JP4377542B2 - 高電圧機器の内部部分放電監視装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧機器の内部で発生する部分放電を監視する高電圧機器の内部部分放電監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧機器における部分放電を検出し、全路破壊的な事故を未然に防止するために、部分放電の常時監視システムの確立が必要であり、そのようなニーズを満足するシステムの一つとして、音響法による内部部分放電監視装置が開発されている。
【０００３】
図１２は、特開平３−５６０２８号公報や電気協同研究第４６巻第４号「電力設備へのセンサ技術適用」に記載された音響法による高電圧機器の内部部分放電監視装置の代表的な構成例である。図１２（ａ）に示した内部部分放電監視装置は、高電圧機器として油絶縁変圧器の密閉タンク１を監視対象としている。この装置は、油絶縁変圧器の密閉タンク１の外壁面に複数の超音波マイク２が取り付けられ、密閉タンク１の接地線に電流検出器３が接続されている。超音波マイク２には、図１２（ｂ）にその詳細を示した電気−光変換器１０１を有する信号変換部４がそれぞれ接続され、さらに、信号変換部４は光ファイバ１０６によってデータ収集部５に接続されている。
【０００４】
データ収集部５は、超音波マイク２にそれぞれ対応して設けられる光−電気変換器１０２、信号処理器１０３及びアナログ−デジタル変換器１０４と、これらのアナログ−デジタル変換器１０４に接続された演算ユニット１０５とを備えている。
【０００５】
ここで、データ収集部５に光伝送されたアナログ信号は、信号処理器１０３、アナログ−デジタル変換器１０４を経て演算ユニット１０５で処理される。信号処理器１０３としては共振型フィルタや検波整流器やレベル検出器などが使われ、超音波マイクと電流検出器の波形データを、特定周波数や波高値などの、より簡易なデータに置き換えるものである。演算ユニット１０５は、種々の方法により部分放電の有無の判定や、超音波マイクの出力と電流検出器の出力との時間差から部分放電位置標定を計算するなどの処理を行う。
【０００６】
また、特開平７−１６７９０８号公報に記載されたように、超音波マイクの出力を共振型フィルタを通してデジタル変換して、信号をデジタル伝送する構成も知られている。さらに、より簡便な構成例として、超音波マイクの出力及び電流検出器の出力を光信号に変換せずに、アナログ電気信号をそのままデータ収集部５に伝送するシステム構成も知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデジタル演算を指向した高電圧機器の内部部分放電監視装置では、超音波マイクや電流センサの出力を特定周波数の出力や波高値などの、より簡易なデータに置き換えたうえで、その信号をデジタル変換して演算に使用している。このため、演算ユニットが行う部分放電の有無の判定、超音波マイクの出力と電流検出器の出力との時間差から部分放電位置標定を計算するなどの処理において、誤判定を引き起こす可能性があった。
【０００８】
例えば、超音波マイクの出力を特定周波数の出力や波高値などの、より簡易なデータに置き換える処理を行った場合、波形データの一部が不適切にカットされ、超音波マイクの出力波形の正確な立ち上がり時刻の判定を妨げる可能性があった。これは、部分放電位置標定結果の誤差に結びつくことになる。
【０００９】
また、超音波マイクや電流センサの出力を特定周波数の出力や波高値などの、より簡易なデータに置き換える処理を行った場合、超音波マイクや電流センサの出力の波形データが保存できないという問題もあった。つまり、波形データがデジタルデータとして保存されない場合、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価を行うことができず、さらに、計測終了後の分析により、内部部分放電の新たな情報や、関連知識を得ることができないことになる。
【００１０】
ところで、論文などにおいて、超音波マイクや電流センサの出力をデジタルデータとして扱い、各種信号処理を行う例は多数見られるが、これは開発を目的として計測した場合で、測定器として汎用のデジタルオシロスコープなどを使ったケースである。データ収集装置として汎用のデジタルオシロスコープを使用することは、高電圧機器において据付固定型、もしくは可搬携帯型の内部部分放電監視装置を目的とする場合には、必ずしもシステム構成上必要十分な機能が得られないばかりか、その機動性、機器としての柔軟性、経済的な観点からも不適当であった。
【００１１】
一方、超音波マイクや電流センサの出力をそのまま伝送し、これをアナログ信号として処理する場合には、アナログ回路により波形を再現性良く処理することができるが、アナログ伝送における耐ノイズ性は脆弱であり、誤判定を引き起こす可能性があった。また、アナログ信号として処理する場合、超音波マイクや電流センサの出力を波形データとして保存することができないため、波形情報としては、測定器の画面上、もしくは紙にプリントされたものなどから超音波マイクの出力を読み取ることになる。従って、波形から得られる情報は視覚によるものだけであるため、パラメータの演算ができず、定性的な評価はできても定量的な解析はできないという問題があった。
【００１２】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的はデジタルデータとして波形データを保存できる高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供するにある。また、他の目的は、保存したデジタル波形データに、所望の信号処理を施すことにより、高精度な部分放電位置標定を実現する高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
絶縁媒体を充填した密閉タンクを有する高電圧機器の密閉タンク内で生ずる部分放電を監視するに当たり、部分放電によって発生する超音波を互いに異なる箇所で検出する複数の超音波マイクと、部分放電によって発生する電流パルスを検出する電流検出器と、超音波マイクと電流検出器の出力をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有する信号変換部と、デジタル信号を受信するデータ収集部とを備える高電圧機器の内部部分放電監視装置において、
データ収集部は、デジタル信号を順次書き込んでいくバッファメモリ及びバッファメモリ管理機能と波高値判定機能と同期制御機能とを持つマイクロプロセッサを有し、マイクロプロセッサはバッファメモリに書き込まれた複数の超音波マイクと電流検出器の出力のうちのいずれか一方の出力が閾値を超過した場合に、同期制御機能によりバッファメモリが同時に複数のデジタル信号を書き込むことを停止させ、かつ、バッファメモリに書き込まれている複数の同時刻のデジタル信号を部分放電のデジタル波形データとして外部記憶装置に転送する機能を持つ、
ことを特徴とするものである。
【００１４】
以上のような構成を有する請求項１に係る各発明によれば、マイクロプロセッサが制御する、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができるバッファメモリに、デジタルデータを一時的に保存するので、高速のデジタルデータ取り込みレートを実現できる。また、バッファメモリに一時保存されるデータをバッファメモリ管理用のマイクロプロセッサが制御して外部記憶装置に転送するので、膨大なデータ量となる超音波マイクや電流センサの出力波形をデジタル波形データとして保存することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、信号変換部は、複数の超音波マイクの各出力と電流検出器の出力とを個別にデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有し、データ収集部はアナログ−デジタル変換器毎にバッファメモリを有することを特徴とする。
【００１６】
以上のような構成を有する請求項２に係る発明によれば、耐ノイズ性に優れたデジタル伝送で波形伝送するので、高精度な部分放電位置標定に必要な、再現性の良いデジタル波形データを保存でき、これを部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価に供することができる。また、各超音波マイクと電流検出器毎にデジタル変換機能、デジタル波形データ保存機能を有するので、より大量のデータをより高速に扱うことが可能となる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、信号変換部はデジタル信号のデータ圧縮エンコード機能を備えた通信ＬＳＩを有し、データ収集部は圧縮して送信されたデジタル信号のデコード機能を備えた通信ＬＳＩを有することを特徴とする。
【００１８】
以上のような構成を有する請求項３に係る発明によれば、デジタル波形データを圧縮符号化することにより、波形伝送中のビットエラーの可能性を低減でき、かつ高速にデータ伝送することを可能にする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、データ収集部は、複数回分の部分放電のデジタル波形データを一時的に保存できるデータ保存メモリを有し、バッファメモリに書き込まれている部分放電のデジタル波形データをデータ保存メモリに一時的に保存し、データ保存メモリに書き込んだ複数回分の部分放電のデジタル波形データをまとめて外部記憶装置に転送する機能を有することを特徴とする。
【００２０】
以上のような構成を有する請求項４に係る発明によれば、デジタル波形データをバッファメモリに書き込むために要する時間に対して、デジタル波形データを外部記憶装置に保存するために要する時間の方が遥かに長いため、外部記憶装置に保存する時間がシステムとしての波形取得のデットタイムとなってしまうが、バッファメモリと外部記憶装置の中間に、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができ、複数回分の部分放電の波形データを書き込むことができるデータ保存メモリを置くことにより、このデットタイムを回避でき、連続して発生する部分放電のデジタル波形データの保存が可能になる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、外部記憶装置に転送したデジタル波形データを、上位システムに転送する機能を有することを特徴とする。
【００２２】
以上のような構成を有する請求項５に係る発明によれば、上位システムを備える遠隔地で、部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価を行うことができる。
【００２３】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、データ収集部が複数の超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差を計算し、その時間差から部分放電位置標定を計算するに当たり、時間差と部分放電位置標定を計算する演算部を複数個備え、複数回の部分放電の位置標定の計算を並列に計算することを特徴とする。
【００２４】
以上のような構成を有する請求項６に係る発明によれば、複数の部分放電位置標定の演算部が，バッファメモリに書き込まれた波形データを順次並列処理するので、連続して発生する部分放電に対して部分放電位置標定を計算できる。特に、データ保存メモリを経由して外部記憶装置にデジタル波形データを保存する場合、連続して発生する部分放電のデジタル波形データをデータ保存メモリに保存する間も、並列処理により、効率的に部分放電位置標定の演算処理が可能となる。
【００２５】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、超音波マイクとして、所定の周波数に共振点を持つ共振型の超音波マイクと、特定の共振点を持たず広い周波数帯域で平坦な特性を持つ広帯域型の超音波マイクの両方で同時に測定することを特徴とする。
【００２６】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、共振型の超音波マイクと広帯域型の超音波マイクの出力を、信号変換部からデータ収集部に時分割多重伝送することを特徴とする。
【００２７】
以上のような構成を有する請求項７又は８に係る各発明によれば、超音波マイクを次のように使い分けることで、誤動作の防止とデータ収集の品質向上が実現できる。共振型超音波マイクは、検出感度が広帯域型の１０倍程度と高く、また、ＬＴＣ（負荷時タップ切換器）の動作音などあらかじめ発生が予想されるノイズ音の周波数を避けて共振点を設定できるので、その出力をトリガーとして使用し、また、部分放電の発生有無の判定、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の計算、部分放電位置標定の計算などに使用する。一方、超音波マイクの出力と電流検出器の出力のデジタル波形データと、それから計算される部分放電の周波数特性などの保存には、広い周波数帯域で平坦な特性を持つ広帯域型の超音波マイク出力を使い、元波形に近い波形を保存する。
【００２８】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、複数の超音波マイクの波形データが入力される経路に、各々通過帯域の異なった複数のバンドパスフィルタと、各バンドパスフィルタ出力の波高値比較装置を備え、波高値比較装置が比較したバンドパスフィルタ出力の波高値から超音波マイクの波形データに含まれる周波数成分比を得て、この周波数成分比から部分放電検出かノイズ検出かを判別することを特徴とする。
【００２９】
以上のような構成を有する請求項９に係る発明によれば、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数成分比を、データベースとして内蔵しておき、部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数成分比とデータベースの周波数成分比を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【００３０】
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、超音波マイクの波形データを高速フーリエ変換する高速フーリエ変換機能を備え、超音波マイクの波形データを高速フーリエ変換した結果として得られる内部部分放電音の周波数特性をデータベースとして保存することを特徴とする。
【００３１】
以上のような構成を有する請求項１０に係る発明によれば、部分放電の放電形態により異なる様々な部分放電の周波数特性が蓄積でき、これと過去の測定で蓄積した周波数特性と比較することにより、放電形態などの予想ができる。また、ノイズ音の周波数特性のデータベースも順次増やしていくことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第１の実施の形態のシステム構成図である。この実施の形態は高電圧機器として、油絶縁変圧器の密閉タンクを監視対象としているが、その他、油絶縁分岐リアクトル、ガス絶縁変圧器、ガス密閉開閉装置など、密閉タンク内に絶縁物が封入されるあらゆる高電圧機器に適用できる。
【００３３】
図１において、密閉タンク１の外壁面に複数の超音波マイク２が取り付けられ、この密閉タンク１の接地線に電流検出器３が接続されている。これら超音波マイク２及び電流検出器３の各出力端にそれぞれ信号変換部４Ａの入力端が接続され、これらの信号変換部４Ａの各出力端がデータ収集部５Ａの入力端に接続されている。データ収集部５Ａの入出力端は、入出力インターフェース１３を介して、パソコン６に接続されている。
【００３４】
ここで、電流検出器３として、例えば、高周波ＣＴもしくはロゴスキーコイルを使用する。信号変換部４Ａは超音波マイク２及び電流検出器３のそれぞれの近傍に取り付けられている。信号変換部４Ａの内部構成は、図２にその詳細な構成を示すように、増幅器１１と、その出力信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器２１と、変換されたデジタル信号を送信する通信ＬＳＩ２２と、これらを動作させる電源としてのバッテリ１２とで構成されている。なお、信号変換部４Ａの電源は太陽電池でも良い。また、内部部分放電監視装置に光給電装置を付帯的に設け、その光給電によって信号変換部４Ａへ動作電力を供給するようにしても良い。
【００３５】
データ収集部５Ａは、信号変換部４Ａに対応して設けられる通信ＬＳＩ２３及びバッファメモリ２４と、これらのバッファメモリ２４に共通にバス接続されたマイクロプロセッサ２５と、バッファメモリ管理用プログラムや部分放電位置標定プログラムなどを内蔵したＲＯＭ、マイクロプロセッサ２５のワーキングエリアまたは入出力バッファとして用いられるＲＡＭ、入出力装置（ＳＩＯ）などで構成され、このうち、通信ＬＳＩ２３が一つのチップセットとして、これ以外の要素が一つ又は複数のチップセットとして構成される。そして、入出力装置に入出力インターフェース１３が接続されている。
【００３６】
上述した信号変換部４Ａとデータ収集部５Ａとは、通信ＬＳＩ２２、通信ＬＳＩ２３を介してデジタル伝送を行う。また、ノイズ環境に問題がありデジタル伝送に支障を来す場合には、電気−光変換器と光−電気変換器とを介して、光ファイバを使って光デジタル伝送としても良い。データ収集部５Ａの入出力インターフェース１３はＧＰＩＢやＲＳ−２３２Ｃなどを採用する。図示していないが入出力インターフェース１３は複数個でなり、データ伝送は、パラレル伝送でもシリアル伝送でも、またはその両方を採用してもよく、用途に応じて使い分ける。ここでは、データ保存用の外部記憶装置としてパソコン６のハードディスクを採用し、ＧＰＩＢやＲＳ−２３２Ｃなどでデータ収集部５Ａと接続する。外部記憶装置として、光磁気ディスクやＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）等を使用しても良い。
