JP6303240B2 - Detection device, power supply system, and detection method - Google Patents
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Description
本発明は、検出装置、電力供給システム及び検出方法に関する。 The present invention relates to a detection device, a power supply system, and a detection method.
変電所では、変圧器や避雷器等を用いて電力を供給している。このうち避雷器の故障頻度は少ないが、故障した場合の阻害度合いが非常に大きいため、避雷器の新たな劣化管理手法が求められている。
一般に、避雷器の特性は、(1)絶縁抵抗、(2)動作開始電圧(例えば、漏れ電流1mA発生時の印加電圧値)、(3)抵抗分漏れ電流測定、のうちいずれか1つ以上の測定手法で管理する。ここで、直流1500Vの鉄道用及び高圧配電線用の避雷器は(1)と(2)が、特別高圧用の避雷器は(3)の手法が主に適用されている。
ところで、設備運転中の避雷器における全漏れ電流は、そもそも0.5〜1.0mA以下の微弱な電流であることが多く、かつ、その中に含まれる抵抗分電流、即ち、避雷器の劣化に起因して生じる電流成分は、直接測定することが容易ではない。このような課題を受けて、設備運転中の全漏れ電流測定値から抵抗分漏れ電流を演算する種々の方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
In substations, power is supplied by using transformers and lightning arresters. Of these, the frequency of failure of the lightning arrester is low, but since the degree of inhibition in the event of failure is very large, a new method of managing the deterioration of the lightning arrester is required.
In general, the characteristics of the lightning arrester include one or more of (1) insulation resistance, (2) operation start voltage (for example, applied voltage value when leakage current is 1 mA), and (3) resistance leakage current measurement. Manage with measurement methods. Here, (1) and (2) are mainly applied to lightning arresters for DC 1500V railway and high-voltage distribution lines, and (3) is mainly applied to lightning arresters for extra high voltage.
By the way, the total leakage current in a lightning arrester during operation of the equipment is often a weak current of 0.5 to 1.0 mA or less in the first place, and the resistance current contained therein, that is, the deterioration of the lightning arrester. Thus, the current component generated is not easy to measure directly. In response to such a problem, various methods for calculating the resistance leakage current from the total leakage current measurement value during operation of the equipment have been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、故障の兆候となる漏れ電流は微弱であるため、電力供給システムの電力系統自体に重畳する高調波成分(ノイズ)、及び、避雷器に付加される寄生容量によって流れる電流成分(静電容量分電流)が大きい場合、精度よく検出することが困難であった。 However, since the leakage current that is a sign of failure is weak, the harmonic component (noise) superimposed on the power system itself of the power supply system and the current component (capacitance component) that flows due to the parasitic capacitance added to the lightning arrester When the current is large, it is difficult to detect with high accuracy.
以上のような課題に鑑みて、この発明の目的は、避雷器の劣化を精度よく検出することができる検出装置、電力供給システム及び検出方法を提供することにある。 In view of the problems as described above, an object of the present invention is to provide a detection device, a power supply system, and a detection method that can accurately detect deterioration of a lightning arrester.
本発明の一態様は、非線形抵抗素子に流れる漏れ電流を検出する検出装置であって、前記非線形抵抗素子に流れる漏れ電流を含む全漏れ電流の大きさと、当該全漏れ電流に含まれる各周波数成分との両方に比例した強度の検出信号を出力可能な電流検出センサと、前記検出信号の高調波成分ごとの強度を取得する周波数成分取得部と、取得された前記高調波成分ごとの強度に基づいて、前記非線形抵抗素子に漏れ電流が流れているか否かを判定する漏れ電流判定部と、を備え、前記漏れ電流判定部は、前記高調波成分ごとの強度のうち所定数以上の複数の前記高調波成分の強度が、予め規定された判定閾値を上回った場合に、前記漏れ電流が流れていると判定する検出装置である。 One aspect of the present invention is a detection device that detects a leakage current flowing through a nonlinear resistance element, the magnitude of the total leakage current including the leakage current flowing through the nonlinear resistance element, and each frequency component included in the total leakage current. A current detection sensor capable of outputting a detection signal having an intensity proportional to both, a frequency component acquisition unit for acquiring the intensity for each harmonic component of the detection signal, and the acquired intensity for each harmonic component A leakage current determination unit that determines whether or not a leakage current is flowing through the nonlinear resistance element , wherein the leakage current determination unit includes a plurality of the predetermined number or more of the intensities for each of the harmonic components. The detection device determines that the leakage current is flowing when the intensity of the harmonic component exceeds a predetermined determination threshold .
