JPS61173175A - 高電圧機器の部分放電監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の属する技術分野〕 本発明はガス絶縁密閉開閉装置（以下Ｇ工Ｓと略称する
）、変圧器等の高電圧変電機器、高電圧回転ＩＩＥ機、
配電盤等の高電圧機器の絶縁性能の異常を検知する部分
放電監視装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

高電圧機器の部分放電監視装置の技術上の問題点として
は、接地金属容器の内部で発生した部分放電パルスを金
属容器の外からどのようにして簡単に検出するかという
問題、また検出信号中の外来ノイズと部分放電パルスを
どのように弁別するかという問題、部分放電パルスが高
電圧機器中のどのような欠陥で生じたものであるかを知
るための部分放電の種類の弁別をどうするかの問題があ
げられる。

第９図はＧＩＳからの検出信号中に含まれる部分放電パ
ルスおよび外来ノイズの模試図であシ、パルス１０１お
よび１０２はＧＩＳ中で発生するＳＦ。

ガス中コロナ（パルス幅数ｎｓ　　）および絶縁スペー
サ等の固体絶縁物中の微細な空洞中で発生するボイドコ
ロナ（パルス幅数１０ｎＳ）からなる内部コロナであυ
、と九にパルス的外来ノイズ１０６および連続的外来ノ
イズ１０４が重畳する。パルス的外来ノイズ１０３とし
ては、架空送電線で発生する送電線コロナ（パルス幅数
１００ｎ８）ｔインバータ等のサイリスタ（転流）パル
ス（パルス幅数μｓ）などとともＫ、供試器がガス絶縁
機器や固体絶縁機器である場合には油入ケーブルや油入
変圧器々どで発生する油中コロナ（立上シ１μＳ以上パ
ルス幅数μｓ以上）も外来ノイズとして前記内部コロナ
の監視を阻害する。また連続的外来ノイズ１０４として
は、放送電波、電力新通信用搬送波（数１０〜数１００
　ＫＨｚ）等がある。このように部分放電（コロナ）の
種類によシそのパルス幅や波形に差異がある反面検出信
号中にパルス幅等が部分放電パルスのそれに極めて近い
外来ノイズが混在しているために、波形による外来ノイ
ズおよび部分放電の種類の弁別を非常に困難にしている
のが実情である。

第１０図は従来一般的に用いられている部分数１−−曲 電検出回路の一例であシ、ＧＩＳを供試器とした例を示
したものである。図において、高電圧充電部を収納した
金属容器１．架台２．接地線３からなるＧＩＳの接地金
属部を介して大地に流れる部分放電パルスを、接地線乙
に電磁的に結合されたロゴウスキーコイル４によシ検出
し、インピーダンス整合された同軸コード５を介して部
分放電監視装置によシ測定するよう構成されておシ、Ｇ
ＩＳに特別の測定端子を設けることなく部分放電パルス
を検出できる反面、ロゴウスキーコイルによシその同調
周波数が抑えられるため、通常検出信号中の数ｌ　Ｑ　
Ｑ　ＫＨｚの周波数成分を増幅測定するよう形成されて
おシ、シたがってＳＦ、ガス中コロナ。

ボイドコロナ、油中コロナ、気中コロナ等部分放電の種
類をそのパルス幅等の差異によシ弁別することはできな
かった。

第１１図は改良された従来の部分放電測定器の概略構成
図であ）、本願発明者等によシ先に提案されたものであ
る（出願番号、特願昭５９−２６ｇ９７’ｌ　　号）０
図において、１は接地線３によシ接地された高電圧機器
たとえばＧＩＳの金属容器であシ、１１は測定ケーブル
５によシ密閉容器に導電接続された整合回路等の入力回
路、１２は検出信号中の５０〜１０００　ＭＨ２周波数
成分を増幅する帯域増幅器、２０はアナログ式のノイズ
除去回路、１６は出力回路、１４は波形観測用の表示器
である。図の場合、ノイズ除去回路２０は互いに縦続接
続された二つの移相減算回路２１，２２およびノイズ消
去回路２３とからなり、移相減算回路２１．２２は入力
信号を所定時間たとえば１０〜３Ｑｎ８遅延させる遅延
回路およびこの遅延回路の入出力信号を入力信号とする
減算回路からなり、ノイズ消去回路２６は二つの移相減
算回路の出力信号を遅延時間の和たとえば２０〜（５Ｑ
ｎＳ遅延させる遅延回路およびこの遅延（ロ）路の入出
力信号を入力信号とする掛算回路で構成されている。

