JP2004004003A - 放射電子波を利用した電力機器の部分放電検出装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電力機器、電力ケーブルなどで部分放電により放射される電子波を検出するための装置を提供する。
【解決手段】複数の電子波検出センサーと、検出センサー各々から出力される信号を増幅した後、ノイズ除去された中間周波数形態の信号だけを出力する複数の電子波検出部と、いずれか一つの検出部から出力される中間周波数処理された電子波を積分して積分前の値と比較し、部分放電パルスを出力するパルス生成部と、中間周波数処理された電子波を複数の基準電圧と比較し、複数のパルスを出力する電子波レベル処理部と、複数レベルを示す複数のパルスと部分放電によるパルスとを波形整形して出力する波形整形部と、一定時間波形整形された部分放電パルスをカウントして1サイクル当たりの平均パルス数を算出し、波形整形された複数レベルを示す複数のパルスを入力して所定単位の部分放電量を算出し、通信部を介して外部監視システムに伝送する。
【選択図】 図2
【解決手段】複数の電子波検出センサーと、検出センサー各々から出力される信号を増幅した後、ノイズ除去された中間周波数形態の信号だけを出力する複数の電子波検出部と、いずれか一つの検出部から出力される中間周波数処理された電子波を積分して積分前の値と比較し、部分放電パルスを出力するパルス生成部と、中間周波数処理された電子波を複数の基準電圧と比較し、複数のパルスを出力する電子波レベル処理部と、複数レベルを示す複数のパルスと部分放電によるパルスとを波形整形して出力する波形整形部と、一定時間波形整形された部分放電パルスをカウントして1サイクル当たりの平均パルス数を算出し、波形整形された複数レベルを示す複数のパルスを入力して所定単位の部分放電量を算出し、通信部を介して外部監視システムに伝送する。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉鎖配電盤、GIS、電力ケーブルのような電力機器の絶縁劣化監視システムに関するもので、特に部分放電による放射電子波を感知して電力機器の部分放電を検出する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電力機器の事故予防のための点検及び診断方法として、接触式常時監視装置と携帯用点検装備を利用するものとが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の接触式常時監視装置は、電力機器にセンサーを付着して劣化程度を測定するものなので、既に設置された機器に対しては適用できないという問題点がある。また、地絡時、或いは、サージ流入時、大電流によりセンサーが焼損されたり機器が破損される恐れがあるので、これらの機器には事故の危険性が常に存在するという短所がある。
【0004】
一方、携帯用点検装備は非接触型と接触型とに区分することができるのだが、一回用の点検で終わってしまうので、常時監視体系を構築することができないという短所がある。また、活線状態で携帯装備を利用して電力機器を点検する場合は、感電事故などの安全事故の危険性が常に存在するという短所がある。
【0005】
従って、現場では未だに人体の五感を利用しているのだが、このような場合測定者の主管に依存的なので、誤った測定結果がでることがあるという問題点がある。また、赤外線温度計、コロナ探知機などのような簡易測定装備を利用する場合は、隠蔽された部分に対する点検及び測定が不可能なので、事故の早期予防に限界があり、停電後点検のため機器劣化進行状態の把握が混乱であるという問題点があり、電力機器劣化の測定に多くの専門人力と時間を投資しなければならないという短所を抱えていた。
【0006】
一方、電力ケーブルの診断方法としては、死線状態で行う直流漏洩電流法、耐電圧試験、誘電正接法があり、活線状態では直誘電圧重畳法、水ツリー活線診断法、超音波法などがある。
【0007】
死線状態で行う検出方法は、全体の電力ケーブル線路の健全有無を診断するものなので、ケーブル端末材及び中間接続材に対する劣化状態を探し出すことができず、また設備を停止させなければならないので、試験時の人的、物的損失が大きく、運転中の電気的、器械的な動作状態での複合ストレスによって生じた劣化及び異常信号を見逃すことがあるという短所がある。
【0008】
反面、活線状態の診断方法は、設備を停止させずに運転中に線路の劣化を検出できるという点では、死線状態診断より遥かに有用な方法であると言える。しかし、全体の電力ケーブルに対する健全状態を診断するため、局部的な劣化を検出することが難しいという点のせいで、現在はケーブル端末及び中間接続材の場合、超音波音響検出法を主に活用している。
【0009】
しかし、超音波音響検出法を利用する場合は、超音波センサーの特性上、劣化がある程度進んだ後の劣化だけを検出することができるので、初期劣化状態を検出できないという問題が発生することになる。また、超音波センサーは、圧電センサーを利用して信号を検出することになるのだが、このような場合に圧電センサーを一定の圧力でケーブル接続材に付着しなければならないという問題点がある。これは、つまりケーブル劣化検出の誤診率を上昇させる原因として作用することがあり、劣化の進捗度によってメンテナンス管理のための人的、物的損失を甘受しなければならない。更に、これまでの超音波音響検出法はアナログ方式から成るので、遠隔地に位置した管理者のコンピューターにデータを伝送するためには、検出データを再加工しなければならないという問題点がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、閉鎖配電盤、電力ケーブルのような電力機器の劣化程度を遠隔地で常に監視できるように支援するための、放射電子波を利用した部分放電検出装置を提供することにある。
【0011】
本発明のまた別の目的は、閉鎖配電盤、電力ケーブル及びGIS(Gas InsulatedSwitch gear)のような機器の劣化測定のために投資しなければならない人力と時間を激減することのできる部分放電検出装置を提供することであり、電力ケーブルの劣化程度をその進捗度に関係なく検出することのできる装置を提供することにある。
【0012】
本発明のまた別の目的は、被測定対象体に適したセンサーを選択し、便利に部分放電による電子波を検出することのできる装置を提供することにある。
【0013】
