(57)【要約】【課題】電力器機の部分放電位置検出システム及び放電位置検出方法を提供する。【解決手段】本発明によると、部分放電センサが電磁波部分放電信号を感知し、感知された信号の波形は波形測定装置により測定される。前記波形を変換して伝送モード別信号を分離し、伝送モード別到着時間及び周波数を利用して前記部分放電センサから部分放電位置までの距離を計算する。【選択図】図３
2010531454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波部分放電信号を感知する部分放電センサと、
前記部分放電センサで感知された信号の波形を測定する波形測定装置と、
前記波形を変換して伝送モード別信号を分離する変換モジュールと、
伝送モード別到着時間と周波数とを利用して前記部分放電センサから部分放電位置までの距離を計算する演算モジュールとを含むことを特徴とする部分放電位置検出システム。
【請求項２】
前記変換モジュールは、時間と周波数とを同時に分析することができるアルゴリズムを内蔵することを特徴とする請求項１に記載の部分放電位置検出システム。
【請求項３】
前記アルゴリズムは、短区間フューリエ変換アルゴリズム、またはウェーブレット変換アルゴリズムであることを特徴とする請求項２に記載の部分放電位置検出システム。
【請求項４】
前記演算モジュールは、伝送モード別周波数から群速度を計算し、２つの伝送モードの群速度及び２つの伝送モード間のセンサに到着する時間の差を利用し、前記部分放電センサから前記部分放電位置までの距離を計算することを特徴とする請求項１に記載の部分放電位置検出システム。
【請求項５】
部分放電信号の波形を測定する段階と、
前記測定された波形を変換して伝送モード別信号を分離する段階と、
前記周波数を利用して伝送モード別群速度を計算する段階と、
２つの伝送モードの群速度及び２つの伝送モード間の到着時間の差を利用して部分放電位置を計算する段階とを含むことを特徴とする部分放電位置検出方法。
【請求項６】
前記信号を分離する段階は、時間及び周波数を同時に分析する技法を適用して前記伝送モード別信号を分離することを特徴とする請求項５に記載の部分放電位置検出方法。
【請求項７】
前記技法は、短区間フューリエ変換、またはウェーブレット変換であることを特徴とする請求項６に記載の部分放電位置検出方法。
【請求項８】
前記群速度ｖｇの算式は下記の数１式であることを特徴とする請求項５に記載の電位置検出方法。
【数１】
2010531454.tif 000006
ここで、Ｃは光束、ｆｃは伝送モードの遮断周波数、ｆは該当の伝送モードの到着時点の周波数である。
【請求項９】
前記部分放電位置を計算する段階は、
第１伝送モード及び第２伝送モードを選択する段階と、
第１伝送モード及び第２伝送モード間の到着時間の差を計算する段階と、
前記到着時間の差と前記第１伝送モード及び前記第２伝送モードのセンサに到着時の群速度を下記の数３式に代入し、前記部分放電センサから前記部分放電位置の距離を計算する段階とを含むことを特徴とする請求項８に記載の部分放電位置検出方法。
【数３】
2010531454.tif 000007
ここで、Ｌは部分放電位置までの距離、Ｖｇ１及びＶｇ２は各々第１伝送モード及び第２伝送モードの群速度、△ｔは前記到着時間の差である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力器機監視システム及び監視方法に係り、より具体的には、電力器機の部分放電位置検出システム及び部分放電位置検出方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力器機で部分放電を起こす放電源の大きさが大部分非常に小さくて、部分放電の位置を正確に把握し難くし、且つ放電源を見つけて除去するのが難しい。したがって、部分放電の位置を推正する技術は、電力器機の故障を予防するのにあって非常に重要な技術である。
【０００３】
部分放電位置を推正する技術は、大きく放電によって発生した電磁波放電信号の伝播による減衰を利用する方法と、電磁波放電信号が部分放電センサに到逹する時間差を利用する方法で区分することができる。
【０００４】
図１は、電磁波放電信号の減衰を利用する従来の部分放電位置推定技術を説明するための図である。
【０００５】
図１を参照すると、電力器機のうち、ガス絶縁母線（Ｇａｓ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｂｕｓ;ＧＩＢ）を例えば、ガス絶縁母線１０は、中央導体１２と絶縁され、これを囲む外箱１４で構成される。ガス絶縁母線１０で部分放電信号を感知するために、複数個の部分放電センサ１６が前記ガス絶縁母線１０に設置される。
【０００６】
ガス絶縁母線１０で部分放電が発生すれば、部分放電位置ＤＰに近く設置された部分放電センサには強い信号が感知され、部分放電位置ＤＰから遠く離れた部分放電センサには相対的に弱い信号が感知される。部分放電位置ＤＰは複数個の部分放電センサで感知された部分放電信号を位置−信号の強さグラフとして示し、補間法で近似して推正することができる。
