WO2019087288A1 - 部分放電検出装置および部分放電検出方法 - Google Patents

部分放電検出装置および部分放電検出方法 Download PDF

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WO2019087288A1
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partial discharge
unit
electromagnetic wave
imaging
image
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PCT/JP2017/039299
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English (en)
French (fr)
Inventor
田中　元史
広明 長
星野　俊弘
崇文 飯島
顕一 山崎
志村　尚彦
Original Assignee
株式会社東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/12—Testing 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

  • Embodiments of the present invention relate to a partial discharge detection device and a partial discharge detection method.
  • non-porcelain devices using a resin such as silicone as the insulating member are light in weight, low in cost, resistant to earthquakes, and fouling resistant due to good water repellant maintenance performance. Has attracted attention. For example, in Europe, the United States, and China, more than half of new dumplings have become polymer dumplings. In Japan as well, the design standard for polymer insulators has been issued, and may be rapidly spread in the future.
  • the partial discharge occurs on the surface of the non-porcelain device
  • the surface layer of the device is deteriorated by the discharge, the water repellency is impaired, and the fouling resistance is reduced, so that the withstand voltage characteristics can be rapidly reduced.
  • the strong partial discharge may erode or deform the surface layer of the device, making it difficult to maintain its function.
  • the mechanism of degradation is not clear because the degradation process by partial discharge is complicated, and the mounting results of non-porcelain devices are not yet sufficient, etc. Have difficulty. Therefore, the specifications of the device need to be designed with a sufficiently large margin, and the cost due to the overdesign and the cost due to excessive maintenance may be borne. In order to reduce such a burden, it is necessary to accurately grasp the deterioration status or the contamination status of the device. Therefore, it is preferable that the partial discharge occurring in the device can be detected with high accuracy.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a partial discharge detection device and a partial discharge detection method capable of detecting a partial discharge with high accuracy.
  • the partial discharge detection device of the embodiment has an imaging unit, an electromagnetic wave detection unit, and a control device.
  • the imaging unit captures an image of a measurement object of partial discharge.
  • the electromagnetic wave detection unit detects at least one of an electromagnetic wave generated from an alternating voltage applied to the measurement object and an electromagnetic wave generated from a partial discharge generated on the measurement object.
  • the control device controls at least one of an exposure time and an exposure timing of the imaging unit based on a detection result of the electromagnetic wave detection unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a partial discharge detection system according to a first embodiment.
  • 1 is a block diagram showing a functional configuration of a partial discharge detection system according to a first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing an exposure time and an exposure timing (first imaging mode) of the imaging unit of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing an exposure time and an exposure timing (second imaging mode) of the imaging unit of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a view showing an example of first image analysis by the image analysis unit of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a view showing an example of second image analysis by the image analysis unit of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the process flow of the partial discharge detection system of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a partial discharge detection system according to a second embodiment.
  • the figure which shows an example of the use environment of the partial discharge detection system of 3rd Embodiment.
  • the perspective view which shows the unmanned mobile body of 3rd Embodiment.
  • the block diagram which shows the function structure of the partial discharge detection system of 3rd Embodiment.
  • the partial discharge detection device 5 and the partial discharge detection system 1 of the present embodiment are a device and a system that detect a partial discharge generated in the measurement object M of the partial discharge.
  • the measurement object M is, for example, a polymer insulator, but is not limited thereto.
  • the object to be measured M can be widely applied to various devices (for example, outdoor installation devices) where partial discharge is concerned, and can also be applied to bushings of transmission and transformation devices, lightning arresters, interphase spacers, and the like.
  • AC voltage means AC voltage applied to the measurement object M unless otherwise specified.
  • FIG. 1 is a diagram showing an example of the configuration of a partial discharge detection system 1.
  • the partial discharge detection system 1 includes a partial discharge detection device 5 and a management device 6.
  • the partial discharge detection device 5 is positioned, for example, relative to the measurement object M, and acquires information on the measurement object M.
  • Partial discharge detection device 5 may be fixed at a specific position or may be movable. The partial discharge detection device 5 will be described in detail later.
  • the management device 6 is realized by, for example, an information processing device such as a computer.
  • the management device 6 can communicate with the partial discharge detection device 5 wirelessly or by wire.
  • the management device 6 may be able to communicate with the partial discharge detection device 5 via a network such as a local network or the Internet.
  • the management device 6 has, for example, an input receiving unit 6a and a monitor 6b.
  • the input reception unit 6 a includes an input device such as a touch panel, a keyboard, a mouse, and an operation lever, and receives an instruction of the operator with respect to the partial discharge detection device 5.
  • the monitor 6 b displays the information output from the partial discharge detection device 5.
  • the partial discharge detection device 5 includes, for example, an imaging unit 100, an electromagnetic wave detection unit 200, and a control device 300.
  • the imaging unit 100 captures an image of the measurement object M.
  • the imaging unit 100 includes, for example, a wavelength selection filter 110, a condenser lens 120, a solid-state imaging device 130, and a control unit 140.
  • the wavelength selection filter 110 is a filter that transmits light in a desired wavelength range and attenuates light in an undesired wavelength range.
  • FIG. 2 is a figure which shows the spectrum of sunlight and a partial discharge, and the quantum efficiency of the solid-state image sensor 130.
  • FIG. (A) in FIG. 2 shows the spectrum of the wavelength of sunlight.
  • the spectrum of the wavelength of sunlight is mainly distributed at 400 nm to 900 nm.
  • (B) in FIG. 2 shows the spectrum of the wavelength of the light emitted by the partial discharge.
  • the partial discharge is a discharge in air, and the emission wavelength is widely and intermittently distributed from the ultraviolet region to the visible region.
  • the wavelength selection filter 110 a wavelength selection filter that transmits near ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 380 nm and attenuates visible light having a wavelength of greater than 380 nm is adopted. Thereby, it is possible to emphasize and image near-ultraviolet light of 280 nm to 380 nm which is less affected by sunlight.
  • the wavelength selection filter 110 is preferably, for example, a filter having a high transmittance of near-ultraviolet light and a large attenuation of visible light.
  • permeability of visible light is preferable.
  • the wavelength selection filter 110 capable of simultaneously imaging the measurement object M and the light emission of the partial discharge is employed. That is, the wavelength selection filter 110 transmits near ultraviolet light by partial discharge and transmits visible light by sunlight reflected by the measurement object M to a certain extent. Thereby, both the measurement object M and the partial discharge appear in the image captured by the imaging unit 100.
  • the condenser lens 120 collects the light having passed through the wavelength selection filter 110 and transmits it to the solid-state imaging device 130.
  • As the condenser lens 120 a lens that transmits visible light and transmits near-ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 380 nm is adopted.
  • the solid-state imaging device 130 is a semiconductor device that converts light incident on the solid-state imaging device 130 into an electrical signal.
  • the solid-state imaging device 130 stores the light incident during a limited exposure time and converts it into an electrical signal.
  • (C) in FIG. 2 shows the spectral sensitivity characteristic of the solid-state imaging device 130 (indicated as "quantum efficiency" in the figure).
  • the solid-state imaging device 130 has peaks of spectral sensitivity characteristics in, for example, a first wavelength range (near ultraviolet range) having a wavelength of 200 nm to 380 nm and a second wavelength range (visible light range) having a wavelength greater than 380 nm. .
  • the solid-state imaging device 130 has one peak (first peak P1) in the first wavelength range and another peak (second peak P2) in the second wavelength range.
  • first peak P1 the first peak
  • second peak P2 another peak
  • the measurement object M and the light emission of the partial discharge can be imaged simultaneously (that is, as one image).
  • first peak P1 and second peak are given for the convenience of description and do not mean which is higher.
  • Either of the first peak P1 and the second peak P2 may be higher.
  • the wavelength selection filter 110 may be able to be omitted. If the wavelength selection filter 110 can be omitted, the cost of the partial discharge detection device 5 can be reduced.
  • a backside illuminated CCD (Charge-Coupled Device) image sensor or a backside illuminated CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) image sensor is adopted as the solid-state imaging device 130 sensitive to the ultraviolet region.
  • the solid-state imaging device 130 is not limited to the solid-state imaging device having the above two peaks in spectral sensitivity characteristics, and may be an image sensor having one peak ranging from the first wavelength range to the second wavelength range.
  • the control unit 140 supplies power to the solid-state imaging device 130, controls the exposure time and exposure timing of the solid-state imaging device 130, sets readout timing of image information captured by the solid-state imaging device 130, and reads out the image information. Etc. Furthermore, the control unit 140 has an interface function to the control device 300 that performs instructions regarding imaging and various settings.
  • the electromagnetic wave detection unit 200 detects at least one of an electromagnetic wave generated from an alternating voltage applied to the measurement object M and an electromagnetic wave generated from a partial discharge generated on the measurement object M.
  • the electromagnetic wave detection unit 200 includes, for example, an antenna 210 and an amplifier (amplification circuit) 220.
  • the antenna 210 converts at least one of the electromagnetic wave generated from the alternating voltage and the electromagnetic wave generated from the partial discharge into an electrical signal, and outputs the converted electrical signal to the amplifier 220.
  • the antenna 210 is, for example, an antenna having directivity, for example, a dipole antenna.
  • the antenna 210 has directivity in a specific frequency band corresponding to an electromagnetic wave generated at least from a partial discharge. If a directional antenna is employed, it can also be used for searching for the direction of partial discharge.
  • the amplifier 220 amplifies the electrical signal input from the antenna 210 and outputs the amplified electrical signal to the control device 300.
  • the amplifier 220 amplifies a signal of a specific frequency band corresponding to the electromagnetic wave generated from the partial discharge.
  • the amplifier 220 is a circuit that amplifies only the signal of the specific frequency band.
  • the directivity of the antenna 210 can be improved by providing the amplifier 220 for amplifying such a signal of a specific frequency band.
  • the control device 300 controls at least one of the exposure time and the exposure timing of the imaging unit 100 based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200. In the present embodiment, the control device 300 controls both the exposure time and the exposure timing of the imaging unit 100 based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200.
  • each functional unit of the control device 300 described below and the control unit 140 described above has a hardware processor such as a central processing unit (CPU) or a graphics processing unit (GPU) stored in the storage unit. It is realized by executing a program (software).
  • some or all of these functional units are hardware (circuits) such as LSI (Large Scale Integration), ASIC (Application Specific Integrated Circuit), FPGA (Field-Programmable Gate Array), and GPU (Graphics Processing Unit). Circuit (including circuitry) or may be realized by cooperation of software and hardware.
  • a part or all of each functional unit of the control device 300 described below may be provided in the control unit 140.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of the partial discharge detection system 1.
  • the control device 300 includes, for example, an instruction information acquisition unit 310, a movement control unit 320, an electromagnetic wave information processing unit 330, an imaging control unit 340, an image information processing unit 350, and an information output unit 360.
