JP2006311756A - スローリーク検出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ガス絶縁電気機器内に封入されたガスのスローリークを、外的環境及びガス絶縁電気機器内の構造に影響されることなく、また、局部加熱による異常と区別して検出することができるスローリーク検出装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 長尺タンク１ａがスペーサ１ｂを介して連結されて各長尺タンク１ａとスペーサ１ｂによりガス区分が形成され、各ガス区分にＳＦ_６が封入された圧力容器に付属し、圧力容器におけるＳＦ_６の圧力変化を計測することにより、ＳＦ_６のスローリークを検出するスローリーク検出装置において、ガス区分毎の監視区画にガス圧力センサ３ａ、３ｂを接続し、また、２つのガス区分を配管２で連通させた監視区画にガス圧力センサ３ｃを接続し、信号処理装置４は、連接する３つの監視区画のガス圧力センサ３ａ、３ｂ、３ｃ相互の圧力変化の差分を求め、その差分の変化からスローリークの有無を判断する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えば、ＧＩＳ（Ｇａｓ Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ）等のガス絶縁電気機器内に封入されたガス（ＳＦ_６）の漏れを検出する装置に関し、特に、スローリークを検出可能にした装置に関するものである。

ＧＩＳ等に封入されているＳＦ_６のガス漏れを検出する方法として、ガス密度スイッチによって一定の管理値までガス圧が低下したことを検出する方法がある。

ガス密度スイッチによる方法では、ＳＦ_６がかなり漏れた後に検出されることになる。しかしながら、ＧＩＳ等に封入されているＳＦ_６の大気放出は、地球温暖化に対して悪影響を及ぼすので大気中に放出される量を最低限とすることが必要となり、微小な漏れであるスローリークを検出することが求められている。

ガス漏れを検出する方法としては圧力センサにより圧力変動を検出する方法がある。ガス圧力値は、そのガス雰囲気の環境温度により大きく変化する。そこで、例えば、金属容器内の区画された測定部位のガス圧力の変動を測定するために、測定部位に配管を接続し、ガス圧力センサ及び温度センサを配管の同じ箇所に設け、ガス圧力センサで測定したガス圧力の温度補正を演算処理システムで行うようにしている（例えば、特許文献１を参照）。

また、ガス絶縁式電気設備の内部において、局部異常による比較的ゆるやかな温度上昇が発生した場合に、その温度上昇を検知するために、第１区画室と第２区画室それぞれに圧力センサを設け、第１区画室及び第２区画室の圧力変化を求めてこれらの差をとり、この差がある基準値を超えたときに異常信号を出力する監視装置が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。

特開平８−２４７８８７号公報（第５頁、図１、図２） 特開平２−７８３０号公報（第２頁、第１図、第２図）

しかしながら、ＧＩＳ等のタンク容量は、数百リットル〜数千リットルといった巨大な規模であり、また、区画された測定部位により形状が異なり、複雑な形状の測定部位もあり、さらに、屋外に設置されているＧＩＳにおいては日照等の天候の影響によってタンク内部のガス温度が一定にならず、ガス圧力を温度補正する方法では正確な補正が難しく、スローリークを検出することが困難であるという問題がある。

また、演算処理システムが長期間の間に特性変化するという問題がある。

また、２つの区画室の圧力差を求める方法において圧力差に変化があった場合、局部加熱による圧力変化であるか、あるいはスローリークによるものかを判断することができないという問題がある。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、ＧＩＳ等のガス絶縁電気機器内に封入されたガスのスローリークを、外的環境及びガス絶縁電気機器内の構造に影響されることなく、また、局部加熱による異常と区別して検出することができるスローリーク検出装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスローリーク検出装置は、複数のタンクがスペーサを介して連結されて各タンクとスペーサにより密閉構造のガス区分が形成され、各ガス区分に絶縁性ガスが封入された圧力容器に設けられ、上記圧力容器における上記絶縁性ガスの圧力変化を計測することにより、上記圧力容器からの上記絶縁性ガスのスローリークを検出するスローリーク検出装置において、
上記ガス区分毎の密閉領域または複数の上記ガス区分を連通させた密閉領域を、上記絶縁性ガスの圧力変化を計測する監視区画とし、
連接する３つ以上の監視区画相互間の圧力変化の差分を求め、
上記求められた差分の変化から上記絶縁性ガスのスローリークの有無を判断するものである。