また、本発明の一態様は、上述の検出装置において、前記漏れ電流判定部が、奇数次の高調波成分のうち所定数以上連続する複数の前記高調波成分の強度が、前記判定閾値を上回った場合に、前記漏れ電流が流れていると判定する。 In addition, according to one aspect of the present invention, in the above-described detection device, the leakage current determination unit is configured such that the intensity of a plurality of harmonic components that are a predetermined number or more consecutive out of odd-order harmonic components exceeds the determination threshold. If it is determined that the leakage current is flowing.
また、本発明の一態様は、上述の検出装置において、前記漏れ電流判定部が、前記判定閾値を、前記検出信号の基本波成分の強度とする。 In one embodiment of the present invention, in the above-described detection device, the leakage current determination unit sets the determination threshold as the intensity of a fundamental wave component of the detection signal.
また、本発明の一態様は、上述の検出装置において、前記電流検出センサが、前記全漏れ電流が流れる接地線を囲うように取り付けられたコイルであって、前記周波数成分取得部が、当該コイルに励起される電圧である前記検出信号の高調波成分ごとの強度を取得する。 One embodiment of the present invention is the above-described detection device, wherein the current detection sensor is a coil attached so as to surround a ground wire through which the total leakage current flows, and the frequency component acquisition unit includes the coil. Intensity for each harmonic component of the detection signal, which is a voltage excited by the.
また、本発明の一態様は、上述の検出装置と、前記非線形抵抗素子を有する避雷器と、交流電圧が印加された架線と、を備える電力供給システムである。 Another embodiment of the present invention is a power supply system including the above-described detection device, a lightning arrester including the nonlinear resistance element, and an overhead wire to which an AC voltage is applied.
また、本発明の一態様は、非線形抵抗素子に流れる漏れ電流を検出するための検出方法であって、前記非線形抵抗素子に流れる漏れ電流を含む全漏れ電流の大きさと、当該全漏れ電流の周波数と、の両方に比例した強度の検出信号を出力するステップと、前記検出信号の高調波成分ごとの強度を取得するステップと、取得された前記高調波成分ごとの強度に基づいて、前記非線形抵抗素子に漏れ電流が流れているか否かを判定するステップと、を有し、前記漏れ電流が流れているか否かを判定するステップは、更に、前記高調波成分ごとの強度のうち所定数以上の複数の前記高調波成分の強度が、予め規定された判定閾値を上回った場合に、前記漏れ電流が流れていると判定するステップを含む検出方法である。 One embodiment of the present invention is a detection method for detecting a leakage current flowing through a nonlinear resistance element, the magnitude of the total leakage current including the leakage current flowing through the nonlinear resistance element, and the frequency of the total leakage current. A step of outputting a detection signal having an intensity proportional to both, a step of acquiring an intensity for each harmonic component of the detection signal, and the nonlinear resistance based on the acquired intensity for each harmonic component possess determining whether current is flowing leaking the device, and determining whether the leakage current is flowing is further less than a predetermined number of intensity for each of the harmonic components It is a detection method including the step of determining that the leakage current is flowing when the intensity of the plurality of harmonic components exceeds a predetermined determination threshold .
上述の検出装置、電力供給システム及び検出方法によれば、避雷器の劣化を精度よく検出することができる。 According to the above-described detection device, power supply system, and detection method, it is possible to accurately detect the deterioration of the lightning arrester.
<第1の実施形態>
以下、図面を参照しながら、本発明の第1の実施形態に係る電力伝送システム及び検出装置について詳細に説明する。
図1は、第1の実施形態に係る電力供給システムの全体構成を示す図である。
図1に示す電力伝送システム1は、路線に沿って走行する鉄道車両に電力を供給する設備である。図1に示すように、電力伝送システム1は、架線10と、避雷器20と、検出装置30と、を備えている。
架線10は、別途設置された変電所(図示せず)により交流電圧(以下、架線電圧とも記載する)が印加される。架線10は、鉄道車両に当該交流電圧を印加することで電力を供給する。なお、本実施形態において、架線10は、実効値が例えば3万ボルト程度と、比較的高い交流電圧が印加される。また、交流電圧の周波数は、例えば60Hz(又は50Hz)とされる。
避雷器20は、架線10と接地点Gとの間に電気的に接続される。避雷器20は、非線形な特性を有する非線形抵抗素子200(後述)を内部に有する。これにより、避雷器20は、変電所より架線10に印加される交流電圧に対しては絶縁状態を維持し、他方、落雷等によって生じる高いサージ電圧に対しては低抵抗(短絡)状態となって電荷を接地点G(グラウンド)に放電する。これにより、避雷器20は、落雷等による設備の破損、故障を防止する。
検出装置30は、避雷器20の健全性を評価するために用いられる装置である。避雷器20(非線形抵抗素子200)の絶縁特性が劣化すると、通常の架線電圧により非線形抵抗素子200に電流が流れ始め、最終的に架線10と接地点Gとを短絡する。そうすると、漏電による装置の破損等、電力系統全体に不具合が生じ得る。検出装置30は、避雷器20を通じて架線10から接地点Gに流れる漏れ電流(全漏れ電流Io)を検出し、これを分析することで避雷器20の健全性(絶縁特性が劣化していないか否か)を事前に判断する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the power transmission system and the detection apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an overall configuration of a power supply system according to the first embodiment.
