JP7242225B2 - 部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラムに関する。

電力設備は社会インフラを支える設備である。電力設備は長期の安定稼働が求められる。電力設備は、経年劣化によって電力設備表面又は電力設備内部の絶縁体の絶縁性能が劣化する。絶縁性能が劣化すると、劣化箇所で部分放電が発生する。部分放電が発生すると、電力設備は、絶縁性能が著しく低下する場合がある。電力設備は、さらに絶縁性能の劣化が進行した場合、絶縁破壊が起きる。絶縁破壊によって、地絡事故等の重大事故が発生する。このため、電力設備の維持・保守において、部分放電を検出することがおこなわれている。

電力設備は、部分放電が検出された後に、適宜メンテナンスが行われる。電力設備の保守作業員は、メンテナンス内容を決定するために部分放電の発生位置及び様相を把握することが望ましい。一般的に、部分放電の発生位置及び様相を把握する手法として、電力波の位相情報を用いる手法が知られている。しかしながら、電力波の位相情報を取得するためには、部分放電検出用のセンサに加えて、位相信号検出用のセンサを電力設備に設置しなければならない。したがって、電力設備の用途によっては、位相信号検出用のセンサを設置することが難しい場合があった。

特許第５２４４５８６号公報 特許第５４１４４１３号公報

本発明が解決しようとする課題は、より簡単に部分放電を検出することができる部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラムを提供することである。

実施形態の部分放電検出装置は、電気信号取得部と、位相取得部と、特徴情報決定部と、識別部と、部分放電検出部とを持つ。電気信号取得部は、電気機器の部分放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成するセンサから、前記電気信号を取得する。位相取得部は、前記電気機器に供給される第１交流電源と同じ電力系統に係る第２交流電源の交流電圧の位相を取得する。特徴情報決定部は、前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に１つ以上決定する。識別部は、前記特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される特徴情報を一群の特徴情報として識別する。相対情報生成部は、前記一群の特徴情報同士の相対的な特徴を表す相対情報を生成する。部分放電検出部は、前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する。

第１の実施形態の部分放電検出装置１００の機能構成を表す機能ブロック図。 第１の実施形態における部分放電情報の一具体例を示す図。 第１の実施形態の部分放電判定の処理の流れを示すフローチャート。 第１の実施形態におけるコロナ放電の部分放電信号を検出した場合の特徴値の一具体例を示す図。 第１の実施形態の典型的なコロナ放電のパターンの一具体例を示す図。 第１の実施形態における検出されたコロナ放電の部分放電信号を極座標表示した場合の特徴情報の一具体例を示す図。 第１の実施形態における検出された部分放電信号から７つの一群の特徴情報を得た場合の一具体例を示す図。 第１の実施形態における検出された部分放電信号の一群の特徴情報を極座標表示した場合の一具体例を示す図。 第１の実施形態におけるグループ番号の組み合わせを決めるテーブルの一具体例を示す図。 第１の実施形態のトレンドグラフの一具体例を示す図。 第２の実施形態の部分放電検出システム１の機能構成を表す機能ブロック図。 第３の実施形態の部分放電検出装置１００ｂの機能構成を表す機能ブロック図。

以下、実施形態の部分放電検出装置、部分放電検出方法、部分放電検出システム及びコンピュータプログラムを、図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施形態の部分放電検出装置１００の機能構成を表す機能ブロック図である。部分放電検出装置１００は、センサ１０１、部分放電判定装置１０２及び電源取得装置１１６を備える。部分放電検出装置１００は、センサ１０１によって検出された電気信号と、電源取得装置１１６によって取得された位相と、に基づいて電気機器１０の部分放電の発生の有無を判定する。

電気機器１０は、遮断機、断路器、変流器又は変圧器等の機器によって構成される。電気機器１０は、外部から電源ケーブルを介して、高電圧及び大電流を通電する。電気機器１０は、異常時には通電を遮断する機能を有する。電気機器１０は、電力用変圧器、ガス絶縁開閉器、発電機、電動機又はリアクトル等のように、部分放電を発生する可能性がある機器であればどのような機器であってもよい。

センサ１０１は、金属製の電極を含んで構成される。センサ１０１は、電気機器１０の放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成する。電気機器１０の放電によって生じた電気信号は、例えば、電磁波、振動又は音等の物理量を表すである。センサ１０１は、電気機器１０に外壁面に設けられる。センサ１０１は、信号線を介して部分放電判定装置１０２に接続されている。センサ１０１は、生成された電気信号を部分放電判定装置１０２に出力する。図１では、センサ１０１は１台設けられているが、１台に限定されない。例えば、センサ１０１は複数台設けられてもよい。センサ１０１は、物理量として電気機器１０の接地線電流を検出する。センサ１０１は、電気機器の接地電位、接地電流又は放射電磁波のうち、１つ以上を検出する。

