the power cycle.
この短い期間での標準偏差を算出して検知を行うため、演算にかかる負荷が小さい。そのため演算処理性能が高くない解析装置でも実施可能である。   Since the detection is performed by calculating the standard deviation in this short period, the load on the calculation is small. Therefore, the present invention can be implemented even with an analysis device that does not have high processing performance.
本実施形態例によれば、従来のように部分放電センサとノイズセンサの2種類のセンサを用意する必要はなく、ノイズセンサを省くことができる。   According to this embodiment, there is no need to prepare two types of sensors, a partial discharge sensor and a noise sensor, as in the prior art, and the noise sensor can be omitted.
また、部分放電センサを介して得られる波形データは、サンプリングによってナイキスト周波数以上の周波数がカットされ、区間を分割することによって、1区間の長さ以下の周期の周波数もカットされる。これにより、解析対象周波数帯以外に含まれるノイズ成分は排除される。また、部分放電発生時と正常時とでは、ノイズ成分を含んでいても図8で述べたように電流波形のバラつき方が異なるため、本発明のように標準偏差を比較することにより、確実に識別できる。   Further, the waveform data obtained via the partial discharge sensor is cut at a frequency equal to or higher than the Nyquist frequency by sampling, and by dividing the section, a frequency having a period equal to or less than the length of one section is also cut. Thereby, noise components included outside the frequency band to be analyzed are excluded. In addition, when the partial discharge occurs and when it is normal, the current waveform varies as described with reference to FIG. 8 even if it includes a noise component. Therefore, by comparing the standard deviation as in the present invention, it is ensured. Can be identified.
以上の方法により、安価で信頼性の高い部分放電診断装置が実現可能となる。   By the above method, an inexpensive and highly reliable partial discharge diagnostic apparatus can be realized.
100…診断対象設備
110…部分放電発生源
200…交流電源
300…部分放電診断装置
310…電流センサ
320…解析装置
400…電圧センサ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Equipment for diagnosis 110 ... Partial discharge generation source 200 ... AC power supply 300 ... Partial discharge diagnosis apparatus 310 ... Current sensor 320 ... Analysis apparatus 400 ... Voltage sensor

Claims (8)

  1. 交流電源電圧が印加される部分放電診断対象設備に流れる電流を計測する電流計測部と、
    前記電流計測部により計測された電流をデジタルサンプリングして時系列電流波形データを収集する時系列電流波形データ収集部と、
    前記時系列電流波形データ収集部により収集された時系列電流波形データを基に、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを算出する電流波形バラつき算出部と、
    前記電流波形バラつき算出部により算出された、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさが、予め設定した正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定する部分放電発生判定部と、
    を備えたことを特徴とする部分放電診断装置。
    A current measuring unit that measures the current flowing through the facility for diagnosis of partial discharge to which an AC power supply voltage is applied;
    A time series current waveform data collection unit that digitally samples the current measured by the current measurement unit and collects time series current waveform data; and
    Based on the time series current waveform data collected by the time series current waveform data collection unit, a current waveform variation calculation unit that calculates the magnitude of the variation of the current value on the time axis of the current waveform;
    When the current waveform variation calculated by the current waveform variation calculation unit deviates from the preset normal current value variation range in the time axis of the current waveform, A partial discharge occurrence determination unit that determines that discharge has occurred;
    A partial discharge diagnostic apparatus comprising:
  2. 前記電流計測部は、前記部分放電診断対象設備の接地線に流れる電流を計測し、
    前記電流波形バラつき算出部は、前記部分放電診断対象設備が発生する部分放電成分の、設定したデータ収集期間における前記時系列電流波形データの標準偏差である診断対象の区間標準偏差を算出することで、前記電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを求め、
    前記部分放電発生判定部における正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲は、部分放電が発生していない正常時に前記時系列電流波形データ収集部によって、前記データ収集期間と同一期間で収集した時系列電流波形データを基に算出した正常時の区間標準偏差の範囲に設定され、
    前記部分放電発生判定部は、前記診断対象の区間標準偏差が前記正常時の区間標準偏差の範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定する
    ことを特徴とする請求項1に記載の部分放電診断装置。
    The current measuring unit measures a current flowing through a ground line of the partial discharge diagnosis target facility,
    The current waveform variation calculating unit calculates a section standard deviation of a diagnosis target that is a standard deviation of the time-series current waveform data in a set data collection period of a partial discharge component generated by the partial discharge diagnosis target facility. , To determine the amount of variation in the current value on the time axis of the current waveform,
    The range of the magnitude of variation in the current value in the normal state in the partial discharge occurrence determination unit is collected in the same period as the data collection period by the time-series current waveform data collection unit in the normal state where the partial discharge has not occurred. It is set to the range of the standard deviation of the normal time calculated based on the time series current waveform data,
    The partial discharge occurrence determination unit determines that a partial discharge has occurred when the interval standard deviation of the diagnosis target deviates from the range of the normal interval standard deviation. The partial discharge diagnostic apparatus according to 1.
