(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出するＡＥセンサと、
前記部分放電による漏れ電流を検出するＣＴセンサと、
前記ＡＥセンサとＣＴセンサからの検出結果および当該機器の電源線からの電源信号をそれぞれ計測する計測手段と、
計測結果に包絡線処理を行う包絡線処理機能と、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行うウェーブレット変換処理機能とを有し、ウェーブレット変換した結果から異常診断に有益な情報を抽出する信号処理手段と、
信号処理結果と部分放電の電荷量との相関情報を蓄積する異常診断データベースと、
前記信号処理手段からの信号処理結果により前記異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出する電荷量算出手段と、
ＡＥセンサとＣＴセンサでの検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースと、
前記ＡＥセンサとＣＴセンサでの検出結果により前記放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定する放電部位推定手段とを備えたことを特徴とする高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項２】
高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出する広帯域振動センサと、
前記広帯域振動センサからの検出結果から部分放電の特徴となる周波数帯域を判定する周波数解析手段と、
前記周波数解析手段により得られた部分放電の特徴となる周波数帯域に対して、高い感度特性を有する部分放電検出用ＡＥセンサを選択するセンサ選択手段と、
前記センサ選択手段により選択された部分放電検出用ＡＥセンサからの検出信号および前記広帯域振動センサからの検出信号を計測する計測手段と、
計測結果に包絡線処理を行う包絡線処理機能と、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行うウェーブレット変換処理機能とを有し、ウェーブレット変換した結果から診断に有益な情報を取り出す信号処理手段と、
信号処理結果と部分放電の電荷量の相関情報を蓄積する異常診断データベースと、
前記信号処理手段からの信号処理結果により前記異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出する電荷量算出手段と、
前記広帯域振動センサと前記選択された部分放電検出用ＡＥセンサでの検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースと、
前記広帯域振動センサと複数の前記部分放電検出用ＡＥセンサでの検出結果により前記放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定する放電部位推定手段とを備えたことを特徴とする高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項３】
前記計測手段は、
前記高電圧機器に印加される電源波形と部分放電波形を計測するチャネルを有し、
全てのチャネルを同時に、かつ、計測する周波数帯域に対してサンプリング定理を満たすサンプリング周波数で計測することを特徴とする請求項１又は２記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項４】
前記計測手段は、
前記高電圧機器に印加される電源の波形をパイロット信号とするトリガ機能と、
前記電源の周期の整数倍の周期でデータ計測を行う機能とを備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項５】
前記周波数解析手段は、
高速フーリエ変換機能またはウェーブレット変換処理機能を有することを特徴とする請求項２記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項６】
前記ウェーブレット変換処理機能は、
ウェーブレット変換に用いる複数のマザーウェーブレットを備えたことを特徴とする請求項１，２，５のいずれか１項記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項７】
前記異常診断データベースは、
電荷量測定器で計測した部分放電電荷量の合計値と、ＡＥセンサによる検出結果の実効値の相関曲線を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項８】
前記異常診断データベースは、
電荷量計測器で計測した部分放電の電荷量の合計値と、ＡＥセンサによる検出結果に対してウェーブレット変換したピーク強度との相関曲線を備えたことを特徴とする請求項１，２，７のいずれか１項記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項９】
前記センサ選択手段は、
周波数特性の異なった複数のＡＥセンサ群を備え、前記周波数解析結果から得られる部分放電の特徴となる周波数帯域に対して高い感度を有するＡＥセンサを選択することを特徴とする請求項２記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項１０】
前記電荷量算出手段は、
電源電圧の正位相側の半周期と負位相の半周期についてＡＥセンサからのＡＥ信号の実効値をそれぞれ算出する機能を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項１１】
前記電荷量算出手段は、
前記ＡＥセンサからのＡＥ信号をウェーブレット変換した結果に対して、電源電圧の正位相および負位相に出現する周波数１００Ｈｚ帯でのウェーブレットピークを部分放電成分と決定し、それぞれのピークごとに体積分することでウェーブレットピーク強度を算出することを特徴とする請求項１，２，１０のいずれか１項記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項１２】
前記電荷量算出手段は、
