JP6253775B2 - 部分放電診断システム及び部分放電診断方法 - Google Patents

Description

本発明は部分放電診断システム及び部分放電診断方法に係り、特に、変電所等に設置される変圧器、ガス絶縁開閉装置等の高電圧機器の内部に発生する部分放電を検出し絶縁劣化の有無を診断するものに好適な部分放電診断システム及び部分放電診断方法に関する。

一般に、絶縁ガスが充填された密閉金属容器内に金物異物等の内部欠陥が存在すると、異物先端において局所的な高電界が形成され部分放電を発生することが知られている。この部分放電が継続すると最終的には絶縁破壊に至る可能性があり、部分放電の早期検出が重要視されている。

また、金属異物は経年劣化で発生するだけでなく、ガス絶縁開閉器の変電所内での組立て作業において発生する場合も多いため、部分放電アンテナを、ガス絶縁開閉装置や変圧器に組み込んで変電所に据え付けて、完了検査にて部分放電診断を行う場合も増加している。

一方、高電圧機器の電圧位相と部分放電発生時刻とを重ねて評価することで、放電原因及び位置を特定できることが知られている。

特許文献１には、ガス絶縁開閉器に浮遊電極（アンテナ）を設け、出力される部分放電信号と電源位相を検出回路で分離検出し、それぞれをデジタル化し光ファイバで解析装置へ送信して部分放電の有無を判定することが記載されている。

また、特許文献２には、測定器（本発明の部分放電検出回路）の駆動電源の電圧の位相を検出し、部分放電信号の電源位相パターンを補正することが記載されている。

更に、特許文献３には、電源基準検出装置を設け、複数の部分放電検出回路に有線通信にてサンプリングクロックと電源基準信号（電源ゼロクロス点）を供給し、電源位相と合わせた部分放電信号検出をすることが記載されている。

特開平４−２１５０７４号公報 特開２００５−２３３８３７号公報 特開２０１２−１４１１７８号公報

しかしながら、上述した特許文献１−３では、部分放電検出回路を省配線化し電池駆動とすることで設置工事を容易にすることについては考慮されていない。即ち、特許文献１−３では、検出信号を高速な光通信等の有線通信で実現しており、また、このため消費電力も高く、回路駆動電源も外部から電源線にて供給する必要がある。電源線や通信線が存在すれば工事コストも増加し、更には雷等によるサージ電圧に対する保護回路が必要になるなどの課題もある。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、部分放電検出回路の通信線や電源線を省いて工事コストを低減して回路の省電力化及び無線通信化を可能とし、電源位相と同期して部分放電信号を検出することができる部分放電診断システム及び部分放電診断方法を提供することにある。

本発明の部分放電診断システムは、上記目的を達成するために、複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備え、前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の１周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、検出した前記信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点の時刻から前記検出した信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする。

また、本発明の部分放電診断方法は、上記目的を達成するために、複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備えた部分放電診断システムで被診断機器に発生する部分放電を診断するに当たり、前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の１周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、前記検出した信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点時刻から検出した前記信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする。

本発明によれば、部分放電検出回路の通信線や電源線を省いて工事コストを低減して回路の省電力化及び無線通信化を可能とし、電源位相と同期して部分放電信号を検出することができる。

本発明の部分放電診断システムの実施例１を示す構成図である。 本発明の実施例２における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、無線基地局からの送信データ例を示す図である。 本発明の実施例２における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、部分放電検出回路の無線通信部からの送信データ例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例１におけるスレーブタイマの時刻同期の処理フローを示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例１における測定期間と電源電圧波形の関係を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例１における部分放電信号の検波信号及びＬＰＦ通過信号の例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例１における放電信号の位相パターンの例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例１におけるＢＰＦの周波数特性の例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例１におけるＢＰＦ特性の異なる例を示す図である。 ガス絶縁開閉器のガス充填部の断面図と従来の部分放電アンテナ及び従来の部分放電検出回路を示す図である。 従来のスペクトルアライザ方式の部分放電検出回路を示す図である。 本発明の実施例２を示し、部分放電検出回路のＣＰＵの処理フロー図である。 本発明の実施例２を示し、電源位相と合わせて図示した部分放電信号列と測定期間の関係を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例４を示す構成図である。 本発明の実施例３における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、無線基地局からの送信データ例を示す図である。 本発明の実施例３における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、部分放電検出回路の無線通信部からの送信データ例を示す図である。 本発明の実施例５である部分放電検出回路の信号検出部の一部を示す図である。 本発明の実施例５である部分放電信号と放送波、無線通信信号の検波信号の例を示す図である。

