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特開2023-3454部分放電信号検出システム、診断システム、部分放電信号検出方法および検出装置
(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】P2023003454
(43)【公開日】2023-01-17
(54)【発明の名称】部分放電信号検出システム、診断システム、部分放電信号検出方法および検出装置
(51)【国際特許分類】
G01R 31/12 20200101AFI20230110BHJP
G01R 31/00 20060101ALI20230110BHJP
G01R 31/50 20200101ALI20230110BHJP
【ＦＩ】
G01R31/12 A
G01R31/00
G01R31/50
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021104542
(22)【出願日】2021-06-24
(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】598076591
【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001634
【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】高野 俊也
(72)【発明者】
【氏名】伴野 幸造
(72)【発明者】
【氏名】中村 勇介
(72)【発明者】
【氏名】水出 隆
(72)【発明者】
【氏名】高橋 栄也
【テーマコード（参考）】
2G014
2G015
2G036
【Ｆターム（参考）】
2G014AA15
2G014AA23
2G014AB04
2G014AB06
2G014AC15
2G014AC18
2G014AC19
2G015AA07
2G015AA12
2G015BA02
2G015BA04
2G015BA06
2G015CA01
2G036AA13
2G036AA20
2G036AA24
2G036BA02
2G036BA03
2G036CA06
2G036CA08
2G036CA10
(57)【要約】
【課題】交流電力の周期に対応する部分放電信号を検出することができる部分放電信号検出システム、診断システム、部分放電信号検出方法および検出装置を提供する。
【解決手段】実施形態の計測装置は、部分放電センサとサンプリング部と送信部とを備える。部分放電センサは、電力機器から放出される部分放電信号を計測する。サンプリング部は、計測値を第１の周期でサンプリングして放電信号値の時系列を生成する。送信部は、放電信号値の時系列を送信する。実施形態によれば抽出装置は、電力入力部と周期算出部と受信部と抽出部とを備える。電力入力部は、電力機器に供給される交流電源から交流電力を受け入れる。周期算出部は、交流電力の周期を算出する。受信部は、計測装置から放電信号値の時系列を受信する。抽出部は、算出した周期と第１の周期とに基づいて、放電信号値の時系列から交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する。
【選択図】図３
【解決手段】実施形態の計測装置は、部分放電センサとサンプリング部と送信部とを備える。部分放電センサは、電力機器から放出される部分放電信号を計測する。サンプリング部は、計測値を第１の周期でサンプリングして放電信号値の時系列を生成する。送信部は、放電信号値の時系列を送信する。実施形態によれば抽出装置は、電力入力部と周期算出部と受信部と抽出部とを備える。電力入力部は、電力機器に供給される交流電源から交流電力を受け入れる。周期算出部は、交流電力の周期を算出する。受信部は、計測装置から放電信号値の時系列を受信する。抽出部は、算出した周期と第１の周期とに基づいて、放電信号値の時系列から交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
電力機器に取り付けられ、部分放電信号を計測する計測装置と、
前記計測装置が計測した部分放電信号の計測値の時系列から、前記電力機器に供給される交流電力の周期に対応する部分時系列を抽出する抽出装置と
を備え、
前記計測装置は、
電力機器から放出される部分放電信号を計測する部分放電センサと、
前記部分放電センサによる計測値を第１の周期でサンプリングすることで放電信号値の時系列を生成するサンプリング部と、
前記放電信号値の時系列を送信する送信部と
を備え、
前記抽出装置は、
前記電力機器に供給される交流電力の電力源から前記交流電力を受け入れる電力入力部と、
前記交流電力の周期を算出する周期算出部と、
前記計測装置から前記放電信号値の時系列を受信する受信部と、
前記算出した周期と前記第１の周期とに基づいて、前記放電信号値の時系列から、前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する抽出部と
