(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス絶縁機器の部分放電による放電周波数信号を検出する部分放電センサと、前記ガス絶縁機器に印加される商用電源電圧の１サイクル（０°〜３６０°）を基準にして前記部分放電センサで検出された前記放電周波数信号の周波数成分を抽出する信号検出手段と、前記部分放電センサで検出された前記放電周波数信号の周波数が携帯電話に割当てられている無線周波数帯域外にあるときに放電周波数信号と判定して出力する周波数判定手段と、前記放電周波数信号が無線周波数帯域内にあるときに前記携帯電話における無線周波数信号の１パケットの信号幅に相当する設定幅と比較し、設定幅より大きいか小さいときに放電周波数信号と判定して出力する信号幅確認手段と、前記商用電源電圧の位相０°を位相原点として無線周波数信号パターンを格納する記憶手段と、前記無線周波数信号の終了点位相が前記商用電源電圧の位相３６０°のときにその開始点位相を前記商用電源電圧の位相０°に移動させる信号位相合せ手段と、前記信号位相合せ手段で位相合せされた前記無線周波数信号と前記無線周波数信号パターンを比較照合し、合致しないと放電周波数信号と判定して出力する信号パターン認識手段と、前記周波数判定手段、信号幅確認手段および信号パターン認識手段で判定された前記放電周波数信号を入力して部分放電パターンと照合して放電要因を判定する放電要因判定手段とを具備することを特徴とするガス絶縁機器の部分放電診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は変電設備を構成するガス絶縁機器で発生する部分放電を監視して診断するガス絶縁機器の部分放電診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、変電設備は遠隔の僻地に設置され、その上、無人の設備が増えている。
変電設備の中心となるガス絶縁機器は異物や傷が原因で部分放電を発生し、重大事故に繋がる虞があることから電力制御所、営業所、メーカなどの保守監視センターで監視することが要求される。
【０００３】
ガス絶縁機器(以後、ＧＩＳと称することもある)の部分放電を検出する技術は、例えば、刊行物「電気共同研究」第４６巻４号（電気共同研究会）平成２年発行、第１４７〜１６７頁第６章「変電部門におけるセンサ技術の適用」に記載されているように、外部放射電磁界センサ方式、接地線電流センサ方式、静電分圧センサ方式などがある。
【０００４】
外部放射電磁界センサ方式は、タンク外に設けたループアンテナによりＧＩＳ内部で発生している部分放電を検知するもので、検知レベルは１５００ｐＣ（ピコクーロン）程度である。ｐＣは電荷量である。接地線電流センサ方式は、タンク接地線に流れるパルス電流を検出することにより内部で発生している部分放電を検知するもので１００ｐＣ程度の検出レベルである。
【０００５】
静電分圧センサ方式は、部分放電パルスに伴う電磁波をＧＩＳタンク内に設けた中間電極(アンテナ)により検出するもので、１００ｐＣ程度の検出レベルである。静電分圧センサ方式は、周波数解析によるノイズ除去を行なうことで数ｐＣの検知も可能であることが報告され、近年は、他の方式に比べて高感度である静電分圧センサ方式が多く使用されている。
【０００６】
ところで、気中コロナの周波数成分は一般的に５００ＭＨｚ以下であるが、ＧＩＳ内部で発生する部分放電は急峻なパルスとなる為に５００ＭＨｚ以上の高い周波数成分を有する電磁波となって管路内を伝播する。部分放電の周波数特徴を利用して、センサ信号の周波数成分を監視する方法の有用性が報告されており、部分放電診断装置に応用されている。
【０００７】
