JP7203292B1

JP7203292B1 - ガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置

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Publication number: JP7203292B1
Application number: JP2022550752A
Authority: JP
Inventors: 淳一安部; 幸太郎松山; 泰智大竹
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2022-05-27
Filing date: 2022-05-27
Publication date: 2023-01-12
Anticipated expiration: 2042-05-27
Also published as: WO2023228395A1; JPWO2023228395A1

Abstract

部分放電の発生要因を判定することができる部分放電監視装置を提供する。絶縁アダプタ（４）および絶縁母線（５）を介して外部機器と接続されるガス絶縁開閉装置（１）の部分放電監視装置（１０）であって、絶縁アダプタ外皮接地層（４３）と絶縁母線外皮接地層（５３）との間に接続され部分放電に起因する電圧パルスおよび系統電圧の位相を検出する電圧検出器（７）と部分放電分析器（８）とを有している。部分放電分析器は、部分放電の発生位置を判定する部分放電発生位置判定部と、部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状と部分放電の発生位置とに基づいて部分放電の発生要因を判定する部分放電発生要因判定部とを備えている。

Description

本願は、ガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置に関する。

変電所、工場、ビルなどに設置される受配電設備として、キュービクル型のガス絶縁開閉装置がある。このガス絶縁開閉装置は、遮断器、断路器などの機器が金属製の密閉容器に収納され、密閉容器の内部が絶縁性ガスで充填されたものである。このガス絶縁開閉装置において、運用時に絶縁性ガスのリーク、機器を構成する固体絶縁部品の劣化、機器の動作に伴う金属異物の発生などにより絶縁性能が低下すると、局所的な絶縁破壊による部分放電が発生することがある。この部分放電は故障の前兆であり、この部分放電を監視することでガス絶縁開閉装置の故障を未然に防ぐことができる。

従来のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置においては、絶縁材料でモールドされた主回路機器の絶縁材料の外表面に接地層が設けられており、この接地層と接地電位との間に流れる電流を計測することで部分放電を検知している。このとき、部分放電監視装置は、電流の流れる方向で部分放電の発生位置を判定している（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９－１６８４８９号公報

しかしながら従来のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置においては、部分放電の発生位置を判定することはできるが、部分放電の発生要因を判定することはできないという問題があった。

本願は上述のような課題を解決するためになされたもので、部分放電の発生要因を判定することができるガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置を提供することを目的とする。

本願のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置は、絶縁アダプタおよび絶縁母線を介して外部機器と接続されるガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置であって、絶縁アダプタの外皮接地層と絶縁母線の外皮接地層との間に接続され部分放電に起因する電圧パルスおよびガス絶縁開閉装置の系統電圧の位相を検出する電圧検出器と、電圧検出器で検出された電圧パルスに基づいて、部分放電を分析する部分放電分析器とを有している。部分放電分析器は、電圧パルスの極性に基づいて部分放電の発生位置を判定する部分放電発生位置判定部と、電圧パルスが発生したタイミングにおける系統電圧の位相をφ、電圧パルスの強度をｑ、電圧パルスの発生頻度をｎとしたときに、部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状と部分放電発生位置判定部で判定された部分放電の発生位置とに基づいて部分放電の発生要因を判定する部分放電発生要因判定部とを備え、電圧検出器は絶縁アダプタに備えられた電界緩和電極にも接続されており、電圧検出器は電界緩和電極を介して系統電圧の位相を検出する。

本願のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置は、部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状と部分放電発生位置判定部で判定された部分放電の発生位置とに基づいて部分放電の発生要因を判定する部分放電発生要因判定部とを備え、電圧検出器は絶縁アダプタに備えられた電界緩和電極にも接続されており、電圧検出器は電界緩和電極を介して系統電圧の位相を検出しているので、部分放電の発生要因を判定することができる。

実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成図である。実施の形態１に係る部分放電分析器の構成図である。実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置おける部分放電の発生位置と電圧パルスの極性との関係を示す説明図である。実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置おける部分放電の発生位置と電圧パルスの極性との関係を示す説明図である。実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置おける部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状の説明図である。実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置おける部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状の説明図である。実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置おける部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状の説明図である。実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置おける部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状の説明図である。実施の形態１に係る部分放電発生要因判定部において部分放電の発生要因を判定する方法を示したフローチャートである。実施の形態３に係るガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成図である。実施の形態１から３に係る部分放電発生判定部、部分放電発生位置判定部および部分放電発生要因判定部を実現するハードウェア構成を示す図である。