以下、図示した実施例に基づいて本発明の部分放電診断システム及び部分放電診断方法を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。

図１に、本発明の部分放電診断システムの実施例１として、変電所に設置された部分放電診断システムを示す。

該図に示す如く、部分放電診断・解析装置１は、表示装置２及び記憶装置３と接続されており、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎの信号を検出する部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎからの情報を受信して、部分放電の有無や発生場所の特定等を診断し表示及び記録するものである。

部分放電診断・解析装置１は、有線通信ネットワーク４を介して無線基地局７、マスタタイマ８及び電圧変成器（以下、ＶＴという）１０や電流変成器（ＣＴ）１１と接続された保護リレー９とネットワーク化されている。

有線通信ネットワーク４でネットワーク化された上述の機器は、マスタタイマ８と時刻同期する機能を備えている。この時刻同期の具体的な手順は、例えば、ＩＥＥＥ１５８８で規格化された手順を用いる。

部分放電診断・解析装置１は、保護リレー９を介してＶＴ１０で検出する電圧波形から電源ゼロクロス点の時刻を定期的に収集する。なお、電源ゼロクロス点の時刻は保護リレー９で測定したが、部分放電診断・解析装置１に供給された交流電源のゼロクロス点の時刻を用いても良い。

次に、図１の部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎについて説明する。該図に示す部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎは、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎからの放電信号を検出し、無線通信部１３を介して部分放電信号を部分放電診断・解析装置１に送信するものである（放電信号は、無線通信部１３から無線基地局７を介して部分放電診断・解析装置１に送信される）。また、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎにはスレーブタイマ２５が設けられており、無線通信を介してマスタタイマ８と時刻同期する。

図３に、ＣＰＵ２６で実施する時刻同期の処理フローを示す。該図に示すように、無線基地局７から送信するパケットに時刻情報（タイムスタンプＴｓ）を付加（取得）し（Ｓ３−１）、ＣＰＵ２６ではＴｓを受信するとスレーブタイマ２５の時刻Ｔｘを読み込み（取得）（Ｓ３−２）、両者を比較する（Ｓ３−３）。両者に一定値以上の差（Ｓ３−４）が発生すればスレーブタイマ２５の時刻を補正する（Ｓ３−５）。時刻同期においては、受信処理時間や無線通信での遅延時間及びその変動が、時刻同期精度に影響することが知られており、それらを考慮して時刻を補正する。

無線通信方式にはいろいろな方式が存在するが、時刻同期精度の観点から無線基地局７から各部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎへ送信する下り通信は、常に一定間隔で送信し、パケットにタイムスタンプＴｓを設ければ無線通信の通信時間の変動を抑えることができる。また、無線通信によるスレーブタイマ２５の時刻同期について説明したが、マスタタイマ８及びスレーブタイマ２５にＧＰＳ受信機を接続し、ＧＰＳを用いて時刻同期を実現することもできる。

図１の部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎには、電源周期タイマ２４を備えている。この電源周期タイマ２４は、電源周波数５０Ｈｚ或いは６０Ｈｚの周期を計時するタイマであり、分割クロック発生器２３は、電源周波数の整数倍のクロックを生成するもので、部分放電検出信号をＡＤ変換器２０ａ、２０ｂでデジタル化するサンプリングクロックとする。分割クロック発生器２３の周波数は、電源周波数の２０から１００倍程度とすれば良い。

電源周波数の１周期の間に分割クロック発生器２３によりデジタル化された部分放電信号列は、ＣＰＵ２６でパケットデータとして電源１周期の測定開始時刻を付加して無線通信部１３から無線基地局７を介して部分放電診断・解析装置１に送信される。部分放電診断・解析装置１では、測定開始時刻と上述した電源ゼロクロス点時刻から両者の位相差を検出し、部分放電信号列の並び替えを実施する。

