JP5603026B2 - 部分放電監視装置 - Google Patents

Description

本発明は、部分放電監視装置の技術に関する。

ＧＩＳ（Gas Insulated Switchgear）の主なる事故原因の６割を占めるといわれている絶縁不良の兆候である部分放電を捉えることは非常に重要であり、その監視にＰＤＭ（Partial Discharge Monitoring）装置が用いられている。
図６は、このようなＰＤＭ装置を備える従来における部分放電監視システムの例を示す図である。
各変電所７ａの部分放電監視システムＢにおいて、ＧＩＳ４は、三相交流に対応したＡ相、Ｂ相、Ｃ相を有している。Ａ相、Ｂ相、Ｃ相のそれぞれには、ＧＩＳ４内の信号値を測定するセンサ３が備えられており、センサ３が取得した信号データは、ケーブル８を介してデテクタボックス２へ送信される。なお、この信号値は、ＧＩＳに影響を及ぼさないような部分放電や、事前に除去できなかったノイズなども含んでおり、後記する一次判定および二次判定によりＧＩＳに影響を及ぼすＰＤであるか否かや、ノイズではなく本当にＰＤであるか否かなどが判定される。デテクタボックス２は、センサ３から送信された信号データに対し、図４で後記する一次判定を行い、取得した信号データが部分放電に該当するデータであるか否かを判定する。

この一次判定の結果、取得した信号データが部分放電に該当すると判定されれば、デテクタボックス２は、光ケーブルなどの通信網９およびハブ１０などを介して、ＰＤＭ装置１ａへ一次判定の結果である一次データを送信する。
同様に、他のＧＩＳ４における一次データも、センサ３→デテクタボックス２→ハブ１０を介して、ＰＤＭ装置１ａへ集められる。

ＰＤＭ装置１ａに送られる一次データは、信号値、信号の周波数、位相、時刻などの情報を含んでいる。ＰＤＭ装置１ａでは、送られた情報が、ＧＩＳ４に影響を及ぼす部分放電であるか否かや、本当に部分放電に該当するのか否かを詳細に判定する二次判定や、ＧＩＳ４のどこに部分放電が発生したかを分析する位置評定処理や事前に設定した閾値を超えた信号を時系列的に記録し、部分放電の原因判定やその危険度を判定する。ここで、閾値は超えているが、二次判定によって、部分放電ではないと判定されたり、ＧＩＳ４に影響を及ぼさないと判定された一次データは「イベント」という現象として記録される。

ＰＤＭ装置１ａには、表示装置１２が備えられており、この表示装置１２がデテクタボックス２から送られた一次データや、二次判定や、解析の結果を表示する。表示される解析の結果は、ＰＤ（Partial Discharge：部分放電）値‐周波数、ＰＤ値‐位相などのデータを２次元で表示したり、ＰＤ値‐周波数‐時間、ＰＤ値‐位相‐時間などのデータを３次元で表示したりするＰＤリアルタイムデータとそのトレンドデータ、ＧＩＳ４のどこに部分放電が発生しているかの情報や、ＰＤ発生記録リスト、各センサ３での信号値とその周波数を表示した単線結線図などである。解析の結果として、簡易型ＰＤＭ装置１や、部分放電監視システムＡの状況に関する情報や、端末６を介して入力された簡易型ＰＤＭ装置１の設定値の変更などに関連する手動操作の情報などが含まれる場合もある。

また、ＰＤＭ装置１ａには、図示しない警報装置が接続されている。ＰＤＭ装置１ａは、デテクタボックス２から一次データを受信すると共に、警報装置に警報を出力させる。監視者は、警報を確認すると、ＰＤＭ装置１ａが設置されている部屋へ移動し、ＰＤＭ装置１ａに備えられている表示装置１２に表示されている各情報を確認する。

また、変電所７ａの外部には、複数の変電所７ａにおけるＰＤＭ装置１ａを監視している遠隔監視装置１１が、ＷＡＮ（Wide Area Network）などの広域通信網１３を介して、各変電所７ａのＰＤＭ装置１ａに接続されている。

