JP7003703B2 - マルチセンサを用いた部分放電検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、電力設備において発生する部分放電を複数のセンサにより検出するマルチセンサを用いた部分放電検出装置に関する。

配電盤、スイッチギヤ、変圧器、開閉機器等の電力設備（以下、電力機器ともいう）は、設置されてから長期間使用され、それに伴い絶縁性能の低下等の経年劣化が生じ得る。電力設備の絶縁性能が低下すると、部分放電が発生することが一般的に知られている。電力設備内部で放電（以下、部分放電ともいう）が繰返し発生すると絶縁破壊に至り、火災等の災害につながる可能性がある。したがって、電力設備を安全に運用するには、部分放電を検出することが重要である。

部分放電が発生すると２次的な信号（例えば、電磁波、接地線に流れ込む高周波電流等）が発生する。部分放電を検出する様々な技術が知られている。例えば、下記特許文献１には、図１に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、３相電力設備において各相に対応する３つのアンテナ７～９の出力信号をチャンネルセレクタ１４により切替えて、チューニングアンプ１５に出力し、Ａ／Ｄ変換器１６を介してデジタルデータとして測定し、周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。測定値から求めた評価値（平均等）が、１つのアンテナに関してのみ特異的に大きい場合に、絶縁異常が発生したと判定する。

下記特許文献２には、図２に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、３つのアンテナ（３相電力設備の各相に対応）１３とノイズアンテナ１７との出力信号を、セレクタ２１で切替えて、アンプ２２、チューナ２５及びＡ／Ｄ変換器２６を介して測定し、周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。ノイズアンテナ１４の出力レベルがしきい値を超えない周波数ポイントを測定範囲として決定した後、測定範囲で３つのアンテナ１３の出力を測定し、測定値の平均値のレベルに基づいて部分放電の発生の有無を判定する。

下記特許文献３には、図３に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、複数の変電機器２ａ～２ｃのそれぞれの接地線に設けたＣＴ（放電検出センサ）３ａ～３ｃの出力信号は、極性判別回路８及び信号選択回路９に入力される。極性判別回路８は入力信号の立上り極性を判別し、１つの信号のみ極性が異なる場合、それに対応する変電機器内部で部分放電が発生していると判定する。信号選択回路９は、極性判別回路８からの判別結果を示す信号に応じてアナログスイッチを切替え、対応する変電機器からの信号を表示器５及び部分放電レベル計６に出力する。

下記特許文献４には、図４に示す構成により部分放電を検出する技術が開示されている。具体的には、スイッチギヤ等で発生する部分放電を、複数の超音波センサ１１からの、プリアンプ１２による増幅後の出力信号をマルチプレクサ２で切替えて、放電に起因する信号成分を効率的に通過させるバンドパスフィルタ３１、アイソレーションアンプ３２、直流変換回路３３、及びＡ／Ｄ変換回路３４を通してサンプリングする。得られたデータから、ノイズと放電現象による信号成分との弁別、信号成分の平均値算出等を行ない、異常を判定する。

特許第３６１２８１２号公報 特開平１０－２１０６４７号公報 特開平４－２３５３６０号公報 特許第３２２９９０９号公報 特許第５４８９０５５号公報 特許第５９３５８５０号公報

しかし、特許文献１～４に共通する問題として、センサを複数備えてはいるが、全て同一種類のセンサであり、診断対象機器、及び部分放電の種類等により、検出できない場合があり、信頼性に欠け、部分放電を取り逃がす危険性がある。部分放電には、種々のメカニズムにより発生するものがある。例えば、固体絶縁物の表面に発生する放電（沿面放電）、固体絶縁物中のボイド（空隙）で発生する放電、固体絶縁物のクラック又は剥離部で発生する放電、高電圧部と接地電位との近接欠陥部での放電、固体絶縁物表面が汚損されてトラッキングが発生することによる放電等、種々のもの知られている。また、診断対象機器の構造の違い等によって、部分放電の発生場所も多様である。このように、診断対象機器の構造、放電の種類の違い等によって、部分放電により生じる物理量及びその変化（周波数）が異なる。また、測定は環境の影響を受け、診断対象機器が設置されている環境は必ずしも定常的ではなく、１日の中で変化し、診断対象機器が設置された後に変わり得る。

