JP5078276B2 - 診断用信号処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、ガス絶縁機器内の部分放電を診断する診断システムに使用される診断用信号処理装置に関するものである。

従来のガス絶縁機器の部分放電信号処理に関する代表的な方法として、例えば、特開２００１-２４２２１２号公報や、特開２００１-１８３４１１号公報に開示されている信号処理方法がある。
特開２００１-２４２２１２号公報に記載のものは、部分放電センサの信号を検波し、信号の半値幅と波高値のデータに変換した後に、その比の値よって放電源が何であるかを推定しようとするものである。

また、特開２００１-１８３４１１号公報に開示されている技術は、部分放電信号を検出した瞬間からタイマーをスタートさせ、次々と発生する部分放電信号を時刻順に部分放電情報として記憶させる機能と、同じくタイマー起動によって課電電圧位相情報を取り込み、両方の情報を重ね合わせることで、部分放電の発生位相依存性を知って放電源が何であるかを推定しようとするものである。

特開２００１−２４２２１２号公報 特開２００１-１８３４１１号公報

上記のような従来の方法は、予め定めた情報処理アルゴリズムに沿って部分放電センサの信号から予め定めた情報のみを収集する情報処理システムを備え、このシステムによる処理をして答えを出すものである。しかも最終的に放電の推定を行なうルールは固定されていること、及び全センサに同一の処理が施されることから、システムとしての処理機能が固定化されており、例えば現場のノイズ環境の違いや、ガス絶縁機器の稼動年月の推移によって重点管理対象とすべき部分放電源の移り変わり等、予め定めた信号処理ルールでは対処しきれない情報処理の要求が発生した場合には、システムを一から作り直す必要がある。また、万一、部分放電検出信号が発令された時にさらに詳細情報を収集しようとしても、追加の新たな情報を収集する手段が用意されておらず、現地に技術者を派遣する必要がある等、コスト面、運用面で大きな課題となっていた。

また上記のような従来の手法では、ガス絶縁機器の増設等で部分放電センサの数が増加した場合、同じ情報処理アルゴリズムを持つ情報処理システムをリピート増設すると共に、これら増設分のデータを含めて一つの新しいシステムとして機能させるために、システム統括制御ソフトウェアを新しく作り変える必要があり、コスト面、納期面で大きな制約となっていた。

この発明は、上記のような従来の問題点を解消するためになされたもので、ガス絶縁機器内部の部分放電信号を、波形の特徴を表現する複数の特徴量に変換して収集するセンサモジュールと、各モジュールに収集される情報をセンサ単位で任意に必要な情報を指定して取り出すコンフィギュレータ機能を上位系に持たせることで、各種の処理条件の変更に柔軟に対応できるガス絶縁機器の診断用信号処理装置を得ることを目的とする。

また、ガス絶縁機器の増設等によるセンサ増設に対して、同一のセンサモジュールを増設し、コンフィギュレータ情報のみを書き換えることで、低コストで、柔軟に対応できるようにした診断用信号処理装置を得ることを目的とする。

さらに、部分放電検出信号発令時の新たな情報収集に対しても、遠隔からコンフィギュレータ情報のみを書き換えることで、低コストで、柔軟に対応可能な、ガス絶縁機器の診断用信号処理装置を得ることを目的とする。

この発明に係る診断用信号処理装置は、ガス絶縁機器内に伝搬する電磁波信号を検出する複数の部分放電センサ、この部分放電センサによって検出された電磁波信号を、該信号波形が表現している各種物理量に対応した複数の特徴量に分解して収集する複数のセンサモジュール、前記複数設置された部分放電センサを指定し、どのセンサモジュールからどの特徴量を取り込むかを任意に選択して取り出すコンフィギュレータ機能を持つ上位信号処理装置を備え、前記センサモジュールが収集する特徴量は、正負の第一波波高値、第一波波高値の半値幅、高周波信号のエンベロープ波形、高周波信号の減衰時定数、部分放電信号間のパルスインターバル情報、及びパルス密度としたものである。

また、この発明に係わる診断用信号処理装置は、放電センサおよびセンサモジュールを複数設置し、これら複数のセンサモジュールを統合すると共に、課電位相情報を取り込むようにした上位信号処理装置を備えたものである。

また、この発明に係わる診断用信号処理装置は、ガス絶縁機器の増設による部分放電センサ数の増加に対して、標準のセンサモジュールを増設し、上位信号処理装置のコンフィギュレータのマッピングを当該増設センサ分だけ増やすことで、ガス絶縁機器の増設に対処するようにしたものである。