【００３７】
また、パソコン６にはデジタルカメラ等の市販測定器が接続されており、部分放電計測情報と併せて、その他の計測情報を保存する。さらに、パソコン６にはモデム７が接続されており、モデム７を介して、電話回線８を接続する。電話回線８は、一般電話回線、一般携帯電話、衛星通信携帯電話のいずれでも良い。また、電話回線８の代わりにモデム７を介してテレコンと称される専用の通信回線を接続しても良い。これによって、内部部分放電監視装置は、電話回線８を通して上位システム９と接続される。
【００３８】
上記のように構成された第１の実施の形態の動作を以下に説明する。超音波マイク２と電流検出器３の微弱な電圧出力は、信号変換部４Ａの増幅器１１で増幅された後、アナログ−デジタル変換器２１でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は通信ＬＳＩ２２のデータ圧縮エンコード機能で圧縮符号化され、データ収集部５Ａへデジタル伝送する。
【００３９】
データ収集部５Ａでは、この圧縮符号化されたデジタル信号を通信ＬＳＩ２３でデコードする。バッファメモリ２４は環状バッファとして実装されており、超音波マイク２と電流検出器３の各出力に対応するデジタル信号はバッファメモリ２４に順次書き込まれていく。なお、デジタル伝送における圧縮符号化は、システム構成によっては必ずしも必要ではない。
【００４０】
バッファメモリ管理機能と波高値判定機能と同期制御機能とを持つマイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ２４に順次書き込まれるデジタル波形データを波高値判定機能により常時監視しており、超音波マイク２と電流検出器３のうちのいずれかの出力が予め定めた閾値を超過した場合は、波形保存のためのトリガーとして働く。すなわち、マイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ管理機能と同期制御機能により、全てのデジタル信号に対して同時にバッファメモリ２４に書き込むのを停止させ、かつその時点でバッファメモリ２４に書き込まれている全てのデジタル信号を、部分放電のデジタル波形データとして外部記憶装置に転送する。ここでは、外部記憶装置としてパソコン６のハードディスクを採用しているので、システムとしての最終的なデータの保存は、パソコン６のハードディスクで行われる。
【００４１】
部分放電のデジタル波形データの外部記憶装置への転送が完了すると、バッファメモリ２４への超音波マイク２と電流検出器３の各出力に対応するデジタル信号の順次書き込みが再開され、マイクロプロセッサ２５は波高値判定機能による常時監視状態に復帰する。
【００４２】
また、マイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ２４に書き込まれた部分放電のデジタル波形データを外部記憶装置に転送する際に、デジタル波形データをＲＡＭに書き込んで、部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算を行う。部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算結果は、波形データと対応させて外部記憶装置に保存する。
【００４３】
パソコン６の画面には部分放電発生警報、部分放電位置の標定結果、その他の計測情報などが表示され、部分放電発生時には警報を出力する。パソコン６にはモデム７が接続されており、電話回線８を通して部分放電発生警報、部分放電位置の標定結果、その他の計測情報を上位システム９に転送することができる。上位システム９とオンライン接続状態であれば、部分放電発生時には警報を出力し、デジタル波形データ、部分放電位置の標定結果などを上位システム９に転送する。また、上位システム９からのリクエストで、パソコン６のハードディスクに保存したデジタル波形データ、部分放電位置の標定結果などを上位システム９に伝送する。
【００４４】
なお、部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算用に別のマイクロプロセッサを実装して、バッファメモリ管理用マイクロプロセッサと演算用マイクロプロセッサの並列処理を行っても良い。あるいは、部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算は、パソコン６のＣＰＵが分担しても良い。この場合はパソコン６のハードディスクに保存されたデジタル波形データをパソコン６のＣＰＵが読み込んで演算する。
【００４５】
また、本発明の高電圧機器の内部部分放電監視装置は、部分放電位置の標定を計算する機能において、部分放電位置の標定を次のアルゴリズムで計算する。
【００４６】
超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差を計算し、その時間差から部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離を計算し、その部分放電発生点から超音波マイクの取付位置の距離と部分放電発生点の座標と超音波マイクの取付位置の座標の関係を表す連立方程式を部分放電発生点の座標について解くことにより、部分放電位置標定を計算する。電流検出器２の出力波形に於いて電流パルスが計測されている場合は、次の連立方程式を（ｘ、ｙ、ｚ）について解く。
【００４７】
【数１】
ただし、
(x,y,z) ：部分放電点の座標
(xi,yi,zi)：超音波マイクｉの座標
Ti ：部分放電点〜超音波マイクｉの超音波の伝搬時間
Vs ：超音波の伝搬速度
である。
【００４８】
上記（１）〜（３）式は非線形連立方程式であるので、計算機により数値計算で解く。ここではニュートン・ラプソン法のアルゴリズムで計算する。ところで、（１）〜（３）式は３元の連立方程式であるため、３個の超音波マイクから出力があれば、部分放電位置の標定を計算できるが、ここでは４個以上の超音波マイクを使用して、４個以上の超音波マイクのうち任意の３個の超音波マイクの組合せ全てに対して部分放電位置の標定を計算する。例えば、６個の超音波マイクを使用する場合は、２０通りの超音波マイクの組合せの全てに対して部分放電位置標定を計算する。そして、２０通りの部分放電位置の標定結果を統計処理して、標定頻度の高い位置を部分放電発生位置と標定する。例えば、２０通りの部分放電位置の標定結果の平均値と標準偏差を計算し、平均値を中心としてｘ、ｙ、ｚ各方向の標準偏差を主軸とする楕円体を部分放電発生位置と標定する。なお、２０通りの部分放電位置標定結果のうち、標定結果が密閉タンクの外側の座標の場合や、平均値から大きくはずれた座標が得られた場合、これを除いた残りの標定結果に対して統計処理を行うようにしても良い。
【００４９】
一方、電流検出器２の出力波形に於いて電流パルスが計測されていない場合には、次の連立方程式を（ｘ、ｙ、ｚ、Ｔ）について解く。
【００５０】
【数２】
ただし、
(x,y,z) ：部分放電点の座標
(xi,yi,zi)：超音波マイクｉの座標
T ：部分放電点〜超音波マイク１の超音波の伝搬時間、
ΔT1j ：超音波マイク１と超音波マイクｊの超音波の伝搬時間差、
Vs ：超音波の伝搬速度
である。
【００５１】
上記（４）〜（７）式は非線形連立方程式であるので、計算機により数値計算で解く。ここではニュートン・ラプソン法のアルゴリズムで計算する。ところで、（４）〜（７）式は４元の連立方程式であるため、超音波マイクの出力が４個あれば、部分放電位置標定を計算できるが、ここでは５個以上の超音波マイクを使用して、５個以上の超音波マイクのうち任意の４個の超音波マイクの組合せの全てに対して部分放電位置標定を計算する。例えば、６個の超音波マイクを使用する場合には、１０通りの超音波マイクの組合せの全てに対して部分放電位置標定を計算する。そして、１０通りの部分放電位置の標定結果を統計処理して、標定頻度の高い位置を部分放電の発生位置と標定する。例えば、１０通りの部分放電位置標定結果の平均値と標準偏差を計算し、平均値を中心としてｘ、ｙ、ｚ各方向の標準偏差を主軸とする楕円体を部分放電発生位置と標定する。なお、１０通りの部分放電位置の標定結果のうち、標定結果が密閉タンクの外側の座標の場合や、平均値から大きくはずれた座標が得られた場合には、これを除いた残りの標定結果に対して統計処理を行っても良い。
【００５２】
図３は上記の実施の形態における部分分放電位置標定の計算アルゴリズムのフローチャートである。ここで、ステップ２００で部分放電位置標定を開始し、ステップ２０１で電流検出器２の出力波形において電流パルスが計測されているか否かを判定し、電流パルスが計測されている場合には、ステップ２０２にて各超音波マイク２の出力信号の立上がり時刻の候補が複数個有るか否かを判定し、立ち上がり時刻の候補が２個以上有る場合にはステップ２０３で超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の候補を複数個計算して、その任意の組み合わせ全てに対して、上記（１）〜（３）式の連立方程式を使って位置標定を計算し、全ての超音波マイクの立ち上がり時刻のＡの超音波マイクの立ち上がり時刻の候補が１個の場合にはステップ２０４で（１）〜（３）式の連立方程式を使って位置標定を計算する。
【００５３】
一方、ステップ２０１で電流パルスが計測されていない場合には、ステップ２０５にて各超音波マイク２の出力信号の立上がり時刻の候補が複数個有るか否かを判定し、立ち上がり時刻の候補が２個以上有る場合にはステップ２０６で超音波マイク１と超音波マイクｊの伝搬時間差の候補を複数個計算して、その任意の組み合わせ全てに対して、上記（４）〜（７）式の連立方程式を使って位置標定を計算し、全ての超音波マイクの立ち上がり時刻の候補が１個の場合にはステップ２０７で（４）〜（７）式の連立方程式を使って位置標定を計算する。
【００５４】
次に、ステップ２０３又はステップ２０４で位置標定を計算した場合にはステップ２０８及び２０９にてその結果を統計処理し、ステップ２０６又はステップ２０７で位置標定を計算した場合にはステップ２１０及び２１１にてその結果を統計処理する。この統計処理は、全ての組合せの部分放電位置標定結果の平均値と標準偏差を計算し、平均値を中心としてｘ、ｙ、ｚ各方向の標準偏差を主軸とする楕円体を部分放電発生位置と標定する。このとき、高電圧機器の内部構造からも検討を加え、内部構造の観点から部分放電発生位置となり得ないものは除く処理を実行し、ステップ２１２で部分放電位置標定結果を得る。
【００５５】
続いて、ステップ２１３にて次の部分放電が連続して発生しているか否かを判定し、発生している場合には、次の部分放電に対しても以上のルーチンを繰り返して部分放電位置標定を計算する。
【００５６】
次に、次の部分放電が発生していないと判定した場合にはその結果を統計処理する。すなわち、ステップ２１４にて複数回の標定結果のバラツキが所定の範囲内であるか否かを判定し、所定の範囲内に収まっている場合は、ステップ２１５にてその位置を部分放電発生位置と見なしてその結果を出力する。反対に、バラツキが大きく所定の範囲内に収まらない場合には、ステップ２１６にて超音波マイクは外部ノイズにより動作したと見なす。
【００５７】
この実施の形態では、標定精度向上を目的とした標定ガイダンス機能をソフトウエアに実装している。この標定ガイダンス機能ソフトウエアはマイクロプロセッサ２５で実行しても良いが、ここでは画面表示との連携を考慮してパソコン６のＣＰＵ上で動作するのもとする。
【００５８】
図４は本実施の形態に係る標定ガイダンス機能のフローチャートである。ここで、ステップ３０１で標定ガイダンスを開始する。部分放電位置標定開始時は、部分放電発生源が不明のため、超音波マイク２はどこが部分放電発生源であっても超音波を検出できるように、ステップ３０２にて複数の超音波マイク２を密閉タンク１の四方の壁面全てに取り付けるようにガイダンス指示する。そして、ステップ３０３にて部分放電位置標定を開始し、ステップ３０４にて部分放電位置標定の標定結果を統計処理する。
【００５９】
次に、ステップ３０５にて統計処理した位置標定結果のバラツキが大きいか、あるいは、位置標定ができないか否かの判定を行い、位置標定結果のバラツキが大きい場合には、超音波マイクの取付位置を変更して再度位置標定を実行するようにガイダンス指示する。この場合、ステップ３０６で有効な標定結果が多く集まっている側のタンク壁面を検索し、これを部分放電発生位置近傍のタンク壁面と見なし、このタンク壁面に超音波マイク２を取り付けることにする。次に、ステップ３０７にて有効な標定結果の平均値の座標を、部分放電発生位置近傍のタンク壁面に投影した座標Ａを計算する。座標Ａを中心として半径３σ（σは有効な標定結果の標準偏差）の円周上の位置に等間隔に並ぶように超音波マイク２の取付座標を計算する。次に、ステップ３０８にて、ステップ３０７で計算した取付座標に超音波マイク２の取付位置を変更するようにガイダンス指示する。
【００６０】
この過程を部分放電位置標定結果のバラツキが小さくなるまで、繰り返しガイダンス指示する。部分放電発生源の範囲が目標まで小さくなったら、ステップ３０９で部分放電位置標定を終了し、ステップ３１０で部分放電位置標定結果を出力する。
【００６１】
上記のように構成された第１の実施の形態によれば次の効果が得られる。マイクロプロセッサが制御する、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができるバッファメモリに、デジタルデータを一時的に保存するので、高速のデジタルデータ取り込みレートを実現でき、かつ、バッファメモリに一時保存されるデータをバッファメモリ管理用のマイクロプロセッサが制御して外部記憶装置に転送するので、膨大なデータ量となる超音波マイクや電流センサの出力波形をデジタル波形データとして保存できる。
【００６２】
また、耐ノイズ性に優れたデジタル伝送で波形伝送するので、高精度な部分放電位置標定に必要な、再現性の良いデジタル波形データを保存でき、これを部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価に供することができる。
【００６３】
各超音波マイクと電流検出器毎にデジタル変換機能、デジタル波形データ保存機能を有しているので、より大量のデータをより高速に扱うことが可能となる。また、デジタル波形データを圧縮符号化することにより、波形伝送中のビットエラーの可能性を低減でき、かつ高速にデータ伝送することを可能とする。
【００６４】
上位システムを備える遠隔地で、部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価を行うことができる。また、外部記憶装置として特にノートパソコンを使ったときは携帯型の内部部分放電監視装置が実現できる。これによって電気所間のプール運用が可能となり、例えば油中ガス分析などで異常の兆候が見られる変圧器など、異常の兆候が見られる高電圧機器に機動的に取り付け、監視することにより、寿命がくるまで機器が使えるようになる。
【００６５】
デジタルカメラ等の市販測定器のデータをパソコンに取り込み、内部部分放電監視装置のデータと併せて評価することにより、総合的な機器の寿命診断が可能となる。また、複数の超音波マイクの組み合わせによる部分放電位置標定を行うので、タンク内の機器の配置により超音波が大きく減衰して、ある超音波マイクが信号を捕らえられない場合でも、それ以外の超音波マイクの出力から位置標定ができる。かつ、複数の超音波マイクの組み合わせによる部分放電位置標定結果を統計処理して標定頻度の高い位置を部分放電発生位置と見なすので、部分放電発生源の範囲をより正確に限定できる。
【００６６】
検出対象とする超音波が超音波マイクに到達する以前に低レベルの超音波が継続して伝搬しているケースなどのように、超音波マイクの出力波形の立ち上がり時刻の候補が複数存在して一つの立ち上がり時刻に限定することが困難な場合に、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の候補を複数個計算して、その任意の組合せに対して部分放電位置標定を計算し、その結果を統計的な観点、および高電圧機器の内部構造を考慮して検討することにより、部分放電発生源の範囲をより正確に特定できる。
【００６７】
複数回の部分放電の位置標定を行い、そのバラツキから外部ノイズか否かを判断するので、外部ノイズに対する誤動作の防止ができ、かつ、真に部分放電が発生している場合には、複数の部分放電位置標定結果から判断するので、部分放電発生源の範囲をより正確に特定できる。
【００６８】
計算機のガイダンスに従って超音波マイクの取付位置を部分放電発生源近傍に近づけていくので、超音波マイク取付位置の変更回数に従い、標定精度は向上していき、部分放電発生源の範囲をより正確に限定できるようになる。
【００６９】
図５は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第２の実施の形態のシステム構成図である。図中、第１の実施の形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態はデータ収集部５Ｂのマイクロプロセッサ２５とそのバスまわりのシステム構成を変更したものである。すなわち、図１に示した構成に対してデータ保存メモリ３１を追設した点が図１と構成を異にしている。
【００７０】
上記のように構成された第２の実施の形態の動作について、特に、図１と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。