したがって、本発明は、部分放電を取り逃がす可能性が低く信頼性の高い部分放電検出が可能である、小型で低コストのマルチセンサを用いた部分放電検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係る部分放電検出装置は、少なくとも種類の異なるセンサを含む複数のセンサと、複数のセンサによる検出信号が入力信号として入力され、複数の入力信号のうちの１つの信号を出力信号として出力する切替部と、切替部から出力される出力信号から所定周波数成分を抽出し、当該所定周波数成分の信号を取得する取得部と、所定周波数成分の周波数を取得部に指示し、且つ、複数の入力信号のうち出力信号として出力すべき信号を切替部に指示する制御部とを含む。複数のセンサが電気機器に配置された状態で、制御部は、出力信号として出力すべき信号を切替部に指示し、且つ周波数を取得部に指示した後、取得部により所定周波数成分の信号を取得する処理を、センサ及び周波数の全ての組合せについて繰返す。制御部は、取得された所定周波数成分の信号に関して、センサ毎に周波数分析を行なう分析部と、分析部による分析結果に応じて、取得された所定周波数成分の信号の中から、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号を決定する決定部と、決定部により決定された所定周波数成分の信号を用いて、電気機器における部分放電の発生の有無を判定する判定部とを含む。

これにより、電力機器に部分放電が発生しているか否かを、複数のセンサによる測定データのうち最も適切な測定データを用いて判定することができるので、部分放電を取り逃がす可能性が低くなり、結果の信頼性が高い。

好ましくは、分析部は、周波数分析によりバックグラウンドノイズレベルを算出し、決定部は、センサ毎に分析部により算出されたバックグラウンドノイズレベルの中の最小値を特定し、当該最小値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する。

より好ましくは、分析部は、周波数分析により部分放電と推定される信号レベルを算出し、決定部は、センサ毎に分析部により算出された部分放電と推定される信号レベルの中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する。

さらに好ましくは、分析部は、周波数分析により、バックグラウンドノイズレベルと、部分放電と推定される信号レベルとを算出し、決定部は、センサ毎に分析部により算出された部分放電と推定される信号レベルからバックグラウンドノイズレベルを減算した差を算出し、算出された差の中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する。

これらにより、複数のセンサによる測定データのうち、部分放電の発生の有無の判定に適した測定データを決定でき、部分放電を取り逃がす可能性が低くなり信頼性の高い検出ができる。

好ましくは、複数のセンサは、アンテナセンサ、ＨＦＣＴセンサ及びＴＥＶセンサのうちの少なくとも２種類のセンサを含む。

これにより、信頼性高く部分放電を検出できる。

本発明によれば、配電盤、スイッチギヤ、変圧器又は開閉機器等の種々の電力機器に部分放電が発生しているか否かを、複数のセンサによる測定データのうち最も適切な測定データを用いて判定することができるので、部分放電を取り逃がす可能性が低くなり、結果の信頼性が高い。

複数の種類の異なるセンサを備えることにより、種々のタイプの部分放電を検出することができ、電力設備の設置後の環境の変化があったとしても、部分放電を信頼性高く検出できる。
つまり、各センサにおいて、以下に記載する条件が部分放電信号検出に影響を与える場合があるが、このような影響が大きい場合は、一種類のセンサでは部分放電信号を検出できない場合があり、絶縁異常の兆候を取り逃がす恐れがある。
・アンテナセンサ：電力設備の周辺構造による電磁遮蔽の影響、チューナの設定周波数が発生している部分放電電磁波の周波数の狭間となる場合など。
・ＨＦＣＴセンサ：センサが取り付けられている接地線と高圧回路間の静電容量による影響。
・ＴＥＶセンサ ：周囲環境変化によるＢＧＮの増加（Ｓ／Ｎ変化）の影響。
それに対して、種類の異なる複数のセンサで部分放電信号を検出した場合には、上記影響の要素を加味することで、部分放電信号の検出確度をより一層高めることが可能である。

高周波切替器を備えることにより、複数のセンサを備える場合にも、同じ機器を重複して備える必要がなく、装置全体を小型化し、コストを低減することができる。

従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。 従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。 従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。 従来の部分放電検出装置を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係る部分放電検出装置の概略構成を示すブロック図である。 図５の部分放電検出装置による部分放電検出処理を示すフローチャートである。 ＲＦＳＷを使用しない場合の部分放電検出装置の構成を示すブロック図である。 変形例を示すブロック図である。 ＲＦＳＷを使用して行なった実験の構成を示すブロック図である。 ＲＦＳＷを使用せずに行なった実験の構成を示すブロック図である。 ＲＦＳＷを使用して測定されたＴＥＶセンサの出力信号を示すグラフである。 ＲＦＳＷを使用して測定されたＨＦＣＴセンサの出力信号を示すグラフである。 ＲＦＳＷを使用せずに測定されたＴＥＶセンサの出力信号を示すグラフである。 ＲＦＳＷを使用せずに測定されたＨＦＣＴセンサの出力信号を示すグラフである。

