JPH0769372B2 - ガス絶縁機器の部分放電監視装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は運転中のガス絶縁機器内部のガス中の部分放
電によって生ずる電流パルスを放電パルスセンサで検出
し、前記電流パルスをノイズと弁別してガス中の部分放
電のみを監視し異常報知する部分放電監視装置にかんす
る。

〔従来の技術〕

ガス遮断器やガス絶縁開閉装置などSF₆ガスで絶縁され
たガス絶縁機器の内部で運転中に高電圧部の金属導体が
はずれかかったり、金属性の塵埃が内部に存在している
と、部分放電が発生しその大きさや発生頻度によっては
ガス絶縁機器が絶縁破壊することがある。したがって事
故の未然防止のために運転中のガス絶縁機器の部分放電
を監視することが重要視されているが、ガス絶縁機器が
運転されている現地では種々の周波数の電波ノイズ，サ
イリスタ転流ノイズまたはスイッチングノイズなど部分
放電パルスの監視に障害となるノイズが数多くあり、部
分放電パルスとノイズとを弁別することが必要である。
しかし、この弁別は非常に難しく、たとえばアンテナを
ガス絶縁機器（以下、供試器と略称する）の近くに設置
し、アンテナからの信号と供試器からの信号とを比較し
てノイズと部分放電とを弁別する方法などが試みられて
いる。

第４図は従来例装置の構成を示すブロック図である。こ
の図において、供試器１のタンク２にはその接地線３が
貫通するロゴスキーコイルなどの放電パルスセンサ４
と、供試器１の近くに隣接して設置されたアンテナ100
に取り付けられた検出インピーダンス104とが設けられ
ている。放電パルスセンサ４で検出された放電パルス信
号4Aおよび検出インピーダンス104で検出されたアンテ
ナ信号104Aとはそれぞれ高周波増幅器11,111で増幅さ
れ、さらにそれぞれ検波清流器12,112で包絡線パルスに
変換され、判断回路113に伝送される。判断回路113は供
試器１からの信号12Aとアンテナ100からの信号112Aとが
同時刻に入力され、かつ同極性信号である場合は、空中
からの外来ノイズ５であると判断して警報出力113Aを出
力しないように設定してある。

外来ノイズ５が発生した場合、隣接した供試器１および
アンテナ100は同時にノイズを受けそれぞれの接地線3,3
0を接地17に向かってノイズ電流5A,5Bが流れるので、放
電パルス信号4Aおよびアンテナ信号104Aは同時に発生し
かつ同極性の信号となり判断回路113が外来ノイズ５と
判断する。一方、供試器１のガス中で部分放電が発生す
ると、供試器１の接地線３に放電パルス電流6Aが流れる
と同時にアンテナ100側の接地線30にも接地17を介して
放電パルス電流6Bが流れるので、放電パルス信号4Aおよ
びアンテナ信号104Aは同時に発生するが、互いに逆極性
の信号となり判断回路113が供試器１のガス中の部分放
電と判断し警報器20に警報信号113Aを出力する。

〔発明が解決しようとする課題〕

放電パルスの検出に障害となる外来ノイズとしては、放
送波や通信波等のノイズ、あるいはサイリスタ変換器等
が発生する転流ノイズなどの比較的低レベルのノイズ
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サージなど高いレベルのス
イッチングサージノイズなどがある。

前者のノイズはその周波数成分が谷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2.8MHz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。

後者のスイッチングサージノイズについてはそのノイズ
レベルが著しく高いので上記のような周波数限定だけで
はレベルの低減量が足りず、第４図の従来例装置で示し
たようなノイズとの弁別装置が必要となる。しかし、一
般にノイズの挙動は非常に複雑であり、第４図の従来例
装置によってすべての種類のノイズを弁別することは不
可能である。たとえば、供試器１とアンテナ100はそれ
らの形状，大きさ，設置場所またはノイズの侵入方向な
どによってそれぞれノイズの受け方が異なり、同じ外来
ノイズ５でも供試器１に流れるノイズ電流5Aは大きい
が，アンテナ100に流れるノイズ電流5Bは極端に小さく
なる場合があり、アンテナ100よりのアンテナ信号104A
が検出されず外来ノイズ５との弁別が不可能となり供試
器１の部分放電発生と誤判断されることになる。また、
空間から入る外来ノイズ５以外にも、供試器１に結線さ
れた送電線７や接地線３に載って伝播してくるノイズ電
流もある。この種のノイズ電流はいずれの場合も、供試
器１の接地線３を流れ放電パルスセンサ４の出力信号4A
となるが、必ずしもアンテナ100側の検出インピーダン
ス104に流れるとは限らず供試器１の部分放電発生と誤
判断されてしまうことになる。