本発明に係るスローリーク検出装置によれば、外的環境及びガス絶縁電気機器内の構造に影響されることなく、また、局部加熱による異常と区別して検出することができる。

実施の形態１．
図１は、本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態１を示す構成図であり、ＧＩＳを例にして示している。
図１に示したように、ＧＩＳ１は、複数の長尺タンク１ａが連結された構成になっており、隣接タンク同士は絶縁性の材料からなるスペーサ１ｂによって区切られ、それぞれのガス区分を形成しており、各ガス区分にはＳＦ_６等の絶縁ガスが所定の圧力で封入されている。ガス圧の監視区画はガス区分単位とし、ガス区分単位毎に配管２を介してガス圧力センサ３ａ、３ｂを接続する場合と、ガス圧の監視区画を複数のガス区分として複数の監視区画を配管２で連結し、連結した配管２にガス圧力センサ３ｃを接続する場合とがある。ガス圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃの信号は信号処理装置４に出力され、信号処理装置４において処理される。

図２は、信号処理装置４の構成の一例を示す図である。
信号処理装置４に出力されたガス圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃの信号はそれぞれＡ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換され、さらに、変換されたデジタル信号は演算器７に入力され、演算器７において、ガス圧力センサ３ａ，３ｂ，３ｃの信号を変換したデジタル信号相互間の差分が計算され、判定処理が行われる。

図３は、ガス圧力センサ３ａのセンサ出力Ａ、ガス圧力センサ３ｂのセンサ出力Ｂ及びガス圧力センサ３ｃのセンサ出力Ｃとこれらのセンサ出力の差分が信号処理装置４で計算された結果の一例を示す図である。この例では、センサ出力Ａ、センサ出力Ｂ及びセンサ出力Ｃの初期値（封入ガス圧力）が同じである場合を示している。

ここで、ガス圧力センサ３ａが計測する監視区画とガス圧力センサ３ｂが計測する監視区画とは隣接し、また、ガス圧力センサ３ｂが計測する監視区画とガス圧力センサ３ｃが計測する監視区画とは隣接して３つの監視区画が連続連接しており、それぞれの監視区画はほぼ同一の外的環境下にあるとみなすことができるので、センサ出力Ａ、センサ出力Ｂ及びセンサ出力Ｃの変化がこの外的環境によるもののみでありガス漏れによる圧力変化がなければ、センサ出力Ａ、センサ出力Ｂ及びセンサ出力Ｃは同じ変化を示し、差分は０の値を示すことになる。逆に、図３に示したように、センサ出力Ｂが低下してセンサ出力Ａ及びＣと異なる変化を示し、差分が生じる場合は、ガス圧力センサ３ｂが計測する監視区画に異常が生じ、ガス漏れが発生していると判断できる。

図４は、信号処理装置４による判断処理の結果における正常な場合と異常な場合の例を示す図である。図４（ａ）は、センサ出力Ａ、センサ出力Ｂ及びセンサ出力Ｃが減少傾向にあるが、同じ変化傾向を示し、センサ出力Ａ、センサ出力Ｂ及びセンサ出力Ｃ相互の差分が０であり、正常でガス漏れは発生していないと判断される。図４（ｂ）は、センサ出力Ａ及びセンサ出力Ｃが同じ減少傾向にあり、センサ出力Ｂがセンサ出力Ａ及びセンサ出力Ｃの減少傾向より大きな減少傾向にあり、センサ出力Ａ及びセンサ出力Ｃとセンサ出力Ｂとの間の差分が減少し（−値が大きくなる）、ガス圧力センサ３ｂが計測する監視区画に異常が生じ、ガス漏れが発生していると判断される。図４（ｃ）は、センサ出力Ａ及びセンサ出力Ｃが増加傾向にあるのに対してセンサ出力Ｂが減少傾向にあり、センサ出力Ａ及びセンサ出力Ｃとセンサ出力Ｂとの間の差分が減少し、ガス圧力センサ３ｂが計測する監視区画に異常が生じ、ガス漏れが発生していると判断される。なお、図示はしていないが、差分が増加を示す場合は、局部加熱等の発熱要因を伴う異常が発生していると判断される。

以上のように、本実施の形態１のスローリーク検出装置によれば、ＧＩＳ等のガス絶縁電気機器内に封入されたスローリークを、外的環境及びガス絶縁電気機器内の構造に影響されることなく、また、局部加熱による異常と区別してどの監視区画にスローリークが発生しているかを検出することができる。

また、上記実施の形態１では、連接する３つの監視区画の圧力変化を検出する例を示したが、連接３つ以上の監視区画の外的環境がほぼ同一と判断される場合は、３つ以上の監視区画の圧力変化を検出するようにしてもよい。

実施の形態２．
図５は、本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態２を示す構成図であり、ＧＩＳを例にして示している。
本実施の形態２においては、ガス圧力センサ３のデータを蓄積する簡易メモリ１５が設けられている。なお、図５では、１つの監視区画に接続されたガス圧力センサ３に簡易メモリ１５が接続された例を示したが、実際には、複数の監視区画それぞれに接続されたガス圧力センサに簡易メモリが接続されている。また、複数個のガス圧力センサに対して１つの簡易メモリを接続するようにしてもよい。