以下の実施の形態では、同一の部品には同一の参照番号を付してある。それらの名称及び機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

（部分放電検出装置の構成）
図５を参照して、本発明の実施の形態に係る部分放電検出装置１００は、複数のセンサから構成されるセンサ群１０２と、高周波切替器（以下、ＲＦＳＷという）１２０と、診断装置１２２とを含む。部分放電検出装置１００は、各部を作動させるための電源等（図示せず）をも含む。

センサ群１０２は、異なる種類のセンサを含んでいる。図５では、センサ群１０２は、２つのアンテナセンサ１０４及び１０６と、３つの高周波変流器（Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）センサ（以下、ＨＦＣＴセンサともいう）１０８～１１２と、３つの過渡接地電圧（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ Ｅａｒｔｈ Ｖｏｌｔａｇｅ）センサ（以下、ＴＥＶセンサともいう）１１４～１１８とを含んでいる。センサ群１０２の各センサは、配電盤、スイッチギヤ、変圧器又は開閉機器等である診断対象設備２００に配置され、診断対象設備２００で部分放電が発生したことにより生じる変化（電磁気的変化）を検出する。

アンテナセンサ１０４及び１０６は、部分放電により空中に放射される電磁波を検出する。ＨＦＣＴセンサ１０８～１１２は、例えば診断対象設備２００の接地線に配置され、部分放電により発生する電流の変化を検出する。ＴＥＶセンサ１１４～１１８は、診断対象設備２００の外壁面等の接地された金属板に配置され、部分放電により変化する金属板の電位を検出する。アンテナセンサ、ＨＦＣＴセンサ及びＴＥＶセンサは何れも公知のものを使用することができる。

ＲＦＳＷ１２０は、複数の入力ポートを有し、外部からの制御を受けて、複数の入力ポートのうちの１つの入力ポートに入力された信号を出力させる。ＲＦＳＷ１２０は、例えば、各入力ポートのラインに、外部から制御されるスイッチを備えて構成されている。ＲＦＳＷ１２０は、入力信号に含まれる周波数を維持し、減衰させることなく出力させる。センサ群１０２に含まれるセンサからの出力信号の周波数帯域に応じて、公知の高周波数スイッチを使用することができる。

診断装置１２２は、チューナ１２４、Ａ／Ｄ変換器１２６、制御部１２８及び記憶部１３０を含む。診断装置１２２は、後述するように、入力される信号を分析して、部分放電の発生の有無を判定する。

チューナ１２４は、同調機能及び検波機能を有し、入力信号から特定の周波数成分を抽出し、その包絡線信号（エンベロープ）を出力する。抽出対象の周波数は、外部からの指示に応じて設定される。Ａ／Ｄ変換器１２６は、入力されるアナログ信号を所定の周期でサンプリングし、デジタルデータとして出力する。即ち、チューナ１２４及びＡ／Ｄ変換器１２６は、特定の周波数成分の信号を取得する機能を担う。なお、特定の周波数成分とは、特定の周波数を帯域の中心周波数とする所定の狭い帯域幅内の周波数成分を意味する。

制御部１２８は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であり、ＲＦＳＷ１２０に対して、ＲＦＳＷ１２０が出力させるべき入力信号（入力ポート）を指示する。例えば、制御部１２８は、ＲＦＳＷ１２０の入力ポートを特定するデータ（ポート番号のコードデータ）をＲＦＳＷ１２０に入力し、ＲＦＳＷ１２０は、入力されたデータをデコードして、該当するポート番号を特定し、その番号に対応する入力ポートのスイッチをオンし、それ以外の入力ポートのスイッチをオフする。また、制御部１２８は、チューナ１２４に対して抽出する周波数を指示する。制御部１２８は、ＲＦＳＷ１２０及びチューナ１２４のそれぞれに指示した後、Ａ／Ｄ変換器１２６から入力される時系列のデジタルデータを所定の期間、記憶部１３０に記憶する。

ＨＦＣＴセンサ及びＴＥＶセンサはＨＦ帯域（３～３０ＭＨｚの短波）の周波数を検出することができるので、ＨＦＣＴセンサ又はＴＥＶセンサの信号がチューナ１２４に入力されるときには、チューナ１２４に設定される周波数は、例えば、１ＭＨｚ、２ＭＨｚ等である。アンテナセンサはＵＨＦ帯域（３００ＭＨｚ～３ＧＨｚの極超短波）の電波を検出することができるので、アンテナセンサの信号がチューナ１２４に入力されるときには、チューナ１２４に設定される周波数は、例えば、３００ＭＨｚ、３０５ＭＨｚ等である。チューナ１２４に設定される周波数は、同じ種類のセンサに関して、同じ値が設定され得る。また、同じ種類のセンサであっても、例えば、個々のセンサの特性、又は配置される位置等に応じて、チューナ１２４に異なる周波数が設定されてもよい。