第１２図は第１１図のように構成された部分放電測定器
の機能を説明するための波形図であシ、１段目の移相減
算回路２１の入出力信号波形を示したものである。図に
おいて、２１Ａは移相減算回路２１０入力信号波形であ
シ、ＳＦ、ガス中コロナによる部分放電パルスＰ２１　
Ａとサイリスタパルス等の外来ノイズＮ２１Ａとが重畳
して入力されている。２１Ｂは移相減算回路２１の遅延
回路の出力波形であシ、遅延時間Ｔａだけ遅延された出
力パルスＰ２１ＢおよびＮ２１Ｂが出力される。

２ＩＣは移相減算回路２１の出力波形てあシ、波形２１
Ａから波形２１Ｂが減算される仁とによ９２１．個のパ
ルス列となった部分放電パルスＰ２ＩＣと二つの台形状
パルスに分割減衰されたノイズパルスＮ２１Ｃとが出力
される。このように移相減算回路２１のみでも雑音除去
性能を有しているが、図の場合、出力パルス２’ＩＣは
第２の移相減算回路２２でノイズパルスがさらに複数の
パルスに分割され、ノイズ消去回路２６で遅延されたパ
ルスとの重なシが求められることにより、外来ノイズは
ほぼ完全に消去されるとともに、１個に絞られた部分放
電パルスのみを出力することができる。上述のように構
成されたノイズ除去回路を備えた部分放電測定器におい
ては、移相減算回路の遅延時間Ｔａよシ広いパルス幅を
有するパルス状外来ノイズおよび連続的ノイズを両者の
時間差に比例して減衰（移相減算回路）消去することが
できるので、たとえばＧＩＳや樹脂モールド変圧器。

回転電機を供試器とした場合、内部コロナとし７てのボ
イドコロナあるいはＳＦ、ガス中コロナを外来ノイズと
してのサイリスタパルス、送１１４１コロナ。

油中コロナ等と弁別して測定する機能を著しく高めるこ
とができる。

第１６図は部分放電パルスおよびサイリスタパルスの周
波数成分の相対強度比の分析結果の一例を示したもので
あシ、第１１図の装置においては帯域増幅器１２の帯域
周波数Ｗｂを５０〜１００１００Ｏ，移相減算回路２１
．２２の遅延時間Ｔａを１０〜５　Ｑ　ｎ８とすること
によシボイド放電パルスおよびガス中放電パルスの上限
周波数成分のみを検出できるよう構成されていることが
わかる。

しかしながら、ＧＩＳあるいはガス絶縁変圧器を供試器
とする部分放電監視装置においては検出された部分放電
パルスが絶縁スペーサ中のボイド放電であるかＳＦ・ガ
ス中の部分放電パルスであるかを弁別したいという要求
があシ、回転電機あるいは樹脂モールド変圧器を供試器
とする部分放電監視装置においてはコイル絶縁あるいは
モールド絶縁中のボイドコロナとＧＩＳ等から侵入する
外来ノイズとしてのＳＦ、ガス中コロナとを弁別したい
という要求があるにも拘らず、第１１図のように構成さ
れた装置によってはこれらの要求を満たすことができな
かった。

〔発明の目的〕

本発明は前述の状況に鑑みてなされたもので、ＳＦ、ガ
ス中コロナ、ボイドコロナ等の部分放電パルスを外来ノ
イズと弁別して検出することかで瓢かつ上記部分放電パ
ルスの種類を弁別できる高電圧機器の部分放電監視装置
を提供することを目的とする。

