WO2016042614A1 - 部分放電信号処理装置 - Google Patents

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    • G01R31/14—Circuits therefor, e.g. for generating test voltages, sensing circuits

Definitions

  • the present invention relates to a partial discharge signal processing device that performs signal processing on a partial discharge signal inside an electric device.
  • Partial discharge measurement performed to grasp the degree of insulation deterioration of high-voltage electrical equipment is roughly divided into offline measurement performed during shutdown and online measurement performed during operation, taking a turbine generator as an example.
  • offline measurement a voltage near the rated voltage is applied to each phase of the armature using a high-voltage power supply while the turbine generator is stopped, and the partial discharge generated at that time is measured.
  • online measurement since the rated voltage is generated in the armature during operation of the turbine generator, the partial discharge generated at that time is continuously measured over a long period of time.
  • a partial discharge signal having a wide frequency component ranging from several kHz to several GHz is generated as a pulsed signal propagating in the conductor of the winding or an electromagnetic wave propagating through the space. And measure using an appropriate sensor.
  • electromagnetic waves generated with partial discharge include signals ranging from several kHz to several GHz, and methods for measuring electromagnetic waves in the UHF band of 300 MHz to 3 GHz are being studied.
  • the signal on the low frequency side (several kHz to several tens of MHz) has a relatively small signal attenuation during propagation, but is easily affected by noise, and the signal on the high frequency side (several hundred MHz to several GHz). ) Has a characteristic that the signal attenuation is relatively large but it is hardly affected by noise. For this reason, in off-line measurement with a relatively low noise level, a signal on the low frequency side is detected so that even partial discharges generated in the distance can be detected.
  • on-line measurement with a relatively high noise level detects signals on the high frequency side that are not easily affected by noise, and the fact that the signal attenuation is large can be achieved by installing a sensor close to the partial discharge source, It is common to apply a high sensor.
  • a waveguide antenna that receives electromagnetic waves is attached, and the waveguide antenna includes a waveguide section and a coaxial cable connector installed in the waveguide section.
  • the waveguide portion is provided with a metal short-circuit plate at one end, and an opening is formed at the other end to cover a part of the outer peripheral surface of the insulating spacer. Accordingly, it is disclosed that even when a partial discharge detector is not previously installed inside the gas insulation device, it is possible to detect the partial discharge by detecting electromagnetic waves leaking from the gas insulation device. Has been.
  • a coaxial cable capable of transmission is used as a transmission line.
  • this coaxial cable has a greater signal attenuation as the frequency of the transmitted signal becomes higher.
  • a coaxial cable with a smaller signal attenuation per unit length or a length of Although it is necessary to reduce the signal attenuation by using a short coaxial cable, in general, since the high-voltage electrical equipment is large, the distance between the receiving unit and the signal processing unit tends to be long. Therefore, it is necessary to use a long coaxial cable, and there is a problem that a partial discharge signal reaching the signal processing unit becomes extremely small.
  • an amplifier that corrects the signal attenuation can be installed between the receiver and the signal processor.
  • the frequency of the signal generated by the partial discharge has a certain bandwidth.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and even when a transmission line is used between the partial discharge signal receiving unit and the partial discharge signal processing unit, the signal is accurately received. It is an object of the present invention to provide a partial discharge signal processing apparatus capable of reproducing the intensity of the.
  • a partial discharge signal processing device detects a partial discharge signal receiving unit that receives an electromagnetic wave generated by partial discharge in an electrical device as a partial discharge signal
  • a partial discharge signal processing unit that performs signal processing, a transmission line that connects the partial discharge signal reception unit and the partial discharge signal processing unit and transmits the partial discharge signal
  • the partial discharge signal processing unit includes a reference frequency Is set to 1 GHz or more, a frequency limiting unit that limits the frequency of the partial discharge signal with a frequency bandwidth of ⁇ 1% centered on the reference frequency, and the value of the partial discharge signal in the bandwidth is the transmission line
  • An attenuation amount correction unit that corrects the signal based on the signal attenuation amount, and a signal output unit that outputs the corrected partial discharge signal to an external device.
  • the partial discharge signal is received by receiving the electromagnetic wave generated by the partial discharge and limiting the partial discharge signal transmitted through the transmission line to a predetermined frequency and bandwidth.
  • FIG. It is a figure which shows schematic structure of the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the signal attenuation characteristic of a coaxial cable. It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of the electromagnetic waves by partial discharge. It is a figure which shows the reference frequency and bandwidth which are used for the partial discharge signal processing of the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. It is a figure which shows schematic structure of the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is a figure which shows an example of the frequency characteristic of the signal amplifier in the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is a figure which shows schematic structure of the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. It is a figure which shows schematic structure of the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. It is a figure which shows the other schematic structure of the partial discharge signal processing apparatus which concerns on Embodiment 5.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a partial discharge signal processing device according to Embodiment 1
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of signal attenuation characteristics of a coaxial cable
  • FIG. 3 is an electromagnetic wave caused by partial discharge.
  • FIG. 4 is a diagram illustrating a reference frequency and a bandwidth used for partial discharge signal processing.
  • a partial discharge signal processing apparatus includes a partial discharge signal receiving unit 1 installed inside or outside a high voltage electrical device, a partial discharge signal processing unit 2 installed outside the high voltage electrical device, and a partial discharge. It is comprised from three parts, the coaxial cable 3 as a transmission line which connects the signal receiving part 1 and the partial discharge signal processing part 2.