診断対象機種ごとに前記異常診断データベースから異なる電荷量推定用マスターカーブを選択する機能と、評価しきい値を変更する評価しきい値変更機能とを備えたことを特徴とする請求項１，２，１０，１１のいずれか１項記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項１３】
前記放電部位推定手段は、
前記ＣＴセンサでの検出結果と、ＡＥセンサでの検出結果の強度と位相ずれの組合せを算出することを特徴とする請求項１記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項１４】
計測系に電源を供給するバッテリを備えたことを特徴とする請求項１又は２記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項１５】
前記計測系の電源ラインからノイズを除去するノイズカッタを挿入することを特徴とする請求項１又は２記載の高電圧機器の絶縁異常診断装置。
【請求項１６】
高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出するステップと、
前記部分放電による漏れ電流を検出するステップと、
振動と漏れ電流の検出結果および当該機器の電源線からの電源信号をそれぞれ計測するステップと、
計測結果に包絡線処理を行い、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行い、ウェーブレット変換した結果から異常診断に有益な情報を抽出し信号処理するステップと、
信号処理結果と部分放電の電荷量との相関情報を蓄積する異常診断データベースを参照して信号処理結果から当該部分放電の電荷量を算出するステップと、
振動と漏れ電流の検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースを参照して振動と漏れ電流の検出結果から放電部位を推定するステップとを備えたことを特徴とする高電圧機器の絶縁異常診断方法。
【請求項１７】
高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出するステップと、
振動の検出結果から部分放電の特徴となる周波数帯域を判定するステップと、
前記周波数帯域に感度特性をもつセンサを選択するステップと、
振動の検出結果および前記センサからの検出信号をそれぞれ計測するステップと、
計測結果に包絡線処理を行い、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行い、ウェーブレット変換した結果から異常診断に有益な情報を抽出し信号処理するステップと、
信号処理結果と部分放電の電荷量の相関情報を蓄積する異常診断データベースを参照して信号処理結果から当該部分放電の電荷量を算出するステップと、
振動の検出結果と前記センサでの検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースを参照して振動の検出結果と前記センサでの検出結果から放電部位を推定するステップとを備えたことを特徴とする高電圧機器の絶縁異常診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁異常の定量的評価を実現可能な高電圧機器の絶縁異常診断装置に関し、特に、高電圧機器の設置場所で容易に状態診断を行うことができ、広範囲な診断対象機種に対応可能な高電圧機器の絶縁異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、経年使用されている高圧受配電設備が増加傾向にあり、状態監視に基づく最適保全計画（予測保全）のニーズが増大しつつある。そこで、高電圧機器の部分放電を検出して、状態監視を行う絶縁異常診断装置の開発が急務となっている。
【０００３】
従来、高電圧機器の部分放電を検出するための手法としては、ＣＴセンサを用いて接地線での漏れ電流を検出する漏れ電流検出手法、アンテナを用いて放電時に発生する電磁波を計測する放電電磁波計測手法、光ファイバを用いて部分放電光を検出する検出手法等があり、現在も研究開発が進められている。
【０００４】
また、高電圧機器の部分放電に伴って発生する気中の超音波を集音器で計測する気中超音波集音装置なども市販されている。その他、部分放電による筐体振動をＡＥセンサや振動センサで検出する手法も報告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した部分放電検出手法は、その検出原理や対象とする機器の定格・サイズなどが異なるため、一概に比較できない面もあるが、現状、絶縁診断分野では、放電検出の感度を向上させることと、診断精度向上のためのノイズ分離（識別）、及び、フィールドで診断を行う際の実用性の向上にある。
【０００６】
ところが、従来の手法にあっては以下の問題があった。
【０００７】
漏れ電流検出手法の場合、高電圧機器にＣＴセンサを取り付ける接地線がなければ、部分放電による漏れ電流を計測することができなかった。また、盤全体からの漏れ電流を計測するので盤内の機器のどこで部分放電が発生しているのか特定することが困難であった。
【０００８】
また、電磁波計測法の場合、電磁波を計測するために高速サンプリングを必要とするので、計測系の装置負担が大きくなるといった問題があった。
【０００９】
さらに、部分放電光の検出手法の場合、光ファイバを取り付けても、部分放電光を検出できる位置と検出できない位置とがあるといった問題があった。
【００１０】
さらにまた、気中超音波集音装置の場合、部分放電に伴い気中超音波を発生しないモードでは、部分放電を検出することができない。検出可能なケースでは、集音したデータをＦＦＴ処理して、そのスペクトル強度で絶縁劣化の程度をレベル判定するが、実際に機器から発生している放電電荷量を評価することはできない。
【００１１】
また、ＡＥセンサを盤に取り付けて部分放電による筐体振動から絶縁異常を診断する方法では、スイッチギヤの盤天井や遮断機の筐体にＡＥセンサを取付けて、部分放電を超音波領域の機械振動として検出するが、機種や材質等によって、放電の周波数帯域や強度が異なるので、広範囲の機種にそれぞれ固有の周波数帯域での部分放電を１つのＡＥセンサだけで検出することができなかった。
【００１２】
また、ＡＥセンサからの検出信号をウェーブレット変換を用いて、フィールドノイズと部分放電音に識別することはできても、ＡＥセンサの検出信号から放電電荷量を推定することはできなかった。
【００１３】