また、この発明に係わる診断用信号処理装置は、遠隔から通信によって上位信号処理装置内のコンフィギュレータ情報を変更する手段を備え、通常は部分放電の有無検出を行うことで処理すべき情報量の削減を行い、部分放電が検出された時には、遠隔からコンフィギュレータ情報を変更することによって追加情報を入手するようにしたものである。

また、この発明に係わる診断用信号処理装置は、機器の異常を電気信号波形として検出するセンサと、異常に対する検出信号の変化を該信号波形が表現している各種物理量に対応した特徴量に分解して情報収集するセンサモジュールと、このセンサモジュールに収集された複数の情報を、特徴量毎に任意に必要な情報を指定して取り出すコンフィギュレータ機能を持つ上位信号処理装置を備えたものである。

この発明の診断用信号処理装置によれば、各種の処理条件の変更に柔軟に対応できるガス絶縁機器の診断用信号処理装置を得ることができる。

また、ガス絶縁機器の増設等によるセンサ増設に対して、同一のセンサモジュールを増設し、コンフィギュレータ情報のみを書き換えることで、低コストで、柔軟に対応できる診断用信号処理装置を得ることができる。

また、遠隔からコンフィギュレータ情報を変更する手段を備えることによって、部分放電検出信号発令時の新たな情報収集に対しても、遠隔からコンフィギュレータ情報のみを書き換えることで、低コストで、柔軟に対応可能な、ガス絶縁機器の診断用信号処理装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１の診断用信号処理装置について、図１〜図５を参照して説明する。
図１は、この発明の実施の形態１における部分放電センサ信号の典型的な波形例を示すもので、図１において、Ａは高周波部分放電信号波形の第一正極波高値、Ｂは第一負極波高値、Δｔは第一正極波高値Ａの半値幅、ｙは高周波信号のエンベロープを示す関数、Ｔは高周波信号の減衰時定数、ΔＴは部分放電信号間のパルスインターバルであり、これらによって部分放電信号の波形の特徴を代表する。

すなわち、高周波部分放電信号波形の第一正極波高値Ａは、部分放電の放電電荷量に対応した振幅であり唯一放電信号と言えるものである。第一負極波高値Ｂは、第一正極波高値Ａの信号がガス絶縁機器内部を伝播し反射して帰ってきた信号であり、第一正極波高値Ａとの比較においてタンク内部伝播挙動であるかどうかの確認に利用される。
半値幅Δｔは放電信号幅を表現しており、ガス中放電であればこの幅は典型的に数ｎｓ以内となることが知られている。エンベロープ関数ｙは、高周波放電信号がガス絶縁機器のタンク内部を往復反射しながら減衰していくプロセスを表現するものであり、検査タンクの寸法や挿入されているスペーサの数によって望ましい形状が固定する。
減衰時定数Ｔはエンベロープ関数ｙを簡易な形で表現する指標であり、パルスインターバルΔＴは、一つの部分放電によってガス空間に形成されたイオン化等の環境変化が次の部分放電に与える影響を表現している。
したがって、これらの特徴量は部分放電に直接もしくは間接に影響する物理量であり、これら特徴量と、放電がどの程度活発であるかを示す特徴として一定時間あたりの部分放電パルス数Ｎを加えた7種類の情報を、放電波形から抽出する機能を標準的に持たせることで、部分放電診断はあらゆる状況に対応可能となるものである。

図２は、上述の物理量すなわち特徴量を全て収集するセンサモジュールの構成を示している。図２において、１は部分放電センサ（以下、単にセンサともいう。）、２はセンサモジュール、１１はアンプ、１２は、図１の各特徴量Ａｍ、Ｂｍ、ｙｍ…Ｎｍを測定する特徴量抽出処理部である専用サブモジュール、１３は各サブモジュール１２の任意の一つのモジュールの出力を選択出力するマルチプレクサ、１５はマルチプレクサの出力を選択するセレクト信号である。

次に、図２を用いて、ガス絶縁機器内の部分放電を診断する診断用信号処理用のセンサモジュール２の動作を説明する。
センサ1からの部分放電信号は、アンプ１１によって増幅された後に、特徴量Ａｍ、Ｂｍ、ｙｍ…Ｎｍに対応した各サブモジュール１２に並列に入力される。各サブモジュール１２では、それぞれが予め定められた特徴量に対応した情報を測定し保存する。
これら保存された情報は、各サブモジュール１２につながれたマルチプレクサ１３によって任意の情報を選択読み出すことが可能であり、その選択はマルチプレクサ１３のセレクト信号１５によって行なわれる。したがって、外部からマルチプレクサ１３のセレクト信号１５を選択することによって、部分放電の任意の特徴を選択読み出すことが可能となる。

