JP2969727B2 - 架空送電線及びその設備の異常箇所探査装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、架空送電線及びその設備の異常箇所探査装
置に関し、より具体的にはコロナ放電により架空送電線
及びその設備の異常箇所を探査する装置に関する。

［従来の技術］ コロナ放電により架空送電線及びその設備の異常箇所
を探査する方法及び装置は、昭和63年特許出願公表第50
3324号（PCT/CH86/00066）に開示されている。この公表
公報に開示された方法は、空中架線に沿ってヘリコプタ
を飛行させ、当該ヘリコプタに搭載したコロナ放電検出
用のアンテナにより20MHZ乃至200MHzの帯域の電波を受
信し、オシロスコープ上の波形（同公報第５図〜第９
図）により、不具合箇所を判定・検出しようとするもの
である。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、上記従来例は、測定周波数帯域が主に20MHz
から200MHzと非常に高く、従って、各部の回路素子も高
速で高価なものを使用しなければならないという欠点が
ある。

また上記従来例では、オシロスコープの波形の乱れか
ら異常の有無及び内容を判定するが、このような判定方
法では、異常内容を定量的且つ客観的に判定することは
困難であり、また、異常の位置を特定するのも困難であ
る。例えば、送電線鉄塔の碍子部分の近くで架空送電線
の素線が一部破断している場合には、異常箇所が碍子か
架空送電線かを判断し、特定するのは困難である。

従来例では更に、現在の測定値と、それに先行する測
定値とを比較対照できず、測定値の変化の様子をグラフ
化することもできないので、ある程度広い範囲にわたる
異常（例えば腐食）、又は緩やかに変化している部分を
探知できないという欠点がある。

そこで本発明は、これらの問題点を解決し、架空送電
線及びその設備の異常を明確に探知できる異常探査装置
を提示することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る探査装置は、架空送電線及びその設備か
らの電波を受信する測定アンテナと、探査しようとする
架空送電線及びその設備までの距離を測定する距離測定
手段と、当該測定アンテナによる測定電波を、当該距離
測定手段により測定された距離により距離補正する距離
補正手段と、当該距離補正手段により距離補正された電
波信号を低周波帯で周波数分析する分析手段とからなる
ことを特徴とする。

本発明はまた、架空送電線及びその設備からの電波を
受信する測定アンテナと、当該測定アンテナによる測定
電波のレベルを、基本波成分のレベルが一定になるよう
に制御するレベル制御手段と、当該レベル制御手段によ
りレベル制御された測定電波信号を低周波帯で周波数分
析する分析手段とからなることを特徴とする。

［作用］ 低周波帯、例えばせいぜい10KHzまでの低周波の電波
により異常の有無及び内容を判別できるので、各処理回
路には安価に製造でき、従って、非常に安い費用で異常
を探査できる。また、測定した距離値による距離補正又
は基本波のレベルを一定に保つようにするレベル制御に
より、測定時に、架空送電線との距離を精密に一定に保
つ必要がなくなり、データ収拾も容易になる。これもま
た費用の低減に役立つ。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

架空送電線及びその設備（鉄塔、碍子、スリーブ、ダ
ンパなど）では、素線の腐食や汚れ、素線切れなどの欠
陥や異常に起因してコロナ放電が発生し、このコロナ放
電による電波及び伝搬する電力による電波が周囲に放射
される。この点は上記公表公報に記載されているが、発
明者による幾つかの実験により、架空送電線及びその設
備からの比較的低い周波数（せいぜい10KHZ程度まで）
の電波により、上記欠陥又は異常を検出できることが判
明した。

即ち、架空送電線及びその設備には、架空送電線の腐
食や老朽化により或る程度の長い距離にわたって存在す
る不具合と、鉄塔の絶縁不良、素線切れや碍子の絶縁不
良などといった、特定の部位で生じる故障や異常があ
る。前者は、測定電波信号において、50又は60Hzの基本
波に、架空送電線に沿ってある程度の長さにわたって重
畳する低周波のノイズ成分となって現われ、後者は、故
障や異常の箇所に対応する位置で重畳する突発波又は短
い区間での変動成分となって現われる。観測の結果、こ
のようなノイズ成分は架空送電線の腐食や老朽化を暗示
しており、4KHz近辺や５〜6KHzの周波数帯域を持ち、せ
いぜい10KHZまでを測定すればよいことが判明した。

また、架空送電線を伝搬する電力による電波の周波数
は、当該電力の周波数（50Hz又は60Hzであり、以下基本
波という）に一致し、受信電波電力の振幅は一般に伝搬
する電力に比例する。観測の結果、伝搬電力による放射
電波の振幅が鉄塔の接地不具合に影響されることが判明
した。これにより、架空送電線及びその設備からの電波
の基本波成分の振幅から、鉄塔の不具合の有無及びその
程度を判定できることが分かった。

