(57)【要約】【課題】気泡性放電か異物性放電かの放電源の種別の判別を行うことのできる油入変圧器の部分放電源判別装置を得る。【解決手段】変圧器容器１のフランジ部１ａに設けられた内部アンテナ２にて内部放電により放射される電磁波を電気信号として検出し、電気信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理装置４にてＦＦＴ処理を行いＦＦＴ処理データを得る。信号判別部５は、ＦＦＴ処理データにおいて、所定周波数以下の周波数領域においてだけノイズレベル以上の信号強度を有するデータが存在する場合は絶縁油中の気泡による気泡性放電と判断する。所定周波数を越える周波数領域においてノイズレベル以上の信号強度を有するデータが存在する場合は絶縁油中の異物による異物性放電と判断する。部分放電の放電源に応じて放射される電磁波の周波数特性が異なることに着目して放電源の種別を判別可能とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
変圧器本体及び絶縁油が収容された変圧器容器の内部に設置され上記絶縁油中の部分放電により放射される電磁波を内部アンテナ電気信号として検出する内部アンテナ、及び上記内部アンテナ電気信号の周波数特性に基づいて上記部分放電の放電源の種別を判別する判別手段を備えた油入変圧器の部分放電源判別装置。
【請求項２】
上記判別手段は、上記内部アンテナ電気信号を高速フーリエ変換処理して周波数特性を表す高速フーリエ変換処理データを出力する高速フーリエ変換手段を有し、上記高速フーリエ変換処理データに基づいて上記放電源の種別を判別するものであることを特徴とする請求項１に記載の油入変圧器の部分放電源判別装置。
【請求項３】
上記判別手段は、上記高速フーリエ変換処理データにおいて所定周波数以下の周波数領域において所定値以上のレベルを有するデータが存在するとともに上記所定周波数を越える周波数領域において上記所定値以上のレベルを有するデータが存在しないとき上記放電源は上記絶縁油中の気泡による気泡性放電であると判別し、上記高速フーリエ変換処理データにおいて上記所定周波数を越えるデータ領域において上記所定値以上のレベルを有するデータが存在するとき上記放電源は上記絶縁油中の異物による異物性放電であると判別するものであることを特徴とする請求項２に記載の油入変圧器の部分放電源判別装置。
【請求項４】
上記判別手段は、上記内部アンテナ電気信号のうち所定値を越える周波数の信号を通過させるハイパスフィルタ及び上記内部アンテナ電気信号のうち上記所定値以下の周波数の信号を通過させるローパスフィルタを有し、上記ハイパスフィルタ及び上記ローパスフィルタを通過した上記内部アンテナ電気信号のレベルに基づいて上記放電源の種別を判別するものであることを特徴とする請求項１に記載の油入変圧器の部分放電源判別装置。
【請求項５】
上記判別手段は、低周波側と高周波側の二つのバンドパスフィルタを有し、上記低周波側のバンドパスフィルタを通過した上記内部アンテナ電気信号のレベルと上記高周波側のバンドパスフィルタを通過した上記内部アンテナ電気信号のレベルとに基づいて上記放電源の種別を判別するものであることを特徴とする請求項１に記載の油入変圧器の部分放電源判別装置。
【請求項６】
上記変圧器容器の外側に上記内部アンテナに対向して配置され上記変圧器容器外部の電磁波を外部アンテナ電気信号として検出する外部アンテナを有するものであって、上記判別手段は上記内部アンテナ電気信号の周波数特性を上記外部アンテナ電気信号の周波数特性にて補正する補正手段を有し上記外部アンテナ電気信号の周波数特性により補正された上記内部アンテナ電気信号の周波数特性に基づいて上記放電源の種別を判別するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の油入変圧器の部分放電源判別装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油入変圧器における絶縁異常を診断する油入変圧器の部分放電源判別装置、特に油中における部分放電の放電源の種別を判別する油入変圧器の部分放電源判別装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の油入変圧器の部分放電源判別装置では、部分放電を検出する部分放電検出装置と、部分放電検出装置からの信号の第１の周波数帯域の強度を計測する第１の周波数強度