絶縁診断装置および絶縁診断方法
【課題】絶縁診断装置は、商用同期の高周波を部分放電と判断したり、広帯域外部ノイズ等には判断時間が長くかかるという課題があった。
【解決手段】部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部とを備えて絶縁診断装置を構成する。
【解決手段】部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部とを備えて絶縁診断装置を構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁機器や電力用トランスなどの電力用電気機器、または電力ケーブルの絶縁状態を監視する絶縁診断装置および絶縁診断方法に関し、特に、電気機器内部に発生する部分放電による電磁波を検出することにより絶縁診断を行う絶縁診断装置および絶縁診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁機器や電力用トランスなどの電力用電気機器においては、絶縁異常時に部分放電が発生し、この部分放電により二次的に電磁波が発生する。電気機器の絶縁破壊による重大事故を未然に防ぐために、部分放電の段階における電磁波を検出することにより、運転中の電気機器の内部に絶縁異常が発生しているか否かを診断する絶縁診断装置が提案されている。
【０００３】
このような絶縁診断装置においては、部分放電により発生する電磁波は、部分放電検出アンテナにより検出される。また、部分放電検出アンテナは、電気機器内部からの電磁波だけではなく、他の電磁波も外部ノイズとして拾うため、この外部ノイズによる誤判定を排除する必要がある。
【０００４】
この外部ノイズによる誤判定を排除するため、部分放電による電磁波と、外部ノイズとを分けて、部分放電を検出するために、部分放電検出アンテナと、外部ノイズのみを検出するノイズアンテナを有し、その２つのアンテナからの信号を差動演算することで、外部ノイズを除去し、この差動演算したデータから周期的ピーク点と、商用電圧の周期の１／４サイクル点を算出し比較することにより部分放電を検出する絶縁診断装置が開示されている（特許文献１および特許文献２）。
【０００５】
また、部分放電検出アンテナと、外部ノイズ検出信号のスペクトラムの時間変化を追跡してノイズを判断し、部分放電を検出する絶縁診断装置が開示されている。この装置およびこの方法では、診断対象帯域の全帯域において、スペクトラムの時間変化を追跡しており、外部ノイズレベルを示す規定値を超えた周波数が検出された場合、ある周波数幅ずらして、その規定値以下になるまで追跡繰り返すことで、突発性の電磁波を判断する（特許文献３および特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４９１５６号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９１５７号公報
【特許文献３】特開平７−３３３２８８号公報
【特許文献４】特許第３７０７１６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、差動演算したデータから周期的ピーク点と、商用電圧の周期の１／４サイクル点を算出し比較する方法では、フィルタ後の帯域内周波数を一括検波した信号の商用同期性により部分放電判定をしているため、商用周波数あるいはそのｎ倍の周波数で変調された単一周波数（高周波）でも部分放電の発生と判断してしまう。
【０００８】
また、外部ノイズ検出信号のスペクトラムの時間変化を追跡する方法では、外部ノイズレベルを示す規定値を超えた周波数が検出された場合、ある周波数幅ずらして規定値以下になるまで追跡を繰り返すため、エンジンなどの内燃機関によるノイズや放電ノイズ、スパイクノイズなどの広帯域で長時間にわたり発生する電磁波に対しても、部分放電と判断し、さらに、その電磁波の広帯域にわたりスペクトラム解析を行うため、部分放電判定までに時間を要してしまう。
【０００９】
さらに、上述したいずれの方法も、外部ノイズ検出用のノイズセンサと、部分放電用の部分放電センサをそれぞれ有するものであり、そのため、両センサの構造や、設置場所により受信帯域感度の相違、および、サンプリング周期の同期性の維持が困難等の信頼性の問題がある。
【００１０】
また、２つのセンサが必要となると、センサ入力回路も２系統必要となり、信頼性欠如のための対処として、回路のさらなる２重化などが必要となり、その結果、絶縁診断装置が大きく、コスト的にも問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による絶縁診断装置は、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、を有する絶縁診断装置を提供する。
【００１２】
上記商用電圧非同期の信号レベルは、商用電圧ピーク時から１／４サイクルずれた時の信号レベルであっても良い。また、上記絶縁診断部は、商用電圧非同期の信号レベルは、相対的に高い信号レベルの場合に、当信号レベルの診断対象周波数については、比較対象の周波数から除外しても良い。
【００１３】
絶縁診断部の部分放電判断は、商用電圧ピーク時の信号レベルから商用電圧非同期の信号レベルを減算することで判断しても良い。
【００１４】
本発明による絶縁診断方法は、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、かつ、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部、および、絶縁診断部を有する絶縁診断装置における絶縁診断方法であって、絶縁診断部は、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、を有する絶縁診断方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による絶縁診断装置によれば、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、を有するようにしたので、診断対象周波数を、商用周波あるいはそのｎ倍の周波数以外から選択することで、商用電圧同期の高周波を分別できる。
【００１６】
また、商用電圧非同期と判断した信号レベルは、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルのサンプリング時から１／４サイクルずれた時の信号レベルとすることができるので、商用電圧ピーク時の信号レベルを判別し、その信号レベルと、１／４サイクル前の信号レベルを比較することで、絶縁診断が可能であるため、部分放電判定時間は極めて短い。
【００１７】
さらに、本発明による絶縁診断装置によれば、接続される検出センサは１つであり、複数センサを有することによる、センサの構造や、設置場所により受信帯域感度の相違、および、サンプリング周期の同期性の維持が困難等の信頼性の問題は無く、センサ入力回路も２重化する必要は無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態による絶縁診断装置の機能構成図を示す。絶縁診断装置１０は、入力アンプ回路２０、Ａ/Ｄ変換器１２、ＣＰＵ１４を有し、部分放電用センサ１に接続される。以下にその各機能について説明する。
【００２０】
部分放電センサ１は、部分放電により発生する物理現象を検出するためのセンサであり、電磁波センサ、振動センサ、電流センサ、超音波センサなどが利用できる。電磁波センサが部分放電センサ１として適用される場合、絶縁診断時には、電気機器のブッシング部や絶縁スペーサにように、電気機器を構成する密閉容器内部で生じた部分放電に伴い発生する電磁波が放射され易い場所に設置される。
【００２１】
