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(In Japanese)部分放電電荷量測定方法および装置 commons foreign

Patent code P09S000277
Posted date Jan 15, 2010
Application number P2007-547865
Patent number P4797175
Date of filing Oct 13, 2006
Date of registration Aug 12, 2011
International application number JP2006320435
International publication number WO2007063647
Date of international filing Oct 13, 2006
Date of international publication Jun 7, 2007
Priority data
  • P2005-343246 (Nov 29, 2005) JP
Inventor
  • (In Japanese)大塚 信也
  • (In Japanese)匹田 政幸
  • (In Japanese)手嶋 隆志
  • (In Japanese)林 祐史
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人九州工業大学
Title (In Japanese)部分放電電荷量測定方法および装置 commons foreign
Abstract (In Japanese)本発明は、測定対象となる機器の部分放電放射電磁波を測定する少なくともUHF帯域の感度を有するアンテナと、測定した時間波形から、TEMモード成分を抽出するフィルタ、及びそのフィルタ処理後の時間波形の二階積分値を求めて、その値から放電電荷量を求める処理部を備える測定装置本体とを備える。さらに、測定対象となる機器に対して模擬放電信号を入力して二階積分値と放電電荷量の関係を事前に求めるための電磁波放射模擬装置を備え、上記の処理部が求める放電電荷量は、二階積分値から、事前に求めた二階積分値と放電電荷量の関係を用いて求めることができる。
Outline of related art and contending technology (In Japanese)


ガス絶縁開閉機器(GIS)や変圧器の絶縁診断が部分放電放射電磁波測定により実施されている。この電磁波測定は、主としてUHF帯を対象としているため、一般にUHF法と呼ばれている。通常、ガス絶縁開閉装置やガス絶縁送電線(GIL)等のガス絶縁機器では、中心高電圧導体-金属接地タンク間が高電界下に曝されており、機器内部で部分放電が発生すると、最終的には中心導体-金属タンク間の絶縁が破れて絶縁破壊を引き起こすおそれがある。そこで、絶縁破壊の前駆現象である部分放電の段階でガス絶縁機器内部を伝搬してくる電磁波信号を検出して、部分放電信号か否かを判定することにより、絶縁異常を事前に見極める診断手法が採られている。この部分放電信号の検出手法としては様々な手法が提案されているが、その1つとして、UHF(Ultra High Frequency)法が絶縁診断の高信頼度化に対して最も有用視されている。UHF法とは主にUHF帯域(300MHz~3GHz)の高周波電磁波をこの帯域に感度を有するアンテナを用いて検出する手法である。UHF法は高感度で部分放電信号を測定できるために現在広く適用が検討されており、更に機器のアセットマネジメントのための測定法としても検討されている。



他方、現在、ガス絶縁開閉機器(GIS)の出荷試験における部分放電計測として、kHz帯域での低周波成分に基づく電荷量校正手法が規格化されている(IEC60270、JEC0401-1990部分放電測定)。IEC60270は交流高電圧の位相に同期させて部分放電パルスを検知する従来からの標準的な部分放電測定方式である。この試験法に基づきガス絶縁開閉機器の工場試験が行われているが、現地変電所などで運転中機器に対する絶縁診断へのUHF法の適用が検討されており、UHF法に基づく電荷量校正法を規格化しようとする流れがある。これは、放電電荷量の校正は、絶縁診断の中でも最も重要な項目であり、CIGRE TF15/33.03.05においては、GIS監視システムの早期異常検知のためにはGIS全体にわたって放電電荷量5 pC相当の検知感度を実証する必要性があると推奨されている(CIGRE TF15/33.03.05: “PD detection system for GIS: sensitivity verification for the UHF method and the acoustic method”, Electra, No.18, pp.75-87, 1999)。このように、現地変電所での絶縁診断ならびに工場出荷のための部分放電試験の両面からUHF法による放電電荷量校正手法の確立が望まれている。



しかし、これまではUHF法で測定された電磁波波形と放電電荷量の関係が不明であり、波形のエネルギーや振幅値等との相関関係が検討されていたが、線形性は認められず、理論的な裏付けも存在していない。
【特許文献1】
特開2003-43094号公報
【特許文献2】
特開2003-232828号公報
【特許文献3】
特開2002-5985号公報

Field of industrial application (In Japanese)


本発明は、主にUHF帯の部分放電放射電磁波信号の時間波形からTEMモード成分を抽出し、その二階積分値に基づき、センサ位置によらず部分放電電荷量を測定する方法および装置に関する。

Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 
少なくともVHF帯から主としてUHF帯域の感度を有するアンテナにより測定対象となる機器の部分放電放射電磁波を測定し、
測定した時間波形から、TEMモード成分をフィルタにより抽出し、かつそのフィルタ処理後の時間波形の二階積分値を求め、
この求めた二階積分値から放電電荷量を求めることから成る部分放電電荷量測定方法。