第３図は、本実施例により実際に測定した出力例を示
す。第３図において、基本波のA,Bの部分は鉄塔の接地
抵抗の不良を示し、ノイズのC,Dの部分は素線の腐食又
は汚れを示す。突発波検出結果での突発波は、その位置
にスリーブやスペーサがあるか、又は素線切れがあるこ
とを暗示している。なお、基準位置とは、鉄塔などの地
上位置が既知の物の存在位置を示す線である。

第１図は本発明の一実施例の基本構成の概略ブロック
図を示す。第１図に図示した機器をヘリコプタに搭載
し、ヘリコプタを架空送電線に沿って飛行させ、異常箇
所を探知する。第１図において、10は架空送電線及びそ
の設備から放射される上記電波を受信する測定アンテナ
である。本実施例では測定アンテナ10は、50乃至60Hzの
基本波からせいぜい10KHz程度までの電波を受信できる
アンテナであればよい。

12は測定対象（架空送電線及びその設備）までの距離
を電波方式で測定する電波距離計である。本実施例で
は、この電波距離計12として、日本航空電子工業株式会
社製造の距離計JRA−100を使用した。この距離計JRA−1
00は送信周波数4.3GHzのパルス電波を対象物に放射し、
対象物による反射電波を受信するまでの時間により、対
象物までの距離を測定する。この距離計JRA−100は、本
実施例の目的とする距離範囲では、±２フィートの精度
で距離を測定できる。

14は、地上位置が判明している固定点（例えば、架空
送電線を支持する鉄塔、スリーブ、スペーサ、ダンパな
ど）の固定マーク信号を発生する位置固定マーカであ
る。位置固定マーカ14は、複数の固定点を後で区別でき
るように、個別に異なる電圧を発生する複数のスイッチ
を具備する。位置固定マーカ16により、測定データの分
析用グラフにおいて異常箇所の地上位置を確認するのが
容易になる。

測定アンテナ10から出力される測定電波信号及び距離
計12から出力される送電線までの距離信号は、それぞ
れ、アンチエリアシング・フィルタ付の増幅器16,18に
より増幅され、A/D変換器20,22によりディジタル信号に
変換されて距離補正・分析回路24に印加される。距離補
正・分析回路24はDSPと呼ばれるディジタル信号処理回
路からなるが、汎用マイクロコンピュータをプログラム
動作させるものであってもよい。位置固定マーカ14の出
力も、距離補正・分析回路24に印加される。

測定アンテナ10、距離計12及び位置固定マーカ14の出
力は、事後的な解析のためにも、データ・レコーダ26に
より磁気テープなどの記録媒体に記録しておくのが好ま
しい。

詳細は第２図を参照して後述するが、距離補正・分析
回路24は、測定電波信号を測定距離（送電線までの距
離）により距離補正し、基本波の周波数成分と、素線の
破断や腐食を示す周波数成分とに分けて分析し、その分
析結果を数値として出力する。第１図のD/A変換器28
は、距離補正・分析回路24の複数の出力24a〜24eを個別
にアナログ信号に変換するD/A変換回路を具備し、その
各出力はチャート・レコーダ29に印加される。チャート
・レコーダ29は各入力信号を個別のペンにより紙上に描
画していく。

その他、図示しないが、ヘリコプタの飛行位置を確認
できる周知のGPS（グローバル・ポジショニング・シス
テム）装置を搭載するのが好ましい。

第１図に図示した機器を搭載したヘリコプタを、異常
探査しようとする架空送電線に沿って、できるだけ一定
速度で飛行させ、ヘリコプタと架空送電線との距離を電
波距離計12により測定しながら、測定アンテナ10により
架空送電線及びその設備からの電波を測定する。測定者
が、鉄塔などの位置で位置固定マーカ14を操作し、相応
するマーク信号を発生させる。これらの信号は距離補正
・分析回路24で分析され、その分析結果がチャート・レ
コーダ29により紙上に描画されることになる。

なお、ヘリコプタと架空送電線との距離は、一定であ
るのが望ましいが、後述するように、本実施例では距離
による電波減衰を補正するので、ヘリコプタと架空送電
線との距離に変動があっても、適切に異常を判定・探査
できる。

第２図は距離補正・分析回路24の回路構成ブロック図
を示す。第２図において、30は、測定アンテナ10による
測定電波強度（具体的にはA/D変換器20の出力）を、距
離計12により測定した架空送電線までの距離値（具体的
にはA/D変換器22の出力）により、一定距離値での値に
補正する回路である。ヘリコプタを架空送電線に平行に
飛行させるといっても、架空送電線までの距離を一定に
保つことは現実上は不可能に近い。架空送電線及びその
設備から放射される電波は理論的には距離の二乗に反比
例する。そこで、同時に測定した距離データにより、測
定電波データを一定距離での値に補正する。また、この
ような理論式による補正を行なわずに、距離による減衰
特性を実際に測定し、測定により得た減衰特性関数に測
定電波データをあてはめて、一定距離での値に補正する
ようにしてもよい。何れの補正方式でも、距離補正回路
30は実際上ディジタル演算回路で構成されるので、実現
は容易である。

