(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチギヤの接地線に貫通された高周波変流器からの出力信号を減衰する減衰器と、前記減衰器により減衰された信号から部分放電パルス信号を取り出すバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルターより取り出された前記部分放電パルス信号から電圧位相と部分放電パルスとの関係を得る波形観測手段と、前記バンドパスフィルタの出力信号からピークを検出するピーク検波器と、このピーク検波器の出力信号の平均化処理を行なう平均化処理回路と、この平均化処理回路の出力信号を電流信号に変換する電圧−電流変換回路とを備え、
前記電圧−電流変換回路の出力信号から得られる放電電荷と前記波形観測手段から得られる放電パターンとから絶縁破壊までの時間を推定するようにしたことを特徴とする絶縁劣化診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、スイッチギヤ等で発生する部分放電を検出する絶縁劣化診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部分放電検出器が取り付けられた金属閉鎖形スイッチギヤを示す図６において、外周を軟鋼板で囲まれた金属箱体１の後部には、仕切り１ａが縦に設けられている。この仕切り１ａの上端後部の天井にはスペーサ２が設けられ、スペーサ２の軸心に貫設された導体の下端には、受電用の導体３ａが接続されている。
【０００３】
導体３ａの下端には、Ｕ字状に湾曲され、端部には仕切り１ａの後面に取り付けられた一対の変流器４を貫通する導体３ｂの下端と、略Ｌ字形の導体３ｃの上端が接続されている。このうち、上側の導体３ｂの上端は、遮断器室１ｂに収納された真空遮断器５の下極に接続され、真空遮断器５の上極は導体３ｄの下端が接続される。導体３ｄの上端は母線室１ｃに取り付けられ、箱体１の天井部下面に紙面直交方向に配設された母線６に接続されている。
【０００４】
一方、遮断器室１ｂの下側に設けられた計器用変成器室１ｄには計器用変成器７が収納され、計器用変成器７の一次側は、導体３ｅの下端に接続されている。さらに、計器用変成器室１ｄの下側に設けられた避雷器室１ｅには避雷器８が収納され、避雷器８には図示しないがいしを介して仕切り１ｆに支えられた導体３ｆの片側が接続され、この導体３ｆの他側は導体３ｄの下端に接続されている。
【０００５】
箱体１の下端後部には、接地母線９が紙面直交方向に設けられ、接地母線９には接地導体10の片側が接続され、接地導体10の他端は箱体１の接地棒に接続されている。接地導体10には高周波変流器11（以下、高周波ＣＴと表す。）があらかじめ遊嵌され、高周波ＣＴ11の二次側の同軸コード線12は、図示しない検出装置に接続されている。また、計器用変成器室１ｄの前面上端にはＡＥセンサ13が取り付けられ、ＡＥセンサ13の出力側の同軸コード線14も図示しない超音波検出装置に接続されている。
【０００６】
このように構成された金属閉鎖形スイッチギヤにおいては、長期に亘る運転の結果、計器用変成器７や真空遮断器５を構成する絶縁物及びがいしの劣化や、導体の表面に付着した埃などによって、対地間及び相間において部分放電が発生すると、超音波が発生すると共に接地母線９に部分放電によるパルス電流が流れ、接地導体10から接地棒を介して大地に放電される。
【０００７】
従って、この金属閉鎖形スイッチギヤにおいては、高周波ＣＴ11によって大地に放電されるパルス電流を特定の中心周波数で検出し、図示しない増幅回路に入力している。この周波数は、数100 ｋＨｚの低周波領域や、図７に示すような数ＭＨｚがあり、用途に応じて使用されている。なお、高周波ＣＴ11による検出方法は、例えば特公平２−43409 にも開示されている。
【０００８】
一方、ＡＥセンサ13では、部分放電による数10ｋＨｚの超音波を検出し、この超音波を電気信号に変換して同軸コード14を介して検出装置の増幅回路に入力している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この金属閉鎖形スイッチギヤで検出されたパルス電流や超音波には、ノイズが混入されることがある。パルス電流に混入されるノイズとしては、スイッチギヤが接続された電源系統に重畳されて侵入する高周波成分のパルス電圧や、当該スイッチギヤ及び隣接されたスイッチギヤに収納された真空遮断器や断路器等の開閉よって発生したサージ電圧及び受電用変圧器の高調波成分の電圧がある。また、周波数の高い領域では、放送周波が静電結合されて侵入してくる。
【００１０】
一方、ＡＥセンサで検出されるノイズには、金属閉鎖形スイッチギヤの導体等に流れる電流によって生じる電磁力による機械的な振動や、近接して設置された電気機器の放電による音波及び無線通信機から発生する音波等がある。
【００１１】