部分放電判定装置１０２は、パーソナルコンピュータ、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等の情報処理装置である。部分放電判定装置１０２は、センサ１０１から受け付けた電気信号に基づいて、部分放電の発生の有無を判定する。部分放電判定装置１０２は、部分放電判定プログラムを実行することによって通信部１０３、入力部１０４、表示部１０５、特徴情報記憶部１０６、部分放電情報記憶部１０７及び制御部１０８を備える装置として機能する。

通信部１０３は、ネットワークインタフェースである。通信部１０３はネットワークを介して、外部の通信装置と通信する。通信部１０３は、例えば無線ＬＡＮ（Local Area Network）、有線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）又はＬＴＥ（Long Term Evolution）（登録商標）等の通信方式で通信してもよい。外部の通信装置は、例えばパーソナルコンピュータ、サーバ等の情報処理装置であってもよいし、クラウドコンピューティングシステムであってもよい。

入力部１０４は、タッチパネル、マウス及びキーボード等の入力装置を用いて構成される。入力部１０４は、入力装置を部分放電判定装置１０２に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、入力部１０４は、入力装置において入力された入力信号から入力データ（例えば、部分放電判定装置１０２に対する指示を示す指示情報）を生成し、部分放電判定装置１０２に入力する。

表示部１０５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（Electro Luminescence）ディスプレイ等の出力装置である。表示部１０５は、出力装置を部分放電判定装置１０２に接続するためのインタフェースであってもよい。この場合、表示部１０５は、映像データから映像信号を生成し自身に接続されている映像出力装置に映像信号を出力する。

特徴情報記憶部１０６は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置を用いて構成される。特徴情報記憶部１０６は、特徴情報を記憶する。特徴情報は、特徴値と時刻情報とが対応付けされた情報である。特徴値は、部分放電の波形から取得される。特徴値は、部分放電の波形毎に取得される。特徴値は、例えば、信号強度の最大値、信号強度の最小値、信号強度のピーク－ピーク値又は波形の積分値である。特徴値は、部分放電の波形から得られる値であればどのような値であってもよい。時刻情報は、対応付けられた特徴値が取得された時刻を表す。時刻情報は、電源取得装置１１６から取得された位相の角度に基づいて決定される。時刻情報は、角度が０度の位相が取得された時刻からの経過時間を表す。時刻情報は、例えば位相の角度が０度の場合、０（ｍｓ）となる。時刻情報は、取得される位相の角度が３６０度を過ぎて０度が取得された場合、時刻情報は０（ｍｓ）から測定される。

部分放電情報記憶部１０７は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置を用いて構成される。部分放電情報記憶部１０７は、部分放電情報を記憶する。部分放電情報は、部分放電毎の特性値を表す情報である。部分放電情報は、電気機器１０の部分放電の発生の有無を判定するために用いられる。部分放電情報は、電気機器１０の部分放電の種類を判定するために用いられる。部分放電情報は、例えば、部分放電の特性値を保持する。部分放電情報に保持される特性値は、例えば、部分放電の最大値、最小値又は分散値等の統計値、位相差、歪度である。部分放電情報は、例えば、部分放電の波形の形状を保持していてもよい。部分放電情報は、部分放電毎に保持される。部分放電情報には、いずれの部分放電に関する情報であるかを特定する情報（例えば、部分放電の名前）が含まれる。部分放電情報記憶部１０７は、予め部分放電情報を記録する。部分放電情報は、予め学習処理が行われたニューラルネットワーク等の機械学習の手法を用いて生成されてもよい。なお、部分放電情報は、部分放電判定装置１０２が備える部分放電情報記憶部１０７に記憶されなくてもよい。例えば、部分放電情報は、ネットワーク上のオンラインサーバ等に記録されていてもよい。この場合、部分放電判定装置１０２は、通信部１０３を介して部分放電情報を取得してもよい。

図２は、第１の実施形態における部分放電情報の一具体例を示す図である。図２に示される表は、一行あたり１つの部分放電情報を表す。図２によると、部分放電情報は、放電の種類、部分放電の最大値、部分放電の最小値、分散値、位相差等の情報を保持する。例えば、部分放電が、コロナ放電である場合、部分放電の最大値は“ＡＡＡ”、部分放電の最小値は“ＢＢＢ”、分散値は“ＣＣＣ”、位相差は“ＤＤＤ”であることがわかる。なお、部分放電情報の値はこれらに限定されない。例えば、部分放電情報は、頻度等の情報を保持していてもよい。

制御部１０８は、部分放電判定装置１０２の各部の動作を制御する。制御部１０８は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサ及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えた装置により実行される。制御部１０８は、部分放電判定プログラムを実行することによって、電気信号取得部１０９、位相取得部１１０、ノイズ処理部１１１、特徴情報決定部１１２、識別部１１３、相対情報生成部１１４及び部分放電検出部１１５として機能する。

電気信号取得部１０９は、電気機器１０の放電によって生じた電気信号を取得する。電気信号取得部１０９は、例えば、センサ１０１から電気信号を取得する。電気信号取得部１０９は、電気信号から物理量を取得する。