を備える
部分放電信号検出システム。
前記計測装置が計測した部分放電信号の計測値の時系列から、前記電力機器に供給される交流電力の周期に対応する部分時系列を抽出する抽出装置と
を備え、
前記計測装置は、
電力機器から放出される部分放電信号を計測する部分放電センサと、
前記部分放電センサによる計測値を第１の周期でサンプリングすることで放電信号値の時系列を生成するサンプリング部と、
前記放電信号値の時系列を送信する送信部と
を備え、
前記抽出装置は、
前記電力機器に供給される交流電力の電力源から前記交流電力を受け入れる電力入力部と、
前記交流電力の周期を算出する周期算出部と、
前記計測装置から前記放電信号値の時系列を受信する受信部と、
前記算出した周期と前記第１の周期とに基づいて、前記放電信号値の時系列から、前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する抽出部と
を備える
部分放電信号検出システム。
【請求項2】
前記抽出装置は、
前記交流電力に係る電圧の計測値を第２の周期でサンプリングすることで電圧値の時系列を生成するサンプリング部を備え、
前記周期算出部は、前記サンプリングされた電圧値の時系列に基づいて前記電圧の一周期における電圧値のサンプル数を計測し、
前記抽出部は、前記電圧値のサンプル数に、前記第２のサンプリング周期を乗算し、前記第１のサンプリング周期で除算することで放電信号値のサンプル数を求め、前記放電信号値の時系列から前記放電信号値のサンプル数の前記部分時系列を抽出する
請求項１に記載の部分放電信号検出システム。
前記交流電力に係る電圧の計測値を第２の周期でサンプリングすることで電圧値の時系列を生成するサンプリング部を備え、
前記周期算出部は、前記サンプリングされた電圧値の時系列に基づいて前記電圧の一周期における電圧値のサンプル数を計測し、
前記抽出部は、前記電圧値のサンプル数に、前記第２のサンプリング周期を乗算し、前記第１のサンプリング周期で除算することで放電信号値のサンプル数を求め、前記放電信号値の時系列から前記放電信号値のサンプル数の前記部分時系列を抽出する
請求項１に記載の部分放電信号検出システム。
【請求項3】
前記送信部は、前記交流電力の交渉周期に前記交流電力の周期の誤差に鑑みた余裕数を加算した時間に係る前記放電信号値の時系列を送信する
請求項１または請求項２に記載の部分放電信号検出システム。
請求項１または請求項２に記載の部分放電信号検出システム。
【請求項4】
前記送信部は、前記交流電力の交渉周期に前記第１の周期および前記第２の周期の誤差に鑑みた余裕数を加算した時間に係る前記放電信号値の時系列を送信する
請求項２に記載の部分放電信号検出システム。
請求項２に記載の部分放電信号検出システム。
【請求項5】
前記抽出装置は、
前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を１周期に係る複数の単位時系列に分割し、前記複数の単位時系列を加算した強調波形を生成するデータ生成部
を備える請求項１から請求項４の何れか１項に記載の部分放電信号検出システム。
前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を１周期に係る複数の単位時系列に分割し、前記複数の単位時系列を加算した強調波形を生成するデータ生成部
を備える請求項１から請求項４の何れか１項に記載の部分放電信号検出システム。
【請求項6】
請求項１から請求項５の何れか１項に記載の部分放電信号検出システムと、
前記部分放電信号検出システムが検出した部分時系列に基づいて前記電力機器の状態を診断する診断装置
を備える診断システム。
前記部分放電信号検出システムが検出した部分時系列に基づいて前記電力機器の状態を診断する診断装置
を備える診断システム。
【請求項7】
電力機器に取り付けられた計測装置が、前記電力機器から放出される部分放電信号を計測するステップと、
前記計測装置が、前記部分放電信号の計測値を第１の周期でサンプリングすることで放電信号値の時系列を生成するステップと、
計測装置が、前記放電信号値の時系列を送信するステップと、
前記計測装置と別個に設けられた抽出装置が、前記電力機器に供給される交流電力の電力源から前記交流電力を受け入れるステップと、
前記抽出装置が、前記交流電力の周期を算出するステップと、
前記抽出装置が、前記計測装置から前記放電信号値の時系列を受信するステップと、
前記抽出装置が、前記算出した周期と前記第１の周期とに基づいて、前記放電信号値の時系列から、前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出するステップと
を有する部分放電信号検出方法。
前記計測装置が、前記部分放電信号の計測値を第１の周期でサンプリングすることで放電信号値の時系列を生成するステップと、
計測装置が、前記放電信号値の時系列を送信するステップと、