計測手段と、第１の周波数帯域より高い第２の周波数帯域の強度を計測する第２の周波数強度計測手段と、第１及び第２の周波数強度計測手段からの２周波数成分強度の相関の統計的パラメータに基づいて部分放電の放電源を識別するデータ解析装置とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２３６５４号公報（段落番号００３１〜００３４、図１及び図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような絶縁監視装置はＧＩＳ（ガス絶縁開閉装置）において適用され、ＧＩＳ内に充填されたＳＦ６ガス中での部分放電源と外部ノイズとを識別するためのものであり、油入変圧器の内部で発生する気泡性放電と異物性放電とを判別する装置や判別方法については適切なものがなかった。この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、気泡性放電か異物性放電かの部分放電の放電源の種別を判別することのできる油入変圧器の部分放電源判別装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明に係る油入変圧器の部分放電源判別装置においては、変圧器本体及び絶縁油が収容された変圧器容器の内部に設置され絶縁油中の部分放電により放射される電磁波を内部アンテナ電気信号として検出する内部アンテナ、及び内部アンテナ電気信号の周波数特性に基づいて部分放電の放電源の種別を判別する判別手段を備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
この発明に係る油入変圧器の部分放電源判別装置は、変圧器本体及び絶縁油が収容された変圧器容器の内部に設置され絶縁油中の部分放電により放射される電磁波を内部アンテナ電気信号として検出する内部アンテナ、及び内部アンテナ電気信号の周波数特性に基づいて部分放電の放電源の種別を判別する判別手段を備えたものであるので、気泡性放電か異物性放電かの部分放電の放電源の種別を判別することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
実施の形態１．
図１〜図４は、この発明を実施するための実施の形態１を示すものであり、図１は部分放電源判別装置の構成を示す構成図、図２は気泡性放電を模擬した対向平板モデルの構成図、図３は異物性放電を模擬した針平板モデルの構成図、図４は気泡性放電及び異物性放電の周波数特性図である。図１において、鋼板製の変圧器容器１には、図示しない鉄心にコイルが巻回された変圧器本体及び絶縁油が収容されている。変圧器容器１に金属フランジ１ａが設けられ、変圧器容器１と同電位にされている。部分放電源判別装置は、次のように構成されている。変圧器容器１の内部側となる金属フランジ１ａの内側に変圧器容器１内における部分放電により放射される電磁波を内部アンテナ電気信号としての電気信号として検出する部分放電検出用アンテナである内部アンテナ２が配設されている。
【０００８】
内部アンテナ２は、金属フランジ１ａを含む鋼板にて製作された変圧器容器１にて外部と電磁シールドされた形になっている。内部アンテナ２には、内部アンテナ２からの電気信号を増幅する信号増幅器３が接続され、信号増幅器３にて増幅された内部アンテナからの電気信号は高速フーリエ変換手段としてのＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理部４に入力され高速フーリエ変換処理がなされ、周波数特性を表すＦＦＴ処理データが信号判別部５へ出力される。なお、内部アンテナ２として、モノポールアンテナ（低周波側と高周波側に帯域を持つもの、例えば４３０ＭＨｚと１２００ＭＨｚに帯域を持つモノポールアンテナ）、パッチアンテナ等が使用可能であり、０〜２．０ＧＨｚの周波数帯域の電磁波を検出できる。また、内部アンテナ２による電気信号は、０〜１．７ＧＨｚにわたり平坦な信号増幅特性（３ｄＢ  Ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）を有する信号増幅器３によって信号増幅される。
【０００９】
