JP2020046202A - 部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラム - Google Patents

部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラム Download PDF

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Abstract

【課題】より簡単に部分放電を検出することができる部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラムを提供することである。【解決手段】実施形態の部分放電検出装置は、電気信号取得部と、位相取得部と、特徴情報決定部と、部分放電検出部とを持つ。電気信号取得部は、電気機器の放電によって生じた電気信号を取得する。位相取得部は、電源から生じる波の位相を取得する。特徴情報決定部は、電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を位相を基準として定められた周期毎に1つ以上決定する。相対情報生成部は、複数の特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する。部分放電検出部は、相対情報が定められた条件を満たす場合、電気機器において部分放電が発生したと判定する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態は、部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラムに関する。
電力設備は社会インフラを支える設備である。電力設備は長期の安定稼働が求められる。電力設備は、経年劣化によって電力設備表面又は電力設備内部の絶縁体の絶縁性能が劣化する。絶縁性能が劣化すると、劣化箇所で部分放電が発生する。部分放電が発生すると、電力設備は、絶縁性能が著しく低下する場合がある。電力設備は、さらに絶縁性能の劣化が進行した場合、絶縁破壊が起きる。絶縁破壊によって、地絡事故等の重大事故が発生する。このため、電力設備の維持・保守において、部分放電を検出することがおこなわれている。
電力設備は、部分放電が検出された後に、適宜メンテナンスが行われる。電力設備の保守作業員は、メンテナンス内容を決定するために部分放電の発生位置及び様相を把握することが望ましい。一般的に、部分放電の発生位置及び様相を把握する手法として、電力波の位相情報を用いる手法が知られている。しかしながら、電力波の位相情報を取得するためには、部分放電検出用のセンサに加えて、位相信号検出用のセンサを電力設備に設置しなければならない。したがって、電力設備の用途によっては、位相信号検出用のセンサを設置することが難しい場合があった。
特許第5244586号公報 特許第5414413号公報
本発明が解決しようとする課題は、より簡単に部分放電を検出することができる部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラムを提供することである。
実施形態の部分放電検出装置は、電気信号取得部と、位相取得部と、特徴情報決定部と、部分放電検出部とを持つ。電気信号取得部は、電気機器の放電によって生じた電気信号を取得する。位相取得部は、電源から生じる波の位相を取得する。特徴情報決定部は、前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に1つ以上決定する。相対情報生成部は、複数の前記特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する。部分放電検出部は、前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する。
第1の実施形態の部分放電検出装置100の機能構成を表す機能ブロック図。 第1の実施形態における部分放電情報の一具体例を示す図。 第1の実施形態の部分放電判定の処理の流れを示すフローチャート。 第1の実施形態におけるコロナ放電の部分放電信号を検出した場合の特徴値の一具体例を示す図。 第1の実施形態の典型的なコロナ放電のパターンの一具体例を示す図。 第1の実施形態における検出されたコロナ放電の部分放電信号を極座標表示した場合の特徴情報の一具体例を示す図。 第1の実施形態における検出された部分放電信号から7つの一群の特徴情報を得た場合の一具体例を示す図。 第1の実施形態における検出された部分放電信号の一群の特徴情報を極座標表示した場合の一具体例を示す図。 第1の実施形態におけるグループ番号の組み合わせを決めるテーブルの一具体例を示す図。 第1の実施形態のトレンドグラフの一具体例を示す図。 第2の実施形態の部分放電検出システム1の機能構成を表す機能ブロック図。 第3の実施形態の部分放電検出装置100bの機能構成を表す機能ブロック図。
以下、実施形態の部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。
図1は、第1の実施形態の部分放電検出装置100の機能構成を表す機能ブロック図である。部分放電検出装置100は、センサ101、部分放電判定装置102及び電源取得装置116を備える。部分放電検出装置100は、センサ101によって検出された電気信号と、電源取得装置116によって取得された位相と、に基づいて電気機器10の部分放電の発生の有無を判定する。