本発明のまた別の目的は、電力機器の劣化を点検するにおいて、安全事故の発生確率を激減させると共に、電力機器の劣化程度を正確に測定する事のできる、電子波を利用した電力機器の部分放電検出装置を提供することにある。
【0014】
前記の目的を達成するための本発明の実施例による電力機器の部分放電検出装置は、
少なくとも閉鎖配電盤、電力ケーブル及びガス絶縁開閉装置(GIS)から部分放電により放射される電子波信号を各々検出するための複数の電子波検出センサーと、
前記電子波検出センサー各々から出力される信号を増幅した後、ノイズ除去された中間周波数形態の電子波信号だけを出力する複数の電子波検出部と、
いずれか一つの電子波検出部から出力される中間周波数処理された電子波を積分して積分以前の値と比較し、部分放電によるパルスを出力するパルス生成部と、
前記中間周波数処理された電子波を複数の基準電圧と各々比較し、複数のレベルを示す複数の電子波パルスを出力する電子波レベル処理部と、
前記複数レベルを示す複数の電子波パルスと部分放電によるパルスとを波形整形して出力する波形整形部と、
一定時間の間波形整形された前記部分放電によるパルスをカウントして1サイクル当たりの平均パルス数を算出し、波形整形された前記複数レベルを示す複数の電子波パルスを入力して所定単位の部分放電量を算出し、前記平均パルス数と共に通信部を介して外部監視システムに伝送する制御部、とを含むことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照に詳細に説明する。本発明を説明するにおいて、関連の公知機能、或いは、構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明にする可能性があると判断される場合、それに対する詳細な説明は省略する。
【0016】
まず、図1は、本発明の実施例による部分放電検出装置100の周辺ブロック構成図を示したものである。図1に示した部分放電検出装置100は、電力ケーブルの中間接続部に装着され、接続部の施行不良、半導電層不良、内部異物質及びボイド(Void)気泡などにより発生される電子波を検出する電力ケーブル用電子波(UHF)検出センサー110と連結可能である。そして、部分放電検出装置100は、GISの個体絶縁物(Spacer)に位置し、GIS内部金属異物質流入などにより発生される部分放電に基因した電子波を検出するGIS電子波検出センサー130と連結可能である。また、部分放電検出装置100は、閉鎖配電盤内に設置され、電力機器の寿命が尽きたり、設置不良、材料不良などによる老後化が進行される時に発生される部分放電による電子波を検出する閉鎖配電盤用電子波検出センサー120とも連結可能である。
【0017】
つまり、部分放電検出装置100は、上述した三つのセンサーの中、いずれか一つから検出される電子波の平均パルス数とクーロン単位の部分放電量を演算し、RS−485ケーブルを介して遠隔地に位置した監視システム200に伝送したり、表示部に表示してくれる。
【0018】
一方、監視システム200は、管理者が遠隔地に位置した電力機器の状態を点検することができるように、前記RS−485ケーブルを介して入力されるクーロン単位の部分放電量と平均パルス数をモニター上に表示してくれる。これによって、管理者は、遠隔地に位置する電力機器、或いは電力ケーブル、GISの部分放電状態を常に点検することができるのである。
【0019】
以下、図2を参照して上述した部分放電検出装置100の構成及び動作を詳細に説明する。
【0020】
まず、図2は、本発明の実施例による部分放電検出装置の詳細ブロック構成図を示したもので、図3は、図2中の電力ケーブル用電子波検出センサー110の斜視図を、図4は、図3に図示された電子波検出センサー110の断面例示図を示したものである。そして、図5は、図2に図示された部分放電検出装置のアナログ回路構成図を、図6は、図2に図示された部分放電検出装置のデジタル回路構成図を、図7は、図2中のGIS電子波検出センサー130の外観例示図を示したものであり、図8は、図2中の制御部170の動作のフローチャートを、図9は、図2中の制御部170により処理された部分放電量表示波形図を例示したものである。
【0021】
図2を参照すると、まず、本発明の実施例による部分放電検出装置100は、各々の電力機器(閉鎖配電盤、電力ケーブル、GIS)から部分放電により放射される電子波信号を検出するための複数のセンサー110、120、130を具備するのだが、このようなセンサーは使用者の選択により各々固有の電子波検出部1、2、3と接続可能である。
【0022】
つまり、電力ケーブル用電子波検出センサー110は、バンド型電子波検出センサーで、電力ケーブルから部分放電により放射される電子波信号の中、30MHz帯域の信号だけを検出して後端のRF増幅部112に伝送する。一般的に、電力機器から部分放電時に放射される電子波は、ある特定周波数分布帯域を有する。周波数分布帯域を狭帯域に探す方法は、エーアールモデリング法(AR Modeling Method)を利用して探すことができる。このような方法を介して探した周波数分布帯域がこの30MHzである。
【0023】
前記電力ケーブル用電子波検出センサー110は、図3に図示されているように、一側が電力ケーブルの表面と同じ曲面を有するケーブル接続材111と、前記ケーブル接続材111の上部に装着されるのだが、一側にはBNCコネクターが形成されているホルダー(holder)113とを含む。このようなホルダー113には、作業の便宜上、端部に取っ手115が形成されているポール(pole)の一側がネジ結合され得る溝が形成されることができる。このような電力ケーブル用電子波検出センサー110の断面が、図4の(a)に図示されている。図4の(a)を参照すると、ケーブル接続材内には電子波信号を検出するためのヘリカルタイプのアンテナが存在し、前記アンテナの端部は、ホルダーの内部に位置する増幅回路(L,C)を介してBNCコネクターと接続される。つまり、図4の(a)に図示された断面構造を有する電子波検出センサー110は、部分放電による電子波を検出し、これを所定レベルに増幅して後端のRF増幅部112に伝送する役割を遂行する。
【0024】
