WO2016157912A1

WO2016157912A1 - 電力機器の絶縁診断装置および絶縁診断方法

Info

Publication number: WO2016157912A1
Application number: PCT/JP2016/001873
Authority: WO
Inventors: 広明長; 佐藤　純一; 佐々木　恵一; 哲塩入; 船橋　匠; 祐樹藤井
Original assignee: 株式会社東芝
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2016-03-31
Publication date: 2016-10-06
Also published as: JPWO2016157912A1; JP6753841B2

Abstract

　実施形態の電力機器の絶縁診断装置は、電磁波センサ、抽出部、合成部、および解析部を有する。電磁波センサは、交流電圧が印加される電力機器からの放電信号を含む、電磁波の信号を受信する。抽出部は、電磁波の信号から、前記交流電圧の複数周期に亘る、複数の放電信号を抽出する。合成部は、複数の放電信号を、前記交流電圧の一周期に対応する波形に合成する。解析部は、波形を時間－周波数解析して、周波数および位相と信号強度との関係を表す複数の係数を算出する。

Description

電力機器の絶縁診断装置および絶縁診断方法

　本発明の実施形態は、電力機器の絶縁診断装置および絶縁診断方法に関する。

　スイッチギヤなどの電力機器は、その絶縁劣化に伴って、部分放電し易くなり、部分放電によって劣化が加速される。このため、部分放電の検出によって、電力機器の絶縁状態を診断する技術が開発されている。
　部分放電は、放電に伴って発生する電磁波（放電信号）を測定することによって、検出できる。しかし、測定される電磁波は、空中を伝播する意図しない電磁波（ノイズ）をも含むため、ノイズを放電信号と誤って検出する可能性がある。一般に、放電信号は微弱であり、ノイズに埋もれ易く、その確実な検出は容易ではない。

特開平９－２９２４３３号公報特開２００８－４５９７７号公報特開２０００－４６８９３号公報

　本発明が解決しようとする課題は、部分放電によって発生する放電信号の検出を容易とする電力機器の絶縁診断装置および絶縁診断方法を提供することにある。

実施形態に係る電力機器の絶縁診断装置の構成を示す図である。放電信号の一例を示す図である。放電信号の一例を示す図である。放電信号の一例を示す図である。放電信号の代表的な波形を拡大して示す図である。波形の合成を示す図である。波形の合成を拡大して示す図である。実施形態に係る電力機器の絶縁診断方法を示すフロー図である。時間－周波数解析結果の一例を示す図である。変形例に係る電力機器の絶縁診断装置の構成を示す図である。

　以下、実施形態に係る絶縁診断装置を説明する。
　図１は、実施形態に係る電力機器の絶縁診断装置の構成を示す。絶縁診断装置は、電力機器７の絶縁性を診断する装置である。
　電力機器７は、例えば、スイッチギヤであり、所定の周波数（商用周波数、例えば、５０または６０Ｈｚ）の交流電圧が印加される。スイッチギヤは、主に高圧負荷や高圧配電に用いられ、箱体１中に収納される真空遮断器、断路器、変成器、および絶縁母線を有する。

　電力機器７に印加される交流電圧の大きさ（実効電圧値）は、例えば、１ｋＶ～数十ｋＶ程度と、比較的高い。このため、経年変化等により電力機器７の一部で絶縁性が劣化すると、その箇所で部分放電が発生する可能性がある。部分放電は、種々の部位で生じる可能性がある。例えば、接点の近傍で気中放電が生じ得る。真空バルブ内などで真空放電が生じ得る。絶縁体内でボイド放電が生じ得る。このような部分放電によって、電磁波が発生する。

　絶縁診断装置は、部分放電を検出することによって電力機器７の絶縁性を診断する。部分放電によって発生する電磁波（放電信号）を測定して、部分放電を検出できる。
　絶縁劣化が著しければ、部分放電の発生頻度は高く、かつ発生する放電信号の強度も大きくなるので、部分放電の検出は容易となる。しかし、絶縁性の劣化が進む前は、部分放電の発生は散発的であり（発生頻度少）、放電信号の強度も比較的小さいので、その検出は容易ではない。絶縁診断装置は、絶縁性の劣化の初期段階の比較的微弱で、かつ頻度の小さい放電信号を検出できる。