電気機器10は、遮断機、断路器、変流器又は変圧器等の機器によって構成される。電気機器10は、外部から電源ケーブルを介して、高電圧及び大電流を通電する。電気機器10は、異常時には通電を遮断する機能を有する。電気機器10は、電力用変圧器、ガス絶縁開閉器、発電機、電動機又はリアクトル等のように、部分放電を発生する可能性がある機器であればどのような機器であってもよい。
センサ101は、金属製の電極を含んで構成される。センサ101は、電気機器10の放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成する。電気機器10の放電によって生じた電気信号は、例えば、電磁波、振動又は音等の物理量を表すである。センサ101は、電気機器10に外壁面に設けられる。センサ101は、信号線を介して部分放電判定装置102に接続されている。センサ101は、生成された電気信号を部分放電判定装置102に出力する。図1では、センサ101は1台設けられているが、1台に限定されない。例えば、センサ101は複数台設けられてもよい。センサ101は、物理量として電気機器10の接地線電流を検出する。センサ101は、電気機器の接地電位、接地電流又は放射電磁波のうち、1つ以上を検出する。
部分放電判定装置102は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等の情報処理装置である。部分放電判定装置102は、センサ101から受け付けた電気信号に基づいて、部分放電の発生の有無を判定する。部分放電判定装置102は、部分放電判定プログラムを実行することによって通信部103、入力部104、表示部105、特徴情報記憶部106、部分放電情報記憶部107及び制御部108を備える装置として機能する。
通信部103は、ネットワークインタフェースである。通信部103はネットワークを介して、外部の通信装置と通信する。通信部103は、例えば無線LAN(Local Area Network)、有線LAN、Bluetooth(登録商標)又はLTE(Long Term Evolution)(登録商標)等の通信方式で通信してもよい。外部の通信装置は、例えばパーソナルコンピュータ、サーバ等の情報処理装置であってもよいし、クラウドコンピューティングシステムであってもよい。
入力部104は、タッチパネル、マウス及びキーボード等の入力装置を用いて構成される。入力部104は、入力装置を部分放電判定装置102に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、入力部104は、入力装置において入力された入力信号から入力データ(例えば、部分放電判定装置102に対する指示を示す指示情報)を生成し、部分放電判定装置102に入力する。
表示部105は、CRT(Cathode Ray Tube)ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機EL(Electro Luminescence)ディスプレイ等の出力装置である。表示部105は、出力装置を部分放電判定装置102に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部105は、映像データから映像信号を生成し自身に接続されている映像出力装置に映像信号を出力する。
特徴情報記憶部106は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置を用いて構成される。特徴情報記憶部106は、特徴情報を記憶する。特徴情報は、特徴値と時刻情報とが対応付けされた情報である。特徴値は、部分放電の波形から取得される。特徴値は、部分放電の波形毎に取得される。特徴値は、例えば、信号強度の最大値、信号強度の最小値、信号強度のピーク−ピーク値又は波形の積分値である。特徴値は、部分放電の波形から得られる値であればどのような値であってもよい。時刻情報は、対応付けられた特徴値が取得された時刻を表す。時刻情報は、電源取得装置116から取得された位相の角度に基づいて決定される。時刻情報は、角度が0度の位相が取得された時刻からの経過時間を表す。時刻情報は、例えば位相の角度が0度の場合、0(ms)となる。時刻情報は、取得される位相の角度が360度を過ぎて0度が取得された場合、時刻情報は0(ms)から測定される。
部分放電情報記憶部107は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置を用いて構成される。部分放電情報記憶部107は、部分放電情報を記憶する。部分放電情報は、部分放電毎の特性値を表す情報である。部分放電情報は、電気機器10の部分放電の発生の有無を判定するために用いられる。部分放電情報は、電気機器10の部分放電の種類を判定するために用いられる。部分放電情報は、例えば、部分放電の特性値を保持する。部分放電情報に保持される特性値は、例えば、部分放電の最大値、最小値又は分散値等の統計値、位相差、歪度である。部分放電情報は、例えば、部分放電の波形の形状を保持していてもよい。部分放電情報は、部分放電毎に保持される。部分放電情報には、いずれの部分放電に関する情報であるかを特定する情報(例えば、部分放電の名前)が含まれる。部分放電情報記憶部107は、予め部分放電情報を記録する。部分放電情報は、予め学習処理が行われたニューラルネットワーク等の機械学習の手法を用いて生成されてもよい。なお、部分放電情報は、部分放電判定装置102が備える部分放電情報記憶部107に記憶されなくてもよい。例えば、部分放電情報は、ネットワーク上のオンラインサーバ等に記録されていてもよい。この場合、部分放電判定装置102は、通信部103を介して部分放電情報を取得してもよい。
