JPH05264640A - 電気設備の絶縁劣化診断方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転中電気設備の絶縁劣化診断を正確に行う
為、計測した部分放電電流信号から、その放電電荷量を
定量的に求める方法を提供する。 【構成】 回転機１の停止中に、絶縁された回転機１の
一次側入力端子と接地線２間に標準パルスを印加し、絶
縁劣化部に発生する部分放電電流信号を接地線２に取り
付けた広周波数帯域電流センサ３により計測し、Ａ／Ｄ
変換波形収録装置４に収録する。さらにパーソナルコン
ピュータ５でその信号にＦＦＴ処理、バンドパスフィル
タ処理、重合エベロープ処理を実施し唸り波形信号の重
合エンベロープを求めて、部分放電発生エネルギー量を
算出する。その作業を印加標準パルスの電荷量を複数回
変えて繰り返し、得られた部分放電発生エネルギー量と
印加標準パルスの電荷量から校正曲線を求める。次に前
記校正曲線から運転中電気設備の部分放電発生エネルギ
ー量を放電電荷量に換算し絶縁劣化診断を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、発電所、受変電所ある
いは各種プラントにおける変圧器や回転機などの電気設
備の設備保全のために行う電気設備の絶縁劣化診断方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】変圧器や回転機等の電気設備の絶縁劣化
の診断方法としては、部分放電試験や誘電正接試験など
があるが、これらの試験を行うためには一般に上記電気
設備の運転を停止する必要がある。近年、上記電気設備
の使用者の強い要望に応えて、上記電気設備の運転中に
部分放電を検出して診断を行う方法が各種試みられてお
り、その内のひとつに、上記電気設備の接地線に狭周波
数帯域の電流センサを設けて，これに流れ込む部分放電
電流を計測し、その電流信号の振幅より部分放電の大き
さを求めることによって該電気設備の絶縁劣化を診断す
る方法がある。

【０００３】『特願平３−１５９８８５号』は、電気設
備の絶縁劣化の診断指標として、単に部分放電電流の大
きさを用いるのでなく、重ね合わせの原理に基づく数値
解析によって、電気設備に使用されている絶縁材料の種
類、該絶縁材料の劣化の様相、あるいは該電気設備を含
む回路条件等によって変わることが予想される、部分放
電電流の振幅、周波数および位相の条件を包含した診断
指標および部分放電の発生頻度を含めた診断指標を得る
ことができる総合的な診断を可能とした。すなわち、運
転中の変圧器や回転機等の電気設備の接地線に広周波数
帯域電流センサを取り付けて、ノイズを含む部分放電電
流信号を計測し、その電流信号をＡ／Ｄ変換波形収録装
置に取り込んで、一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換
した後、ＦＦＴ処理により電流情報の周波数分析を行
い、部分放電信号についてＳ／Ｎ比の高い周波数帯域の
選定を行う。次にたたみ込み積分によるバンドパスフィ
ルタ処理とヒルベルト変換による重合エンベロープ処理
を行う。バンドパスフィルタ処理によって、上記電流セ
ンサにより検出されたノイズを含む電流信号から部分放
電電流信号を唸り波形信号として抽出する。次に重合エ
ンベロープ処理によって、重合エンベロープ｜Ｆ(t) ｜
を求め対象とする電気設備の絶縁劣化の診断要素とし
て、単に部分放電電流の大きさだけでなく、該電気設備
に使用されている絶縁材料の種類、該絶縁材料の劣化の
様相、あるいは該電気設備を含む回路条件等によって変
わることが予想される、部分放電電流の振幅、周波数お
よび位相の要素をも含めた部分放電発生エネルギー量を
求めることにより総合的な指標を得ている。

