WO2022176799A1 - 部分放電計測システムおよび部分放電計測方法 - Google Patents

部分放電計測システムおよび部分放電計測方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2022176799A1
WO2022176799A1 PCT/JP2022/005627 JP2022005627W WO2022176799A1 WO 2022176799 A1 WO2022176799 A1 WO 2022176799A1 JP 2022005627 W JP2022005627 W JP 2022005627W WO 2022176799 A1 WO2022176799 A1 WO 2022176799A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
partial discharge
frequency
sensor
phase
bandpass filter
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/005627
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
真 高根沢
崇 原川
旺 藤本
聡 廣島
Original Assignee
株式会社 東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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 東芝, 東芝エネルギーシステムズ株式会社 filed Critical 株式会社 東芝
Priority to AU2022222030A priority Critical patent/AU2022222030A1/en
Publication of WO2022176799A1 publication Critical patent/WO2022176799A1/ja
Priority to US18/348,884 priority patent/US20230349965A1/en

Links

Images

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
    • G01R31/1227—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 of components, parts or materials
    • G01R31/1263—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 of components, parts or materials of solid or fluid materials, e.g. insulation films, bulk material; of semiconductors or LV electronic components or parts; of cable, line or wire insulation
    • 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
    • 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
    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits
    • 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
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • 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
    • G01R31/34—Testing dynamo-electric machines
    • G01R31/343—Testing dynamo-electric machines in operation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
    • H02K11/20—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection for measuring, monitoring, testing, protecting or switching