図2は、第1の実施形態における部分放電情報の一具体例を示す図である。図2に示される表は、一行あたり1つの部分放電情報を表す。図2によると、部分放電情報は、放電の種類、部分放電の最大値、部分放電の最小値、分散値、位相差等の情報を保持する。例えば、部分放電が、コロナ放電である場合、部分放電の最大値は“AAA”、部分放電の最小値は“BBB”、分散値は“CCC”、位相差は“DDD”であることがわかる。なお、部分放電情報の値はこれらに限定されない。例えば、部分放電情報は、頻度等の情報を保持していてもよい。
制御部108は、部分放電判定装置102の各部の動作を制御する。制御部108は、例えばCPU(Central Processing Unit)等のプロセッサ及びRAM(Random Access Memory)を備えた装置により実行される。制御部108は、部分放電判定プログラムを実行することによって、電気信号取得部109、位相取得部110、ノイズ処理部111、特徴情報決定部112、識別部113、相対情報生成部114及び部分放電検出部115として機能する。
電気信号取得部109は、電気機器10の放電によって生じた電気信号を取得する。電気信号取得部109は、例えば、センサ101から電気信号を取得する。電気信号取得部109は、電気信号から物理量を取得する。
位相取得部110は、電源から生じる波の位相を取得する。位相取得部110は、電源取得装置116から位相を取得する。位相取得部110は、例えば、電気機器10近傍に設けられたコンセントから位相を取得する。この場合、電源取得装置116は、コンセントに接続される。
ノイズ処理部111は、取得された電気信号を所定の周期に分割する。所定の周期は、取得された位相の周期である。所定の周期は、50Hz又は60Hz等の商用電源周期であってもよい。ノイズ処理部111は、分割された電気信号の、予め定められた強度以上の周波数帯域に対してノイズ処理を行うことで、電気信号のノイズ成分を除去及び低減する。この場合、ノイズ処理部111は、電気信号に高周波のパルス信号が含まれているか否かを探索する。ノイズ処理部111は、公知の手法を用いてパルス信号を探索してもよい。ノイズ処理部111は、例えば、フーリエ変換、短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換又は離散ウェーブレット変換等が用いられてもよい。なお、離散ウェーブレット変換は、他の手法と比較してパルス信号の探索性能が良く、計算負荷が小さいため有効である。
以下、ノイズ処理部111が離散ウェーブレット変換を用いる場合について説明する。ノイズ処理部111は、離散ウェーブレット変換を用いて電気信号を高周波成分と低周波成分とに分解する。高周波成分は、例えば予め定められた周波数以上の周波数成分である。予め定められた周波数は、例えば100MHzであってもよい。低周波成分は、例えば予め定められた周波数の半分以下の周波数成分である。例えば、予め定められた周波数が100MHzの場合、低周波成分は50MHzである。ノイズ処理部111は、分解した電気信号に対して閾値処理をした後、電気信号の再構成処理を行うことでノイズを除去する。ノイズ処理部111は、パルス信号の探索のために分解途中に算出されるウェーブレット係数を探索しても良い。ノイズ処理部111は、離散ウェーブレット変換を用いる場合、予め部分放電信号に対して類似性の高いマザーウェーブレットを選択しておくことで、より高い精度で部分放電パルスを探索できる。ノイズ処理部111は、強調されたパルス信号を含むウェーブレット係数に対して所定の閾値を超えたパルス信号の周波数分析を行い、卓越周波数を用いてフィルタリングすることでS/N比の高い信号を得ることができる。なお、ノイズ処理部111は、フーリエ変換又は短時間フーリエ変換を用いた場合も同様に、卓越周波数を用いてフィルタリングすることでS/N比の高い信号を得ることができる。
ノイズ処理部111は、フィルタリングの手法として、アナログフィルタ又はデジタルフィルタのいずれの手法を用いてもよい。なお、ノイズ処理部111は、デジタルフィルタを用いることで、性能及びコストの面でアナログフィルタよりも有利である。ノイズ処理部111は、公知のデジタルフィルタの手法を用いてもよい。ノイズ処理部111は、デジタルフィルタとして有限インパルス応答フィルタを用いてもよい。有限インパルス応答フィルタでは、電気信号の位相の誤差と、波形の歪とが小さくなる。またノイズ処理部111は、離散ウェーブレット変換等の非線形フィルタを用いてもよい。
特徴情報決定部112は、取得された位相を基準として定められた周期毎に特徴情報を1つ以上決定する。特徴情報は、電気信号の波形の特徴を表す。定められた周期とは、例えば取得された位相の1周期分の周期であってもよいし、2周期分の周期であってもよい。定められた周期は、位相が取得される電源の1周期分の周期の倍数であればどのような周期であってもよい。以下、定められた周期とは、1周期であるとして説明する。まず、特徴情報決定部112は、取得された位相とノイズ処理された電気信号の波形とが取得されたタイミングで重畳させる。特徴情報決定部112は、ノイズ処理された電気信号の波形から、1波形につき少なくとも1つの特徴値を決定する。特徴情報決定部112は、特徴値を決定するにあたり、電気信号の波形から所定の閾値を超えた特徴値を決定してもよい。所定の閾値とは、予め定められた閾値であればどのような値であってもよい。特徴値は、例えば、最大値、最小値、ピーク−ピーク値、波形の積分値等の波形から得られる値であればどのような値が決定されてもよい。特徴値は、複数の種類が決定されてもよい。