  • the instruction information acquisition unit 310 acquires from the management device 6 the operator's instruction input to the input reception unit 6 a of the management device 6.
  • the instruction acquired by the instruction information acquiring unit 310 is, for example, an instruction to move the partial discharge detection device 5 to a desired position or direct it in a desired direction using a drive mechanism (not shown) of the partial discharge detection device 5, the imaging unit 100
  • An instruction to start imaging by the above, an instruction to end imaging by the imaging unit 100, and the like are not limited to these.
  • the instruction information acquisition unit 310 outputs an instruction on the movement of the partial discharge detection device 5 to the movement control unit 320.
  • the instruction information acquisition unit 310 outputs an instruction to start imaging and an instruction to end imaging to the imaging unit 100.
  • the imaging unit 100 starts or ends imaging of the measurement target M based on the instruction received from the instruction information acquisition unit 310.
  • the movement control unit 320 controls a drive mechanism (not shown) of the partial discharge detection device 5 based on an instruction from the instruction information acquisition unit 310, and changes at least one of the position and the orientation of the partial discharge detection device 5. For example, the movement control unit 320 changes at least one of the position and the orientation of the partial discharge detection device 5 so as to approach a part where a partial discharge is generated or to face a part where a partial discharge is generated. .
  • the movement control unit 320 may change at least one of the position and the orientation of the imaging unit 100 based on the determination result of the orientation determination unit 334 described later, instead of the instruction from the instruction information acquisition unit 310.
  • the electromagnetic wave information processing unit 330 includes, for example, an electromagnetic wave information acquisition unit 331, an AC voltage phase detection unit 332, a partial discharge phase detection unit 333, and an azimuth determination unit 334.
  • the electromagnetic wave information processing unit 330 does not have to include both of the AC voltage phase detection unit 332 and the partial discharge phase detection unit 333 but may have only one of them.
  • the electromagnetic wave information acquisition unit 331 acquires information on the electromagnetic wave detected by the electromagnetic wave detection unit 200 from the electromagnetic wave detection unit 200.
  • the “information on electromagnetic waves” is generated from a signal output from the antenna 210 or the amplifier 220 according to an electromagnetic wave generated from an alternating voltage applied to the measurement object M, or a partial discharge generated in the measurement object M It is a signal or the like output from the antenna 210 or the amplifier 220 based on an electromagnetic wave.
  • the electromagnetic wave information acquisition unit 331 outputs the information acquired from the electromagnetic wave detection unit 200 as the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200 to the AC voltage phase detection unit 332, the partial discharge phase detection unit 333, and the direction determination unit 334.
  • the AC voltage phase detection unit 332 detects the cycle and phase of the AC voltage based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200 regarding the electromagnetic wave generated from the AC voltage applied to the measurement object M. For example, the AC voltage phase detection unit 332 detects the cycle and phase of the AC voltage based on the temporal change of the intensity of the electromagnetic wave generated from the AC voltage. Accordingly, the AC voltage phase detection unit 332 can provide the imaging control unit 340 with information for setting an exposure timing synchronized with the phase of the AC voltage. Information on the cycle and phase of the AC voltage detected by the AC voltage phase detection unit 332 is output to the imaging control unit 340 as phase information of the AC voltage.
  • the partial discharge phase detection unit 333 determines the generation timing of the partial discharge in the measurement object M (for example, an AC voltage corresponding to the generation time) based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200 regarding the electromagnetic wave generated from the partial discharge generated in the measurement object M Detects the phase of For example, the partial discharge phase detection unit 333 detects the generation timing of the partial discharge based on the temporal change of the intensity of the electromagnetic wave generated from the partial discharge. Thereby, the partial discharge phase detection unit 333 can provide the imaging control unit 340 with information for setting the exposure timing in synchronization with the generation timing of the partial discharge. Information on the generation timing of the partial discharge detected by the partial discharge phase detection unit 333 is output to the imaging control unit 340 as generation timing information on the partial discharge.
  • the partial discharge phase detection unit 333 determines the generation timing of the partial discharge in the measurement object M (for example, an AC voltage corresponding to the generation time) based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200 regarding the electromagnetic wave generated from the partial discharge generated in the measurement object M Detect
  • the azimuth determination unit 334 determines the partial discharge detection direction (partial discharge detection device based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200). Determine the azimuth) when viewed from 5). For example, the direction determining unit 334 determines the direction in which the partial discharge occurs based on the information indicating the strength of the signal from the antenna 210 at each time point and the information indicating the direction of the antenna 210 at each time point. The determination result by the direction determining unit 334 is sent to the information output unit 360. Further, the determination result by the direction determining unit 334 may be output to the movement control unit 320.
  • the imaging control unit 340 sets an exposure time and an exposure timing of the imaging unit 100.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating an example of the exposure time and the exposure timing of the imaging unit 100.
  • the waveform shown in FIG. 4 indicates an AC voltage applied to the measurement object M.
  • the period of the AC voltage is ⁇ .
  • the timing at which the AC voltage has a phase is referred to as a reference time t0.
  • t0 the timing of one peak of the AC voltage is taken.
  • the exposure time of the imaging unit 100 is dt.
  • the imaging control unit 340 includes, for example, an exposure time setting unit 341, an exposure timing setting unit 342, and an imaging mode switching unit 343.
  • the exposure time setting unit 341 sets the exposure time dt of the imaging unit 100 based on the cycle of the alternating voltage detected by the alternating voltage phase detection unit 332, for example.
  • the exposure time dt is preferably set, for example, to 1 ⁇ 4 or less of the cycle of the AC voltage applied to the measurement object M.
  • the shape and shape of the discharge are different for each 1 ⁇ 4 of the cycle of the AC voltage depending on the magnitude and polarity of the applied voltage. For this reason, it is in order to enable an exact diagnosis by imaging these separately.
  • the exposure time setting unit 341 is not based on the cycle of the AC voltage detected by the AC voltage phase detection unit 332, but is based on the cycle of the AC voltage estimated from the generation timing of the partial discharge.
  • An exposure time dt of 100 may be set.
  • the exposure time setting unit 341 outputs information indicating the length of the set exposure time dt to the control unit 140 of the imaging unit 100.
  • the control unit 140 controls the imaging unit 100 to capture an image of the measurement target M at the exposure time dt set by the exposure time setting unit 341.
  • the exposure timing setting unit 342 sets the exposure timing of the imaging unit 100 based on, for example, the phase of the AC voltage detected by the AC voltage phase detection unit 332. For example, the exposure timing setting unit 342 sets the exposure timing of the imaging unit 100 at a peak of the AC voltage, after a lapse of 1 ⁇ 4 of the cycle from the peak, and after a lapse of 1 ⁇ 2 of the cycle from the peak. And it sets based on at least 2 types of timings selected from within 3/4 progress of the said period from the said peak time. In the present embodiment, when the AC voltage is peaked, the exposure timing setting unit 342 sets a period of 1 ⁇ 4 of the cycle after the peak, a half of the cycle from the peak, and 1 ⁇ 2 of the cycle. The exposure timing of the imaging unit 100 is set based on four types of timing after 3/4 of the cycle.
  • N in the formula is an integer of 0 or more.
  • the exposure timing setting unit 342 outputs information indicating the set exposure timing to the control unit 140 of the imaging unit 100.
  • the control unit 140 captures an image of the measurement target M at the exposure timing set by the exposure timing setting unit 342.
  • the exposure timing setting unit 342 may set the exposure timing of the imaging unit 100 based on the generation timing of the partial discharge detected by the partial discharge phase detection unit 333 instead of the phase of the alternating voltage.
  • the imaging mode switching unit 343 switches the imaging mode by the imaging unit 100.
  • the generation timing of the corona discharge and the dielectric barrier discharge are different.
  • the imaging mode switching unit 343 controls the control unit 140 so as to image the measurement target M in a plurality of imaging modes (first imaging mode and second imaging mode) whose imaging timings are different from each other.
  • the control unit 140 captures an image of the measurement target M in the imaging mode in which the exposure start time is the peak time of the AC voltage as the first imaging mode.
  • FIG. 4 is a diagram showing a first imaging mode. As shown in FIG. 4, the control unit 140 has four periods of ta to (ta + dt), tb to (tb + dt), tc to (tc + dt), and td to (td + dt), respectively.
  • An object of measurement M is imaged.
  • the first imaging mode when the partial discharge is corona discharge, positive discharge is imaged between ta and (ta + dt). A negative discharge is imaged between tc and (tc + dt).
  • FIG. 5 is a diagram showing a second imaging mode.
  • the control unit 140 as shown in FIG. 5, is between (ta-dt) and ta, between (tb-dt) and tb, between (tc-dt) and tc, and between (td-dt) and td.
  • Image of the object to be measured M in four periods between According to the second imaging mode, when the partial discharge is a dielectric barrier discharge, the discharge at the time of voltage increase is imaged between (ta ⁇ dt) and ta.
  • the image information processing unit 350 acquires and analyzes an image captured by the imaging unit 100.
  • the image information processing unit 350 includes, for example, an image information acquisition unit 351 and an image analysis unit 352.
  • the image information acquisition unit 351 acquires an image captured by the imaging unit 100 from the imaging unit 100.
  • FIG. 6 is a diagram showing an example of the first image analysis by the image analysis unit 352.
  • Images (A) to (D) in FIG. 6 show an example of an image of an image taken on the outdoor measurement object M in the soiled and wet state.
  • These images (A) to (D) are captured using the above-mentioned four types of exposure timings (ta, tb, tc, td) as the exposure start time.
  • the images (A), (B), (C), and (D) are, for example, between ta and (ta + dt), between tb and (tb + dt), and between tc and (tc + dt) in FIG. And td to (td + dt).
  • symbol D1 in a figure shows the fouling on a measuring object M, and the fouling.
  • symbol D2 in a figure shows the raindrop etc. on the measurement object M.
  • the image analysis unit 352 performs subtraction processing of subtracting the pixel value of the same position of the image (B) from the pixel value of the image (A) as the first image analysis. Thereby, the image analysis unit 352 generates an image (S1). In the image (S1), the background light present in the image (A) and the image of the surrounding object are canceled, and only the discharge light emission between ta and (ta + dt) is extracted. Further, the image analysis unit 352 performs subtraction processing of subtracting the pixel value of the same position of the image (D) from the pixel value of the image (C). Thereby, the image analysis unit 352 generates an image (S2).
  • the background light present in the image (C) and the image of the surrounding object are canceled, and only discharge light emission between tc and (tc + dt) is extracted.
  • the image analysis unit 352 may subtract the image (B) or the image (D) from a combination of the image (A) and the image (C) by comparison synthesis. Thereby, the image analysis unit 352 generates an image (S3).
  • the background light present in the images (A) and (C) and the image of the surrounding object are canceled, and the discharge light emission between ta and (ta + dt) and the discharge light emission between tc and (tc + dt) Only is extracted.
