特開 2023-183310 部分放電計測装置、部分放電計測方法、及び部分放電計測システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023183310

(43)【公開日】2023-12-27

(54)【発明の名称】部分放電計測装置、部分放電計測方法、及び部分放電計測システム

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/12 20200101AFI20231220BHJP

   G01R 31/34 20200101ALI20231220BHJP

   G01R 35/00 20060101ALI20231220BHJP

【ＦＩ】

G01R31/12 A

G01R31/34 B

G01R35/00 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022096852

(22)【出願日】2022-06-15

(71)【出願人】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(71)【出願人】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120031

【弁理士】

【氏名又は名称】宮嶋 学

(74)【代理人】

【識別番号】100107582

【弁理士】

【氏名又は名称】関根 毅

(74)【代理人】

【識別番号】100124372

【弁理士】

【氏名又は名称】山ノ井 傑

(74)【代理人】

【識別番号】100125151

【弁理士】

【氏名又は名称】新畠 弘之

(72)【発明者】

【氏名】藤本 旺

(72)【発明者】

【氏名】原川 崇

(72)【発明者】

【氏名】高根沢 真

(72)【発明者】

【氏名】椿原 大貴

【テーマコード（参考）】

2G015

2G116

【Ｆターム（参考）】

2G015AA12

2G015BA02

2G015BA04

2G116BA01

2G116BA03

2G116BC02

(57)【要約】

【課題】本実施形態は、計測対象領域における部分放電に関する計測値をより高精度に計測可能な部分放電計測装置、部分放電計測方法、及び部分放電計測システムを提供する。
【解決手段】本実施形態によれば、絶縁されている導体を介して電力を供給又は受給する回転電機内に生じる部分放電を検出する部分放電計測装置であって、校正用信号生成部と、センサと、補正処理部と、信号処理部と、を備える。校正用信号生成部は、絶縁されている導体の絶縁層表面に校正用信号を供給する。センサは、部分放電に関する物理量を計測する。補正処理部は、校正用信号を供給した際のセンサの出力信号を用いて、補正係数を生成する。信号処理部は、補正係数に基づき、センサの出力信号を処理する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

絶縁されている導体を介して電力を供給又は受給する回転電機内に生じる部分放電を検出する部分放電計測装置であって、
前記絶縁されている導体の絶縁層表面に校正用信号を供給する校正用信号生成部と、
前記部分放電に関する物理量を計測するセンサと、
前記校正用信号を供給した際の前記センサの出力信号を用いて、補正係数を生成する補正処理部と、
前記補正係数に基づき、前記センサの出力信号を処理する信号処理部と、
を備える、部分放電計測装置。

【請求項2】

前記センサは、前記絶縁されている導体と空間的な静電容量を介して設置され、
前記校正用信号生成部は、
前記校正用信号を生成する信号生成部と、
前記絶縁されている導体の外面に対応させて配置可能であり、前記絶縁されている導体に前記校正用信号を供給する同電位部と、
を有する、請求項１に記載の部分放電計測装置。

【請求項3】

前記補正処理部は、前記絶縁されている導体に対する前記同電位部の位置と、前記センサの位置と、前記絶縁されている導体の絶縁層の内側の計測領域に関する情報と、に基づく等価回路の情報を用いて、前記補正係数を生成する、請求項２に記載の部分放電計測装置。

【請求項4】

前記信号処理部は、前記補正係数に基づき、前記センサの出力信号を、前記計測領域で計測した部分放電に対応する計測信号として生成する、請求項３に記載の部分放電計測装置。

【請求項5】

前記校正用信号生成部は、前記絶縁されている導体の複数の位置において前記同電位部から前記校正用信号を供給し、
前記補正処理部は、前記複数の位置から前記校正用信号を供給した際の前記センサのそれぞれの出力信号を用いて、前記補正係数を生成する請求項４に記載の部分放電計測装置。

【請求項6】

前記補正処理部は、前記等価回路の構成要素に関する入力項目を表示部に表示させ、前記入力項目に対応する入力数値に基づき、前記補正係数を生成する、請求項３に記載の部分放電計測装置。

【請求項7】

前記補正処理部は、複数の異なる等価回路を前記表示部に表示させ、操作者の選択に応じて前記補正係数を生成する、請求項６に記載の部分放電計測装置。

【請求項8】

前記補正処理部は、前記補正係数が所定の範囲である場合には、係数を１とする、請求項１に記載の部分放電計測装置。

【請求項9】

前記信号生成部は、
前記校正用信号として電流の電気パルスを生成し、
前記補正処理部は、前記電気パルスを供給した際の前記センサの出力信号の実効値に基づき、前記補正係数を生成する、請求項２に記載の部分放電計測装置。