【０００７】
図２は、電磁波放電信号が部分放電センサに到逹する時間差を利用する従来の部分放電位置推定技術を説明するための図である。
【０００８】
図２を参照すると、時間差を利用する部分放電位置推定技術は、電力器機に２つの部分放電センサ２６、２８を設置して放電位置を推正する。第１部分放電センサ２６と第２部分放電センサ２８は所定の間隔Ｄｔを置いて電力器機に設置される。部分放電が発生すれば、第１部分放電センサ２６と第２部分放電センサ２８は放電信号を感知し、計測器２３は放電信号が部分放電センサに到着した時間を計測する。放電信号の到着時間は放電センサと放電位置の距離によって変わるので、放電信号が到着する時間を利用して第１部分放電センサ２６と放電位置との間の距離Ｄ１と第２部分放電センサ２８と放電位置との間の距離Ｄ２とを計算することができる。
【０００９】
上述のように、従来の部分放電位置推定技術は、電力器機に設置された複数の部分放電センサが必要である。従来技術では、弱い放電信号を検出するためには電力器機に設置された部分放電センサの間隔を狭めなければならないが、電力器機が複雑な構造を有する場合には、部分放電センサを十分に狭い間隔で設置し難い。
【００１０】
また、部分放電センサの間隔が広ければ、多数の部分放電センサと計測器とを結線し難く、且つ部分放電センサが感知した信号が計測器に伝達される間、減衰または変形されて放電位置の信頼度が低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の課題は、１つの部分放電センサを利用して部分放電位置を検出する検出システム及び部分放電位置検出方法を提供することにある。
【００１２】
本発明の他の課題は、１つの部分放電センサを利用して部分放電位置検出の正確度が向上した検出システム及び部分放電位置検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述の課題を達成するために、本発明は、電磁波部分放電信号の伝送モード別群速度の差を利用する部分放電位置検出システムを提供する。
【００１４】
この検出システムは、電磁波部分放電信号を感知する部分放電センサと、前記部分放電センサで感知された信号の波形を測定する波形測定装置と、前記波形を変換して伝送モード別信号を分離する変換モジュールと、伝送モード別到着時間及び放電信号モード別到着時の周波数を利用して前記部分放電センサから部分放電位置までの距離を計算する演算モジュールとを含む。
【００１５】
前記変換モジュールは、周波数及び時間に対する解像度が高い変換アルゴリズムを内蔵することができる。例えば、短区間フューリエ変換（Ｓｈｏｒｔ  Ｔｅｒｍ  Ｆｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ;ＳＴＦＴ）アルゴリズム、またはウェーブレット変換（ｗａｖｅｌｅｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）アルゴリズムを前記変換モジュールに内蔵することができる。
【００１６】
前記演算モジュールは、変換された伝送モード別信号の到着時間及び到着時の周波数から伝送モードの群速度を計算し、伝送モード別到着時間の差と群速度とを利用して放電位置を計算する。
【００１７】
上述の課題を達成するために、本発明は、伝送モード別群速度の差を利用する部分放電位置検出方法を提供する。
【００１８】
この方法は、部分放電信号の波形を測定する段階と、前記測定された波形を変換して伝送モード別信号を分離する段階と、モード別信号到着時の周波数を利用して伝送モード別群速度を計算する段階と、２つの伝送モードの群速度及び２つの伝送モード間の到達時間の差を利用して部分放電位置を計算する段階とを含む。
【００１９】
伝送モード別信号を分離する段階において、時間及び周波数解像度が高い変換技法が適用されることができる。このような変換技法は、多様に紹介されるか、または公知されている。例えば、短区間フューリエ変換、またはウェーブレット変換を本発明に適用することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によると、１つの部分放電センサで感知された部分放電信号を伝送モード別で分離し、伝送モード別到着時間及び群速度の差を利用して部分放電センサから部分放電位置までの距離を測定することができる。
【００２１】
本発明は、複数の部分放電センサで感知された部分放電信号を比較する従来の部分放電位置検出方法に比べて、さらに向上した信頼度で部分放電位置を検出することができる。
【００２２】
したがって、電力器機に設置するセンサの数を減らして費用を節減することができ、電力器機で部分放電位置を点検して補修することによって、電力器機の故障を予め防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】従来技術に係る部分放電位置検出方法を説明するための図である。
