JP3756473B2 - 電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法及びその装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法及びその装置に関する。本発明は、例えば、モールドジスコンの銅帯母線、ロードブレークエルボのような電力ケーブル周辺機器の絶縁体中に発生する部分放電の検出に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
電力機器の絶縁体中にボイド等の欠陥が存在すると、部分放電が発生する。詳細には、欠陥における部分的な絶縁破壊のために欠陥に印加される電圧が臨界電圧すなわち火花電圧を越えると部分放電が発生する。この部分放電が繰り返されると最終的には絶縁体全体として絶縁破壊に至り、地絡による停電等の送配電に支障を来す事態が発生するおそれがある。一方、この部分放電の検出のために送配電を停止するのは、極めて煩雑である。
【０００３】
そこで、送配電を停止することなく、すなわち活線状態で絶縁体の部分放電を検出するために、部分放電時に発生する超音波を検出することにより部分放電を検出する方法が提案されている（例えば、特開昭５８−７５７２号公報、特開昭６２−２０１３７５号公報）。
【０００４】
しかし、超音波センサにより測定された超音波が部分放電に起因するものであるのか、外乱ノイズや気中放電に起因する超音波等のノイズであるのかを判別するのは困難である。そのため、検出精度を高めるための種々の試みがなされている。
【０００５】
例えば、特開昭６３−１７７０７３号公報には、超音波パルスと共に電気パルスを計測し、超音波パルスと電気パルスの時間差に基づいて超音波パルスが部分放電によるものであるかノイズであるかを判別する方法が記載されている。しかし、この方法では電力機器に供給される交流電圧を測定する機器が必要であり、簡便に部分放電を検出することができない。
【０００６】
また、特開平５−２４０９０３号公報及び特開平８−３２０３５７号公報には、持続時間が所定時間以下（例えば５msec）の超音波を部分放電によるものであると判定することが記載されている。しかし、持続時間の短い突発的なノイズも存在するため、この方法では高精度で部分放電に起因する超音波とノイズとを識別することは困難である。
【０００７】
さらに、特開昭６３−８５７１号公報には、部分放電に起因する超音波の周波数を含む特定の周波数帯域を増幅することにより検出精度を高めることが記載されている。しかし、この方法では、部分放電に起因する超音波であるのかノイズであるのかにかかわらず、当該周波数帯域に含まれるすべての成分が増幅される。従って、当該周波数帯域にノイズが含まれる場合には、そのノイズが増幅されることになり、結果的に高精度の検出は困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の超音波を利用する部分放電の検出方法では、測定された超音波が部分放電に起因したものであることを高精度で保証することができず、特に検出される超音波の信号強度が弱い場合、検出精度が低下する。
【０００９】
本発明は、前記従来の超音波を利用する部分放電検出方法における問題を解決するためになされたものであり、超音波を利用して高精度かつ簡便に電力機器の絶縁体中に発生する部分放電を検出する方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
まず、図９を参照して、本発明の原理を説明する。図９（Ａ）は電力機器の絶縁体に交流電圧が印加されているときの、ボイド等の欠陥近傍に作用する電圧Ｖａ（二点鎖線）と、欠陥に作用する電圧Ｖｂ（実線）との関係を示している。電圧Ｖａは電力機器に供給される交流電圧に対応しており、電圧Ｖａの周波数は、この電力機器に供給される交流電圧の周波数（電源周波数）と同一である。
【００１１】
時間ｔ１まで電圧Ｖａは増加するので、電圧Ｖｂが正の火花電圧＋Ｖｔｈに達し、図９（Ｂ）に示すように部分放電が発生する。部分放電が発生すると欠陥に逆電界が形成され、電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖまで低下する。時間ｔ１から電圧Ｖａが降下を開始すると、電圧Ｖ ｂ もそれに伴って降下し、火花電圧−Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。この部分放電により電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖに戻るが、電圧Ｖａの降下に伴って電圧Ｖｂも降下するので再び火花電圧−Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。この２回の部分放電は極めて短い時間間隔で発生するので、１回の部分放電ＰＤとみなすことができる。時間ｔ３から電圧Ｖａが上昇を開始すると、電圧Ｖｂもそれに伴って上昇し、火花電圧＋Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。この部分放電により電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖに低下するが、電圧Ｖａの上昇に伴って電圧Ｖｂも上昇するので再び火花電圧−Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。これらの部分放電も極めて短い時間間隔で発生するので、１回の部分放電ＰＤとみなすことができる。
【００１２】
以上のプロセスが繰り返される結果、電圧Ｖａがゼロクロスから変化する付近で部分放電ＰＤが繰り返し生じ、部分放電ＰＤの発生周期は電圧Ｖａの周波数、すなわち電源周波数の２倍となる。また、状況によって電圧Ｖ ｂ の正又は負のいずれか一方の相でのみ部分放電ＰＤが生じることもあり得る。この場合、部分放電ＰＤの発生周期は電源周波数と同一となる。従って、超音波センサにより検出された超音波が、周期成分を含み、その周期成分が電源周波数と同一又はその２倍付近の発生周期を有していれば、当該周期成分は部分放電によるものであると考えることができる。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００１３】
従って、第１の発明は、電力機器の絶縁体に超音波センサを配置し、前記電力機器への交流電力供給中に前記超音波センサにより超音波を検出し、前記超音波センサにより検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出し、前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の２倍の所定範囲内であれば、部分放電が発生していると判定する、電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法を提供する。
【００１４】
前記所定範囲は、例えば、電源周波数又はその２倍の±１０％である。また、前記周波数解析は、超音波センサにより検出された超音波自体の周波数分布を求めるものであってもよく、包絡線検波した波形の周波数分布を求めてもよい。
【００１５】
第１の発明の部分放電検出方法は、単に超音波の波形に含まれるパルスの継続時間やその強度のみから部分放電を検出するのではなく、前記部分放電に起因する超音波の発生周期と電源周波数との関係についての知見に基づいて、部分放電発生を検出する。すなわち、超音波センサにより検出される超音波の周期成分を周波数解析により検出し、この周期成分の発生周期が電源周波数又はその２倍の所定範囲であれば部分放電検出であると判断する。従って、高精度で部分放電を検出することができる。また、超音波の周期成分の発生周期と電源周波数とを比較するため、電圧パルス又は電流パルスを検出する必要がなく、簡便に部分放電を検出することができる。
【００１６】
具体的には、前記超音波センサにより検出された超音波の時間−周波数解析によって周期成分を検出する。ここで時間−周波数解析とは、微少時間毎に周波数スペクトルを求める振動解析である。この時間−周波数解析により、Ｓ／Ｎ比が低い場合すなわち周期成分の振幅ないしは強度が電力機器の熱的ノイズ等のノイズと同程度であっても、周期成分を確実に検出することができ、より高精度で部分放電を検出することができる。時間−周波数解析には、例えば、短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、及びウィグナー分布関数がある。
