JP3707188B2 - 絶縁劣化診断装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高電圧機器を対象として超音波によって絶縁劣化診断を行なう装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高電圧機器の絶縁診断技術としては、種々のものがあり、例えば内部ボイド，クラック，剥離などによる部分放電を測定し、放電電荷量や発生頻度を推定する方法、部分放電により生ずる電磁波や超音波を測定し位置を評定する方法、メグ値や漏れ電流など絶縁抵抗により吸湿劣化や汚損劣化を診断する方法、 tanδ値や静電容量を測定することにより熱劣化，吸湿，汚損劣化を診断する方法、警報接点付き温度計，光ファイバ温度計により機器表面の温度を測定し過負荷や局部短絡による過熱を診断する方法、Ａｅ耐電圧，インパルス耐電圧試験により絶縁耐力を測定する方法などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような各種絶縁診断にあって、クラック等の欠陥の検出に当っては、部分放電や電磁波の検出方法があるが、かかる診断には、一般的に、ノイズにうもれた信号検出でありノイズの影響を無視できないという問題、運転中には測定しにくいという問題、正確な欠陥位置標定が難しいという問題が存在し、また超音波を捕える方法では運転中の発生超音波を捕えており、前述のノイズの影響が大きく、また受信のみを行なっているにとどまっている。
【０００４】
本発明は、上述の問題に鑑み、欠陥の検出に当り、ノイズの影響を軽くし運転中でも可能で欠陥位置標定が正確な送，受信を行なう自動絶縁劣化診断装置の提供を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成する発明特定事項は次の如くである。
（１）超音波発振器からの超音波を対象絶縁物に発射しこの対象絶縁物からの反射波を受信するプローブと、
このプローブによる受信信号を重畳によってノイズが除去可能な回数だけ積算し、この積算したデータの包絡線を正常データの包絡線である標準パターンと比較し、比較結果が「異常」の場合のデータを登録し、上記プローブの変更を初期設定値に応じて行なう機能を有し、前記対象絶縁物に前記プローブから発射する超音波を、まず低周波帯域の超音波パルスとし、この低周波帯域の診断後異常箇所にて高周波帯域の超音波パルスとする指令を出すコンピュータと、
このコンピュータの指令により、前記対象絶縁物に前記プローブから発射する超音波を、まず低周波帯域の超音波パルスとし、この低周波帯域の診断後異常箇所にて高周波帯域の超音波パルスとする指令を前記超音波発信器に出す超音波周波数制御部と、
を有することを特徴とする。
（２）上記（１）において、上記プローブの変更は、対象絶縁物に沿って移動するための駆動部を備えたことを特徴とする。
（３）上記（１）において、上記プローブには、対象絶縁物に沿って複数個配置したプローブの切替によることを特徴とする。
（４）上記（１）において、高周波帯域での絶縁劣化診断にあって、上記比較結果が「異常」の場合のデータの登録内容は、モニタにより表示するようにしたことを特徴とする。
（５）上記（１）において、上記超音波周波数制御部では、樹脂材料内の充填材のレイリー散乱による散乱波を加味して上記充填材粒子径に見合う超音波波長の周波数帯域としたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
ここで、図を参照しつつ本発明の実施の形態を説明する。図１は、絶縁劣化診断装置の一例の全体ブロック図であり、機能的には電圧印加部１による電圧にて超音波発振器２が駆動され、超音波送受信探触子であるプローブ３より、対象絶縁物に超音波パルスが発射される。この場合、超音波周波数制御部４は、送信する超音波周波数が低周波数帯域か高周波数帯域かを定めて超音波発振器２に指令を出すもので、後述のコンピュータ５からの指令によって制御される。なお、プローブ３の発射周波数は、超音波周波数制御部４へ取り込まれ、超音波発振器２への指令帯域がプローブ３の発射周波数帯域と一致しているか否かの確認をとっている。
【０００７】
プローブ３は、超音波パルスを対象絶縁物に発射する送信用の他に、対象絶縁物からの反射パルスを受信するもので、ノイズ除去のため高感度信号検出器例えばボックスカー積分器等が備えられ、高周波・低周波の区別なく、確実な信号検出を可能とする。
【０００８】