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to partial discharge measurement technology.
  • Insulating materials are used in rotating electric machines. If this insulating material deteriorates due to thermal, electrical, mechanical, or chemical stress, dielectric breakdown may occur, leading to failure of the rotating electric machine. Therefore, it is important to grasp the state of the insulating material in order to ensure the reliability of the rotating electric machine.
  • high voltage is applied to the coils, and partial discharge occurs on the voids inside the insulating material or on the surface of the insulating material, causing discharge erosion of resin etc. be done. Therefore, by using an insulating material containing mica with high discharge resistance, discharge corrosion is suppressed and long-term reliability of the insulating material is ensured.
  • the embodiments of the present invention have been made in consideration of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a partial discharge measurement technique capable of measuring partial discharge without affecting the operation of a rotating electric machine.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a partial discharge measuring system according to a first embodiment
  • FIG. Sectional drawing which shows a metal frame.
  • 3 is a block diagram showing a data processing device
  • FIG. 4 is a flowchart showing a partial discharge measuring method
  • Graph showing the waveform of the voltage signal detected by the sensor.
  • a partial discharge measurement system includes at least one sensor for contactlessly detecting a voltage signal propagating in a conductor connected to a rotating electric machine, and a second sensor included in the voltage signal obtained by the sensor.
  • a first bandpass filter that passes a component of one frequency
  • a second bandpass filter that passes a component of a second frequency lower than the first frequency contained in the voltage signal obtained by the sensor
  • a phase acquisition unit that acquires a phase waveform of the second frequency component that has passed through the second bandpass filter
  • a partial discharge component of the rotating electric machine that is included in the first frequency component that has passed through the first bandpass filter.
  • an output unit that outputs identifiable information based on the phase waveform.
  • the embodiment of the present invention provides a partial discharge measurement technique that can measure partial discharge without affecting the operation of a rotating electric machine.
  • Reference numeral 1 in FIG. 1 is the partial discharge measurement system of the first embodiment. This partial discharge measurement system 1 is used to perform non-contact online partial discharge diagnosis of a rotating electric machine 2 .
  • Partial discharge diagnosis is a test that detects the discharge that occurs between a conductor and a ground point when a high voltage is applied to the conductor that makes up the equipment. This discharge often occurs at defects such as peeling of the insulating material or voids. At this time, since electrons are moving, a high-frequency current change propagates through the conductor as a signal. In the partial discharge diagnosis, the discharge amount and the discharge intensity are measured by detecting the current change.
  • the rotating electric machine 2 whose partial discharge is to be measured is, for example, a generator or an electric motor. Note that the present embodiment can be applied regardless of whether the rotary electric machine 2 is a generator or an electric motor.
  • the term "commercial power frequency” indicates the frequency of power output from the rotating electrical machine 2 or the frequency of power supplied to the rotating electrical machine 2.
  • the rotary electric machine 2 is a generator, it is the frequency of the alternating current output from this generator to the outside.
  • the rotary electric machine 2 is an electric motor, it is the frequency of the alternating current supplied to this electric motor from the outside.
  • the case where the rotary electric machine 2 is a generator will be exemplified, unless otherwise specified.
  • the rotating electric machine 2 is composed of metal materials such as copper and iron, which are conductors, and insulating materials whose main material is resin.
  • the rotating electric machine 2 includes coils 3 as conductors.
  • a power line 4 as a conductor is connected to the coil 3 .
  • the power line 4 is provided inside, for example, a cylindrical metal frame 5 .
  • the power line 4 is exemplified as the conductor in this embodiment, the conductor may be a neutral point lead wire.
  • the partial discharge measurement system 1 can diagnose the remaining life of the rotating electric machine 2 by measuring the amount of charge related to the partial discharge P.
  • the partial discharge measuring system 1 diagnoses the remaining life of the rotary electric machine 2 by measuring the amount of charge related to the partial discharge P.
  • the timing at which the partial discharge P occurs corresponds to the phase waveform 31 of the frequency of the commercial power supply output by the rotary electric machine 2 .
  • the voltage applied to the insulating material of the rotating electric machine 2 increases in a region 32 where the voltage rises (the hatched region in FIG. 5). Therefore, if the insulating material has a dielectric breakdown path such as a void, partial discharge P is likely to occur in the region 32 where the voltage rises.
  • the term "voltage rises" includes the meaning that the voltage rises in the negative direction in alternating current.
  • the site where the partial discharge occurs or the state of the partial discharge can be specified.
  • the site where the partial discharge occurs or the state of the partial discharge can be specified.
  • the coil 3 where the partial discharge P is generated can be detected. can be identified.
  • the partial discharge measurement system 1 includes a first sensor 6, a second sensor 7, a first coaxial cable 8, a second coaxial cable 9, a first bandpass filter 11, and a second bandpass filter 12.
  • a first amplifier 13 , a second amplifier 14 , a first A/D converter 15 , a second A/D converter 16 and a data processor 17 are provided.
  • the first sensor 6 and the second sensor 7 are provided on the inner peripheral surface of the metal frame 5.
  • a gap 30 is provided between the power line 4 provided in the center of the metal frame 5 and the first sensor 6 and the second sensor 7 . That is, the first sensor 6 and the second sensor 7 detect the voltage signal propagating through the power line 4 (conductor) connected to the rotary electric machine 2 without contact. Since the first sensor 6 and the second sensor 7 are of a non-contact type, even if a failure such as a short circuit or ground fault occurs in the data processing device 17, the operation of the rotating electric machine 2 is not affected.
  • the first sensor 6 is connected to the first bandpass filter 11 via a first coaxial cable 8 as a signal line.
  • a voltage signal detected by the first sensor 6 is input to the first bandpass filter 11 .
  • the second sensor 7 is connected to the second bandpass filter 12 via a second coaxial cable 9 as a signal line.
  • a voltage signal detected by the second sensor 7 is input to the second bandpass filter 12 .
  • the first bandpass filter 11 is a highpass filter that passes high frequency components.
  • the first band-pass filter 11 passes the first frequency component contained in the voltage signal obtained by the first sensor 6 .
  • This first sensor 6 detects the voltage signal of the partial discharge P. As shown in FIG.
  • the second bandpass filter 12 is a lowpass filter that passes low frequency components.
  • the second band-pass filter 12 passes the second frequency component contained in the voltage signal obtained by the second sensor 7 .
  • This second sensor 7 detects a phase waveform 31 of the commercial power supply.
  • the second frequency is lower than the first frequency.
  • This second frequency is set based on the frequency of the commercial power supply. In this way, the phase waveform 31 of the commercial power supply, which serves as an index for specifying the component (waveform) of the partial discharge P, can be obtained.
  • the second frequency is set within the range of 1 Hz to 180 Hz.
  • the inventors have found that it is preferable to set the second frequency within the range of 1 Hz to 180 Hz. For example, considering 60 Hz, which is the frequency of the commercial power supply, and setting the second frequency to 180 Hz or less, which is about three times the frequency at most, even if some error occurs, it is an index that identifies the component of the partial discharge P. A phase waveform 31 of the commercial power supply can be obtained.
  • the second frequency may be another frequency.
  • the second frequency may be set within the range of 45 Hz to 55 Hz, considering an error of about 10%.
  • the second frequency may be set within the range of 54 Hz to 66 Hz.
  • the second frequency may be set within the range of 45 Hz to 66 Hz so that any frequency of the commercial power supply can be used.
  • the first frequency may be any value as long as it is higher than the second frequency.
  • the first frequency is set within the range of 200 Hz to 1 GHz.
  • the lower limit of the first frequency should just be a value higher than at least 180 Hz.
  • the lower limit of the first frequency is preferably 1 kHz or higher.
  • the upper limit of the time resolution of the digital signal processed by the data processor 17 may be the upper limit of the first frequency.
  • the partial discharge measurement system 1 includes the first sensor 6 and the second sensor 7, the voltage signal of the partial discharge P and the phase waveform 31 of the commercial power supply, which include two different frequency components, can be easily processed. can be done.