  • the image (S3) may be obtained by subjecting the image (S1) and the image (S2) to an addition process.
  • the SN ratio (Signal-Noise ratio) can be improved even under strong background light, and the generation position, shape, and shape of the discharge can be clearly observed.
  • a plurality of images obtained by comparing and combining a plurality of images in which N is changed in the above equation (a) may be used. Good. Similar processing can be performed on images (B) to (D).
  • Each of the images (S1), (S2), and (S3) is an example of an image that can specify the generation position, shape, and form of the partial discharge.
  • FIG. 7 is a diagram showing an example of second image analysis by the image analysis unit 352.
  • Images (A1) to (A4) in FIG. 7 show an example of images of the images captured on the outdoor measurement object M in the soiled and wet state.
  • These images (A1) to (A4) are images taken with the exposure timing ta described above as the exposure start time and with some changes in the value of N. That is, the images (A1) to (A4) are images captured at a plurality of time points when the phases of the AC voltages are the same.
  • These images (A1) to (A4) are images in which the time has passed in the order of (A1), (A2), (A3) and (A4).
  • the contamination deposit D1 and the discharge developing therefrom are imaged in substantially the same manner across all the images.
  • the raindrops D2 on the lower right side dry and become smaller with time, and the extension of the discharge also changes from time to time.
  • the lower left raindrop D2 moves with time, and the discharge moves accordingly.
  • the image analysis unit 352 averages the images (A1) to (A4) as the second image analysis.
  • “Averaging process” means a process of adding pixel values at the same position of a plurality of images and dividing the added pixel value by a predetermined value (for example, the number of images added). Thereby, the image analysis unit 352 generates an image (T).
  • image (T) those of the images (A1) to (A4) whose positions do not change remain as they are, and those whose positions change are thin.
  • Such processing can detect a stagnant discharge.
  • the image (T) is an example of an image capable of detecting stagnant partial discharge.
  • the image analysis unit 352 performs, as a third image analysis, an image analysis for identifying whether the partial discharge is a corona discharge or a dielectric barrier discharge. For example, when a partial discharge is observed in the image captured in the above-described first imaging mode, the image analysis unit 352 determines that the discharge is a corona discharge. Further, the image analysis unit 352 compares the image captured in the first imaging mode with the image captured in the second imaging mode, and the discharge phenomenon appearing in the image captured in the second imaging mode is the first If the discharge does not appear in the image captured in the imaging mode, it is determined that the discharge is a dielectric barrier discharge. These determination results are an example of information that can identify the type of partial discharge.
  • the image analysis unit 352 outputs, to the information output unit 360, analysis results of image analysis (for example, images generated by the first and second image analysis and determination contents determined by the third image analysis).
  • the information output unit 360 outputs the analysis result received from the image analysis unit 352 to the management device 6.
  • the information output unit 360 may output the image (raw data before image analysis) captured by the imaging unit 100 to the management device 6.
  • a part or all of the image analysis unit 352 may be provided in the management device 6 instead of the partial discharge detection device 5.
  • the information output unit 360 may output the determination result of the direction determination unit 334 to the management device 6.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the process flow of the partial discharge detection system 1.
  • the electromagnetic wave detection unit 200 detects at least one of an electromagnetic wave generated from an alternating voltage applied to the measurement object M and an electromagnetic wave generated from a partial discharge generated on the measurement object M (S102).
  • the direction determination unit 334 determines the direction in which the partial discharge exists (S104). Then, based on the determination result of the direction determination unit 334, the movement control unit 320 causes the partial discharge detection device 5 to approach the generation point of the partial discharge or directs the imaging unit 100 to the generation point of the partial discharge. At least one of the position and the orientation of the discharge detection device 5 is changed (S106).
  • the AC voltage phase detection unit 332 detects the cycle and phase of the AC voltage applied to the measurement object M (S108).
  • the partial discharge phase detection unit 333 may detect the generation timing of the partial discharge instead of or in addition to the processing of S108.
  • the imaging control unit 340 Set the exposure time and exposure timing.
  • the imaging unit 100 captures an image of the measurement target M in the exposure time and exposure timing set by the imaging control unit 340 and the imaging mode instructed by the imaging control unit 340 (S112).
  • Imaging of the measurement object M is performed, for example, at the four types of exposure timings (ta, tb, tc, td) in one cycle ⁇ of the AC voltage.
  • imaging of the measurement target M is performed at a plurality of time points in which the AC voltages have the same phase. Further, imaging of the measurement target M is performed in the first imaging mode and the second imaging mode.
  • the image analysis unit 352 performs image analysis on the image captured by the imaging unit 100. For example, the image analysis unit 352 performs the first image analysis described above to generate an image capable of specifying the generation position of the partial discharge and the shape and form of the partial discharge. The image analysis unit 352 performs the above-described second image analysis to generate an image capable of detecting the stagnant partial discharge. The image analysis unit 352 performs the above-described third image analysis to generate information capable of identifying the type of partial discharge.
  • the information output unit 360 outputs the analysis result of the image analysis by the image analysis unit 352 (or the raw data before the image analysis) to the management device 6. Thus, the processing of this flow ends.
  • the partial discharge detection device 5 includes the electromagnetic wave detection unit 200 and the control device 300.
  • the control device 300 controls at least one of the exposure time and the exposure timing of the imaging unit 100 based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200.
  • at least one of the exposure time and the exposure timing of the imaging unit 100 is set based on the cycle or phase of the AC voltage applied to the measurement object M or the generation timing of the partial discharge. Can. This makes it possible to acquire an image of a more advanced and delicate partial discharge. As a result, partial discharge can be detected with high accuracy.
  • the partial discharge can be detected with high accuracy.
  • the partial discharge can be detected with high accuracy, and while the degradation state or the contamination state of the measurement object M due to the partial discharge outdoors is regularly grasped, the cleaning / replacement of the device component can be performed. It is possible to properly set the timing of and to use the maintenance of the condition standard. As a result, it is possible to reduce the cost burden due to overdesign of the transmission and transformation equipment and to reduce the cost burden due to excessive maintenance. As a result, it is possible to reduce the operation costs of the transmission and transformation equipment.
  • the imaging unit 100 includes a condenser lens 120 that transmits near-ultraviolet light having a wavelength of 200 nm to 380 nm.
  • the imaging unit 100 also has peaks of spectral sensitivity characteristics in a first wavelength range of 200 nm to 380 nm and a second wavelength range of greater than 380 nm. According to these configurations, near-ultraviolet light of 280 nm to 380 nm, which is less affected by sunlight, can be effectively captured in an image. This makes it possible to obtain an image of a more advanced and delicate partial discharge.
  • the imaging unit 100 includes a backside illuminated CCD image sensor or a backside illuminated CMOS image sensor. According to such a configuration, near-ultraviolet light of 280 nm to 380 nm, which is less affected by sunlight, can be effectively captured in an image. This makes it possible to obtain an image of a more advanced and delicate partial discharge.
  • the electromagnetic wave detection unit 200 has a dipole antenna. According to such a configuration, it is possible to use the directivity of the dipole antenna to bring the imaging unit 100 closer to the part where partial discharge is occurring, or to turn the direction of the imaging unit 100 or the like. This makes it possible to obtain an image of a more advanced and delicate partial discharge.
  • the electromagnetic wave detection unit 200 has an amplification circuit that amplifies a signal in the frequency band of the electromagnetic wave generated from the partial discharge. According to such a configuration, the directivity of the electromagnetic wave detection unit 200 can be improved. As a result, the imaging unit 100 can be brought closer to the part where the partial discharge has occurred more accurately, or the orientation of the imaging unit 100 can be oriented. This makes it possible to obtain an image of a more advanced and delicate partial discharge.
  • the AC voltage phase detection unit 332 detects the phase of the AC voltage applied to the measurement object M based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit 200.
  • the exposure timing setting unit 342 sets the exposure timing of the imaging unit 100 based on the phase of the AC voltage. According to such a configuration, the partial discharge can be imaged in synchronization with the generation timing of the partial discharge. This makes it possible to obtain an image of a more advanced and delicate partial discharge.
  • the partial discharge phase detection unit 333 detects the generation timing of the partial discharge generated in the measurement object M. Then, the exposure timing setting unit 342 sets the exposure timing of the imaging unit 100 based on the generation timing of the partial discharge. According to such a configuration, the partial discharge can be imaged in synchronization with the generation timing of the partial discharge. This makes it possible to acquire an image of a more advanced and delicate partial discharge.
  • the image analysis unit 352 averages a plurality of images captured at a plurality of points in time to generate an image capable of detecting a stagnant partial discharge. According to such a configuration, it is possible to easily grasp the generation position of the stagnant partial discharge, and warn of the need for cleaning or replacement of a part where the stagnant discharge is generated.
  • the image from which the stagnant discharge is extracted can also be used for diagnosing the degree of deterioration or the degree of contamination.
  • the image analysis unit 352 performs addition processing or subtraction processing on the images captured at at least two types of timing to generate an image that can specify the generation position of the partial discharge. According to such a configuration, the generation position of the partial discharge can be easily grasped.
  • the image analysis unit 352 compares the image captured with the peak time of the AC voltage as the exposure start time with the image captured with the peak time of the AC voltage as the exposure end time, and the partial discharge is corona discharge. It generates information that can distinguish whether it is due to or dielectric barrier discharge. According to such a configuration, the type of partial discharge can be easily grasped.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in that the wavelength selection filter 110 used is changed according to the illuminance at the site, the state of the device surface, weather conditions and the like.
  • the configuration other than that described below is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 9 is a block diagram showing a functional configuration of the partial discharge detection system 1 of the present embodiment.
  • the partial discharge detection device 5 includes an ambient illuminance detection unit 400 in addition to the configuration of the first embodiment.
  • the ambient illumination detection unit 400 has a sensor that detects the intensity of visible light, and detects the illumination around the measurement object M.
  • the ambient illuminance detection unit 400 outputs a detection result indicating the illuminance around the measurement object M to the control device 300.
  • the imaging unit 100 includes a plurality of wavelength selection filters 110 (a first filter 110A, a second filter 110B, a third filter 110C,).
  • the plurality of wavelength selection filters 110 have different attenuation rates in a wavelength range (visible light range) where the wavelength is greater than 380 nm.
  • the wavelength selection filter 110 facing the condenser lens 120 can be dynamically selected from among the plurality of wavelength selection filters 110 by a revolver or other mechanism.
  • the imaging unit 100 may have the wavelength selection filter 110 capable of dynamically changing the attenuation factor, instead of having the plurality of wavelength selection filters 110.
  • the imaging control unit 340 has a filter selection unit 344.
  • the filter selection unit 344 selects the wavelength selection filter 110 to be used according to the illuminance around the measurement object M based on the detection result of the ambient illuminance detection unit 400. For example, when the illuminance around the measurement target M is low, the filter selection unit 344 selects the wavelength selection filter 110 having a relatively low attenuation factor in the visible light range among the plurality of wavelength selection filters 110. On the other hand, when the illuminance around the object to be measured M is high, the filter selection unit 344 selects the wavelength selection filter 110 having a relatively high attenuation factor in the visible light range among the plurality of wavelength selection filters 110.