以下、本願を実施するための実施の形態に係るガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一符号は同一もしくは相当部分を示している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成図である。本実施の形態のガス絶縁開閉装置１は、図示していない遮断器、断路器などが内部に収納された金属容器２を有している。金属容器２の内部は、例えば６フッ化硫黄（ＳＦ_６）などの絶縁性ガスで充填されている。ガス絶縁開閉装置１は、ブッシング３、絶縁アダプタ４および絶縁母線５を介して図示していない外部の変圧器などに電気的に接続されている。ガス絶縁開閉装置１に印加される電圧を系統電圧と称する。ここで言う絶縁母線とは導体である母線の周囲を絶縁したもので、母線の周囲を絶縁性ガスで絶縁したものはガス絶縁母線、母線の周囲をシリコーンゴムなどの固体絶縁物で覆ったものは固体絶縁母線と称する。

ブッシング３は、中央導体３１と中央導体３１の外周を覆う絶縁部材３２とで構成されている。ブッシング３は、金属容器２に気密を保って挿入されている。金属容器２の内部側の中央導体３１は、金属容器２の内部に収納された遮断器、断路器などに電気的に接続されている。

絶縁アダプタ４は、絶縁容器４１とコンタクタ４２とを有している。絶縁容器４１の外側には絶縁アダプタ外皮接地層４３が設けられている。絶縁アダプタ外皮接地層４３は、接地電位に設定されている。ブッシング３の金属容器２から露出した部分は、絶縁アダプタ４に挿入されている。絶縁アダプタ４は、ブッシング３が挿入された側の反対側に導電性カバー４４が設けられている。コンタクタ４２は、ブッシング３および絶縁母線５に接続される。導電性カバー４４とその内側に設けられた絶縁部材４５とは、コンタクタ４２を設置後に絶縁アダプタ４に挿入されて固定される。

絶縁母線５は、中央導体５１と中央導体５１の外周を覆う絶縁部材５２と絶縁部材５２の外周を覆う絶縁母線外皮接地層５３とを有している。絶縁母線外皮接地層５３は、接地電位に設定されている。絶縁母線５は、絶縁アダプタ４に挿入されている。絶縁母線５と絶縁アダプタ４との間には絶縁筒６が設けられている。絶縁アダプタ外皮接地層４３と絶縁母線外皮接地層５３とは、この絶縁筒６で電気的に絶縁されている。絶縁アダプタ４に挿入されたブッシング３の中央導体３１と、絶縁アダプタ４に挿入された絶縁母線５の中央導体５１の一方の端部とは、コンタクタ４２で電気的に接続されている。絶縁母線５の中央導体５１の他方の端部は、例えば変圧器などの外部機器に電気的に接続されている。

絶縁アダプタ外皮接地層４３の一部に絶縁アダプタ接地端子４６が設けられている。また、絶縁母線外皮接地層５３の一部に絶縁母線接地端子５４が設けられている。絶縁アダプタ接地端子４６と絶縁母線接地端子５４との間には電圧検出器７が接続されている。ガス絶縁開閉装置１またはこれに接続されている外部機器において部分放電が発生すると、絶縁アダプタ接地端子４６と絶縁母線接地端子５４との間に電圧パルスが発生する。電圧検出器７は、部分放電に起因するこの電圧パルスを検出することができる。また、電圧検出器７は、絶縁アダプタ接地端子４６と絶縁母線接地端子５４との間に系統電圧に誘導されて流れる誘導電流に起因する電圧を測定することで系統電圧の位相を測定することができる。

電圧検出器７には、部分放電分析器８が接続されている。部分放電分析器８には、電圧検出器７で検出された部分放電に起因する電圧パルスと系統電圧の位相とが入力される。電圧検出器７としては、例えば電圧プローブを用いることができる。部分放電分析器８は入力された電圧パルスの解析を行って、部分放電の発生の有無、部分放電の発生位置、部分放電の発生要因を判定することができる。本実施の形態のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置１０は、電圧検出器７と部分放電分析器８とで構成されている。

