(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力ケーブル、付属品あるいは電力ケーブル線路、電力機器等の部分放電を測定して絶縁診断を行う方法であって、
課電電圧の位相信号と部分放電検出器で検出した測定信号から、測定信号の放電電荷量（ｑ）と発生位相角度（φ）と発生頻度（ｎ）を得て、
前記放電電荷量（ｑ）と前記発生位相角度（φ）を複数に分割して複数の要素で表し、各要素の値に発生頻度（ｎ）を割り当てたφ−ｑ−ｎパターンを生成し、部分放電の測定データから時系列順に前記φ−ｑ−ｎパターンを求め、前記複数の要素の変化割合からφ−ｑ−ｎパターンの経時変化量を求め、
部分放電が検出されたとき、上記φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量が所定の値を越えた場合にトリー性放電が発生したと判別し、
上記φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量が所定の値を越えない場合にボイド性放電が発生したと判別する
ことを特徴とする部分放電判定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力ケーブル、その付属品あるいは電力ケーブル線路、電力機器等の部分放電判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
部分放電パルスは電圧位相φと強い相関があり、そのほとんどは、電圧位相φの第１象限（０〜９０°）と第３象限（１８０°〜２７０°）を中心に発生する。この関係を利用して、測定パルスの電荷量ｑと課電位相φと単位頻度ｎからφ−ｑ−ｎパターンを作成し、そのφ−ｑ−ｎパターンを予め部分放電パルスのφ−ｑ−ｎを学習させたニューラルネットワークに入力して部分放電の有無を判断させる方法が知られている（例えば、特開平５−２５６８９５号公報参照）。
【０００３】
図６に、従来技術によるニューラルネットワークによる部分放電判定装置の構成例を示す。
電力ケーブル等の部分放電測定において、測定した信号を部分放電信号かノイズ信号であるかを判定する場合には、測定信号の放電電荷量（ｑ）と課電位相（φ）と単位時間当たりの発生頻度（ｎ）からφ−ｑ−ｎパターンを作成して、このφ−ｑ−ｎパターンを予め部分放電パルスのφ−ｑ−ｎパターンを学習させたニューラルネットワークに入力して部分放電の有無を判断させる方法がある。
【０００４】
図７は上記φ−ｑ−ｎパターンの一例を示す図である。同図に示すように、位相角度および電荷量を複数に分割し、位相φ−電荷量ｑを複数の要素で表し（同図では電荷量ｑを１０分割、位相φを２０分割しており要素数は２００）、各要素の値に発生数ｎ（又は発生頻度）を割り当てる。
ニューラルネットワークとしては、図６に示すように入力層Ｕｉ、中間層Ｕｍ、出力層Ｕｏを持つ３層のものを用いることができ、上記ニューラルネットワークの入力層Ｕｉに部分放電の有無が既知の上記φ−ｑ−ｎパターンを与え、また、出力層Ｕｏにそれに対応した部分放電の有無を与えて予めニューラルネットワークを学習させておく。そして、上記ニューラルネットワークに部分放電の有無が未知のφ−ｑ−ｎパターンを与えることにより、部分放電の有無を判定することができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
電力ケーブル、その付属品等の部分放電測定において放電の発生が確認された場合、放電発生原因によっては絶縁破壊を引き起こすことが考えられるため早急に対処する必要がある。特に電気トリーが進展しているような場合には、比較的短時間で破壊に至ることがあるため、早急に課電停止あるいは系統切断等の対策を行う必要がある。
一方、破壊までには非常に長い時間が掛かる様な放電（例えばボイド性放電等）の場合には、直ぐに破壊に至る危険はないことから余裕を持って課電停止の計画を行うと共に部品手配や改修作業を実施できるため、効率的に作業を進めることができる。
【０００６】
