JP4258386B2 - 絶縁診断装置 - Google Patents

Description

本発明は絶縁診断装置に係り、特に、電力系統におけるケーブル等の電気設備の絶縁劣化傾向を判断するものに好適な絶縁診断装置に関する。

電気設備の絶縁劣化は、時間的に進展し、最終的には地絡事故や短絡事故に至る場合が多い。絶縁劣化の進展メカニズムは、複雑であるが、概ね次の２ケースのモードが一般的である。

まず、第１のケースは、ケーブル被覆や導体支持絶縁体の傷や劣化部分から電流が漏れ始め、その漏洩電流により発生する熱，圧力，イオン等により傷や劣化が進展し、漏洩電流が増加する場合である。

他のケースは、ケーブル等に見られるケースで、絶縁物にツリー状に水分が浸透して一気に絶縁破壊が発生し、その後、絶縁回復する場合である。

後者は間欠弧光地絡と言われ、現象が短時間で終了し、且つ再現性がないため、検出が難しい。

しかし、最近の電気設備は、間欠弧光地絡電流を活線状態で検出する技術の要求と、設備計画停止の予定が立てられる、予測診断技術の要求がある。

従来は、接地電圧変成器（以降、ＧＰＴと略記する。）の中性点と大地との間に開閉装置を設け、通常運転時は閉路し、絶縁劣化診断時に開路して開閉装置の両極に直流電圧を印加し、電気設備から大地への漏洩電流を計測しその結果が予め定めた基準値を超過している場合には電気設備を停止させ、電力線の絶縁劣化を個々に検査していた。しかし、この装置で計測し異常と判断されたケーブルでも、実使用上は問題なく使用できるもの、あるいは正常と判断されても実使用では異常となるものが有った。これは、測定は直流で実施し、実使用は交流電圧で使用する条件の違いと印加電圧の微妙な違いによるものである。測定を実使用と同じ交流電圧で実施しようとしても電源等の試験装置が大型化し、しかも零相監視が必要となってしまう。

また、（特許文献１）では、基準の線間電圧信号、及び他の２相分の線間電圧信号のそれぞれと零相電流検出により地絡信号を取り出し、その位相から地絡相を判断し、また零相電流により事故回線を判断しているが、間欠弧光地絡は持続時間が短いため検出が難しく地絡検出及び事故回線の判断はできなかった。

また、（特許文献２）では、零相電圧，零相電流及び線間電圧を入力しているため、間欠弧光地絡であっても劣化相の判定と事故回線の特定を行えるが、ノイズなどによる微弱電流を検出してしまい、誤って間欠弧光地絡や事故回線と判断される場合があった。

特開平４−４２７２６号公報 特開平６−３００８０７号公報

このように上記従来の技術では、実使用状態では電力設備を停止させて絶縁劣化を検査する必要があり、しかも、検査結果が信頼性に乏しく、また、間欠弧光地絡時の地絡検出及び事故回線の判断が難しい嫌いがあった。

本発明の目的は、実使用状態での電力設備を停止させることなく、絶縁劣化が診断できることは勿論、間欠弧光地絡発生時には、地絡発生の有無及び事故回線を特定できる絶縁診断装置を提供することにある。

本発明は、電力系統の線間電圧と、零相電圧，零相電流を検出して電気工作物の絶縁を診断する絶縁診断装置で、間欠弧光地絡を算出する演算処理部を備え、零相電流と零相電圧のピーク値の積和結果により事故回線を特定し、出力部より遠隔地からも事故回線の判断ができることを特徴とする。

以上のように本発明によれば、実使用状態での電力設備を停止させることなく絶縁劣化の診断が可能となり、しかも、間欠弧光地絡発生時には、地絡発生の有無及び事故回線を特定できるので、重大事故を未然に防止できる効果がある。

本発明が適用される絶縁診断装置の概略構造を図１を用いて説明する。

図１は、絶縁診断装置の構成を示している。入力部１で外部より信号を入力し、ＣＰＵ３で演算処理を行い、入力信号及び演算結果はメモリ４に蓄積される。また、表示部５で演算結果や警報表示を行い、出力部６で演算結果や警報信号を外部出力できる構成となっている。

