JP7463085B2 - 診断装置、診断方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、診断装置、診断方法、およびプログラムに関する。

真空遮断器の主要な構成として真空バルブがある。真空バルブ内の真空度が高く保たれていることは、真空遮断器の絶縁性能を保つ上で重要な要因となる。

真空バルブの真空度が低下すると、真空遮断器の絶縁性能が低下して、事故電流の遮断が不可能になる。そのため、真空遮断器の健全性を監視するために、真空バルブの真空度が定期的にチェックされる。

真空バルブの真空度をチェックする方法としては、例えば真空度の劣化に伴って発生する放電をアンテナで検出するものが知られている。また、真空バルブにアンテナを近接して配置し、信号処理にバンドパスフィルタを用い、真空度の劣化に伴って発生するマイクロ波帯の電磁波を検出するものが知られている。

特開２００２－１８４２７５号公報 特開平７－３１８４４７号公報

しかし、真空バルブ内で発生する放電による電磁波の周波数帯域が、真空バルブ外の放電や外来ノイズによる電磁波の周波数帯域と重なっている場合、アンテナで検出した電磁波が、いずれに起因するものかを特定することは困難である。そのため、真空バルブ外の放電や外来ノイズと、真空バルブ内の放電とを区別できる新たな機能の実現が必要とされる。

本発明が解決しようとする課題は、真空バルブ外の放電や外来ノイズと、真空バルブ内の放電とを区別できる診断装置、診断方法、およびプログラムを提供することである。

実施形態によれば、診断装置は、処理部と、算出部と、診断部とを具備する。処理部は、箱体に収納された真空バルブ内で第１期間に発生した第１信号を分解して、第１周波数帯域の第２信号と、前記第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の第３信号とを生成し、前記真空バルブ内で前記第１期間よりも後の第２期間に発生した第４信号を分解して、前記第１周波数帯域の第５信号と、前記第２周波数帯域の第６信号とを生成する。算出部は、前記第２信号に含まれる第１部分放電パルス信号の第１強度と第１放電発生頻度とを算出し、前記第３信号に含まれる第２部分放電パルス信号の第２強度を算出し、前記第５信号に含まれる第３部分放電パルス信号の第３強度を算出し、前記第６信号に含まれる第４部分放電パルス信号の第４強度と第２放電発生頻度とを算出する。診断部は、前記第１強度が第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が第１範囲内であるか否かを判定し、前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が第２範囲内であるか否かを判定し、前記第１強度が前記第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が前記第１範囲内である場合であって、前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が前記第２範囲内である場合に、前記真空バルブ内で部分放電が発生したことを示す診断結果を出力する。前記第１範囲の上限値は、前記第２範囲の上限値よりも大きい。

第１実施形態に係る診断装置の構成を示すブロック図。 真空バルブの真空度と耐電圧の相関を説明するための図。 真空バルブが第１真空度である場合の放電波形とセンサ検出波形を示す図。 真空バルブが第２真空度である場合の放電波形とセンサ検出波形を示す図。 真空度と放電周波数の相関と、真空度と放電発生頻度の相関とを説明するための図。 同実施形態の診断装置によって実行される診断処理の手順の例を示すフローチャート。 同実施形態の診断装置によって実行される診断処理の別の手順の例を示すフローチャート。 第２実施形態に係る診断装置の構成を示すブロック図。

以下、実施の形態について図面を参照して説明する。

（第１実施形態）
まず図１を参照して、第１実施形態に係る診断装置１の構成を説明する。診断装置１は、金属製の箱体（以下、金属容器とも称する）６に収納された真空バルブ６１の絶縁性能を監視する。真空バルブ６１は真空遮断器に搭載されている。診断装置１は、例えば真空バルブ６１の内部で部分放電（ｐａｒｔｉａｌ ｄｉｓｃｈａｒｇｅ：ＰＤ）が発生したかどうかを診断する。真空バルブ６１の内部で発生した部分放電は、真空放電とも称される。

金属容器６は電気機器を収納可能な箱である。金属容器６は、例えば遮断器や主回路導体等の電気機器を収納する。電気機器は経年劣化等によって部分放電を発生させ得る。

金属容器６内には、真空バルブ６１に対して近接して、電磁波検出センサ６２が設けられている。電磁波検出センサ６２は、例えば特定の周波数帯域の電磁波を検出するように構成されたループアンテナである。この特定の周波数帯域には、真空バルブ６１内で発生した放電による電磁波を検出するために適した周波数帯域が設定される。

電磁波検出センサ６２は、検出した電磁波に基づく電気信号を診断装置１に出力するように、診断装置１に接続されている。なお、電磁波検出センサ６２の代わりに、部分放電に伴う接地電位の変動を検出するＴｒａｎｓｉｅｎｔ Ｅａｒｔｈ Ｖｏｌｔａｇｅ（ＴＥＶ）センサ、または接地電流を検出する高周波Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ（ＣＴ）のセンサを設けて、電気信号が取得されてもよい。取得される電気信号が示す物理量は、真空バルブ６１内の部分放電に応じて得られる物理量であれば、どのような物理量であってもよい。物理量は、例えば電磁波、接地電位、接地電流、振動、または音である。

診断装置１は、例えば、パーソナルコンピュータ、スマートフォンやタブレットコンピュータのような携帯情報端末、または各種電子機器に内蔵される組み込みシステムとして実現され得る。診断装置１は電磁波検出センサ６２から受け取った電気信号に基づいて、診断対象の電気機器の状態を診断する。具体的には、診断装置１は、真空バルブ６１内での部分放電の発生の有無を診断する。