図４に、部分放電信号列の並び替えの概要を示す。図４は、測定開始時刻（Ｔｓｔａｒｔ）、部分放電信号列（データ数２０）と電源電圧波形の位相関係を示したものである。

本実施例の部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎには、電源ゼロクロス点を測定する機能やゼロクロスタイミングを受信する機能を設けていないために、Ｔｓｔａｒｔは、電源ゼロクロス点に対しては常に一定の時間差とはならない。このため、部分放電信号列にＴｓｔａｒｔを付加して部分放電診断・解析装置１に送信し、別手段で計測したゼロクロス点時刻からＴｓｔａｒｔとの電源位相差を算出する。図４に示すように、例えば、部分放電信号列の１２番目のデータがゼロクロス点となる場合には、１２番目のデータを先頭として信号列を並び替えれば良い。

以上の説明では、一つのゼロクロス点時刻で位相差を判定する手順について説明したが、複数点の時刻を用いて位相差を計算すると精度が向上することはいうまでもない。

部分放電は電源位相の特定位置に発生する場合があり、この場合の電源位相は、例えば、ガス絶縁開閉器においては導体に流れる電圧となる。

図１に示すＶＴ１０を３相のうち中相のみに設置する場合で、ＶＴ１０で測定した電圧相と部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎが設置された相が異なる場合には、その位相差を考慮して部分放電信号列を並び替える必要がある。Ｕ、Ｖ、Ｗ各相の位相差は常に１２０°であり、相が異なる場合には１２０°の位相を加算或いは減算して位相差を計算する必要がある。

このように本実施例では、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎにゼロクロス検出機能や電源同期信号を受信する機能は必要でなく、かつ、電源位相に同期した部分放電信号列で解析することができるため回路の簡素化が図れる。

図１の部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎには、電池１２を設け回路駆動電圧を供給するため、電源線が不要である。また、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎは、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎとのみ電気的に接続されており、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎを経由して伝播する雷等によるサージ電圧に対する保護回路を簡略化できる。即ち、従来技術では、部分放電アンテナとの接続端子にはサージ保護回路が必要であるが、本実施例では、電源線や通信線がないために、サージ電圧がこれらの線を介して流れることはなく、従って、保護素子も不要となる。

図１において、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎからの信号は、スイッチ（ＳＷ１）１４ａでＢＰＦバンク１５にある複数のＢＰＦ１、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３、ＢＰＦ４のいずれか一つに入力され、スイッチ（ＳＷ２）１４ｂを介して対数増幅器１６、検波器１７を介して部分放電信号強度を検出する。

検波器１７の出力信号は、ピーク検出器２１及びＬＰＦ１（１８）に入力され、ピーク値と平均値が、上述した分割クロック毎にＡＤ変換器２０ａ、２０ｂでデジタル化されてＣＰＵ２６に入力される。

図５に示すように、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎから出力される部分放電信号は、約１ｎｓｅｃ程度のパルス状波形で、その周波数成分の上限は１５００ＭＨｚ程度であることが知られている。

図５の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）に示す信号強度は、部分放電を発生する金属異物との距離に比例するため正確に測定することは重要であり、電源位相に対する発生時刻も発生部位の特定には重要な情報となる。従って、ピーク値とその時刻を検出する必要があるが、多数発生する部分放電パルスの各々を測定するには、ＡＤ変換器２０ａ、２０ｂのサンプリング周波数を高くする必要がある。その場合、回路の消費電力が大きくなるという問題がある。

上述の通り、本実施例の分割クロックのように、電源周波数の最大１００倍程度のサンプリング周波数でピーク値のみを検出した場合には、分割期間内に何個の部分放電パルスが発生したのかを知ることができない。

本実施例では、図１及び図５に示すように、検波器１７の出力信号をＬＰＦ１（１８）に入力し、信号変化を平坦化して平均値を検出している。このため、パルス数に比例する平均も検出するためにピーク値と合わせて部分放電発生の有無を解析できるため、診断精度を向上させることができる。

