JP4592592B2

JP4592592B2 - 絶縁劣化診断装置

Info

Publication number: JP4592592B2
Application number: JP2005513567A
Authority: JP
Inventors: 孝新元; 裕二浦辺; 辰也室伏; 達也小川
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2003-10-22
Filing date: 2004-10-21
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2024-10-21
Also published as: GB2422967A; CN1871523A; GB2422967B; HK1094467A1; WO2005038475A1; JPWO2005038475A1; US7285961B2; US20070085548A1; CN100480713C; GB0609189D0; KR20060085947A; KR100812291B1

Description

本発明は、高圧系統に接続された高圧送電機器（電力ケーブル等）の絶縁劣化を診断する装置に関し、より詳細には、高圧送電機器の接地線を流れる放電電流に基づいて、高圧送電機器の内部で生じた部分放電を測定する診断装置に関する。

電力ケーブルの絶縁劣化を診断する方法は、特公平６−７１４６号公報に開示されている。この方法は、部分放電によって生じた放電電流を利用して、電力ケーブルの絶縁劣化を診断する。図１Ａに示すように、診断装置１０１は、ケーブル１０２、中間接続部１０３、終端接続部１０４ａ，１０４ｂ、高周波ブロッキングコイル１０５、高電圧電源１０６、結合コンデンサ１０７、検出インピーダンス１０８、及び部分放電測定器１０９を備える。なお、図１Ａ，１Ｂはそれぞれ診断装置１０１の結線図，等価回路図である。

ケーブル１０２は、中間接続部１０３を用いて２本のケーブルを接続することにより構成される。また、ケーブル１０２は、終端接続部１０４ａの第１端部に接続された第１端部と、終端接続部１０４ｂの第１端部に接続された第２端部を有する。終端接続部１０４ａは、高周波ブロッキングコイル１０５を介して、高電圧電源１０６に接続された第２端部を有する。終端接続部１０４ｂは、結合コンデンサ１０７を介して、検出インピーダンス１０８に接続された第２端部を有する。部分放電測定器１０９は、検出インピーダンス１０８の両端にそれぞれ接続された両端を有し、かつ、検出インピーダンス１０８の両端に発生する電位差を検出する。図１Ｂにおける、コンデンサ１０２ａは、ケーブル１０２の静電容量に等しい静電容量を有する。

次に、診断装置１０１の絶縁劣化診断方法を説明する。ケーブル１０２の運転を停止した後、試験電圧が高電圧電源１０６からケーブル１０２に印加される。この操作により、部分放電がケーブル１０２の絶縁体で発生して、放電電流をケーブル１０２の導体に誘起する。なお、放電電流は、高周波のパルス波形を有する。放電電流は、結合コンデンサ１０７を介して、検出インピーダンス１０８に出力される。部分放電測定器１０９は、検出インピーダンス１０８の両端に発生するパルス性電圧を検出して、データを生成する。生成されたデータに所定の処理を施した後、ケーブル１０２の絶縁劣化が診断される。

部分放電測定器１０９は、例えば同調式部分放電測定器である。部分放電測定器１０９は、同調検出器、広帯域減衰器、同調増幅器、及び検波器等を備える（すべて図示略）。同調検出器は、パルス性電圧を一定の周波数の減衰振動波形として検出する。広帯域減衰器は、同調検出器の出力波形を適当なレベルまで減衰する。同調増幅器は、ラジオ放送帯域を避けるために、４００ｋＨｚを中心周波数とする同調周波数で、広帯域減衰器の出力波形を同調させて増幅する。検波器は同調増幅器の出力波形を検波する。

また、配電用高圧架空ケーブルの分岐接続体の絶縁劣化を診断する方法は、特開２０００−２７４３号公報に開示されている。この方法は、引込ケーブルに流れる高周波電流を利用して、分岐接続体の絶縁劣化を診断する。
図２に示すように、引込ケーブル２０２は、接続体２０３によって、架空ケーブル２０８から分岐される。診断装置２０１は、変流器２０４、アンプ２０５、スペクトラムアナライザ２０６、及びコンピュータ２０７を備える。変流器２０４は、引込ケーブル２０２に取り付けられる。アンプ２０５は、変流器２０４によって検出された高周波電流の波形を増幅する。スペクトラムアナライザ２０６は、増幅された高周波電流の周波数スペクトラムを測定する。コンピュータ２０７は、高周波電流の波形パターンと周波数スペクトラムをメモリに記憶する。

次に、診断装置２０１の絶縁劣化診断方法を説明する。正常な接続体２０３における、高周波電流の基準波形パターンと基準周波数スペクトルが、コンピュータ２０７のメモリに予め記憶される。次に、診断対象の接続体２０３における、高周波電流の波形パターンと周波数スペクトラムは、コンピュータ２０７のメモリに記憶されて、基準波形パターン及び基準周波数スペクトルとそれぞれ比較される。この比較によって、部分放電の程度、すなわち接続体２０３の絶縁劣化の程度が診断される。