  • the first amplifier 13 and the second amplifier 14 are provided to amplify the voltage signal so that it can be measured by the data processing device 17 . Furthermore, a first A/D converter 15 and a second A/D converter 16 are provided for converting analog signals, which are continuous quantities, into discretized digital signals. The voltage signal converted here is input to the data processor 17 .
  • the data processing device 17 includes an input section 18 , an output section 19 , a main control section 20 and a storage section 21 .
  • the data processing device 17 is a computer having hardware resources such as a CPU, a ROM, a RAM, and an HDD.
  • the CPU executes various programs to implement software-based information processing using the hardware resources. be done.
  • the partial discharge measuring method of this embodiment is implemented by causing a computer to execute various programs.
  • Voltage signals detected by the sensors 6 and 7 are input to the input unit 18 .
  • digital signals converted by the A/D converters 15 and 16 are input to the input section 18 .
  • the voltage signals may be input to the input unit 18 from the sensors 6 and 7 in real time, as well as other modes.
  • the voltage signals detected by the sensors 6 and 7 may be temporarily recorded by another recording device, and then the voltage signals recorded by this recording device may be input to the input section 18 of the data processing device 17. .
  • predetermined information may be input to the input unit 18 according to the operation of the user who uses the system.
  • the input unit 18 includes an input device such as a mouse or keyboard. That is, predetermined information is input to the input unit 18 according to the operation of these input devices.
  • the output unit 19 outputs predetermined information.
  • This output unit 19 controls the image displayed on the display (display unit).
  • the display may be separate from the computer main body, or may be integrated with the computer main body. Furthermore, the output unit 19 may control an image displayed on a display of another computer connected via a network.
  • a display is exemplified as a device for displaying images, but other modes may be used.
  • a printer that prints information on a paper medium may be used instead of the display.
  • a printer may be included as an object controlled by the output unit 19 .
  • the main control unit 20 comprehensively controls the partial discharge measurement system 1 .
  • the main control section 20 includes a phase acquisition section 22 , a waveform synchronization section 23 , an insulation diagnosis section 24 , a charge amount calculation section 25 and a remaining life calculation section 26 . These are implemented by executing programs stored in the memory or HDD by the CPU.
  • Each component of the data processing device 17 does not necessarily have to be provided in one computer.
  • one data processor 17 may be implemented using a plurality of computers connected to each other via a network.
  • the insulation diagnosis unit 24, the charge amount calculation unit 25, and the remaining life calculation unit 26 may be installed in individual computers.
  • the storage unit 21 stores various types of information necessary when performing insulation diagnosis of the rotating electric machine 2 .
  • This storage unit 21 includes a database 27 .
  • the database 27 is a collection of information stored in a memory, HDD, or cloud and organized so that it can be searched or stored.
  • the database 27 stores remaining life information indicating the relationship between the amount of charge related to the partial discharge P of the rotating electrical machine 2 and the remaining life of the rotating electrical machine 2 . By doing so, the remaining life information can be accumulated in the database 27 in advance, and the remaining life of the rotary electric machine 2 can be calculated based on this accumulation.
  • step S1 the first sensor 6 detects a voltage signal propagating through the power line 4 (conductor) connected to the rotary electric machine 2 without contact.
  • the first band-pass filter 11 passes the first frequency (high frequency) component contained in the voltage signal obtained by the first sensor 6.
  • the first amplifier 13 amplifies the voltage signal that has passed through the first bandpass filter 11.
  • step S4 the first A/D converter 15 converts the voltage signal that has passed through the first bandpass filter 11 from an analog signal to a digital signal. Then, the process proceeds to step S9.
  • steps S5 to S8 are executed in parallel with steps S1 to S4.
  • step S5 the second sensor 7 detects a voltage signal propagating through the power line 4 (conductor) connected to the rotary electric machine 2 without contact.
  • the second bandpass filter 12 passes the second frequency (low frequency) component contained in the voltage signal obtained by the second sensor 7.
  • the second amplifier 14 amplifies the voltage signal that has passed through the second bandpass filter 12.
  • step S8 the second A/D converter 16 converts the voltage signal that has passed through the second bandpass filter 12 from an analog signal to a digital signal. Then, the process proceeds to step S9.
  • step S9 the phase acquisition unit 22 executes phase shift acquisition processing.
  • the phase acquisition unit 22 acquires the phase waveform 31 of the second frequency component that has passed through the second bandpass filter 12 .
  • processing for generating the phase waveform 31 is performed.
  • This phase waveform 31 is that of a commercial power supply.
  • the waveform synchronization section 23 executes waveform synchronization processing.
  • the waveform synchronization section 23 synchronizes the waveform of the first frequency with the phase waveform 31 .
  • a process of overlapping the waveform of the first frequency and the phase waveform 31 is performed.
  • the post-synchronization mode may be any mode in which the relationship between at least the region 32 where the voltage rises in the phase waveform 31 and the voltage signal of the partial discharge P can be grasped. In this way, it becomes easier to specify the location where the waveform containing the component (waveform) of the partial discharge P appears in the waveform of the first frequency.
  • the insulation diagnosis section 24 executes insulation diagnosis section processing.
  • the insulation diagnosis unit 24 diagnoses the insulation of the rotary electric machine 2 based on the component of the partial discharge P identified based on the phase waveform 31 .
  • the insulation diagnostic part processing information necessary to identify discharge generation conditions, such as the discharge generation position or the cause of discharge generation, which is data indicating the characteristics of the discharge, is acquired. In this way, the insulation diagnosis of the rotary electric machine 2 can be performed.
  • the charge amount calculation unit 25 executes charge amount calculation processing.
  • the charge amount calculator 25 calculates the charge amount related to the partial discharge P of the rotary electric machine 2 based on the component of the partial discharge P specified based on the phase waveform 31 .
  • the charge amount related to the partial discharge P is calculated based on the peak value of the waveform containing the partial discharge P component.
  • the charge amount related to the partial discharge P may be calculated based on the spectrum of the section corresponding to the local discharge of the waveform containing the partial discharge P component.
  • Information on the amount of charge is important information for knowing the absolute discharge intensity. Therefore, the deterioration state of the rotary electric machine 2 can be determined by evaluating the magnitude of the electric charge amount. Furthermore, by combining information on the occurrence location of the waveform containing the component of the partial discharge P at the first frequency and the amount of charge, the relationship between the discharge intensity and the discharge frequency can be diagnosed. Accurate estimation of the life of the rotary electric machine 2 can be made by comprehensively judging the information.
  • the life expectancy calculation unit 26 executes life expectancy calculation processing.
  • the life expectancy calculator 26 calculates the life expectancy of the rotary electric machine 2 from the life expectancy information stored in the database 27 and the charge amount related to the partial discharge P.
  • the first characteristic data indicating the characteristics of the charge amount related to partial discharge and the usage period acquired from the current rotating electric machine 2 are calculated based on the information related to the charge amount stored in the storage unit 21. Create a graph of the second characteristic data showing the characteristic of (time). Then, by linking the first characteristic data and the second characteristic data, an electrical breakdown characteristic (Breakdown Voltage: BDV) that indicates the relationship between the remaining life of the rotary electric machine 2 and the period of use is estimated.
  • BDV electrical breakdown characteristic
  • the remaining life is calculated as the time until the amount of charge related to partial discharge reaches a preset threshold.
  • the second characteristic data of the current rotary electric machine 2 includes the characteristic that defines the remaining life of the rotating electrical machine 2, so that the accuracy of calculating the remaining life can be improved.
  • the database 27 also stores characteristics that define the remaining life of the rotating electric machine 2 .
  • the property is the propagation rate of the dielectric breakdown path. It should be noted that the dielectric breakdown path is generated or propagated by partial discharge with respect to the insulating material.