診断装置１は、制御部１１、通信部１２、入力部１３、出力部１４、信号情報記憶部１５、および診断データベース（ＤＢ）１６を備える。制御部１１は、診断装置１内の各部を制御する。制御部１１は、プロセッサや回路のようなハードウェアとして、プロセッサによって実行されるソフトウェア（すなわちプログラム）として、あるいはそれらハードウェアとソフトウェアの組み合わせとして、実現され得る。制御部１１は、信号処理部１１１、パルス信号解析部１１２、部分放電診断部１１３を備える。信号処理部１１１、パルス信号解析部１１２、および部分放電診断部１１３は直列に接続されている。

通信部１２はネットワークインタフェースである。通信部１２はネットワークを介して、通信機能を有する外部の電子機器と通信する。通信部１２は、例えば無線ローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、有線ＬＡＮ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはセルラー網を介して通信し得る。外部の電子機器は、例えばパーソナルコンピュータ、サーバコンピュータ等の電子機器であってもよいし、クラウドコンピューティングシステムであってもよい。

入力部１３は、キーボードや、タッチパネル、マウス等のポインティングデバイスを含む入力装置で構成される。入力部１３は、入力装置を診断装置１に接続するためのインタフェースであってもよい。その場合、入力部１３は、入力装置を用いた操作に基づく入力信号から入力データを生成し、診断装置１に送出する。入力データは、例えば、診断装置１の動作に関する指示を示す。

出力部１４は、Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ（ＣＲＴ）ディスプレイ、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）、有機Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ（ＥＬ）ディスプレイ等の出力装置である。出力部１４は、出力装置を診断装置１に接続するためのインタフェースであってもよい。その場合、出力部１４は映像データから映像信号を生成して、出力装置に送出する。出力装置は映像信号に基づく画面イメージを表示する。なお、出力装置は、特定の状態を通知するためのランプ（例えばＬＥＤ）、音声出力のためのスピーカであってもよい。

信号情報記憶部１５は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置で構成される。信号情報記憶部１５は、電磁波検出センサ６２を用いて電気信号が取得された日時と電気信号が表す物理量とを関連付けて保存してもよいし、その日時と電気信号を処理して得られた特徴量とを関連付けて保存してもよい。

診断ＤＢ１６は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置等の記憶装置で構成される。なお、ある記憶装置の一部の記憶領域が信号情報記憶部１５として割り当てられ、別の一部の記憶領域が診断ＤＢ１６として割り当てられてもよい。

診断ＤＢ１６は、真空バルブ６１内で部分放電が発生したかを診断するために用いられる参照データを格納する。参照データは、電気信号の少なくとも一部の特徴量を用いて、真空バルブ６１内の部分放電と判断すべき条件を示す情報を含む。この条件は、例えば真空バルブ６１内で部分放電が発生した場合の特徴量の変遷として表される。この変遷に従う特徴量が電気信号から取得された場合、真空バルブ６１内で部分放電が発生したと判断される。

次いで、制御部１１内の各部について説明する。
信号処理部１１１は電磁波検出センサ６２によって検出された電気信号（以下、検出信号とも称する）を受信する。信号処理部１１１は検出信号を分解して、１つ以上の周波数帯域にそれぞれ対応する１つ以上の信号を生成する。

信号処理部１１１は、異なる周波数帯域の信号をそれぞれ抽出する複数の増幅器とフィルタの組１１１Ａ，１１１Ｂを備える。信号処理部１１１は増幅器とフィルタの組１１１Ａ，１１１Ｂを用いて検出信号を分解して、１つ以上の周波数帯域にそれぞれ対応する１つ以上の信号を生成する。

より具体的には、第１の増幅器とフィルタの組１１１Ａは検出信号から、例えば数１００ｋＨｚ帯の信号を抽出し、パルス信号解析部１１２に送出する。第２の増幅器とフィルタの組１１１Ｂは検出信号から、例えば数ＭＨｚ帯から数１０ＭＨｚ帯の信号を抽出し、パルス信号解析部１１２に送出する。各々の増幅器とフィルタの組１１１Ａ，１１１Ｂで抽出される信号は、真空バルブ６１内の放電の特性に応じて変更されてもよい。以下では、第１の増幅器とフィルタの組１１１Ａによって抽出された信号を第１信号と称し、第２の増幅器とフィルタの組１１１Ｂによって抽出された信号を第２信号とも称する。

パルス信号解析部１１２は信号処理部１１１から１つ以上の周波数帯域にそれぞれ対応する１つ以上の信号を受信し、各々の信号に含まれる部分放電パルス信号の特徴量を算出する。パルス信号解析部１１２は特徴量として、例えば、第１信号に含まれる第１部分放電パルス信号の強度および放電発生頻度と、第２信号に含まれる第２部分放電パルス信号の強度および放電発生頻度を計測し、部分放電診断部１１３に送出する。パルス信号解析部１１２は、取得した特徴量を、対応する信号が検出された日時と関連付けて、信号情報記憶部１５に保存してもよい。なお、部分放電パルス信号の強度は、波高値、レベルとも称される。放電発生頻度は、ある期間に発生した放電の回数を示す。また、特徴量として、第１および第２信号それぞれの振幅の最大値が用いられてもよい。

部分放電診断部１１３は周波数帯域毎の部分放電パルス信号の特徴量を用いて、特徴量の時間的な変化に基づく診断結果を出力する。部分放電診断部１１３は、周波数帯域毎の部分放電パルス信号の特徴量と診断ＤＢ１６とを用いて、真空バルブ６１内で部分放電が発生したかどうかを診断する。より詳しくは、部分放電診断部１１３は特徴量の時間的な変化と、診断ＤＢ１６に格納された、真空バルブ６１内で部分放電が発生した場合の特徴量の変遷を示す情報（すなわち真空バルブ６１内の部分放電と判断すべき条件）とを用いて、真空バルブ６１内で部分放電が発生したかどうかを判定し、その判定結果を出力する。

