电力设备的部分放电检测方法以及部分放电检测装置

摘要

该部分放电检测装置(10)检测多次的放电，求出多次的放电的时间间隔(Ti)，在以比阈值时间(Tth)短的时间间隔(Ti)发生了放电的情况下，判别为在金属容器(2)内发生了部分放电，在仅以比阈值时间(Tth)长的时间间隔(Ti)发生了放电的情况下，判别为在金属容器(2)外发生了放电。因此，能够容易地识别在气体绝缘开闭装置(1)的金属容器(2)内发生的部分放电和在金属容器(2)外发生的放电。

说明书

技术领域

本发明涉及电力设备的部分放电检测方法以及部分放电检测装 置，特别涉及在封入了绝缘气体的金属容器内设置有导体、且导体以 及金属容器之间被施加高电压的电力设备中检测金属容器内的部分 放电的电力设备的部分放电检测方法以及部分放电检测装置。

背景技术

气体绝缘开闭装置等电力设备一般成为如下构造：将高电压部位 收纳于接地的金属容器内，能够针对来自外部的访问确保安全性。在 这样的电力设备中，高电压部位与接地部位之间通过固体绝缘物、绝 缘气体等而被绝缘。

但是，在以下情况下，存在绝缘性能降低而导致绝缘破坏的担心： 金属容器内由于某种原因而混入了金属异物的情况；由于高电压应力 而固体绝缘物发生了劣化的情况；形成了电场集中到高电压部位那样 的形状的突起的情况；形成了成为浮置电位的浮置电极的情况。因此， 为了将电力设备的绝缘破坏防患于未然而提高可靠性，重要的是检测 作为绝缘性能降低的预兆的部分放电。

在例如日本特开平10-26650号公报(专利文献1)中，公开了如 下部分放电诊断方法：在部分放电脉冲的时间间隔的频度分布中产生 了2个峰的情况下，导电性异物引起FIREFLY(萤飞)，判断为绝 缘破坏的危险度高。在0～40μs的区域和40μs以上的区域中分别产生 频度分布的峰。另外，FIREFLY是指，导电性异物以在高电压部位 垂直地突出那样的状态运动。

另外，在检测部分放电的情况下，需要识别电力设备内的部分放 电和在电力设备外发生的放电所致的电磁噪声。例如，有时在从架空 线向电力设备导入电流的套管前端的屏蔽物部、架空线的绝缘子沿面 等中发生放电所致的电磁噪声。该电磁噪声的频谱与电力设备内的放 电类似，所以难以通过以往技术进行识别。

在例如日本特开2005-156452号公报(专利文献2)中，公开了 如下方法：制作某个部分放电的电压相位角和直至接下来的部分放电 发生为止的时间间隔的相关图，根据该相关图的图案来识别电力设备 内的部分放电和外部噪声。

专利文献1：日本特开平10-26650号公报

专利文献2：日本特开2005-156452号公报

发明内容

但是，在专利文献1中，即便能够检测导电性异物引起 FIREFLY，也无法识别部分放电和外部噪声。

另外，在专利文献2中，制作某个部分放电的电压相位角和从该 部分放电起至接下来的部分放电为止的时间间隔的相关图，根据该相 关图的图案来识别电力设备内的部分放电和外部噪声，所以存在识别 方法变得复杂这样的问题。另外，未公开使用该相关图来区分部分放 电和噪声的方案，而且，也未公开使用放电的时间间隔来区分部分放 电和噪声的方案。

因此，本发明的主要的目的在于提供一种电力设备的部分放电检 测方法以及部分放电检测装置，能够容易地识别在电力设备内发生的 部分放电和在电力设备外发生的放电。

本发明的电力设备的部分放电检测方法，在封入了绝缘气体的金 属容器内设置有导体、且导体以及金属容器之间被施加商用频率或者 商用频率以下的频率的交流高电压的电力设备中检测金属容器内的 部分放电，包括：第1步骤，检测多次的放电；以及第2步骤，求出 多次的放电的时间间隔，在以比预先决定的阈值时间短的时间间隔发 生了放电的情况下，判别为在金属容器内发生了部分放电，在仅以比 阈值时间长的时间间隔发生了放电的情况下，判别为在金属容器外发 生了放电。