図２は、本実施の形態における部分放電分析器の構成図である。本実施の形態における部分放電分析器８は、過電圧保護回路部８１、増幅部８２、フィルタ部８３、アナログ－デジタル変換部（これ以降、ＡＤ変換部と記す）８４、部分放電発生判定部８５、部分放電発生位置判定部８６および部分放電発生要因判定部８７を備えている。過電圧保護回路部８１は、電圧検出器７から入力される電圧パルスに含まれる過電圧成分を除去する。増幅部８２は、過電圧成分が除去された電圧パルスを増幅する。フィルタ部８３は、電圧パルスに含まれる系統電圧の周波数と異なるノイズ成分を除去する。ＡＤ変換部８４は、ノイズ成分が除去された電圧パルスをアナログからデジタルに変換する。部分放電発生判定部８５、部分放電発生位置判定部８６および部分放電発生要因判定部８７は、デジタル変換された電圧パルスの解析を行って、部分放電の発生の有無、部分放電の発生位置、部分放電の発生要因を判定する。

部分放電発生判定部８５は、電圧パルスの強度が予め設定された閾値以上であれは部分放電が発生したと判定する。なお、過電圧保護回路部８１、増幅部８２、フィルタ部８３、ＡＤ変換部８４および部分放電発生判定部８５は、部分放電分析器８ではなく電圧検出器７に備えられていてもよい。

図３および図４は、本実施の形態のガス絶縁開閉装置における部分放電の発生位置と電圧パルスの極性との関係を示す説明図である。図３の上に示すように、絶縁筒６よりも左側すなわち絶縁アダプタ４側で部分放電が発生した場合、電圧検出器７を流れる電流は、白矢印で示したように絶縁アダプタ外皮接地層４３から絶縁母線外皮接地層５３へ向かって流れる。このとき、図３の下に示すように、中央導体５１を流れる系統電圧の電圧位相と同極性の電圧パルスが検出される。一方、図４の上に示すように、絶縁筒６よりも右側すなわち絶縁母線５側で部分放電が発生した場合、電圧検出器７を流れる電流は、白矢印で示したように絶縁母線外皮接地層５３から絶縁アダプタ外皮接地層４３へ向かって流れる。このとき、図４の下に示すように、中央導体５１を流れる系統電圧の電圧位相と逆極性の電圧パルスが検出される。なお、これ以降、部分放電に起因する電圧パルスを単に部分放電のパルスと表現する。

部分放電発生位置判定部８６は、電圧パルスの信号から系統電圧の周波数と一致する成分について周波数解析を用いて抽出し、部分放電が発生したタイミングにおける系統電圧の極性を把握する。周波数解析手法としては、例えばＦＦＴ法（ＦａｓｔＦｏｕｒｉｅｒＴｒａｎｓｆｏｒｍ）があげられる。同様に部分放電発生位置判定部８６は、周波数解析を用いて部分放電のパルスを抽出した上で部分放電のパルスの極性を把握する。これらの系統電圧の極性および部分放電のパルスの極性に基づいて、部分放電発生位置判定部８６は部分放電の発生した位置が絶縁筒６よりも絶縁アダプタ４側か絶縁母線５側かを判定する。

部分放電発生要因判定部８７は、部分放電発生位置判定部８６において周波数解析を用いて抽出された部分放電が発生したタイミングにおける系統電圧の位相および部分放電のパルスの極性、部分放電のパルスの強度、部分放電のパルスの発生頻度、並びに部分放電発生位置判定部８６において判定された部分放電の発生位置に基づいて、部分放電の発生要因を判定する。
次に、部分放電発生要因判定部８７のおける部分放電の発生要因の判定方法について説明する。