接続体２０３において部分放電が発生しているとき、２〜６ＭＨｚ及び６〜１０ＭＨｚの帯域では、高周波電流の周波数スペクトラムは大きな値をとる。一般的な環境ノイズの周波数スペクトラムは、２〜６ＭＨｚ及び６〜１０ＭＨｚの帯域では、小さい値をとるので、上記の方法により、部分放電の発生は環境ノイズの発生と簡易に識別される。

しかしながら、前者の診断方法では、ケーブル１０２に結合コンデンサ１０７を取り付け、かつ、ケーブル１０２の運転を停止する必要がある。それゆえ、この診断方法は、製品出荷時の検査又は製品開発時の特性評価のみに使用される。また、単一の周波数（４００ｋＨｚ）が、検出インピーダンス１０８で検出したパルス性電圧から抽出されて、部分放電測定に使用されるので、実態に即していない。さらに、部分放電測定器１０９は、同調式部分放電測定器等であるため、回路構成の複雑化を招く。

後者の診断方法では、高周波電流の周波数スペクトルを求めるために、スペクトラムアナライザが使用されるので、装置の高価化を招く。

本発明の目的は、装置構成の簡易化及び低コスト化を実現する絶縁劣化診断装置を提供することである。

また、本発明の目的は、運転中の高圧送電機器で生じる部分放電を精密に測定するための絶縁劣化診断装置を提供することである。

上述の目的を達成するために、本発明は、商用周波数において−６０ｄＢ以下の減衰量及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下のスロープ特性を有するフィルタ機能を有し、被測定線に流れる電流を検出する第１変流器と、前記第１変流器で検出された電流に基づく電流信号から低周波成分を除去する第１ハイパスフィルタと、前記第１ハイパスフィルタからの電流信号から高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、前記第１ローパスフィルタからの電流信号を所定のレベルまで増幅する第１増幅器と、前記第１増幅器で増幅された電流信号から、前記被測定線で発生した部分放電による放電電流に対応する信号を抽出する第２ハイパスフィルタと、前記第２ハイパスフィルタで抽出された信号に基づいて、前記被測定線で部分放電が生じたか否かを判定する第１放電判定部と、商用周波数において−６０ｄＢ以下の減衰量及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下のスロープ特性を有するフィルタ機能を有し、前記被測定線に接続された他の線に流れる電流を検出する第２変流器と、前記第２変流器で検出された電流に基づく電流信号から低周波成分を除去する第３ハイパスフィルタと、前記第３ハイパスフィルタからの電流信号から高周波成分を除去する第２ローパスフィルタと、前記第２ローパスフィルタからの電流信号を所定のレベルまで増幅する第２増幅器と、前記第２増幅器で増幅された電流信号から、前記他の線で発生した部分放電による放電電流に対応する信号を抽出する第４ハイパスフィルタと、前記第２ハイパスフィルタからの信号を包絡線検波した第１検波信号と、前記４ハイパスフィルタからの信号を包絡線検波した第２検波信号との差をとってノイズを除去するノイズ除去部と、前記ノイズ除去部でノイズが除去された信号に基づいて、前記被測定線で部分放電が生じた否かを判定する第２放電判定部と、前記第１放電判定部における判定結果と前記第２放電判定部における判定結果とに基づいて、前記被測定線で部分放電が生じたか否かを最終的に判定する最終放電判定部と、を備えることを特徴とする絶縁劣化診断装置を提供する。

本発明によれば、変流器に、商用周波数において−６０ｄＢ以下の減衰量及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下のスロープ特性を有するフィルタ機能を持たせたので、被測定線に流れる商用周波数の充電電流を除去するためのフィルタは不要となる。それゆえ、簡単な構成で、かつ、安価で精度よく活線状態における被測定線の部分放電を測定できる。