入力アンプ回路２０は、部分放電センサ１からの検出信号を受信し、その検出信号を、ＣＰＵ１４からの制御信号にしたがった特定の周波数であり、かつ、Ａ／Ｄ変換器１２のための適切な信号レベル（電圧）のアナログ信号に変換して、出力する回路である。その入力アンプ回路２０は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２１、プリアンプ２２、ＰＬＬ（位相同期回路）シンセサイザ２３、発信器２４、ミキサ２５、中間周波フィルタ２６、ログアンプ２７から構成される。
【００２２】
ＢＰＦ２１は、部分放電により検出された信号から特定の周波数帯域を通過させるフィルタ回路である。なお、本実施例においては、実験により、部分放電が確認し易い帯域として、３００MHz〜８００MHzを通過帯域としている。しかしながら、この帯域に特定するものではなく、通過帯域は、部分放電センサ１の設置条件等により、部分放電が確認し易い帯域を設定するのが好ましい。
【００２３】
プリアンプ２２は、ＢＰＦ２１を通過した信号を、ミキサ２５の入力信号として適切な電圧に増幅する増幅器である。ＰＬＬシンセサイザ２３は、ＣＰＵ１４から受信する制御信号にしたがって、発信器２４からの周波数を可変して周波数信号ｆＡを出力する回路である。ミキサ２５は、プリアンプ２２からの周波数ｆｘの信号と、ＰＬＬシンセサイザ２３からの周波数ｆＡの信号を受信し、インピーダンス整合が乱れないように、それらを合成して１つの信号として出力する回路である。中間周波フィルタ２６は、ミキサ２５からの入力信号から中間周波数ｆＢの信号成分を取り出すフィルタ回路である。ログアンプ２７は、中間周波フィルタ２６からの入力信号の電圧を、Ａ／Ｄ変換器１２への適切な電圧に出力する増幅器であり、例えば、プリアンプ２２からの出力信号の電圧に相当する電圧のアナログ信号を出力する。
【００２４】
このように、入力アンプ回路２０は、部分放電センサ１からの検出信号を受信し、その検出信号からＣＰＵ１４からの制御信号にしたがった特定の周波数ｆＢであり、かつ、Ａ／Ｄ変換器１２のための電圧のアナログ信号を出力する。
【００２５】
したがって、本発明による絶縁診断装置１０は、特定周波数ｆＢから、商用周波数あるいはそのｎ倍の周波数で変調された単一周波数（高周波）を部分放電判断から除外することにより、商用のｎ倍の周波数性により部分放電判定をすることは無い。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器１２は、ログアンプ２７から受信したアナログ信号を、デジタル信号に変換する回路である。ＣＰＵ１４は、特定のサンプリングタイミングにおける計測対象周波数ｆＢの信号レベルを、Ａ／Ｄ変換器１２から取得するために、そのサンプリングタイミングで、周波数ｆＢを示す制御信号を、ＰＬＬシンセサイザ２３に出力する。ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変換器１２から上述のサンプリングタイミングにおける周波数ｆＢの信号レベルを取得すると、その信号レベルを、周波数ｆＢとサンプリング時間毎に、ＣＰＵ１４内のキャッシュメモリ、または、図示しない絶縁診断装置１０内のメモリに記憶する。
【００２７】
電気機器の部分放電信号は、絶縁劣化、又は異物混入により発生し、商用電圧位相のピーク付近で、サイクルごとに、或いは間欠的に発生する。したがって、絶縁診断対象周波数帯域の設定周波数毎に１サイクルずつデータの取得を行えば、データのサンプリング開始時点が商用周波数のゼロクロスと一致していなくても、設定周波数をパラメータとした場合の各データは、１サイクル毎に商用電圧位相に対して同じ位置（同一位相）となる。したがって、上記サンプリングタイミングは、設定周波数毎に１サイクルずつ（例えば、５０Ｈｚの場合、１サイクル１００ポイント＝２００μｓ間隔でデータサンプリングを行う）データの取得を行うことで、同じ電圧位相でのサンプリングデータを得る。すなわち、診断対象周波数帯域の１つの設定周波数に対して、１サイクル分（例えば１００ポイント）連続でデータを取得し、次にデータサンプリング時間以内に設定周波数をＣＰＵ１４の制御信号により変更し、引き続いて１サイクル分連続でデータ取得をする。このとき、サンプリング時間以内に周波数設定などが間に合わない場合は、商用１サイクルの間をあけてその間に周波数設定を行い、次の１サイクルでデータ取得を行っても良い。
【００２８】
ＣＰＵ１４は、上述の設定周波数をパラメータとする受信データ群（設定周波数に対してそれぞれデータサンプリングポイント分の受信データ配列）を、データサンプリングポイントをパラメータとする周波数データの配列（商用電圧に対し同一位相となるサンプリングポイントにおける周波数に対する受信レベル）に並べ替える。次に、全ての或いは複数のデータサンプリングタイミングをパラメータとした周波数データの配列に対し、一定レベル以上の信号が同一周波数付近に定常的に存在する場合は、商用に同期しない通信など外部ノイズとして判断し、部分放電判定においてこの周波数を除外する。また、一定レベル以上の信号がランダムに存在している周波数も突発的な商用に非同期の外部ノイズが発生しているものと判断し、部分放電判定はおいてこの周波数も除外する。
【００２９】
次にデータサンプリングポイントをパラメータとする周波数データの配列において、上述のように外部ノイズと判断した周波数以外の周波数におけるデータの全て或いは一定数以上が、一定レベル以上である場合には、このデータ配列は、商用電圧周波に同期しているものと判断し、部分放電発生の疑いありと判断する。この商用電圧周波に同期していると判断したデータ配列において商用電圧同期と判断するために用いた一定レベル以上のデータの平均からバックグラウンドノイズ（以下、「ＢＧＮ」と言う。）を減算した値が規定レベルを超えている場合に部分放電発生と判定する。
【００３０】
上述のように商用に同期しているものと判断し、部分放電と判断したデータ配列は、商用電圧位相のピーク付近で発生していると仮定し、この商用電圧周波に同期していると判断した配列に対して１／４サイクルずれたデータ配列が商用電圧位相のゼロクロス点付近で発生したと考えられる。したがって、ＢＧＮは、この商用電圧周波に同期していると判断した配列に対して１／４サイクルずれたデータ配列から算出する。具体的には、１／４サイクルずれたデータ配列において、外部ノイズと判断した周波数以外の周波数におけるデータの平均値や最小値、最大値をＢＧＮとする。
【００３１】
なお、このとき算出したＢＧＮレベルの値を参考に判定結果が有効であるか否かを判断しても良い。例えば、ＢＧＮレベルがある値より大きい場合は「過大ノイズのため判定結果は参考値である」などと判断しても良い。
【００３２】
これにより、部分放電と同じ周波数に生じる外部ノイズの影響を受けずに、部分放電を判別することが可能である。したがって、従来技術では、外部ノイズ用センサと、部分放電ノイズ用センサと２つ有していたが、本発明による絶縁診断装置１０は、１つの部分放電センサにより、部分放電を判別することが可能であり、２センサ方式による信頼性の問題、アンプ回路の２重化、装置の複雑化などの問題を解決している。
【００３３】
上述したように、一定以上の信号レベルを有する周波数データを検出した場合、そのデータは、外部ノイズではなく、商用電圧ピーク時の部分放電と判断できるため、その検出時間から１／４サイクル（５０Ｈｚの場合、５ｍｓ）前はゼロクロス時と推定できる。そのため、商用電圧波形との同期化は、一定以上の信号レベルを有する周波数データ検出時をピーク時と判断することにより可能であり、そのピーク時判断後、１／４サイクル前後の検出データの取得により、上述した部分放電の判断を実行可能である。したがって、本発明による絶縁診断装置１０は、予め決められた設定周波数のデータのサンプリング後速やかに部分放電判断処理を開始できる。
【００３４】
そのため、従来技術において、エンジンなどの内燃機関などの広帯域で、かつ、発生時間の長い電磁波は、周波数をずらして検出を繰り返したため、それに伴い長い検出時間を要することになるが、本発明による絶縁診断装置１０は、予め決められた設定周波数毎に検出したデータを１／４サイクル前後のデータと比較することで部分放電判断を行うことができるため、部分放電判定時間は極めて短い。