記憶部１３０は、入力されるデータを記憶する。記憶部１３０は、揮発性又は不揮発性の公知の記憶装置である。記憶部１３０は、可搬性の記憶装置（メモリカード、ＵＳＢメモリ等）であってもよい。

（部分放電の検出処理）
以下に、図６を参照して、図５の部分放電検出装置１００により、診断対象設備２００において部分放電が発生したか否かを判定する処理に関して、具体的に説明する。図６のプログラムは、制御部１２８により実行される。そのプログラムは、例えば、予め記憶部１３０に記憶されていればよい。

ここでは、記憶部１３０には、ＲＦＳＷ１２０の入力ポートを表す情報（以下、ポート情報ともいう）とセンサ群１０２の各センサの種類を表す情報（以下、センサ情報ともいう）とが対応させて記憶されており、センサ情報とチューナ１２４に設定する周波数を表す情報（以下、周波数情報ともいう）とが対応させて記憶されているとする。記憶部１３０には、例えば、｛ポート情報，センサ情報｝の組、｛センサ情報，ｆ１，ｆ２，・・・，ｆｎ｝の組が記憶されている。ｆ１，ｆ２，・・・，ｆｎは、周波数情報である。

ステップ３００において、制御部１２８は、測定対象のセンサを決定し、ＲＦＳＷ１２０に指示する。具体的には、制御部１２８は、記憶部１３０に記憶されている｛ポート情報，センサ情報｝の中から、ポート情報を１つ選択し、選択したポート情報をＲＦＳＷ１２０に指定する。これにより、指示されたポート情報に対応する入力ポートに接続されているセンサが選択されたことになる。ＲＦＳＷ１２０は、指定された入力ポートと出力ポートとを接続するスイッチをオンし、それ以外の入力ポートと出力ポートとを接続するスイッチをオフする。

ステップ３０２において、制御部１２８は、ステップ３００で選択したポート情報に対応させて記憶部１３０に記憶されているセンサ情報を特定し、特定されたセンサ情報に対応する周波数情報｛ｆ１，ｆ２，・・・｝を記憶部１３０から読出す。

ステップ３０４において、制御部１２８は、ステップ３０２で読出した周波数情報の中から１つ周波数を選択し、チューナ１２４に指示する。これにより、チューナ１２４は、入力される信号から、指示された周波数成分を抽出し、その包絡線信号を出力し、Ａ／Ｄ変換器１２６は、アナログの包絡線信号をサンプリングしてデジタルデータを生成して出力する。Ａ／Ｄ変換器１２６によるデータのサンプリング周期は一定であり、診断対象設備２００に供給されている商用電力の電圧波形の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の１周期を整数値で除した値である。例えば、５０Ｈｚの場合、その周期は２０ｍｓ（ミリ秒）であり、その１／５０である０．４ｍｓをサンプリング周期とすることができる。

ステップ３０６において、制御部１２８は所定の期間、Ａ／Ｄ変換器１２６から出力されるデータを取得して、記憶部１３０に記憶させる。記憶する時間は、例えば、診断対象設備２００に供給されている商用電力の２周期の期間である。後述するように、ステップ３０６の処理は繰返し実行され、制御部１２８は各処理において、診断対象設備２００に供給されている商用電力（電圧波形）の同じ位相で、データ取得を開始する。例えば、制御部１２８は、０～２πの範囲で変化する電圧波形の位相が０のときからデータ取得を開始する。

ステップ３０８において、制御部１２８は、ステップ３０２で読出した全ての周波数（ｆ１，ｆ２，・・・，ｆｎ）に関して、ステップ３０４及び３０６の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、制御はステップ３１０に移行する。完了していなければ、制御はステップ３０４に戻り、制御部１２８は、既に選択された周波数と重複しないように周波数を１つ選択し、上記したステップ３０４及び３０６の処理を繰返す。

ステップ３１０において、制御部１２８は、ＲＦＳＷ１２０の全ての入力ポートに関して、ステップ３００～３０８の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、制御はステップ３１２に移行する。完了していなければ、制御はステップ３００に戻り、制御部１２８は｛ポート情報，センサ情報｝の中から、既に選択された入力ポートと重複しないように入力ポートを１つ選択し、上記したステップ３００～３０８の処理を繰返す。