【０００４】すなわち該発明は、具体的診断指標として
以下の２つを提供する。その１つは、個々の電気設備固
有の絶縁劣化判断基準によって定まる部分放電の唸り波
形信号の重合エンベロープ｜Ｆ(t) ｜のしきい値と、１
回分の診断時間とをあらかじめ設定しておき、この診断
時間内に前記しきい値を超過した重合エンベロープの超
過分の値とサンプリング周期の積を前記診断時間に渡っ
て積算した値の経時変化であり、他の１つは、前記サン
プリング周期を単位として、診断時間内に重合エンベロ
ープ｜Ｆ(t) ｜の包絡線波形が前記しきい値を超過した
回数の経時変化である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記発明に
より求められる部分放電発生エネルギー量は該電流セン
サ取付部のエネルギー量であり、その値は、絶縁劣化部
の部分放電発生エネルギー量ではない。なぜなら、絶縁
劣化部で発生した部分放電電流信号が診断対象である電
気設備の接地線を該電流センサー取付部まで伝搬する過
程で分散減衰しているからである。従って、本来の絶縁
劣化部の部分放電発生エネルギー量による絶縁劣化度の
定量的測定が不可能で単なる部分放電発生エネルギー量
の経時変化しか検出出来ない欠点がある。そこで本発明
の目的は運転中の変圧器や回転機等の電気設備の絶縁劣
化部の部分放電発生エネルギー量とその部分放電電荷量
を定量的に連続して精密に求めることである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では停止
中の変圧器や回転機等の電気設備の絶縁材料により絶縁
された該電気設備一次側入力端子と接地線間に予め定め
た電荷量の標準パルス信号を印加した時に発生するノイ
ズを含む部分放電電流信号を該電気設備の接地線に取り
付けた広周波数帯域電流センサにより計測する。その部
分放電電流信号をＡ／Ｄ変換波形収録装置に取り込んで
一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換した後、前記サン
プリング周期と同一周期でＦＦＴ処理を行ってＳ／Ｎ比
の高い周波数帯域を選定する第一の手順と、前記電流セ
ンサからあらたに取り込んだ該部分放電電流信号を第一
の手順と同じくＡ／Ｄ変換した後、これに前記第一の手
順で選定した周波数帯域についてバンドパスフィルタ処
理を行って部分放電信号を唸り波形信号として抽出し、
さらにこれに重合エンベロープ処理を施すことによって
唸り波形信号の重合エンベロープ｜Ｆ(t) ｜を求め、そ
の値があらかじめ定めたしきい値を超過した時、この超
過分とサンプリング周期の積を求め、これがしきい値を
超過した時間積算して部分放電発生エネルギー量を算出
する作業を、印加する標準パルスの電荷量を複数回変え
て繰り返し、その作業により求められた複数の部分放電
発生エネルギー量と印加した標準パルスの電荷量の相関
関係から校正曲線を求める第二の手順とからなる。請求
項２の発明では運転中の変圧器や回転機等の電気設備の
接地線に広周波数帯域電流センサを取り付けて、前記印
加標準パルスによる部分放電電流信号にかえて、該電気
設備の運転中に発生するノイズを含む部分放電電流信号
を計測する。該電流センサから取り込んだ該電流信号を
一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変換した後、前記サン
プリング周期と同一周期でＦＦＴ処理を行ってＳ／Ｎ比
の高い周波数帯域を選定する第一の手順と、前記電流セ
ンサからあらたに取り込んだ電流信号を第一の手順と同
じくＡ／Ｄ変換した後、これに前記第一の手順で選定し
た周波数帯域についてバンドパスフィルタ処理を行って
部分放電信号を唸り波形信号として抽出し、さらに重合
エンベロープ処理を施すことによって唸り波形信号の重
合エンベロープ｜Ｆ(t) ｜を求め、その値があらかじめ
定めたしきい値を超過した時、このしきい値の超過分と
サンプリング周期の積を求め、この値を超過した時間積
算して部分放電発生エネルギー量を算出する第二の手順
と、前記標準パルスを印加することにより求めた校正曲
線から部分放電発生エネルギー量を部分放電電荷量に換
算し該電気設備の部分放電発生電荷量を定量的に求める
第三の手順とからなる。