  • the dielectric breakdown path progresses over time, and when it reaches the ground point, it leads to dielectric breakdown.
  • Information on the amount of charge and the progress function of the progress rate of the dielectric breakdown path are obtained in advance. Based on this propagation function, the propagation speed of the dielectric breakdown path can be known successively. In this way, the remaining life of the rotary electric machine 2 can be calculated.
  • the main control unit 20 executes output processing.
  • the main control unit 20 uses the output unit 19 to output the result of processing the data regarding the partial discharge P.
  • FIG. For example, the output unit 19 displays the processing result on a display or outputs it to a printer. Note that the processing result may be transmitted to another computer, or the processing result may be recorded in a portable recording medium.
  • the processing results output from the output unit 19 include information indicating whether or not partial discharge P has occurred, a graph in which the waveform of the first frequency and the phase waveform 31 are superimposed, the insulation diagnosis result of the rotating electric machine 2, and information about the partial discharge P. They are the amount of electric charge, the remaining life of the rotary electric machine 2, and the like.
  • the information indicating whether or not the partial discharge P has occurred does not necessarily have to be determined by the data processing device 17 as to whether or not the partial discharge P has occurred.
  • a graph obtained by superimposing the waveform of the first frequency and the phase waveform 31 may be output, and the user viewing this graph may determine whether or not the partial discharge P has occurred.
  • the output unit 19 outputs information that can identify the component of the partial discharge P of the rotary electric machine 2 included in the first frequency component that has passed through the first bandpass filter 11 based on the phase waveform 31 . Then, the partial discharge measuring method ends.
  • the partial discharge measurement system 1A of the second embodiment further includes a phase shift circuit 40 in addition to the configuration of the first embodiment described above.
  • This phase shift circuit 40 is provided between the second amplifier 14 and the second A/D converter 16 .
  • the phase shift circuit 40 may be provided anywhere at least between the second bandpass filter 12 and the second A/D converter 16 .
  • the phase waveform 31 ′ measured by the second sensor 7 is the commercial power supply output from the coil 3 . It may deviate from the phase waveform 31 .
  • a phase waveform 31' measured by the second sensor 7 has a predetermined phase difference ⁇ with respect to the original phase waveform 31 of the commercial power supply. Therefore, in the second embodiment, the original phase waveform 31 of the commercial power supply is acquired by correcting the phase difference ⁇ .
  • the air gap 30 portion between the power line 4 (conductor) and the second sensor 7 can be regarded as a virtual phase advance circuit (phase advance capacitor) having a predetermined capacitance.
  • phase advance circuit phase advance capacitor
  • the phase shift circuit 40 is provided as a phase delay circuit that opposes the phase advance circuit. In this way, the phase shift circuit 40 can cancel the leading phase component in an electrical circuit and correct the phase difference ⁇ .
  • a virtual circuit including at least the capacitance of the air gap 30 between the power line 4 (conductor) and the second sensor 7 for example, a circuit including the phase-advancing circuit and the phase-lagging circuit described above
  • a correction amount for correcting the phase difference ⁇ (deviation) of the phase waveform 31′ is set based on the analysis in advance. In this way, an appropriate correction amount can be set.
  • the partial discharge measurement system 1B of the third embodiment further includes a correction capacitor 41 in addition to the configuration of the first embodiment.
  • This correction capacitor 41 is provided to correct the phase difference ⁇ (FIG. 5).
  • the correction capacitor 41 is provided on the second coaxial cable 9 which is the signal line connecting the second sensor 7 and the second bandpass filter 12 .
  • At least the capacitance C0 of the air gap 30 between the power line 4 (conductor) and the second sensor 7 and the resistance of the data processing device 17 that processes the voltage signal is set based on analysis of a virtual circuit (equivalent circuit) including the value R.
  • the capacitance of the air gap 30 is C0
  • the capacitance of the second sensor 7 is C1
  • the capacitance of the second coaxial cable 9 is C2
  • the capacitance of the correction capacitor 41 is C2.
  • C be 3 and let R be the resistance value (impedance) of the data processor 17 .
  • the capacitance C 0 of the air gap 30 is the capacitance between the power line 4 (conductor) and the metal frame 5 .
  • the capacitance C 1 of the second sensor 7 is the capacitance between the second sensor 7 and the metal frame 5 .
  • the resistance value R includes the resistance values of the second bandpass filter 12 , the second amplifier 14 and the second A/D converter 16 .
  • the capacitance C1 of the second sensor 7, the capacitance C2 of the second coaxial cable 9, the capacitance C3 of the correction capacitor 41 , and the resistance value R of the data processor 17 are the capacitance of the air gap 30.
  • a parallel circuit is formed between C0 and ground.
  • the correction capacitor 41 does not have the capacitance C3 , the current is more likely to flow to the resistance value R than to the capacitances C1 and C2 . Therefore, a phase difference ⁇ (FIG. 5) is generated. Therefore, by providing the capacitance C3 of the correction capacitor 41 , the current can easily flow to the capacitances C1, C2 , and C3, and the current can hardly flow to the resistance value R side . In this way, the phase difference ⁇ (FIG. 5) can be canceled.
  • the capacitance C3 of the correction capacitor 41 is equal to or greater than a specified multiple of the ground capacitance.
  • a capacitance C 3 (correction amount) of the correction capacitor 41 that is equal to or greater than a prescribed multiple of the capacitance to ground is calculated by calculation according to the virtual circuit (equivalent circuit) described above.
  • the partial discharge measurement system 1B of the third embodiment includes a correction capacitor 41 that is provided between the signal line and the ground point and corrects the phase difference ⁇ of the phase waveform 31'. With this configuration, it is possible to correct the phase difference ⁇ of the phase waveform 31 ′ with a simple configuration in which only the correction capacitor 41 is added.
  • the partial discharge measurement system 1 (1A, 1B) and the partial discharge measurement method have been described based on the first to third embodiments, but the configuration applied in any one embodiment is applied to other embodiments. Alternatively, configurations applied in each embodiment may be combined.
  • the system of the above-described embodiment includes a control device with a highly integrated processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive), display devices such as displays, and input devices such as mice or keyboards and a communication interface.
  • a control device with a highly integrated processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit), or CPU (Central Processing Unit), ROM (Read Only Memory) or RAM (Random Access Memory), external storage devices such as HDD (Hard Disk Drive) or SSD (Solid State Drive), display devices such as displays, and input devices such as mice or keyboards and a communication interface.
  • a control device with a highly integrated processor such as a dedicated chip, FPGA (Field Programmable Gate Array), GPU (Graphics Processing Unit),
  • the programs executed by the system of the above-described embodiment are pre-installed in a ROM or the like and provided.
  • this program can be stored as an installable or executable file on a non-transitory computer-readable storage medium such as CD-ROM, CD-R, memory card, DVD, flexible disk (FD), etc. may be stored and provided.
  • this system may be stored on a computer connected to a network such as the Internet, downloaded via the network, and provided.
  • this system can also be configured by combining separate modules that independently perform each function of the constituent elements and are interconnected by a network or a dedicated line.
  • the partial discharge measurement system 1 includes two sensors, the first sensor 6 and the second sensor 7, in the above-described embodiment, other modes are possible.
  • the partial discharge measurement system 1 may include one sensor.
  • a voltage signal may be input to the first bandpass filter 11 and the second bandpass filter 12 by branching the coaxial cable extending from this one sensor.
  • a low-pass filter is used to extract the phase waveform 31 of the commercial power supply from the voltage signal, but other modes may be used.
  • the phase waveform 31 of the commercial power supply may be extracted from the voltage signal by processing the voltage signal using an electric circuit without using a low-pass filter.
  • the phase acquisition unit 22 that acquires the phase waveform 31 of the component of the second frequency that has passed through the second band-pass filter 12 prevents the operation of the rotating electric machine 2 from being affected. Measurement of the partial discharge P can be performed without giving.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Testing Relating To Insulation (AREA)
  • Tests Of Circuit Breakers, Generators, And Electric Motors (AREA)
  • Electrical Discharge Machining, Electrochemical Machining, And Combined Machining (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