【００７１】
超音波マイク２と電流検出器３の出力のデジタル信号はバッファメモリ２４に順次書き込まれていく。バッファメモリ管理機能と波高値判定機能と同期制御機能を持つマイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ２４に順次書き込まれるデジタル波形データを波高値判定機能により常時監視しており、超音波マイク２と電流検出器３のうちのいずれかの出力が予め定めた閾値を超過した場合は、波形保存のためのトリガーとして働く。すなわち、マイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ管理機能と同期制御機能により、全てのデジタル信号に対して同時にバッファメモリ２４に書き込むのを停止させ、かつ、その時点でバッファメモリ２４に書き込まれている全てのデジタル信号を、部分放電のデジタル波形データとしてデータ保存メモリ３１に転送する。
【００７２】
部分放電のデジタル波形データのデータ保存メモリ３１への書き込みが完了すると、バッファメモリ２４への超音波マイク２と電流検出器３の出力のデジタル信号の順次書き込みが再開され、マイクロプロセッサ２５は波高値判定機能による常時監視状態に復帰する。マイクロプロセッサ２５は一定間隔でデータ保存メモリ３１に保存したデジタル波形データを外部記憶装置、ここではパソコン６のハードディスクに転送する指令を出力する。さらに、データ保存メモリ３１が一杯になったときに、データ保存メモリ３１に保存したデジタル波形データをパソコン６のハードディスクに転送する指令を出力する。システムとしての最終的なデータの保存はパソコン６のハードディスクで行う。なお、データ保存メモリ３１からパソコン６のハードディスクへのデータ転送機能は、パソコン６のＣＰＵが分担しても良い。
【００７３】
かくして、第２の実施の形態によれば、デジタル波形データをバッファメモリに書き込むために要する時間に対して、デジタル波形データを外部記憶装置に保存するために要する時間の方が遥かに長いため、外部記憶装置に保存する時間がシステムとしての波形取得のデットタイムとなってしまうが、バッファメモリと外部記憶装置の中間に、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができ、複数回分の部分放電の波形データを書き込むことができるデータ保存メモリ３１を置くことにより、このデットタイムを回避でき、連続して発生する部分放電のデジタル波形データの保存が可能となる。
【００７４】
図６は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第３の実施の形態のシステム構成図である。ここでは、第２の実施の形態を示す図５と構成を異にするデータ収集部５Ｃの構成のみを示し、これ以外の構成は図５と同一であるので省略している。この図６において、データ収集部５Ｃは、前述した通信ＬＳＩ２３、バッファメモリ２４、マイクロプロセッサ２５及びバッファメモリ管理用プログラムや部分放電位置標定プログラムなどを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置（ＳＩＯ）及びデータ保存メモリ３１の他に、複数の位置標定ユニット３２、バスコントロールユニット３４、スターカップラ（星型の接続具）３５、部分放電判定ユニット３６を追設してなる、例えば複数のチップセットで構成されている。
【００７５】
このうち、位置標定ユニット３２は、位置標定用マイクロプロセッサ３３と部分放電の有無判定、電流検出器出力と超音波マイク出力の時間差、部分放電位置標定などの演算プログラムを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭなどの一つ又は複数のチップセットから構成されている。部分放電判定ユニット３６は、部分放電判定用マイクロプロセッサ３７と部分放電判定用バッファメモリ３８と部分放電判定などの演算プログラムを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭなどの一つ又は複数のチップセットから構成されている。
【００７６】
上記のように構成された第３の実施の形態の動作について、特に、図５と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。バスコントロールユニット３４はデータ保存メモリ３１に保存されたデジタル波形データを常時監視しており、データ保存メモリ３１にデータが書き込まれると、その最新データを、スターカップラ３５を介して、順次ジョブ待ち状態の位置標定ユニット３２に転送する。バスコントロールユニット３４から演算指令を受けた位置標定ユニット３２は、ＲＡＭに転送されたデータを読み込んで、位置標定用マイクロプロセッサ３３で、電流検出器出力と超音波マイク出力の時間差、部分放電位置標定などの演算を行う。電流検出器出力と超音波マイク出力の時間差、部分放電位置標定などの演算結果は、デジタル波形データと対応させてデータ保存メモリ３１に書き込む。また、バスコントロールユニット３４は位置標定ユニット３２で計算した位置標定結果を部分放電判定ユニット３６の部分放電判定用バッファメモリ３８に転送する。
【００７７】
部分放電判定用マイクロプロセッサ３７は一定時間毎に部分放電判定用バッファメモリ３８のデータを読み込み、連続して発生する部分放電の各々の標定結果を統計処理して、標定結果のばらつきが所定の値以内に収まっている場合は、その位置を部分放電発生位置と見なし、ばらつきが大きく所定の値に収まらない場合は超音波センサは外部ノイズにより動作したと判断する。一定時間が経過しても部分放電判定用バッファメモリ３８に新しいデータが書き込まれない場合にはデータをリセットする。また、部分放電判定用バッファメモリ３８はメモリが一杯になると順次上書き保存していく。部分放電の判定結果は、データ保存メモリ３１に書き込まれる。マイクロプロセッサ２５が一定時間毎にデータ保存メモリ３１を読みに行き、その時、部分放電が発生している場合は、その結果を上位システムへ転送し、警報を発生する。
【００７８】
なお、部分放電位置標定の演算処理中も、並列処理によって、部分放電のデジタル波形データはデータ保存メモリ３１に書き込まれ、一定時間毎に外部記憶装置に転送される。また、部分放電位置標定の計算が可能な全ての超音波センサ２の組合せに対して、位置標定計算を行い、その結果を統計処理して標定頻度の高い位置を部分放電発生位置と見なすシステムを採用する場合、超音波センサ２の個数を増やすと計算量が飛躍的に増加する。非常に高速な位置標定演算を必要とする場合には、この対策として、図示していないが、標定位置演算用マイクロプロセッサの個数を、位置標定の計算が可能な全ての超音波センサ２の組合せの各々に対して用意する標定位置の並列計算システムを採用しても良い。さらに、統計処理専用のマイクロプロセッサを加えた並列計算システムを採用しても良い。
【００７９】
また、図示していないが、超音波センサ２の出力と電流検出器の出力の時間差を演算する時間差演算用マイクロプロセッサを超音波センサ２の個数分だけ用意して時間差を並列計算する、時間差の並列計算システムを採用しても良い。さらに、標定位置の並列計算システムを各々の位置標定ユニット３２に内蔵してもよいし、時間差の並列計算システムを各々の位置標定ユニット３２に内蔵してもよい。このように並列計算のマイクロプロセッサの段数を増やすことにより、図５のシステム構成に対して更に高速の位置標定演算が可能となる。しかし、並列の段数を増やせば、それだけ高価になるので、並列計算の段数の設計は、連続して発生する部分放電の位置標定をどこまで欠落することなく行う必要があるかによって検討する。
【００８０】
かくして、第３の実施の形態によれば、複数の部分放電位置標定の演算部が，バッファメモリに書き込まれた波形データを順次並列処理するので、連続して発生する部分放電に対して部分放電位置標定を計算できる。特に、データ保存メモリを経由して外部記憶装置にデジタル波形データを保存する場合、連続して発生する部分放電のデジタル波形データをデータ保存メモリに保存する間も、並列処理により、効率的に部分放電位置標定の演算処理が可能となる。
【００８１】
図７は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第４の実施の形態のシステム構成図である。この実施の形態は図１に示した超音波マイク２及び信号変換部４の代わりに共振型超音波マイク４１、広帯域型超音波マイク４２及び信号変換部４３を設けた点が図１に示した第１の実施の形態と構成を異にしている。
【００８２】
すなわち、高電圧機器の密閉タンク１の壁面に、共振型超音波マイク４１と広帯域型超音波マイク４２とを対にしてこれらが複数組設けられ、これに信号変換部４３が接続されている。信号変換部４３は図８にその詳細を示したように、共振型超音波マイク４１及び広帯域型超音波マイク４２の出力をそれぞれ増幅する合計２組の増幅器１１と、これらの増幅器の出力信号をそれぞれデジタル信号に変換する合計２組のアナログ−デジタル変換器２１と、これらのアナログ−デジタル変換器２１の出力信号をデータ収集部５に伝送する通信ＬＳＩ２２と、増幅器１１、アナログ−デジタル変換器２１及び通信ＬＳＩ２２の動作電力を供給するバッテリ１２とで構成されている。
【００８３】
上記のように構成された第４の実施の形態の動作について、特に、図１と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。
【００８４】
共振型超音波マイク４１と広帯域型超音波マイク４２の微弱な電圧出力を、信号変換部４３の２組の増幅器１１で増幅して、２組のアナログ−デジタル変換器２１でデジタル信号に変換する。この２組のデジタル信号を通信ＬＳＩ２２のデータ圧縮エンコード機能で圧縮符号化し、データ収集部５へ時分割多重によって伝送する。
【００８５】
この第４の実施の形態によれば、共振型超音波マイク４１及び広帯域型超音波マイク４２を使い分けることができるため、誤動作の防止とデータ収集の品質向上が実現できるという新たな効果が得られる。
【００８６】
すなわち、共振型超音波マイク４１は検出感度が広帯域型超音波マイク４２の１０倍程度と高く、また、ＬＴＣ音などあらかじめ発生が予想されるノイズ音の周波数を避けて共振点を設定できるので、その出力をトリガーとして使用し、また、部分放電の発生有無の判定、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の計算、部分放電位置標定の計算などに使用する。一方、超音波マイクの出力と電流検出器の出力のデジタル波形データと、それから計算される部分放電の周波数特性などの保存には、広い周波数帯域で平坦な特性を持つ広帯域型超音波マイク４２の出力を使い、元波形に近い波形を保存する。また、共振型超音波マイクの出力と広帯域型超音波マイクの出力を１本の線路で伝送できるので、リソースの節約ができ、配線の単純化が可能となる。
【００８７】
図９は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第５の実施の形態のシステム構成図である。この実施の形態は第２の実施の形態を構成するデータ収集部５Ｂの内部構成を変更したものである。ここで、データ収集部５Ｄは、通信ＬＳＩ２３と周波数成分検出器５１とバッファメモリ２４とデータ保存メモリ３１とマイクロプロセッサ２５とデータ収集プログラムや部分放電位標定プログラムなどを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置（ＳＩＯ）などで構成するチップセットなどから構成されている。周波数成分検出器５１は、図１０にその詳細な構成を示したように、複数のバンドパスフィルタ５２と、これらのバンドパスフィルタ５２の出力端にそれぞれ接続された最大値検出回路５３と、これらの最大値検出回路５３の出力端にそれぞれ接続された最大値保持回路５４と、全ての最大値保持回路５４に接続された波高値比較回路５５及び同期制御回路５６とで構成されている。データ収集部５Ｄ以外の構成は図５に示した第２の実施の形態と同一であるので省略している。
【００８８】
上記のように構成された第５の実施の形態の動作について、特に、図５と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。
【００８９】
通信ＬＳＩ２３で受信した超音波マイク２のデジタル信号は、バッファメモリ２４と周波数成分検出器５１とに転送される。バッファメモリ２４に転送されたデジタル信号は第２の実施の形態と同様な動作を行う。一方、周波数成分検出器５１は次に説明する動作をする。
【００９０】
周波数成分検出器５１で、デジタル信号は通過帯域、遮断周波数の異なる複数のバンドパスフィルタ５２に転送される。バンドパスフィルタ５２の通過帯域、遮断周波数は、電気所毎にあらかじめ想定されるノイズ音の周波数成分が異なるので、測定対象毎に適宣設定する。バンドパスフィルタ５２をそれぞれ通過したデジタル信号は、最大値検出回路５３に転送されて最大波高値が検出され、最大値保持回路５４で最大波高値が一次保存される。最大値保持回路５４のデータは随時更新されていく。
【００９１】
同期制御回路５６は、マイクロプロセッサ２５がデジタル波形データをデータ保存メモリ３１に書き込む時に出力する同期制御信号を受け取り、データ保存メモリ３１に書き込むデジタル波形データに対応する最大波高値を検出するように指令を出す。波高値比較回路５５は各バンドパスフィルタ５２を通過した波形の最大波高値を比較して周波数成分比を検出する。検出した周波数成分比は保存したデジタル波形データと対応させてデータ保存メモリ３１に書き込まれる。
【００９２】
なお、ここでは周波数成分検出器５１はデジタルフィルタを備えたデジタルプロセッシングユニットを実装することを想定しているが、デジタル信号をデジタル−アナログ変換器でアナログ信号に変換して、これをアナログ回路で構成した周波数成分検出器に入力する構成としても良い。
【００９３】
ＲＯＭには、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数成分比をデータベースとして内蔵させておく。マイクロプロセッサ２５はデータ保存メモリ３１に書き込んだ部分放電音の周波数成分比とデータベースの周波数成分比を読み込んで比較し、その大小パターンから、実際に部分放電が発生しているのか、あるいは、外部ノイズにより動作したのかを判定する。
【００９４】
なお、部分放電発生判定用に別のマイクロプロセッサを実装して、並列処理を行っても良い。また、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数成分比のデータベースはパソコン６のハードディスクに保存し、ここからデータベースの周波数成分比を読み込んでも良い。
【００９５】
かくして、第５の実施の形態によれば、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数成分比を、データベースとして内蔵しておき、部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数成分比とデータベースの周波数成分比を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、あるいは、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【００９６】
ところで、図５に示した第２の実施の形態のデータ収集部５Ｂを構成するマイクロプロセッサ２５に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算処理機能を実装し、データ保存メモリ３１に書き込んだデジタル波形データを読み込んで部分放電音の周波数特性を演算し、その結果データをデータ保存メモリ３１に書き込むように構成することもできる。この場合、ＲＯＭには、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数特性をデータベースとして内蔵させておく。これに対応してマイクロプロセッサ２５はデータ保存メモリ３１に書き込んだ部分放電音の周波数特性とデータベースの周波数特性を読み込んで比較し、周波数特性のパターン認識により、実際に部分放電が発生しているか否か、外部ノイズにより動作したか否かを判定する。
【００９７】
なお、高速フーリェ変換（ＴＦＴ）演算用、部分放電発生判定用として別々のマイクロプロセッサを実装して、並列処理を行っても良い。また、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数特性のデータベースはパソコン６のハードディスクに保存し、ここからデータベースの周波数特性を読み込んでも良い。さらに、データ保存メモリ３１に書き込まれた部分放電音の周波数特性は、デジタル波形データと共にパソコン６のハードディスクに転送される。試験条件、部分放電発生状況、周波数特性のパターン、部分放電位置標定結果などの条件の下で整理され、周波数特性はデジタル波形データと共に、部分放電音の周波数特性のデータベースとして保存する。
【００９８】
このように構成することによって、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数特性のデータベースと部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数特性を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【００９９】