【請求項10】

前記校正用信号生成部は、
前記校正用信号を生成する信号生成部と、
前記絶縁されている導体の外面に配置可能であり、前記絶縁されている導体に非接触に前記校正用信号を供給するアンテナと、
を有する、請求項１に記載の部分放電計測装置。

【請求項11】

絶縁されている導体を介して電力を供給又は受給する発電機内に生じる部分放電を検出する部分放電計測方法であって、
前記絶縁されている導体の絶縁層表面に校正用信号を供給する供給工程と、
前記校正用信号を供給した際の、前記絶縁されている導体と非接触に設置されたセンサの出力信号を用いて、補正係数を生成する補正処理工程と、
前記補正係数に基づき、前記センサの出力信号を処理する信号処理工程と、
を備える、部分放電計測方法。

【請求項12】

筐体内に配置される固定子コイルと回転子を含む回転電機と、
前記固定子コイルに接続された、絶縁されている導体と、
前記筐体内において、前記絶縁されている導体の少なくとも一部を囲うように配置される導体保護カバーと、
前記導体保護カバーの前記導体側に配置され、前記回転電機内に生じる部分放電に関する物理量を計測するセンサと、
前記センサの出力信号を処理する信号処理部と、
を備え、
前記筐体内の前記導体保護カバーは、所定の低電位に接続される、部分放電計測システム。

【請求項13】

前記筐体内の前記絶縁されている導体表面に同電位部から校正用信号を供給した際の、前記センサの出力信号を用いて補正係数を生成する補正処理部であって、前記絶縁されている導体に対する前記同電位部の位置と、前記センサの位置と、前記絶縁されている導体の絶縁層の内側の計測領域に関する情報と、に基づく等価回路の情報を用いて、補正係数を生成する補正処理部を、更に備え、
前記信号処理部は、前記補正係数に基づき、前記センサの出力信号を、前記計測領域で計測した部分放電に対応する計測信号として生成する、請求項１２に記載の部分放電計測システム。

【請求項14】

筐体内に配置される固定子コイルと回転子を含む回転電機と、前記固定子コイルに接続された、絶縁されている導体と、前記筐体内において、所定の低電位に接続され、前記絶縁されている導体の少なくとも一部を囲うように配置される導体保護カバーと、を有する発電機の前記固定子コイルに生じる部分放電を検出する部分放電計測装置であって、
前記導体保護カバーの前記導体側に配置され、前記部分放電に関する物理量を計測するセンサと、
前記センサの出力信号を処理する信号処理部と、
を備える、部分放電計測装置。

【請求項15】

前記筐体内の前記絶縁されている導体表面に同電位部から校正用信号を供給した際の、前記センサの出力信号を用いて補正係数を生成する補正処理部であって、前記絶縁されている導体に対する前記同電位部の位置と、前記センサの位置と、前記絶縁されている導体の絶縁層の内側の計測領域に関する情報と、に基づく等価回路の情報を用いて、補正係数を生成する補正処理部を、更に備え、
前記信号処理部は、前記補正係数に基づき、前記センサの出力信号を、前記計測領域で計測した部分放電に対応する計測信号として生成する、請求項１４に記載の部分放電計測装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、部分放電計測装置、部分放電計測方法、及び部分放電計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

部分放電は、回転電機の固定子コイルに電圧が印加された際に、絶縁層内部で生じる微小な放電である。この放電が生じても回転電機の運転に直ぐに影響を及ぼすものではないとされている。しかし、絶縁材料自身は部分放電により、ある一定度合いでの劣化が進行することが知られている。そこで、劣化が進行して運転中に絶縁破壊に至らないように、部分放電計測装置による計測が行われる。部分放電計測装置による部分放電の定期的な計測により、回転電機の信頼性が診断される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－２１１２３３号公報

【特許文献2】特許６３４５８０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

部分放電計測装置におけるセンサの配置位置は、計測対象領域との距離が近くなるに従い、計測精度がより向上すると考えられている。しかしながら、小規模火力発電設備、水力発電設備などでは、回転電機から距離がある配電盤まで導体であるケーブルに絶縁処理が施されたり、既設の設備である回転電機への近接が阻害されたりするので、センサの配置位置を計測対象領域に近づけることが困難となる恐れがある。また、導体に絶縁処理が施されるので、計測対象領域を直接的に計測することが困難となり、導体を囲む絶縁層に応じて、部分放電の計測値が変動する恐れがある。さらにまた、より安全な計測処理が求められている。

