特開 2024-46467 活線診断システム及び活線診断方法

(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】P2024046467

(43)【公開日】2024-04-03

(54)【発明の名称】活線診断システム及び活線診断方法

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/52 20200101AFI20240327BHJP

   G01R 31/56 20200101ALI20240327BHJP

   G01R 31/00 20060101ALI20240327BHJP

【ＦＩ】

G01R31/52

G01R31/56

G01R31/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022151878

(22)【出願日】2022-09-22

(71)【出願人】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001689

【氏名又は名称】青稜弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】額賀 淳

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 深大

【テーマコード（参考）】

2G014

2G036

【Ｆターム（参考）】

2G014AA04

2G014AA16

2G014AB09

2G014AB33

2G036AA20

2G036BA04

(57)【要約】      （修正有）

【課題】活線診断システムであって、活線状態で機器内部の絶縁状態を高精度に検出する。
【解決手段】機器の電力線の入力側に設けられた第1の変流器２と、機器の電力線の出力側に設けられた第２の変流器５と、所定の処理を行う処理部を含む診断装置１００とを有し、処理部は、機器の運用開始時に、第1の変流器２と第２の変流器５の出力をそれぞれ計測して、第２の変流器２の第２の周波数特性をそれぞれ取得し、運用開始時の変流器の周波数特性と運用開始後の変流器の周波数特性を比較して、変化量が所定の閾値を超えた場合に機器の対地絶縁の劣化を検出する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

活線状態で機器の対地絶縁の状態を診断する活線診断システムであって、
前記機器の電力線の入力側に設けられた第1の変流器と、
前記機器の前記電力線の出力側に設けられた第２の変流器と、
前記第1の変流器と前記第２の変流器に接続され、所定の処理を行う処理部を含む診断装置と、を有し、
前記処理部は、
前記機器の運用開始時に、前記第1の変流器と前記第２の変流器の出力をそれぞれ計測して、前記第1の変流器の第１の周波数特性と前記第２の変流器の第２の周波数特性をそれぞれ取得し、
前記第１の周波数特性と前記第２の周波数特性の第１の比を初期値として求め、
前記処理部は、
前記機器の運用開始後に、前記第1の変流器と前記第２の変流器の出力をそれぞれ計測して、前記第1の変流器の第３の周波数特性と前記第２の変流器の第４の周波数特性をそれぞれ取得し、
前記第３の周波数特性と前記第４の周波数特性の第２の比を求め、
前記第２の比の前記第１の比からの変化量が所定の閾値を超えた場合に、前記機器の前記対地絶縁の劣化を検出することを特徴とする活線診断システム。

【請求項2】

前記処理部は、
前記機器の運用開始前に、前記第１の変流器と前記第２の変流器のキャリブレーションを実施して、前記第１の変流器の第１の出力特性と前記第２の変流器の第２の出力特性とを整合させることを特徴とする請求項１に記載の活線診断システム。

【請求項3】

前記処理部は、
定格電流よりも小さい複数の電流値を用いて前記キャリブレーションを実施して、前記第１の出力特性と前記第２の出力特性とを整合させることを特徴とする請求項２に記載の活線診断システム。

【請求項4】

前記第１の変流器には、並列に第１の可変インピーダンスと第１の可変容量が配置されており、
前記第２の変流器には、並列に第２の可変インピーダンスと第２の可変容量が配置されており、
前記処理部は、
前記第１の可変インピーダンス、前記第１の可変容量、前記第２の可変インピーダンス及び前記第２の可変容量をそれぞれ調整することにより、複数の前記電流値を用いて前記キャリブレーションを実施することを特徴とする請求項３に記載の活線診断システム。

【請求項5】

前記処理部は、
前記第1の変流器と前記第２の変流器の出力の差分信号を用いて、前記第１の周波数特性、前記第２の周波数特性、前記第３の周波数特性及び前記第４の周波数特性をそれぞれ求めることを特徴とする請求項１に記載の活線診断システム。

