WO2015190260A1 - 部分放電診断システム及び部分放電診断方法 - Google Patents

部分放電診断システム及び部分放電診断方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2015190260A1
WO2015190260A1 PCT/JP2015/064669 JP2015064669W WO2015190260A1 WO 2015190260 A1 WO2015190260 A1 WO 2015190260A1 JP 2015064669 W JP2015064669 W JP 2015064669W WO 2015190260 A1 WO2015190260 A1 WO 2015190260A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
partial discharge
diagnosis
detection circuit
analysis device
signal
Prior art date
Application number
PCT/JP2015/064669
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一ノ瀬 祐治
六戸 敏昭
加藤 達朗
廣瀬 誠
Original Assignee
株式会社日立製作所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社日立製作所 filed Critical 株式会社日立製作所
Priority to JP2016527723A priority Critical patent/JP6253775B2/ja
Publication of WO2015190260A1 publication Critical patent/WO2015190260A1/ja

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12Testing dielectric strength or breakdown voltage ; Testing or monitoring effectiveness or level of insulation, e.g. of a cable or of an apparatus, for example using partial discharge measurements; Electrostatic testing

Definitions

  • the present invention relates to a partial discharge diagnostic system and a partial discharge diagnostic method, and in particular, detects partial discharge generated inside a high voltage device such as a transformer, a gas insulated switchgear, etc. installed in a substation, etc., and whether or not insulation deterioration has occurred.
  • the present invention relates to a partial discharge diagnostic system and a partial discharge diagnostic method suitable for diagnosing the above.
  • the cause and position of the discharge can be identified by evaluating the voltage phase of the high-voltage device and the partial discharge occurrence time.
  • Patent Document 1 a floating electrode (antenna) is provided in a gas-insulated switch, and a partial discharge signal and a power supply phase that are output are separated and detected by a detection circuit, and each is digitized and transmitted to an analysis device using an optical fiber. It is described that the presence or absence of discharge is determined.
  • Patent Document 2 describes that a phase of a driving power supply voltage of a measuring instrument (partial discharge detection circuit of the present invention) is detected and a power supply phase pattern of a partial discharge signal is corrected.
  • Patent Document 3 a power supply reference detection device is provided, and a sampling clock and a power supply reference signal (power supply zero cross point) are supplied to a plurality of partial discharge detection circuits through wired communication, and partial discharge signal detection in accordance with the power supply phase is detected. It is described to do.
  • Patent Documents 1-3 described above do not take into account the ease of installation work by reducing the wiring of the partial discharge detection circuit and driving the battery.
  • the detection signal is realized by wired communication such as high-speed optical communication, and for this reason, power consumption is high, and it is necessary to supply circuit drive power from the outside via a power line. . If a power line or a communication line exists, the construction cost increases, and further, there is a problem that a protection circuit against a surge voltage due to lightning or the like becomes necessary.
  • the present invention has been made in view of the above points, and the object of the present invention is to reduce the construction cost by omitting the communication line and the power supply line of the partial discharge detection circuit, thereby enabling power saving and wireless communication of the circuit. And providing a partial discharge diagnosis system and a partial discharge diagnosis method capable of detecting a partial discharge signal in synchronization with a power supply phase.
  • a partial discharge diagnosis system of the present invention includes a plurality of partial discharge antennas, a partial discharge detection circuit connected to the partial discharge antenna, and a partial discharge diagnosis that wirelessly communicates with the partial discharge detection circuit.
  • An analysis device, a master timer that communicates with the partial discharge diagnosis / analysis device, and a device that detects the time of a zero cross point of a power supply voltage that communicates with the partial discharge diagnosis / analysis device, the partial discharge detection circuit comprising: It has a slave timer that is battery-driven and synchronizes with the master timer via wireless communication, and detects a signal from the partial discharge antenna for a certain period for each period obtained by dividing one cycle of the power frequency.
  • the partial discharge diagnosis / analysis device Before transmitting the detected signal sequence and the measurement start time of the signal sequence to the partial discharge diagnosis / analysis device by wireless communication and receiving the partial sequence diagnosis / analysis device It characterized in that a signal sequence obtained by the detection and measurement start time from the time of the zero-crossing point in association with the power supply phase to diagnose the occurrence of a partial discharge.
  • the partial discharge diagnostic method of the present invention includes a plurality of partial discharge antennas, a partial discharge detection circuit connected to the partial discharge antenna, and a portion that performs wireless communication with the partial discharge detection circuit.
  • Partial discharge diagnosis system comprising: a discharge diagnosis / analysis device; a master timer communicating with the partial discharge diagnosis / analysis device; and a device for detecting a time of a zero cross point of a power supply voltage communicating with the partial discharge diagnosis / analysis device
  • the partial discharge detection circuit is battery-driven, has a slave timer that synchronizes time with the master timer via wireless communication, and has a power supply frequency of 1
  • a signal from the partial discharge antenna is detected for a certain period for each period obtained by dividing the period into a plurality of periods, and the detected signal sequence and the measurement start time of the signal sequence are transmitted by wireless communication. Diagnosing the occurrence of partial discharge by associating the signal sequence detected from the measurement start time and the zero cross point
  • the communication line and the power line of the partial discharge detection circuit are omitted, the construction cost is reduced, the circuit can be made power-saving and wireless communication can be performed, and the partial discharge signal is detected in synchronization with the power phase. be able to.
  • Example 1 of the partial discharge diagnostic system of this invention It is a block diagram which shows Example 1 of the partial discharge diagnostic system of this invention. It is a figure which shows the example of transmission data from a wireless base station by the structural example of the packet communicated between the partial discharge analysis / diagnosis apparatus and partial discharge detection circuit in Example 2 of this invention. It is a figure which shows the example of the transmission data from the radio
  • FIG. 1 It is a figure which shows the example of the detection signal and LPF passage signal of the partial discharge signal in Example 1 of the partial discharge diagnostic system of this invention. It is a figure which shows the example of the phase pattern of the discharge signal in Example 1 of the partial discharge diagnostic system of this invention. It is a figure which shows the example of the frequency characteristic of BPF in Example 1 of the partial discharge diagnostic system of this invention. It is a figure which shows the example from which the BPF characteristic differs in Example 1 of the partial discharge diagnostic system of this invention. It is sectional drawing of the gas filling part of a gas insulated switch, and the figure which shows the conventional partial discharge antenna and the conventional partial discharge detection circuit. It is a figure which shows the partial discharge detection circuit of the conventional spectrum equalizer system. FIG.
  • FIG. 9 is a processing flowchart of the CPU of the partial discharge detection circuit according to the second embodiment of this invention. It is a figure which shows Example 2 of this invention and shows the relationship between the partial discharge signal row
  • FIG. 1 shows a partial discharge diagnosis system installed in a substation as a first embodiment of the partial discharge diagnosis system of the present invention.
  • a partial discharge diagnosis / analysis device 1 is connected to a display device 2 and a storage device 3, and a partial discharge detection circuit 5 that detects signals of partial discharge antennas 6, 6a, 6b,. 5a, 5b... 5n are received, and the presence / absence of partial discharge and the identification of the location of occurrence are diagnosed, displayed and recorded.
  • the partial discharge diagnosis / analysis apparatus 1 includes a protection relay 9 connected to a radio base station 7, a master timer 8, a voltage transformer (hereinafter referred to as VT) 10 and a current transformer (CT) 11 via a wired communication network 4. And is networked.
  • VT voltage transformer
  • CT current transformer
  • the above-mentioned devices networked by the wired communication network 4 have a function of time synchronization with the master timer 8.
  • a specific procedure of this time synchronization for example, a procedure standardized by IEEE 1588 is used.
  • the partial discharge diagnosis / analysis device 1 periodically collects the time of the power zero cross point from the voltage waveform detected by the VT 10 via the protection relay 9. Although the time of the power zero cross point is measured by the protective relay 9, the time of the zero cross point of the AC power supplied to the partial discharge diagnosis / analysis apparatus 1 may be used.
  • the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b, and The partial discharge detection circuits 5, 5 a, 5 b,... 5 n shown in the figure detect the discharge signals from the partial discharge antennas 6, 6 a, 6 b, 6 n and output the partial discharge signals via the wireless communication unit 13. This is transmitted to the partial discharge diagnosis / analysis device 1 (a discharge signal is transmitted from the wireless communication unit 13 to the partial discharge diagnosis / analysis device 1 via the wireless base station 7).