一方、直線接続材は、ケーブル間で使用されるので高圧から比較的安全だと見れる。しかし、ケーブル接続材内部で絶縁破壊などが発生されている場合は、ケーブル接続材の表面に高電圧(高電位)が誘起され得、この電圧により診断装備が焼損され得る。終端接続材の場合は、高圧ターミナル端子と離隔距離が数十Cm以下で、測定者の感電危険と常時高電位が誘起され得る。従って、高電位を装備から遮断するために、センサーと診断装備の間で光信号に変換する必要がある。図4の(a)は、直線接続材のような比較的高電位が常時存在しない場合に適用するセンサーで、図4の(b)タイプは終端接続材や劣化の恐れのある直線接続材で使用されるための光変換装置の内蔵されたセンサーである。従って、光変換装置の使用は、装備と測定者の安全のための保護対策の一貫である。
【0025】
図4の(b)に図示した電子波検出センサー110は、一側が電力ケーブルの表面と同じ曲面を有するケーブル接続材と、前記ケーブル接続材内に挿入されているヘリカルタイプのアンテナ(UHF ANT)と、前記ケーブル接続材に装着され、その内部に前記アンテナと接続される第1光電変換部を具備するホルダーと、前記ホルダーに結合された取っ手を含むのだが、その取っ手の一側端部にはBNCコネクターが形成されており、その取っ手の内部には第1光電変換部の出力端に接続される光伝送媒体と前記BNCコネクターの一側の間に結合される第2光電変換部(図示せず)が内蔵されている。つまり、図4(b)に図示した電力ケーブル用電子波検出センサー110は、ヘリカルアンテナによって検出された電気的信号を光信号に一次変換して伝送し、これを再び電気的信号に変換してBNCコネクターを介して後端のRF増幅部112に出力することのできる構造を有する。
【0026】
上述の電力ケーブル用電子波検出センサー110の後端に位置する電子波検出部1は、周りのノイズ(地上波放送信号など)の電子波信号を区分するために存在する。このような電子波検出部1は、R/F増幅部112、IF処理部114及びノイズ除去フィルター116とで構成され、前記センサーの出力信号を増幅した後、ノイズ除去された電子波信号だけを中間周波数に変調して出力する。つまり、電子波検出部1の一構成要素であるR/F増幅部112は、図5に図示されているように、共振回路を利用して広帯域に発散される電子波の中、30MHzだけを同期させ増幅出力する。このような電子波信号は、以後IF処理部114で変調回路と三つの中間周波数処理トランス(IFT)を介して500KHzの中間周波数に変調されノイズ除去フィルター116に入力される。ノイズ除去フィルター116に入力されたIF信号は、図5に図示されているように、バッファ、増幅回路及び電波整流回路を介することによって、電波整流により周辺ノイズが除去された電子波信号だけがパルス生成部140と電子波レベル処理部150に出力される。
【0027】
一方、閉鎖配電盤用検出センサー120の後端にも、上述したような電子波検出部2が存在する。前記閉鎖配電盤用電子波検出センサー120は、ヘリカルアンテナタイプで構成され、閉鎖配電盤から部分放電により放射される電子波信号の中、30MHz帯域の信号だけを検出して後端のR/F増幅器122に出力する。すると、30MHz帯域の電子波信号は、以後IF処理部124で500KHzの中間周波数に変調されノイズ除去フィルター126に入力され、ノイズ除去フィルター126でノイズ除去された電子波信号だけが、後端のパルス生成部140と電子波レベル処理部150に出力されるのである。
【0028】
GIS用電子波検出センサー130は、図7に図示したように、締結固定部によりパターンアンテナタイプの両端部が締結固定されるバンド型電子波検出センサーで、GIS内部から放射される電子波信号の中、423MHz帯域の信号だけを検出して後端のR/F増幅部132に伝送すると、R/F増幅部132で増幅出力される423MHz帯域の電子波信号は、IF処理部134で500KHzの中間周波数に変調されてノイズ除去フィルター136に入力され、ノイズ除去フィルター126でノイズ除去された電子波信号だけが、後端のパルス生成部140と電子波レベル処理部150に出力される。
【0029】
つまり、本発明の実施例では、被測定対象体に適した電子波検出センサーを利用して被測定対象体から放射される電子波を一時的に検出し、検出された電子波信号からノイズ除去された電子波だけを抽出した後、これを信号処理して部分放電による平均パルス数とクーロン単位の部分放電量に演算表示することになるのである。
【0030】
このように、ノイズ除去された電子波を信号処理し、部分放電による平均パルス数とクーロン単位の部分放電量に演算表示するために必要な構成をより具体的に説明すると、
パルス生成部140は、三つの電子波検出部の中、いずれか一つから出力される電子波を積分した後、これを積分以前の値と比較して部分放電によるパルスで出力する。このような部分放電によるパルスは、波形整形部160を介して制御部170に入力され1サイクル当たりの平均パルス数を算出するのに利用される。
【0031】
電子波レベル処理部150も、各々の電子波検出部で中間周波数処理され出力される電子波を、図5に図示されているように、三つの基準電圧と比較して大、中、小レベルを示す電子波信号で出力する。このような大、中、小レベルを示す電子波信号も、波形整形部160を介して制御部170に入力される。
【0032】
波形整形部160は、図6に図示されているように、パルス生成部140と電子波レベル処理部150とから出力される信号を波形整形するためのシュミット回路と時間遅延用フリップフロップとから成る。このような波形整形部160は、大、中、小レベルを示す電子波信号と部分放電によるパルス信号とを制御部170で処理することができるように波形整形して出力する。
【0033】
一方、制御部170は、図8に図示された動作の流れによって、一定時間(サンプリング時間)の間前記部分放電によるパルスをカウントして1サイクリング当たりの平均パルス数を算出し、前記電子波レベル処理部150から出力される電子波信号を1度単位の部分放電量として算出し、前記平均パルス数と共に遠隔地に位置した監視システム200に伝送する一方、部分放電検出装置100に具備された表示部190上に表示する役割を遂行する。また、制御部170は、図示していないが、内部にメモリーを具備することによって、実時間で算出された部分放電量のデータを貯蔵することもできる。
【0034】
ID入力部180は、8ピンディープスイッチで部分検出装置100を遠隔地に位置した監視システム200で識別することができるようにID入力に利用される。
【0035】
そして、通信部は、前記制御部170の制御によって、電子波による部分放電量と平均パルス数のデータを変換して、RS−485ケーブルを介して遠隔地に位置した監視システム200に伝送する役割を遂行する。
【0036】