　絶縁診断装置は、図１に示すように、電磁波センサ２および信号処理装置３を有する。
　電磁波センサ２は、スイッチギヤの箱体１内に配置されるアンテナから構成され、電力機器からの放電信号を含む、電磁波の信号を受信する。

　アンテナとして、ループアンテナを用いることが好ましい。ループアンテナは、電磁波の磁界成分を容易に受信できる。電磁波の電界成分は、金属等でシールドされ易く、高Ｓ／Ｎ比での測定は容易でない。これに対して、電磁波の磁界成分は、比較的シールドされ難く、高Ｓ／Ｎ比での測定が比較的容易である。
　さらに、ループアンテナは、ある程度の指向性を有している。このため、ループアンテナを電力機器７（さらには、電力機器７中、特に、部分放電が生じ易い箇所）に向けることで、電力機器７外（あるいは、電力機器７中、特に、部分放電が生じ難い箇所）からのノイズ成分を低減できる（高Ｓ／Ｎ比での測定が容易）。

　信号処理装置３は、電磁波センサ２の出力側に接続され、電磁波センサ２からの電磁波の信号を処理する。
　信号処理装置３は、順に接続されるフィルタ４、アンプ５、および解析装置６を有する。

　フィルタ４は、放電信号に対応する所定の周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタである。信号がフィルタ４を通過することで、放電信号と異なる周波数帯域の信号成分が除かれ、放電信号の検出精度が向上する。

　図２Ａ～図２Ｃは、放電信号の例を示す。これらの図に示すように、放電信号は、放電する媒体に対応して、異なる放電周波数（周波数帯域）を有する。真空バルブ内などの真空放電では（図２Ａ）、放電周波数は約３５ｋＨｚである。絶縁体内でのボイド放電では（図２Ｂ）、放電周波数は約１２５ＭＨｚである。外部接続点のような気中放電では（図２Ｃ）、放電周波数は約１８０ＭＨｚである。
　真空放電、ボイド放電、気中放電の何れも検出可能とするためには、フィルタ４が、３５ｋＨｚ～１８０ＭＨｚの周波数帯域を有することが好ましい。但し、検出したい放電信号の種別等を考慮して、フィルタ４の周波数帯域を適宜に設定しても良い。

　アンプ５は、フィルタ４を通過した信号を増幅する。なお、フィルタ４とアンプ５の順序を逆にして、信号を増幅してから、フィルタリングしてもよい。
　なお、アンプ５で増幅された電磁波の信号は、必要に応じて、Ａ／Ｄ変換器によってＡ／Ｄ変換された後、解析装置６に入力される。

　解析装置６は、アンプ５で増幅された電磁波の信号から放電信号を抽出し、抽出された放電信号を時間－周波数解析する。解析装置６は、ハードウェア（例えば、ＣＰＵ：中央演算装置）とソフトウェア（プログラム）の組み合わせによって構成できる。但し、解析装置６をハードウェアのみから構成してもよい。

　解析装置６は、放電信号抽出部（抽出部）６ａ、波形除去部（除去部）６ｂ、波形合成部（合成部）６ｃ、波形解析部（解析部）６ｄ、積算・比較部（加算部）６ｅを有する。
　放電信号抽出部６ａは、アンプ５で増幅された電磁波の信号から放電信号を抽出する。このとき、後述の波形合成のために、電力機器７に印加される交流電圧の複数周期に亘る、複数の放電信号が抽出される。

　図３は、放電信号の代表的な波形を拡大して示す。
　この放電信号は、互いに極性が異なる波Ｗ１、Ｗ２を組み合わせた減衰する振動の波形である。

　波Ｗ１は、ピーク強度Ｖ１，半値幅ｔｍ１、ベース幅ｔｂ１、閾値幅ｔｔ１を有する。波Ｗ２は、第１波Ｗ１と結合され、ピーク強度Ｖ２，半値幅ｔｍ２、ベース幅ｔｂ２、閾値幅ｔｔ２を有する。

　ピーク強度Ｖ（Ｖ１，Ｖ２）は、絶対値での信号強度のピーク値であり、波Ｗ１、Ｗ２の極性は問わない。これらのピーク強度Ｖ１，Ｖ２はいずれも、閾強度Ｖｔｈを越えている。