前記計測装置と別個に設けられた抽出装置が、前記電力機器に供給される交流電力の電力源から前記交流電力を受け入れるステップと、
前記抽出装置が、前記交流電力の周期を算出するステップと、
前記抽出装置が、前記計測装置から前記放電信号値の時系列を受信するステップと、
前記抽出装置が、前記算出した周期と前記第１の周期とに基づいて、前記放電信号値の時系列から、前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出するステップと
を有する部分放電信号検出方法。
【請求項8】
電力機器に取り付けられ、部分放電信号を計測する計測装置から放電信号値の時系列を受信する受信部と、
前記電力機器に供給される交流電力の電力源から前記交流電力を受け入れる電力入力部と、
前記交流電力の周期を算出する周期算出部と、
前記算出した周期と前記第１の周期とに基づいて、前記放電信号値の時系列から、前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する抽出部と
を備える検出装置。
前記電力機器に供給される交流電力の電力源から前記交流電力を受け入れる電力入力部と、
前記交流電力の周期を算出する周期算出部と、
前記算出した周期と前記第１の周期とに基づいて、前記放電信号値の時系列から、前記交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する抽出部と
を備える検出装置。
【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信号検出システム、診断システム、部分放電信号検出方法および検出装置に関する。
【背景技術】
【0002】
電力機器の経年劣化によって、電力機器の表面や内部の絶縁体の絶縁性能が低下する。絶縁性能の低下が生じた箇所からは、部分放電が発生する。絶縁性能の低下が進行すると、電力機器に絶縁破壊が起こる可能性がある。そのため、電力機器の状態を監視するために電力機器から発生する部分放電信号を計測し、部分放電信号に基づく状態診断が行われる。
【0003】
部分放電は、電力機器に供給される交流電力の電圧位相と相関を有することが知られている。そのため、部分放電信号に基づいて電力機器の状態診断を行うために、交流電力の周期に対応する部分放電信号を検出することが望まれる。
【0004】
電力機器に取り付けられ部分放電信号を計測する計測装置と、計測された部分放電信号に基づいて状態診断を行う診断装置とは別個に設けられることがある。この場合に、診断装置は、計測装置から受信した部分放電信号と交流電力の電圧位相との関係を特定する必要がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】国際公開第２０１５／１９０２６０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、交流電力の周期に対応する部分放電信号を検出することができる部分放電信号検出システム、診断システム、部分放電信号検出方法および検出装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態の部分放電信号検出システムは、計測装置と、抽出装置とを持つ。計測装置は、電力機器に取り付けられ、部分放電信号を計測する。抽出装置は、計測装置が計測した部分放電信号の計測値の時系列から、電力機器に供給される交流電力の周期に対応する部分時系列を抽出する。計測装置は、部分放電センサと、サンプリング部と、送信部とを備える。部分放電センサは、電力機器から放出される部分放電信号を計測する。サンプリング部は、部分放電センサによる計測値を第１の周期でサンプリングすることで放電信号値の時系列を生成する。送信部は、放電信号値の時系列を送信する。抽出装置は、電力入力部と、周期算出部と、受信部と、抽出部とを備える。電力入力部は、電力機器に供給される交流電力の電力源から交流電力を受け入れる。周期算出部は、交流電力の周期を算出する。受信部は、計測装置から放電信号値の時系列を受信する。抽出部は、算出した周期と第１の周期とに基づいて、放電信号値の時系列から、交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態に係る診断システムの構成を示す概略図。
【図2】実施形態に係る計測装置の構成を示す概略図。
【図3】実施形態に係る診断装置の構成を示す概略図。
【図4】実施形態に係る電圧信号と参照電圧との関係を示す図。
【図5】実施形態に係る計測装置のコンピュータの動作を示すフローチャート。
【図6】実施形態に係る診断装置のコンピュータの動作を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、実施形態の部分放電信号検出システム、診断システム、部分放電信号検出方法および検出装置を、図面を参照して説明する。