另外，本发明的电力设备的部分放电检测装置，在封入了绝缘气 体的金属容器内设置有导体、且导体以及金属容器之间被施加商用频 率或者商用频率以下的频率的交流高电压的电力设备中检测金属容 器内的部分放电，具备：放电传感器，检测多次的放电；以及判别部， 求出多次的放电的时间间隔，在以比预先决定的阈值时间短的时间间 隔发生了放电的情况下，判别为在金属容器内发生了部分放电，在仅 以比阈值时间长的时间间隔发生了放电的情况下，判别为在金属容器 外发生了放电。

在本发明的电力设备的部分放电检测方法以及部分放电检测装 置中，求出多次的放电的时间间隔，在以比预先决定的阈值时间短的 时间间隔发生了放电的情况下，判别为在金属容器内发生了部分放 电，在仅以比阈值时间长的时间间隔发生了放电的情况下，判别为在 金属容器外发生了放电。因此，能够容易地识别在电力设备内发生的 部分放电和在电力设备外发生的放电。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式1的气体绝缘开闭装置的部分放电 检测装置的结构的框图。

图2是示出图1所示的部分放电检测装置的动作的流程图。

图3是示出对图1所示的高电压导体施加的交流电压和部分放电 的关系的时间图。

图4是示出存在在图1所示的气体绝缘开闭装置中引起放电的担 心的放电源的图。

图5是示出在图4所示的高电压突起中发生的放电的时间间隔的 频度的直方图。

图6是示出在图4所示的浮置电极中发生的放电的时间间隔的频 度的直方图。

图7是示出在图4所示的沿面缺陷中发生的放电的时间间隔的频 度的直方图。

图8是示出在图4所示的屏蔽物突起中发生的放电的时间间隔的 频度的直方图。

图9是用于说明在SF₆气体中的放电和大气中的放电中时间间隔 不同的理由的图。

图10是示出本发明的实施方式2的部分放电检测装置的动作的 流程图。

图11是示出本发明的实施方式3的部分放电检测装置的动作的 流程图。

(符号说明)

1：气体绝缘开闭装置；2：金属容器；3：高电压导体；4：支撑 体；5：套管；6：屏蔽物；7：SF₆气体；10：部分放电检测装置；11： 放电传感器；12：检波部；13：峰值判定部；14：A/D变换部；15： 数字信号处理部；16：放电判定部；17：报告部；20：高电压突起； 21：浮置电极；22：内部缺陷；23：沿面缺陷；24：金属异物；25： 屏蔽物突起；30：棒状电极；31：平板电极；32、33：部分放电形成 区域。

具体实施方式

[实施方式1]

本发明的实施方式1的部分放电检测装置10如图1所示，检测 气体绝缘开闭装置1(电力设备)内的部分放电。气体绝缘开闭装置 1具备金属容器2。金属容器2形成为圆筒状，其两端被塞口。在金 属容器2内设置了高电压导体3。高电压导体3与金属容器2同轴状 地配置，其中央部被由绝缘材料形成的支撑体4支撑。金属容器2被 接地。高电压导体3与金属容器2之间被施加商用频率(50Hz或者 60Hz)的交流高电压。

另外，在金属容器2的外周面的一方端部设置了套管5以及屏蔽 物6。高电压导体3的一端经由套管5以及屏蔽物6而与架空线(未 图示)连接。另外，在金属容器2内，封入了SF₆(六氟化硫)气体 7作为绝缘气体。也可以代替SF₆气体，封入氮、空气、CO₂(二氧 化碳)、CF₄(四氟化碳)那样的卤族气体等、或者它们的混合气体。

部分放电检测装置10具备：放电传感器11、检波部12、峰值判 定部13、A/D(Analog/Digital：模拟/数字)变换部14、数字信号处 理部15、放电判定部16以及报告部17。作为放电传感器11，例如使 用检测从放电放射的电磁波的电磁波天线。

另外，从放电放射的电磁波的频率分量是从几KHz至几GHz 的宽频带，所以需要选择没有外来噪声的频率来提高S/N(signal/ noise：信号/噪声)比。外来的电磁波噪声存在如下倾向：在低频区 域多，越成为高频则变得越小。因此，作为通过电磁波天线检测的电 磁波，一般选择几百MHz以上的频率频带、被称为所谓UHF带的频 带的电磁波。

另外，作为放电传感器11，也可以代替电磁波天线而使用AE (AcousticEmission：声发射)传感器、面电流传感器、接地线电流 检测器等捕捉发生放电的信号的装置。