スローリーク検出は、年１％程度の変化を見ることを目的とするものであるので、例えば、一日一点のガス圧力測定データを簡易メモリ１５に記録し、年に一回、簡易メモリ１５のデータを回収し、そのデータに基づきスローリークの判定処理をすればよい。

回収した簡易メモリ１５のデータをパソコン等で読み込み、例えば、汎用アプリケーションで演算処理する、あるいはデータのグラフ化を行うことにより、連接する３つ以上の監視区画の圧力値を比較することによりスローリークの判定処理を実施することができる。このようなデータ回収、スローリークの判定処理をオフラインで行うことにより、スローリーク検出のシステム構成を簡略化し、低コスト化することができる。

実施の形態３．
図６は、本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態３を示すブロック図である。
上記実施の形態１（図１及び図２参照）では、ガス圧力センサ３ａ，３ｂ及び３ｃのセンサ出力Ａ、Ｂ及びＣ相互の比較を演算器７でＳ／Ｗ的に実施したが、本実施の形態３では、図６に示したように、差動アンプ５を使用して、ガス圧力センサ３ａ，３ｂ及び３ｃのセンサ出力Ａ、Ｂ及びＣ相互の比較を実施する。

ガス圧力センサ３ａ，３ｂ及び３ｃの信号は差動アンプ５に入力され、ガス圧力センサ３ａ，３ｂ及び３ｃの信号の相互の差がＡ／Ｄ変換器６に出力されＡ／Ｄ変換器６でデジタル信号に変換され、Ａ／Ｄ変換器６のデジタル信号により演算器７で判定処理が行われる。Ａ／Ｄ変換器６のデジタル信号は既に差動アンプ５によりガス圧力センサ３ａ，３ｂ及び３ｃ相互の差圧として求められたものであるので、演算器７では求められた差圧が増加傾向か減少傾向かという単純な判定で異常の有無を確認することができ、演算器７の演算プログラムを簡単なものにすることができる。

図６に示したように、ア、イが増加し、ウが変化していない場合はガス圧力センサ３ａの監視区画で発熱の異常があり、ア、イが減少し、ウが変化していない場合はガス圧力センサ３ａの監視区画でスローリークがあり、ア、ウが増加し、イが変化していない場合はガス圧力センサ３ｂの監視区画でスローリークがあり、ア、ウが減少し、イが変化していない場合はガス圧力センサ３ｂの区画で発熱の異常があり、イが減少、ウが増加し、アが変化していない場合はガス圧力センサ３ｃの監視区画で発熱の異常があり、イが増加、ウが減少し、アが変化していない場合はガス圧力センサ３ｃの区画でスローリークがあると判断される。

本実施の形態３によれば、差動アンプ５によりガス圧力センサ３ａ，３ｂ及び３ｃ相互の差圧を求めることにより、演算器７の演算プログラムを簡略化することができ、装置を低コスト化することができる。

実施の形態４．
図７は、本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態４を示すブロック図である。
上記実施の形態３では、各監視区画のガス圧力センサ相互の差圧を差動アンプで求めたが、本実施の形態４では、図７に示したように、各監視区画間の差圧を差圧センサ３ｄで求める。

差圧センサ３ｄとして、検出範囲の狭い、微小変化に対応可能な差分センサを採用することにより、より高感度に圧力変化をとらえることができる。

各ガス区間の間の差圧は、図８のブロック図に示すように、Ａ／Ｄ変換器６に出力されてデジタル信号に変換され、上記実施の形態３と同様、演算器７では求められた差圧が増加傾向か減少傾向かという単純な判定で異常の有無を確認することができる。

本実施の形態４によれば、差圧センサで各ガス区間の間の差圧を求めることにより、演算器７の演算プログラムを簡略化することができ、装置を低コスト化することができる。

また、差動アンプが不要になるのでスローリーク検出装置が簡略化され、低コスト化される。

実施の形態５．
図９は、本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態５を示すブロック図である。
本実施の形態５では、所定値の信号を出力する基準信号発生器９を備え、コントローラ１０の指令によりガス圧力センサ３と基準信号発生器９とが切替器１１で切り替えられて、基準信号発生器９のあらかじめ決められた所定値がＡ／Ｄ変換器６に入力され、Ａ／Ｄ変換器６の特性値が演算器７に読み込まれて、あらかじめ演算器７に保有されている初期の特性値と比較されて特性変化が読み取られ、ガス圧力センサ３が変換されたデジタル信号はその特性変化分だけ補正され、補正されたデジタル信号に基づいて演算器７で判定処理される。