また、平均値をＣＰＵ２６の内部で研鑽することも可能であるが、例えば、電源周波数の１０００倍で検波信号をサンプリングし、ＣＰＵ２６の内部で１０個のデータを平均化すればよい。しかし、この場合には、サンプリング周波数を高くする必要があるのに対して、本実施例で示したように、アナログ回路で平均値を求める構成にすれば消費電力を抑えることができる。

また、部分放電は絶縁劣化に伴って発生するものであり、長い時間経過を経て放電信号強度は大きくなる。従って、１日に数回の測定で継続的に測定することが重要である。本実施例の部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎは、省電力化を測ることが可能であるため、電池駆動で数年以上駆動させることが可能となる。

なお、図１の部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎでは、遅延回路２２を用いてＬＰＦ１（１８）の時間遅れを補正している。このようにすることで、ピーク値を検出した分割期間の平均値は、次のサンプリング値を採用することで両者の測定遅延の差を補正することができる。

図６は、本実施例の部分放電検出システムにおける位相補正法で解析し、表示装置２で表示する出力画面の一例である。該図の如く、電源位相と同期したピーク値と平均値を特徴とすれば、より精度の良い部分放電診断が可能である。

また、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎには、部分放電信号の他に携帯電話や放送波の電波が混入する恐れがある。しかし、部分放電信号はパルス状であるのに対して、上述のノイズは、搬送波をデータで変調した連続波であり、ピーク値と平均値との差は小さい。ピーク値と平均値の両者を合わせて検出することで、ノイズを識別する性能が向上する。

図１においては、ＢＰＦバンク１５に複数のＢＰＦ（ＢＰＦ１、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３、ＢＰＦ４）を設け、それらを選択して部分放電信号を検出する実施例を説明した。

図７の（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は、本実施例のＢＰＦの周波数特性の一例であり、ＢＰＦ１からＢＰＦ４の中心周波数を等間隔で配置したものである。図７の（ｃ）は、部分放電信号の周波数特性であり、５００ＭＨｚから１５００ＭＨｚ程度の周波数成分を持ち、その強度は周波数に比例して低下する。

ＢＰＦの中心周波数及び通過帯域幅は、少なくともどちらかを異なる特性とし、ＢＰＦを複数設ける。部分放電アンテナを設置した国や地域により、放送や携帯電話の周波数が異なることの他、ガス絶縁開閉器の内部への部分放電アンテナの取り付け位置により、電波の電波特性が異なるために、中心周波数が異なるＢＰＦを複数設ける必要がある。

部分放電信号の周波数帯域は５００ＭＨｚから１５００ＭＨｚ程度であり、ガス絶縁開閉器の内部に部分放電アンテナを設置する場合には、その取付け位置や金属筐体の大きさなどにより、部分放電周波数帯内の減衰特性が異なり減衰が大きな周波数帯が存在する。このため、中心周波数が異なるＢＰＦを複数も設けるほうが良い。

一方、通過帯域幅は検出感度に影響する。部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎの内部ノイズは、熱雑音（−１７３ｄＢｍ／Ｈｚ＠２０℃）であり、周波数帯域幅に比例して増加する。例えば、５００ＭＨｚから１５００ＭＨｚの１ＧＨｚ幅の場合には、−８３ｄＢｍのノイズが発生する。ＢＰＦの通過帯域幅が１００ＭＨｚの場合には−９３ｄＢｍ、１０ＭＨｚでは−１０３ｄＢｍと帯域幅を狭くすれば、ノイズが低下するため感度が向上する。

従って、部分放電アンテナの取付け位置、設置地域が判明していれば、予めＢＰＦの中心周波数を決めることが可能で、通過帯域幅は、１０ＭＨｚより狭い高感度検出用と１０ＭＨｚ以上の取付け位置に影響されにくい複数のＢＰＦを設けておくほうが良い。