  • the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,..., 5n are provided with a slave timer 25, which synchronizes time with the master timer 8 via wireless communication.
  • FIG. 3 shows a process flow of time synchronization performed by the CPU 26.
  • time information time stamp Ts
  • time stamp Ts time information
  • S3-2 the time Tx of the slave timer 25
  • S3-3 the time Tx of the slave timer 25
  • S3-5 the time of the slave timer 25
  • downlink communication transmitted from the wireless base station 7 to the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,..., 5n is always transmitted at regular intervals from the viewpoint of time synchronization accuracy.
  • the time stamp Ts is provided in the packet, it is possible to suppress fluctuations in the communication time of wireless communication.
  • a GPS receiver can be connected to the master timer 8 and the slave timer 25, and time synchronization can also be implement
  • the power cycle timer 24 is a timer that measures the cycle of the power frequency 50 Hz or 60 Hz, and the divided clock generator 23 generates a clock that is an integral multiple of the power frequency, and converts the partial discharge detection signal into the AD converter 20a.
  • 20b is a sampling clock digitized.
  • the frequency of the divided clock generator 23 may be about 20 to 100 times the power supply frequency.
  • the partial discharge signal sequence digitized by the divided clock generator 23 during one cycle of the power supply frequency is added with a measurement start time of one cycle of the power supply as packet data by the CPU 26 and the wireless base station 7 is transmitted from the wireless communication unit 13.
  • the partial discharge diagnosis / analysis apparatus 1 detects the phase difference between the measurement start time and the above-described power supply zero cross point time, and rearranges the partial discharge signal sequence.
  • FIG. 4 shows an outline of rearrangement of the partial discharge signal sequence.
  • FIG. 4 shows the phase relationship between the measurement start time (Tstart), the partial discharge signal sequence (data count 20), and the power supply voltage waveform.
  • the partial discharge may occur at a specific position of the power supply phase.
  • the power supply phase is, for example, a voltage flowing through a conductor in a gas insulated switch.
  • the VT10 shown in FIG. 1 When the VT10 shown in FIG. 1 is installed only in the middle of the three phases, and the voltage phase measured by the VT10 and the phase where the partial discharge antennas 6, 6a, 6b,. It is necessary to rearrange the partial discharge signal train in consideration of the phase difference.
  • the phase difference between the U, V, and W phases is always 120 °. If the phases are different, it is necessary to calculate the phase difference by adding or subtracting the 120 ° phase.
  • the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,... 5n do not need a zero-cross detection function or a function for receiving a power supply synchronization signal, and a partial discharge signal train synchronized with the power supply phase. Since it can be analyzed, the circuit can be simplified.
  • the partial discharge detection circuits 5, 5 a, 5 b, 5 n in FIG. 1 a battery 12 is provided and a circuit drive voltage is supplied, so that a power line is not necessary.
  • the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,... 5n are electrically connected only to the partial discharge antennas 6, 6a, 6b,. It is possible to simplify a protection circuit against a surge voltage caused by lightning or the like propagating via 6n. That is, in the prior art, a surge protection circuit is required for the connection terminal with the partial discharge antenna, but in this embodiment, since there is no power supply line or communication line, surge voltage flows through these lines. Therefore, no protective element is required.
  • a signal from the partial discharge antennas 6, 6a, 6b,... 6n is input to any one of a plurality of BPF1, BPF2, BPF3, and BPF4 in the BPF bank 15 by a switch (SW1) 14a.
  • the partial discharge signal intensity is detected via the logarithmic amplifier 16 and the detector 17 via the switch (SW2) 14b.
  • the output signal of the detector 17 is input to the peak detector 21 and the LPF 1 (18), and the peak value and the average value are digitized by the AD converters 20a and 20b for each of the divided clocks and input to the CPU 26. .
  • the partial discharge signals output from the partial discharge antennas 6, 6a, 6b,..., 6n have a pulse waveform of about 1 nsec, and the upper limit of the frequency component is about 1500 MHz. It has been.
  • the signal intensity shown in FIGS. 5 (a), (b) and (c) is proportional to the distance from the metal foreign object that generates the partial discharge, so it is important to measure accurately, and the generation time with respect to the power supply phase is also This is important information for identifying the site of occurrence. Therefore, although it is necessary to detect the peak value and the time, it is necessary to increase the sampling frequency of the AD converters 20a and 20b in order to measure each of a large number of partial discharge pulses. In that case, there is a problem that the power consumption of the circuit increases.
  • the output signal of the detector 17 is input to the LPF 1 (18), and the average value is detected by flattening the signal change. For this reason, since the average proportional to the number of pulses can also be detected, the presence or absence of occurrence of partial discharge can be analyzed together with the peak value, so that the diagnostic accuracy can be improved.
  • the detection signal may be sampled at 1000 times the power supply frequency, and 10 pieces of data may be averaged inside the CPU 26. However, in this case, it is necessary to increase the sampling frequency.
  • the power consumption can be suppressed by using an analog circuit for obtaining an average value.
  • partial discharge occurs with insulation deterioration, and the discharge signal intensity increases after a long time. Therefore, it is important to measure continuously by measuring several times a day.
  • the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,..., 5n of the present embodiment can measure power saving, and thus can be driven by batteries for several years or more.
  • the delay circuit 22 is used to correct the time delay of the LPF 1 (18). By doing in this way, the average value of the divided period which detected the peak value can correct
  • FIG. 6 is an example of an output screen that is analyzed by the phase correction method in the partial discharge detection system of the present embodiment and displayed on the display device 2. As shown in the figure, if the peak value and the average value synchronized with the power supply phase are characterized, a more accurate partial discharge diagnosis can be performed.
  • the noise described above is a continuous wave obtained by modulating a carrier wave with data, and the difference between the peak value and the average value is small. By detecting both the peak value and the average value together, the performance for identifying noise is improved.
  • BPF1, BPF2, BPF3, BPF4 are provided in the BPF bank 15 and selected to detect a partial discharge signal.
  • FIG. 7 (a), (b) and (c) are examples of the frequency characteristics of the BPF of the present embodiment, in which the center frequencies of BPF1 to BPF4 are arranged at equal intervals.
  • FIG. 7C shows the frequency characteristics of the partial discharge signal, which has a frequency component of about 500 MHz to 1500 MHz, and its intensity decreases in proportion to the frequency.
  • At least one of the BPF center frequency and passband width is different, and a plurality of BPFs are provided.
  • the frequency of broadcasts and mobile phones differs, and the radio wave characteristics vary depending on the location of the partial discharge antenna inside the gas-insulated switch. It is necessary to provide a plurality of different BPFs.
  • the frequency band of the partial discharge signal is about 500 MHz to 1500 MHz.
  • the frequency within the partial discharge frequency band depends on the mounting position and the size of the metal casing. There are frequency bands with different attenuation characteristics and large attenuation. For this reason, it is better to provide a plurality of BPFs having different center frequencies.
  • the pass bandwidth affects the detection sensitivity.
  • the internal noise of the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b... 5n is thermal noise ( ⁇ 173 dBm / Hz @ 20 ° C.) and increases in proportion to the frequency bandwidth. For example, in the case of 1 GHz width from 500 MHz to 1500 MHz, a noise of ⁇ 83 dBm is generated. If the pass band width of the BPF is 100 MHz and the bandwidth is narrowed to -93 dBm at -93 dBm and -103 dBm, the noise is reduced and the sensitivity is improved.
  • the center frequency of the BPF can be determined in advance, and the passband width affects the high sensitivity detection narrower than 10 MHz and the mounting position higher than 10 MHz. It is better to provide a plurality of BPFs that are difficult to perform.
  • low power consumption can be cited as a problem when wirelessly used.
  • a spectrum analyzer type has been used in the past. Power consumption is reduced by using BPF. That is, conventionally, only a narrow band in which a frequency is scanned and there is no noise and a partial discharge signal is output is sampled at high speed.
  • the partial discharge signal is divided into four BPF ( BPF1, BPF2, BPF3, BPF4) are detected and the noise-added frequency is determined and removed by a later algorithm, so that low power consumption is possible.
  • FIG. 8 shows the BPF characteristics of the present embodiment. By providing a plurality of BPFs having different pass bandwidths in addition to the center frequency, measurement corresponding to the above-described high sensitivity and sensitivity change due to the mounting position is shown. Is possible.
  • FIG. 10 shows a configuration of a conventional partial discharge detection circuit capable of frequency characteristic measurement for measuring partial discharge intensity by sweeping frequency and zero span measurement for measuring temporal change at a specific frequency.
  • This partial discharge detection circuit has the same function as the BPF that can arbitrarily change the center frequency, and has high frequency discrimination performance, but the power consumption of voltage tuning transmitters is more than two orders of magnitude larger than detectors and amplifiers. In addition, since the circuit becomes complicated, it is not suitable for realizing the partial discharge detection circuit without wiring, which is the object of the present invention.