　半値幅ｔｍ（ｔｍ１，ｔｍ２）は、ピーク強度Ｖの半分（Ｖ／２）における信号の時間幅である。
　ベース幅ｔｂ（ｔｂ１，ｔｂ２）は、信号強度ゼロにおける信号の時間幅である。
　閾値幅ｔｔ（ｔｔ１，ｔｔ２）は、閾強度Ｖｔｈにおける信号の時間幅である。なお、閾値幅ｔｔは、信号強度の絶対値が閾強度Ｖｔｈを越える時間としても定義できる。

　これら半値幅ｔｍ、ベース幅ｔｂ、閾値幅ｔｔはいずれも、波Ｗ１，Ｗ２の幅（時間幅）ｔと言える。逆に言えば、時間幅ｔは、半値幅ｔｍ、ベース幅ｔｂ、閾値幅ｔｔの上位概念であり、信号（波）の幅（時間幅）ｔ一般を意味する。

　波Ｗ１、Ｗ２は、ピーク間隔ｔｐｐで接続される。ピーク間隔ｔｐｐは、波Ｗ１のピークから波Ｗ２のピークに至るまでの時間である。

　この図では、波Ｗ１が正の極性を有し、波Ｗ２が負の極性を有しているが、波Ｗ１、Ｗ２の極性は逆であってもよい。

　放電信号抽出部６ａは、次の条件Ａ～Ｅを満たす信号を放電信号として抽出する。
　Ａ．ピーク強度Ｖ
　閾強度Ｖｔｈを越えるピーク強度Ｖを有する信号を放電信号として抽出する。この条件は、信号が、ホワイトノイズ等のノイズレベルを越えることを要求するものである。すなわち、ホワイトノイズを除去するために、次の式（１）が用いられる。
　　Ｖ＞Ｖｔｈ　　……　式（１）

　Ｂ．時間幅ｔ（半値幅ｔｍ、ベース幅ｔｂ、閾値幅ｔｔ）
　閾時間ｔｔｈを越える時間幅ｔを有する信号を放電信号として抽出する。放電信号は、一般に、ある程度の持続時間を有することから、放電信号と比べて持続時間の短い信号をノイズとして除去する。この条件は、次の式（２）で表される。
　　ｔ＞　ｔｔｈ　　……　式（２）

　条件Ａ，Ｂ（式（１）、（２））を同時に満たす場合、閾強度Ｖｔｈを越えるピーク強度と、閾時間ｔｔｈを越える時間幅と、を有する信号を、放電信号として順次に抽出できる。

　時間幅ｔとして、半値幅ｔｍ、ベース幅ｔｂ、または閾値幅ｔｔを採用できる。なお、一般に、半値幅ｔｍ、ベース幅ｔｂ、閾値幅ｔｔのいずれを採用するかによって、閾時間ｔｔｈの設定値は異なってくる。

　時間幅ｔとして、閾値幅ｔｔを採用すると、その強度が閾強度Ｖｔｈを越える時間が、閾時間ｔｔｈを越える信号を、放電信号として抽出することができる。すなわち式（１）、（２）の双方を満たす信号の抽出が容易となる。

　ここで、放電信号よりも時間幅ｔの大きな信号を除外するために、次の式（２－１）のように、時間幅ｔの上限（閾時間ｔｔｈ２）を設定してもよい。
　　ｔｔｈ＜ｔ＜ｔｔｈ２　　……　式（２－１）
　このようにすると、スイッチングなどに起因する時間幅の大きな信号をノイズとして除去できる。

　Ｃ．極性
　条件Ｃおよび次の条件Ｄは、振動の条件である。放電信号は、一般に、振動する信号であり、単一のパルス等では表されない。すなわち、放電信号は、極性が交互に変化する連続する複数の波として表される。
　極性が交互に変化する条件は、次の式（３）で表すことができる。
　　Ｐ１＊Ｐ２＜０　　……　式（３）
　式（３）は、波Ｗ１の極性Ｐ１と波Ｗ２の極性Ｐ２の積が負であること、すなわち、連続する波Ｗ１，Ｗ２の極性の正負が異なることを意味する。

　Ｄ．ピーク間隔ｔｐｐ
　波Ｗ１、Ｗ２の連続性（波Ｗ１、Ｗ２が結合していること）は、次の式（４）に示すように、ピーク間隔ｔｐｐによって判定できる。
　　ｔｂ１・α≦ｔｐｐ≦ｔｂ１・β　　　……　式（４）
　ここで、０＜α＜β＜１