部分放電の発生特性は、その発生要因と相関がある。部分放電のパルスの強度をｑ、発生頻度をｎ、部分放電パルスが発生したタイミングにおける系統電圧の位相をφとする。部分放電の発生要因は、φ－ｑ－ｎのパターン形状で判定できる。図５から図８は、部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状の説明図である。図５から図８において、横軸は系統電圧の位相φ、縦軸は電圧である。また、図５から図８において、正弦波は系統電圧の波形であり、黒点は部分放電の発生頻度ｎを示している。すなわち、部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンとは、図５から図８において、黒点の横軸の位置は部分放電が発生したときの系統電圧の位相φ、黒点の縦軸の位置は強度ｑ、黒点の濃淡は発生頻度ｎに相当する。部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンは、部分放電発生位置判定部８６で抽出された部分放電が発生したタイミングにおける系統電圧の位相、部分放電のパルスの強度、部分放電のパルスの発生頻度から得ることができる。

ここで、図５から図８に示す系統電圧の波形において、波形の最大値および最小値の位置をピーク、電圧がゼロとなる波形の位置をゼロクロスと称する。図５から図８に示す特性は、部分放電の発生要因が予めわかっているときの特性を示している。

図５から図８に示すそれぞれの部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状について説明する。以下の説明において、本実施の形態のガス絶縁開閉装置１には、絶縁母線５を介して変圧器が接続されているとする。この変圧器は、絶縁油として鉱油が用いられたものである。本実施の形態において、ガス絶縁開閉装置１の内部で発生する部分放電は、金属容器２内に充填されているＳＦ_６中で発生する。変圧器内部で発生する部分放電は、鉱油中で発生する。なお、これ以降、ガス絶縁開閉装置をＧＩＳ（ＧａｓＩｎｓｕｌａｔｉｏｎＳｗｉｔｃｈｇｅａｒ）と記す。

部分放電の発生要因は、浮き電極、導体突起、沿面異物、絶縁部材中の空隙の４つに分類される。浮き電極とは、例えばＧＩＳ内部の導体の固定に用いられるボルトなどの金属部材が導体と導通せずに浮遊電位となる状態である。導体突起とは、電極、中央導体などの導体の表面に突起がある状態である。沿面異物とは、絶縁部材の表面に異物が付着した状態である。絶縁部材中の空隙とは、絶縁部材の中に空隙が存在する状態である。このような状態が発生すると、その部分に電界が集中して部分放電の起点となる。図５から図８に示すように、部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンは、部分放電の発生要因によって異なる。

図５は、部分放電の発生要因が浮き電極の場合の部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状である。浮き電極は、変圧器およびＧＩＳの両方で発生する。図５の上に示すように、変圧器で浮き電極が発生した場合、部分放電はゼロクロス付近で一定の強度で発生する。同時に、系統電圧の位相との関係によらず小さい強度で発生しているものはノイズである。図５の下に示すように、ＧＩＳで浮き電極が発生した場合、部分放電はゼロクロス付近で一定の強度で発生する。同時に強度の弱い部分放電がゼロクロス付近で発生する。浮き電極が発生した場合、強度の弱い部分放電を除くと、変圧器およびＧＩＳにおける部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンに大きな差はなく、ゼロクロスを中心に一定の強度で広く分布したパターン形状となる。このパターン形状を「浮雲」と称する。

図６は、部分放電の発生要因が導体突起の場合の部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状である。導体突起は、変圧器およびＧＩＳの両方で発生する。図６の上に示すように、変圧器で導体突起が発生した場合、部分放電は系統電圧が負のピーク付近で一定の強度で発生する。同時に、系統電圧の位相との関係によらず小さい強度で発生しているものはノイズである。図６の下に示すように、ＧＩＳで導体突起が発生した場合、部分放電はゼロクロスに遅れて系統電圧の変化に応じて部分放電の強度が立ち上がりその後ピーク付近で強度にばらつきのある部分放電が発生する。同時に、系統電圧の位相との関係によらず小さい強度で発生しているものはノイズである。図６の上に示す変圧器における部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンは、強度の弱い部分放電を除くと、ピークを中心に広く分布したパターン形状となる。このパターン形状も「浮雲」と呼べるパターン形状である。一方、図６の下に示すＧＩＳにおける部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンは、強度の弱い部分放電を除くと、ゼロクロスに遅れて部分放電の強度が立ち上がりその後ピーク付近で強度にばらつきのあるパターン形状となる。このパターン形状を「兎」と称する。