  • one BPF in the BPF bank 15 is selected to detect the peak value and average value of the partial discharge signal.
  • a circuit configuration in which partial discharge signals are simultaneously input to a plurality of BPFs (BPF1, BPF2, BPF3, and BPF4) and a BPF output signal is provided for each of a detector, a peak detector, and an average value detector is naturally possible. is there.
  • the circuit configuration is complicated, since it can be detected simultaneously, the measurement time can be shortened.
  • the partial discharge signal in order to enable the partial discharge detection circuit to be driven by a battery, the partial discharge signal can be detected in synchronization with the power saving of the circuit, the wireless communication, and the power supply phase. . That is, by omitting the communication line and the power supply line of the partial discharge detection circuit, the construction cost can be reduced, and the discharge signal detection synchronized with the power supply voltage and the noise discrimination can be performed, so that highly accurate diagnosis is possible.
  • FIG. 12 shows the partial discharge signal sequence (20 divisions) shown together with the power supply phase
  • FIGS. 11A and 11B show the processing flow performed by the CPU 26 of the partial discharge detection circuit 5.
  • a measurement start command is received from the partial discharge analysis / diagnosis device 1, and the type of BPF used and the number of integrated cycles included in the start command are set as processing parameters (S11-). 1).
  • wait measurement is started until the power cycle timer 24 reaches 0 (S11-2).
  • S11-3 Each time AD conversion is completed, a peak value and an average value are input and recorded (S11-3).
  • the peak value and the average value are input from AD over the three power supply cycles. However, in the processing after two cycles, the peak value and the average value for each divided period are input. Has already been recorded, the peak value input in the second cycle is recorded as a new peak value, which is larger than the peak of the same divided period recorded (S11-4). On the other hand, when an average value is input, the average value is calculated and recorded by adding the recorded average value.
  • the detection is performed over a plurality of periods of the power supply cycle and the summing process is performed, it is possible to reduce the influence of noise generated randomly in time.
  • the selection of the BPF from the partial discharge analysis / diagnosis apparatus 1 and the number of integrated cycles can be changed, it is possible to flexibly with respect to the difference in measurement environment such as the installation location of the partial discharge antennas 6, 6a, 6b. Can respond. Further, for example, when four types of BPF are provided in the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,... 5n, instead of always using four BPFs, by reducing the number of BPFs used depending on the installation location. The measurement time can be shortened and the life of the battery can be extended.
  • FIG. 2A and FIG. 2B show a configuration example of a packet communicated between the partial discharge analysis / diagnosis apparatus 1 and the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b... 5n.
  • the time information is received using the time stamp of the measurement start information from the partial discharge analysis / diagnosis apparatus 1 or the time information is transmitted to the radio base station 7 after receiving the measurement start signal.
  • the measurement may be started after requesting and receiving time information from the radio base station 7 and adjusting the time.
  • a sleep mode In order to reduce the power consumption of the electronic circuit, it is common to implement a sleep mode. At this time, only the slave timer 25 is driven to start the wireless communication unit 13 at a fixed period, and receive information is received. Then, after the measurement starts and ends, the sleep mode is entered again.
  • Each partial discharge detection circuit 5, 5a, 5b,... 5n is provided with a wireless communication unit 13 and communicates with the wireless base station 7.
  • such an ad-hoc communication method can also be adopted, but the method in which the wireless base station 7 can communicate directly with the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,. This is a desirable method because there is no risk of errors or power consumption due to relaying.
  • the transmission data from the radio base station 7 is shown.
  • the discharge detection circuits 5, 5a, 5b,..., 5n it is possible to detect and analyze a partial discharge signal sequence synchronized with the power source.
  • FIGS. 14A and 14B are examples of data transmitted from the partial discharge analysis / diagnosis apparatus 1 to the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,... 5n.
  • the measurement start time is added, which is different from the above-described embodiments.
  • the time synchronization between the master timer 8 and the slave timers 25 of the partial discharge detection circuits 5, 5 a, 5 b, 5 n has already been described, but the partial discharge detection circuits 5, 5 a, 5 b,.
  • the slave timer 25 reaches the measurement start time received at 5n, the peak value and the average value are detected for each divided section and recorded as a partial discharge signal sequence.
  • the measurement start time in the slave timer 25 is added to the partial discharge signal sequence and communicated wirelessly to the partial discharge analysis / diagnosis device 1.
  • measurement can be started from the zero cross point of the power supply phase.
  • the partial discharge analysis / diagnosis apparatus 1 uses the slave timer 25 by transmitting the partial discharge signal sequence by adding the measurement start time and the measurement command reception time from the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,. Can be estimated, and a partial discharge signal sequence synchronized with the power supply phase can be obtained with high accuracy. That is, time synchronization occurs after the measurement command is received by the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,. Using this time error, the partial discharge analysis / diagnosis apparatus 1 can correct the phase.
  • the position of the partial discharge generation source can be estimated from each signal intensity. That is, since the signal attenuates in proportion to the distance from the partial discharge generation source, it is possible to estimate that the partial discharge antenna having a high signal strength is located closer to the generation source.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view of a gas filling portion of a gas insulated switch and signal connection diagrams of a conventional partial discharge antenna 6 and a partial discharge detection circuit 5.
  • the partial discharge antenna 6 shown in the figure is divided by the capacitors C1 and C2 between the conductor 28 and the circuit breaker housing (tank) 27, and the voltage signal of the conductor 28 is applied to the terminal of the partial discharge antenna 6. It is known that they are superimposed, and it is known that a zero discharge can be detected from this voltage and a partial discharge signal train synchronized with the power supply can be detected.
  • the conventional partial discharge detection circuit consumes a large amount of power and requires a communication line 29 such as an optical fiber and a power supply line 30.
  • FIG. 13 shows a fourth embodiment of the partial discharge diagnosis system of the present invention.
  • the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,... 5n are provided with LPF2 (18b) and a power supply zero cross detector 38, and the partial discharge antennas 6, 6a, 6b,.
  • the power frequency component superimposed on the signal from the power source is separated by the LPF 218b), the zero cross point of the power source is detected, the power cycle timer 24 is reset, and the cycle of the power cycle timer 24 matches the phase of the power cycle.
  • the partial discharge signals detected by the partial discharge antennas 6, 6a, 6b,... 6n are detected by the detector 17 via the BPF bank 15, and the operation of detecting the peak value and the average value is as described in the first embodiment. The operation is the same as that in FIG. In addition, the partial discharge signal sequence transmitted from the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,.
  • the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,... 5n have a function of detecting the voltage zero cross point of the conductor 28, but the input impedance of the partial discharge detection circuits 5, 5a, 5b,. Therefore, the detected power zero cross point has a phase difference with respect to the zero cross point of the conductor 28.
  • the partial discharge analysis / diagnosis apparatus 1 can correct the phase difference as described above.
  • FIGS. 15 and 16 (a) and (b).
  • FIG. 15 shows a part of the signal detectors of the partial discharge detection circuits 5, 5 a, 5 b,... 5 n of the present embodiment, and the output signal of the detector 17 is converted into a peak detector 21, a minimum value detector 40 and an average.
  • a minimum value detector 40 is provided, which is input to the value detector 41, converted into digital signals by the AD converters 20a, 20b, and 20c, and detected by the CPU 26 as a partial discharge signal sequence for each divided period. It is a feature.
  • 16A and 16B schematically show a partial discharge signal and a signal obtained by detecting a carrier wave such as a broadcast wave or a mobile phone.
  • the ability to discriminate noise can be improved by detecting the minimum value in addition to the maximum and average values, a more accurate partial discharge diagnosis is possible.
  • the minimum value detector can be comprised by an analog circuit, power consumption does not increase greatly by addition.
  • this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
  • the above-described embodiments are illustrative of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment. Moreover, it is also possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
  • LPF low pass filter
  • 20a, 20b, 20c ... AD converter analog / digital converter
  • 22 ... delay circuit 23 ... divided clock generator
  • 24 ... Power cycle timer 25 ... Slave timer, 26 ... CPU, 27 ... Circuit breaker housing (tank), 28 ... Conductor, 29 ... Communication line, 30 ... Power line, 31 ... Preamplifier, 32 ... Mixer, 33 ... Variable Amplifier 34... IF filter 35.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)