また、無線化するときの課題として、低消費電力が挙げられるが、この低消費電力については、従来はスペアナタイプのものを用いていたが、電力消費が大きいことから、本実施例では、複数のＢＰＦを用いて低消費電力化する。即ち、従来は周波数をスキャンしてノイズがなく部分放電信号が出ている狭帯域のみを高速サンプリングしていたが、電力消費が大きいことから、本実施例では、部分放電信号を４つのＢＰＦ（ＢＰＦ１、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３、ＢＰＦ４）で検出し、ノイズが入った周波数は後からのアルゴリズムで判定して除去しているため、低消費電力が可能となる。

図８は、本実施例のＢＰＦ特性を示すものであり、中心周波数の他、通過帯域幅が異なるＢＰＦを複数設けることで、上述したような高感度化と取付け位置による感度変化に対応した測定が可能となる。

図１０は、周波数掃引して部分放電強度を計測する周波数特性測定と特定周波数での時間変化を測定するゼロスパン測定が可能な従来の部分放電検出回路の構成を示す。

該図に示す部分放電検出回路は、電圧同調発信器３５に外部から制御電圧と基準発信器３６からのクロックを供給し、制御電圧に比例した周波数を出力するものであり、ミキサ３２により入力信号に含まれる電圧同調発信器３５と出力周波数が同じ周波数成分を検出することが可能となる。

この部分放電検出回路は、中心周波数を任意に変えることが出来るＢＰＦと同等の機能であり、周波数弁別性能は高いが電圧同調発信器等の消費電力は検波器や増幅器に比べて二桁以上大きく、しかも、回路も複雑となるため、本発明の目的である配線無しの部分放電検出回路を実現するためには不向きである。

これに対して、上述した本実施例においては、ＢＰＦバンク１５の一つのＢＰＦを選択して部分放電信号のピーク値と平均値を検出している。部分放電信号を同時に複数のＢＰＦ（ＢＰＦ１、ＢＰＦ２、ＢＰＦ３、ＢＰＦ４）に入力して、ＢＰＦ出力信号をそれぞれに検波器、ピーク検出器及び平均値検出器を設ける回路構成も当然のことながら可能である。回路構成は複雑であるが、同時に検出できるために測定時間を短縮することが可能である。

ただし、高周波信号であるため各ＢＰＦ間の干渉が発生する恐れが有り、ＢＰＦをシールドするか、或いは各ＢＰＦ間の距離をとる必要がある。各ＢＰＦを通過した部分放電信号列を比較することにより、ノイズとの弁別や部分放電発生有無の精度を向上できることはいうまでもない。

よって、上述した本実施例によれば、部分放電検出回路を電池駆動可能とするために、回路の省電力化、無線通信化、及び電源位相と同期して部分放電信号を検出することができる。即ち、部分放電検出回路の通信線や電源線を省くことで、工事コストを低減できることは勿論、電源電圧に同期した放電信号検出、ノイズ弁別が可能なため精度の高い診断が可能である。

上述した実施例１では、ＢＰＦやピーク値と平均値との比からノイズを弁別する方法について説明したが、時間的にランダムなノイズを低減する実施例２について図１１及び図１２を用いて説明する。

図１２は、電源位相と合わせて図示した部分放電信号列（２０分割）を示し、図１１の（ａ）、（ｂ）は、部分放電検出回路５のＣＰＵ２６で実施する処理フローを示す。

図１１の（ｂ）に示す処理フローにおいて、部分放電解析・診断装置１からの測定開始指令を受信し、開始指令に含まれる使用ＢＰＦの種類、積算サイクル数を処理パラメータとして設定する（Ｓ１１−１）。次に、電源周期タイマ２４が０の時点まで待ち測定を開始する（Ｓ１１−２）。ＡＤ変換が完了する毎に、ピーク値と平均値を入力し記録する（Ｓ１１−３）。

積算サイクル数が３の場合には、図１２に示すように、電源周期の３周期にわたりピーク値と平均値をＡＤから入力するが、２サイクル以降の処理では分割期間毎のピーク値と平均値は既に記録されているため、２サイクル目で入力したピーク値は記録された同一の分割期間のピークと比較して大きな方を新たなピーク値として記録する（Ｓ１１−４）。一方、平均値を入力した場合には、記録された平均値と合算し平均値を計算記録する。