【請求項6】

前記第１の変流器と前記第２の変流器は、
前記機器の内部配線とは電気的に絶縁されるように前記電力線の外部に設置されており、
前記処理部は、
前記活線状態で前記機器の前記対地絶縁の劣化を検出することを特徴とする請求項１に記載の活線診断システム。

【請求項7】

活線状態で機器の対地絶縁の状態を診断する活線診断システムであって、
前記機器の電力線に設けられた変流器と、
前記変流器に接続され、所定の処理を行う処理部を含む診断装置と、を有し、
前記処理部は、
前記機器の運用開始時に、前記変流器の出力を計測して前記変流器の第１の周波数特性を初期値として求め、
前記処理部は、
前記機器の運用開始後に、前記変流器の出力を計測して前記変流器の第２の周波数特性を求め、
前記第２の周波数特性の前記第１の周波数特性からの変化量が所定の閾値を超えた場合に、前記機器の前記対地絶縁の劣化を検出することを特徴とする活線診断システム。

【請求項8】

前記変流器は、
前記機器の内部配線とは電気的に絶縁されるように前記電力線の外部に設置されており、
前記処理部は、
前記活線状態で前記機器の前記対地絶縁の劣化を検出することを特徴とする請求項７に記載の活線診断システム。

【請求項9】

活線状態で機器の対地絶縁の状態を診断する活線診断方法であって、
前記機器の電力線の入力側に第1の変流器を設け、
前記機器の前記電力線の出力側に第２の変流器を設け、
前記機器の運用開始時に、前記第1の変流器と前記第２の変流器の出力をそれぞれ計測して、前記第1の変流器の第１の周波数特性と前記第２の変流器の第２の周波数特性をそれぞれ取得するステップと、
前記第１の周波数特性と前記第２の周波数特性の第１の比を初期値として求めるステップと、
前記機器の運用開始後に、前記第1の変流器と前記第２の変流器の出力をそれぞれ計測して、前記第1の変流器の第３の周波数特性と前記第２の変流器の第４の周波数特性をそれぞれ取得するステップと、
前記第３の周波数特性と前記第４の周波数特性の第２の比を求めるステップと、
前記第２の比の前記第１の比からの変化量が所定の閾値を超えた場合に、前記機器の前記対地絶縁の劣化を検出するステップと、
を有することを特徴とする活線診断方法。

【請求項10】

前記機器の運用開始前に、前記第１の変流器と前記第２の変流器のキャリブレーションを実施するステップと、
前記キャリブレーションにより前記第１の変流器の第１の出力特性と前記第２の変流器の第２の出力特性とを整合させるステップと、
を更に有することを特徴とする請求項９に記載の活線診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、活線診断システム及び活線診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

配電盤、スイッチギヤ、開閉機器等の高電圧機器は、設置されてから長期間使用され、それに伴い絶縁性能の低下等の経年劣化が生じ得る。電力設備の絶縁性能が低下すると、部分放電が発生することが一般的に知られている。電力設備内部で放電（以下、部分放電ともいう）が繰返し発生すると絶縁破壊に至り、火災等の災害につながる可能性がある。したがって、電力設備を安全に運用するには、機器の絶縁性能を検出することが重要である。

【0003】

通常、絶縁抵抗を測定する際には負荷（電気機器）を切り離した状態、つまり停電状態として絶縁抵抗計を回路に設置し、抵抗を計測している。

【0004】

また、特許文献１には、下記に示す絶縁抵抗を検出する技術が開示されている。具体的には、注入用変圧器により機器に低周波信号を接地線に注入し、この信号電圧により絶縁抵抗および対地静電容量を流れ、接地線に帰還する電流を変流器で検出し、フィルターで測定用低周波信号の漏洩電流成分のみを取り出した後、同期整流部で絶縁抵抗成分のみを検出することで電路の絶縁抵抗を測定する方法が用いられる。

