JP6989232B2

JP6989232B2 - 部分放電測定装置

Info

Publication number: JP6989232B2
Application number: JP2017168843A
Authority: JP
Inventors: 俊裕 ▲高▼橋; 達希岡本; 政史八島
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 2017-09-01
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2022-01-05
Anticipated expiration: 2037-09-01
Also published as: JP2019045315A

Description

本発明は、測定対象設備の接地線などを対象とする部分放電測定装置に関する。

従来、送配電設備などは、高い信頼性を維持し続けるため、その状態を精度よく監視することが求められている。そのために、送配電設備などで発生する部分放電（導体間の絶縁部の一部で限定的に生じる放電）を測定することが行われている。

そのような部分放電を測定する部分放電測定装置の一例としては、接地線に流れる高周波電流を高周波変流器で検出するものが知られている。このような部分放電測定装置では、接地線に入り込むノイズに対して様々な対策がとられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に係る部分放電測定装置は、鉄心にフィルタ巻線を巻回し、そのフィルタ巻線に特定周波数範囲の電流の通過を阻止するフィルタを備えている。このような構成により、鉄心に発生する磁束のうち、特定周波数範囲以外の電流による磁束成分を打ち消すような電流がフィルタ巻線に流れる。この結果、鉄心に巻回された二次巻線には、特定周波数範囲の電流のみが流れ、部分放電を感度よく検出することができる。

一方、部分放電測定を実施する箇所によっては、三相不平衡などにより接地線に大きな商用周波電流が流れることがある。この場合、部分放電測定装置の出力には、商用周波電流による信号が重畳する。しかしながら、商用周波電流がさらに大きくなると、部分放電測定装置が磁気飽和し、ダイナミックレンジが確保できなくなり、測定感度が低下するという問題がある。

特許文献１に係る部分放電測定装置は、そのような問題に対し有効なものではなかった。商用周波電流による信号をノイズとしてこれを除去しようとすると、商用周波帯域（例えば、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ)についてはほぼゼロに近い減衰特性を有し、それ以外の周波数帯域ではほとんど減衰しない減衰特性を有するフィルタを製作することは困難だからである。また、商用周波帯域が含まれるような特定周波数範囲を設定した場合、商用周波電流を低減できるが、部分放電による信号も低減してしまい、部分放電の検出感度が低下してしまう。

なお、このような問題は、接地線に商用周波電流が流れる場合に限らず、特定周波数の電流が流れる場合についても同様に存在する。

特開平９−１５２９３号公報

本発明は、このような事情に鑑み、特定周波数の電流が流れ込むことによるダイナミックレンジの低下を低減し、測定感度を向上することができる部分放電測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための第１の態様は、測定対象設備の電力機器に接続された導線に流れる電流により磁束が発生する鉄心と、前記鉄心を巻回する二次コイル、及びキャンセリングコイルと、前記二次コイルに流れる特定周波数の電流とは逆位相のキャンセル電流を前記キャンセリングコイルに供給するキャンセル手段と、を備え、前記キャンセル手段は、前記二次コイルに流れる特定周波数の電流を抽出するローパスフィルターと、前記ローパスフィルターからの交流信号を直流信号に変換し、前記直流信号のレベルに基づいて、前記ローパスフィルターから出力された交流信号がゼロとなるような信号を前記キャンセル電流として生成する逆位相生成部と、を備えることを特徴とする部分放電測定装置にある。

第１の態様では、二次コイルから出力される電流のうち、特定周波数のみを検出し、これを打ち消すキャンセル電流をキャンセリングコイルに供給する。すなわち、広範囲に亘る周波数でノイズをキャンセルするものではないので、従来技術のように部分放電による信号が低減することを回避でき、部分放電の検出感度を向上することができる。さらに好適にキャンセル電流を生成することができる。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載する部分放電測定装置において、前記特定周波数は商用周波数であることを特徴とする部分放電測定装置にある。