表示部190は、前記制御部170により各種表示データを表示してくれる役割を遂行する。このような表示部190はLEDとLCDとを含む。
【0037】
以下、図8を参照に、電子波による部分放電量と平均パルス数の算出及び表示過程を説明することにする。
【0038】
図8を参照すると、制御部170は、まず300段階でサンプリング時間の間パルス生成部140から入力されるパルス数をカウンティングする。パルス数をカウンティングするために、本発明では、まず電子波信号の1サイクルを360度に分割し、1度(46micro sec)内に電子波があれば、これをパルス数1として2.5秒間パルス数をカウンティングするように設計した。従って、サンプリング時間である2.5秒間のパルス数がカウンティング完了されると、2.5秒間カウンティングされた全体パルス数を1サイクル当たりの平均パルス数に換算することができるので、制御部170は、310段階で1サイクル当たりのパルス数(0から最大360の値を有する)を算出することができる。
【0039】
以後、制御部170は、320段階に進み、電子波レベル処理部150から出力される電子波信号の大、中、小レベル(大きさ)を利用して1度単位に累積放電量数を算出する。算出方法としては、互いにちがうレベルを有する1度内のパルス各々に変数を乗算し、これらを加算することによって算出する。例えば、電子波レベル処理部150から入力される電子波のレベルが三つのレベルに分類されたとしたら、レベル(大きさ)1×α+レベル2×β+レベル3×γの数式によって1度内の累積放電量数を算出する。このように、1度内の累積放電量数を算出すると、以後、制御部170は330段階に進み、部分放電量を算出する。部分放電量は、累積放電量数(レベル1×α+レベル2×β+レベル3×γ)をパルス個数(レベル1+レベル2+レベル3)で割ることによって得られる。
【0040】
このように、310段階と330段階で1サイクル当たりの平均パルス数と部分放電量を算出したら、制御部170は340段階に進み、1サイクル当たりのパルス数及び部分放電量を表示部190に表示し、350段階で、1サイクル当たりのパルス数及び部分放電量を通信部を介して遠隔地に位置した監視システム200に伝送する。
【0041】
前記監視システム200及び表示部190に表示された1サイクル当たりのパルス数と部分放電量の表示形態を説明すると、まず1サイクル当たりのパルス数と部分放電量は、下記の表1のように表示することができる。
【0042】
【表1】
【0043】
1サイクル当たりのパルス数は、最大360個まで発生することができるが、前記表1でのように、1サイクル当たりのパルス数を示す電子波個数が240以上だと電力機器に異常が発生したものであり、180乃至240の値を有すると点検が要される。そして、部分放電量である電子波放電量も70以上である場合、電力機器に異常が発生したものであり、50乃至70の値を有すると点検が要される。
【0044】
一方、電子波による部分放電量は図9の波形に表示することもできる。図9は、図2中の制御部170によって処理された部分放電量表示波形例示図を図示したものである。図9を参照すると、部分放電による電子波の位相が90度と270度付近に三つの大きさを有して分布していることが分かる。検出時間が長くなればなるほど、90度と270度付近にはたくさんの電子波が分布する事になる。
【0045】
従って、管理者は、図9に図示された波形を見て部分放電が発生している電力機器の位置及び状態或いは電力ケーブルの劣化の程度を確認することができる。
【0046】
【発明の効果】
上述のように、本発明は、電力機器の劣化程度を遠隔地で常時監視することができる利点があり、電力機器の劣化測定のための専門人力と投資時間を著しく激減することができる利点がある。また、本発明は、部分放電発生機器の位置を探索することができるので、メンテナンスが容易であり、電力機器の劣化を点検するにおいて、安全事故発生確率を激減することができる長所がある。
【0047】
そして、被測定対象体に適したセンサーを利用して部分放電による電子波を検出することができるので、システムの互換性を高めることができる長所があり、電力ケーブル、GIS、電力機器の劣化程度をその進捗度に関係なく検出することができる利点がある。
【0048】
一方、本発明は、図示された実施例を参考に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有した者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施例が可能であるということが理解されるであろう。従って、本発明の真なる技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による部分放電検出装置の周辺ブロック構成図である。
【図2】本発明の実施例による部分放電検出装置の詳細ブロック構成図である。
【図3】図2中の電力ケーブル用電子波検出センサー110の斜視図である。
【図4】図3に図示された電子波検出センサー110の断面例示図である。
【図5】図2に図示された部分放電検出装置のアナログ回路構成図である。
【図6】図2に図示された部分放電装置検出装置のデジタル回路構成図である。
【図7】図2中のGIS電子波検出センサー130の外観例示図である。
【図8】図2中の制御部170の動作フローチャートである。
【図9】図2中の制御部170によって処理された部分放電量表示波形例示図である。
【発明の属する技術分野】
本発明は、閉鎖配電盤、GIS、電力ケーブルのような電力機器の絶縁劣化監視システムに関するもので、特に部分放電による放射電子波を感知して電力機器の部分放電を検出する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電力機器の事故予防のための点検及び診断方法として、接触式常時監視装置と携帯用点検装備を利用するものとが一般的である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
従来の接触式常時監視装置は、電力機器にセンサーを付着して劣化程度を測定するものなので、既に設置された機器に対しては適用できないという問題点がある。また、地絡時、或いは、サージ流入時、大電流によりセンサーが焼損されたり機器が破損される恐れがあるので、これらの機器には事故の危険性が常に存在するという短所がある。
【0004】