【０００７】

【作用】上記の方法をとる請求項１の発明においては、
停止中の変圧器や回転機等の電気設備の接地線に取り付
けた広周波数帯域電流センサによって、印加標準パルス
により発生するノイズを含む部分放電電流信号を計測
し、該電気設備の絶縁劣化の診断指標として、変圧器や
回転機等の電気設備に使用されている絶縁材料の種類、
該絶縁材料の劣化状態、あるいは該電気設備を含む回路
条件等によって変わることが予想される、部分放電電流
の周波数、位相および振幅の条件を包含して、部分放電
発生エネルギー量と部分放電電荷量の相関関係を表わす
校正曲線を求めることが出来る。請求項２の発明におい
ては、運転中の変圧器や回転機等の電気設備の接地線に
取り付けた高周波数帯域電流センサにより該電気設備に
発生する部分放電電流の部分放電発生エネルギー量を電
荷量に換算ことが出来、該電気設備の定量的絶縁劣化診
断が出来る。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図１〜図１１によっ
て説明する。図１（ａ）は本発明による診断対象の電気
設備が回転機１の場合で、その回転機１の部分放電発生
エネルギー量と部分放電電荷量の相関関係を表わす校正
曲線を求める絶縁劣化診断方法に関するシステムの一実
施例である。図１（ｂ）は本発明による診断対象の電気
設備が回転機１の場合で、その回転機１の運転中に絶縁
劣化診断を行うシステムの一実施例である。図２（ａ）
は本発明による電気設備の絶縁劣化診断方法における、
第一の手順を示す流れ図、図２（ｂ）は第二の手順を示
す流れ図である。図２（ｃ）は第三の手順を示す流れ図
である。図１に示すシステムにおいて、Ａ／Ｄ変換波形
収録装置４が電流信号のＡ／Ｄ変換を行いデジタル化す
る波形信号１回分のサンプリング数Ｎはあらかじめ選定
され、パーソナルコンピュータ５に記憶されている。Ａ
／Ｄ変換波形収録装置４の動作はパーソナルコンピュー
タ５からの信号により行われるよう構成されている。た
だし、最大サンプリング数Ｎmax はＡ／Ｄ変換波形収録
装置４の記憶容量によって決まる。また、Ａ／Ｄ変換波
形収録装置４のサンプリング周期△ｔもあらかじめ設定
されている。従って、前記システムの一回分の信号記録
時間Ｔ１は波形信号１回分のサンプリング数Ｎとサンプ
リング周期△ｔの積によって決まる（以下、これを一フ
ァイルという）。

【０００９】請求項１の実施例として、図３は該回転機
１に固有の前記校正曲線を求めるため、絶縁劣化診断の
対象となる該回転機１の入力端子を三相一括短絡し、そ
の端子と接地線２間に標準パルス発信器７により標準パ
ルスを電荷量を段階的に複数回変えて印加し、その時、
接地線２に取り付けた広周波数帯域電流センサ３からノ
イズを含む部分放電電流信号を計測して、前記サンプリ
ング周期△ｔでＡ／Ｄ変換波形収録装置４によってデジ
タル信号に変換した後、収録された部分放電電流信号の
一例で、パーソナルコンピュータ５のＣＲＴ画面と出力
装置６に出力した結果である。その条件は電荷量２５０
０ｐｃの標準パルスを印加した時の１回分のサンプリン
グ数が１０２４点の部分放電電流信号である。図４は第
一の手順を実施した一例で、前記部分放電電流信号をパ
ーソナルコンピュータ５中に読み込み、前記サンプリン
グ周期△ｔと同一周期でＦＦＴ処理を施し、部分放電電
流信号の周波数分布を求め、その分布の内Ｓ／Ｎ比の高
い周波数帯域を選定する選定した結果を、パーソナルコ
ンピュータ５のＣＲＴ画面と出力装置６に出力した図で
ある。その図より１．８から２．３ＭＨz 付近に該電気
設備に固有のＳ／Ｎ比の高い信号が存在していることが
判るので、この周波数帯域を部分放電信号の周波数帯域
とする。