第２の態様では、商用周波数による影響を低減し、部分放電を感度よく検出することができる。

本発明によれば、特定周波数の電流が流れ込むことによるダイナミックレンジの低下を低減し、測定感度を向上することができる部分放電測定装置が提供される。

部分放電測定装置の概略図である部分放電測定装置のブロック図である。キャンセル電流を供給しない場合における、接地線、キャンセリングコイル及び二次コイルに流れる電流を時系列で示すグラフである。キャンセル電流を供給する場合における、接地線、キャンセリングコイル、及び二次コイルに流れる電流を時系列で示すグラフである。

〈実施形態１〉
図１は、本実施形態に係る部分放電測定装置の概略図であり、図２は、本実施形態に係る部分放電測定装置のブロック図である。

図１及び図２に示すように、部分放電測定装置１は、測定対象の接地線２に周回した鉄心３と、二次コイル４と、キャンセリングコイル５と、商用周波電流によるノイズを除去するキャンセル手段１０と、を備えている。

接地線２は、測定対象設備の電力機器に電気的に接続された導線の一例である。電力機器としては、例えば、変圧器、リアクトル、コンデンサ、整流器、遮断器、開閉装置、配電盤、電力ケーブル等を挙げることができる。

鉄心３は、高周波変流器で用いられる一般的な鉄心であり、本実施形態では環状に形成されている。もちろん、鉄心３は環状に限定されず、例えば、クランプ状であってもよい。

また、鉄心３の環の中に接地線２が挿通されているが、このような態様に限定されない。例えば、接地線２が鉄心３に巻回されていてもよい。いずれにしても、鉄心３は、接地線２に流れる電流により磁束が発生する構成・材料であればよい。

二次コイル４は、鉄心３に巻回されたコイルである。二次コイル４の巻き数には特に限定はない。二次コイル４は分配器１３に接続されており、二次コイル４から出力された電流は、分配器１３で出力部１４とキャンセル手段１０とに分配される。

分配器１３は一般的な信号の分配器であり、出力部１４は、二次コイル４から出力された電流を表示するためのオシロスコープなどであるが、特に限定はない。

キャンセリングコイル５は、鉄心３に巻回されたコイルである。また、キャンセリングコイル５は、キャンセル手段１０からキャンセル電流が供給される。キャンセル電流とは、二次コイル４に流れる特定周波数の電流とは逆位相の電流である。ここでは、特定周波数として、商用周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）とする。キャンセル電流の生成については後述する。

キャンセル手段１０は、上述したキャンセル電流を生成し、キャンセリングコイル５に供給させる電気回路である。具体的には、キャンセル手段１０は、ローパスフィルター１１と、逆位相生成部１２とから構成されている。

ローパスフィルター１１は、二次コイル４から出力された電流を入力とし、商用周波数の電流のみを抽出する。このようなローパスフィルターは公知の回路構成により実現できる。ローパスフィルター１１から出力された商用周波数の交流信号は、逆位相生成部１２に入力される。

逆位相生成部１２は、ローパスフィルター１１で抽出された交流信号に基づいて、その逆位相の信号を生成する電気回路である。このような電気回路の一例としては、交直変換部、比較部、信号生成部を備えたものが挙げられる。

交直変換部は、ローパスフィルター１１からの交流信号を直流信号に変換する。比較部は、ゼロ電位を基準として、交直変換部が出力した直流信号のレベル（電位）を出力する。信号生成部は、比較部から出力される直流信号のレベルに基づいて、ローパスフィルター１１から出力された交流信号がゼロとなるような信号を生成する。そして、この信号はキャンセリングコイル５にキャンセル電流として供給される。

このようにキャンセル手段１０は、二次コイル４から出力された電流から商用周波数成分を抽出し、その商用周波数成分を打ち消すようなキャンセル電流をキャンセリングコイル５に供給する。

このようなキャンセル電流がキャンセリングコイル５に供給されることで、キャンセリングコイル５から生じた磁束によって、鉄心３に発生する磁束のうち、商用周波数成分の電流による磁束が打ち消される。この結果、二次コイル４から出力される電流は、商用周波数の電流が除去又は低減されたものとなる。