第４図の従来例装置以外も外来ノイズとの弁別方法とし
て、供試器１のタンク２の外壁に超音波センサを取り付
けて部分放電による超音波を検知する方法も考えられて
いるが、ガス絶縁機器の場合，ガス中の音波伝播時の減
衰量が非常に大きいので検出感度が悪く実用上の問題が
ある。

この発明の目的は、ガス絶縁機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パルス発生頻度を考慮
することにより、高いレベルのスイッチングサージノイ
ズを回避して監視精度を向上することにある。

〔課題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
のガス絶縁機器内部のガス中の部分放電によって生ずる
電流パルスを放電パルスセンサで検出し、前記電流パル
スをノイズと弁別して前記ガス中の部分放電のみを監視
するものにおいて、前記ガス中の部分放電によって生ず
る放電パルス信号のうち所定のしきい値を超える信号の
みを出力する比較回路と、この比較回路の出力信号を受
ける所定サンプル周期ごとの放電パルス数を出力するデ
ィジタルカウンタと、前記比較回路の出力信号を受け前
記周期ごとの累積電荷値を出力する積分回路と、前記累
積電荷値をディジタル信号に変換するA/D変換器と、こ
のディジタル信号の累積電荷値があらかじめ定まる判定
レベルを超えかつ前記放電パルス数があらかじめ定まる
数を超えたとき異常であると判断して警報出力を指令す
る判断手段を備えてなるものとする。

〔作用〕

上記手段は運転中のガス中のガス絶縁機器について、高
電圧導体部の接触不良のある場合やタンク内の金属塵埃
の存在する場合にガス中で部分放電が生じそのレベルや
発生頻度がある条件を超えると絶縁破壊する可能性が高
くなることに着目し、現地のスイッチングサージは、そ
のレベルが単発では電荷量換算レベルで数万から数十万
pCと非常に高いが、その発生頻度が１分間に数個から数
十個程度であるために、放電パルスセンサが供試器の部
分放電とスイッチングサージノイズとを含めて検出して
も供試器が異常を報知する所定の条件、すなわち放電パ
ルス数Ｎが１秒間のサンプリング周期τごとに20個以上
発生しかつ累積電荷値ΣQ_iがその１秒間あたり50,000pC
以上であることの条件と比べると、異常時に発生する部
分放電パルス数の方がスイッチングサージノイズのそれ
より桁違いに多く，誤差の範囲となるので、ガス絶縁機
器の内部絶縁に悪影響を及ぼす部分放電をノイズと弁別
して警報信号を出力することができる。

〔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り、従来例装置
と同じ部分には同一参照符号を用いることにより詳細な
説明は省略する。

第１図において、供試器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
ーコイルを設け、放電パルスセンサ４で検出された放電
パルス信号4Aは例えば3MHzを中心周波数とする狭帯域の
高周波増幅器11で特定周波数成分が同調増幅され、検波
整流器12によって正極性でかつパルス幅が数10msの包絡
線パルスに変換され、しきい値設定器14を有する比較回
路13でしきい値レベル14Sを超える放電パルス信号13Aの
みが出力される。なお、しきい値レベル14Sとしては、
それ以下の値は異常の有無の判定にかかわりのないレベ
ル，たとえば1,000pCに相当するレベルに設定され、こ
のレベル以下に低減された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14Sの設定は供試器１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。