  • the partial discharge signal receiving unit 1 includes an electromagnetic wave receiving unit 1a that detects an electromagnetic wave generated by the partial discharge.
  • the partial discharge signal processing unit 2 includes a detection unit 2a that detects a partial discharge signal transmitted through the coaxial cable 3, and a band that limits the frequency band of the partial discharge signal detected by the detection unit 2a with a reference frequency as a center.
  • the partial discharge receiving unit is installed inside or outside the high-voltage electrical device.
  • the reception of the partial discharge is accompanied by the partial discharge.
  • the partial discharge signal receiving unit 1 is assumed to be received within the high-voltage electrical apparatus.
  • the partial discharge signal processing unit 2 is installed outside the high-voltage electrical device, and is connected to the partial discharge signal receiving unit 1 via a coaxial cable 3 of a transmission line.
  • the partial discharge signal processing unit 2 performs signal processing of a high-frequency partial discharge signal transmitted through the coaxial cable 3, and the partial discharge signal is attenuated when passing through the coaxial cable 3.
  • the amount of attenuation of this signal increases as the length of the coaxial cable 3 increases and as the frequency increases, as shown in the signal attenuation characteristics of the coaxial cable in FIG.
  • the frequency characteristics of the electromagnetic waves due to partial discharge include, for example, a wide range of frequency components as shown in FIG. 3, so that when the detected electromagnetic waves are transmitted as a partial discharge signal through a coaxial cable, the attenuation is reduced in a low frequency region. However, the amount of attenuation increases in a high frequency region. In addition, in a large high-voltage electric device, the length of the coaxial cable 3 is increased, so that the amount of attenuation is further increased. For these reasons, the partial discharge signal received by the partial discharge signal processing unit 2 has intensity and frequency characteristics different from the signal received by the partial discharge signal receiving unit 1.
  • the reference frequency f0 for performing the signal processing of the partial discharge signal in the partial discharge signal processing unit 2 is set to 1 GHz or more which is not easily affected by noise, and the signal of the coaxial cable 3 is centered on the reference frequency f0.
  • the bandwidth ⁇ W is set so that the variation of the attenuation amount is within 0.1 dB so that the attenuation amount can be regarded as uniform.
  • the signal attenuation by the coaxial cable 3 in the case of the bandwidth lower limit of 0.99 GHz is 565 dB.
  • the signal attenuation is 575 dB / km, and the difference is 10 dB / km. Therefore, when the coaxial cable 3 having a length of 10 m is used, the signal attenuation amount at the bandwidth lower limit of 0.99 GHz is 5.65 dB, and the signal attenuation amount at the bandwidth upper limit of 1.01 GHz is 5.75 dB.
  • the difference is 0.1 dB, and the signal attenuation can be regarded as uniform, that is, the bandwidth ⁇ W is ⁇ 0.01 GHz (reference frequency f0 of the reference frequency f0 with respect to 1.00 GHz of the reference frequency f0). ⁇ 1%), the difference in attenuation is 0.1 dB, and the partial discharge signal can be easily corrected.
  • the reference frequency f0 is 1.00 GHz and the bandwidth ⁇ W is set to ⁇ 50% of 1.00 GHz
  • the signal attenuation for .50 GHz is 340 dB / km
  • the signal attenuation for the bandwidth upper limit of 1.50 GHz is 780 dB / km
  • the difference is 440 dB / km.
  • the signal attenuation at the bandwidth lower limit of 0.50 GHz is 3.40 dB
  • the signal attenuation at the bandwidth upper limit of 1.50 GHz is 7.80 dB
  • the difference is 4.40 dB.
  • the signal attenuation can no longer be considered constant. If the length of the cable is further increased, the difference between the lower limit and the upper limit of the bandwidth is further increased, so that it is difficult to correct the partial discharge signal by the partial discharge signal processing unit 2 according to the length of the cable. Become.
  • Narrowing the partial discharge signal bandwidth in the partial discharge signal processing is limited to the frequency band in which the signal handled in the partial discharge measurement is set, but there is an electromagnetic wave due to the partial discharge in this frequency band. Therefore, partial discharge measurement is possible, and as can be seen from the difference between online measurement and offline measurement, selecting the frequency band to be detected according to the purpose is a technique specific to partial discharge measurement. Thus, even if the frequency band for performing signal processing is narrowed, the essence of partial discharge measurement is not impaired.
  • the attenuation amount is grasped in advance, and the bandwidth is set so that the signal attenuation amount can be regarded as uniform. Then, a correction coefficient for correcting the attenuation amount of the partial discharge signal in the attenuation amount correction unit 2c is determined.
  • the attenuation used for correcting the partial discharge signal the attenuation at the reference frequency f0 may be used, or the average value of the attenuation at the frequency within the bandwidth ⁇ W may be used.
  • the frequency region used for the partial discharge measurement can be selected anywhere as long as it includes the frequency of the electromagnetic wave caused by the partial discharge.
  • the partial discharge signal has a uniform signal attenuation in the coaxial cable 3. It is necessary to set the bandwidth ⁇ W to such an extent that it can be regarded.
  • the signal intensity of the partial discharge signal in the partial discharge signal processing unit 2 is partially corrected by determining the frequency band of the partial discharge signal for signal processing and correcting the signal attenuation amount by the coaxial cable 3 as a certain value. It is possible to correct the signal intensity at the discharge signal receiving unit 1 and to improve the accuracy of the partial discharge measurement by outputting to the external measuring device.