ここで、図６に示すようなＰＤＭ装置１ａの分析において、位置評定処理や、単線結線図などの情報は、ＧＩＳ４や、このＧＩＳ４に設置されているセンサ３の構成が分かっていないと分析することができない。そのため、図６に示すようなＰＤＭ装置１ａは、予め設定されている特定のＧＩＳ４にしか使用することができない。また、このようなＰＤＭ装置１ａは高価であるため、重要な変電所である２００ｋＶ以上の電圧を扱う変電所７ａに使用されることが多い。
しかしながら、実際には１５６ｋＶ以下の変電所７ａなどにも使用したいといった要望がある。

非特許文献１には、このような要望に対する一つの方法として、スマートカプラ（Smart Coupler）が提示されている。スマートカプラとは、図６におけるセンサ３とデテクタボックス２を合わせたものである。スマートカプラで測定・判定された一次データは、ベースユニット（Base Unit）に送信される。ベースユニットは、送信された一次データを格納し、ＬＡＮ（Local Area Network）や、ブルートゥース（Bluetooth：登録商標）などを介してＰＣ（Personal Computer）へ送られる。一次データを送られたＰＣは、位置評定処理や、ＰＤ判定などの分析処理を行う。

"ＳｍａｒｔＣｏｕｐｌｅｒ Ｇ"、[online]、２００５年１月、Ｄｉａｇｎｏｓｔｉｃ Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｌｔｄ、［平成２１年５月２１日検索、インターネット<URL:http://www.dmsystems.co.uk/brochures/SmartCoupler_G.pdf>

しかしながら、非特許文献１に記載の技術は、一次データを格納するのみの機能しか有していない。従って、ベースユニットが、スマートカプラ（デテクタボックス）から一次データを受信し、警報が出力されてから、ＰＣをベースユニットに接続し、一次データをダウンロードしても、それからＰＣ上で、二次判定などを行う必要があり、監視者が部分放電であるか否かの結果を確認するまでに時間がかかってしまう。

このような背景に鑑みて本発明がなされたのであり、本発明は、特定のＧＩＳに限らず使用でき、かつ監視者が必要とする最低限の情報をすばやく確認できることを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明の部分放電装置は、デテクタボックスから送信された一次データに対し、二次判定を行い、一次データおよび二次判定の結果の情報のうち、少なくとも１つを用いて、ＧＩＳの構造によらない解析データを生成し、前記二次判定の結果や、解析データを記憶部に格納することを特徴とする。
その他の解決手段は、実施形態中において適宜記載する。

本発明によれば、特定のＧＩＳに限らず使用でき、かつ監視者が必要とする最低限の情報をすばやく確認できる。

本実施形態に係る部分放電監視システムの構成例を示す図である 本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置の構成例を示す図である。 本実施形態に係る全体処理の概要手順を示すフローチャートである。 デテクタボックスにおける処理の手順を示すフローチャートである。 本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置における処理の手順を示すフローチャートである。 従来における部分放電監視システムの例を示す図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

（システム構成）
図１は、本実施形態に係る部分放電監視システムの構成例を示す図である。なお、図１において、前記した図６と同様の要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
変電所７に設置される部分放電監視システムＡにおいて、ＧＩＳ４は、三相交流に対応したＡ相、Ｂ相、Ｃ相を有している。Ａ相、Ｂ相、Ｃ相のそれぞれには、ＧＩＳ４内の信号値を常時測定するセンサ３が備えられており、センサ３が取得した信号データは、ケーブル８を介してデテクタボックス２へ逐次送信される。なお、この信号値は、ＧＩＳに影響を及ぼさないような部分放電や、事前に除去できなかったノイズなども含んでおり、後記する一次判定および二次判定によりＧＩＳに影響を及ぼすＰＤであるか否かや、ノイズではなく本当にＰＤであるか否かなどが判定される。デテクタボックス２は、センサ３から送信された信号データに対し、図４で後記する一次判定を行い、取得した信号データが部分放電に該当するデータであるか否かを判定する。なお、デテクタボックス２は、固定型であってもよいし、非固定型であってもよい。
なお、特定のデテクタボックス２をマスタとして、このマスタのデテクタボックス２に簡易型ＰＤＭ装置１を接続（マウント）してもよい。

