(57)【要約】【課題】部分放電の発生原因を、高速に、かつ高精度に判定できる部分放電監視装置および部分放電監視方法を得る。【解決手段】ガス絶縁電気装置の金属容器４に、部分放電電磁波を検出する複数個の検出器５を設置し、検出器５の検出信号強度が所定の閾値を超えたときにコンパレータ６でパルスを発生し、パルスの数を所定の時間毎にカウンタ１０で計数する。演算部１２では計測されるパルス計測数（ｎ）から部分放電発生場所を判定すると共に、各検出器間の電磁波伝達関数を用いて、判定された部分放電発生場所近傍の各検出器に対するコンパレータの仮想閾値レベル（ＱT）を演算し、この仮想閾値レベル（ＱT）を用いて、φ（電圧位相）−ｎ（パルス計測数）−Ｑ（電磁波強度）分布パターンを作成し、予め記憶されている部分放電発生原因毎の分布パターンと比較することにより、部分放電発生原因を判定する。【選択図】図１
2008051708.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス絶縁電気装置の金属容器に設置され、部分放電電磁波を検出する複数個の検出器と、上記複数の検出器にそれぞれ接続され、上記検出器の検出信号強度が所定の閾値を超えたときにパルスを発生するパルス発生手段と、上記パルスの数を所定の時間毎に計数するパルス計数手段と、上記各検出器の設置位置、上記各検出器間の電磁波伝達関数、および予め作成された部分放電発生原因毎の部分放電パターンを記憶する記憶部と、演算部とを具備し、上記演算部は、上記各パルス計数手段で計数されるパルス計測数から部分放電発生場所を判定すると共に、上記記憶部に記憶された上記各検出器間の電磁波伝達関数を用いて、判定された上記部分放電発生場所近傍の各検出器に対するパルス発生手段の仮想閾値レベル（ＱT）を演算し、演算した上記仮想閾値レベル（ＱT）と、商用周波電圧位相（φ）に対する各検出器のパルス計測数（ｎ）とから、商用周波電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）分布を示す部分放電パターンを作成し、上記部分放電パターンと、予め上記記憶部に記憶されている部分放電発生原因毎の部分放電パターンとを比較することにより、部分放電発生原因を判定することを特徴とするガス絶縁電気装置の部分放電監視装置。
【請求項２】
記憶部は、各検出器間の電磁波伝達関数として、各検出器とガス絶縁電気装置との間の電磁波伝達関数、および上記ガス絶縁電気装置内の上記各検出器に対応する部位間の電磁波伝達関数を記憶することを特徴とする請求項１記載のガス絶縁電気装置の部分放電監視装置。
【請求項３】
演算部は、各検出器とガス絶縁電気装置との間の電磁波伝達関数の値のバラツキが、上記ガス絶縁電気装置内の上記各検出器に対応する部位間の電磁波伝達関数の値よりも大きい場合、上記バラツキが小さい検出器を選定し、選定された検出器のうち、パルス計測数が最も多い検出器近傍を部分放電発生場所とすることを特徴とする請求項２記載のガス絶縁電気装置の部分放電監視装置。
【請求項４】
演算部は、各検出器とガス絶縁電気装置との間の電磁波伝達関数の値に応じて、複数の検出器を複数のグループに分け、各グループ毎に、パルス計測数が最も多い検出器近傍を仮部分放電発生場所とすると共に、記憶部に記憶された各検出器間の電磁波伝達関数を用いて、各グループ毎に、上記各仮部分放電発生場所近傍の各検出器に対するパルス発生手段の仮想閾値レベルを演算し、各検出器に対するパルス計測数の降順と上記仮想閾値レベルの昇順とが最も近いグループの仮部分放電発生場所を部分放電発生場所として特定することを特徴とする請求項２記載のガス絶縁電気装置の部分放電監視装置。
【請求項５】
パルス発生手段とパルス計数手段との間を光ファイバで接続したことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガス絶縁電気装置の部分放電監視装置。
【請求項６】
パルス計数手段と演算部との間を光ファイバで接続したことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガス絶縁電気装置の部分放電監視装置。
【請求項７】
ガス絶縁電気装置の金属容器に設置された複数個の部分放電電磁波検出器の出力強度が所定の閾値を超えたときに上記各検出器に接続されたパルス発生手段によりパルスを発生する第１ステップ、上記パルスを所定の時間毎に計数する第２ステップ、上記各検出器に対して計測されるパルス計測数から部分放電発生場所を判定する第３ステップ、予め取得された上記各検出器間の電磁波伝達関数を用いて、判定された上記部分放電発生場所近傍の各検出器に対するパルス発生手段の仮想閾値レベル（ＱT）を演算する第４ステップ、演算した上記仮想閾値レベル（ＱT）と、商用周波電圧位相（φ）に対する各検出器のパルス計測数（ｎ）とから、商用周波電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）分布を示す部分放電パターンを作成する第５ステップ、および作成した部分放電パターンと、予め取得された部分放電発生原因毎の部分放電パターンとを比較することにより、部分放電発生原因を判定する第６ステップを備えたことを特徴とするガス絶縁電気装置の部分放電監視方法。
【請求項８】