  • the attenuation amount of the partial discharge signal is reduced by reducing the signal attenuation amount of the coaxial cable 3 by changing the cross-sectional dimension of the coaxial cable or changing the material, and shortening the wiring route of the coaxial cable 3, Furthermore, it is possible to measure a partial discharge signal with high accuracy. This effect becomes more prominent when a high frequency partial discharge signal with a large signal attenuation is handled.
  • the electromagnetic wave generated by the partial discharge inside the high-voltage electric device is received, and the received electromagnetic wave is transmitted as a high-frequency partial discharge signal on the transmission line.
  • the partial discharge signal is processed at a predetermined reference frequency and bandwidth so that the partial discharge signal can be accurately corrected without being affected by the frequency characteristics of the transmission line.
  • the partial discharge signal can be accurately measured by outputting to an external measuring device.
  • FIG. FIG. 5 is a diagram illustrating a schematic configuration of the partial discharge signal processing device according to the second embodiment
  • FIG. 6 is a diagram illustrating an example of frequency characteristics of the signal amplifier.
  • the attenuation correction unit has an amplification factor that matches the attenuation in the coaxial cable.
  • This is a signal amplifying unit that amplifies the partial discharge signal. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • a signal amplification unit 2e that amplifies the partial discharge signal with an amplification factor that matches the attenuation amount in the coaxial cable 3 as a function of the attenuation amount correction unit;
  • the signal amplification unit In 2e the partial discharge signal is amplified in accordance with the attenuation.
  • the amplification factor of the signal amplification unit 2e is determined in consideration of the length of the coaxial cable 3 and the attenuation characteristic in the set bandwidth ⁇ W.
  • the signal amplification factor of the signal amplifier so as to correct the signal attenuation by the coaxial cable for each frequency.
  • 6 has a frequency characteristic as shown in FIG. 6, the signal amplifier becomes complicated and expensive to correct the attenuation for each frequency. Further, the correction considering the length of the coaxial cable is further complicated.
  • the frequency at which signal processing is performed is set to a bandwidth that allows the signal attenuation of the coaxial cable to be regarded as uniform, so there is no need to adjust the amplification factor for each frequency.
  • the amplifier can be manufactured with a simple structure and at a low cost.
  • the partial discharge signal attenuated by the transmission line by the signal amplifier is amplified only in the set bandwidth, so that it is the same as in the first embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a schematic configuration of the partial discharge signal processing device according to the third embodiment.
  • a plurality of partial discharge signal receiving units and partial discharge signal processing units that receive electromagnetic waves generated by partial discharges are prepared and provided at a plurality of locations in a high-voltage electric device. Since other components are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • a plurality of partial discharge signal receivers 1 and 10 (shown in FIG. 7 is a case where there are two partial discharge signal receivers) are attached to different locations of the high-voltage electrical equipment, Simultaneously received electromagnetic waves are processed as high-frequency partial discharge signals through the coaxial cables 3 and 30 by the transmission units 1b and 10b, and the partial discharge signal processing units 2 and 20 process the partial discharge signals. Since the operations in the partial discharge signal processing units 2 and 20 are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
  • each partial discharge signal can be accurately obtained. Can be processed. As a result, partial discharges can be captured simultaneously at multiple locations on high-voltage electrical equipment, and by comparing these, accurate partial discharge signal information can be obtained, making it easy to monitor abnormalities and identify abnormal locations. become.
  • the partial discharge signal processing device by preparing a plurality of partial discharge signal receiving units and simultaneously processing the partial discharge signals, the same effect as in the first embodiment is obtained.
  • partial discharges can be captured simultaneously at multiple locations on high-voltage electrical equipment. By comparing these, accurate partial discharge signal information can be obtained, making it easy to monitor abnormalities and identify abnormal locations. There is an effect of becoming.
  • FIG. FIG. 8 is a diagram illustrating a schematic configuration of the partial discharge signal processing device according to the fourth embodiment.
  • the fourth embodiment includes a storage unit that stores the attenuation characteristics of the coaxial cable in the partial discharge signal processing unit. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the partial discharge signal processing unit 2 is provided with a storage unit 2f, and the storage unit 2f stores the attenuation characteristics of the coaxial cable 3 shown in FIG. 2, and the stored data is referred to. Then, the attenuation correction unit 2c corrects the attenuated partial discharge signal. If the length of the coaxial cable 3 is known, the amount of attenuation by the coaxial cable 3 can be estimated by inputting the length into the partial discharge signal processing unit 2, and the attenuated partial discharge signal is received by the partial discharge signal. The intensity of the partial discharge signal received by the unit 1 can be easily restored. Since other operations in the partial discharge signal processing unit 2 are the same as those in the first embodiment, description thereof will be omitted.
  • the storage unit is provided in the partial discharge signal processing unit, and the attenuation characteristic of the transmission line is stored, so that the same as in the first embodiment.
  • the attenuation can be easily estimated even if the length of the transmission line changes, and the intensity of the partial discharge signal can be accurately corrected.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a schematic configuration of the partial discharge signal processing device according to the fifth embodiment.
  • the difference from the partial discharge signal processing device according to the first embodiment is that, in the fifth embodiment, the partial discharge signal processing unit is provided with an attenuation amount measurement unit that measures the attenuation characteristics of the coaxial cable. Since other configurations are the same as those of the first embodiment, description thereof is omitted.
  • the partial discharge signal processing unit 2 is provided with an attenuation measurement unit 2 g, and in order to measure the attenuation of the coaxial cable 3, a reference from the transmission unit 1 b installed in the partial discharge signal reception unit 1.