図２は、絶縁診断装置及び遠隔監視用現場監視装置を備えた高圧配電系統設備を示すもので、該図に示す高圧配電系統設備は、変圧器７に接続される遮断器８と、これに接続される母線１５と、母線１５から引き出される複数のフィーダ用遮断器９〜１２，接地変圧器１３，各相毎に配置された零相変流器５０〜５３とから概略構成されている。これらの高圧配電系統設備における絶縁劣化検出を行うため、零相変流器５０〜５３から零相電流Ｉ₀、接地変圧器１３から線間電圧と零相電圧を取り出して絶縁診断装置１４に入力している。さらに検出結果を上位の現場監視装置１６に出力し、現場監視装置１６自体でＷｅｂ端末１８等、遠隔地に情報発信できる構成としている。

本発明の一実施例である絶縁診断装置１４は、接地変圧器１３から零相電圧Ｖ０と線間電圧Ｖ１−２，Ｖ２−３，Ｖ３−１を、零相変流器５１〜５４のいずれか１つから零相電流Ｉ０をそれぞれ信号として取り込む。その処理内容は図３に示すように、接地変圧器１３の零相電圧Ｖ０の高周波電圧をＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ２０で変換し、実効値・整定値処理部２１で実効値演算及び整定値との比較演算を行い、整定値以上の時、線間電圧Ｖ１−２，Ｖ２−３，Ｖ３−１を位相シフト処理部３６〜３８で位相シフト変換し、ここで位相シフト変換された相電圧（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相電圧）との積総和を積・総和処理部２６〜２８で演算し、次いで最大値処理部２９で最大値を演算し、結果を表示部３３〜３５で相別に表示する。ＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ演算部は、線間電圧Ｖ１−２，Ｖ２−３，Ｖ３−１を位相シフト処理部３６〜３８で位相を３０度シフトさせて相電圧に変換後、立下り検出処理部２２〜２４で相電圧の立下りを検出し、結果をＯＲ処理部２５でＯＲした信号によりＰＥＡＫ−ＨＯＬＤのリセットが行われる。相電圧に変換後、立下りでＰＥＡＫ−ＨＯＬＤをリセットする理由は、演算結果（相電圧とＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ値の積和演算）が最大の感度となるのは、相電圧の立下り前でも演算結果が低下するためである。

一方、実効値・整定値処理部２１で実効値演算及び整定値比較演算した結果を、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相相電圧と位相領域検出処理部３９〜４１で位相領域を比較演算し、ＯＲ処理部４２でＯＲした信号（例えばＲ相）と図６に示す相判別をするための領域（斜線部分のＲ相）とが一致し、タイマ処理部４３にて零相電圧のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ値５周期分の移動平均最大値が整定値を越えた場合、６４Ｋ動作処理部４４で６４Ｋを動作させる構成としている。

図７に、タイマの演算例を示す。零相波形が図のように発生したとき、零相ピーク値は最大３０Ｖとなるが、零相波形の５周期分の移動平均最大値は２４Ｖとなり、１秒間あたりの零相移動平均最大値は２４Ｖとなる。５周期分の移動平均最大値を判断材料にすることで、ノイズなどによる誤判断を防止できる。また、タイマの整定値は、過去の実験結果より間欠弧光地絡現象の発生頻度が０.１秒から０.５秒以内に多く、５秒以上発生することがないことに着目し１秒としている。よって、１秒経過する毎に零相ピーク値，零相移動平均最大値，１秒間あたりの零相移動平均最大値をリセットする。