部分放電診断部１１３は、真空バルブ６１内で部分放電が発生したと判断した場合、真空バルブ６１内で放電が発生したことを示す診断結果を出力する。一方、真空バルブ６１内で部分放電が発生していないと判断した場合、部分放電診断部１１３は、真空バルブ６１以外の構成による放電や外来ノイズが発生している可能性を示す診断結果を出力する。したがって、部分放電診断部１１３は、真空バルブ６１外の放電や外来ノイズと、真空バルブ６１内の放電とが区別された診断結果を出力できる。

以下では、真空バルブ６１内の部分放電と判断すべき条件について、図２から図５を参照して説明する。

図２は真空バルブ６１の真空度と耐電圧の相関を示す。図２において、垂直方向の軸は真空バルブ６１の耐電圧を示し、水平方向の軸は真空バルブ６１の真空度を示す。耐電圧は、真空バルブ６１が正常に動作する電圧の限界値である。

図２に示すように、真空リークの進展に伴って、すなわち真空度の低下に伴って、真空バルブ６１の耐電圧は低下する。このような真空度と耐電圧との関係は、パッシェンカーブ２１として知られている。

パッシェンカーブ２１において、真空バルブ６１の耐電圧が運転電圧を下回った場合、運転電圧の印加に応じて真空バルブ６１内で部分放電が発生する。運転電圧は、金属容器６内の電気機器の運転中に、真空バルブ６１に対して印加されている電圧である。

本実施形態では、運転電圧の印加に応じて真空放電が発生する状態を、その真空放電の形態によって第１真空度領域２２と第２真空度領域２３とに二分する。第１真空度領域２２に対応する真空度の範囲は、例えば１Ｐａから１０Ｐａ程度である。第２真空度領域２３に対応する真空度の範囲は、例えば１０Ｐａから大気圧程度である。

図３は、真空バルブ６１の真空度が第１真空度領域２２に含まれる場合の放電波形とセンサ検出波形との一例を示す。ここでは、真空バルブ６１の真空度が第１真空度領域２２に含まれる２．９５Ｐａである場合を例示する。

図３（Ａ）は、真空バルブ６１に印加された運転電圧の波形（運転電圧波形）３１と、真空バルブ６１内の放電の波形（放電波形）３２とを示す。第１真空度領域２２では、運転電圧波形３１に示される運転電圧の印加に応じて、放電波形３２に示される部分放電が発生する。この放電は、例えばグロー放電である。

また図３（Ｂ）は、電磁波検出センサ６２によって検出された波形（センサ検出波形）３３を示す。電磁波検出センサ６２は、放電波形３２そのものを検出することはできず、発生した放電波形３２を観測して得られるセンサ検出波形３３を検出する。センサ検出波形３３の周波数帯域（以下、第１周波数帯域とも称する）は、例えば数１００ｋＨｚ帯である。

放電波形３２に示されるように、真空バルブ６１の真空度が第１真空度領域２２に含まれる場合、高い頻度で部分放電が発生する。放電波形３２では、例えば運転電圧波形３１の１サイクル（すなわち１周期）に対応する期間に数十回の放電が発生している。

なお、図３（Ａ）と図３（Ｂ）とでは、スケールが異なる振幅および時間の軸を用いて放電波形３２とセンサ検出波形３３とがそれぞれ示されているが、これら波形３２，３３は対応するものである。より具体的には、例えば、放電波形３２における、部分放電が発生した際の波形部分３２Ａは、センサ検出波形３３における、部分放電が検出された際の波形部分３３Ａ（すなわち部分放電パルス信号を含む部分）に対応している。つまり、運転電圧波形３１における１サイクル中に、放電波形３２内の波形部分３２Ａに示される部分放電が発生した場合、電磁波検出センサ６２は、この発生した部分放電を観測することによって、センサ検出波形３３内の波形部分３３Ａを検出する。

電磁波検出センサ６２は、発生した部分放電を観測することによってセンサ検出波形３３を検出した後、センサ検出波形３３を診断装置１に出力する。診断装置１は、センサ検出波形３３を処理することにより、例えば真空バルブ６１の内部で部分放電が発生したかどうかを診断する。より具体的には、診断装置１は、真空バルブ６１の真空度が第１真空度領域２２に含まれる場合に、（１－１）電磁波検出センサ６２によって第１周波数帯域のセンサ検出波形３３が検出されていること、および（１－２）第１周波数帯域のセンサ検出波形３３におけるパルスの発生回数に基づき、高い頻度で部分放電が発生していることを、認識できる。

図４は、真空バルブ６１の真空度が第２真空度領域２３に含まれる場合の放電波形とセンサ検出波形との一例を示す。ここでは、真空バルブ６１の真空度が第２真空度領域２３に含まれる２０Ｐａである場合を例示する。

図４（Ａ）は、真空バルブ６１に印加された運転電圧波形４１と、真空バルブ６１内の放電による放電波形４２とを示す。第２真空度領域２３では、運転電圧波形４１に示される運転電圧の印加に応じて、放電波形４２に示される部分放電が発生する。この部分放電は、例えば火花放電である。

また図４（Ｂ）は、電磁波検出センサ６２によって検出されたセンサ検出波形４３を示す。電磁波検出センサ６２は、放電波形４２そのものを検出することはできず、発生した放電波形４２を観測して得られるセンサ検出波形４３を検出する。センサ検出波形４３の周波数帯域（以下、第２周波数帯域とも称する）は、例えば数ＭＨｚ帯から数１０ＭＨｚ帯である。

放電波形４２に示されるように、真空バルブ６１の真空度が第２真空度領域２３に含まれる場合、低い頻度で部分放電が発生する。放電波形４２では、例えば運転電圧波形４１の１サイクルに対応する期間に２回の放電が発生している。

