JPH0356028A - 油入変圧器の部分放電監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は油入変圧器内部で発生した油中部分放電の有
害性を部分放電パルスの大きさおよびその持続性ならび
に超音波信号の有無によって判定して異常報知する部分
放電監視．装置に関する．〔従来の技術〕 油入変圧器内部で絶縁油が局部的に絶縁破壊するいわゆ
る油中部分放電が発生すると、その発生部位で発生した
放電パルスが巻線または巻線の対地静電容量を介してタ
ンクに流入するとともに、放電生戒熱によって絶縁油が
気化する際生ずる超音波が絶縁油中を伝播してタンク壁
を振動させる．そこで、タンクの接地線にロゴスキーコ
イルなどの放電パルスセンサを設けて放電パルスを検出
し、タンク壁に超音波センサを取り付けて超音波を電気
信号に変換して検出（以下音信号とよぶ）し、放電パル
スと音信号が超音波の伝播に要する時間差をもって検出
されたとき、油入変圧器内部で油中部分放電が発生した
と判定する方法が広く知られている．また、複数の超音
波センサをタンク壁の互いに異なる位置に配してその検
出時間差と超音波の油入伝撞送度とから油中部分放電の
発生位置を標定する方法も試みられている． これらの従来方法は、油中部分放電現象を互いに性質の
異なる２種類の物理量としてとらえることにより、相補
的に検出の信頼度を高めるものであるが、放電パルスの
検出は外来ノイズによる障害を受けやすく、放電パルス
と外来ノイズの弁別には特段の経験およびノイズ除去技
術を必要とするという問題がある．また、発生した超音
波の大部分がタンクの内壁で反射されるためにタンク壁
を透過して超音波センサに入射する音響勢力が小さく、
したがって絶縁油の循環ポンプ等から発生する超音波ノ
イズの影響を受けやすいという問題がある． 〔発明が解決しようとする課題〕 放電パルスの検出に障害を及ぼす外来ノイズとしては、
送ｔｍ等がアンテナとして機能して変圧器に侵入する放
送波や通信波等の外来ノイズ、あるいはサイリスタ変換
器等が発する転流ノイズなどの比較的低レベルの外来ノ
イズと、電力系統に設けられた遮断器．開閉器や真空ス
イッチなどの開閉によって生ずる開閉サージなどの高い
レベルのスイッチングノイズとが考えられる．前者の外
来ノイズはその周波数或分の谷１間となる周波数領域が
存在することに着目し、放電パルスの検出周波数を１　
．　８ＭＨｚから３．８ＭＨＺ，好ましくは２．８ＭＨ
ｚから３．１ＭＨｚに限定して検出することにより大幅
に低減できることが本願出願人等によって既に提案され
ている．しかしながら後者のスイソチングノイズについ
てはそのノイズレベルが著しく高く、かつその発生を予
知できないため回避する方法がなく、長期間部分放電を
連続して監視しようとする場合、スイッチングノイズに
邪魔されて信頼性の高い監視ができないという問題があ
る． この発明の目的は、変圧器の内部絶縁に悪影響を及ぼす
放電パルスのレベルやその持続性を考慮することにより
、高いレベルのスイッチングサージの影響を回避して監
視精度を向上することにある． （！！ｌｅａを解決するための手段〕 上記課題を解決するために、この発明によれば、運転中
の油入変圧器内部の油中部分放電によって生ずる電流パ
ルスおよび超音波を放電パルスセンサおよび超音波セン
サで検出することにより前記油中部分放電をノイズと弁
別して監視するものにおいて、前記油中部分放電が毎秒
数個以上の発生頻度で発生したとき放電パルスを互いに
重なりを有する連続波形に変換して出力するピーク値ホ
ールド回路および音信号のピーク値ホールド回路と、そ
れぞれの出力信号をホトカプラ回路を介して受け外来ノ
イズレベルによって決まるしきい値を超える信号のみを
出力する一対の比較回路と、一対の比較回路それぞれの
出力放電パルス信号および音信号の瞬時値を所定のサン
プリング周期ごとにディジタル信号に変換する一対のＡ
／Ｄ変換器と、一対のＡ／Ｄ変換器の出力ディジタル信
号から前記連続波形の持続時間，ＪＲ積電荷値，および
音信号データ数をそれぞれ求める演算手段と、この演算
手段の持続時間値．Ｘ積電荷量があらかじめ定まる判定