一方、携帯用点検装備は非接触型と接触型とに区分することができるのだが、一回用の点検で終わってしまうので、常時監視体系を構築することができないという短所がある。また、活線状態で携帯装備を利用して電力機器を点検する場合は、感電事故などの安全事故の危険性が常に存在するという短所がある。
【0005】
従って、現場では未だに人体の五感を利用しているのだが、このような場合測定者の主管に依存的なので、誤った測定結果がでることがあるという問題点がある。また、赤外線温度計、コロナ探知機などのような簡易測定装備を利用する場合は、隠蔽された部分に対する点検及び測定が不可能なので、事故の早期予防に限界があり、停電後点検のため機器劣化進行状態の把握が混乱であるという問題点があり、電力機器劣化の測定に多くの専門人力と時間を投資しなければならないという短所を抱えていた。
【0006】
一方、電力ケーブルの診断方法としては、死線状態で行う直流漏洩電流法、耐電圧試験、誘電正接法があり、活線状態では直誘電圧重畳法、水ツリー活線診断法、超音波法などがある。
【0007】
死線状態で行う検出方法は、全体の電力ケーブル線路の健全有無を診断するものなので、ケーブル端末材及び中間接続材に対する劣化状態を探し出すことができず、また設備を停止させなければならないので、試験時の人的、物的損失が大きく、運転中の電気的、器械的な動作状態での複合ストレスによって生じた劣化及び異常信号を見逃すことがあるという短所がある。
【0008】
反面、活線状態の診断方法は、設備を停止させずに運転中に線路の劣化を検出できるという点では、死線状態診断より遥かに有用な方法であると言える。しかし、全体の電力ケーブルに対する健全状態を診断するため、局部的な劣化を検出することが難しいという点のせいで、現在はケーブル端末及び中間接続材の場合、超音波音響検出法を主に活用している。
【0009】
しかし、超音波音響検出法を利用する場合は、超音波センサーの特性上、劣化がある程度進んだ後の劣化だけを検出することができるので、初期劣化状態を検出できないという問題が発生することになる。また、超音波センサーは、圧電センサーを利用して信号を検出することになるのだが、このような場合に圧電センサーを一定の圧力でケーブル接続材に付着しなければならないという問題点がある。これは、つまりケーブル劣化検出の誤診率を上昇させる原因として作用することがあり、劣化の進捗度によってメンテナンス管理のための人的、物的損失を甘受しなければならない。更に、これまでの超音波音響検出法はアナログ方式から成るので、遠隔地に位置した管理者のコンピューターにデータを伝送するためには、検出データを再加工しなければならないという問題点がある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明の目的は、閉鎖配電盤、電力ケーブルのような電力機器の劣化程度を遠隔地で常に監視できるように支援するための、放射電子波を利用した部分放電検出装置を提供することにある。
【0011】
本発明のまた別の目的は、閉鎖配電盤、電力ケーブル及びGIS(Gas InsulatedSwitch gear)のような機器の劣化測定のために投資しなければならない人力と時間を激減することのできる部分放電検出装置を提供することであり、電力ケーブルの劣化程度をその進捗度に関係なく検出することのできる装置を提供することにある。
【0012】
本発明のまた別の目的は、被測定対象体に適したセンサーを選択し、便利に部分放電による電子波を検出することのできる装置を提供することにある。
【0013】
本発明のまた別の目的は、電力機器の劣化を点検するにおいて、安全事故の発生確率を激減させると共に、電力機器の劣化程度を正確に測定する事のできる、電子波を利用した電力機器の部分放電検出装置を提供することにある。
【0014】
前記の目的を達成するための本発明の実施例による電力機器の部分放電検出装置は、
少なくとも閉鎖配電盤、電力ケーブル及びガス絶縁開閉装置(GIS)から部分放電により放射される電子波信号を各々検出するための複数の電子波検出センサーと、
前記電子波検出センサー各々から出力される信号を増幅した後、ノイズ除去された中間周波数形態の電子波信号だけを出力する複数の電子波検出部と、
いずれか一つの電子波検出部から出力される中間周波数処理された電子波を積分して積分以前の値と比較し、部分放電によるパルスを出力するパルス生成部と、
前記中間周波数処理された電子波を複数の基準電圧と各々比較し、複数のレベルを示す複数の電子波パルスを出力する電子波レベル処理部と、
前記複数レベルを示す複数の電子波パルスと部分放電によるパルスとを波形整形して出力する波形整形部と、
一定時間の間波形整形された前記部分放電によるパルスをカウントして1サイクル当たりの平均パルス数を算出し、波形整形された前記複数レベルを示す複数の電子波パルスを入力して所定単位の部分放電量を算出し、前記平均パルス数と共に通信部を介して外部監視システムに伝送する制御部、とを含むことを特徴とする。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施例を添付の図面を参照に詳細に説明する。本発明を説明するにおいて、関連の公知機能、或いは、構成に対する具体的な説明が本発明の要旨を不要に不明にする可能性があると判断される場合、それに対する詳細な説明は省略する。
【0016】
まず、図1は、本発明の実施例による部分放電検出装置100の周辺ブロック構成図を示したものである。図1に示した部分放電検出装置100は、電力ケーブルの中間接続部に装着され、接続部の施行不良、半導電層不良、内部異物質及びボイド(Void)気泡などにより発生される電子波を検出する電力ケーブル用電子波(UHF)検出センサー110と連結可能である。そして、部分放電検出装置100は、GISの個体絶縁物(Spacer)に位置し、GIS内部金属異物質流入などにより発生される部分放電に基因した電子波を検出するGIS電子波検出センサー130と連結可能である。また、部分放電検出装置100は、閉鎖配電盤内に設置され、電力機器の寿命が尽きたり、設置不良、材料不良などによる老後化が進行される時に発生される部分放電による電子波を検出する閉鎖配電盤用電子波検出センサー120とも連結可能である。
【0017】
つまり、部分放電検出装置100は、上述した三つのセンサーの中、いずれか一つから検出される電子波の平均パルス数とクーロン単位の部分放電量を演算し、RS−485ケーブルを介して遠隔地に位置した監視システム200に伝送したり、表示部に表示してくれる。
【0018】