例えば、特開平１０−１７０５９６号公報には、スペクトラムアナライザを使用して検出した信号の強度の大きい周波数における電圧位相パターンと予め登録している欠陥種別毎の電圧位相パターンをニューロ処理により認識させ、異常の種類や程度、機器の劣化具合を診断する方法が開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、携帯電話を始めとする無線機器も５００ＭＨｚ以上の特定周波数を利用しているので、絶縁診断中にこれらの無線周波数信号を検出することが非常に多くなり誤診断の原因になっている。誤診断を防止するには、ノイズとなる特定周波数帯域を信号処理する演算装置内で除外する方法やハードウェアにおいてフィルター回路を使用し特定周波数帯域をカットする方法が適用されている。
【０００９】
しかし、このような方法では、当該特定周波数帯域内で部分放電信号をも同時に除外するので検出精度を低下させるという問題点を有している。特に、携帯電話等の無線機器の大幅な増加により使用周波数帯域が広がっており、除外しなければならない周波数帯域が増加しているので部分放電の検出を精度良く行えないようになっている。
【００１０】
本発明の目的は、無線機器の使用周波数帯域における部分放電周波数信号を除外すること無く部分放電を精度良く検出できるガス絶縁機器の部分放電診断装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の特徴とするところは、ガス絶縁機器の部分放電を検出する部分放電センサで検出された放電周波数信号の周波数が無線機器に割当てられている無線周波数帯域内にあるかを判定すると共に無線周波数帯域内における放電周波数信号パターンと無線周波数信号パターンを比較照合し、無線周波数帯域外で無線周波数信号パターンに一致しない放電周波数信号を入力して部分放電パターンと照合して放電要因を判定するようにしたことにある。
【００１２】
本発明は無線機器の使用周波数帯域における部分放電周波数信号を除外すること無く、部分放電の発生する全周波数帯域における部分放電周波数信号によって検出しているので部分放電を精度良く検出することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態について説明する前に、ＧＩＳで発生する部分放電について説明する。
【００１４】
ガス絶縁開閉装置やガス遮断器などのガス絶縁機器は、製造時の異物の混入や絶縁物における欠陥などが存在すると部分放電が発生する。これらを放置すると雷サージや開閉サージのストレスを受け、地絡・短絡事故を発生させる原因になる。部分放電は、主として５００〜２０００MHzのＵＨＦ帯域の周波数成分を有する電磁波となって管路内を伝播する。また、部分放電は、欠陥の種別による固有の電圧位相パターン（周波数信号パターン）を持っており、この周波数信号パターンを認識することにより欠陥種別の判定を行なうことが出来る。
【００１５】
図１に本発明の一実施形態を示す。
図１において、対象とする変電設備のガス絶縁機器１には部分放電を検知する部分放電センサ２が取付けられている。センサ２はガス絶縁機器１に埋め込む電極内蔵(アンテナ)方式のものやスペーサ部表面設置型のスペーサアンテナ方式のものを用いることができる。
【００１６】
部分放電センサ２で検出された放電周波数信号は部分放電診断装置３に入力される。部分放電診断装置３に入力された放電周波数信号は信号検出部４で増幅され周波数成分が抽出される。また、検出した放電周波数信号は、商用電源周波数の１サイクルを基準にした電圧位相情報に加工される。信号検出部４は放電周波数信号（電圧位相情報）を周波数判定部５に与える。
【００１７】
無線周波数帯域テーブル１０には携帯電話等の無線機器に割当てられている無線周波数帯域が格納されている。周波数判定部１５は放電周波数信号の周波数が無線周波数帯域テーブル１０に格納されている無線周波数帯域内にあるかを判定する。
【００１８】
周波数判定部５は放電周波数信号が無線周波数帯域内にあると判定した放電周波数信号を信号幅確認部６に与え、また、無線周波数帯域外の放電周波数信号を放電要因判定部９に与える。信号幅確認部６は無線周波数信号（無線信号）の１パケットの信号幅を設定幅として与えられ、放電周波数信号の信号幅と比較する。