また、コンピュータ５は、図２に示す構成を有する。すなわち、プローブ３からの対象絶縁物の反射パルスである受信信号を取り込み、まずデータ積算部５ａにて積算が行なわれる。このデータの積算は、受信信号であるデータを例えば１００回取り込んで重畳させ、この重畳によって所望の信号を抽出しノイズを除去するために行なわれる。つまり、変化しない所望の信号を検査の対象とするためである。
【０００９】
ついで、データ積算部５ａから出力される信号データは、マッチング処理部５ｂに入力される。このマッチング処理部５ｂは、データ積算部５ａからのデータの包絡線検波を行なって包絡線を取り出すと共に正常なデータの包絡線との比較と判断を行なうものである。すなわち、正常な欠陥のない絶縁物での受信信号データの包絡線を標準パターン部５ｃに記憶してこの包絡線によってしきい値を決めておき、マッチング処理部５ｂではこのしきい値と一定期間毎に計測する反射パルスの包絡線とを比較して「正常」「異常」を判断するものである。
【００１０】
マッチング処理部５ｂの判断が「異常」の場合、そのデータをデータ登録部５ｄに登録する。そして、この登録後、次のプローブ３による信号の受信のため複数個のプローブの場合にはその切替えを行ない、プローブ移動可能な場合には、その駆動を処理部５ｅにて行なっている。なお、「異常」でなく「正常」の場合でもそのプローブ３での検査終了後はプローブの切替えや移動が行なわれる。
処理部５ｅにつながる初期設定部５ｆには、対象絶縁物に対応するプローブ３の移動距離、すなわち、プローブ３によって計測可能な範囲に応じた移動距離とか、対象絶縁物に応じた超音波周波数、絶縁物が繊維にて強化されているか、充填材が入っているか（これは超音波周波数の選択に影響する）等の検査に当り予め入力すべき設定データが入力されている。
なお、データの「異常」によってデータ登録部５ｄにデータが登録された場合、後述の高周波帯域による診断では「異常」内容がモニタ６に表示される。
【００１１】
図３，図４は、プローブ３と対象絶縁物との配置関係を示しており、図４は複数個のプローブを設置した例、図３はプローブを移動する例を示している。つまり、高電圧導体７を覆う絶縁物８に沿って図４では複数のプローブ３（図４では４個）が配置され、図３では絶縁物８に沿って移動可能にプローブ３が配置される。そして、図３の場合にはプローブ３内に駆動部（図示省略）が備えられている。そして、前述したコンピュータ５の処理部５ｅでは、図４に示す複数個のプローブ３の切替え指令が出力され、また図３のプローブ３の移動量が初期設定部５ｆでの移動データに従って出力されることになる。ここで、絶縁物８は例えば熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂のモールドであり、場合によっては充填材が入っていたり繊維にて強化されている樹脂である。
【００１２】
さて、コンピュータ５の指令により、詳しくは処理部５ｅによる一連のプローブ３による診断での超音波制御部４にて制御される超音波の周波数帯域は、低周波帯域と高周波帯域とに分けられ、このうち浸透深度が深い低周波帯域（５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ）の超音波を使用して、まず大まかな欠陥診断を行ない、欠陥の発見とだいたいの位置標定を行なう。
ついで、欠陥部分が発見された場合、その位置でのプローブ３により高周波帯域（１０ＭＨｚ〜２５ＭＨｚ）の超音波を発射し、欠陥の正確な位置標定を行なうものである。
【００１３】
プローブ３からの発射超音波パルスは、前述のように低周波と高周波であるが、この超音波パルス発射後の反射パルスでは超音波は単調な減衰振動を行ない、その包絡線は過渡的に一定の減衰曲線となる。そして、欠陥が存在する場合には、図７に示すように（図７は充填材と欠陥との関係の図であるが）波形が突出するという現象が存在するため、この包絡線付近にしきい値を定めて波形の突出程度を判定することにより、正常・異常を判断することができる。かかる処理が図２のマッチング処理部５ｂにて行なわれる。
【００１４】
図５は、低周波帯域による位置特定処理を示している。ここで、Ｘはプローブ位置、Ｙは読み込み回数を示している。図５はプローブ移動の例を示しているが、切替えの場合はプローブ切替えとなる。図５において、プローブ３の位置を変え（ステップＳ１，Ｓ２）、超音波の反射波を１００個取込み（ステップＳ３〜Ｓ６）、この積算後包絡線検波によるデータ変換（ステップＳ７）を行ない、入力データと標準データの比較（ステップＳ８）後、「異常」か否かの判定を行ない（ステップＳ９）、異常の場合は登録部５ｄに入力（ステップＳ１０）し、例えばプローブ位置５０ｃｍの長さにて位置Ｘの変更を行なうものである。ここでＸ＞５０は５０ｃｍの長さをとしてもよいし、５０分割した場合の数値としてもよい（ステップＳ１１）。