【0005】

この方法では、測定可能な絶縁抵抗値は変流器に続くフィルターのノイズ電圧と通過帯域内に含まれるノイズ電圧の大きさにより決まる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平３－２０９１７７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

従来の絶縁抵抗測定では，機器を停電状態として抵抗計測するため、その期間は設備が稼働できなくなり，設備稼働率が低下する問題がある。

【0008】

また、特許文献１の活線状態で計測するために変圧器により低周波信号を注入する方法では、フィルター部でのノイズにより計測可能な抵抗値が制限される問題がある。

【0009】

そこで、本発明の目的は、活線診断システムであって、活線状態で機器内部の絶縁状態を高精度に検出することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の一態様の活線診断システムは、活線状態で機器の対地絶縁の状態を診断する活線診断システムであって、前記機器の電力線の入力側に設けられた第1の変流器と、前記機器の前記電力線の出力側に設けられた第２の変流器と、前記第1の変流器と前記第２の変流器に接続され、所定の処理を行う処理部を含む診断装置とを有し、前記処理部は、前記機器の運用開始時に、前記第1の変流器と前記第２の変流器の出力をそれぞれ計測して、前記第1の変流器の第１の周波数特性と前記第２の変流器の第２の周波数特性をそれぞれ取得し、前記第１の周波数特性と前記第２の周波数特性の第１の比を初期値として求め、前記処理部は、前記機器の運用後に、前記第1の変流器と前記第２の変流器の出力をそれぞれ計測して、前記第1の変流器の第３の周波数特性と前記第２の変流器の第４の周波数特性をそれぞれ取得し、前記第３の周波数特性と前記第４の周波数特性の第２の比を求め、前記第２の比の前記第１の比からの変化量が所定の閾値を超えた場合に、前記機器の前記対地絶縁の劣化を検出することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様によれば、活線診断システムにおいて、活線状態で機器内部の絶縁状態を高精度に検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施例の活線診断システムの装置構成を示す模式図である。

【図2】機器の漏れ電流の成分を示すベクトル図である。

【図3】変流器のキャリブレーションを示す図である。

【図4】変流器の出力特性の変化を示す模式図である。

【図5】周波数特性の直接比較を示す模式図である。

【図6】図４に対応する診断アルゴリズムを示す図である。

【図7】差分信号による診断を示す模式図である。

【図8】図５に対応する診断アルゴリズムを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を用いて本発明の実施例を説明する。なお、各図面において、同一の構成については同一の符号を付し、重複する部分についてはその詳細な説明は省略する。

【実施例0014】

図１を参照して、実施例１の活線診断システムの装置構成について説明する。
配電盤などの盤１の電路の入り口側には変流器２が設けられている。変流器２には並列に可変インピーダンス３と可変容量４が配置されている。盤１の電路の出口側には変流器５を設けられている。変流器５にも並列に可変インピーダンス６と可変容量７が配置されている。盤１の電路の入り口側には、分圧器１３が配置されている。

【0015】

変流器２と変流器５には、所定の処理を行う処理部を含む診断装置１００が接続されている。ここで、処理部は、フーリエ変換部８、信号記憶・比較演算部９、キャリブレーション回路１０、差分処理部１２及びスイッチ１５、１６を有する。

【0016】

処理部は、スイッチ１５、１６を切り替えて、変流器２と変流器５の出力信号がキャリブレーション回路１０又はフーリエ変換部８、信号記憶・比較演算部９及び差分処理部１２にそれぞれ出力されるように制御する。

【0017】

変流器２と変流器５は、機器の内部配線とは電気的に絶縁されるように電力線１１の外部に設置されている。診断装置１００の処理部は、活線状態で機器の対地絶縁の劣化を検出する。

【0018】

盤１内の機器は抵抗分Ｒａと静電容量Ｃａに分けて考えることができる。盤１内の機器が正常な状態であれば機器からの漏れ電流ΔＩａは極めて小さく、機器の対地絶縁抵抗は数ＧΩ以上である。機器の抵抗分Ｒａを流れる電流Ｉａｒと静電容量Ｃａを流れるＩａｃを図２に示すベクトル図で示すと漏れ電流ΔＩａはＩａｒとＩａｃの合成ベクトルで表される。