A
The
The
The
図1に示すように、避雷器20は、内部に非線形抵抗素子200を備えている。本実施形態において、非線形抵抗素子200は、酸化亜鉛からなる抵抗素子であり、所定の電圧閾値以上の電圧が印加された場合にのみ電流が流れる非線形特性を有する。非線形抵抗素子200は、通常、がいし等に収納され保護されている。このような構造上、避雷器20は、寄生容量201(浮遊容量ともいう)が電気的に付加されている。電気回路上、寄生容量201は、非線形抵抗素子200に並列に接続されているものとみなすことができる(図1参照)。
As shown in FIG. 1, the
非線形抵抗素子200に流れる電流成分を抵抗分電流Ir、寄生容量201を流れる電流成分を静電容量分電流Icとすると、接地線gを流れる電流(全漏れ電流Io)は、抵抗分電流Irと静電容量分電流Icのベクトルを合成した電流(Io=Ir+Ic)となる。即ち、全漏れ電流Ioは、常に、抵抗分電流Irに静電容量分電流Icが重畳したものとして観測される。ここで、非線形抵抗素子200の劣化の有無の判断には、抵抗分電流Irを分析する必要があるが、寄生容量201が存在するためにこれを直接計測することは困難である。そこで、抵抗分電流Irに基づいて非線形抵抗素子200の健全性を評価するためには、観測した全漏れ電流Ioから抵抗分電流Irの成分のみを切り出して判断する必要がある。
Assuming that the current component flowing through the
検出装置30は、電流検出センサ300と、本体部310と、を有している。
本実施形態において、電流検出センサ300は、避雷器20と接地点Gとを接続する接地線gを囲うように取り付けられた電流検出用のコイルである。コイルである電流検出センサ300は、接地線gを流れる電流(全漏れ電流Io)に応じて励起される誘導電圧を検出信号として出力する。本実施形態において、電流検出センサ300は、例えば、外乱の影響を受けにくく、接地線gを流れる電流を精度よく検出可能なロゴウスキーコイルで構成される。
The
In the present embodiment, the
本実施形態に係る本体部310は、内部にCPU(Central Processing Unit)を有する汎用の計算機である。本体部310が有するCPUは、専用のプログラムを読み込むことで、周波数成分取得部311及び漏れ電流判定部312としての機能を発揮する。
周波数成分取得部311は、電流検出センサ300を通じて入力された検出信号に対し、フーリエ変換処理を実施して、当該検出信号の基本波成分及び高調波成分ごとの強度を取得する。
漏れ電流判定部312は、周波数成分取得部311によって取得された高調波成分ごとの強度と、予め規定された判定閾値と、に基づいて、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れているか否かを判定する。
The
The frequency component acquisition unit 311 performs a Fourier transform process on the detection signal input through the
The leakage current determination unit 312 determines whether or not the leakage current is flowing through the
図2は、第1の実施形態に係る避雷器に生じる漏れ電流を説明する図である。
図2に示すグラフは、避雷器20に印加する給与電圧(架線10に印加される交流電圧)の一周期に相当する期間を横軸に、当該給与電圧[V]及び非線形抵抗素子200に流れる抵抗分電流Ir[A]を縦軸に表している。なお、図2に示すグラフでは、本提案手法の検討例として、低圧回路用避雷器を用いている。
FIG. 2 is a diagram for explaining a leakage current generated in the lightning arrester according to the first embodiment.