位相取得部１１０は、電源から生じる波の位相を取得する。位相取得部１１０は、電源取得装置１１６から位相を取得する。位相取得部１１０は、例えば、電気機器１０近傍に設けられたコンセントから位相を取得する。この場合、電源取得装置１１６は、コンセントに接続される。

ノイズ処理部１１１は、取得された電気信号を所定の周期に分割する。所定の周期は、取得された位相の周期である。所定の周期は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ等の商用電源周期であってもよい。ノイズ処理部１１１は、分割された電気信号の、予め定められた強度以上の周波数帯域に対してノイズ処理を行うことで、電気信号のノイズ成分を除去及び低減する。この場合、ノイズ処理部１１１は、電気信号に高周波のパルス信号が含まれているか否かを探索する。ノイズ処理部１１１は、公知の手法を用いてパルス信号を探索してもよい。ノイズ処理部１１１は、例えば、フーリエ変換、短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換又は離散ウェーブレット変換等が用いられてもよい。なお、離散ウェーブレット変換は、他の手法と比較してパルス信号の探索性能が良く、計算負荷が小さいため有効である。

以下、ノイズ処理部１１１が離散ウェーブレット変換を用いる場合について説明する。ノイズ処理部１１１は、離散ウェーブレット変換を用いて電気信号を高周波成分と低周波成分とに分解する。高周波成分は、例えば予め定められた周波数以上の周波数成分である。予め定められた周波数は、例えば１００ＭＨｚであってもよい。低周波成分は、例えば予め定められた周波数の半分以下の周波数成分である。例えば、予め定められた周波数が１００ＭＨｚの場合、低周波成分は５０ＭＨｚである。ノイズ処理部１１１は、分解した電気信号に対して閾値処理をした後、電気信号の再構成処理を行うことでノイズを除去する。ノイズ処理部１１１は、パルス信号の探索のために分解途中に算出されるウェーブレット係数を探索しても良い。ノイズ処理部１１１は、離散ウェーブレット変換を用いる場合、予め部分放電信号に対して類似性の高いマザーウェーブレットを選択しておくことで、より高い精度で部分放電パルスを探索できる。ノイズ処理部１１１は、強調されたパルス信号を含むウェーブレット係数に対して所定の閾値を超えたパルス信号の周波数分析を行い、卓越周波数を用いてフィルタリングすることでＳ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。なお、ノイズ処理部１１１は、フーリエ変換又は短時間フーリエ変換を用いた場合も同様に、卓越周波数を用いてフィルタリングすることでＳ／Ｎ比の高い信号を得ることができる。

ノイズ処理部１１１は、フィルタリングの手法として、アナログフィルタ又はデジタルフィルタのいずれの手法を用いてもよい。なお、ノイズ処理部１１１は、デジタルフィルタを用いることで、性能及びコストの面でアナログフィルタよりも有利である。ノイズ処理部１１１は、公知のデジタルフィルタの手法を用いてもよい。ノイズ処理部１１１は、デジタルフィルタとして有限インパルス応答フィルタを用いてもよい。有限インパルス応答フィルタでは、電気信号の位相の誤差と、波形の歪とが小さくなる。またノイズ処理部１１１は、離散ウェーブレット変換等の非線形フィルタを用いてもよい。

特徴情報決定部１１２は、取得された位相を基準として定められた周期毎に特徴情報を１つ以上決定する。特徴情報は、電気信号の波形の特徴を表す。定められた周期とは、例えば取得された位相の１周期分の周期であってもよいし、２周期分の周期であってもよい。定められた周期は、位相が取得される電源の１周期分の周期の倍数であればどのような周期であってもよい。以下、定められた周期とは、１周期であるとして説明する。まず、特徴情報決定部１１２は、取得された位相とノイズ処理された電気信号の波形とが取得されたタイミングで重畳させる。特徴情報決定部１１２は、ノイズ処理された電気信号の波形から、１波形につき少なくとも１つの特徴値を決定する。特徴情報決定部１１２は、特徴値を決定するにあたり、電気信号の波形から所定の閾値を超えた特徴値を決定してもよい。所定の閾値とは、予め定められた閾値であればどのような値であってもよい。特徴値は、例えば、最大値、最小値、ピーク－ピーク値、波形の積分値等の波形から得られる値であればどのような値が決定されてもよい。特徴値は、複数の種類が決定されてもよい。

特徴情報決定部１１２は、決定された特徴値が取得された時刻情報を特定する。特徴情報決定部１１２は、特徴値が決定された位相の角度に基づいて時刻情報を特定する。例えば、特徴情報決定部１１２は、決定された特徴値を重畳されている位相にプロットする。特徴値のプロット方法としては、φ－ｑ－ｎプロットの手法を用いてもよい。なお、φ－ｑ－ｎプロットが極座標で表示される場合、後述の一群の特徴情報の識別処理を行いやすくなるため好適である。