図１Ａは、従来の高圧送電機器の絶縁劣化を診断する装置の結線図である。図１Ｂは、従来の高圧送電機器の絶縁劣化を診断する装置の等価回路図である。図２は、従来の高圧送電機器の絶縁劣化を診断する別の装置の構成図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る診断装置の構成図である。図４は、本発明の第１実施形態に係る変流器の周波数特性を示す図である。図５は、本発明の第１実施形態に係る第１段フィルタの周波数特性を示す図である。図６は、本発明の第１実施形態に係る第２段フィルタの周波数特性を示す図である。図７は、本発明の第１実施形態に係るローパスフィルタに入力される第１増幅信号の周波数特性である。図８Ａは、本発明の第１実施形態に係る診断装置のＴＰ１における第２増幅信号の周波数スペクトラムを示す図である。図８Ｂは、本発明の第１実施形態に係る診断装置のＴＰ２における第２増幅信号の周波数スペクトラムを示す図である。図８Ｃは、図８Ａの一部の時間スケールを拡大した図である。図８Ｄは、図８Ｂの一部の時間スケールを拡大した図である。図９は、本発明の第２実施形態に係る診断装置における、ノイズ電流の発生状態を説明するための図である。図１０は、本発明の第２実施形態に係る診断装置における、ノイズ電流の実測波形を示す図である。図１１は、本発明の第２実施形態に係る診断装置の構成図である。図１２Ａは、本発明の第２実施形態に係る第１検波部に入力される信号波形を示す図である。図１２Ｂは、本発明の第２実施形態に係る第１検波部で入力信号を全波整流した波形を示す図である。図１２Ｃは、本発明の第２実施形態に係る第１検波部で全波整流信号を平滑化した波形を示す図である。図１３Ａは、本発明の第２実施形態に係る、ケーブルに部分放電が発生していない状態における、ケーブルに流れるノイズ電流信号を示す図である。図１３Ｂは、本発明の第２実施形態に係る、ケーブルに部分放電が発生していない状態における、合成信号の実測波形を示す図である。図１４Ａは、本発明の第２実施形態に係る、ケーブルに部分放電が発生している状態における、ケーブルに流れるノイズ−放電電流信号を示す図である。図１４Ｂは、本発明の第２実施形態に係る、ケーブルに部分放電が発生している状態における、合成信号の実測波形を示す図である。図１５は、本発明の第２実施形態の変形例に係る診断装置の構成図である。図１６は、本発明の第２実施形態の他の変形例に係る診断装置の構成図である。

図３−１６を参照して、本発明の第１及び２実施形態を詳細に説明する。

本発明では、高圧送電機器の一例として、電力ケーブル（以後、ケーブルと称する）を対象とする。

我々は次の事実を見出した。１番目に、ケーブルで検出される部分放電の電荷量は、約５００ｐＣ以下であり、特に約１０〜２００ｐＣが支配的である。２番目に、ケーブルで検出される放電電流（パルス波形）の低周波数帯域は１００〜５００ＫＨｚの範囲内であり、特に１００〜４００ＫＨｚの範囲内の低周波数が支配的である。また、この低周波数はいくつかのピークを有し、かつ、短時間で収束する。３番目に、ケーブルで検出される放電電流の高周波数帯域は１．５〜５ＭＨｚの範囲内である。また、この高周波数はいくつかのピークを有し、かつ、短時間で収束する。なお、部分放電がケーブルの絶縁体で発生すると、放電電流が、パルス波形としてケーブルの導体に誘起される。

本発明の第１乃至４実施形態では、１００〜４００ｋＨｚの低周波数帯域内の周波数を主成分とする放電電流を検出対象とする。この設定により、診断装置は、ノイズを除去して高調波等の影響を受けることなく、放電電流の原波形にほぼ対応した波形を取り出せるので、放電電流の波形とノイズの波形を識別できると共に、ケーブルの絶縁劣化の程度を診断できる。

また、本発明の第５実施形態では、１００〜５００ＫＨｚの低周波数帯域、及び１．５〜５ＭＨｚの高周波数帯域内の周波数を主成分とする放電電流を検出対象とする。この設定により、診断装置は、低周波数帯域のみの設定の利点に加えて、検出した部分放電がケーブルから発生したのか、ケーブルに接続された電力機器（モータ、トランス等）から発生したのかを識別できる。

（第１実施形態）
図３に示すように、ケーブル２は終端接続部３を取り付けた端部を有する。接地線５は、ケーブル２の端部外周上の遮蔽層に接続された一端と、接地された他端を有する。接地線５は例えばＩＶ線からなる。ＩＶ線は、銅撚り線の外周を取り囲む０．８ｍｍ厚のＰＶＣからなる。接地線５の遮蔽層は銅テープ等からなる。なお、接地線５は本発明の被測定線に対応する。

診断装置１ａは接地線５に取り付けられる。診断装置１ａは、変流器（ＣＴ）７ａ、負荷抵抗１３、抵抗１４、第１増幅器１５、第１ハイパスフィルタ（第１ＨＰＦ）１７、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）１９、第２増幅器２０、第２ハイパスフィルタ（第２ＨＰＦ）２１、遅延回路２２及び放電判定部３０を備える。

変流器７ａは、クランプ状に形成されて、コア８と出力巻線（２次巻線）９ａからなる。コア８は、環状に形成されて、接地線５が貫通する中空部を有する。コア８は例えばフェライトコアである。出力巻線９ａは、コア８に数回（例えば１０回）巻きつけられ、かつ、接地された第１端部を有する。接地線５に流れる電流が変化すると、出力巻線９ａには誘導電流が流れる。それゆえ、放電電流が接地線５に流れると、誘導電流が放電電流のパルス波形に対応して出力巻線９ａに生じる。なお、変流器７ａは本発明の変流器に対応する。
変流器７ａは、電流検出器及びフィルタ機能として、商用周波数の減衰量及びスロープ特性がそれぞれ−６０ｄＢ以下及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下である周波数特性を有する。本実施形態では、現在一般的に使用されている変流器を用いて、この機能を実現するものである。
診断装置１ａの電流検出器として、現在一般的に使用されている変流器を適用する場合、放電電流を重畳した大きな電流が接地線５に流れると、変流器のコアや増幅器が飽和してしまう。これに伴って、第１ハイパスフィルタ１７、ローパスフィルタ２０及び第２ハイパスフィルタ２１を用いて、入力信号から低周波及び高周波成分を除去しても、放電電流を良好に検出することができない。
そこで、商用周波数から低周波成分（１０ｋＨｚ程度）を除去するフィルタ機能を変流器に持たせることにより、変流器のコアや増幅器を飽和させずに、接地線に流れる放電電流を正確に検出できる。