【００１７】
時間−周波数解析以外の方法で超音波の周期成分を検出してもよい。例えば、Ｓ／Ｎ比が高い場合には、検出された超音波又はその包絡線検波した波形に高速フーリエ変換を適用して超音波の周期成分を検出してもよい。
【００１８】
超音波は絶縁体中を伝播すると減衰するため、測定位置が部分放電発生位置すなわち欠陥に近いほど部分放電により発生する超音波の強度は大きい。従って、複数箇所における超音波の周期成分の強度が変化しているときに、当該周期成分が部分放電によるものであると判定することにより、部分放電の検出精度をより向上することができる。
【００１９】
第２の発明は、電力機器の絶縁体に取り付けられ、電力機器への交流電力供給中に発生する超音波を検出する超音波センサと、前記超音波センサにより検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出する周期成分検出部と、この周期成分検出部により検出された前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周期である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の２倍の所定範囲内であれば、部分放電発生であると判定する判定部とを備える、電力機器の絶縁体中の部分放電検出装置を提供する。
【００２０】
超音波センサの検出信号はプリアンプにより増幅された後に周期成分検出部へと送信される。超音波センサの検出信号は微弱であるので、超音波センサとプリアンプとを接続する信号線においてノイズ源が不明の誘導ノイズが混入する場合がある。超音波センサとプリアンプとを接続する信号線が挿通されたフェライトコアを設けることにより、又はプリアンプを超音波センサに内蔵させることにより、この誘導ノイズの混入を防止することができる。誘導ノイズの混入防止によって、Ｓ／Ｎ比を向上して部分放電の検出精度を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る部分放電検出装置は、超音波センサ１０、プリアンプ１１、フィルタ１２、アンプ１３、及び処理部１４を備えている。超音波センサ１０の検出信号は、プリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を経て処理部１４へ送られる。
【００２２】
超音波センサ１０は、例えば圧電素子型超音波センサであり、シリコングリスのような接触媒質１６を介して絶縁体の部分放電の検出対象である電力機器１７の表面に設置される。ただし、超音波センサ１０は圧電素子型に限定されず、絶縁体を伝播する超音波を良好な感度で検出できるものであればよい。接触媒質１６は超音波センサ１０と電力機器１７との接触部における超音波の伝達損失の低減及び電力機器と部分放電検出装置との間の絶縁性確保のために使用される。
【００２３】
プリアンプ１１は、ノイズの影響を低減するために超音波センサ１０から出力される微弱な検出信号を増幅する。フィルタ１２は、超音波センサ１０の検出信号に含まれる外乱ノイズ、電気的ノイズを除去するためのものである。また、このフィルタ１２はローパスフィルタ遮断周波数及びハイパスフィルタ遮断周波数を調整可能であり、対象とする電力機器における部分放電発生時の超音波の卓越周波数に応じて最適な帯域のみを通過させる。アンプ１３は、処理部１４におけるＳ／Ｎ比を向上させるために検出信号を増幅する。
【００２４】
処理部１４は、周期成分検出部１８と判定部１９とを備えている。周期成分検出部１８は、超音波センサ１０からプリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を介して受信した検出信号に基づいて、超音波センサ１０によって検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出する。判定部１９は周期成分検出部１８により検出された超音波の周期成分の発生周期と、電源周波数とを比較して電力機器１７の絶縁体中における部分放電発生の有無を判定する。また、処理部１４には、操作者が部分放電検出装置を操作するために、モニタ２１や、図示しない入力装置等が接続されている。
【００２５】
部分放電検出装置は、各種のアナログ回路及びデジタル回路や、測定機器を含む各種の機器を組み合わせて構成することができる。例えば、フィルタ１２、アンプ１３、並びにモニタ２１を含む処理部１４は、超音波用波形弁別器とデジタルオシロスコープにより構成することができる。
【００２６】
超音波センサ１０とプリアンプ１１とを接続する信号線２３は、フェライトコア２４に挿通されている。これは超音波センサ１０とプリアンプ１１との間で原因が必ずしも明確でない誘導ノイズが混入することがあるので、この種のノイズの影響を低減するためである。
【００２７】
図２に示すように、超音波センサ１０にプリアンプ１１を内蔵してもよい。図２において、２６は例えば圧電素子である超音波検出用の素子であり、プリアンプ１１はこの素子２６と共に超音波センサ１０のハウジング１０ａ内に収容されている。プリアンプ１１を内蔵することにより、素子２６とプリアンプ１１との間の信号線の長さを大幅に短縮することができるので、誘導ノイズの混入を防止することができる。
【００２８】
測定対象である電力機器は特に限定されないが、例えば、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すモールドジスコン用の銅帯母線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃがある。図３（Ｃ）に示すように、銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃは、導体３０ａ、この導体３０ａの周囲に設けられた内部半導電性ゴム層３０ｂ、この内部半導電性ゴム層３０ｂの周囲に設けられた絶縁体であるＥＰゴム層３０ｃ、及び外表面を覆う外部半導電性ゴム層３０ｄを備えている。銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃはそれぞれ配電側の接続部３０ｅ，３０ｆと、給電側の接続部３０ｇとを備えている。
【００２９】
測定対象である電力機器は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すロードブレークエルボ４０であってもよい。このロードブレークエルボ４０は高電圧側の電線４１を変圧器４２に接続するためのものである。前記銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃと同様に、ロードブレークエルボ４０は、導体４０ａ、導体４０ａを取り囲む内部半導電性ゴム層４０ｂ、この内部半導電性ゴム層４０ｂを取り囲むＥＰゴム層４０ｃ、及び外表面を覆う外部半導電性ゴム層４０ｄを備えている。
【００３０】
その他、測定対象である電力機器としては、ケーブル接続部（ケーブル中間接続部、ケーブル終端接続部、絶縁栓）、高圧パスダクト、モールド変圧器、発電機の固定子コイル、電動機、変成器等がある。
【００３１】
次に、この部分放電検出装置を使用した部分放電検出方法を説明する。
まず、超音波センサ１０を電力機器１７の表面に接触媒質１６を介して配置する。次に、電力機器へ交流電力を供給している状態、すなわち活線状態で超音波センサ１０により超音波を検出する。処理部１４の判定部１９には、電力機器の交流電力の周波数（電源周波数）が入力されている。
【００３２】
超音波センサ１０の検出信号は、プリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を介して処理部１４へ送られる。この際、超音波センサ１０とプリアンプ１１の間の信号線２３をフェライトコア２４に挿通することにより、又はプリアンプ１１を超音波センサ１０に内蔵することにより、超音波センサ１０とプリアンプ１１との間での誘導ノイズの混入を防止してＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３３】
処理部１４に送られた超音波センサ１０の検出信号は、周期成分検出部１４に入力される。周期成分検出部１４は、入力された検出信号に基づいて周波数解析を実行し、超音波の周期成分を検出する。また、周期成分検出部１４は検出された周期成分の発生周期を評価する。周期成分の検出及びその発生周期の評価は、超音波センサ１０により検出された検出信号の波形の周波数分布、すなわち検出された超音波自体の周波数分布に基づいて行うことができる。また、これらの検出及び評価は、包絡線検波した波形の周波数分布に基づいて行うこともできる。