【図２】従来技術に係る部分放電位置検出方法を説明するための図である。
【図３】本発明の望ましい実施形態に係る部分放電位置検出方法を説明するための図である。
【図４】本発明の望ましい実施形態に係る部分放電位置検出方法を説明するためのフローチャートである。
【図５】部分放電信号の波形を示したグラフである。
【図６】部分放電信号の到着時間−周波数グラフである。
【図７】本発明の望ましい実施形態に係る部分放電位置検出システムを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。本発明は、ここで説明される実施形態に限定されず、他の形態に具体化されることもできる。むしろ、ここで紹介される実施形態は開示された内容が徹底し、完全になれるように、そして当業者に本発明の思想を十分に伝達するために提供されるものである。
【００２５】
図３は、本発明の望ましい実施形態に係る部分放電位置検出方法を説明するための図である。
【００２６】
本実施形態において、外箱３２と中央導体３４とを含む同軸構造のガス絶縁母線ＧＩＢを例として説明するが、本発明はより複雑な構造のガス絶縁開閉装置（Ｇａｓ  Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｓｗｉｔｃｈｇｅａｒ;ＧＩＳ）、変圧器及び電力用ケーブルなどの多様な電力器機に適用されることができる。
【００２７】
図３を参照すると、電力器機、例えば同軸構造のガス絶縁母線ＧＩＢ内で部分放電が発生すれば、放電発生位置ＤＰで発生された電磁波部分放電信号（ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ｐａｒｔｉａｌ  ｄｉｓｃｈａｒｇｅ  Ｓｉｇｎａｌ）はＴＥＭモードとＴＥ１１、ＴＥ２１、ＴＥ３１、ＴＥ４１モードのような多様な伝送モードが合成された形態で伝播される。
【００２８】
理論的に、ＴＥＭモードを除いた各モードは固有の遮断周波数があり、遮断周波数以上の電磁波信号のみが該当のモードに進行すると知られている。
【００２９】
伝送モードは互いに異なる群速度で伝播されるので、伝送モード別で前記部分放電センサ３６に感知される時間が異なる。したがって、伝送モード別到着時間を利用して前記部分放電センサ３６から前記部分放電位置ＤＰまでの距離Ｌを検出することができる。
【００３０】
電力器機で部分放電が発生すれば、ＴＥＭモードが光速度Ｃで伝播され、前記部分放電センサ３６に最も速く感知され、他の伝送モードが群速度Ｖｇで伝播されて前記部分放電センサ３６に感知される。前記感知された部分放電信号をオシロスコープのような波形測定装置３８で測定して距離Ｌを計算することができる。
【００３１】
図４は、本発明の望ましい実施形態に係る部分放電位置検出方法を説明するためのフローチャートである。
【００３２】
図５は、部分放電信号の波形を示したグラフであり、図６は、部分放電信号の時間−周波数グラフである。
【００３３】
図４、図５、及び図６を参照すると、前記波形測定装置３８を利用して前記部分放電センサ３６で感知された部分放電信号の波形を測定する（Ｓ１段階）。
【００３４】
前記部分放電信号は様々な伝送モードが合成された形態で、図５に示すように、前記波形測定装置３８で測定される。
【００３５】
測定した波形から前記伝送モードの群速度Ｖｇを計算するために、前記部分放電信号の伝送モード別到着時間と周波数とを計算する（Ｓ２段階）。
【００３６】
図５の第１時点５２でＴＥＭモードの信号が最も速く感知される。ＴＥＭモードの信号が感知された後、第２時点５４でＴＥＭモードの次に群速度が速いＴＥ１１モードの信号が感知されてＴＥＭモードと合成される。
【００３７】
前記波形測定装置３８で測定された部分放電信号をモード別到着時間及び周波数を同時に分析することができる技法を用いて変換し、前記伝送モードの到着時間及び周波数をより正確に求めることができる。
【００３８】
本発明の一実施形態において、短区間フューリエ変換（Ｓｈｏｒｔ  Ｔｅｒｍ  Ｆｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ;ＳＴＦＴ）、またはウェーブレット変換（ｗａｖｅｌｅｔ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などの時間及び周波数解像度が高い多様な変換技法を用いることができる。
【００３９】
例えば、短区間フューリエ変換ＳＴＦＴを利用して前記測定された部分放電信号を変換して、図６のような周波数−時間分布を得ることができる。短区間フューリエ変換により前記部分放電信号は伝送モード別で分離された。図６の分布図において、第１時点６２に到達した信号は光束で伝播されるＴＥＭモードであり、第２時点６４に到逹した信号はＴＥＭモードの次に群速度が速いＴＥ１１モードであり、前記第２時点６４での到着信号の周波数６６は６６８ＭＨｚである。
【００４０】
前記伝送モード別到着時間及び周波数を利用して群速度を計算する（Ｓ３段階）。