ガス絶縁電気装置の金属容器に設置された複数個の部分放電電磁波検出器のうち、所定の検出器Ｓ（ｉ）に校正パルスまたは周波数をスイープさせた正弦波を入力し、上記検出器Ｓ（ｉ）の一つ隣の検出器Ｓ（ｊ）の検出信号と二つ隣の検出器Ｓ（ｋ）の検出信号とを測定するという手順を、全ての検出器または所定のエリアに含まれる全ての検出器について実施することにより、各検出器間の電磁波伝達関数として、上記各検出器と上記ガス絶縁電気装置との間の電磁波伝達関数、および上記ガス絶縁電気装置内の上記各検出器に対応する部位間の電磁波伝達関数を取得することを特徴とする請求項７記載のガス絶縁電気装置の部分放電監視方法。
【請求項９】
ガス絶縁電気装置の金属容器に設置された複数個の部分放電電磁波検出器のうち、設置場所がガス絶縁電気装置端部に位置する検出器Ｓ（ｍ）については、検出器Ｓ（ｍ）と隣接する検出器Ｓ（ｎ）に対して反対側の任意の場所に信号入力点Ｓ（ｐｍ）を設定し、Ｓ（ｐｍ）の一つ隣の検出器Ｓ（ｍ）の検出信号と二つ隣の検出器Ｓ（ｎ）の検出信号とを測定するという手順を、全てのガス絶縁電気装置端部に位置する検出器または所定のエリアに含まれる全てのガス絶縁電気装置端部に位置する検出器について実施することにより、設置場所がガス絶縁電気装置端部に位置する検出器に関する電磁波伝達関数を取得することを特徴とする請求項８記載のガス絶縁電気装置の部分放電監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、絶縁ガスを充填した金属容器内に高圧導体を絶縁支持して配置したガス絶縁電気装置における絶縁異常を監視する部分放電監視装置および部分放電監視方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のガス絶縁電気装置の部分放電監視装置は、金属容器内に距離をおいて設置された複数個の部分放電電磁波検出器と、部分放電の発生位置を標定する異常位置標定装置とからなり、予め記憶部に保存されたガス絶縁電力機器の回路構成部毎の電磁波減衰量と、各検出器の取り付け位置情報と、各検出器で検出された電磁波とに基づき、部分放電発生箇所を判断して結果を表示する（例えば、特許文献１参照。）。
また、電力機器の絶縁異常の原因を調べる従来手法として、絶縁異常により発生する部分放電の発生する商用周波電圧位相（φ）、放電パルスの大きさ（ｑ）、個数（ｎ）からなる３次元分布、いわゆるφ−ｑ−ｎ分布に基づき部分放電を分類する手法が用いられている（例えば、非特許文献１参照。）。
この手法を適用するためには、高速の放電信号をＣＲ積分回路やＬＣ同調回路で減衰振動波に変換し、検波した波形をピークホールドした後、Ａ／Ｄ変換により部分放電の大きさに相当するデジタル値を得る（例えば、非特許文献２参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開平３−２５９７５６号公報
【非特許文献１】Ｅ．Ｇｕｌｓｋｉ  ｅｔ．  ａｌ．，“ＰＤ  Ｑｕａｎｔｉｔｉｅｓ  ｆｏｒ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＰＤ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｉｎ  ＧＩＳ”，Ｒｅｃｏｒｄ  ｏｆ  ｔｈｅ  ＣＩＧＲＥ  ＷＧ  １５．０３  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ＩＷＤ  ４６  （１９９７）（Ｆｉｇ．２２〜２８）
【非特許文献２】電気学会技術報告  第５９３号「絶縁計測へのコンピュータ応用技術」電気学会（１９９６）（ｐ．１４、右９行目〜右１５行目、図３．１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
電力機器の絶縁異常の原因を調べる上記従来手法においては、ガス絶縁電気装置で発生する部分放電を検出する際、Ｓ／Ｎが得られやすいＵＨＦ帯域の放射電磁波が検出されるが、このように高い周波数の信号の強度情報を得るには高周波特性の優れた回路による検波、ピークホールド、Ａ／Ｄ変換を行う必要があり、回路が複雑になるという問題点があった。
また、従来の部分放電監視装置では、部分放電発生場所を判定する際に、回路構成部毎の電磁波減衰量の情報を用いているが、ガス絶縁電気装置にあっては、高圧絶縁ガス中での部分放電電磁波は周波数が高く、金属容器内で共振するため、検出器の感度は金属容器と検出器との位置関係でも変化することから、回路の構成部毎の電磁波減衰量の情報のみでは放電発生箇所を標定する精度が十分ではないという問題点があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、部分放電の発生原因を、高速に、かつ高精度に判定できる部分放電監視装置、および部分放電監視方法を得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るガス絶縁電気装置の部分放電監視装置は、ガス絶縁電気装置の金属容器に設置され、部分放電電磁波を検出する複数個の検出器と、上記複数の検出器にそれぞれ接続され、上記検出器の検出信号強度が所定の閾値を超えたときにパルスを発生するパルス発生手段と、上記パルスの数を所定の時間毎に計数するパルス計数手段と、上記各検出器の設置位置、上記各検出器間の電磁波伝達関数、および予め作成された部分放電発生原因毎の部分放電パターンを記憶する記憶部と、演算部とを具備し、上記演算部は、上記各パルス計数手段で計数されるパルス計測数から部分放電発生場所を判定すると共に、上記記憶部に記憶された上記各検出器間の電磁波伝達関数を用いて、判定された上記部分放電発生場所近傍の各検出器に対するパルス発生手段の仮想閾値レベル（ＱT）を演算し、演算した上記仮想閾値レベル（ＱT）と、商用周波電圧位相（φ）に対する各検出器のパルス計測数（ｎ）とから、商用周波電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）分布を示す部分放電パターンを作成し、上記部分放電パターンと、予め上記記憶部に記憶されている部分放電発生原因毎の部分放電パターンとを比較することにより、部分放電発生原因を判定するものである。