なお、図４（Ａ）と図４（Ｂ）とでは、スケールが異なる振幅および時間の軸を用いて放電波形４２とセンサ検出波形４３とがそれぞれ示されているが、これら波形４２，４３は対応するものである。より具体的には、例えば、放電波形４２における、部分放電が発生した際の波形部分４２Ａは、センサ検出波形４３における、部分放電が検出された際の波形部分４３Ａ（すなわち部分放電パルス信号を含む部分）に対応している。つまり、運転電圧波形４１における１サイクル中に、放電波形４２内の波形部分４２Ａに示される部分放電が発生した場合、電磁波検出センサ６２は、この発生した部分放電を観測することによって、センサ検出波形４３内の波形部分４３Ａを検出する。

電磁波検出センサ６２は、発生した部分放電を観測することによってセンサ検出波形４３を検出した後、センサ検出波形４３を診断装置１に出力する。診断装置１は、センサ検出波形４３を処理することにより、例えば真空バルブ６１の内部で部分放電が発生したかどうかを診断する。より具体的には、診断装置１は、真空バルブ６１の真空度が第２真空度領域２３に含まれる場合に、（２－１）電磁波検出センサ６２によって第２周波数帯域のセンサ検出波形４３が検出されていること、および（２－２）第２周波数帯域のセンサ検出波形４３におけるパルスの発生回数に基づき、低い頻度で部分放電が発生していることを、認識できる。

図５は真空度の低下に伴う、真空バルブ６１内の部分放電の特性を説明するための図を示す。より詳しくは、図５の上段には、図２と同様の、真空バルブ６１の真空度と耐電圧の相関（パッシェンカーブ）２１を示している。図５の中段には真空度と放電周波数の相関５１を示している。そして、図５の下段には真空度と放電発生頻度の相関５２を示している。

真空度と放電周波数の相関５１は、真空バルブ６１の真空度の低下（すなわち真空リークの進展）に伴って、電磁波検出センサ６２によって検出されるセンサ検出波形３３，４３の周波数帯域が上昇することを示している。より具体的には、真空度と放電周波数の相関５１は、真空バルブ６１の真空度が低下して、第１真空度領域２２から第２真空度領域２３に遷移する場合に、センサ検出波形３３，４３の周波数帯域が第１周波数帯域５３から第２周波数帯域５４に遷移することを示している。

また、真空度と放電発生頻度の相関５２は、真空バルブ６１の真空度の低下に伴って、真空バルブ６１内の放電発生頻度が低下することを示している。より具体的には、真空度と放電発生頻度の相関５２は、真空バルブ６１の真空度が低下して、第１真空度領域２２から第２真空度領域２３に遷移する場合に、センサ検出波形３３，４３における放電発生頻度がしだいに低下することを示している。

センサ検出波形３３，４３の周波数帯域が第１周波数帯域５３から第２周波数帯域５４に遷移することと、センサ検出波形３３，４３における放電発生頻度がしだいに低下することとは、センサ検出波形３３，４３にそれぞれ含まれる部分放電パルス信号の特徴量に、真空バルブ６１の真空度の低下に応じた時間的な変化が存在することを示している。

このような時間的な変化は、すなわち、真空度と放電周波数の相関５１、および真空度と放電発生頻度の相関５２によって示される真空バルブ６１内の部分放電の特性は、真空バルブ６１以外の電気機器による部分放電や外来ノイズには無い特性である。本実施形態では、この特性を利用して、真空バルブ６１内の部分放電を、他の構成（電気機器）による部分放電や外来ノイズと区別する。つまり、真空バルブ６１内で発生する部分放電の信号が有する周波数帯域と、それ以外の構成で発生する部分放電や外来ノイズの周波数帯域とが重なる場合にも、検出されている信号がこの特性に合致するかどうかに応じて、その信号が、真空バルブ６１内の部分放電と、他の構成による部分放電や外来ノイズのいずれに起因しているかを判断できる。

以下では、第１真空度領域２２を劣化初期と称し、第２真空度領域２３を劣化後期とも称する。劣化初期においては、第１周波数帯域５３の第１信号（図３（Ｂ）のセンサ検出波形３３に相当）に含まれる第１部分放電パルス信号の強度が大きく、且つ第１部分放電パルス信号の放電発生頻度が高い。一方、劣化後期においては、第１周波数帯域５３よりも高い第２周波数帯域５４の第２信号（図４（Ｂ）のセンサ検出波形４３に相当）に含まれる第２部分放電パルス信号の強度が大きく、且つ第２部分放電パルス信号の放電発生頻度が低い。第２部分放電パルス信号の放電発生頻度は、例えば第１部分放電パルス信号の放電発生頻度よりも低い。

上記の劣化初期から劣化後期にわたる特徴量（例えば、部分放電パルス信号の強度、放電発生頻度）の時間的な変化を利用した、信号処理部１１１、パルス信号解析部１１２、および部分放電診断部１１３の動作について、より具体的に説明する。

信号処理部１１１は、第１期間に発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された検出信号を分解して、第１周波数帯域５３の第１信号を生成する。また、信号処理部１１１は、第１期間よりも後の第２期間に発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された検出信号を分解して、第２周波数帯域５４の第２信号を生成する。図５を参照して上述した通り、第２周波数帯域５４は第１周波数帯域５３よりも高い。

パルス信号解析部１１２は、第１信号に含まれる第１部分放電パルス信号の第１特徴量を算出する。第１特徴量は、例えば第１部分放電パルス信号の第１強度と第１放電発生頻度とを含む。また、パルス信号解析部１１２は、第２信号に含まれる第２部分放電パルス信号の第２特徴量を算出する。第２特徴量は、例えば第２部分放電パルス信号の第２強度と第２放電発生頻度とを含む。

部分放電診断部１１３は、第１特徴量から第２特徴量への変化に基づく診断結果を出力する。部分放電診断部１１３は、第１特徴量から前記第２特徴量への変化に基づいて、真空バルブ６１内で部分放電が発生したか否かを示す診断結果を出力する。