【００３５】
上述したＣＰＵ１４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いることが可能である。ＤＳＰは、音声や画像などの処理に特化したマイクロプロセッサであり、一般的なＣＰＵと比べて低コストであり、かつ、複雑なデジタル処理を効率よく行う機能を有するため、本発明によるＣＰＵ１４に適している。また、ＣＰＵ１４は、ＲＩＳＣマイコン等の高速ＣＰＵも適用可能である。
【００３６】
図２を用いて、診断対象周波数毎に検出されるサンプリングデータの計時変化を説明する。データサンプリング処理は、ＢＰＦ２１で設定された診断周波数帯域にわたり行う。たとえば、診断対象周波数帯域は、３００MHz〜８００MHzとなる。このとき、診断対象周波数ｆｘは、周波数分割数をｍとすると、ｆ１＝３００MHz、ｆｍ＝８００MHzと定義される。なお、このとき、商用周波数に同期したノイズを、部分放電と判断しないために、診断対象周波数ｆｘから、商用周波数のｎ倍の周波数は取り除かれる。
【００３７】
図２（Ａ）は、商用電圧波形で、（Ｂ）は、商用電圧波形に同期してピーク区間で大きな信号レベルを示す、周波数ｆａにおける検出波形で、（Ｃ）は、商用電圧波形に非同期で大きな信号レベルを示す周波数ｆｂにおける検出波形で、（Ｄ）は、商用電圧波形に非同期で小さな信号レベルを示す周波数ｆｃにおける検出波形である。なお、診断対象周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃは、いずれも診断対象周波数ｆｘに含まれる。
【００３８】
（Ａ）に示される商用電圧波形は、５０Ｈｚの周波数波形であり、１サイクル２０ｍｓである。図２においては、例示のために、２０ｍｓを時間ｔ１〜ｔ８０で区切り、ピーク区間１が時間ｔ１８〜ｔ２２で示され、ゼロクロス区間がｔ３８〜ｔ４２で示され、ピーク区間２がｔ５８〜ｔ６２で示される。
【００３９】
図２（Ｂ）に示す周波数ｆａにおける検出波形は、ピーク区間１とピーク区間２で大きな信号レベルを示すが、ゼロクロス区間では、大きな信号レベルを示さないため、商用周波数に同期した部分放電と判断可能である。
【００４０】
また、図２（Ｃ）に示す周波数ｆｂにおける検出波形は、ピーク区間１及び２、ゼロクロス区間でも同じく高い信号レベルを示すが、商用周波数に非同期のため、高い信号レベルを示す外部ノイズと判断可能である。
【００４１】
また、図２（Ｄ）に示す周波数ｆｃにおける検出波形は、ピーク区間１及び２、ゼロクロス区間でも同じく低い信号レベルを示し、商用周波数に非同期のため、低い信号レベルを示す外部ノイズと判断可能である。
【００４２】
また、検出データの信号レベルは、サンプリング時間と、周波数毎に検出されるため、ＣＰＵ１４内のキャッシュメモリに、データ配列として記憶しても良い。例えば、キャッシュメモリのデータ配列のアドレスを、ｍを診断対象周波数帯域の周波数分割数、ｎを総サンプリング時間とするデータ配列Ｄとして定義可能である。例えば、周波数ｆ１のサンプリング時間ｔ１〜ｔｎの検出データが格納されるデータ配列のアドレスは、Ｄ１１〜Ｄ１ｎのように定義され、周波数ｆｍのサンプリング時間ｔ１〜ｔｎの検出データが格納されるデータ配列のアドレスは、Ｄｍ１〜Ｄｍｎのように、定義することができる。また、この信号レベルは、図２に示すように、ピーク区間やゼロクロス区間で複数検出されたサンプルデータの平均値や、ある標準偏差内のサンプルデータの平均値等、統計的手法により信頼性を高めた信号レベルとすることもできる。
【００４３】
また、検出データは、商用電圧位相に対応した信号レベルとなるため、商用電圧１サイクル毎にデータを上記データ配列Ｄに、旧データの削除と、新規データの記録を行っても良い。
【００４４】
図３を用いて、本発明による絶縁診断装置で検出された診断対象周波数毎の信号レベルを説明する。図３（Ａ）は、１サイクル区間のある時点（商用における同一位相点）における信号レベルと周波数を示し、（Ｂ）は１サイクル区間の（Ａ）に示すある時点と異なる時点における信号レベルと周波数を示し、（Ｃ）は１サイクル区間のある時点における信号レベルと周波数を示す。なお、本図は、例示のため診断対象周波数の数は少ないが、実際は、３０以上の周波数を診断対象としても良い。
【００４５】
図３（Ａ）において、診断対象周波数ｆｂは、無効周波数判断用の閾値である信号レベルＬ１より高い信号レベルを示す。ここで信号レベルＬ１は、商用電圧に非同期で、かつ、部分放電に該当しない低信号レベルの設定周波数を、部分放電判断において無効とするために設定する閾値である。この信号レベルＬ１により、部分放電の判断対象としない周波数を決定することができる。これにより、本発明による絶縁診断装置は、非同期信号の高信号レベル周波数により、部分放電と誤判断することは無い。
【００４６】
図３（Ｂ）において、診断対象周波数ｆｅは、突発性の高信号レベルの外部ノイズである。診断対象周波数ｆｅは、（Ａ）においては検出されないため突発的に生じる外部ノイズである。このような外部ノイズも、Ｌ１以上の高信号レベルを示すため、部分放電の判断対象としない周波数とすることができる。一方、周波数ｆｂは、定常波であるため（Ｂ）においても、検出される。
【００４７】
図３（Ｃ）に示すように、部分放電が生ずると、周波数ｆｂ、周波数ｆｅ以外の周波数も高い信号レベルを示す。部分放電判断用の商用周波数同期周波数を判断するための閾値である信号レベルＬ２を設定し、このＬ２を超える周波数信号の個数等で部分放電を判断する。したがって、周波数ｆｅは、図３（Ｂ）に表われるため、突発的であるため、部分放電周波数から除外される。周波数ｆｂは、図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に定常的に出現するため、定常波とみなされ、部分放電判断対象の周波数から除外され、その他の周波数は、図３（Ｃ）においてのみ信号レベルＬ２を越えるため商用周波に同期する電磁波とみなされ部分放電判断対象の周波数となる。なお、信号レベルＬ２は、信号レベルＬ１を超えた周波数データの中から、定常的又は突発的外部ノイズではない商用周波数同期信号レベルを選出するための信号レベルである。したがって、Ｌ２は少なくともＬ１と同じか（その場合は、Ｌ１又はＬ２のどちらかの信号レベルのみが必要となる）、Ｌ１以上に設定する必要がある。
【００４８】
図４は、本発明による絶縁診断装置の無効周波数判断処理のフローチャートである。この無効周波数判断処理は、部分放電判断を行う場合に、判断対象としない周波数を決定するためのである。そのため、基本的に部分放電判断処理中またはその前処理として行うものであり、部分放電と判断した時点から１／４サイクルずれた時点で行っても良い。
【００４９】
ステップＳ１０１では、診断対象の最小周波数から順に開始し、次にステップＳ１０２に進む。
【００５０】
ステップＳ１０２では、特定の診断対象周波数ｆｘについて、１サイクル区間のＤデータ配列を検索し、周波数ｆｘの時間毎の信号レベルを取得して、ステップＳ１０３に進む。
【００５１】
ステップＳ１０３では、周波数ｆｘの信号レベルが、無効周波数判断用の閾値Ｌ１以上かどうか判断する。Ｌ１以上の場合は、ステップＳ１０４に進み、Ｌ１未満の場合は、ステップＳ１０５に進む。
【００５２】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で判断した周波数ｆｘを、部分放電判断においては無効周波数データとし、ステップＳ１０６に進む。
【００５３】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で判断した周波数ｆｘを、部分放電判断においては有効周波数データとし、ステップＳ１０６に進む。
【００５４】
ステップＳ１０６では、周波数ｆｘは、診断対象周波数の中で最大周波数ｆｍか否かを判断する。周波数ｆｘが最大周波数ｆｍの場合は、処理を終了し、最大周波数ｆｍではない場合は、ステップＳ１０２に戻る。