In the graph shown in FIG. 2, the supply voltage [V] and the resistance flowing through the
ここで、非線形抵抗素子200の絶縁特性が劣化していない場合、±100V程度の給与電圧が印加されたとしても非線形抵抗素子200に電流は流れないはずである(抵抗分電流Irは常にゼロ)。しかしながら、非線形抵抗素子200は、絶縁特性の劣化が進行すると、絶縁状態が維持される電圧閾値が低下する。そうすると、図2に示すように、給与電圧がピークとなるタイミングで、パルス状の漏れ電流が流れる。このような漏れ電流は、給与電圧のピーク時において、当該給与電圧が非線形抵抗素子200の閾電圧値を瞬間的に上回ることで生じる。図2に示す例では、抵抗分電流Irは、給与電圧の半周期ごとに、その1/5〜1/7周期に相当する時間幅のパルス波が発生している。
Here, when the insulation characteristics of the
図3は、第1の実施形態に係る避雷器に生じる漏れ電流の周波成分ごとの強度を示す図である。
図3に示すグラフは、図2に示す抵抗分電流Irの、周波数成分(基本波及び高調波の次数)ごとの強度(フーリエ係数)を示している。ここで、図2に示す抵抗分電流Irを、給与電圧の半周期ごとに、1/6周期に相当する期間で正負方向にサイン波形が交互に突出する波形とみなす。そうすると、当該抵抗分電流Irは、図3に示すように、3次〜15次における高調波成分が比較的大きい強度で分布していることがわかる。具体的には、抵抗分電流Ir(図2)は、3次から5次程度までの高調波は基本波とほぼ同等の強度を有し、更に、高次になるにつれなだらかに低下する傾向を示している。
なお、図3は、対比例として、矩形波の周波数成分ごとの強度を合わせて示している。このように、図2に示す抵抗分電流Irの波形は、矩形波と比較して、複数の高調波成分が占める割合が大きいことが分かる。
FIG. 3 is a diagram illustrating the intensity for each frequency component of the leakage current generated in the lightning arrester according to the first embodiment.
The graph shown in FIG. 3 shows the intensity (Fourier coefficient) for each frequency component (the order of the fundamental wave and the harmonic) of the resistive current Ir shown in FIG. Here, the resistance current Ir shown in FIG. 2 is regarded as a waveform in which sine waveforms alternately protrude in the positive and negative directions in a period corresponding to 1/6 period for each half cycle of the supply voltage. Then, as shown in FIG. 3, it can be seen that the resistance component current Ir is distributed with a relatively high intensity in the third to fifteenth harmonic components. Specifically, the resistance current Ir (FIG. 2) has a tendency that harmonics from the third order to the fifth order have almost the same intensity as the fundamental wave, and gradually decrease as the order becomes higher. Show.
Note that FIG. 3 also shows the intensity for each frequency component of the rectangular wave as a proportional. As described above, it can be seen that the ratio of the plurality of harmonic components is larger in the waveform of the resistance current Ir shown in FIG. 2 than in the rectangular wave.
図4は、第1の実施形態に係る避雷器における寄生容量の影響を説明する図である。
以下、図1及び図4(a)〜(d)を参照しながら、避雷器20に重畳する寄生容量201の影響について説明する。
図4(a)〜(d)に示すグラフは、それぞれ、架線10に印加される給与電圧、静電容量分電流Ic、抵抗分電流Ir及び全漏れ電流Ioの時間変化の例を示している。なお、この例において、架線10に印加される給与電圧は、図4(a)に示すような基本波に加え、当該架線10を含む電力系統固有の高調波成分(ノイズ成分)が重畳している(高調波成分が微小のため、図4(a)に示すグラフには現れない)。この高調波成分は、高い周波数を有する信号であるため、寄生容量201を通過しやすい。したがって、静電容量分電流Icは、図4(b)に示すように、基本波よりも高い周波数で振動する高調波成分が重畳された波形となる。
FIG. 4 is a diagram for explaining the influence of the parasitic capacitance in the lightning arrester according to the first embodiment.
Hereinafter, the influence of the
The graphs shown in FIGS. 4A to 4D show examples of changes over time in the supply voltage, the capacitance current Ic, the resistance current Ir, and the total leakage current Io applied to the
一方、非線形抵抗素子200の絶縁特性が劣化している場合、図2及び図4(c)に示すように、抵抗分電流Irは、給与電圧の半周期ごとに、正負方向に交互にサイン波が突出する波形となる。
以上より、実際に観測可能な全漏れ電流Ioは、図4(d)に示すように、電力系統固有のノイズ(静電容量分電流Ic)と非線形抵抗素子200の劣化に起因して生じる電流(抵抗分電流Ir)との合成電流となる。
On the other hand, when the insulation characteristic of the
From the above, the total leakage current Io that can be actually observed is the current generated due to noise inherent in the power system (capacitance component current Ic) and deterioration of the
このように、避雷器20は、寄生容量201が電気的に付加されているため、全漏れ電流Ioに電力系統固有のノイズ成分(静電容量分電流Ic)が乗ってしまい、本来観測したい抵抗分電流Irが埋もれてしまう。したがって、通常の分析では、抵抗分電流Irに基づいて非線形抵抗素子200の劣化を検出することが困難となる。
In this manner, since the
図5は、第1の実施形態に係る電流検出センサの機能を説明する図である。
第1の実施形態に係る電流検出センサ300は、非線形抵抗素子200に流れる漏れ電流(抵抗分電流Ir)を含む全漏れ電流Ioの大きさと、当該全漏れ電流Ioの周波数と、の両方に比例した強度の検出信号を出力可能とする。
一般に、観測対象とする電流が流れる配線の周囲を囲うように配されたコイル(本実施形態の場合、ロゴウスキーコイルである電流検出センサ300)に励起される電圧(励起電圧V)は、式(1)に示すように、観測対象とする電流の微分値を示している。
FIG. 5 is a diagram illustrating the function of the current detection sensor according to the first embodiment.