  3. 前記正常時の区間標準偏差の範囲は、部分放電が発生していない正常時に前記区間標準偏差を複数回求め、その平均値と標準偏差から設定することを特徴とする請求項2に記載の部分放電診断装置。   The range according to claim 2, wherein the range of the standard deviation of the section at normal time is set from the average value and the standard deviation of the section standard deviation obtained a plurality of times at the normal time when partial discharge has not occurred. Discharge diagnostic device.
  4. 前記区間標準偏差を算出する際のデータ収集期間は、前記交流電源電圧の電源周期半周期分に設定されていることを特徴とする請求項2又は3に記載の部分放電診断装置。   4. The partial discharge diagnosis apparatus according to claim 2, wherein a data collection period when calculating the section standard deviation is set to a half cycle of the AC power supply voltage. 5.
  5. 電流計測部が、交流電源電圧が印加される部分放電診断対象設備に流れる電流を計測する電流計測ステップと、
    時系列電流波形データ収集部が、前記電流計測部により計測された電流をデジタルサンプリングして時系列電流波形データを収集する時系列電流波形データ収集ステップと、
    電流波形バラつき算出部が、前記時系列電流波形データ収集部により収集された時系列電流波形データを基に、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを算出する電流波形バラつき算出ステップと、
    部分放電発生判定部が、前記電流波形バラつき算出部により算出された、電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさが、予め設定した正常時の電流値のバラつきの大きさの範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定する部分放電発生判定ステップと、
    を備えたことを特徴とする部分放電診断方法。
    A current measurement step in which the current measurement unit measures the current flowing through the partial discharge diagnosis target equipment to which the AC power supply voltage is applied;
    A time-series current waveform data collection unit that digitally samples the current measured by the current measurement unit and collects time-series current waveform data; and
    A current waveform variation calculating unit that calculates a variation in current value on the time axis of the current waveform based on the time-series current waveform data collected by the time-series current waveform data collecting unit; ,
    The amount of variation in the current value on the time axis of the current waveform calculated by the current waveform variation calculation unit by the partial discharge occurrence determination unit deviates from the preset range of normal current value variation. A partial discharge occurrence determination step for determining that a partial discharge has occurred,
    A partial discharge diagnostic method comprising:
  6. 前記電流計測ステップは、前記部分放電診断対象設備の接地線に流れる電流を計測し、
    前記電流波形バラつき算出ステップは、前記部分放電診断対象設備が発生する部分放電成分の、設定したデータ収集期間における前記時系列電流波形データの標準偏差である診断対象の区間標準偏差を算出することで、前記電流波形の時間軸における電流値のバラつきの大きさを求め、
    前記電流波形バラつき算出部が、部分放電が発生していない正常時に、前記時系列電流波形データ収集部によって前記データ収集期間と同一期間で収集した時系列電流波形データを基に、正常時の区間標準偏差の範囲を算出して設定する正常時区間標準偏差範囲設定ステップ、を備え、
    前記部分放電発生判定ステップは、前記診断対象の区間標準偏差が前記設定された正常時の区間標準偏差の範囲を逸脱している場合に、部分放電が発生していると判定する
    ことを特徴とする請求項5に記載の部分放電診断方法。
    In the current measurement step, the current flowing in the ground line of the partial discharge diagnosis target equipment is measured,
    The current waveform variation calculating step calculates a section standard deviation of a diagnosis target that is a standard deviation of the time-series current waveform data in a set data collection period of a partial discharge component generated by the partial discharge diagnosis target facility. , To determine the amount of variation in the current value on the time axis of the current waveform,
    Based on the time-series current waveform data collected in the same period as the data collection period by the time-series current waveform data collection unit when the current waveform variation calculation unit is normal when partial discharge does not occur, the normal period Normal time interval standard deviation range setting step for calculating and setting the standard deviation range,
    The partial discharge occurrence determining step determines that a partial discharge has occurred when the interval standard deviation of the diagnosis target deviates from the set normal interval standard deviation range. The partial discharge diagnosis method according to claim 5.
  7. 前記正常時区間標準偏差範囲設定ステップは、部分放電が発生していない正常時に前記区間標準偏差を複数回求め、その平均値と標準偏差から設定することを特徴とする請求項6に記載の部分放電診断方法。   7. The portion according to claim 6, wherein the normal time interval standard deviation range setting step obtains the interval standard deviation a plurality of times at normal times when partial discharge has not occurred, and sets the average value and the standard deviation thereof. Discharge diagnostic method.
  8. 前記区間標準偏差を算出する際のデータ収集期間は、前記交流電源電圧の電源周期半周期分に設定されていることを特徴とする請求項6又は7に記載の部分放電診断方法。   The partial discharge diagnosis method according to claim 6 or 7, wherein a data collection period when calculating the section standard deviation is set to a half cycle of the AC power supply voltage.
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