(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部分放電センサと、ノイズセンサと、前記各センサと接続される絶縁診断部とを有し、
前記絶縁診断部は、前記各センサによる検出信号を同時にサンプリングし、
少なくとも商用電源の２サイクル分、前記サンプリングにより得た部分放電信号及びノイズ信号をそれぞれ１つの波形データとして取得し、この各波形データの取得を１秒ごとに所定回数繰り返し、
前記所定回数取得した波形データを、前記部分放電信号及び前記ノイズ信号ごとに加算平均した加算平均波形を求め、
前記部分放電信号の加算平均波形と前記ノイズ信号の加算平均波形とを差動演算し、
この差動演算した差動波形から周期性のある突発点を抽出及び集団化させたデータを１サイクルごとに分割し、各サイクルごとのＡＮＤをとることにより、周期性のあるデータエリアと、そのデータエリアと１／４サイクルずれた点を決定し、
前記差動波形における前記データエリア内のデータ値と前記１／４サイクルずれた点の周辺のデータ値とを比較することにより、部分放電が発生しているか否かを判定する、
ことを特徴とする絶縁診断装置。
【請求項２】
部分放電センサと、ノイズセンサと、前記各センサと接続される絶縁診断部とを有し、
前記絶縁診断部は、前記各センサによる検出信号を同時にサンプリングし、
少なくとも商用電源の２サイクル分、前記サンプリングにより得た部分放電信号及びノイズ信号をそれぞれ１つの波形データとして取得し、この各波形データの取得を１秒ごとに所定回数繰り返し、
前記所定回数取得した波形データから、同時系列ごとに代表データを選択してその代表データ群で代表データ波形を求め、
前記部分放電信号の代表データ波形と前記ノイズ信号の代表データ波形とを差動演算し、
この差動演算した差動波形から周期性のある突発点を抽出及び集団化させたデータを１サイクルごとに分割し、各サイクルごとのＡＮＤをとることにより、周期性のあるデータエリアと、そのデータエリアと１／４サイクルずれた点を決定し、
前記差動波形における前記データエリア内のデータ値と前記１／４サイクルずれた点の周辺のデータ値とを比較することにより、部分放電が発生しているか否かを判定する、
ことを特徴とする絶縁診断装置。
【請求項３】
前記部分放電センサ及び前記ノイズセンサは、電磁波センサ、振動センサ、電流センサ、超音波センサの内の１つであり、これら各センサの出力信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器を具備する請求項１又は２に記載の絶縁診断装置。
【請求項４】
前記各センサの検出信号の伝送路が、光ファイバで構成される請求項１〜３のいずれか１項に記載の絶縁診断装置。
【請求項５】
前記各センサと前記診断部との間に、増幅度を調整する自動ゲインコントロール機能を有する増幅器を具備する請求項１〜４のいずれか１項に記載の絶縁診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス遮断器、ガス絶縁開閉装置などの電気機器、又は電力ケーブルの絶縁状態を監視する絶縁診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の絶縁診断装置として、高機能タイプと低機能タイプがある。また、高機能タイプには同期式と非同期式がある。
同期式では、電位検出器又は計器用変圧器などを使用して商用周波の同期信号を得て、部分放電センサにより検出した信号のゲート処理又は同期加算処理を行い、検出信号レベルと予め設定した基準値（通常レベル）と比較して部分放電の有無の判定を行う。あるいは、ノイズ検出用センサを併用して、ノイズ信号についても同様の処理を行い、部分放電信号とノイズ信号とを比較して部分放電の有無の判定を行う。
【０００３】
非同期式では、部分放電センサが検出した電磁波又はその他の高周波信号を周波数スペクトラム分析、フーリエ変換などを行った後に、上記同期式と同様に基準値又はノイズ信号とのレベル比較を行う。