このように、電源周期の複数期間にわたり検出し合算処理にするため、時間的にランダムに発生したノイズの影響を低減することができる。また、部分放電解析・診断装置１からのＢＰＦの選定や積算サイクル数を変更可能なため、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎの設置箇所等の測定環境の違いに対して柔軟に対応することができる。また、例えば、４種のＢＰＦを部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎに設け場合、常に４個のＢＰＦを使用するのでなく、設置場所により使用するＢＰＦ数の数を減らすことにより、測定時間を短くし電池駆動時の寿命を延ばすことができる。

図２（ａ）及び図２（ｂ）に、部分放電解析・診断装置１と部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎの間で通信するパケットの構成例を示し、図２（ａ）が無線基地局７から送信データであり、時刻同期などに使用するタイムスタンプの他、測定期間（積算サイクル数）、分割区関数及びＢＰＦの選択情報を送信し、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎからは、図２（ｂ）に示す部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎの無線通信部１３からの送信データのように、測定開始時刻、分割区間毎のピーク値及び平均値を送信する。

また、マスタタイマ８とスレーブタイマ２５の個々に設けるクロックには偏差が存在するため、定期的に時刻調整をする必要がある。例えば、１ＭＨｚクロックの偏差が１００ｐｐｍの場合には、1秒間で最大１００クロック（１００マイクロ秒）の偏差が発生する。従って、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎでは、時刻同期直後に測定開始すればマスタクロックとの時刻誤差が少なくなる。言い換えれば、時刻同期は定期的にする必要はなく、部分放電解析・診断装置１からの測定開始情報のタイムスタンプを用いて受信するか或いは測定開始信号を受信後に無線基地局７に時刻情報を要求し、無線基地局７からの時刻情報を受信し時刻あわせした後に測定を開始すれば良い。

また、電子回路の消費電力を抑えるために、スリープモードを実施することが一般的であり、このときには、スレーブタイマ２５のみを駆動して一定周期で無線通信部１３を起動し、受信情報を受信すれば測定開始し終了後には、再びスリープモードに入るものである。

このようにスリープモードを利用し、無線受信の有無により測定を開始すれば部分放電回路の消費電力を抑えることが可能である。

なお、各部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎには無線通信部１３を設けており、無線基地局7との間で通信している。無線通信方式によっては、アドホック通信により各部分放電回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎ間で無線中継しながら無線基地局７と通信することも可能である。当然、このようなアドホック通信方式も採用可能であるが、無線基地局７から無中継で部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎと直接通信できる方式の方が、中継時間変動による時刻誤差や中継による電力消費の恐れがないために、望ましい方式である。

図２（ａ）、図１４（ｂ）に示した実施例２では、無線基地局７からの送信データを示したが、部分放電解析・診断装置１から測定開始時刻を無線基地局７から部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎへ指令することで、電源に同期した部分放電信号列を検出及び解析することができる。

以下では、その動作について図1及び図１４（ａ）、図１４（ｂ）を用いて説明する。図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、部分放電解析・診断装置１から部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎへ送信するデータの一例であり、図２（ａ）、図１４（ｂ）に示した測定期間、分割区間数及びＢＰＦ選択情報の他、測定開始時刻を付加したところが、上述までの実施例と異なる点である。

図１において、マスタタイマ８と部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎのスレーブタイマ２５間で時刻同期を取ることは既に説明したが、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎで受信した測定開始時刻にスレーブタイマ２５が到達した時点で、分割区間毎にピーク値と平均値を検出し部分放電信号列として記録される。測定終了後には、スレーブタイマ２５での測定開始時刻を、部分放電信号列に付加して部分放電解析・診断装置１へ無線で通信する。部分放電解析・診断装置１から測定開始時刻を指定することで、電源位相のゼロクロス点からの測定開始が可能となる。

また、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎから測定開始時刻と測定指令受信時刻を付加して部分放電信号列を送信することで、部分放電解析・診断装置１では、スレーブタイマ２５の時刻誤差を推定することが可能であり、精度良く電源位相に同期した部分放電信号列とすることができる。即ち、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎで測定指令を受信した後に時刻同期し、測定開始時刻に到達するまでの期間にも時刻誤差が発生する。この時刻誤差を用いて部分放電解析・診断装置１で位相補正が可能である。