次に、基礎試験に用いる放電モデルの構成を説明する。気泡性放電を模擬した図２の対向平板モデルあるいは、異物性放電を模擬した図３の針平板モデルを変圧器容器１の絶縁油中に配置して基礎試験を行う。図２は対向平板モデルの構成図であり、対向平板モデル１００は、各平板電極１０７の対向部側にプレスボード１０１が配置され、この２枚のプレスボード１０１とアクリルスペーサ１０２にて形成された収容部には変圧器の絶縁油と同じ油１０５が満たされ、その中に気泡１０６が閉じこめられている。２枚のプレスボード１０１の対向距離は、所定寸法Ｈにされている。図３は針平板モデルの構成図であり、針平板モデル２００は変圧器容器１内に置いたとき絶縁油中において針２０８の先端部と平板電極２０７とがプレスボード２０１を間にして対向するようにされている。針２０８の先端部とプレスボード２０１との距離は所定距離Ｇにされている。
【００１０】
これらモデルによる放電を考察する。異物性放電を模擬した針平板モデル２００の場合、針２０８の先端部における放電開始時の電界強度は気泡性放電の場合のそれと比較して非常に大きい。電界強度が大きい場合、放電時の電子の加速度も大きくなり電子は大きな運動量を持つ。運動量が大きい電子により発生する電磁波は高い周波数成分を持ち、結果、異物性放電の場合には高い周波数成分を持った周波数特性が現れる。それに対し気泡性放電の場合は放電開始電圧における電界強度は異物性放電の場合と比較して低く、電子は異物性放電の場合と比較して大きな運動量を持たず、周波数特性は低い周波数帯域を持つ。対向平板モデル１００及び針平板モデル２００による放電による電磁波は以上のような周波数特性を持つと考えられる。
【００１１】
次に、部分放電源判別装置に関して実施した基礎試験について説明する。まず、図２における気泡１０６の径が１ｍｍ、平板電極１０７の対向距離Ｈが２ｍｍである対向平板モデル１００を変圧器容器１内の所定の場所に配置して、内部アンテナ２として広帯域の周波数特性（３０ＭＨｚ〜２．０ＧＨｚ）を持つバイコニカルログペリオディックアンテナを用いて部分放電にともなう電磁波を電気信号として検出し、ＦＦＴ処理部４によりＦＦＴ処理してＦＦＴ処理データを求めた。図４（ａ）にＦＦＴ処理データＡ及びバックグランドのノイズレベルＢを示す。また、針２０８の先端部径を１００μｍ、針２０８の先端部と平板電極２０７との対向距離Ｇを３．２ｍｍとした針平板モデル２００を変圧器容器１の上記対向平板モデル１００を配置したのと同じ場所に配置し、同じ内部アンテナ２により部分放電による電磁波を電気信号として検出し、ＦＦＴ処理部４によりＦＦＴ処理してＦＦＴ処理データＣを得た。図４（ｂ）にＦＦＴ処理データＣ及びバックグランドのノイズレベルＤを示す。
【００１２】
図４（ａ），（ｂ）のＦＦＴ処理データＡとＦＦＴ処理データＣとを比較する。図４（ａ）の気泡性放電の場合のＦＦＴ処理データＡは、低周波領域で信号強度（レベル）が高いが、所定周波数ｆ１である６００ＭＨｚ付近で所定値であるバックグランドのノイズレベルＢとほぼ同じレベルになる。すなわち、およそ６００ＭＨｚ以下の周波数領域においてバックグランドのノイズレベルＢより大きい有意な信号強度を有していることが分かる。図４（ｂ）の異物性放電の場合のＦＦＴ処理データＣは、低い周波数から別の所定周波数ｆ２（ｆ２＞ｆ１）である１５００ＭＨｚ（１．５ＧＨｚ）付近まで信号強度がほぼ平坦に推移し、所定周波数ｆ２より周波数が高い領域では信号強度が減衰しバックグランドのノイズレベルＤと同レベルの信号強度となる。すなわち、別の所定周波数ｆ２であるおよそ１．５ＧＨｚ以下の周波数領域においてバックグランドのノイズレベルＤより大きい有意な信号強度を有していることが分かる。
【００１３】
両者を比較すると周波数特性に差異が見られる。以上のような周波数特性を信号判別部５において比較することにより、気泡性放電か異物性放電か放電源の種別の判別が可能となる。すなわち、信号判別部５では、ＦＦＴ処理データＡまたはＣにおいて、所定周波数ｆ１である６００ＭＨｚ以下の周波数領域でノイズレベルＢ以上である信号強度（レベル）を有するデータ（周波数）が存在しかつ６００ＭＨｚを越える周波数領域でノイズレベルＢ以上である有意な信号強度を有するデータが存在しないとき、気泡性放電と判断する。また、所定周波数ｆ１である６００ＭＨｚを越え１．５ＧＨｚ以下の周波数帯域でノイズレベルＤ以上である信号強度を有するデータが存在するとき異物性放電と判断する。
【００１４】
以上のように、信号増幅器３によって増幅された実時間信号はＦＦＴ処理部４を用いて周波数特性を表す周波数領域信号であるＦＦＴ処理データに変換され、信号判別部５では内部放電信号の周波数帯域を上述のように判別基準に照らし合わせて部分放電が気泡性放電か異物性放電かを判別する。これにより、部分放電の放電源が気泡性放電であるか異物性放電であるかを判別できるようになり、それぞれの放電源による部分放電に対する対策を的確に行うことができる。