一方、低機能タイプは、最も単純なものでは、部分放電センサが検出した物理量が設定レベルを超えたか否かによって判定する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の高機能タイプの絶縁診断装置は、高度な信号処理を行うため、高価なハードウェア又は処理装置を必要とする。また、部分放電センサは、検出感度を確保するため、微妙な位置関係を保つ構造を必要としている。また、絶縁診断装置が大きくて重くなるので、可搬性に欠けていた。
【０００５】
高機能タイプであっても、予め設定した基準値と比較する方式では、突発的に発生するノイズや環境ノイズ変動による影響により、又は、基準値を測定場所による固有な値に設定する必要があることなどにより、所定の信頼性、検出感度が得られないケースが多かった。
ノイズセンサを併用して比較する方式では、高価なハードウェアが２倍必要になり、システムが複雑になるなどコスト的、大きさ的に問題があった。さらに、測定開始から判定までの時間、或いは測定を開始するまでの準備期間が比較的長かった。
【０００６】
一方、低機能タイプのような単純なものでは、ノイズの影響を避けるため、部分放電センサの検出感度を低く設定するが、それでは、診断のための感度が足りなくなる。また、感度を低くしてもノイズの影響を受けることがあるので、診断結果の信頼性を欠いていた。
本発明は、安価、小型、軽量で、高機能な絶縁診断装置を得ることを目的とするものである。
【０００７】
【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。本発明の絶縁診断装置は、部分放電センサと、ノイズセンサと、前記各センサと接続される絶縁診断部とを有する。
本発明においては、前記絶縁診断部は、前記各センサによる検出信号を同時にサンプリングし、少なくとも商用電源の２サイクル分、前記サンプリングにより得た部分放電信号及びノイズ信号をそれぞれ１つの波形データとして取得し、この各波形データの取得を１秒ごとに所定回数繰り返し、前記所定回数取得した波形データを、前記部分放電信号及び前記ノイズ信号ごとに加算平均した加算平均波形を求め、前記部分放電信号の加算平均波形と前記ノイズ信号の加算平均波形とを差動演算し、この差動演算した差動波形から周期性のある突発点を抽出及び集団化させたデータを１サイクルごとに分割し、各サイクルごとのＡＮＤをとることにより、周期性のあるデータエリアと、そのデータエリアと１／４サイクルずれた点を決定し、前記差動波形における前記データエリア内のデータ値と前記１／４サイクルずれた点の周辺のデータ値とを比較することにより、部分放電が発生しているか否かを判定する。
【０００８】
本発明によれば、外部ノイズの影響を排除するため、部分放電センサとノイズセンサの２つのセンサを採用している。また、非同期ノイズを除去するために同期加算を行う。このとき、同期検出用のセンサ又は信号を用いない構成とするため、１秒ごとに所定回数の波形取得を行う。これは、商用周波を含む周波数は１秒を基準としているため、１秒後の電圧位相は同じ位相位置にあることを利用して同期検出をしている。また１００ｍｓｅｃごとに行なっても同じ動作となる。
【０００９】
部分放電信号とノイズ信号の各加算平均波形を差動処理することで、測定環境による固有ノイズや架線などからの同期ノイズを除去する。
商用周波に対する周期性のあるデータエリアとして、部分放電信号が検出されているエリアが抽出される。そのデータから１／４サイクルずれた点は、仮想ゼロクロス点とされる。データエリアのデータと１／４サイクルずれた点の周辺のデータを比較することで、商用周波の最大値付近とゼロクロス点付近の検出データの比較による判定が行われる。
【００１０】
本発明の絶縁診断装置は、構造、検出方式、データ処理などが比較的単純なため、安価で小型、軽量な装置を構成できる。また、確実なノイズ除去が可能となり、高機能タイプと同等の性能を有することができる。さらに、小型軽量となるため、バッテリ駆動が可能で、可搬性のものとすることができる。
本発明の別の態様においては、波形データから加算平均波形を求めて差動演算する代わりに、波形データから、同時系列ごとに代表データを選択してその代表データ群で代表データ波形を求め、部分放電信号の代表データ波形とノイズ信号の代表データ波形とを差動演算する。