【０００７】
また、この発明に係るガス絶縁電気装置の部分放電監視方法は、ガス絶縁電気装置の金属容器に設置された複数個の部分放電電磁波検出器の出力強度が所定の閾値を超えたときに上記各検出器に接続されたパルス発生手段によりパルスを発生する第１ステップ、上記パルスを所定の時間毎に計数する第２ステップ、上記各検出器に対して計測されるパルス計測数から部分放電発生場所を判定する第３ステップ、予め取得された上記各検出器間の電磁波伝達関数を用いて、判定された上記部分放電発生場所近傍の各検出器に対するパルス発生手段の仮想閾値レベル（ＱT）を演算する第４ステップ、演算した上記仮想閾値レベル（ＱT）と、商用周波電圧位相（φ）に対する各検出器のパルス計測数（ｎ）とから、商用周波電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）分布を示す部分放電パターンを作成する第５ステップ、および作成した部分放電パターンと、予め取得された部分放電発生原因毎の部分放電パターンとを比較することにより、部分放電発生原因を判定する第６ステップを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、予め設定された閾値を部分放電電磁波が超えたときにパルス発生手段でパルスを発生し、このパルスを計数して部分放電発生場所と原因を判定するため、検出器から演算部までの回路構成が簡単にできるにもかかわらず、ガス絶縁電気装置における信号伝搬の伝達関数をもとに複数のコンパレータの閾値レベルを補正して二次的に部分放電による電磁波強度情報が得られるため、部分放電の発生原因を、高速、かつ高い精度で判定できる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１によるガス絶縁電気装置の部分放電監視装置を示す構成図である。ガス絶縁電気装置１は金属容器４の中にスペーサ３と呼ばれる絶縁支持物で導体２が支持されており、金属容器内部４には絶縁ガス３３が封入されている。
このようなガス絶縁電気装置１において、金属容器４への異物の混入やスペーサ３の絶縁劣化による絶縁異常時に部分放電３４が発生し、これに伴って電磁波３５が放射される。電磁波３５は金属容器４の壁面に設置された検出器５で検出されるが、電磁波３５は金属容器内部を伝搬するに従って減衰するため、ガス絶縁電気装置１のどこで絶縁異常が発生しても電磁波３５を検出できるように、複数の検出器５が設置される。
【００１０】
各検出器５で検出された電磁波３５の信号強度は、比較器（コンパレータ：パルス発生手段）６のトリガレベル（閾値レベル）と比較され、電磁波３５の強度の方が大きい場合に比較器６はパルス電圧を出力する。このパルス電圧はＥ／Ｏ変換器７により一旦光信号に変換され、光ファイバケーブル８で所定の距離を伝送された後、Ｏ／Ｅ変換器９で再び電気信号に戻される。このようにパルス化されて伝送されてきた電磁波３５は所定の時間毎にカウンタ（パルス計数手段）１０で計数され、演算部１２においてパルス計測数や導体２に印加されている商用周波電圧の位相に対する分布等から、その電磁波３が外来ノイズなのか絶縁異常による部分放電なのか、また、部分放電であればどのような種類の異常によるものなのか、さらに部分放電発生場所等を判定する。
部分放電の発生原因の判定は、記憶部１１に記憶されている各検出器５の設置位置、上記各検出器５間の電磁波伝達関数、および予め作成された部分放電発生原因毎の部分放電パターン（商用周波電圧位相（φ）−パルス計測数（もしくは発生頻度）（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）の分布パターン）に基づき実施される。判定結果は表示部１３で表示される。
【００１１】
図２および図３に、ガス絶縁開閉装置（ＧＩＳ）で検出される部分放電電磁波の例を示す。図中、横軸は導体に印加される商用周波電圧位相（φ）、縦軸はパルス化された放電電磁波のパルス計測数（ｎ）、奥行き軸は電磁波強度（Ｑ）であり、パルスを計数するときのトリガレベル（ＱT）に対応している。
一般的に、トリガレベルが十分に低い場合は多数の放電電磁波が検出されるが、トリガレベルが高くなるにつれて検出される放電電磁波の個数は少なくなっていく。また、放電発生源の位置が固定されている場合、例えば金属容器４の底面に金属異物が固着していたり、スペーサ３の表面に金属異物が付着していたりするような絶縁異常の場合は、放電は電圧位相（φ）に対して、それぞれある一定のパターンを示す。それに対して、金属容器内に金属異物が混入し固定されていない場合は、導体２と金属容器４とにより形成される電界によって異物が帯電し、静電気力によって金属容器４内を動き回ることがある。異物の動きは導体２の電圧変化に完全には追従せず、電圧変化とは無関係に金属容器４との接触を繰り返すため、接触時に発生する放電は電圧位相（φ）とは無関係となり、その結果、電圧位相（φ）に対して無秩序なパターンを示すことがある。