図１１は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第６の実施の形態のシステム構成図である。図中、図５に示した第２の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態は複数台の密閉タンク１の内部部分放電を監視するように構成したものである。この場合、それぞれの密閉タンク１に超音波マイク２と電流検出器３と信号変換部４Ａとデータ収集部５Ｂとを取り付ける。そして、データ保存メモリ３１に書き込んだデジタル波形データの転送先であるパソコン６のハードディスクは１台とし、全ての高電圧機器の共通のデータ保存場所とする。さらに、データ収集部５Ｂに実装した高速フーリエ変換機能の演算結果である部分放電音の周波数特性も同じパソコン６に保存する。パソコン６に保存されるそれぞれの高電圧機器の部分放電のデータは共通のデータベースとして構築され、それぞれの高電圧機器のデータ収集部５のマイクロプロセッサ２５から共通の情報として参照することができる。
【０１００】
また、モデム７、電話回線８を介してパソコン６から上位システム９に接続した場合、上位システム９を介して別の電気所の部分放電のデータも共通のデータベースとして参照できるようになる。
【０１０１】
この図１１に示した第６の実施の形態によれば、部分放電の放電形態により異なる様々な部分放電の周波数特性が蓄積でき、これと過去の測定で蓄積した周波数特性と比較することにより、放電形態などの予想ができる。また、ノイズ音の周波数特性のデータベースも順次増やしていくことができる。さらに。複数の高電圧機器で得られた部分放電の周波数特性を共通のデータベースとして共有するので、より効率的に部分放電のデータベースを活用できる。また、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数特性のデータベースと部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数特性を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【０１０２】
以上、本発明を第１乃至第６の実施の形態によって説明したが、以下に種々の変形例を説明することとする。
【０１０３】
第１乃至第６の実施の形態では、非線形方程式である（１）〜（３）式の非線形連立方程式をニュートン・ラプソン法で数値計算で解くが、この代わりに最小２乗法による代数方程式の解として計算することもできる。すなわち、超音波マイクｉについて、次の（８）式で表される誤差の２乗和が最小となるように部分放電位置標定を計算する。
【数３】
ただし、
(x,y,z) ：部分放電点の座標
(xi,yi,zi) ：超音波マイクｉの座標
Li = Vs・Ti ：部分放電点〜超音波マイクｉの距離、
Ti ：部分放電点〜超音波マイクｉの超音波の伝搬時間、
Vs ：超音波の伝搬速度
である。
【０１０４】
超音波マイクをＮ個使用したときには、（８）式で表される誤差δｉの２乗和を次の（９）式のδとする。
【０１０５】
【数４】
ここで、２次以上の未知数の項の和を新しい変数ｕで置き直して、（９）式を整理すると、次式が得られる。
【０１０６】
【数５】
上記の（１０）式を未知数（ｘ、ｙ、ｚ、ｕ）で偏微分して、零と置くと、次の線形連立方程式が得られる。
【０１０７】
【数６】
この（１３）式を（ｘ、ｙ、ｚ、ｕ）について解けば、部分放電位置標定結果が計算できる。なお、（１３）式は線形代数方程式なので、解析的に解いても良いし、計算機により数値計算しても良い。
【０１０８】
一方、（４）〜（７）式の非線形連立方程式についても同様に最小２乗法による代数方程式の解として計算できる。また、超音波の伝搬速度に関して次により最適化処理を行うようにしてもよい。
【０１０９】
つまり、（１０）〜（１２）式に部分放電位置標定結果の座標を代入した時、この（１０）〜（１２）式のδの値が最小になるように、超音波の伝搬速度の最適値を直接探索法により計算する。すなわち、伝搬速度の初期値から出発して、伝搬速度をプラス方向とマイナス方向に僅かに変化させて、部分放電位置標定を計算し、その結果を（１０）〜（１２）式に代入する。このとき、（１０）〜（１２）式のδの値がより小さくなる伝搬速度を新しい伝搬速度とする。伝搬速度を変化させても（１０）〜（１２）式のδが変化しなくなるまで、以上の計算を繰り返して、超音波の伝搬速度の最適値を計算する。伝搬速度の最適化処理は、複数の超音波マイクに伝搬する超音波の伝搬速度を、１つの伝搬速度に代表させて最適化しても良い。あるいは、複数の超音波マイクに伝搬する超音波が別々の伝搬速度を持つとして、それぞれの超音波に対して個々に伝搬速度を最適化しても良い。
【０１１０】
以上のようなアルゴリズムを有する高電圧機器の内部部分放電監視装置によれば、次の効果が得られる。
【０１１１】
３元以上の非線形連立方程式を線形代数方程式の解として計算するので、部分放電位置標定座標を解析的に解くことが可能になる。また、計算機により数値計算する場合においても、線形代数方程式の場合は初期値問題、収束問題を伴わないので安定した解が得られる。また、計算アルゴリズムが単純になり、必要とする計算時間を大幅に短縮できる。
【０１１２】
また、超音波の伝搬速度は、部分放電発生点と超音波マイクの間に存在するタンク内の機器の配置によって決まり、伝搬速度の誤差は、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差から計算する部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離の誤差となり、これは部分放電位置標定の誤差に結びつくが、連立方程式の解を連立方程式に代入したときの、連立方程式の残差の二乗和が最小になるように、超音波の伝搬速度を最適化することにより、部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離の誤差を小さくすることができ、これにより部分放電位置標定の精度を向上することができる。
【０１１３】
また、部分放電発生点と複数の超音波マイクの間に存在するタンク内の機器の配置は、超音波マイクの取付位置により各々異なり、各々の超音波マイクに伝搬する超音波の伝搬速度は各々異なるので、各々の超音波の伝搬速度を最適化することにより、部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離の誤差をより小さくすることができ、これにより部分放電位置標定の精度を向上することができる。
【０１１４】
次に、第１乃至第第６の各実施の形態の変形例として、部分放電によって発生する超音波波形の立ち上がり時刻、及び電流パルスの検出について説明する。
【０１１５】
ここでは、超音波の立ち上がり時刻を検出するために、ある時刻において超音波マイク２の出力のデジタル波形データから演算して得られる適当な物理量と、その時刻より前の波形データから得られるその物理量の移動平均値を計算し、その比を計算する。これは、超音波波形に関わる適当な物理量が、超音波波形の立ち上がりの時刻と、その時刻より前の移動平均値とでは、急激に値が変化することを応用したもので、その比が有る閾値を越えたとき、その時刻を部分放電によって発生する超音波波形の立ち上がり時刻と見なすことができる。
【０１１６】
具体的には、物理量として超音波波形の振幅の絶対値の累積時間積分を考える。すなわち、Ｎ個のデジタルサンプリングからなる超音波マイク２の出力波形Ｕ（ｎ）について、時刻ｎにおける振幅の絶対値の累積時間積分と、１サンプル前の時刻ｎ−１における振幅の絶対値の移動平均の累積時間積分の比Ａ（ｎ）は次式で与えられる。
【数７】
ただし、
ｎ：時刻ｎ、Ｕ（ｎ）：時刻ｎにおける超音波マイクの出力波形、
Ｎ：全デジタルサンプリング数、
ｍＷ：移動平均値の計算範囲（ｍＷ≦ｎ≦Ｎ）
である。
【０１１７】
（１４）式のＡ（ｎ）の値は、超音波波形の立ち上がりの時刻で、それ以前の時刻での値と比べて急激に増加するので、（１４）式のＡ（ｎ）の値がある閾値を越えたとき、その時刻を部分放電によって発生する超音波波形の立ち上がり時刻と見なすことができる。また、経験則により部分放電発生点から超音波マイクへ直接伝搬する超音波波形の立ち上がり波形の周波数は、それ以前の波形の周波数より高いことが解っているので、短時間フーリエ変換により波形データの周波数分布の時間変化を取得することで、部分放電発生点から超音波マイクへ直接伝搬する超音波の立ち上がり時刻を取得できる。
【０１１８】
また、高電圧機器の密閉タンク内の機器などを伝搬したために大きく減衰して、ノイズに埋もれてしまった部分放電による超音波を検出する場合には、超音波マイク出力波形のウェーブレット変換により時間―スケール特性を得て、時間―スケール特性の変化から部分放電による立ち上がり波形の相似相関検出を行うことにより、ノイズに埋もれてしまった部分放電による超音波の立ち上がり時刻を与えることができる。また、この変形例では、連続するノイズ電流に埋もれた不連続な電流パルスを検出するために短時間フーリエ変換、およびウェーブレット展開係数の手法を採用する。連続するノイズ電流の中に不連続な電流パルスが存在する場合は、短時間フーリエ変換による電流出力の周波数分布の時間変化、及び電流出力のウェーブレット展開係数の時間変化の中に、鋭いピークをもつ周波数、及びウェーブレット展開係数を見いだすことができ、これにより不連続な電流パルスを検出することができる。
【０１１９】
特に、ウェーブレット展開係数を使った電流パルスの検出では、ウエーブレット解析におけるスケールファクタの変化に対するウェーブレット展開係数の時間変化を検出すればよいので、短時間フーリエ変換を使った方法より容易な操作で、不連続な電流パルスを検出することができる。しかし、一方で短時間フーリエ変換を使った方法は、窓関数の幅と検出する周波数が決まれば、不連続な電流パルスの検出能力は信号／ノイズ比の観点から、ウェーブレット展開係数を使った方法より優れる。
【０１２０】
従って、連続するノイズ電流に埋もれた不連続な電流パルスを検出する手段として、不連続な電流パルスの連続監視状態では、ウェーブレット展開係数を使った方法で不連続な電流パルスを検出し、より精密に検出時間を見るときに、短時間フーリエ変換を使った方法で不連続な電流パルスを検出するという、ウェーブレット展開係数と短時間フーリエ変換の手段を組み合わせて使用することにより、不連続な電流パルスの検出精度をより向上することができる。
【０１２１】
以上のようなアルゴリズムを有する高電圧機器の内部部分放電監視装置によれば、計算機がアルゴリズムに基づいて、超音波波形の立ち上がり時刻、及び電流パルスを検出する手段を与える。また、ある時刻における超音波波形データを演算して得られる適当な物理量と、その時刻より前の波形データから得られるその物理量の移動平均値を計算し、その比を計算する方法では、超音波波形に関わるある物理量を適当に選択することにより、部分放電発生点から超音波マイクへ直接伝搬する超音波と、高電圧機器の密閉タンク壁面を伝搬する超音波の立ち上がり時刻を区別することができる。
【０１２２】
また、短時間フーリエ変換により波形データの周波数分布の時間変化を取得して、波形の周波数の変化から立ち上がり時刻を判断することは、これだけでは立ち上がり時刻の判断材料として不十分であるが、超音波出力の波高値の大きさから立ち上がり時刻を判断する場合や、また、ある時刻における超音波波形データを演算して得られる適当な物理量とその時刻より前の波形データから得られるその物理量の移動平均値を計算し、その比を計算することで立ち上がり時刻を判断する場合など、他の有効な方法と組み合わせて、その補助データとして活用する場合に、波形データの周波数分布の時間変化は有用な判断材料となる。
【０１２３】
また、高電圧機器の密閉タンク内の機器などを伝搬したために大きく減衰して、ノイズに埋もれてしまった部分放電による超音波についても、ウェーブレット変換で時間―スケール特性を計算することにより、時間―スケール特性の変化から厳密でないまでも超音波の立ち上がり時刻を知ることができる。このことは、ノイズに埋もれてしまった超音波についても、ウェーブレット変換で波形をノイズから浮かび上がらせることにより、図４で示した内部部分放電監視装置の標定ガイダンス機能における有効なデータになり得ることを示している。
【０１２４】
また、超音波波形の状態により各々の立ち上がり時刻の検出手段を使い分ける、もしくは各々の検出手段を組み合わせて使用することにより、立ち上がり時刻の検出精度をより向上することができる。さらに、短時間フーリエ変換、およびウェーブレット展開係数の手法を採用することにより、外部ノイズ、接地線ノイズなどが大きい環境下で、電流検出器が連続して出力するノイズ電流出力から、部分放電によって発生する不連続な電流パルスを検出することができる。このことは、ノイズ電流が大きい環境のため、電流パルスをトリガーとして使えない場合に、超音波マイクの出力信号をトリガーとする内部部分放電監視装置のシステムを構成した場合でも、（１）〜（３）式の連立方程式により部分放電位置標定を可能とすることを示している。すなわち、超音波マイクの出力信号をトリガーとした場合の部分放電位置標定の精度を向上することができる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、バッファメモリとこれを制御するマイクロプロセッサを組込み、順次バッファメモリに書き込まれるデジタルデータをマイクロプロセッサが制御して外部記憶装置に転送するシステム構成とすることにより、デジタルデータとして波形データを保存できる高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供することができる。また、保存したデジタル波形データに、所望の信号処理を施すことにより、高精度な部分放電位置標定を実現する高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第１の実施の形態のシステム構成図。
【図２】図１に示した第１の実施の形態を構成する信号変換部の詳細な構成を示すブロック図。
【図３】図１に示した第１の実施の形態の部分放電位置標定の計算アルゴリズムのフローチャート。
【図４】図１に示した第１の実施の形態の標定ガイダンス機能のフローチャート。
【図５】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第２の実施の形態のシステム構成図
【図６】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第３の実施の形態のデータ収集部の構成を示すブロック図。
【図７】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第４の実施の形態のシステム構成図。
【図８】図７に示す第３の実施の形態を構成する信号変換部の詳細な構成を示すブロック図。
【図９】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第５の実施の形態のシステム構成図。
【図１０】図９に示した第５の実施の形態を構成する周波数成分検出器の詳細な構成を示すブロック図。
【図１１】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第６の実施の形態のシステム構成図。
【図１２】従来の高電圧機器の内部部分放電監視装置のシステム構成図
【符号の説明】
１ 高電圧機器の密閉タンク
２ 超音波マイク
３ 電流検出器
４，４Ａ 信号変換部
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ データ収集部
６ パソコン
１３ 入出力インターフェース
２５ マイクロプロセッサ
３１ データ保存メモリ
３２ 位置標定ユニット
３５ スターカップラ
３６ 部分放電判定ユニット
４１ 共振型超音波マイク
４２ 広帯域型超音波マイク
４３ 信号変換部
５１ 周波数成分検出器
１０５ 演算ユニット
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧機器の内部で発生する部分放電を監視する高電圧機器の内部部分放電監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧機器における部分放電を検出し、全路破壊的な事故を未然に防止するために、部分放電の常時監視システムの確立が必要であり、そのようなニーズを満足するシステムの一つとして、音響法による内部部分放電監視装置が開発されている。
【０００３】
図１２は、特開平３−５６０２８号公報や電気協同研究第４６巻第４号「電力設備へのセンサ技術適用」に記載された音響法による高電圧機器の内部部分放電監視装置の代表的な構成例である。図１２（ａ）に示した内部部分放電監視装置は、高電圧機器として油絶縁変圧器の密閉タンク１を監視対象としている。この装置は、油絶縁変圧器の密閉タンク１の外壁面に複数の超音波マイク２が取り付けられ、密閉タンク１の接地線に電流検出器３が接続されている。超音波マイク２には、図１２（ｂ）にその詳細を示した電気−光変換器１０１を有する信号変換部４がそれぞれ接続され、さらに、信号変換部４は光ファイバ１０６によってデータ収集部５に接続されている。
【０００４】
データ収集部５は、超音波マイク２にそれぞれ対応して設けられる光−電気変換器１０２、信号処理器１０３及びアナログ−デジタル変換器１０４と、これらのアナログ−デジタル変換器１０４に接続された演算ユニット１０５とを備えている。
【０００５】
ここで、データ収集部５に光伝送されたアナログ信号は、信号処理器１０３、アナログ−デジタル変換器１０４を経て演算ユニット１０５で処理される。信号処理器１０３としては共振型フィルタや検波整流器やレベル検出器などが使われ、超音波マイクと電流検出器の波形データを、特定周波数や波高値などの、より簡易なデータに置き換えるものである。演算ユニット１０５は、種々の方法により部分放電の有無の判定や、超音波マイクの出力と電流検出器の出力との時間差から部分放電位置標定を計算するなどの処理を行う。