  • An attenuation measurement signal having a predetermined intensity at the frequency f0 is sent to the coaxial cable 3, and the attenuation measurement signal 2g of the partial discharge signal processing unit 2 receives the attenuation measurement signal and measures the attenuation.
  • the attenuation correction unit 2c corrects the attenuated partial discharge signal.
  • the detection unit 2a may have the function of the attenuation measurement unit 2g.
  • an attenuation measurement signal having a predetermined intensity at the reference frequency f0 is sent from the attenuation measurement unit 2g to the coaxial cable 3 to perform partial discharge. It is also possible to measure the amount of attenuation by receiving the attenuation measurement signal that is turned back by the transmission unit 1b of the signal reception unit 1 and passed through the coaxial cable 3 by the attenuation measurement unit 2g.
  • the attenuation measurement unit is provided in the partial discharge signal processing unit, and the attenuation characteristic of the transmission line is measured, so that the same as in the first embodiment.
  • the attenuation can be accurately determined even if the length of the transmission line changes, and the intensity of the partial discharge signal can be accurately corrected.
  • the present invention can be freely combined with each other, or can be appropriately modified or omitted.

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Abstract

部分放電信号処理装置は、高電圧電気機器の内部に設けられる部分放電受信部１と、部分放電信号処理部２と、部分放電信号受信部１と部分放電信号処理部２とを接続する同軸ケーブル３と、を備えている。また、部分放電信号受信部１は、部分放電により発生する電磁波を受信する電磁波受信部１ａで構成されている。また、部分放電信号処理部２は、同軸ケーブル３を通して送信された部分放電信号を検出する検出部２ａと、部分放電信号の周波数帯域を制限する帯域制限部２ｂと、減衰された部分放電信号を補正する減衰量補正部２ｃと、補正された部分放電信号を外部の機器に出力する信号出力部２ｄと、で構成されている。

Description

部分放電信号処理装置
　本発明は、電気機器の内部での部分放電信号を信号処理する部分放電信号処理装置に関するものである。
　一般に、電気機器、特に、高電圧電気機器の内部において、導体部を絶縁する絶縁材料の劣化が進行すると、その劣化部位から発生する部分放電が大きくなる傾向がある。
　高電圧電気機器の内部での部分放電が放置されると、絶縁破壊が発生する可能性があり、重大な事故に繋がる恐れがある。そこで、部分放電を検出し、重大事故に発展しないよう絶縁材料の劣化の度合いを把握する必要がある。このため、高電圧電気機器の内部の部分放電を計測する部分放電計測装置を設置することが有効である。
　高電圧電気機器の絶縁の劣化度合いを把握するために実施する部分放電計測は、タービン発電機を例にすると、運転停止中に実施するオフライン計測と、運転中に実施するオンライン計測に大別される。オフライン計測では、タービン発電機の運転停止中に電機子の各相に高電圧電源を用いて定格電圧付近の電圧を印加し、その時に発生する部分放電の計測を行う。また、オンライン計測では、タービン発電機の運転中は電機子に定格電圧が発生しているので、その時に発生する部分放電を長期間にわたって連続的に計測する。
　部分放電が発生すると、巻線の導体内を伝播するパルス状信号もしくは空間を伝播する電磁波として、数ｋＨｚから数ＧＨｚにわたる幅広い周波数成分を持った部分放電信号を生じるので、その中からある周波数帯域を選択し、適切なセンサを用いて計測を行う。
　高電圧電気機器の内部の部分放電を計測する方法としては、例えば、電流、電磁波、音、振動などをセンサにより検出することにより可能である。検出感度、Ｓ／Ｎ比の良さ、検出範囲の広さなどから部分放電に伴って発生する電磁波を計測する方法が期待されている。特に、部分放電に伴って発生する電磁波には、数ｋＨｚから数ＧＨｚにわたる信号が含まれており、３００ＭＨｚ～３ＧＨｚのＵＨＦ帯域の電磁波を計測する方法が検討されている。