〔発明の要点〕

本発明は、ＳＦ、ガス中コロナおよびボイドコロナによ
る部分放電パルスが他の外来ノイズに比べてパルス幅が
狭く、かつ両者間にもパルス幅に差があることに着目し
、画部分放電パルスを原波形に近い形で検出し、移相減
算回路の遅延時間を２〜４ｎＳおよび１０〜５　Ｑ　ｎ
８の二つの遅延時間領域に切換え可能に形成してそれぞ
れ二つの遅延時間領域よシ長いパルス幅を有する外来ノ
イズを除去し、かつＳｌｉ″、ガス中コロナパルスとボ
イドコロナパルスのパルス幅の差を利用して２〜４ｎＳ
切換時にはＳＦ、ガス中コロナのみが、１０〜３　Ｑｎ
ｆ３切換時にはＳＦ、ガス中コロナおよびボイドコロナ
が検出されるようにし、弁別回路で１０〜３ＱｎＳの遅
延時間領域に切換時にのみ検出された部分放電パルスは
ボイドコロナ、２〜４ｎＳおよび１０〜３　Ｑｎ８の両
遅延時間領域で検出された部分放電パルスはＳＦ、ガス
中コロナと判定して部分放電の種類に対応した報知信号
を発するようＫしたものである。ガス中コロナとボイド
中コロナと油中コロナとを判別したいときは三つの遅延
時間領域に切換え可能に形成すればよい、５００〜１０
０　ＱｎＳの遅延時間を前記に付加すれば油中コロナの
判定が可能である。

〔発明の実施例〕

以下本発明を実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例を示す部分放電監視装置の構成
を示すブロック図である。図において、１１は高電圧機
器の接地金属部たとえばＧ工Ｓの金属容器の二つのポル
）７に弾力接触子等の検出端子１０によシ直結された入
力回路、１２は帯域周波数が５０〜１０００　ＭＨｚに
設定された帯域増幅回路、３１．４１は互いに縦続接続
された移相減算回路、５１はノイズ消去回路、３０はノ
イズ除去回路、６０は増幅回路６１およびピーク値保持
回路６２からなる出力回路、６３は波形観測器。

計数器等の測定器、７０は判別回路、７１．７２はボイ
ドコロナ、ＳＦ、ガス中コロナそれぞれの表示器である
。また、移相減算回路３１．３２はそれぞれたとえば遅
延時間が２ｎ８と３ｎ８に設定された二つづつの遅延回
路３３．！１４および４３，４４と減算回路３２および
４２を備え、切換制御部４０によシ切換制御される切換
回路３５および４５により二つの遅延回路が切換接続さ
れることＫよシ２ｎ８と１ＱｎＥｔの２ｍ類の遅延時間
領域に切換えられるよう構成されておシ、ノイズ消去回
路５１も同様に移相減算回路３１．４１の遅延時間の和
である４ｎＳおよび’１６ｎ８に設定された遅延回路５
５．５４と掛算回路５２とからなり、切換回路５５によ
Ｉ）　４ｎＳと２０　ｎＢの二つの遅延時間領域に切換
えられるよう構成されている。

第２図は前述の実施例における部分放電パルスの検出方
法を説明するための高電圧機器の高周波電流に対する等
価回路であシ、　Ｌｈは高電圧導体のインダクタンス、
　Ｌｅは接地金属容器のインダクタンス、ＩＪは接地線
、架台のインダクタンス、Ｃｈは高電圧導体と金属容器
間の分布静電容量、Ｃｊは金属容器の対地分布静電容量
である。いま、高電圧導体と金属容器との間の絶縁中で
部分数ｔ８が発生した場合、部分放電パルスは図のよう
な分布定数回路中を伝搬して大地側に流れるので、部分
放電監視装置の１対の検出端子を図の０２間の任意の２
個所あるいは図のＰ、Ｑ、Ｒ間等の任意の２個所に接続
すれば、インダクタンスＬＬＬｅ中に発生する電位降下
として部分放電パルス等を大幅に変歪させずに検出する
ことができる。