比較回路13の出力信号13Aは放電パルス数をカウントす
るためのディジタルカウンタ18と放電電荷量を累積する
ための積分回路15とに伝送される。ディジタルカウンタ
18は所定サンプル周期τごとの、たとえば１秒間ごとの
放電パルス数Ｎをカウントしその数をマイクロプロセッ
サ22内の判断手段19に伝える。一方、積分回路15は上記
のディジタルカウンタ18と同じサンプリング周期ごとに
各放電パルスのピーク値を積分しその累積電荷値ΣQ_iを
マイクロプロセッサ22内のA/D変換器16に伝え、A/D変換
器16でサンプル周期τごとの累積電荷値をディジタル信
号16Aに変換し判断手段19に伝える。

ガス絶縁機器内での部分放電パルスの発生状況は供試器
内の異常状況によって様相が異なる。たとえば、高電圧
部の金属シールドがはずれかかり高電圧母線との接触不
良が生ずると、電位がフロートした金属シールドと高電
圧母線との間でガス中の破壊放電が生じこれが部分放電
として放電パルスセンサ４が検知する。この種の部分放
電が生ずると、SF₆ガスや金属導体の過熱や化学的分解
が起き短絡事故につながる可能性があるので非常に危険
であるが、部分放電発生の様相は実機器による経験や実
験によれば多くの場合，数千から数万pCレベルの放電パ
ルスが印加商用周波電圧の各サイクルごとに必ず数十個
程度が継続して発生し、毎秒の放電パルス数Ｎは1,000
個程度でかつ毎秒の累積電荷値ΣQ_iは数百万pC以上にも
なる。

また、供試器１内に針金状の金属塵埃が存在している
と、高電圧印加によってタンク２内を金属塵埃がランダ
ムに動きまわる。すなわち、電界による静電力で高電圧
母線側に引きつけられた金属塵埃は高電圧母線近くまで
浮上すると、金属塵埃のもっていた電荷がSF₆ガスギャ
ップを介して高電圧母線に向かって放電する。これによ
って金属塵埃は電荷を失い、重力によって落下するが下
部のタンク壁に接するとまた電荷を受け再度浮上をはじ
める。金属塵埃が高電圧母線に向かって電荷を放出した
際に部分放電パルスとして放電パルスセンサ４が検知す
るが、この場合の部分放電の発生頻度やレベルがあまり
大きいとこれがトリガーとなって短絡事故に至る場合が
ある。一般に、金属塵埃はランダムに運動するので、放
電パルスの発生も安定せず、放電電荷量の大きさがたえ
ず変動したり、パルス発生の様相も、ある期間停止した
り、また発生したりする。しかし、実機器による実験な
どから1,000pC程度のレベル以上の放電パルス数Ｎが１
秒間に20個以上発生し、かつその間の累積電荷値ΣQ_iが
50,000pC以上となると、短絡事故につながりやすい極め
て危険な状況となる。

第２図は実施例装置における金属塵埃混入時の放電パル
スの発生例についてのディジタル信号への変換状態を示
したタイムチャートであり、放電パルスセンサ４が運転
中の供試器１内で発生した部分放電パルスを検出し放電
パルス信号4Aを出力した例である。放電パルス信号4Aは
検波整流器12によって正極性の包絡線パルス12Aに変換
され、比較回路13によってたとえば1,000pCのしきい値1
4S以下の放電パルスは除去される。比較回路13の出力信
号13Aの一方はディジタルカウンタ18へ伝送され、たと
えば所定のサンプリング周期τとして１秒ごとの放電パ
ルス数Ｎをカウントする。

一方、比較回路13の出力信号13Aは積分回路15へも伝送
され、所定のサンプリング周期τとして１秒ごとに各放
電パルスのピーク値が累積される。A/D変換器16によっ
てこの累積電荷値ΣQ_i値は１秒ごとのディジタル信号16
Aに変換され判断手段19に伝送される。

判断手段19はサンプリング周期τごとの放電パルス数Ｎ
とその間の累積電荷値ΣQ_iとを受け、ともに所定のレベ
ルを超えた場合に異常な部分放電と判断して警報信号19
Aを出力するものであり、そのフローチャートは第３図
に示すようにA/D変換器16で得られたサンプリング周期
τごとの累積電荷値ΣQ_iが所定のレベルＡを超え、かつ
ディジタルカウンタ18で得られたサンプリング周期τご
との放電パルス数ＮがＢ以上であったとき、供試器内部
で異常な部分放電が発生したものと判断して警報の出力
信号19Aを警報器20に指令するとともに、判定データ19B
を記録装置21に向けて出力する。