上述したような従来技術による判定方法では、部分放電とノイズの識別が容易であるものの、その部分放電が早急な対処を必要とする電気トリーの進展に伴う放電（例えばトリー性放電等）であるか、直ぐに破壊には至らない放電（例えばボイド性放電等）であるか判断できない問題があり、迅速に適切な対策を取れない。
本発明は上記した事情に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、部分放電がトリー性放電であるか、あるいは、ボイド性放電であるか等の放電状態を的確に判別することができる部分放電判定方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
電力ケーブルとして用いられているＣＶケーブルの場合、絶縁体中の欠陥として考えられているものは異物、ボイド、突起である。導電性異物や半導電性突起は、絶縁体である架橋ポリエチレンよりも誘電率が高いため、その大きさや端部の曲率半径によっては極端に電界が集中する。そのため架橋ポリエチレンの絶縁破壊強度を越える様な場合には、絶縁体の局部破壊を招き、電気トリーが発生すると同時に部分放電も発生することとなる。
【０００８】
トリー性放電とは、電気トリーが絶縁体中を進展するのに伴って発生する放電であるため、放電が生じている部分が一様ではなく、電気トリーの進展と共に刻々と変化している。
そのため、放電信号の発生位相や放電電荷量や発生数は、時間と共に変化しておりバラツキが大きい。特に、放電電荷量の経時変化は、放電開始直後は小さいが徐々に増加していき、破壊直前に最も大きくなる傾向がある。
これに対して、ボイド欠陥の場合は、ボイドの両端にかかる電圧がボイド内の放電電圧より大きい場合に放電が発生する。従って、同じ箇所で同様の放電が発生していることから、放電様相が大きく変化する事はない。放電の発生位相や放電電荷量や発生数は、比較的一様な特性を示す。また、ボイド放電の放電電荷量は、放電開始直後から時間の経過と共にあまり変化しない傾向がある。
以上の様な特徴から、放電電圧の位相信号と部分放電検出器で検出した測定信号から、測定信号の放電電荷量（ｑ）と発生位相角度（φ）と発生頻度（ｎ）を求めてφ−ｑ−ｎパターンを作成し、過去に測定したφ−ｑ−ｎパターンと比較して、φ−ｑ−ｎパターンの変化割合を計算し、その経時変化量が所定を越えた場合にトリー性放電と判定することができる。
また、同様に所定の値を越えない場合をボイド放電と判断することができる。
【０００９】
本発明は上記点に着目し、次のようにしてトリー性放電や、ボイド性放電等の放電状態を判別する。
課電電圧の位相信号と部分放電検出器で検出した測定信号から、測定信号の放電電荷量（ｑ）と発生位相角度（φ）と発生頻度（ｎ）を得て、前記放電電荷量（ｑ）と前記発生位相角度（φ）を複数に分割して複数の要素で表し、各要素の値に発生頻度（ｎ）を割り当てたφ−ｑ−ｎパターンを生成し、部分放電の測定データから時系列順に前記φ−ｑ−ｎパターンを求め、前記複数の要素の変化割合からφ−ｑ−ｎパターンの経時変化量を求め、部分放電が検出されたとき、上記φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量から放電状態を判別する。すなわち、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量が所定の値を越えた場合にトリー性放電が発生したと判別し、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化量が所定の値を越えない場合にボイド性放電が発生したと判別する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に、本発明の実施例の測定系の構成を示す。
本実施例においては、模擬欠陥を設けたＣＶケーブルでトリー性放電およびボイド性放電を発生させて放電判別を実施した。
絶縁厚９ｍｍ導体サイズ２００ｍｍ2 の６６ｋＶＣＶケーブル２に、模擬欠陥部３を設けて部分放電を発生させた。トリー性放電を模擬するため欠陥は、トリーイング針を外部半導体層上から絶縁体中に１ｍｍさし込んで作製した。また、ボイド性放電の欠陥は、予め２ｍｍφのボイド入りポリエチレンシート片を６６ｋＶＣＶケーブルの絶縁体中に埋め込んで作製した。