【0019】

この際、機器の劣化や汚れにより絶縁抵抗Ｒａが低下すると、漏れ電流ΔＩａが大きくなり、ベクトルの角度δが小さくなる。盤１の電路の入り口部への流入電流をＩａとし，出口部からの流出電流をＩａ’とすると，漏れ電流ΔＩａは、ΔＩａ＝Ｉａ－Ｉａ’で表される。このため、変流器２と変流器５の出力信号の差分から漏れ電流ΔＩａを検出することが可能である。

【0020】

しかしながら、漏れ電流が微小電流であるため変流器で検出する信号に流入するノイズが測定精度に大きく影響する。この微小電流を検出するためにはノイズの影響を極力低減する必要がある。コモンモードのノイズは変流器２と変流器５共に流入するため、理論的には変流器２と変流器５の出力信号を差分することで漏れ電流成分が抽出できる。

【0021】

しかし、実際には変流器個々には出力特性があり、出力特性の違いにより同一の入力信号でも出力信号が異なることになる。そのため、微小信号の抽出において単純に差分処理のみでは誤差成分に埋もれてしまう可能性が高い。

【0022】

そこで、本実施例１では、図３に示すように、機器の立ち上げ時に定格電流よりも小さく、少なくとも２種類以上の電流値（Ｉ１、Ｉ２）で変流器２と変流器５をキャリブレーションし、変流器２と変流器５の出力特性を揃える。これにより差分信号におけるノイズの影響を最小限とする。ここで、図３において、横軸は入力電流Ｉであり、縦軸は変圧器出力Ｖである。

【0023】

このように、実施例１では、変流器２に配置された可変インピーダンス３と可変容量４及び変流器５に配置された可変インピーダンス６と可変容量７をそれぞれ調整することにより、変流器２と変流器５のキャリブレーションを複数の電流値で実施して変流器２と変流器５の出力特性を揃える。

【0024】

次に、図４、図５を参照して、機器の絶縁抵抗の変化の判定方法について説明する。

【0025】

上記キャリブレーションにより出力特性を揃えた変流器２と変流器５からの出力信号について、それぞれ個々の信号について周波数特性を運用開始時に初期値として保持する。機器の盤１の内部において絶縁劣化により漏れ電流が生じるようになると、盤１のインピーダンスは変化して対地抵抗値が低下するようになる。

【0026】

これにより、盤１はローパスフィルター（ＬＰＦ）に近い特性を示す。そのため、変流器２での出力信号の周波数特性と変流器５での周波数特性では、間に盤１が入ることで違いが生じる。具体的には変流器５では高周波成分が低下していくこととなる（図４参照）。

【0027】

最初に、図４及び図６を参照して、機器の絶縁抵抗の変化の判定方法について説明する。

【0028】

図４の判定方法は、運用開始時の初期値における変流器２の周波数特性と変流器５の周波数特性の比と、運用開始後の変流器２の周波数特性と変流器５の周波数特性の比とを比較する方法である。

【0029】

この判定方法の利点は、比を評価関数として用いて、運用開始時と運用開始後の周波数特性の比を比較することにより、劣化要因以外での信号の絶対量の変化を相殺できることである。

【0030】

図６を参照して、評価アルゴリズムについて説明する。
最初に、運用開始前に、変流器２と変流器５のキャリブレーションを実施して、定格電流よりも小さい電流値で変流器２と変流器５の出力特性を揃える（ステップ６０１）。

【0031】

次に、運用開始時に、変流器２と変流器５の出力を計測して周波数特性を取得する（ステップ６０２）。具体的には、変流器２と変流器５の出力信号の周波数特性をフーリエ変換部８と信号記憶・比較演算部９で取得して、変流器２と変流器５の出力信号を周波数成分として記憶する。