  • Information indicating the selected wavelength selection filter 110 is output from the imaging control unit 340 to the imaging unit 100.
  • the imaging unit 100 performs imaging using the wavelength selection filter 110 selected by the filter selection unit 344.
  • the filter selection unit 344 outputs information for specifying the attenuation factor of the wavelength selection filter 110 to the imaging unit 100.
  • the object to be measured M can be imaged using the wavelength selection filter 110 according to the illuminance of the site, the state of the device surface, the weather conditions, and the like. This makes it possible to acquire an image of a more advanced and delicate partial discharge.
  • the partial discharge detection device 5 may have an image selection unit 352 a as a part of the image analysis unit 352 instead of having the filter selection unit 344.
  • the imaging unit 100 arranges a plurality of wavelength selection filters 110 having different attenuation rates in the visible light range on the surface of the condensing lens 120 and simultaneously captures images. Then, the image selection unit 352 a selects one or more appropriate images from among the images simultaneously captured using the plurality of wavelength selection filters 110, and outputs the image to the image information processing unit 350.
  • the “suitable image” means an image in which both the measurement object M and the partial discharge are clearly shown, and at least one of the position, the shape, the shape, and the intensity of the partial discharge can be confirmed. According to such a configuration, an appropriate image can be obtained without using a mechanical drive mechanism.
  • the present embodiment differs from the first embodiment in that the partial discharge detection device 5 is mounted on an unmanned mobile unit F such as a drone.
  • the configuration other than that described below is the same as that of the first embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a use environment of the partial discharge detection system 1 of the third embodiment.
  • the unmanned mobile unit F is used in the vicinity of a power transmission facility including a transformer, a lightning arrester, a switchgear and the like (not shown) in addition to the steel tower 501, the electric wire 502, and the insulator 503.
  • the unmanned mobile unit F is, for example, a drone.
  • the forceps 503 is an example of the measurement object M.
  • FIG. 11 is a perspective view showing the unmanned mobile body F.
  • the unmanned mobile body F includes a housing 601, a rotary wing 602, and a partial discharge detection device 5.
  • the housing 601 accommodates the partial discharge detection device 5.
  • the rotary wing 602 is driven by a motor (not shown) to move the unmanned mobile body F.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a functional configuration of the partial discharge detection system 1 of the present embodiment.
  • the control device 300 includes a movement control unit 320A that controls the movement of the unmanned mobile body F.
  • the movement control unit 320A determines the movement content based on the operation of the operator on the management device 6 acquired by the instruction information acquisition unit 310. Further, in the present embodiment, the movement control unit 320A moves the unmanned mobile body F toward the direction in which the partial discharge determined by the direction determining unit 334 is present.
  • the partial discharge detection device 5 of the present embodiment can be configured without a large structure or a heavy load, it can be mounted on an unmanned mobile unit F such as a drone.
  • the unmanned mobile unit F is not limited to a flying unit, and may be a mobile unit (for example, a vehicle) moving on the ground or a mobile unit (for example, a ship) moving on the sea.
  • the amplifier 220 may be omitted.
  • the antenna 210 may directly output the electric signal obtained by converting the electromagnetic wave to the control device 300.
  • the partial discharge detection device 5 may not have a drive mechanism for changing the position or the orientation of the partial discharge detection device 5.
  • the instruction information acquisition unit 310 and the movement control unit 320 may be omitted.
  • the processing of S104 and S106 shown in FIG. 8 may be omitted.
  • the partial discharge detection device 5 may include a sensor 701 having at least one function of a thermo-hygrometer and a weather sensor, and a storage unit 702 that stores weather information detected by the sensor 701 (see FIG. 3).
  • the storage unit 702 is realized by, for example, a semiconductor memory chip or another storage medium.
  • Storage unit 702 stores, for example, each of the image captured by imaging unit 100 and the image and information generated by image information processing unit 350 in association with weather information at the time of partial discharge imaging. Ru.
  • the information output unit 360 outputs the image captured by the imaging unit 100 or the image and information generated by the image information processing unit 350 to the management device 6, the information output unit 360 associates the weather with the weather stored in the storage unit 702. Information may be output.
  • the partial discharge detection device 5 may have a weather information acquisition unit 703 (see FIG. 3) for acquiring weather information of the area from meteorological station data etc., instead of the sensor 701.
  • the weather information acquisition unit 703 may obtain the above information via the management device 6, or may obtain the above information directly from a network or an external device.
  • At least one of the exposure time and the exposure timing of the imaging unit is controlled based on the detection result of the electromagnetic wave detection unit, so partial discharge can be detected with high accuracy.