特徴情報決定部112は、決定された特徴値が取得された時刻情報を特定する。特徴情報決定部112は、特徴値が決定された位相の角度に基づいて時刻情報を特定する。例えば、特徴情報決定部112は、決定された特徴値を重畳されている位相にプロットする。特徴値のプロット方法としては、φ−q−nプロットの手法を用いてもよい。なお、φ−q−nプロットが極座標で表示される場合、後述の一群の特徴情報の識別処理を行いやすくなるため好適である。
特徴情報決定部112は、特徴値がプロットされた位相の角度を特定する。特徴情報決定部112は、特定された角度に応じて、時刻を決定する。特徴情報決定部112は、決定された特徴値と、決定された時刻情報とを対応付けた特徴情報を決定する。特徴情報決定部112は、特徴情報を特徴情報記憶部106に記録する。
識別部113は、特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される1つ以上の特徴情報を一群の特徴情報として識別する。識別部113は、プロットされた特徴値を所定の手段で分析する。所定の手段は、クラスタ分析と呼ばれる手法が用いられてもよい。所定の手段は、例えば、最短距離報、最少分散法、重心法、メジアン法又はK平均法等のどのようなクラスタ分析手法が用いられてもよい。識別部113は、特徴値を分析することで、同一の原因で生じた部分放電信号の特徴情報をプロット群として識別する。同一の原因とは、例えば、コロナ放電、沿面放電又は内部放電等の同一種類の部分放電である。
相対情報生成部114は、一群の特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する。相対情報生成部114は、識別された一群の特徴情報に対して、少なくとも1つの一群の特徴情報間の相対情報を生成する。相対情報は、特性値を少なくとも含む。特性値は、例えば、最大値、最小値又は分散値等の統計値、位相差、歪度が用いられてもよい。相対情報は、また部分放電の波形を保持していてもよい。相対情報生成部114は、識別部113で一群の特徴情報に分類されたデータ(例えば、特徴値)に基づいて特性値を算出する。相対情報生成部114は、算出された特性値を含む相対情報を生成する。なお、相対情報生成部114は、一群の特徴情報における特性値を算出すると共に、一群の特徴情報の特性値を算出することで、部分放電の判定の精度を高めることができる。
部分放電検出部115は、相対情報が定められた条件を満たす場合、電気機器10において部分放電が発生したと判定する。定められた条件とは、例えば、部分放電情報記憶部107に記憶された特性値と、相対情報に含まれる特性値と、一致していること又は所定の差以内であることであってもよい。所定の差は予め定められた差であればどのような値であってもよい。また、定められた条件とは、例えば、部分放電情報記憶部107に記憶された部分放電の波形と、相対情報に含まれる部分放電の波形の形状の一致度が所定の閾値を超えていることであってもよい。一致度は、公知の手法で求められてもよい。所定の閾値は予め定められた閾値であればどのような閾値であってもよい。
また、部分放電検出部115は、部分放電が発生したと判定された場合、いずれの部分放電が発生したかを特定する。例えば、部分放電検出部115は、部分放電が発生したと判定された場合、定められた条件を満たす部分放電情報が、どの部分放電に関する部分放電情報であるか特定することで、発生した部分放電を特定してもよい。部分放電検出部115は、判定の結果を表示部105に表示させる。判定の結果は、例えば、部分放電が発生したか否かを示す情報であってもよい。判定の結果は、部分放電が発生したと判定された場合、どの部分放電であるかを示す情報であってもよい。部分放電検出部115は、部分放電の発生の有無又は部分放電の種類を特定するにあたり、予め学習処理を行ったニューラルネットワーク等の機械学習の手法を適用しても良い。
電源取得装置116は、コンセント等に挿入されるACアダプタ等の機器である。電源取得装置116は、挿入されたコンセントから電源を取得する。電源取得装置116は、取得された電源の位相を部分放電判定装置102に出力する。電源取得装置116は、電源取得部117、ノイズ処理回路118及びAD変換部119を備える装置として機能する。なお、電源取得装置116は、商用電源に近い位相が取得できるならば、コンセントから位相を取得することに限定されない。
電源取得部117は、ACピン等のコンセントに挿入される器具である。電源取得部117は、コンセントから電源を取得する。ノイズ処理回路118は、コイル等で構成される。ノイズ処理回路118は、取得された電源のノイズを除去する。AD変換部119は、取得された電源をアナログ信号からデジタル信号に変換する。AD変換部119は、ADコンバータ等で構成される。
図3は、第1の実施形態の部分放電判定の処理の流れを示すフローチャートである。電気信号取得部109は、電気機器10の放電によって生じた電気信号を取得する。位相取得部110は、電源取得装置116から位相を取得する(ステップS101)。ノイズ処理部111は、取得された電気信号を取得された位相の周期に分割する(ステップS102)。ノイズ処理部111は、分割された電気信号の、予め定められた強度以上の周波数帯域に対してノイズ処理を行うことで、電気信号のノイズ成分を除去及び低減する(ステップS103)。特徴情報決定部112は、取得された位相を基準として定められた周期毎に特徴情報を1つ以上決定する(ステップS104)。