【0005】

本実施形態は、計測対象領域における部分放電に関する計測値をより高精度に計測可能な部分放電計測装置、部分放電計測方法、及び部分放電計測システムを提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本実施形態によれば、絶縁されている導体を介して電力を供給又は受給する回転電機内に生じる部分放電を検出する部分放電計測装置であって、校正用信号生成部と、センサと、補正処理部と、信号処理部と、を備える。校正用信号生成部は、絶縁されている導体の絶縁層表面に校正用信号を供給する。センサは、部分放電に関する物理量を計測する。補正処理部は、校正用信号を供給した際のセンサの出力信号を用いて、補正係数を生成する。信号処理部は、補正係数に基づき、センサの出力信号を処理する。

【発明の効果】

【0007】

本実施形態によれば、計測対象領域における部分放電に関する計測値をより高精度に計測できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本実施形態に係る部分放電計測システムの概略的な構成例を示す図。

【図2】計測器の構成例を示すブロック図。

【図3】記憶部に記憶されるセンサと、同電位部と、の配置パターン例を示す図。

【図4】配置パターン１の配置例を示す図。

【図5】図４で示した配置例における計測系の等価回路を示す図。

【図6】等価回路の各構成要素に対する入力項目、及び入力値の例を示す図。

【図7】配置パターン２の配置例を示す図。

【図8】図７で示した配置例における計測系の等価回路を示す図。

【図9】等価回路の各構成要素に対する入力項目、及び入力値の例を示す図。

【図10】本実施形態に係る補正処理例のフローチャート。

【図11】本実施形態に係る本計測のフローチャート。

【図12】導体に対するセンサと、アンテナと、の配置パターン例を示す図。

【図13】図１２で示す計測系の等価回路を示す図。

【図14】導体に対するセンサと、同電位部と、の配置パターン例を示す図。

【図15】計測結果例を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態に係る部分放電計測システム、部分放電計測装置、及び部分放電計測方法について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明の実施形態の一例であって、本発明はこれらの実施形態に限定して解釈されるものではない。また、本実施形態で参照する図面において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号又は類似の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、図面の寸法比率は説明の都合上実際の比率とは異なる場合や、構成の一部が図面から省略される場合がある。

【0010】

（第１実施形態）
図１は、本実施形態に係る部分放電計測システムの概略的な構成例を示す図である。図１では、回転電機１０の垂直断面図を模式的に示している。図１に示すように、この部分放電計測システム１は、回転電機１０内で発生する部分放電を計測することが可能なシステムであり、例えば、回転電機１０と、部分放電計測装置２０とを備える。

【0011】

回転電機１０は、例えば水車発電機であり、水車の回転軸に機械的に接続された回転子２が回転することにより発電する。部分放電計測装置２０は、計測信号の補正が可能な装置であり、回転電機１０内の部分放電を計測する。すなわち、この部分放電計測装置２０は、計測対象と離れた位置での計測信号の補正が可能な装置である。

【0012】

図１に示すように、回転電機１０は、例えば回転子２と、固定子３と、絶縁されている導体４と、筐体５と、導体保護カバー６と、を有する。回転子２は、水車に機械的に接続される回転軸Ｍ１０を回転中心として、回転する。固定子３には、所定の固定子コイルが巻かれている。より具体的には、固定子コイルは、固定子３に挿入された状態で導体４に電気的に接続される。

【0013】

導体４は、例えば三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）用の導体ケーブルであり、インバータ、又は配電盤などに接続される。導体４は、導体ケーブルの表面が絶縁体で覆われ、絶縁されている。なお、本実施形態では、発電機の例で説明するが、これに限定されない。例えば、三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）用の交流ケーブルから電力を供給することにより、回転電機１０をモータとして回転させることも可能である。すなわち、回転電機１０は、絶縁されている導体４を介して電力を受給することにより、回転する。この場合にも、部分放電計測装置２０は、回転電機１０内の部分放電を検出することが可能である。

【0014】

筐体５は、回転子２と、固定子３と、導体保護カバー６とを内包する。筐体５は、風洞と称する場合がある。導体保護カバー６は、筐体５内において、導体４の鉛直下方に配置される。この導体保護カバー６は、筐体５に固定され、センサ３０を支持する。