図４に示すように、変流器７ａは特性線Ｔ１の周波数特性を有する。特性線Ｔ１は、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）において、−６０ｄＢ以下の減衰量及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下のスロープ特性を有するので、変流器７ａはハイパスフィルタとして機能する。負荷抵抗１３は、出力巻線９ａの両端に接続されて、例えば１００Ωの抵抗値を有する。

抵抗１４は、出力巻線９ａの第２端部に接続された第１端部と、接地された第２端部を有する。第１増幅器１５は、抵抗１４の第１端部に接続された第１端部を有する。第１増幅器１５は、誘導電流が抵抗１４に流れることによって、抵抗１４の両端に発生した電圧を１０倍程度に増幅して、第１増幅信号を出力する。第１増幅信号は、第１増幅器１５から第１ハイパスフィルタ１７に出力される。

第１ハイパスフィルタ１７は、第１増幅器１５の第２端部に接続された第１端部を有する。第１ハイパスフィルタ１７は、第１増幅信号から第１遮断周波数以下の低周波周成分を除去する。第１遮断周波数は１０ｋＨｚ程度である。低周波成分を除去した第１増幅信号は、第１ハイパスフィルタ１７からローパスフィルタ１９に出力される。

ローパスフィルタ１９は、第１ハイパスフィルタ１７の第２端部に接続された第１端部を有する。ローパスフィルタ１９は、低周波成分を除去した第１増幅信号から、第２遮断周波数以上の高周波成分を除去する。第２遮断周波数は、３００〜５００ｋＨｚ程度である。本実施形態では第２遮断周波数として５００ｋＨｚを適用する。高周波成分を除去した第１増幅信号は、ローパスフィルタ１９から第２増幅器２０に出力される。

第２増幅器２０は、ローパスフィルタ１９の第２端部に接続された第１端部を有する。第２増幅器２０は、高周波成分を除去した第１増幅信号を１００倍程度に増幅して、第２増幅信号を出力する。第２増幅信号は、第２増幅器２０から第２ハイパスフィルタ２１に出力される。

第１段フィルタは、変流器７ａ、第１ハイパスフィルタ１７、及びローパスフィルタ１９からなり、図５に示した周波数特性を有する。第１段フィルタにおける、第１ハイパスフィルタ１７及びローパスフィルタ１９の遮蔽周波数は、それぞれ１０ｋＨｚ及び３００〜５００ｋＨｚである。それゆえ、第１段フィルタにおける減衰量は、１０〜５００ＫＨｚの間の周波数では、−１０〜０ｄＢの間の値をとる。

第２ハイパスフィルタ２１は、第２増幅器１９の第２端部に接続された第１端部を有する。第２ハイパスフィルタ２１は、第２増幅信号から第３遮断周波数以下の低周波成分を除去する。第３遮断周波数は１００〜２００ｋＨｚ程度である。本実施形態では、第３遮断周波数として１００ｋＨｚを適用する。低周波成分を除去した第２増幅信号は、第２ハイパスフィルタ２１から放電判定部３０に出力される。

遅延回路２２は、第２ハイパスフィルタ２１の第２端部に接続された第１端部と、放電判定部３０の第１端部に接続された第２端部を有する。遅延回路２２は、反転増幅器２３と遅延素子（ＤＬＹ）２４からなる。遅延回路２２は、第２ハイパスフィルタ２１からの第２増幅信号から高調波を打ち消す、アクティブフィルタの機能を有する。なお、遅延回路２２を省略してもよい。

反転増幅器２３は、第２ハイパスフィルタ２１からの第２増幅信号を反転して、反転信号を遅延素子２４に出力する。遅延素子２４は、反転信号を微少時間（例えば０．５μｓ）だけ遅延させて、遅延信号を出力する。遅延信号は、第２ハイパスフィルタ２１からの第２増幅信号と合成される。合成された信号は、放電判定部３０に出力される。これにより、第２増幅信号が高調波を含む場合でも、遅延回路２２によって高調波はほぼ打ち消されるので、波形歪みの少ない信号が得られる。

第２段フィルタは、第２ハイパスフィルタ２１と遅延回路２２からなり、図６に示した周波数特性を有する。第２段フィルタは−１８ｄＢ／ｏｃｔのスロープ特性を有する。第２段フィルタにおいて、第２ハイパスフィルタ２１の遮蔽周波数は１００〜２００ｋＨｚである。それゆえ、第２段フィルタにおける減衰量は、１００〜５００ＫＨｚの間の周波数では−１０〜１０ｄＢの間の値をとる。