　式（４）は、基本的には、ピーク間隔ｔｐｐが波Ｗ１のベース幅ｔｂ１より小さいことを意味する（ｔｐｐ≦ｔｂ１・β）。これは、波Ｗ１のベース幅ｔｂ１を基準として、波Ｗ１、Ｗ２の間隔（ピーク間隔ｔｐｐ）がある程度小さいことを意味する。

　式（４）では、ピーク間隔ｔｐｐの下限も設定されている（ｔｂ１・α≦ｔｐｐ）。ベース幅ｔｂ１を基準として、ピーク間隔ｔｐｐが小さすぎると、波Ｗ１，Ｗ２が振動として接続するのでは無く、一種の衝突に近い形で接続していると考えられる。

　以上のように、式（４）は、ピーク間隔ｔｐｐの上限、下限を設定することで、波Ｗ１，Ｗ２が振動として接続していることを担保している。

　ここで、式（４）では、ベース幅ｔｂ１を基準として、ピーク間隔ｔｐｐの上限および下限を制限している。ベース幅ｔｂ１以外に、半値幅ｔｍまたは閾値幅ｔｔを基準として、ピーク間隔ｔｐｐの上限（および下限）を制限してもよい。すなわち、時間幅ｔ一般を基準として、ピーク間隔ｔｐｐの上限（および下限）を設定できる。

Ｅ．ピーク強度比（Ｖ２／Ｖ１）
　条件Ｅは、減衰の条件である。部分放電は、一般に、一時的（瞬時的）な現象であるから、放電信号は、減衰していく振動となる。減衰の条件は、次の式（５）で表すことができる。
　　Ｖ２／Ｖ１　≦　γ　　　　　　　　……　式（５）
　ここで、０＜γ＜１

　式（５）は、波Ｗ２のピーク強度Ｖ２が、波Ｗ１のピーク強度Ｖ１より小さいことを意味する。この条件により、放送波などの連続的な振動（実質的に減衰しない振動）をノイズとして除去できる。連続的な振動では、波Ｗ１，Ｗ２のピーク強度Ｖ１，Ｖ２の比（Ｖ２／Ｖ１）は、ほぼ１となる（ピーク強度の時間的な変化が小さい）。

　以上のように、放電信号抽出部６ａは、式（１）～（５）に示す条件に基づいて、電磁波センサ２で受信された信号（電磁波の信号）から、放電信号を抽出する。このとき、必ずしも式（１）～（５）の全てを適用しなくてもよい。式（１）～（５）の一部のみを適用して、放電信号を抽出してもよい。例えば、次の信号（ａ）～（ｃ）を放電信号として抽出できる。
　（ａ）閾強度Ｖｔｈを越えるピーク強度Ｖを有する信号
　（ｂ）閾強度Ｖｔｈを越えるピーク強度と、閾時間ｔｔｈを越える時間幅ｔと、を有する信号
　（ｃ）極性Ｐ１を有する波Ｗ１と、この波Ｗ１と結合し、かつ極性Ｐ１と逆の極性Ｐ２を有する波Ｗ２と、を含む信号
　既述のように、波Ｗ１、Ｗ２の結合の有無は、時間幅ｔに基づいて、波Ｗ１、Ｗ２の間隔（例えば、ピーク間隔ｔｐｐ）の上限を設定することで判定できる。

　波形除去部６ｂは、放電信号抽出部６ａの出力側に接続され、不要放電信号を除去する。具体的には、交流電圧の複数周期に亘る、複数の放電信号から、不要放電信号（位相上重なる放電信号のいずれか、例えば、より強度の小さい放電信号）が除去される。

　不要放電信号を除去するのは、後述の波形合成部６ｃによる合成後の波形の崩れを防止するためである。位相上重なる放電信号を除外しないと、合成後の波形が崩れ（例えば、放電信号の周波数が変化する）、時間－周波数変換の精度の低下を招く。

　ここで、複数の放電信号の位相上の重なりの有無は、ある周期での放電信号（波）の時間幅（例えば、ベース幅ｔｂｘ）と、他の周期での放電信号の時間幅（例えば、ベース幅ｔｂｙ）が、位相の上で全部または一部が重なるか否かに基づいて、判定できる。放電信号を図３のような結合された２つの波Ｗ１，Ｗ２の組み合わせとする。この場合、放電信号の重なりの有無は、２つの波Ｗ１，Ｗ２全体の時間幅（例えば、ベース幅（ｔｂ１＋ｔｂ２））が、異なる周期間で重なるか否かに基づいて、判定できる。