【0015】

この導体保護カバー６は、例えば金属の網状素材により構成され、所定の低電位、例えば接地電位に接続されている。これにより、センサ３０に、ノイズ信号が混入するのを防ぐことが可能となる。また、筐体５の内部の固定子３の周囲は、運転中でも現場作業員が入る場合がある。この場合にも、現場作業員が筐体５内の高電圧部に触れることを防ぐことを可能となる。このように、導体保護カバー６を導体４の鉛直下方に設け、導体保護カバー６によりセンサ３０を支持することにより、センサ３０に、ノイズ信号が混入するのを防ぐことが可能となると共に、現場作業員が高電圧部に触れることを防ぐことが可能となる。更に、後述するように、部分放電に対応する校正用信号を生成している場合に、例えば誤って現場作業員が筐体５の内部に入ってしまった場合にも、校正用信号に感電することを確実に防ぐことができる。なお、本実施形態では、導体保護カバー６が導体４の鉛直下方に設けられる場合を例示して説明したが、この導体保護カバー６は、現場作業員による導体４への接触を防ぐことができれば良く、導体保護カバー６が導体の周囲に設けられれば良い。具体的には、導体４の鉛直上方に現場作業員が入る通路が設けられる場合には、この通路と導体４との間である導体４の鉛直上方に導体保護カバー６が設けられても良いし、導体４の左または右側に現場作業員が入る通路が設けられる場合には、この通路と導体４との間である導体４の左または右側に導体保護カバー６が設けられても良い。さらに、現場作業員が筐体の内部に入ることが出来ないような小型の回転電機が回転電機１０である場合には、導体４の周囲を囲うように導体保護カバー６を設けても良いし、導体４への接触を遮るよう導体４の左右側に導体保護カバー６を設けても良い。

【0016】

この回転電機１０は、水車の回転に従って、固定子３が回転し、固定子３のコイルに交流電流が発生する。この交流電流は、導体４を介して、インバータ、又は配電盤などに供給される。

【0017】

部分放電計測装置２０は、センサ３０と、同電位部４０と、信号生成部５０と、計測器６０と、表示部７０と、操作部８０とを、有する。上述のように、センサ３０は、導体保護カバー６に配置される。センサ３０は、回転電機１０内に発生する部分放電に関する物理量を非接触に計測するセンサであり、部分放電計測センサとして機能する。例えば、このセンサ３０は、導体４に流れる電流に応じた検出信号を生成するセンサである。より具体的には、このセンサ３０は、例えば導体４と空間的に静電容量結合される電流センサである。なお、本実施形態に係るセンサ３０は、静電容量結合されるセンサであるが、これに限定されない。例えば、導体４に非接触で計測可能なセンサであればよく、例えばＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｔｒａｎｓ ｆｏｒｍｅｒ）などの電流センサでもよい。また、本実施形態に係るセンサ３０は、電流センサであるが、これに限定されない。例えば、導体４に非接触で、部分放電に関する物理量を計測可能なセンサであればよく、例えば電圧計測センサでもよい。

【0018】

同電位部４０は、例えばアルミニウムなどで構成され、絶縁された導体４の絶縁層表面に校正用信号を伝導する同電位体である。すなわち、この同電位部４０は、絶縁された導体４における絶縁層の周囲に配置される。同電位部４０の導体４に対向する面は、点状の領域でもよいし、或いは面状の領域であってもよい。また、絶縁された導体４における絶縁層の周囲に完全に接触している必要はなく、部分的に接触するように構成されてもよい。このように、同電位部４０は、絶縁されている導体４の外面に対応させて配置可能である。

【0019】

信号生成部５０は、部分放電に対応する校正用信号を生成する。この校正用信号は、例えば、所定の電荷、例えば数百ピコクーロンを所定の時間、例えば数ナノ秒範囲内で供給するパルス状の信号である。例えば、この校正用信号は、計測対象の部分放電における周波数の代表値に基づき設定される。これにより、この校正用信号は、計測対象の部分放電に対応する周波数を有するように構成される。

【0020】

なお、同電位部４０及び信号生成部５０は、本計測前の信号補正用のデータの取得に使用される。このため、本計測では、同電位部４０及び信号生成部５０を、部分放電計測システム１から外すことが可能である。また、本実施形態に係る同電位部４０、及び信号生成部５０が、校正用信号生成部５０ａを構成する。

【0021】

計測器６０は、部分放電計測装置２０の各構成を制御するとともに、センサ３０の検出信号を用いて、部分放電に関する物理量を計測する。この計測器６０は、信号生成部５０の生成する校正用信号を用いて、センサ３０の検出信号を補正することが可能である。なお、計測器６０の詳細は後述する。