一次判定の結果、取得した信号データが部分放電に該当すると判定されれば、デテクタボックス２は、光ケーブルなどの通信網９などを介して、図１に示すようにボックス型の形状をしている簡易型ＰＤＭ装置１（部分放電監視装置）へ部分放電に該当すると判定された期間の信号データ（一次データ）を送信する。
同様に、他のＧＩＳ４における一次データも、センサ３→デテクタボックス２を介して、簡易型ＰＤＭ装置１へ集められる。

簡易型ＰＤＭ装置１は、デテクタボックス２から一次データを受信すると、警報装置５から警報情報を出力させるとともに、受信した一次データが本当に部分放電に該当するデータであるのか否かなどを判定するＰＤ判定などの二次判定や、後記するその他の解析処理を行い、受信した一次データおよび二次判定の結果を記憶部１２０（図２）に格納する。
そして、監視者が警報出力を確認した後、ノートＰＣなどの端末６（外部装置）を簡易型ＰＤＭ装置１に接続すると、簡易型ＰＤＭ装置１から端末６へ一次データや、二次判定の結果の情報や、解析処理の結果の情報などが送られる。
また、デテクタボックス２が多い場合や、デテクタボックス２と、簡易型ＰＤＭ装置１との間の距離が長くなる場合などには、簡易型ＰＤＭ装置１とデテクタボックス２の間にハブを設置してもよい。

（簡易型ＰＤＭ装置構成）
図２は、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置の構成例を示す図である。
簡易型ＰＤＭ装置１は、受信部１３０と、送信部１４０と、端末接続部１５０と、処理部１１０と、記憶部１２０とを有している。受信部１３０は、デテクタボックス２から一次データを受信するなどの処理を行う。送信部１４０は、警報装置５（図１）へ情報を送信する処理を行う。端末接続部１５０は、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）ポートなどの端末６と簡易型ＰＤＭ装置１とを接続し、接続された端末６との通信を行う接続端子である。記憶部１２０は、一次データや、二次判定の結果や、後記する解析処理の結果の情報である蓄積データ１２１を格納している。なお、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置１は、図６に示すＰＤＭ装置１ａのような表示装置１２を備えていない。表示装置１２を備えないことにより、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置１は、可搬性を高めることができる。

処理部１１０は、警報処理部１１１と、二次判定処理部１１２と、解析処理部１１３と、データ蓄積処理部１１４と、外部装置処理部としての端末処理部１１５を有する。警報処理部１１１は、一次データの受信を検知すると、警報装置５に警報情報を出力させる処理を行う。二次判定処理部１１２は、ＰＤ判定などの二次判定を行う機能を有する。解析処理部１１３は、二次判定の結果や、部分放電データを使用して、ＰＤリアルタイムトレンドのデータや、ＰＤリストなどの解析処理の結果であるデータを作成する機能を有する。データ蓄積処理部１１４は、受信した一次データや、二次判定の結果の情報を蓄積データ１２１として記憶部１２０に記憶する処理を行う。端末処理部１１５は、端末接続部１５０における端末６の接続を検知し、端末６から蓄積データ１２１のダウンロードが指示されると、記憶部１２０の蓄積データ１２１を端末６へ送信する。
なお、解析処理部１１３は、省略可能である。

また、処理部１１０の各部１１１〜１１５は、図示しないＲＯＭ（Read Only Memory）や、図示しないＨＤ（Hard Disｋ）に格納されたプログラムが、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）に展開され、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）によって実行されることによって具現化する。

（全体処理）
図３は、本実施形態に係る全体処理の概要手順を示すフローチャートである。なお、デテクタボックス２および簡易型ＰＤＭ装置１の詳細な処理手順は、図４および図５を参照して後記する。
まず、センサ３は検知したＧＩＳ４における信号値に関するデータをデテクタボックス２へ送信する（Ｓ１０１）。
センサ３からのデータを受信した（Ｓ１０２）デテクタボックス２は、一次判定処理を行って（Ｓ１０３）、センサ３から受信したデータが部分放電に該当するか否かを判定する。一次判定処理の詳細については、図４で後記する。
一次判定処理の結果、部分放電に該当すると判定されたデータは、一次データとして簡易型ＰＤＭ装置１へ送信される（Ｓ１０４）。