Abstract

 本発明は、部分放電検出回路の通信線や電源線を省くことで、工事コストを低減できる部分放電診断システムを提供する。 本発明の部分放電診断システムは、部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路を電池駆動し、部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、電源周波数の1周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、検出した信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した測定開始時刻と前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻から検出した信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする。

Description

部分放電診断システム及び部分放電診断方法
 本発明は部分放電診断システム及び部分放電診断方法に係り、特に、変電所等に設置される変圧器、ガス絶縁開閉装置等の高電圧機器の内部に発生する部分放電を検出し絶縁劣化の有無を診断するものに好適な部分放電診断システム及び部分放電診断方法に関する。
 一般に、絶縁ガスが充填された密閉金属容器内に金物異物等の内部欠陥が存在すると、異物先端において局所的な高電界が形成され部分放電を発生することが知られている。この部分放電が継続すると最終的には絶縁破壊に至る可能性があり、部分放電の早期検出が重要視されている。
 また、金属異物は経年劣化で発生するだけでなく、ガス絶縁開閉器の変電所内での組立て作業において発生する場合も多いため、部分放電アンテナを、ガス絶縁開閉装置や変圧器に組み込んで変電所に据え付けて、完了検査にて部分放電診断を行う場合も増加している。
 一方、高電圧機器の電圧位相と部分放電発生時刻とを重ねて評価することで、放電原因及び位置を特定できることが知られている。
 特許文献1には、ガス絶縁開閉器に浮遊電極(アンテナ)を設け、出力される部分放電信号と電源位相を検出回路で分離検出し、それぞれをデジタル化し光ファイバで解析装置へ送信して部分放電の有無を判定することが記載されている。
 また、特許文献2には、測定器(本発明の部分放電検出回路)の駆動電源の電圧の位相を検出し、部分放電信号の電源位相パターンを補正することが記載されている。
 更に、特許文献3には、電源基準検出装置を設け、複数の部分放電検出回路に有線通信にてサンプリングクロックと電源基準信号(電源ゼロクロス点)を供給し、電源位相と合わせた部分放電信号検出をすることが記載されている。
特開平4-215074号公報 特開2005-233837号公報 特開2012-141178号公報
 しかしながら、上述した特許文献1-3では、部分放電検出回路を省配線化し電池駆動とすることで設置工事を容易にすることについては考慮されていない。即ち、特許文献1-3では、検出信号を高速な光通信等の有線通信で実現しており、また、このため消費電力も高く、回路駆動電源も外部から電源線にて供給する必要がある。電源線や通信線が存在すれば工事コストも増加し、更には雷等によるサージ電圧に対する保護回路が必要になるなどの課題もある。
 本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、部分放電検出回路の通信線や電源線を省いて工事コストを低減して回路の省電力化及び無線通信化を可能とし、電源位相と同期して部分放電信号を検出することができる部分放電診断システム及び部分放電診断方法を提供することにある。
 本発明の部分放電診断システムは、上記目的を達成するために、複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備え、前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の1周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、検出した前記信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点の時刻から前記検出した信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする。
 また、本発明の部分放電診断方法は、上記目的を達成するために、複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備えた部分放電診断システムで被診断機器に発生する部分放電を診断するに当たり、前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の1周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、前記検出した信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点時刻から検出した前記信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする。
 本発明によれば、部分放電検出回路の通信線や電源線を省いて工事コストを低減して回路の省電力化及び無線通信化を可能とし、電源位相と同期して部分放電信号を検出することができる。
本発明の部分放電診断システムの実施例1を示す構成図である。 本発明の実施例2における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、無線基地局からの送信データ例を示す図である。 本発明の実施例2における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、部分放電検出回路の無線通信部からの送信データ例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例1におけるスレーブタイマの時刻同期の処理フローを示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例1における測定期間と電源電圧波形の関係を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例1における部分放電信号の検波信号及びLPF通過信号の例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例1における放電信号の位相パターンの例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例1におけるBPFの周波数特性の例を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例1におけるBPF特性の異なる例を示す図である。 ガス絶縁開閉器のガス充填部の断面図と従来の部分放電アンテナ及び従来の部分放電検出回路を示す図である。 従来のスペクトルアライザ方式の部分放電検出回路を示す図である。 本発明の実施例2を示し、部分放電検出回路のCPUの処理フロー図である。 本発明の実施例2を示し、電源位相と合わせて図示した部分放電信号列と測定期間の関係を示す図である。 本発明の部分放電診断システムの実施例4を示す構成図である。 本発明の実施例3における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、無線基地局からの送信データ例を示す図である。 本発明の実施例3における部分放電解析・診断装置と部分放電検出回路の間で通信するパケットの構成例で、部分放電検出回路の無線通信部からの送信データ例を示す図である。 本発明の実施例5である部分放電検出回路の信号検出部の一部を示す図である。 本発明の実施例5である部分放電信号と放送波、無線通信信号の検波信号の例を示す図である。
 以下、図示した実施例に基づいて本発明の部分放電診断システム及び部分放電診断方法を説明する。なお、各実施例において、同一構成部品には同符号を使用する。
 図1に、本発明の部分放電診断システムの実施例1として、変電所に設置された部分放電診断システムを示す。
 該図に示す如く、部分放電診断・解析装置1は、表示装置2及び記憶装置3と接続されており、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nの信号を検出する部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nからの情報を受信して、部分放電の有無や発生場所の特定等を診断し表示及び記録するものである。
 部分放電診断・解析装置1は、有線通信ネットワーク4を介して無線基地局7、マスタタイマ8及び電圧変成器(以下、VTという)10や電流変成器(CT)11と接続された保護リレー9とネットワーク化されている。
 有線通信ネットワーク4でネットワーク化された上述の機器は、マスタタイマ8と時刻同期する機能を備えている。この時刻同期の具体的な手順は、例えば、IEEE1588で規格化された手順を用いる。
 部分放電診断・解析装置1は、保護リレー9を介してVT10で検出する電圧波形から電源ゼロクロス点の時刻を定期的に収集する。なお、電源ゼロクロス点の時刻は保護リレー9で測定したが、部分放電診断・解析装置1に供給された交流電源のゼロクロス点の時刻を用いても良い。
 次に、図1の部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nについて説明する。該図に示す部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nは、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nからの放電信号を検出し、無線通信部13を介して部分放電信号を部分放電診断・解析装置1に送信するものである(放電信号は、無線通信部13から無線基地局7を介して部分放電診断・解析装置1に送信される)。また、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nにはスレーブタイマ25が設けられており、無線通信を介してマスタタイマ8と時刻同期する。
 図3に、CPU26で実施する時刻同期の処理フローを示す。該図に示すように、無線基地局7から送信するパケットに時刻情報(タイムスタンプTs)を付加(取得)し(S3-1)、CPU26ではTsを受信するとスレーブタイマ25の時刻Txを読み込み(取得)(S3-2)、両者を比較する(S3-3)。両者に一定値以上の差(S3-4)が発生すればスレーブタイマ25の時刻を補正する(S3-5)。時刻同期においては、受信処理時間や無線通信での遅延時間及びその変動が、時刻同期精度に影響することが知られており、それらを考慮して時刻を補正する。
 無線通信方式にはいろいろな方式が存在するが、時刻同期精度の観点から無線基地局7から各部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nへ送信する下り通信は、常に一定間隔で送信し、パケットにタイムスタンプTsを設ければ無線通信の通信時間の変動を抑えることができる。また、無線通信によるスレーブタイマ25の時刻同期について説明したが、マスタタイマ8及びスレーブタイマ25にGPS受信機を接続し、GPSを用いて時刻同期を実現することもできる。
 図1の部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nには、電源周期タイマ24を備えている。この電源周期タイマ24は、電源周波数50Hz或いは60Hzの周期を計時するタイマであり、分割クロック発生器23は、電源周波数の整数倍のクロックを生成するもので、部分放電検出信号をAD変換器20a、20bでデジタル化するサンプリングクロックとする。分割クロック発生器23の周波数は、電源周波数の20から100倍程度とすれば良い。
 電源周波数の1周期の間に分割クロック発生器23によりデジタル化された部分放電信号列は、CPU26でパケットデータとして電源1周期の測定開始時刻を付加して無線通信部13から無線基地局7を介して部分放電診断・解析装置1に送信される。部分放電診断・解析装置1では、測定開始時刻と上述した電源ゼロクロス点時刻から両者の位相差を検出し、部分放電信号列の並び替えを実施する。