第３図は前述の実施例における部分放電監視装置の設置
状況を示す構造図であシ、高電圧機器の接地金属容器１
０７ランジ部１人を締結するボルト７の頭部と弾力接触
する端子金具１ｏを備えた監視装置の本体ケース８およ
び防水形のシールドケー２９を支持部材９Ａを介して高
電圧機器の架台に固定し、シールドケース９に表示器７
１および７２を設け、検出端と入力回路との間の測定ケ
ーブルを排除した直結形とするよう構成したことによシ
、供試高電圧機器に特別の検出端子を設けることなく、
かつ入力回路の静電容量およびインダクタンスによる検
出信号の減衰および変歪を防止することができ、これに
よシバルス幅数ｎ８のＳＦ６ガス中コロナ等を原波形に
近いパルス幅の部分放電パルスとして検出することがで
きる。

第４図および第５図は第１図で示される実施例における
部分放電パルスの状態を示す原理的波形図であシ、第４
図は移相減算回路３１，４１０遅延時間ヲＳＦ、ガス中
コロナパルスＰＳのパルス幅とほぼ等しい２ｎＳ　に設
定した状態を、第５図は遅延時間をボイドコロナパルス
Ｐｖのパルス幅トはぼ等しい１０ｎ８１Ｃ切換えた状態
を示している。

なお図においてはパルス波形を矩形波で表わすことによ
シ説明を簡単化した。図において、波形１２Ｗは帯域増
幅回路の出力波形、５１Ｗ、４１Ｗは移相減算回路３１
．４１の出力波形、５４Ｗはノイズ消去回路５１の遅延
回路５４の出力波形、５１Ｗはノイズ消去回路５１の出
力波形、＜Ｓ２Ｗはピーク値保持回路６２の出力波形を
それぞれ示している。

第４図において、ＳＦ、ガス中コロナパルスＰＳは移相
減算回路５１で２ｎＳ　　移相かつ減算されて２個のパ
ルス列３１ｐｓ　となシ、さらに移相減算回路４１で２
ｎＳ　移相かつ減算されて６個のパルス列４１ｐｓとな
シ、遅延回路５４で４ｎＳ　　移相されたパルス列５４
ｐｓ　　と掛算されることによシノイズ消去回路５１か
ら増幅された１個のＳＦ、ガス中コロナパルス５１ＰＳ
が出力され、積分回路等からなるピーク値保持回路６２
によシ目視に適した矩形波パルス６２ＰＳ　として測定
器６６および判別回路７０に入力される。一方ボイドコ
ロナパルスＰｖは、移相減算回路３１において２ｎ８　
移相かつ減算されることによシはぼ２ｎ８幅の２個のパ
ルス列５１ｐｖ　に変換され（実際の部分放電パルスの
場合は第１２図ですでに説明したようにパルスの波高値
が減衰する）、以下ＳＦ、ガス中コロナパルスＰＳ　　
と同様に４１ｐｖ、５４ｐｖと変換されルカ、４１ＰＶ
、！＝５４ＰＶ　　とが同時刻１ｃ１１Ｆ−＆　、？を
持た々いために掛算回路５１で消去される。

一方遅延時間領域を１Ｑｎｓに切換えた状態においては
第５図に示すより、ｐｓ、ｐｖともにノイズ消去回路５
１の出力側にそれぞれ１個づつのパルス５１ｐｓ、５１
ｐｖ　　として出力され、ピーク値保持回路６２によシ
変形されたパルス６２Ｐ８，６２Ｐｖが出力される。し
たがって、判別回路７０を、遅延時間領域を切換える度
に切換前後の入力パルスを比較し、Ｔａ　＝　１　Ｑｎ
Ｓの場合にのみパルスが検出された場合には検出パルス
をボイドコロナと判定して表示器７１に表示信号を出力
し、Ｔａが２ｎ８．１０ｎ８双方の遅延時間領域でパル
スが検出された場合忙はＳＦ６ガス中コロナと判定して
表示器７２に表示信号を出力するよう構成することによ
シ、ＳＦ、ガス中コロナとボイドコロナを弁別監視する
ことができる。なお供試機器がＳＦ、ガス絶縁機器であ
る場合は両コロナともに内部部分放電であシ、供試機器
が固体絶縁機器である場合にはボイドコロナは内部部分
放電、　ｓｒ、ガス中コロナは外来ノイズと判断される
ことはいうまでもないことである。