【０００６】
また、特開平７−１６７９０８号公報に記載されたように、超音波マイクの出力を共振型フィルタを通してデジタル変換して、信号をデジタル伝送する構成も知られている。さらに、より簡便な構成例として、超音波マイクの出力及び電流検出器の出力を光信号に変換せずに、アナログ電気信号をそのままデータ収集部５に伝送するシステム構成も知られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来のデジタル演算を指向した高電圧機器の内部部分放電監視装置では、超音波マイクや電流センサの出力を特定周波数の出力や波高値などの、より簡易なデータに置き換えたうえで、その信号をデジタル変換して演算に使用している。このため、演算ユニットが行う部分放電の有無の判定、超音波マイクの出力と電流検出器の出力との時間差から部分放電位置標定を計算するなどの処理において、誤判定を引き起こす可能性があった。
【０００８】
例えば、超音波マイクの出力を特定周波数の出力や波高値などの、より簡易なデータに置き換える処理を行った場合、波形データの一部が不適切にカットされ、超音波マイクの出力波形の正確な立ち上がり時刻の判定を妨げる可能性があった。これは、部分放電位置標定結果の誤差に結びつくことになる。
【０００９】
また、超音波マイクや電流センサの出力を特定周波数の出力や波高値などの、より簡易なデータに置き換える処理を行った場合、超音波マイクや電流センサの出力の波形データが保存できないという問題もあった。つまり、波形データがデジタルデータとして保存されない場合、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価を行うことができず、さらに、計測終了後の分析により、内部部分放電の新たな情報や、関連知識を得ることができないことになる。
【００１０】
ところで、論文などにおいて、超音波マイクや電流センサの出力をデジタルデータとして扱い、各種信号処理を行う例は多数見られるが、これは開発を目的として計測した場合で、測定器として汎用のデジタルオシロスコープなどを使ったケースである。データ収集装置として汎用のデジタルオシロスコープを使用することは、高電圧機器において据付固定型、もしくは可搬携帯型の内部部分放電監視装置を目的とする場合には、必ずしもシステム構成上必要十分な機能が得られないばかりか、その機動性、機器としての柔軟性、経済的な観点からも不適当であった。
【００１１】
一方、超音波マイクや電流センサの出力をそのまま伝送し、これをアナログ信号として処理する場合には、アナログ回路により波形を再現性良く処理することができるが、アナログ伝送における耐ノイズ性は脆弱であり、誤判定を引き起こす可能性があった。また、アナログ信号として処理する場合、超音波マイクや電流センサの出力を波形データとして保存することができないため、波形情報としては、測定器の画面上、もしくは紙にプリントされたものなどから超音波マイクの出力を読み取ることになる。従って、波形から得られる情報は視覚によるものだけであるため、パラメータの演算ができず、定性的な評価はできても定量的な解析はできないという問題があった。
【００１２】
本発明は上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的はデジタルデータとして波形データを保存できる高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供するにある。また、他の目的は、保存したデジタル波形データに、所望の信号処理を施すことにより、高精度な部分放電位置標定を実現する高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供するにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、
絶縁媒体を充填した密閉タンクを有する高電圧機器の密閉タンク内で生ずる部分放電を監視するに当たり、部分放電によって発生する超音波を互いに異なる箇所で検出する複数の超音波マイクと、部分放電によって発生する電流パルスを検出する電流検出器と、超音波マイクと電流検出器の出力をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有する信号変換部と、デジタル信号を受信するデータ収集部とを備える高電圧機器の内部部分放電監視装置において、
データ収集部は、デジタル信号を順次書き込んでいくバッファメモリ及びバッファメモリ管理機能と波高値判定機能と同期制御機能とを持つマイクロプロセッサを有し、マイクロプロセッサはバッファメモリに書き込まれた複数の超音波マイクと電流検出器の出力のうちのいずれか一方の出力が閾値を超過した場合に、同期制御機能によりバッファメモリが同時に複数のデジタル信号を書き込むことを停止させ、かつ、バッファメモリに書き込まれている複数の同時刻のデジタル信号を部分放電のデジタル波形データとして外部記憶装置に転送する機能を持つ、
ことを特徴とするものである。
【００１４】
以上のような構成を有する請求項１に係る各発明によれば、マイクロプロセッサが制御する、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができるバッファメモリに、デジタルデータを一時的に保存するので、高速のデジタルデータ取り込みレートを実現できる。また、バッファメモリに一時保存されるデータをバッファメモリ管理用のマイクロプロセッサが制御して外部記憶装置に転送するので、膨大なデータ量となる超音波マイクや電流センサの出力波形をデジタル波形データとして保存することができる。
【００１５】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、信号変換部は、複数の超音波マイクの各出力と電流検出器の出力とを個別にデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有し、データ収集部はアナログ−デジタル変換器毎にバッファメモリを有することを特徴とする。
【００１６】
以上のような構成を有する請求項２に係る発明によれば、耐ノイズ性に優れたデジタル伝送で波形伝送するので、高精度な部分放電位置標定に必要な、再現性の良いデジタル波形データを保存でき、これを部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価に供することができる。また、各超音波マイクと電流検出器毎にデジタル変換機能、デジタル波形データ保存機能を有するので、より大量のデータをより高速に扱うことが可能となる。
【００１７】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、信号変換部はデジタル信号のデータ圧縮エンコード機能を備えた通信ＬＳＩを有し、データ収集部は圧縮して送信されたデジタル信号のデコード機能を備えた通信ＬＳＩを有することを特徴とする。
【００１８】
以上のような構成を有する請求項３に係る発明によれば、デジタル波形データを圧縮符号化することにより、波形伝送中のビットエラーの可能性を低減でき、かつ高速にデータ伝送することを可能にする。
【００１９】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、データ収集部は、複数回分の部分放電のデジタル波形データを一時的に保存できるデータ保存メモリを有し、バッファメモリに書き込まれている部分放電のデジタル波形データをデータ保存メモリに一時的に保存し、データ保存メモリに書き込んだ複数回分の部分放電のデジタル波形データをまとめて外部記憶装置に転送する機能を有することを特徴とする。
【００２０】
以上のような構成を有する請求項４に係る発明によれば、デジタル波形データをバッファメモリに書き込むために要する時間に対して、デジタル波形データを外部記憶装置に保存するために要する時間の方が遥かに長いため、外部記憶装置に保存する時間がシステムとしての波形取得のデットタイムとなってしまうが、バッファメモリと外部記憶装置の中間に、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができ、複数回分の部分放電の波形データを書き込むことができるデータ保存メモリを置くことにより、このデットタイムを回避でき、連続して発生する部分放電のデジタル波形データの保存が可能になる。
【００２１】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、外部記憶装置に転送したデジタル波形データを、上位システムに転送する機能を有することを特徴とする。
【００２２】
以上のような構成を有する請求項５に係る発明によれば、上位システムを備える遠隔地で、部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価を行うことができる。
【００２３】
請求項６に係る発明は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、データ収集部が複数の超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差を計算し、その時間差から部分放電位置標定を計算するに当たり、時間差と部分放電位置標定を計算する演算部を複数個備え、複数回の部分放電の位置標定の計算を並列に計算することを特徴とする。
【００２４】
以上のような構成を有する請求項６に係る発明によれば、複数の部分放電位置標定の演算部が，バッファメモリに書き込まれた波形データを順次並列処理するので、連続して発生する部分放電に対して部分放電位置標定を計算できる。特に、データ保存メモリを経由して外部記憶装置にデジタル波形データを保存する場合、連続して発生する部分放電のデジタル波形データをデータ保存メモリに保存する間も、並列処理により、効率的に部分放電位置標定の演算処理が可能となる。
【００２５】
請求項７に係る発明は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、超音波マイクとして、所定の周波数に共振点を持つ共振型の超音波マイクと、特定の共振点を持たず広い周波数帯域で平坦な特性を持つ広帯域型の超音波マイクの両方で同時に測定することを特徴とする。
【００２６】
請求項８に係る発明は、請求項７に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、共振型の超音波マイクと広帯域型の超音波マイクの出力を、信号変換部からデータ収集部に時分割多重伝送することを特徴とする。
【００２７】
以上のような構成を有する請求項７又は８に係る各発明によれば、超音波マイクを次のように使い分けることで、誤動作の防止とデータ収集の品質向上が実現できる。共振型超音波マイクは、検出感度が広帯域型の１０倍程度と高く、また、ＬＴＣ（負荷時タップ切換器）の動作音などあらかじめ発生が予想されるノイズ音の周波数を避けて共振点を設定できるので、その出力をトリガーとして使用し、また、部分放電の発生有無の判定、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の計算、部分放電位置標定の計算などに使用する。一方、超音波マイクの出力と電流検出器の出力のデジタル波形データと、それから計算される部分放電の周波数特性などの保存には、広い周波数帯域で平坦な特性を持つ広帯域型の超音波マイク出力を使い、元波形に近い波形を保存する。
【００２８】
請求項９に係る発明は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、複数の超音波マイクの波形データが入力される経路に、各々通過帯域の異なった複数のバンドパスフィルタと、各バンドパスフィルタ出力の波高値比較装置を備え、波高値比較装置が比較したバンドパスフィルタ出力の波高値から超音波マイクの波形データに含まれる周波数成分比を得て、この周波数成分比から部分放電検出かノイズ検出かを判別することを特徴とする。
【００２９】
以上のような構成を有する請求項９に係る発明によれば、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数成分比を、データベースとして内蔵しておき、部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数成分比とデータベースの周波数成分比を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【００３０】
請求項１０に係る発明は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置において、超音波マイクの波形データを高速フーリエ変換する高速フーリエ変換機能を備え、超音波マイクの波形データを高速フーリエ変換した結果として得られる内部部分放電音の周波数特性をデータベースとして保存することを特徴とする。
【００３１】
以上のような構成を有する請求項１０に係る発明によれば、部分放電の放電形態により異なる様々な部分放電の周波数特性が蓄積でき、これと過去の測定で蓄積した周波数特性と比較することにより、放電形態などの予想ができる。また、ノイズ音の周波数特性のデータベースも順次増やしていくことができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す好適な実施の形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第１の実施の形態のシステム構成図である。この実施の形態は高電圧機器として、油絶縁変圧器の密閉タンクを監視対象としているが、その他、油絶縁分岐リアクトル、ガス絶縁変圧器、ガス密閉開閉装置など、密閉タンク内に絶縁物が封入されるあらゆる高電圧機器に適用できる。
【００３３】
図１において、密閉タンク１の外壁面に複数の超音波マイク２が取り付けられ、この密閉タンク１の接地線に電流検出器３が接続されている。これら超音波マイク２及び電流検出器３の各出力端にそれぞれ信号変換部４Ａの入力端が接続され、これらの信号変換部４Ａの各出力端がデータ収集部５Ａの入力端に接続されている。データ収集部５Ａの入出力端は、入出力インターフェース１３を介して、パソコン６に接続されている。
【００３４】
ここで、電流検出器３として、例えば、高周波ＣＴもしくはロゴスキーコイルを使用する。信号変換部４Ａは超音波マイク２及び電流検出器３のそれぞれの近傍に取り付けられている。信号変換部４Ａの内部構成は、図２にその詳細な構成を示すように、増幅器１１と、その出力信号をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器２１と、変換されたデジタル信号を送信する通信ＬＳＩ２２と、これらを動作させる電源としてのバッテリ１２とで構成されている。なお、信号変換部４Ａの電源は太陽電池でも良い。また、内部部分放電監視装置に光給電装置を付帯的に設け、その光給電によって信号変換部４Ａへ動作電力を供給するようにしても良い。
【００３５】
データ収集部５Ａは、信号変換部４Ａに対応して設けられる通信ＬＳＩ２３及びバッファメモリ２４と、これらのバッファメモリ２４に共通にバス接続されたマイクロプロセッサ２５と、バッファメモリ管理用プログラムや部分放電位置標定プログラムなどを内蔵したＲＯＭ、マイクロプロセッサ２５のワーキングエリアまたは入出力バッファとして用いられるＲＡＭ、入出力装置（ＳＩＯ）などで構成され、このうち、通信ＬＳＩ２３が一つのチップセットとして、これ以外の要素が一つ又は複数のチップセットとして構成される。そして、入出力装置に入出力インターフェース１３が接続されている。
【００３６】
上述した信号変換部４Ａとデータ収集部５Ａとは、通信ＬＳＩ２２、通信ＬＳＩ２３を介してデジタル伝送を行う。また、ノイズ環境に問題がありデジタル伝送に支障を来す場合には、電気−光変換器と光−電気変換器とを介して、光ファイバを使って光デジタル伝送としても良い。データ収集部５Ａの入出力インターフェース１３はＧＰＩＢやＲＳ−２３２Ｃなどを採用する。図示していないが入出力インターフェース１３は複数個でなり、データ伝送は、パラレル伝送でもシリアル伝送でも、またはその両方を採用してもよく、用途に応じて使い分ける。ここでは、データ保存用の外部記憶装置としてパソコン６のハードディスクを採用し、ＧＰＩＢやＲＳ−２３２Ｃなどでデータ収集部５Ａと接続する。外部記憶装置として、光磁気ディスクやＣＤ−Ｒ（Compact Disc-Recordable）等を使用しても良い。
【００３７】
また、パソコン６にはデジタルカメラ等の市販測定器が接続されており、部分放電計測情報と併せて、その他の計測情報を保存する。さらに、パソコン６にはモデム７が接続されており、モデム７を介して、電話回線８を接続する。電話回線８は、一般電話回線、一般携帯電話、衛星通信携帯電話のいずれでも良い。また、電話回線８の代わりにモデム７を介してテレコンと称される専用の通信回線を接続しても良い。これによって、内部部分放電監視装置は、電話回線８を通して上位システム９と接続される。
【００３８】
上記のように構成された第１の実施の形態の動作を以下に説明する。超音波マイク２と電流検出器３の微弱な電圧出力は、信号変換部４Ａの増幅器１１で増幅された後、アナログ−デジタル変換器２１でデジタル信号に変換される。このデジタル信号は通信ＬＳＩ２２のデータ圧縮エンコード機能で圧縮符号化され、データ収集部５Ａへデジタル伝送する。
【００３９】
データ収集部５Ａでは、この圧縮符号化されたデジタル信号を通信ＬＳＩ２３でデコードする。バッファメモリ２４は環状バッファとして実装されており、超音波マイク２と電流検出器３の各出力に対応するデジタル信号はバッファメモリ２４に順次書き込まれていく。なお、デジタル伝送における圧縮符号化は、システム構成によっては必ずしも必要ではない。