【００５５】
このようにして、無効周波数判断処理において無効周波数と判断された周波数は、定常波もしくは突発性の電磁波として、商用電圧に非同期に存在するため、無効周波数は、次に述べる部分放電判断では、判断対象から除外される。
【００５６】
図５は、本発明による絶縁診断装置の部分放電判断処理のフローチャートである。この処理は、常時行っても良いし、１時間に１度、あるいは、人間による絶縁診断時など、間欠的に行っても良い。
【００５７】
ステップＳ２０１では、１サイクル区間に相当するある時間間隔内に、部分放電判断用の閾値である信号レベルＬ２以上の周波数データがあるか否かを、データ配列Ｄを検索して判断し、その数を数える。なお、この判断処理においては、外部ノイズを部分放電と誤判断しないために、図４で説明された無効周波数判断処理において、無効判断された周波数については、Ｌ２以上の周波数データとして数えない。そして、そのＬ２以上のデータ数が、１サイクル間隔内にある閾値以上ある場合は、ステップＳ２０２に進み、その閾値以下の場合はステップＳ２０１に戻り、同じ処理を繰り返す。
【００５８】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検索されたＬ２以上の周波数データの検出時間から、１／４サイクル前のデータを取得し、Ｌ２以上の周波数データの信号レベルから、１／４サイクル前の相当する周波数データの信号レベルをバックグラウンドノイズ（ＢＧＮ）として減算する。このバックグラウンドノイズの信号レベルは、その周波数データの平均値、最小値、最大値又はその他の統計処理を加えたデータとすることもできる。
【００５９】
ステップＳ２０３では、減算後の数値の周波数平均が、ある閾値を越える場合は、部分放電発生と判断し、ステップＳ２０４に進み、その閾値を超えない場合は、ステップＳ２０１に戻る。
【００６０】
ステップＳ２０４では、部分放電発生が判断されるため、必要な異常警告を出力したり、異常処理を実施したりして、部分放電判断処理を終了する。この異常処理において、上述のバックグラウンドノイズがある値より大きい場合は、「過大ノイズのため判定結果は、参考値である」などと、絶縁診断装置に接続された図示しない表示手段に表示しても良い。
【００６１】
また、本発明による絶縁診断装置１０の健全性の確認方法としては、例えば、定期的にあらかじめ設定したテレビ、ラジオなどの周波数を受信し、その受信強度を確認しても良い。この放送波周波数は、アナログ放送波であってもデジタル放送波であっても良い。
【００６２】
さらに、本発明による絶縁診断装置１０の入力アンプ回路２０のバンドパスフィルタ処理、診断対象周波数ｆＢのフィルタ処理などは、ＣＰＵ１４でも代替的に実行可能である。例えば、その場合、本発明による絶縁診断装置１０は、センサ１からの検出信号をプリアンプ２２で増幅し、そしてそのアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル化して、ＣＰＵ１４に送信し、ＣＰＵ１４で、バンドパスフィルタ処理、診断対象周波数ｆＢのフィルタ処理を行うこともできる。
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、診断対象周波数を選択することで、商用同期した電磁波を分別でき、また、診断対象周波数毎に信号レベルを検出し、１／４サイクル前の信号レベルと比較し、部分放電を判断することで、外部ノイズを除外して部分放電を判別可能であり、さらに、リアルタイムに部分放電判断処理を実行することが可能である。
【００６４】
このように、絶縁診断装置のような電気設備に広範囲に適用される装置に、本発明のような高い部分放電判断性能と判断速度の向上をもたらす装置が適用されれば、電力産業界において多大な利益をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態による絶縁診断装置の機能構成図である。
【図２】本発明による絶縁診断装置で検出されたサンプリングデータの時間変化を示す図である。
【図３】本発明による絶縁診断装置で検出された診断対象周波数毎の信号レベルを示す図である。
【図４】本発明による絶縁診断装置の無効周波数判断処理のフローチャートである。
【図５】本発明による絶縁診断装置の部分放電判断処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１ センサ
１０ 絶縁診断装置
１２ Ａ／Ｄ変換器
１４ ＣＰＵ
２０ 入力アンプ回路
２１ ＢＰＦ
２２ プリアンプ
２３ ＰＬＬシンセサイザ
２４ 発信器
２５ ミキサ
２６ 中間周波フィルタ
２７ ログアンプ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス絶縁機器や電力用トランスなどの電力用電気機器、または電力ケーブルの絶縁状態を監視する絶縁診断装置および絶縁診断方法に関し、特に、電気機器内部に発生する部分放電による電磁波を検出することにより絶縁診断を行う絶縁診断装置および絶縁診断方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス絶縁機器や電力用トランスなどの電力用電気機器においては、絶縁異常時に部分放電が発生し、この部分放電により二次的に電磁波が発生する。電気機器の絶縁破壊による重大事故を未然に防ぐために、部分放電の段階における電磁波を検出することにより、運転中の電気機器の内部に絶縁異常が発生しているか否かを診断する絶縁診断装置が提案されている。
【０００３】
このような絶縁診断装置においては、部分放電により発生する電磁波は、部分放電検出アンテナにより検出される。また、部分放電検出アンテナは、電気機器内部からの電磁波だけではなく、他の電磁波も外部ノイズとして拾うため、この外部ノイズによる誤判定を排除する必要がある。
【０００４】
この外部ノイズによる誤判定を排除するため、部分放電による電磁波と、外部ノイズとを分けて、部分放電を検出するために、部分放電検出アンテナと、外部ノイズのみを検出するノイズアンテナを有し、その２つのアンテナからの信号を差動演算することで、外部ノイズを除去し、この差動演算したデータから周期的ピーク点と、商用電圧の周期の１／４サイクル点を算出し比較することにより部分放電を検出する絶縁診断装置が開示されている（特許文献１および特許文献２）。
【０００５】
また、部分放電検出アンテナと、外部ノイズ検出信号のスペクトラムの時間変化を追跡してノイズを判断し、部分放電を検出する絶縁診断装置が開示されている。この装置およびこの方法では、診断対象帯域の全帯域において、スペクトラムの時間変化を追跡しており、外部ノイズレベルを示す規定値を超えた周波数が検出された場合、ある周波数幅ずらして、その規定値以下になるまで追跡繰り返すことで、突発性の電磁波を判断する（特許文献３および特許文献４）。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−２４９１５６号公報
【特許文献２】特開２００１−２４９１５７号公報
【特許文献３】特開平７−３３３２８８号公報
【特許文献４】特許第３７０７１６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、差動演算したデータから周期的ピーク点と、商用電圧の周期の１／４サイクル点を算出し比較する方法では、フィルタ後の帯域内周波数を一括検波した信号の商用同期性により部分放電判定をしているため、商用周波数あるいはそのｎ倍の周波数で変調された単一周波数（高周波）でも部分放電の発生と判断してしまう。
【０００８】
また、外部ノイズ検出信号のスペクトラムの時間変化を追跡する方法では、外部ノイズレベルを示す規定値を超えた周波数が検出された場合、ある周波数幅ずらして規定値以下になるまで追跡を繰り返すため、エンジンなどの内燃機関によるノイズや放電ノイズ、スパイクノイズなどの広帯域で長時間にわたり発生する電磁波に対しても、部分放電と判断し、さらに、その電磁波の広帯域にわたりスペクトラム解析を行うため、部分放電判定までに時間を要してしまう。