一次データを受信した（Ｓ１０５）簡易型ＰＤＭ装置１は、警報装置５へ警報情報を出力するよう警報指示を行う（Ｓ１０６）。警報指示された警報装置５は、警報を出力する（Ｓ１０７）。
また、簡易型ＰＤＭ装置１は、受信した一次データが本当に部分放電に該当するのか否かなどを詳細に判定する二次判定処理を行い（Ｓ１０８）、さらに解析処理を行った（Ｓ１０９）後、受信した一次データや、二次判定処理の結果や、解析処理の結果の情報を記憶部１２０に格納するデータ蓄積処理を行う（Ｓ１１０）。二次判定処理の詳細は、図５で後記する。
なお、ステップＳ１０８，Ｓ１０９の処理後に、ステップＳ１０６の処理を行ってもよいし、ステップＳ１０８，Ｓ１０９の処理の間にステップＳ１０６の処理を行ってもよい。

（デテクタボックスの処理）
次に、図１を参照しつつ、図４に沿ってデテクタボックス２における処理の説明を行う。
図４は、デテクタボックスにおける処理の手順を示すフローチャートである。
まず、デテクタボックス２は、センサ３からＧＩＳ４における信号値などのデータを受信する（Ｓ２０１）。
次に、デテクタボックス２は、センサ３から受信したデータが一次判定条件のすべてに適合するか、または少なくとも後記する（１）の条件を満たすか否かを判定し（Ｓ２０２）、当該データが部分放電に該当するか否かを判定する。なお、ステップＳ２０２の処理では、センサ３から受信したデータが一次判定条件に適合するか否かと、少なくとも後記する（１）の条件を満たすか否かの判定のどちらか一方が行われる。
一次判定条件は、以下の３つがある。
（１）値が予め設定されている所定の値以上である。
（２）前記所定の電圧値以上である時間が予め設定されている時間以上である。
（３）他の相に同様の変化が生じていない。
これらの一次判定条件のうち、（３）は、例えば、Ａ相（図１）で信号値の変化が検知された場合、Ｂ相、Ｃ相においても同様の変化が生じていれば、外乱ノイズの影響などが考えられるためである。

ステップＳ２０２において、受信したデータが、一次判定電条件の３つのすべてを満たすか、または少なくとも（１）の条件を満たす場合（Ｓ２０２→Ｙｅｓ）、デテクタボックス２は、受信したデータを一次データとして簡易型ＰＤＭ装置１へ送信し（Ｓ２０３）、ステップＳ２０１へ処理を戻す。
ステップＳ２０２において、受信したデータが、一次判定条件のうち、１つでも満たさない場合もしくは少なくとも（１）の条件を満たさない場合（Ｓ２０２→Ｎｏ）、デテクタボックス２は、センサ３から受信したデータを破棄して（Ｓ２０４）、ステップＳ２０１へ処理をもどす。

なお、デテクタボックス２は、前記した３つの一次判定条件のうち、少なくとも（１）の条件を満たしていれば、一次データとして簡易型ＰＤＭ装置１へ送信し、簡易型ＰＤＭ装置１の二次判定において、部分放電でないと判定されれば、参考のために「イベントデータ」として簡易型ＰＤＭ装置１の記憶部１２０に保存してもよい。

（簡易型ＰＤＭ装置の処理）
次に、図１および図２を参照しつつ、図５に沿って、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置１における処理を説明する。
図５は、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置における処理の手順を示すフローチャートである。
まず、処理部１１０が、デテクタボックス２から一次データを受信したか否かを判定する（Ｓ３０１）。
ステップＳ３０１において、一次データを受信していない場合（Ｓ３０１→Ｎｏ）、処理部１１０は、ステップＳ３０６へ処理を進める。
ステップＳ３０１において、一次データを受信した場合（Ｓ３０１→Ｙｅｓ）、警報処理部１１１は、警報装置５に警報情報を出力するよう送信部１４０を介して指示する（Ｓ３０２）。