【0022】

表示部７０は、例えばモニタである。この表示部７０は、例えば、計測系の等価回路図、等価回路図の入力項目、計測結果、部分放電に対する判定結果などを表示可能である。

【0023】

操作部８０は、例えば、キーボード、マウスなどにより構成される。操作部８０は、例えば、部分放電計測装置２０の計測系の回路パラメータなどを設定する。

【0024】

図２は、計測器６０の構成例を示すブロック図である。計測器６０は、ＡＤ変換部６０２と、記憶部６０４と、制御処理部６０６と、入出力部６０８とを有する。

【0025】

ＡＤ変換部６０２は、センサ３０が出力する検出信号をデジタル出力信号に変換する。ＡＤ変換部６０２は、増幅回路を含んで構成してもよい。

【0026】

記憶部６０４は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、ハードディスク、光ディスク等により実現される。この記憶部６０４は、ＡＤ変換部６０２、及び制御処理部６０６が生成したデジタル出力信号を記憶する。また、記憶部６０４は、計測器６０のプログラム、及び等価回路情報などの処理に必要となる情報、を記憶する。

【0027】

制御処理部６０６は、例えばＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を含んで構成される。制御処理部６０６は、記憶部６０４に記憶されるプログラムにしたがい、制御処理を行う。すなわち、制御処理部６０６は、記憶部１００に記憶されるプログラムにしたがい、制御処理部６０６は、補正処理部６１０、信号処理部６１２、及び判定処理部６１４を構成する。

【0028】

入出力部６０８は、入出力インターフェースとして機能する。すなわち、入出力部６０８は、計測器６０と、信号生成部５０、表示部７０、及び操作部８０との間の信号の入出力を行うことが可能である。

【0029】

補正処理部６１０は、信号生成部５０の生成した校正用信号を絶縁されている導体４に供給した際のセンサ３０の出力信号を用いて、補正係数を生成する。なお、補正処理部６１０の詳細は後述する。

【0030】

信号処理部６１２は、本計測の場合に、補正処理部６１０が生成した補正係数に基づき、センサ３０の出力信号に基づくデジタル出力信号を処理する。例えば、信号処理部６１２は、デジタル出力信号に補正係数を乗算して、計測信号を生成する。この計測信号は、部分放電の電荷量に対応する。換言すると、補正係数は、部分放電の電荷量に等価となるように生成される。なお、信号処理部はローパスフィルタなどを用いたノイズ低減処理を行ってもよい。或いは、回転電機１０の回転周期にデジタル出力信号を対応させ、回転周期ごとにデジタル出力信号を加算してもよい。

【0031】

信号処理部６１２は、計測信号を記憶部６０４に記憶する。また、信号処理部６１２は、入出力部６０８を介して計測信号を表示部７０に時系列に表示させることが可能である。これにより、操作者は、部分放電に関す物理量を観察することが可能となる。

【0032】

判定処理部６１４は、信号処理部６１２が生成した計測信号に基づき、回転電機１０の状態を判定する。例えば、信号処理部６１２が生成した計測信号の絶対値が所定の閾値を超えた場合に、異常と判定する。判定処理部６１４は、異常と判定した場合に、入出力部６０８を介して異常を示す表示形態を表示部７０に表示させることが可能である。

【0033】

また、別の判定処理例としては、１秒間当たり１０回以上発生したパル状の部分放電に対応する計測信号の最大の値を、最大放電電荷量と定義する。判定処理部６１４は、号処理部６１２が生成した計測信号に基づき、１秒間当たり１０回以上の部分放電に対応するパルスピークが得られ、且つピークの最大値が、所定の閾値を超えた場合に、異常と判定する。判定処理部６１４は、異常と判定した場合に、入出力部６０８を介して異常を示す表示形態を表示部７０に表示させることが可能である。また、判定処理部６１４での診断前に、既知の放電信号を模した校正用信号を後述する第１計測領域９に投入し、センサ３０の出力信号のピークなどの特徴量との関係を明らかにしておく解析的な校正処理を行ってもよい。この解析的な校正処理に基づき、本計測における診断時の放電電荷量は、取得した信号の特徴量から逆算して求めることが可能となる。

【0034】

図３乃至図９を用いて、補正処理部６１０の詳細な処理例を説明する。図３は、記憶部６０４に記憶されるセンサ３０と、同電位部４０と、の配置パターン例を示す図である。配置パターン１は、センサ３０が同電位部４０の直下にある配置パターンである。配置パターン２は、センサ３０が同電位部４０の直下にない配置パターンである。センサ３０と、同電位部４０と、の配置パターンは、このように例えば２つの配置パターンに対応する。

【0035】

これから分かるように、部分放電計測装置２０の計測系の等価回路は、後述する図５、８などで示すように、例えば２パターンとなる。補正処理部６１０は、図３に示す配置例を示す図を表示部７０に表示させる。操作者は、操作部８０を介して配置パターンを選択する。