【００１５】
実施の形態２．
図５は、実施の形態２である部分放電源判別装置の構成を示す構成図である。図５において、内部アンテナ２からの内部アンテナ電気信号である電気信号は信号増幅器３にて増幅されＦＦＴ処理部４へ入力され、ＦＦＴ処理部４においてＦＦＴ処理され、ＦＦＴ処理部４からのＦＦＴ処理データＪは補正部１６に出力される。また、ノイズ検出用アンテナである外部アンテナ６は、変圧器容器１の外部側にあって変圧器容器部材としての金属フランジ１ａを挟んで内部アンテナ２と対向配設されている。外部アンテナ６からの電気信号は信号増幅器１３へ入力されて増幅され、ＦＦＴ処理部１４へ入力される。ＦＦＴ処理部１４によりＦＦＴ処理されて出力されたＦＦＴ処理データＫは補正部１６に出力される。補正部１６で補正された結果は信号判別部５へ出力される。
【００１６】
変圧器容器１の外部のノイズ等の電磁波は、外部アンテナ６により外部アンテナ電気信号である電気信号として検出され、信号増幅器１３にて増幅されてＦＦＴ処理部１４へ入力され、ＦＦＴ処理部１４にてＦＦＴ処理され時系列信号からＦＦＴ処理データＫに変換され、補正部１６へ出力される。補正部１６においては、例えば内部アンテナ２によって得られた電気信号のＦＦＴ処理データＪから、外部アンテナ６から得られたＦＦＴ処理データＫを減算し、後に残った差ＦＦＴ処理データ（Ｊ−Ｋ）を内部放電による電気信号のＦＦＴ処理データＭであるとする。
【００１７】
そして、上記実施の形態１と同様にして当該ＦＦＴ処理データＭにおいて、所定周波数ｆ１である６００ＭＨｚより低い周波数領域でその信号強度が所定値であるノイズレベル以上であるデータが存在し、かつ６００ＭＨｚを越える周波数領域でその信号強度がノイズレベルあるいはノイズレベル以下となるときは、気泡性放電と判断する。また、６００ＭＨｚを越え１．５ＧＨｚ以下の帯域でその信号強度がノイズレベル以上であるデータが存在するときは異物性放電と判断する。このようにすることにより、変圧器容器外部のノイズも考慮した気泡性放電と異物性放電のより確実な放電源の種別の判別が可能となる。
【００１８】
実施の形態３．
図６は、実施の形態３である部分放電源判別装置の構成を示す構成図である。図６において、ＦＦＴ処理部の代わりにハイパスフィルタ７及びローパスフィルタ８を設け、信号判別部２５をアナログ回路で構成したものである。ハイパスフィルタ７は、６００ＭＨｚ（ｆ１）以下の周波数を阻止し、６００ＭＨｚを越える周波数を通過させる。ローパスフィルタ８は、６００ＭＨｚ以下の周波数を通過させ、６００ＭＨｚを越える周波数を阻止する。
【００１９】
気泡性放電及び異物性放電の周波数特性が、例えば図４のような周波数特性のＦＦＴ処理データで表されるとする。信号判別部２５では、ハイパスフィルタ７及びローパスフィルタ８からの出力信号が所定値以下例えばバックグランドのノイズレベル以下となる場合は放電なしと判定する。ハイパスフィルタ７からの信号が例えばバックグランドノイズに対して３ｄＢ以上大きく、ローパスフィルタ８からの信号がノイズレベル以下である場合は異物性放電と判定する。
【００２０】
ハイパスフィルタ７からの信号がノイズレベル以下、ローパスフィルタ８からの信号がバックグランドノイズに対して３ｄＢ以上大きい場合は気泡性放電と判定する。ハイパスフィルタ７及びローパスフィルタ８ともにバックグランドノイズに対して３ｄＢ以上大きい信号を検出した場合は異物性放電と判定する。以上のように、この実施の形態においては、ハイパスフィルタ７及びローパスフィルタ８を通過した内部アンテナ２からの電気信号の強度（レベル）に基づいて放電源の種別を判別する。なお、実施の形態２と同様に外部アンテナ６を設けて、内部アンテナ２からの電気信号を外部アンテナ６からの電気信号により補正、例えば減算して、この補正された内部アンテナからの電気信号をハイパスフィルタ７及びローパスフィルタ８に入力するようにしてもよい。
このようなアナログ処理によっても、放電源の種別の判別が可能であり、全ての処理がアナログ処理であるため高速に判別できる。
【００２１】
実施の形態４．