また、部分放電検出回路は複数存在し、測定開始時刻を同一にすることにより、各信号強度から部分放電発生源の位置を推定することができる。即ち、部分放電発生源からの距離に比例して信号は減衰するため、信号強度の高い部分放電アンテナがより発生源に近い位置に存在すると推定することが可能となる。

次に、本発明の部分放電診断システムの実施例４について図９及び図１３を用いて説明する。図９は、ガス絶縁開閉器のガス充填部の断面図と従来の部分放電アンテナ６及び部分放電検出回路５の信号接続図である。

該図に示す部分放電アンテナ６は、導体２８と遮断器筐体（タンク）２７との間でコンデンデンサＣ１及びＣ２で分圧され、部分放電アンテン６の端子には、導体２８の電圧信号が重畳されることが知られ、この電圧からゼロクロスを検出し電源に同期した部分放電信号列を検出できることが知られている。ただし、従来の部分放電検出回路では、消費電力が大きく光ファイバなどの通信線２９や電源線３０が必要である。

図１３は、本発明の部分放電診断システムの実施例４を示す。

該図に示す本実施例では、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎに、ＬＰＦ２（１８ｂ）及び電源ゼロクロス検出器３８を設けて、部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎからの信号に重畳された電源周波数成分をＬＰＦ２１８ｂ）で分離し、電源のゼロクロス点を検出して電源周期タイマ２４をリセットし、電源周期タイマ２４の周期と電源周期の位相を一致させるようにしたものである（他の構成は、図１に示した実施例１と同様である）。

部分放電アンテナ６、６ａ、６ｂ・・・６ｎで検出した部分放電信号を、ＢＰＦバンク１５を介して検波器１７で検波し、ピーク値と平均値を検出する動作は、既に説明した実施例１の動作と同じであり説明は省略する。また、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎから送信する部分放電信号列には、これまで説明した測定開始時刻を付加して送信する。

また、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎには、導体２８の電圧ゼロクロス点を検出する機能があるが、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎの入力インピーダンスが存在するため、検出した電源ゼロクロス点は、導体２８のゼロクロス点に対して位相差が発生する。この位相差を補正するために測定開始時刻を付加して送信することで、これまで説明したように、部分放電解析・診断装置１で位相差を補正することができる。

なお、部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎに電源ゼロクロス検出器３８を設けることで、常に一定の位相差は発生するが、特定の電源位相から測定開始された部分放電信号列を検出することが可能となる。

更に、誤差のあるクロックから電源周期を算出するのではなく、実際の電源周期を利用するために測定期間幅の精度が向上する。特に、複数の電源周期にわたり積算して検出する場合には電源周期の誤差が小さくなるため、積算処理によるノイズ低減や平均値計算の精度が向上し、より精度の高い部分放電診断が可能となる。

次に、本発明の実施例５について図１５及び図１６の（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。

図１５は、本実施例の部分放電検出回路５、５ａ、５ｂ・・・５ｎの信号検出部の一部であり、検波器１７の出力信号をピーク検出器２１、最小値検出器４０及び平均値検出器４１に入力し、それぞれをＡＤ変換器２０ａ、２０ｂ、２０ｃでデジタル信号に変換して、ＣＰＵ２６で分割期間毎の部分放電信号列として検出するもので、最小値検出器４０を設けたことが特徴である。

図１６の（ａ）、（ｂ）は、部分放電信号と放送波や携帯電話等の搬送波を検波した信号を模式的に表したものである。

搬送波は、検波器１７で検出されると図１６の（ａ）、（ｂ）に示した全波整流波形のような信号では無く、最小点と最大点の差が少ない滑らかな信号波形となる。即ち、最大、最小及び平均値との差が小さくなる。一方、部分放電信号は、パルス波形であり分割期間内に発生するパルス数が少ない場合には、最大と最小及び平均値との差は大きくなる。つまり、最小と平均値との差から連続波のノイズとの弁別がより向上する。