図７は、部分放電の発生要因が沿面異物の場合の部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状である。沿面異物は、変圧器およびＧＩＳの両方で発生する。図７の上に示すように、変圧器で沿面異物が発生した場合、部分放電はゼロクロスからピークの間で強度にばらつきをもって発生する。同時に、系統電圧の位相との関係によらず小さい強度で発生しているものはノイズである。図７の下に示すように、ＧＩＳで沿面異物が発生した場合、ゼロクロス付近で部分放電の強度が立ち上がりその後ピーク付近まで強度にばらつきをもって発生する。同時に、系統電圧の位相との関係によらず小さい強度で発生しているものはノイズである。変圧器で沿面異物が発生した場合、ゼロクロスからピークの間で強度にばらつきをもったパターンとなる。このパターン形状を「亀」と称する。ＧＩＳで沿面異物が発生した場合、ゼロクロス付近で部分放電の強度が立ち上がりその後ピーク付近まで強度にばらつきをもって発生する。このパターン形状は「亀」とは異なり「兎」と呼べるパターン形状である。

図８は、部分放電の発生要因が絶縁部材中の空隙の場合の部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状である。絶縁部材中の空隙は、ＧＩＳのみで発生する。図８に示すように、ＧＩＳで絶縁部材中に空隙がある場合、部分放電はゼロクロスからピークの間で強度にばらつきをもって発生する。同時に、系統電圧の位相との関係によらず小さい強度で発生しているものはノイズである。絶縁部材中に空隙がある場合のφ－ｑ－ｎのパターンは、強度の弱い部分放電を除くと、ゼロクロスからピークの間で強度にばらつきをもったパターン形状となる。このパターン形状は「亀」と呼べるパターン形状である。

図９は、部分放電発生要因判定部８７において部分放電の発生要因を判定する方法を示したフローチャートである。部分放電発生要因判定部８７は、部分放電が発生したときの系統電圧の位相との関係と、φ－ｑ－ｎのパターン形状と、部分放電の発生位置とに基づいて部分放電の発生要因を判定する。

部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０１において、部分放電発生位置判定部８６で得られたφ－ｑ－ｎのパターンを取得する。部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０２において、部分放電の位相の位置がピーク付近か否かを判定する。ステップＳ０２において、部分放電の位相の位置がピーク付近と判定された場合（ＹＥＳ）、部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０３に進む。部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０３において、φ－ｑ－ｎのパターンを解析し、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「浮雲」であるか否かを判定する。ステップＳ０３において、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「浮雲」であると判定された場合（ＹＥＳ）、部分放電発生要因判定部８７は、部分放電の発生要因は変圧器の内部の導体突起と判定する。ステップＳ０３において、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「浮雲」ではないと判定された場合（ＮＯ）、部分放電発生要因判定部８７は、部分放電の発生要因はＧＩＳの内部の導体突起と判定する。

ステップＳ０２において、部分放電の位相の位置がピーク付近ではないと判定された場合（ＮＯ）、部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０４に進む。部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０４において、φ－ｑ－ｎのパターンを解析し、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「浮雲」であるか否かを判定する。ステップＳ０４において、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「浮雲」であると判定された場合（ＹＥＳ）、部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０５に進む。部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０５において、部分放電の発生位置がＧＩＳ側か否かを判定する。ここで、放電の発生位置がＧＩＳ側とは、部分放電発生位置判定部８６で判定された部分放電の発生した位置が絶縁筒６よりも絶縁アダプタ４側の場合である。なお、部分放電発生位置判定部８６で判定された部分放電の発生した位置が絶縁筒６よりも絶縁母線５側の場合は、放電の発生位置が変圧器側となる。ステップＳ０５において、部分放電の発生位置がＧＩＳ側と判定された場合（ＹＥＳ）、部分放電発生要因判定部８７は、部分放電の発生要因はＧＩＳの内部の浮き電極と判定する。ステップＳ０５において、部分放電の発生位置がＧＩＳ側ではない判定された場合（ＮＯ）、部分放電発生要因判定部８７は、部分放電の発生要因は変圧器の内部の浮き電極と判定する。