【0036】

図４は、配置パターン１の配置例を示す図である。第１計測領域９は、校正用信号を入力する同電位部４０の領域である。第２計測領域８は、同電位部４０及び絶縁体を外した時に、センサ３０の計測対象となる仮想的な領域である。すなわち、第２計測領域８は、導体４に直接的に接する仮想の計測点であり、絶縁層内の領域である。第１計測領域９は、同電位部４０の内面に覆われる導体４の絶縁層表面の領域である。補正処理部６１０は、第１計測領域９に校正用信号を供給した際の計測信号を用いて、計測信号と第２計測領域８に流れる電流との対応関係を補正係数として生成する。つまり、この計測系では、回転電機１０内で発生する部分放電は、第２計測領域８で計測される信号に対応する。

【0037】

図５は、図４で示した配置例における計測系の等価回路を示す図である。図６は、等価回路の各構成要素に対する入力項目、及び入力値の例を示す図である。この等価回路は一例であり、等価回路、及び数値例は、これらに限定されない。

【0038】

例えば配置パターン１が選択された場合に、補正処理部６１０は、図５で示す等価回路と、図６で示す入力項目を表示部７０に表示させる。操作者は、図６で示す入力項目に対応する構成値として、数値を入力する。これらは、一度設定すると、記憶部６０４に記憶されるので、計測系を変更しない場合には、再設定は不要である。

【0039】

図４に示すように、発電機インダクタンス１０ｚは、回転電機１０内のインダクタンスであり、静電容量１１は、導体４を囲む絶縁層の静電容量であり、静電容量１２は、導体４とセンサ３０間の静電容量であり、静電容量１３は、センサとシールド間の静電容量である。静電容量１４は、導体４を構成する同軸ケーブルの静電容量であり、インダクタンス１５は、導体４を構成する同軸ケーブルのインダクタンスである。インピーダンス１６は、センサ３０の検出インピーダンスである。

【0040】

これらの等価回路の各要素の数値は、既知であるか、計測値を用いて演算可能である。インピーダンスＺの各要素と、静電容量１２とは、既知である。また、例えば静電容量１１は、第２計測領域８とセンサ３０までの仮想距離ｄと、第２計測領域８の仮想面積Ｓと、絶縁層の比誘電率εｒと、真空の誘電率ε０を用いてε０εｒ×Ｓ／ｄより算出可能である。なお、本実施形態では、発電機インダクタンス１０ｚは、計測系のインピーダンスへの影響は小さいため、演算では無視することとする。

【0041】

同電位部４０の第１計測領域９から校正用信号を供給した際に、計測点１７の電位Ｖ１が生成される。上述のように、インピーダンス１６は、センサ３０の検出インピーダンスであるので、校正用信号を供給した際の計測点１７の電位Ｖ１は、センサ３０の計測信号の信号値に対応する。

【0042】

上述のように、等価回路の各要素の数値が既知である。このため、例えば、第２計測領域８における発生電位ｖ０と、第１計測領域９の絶縁表面電位ｖ０’との比である減衰特性ｖ０’／ｖ０は１／ｋ１＝０．９０９として演算される。このとき、第１計測領域９の絶縁表面電位ｖ０’は、所定の時間あたり、例えば数ナノ秒あたりの所定の電荷量、例えば数百ピコクーロンに対応する。これにより、計測点１７の電位Ｖ１に減衰特性の逆数として係数ｋ１＝ｖ０／ｖ０’をかけることによって、所定の電荷量に対応する補正演算を行うことが可能となる。図６で示すよう、例えば、導体４の絶縁層の静電容量１１を１０ｐＦ、導体４とセンサ３０間の静電容量１２を１ｐＦ、センサ３０とシールド間の静電容量１３を１．５ｐＦ、同軸ケーブルの静電容量１４を２．０４ｎＦ、同軸ケーブルのインダクタンス５．１μＨ、センサ３０の検出インピーダンスを５０Ωである場合、１／ｋ１＝０．９０１となる。このように、補正処理部６１０は、図６で示す入力項目の数値に従い、自動的に係数ｋ１を演算する。

【0043】

例えば、導体４の絶縁層の静電容量１１を２００ｐＦ、導体４とセンサ３０間の静電容量１２を１ｐＦ、センサ３０とシールド間の静電容量１３を１．５ｐＦ、同軸ケーブルの静電容量１４を２．０４ｎＦ、同軸ケーブルのインダクタンス４．９７μＨ、センサ３０の検出インピーダンスを５０Ωである場合、１／ｋ１＝０．９９５となる。本実施形態では、減衰特性値が１に十分近い場合は、校正精度への影響が小さいため、補正処理を省略することとする。例えば、減衰特性値の絶対値が０．９９０から１．０１０のである場合に、補正処理を省略することとする。