本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的としては、高電圧機器に部分放電が発生した場合でも、放電電荷量と放電部位を推定することができる高電圧機器の絶縁異常診断装置及びその絶縁異常診断方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、上記課題を解決するため、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出するＡＥセンサと、前記部分放電による漏れ電流を検出するＣＴセンサと、前記ＡＥセンサとＣＴセンサからの検出結果および当該機器の電源線からの電源信号をそれぞれ計測する計測手段と、計測結果に包絡線処理を行う包絡線処理機能と、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行うウェーブレット変換処理機能とを有し、ウェーブレット変換した結果から異常診断に有益な情報を抽出する信号処理手段と、信号処理結果と部分放電の電荷量との相関情報を蓄積する異常診断データベースと、前記信号処理手段からの信号処理結果により前記異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出する電荷量算出手段と、ＡＥセンサとＣＴセンサでの検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースと、前記ＡＥセンサとＣＴセンサでの検出結果により前記放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定する放電部位推定手段とを備えたことを要旨とする。
【００１５】
請求項２記載の発明は、上記課題を解決するため、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出する広帯域振動センサと、前記広帯域振動センサからの検出結果から部分放電の特徴となる周波数帯域を判定する周波数解析手段と、前記周波数解析手段により得られた部分放電の特徴となる周波数帯域に対して、高い感度特性を有する部分放電検出用ＡＥセンサを選択するセンサ選択手段と、前記センサ選択手段により選択された部分放電検出用ＡＥセンサからの検出信号および前記広帯域振動センサからの検出信号を計測する計測手段と、計測結果に包絡線処理を行う包絡線処理機能と、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行うウェーブレット変換処理機能とを有し、ウェーブレット変換した結果から診断に有益な情報を取り出す信号処理手段と、信号処理結果と部分放電の電荷量の相関情報を蓄積する異常診断データベースと、前記信号処理手段からの信号処理結果により前記異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出する電荷量算出手段と、前記広帯域振動センサと前記選択された部分放電検出用ＡＥセンサでの検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースと、前記広帯域振動センサと複数の前記部分放電検出用ＡＥセンサでの検出結果により前記放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定する放電部位推定手段とを備えたことを要旨とする。
請求項１６記載の発明は、上記課題を解決するため、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出するステップと、前記部分放電による漏れ電流を検出するステップと、振動と漏れ電流の検出結果および当該機器の電源線からの電源信号をそれぞれ計測するステップと、計測結果に包絡線処理を行い、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行い、ウェーブレット変換した結果から異常診断に有益な情報を抽出し信号処理するステップと、信号処理結果と部分放電の電荷量との相関情報を蓄積する異常診断データベースを参照して信号処理結果から当該部分放電の電荷量を算出するステップと、振動と漏れ電流の検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースを参照して振動と漏れ電流の検出結果から放電部位を推定するステップとを備えたことを要旨とする。
請求項１７記載の発明は、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を検出するステップと、振動の検出結果から部分放電の特徴となる周波数帯域を判定するステップと、前記周波数帯域に感度特性をもつセンサを選択するステップと、振動の検出結果および前記センサからの検出信号をそれぞれ計測するステップと、計測結果に包絡線処理を行い、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行い、ウェーブレット変換した結果から異常診断に有益な情報を抽出し信号処理するステップと、信号処理結果と部分放電の電荷量の相関情報を蓄積する異常診断データベースを参照して信号処理結果から当該部分放電の電荷量を算出するステップと、振動の検出結果と前記センサでの検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベースを参照して振動の検出結果と前記センサでの検出結果から放電部位を推定するステップとを備えたことを要旨とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【００１７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る高電圧機器の絶縁異常診断装置１１の概略的構成を示すブロック図である。
【００１８】
高電圧機器の絶縁異常診断装置１１は、高電圧機器が発生した部分放電を金属容器（筐体）の振動現象として検出するＡＥセンサ１５と、部分放電による漏れ電流を検出するＣＴセンサ１７と、ＡＥセンサ１５とＣＴセンサ１７での検出結果および印加されている電源ＬＩＮＥ１９の電圧信号を入力してそれぞれを増幅してフィルタ処理を行うアンプ部１３と、アンプ部１３の出力を計測する計測部２１と、計測結果から診断に有益な情報を取り出す信号処理部２３と、信号処理部２３からの信号処理結果と部分放電の電荷量の相関関数を蓄積する絶縁異常診断データベース２５と、絶縁異常診断データベース２５を参照して当該部分放電の電荷量を算出する電荷量算出部２７と、ＡＥセンサ１５とＣＴセンサ１７での検出結果の強度と放電部位を蓄積する放電部位推定データベース２９と、ＡＥセンサ１５とＣＴセンサ１７での検出結果により放電部位推定データベース２９を参照して放電部位を推定する放電部位推定部３１とから構成されている。
