(57)【要約】【課題】容器内の部分放電以外の要因やノイズを除去し、電気機器の容器内の部分放電発生の標定を精度良く行うことである。【解決手段】電気機器の本体部１４を収納した容器１３内の音響信号を超音波センサ１５で検出し、電気機器の本体部１４を収納した容器１３に流れる電流パルスを電流検出器１６で検出し、データ収集部１９は、電流検出器１６が電流パルスを検出したとき超音波センサ１５からの音響信号を収集開始し記録部２０に記録する。また、タイマ手段２１は電流検出器１６が電流パルスを検出してから限時動作し、電流パルスを検出してから所定時間経過後に復帰する。判定手段２２は、そのタイマ手段２１の動作時間中に収集した超音波センサ１５からの音響信号に基づいて電気機器の部分放電部位を判定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機器の本体部を収納した容器の外面に設置された超音波センサと、
電気機器の本体部を収納した容器に流れる電流パルスを検出する電流検出器と、
前記電流検出器が電流パルスを検出したとき前記超音波センサからの音響信号を収集開始し記録部に記録するデータ収集部と、
前記電流検出器が電流パルスを検出してから限時動作し電流パルスを検出してから所定時間経過後に復帰するタイマ手段と、
前記タイマ手段の動作時間中に収集した前記超音波センサからの音響信号に基づいて電気機器の部分放電部位を判定する判定手段と、
を備えたことを特徴とする電気機器の部分放電判定装置。
【請求項２】
外部ノイズ発生源の機器動作検出装置を設け、前記判定手段は電気機器の部分放電部位の判定結果に前記機器動作検出装置の動作情報を付与することを特徴とする請求項１記載の電気機器の部分放電判定装置。  
【請求項３】
前記タイマ手段の限時動作の時限は、前記超音波センサから前記電気機器の最短距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間に余裕値を見込んだ時間、前記タイマ手段の限時復帰の時限は、前記超音波センサから前記電気機器の最長距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間に余裕値を見込んだ時間であることを特徴とする請求項１または２記載の電気機器の部分放電判定装置。
【請求項４】
電気機器の本体部を収納した容器に流れる電流パルスを検出したとき前記容器の外面に設置された超音波センサからの音響信号を収集開始して記録し、
一方、電流パルスを検出してからタイマ手段を限時動作させ電流パルスを検出してから所定時間経過後にタイマ手段を復帰させ、
前記タイマ手段の動作時間中に収集した前記超音波センサからの音響信号に基づいて電気機器の部分放電部位を判定することを特徴とする電気機器の部分放電判定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器に収納された電気機器の部分放電を検出して判定する電気機器の部分放電判定装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電気機器である変圧器は、容器内に鉄心及び巻線からなる変圧器本体を収納し絶縁油または絶縁ガスを封入して形成されている。このような変圧器において容器内部で部分放電が発生すると、それに伴い電流パルスと音響信号とが発生することから、電流パルスと音響信号とを検出して容器内部で発生した部分放電を検出するようにしている。例えば、容器を流れる電流を検出する電流検出器及び複数の超音波センサを容器の外面に設置して、電流パルスをトリガとして、超音波センサで検出した音響信号の放電発生からの時間差により放電発生位置を標定するようにしている。
【０００３】
超音波センサを静止機器タンク本体の外面の特定位置に配置して放電発生位置の標定を簡単に行うようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。これは、超音波センサ２個を１組として３組備え、静止機器のタンク本体外面の対面で対称の位置になるよう配置し、超音波センサから放電発生位置までの検出時間差と絶縁媒体内の音速度より求めた１組の超音波センサの距離データから放電発生位置の座標軸上の座標を計算し、その計算を３組の超音波センサに対して実行することにより、静止機器内で発生した放電位置を標定するものである。
【０００４】