このように高周波数ＣＴやＡＥセンサにノイズが侵入すると、部分放電の検出精度が低下するので、ノイズの影響を減らすために周波数帯域を選んだり、ノイズ除去回路を併用したりしている。しかし、接地線に流れるパルス電流を数100 ｋＨｚで測定回路に同調させると、検出感度を上げることはできるが、部分放電の立ち上がり時間に対応した周波数ではないので、部分放電に伴うパルス電流は検出できない。また、図７の周波数帯域では、高周波ＣＴを介した部分放電に伴うパルス電流を検出するものの、約１ＭＨｚでの利得が約18ｄＢしか低減できず、放送周波数を含んだ大きなノイズを抑制しきれない。さらに、ノイズが大きく信号がオーバするとピークの大きさがひずみ、信号の周波数が変化する。このため、バンドパスフィルタの周波数では部分放電を検出できなくなる。
【００１２】
また超音波は、数10ｋＨｚを検出しているが、部分放電の音を検出しているので、雑音が侵入し易くなり、検出精度が低下する。
従って、ノイズの侵入によって検出精度が低下する従来の部分放電検出装置においては、部分放電の放電電荷量が微弱な絶縁劣化初期には部分放電を検出することができず、絶縁劣化が進展して大きな放電電荷量にならないと部分放電を検出できなくなる。さらに、検出された放電電荷量も最大値であって、全てを捕らえていない。また、放電電荷量の大きさや放電の形によって絶縁破壊を推定することができず、運転継続の可否が判定できなかった。
本発明の目的は、微弱な部分放電を高精度で検出し、絶縁破壊までの時間を推定することができる絶縁劣化診断装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、スイッチギヤの接地線に貫通された高周波変流器からの出力信号を減衰する減衰器と、前記減衰器により減衰された信号から部分放電パルス信号を取り出すバンドパスフィルタと、このバンドパスフィルターより取り出された前記部分放電パルス信号から電圧位相と部分放電パルスとの関係を得る波形観測手段と、前記バンドパスフィルタの出力信号からピークを検出するピーク検波器と、このピーク検波器の出力信号の平均化処理を行なう平均化処理回路と、この平均化処理回路の出力信号を電流信号に変換する電圧−電流変換回路とを備え、前記電圧−電流変換回路の出力信号から得られる放電電荷と前記波形観測手段から得られる放電パターンとから絶縁破壊までの時間を推定するようにしたことを特徴とする。
【００１４】
【作用】
これらの構成において、スイッチギヤの内部で部分放電が発生すると、数ＭＨｚの周波数が高周波ＣＴで検出され、この周波数成分のパルス電流だけをフィルタリングすることにより、部分放電のパルス電流を的確に捕らえることができる。この場合、放送周波数などの帯域と部分放電の帯域がラップしているので、利得の大きいフィルタで区分けをすると共に、減衰器で各種の信号がオーバして原波の周波数が変化しないようにしてフィルタの効果を向上させている。
【００１５】
また、パルス電流の波高値と発生頻度を平均化処理することで、一定時間内での放電エネルギーを捕らえることができる。バンドパスフィルタ後の信号では、放電パルスの発生位相から、放電初期は右上がり、絶縁破壊直前になると右下がりであることより、放電電荷量の大きさと組み合わせて絶縁破壊までの時間をある程度推定することができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の絶縁劣化診断装置の一実施例を図面を参照して説明する。但し、従来の装置と重複する部分には同一符号を付した。
図１は、本発明の一実施例を示す絶縁劣化診断装置のブッロク図である。同図において、点Ａは、図６と同様に、接地線に貫通され、例えばフェライトコアで構成された数ＭＨｚ〜数10ＭＨｚの周波数特性を備えた高周波ＣＴ11の出力端子に接続されている。
【００１７】
この点Ａに部分放電のパルス電流が入力され、同軸コード線で接続された整合抵抗21の入力端子に出力される。整合抵抗21から出力されたパルス電流は、設置されたスイッチギヤのノイズの大きさによって０〜数10ｄＢの減衰器22で信号がバンドパスフィルタ23の最大入力値をオーバしないように分圧され、周波数成分に適合したバンドパスフィルタ23に入力される。この出力は数10ｄＢに増幅器24で増幅され、端子Ｂとピーク検波回路25に送出される。ピーク検波回路25では、０．数ｍｓの時定数でピークの保持が行われ、数100 ｍｓの時間幅で平均化処理を行う平均化処理回路26を経て、電圧−電流変換回路27を介してＤＣ４ｍＡ〜20ｍＡの出力電流が端子Ｃから出力される。
【００１８】
これらの回路により、高周波ＣＴ11に流れる部分放電パルスは、数〜数10ｎｓの急峻な立ち上がりを持っており、周波数に換算すると数ＭＨｚ〜数10ＭＨｚとなる。さらに、多種類の周波数で大きさの異なったノイズが重畳される。これらの信号は、スイッチギヤを設置した周囲のノイズの大きさに応じて減衰器22でバンドパスフィルタ23の入力電圧をオーバしない程度に減衰される。なお、オーバすると波高値が歪んで周波数成分が異なってくる。この入力電圧は数10ｍＶであり、これをオーバしないノイズでは減衰をしなくてよい。このような部分放電のパルス信号とノイズの原波がバンドパスフィルタ23に入力され、図２に示すローパスフィルタと図３に示すハイパスフィルタで、部分放電の信号が取り出される。本発明者が実験により求めた部分放電の周波数は気中放電と沿面放電が約３ＭＨｚ、ボイド放電が約30ＭＨｚであった。