【００１９】
以下、高電圧機器の絶縁異常診断装置１１を構成する各部について詳細に説明するとともに、高電圧機器の絶縁異常診断装置１１の動作を説明する。
【００２０】
図１において、アンプ部１３には、ＡＥセンサ１５からのＡＥ信号と、ＣＴセンサ１７からのＣＴ信号と、電源ライン１９からの電圧信号などの複数の信号が入力されており、入力されたそれぞれの信号はアンプ部１３の内部に設けられたフィルタ回路（図示せず）、増幅回路（図示せず）を経由して所望のセンサ・アンプ特性を満たす信号に変換され、計測部２１に出力される。
【００２１】
なお、ＡＥセンサやＣＴセンサからの出力信号にＡＣ電源ノイズの重畳を防ぐために、アンプ部１３の供給電源ラインにノイズカッタを挿入するようにすれば、現地で供給される電源ラインからのセンサ出力に対するノイズの重畳を防ぐことができる。また、ＡＥセンサやＣＴセンサからの出力信号にＡＣ電源ノイズの重畳を防ぐために、アンプ部１３の電源を全てバッテリで供給するようにすれば、現地で供給される電源ラインからのセンサ出力に対するノイズの重畳を防ぐことができる。
【００２２】
図２に移り、計測部２１は、多チャンネル入力の高速Ａ／Ｄ変換ボード４１と、ノートパソコン４３で構成することで小形化を図り、ノートパソコン４３上に診断機能を有する診断ソフトをインストールすることにより、現地診断に有効なツールとなる。なお、精密測定を重視する場合には、オシロスコープなど精密機器での計測の後に、計測データを診断ソフトに間接的に入力するように計測部２１を構成してもよい。
【００２３】
なお、ＡＥセンサやＣＴセンサからの出力信号にＡＣ電源ノイズの重畳を防ぐために、計測系の供給電源ラインにノイズカッタを挿入するようにすれば、現地で供給される電源ラインからのセンサ出力に対するノイズの重畳を防ぐことができる。また、ＡＥセンサやＣＴセンサからの出力信号にＡＣ電源ノイズの重畳を防ぐために、計測部２１の電源を全てバッテリで供給するようにすれば、現地で供給される電源ラインからのセンサ出力に対するノイズの重畳を防ぐことができる。
【００２４】
ここで、図３を参照して、計測部２１による診断機能の概要を説明する。
【００２５】
ＡＥセンサ１５は、高圧の受配電盤４５のケースや遮断器４７の筐体にマグネットやグリースなどで取り付けられており、受配電盤４５内部の部分放電に伴う超音波領域の盤振動または遮断器４７の筐体振動を検出する。この際、ＡＥ信号の出力の強度は、ＡＥセンサ１５の取付位置に依存するため、部分放電に対して定量的な評価を実現するためには、診断対象機種毎に予備実験などによって予めＡＥセンサ１５を取り付ける位置を指定しておく必要がある。
【００２６】
ここで、図５を参照して、磁気遮断器（ＭＢＢ）に対応するＡＥセンサの取付位置について説明する。
【００２７】
図５（ａ）に示す磁気遮断器（ＭＢＢ）に対して、ＡＥセンサ１５を位置Ａ，Ｂ，Ｃに取り付けて計測実験を行う。
【００２８】
図５（ｂ）に示すように、位置Ａと位置Ｂでは、放電開始電圧の検出限界はほぼ等しいが、検出感度が大きく異なる。これは、位置Ａと位置Ｂが同じ金属筐体上の一点であるが、内部の放電発生位置からの距離差に依存してＡＥ信号の減衰量に開きがあるためである。しかし、位置Ａはフィールドにおいて安全上実際に取り付けるのが困難であるため、実際の運用を考えると位置Ｂがよいことになる。
【００２９】
また、位置Ｃについては、最もＡＥセンサを取り付け易い位置ではあるが、構造的に接続部品や空間を介しているため、ＡＥセンサからのＡＥ信号の強度が接合部で大幅に減衰してしまうという問題がある。
【００３０】
この結果、図５（ａ）に示す磁気遮断器（ＭＢＢ）では、ＡＥセンサ１５を位置Ｂに取り付けて計測するのがよい。また、各診断対象で最適なＡＥセンサの取付位置があるので、予めＡＥセンサ位置を指定する必要がある。
【００３１】
一方、ＣＴセンサ１７は、一連の盤群に付設されている接地線に取り付けて、部分放電に伴う漏れ電流信号を検出する。また、部分放電の発生位相と印加電源位相との位相ずれ情報を得るために、図１に示すように、現地の電源ライン１９も検出する。
【００３２】
図３に示すように、これらの複数のセンサ出力を絶縁アンプ１３ａにより所望の信号に変換し、Ａ／Ｄカード４１でデジタルデータに変換した後に計測部２１に取り込む。なお、絶縁アンプ１３ａは、計測中にセンサに対して放電があった場合でも、センサから計測部２１に放電が及ばないように電気的に絶縁された電気回路構成となっている。
【００３３】
例えば、図５に示す磁気遮断器（ＭＢＢ）に対して、ＡＥセンサ１５の中心共振周波数は、図１７に示すセンサＢの特性のように、ローパスフィルタ、ハンドパスフィルタなどを用いて、２０〜４０ｋＨｚ帯に設定するのがよい。これは、種々の機種や放電モードに対する部分放電試験で得られた筐体振動の周波数解析結果に基づくものである。
【００３４】
このように、ＡＥセンサ１５またはＣＴセンサ１７は、２０ｋＨｚ〜４０ｋＨｚ帯に高感度な周波数応答をもつようにしたため、ある種の磁気遮断器（ＭＢＢ）について高感度な部分放電検出と精度の良い定量的な絶縁診断を行うことができる。
【００３５】
また、計測部２１は、図６に示すようなデータ収集条件設定機能を備え、測定日時、温度、湿度、測定波形（ＡＥ信号、ＣＴ信号、電源信号）、電源周波数、被測定機器名、測定者名、サイト名、メーカー名、型式、デバイス名、製造番号、対象設備名称などのデータ収集条件をファイルとしてハードディスクなどの記憶部（図示せず）に保存することができる。
【００３６】
このように、計測部２１は、測定日時、温度、湿度、測定波形（ＡＥ信号、ＣＴ信号、電源信号）、電源周波数、被測定機器名、測定者名、サイト名、メーカー名、型式、デバイス名、製造番号、対象設備名称などのデータ収集条件を設定する機能を備えるようにしたため、現地診断時におけるフィールド情報や環境情報などの必要情報を入力し保存することができる。
【００３７】