【００１１】
模擬欠陥部３では金属シースが絶縁されており、この模擬欠陥部３を挟むように箔電極４及び部分放電検出器５を取り付けている。課電は、課電トランス（図示せず）により気中終端接続部１へ印加した。課電ステップは１０ｋＶ／１０分ステップとして、部分放電が発生するまで電圧を昇圧した。
部分放電検出器５で検出した部分放電信号は、課電位相信号９と共に部分放電測定器６へ入力される。部分放電測定器６では検出感度のよい周波数で同調増幅されて、Ａ／Ｄ変換器によりディジタルデータとして測定される。これらのデータは、順次ＣＰＵ７に転送されてφ−ｑ−ｎパターンを演算するとともに、ハードディスクに保存される。ＣＰＵ７はφ−ｑ−ｎパターンの経時変化量から部分放電がトリー性放電であるかボイド性放電であるかを判定し、判定結果が判定表示装置８に表示される。
【００１２】
本実施例においてφ−ｑ−ｎパターンの経時変化量は次の様にして求めた。
図２にφ−ｑ−ｎパターンの概要を示す。同図に示すように、放電電荷量と課電位相をそれぞれｑ，ｐ個に分割し、位相φ−電荷量ｑを複数の要素で表し、各要素の値に発生数を割り当てた。そして、部分放電の測定データを、時系列順にＤ１，Ｄ２，…，Ｄｉ−１, Ｄｉ, Ｄｉ＋１，…, Ｄｎとし、各測定データのφ−ｑ−ｎパターンを求めた。
ここで、データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの各要素（＝発生数）を、Ｘｍｎで表わし、また、データＤｉ−1 のφ−ｑ−ｎパターンの各要素をＹｍｎで表す。但し、ｍ及びｎは下記の値であり、ｑおよびｐは、上記したφ−ｑ−ｎパターンを構成する放電電荷量の分割数、課電位相の分割数である。
ｍ＝１，２，…，ｑ
ｎ＝１，２，…，ｐ
【００１３】
以下に上記φ−ｑ−ｎパターンの経時的変化量の具体的な計算方法を示す。
（１）データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの各要素Ｘｍｎを２乗し、それら値を総計する。この値をＫとする。
Ｋ＝Σ（Ｘｍｎ）2 
（２）データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの各要素Ｘｍｎから、データＤｉ−１のφ−ｑ−ｎパターンの各要素Ｙｍｎを差し引く。
Ｘｍｎ−Ｙｍｎ
（３）計算した差分データの２乗を計算し、それらの値を総計する。この値をＪとする。
Ｊ＝Σ（Ｘｍｎ−Ｙｍｎ）2 
（４）ＪをＫで除算しこの値をＬとする。
Ｌ＝Ｊ／Ｋ
以上のように計算したＬは、データＤｉとデータＤｉ−１間の差分をデータＤｉに対する割合として求めているためパターンの変化割合を示すこととなる。
【００１４】
図３に本実施例における測定結果例を示す。同図（ａ）は測定データＤｉについてのφ−ｑ−ｎパターンの各要素（Ｘｍｎ）、（ｂ）は測定データＤｉ−１についてのφ−ｑ−ｎパターンの各要素（Ｙｍｎ）を示し、本実施例では、放電電荷量の分割数ｑ＝１０、課電位相の分割数ｐ＝２０とした。
図３の（ａ）（ｂ）について上記（１）〜（４）を計算を行うと、Ｋ，Ｊ，Ｌは次のような値になる。
Ｋ＝８５４３，Ｊ＝１４６８，Ｌ＝０．１７
トリー性放電およびボイド性放電について同様な計算を行いＬの値を求めたところ、トリー性放電、ボイド性放電それぞれの場合のＬの値の経時変化は、図４、図５のようになった。
【００１５】
図４は、上記のようにして求めたトリー性放電におけるＬの経時変化（同図の実線）である。なお、図中には放電電荷量（同図の点線）についても示している。
同図に示すように、放電電荷量は発生からすぐに１０ｐＣ以上となり、時間の経過とともに徐々に増加している。その後、電荷量の大きさが変動を繰り返して１００ｐＣを越える放電が発生しはじめ、破壊に至っている。
一方、Ｌの値は、およそ０．５〜２の範囲にあるが、ほとんどは０．５〜１の間で変動している。放電電荷量の変化からも分かるように、放電の発生が一様ではないためφ−ｑ−ｎパターンが変化しており、Ｌが０．５以上の値となっていることを示している。