【００１０】図５は、上記第一の手順で選定した周波数
帯域をパーソナルコンピュータ５に記憶した後、請求項
１の動作である第二の手順を印加標準パルスにより発生
する部分放電電流信号に実施した結果である。すなわ
ち、該回転機１の運転を停止させ、その絶縁材料により
絶縁された電気設備の一次側入力端子と接地線２間に予
め定めた電荷量の標準パルス信号を印加し、該回転機１
の接地線２に取付られた広周波数帯域電流センサ３でノ
イズを含む部分放電電流信号を計測する。その時、パー
ソナルコンピュータ５からの動作指示によりＡ／Ｄ変換
波形収録装置４は該部分放電電流信号を取り込んで、前
記サンプリング周期△ｔ毎に前記時間幅Ｔ１に渡ってＡ
／Ｄ変換し１回分のデジタルデータとして収録する。パ
ーソナルコンピュータ５は、Ａ／Ｄ変換波形収録装置４
に次の動作指示を発する前に、Ａ／Ｄ変換波形収録装置
４に収録された前記デジタルデータを読み込み、前記第
一の手順で記憶した周波数帯域に関するバンドパスフィ
ルタ処理を実施して部分放電電流信号をデジタルの唸り
波形信号として抽出する。さらに、この信号についてヒ
ルベルト変換による重合エンベロープ処理を行い重合エ
ンベロープ｜Ｆ(t) ｜を求めて、該電流信号から部分放
電発生エレルギー量を算出する。すなわち、あらかじめ
パーソナルコンピュータ５に記憶されたしきい値を超過
した重合エンベロープ｜Ｆ(t) ｜の値とサンプリング周
期△ｔの積を前記一ファイル（診断時間Ｔ１）に渡って
積算した値から標準パルス印加により発生する該回転機
１の部分放電発生エネルギー量を求める。以上の作業を
標準パルスの電荷量を段階的に６回変えて繰り返し行
い、その時の部分放電発生エネルギー量と印加した電荷
量との相関関数を示す校正曲線を求め第二の手順を実施
する。図６に第一の手順および第二の手順により印加標
準パルスによる部分放電電流信号の部分放電発生エネル
ギー量を算出し、印加した標準パルスの放電電荷量との
相関関係を求めた結果を示す。図７に該回転機１の印加
標準パルスの部分放電電荷量と、その時の部分放電発生
エネルギー量の相関関係を校正曲線図に表した結果を示
す。

【００１１】次に、請求項２の実施例を説明する。すな
わち、図８は、前記第一の手順および第二の手順を標準
パルス印加による部分放電電流信号に変えて、該回転機
１の運転中に接地線２に取り付けた広周波数帯域電流セ
ンサ３で計測されるノイズを含む部分放電電流信号（１
回分のサンプリング数が６５５３６点）に実施して、そ
の唸り波形信号を求めたものである。図９は図８に示し
た唸り波形信号に第三の手順の内部分放電発生エネルギ
ー量を求めるまでを実施した結果で、単位時間当たり
（３２７６８ｎｓｅｃ）の部分放電発生エネルギー量の
経時変化を求めた結果である。図１０は該運転中回転機
１の部分放電電流信号を連続して計測し、標準パルス印
加による部分放電電流信号に変えて、第一の手順および
第二の手順を繰り返し行い、連続ファイルとして単位時
間当たり（３２７６８ｎｓｅｃ）の部分放電発生エネル
ギー量の経時変化を求め、さらに第二の手順による校正
曲線から単位時間当たりの部分放電発生エネルギー量を
単位時間当たりの電荷量に換算した値の経時変化を示
す。図１１は図９に示した唸り波形信号の単位時間当り
（３２７６８ｎｓｅｃ）部分放電発生エネルギー量を第
二の手順による校正曲線から単位時間当たり（３２７６
８ｎｓｅｃ）の放電電荷量（ｐＣ）に換算した値であ
る。

