(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分放電検出用アンテナと、
ノイズ検出用アンテナと、
前記部分放電検出用アンテナと前記ノイズ検出用アンテナの検出信号から複数の周波数ポイントにおける信号を取り出す手段と、
前記各周波数ポイントごとに、前記ノイズ検出用アンテナの検出信号に基づいて、前記部分放電検出用アンテナの検出信号からノイズの影響を排除する手段と、前記ノイズの影響が排除された部分放電検出用アンテナの検出信号に基づいて部分放電の有無を判定する手段と、
前記ノイズ検出用アンテナが検出した信号レベルが所定値を超えたとき、そのときの部分放電の判定を無効とする手段と
を具備し、
前記ノイズの影響を排除する手段は、前記ノイズ検出用アンテナの出力信号値が、ある周波数ポイントで所定レベルを超えたとき、その周波数ポイントにおける部分放電検出用アンテナの出力信号を小さいレベルの値に置換することにより、ノイズの影響を排除することを特徴とする電気機器絶縁監視装置。
【請求項２】
部分放電検出用アンテナと、
ノイズ検出用アンテナと、
前記部分放電検出用アンテナと前記ノイズ検出用アンテナの検出信号から複数の周波数ポイントにおける信号を取り出す手段と、
前記各周波数ポイントごとに、前記ノイズ検出用アンテナの検出信号に基づいて、前記部分放電検出用アンテナの検出信号からノイズの影響を排除する手段と、前記ノイズの影響が排除された部分放電検出用アンテナの検出信号に基づいて部分放電の有無を判定する手段と、
前記ノイズ検出用アンテナが検出した信号レベルが所定値を超えたとき、そのときの部分放電の判定を無効とする手段と
を具備し、
前記ノイズの影響を排除する手段は、前記部分放電検出用アンテナと前記ノイズ検出用アンテナの出力を比較することによりノイズの有無を判定し、ノイズがあると判定したときは、その周波数ポイントにおける部分放電検出用アンテナの出力信号を小さいレベルの値に置換することにより、ノイズの影響を排除することを特徴とする電気機器絶縁監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気機器の絶縁性能を監視する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガス絶縁開閉装置などの電気機器において何らかの原因で絶縁性能が劣化すると、アーク閃絡事故に至る前に予兆現象として部分放電が発生することが知られている。電気機器絶縁監視装置は、この部分放電を軽微な段階で検出し、それにより電気機器におけるアーク閃絡事故を未然に防止しようとするものである。
【０００３】
電気機器内に生じた部分放電により発生する電磁波を検出する部分放電検出用アンテナ（以下、「部分放電アンテナ」という。）が配置される。この部分放電アンテナは、部分放電による電磁波だけでなく、放送波などのノイズも検出する。このノイズの影響を排除するため、ノイズ検出用アンテナ（以下、「ノイズアンテナ」という。）が配置される。
【０００４】
両アンテナの出力信号は、チューニングアンプに入力される。チューニングアンプでは、ある周波数範囲内で複数の周波数ポイントを設定し、各周波数ポイントごとにアンテナの出力を検波、増幅する。
図５に、チューニングアンプの出力における各周波数ポイントごとの信号レベルを示す。（ａ）は部分放電アンテナが検出した信号レベルを示し、（ｂ）はノイズアンテナが検出した信号レベルを示す。なお、ＲBGN は、実際にはノイズがない状態でも回路上に発生するバックグラウンドノイズレベルを示す。
【０００５】
（ｂ）のノイズアンテナの信号レベルＲB(i)がノイズ判定しきい値Ｒnoise を超えた場合、その周波数ポイントにはノイズが存在していることとなる。したがって、この周波数ポイントでは部分放電アンテナもノイズを検出しているから、その信号は部分放電の判定には使用できない。従来の絶縁監視装置では、このノイズが存在する周波数ポイントの部分放電アンテナの出力信号を無効として、部分放電の判定には使用しない。図５（ａ）では、無効とするデータに×印を付け、残りの有効なデータに○印を付けている。監視装置では、この有効なデータのみを使用して、部分放電の有無を判定する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この方法では、ノイズを部分放電による電磁波と誤認することがなくなるが、部分放電の有無の判定に使用する有効データが少ない場合、有効データに含まれるエラーの影響が大きくなり、誤判定を招くことがある。例えば、図６（ｂ）に示すように、殆どの周波数ポイントでノイズを検出して、（ａ）に示すように、有効なデータ（○印をつけたもの）が１つのみとなった場合、このデータがエラーを含んでいると誤判定が生じる。また、有効データが２以上あったとしても、エラーによる影響は判定結果に大きな影響を及ぼす。