実施形態によれば、部分放電計測システム（１）は、回転電機（２）に接続された導体（４）を伝搬する電圧信号を非接触で検出する少なくとも１つのセンサ（６，７）と、センサ（６，７）により得られた電圧信号に含まれる第１周波数の成分を通過させる第１バンドパスフィルタ（１１）と、センサ（６，７）により得られた電圧信号に含まれる第１周波数よりも低い第２周波数の成分を通過させる第２バンドパスフィルタ（１２）と、第２バンドパスフィルタ（１２）を通過した第２周波数の成分の位相波形（３１）を取得する位相取得部（２２）と、第１バンドパスフィルタ（１１）を通過した第１周波数の成分に含まれる回転電機（２）の部分放電（Ｐ）の成分を位相波形（３１）に基づいて特定可能な情報を出力する出力部（１９）を備える。

Description

部分放電計測システムおよび部分放電計測方法
　本発明の実施形態は、部分放電計測技術に関する。
　回転電機には、絶縁材料が用いられている。この絶縁材料が、熱的、電気的、機械的、化学的ストレスで劣化すると絶縁破壊が生じて回転電機の故障に繋がる可能性がある。そのため、回転電機の信頼性を確保するに絶縁材料の状態を把握することが重要である。事業用・自家発用の発電機または産業用の高電圧電動機では、コイルに高い電圧が加わり、絶縁材料の内部のボイドまたは絶縁材料の表面で部分放電が発生することで、樹脂などが放電浸食される。そのため、耐放電性の高いマイカを含んだ絶縁材料を使用することで、放電浸食を抑制し、絶縁材料の長期信頼性を確保している。
　絶縁材料の状態を把握し、その健全性を確認するには、回転電機が停止された状態であれば、絶縁抵抗、誘電損、部分放電などのオフライン診断により総合的に判定できる。しかし、回転電機の停止は、営業上の大きなインパクトを与えること、またオフライン診断は、停止中の診断であるため、運転中に生じる事象が全て現れていない場合がある。これらの実情から、回転電機を運転した状態で測定できるオンライン診断の要望がある。部分放電または電流の測定を使ったオンライン診断も実施される。
　部分放電の測定を行うオンライン診断は、電磁波アンテナなどを使用することで、電気機器の高電圧部に非接触で設置ができる。そのため、センサの取り付けが比較的容易になり、センサに加わる電気的または機械的なストレスが小さいなどの利点がある。また、測定した部分放電信号を診断する際、対象の機器に掛かっている電圧波形を同時に測定することで、部分放電信号を検出したときの電圧位相との関係が分かり、機器の中で部分放電が発生している相と絶縁部位を推定することができる。そのため、絶縁診断には電圧位相の測定も必要である。
特開２００６－５８１６６号公報 特開２００６－６４４６１号公報 特開２０１８－５９８４８号公報 特開２０１８－７２３０４号公報
　回転電機の絶縁診断では、部分放電信号と基準となる電圧位相を得ることで、部分放電の発生部位または部分放電の状態を特定できる。従来技術では、基準となる電圧位相を取得するために、計器用変成器を備える取り込み用の回路を新たに設けるようにしている。しかし、計器用変成器を回転電機に接続するときには、既存の回転電機の改造工事を伴うためコストと労力を要する。さらに、計器用変成器が接続される箇所は、ＡＶＲ・継電器などの回転電機の運転に必要な制御系直結の電源回路であることから、取り込み用の回路に短絡・地絡などの故障が生じた場合に、計器用変成器を介して回転電機または制御系に悪影響を与える可能性があり、運転停止のリスクがある。
　本発明の実施形態は、このような事情を考慮してなされたもので、回転電機の運転に影響を与えることなく、部分放電の計測を行うことができる部分放電計測技術を提供することを目的とする。
第１実施形態の部分放電計測システムを示す構成図。 金属フレームを示す断面図。 データ処理装置を示すブロック図。 部分放電計測方法を示すフローチャート。 センサで検知された電圧信号の波形を示すグラフ。 第２実施形態の部分放電計測システムを示す構成図。 第３実施形態の部分放電計測システムを示す構成図。 導体とセンサとの間の空隙の静電容量を含む仮想の回路を示す回路図。
　本発明の実施形態に係る部分放電計測システムは、回転電機に接続された導体を伝搬する電圧信号を非接触で検出する少なくとも１つのセンサと、前記センサにより得られた前記電圧信号に含まれる第１周波数の成分を通過させる第１バンドパスフィルタと、前記センサにより得られた前記電圧信号に含まれる前記第１周波数よりも低い第２周波数の成分を通過させる第２バンドパスフィルタと、前記第２バンドパスフィルタを通過した前記第２周波数の成分の位相波形を取得する位相取得部と、前記第１バンドパスフィルタを通過した前記第１周波数の成分に含まれる前記回転電機の部分放電の成分を前記位相波形に基づいて特定可能な情報を出力する出力部と、を備える。
　本発明の実施形態により、回転電機の運転に影響を与えることなく、部分放電の計測を行うことができる部分放電計測技術が提供される。
　（第１実施形態）
　以下、図面を参照しながら、部分放電計測システムおよび部分放電計測方法の実施形態について詳細に説明する。まず、第１実施形態の部分放電計測システムおよび部分放電計測方法について図１から図５を用いて説明する。
　図１の符号１は、第１実施形態の部分放電計測システムである。この部分放電計測システム１は、回転電機２の非接触のオンライン部分放電診断を行うために用いられる。
　部分放電診断は、機器を構成する導体に高電圧が印加されたときに、この導体と接地点との間に発生する放電を検出する試験である。この放電は、絶縁材料の剥離またはボイドといった欠陥部で多く発生する。このとき、電子の移動が起こっているため、高周波な電流変化が信号として導体中を伝搬する。部分放電診断では、その電流変化を検出することで、放電量と放電強度を計測する。
　部分放電の計測の対象となる回転電機２は、例えば、発電機または電動機などである。なお、回転電機２が発電機または電動機のいずれの場合であっても、本実施形態を適用することができる。
　以下の説明において、「商用電源の周波数」という用語は、回転電機２から出力される電力の周波数、または、回転電機２に供給される電力の周波数を示す。例えば、回転電機２が発電機である場合は、この発電機から外部へ出力される交流の周波数である。また、回転電機２が電動機である場合は、この電動機に外部から供給される交流の周波数である。以下の説明では、特に明示した場合を除き、回転電機２が発電機である場合を例示する。
　回転電機２は、導体である銅、鉄などの金属材料、樹脂を主材料とした絶縁材料で構成される。例えば、回転電機２は、導体としてのコイル３を備える。また、このコイル３には、導体としての電力線４が接続されている。電力線４は、例えば、円筒形状を成す金属フレーム５の内部に設けられている。なお、本実施形態では、導体として電力線４を例示しているが、この導体は中性点引出線であっても良い。
　例えば、コイル３に部分放電Ｐが生じた場合に、この部分放電の情報を含む電圧信号が、コイル３から電力線４に伝わり、この電力線４を伝搬するようになる。電力線４を伝搬する電圧信号を検出することで、回転電機２の絶縁診断を行うことができる。さらに、部分放電計測システム１は、部分放電Ｐに関する電荷量を測定することで回転電機２の余寿命を診断することができる。例えば、部分放電計測システム１は、部分放電Ｐに関する電荷量を測定することで回転電機２の余寿命を診断する。
　図５に示すように、部分放電Ｐが発生するタイミングは、回転電機２が出力する商用電源の周波数の位相波形３１に対応している。例えば、交流である商用電源の位相波形３１において、電圧が立ち上がる領域３２（図５の斜線の領域）では、回転電機２の絶縁材料に加わる電圧が高まる。そのため、絶縁材料にボイドなどの絶縁破壊経路がある場合には、電圧が立ち上がる領域３２で部分放電Ｐが生じ易い。なお、「電圧が立ち上がる」という用語は、交流において電圧が負の方向に向かって立ち上がる意味を含む。
　商用電源の位相波形３１の電圧が立ち上がる領域３２に対応して、パルス信号３３が検出された場合には、このパルス信号３３は、部分放電Ｐに起因するものである可能性が高い。一方、電圧が立ち上がる領域３２とは無関係に、パルス信号３４が検出された場合には、このパルス信号３４は、ノイズに起因するものである可能性が高い。つまり、商用電源の位相波形３１（基準となる電圧位相）を得ることで、部分放電Ｐのパルス信号３３をノイズのパルス信号３４と区別することができる。
　また、部分放電Ｐのパルス信号３３と商用電源の位相波形３１を得ることで、部分放電の発生部位または部分放電の状態を特定できる。例えば、３相交流の場合は、部分放電Ｐのパルス信号３３が、３つの位相波形のうちのいずれに対応して発生しているのかを把握することで、部分放電Ｐが生じているコイル３を特定できる。
　図１に示すように、部分放電計測システム１は、第１センサ６と第２センサ７と第１同軸ケーブル８と第２同軸ケーブル９と第１バンドパスフィルタ１１と第２バンドパスフィルタ１２と第１アンプ１３と第２アンプ１４と第１Ａ／Ｄ変換器１５と第２Ａ／Ｄ変換器１６とデータ処理装置１７とを備える。
　図２に示すように、第１センサ６と第２センサ７は、金属フレーム５の内周面に設けられている。金属フレーム５の中央に設けられた電力線４と、第１センサ６および第２センサ７との間には、空隙３０が設けられている。つまり、第１センサ６と第２センサ７は、回転電機２に接続された電力線４（導体）を伝搬する電圧信号を非接触で検出する。第１センサ６と第２センサ７が非接触式であるため、仮に、データ処理装置１７に短絡・地絡などの故障などが生じても、回転電機２の運転に影響を与えることがない。
　図１に示すように、第１センサ６は、信号線としての第１同軸ケーブル８を介して第１バンドパスフィルタ１１に接続される。この第１センサ６で検出された電圧信号は、第１バンドパスフィルタ１１に入力される。第２センサ７は、信号線としての第２同軸ケーブル９を介して第２バンドパスフィルタ１２に接続される。この第２センサ７で検出された電圧信号は、第２バンドパスフィルタ１２に入力される。
　第１バンドパスフィルタ１１は、高周波の成分を通過させるハイパスフィルタとなっている。この第１バンドパスフィルタ１１は、第１センサ６により得られた電圧信号に含まれる第１周波数の成分を通過させる。この第１センサ６は、部分放電Ｐの電圧信号を検出する。