特徴情報決定部１１２は、特徴値がプロットされた位相の角度を特定する。特徴情報決定部１１２は、特定された角度に応じて、時刻を決定する。特徴情報決定部１１２は、決定された特徴値と、決定された時刻情報とを対応付けた特徴情報を決定する。特徴情報決定部１１２は、特徴情報を特徴情報記憶部１０６に記録する。

識別部１１３は、特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される１つ以上の特徴情報を一群の特徴情報として識別する。識別部１１３は、プロットされた特徴値を所定の手段で分析する。所定の手段は、クラスタ分析と呼ばれる手法が用いられてもよい。所定の手段は、例えば、最短距離報、最少分散法、重心法、メジアン法又はK平均法等のどのようなクラスタ分析手法が用いられてもよい。識別部１１３は、特徴値を分析することで、同一の原因で生じた部分放電信号の特徴情報をプロット群として識別する。同一の原因とは、例えば、コロナ放電、沿面放電又は内部放電等の同一種類の部分放電である。

相対情報生成部１１４は、一群の特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する。相対情報生成部１１４は、識別された一群の特徴情報に対して、少なくとも１つの一群の特徴情報間の相対情報を生成する。相対情報は、特性値を少なくとも含む。特性値は、例えば、最大値、最小値又は分散値等の統計値、位相差、歪度が用いられてもよい。相対情報は、また部分放電の波形を保持していてもよい。相対情報生成部１１４は、識別部１１３で一群の特徴情報に分類されたデータ（例えば、特徴値）に基づいて特性値を算出する。相対情報生成部１１４は、算出された特性値を含む相対情報を生成する。なお、相対情報生成部１１４は、一群の特徴情報における特性値を算出すると共に、一群の特徴情報の特性値を算出することで、部分放電の判定の精度を高めることができる。

部分放電検出部１１５は、相対情報が定められた条件を満たす場合、電気機器１０において部分放電が発生したと判定する。定められた条件とは、例えば、部分放電情報記憶部１０７に記憶された特性値と、相対情報に含まれる特性値と、一致していること又は所定の差以内であることであってもよい。所定の差は予め定められた差であればどのような値であってもよい。また、定められた条件とは、例えば、部分放電情報記憶部１０７に記憶された部分放電の波形と、相対情報に含まれる部分放電の波形の形状の一致度が所定の閾値を超えていることであってもよい。一致度は、公知の手法で求められてもよい。所定の閾値は予め定められた閾値であればどのような閾値であってもよい。

また、部分放電検出部１１５は、部分放電が発生したと判定された場合、いずれの部分放電が発生したかを特定する。例えば、部分放電検出部１１５は、部分放電が発生したと判定された場合、定められた条件を満たす部分放電情報が、どの部分放電に関する部分放電情報であるか特定することで、発生した部分放電を特定してもよい。部分放電検出部１１５は、判定の結果を表示部１０５に表示させる。判定の結果は、例えば、部分放電が発生したか否かを示す情報であってもよい。判定の結果は、部分放電が発生したと判定された場合、どの部分放電であるかを示す情報であってもよい。部分放電検出部１１５は、部分放電の発生の有無又は部分放電の種類を特定するにあたり、予め学習処理を行ったニューラルネットワーク等の機械学習の手法を適用しても良い。

電源取得装置１１６は、コンセント等に挿入されるＡＣアダプタ等の機器である。電源取得装置１１６は、挿入されたコンセントから電源を取得する。電源取得装置１１６は、取得された電源の位相を部分放電判定装置１０２に出力する。電源取得装置１１６は、電源取得部１１７、ノイズ処理回路１１８及びＡＤ変換部１１９を備える装置として機能する。なお、電源取得装置１１６は、商用電源に近い位相が取得できるならば、コンセントから位相を取得することに限定されない。

電源取得部１１７は、ＡＣピン等のコンセントに挿入される器具である。電源取得部１１７は、コンセントから電源を取得する。ノイズ処理回路１１８は、コイル等で構成される。ノイズ処理回路１１８は、取得された電源のノイズを除去する。ＡＤ変換部１１９は、取得された電源をアナログ信号からデジタル信号に変換する。ＡＤ変換部１１９は、ＡＤコンバータ等で構成される。

図３は、第１の実施形態の部分放電判定の処理の流れを示すフローチャートである。電気信号取得部１０９は、電気機器１０の放電によって生じた電気信号を取得する。位相取得部１１０は、電源取得装置１１６から位相を取得する（ステップＳ１０１）。ノイズ処理部１１１は、取得された電気信号を取得された位相の周期に分割する（ステップＳ１０２）。ノイズ処理部１１１は、分割された電気信号の、予め定められた強度以上の周波数帯域に対してノイズ処理を行うことで、電気信号のノイズ成分を除去及び低減する（ステップＳ１０３）。特徴情報決定部１１２は、取得された位相を基準として定められた周期毎に特徴情報を１つ以上決定する（ステップＳ１０４）。