【0044】

このように、補正処理部６１０は、実際に第１計測領域９に校正用信号を流し、実際の計測系を介してセンサ３０で計測を行うこととした。更に、計測系の等価回路は、既知であるので、補正処理部６１０は、等価回路の各要素の値を用いて、センサ３０の計測値と、第２計測領域８の計測値との対応関係を係数ｋ１として演算する。これにより、信号処理部６１２は、計測信号を計測電流Ｉ８＝ｋ１×Ｖ１として演算する。ｋ１は補正係数である。これらから分かるように、信号処理部６１２の生成する計測信号は、第２計測領域８で計測される計測電流の電流値Ｉ８と対応している。すなわち、信号処理部６１２の生成する計測信号は、所定時間内における部分放電の電荷量と等価な値となる。なお、本実施形態では、計測信号を電流として説明するが、これに限定されない。上述のように、計測信号は、第２計測領域８で計測される部分放電の電荷量に対応すればよく、例えば電圧信号としてもよく、或いは、所定時間あたりの電荷信号としてもよい。

【0045】

図７は、配置パターン２の配置例を示す図である。第１計測領域９は、校正用信号を入力する同電位部４０の領域である。第２計測領域８は、同電位部４０及び絶縁体を外した時に、センサ３０の計測対象となる領域である。すなわち、第２計測領域８と、センサ３０の位置は離れている。

【0046】

図８は、図７で示した配置例における計測系の等価回路を示す図である。同電位部４０からセンサ３０直上位置までの導体のインダクタンス１８が追加されている。

【0047】

図９は、等価回路の各構成要素に対する入力項目、及び入力値の例を示す図である。この等価回路は一例であり、等価回路、及び数値例は、これらに限定されない。

【0048】

上述のように、信号処理部６１２は、等価回路の情報を用いて、校正用信号と、電位Ｖ１との関係に基づき、計測信号の電流値Ｉ８＝ｋ１ｂ×Ｖ１として演算する。ｋ１ｂは補正係数である。このように、信号処理部６１２の生成する計測信号は、実際に発生する部分放電の電荷量と等価な関係にあり、例えば部分放電の電荷量と物理的なディメンションが一致している。

【0049】

図９で示すよう、例えば、導体４の絶縁層の静電容量１１を１０ｐＦ、導体４とセンサ３０間の静電容量１２を１ｐＦ、センサ３０とシールド間の静電容量１３を１．５ｐＦ、同軸ケーブルの静電容量１４を２．０４ｎＦ、同軸ケーブルのインダクタンス５．１μＨ、センサ３０の検出インピーダンスを５０Ω、インダクタンス１８を５ｐＨである場合、１／ｋ１ｂ＝１．１００となる。

【0050】

例えば、導体４の絶縁層の静電容量１１を２００ｐＦ、導体４とセンサ３０間の静電容量１２を１ｐＦ、センサ３０とシールド間の静電容量１３を１．５ｐＦ、同軸ケーブルの静電容量１４を２．０４ｎＦ、同軸ケーブルのインダクタンス５．１μＨ、センサ３０の検出インピーダンスを５０Ω、インダクタンス１８を５ｐＨである場合、１／ｋ１ｂ＝１．００１となる。上述のように、例えば、減衰特性値の絶対値が０．９９０から１．０１０の間である場合に、補正処理を省略することとする。

【0051】

以上が本実施形態の構成の説明であるが、以下に処理例を説明する。図１０は、本実施形態に係る補正処理例のフローチャートである。図１０に示すように、操作者は、例えばセンサ３０を導体保護カバー６（図１参照）に配置し、同電位部４０を筐体５に配置する（ステップＳ１００）。

【0052】

次に、補正処理部６１０が表示部７０に表示させる選択画面（図３参照）を介して、操作者は、操作部８０を介して例えば配置パターン１を選択する（ステップＳ１０２）。続けて、補正処理部６１０は、配置パターン１の等価回路と、等価回路に対応する入力項目（図５、図６参照）を表示部７０に表示させ、操作者は、操作部８０を介して各項目に対応する構成値を入力する（ステップＳ１０４）。これらの構成値は、記憶部６０４に記憶される。

【0053】

次に、操作部８０を介した操作者の校正開始信号の入力に応じて、信号生成部５０に校正用信号を生成させて、同電位部４０の第１計測領域９から既知の校正用信号を出力する。この際の、センサ３０の出力信号は、ＡＤ変換部６０８でデジタル出力信号に変換され、補正処理部６１０に供給される（ステップＳ１０６）。