特徴情報決定部112は、決定された特徴情報を特徴情報記憶部106に記録する(ステップS105)。識別部113は、特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される1つ以上の特徴情報を一群の特徴情報として識別する(ステップS106)。相対情報生成部114は、一群の特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する(ステップS107)。部分放電検出部115は、相対情報が定められた条件を満たす場合、電気機器10において部分放電が発生したと判定する(ステップS108)。また、部分放電検出部115は、部分放電が発生したと判定された場合、いずれの部分放電が発生したかを特定する。表示部105は、部分放電の判定結果を表示する(ステップS109)。
(第1の実施例)
図4は、第1の実施形態におけるコロナ放電の部分放電信号を検出した場合の特徴値の一具体例を示す図である。図4では、電源取得装置116は、電気機器10に印加される電圧位相を取得する代わりに、近傍のコンセントから位相を取得する。図4に示される特徴値は、特徴値を含む部分放電信号が取得されたタイミングにおいて、近傍のコンセントから取得された位相の角度の位置にプロットされる。この場合、近傍のコンセントの位相と、電気機器10の電圧位相とは一致しない場合がある。したがって図4に示すように位相差が生じる。
図5は、第1の実施形態の典型的なコロナ放電のパターンの一具体例を示す図である。従来の部分放電検出装置は、図5に示すような典型的なコロナ放電のパターンから発生位相の角度等の特徴値を予め記憶する。従来の部分放電検出装置は、取得された部分放電信号と、典型的なコロナ放電のパターンと、を比較することで部分放電の有無を診断する。しかし、図4のように近傍のコンセントから位相が取得される場合、発生位相角に相違が生じる。したがって、従来の手段では部分放電検出装置100は、取得された電気信号をコロナ放電による信号であると識別することができない。
図6は、第1の実施形態における検出されたコロナ放電の部分放電信号を極座標表示した場合の特徴情報の一具体例を示す図である。図6は、図4において取得された電気信号を、特徴情報決定部112及び識別部113で分析することで、2つの一群の特徴情報に識別した図である。相対情報生成部114は、極座標上にプロットされた特徴値に基づいて、特性値を算出し、一群の特徴情報間の相対情報を生成する。部分放電検出部115は、相対情報に基づいて部分放電の有無を判定することが可能になる。また、部分放電検出部115は、コロナ放電が発生していることを特定することが可能になる。
(第2の実施例)
図7は、第1の実施形態における検出された部分放電信号から7つの一群の特徴情報を得た場合の一具体例を示す図である。図7では、電源取得装置116は、電気機器10に印加される電圧位相を取得する代わりに、近傍のコンセントから位相を取得した。図7では、コンセントの位相と、電気機器10の電圧位相とは一致していないことに加えて、複数の位相の角度から放電が発生していることがわかる。したがって、従来技術のように、検出された部分放電信号と予め記憶された放電のパターンとを比較することで識別することは困難である。
図8は、第1の実施形態における検出された部分放電信号の一群の特徴情報を極座標表示した場合の一具体例を示す図である。図8は、図7において取得された電気信号を、特徴情報決定部112及び識別部113で分析することで、7つの一群の特徴情報に識別した図である。一群の特徴情報は1から7までのグループ番号で識別される。相対情報生成部114は、極座標上にプロットされた特徴値に基づいて、特性値を算出し、一群の特徴情報間の相対情報を生成する。部分放電検出部115は、相対情報に基づいて、所定の条件を満たす一群の特徴情報の組み合わせを特定する。所定の条件とは、例えば、位相差が180度前後で、かつ特徴値の符号が正負の組み合わせとなる2つの一群の特徴情報であることである。部分放電検出部115は、部分放電情報記憶部107に記憶される部分放電情報と比較することで、部分放電の発生の有無及び検出された部分放電の放電の種類を特定することができる。
なお、図8(a)は、180度の矢印無し場合の極座標である。180度の矢印とは、上述の所定の条件を満たす一群の特徴情報の組み合わせを表す矢印である。図8(b)は、180度の矢印が有りの場合の極座標である。図8(b)によると、グループ番号1及び4、グループ番号2及び5、グループ番号3及び7が、所定の条件を満たす組み合わせであることがわかる。また、グループ番号6は、いずれのグループとも組み合わされていない。この場合、グループ番号6を表す特徴情報は、外乱又はノイズ等の部分放電信号以外の信号であることがわかる。