  • SYMBOLS 1 Partial discharge detection system, 5 ... Partial discharge detection apparatus, 100 ... Imaging part, 110 ... Wavelength selection filter, 120 ... Condenser lens, 130 ... Solid-state image sensor, 140 ... Control part, 200 ... Electromagnetic wave detection part, 210 ... Antenna, 220 ... amplifier (amplifier circuit), 300 ... control device, M ... measurement object.

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Abstract

実施形態の部分放電検出装置は、撮像部と、電磁波検出部と、制御装置とを持つ。前記撮像部は、部分放電の測定対象物の画像を撮像する。前記電磁波検出部は、前記測定対象物に印加される交流電圧から発生する電磁波および前記測定対象物に生じる部分放電から発生する電磁波のうち少なくとも一方を検出する。前記制御装置は、前記電磁波検出部の検出結果に基づき、前記撮像部の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を制御する。

Description

部分放電検出装置および部分放電検出方法
　本発明の実施形態は、部分放電検出装置および部分放電検出方法に関する。
　世界的に電力料金の競争が激しくなる中、各電力会社にとって送変電機器の運用コストの削減は喫緊の課題である。
　送変電機器のうち、送電線や変圧器などの屋外設置機器では、高電圧部の絶縁性能を良好に維持して、地絡・短絡事故を防ぐことが大原則となっている。これに用いられている碍子のような機器は、これまで主に磁器製の機器が用いられている。そして、その汚損耐電圧特性は、十分な経験をもとに十分な設計マージンを見込んで設計されている。また、磁器製の機器の表面で発生する部分放電は、機器自身の性能を低下させるリスクは小さい。
　一方、絶縁部材としてシリコーンなどの樹脂を使用した非磁器製の機器は、軽量性、低コスト性、地震時における耐久性、および良好な撥水性の維持性能に起因する耐汚損性などの観点から注目を集めている。例えば、欧米や中国においては新規碍子の半数以上がポリマー碍子となってきている。日本においても、ポリマー碍子の設計規格が発行されたことなどから、今後急速に普及する可能性がある。
　ところで、非磁器製の機器の表面で部分放電が発生した場合、機器の表層が放電によって劣化し、撥水性を損い、耐汚損性が低下することで、急速に耐電圧特性が低下する可能性がある。また、強い部分放電によって機器の表層が侵食されたり変形して、機能の維持が困難になることもある。ここで、部分放電による劣化プロセスが複雑であること、非磁器製の機器の搭載実績がまだ十分でないことなどから、劣化のメカニズムが明確になっておらず、定量的な劣化寿命予測は現状では困難である。そのため、機器の仕様は、十分に過大なマージンを取って設計する必要があり、その過大設計によるコスト、および過剰なメンテナンスによるコストが負担となる場合がある。このような負担を減らすためには、機器の劣化状況または汚損状況を精度良く把握する必要がある。このため、機器に生じる部分放電を高精度で検出することができると好ましい。
日本国特開２０１５－２１０１３０号公報
　本発明が解決しようとする課題は、部分放電を高精度で検出することができる部分放電検出装置および部分放電検出方法を提供することである。
　実施形態の部分放電検出装置は、撮像部と、電磁波検出部と、制御装置とを持つ。前記撮像部は、部分放電の測定対象物の画像を撮像する。前記電磁波検出部は、前記測定対象物に印加される交流電圧から発生する電磁波および前記測定対象物に生じる部分放電から発生する電磁波のうち少なくとも一方を検出する。前記制御装置は、前記電磁波検出部の検出結果に基づき、前記撮像部の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を制御する。
第１の実施形態の部分放電検出システムの構成を示す図。 第１の実施形態の太陽光および部分放電のスペクトルと、固体撮像素子の量子効率を示す図。 第１の実施形態の部分放電検出システムの機能構成を示すブロック図。 第１の実施形態の撮像部の露光時間および露光タイミング（第１撮像モード）を示す図。 第１の実施形態の撮像部の露光時間および露光タイミング（第２撮像モード）を示す図。 第１の実施形態の画像解析部による第１画像解析の一例を示す図。 第１の実施形態の画像解析部による第２画像解析の一例を示す図。 第１の実施形態の部分放電検出システムの処理の流れの一例を示すフローチャート。 第２の実施形態の部分放電検出システムの機能構成を示すブロック図。 第３の実施形態の部分放電検出システムの使用環境の一例を示す図。 第３の実施形態の無人移動体を示す斜視図。 第３の実施形態の部分放電検出システムの機能構成を示すブロック図。
　以下、実施形態の部分放電検出装置および部分放電検出方法を、図面を参照して説明する。なお以下の説明では、略同じまたは類似の機能を有する構成に同一の符号を付す。そして、それら構成の重複する説明は省略する場合がある。
　（第１の実施形態）
　図１から図８を参照し、第１の実施形態の部分放電検出装置５を含む部分放電検出システム１について説明する。本実施形態の部分放電検出装置５および部分放電検出システム１は、部分放電の測定対象物Ｍに生じる部分放電を検出する装置およびシステムである。測定対象物Ｍは、例えばポリマー碍子であるが、これに限定されない。測定対象物Ｍは、部分放電が懸念される種々の機器（例えば屋外設置機器）に広く適用可能であり、送変電機器のブッシングや、避雷器、相間スペーサなどにも適用可能である。また以下の説明において、特段の説明がない限り、「交流電圧」とは、測定対象物Ｍに印加される交流電圧を意味する。
　図１は、部分放電検出システム１の構成の一例を示す図である。部分放電検出システム１は、部分放電検出装置５と、管理装置６とを有する。部分放電検出装置５は、例えば測定対象物Ｍに相対して位置し、測定対象物Ｍに関する情報を取得する。部分放電検出装置５は、特定位置に固定されていてもよく、移動可能であってもよい。部分放電検出装置５については、詳しく後述する。
　管理装置６は、例えば、コンピュータのような情報処理装置により実現される。管理装置６は、部分放電検出装置５と無線または有線で通信可能である。管理装置６は、ローカルネットワークまたはインターネットのようなネットワークを介して部分放電検出装置５と通信可能でもよい。管理装置６は、例えば、入力受付部６ａと、モニタ６ｂとを有する。入力受付部６ａは、タッチパネル、キーボード、マウス、操作レバーのような入力装置を含み、部分放電検出装置５に対するオペレータの指示を受け付ける。モニタ６ｂには、部分放電検出装置５から出力される情報が表示される。
　次に、部分放電検出装置５について詳しく説明する。部分放電検出装置５は、例えば、撮像部１００、電磁波検出部２００、および制御装置３００を有する。
　撮像部１００は、測定対象物Ｍの画像を撮像する。撮像部１００は、例えば、波長選定フィルタ１１０、集光レンズ１２０、固体撮像素子１３０、および制御部１４０を有する。
　波長選定フィルタ１１０は、所望の波長域の光を透過させ、所望しない波長域の光を減衰させるフィルタである。ここで、図２は、太陽光および部分放電のスペクトルと、固体撮像素子１３０の量子効率を示す図である。図２中の（ａ）は、太陽光の波長のスペクトルを示す。太陽光の波長のスペクトルは、主に４００ｎｍ～９００ｎｍに分布している。図２中の（ｂ）は、部分放電による発光の波長のスペクトルを示す。部分放電は、空気中の放電であり、その発光の波長は紫外域から可視域まで広く断続的に分布している。このため、波長選定フィルタ１１０の一例としては、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を透過させ、且つ、波長が３８０ｎｍよりも大きな可視光線を減衰させる波長選定フィルタが採用される。これにより、太陽光の影響の少ない２８０ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を強調して撮像することができる。
　波長選定フィルタ１１０は、例えば、近紫外光の透過率が高く、可視光の減衰率が大きいフィルタが好ましい。ただし、測定対象物Ｍにおける部分放電の発生位置を正確に特定するため、可視光の透過率が一定程度あるフィルタが好ましい。本実施形態では、測定対象物Ｍと部分放電の発光とが同時に撮像できる波長選定フィルタ１１０が採用される。すなわち、波長選定フィルタ１１０は、部分放電による近紫外光を透過させるとともに、測定対象物Ｍで反射した太陽光による可視光を一定程度透過させる。これにより、撮像部１００により撮像された画像に、測定対象物Ｍと部分放電の両方が写る。
　集光レンズ１２０は、波長選定フィルタ１１０を通過した光を集めて固体撮像素子１３０に向けて通す。集光レンズ１２０としては、可視光を透過させるとともに、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を透過させるレンズが採用される。
　固体撮像素子１３０は、固体撮像素子１３０に入射した光を電気信号に変換する半導体素子である。固体撮像素子１３０は、有限の露光時間の間に入射した光を記憶して電気信号に変換する。図２中の（ｃ）は、固体撮像素子１３０の分光感度特性（図中では「量子効率」として表示）を示す。固体撮像素子１３０は、例えば、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの第１波長域（近紫外域）と、波長が３８０ｎｍよりも大きな第２波長域（可視光域）とにそれぞれ分光感度特性のピークを持つ。すなわち、固体撮像素子１３０は、上記第１波長域に１つのピーク（第１ピークＰ１）を有し、上記第２波長域に別のピーク（第２ピークＰ２）を有する。これにより、測定対象物Ｍと部分放電の発光とを同時に（すなわち１つの画像として）撮像できる。なお、「第１ピーク」および「第２ピーク」という名称は、説明の便宜上付けられたものであり、どちらが高いかを意味するものではない。第１ピークＰ１および第２ピークＰ２は、いずれが高くてもよい。ここで、第１ピークＰ１が第２ピークＰ２よりも高い場合、波長選定フィルタ１１０を省略することができる場合がある。波長選定フィルタ１１０を省略することができると、部分放電検出装置５の低コスト化を図ることができる。
　紫外域に感度のある固体撮像素子１３０としては、例えば、裏面照射型のＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサ、または、裏面照射型のＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）イメージセンサが採用される。なお、固体撮像素子１３０は、分光感度特性において上記２つのピークを持つ固体撮像素子に限らず、上記第１波長域から上記第２波長域に亘る１つのピークを持つイメージセンサでもよい。
　制御部１４０は、固体撮像素子１３０への電力供給、固体撮像素子１３０の露光時間および露光タイミングの制御、固体撮像素子１３０で撮像された画像情報の読み出しタイミングの設定、および前記画像情報の読み出し処理などを行う。さらに、制御部１４０は、撮像に関する指示および各種設定を行う制御装置３００に対するインターフェース機能を持つ。
　図１に戻り説明を続ける。電磁波検出部２００は、測定対象物Ｍに印加される交流電圧から発生する電磁波および測定対象物Ｍに生じる部分放電から発生する電磁波のうち少なくとも一方を検出する。電磁波検出部２００は、例えば、アンテナ２１０と、アンプ（増幅回路）２２０とを有する。
　アンテナ２１０は、前記交流電圧から発生する電磁波および前記部分放電から発生する電磁波のうち少なくとも一方を電気信号に変換し、変換した電気信号をアンプ２２０に出力する。アンテナ２１０は、例えば、指向性を持つアンテナであり、例えばダイポールアンテナである。例えば、アンテナ２１０は、少なくとも部分放電から発生する電磁波に対応する特定周波数帯で指向性を持つ。指向性があるアンテナが採用されると、部分放電の方向を探索する用途にも使用することができる。
　アンプ２２０は、アンテナ２１０から入力される電気信号を増幅し、増幅した電気信号を制御装置３００に出力する。アンプ２２０は、前記部分放電から発生する電磁波に対応する特定周波数帯の信号を増幅する。例えば、アンプ２２０は、前記特定周波数帯の信号のみを増幅する回路である。このような特定周波数帯の信号を増幅するアンプ２２０を備えることで、アンテナ２１０の指向性を高めることが可能になる。