距離補正回路30により距離補正された測定電波データ
は、ローパス・フィルタ（LPF）32及びバンドパス・フ
ィルタ（BPF）34に印加される。LPF32は、約80Hzのカッ
トオフ周波数を持ち、基本波（50Hz又は60Hz）成分を抽
出するディジタル・フィルタであり、BPF34は80Hz乃至1
0KHzの通過帯域を持つディジタル・フィルタである。BP
F34としてはまた、より狭い、3.5KHz〜4.5KHzや５〜6KH
zの通過帯域を持つBPFであってもよく、更には、この通
過帯域を調節できるものでもよい。

LPF32の出力は絶対値化回路36により絶対値化され、B
PF34の出力も、絶対値化回路38により絶対値化される。
絶対値化回路36の出力は基本波の振幅を示し、絶対値化
回路38の出力は基本波以外の周波数成分（即ち、基本波
に乗ったノイズと突発波）の振幅を示す。絶対値化回路
36の出力は平滑化回路40により平滑化され、出力信号線
24aを介してD/A変換器28に印加される。

平滑化回路40の出力はまた、除算回路42の除数入力に
印加され、除算回路42の被除数入力には絶対値化回路38
の出力が印加される。即ち、除算回路42の出力は、基本
波に対するノイズ成分の割合を示す。指数化回路44は、
除算回路42の除算結果を例えば1,2,3,4の４段階の区分
にあてはめ、該当する区分を示す数値を異常度の評価指
数として出力する。この指数値により、緊急に実地調査
すべきか、継続監視すべきか、当面監視不要かなどを客
観的に判断できる。指数化回路44の出力は遅延回路45に
より時間調整され、出力信号線24bを介してD/A変換器28
に印加される。

絶対値化回路38の出力はまた、基本波以外の周波数成
分、即ちノイズ成分の強度をグラフ表示する目的で、平
滑化回路46で平滑化され、信号線24cを介してD/A変換器
28に印加される。当該ノイズ成分の強さにより、素線の
腐食の程度、老朽化の程度を判別できる。

突発波検出回路48は、平滑化回路46の出力を基に、絶
対値化回路38の出力から突発波を検出する。遅延回路50
は突発波検出回路48の出力を時間調整し、信号線24dを
介してD/A変換器28に供給する。突発波検出回路48の出
力が、第３図に図示したように、チャート・レコーダ29
により描画されることになる。

また、位置固定マーカ14の出力はパルス発生回路52に
印加される。パルス発生回路52は位置固定マーカ14から
のマーク信号の種類に応じた電圧の短いパルスを発生す
る。パルス発生回路52の出力は遅延回路54で時間調整さ
れ、信号線24eを介してD/A変換器28に印加される。これ
が、チャート・レコーダ29によるグラフにおいて、固定
線、即ち位置が判明している基準位置を示すことにな
る。パルス発生回路52は例えば、鉄塔に対するマーク信
号に対してのみパルス信号を発生する回路であってもよ
く、そのような場合には、遅延回路54の出力を、D/A変
換器28を介することなしに直接、チャート・レコーダ29
に印加すればよい。

距離補正回路30による距離補正に関わらず、基本波成
分の振幅が大きく変動するのは、先に第３図で説明した
ように、架空送電線の鉄塔の接地抵抗が不適切であると
推測される。本実施例によれば、これが、信号線24aの
信号（第３図のA,B）から一目瞭然になる。

実地観測の結果、架空送電線及びその設備の異常又は
不具合と、測定電波の分析結果との関係をまとめると、
以下の通りである。即ち、送電線の素線に腐食又は汚れ
があると、その程度によりノイズ成分が大きくなる。素
線切れがあると、程度によりシャープな突発波が発生す
る。また、鉄塔の接地抵抗が不良の場合には、基本波の
レベルが変化し、基本波以外の周波数成分のレベルも変
化する。従って、チャート・レコーダ29の出力グラフを
見れば、架空送電線及びその設備の異常の場所及びその
程度をその場で判定できる。