【0054】

次に、補正処理部６１０は、等価回路に対応する入力項目と、デジタル出力信号とに基づき、補正係数ｋ１を演算する（ステップＳ１０６）。このように、補正処理部６１０は、実際に第１計測領域９に校正用信号を流し、実際の計測系を介してセンサ３０で計測を行うことにより、センサ３０の計測信号Ｖ１と実際の校正用信号と、等価回路の各構成値とに基づき、第２計測領域８の電流値と計測信号Ｖ１との対応関係を補正係数ｋ１として演算する。

【0055】

図１１は、本実施形態に係る本計測のフローチャートである。図１１に示すように、操作者は、操作部８０を介して計測６０の計測を開始する（ステップＳ２００）。

【0056】

次に、信号処理部６１２は、補正処理部６１０が生成した補正係数ｋ１などに基づき、センサ３０の出力信号に基づくデジタル出力信号を用いて、計測信号を生成する（ステップＳ２０２）。

【0057】

次に、信号処理部６１２は、入出力部６０８を介して、生成した計測信号を時系列に表示部７０に表示させる（ステップＳ２０４）。このように、信号処理部６１２は、補正係数ｋ１に基づき、計測信号を生成し、表示部７０に時系列に表示させる。これにより、操作者は、導体４の絶縁層の内側における第２計測領域８で計測される電流と等価な計測信号を監視することが可能となる。

【0058】

以上説明したように、本実施形態によれば、校正用信号生成部５０ａを構成する同電位部４０、及び信号生成部５０が、絶縁された導体４に校正用信号を供給し、補正処理部６１０が校正用信号を供給した際のセンサ３０の出力信号を用いて、補正係数ｋ１、ｋ１ｂを生成することとした。そして、信号処理部６１２は、本計測時に、補正係数ｋ１、ｋ１ｂに基づきセンサ３０の出力信号を処理することとした。これにより、信号処理部６１２の生成する計測信号を部分放電の電荷量と比例させることが可能となる。更に、補正処理部６１０は、絶縁されている導体４に対する同電位部４０の位置と、センサ３０の位置と、に基づく等価回路の情報を用いて、補正係数ｋ１、ｋ１ｂを生成するので、信号処理部６１２は、導体４の絶縁層の内側における第２計測領域８で計測される部分放電に対応する電流と等価な計測信号を生成可能となる。

【0059】

（第１実施形態の変形例）
第１実施形態の変形例に係る部分放電計測システム１は、同電位部４０の替わりにアンテナ４０ａを用いて導体４と非接触に校正用信号を導体４に供給する点で第１実施形態に係る部分放電計測システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る部分放電計測システム１と相違する点を説明する。

【0060】

図１２は、導体４に対するセンサ３０と、アンテナ４０ａと、の配置パターン例を示す図である。図１３は、図１２で示す計測系の等価回路を示す図である。図１２に示すように、アンテナ４０ａを用いて導体４と非接触に校正用信号を導体４に供給する。この場合、導体４との接触抵抗の影響を抑制して、より安定的に各補正係数を演算可能となる。図１３に示すように、補正処理部６１０は、アンテナ４０ａに関する静電容量を、静電容量１１ｂとして各補正係数を演算することが可能である。なお、本実施形態に係るアンテナ４０ａ、及び信号生成部５０が、校正用信号生成部５０ａを構成する。

【0061】

（第２実施形態）
第２実施形態係る部分放電計測システム１は、導体４の長さに依存した減衰率を更に計測可能である点で第１実施形態に係る部分放電計測システム１と相違する。以下では、第１実施形態に係る部分放電計測システム１と相違する点を説明する。

【0062】

図１４は、導体４に対するセンサ３０と、同電位部４０と、の配置パターン例を示す図である。図１４に示すように、導体４に対するセンサ３０と、同電位部４０と、の位置を変えて、校正用信号を導体４に供給し、計測信号を計測する。

【0063】

図１５は、計測結果例を示す図である。横軸は、同電位部４０と、センサ３０との間の距離を示し、縦軸は計測信号の強度を示す。これらのデータは記憶部６０４に記憶される。

【0064】

補正処理部６１０は、同電位部４０と、センサ３０との距離に応じた減衰率を演算し、補正係数ｋ１、ｋ１ｂに反映する。これにより、計測信号に同電位部４０と、センサ３０との距離の情報を反映することが可能となり、計測精度がより向上する。

【0065】

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。

【符号の説明】

【0066】

１：部分放電計測システム、２：回転子、３：固定子、４：導体、５：筐体、６：導体保護カバー、１０：回転電機、２０：部分放電計測装置、３０：センサ、４０：同電位部、４０ａ：アンテナ、５０：信号生成部、５０ａ：校正用信号生成部、６０：計測器、７０：表示部、８０：操作部、６１０：補正処理部、６１２：信号処理部、６１４：判定処理部、ｋ１、ｋ１ｂ：補正係数。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】