【０００７】
このデータに含まれるエラーの例としては、例えば次のものがある。部分放電アンテナとノイズアンテナのｆ特性は全く同一ではないため、ある周波数ポイントで部分放電アンテナがノイズを検出しても、ノイズアンテナがノイズを検出しないことがある。この場合、本来は、その周波数ポイントのデータは無効にしなければならない。しかし、従来の監視装置においては、ノイズアンテナがその周波数ポイントでノイズを検出していないのであるから、このようなエラーを含むデータを無効にすることはできない。
【０００８】
したがって、従来の監視装置においては、ノイズの影響を受けていない有効データの数が極端に少なくなると、エラーの影響が顕在化して、誤判定をすることがあった。
本発明は、電気機器に発生する部分放電をアンテナにより検出して絶縁性能を監視する装置において、誤判定を少なくすることを目的とするものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するためになされたものである。
本発明の第１の態様においては、部分放電アンテナと、ノイズアンテナと、部分放電アンテナとノイズアンテナの検出信号から複数の周波数ポイントにおける信号を取り出す手段と、各周波数ポイントごとに、ノイズアンテナの検出信号に基づいて、部分放電アンテナの検出信号からノイズの影響を排除する手段と、ノイズの影響が排除された部分放電アンテナの検出信号に基づいて部分放電の有無を判定する手段と、ノイズアンテナが検出した信号レベルが所定値を超えたとき、そのときの部分放電の判定を無効とする手段とから電気機器絶縁監視装置を構成する。
【００１０】
ノイズアンテナが過大なレベルのノイズを検出した場合、アンプが発振を起こすことがある。このようにノイズアンテナが検出した信号レベルが所定値を超えたとき、アンプが発振を起こしている可能性があるので、本発明の第１の態様においては、部分放電の有無の判定を中止する。これにより、判定部における誤判定を防止する。
【００１１】
本発明の第２の態様においては、前記ノイズの影響を排除する手段は、ノイズアンテナの出力信号値が、ある周波数ポイントで所定レベルを超えたときノイズがあると判断し、その周波数ポイントにおける部分放電アンテナの出力信号を小さいレベルの値に置換する。部分放電の有無の判定は、この置換したデータとその他の有効データを使用して行う。
【００１２】
これにより、部分放電発生の判定をするとき、母集団の数を一定とすることができる。したがって、有効データの数が少なくなり、有効データだけで部分放電の発生の判定をするとエラーの影響が大きくなるような状態になったとしても、母集団の数を一定に保つことにより、エラーの影響を低減することができる。
本発明の第３の態様においては、前記ノイズの影響を排除する手段は、部分放電アンテナとノイズアンテナの出力を比較することによりノイズの有無を判定し、ノイズがあると判定したときは、その周波数ポイントにおける部分放電検出用アンテナの出力信号を小さいレベルの値に置換することにより、ノイズの影響を排除する。
【００１３】
部分放電アンテナとノイズ検出用アンテナとは、その周波数特性が完全には一致しない。そのため、部分放電アンテナがノイズを検出しても、ノイズ検出用アンテナがノイズを検出しないこともある。このときに、部分放電アンテナのノイズによる検出信号を部分放電による信号と誤認しないため、部分放電アンテナの検出信号とノイズ検出用アンテナの検出信号とを比較し、その差が小さいときなどは、その周波数ポイントにノイズが存在すると判定し、部分放電アンテナの出力信号を小さいレベルの値に置換する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施形態について、図を用いて説明する。
図１は電気機器絶縁監視装置の構成を示す。
電気機器１内に生じた部分放電２により発生する電磁波を検出できる位置に、部分放電アンテナ（部分放電検出用アンテナ）３が配置される。この部分放電アンテナ３は、部分放電による電磁波だけでなく、放送波などのノイズも検出する。このノイズの影響を排除するため、部分放電アンテナ３の近辺で、かつ部分放電２による電磁波の影響がない場所にノイズアンテナ（ノイズ検出用アンテナ）４が配置される。両アンテナ３，４の出力信号は判定部５に入力される。