レベルを超えかつ音信号データが１以上あるか．あるい
は音信号はないが累積電荷値がさらに高い所定レベルを
超えたとき前記油中部分放電が有害な連続期間に達した
ものと判断して警報出力を指令する判断手段とを備えて
なるものとする． 〔作用〕 上記手段は、交流油中部分放電が、最初１０秒から数１
００秒の長い間隔をおいて間欠的に放電が発生する間欠
期間と、毎秒数個から数１０個の頻度で放電が発生する
連続期間と、やがて放電が油浸絶縁紙中にまで伸びその
分解ガス中で高い頻度の気中放電パルスを発生しなから
油浸絶縁紙を侵食する侵食期間へと進展するものであり
、この間順次放電パルスの大きさＱや発生頻度Ｎが増加
するとともに、発生超音波レベルも高くなることに着目
して構威されたものであり、従来方法が間欠期間の段階
で放電パルスおよび音信号を早期に検出し両者の検出時
間差の把握等を行っていたのに対し、この発明装置では
連続期間においてＱ値やＮ値が増大した放電パルスおよ
び音信号を所定時間．例えば１分間以内程度の時間範囲
内の累積値として把握することにより、油中部分放電の
有害性に基づく監視が可能になり、かつ放電パルスに比
べて朧かに低い頻度でしか侵入しない単発的なスイッチ
ングノイズとの弁別を容易化することができる．〔実施
例〕 以下この発明を実施例に基づいて説明する．第１図はこ
の発明の実施例装置を示すブロック図、第２図は実施例
装置の要部の信号波形図、第３図は実施例装置の判断手
段を示すフローチャートである．図において、供拭油入
変圧器１のタンク２にはその接地線３が貫通する放電パ
ルスセンサ４としての例えばロゴスキーコイルと、タン
ク外壁に密着するよう取り付けられた超音波センサ５と
が設けられる．放電パルスセンサ４で検出された放電パ
ルス４Ａは例えば３　ＭＨｚを中心周波数とする狭帯域
の高周波増幅回路１１で特定周波数威分が同劇増幅され
、検波整流回路１２で一方極性の包路線パルスとなり、
そのピーク値がピーク値ホールド回路１３で保持されて
その波尾が減衰時定数１００ｓＳオーダに引き伸ばされ
、Ｖ／Ｉ変換回路１４でＥ／Ｏ変換に好適な電流値に変
換され、ホトカプラ部１５のＥ／Ｏ変換回路１５Ａおよ
び光ファイバ１５Ｂにより光信号として監視場所に伝送
され、０／Ｅ変換回路１５Ｃで電気信号に変換され、か
つしきい値設定器１７を有する比較回路ｌ６でしきい値
レベル１７５を超える放電パルス１６３のみが出力され
る．なおしきい値レベル１７Ｓは例えば２０００ＰＣに
相応スるレベルに設定され、このレベル以下に低減され
た外来ノイズとしての高周波ノイズ，転流ノイズ等が除
去されるとともに、しきい値レベル１７５の設定は変圧
器１の＠線に既知の校正電荷を注入することによりあら
かじめ校正される．一方超音波センサ５で検出され電気
パルスに変換された音信号５Ａは音信号増幅回路３１で
増幅された後、放電パルス側と同様に構威されたピーク
値ホールド回路３３，Ｖ／ｉ変換回路３４，ホトカプラ
回路３５を介して比較回路３６に送られ、しきい値設定
器３７の設定しきい値レベル３７Ｓを超える音信号３６
３のみが出力され、例えば変圧器の循環ポンプの超音波
ノイズ等が除去される． ２１．２２はマイクロプロセッサ２０の入口側に配され
た一対のＡ／Ｄ変換器であり、Ａ／Ｄ変換器２１は比較
回路ｌ６の出力放電パルス信号１６Ｓの瞬時値を数１０
−Ｓオーダのサンプリング周期τごとに１回ディジタル
２１５に変換して出力し、Ａ／Ｄ変換器２２に比較回路
３６の出力音信号３６５の瞬時値を上記同様のサンプリ
ング周期τごとに１回ディジタル信号２２Ｓに変換して
出力する． 第２図は実施例装直における放電パルスおよび音信号の
ディジタル信号への変換状態を示すタイムチャートであ
り、放電パルスセンサ４が運転中の油入変圧器１内で発
生した連続期間に相応する油中部分放電を検出し放電パ
ルス信号４Ａを出力した状態を示したものである．連続
期間中の油中部分放電は毎秒数個から数１０個程度の頻
度で放電を繰り返すので、変圧器１の電圧波形ＩＡの１
サイクルから数サイクルに１回程度の間隔でＰ１からＰ
．で示す放電パルス信号４Ａが検出される．放電パルス