図１は、実施形態に係る診断システム１００の構成を示す概略図である。診断システム１００は、対象電力機器２００の部分放電信号を検出し、対象電力機器２００の状態を診断する。対象電力機器２００は、例えば変圧器や回転機などの電力機器である。診断システム１００は、部分放電信号検出システムの一例である。
対象電力機器２００は、箱体２１０と機器本体２２０とを備える。機器本体２２０は、接地された箱体２１０に収容されている。
図１は、実施形態に係る診断システム１００の構成を示す概略図である。診断システム１００は、対象電力機器２００の部分放電信号を検出し、対象電力機器２００の状態を診断する。対象電力機器２００は、例えば変圧器や回転機などの電力機器である。診断システム１００は、部分放電信号検出システムの一例である。
対象電力機器２００は、箱体２１０と機器本体２２０とを備える。機器本体２２０は、接地された箱体２１０に収容されている。
【0010】
診断システム１００は、計測装置１１０と診断装置１５０とを備える。計測装置１１０は、対象電力機器２００の箱体２１０に取り付けられる。計測装置１１０は、箱体２１０に収容されている機器本体２２０との間の浮遊容量を介して箱体２１０の表面に形成される電位を計測する。診断装置１５０は、計測装置１１０の計測値に基づいて、対象電力機器２００の状態の診断を行う。なお、１台の診断装置１５０は、複数の計測装置１１０から計測値を取得し、複数の対象電力機器２００の状態を診断してもよい。
【0011】
図２は、実施形態に係る計測装置１１０の構成を示す概略図である。
計測装置１１０は、部分放電センサ１１１、データ生成回路１１２、コンピュータ１１３、無線通信機１１４を備える。計測装置１１０は、構成の簡易化のため電池によって稼働する。
計測装置１１０は、部分放電センサ１１１、データ生成回路１１２、コンピュータ１１３、無線通信機１１４を備える。計測装置１１０は、構成の簡易化のため電池によって稼働する。
【0012】
部分放電センサ１１１は、箱体２１０の表面に形成される電位を計測する。部分放電センサ１１１は、計測した電位に応じたアナログ信号を生成する。部分放電センサ１１１は、例えば過渡接地電圧検出センサである。
【0013】
データ生成回路１１２は、部分放電センサ１１１が出力するアナログ信号に基づいて、部分放電信号を量子化する。部分放電センサ１１１とデータ生成回路１１２とは同軸ケーブルなどを介して接続される。データ生成回路１１２は、アンプ回路１２１、フィルタ回路１２２、ＡＤ変換回路１２３、クロック回路１２４を備える。アンプ回路１２１は、部分放電センサ１１１が出力したアナログ信号を増幅する。アンプ回路１２１は、低雑音アンプによって実現される。フィルタ回路１２２は、クロック回路１２４のクロック信号の周波数の１／２以下の信号を通過させることで、不要な高周波信号を除去する。つまりフィルタ回路１２２は、ローパスフィルタである。ＡＤ変換回路１２３は、クロック回路１２４が出力するクロック信号に従ったタイミングでフィルタ回路１２２が出力する信号を量子化する。クロック回路１２４は、第１周波数でクロック信号を出力する。クロック回路１２４が出力するクロック信号の周期を第１周期とすると、ＡＤ変換回路１２３は、第１周期ごとに量子化した部分放電信号の計測値を出力する。以下、部分放電信号の計測値（標本）を放電信号値ともいう。
【0014】
コンピュータ１１３は、プロセッサ１３１、メインメモリ１３２、ストレージ１３３、ＤＭＡコントローラ１３４、インタフェース１３５を備える。
プロセッサ１３１は、計測プログラムをストレージ１３３から読み出してメインメモリ１３２に展開し、当該計測プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１３１は、計測プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ１３２に確保する。プロセッサ１３１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
プロセッサ１３１は、計測プログラムをストレージ１３３から読み出してメインメモリ１３２に展開し、当該計測プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１３１は、計測プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ１３２に確保する。プロセッサ１３１の例としては、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphic Processing Unit）、マイクロプロセッサなどが挙げられる。
【0015】
ＤＭＡコントローラ１３４は、プロセッサ１３１の指示に従って、データ生成回路１１２が生成した放電信号値を逐次メインメモリ１３２に記録する。プロセッサ１３１は、ＤＭＡコントローラ１３４によるデータの転送アドレスや、無線通信機１１４によるデータ送信の転送サイズの設定を行う。
インタフェース１３５は、周辺機器とのデータの伝送のために、伝送用のデータ変換を行う。データ生成回路１１２および無線通信機１１４は、インタフェース１３５を介してコンピュータ１１３に接続される。