【００１２】
図２は金属容器４の底面に金属異物が固定されているときの部分放電パターンの例である。放電は印加電圧のピークである位相９０度と２７０度を中心に分布している。これは、部分放電発生源である異物の先端電界がある一定値を超えたときに部分放電が発生するためである。
一方、図３はスペーサ３沿面に金属異物が付着しているときの部分放電パターンの例である。電磁波強度の小さい放電（図３のＡ）は、電圧位相の４５度と２２５度付近を中心に分布しているのに対して、電磁波強度の大きい放電（図３のＢ）については、０度と１８０度に近い位相に発生している。これは、半周期前の電圧周期での放電による電荷がスペーサ絶縁物沿面に残留して帯電し、その結果、次の周期の放電の開始時に異物周辺の電界を強調し、大きな放電が発生するのに対して、そのような帯電電荷は何回かの部分放電発生により中和され、その後は逆に同極性に帯電して異物周辺の電界を緩和して小さな放電が発生する、という現象が半周期毎に起こっているためであると考えられる。
以上は部分放電パターンの一部の例であるが、これ以外のパターンも含めた部分放電パターンの特徴を捉えることにより、絶縁異常の原因を判定することができる。
【００１３】
このような判定を実施するための信号処理の方法について以下で説明する。
まず、各検出器５間の伝達関数について説明する。本実施の形態においては、記憶部１１は、各検出器５間の電磁波伝達関数として、各検出器５とガス絶縁電気装置１との間の電磁波伝達関数、およびガス絶縁電気装置１内の、各検出器５に対応する部位間の電磁波伝達関数とを記憶する。
上記各伝達関数は以下のようにして取得する。
【００１４】
図４はガス絶縁電気装置１の一部と、各部の電磁波の伝達関数を測定するための測定器を接続した様子を表している。検出器Ｓ１〜Ｓ６はガス絶縁電気装置１の金属容器４の壁面に複数個設置されており、ガス絶縁電気装置１で発生する部分放電電磁波を検出する。また、パルス入力点Ｓｐ１は、検出器Ｓ１が端部に位置するため一時的に設けたパルス入力点であり、隣接する検出器Ｓ２に対して反対方向に設定される。パルス入力点Ｓｐ１は検出器Ｓ１とガス絶縁電気装置１との間の伝達関数Ｇ（１）およびガス絶縁電気装置１の中の伝達関数の内、検出器Ｓ１に対応する部位と検出器Ｓ２に対応する部位との間の伝達関数Ｇ（１，２）を求めるために必要となるものである。
パルス入力点Ｓｐ１は例えば検出器と同じものでも良いし、スペーサが設置されていて金属容器がとぎれていれば、そこに一時的な電磁波注入装置を設けても良い。あるいは、ブッシングが設置されて金属容器がとぎれていれば、そこに付加的な電磁波注入装置を設けても良く、これらの他にも金属容器内に電磁波信号を注入できれば、様々な構成によるパルス入力点が適用可能である。
【００１５】
今、パルス入力点Ｓｐ１にパルス発生器１４を接続してパルス電圧（校正パルス）を注入し、検出器Ｓ１にオシロスコープ１５を接続して伝搬してきた電磁波信号を検出する。このときのパルスの入力電圧と検出器Ｓ１における検出電圧との比が、パルス入力点Ｓｐ１から検出器Ｓ１までの間の伝達関数Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ１）であり、Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ１）は図４より、
Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ１）＝Ｇ（ｐ１）＋Ｇ（ｐ１，１）＋Ｇ（１）・・・（１）
で表すことができる。
同様に、パルス発生器１４を検出器Ｓ１、オシロスコープ１５を検出器Ｓ２に接続すると、検出器Ｓ１からの注入するパルス電圧と検出器Ｓ２における検出電圧との比が、検出器Ｓ１から検出器Ｓ２までの間の伝達関数Ｇ（Ｓ１，Ｓ２）として計測でき、Ｇ（Ｓ１，Ｓ２）は図４より、
Ｇ（Ｓ１，Ｓ２）＝Ｇ（１）＋Ｇ（１，２）＋Ｇ（２）・・・（２）
で表すことができる。
さらに、パルス発生器１４をパルス入力点Ｓｐ１、オシロスコープ１５を検出器Ｓ２に接続すると、パルス入力点Ｓｐ１からの注入するパルス電圧と検出器Ｓ２における検出電圧との比が、パルス入力点Ｓｐ１から検出器Ｓ２までの間の伝達関数Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ２）として計測でき、Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ２）は図４より、
Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ２）＝Ｇ（ｐ１）＋Ｇ（ｐ１，２）＋Ｇ（２）・・・（３）
で表すことができる。
式（１）〜（３）を連立して解くと
Ｇ（１）＝｛Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ１）＋Ｇ（Ｓ１，Ｓ２）−Ｇ（Ｓｐ１，Ｓ２）｝／２
・・・（４）
となり、Ｇ（１）が既知の値となる。
【００１６】
同様に、測定範囲を検出器Ｓ３まで広げると、