次に、これらセンサモジュール２を利用して実際に構成した部分放電診断装置の構成例を図３に示す。
図３において、１ａ〜１ｄは部分放電センサａ〜ｄ、２ａ〜２ｄはセンサモジュールａ〜ｄ、３は各センサモジュール２ａ〜２ｄの信号を集約して診断を行う上位信号処理装置、５はガス絶縁機器、２０は課電位相情報である。

次に、図２、図３を用いて、ガス絶縁機器内の部分放電を診断する診断装置の動作を説明する。
ガス絶縁機器５に実装された各部分放電センサ１ａ〜１ｄの出力は、各センサモジュール２ａ〜２ｄにそれぞれ入力される。各センサモジュール２ａ〜２ｄは、部分放電センサ１ａ〜１ｄから送られてきた信号に対して、それぞれの内蔵サブモジュール１２が信号特徴量Ａｍ、Ｂｍ、ｙｍ…Ｎｍを個別に測定し保存する。
かかる状態にて、各センサモジュール２ａ〜２ｄを統合する上位信号処理装置３は各センサモジュールを順に指定し、さらにセレクト信号１５を指定することで、各センサ１ａ〜１ｄが検出した部分放電信号の特徴量を入手し、診断に用いることができる。
また、この時、上位信号処理装置３は別途、課電位相情報２０を取り込むことで、各特徴量情報と課電位相との間の依存性を診断情報として利用することが可能となる。

次に、上位信号処理装置３が各センサモジュール２ａ〜２ｄから収集する特徴量を指定する方法について、図４、図５を用いて説明する。
図４はガス絶縁機器（ＧＩＳ）５の単線結線図、ａ〜ｎはＧＩＳ各所に実装された部分放電センサである。
図５は、上位信号処理装置３が各部分放電センサの特徴量を指定するために設定する情報を指定するコンフィギュレータ表であり、ａ〜ｎは対応する部分放電センサ、Ａ、Ｂ、ｙ、……Ｎは特徴量である。

次に、図４、図５を用いて、上位信号処理装置の動作を説明する。なお、説明の都合上、図４の部分放電センサｎが取り付けられている回線は停止し、遮断器が開放されているものとする。
図４において、センサａ、ｂ、ｍ、ｎはラインフィーダに設置されている部分放電センサであり、ラインフィーダの健全性を診断するのに使われる。その他の部分放電センサは母線の健全性診断に使用している。
例えば、ＧＩＳにおいて、万一、内部異常が発生し事故に発展した場合、母線事故では全回線が停止し全停電となる。一方、個別回線の場合にはその回線のみの停止となり、場合によっては別回線からの給電によって停電が回避できる可能性もある。
したがって、母線に設置されたセンサはあらゆる情報を収集して万一に備えるものとし、回線（ラインフィーダ）に設置されたセンサは部分放電の有無検出のみを役割とすると、図５のコンフィギュレータ表において、センサａ、センサｂ、センサｍは、特徴量ＡとＮのみを収集指定するということで該当枠に○を入れる。
また、母線に設置しているセンサはすべての特徴量を収集指定するということで、全ての特徴量に○を入れておく。また、センサｎが設置されている回線は停止しているため、情報収集の必要が無いので、全特徴量に対して指定がされていない。
上位信号処理装置３は、この表から各センサモジュールに対して○印のついている特徴量の情報を順にマルチプレクサのセレクト信号として指定するという基本機能を持たせておくことで、各センサモジュールから機器の使用実態に即した情報を任意に集めることが可能となる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２の診断用信号処理装置について、図６、図７を参照して説明する。実施の形態２の診断用信号処理装置はガス絶縁機器に増設があった場合の一例を示すもので、図６は増設されたガス絶縁機器（ＧＩＳ）の単線結線図例、図７は、上位信号処理装置が各部分放電センサの特徴量を指定するために設定する情報を指定するコンフィギュレータ表であり、図において、ａ〜ｔはＧＩＳ各所に実装された部分放電センサ、Ａ、Ｂ、ｙ、……Ｎは特徴量である。