【００１２】

【発明の効果】請求項１の発明によれば停止中の変圧器
や回転機等の電気設備の絶縁材料により絶縁された電気
設備の一次側入力端子と接地線間に標準パルス信号を印
加した時に発生する部分放電発生エネルギー量と印加し
た標準パルスの電荷量との相間関係を表わす校正曲線を
求めることが出来る。請求項２の発明によれば、運転中
の変圧器や回転機等の電気設備に生ずる部分放電発生エ
ネルギー量を該電気設備に使用されている絶縁材料の種
類、該絶縁材料の劣化の様相、あるいは該電気設備を含
む回路条件等によって変わることが予想される、部分放
電電流の周波数、位相および振幅の条件を包含して、求
めることが出来る他、部分放電電荷量を定量的に求める
ことができるため、従来技術の欠点であった部分放電電
流の振幅だけよる診断や部分放電発生エネルギー量の経
時変化による診断に変えて、総合的な診断指標が任意の
時刻に得られ、電気設備の絶縁劣化進展の、より早い時
期に、精密に定量的診断ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明による診断対象の電気設備
が回転機の場合で、その回転機の部分放電発生エネルギ
ー量と部分放電電荷量の相関関係を表わす校正曲線を求
めるための電気設備の絶縁劣化診断法に関するシステム
の一実施例である。図１（ｂ）は本発明による該回転機
の運転中に電気設備の絶縁劣化診断を行うシステムの一
実施例である。

【図２】図２（ａ）は本発明による電気設備の絶縁劣化
診断方法における、第一の手順を示す流れ図、図２
（ｂ）は第二の手順を示す流れ図、図２（ｃ）は第三の
手順を示す流れ図である。

【図３】本発明による該回転機の一次側入力端子と接地
線間に電荷量２５００ｐｃの標準パルス信号を印加した
時に接地線に取り付けた高周波帯域電流センサで計測し
たノイズを含む部分放電電流信号（１回分のサンプリン
グ数が１０２４点）の一例である。

【図４】本発明による前記標準パルス印加による部分放
電電流信号に第一の手順で示したＦＦＴ処理を実施した
結果である。

【図５】本発明による前記標準パルス印加による部分放
電電流信号に第一の手順で求めたＳ／Ｎ比の高い周波数
帯域について、第二の手順のバンドパスフィルタ処理
と、重合エンベロープ処理を行った結果である。

【図６】本発明による該回転機の一次側入力端子と接地
線間に標準パルスの電荷量を段階的に６回変えて印加
し、その時に接地線に取り付けた高周波帯域電流センサ
から取り込んだ部分放電電流信号について第一の手順お
よび第二の手順により部分放電発生エネルギー量を算出
し、印加した標準パルスの放電電荷量との相関関係を求
めた結果を示す。

【図７】本発明による図６に示した該回転機の印加標準
パルスの部分放電電荷量と、その時の部分放電発生エネ
ルギー量の相関関係を校正曲線図に表した結果を示す。

【図８】本発明による該回転機の運転中に、その接地線
に取り付けた高周波帯域電流センサで計測した部分放電
電流信号に第一の手順および第二の手順を実施した結果
得られた唸り波形信号を示す。

【図９】本発明による、第三の手順を図９に示した唸り
波形信号に実施し、単位時間当たり（３２７６８ｎｓｅ
ｃ）の部分放電発生エネルギー量の経時変化を求めたも
のである。