これにより、診断対象設備２００に配置されたセンサ群１０２の各センサに関して、例えば、図１１に示すようなデータが測定される。図１１においては、取得されたセンサ信号の強度を磁界強度としてｄＢｍ単位で示している。１つの周波数に関してステップ３０６で取得された時系列データ（磁界強度）は、時間軸方向に沿って並べられている。時間軸は、商用電力の２周期分に対応する。その間に部分放電検出装置１００個のデータが取得されており、時間軸の単位は、商用電圧波形の１周期をＴ（ｓ）として、２Ｔ×１０^－２（ｓ）＝２０Ｔ（ｍｓ）である。５０Ｈｚの商用電圧波形の場合、時間軸の単位は、上記したサンプリング周期０．４ｍｓと等しい。

なお、図１１のグラフにおいて、時間軸の値が同じデータ（周波数軸に平行に並んでいるデータ）は、ステップ３０６に関して説明したように、商用電力（電圧波形）の同じ位相で取得されたデータである。

ステップ３１２において、制御部１２８は、記憶部１３０に記憶されている測定データを用いて、センサ毎に周波数分析を行ない、バックグラウンドノイズ（以下、ＢＧＮともいう）のレベル、及び、部分放電と推定される信号（以下、推定放電信号ともいう）のレベルを算出する。ＢＧＮレベル及び推定放電信号レベルの算出には、公知の方法を使用すればよい。例えば、特許文献５又は６に開示されている方法を使用することができる。

例えば、特許文献５では、先ず、各２周期分のデータ（例えば、図１１の時間軸に沿ったデータ）に関して、前半の１周期のデータと後半の１周期のデータとを、同位相で比較し、両者のレベルの小さい方を代表値として選択して、１周期分の分析対象波形を決定する。得られた複数の波形（周波数の異なる波形）において、同位相の、所定のしきい値よりも大きい信号が存在すれば、部分放電信号である可能性がある。次に、得られた波形において、ピーク付近の値から１／４周期ずれた付近の値をＢＧＮレベルとし、ピーク付近の値とＢＧＮレベルとの差が所定の値以上であれば、部分放電が発生していると判定する。したがって、ステップ３１２においても、同様にＢＧＮレベルを決定し、部分放電が発生していると判定されたピーク付近の値を、推定放電信号レベルとすることができる。

また、特許文献５には、不必要に大きいレベルのデータは部分放電の判定に有用でないとして、上記で得られた１周期分のデータを大きさでソートし、上位の所定数（例えば“１０”）を除外したデータを対象として、上記と同様にＢＧＮレベルを決定し、部分放電の発生の有無を判定することを開示している。したがって、ステップ３１２において、同様にＢＧＮレベルを決定し、推定放電信号レベルを決定してもよい。特許文献６に開示された周波数分析方法を用いてもよい。

ステップ３１４において、制御部１２８は、ステップ３１２において、各センサに関して得られたＢＧＮレベル及び推定放電信号レベルに基づいて、部分放電の発生の有無を判定に使用するデータを決定する。

例えば、ステップ３１２で得られたＢＧＮレベルの最小値を特定し、それに対応するセンサを特定する。推定放電信号レベルの最大値を特定し、それに対応するセンサを特定してもよい。また、推定放電信号レベルとＢＧＮレベルとの差が最大であるものを特定し、それに対応するセンサを特定することもできる。これらのいずれかにより、記憶部１３０に記憶されている、特定されたセンサからの信号の測定データが特定される。

ステップ３１６において、制御部１２８は、ステップ３１４で特定された測定データを用いて周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。ここでの判定には、公知の方法を使用すればよい。例えば、上記と同様に、特許文献５又は６に開示されている方法を使用することができる。

例えば、ステップ３１２で得られたＢＧＮレベルの最小値を特定し、それに対応するセンサを特定し、その測定データを用いて推定放電信号のレベルを算出し、算出された推定放電信号レベルと所定のしきい値とを比較して、部分放電の発生の有無を判定することができる。

ステップ３１８において、制御部１２８は、ステップ３１６での判定結果（例えば、部分放電の発生あり、部分放電の発生なし）を提示する。これにより、上記した一連の処理が終了する。例えば、診断装置１２２が音響出力装置又は画像表示装置を備えていれば、判定結果を音響又は画像として提示することができる。診断装置１２２から外部の音響出力装置又は画像表示装置に、提示する判定結果を表すデータを出力してもよい。

以上により、部分放電検出装置１００の診断装置１２２は、診断対象設備２００に部分放電が発生しているか否かを判定し、判定結果を提示することができる。診断対象設備２００に発生する部分放電には、種々のメカニズムにより発生するものがあり、診断対象設備２００における部分放電の発生場所も多様である。また、診断対象設備２００が設置されている環境は必ずしも定常的ではなく、１日の中で変化し、設置された後に変わり得る。したがって、センサを複数用いたとしても、全て同一種類のセンサであれば、部分放電を適切に検出できない可能性がある。部分放電検出装置１００では、種類の異なるセンサにより同じ期間に測定されたデータを用いて判定するので、信頼性の高い部分放電検出ができる。