【０００９】
さらに、上述したいずれの方法も、外部ノイズ検出用のノイズセンサと、部分放電用の部分放電センサをそれぞれ有するものであり、そのため、両センサの構造や、設置場所により受信帯域感度の相違、および、サンプリング周期の同期性の維持が困難等の信頼性の問題がある。
【００１０】
また、２つのセンサが必要となると、センサ入力回路も２系統必要となり、信頼性欠如のための対処として、回路のさらなる２重化などが必要となり、その結果、絶縁診断装置が大きく、コスト的にも問題がある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明による絶縁診断装置は、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、を有する絶縁診断装置を提供する。
【００１２】
上記商用電圧非同期の信号レベルは、商用電圧ピーク時から１／４サイクルずれた時の信号レベルであっても良い。また、上記絶縁診断部は、商用電圧非同期の信号レベルは、相対的に高い信号レベルの場合に、当信号レベルの診断対象周波数については、比較対象の周波数から除外しても良い。
【００１３】
絶縁診断部の部分放電判断は、商用電圧ピーク時の信号レベルから商用電圧非同期の信号レベルを減算することで判断しても良い。
【００１４】
本発明による絶縁診断方法は、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、かつ、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部、および、絶縁診断部を有する絶縁診断装置における絶縁診断方法であって、絶縁診断部は、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、を有する絶縁診断方法を提供する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明による絶縁診断装置によれば、部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルと、商用電圧非同期と判断した信号レベルを診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、を有するようにしたので、診断対象周波数を、商用周波あるいはそのｎ倍の周波数以外から選択することで、商用電圧同期の高周波を分別できる。
【００１６】
また、商用電圧非同期と判断した信号レベルは、商用電圧ピーク時と判断した信号レベルのサンプリング時から１／４サイクルずれた時の信号レベルとすることができるので、商用電圧ピーク時の信号レベルを判別し、その信号レベルと、１／４サイクル前の信号レベルを比較することで、絶縁診断が可能であるため、部分放電判定時間は極めて短い。
【００１７】
さらに、本発明による絶縁診断装置によれば、接続される検出センサは１つであり、複数センサを有することによる、センサの構造や、設置場所により受信帯域感度の相違、および、サンプリング周期の同期性の維持が困難等の信頼性の問題は無く、センサ入力回路も２重化する必要は無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１９】
図１に、本発明の一実施形態による絶縁診断装置の機能構成図を示す。絶縁診断装置１０は、入力アンプ回路２０、Ａ/Ｄ変換器１２、ＣＰＵ１４を有し、部分放電用センサ１に接続される。以下にその各機能について説明する。
【００２０】
部分放電センサ１は、部分放電により発生する物理現象を検出するためのセンサであり、電磁波センサ、振動センサ、電流センサ、超音波センサなどが利用できる。電磁波センサが部分放電センサ１として適用される場合、絶縁診断時には、電気機器のブッシング部や絶縁スペーサにように、電気機器を構成する密閉容器内部で生じた部分放電に伴い発生する電磁波が放射され易い場所に設置される。
【００２１】
入力アンプ回路２０は、部分放電センサ１からの検出信号を受信し、その検出信号を、ＣＰＵ１４からの制御信号にしたがった特定の周波数であり、かつ、Ａ／Ｄ変換器１２のための適切な信号レベル（電圧）のアナログ信号に変換して、出力する回路である。その入力アンプ回路２０は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）２１、プリアンプ２２、ＰＬＬ（位相同期回路）シンセサイザ２３、発信器２４、ミキサ２５、中間周波フィルタ２６、ログアンプ２７から構成される。
【００２２】
ＢＰＦ２１は、部分放電により検出された信号から特定の周波数帯域を通過させるフィルタ回路である。なお、本実施例においては、実験により、部分放電が確認し易い帯域として、３００MHz〜８００MHzを通過帯域としている。しかしながら、この帯域に特定するものではなく、通過帯域は、部分放電センサ１の設置条件等により、部分放電が確認し易い帯域を設定するのが好ましい。
【００２３】
プリアンプ２２は、ＢＰＦ２１を通過した信号を、ミキサ２５の入力信号として適切な電圧に増幅する増幅器である。ＰＬＬシンセサイザ２３は、ＣＰＵ１４から受信する制御信号にしたがって、発信器２４からの周波数を可変して周波数信号ｆＡを出力する回路である。ミキサ２５は、プリアンプ２２からの周波数ｆｘの信号と、ＰＬＬシンセサイザ２３からの周波数ｆＡの信号を受信し、インピーダンス整合が乱れないように、それらを合成して１つの信号として出力する回路である。中間周波フィルタ２６は、ミキサ２５からの入力信号から中間周波数ｆＢの信号成分を取り出すフィルタ回路である。ログアンプ２７は、中間周波フィルタ２６からの入力信号の電圧を、Ａ／Ｄ変換器１２への適切な電圧に出力する増幅器であり、例えば、プリアンプ２２からの出力信号の電圧に相当する電圧のアナログ信号を出力する。
【００２４】
このように、入力アンプ回路２０は、部分放電センサ１からの検出信号を受信し、その検出信号からＣＰＵ１４からの制御信号にしたがった特定の周波数ｆＢであり、かつ、Ａ／Ｄ変換器１２のための電圧のアナログ信号を出力する。
【００２５】
したがって、本発明による絶縁診断装置１０は、特定周波数ｆＢから、商用周波数あるいはそのｎ倍の周波数で変調された単一周波数（高周波）を部分放電判断から除外することにより、商用のｎ倍の周波数性により部分放電判定をすることは無い。
【００２６】
Ａ／Ｄ変換器１２は、ログアンプ２７から受信したアナログ信号を、デジタル信号に変換する回路である。ＣＰＵ１４は、特定のサンプリングタイミングにおける計測対象周波数ｆＢの信号レベルを、Ａ／Ｄ変換器１２から取得するために、そのサンプリングタイミングで、周波数ｆＢを示す制御信号を、ＰＬＬシンセサイザ２３に出力する。ＣＰＵ１４は、Ａ／Ｄ変換器１２から上述のサンプリングタイミングにおける周波数ｆＢの信号レベルを取得すると、その信号レベルを、周波数ｆＢとサンプリング時間毎に、ＣＰＵ１４内のキャッシュメモリ、または、図示しない絶縁診断装置１０内のメモリに記憶する。
【００２７】
電気機器の部分放電信号は、絶縁劣化、又は異物混入により発生し、商用電圧位相のピーク付近で、サイクルごとに、或いは間欠的に発生する。したがって、絶縁診断対象周波数帯域の設定周波数毎に１サイクルずつデータの取得を行えば、データのサンプリング開始時点が商用周波数のゼロクロスと一致していなくても、設定周波数をパラメータとした場合の各データは、１サイクル毎に商用電圧位相に対して同じ位置（同一位相）となる。したがって、上記サンプリングタイミングは、設定周波数毎に１サイクルずつ（例えば、５０Ｈｚの場合、１サイクル１００ポイント＝２００μｓ間隔でデータサンプリングを行う）データの取得を行うことで、同じ電圧位相でのサンプリングデータを得る。すなわち、診断対象周波数帯域の１つの設定周波数に対して、１サイクル分（例えば１００ポイント）連続でデータを取得し、次にデータサンプリング時間以内に設定周波数をＣＰＵ１４の制御信号により変更し、引き続いて１サイクル分連続でデータ取得をする。このとき、サンプリング時間以内に周波数設定などが間に合わない場合は、商用１サイクルの間をあけてその間に周波数設定を行い、次の１サイクルでデータ取得を行っても良い。