【請求項2】
 
測定対象となる機器に対して模擬放電信号を入力して二階積分値と放電電荷量の関係を事前に求め、かつ、前記二階積分値から求める放電電荷量は、前記事前に求めた二階積分値と放電電荷量の関係を用いて求めることから成る請求項1に記載の部分放電電荷量測定方法。

【請求項3】
 
前記TEMモード成分の抽出は、最低次の電磁波伝搬モードの遮断周波数以下の周波数成分の抽出である請求項1に記載の部分放電電荷量測定方法。

【請求項4】
 
前記二階積分を行う時間範囲は、放射電磁波源となる放電現象の電流変化の時間波形と少なくとも同じか或いはそれより長くして、その二階積分値は、積分時間の最終値とするか或いはその積分時間の範囲内で二階積分値が最初に大きく変化した後にほぼ一定となる値を用いる請求項1に記載の部分放電電荷量測定方法。

【請求項5】
 
前記積分時間範囲は、事前に種々の典型的な放電に対応する典型的な時間領域を設定しておき、各設定時間の範囲内での二階積分値の変化を見ることで、放電源の特定を行う請求項4に記載の部分放電電荷量測定方法。

【請求項6】
 
運用前に電磁波放射模擬装置を用いて取得した二階積分値と放電電荷量の関係の校正曲線を、種々の状態について取得しておき、これら状態のいずれかが確認された場合にはこれを使用する請求項1に記載の部分放電電荷量測定方法。

【請求項7】
 
放電源および放電位置および放電状態を評価するアルゴリズムを組み込むことで、放電の発生源、位置標定、絶縁異常状態の診断も実施可能にした請求項1に記載の部分放電電荷量測定方法。

【請求項8】
 
前記測定した時間波形をウエーブレット変換により時間周波数解析し、反射波の影響が強いと判断された場合は、その反射成分をフィルタリング処理により除去して二階積分値を求めて、反射波の影響を除去して放電電荷量を求める請求項1に記載の部分放電電荷量測定方法。

【請求項9】
 
測定対象となる機器の部分放電放射電磁波を測定する少なくともVHF帯から主としてUHF帯域の感度を有するアンテナと、
測定した時間波形から、TEMモード成分を抽出するフィルタ、及びそのフィルタ処理後の時間波形の二階積分値を求めて、その値から放電電荷量を求める処理部を備える測定装置本体と、
から成る部分放電電荷量測定装置。

【請求項10】
 
測定対象となる機器に対して模擬放電信号を入力して二階積分値と放電電荷量の関係を事前に求めるための電磁波放射模擬装置を備え、前記処理部が求める放電電荷量は前記二階積分値から、前記事前に求めた二階積分値と放電電荷量の関係を用いて求めることから成る請求項9に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項11】
 
前記TEMモード成分を抽出するフィルタは、最低次の電磁波伝搬モードの遮断周波数以下の周波数成分を抽出する請求項9に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項12】
 
前記二階積分を行う時間範囲は、放射電磁波源となる放電現象の電流変化の時間波形と少なくとも同じか或いはそれより長くして、その二階積分値は、積分時間の最終値とするか或いはその積分時間の範囲内で二階積分値が最初に大きく変化した後にほぼ一定となる値を用いる請求項9に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項13】
 
前記積分時間範囲は、事前に種々の典型的な放電に対応する典型的な時間領域を設定しておき、各設定時間の範囲内での二階積分値の変化を見ることで、放電源の特定を行う機能を有する請求項12に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項14】
 
前記処理部は、運用前に電磁波放射模擬装置を用いて取得した二階積分値と放電電荷量の関係の校正曲線を、種々の状態について取得しておき、これら状態のいずれかが確認された場合にはこれを使用する請求項9に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項15】
 
前記処理部に、放電源および放電位置および放電状態を評価するアルゴリズムを組み込むことで、放電の発生源、位置標定、絶縁異常状態の診断も実施可能にした請求項9に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項16】
 
前記測定した時間波形をウエーブレット変換により時間周波数解析し、反射波の影響が強いと判断された場合は、その反射成分をフィルタリング処理により除去して二階積分値を求めて、反射波の影響を除去して放電電荷量を求める機能を有する請求項9に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項17】
 
前記電磁波放射模擬装置は、電磁波放射アンテナと任意の電荷量を設定して模擬放電信号を発生させる装置で構成するか、或いは、実放電を発生させる小型密閉容器から成る放電セルとそれに電圧を印加する放電発生電源および放電セル内の放電電流を測定しその時間積分値から電荷量を求める装置を使用する請求項10に記載の部分放電電荷量測定装置。

【請求項18】
 
前記放電セルは、密閉容器内に所定のガスを封入して、ガス中での部分放電を模擬するための不平等電界を構成する電極を備え、ボイド中放電、沿面放電、あるいはフリー異物からの放電を模擬する場合には、電極間にそれぞれボイドを含む固体絶縁物、表面の一部に金属異物を取り付けたボイドが無い固体絶縁物、あるいはフリー異物を挿入することで部分放電を発生させる請求項17に記載の部分放電電荷量測定装置。
IPC(International Patent Classification)
F-term
Drawing

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JP2007547865thum.jpg
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