図9は、第1の実施形態におけるグループ番号の組み合わせを決めるテーブルの一具体例を示す図である。テーブルは、グループ番号毎に行を持つ。テーブルの各列は、グループ番号、強度、頻度、・・・、位相差及び頻度の比等の値を持つ。グループ番号は、一群の特徴情報を識別する番号である。強度、頻度、・・・、は、一群の特徴情報の相対情報に含まれる特性値を表す。位相差は、2つの一群の特徴情報の相対情報に含まれる特性値のうち、位相の差の値を表す。位相差の列に含まれる1から7までの列は、位相の差を算出する対象となるグループ番号を表す。例えば、グループ番号が2の行、位相差の列が1である場合の位相差は69である。これは、グループ番号が1の一群の特徴情報と、グループ番号が2の一群の特徴情報と、の位相差が69であることを表す。頻度の比は、2つの一群の特徴情報の相対情報に含まれる特性値のうち、頻度の比の値を表す。頻度の比に含まれる1から7までの列は、頻度の比を算出する対象となるグループ番号を表す。
図9によると、部分放電検出部115は、一群の特徴情報の組み合わせのうち、位相差が180度に近い組み合わせであったり、頻度の比が1に近い組み合わせであったりする一群の特徴情報同士を、所定の条件を満たす一群の特徴情報の組み合わせであると特定する。なお、部分放電検出部115は、一群の特徴情報の組み合わせを特定するにあたり、位相差及び頻度の比以外の情報に基づいて、一群の特徴情報の組み合わせを特定するように構成されてもよい。
このように構成された部分放電検出装置100では、位相取得部110が電気機器10近傍の電源から位相を取得する。特徴情報決定部112が、電気機器10から取得された電気信号の波形から特徴情報を決定する。識別部113が、特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される1つ以上の特徴情報を一群の特徴情報として識別し、相対情報生成部114は、一群の特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する。部分放電検出部115は、相対情報と、部分放電情報とを比較することで、電気機器10において部分放電の有無を判定し、かつ部分放電の種類を特定する。このため、部分放電検出装置100は、電気機器10に対して、位相取得用センサが不要となる。したがって、電気機器10の使用者は、より簡単に部分放電を検出することが可能になる。
また、部分放電検出装置100は、位相取得用センサを備えないことによって、より安価なコストで電気機器10を運用することが可能になる。部分放電検出装置100は、位相取得用センサを備えないことによって、位相取得用センサの故障に伴う電力遮断リスクを低減させることが可能になる。また、既設の電気機器10は、位相取得用センサを設置するために、電力を遮断して設置工事を行う必要があった。したがって、電気機器10が停電が困難な機器である場合、位相取得用センサの設置は困難であった。しかし、部分放電検出装置100は、位相取得用センサは不要であるため、停電させることができない電気機器10についても部分放電の有無を判定することが可能になる。
部分放電検出部115は、相対情報生成部114によって生成された相対情報と、過去に生成された1つ以上の相対情報とに基づいて、電気機器10における部分放電の発生を予測を表すトレンドグラフを生成するように構成されてもよい。トレンドグラフは、表示部105に表示される。部分放電を検出する者は、トレンドグラフを確認することで、将来の部分放電の発生の有無を予測することができる。
図10は、第1の実施形態のトレンドグラフの一具体例を示す図である。縦軸は特徴値の一例として最大の電圧値(mV)を表す。横軸は時間を表す。時間t、t及びtは、電圧値が検出されたタイミングを表す。トレンドグラフによると、時間の経過に応じて、最大の電圧値(mV)が上昇していることがわかる。したがって、部分放電を検出する者は、トレンドグラフを確認することで、電気機器10の最大の電圧値(mV)が上昇を続けていることを把握することができ、これによって部分放電の発生が近づいているか否かを判断することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態における部分放電検出システム1について説明する。第1の実施形態における部分放電検出装置では、センサと部分放電判定装置とが、有線で直接接続されていた。第2の実施形態における部分放電検出装置では、センサと部分放電判定装置とが、ネットワークを介して接続されている点で異なる。
図11は、第2の実施形態の部分放電検出システム1の機能構成を表す機能ブロック図である。第2の実施形態における部分放電検出システム1は、センサ101の代わりにセンサ101aを備え、部分放電判定装置102の代わりに部分放電判定装置102aを備える点で第1の実施形態とは異なる。また、センサ101aと部分放電判定装置102aは、ネットワーク200を介して通信可能に接続される。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
センサ101aは、金属製の電極を含んで構成される。センサ101aは、電気機器10の放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成する。センサ101aは、ネットワーク200を介して電気信号を部分放電判定装置102aに送信する。
部分放電判定装置102aは、パーソナルコンピュータ、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等の情報処理装置である。部分放電判定装置102aは、センサ101aから受け付けた電気信号に基づいて、部分放電の発生の有無を判定する。部分放電判定装置102aは、部分放電判定プログラムを実行することによって通信部103、入力部104、表示部105、特徴情報記憶部106、部分放電情報記憶部107及び制御部108aを備える装置として機能する。