【００２８】
ＣＰＵ１４は、上述の設定周波数をパラメータとする受信データ群（設定周波数に対してそれぞれデータサンプリングポイント分の受信データ配列）を、データサンプリングポイントをパラメータとする周波数データの配列（商用電圧に対し同一位相となるサンプリングポイントにおける周波数に対する受信レベル）に並べ替える。次に、全ての或いは複数のデータサンプリングタイミングをパラメータとした周波数データの配列に対し、一定レベル以上の信号が同一周波数付近に定常的に存在する場合は、商用に同期しない通信など外部ノイズとして判断し、部分放電判定においてこの周波数を除外する。また、一定レベル以上の信号がランダムに存在している周波数も突発的な商用に非同期の外部ノイズが発生しているものと判断し、部分放電判定はおいてこの周波数も除外する。
【００２９】
次にデータサンプリングポイントをパラメータとする周波数データの配列において、上述のように外部ノイズと判断した周波数以外の周波数におけるデータの全て或いは一定数以上が、一定レベル以上である場合には、このデータ配列は、商用電圧周波に同期しているものと判断し、部分放電発生の疑いありと判断する。この商用電圧周波に同期していると判断したデータ配列において商用電圧同期と判断するために用いた一定レベル以上のデータの平均からバックグラウンドノイズ（以下、「ＢＧＮ」と言う。）を減算した値が規定レベルを超えている場合に部分放電発生と判定する。
【００３０】
上述のように商用に同期しているものと判断し、部分放電と判断したデータ配列は、商用電圧位相のピーク付近で発生していると仮定し、この商用電圧周波に同期していると判断した配列に対して１／４サイクルずれたデータ配列が商用電圧位相のゼロクロス点付近で発生したと考えられる。したがって、ＢＧＮは、この商用電圧周波に同期していると判断した配列に対して１／４サイクルずれたデータ配列から算出する。具体的には、１／４サイクルずれたデータ配列において、外部ノイズと判断した周波数以外の周波数におけるデータの平均値や最小値、最大値をＢＧＮとする。
【００３１】
なお、このとき算出したＢＧＮレベルの値を参考に判定結果が有効であるか否かを判断しても良い。例えば、ＢＧＮレベルがある値より大きい場合は「過大ノイズのため判定結果は参考値である」などと判断しても良い。
【００３２】
これにより、部分放電と同じ周波数に生じる外部ノイズの影響を受けずに、部分放電を判別することが可能である。したがって、従来技術では、外部ノイズ用センサと、部分放電ノイズ用センサと２つ有していたが、本発明による絶縁診断装置１０は、１つの部分放電センサにより、部分放電を判別することが可能であり、２センサ方式による信頼性の問題、アンプ回路の２重化、装置の複雑化などの問題を解決している。
【００３３】
上述したように、一定以上の信号レベルを有する周波数データを検出した場合、そのデータは、外部ノイズではなく、商用電圧ピーク時の部分放電と判断できるため、その検出時間から１／４サイクル（５０Ｈｚの場合、５ｍｓ）前はゼロクロス時と推定できる。そのため、商用電圧波形との同期化は、一定以上の信号レベルを有する周波数データ検出時をピーク時と判断することにより可能であり、そのピーク時判断後、１／４サイクル前後の検出データの取得により、上述した部分放電の判断を実行可能である。したがって、本発明による絶縁診断装置１０は、予め決められた設定周波数のデータのサンプリング後速やかに部分放電判断処理を開始できる。
【００３４】
そのため、従来技術において、エンジンなどの内燃機関などの広帯域で、かつ、発生時間の長い電磁波は、周波数をずらして検出を繰り返したため、それに伴い長い検出時間を要することになるが、本発明による絶縁診断装置１０は、予め決められた設定周波数毎に検出したデータを１／４サイクル前後のデータと比較することで部分放電判断を行うことができるため、部分放電判定時間は極めて短い。
【００３５】
上述したＣＰＵ１４は、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）を用いることが可能である。ＤＳＰは、音声や画像などの処理に特化したマイクロプロセッサであり、一般的なＣＰＵと比べて低コストであり、かつ、複雑なデジタル処理を効率よく行う機能を有するため、本発明によるＣＰＵ１４に適している。また、ＣＰＵ１４は、ＲＩＳＣマイコン等の高速ＣＰＵも適用可能である。
【００３６】
図２を用いて、診断対象周波数毎に検出されるサンプリングデータの計時変化を説明する。データサンプリング処理は、ＢＰＦ２１で設定された診断周波数帯域にわたり行う。たとえば、診断対象周波数帯域は、３００MHz〜８００MHzとなる。このとき、診断対象周波数ｆｘは、周波数分割数をｍとすると、ｆ１＝３００MHz、ｆｍ＝８００MHzと定義される。なお、このとき、商用周波数に同期したノイズを、部分放電と判断しないために、診断対象周波数ｆｘから、商用周波数のｎ倍の周波数は取り除かれる。
【００３７】
図２（Ａ）は、商用電圧波形で、（Ｂ）は、商用電圧波形に同期してピーク区間で大きな信号レベルを示す、周波数ｆａにおける検出波形で、（Ｃ）は、商用電圧波形に非同期で大きな信号レベルを示す周波数ｆｂにおける検出波形で、（Ｄ）は、商用電圧波形に非同期で小さな信号レベルを示す周波数ｆｃにおける検出波形である。なお、診断対象周波数ｆａ、ｆｂ、ｆｃは、いずれも診断対象周波数ｆｘに含まれる。
【００３８】
（Ａ）に示される商用電圧波形は、５０Ｈｚの周波数波形であり、１サイクル２０ｍｓである。図２においては、例示のために、２０ｍｓを時間ｔ１〜ｔ８０で区切り、ピーク区間１が時間ｔ１８〜ｔ２２で示され、ゼロクロス区間がｔ３８〜ｔ４２で示され、ピーク区間２がｔ５８〜ｔ６２で示される。
【００３９】
図２（Ｂ）に示す周波数ｆａにおける検出波形は、ピーク区間１とピーク区間２で大きな信号レベルを示すが、ゼロクロス区間では、大きな信号レベルを示さないため、商用周波数に同期した部分放電と判断可能である。
【００４０】
また、図２（Ｃ）に示す周波数ｆｂにおける検出波形は、ピーク区間１及び２、ゼロクロス区間でも同じく高い信号レベルを示すが、商用周波数に非同期のため、高い信号レベルを示す外部ノイズと判断可能である。
【００４１】
また、図２（Ｄ）に示す周波数ｆｃにおける検出波形は、ピーク区間１及び２、ゼロクロス区間でも同じく低い信号レベルを示し、商用周波数に非同期のため、低い信号レベルを示す外部ノイズと判断可能である。
【００４２】
また、検出データの信号レベルは、サンプリング時間と、周波数毎に検出されるため、ＣＰＵ１４内のキャッシュメモリに、データ配列として記憶しても良い。例えば、キャッシュメモリのデータ配列のアドレスを、ｍを診断対象周波数帯域の周波数分割数、ｎを総サンプリング時間とするデータ配列Ｄとして定義可能である。例えば、周波数ｆ１のサンプリング時間ｔ１〜ｔｎの検出データが格納されるデータ配列のアドレスは、Ｄ１１〜Ｄ１ｎのように定義され、周波数ｆｍのサンプリング時間ｔ１〜ｔｎの検出データが格納されるデータ配列のアドレスは、Ｄｍ１〜Ｄｍｎのように、定義することができる。また、この信号レベルは、図２に示すように、ピーク区間やゼロクロス区間で複数検出されたサンプルデータの平均値や、ある標準偏差内のサンプルデータの平均値等、統計的手法により信頼性を高めた信号レベルとすることもできる。
【００４３】
また、検出データは、商用電圧位相に対応した信号レベルとなるため、商用電圧１サイクル毎にデータを上記データ配列Ｄに、旧データの削除と、新規データの記録を行っても良い。
【００４４】