第１図及び第２図に図示した実施例では、距離計12に
より測定した測定距離値により、測定アンテナによる受
信電波の強度を補正した。しかし、鉄塔の絶縁不良は鉄
塔の設置時や老朽化した時点などに、限定的に発生する
現象であり、このような現象の無い領域又は少ない領域
での異常探査用には、基本波の振幅が一定になるように
測定アンテナによる受信電波の強度を帰還制御してもよ
い。即ち、第２図において、A/D変換器22の出力の代わ
りに平滑化回路40の出力を距離補正回路30の距離補正制
御入力に入力し、平滑化回路40の出力が一定になるよう
に帰還制御する。このようにすると、電波距離計12を装
備しなくても済む。この場合、仮に鉄塔の絶縁不良があ
っても、基本波以外の成分、即ちノイズ成分の振幅が相
当の距離にわたって別の値にシフトすることになるの
で、それにより鉄塔の絶縁不良を知ることができる。

また、距離補正・分析回路24（第２図）の出力信号線
24aの信号だけを利用して、送電線鉄塔の接地抵抗の良
不良を判定することができる。

距離補正・分析回路24をディジタル演算回路により構
成した例を説明したが、その一部又は全部をプログラム
処理により実現できることはいうまでもなく、また、本
発明の一部又は全部をアナログ回路により構成してもよ
い。

［発明の効果］ 以上の説明から容易に理解できるように、本発明によ
れば、架空送電線及びその設備の不具合並びにその内容
及び位置をリアルタイムで精密に探知することができ
る。測定対象までの測定距離により測定値を距離補正す
るので、測定機器を測定対象の架空送電線及びその設備
から一定の距離に厳密に保たなくてもよくなり、不具合
の内容及び程度をより正確に且つ客観的に判定できるよ
うになる。また、全体の回路は、せいぜい10KHz程度の
信号を処理できればよいので、非常に安価に製造でき、
用意できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成ブロック図、第２図は
第１図の距離補正・分析回路24の回路構成ブロック図、
第３図は実際の測定結果の出力例である。 10:測定アンテナ、12:電波距離計、14:位置固定マー
カ、16,18:増幅回路、20,22:A/D変換器、24:距離補正・
分析回路、26:データ・レコーダ、28:D/A変換器、29:チ
ャート・レコーダ、30:距離補正回路、32:LPF、34:BP
F、36,38:絶対値化回路、40:平滑化回路、42:除算回
路、44:遅延回路、46:平滑化回路、48:突発波検出回
路、50:遅延回路、52:パルス発生回路、54:遅延回路

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】架空送電線及びその設備の異常箇所を探査
   する装置であって、 架空送電線及びその設備からの電波を受信する測定アン
   テナと、 探査しようとする架空送電線及びその設備までの距離を
   測定する距離測定手段と、 当該測定アンテナによる測定電波を、当該距離測定手段
   により測定された距離により距離補正する距離補正手段
   と、 当該距離補正手段により距離補正された電波信号を低周
   波帯で周波数分析する分析手段 とからなることを特徴とする架空送電線及びその設備の
   異常箇所探査装置。
2. 【請求項２】前記分析手段が、基本波及び基本波を含ま
   ない周波数帯に分離する周波数分離手段と、当該基本波
   及び当該基本波を含まない周波数帯域を強度比較し、当
   該基本波に対する、当該基本波を含まない周波数帯域の
   割合を示す指数値を出力する指数出力手段とを具備する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の架
   空送電線及びその設備の異常箇所探査装置。
3. 【請求項３】前記分析手段が、突発波を検出する手段を
   具備することを特徴とする特許請求の範囲第（１）項又
   は第（２）項に記載の架空送電線及びその設備の異常箇
   所探査装置。
4. 【請求項４】前記分析手段が、基本波を絶対値化及び平
   滑化した信号を出力する手段からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第（１）項に記載の架空送電線及びその
   設備の異常箇所探査装置。
5. 【請求項５】前記分析手段の分析結果をグラフ出力する
   出力手段を具備することを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項乃至第（４）項の何れか１項に記載の架空送電
   線及びその設備の異常箇所探査装置。
6. 【請求項６】架空送電線及びその設備の異常箇所を探査
   する装置であって、 架空送電線及びその設備からの電波を受信する測定アン
   テナと、 当該測定アンテナによる測定電波のレベルを、基本波成
   分のレベルが一定になるように制御するレベル制御手段
   と、 当該レベル制御手段によりレベル制御された測定電波信
   号を低周波帯で周波数分析する分析手段 とからなることを特徴とする架空送電線及びその設備の
   異常箇所探査装置。
7. 【請求項７】前記分析手段が、基本波を絶対値化及び平
   滑化した信号を出力する手段からなることを特徴とする
   特許請求の範囲第（６）項に記載の架空送電線及びその
   設備の異常箇所探査装置。
8. 【請求項８】前記分析手段の分析結果をグラフ出力する
   出力手段を具備することを特徴とする特許請求の範囲第
   （６）項又は第（７）項に記載の架空送電線及びその設
   備の異常箇所探査装置。