制御部108aは、部分放電判定装置102aの各部の動作を制御する。制御部108aは、例えばCPU等のプロセッサ及びRAMを備えた装置により実行される。制御部108aは、部分放電判定プログラムを実行することによって、電気信号取得部109a、位相取得部110、ノイズ処理部111、特徴情報決定部112、識別部113、相対情報生成部114及び部分放電検出部115として機能する。
電気信号取得部109aは、電気機器10の放電によって生じた電気信号を取得する。電気信号取得部109aは、例えば、センサ101aからネットワーク200を介して電気信号を取得する。電気信号取得部109は、電気信号から物理量を取得する。
このように構成された部分放電検出装置100aは、センサ101aが、ネットワーク200を介して電気信号を部分放電判定装置102aに送信する。このため、複数の電気機器10が複数場所に設けられている場合であっても、1台の部分放電検出装置100aで、複数場所に設けられた電気機器10の部分放電の有無を判定することが可能になる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態における部分放電検出装置100bについて説明する。第3の実施形態における部分放電検出装置は、複数台の電気機器10が隣接して設けられる場合に、全ての電気機器10から電気信号を取得する点で異なる。
図12は、第3の実施形態の部分放電検出装置100bの機能構成を表す機能ブロック図である。第3の実施形態における部分放電検出装置100bは、部分放電判定装置102の代わりに部分放電判定装置102bを備える点で第1の実施形態とは異なる。以下、第1の実施形態と異なる点について説明する。
部分放電判定装置102bは、パーソナルコンピュータ、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等の情報処理装置である。部分放電判定装置102bは、センサ101から受け付けた電気信号に基づいて、部分放電の発生の有無を判定する。部分放電判定装置102bは、部分放電判定プログラムを実行することによって通信部103、入力部104、表示部105、特徴情報記憶部106、部分放電情報記憶部107及び制御部108bを備える装置として機能する。
制御部108bは、部分放電判定装置102bの各部の動作を制御する。制御部108bは、例えばCPU等のプロセッサ及びRAMを備えた装置により実行される。制御部108bは、部分放電判定プログラムを実行することによって、電気信号取得部109、位相取得部110、ノイズ処理部111、特徴情報決定部112、識別部113、相対情報生成部114、部分放電検出部115a及び切替部120として機能する。
切替部120は、入力部104から受け付けた切替指示に応じて取得される電気信号を切り替える。具体的には、切替部120は、いずれのセンサ101から電気信号を取得するかを決定する。例えば、切替部120は、最も右側に配置された電気機器10から電気信号を取得する切替指示を受け付けた場合、電気信号取得部109に対して、最も右側に配置された電気機器10に設けられたセンサ101から電気信号を取得するように制御する。このように、電気信号取得部109は、電気機器10毎に電気信号を取得する。
部分放電検出部115aは、いずれの電気機器10に部分放電が発生しているか否かを判定する。具体的には、部分放電検出部115aは、電気機器10毎に生成された相対情報同士を比較することで、相対情報の相関値を算出する。相関値の算出には公知の手法が用いられてもよい。部分放電検出部115aは、算出された相対情報同士の相関が予め定められた閾値以上の場合、最も多くの特徴情報が決定された電気機器10に部分放電が発生したと判定する。
このように構成された部分放電判定装置102bでは、部分放電検出部115aは、相対情報同士の相関値を算出し、相関値が定められた閾値以上であるか否かを判定する。相関値が定められた閾値以上である場合、電気機器10で発生した部分放電信号が他の電気機器10においても検出されていると判断される。このため、部分放電検出部115は、最も多くの特徴情報が決定された電気機器10に部分放電が発生していると判定する。したがって、複数の電気機器10が隣接して設けられている場合であっても、部分放電検出部115aは、精度よく電気機器10の部分放電の有無を検出することが可能になる。
上記各実施形態では、ノイズ処理部111、特徴情報決定部112、識別部113、相対情報生成部114及び部分放電検出部115、はソフトウェア機能部であるものとしたが、LSI等のハードウェア機能部であってもよい。
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、位相取得部110、特徴情報決定部112、識別部113、相対情報生成部114及び部分放電検出部115を持つことにより、より簡単に部分放電を検出することが可能になる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
1…部分放電検出システム、10…電気機器、100…部分放電検出装置、101…センサ、102…部分放電判定装置、103…通信部、104…入力部、105…表示部、106…特徴情報記憶部、107…部分放電情報記憶部、108…制御部、109…電気信号取得部、110…位相取得部、111…ノイズ処理部、112…特徴情報決定部、113…識別部、114…相対情報生成部、115…部分放電検出部、116…電源取得装置、117…電源取得部、118…ノイズ処理回路、119…AD変換部、200…ネットワーク