次に、図６、図７を用いて、ガス絶縁機器に増設があった場合の上位信号処理装置の動作を説明する。なお、説明の都合上、図６の部分放電センサｎが取り付けられている回線は停止し、遮断器が開放されているものとする。
図６において、部分放電センサａ、ｂ、ｍ、ｎ、ｓ、ｔはラインフィーダに設置されている部分放電センサであり、ラインフィーダの健全性を診断するのに使われる。その他の部分放電センサは母線の健全性診断に使用している。
ラインフィーダ用の部分放電センサと母線用の部分放電センサについての情報処理の基本的な考え方は、上述の図４の場合と同一である。したがって、増設に対しては部分放電センサ及びセンサモジュールを標準形でリピート設置する。また、上位信号処理装置ではコンフィギュレータ表を図７のように増設センサｏ〜ｔ分だけ増やして、各センサに対応した特徴量に○をつけるだけで準備は完了する。これによって、上位信号処理装置３は○印のついている特徴量の情報を順にマルチプレクサのセレクト信号として指定するという基本機能にしたがって、自動的に増設分のセンサｏ〜ｔについても情報の取り込みが可能となる。

実施の形態３．
この発明の実施の形態３の診断用信号処理装置について、図８、図９を参照して説明する。実施の形態３の診断用信号処理装置は、ガス絶縁機器内の部分放電を診断する診断装置において、日常の部分放電管理と、なんらかの部分放電信号が検出された場合の管理を遠隔から変更するようにしたものである。
図８はガス絶縁機器内の部分放電を診断する診断装置が、遠隔のオフィスと通信によって結合されているシステムを示す図である。
図８において、１ａ〜１ｄは部分放電センサａ〜ｄ、２ａ〜２ｄはセンサモジュールａ〜ｄ、３は各センサモジュール２ａ〜２ｄの信号を集約して診断を行う上位信号処理装置、５はガス絶縁機器、３０は遠隔オフィスである。
また、図９は、図８の診断システムにおいて部分放電が検出された場合のコンフィギュレーション表の変化を示す。
なお、説明の都合上、部分放電は図４の単線結線図上のセンサｄで発生したものとする。

図８において、部分放電の上位信号処理装置３と遠隔地のオフィス３０は通信手段で結合されており、上位信号処理装置３の判定結果や収集データは遠隔地のオフィス３０で閲覧が可能である。また、同じく通信手段によって遠隔地３０のオフィスから信号処理装置３のデータを変更することも可能である。
かかる構成において常時の監視が行なわれるが、ガス絶縁機器において部分放電が実際に発生する確率は低く、通常時は監視データにほとんど変化は見られないことが多い。
このため、通常の監視においてはコンフィギュレーション表を図９（ａ）のようにパルス管理だけとし、何らかの信号有無管理のみとしておく。これによって上位信号処理装置３や遠隔オフィス３０が取り扱うべき情報は大幅に削減される。

ここで、センサｄが部分放電らしき信号を検出した場合、センサｄ近傍になんらかの異常が発生している可能性がある。遠隔オフィス３０では、図４の単線結線図を基にセンサｄと、その隣接センサであるｃ、ｅ、ｉを選択し、当該センサについてのみ詳細な特徴量収集を指定すべく、通信手段を介してコンフィギュレーション表を図９（ｂ）の部分放電発生時の臨時データ要求情報のように書き換える。この結果、上位信号処理装置３は指定された各センサｃ、ｄ、ｅ、ｉから詳細特徴量情報を集め始め、このデータを遠隔オフィス３０で閲覧することで、現地のガス絶縁機器５に何か異変が起きているのかどうかを、直ちに、しかも現地に人を派遣することなく判断する事が可能となる。

以上のように、この発明の実施の形態１の診断用信号処理装置によれば、部分放電センサからの信号波形を複数の特徴量として逐次変換収集する標準のセンサモジュールを備え、波形の第一正極波高値、第一負極波高値、第一正極波高値の半値幅、高周波信号のエンベロープ波形、高周波信号の減衰時定数、部分放電信号間のパルスインターバル情報、及びパルス密度（一定時間あたりの部分放電パルス数）を収集する機能を備えることによって、部分放電信号処理があらゆる状況の変化に柔軟に対応することができる。

