JP7373275B2 - 部分放電検出装置および部分放電検出方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、センサの感度を表面電流に特化して向上させたとしても、検出した信号が、部分放電に起因する表面電流であるか、ほかのノイズに起因する表面電流であるか、判断するのが難しいという問題がある。
すなわち、本発明の部分放電検出装置は、物体の表面電流を検知するセンサと、前記センサの出力信号を設定された周波数帯域に制限するフィルタ部と、前記フィルタ部の出力信号の周波数を変換する周波数コンバータと、前記周波数コンバータの出力信号をサンプリングして記録する記録部と、前記記録部に記録された信号を解析する解析部と、を備え、前記解析部は、定められた閾値以上の信号を抽出するレベル判定部と、定められた周期以外の信号を除去するノイズ除去部と、前記定められた周期の信号の継続性を判定する継続性判定部と、前記継続性判定部の結果を受けて部分放電を判定する部分放電判定部と、を備えることを特徴とする。
このような構成によれば、表面電流から得られる信号を、ノイズ成分を除去し、部分放電に起因する信号を抽出して解析できるので、部分放電が発生したときの検出感度を向上することができる。
このような構成によれば、ノイズの時刻による変化に基づいて閾値が設定されるので、信号の誤検出を低減することができる。
このような構成によれば、複数の基準に基づいて部分放電が判定されるので、部分放電のいろいろな発生モードに対応して部分放電の発生を判断することができ、部分放電が発生したときの検出感度を向上することができる。
このような構成によれば、表面電流から得られる信号を、ノイズ成分を除去し、部分放電に起因する信号を抽出して解析できるので、部分放電の発生の検出率を向上することができる。
(前提技術)
本発明の前提技術に係る部分放電検出装置の構成を示す機能ブロック図を図1に、図1の解析部の機能ブロック図を図2に示す。
図1に示されるように、部分放電検出装置10は、センサ11、帯域フィルタ12、増幅器13、A/D変換器14、記録部15、解析部16、表示部17、および、記録部15と解析部16にそれぞれ付属するメモリ18とメモリ19を備えている。
図3は、部分放電が生じている際の、センサ11の出力a(実線)と電気機器に印可される50Hzの電源電圧b(点線)を示す図であり、横軸に時間(msec)、縦軸に信号強度を表している。図3に示されるように、0msec、20msec、40msec、および、60msecのところに比較的大きいセンサ出力が、10msec、30msec、50msecのところに小さいセンサ出力が生じている。図3からわかるように、部分放電は、電源電圧の立ち上がりと立ち下がりで生じる傾向にある。従って、電源周波数と同じサイクルで生じるセンサ出力信号が部分放電と関係性が深いことが考察される。この性質は後述する解析部16において、ノイズを除去する際に考慮されている。すなわち電源周波数と同じサイクルで発生していない信号は、部分放電とは関係ない信号として除去することができる。図4は、横軸に周波数(MHz)、縦軸に周波数成分強度を表すグラフで、図3に示したセンサ出力信号を周波数と周波数成分強度に変換したスペクトル解析図である。図4には、実線で描かれた部分放電が発生していない環境ノイズ波形cと2重線で描かれた部分放電発生時の波形dが示されている。図4からわかるように、10~30MHz、40MHz、55MHz、70~90MHz近傍の領域では、部分放電発生時の信号が環境ノイズよりも充分大きくなっていることがわかる。すなわち周波数帯によってS/N比のよい領域があることが図4より考察される。
図2に示されるように、解析部16は、レベル判定部50、ノイズ除去部51、継続性判定部52、部分放電判定部53を備えている。
信号の解析対象の判定に使われる閾値Tは、メモリ19に予め設定されている。レベル判定部50は、メモリ19の閾値Tの値を参照して信号を抽出する。ここにおいて閾値Tは、一定の値であってよいし、時刻ごとに異なった値を設定してよい。たとえば、深夜や早朝で、環境ノイズのレベルが比較的低い状態にある場合は、低めの閾値を設定してよい。一方、日中で、環境ノイズのレベルが比較的高い状態にある場合は、高めの閾値を設定してよい。このように、部分放電を観測する対象の環境ノイズの、時刻ごとの変化に対応して閾値Tを変更することによって、誤検出を防ぎ、部分放電の検出感度を向上させることができる。
このように電源周期と連動して発生する信号以外はノイズとして除去して解析が行われるので、部分放電に関係する信号を効率よく抽出し、誤検出を防ぎ、部分放電の検出感度を向上することができる。
継続性判定部52は、50Hzの電源周期5周期分の100msecの期間のデータを1セットとして、連続的に取得される複数セットのデータを順次解析する。ここで1セットのデータの電源周波数5サイクル中5回の周期データが観測されれば、5/5の事象が発生したと判断する。それぞれ5/5、4/5、3/5、2/5、と表現する、部分放電発生事象の判定がなされる都度に、各事象ごとに設けられたカウンタを1増加させて、各事象の発生回数をメモリ19に記録する。ここにおいて示された、n/5(n=2~5)で表された事象の意味は、5周期中n回20msecの周期に適合する信号が観測されたことを示している。
部分放電検出装置10は、このような手段によって、部分放電に起因する信号を部分放電発生の性質を利用して効率よく抽出し、誤検出を少なくし、かつ、部分放電の検出感度を向上させることができる。