　制御装置３００は、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、撮像部１００の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を制御する。本実施形態では、制御装置３００は、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、撮像部１００の露光時間および露光タイミングの両方を制御する。
　以下に説明する制御装置３００の各機能部および上述した制御部１４０は、それぞれ少なくとも一部が、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェアプロセッサが記憶部に格納されたプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。また、以下に説明する制御装置３００の各機能部の一部または全部は、制御部１４０に設けられてもよい。
　図３は、部分放電検出システム１の機能構成を示すブロック図である。制御装置３００は、例えば、指示情報取得部３１０、移動制御部３２０、電磁波情報処理部３３０、撮像制御部３４０、画像情報処理部３５０、および情報出力部３６０を有する。
　指示情報取得部３１０は、管理装置６の入力受付部６ａに入力されたオペレータの指示を管理装置６から取得する。指示情報取得部３１０が取得する指示は、例えば、部分放電検出装置５が有する図示しない駆動機構を用いて部分放電検出装置５を所望の位置に移動させるまたは所望の向きに向ける指示、撮像部１００による撮像を開始する指示、撮像部１００による撮像を終了する指示などであるが、これらに限定されない。指示情報取得部３１０は、部分放電検出装置５の移動に関する指示を、移動制御部３２０に出力する。指示情報取得部３１０は、撮像を開始する指示および撮像を終了する指示を撮像部１００に出力する。撮像部１００は、指示情報取得部３１０から受け取る指示に基づき、測定対象物Ｍの撮像を開始する、または終了する。
　移動制御部３２０は、指示情報取得部３１０からの指示に基づいて部分放電検出装置５が有する図示しない駆動機構を制御し、部分放電検出装置５の位置および向きの少なくとも一方を変更する。例えば、移動制御部３２０は、部分放電が発生している箇所に近付くように、または部分放電が発生している箇所に向くように、部分放電検出装置５の位置および向きの少なくとも一方を変更する。移動制御部３２０は、指示情報取得部３１０からの指示に代えて、後述する方位判定部３３４の判定結果に基づき、撮像部１００の位置および向きの少なくとも一方を変更してもよい。
　電磁波情報処理部３３０は、例えば、電磁波情報取得部３３１、交流電圧位相検出部３３２、部分放電位相検出部３３３、および方位判定部３３４を有する。なお、電磁波情報処理部３３０は、交流電圧位相検出部３３２および部分放電位相検出部３３３の両方を備える必要はなく、いずれか一方のみを有してもよい。
　電磁波情報取得部３３１は、電磁波検出部２００により検出された電磁波に関する情報を、電磁波検出部２００から取得する。「電磁波に関する情報」とは、測定対象物Ｍに印加される交流電圧から発生する電磁波に応じてアンテナ２１０またはアンプ２２０から出力される信号、または、測定対象物Ｍに生じた部分放電から発生する電磁波に基づいてアンテナ２１０またはアンプ２２０から出力される信号などである。電磁波情報取得部３３１は、電磁波検出部２００から取得した情報を、電磁波検出部２００の検出結果として交流電圧位相検出部３３２、部分放電位相検出部３３３、および方位判定部３３４に出力する。
　交流電圧位相検出部３３２は、測定対象物Ｍに印加される交流電圧から発生した電磁波に関する電磁波検出部２００の検出結果に基づき、前記交流電圧の周期および位相を検出する。例えば、交流電圧位相検出部３３２は、前記交流電圧から発生する電磁波の強度の時間変化に基づき、前記交流電圧の周期および位相を検出する。これにより、交流電圧位相検出部３３２は、交流電圧の位相と同期した露光タイミングを設定するための情報を撮像制御部３４０に提供することができる。交流電圧位相検出部３３２により検出された前記交流電圧の周期および位相に関する情報は、交流電圧の位相情報として撮像制御部３４０に出力される。
　部分放電位相検出部３３３は、測定対象物Ｍに生じる部分放電から発生した電磁波に関する電磁波検出部２００の検出結果に基づき、測定対象物Ｍにおける部分放電の発生タイミング（例えば発生時刻に対応する交流電圧の位相）を検出する。例えば、部分放電位相検出部３３３は、前記部分放電から発生する電磁波の強度の時間変化に基づき、前記部分放電の発生タイミングを検出する。これにより部分放電位相検出部３３３は、部分放電の発生タイミングと同期して露光タイミングを設定するための情報を撮像制御部３４０に提供することができる。部分放電位相検出部３３３により検出された部分放電の発生タイミングに関する情報は、部分放電の発生タイミング情報として撮像制御部３４０に出力される。
　方位判定部３３４は、部分放電から発生する電磁波に対応する特定周波数帯でアンテナ２１０が指向性を持つ場合、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、部分放電が生じている方位（部分放電検出装置５から見た場合の方位）を判定する。例えば、方位判定部３３４は、各時点におけるアンテナ２１０からの信号の強弱を示す情報と、各時点におけるアンテナ２１０の向きを示す情報とに基づいて、部分放電が生じている方位を判定する。方位判定部３３４による判定結果は、情報出力部３６０に送られる。また、方位判定部３３４による判定結果は、移動制御部３２０に出力されてもよい。
　撮像制御部３４０は、撮像部１００の露光時間および露光タイミングを設定する。ここで、図４は、撮像部１００の露光時間および露光タイミングの一例を示す図である。図４に示す波形は、測定対象物Ｍに印加される交流電圧を示す。図４に示す例では、交流電圧の周期をτとする。また、交流電圧のある位相のあるタイミングを基準時間ｔ０とする。ここでは、ｔ０として、交流電圧の１つのピークのタイミングをとる。また、撮像部１００の露光時間をｄｔとする。
　撮像制御部３４０は、例えば、露光時間設定部３４１、露光タイミング設定部３４２、および撮像モード切替部３４３を有する。
　露光時間設定部３４１は、例えば、交流電圧位相検出部３３２により検出された前記交流電圧の周期に基づき、撮像部１００の露光時間ｄｔを設定する。露光時間ｄｔは、例えば、測定対象物Ｍに印加される交流電圧の周期の１／４以下に設定されると好ましい。部分放電は、印加電圧の大小および極性によって、交流電圧の周期の１／４ごとに、放電の形状や放電形態が異なる。このため、これらを区別して撮像することで正確な診断を可能とするためである。なお、露光時間設定部３４１は、交流電圧位相検出部３３２により検出された前記交流電圧の周期に基づく場合に代えて、前記部分放電の発生タイミングから推定される交流電圧の周期に基づき、撮像部１００の露光時間ｄｔを設定してもよい。
　露光時間設定部３４１は、設定した露光時間ｄｔの長さを示す情報を、撮像部１００の制御部１４０に出力する。制御部１４０は、露光時間設定部３４１により設定された露光時間ｄｔで測定対象物Ｍを撮像するように撮像部１００を制御する。
　露光タイミング設定部３４２は、例えば、交流電圧位相検出部３３２により検出された前記交流電圧の位相に基づき、撮像部１００の露光タイミングを設定する。例えば、露光タイミング設定部３４２は、撮像部１００の露光タイミングを、前記交流電圧のピーク時、前記ピーク時から前記周期の１／４経過後、前記ピーク時から前記周期の１／２経過後、および前記ピーク時から前記周期の３／４経過後のなかから選定された少なくとも２種類のタイミングに基づいて設定する。本実施形態では、露光タイミング設定部３４２は、前記交流電圧のピーク時、前記ピーク時から前記周期の１／４経過後、前記ピーク時から前記周期の１／２経過後、および前記ピーク時から前記周期の３／４経過後である４種類のタイミングに基づいて、撮像部１００の露光タイミングを設定する。
　例えば、図４に示す例では、交流電圧の１つのピークを基準時間ｔ０として、以下の４種類のタイミングが露光タイミングと設定される。式中のＮは、０以上の整数である。
　（ａ）ｔａ＝ｔ０＋Ｎ×τ
　（ｂ）ｔｂ＝ｔ０＋Ｎ×τ＋（１／４）×τ
　（ｃ）ｔｃ＝ｔ０＋Ｎ×τ＋（１／２）×τ
　（ｄ）ｔｄ＝ｔ０＋Ｎ×τ＋（３／４）×τ
　露光タイミング設定部３４２は、設定した露光タイミングを示す情報を、撮像部１００の制御部１４０に出力する。制御部１４０は、露光タイミング設定部３４２により設定された露光タイミングで、測定対象物Ｍを撮像する。
　なお、露光タイミング設定部３４２は、前記交流電圧の位相に代えて、部分放電位相検出部３３３により検出された部分放電の発生タイミングに基づき、撮像部１００の露光タイミングを設定してもよい。
　撮像モード切替部３４３は、撮像部１００による撮像モードを切り替える。ここで、部分放電のなかで、コロナ放電と、誘電体バリア放電とは発生タイミングが異なる。例えば、コロナ放電の場合は、交流電圧のピーク時の前後で放電現象が現れる。一方で、誘電体バリア放電の場合は、交流電圧のピーク時よりも前に放電現象が現れるが、交流電圧のピーク時よりも後には放電現象は現れない。そこで、撮像モード切替部３４３は、互いに撮像タイミングが異なる複数の撮像モード（第１撮像モード、第２撮像モード）で測定対象物Ｍを撮像するように制御部１４０を制御する。
　例えば、制御部１４０は、第１撮像モードとして、交流電圧のピーク時を露光開始時刻とする撮像モードで、測定対象物Ｍを撮像する。図４は、第１撮像モードを示す図である。制御部１４０は、図４に示すように、ｔａ～（ｔａ＋ｄｔ）の間、ｔｂ～（ｔｂ＋ｄｔ）の間、ｔｃ～（ｔｃ＋ｄｔ）の間、およびｔｄ～（ｔｄ＋ｄｔ）の間の４つの期間でそれぞれ測定対象物Ｍを撮像する。第１撮像モードによれば、部分放電がコロナ放電の場合、ｔａ～（ｔａ＋ｄｔ）の間に正極性放電が撮像される。ｔｃ～（ｔｃ＋ｄｔ）の間に負極性放電が撮像される。ｔｂ～（ｔｂ＋ｄｔ）の間およびｔｄ～（ｔｄ＋ｄｔ）の間は、電圧がゼロまたはゼロ付近であるため放電が停止しており、放電がない状態が撮像される。一方で、第１撮像モードによれば、部分放電が誘電体バリア放電の場合、放電現象が撮像されない。
　一方で、制御部１４０は、第２撮像モードとして、交流電圧のピーク時を露光終了時刻とする撮像モードで、測定対象物Ｍを撮像する。図５は、第２撮像モードを示す図である。制御部１４０は、図５に示すように、（ｔａ－ｄｔ）～ｔａの間、（ｔｂ－ｄｔ）～ｔｂの間、（ｔｃ－ｄｔ）～ｔｃの間、および（ｔｄ－ｄｔ）～ｔｄの間の４つの期間でそれぞれ測定対象物Ｍを撮像する。第２撮像モードによれば、部分放電が誘電体バリア放電の場合、（ｔａ－ｄｔ）～ｔａの間に、電圧増加時の放電が撮像される。（ｔｃ－ｄｔ）～ｔｃの間に、電圧減少時の放電が撮像される。（ｔｂ－ｄｔ）～ｔｂの間および（ｔｄ－ｄｔ）～ｔｄの間は、電圧がゼロまたはゼロ付近であるが、コロナ放電の場合と異なり、表面の電荷状態によっては放電が発生した状態が撮像される。
　画像情報処理部３５０は、撮像部１００により撮像された画像を取得して解析する。画像情報処理部３５０は、例えば、画像情報取得部３５１と、画像解析部３５２とを有する。画像情報取得部３５１は、撮像部１００により撮像された画像を、撮像部１００から取得する。
　画像解析部３５２は、撮像部１００により撮像された画像に対して、以下に説明する第１から第３の画像解析のうちの１つ以上を実行する。まず、第１画像解析について説明する。図６は、画像解析部３５２による第１画像解析の一例を示す図である。図６中の画像（Ａ）～（Ｄ）は、汚損湿潤状態にある屋外の測定対象物Ｍ上で撮像される画像のイメージの一例を示す。これら画像（Ａ）～（Ｄ）は、上述の４種類の露光タイミング（ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ）を露光開始時刻として撮像されたものである。すなわち、画像（Ａ），（Ｂ），（Ｃ），（Ｄ）は、例えば図４中における、ｔａ～（ｔａ＋ｄｔ）の間、ｔｂ～（ｔｂ＋ｄｔ）の間、ｔｃ～（ｔｃ＋ｄｔ）の間、およびｔｄ～（ｔｄ＋ｄｔ）の間にそれぞれ撮像された画像である。図中の符号Ｄ１は、測定対象物Ｍに生じている汚損付着物を示す。図中の符号Ｄ２は、測定対象物Ｍ上の雨滴などを示す。部分放電は、汚損付着物Ｄ１および雨滴Ｄ２などの端を起点に発生する。
　画像（Ａ）では、汚損付着物Ｄ１および雨滴Ｄ２と、それらから図の上から下にむけて進展する放電が観測できる。この放電は、起点から放射状に広がる正極性ストリーマの様相を呈している。画像（Ｂ）では、汚損付着物Ｄ１および雨滴Ｄ２は存在するが、放電は観測されない。画像（Ｃ）では、汚損付着物Ｄ１および雨滴Ｄ２と、それらから図の上から下方向に、収縮した負極性放電が観測できる。また、雨滴Ｄ２の上側の面から下から上に向けて正極性ストリーマが進展している。画像（Ｄ）では、汚損付着物Ｄ１および雨滴Ｄ２は存在するが放電は観測されない。これら画像（Ａ）～（Ｄ）は、４種類の露光タイミング（ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ）を露光開始時刻として撮像されたものであり、これらの画像で放電現象が確認できることから、この放電はコロナ放電であることが分かる。