特徴情報決定部１１２は、決定された特徴情報を特徴情報記憶部１０６に記録する（ステップＳ１０５）。識別部１１３は、特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される１つ以上の特徴情報を一群の特徴情報として識別する（ステップＳ１０６）。相対情報生成部１１４は、一群の特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する（ステップＳ１０７）。部分放電検出部１１５は、相対情報が定められた条件を満たす場合、電気機器１０において部分放電が発生したと判定する（ステップＳ１０８）。また、部分放電検出部１１５は、部分放電が発生したと判定された場合、いずれの部分放電が発生したかを特定する。表示部１０５は、部分放電の判定結果を表示する（ステップＳ１０９）。

（第１の実施例）
図４は、第１の実施形態におけるコロナ放電の部分放電信号を検出した場合の特徴値の一具体例を示す図である。図４では、電源取得装置１１６は、電気機器１０に印加される電圧位相を取得する代わりに、近傍のコンセントから位相を取得する。図４に示される特徴値は、特徴値を含む部分放電信号が取得されたタイミングにおいて、近傍のコンセントから取得された位相の角度の位置にプロットされる。この場合、近傍のコンセントの位相と、電気機器１０の電圧位相とは一致しない場合がある。したがって図４に示すように位相差が生じる。

図５は、第１の実施形態の典型的なコロナ放電のパターンの一具体例を示す図である。従来の部分放電検出装置は、図５に示すような典型的なコロナ放電のパターンから発生位相の角度等の特徴値を予め記憶する。従来の部分放電検出装置は、取得された部分放電信号と、典型的なコロナ放電のパターンと、を比較することで部分放電の有無を診断する。しかし、図４のように近傍のコンセントから位相が取得される場合、発生位相角に相違が生じる。したがって、従来の手段では部分放電検出装置１００は、取得された電気信号をコロナ放電による信号であると識別することができない。

図６は、第１の実施形態における検出されたコロナ放電の部分放電信号を極座標表示した場合の特徴情報の一具体例を示す図である。図６は、図４において取得された電気信号を、特徴情報決定部１１２及び識別部１１３で分析することで、２つの一群の特徴情報に識別した図である。相対情報生成部１１４は、極座標上にプロットされた特徴値に基づいて、特性値を算出し、一群の特徴情報間の相対情報を生成する。部分放電検出部１１５は、相対情報に基づいて部分放電の有無を判定することが可能になる。また、部分放電検出部１１５は、コロナ放電が発生していることを特定することが可能になる。

（第２の実施例）
図７は、第１の実施形態における検出された部分放電信号から７つの一群の特徴情報を得た場合の一具体例を示す図である。図７では、電源取得装置１１６は、電気機器１０に印加される電圧位相を取得する代わりに、近傍のコンセントから位相を取得した。図7では、コンセントの位相と、電気機器１０の電圧位相とは一致していないことに加えて、複数の位相の角度から放電が発生していることがわかる。したがって、従来技術のように、検出された部分放電信号と予め記憶された放電のパターンとを比較することで識別することは困難である。

図８は、第１の実施形態における検出された部分放電信号の一群の特徴情報を極座標表示した場合の一具体例を示す図である。図８は、図７において取得された電気信号を、特徴情報決定部１１２及び識別部１１３で分析することで、７つの一群の特徴情報に識別した図である。一群の特徴情報は１から７までのグループ番号で識別される。相対情報生成部１１４は、極座標上にプロットされた特徴値に基づいて、特性値を算出し、一群の特徴情報間の相対情報を生成する。部分放電検出部１１５は、相対情報に基づいて、所定の条件を満たす一群の特徴情報の組み合わせを特定する。所定の条件とは、例えば、位相差が１８０度前後で、かつ特徴値の符号が正負の組み合わせとなる２つの一群の特徴情報であることである。部分放電検出部１１５は、部分放電情報記憶部１０７に記憶される部分放電情報と比較することで、部分放電の発生の有無及び検出された部分放電の放電の種類を特定することができる。

なお、図８（ａ）は、１８０度の矢印無し場合の極座標である。１８０度の矢印とは、上述の所定の条件を満たす一群の特徴情報の組み合わせを表す矢印である。図８（ｂ）は、１８０度の矢印が有りの場合の極座標である。図８（ｂ）によると、グループ番号１及び４、グループ番号２及び５、グループ番号３及び７が、所定の条件を満たす組み合わせであることがわかる。また、グループ番号６は、いずれのグループとも組み合わされていない。この場合、グループ番号６を表す特徴情報は、外乱又はノイズ等の部分放電信号以外の信号であることがわかる。