次に、図7~図10を参照して、本発明の実施形態について説明する。図7は、本発明の実施形態に係る部分放電検出装置の構成を示す機能ブロック図である。なお、実施形態で示す部分放電検出装置は、上記前提技術に対し、帯域フィルタ12と増幅器13の間にミキサ21、局部発振器22、および、低域フィルタ23が加わった構成のみが異なる。したがって、以下の説明では、ミキサ21、局部発振器22、および、低域フィルタ23の関係する構成のみを説明し、上記前提技術と共通する構成については、図中に同符号を付してその説明を省略する。
すなわちこの実施形態では、前提技術の構成に、ミキサ21、局部発振器22、および、低域フィルタ23を加えることにより、その入力部に周波数コンバータ100を構成している。
図8には、図4にも示された、実線で描かれた一般的な場面での環境ノイズの波形cと2重線で描かれた、インバータ制御機器が近辺に存在した場合のインバータノイズの波形eが示されている。ここにおいて、一般的な場面とは、例えば、発電所や変電所などの施設における環境下であって、インバータ制御機器が近辺にない環境をあげることができる。一方、インバータ制御機器が近辺に存在する環境とは、例えば、ビル、あるいは工場における変電設備等をあげることができ、空調機や、工作機械、または、照明などのインバータ制御機器が発電所や変電所に比べて近辺に存在している環境をいう。
fL+fi=170~190MHzとfL-fi=30~10MHzの周波数帯域に変換され、例えば、50MHz以下の帯域を通過させるように設定された低域フィルタ23によって、fL-fi=30~10MHzの信号が取り出され、増幅器13に出力される。
ここで、図11を参照して本発明の変形例について説明する。図11は、前提技術の図1、実施形態の図7に相当する機能ブロック図である。図11には、前提技術の帯域フィルタ12、増幅器13の構成と、実施形態の帯域フィルタ12、ミキサ21、局部発振器22、低域フィルタ23、および、増幅器13の構成がスイッチ31とスイッチ32を介して並列に接続される、部分放電検出装置30が図示されている。図11のスイッチでは、前提技術の帯域フィルタ12、増幅器13の構成がセンサ11、A/D変換器14に接続されて機能ブロックを成している。このスイッチの接続では、部分放電検出装置30は、前提技術の部分放電検出装置10として機能する。スイッチ31、スイッチ32を逆の側に接続することにより、実施形態の帯域フィルタ12、ミキサ21、局部発振器22、低域フィルタ23、および、増幅器13の構成がセンサ11、A/D変換器14に接続され、部分放電検出装置30は、実施形態の部分放電検出装置20として機能する。
このような構成を取ることによって、前提技術の部分放電検出装置10と実施形態の部分放電検出装置20の機能をスイッチによって選択可能となっており、環境ノイズの状況にあわせてどちらの部分放電検出装置の機能をつかうか意図的に選択することができる。したがって、インバータノイズのあるなしにかかわらず、その観測環境に合わせて、誤検出を少なくでき、部分放電検出精度を向上することができる。
11 センサ
12 帯域フィルタ
15 記録部
16 解析部
T 閾値
100 周波数コンバータ
50 レベル判定部
51 ノイズ除去部
52 継続性判定部
53 部分放電判定部
Claims (5)
- 電気機器を格納する容器の表面電流を検知するセンサと、
前記センサの出力信号を設定された周波数帯域に制限するフィルタ部と、
前記フィルタ部の出力信号の周波数を変換する周波数コンバータと、
前記周波数コンバータの出力信号をサンプリングして記録する記録部と、
前記記録部に記録された時系列の信号をデータとして読み出し解析する解析部と、を備え、
前記解析部は、
定められた閾値以上の信号を抽出するレベル判定部と、
電源周期と連動して発生する信号以外の信号を除去するノイズ除去部と、
前記電源周期と連動して発生する信号の発生頻度を判定する継続性判定部と、
前記判定の結果を受けて各発生頻度に対応する事象の発生回数が、あらかじめ定められた回数以上となることにより部分放電の発生を判定する部分放電判定部と、を備える
ことを特徴とする部分放電検出装置。 - 前記定められた閾値は、時刻ごとに設定され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。
- 前記継続性判定部はサンプリング期間中の信号群ごとの発生頻度の判定を行い、
前記部分放電判定部は、各発生頻度に対応する事象の発生回数が、あらかじめ定められた回数以上となることにより部分放電の発生を判定することを特徴とする請求項1または2に記載の部分放電検出装置。 - 前記センサは面電流センサであることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の部分放電検出装置。
- 電気機器を格納する容器の表面電流を検知するセンサにより検出された信号を設定された周波数帯域に制限し、
前記設定された周波数帯域に制限された信号の周波数を変換し、
前記周波数を変換された信号をサンプリングして記録し、
前記記録された時系列の信号を解析し、
前記解析は、
定められた閾値以上の信号を抽出すること、
電源周期と連動して発生する信号以外の信号を除去すること、
前記電源周期と連動して発生する信号の発生頻度を判定すること、
前記判定の結果を受けて各発生頻度に対応する事象の発生回数が、あらかじめ定められた回数以上となることにより部分放電の発生を判定すること、
を含むことを特徴とする部分放電検出方法。
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