The
In general, a voltage (excitation voltage V) excited by a coil (
なお、式(1)において、ωは交流電流の角周波数であり周波数fに比例する値(ω=2πf)、Iは交流電流の振幅、Lはコイルの自己インダクタンスである。
したがって、通常は、上記コイルにより直接観測された励起電圧Vを積分回路に入力して積分することで、観測対象とする電流値を得ることができる。しかしながら、本実施形態においては、あえて積分回路を用いず、ロゴウスキーコイル(電流検出センサ300)に励起された励起電圧Vを直接本体部310に取り込んで処理する。このようにすることで、本体部310は、電流検出センサ300を通じて、電流の大きさと、当該電流の周波数と、の両方に比例した強度で出力される検出信号を取得する(式(1)参照)。
In Equation (1), ω is the angular frequency of the alternating current and a value proportional to the frequency f (ω = 2πf), I is the amplitude of the alternating current, and L is the self-inductance of the coil.
Therefore, normally, the current value to be observed can be obtained by inputting and integrating the excitation voltage V directly observed by the coil into the integrating circuit. However, in this embodiment, the excitation voltage V excited by the Rogowski coil (current detection sensor 300) is taken directly into the
周波数成分取得部311は、電流検出センサ300から出力された検出信号(全漏れ電流Ioの大きさと、当該全漏れ電流Ioの周波数と、の両方に比例した励起電圧信号)に対し、フーリエ変換処理(あるいはバンドパスフィルタ処理)を実施して、周波数成分ごとの強度を取得する。 The frequency component acquisition unit 311 performs Fourier transform processing on the detection signal output from the current detection sensor 300 (excitation voltage signal proportional to both the magnitude of the total leakage current Io and the frequency of the total leakage current Io). (Or bandpass filter processing) is performed to acquire the intensity for each frequency component.
図5に示すグラフは、周波数成分取得部311のフーリエ変換処理によって得られた、電流検出センサ300から出力された検出信号の周波数成分ごとの強度である。図5に示すように、電流及びその周波数の両方に比例する検出信号は、1次(基本波)から高次になるに連れ一旦上昇してから下降するように推移する。
ここで、図3に示したように、非線形抵抗素子200が劣化している場合における抵抗分電流Irは、3次から15次程度までの高調波成分を比較的多く含んでいる。また、電流検出センサ300は、電流及びその周波数の両方に比例して大きくなる検出信号を出力している。よって、当該電流検出センサ300によって得られた検出信号は、図5に示すように、次数が高い高調波成分ほど強度が強調されて、山なりの軌跡を描くように推移する強度分布となる。
The graph shown in FIG. 5 is the intensity for each frequency component of the detection signal output from the
Here, as shown in FIG. 3, the resistance current Ir when the
図6は、第1の実施形態に係る漏れ電流判定部の機能を説明する図である。
図6(a)、(b)は、電流検出センサ300より出力された検出信号の周波数成分の算出結果(含有量[mV])を示している。図6(a)に示すグラフは、非線形抵抗素子200が劣化していない場合における算出結果の例を示している。また、図6(b)に示すグラフは、非線形抵抗素子200が劣化している場合における算出結果の例を示している。
FIG. 6 is a diagram illustrating the function of the leakage current determination unit according to the first embodiment.