第６図は本発明の異なる実施例を示すブロック図であ少
、この実施例においてはノイズ除去回路が一つの移相減
算回路３１のみで形成されるとともに、出力回路６０に
整流回路６４が設けられた点が実述の実施例と異なりて
いる。

第７図および第８図は第６図のように構成された部分放
電監視装置の動作を説明するための原理的波形図であシ
、第７図は移相減算回路５１の遅延時間Ｔａを２ｒｘＢ
に切換えた状態におけるＳＦ、ガス中コロナパルスＰＳ
およびボイドコロナパルスｐｖの状態を、第８図は同じ
＜Ｔ（１＝１０ｎｓに設定した状態をそれぞれ示してお
シ、ＰＳのパルス幅は２ｎ８に、’ＰＶはパルス幅１Ｑ
ｎｓ　　の三角波として表示した。遅延時間Ｔｄ＝２ｎ
８に切換えられた状態においては第７図に示すようにＳ
Ｆ、ガス中コロナパルスＰＳは移相減算回路５１で移相
減算されることによ９２個のパルス列３１ｐｓに変換さ
れ、整流回路６４で半波整流されることによシ１個のパ
ルス６４ｐｓが出力され、ピーク値保持回路６２で可視
化に好適なパルス幅を有するパルス６２ｐｓに変換され
出力される。また、ボイドコロナパルスＰｖは移相減算
回路３１によシ移相減算されることによシ波高値が減衰
したパルス列３１ＰＶに変換され、整流回路６４で整流
されて１個のパルス６４ｐｖに変換され、ピーク値保持
回路６２あるいは判別回路７０に設定されたしきい値に
よシ出力が阻止される。

一方遅延時間Ｔａを１０ｎ８に切換えた時点におイテハ
第８図に示すようにＳＦ６ガス中コロナパルスＰＳ、ボ
イドコロナパルスＰｖともに第７図におけるパルスＰＳ
と同様な過程をたどってピーク値保持回路６２からパル
ス６２ＰＳ、６２ＰＶが出力される。したがって判別回
路７０により前述の実施例について説明したと同様に検
出パルスがＳＦ。

ガス中コロナかボイドコロナかを弁別することができる
。

上述のように本実施例によれば監視装置の構成を簡素化
できるので、内部コロナパルスの周波数成分に近い周波
数成分を有する外来ノイズのレベルがあまり高くない状
態にある高電圧機器の部分放電監視装置を安価に提供で
きる利点がある。