　なお、部分放電が単発的で（周期性が乏しい）、波形の重なりが少ない場合、一般に、波形の崩れは比較的小さい。この場合には、波形除去部６ｂによる不要波形除去の処理を省略してもよい。

　波形合成部６ｃは、波形除去部６ｂの出力側に接続され、電力機器７に印加される交流電圧の複数周期（複数サイクル）に亘る、複数の放電信号を１周期（１サイクル）に対応する波形に合成する。複数周期分の信号を１周期の波形に合成することにより、波形解析部６ｄによる時間－周波数解析（例えば、ウェーブレット変換）に要する時間を短縮できる。

　図４，図５は、不要放電信号の除去の有無と、放電信号の合成の関係を表す。図４では、３周期（（ａ）第１波～（ｃ）第３波）、図５では４周期（（ａ）第１波～（ｄ）第４波）の放電信号を合成している。図４は、１周期の全体を示し、図５では合成される波形を拡大して示している。

　図４の（ｄ）は、図４の（ａ）第１波～（ｃ）第３波を単純に波形合成した結果を示す。図４の（ｅ）は、波形除去部６ｂによって、不要な放電信号を除去した後に、波形合成した結果を示す。図５の（ｅ）は、図５の（ａ）第１波～（ｄ）第４波を単純に波形合成した結果を示す。図５の（ｆ）は、波形除去部６ｂによって、不要な放電信号を除去した後に、波形合成した結果を示す。

　図５の（ｅ）に示すように、複数の放電信号が重なり合った位相範囲では、波形の周波数が高くなり、放電信号本来の周波数と異なってくる。重なり合った波形（放電信号）を除去（カット）すると、図５の（ｆ）に示すように、どの位相範囲でも同様の周波数成分を持った波形となる。このように、波形除去部６ｂによって、不要な放電信号を除去することによって、合成後の波形の崩れ（例えば、周波数の変化）を防止できる。

　波形解析部６ｄは、波形合成部６ｃの出力側に接続され、合成された放電信号を時間－周波数解析する。
　時間－周波数変換とは、時間（位相）および周波数に対する波形の強度分布を求めることであり、ウェーブレット変換（連続ウェーブレット変換、離散ウェーブレット変換）、短時間フーリエ変換を用いることができる。

　ウェーブレット変換は、例えば、次の式（１０）によって実行できる。

　マザーウェーブレットψ（ｔ）を用いて、信号波形ｆ（ｔ）を変換し、ウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）を算出する。パラメータａ，ｂを変化させて、それぞれのパラメータａ，ｂにおけるウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）が算出される。
　なお、ウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）は、数学上の行列で表現できる。

　パラメータａ，ｂはそれぞれ、周波数、時間（位相）に対応することから、ウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）は、マザーウェーブレットψ（ｔ）を基準とする、周波数、時間（位相）に対する信号波形ｆ（ｔ）の強度分布を表すことになる。

　式（１０）は、連続ウェーブレット変換を表す。離散ウェーブレット変換は、離散的にサンプリングされた信号波形用のウェーブレット変換のアルゴリズムである。

　マザーウェーブレットψ（ｔ）は、実際に得られた放電信号に基づいて作成できる。マザーウェーブレットψ（ｔ）として、例えば、放電信号の代表的な波Ｗ１，Ｗ２の組み合わせを選択できる。このとき、複数の放電信号の持続時間（例えば、ベース幅ｔｂ１、ｔｂ２の和（ｔｂ１＋ｔｂ２））の平均値およびピーク強度Ｖ１，Ｖ２の平均値（特に、ピーク強度Ｖ１，Ｖ２の比（Ｖ２／Ｖ１）の平均値）にマザーウェーブレットψ（ｔ）の波形を対応させることが好ましい。実際の放電信号に対応する形状のマザーウェーブレットψ（ｔ）を用いることで、時間－周波数解析の精度を向上できる。

　既述のように、波形合成に際して、不要放電信号（位相上重なる放電信号のいずれか）が除去されている。このため、合成された信号波形ｆ１（ｔ）のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）には、除去された放電信号ｆ２（ｔ）の情報は含まれない。このため、放電信号に多数の重なりが生じた場合には、時間－周波数解析の精度が低下する可能性がある。