図３を用いて、本発明による絶縁診断装置で検出された診断対象周波数毎の信号レベルを説明する。図３（Ａ）は、１サイクル区間のある時点（商用における同一位相点）における信号レベルと周波数を示し、（Ｂ）は１サイクル区間の（Ａ）に示すある時点と異なる時点における信号レベルと周波数を示し、（Ｃ）は１サイクル区間のある時点における信号レベルと周波数を示す。なお、本図は、例示のため診断対象周波数の数は少ないが、実際は、３０以上の周波数を診断対象としても良い。
【００４５】
図３（Ａ）において、診断対象周波数ｆｂは、無効周波数判断用の閾値である信号レベルＬ１より高い信号レベルを示す。ここで信号レベルＬ１は、商用電圧に非同期で、かつ、部分放電に該当しない低信号レベルの設定周波数を、部分放電判断において無効とするために設定する閾値である。この信号レベルＬ１により、部分放電の判断対象としない周波数を決定することができる。これにより、本発明による絶縁診断装置は、非同期信号の高信号レベル周波数により、部分放電と誤判断することは無い。
【００４６】
図３（Ｂ）において、診断対象周波数ｆｅは、突発性の高信号レベルの外部ノイズである。診断対象周波数ｆｅは、（Ａ）においては検出されないため突発的に生じる外部ノイズである。このような外部ノイズも、Ｌ１以上の高信号レベルを示すため、部分放電の判断対象としない周波数とすることができる。一方、周波数ｆｂは、定常波であるため（Ｂ）においても、検出される。
【００４７】
図３（Ｃ）に示すように、部分放電が生ずると、周波数ｆｂ、周波数ｆｅ以外の周波数も高い信号レベルを示す。部分放電判断用の商用周波数同期周波数を判断するための閾値である信号レベルＬ２を設定し、このＬ２を超える周波数信号の個数等で部分放電を判断する。したがって、周波数ｆｅは、図３（Ｂ）に表われるため、突発的であるため、部分放電周波数から除外される。周波数ｆｂは、図３（Ａ）、（Ｂ）及び（Ｃ）に定常的に出現するため、定常波とみなされ、部分放電判断対象の周波数から除外され、その他の周波数は、図３（Ｃ）においてのみ信号レベルＬ２を越えるため商用周波に同期する電磁波とみなされ部分放電判断対象の周波数となる。なお、信号レベルＬ２は、信号レベルＬ１を超えた周波数データの中から、定常的又は突発的外部ノイズではない商用周波数同期信号レベルを選出するための信号レベルである。したがって、Ｌ２は少なくともＬ１と同じか（その場合は、Ｌ１又はＬ２のどちらかの信号レベルのみが必要となる）、Ｌ１以上に設定する必要がある。
【００４８】
図４は、本発明による絶縁診断装置の無効周波数判断処理のフローチャートである。この無効周波数判断処理は、部分放電判断を行う場合に、判断対象としない周波数を決定するためのである。そのため、基本的に部分放電判断処理中またはその前処理として行うものであり、部分放電と判断した時点から１／４サイクルずれた時点で行っても良い。
【００４９】
ステップＳ１０１では、診断対象の最小周波数から順に開始し、次にステップＳ１０２に進む。
【００５０】
ステップＳ１０２では、特定の診断対象周波数ｆｘについて、１サイクル区間のＤデータ配列を検索し、周波数ｆｘの時間毎の信号レベルを取得して、ステップＳ１０３に進む。
【００５１】
ステップＳ１０３では、周波数ｆｘの信号レベルが、無効周波数判断用の閾値Ｌ１以上かどうか判断する。Ｌ１以上の場合は、ステップＳ１０４に進み、Ｌ１未満の場合は、ステップＳ１０５に進む。
【００５２】
ステップＳ１０４では、ステップＳ１０３で判断した周波数ｆｘを、部分放電判断においては無効周波数データとし、ステップＳ１０６に進む。
【００５３】
ステップＳ１０５では、ステップＳ１０３で判断した周波数ｆｘを、部分放電判断においては有効周波数データとし、ステップＳ１０６に進む。
【００５４】
ステップＳ１０６では、周波数ｆｘは、診断対象周波数の中で最大周波数ｆｍか否かを判断する。周波数ｆｘが最大周波数ｆｍの場合は、処理を終了し、最大周波数ｆｍではない場合は、ステップＳ１０２に戻る。
【００５５】
このようにして、無効周波数判断処理において無効周波数と判断された周波数は、定常波もしくは突発性の電磁波として、商用電圧に非同期に存在するため、無効周波数は、次に述べる部分放電判断では、判断対象から除外される。
【００５６】
図５は、本発明による絶縁診断装置の部分放電判断処理のフローチャートである。この処理は、常時行っても良いし、１時間に１度、あるいは、人間による絶縁診断時など、間欠的に行っても良い。
【００５７】
ステップＳ２０１では、１サイクル区間に相当するある時間間隔内に、部分放電判断用の閾値である信号レベルＬ２以上の周波数データがあるか否かを、データ配列Ｄを検索して判断し、その数を数える。なお、この判断処理においては、外部ノイズを部分放電と誤判断しないために、図４で説明された無効周波数判断処理において、無効判断された周波数については、Ｌ２以上の周波数データとして数えない。そして、そのＬ２以上のデータ数が、１サイクル間隔内にある閾値以上ある場合は、ステップＳ２０２に進み、その閾値以下の場合はステップＳ２０１に戻り、同じ処理を繰り返す。
【００５８】
ステップＳ２０２では、ステップＳ２０１で検索されたＬ２以上の周波数データの検出時間から、１／４サイクル前のデータを取得し、Ｌ２以上の周波数データの信号レベルから、１／４サイクル前の相当する周波数データの信号レベルをバックグラウンドノイズ（ＢＧＮ）として減算する。このバックグラウンドノイズの信号レベルは、その周波数データの平均値、最小値、最大値又はその他の統計処理を加えたデータとすることもできる。
【００５９】
ステップＳ２０３では、減算後の数値の周波数平均が、ある閾値を越える場合は、部分放電発生と判断し、ステップＳ２０４に進み、その閾値を超えない場合は、ステップＳ２０１に戻る。
【００６０】
ステップＳ２０４では、部分放電発生が判断されるため、必要な異常警告を出力したり、異常処理を実施したりして、部分放電判断処理を終了する。この異常処理において、上述のバックグラウンドノイズがある値より大きい場合は、「過大ノイズのため判定結果は、参考値である」などと、絶縁診断装置に接続された図示しない表示手段に表示しても良い。
【００６１】
また、本発明による絶縁診断装置１０の健全性の確認方法としては、例えば、定期的にあらかじめ設定したテレビ、ラジオなどの周波数を受信し、その受信強度を確認しても良い。この放送波周波数は、アナログ放送波であってもデジタル放送波であっても良い。
【００６２】
さらに、本発明による絶縁診断装置１０の入力アンプ回路２０のバンドパスフィルタ処理、診断対象周波数ｆＢのフィルタ処理などは、ＣＰＵ１４でも代替的に実行可能である。例えば、その場合、本発明による絶縁診断装置１０は、センサ１からの検出信号をプリアンプ２２で増幅し、そしてそのアナログ信号を、Ａ／Ｄ変換器１２でデジタル化して、ＣＰＵ１４に送信し、ＣＰＵ１４で、バンドパスフィルタ処理、診断対象周波数ｆＢのフィルタ処理を行うこともできる。
【００６３】
以上説明したように、本発明によれば、診断対象周波数を選択することで、商用同期した電磁波を分別でき、また、診断対象周波数毎に信号レベルを検出し、１／４サイクル前の信号レベルと比較し、部分放電を判断することで、外部ノイズを除外して部分放電を判別可能であり、さらに、リアルタイムに部分放電判断処理を実行することが可能である。
【００６４】
このように、絶縁診断装置のような電気設備に広範囲に適用される装置に、本発明のような高い部分放電判断性能と判断速度の向上をもたらす装置が適用されれば、電力産業界において多大な利益をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の一実施形態による絶縁診断装置の機能構成図である。
【図２】本発明による絶縁診断装置で検出されたサンプリングデータの時間変化を示す図である。
【図３】本発明による絶縁診断装置で検出された診断対象周波数毎の信号レベルを示す図である。
【図４】本発明による絶縁診断装置の無効周波数判断処理のフローチャートである。
【図５】本発明による絶縁診断装置の部分放電判断処理のフローチャートである。
【符号の説明】
【００６６】
１ センサ
１０ 絶縁診断装置
１２ Ａ／Ｄ変換器