また、ＲＦＳＷ１２０を備えることにより、同じ機器を複数備える必要がなく、部分放電検出装置又はシステム全体を小型化し、コストを低減できる。従来であれば、例えば、図７のように構成することが考えられる。図７の構成では、センサ毎に診断装置を備えており、診断装置が重複しているために、図５の構成よりもはるかに大掛かりな装置であり、製造コストは高くなる。

上記では、制御部１２８が、診断対象設備２００に供給されている商用電力（電圧波形）の位相に同期させて、データを取得する場合を説明したが、これに限定されない。診断装置１２２が、内部クロック等から商用電力と同じ周波数の信号を生成する機能を有していれば、制御部１２８は、その信号の位相に同期させて、測定データを取得してもよい。

上記では、ＢＧＮレベル及び推定放電信号レベルを、特許文献５又は６に開示されている方法で算出する場合を説明したが、これに限定されない。他の方法により、ＢＧＮレベル及び推定放電信号レベルを算出してもよい。

上記では、部分放電の発生の有無を、特許文献５又は６に開示されている方法で判定する場合を説明したが、これに限定されない。例えば、推定放電信号が複数存在する場合、その数に応じて、部分放電の診断結果の確度を評価してもよい。推定放電信号が複数存在する場合とは、１つのセンサの測定データに複数存在する場合に限らず、複数のセンサの測定データにそれぞれ１つ存在する場合をも意味する。例えば、部分放電の診断結果の確度は、推定放電信号の数が減少するにしたがって、危険、警告、注意、又は正常として提示することができる。

上記では、部分放電による電磁気的変化を検出する異なる種類のセンサを使用する場合を説明したが、これに限定されない。部分放電は電力設備に、振動等の機械的変化をも生じさせる。したがって、電磁気的変化を検出するセンサに代えて、又はそれに追加して、機械的変化を検出するセンサ（振動センサ、超音波センサ、音響センサ等）を使用してもよい。機械的変化を検出するセンサにより検出された変化は電気信号として出力されるので、ＲＦＳＷを介して測定することができる。チューナは、機械的変化を検出するセンサから出力される信号に含まれる周波数に同調できるものを使用することが好ましい。

ポート番号、センサ情報、周波数情報等の情報を、記憶部１３０に予め記憶しておく形式は任意である。それらの対応関係を特定できる形式であればよい。また、周波数情報の形式は、チューナ１２４に設定する周波数を特定できればよく、任意である。例えば、周波数情報は、｛下限周波数，上限周波数，周波数間隔｝、｛下限周波数，上限周波数，間隔数｝、｛下限周波数，周波数間隔，間隔数｝又は｛上限周波数，周波数間隔，間隔数｝等であってもよい。

（変形例）
上記では、部分放電検出装置１００が１台の診断装置１２２を含む場合を説明したがこれに限定されない。例えば、図８に示すように、複数の装置により、上記した機能を実現してもよい。図８が図５と異なるのは、診断装置１２２が第１診断装置１３２で代替され、第２制御部１４２及び記憶部１４４を含む第２診断装置１４０が追加されていることだけである。

第１診断装置１３２は、図５の診断装置１２２から記憶部１３０が削除された構成であり、第１制御部１３４は、チューナ１２４及びＡ／Ｄ変換器１２６に対して、図５の制御部１２８と同様の機能を有する。第２診断装置１４０において、第２制御部１４２は、例えばＣＰＵであり、ＲＦＳＷ１２０に対して、ＲＦＳＷ１２０が出力させるべき入力信号（入力ポート）を指示する。記憶部１４４は、入力されるデータを記憶する。記憶部１４４は、揮発性又は不揮発性の記憶装置であり、可搬性の記憶装置であってもよい。

部分放電を検出する処理は、図５の部分放電検出装置１００による処理と同様であり、図６のフローチャートで表される。図８の構成では、第１診断装置１３２及び第２診断装置１４０（実際にはそれら内部の第１制御部１３４及び第２制御部１４２）が連系して、図６のフローチャートの処理を実行する。以下、図６を参照して、上記した診断装置１２２による処理と異なる点を中心に説明する。なお、記憶部１４４には、記憶部１３０と同様に、｛ポート情報，センサ情報｝、｛センサ情報，ｆ１，ｆ２，・・・，ｆｎ｝が予め記憶されている。