　このため、時間－周波数解析の精度向上のため、次の式（１１）のように、除去された放電信号ｆ２（ｔ）のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ２）（ｂ，ａ）を算出し、これを元のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）に加算することが考えられる。
　（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）＝（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）＋（Ｗ_ψｆ２）（ｂ，ａ）…式（１１）

　ここでは、除去された放電信号ｆ２（ｔ）毎に、ウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ２）（ｂ，ａ）を算出している。除去された放電信号ｆ２（ｔ）が複数（多数）ある場合には、除去された放電信号を波形合成して、信号波形ｆ３（ｔ）を生成してもよい。このとき、次の式（１２）のように、この合成信号波形ｆ３（ｔ）のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ３）（ｂ，ａ）を元のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）に加算できる。
　（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）＝（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）＋（Ｗ_ψｆ３）（ｂ，ａ）…式（１２）

　ここで、位相上重なる放電信号は、波形がほぼ同一であることが多い。これを利用して、除去された放電信号ｆ２（ｔ）のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ２）（ｂ，ａ）の算出を省略することも可能である。
　この場合、不要な放電信号を除去する際に、位相上重なる放電信号の個数および重なる位相の範囲を求めておく。例えば、Ｎ個の放電信号が、位相θ１～θ２（パラメータｂ１～ｂ２）の範囲で重なったとする。この場合、Ｎ個の放電信号中、（Ｎ－１）個の放電信号が除外され、１個の放電信号のみが信号合成の対象となる。合成された信号波形ｆ１（ｔ）のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）が算出される。

　このウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）にパラメータｂ１～ｂ２の範囲で、整数Ｎを乗算することで、除去された放電信号を加味したウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）を算出できる。
　（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）＝Ｎ＊（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）　　…式（１３）
　　　ｂ＝ｂ１～ｂ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　この整数Ｎは、他の放電信号と位相上重なる第２の放電信号に対応する値である。

　なお、位相θ１～θ２（パラメータｂ１～ｂ２）の範囲外のウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）は、そのまま維持される。
　（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）＝（Ｗ_ψｆ１）（ｂ，ａ）　　　　…式（１４）
　　　ｂ＜ｂ１、ｂ＞ｂ２　　　　　　　　　　　

　以上では、重なる放電信号間の強度および位相の相違を無視している。これに対して、ウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）の算出に際し、位相上重なる放電信号間の強度および位相の相違を加味することも可能である。例えば、位相上重なる放電信号中残した放電信号ｆ０を基準として、除外された他の放電信号ｆｉの強度比がＡｉ，位相のずれがΔθｉ（パラメータｂ上のずれΔｂｉ）とする。

　この場合、次の式（１５）のようにウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）を算出できる。
　（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）＝Σ_ｉＡｉ＊（Ｗ_ψｆｉ）（ｂ－Δｂｉ，ａ）　…式（１５）

　なお、強度比Ａｉ、位相のずれΔθｉは、図３の波Ｗ１のピークでの強度（ピーク電圧Ｖ）および位相に基づいて決定できる。

　積算・比較部６ｅは、次の式（１６）のように、ウェーブレット係数（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）を基準周波数範囲（ｆｒ１～ｆｒ２）内で加算する。基準周波数範囲は、例えば、５０ｋＨｚから３ＭＨｚであり、診断対象の放電信号を考慮して選択される。
　　Ｓ＝Σ_ａ、ｂ（Ｗ_ψｆ）（ｂ，ａ）　　　　　　　　　　…式（１６）
　ここで、パラメータａは、基準周波数ｆｒ１～ｆｒ２の範囲に対応するパラメータａ１～ａ２の範囲とする。

　積算・比較部６ｅは、加算値Ｓを基準値Ｓｔｈと比較し、加算値Ｓが基準値Ｓｔｈより大きいときに、絶縁不良と診断できる。基準値Ｓｔｈは、例えば、実験的測定に基づいて決定できる。

（絶縁診断方法）
　図６は、実施形態に係る電力機器の絶縁診断方法を示す。以下、図６を参照して、絶縁診断方法を説明する。

　（１）データの取得（ステップＳ１）
　電力機器７への交流電圧の印加に伴って、部分放電が発生する。電磁波センサ２が、この部分放電に伴う放電信号を受信する。

　（２）放電信号の抽出（ステップＳ２）
　放電信号抽出部６ａが、電力機器７に印加される交流電圧の複数周期に亘る、複数の放電信号を抽出する。このとき、連続して発生した放電信号を交流電圧の複数周期の周期（サイクル）毎に区分して抽出できる。図４の（ａ）～（ｃ）は、３周期に亘って発生した放電信号を示す。
　既述のように、放電信号抽出部６ａは、例えば、式（１）～（５）を用いて、図３に示すような減衰振動の波形を有する放電信号を抽出できる。