　第２バンドパスフィルタ１２は、低周波の成分を通過させるローパスフィルタとなっている。この第２バンドパスフィルタ１２は、第２センサ７により得られた電圧信号に含まれる第２周波数の成分を通過させる。この第２センサ７は、商用電源の位相波形３１を検出する。
　第２周波数は、第１周波数よりも低いものとなっている。この第２周波数は、商用電源の周波数に基づいて設定される。このようにすれば、部分放電Ｐの成分（波形）を特定する指標となる商用電源の位相波形３１を取得することができる。
　また、第２周波数は、１Ｈｚ～１８０Ｈｚの範囲内に設定される。発明者らは、様々な態様の部分放電計測システム１の試作と実験を行った結果、第２周波数を１Ｈｚ～１８０Ｈｚの範囲内に設定することが好ましいという知見を得た。例えば、商用電源の周波数である６０Ｈｚを考慮し、最大でもその３倍程度の１８０Ｈｚ以下に第２周波数を設定することで、多少の誤差が生じたとしても、部分放電Ｐの成分を特定する指標となる商用電源の位相波形３１を得ることができる。
　また、第２周波数は、その他の周波数でも良い。例えば、商用電源の周波数が５０Ｈｚの場合には、１０％程度の誤差を考慮し、第２周波数を４５Ｈｚ～５５Ｈｚの範囲内に設定しても良い。また、商用電源の周波数が６０Ｈｚの場合には、第２周波数を５４Ｈｚ～６６Ｈｚの範囲内に設定しても良い。さらに、商用電源がいずれの周波数でも使用できるように、第２周波数を４５Ｈｚ～６６Ｈｚの範囲内に設定しても良い。
　なお、第１周波数は、第２周波数よりも高い値であれば、いずれの値でも良い。例えば、第１周波数は、２００Ｈｚ～１ＧＨｚの範囲内に設定される。第１周波数の下限値は、少なくとも１８０Ｈｚより高い値であれば良い。さらに、部分放電Ｐと関係のない成分を充分に遮断するのであれば、第１周波数の下限値は、１ｋＨｚ以上とすることが好ましい。また、データ処理装置１７が処理するデジタル信号の時間分解能の上限値が、第１周波数の上限値であっても良い。
　部分放電計測システム１が第１センサ６と第２センサ７とを備えることで、部分放電Ｐの電圧信号と商用電源の位相波形３１のそれぞれ異なる２つの周波数の成分を含む電圧信号の処理を容易に行うことができる。
　第１アンプ１３と第２アンプ１４は、データ処理装置１７で計測できるように電圧信号を増幅させるために設けられている。さらに、第１Ａ／Ｄ変換器１５と第２Ａ／Ｄ変換器１６は、連続量であるアナログ信号を離散化されたデジタル信号に変換するために設けられている。ここで変換された電圧信号は、データ処理装置１７に入力される。
　次に、データ処理装置１７のシステム構成を図３に示すブロック図を参照して説明する。データ処理装置１７は、入力部１８と出力部１９とメイン制御部２０と記憶部２１とを備える。このデータ処理装置１７は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤなどのハードウェア資源を有し、ＣＰＵが各種プログラムを実行することで、ソフトウェアによる情報処理がハードウェア資源を用いて実現されるコンピュータで構成される。さらに、本実施形態の部分放電計測方法は、各種プログラムをコンピュータに実行させることで実現される。
　入力部１８には、センサ６，７で検知された電圧信号が入力される。例えば、Ａ／Ｄ変換器１５，１６で変換されたデジタル信号が入力部１８に入力される。なお、入力部１８には、センサ６，７からリアルタイムで電圧信号が入力される態様のみならず、他の態様で入力されても良い。例えば、センサ６，７で検知された電圧信号を一旦他の記録装置で記録しておき、その後、この記録装置で記録された電圧信号がデータ処理装置１７の入力部１８に入力されても良い。
　また、入力部１８には、システムを使用するユーザの操作に応じて所定の情報が入力されても良い。例えば、入力部１８には、マウスまたはキーボードなどの入力装置が含まれる。つまり、これら入力装置の操作に応じて所定の情報が入力部１８に入力される。
　出力部１９は、所定の情報の出力を行う。この出力部１９は、ディスプレイ（表示部）に表示される画像の制御を行う。なお、ディスプレイは、コンピュータ本体と別体であっても良いし、一体であっても良い。さらに、ネットワークを介して接続される他のコンピュータが備えるディスプレイに表示される画像の制御を出力部１９が行っても良い。
　なお、本実施形態では、画像の表示を行う装置としてディスプレイを例示するが、その他の態様であっても良い。例えば、紙媒体に情報を印字するプリンタをディスプレイの替りとして用いても良い。つまり、出力部１９が制御する対象として、プリンタが含まれても良い。
　メイン制御部２０は、部分放電計測システム１を統括的に制御する。このメイン制御部２０は、位相取得部２２と波形同期部２３と絶縁診断部２４と電荷量算出部２５と余寿命算出部２６とを備える。これらは、メモリまたはＨＤＤに記憶されたプログラムがＣＰＵによって実行されることで実現される。
　データ処理装置１７の各構成は、必ずしも１つのコンピュータに設ける必要はない。例えば、ネットワークで互いに接続された複数のコンピュータを用いて１つのデータ処理装置１７を実現しても良い。例えば、絶縁診断部２４と電荷量算出部２５と余寿命算出部２６とが、それぞれの個別のコンピュータに搭載されていても良い。
　記憶部２１は、回転電機２の絶縁診断を行うときに必要な各種情報を記憶する。この記憶部２１は、データベース２７を備える。なお、このデータベース２７は、メモリ、ＨＤＤまたはクラウドに記憶され、検索または蓄積ができるよう整理された情報の集まりである。
　データベース２７は、回転電機２の部分放電Ｐに関する電荷量と回転電機２の余寿命の関係を示す余寿命情報を記憶する。このようにすれば、予めデータベース２７に余寿命情報を蓄積し、この蓄積に基づいて回転電機２の余寿命を算出することができる。
　次に、部分放電計測システム１が実行する部分放電計測方法について図４のフローチャートを用いて説明する。なお、前述の図面を適宜参照する。
　まず、ステップＳ１において、第１センサ６は、回転電機２に接続された電力線４（導体）を伝搬する電圧信号を非接触で検出する。
　次のステップＳ２において、第１バンドパスフィルタ１１（ハイパスフィルタ）は、第１センサ６により得られた電圧信号に含まれる第１周波数（高周波）の成分を通過させる。
　次のステップＳ３において、第１アンプ１３は、第１バンドパスフィルタ１１を通過した電圧信号を増幅する。
　次のステップＳ４において、第１Ａ／Ｄ変換器１５は、第１バンドパスフィルタ１１を通過した電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、ステップＳ９に進む。
　さらに、本実施形態の部分放電計測方法では、ステップＳ１～Ｓ４と並行にステップＳ５～Ｓ８を実行する。
　まず、ステップＳ５において、第２センサ７は、回転電機２に接続された電力線４（導体）を伝搬する電圧信号を非接触で検出する。
　次のステップＳ６において、第２バンドパスフィルタ１２（ローパスフィルタ）は、第２センサ７により得られた電圧信号に含まれる第２周波数（低周波）の成分を通過させる。
　次のステップＳ７において、第２アンプ１４は、第２バンドパスフィルタ１２を通過した電圧信号を増幅する。
　次のステップＳ８において、第２Ａ／Ｄ変換器１６は、第２バンドパスフィルタ１２を通過した電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。そして、ステップＳ９に進む。
　前述のステップＳ４およびＳ８の次に進むステップＳ９において、位相取得部２２は、移相取得処理を実行する。ここで、位相取得部２２は、第２バンドパスフィルタ１２を通過した第２周波数の成分の位相波形３１を取得する。例えば、位相波形３１を生成する処理を行う。この位相波形３１が商用電源のものとなっている。
　次のステップＳ１０において、波形同期部２３は、波形同期処理を実行する。ここで、波形同期部２３は、第１周波数の波形を位相波形３１と同期させる。例えば、第１周波数の波形と位相波形３１とを重ね合わせる処理を行う。なお、同期後の態様は、少なくとも位相波形３１において電圧が立ち上がる領域３２と、部分放電Ｐの電圧信号との関係が把握できる態様であれば良い。このようにすれば、第１周波数の波形において、部分放電Ｐの成分（波形）を含む波形が出現する箇所を特定し易くなる。
　次のステップＳ１１において、絶縁診断部２４は、絶縁診断部処理を実行する。ここで、絶縁診断部２４は、位相波形３１に基づいて特定された部分放電Ｐの成分に基づいて、回転電機２の絶縁診断を行う。
　絶縁診断部処理では、放電の特徴を示すデータである放電発生条件、例えば、放電発生位置または放電発生原因の特定に必要な情報を取得する。このようにすれば、回転電機２の絶縁診断を行うことができる。
　次のステップＳ１２において、電荷量算出部２５は、電荷量算出処理を実行する。ここで、電荷量算出部２５は、位相波形３１に基づいて特定された部分放電Ｐの成分に基づいて、回転電機２の部分放電Ｐに関する電荷量を算出する。
　電荷量算出処理では、例えば、部分放電Ｐの成分を含む波形のピーク値に基づいて、部分放電Ｐに関する電荷量を算出する。また、部分放電Ｐの成分を含む波形の局所的な放電に相当する区間のスペクトルに基づいて、部分放電Ｐに関する電荷量を算出しても良い。
　電荷量の情報は、絶対的な放電強度を知るために重要な情報である。従って、電荷量の大小を評価することで、回転電機２の劣化状態を判定することができる。さらに、第１周波数における部分放電Ｐの成分を含む波形の発生箇所と電荷量の情報を合わせることで、放電強度と放電頻度の関係を診断できる。それらの情報を総合的に判定することで、回転電機２の寿命に関する正確な推定が可能になる。
　次のステップＳ１３において、余寿命算出部２６は、余寿命算出処理を実行する。ここで、余寿命算出部２６は、データベース２７に記憶された余寿命情報と部分放電Ｐに関する電荷量から回転電機２の余寿命を算出する。
　余寿命算出処理では、例えば、記憶部２１に記憶された電荷量に関する情報類に基づいて、部分放電に関する電荷量の特性を示す第１特性データと、現状の回転電機２から取得された使用期間（時間）の特性を示す第２特性データのグラフを作成する。そして、第１特性データと第２特性データとを紐づけることで、回転電機２の余寿命と使用期間との関係を示す電気絶縁破壊特性（Breakdown Voltage：ＢＤＶ）を推定する。