放電判定部３０は、合成信号に基づいて、部分放電がケーブル２で生じた否かを判定する。放電判定処理では、入力された信号のｐ−ｐ値、ｐ−ｐ時間、及びピーク数を検出することによって、合成信号がケーブル２の部分放電に起因する信号であるか否かを判定する。ここで、ｐ−ｐ値は、ある波形のピークとその波形に隣接した波形のピークとの間の振幅値と定義される。ｐ−ｐ時間は、波形の最初のピークと最後のピークとの間の時間と定義される。なお、放電判定部３０は本発明の放電判定部に対応する。

次に、診断装置１ａの動作を説明する。

運転中のケーブル１には充電電流が流れる。充電電流は、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）を有する電流である。この状態において、接地線５にも充電電流が流れる。

運転中のケーブル１に部分放電が発生すると、放電電流は充電電流に重畳されて接地線５に流れる。放電電流が接地線５に流れると、誘導電流が放電電流のパルス波形に対応して出力巻線９ａに生じる。このとき、商用周波数を有する充電電流は、変流器７ａのフィルタ機能によって除去される。

第１増幅器１５は、変流器７ａからの誘導電流に基づく電流信号を１０倍程度に増幅して、第１ハイパスフィルタ１７に第１増幅信号を出力する。第１ハイパスフィルタ１７は、第１増幅信号から１０ｋＨｚ程度以下の低周波成分を除去して、ローパスフィルタ１９に出力する。ローパスフィルタ１９は、低周波成分を除去した第１増幅信号から５００ｋＨｚ程度以上の高周波成分を除去して、第２増幅器２０に出力する。第２増幅器２０は、高周波成分を除去した第１増幅信号を１００倍程度に増幅し、第２バイパスフィルタ２１に第２増幅信号を出力する。第２ハイパスフィルタ２１は、第２増幅信号から１００ｋＨｚ程度以下の低周波成分を除去して、放電判定部３０に出力する。

ローパスフィルタ１９に入力される、低周波成分を除去した第１増幅信号に対して、スペクトラムアナライザで周波数分析すると、図７に示すような周波数特性が得られる。この周波数特性を参照するに、入力された第１増幅信号の周波数成分は、１００〜４００ｋＨｚ程度である。従って、ローパスフィルタ１９の遮断周波数を５００ｋＨｚ程度に設定することが好ましい。

第２増幅器２０出力された第２増幅信号の、ＴＰ１における信号波形は、例えば、図８Ａ及び図８Ｃに示す波形を有する。なお、図８Ｃは、図８Ａの一部を、時間スケールを拡大して示している。ＴＰ１における信号波形は、数十ｋＨｚの周波数成分を有する。丸印Ａで示した、波形の上部付近に存在する凹部は、放電電流のパルス波形によって生じた部分である。従って、放電電流によって生じた信号波形を検出するには、ＴＰ１における信号波形から数十ｋＨｚの周波数成分を除去する必要がある。

第２ハイパスフィルタ２１から第２増幅信号の、ＴＰ２における信号波形は、例えば、図８Ｂ及び図８Ｄに示すような波形を有する。なお、図８Ｄは、図８Ｂの一部を、時間スケールを拡大して示している。丸印Ｂで示した部分は、ＴＰ１における信号波形の丸印Ａで示した部分に対応する。ＴＰ２における信号波形は、第２ハイパスフィルタ２１で、ＴＰ１における信号波形から数十ｋＨｚの周波数成分を除去しているので、放電電流のパルス波形によって生じた信号波形の前後は略平坦になる。それゆえ、放電判定部３０における放電判定処理が容易になる。

なお、第２ハイパスフィルタ２１の第２端部に、さらに、第２ローパスフィルタ、第３ハイパスフィルタ、及び第３ローパスフィルタをこの順で接続して、ノイズを除去してもよい。第２ローパスフィルタは、３００〜５００ｋＨｚの遮断周波数を有する。第３ハイパスフィルタは、１００〜２００ｋＨｚの遮断周波数を有する。第３ローパスフィルタは、３００〜５００ｋＨｚの遮断周波数を有する。

放電判定部３０は、入力された信号（アナログ信号）を、例えば０．１〜０．２μｓでサンプリングして、デジタル信号に変換する。放電判定部３０は、このデジタル信号に対して放電判定処理を行う。

次に、放電判定部３０による放電判定処理を説明する。

放電判定部３０は、まず、入力された信号波形のｐ−ｐ値が、予め設定された上限値と下限値との差の絶対値（基準値）以下である否かを判定する。基準値は例えば２０〜２００ｍＶである。

ｐ−ｐ値が基準値以下でない場合には、入力された信号はケーブル２の部分放電に起因した信号ではなく、大きな振幅を有するノイズ信号であるので、放電判定部３０は放電判定処理を終了する。