インタフェース１３５は、周辺機器とのデータの伝送のために、伝送用のデータ変換を行う。データ生成回路１１２および無線通信機１１４は、インタフェース１３５を介してコンピュータ１１３に接続される。
【0016】
無線通信機１１４は、コンピュータ１１３による送信指示に基づいて放電信号値の時系列を無線通信により診断装置１５０に送信する。無線通信機１１４は、無線通信に係るプロトコルに基づいて放電信号値の時系列のデータ分割およびヘッダの付加を伴うフレーミング処理を行う。無線通信機１１４は、フレーミングされた放電信号値の時系列を所定の通信方式で送信する。無線通信機１１４は、送信部の一例である。
【0017】
図３は、実施形態に係る診断装置１５０の構成を示す概略図である。
診断装置１５０は、変圧器１５１、電源回路１５２、サンプル数演算回路１５３、無線通信機１５４、コンピュータ１５５を備える。
診断装置１５０は、変圧器１５１、電源回路１５２、サンプル数演算回路１５３、無線通信機１５４、コンピュータ１５５を備える。
【0018】
変圧器１５１は、対象電力機器２００と同一の外部交流電源から電力供給を受け、降圧した電力を出力する。変圧器１５１は電力入力部の一例である。
電源回路１５２は、変圧器１５１が出力した電力を直流に変換し、診断装置１５０の各処理部に供給する。
電源回路１５２は、変圧器１５１が出力した電力を直流に変換し、診断装置１５０の各処理部に供給する。
【0019】
サンプル数演算回路１５３は、変圧器１５１が出力する電力波形を解析し、計測装置１１０による放電信号値の時系列における交流電力の１周期に対応するサンプル数を演算する。サンプル数演算回路１５３は、ＡＤ変換回路１６１、クロック回路１６２、クロス検出回路１６３、カウンタ回路１６４、乗算回路１６５、除算回路１６６を備える。ＡＤ変換回路１６１は、クロック回路１６２が出力するクロック信号に従ったタイミングで、変圧器１５１が出力する電圧信号を量子化する。クロック回路１６２は、第２周波数でクロック信号を出力する。クロック回路１６２が出力するクロック信号の周期を第２周期とすると、ＡＤ変換回路１６１は、第２周期ごとに電圧信号を量子化する。以下、量子化された電圧信号を電圧値という。ＡＤ変換回路１６１は、サンプリング部の一例である。
【0020】
クロス検出回路１６３は、ＡＤ変換回路１６１が生成した電圧値を監視し、電圧値が所定の参照電圧Ｖｒｅｆ未満から参照電圧Ｖｒｅｆ以上になった第１タイミングと、電圧値が参照電圧Ｖｒｅｆ以上から参照電圧Ｖｒｅｆ未満になった第２タイミングとを検出する。図４は、実施形態に係る電圧信号と参照電圧Ｖｒｅｆとの関係を示す図である。カウンタ回路１６４は、クロック回路１６２が出力するクロック信号に基づいて、第１タイミングｔ１から第２タイミングｔ２までのクロック数と、第２タイミングｔ２から次の第１タイミングｔ３までのクロック数とをカウントする。カウンタ回路１６４は、第１タイミングから第２タイミングまでのクロック数と、第２タイミングから次の第１タイミングまでのクロック数の和を電源電力の１周期に係るカウント数として出力する。参照電圧Ｖｒｅｆは、電圧信号の１周期における最低限の範囲内の値に設定される。カウンタ回路１６４は、周期算出部の一例である。
乗算回路１６５は、カウンタ回路１６４が算出したカウント数に、クロック回路１６２のクロック信号の周期（第２周期）を乗算する。この計算は、カウント数を第２周波数で除算することと等価である。
除算回路１６６は、乗算回路１６５が出力したカウント数を、クロック回路１２４のクロック信号の周期（第１周期）で除算する。この計算は、カウント数に第１周波数を乗算することと等価である。除算回路１６６は計算結果の整数部を出力する。除算回路１６６の出力結果は、計測装置１１０による放電信号値の時系列における交流電力の１周期に対応するサンプル数となる。
乗算回路１６５は、カウンタ回路１６４が算出したカウント数に、クロック回路１６２のクロック信号の周期（第２周期）を乗算する。この計算は、カウント数を第２周波数で除算することと等価である。
除算回路１６６は、乗算回路１６５が出力したカウント数を、クロック回路１２４のクロック信号の周期（第１周期）で除算する。この計算は、カウント数に第１周波数を乗算することと等価である。除算回路１６６は計算結果の整数部を出力する。除算回路１６６の出力結果は、計測装置１１０による放電信号値の時系列における交流電力の１周期に対応するサンプル数となる。
【0021】
無線通信機１５４は、計測装置１１０から無線通信により放電信号値の時系列を格納したフレームを受信し、ヘッダの除去およびデータの結合を伴うデフレーミング処理を行い、得られた放電信号値の時系列をコンピュータ１５５に出力する。無線通信機１５４は、受信部の一例である。
【0022】
コンピュータ１５５は、プロセッサ１７１、メインメモリ１７２、ストレージ１７３、ＤＭＡコントローラ１７４、インタフェース１７５を備える。