【００３４】
超音波センサ１０の検出信号には、電力機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズが含まれている。検出された超音波に含まれる部分放電に起因する周期成分はパルス的であるので、波形全体の中に占めるこの周期成分の割合は非常に小さい。通常の高速フーリエ変換は、波形全体の周波数スペクトルを得るものであるので、瞬間的な変化がデータ点数内で平均化されてしまうためとらえにくくなり、Ｓ／Ｎ比が低いと高精度で周期成分を検出することが困難である。従って、周期成分とその発生周期を高精度で検出するために、周期成分検出部１８で使用する周波数解析方法として時間−周波数解析を使用することが好ましい。この時間−周波数解析は、超音波の波形を時間軸方向に分割し、分割された時間区間毎に周波数スペクトルを検出するものである。
【００３５】
時間−周波数解析には、例えば短時間フーリエ変換がある。この短時間フーリエ変換は、超音波の波形を時間軸方向に分割してウィンドを設定し、ウィンドを時間軸上で少しずつずらしてウィンド毎に高速フーリエ変換を適用するものである。ウィンド幅を超音波の波形よりも十分短く設定すると、元の波形の一部のみが存在する波形となるが、この波形に高速フーリエ変換を適用することにより、刻一刻の時点での周波数スペクトルが得られ、短時間の変化を抽出することができる。
【００３６】
図５及び図６は、超音波の波形に対して短時間フーリエ変換を適用して周波数解析を行った例を概略的に示している。図５は電源周波数(５０Hz)と同一の発生周期（５０Hz）を有する部分放電に起因する周期成分が含まれる場合を示し、図６は電源周波数の２倍の発生周期（１００Hz）を有する部分放電に起因する周期成分が含まれる場合を示している。
【００３７】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示すように、元の超音波の波形では、周期成分ＸはノイズＹに埋もれている。この波形に対して短時間フーリエ変換を適用すると、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、周波数スペクトルに周期成分Ｘが現れる。そして、図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）に示すように、スペクトル強度の時間変化から、周期成分の発生周期が検出される。
【００３８】
周波数解析は、ウェーブレット変換、ウィグナー分布関数等の他の時間−周波数解析により行ってもよい。また、Ｓ／Ｎ比が高い場合、すなわち周期成分の振幅ないしは強度が電器機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズと比較して大きい場合には、超音波の波形又はその包絡線検波した波形を高速フーリエ変換することにより周波数解析を行ってもよい。
【００３９】
前記のように周期成分検出部１８で検出された超音波の周期成分の発生周期は、判定部１９に送られる。この判定部１９は、周期成分の発生周期と電源周波数とを比較し、周期成分が電源周波数と同一又はその２倍に対して所定範囲内であれば、周期成分検出部１８で検出された周期成分は部分放電に起因するものであると判定する。例えば、電源周波数が５０Hzの場合、判定部１９は周期成分検出部１８が検出した超音波の周期成分の発生周期が５０Hz又は１００Hzの所定範囲内であれば、超音波の周期成分は部分放電に起因するものである、すなわち絶縁体に部分放電が発生していると判断する。前記所定範囲は、測定誤差、周波数解析に伴う誤差等を考慮して設定される。例えば、この所定範囲は電源周波数と同一又はその２倍の±１０％の範囲に設定される。
【００４０】
本実施形態では、上述のように単に超音波の波形に含まれるパルスの継続時間やその強度のみから部分放電を検出するのではなく、部分放電に起因する超音波の発生周期と、電源周波数との関係についての知見に基づいて、部分放電発生を検出する。すなわち、超音波センサ１０により検出される超音波の周期成分を周期成分検出部１８が周波数解析により検出し、判定部１９はこの周期成分の発生周期が電源周波数又はその２倍の所定範囲であれば部分放電検出であると判断する。従って、高精度で部分放電を検出することができる。また、超音波の周期成分の発生周期と電源周波数とを比較するため、電圧パルス又は電流パルスを検出する必要がなく、簡便に部分放電を検出することができる。さらに、時間−周波数解析により周期成分を検出することにより、より高精度での検出が可能となる。
【００４１】
超音波は絶縁体中を伝播すると減衰するため、超音波センサ１０の取り付け位置が部分放電発生位置すなわち欠陥に近いほど部分放電により発生する超音波の強度は強い。従って、絶縁体の複数箇所において超音波センサ１０による交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、前記複数箇所における部分放電による超音波の周期成分の強度が変化しているときに、判定部１９は当該周期成分が部分放電によるものであると判定すれば、部分放電の検出精度をより向上することができる。
【００４２】
本発明の原理を確認するための実験を行った。この実験では、図７に示すように銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃのうち１箇所に欠陥Ｄを設け、超音波センサ１０により６個の測定点Ｐ１〜Ｐ６における交流電力供給中の超音波を測定した。電源周波数は５０Hzであり、電力実効値は４２４２Ｖである。
【００４３】
図３を参照して欠陥Ｄの形成について説明すると、外部半導電性ゴム層３０ｄ及びＥＰゴム層３０ｃを部分的に剥ぎ、突起物でＥＰゴム層３０ｃの内部に傷を付け、ボイド状の欠陥を設けた。次に、前記剥いだ外部半導電性ゴム層３０ｄ及びＥＰゴム層３０ｃを元に戻して欠陥を塞いだ。最後に、外部半導電性ゴム層３０ｄ及びＥＰゴム層３０ｃを剥いだ部分を粘着性ポリエチレンテープで堅固にテープ巻きした。
【００４４】
各測定点Ｐ１〜Ｐ６の位置は、図７及び以下の表１に示す通りである。いずれの測定点Ｐ１〜Ｐ６においても、超音波センサ１０は銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃの上面に取り付けた。
【００４５】
【表１】
【００４６】
各測定点Ｐ１〜Ｐ６における、包絡検波した超音波の波形はそれぞれ図８（Ａ）〜（Ｆ）に示す通りである。図８（Ａ），（Ｂ）より明らかなように、欠陥Ｄを設けた銅帯母線３０Ｂ上にあり、かつ欠陥Ｄに近い測定点Ｐ１、Ｐ２では、０．０１秒周期（１００Hz）の発生周期を有する超音波の振幅のピークが非常に明瞭に認められた（表１の検出感度の欄で◎で示す。）。また、図８（Ｄ）から明らかなように、奥側の銅帯母線３０Ｃ上にあり、かつ欠陥Ｄに近い測定点Ｐ４でも、同一発生周期の超音波の振幅のピークが明瞭に認められた（表１の検出感度の欄で○で示す。）。さらに、図８（Ｃ），（Ｅ）から明らかなように、奥側の銅帯母線３０Ｃ上にあり、かつ欠陥Ｄから銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃの長さ方向に４０mmの位置の測定点Ｐ３、並びに手前側の銅帯母線３０Ａ上にあり、かつ欠陥Ｄに近い位置にある測定点Ｐ５でも、同一周期の超音波の振幅のピークが認められたが、測定点Ｐ１、Ｐ２、及びＰ４と比較すると振幅のピーク値は小さい（表１の検出感度の欄で△で示す。）。これに対して、図８（Ｆ）から明らかなように、欠陥Ｄが設けられた銅帯母線３０Ｂ上にあるが、欠陥Ｄから２００mm離れた測定点Ｐ６では、振幅のピークは殆ど認められなかった。
【００４７】
測定点Ｐ１〜Ｐ５で超音波の振幅にピークが認められその周期が１００Hzであることから、超音波は電源周波数の２倍の発生周期の周期成分を有することが確認できた。また、欠陥Ｄからの距離が離れると振幅のピーク値が小さくなることから、絶縁体の複数箇所で測定された周期成分の強度が変化しているときは、当該周期成分が部分放電によるものであると推定できることが確認できた。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法及び装置では、超音波センサにより検出される超音波の周期成分を周波数解析により検出し、この周期成分の発生周期が電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数又はその２倍の所定範囲であれば部分放電検出であると判断する。従って、活線状態を維持しつつ、高精度かつ簡易に絶縁体中の部分放電を検出することができる。また、前記超音波の周期成分を時間−周波数解析により検出することにより、Ｓ／Ｎ比が低い場合でも高精度で部分放電を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る部分放電検出装置を示す概略図である。