【００４０】
バッファメモリ管理機能と波高値判定機能と同期制御機能とを持つマイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ２４に順次書き込まれるデジタル波形データを波高値判定機能により常時監視しており、超音波マイク２と電流検出器３のうちのいずれかの出力が予め定めた閾値を超過した場合は、波形保存のためのトリガーとして働く。すなわち、マイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ管理機能と同期制御機能により、全てのデジタル信号に対して同時にバッファメモリ２４に書き込むのを停止させ、かつその時点でバッファメモリ２４に書き込まれている全てのデジタル信号を、部分放電のデジタル波形データとして外部記憶装置に転送する。ここでは、外部記憶装置としてパソコン６のハードディスクを採用しているので、システムとしての最終的なデータの保存は、パソコン６のハードディスクで行われる。
【００４１】
部分放電のデジタル波形データの外部記憶装置への転送が完了すると、バッファメモリ２４への超音波マイク２と電流検出器３の各出力に対応するデジタル信号の順次書き込みが再開され、マイクロプロセッサ２５は波高値判定機能による常時監視状態に復帰する。
【００４２】
また、マイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ２４に書き込まれた部分放電のデジタル波形データを外部記憶装置に転送する際に、デジタル波形データをＲＡＭに書き込んで、部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算を行う。部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算結果は、波形データと対応させて外部記憶装置に保存する。
【００４３】
パソコン６の画面には部分放電発生警報、部分放電位置の標定結果、その他の計測情報などが表示され、部分放電発生時には警報を出力する。パソコン６にはモデム７が接続されており、電話回線８を通して部分放電発生警報、部分放電位置の標定結果、その他の計測情報を上位システム９に転送することができる。上位システム９とオンライン接続状態であれば、部分放電発生時には警報を出力し、デジタル波形データ、部分放電位置の標定結果などを上位システム９に転送する。また、上位システム９からのリクエストで、パソコン６のハードディスクに保存したデジタル波形データ、部分放電位置の標定結果などを上位システム９に伝送する。
【００４４】
なお、部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算用に別のマイクロプロセッサを実装して、バッファメモリ管理用マイクロプロセッサと演算用マイクロプロセッサの並列処理を行っても良い。あるいは、部分放電の有無判定、電流検出器３の出力と超音波マイク２の出力の時間差、部分放電位置標定などの演算は、パソコン６のＣＰＵが分担しても良い。この場合はパソコン６のハードディスクに保存されたデジタル波形データをパソコン６のＣＰＵが読み込んで演算する。
【００４５】
また、本発明の高電圧機器の内部部分放電監視装置は、部分放電位置の標定を計算する機能において、部分放電位置の標定を次のアルゴリズムで計算する。
【００４６】
超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差を計算し、その時間差から部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離を計算し、その部分放電発生点から超音波マイクの取付位置の距離と部分放電発生点の座標と超音波マイクの取付位置の座標の関係を表す連立方程式を部分放電発生点の座標について解くことにより、部分放電位置標定を計算する。電流検出器２の出力波形に於いて電流パルスが計測されている場合は、次の連立方程式を（ｘ、ｙ、ｚ）について解く。
【００４７】
【数１】
(x,y,z) ：部分放電点の座標
(xi,yi,zi)：超音波マイクｉの座標
Ti ：部分放電点〜超音波マイクｉの超音波の伝搬時間
Vs ：超音波の伝搬速度
である。
【００４８】
上記（１）〜（３）式は非線形連立方程式であるので、計算機により数値計算で解く。ここではニュートン・ラプソン法のアルゴリズムで計算する。ところで、（１）〜（３）式は３元の連立方程式であるため、３個の超音波マイクから出力があれば、部分放電位置の標定を計算できるが、ここでは４個以上の超音波マイクを使用して、４個以上の超音波マイクのうち任意の３個の超音波マイクの組合せ全てに対して部分放電位置の標定を計算する。例えば、６個の超音波マイクを使用する場合は、２０通りの超音波マイクの組合せの全てに対して部分放電位置標定を計算する。そして、２０通りの部分放電位置の標定結果を統計処理して、標定頻度の高い位置を部分放電発生位置と標定する。例えば、２０通りの部分放電位置の標定結果の平均値と標準偏差を計算し、平均値を中心としてｘ、ｙ、ｚ各方向の標準偏差を主軸とする楕円体を部分放電発生位置と標定する。なお、２０通りの部分放電位置標定結果のうち、標定結果が密閉タンクの外側の座標の場合や、平均値から大きくはずれた座標が得られた場合、これを除いた残りの標定結果に対して統計処理を行うようにしても良い。
【００４９】
一方、電流検出器２の出力波形に於いて電流パルスが計測されていない場合には、次の連立方程式を（ｘ、ｙ、ｚ、Ｔ）について解く。
【００５０】
【数２】
(x,y,z) ：部分放電点の座標
(xi,yi,zi)：超音波マイクｉの座標
T ：部分放電点〜超音波マイク１の超音波の伝搬時間、
ΔT1j ：超音波マイク１と超音波マイクｊの超音波の伝搬時間差、
Vs ：超音波の伝搬速度
である。
【００５１】
上記（４）〜（７）式は非線形連立方程式であるので、計算機により数値計算で解く。ここではニュートン・ラプソン法のアルゴリズムで計算する。ところで、（４）〜（７）式は４元の連立方程式であるため、超音波マイクの出力が４個あれば、部分放電位置標定を計算できるが、ここでは５個以上の超音波マイクを使用して、５個以上の超音波マイクのうち任意の４個の超音波マイクの組合せの全てに対して部分放電位置標定を計算する。例えば、６個の超音波マイクを使用する場合には、１０通りの超音波マイクの組合せの全てに対して部分放電位置標定を計算する。そして、１０通りの部分放電位置の標定結果を統計処理して、標定頻度の高い位置を部分放電の発生位置と標定する。例えば、１０通りの部分放電位置標定結果の平均値と標準偏差を計算し、平均値を中心としてｘ、ｙ、ｚ各方向の標準偏差を主軸とする楕円体を部分放電発生位置と標定する。なお、１０通りの部分放電位置の標定結果のうち、標定結果が密閉タンクの外側の座標の場合や、平均値から大きくはずれた座標が得られた場合には、これを除いた残りの標定結果に対して統計処理を行っても良い。
【００５２】
図３は上記の実施の形態における部分分放電位置標定の計算アルゴリズムのフローチャートである。ここで、ステップ２００で部分放電位置標定を開始し、ステップ２０１で電流検出器２の出力波形において電流パルスが計測されているか否かを判定し、電流パルスが計測されている場合には、ステップ２０２にて各超音波マイク２の出力信号の立上がり時刻の候補が複数個有るか否かを判定し、立ち上がり時刻の候補が２個以上有る場合にはステップ２０３で超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の候補を複数個計算して、その任意の組み合わせ全てに対して、上記（１）〜（３）式の連立方程式を使って位置標定を計算し、全ての超音波マイクの立ち上がり時刻のＡの超音波マイクの立ち上がり時刻の候補が１個の場合にはステップ２０４で（１）〜（３）式の連立方程式を使って位置標定を計算する。
【００５３】
一方、ステップ２０１で電流パルスが計測されていない場合には、ステップ２０５にて各超音波マイク２の出力信号の立上がり時刻の候補が複数個有るか否かを判定し、立ち上がり時刻の候補が２個以上有る場合にはステップ２０６で超音波マイク１と超音波マイクｊの伝搬時間差の候補を複数個計算して、その任意の組み合わせ全てに対して、上記（４）〜（７）式の連立方程式を使って位置標定を計算し、全ての超音波マイクの立ち上がり時刻の候補が１個の場合にはステップ２０７で（４）〜（７）式の連立方程式を使って位置標定を計算する。
【００５４】
次に、ステップ２０３又はステップ２０４で位置標定を計算した場合にはステップ２０８及び２０９にてその結果を統計処理し、ステップ２０６又はステップ２０７で位置標定を計算した場合にはステップ２１０及び２１１にてその結果を統計処理する。この統計処理は、全ての組合せの部分放電位置標定結果の平均値と標準偏差を計算し、平均値を中心としてｘ、ｙ、ｚ各方向の標準偏差を主軸とする楕円体を部分放電発生位置と標定する。このとき、高電圧機器の内部構造からも検討を加え、内部構造の観点から部分放電発生位置となり得ないものは除く処理を実行し、ステップ２１２で部分放電位置標定結果を得る。
【００５５】
続いて、ステップ２１３にて次の部分放電が連続して発生しているか否かを判定し、発生している場合には、次の部分放電に対しても以上のルーチンを繰り返して部分放電位置標定を計算する。
【００５６】
次に、次の部分放電が発生していないと判定した場合にはその結果を統計処理する。すなわち、ステップ２１４にて複数回の標定結果のバラツキが所定の範囲内であるか否かを判定し、所定の範囲内に収まっている場合は、ステップ２１５にてその位置を部分放電発生位置と見なしてその結果を出力する。反対に、バラツキが大きく所定の範囲内に収まらない場合には、ステップ２１６にて超音波マイクは外部ノイズにより動作したと見なす。
【００５７】
この実施の形態では、標定精度向上を目的とした標定ガイダンス機能をソフトウエアに実装している。この標定ガイダンス機能ソフトウエアはマイクロプロセッサ２５で実行しても良いが、ここでは画面表示との連携を考慮してパソコン６のＣＰＵ上で動作するのもとする。
【００５８】
図４は本実施の形態に係る標定ガイダンス機能のフローチャートである。ここで、ステップ３０１で標定ガイダンスを開始する。部分放電位置標定開始時は、部分放電発生源が不明のため、超音波マイク２はどこが部分放電発生源であっても超音波を検出できるように、ステップ３０２にて複数の超音波マイク２を密閉タンク１の四方の壁面全てに取り付けるようにガイダンス指示する。そして、ステップ３０３にて部分放電位置標定を開始し、ステップ３０４にて部分放電位置標定の標定結果を統計処理する。
【００５９】
次に、ステップ３０５にて統計処理した位置標定結果のバラツキが大きいか、あるいは、位置標定ができないか否かの判定を行い、位置標定結果のバラツキが大きい場合には、超音波マイクの取付位置を変更して再度位置標定を実行するようにガイダンス指示する。この場合、ステップ３０６で有効な標定結果が多く集まっている側のタンク壁面を検索し、これを部分放電発生位置近傍のタンク壁面と見なし、このタンク壁面に超音波マイク２を取り付けることにする。次に、ステップ３０７にて有効な標定結果の平均値の座標を、部分放電発生位置近傍のタンク壁面に投影した座標Ａを計算する。座標Ａを中心として半径３σ（σは有効な標定結果の標準偏差）の円周上の位置に等間隔に並ぶように超音波マイク２の取付座標を計算する。次に、ステップ３０８にて、ステップ３０７で計算した取付座標に超音波マイク２の取付位置を変更するようにガイダンス指示する。
【００６０】
この過程を部分放電位置標定結果のバラツキが小さくなるまで、繰り返しガイダンス指示する。部分放電発生源の範囲が目標まで小さくなったら、ステップ３０９で部分放電位置標定を終了し、ステップ３１０で部分放電位置標定結果を出力する。
【００６１】
上記のように構成された第１の実施の形態によれば次の効果が得られる。マイクロプロセッサが制御する、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができるバッファメモリに、デジタルデータを一時的に保存するので、高速のデジタルデータ取り込みレートを実現でき、かつ、バッファメモリに一時保存されるデータをバッファメモリ管理用のマイクロプロセッサが制御して外部記憶装置に転送するので、膨大なデータ量となる超音波マイクや電流センサの出力波形をデジタル波形データとして保存できる。
【００６２】
また、耐ノイズ性に優れたデジタル伝送で波形伝送するので、高精度な部分放電位置標定に必要な、再現性の良いデジタル波形データを保存でき、これを部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価に供することができる。
【００６３】
各超音波マイクと電流検出器毎にデジタル変換機能、デジタル波形データ保存機能を有しているので、より大量のデータをより高速に扱うことが可能となる。また、デジタル波形データを圧縮符号化することにより、波形伝送中のビットエラーの可能性を低減でき、かつ高速にデータ伝送することを可能とする。
【００６４】
上位システムを備える遠隔地で、部分放電位置標定の演算や、波形分析、周波数分析等の信号処理を通した部分放電情報の定量的な評価を行うことができる。また、外部記憶装置として特にノートパソコンを使ったときは携帯型の内部部分放電監視装置が実現できる。これによって電気所間のプール運用が可能となり、例えば油中ガス分析などで異常の兆候が見られる変圧器など、異常の兆候が見られる高電圧機器に機動的に取り付け、監視することにより、寿命がくるまで機器が使えるようになる。
【００６５】
デジタルカメラ等の市販測定器のデータをパソコンに取り込み、内部部分放電監視装置のデータと併せて評価することにより、総合的な機器の寿命診断が可能となる。また、複数の超音波マイクの組み合わせによる部分放電位置標定を行うので、タンク内の機器の配置により超音波が大きく減衰して、ある超音波マイクが信号を捕らえられない場合でも、それ以外の超音波マイクの出力から位置標定ができる。かつ、複数の超音波マイクの組み合わせによる部分放電位置標定結果を統計処理して標定頻度の高い位置を部分放電発生位置と見なすので、部分放電発生源の範囲をより正確に限定できる。
【００６６】
検出対象とする超音波が超音波マイクに到達する以前に低レベルの超音波が継続して伝搬しているケースなどのように、超音波マイクの出力波形の立ち上がり時刻の候補が複数存在して一つの立ち上がり時刻に限定することが困難な場合に、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の候補を複数個計算して、その任意の組合せに対して部分放電位置標定を計算し、その結果を統計的な観点、および高電圧機器の内部構造を考慮して検討することにより、部分放電発生源の範囲をより正確に特定できる。
【００６７】
複数回の部分放電の位置標定を行い、そのバラツキから外部ノイズか否かを判断するので、外部ノイズに対する誤動作の防止ができ、かつ、真に部分放電が発生している場合には、複数の部分放電位置標定結果から判断するので、部分放電発生源の範囲をより正確に特定できる。
【００６８】
計算機のガイダンスに従って超音波マイクの取付位置を部分放電発生源近傍に近づけていくので、超音波マイク取付位置の変更回数に従い、標定精度は向上していき、部分放電発生源の範囲をより正確に限定できるようになる。
【００６９】
図５は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第２の実施の形態のシステム構成図である。図中、第１の実施の形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態はデータ収集部５Ｂのマイクロプロセッサ２５とそのバスまわりのシステム構成を変更したものである。すなわち、図１に示した構成に対してデータ保存メモリ３１を追設した点が図１と構成を異にしている。
【００７０】
上記のように構成された第２の実施の形態の動作について、特に、図１と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。
【００７１】
超音波マイク２と電流検出器３の出力のデジタル信号はバッファメモリ２４に順次書き込まれていく。バッファメモリ管理機能と波高値判定機能と同期制御機能を持つマイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ２４に順次書き込まれるデジタル波形データを波高値判定機能により常時監視しており、超音波マイク２と電流検出器３のうちのいずれかの出力が予め定めた閾値を超過した場合は、波形保存のためのトリガーとして働く。すなわち、マイクロプロセッサ２５は、バッファメモリ管理機能と同期制御機能により、全てのデジタル信号に対して同時にバッファメモリ２４に書き込むのを停止させ、かつ、その時点でバッファメモリ２４に書き込まれている全てのデジタル信号を、部分放電のデジタル波形データとしてデータ保存メモリ３１に転送する。
【００７２】
部分放電のデジタル波形データのデータ保存メモリ３１への書き込みが完了すると、バッファメモリ２４への超音波マイク２と電流検出器３の出力のデジタル信号の順次書き込みが再開され、マイクロプロセッサ２５は波高値判定機能による常時監視状態に復帰する。マイクロプロセッサ２５は一定間隔でデータ保存メモリ３１に保存したデジタル波形データを外部記憶装置、ここではパソコン６のハードディスクに転送する指令を出力する。さらに、データ保存メモリ３１が一杯になったときに、データ保存メモリ３１に保存したデジタル波形データをパソコン６のハードディスクに転送する指令を出力する。システムとしての最終的なデータの保存はパソコン６のハードディスクで行う。なお、データ保存メモリ３１からパソコン６のハードディスクへのデータ転送機能は、パソコン６のＣＰＵが分担しても良い。