　ここで、低周波側の信号（数ｋＨｚから数十ＭＨｚ）は、伝播の際、信号減衰が比較的少ない反面、ノイズの影響を受けやすく、また、高周波側の信号（数百ＭＨｚから数ＧＨｚ）では、信号減衰が比較的大きい反面、ノイズの影響を受け難いという特徴がある。このため、比較的ノイズレベルが小さいオフライン計測では、遠方で発生した部分放電でも、検出できるように低周波側の信号を検出する。また、比較的ノイズレベルが高いオンライン計測ではノイズの影響を受け難い高周波側の信号を検出し、信号減衰が大きいことについては、部分放電源に近い位置にセンサを設置することや、受信感度の高いセンサを適用して対応することが一般的である。
　そこで、このような部分放電に伴って発生する電磁波を用いて、部分放電を検出する装置として、例えば、特許文献１に示される部分放電検出装置では、絶縁スペーサの外周面には絶縁スペーサから漏洩する電磁波を受信する導波管アンテナが取り付けられ、導波管アンテナは、導波管部と、導波管部に設置された同軸ケーブル用コネクタとから構成されている。導波管部は一端に金属製の短絡板が設けられ、他端に絶縁スペーサの外周面の一部を覆う開口部が形成されている。これにより、部分放電の検出器が予めガス絶縁機器内部に取り付けられていない場合であっても、ガス絶縁機器から漏洩する電磁波を検出することで、部分放電を検出すること可能であることが開示されている。
特開２００８－１３９２０７号公報
　従来の部分放電検出装置では、数ｋＨｚから数ＧＨｚの部分放電信号のうち、ある周波数帯域幅を選択して受信部から信号処理部に伝送する必要があるので、それらの接続には高周波信号の伝送が可能な同軸ケーブルが伝送線として使用されるのが一般的である。しかし、この同軸ケーブルは、伝送される信号の周波数が高くなるほど信号の減衰量が大きく、部分放電計測の精度を高めるためには、単位長さあたりの信号減衰量が小さい同軸ケーブルや長さの短い同軸ケーブルを使用して、信号の減衰量を小さくする必要があるが、一般的に、高電圧電気機器は大型であるため、受信部と信号処理部の距離が長くなる傾向があり、このため長い同軸ケーブルを使用する必要があり、信号処理部に到達する部分放電信号が極めて小さくなるという課題があった。
　また、受信部と信号処理部の間に信号の減衰量を補正する増幅器を設置することもできるが、部分放電により発生する信号の周波数は、ある帯域幅を有しているので、同軸ケーブルで伝送する場合、帯域幅を広くとると帯域幅の下限周波数よりも帯域幅の上限周波数のほうが信号の減衰が大きくなるという問題が生じ、同軸ケーブルによる信号減衰特性の周波数依存性と、増幅器による信号増幅特性の周波数依存性とを同一にすることは困難であり、信号処理部において受信部での信号の強度を再現することは困難であるという課題があった。
　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、部分放電信号受信部と部分放電信号処理部との間に伝送線が使用される場合であっても、正確に信号の強度の再現が可能な部分放電信号処理装置を提供することを目的としている。
　上記課題を解決するために、本発明に係る部分放電信号処理装置は、電気機器内の部分放電により発生した電磁波を部分放電信号として受信する部分放電信号受信部、前記部分放電信号を検出し、信号処理する部分放電信号処理部、前記部分放電信号受信部と前記部分放電信号処理部とを接続し、前記部分放電信号を伝送する伝送線、を備え、前記部分放電信号処理部は、基準周波数が１ＧＨｚ以上に設定され、前記基準周波数を中心とする±１％の周波数の帯域幅で前記部分放電信号の周波数を制限する周波数制限部、前記帯域幅における前記部分放電信号の値を前記伝送線の信号減衰量に基づいて補正する減衰量補正部、補正された前記部分放電信号を外部の機器に出力する信号出力部により構成されていることを特徴とするものである。
　本発明の部分放電信号処理装置によれば、部分放電により発生した電磁波を受信し、伝送線で伝送された部分放電信号を予め決められた周波数および帯域幅に制限することで、部分放電信号を伝送線の周波数特性に影響されることなく、精度よく信号処理することができるという効果がある。
実施の形態１に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。 同軸ケーブルの信号減衰特性の一例を示す図である。 部分放電による電磁波の周波数特性の一例を示す図である。 実施の形態１に係る部分放電信号処理装置の部分放電信号処理に使用する基準周波数および帯域幅を示す図である。 実施の形態２に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。 実施の形態２に係る部分放電信号処理装置における信号増幅器の周波数特性の一例を示す図である。 実施の形態３に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。 実施の形態４に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。 実施の形態５に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。 実施の形態５に係る部分放電信号処理装置の他の概略構成を示す図である。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図であり、図２は、同軸ケーブルの信号減衰特性の一例を示す図であり、図３は、部分放電による電磁波の周波数特性の一例を示す図であり、図４は、部分放電信号処理に使用する基準周波数および帯域幅を示す図である。
　まず、図１を用いて、実施の形態１に係る部分放電信号処理装置の構成について説明する。図１において、部分放電信号処理装置は、高電圧電気機器の内部あるいは外部に設置される部分放電信号受信部１と、高電圧電気機器の外部に設けられる部分放電信号処理部２と、部分放電信号受信部１と部分放電信号処理部２とを接続する伝送線としての同軸ケーブル３と、の３つの部分から構成されている。また、部分放電信号受信部１は、部分放電により発生する電磁波を検出する電磁波受信部１ａで構成されている。また、部分放電信号処理部２は、同軸ケーブル３を通して送信された部分放電信号を検出する検出部２ａと、検出部２ａで検出された部分放電信号を基準周波数を中心として周波数帯域を制限する帯域制限部２ｂと、制限された周波数帯域において同軸ケーブル３で減衰された部分放電信号を補正する減衰量補正部２ｃと、補正された部分放電信号を外部の機器に出力する信号出力部２ｄと、で構成されている。