【図２】 プリアンプを内蔵した超音波センサを示す概略図である。
【図３】 銅帯母線を示し、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は横断面図である。
【図４】 ロードブレークエルボを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。
【図５】 短時間フーリエ変換による超音波の周期成分（５０Hz）の検出の一例を示し、（Ａ）は計測波形を示すグラフ、（Ｂ）は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、（Ｃ）は周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【図６】 短時間フーリエ変換による超音波の周期成分（１００Hz）の検出の一例を示し、（Ａ）は計測波形を示すグラフ、（Ｂ）は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、（Ｃ）は特定周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【図７】 実験例における欠陥の位置及び測定位置を示す銅帯母線の部分平面図である。
【図８】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）は、銅帯母線を使用した実験例における、超音波の包絡線検波波形を示すグラフである。
【図９】 （Ａ）は電力機器の絶縁体中の欠陥近傍に作用する電圧と欠陥に作用する電圧の関係を示すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）に対応する部分放電パルス波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 超音波センサ
１０ａ ハウジング
１１ プリアンプ
１２ フィルタ
１３ アンプ
１４ 処理部
１６ 接触媒質
１７ 電力機器
１８ 周期成分検出部
１９ 判定部
２１ モニタ
２３ 信号線
２４ フェライトコア
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 銅帯母線
４０ ロードブレークエルボ
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法及びその装置に関する。本発明は、例えば、モールドジスコンの銅帯母線、ロードブレークエルボのような電力ケーブル周辺機器の絶縁体中に発生する部分放電の検出に適用される。
【０００２】
【従来の技術】
電力機器の絶縁体中にボイド等の欠陥が存在すると、部分放電が発生する。詳細には、欠陥における部分的な絶縁破壊のために欠陥に印加される電圧が臨界電圧すなわち火花電圧を越えると部分放電が発生する。この部分放電が繰り返されると最終的には絶縁体全体として絶縁破壊に至り、地絡による停電等の送配電に支障を来す事態が発生するおそれがある。一方、この部分放電の検出のために送配電を停止するのは、極めて煩雑である。
【０００３】
そこで、送配電を停止することなく、すなわち活線状態で絶縁体の部分放電を検出するために、部分放電時に発生する超音波を検出することにより部分放電を検出する方法が提案されている（例えば、特開昭５８−７５７２号公報、特開昭６２−２０１３７５号公報）。
【０００４】
しかし、超音波センサにより測定された超音波が部分放電に起因するものであるのか、外乱ノイズや気中放電に起因する超音波等のノイズであるのかを判別するのは困難である。そのため、検出精度を高めるための種々の試みがなされている。
【０００５】
例えば、特開昭６３−１７７０７３号公報には、超音波パルスと共に電気パルスを計測し、超音波パルスと電気パルスの時間差に基づいて超音波パルスが部分放電によるものであるかノイズであるかを判別する方法が記載されている。しかし、この方法では電力機器に供給される交流電圧を測定する機器が必要であり、簡便に部分放電を検出することができない。
【０００６】
また、特開平５−２４０９０３号公報及び特開平８−３２０３５７号公報には、持続時間が所定時間以下（例えば５msec）の超音波を部分放電によるものであると判定することが記載されている。しかし、持続時間の短い突発的なノイズも存在するため、この方法では高精度で部分放電に起因する超音波とノイズとを識別することは困難である。
【０００７】
さらに、特開昭６３−８５７１号公報には、部分放電に起因する超音波の周波数を含む特定の周波数帯域を増幅することにより検出精度を高めることが記載されている。しかし、この方法では、部分放電に起因する超音波であるのかノイズであるのかにかかわらず、当該周波数帯域に含まれるすべての成分が増幅される。従って、当該周波数帯域にノイズが含まれる場合には、そのノイズが増幅されることになり、結果的に高精度の検出は困難である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の超音波を利用する部分放電の検出方法では、測定された超音波が部分放電に起因したものであることを高精度で保証することができず、特に検出される超音波の信号強度が弱い場合、検出精度が低下する。
【０００９】
本発明は、前記従来の超音波を利用する部分放電検出方法における問題を解決するためになされたものであり、超音波を利用して高精度かつ簡便に電力機器の絶縁体中に発生する部分放電を検出する方法及び装置を提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
まず、図９を参照して、本発明の原理を説明する。図９（Ａ）は電力機器の絶縁体に交流電圧が印加されているときの、ボイド等の欠陥近傍に作用する電圧Ｖａ（二点鎖線）と、欠陥に作用する電圧Ｖｂ（実線）との関係を示している。電圧Ｖａは電力機器に供給される交流電圧に対応しており、電圧Ｖａの周波数は、この電力機器に供給される交流電圧の周波数（電源周波数）と同一である。
【００１１】
時間ｔ１まで電圧Ｖａは増加するので、電圧Ｖｂが正の火花電圧＋Ｖｔｈに達し、図９（Ｂ）に示すように部分放電が発生する。部分放電が発生すると欠陥に逆電界が形成され、電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖまで低下する。時間ｔ１から電圧Ｖａが降下を開始すると、電圧Ｖ ｂ もそれに伴って降下し、火花電圧−Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。この部分放電により電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖに戻るが、電圧Ｖａの降下に伴って電圧Ｖｂも降下するので再び火花電圧−Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。この２回の部分放電は極めて短い時間間隔で発生するので、１回の部分放電ＰＤとみなすことができる。時間ｔ３から電圧Ｖａが上昇を開始すると、電圧Ｖｂもそれに伴って上昇し、火花電圧＋Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。この部分放電により電圧Ｖｂは瞬間的にほぼ０Ｖに低下するが、電圧Ｖａの上昇に伴って電圧Ｖｂも上昇するので再び火花電圧−Ｖｔｈに達して部分放電が発生する。これらの部分放電も極めて短い時間間隔で発生するので、１回の部分放電ＰＤとみなすことができる。
【００１２】
以上のプロセスが繰り返される結果、電圧Ｖａがゼロクロスから変化する付近で部分放電ＰＤが繰り返し生じ、部分放電ＰＤの発生周期は電圧Ｖａの周波数、すなわち電源周波数の２倍となる。また、状況によって電圧Ｖ ｂ の正又は負のいずれか一方の相でのみ部分放電ＰＤが生じることもあり得る。この場合、部分放電ＰＤの発生周期は電源周波数と同一となる。従って、超音波センサにより検出された超音波が、周期成分を含み、その周期成分が電源周波数と同一又はその２倍付近の発生周期を有していれば、当該周期成分は部分放電によるものであると考えることができる。本発明は、かかる知見に基づいてなされたものである。