図９は、第１の実施形態におけるグループ番号の組み合わせを決めるテーブルの一具体例を示す図である。テーブルは、グループ番号毎に行を持つ。テーブルの各列は、グループ番号、強度、頻度、・・・、位相差及び頻度の比等の値を持つ。グループ番号は、一群の特徴情報を識別する番号である。強度、頻度、・・・、は、一群の特徴情報の相対情報に含まれる特性値を表す。位相差は、２つの一群の特徴情報の相対情報に含まれる特性値のうち、位相の差の値を表す。位相差の列に含まれる１から７までの列は、位相の差を算出する対象となるグループ番号を表す。例えば、グループ番号が２の行、位相差の列が１である場合の位相差は６９である。これは、グループ番号が１の一群の特徴情報と、グループ番号が２の一群の特徴情報と、の位相差が６９であることを表す。頻度の比は、２つの一群の特徴情報の相対情報に含まれる特性値のうち、頻度の比の値を表す。頻度の比に含まれる１から７までの列は、頻度の比を算出する対象となるグループ番号を表す。

図９によると、部分放電検出部１１５は、一群の特徴情報の組み合わせのうち、位相差が１８０度に近い組み合わせであったり、頻度の比が１に近い組み合わせであったりする一群の特徴情報同士を、所定の条件を満たす一群の特徴情報の組み合わせであると特定する。なお、部分放電検出部１１５は、一群の特徴情報の組み合わせを特定するにあたり、位相差及び頻度の比以外の情報に基づいて、一群の特徴情報の組み合わせを特定するように構成されてもよい。

このように構成された部分放電検出装置１００では、位相取得部１１０が電気機器１０近傍の電源から位相を取得する。特徴情報決定部１１２が、電気機器１０から取得された電気信号の波形から特徴情報を決定する。識別部１１３が、特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される１つ以上の特徴情報を一群の特徴情報として識別し、相対情報生成部１１４は、一群の特徴情報同士の相対的な関係を表す相対情報を生成する。部分放電検出部１１５は、相対情報と、部分放電情報とを比較することで、電気機器１０において部分放電の有無を判定し、かつ部分放電の種類を特定する。このため、部分放電検出装置１００は、電気機器１０に対して、位相取得用センサが不要となる。したがって、電気機器１０の使用者は、より簡単に部分放電を検出することが可能になる。

また、部分放電検出装置１００は、位相取得用センサを備えないことによって、より安価なコストで電気機器１０を運用することが可能になる。部分放電検出装置１００は、位相取得用センサを備えないことによって、位相取得用センサの故障に伴う電力遮断リスクを低減させることが可能になる。また、既設の電気機器１０は、位相取得用センサを設置するために、電力を遮断して設置工事を行う必要があった。したがって、電気機器１０が停電が困難な機器である場合、位相取得用センサの設置は困難であった。しかし、部分放電検出装置１００は、位相取得用センサは不要であるため、停電させることができない電気機器１０についても部分放電の有無を判定することが可能になる。

部分放電検出部１１５は、相対情報生成部１１４によって生成された相対情報と、過去に生成された１つ以上の相対情報とに基づいて、電気機器１０における部分放電の発生を予測を表すトレンドグラフを生成するように構成されてもよい。トレンドグラフは、表示部１０５に表示される。部分放電を検出する者は、トレンドグラフを確認することで、将来の部分放電の発生の有無を予測することができる。

図１０は、第１の実施形態のトレンドグラフの一具体例を示す図である。縦軸は特徴値の一例として最大の電圧値（ｍＶ）を表す。横軸は時間を表す。時間ｔ_１、ｔ_２及びｔ_３は、電圧値が検出されたタイミングを表す。トレンドグラフによると、時間の経過に応じて、最大の電圧値（ｍＶ）が上昇していることがわかる。したがって、部分放電を検出する者は、トレンドグラフを確認することで、電気機器１０の最大の電圧値（ｍＶ）が上昇を続けていることを把握することができ、これによって部分放電の発生が近づいているか否かを判断することができる。

（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態における部分放電検出システム１について説明する。第１の実施形態における部分放電検出装置では、センサと部分放電判定装置とが、有線で直接接続されていた。第２の実施形態における部分放電検出装置では、センサと部分放電判定装置とが、ネットワークを介して接続されている点で異なる。

図１１は、第２の実施形態の部分放電検出システム１の機能構成を表す機能ブロック図である。第２の実施形態における部分放電検出システム１は、センサ１０１の代わりにセンサ１０１ａを備え、部分放電判定装置１０２の代わりに部分放電判定装置１０２ａを備える点で第１の実施形態とは異なる。また、センサ１０１ａと部分放電判定装置１０２ａは、ネットワーク２００を介して通信可能に接続される。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。

センサ１０１ａは、金属製の電極を含んで構成される。センサ１０１ａは、電気機器１０の放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成する。センサ１０１ａは、ネットワーク２００を介して電気信号を部分放電判定装置１０２ａに送信する。

部分放電判定装置１０２ａは、パーソナルコンピュータ、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等の情報処理装置である。部分放電判定装置１０２ａは、センサ１０１ａから受け付けた電気信号に基づいて、部分放電の発生の有無を判定する。部分放電判定装置１０２ａは、部分放電判定プログラムを実行することによって通信部１０３、入力部１０４、表示部１０５、特徴情報記憶部１０６、部分放電情報記憶部１０７及び制御部１０８ａを備える装置として機能する。