図７〜図９は、実施の形態４を示すものであり、図７は部分放電源判別装置の構成を示す構成図、図８はバンドパスフィルタを通過した内部アンテナの電気信号の強度の相関を示す特性図、図９は気泡性放電及び異物性放電の周波数特性図とバンドパスフィルタの周波数帯域の設定例を示す説明図である。図７において、バンドパスフィルタ甲３７及びバンドパスフィルタ甲３７の周波数帯域よりも高い周波数帯域を有するバンドパスフィルタ乙３８を設け、内部アンテナの電気信号の周波数帯域を限定しその帯域での内部アンテナの電気信号の強度を計測する。図７におけるバンドパスフィルタ甲３７の通過帯域ＦＡを５０−２５０ＭＨｚとし、バンドパスフィルタ乙３８の通過帯域ＦＢを８００−１２００ＭＨｚとし、バンドパスフィルタ甲３７を通過した５０−２５０ＭＨｚ帯域の内部アンテナの電気信号の強度（レベル）Ｆ１を横軸に、バンドパスフィルタ乙３８を通過した８００−１２００ＭＨｚ帯域の内部アンテナの電気信号の強度（レベル）Ｆ２を縦軸にとった相関図の一例を図８に示す。
【００２２】
図８において、黒丸で示す点は実施の形態１で示した針平板モデルにおいて針の先端部径を１００μｍとして測定した異物性放電の場合、白丸で示す点は針の先端部径を１０μｍとして測定した異物性放電の場合、＋印は実施の形態１で示した対向平板モデルにおいて測定した気泡性放電の場合の各電気信号の強度を示すものである。図８において、気泡性放電の場合は相関直線Ｊのように低周波側（５０−２５０ＭＨｚ）の電気信号の強度Ｆ１に対する高周波側（８００−１２００ＭＨｚ）の電気信号の強度Ｆ２が異物性放電と比較して著しく小さく、異物性放電の場合は相関直線Ｋのように高周波側の電気信号の強度Ｆ２が相対的に大きくなる。従って、ＦＦＴの結果より所定の適切な周波数帯域を選択し、バンドパスフィルタ３７，３８を用いてその二つの帯域での電気信号の強度を比較することで、異物性放電と気泡性放電の判別が可能となる。具体的には、２つの電気信号の強度の比Ｆ２／Ｆ１が所定値以上のとき、異物性放電であると判定する。また、２つの電気信号の強度の比Ｆ２／Ｆ１が所定値未満のとき、あるいは上記所定値よりも小さい別の所定値未満のとき、気泡性放電であると判定する。
【００２３】
なお、バンドパスフィルタ甲３７及びバンドパスフィルタ乙３８の周波数帯域は、ＦＦＴ処理して得られた図９に示す周波数特性（図４に示した周波数特性と同じであり、図９（ａ）は気泡性放電、図９（ｂ）は異物性放電の周波数特性図である）から、予め図９のＦＡ，ＦＢのような放電源を判別できる低い周波数側の周波数帯域と高い周波数側の周波数帯域とを選択しておく。そして、これらの周波数帯域に応じた低周波数側と高周波数側のバンドパスフィルタ甲３７及び乙３８を通過した電気信号の強度を比較して、放電源を判別する。この実施の形態においては、実施の形態３のローパスフィルタ及びバンドパスフィルタを組合せたものに比し、内部アンテナ電気信号の周波数特性に基づいてバンドパスフィルタ甲３７及び乙３８の周波数帯域を設定することにより、より的確に放電源を判別できる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】この発明の実施の形態１である部分放電源判別装置の構成を示す構成図である。
【図２】気泡性放電を模擬する対向平板モデルの構成図である。
【図３】異物性放電を模擬する針平板モデルの構成図である。
【図４】気泡性放電及び異物性放電の周波数特性図である。
【図５】実施の形態２である部分放電源判別装置の構成を示す構成図である。
【図６】実施の形態３である部分放電源判別装置の構成を示す構成図である。
【図７】実施の形態４である部分放電源判別装置の構成を示す構成図である。
【図８】バンドパスフィルタを通過した内部アンテナの電気信号特性を示す特性図である。
【図９】気泡性放電及び異物性放電の周波数特性図とバンドパスフィルタの周波数帯域の設定例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  変圧器容器、２  内部アンテナ、４  ＦＦＴ処理部、５  信号判別部、
６  外部アンテナ、７  ハイパスフィルタ、８  ローパスフィルタ、
１４  ＦＦＴ処理部、１６  補正部、２５  信号判別部、３７  バンドパスフィルタ甲、３８  バンドパスフィルタ乙。
【図１】
2009080057.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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