ステップＳ０４において、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「浮雲」ではないと判定された場合（ＮＯ）、部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０６に進む。部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０６において、φ－ｑ－ｎのパターンを解析し、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「亀」であるか否かを判定する。ステップＳ０６において、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「亀」であると判定された場合（ＹＥＳ）、部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０７に進む。部分放電発生要因判定部８７は、ステップＳ０７において、部分放電の発生位置がＧＩＳ側か否かを判定する。ステップＳ０７において、部分放電の発生位置がＧＩＳ側と判定された場合（ＹＥＳ）、部分放電発生要因判定部８７は、部分放電の発生要因はＧＩＳの内部の絶縁部材の空隙と判定する。ステップＳ０７において、部分放電の発生位置がＧＩＳ側ではない判定された場合（ＮＯ）、部分放電発生要因判定部８７は、部分放電の発生要因は変圧器の内部の沿面異物と判定する。

ステップＳ０６において、φ－ｑ－ｎのパターン形状が「亀」ではないと判定された場合（ＮＯ）、部分放電発生要因判定部８７は、部分放電の発生要因はＧＩＳの内部の沿面異物と判定する。

図９のフローチャートに示した部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状が「浮雲」または「亀」であるか否かの判定は、図５から図８に示した部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状を画像形状として認識し、人工知能技術（ＡＩ技術：ＡｒｔｉｆｉｃｉａｌＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅ技術）を用いて行うことができる。具体的には、相関係数を用いた判定、畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ：ＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌＮｅｕｒａｌＮｅｔｗｏｒｋ）、サポートベクターマシン（ＳＶＭ：ＳｕｐｐｏｒｔＶｅｃｔｏｒＭａｃｈｉｎｅ）などの機械学習アルゴリズムを用いた判定を用いることができる。

このように構成されたガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置は、部分放電が発生したときの部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状、および部分放電の発生位置を用いて部分放電の発生要因を判定することができる。

実施の形態２．
実施の形態２に係るガス絶縁開閉装置は、実施の形態１で説明したガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置において、電圧検出器７に計器用変流器（ＣＴ：ＣｕｒｒｅｎｔＴｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）を用いたものである。本実施の形態のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成は、電圧検出器７以外の構成は、実施の形態１で説明したガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成と同様である。計器用変流器は、電圧を検出する入力側の一次コイルと、出力側の二次コイルと、一次コイルとの二次コイルとを磁気的に結合するコアとで構成されている。一次コイルと二次コイルとは電気的に絶縁されている。

本実施の形態のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置は、実施の形態１のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置と同様に、部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンと部分放電の発生位置とを用いて部分放電の発生要因を判定することができる。また、電圧検出器７に計器用変流器を用いているので、電圧プローブを絶縁アダプタ接地端子４６と絶縁母線接地端子５４との間に接続して行う電圧測定よりも測定精度を向上させることができる。計器用変流器は、計測器のインピーダンスによる被測定系への影響が小さくし易いためである。

実施の形態３．
図１０は、実施の形態３に係るガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成図である。実施の形態１で説明したガス絶縁開閉装置において、絶縁アダプタ４の内部に電界緩和電極４７が備えられている。通常この電界緩和電極４７は、導電性カバー４４と電気的に接続されている。そして、電界緩和電極４７は、導電性カバー４４を介して接地電位に設定されている。本実施の形態のガス絶縁開閉装置においては、図１０に示すように、電界緩和電極４７は導電性カバー４４との電気的な接続が遮断されて浮遊電位に設定されている。電圧検出器７は、浮遊電位に設定された電界緩和電極４７にも接続され、電界緩和電極４７の電圧も測定する。本実施の形態のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成は、電圧検出器７が浮遊電位に設定された電界緩和電極４７に接続されていることを除いて実施の形態１で説明したガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置の構成と同様である。

浮遊電位に設定された電界緩和電極４７は、系統電圧に誘導された電位となる。そのため、電界緩和電極４７の電圧を測定することで系統電圧の位相を測定することができる。実施の形態１のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置においては、絶縁アダプタ接地端子４６と絶縁母線接地端子５４との間に系統電圧に誘導されて流れる誘導電流に起因する電圧を測定することで系統電圧の位相を測定している。しかしながら、絶縁アダプタ外皮接地層４３および絶縁母線外皮接地層５３の抵抗が大きい場合には、誘導電流の位相が実際の系統電圧の位相に対して遅れる場合がある。その結果、実施の形態１で説明した部分放電のパルスの位相と系統電圧の位相との間にずれが生じ、φ－ｑ－ｎのパターンの判定に誤りが生じる可能性がある。