　第２特性データに基づいて、部分放電に関する電荷量が事前に設定された閾値に到達するまでの時間を余寿命として算出する。このようにすれば、現状の回転電機２の第２特性データは、その余寿命を規定する特性を含んでいるため、余寿命の算出精度を向上させることができる。
　また、データベース２７には、回転電機２の余寿命を規定する特性が記憶される。例えば、特性として、絶縁破壊経路の進展速度がある。なお、絶縁破壊経路は、絶縁材料に関する部分放電により発生または進展する。
　絶縁破壊経路が時間とともに進展し、接地点に到達すると絶縁破壊に至る。なお、電荷量に関する情報類と絶縁破壊経路の進展速度の進展関数は、事前に取得しておく。この進展関数に基づいて、絶縁破壊経路の進展速度を逐次知ることができる。このようにすれば、回転電機２の余寿命を算出することができる。
　次のステップＳ１４において、メイン制御部２０は、出力処理を実行する。ここで、メイン制御部２０は、出力部１９を用いて、部分放電Ｐに関するデータの処理結果の出力を行う。例えば、出力部１９は、処理結果をディスプレイに表示、またはプリンタに出力する。なお、他のコンピュータに処理結果を送信しても良いし、可搬性を有する記録媒体に処理結果を記録しても良い。
　出力部１９から出力される処理結果は、部分放電Ｐの発生の有無を示す情報、第１周波数の波形と位相波形３１とを重ね合わせたグラフ、回転電機２の絶縁診断結果、部分放電Ｐに関する電荷量、回転電機２の余寿命などである。
　なお、部分放電Ｐの発生の有無を示す情報は、必ずしもデータ処理装置１７が部分放電Ｐの発生の有無を判定したものでなくても良い。例えば、第１周波数の波形と位相波形３１とを重ね合わせたグラフを出力し、このグラフを視認するユーザが部分放電Ｐの発生の有無を判定しても良い。つまり、出力部１９は、第１バンドパスフィルタ１１を通過した第１周波数の成分に含まれる回転電機２の部分放電Ｐの成分を位相波形３１に基づいて特定可能な情報を出力する。そして、部分放電計測方法を終了する。
　（第２実施形態）
　次に、第２実施形態の部分放電計測システム１Ａおよび部分放電計測方法について図６を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
　第２実施形態の部分放電計測システム１Ａは、前述の第１実施形態の構成に加えて移相回路４０をさらに備える。この移相回路４０は、第２アンプ１４と第２Ａ／Ｄ変換器１６との間に設けられている。なお、移相回路４０は、少なくとも第２バンドパスフィルタ１２と第２Ａ／Ｄ変換器１６との間であれば、いずれの部分に設けられても良い。
　導体としての電力線４と第２センサ７との間の空隙３０の静電容量は、比較的小さいため、第２センサ７で計測される位相波形３１’は、コイル３から出力される商用電源の位相波形３１とずれることがある。例えば、図５に示すように、第２センサ７で計測される位相波形３１’は、商用電源の本来の位相波形３１に対して、所定の位相差θが生じる。そこで、第２実施形態では、位相差θを補正することで、商用電源の本来の位相波形３１を取得する。
　図６に示すように、電力線４（導体）と第２センサ７との間の空隙３０の部分は、所定の静電容量を有する仮想の進相回路（進相コンデンサ）とみなすことができる。これにより位相差θ（図５）が生じてしまう。そこで、進相回路に対抗する遅相回路を構成する移相回路４０を設けている。このようにすれば、移相回路４０により、電気回路的に進相成分をキャンセルし、位相差θを補正することができる。
　第２実施形態では、少なくとも電力線４（導体）と第２センサ７との間の空隙３０の静電容量を含む仮想の回路（例えば、前述の進相回路と遅相回路とを含む回路）を予め解析し、この解析に基づいて、位相波形３１’の位相差θ（ずれ）を補正する補正量が設定される。このようにすれば、適切な補正量を設定することができる。
　（第３実施形態）
　次に、第３実施形態の部分放電計測システム１Ｂおよび部分放電計測方法について図７から図８を用いて説明する。なお、前述した実施形態に示される構成部分と同一構成部分については同一符号を付して重複する説明を省略する。
　図７に示すように、第３実施形態の部分放電計測システム１Ｂは、前述の第１実施形態の構成に加えて補正用コンデンサ４１をさらに備える。この補正用コンデンサ４１は、前述の位相差θ（図５）を補正するために設けられる。
　補正用コンデンサ４１は、第２センサ７と第２バンドパスフィルタ１２とを接続する信号線である第２同軸ケーブル９に設けられている。
　図８に示すように、第３実施形態では、少なくとも電力線４（導体）と第２センサ７との間の空隙３０の静電容量Ｃ０と、電圧信号の処理を行うデータ処理装置１７の抵抗値Ｒとを含む仮想の回路（等価回路）の解析に基づいて、商用電源の位相波形３１の位相差θを補正する補正量が設定される。
　例えば、商用電源Ｕの電圧をＶ０とし、データ処理装置１７の電圧をＶ１とする。ここで、空隙３０の静電容量をＣ０とし、第２センサ７の静電容量をＣ１とし、第２同軸ケーブル９の静電容量をＣ２とし、補正用コンデンサ４１の静電容量をＣ３とし、データ処理装置１７の抵抗値（インピーダンス）をＲとする。
　なお、空隙３０の静電容量Ｃ０は、電力線４（導体）と金属フレーム５の間の静電容量である。第２センサ７の静電容量Ｃ１は、第２センサ７と金属フレーム５の間の静電容量である。また、抵抗値Ｒには、第２バンドパスフィルタ１２と第２アンプ１４と第２Ａ／Ｄ変換器１６の抵抗値が含まれる。
　第２センサ７の静電容量Ｃ１と第２同軸ケーブル９の静電容量Ｃ２と補正用コンデンサ４１の静電容量Ｃ３とデータ処理装置１７の抵抗値Ｒは、空隙３０の静電容量Ｃ０と接地点との間で並列回路を構成する。
　仮に、補正用コンデンサ４１の静電容量Ｃ３が無い場合を考えると、静電容量Ｃ１，Ｃ２側よりも抵抗値Ｒ側に電流が流れ易くなる。そのため、位相差θ（図５）が生じる。そこで、補正用コンデンサ４１の静電容量Ｃ３を設けることで、静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３側に電流を流れ易くし、かつ抵抗値Ｒ側に電流が流れ難くする。このようにすれば、位相差θ（図５）を打ち消すことができる。
　なお、補正用コンデンサ４１の静電容量Ｃ３は、対地静電容量の規定倍数以上となっている。前述の仮想の回路（等価回路）に応じた計算により、対地静電容量の規定倍数以上となる補正用コンデンサ４１の静電容量Ｃ３（補正量）を算出する。
　第３実施形態の部分放電計測システム１Ｂは、信号線と接地点との間に設けられ、位相波形３１’の位相差θを補正する補正用コンデンサ４１を備える。このようにすれば、補正用コンデンサ４１を追加するだけの簡素な構成で、位相波形３１’の位相差θを補正することができる。
　部分放電計測システム１（１Ａ，１Ｂ）および部分放電計測方法を第１実施形態から第３実施形態に基づいて説明したが、いずれか１の実施形態において適用された構成を他の実施形態に適用しても良いし、各実施形態において適用された構成を組み合わせても良い。
　前述の実施形態のシステムは、専用のチップ、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、またはＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサを高集積化させた制御装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置と、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）またはＳＳＤ（Solid State Drive）などの外部記憶装置と、ディスプレイなどの表示装置と、マウスまたはキーボードなどの入力装置と、通信インターフェースとを備える。このシステムは、通常のコンピュータを利用したハードウェア構成で実現できる。
　なお、前述の実施形態のシステムで実行されるプログラムは、ＲＯＭなどに予め組み込んで提供される。もしくは、このプログラムは、インストール可能な形式または実行可能な形式のファイルでＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ、メモリカード、ＤＶＤ、フレキシブルディスク（ＦＤ）などのコンピュータで読み取り可能な非一過性の記憶媒体に記憶されて提供するようにしても良い。
　また、このシステムで実行されるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせて提供するようにしても良い。また、このシステムは、構成要素の各機能を独立して発揮する別々のモジュールを、ネットワークまたは専用線で相互に接続し、組み合わせて構成することもできる。
　なお、前述の実施形態では、部分放電計測システム１が第１センサ６と第２センサ７との２つのセンサを備えているが、その他の態様であっても良い。例えば、部分放電計測システム１が１つのセンサを備えるものでも良い。この１つのセンサから延びる同軸ケーブルを分岐させて、第１バンドパスフィルタ１１と第２バンドパスフィルタ１２に電圧信号を入力しても良い。
　なお、前述の実施形態では、ローパスフィルタを用いて、電圧信号から商用電源の位相波形３１を取り出すようにしているが、その他の態様であっても良い。例えば、ローパスフィルタを用いずに、電圧信号を電気回路的に処理することで、電圧信号から商用電源の位相波形３１を取り出すようにしても良い。
　以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、第２バンドパスフィルタ１２を通過した第２周波数の成分の位相波形３１を取得する位相取得部２２を備えることにより、回転電機２の運転に影響を与えることなく、部分放電Ｐの計測を行うことができる。
　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、組み合わせを行うことができる。これら実施形態またはその変形は、発明の範囲と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。