检波部12将放电传感器11的输出信号变换为能够在后级的电路 中容易地处理的波形的信号。峰值判定部13比较检波部12的输出信 号的峰值VH和规定的阈值电压Vth，仅使检波部12的输出信号中的、 具有比规定的阈值电压Vth大的峰值VH的信号通过后级的电路。A/D 变换部14将通过了峰值判定部13的模拟信号变换为数字信号。

数字信号处理部15测量来自A/D变换部14的数字信号和接下 来输入的数字信号的时间间隔Ti，对时间间隔Ti的发生频度(次) 进行直方图化。放电判定部16根据由数字信号处理部15制作出的直 方图，判别放电是在金属容器2内发生的部分放电还是在金属容器2 外发生的放电，并输出表示判别结果的信号φ16。

具体而言，放电判定部16判别在由数字信号处理部15制作出的 直方图中在规定的阈值时间Tth以下是否存在频度，并根据判别结果 来生成信号φ16。阈值时间Tth是100μs。

在阈值时间Tth以下存在频度的情况下，放电判定部16判别为 在金属容器2内发生了部分放电，使信号φ16成为活性化电平的“H” 电平。另外，在阈值时间Tth以下不存在频度的情况下、即仅在阈值 时间Tth以上存在频度的情况下，放电判定部16判别为在金属容器2 外发生了放电，使信号φ16成为非活性化电平的“L”电平。另外， 关于在阈值时间Tth以下是否存在频度和放电的关系，将在后面详细 说明。

在信号φ16成为“H”电平的情况下，报告部17对气体绝缘开 闭装置1的使用者报告在金属容器2内发生了部分放电的意思。作为 报告方法，有在监视器的画面中显示文字、图像等的方法，使用蜂鸣 器等而通过声音报告的方法，使用灯等而通过光报告的方法等。

图2是示出部分放电检测装置10的动作的流程图。在步骤S1 中，通过放电传感器11检测放电。在步骤S2中，放电传感器11的 输出信号被检波部12检波，并被变换为易于由电路处理的波形的信 号。在步骤S3中，通过峰值判定部13判别检波部12的输出信号的 峰值VH是否大于规定的阈值电压Vth，在并非是VH>Vth的情况下， 返回到步骤S1，在Vh>Vth的情况下，进入到步骤S4。

在步骤S4中，通过A/D变换部14将通过了峰值判定部13的信 号变换为数字信号，根据该数字信号，由数字信号处理部15测量各 连续的2次的放电的时间间隔Ti。另外，在步骤S5中，由数字信号 处理部15对时间间隔Ti的频度进行直方图化。

在步骤S6中，通过放电判定部16判别在直方图中在阈值时间 Tth以下是否存在频度，在不存在频度的情况下返回到步骤S1，在存 在频度的情况下进入到步骤S7。阈值时间Tth是100μs。在步骤S7 中，由报告部17向气体绝缘开闭装置1的使用者报告在金属容器2 内发生了部分放电、即引起绝缘破坏的可能性高。据此，使用者进行 气体绝缘开闭装置1的维护。

接下来，说明在气体绝缘开闭装置1中发生的放电。放电是如果 以1个单体观察则从发生至消失在几ns至几十ns内以脉冲方式发生 的高速现象。另外，放电具有根据条件以从几μs以下至几ms的时间 间隔Ti连续地发生的特征。放电的时间间隔Ti根据放电源而不同。 另外，放电还具有针对施加电压的连动性，与电压相位同步地在相位 角度大体相同的地方重复的情形较多。通常大部分在50Hz～60Hz内 运用施加电压，所以电压1周期的时间是约16ms至20ms。

图3(a)是示出对高电压导体3施加的交流电压VAC的波形的 时间图，图3(b)是示出放电传感器11的输出信号φ11的时间图， 图3(c)是将图3(b)的A部放大了的图。在图3(a)～(c)中， 示出了2个周期的交流电压VAC，交流电压VAC按照正弦波状变化。 在脉冲状的波形中观测1次的放电，在施加电压VAC的某个特定的 相位角处观测放电脉冲。在图3(a)～(c)中，示出了在交流电压 VAC的最大电压附近发生的部分放电。关于部分放电以哪个相位角度 与交流电压VAC连动，这根据放电源而不同。