【００１１】
この態様によれば、加算平均をすると実質的に消えてしまうような部分放電信号も検出することができる。例えば、サイクルごとに間欠的に発生するような部分放電は、加算平均をすると加算平均値が小さくなって検出されなくなることがある。これに対して、代表データを選択すれば間欠的に発生する部分放電信号であっても、本来のデータレベルを取得することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の絶縁診断装置について図を用いて説明する。
図１は、本発明を適用した絶縁診断装置の回路構成を示す。
部分放電により発生する物理現象を検出するための部分放電センサ１が設けられる。部分放電センサ１は、電磁波センサ、振動センサ、電流センサ、超音波センサなどが利用できる。以下の説明では、電磁波センサを用いた例を説明する。絶縁診断時には、部分放電センサ１は、ガス遮断器のブッシング取付け部のように、容器内部から漏れ出る電磁波を検出しやすい場所に配置される。部分放電センサ１は、部分放電による電磁波だけでなく、外部ノイズの電磁波も検出してしまう。
【００１３】
部分放電センサ１の検出信号からノイズを除去するために、外部ノイズを検出するノイズセンサ２が設けられる。ノイズセンサ２は、部分放電センサ１と同一構造とすることが好ましい。ノイズセンサ２は、部分放電センサ１と同一環境で、かつ、容器内部から漏れ出る電磁波を検出しにくい場所に配置される。
部分放電センサ１の検出信号及びノイズセンサ２の検出信号は、光変換ができる程度の周波数となるように検波された後、電／光変換器３により光信号に変換され、光ファイバ４を通して絶縁診断装置の装置本体５に入力される。
【００１４】
装置本体５は、入力回路６、Ａ／Ｄ変換器７、ＣＰＵ８から構成される。光ファイバ４により伝送されて来た検出信号は、入力回路６の光／電変換器１１、アナログフィルタ１２、アンプ１３、検波回路１４を通して、Ａ／Ｄ変換器７に入力される。Ａ／Ｄ変換器７によりディジタル信号に変換された検出信号は、ＣＰＵ８に入力される。
【００１５】
アナログフィルタ１２は、各センサ１，２の検出信号から、部分放電に伴う電磁波信号を取り出す。アンプ１３として、出力信号値を適当な値に調整するゲインコントロール機能付きのものが使用されるが、この機能は必須のものではない。本例のように電磁波センサを使用するときは、検出信号のレベル変動がＡ／Ｄ変換器７で検出できる程度に信号波尾を延ばす必要がある。このために検波回路１４が設けられる。
【００１６】
入力回路６は光／電変換器１１を除き各センサ１，２側の電／光変換器３の前段に設けることもできる。この場合、入力回路６とＡ／Ｄ変換器７との間の伝送路が光ファイバ４により構成される。各センサ１，２と装置本体５の間が、電気絶縁物である光ファイバで構成されることにより、信号伝送路に外部ノイズが侵入することを防止し、かつ、装置本体５に高電圧が印加されることが防止される。
【００１７】
以上の説明から明らかなように、部分放電センサ１、ノイズセンサ２、装置本体５からなる絶縁診断装置は、小型、軽量なものとなるので、可搬型とすることも、据え置き型とすることも可能である。
ＣＰＵ８は、部分放電センサ１とノイズセンサ２からの検出信号を処理して部分放電の有無の判定を行う。ここで、ＣＰＵ８が実行する信号処理及び判定動作を説明する。
【００１８】
図２を用いて、商用周波と同期してデータを取得する方法について説明する。図２（Ａ）は、商用周波と部分放電信号との関係を示す。電気機器の部分放電信号は、絶縁劣化、又は異物混入により発生し、商用電圧位相のピーク付近で、各サイクルごとに、或いは間欠的に発生する。
ここで、１秒ごとに波形データの取得を行えば、図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように、波形データのスタート点が商用周波のゼロクロスと一致してもしなくても、各波形データは、１秒ごとに商用電圧位相に対して同じ位置となる。本例では、この性質に着目し、１秒ごとに波形データの取得を行うことにより、同じ電圧位相でのサンプリングデータを得る。これにより、電圧検出器、計器用変圧器などを使用せずに、商用周波と同期したデータを得ることができる。