6A and 6B show the calculation result (content [mV]) of the frequency component of the detection signal output from the
非線形抵抗素子200が劣化していない場合、抵抗分電流Irはゼロとなるが、寄生容量201を通じて伝搬する電力系統のノイズ成分(静電量領分電流Ic)が観測されるため、図6(a)に示すように、いくつかの高調波成分(21次〜25次高調波成分等)が判定閾値(=1mV)を上回る検出結果となる。
ここで、本実施形態に係る漏れ電流判定部312は、例えば、10個以上連続する奇数次の高調波成分が判定閾値(=1mV)を上回った場合に、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定する。したがって、図6(a)に示すような検出結果が得られたとしても、漏れ電流判定部312は、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れているとは判定しない。
When the
Here, the leakage current determination unit 312 according to the present embodiment causes a leakage current to flow through the
一方、非線形抵抗素子200が劣化している場合、抵抗分電流Irは、図2に示すようなパルス状の波形となって流れる。そうすると、図6(b)に示すように、3次から43次までの高調波成分に渡って判定閾値(=1mV)を上回る検出結果となる。これは、非線形抵抗素子200が劣化している場合に流れる抵抗分電流Irが、連続する複数の高調波成分を含んでいること(図3参照)と、電流検出センサ300が、高次の高調波成分ほど強調して検出していること(図5参照)に起因する。
図6(b)に示すような検出結果によれば、10個以上連続する奇数次の高調波成分が判定閾値(=1mV)を上回っている。したがって、本実施形態に係る漏れ電流判定部312は、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定する。
On the other hand, when the
According to the detection result as shown in FIG. 6B, 10 or more consecutive odd-order harmonic components exceed the determination threshold (= 1 mV). Therefore, the leakage current determination unit 312 according to the present embodiment determines that a leakage current is flowing through the
以上のように、本実施形態に係る漏れ電流判定部312は、奇数次の高調波成分のうち所定数以上連続する複数の高調波成分の強度が、所定の判定閾値を上回った場合に、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定する。
即ち、静電容量分電流Icのみによって検出される周波数成分は、図6(a)に示すように、電力系統固有のノイズの特性に応じて不規則な分布となり、特定の周波数範囲に渡って連続して判定閾値を上回る傾向はみられない。しかし、非線形抵抗素子200が劣化してパルス状の抵抗分電流Irが現れた場合には、図6(b)に示すように、特定の周波数範囲の高次高調波が連続して判定閾値を上回る傾向を示す。本実施形態に係る漏れ電流判定部312は、抵抗分電流Irの上記特性を利用して、当該抵抗分電流Irが流れているか否かを判定する。したがって、漏れ電流判定部312は、電力系統固有のノイズ成分が含まれていたとしても、漏れ電流が流れているか否かを精度よく切り分けて判定することができる。
As described above, the leakage current determination unit 312 according to the present embodiment performs nonlinear processing when the intensity of a plurality of harmonic components that are a predetermined number or more of odd-numbered harmonic components exceeds a predetermined determination threshold. It is determined that a leakage current flows through the
That is, as shown in FIG. 6A, the frequency component detected only by the capacitance divided current Ic has an irregular distribution according to the noise characteristic specific to the power system, and over a specific frequency range. There is no tendency to continuously exceed the determination threshold. However, when the
また、本実施形態に係る電流検出センサ300は、全漏れ電流Ioが流れる接地線g(図1)を囲うように取り付けられたコイルである。また、本実施形態に係る周波数成分取得部311は、当該コイルである電流検出センサ300に励起される電圧(検出信号)を、積分回路を介することなく入力し、当該励起される電圧の高調波成分ごとの強度を取得する。このようにすることで、検出装置30の構成全体を簡素化することができる。
Further, the
以上、第1の実施形態に係る電力供給システム1について詳細に説明したが、本実施形態に係る電力供給システム1の具体的な態様は、上述のものに限定されることはなく、要旨を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を加えることは可能である。
As mentioned above, although the electric
図7は、第1の実施形態の変形例に係る漏れ電流判定部の機能を説明する図である。
図7は、図6(a)、(b)と同様に、電流検出センサ300より出力された検出信号の周波数成分の算出結果(含有量[mV])を示している。図7に示すグラフは、非線形抵抗素子200の劣化の度合いが図6(b)に示す場合よりも小さい場合における算出結果の例を示している。
FIG. 7 is a diagram illustrating the function of the leakage current determination unit according to the modification of the first embodiment.
FIG. 7 shows the calculation result (content [mV]) of the frequency component of the detection signal output from the
ここで、第1の実施形態の変形例に係る漏れ電流判定部312は、高調波の次数が連続しているか否かに関わらず、単に、所定数以上の複数の高調波成分の強度が判定閾値を上回った場合に、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定してもよい。
例えば、当該変形例に係る漏れ電流判定部312は、抵抗分電流Irが生じた場合において高い強度が見込まれる5次から39次までの奇数次高調波成分のうち、10個以上の高調波成分が判定閾値(=1mV)を上回った場合に、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定する。このようにすることで、本変形例に係る漏れ電流判定部312は、例えば図7に示すように劣化の進行の度合いが小さい場合であっても、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定する。したがって、比較的早期に非線形抵抗素子200の劣化を検出することができる。
Here, the leakage current determination unit 312 according to the modification of the first embodiment simply determines the intensity of a plurality of harmonic components equal to or greater than a predetermined number, regardless of whether or not the harmonic order is continuous. When the threshold value is exceeded, it may be determined that a leakage current flows through the
For example, the leakage current determination unit 312 according to the modification includes 10 or more harmonic components among the odd-order harmonic components from the 5th to the 39th order in which high strength is expected when the resistance current Ir is generated. Is greater than the determination threshold (= 1 mV), it is determined that a leakage current is flowing through the