次に、二次判定処理部１１２が、受信した一次データを使用して、二次判定処理を行う（Ｓ３０３）。
二次判定処理には、ＰＤ判定処理などが含まれる。ＰＤ判定処理とは、位相情報などを基に、詳細な解析を行うことで、受信した一次データが本当に部分放電に該当するのかや、ＧＩＳ４に影響を及ぼす部分放電であるか否かなどを判定する処理である。つまり、デテクタボックス２における一次判定処理（Ｓ２０２）は、簡易的な判定処理であり、簡易型ＰＤＭ装置１における二次判定処理（Ｓ３０３）は詳細な判定処理であるといえる。
二次判定処理の結果、部分放電に該当しないと判定されたり、ＧＩＳ４に影響を及ぼさない部分放電と判定されたりした一次データは、イベントデータとして蓄積データ１２１に含まれる。

次に、解析処理部１１３が、二次判定処理の結果や、一次データを使用して解析処理を行い（Ｓ３０４）、解析データを作成する。解析データとは、ＰＤ値‐周波数、ＰＤ値‐位相などのデータを２次元で表示したり、ＰＤ値‐周波数‐時間、ＰＤ値‐位相‐時間などのデータを３次元で表示したりするＰＤリアルタイムデータおよびトレンドデータや、部分放電リストや、イベントのリストや、一次データの来歴などに関するデータである。
なお、ステップＳ３０４では、部分放電がＧＩＳ４のどこに生じたかといった情報である位置評定など、ＧＩＳ４の構造や、センサ３の構造に関する情報を必要とする解析は行わない。ＧＩＳ４の構造や、センサ３の構造に関する情報を必要とする解析を行わないことにより、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置１は、図６に示すＰＤＭ装置と異なり、特定のＧＩＳ４に限ることなく使用することができる。
また、ステップＳ３０４の処理は、省略してもよい。
さらに、ステップＳ３０２の処理は、ステップＳ３０１〜Ｓ３０５の処理の間のどこで行われてもよい。

ステップＳ３０４の後、データ蓄積処理部１１４がステップＳ３０３の二次判定結果や、ステップＳ３０４の解析結果を蓄積データ１２１として、記憶部１２０に格納するデータ蓄積処理を行う（Ｓ３０５）。蓄積データ１２１には、デテクタボックス２から受信した一次データを含んでもよい。

次に、端末処理部１１５は、端末接続部１５０に端末６が接続されたか否かを判定する（Ｓ３０６）。
ステップＳ３０６の結果、端末接続部１５０に端末６が接続されていない場合（Ｓ３０６→Ｎｏ）、処理部１１０がステップＳ３０１へ処理を戻す。
ステップＳ３０６の結果、端末接続部１５０に端末６が接続されている場合（Ｓ３０６→Ｙｅｓ）、端末処理部１１５が、端末接続部１５０を介して、端末６へ蓄積データ１２１を送信し（Ｓ３０７）、処理部１１０がステップＳ３０１へ処理を戻す。

なお、端末６は、ノートＰＣに限らずＰＤＡ（Personal Digital Assistant）や、携帯電話など情報の表示機能を有するものであればよい。
また、簡易型ＰＤＭ装置１には、持ち運びに便利なよう図示しない取っ手などを備えてもよい。
さらに、本実施形態では、簡易型ＰＤＭ装置１の形状をボックス型としたが、これに限らず、持ち運べる形状であればよい。
また、蓄積データ１２１には、二次判定の結果のみが格納されていてもよい。
さらに、簡易型ＰＤＭ装置１と、端末６の接続は、例えばＵＳＢなどの有線接続でもよいし、ブルートゥースなどの近接無線接続でもよい。また、端末６は、通信網９などを介して簡易型ＰＤＭ装置１に接続してもよい。
さらに、警報装置５は、変電所７の外部に設置されてもよい。