【００７３】
かくして、第２の実施の形態によれば、デジタル波形データをバッファメモリに書き込むために要する時間に対して、デジタル波形データを外部記憶装置に保存するために要する時間の方が遥かに長いため、外部記憶装置に保存する時間がシステムとしての波形取得のデットタイムとなってしまうが、バッファメモリと外部記憶装置の中間に、アクセス間隔が速く、高速にデータの読み書きができ、複数回分の部分放電の波形データを書き込むことができるデータ保存メモリ３１を置くことにより、このデットタイムを回避でき、連続して発生する部分放電のデジタル波形データの保存が可能となる。
【００７４】
図６は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第３の実施の形態のシステム構成図である。ここでは、第２の実施の形態を示す図５と構成を異にするデータ収集部５Ｃの構成のみを示し、これ以外の構成は図５と同一であるので省略している。この図６において、データ収集部５Ｃは、前述した通信ＬＳＩ２３、バッファメモリ２４、マイクロプロセッサ２５及びバッファメモリ管理用プログラムや部分放電位置標定プログラムなどを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置（ＳＩＯ）及びデータ保存メモリ３１の他に、複数の位置標定ユニット３２、バスコントロールユニット３４、スターカップラ（星型の接続具）３５、部分放電判定ユニット３６を追設してなる、例えば複数のチップセットで構成されている。
【００７５】
このうち、位置標定ユニット３２は、位置標定用マイクロプロセッサ３３と部分放電の有無判定、電流検出器出力と超音波マイク出力の時間差、部分放電位置標定などの演算プログラムを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭなどの一つ又は複数のチップセットから構成されている。部分放電判定ユニット３６は、部分放電判定用マイクロプロセッサ３７と部分放電判定用バッファメモリ３８と部分放電判定などの演算プログラムを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭなどの一つ又は複数のチップセットから構成されている。
【００７６】
上記のように構成された第３の実施の形態の動作について、特に、図５と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。バスコントロールユニット３４はデータ保存メモリ３１に保存されたデジタル波形データを常時監視しており、データ保存メモリ３１にデータが書き込まれると、その最新データを、スターカップラ３５を介して、順次ジョブ待ち状態の位置標定ユニット３２に転送する。バスコントロールユニット３４から演算指令を受けた位置標定ユニット３２は、ＲＡＭに転送されたデータを読み込んで、位置標定用マイクロプロセッサ３３で、電流検出器出力と超音波マイク出力の時間差、部分放電位置標定などの演算を行う。電流検出器出力と超音波マイク出力の時間差、部分放電位置標定などの演算結果は、デジタル波形データと対応させてデータ保存メモリ３１に書き込む。また、バスコントロールユニット３４は位置標定ユニット３２で計算した位置標定結果を部分放電判定ユニット３６の部分放電判定用バッファメモリ３８に転送する。
【００７７】
部分放電判定用マイクロプロセッサ３７は一定時間毎に部分放電判定用バッファメモリ３８のデータを読み込み、連続して発生する部分放電の各々の標定結果を統計処理して、標定結果のばらつきが所定の値以内に収まっている場合は、その位置を部分放電発生位置と見なし、ばらつきが大きく所定の値に収まらない場合は超音波センサは外部ノイズにより動作したと判断する。一定時間が経過しても部分放電判定用バッファメモリ３８に新しいデータが書き込まれない場合にはデータをリセットする。また、部分放電判定用バッファメモリ３８はメモリが一杯になると順次上書き保存していく。部分放電の判定結果は、データ保存メモリ３１に書き込まれる。マイクロプロセッサ２５が一定時間毎にデータ保存メモリ３１を読みに行き、その時、部分放電が発生している場合は、その結果を上位システムへ転送し、警報を発生する。
【００７８】
なお、部分放電位置標定の演算処理中も、並列処理によって、部分放電のデジタル波形データはデータ保存メモリ３１に書き込まれ、一定時間毎に外部記憶装置に転送される。また、部分放電位置標定の計算が可能な全ての超音波センサ２の組合せに対して、位置標定計算を行い、その結果を統計処理して標定頻度の高い位置を部分放電発生位置と見なすシステムを採用する場合、超音波センサ２の個数を増やすと計算量が飛躍的に増加する。非常に高速な位置標定演算を必要とする場合には、この対策として、図示していないが、標定位置演算用マイクロプロセッサの個数を、位置標定の計算が可能な全ての超音波センサ２の組合せの各々に対して用意する標定位置の並列計算システムを採用しても良い。さらに、統計処理専用のマイクロプロセッサを加えた並列計算システムを採用しても良い。
【００７９】
また、図示していないが、超音波センサ２の出力と電流検出器の出力の時間差を演算する時間差演算用マイクロプロセッサを超音波センサ２の個数分だけ用意して時間差を並列計算する、時間差の並列計算システムを採用しても良い。さらに、標定位置の並列計算システムを各々の位置標定ユニット３２に内蔵してもよいし、時間差の並列計算システムを各々の位置標定ユニット３２に内蔵してもよい。このように並列計算のマイクロプロセッサの段数を増やすことにより、図５のシステム構成に対して更に高速の位置標定演算が可能となる。しかし、並列の段数を増やせば、それだけ高価になるので、並列計算の段数の設計は、連続して発生する部分放電の位置標定をどこまで欠落することなく行う必要があるかによって検討する。
【００８０】
かくして、第３の実施の形態によれば、複数の部分放電位置標定の演算部が，バッファメモリに書き込まれた波形データを順次並列処理するので、連続して発生する部分放電に対して部分放電位置標定を計算できる。特に、データ保存メモリを経由して外部記憶装置にデジタル波形データを保存する場合、連続して発生する部分放電のデジタル波形データをデータ保存メモリに保存する間も、並列処理により、効率的に部分放電位置標定の演算処理が可能となる。
【００８１】
図７は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第４の実施の形態のシステム構成図である。この実施の形態は図１に示した超音波マイク２及び信号変換部４の代わりに共振型超音波マイク４１、広帯域型超音波マイク４２及び信号変換部４３を設けた点が図１に示した第１の実施の形態と構成を異にしている。
【００８２】
すなわち、高電圧機器の密閉タンク１の壁面に、共振型超音波マイク４１と広帯域型超音波マイク４２とを対にしてこれらが複数組設けられ、これに信号変換部４３が接続されている。信号変換部４３は図８にその詳細を示したように、共振型超音波マイク４１及び広帯域型超音波マイク４２の出力をそれぞれ増幅する合計２組の増幅器１１と、これらの増幅器の出力信号をそれぞれデジタル信号に変換する合計２組のアナログ−デジタル変換器２１と、これらのアナログ−デジタル変換器２１の出力信号をデータ収集部５に伝送する通信ＬＳＩ２２と、増幅器１１、アナログ−デジタル変換器２１及び通信ＬＳＩ２２の動作電力を供給するバッテリ１２とで構成されている。
【００８３】
上記のように構成された第４の実施の形態の動作について、特に、図１と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。
【００８４】
共振型超音波マイク４１と広帯域型超音波マイク４２の微弱な電圧出力を、信号変換部４３の２組の増幅器１１で増幅して、２組のアナログ−デジタル変換器２１でデジタル信号に変換する。この２組のデジタル信号を通信ＬＳＩ２２のデータ圧縮エンコード機能で圧縮符号化し、データ収集部５へ時分割多重によって伝送する。
【００８５】
この第４の実施の形態によれば、共振型超音波マイク４１及び広帯域型超音波マイク４２を使い分けることができるため、誤動作の防止とデータ収集の品質向上が実現できるという新たな効果が得られる。
【００８６】
すなわち、共振型超音波マイク４１は検出感度が広帯域型超音波マイク４２の１０倍程度と高く、また、ＬＴＣ音などあらかじめ発生が予想されるノイズ音の周波数を避けて共振点を設定できるので、その出力をトリガーとして使用し、また、部分放電の発生有無の判定、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差の計算、部分放電位置標定の計算などに使用する。一方、超音波マイクの出力と電流検出器の出力のデジタル波形データと、それから計算される部分放電の周波数特性などの保存には、広い周波数帯域で平坦な特性を持つ広帯域型超音波マイク４２の出力を使い、元波形に近い波形を保存する。また、共振型超音波マイクの出力と広帯域型超音波マイクの出力を１本の線路で伝送できるので、リソースの節約ができ、配線の単純化が可能となる。
【００８７】
図９は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第５の実施の形態のシステム構成図である。この実施の形態は第２の実施の形態を構成するデータ収集部５Ｂの内部構成を変更したものである。ここで、データ収集部５Ｄは、通信ＬＳＩ２３と周波数成分検出器５１とバッファメモリ２４とデータ保存メモリ３１とマイクロプロセッサ２５とデータ収集プログラムや部分放電位標定プログラムなどを内蔵したＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力装置（ＳＩＯ）などで構成するチップセットなどから構成されている。周波数成分検出器５１は、図１０にその詳細な構成を示したように、複数のバンドパスフィルタ５２と、これらのバンドパスフィルタ５２の出力端にそれぞれ接続された最大値検出回路５３と、これらの最大値検出回路５３の出力端にそれぞれ接続された最大値保持回路５４と、全ての最大値保持回路５４に接続された波高値比較回路５５及び同期制御回路５６とで構成されている。データ収集部５Ｄ以外の構成は図５に示した第２の実施の形態と同一であるので省略している。
【００８８】
上記のように構成された第５の実施の形態の動作について、特に、図５と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。
【００８９】
通信ＬＳＩ２３で受信した超音波マイク２のデジタル信号は、バッファメモリ２４と周波数成分検出器５１とに転送される。バッファメモリ２４に転送されたデジタル信号は第２の実施の形態と同様な動作を行う。一方、周波数成分検出器５１は次に説明する動作をする。
【００９０】
周波数成分検出器５１で、デジタル信号は通過帯域、遮断周波数の異なる複数のバンドパスフィルタ５２に転送される。バンドパスフィルタ５２の通過帯域、遮断周波数は、電気所毎にあらかじめ想定されるノイズ音の周波数成分が異なるので、測定対象毎に適宣設定する。バンドパスフィルタ５２をそれぞれ通過したデジタル信号は、最大値検出回路５３に転送されて最大波高値が検出され、最大値保持回路５４で最大波高値が一次保存される。最大値保持回路５４のデータは随時更新されていく。
【００９１】
同期制御回路５６は、マイクロプロセッサ２５がデジタル波形データをデータ保存メモリ３１に書き込む時に出力する同期制御信号を受け取り、データ保存メモリ３１に書き込むデジタル波形データに対応する最大波高値を検出するように指令を出す。波高値比較回路５５は各バンドパスフィルタ５２を通過した波形の最大波高値を比較して周波数成分比を検出する。検出した周波数成分比は保存したデジタル波形データと対応させてデータ保存メモリ３１に書き込まれる。
【００９２】
なお、ここでは周波数成分検出器５１はデジタルフィルタを備えたデジタルプロセッシングユニットを実装することを想定しているが、デジタル信号をデジタル−アナログ変換器でアナログ信号に変換して、これをアナログ回路で構成した周波数成分検出器に入力する構成としても良い。
【００９３】
ＲＯＭには、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数成分比をデータベースとして内蔵させておく。マイクロプロセッサ２５はデータ保存メモリ３１に書き込んだ部分放電音の周波数成分比とデータベースの周波数成分比を読み込んで比較し、その大小パターンから、実際に部分放電が発生しているのか、あるいは、外部ノイズにより動作したのかを判定する。
【００９４】
なお、部分放電発生判定用に別のマイクロプロセッサを実装して、並列処理を行っても良い。また、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数成分比のデータベースはパソコン６のハードディスクに保存し、ここからデータベースの周波数成分比を読み込んでも良い。
【００９５】
かくして、第５の実施の形態によれば、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数成分比を、データベースとして内蔵しておき、部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数成分比とデータベースの周波数成分比を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、あるいは、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【００９６】
ところで、図５に示した第２の実施の形態のデータ収集部５Ｂを構成するマイクロプロセッサ２５に高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算処理機能を実装し、データ保存メモリ３１に書き込んだデジタル波形データを読み込んで部分放電音の周波数特性を演算し、その結果データをデータ保存メモリ３１に書き込むように構成することもできる。この場合、ＲＯＭには、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数特性をデータベースとして内蔵させておく。これに対応してマイクロプロセッサ２５はデータ保存メモリ３１に書き込んだ部分放電音の周波数特性とデータベースの周波数特性を読み込んで比較し、周波数特性のパターン認識により、実際に部分放電が発生しているか否か、外部ノイズにより動作したか否かを判定する。
【００９７】
なお、高速フーリェ変換（ＴＦＴ）演算用、部分放電発生判定用として別々のマイクロプロセッサを実装して、並列処理を行っても良い。また、予め発生が予想されるＬＴＣ動作音などの外部ノイズ音の周波数特性のデータベースはパソコン６のハードディスクに保存し、ここからデータベースの周波数特性を読み込んでも良い。さらに、データ保存メモリ３１に書き込まれた部分放電音の周波数特性は、デジタル波形データと共にパソコン６のハードディスクに転送される。試験条件、部分放電発生状況、周波数特性のパターン、部分放電位置標定結果などの条件の下で整理され、周波数特性はデジタル波形データと共に、部分放電音の周波数特性のデータベースとして保存する。
【００９８】
このように構成することによって、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数特性のデータベースと部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数特性を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【００９９】
図１１は本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第６の実施の形態のシステム構成図である。図中、図５に示した第２の実施の形態と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施の形態は複数台の密閉タンク１の内部部分放電を監視するように構成したものである。この場合、それぞれの密閉タンク１に超音波マイク２と電流検出器３と信号変換部４Ａとデータ収集部５Ｂとを取り付ける。そして、データ保存メモリ３１に書き込んだデジタル波形データの転送先であるパソコン６のハードディスクは１台とし、全ての高電圧機器の共通のデータ保存場所とする。さらに、データ収集部５Ｂに実装した高速フーリエ変換機能の演算結果である部分放電音の周波数特性も同じパソコン６に保存する。パソコン６に保存されるそれぞれの高電圧機器の部分放電のデータは共通のデータベースとして構築され、それぞれの高電圧機器のデータ収集部５のマイクロプロセッサ２５から共通の情報として参照することができる。
【０１００】
また、モデム７、電話回線８を介してパソコン６から上位システム９に接続した場合、上位システム９を介して別の電気所の部分放電のデータも共通のデータベースとして参照できるようになる。
【０１０１】
この図１１に示した第６の実施の形態によれば、部分放電の放電形態により異なる様々な部分放電の周波数特性が蓄積でき、これと過去の測定で蓄積した周波数特性と比較することにより、放電形態などの予想ができる。また、ノイズ音の周波数特性のデータベースも順次増やしていくことができる。さらに。複数の高電圧機器で得られた部分放電の周波数特性を共通のデータベースとして共有するので、より効率的に部分放電のデータベースを活用できる。また、あらかじめ発生が予想されるＬＴＣ動作音などのノイズ音の周波数特性のデータベースと部分放電発生時の超音波マイク検出出力の周波数特性を比較することにより、実際に部分放電が発生しているのか、外部ノイズにより動作したのかを判定できる。これにより、内部部分放電監視装置の誤動作を防止することができる。
【０１０２】