本実施の形態５によれば、長期間の間の演算処理システムの特性変化を補正し正確なスローリークの判定を実施することができる。

なお、本実施の形態５における基準信号発生器９、切替器１１及びコントローラ１０の構成は、上記実施の形態３および４に適用することができるものである。

本発明に係るスローリーク検出装置は、例えば、ＧＩＳ等のガス絶縁絶縁電気機器内に封入されたガス（ＳＦ_６）のスローリーク検出する装置として有効に利用することができる。

本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態１を示す構成図である。 信号処理装置の構成の一例を示すブロック図である。 ガス圧力センサ３ａのセンサ出力Ａ、ガス圧力センサ３ｂのセンサ出力Ｂ及びガス圧力センサ３ｃのセンサ出力Ｃとこれらのセンサ出力の差分が信号処理装置４で計算された結果の一例を示す図である。 信号処理装置４による判断処理の結果における正常な場合と異常な場合の例を示す図である。 本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態２を示す構成図である。 本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態３を示すブロック図である。 本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態４を示すブロック図である。 実施の形態４における信号処理装置を示すブロック図である。 本発明に係るスローリーク検出装置の実施の形態５を示すブロック図である。

符号の説明

１ ＧＩＳ、１ａ 長尺タンク、１ｂ スペーサ、２ 配管、
３，３ａ，３ｂ，３ｃ ガス圧力センサ、３ｄ 差圧センサ、４ 信号処理装置、
５ 差動アンプ、６ Ａ／Ｄ変換器、７ 演算器、９ 基準信号発生器、
１０ コントローラ、１１ 切替器。

Claims (6)

1. 複数のタンクがスペーサを介して連結されて各タンクとスペーサにより密閉構造のガス区分が形成され、各ガス区分に絶縁性ガスが封入された圧力容器に設けられ、上記圧力容器における上記絶縁性ガスの圧力変化を計測することにより、上記圧力容器からの上記絶縁性ガスのスローリークを検出するスローリーク検出装置において、
   上記ガス区分毎の密閉領域または複数の上記ガス区分を連通させた密閉領域を、上記絶縁性ガスの圧力変化を計測する監視区画とし、
   連接する３つ以上の監視区画相互間の圧力変化の差分を求め、
   上記求められた差分の変化から上記絶縁性ガスのスローリークの有無を判断する、
   ことを特徴とするスローリーク検出装置。
2. 上記監視区画それぞれの圧力変化を計測するガス圧力センサと、
   上記ガス圧力センサにより計測されたそれぞれの信号をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換器と、
   上記Ａ／Ｄ変換器が出力するデジタル信号相互間の差分を計算するとともに、上記計算された差分に基づきスローリークの有無を判断する演算器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のスローリーク検出装置。
3. 上記監視区画それぞれの圧力変化を計測するガス圧力センサと、
   上記ガス圧力センサにより計測された上記圧力変化を記憶する簡易メモリと、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のスローリーク検出装置。
4. 上記監視区画それぞれの圧力変化を計測するガス圧力センサと、
   上記ガス圧力センサにより計測された上記圧力変化相互間の差分を出力する差動アンプと、
   上記差動アンプが出力した差分それぞれをデジタル信号に変換し出力するＡ／Ｄ変換器と、
   上記Ａ／Ｄ変換器が出力したデジタル信号に基づきスローリークの有無を判断する演算器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のスローリーク検出装置。
5. 上記監視区画相互の差圧を計測して出力する差圧計と、
   上記差圧計の出力それぞれをデジタル信号に変換し出力するＡ／Ｄ変換器と、
   上記Ａ／Ｄ変換器が出力したデジタル信号に基づきスローリークの有無を判断する演算器と、
   を備えたことを特徴とする請求項１記載のスローリーク検出装置。
6. 所定値の信号を出力する基準信号発生器と、
   上記ガス圧力センサの計測値と上記基準信号発生器の出力とを切り替えて上記基準信号発生器の出力を上記Ａ／Ｄ変換器に入力する切替器と、
   上記切替器に切替の指令を与えるとともに、上記基準信号発生器の出力が上記Ａ／Ｄ変換器に入力されたときの上記Ａ／Ｄ変換器の特性値を上記演算器に入力するコントローラとを備え、
   上記演算器は上記Ａ／Ｄ変換器の初期の特性値を保有し、
   上記演算器は、上記初期の特性値と上記コントローラから入力された上記Ａ／Ｄ変換器の特性値とを比較して、上記Ａ／Ｄ変換器が出力したデジタル信号を補正することを特徴とする請求項２、４また５にいずれかに記載のスローリーク検出装置。

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