このように、最大及び平均値に加えて最小値を検出することで、ノイズを弁別する能力を向上させることができるため、より正確な部分放電診断が可能となる。なお、最小値検出器は、アナログ回路により構成することができるため、追加により消費電力が大きく増加することはない。

なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。

１…部分放電診断・解析装置、２…表示装置、３…記憶装置、４…有線通信ネットワーク、５、５ａ、５ｂ・・・５ｎ…部分放電検出回路、６、６ａ、６ｂ・・・６ｎ…部分放電アンテナ、７…無線基地局、８…マスタタイマ、９…保護リレー、１０…電圧変成器（ＶＴ）、１１…電流変成器（ＣＴ）、１２…電池、１３…無線通信部、１４ａ…スイッチ（ＳＷ１）、１４ｂ…スイッチ（ＳＷ２）、１５…ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）バンク、１６…対数増幅器、１７…検波器、１８…ＬＰＦ（ローパスフィルタ）１、１８ｂ…ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２、１９…Ｓ/Ｈ（サンプルルホールド）、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ…ＡＤ変換器（アナログデジタル変換器）、２１…ピーク検出器、２２…遅延回路、２３…分割クロック発生器、２４…電源周期タイマ、２５…スレーブタイマ、２６…ＣＰＵ、２７…遮断器筐体（タンク）、２８…導体、２９…通信線、３０…電源線、３１…プリアンプ、３２…ミキサ、３３…可変アンプ、３４…ＩＦフィルタ、３５…電圧同調発信器、３６…基準発信器、３７…掃引電圧制御部、３８…電源ゼロクロス検出器、４０…最小値検出器、４１…平均値検出器。

Claims (10)

1. 複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備え、
   前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の１周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、前記検出した信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点の時刻から、前記検出した信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする部分放電診断システム。
2. 請求項１に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記部分放電検出回路は、前記部分放電アンテナからの信号を検波すると共に、電源周波数の１周期を複数分割した期間毎にピーク値と平均値をアナログ回路で検出し、かつ、ＡＤ変換器にてデジタル量に変換することを特徴とする部分放電診断システム。
3. 請求項１に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記部分放電検出回路は、中心周波数又は通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタを有し、かつ、前記部分放電アンテナからの信号を前記バンドパスフィルタの一つを選択して入力することを特徴とする部分放電診断システム。
4. 請求項１に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記部分放電検出回路は、電源周期の複数期間にわたり電源周波数の１周期を複数分割した期間毎に部分放電信号を検出すると共に、電源位相が同一な前記分割した期間毎に検出した信号を合算処理し、前記分割した期間毎の検出信号列とすることを特徴とする部分放電診断システム。
5. 請求項３に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記バンドパスフィルタの選択、選択順序及び測定期間の指令情報を、前記部分放電診断・解析装置から前記部分放電検出回路に無線通信することを特徴とする部分放電診断システム。
6. 請求項１に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記部分放電検出回路は、前記マスタタイマの時刻情報を受信し前記スレーブタイマの時刻を合わせた後に部分放電信号の検出を開始することを特徴とする部分放電診断システム。
7. 請求項１に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記部分放電検出回路は、予め定めた周期で部分放電信号の検出を開始し、検出した前記部分放電信号を前記部分放電診断・解析装置へ無線送信を完了した後にスリープモードに入ることを特徴とする部分放電診断システム。
8. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記部分放電診断システムは無線基地局を備え、該無線基地局と前記部分放電検出回路を無線通信することを特徴とする部分放電診断システム。
9. 請求項１に記載の部分放電診断システムにおいて、
   前記部分放電診断・解析装置から前記測定開始時刻を無線通信で前記部分放電検出回路に送信すると共に、前記部分放電検出回路は、前記部分放電診断・解析装置から前記測定開始時刻を受信し、前記測定開始時刻から前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出することを特徴とする部分放電診断システム。
10. 複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備えた部分放電診断システムで被診断機器に発生する部分放電を診断するに当たり、
    前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の１周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、前記検出した信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点時刻から、前記検出した信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする部分放電診断方法。

Images