　（３）波形の除去（ステップＳ３）
　波形除去部６ｂは、不要放電信号（位相上重なる放電信号のいずれか、例えば、より強度の小さい放電信号）を除去する。
　既述のように、複数の放電信号の位相上の重なりの有無は、ある周期での放電信号（波）のベース幅ｔｂｘと、他の周期での放電信号のベース幅ｔｂｙが、位相の上で全部または一部が重なるか否かに基づいて、判定できる。

　（４）波形の合成（ステップＳ４）
　波形合成部６ｃは、複数周期（複数サイクル）に亘る、複数の放電信号を１周期（１サイクル）に対応する波形に合成する。

　（５）波形の解析（ステップＳ５）
　波形解析部６ｄは、波形合成部６ｃの出力側に接続され、合成された放電信号を時間－周波数解析して、係数（例えば、ウェーブレット係数）を算出する。
　波形解析部６ｄは、必要に応じて、例えば、式（１１）～（１６）に基づいて、除去された放電信号を加味した係数を算出する。

　（６）積算・比較（ステップＳ６）
　積算・比較部６ｅは、係数（例えば、ウェーブレット係数）を基準周波数範囲内で加算し、基準値Ｓｔｈと比較することによって、絶縁不良を診断できる。

　図７は、時間－周波数解析結果の一例（気中放電による部分放電の例）を示す。図７の（ａ）は、電磁波センサ２で計測された信号（波形）を表す。図７の（ｂ）は、抽出され波形合成された放電信号を表す。図７の（ｃ）は、放電信号の時間－周波数解析（ウェーブレット変換）の結果を示す。すなわち、時間（位相）および周波数を表す平面上に信号の強度が一種の等高線として表される。

　図７の（ａ）の計測波形には、放電信号とノイズが重畳している。図７の（ｂ）では、ピーク強度Ｖおよび時間幅ｔの下限を設定することで、放電信号を抽出し（具体的には、その強度が閾強度Ｖｔｈを越える時間が、閾時間ｔｔｈを越える信号を放電信号として抽出）、さらに３周期分波形合成している。この波形合成に際し、放電信号の位相上の重なりを除去している。

　位相１８０～２７０°（５０Ｈｚで１０～１５ｍｓの時間範囲）において、強度の大きなウェーブレット係数が存在する（範囲Ｒ１，Ｒ２）。特に、周波数が約３ＭＨｚ付近において、強度の大きなウェーブレット係数が出現した（範囲Ｒ２）。この３ＭＨｚ付近の周波数は、図７の（ａ）～（ｃ）を比べると判るように、強いノイズと重畳して存在する比較的微弱な放電信号ＳＳに対応している。このように、ピーク強度Ｖおよび時間幅ｔの下限を設定することによって、ノイズと重複する放電信号を効果的に検出できる。

　上記実施形態の絶縁診断装置では、電力機器に印加される交流電圧の周期毎に振動性の放電信号を抽出し、位相上の重なりを除去し、波形合成後に時間－周波数解析する。この結果、比較的微弱な放電信号を精度よく検出でき、絶縁診断が容易となる。

（変形例）
　以下、変形例に係る絶縁診断装置を説明する。
　図８は、変形例に係る電力機器の絶縁診断装置の構成を示す。図８に示すように、変形例に係る電力機器は、複数の電磁波センサ２ａ，２ｂをスイッチギヤの箱体１内の異なる箇所に設置している。

　電磁波センサ２ａ，２ｂで受信された電磁波の信号は、フィルタ４、アンプ５、および解析装置６（放電信号抽出部６ａ、波形除去部６ｂ、波形合成部６ｃ、波形解析部６ｄ、積算・比較部６ｅ、特定部６ｆ）によって処理される。

　ここでは、判り易さのために、電磁波センサ２ａ，２ｂで受信された電磁波の信号が同一のフィルタ４等で処理されるように記載されている。実際には、フィルタ４、アンプ５、放電信号抽出部６ａ、波形除去部６ｂ、波形合成部６ｃが複数存在し、電磁波センサ２ａ，２ｂからの信号を別個に処理するのが通例である。