　次に、実施の形態１に係る部分放電信号処理装置の動作について、図１から図４を参照して説明する。
　一般的には、部分放電受信部は、高電圧電気機器の内部または外部に設置されるが、例えば、図１に示すように、本実施の形態では、部分放電の受信は、部分放電に伴って発生する電磁波を受信するものとし、部分放電信号受信部１は、高電圧電気機器の内部に設置される場合について説明する。また、部分放電信号処理部２は、高電圧電気機器の外部に設置され、部分放電信号受信部１とは伝送線の同軸ケーブル３を介して接続されている。
　部分放電信号処理部２では、同軸ケーブル３を介して伝送されてきた高周波の部分放電信号の信号処理等を行うが、部分放電信号は同軸ケーブル３を通過するときに信号の減衰が生じる。この信号の減衰量は、同軸ケーブル３の長さが長いほど、また、図２の同軸ケーブルの信号減衰特性に示すように、周波数が高くなる程大きくなる。
　一方、部分放電による電磁波の周波数特性は、例えば、図３に示すように幅広い周波数成分を含んでいるので、検出された電磁波を部分放電信号として同軸ケーブルで伝送すると、周波数の低い領域では減衰量が少なく、周波数の高い領域では減衰量が大きくなる。また、大型の高電圧電気機器では、同軸ケーブル３の長さが長くなるので、より減衰量が大きくなる。これらの理由により、部分放電信号処理部２で受信される部分放電信号は、部分放電信号受信部１で受信した信号とは異なった強度および周波数特性を持つものとなる。
　次に、高電圧電気機器として、タービン発電機を例とした場合について説明する。タービン発電機の部分放電のオンライン計測で、部分放電信号を電磁波として受信する場合は、比較的ノイズの影響を受けにくい数百ＭＨｚから数ＧＨｚの電磁波を受信するので、その性質上、電磁波が電磁波受信部１ａに到達するまでの減衰が大きい。また、電磁波受信部１ａで受信された電磁波は、高周波の部分放電信号として同軸ケーブル３を介して、タービン発電機の外部に設置された部分放電信号処理部２に送信される。部分放電信号が同軸ケーブル３を通過する際に信号の減衰が生じ、信号減衰量は、同軸ケーブル３の長さが長いほど、また、図２の同軸ケーブルの信号減衰特性のように信号の周波数が高くなるほど大きくなる。つまり、大型のタービン発電機において、オンラインによる部分放電計測を実施すれば、必然的に信号の減衰量が極めて大きくなるので（部分放電信号処理部２での部分放電信号が極めて小さくなる。）、同軸ケーブル３での信号減衰を把握しておかなければ正確な部分放電計測ができないことになる。
　そこで、本発明では、部分放電信号処理部２において部分放電信号の信号処理を行う基準周波数ｆ０を、ノイズの影響を受け難い１ＧＨｚ以上に設定し、基準周波数ｆ０を中心として、同軸ケーブル３の信号減衰量を一様とみなすことができるように、例えば、減衰量の変動が０．１ｄＢ以内となる帯域幅ΔＷに設定する。図４に示すように、基準周波数ｆ０を１．００ＧＨｚとして、帯域幅ΔＷを１．００ＧＨｚの±１％に設定すると、帯域幅下限の０．９９ＧＨｚの場合の同軸ケーブル３による信号減衰量は５６５ｄＢ／ｋｍ、帯域幅上限の１．０１ＧＨｚの場合の信号減衰量は５７５ｄＢ／ｋｍであり、その差は１０ｄＢ／ｋｍとなる。したがって、１０ｍの同軸ケーブル３を使用した場合には、帯域幅下限の０．９９ＧＨｚの場合の信号減衰量は５．６５ｄＢ、帯域幅上限の１．０１ＧＨｚの場合の信号減衰量は５．７５ｄＢであって、その差は０．１ｄＢであり、信号減衰量を一様と見なすことができ、すなわち、基準周波数ｆ０の１．００ＧＨｚに対して、帯域幅ΔＷを±０．０１ＧＨｚ（基準周波数ｆ０の±１％）とすることで、減衰量の差が０．１ｄＢとなり、部分放電信号の補正を容易に行うことができる。
　これに対して、仮に、基準周波数ｆ０を１．００ＧＨｚとして、帯域幅ΔＷを１．００ＧＨｚの±５０％に設定すると、図２の同軸ケーブル３の信号減衰特性の例では、帯域幅下限の０．５０ＧＨｚの場合の信号減衰量は３４０ｄＢ／ｋｍ、帯域幅上限の１．５０ＧＨｚの場合の信号減衰量は７８０ｄＢ／ｋｍであって、その差は４４０ｄＢ／ｋｍとなる。１０ｍの同軸ケーブルを使用した場合には、帯域幅下限の０．５０ＧＨｚの場合の信号減衰量は３．４０ｄＢ、帯域幅上限の１．５０ＧＨｚの場合の信号減衰量は７．８０ｄＢであって、その差は４．４０ｄＢとなる。この場合には、もはや信号減衰量を一定とみなすことはできない。ケーブルの長さがさらに長くなると、帯域幅下限と上限の減衰量の差がさらに大きくなるので、ケーブルの長さに応じて部分放電信号処理部２で部分放電信号の補正をすることは困難となる。
　部分放電信号処理における部分放電信号の帯域幅を狭くするということは、部分放電計測で取り扱う信号が設定された周波数帯域に限定されることになるが、この周波数帯域に部分放電による電磁波が存在するのであれば部分放電計測は可能であり、オンライン計測とオフライン計測の違いから分かるように、検出される周波数帯域を目的に応じて選定することは部分放電計測の特有技術であることから、本発明のように信号処理を行う周波数帯域を狭帯域化としても部分放電計測の本質を損なうことはない。
　なお、ここで、部分放電の伝送に使用される同軸ケーブル３の長さに応じて、減衰量を予め把握しておき、信号減衰量が一様と見なすことができるように帯域幅を設定し、減衰量補正部２ｃでの部分放電信号の減衰量を補正する補正係数を決定する。
　また、部分放電信号の補正に使用する減衰量は、基準周波数ｆ０における減衰量を使用してもよく、帯域幅ΔＷ内における周波数での減衰量の平均値を使用してもよい。