图4是示出有在气体绝缘开闭装置1中引起放电的担心的放电源 20～25的图。在图4中，作为有引起气体绝缘开闭装置1的部分放电 的担心的放电源，有高电压导体3的突起(高电压突起)20、虽然附 着到高电压导体3但与高电压导体3切断了电连接的浮置电极21、支 撑体4的内部缺陷22、支撑体4的沿面部的缺陷(沿面缺陷)23、混 入到SF₆气体的金属异物24等。另外，作为有在气体绝缘开闭装置1 中引起外部放电的担心的放电源，有安装到套管5前端的屏蔽物6的 突起(屏蔽物突起)25。

在放电源的类别明确地不同的情况下，能够根据与施加电压周期 联动的放电的特征来确定放电源的类别。但是，在如高电压突起20 和屏蔽物突起25那样放电源的类别相同的情况下，难以根据与施加 电压周期联动的放电的特征来识别它们。如果利用放电的时间间隔 Ti的特征，则能够识别高电压突起20和屏蔽物突起25。

如图3(a)～(c)所示，在交流电压VAC的半周期内发生多个 部分放电的情况较多，此处所称的放电时间间隔Ti是指在交流电压 VAC的半周期内出现的2个部分放电的时间差。根据时间差的定义， 还包括与交流电压VAC的半周期相当的时间间隔Ti，但这样的时间 间隔Ti的发生频度少，在电压相位的半周期内发生的部分放电的时 间间隔Ti的发生频度多。

图5～图8分别是示出在高电压突起20、浮置电极21、沿面缺陷 23、屏蔽物突起25中发生了的放电的时间间隔Ti的频度的直方图。 图5～图7示出在SF₆气体中发生了的放电，图8示出在大气中发生了 的放电。在图5～图8中各自存在特征，但在SF₆气体中的放电中，从 几μs附近起产生频度(图5～图7)，相对于此，在大气中的放电中， 如果不成为约100μs以上，则不产生频度。

因此，如果利用图5～图8的特性，则测量放电的时间间隔Ti， 并制作表示时间间隔Ti的频度的直方图，如果将阈值时间Tth设定 为100μs，则能够识别SF₆气体中的放电和大气中的放电。即，在仅 在100μs以下检测到放电频度的情况下、或者在100μs以上以及100μs 以下检测到放电频度的情况下，可以判别为在SF₆气体中(在金属容 器2内)发生了部分放电。另外，在仅在100μs以上检测到放电频度 的情况下，可以判别为在大气中(金属容器2外)发生了放电。因此， 能够仅在金属容器2内发生了部分放电的情况下报告该意思。

接下来，说明根据发生放电的气体的种类而放电的时间间隔Ti 不同的理由。图9(a)是示意地示出SF₆气体中的部分放电的状态的 图，图9(b)是示意地示出大气中的放电的状态的图。不论在图9(a) (b)中的哪一个的情况下，都使棒状电极30的前端隔开规定的间隙 而与平板电极31的表面相向地配置，在棒状电极30的基端与平板电 极31之间施加交流电压VAC，使在棒状电极30的前端部发生部分放 电。如从图9(a)(b)可知，相比于SF₆气体中的部分放电形成区 域32，大气中的部分放电形成区域33更大。

此处，说明部分放电的发生的情形。在气体中，由于宇宙射线的 碰撞能量等而从气体分子电离了的电子以一定的比例存在。如果对棒 状电极30施加电压，则这样的电子被电场加速而与气体分子碰撞， 发生使电子增加的电子雪崩。如果电子雪崩发展为某种程度的大小， 则发生被称为流光(steamer)放电的放电。它是部分放电。通过下式 (1)表示流光的形成条件。

[式1]

$\ln N={\int }_0^{Xc}\left\{\frac{\alpha -\eta }{p}\right\}dx=K...\left(1\right)$

此处，N是电子的个数，Xc是电子雪崩的生成距离，α是电离 系数，η是电子附着系数，x是距离，K是10至13的常数，p是气体 压力。(α-η)/p根据气体种类而不同。例如，在SF₆气体的情况下， 通过下式(2)表示。

(α-η)/p＝27.7(E/p-88.9)…(2)

另外，在大气的情况下，通过下式(3)表示。

(α-η)/p＝0.211(E/p-24.0)²…(3)