そして、複数のセンサからの信号をＡ／Ｄカード４１ａに同時に入力し、サンプリング定理を満たすサンプリング周波数で高速サンプリングしてＡ／Ｄ変換し、例えばｃｓｖ形式などのデータとしてファイルに保存する。
【００３８】
このように、計測部２１は、高電圧機器に印加される電源波形と部分放電波形を計測するチャネルを有し、全てのチャネルを同時に、かつ、計測する周波数帯域に対してサンプリング定理を満たすサンプリング周波数で計測するようにしたため、計測波形のエリアシングを排除するとともに、各計測信号間の時間（位相）遅れ情報などを正確に把握することができる。この正確な時間情報から、放電形態や放電位置を推定する情報を得ることができる。
【００３９】
さらに、計測部２１では、データの多チャンネル同時収集機能として、計測者の指定する時刻で計測することもできる。また、例えば図７に示すように、電源波形などのパイロット信号で−から＋のゼロクロス点で計測するようにトリガをかけられるトリガ機能も設けられている。また、計測時間は、商用電源の周波数（５０Ｈｚや６０Ｈｚ）に対して、例えば整数倍の所望の周期分のデータ計測が可能な設定機能とする。
【００４０】
このように、計測部２１は、高電圧機器に印加される電源波形をパイロット信号とするトリガ機能と、電源周期の整数倍のデータ計測を行う機能とを備えるようにしたため、常に印加電源に対してどの位相で部分放電が生じているかを確認することができる。
【００４１】
次に、計測部２１で収集したデータは、図１に示す信号処理部２３に入力される。この信号処理部２３は、図８に示す手順に従い、診断用ソフトウエアにより信号処理を実行する。
【００４２】
信号処理部２３では、印加電源の１周期毎のＡＥ信号の挙動を調べるために、まず、ステップＳ１０では、高速Ａ／Ｄ変換ボード４１により高速サンプリングされたＡＥデータに包絡線処理（デジタルフィルタリング処理により、所望の周波数でローパスフィルタ、ハイパスフィルタ、バンドパスフィルタを設定できる）を施し、ＡＥ信号の振幅変調成分を検出する。
【００４３】
このように、信号処理部２３は、計測波形データの包絡線処理機能（デジタルフィルタ処理機能）と、ウェーブレット変換機能とを備えるようにしたため、部分放電に伴うＡＥ信号からその振幅変調成分を抽出できるとともに、ＡＥ振幅変調成分の時間周波数解析をすることができ、計測ＡＥ波形に含まれる部分放電成分の特徴成分を時間周波数平面上のピークとして検出することが可能となる。
【００４４】
そして、ステップＳ２０では、包絡線処理結果から計測データの絶対値平均などを差し引くことにより、データの直流成分を除去する。
【００４５】
このように、信号処理部２３は、計測サンプリングした波形データの直流分除去機能を備えるようにしたため、絶縁異常診断アルゴリズムに不必要なＡＥ信号の直流成分をカットすることができ、ウェーブレット変換結果の表示も見やすくなる。
【００４６】
次に、ステップＳ３０では、印加電圧と部分放電の発生位相の関係をみるために、電源の正弦波に対して１周期相当のデータを切出す。次に、ステップＳ４０では、診断用の変換式によりウェーブレット変換を行い、変換結果（３次元データ）をノートパソコン４３の表示画面上において時間−周波数平面上に表示させる。
【００４７】
この表示方法としては、図３（ｂ），図４（ｃ）に示すような等高線表示方法などがある。通常、ウェーブレット変換は式（１）のように定義され、マザーウェーブレットと呼ばれる局在関数ψと解析対象波形ｆ（ｔ）の内積をとって、ｆ（ｔ）を時間−周波数平面上のウェーブレット係数Ｗ（ａ，ｂ）に変換する。
【００４８】
【数１】
0004261041.tif 000002
ここで、式（２）のように、マザーウェーブレットψのパラメータをａ＝２＾j ，ｂ＝ｋと置換し、診断用に特化して低周波側でも時間分解能が粗くならないように工夫している。
【００４９】
【数２】
0004261041.tif 000003
また、マザーウェーブレット変換では、診断対象によって最適な関数が異なるので、予め複数のマザーウェーブレットを選択しておく。よく使用されるマザーウェーブレットの代表例は、式（３）に示すメキシカンハットがある。
【００５０】
【数３】
0004261041.tif 000004
実際には、図９に示すように、電源周波数に対応して１周期分だけ切り出す機能や、マザーウェーブレット（アナライジングウェーブレットともいう）を選択する機能を診断ソフトウエアに付加しておくのがよい。
【００５１】
このように、信号処理部２３は、ウェーブレット変換用に複数のマザーウェーブレットを備えるようにしたため、診断対象機器およびセンサ出力毎に適したマザーウェーブレットを用いて、部分放電特徴成分を検出し易いウェーブレット変換を実行することができる。
【００５２】
次に、図４（ａ）を参照して、ウェーブレット変換した結果から診断を行うアルゴリズムを説明する。
【００５３】
まず、ステップＳ１１０，Ｓ１２０では、上述したウェーブレット変換の結果得られたピークの周波数成分から部分放電ノイズの識別を行う。部分放電は、印加電圧波形の正負のピーク近傍で発生する傾向があり、ＡＥ信号も印加電圧の半周期で振幅変調すると予想される。
【００５４】
また、ノイズは種類毎に特徴的周波数成分があり、放電とノイズが全く同期することさえなければ、ウェーブレット変換結果の周波数成分から放電とノイズを識別できる部分放電の特徴周波数成分は、印加電圧の正と負の双方のピークで部分放電が発生し易いことから、印加周波数の２倍とする。
【００５５】
次に、ステップＳ１３０，Ｓ１４０では、ノイズと識別した部分放電ピークについて、上記の部分放電と放電位相による部分放電モードの特定を行う。すなわち、沿面放電、ギャップ放電、ボイド放電など個々の部分放電モード毎に、特有の信号強度や放電位相があるので、ウェーブレット変換結果の等高線表示における放電ピークの重心位相に着目して、放電モードを判定する。
【００５６】
次に、ステップＳ１５０，Ｓ１６０では、放電ピーク強度（等高線表示における放電ピークの体積）に着目する。これは、図４（ｄ）に示すように、発生した部分放電の電荷量（放電エネルギー）と対応する。従って、放電ピーク強度の計算から部分放電電荷量を定量的に推定し得る。推定した部分放電の大きさがメーカ基準またはユーザ基準または何らかの規格などを外れるか否かで絶縁異常を判定する。
【００５７】