【００１９】
信号幅確認部６は放電周波数信号の信号幅が設定幅とほぼ同じであると放電周波数信号を信号位相合せ部７に与え、また、放電周波数信号の信号幅が設定幅より大きいか小さいと放電周波数信号を放電要因判定部９に与える。
【００２０】
信号位相合せ部７は放電周波数信号パターンを無線信号パターンテーブル１１に格納されている無線信号パターン（無線周波数信号パターン）との比較を行い易くするため放電周波数信号をシフト処理する。シフト処理では放電周波数信号の位相パターンを無線周波数信号パターンの位相原点（０°）へ移動させる処理を実行する。
【００２１】
信号パターン認識部８は、シフト処理した放電周波数信号波形と無線信号パターンテーブル１１に予め登録されているシフト処理された無線信号パターンとを照合する。信号パターン認識部８は両信号のパターンが合致すれば携帯電話等の無線通信信号と判定して除外し、合致しなければ部分放電による放電周波数信号と判定し放電要因判定部９に与える。
【００２２】
放電要因判定部９は周波数判定部５、信号幅確認部６および信号パターン認識部８で判定された放電周波数信号を入力してパターン認識処理を行い部分放電パターンテーブル１２の部分放電パターンとの照合を行い部分放電の各種要因を判定する。
【００２３】
図２に信号パターンの一例を示す。図２は、横軸にガス絶縁機器１に印加される商用電源電圧の１サイクルの位相角（０〜３６０°）を４８分割し、縦軸にその各位相に対する最大信号強度を表したグラフである。１サイクル中の最大の信号強度を１として正規化したグラフで表わしている。
【００２４】
異物の大きさや付着の具合、印加電圧の大きさにより１サイクル中におけるパターンと立ち上りタイミングに違いがあることが刊行物「電気学会技術報告」第502号頁73表4.5の部分放電パルスパターンの例に示されている。
【００２５】
部分放電の１サイクルの位相は、その欠陥種別により特徴的なものが多く、位相のパターンにより欠陥種別を判定することが可能である。このことから、欠陥種別毎の位相パターンを登録しておき、検出信号の位相データと比較することで欠陥種別を導き出すことができる。
【００２６】
図２の（ａ）〜（ｃ）に部分放電位相パターンの一例を示す。例えば、図２（ａ）のスペーサクラックのケースでは、電圧位相に対し正負均等なパターンとなる。また、図２（ｂ）の高圧導体突起や図２（ｃ）のタンク底面異物のケースでは、正負ピークを中心に大きな幅のパターンになる。
【００２７】
図２（ｄ）は携帯電話の例であるが、単発な矩形波状となり、０°〜３６０°間ではランダムなタイミングの位相角で立ち上がる波形となり、出現個所が一定でないことから位相パターンによる推測が難しくなる。しかし、矩形波状の幅は常に変わらない特徴を持っている。
【００２８】
本発明では次のような処理により携帯電話等の既知の無線周波数信号に対する信号判別を行うようにしている。
【００２９】
信号検出部４は部分放電センサ２により検出した放電周波数信号を増幅して周波数成分の抽出を行う。信号検出部４は、放電周波数信号を商用電源電圧を基準とした１サイクル分の電圧位相情報として加工する。本実施例では、位相情報は電圧位相７．５°毎の４８分割データに加工したものとしている。なお、本実施例は、すべて電圧位相を７．５°毎の４８分割したパターンで表しているがこれに限るものではない。
【００３０】
周波数判定部５は放電周波数信号の判定処理を行う。周波数判定部５は、携帯電話等の無線周波数信号か実際に発生している部分放電の周波数信号かどうかを切り分ける処理を行うことになる。
【００３１】
例えば、携帯電話は日本国内の場合、８００MHzもしくは１５００MHzを占有周波数帯域として割当てられている。正確な営業周波数帯は８００MHzの場合、８１０MHz〜９５８MHz、１５００MHzの場合、１４２９MHz〜１５０１MHzが電波法により規定され割当てられている。
【００３２】