【００１３】
従って、第１の発明は、電力機器の絶縁体に超音波センサを配置し、前記電力機器への交流電力供給中に前記超音波センサにより超音波を検出し、前記超音波センサにより検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出し、前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の２倍の所定範囲内であれば、部分放電が発生していると判定する、電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法を提供する。
【００１４】
前記所定範囲は、例えば、電源周波数又はその２倍の±１０％である。また、前記周波数解析は、超音波センサにより検出された超音波自体の周波数分布を求めるものであってもよく、包絡線検波した波形の周波数分布を求めてもよい。
【００１５】
第１の発明の部分放電検出方法は、単に超音波の波形に含まれるパルスの継続時間やその強度のみから部分放電を検出するのではなく、前記部分放電に起因する超音波の発生周期と電源周波数との関係についての知見に基づいて、部分放電発生を検出する。すなわち、超音波センサにより検出される超音波の周期成分を周波数解析により検出し、この周期成分の発生周期が電源周波数又はその２倍の所定範囲であれば部分放電検出であると判断する。従って、高精度で部分放電を検出することができる。また、超音波の周期成分の発生周期と電源周波数とを比較するため、電圧パルス又は電流パルスを検出する必要がなく、簡便に部分放電を検出することができる。
【００１６】
具体的には、前記超音波センサにより検出された超音波の時間−周波数解析によって周期成分を検出する。ここで時間−周波数解析とは、微少時間毎に周波数スペクトルを求める振動解析である。この時間−周波数解析により、Ｓ／Ｎ比が低い場合すなわち周期成分の振幅ないしは強度が電力機器の熱的ノイズ等のノイズと同程度であっても、周期成分を確実に検出することができ、より高精度で部分放電を検出することができる。時間−周波数解析には、例えば、短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、及びウィグナー分布関数がある。
【００１７】
時間−周波数解析以外の方法で超音波の周期成分を検出してもよい。例えば、Ｓ／Ｎ比が高い場合には、検出された超音波又はその包絡線検波した波形に高速フーリエ変換を適用して超音波の周期成分を検出してもよい。
【００１８】
超音波は絶縁体中を伝播すると減衰するため、測定位置が部分放電発生位置すなわち欠陥に近いほど部分放電により発生する超音波の強度は大きい。従って、複数箇所における超音波の周期成分の強度が変化しているときに、当該周期成分が部分放電によるものであると判定することにより、部分放電の検出精度をより向上することができる。
【００１９】
第２の発明は、電力機器の絶縁体に取り付けられ、電力機器への交流電力供給中に発生する超音波を検出する超音波センサと、前記超音波センサにより検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出する周期成分検出部と、この周期成分検出部により検出された前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周期である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の２倍の所定範囲内であれば、部分放電発生であると判定する判定部とを備える、電力機器の絶縁体中の部分放電検出装置を提供する。
【００２０】
超音波センサの検出信号はプリアンプにより増幅された後に周期成分検出部へと送信される。超音波センサの検出信号は微弱であるので、超音波センサとプリアンプとを接続する信号線においてノイズ源が不明の誘導ノイズが混入する場合がある。超音波センサとプリアンプとを接続する信号線が挿通されたフェライトコアを設けることにより、又はプリアンプを超音波センサに内蔵させることにより、この誘導ノイズの混入を防止することができる。誘導ノイズの混入防止によって、Ｓ／Ｎ比を向上して部分放電の検出精度を高めることができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
次に、図面に示す実施形態を参照して本発明を詳細に説明する。
図１に示すように、本発明の実施形態に係る部分放電検出装置は、超音波センサ１０、プリアンプ１１、フィルタ１２、アンプ１３、及び処理部１４を備えている。超音波センサ１０の検出信号は、プリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を経て処理部１４へ送られる。
【００２２】
超音波センサ１０は、例えば圧電素子型超音波センサであり、シリコングリスのような接触媒質１６を介して絶縁体の部分放電の検出対象である電力機器１７の表面に設置される。ただし、超音波センサ１０は圧電素子型に限定されず、絶縁体を伝播する超音波を良好な感度で検出できるものであればよい。接触媒質１６は超音波センサ１０と電力機器１７との接触部における超音波の伝達損失の低減及び電力機器と部分放電検出装置との間の絶縁性確保のために使用される。
【００２３】
プリアンプ１１は、ノイズの影響を低減するために超音波センサ１０から出力される微弱な検出信号を増幅する。フィルタ１２は、超音波センサ１０の検出信号に含まれる外乱ノイズ、電気的ノイズを除去するためのものである。また、このフィルタ１２はローパスフィルタ遮断周波数及びハイパスフィルタ遮断周波数を調整可能であり、対象とする電力機器における部分放電発生時の超音波の卓越周波数に応じて最適な帯域のみを通過させる。アンプ１３は、処理部１４におけるＳ／Ｎ比を向上させるために検出信号を増幅する。
【００２４】
処理部１４は、周期成分検出部１８と判定部１９とを備えている。周期成分検出部１８は、超音波センサ１０からプリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を介して受信した検出信号に基づいて、超音波センサ１０によって検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出する。判定部１９は周期成分検出部１８により検出された超音波の周期成分の発生周期と、電源周波数とを比較して電力機器１７の絶縁体中における部分放電発生の有無を判定する。また、処理部１４には、操作者が部分放電検出装置を操作するために、モニタ２１や、図示しない入力装置等が接続されている。
【００２５】
部分放電検出装置は、各種のアナログ回路及びデジタル回路や、測定機器を含む各種の機器を組み合わせて構成することができる。例えば、フィルタ１２、アンプ１３、並びにモニタ２１を含む処理部１４は、超音波用波形弁別器とデジタルオシロスコープにより構成することができる。
【００２６】
超音波センサ１０とプリアンプ１１とを接続する信号線２３は、フェライトコア２４に挿通されている。これは超音波センサ１０とプリアンプ１１との間で原因が必ずしも明確でない誘導ノイズが混入することがあるので、この種のノイズの影響を低減するためである。
【００２７】
図２に示すように、超音波センサ１０にプリアンプ１１を内蔵してもよい。図２において、２６は例えば圧電素子である超音波検出用の素子であり、プリアンプ１１はこの素子２６と共に超音波センサ１０のハウジング１０ａ内に収容されている。プリアンプ１１を内蔵することにより、素子２６とプリアンプ１１との間の信号線の長さを大幅に短縮することができるので、誘導ノイズの混入を防止することができる。
【００２８】
測定対象である電力機器は特に限定されないが、例えば、図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すモールドジスコン用の銅帯母線３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃがある。図３（Ｃ）に示すように、銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃは、導体３０ａ、この導体３０ａの周囲に設けられた内部半導電性ゴム層３０ｂ、この内部半導電性ゴム層３０ｂの周囲に設けられた絶縁体であるＥＰゴム層３０ｃ、及び外表面を覆う外部半導電性ゴム層３０ｄを備えている。銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃはそれぞれ配電側の接続部３０ｅ，３０ｆと、給電側の接続部３０ｇとを備えている。