また、複数のセンサモジュールを上位信号処理装置に統合し、上位信号処理装置において別途課電位相を取り込むことで、各センサモジュール情報と課電位相情報を照合することができる。
さらに、部分放電センサを指定し、どのセンサからどの情報を取り込むかを選択できるコンフィギュレータを上位信号処理系に備えることで、診断装置として各種の状況変化に対応した収集情報仕様の変化に柔軟に対処することができる。

また、実施の形態２の診断用信号処理装置によれば、ガス絶縁機器の増設によるセンサ数の増加に対して、標準のセンサモジュールを増設し、コンフィギュレータのマッピングを増やすだけで、低コストで、柔軟に対処することができる。

また、実施の形態３の診断用信号処理装置によれば、遠隔からコンフィギュレータ情報を変更する手段を備えることで、通常は簡単な処理アルゴリズムにて部分放電の有無検出を行うことで、処理すべき情報量の削減を行い、部分放電が検出された時には、遠隔からコンフィギュレータ情報を変更することで追加詳細情報を入手でき、遠隔から詳細な診断を行うことができる。

なお、以上の説明においては、説明の都合上、図１において第一波が正極信号で、その次ぎに負極性信号がくるケースで説明したが、部分放電が課電位相の負電圧領域で発生した場合は、第一波が負極信号でその次ぎに正極性信号がくることもあり、どちらが先に発生しているか（どちらが放電でどちらが反射か）の認識は、時間差や課電位相の参照で容易であり、これら変化は本発明構成の主旨を超えるものではない。また、各センサモジュールと上位信号処理装置間の通信、上位信号処理装置と遠隔オフィス間の通信は既存の各種手段が利用できることはいうまでも無い。

さらには、本発明に係る診断装置は部分放電の検出用途で構成したが、センサの種類を変更して専用のセンサモジュールを設置すれば、各種の監視の柔軟性向上に適用できることは明らかであり、センサ、各種特徴量抽出前処理、コンフィギュレーション機能を持つ上位信号処理装置で構成する診断装置の基本概念は本発明に同じである。

この発明の実施の形態１における部分放電波形の特徴量を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるセンサモジュールの構成を示す図である。 この発明の実施の形態１における部分放電診断装置の全体図を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるガス絶縁機器の単線結線図である。 この発明の実施の形態１の部分放電診断装置におけるセンサ別の収集情報を示す図である。 この発明の実施の形態２におけるガス絶縁機器の単線結線図である。 この発明の実施の形態２の部分放電診断装置におけるセンサ別の収集情報を示す図である。 この発明の実施の形態３における部分放電診断装置を示す図である。 この発明の実施の形態３の部分放電診断装置におけるセンサ別の収集情報の変化を示す図である。

符号の説明

１、１ａ〜１ｄ 部分放電センサ ２、２ａ〜２ｄ センサモジュール
３ 上位信号処理装置 ５ ガス絶縁機器（ＧＩＳ） １０ 部分放電波形
１１ アンプ １２ 特徴抽出処理部（サブモジュール） １３ マルチプレクサ
１５ セレクト信号 ２０ 課電位相情報 ３０ 遠隔オフィス

Claims (4)

1. ガス絶縁機器内に伝搬する電磁波信号を検出する複数の部分放電センサ、この部分放電センサによって検出された電磁波信号を、該信号波形が表現している各種物理量に対応した複数の特徴量に分解して収集する複数のセンサモジュール、前記複数設置された部分放電センサを指定し、どのセンサモジュールからどの特徴量を取り込むかを任意に選択して取り出すコンフィギュレータ機能を持つ上位信号処理装置を備え、前記センサモジュールが収集する特徴量は、正負の第一波波高値、第一波波高値の半値幅、高周波信号のエンベロープ波形、高周波信号の減衰時定数、部分放電信号間のパルスインターバル情報、及びパルス密度としたことを特徴とする診断用信号処理装置。
2. 前記上位信号処理装置は、前記複数のセンサモジュールに共通に接続されると共に、課電位相情報を取り込むようにしたことを特徴とする請求項１に記載の診断用信号処理装置。
3. ガス絶縁機器の増設による部分放電センサ数を増加する時に、増加するセンサ数に対応してセンサモジュールを増設し、上位信号処理装置のコンフィギュレータのマッピングを当該増設センサ分だけ増やすことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の診断用信号処理装置。
4. 遠隔オフィスから通信によって上位信号処理装置内のコンフィギュレータ情報を変更する変更手段を備え、前記変更手段は部分放電が検出された時には、遠隔オフィスからコンフィギュレータ情報を変更することによって追加情報を入手するようにしたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の診断用信号処理装置。

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