【００４１】
前記ＴＥＭモードは光速度Ｃで伝播され、前記ＴＥＭモード以外の他の伝送モードの群速度ｖｇは下記の数１式により計算されることができる。
【数１】
2010531454.tif 000003
【００４２】
この式において、ｆｃは各モード別遮断周波数であり、ｆは該当のモード別信号到着時の周波数であり、Ｃは光束である。
【００４３】
前記到着時間差△ｔは下記の数２式として表現されることができる。
【数２】
2010531454.tif 000004
【００４４】
この式において、ｔ１及びｔ２は第１及び第２伝送モードの到着時間であり、ｖｇ１及びｖｇ２は第１及び第２伝送モードの群速度であり、Ｌは部分放電センサと放電信号発生位置の距離である。
【００４５】
前記伝送モードの群速度と２つの伝送モード間の到着時間との差を利用して部分放電位置を計算する（Ｓ４段階）。
【００４６】
数２式から分かるように、２つの伝送モード間の到着時間の差は伝送モードの群速度と距離の式として表現される。前記数２式を利用して前記部分放電センサ３６から前記部分放電位置ＤＰまでの距離Ｌを数３式のように計算することができる。
【数３】
2010531454.tif 000005
【００４７】
本発明によると、１つの部分放電センサで感知される部分放電信号を伝送モード別で分離して、到着時間及びこの時の周波数を測定し、前記測定された到着時間及び周波数を利用して伝送モード別群速度を計算することができる。結果的に、２つの伝送モード間の到着時間の差と群速度とを簡単な数学式に代入することによって、部分放電センサから部分放電位置までの距離を計算することができる。例えば、最も速く到着するＴＭモードと２番目に到着するＴＥ１１モードの到着時間の差及び速度を利用し、部分放電センサから部分放電位置までの距離を計算することができる。
【００４８】
本発明は、１つの部分放電センサでも部分放電位置を検出することができるので、複数の部分放電センサを使わなければならない既存の方法で発生することができる信号の遅延及び変形、そして多重の部分放電センサの設置時に発生することができる問題事項及びこれによる測定範囲の制限などの問題を改善することができる。
【００４９】
図７は、本発明の望ましい実施形態に係る部分放電位置検出システムを示した図である。
【００５０】
図７を参照すると、本発明の一実施形態に係る部分放電位置検出システム７０は、部分放電信号を感知する部分放電センサ７２と、前記部分放電センサ７２で感知された信号の波形を測定する波形測定装置７４と、前記測定された波形を変換して伝送モード別で分離する変換モジュール７５と、前記部分放電センサ７２から部分放電位置までの距離を計算する演算モジュール７６と、算式が貯蔵された貯蔵領域７８とを含む。
【００５１】
前記変換モジュール７５は、様々な伝送モードが合成された部分放電信号を時間解像度及び周波数解像度が高い時間−周波数分布に変換する変換アルゴリズムを内蔵する。例えば、前記変換モジュール７５は短区間フューリエ変換ＳＴＦＴ、またはウェーブレット変換などの多様な変換アルゴリズムを少なくとも１つ内蔵することができる。
【００５２】
前記変換アルゴリズムにより部分放電信号が時間及び周波数によって分離されることができ、伝送モード別で到着時間及び周波数に差があるので、分離された信号は伝送モードに対応する。
【００５３】
前記演算モジュール７６は、前記変換モジュール７５で変換された信号のうちで２つの伝送モードの周波数及び到着時間が入力されて、伝送モードの群速度を計算し、２つの伝送モードの到着時間の差と前記計算された群速度とを利用して部分放電位置から部分放電センサまでの距離を計算する。
【００５４】
本発明の一実施形態において、前記変換モジュール７５及び前記演算モジュール７６はマイクロプロセッサにプログラムされたことであるか、または各々の機能を実行するハードウェアであり得る。したがって、前記変換モジュール７５及び前記演算モジュール７６は固有機能を有する半導体チップや単一チップに実現されることができる。前記貯蔵領域７８はシステムに別途設置されたメモリであるか、または前記変換モジュール７５及び／または演算モジュール７６と結合されたメモリであり得る。
【符号の説明】
【００５５】
３２  外箱
３４  中央導体
３６、７２  部分放電センサ
ＤＰ  部分放電位置
３８、７４  波形測定装置
７０  部分放電位置検出システム
７５  変換モジュール
７６  演算モジュール
７８  貯蔵領域
【図１】
2010531454.tif 000008
【図２】
2010531454.tif 000009
【図３】
2010531454.tif 000010
【図４】
2010531454.tif 000011
【図５】
2010531454.tif 000012
【図６】
2010531454.tif 000013
【図７】
2010531454.tif 000014
【国際調査報告】
2010531454.tif 000015
2010531454.tif 000016