【００２９】
測定対象である電力機器は、図４（Ａ），（Ｂ）に示すロードブレークエルボ４０であってもよい。このロードブレークエルボ４０は高電圧側の電線４１を変圧器４２に接続するためのものである。前記銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃと同様に、ロードブレークエルボ４０は、導体４０ａ、導体４０ａを取り囲む内部半導電性ゴム層４０ｂ、この内部半導電性ゴム層４０ｂを取り囲むＥＰゴム層４０ｃ、及び外表面を覆う外部半導電性ゴム層４０ｄを備えている。
【００３０】
その他、測定対象である電力機器としては、ケーブル接続部（ケーブル中間接続部、ケーブル終端接続部、絶縁栓）、高圧パスダクト、モールド変圧器、発電機の固定子コイル、電動機、変成器等がある。
【００３１】
次に、この部分放電検出装置を使用した部分放電検出方法を説明する。
まず、超音波センサ１０を電力機器１７の表面に接触媒質１６を介して配置する。次に、電力機器へ交流電力を供給している状態、すなわち活線状態で超音波センサ１０により超音波を検出する。処理部１４の判定部１９には、電力機器の交流電力の周波数（電源周波数）が入力されている。
【００３２】
超音波センサ１０の検出信号は、プリアンプ１１、フィルタ１２、及びアンプ１３を介して処理部１４へ送られる。この際、超音波センサ１０とプリアンプ１１の間の信号線２３をフェライトコア２４に挿通することにより、又はプリアンプ１１を超音波センサ１０に内蔵することにより、超音波センサ１０とプリアンプ１１との間での誘導ノイズの混入を防止してＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００３３】
処理部１４に送られた超音波センサ１０の検出信号は、周期成分検出部１４に入力される。周期成分検出部１４は、入力された検出信号に基づいて周波数解析を実行し、超音波の周期成分を検出する。また、周期成分検出部１４は検出された周期成分の発生周期を評価する。周期成分の検出及びその発生周期の評価は、超音波センサ１０により検出された検出信号の波形の周波数分布、すなわち検出された超音波自体の周波数分布に基づいて行うことができる。また、これらの検出及び評価は、包絡線検波した波形の周波数分布に基づいて行うこともできる。
【００３４】
超音波センサ１０の検出信号には、電力機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズが含まれている。検出された超音波に含まれる部分放電に起因する周期成分はパルス的であるので、波形全体の中に占めるこの周期成分の割合は非常に小さい。通常の高速フーリエ変換は、波形全体の周波数スペクトルを得るものであるので、瞬間的な変化がデータ点数内で平均化されてしまうためとらえにくくなり、Ｓ／Ｎ比が低いと高精度で周期成分を検出することが困難である。従って、周期成分とその発生周期を高精度で検出するために、周期成分検出部１８で使用する周波数解析方法として時間−周波数解析を使用することが好ましい。この時間−周波数解析は、超音波の波形を時間軸方向に分割し、分割された時間区間毎に周波数スペクトルを検出するものである。
【００３５】
時間−周波数解析には、例えば短時間フーリエ変換がある。この短時間フーリエ変換は、超音波の波形を時間軸方向に分割してウィンドを設定し、ウィンドを時間軸上で少しずつずらしてウィンド毎に高速フーリエ変換を適用するものである。ウィンド幅を超音波の波形よりも十分短く設定すると、元の波形の一部のみが存在する波形となるが、この波形に高速フーリエ変換を適用することにより、刻一刻の時点での周波数スペクトルが得られ、短時間の変化を抽出することができる。
【００３６】
図５及び図６は、超音波の波形に対して短時間フーリエ変換を適用して周波数解析を行った例を概略的に示している。図５は電源周波数(５０Hz)と同一の発生周期（５０Hz）を有する部分放電に起因する周期成分が含まれる場合を示し、図６は電源周波数の２倍の発生周期（１００Hz）を有する部分放電に起因する周期成分が含まれる場合を示している。
【００３７】
図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示すように、元の超音波の波形では、周期成分ＸはノイズＹに埋もれている。この波形に対して短時間フーリエ変換を適用すると、図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示すように、周波数スペクトルに周期成分Ｘが現れる。そして、図５（Ｃ）及び図６（Ｃ）に示すように、スペクトル強度の時間変化から、周期成分の発生周期が検出される。
【００３８】
周波数解析は、ウェーブレット変換、ウィグナー分布関数等の他の時間−周波数解析により行ってもよい。また、Ｓ／Ｎ比が高い場合、すなわち周期成分の振幅ないしは強度が電器機器の熱的ノイズ、外乱ノイズ等のノイズと比較して大きい場合には、超音波の波形又はその包絡線検波した波形を高速フーリエ変換することにより周波数解析を行ってもよい。
【００３９】
前記のように周期成分検出部１８で検出された超音波の周期成分の発生周期は、判定部１９に送られる。この判定部１９は、周期成分の発生周期と電源周波数とを比較し、周期成分が電源周波数と同一又はその２倍に対して所定範囲内であれば、周期成分検出部１８で検出された周期成分は部分放電に起因するものであると判定する。例えば、電源周波数が５０Hzの場合、判定部１９は周期成分検出部１８が検出した超音波の周期成分の発生周期が５０Hz又は１００Hzの所定範囲内であれば、超音波の周期成分は部分放電に起因するものである、すなわち絶縁体に部分放電が発生していると判断する。前記所定範囲は、測定誤差、周波数解析に伴う誤差等を考慮して設定される。例えば、この所定範囲は電源周波数と同一又はその２倍の±１０％の範囲に設定される。
【００４０】
本実施形態では、上述のように単に超音波の波形に含まれるパルスの継続時間やその強度のみから部分放電を検出するのではなく、部分放電に起因する超音波の発生周期と、電源周波数との関係についての知見に基づいて、部分放電発生を検出する。すなわち、超音波センサ１０により検出される超音波の周期成分を周期成分検出部１８が周波数解析により検出し、判定部１９はこの周期成分の発生周期が電源周波数又はその２倍の所定範囲であれば部分放電検出であると判断する。従って、高精度で部分放電を検出することができる。また、超音波の周期成分の発生周期と電源周波数とを比較するため、電圧パルス又は電流パルスを検出する必要がなく、簡便に部分放電を検出することができる。さらに、時間−周波数解析により周期成分を検出することにより、より高精度での検出が可能となる。
【００４１】
超音波は絶縁体中を伝播すると減衰するため、超音波センサ１０の取り付け位置が部分放電発生位置すなわち欠陥に近いほど部分放電により発生する超音波の強度は強い。従って、絶縁体の複数箇所において超音波センサ１０による交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、前記複数箇所における部分放電による超音波の周期成分の強度が変化しているときに、判定部１９は当該周期成分が部分放電によるものであると判定すれば、部分放電の検出精度をより向上することができる。
【００４２】
本発明の原理を確認するための実験を行った。この実験では、図７に示すように銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃのうち１箇所に欠陥Ｄを設け、超音波センサ１０により６個の測定点Ｐ１〜Ｐ６における交流電力供給中の超音波を測定した。電源周波数は５０Hzであり、電力実効値は４２４２Ｖである。
【００４３】
図３を参照して欠陥Ｄの形成について説明すると、外部半導電性ゴム層３０ｄ及びＥＰゴム層３０ｃを部分的に剥ぎ、突起物でＥＰゴム層３０ｃの内部に傷を付け、ボイド状の欠陥を設けた。次に、前記剥いだ外部半導電性ゴム層３０ｄ及びＥＰゴム層３０ｃを元に戻して欠陥を塞いだ。最後に、外部半導電性ゴム層３０ｄ及びＥＰゴム層３０ｃを剥いだ部分を粘着性ポリエチレンテープで堅固にテープ巻きした。
【００４４】
各測定点Ｐ１〜Ｐ６の位置は、図７及び以下の表１に示す通りである。いずれの測定点Ｐ１〜Ｐ６においても、超音波センサ１０は銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃの上面に取り付けた。
