JP6390192B2 - 部分放電検出装置、及び部分放電検出装置の故障自己診断方法 - Google Patents

Description

本発明は、装置故障の自己診断機能を備える部分放電検出装置、及び部分放電検出装置の故障自己診断方法に関する。

電力機器の健全性等を把握するには、機器故障の一つである絶縁破壊の前兆現象として部分放電を検出することが有効である。このような部分放電検出装置としては、部分放電の発生に伴って生じる放電信号の解析にて部分放電の発生有無（部分放電箇所が存在するか）を検出するというものである。例えば特許文献１の開示技術では、部分放電の発生の際に生じる放電信号として電磁波を受信機にて受信し、その受信信号の解析にて部分放電の発生有無が判定されている。

ところで、部分放電検出装置において、装置故障を自己診断できる機能が搭載されているものがある。
例えば特許文献２の開示技術では、部分放電の発生の際に生じる電磁波を受信アンテナを介して受信し、この受信信号の解析にて部分放電の発生有無が判定される構成である。故障診断を行う際には、部分放電の発生の際に生じる電磁波の代わりにテレビやラジオの放送用電波をアンテナを介して受信し、この受信信号を以て装置内部で正常に信号処理が行われるかでその故障診断が行われるようになっている（第１従来例）。

もう一つの開示技術としては、装置内部に模擬電波を生成する回路を別途搭載し、模擬電波をアンテナを介して受信し、装置内部で正常に信号処理が行われるかでその故障診断が行われるようになっている（第２従来例）。

また特許文献３及び特許文献４の開示技術では、装置内部に模擬信号を生成する回路を別途搭載し、模擬信号を装置内部で直接的に受けるようにし、この模擬信号を以て装置内部で正常に信号処理が行われるかでその故障診断が行われるようになっている（第３従来例）。

特開２００８−４５９７７号公報 特開平９−１１３５７３号公報 特開２００４−１６３１７２号公報 特開２０１０−２７６４２０号公報

しかしながら、第１従来例については、山間部や僻地等、テレビやラジオの放送用電波が安定的に受信できないような場所での故障診断が正常に行えるかが懸念されるため、放送用電波を安定的に受信する環境が必要である。

第２従来例については、模擬電波を生成する回路や模擬電波を送信するアンテナ等が別途必要である。第３従来例についても、模擬信号を生成する回路や信号を切り替える回路等が別途必要である。故障診断のための回路等を増加する分、部分放電検出装置が大型化したり、部品増によるコストアップ、故障率増加等が懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、簡易でより確実な故障診断を実施することができる部分放電検出装置、及び部分放電検出装置の故障自己診断方法を提供することにある。

上記課題を解決する部分放電検出装置は、電力機器の部分放電に係る放電信号の信号処理を行い、前記電力機器にて部分放電の発生有無を検出する部分放電検出装置であって、前記放電信号の信号処理の過程で周波数変換を行うミキサを備えるものであり、前記ミキサの処理動作に基づいて生じる一定周波数のスプリアス信号の有無判定にて検出装置自身の故障判定を行う故障判定部を備える。

この構成によれば、放電信号の信号処理の過程で周波数変換を行うためのミキサを備える部分放電検出装置において、ミキサの処理動作に基づいて生じる一定周波数のスプリアス信号の有無を見ることで、装置自身の故障判定（故障自己診断）が行われる。つまり、ミキサの処理動作を含めた放電信号の信号処理が正常に動作していればスプリアス信号が生じ、動作が異常であればスプリアス信号が生じないため、検出装置自身に故障が発生しているかをそのスプリアス信号の有無のソフト的な判定を行うだけで済む。そのため、故障診断に係るハード構成の必要がなく、また故障診断を場所を問わず安定して実施できる等、簡易でより確実な故障診断の実施が可能である。

また上記課題を解決する部分放電検出装置の故障自己診断方法は、電力機器の部分放電に係る放電信号の信号処理を行い、前記電力機器にて部分放電の発生有無を検出する部分放電検出装置の故障自己診断方法であって、前記放電信号の信号処理の過程で周波数変換を行うためのミキサの処理動作に基づいて生じる一定周波数のスプリアス信号の有無判定にて検出装置自身の故障判定を行う。