プロセッサ１７１は、診断プログラムをストレージ１７３から読み出してメインメモリ１７２に展開し、当該診断プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１７１は、診断プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ１７２に確保する。
プロセッサ１７１は、診断プログラムをストレージ１７３から読み出してメインメモリ１７２に展開し、当該診断プログラムに従って上記処理を実行する。また、プロセッサ１７１は、診断プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ１７２に確保する。
【0023】
ＤＭＡコントローラ１７４は、プロセッサ１７１の指示に従って、無線通信機１５４が受信した放電信号値の時系列をメインメモリ１７２に記録する。
インタフェース１７５は、周辺機器とのデータの伝送のために、伝送用のデータ変換を行う。サンプル数演算回路１５３および無線通信機１５４は、インタフェース１７５を介してコンピュータ１５５に接続される。
インタフェース１７５は、周辺機器とのデータの伝送のために、伝送用のデータ変換を行う。サンプル数演算回路１５３および無線通信機１５４は、インタフェース１７５を介してコンピュータ１５５に接続される。
【0024】
またプロセッサ１７１は、メインメモリ１７２に記録された放電信号値の時系列から、交流電力の周期のＮ倍に係る部分時系列を抽出し、部分時系列に基づいて対象電力機器２００の状態を診断する。なおＮは、１以上の整数である。
【0025】
図５は、実施形態に係る計測装置１１０のコンピュータ１１３の動作を示すフローチャートである。
プロセッサ１３１は、ＤＭＡコントローラ１３４によってメインメモリ１３２に記録される放電信号値のサンプル数を計算する（ステップＳ１）。プロセッサ１３１は、メインメモリ１３２に記録された放電信号値のサンプル数が、予め計算された送信閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。送信閾値は、以下の式（１）によって求められる。
プロセッサ１３１は、ＤＭＡコントローラ１３４によってメインメモリ１３２に記録される放電信号値のサンプル数を計算する（ステップＳ１）。プロセッサ１３１は、メインメモリ１３２に記録された放電信号値のサンプル数が、予め計算された送信閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。送信閾値は、以下の式（１）によって求められる。
【0026】
【数1】
【0027】
式（１）においてＤｔｈは送信閾値である。Ｔ０，ｎは、対象電力機器２００に供給される交流電力の周期の定格値である。Ｔ１，ｎは、クロック回路１２４の周期の定格値（第１周期）である。Ｄｅｒｒは、交流電力の公称誤差、クロック回路１２４の周波数の公称誤差ｆ１，ｅｒｒ、クロック回路１６２の周波数の公称誤差ｆ２，ｅｒｒに基づく余裕数である。例えば、余裕数Ｄｅｒｒは、以下の条件を満たすように設定される。
【0028】
【数2】
【0029】
放電信号値のサンプル数が送信閾値Ｄｔｈ以上でない場合（ステップＳ２：ＮＯ）、放電信号値のサンプル数の監視を継続する。他方、放電信号値のサンプル数が送信閾値Ｄｔｈ以上である場合（ステップＳ２：ＹＥＳ）、プロセッサ１３１は、ＤＭＡコントローラ１３４にメインメモリ１３２に記録された放電信号値の時系列を無線通信機１１４に伝送する指示を出力する（ステップＳ３）。ＤＭＡコントローラ１３４は、無線通信機１１４に伝送した放電信号値の時系列をメインメモリ１３２から削除する。また、プロセッサ１３１は、無線通信機１１４に放電信号値の時系列を診断装置１５０に送信する指示を出力する（ステップＳ４）。これにより、無線通信機１１４は、無線通信により放電信号値の時系列を診断装置１５０に送信する。なお、送信閾値Ｄｔｈは交流電力の公称誤差に基づいて決定されるため、交流電力の周期が変動したとしても、送信される放電信号値の時系列は、少なくともＮ周期より長い期間に係る時系列となる。
【0030】
図６は、実施形態に係る診断装置１５０のコンピュータ１５５の動作を示すフローチャートである。
プロセッサ１７１は、ＤＭＡコントローラ１７４に無線通信機１５４が受信した放電信号値の時系列をメインメモリ１７２に記録させる指示を出力する（ステップＳ２１）。次に、プロセッサ１７１は、サンプル数演算回路１５３から交流電源１周期分のサンプル数を取得する（ステップＳ２２）。ここで取得されるサンプル数は、放電信号値の時系列の受信直前の周期についてサンプル数演算回路１５３が計算したサンプル数である。なお、サンプル数演算回路１５３によって演算されるサンプル数Ｄ０は、以下の式（３）で示される。