そこで、信号処理部２３では、図１０に示すように、切り出した１周期分の電源正位相（０°〜１８０°）と電源負位相（１８０°〜３６０°）で、それぞれＡＥ信号の出力データの実効値を計算するとともに、ウェーブレット変換結果で得られる部分放電成分のピーク強度も体積積分（放電ピーク内に含まれるウェーブレット係数の総和）により算出しておく。
【００５８】
このように、信号処理部２３は、計測波形から電源波形の１周期分を切り出す機能を備えるようにしたため、電源位相０°から３６０°毎のデータ解析が可能になり、ウェーブレット変換結果の時系列解析がし易くなる。
【００５９】
次に、信号処理部２３で算出した諸数値を図１に示す電荷量算出部２７に入力する。もともと、印加電圧と部分放電電荷、ＡＥ信号の出力の間には、図１１に示すような関係がある。そこで、予め実験室レベルで、印加電圧を調節して部分放電電荷量を変化させながら、印加電源電圧、放電電荷量（電荷量計測器で計測した部分放電の電荷量）、部分放電時のＡＥ信号の３項目を同時計測したデータについて、図１１に示す丸で囲んだ部分の群小放電の合計電荷量とＡＥ信号の出力実効値のデータの組、また、丸で囲んだ部分の群小放電の合計電荷量とそれに対応するウェーブレット変換結果部分の放電ピーク強度のデータの組をデータベースに蓄積しておけばよい。
【００６０】
この予備実験を実施することにより、絶縁異常診断データベース２５として、図１２に示すような「ＡＥ信号強度と部分放電電荷量の相関曲線」や「ＡＥ信号のウェーブレット変換ピーク強度と部分放電電荷量の相関曲線」のマスターカーブを備えることができる。
【００６１】
そこで、電電荷量算出部２７は、診断対象機種ごとに診断データベース２５から異なる電荷量推定用マスターカーブを選択する機能と、評価しきい値変更機能を備えれば、診断データベース２５から診断対象機種ごと最適な電荷量推定用マスターカーブと診断用の評価しきい値を設定することができ、定量的な絶縁診断を実現することができる。
【００６２】
図１２は、図５に示す磁気遮断器（ＭＢＢ）についての診断データベースであり、図１７に示す周波数特性をもつＡＥセンサを用いた場合の相関曲線を示している。相関係数Ｒが０．９近くとなる精度のよい電荷量推定を行うことができる。
【００６３】
電荷量算出部２７は、信号処理部２３で算出されたＡＥ信号の出力実効値や部分放電のウェーブレット強度を絶縁異常診断データベース２５内に蓄積してある当該相関曲線係数を参照して部分放電電荷量を計算する機能を有する。
【００６４】
また、図１２では、電荷量合計が１５００〜２０００ｐＣを境としてＡＥ信号の出力と電荷量の相関が異なる振舞いを示している。図１２（ａ），（ｂ）に示す低電荷量領域を拡大すると、図１２（ｃ），（ｄ）に示すような相関曲線を得ることができる。
【００６５】
ここで、特に電荷合計が０〜１５００ｐＣ（低合計電荷量領域）の場合には、線形近似（比例関係）が成り立ち、更に相関（Ｒ＾2 値）が向上することが判る。電荷合計が２００ｐＣ以上の領域では、ＡＥ信号の出力に飽和傾向があり、診断には、部分放電の電荷合計量が０〜１５００ｐＣの低合計電荷量領域の相関関数を用いると精度のよい電荷量推定を行うことができる。
【００６６】
実際の運用上では、例えば、図１２（ｃ）に示す相関曲線をデータベースとして事前に準備しておけば、低ノイズ環境のフィールドでは、ＡＥ信号の出力を計測するだけで、部分放電を定量評価できる。仮に、センサＢからのＡＥ信号の出力の実効値（電源半周期分）が３００ｍＶｒｍｓと計測されたとすると、回帰近似式から、部分放電電荷量は５７０（ｐＣ）と推定できる。
【００６７】
このように、データベースは、電荷量計測器（図示せず）で計測した部分放電電荷量の合計値とＡＥセンサ出力のウェーブレット変換ピーク強度との相関曲線を備えるようにしたため、フィールド計測にて収集した筐体（盤）振動のＡＥ信号の出力にノイズが混在する場合でも、ウェーブレット変換でノイズ識別した部分放電の特徴ピーク強度を算出することでＡＥ信号の出力から部分放電電荷量を推定することができる。
【００６８】
また、電荷量算出部２７は、診断データベース２５における低合計電荷量領域（例：０〜１５００ｐＣ）での相関曲線の線形性を利用するようにしたため、相関係数０．９以上の相関で精度の良い電荷量推定を実現できる。
【００６９】
ただし、実際のフィールド計測では、様々なノイズが含まれるケースが想定されるので、実用性を考慮すると、計測したＡＥ信号からウェーブレット変換を用いてノイズ成分を除いた部分放電成分の定量的相関を用いるケースが多い。そこで、図１２（ｄ）に示すような部分放電特徴成分のウェーブレットピーク強度と放電電荷量との相関を用いてＡＥ信号のウェーブレット変換から部分放電電荷量を推定する。
【００７０】
このように、電荷量算出部２７は、ＡＥ信号のウェーブレット変換結果の電源電圧の正位相および負位相に出現する周波数１００Ｈｚ帯のウェーブレットピークを部分放電成分と決定し、それぞれのピークごとに体積分することでウェーブレットピーク強度を演算するようにしたため、ノイズを識別した部分放電成分のウェーブレット変換ピークについて体積分で精度良く強度を評価できるとともに、印加電圧の正負のピークで群小発生する傾向の強い部分放電について、それぞれの一群によって引き起こされるＡＥ信号の出力の振幅変調成分ごとにウェーブレットピーク強度を評価することができる。
【００７１】
さらに、電荷量算出部２７は、電源電圧の正位相側の半周期と負位相の半周期についてＡＥ信号の出力の実効値をそれぞれ算出する機能を備えるようにしたため、印加電圧の正負のピークで群小発生する傾向の強い部分放電について、それぞれ一群の部分放電によって引き起こされるＡＥ信号の出力の振幅変調成分ごとに実効値を評価することができ、部分放電の発生傾向をより詳細に分析することが可能となる。
【００７２】
また、上述したステップＳ１３０，Ｓ１４０で部分放電モードの特定を行ったが、電荷量算出部２７では、ウェーブレット変換結果における部分放電成分ピークの位相中心を算出する機能を備えれば、部分放電が発生した時間情報をとらえることができ、部分放電モード（沿面放電、ギャップ放電、ボイド放電、ｅｔｃ．）を推定して、さらに、部分放電モードの特定精度を向上することができる。
【００７３】
次に、図１３を参照して、放電部位推定部３１と放電部位推定データベース２９について説明する。
【００７４】
まず、図１３（ａ）は、３つのケース中で最大のＣＴ信号の出力を示すにも拘わらず、ＡＥ信号の出力が最も小さい。電源周期の負の位相（１８０〜３６０°）で放電が発生しており、金属棒の先端部からの電子放出が金属棒の振動を促すと推測されるが、金属棒がモデル電極にしっかりと固定されていないため、テープ止め部分で振動が吸収され、ＡＥセンサに振動が伝達しにくい。