 図4に、部分放電信号列の並び替えの概要を示す。図4は、測定開始時刻(Tstart)、部分放電信号列(データ数20)と電源電圧波形の位相関係を示したものである。
 本実施例の部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nには、電源ゼロクロス点を測定する機能やゼロクロスタイミングを受信する機能を設けていないために、Tstartは、電源ゼロクロス点に対しては常に一定の時間差とはならない。このため、部分放電信号列にTstartを付加して部分放電診断・解析装置1に送信し、別手段で計測したゼロクロス点時刻からTstartとの電源位相差を算出する。図4に示すように、例えば、部分放電信号列の12番目のデータがゼロクロス点となる場合には、12番目のデータを先頭として信号列を並び替えれば良い。
 以上の説明では、一つのゼロクロス点時刻で位相差を判定する手順について説明したが、複数点の時刻を用いて位相差を計算すると精度が向上することはいうまでもない。
 部分放電は電源位相の特定位置に発生する場合があり、この場合の電源位相は、例えば、ガス絶縁開閉器においては導体に流れる電圧となる。
 図1に示すVT10を3相のうち中相のみに設置する場合で、VT10で測定した電圧相と部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nが設置された相が異なる場合には、その位相差を考慮して部分放電信号列を並び替える必要がある。U、V、W各相の位相差は常に120°であり、相が異なる場合には120°の位相を加算或いは減算して位相差を計算する必要がある。
 このように本実施例では、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nにゼロクロス検出機能や電源同期信号を受信する機能は必要でなく、かつ、電源位相に同期した部分放電信号列で解析することができるため回路の簡素化が図れる。
 図1の部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nには、電池12を設け回路駆動電圧を供給するため、電源線が不要である。また、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nは、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nとのみ電気的に接続されており、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nを経由して伝播する雷等によるサージ電圧に対する保護回路を簡略化できる。即ち、従来技術では、部分放電アンテナとの接続端子にはサージ保護回路が必要であるが、本実施例では、電源線や通信線がないために、サージ電圧がこれらの線を介して流れることはなく、従って、保護素子も不要となる。
 図1において、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nからの信号は、スイッチ(SW1)14aでBPFバンク15にある複数のBPF1、BPF2、BPF3、BPF4のいずれか一つに入力され、スイッチ(SW2)14bを介して対数増幅器16、検波器17を介して部分放電信号強度を検出する。
 検波器17の出力信号は、ピーク検出器21及びLPF1(18)に入力され、ピーク値と平均値が、上述した分割クロック毎にAD変換器20a、20bでデジタル化されてCPU26に入力される。
 図5に示すように、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nから出力される部分放電信号は、約1nsec程度のパルス状波形で、その周波数成分の上限は1500MHz程度であることが知られている。
 図5の(a)、(b)及び(c)に示す信号強度は、部分放電を発生する金属異物との距離に比例するため正確に測定することは重要であり、電源位相に対する発生時刻も発生部位の特定には重要な情報となる。従って、ピーク値とその時刻を検出する必要があるが、多数発生する部分放電パルスの各々を測定するには、AD変換器20a、20bのサンプリング周波数を高くする必要がある。その場合、回路の消費電力が大きくなるという問題がある。
 上述の通り、本実施例の分割クロックのように、電源周波数の最大100倍程度のサンプリング周波数でピーク値のみを検出した場合には、分割期間内に何個の部分放電パルスが発生したのかを知ることができない。
 本実施例では、図1及び図5に示すように、検波器17の出力信号をLPF1(18)に入力し、信号変化を平坦化して平均値を検出している。このため、パルス数に比例する平均も検出するためにピーク値と合わせて部分放電発生の有無を解析できるため、診断精度を向上させることができる。
 また、平均値をCPU26の内部で研鑽することも可能であるが、例えば、電源周波数の1000倍で検波信号をサンプリングし、CPU26の内部で10個のデータを平均化すればよい。しかし、この場合には、サンプリング周波数を高くする必要があるのに対して、本実施例で示したように、アナログ回路で平均値を求める構成にすれば消費電力を抑えることができる。
 また、部分放電は絶縁劣化に伴って発生するものであり、長い時間経過を経て放電信号強度は大きくなる。従って、1日に数回の測定で継続的に測定することが重要である。本実施例の部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nは、省電力化を測ることが可能であるため、電池駆動で数年以上駆動させることが可能となる。
 なお、図1の部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nでは、遅延回路22を用いてLPF1(18)の時間遅れを補正している。このようにすることで、ピーク値を検出した分割期間の平均値は、次のサンプリング値を採用することで両者の測定遅延の差を補正することができる。
 図6は、本実施例の部分放電検出システムにおける位相補正法で解析し、表示装置2で表示する出力画面の一例である。該図の如く、電源位相と同期したピーク値と平均値を特徴とすれば、より精度の良い部分放電診断が可能である。
 また、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nには、部分放電信号の他に携帯電話や放送波の電波が混入する恐れがある。しかし、部分放電信号はパルス状であるのに対して、上述のノイズは、搬送波をデータで変調した連続波であり、ピーク値と平均値との差は小さい。ピーク値と平均値の両者を合わせて検出することで、ノイズを識別する性能が向上する。
 図1においては、BPFバンク15に複数のBPF(BPF1、BPF2、BPF3、BPF4)を設け、それらを選択して部分放電信号を検出する実施例を説明した。
 図7の(a)、(b)及び(c)は、本実施例のBPFの周波数特性の一例であり、BPF1からBPF4の中心周波数を等間隔で配置したものである。図7の(c)は、部分放電信号の周波数特性であり、500MHzから1500MHz程度の周波数成分を持ち、その強度は周波数に比例して低下する。
 BPFの中心周波数及び通過帯域幅は、少なくともどちらかを異なる特性とし、BPFを複数設ける。部分放電アンテナを設置した国や地域により、放送や携帯電話の周波数が異なることの他、ガス絶縁開閉器の内部への部分放電アンテナの取り付け位置により、電波の電波特性が異なるために、中心周波数が異なるBPFを複数設ける必要がある。
 部分放電信号の周波数帯域は500MHzから1500MHz程度であり、ガス絶縁開閉器の内部に部分放電アンテナを設置する場合には、その取付け位置や金属筐体の大きさなどにより、部分放電周波数帯内の減衰特性が異なり減衰が大きな周波数帯が存在する。このため、中心周波数が異なるBPFを複数も設けるほうが良い。
 一方、通過帯域幅は検出感度に影響する。部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nの内部ノイズは、熱雑音(-173dBm/Hz@20℃)であり、周波数帯域幅に比例して増加する。例えば、500MHzから1500MHzの1GHz幅の場合には、-83dBmのノイズが発生する。BPFの通過帯域幅が100MHzの場合には-93dBm、10MHzでは-103dBmと帯域幅を狭くすれば、ノイズが低下するため感度が向上する。
 従って、部分放電アンテナの取付け位置、設置地域が判明していれば、予めBPFの中心周波数を決めることが可能で、通過帯域幅は、10MHzより狭い高感度検出用と10MHz以上の取付け位置に影響されにくい複数のBPFを設けておくほうが良い。
 また、無線化するときの課題として、低消費電力が挙げられるが、この低消費電力については、従来はスペアナタイプのものを用いていたが、電力消費が大きいことから、本実施例では、複数のBPFを用いて低消費電力化する。即ち、従来は周波数をスキャンしてノイズがなく部分放電信号が出ている狭帯域のみを高速サンプリングしていたが、電力消費が大きいことから、本実施例では、部分放電信号を4つのBPF(BPF1、BPF2、BPF3、BPF4)で検出し、ノイズが入った周波数は後からのアルゴリズムで判定して除去しているため、低消費電力が可能となる。
 図8は、本実施例のBPF特性を示すものであり、中心周波数の他、通過帯域幅が異なるBPFを複数設けることで、上述したような高感度化と取付け位置による感度変化に対応した測定が可能となる。
 図10は、周波数掃引して部分放電強度を計測する周波数特性測定と特定周波数での時間変化を測定するゼロスパン測定が可能な従来の部分放電検出回路の構成を示す。
 該図に示す部分放電検出回路は、電圧同調発信器35に外部から制御電圧と基準発信器36からのクロックを供給し、制御電圧に比例した周波数を出力するものであり、ミキサ32により入力信号に含まれる電圧同調発信器35と出力周波数が同じ周波数成分を検出することが可能となる。
 この部分放電検出回路は、中心周波数を任意に変えることが出来るBPFと同等の機能であり、周波数弁別性能は高いが電圧同調発信器等の消費電力は検波器や増幅器に比べて二桁以上大きく、しかも、回路も複雑となるため、本発明の目的である配線無しの部分放電検出回路を実現するためには不向きである。
 これに対して、上述した本実施例においては、BPFバンク15の一つのBPFを選択して部分放電信号のピーク値と平均値を検出している。部分放電信号を同時に複数のBPF(BPF1、BPF2、BPF3、BPF4)に入力して、BPF出力信号をそれぞれに検波器、ピーク検出器及び平均値検出器を設ける回路構成も当然のことながら可能である。回路構成は複雑であるが、同時に検出できるために測定時間を短縮することが可能である。
 ただし、高周波信号であるため各BPF間の干渉が発生する恐れが有り、BPFをシールドするか、或いは各BPF間の距離をとる必要がある。各BPFを通過した部分放電信号列を比較することにより、ノイズとの弁別や部分放電発生有無の精度を向上できることはいうまでもない。
 よって、上述した本実施例によれば、部分放電検出回路を電池駆動可能とするために、回路の省電力化、無線通信化、及び電源位相と同期して部分放電信号を検出することができる。即ち、部分放電検出回路の通信線や電源線を省くことで、工事コストを低減できることは勿論、電源電圧に同期した放電信号検出、ノイズ弁別が可能なため精度の高い診断が可能である。
 上述した実施例1では、BPFやピーク値と平均値との比からノイズを弁別する方法について説明したが、時間的にランダムなノイズを低減する実施例2について図11及び図12を用いて説明する。
 図12は、電源位相と合わせて図示した部分放電信号列(20分割)を示し、図11の(a)、(b)は、部分放電検出回路5のCPU26で実施する処理フローを示す。
 図11の(b)に示す処理フローにおいて、部分放電解析・診断装置1からの測定開始指令を受信し、開始指令に含まれる使用BPFの種類、積算サイクル数を処理パラメータとして設定する(S11-1)。次に、電源周期タイマ24が0の時点まで待ち測定を開始する(S11-2)。AD変換が完了する毎に、ピーク値と平均値を入力し記録する(S11-3)。