この構成によれば上記したように、検出装置自身の故障判定（故障自己診断）は、ミキサの処理動作に基づいて生じる一定周波数のスプリアス信号の有無を見て判定するため、検出装置自身に故障が発生しているかをそのスプリアス信号の有無のソフト的な判定を行うだけで済む。そのため、故障診断に係るハード構成の必要がなく、また故障診断を場所を問わず安定して実施できる等、簡易でより確実な故障診断の実施が可能である。

本発明の部分放電検出装置、及び部分放電検出装置の故障自己診断方法によれば、簡易でより確実な故障診断を実施することができる。

一実施形態での部分放電検出装置の電気的構成を示すブロック図である。 装置故障の自己診断手法を説明するための説明図であり、（ａ）は正常時において部分放電が発生した場合、（ｂ）は正常時において部分放電が生じていない場合、（ｃ）は故障時を示す図である。 装置故障の自己診断手法を説明するための説明図である。 装置故障の自己診断手法を説明するための説明図であり、（ａ）は正常時においてスプリアス信号よりも放電信号の信号レベルの方が大の場合、（ｂ）は正常時においてスプリアス信号よりも放電信号の信号レベルの方が小の場合、（ｃ）は故障時でありスプリアス信号が生じない場合を示す図である。

以下、部分放電検出装置（故障自己診断方法）の一実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の部分放電検出装置１１は、電力機器１０の内部で発生し得る部分放電の検出を行う装置である。電力機器１０としては、変圧器、リアクトル、コンデンサ、整流器、遮断器、開閉装置、配電盤、電力ケーブル等を含む。部分放電検出装置１１は、自身に搭載のセンサ（図示略）や外部入力にて電力機器１０の内部で発生する部分放電に係る放電信号の信号処理を行い、対象の電力機器１０の内部での部分放電の発生有無（部分放電箇所が存在するか）を検出する。放電信号としては、電力機器１０の内部で部分放電が発生した際に生じる電磁波、接地電流、音波、振動、静電容量等の物理現象が反映された信号である。

部分放電検出装置１１は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１２、プリアンプ１３、ミキサ１４、発振器１５、ＰＬＬシンセサイザ１６、中間周波フィルタ１７、ログアンプ１８、Ａ／Ｄ変換器１９、及び処理部２０を備えている。

ＢＰＦ１２は、本実施形態では接地電流信号を放電信号として入力し、１〜１００ＭＨｚの特定周波数帯域を通過させてプリアンプ１３に出力する。プリアンプ１３は、ＢＰＦ１２の出力信号を増幅して適切な信号レベルに調整してミキサ１４に出力する。ミキサ１４は、プリアンプ１３から出力された信号ｆｘを入力すると共に、ＰＬＬシンセサイザ１６から出力された信号ｆａを入力する。このＰＬＬシンセサイザ１６は、発振器１５からの基準周波数の信号に基づいて、本実施形態では１１０１〜１２００ＭＨｚ帯域の信号ｆａを生成してミキサ１４に出力する。

ミキサ１４は、プリアンプ１３から出力された信号ｆｘと、ＰＬＬシンセサイザ１６から出力された信号ｆａとを合成した信号ｆｂを生成し、中間周波フィルタ１７に出力する。中間周波フィルタ１７は、ミキサ１４から出力された信号ｆｂの内、本実施形態では１．１ＧＨｚの特定周波数信号を通過させて中間周波数化した信号をログアンプ１８に出力する。ログアンプ１８は、中間周波フィルタ１７の出力信号を増幅して適切な信号レベルに調整してＡ／Ｄ変換器１９に出力する。Ａ／Ｄ変換器１９は、ログアンプ１８から出力されたアナログ信号をデジタル信号に変換して処理部２０に出力する。

処理部２０は、ＣＰＵを含んで構成され、Ａ／Ｄ変換器１９から出力されたデジタル信号に基づいて、電力機器１０の内部で部分放電の発生有無の判定処理を行っている。電力機器１０が商用電力を扱う電力機器である場合、処理部２０は、例えば商用周波数の５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電圧の２周期（商用周波２周期）において１００サンプリング、即ち商用周波数が５０Ｈｚであれば０．４［ｍｓ］毎にサンプリングを行い、更に１サンプリング周期において１ＭＨｚ毎で１〜１００ＭＨｚ間の１００個分の信号レベルを取得し、判定処理を行っている。