Ｇ（Ｓ２，Ｓ３）＝Ｇ（２）＋Ｇ（２，３）＋Ｇ（３）・・・（４）
Ｇ（Ｓ１，Ｓ３）＝Ｇ（１）＋Ｇ（１，３）＋Ｇ（３）・・・（５）
が求められ、式（２）（４）（５）を連立して解くと
Ｇ（２）＝｛Ｇ（Ｓ１，Ｓ２）＋Ｇ（Ｓ２，Ｓ３）−Ｇ（Ｓ１，Ｓ３）｝／２
・・・（６）
となり、Ｇ（２）が既知の値となる。
さらに、式（２）（４）（６）から、
Ｇ（１，２）＝Ｇ（Ｓ１，Ｓ２）−Ｇ（１）−Ｇ（２）・・・（７）
というようにＧ（１，２）も既知の値となる。
【００１７】
以上のように、所定の検出器Ｓ（ｉ）にパルス電圧を入力し、上記検出器Ｓ（ｉ）の一つ隣の検出器Ｓ（ｊ）の検出信号と二つ隣の検出器Ｓ（ｋ）の検出信号とを測定するという手順を、全ての検出器または所定のエリアに含まれる全ての検出器について実施することにより、ガス絶縁電気装置との間の伝達関数、およびガス絶縁電気装置内の伝達関数を求めることが可能である。
また、設置場所がガス絶縁電気装置端部に位置する検出器Ｓ（ｍ）については、検出器Ｓ（ｍ）と隣接する検出器Ｓ（ｎ）に対して反対側の任意の場所に、付加的に信号入力点Ｓ（ｐｍ）を設定し、Ｓ（ｐｍ）の一つ隣の検出器Ｓ（ｍ）の検出信号と二つ隣の検出器Ｓ（ｎ）の検出信号とを測定するという手順を、全てのガス絶縁電気装置端部に位置する検出器または所定のエリアに含まれる全てのガス絶縁電気装置端部に位置する検出器について実施することにより、全ての検出器とガス絶縁電気装置との間の伝達関数、およびガス絶縁電気装置内の伝達関数を求めることが可能である。
【００１８】
なお、以上の方法は、パルス発生器とオシロスコープを用いてパルスの電圧変化を伝達関数として求める例を説明したが、その他にも入力パルスと検出パルスの波形を高速フーリエ変換して周波数成分に置き換え、周波数毎の強度変化として伝達関数を得ることも可能である。また、パルス発生器とオシロスコープの替わりにネットワークアナライザを用い、正弦波の周波数をスイープしたときの応答から周波数と位相を含む特性として伝達関数を得ることも可能である。
【００１９】
このように、検出器とガス絶縁電気装置との間の伝達関数、およびガス絶縁電気装置内の各検出器に対応する部位間の伝達関数をそれぞれ求めておくことの重要性を次に説明する。
絶縁ガス中で発生する部分放電パルスは立ち上がり１ｎｓ以下の高速パルスであり、それにより１ＧＨｚを超える周波数の電磁波が放射される。一方、部分放電電磁波の検出上ノイズとなる、ガス絶縁電気装置の外部で起こる気中コロナの場合、放射される電磁波の周波数は絶縁ガス中の放電と比較して低く、かつ、外部からガス絶縁電気装置の金属筐体内に伝搬する際にフィルタリングされるため、主たる周波数は５００ＭＨｚ以下になる傾向にある。このような理由から、ガス絶縁電気装置の部分放電監視は数百ＭＨｚ〜千数百ＭＨｚの周波数帯域の電磁波を検出して高感度化及びＳ／Ｎ向上をねらう場合が多い。
【００２０】
一方、金属筐体内では電磁波は反射を繰り返しながら伝搬し、金属筐体や導体の構造・寸法等で決まる周波数で共振する。例えば、ガス絶縁電気装置のひとつである同軸構造のガス絶縁母線では、サイズに依存するが、一般に周波数が数百ＭＨｚを超える領域で、基本のＴＥＭモード以外に、共振モードであるＴＥモード、ＴＭモードが発生し、金属筐体内の軸方向・周方向・半径方向に電界や磁界の強度分布が生じる。つまり、検出器の出力は単純に電磁波発生源と検出器の距離や伝搬経路上の構造等だけでは決定されず、検出器が設置されている金属筐体上の位置や検出する周波数にも依存する。
従って、電磁波の強度から放電の大きさを精度良く求めるためには、先に述べた方法により検出器とガス絶縁電気装置との間の伝達関数、およびガス絶縁電気装置内の各検出器に対応する部位間の伝達関数をそれぞれ測定しておくことが重要である。
【００２１】
次に、検出した電磁波からどのように部分放電の発生原因を判定するかを説明する。図５に演算部１２で判定をする際に作成される部分放電パターンを示す。図５では検出器Ｓ１の近傍で部分放電が発生し、検出器Ｓ１〜Ｓ４で電磁波が検出された場合を想定して示した。
まず、導体に印加されている商用周波数の電圧位相を所定の数のウインドウに分割し、それぞれのウインドウ毎に電磁波がトリガレベルＶｔｒｉｇを超えたときに発生されるパルスの数を計数して、検出器毎の電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）の特性パターンを作成する。このとき、パルス計測数の最も多かった検出器Ｓ１が放電源に最も近いという判定がなされる。
【００２２】
次に、記憶部１１に保存されている検出器Ｓ１〜Ｓ４に関する伝達関数を呼び出し、各検出器のトリガレベルの補正を行う。つまり、検出器Ｓ１にはガス絶縁電気装置１と検出器Ｓ１との間の伝達関数Ｇ（１）だけ減衰した電磁波が検出され、トリガレベルＶｔｒｉｇ以上の強度の電磁波がパルス化されたことになるので、実質的にはトリガレベル（仮想トリガレベル）として
Ｖｔｒｉｇ＋Ｇ（１）
以上の強度の電磁波を計数したことになる。
また検出器Ｓ２には、ガス絶縁電気装置１内の伝達関数Ｇ（１，２）と、ガス絶縁電気装置１と検出器Ｓ２との間の伝達関数Ｇ（２）だけ減衰した電磁波が検出され、トリガレベルＶｔｒｉｇ以上の強度の電磁波がパルス化されたことになるので、実質的にはトリガレベル（仮想トリガレベル）として
Ｖｔｒｉｇ＋Ｇ（１，２）＋Ｇ（２）
以上の強度の電磁波を計数したことになる。