【００１５】
判定部５では、両アンテナ３，４の出力信号は切換スイッチ６の入力端子に接続される。この切換スイッチ６により選択された信号はチューニングアンプ７に入力される。チューニングアンプ７では、複数の周波数ポイントごとに、アンテナ３，４の出力信号を検波し、増幅をする。チューニングアンプ７の出力信号は、Ａ／Ｄ変換器８によりディジタル信号に変換されてＣＰＵ９に入力される。ＣＰＵ９は、入力された信号に基づいて、後述の手法により、電気機器１に部分放電２が発生したか否かを判定する。また、ＣＰＵ９は、切換スイッチ６の切り換え制御と、チューニングアンプ７のチューニング周波数の選択制御を行う。
【００１６】
次に、図１の装置の動作について、図２及び図３のフローチャートを用いて説明する。
ステップＳ１１で、切換スイッチ６を部分放電アンテナ３側に切り換え、ステップＳ１２で、チューニングアンプ７に設定された複数の周波数ポイントごとにアンテナの出力を検波し、その信号レベルＲA を記憶する。ここで、周波数ポイントの設定方法について説明すると、部分放電により発生する電磁波が含む周波数範囲を設定し、これをｎ等分し、ｎ＋１の数の周波数ポイントを設定する。なお、説明の都合上、各周波数ポイントに番号ｉを付けることとする。例えば、１００ＭＨｚ〜１０００ＭＨｚ間を等間隔に１００等分するとｎ＝１００、ｎ＋１＝１０１となり、各周波数ポイントは、１００ＭＨｚ（ｉ＝１），１０９ＭＨｚ（ｉ＝２），１１８ＭＨｚ（ｉ＝３）……９９１ＭＨｚ（ｉ＝ｎ），１０００ＭＨｚ（ｉ＝ｎ＋１）となる。
【００１７】
ステップＳ１３で、切換スイッチ６をノイズアンテナ４側に切り換え、ステップＳ１４で、チューニングアンプ７に設定された複数の周波数ポイントごとにアンテナの出力を検波し、その信号レベルＲB を記憶する。
以上のステップＳ１１からステップＳ１４までの処理により、各アンテナ３，４からのデータの収集が終了する。このようにして得られたデータを周波数ポイントの順番に並べたものが、図４に示される。（ａ）は部分放電アンテナ３から得たデータ、（ｂ）はノイズアンテナ４から得たデータが示されている。ここで、ｉ番目の周波数ポイントにおける、部分放電アンテナ３の信号レベルをＲA(i)とし、ノイズアンテナ４の信号レベルをＲB(i)とする。なお、図において、レベルＲnoise は、ノイズ判定用レベルを示し、ＲBGN はバックグラウンドノイズレベルを示す。
【００１８】
ステップＳ１５でアンプ異常判定を行う。チューニングアンプ７は、過大レベルの信号が入力されると発振を起こすことがある。特に、広帯域のアンプほど発振を起こしやすい。このようにチューニングアンプ７が発振を起こした状態で得られたデータを判定に用いることは適切でない。したがって、ノイズアンテナ４の各周波数ポイントにおける信号レベルの平均値Σi=1 i=n+1 ＲB(i)／（ｎ＋１）を求める。また、アンプ発振のときの最小入力信号レベルにマージンを加えたしきい値ＲBRを用意し、前記ノイズアンテナの出力信号レベルの平均値Ｒがしきい値ＲBRを超えたとき、アンプ発振が発生したと判定する。アンプ発振が発生したと判定したときは、ステップＳ１１へ戻り、再度、データの収集を行う。アンプ発振が発生してないと判定したときは、ステップＳ１６を経由してステップＳ１７へ進む。
【００１９】
ステップＳ１７では、ノイズアンテナ４がノイズを検出した周波数ポイントでの部分放電アンテナの出力信号の置換を行う。通常、ノイズアンテナ４が検出した信号は、全てノイズとみなすことができる。したがって、各周波数ポイントｉにおいて、ノイズアンテナ４の信号ＲB(i)がノイズとみなせるレベルＲnoise を超えると、ステップＳ１８で、その周波数ポイントｉにおける部分放電アンテナ３の出力信号ＲA(i)をバックグラウンドノイズレベルＲBGN に置き換える。また、レベルＲnoise を超えない場合は、置換は行わずにＲA(i)の値はそのままにしておく。
【００２０】
ステップＳ２０で、ｉ＝ｎ＋１になるまでステップＳ１７からの動作を全ての周波数ポイント（ｉ＝１〜ｎ＋１）で繰り返すと、部分放電アンテナ３の図４（ａ）に示す出力信号は（ｃ）に示すようになる。つまり、（ｂ）でノイズと判定された周波数ポイント（×印の付いた信号があるポイント）における、部分放電アンテナ３の出力は、ＲBGN レベルの信号（●印の付いた信号）に置き換えられる。
【００２１】
データの置換が終了すると、ステップＳ２０からステップＳ２２へ進み、電気機器の絶縁異常異常判定、つまり部分放電の有無の判定の動作に進む。