（まとめ）
本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置１によれば、簡易型ＰＤＭ装置１において部分放電の二次判定を行うことで、監視者は端末６に蓄積データ１２１をダウンロードするだけで必要なデータをすぐに確認することができる。非特許文献１に記載の技術では、二次判定などの処理を行わず、一次データを蓄積するだけなので、監視者が端末６に一次データをダウンロードした後、二次判定などの処理を行う必要があり、必要なデータの確認が遅れる場合がある。
さらに、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置１によれば、簡易型ＰＤＭ装置１においてＰＤ値‐周波数、ＰＤ値‐位相などのデータを２次元で表示したり、ＰＤ値‐周波数‐時間、ＰＤ値‐位相‐時間などのデータを３次元で表示したりするＰＤリアルタイムデータとそのトレンドデータや、部分放電リストや、イベントのリストや、一次データの来歴などに関する解析データを作成することで、監視者は、これらのデータをダウンロードするだけで必要とするデータをすぐに確認できる。

また、本実施形態に係る簡易型ＰＤＭ装置１によれば、ステップＳ３０４の解析処理において部分放電がＧＩＳ４のどこに生じたかといった情報である位置評定など、ＧＩＳ４の構造や、センサ３の構造に関する情報を必要とする解析を行わないことにより、特定のＧＩＳ４に限ることなく使用することができる。このため、時期をずらすことにより、１つの簡易型ＰＤＭ装置１で複数のＧＩＳ４での点検を行うことができる。
さらに、表示装置１２を備えないことにより、形状をコンパクトにでき、可搬性に優れた簡易型ＰＤＭ装置１を提供することができる。また、表示装置１２を備えず、ＧＩＳ４の構造や、センサ３の構造に関する情報を必要とする解析を行わないことによりコストを削減することができる。

１ 簡易型ＰＤＭ装置（部分放電監視装置）
２ デテクタボックス
３ センサ
４ ＧＩＳ
５ 警報装置
６ 端末（外部装置）
７ 変電所
１１０ 処理部
１１１ 警報処理部
１１２ 二次判定処理部
１１３ 解析処理部
１１４ データ蓄積処理部
１１５ 端末処理部（外部装置処理部）
１２０ 記憶部
１２１ 蓄積データ
１３０ 受信部
１４０ 送信部
１５０ 端末接続部
Ａ 部分放電監視システム

Claims (4)

1. ＧＩＳにおける部分放電を監視する部分放電監視装置であって、
   前記ＧＩＳに備えられているセンサからのデータに対して、デテクタボックスが行った一次判定の結果である一次データを、前記デテクタボックスから受信する受信部と、
   前記一次データが部分放電に該当する情報であるか否かを判定する二次判定を行う二次判定処理部と、
   前記一次データおよび前記二次判定の結果の情報のうち、少なくとも１つを用いて、前記ＧＩＳの構造によらない解析データを生成する解析処理部と、
   前記二次判定の結果および前記解析データを含む蓄積データを、記憶部に格納するデータ蓄積処理部と、を
   有することを特徴とする部分放電監視装置。
2. 前記受信部が、前記デテクタボックスから、前記部分放電に関するデータを受信すると、警報情報を警報装置に出力させる警報処理部を、
   さらに有することを特徴とする請求項１に記載の部分放電監視装置。
3. 外部装置が、前記部分放電監視装置自身に接続されると、
   前記記憶部に蓄積されているデータを前記外部装置へ送信する外部装置処理部を、
   さらに有することを特徴とする請求項１に記載の部分放電監視装置。
4. 前記解析データは、部分放電値‐周波数を含むとともに、部分放電値‐位相を含むデータを２次元で表示するＰＤリアルタイムトレンドと、部分放電値‐周波数‐時間を含むとともに、部分放電値‐位相‐時間を含むデータを３次元で表示するＰＤリアルタイムトレンドと、部分放電リストと、前記二次判定の結果、部分放電に該当しないと判定されたイベントのリストであるイベントリストと、前記一次データの来歴に関するデータと、を含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の部分放電監視装置。

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