 積算サイクル数が3の場合には、図12に示すように、電源周期の3周期にわたりピーク値と平均値をADから入力するが、2サイクル以降の処理では分割期間毎のピーク値と平均値は既に記録されているため、2サイクル目で入力したピーク値は記録された同一の分割期間のピークと比較して大きな方を新たなピーク値として記録する(S11-4)。一方、平均値を入力した場合には、記録された平均値と合算し平均値を計算記録する。
 このように、電源周期の複数期間にわたり検出し合算処理にするため、時間的にランダムに発生したノイズの影響を低減することができる。また、部分放電解析・診断装置1からのBPFの選定や積算サイクル数を変更可能なため、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nの設置箇所等の測定環境の違いに対して柔軟に対応することができる。また、例えば、4種のBPFを部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nに設け場合、常に4個のBPFを使用するのでなく、設置場所により使用するBPF数の数を減らすことにより、測定時間を短くし電池駆動時の寿命を延ばすことができる。
 図2(a)及び図2(b)に、部分放電解析・診断装置1と部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nの間で通信するパケットの構成例を示し、図2(a)が無線基地局7から送信データであり、時刻同期などに使用するタイムスタンプの他、測定期間(積算サイクル数)、分割区関数及びBPFの選択情報を送信し、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nからは、図2(b)に示す部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nの無線通信部13からの送信データのように、測定開始時刻、分割区間毎のピーク値及び平均値を送信する。
 また、マスタタイマ8とスレーブタイマ25の個々に設けるクロックには偏差が存在するため、定期的に時刻調整をする必要がある。例えば、1MHzクロックの偏差が100ppmの場合には、1秒間で最大100クロック(100マイクロ秒)の偏差が発生する。従って、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nでは、時刻同期直後に測定開始すればマスタクロックとの時刻誤差が少なくなる。言い換えれば、時刻同期は定期的にする必要はなく、部分放電解析・診断装置1からの測定開始情報のタイムスタンプを用いて受信するか或いは測定開始信号を受信後に無線基地局7に時刻情報を要求し、無線基地局7からの時刻情報を受信し時刻あわせした後に測定を開始すれば良い。
 また、電子回路の消費電力を抑えるために、スリープモードを実施することが一般的であり、このときには、スレーブタイマ25のみを駆動して一定周期で無線通信部13を起動し、受信情報を受信すれば測定開始し終了後には、再びスリープモードに入るものである。
 このようにスリープモードを利用し、無線受信の有無により測定を開始すれば部分放電回路の消費電力を抑えることが可能である。
 なお、各部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nには無線通信部13を設けており、無線基地局7との間で通信している。無線通信方式によっては、アドホック通信により各部分放電回路5、5a、5b・・・5n間で無線中継しながら無線基地局7と通信することも可能である。当然、このようなアドホック通信方式も採用可能であるが、無線基地局7から無中継で部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nと直接通信できる方式の方が、中継時間変動による時刻誤差や中継による電力消費の恐れがないために、望ましい方式である。
 図2(a)、図14(b)に示した実施例2では、無線基地局7からの送信データを示したが、部分放電解析・診断装置1から測定開始時刻を無線基地局7から部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nへ指令することで、電源に同期した部分放電信号列を検出及び解析することができる。
 以下では、その動作について図1及び図14(a)、図14(b)を用いて説明する。図14(a)、図14(b)は、部分放電解析・診断装置1から部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nへ送信するデータの一例であり、図2(a)、図14(b)に示した測定期間、分割区間数及びBPF選択情報の他、測定開始時刻を付加したところが、上述までの実施例と異なる点である。
 図1において、マスタタイマ8と部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nのスレーブタイマ25間で時刻同期を取ることは既に説明したが、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nで受信した測定開始時刻にスレーブタイマ25が到達した時点で、分割区間毎にピーク値と平均値を検出し部分放電信号列として記録される。測定終了後には、スレーブタイマ25での測定開始時刻を、部分放電信号列に付加して部分放電解析・診断装置1へ無線で通信する。部分放電解析・診断装置1から測定開始時刻を指定することで、電源位相のゼロクロス点からの測定開始が可能となる。
 また、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nから測定開始時刻と測定指令受信時刻を付加して部分放電信号列を送信することで、部分放電解析・診断装置1では、スレーブタイマ25の時刻誤差を推定することが可能であり、精度良く電源位相に同期した部分放電信号列とすることができる。即ち、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nで測定指令を受信した後に時刻同期し、測定開始時刻に到達するまでの期間にも時刻誤差が発生する。この時刻誤差を用いて部分放電解析・診断装置1で位相補正が可能である。
 また、部分放電検出回路は複数存在し、測定開始時刻を同一にすることにより、各信号強度から部分放電発生源の位置を推定することができる。即ち、部分放電発生源からの距離に比例して信号は減衰するため、信号強度の高い部分放電アンテナがより発生源に近い位置に存在すると推定することが可能となる。
 次に、本発明の部分放電診断システムの実施例4について図9及び図13を用いて説明する。図9は、ガス絶縁開閉器のガス充填部の断面図と従来の部分放電アンテナ6及び部分放電検出回路5の信号接続図である。
 該図に示す部分放電アンテナ6は、導体28と遮断器筐体(タンク)27との間でコンデンデンサC1及びC2で分圧され、部分放電アンテン6の端子には、導体28の電圧信号が重畳されることが知られ、この電圧からゼロクロスを検出し電源に同期した部分放電信号列を検出できることが知られている。ただし、従来の部分放電検出回路では、消費電力が大きく光ファイバなどの通信線29や電源線30が必要である。
 図13は、本発明の部分放電診断システムの実施例4を示す。
 該図に示す本実施例では、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nに、LPF2(18b)及び電源ゼロクロス検出器38を設けて、部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nからの信号に重畳された電源周波数成分をLPF218b)で分離し、電源のゼロクロス点を検出して電源周期タイマ24をリセットし、電源周期タイマ24の周期と電源周期の位相を一致させるようにしたものである(他の構成は、図1に示した実施例1と同様である)。
 部分放電アンテナ6、6a、6b・・・6nで検出した部分放電信号を、BPFバンク15を介して検波器17で検波し、ピーク値と平均値を検出する動作は、既に説明した実施例1の動作と同じであり説明は省略する。また、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nから送信する部分放電信号列には、これまで説明した測定開始時刻を付加して送信する。
 また、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nには、導体28の電圧ゼロクロス点を検出する機能があるが、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nの入力インピーダンスが存在するため、検出した電源ゼロクロス点は、導体28のゼロクロス点に対して位相差が発生する。この位相差を補正するために測定開始時刻を付加して送信することで、これまで説明したように、部分放電解析・診断装置1で位相差を補正することができる。
 なお、部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nに電源ゼロクロス検出器38を設けることで、常に一定の位相差は発生するが、特定の電源位相から測定開始された部分放電信号列を検出することが可能となる。
 更に、誤差のあるクロックから電源周期を算出するのではなく、実際の電源周期を利用するために測定期間幅の精度が向上する。特に、複数の電源周期にわたり積算して検出する場合には電源周期の誤差が小さくなるため、積算処理によるノイズ低減や平均値計算の精度が向上し、より精度の高い部分放電診断が可能となる。
 次に、本発明の実施例5について図15及び図16の(a)、(b)を用いて説明する。
 図15は、本実施例の部分放電検出回路5、5a、5b・・・5nの信号検出部の一部であり、検波器17の出力信号をピーク検出器21、最小値検出器40及び平均値検出器41に入力し、それぞれをAD変換器20a、20b、20cでデジタル信号に変換して、CPU26で分割期間毎の部分放電信号列として検出するもので、最小値検出器40を設けたことが特徴である。
 図16の(a)、(b)は、部分放電信号と放送波や携帯電話等の搬送波を検波した信号を模式的に表したものである。
 搬送波は、検波器17で検出されると図16の(a)、(b)に示した全波整流波形のような信号では無く、最小点と最大点の差が少ない滑らかな信号波形となる。即ち、最大、最小及び平均値との差が小さくなる。一方、部分放電信号は、パルス波形であり分割期間内に発生するパルス数が少ない場合には、最大と最小及び平均値との差は大きくなる。つまり、最小と平均値との差から連続波のノイズとの弁別がより向上する。
 このように、最大及び平均値に加えて最小値を検出することで、ノイズを弁別する能力を向上させることができるため、より正確な部分放電診断が可能となる。なお、最小値検出器は、アナログ回路により構成することができるため、追加により消費電力が大きく増加することはない。
 なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。上記した実施例は本発明を分かりやすく説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることも可能である。
 1…部分放電診断・解析装置、2…表示装置、3…記憶装置、4…有線通信ネットワーク、5、5a、5b・・・5n…部分放電検出回路、6、6a、6b・・・6n…部分放電アンテナ、7…無線基地局、8…マスタタイマ、9…保護リレー、10…電圧変成器(VT)、11…電流変成器(CT)、12…電池、13…無線通信部、14a…スイッチ(SW1)、14b…スイッチ(SW2)、15…BPF(バンドパスフィルタ)バンク、16…対数増幅器、17…検波器、18…LPF(ローパスフィルタ)1、18b…LPF(ローパスフィルタ)2、19…S/H(サンプルルホールド)、20a、20b、20c…AD変換器(アナログデジタル変換器)、21…ピーク検出器、22…遅延回路、23…分割クロック発生器、24…電源周期タイマ、25…スレーブタイマ、26…CPU、27…遮断器筐体(タンク)、28…導体、29…通信線、30…電源線、31…プリアンプ、32…ミキサ、33…可変アンプ、34…IFフィルタ、35…電圧同調発信器、36…基準発信器、37…掃引電圧制御部、38…電源ゼロクロス検出器、40…最小値検出器、41…平均値検出器。