また、事前の計測・実験により、ノイズ成分(架線10の給与電圧に重畳する固有の高調波成分)の周波数分布を把握できている場合は、以下のようにしてもよい。即ち、漏れ電流判定部312は、高調波成分のうち、ノイズの影響が小さい少なくとも一つの特定の高調波成分が判定閾値を上回った場合に、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定するものとしてもよい。
Moreover, when the frequency distribution of the noise component (specific harmonic component superimposed on the supply voltage of the overhead wire 10) can be grasped by the prior measurement / experiment, the following may be performed. That is, the leakage current determination unit 312 determines that a leakage current flows through the
更に、上記ノイズ成分の周波数分布を把握できている場合は、漏れ電流判定部312は、当該ノイズ成分の周波数分布に応じて、検出信号の高調波成分ごとに異なる複数の判定閾値を設定してもよい。この場合、漏れ電流判定部312は、所定数以上の高調波成分が各々に対応する判定閾値を上回った場合に、非線形抵抗素子200に漏れ電流が流れていると判定するものとしてもよい。
Furthermore, when the frequency distribution of the noise component can be grasped, the leakage current determination unit 312 sets a plurality of determination thresholds that are different for each harmonic component of the detection signal according to the frequency distribution of the noise component. Also good. In this case, the leakage current determination unit 312 may determine that a leakage current is flowing through the
更に、上述の各実施形態における漏れ電流判定部312は、電力供給システム1の管理者の操作によって、判定閾値、又は、高調波の数(連続する高調波成分の個数)等を所望に変更できる態様であってもよい。このようにすることで、管理者は、使用する避雷器20、或いは、電力供給システム1固有の特性に合わせて、判定基準を最適化させることができる。
Furthermore, the leakage current determination unit 312 in each of the above-described embodiments can change the determination threshold, the number of harmonics (the number of continuous harmonic components), or the like as desired by the operation of the administrator of the
また、上述の各実施形態に係る漏れ電流判定部312は、判定閾値が予め規定された固定値(例えば1mV)とするものとして説明したが、他の実施形態においてはこの態様に限定されない。
例えば、他の変形例に係る漏れ電流判定部312は、判定閾値を、電流検出センサ300からの検出信号の基本波成分(1次)の強度としてもよい。ここで、図5に示した通り、非線形抵抗素子200が劣化している場合に生じる漏れ電流(抵抗分電流Ir、図2参照)の高調波成分は、所定の範囲に渡って基本波成分よりも大きい強度を有することが分かる。したがって、検出された基本波成分の強度を上回る高調波成分の数に基づいて、非線形抵抗素子200における漏れ電流の有無を判定することで、一層精度よく非線形抵抗素子200の劣化を検出することができる。
In addition, the leakage current determination unit 312 according to each of the above-described embodiments has been described as a fixed threshold value (for example, 1 mV) that is defined in advance. However, the other embodiments are not limited to this mode.
For example, the leakage current determination unit 312 according to another modification may use the determination threshold as the intensity of the fundamental wave component (first order) of the detection signal from the
また、上述の各実施形態に係る電流検出センサ300は、内部を貫通して流れる電流を精度よく検出可能なロゴウスキーコイルとして説明したが、他の変形例に係る電流検出センサ300は、他の異なる態様であってもよい。即ち、電流検出センサ300は、検出対象とする全漏れ電流Ioの大きさ、及び、当該全漏れ電流Ioの周波数の両方に比例する強度の検出信号を出力可能であれば、如何なる態様であっても構わない。
Moreover, although the
以上、上述の各実施形態に係る検出装置30によれば、避雷器20の劣化を精度よく検出することができる。
また、上述の各実施形態に係る検出装置30によれば、電力供給システム1の稼働中において、避雷器20の健全性をリアルタイムで監視することができるので、当該避雷器20の健全性の評価に要する労力やコストを削減することができる。
また、上述の各実施形態に係る検出装置30は、接地線g(図1)に取り付けるコイル(電流検出センサ300)、及び、当該電流検出センサ300からの検出信号を入力して処理する計算機(本体部310)のみの構成で実現可能である。したがって、検出装置の構成全体を簡素化することができる。
As mentioned above, according to the
Moreover, according to the
In addition, the
図8は、第1の実施形態に係る検出装置の設置例を示す図である。
図8に示すように、避雷器20は、地表に設けられた支持柱21に支持される。
電流検出センサ300は、避雷器20に接続された接地線g及び支持柱21全体を囲うように取り付けられる。ここで、架線10から地表(接地点G)に流れる全漏れ電流は、接地線gのみならず、支持柱21を伝搬することも想定される。したがって、図8に示すように、接地線g及び支持柱21全体を囲うようにコイル(電流検出センサ300)を取り付けることで、当該支持柱21を通じて流れる電流を含めて全漏れ電流を観測することができる。
FIG. 8 is a diagram illustrating an installation example of the detection device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 8, the
The
上述の各実施形態においては、検出装置30の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより各手順を行うものとしている。ここで、上述した検出装置30の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって上記各種処理が行われる。ここで、コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
また、検出装置30の各機能構成が、ネットワークで接続される複数の装置に渡って具備される態様であってもよい。
In each of the above-described embodiments, a program for realizing the function of the
In addition, each functional configuration of the
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものとする。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was described, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the invention described in the claims and equivalents thereof, as long as they are included in the scope and gist of the invention.