判断手段19はΣQ_iがＡを超えていてもＮがＢ以下ならば
供試器は正常と判断する。Ａは50,000pC,Bは20が一つの
目安となるので、たとえばスイッチングサージノイズと
して数万pCのパルスが入りΣQ_iがＡを超えたとしても、
スイッチングサージノイズの発生頻度は毎分数個から数
十個程度なので、供試器１内で部分放電が発生しない限
りＮはＢを超えることはなく正常と判断し、部分放電と
スイッチングサージノイズとを弁別することができる。

実施例装置では比較回路13の出力信号13Aおよび積分回
路15の出力信号15Aをそれぞれディジタルカウンタ18とA
/D変換器16によってディジタル信号に変換しマイクロプ
ロセッサ22にて信号処理するように構成した例を示した
が、これは供試器１がたとえば無人変電所に設置され、
その監視を遠方の変電所や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に構成したものであり、
その必要のない場合はアナログ信号処理するように構成
してもよいことは言うまでもない。

〔発明の効果〕

この発明は前述のように、放電パルスセンサの出力信号
について比較回路であるしきい値以上の放電パルスを選
択し、所定のサンプリング周期ごとの放電パルス数Ｎと
その期間の累積電荷値ΣQ_iとが所定のレベル以上になっ
た場合に供試器に異常があると判断し警報を出力するよ
うにした。

その結果、従来装置では数万から数十万pCレベルのスイ
ッチングサージノイズが入ると誤判定してしまい、従
来、部分放電の自動監視が不可能であったのを、スイッ
チングサージノイズの発生頻度が毎分数個から数十個で
あることに着目し、異常な部分放電のパルス数は１秒間
に20個以上でかつ累積電荷値は50,000pC以上として判断
することにより、誤判定がなくなり外来のスイッチング
サージノイズとの弁別が可能な部分放電監視装置を提供
することができる。

また、ノイズによる誤判定がなくなるので、従来不可能
であった無人変電所での部分放電の自動監視ができるよ
うになる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例装置を示すブロック図、第２
図はこの発明の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、第４図
は従来例装置を示すブロック図である。 1:ガス絶縁開閉機器（供試器）、2:接地タンク、3,30:
接地線、4:放電パルスセンサ、4A:放電パルス信号、5:
外来ノイズ、5A,5B:ノイズ電流、6A,6B:放電パルス電
流、7:送電線、100:アンテナ、104:検出インピーダン
ス、104A:アンテナ信号、11,111:高周波増幅器、12,11
2:検波整流器、12A,112A:検波整流器の出力信号、13:比
較回路、113:判断回路、13A:比較回路の出力信号、15:
積分回路、15A:積分回路の出力信号、16:A/D変換器、16
A:A/D変換器の出力信号、17:接地、14:しきい値設定
器、14S:しきい値レベル、18:ディジタルカウンタ、18
A:ディジタルカウンタの出力、19:判断手段、19A,113A:
警報出力信号、19B:判定データ出力信号、20:警報器、2
1:記録装置、22:マイクロプロセッサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】運転中のガス絶縁機器内部のガス中の部分
   放電によって生ずる電流パルスを放電パルスセンサで検
   出し、前記電流パルスをノイズと弁別して前記ガス中の
   部分放電のみを監視するものにおいて、前記ガス中の部
   分放電によって生ずる放電パルス信号のうち所定のしき
   い値を超える信号のみを出力する比較回路と、この比較
   回路の出力信号を受け所定サンプル周期ごとの放電パル
   ス数を出力するディジタルカウンタと、前記比較回路の
   出力信号を受け前記周期ごとの累積電荷値を出力する積
   分回路と、前記累積電荷値をディジタル信号に変換する
   A/D変換器と、このディジタル信号の累積電荷値があら
   かじめ定まる判定レベルを超えかつ前記放電パルス数が
   あらかじめ定まる数を超えたとき異常であると判断して
   警報出力を指令する判断手段を備えてなることを特徴と
   するガス絶縁機器の部分放電監視装置。