ステップ３００において、第２制御部１４２は、記憶部１４４に記憶されている｛ポート情報，センサ情報｝の中から、ポート情報を１つ選択し、ＲＦＳＷ１２０に指定する。

ステップ３０２において、第２制御部１４２は、ステップ３００で選択したポート情報に対応させて記憶部１４４に記憶されているセンサ情報を特定し、特定されたセンサ情報に対応する周波数情報｛ｆ１，ｆ２，・・・｝を記憶部１４４から読出し、読出した周波数情報を第１制御部１３４に送信する。

ステップ３０４において、第１制御部１３４は、第２制御部１４２から受信した周波数情報の中から１つ周波数を選択して、チューナ１２４に指示する。これにより、Ａ／Ｄ変換器１２６から有意なデジタルデータ（測定データ）が出力される。

ステップ３０６において、第１制御部１３４は、所定の期間、Ａ／Ｄ変換器１２６から出力されるデータを取得し、取得したデータを第２制御部１４２に送信する。第２制御部１４２は、第１制御部１３４から受信したデータを、記憶部１４４に記憶させる。

ステップ３０８において、第１制御部１３４は、第２制御部１４２から受信した全ての周波数に関して、ステップ３０４及び３０６の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、第１制御部１３４は、完了したことを表す情報を記憶部１４４に送信する。完了していなければ、制御はステップ３０４に戻る。

ステップ３１０において、第２制御部１４２は、完了を表す情報を第１制御部１３４から受信すると、ＲＦＳＷ１２０の全ての入力ポートに関して、ステップ３００～３０８の処理が完了したか否かを判定する。完了していれば、制御はステップ３１２に移行する。完了していなければ、制御はステップ３００に戻る。

ステップ３１２において、第２制御部１４２は、記憶部１４４に記憶した測定データを用いて、センサ毎に周波数分析を行ない、ＢＧＮレベル及び推定放電信号レベルを算出する。

ステップ３１４において、第２制御部１４２は、ステップ３１２において、各センサに関して得られたＢＧＮレベル及び推定放電信号レベルから、部分放電の発生の有無を判定するために使用するデータを決定する。

ステップ３１６において、第２制御部１４２は、ステップ３１４で特定された測定データを用いて周波数分析を行ない、部分放電の発生の有無を判定する。

ステップ３１８において、第２制御部１４２は、ステップ３１６での判定結果を提示する。

以上により、部分放電検出装置１００の診断装置１２２と同様に、第１診断装置１３２及び第２診断装置１４０は、診断対象設備２００に部分放電が発生しているか否かを、信頼性高く判定することができる。

上記では、周波数分析及び部分放電の発生の有無の判定を第２制御部１４２が実行する場合を説明したが、第１制御部１３４が実行するようにしてもよい。その場合、部分放電検出装置１００と同様に、第１診断装置１３２に記憶部を設けておけば、効率的である。また、第１診断装置１３２に記憶部を設けていない図８の構成のままであれば、第１制御部１３４は、記憶部１４４に記憶されている測定データを、第２制御部１４２を介して取得して、周波数分析及び部分放電の発生の有無を判定できる。

以下に実験結果を示し、本発明の有効性を示す。高圧配電盤において部分放電を発生させ、種類の異なる複数のセンサを用いて測定した。具体的には、図９及び図１０のように、ＨＦＣＴセンサを高圧配電盤の接地線にクランプさせ、ＴＥＶセンサを高圧配電盤の壁面に取り付けた。この状態で、高圧配電盤内で高圧側針端放電を模擬して強制的に、電荷量が約１０００ｐＣの部分放電を発生させ、各センサの検出信号を測定した。

図９及び図１０の診断装置は、図５の診断装置１２２ように構成されている。図９では、各センサをＲＦＳＷの入力ポートに接続し、ＲＦＳＷを切替制御して、各センサからの信号を測定した。図１０では、各センサからの信号を、ＲＦＳＷを介さずに、診断装置で直接測定した。

図９の構成での測定結果を図１１及び図１２に示し、図１０の構成での測定結果を図１３及び図１４に示す。図１１及び図１３は、ＴＥＶセンサによる検出信号の測定結果であり、図１２及び図１４は、ＨＦＣＴセンサによる検出信号の測定結果である。

図１１～１４では、周波数軸（単位はＭＨｚ）、時間軸（単位は、商用電力の周期をＴとして、２０Ｔｍｓ）及び磁界強度軸（単位はｄＢｍ）を直交させて配置し、時間及び周波数の組に対応する測定値（磁界強度）をプロットしている。同じ周波数の測定値を結んでいる。