プロセッサ１７１は、ＤＭＡコントローラ１７４に無線通信機１５４が受信した放電信号値の時系列をメインメモリ１７２に記録させる指示を出力する（ステップＳ２１）。次に、プロセッサ１７１は、サンプル数演算回路１５３から交流電源１周期分のサンプル数を取得する（ステップＳ２２）。ここで取得されるサンプル数は、放電信号値の時系列の受信直前の周期についてサンプル数演算回路１５３が計算したサンプル数である。なお、サンプル数演算回路１５３によって演算されるサンプル数Ｄ０は、以下の式（３）で示される。
【0031】
【数3】
【0032】
式（３）においてＣは、カウンタ回路１６４が出力するカウント値である。カウント値Ｃは、以下の式（４）で示される。
【0033】
【数4】
【0034】
Ｔ０は、交流電力の実際の周期であり、Ｔ２は、クロック回路１６２の周期（第２周期）である。上記式（３）、式（４）から、サンプル数Ｄ０が、周期Ｔ０の交流電力を第１周期でサンプリングしたときのサンプル数とほぼ一致することが分かる。なお、交流電力の周期の誤差は、クロック回路の周期の誤差と比較して有意に大きい。
【0035】
プロセッサ１７１は、メインメモリ１７２に記録されたＤｔｈ個の放電信号値からなる時系列から、Ｎ×Ｄ０個の放電信号値からなる部分時系列を抽出する（ステップＳ２３）。プロセッサ１７１は、部分時系列を抽出する抽出部の一例である。プロセッサ１７１は、抽出した部分時系列をＮ個に分割することでＮ個の単位時系列を生成し（ステップＳ２４）、単位時系列の総和を求めることで交流電源１周期の長さの強調波形を得る（ステップＳ２５）。部分放電は交流電力の位相に対応して発生するため、Ｎ個の単位時系列それぞれにおいて部分放電のピーク位相は略一致する。したがって、単位時系列の総和である強調波形は、部分放電が強調された波形となる。プロセッサ１７１は、強調波形を生成するデータ生成部の一例である。
【0036】
プロセッサ１７１は、強調波形を高速フーリエ変換することで、周波数スペクトルに変換する（ステップＳ２６）。プロセッサ１７１は、周波数ごとのスペクトル強度とステップＳ２２で得た交流電源１周期分のサンプル数との組み合わせに基づいて、対象電力機器２００の状態を診断する（ステップＳ２７）。つまり、プロセッサ１７１は、診断装置の一例である。プロセッサ１７１は、例えば機械学習によって得られた学習済みモデルを用いて状態を求める。
【0037】
具体的には、プロセッサ１７１は、以下の手順で学習された学習済みモデルを用いることができる。機械学習モデルとしては、例えばニューラルネットワークモデルを用いることができる。
予め、実験によってノイズのない環境で所望の欠陥を生じた機器から部分放電信号を得ておく。また予め実験によって対象電力機器２００の設置個所における環境ノイズ信号を得ておく。部分放電信号と環境ノイズ信号を加算した信号から生成された強調波形の周波数ごとのスペクトル強度と交流電源１周期分のサンプル数の組み合わせを入力サンプルとし、欠陥種を示すワンホットベクトルを出力サンプルとする学習用データセットを用意する。ワンホットベクトルは、Ｎ個の欠陥状態と１つの「欠陥無し」状態を示すＮ＋１次元のベクトルであって、１つの要素のみが１であり、他の要素が０であるベクトルである。上記学習用データセットを用いて、機械学習モデルのパラメータを、入力サンプルが入力されたときに出力サンプルの値が出力されるよう更新することで、学習済みモデルを得ることができる。プロセッサ１７１は、強調波形から得られた周波数ごとのスペクトル強度と交流電源１周期分のサンプル数の組み合わせを学習済みモデルに入力し、得られたベクトルのうち最も値の大きい要素に対応する状態を出力する。
予め、実験によってノイズのない環境で所望の欠陥を生じた機器から部分放電信号を得ておく。また予め実験によって対象電力機器２００の設置個所における環境ノイズ信号を得ておく。部分放電信号と環境ノイズ信号を加算した信号から生成された強調波形の周波数ごとのスペクトル強度と交流電源１周期分のサンプル数の組み合わせを入力サンプルとし、欠陥種を示すワンホットベクトルを出力サンプルとする学習用データセットを用意する。ワンホットベクトルは、Ｎ個の欠陥状態と１つの「欠陥無し」状態を示すＮ＋１次元のベクトルであって、１つの要素のみが１であり、他の要素が０であるベクトルである。上記学習用データセットを用いて、機械学習モデルのパラメータを、入力サンプルが入力されたときに出力サンプルの値が出力されるよう更新することで、学習済みモデルを得ることができる。プロセッサ１７１は、強調波形から得られた周波数ごとのスペクトル強度と交流電源１周期分のサンプル数の組み合わせを学習済みモデルに入力し、得られたベクトルのうち最も値の大きい要素に対応する状態を出力する。
【0038】
プロセッサ１７１による計算結果は、表示装置に出力され、表示される。
【0039】
このように、上述の実施形態によれば、計測装置１１０は、部分放電センサ１１１が計測した計測値を第１の周期でサンプリングすることで放電信号値の時系列を生成し、放電信号値の時系列を診断装置１５０に送信する。また診断装置１５０は、対象電力機器２００に供給される交流電力の周期を求め、算出した周期と第１の周期とに基づいて、放電信号値の時系列から交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する。これにより、上述の実施形態に係る診断システム１００は、交流電力の周期に対応する部分放電信号を検出することができる。