【００１９】
図３を用いて、波形データから、商用周波と非同期のノイズを除去する処理を説明する。
ＣＰＵ８は、部分放電センサ１とノイズセンサ２の検出信号から同時に高速サンプリングを行い、商用電源のＭサイクル分のデータをディジタル的に１つの波形データとしてそれぞれ取得する。なお、以下の説明においては、Ｍ＝２として説明をする。また、このＭの値は、２以上であることが必要であるが、厳密に２サイクル分である必要はない。この理由は後述する。図３の左側に、部分放電センサ１による波形データ、右側に、ノイズセンサ２による波形データを示す。
【００２０】
これを１秒ごとにＮ回、部分放電信号及びノイズ信号を同時測定することでＮ個のぞれぞれの波形データ（データ１〜データＮ）を得る。１秒ごとに検出信号を測定することにより、既に説明したように、Ｎ個の波形データは、それぞれ商用電源の電圧位相と同期する。
部分放電信号とノイズ信号のそれぞれについて、データ１〜Ｎの加算平均波形を求める。加算平均波形は、図３の最下部に示される。商用周波と同期する波形データについて加算平均を行うことにより、商用周波と同期して発生する部分放電による信号のレベルは変化をしないが、商用周波と非同期の信号のレベルは減少する。したがって、突発的な非同期ノイズは加算平均によりレベルが減少するので、加算平均波形における非同期ノイズの影響が除去される。
【００２１】
図４を用いて、商用周波と同期して発生するノイズを除去する処理を説明する。
架線、その他の機器からのノイズは、商用周波と同期して発生する。部分放電センサ１は、非同期ノイズだけでなく、この同期性ノイズも検出する。図４（Ａ）は、部分放電信号の加算平均データを示し、（Ｂ）は、ノイズ信号の加算平均データを示し、（Ｃ）は、（Ａ）の信号と（Ｂ）の信号を差動演算したデータを示す。この加算平均波形同士を差動演算することで、部分放電信号とノイズ信号のそれぞれが含む、同期性ノイズが除去される。
【００２２】
図５を用いて、部分放電のように、商用周波に対して周期性のあるデータを取得する処理を説明する。
上記の差動演算により、図５（Ａ）に示すように、測定フィールド内において定常的又は瞬時的に発生するノイズ、即ち、同期性ノイズ及び非同期性ノイズを除去した２サイクル分のディジタル波形データが得られる。このディジタル波形データに基づいて、周期性のあるデータエリアを決定する。
【００２３】
（Ａ）のディジタル波形データを、そのサイクル内での突発点を２値化し（図５（Ｂ））、集団化した（図５（Ｃ））後、このディジタル波形データを１サイクルごとに分割し、各サイクルの集団化されたポイントのＡＮＤをとる（図５（Ｄ）。これにより、周期性のあるデータエリア２１が決定される（図５（Ｅ））。
【００２４】
データエリア２１を、周期図５（Ａ）に示す元のデータの時系列データに割り当てる（図５（Ｆ））。部分放電信号を含むデータエリア２１は、商用周波のピーク部分に相当する。データエリア２１の中央が周期ピーク点２２に設定される。この周期ピーク点２２から１／４サイクル周期点２３を算出する。１／４サイクル周期点２３は、商用周波のゼロクロス点に相当する。
【００２５】
データエリア２１内のデータと、１／４サイクル周期点２３（仮想ゼロクロス点）の周辺のデータとのレベル比較を行う。各レベル間の差の値が、所定値を超えたときに、部分放電が発生していると判定する。
図６を用いて、ＣＰＵ８における部分放電の検出アルゴリズムを説明する。
ステップＳ１１で、部分放電信号とノイズ信号のＭサイクル分の連続データの取得を行う。本例ではＭ＝２である。ステップＳ１２で、Ｎ個のデータの取得が済んだか否かが判定される。ここで、否であれば、ステップＳ１３へ進み、割り込みタイマにより、１秒ごとに、ステップＳ１１へ戻る。この１秒ごとにデータを取得することにより各データの周期がとれる（図２参照）。
【００２６】
この結果、部分放電信号とノイズ信号についてＮ個のデータが得られると、ステップＳ１４で、Ｎ個のデータの平均化処理が行われる（図３参照）。