検出器Ｓ３、検出器Ｓ４に対する出力についても同様に考えることができ、
検出器Ｓ３に対するトリガレベル（仮想トリガレベル）は
Ｖｔｒｉｇ＋Ｇ（１，２）＋Ｇ（２，３）＋Ｇ（３）
検出器Ｓ４に対するトリガレベル（仮想トリガレベル）は
Ｖｔｒｉｇ＋Ｇ（１，２）＋Ｇ（２，３）＋Ｇ（３，４）＋Ｇ（４）
であると考える。
【００２３】
このようにして伝達関数に基づき、各検出器に対するトリガレベルを補正した結果、検出器Ｓ１〜Ｓ４の出力は、部分放電発生位置において発生する電磁波を、所定の複数の仮想トリガレベルで同時に検出したものと同じと考えることができる。
したがって、これらを統合して扱い、前述した検出器毎の電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）の特性パターンを、各検出器に対する仮想トリガレベルの値（ＱT）に応じて、電圧位相（φ）軸とパルス計測数（ｎ）軸に直交する軸（Ｑ）方向に並べると、図５のような、部分放電パターン（商用周波電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）の分布パターン）が得られる。
【００２４】
次に、記憶部１１に保存されている部分放電発生原因毎の部分放電パターン（商用周波電圧位相（φ）−パルス計測数（もしくは発生頻度）（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）の分布パターン）を呼び出して比較し、特性が近いものを選択する。
【００２５】
先に図２、図３により部分放電の発生源と電磁波分布の例を説明したように、部分放電の発生源の種類と上記部分放電パターンは密接な関係があり、予めこの特性を取得して記憶部１１に保存しておくことにより、部分放電発生原因の判定に利用できる。
【００２６】
以上の説明では、パルス計測数の最も多かった検出器Ｓ１が放電源に最も近いと判定して各検出器に対する仮想トリガレベルを算出していったが、放電発生位置の判定については以下にもう少し詳しく説明する。
例として仮に、
Ｇ（１）＋Ｇ（１，２）＜Ｇ（２）
または、
Ｇ（２）−Ｇ（１）＞Ｇ（１，２）
であるような場合、検出器Ｓ２の近傍に部分放電発生源があっても検出器Ｓ１で検出されるパルス計測数の方が多くなり、放電源は検出器Ｓ１の近傍であるという誤判定がなされてしまう。このように判定に利用する複数の検出器Ｓｉ，Ｓｊ，・・・のガス絶縁電気装置との間の伝達関数Ｇ（ｉ），Ｇ（ｊ），・・・の値のバラツキが、ガス絶縁電気装置内の伝達関数Ｇ（ｉ，ｊ），Ｇ（ｊ，ｋ），・・・の値より大きい場合は、放電源の位置を誤判定する恐れがある。
【００２７】
そこで、放電発生位置の判定に用いる検出器には、検出器とガス絶縁電気装置との間の伝達関数のバラツキが、それら検出器が設置されているエリアのガス絶縁電気装置内の伝達関数の値よりも小さいものを選定し、その中で検出されたパルス計測数の最も多い検出器の近傍が放電発生源であると判定するとよい。
【００２８】
伝達関数の大きさによって検出器が複数のグループに分かれた場合は、それぞれのグループ毎に放電発生位置の判定を行い、放電発生位置として複数の候補を挙げる。次に、各検出器のトリガレベルの補正をそれぞれの放電発生位置の候補に対して実施する。パルス計測数はトリガレベルが高くなるに従って減少するので、ここでパルス計測数の降順と補正したトリガレベル（仮想トリガレベル）の昇順が不一致であった場合、放電発生位置は他の位置である。また、放電発生位置がいずれかの検出器の近傍である仮定すると矛盾する場合は、検出器と検出器の間のどこかに放電発生位置があることが考えられる。この場合、簡易的に両検出器の中間位置にあると仮定し、ガス絶縁電気装置内の伝達関数の１／２を割り当ててトリガレベルの補正を行う。このようにして放電発生位置の選定と絞り込みを行っても複数の候補が残ったときは、それぞれの位置に対して放電発生原因の判定を実施する。放電発生原因として複数の判定結果が得られた場合は、それぞれ結果について可能性ありとして表示する。
以上のようにすることにより、放電発生位置を精度よく求めることができる。
【００２９】
図６は本発明の実施の形態１による部分放電監視装置の判定方法を示すフローチャートであり、伝達関数の大きさによって検出器を複数のグループに分ける場合の部分放電監視方法を示すものである。
図６において、各検出器において電磁波信号を取得し（ステップＳ１０１）、比較器で所定の値に設定されているトリガレベルと取得した信号の波高値とを比較し（ステップＳ１０２）、その信号がトリガレベル以下であれば異常なし表示（ステップＳ１１７）であるが、トリガレベルを超える場合、比較器はその電磁波信号毎にパルスを発生する（ステップＳ１０３）。そのパルスはカウンタで計数され（ステップＳ１０４）、単位時間あたりのパルス計測数（ｎ）を所定の値と比較し（ステップＳ１０５）、設定数以下であれば異常なし表示（ステップＳ１１７）であるが、設定数を超える場合、演算部で判定作業が実施される。
【００３０】
演算部では記憶部に保存されている伝達関数に関するデータベースを呼び出して（ステップＳ１０６）、各検出器とガス絶縁電気装置との間の伝達関数Ｇ（ｉ），Ｇ（ｊ），・・・の値と、ガス絶縁電気装置内の伝達関数Ｇ（ｉ，ｊ），Ｇ（ｊ，ｋ），・・・の値とを比較し、放電発生位置判定に使用する検出器を選定すると共に、伝達関数Ｇ（ｉ），Ｇ（ｊ），・・・の値に応じて複数の検出器をグループ化する（ステップＳ１０７）。