ここで、図２（ａ）〜（ｃ）は、放電信号の１〜１００ＭＨｚ帯域で１ＭＨｚ毎に細分化した各周波数毎の信号レベルを示したものである。その中でも、図２（ａ）は部分放電が生じている場合、図２（ｂ）は部分放電が生じていない場合である。この部分放電が生じていない場合とは、電力機器１０内に部分放電箇所がそもそも無い場合と、電力機器１０内に部分放電箇所があるものの、周期的に生じる部分放電の内で発生していないタイミングの場合とがある。部分放電が生じている図２（ａ）の場合は、１〜１００ＭＨｚ帯域で全体的に信号レベルが大きくなる。

また図３は、時間、周波数、信号レベルをそれぞれｘ軸、ｙ軸、ｚ軸とした場合の相関を３次元的に示したものである。時間として商用周波２周期において、放電信号の１〜１００ＭＨｚ間の１００個分の信号レベルを見てみると、電力機器１０にて部分放電が生じている状況では、図３のＡ１〜Ａ４矢印にて示されるタイミングにて周期的に信号レベルが大きくなる。つまり、電力機器１０内に部分放電箇所がある場合、部分放電は常時生じるのではなく商用交流電圧に同期し、部分的な時間位相にて放電が発生する。図３の例では、部分放電が正極側及び負極側の両極性から発生しているが、放電の種類によっては片極性のみで発生するものも存在する。

またこれら図２（ａ）（ｂ）及び図３のいずれにおいても、装置１１内での信号処理が正常に動作した場合のものである。本実施形態の装置１１のように信号処理の過程でミキサ１４が用いられる構成では、ミキサ１４がプリアンプ１３からの信号ｆｘとＰＬＬシンセサイザ１６からの信号ｆａを合成する際に、一定周波数ｆｓ（本実施形態では例えば２２ＭＨｚ）のスプリアス信号が現れる。スプリアス信号は、信号処理の正常動作状態において、図３のＢ１矢印で示すように常時生じるものである。これに対し、図２（ｃ）は、装置１１に何らかの故障が生じて信号処理が正常に行えなかった場合を示している。図２（ｃ）は図２（ｂ）とほぼ同様であるが、上記したスプリアス信号は生じない。尚、スプリアス信号は放電信号ではないので、一定周波数（スプリアス信号周波数）ｆｓの信号レベル（データ）は放電有無判定には必要ではない。そのため、スプリアス信号のデータを含めて放電判定を行ってもよいが、スプリアス信号のデータを無視して放電判定を行ってもよい。

図４（ａ）〜（ｃ）は、放電信号の各周波数毎の信号レベルを概略的に示したものである。装置１１の仕様によっては、図４（ａ）のようにスプリアス信号よりも放電信号の信号レベルの方が大きい場合や、図４（ｂ）のようにスプリアス信号よりも放電信号の信号レベルの方が小さい場合がある（図４（ｃ）はスプリアス信号無し）。そのため、スプリアス信号と放電信号とを区別する必要があるが、部分放電の有無判定については、１〜１００ＭＨｚ全域の信号レベルから判断、例えば全域の信号レベルの内、ピークからＮ番目の周波数の信号レベルと放電判定値ｔｈとを比較することで判定可能である。一方、スプリアス信号の有無判定については、一定周波数ｆｓの信号レベルと故障判定値ａとの比較に基づいて行えばよい。尚、ピークからＮ番目がスプリアス信号の周波数ｆｓであった場合、本実施形態では放電判定を優先する。部分放電の有無判定やスプリアス信号の有無判定は、これ以外の手法を用いてもよい。

これらを踏まえ、本実施形態の処理部２０は、入力された放電信号周波数分析を行い、ピークからＮ番目の周波数の信号レベルと放電判定値ｔｈとの比較に基づいて部分放電の発生有無の判定を行う。ピークからＮ番目の周波数の信号レベルが放電判定値ｔｈよりも大きければ電力機器１０の内部で部分放電が発生していると判定し、ピークからＮ番目の周波数の信号レベルが放電判定値ｔｈよりも小さければ電力機器１０の内部で部分放電が発生していないと判定し、処理部２０はその判定結果を表示装置等にて報知する。