制御部１０８ａは、部分放電判定装置１０２ａの各部の動作を制御する。制御部１０８ａは、例えばＣＰＵ等のプロセッサ及びＲＡＭを備えた装置により実行される。制御部１０８ａは、部分放電判定プログラムを実行することによって、電気信号取得部１０９ａ、位相取得部１１０、ノイズ処理部１１１、特徴情報決定部１１２、識別部１１３、相対情報生成部１１４及び部分放電検出部１１５として機能する。

電気信号取得部１０９ａは、電気機器１０の放電によって生じた電気信号を取得する。電気信号取得部１０９ａは、例えば、センサ１０１ａからネットワーク２００を介して電気信号を取得する。電気信号取得部１０９は、電気信号から物理量を取得する。

このように構成された部分放電検出装置１００ａは、センサ１０１ａが、ネットワーク２００を介して電気信号を部分放電判定装置１０２ａに送信する。このため、複数の電気機器１０が複数場所に設けられている場合であっても、１台の部分放電検出装置１００ａで、複数場所に設けられた電気機器１０の部分放電の有無を判定することが可能になる。

（第３の実施形態）
次に、第３の実施形態における部分放電検出装置１００ｂについて説明する。第３の実施形態における部分放電検出装置は、複数台の電気機器１０が隣接して設けられる場合に、全ての電気機器１０から電気信号を取得する点で異なる。

図１２は、第３の実施形態の部分放電検出装置１００ｂの機能構成を表す機能ブロック図である。第３の実施形態における部分放電検出装置１００ｂは、部分放電判定装置１０２の代わりに部分放電判定装置１０２ｂを備える点で第１の実施形態とは異なる。以下、第１の実施形態と異なる点について説明する。

部分放電判定装置１０２ｂは、パーソナルコンピュータ、スマートフォン又はタブレットコンピュータ等の情報処理装置である。部分放電判定装置１０２ｂは、センサ１０１から受け付けた電気信号に基づいて、部分放電の発生の有無を判定する。部分放電判定装置１０２ｂは、部分放電判定プログラムを実行することによって通信部１０３、入力部１０４、表示部１０５、特徴情報記憶部１０６、部分放電情報記憶部１０７及び制御部１０８ｂを備える装置として機能する。

制御部１０８ｂは、部分放電判定装置１０２ｂの各部の動作を制御する。制御部１０８ｂは、例えばＣＰＵ等のプロセッサ及びＲＡＭを備えた装置により実行される。制御部１０８ｂは、部分放電判定プログラムを実行することによって、電気信号取得部１０９、位相取得部１１０、ノイズ処理部１１１、特徴情報決定部１１２、識別部１１３、相対情報生成部１１４、部分放電検出部１１５ａ及び切替部１２０として機能する。

切替部１２０は、入力部１０４から受け付けた切替指示に応じて取得される電気信号を切り替える。具体的には、切替部１２０は、いずれのセンサ１０１から電気信号を取得するかを決定する。例えば、切替部１２０は、最も右側に配置された電気機器１０から電気信号を取得する切替指示を受け付けた場合、電気信号取得部１０９に対して、最も右側に配置された電気機器１０に設けられたセンサ１０１から電気信号を取得するように制御する。このように、電気信号取得部１０９は、電気機器１０毎に電気信号を取得する。

部分放電検出部１１５ａは、いずれの電気機器１０に部分放電が発生しているか否かを判定する。具体的には、部分放電検出部１１５ａは、電気機器１０毎に生成された相対情報同士を比較することで、相対情報の相関値を算出する。相関値の算出には公知の手法が用いられてもよい。部分放電検出部１１５ａは、算出された相対情報同士の相関が予め定められた閾値以上の場合、最も多くの特徴情報が決定された電気機器１０に部分放電が発生したと判定する。

このように構成された部分放電判定装置１０２ｂでは、部分放電検出部１１５ａは、相対情報同士の相関値を算出し、相関値が定められた閾値以上であるか否かを判定する。相関値が定められた閾値以上である場合、電気機器１０で発生した部分放電信号が他の電気機器１０においても検出されていると判断される。このため、部分放電検出部１１５は、最も多くの特徴情報が決定された電気機器１０に部分放電が発生していると判定する。したがって、複数の電気機器１０が隣接して設けられている場合であっても、部分放電検出部１１５ａは、精度よく電気機器１０の部分放電の有無を検出することが可能になる。

上記各実施形態では、ノイズ処理部１１１、特徴情報決定部１１２、識別部１１３、相対情報生成部１１４及び部分放電検出部１１５、はソフトウェア機能部であるものとしたが、ＬＳＩ等のハードウェア機能部であってもよい。

以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、位相取得部１１０、特徴情報決定部１１２、識別部１１３、相対情報生成部１１４及び部分放電検出部１１５を持つことにより、より簡単に部分放電を検出することが可能になる。