【0032】

次に、変流器２と変流器５のそれぞれの周波数特性の比をとり（ステップ６０３）、上記の比を初期値とする（ステップ６０４）。

【0033】

次に、運用開始後に、変流器２と変流器５の信号を取得して周波数特性を取得する（ステップ６０５）。次に、変流器２と変流器５のそれぞれの周波数特性の比をとる（ステップ６０６）。

【0034】

次に、上記の比（運用開始後）の初期値からの変化量が閾値を超えているかを判定する（ステップ６０７）。上記の比の初期値からの変化量が閾値を超えている場合は、抵抗低下の警告を行う（ステップ６０８）。上記の比の初期値からの変化量が閾値を超えていない場合は、ステップ６０５に戻る。

【0035】

電力線１１の基本周波数は商用周波数の波であるが、高調波成分も含まれている。機器の絶縁抵抗が劣化していない状態では接地抵抗はほぼ無限大とみなせる程大きい。このため、変流器２と変流器５に流れる電流の周波数成分は等しい。強度は高周波成分が小さいが比をとることによって高周波成分の変化についても評価できる。

【0036】

初期状態では変流器２と変流器５の周波数特性の比は１近傍となる。この比を初期値として記憶する。機器の絶縁抵抗が劣化し漏れ電流が発生した場合には接地抵抗が低下する。

【0037】

機器のインピーダンスは変化し、機器の容量成分を通過して高周波成分が漏洩することになり機器はＬＰＦとして作用する。これにより、変流器５の周波数特性では高周波成分が低下する。同時に変流器２と変流器５の比においても変化が現れ、変流器５の値を分子とすれば比の値は高周波成分が低下する。比の初期値との比較を行い、閾値を超える周波数成分が生じた場合に絶縁抵抗の異常を警告する。

【0038】

変流器２と変流器５は電力線１１の外部に設置するものであり、盤１の内部の配線とは電気的に絶縁されており、活線状態でも変流器２と変流器５の出力信号は検出可能である。この出力信号を分析することにより活線状態での盤１の絶縁劣化状況を高精度に判定できる。

【0039】

次に、図５及び図８を参照して、機器の絶縁抵抗の変化の他の判定方法について説明する。

【0040】

図５の判定方法は、同じ変流器５の初期周波数特性（運用開始時）と経過時間後（運用開始後）の周波数特性を直接比較する方法である。

【0041】

図８を参照して、評価アルゴリズムについて説明する。
最初に、運用開始前に、変流器２と変流器５のキャリブレーションを実施して、定格電流よりも小さい電流値で変流器２と変流器５の出力特性を揃える（ステップ８０１）。

【0042】

次に、運用開始時に、変流器５の出力を計測して周波数特性を取得する（ステップ８０２）。具体的には、変流器５の出力信号の周波数特性をフーリエ変換部８と信号記憶・比較演算部９で取得して、変流器５の出力信号を周波数成分として記憶する。

【0043】

次に、変流器５の出力を初期値とする（ステップ８０３）。次に、運用開始後に、変流器５の信号を取得して周波数特性を取得する（ステップ８０４）。

【0044】

次に、上記の周波数特性（運用開始後）の初期値からの変化量が閾値を超えているかを判定する（ステップ８０５）。上記の周波数特性の初期値からの変化量が閾値を超えている場合は、抵抗低下の警告を行う（ステップ８０６）。上記の周波数特性の初期値からの変化量が閾値を超えていない場合は、ステップ８０４に戻る。

【実施例0045】

図７を参照して、実施例２について説明する。
図７に示すように、実施例２では、実施例１の構成において、変流器２と変流器５の差分信号を差分処理部１２（図１参照）で取得し、この差分信号の運用開始時の周波数特性を初期値として保持する。

【0046】

そして、運用開始後の出力信号の周波数特性と比較し、変化量が閾値を超えることを検出することにより絶縁劣化を計測する。

【0047】

上記実施例によれば、活線診断システムであって、活線状態で機器内部の絶縁状態を高精度に検出することができる。