また、電気式センサでの放電検出をトリガとして、振動センサでの検出波形を平均化処理して振動センサノイズを低減し、振動センサ波形の立ち上がり点より部分放電位置標定を実施するが、単に電気式センサ検出をトリガとするのではなく、電気式センサでの前回検出と今回検出の時間差が一定値以上であった場合に、振動センサ波形の取り込みを行い、ガス絶縁機器内部で発生する部分放電発生位置の標定を精度良く行うようにしたものがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１０−５４８６２号公報
【特許文献２】特開２００３−２８９１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、容器内の部分放電以外の要因で電流検出器が電流パルスを検出することがあり、同様に容器内の部分放電以外の要因で超音波センサが音響信号を検出することがある。例えば、変圧器の周辺の開閉器の開閉動作やタップ切換変圧器のタップ切換器の切換動作、あるいは雷やノイズなどの影響で、容器内の部分放電以外の要因で電流検出器が電流パルスを検出したり、超音波センサが音響信号を検出したりすることがある。そのような場合には、部分放電の判定が難しくなる。
【０００６】
特許文献１のものでは、部分放電位置の標定は精度よく行えるが、電流検出器や超音波センサがノイズによる信号を検出した場合であっても部分放電位置の標定をすることになる。また、特許文献２のものでは、単に電気式センサ検出をトリガとするのではなく、電気式センサでの前回検出と今回検出の時間差が一定値以上であった場合に、振動センサ波形の取り込みを行い、連続して発生した部分放電であっても精度よく検出できるものであるが、電流検出器や超音波センサがノイズによる信号を検出した場合についての対策が施されていないので、ノイズによる信号の場合であっても部分放電であると判定してしまうおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、容器内の部分放電以外の要因やノイズを除去し、電気機器の容器内の部分放電発生の標定を精度良く行うことができる電気機器の部分放電判定装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
請求項１の発明に係わる電気機器の部分放電判定装置は、電気機器の本体部を収納した容器の外面に設置された超音波センサと、電気機器の本体部を収納した容器に流れる電流パルスを検出する電流検出器と、前記電流検出器が電流パルスを検出したとき前記超音波センサからの音響信号を収集開始し記録部に記録するデータ収集部と、前記電流検出器が電流パルスを検出してから限時動作し電流パルスを検出してから所定時間経過後に復帰するタイマ手段と、前記タイマ手段の動作時間中に収集した前記超音波センサからの音響信号に基づいて電気機器の部分放電部位を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２の発明に係わる電気機器の部分放電判定装置は、請求項１の発明において、外部ノイズ発生源の機器動作検出装置を設け、前記判定手段は電気機器の部分放電部位の判定結果に前記機器動作検出装置の動作情報を付与することを特徴とする。  
請求項３の発明に係わる電気機器の部分放電判定装置は、請求項１または２の発明において、前記タイマ手段の限時動作の時限は、前記超音波センサから前記電気機器の最短距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間に余裕値を見込んだ時間、前記タイマ手段の限時復帰の時限は、前記超音波センサから前記電気機器の最長距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間に余裕値を見込んだ時間であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、電流パルスを検出したときに超音波センサからの音響信号を収集開始するとともに、タイマ手段で定めた動作時間中に収集した超音波センサからの音響信号に基づいて電気機器の部分放電部位を判定するので、明らかなノイズの影響を除去して電気機器の部分放電を標定できる。また、外部ノイズ発生源の機器動作検出装置が動作したときは、電気機器の部分放電部位の判定結果に機器動作検出装置の動作情報を付与するので、容器内の部分放電以外の要因による部分放電判定との誤判定を抑制できる。また、タイマ手段で定めた動作時間は、電流パルスをトリガとして超音波センサが部分放電による音響信号を検出可能な範囲の時間に設定されるので、部分放電の判定を行う音響信号には、部分放電による音響信号を確実に含んだものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明の実施の形態に係わる電気機器の部分放電判定装置の構成図である。図１では電気機器として変圧器１１に部分放電判定装置１２を適用した場合を示している。