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である。

１…部分放電検出システム、１０…電気機器、１００…部分放電検出装置、１０１…センサ、１０２…部分放電判定装置、１０３…通信部、１０４…入力部、１０５…表示部、１０６…特徴情報記憶部、１０７…部分放電情報記憶部、１０８…制御部、１０９…電気信号取得部、１１０…位相取得部、１１１…ノイズ処理部、１１２…特徴情報決定部、１１３…識別部、１１４…相対情報生成部、１１５…部分放電検出部、１１６…電源取得装置、１１７…電源取得部、１１８…ノイズ処理回路、１１９…ＡＤ変換部、２００…ネットワーク

Claims (12)

1. 電気機器の部分放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成するセンサから、前記電気信号を取得する電気信号取得部と、
   前記電気機器に供給される第１交流電源と同じ電力系統に係る第２交流電源に接続された電源取得装置から、前記第２交流電源の交流電圧の位相を取得する位相取得部と、
   前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に１つ以上決定する、特徴情報決定部と、
   前記特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される特徴情報を一群の特徴情報として識別する識別部と、
   前記一群の特徴情報同士の相対的な特徴を表す相対情報を生成する相対情報生成部と、
   前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する部分放電検出部と、
   を備える、部分放電検出装置。
2. 前記識別部は、前記特徴情報のクラスタ分析によって、前記一群の特徴情報を識別する
   請求項１に記載の部分放電検出装置。
3. 前記部分放電検出部は、前記相対情報に基づいて、所定の位相差を持ち、かつ特徴情報の値の符号が正負の組み合わせとなるという前記条件を満たす前記一群の特徴情報の組み合わせを特定し、特定した前記組み合わせごとに、前記相対情報を部分放電毎の特徴と比較することで、前記電気機器において発生している部分放電の種類を判定する、
   請求項１又は２に記載の部分放電検出装置。
4. 前記位相取得部は、前記第２交流電源に接続されるコンセントに接続された前記電源取得装置から前記位相を取得する、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
5. 前記部分放電検出装置は、
   予め定められた周波数以上の高周波成分と、前記予め定められた周波数の半分以下の周波数である低周波成分とが、電気信号に含まれる場合、前記電気信号のノイズを除去するノイズ処理部をさらに備える、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
6. 前記ノイズ処理部は、前記電気信号に対して周波数分析を行うことで、予め定められた強度以上の周波数帯域に対してノイズ処理を行う、
   請求項５に記載の部分放電検出装置。
7. 前記部分放電検出部は、前記相対情報と過去に生成された１つ以上の相対情報とに基づいて、前記電気機器における部分放電の発生の予測を表すトレンドグラフを生成する、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
8. 前記第１交流電源に接続される複数の前記電気機器が設けられる場合において、
   前記電気信号取得部は、前記電気機器毎に前記電気信号を取得し、
   前記部分放電検出部は、前記電気機器毎に生成された相対情報同士を比較し、前記相対情報同士の相関が閾値以上の場合、最も多くの特徴情報が決定された電気信号を発生させた電気機器に部分放電が発生したと判定する、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
9. 前記電気信号取得部は、接地電位、接地電流又は放射電磁波のうち、１つ以上の電気信号を取得する、
   請求項１から８のいずれか一項に記載の部分放電検出装置。
10. 部分放電検出装置が、電気機器の部分放電によって生じた電気信号を取得する電気信号取得ステップと、
    前記部分放電検出装置が、前記電気機器に供給される第１交流電源と同じ電力系統に係る第２交流電源の交流電圧の位相を取得する位相取得ステップと、
    前記部分放電検出装置が、前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に１つ以上決定する、特徴情報決定ステップと、
    前記部分放電検出装置が、前記特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される特徴情報を一群の特徴情報として識別する識別ステップと、
    前記部分放電検出装置が、前記一群の特徴情報同士の相対的な特徴を表す相対情報を生成する相対情報生成ステップと、
    前記部分放電検出装置が、前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する部分放電検出ステップと、
    を有する、部分放電検出方法。
11. センサと部分放電検出装置とを備える部分放電検出システムであって、
    前記センサは、電気機器の部分放電によって生じた現象に応じて電気信号を生成し、
    前記センサは、前記電気信号を前記部分放電検出装置に送信し、
    前記部分放電検出装置は、
    電気機器の部分放電によって生じた電気信号を取得する電気信号取得部と、
    前記電気機器に供給される第１交流電源と同じ電力系統に係る第２交流電源の交流電圧の位相を取得する位相取得部と、
    前記電気信号の波形の特徴を表す特徴情報を前記位相を基準として定められた周期毎に１つ以上決定する、特徴情報決定部と、
    前記特徴情報のうち、同一の原因で生じたと特定される特徴情報を一群の特徴情報として識別する識別部と、
    前記一群の特徴情報同士の相対的な特徴を表す相対情報を生成する相対情報生成部と、
    前記相対情報が定められた条件を満たす場合、前記電気機器において部分放電が発生したと判定する部分放電検出部と、
    を備える、部分放電検出システム。
12. 請求項１から９いずれか一項に記載の部分放電検出装置としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。

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