１４ ＣＰＵ
２０ 入力アンプ回路
２１ ＢＰＦ
２２ プリアンプ
２３ ＰＬＬシンセサイザ
２４ 発信器
２５ ミキサ
２６ 中間周波フィルタ
２７ ログアンプ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、該部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した該信号レベルと、商用電圧非同期と判断した該信号レベルを該診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、
を有することを特徴とする絶縁診断装置。
【請求項２】
前記絶縁診断部の前記比較は、前記商用電圧に非同期と判断される、かつ、他の前記信号レベルより相対的に高い前記信号レベルが複数のサンプリングタイムにおいて定常的又は突発的にある場合、当該信号レベルの前記診断対象周波数については、前記診断対象周波数としない請求項１に記載の絶縁診断装置。
【請求項３】
前記信号レベルを前記商用電圧ピーク時とする前記判断は、他の前記信号レベルより相対的に高い、かつ、複数のサンプリングタイムにおいて所定回数存在する信号レベルを、前記商用電圧ピーク時の信号レベルとする判断である請求項１又は２に記載の絶縁診断装置。
【請求項４】
前記絶縁診断部の前記比較は、商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルから前記商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを減算した値に基づいて行う請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁診断装置。
【請求項５】
前記商用電圧非同期と判断した前記信号レベルは、前記商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルのサンプリング時から１／４サイクルずれた時の信号レベルである請求項１〜４のいずれか一項に記載の絶縁診断装置。
【請求項６】
部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、かつ、該部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部、および、絶縁診断部を有する絶縁診断装置における絶縁診断方法であって、
前記絶縁診断部は、前記受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、
前記絶縁診断部は、商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルと、商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを前記診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、
を有することを特徴とする絶縁診断方法。
【請求項７】
部分放電を検出するための部分放電検出センサに接続されたコンピュータで実行する絶縁診断プログラムであって、
前記部分放電検出センサの検出信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、
商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルと、商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを前記診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、
を、前記コンピュータに実行させるプログラム。
【請求項１】
部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、該部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部と、
前記受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングし、かつ、商用電圧ピーク時と判断した該信号レベルと、商用電圧非同期と判断した該信号レベルを該診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断する絶縁診断部と、
を有することを特徴とする絶縁診断装置。
【請求項２】
前記絶縁診断部の前記比較は、前記商用電圧に非同期と判断される、かつ、他の前記信号レベルより相対的に高い前記信号レベルが複数のサンプリングタイムにおいて定常的又は突発的にある場合、当該信号レベルの前記診断対象周波数については、前記診断対象周波数としない請求項１に記載の絶縁診断装置。
【請求項３】
前記信号レベルを前記商用電圧ピーク時とする前記判断は、他の前記信号レベルより相対的に高い、かつ、複数のサンプリングタイムにおいて所定回数存在する信号レベルを、前記商用電圧ピーク時の信号レベルとする判断である請求項１又は２に記載の絶縁診断装置。
【請求項４】
前記絶縁診断部の前記比較は、商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルから前記商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを減算した値に基づいて行う請求項１〜３のいずれか一項に記載の絶縁診断装置。
【請求項５】
前記商用電圧非同期と判断した前記信号レベルは、前記商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルのサンプリング時から１／４サイクルずれた時の信号レベルである請求項１〜４のいずれか一項に記載の絶縁診断装置。
【請求項６】
部分放電を検出するための部分放電検出センサと接続し、かつ、該部分放電検出センサからの検出信号を受信する受信部、および、絶縁診断部を有する絶縁診断装置における絶縁診断方法であって、
前記絶縁診断部は、前記受信部の受信信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、
前記絶縁診断部は、商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルと、商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを前記診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、
を有することを特徴とする絶縁診断方法。
【請求項７】
部分放電を検出するための部分放電検出センサに接続されたコンピュータで実行する絶縁診断プログラムであって、
前記部分放電検出センサの検出信号から、複数の診断対象周波数毎に信号レベルをサンプリングするステップと、
商用電圧ピーク時と判断した前記信号レベルと、商用電圧非同期と判断した前記信号レベルを前記診断対象周波数毎に比較することで、部分放電を判断するステップと、
を、前記コンピュータに実行させるプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−４５９７７（Ｐ２００８−４５９７７Ａ）
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２２１２０５（Ｐ２００６−２２１２０５）
【出願日】平成１８年８月１４日（２００６．８．１４）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年８月１４日（２００６．８．１４）
【出願人】（０００００３９４２）日新電機株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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