以上、本発明を第１乃至第６の実施の形態によって説明したが、以下に種々の変形例を説明することとする。
【０１０３】
第１乃至第６の実施の形態では、非線形方程式である（１）〜（３）式の非線形連立方程式をニュートン・ラプソン法で数値計算で解くが、この代わりに最小２乗法による代数方程式の解として計算することもできる。すなわち、超音波マイクｉについて、次の（８）式で表される誤差の２乗和が最小となるように部分放電位置標定を計算する。
【数３】
(x,y,z) ：部分放電点の座標
(xi,yi,zi) ：超音波マイクｉの座標
Li = Vs・Ti ：部分放電点〜超音波マイクｉの距離、
Ti ：部分放電点〜超音波マイクｉの超音波の伝搬時間、
Vs ：超音波の伝搬速度
である。
【０１０４】
超音波マイクをＮ個使用したときには、（８）式で表される誤差δｉの２乗和を次の（９）式のδとする。
【０１０５】
【数４】
【０１０６】
【数５】
【０１０７】
【数６】
【０１０８】
一方、（４）〜（７）式の非線形連立方程式についても同様に最小２乗法による代数方程式の解として計算できる。また、超音波の伝搬速度に関して次により最適化処理を行うようにしてもよい。
【０１０９】
つまり、（１０）〜（１２）式に部分放電位置標定結果の座標を代入した時、この（１０）〜（１２）式のδの値が最小になるように、超音波の伝搬速度の最適値を直接探索法により計算する。すなわち、伝搬速度の初期値から出発して、伝搬速度をプラス方向とマイナス方向に僅かに変化させて、部分放電位置標定を計算し、その結果を（１０）〜（１２）式に代入する。このとき、（１０）〜（１２）式のδの値がより小さくなる伝搬速度を新しい伝搬速度とする。伝搬速度を変化させても（１０）〜（１２）式のδが変化しなくなるまで、以上の計算を繰り返して、超音波の伝搬速度の最適値を計算する。伝搬速度の最適化処理は、複数の超音波マイクに伝搬する超音波の伝搬速度を、１つの伝搬速度に代表させて最適化しても良い。あるいは、複数の超音波マイクに伝搬する超音波が別々の伝搬速度を持つとして、それぞれの超音波に対して個々に伝搬速度を最適化しても良い。
【０１１０】
以上のようなアルゴリズムを有する高電圧機器の内部部分放電監視装置によれば、次の効果が得られる。
【０１１１】
３元以上の非線形連立方程式を線形代数方程式の解として計算するので、部分放電位置標定座標を解析的に解くことが可能になる。また、計算機により数値計算する場合においても、線形代数方程式の場合は初期値問題、収束問題を伴わないので安定した解が得られる。また、計算アルゴリズムが単純になり、必要とする計算時間を大幅に短縮できる。
【０１１２】
また、超音波の伝搬速度は、部分放電発生点と超音波マイクの間に存在するタンク内の機器の配置によって決まり、伝搬速度の誤差は、超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差から計算する部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離の誤差となり、これは部分放電位置標定の誤差に結びつくが、連立方程式の解を連立方程式に代入したときの、連立方程式の残差の二乗和が最小になるように、超音波の伝搬速度を最適化することにより、部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離の誤差を小さくすることができ、これにより部分放電位置標定の精度を向上することができる。
【０１１３】
また、部分放電発生点と複数の超音波マイクの間に存在するタンク内の機器の配置は、超音波マイクの取付位置により各々異なり、各々の超音波マイクに伝搬する超音波の伝搬速度は各々異なるので、各々の超音波の伝搬速度を最適化することにより、部分放電発生点と超音波マイク取付位置の距離の誤差をより小さくすることができ、これにより部分放電位置標定の精度を向上することができる。
【０１１４】
次に、第１乃至第第６の各実施の形態の変形例として、部分放電によって発生する超音波波形の立ち上がり時刻、及び電流パルスの検出について説明する。
【０１１５】
ここでは、超音波の立ち上がり時刻を検出するために、ある時刻において超音波マイク２の出力のデジタル波形データから演算して得られる適当な物理量と、その時刻より前の波形データから得られるその物理量の移動平均値を計算し、その比を計算する。これは、超音波波形に関わる適当な物理量が、超音波波形の立ち上がりの時刻と、その時刻より前の移動平均値とでは、急激に値が変化することを応用したもので、その比が有る閾値を越えたとき、その時刻を部分放電によって発生する超音波波形の立ち上がり時刻と見なすことができる。
【０１１６】
具体的には、物理量として超音波波形の振幅の絶対値の累積時間積分を考える。すなわち、Ｎ個のデジタルサンプリングからなる超音波マイク２の出力波形Ｕ（ｎ）について、時刻ｎにおける振幅の絶対値の累積時間積分と、１サンプル前の時刻ｎ−１における振幅の絶対値の移動平均の累積時間積分の比Ａ（ｎ）は次式で与えられる。
【数７】
ｎ：時刻ｎ、Ｕ（ｎ）：時刻ｎにおける超音波マイクの出力波形、
Ｎ：全デジタルサンプリング数、
ｍＷ：移動平均値の計算範囲（ｍＷ≦ｎ≦Ｎ）
である。
【０１１７】
（１４）式のＡ（ｎ）の値は、超音波波形の立ち上がりの時刻で、それ以前の時刻での値と比べて急激に増加するので、（１４）式のＡ（ｎ）の値がある閾値を越えたとき、その時刻を部分放電によって発生する超音波波形の立ち上がり時刻と見なすことができる。また、経験則により部分放電発生点から超音波マイクへ直接伝搬する超音波波形の立ち上がり波形の周波数は、それ以前の波形の周波数より高いことが解っているので、短時間フーリエ変換により波形データの周波数分布の時間変化を取得することで、部分放電発生点から超音波マイクへ直接伝搬する超音波の立ち上がり時刻を取得できる。
【０１１８】
また、高電圧機器の密閉タンク内の機器などを伝搬したために大きく減衰して、ノイズに埋もれてしまった部分放電による超音波を検出する場合には、超音波マイク出力波形のウェーブレット変換により時間―スケール特性を得て、時間―スケール特性の変化から部分放電による立ち上がり波形の相似相関検出を行うことにより、ノイズに埋もれてしまった部分放電による超音波の立ち上がり時刻を与えることができる。また、この変形例では、連続するノイズ電流に埋もれた不連続な電流パルスを検出するために短時間フーリエ変換、およびウェーブレット展開係数の手法を採用する。連続するノイズ電流の中に不連続な電流パルスが存在する場合は、短時間フーリエ変換による電流出力の周波数分布の時間変化、及び電流出力のウェーブレット展開係数の時間変化の中に、鋭いピークをもつ周波数、及びウェーブレット展開係数を見いだすことができ、これにより不連続な電流パルスを検出することができる。
【０１１９】
特に、ウェーブレット展開係数を使った電流パルスの検出では、ウエーブレット解析におけるスケールファクタの変化に対するウェーブレット展開係数の時間変化を検出すればよいので、短時間フーリエ変換を使った方法より容易な操作で、不連続な電流パルスを検出することができる。しかし、一方で短時間フーリエ変換を使った方法は、窓関数の幅と検出する周波数が決まれば、不連続な電流パルスの検出能力は信号／ノイズ比の観点から、ウェーブレット展開係数を使った方法より優れる。
【０１２０】
従って、連続するノイズ電流に埋もれた不連続な電流パルスを検出する手段として、不連続な電流パルスの連続監視状態では、ウェーブレット展開係数を使った方法で不連続な電流パルスを検出し、より精密に検出時間を見るときに、短時間フーリエ変換を使った方法で不連続な電流パルスを検出するという、ウェーブレット展開係数と短時間フーリエ変換の手段を組み合わせて使用することにより、不連続な電流パルスの検出精度をより向上することができる。
【０１２１】
以上のようなアルゴリズムを有する高電圧機器の内部部分放電監視装置によれば、計算機がアルゴリズムに基づいて、超音波波形の立ち上がり時刻、及び電流パルスを検出する手段を与える。また、ある時刻における超音波波形データを演算して得られる適当な物理量と、その時刻より前の波形データから得られるその物理量の移動平均値を計算し、その比を計算する方法では、超音波波形に関わるある物理量を適当に選択することにより、部分放電発生点から超音波マイクへ直接伝搬する超音波と、高電圧機器の密閉タンク壁面を伝搬する超音波の立ち上がり時刻を区別することができる。
【０１２２】
また、短時間フーリエ変換により波形データの周波数分布の時間変化を取得して、波形の周波数の変化から立ち上がり時刻を判断することは、これだけでは立ち上がり時刻の判断材料として不十分であるが、超音波出力の波高値の大きさから立ち上がり時刻を判断する場合や、また、ある時刻における超音波波形データを演算して得られる適当な物理量とその時刻より前の波形データから得られるその物理量の移動平均値を計算し、その比を計算することで立ち上がり時刻を判断する場合など、他の有効な方法と組み合わせて、その補助データとして活用する場合に、波形データの周波数分布の時間変化は有用な判断材料となる。
【０１２３】
また、高電圧機器の密閉タンク内の機器などを伝搬したために大きく減衰して、ノイズに埋もれてしまった部分放電による超音波についても、ウェーブレット変換で時間―スケール特性を計算することにより、時間―スケール特性の変化から厳密でないまでも超音波の立ち上がり時刻を知ることができる。このことは、ノイズに埋もれてしまった超音波についても、ウェーブレット変換で波形をノイズから浮かび上がらせることにより、図４で示した内部部分放電監視装置の標定ガイダンス機能における有効なデータになり得ることを示している。
【０１２４】
また、超音波波形の状態により各々の立ち上がり時刻の検出手段を使い分ける、もしくは各々の検出手段を組み合わせて使用することにより、立ち上がり時刻の検出精度をより向上することができる。さらに、短時間フーリエ変換、およびウェーブレット展開係数の手法を採用することにより、外部ノイズ、接地線ノイズなどが大きい環境下で、電流検出器が連続して出力するノイズ電流出力から、部分放電によって発生する不連続な電流パルスを検出することができる。このことは、ノイズ電流が大きい環境のため、電流パルスをトリガーとして使えない場合に、超音波マイクの出力信号をトリガーとする内部部分放電監視装置のシステムを構成した場合でも、（１）〜（３）式の連立方程式により部分放電位置標定を可能とすることを示している。すなわち、超音波マイクの出力信号をトリガーとした場合の部分放電位置標定の精度を向上することができる。
【０１２５】
【発明の効果】
以上の説明によって明らかなように、本発明によれば、バッファメモリとこれを制御するマイクロプロセッサを組込み、順次バッファメモリに書き込まれるデジタルデータをマイクロプロセッサが制御して外部記憶装置に転送するシステム構成とすることにより、デジタルデータとして波形データを保存できる高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供することができる。また、保存したデジタル波形データに、所望の信号処理を施すことにより、高精度な部分放電位置標定を実現する高電圧機器の内部部分放電監視装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第１の実施の形態のシステム構成図。
【図２】図１に示した第１の実施の形態を構成する信号変換部の詳細な構成を示すブロック図。
【図３】図１に示した第１の実施の形態の部分放電位置標定の計算アルゴリズムのフローチャート。
【図４】図１に示した第１の実施の形態の標定ガイダンス機能のフローチャート。
【図５】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第２の実施の形態のシステム構成図
【図６】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第３の実施の形態のデータ収集部の構成を示すブロック図。
【図７】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第４の実施の形態のシステム構成図。
【図８】図７に示す第３の実施の形態を構成する信号変換部の詳細な構成を示すブロック図。
【図９】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第５の実施の形態のシステム構成図。
【図１０】図９に示した第５の実施の形態を構成する周波数成分検出器の詳細な構成を示すブロック図。
【図１１】本発明に係る高電圧機器の内部部分放電監視装置の第６の実施の形態のシステム構成図。
【図１２】従来の高電圧機器の内部部分放電監視装置のシステム構成図
【符号の説明】
１ 高電圧機器の密閉タンク
２ 超音波マイク
３ 電流検出器
４，４Ａ 信号変換部
５，５Ａ，５Ｂ，５Ｃ，５Ｄ データ収集部
６ パソコン
１３ 入出力インターフェース
２５ マイクロプロセッサ
３１ データ保存メモリ
３２ 位置標定ユニット
３５ スターカップラ
３６ 部分放電判定ユニット
４１ 共振型超音波マイク
４２ 広帯域型超音波マイク
４３ 信号変換部
５１ 周波数成分検出器
１０５ 演算ユニット
Claims (10)
- 絶縁媒体を充填した密閉タンクを有する高電圧機器の密閉タンク内で生ずる部分放電を監視するに当たり、部分放電によって発生する超音波を互いに異なる箇所で検出する複数の超音波マイクと、部分放電によって発生する電流パルスを検出する電流検出器と、超音波マイクと電流検出器の出力をデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有する信号変換部と、前記デジタル信号を受信するデータ収集部とを備える高電圧機器の内部部分放電監視装置において、
前記データ収集部は、前記デジタル信号を順次書き込んでいくバッファメモリ及びバッファメモリ管理機能と波高値判定機能と同期制御機能とを持つマイクロプロセッサを有し、前記マイクロプロセッサは前記バッファメモリに書き込まれた複数の前記超音波マイクと電流検出器の出力のうちのいずれか一方の出力が閾値を超過した場合に、同期制御機能により前記バッファメモリが同時に複数の前記デジタル信号を書き込むことを停止させ、かつ、前記バッファメモリに書き込まれている複数の同時刻の前記デジタル信号を部分放電のデジタル波形データとして外部記憶装置に転送する機能を持つ、
ことを特徴とする高電圧機器の内部部分放電監視装置。 - 前記信号変換部は、前記複数の超音波マイクの各出力と前記電流検出器の出力とを個別にデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器を有し、前記データ収集部は前記アナログ−デジタル変換器毎に前記バッファメモリを有することを特徴とする請求項１に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記信号変換部は前記デジタル信号のデータ圧縮エンコード機能を備えた通信ＬＳＩを有し、前記データ収集部は圧縮して送信された前記デジタル信号のデコード機能を備えた通信ＬＳＩを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記データ収集部は、複数回分の前記部分放電のデジタル波形データを一時的に保存できるデータ保存メモリを有し、前記バッファメモリに書き込まれている前記部分放電のデジタル波形データを前記データ保存メモリに一時的に保存し、データ保存メモリに書き込んだ複数回分の前記部分放電のデジタル波形データをまとめて外部記憶装置に転送する機能を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記外部記憶装置に転送した前記デジタル波形データを、上位システムに転送する機能を有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記データ収集部が前記複数の超音波マイクの出力と電流検出器の出力の時間差を計算し、その時間差から部分放電位置標定を計算するに当たり、時間差と部分放電位置標定を計算する演算部を複数個備え、複数回の部分放電の位置標定の計算を並列に計算することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記超音波マイクとして、所定の周波数に共振点を持つ共振型の超音波マイクと、特定の共振点を持たず広い周波数帯域で平坦な特性を持つ広帯域型の超音波マイクの両方で同時に測定することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記共振型の超音波マイクと前記広帯域型の超音波マイクの出力を、前記信号変換部から前記データ収集部に時分割多重伝送することを特徴とする請求項７に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記複数の超音波マイクの波形データが入力される経路に、各々通過帯域の異なった複数のバンドパスフィルタと、前記各バンドパスフィルタ出力の波高値比較装置を備え、前記波高値比較装置が比較した前記バンドパスフィルタ出力の波高値から前記超音波マイクの波形データに含まれる周波数成分比を得て、この周波数成分比から部分放電検出かノイズ検出かを判別することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
- 前記超音波マイクの波形データを高速フーリエ変換する高速フーリエ変換機能を備え、前記超音波マイクの波形データを高速フーリエ変換した結果として得られる内部部分放電音の周波数特性をデータベースとして保存することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の高電圧機器の内部部分放電監視装置。
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