時間軸は、商用電力の２周期分に対応する。その間に１００個のデータが取得されている。したがって、上記したように、時間軸の単位は２０Ｔ（ｍｓ）である。

図１１～図１４から分かるように、いずれにおいても、ほぼ同じ位相の位置に、部分放電による信号（周波数軸に沿って並ぶピーク）が含まれている。したがって、ＨＦＣＴセンサ及びＴＥＶセンサにより、部分放電による電磁気的な変化を信号として検出することができ、各センサにより検出された信号は、ＲＦＳＷによる影響（例えば、高周波成分のカット、減衰等）を受けず、診断装置により測定され得ることが分かった。よって、ＲＦＳＷを介して測定されたデータを周波数分析し、部分放電の発生の有無を判定できることが分かった。

ＨＦＣＴセンサの測定結果である図１２及び図１４から、２周期の間に４回部分放電が発生していることが分かる。一方、同じ部分放電が発生している状態で測定したにもかかわらず、ＴＥＶセンサの測定結果を示す図１１及び図１３では、２周期の間に２回部分放電が発生していることは分かるが、ＨＦＣＴセンサの測定結果から明確に判別できる残り２回の部分放電は、明確には判別できない。したがって、実験した部分放電を検出するには、ＴＥＶセンサよりもＨＦＣＴセンサの方が適していると言える。

以上、実施の形態を説明することにより本発明を説明したが、上記した実施の形態は例示であって、本発明は上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含む。

１００ 部分放電検出装置
１０２ センサ群
１０４、１０６ アンテナセンサ
１０８、１１０、１１２ ＨＦＣＴセンサ
１１４、１１６、１１８ ＴＥＶセンサ
１２０ 高周波切替器（ＲＦＳＷ）
１２２ 診断装置
１２４ チューナ
１２６ Ａ／Ｄ変換器
１２８ 制御部
１３０、１４４ 記憶部
１３２ 第１診断装置
１３４ 第１制御部
１４０ 第２診断装置
１４２ 第２制御部
２００ 診断対象設備

Claims (5)

1. 少なくとも種類の異なるセンサを含む複数のセンサと、
   複数の前記センサによる検出信号が入力信号として入力され、複数の前記入力信号のうちの１つの信号を出力信号として出力する切替手段と、
   前記切替手段から出力される前記出力信号から所定周波数成分を抽出し、当該所定周波数成分の信号を取得する取得手段と、
   前記所定周波数成分の周波数を前記取得手段に指示し、且つ、複数の前記入力信号のうち前記出力信号として出力すべき信号を前記切替手段に指示する制御手段とを含み、
   複数の前記センサが電気機器に配置された状態で、前記制御手段は、前記出力信号として出力すべき信号を前記切替手段に指示し、且つ前記周波数を前記取得手段に指示した後、前記取得手段により前記所定周波数成分の信号を取得する処理を、前記センサ及び前記周波数の全ての組合せについて繰返し、
   前記制御手段は、
   取得された前記所定周波数成分の信号に関して、前記センサ毎に周波数分析を行なう分析手段と、
   前記分析手段による分析結果に応じて、取得された前記所定周波数成分の信号の中から、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号を決定する決定手段と、
   前記決定手段により決定された前記所定周波数成分の信号を用いて、前記電気機器における部分放電の発生の有無を判定する判定手段とを含むことを特徴とする部分放電検出装置。
2. 前記分析手段は、前記周波数分析によりバックグラウンドノイズレベルを算出し、
   前記決定手段は、前記センサ毎に前記分析手段により算出された前記バックグラウンドノイズレベルの中の最小値を特定し、当該最小値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する、請求項１に記載の部分放電検出装置。
3. 前記分析手段は、前記周波数分析により部分放電と推定される信号レベルを算出し、
   前記決定手段は、前記センサ毎に前記分析手段により算出された前記部分放電と推定される信号レベルの中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定することを特徴とする、請求項１に記載の部分放電検出装置。
4. 前記分析手段は、前記周波数分析により、バックグラウンドノイズレベルと、部分放電と推定される信号レベルとを算出し、
   前記決定手段は、前記センサ毎に前記分析手段により算出された前記部分放電と推定される信号レベルから前記バックグラウンドノイズレベルを減算して差を算出し、算出された差の中の最大値を特定し、当該最大値に対応する所定周波数成分の信号を、部分放電の発生の有無の判定に適した所定周波数成分の信号として決定する、請求項１に記載の部分放電検出装置。
5. 複数の前記センサは、アンテナセンサ、ＨＦＣＴセンサ及びＴＥＶセンサのうちの少なくとも２種類のセンサを含むことを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の部分放電検出装置。

Images