ｐ−ｐ値が基準値以下である場合には、入力された信号はケーブル２の部分放電に起因した信号であるので、放電判定部３０は次の処理を行う。上述の判定において、大きな振幅を有するノイズ信号は除去される。

次に、放電判定部３０は、入力された信号波形のｐ−ｐ時間が、所定時間（例えば２０μｓ）以下であるか否かを判定する。ｐ−ｐ時間が所定時間以下ではない場合には、入力された信号はケーブル２の部分放電に起因した信号ではないので、放電判定部３０は放電判定処理を終了する。ｐ−ｐ時間が所定時間以下である場合には、入力された信号はケーブル２の部分放電に起因した信号、すなわち、短時間で収束する波形を有する信号であるので、放電判定部３０は次の処理を施す。

ここで、放電電流のパルス波形は、いつかのピークを有し、かつ、短時間で収束するので、ｐ−ｐ時間が所定時間より大きい場合には、入力された信号はノイズによって生じた信号であると判断される。

次に、放電判定部３０は、カウンタを用いて、単位時間内に放電判定処理を行った回数をカウントする。回数が所定値（例えば５回）以上である場合には、放電判定部３０は、入力された信号は放電電流によって生じた信号であると判定して、その情報を外部に出力する。回数が所定値未満である場合には、放電判定部３０は、入力された信号はノイズによって生じた信号でありと判定して、放電判定処理を終了する。

診断装置１ａは、次の特徴を有する。

商用周波数の減衰量及びスロープ特性がそれぞれ−６０ｄＢ以下及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下である周波数特性を有する変流器が、電流検出器及びフィルタ機能として、使用されるので、ケーブル２に流れる商用周波数の充電電流を除去するためのフィルタを設ける必要はない。

結合コンデンサ及びスペクトラムアナライザ等を設ける必要はないので、装置構成の簡易化及び低コスト化を実現できる。

接地線５の運転を停止することなく、ケーブルの部分放電は測定されるので、運転中のケーブルで生じる部分放電を測定できる。

ケーブルの部分放電は、１００〜４００ｋＨｚ程度を主周波数成分とするパルス波形の放電である。従って、ローパスフィルタ１９及び第２ハイパスフィルタ２１の遮断周波数を５００ｋＨｚ及び１００ｋＨｚ程度にそれぞれ設定することにより、ノイズ成分は除去される。従って、放電電流のパルス波形によって生じた信号波形は、高調波等の影響を受けることなく、放電電流の原波形にほぼ対応した波形として取り出せる。

放電判定部３０は、入力信号のｐ−ｐ値が予め設定された上限値と下限値との差の絶対値以下であり、ｐ−ｐ時間が所定時間以下であり、放電判定処理の回数が所定値以上である場合のみ、部分放電によって生じた放電電流に基づく信号であると判断する。従って、放電電流によって生じた信号は、ノイズによって生じた信号と確実に識別される。

部分放電は、一度発生すると、ある程度の時間継続するので、所定時間（単位時間）内に発生した部分放電の回数、つまり放電判定処理を実行した回数をカウントすることにより、部分放電は、開閉サージ等の突発性ノイズと識別される。

部分放電によって生じた放電電流に基づく信号波形は、第１増幅器１５及び第２増幅器２０によって、１０００倍以上に増幅される。従って、部分放電が微小放電電荷量（１ｐＣ）以下であっても、上記信号波形は高感度で検出される。

放電電流は、送電機器の接地線に変流器を取り付けることにより計測されるので、絶縁劣化診断において、送電機器を改造する必要はない。

なお、診断装置１ａは、高圧又は特別高圧の各種送電機器の絶縁性能評価・絶縁診断・絶縁監視に適用できる。また、診断装置１ａは、開発時の特性評価試験、出荷時の製品検査、運転中の機器に対する絶縁診断・監視に使用できる。

放電判定処理において、放電判定部３０に入力された信号波形と、予め記憶した次の部分放電の信号波形：放電劣化が開始する前の部分放電の信号波形；各種劣化部で発生する部分放電の信号波形；放電劣化が進行しつつある施工不良欠陥部で発生する部分放電の信号波形；銅テープ破断時の部分放電の信号波形等；を比較することにより、部分放電の発生要因を特定こともできる。

（第２実施形態）
診断装置１ｂは、ケーブル上に発生したノイズを除去（低減）した後、部分放電を測定する。

図９に示すように、接地線５ａ，５ｂ，５ｃが共通の接地母線に接続されている場合、ノイズがある箇所から接地母線に進入すると、ほぼ同じ波形を有するノイズ電流が、接地線５ａ，５ｂ，５ｃに図示矢印で示した方向に流れる。ここで、接地線５ａ，５ｂ，５ｃは、複数のケーブル２ａ、２ｂ，２ｃの終端部の外周上に形成された遮蔽層（銅テープ等）の一端に接続されている。