より詳しくは、部分放電診断部１１３は、第１強度が第１閾値以上であり、且つ第１放電発生頻度が第１範囲内である場合であって、第２強度が第２閾値以上であり、且つ第２放電発生頻度が第２範囲内である場合に、真空バルブ６１内で部分放電が発生したことを示す診断結果を出力する。また、部分放電診断部１１３は、第１強度が第１閾値以上であり、且つ第１放電発生頻度が第１範囲内である場合に、真空バルブ６１内で部分放電が発生した可能性があることを示す診断結果を出力してもよい。第１範囲の上限値は、第２範囲の上限値よりも大きい。例えば、第１範囲には５０から１００までの範囲が設定され、第２範囲には１から５までの範囲が設定される。

あるいは、信号処理部１１１は、第１期間に発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された検出信号を分解して、第１周波数帯域５３の第３信号と第２周波数帯域５４の第４信号とを生成してもよい。この場合、パルス信号解析部１１２は、第３信号に含まれる第３部分放電パルス信号の第３特徴量と、第４信号に含まれる第４部分放電パルス信号の第４特徴量を算出する。第３特徴量は、例えば第３部分放電パルス信号の第３強度と第３放電発生頻度とを含む。第４特徴量は、例えば第４部分放電パルス信号の第４強度と第４放電発生頻度とを含む。

部分放電診断部１１３は、第３強度が第１閾値未満であることと、第３放電発生頻度が第１範囲外であることの少なくとも一方に該当する場合であって、第４強度が第２閾値以上であり、且つ第４放電発生頻度が第２範囲内である場合に、真空バルブ６１以外の構成に異常が発生した可能性があることを示す診断結果を出力する。

なお、部分放電診断部１１３は診断結果を、出力部１４または通信部１２を介して出力してもよい。部分放電診断部１１３は診断結果を、例えば管理者等に通知する。この通知は、管理者への通知が可能ないずれの手段を用いてもよく、例えば、ディスプレイの画面への表示、ＬＥＤ等のランプの点灯または点滅、スピーカによる音声出力、およびこれらの任意の組み合わせが用いられ得る。また、ディスプレイ、ランプ、およびスピーカは、診断装置１に設けられているものであってもよいし、あるいは診断装置１に出力部１４または通信部１２を介して接続された電子機器に設けられているものであってもよい。

以上の構成により、診断装置１は、電磁波検出センサ６２から得られた検出信号が、真空バルブ外の放電や外来ノイズと、真空バルブ内の放電のいずれに起因するものであるかを区別して、診断結果を通知できる。したがって、管理者は、診断結果に応じて、例えば真空バルブ６１内の放電であるかどうかに応じて、適切な対処を行うことができる。

より具体的には、本実施形態によれば、真空バルブ６１を収納した金属容器６内で発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された電気信号を分解して、数１００ｋＨｚ帯である第１周波数帯域と数ＭＨｚから数１０ＭＨｚ帯である第２周波数帯域とにそれぞれ対応する信号を生成し、生成された各信号の少なくとも一部（例えば波形部分３３Ａ，４３Ａ）に現れる特徴量（例えば強度、放電発生頻度）の時間的な変化に基づいて、真空バルブ６１内で部分放電が発生したと判断する。つまり、真空バルブ６１において真空リークが進展する間の特徴量の時間的変化から、高い強度を有する信号の周波数帯域がしだいに上昇し、且つ高い強度を有する信号における放電発生頻度がしだいに低下するという特性を見出し、この特性を有する電気信号が検出された場合に真空バルブ６１内で部分放電が発生したと判断できるようになった。

なお、増幅器とフィルタの組１１１Ａ，１１１Ｂを用いることにより、電磁波検出センサ６２によって検出された電気信号を分解して、第１周波数帯域と第２周波数帯域とにそれぞれ対応する信号を生成できる。また、真空バルブ６１内で部分放電が発生した場合の特徴量の変遷を示す参照データを診断ＤＢ１６に予め格納し、この参照データに従う特徴量の時間的な変化が電気信号から取得された場合に、真空バルブ６１内で部分放電が発生したと判断できる。

あるいは、本実施形態によれば、第１期間に真空バルブ６１を収納した金属容器６内で発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された電気信号を分解して、数１００ｋＨｚ帯である第１周波数帯域の信号を生成し、第１期間よりも後の第２期間にその金属容器６内で発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された電気信号を分解して、数ＭＨｚから数１０ＭＨｚ帯である第２周波数帯域の信号を生成し、第１周波数帯域の信号の少なくとも一部（例えば波形部分３３Ａ）に現れる特徴量（例えば強度、放電発生頻度）から、第２周波数帯域の信号の少なくとも一部（例えば波形部分４３Ａ）に現れる特徴量への変化に基づいて、真空バルブ６１内で部分放電が発生したと判断する。つまり、真空バルブ６１において真空リークが進展する間の特徴量の時間的変化から、第１周波数帯域の信号が高い強度を有し、且つ第１周波数帯域の信号において放電発生頻度が高い第１期間の後に、第２周波数帯域の信号が高い強度を有し、且つ第２周波数帯域の信号において放電発生頻度が低い第２期間が存在するという特性を見出し、この特性を有する電気信号が検出された場合に、真空バルブ６１内で部分放電が発生したと判断できるようになった。この場合、第１期間における第１周波数帯域の信号の放電発生頻度は第１範囲内であり、第２期間における第２周波数帯域の信号の放電発生頻度は第２範囲内である。第１範囲の上限値は第２範囲の上限値よりも大きいので、第１周波数帯域の信号の放電発生頻度が、第２周波数帯域の信号の放電発生頻度よりも高いかどうかを判断できる。

また、第１周波数帯域の信号の少なくとも一部に現れる特徴量に基づいて、真空バルブ６１内で部分放電が発生した可能性があると判断してもよい。つまり、真空バルブ６１において真空リークが進展する間の特徴量から、第１周波数帯域の信号が高い強度を有し、且つ第１周波数帯域の信号において放電発生頻度が高い第１期間が存在するという特性を見出し、この特性を有する電気信号が検出された場合に、真空バルブ６１内で部分放電が発生した可能性があると判断できるようになった。