　特定部６ｆは、電磁波センサ２ａ，２ｂそれぞれからの放電信号の間の時間差を算出し、電力機器７の放電箇所を特定する。放電発生源からアンテナへの距離Ｌ１、Ｌ２の差に応じて２つの受信信号間に遅延（遅延時間）が生じる。この遅延時間を用いて信号発生源の位置を特定することができる。

　但し、２つの電磁波センサ２ａ，２ｂのみでは、放電発生源の位置を１点に特定するのは困難である。一般に、電磁波センサの個数が２つの場合、放電発生源の特定範囲は所定の面内に留まる。それでも、放電発生源の存在範囲は限定されるため、２つの電磁波センサ２ａ，２ｂを用いる意義がある。
　電磁波センサの個数を３つ以上として、放電発生源の存在範囲をさらに限定してもよい。

　この例では、電磁波センサ２ａ，２ｂからの信号は、波形合成後に、時間差を算出している。このように、合成された波形を用いることで、電磁波センサ２ａ，２ｂからの信号の時間差の算出精度を向上できる。

　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。これら新規な実施形態は、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ともに、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。

Claims

　交流電圧が印加される電力機器からの放電信号を含む、電磁波の信号を受信する電磁波センサと、
　前記電磁波の信号から、前記交流電圧の複数周期に亘る、複数の放電信号を抽出する抽出部と、
　前記複数の放電信号を、前記交流電圧の一周期に対応する波形に合成する合成部と、
　前記波形を時間－周波数解析して、周波数および位相と信号強度との関係を表す複数の係数を算出する解析部と、
を具備する電力機器の絶縁診断装置。
　前記抽出部は、閾強度を越えるピーク強度を有する信号を、放電信号として抽出する、
請求項１記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記抽出部は、前記閾強度を越えるピーク強度と、閾時間を越える時間幅と、を有する信号を、放電信号として抽出する、
請求項２記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記抽出部は、第１の極性を有する第１の波と、この第１の波と結合し、かつ前記第１の極性と逆の第２の極性を有する第２の波と、を含む信号を、放電信号として抽出する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記抽出部は、前記第２の波のピーク強度が、前記第１の波のピーク強度より小さい、前記信号を、放電信号として抽出する、
請求項４記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記複数の放電信号のうち、他の放電信号と位相上重なる第２の放電信号を、前記複数の放電信号から除去する除去部をさらに具備し、
　前記合成部が、前記第２の放電信号が除去された前記複数の放電信号を合成する、
　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記第２の放電信号のピーク強度が、前記他の放電信号のピーク強度より小さい、
　請求項６に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記解析部が、前記第２の放電信号に対応する値を、前記複数の係数のうち前記第２の放電信号に対応する位相の係数に乗じる、
　請求項６または７に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記解析部が、前記第２の放電信号を時間－周波数解析して、複数の第２の係数を算出し、前記複数の係数にそれぞれ加算して、複数の第３の係数を算出する、
　請求項６または７に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記複数の係数を基準周波数範囲内で加算する加算部をさらに具備する
　請求項１乃至９のいずれか１項に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記電磁波の信号中の３５ｋＨｚ～１８０ＭＨｚの周波数帯域の信号を通過させるバンドパスフィルタをさらに具備し、
　前記抽出部は、前記バンドパスフィルタを通過した電磁波の信号から、前記複数の放電信号を抽出する
請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　前記電磁波の信号を受信する第２の電磁波センサと、
　前記第２の電磁波センサが受信した電磁波の信号から、前記交流電圧の複数周期に亘る、複数の第２の放電信号を抽出する第２の抽出部と、
　前記複数の放電信号と前記複数の第２の放電信号の間の時間差を算出し、前記電力機器の放電箇所を特定する特定部と、
を具備する請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の電力機器の絶縁診断装置。
　交流電圧が印加される電力機器からの放電信号を含む、電磁波の信号を受信する工程と、
　前記電磁波の信号から、前記交流電圧の複数周期に亘る、複数の放電信号を抽出する工程と、
　前記複数の放電信号を、前記交流電圧の一周期に対応する波形に合成する工程と、
　前記波形を時間－周波数解析して、周波数および位相と信号強度との関係を表す複数の係数を算出する工程と、
を具備する電力機器の絶縁診断方法。