【００１６】
図５は、上記のようにして求めたボイド性放電におけるＬの経時変化（同図の実線）である。図４と同様、図中には放電電荷量（同図の点線）についても示している。
ボイド性放電の場合、図４と同様に放電電荷量は、発生から１００〜３００ｐＣの放電が発生しているが、時間の経過と共に増加するような傾向ではない。
一方、Ｌの範囲は、ほとんど０．２近傍である。放電電荷量の変化からも分かるように、放電の発生パターンが一様なためにＬの値がほぼ０．２の一定の値となっている。
【００１７】
以上に述べたように、トリー性放電は、電気トリーの進展に伴って発生する放電であるため、放電が生じている部位が一様ではなく、電気トリーの進展と共に刻々と変化している。そのため、放電の発生位相や放電電荷量や発生数は、時間と共に変化しておりバラツキが大きい。従って、トリー性放電のφ−ｑ−ｎパターンの経時変化量Ｌは、０．５以上の値となっている。
それに対してボイド性放電は、ボイド内の気体や外傷等に接している気体に電界が集中し、気体の絶縁破壊強度を越えた場合に発生する放電である。
したがって、同じ箇所で同様の放電が発生していることから、放電様相が大きく変化する事はない。放電の発生位相や放電電化量や発生数は、比較的一様な特性を示すことから、ボイド性放電のφ−ｑ−ｎパターンの経時変化は、ほぼ０．２の一定値となっている。
また、界面での放電は、界面に存在する異物等の欠陥により放電が発生するため、ボイド性放電と同様に同じ箇所で放電が発生しており、トリー性放電の様に刻々と放電様相が変化するわけではない。だが、ボイド性放電の様に非常に安定して放電が発生していないので、界面での放電特有の放電状態を示す。すなわち、経時変化量が一様ではなく、上記所定の値を越えたり越えなかったりする様な場合には、界面での放電と判断することができる。
【００１８】
このように、トリー性放電、ボイド性放電等の放電によってＬの値が明らかに異なっていることから、予め所定のしきい値を設定しておき、計算によって求めたφ−ｑ−ｎパターン経時変化量によりトリー性放電、ボイド性放電等の放電状態を区別することが可能となる。
本来施例は、ＣＶケーブルについて述べているが、ＯＦケーブルや管路気中ケーブルあるいは変圧器や発電機等の電気機器で発生する部分放電を判別する場合にも有効である。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、φ−ｑ−ｎパターンの経時変化に着目し部分放電判定を行っているため、部分放電がトリ一性放電であるか、ボイド性放電であるか等の放電状態を判定することができる。
このため、その後の処置を迅速且つ適切に行うことが出来るようになる。すなわち、トリー性放電であれば短時間で破壊に至る可能性があるため、早急に課電停止あるいは系統切断等の対策を実施することができる。
また、ボイド性放電等であれば破壊までに時間があるために、直ぐに破壊に至る危険はないことから、余裕を持って課電停止の計画を行うと共に部品手配や改修作業を実施でき、効率的に作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の測定系の構成を説明する図である。
【図２】データＤｉのφ−ｑ−ｎパターンの概要を示す図である。
【図３】本実施例におけるφ−ｑ−ｎパターンの測定結果の例を示す図である。
【図４】トリ一性放電におけるＬの経時変化を示す図である。
【図５】ボイド性放電におけるＬの経時変化を示す図である。
【図６】ニューラルネットワークによる部分放電判定装置の構成例を示す図である。
【図７】φ−ｑ−ｎパターンの一例を示す図である。
【符号の説明】
１  気中終端接続部
２  ＣＶケーブル
３  模擬欠陥部
４  箔電極
５  部分放電検出器
６  ＣＰＵ
７  判定表示装置
８  課電位相信号
【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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