さらに、本実施形態によれば、第１期間に真空バルブ６１を収納した金属容器６内で発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された電気信号を分解して、数１００ｋＨｚ帯である第１周波数帯域の信号を生成し、第１期間よりも後の第２期間にその金属容器６内で発生し、電磁波検出センサ６２によって検出された電気信号を分解して、数ＭＨｚから数１０ＭＨｚ帯である第２周波数帯域の信号を生成し、第１周波数帯域の信号の少なくとも一部に現れる特徴量（例えば強度、放電発生頻度）から、第２周波数帯域の信号の少なくとも一部に現れる特徴量への変化に基づいて、真空バルブ６１以外の構成に異常が発生した可能性があると判断する。つまり、真空バルブ６１以外の構成に異常が発生している間の特徴量の時間的変化から、第１周波数帯域の信号が低い強度を有することと、第１周波数帯域の信号において放電発生頻度が低いこと（例えば第１範囲外であること）の少なくとも一方に該当する第１期間の後に、第２周波数帯域の信号が高い強度を有し、且つ第２周波数帯域の信号において放電発生頻度が低い第２期間が存在するという特性を見出し、この特性を有する電気信号が検出された場合に、真空バルブ６１以外の構成で異常が発生した可能性があると判断できるようになった。この場合、第１期間における第１周波数帯域の信号の放電発生頻度は第１範囲外であり得、第２期間における第２周波数帯域の信号の放電発生頻度は第２範囲内である。第１範囲の上限値は、第２範囲の上限値よりも大きい。

図６は、診断装置１によって実行される診断処理の手順の例を示すフローチャートである。診断装置１は、例えば電磁波検出センサ６２から得られる検出信号を常時監視し、一定時間毎に診断処理を実行する。この一定時間は、例えば１時間、１日のような任意の時間である。

信号処理部１１１は電磁波検出センサ６２から検出信号を受信する（ステップＳ１０１）。そして、信号処理部１１１は増幅器およびフィルタ１１１Ａ，１１１Ｂを用いて、受信した検出信号から、第１周波数帯域５３の第１信号と、第２周波数帯域５４の第２信号とを取得する（ステップＳ１０２）。第１周波数帯域５３は、例えば数１００ｋＨｚ帯である。また、第２周波数帯域５４は、例えば数ＭＨｚ帯から数１０ＭＨｚ帯である。

パルス信号解析部１１２は、第１信号に含まれる第１部分放電パルス信号と第２信号に含まれる第２部分放電パルス信号の各々の特徴量を取得する（ステップＳ１０３）。特徴量は各部分放電パルス信号の、例えば強度と放電発生頻度である。

次いで、部分放電診断部１１３は劣化初期フラグが立っているが否かを判定する（ステップＳ１０４）。劣化初期フラグが立っていることは、劣化初期に相当する第１部分放電パルス信号が既に検出されたことを示す。劣化初期フラグが立っていないこと（すなわち劣化初期フラグがリセットされていること）は、劣化初期に相当する第１部分放電パルス信号がまだ検出されていないことを示す。

劣化初期フラグが立っていない場合（ステップＳ１０４のＮＯ）、部分放電診断部１１３は、パルス信号解析部１１２によって取得された第１部分放電パルス信号の特徴量を用いて、第１部分放電パルス信号が劣化初期に相当する信号であるか否かを判定する（ステップＳ１０５）。より具体的には、部分放電診断部１１３は、第１部分放電パルス信号の強度が第１閾値以上であり、且つ第１部分放電パルス信号の放電発生頻度が第１範囲内である場合に、第１部分放電パルス信号が劣化初期に相当する信号であると判断する。これに対して、第１部分放電パルス信号の強度が第１閾値未満であることと、第１部分放電パルス信号の放電発生頻度が第１範囲外であることの少なくとも一方に該当する場合に、部分放電診断部１１３は、第１部分放電パルス信号が劣化初期に相当する信号でないと判断する。

第１部分放電パルス信号が劣化初期に相当する信号である場合（ステップＳ１０５のＹＥＳ）、部分放電診断部１１３は劣化初期フラグを立て、第１部分放電パルス信号が検出された時刻を記録する（ステップＳ１０６）。部分放電診断部１１３は真空バルブ６１内で部分放電が発生している可能性があることを管理者に通知して（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０１に戻り、電磁波検出センサ６２から受信される検出信号を用いた監視（診断）を続行する。

また、第１部分放電パルス信号が劣化初期に相当する信号でない場合（ステップＳ１０５のＮＯ）、部分放電診断部１１３は、パルス信号解析部１１２によって取得された第２部分放電パルス信号の特徴量を用いて、第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号であるか否かを判定する（ステップＳ１０８）。より具体的には、部分放電診断部１１３は、第２部分放電パルス信号の強度が第２閾値以上であり、且つ第２部分放電パルス信号の放電発生頻度が第２範囲内である場合に、第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号であると判断する。これに対して、第２部分放電パルス信号の強度が第２閾値未満であることと、第２部分放電パルス信号の放電発生頻度が第２範囲外であることの少なくとも一方に該当する場合に、部分放電診断部１１３は、第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号でないと判断する。

第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号である場合（ステップＳ１０８のＹＥＳ）、部分放電診断部１１３は、金属容器６や金属容器６を用いるシステムの異常に関する詳細な診断が必要であることを管理者に通知して（ステップＳ１０９）、ステップＳ１０１に戻り、電磁波検出センサ６２から受信される検出信号を用いた監視を続行する。つまり、部分放電診断部１１３は真空バルブ６１内の異常を検知していないものの、真空バルブ６１以外の別の構成に異常が発生している可能性があることを管理者に通知する。