Claims (12)

  1. 電気機器の放電によって生じた電気信号を取得する電気信号取得部と、
    電源から生じる波の位相を取得する位相取得部と、
    前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に1つ以上決定する、特徴情報決定部と、
    複数の前記特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する相対情報生成部と、
    前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する部分放電検出部と、
    を備える、部分放電検出装置。
  2. 前記特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される特徴情報を一群の特徴情報として識別する識別部と、
    前記相対情報生成部は、前記一群の特徴情報同士の相対的な特徴を表す相対情報を生成する、
    請求項1に記載の部分放電検出装置。
  3. 前記部分放電検出部は、前記相対情報を部分放電毎の特徴と比較することで、前記電気機器において発生している部分放電の種類を判定する、
    請求項1又は2に記載の部分放電検出装置。
  4. 前記位相取得部は、前記電気機器近傍に設けられたコンセントから前記位相を取得する、
    請求項1から3のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
  5. 前記部分放電検出装置は、
    予め定められた周波数以上の高周波成分と、前記予め定められた周波数の半分以下の周波数である低周波成分とが、電気信号に含まれる場合、前記電気信号のノイズを除去するノイズ処理部をさらに備える、
    請求項1から4のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
  6. 前記ノイズ処理部は、前記電気信号に対して周波数分析を行うことで、予め定められた強度以上の周波数帯域に対してノイズ処理を行う、
    請求項5に記載の部分放電検出装置。
  7. 前記部分放電検出部は、前記相対情報と過去に生成された1つ以上の相対情報とに基づいて、前記電気機器における部分放電の発生の予測を表すトレンドグラフを生成する、
    請求項1から6のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
  8. 前記電気機器が複数台設けられる場合において、
    前記電気信号取得部は、前記電気機器毎に前記電気信号を取得し、
    前記部分放電検出部は、前記電気機器毎に生成された相対情報同士を比較し、前記相対情報同士の相関が閾値以上の場合、最も多くの特徴情報が決定された電気信号を発生させた電気機器に部分放電が発生したと判定する、
    請求項1から7のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
  9. 前記電気信号取得部は、接地電位、接地電流又は放射電磁波のうち、1つ以上の電気信号を取得する、
    請求項1から8のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
  10. 部分放電検出装置が、電気機器の放電によって生じた電気信号を取得する電気信号取得ステップと、
    部分放電検出装置が、電源から生じる波の位相を取得する位相取得ステップと、
    部分放電検出装置が、前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に1つ以上決定する、特徴情報決定ステップと、
    部分放電検出装置が、複数の前記特徴情報同士の相対的な特徴を表す相対情報を生成する相対情報生成ステップと、
    部分放電検出装置が、前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する部分放電検出ステップと、
    を有する、部分放電検出方法。
  11. センサと部分放電検出装置とを備える部分放電検出システムであって、
    前記センサは、電気機器の放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成し、
    前記センサは、前記電気信号を前記部分放電検出装置に送信し、
    前記部分放電検出装置は、
    電気機器の放電によって生じた電気信号を取得する電気信号取得部と、
    電源から生じる波の位相を取得する位相取得部と、
    前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に1つ以上決定する、特徴情報決定部と、
    複数の前記特徴情報同士の相対的な特徴を表す相対情報を生成する相対情報生成部と、
    前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する部分放電検出部と、
    を備える、部分放電検出システム。
  12. 請求項1から9いずれか一項に記載の部分放電検出装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。
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