【００１２】
変圧器１１の容器１３には、変圧器の本体部１４である鉄心及び巻線が絶縁油または絶縁ガスを封入して収納されている。この容器の外面には、容器１３内で発生した部分放電の音響信号を検出する複数個の超音波センサ１５が設置され、また、容器１３内で発生した部分放電の電流パルスを検出する電流検出器１６が設置されている。
【００１３】
また、変圧器１１の周辺の機器が動作したことを検出する機器動作検出装置１７が設けられている。例えば、変圧器１１がタップ切換変圧器である場合にはタップ切換器の動作信号を検出する機器動作検出器１７が設けられ、変圧器１１の近傍の開閉器の開閉動作を検出する機器動作検出器１７が設けられる。
【００１４】
超音波センサ１５、電流検出器１６及び機器動作検出器１７の検出信号は、部分放電判定装置１２の入力部１８を介してデータ収集部１９に入力される。データ収集部１９は、電流検出器１６が電流パルスを検出したとき超音波センサ１５からの音響信号を収集開始し記録部２０に記録する。容器１３内で部分放電が発生したとすると、部分放電による電流パルスが超音波センサ１５で検出される音響信号より先に検出されるので、電流検出器１６が電流パルスを検出してから超音波センサ１５からの音響信号を収集開始するようにしている。これは、電流パルスは光速とほぼ同じ早さで容器１３の外面に伝導しアースに流れるが、音響信号は容器１３内に充填された絶縁油（絶縁ガス）を伝搬して容器１３の外面に伝わるので、音響信号の検出には時間遅れが発生するためである。
【００１５】
次に、タイマ手段２１は電流検出器１６が電流パルスを検出してから限時動作し、電流パルスを検出してから所定時間経過後に復帰するものであり、タイマ手段２１の計時情報（動作中情報）は判定手段２２に入力される。そして、判定手段２２は、タイマ手段２１の動作時間中に収集した超音波センサ１５からの音響信号を記録部２１から入力し、その音響信号に基づいて電気機器の部分放電部位を判定する。これは、超音波センサ１５が検出する音響信号には、ノイズによる音響信号も含まれているので、部分放電以外の要因で超音波センサ１５が検出した音響信号を除外するためである。
【００１６】
判定手段２２で判定された電気機器の部分放電部位は、記録部２０に記録されるとともに、必要に応じて出力部２３を介して表示装置２４に表示出力されプリンタ２５にプリント出力される。この場合、判定結果である電気機器の部分放電部位だけでなく、記録部２０に記録された音響信号データも併せて出力される。機器動作検出装置１７の動作情報が記録されている場合にはその動作情報も併せて出力される。また、必要に応じて、あるいは上位システム２６からの要求に応じて、通信装置２７を介して記録部２０に記録されたデータを上位システム２６に送信する。
【００１７】
図２は変圧器１１の容器１３内に収納された本体部１４の断面図である。図２では４個の超音波センサ１５ａ〜１５ｄが容器１３の外面に設置された場合を示している。容器１３内には絶縁油（絶縁ガス）２８が充填され、鉄心２９にコイル３０が巻き付けられた本体部１４が収納されている。部分放電は本体部１４のいずれかの部位で発生することになる。本体部１４のいずれかの部位で発生した部分放電は、放電部位から本体部１４、絶縁油（絶縁ガス）２８、容器１３を経由し、超音波センサ１５ａ〜１５ｄに伝搬する。
【００１８】
いま、本体部１４の部位Ａ１で部分放電が発生したとする。この場合、電流パルスは容器１３に設けられたアース線を通り放電され電流検出器１６で検出される。一方、音響信号は、絶縁油（絶縁ガス）２８、本体部１４及び容器１３を伝搬し、各々の超音波センサ１５ａ〜１５ｄに伝搬する。従って、部分放電部位Ａ１から超音波センサ１５ａ〜１５ｄまでの距離が最も近い超音波センサ１５ａが最初に音響信号を検出することになる。以下、同様に、部分放電部位Ａ１に近い順の超音波センサ１５ｂ、１５ｄ、１５ｃの順番に音響信号を検出することになる。
【００１９】
各々の超音波センサ１５ａ〜１５ｄは、部分放電部位Ａ１の位置により、検出する音響信号の順序は異なることになるが、最初に音響信号を検出する超音波センサ１５は部分放電位置Ａ１が最も近い超音波センサであり、最後に音響信号を検出する超音波センサ１５は部分放電位置Ａ１から最も遠い超音波センサである。このことから、各々の超音波センサ１５ａ〜１５ｄの設置位置と、想定される部分放電位置Ａ１との関係から、電流パルスが発生してから最初の音響信号が検出されるまでの時間及び最後の音響信号が検出されるまでの時間は、予め設定することができる。