平均化処理が終了すると、ステップＳ１５で、検出感度の制御の必要性がチェックされる。ここで、平均化処理によって得られたデータのレベルが、所定の範囲から外れていた場合には、ステップＳ１６で、アンプ１３（図１参照）の増幅率を制御して、最適なレベルに制御し、ステップＳ１１へ戻る。なお、ステップＳ１５，１６は省略可能である。
【００２７】
ステップＳ１７で、差動演算（図４参照）を行う。ステップＳ１８で、差動波形データから周期点ピーク点の算出と１／４サイクル点の算出を行う（図５参照）。ステップＳ１９で、絶縁異常判定処理を行い、データエリア２３内のデータと、１／４サイクル周期点２５の周辺のデータとのレベル比較を行う。各レベル間の差の値が、所定値を超えたときに、部分放電が発生していると判定する。
【００２８】
以上説明した例においては、波形データから非同期ノイズを除去するために、加算平均を行っている（図３参照）。この場合、例えば、サイクルごとに間欠的に発生するような部分放電は、加算平均をすると加算平均値が小さくなって検出されなくなることがある。これに対して、代表データを選択すれば間欠的に発生した部分放電信号の値を取得することができる。
【００２９】
図７を用いて、代表データを設定して代表波形データを取得する処理を説明する。
図７は、前述の図３に対応する図で、左側に部分放電信号を、右側にノイズ信号を示す。各信号について、Ｎ個の波形データ（データ１〜データＮ）がとられる。
【００３０】
部分放電信号がサイクルごとに間欠している場合、Ｎ個の波形データの加算平均をとるとデータのレベルが低下する。本例では、各波形データのそれぞれの時系列データの中で、最大値を除外して、２番目に大きいレベルのデータを代表データとし、この代表データの群により波形データを作成する（図７の最下部の波形）。なお、代表データは、２番目に大きいレベルのデータだけでなく、３番目以降のデータとすることも可能である。
【００３１】
このように、代表データにより代表波形データを作成することにより、非同期ノイズは、同じ時系列で発生する確立は低いため、各時系列データの中の最大値、さらには２番目に大きいレベルのデータを除外することにより、非同期ノイズを除去することができる。また、部分放電信号が間欠していても、大きなレベルのデータで代表するため、間欠して発生する部分放電を効率良く検出することができる。
【００３２】
図７に示した代表波形データを作成する処理を除くその他の処理は、上述の加算平均をする処理と同様であるので、重複する説明は省略する。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、架線やその他機器からの同期ノイズ、突発的過大ノイズ、連続する非同期ノイズが除去でき、高機能タイプの絶縁診断装置と同様な効果が得られ、確実に部分放電検出を行う。また、装置が簡単な構成となり、小型・軽量・安価な装置構成にできるので、可搬性の装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した絶縁診断装置の回路構成を示す図。
【図２】本発明における同期データを取得する原理を示す図。
【図３】本発明における非同期ノイズを除去する処理を示す図。
【図４】本発明における同期ノイズを除去する処理を示す図。
【図５】本発明における周期性データを取得する処理を示す図。
【図６】図１における絶縁診断部の部分放電検出の処理を示すフローチャート。
【図７】図３の加算平均の代わりに代表波形を使用する例を説明する図。
【符号の説明】
１…部分放電センサ
２…ノイズセンサ
３…電／光変換器
４…光ファイバ
５…装置本体
６…入力回路
７…Ａ／Ｄ変換器
８…ＣＰＵ
１１…光／電変換器
１２…フィルタ
１３…アンプ
１４…検波回路
２１…データエリア
２２…周期ピーク点
２３…１／４サイクル周期点
【図１】
0004132550.tif 000002
【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】
0004132550.tif 000008