次に、グループ毎にパルス計測数が最多の検出器の近傍が放電発生位置であると仮設定し（ステップＳ１０８）、また、グループ毎にパルス計測数が最多の検出器とその両隣の検出器との中間位置が放電発生位置であると仮設定する（ステップＳ１０９）。
【００３１】
続いて、ステップＳ１０７およびステップＳ１０９で仮設定された各放電発生位置に対し、それぞれ、上記放電発生位置近傍の各検出器に対応するコンパレータのトリガレベルを、ステップＳ１０６で呼び出した伝達関数を用いて補正し、仮想トリガレベル（ＱT）を演算する（ステップＳ１１０）。
続いて、各放電発生位置に対して、それぞれ演算された仮想トリガレベルの昇順と対応するカウンタで計測されるパルス計測数の降順とが一致しているかどうかを比較し、仮設定された放電発生位置のうち、一致している仮設定位置を選択し（ステップＳ１１１）、一致している上記仮設定位置が放電発生位置であるという判定を行う（ステップＳ１１２）。ここで、仮想トリガレベルの昇順とパルス計測数の降順との比較には冗長性をもたせて、複数の位置を優先順位を与えながら選定すると誤判定を防ぐことができる。
【００３２】
続いて、検出器毎に、電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）の特性パターンを作成すると共に、選定された放電発生位置に基づいて、各検出器に対し、ステップＳ１１０で得られた仮想トリガレベル（ＱT）を割り当てる（ステップＳ１１３）。
さらに、演算部では、検出器毎の電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）の特性パターンと、各検出器に割り当てられた仮想トリガレベル（ＱT）とを統合して、電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）の分布パターンを作成すると共に（ステップＳ１１４）、記憶部に保存されている部分放電発生原因毎の放電パターン（電圧位相（φ）−パルス計測数（ｎ）−電磁波強度（Ｑ）の分布パターン）のデータベースを呼び出して（ステップＳ１１５）、比較し、類似している特性を選んで発生原因を判定する（ステップＳ１１４）。
最後に、判定結果を表示（ステップＳ１１６）する。
【００３３】
以下に、ステップＳ１１１、Ｓ１１２における放電発生位置の判定手順について、図７〜図９を用いて、更に具体的に説明する。
図７は部分放電監視装置の検出器Ｓ１〜Ｓ７の位置、検出されるパルス計測数、各部の伝達関数を模式的に示したものである。説明の簡単化のために、ここでは検出器とガス絶縁電気装置との間の伝達関数（減衰率）は、検出器グループ１（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ５，Ｓ６）（○印）では１０［ｄＢ］、検出器グループ２（Ｓ３，Ｓ４，Ｓ７）（△印）では１８［ｄＢ］とし、ガス絶縁電気装置の中の伝達関数は、隣り合う検出器間で全て６［ｄＢ］とし、検出器Ｓ１〜Ｓ７が直列に並んでいるものとする。
各検出器Ｓ１〜Ｓ７に対して検出されたパルス計測数は、多い方から順にＳ５＞Ｓ４＞Ｓ６＞Ｓ２＞Ｓ３＞Ｓ１＞Ｓ７とする。検出器とガス絶縁電気装置との間の伝達関数により分けた２つのグループのそれぞれのパルス計測数が最多の検出器Ｓ４，Ｓ５の近傍と、これらの両隣の検出器との間の中間位置Ｓ３−４，Ｓ４−５，Ｓ５−６を放電発生位置に仮設定する。
これら５つの仮設定位置から各検出器までの伝達関数を計算したものを図８に示す。検出器間の中間位置については、その両隣の検出器の位置までの伝達関数を６［ｄＢ］の半分である３［ｄＢ］として計算する。これらの伝達関数にコンパレータの閾値レベルを加えた値がトリガレベルの補正値（仮想トリガレベル）であるが、各コンパレータの閾値は全て同じであるのが一般的であるため、今、仮想トリガレベルの大小を比較することに対してコンパレータの閾値は省略している。
図８の結果を基に、各検出器に対し、パルス計測数の降順と、各仮設定位置における仮想トリガレベルの昇順を図９にまとめる。図中、点線で囲っている組み合わせは仮想トリガレベルの計算値が同じであった場合であるので、順位を入れ替えても構わない。
図９より仮想トリガレベルの昇順がバルス数降順に最も一致している仮設定位置がＳ４であり、続いてＳ４−５、Ｓ５である。
そこで、放電発生位置としてＳ４（判定順位１）が最も可能性が高く、次いでＳ４−５、Ｓ５（判定順位２）も可能性有りという判定がなされる。
【００３４】
以上のように、本発明の実施の形態１の構成によれば、検出した高周波の電磁波信号を信号毎にパルス化してから演算して判定するため、検出器から演算部までの回路構成が簡単にできると共に、演算部の処理負荷が少なく、高速に判定することができる。
また、ガス絶縁電気装置における信号伝搬の伝達関数をもとに複数のコンパレータの閾値レベルを補正して二次的に部分放電による電磁波強度情報を得るため、部分放電の発生原因と発生場所とを高い精度で判定できる効果がある。
また、電磁波の伝搬・共振に伴う波形ひずみや減衰を補正して放電源そのものに由来した電磁波強度が得られるため、放電電磁波の、電圧位相−パルス計測数−電磁波強度特性を精度良く得ることができ、放電発生原因判定が可能となる。
【００３５】
また、このような構成によれば、パルス化した検出信号は電気／光変換が容易であるため、光ファイバで伝送することができ、ノイズの影響を極力排除して検出器からカウンタに信号伝送することが可能となる。