Claims (10)

  1.  複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備え、
     前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の1周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、前記検出した信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点の時刻から検出した前記信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする部分放電診断システム。
  2.  請求項1に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記部分放電検出回路は、前記部分放電アンテナからの信号を検波すると共に、電源周波数の1周期を複数分割した期間毎にピーク値と平均値をアナログ回路で検出し、かつ、AD変換器にてデジタル量に変換することを特徴とする部分放電診断システム。
  3.  請求項1に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記部分放電検出回路は、中心周波数又は通過帯域幅の異なる複数のバンドパスフィルタを有し、かつ、前記部分放電アンテナからの信号を前記バンドパスフィルタの一つを選択して入力することを特徴とする部分放電診断システム。
  4.  請求項1に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記部分放電検出回路は、電源周期の複数期間にわたり電源周波数の1周期を複数分割した期間毎に部分放電信号を検出すると共に、電源位相が同一な前記分割した期間毎に検出した信号を合算処理し、前記分割した期間毎の検出信号列とすることを特徴とする部分放電診断システム。
  5.  請求項3に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記バンドパスフィルタの選択、選択順序及び測定期間の指令情報を、前記部分放電診断・解析装置から前記部分放電検出回路に無線通信することを特徴とする部分放電診断システム。
  6.  請求項1に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記部分放電検出回路は、前記マスタタイマの時刻情報を受信し前記スレーブタイマの時刻を合わせた後に部分放電信号の検出を開始することを特徴とする部分放電診断システム。
  7.  請求項1に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記部分放電検出回路は、予め定めた周期で部分放電信号の検出を開始し、検出した前記部分放電信号を前記部分放電診断・解析装置へ無線送信を完了した後にスリープモードに入ることを特徴とする部分放電診断システム。
  8.  請求項1乃至6のいずれか1項に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記部分放電診断システムは無線基地局を備え、該無線基地局と前記部分放電検出回路を無線通信することを特徴とする部分放電診断システム。
  9.  請求項1に記載の部分放電診断システムにおいて、
     前記部分放電診断・解析期装置から前記測定開始時刻を無線通信で前記部分放電検出回路に送信すると共に、前記部分放電検出回路は、前記部分放電診断・解析装置から前記測定開始時刻を受信し、前記測定開始時刻から前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出することを特徴とする部分放電診断システム。
  10.  複数の部分放電アンテナと、該部分放電アンテナに接続された部分放電検出回路と、該部分放電検出回路と無線通信する部分放電診断・解析装置と、該部分放電診断・解析装置と通信するマスタタイマと、前記部分放電診断・解析装置と通信する電源電圧のゼロクロス点の時刻を検出する装置とを備えた部分放電診断システムで被診断機器に発生する部分放電を診断するに当たり、
     前記部分放電検出回路は電池駆動されると共に、前記マスタタイマと無線通信を介して時刻同期するスレーブタイマを有し、かつ、電源周波数の1周期を複数分割した期間毎に前記部分放電アンテナからの信号を一定期間検出し、前記検出した信号列と該信号列の測定開始時刻を無線通信で前記部分放電診断・解析装置へ送信し、前記部分放電診断・解析装置で受信した前記測定開始時刻と前記ゼロクロス点時刻から検出した前記信号列を電源位相と対応付けて部分放電の発生を診断することを特徴とする部分放電診断方法。
PCT/JP2015/064669 2014-06-10 2015-05-22 部分放電診断システム及び部分放電診断方法 WO2015190260A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016527723A JP6253775B2 (ja) 2014-06-10 2015-05-22 部分放電診断システム及び部分放電診断方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2014-119248 2014-06-10
JP2014119248 2014-06-10