例えば、ケーブル２ａ，２ｂ，２ｃが工場内に布設されている場合、図１０に示すように、ケーブル２ａ，２ｂ，２ｃには、波形及び位相がほぼ同じノイズ電流が流れる。

診断装置１ｂは、図１１に示すように、第１診断部Ａ、第２診断部Ｂ、ノイズ除去部４０、第２放電判定部５０及び最終放電判定部６０から構成される。ケーブル２ａは測定対象であり，ケーブル２ｂはノイズ信号取り込み用として使用される。

第１診断部Ａは測定対象であるケーブル２ａの接地線５ａに接続される。第１診断部Ａの構成及び動作は、診断装置１ａの構成及び動作と同じである。

第２診断部Ｂはノイズ信号取り込み用ケーブル２ｂの接地線５ｂに接続される。第２診断部Ｂの構成及び動作は、放電判定部３０を除いた診断装置１ａの構成及び動作と同じである。

ノイズ除去部４０は、第１検波部４１、第２検波部４２、正負反転部４３、アンプ４４及び合成部４５から構成される。

第１検波部４１は、第１診断部ＡのＴＰ２に接続された第１端部を有する。第１検波部４１は、第１診断部ＡのＴＰ２における電流信号を包絡線検波する。具体的には、最初に、第１診断部ＡのＴＰ２における電流信号が第１検波部４１に入力される（図１２Ａ参照）。次に、第１検波部４１は、入力された電流信号に全波整流を行って、全波整流信号を形成する（図１２Ｂ参照）。それから、全波整流信号を平滑化して、第１検波信号を出力する（図１２Ｃ参照）。第１検波部４１は、包絡線検波によって得られた第１検波信号を合成部４５に出力する。

第２検波部４２は、第２診断部ＢのＴＰ２に接続された第１端部を有する。第２検波部４２は、第２診断部ＢのＴＰ２における電流信号を包絡線検波する。第２検波部４２における包絡線検波の動作は、第１検波部４１における包絡線検波の動作と同じである。第２検波部４２は、包絡線検波によって得られた第２検波信号を正負反転部４３に出力する。

正負反転部４３は、第２検波部４２から出力された第２検波信号の正負を反転して、反転信号を生成する。それから、正負反転部４３は、反転信号をアンプ４４に出力する。

アンプ４４は、反転信号のレベルが第１検波信号のレベルとほぼ同じになるように、反転信号を増幅する。増幅された反転信号は、反転検波信号として、合成部４５に出力される。なお、アンプ４４を省略して、反転信号のレベルが第１検波信号のレベルとほぼ同じになるように、ローパスフィルタ１９からの第１増幅信号を第２増幅器２０で増幅してもよい。

合成部４５は、第１検波部４１からの第１検波信号と、アンプ４４からの反転検波信号とを加算することにより、２つの信号を合成して、合成信号を生成する。なお、合成方法は加算に限らず、他の演算でもよい。それから、合成信号は第２放電判定部５０に出力される。

ケーブル２ａに部分放電が発生していない状態において、ノイズ電流信号及び合成信号は、それぞれ図１３Ａ及び１３Ｂに示される。なお、ノイズ電流信号はケーブル２ａに流れるノイズ波形である。図１３Ａ及び１３Ｂを参照するに、合成部４５は、ケーブル２ａのノイズ電流信号からノイズを除去して、略フラットな合成信号を出力する。

ケーブル２ａに部分放電が発生している状態において、ノイズ−放電電流信号と合成信号は、それぞれ図１４Ａ及び１４Ｂに示される。ノイズー放電電流信号は、ケーブル２ａに流れるノイズ電流信号に部分放電によって生じた放電電流信号を重畳した波形である。なお、図１４Ａにおいて、放電電流によって生じた部分はピークＰに対応する。図１４Ａ及び１４Ｂを参照するに、合成部４５は、放電電流によって生じた部分は、大きなピークＰを有し、それ以外の部分では、ケーブル２ａのノイズ電流信号からノイズを除去して、略フラットな合成信号を出力する。

第２放電判定部５０は、ノイズ除去部４０の第２端部に接続された第１端部を有する。第２放電判定部５０は、合成信号に基づいて、部分放電がケーブル２ａで発生したか否かを判定する。放電判定処理において、まず、第２放電判定部５０は、合成信号を例えば０．１〜０．２μｓでサンプリングして、デジタル信号に変換する。第２放電判定部５０は、このデジタル信号に放電判定処理を行う。放電判定処理では、第２放電判定部５０は、合成信号のピーク値が所定値以上であるか否かを判定する。所定値以上である場合には、ケーブル２ａに部分放電が発生したと判断して、その情報が最終放電判定部６０に出力される。

最終放電判定部６０は、第２放電判定部５０の第２端部に接続された第１端部を有する。最終放電判定部６０は、第１診断部Ａの放電判定部３０からの判定結果及び第２放電判定部５０からの判定結果の両方が、ケーブル２ａに部分放電が発生したと判定した場合に、その情報が外部に出力される。