信号４Ａはピーク値ホールド回路１３でその波尾が減衰
時定数１００ｓ＋Ｓ程度に引き伸ばされるので、しきい
値レベル１７５を有する比較回路ｌ６の出力信号１６ｇ
は図のようにバルスＰＩ　＋Ｐｔ＋Ｐ３・・・等の波尾
が互いに重なりを持ち、時間ｔ０で立．ち上がり、しき
い値レベル１７３に低下する時点ｔ．で立ち下がる連続
した一連の波形を有する放電パルス信号１６３となる．
Ａ／Ｄ変換器２１は放電パルス信号１６Ｓの瞬時値を時
刻ｔ．を起点にして数Ｌｏｓｓオーダのサンプリング周
期τごとに１回ディジタル信号に変換するよう構威され
、図において１連の信号１６Ｓの瞬時値（実際には電圧
値であるが前述のＱ校正に？りＱ値とみなすことができ
る）Ｑ．Ｑ■Ｑ１・・Ｑ．がサンプルホールドされそれ
ぞれディジタル信号２１Ｓに変換される． 一方、放電パルス信号４＾と同時に発生した超音波は油
中の伝播時間Δｔ連れて超音波センサ５によって検出さ
れ、比較回路３６の出力音信号３６Ｓの波形は図に示す
ようにサンプリング周期τΦ数倍程度続いてしきい値レ
ベル３７３以下となる波形を示すので、Ａ／Ｄ変換器２
２によって瞬時値Ｖｌ＋Ｖ！＋Ｖ，がディジタル信号２
２Ｓに変換される．ディジタル信号２１３は第１図に示
す放電電荷の累積値演算手段２３で所定時間例えば数１
０秒間に連続してサンプリングされディジタル変換され
たＱ．Ｑｔ，Ｑｓ・・・Ｑ．等電荷量Ｑｔ値の和ΣＱ直
とサンプリング周期τとの積τ　〈ΣＱｉ）が連続油中
部分放電Ｑの累積値として求められる．また、累積時間
の演算手段２４では例えば１分間内で連続してサンプリ
ングされたディジタル信号２１Ｓの数Ｎとサンプリング
周期τとの積Ｎ・τが連続油中部分放電の累積持続時間
として演算される．さらに、音信号計数手段２５では１
分間にサンプリングされディジタル変換された音信号２
２Ｓの数ｎが計数される．判断手段２６は連続油中部分
放電の有害性を数１０秒間を判定周期として行うもので
あり、そのフローチャートを第３図に示すように、まず
演算手段２３で得られたて　（ΣＱ▲）値が所定のレベ
ルＡを越え、演算手段２４で得られたＮ・τ値が所定レ
ベルＢを超え、かつ音信号計数手段２５の音信号計数値
が１以上であったとき、油入変圧器内部で油中部分放電
が連続的に発生したものと判断して異常警報の出力を警
報機２７に指令するとともに、判定データを記録装置２
日に向けて出力する．また、音信号がなくてもτ　（Σ
ＱＬ）値がさらに高いＣレベルに達した場合には、気泡
放電をともなう侵食期間に進展した可能性があるものと
判断して異常が報知される．さらに、τ　（ΣＱ▲）値
はＡレベルを超えているがＮ・τ値がＢレベル以下であ
り、かつ音信号がある場合にもこれを油中部分放電によ
るものと判断して異常が報知される．この場合、単発的
なスインチングノイズもその大きさ　（Ｑ値）が著しく
大きくかつ波尾が引き伸ばされるので、τ　（ΣＱ▲）
値がＡレベルを超えることがあるが、スイッチングノイ
ズは音信号を伴わないので上記判定によりスイッチング
ノイズと有害な放電との判別が可能になる．なお、τ　
（ΣＱｚ）値がＡレベル以上Ｃレベル以下の範囲にあり
、Ｎ・τ値がＢレベルを超えているが音信号が無い場合
には再判定が指令され、数１０秒間の新たなデータに基
づいて上述の判定が操り返される． 判定レベルＡ．Ｂ，Ｃ等は供試変圧器に侵入する外来ノ
イズやスイッチングノイズの大きさによっても異なるが
、Ａレベルはしきい値信号１７５の２倍程度以上、Ｂレ
ベルはサンプリング周期τの１０倍程度以上．Ｃレベル
はしきい値レベル１７３の５倍から１０倍程度が一つの
目安となる．すなわち、しきい値信号１７５のレベルを
既知電荷の注入校正によってみかけの放電電荷２０００
ＰＣ相当に設定した場合、変圧器内部での真の放電電荷
量は一般にその５倍程度のＩＯＯＯＯＰＣオーダになる
と考えられている．したがって、Ａレベルの判定では１
万から２万ＰＣオーダの油中部分放電が毎秒数個から１
０個程度発生する連続期間の初期段階の状態をとらえて
判定することができる．また、Ｃレベルの判定では数万
ｐｃオーダの油中部分放電が毎秒数１０個程度発生する
連続期間のさらに進んだ状態をとらえて判定が行われる