一方、監視システム200は、管理者が遠隔地に位置した電力機器の状態を点検することができるように、前記RS−485ケーブルを介して入力されるクーロン単位の部分放電量と平均パルス数をモニター上に表示してくれる。これによって、管理者は、遠隔地に位置する電力機器、或いは電力ケーブル、GISの部分放電状態を常に点検することができるのである。
【0019】
以下、図2を参照して上述した部分放電検出装置100の構成及び動作を詳細に説明する。
【0020】
まず、図2は、本発明の実施例による部分放電検出装置の詳細ブロック構成図を示したもので、図3は、図2中の電力ケーブル用電子波検出センサー110の斜視図を、図4は、図3に図示された電子波検出センサー110の断面例示図を示したものである。そして、図5は、図2に図示された部分放電検出装置のアナログ回路構成図を、図6は、図2に図示された部分放電検出装置のデジタル回路構成図を、図7は、図2中のGIS電子波検出センサー130の外観例示図を示したものであり、図8は、図2中の制御部170の動作のフローチャートを、図9は、図2中の制御部170により処理された部分放電量表示波形図を例示したものである。
【0021】
図2を参照すると、まず、本発明の実施例による部分放電検出装置100は、各々の電力機器(閉鎖配電盤、電力ケーブル、GIS)から部分放電により放射される電子波信号を検出するための複数のセンサー110、120、130を具備するのだが、このようなセンサーは使用者の選択により各々固有の電子波検出部1、2、3と接続可能である。
【0022】
つまり、電力ケーブル用電子波検出センサー110は、バンド型電子波検出センサーで、電力ケーブルから部分放電により放射される電子波信号の中、30MHz帯域の信号だけを検出して後端のRF増幅部112に伝送する。一般的に、電力機器から部分放電時に放射される電子波は、ある特定周波数分布帯域を有する。周波数分布帯域を狭帯域に探す方法は、エーアールモデリング法(AR Modeling Method)を利用して探すことができる。このような方法を介して探した周波数分布帯域がこの30MHzである。
【0023】
前記電力ケーブル用電子波検出センサー110は、図3に図示されているように、一側が電力ケーブルの表面と同じ曲面を有するケーブル接続材111と、前記ケーブル接続材111の上部に装着されるのだが、一側にはBNCコネクターが形成されているホルダー(holder)113とを含む。このようなホルダー113には、作業の便宜上、端部に取っ手115が形成されているポール(pole)の一側がネジ結合され得る溝が形成されることができる。このような電力ケーブル用電子波検出センサー110の断面が、図4の(a)に図示されている。図4の(a)を参照すると、ケーブル接続材内には電子波信号を検出するためのヘリカルタイプのアンテナが存在し、前記アンテナの端部は、ホルダーの内部に位置する増幅回路(L,C)を介してBNCコネクターと接続される。つまり、図4の(a)に図示された断面構造を有する電子波検出センサー110は、部分放電による電子波を検出し、これを所定レベルに増幅して後端のRF増幅部112に伝送する役割を遂行する。
【0024】
一方、直線接続材は、ケーブル間で使用されるので高圧から比較的安全だと見れる。しかし、ケーブル接続材内部で絶縁破壊などが発生されている場合は、ケーブル接続材の表面に高電圧(高電位)が誘起され得、この電圧により診断装備が焼損され得る。終端接続材の場合は、高圧ターミナル端子と離隔距離が数十Cm以下で、測定者の感電危険と常時高電位が誘起され得る。従って、高電位を装備から遮断するために、センサーと診断装備の間で光信号に変換する必要がある。図4の(a)は、直線接続材のような比較的高電位が常時存在しない場合に適用するセンサーで、図4の(b)タイプは終端接続材や劣化の恐れのある直線接続材で使用されるための光変換装置の内蔵されたセンサーである。従って、光変換装置の使用は、装備と測定者の安全のための保護対策の一貫である。
【0025】
図4の(b)に図示した電子波検出センサー110は、一側が電力ケーブルの表面と同じ曲面を有するケーブル接続材と、前記ケーブル接続材内に挿入されているヘリカルタイプのアンテナ(UHF ANT)と、前記ケーブル接続材に装着され、その内部に前記アンテナと接続される第1光電変換部を具備するホルダーと、前記ホルダーに結合された取っ手を含むのだが、その取っ手の一側端部にはBNCコネクターが形成されており、その取っ手の内部には第1光電変換部の出力端に接続される光伝送媒体と前記BNCコネクターの一側の間に結合される第2光電変換部(図示せず)が内蔵されている。つまり、図4(b)に図示した電力ケーブル用電子波検出センサー110は、ヘリカルアンテナによって検出された電気的信号を光信号に一次変換して伝送し、これを再び電気的信号に変換してBNCコネクターを介して後端のRF増幅部112に出力することのできる構造を有する。
【0026】
上述の電力ケーブル用電子波検出センサー110の後端に位置する電子波検出部1は、周りのノイズ(地上波放送信号など)の電子波信号を区分するために存在する。このような電子波検出部1は、R/F増幅部112、IF処理部114及びノイズ除去フィルター116とで構成され、前記センサーの出力信号を増幅した後、ノイズ除去された電子波信号だけを中間周波数に変調して出力する。つまり、電子波検出部1の一構成要素であるR/F増幅部112は、図5に図示されているように、共振回路を利用して広帯域に発散される電子波の中、30MHzだけを同期させ増幅出力する。このような電子波信号は、以後IF処理部114で変調回路と三つの中間周波数処理トランス(IFT)を介して500KHzの中間周波数に変調されノイズ除去フィルター116に入力される。ノイズ除去フィルター116に入力されたIF信号は、図5に図示されているように、バッファ、増幅回路及び電波整流回路を介することによって、電波整流により周辺ノイズが除去された電子波信号だけがパルス生成部140と電子波レベル処理部150に出力される。
【0027】
一方、閉鎖配電盤用検出センサー120の後端にも、上述したような電子波検出部2が存在する。前記閉鎖配電盤用電子波検出センサー120は、ヘリカルアンテナタイプで構成され、閉鎖配電盤から部分放電により放射される電子波信号の中、30MHz帯域の信号だけを検出して後端のR/F増幅器122に出力する。すると、30MHz帯域の電子波信号は、以後IF処理部124で500KHzの中間周波数に変調されノイズ除去フィルター126に入力され、ノイズ除去フィルター126でノイズ除去された電子波信号だけが、後端のパルス生成部140と電子波レベル処理部150に出力されるのである。