此处，气体压力p的单位是atm，E是电场，电场E的单位是 kV/cm。

成立条件的距离Xc根据气体种类而不同，在SF₆气体中计算为 几十μm，在大气中计算为几mm。相比于在SF₆气体中，在大气中 流光的成立距离更长，所以如图9(a)(b)所示，部分放电的区域 也必然更大。流光的成立是沿着电力线而形成的，所以如图9(a)(b) 所示，在棒状电极30的情况下，在前端部的周围形成。

在发生了流光或者电子雪崩之后，在发生部分放电那样的不均匀 电场下，电场也急剧降低，所以流光或者电子雪崩的发展也停止。之 后，在空间中生成了的离子残留，这使电场弛豫，所以无法立即发生 接下来的部分放电。因此，产生放电的时间间隔Ti。

另外，成为电场弛豫的原因的离子通过热运动扩散或者通过电场 漂移，所以伴随时间经过，电场弛豫变小。因此，在先前的放电停止 之后，如果对棒状电极30施加电压VAC，则发生接下来的放电。关 于热运动所致的扩散速度和电场所致的漂移速度，空气分子比SF₆分 子快。但是，它们的速度比是2倍程度，关于直至接下来的放电开始 为止的时间，发生电场弛豫的离子的空间的大小的影响更大，如上所 述，大气中的放电需要时间。因此，如图5～图8所示，SF₆气体中的 放电的时间间隔Ti比大气中的放电的时间间隔Ti小。

如以上那样，根据本实施方式1，能够识别部分放电的种类，能 够识别例如发生放电的气体的种类。因此，能够识别SF₆气体中的放 电和大气中的放电，能够识别金属容器2内的部分放电和金属容器2 外的放电。因此，能够防止外部放电所致的部分放电检测装置10的 误动作，能够提高部分放电检测装置10的可靠性。

另外，相比于制作部分放电的电压相位角和时间间隔的相关图、 并根据该相关图的图案识别电力设备内的部分放电和外部噪声的专 利文献2，能够容易地识别在电力设备内发生的部分放电和在电力设 备外发生的放电。

[实施方式2]

图10是示出本发明的实施方式2的部分放电检测装置的动作的 流程图，是与图2对比的图。图10的流程图与图1的流程图的不同 点是步骤S6被步骤S6A置换。

在步骤S6A中，判别直方图中的时间间隔Ti的峰值Tip是否小 于阈值时间Tth(＝100μs)，在Tip>Tth的情况下，判断为在大气中 发生了放电而返回到步骤S1，在Tip<Tth的情况下，判断为在SF₆气体中发生了部分放电而进入到步骤S7。在步骤S7中，向使用者报 告在金属容器2内发生了部分放电。

如从图5～图8可知，不论是什么样的放电源，放电时间间隔Ti 的发生频度都一定具有峰值Tip。在该实施方式2中，根据直方图中 的时间间隔的峰值Tip，识别金属容器2内的部分放电和金属容器2 外的放电，所以能够容易并且正确地识别它们。

[实施方式3]

图11是示出本发明的实施方式3的部分放电检测装置的动作的 流程图，是与图2对比的图。图11的流程图与图2的流程图的不同 点是在步骤S6与S7之间追加了步骤S10～S13。

在步骤S10中，检测表示直方图的偏差状态的半值宽度，判别该 半值宽度落入到小于几μs的第1区域、几μs～300μs的第2区域以及 大于300μs的第3区域中的哪一个区域。例如，利用图5～图7的特性， 在半值宽度落入到第1区域的情况下，在步骤S11中判别为在浮置电 极21中发生了部分放电，在步骤S7中报告该意思。另外，在半值宽 度落入到第2区域的情况下，在步骤S12中判别为在高电压突起20 中发生了部分放电，在步骤S7中报告该意思。另外，在半值宽度落 入到第3区域的情况下，在步骤S13中判别为在沿面缺陷23中发生 了部分放电，在步骤S7中报告该意思。

根据该实施方式3，能够根据直方图的半值宽度来识别金属容器 2内的放电源(放电的原因)。其结果，能够确定故障部位，能够大 幅缩短修复绝缘不良部位的作业时间。因此，能够得到更高级且可靠 性更高的部分放电检测装置。

另外，在上述实施方式1～3中，说明了电力设备是气体绝缘开闭 装置1的情况，但电力设备既可以是气体绝缘变压器，也可以是其他 设备。

应当理解本次公开的实施方式在所有方面仅为例示而不限于此。 并非基于上述说明而是基于权利要求书来表示本发明的范围，意图包 括与权利要求书等同的意义以及范围内的所有变更。