また加えて、本実施形態の処理部２０は、装置１１が故障しているかを自己診断するための故障判定部２１において、一定周波数ｆｓの信号レベルと故障判定値ａとの比較に基づいてスプリアス信号の有無の判定を行い、これを故障判定とする。一定周波数ｆｓの信号レベルが故障判定値ａよりも大きければスプリアス信号有り、即ち信号処理が正常で装置故障無しと判定し、一定周波数ｆｓの信号レベルが故障判定値ａよりも小さければスプリアス信号無し、即ち信号処理が異常で装置故障有りと判定し、処理部２０はこの判定結果についても表示装置等にて報知するようになっている。

次に、本実施形態の特徴的な効果を記載する。
本実施形態のように部分放電検出装置１１にミキサ１４を備えるものにおいて、処理部２０に設けた故障判定部２１にて、ミキサ１４の処理動作に基づいて生じる一定周波数ｆｓのスプリアス信号の有無を見ることで、装置１１自身の故障判定（故障自己診断）が行われる。つまり、ミキサ１４の処理動作を含めた放電信号の信号処理が正常に動作していればスプリアス信号が生じ、動作が異常であればスプリアス信号が生じないため、装置故障が発生しているかをそのスプリアス信号の有無のソフト的な判定を行うだけで済む。そのため、故障診断に係るハード構成の必要がなく、また故障診断を場所を問わず安定して実施できる等、簡易でより確実な故障診断の実施を行うことができる。

また、故障診断時に部分放電の発生有無を判定する通常処理を止める必要がないため、常時若しくは任意のタイミングで診断することができる。また、別途ハード構成を必要としないので、装置１１の大型化を防止でき、またハード構成の追加、即ち部品数増加に伴うコストアップや故障率増大を防止することもできる。

尚、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。
・１〜１００ＭＨｚの帯域の放電信号の信号レベルに基づいて判定を行ったが、周波数帯域はこれに限らない。例えば、部分放電に伴って発生する電磁波、接地電流、音波、振動、静電容量等の各種物理現象に応じて放電信号の周波数帯域を変更してもよい。また、ＰＬＬシンセサイザ１６や中間周波フィルタ１７が扱う周波数は上記に限らず、適宜変更してもよい。

・スプリアス信号は２２ＭＨｚであったが、装置構成でスプリアス信号の周波数ｆｓは変わってくるため、２２ＭＨｚに限らない。
・その他、部分放電検出装置１１の構成を図１以外に適宜変更してもよい。

１０…電力機器、１１…部分放電検出装置、１４…ミキサ、２１…故障判定部、ｆｓ…一定周波数。

Claims (2)

1. 電力機器の部分放電に係る放電信号の信号処理を行い、前記電力機器にて部分放電の発生有無を検出する部分放電検出装置であって、
   前記放電信号の信号処理の過程で周波数変換を行うミキサと、前記放電信号及び前記ミキサの処理動作に基づいて生じる一定周波数のスプリアス信号を含む信号を入力し該入力した放電信号に基づいて前記電力機器の部分放電の発生有無の判定を行う処理部とを備えるものであり、
   前記処理部は、ＣＰＵを含んで構成され、該処理部に設けた故障判定部にて、該処理部に入力した信号における前記スプリアス信号の有無判定を行い、該スプリアス信号の有無判定にて部分放電検出装置自身の故障判定を行うことを特徴とする部分放電検出装置。
2. 電力機器の部分放電に係る放電信号の信号処理を行い、前記電力機器にて部分放電の発生有無を検出する部分放電検出装置の故障自己診断方法であって、
   前記部分放電検出装置は、前記放電信号の信号処理の過程で周波数変換を行うミキサと、前記放電信号及び前記ミキサの処理動作に基づいて生じる一定周波数のスプリアス信号を含む信号を入力し該入力した放電信号に基づいて前記電力機器の部分放電の発生有無の判定を行う処理部とを備えるものであり、
   ＣＰＵを含んで構成される前記処理部に設けた故障判定部にて、該処理部に入力した信号における前記スプリアス信号の有無判定を行い、該スプリアス信号の有無判定にて部分放電検出装置自身の故障判定を行うことを特徴とする部分放電検出装置の故障自己診断方法。