【0028】
GIS用電子波検出センサー130は、図7に図示したように、締結固定部によりパターンアンテナタイプの両端部が締結固定されるバンド型電子波検出センサーで、GIS内部から放射される電子波信号の中、423MHz帯域の信号だけを検出して後端のR/F増幅部132に伝送すると、R/F増幅部132で増幅出力される423MHz帯域の電子波信号は、IF処理部134で500KHzの中間周波数に変調されてノイズ除去フィルター136に入力され、ノイズ除去フィルター126でノイズ除去された電子波信号だけが、後端のパルス生成部140と電子波レベル処理部150に出力される。
【0029】
つまり、本発明の実施例では、被測定対象体に適した電子波検出センサーを利用して被測定対象体から放射される電子波を一時的に検出し、検出された電子波信号からノイズ除去された電子波だけを抽出した後、これを信号処理して部分放電による平均パルス数とクーロン単位の部分放電量に演算表示することになるのである。
【0030】
このように、ノイズ除去された電子波を信号処理し、部分放電による平均パルス数とクーロン単位の部分放電量に演算表示するために必要な構成をより具体的に説明すると、
パルス生成部140は、三つの電子波検出部の中、いずれか一つから出力される電子波を積分した後、これを積分以前の値と比較して部分放電によるパルスで出力する。このような部分放電によるパルスは、波形整形部160を介して制御部170に入力され1サイクル当たりの平均パルス数を算出するのに利用される。
【0031】
電子波レベル処理部150も、各々の電子波検出部で中間周波数処理され出力される電子波を、図5に図示されているように、三つの基準電圧と比較して大、中、小レベルを示す電子波信号で出力する。このような大、中、小レベルを示す電子波信号も、波形整形部160を介して制御部170に入力される。
【0032】
波形整形部160は、図6に図示されているように、パルス生成部140と電子波レベル処理部150とから出力される信号を波形整形するためのシュミット回路と時間遅延用フリップフロップとから成る。このような波形整形部160は、大、中、小レベルを示す電子波信号と部分放電によるパルス信号とを制御部170で処理することができるように波形整形して出力する。
【0033】
一方、制御部170は、図8に図示された動作の流れによって、一定時間(サンプリング時間)の間前記部分放電によるパルスをカウントして1サイクリング当たりの平均パルス数を算出し、前記電子波レベル処理部150から出力される電子波信号を1度単位の部分放電量として算出し、前記平均パルス数と共に遠隔地に位置した監視システム200に伝送する一方、部分放電検出装置100に具備された表示部190上に表示する役割を遂行する。また、制御部170は、図示していないが、内部にメモリーを具備することによって、実時間で算出された部分放電量のデータを貯蔵することもできる。
【0034】
ID入力部180は、8ピンディープスイッチで部分検出装置100を遠隔地に位置した監視システム200で識別することができるようにID入力に利用される。
【0035】
そして、通信部は、前記制御部170の制御によって、電子波による部分放電量と平均パルス数のデータを変換して、RS−485ケーブルを介して遠隔地に位置した監視システム200に伝送する役割を遂行する。
【0036】
表示部190は、前記制御部170により各種表示データを表示してくれる役割を遂行する。このような表示部190はLEDとLCDとを含む。
【0037】
以下、図8を参照に、電子波による部分放電量と平均パルス数の算出及び表示過程を説明することにする。
【0038】
図8を参照すると、制御部170は、まず300段階でサンプリング時間の間パルス生成部140から入力されるパルス数をカウンティングする。パルス数をカウンティングするために、本発明では、まず電子波信号の1サイクルを360度に分割し、1度(46micro sec)内に電子波があれば、これをパルス数1として2.5秒間パルス数をカウンティングするように設計した。従って、サンプリング時間である2.5秒間のパルス数がカウンティング完了されると、2.5秒間カウンティングされた全体パルス数を1サイクル当たりの平均パルス数に換算することができるので、制御部170は、310段階で1サイクル当たりのパルス数(0から最大360の値を有する)を算出することができる。
【0039】
以後、制御部170は、320段階に進み、電子波レベル処理部150から出力される電子波信号の大、中、小レベル(大きさ)を利用して1度単位に累積放電量数を算出する。算出方法としては、互いにちがうレベルを有する1度内のパルス各々に変数を乗算し、これらを加算することによって算出する。例えば、電子波レベル処理部150から入力される電子波のレベルが三つのレベルに分類されたとしたら、レベル(大きさ)1×α+レベル2×β+レベル3×γの数式によって1度内の累積放電量数を算出する。このように、1度内の累積放電量数を算出すると、以後、制御部170は330段階に進み、部分放電量を算出する。部分放電量は、累積放電量数(レベル1×α+レベル2×β+レベル3×γ)をパルス個数(レベル1+レベル2+レベル3)で割ることによって得られる。
【0040】
このように、310段階と330段階で1サイクル当たりの平均パルス数と部分放電量を算出したら、制御部170は340段階に進み、1サイクル当たりのパルス数及び部分放電量を表示部190に表示し、350段階で、1サイクル当たりのパルス数及び部分放電量を通信部を介して遠隔地に位置した監視システム200に伝送する。
【0041】
前記監視システム200及び表示部190に表示された1サイクル当たりのパルス数と部分放電量の表示形態を説明すると、まず1サイクル当たりのパルス数と部分放電量は、下記の表1のように表示することができる。
【0042】
【表1】
【0043】
1サイクル当たりのパルス数は、最大360個まで発生することができるが、前記表1でのように、1サイクル当たりのパルス数を示す電子波個数が240以上だと電力機器に異常が発生したものであり、180乃至240の値を有すると点検が要される。そして、部分放電量である電子波放電量も70以上である場合、電力機器に異常が発生したものであり、50乃至70の値を有すると点検が要される。
【0044】