周波数判定部５は、検出した放電周波数信号の周波数と無線周波数帯域テーブル１０に予め設定してある設定無線周波数帯域とを比較する。放電周波数信号の周波数が設定無線周波数帯域内の場合は携帯電話等の無線周波数信号である可能性もあり、放電周波数信号も含まれる。
【００３３】
図３に概念図を示す。無線周波数帯域３１ａと３１ｂが携帯電話で使用される周波数帯である。検出信号３２は放電検出信号であるが、検出信号３３は携帯電話の無線周波数信号か放電周波数信号の何れかになる。無線周波数帯域テーブル１０はこの周波数帯域３１ａ、３１ｂをテーブル化したものである。
【００３４】
無線周波数帯域テーブル１０のテーブル構成の一例を図４に示す。設定する周波数の始点をＦ１ｎに、また、周波数の終点をＦ２ｎに設定する。図示のようにＦ１１（８１０ＭＨｚ）とＦ１２（９５８ＭＨｚ）を１行目に配置する。同様に複数の携帯電話や無線信号の周波数帯域を設定する場合には、図示のように複数箇所ｎの周波数帯域を設定する。符号ｎの数字は１、２、…の順に低周波側からにする。
【００３５】
周波数判定部５は放電周波数信号が無線周波数帯域内にあると判定した放電周波数信号を信号幅確認部６に与え、また、無線周波数帯域外の放電周波数信号を放電要因判定部９に与える。信号幅確認部６は無線周波数信号（無線信号）の１パケットの信号幅を設定幅として与えられ、放電周波数信号の信号幅と比較する。
【００３６】
信号幅確認部６は放電周波数信号の信号幅が設定幅とほぼ同じであると放電周波数信号を信号位相合せ部７に与え、また、放電周波数信号の信号幅が設定幅より大きいか小さいと放電周波数信号を放電要因判定部９に与える。
【００３７】
信号幅確認部６は、前述したように携帯電話の信号の電圧位相幅は常に一定であることから４８点の位相幅（信号幅）の和を設定幅として放電周波数信号と比較する。放電周波数信号と設定幅が一致すると無線周波数信号の可能性があるが、設定幅より大きいか、あるいは小さいと放電周波数信号と判定する。
【００３８】
携帯電話の無線周波数信号は図２に示すように信号幅が変化しないが出現する位相角度が異なる。信号位相合せ部７は無線周波数信号の判別を容易にするために位相を位相原点である０°まで移動(シフト)する。
【００３９】
信号位相合せ部７は放電周波数信号パターンを無線信号パターンテーブル１１に格納されている無線信号パターン（無線周波数信号パターン）との比較を行い易くするため放電周波数信号をシフト処理する。
【００４０】
信号位相合せ部７が実行するシフト処理の流れの一例を図５に示す。
処理５１では、立ち上りが図６（ａ）のような１個（無線信号では１パケットであり、以後、１パケットと称する）又は図６（ｂ）のような３パケット以上の位相パターンであるかを判定する。１パケットまたは３パケット以上の場合には処理５４に移り、図６（ａ）、（ｂ）に破線で示すように、位相原点である‘０°’へパケットをシフトする。
【００４１】
処理５１で１パケットまたは３パケット以上でないと判定すると処理５２において図６（ｃ）のように２パケットのパターンで、１パケット目の開始点が‘０°’以外のケースの時、図６（ｃ）に破線で示すようにそのまま‘０°’へシフトする。処理５３では、図６（ｄ）のようにもし２パケット目の終了点が‘３６０°’の時、２パケット目の開始点を先頭として‘０°’へシフトする。何故ならば、図６（ｄ）の場合、連続した１つのパターンとして考えられるからである。
【００４２】
信号パターン認識部８は、シフト処理した放電周波数信号波形と無線信号パターンテーブル１１に予め登録されているシフト処理された無線信号パターンとを照合しパターン認識処理を実行する。信号パターン認識部８は両信号のパターンが合致すれば携帯電話等の無線通信信号と判定して除外し、合致しなければ部分放電による放電周波数信号と判定し放電要因判定部９に与える。
【００４３】
図７に無線信号パターンテーブル１１の一例構成を示す。このテーブル１１には、実際に計測した携帯電話や無線機器信号データや減衰を考慮した位相パターンでシフト処理した、つまり位相原点を合わせた無線信号パターンデータが登録されている。図７ではパターンを変えた２種類の携帯電話の信号の位相パターンを登録している。