【００１５】
図６は高周波による劣化診断を示しており、図５との違いはプローブ位置Ｘは「異常」があった登録部まで移動させ（ステップＳ１２）、ここで改めて「異常」が出た場合にはＸ値をモニタ出力するものである（ステップＳ１３）。
【００１６】
包絡線による異常検出は、上述のとおりであるが、更にニューラルネットワークとパターン認識により、オンラインによる絶縁診断や欠陥の画像処理化も可能である。すなわち、ニューラルネットワークによる並列処理にて異常モデルとその標準パターンを作成し、パターン認識の結果、劣化の診断を行なうと同時に、パターン認識の結果、欠陥の特徴パターンより画像化することができる。そして、この画像化では実験上１０μｍ程度又はそれ以上細かな欠陥を得ることができる。かかる処理にあっては、絶縁物の完全な自動診断及び画像化が可能となる。
【００１７】
次に、絶縁物８に樹脂を用いる場合であっても充填材が入っている場合、等材質の違いが絶縁の目的と強度に応じて変ってくる。本例での樹脂による絶縁物８にあって充填材が入っている場合、例えば充填量３０％程度、粒子径１１μｍ程度の絶縁物８でも測定可能となっている。すなわち、充填材入りの樹脂材料中の進行超音波特性を把握することにより、かかる材料に対しても欠陥検出が可能となる。すなわち、充填材粒子による進行超音波の散乱についてはレイリー散乱理論が適用でき、充填材粒子は全て球形でその大きさは超音波の波長に比べて充分小さいとしたときの、散乱波の強さは次式［数１］となる。
【００１８】
【数１】

ここで、θ＝１８０°すなわち後方散乱の強さψ_bsとして計算すると、ｋａ＝１程度で透明領域，不透明領域に分けられるので、ｋａ＜１になるように充填材粒径を選ぶのがよい。すなわち、充填材粒子径と超音波波長とが細粒子で長波長、大きめの粒子では短波長となる傾向にて充填材粒子と超音波波長とを決めてやれば、図７に示すようにクラック等の欠陥が発生した時点で樹脂（充填材）からの反射信号と欠陥部からの反射信号を区別することができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、超音波による送受信を利用して、高電圧機器の絶縁診断を非破壊にて行なうことができ、また機器を停止することなく運転中の絶縁診断をすることができるのみならず、高感度信号検出器による確実な信号検出と、低周波と高周波の各帯域での測定による欠陥位置の標定及び認識が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を説明する一例のためのブロック図。
【図２】コンピュータ５の細部ブロック図。
【図３】プローブ配置状態図。
【図４】プローブ配置状態図。
【図５】低周波による位置特定処理フローチャート。
【図６】高周波による劣化診断処理フローチャート。
【図７】反射信号波形図。
【符号の説明】
２ 超音波発振器
３ プローブ
４ 超音波周波数制御部
５ コンピュータ
５ａ データ積算部
５ｂ マッチング処理部
５ｃ 標準パターン部
５ｄ データ登録部
５ｅ 処理部
５ｆ 初期設定部
６ モニタ
８ 絶縁物

Claims (5)

1. 超音波発振器からの超音波を対象絶縁物に発射しこの対象絶縁物からの反射波を受信するプローブと、
   このプローブによる受信信号を重畳によってノイズが除去可能な回数だけ積算し、この積算したデータの包絡線を正常データの包絡線である標準パターンと比較し、比較結果が「異常」の場合のデータを登録し、上記プローブの変更を初期設定値に応じて行なう機能を有し、前記対象絶縁物に前記プローブから発射する超音波を、まず低周波帯域の超音波パルスとし、この低周波帯域の診断後異常箇所にて高周波帯域の超音波パルスとする指令を出すコンピュータと、
   このコンピュータの指令により、前記対象絶縁物に前記プローブから発射する超音波を、まず低周波帯域の超音波パルスとし、この低周波帯域の診断後異常箇所にて高周波帯域の超音波パルスとする指令を前記超音波発信器に出す超音波周波数制御部と、
   を有する絶縁劣化診断装置。
2. 上記プローブには、対象絶縁物に沿って移動するための駆動部を備えた請求項１記載の絶縁劣化診断装置。
3. 上記プローブの変更は、対象絶縁物に沿って複数個配置したプローブの切替による請求項１記載の絶縁劣化診断装置。
4. 高周波帯域での絶縁劣化診断にあって、上記比較結果が「異常」の場合のデータの登録内容は、モニタにより表示するようにした請求項１記載の絶縁劣化診断装置。
5. 上記超音波周波数制御部では、樹脂材料内の充填材のレイリー散乱による散乱波を加味して上記充填材粒子径に見合う超音波波長の周波数帯域とした請求項１記載の絶縁劣化診断装置。

Images