第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号でない場合（ステップＳ１０８のＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。

また、劣化初期フラグが立っている場合（ステップＳ１０４のＹＥＳ）、部分放電診断部１１３は、パルス信号解析部１１２によって取得された第２部分放電パルス信号の特徴量を用いて、第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号である場合（ステップＳ１１０のＹＥＳ）、部分放電診断部１１３は真空バルブ６１内で部分放電が発生したことを管理者に通知する（ステップＳ１１１）。

このように、部分放電診断部１１３は、劣化初期フラグによって劣化初期に相当する第１部分放電パルス信号が既に検出されたことが示されている場合に、劣化後期に相当する第２部分放電パルス信号が検出されたならば、真空バルブ６１内で部分放電が発生していると判断する。部分放電診断部１１３は真空バルブ６１内で部分放電が発生しているので、真空バルブ６１（真空遮断器）の絶縁性能が低下していることを管理者に通知してもよい。また、部分放電診断部１１３は、真空遮断器よりも上方の構成で遮断する必要があることや、真空バルブ６１の交換を促すメッセージのような、真空バルブ６１内の部分放電に対処するための情報を通知してもよい。

なお、第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号でない場合（ステップＳ１１０のＮＯ）、ステップＳ１０１に戻る。

以上の診断処理により、真空バルブ６１以外の部分の部分放電や外来ノイズと、真空バルブ６１内の部分放電とを区別して、管理者に異常を通知できる。診断装置１は、例えば、真空バルブ６１内で部分放電が発生したことを示す異常と、真空バルブ６１内で部分放電が発生した可能性があることを示す異常と、真空バルブ６１とは別の部分で発生した可能性がある異常とを、管理者に通知できる。

図７は、診断装置１によって実行される診断処理の手順の別の例を示すフローチャートである。この診断処理のステップＳ２０１からステップＳ２１１までの手順は、図６のフローチャートを参照して上述した診断処理のステップＳ１０１からステップＳ１１１までの手順とそれぞれ同様であり、説明を省略する。

第２部分放電パルス信号が劣化後期に相当する信号でない場合（ステップＳ２１０のＮＯ）、部分放電診断部１１３は劣化初期に相当する第１放電パルス信号の検出時刻（以下、劣化初期の検出時刻とも称する）から、閾値時間以上が経過したか否かを判定する（ステップＳ２１２）。この閾値時間は、真空バルブ６１の特性、真空バルブ６１を用いた実験データに基づく統計情報等を用いて決定され、例えば診断ＤＢ１６に保存されている。閾値時間は、例えば１年である。

劣化初期の検出時刻から閾値時間以上が経過した場合（ステップＳ２１２のＹＥＳ）、部分放電診断部１１３は劣化初期フラグをリセットする（ステップＳ２１３）。一方、劣化初期の検出時刻からの経過時間が閾値時間未満である場合（ステップＳ２１２のＮＯ）、ステップＳ２０１に戻り、電磁波検出センサ６２から受信される検出信号を用いた監視（診断）を続行する。

このように、劣化初期の検出時刻から閾値時間以上が経過した場合、部分放電診断部１１３は劣化初期フラグをリセットしてもよい。つまり、部分放電診断部１１３は、劣化初期に相当する第１部分放電パルス信号が検出されてから閾値時間が経過しても、劣化後期に相当する第２部分放電パルス信号が検出されない場合には、真空バルブ６１内で部分放電は発生していないと判断する。そして、劣化初期フラグがリセットされた初期状態に戻って、監視を続行する。

（第２実施形態）
第１実施形態では、信号処理部１１１により、電磁波検出センサ６２によって検出された検出信号から、特定の周波数帯域の信号が取得される。そして、パルス信号解析部１１２により、その特定の周波数帯域の信号に含まれる部分放電パルス信号の特徴量（例えば強度および放電発生頻度）が取得される。これに対して、第２実施形態では、ウェーブレット解析部１１４が、検出信号の周波数帯域と放電発生頻度を算出する。

第２実施形態に係る診断装置１の構成は第１実施形態の診断装置１と同様であり、第２実施形態と第１実施形態とでは、ウェーブレット解析部１１４によって実行される処理の手順のみが異なる。以下、第１実施形態と異なる点について主に説明する。

ウェーブレット解析部１１４は、電磁波検出センサ６２によって検出された検出信号を受信する。ウェーブレット解析部１１４はウェーブレット解析により検出信号を時間－周波数分解して、検出された信号の周波数帯域と放電発生頻度とを算出する。

パルス信号解析部１１２はウェーブレット解析部１１４による処理結果を用いて、第１実施形態と同様に、特定の周波数帯域の信号に含まれる部分放電パルス信号の特徴量を取得する。パルス信号解析部１１２は、例えば、例えば、第１周波数帯域５３の信号に含まれる第１部分放電パルス信号の強度および放電発生頻度と、第２周波数帯域５４の信号に含まれる第２部分放電パルス信号の強度および放電発生頻度を取得し、部分放電診断部１１３に送出する。

以降の部分放電診断部１１３による動作は第１実施形態で説明した通りである。

以上説明したように、第１および第２実施形態によれば、真空バルブ外の放電や外来ノイズと、真空バルブ内の放電とを区別できる。信号処理部１１１は、電気機器（例えば真空バルブ６１）を収納した金属容器６内で発生した第１信号を分解して、１つ以上の周波数帯域にそれぞれ対応する１つ以上の第２信号を生成する。パルス信号解析部１１２は、１つ以上の第２信号にそれぞれ含まれる１つ以上の部分放電パルス信号の特徴量を算出する。部分放電診断部１１３は、１つ以上の部分放電パルス信号の特徴量の時間的な変化に基づく診断結果を出力する。