以上のような演算を実施すると、間欠弧光地絡時発生する高周波の零相電圧を確実に検出でき、６４Ｋ（間欠地絡過電圧継電器）を動作させることが可能となる。

更に、図２に示す零相変流器５０〜５３にいずれか１つの零相電流の高周波成分をPEAK−ＨＯＬＤ４５で変換し、その結果とＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ２０で演算された零相電圧を積和処理部４６で積和演算し、結果が＋であった場合はＡＮＤ処理部４７でＡＮＤ演算し、６４Ｋ動作処理部４４の６４Ｋが動作していれば事故回線表示部４８で事故回線と表示する。積和処理部４６の結果が＋であれば事故回線と特定できる理由は、地絡時は事故点のある回路に向かって電流が流れるため、事故点のある零相電流と零相電圧が同位相となるが、事故点のない回線は零相電流と零相電圧が逆位相となるため、零相電圧と零相電流の積和を取ることにより、事故点を含むか含まないかが判断できる。よって、以上のような演算を実施すると、間欠弧光地絡時に、確実に事故回線か否かが判断できる。

また、図１に示す出力部６より、メモリ４に記憶した計測値，事故回線，判定結果，警報の情報を遠隔監視用の現場監視装置１６などの外部装置に出力し、遠隔地においても計測値，事故回線，判定結果，警報の情報を参照可能としている。

図４は、絶縁診断装置及び遠隔監視用現場監視装置を備えた電気設備の構成例を示している。図２との違いは、電気設備と絶縁監視装置との接続構成が異なっており、図２では各フィーダに１つ絶縁診断装置があったのに対し、図４では全体で絶縁診断装置が１つとなっている。

本発明の一実施例である絶縁診断装置１４′は、図４に示すような非接地系の高圧配電系統設備において、接地変圧器１３から零相電圧と線間電圧を、また複数の零相変流器
５０〜５３からそれぞれ検出された零相電流Ｉ₀１〜Ｉ₀４を信号として取り込む。

図５は、絶縁診断装置１４′の機能ブロック図を示している。図３との違いは、零相電流の入力が複数となっているため、それに伴いＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ８５〜８８，積和処理部８９〜９２，ＡＮＤ処理部９３〜９６，事故回線表示部９７〜１００が零相電流の入力回路分準備されており、事故回線の判断が複数同時に可能な構成となっている。

本発明の一実施例である絶縁診断装置１４′の処理内容は、図５に示すように、接地変圧器１３の零相電圧Ｖ０の高周波電圧をＰＷＡＫ−ＨＯＬＤ６０で変換し、実効値，整定値処理部６１で実効値演算及び整定値との比較演算を行い、整定値以上の時、線間電圧
Ｖ１−２，Ｖ２−３，Ｖ３−１を位相シフト処理部７６〜７８で位相シフト変換し、ここで位相シフト変換された相電圧（Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相電圧）との積総和を積・総和処理部
６６〜６８で演算し、次いで最大値処理部６９で最大値を演算し、結果を６４Ｋ動作演算結果とＡＮＤ処理部７０〜７２でＡＮＤ演算し、結果を表示部７３〜７５で相別に表示する。ＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ演算部は、線間圧力Ｖ１−２，Ｖ２−３，Ｖ３−１を位相シフト処理部７６〜７８で位相を３０度シフトさせて相電圧に変換後、立下り検出処理部６２〜６４で相電圧の立下りを検出し、結果をＯＲ処理部６５でＯＲした信号によりＰＥＡＫ−ＨＯＬＤのリセットが行われる。立下りでＰＥＡＫ−ＨＯＬＤをリセットする理由は、絶縁診断装置１４で説明と同様の理由による。

一方、実効値・整定値処理部６１で実効値演算及び整定値との比較演算をした結果を、Ｒ相，Ｓ相，Ｔ相相電圧と位相領域検出処理部７９〜８１で位相領域を比較演算し、ＯＲ処理部８２でＯＲした信号と図６に示す領域と演算結果が一致し、タイマ処理部８３にて零相電圧のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ値５周期分の移動平均最大値が整定値を越えた場合、64Ｋ動作処理部８４で６４Ｋを動作させる構成としている。零相電圧のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ値５周期分の移動平均最大値を判断材料にした理由と整定値については絶縁診断装置１４と同様である。