系統電圧に誘導された電界緩和電極４７の電圧の位相は系統電圧の位相とのずれは小さい。本実施の形態のガス絶縁開閉装置においては、系統電圧に誘導された電界緩和電極４７の電圧を測定することで系統電圧の位相を測定している。そのため、本実施の形態のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置においては、部分放電のパルスの位相と系統電圧の位相との間のずれが小さくなり、φ－ｑ－ｎのパターンの判定に誤りが生じることを防ぐことができる。

なお、部分放電発生判定部８５、部分放電発生位置判定部８６および部分放電発生要因判定部８７は、ハードウェアの一例を図１１に示すように、プロセッサ１００と記憶装置１０１とから構成される。記憶装置は、図示していないがランダムアクセスメモリなどの揮発性記憶装置と、フラッシュメモリなどの不揮発性の補助記憶装置とを具備する。また、フラッシュメモリの代わりにハードディスクの補助記憶装置を具備してもよい。プロセッサ１００は、記憶装置１０１から入力されたプログラムを実行する。この場合、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプロセッサ１００にプログラムが入力される。また、プロセッサ１００は、演算結果などのデータを記憶装置１０１の揮発性記憶装置に出力してもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置にデータを保存してもよい。

本願は、様々な例示的な実施の形態が記載されているが、１つまたは複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、および機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。
したがって、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１ガス絶縁開閉装置、２金属容器、３ブッシング、４絶縁アダプタ、５絶縁母線、６絶縁筒、７電圧検出器、８部分放電分析器、１０部分放電監視装置、３１中央導体、３２絶縁部材、４１絶縁容器、４２コンタクタ、４３絶縁アダプタ外皮接地層、４４導電性カバー、４５絶縁部材、４６絶縁アダプタ接地端子、４７電界緩和電極、５１中央導体、５２絶縁部材、５３絶縁母線外皮接地層、５４絶縁母線接地端子、８１過電圧保護回路部、８２増幅部、８３フィルタ部、８４ＡＤ変換部、８５部分放電発生判定部、８６部分放電発生位置判定部、８７部分放電発生要因判定部、１００プロセッサ、１０１記憶装置。

Claims

絶縁アダプタおよび絶縁母線を介して外部機器と接続されるガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置であって、
前記絶縁アダプタの外皮接地層と前記絶縁母線の外皮接地層との間に接続され部分放電に起因する電圧パルスおよび前記ガス絶縁開閉装置の系統電圧の位相を検出する電圧検出器と、
前記電圧検出器で検出された電圧パルスに基づいて、部分放電を分析する部分放電分析器とを有し、
前記部分放電分析器は、前記電圧パルスの極性に基づいて前記部分放電の発生位置を判定する部分放電発生位置判定部と、前記電圧パルスが発生したタイミングにおける前記系統電圧の位相をφ、前記電圧パルスの強度をｑ、前記電圧パルスの発生頻度をｎとしたときに、前記部分放電のφ－ｑ－ｎのパターン形状と前記部分放電発生位置判定部で判定された前記部分放電の発生位置とに基づいて前記部分放電の発生要因を判定する部分放電発生要因判定部とを備え、
前記電圧検出器は前記絶縁アダプタに備えられた電界緩和電極にも接続されており、前記電圧検出器は前記電界緩和電極を介して前記系統電圧の位相を検出することを特徴とするガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置。
前記部分放電分析器は、複数の前記部分放電の発生要因にそれぞれ対応する複数の前記部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンの形状を予め記憶していることを特徴とする請求項１に記載のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置。
前記部分放電発生要因判定部は、前記部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンの形状を画像形状として認識すると共に、認識した前記部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンの画像形状が予め記憶された複数の前記部分放電のφ－ｑ－ｎのパターンの画像形状と一致するか否かをＡＩ技術を用いて判定することを特徴とする請求項２に記載のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置。
前記電圧検出器は、計器用変流器で構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のガス絶縁開閉装置の部分放電監視装置。