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015190260A1 true WO2015190260A1 (ja) 2015-12-17

Family

ID=54833365

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2015/064669 WO2015190260A1 (ja) 2014-06-10 2015-05-22 部分放電診断システム及び部分放電診断方法

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6253775B2 (ja)
WO (1) WO2015190260A1 (ja)

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606971A (zh) * 2016-02-24 2016-05-25 国网江西省电力科学研究院 一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器
CN106950480A (zh) * 2017-04-28 2017-07-14 上海欧忆能源科技有限公司 电力设备局部放电在线定性检测方法、系统、及设备
CN108173799A (zh) * 2017-11-29 2018-06-15 深圳市力合微电子股份有限公司 一种基于频域处理的电力线载波通信方法
JP2018124108A (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 東京電力ホールディングス株式会社 部分放電を検出するための装置、システムおよび方法
JP2019211431A (ja) * 2018-06-08 2019-12-12 株式会社東芝 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
JP2020003279A (ja) * 2018-06-27 2020-01-09 株式会社日立製作所 部分放電検出装置および部分放電検出方法
JPWO2020161967A1 (ja) * 2019-02-04 2021-02-18 住友電気工業株式会社 部分放電検出装置
US20210373065A1 (en) * 2018-12-12 2021-12-02 Hitachi, Ltd. Partial discharge detection apparatus and partial discharge detection method
CN116298741A (zh) * 2023-03-14 2023-06-23 青岛艾诺仪器有限公司 一种绝缘体局部放电检测方法

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7443269B2 (ja) 2021-01-08 2024-03-05 株式会社東芝 絶縁診断システムおよび絶縁診断方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04215074A (ja) * 1990-12-12 1992-08-05 Toshiba Corp 部分放電検出器
JP2005233837A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Hitachi Ltd 部分放電測定方法及びその装置
JP2005338016A (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Haneron:Kk 高電圧送配電設備における部分放電検出方法およびそれに用いられる部分放電検出装置
JP2008145301A (ja) * 2006-12-11 2008-06-26 Kansai Electric Power Co Inc:The 部分放電検出方法および検出装置
JP2012141178A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Toshiba Corp 部分放電検出システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04215074A (ja) * 1990-12-12 1992-08-05 Toshiba Corp 部分放電検出器
JP2005233837A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Hitachi Ltd 部分放電測定方法及びその装置
JP2005338016A (ja) * 2004-05-31 2005-12-08 Haneron:Kk 高電圧送配電設備における部分放電検出方法およびそれに用いられる部分放電検出装置
JP2008145301A (ja) * 2006-12-11 2008-06-26 Kansai Electric Power Co Inc:The 部分放電検出方法および検出装置
JP2012141178A (ja) * 2010-12-28 2012-07-26 Toshiba Corp 部分放電検出システム

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105606971A (zh) * 2016-02-24 2016-05-25 国网江西省电力科学研究院 一种用于电气设备局部放电检测的智能特高频传感器
JP7130918B2 (ja) 2017-01-31 2022-09-06 東京電力ホールディングス株式会社 部分放電を検出するための装置、システムおよび方法
JP2018124108A (ja) * 2017-01-31 2018-08-09 東京電力ホールディングス株式会社 部分放電を検出するための装置、システムおよび方法
CN106950480A (zh) * 2017-04-28 2017-07-14 上海欧忆能源科技有限公司 电力设备局部放电在线定性检测方法、系统、及设备
CN108173799A (zh) * 2017-11-29 2018-06-15 深圳市力合微电子股份有限公司 一种基于频域处理的电力线载波通信方法
CN108173799B (zh) * 2017-11-29 2020-08-07 深圳市力合微电子股份有限公司 一种基于频域处理的电力线载波通信方法
JP2019211431A (ja) * 2018-06-08 2019-12-12 株式会社東芝 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
JP2020003279A (ja) * 2018-06-27 2020-01-09 株式会社日立製作所 部分放電検出装置および部分放電検出方法
US20210373065A1 (en) * 2018-12-12 2021-12-02 Hitachi, Ltd. Partial discharge detection apparatus and partial discharge detection method
US11644498B2 (en) * 2018-12-12 2023-05-09 Hitachi, Ltd. Partial discharge detection apparatus and partial discharge detection method
JPWO2020161967A1 (ja) * 2019-02-04 2021-02-18 住友電気工業株式会社 部分放電検出装置
CN116298741A (zh) * 2023-03-14 2023-06-23 青岛艾诺仪器有限公司 一种绝缘体局部放电检测方法
CN116298741B (zh) * 2023-03-14 2023-10-31 青岛艾诺仪器有限公司 一种绝缘体局部放电检测方法

Also Published As

Publication number Publication date
JP6253775B2 (ja) 2017-12-27
JPWO2015190260A1 (ja) 2017-04-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6253775B2 (ja) 部分放電診断システム及び部分放電診断方法
KR101297901B1 (ko) 전력선의 부분 방전의 검출 및 감시
US20150120218A1 (en) Novel method for real time tests and diagnosis of partial discharge sources in high voltage equipment and installations, which are in service or out of service, and physical system for the practical use of the method
KR101488184B1 (ko) 지아이에스 매핑 정보를 이용한 불량 전력설비 검출 시스템
CN105301462B (zh) 一种ns级冲击电压下局部放电测量系统及方法
JP7003703B2 (ja) マルチセンサを用いた部分放電検出装置
CN111175614A (zh) 一种局部放电采集定位方法、装置及系统
CN102914384B (zh) 一种基于无源无线声表面波温度传感器的温度检测方法
CN101975912A (zh) 变压器局部放电在线监测方法及其设备
RU107864U1 (ru) Устройство для контроля состояния гирлянд изоляторов воздушных линий электропередачи
KR102259496B1 (ko) 부분 방전 진단 장치
CN201765301U (zh) 变压器局部放电在线监测设备
CN104749501A (zh) 一种超声波局部放电分析仪及分析方法
CN106199346B (zh) 用于监视电网中局部放电的设备
CN110554291A (zh) 一种局放信号包络检测装置
KR100590801B1 (ko) 전력설비에서 방사되는 전자파를 측정하는알에프무선모듈장치
JP2019120548A (ja) 絶縁劣化診断装置及び絶縁劣化箇所標定装置
US20160091550A1 (en) System for detecting an electrical fault and associated method
US20180292442A1 (en) Method for identifying at least one diagnosis variable, measuring device and measuring system
US10281511B2 (en) Passive wireless sensor for the measurement of AC electric field in the vicinity of high voltage apparatus
JP4329916B2 (ja) 列車検知装置
RU2537095C2 (ru) Способ учета электрической энергии
CN116381428A (zh) 一种基于网络对时的超声局部放电监测预警装置及方法
Chiu et al. Application of MV GIS partial discharge measurement and location
KR20210123542A (ko) 전력설비 온라인 진단시스템의 데이터 처리 장치 및 방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 15807482

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016527723

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 15807482

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1