更に、零相変流器５１〜５４それぞれの零相電流の高周波成分をＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ85〜８８で変換し、その結果とＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ６０で演算された零相電圧を積和処理部８９〜９２で積和演算し、結果が＋であった場合はＡＮＤ処理部９３〜９６でＡＮＤ演算し、６４動作処理部８４の６４Ｋが動作していれば、事故回線表示部９７〜１００で事故回線と表示する。積和処理部８９〜９２の結果が＋であれば事故回線と特定できる理由は、地絡時は事故点のある回線に向かって電流が流れるため、事故点のある回線は、零相電流と零相電圧が同位相となるが、事故点のない回線は零相電流と零相電圧が逆位相となるため、零相電圧と零相電流の積和を取ることにより、事故点を含む回線が判断できる。

また、絶縁診断装置１４と同様に、メモリ４に記憶した計測値，事故回線，判定結果，警報の情報を遠隔監視用の現場監視装置１６などの外部装置に出力し、遠隔地においても計測値，事故回線，判定結果，警報の情報を参照可能としている。

本発明の絶縁診断装置の一実施例を示したブロック図である。 本発明の一実施例の絶縁診断装置を備えた電気設備の構成例を示した図である。 本発明の絶縁診断装置の一実施例における演算処理を示すブロック図である。 本発明の他の実施例の絶縁診断装置を備えた電気設備の構成を示した図である。 本発明の絶縁診断装置の他の実施例における演算処理を示すブロック図である。 本発明の絶縁診断装置の一実施例における動作位相領域の説明図である。 本発明の絶縁診断装置の一実施例におけるタイマ演算例の説明図である。

符号の説明

１…入力部、２…電源部、３…ＣＰＵ、４…メモリ、５…表示部、６…出力部、７…変圧器、８…遮断器、９〜１２…フィーダ用遮断器、１３…接地変圧器、１４…絶縁診断装置、１５…母線、１６…現場監視装置、１９…遠隔監視センタ、２１…実効値・整定値処理部、３６〜３８…位相シフト処理部、３９〜４１…位相領域検出処理部、４３…タイマ処理部、４４…６４Ｋ動作処理部、４５…ＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ、４６…積和処理部、４７…ＡＮＤ処理部、５１〜５４…零相変流器。

Claims (2)

1. 接地変圧器からの零相電圧を信号として取り込み、該零相電圧の高周波電圧をＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理する第１のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理部と、複数の零相変流器のいずれか１つからの零相電流を信号として取り込み、該零相電流の高周波電流をＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理する第２のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理部と、
   前記第１のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理部でＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理した結果と前記零相電圧の高周波電圧の実効値演算及び整定値との比較演算を行う実効値・整定値処理部と、
   該実効値・整定値処理部での整定値との比較演算が整定値以上の場合に、前記接地変圧器から取り込まれる線間電圧を位相シフト変換する位相シフト処理部と、
   該位相シフト処理部で前記線間電圧の位相をシフトさせて相電圧に変換したら該相電圧の立下りを検出する立下り検出処理部と、
   該立下り検出処理部での検出結果をＯＲ処理し、このＯＲ処理した信号により前記ＰＥＡＫ−ＨＯＬＤをリセットする第１のＯＲ処理部と、
   前記実効値・整定値処理部で実効値演算及び整定値比較演算した結果を、相電圧の位相領域と比較演算する位相領域検出処理部と、
   該位相領域検出処理部での演算結果した結果をＯＲ処理する第２のＯＲ処理部と、
   該第２のＯＲ処理部でＯＲ処理された信号と前記相電圧の位相領域とが一致し、前記零相電圧のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ値５周期分の移動平均最大値が整定値を越えた場合、６４Ｋを動作させる６４Ｋ動作処理部と、
   前記第１のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理部での処理結果と前記第２のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ処理部での処理結果を積和演算する積・和処理部と、
   該積・和処理部での演算結果が正であること及び前記６４Ｋ動作処理部で６４Ｋが動作していることのＡＮＤ条件で事故回線と表示する事故回線表示部と、
   を備えていることを特徴とする絶縁診断装置。
2. 前記零相電圧のＰＥＡＫ−ＨＯＬＤ値５周期分の移動平均最大値が整定値を越えたことを判断するタイマ処理部を備え、該タイマ処理部の動作タイマの時限を０.１〜１.０秒に設定したことを特徴とする請求項１記載の絶縁診断装置。

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