二次コイル４から出力される電流から、商用周波数の電流が除去又は低減されているので、部分放電測定におけるダイナミックレンジの低下を低減することができ、部分放電の測定感度を向上することができる。

従来技術では、フィルタが設けられたフィルタ巻線には、ローパスフィルターによって遮断周波数ｆ１より低い周波数成分、ハイパスフィルタによって遮断周波数ｆ２より高い周波数のノイズによる電流が流れる。これにより、鉄心に発生する磁束のうち、当該ノイズによる磁束成分が打ち消され、そのノイズを二次巻線が拾うことがなくなり、部分放電の検出感度を向上させている。

しかしながら、部分放電の周波数は広範囲にわたるので、上記のように広い周波数範囲でノイズを除去する結果、部分放電による信号も低減してしまう。

一方、本実施形態の部分放電測定装置１は、二次コイル４から出力される電流のうち、特定周波数である商用周波数のみを検出し、これを打ち消すキャンセル電流をキャンセリングコイル５に供給するものである。すなわち、広範囲に亘る周波数でノイズをキャンセルするものではないので、従来技術のように部分放電による信号が低減することを回避でき、部分放電の検出感度を向上することができる。

図３及び図４を用いて、二次コイル４から出力される電流を、キャンセル電流を適用する前後のそれぞれについて説明する。

図３は、キャンセル電流を供給しない場合における、接地線２、キャンセリングコイル５及び二次コイル４に流れる電流を時系列で示すグラフである。符号３０は接地線２の電流、符号３１はキャンセリングコイル５の電流、符号３２は二次コイル４に流れる電流を示している。符号３０、３１の縦軸は電流値であり、符号３２の縦軸は電圧値であり、横軸は時間である。

接地線２には、商用周波数の電流（符号３０）が流れている。キャンセリングコイル５には、キャンセル電流（符号３１）が供給されていないので、電流値はゼロとなっている。このような場合、二次コイル４の電流（符号３２）は、部分放電電流に商用周波数の電流が重畳していることが分かる。

図４は、キャンセル電流を供給する場合における、接地線２、キャンセリングコイル５、及び二次コイル４に流れる電流を時系列で示すグラフである。符号４０は接地線２の電流、符号４１はキャンセリングコイル５の電流、符号４２は二次コイル４に流れる電流を示している。縦軸横軸は図３と同様である。

接地線２には、図３と同様に、商用周波数の電流（符号４０）が流れている。一方、キャンセリングコイル５には、商用周波数の電流と逆位相のキャンセル電流（符号４１）が供給されている。このような場合、二次コイル４の電流（符号４２）は、商用周波数の電流が重畳することなく、部分放電の電流のみが現われていることが分かる。

１…部分放電測定装置、２…接地線、３…鉄心、４…二次コイル、５…キャンセリングコイル、１０…キャンセル手段、１１…ローパスフィルター、１２…逆位相生成部、１３…分配器、１４…出力部

Claims

測定対象設備の電力機器に接続された導線に流れる電流により磁束が発生する鉄心と、
前記鉄心を巻回する二次コイル、及びキャンセリングコイルと、
前記二次コイルに流れる特定周波数の電流とは逆位相のキャンセル電流を前記キャンセリングコイルに供給するキャンセル手段と、を備え、
前記キャンセル手段は、
前記二次コイルに流れる特定周波数の電流を抽出するローパスフィルターと、
前記ローパスフィルターからの交流信号を直流信号に変換し、前記直流信号のレベルに基づいて、前記ローパスフィルターから出力された交流信号がゼロとなるような信号を前記キャンセル電流として生成する逆位相生成部と、を備える
ことを特徴とする部分放電測定装置。
請求項１に記載する部分放電測定装置において、
前記特定周波数は商用周波数である
ことを特徴とする部分放電測定装置。