　画像解析部３５２は、第１画像解析として、画像（Ａ）の画素値から画像（Ｂ）の同じ位置の画素値を引く減算処理を行う。これにより、画像解析部３５２は、画像（Ｓ１）を生成する。画像（Ｓ１）では、画像（Ａ）に存在する背景光および周囲の物体の画像がキャンセルされ、ｔａ～（ｔａ＋ｄｔ）の間の放電発光のみが抽出される。また、画像解析部３５２は、画像（Ｃ）の画素値から画像（Ｄ）の同じ位置の画素値を引く減算処理を行う。これにより、画像解析部３５２は、画像（Ｓ２）を生成する。画像（Ｓ２）では、画像（Ｃ）に存在する背景光および周囲の物体の画像がキャンセルされ、ｔｃ～（ｔｃ＋ｄｔ）の間の放電発光のみが抽出される。さらに、画像解析部３５２は、画像（Ａ）と画像（Ｃ）とを比較明合成により合成したものから画像（Ｂ）または画像（Ｄ）を減算処理してもよい。これにより、画像解析部３５２は、画像（Ｓ３）を生成する。画像（Ｓ３）では、画像（Ａ）および（Ｃ）に存在する背景光および周囲の物体の画像がキャンセルされ、ｔａ～（ｔａ＋ｄｔ）の間の放電発光およびｔｃ～（ｔｃ＋ｄｔ）の間の放電発光のみが抽出される。画像（Ｓ３）は、画像（Ｓ１）と画像（Ｓ２）とを加算処理することでも得られてもよい。このような処理により、強い背景光下でも、ＳＮ比（Signal-Noise ratio）を向上させ、放電の発生位置や、形状、形態を明確に観測することができる。また、上記した画像（Ａ）は、ある一瞬のタイミングでの画像とせず、上述の式（a）でＮを変えた複数の画像を比較明合成したものや平均化処理したものを用いてもよい。同様の処理は、画像（Ｂ）～（Ｄ）についても実施可能である。画像（Ｓ１），（Ｓ２），（Ｓ３）の各々は、部分放電の発生位置、形状、および形態を特定可能な画像の一例である。
　次に、第２画像解析について説明する。図７は、画像解析部３５２による第２画像解析の一例を示す図である。図７中の画像（Ａ１）～（Ａ４）は、汚損湿潤状態にある屋外の測定対象物Ｍ上で撮像される画像のイメージの一例を示す。これら画像（Ａ１）～（Ａ４）は、上記した露光タイミングｔａを露光開始時刻とするとともに、Ｎの値をいくつか変えて撮像された画像である。すなわち、画像（Ａ１）～（Ａ４）は、交流電圧の位相が互いに同じである複数の時点において撮像された画像である。これら画像（Ａ１）～（Ａ４）は、（Ａ１）、（Ａ２）、（Ａ３）、（Ａ４）の順に時刻が経過した画像である。
　画像（Ａ１）～（Ａ４）では、汚損付着物Ｄ１とそこから進展する放電は全ての画像にわたってほぼ同じ様相で撮像されている。一方で、下方右側の雨滴Ｄ２は、時間とともに乾燥して小さくなっており、放電の伸び方も時々刻々変化している。下方左側の雨滴Ｄ２は、時間とともに移動しており、放電はそれにともなって移動している。
　画像解析部３５２は、第２画像解析として、画像（Ａ１）～（Ａ４）の画像の平均化処理を行う。「平均化処理」とは、複数の画像の同じ位置の画素値を加算し、加算した画素値を所定の値（例えば加算した画像の枚数）で除算する処理を意味する。これにより、画像解析部３５２は、画像（Ｔ）を生成する。画像（Ｔ）では、画像（Ａ１）～（Ａ４）で位置が変わらないものはそのまま残り、位置が変わるものは薄くなる。このような処理により、滞留性のある放電を検出することができる。画像（Ｔ）は、滞留性の部分放電を検出可能な画像の一例である。
　次に、第３画像解析について説明する。画像解析部３５２は、第３画像解析として、部分放電がコロナ放電であるか、誘電体バリア放電であるかを識別するための画像解析を行う。例えば、画像解析部３５２は、上述の第１撮像モードで撮像した画像に部分放電が観測される場合、その放電はコロナ放電であると判定する。また、画像解析部３５２は、第１撮像モードで撮像された画像と、第２撮像モードで撮像された画像とを比較し、第２撮像モードで撮像された画像に現れた放電現象が第１撮像モードで撮像された画像に現れていない場合、その放電は、誘電体バリア放電であると判定する。これら判定結果は、部分放電の種類を識別可能な情報の一例である。
　画像解析部３５２は、画像解析を行った解析結果（例えば第１および第２の画像解析により生成した画像、および第３画像解析により判定した判定内容）を、情報出力部３６０に出力する。
　情報出力部３６０は、画像解析部３５２から受け取る解析結果を、管理装置６に出力する。これに代えて、またはこれに加えて、情報出力部３６０は、撮像部１００により撮像された画像（画像解析前の生データ）を、管理装置６に出力してもよい。この場合、画像解析部３５２の一部または全部は、部分放電検出装置５に代えて、管理装置６に設けられてもよい。また、情報出力部３６０は、方位判定部３３４の判定結果を、管理装置６に出力してもよい。これにより、オペレータは、方位判定部３３４の判定結果に基づき、部分放電検出装置５の位置または向きに関する指示を管理装置６に入力することができる。
　次に、部分放電検出システム１の処理の流れの一例について説明する。図８は、部分放電検出システム１の処理の流れの一例を示すフローチャートである。まず、電磁波検出部２００は、測定対象物Ｍに印加される交流電圧から発生する電磁波および測定対象物Ｍに生じる部分放電から発生する電磁波のうち少なくとも一方を検出する（Ｓ１０２）。
　次に、方位判定部３３４は、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、部分放電が存在する方位を判定する（Ｓ１０４）。そして、移動制御部３２０は、方位判定部３３４の判定結果に基づき、部分放電検出装置５を部分放電の発生箇所に近付けるように、または撮像部１００を部分放電の発生箇所に向けるように、部分放電検出装置５の位置および向きのうち少なくとも一方を変更する（Ｓ１０６）。
　次に、交流電圧位相検出部３３２は、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、測定対象物Ｍに印加される交流電圧の周期および位相を検出する（Ｓ１０８）。なお、Ｓ１０８の処理に代えて、またはＳ１０８の処理に加えて、部分放電位相検出部３３３により部分放電の発生タイミングが検出されてもよい。
　次に、撮像制御部３４０は、交流電圧位相検出部３３２により検出された交流電圧の周期および位相（または部分放電位相検出部３３３により検出された部分放電の発生タイミング）に基づき、撮像部１００の露光時間および露光タイミングを設定する。
　次に、撮像部１００は、撮像制御部３４０により設定された露光時間および露光タイミング、および撮像制御部３４０から指示された撮像モードで、測定対象物Ｍを撮像する（Ｓ１１２）。測定対象物Ｍの撮像は、例えば、交流電圧の１つの周期τにおいて、上記４つの種類の露光タイミング（ｔａ，ｔｂ，ｔｃ，ｔｄ）でそれぞれ行われる。また、測定対象物Ｍの撮像は、交流電圧が同じ位相である複数の時点でそれぞれ行われる。また、測定対象物Ｍの撮像は、上記第１撮像モードと、上記第２撮像モードでそれぞれ行われる。
　次に、画像解析部３５２は、撮像部１００により撮像された画像に対して画像解析を行う。例えば、画像解析部３５２は、上述の第１画像解析を行うことで、部分放電の発生位置や、部分放電の形状および形態を特定可能な画像を生成する。画像解析部３５２は、上述の第２画像解析を行うことで、滞留性の部分放電を検出可能な画像を生成する。画像解析部３５２は、上述の第３画像解析を行うことで、部分放電の種類を識別可能な情報を生成する。
　次に、情報出力部３６０は、画像解析部３５２による画像解析の解析結果（または、画像解析前の生データ）を、管理装置６に出力する。これにより、本フローの処理が終了する。
　このような構成の部分放電検出装置５によれば、部分放電を高精度で検出することができる。すなわち、本実施形態では、部分放電検出装置５は、電磁波検出部２００と、制御装置３００とを備える。制御装置３００は、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、撮像部１００の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を制御する。このような構成によれば、測定対象物Ｍに印加される交流電圧の周期や位相、または部分放電の発生タイミングなどに基づき、撮像部１００の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を設定することができる。これにより、より高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。その結果、部分放電を高精度で検出することができる。
　ここで、測定対象物Ｍの劣化状況または汚損状況を把握するためには、部分放電を高精度で検出することができると好ましい。本実施形態によれば、部分放電を高精度で検出することができ、測定対象物Ｍの屋外での部分放電による劣化状況または汚損状況を定期的に把握しながら、機器構成部品の清掃・交換の時期を適切に設定することや、状態規準のメンテナンスを使用することが可能になる。その結果、送変電機器の過大設計によるコスト負担の低減や、過剰なメンテナンスによるコスト負担の低減を図ることができる。これにより、送変電機器の運用コストの削減を図ることができる。
　本実施形態では、撮像部１００は、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を透過させる集光レンズ１２０を有する。また、撮像部１００は、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの第１波長域と、波長が３８０ｎｍよりも大きな第２波長域とに、分光感度特性のピークをそれぞれ持つ。これら構成によれば、太陽光の影響の少ない２８０ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を効果的に画像に取り込むことができる。これにより、さらに高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。
　本実施形態では、撮像部１００は、裏面照射型のＣＣＤイメージセンサ、または裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを有する。このような構成によれば、太陽光の影響の少ない２８０ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を効果的に画像に取り込むことができる。これにより、さらに高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。
　本実施形態では、電磁波検出部２００は、ダイポールアンテナを有する。このような構成によれば、ダイポールアンテナの指向性を利用して、部分放電が発生している箇所に撮像部１００を近付ける、または撮像部１００の向きを向けることなどができる。これにより、さらに高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。
　本実施形態では、電磁波検出部２００は、部分放電から発生する電磁波の周波数帯の信号を増幅する増幅回路を有する。このような構成によれば、電磁波検出部２００の指向性を高めることができる。これにより、部分放電が発生している箇所に対してより精度良く撮像部１００を近付ける、または撮像部１００の向きを向けることなどができる。これにより、さらに高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。
　本実施形態では、交流電圧位相検出部３３２は、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、測定対象物Ｍに印加される交流電圧の位相を検出する。露光タイミング設定部３４２は、交流電圧の位相に基づき、撮像部１００の露光タイミングを設定する。このような構成によれば、部分放電の発生タイミングに同期して部分放電を撮像することができる。これにより、さらに高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。
　本実施形態では、部分放電位相検出部３３３は、電磁波検出部２００の検出結果に基づき、測定対象物Ｍに生じる部分放電の発生タイミングを検出する。そして、露光タイミング設定部３４２は、部分放電の発生タイミングに基づき、撮像部１００の露光タイミングを設定する。このような構成によれば、部分放電の発生タイミングに同期して部分放電を撮像することができる。これにより、より高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。
　ここで、機器表面の放電による劣化は、放電暴露頻度が高いほど進展していく。このため、滞留性放電を的確にとらえることが重要となる。本実施形態では、画像解析部３５２は、複数の時点で撮像された複数の画像を平均化処理することで、滞留性の部分放電を検出可能な画像を生成する。このような構成によれば、滞留性の部分放電の発生位置を容易に把握し、滞留性放電が生じている箇所について、清掃または部品の交換が必要であることなどを警告することができる。また、滞留性放電が抽出された画像は、劣化度または汚損度の診断にも使用することができる。
　本実施形態では、画像解析部３５２は、少なくとも２種類のタイミングで撮像された画像を、加算処理または減算処理することによって、部分放電の発生位置を特定可能な画像を生成する。このような構成によれば、部分放電の発生位置を容易に把握することができる。