1 電力伝送システム
10 架線
20 避雷器
21 支持柱
200 非線形抵抗素子
201 寄生容量
30 検出装置
300 電流検出センサ
310 本体部
311 周波数成分取得部
312 漏れ電流判定部
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記非線形抵抗素子に流れる漏れ電流を含む全漏れ電流の大きさと、当該全漏れ電流に含まれる各周波数成分との両方に比例した強度の検出信号を出力可能な電流検出センサと、
前記検出信号の高調波成分ごとの強度を取得する周波数成分取得部と、
取得された前記高調波成分ごとの強度に基づいて、前記非線形抵抗素子に漏れ電流が流れているか否かを判定する漏れ電流判定部と、
を備え、
前記漏れ電流判定部は、
前記高調波成分ごとの強度のうち所定数以上の複数の前記高調波成分の強度が、予め規定された判定閾値を上回った場合に、前記漏れ電流が流れていると判定する
検出装置。 A detection device for detecting a leakage current flowing in a non-linear resistance element,
A current detection sensor capable of outputting a detection signal having an intensity proportional to both the magnitude of the total leakage current including the leakage current flowing through the nonlinear resistance element and each frequency component included in the total leakage current;
A frequency component acquisition unit for acquiring the intensity of each harmonic component of the detection signal;
A leakage current determination unit that determines whether or not a leakage current flows through the nonlinear resistance element based on the acquired intensity for each harmonic component;
Equipped with a,
The leakage current determination unit
The detection apparatus which determines that the said leakage current is flowing, when the intensity | strength of the said several or more harmonic component more than predetermined number among the intensity | strengths for every said harmonic component exceeds the predetermined determination threshold value .
奇数次の高調波成分のうち所定数以上連続する複数の前記高調波成分の強度が、前記判定閾値を上回った場合に、前記漏れ電流が流れていると判定する
請求項1に記載の検出装置。 The leakage current determination unit
It is determined that the leakage current is flowing when the intensity of a plurality of the harmonic components that are a predetermined number or more of the odd-order harmonic components exceeds the determination threshold.
The detection device according to claim 1 .
前記判定閾値を、前記検出信号の基本波成分の強度とする
請求項1又は請求項2に記載の検出装置。 The leakage current determination unit
The determination threshold is the intensity of the fundamental wave component of the detection signal.
The detection device according to claim 1 or 2 .
前記周波数成分取得部は、当該コイルに励起される電圧である前記検出信号の高調波成分ごとの強度を取得する
請求項1から請求項3の何れか一項に記載の検出装置。 The current detection sensor is a coil attached so as to surround a ground wire through which the total leakage current flows.
The detection device according to any one of claims 1 to 3 , wherein the frequency component acquisition unit acquires the intensity of each harmonic component of the detection signal that is a voltage excited in the coil.
前記非線形抵抗素子を有する避雷器と、
交流電圧が印加された架線と、
を備える電力供給システム。 The detection device according to any one of claims 1 to 4 ,
A lightning arrester having the non-linear resistance element;
An overhead wire to which an AC voltage is applied;
A power supply system comprising:
前記非線形抵抗素子に流れる漏れ電流を含む全漏れ電流の大きさと、当該全漏れ電流に含まれる各周波数成分との両方に比例した強度の検出信号を出力するステップと、
前記検出信号の高調波成分ごとの強度を取得するステップと、
取得された前記高調波成分ごとの強度に基づいて、前記非線形抵抗素子に漏れ電流が流れているか否かを判定するステップと、
を有し、
前記漏れ電流が流れているか否かを判定するステップは、更に、
前記高調波成分ごとの強度のうち所定数以上の複数の前記高調波成分の強度が、予め規定された判定閾値を上回った場合に、前記漏れ電流が流れていると判定するステップを含む
検出方法。 A detection method for detecting a leakage current flowing in a non-linear resistance element,
Outputting a detection signal having an intensity proportional to both the magnitude of the total leakage current including the leakage current flowing through the nonlinear resistance element and each frequency component included in the total leakage current;
Obtaining the intensity of each harmonic component of the detection signal;
Determining whether or not a leakage current flows through the nonlinear resistance element based on the obtained intensity for each harmonic component; and
I have a,
The step of determining whether or not the leakage current is flowing further comprises
A detection method including a step of determining that the leakage current is flowing when the intensity of a plurality of the harmonic components equal to or greater than a predetermined number among the intensities of the harmonic components exceeds a predetermined determination threshold. .
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