【００７５】
一方、図１３（ｂ）は、負位相におけるＣＴ信号の出力が図１３（ａ）では半分以下であるにも関わらず、ＡＥセンサ１５で部分放電が確実に検出されている。これは、放電部位のボルト電極が強固に固定されており、放電部位で発生する振動が伝播し易いためである。また、同図において、電源の正位相での放電の他に、負の位相側でも高レベルのＣＴ信号の出力が検出されており、これは、平板のアース側から高圧のボルト電極側に電子が引き上げられているケースである。この場合も、放電エネルギーが大きいため、筐体振動がＡＥ信号の出力にはっきり出現する。
【００７６】
また、図１３（ｃ）は、接地側からボルト電極が突き出ている構造で、高圧側の印加電圧が正位相のとき、すなわち、ボルト先端に電子集中が起こる場合のみ放電が発生する。これは、電子放出により、接地側にボルト止めした電極の振動で筐体に良く振動が伝播することを意味する。負位相ではほとんど放電が見られないが、これは、平面電極の導体内が一様に負の電位となって電子が局在しないために、電子放出が起こり得ないからである。
【００７７】
このように、電極形状や電極部の固定状態の差に関して、図１３（ａ），（ｂ），（ｃ）のようなＣＴ信号の出力とＡＥ信号の出力の組合せのパターンを予め放電部位推定データベース２９として備えておけば、ＣＴ信号の出力とＡＥ信号の出力の強度や位相ずれの組合せの相違から、放電部位の形状と放電部位の位置を推定することができる。
【００７８】
本発明の第１の実施の形態に関する効果としては、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動をＡＥセンサで検出し、部分放電による漏れ電流をＣＴセンサで検出し、ＡＥセンサとＣＴセンサからの検出結果および当該機器の電源線からの電源信号をそれぞれアンプ部を介して増幅してさらにフィルタ処理を行った後に計測し、計測結果から異常診断に有益な情報を抽出する信号処理を行い、信号処理結果により異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出し、ＡＥセンサとＣＴセンサでの検出結果により放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定することで、高電圧機器に部分放電が発生した場合でも、放電電荷量と放電部位を推定することができる。
【００７９】
（第２の実施の形態）
図１４は、本発明の第２の実施の形態に係る高電圧機器の絶縁異常診断装置５１の概略的構成を示すブロック図である。図１５，図１６は、本発明の第２の実施の形態における広帯域振動センサの出力を周波数解析部にて解析した例を示す図である。図１７は、ＡＥセンサの特徴周波数帯例を示す図である。
【００８０】
図１４において、絶縁異常診断装置５１は、広帯域振動センサ５３を備えている。部分放電に伴う筐体（盤）振動の特徴となる超音波周波数領域は診断対象機種によって異なる。そこで、まず、広帯域振動センサを受配電盤や遮断器の筐体に取り付けて広周波数帯域の盤振動および筐体振動を検出する。次に、広帯域振動センサ５３の出力を周波数解析部５５に入力する。
【００８１】
周波数解析部５５は、ＦＦＴ機能やウェーブレット変換機能を備え、入力された広帯域振動の周波数分析を実施する。例えば、ＦＦＴを実施した例が図１５，図１６に示す６つの周波数特性図であり、機種や部分放電モードによって得られる周波数スペクトルは微妙に異なる。そこで、周波数解析部５５で得られた周波数スペクトルに基づいて、対象とする部分放電盤の振動および筐体振動の特徴周波数成分を特定し、センサ選択部５７に解析結果を出力する。
【００８２】
このように、周波数解析部５５は、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）機能またはウェーブレット変換機能を有するようにしたため、診断対象装置から発生する部分放電による広帯域振動センサ出力の周波数成分の強度分布を計算することができ、診断対象に最適な周波数特性をもつＡＥセンサを選択することができる。
【００８３】
センサ選択部５７は、解析結果を基準に感度良く部分放電振動を検出できる周波数帯に感度特性をもつセンサをセンサ群５９から選択する。そして、選択されセンサを診断対象に取りつけ、部分放電による超音波振動を検出し、アンプ部１３に入力する。
【００８４】
このように、センサ選択部５７は、予め周波数特性の異なった複数の高感度ＡＥセンサ群を備えており、周波数解析結果から得られる部分放電の特徴周波数帯域に高い感度をもつＡＥセンサを選択するようにしたため、診断対象機器の部分放電検出に最適（最も周波数特性の適した）センサを診断に用いることができるようになり、感度よく部分放電を検出することができる。
【００８５】
また、センサ群の取付位置を対象機種ごとに予め決定しておくようにすれば、毎回の診断の際に、センサの位置ずれによる計測誤差を防ぐことができ、診断データベースを用いた定量評価が可能となる。
【００８６】
以下、アンプ部１３以降の計測部２１、信号処理部２３、電荷量算出部２７、放電部位推定部３１については、本発明の第１の実施の形態に記載した絶縁異常診断装置１１と同様の構成を有するので、その説明を省略する。
【００８７】
本発明の第２の実施の形態に関する効果としては、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を広帯域振動センサで検出し、広帯域振動センサからの検出結果から部分放電の特徴となる周波数帯域を判定し、得られた部分放電の特徴となる周波数帯域に対して、高い感度特性を有する部分放電検出用ＡＥセンサを選択し、選択された部分放電検出用ＡＥセンサからの検出信号および前記広帯域振動センサからの検出信号を計測し、計測結果から診断に有益な情報を取り出す信号処理を行い、信号処理結果により異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出し、広帯域振動センサと複数の部分放電検出用ＡＥセンサでの検出結果により放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定することで、高電圧機器に部分放電が発生した場合でも、放電電荷量と放電部位を推定することができる。