ことになり、この状態では持続時間Ｎ・τ値も長くなる
ので音信号の助けを借りないでもスイッチングノイズと
の弁別を高い精度で行うことができる．前述の累積時間
Ｎ・τがＢレベルに到達せずに音信号が検出される段階
では、まだ有害性の判定に余裕があると考えられる場合
には再判定を指令し、その後の放電の進展状況により異
常の判定を行うよう構戒してもよい．実施例装置では比
較回路１６および３６の出力信号をＡ／Ｄ変換してマイ
クロプロセッサ２０で信号処理するよう構威した例を示
したが、これは供試変圧器１が例えば無人変電所に設置
され、その監視を遠方の変電所．電力所で行うことを想
定し、データの伝送を容易化するようＩ戒したものであ
り、その必要がない場合、アナログ信号処理するよう構
戒してよいことはいうまでもないことである．〔発明の
効果〕 この発明は前述のように、放電パルス信号および音信号
をピーク値ホールド回路でピーク値を保持させるととも
に波尾長を引き延ばし、比較回路にしきい値を設けて外
来ノイズを除去するようアナログ信号回路部分を構威し
た，その結果、毎秒数個から数１０個程度の放電が発生
する交油油中部分放電の連続期間では放電パルス信号の
波尾が相互に重なった一連の波形となり、単発的に侵入
するスイッチングノイズに比べてその持続時間が迩かに
長くなるのでノイズレベルが高い故に従来回避できなか
ったスイッチングノイズと放電パルスとの弁別が可能に
なる．そこで、放電パルス信号および音信号の瞬時値を
数１０−Ｓのサンプリング周期τでディジタル信号に変
換し、累積電荷の時間積τ　（ΣＱ．）．累積時間Ｎ・
τ．および音信号の計数値を数１０秒を判定周期として
求めて連続油中部分放電の有害性を判定するよう構威し
たことにより、従来回避できなかった高いレベルのスイ
ンチングノイズを累積時間Ｎ−ｒと音信号の有無によっ
て弁別できるとともに、累積電荷の時間積とその累積時
間とによって油中部分放電の有害性に基づく異常監視が
できる油入変圧器の部分放電監視装置を提供することが
できる．また、間欠期間の油中部分放電を検出して音信
号との検出時間差等を求める従来方法に比べ、放電電荷
量およびその発生頻度の高い連続期間で検出を行うので
放電パルスや音信号の検出感度はもとより、外来ノイズ
との弁別も容易化される利点が得られる．

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置の構或を示すブロック図
、第２図は実施例装置の動作を示す要部のタイムチャー
ト、第３図は実施例装置の判断手順を示すフローチャー
トである，

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）運転中の油入変圧器内部の油中部分放電によって生
   ずる電流パルスおよび超音波を放電パルスセンサおよび
   超音波センサで検出することにより前記油中部分放電を
   ノイズと弁別して監視するものにおいて、前記油中部分
   放電が毎秒数個以上の発生頻度で発生したとき放電パル
   スを互いに重なりを有する連続波形に変換して出力する
   ピーク値ホールド回路および音信号のピーク値ホールド
   回路と、それぞれの出力信号をホトカプラ回路を介して
   受け外来ノイズレベルによって決まるしきい値を超える
   信号のみを出力する一対の比較回路と、一対の比較回路
   それぞれの出力放電パルス信号および音信号の瞬時値を
   所定のサンプリング周期ごとにディジタル信号に変換す
   る一対のＡ／Ｄ変換器と、一対のＡ／Ｄ変換器の出力デ
   ィジタル信号から前記連続波形の持続時間、累積電荷値
   、および音信号データ数をそれぞれ求める演算手段と、
   この演算手段の持続時間値、累積電荷量があらかじめ定
   まる判定レベルを超えかつ音信号データが１以上あるか
   、あるいは音信号はないが累積電荷値がさらに高い所定
   レベルを超えたとき前記油中部分放電が有害な連続期間
   に達したものと判断して警報出力を指令する判断手段と
   を備えてなることを特徴とする油入変圧器の部分放電監
   視装置。