Claims (11)

  1. 　回転電機に接続された導体を伝搬する電圧信号を非接触で検出する少なくとも１つのセンサと、
    　前記センサにより得られた前記電圧信号に含まれる第１周波数の成分を通過させる第１バンドパスフィルタと、
    　前記センサにより得られた前記電圧信号に含まれる前記第１周波数よりも低い第２周波数の成分を通過させる第２バンドパスフィルタと、
    　前記第２バンドパスフィルタを通過した前記第２周波数の成分の位相波形を取得する位相取得部と、
    　前記第１バンドパスフィルタを通過した前記第１周波数の成分に含まれる前記回転電機の部分放電の成分を前記位相波形に基づいて特定可能な情報を出力する出力部と、
    　を備える、
    　部分放電計測システム。
  2. 　前記第２周波数は、商用電源の周波数に基づいて設定される、
    　請求項１に記載の部分放電計測システム。
  3. 　前記第２周波数は、１Ｈｚ～１８０Ｈｚの範囲内に設定される、
    　請求項１または請求項２に記載の部分放電計測システム。
  4. 　前記第１周波数の波形を前記位相波形と同期させる波形同期部を備える、
    　請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の部分放電計測システム。
  5. 　前記第２バンドパスフィルタを通過した前記電圧信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する変換器と、
    　前記第２バンドパスフィルタと前記変換器との間に設けられ、前記位相波形の位相差を補正する移相回路と、
    　を備える、
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の部分放電計測システム。
  6. 　前記センサと前記第２バンドパスフィルタとを接続する信号線と、
    　前記信号線と接地点との間に設けられ、前記位相波形の位相差を補正する補正用コンデンサと、
    　を備える、
    　請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の部分放電計測システム。
  7. 　少なくとも前記導体と前記センサとの間の空隙の静電容量を含む仮想の回路の解析に基づいて、前記位相波形の位相差を補正する補正量が設定される、
    　請求項５または請求項６に記載の部分放電計測システム。
  8. 　前記位相波形に基づいて特定された前記部分放電の成分に基づいて、前記回転電機の絶縁診断を行う絶縁診断部を備える、
    　請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の部分放電計測システム。
  9. 　前記位相波形に基づいて特定された前記部分放電の成分に基づいて、前記回転電機の前記部分放電に関する電荷量を算出する電荷量算出部と、
    　前記電荷量と前記回転電機の余寿命の関係を示す余寿命情報を記憶したデータベースと、
    　前記データベースに記憶された前記余寿命情報と前記部分放電に関する前記電荷量から前記回転電機の前記余寿命を算出する余寿命算出部と、
    　を備える、
    　請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の部分放電計測システム。
  10. 　前記センサは、
    　前記第１バンドパスフィルタに接続された第１センサと、
    　前記第２バンドパスフィルタに接続された第２センサと、
    　を含む、
    　請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の部分放電計測システム。
  11. 　少なくとも１つのセンサが、回転電機に接続された導体を伝搬する電圧信号を非接触で検出するステップと、
    　第１バンドパスフィルタが、前記センサにより得られた前記電圧信号に含まれる第１周波数の成分を通過させるステップと、
    　第２バンドパスフィルタが、前記センサにより得られた前記電圧信号に含まれる前記第１周波数よりも低い第２周波数の成分を通過させるステップと、
    　位相取得部が、前記第２バンドパスフィルタを通過した前記第２周波数の成分の位相波形を取得するステップと、
    　出力部が、前記第１バンドパスフィルタを通過した前記第１周波数の成分に含まれる前記回転電機の部分放電の成分を前記位相波形に基づいて特定可能な情報を出力するステップと、
    　を含む、
    　部分放電計測方法。
PCT/JP2022/005627 2021-02-16 2022-02-14 部分放電計測システムおよび部分放電計測方法 WO2022176799A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
AU2022222030A AU2022222030A1 (en) 2021-02-16 2022-02-14 Partial discharge measurement system and partial discharge measurement method
US18/348,884 US20230349965A1 (en) 2021-02-16 2023-07-07 Partial discharge measurement system and partial discharge measurement method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021022341A JP7482058B2 (ja) 2021-02-16 2021-02-16 部分放電計測システムおよび部分放電計測方法
JP2021-022341 2021-02-16

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US18/348,884 Continuation US20230349965A1 (en) 2021-02-16 2023-07-07 Partial discharge measurement system and partial discharge measurement method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022176799A1 true WO2022176799A1 (ja) 2022-08-25

Family

ID=82930584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/005627 WO2022176799A1 (ja) 2021-02-16 2022-02-14 部分放電計測システムおよび部分放電計測方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230349965A1 (ja)
JP (1) JP7482058B2 (ja)
AU (1) AU2022222030A1 (ja)
WO (1) WO2022176799A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0980111A (ja) * 1995-09-14 1997-03-28 Toshiba Corp 部分放電検出装置
JP2005233837A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Hitachi Ltd 部分放電測定方法及びその装置
JP2006098270A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Jfe Steel Kk 交流回転機の保全方法
KR101333584B1 (ko) * 2012-10-30 2013-11-27 한국전기연구원 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법
WO2020121600A1 (ja) * 2018-12-12 2020-06-18 株式会社日立製作所 部分放電検出装置及び部分放電検出方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0980111A (ja) * 1995-09-14 1997-03-28 Toshiba Corp 部分放電検出装置
JP2005233837A (ja) * 2004-02-20 2005-09-02 Hitachi Ltd 部分放電測定方法及びその装置
JP2006098270A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Jfe Steel Kk 交流回転機の保全方法
KR101333584B1 (ko) * 2012-10-30 2013-11-27 한국전기연구원 고전압 위상 동기화 기능을 갖는 전력 케이블용 부분방전 측정 장치 및 방법
WO2020121600A1 (ja) * 2018-12-12 2020-06-18 株式会社日立製作所 部分放電検出装置及び部分放電検出方法

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022222030A1 (en) 2023-08-03
JP7482058B2 (ja) 2024-05-13
JP2022124610A (ja) 2022-08-26
US20230349965A1 (en) 2023-11-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103597365B (zh) 部分放电产生的故障的定位设备和方法
US20150293177A1 (en) Method for the diagnostics of electromechanical system based on impedance analysis
EP2728367A1 (en) A method for detecting a fault condition in an electrical machine
US20120330871A1 (en) Using values of prpd envelope to classify single and multiple partial discharge (pd) defects in hv equipment
JP6945371B2 (ja) 回転機システムの診断装置、電力変換装置、回転機システム、および回転機システムの診断方法
JP5705102B2 (ja) 絶縁劣化診断装置
JP2011215067A (ja) 絶縁診断方法、絶縁診断システムおよび回転電機
JP7214809B2 (ja) 部分放電診断装置
Swamy et al. Sweep frequency response based statistical approach for locating faults in transformer windings using sliding window technique
JP2022505739A (ja) 電気的な動作手段の状態解析
JP7339881B2 (ja) 部分放電検出装置および部分放電検出方法
JP2018151345A (ja) 部分放電検出方法および部分放電検出装置
JP2002365326A (ja) 回転電機の絶縁診断方法および絶縁診断装置
KR20140038261A (ko) 변압기 진단장치 및 변압기 진단방법
WO2022176799A1 (ja) 部分放電計測システムおよび部分放電計測方法
JP2019045401A (ja) 部分放電診断装置および部分放電診断方法
JP2011252778A (ja) 磁界プローブを用いた電気機器の部分放電検出方法
JP2009266988A (ja) 油入電気機器の内部異常の診断方法
Samimi et al. Using the complex values of the frequency response to improve power transformer diagnostics
Frosini et al. An improved diagnostic system to detect inter-turns short circuits in low voltage stator windings
Tahir et al. Novel calculation method for power transformer winding fault detection using Frequency Response Analysis
JP5543877B2 (ja) 部分放電判別方法及び部分放電測定器
JP7443269B2 (ja) 絶縁診断システムおよび絶縁診断方法
Ushakov et al. Probing transformer windings with nanosecond pulses
JP7015869B2 (ja) 電気トリー進展に伴う絶縁劣化の判定方法

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: 22756117

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022222030

Country of ref document: AU

Date of ref document: 20220214

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: 22756117

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1