【００４５】
【表１】
各測定点Ｐ１〜Ｐ６における、包絡検波した超音波の波形はそれぞれ図８（Ａ）〜（Ｆ）に示す通りである。図８（Ａ），（Ｂ）より明らかなように、欠陥Ｄを設けた銅帯母線３０Ｂ上にあり、かつ欠陥Ｄに近い測定点Ｐ１、Ｐ２では、０．０１秒周期（１００Hz）の発生周期を有する超音波の振幅のピークが非常に明瞭に認められた（表１の検出感度の欄で◎で示す。）。また、図８（Ｄ）から明らかなように、奥側の銅帯母線３０Ｃ上にあり、かつ欠陥Ｄに近い測定点Ｐ４でも、同一発生周期の超音波の振幅のピークが明瞭に認められた（表１の検出感度の欄で○で示す。）。さらに、図８（Ｃ），（Ｅ）から明らかなように、奥側の銅帯母線３０Ｃ上にあり、かつ欠陥Ｄから銅帯母線３０Ａ〜３０Ｃの長さ方向に４０mmの位置の測定点Ｐ３、並びに手前側の銅帯母線３０Ａ上にあり、かつ欠陥Ｄに近い位置にある測定点Ｐ５でも、同一周期の超音波の振幅のピークが認められたが、測定点Ｐ１、Ｐ２、及びＰ４と比較すると振幅のピーク値は小さい（表１の検出感度の欄で△で示す。）。これに対して、図８（Ｆ）から明らかなように、欠陥Ｄが設けられた銅帯母線３０Ｂ上にあるが、欠陥Ｄから２００mm離れた測定点Ｐ６では、振幅のピークは殆ど認められなかった。
【００４７】
測定点Ｐ１〜Ｐ５で超音波の振幅にピークが認められその周期が１００Hzであることから、超音波は電源周波数の２倍の発生周期の周期成分を有することが確認できた。また、欠陥Ｄからの距離が離れると振幅のピーク値が小さくなることから、絶縁体の複数箇所で測定された周期成分の強度が変化しているときは、当該周期成分が部分放電によるものであると推定できることが確認できた。
【００４８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法及び装置では、超音波センサにより検出される超音波の周期成分を周波数解析により検出し、この周期成分の発生周期が電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数又はその２倍の所定範囲であれば部分放電検出であると判断する。従って、活線状態を維持しつつ、高精度かつ簡易に絶縁体中の部分放電を検出することができる。また、前記超音波の周期成分を時間−周波数解析により検出することにより、Ｓ／Ｎ比が低い場合でも高精度で部分放電を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施形態に係る部分放電検出装置を示す概略図である。
【図２】 プリアンプを内蔵した超音波センサを示す概略図である。
【図３】 銅帯母線を示し、（Ａ）は概略平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は横断面図である。
【図４】 ロードブレークエルボを示し、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。
【図５】 短時間フーリエ変換による超音波の周期成分（５０Hz）の検出の一例を示し、（Ａ）は計測波形を示すグラフ、（Ｂ）は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、（Ｃ）は周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【図６】 短時間フーリエ変換による超音波の周期成分（１００Hz）の検出の一例を示し、（Ａ）は計測波形を示すグラフ、（Ｂ）は短時間フーリエ変換により得られる周波数スペクトルを示す概念図、（Ｃ）は特定周期成分のスペクトル強度と時間の関係を示すグラフである。
【図７】 実験例における欠陥の位置及び測定位置を示す銅帯母線の部分平面図である。
【図８】 （Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）、（Ｅ）、及び（Ｆ）は、銅帯母線を使用した実験例における、超音波の包絡線検波波形を示すグラフである。
【図９】 （Ａ）は電力機器の絶縁体中の欠陥近傍に作用する電圧と欠陥に作用する電圧の関係を示すグラフ、（Ｂ）は（Ａ）に対応する部分放電パルス波形を示すグラフである。
【符号の説明】
１０ 超音波センサ
１０ａ ハウジング
１１ プリアンプ
１２ フィルタ
１３ アンプ
１４ 処理部
１６ 接触媒質
１７ 電力機器
１８ 周期成分検出部
１９ 判定部
２１ モニタ
２３ 信号線
２４ フェライトコア
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ 銅帯母線
４０ ロードブレークエルボ
Claims (13)
- 電力機器の絶縁体に超音波センサを配置し、
前記電力機器への交流電力供給中に前記超音波センサにより超音波を検出し、
前記超音波センサにより検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出し、
前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周波数である電源周波数とを比較し、
前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の２倍の所定範囲であれば、部分放電が発生していると判定する、電力機器の絶縁体中の部分放電検出方法。 - 前記所定範囲は、前記電源周波数又はその２倍の±１０％の範囲である、請求項１に記載の部分放電検出方法。
- 前記検出された超音波の時間−周波数解析により前記周期成分を検出する、請求項１又は請求項２に記載の部分放電検出方法。
- 前記時間−周波数解析は、前記超音波センサの時間−振幅波形に対する短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、又はウィグナー分布関数である、請求項３に記載の部分放電検出方法。
- 前記検出された超音波又はその包絡線検波波形に対して高速フーリエ変換を適用することにより前記周期成分を検出する、請求項１又は請求項２に記載の部分放電検出方法。
- 前記絶縁体の複数箇所において前記超音波センサによる前記電力機器への交流電力供給中の超音波の検出を繰り返し、前記複数箇所における超音波の周期成分の強度が変化しているときに、当該周期成分が部分放電によるものであると判定する、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の部分放電検出方法。
- 電力機器の絶縁体に取り付けられ、電力機器への交流電力供給中に発生する超音波を検出する超音波センサと、
前記超音波センサにより検出された超音波を周波数解析して周期成分を検出する周期成分検出部と、
この周期成分検出部により検出された前記超音波の周期成分の発生周期と、前記電力機器へ供給される交流電力の周期である電源周波数とを比較し、前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の所定範囲であるか、又は前記超音波の周期成分の発生周期が前記電源周波数の２倍の所定範囲内であれば、部分放電発生であると判定する判定部とを備える、
電力機器の絶縁体中の部分放電検出装置。 - 前記所定範囲は、前記電源周波数又はその２倍の±１０％の範囲である、請求項７に記載の部分放電検出装置。
- 前記周期成分検出部は、前記超音波センサにより検出された超音波の時間波形の時間−周波数解析により、前記超音波の周期成分を検出する、請求項７又は請求項８に記載の部分放電検出装置。
- 前記周期成分検出部は、前記超音波センサにより検出された超音波の時間波形に対する短時間フーリエ変換、ウェーブレット変換、又はウィグナー分布関数により、前記超音波の周期成分を検出する、請求項９に記載の部分放電検出装置。
- 前記周期成分検出部は、前記超音波センサにより検出された超音波又はその包絡線検波波形に対する高速フーリエ変換により、前記超音波の周期成分を検出する、請求項７又は請求項８に記載の部分放電検出装置。
- 前記超音波センサの出力を増幅して前記周期成分検出部に送るプリアンプと、前記超音波センサと前記プリアンプを接続する信号線が挿通されたフェライトコアとをさらに備える、請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の部分放電検出装置。