なお、上記実施の形態では、コンパレータとカウンタとの間を光ファイバケーブルで接続したが、カウンタと演算部との間を光ファイバケーブルで接続しても同様の効果がある。
【００３６】
また、伝達関数を取得する際には、検出器間のパルスの伝搬特性を一つ隣と二つ隣の検出器で順次測定することにより行うので、部分放電発生原因を判定するために必要な各部の伝達関数が容易に得られる。
また、端部に位置する検出器に関する伝達関数については、隣接検出器とは反対側の方にパルス入力点を設けて上記伝達関数を取得するので、端部の検出器に関する伝達関数を容易に得ることができる。
【００３７】
実施の形態２．
図１０は本発明の実施の形態２による高圧配電盤の部分放電監視装置を示す構成図である。高圧配電盤３６は、金属筐体３７の中に高圧充電部である導体３８や図示しない遮断器などを収納し、図示しない絶縁物で支持している。導体３８と絶縁物とは図示しない金属容器の中に配置されて絶縁ガスが封入されている場合もあるが、比較的低い電圧階級の高圧配電盤の場合は絶縁ガスを密封することなく、単に大気に曝されている場合もある。このような高圧配電盤３６において、上記絶縁物が劣化すると、部分放電３９が発生し、これに伴って電磁波４０が放射される。
電磁波は金属筐体３７もしくは図示しない金属容器に設置された検出器２７で検出されるが、電磁波４０は金属筐体３７の内部を伝搬するに従って減衰するため、高圧配電盤３６のどこで絶縁異常が発生しても電磁波４０を検出できるように、複数の検出器２７が設置される。検出器２７で検出された電磁波４０の信号強度は比較器２８のトリガレベルと比較され、電磁波４０の強度の方が大きい場合に比較器２８はパルス電圧を出力する。パルス化された電磁波４０はカウンタ２９で計数され、演算部３１において、実施の形態１と同様、記憶部３０に記憶されている高圧配電盤３６と各検出器２７との間の信号の伝達関数および高圧配電盤３６を信号が伝搬するときの伝達関数を用いて各比較器２８のトリガレベルを補正し、補正した仮想トリガレベルと、導体３８に印加されている商用周波電圧の位相に対する計測数の分布とを用いて、電圧位相−パルス計測数（もしくは発生頻度）−電磁波強度のパターンを得、予め記憶された複数のパターンと比較することにより、検出された電磁波４０が外来ノイズなのか絶縁異常による部分放電なのか、また、部分放電であればどのような種類の異常によるものなのか等を判定する。判定結果は表示部３２で表示される。
【００３８】
このような構成とすれば、高圧配電盤の部分放電監視装置においても、簡単な回路構成で、部分放電の発生原因を、高速、かつ高い精度で判定できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１によるガス絶縁電気装置の部分放電監視装置を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係わる部分放電パターンの一例を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係わる部分放電パターンの他の例を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係わる電磁波伝達関数の測定方法を説明する図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係わる部分放電パターンの測定例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１による部分放電監視装置の判定方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明の実施の形態１による部分放電監視装置の放電発生位置判定方法を説明する図である。
【図８】本発明の実施の形態１による部分放電監視装置の放電発生位置判定方法を説明する図である。
【図９】本発明の実施の形態１による部分放電監視装置の放電発生位置判定方法を説明する図である。
【図１０】本発明の実施の形態２による高圧配電盤の部分放電監視装置を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  ガス絶縁電気装置、２，３８  導体、３  スペーサ、４  金属容器、５，２７  検出器、６，２８  比較器、７  Ｅ／Ｏ変換器、８  光ファイバケーブル、９  Ｏ／Ｅ変換器、１０，２９  カウンタ、１１，３０  記憶部、１２，３１  演算部、１３，３２  表示部、１４  パルス発生器、１５  オシロスコープ、３３  絶縁ガス、３４，３９  部分放電、３５，４０  電磁波、３６  高圧配電盤、３７  金属筐体。
【図１】
2008051708.tif 000003
【図２】
2008051708.tif 000004
【図３】
2008051708.tif 000005
【図４】
2008051708.tif 000006
【図５】
2008051708.tif 000007
【図６】
2008051708.tif 000008
【図７】
2008051708.tif 000009
【図８】
2008051708.tif 000010
【図９】
2008051708.tif 000011
【図１０】
2008051708.tif 000012