これにより、真空バルブ６１外の放電や外来ノイズと、真空バルブ６１内の放電とが区別された診断結果を出力できる。

なお、第１および第２実施形態の各種処理はコンピュータプログラムによって実現することができるので、このコンピュータプログラムを格納したコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を通じてこのコンピュータプログラムをコンピュータにインストールして実行するだけで、第１および第２実施形態と同様の効果を容易に実現することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…診断装置、１１…制御部、１２…通信部、１３…入力部、１４…出力部、１５…信号情報記憶部、１６…診断データベース、１１１…信号処理部、１１２…パルス信号解析部、１１３…部分放電診断部、１１４…ウェーブレット解析部、６…金属容器、６１…真空バルブ、６２…電磁波検出センサ。

Claims (7)

1. 箱体に収納された真空バルブ内で第１期間に発生した第１信号を分解して、第１周波数帯域の第２信号と、前記第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の第３信号とを生成し、
   前記真空バルブ内で前記第１期間よりも後の第２期間に発生した第４信号を分解して、前記第１周波数帯域の第５信号と、前記第２周波数帯域の第６信号とを生成する処理部と、
   前記第２信号に含まれる第１部分放電パルス信号の第１強度と第１放電発生頻度とを算出し、
   前記第３信号に含まれる第２部分放電パルス信号の第２強度を算出し、
   前記第５信号に含まれる第３部分放電パルス信号の第３強度を算出し、
   前記第６信号に含まれる第４部分放電パルス信号の第４強度と第２放電発生頻度とを算出する算出部と、
   前記第１強度が第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が第１範囲内であるか否かを判定し、
   前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が第２範囲内であるか否かを判定し、
   前記第１強度が前記第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が前記第１範囲内である場合であって、前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が前記第２範囲内である場合に、前記真空バルブ内で部分放電が発生したことを示す診断結果を出力する診断部と、
   を具備し、
   前記第１範囲の上限値は、前記第２範囲の上限値よりも大きい、診断装置。
2. 前記真空バルブ内で放電が発生した場合の部分放電パルス信号の特徴量の変遷を示す情報を格納する格納部をさらに具備し、
   前記診断部は、前記情報と、算出された前記第１強度、前記第１放電発生頻度、前記第２強度、前記第３強度、前記第４強度、および前記第２放電発生頻度とを用いて、前記真空バルブ内で部分放電が発生したことを示す前記診断結果を出力する、
   請求項１記載の診断装置。
3. 前記診断部は、前記第１強度が第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が第１範囲内である場合に、前記真空バルブ内で部分放電が発生した可能性があることを示す前記診断結果を出力する、
   請求項１記載の診断装置。
4. 前記診断部は、前記第１強度が前記第１閾値未満であることと、前記第１放電発生頻度が前記第１範囲外であることの少なくとも一方に該当する場合であって、前記第４強度が前記第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が前記第２範囲内である場合に、前記真空バルブ以外の構成に異常が発生した可能性があることを示す前記診断結果を出力する、
   請求項１記載の診断装置。
5. 前記処理部は、
   増幅器とフィルタを用いて前記第１信号を分解して、前記第２信号と前記第３信号とを生成し、
   前記増幅器と前記フィルタを用いて前記第４信号を分解して、前記第５信号と前記第６信号とを生成する、
   請求項１記載の診断装置。
6. 箱体に収納された真空バルブ内で第１期間に発生した第１信号を分解して、第１周波数帯域の第２信号と、前記第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の第３信号とを生成し、
   前記真空バルブ内で前記第１期間よりも後の第２期間に発生した第４信号を分解して、前記第１周波数帯域の第５信号と、前記第２周波数帯域の第６信号とを生成し、
   前記第２信号に含まれる第１部分放電パルス信号の第１強度と第１放電発生頻度とを算出し、
   前記第３信号に含まれる第２部分放電パルス信号の第２強度を算出し、
   前記第５信号に含まれる第３部分放電パルス信号の第３強度を算出し、
   前記第６信号に含まれる第４部分放電パルス信号の第４強度と第２放電発生頻度とを算出し、
   前記第１強度が第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が第１範囲内であるか否かを判定し、
   前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が第２範囲内であるか否かを判定し、
   前記第１強度が前記第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が前記第１範囲内である場合であって、前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が前記第２範囲内である場合に、前記真空バルブ内で部分放電が発生したことを示す診断結果を出力し、
   前記第１範囲の上限値は、前記第２範囲の上限値よりも大きい、
   診断方法。
7. コンピュータにより実行されるプログラムであって、前記プログラムは前記コンピュータに、
   箱体に収納された真空バルブ内で第１期間に発生した第１信号を分解して、第１周波数帯域の第２信号と、前記第１周波数帯域よりも高い第２周波数帯域の第３信号とを生成する手順と、
   前記真空バルブ内で前記第１期間よりも後の第２期間に発生した第４信号を分解して、前記第１周波数帯域の第５信号と、前記第２周波数帯域の第６信号とを生成する手順と、
   前記第２信号に含まれる第１部分放電パルス信号の第１強度と第１放電発生頻度とを算出する手順と、
   前記第３信号に含まれる第２部分放電パルス信号の第２強度を算出する手順と、
   前記第５信号に含まれる第３部分放電パルス信号の第３強度を算出する手順と、
   前記第６信号に含まれる第４部分放電パルス信号の第４強度と第２放電発生頻度とを算出する手順と、
   前記第１強度が第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が第１範囲内であるか否かを判定する手順と、
   前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が第２範囲内であるか否かを判定する手順と、
   前記第１強度が前記第１閾値以上であり、且つ前記第１放電発生頻度が前記第１範囲内である場合であって、前記第４強度が第２閾値以上であり、且つ前記第２放電発生頻度が前記第２範囲内である場合に、前記真空バルブ内で部分放電が発生したことを示す診断結果を出力する手順と、
   を実行させ、
   前記第１範囲の上限値は、前記第２範囲の上限値よりも大きい、プログラム。
   

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