　上述したように、部分放電計測に使用する周波数領域は、部分放電による電磁波の周波数を含む領域であればどこでも選択することができるが、部分放電信号が同軸ケーブル３における信号減衰量が一様とみなすことができる程度の帯域幅ΔＷに設定することが必要である。信号処理を行う部分放電信号の周波数帯域を決めることで、同軸ケーブル３による信号減衰量をある一定の値とみなし補正することで、部分放電信号処理部２での部分放電信号の信号強度を部分放電信号受信部１での信号強度に補正することが可能となり、外部の計測機器に出力することにより部分放電計測の精度を向上させることができる。
　また、同軸ケーブル３の信号減衰量を、同軸ケーブルの断面寸法の変更や材質の変更により少なくし、同軸ケーブル３の配線ルートを最短化することで、部分放電信号の減衰量を小さくすれば、さらに精度の高い部分放電信号の計測が可能となる。この効果は、信号減衰量が大きい高い周波数の部分放電信号を扱うときにより顕著となる。
　このように、実施の形態１に係る部分放電信号処理装置によれば、高電圧電気機器の内部の部分放電により発生した電磁波を受信し、受信された電磁波を高周波の部分放電信号として伝送線で伝送する際に、部分放電信号を予め決められた基準周波数および帯域幅で信号処理を行うことで、部分放電信号が伝送線の周波数特性に影響されることなく、部分放電信号を精度よく補正し、外部の計測機器に出力することにより部分放電信号を正確に計測することができるという効果がある。
実施の形態２．
　図５は、実施の形態２に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図であり、図６は、信号増幅器の周波数特性の一例を示す図である。図１に示す実施の形態１に係る部分放電信号処理装置との違いは、実施の形態２に係る部分放電信号処理装置では、減衰量補正部を同軸ケーブルでの減衰量に合わせた増幅率で部分放電信号を増幅する信号増幅部とした点である。他の構成要素については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
　次に、実施の形態２に係る部分放電信号処理装置の動作について、図５および図６を参照して説明する。
　実施の形態２では、同軸ケーブル３での減衰量を補正するために、減衰量補正部の機能として同軸ケーブル３での減衰量に合わせた増幅率で部分放電信号を増幅する信号増幅部２ｅとしたものであり、基準周波数ｆ０を中心とする帯域幅ΔＷにおける部分放電信号受信部１と部分放電信号処理部２との間で減衰した部分放電信号の強度の補正を行うために、信号増幅部２ｅにおいて減衰量に合わせた部分放電信号の増幅を行う。ここでは、信号増幅部２ｅの増幅率は、同軸ケーブル３の長さ、設定された帯域幅ΔＷにおける減衰特性を考慮して決定する。
　部分放電による電磁波の広い帯域で信号処理する場合には、同軸ケーブルによる信号減衰を周波数ごとに補正するように信号増幅器の信号増幅率を定めることが理想的であるが、一般的な信号増幅器は、図６に示すような周波数特性を持っているため、周波数ごとに減衰量の補正を行うには、信号増幅器が複雑かつ高価になる。また、同軸ケーブルの長さを考慮した補正は、さらに煩雑になる。実施の形態２では、信号処理を行う周波数を同軸ケーブルの信号減衰量を一様とみなすことができる程度の帯域幅に設定しているので、増幅率を周波数ごとに調整する必要がなく、信号増幅器を簡素な構造で、かつ安価に作製することができる。
　このように、実施の形態２に係る部分放電信号処理装置によれば、信号増幅器により伝送線で減衰した部分放電信号を設定された帯域幅においてのみ増幅を行うことにより、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、信号増幅器の増幅量の設定が容易で簡素なものを使用することができるという効果がある。
実施の形態３．
　図７は、実施の形態３に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。実施の形態３に係る部分放電信号処理装置では、部分放電により発生した電磁波を受信する部分放電信号受信部及び部分放電信号処理部を複数用意し、高電圧電気機器の複数個所に設けたものであり、他の構成要素については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
　次に、実施の形態３に係る部分放電信号処理装置の動作について、図７を参照して説明する。
　複数の部分放電信号受信部１，１０（図７では、部分放電信号受信部が２つである場合を示す。）が、高電圧電気機器の異なる箇所に取付けられ、電磁波受信部１ａ，１０ａで同時に受信された電磁波を高周波の部分放電信号として送信部１ｂ、１０ｂにより同軸ケーブル３，３０を通して、部分放電信号処理部２，２０により部分放電信号の処理を行うものである。部分放電信号処理部２，２０での動作については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。部分放電信号受信部１，１０と部分放電信号処理部２，２０とを接続する同軸ケーブル３，３０の長さによる減衰量の違いや周波数特性を補正することで、それぞれの部分放電信号を正確に処理することができる。これにより、高電圧電気機器の複数箇所で、同時に部分放電を捉えることができ、これらを比較することにより、正確な部分放電信号の情報を得ることができ、異常監視、異常個所の把握が容易になる。
　このように、実施の形態３に係る部分放電信号処理装置によれば、複数の部分放電信号受信部を用意して同時に部分放電信号を処理することにより、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、高電圧電気機器の複数箇所で、同時に部分放電を捉えることができ、これらを比較することにより、正確な部分放電信号の情報を得ることができ、異常監視、異常個所の把握が容易になるという効果がある。
実施の形態４．
　図８は、実施の形態４に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。実施の形態１に係る部分放電信号処理装置との相違点は、実施の形態４では、部分放電信号処理部に同軸ケーブルの減衰特性を記憶した記憶部を備えていることである。その他の構成については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