【００８８】
特に、個々の診断対象、個々の放電モードに対して、最適なセンサを用いて高感度な部分放電の検出が可能となり、高電圧機器に部分放電が発生した場合でも、放電電荷量と放電部位の推定精度を向上することができる。
【００８９】
【発明の効果】
請求項１及び１６記載の本発明によれば、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動をＡＥセンサで検出し、部分放電による漏れ電流をＣＴセンサで検出し、ＡＥセンサとＣＴセンサからの検出結果および当該機器の電源線からの電源信号をそれぞれ計測し、計測結果に包絡線処理を行い、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行い、ウェーブレット変換した結果から異常診断に有益な情報を抽出する信号処理を行い、信号処理結果により異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出し、ＡＥセンサとＣＴセンサでの検出結果により放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定することで、高電圧機器に部分放電が発生した場合でも、放電電荷量と放電部位を推定することができる。
【００９０】
また、請求項２及び１７記載の本発明によれば、高電圧機器が発生した部分放電により当該機器の筐体に生じる振動を広帯域振動センサで検出し、広帯域振動センサからの検出結果から部分放電の特徴となる周波数帯域を判定し、得られた部分放電の特徴となる周波数帯域に対して、高い感度特性を有する部分放電検出用ＡＥセンサを選択し、選択された部分放電検出用ＡＥセンサからの検出信号および前記広帯域振動センサからの検出信号を計測し、計測結果に包絡線処理を行い、包絡線処理した結果に対してウェーブレット変換を行い、ウェーブレット変換した結果から診断に有益な情報を取り出す信号処理を行い、信号処理結果により異常診断データベースを参照して当該部分放電の電荷量を算出し、広帯域振動センサと複数の部分放電検出用ＡＥセンサでの検出結果により放電部位推定データベースを参照して放電部位を推定することで、高電圧機器に部分放電が発生した場合でも、放電電荷量と放電部位を推定することができる。
【００９１】
特に、個々の診断対象、個々の放電モードに対して、最適なセンサを用いて高感度な部分放電の検出が可能となり、高電圧機器に部分放電が発生した場合でも、放電電荷量と放電部位の推定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施の形態に係る高電圧機器の絶縁異常診断装置の概略的構成をを示すブロック図である。
【図２】絶縁異常診断装置の計測部の構成を説明するための図である。
【図３】絶縁異常診断装置を用いた診断概要を説明するための図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。
【図４】絶縁異常診断装置による絶縁診断アルゴリズムを説明するための図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）である。
【図５】絶縁異常診断装置を用いた場合のＡＥセンサの取付位置の依存性を示す図（ａ），（ｂ）である。
【図６】絶縁異常診断装置の計測部におけるデータ収集条件設定機能の例を示す図である。
【図７】絶縁異常診断装置の計測部におけるトリガ機能と電源周期の整数倍のデータ計測を行う機能を説明するための図である。
【図８】絶縁異常診断装置の信号処理機能の概要を説明するための図である。
【図９】絶縁異常診断装置の信号処理部におけるデータ切り出し機能と複数のマザーウェーブレット常備機能を説明するための図である。
【図１０】絶縁異常診断装置を用いた絶縁異常診断の評価結果例を示す図である。
【図１１】実際に発生する群小部分放電パルスとＡＥ信号の対応関係を説明するための図である。
【図１２】絶縁異常診断装置の絶縁異常診断データベースに蓄積される相関曲線の例を示すための図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）である。
【図１３】絶縁異常診断装置の放電部位推定部の放電部位推定データベースの例を示す図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態の高電圧機器の絶縁異常診断装置の概略的構成を示すブロック図である。
【図１５】本発明の第２の実施の形態における広帯域振動センサの出力を周波数解析部で解析した例を示す図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。
【図１６】本発明の第２の実施の形態における広帯域振動センサの出力を周波数解析部にて解析した例を示す図（ａ），（ｂ），（ｃ）である。
【図１７】ＡＥセンサの特徴周波数帯例を示す図である。
【符号の説明】
１１，５１  絶縁異常診断装置
１５  ＡＥセンサ
１７  ＣＴセンサ
１９  電源ＬＩＮＥ
１３  アンプ部
２１  計測部
２３  信号処理部
２５  絶縁異常診断データベース
２７  電荷量算出部
２９  放電部位推定データベース
３１  放電部位推定部
５３  広帯域振動センサ
５５  周波数解析部
５７  センサ選択部
５９  センサ群
【図１】
0004261041.tif 000005
【図２】
0004261041.tif 000006
【図３】
0004261041.tif 000007
【図４】
0004261041.tif 000008
【図５】
0004261041.tif 000009
【図６】
0004261041.tif 000010
【図７】
0004261041.tif 000011
【図８】
0004261041.tif 000012
【図９】
0004261041.tif 000013
【図１０】
0004261041.tif 000014
【図１１】
0004261041.tif 000015
【図１２】
0004261041.tif 000016
【図１３】
0004261041.tif 000017
【図１４】
0004261041.tif 000018
【図１５】
0004261041.tif 000019
【図１６】
0004261041.tif 000020
【図１７】
0004261041.tif 000021