【００４４】
信号パターン認識部８は放電周波数信号パターンと無線信号パターンが一致すれば無線機器の無線周波数信号と判定することが出来る。以上のようにシフトした信号パターンで照合処理することにより、位相幅、信号の強度等細かい特徴を掴んで照合処理を行うことが出来る。
【００４５】
放電要因判定部９は周波数判定部５、信号幅確認部６および信号パターン認識部８で判定された放電周波数信号を入力してパターン認識処理を行い部分放電パターンテーブル１２の部分放電パターンとの照合を行い部分放電の各種要因を判定する。
【００４６】
図８に部分放電パターンテーブル１２の一例構成を示す。このテーブル１２には、図７に示す無線信号パターンと同様に、実際に計測した部分放電の位相パターンを教師データとして欠陥種別毎に登録されている。図８は１番目にスペーサクラックの部分放電パターン、２番目にタンク底面異物の部分放電パターンを登録している例を示している。
【００４７】
放電要因判定部９は放電周波数信号がテーブル１２に登録してある部分放電のパターンと一致することにより欠陥種別を導き出すことが出来る。
【００４８】
パターンの比較にはいろいろな処理方式があるが、本発明ではニューロの技術を適用する。ニューラルネットワーク技術は、人間による判断に近い処理をコンピュータにより実現するためのものであり、文字認識などのパターン認識に適用されている。ニューロの利点は曖昧な診断を処理し、パターン認識に限ればより人間に近い判定を下せることにある。パターン認識の分野においては色々な技術に適用されている。
【００４９】
このようにしてガス絶縁機器の部分放電を検出するのであるが、無線機器の使用周波数帯域における部分放電周波数信号を除外すること無く、部分放電の発生する全周波数帯域における部分放電周波数信号によって検出しているので部分放電を精度良く検出することができる。
【００５０】
また、上述の実施例は信号幅（位相幅）によっても放電周波数信号と無線周波数信号を区分しているので信号パターンの照合を簡略化できる。また、部分放電や携帯電話等の位相パターンを登録するテーブルが単純な構成となっており、テーブル本体のメモリ容量も少なくて済むことから、汎用の演算装置への搭載も可能である。
【００５１】
【発明の効果】
本発明は無線機器の使用周波数帯域における部分放電周波数信号を除外すること無く、部分放電の発生する全周波数帯域における部分放電周波数信号によって検出しているので部分放電を精度良く検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施形態を示す構成図である。
【図２】  本発明を説明するためのパターン特性図である。
【図３】  本発明を説明するための信号強度−周波数特性図である。
【図４】  本発明を説明するための無線周波数帯域テーブルの一例構成図である。
【図５】  本発明のシフト処理のフロー図である。
【図６】  本発明のシフト処理の説明図である。
【図７】  本発明を説明するための無線信号パターンテーブルの一例構成図である。
【図８】  本発明を説明するための部分放電パターンテーブルの一例構成図である。
【符号の説明】
１…絶縁機器（ＧＩＳ）、２…部分放電検出センサ、３…部分放電診断装置、４…信号検出部、５…周波数判定部、６…信号幅確認部、７…信号位相合わせ部、８…信号パターン認識部、９…部分放電判定部、１０…無線周波数帯域テーブル、１１…無線信号パターンテーブル、１２…部分放電パターンテーブル。
【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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【図８】
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