【0040】
特に、上述の実施形態によれば、診断システム１００は計測装置１１０と診断装置１５０との同期をとることなく、部分放電信号を検出することができる。これにより、計測装置１１０と診断装置１５０との時計合わせが不要となり、計測装置１１０と診断装置１５０とを独立した装置として制御することができる。また、計測装置１１０において交流電力の周期を求める必要がないため、計測装置１１０を電池駆動とし、小型化することができる。なお、他の実施形態に係る計測装置１１０は、対象電力機器２００と同じ交流電力によって駆動するものであってもよい。また、他の実施形態に係る計測装置１１０と診断装置１５０とは、有線通信によって接続されてもよい。
【0041】
また、上述の実施形態によれば、計測装置１１０は、交流電力の定格周期に、交流電力の周期の誤差およびクロック回路の周期の誤差に鑑みた余裕数を加算した時間に係る放電信号値の時系列を送信する。これにより、交流電力の周期やクロック回路の周期の変動によらず、十分なデータサイズの放電信号値の時系列を診断装置１５０に供給することができる。なお、他の実施形態に係る計測装置１１０は、交流電力の周期の誤差またはクロック回路の周期の誤差によらずに放電信号値の時系列を送信してもよい。例えば計測装置１１０は、計測された放電信号値を逐次診断装置１５０に送信してもよい。
【0042】
また、上述の実施形態に係る診断装置１５０は、交流電力の周期のＮ倍の時間に係る部分時系列を１周期に係るＮ個の単位時系列に分割し、Ｎ個の単位時系列を加算した強調波形を生成する。これにより、診断装置１５０は、部分放電が強調された波形を得ることができる。なお、他の実施形態に係る診断装置１５０は、Ｎ個の単位時系列の平均を求めることで強調波形を生成してもよい。また、他の実施形態に係る診断装置１５０は、Ｎ個の単位時系列の平均を求めることで強調波形を生成してもよい。交流電力の１周期に係る部分時系列を抽出し、強調波形を生成しなくてもよい。
【0043】
以上説明した少なくともひとつの実施形態によれば、部分放電センサ１１１が計測した計測値を第１の周期でサンプリングすることで放電信号値の時系列を生成し、放電信号値の時系列を診断装置１５０に送信する計測装置１１０と、対象電力機器２００に供給される交流電力の周期を求め、算出した周期と第１の周期とに基づいて、放電信号値の時系列から交流電力の周期の整数倍の時間に係る部分時系列を抽出する診断装置１５０とを持つことにより、交流電力の周期に対応する部分放電信号を検出することができる。
【0044】
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同様に、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ものである。
【0045】
他の実施形態においては、コンピュータ１１３およびコンピュータ１５５は、図２、３に示す構成に加えて、または代えてＰＬＤ（Programmable Logic Device）などのカスタムＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit）を備えてもよい。ＰＬＤの例としては、ＰＡＬ(Programmable Array Logic)、ＧＡＬ(Generic Array Logic)、ＣＰＬＤ(Complex Programmable Logic Device)、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）が挙げられる。この場合、プロセッサ１３１またはプロセッサ１７１によって実現される機能の一部または全部が当該集積回路によって実現されてよい。このような集積回路も、プロセッサの一例に含まれる。
【符号の説明】
【0046】
１００…診断システム １１０…計測装置 １１１…部分放電センサ １１２…データ生成回路 １１３…コンピュータ １１４…無線通信機 １２１…アンプ回路 １２２…フィルタ回路 １２３…ＡＤ変換回路 １２４…クロック回路 １３１…プロセッサ １３２…メインメモリ １３３…ストレージ １３４…ＤＭＡコントローラ １３５…インタフェース １５０…診断装置 １５１…変圧器 １５２…電源回路 １５３…サンプル数演算回路 １５４…無線通信機 １５５…コンピュータ １６１…ＡＤ変換回路 １６２…クロック回路 １６３…クロス検出回路 １６４…カウンタ回路 １６５…乗算回路 １６６…除算回路 １７１…プロセッサ １７２…メインメモリ １７３…ストレージ １７４…ＤＭＡコントローラ １７５…インタフェース ２００…対象電力機器 ２１０…箱体 ２２０…機器本体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】