　本実施形態では、画像解析部３５２は、交流電圧のピーク時を露光開始時刻として撮像された画像と、交流電圧のピーク時を露光終了時刻として撮像された画像を比較し、部分放電がコロナ放電によるものか誘電体バリア放電によるものかを識別可能な情報を生成する。このような構成によれば、部分放電の種類を容易に把握することができる。
　（第２の実施形態）
　次に、第２の実施形態について説明する。本実施形態は、現場の照度、機器表面の状態、気象条件などに応じて使用される波長選定フィルタ１１０が変更される点で、第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
　図９は、本実施形態の部分放電検出システム１の機能構成を示すブロック図である。本実施形態では、部分放電検出装置５は、第１の実施形態の構成に加えて、周囲照度検出部４００を有する。周囲照度検出部４００は、可視光の強度を検出するセンサを有し、測定対象物Ｍの周囲の照度を検出する。周囲照度検出部４００は、測定対象物Ｍの周囲の照度を示す検出結果を、制御装置３００に出力する。
　撮像部１００は、複数の波長選定フィルタ１１０（第１フィルタ１１０Ａ、第２フィルタ１１０Ｂ、第３フィルタ１１０Ｃ、…）を有する。複数の波長選定フィルタ１１０は、波長が３８０ｎｍよりも大きな波長域（可視光域）での減衰率が互いに異なる。集光レンズ１２０に向かい合う波長選定フィルタ１１０は、リボルバーやその他の機構により複数の波長選定フィルタ１１０のなかから動的に選択可能である。なお、撮像部１００は、複数の波長選定フィルタ１１０を有することに代えて、減衰率を動的に変更可能な波長選定フィルタ１１０を有してもよい。
　撮像制御部３４０は、フィルタ選択部３４４を有する。フィルタ選択部３４４は、周囲照度検出部４００の検出結果に基づき、測定対象物Ｍの周囲の照度に応じて使用する波長選定フィルタ１１０を選択する。例えば、フィルタ選択部３４４は、測定対象物Ｍの周囲の照度が低い場合、複数の波長選定フィルタ１１０のなかで可視光域の減衰率が相対的に低い波長選定フィルタ１１０を選択する。一方で、フィルタ選択部３４４は、測定対象物Ｍの周囲の照度が高い場合、複数の波長選定フィルタ１１０のなかで可視光域の減衰率が相対的に高い波長選定フィルタ１１０を選択する。選択された波長選定フィルタ１１０を示す情報は、撮像制御部３４０から撮像部１００に出力される。撮像部１００は、フィルタ選択部３４４により選択された波長選定フィルタ１１０を用いて撮像を行う。なお、撮像部１００が減衰率を動的に変更可能な波長選定フィルタ１１０を有する場合、フィルタ選択部３４４は、当該波長選定フィルタ１１０の減衰率を指定する情報を撮像部１００に出力する。
　このような構成によれば、現場の照度、機器表面の状態、気象条件などに応じた波長選定フィルタ１１０を用いて、測定対象物Ｍを撮像することができる。これにより、より高度で繊細な部分放電の画像を取得することができる。
　なお、部分放電検出装置５は、フィルタ選択部３４４を有することに代えて、画像解析部３５２の一部として画像選択部３５２ａを有してもよい。この場合、撮像部１００は、可視光域での減衰率が互いに異なる複数の波長選定フィルタ１１０を集光レンズ１２０の面上に並べて同時に撮像する。そして、画像選択部３５２ａは、複数の波長選定フィルタ１１０を用いて同時に撮像された画像のなかから適切な１つ以上の画像を選択して画像情報処理部３５０に出力する。「適切な画像」とは、測定対象物Ｍおよび部分放電の両方が明確に写っており、部分放電の位置、形状、形態、強度のうち少なくとも１つが確認できる画像を意味する。このような構成によれば、機械的な駆動機構を用いずに、適切な画像を得ることができる。
　（第３の実施形態）
　次に、第３の実施形態について説明する。本実施形態は、部分放電検出装置５がドローンのような無人移動体Ｆに搭載された点で、第１の実施形態とは異なる。なお、以下に説明する以外の構成は、第１の実施形態と同様である。
　図１０は、第３の実施形態の部分放電検出システム１の使用環境の一例を示す図である。無人移動体Ｆは、鉄塔５０１、電線５０２、および碍子５０３の他、変圧器、避雷器、開閉装置など（不図示）を含む送電設備の周辺で使用される。無人移動体Ｆは、例えば、ドローンである。碍子５０３は、測定対象物Ｍの一例である。
　図１１は、無人移動体Ｆを示す斜視図である。無人移動体Ｆは、筐体６０１、回転翼６０２、および部分放電検出装置５を有する。筐体６０１は、部分放電検出装置５を収容している。回転翼６０２は、図示しないモータによって駆動され、無人移動体Ｆを移動させる。
　図１２は、本実施形態の部分放電検出システム１の機能構成を示すブロック図である。本実施形態では、制御装置３００は、無人移動体Ｆの移動を制御する移動制御部３２０Ａを有する。移動制御部３２０Ａは、指示情報取得部３１０により取得された管理装置６に対するオペレータの操作に基づいて、移動内容を決定する。また本実施形態では、移動制御部３２０Ａは、方位判定部３３４により判定された部分放電が存在する方位に向けて、無人移動体Ｆを移動させる。
　このような構成によれば、高所や山間部にある測定対象物Ｍの撮像も可能になる。言い換えると、本実施形態の部分放電検出装置５は、大きな構造物や重量物を伴わずに構成することが可能であるため、ドローンのような無人移動体Ｆに搭載することが可能である。
　なお、無人移動体Ｆは、飛行体に限らず、地上を移動する移動体（例えば車両）や、海上を移動する移動体（例えば船）などでもよい。
　以上、いくつかの実施形態について説明したが、実施形態は上記例に限定されない。例えば、アンプ２２０は省略されてもよい。この場合、アンテナ２１０は、電磁波を変換した電気信号を制御装置３００に直接出力してもよい。また、部分放電検出装置５は、部分放電検出装置５の位置または向きを変更する駆動機構を有しなくてもよい。この場合、指示情報取得部３１０および移動制御部３２０は省略されてもよい。また、図８で示すＳ１０４およびＳ１０６の処理は、省略されてもよい。
　ここで、屋外機器における部分放電の発生は、周囲の温湿度や天候によって大きく左右される場合がある。そのため、部分放電による機器の劣化状態または汚損状態の判定には、その時点での温湿度や天候などの気象情報を記録しておくことが望ましい。そこで、部分放電検出装置５は、温湿度計および天候センサのうち少なくとも一方の機能を有したセンサ７０１と、センサ７０１により検出された気象情報を記憶する記憶部７０２とを備えてもよい（図３参照）。記憶部７０２は、例えば、半導体メモリチップまたは別の記憶媒体により実現される。記憶部７０２には、例えば、撮像部１００により撮像された画像および画像情報処理部３５０で生成された画像および情報の各々と、部分放電が撮像された時点の気象情報とが関連付けられて記憶される。情報出力部３６０は、撮像部１００により撮像された画像または画像情報処理部３５０で生成された画像および情報を管理装置６に出力する場合に、それらに関連付けられて記憶部７０２に記憶された気象情報を出力してもよい。なお、部分放電検出装置５は、センサ７０１に代えて、当該地域の気象情報を気象観測所データなどから入手する気象情報取得部７０３（図３参照）を有してもよい。気象情報取得部７０３は、管理装置６を介して上記情報を入手してもよく、ネットワークや外部装置から直接、上記情報を入手してもよい。
　以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、電磁波検出部の検出結果に基づき、撮像部の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を制御されるため、部分放電を高精度で検出することができる。
　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同様に、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ものである。
　１…部分放電検出システム、５…部分放電検出装置、１００…撮像部、１１０…波長選定フィルタ、１２０…集光レンズ、１３０…固体撮像素子、１４０…制御部、２００…電磁波検出部、２１０…アンテナ、２２０…アンプ（増幅回路）、３００…制御装置、Ｍ…測定対象物。

Claims (18)

  1. 　部分放電の測定対象物の画像を撮像する撮像部と、
    　前記測定対象物に印加される交流電圧から発生する電磁波および前記測定対象物に生じる部分放電から発生する電磁波のうち少なくとも一方を検出する電磁波検出部と、
    　前記電磁波検出部の検出結果に基づき、前記撮像部の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を制御する制御装置と、
    　を備えた部分放電検出装置。
  2. 　前記制御装置は、前記電磁波検出部の検出結果に基づき、少なくとも前記撮像部の露光時間を制御する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  3. 　前記撮像部は、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を透過させ、且つ、波長が３８０ｎｍよりも大きな可視光線を減衰させる波長選定フィルタを有する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  4. 　前記撮像部は、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの近紫外光を透過させる集光レンズを有する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  5. 　前記撮像部は、波長が２００ｎｍ～３８０ｎｍの第１波長域と、波長が３８０ｎｍよりも大きな第２波長域とにそれぞれ分光感度特性のピークを持つ固体撮像素子を有する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  6. 　前記撮像部は、裏面照射型のＣＣＤイメージセンサ、または裏面照射型のＣＭＯＳイメージセンサを有する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  7. 　前記電磁波検出部は、ダイポールアンテナを有する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  8. 　前記電磁波検出部は、前記部分放電から発生する電磁波に対応する特定周波数帯の信号を増幅する増幅回路を有する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  9. 　前記制御装置は、前記撮像部の露光時間を、前記測定対象物に印加される交流電圧の周期の１／４以下に設定する、
    　請求項１に記載の部分放電検出装置。
  10. 　部分放電の測定対象物に印加される交流電圧から発生する電磁波および前記測定対象物に生じる部分放電から発生する電磁波のうち少なくとも一方を電磁波検出部で検出し、
    　前記電磁波検出部の検出結果に基づき、前記測定対象物の画像を撮像する撮像部の露光時間および露光タイミングのうち少なくとも一方を制御する、
    　部分放電検出方法。
  11. 　前記電磁波検出部の検出結果に基づき、少なくとも前記露光タイミングを制御する、
    　請求項１０に記載の部分放電検出方法。
  12. 　前記電磁波検出部の検出結果に基づき、前記測定対象物に印加される交流電圧の位相を検出し、
    　前記交流電圧の位相に基づき、前記露光タイミングを設定する、
    　請求項１０に記載の部分放電検出方法。
  13. 　前記電磁波検出部の検出結果に基づき、前記測定対象物に生じる部分放電の発生タイミングを検出し、
    　前記部分放電の発生タイミングに基づき、前記露光タイミングを設定する、
    　請求項１０に記載の部分放電検出方法。
  14. 　前記撮像部により複数の時点で撮像された複数の画像を平均化処理することで、滞留性の部分放電を検出可能な画像を生成する、
    　請求項１０に記載の部分放電検出方法。
  15. 　前記露光時間を、前記測定対象物に印加される交流電圧の周期の１／４以下に設定し、
    　前記露光タイミングを、前記交流電圧のピーク時、前記ピーク時から前記周期の１／４経過後、前記ピーク時から前記周期の１／２経過後、および前記ピーク時から前記周期の３／４経過後のなかから選定された少なくとも２種類のタイミングに基づいて設定する、
    　請求項１０に記載の部分放電検出方法。
  16. 　前記少なくとも２種類のタイミングに基づいて設定された前記露光タイミングで撮像された複数の画像を加算処理または減算処理することで、部分放電の発生位置を特定可能な画像を生成する、
    　請求項１５に記載の部分放電検出方法。
  17. 　前記交流電圧のピーク時を露光開始時刻とした第１撮像モードで前記測定対象物を撮像し、
    　前記交流電圧のピーク時を露光終了時刻とした第２撮像モードで前記測定対象物を撮像する、
    　請求項１０に記載の部分放電検出方法。
  18. 　前記第１撮像モードで撮像された画像と、前記第２撮像モードで撮像された画像とを比較することで、前記部分放電の種類を識別可能な情報を生成する、
    　請求項１７に記載の部分放電検出方法。
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