【図１０】本発明による該運転中回転機の接地線に取り
付けた高周波帯域電流センサで部分放電電流信号を連続
して計測し、その信号に第一の手順および第二の手順を
繰り返し行い、連続ファイルとして単位時間当たり（３
２７６８ｎｓｅｃ）の部分放電発生エネルギー量の経時
変化を求め、さらに第二の手順による校正曲線から単位
時間当たり（３２７６８ｎｓｅｃ）の放電電荷量に換算
した値の経時変化を示す。

【図１１】本発明による図９に示した該回転機の運転中
唸り波形信号の部分放電発生エネルギー量を定量的放電
電荷量に換算した値を示す。

【符号の説明】

１ 回転機 ２ 接地線 ３ 広周波数帯域電流センサ ４ Ａ／Ｄ変換波形収録装置 ５ パーソナルコンピュータ ６ 出力装置 ７ 標準パルス発信器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 変圧器や回転機等の電気設備の接地線に
   広周波数帯域電流センサを取り付けて、該電気設備の運
   転を停止させ、その絶縁材料により絶縁された電気設備
   の一次側入力端子と接地線間に予め定めた電荷量の標準
   パルス信号を印加し、その時、該電流センサで計測され
   るノイズを含む部分放電電流信号をＡ／Ｄ変換波形収録
   装置に取り込んで、一定のサンプリング周期でＡ／Ｄ変
   換した後、前記サンプリング周期と同一周期でＦＦＴ処
   理を行ってＳ／Ｎ比の高い周波数帯域を選定する第一の
   手順と、前記電流センサからあらたに取り込んだ標準パ
   ルス印加による部分放電電流信号を第一の手順と同じく
   Ａ／Ｄ変換した後、これに前記第一の手順で選定した周
   波数帯域についてバンドパスフィルタ処理を行って部分
   放電電流信号を唸り波形信号として抽出し、さらに重合
   エンベロープ処理を施すことによって唸り波形信号の重
   合エンベロープ｜Ｆ(t) ｜を求め、その値があらかじめ
   設定したしきい値を超過した時、この超過分とサンプリ
   ング周期の積を求め、これがしきい値を超過した時間積
   算した値である部分放電発生エネルギー量を算出する作
   業を、印加する標準パルスの電荷量を複数回変えて、繰
   り返し、その作業により求めた複数回分の部分放電発生
   エネルギー量と印加した標準パルス電荷量の相関関係か
   ら校正曲線を求める第二の手順とから成ることを特徴と
   する電気設備の絶縁劣化診断方法。
2. 【請求項２】 運転中の変圧器や回転機等の電気設備の
   接地線に広周波数帯域電流センサを取り付けて、ノイズ
   を含む部分放電電流信号を計測し、その電流信号をＡ／
   Ｄ変換波形収録装置に取り込んで、一定のサンプリング
   周期でＡ／Ｄ変換した後、前記サンプリング周期と同一
   周期でＦＦＴ処理を行ってＳ／Ｎ比の高い周波数帯域を
   選定する第一の手順と、前記電流センサからあらたに取
   り込んだ該電流信号を第一の手順と同じくＡ／Ｄ変換し
   た後、これに前記第一の手順で選定した周波数帯域につ
   いてバンドパスフィルタ処理を行って，部分放電信号を
   唸り波形信号として抽出し、さらにこれに重合エンベロ
   ープ処理を施すことによって唸り波形信号の重合エンベ
   ロープ｜Ｆ(t) ｜を求め、その値があらかじめ設定した
   しきい値を超過した時、この超過分とサンプリング周期
   の積からなる値を求め、これがしきい値を超過した時間
   積算して部分放電発生エネルギー量を算出する第二の手
   順と、次に前記校正曲線を該電気設備について求め、そ
   の校正曲線より前記第二の手順による部分放電発生エネ
   ルギー量を部分放電電荷量に換算する第三の手順とから
   成ることを特徴とする電気設備の絶縁劣化診断方法。