　次に、実施の形態４に係る部分放電信号処理装置の動作について、図８を参照して説明する。
　図８に示すように、部分放電信号処理部２に、記憶部２ｆが設けられ、記憶部２ｆには図２で示す同軸ケーブル３の減衰特性が記憶されており、この記憶されたデータを参照して、減衰量補正部２ｃにて、減衰された部分放電信号を補正する。同軸ケーブル３の長さが分かれば、その長さを部分放電信号処理部２に入力することによって、同軸ケーブル３による減衰量を推定することができ、減衰された部分放電信号を部分放電信号受信部１で受信した部分放電信号の強度に容易に戻すことができる。部分放電信号処理部２での他の動作については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
　このように、実施の形態４に係る部分放電信号処理装置によれば、部分放電信号処理部に記憶部を設け、伝送線の減衰特性を記憶させておくことにより、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、伝送線の長さが変わっても容易に減衰量を推定することができ、部分放電信号の強度を正確に補正することが可能になるという効果がある。
実施の形態５．
　図９は、実施の形態５に係る部分放電信号処理装置の概略構成を示す図である。実施の形態１に係る部分放電信号処理装置との相違点は、実施の形態５では、部分放電信号処理部に同軸ケーブルの減衰特性を測定する減衰量測定部を備えていることである。その他の構成については、実施の形態１と同じであるので説明を省略する。
　次に、実施の形態５に係る部分放電信号処理装置の動作について、図９を参照して説明する。
　図９に示すように、部分放電信号処理部２に、減衰量測定部２ｇが設けられ、同軸ケーブル３の減衰量を測定するため、部分放電信号受信部１に設置された送信部１ｂから基準周波数ｆ０で所定の強度を持つ減衰量測定信号を同軸ケーブル３に送り、部分放電信号処理部２の減衰量測定部２ｇで減衰量測定信号を受信して減衰量を測定する。この測定された減衰量に基づいて、減衰量補正部２ｃにて、減衰された部分放電信号を補正する。これにより、同軸ケーブル３の長さが変わっても実際の同軸ケーブル３による減衰量を決定することができ、部分放電伝送時に減衰された部分放電信号を部分放電信号受信部１から送信された部分放電信号の強度に容易に戻すことができる。部分放電信号処理部２での他の動作については、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。上記説明では、新たに減衰量測定部２ｇを設ける例について説明したが、検出部２ａに減衰量測定部２ｇの機能を持たせてもよい。
　また、図１０に示すように、同軸ケーブル３の減衰量測定する他の方法として、減衰量測定部２ｇから基準周波数ｆ０で所定の強度を持つ減衰量測定信号を同軸ケーブル３に送り、部分放電信号受信部１の送信部１ｂで折り返し、同軸ケーブル３を通った減衰量測定信号を減衰量測定部２ｇにて受信して減衰量を測定することもできる。
　このように、実施の形態５に係る部分放電信号処理装置によれば、部分放電信号処理部に減衰量測定部を設け、伝送線の減衰特性を測定することにより、実施の形態１と同様の効果を有するとともに、伝送線の長さが変わっても減衰量を正確に決定することができ、部分放電信号の強度を正確に補正することが可能になるという効果がある。
　なお、上記実施の形態では、伝送線として、同軸ケーブルを使用する例について説明したが、その長さ、減衰特性を考慮して、部分放電の電磁波による部分放電信号の基準周波数を伝送することができるものであれば、同軸ケーブルに限らず、ツイストペア線等の伝送線であってもよい。
　また、上記実施の形態では、高電圧電気機器として、タービン発電機を例に動作を説明したが、タービン発電機以外の高電圧電気機器にもこの技術を適用することができる。
　また、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
　また、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。
　　１、１０　部分放電信号受信部、１ａ、１０ａ電磁波受信部、
１ｂ、１０ｂ　送信部、２、２０　部分放電信号処理部、
３、３０　同軸ケーブル、２ａ、２０ａ　検出部、
２ｂ、２０ｂ　帯域制限部、２ｃ、２０ｃ　減衰量補正部、
２ｄ、２０ｄ　信号出力部、２ｅ　信号増幅部、２ｆ　記憶部、
２ｇ　減衰量測定部。

Claims (4)

  1. 　電気機器内の部分放電により発生した電磁波を部分放電信号として受信する部分放電信号受信部、
    　前記部分放電信号を検出し、信号処理する部分放電信号処理部、
    　前記部分放電信号受信部と前記部分放電信号処理部とを接続し、前記部分放電信号を伝送する伝送線、を備え、
    　前記部分放電信号処理部は、基準周波数が１ＧＨｚ以上に設定され、前記基準周波数を中心とする±１％の周波数の帯域幅で前記部分放電信号の周波数を制限する周波数制限部、前記帯域幅における前記部分放電信号の値を前記伝送線の信号減衰量に基づいて補正する減衰量補正部、補正された前記部分放電信号を外部の機器に出力する信号出力部、により構成されていることを特徴とする部分放電信号処理装置。
  2. 　前記部分放電信号処理部は、前記帯域幅における前記伝送線による信号減衰量に基づいて、前記部分放電信号の値を増幅する増幅部を備えたものであることを特徴とする請求項１に記載の部分放電信号処理装置。
  3. 　前記部分放電信号処理部は、前記伝送線の信号減衰量の特性値を記憶させた記憶部を備え、前記特性値を用いて、前記部分放電信号の値を補正することを特徴とする請求項１に記載の部分放電信号処理装置。
  4. 　前記部分放電信号処理部は、前記伝送線の信号減衰量を測定する減衰量測定部を備え、測定された前記信号減衰量に基づいて、前記部分放電信号の値を補正することを特徴とする請求項１に記載の部分放電信号処理装置。
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