【００２０】
そこで、タイマ手段２１の限時動作の時限は、超音波センサ１５ａ〜１５ｄから本体部１４の最短距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間に余裕値を見込んだ時間とし、タイマ手段２１の限時復帰の時限は、超音波センサ１５ａ〜１５ｄから本体部１４の最長距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間に余裕値を見込んだ時間とする。
【００２１】
なお、音響信号の伝搬速度は伝搬媒質によって異なり、一般に絶縁油より金属の方が伝搬速度が速いので、部分放電部位Ａ１から超音波センサ１５ａ〜１５ｄまでの距離は、部分放電部位Ａ１から超音波センサ１５ａ〜１５ｄが取り付けられた容器１３の内面までの最短距離に近似することができる。
【００２２】
図３は各々の超音波センサ１５ａ〜１５ｄで検出された音響信号Ｓ１〜Ｓ４の一例を示す波形図である。この一例では、各々の超音波センサ１５ａ〜１５ｄのいずれかから本体部１４の最短距離の部位で部分放電が発生した場合を示している。いま時点ｔ１で電流パルスが検出されたとする。そうすると、タイマ手段２１は限時動作の時限をカウント開始し時点ｔ２で限時動作する。時点ｔ１〜ｔ２の時限Ｔ１は、各々の超音波センサ１５ａ〜１５ｄのいずれかから本体部１４の最短距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間Ｔ２に余裕値ΔＴ２を見込んだ時間である。従って、時限Ｔ１の間においては、部分放電による音響信号は発生しない時間領域である。
【００２３】
そして、時点ｔ３において、部分放電部位に最も近い超音波センサ１５が音響信号Ｓ１を検出し、以下、同様に、部分放電部位Ａ１に近い順の超音波センサ１５の順番に時点ｔ４で音響信号Ｓ２、時点ｔ５で音響信号Ｓ３、時点ｔ６で音響信号Ｓ４を検出することになる。この場合、タイマ手段２１は時点ｔ１から所定の時限Ｔ４後に動作復帰する。つまり、タイマ手段２１は、超音波センサ１５ａ〜１５ｄから本体部１４の最長距離の部位までの距離に対して音響信号が伝搬する時間Ｔ３に余裕値ΔＴ３を見込んだ時間Ｔ４後に復帰することになる。従って、時限Ｔ４の経過後においては、部分放電による音響信号は発生しない時間領域である。
【００２４】
このように、タイマ手段２１の動作時間（ｔ２〜ｔ７：Ｔ０）は、部分放電による音響信号が発生する時間領域を定めるものであり、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０の領域内で発生した音響信号は、部分放電による音響信号と判断することができ、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０以外の領域で発生した音響信号は部分放電による音響信号ではないと判断できる。
【００２５】
図４は各々の超音波センサ１５ａ〜１５ｄで検出された音響信号Ｓ１〜Ｓ４の他の一例を示す波形図であり、図４（ａ）は電流パルスを検出したがタイマ手段２１の動作時間Ｔ０以前に超音波センサが音響信号を検出した場合の一例の波形図、図４（ｂ）は電流パルスを検出したがタイマ手段２１の動作時間Ｔ０経過に超音波センサが音響信号を検出した場合の一例の波形図である。図４（ａ）、図４（ｂ）の場合は、いずれもタイマ手段２１の動作時間Ｔ０以外の領域で発生した音響信号であるので、部分放電発生の電流パルスによる音響信号ではないと判断される。従って、この場合の音響信号は外部ノイズによる音響信号であると判断される。
【００２６】
図５は、部分放電判定装置１２の処理動作を示すフローチャートである。まず、電流検出器１６で電流パルスを検出したか否かを判定し（Ｓ１）、電流パルスが検出されたときは、タイマ手段２１を起動するとともに超音波センサ１５ａ〜１５ｄで検出される音響信号を記録開始する（Ｓ２）。そして、電流パルスを入力してからタイマ手段２１で定まる所定時限Ｔ１を経過し、タイマ手段２１は限時動作したか否かを判定し（Ｓ３）、限時動作したときは、所定時限Ｔ１内に音響信号はあるか否かを判定し（Ｓ４）、音響信号があるときは、その音響信号は外部ノイズと判定する。
【００２７】
次に、電流パルスを入力してからタイマ手段２１で定まる所定時限Ｔ４を経過し、タイマ手段２１は動作復帰したか否かを判定し（Ｓ６）、所定時限Ｔ４を経過し動作復帰したときは、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０中の時間領域に音響信号はあるかどうかを判定し（Ｓ７）、音響信号があるときは、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０中の音響信号に基づいて部分放電部位を判定する（Ｓ８）。