- 前記超音波センサの出力を増幅して前記周期成分検出部に送るプリアンプをさらに備え、このプリアンプは超音波センサに内蔵されている、請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の部分放電検出装置。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102645619A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 | 一种电力设备局部放电检测***测评方法及其装置 |
| CN106154129A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-11-23 | 中国石油化工股份有限公司 | 无线特高频gis局部放电检测方法 |
| CN106291270A (zh) * | 2016-07-22 | 2017-01-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于无线通信的gis局部放电超声检测方法 |
| IT202000004303A1 (it) * | 2020-03-02 | 2021-09-02 | St Microelectronics Srl | Circuito per rilevare scariche parziali, dispositivo, sistema e procedimento corrispondenti |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4869091B2 (ja) * | 2007-01-30 | 2012-02-01 | 株式会社東芝 | 電気設備の絶縁異常診断システム |
| KR20110105963A (ko) * | 2010-03-22 | 2011-09-28 | 엘에스전선 주식회사 | 케이블의 결함위치 추정 장치 및 그 방법 |
| JP5746527B2 (ja) * | 2011-03-11 | 2015-07-08 | 株式会社東芝 | 部分放電検出装置、および部分放電検出方法 |
| CN103076542A (zh) * | 2011-10-25 | 2013-05-01 | 章啸 | 局部放电超声波检测装置 |
| US9753080B2 (en) | 2014-12-09 | 2017-09-05 | Rosemount Inc. | Partial discharge detection system |
| US10209292B2 (en) | 2014-12-18 | 2019-02-19 | Mitsubishi Electric Corporation | Partial discharge determination method, partial discharge determination apparatus, and partial discharge determination system for power device, and method for manufacturing power device including the partial discharge determination method |
| CN105842588B (zh) * | 2016-03-18 | 2018-09-28 | 深圳供电局有限公司 | 一种修正超声波局部放电检测的方法和*** |
| CN105842593B (zh) * | 2016-05-11 | 2019-02-15 | 国家电网公司 | 超声波传感器稳定测试装置 |
| JP7130918B2 (ja) * | 2017-01-31 | 2022-09-06 | 東京電力ホールディングス株式会社 | 部分放電を検出するための装置、システムおよび方法 |
| CN109073704A (zh) | 2017-03-02 | 2018-12-21 | 罗斯蒙特公司 | 用于局部放电的趋势函数 |
| US11067639B2 (en) | 2017-11-03 | 2021-07-20 | Rosemount Inc. | Trending functions for predicting the health of electric power assets |
| US10794736B2 (en) | 2018-03-15 | 2020-10-06 | Rosemount Inc. | Elimination of floating potential when mounting wireless sensors to insulated conductors |
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| US10833531B2 (en) | 2018-10-02 | 2020-11-10 | Rosemount Inc. | Electric power generation or distribution asset monitoring |
| US11313895B2 (en) | 2019-09-24 | 2022-04-26 | Rosemount Inc. | Antenna connectivity with shielded twisted pair cable |
| CN112595934B (zh) * | 2020-10-14 | 2024-05-17 | 浙江大有实业有限公司杭州科技发展分公司 | 一种高压电缆局部放电信号强度的测量方法及装置 |
| CN116449077B (zh) * | 2023-04-23 | 2024-03-26 | 国网江苏省电力有限公司 | 基于Wigner-Ville分布算法对PT二次侧骚扰电压进行时频分析方法 |
| CN117092470B (zh) * | 2023-10-16 | 2024-01-19 | 江苏创大电气有限公司 | 一种应用于配电箱的电火花检测方法及*** |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62194475A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-08-26 | Mitsubishi Electric Corp | 静止誘導機器の内部放電監視装置 |
| JPS6276472A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-08 | Mitsubishi Electric Corp | ガス絶縁電気機器の異常検出装置 |
| JPH09127181A (ja) * | 1995-10-30 | 1997-05-16 | Kawasaki Steel Corp | 電力設備のコロナ放電検出装置 |
| JP4377542B2 (ja) * | 2000-10-20 | 2009-12-02 | 株式会社東芝 | 高電圧機器の内部部分放電監視装置 |
-
2002
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102645619A (zh) * | 2012-04-25 | 2012-08-22 | 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 | 一种电力设备局部放电检测***测评方法及其装置 |
| CN102645619B (zh) * | 2012-04-25 | 2014-07-23 | 云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院 | 一种电力设备局部放电检测***测评方法及其装置 |
| CN106154129A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-11-23 | 中国石油化工股份有限公司 | 无线特高频gis局部放电检测方法 |
| CN106291270A (zh) * | 2016-07-22 | 2017-01-04 | 中国石油化工股份有限公司 | 基于无线通信的gis局部放电超声检测方法 |
| IT202000004303A1 (it) * | 2020-03-02 | 2021-09-02 | St Microelectronics Srl | Circuito per rilevare scariche parziali, dispositivo, sistema e procedimento corrispondenti |
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