〔発明の効果〕

本発明は前述のように、高電圧機器の接地金属容器を介
して大地側に流れる部分放電パルスを含む検出信号中の
周波数成分５０〜１００１００Ｏを通過帯域幅とする帯
域増幅器を介して受け、この入力信号をたとえば２〜４
ｎＳおよび１０〜５０ｎＢの二つの遅延時間領域に切換
可能に形成された遅延回路およびこの遅延回路の入出力
信号を入力信号とする減算回路からなる移相減算回路を
含むノイズ除去回路によシ前記二つの遅延時間に相応す
る時間よシパルス幅の広い外来ノイズを減衰あるいは消
去するとともに、切換制御部によシ遅延時間を二つの遅
延時間領域に切換制御したとき出力部分放電パルスがい
ずれの遅延時間領域において出力されたかを判別して報
知信号を出力する判別回路を設けるよう構成した。その
結果、まず５０〜１００１００Ｏに上限周波数成分を有
するＳＦ６ガス中コロナパルスおよびボイド放電パルス
ヲパルス幅を広げることなく検出することができ、これ
よりパルス幅の広いサイリスタパルス、送電線コロナ、
油中コロナあるいは放送電波等の外来ノイズを除去ある
いけ消去することができ、かつＳＦ６ガス中コーナとボ
イドコロナとをそのパルス幅の差によシ弁別し表示でき
る高電圧機器の部分放電監視装置を提供することができ
る。したがって、高電圧機器がガス絶縁機器である場合
には従来困難であったＳＦ、ガス中コロナと絶縁スペー
サ中のボイドコロナを弁別監視できることによシ監視精
度の向上および補修を容易化することができ、また高電
圧機器が固体絶縁機器である場合にはＳＦ６ガス絶縁機
器で発生したＳＦ、ガス中コロナを外来ノイズとして除
去することができ、サイリスタノイズ等の外来ノイズの
低減効果の向上と併せて高電圧機器の絶縁異常の監視技
術の向上に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は高
電圧機器の接地金属部の高周波応答を示す等価回路、第
６図は第１図の実施例における装置の構造図、第４図お
よび第５図は第１図の実施例における部分放電パルスの
状態を示す原理的波形図、第６図は本発明の異なる実施
例を示すブロック図、第７図および第８図は第６図の実
施例における部分放電パルスの状態を示す原理的波形は
第９図は検出信号の重畳波形図、第１０図はＧ工Ｓを供
試器とする従来の検出方法の説明図、第１１図は改良さ
れた従来の部分放電パルスのブロック図、第１２図は第
１１図の従来装置におけるパルス波形図、第１６図は部
分放電パルス等の周波数成分の相対強度比線図である。 １・・・金属容器、２・・・架台、６・・・接地線、７
・・・ボルト、１０・・・検出端子、８・・・本体ケー
ス、９・・・シールドケース、１１・・・入力回路、１
２・・・帯域増幅回路、２０．３０・・・ノイズ除去回
路、２１，２２゜５１．４１・・・移相波Ｘ回路、５１
・・・ノイズ消去回路、５２．４２・・・減算回路、５
３，５４，４５゜４４．５５．５４・・・遅延回路、３
５，４５，５５・・・切換回路、４０・・・切換制御部
、６０・・・出力回路。 ６２・・・ピーク値保持回路、６４・・・整流回路、７
０・・・判別回路、７１．７２・・・表示器、ＰＳ・・
・ＳＦ６ガス中コロナパルス、Ｐｖ・・・　ボイドコロ
ナノ（ルス。 第２図 第３図 第６図 第７図　　　　　　第８２ 第９図 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高電圧機器の充電部を収納した接地金属容器側に流
   れる部分放電パルスを検出する検出端を介して検出信号
   中の５０〜１０００ＭＨｚの周波数成分を通過周波数帯
   域とする帯域増幅回路、ならびにこの帯域増幅回路の出
   力信号を所定時間遅延させる遅延回路およびこの遅延回
   路の入出力信号を入力信号とする減算回路からなる移相
   減算回路を含むノイズ除去回路を備えたものにおいて、
   前記移相減算回路が部分放電パルスのパルス幅に相応し
   て定まる複数の遅延時間領域に切換え可能に形成された
   遅延回路、ならびにこの遅延回路の切換回路を備えると
   ともに、前記ノイズ除去回路の出力信号を出力回路を介
   して受け入力信号が前記複数の遅延時間領域のいずれに
   切換えられたとき検出されたかにより前記部分放電パル
   スの種類を弁別して報知信号を発する弁別回路を備えた
   ことを特徴とする高電圧機器の部分放電監視装置。 ２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ノイズ
   除去回路が少くとも一つの移相減算回路からなり、遅延
   時間が２〜４ｎＳと１０〜３０ｎＳとの二つの遅延時間
   領域に切換え可能に形成されたことを特徴とする高電圧
   機器の部分放電監視装置。 ３）特許請求の範囲第１項または第２項記載のものにお
   いて、ノイズ除去回路が互いに縦続接続されかつ互いに
   等しい遅延時間領域に切換可能に形成された二つの移相
   減算回路、ならびにその出力側に設けられ前記二つの移
   相減算回路の遅延時間の和に等しい遅延時間に切換可能
   に形成された遅延回路およびこの遅延回路の入出力信号
   を入力信号とする掛算回路からなるノイズ消去回路から
   なることを特徴とする高電圧機器の部分放電監視装置。 ４）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、検出端
   が接地線および架台を含む接地金属容器のあらかじめ定
   まる２点間に直結可能に形成されたことを特徴とする高
   電圧機器の部分放電監視装置。