一方、電子波による部分放電量は図9の波形に表示することもできる。図9は、図2中の制御部170によって処理された部分放電量表示波形例示図を図示したものである。図9を参照すると、部分放電による電子波の位相が90度と270度付近に三つの大きさを有して分布していることが分かる。検出時間が長くなればなるほど、90度と270度付近にはたくさんの電子波が分布する事になる。
【0045】
従って、管理者は、図9に図示された波形を見て部分放電が発生している電力機器の位置及び状態或いは電力ケーブルの劣化の程度を確認することができる。
【0046】
【発明の効果】
上述のように、本発明は、電力機器の劣化程度を遠隔地で常時監視することができる利点があり、電力機器の劣化測定のための専門人力と投資時間を著しく激減することができる利点がある。また、本発明は、部分放電発生機器の位置を探索することができるので、メンテナンスが容易であり、電力機器の劣化を点検するにおいて、安全事故発生確率を激減することができる長所がある。
【0047】
そして、被測定対象体に適したセンサーを利用して部分放電による電子波を検出することができるので、システムの互換性を高めることができる長所があり、電力ケーブル、GIS、電力機器の劣化程度をその進捗度に関係なく検出することができる利点がある。
【0048】
一方、本発明は、図示された実施例を参考に説明したが、これは例示的なものに過ぎず、当該技術分野で通常の知識を有した者ならば、これより多様な変形及び均等な他実施例が可能であるということが理解されるであろう。従って、本発明の真なる技術的保護範囲は、添付の特許請求の範囲によってのみ定められるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による部分放電検出装置の周辺ブロック構成図である。
【図2】本発明の実施例による部分放電検出装置の詳細ブロック構成図である。
【図3】図2中の電力ケーブル用電子波検出センサー110の斜視図である。
【図4】図3に図示された電子波検出センサー110の断面例示図である。
【図5】図2に図示された部分放電検出装置のアナログ回路構成図である。
【図6】図2に図示された部分放電装置検出装置のデジタル回路構成図である。
【図7】図2中のGIS電子波検出センサー130の外観例示図である。
【図8】図2中の制御部170の動作フローチャートである。
【図9】図2中の制御部170によって処理された部分放電量表示波形例示図である。
Claims (7)
- 電力機器の部分放電検出装置において、
少なくとも閉鎖配電盤、電力ケーブル及びガス絶縁開閉装置(GIS)から部分放電により放射される電子波信号を各々検出するための複数の電子波検出センサーと、
前記電子波検出センサー各々から出力される信号を増幅した後、ノイズ除去された中間周波数形態の電子波信号だけを出力する複数の電子波検出部と、
いずれか一つの電子波検出部から出力される中間周波数処理された電子波を積分して積分以前の値と比較し、部分放電によるパルスを出力するパルス生成部と、
前記中間周波数処理された電子波を複数の基準電圧と各々比較し、複数レベルを示す複数の電子波パルスを出力する電子波レベル処理部と、
前記複数レベルを示す複数の電子波パルスと部分放電によるパルスとを波形整形して出力する波形整形部と、
一定時間の間波形整形された前記部分放電によるパルスをカウントして1サイクル当たりの平均パルス数を算出し、波形整形された前記複数レベルを示す複数の電子波パルスを入力して所定単位の部分放電量を算出し、前記平均パルス数と共に通信部を介して外部監視システムに伝送する制御部、とを含むことを特徴とする電力機器の部分放電検出装置。 - 前記閉鎖配電盤用電子波検出センサーと、電力ケーブル用電子波検出センサーとは、各々30MHz帯域の電子波信号だけを検出することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の電力機器の部分放電検出装置。
- 前記電力ケーブル用電子波検出センサーは、
一側が電力ケーブルの表面と同じ曲面を有するケーブル接続材と、
前記ケーブル接続材内に挿入されているヘリカルタイプのアンテナと、
前記ケーブル接続材に装着され、一端部にはBNCコネクターが形成されており、その内部には前記BNCコネクターとアンテナに接続される増幅回路を有するホルダー、とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の電力機器の部分放電検出装置。 - 前記ホルダーの外面には、端部に取っ手が形成されているポールの一側がネジ結合され得る溝が形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第3項に記載の電力機器の部分放電検出装置。
- 前記電力ケーブル用電子波検出センサーは、
一側が電力ケーブルの表面と同じ曲面を有するケーブル接続材と、
前記ケーブル接続材内に挿入されているヘリカルタイプのアンテナと、
前記ケーブル接続材に装着され、その内部には前記アンテナと接続される第1光電変換器を具備するホルダーと、
前記ホルダーに結合された取っ手を含むのだが、その取っ手の一側端部にはBNCコネクターが形成されており、その取っ手の内部には第1光電変換器の出力端に接続される光伝送媒体と前記BNCコネクターの一側の間に結合される第2光電変換器が内蔵されることを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載の電力機器の部分放電検出装置。 - 前記GIS用電子波検出センサーは、締結固定部によりパターンアンテナタイプの両端部が固定可能なバンド型電子波検出センサーで、423MHz帯域の電子波信号だけを検出することを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の電力機器の部分放電検出装置。
- 前記複数の電子波検出部各々は、少なくとも、
共振回路を利用して広帯域に発散される部分放電による電子波の中、30或いは423MHz帯域の電子波信号の中の一つだけを同期させ増幅出力するRF増幅部と、
RF増幅された電子波信号を多数の中間周波数処理トランス回路を介して500KHzの中間周波数に変調して出力するIF処理部と、
中間周波数に処理されたIF信号を電波整流してノイズ除去された電子波信号だけを出力するノイズ除去フィルター、とを含むことを特徴とする特許請求の範囲第1項に記載の電力機器の部分放電検出装置。
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