ステップＳ２２で、図４（ｃ）の置換後のデータを用いて、部分放電アンテナ３のデータの平均値ΣＲA(i)／（ｎ＋１）を求め、この値が所定値ＲC を超えているか否かを判断し、超えていれば、電気機器１に部分放電が発生していると判定し、ステップＳ２３で異常表示を行う。また、超えていなければ部分放電は発生していないと判定して、ステップＳ２４で正常であることを表示し、動作を終了する。
【００２２】
以上説明した動作により、部分放電の有無の判定には、十分な母集団の数が保証される。つまり、全周波数ポイントの数ｎ＋１の信号を用いて判定を行うから、幾つかの有効データにエラーが含まれていたとしても、エラーの影響を低減することができる。
（変形例１）
前述のステップＳ１７では、各周波数ポイントごとに、ノイズアンテナ４がノイズを検出したか否かを判定する。この判定は、ノイズアンテナ４の信号ＲB(i)とノイズとみなせるレベルＲnoise との比較によって行っている。このノイズ検出の判定の変形例を以下に説明する。
【００２３】
本例は、ノイズアンテナ４の出力信号ＲB(i)がノイズレベルＲnoise を超えない場合であっても、部分放電アンテナ３の出力信号ＲA(i)とノイズアンテナ４の出力信号ＲB(i)の値が近いときには、その周波数ポイントにノイズがあると判断して、ＲA(i)をバックグラウンドノイズレベルＲBGN に置き換える。
本例では、ステップＳ１７において、ＲA(i)＞ＲB(i)＋Ｋ（ＲA(i)−ＲBGN ）＋ＲO の比較を行う。ここで、Ｋは、ＲA とのマージンレシオで、部分放電アンテナ３の信号レベルが大きい程、ノイズアンテナ４の信号と比較するときのマージンを大きくするもので、信号レベルが大きい程、確実にＲBGN に置換できるようにするものである。このＫの値は、ノイズアンテナ４が部分放電による電磁波を検出する状況にある場合には、部分放電の影響をノイズと誤判定しないように、小さい値に設定する。また、ＲO はオフセット値で、これをプラスの値にとると、全ての部分放電アンテナ３の出力信号ＲA(i)はＲBGN に置換される。
【００２４】
そして、上記比較の結果が肯定であればノイズが発生していると判定してステップＳ１８へ進み、否定であればステップＳ１９へ進む。
（変形例２）
次に、ステップＳ２２の部分放電の判定の変形例について説明する。
前述の例では、部分放電アンテナのデータＲA(i)の全ての平均値をとっている。本例では、部分放電アンテナのデータＲA(i)の内、値の大きい方からｎU 点のデータと、値の小さい方からｎB 点のデータを無効とする。そして、残りの（ｎ−ｎU −ｎB ）点の数のデータから平均値ΣＲA(i)／（ｎ−ｎU −ｎB ）を求め、この値が所定値ＲC を超えているか否かを判断し、超えていれば、電気機器１に部分放電が発生していると判定してステップＳ２３へ進み、超えていなければ、部分放電は発生していないと判定してステップＳ２４へ進む。
【００２５】
（変形例３）
また、前述の例では、ステップＳ２２で部分放電ありと判定すると、直ちにステップＳ２３で異常表示を行っている。これに対し、ステップＳ１１からステップＳ２２までの動作を繰り返し、所定回数ｍ回の測定で連続して部分放電ありと判定された場合のみ異常表示を行い、ｍ回連続して部分放電ありと判定される前に、部分放電なしの判定がされた場合は、正常表示を行うようにすることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によれば、電気機器に発生する部分放電をアンテナにより検出して絶縁性能を監視する装置において、誤判定を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電気機器絶縁監視装置の回路構成の例を示す図。
【図２】図１の装置の動作を説明するフローチャート（その１）。
【図３】図１の装置の動作を説明するフローチャート（その２）。
【図４】図１の装置における動作原理を説明する図。
【図５】従来の電気機器絶縁回路装置の動作原理を説明する図（その１）。
【図６】従来の電気機器絶縁回路装置の動作原理を説明する図（その２）。
【符号の説明】
１…電気機器
２…部分放電
３…部分放電アンテナ
４…ノイズアンテナ
５…判定装置
６…切換スイッチ
７…チューニングアンプ
８…Ａ／Ｄ変換器
９…ＣＰＵ
【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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