診断装置１ｂは、次の特徴を有する。

第１診断部Ａによる判定結果に加え、ノイズ除去部４０でノイズを除去して部分放電に起因する波形のみを抽出し、第２放電判定部５０で部分放電が発生したか否かを判定する。そして、最終放電判定部６０で、両方の判定結果を用いて、最終的に測定対象のケーブル２ａに部分放電が発生したか否かを判定する。それゆえ、ケーブル２ａにおける部分放電の判定確度を向上させることができる。

本実施形態では、第１診断部Ａの放電判定部３０の判定結果と第２放電判定部５０の判定結果の両方がケーブル２ａに部分放電が発生したと判定した場合に、その情報が外部に出力される。しかしながら、これに限定されることなく、第２放電判定部５０の判定結果のみを用いて、ケーブル２ａに部分放電が発生したと判定してもよい。

ノイズ除去部４０は、図１５に示すように、第１検波部４１と合成部４５との間にハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４６を設け、かつ、第２検波部４２と正負反転部４３との間にハイパスフィルタ（ＨＰＦ）４７を設けるように、変形できる。ハイパスフィルタ４６及びハイパスフィルタ４７のカットオフ周波数は、図１２Ｃに示すような検波信号に、ピーク部として出現するノイズを通過させ得るような値に設定される。

この構成によれば、第１検波信号及び第２検波信号に含まれる低周波成分を除去することができる。それゆえ、第１検波信号及び第２検波信号に出現するピーク部以外の信号波形はフラットになるので、合成部４５で第１検波信号と第２検波信号を合成すれば、低周波成分に起因して合成信号中に発生する凹凸の波形を打ち消すことができる。結果として、部分放電によって生じた電流信号をより確実に検出することができる。

また、ノイズ除去部４０は、図１６に示すように、正負反転部４３、アンプ４４及び合成部４５の代わりに、減算回路４８を設けるように変形できる。減算回路４８は、第１検波信号と第２検波信号との差を算出して、合成信号として、差分信号を第２放電判定部５０に出力する。その他の動作は、診断装置１ｂの動作と同じである。

この構成によれば、ノイズ除去部４０を構成する部品数を減らすことができるので、診断装置１ｂを簡単且つ安価に構成できる。

本実施形態では、２本の単心ケーブル（ケーブル２ａ，２ｂ）を用いて、絶縁劣化診断を行う例を説明した。しかしながら、これに限定されることなく、多心を絶縁体で被覆した多心ケーブル、３個の単心ケーブルが撚られたトリプレックス型ケーブル等といった種々のケーブルの絶縁劣化診断を行うために使用できる。

産業上の利用の可能性

本発明の診断装置は、高圧から特別高圧までの各種機器に使用されるケーブルの絶縁性能評価、絶縁診断、絶縁監視に適用できる。また、この診断装置は、開発時の特性評価試験、出荷時の製品検査、運転中の機器の絶縁診断及び監視に使用できる。

Claims

商用周波数において−６０ｄＢ以下の減衰量及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下のスロープ特性を有するフィルタ機能を有し、被測定線に流れる電流を検出する第１変流器と、
前記第１変流器で検出された電流に基づく電流信号から低周波成分を除去する第１ハイパスフィルタと、
前記第１ハイパスフィルタからの電流信号から高周波成分を除去する第１ローパスフィルタと、
前記第１ローパスフィルタからの電流信号を所定のレベルまで増幅する第１増幅器と、
前記第１増幅器で増幅された電流信号から、前記被測定線で発生した部分放電による放電電流に対応する信号を抽出する第２ハイパスフィルタと、
前記第２ハイパスフィルタで抽出された信号に基づいて、前記被測定線で部分放電が生じたか否かを判定する第１放電判定部と、
商用周波数において−６０ｄＢ以下の減衰量及び−５ｄＢ／ｏｃｔ以下のスロープ特性を有するフィルタ機能を有し、前記被測定線に接続された他の線に流れる電流を検出する第２変流器と、
前記第２変流器で検出された電流に基づく電流信号から低周波成分を除去する第３ハイパスフィルタと、
前記第３ハイパスフィルタからの電流信号から高周波成分を除去する第２ローパスフィルタと、
前記第２ローパスフィルタからの電流信号を所定のレベルまで増幅する第２増幅器と、
前記第２増幅器で増幅された電流信号から、前記他の線で発生した部分放電による放電電流に対応する信号を抽出する第４ハイパスフィルタと、
前記第２ハイパスフィルタからの信号を包絡線検波した第１検波信号と、前記４ハイパスフィルタからの信号を包絡線検波した第２検波信号との差をとってノイズを除去するノイズ除去部と、
前記ノイズ除去部でノイズが除去された信号に基づいて、前記被測定線で部分放電が生じた否かを判定する第２放電判定部と、
前記第１放電判定部における判定結果と前記第２放電判定部における判定結果とに基づいて、前記被測定線で部分放電が生じたか否かを最終的に判定する最終放電判定部と、
を備えることを特徴とする絶縁劣化診断装置。