【００２８】
一方、ステップＳ７の判定で、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０中に音響信号がない場合には、外部ノイズであると判定する（Ｓ９）。
【００２９】
このように、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０の時間領域内で発生した音響信号に対して、その音響信号に基づいて部分放電部位を判定するので、外部ノイズによる音響信号についてまで部分放電部位の判定をすることがないので、部分放電位置の判定の精度が向上する。部分放電部位の判定は、電流検出器１６で検出した部分放電によるアースに流れる電流パルスと、超音波センサ１５で検出した音響信号とを入力し、その時間差から部分放電現象の有無を判定する。例えば、特許文献１に示されるように、複数の超音波センサ１５からの音響信号の遅れ時間から判定することになる。通常、超音波センサ１５が１個である場合には部分放電が発生したことが分かる。超音波センサ１５が２個である場合には部分放電が発生したことに加え、部分放電部位の大まかなエリアが分かる。超音波センサ１５が３個である場合には、部分放電エリアを絞り込んだ部分放電部位が分かる。
【００３０】
ここで、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０内の音響信号であっても外部ノイズによる場合がある。例えば、変圧器の周辺の開閉器の開閉動作やタップ切換変圧器のタップ切換器の切換動作、あるいは雷やノイズなどの影響で、超音波センサ１５ａ〜１５ｄが音響信号を検出することがある。そこで、タイマ手段２１の動作時間Ｔ０内の音響信号による部分放電の判定部位の判定結果に対して、機器動作検出装置１７の動作情報がある場合には、その動作情報を部分放電部位の判定結果に付与して記録する。これにより、部分放電部位の判定結果をより精度よく解析できることになる。
【００３１】
本発明の実施の形態によれば、部分放電によるアースに流れる電流パルスを検出する電流検出器１６及び部分放電による音響信号を検出する超音波センサ１５を設け、電流パルスを検出したときに超音波センサ１５からの音響信号を収集開始するとともに、タイマ手段２１で定めた動作時間Ｔ０中に収集した音響信号に基づいて変圧器の本体部１４の部分放電部位を判定するので、明らかなノイズの影響による音響信号を除去して、部分放電による音響信号に基づいて電気機器の部分放電を標定できる。
【００３２】
また、タイマ手段２１で定めた動作時間Ｔ０中に収集した音響信号が、外部ノイズ発生源の機器動作検出装置１７が動作したときの音響信号であるときは、その音響信号に基づいて判定した部分放電部位の判定結果に対して、機器動作検出装置１７の動作情報を付与するので、容器１３内の部分放電以外の要因による部分放電判定との誤判定を抑制できる。
【００３３】
また、タイマ手段２２で定めた動作時間Ｔ０は、電流パルスをトリガとして超音波センサ１５が部分放電による音響信号を検出可能な範囲の時間に設定されるので、部分放電の判定を行う音響信号には、部分放電による音響信号を確実に含んだものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係わる電気機器の部分放電判定装置の構成図。
【図２】本発明の実施の形態における電気機器である変圧器の容器内に収納された本体部の断面図。
【図３】本発明の実施の形態における各々の超音波センサで検出された音響信号の一例を示す波形図。
【図４】本発明の実施の形態における各々の超音波センサで検出された音響信号の他の一例を示す波形図。
【図５】本発明の実施の形態に係わる電気機器の部分放電判定装置の処理動作を示すフローチャート。
【符号の説明】
【００３５】
１１…変圧器、１２…部分放電判定装置、１３…容器、１４…本体部、１５…超音波センサ、１６…電流検出器、１７…機器動作検出装置、１８…入力部、１９…データ収集部、２０…記録部、２１…タイマ手段、２２…判定手段、２３…出力部、２４…表示装置、２５…プリンタ、２６…上位システム、２７…通信装置、２８…絶縁油（絶縁ガス）、２９…鉄心、３０…コイル
【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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