【００１９】
ここで、放送周波数帯は、約１ＭＨｚの成分が大きく部分放電とラップしているため、ローパスフィルタでは１ＭＨｚでの利得を約35ｄＢとしている。これにより、約１ＭＨｚ以下のノイズは、大きく減衰される。従来の周波数特性では、ノイズが大きく部分放電との区分けができにくかったが、利得を大きくすることにより区分けができるようになった。また、ハイパスフィルタは、100 ＭＨｚ以上の利得を従来の約30ｄＢから約55ｄＢの減衰とし、同様にＶＨＦの放送周波数帯のノイズを大きく減衰させている。
【００２０】
バンドパスフィルタ23を通過した信号は増幅器24で増幅され、点Ｂで部分放電の原波形として出力されると共に、ピーク検波回路25へ入力される。ピーク検波回路25では０．数ｍｓの時定数でピーク保持され、個々のパルス電流も同様にピーク検波される。その後、平均化処理回路26によって約330 ｍｓの時間幅で大きさと頻度を累積後、頻度で除して平均値を求めている。これは、50Ｈｚベースにパルス電流を計測する場合、０．数ｍｓでピーク検波をすれば１サイクル当たり約30本に分解され、部分放電の発生頻度に対する総数を殆ど測定することができる。また、約330 ｍｓで平均化を行えば、連続的に発生する部分放電を捕らえることができる。なお、突発的に発生するノイズは平均化により波高値が減衰される。
【００２１】
平均化処理された信号は、電圧−電流変換回路27で４〜20ｍＡの直流電流に変換されて点Ｃから図示しない監視装置に入力され、部分放電の常時監視ができる。点Ｃの出力電流を放電電荷に換算した特性例を図４に示す。印加電圧を上昇させると部分放電が始まり、約6000ｐＣの放電電荷が持続して発生する。そして、約10000 ｐＣの放電を繰り返して、約20000 ｐＣに達すると絶縁破壊を起こしている。これにより、絶縁破壊直前には数1000ｐＣの放電電荷があり、この値が絶縁破壊を推定する大きさの目安となる。
【００２２】
なお、点Ｂにシンクロスコープなどを接続した波形観測装置により、電圧位相と部分放電パルスの関係を求めると、部分放電開始付近と絶縁破壊直前では、異なった形を示す。図５に測定例を示すが、部分放電開始付近では（ａ）のように位相に対して右下がり、絶縁破壊直前では（ｂ）のように右上がりである。つまり、右下がりの部分放電では絶縁劣化の初期段階で短時間に絶縁破壊に到ることはなく、右上がりの部分放電では絶縁劣化の末期で絶縁破壊に結びつくと考えられる。
【００２３】
これらのことより、放電電荷の大きさと放電パターンを組み合わせて、絶縁破壊をある程度推定することができる。つまり、放電電荷が数1000ｐＣに上昇し、電圧位相に対して右下がりの放電パルスであると、短時間で絶縁破壊につながるのでスイッチギヤの運転を継続できないことになる。この条件を満足せず、放電電荷が小さく右上がりの放電パルスであると、短時間で絶縁破壊に到らないことになる。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、スイッチギヤの接地線に貫通された高調波変流器からの出力信号を減衰する減衰器と、この減衰器により減衰された信号から部分放電パルス信号を取り出すバンドパスフィルタと、バンドパスフィルターより取り出された部分放電パルス信号から電圧位相と部分放電パルスとの関係を得る波形観測手段と、バンドパスフィルタの出力信号からピークを検出するピーク検波器と、ピーク検波器の出力信号の平均化処理を行なう平均化処理回路と、平均化処理回路の出力信号を電流信号に変換する電圧−電流変換回路とを有するので、微弱な部分放電でも高精度に検出でき、絶縁破壊までの時間を推定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す絶縁劣化診断装置のブロック図。
【図２】〔図１〕のバンドパスフィルタ23が有するローパスフィルタの周波数特性図。
【図３】〔図１〕のバンドパスフィルタ23が有するハイパスフィルタの周波数特性図。
【図４】絶縁破壊に至るまでの放電電荷と電圧との関係を説明するための図。
【図５】電圧位相と部分放電パルスとの関係を説明するための図。
【図６】代表的な金属閉鎖形スイッチギヤの構成を示す側面図。
【図７】従来のバンドパスフィルタの周波数特性図。
【符号の説明】
11…高周波変流器、22…減衰器、23…バンドパスフィルタ、25…ピーク検波回路、26…平均化処理回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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