专利名称：气体绝缘设备的局部放电诊断方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及检测气体绝缘设备内部发生的局部放电，诊断气体绝缘设备的异常状态的局部放电诊断方法及系统。
背景技术：
近年来，随着电力供给量的增大及变电站设备的小型化，在金属容器内封装了电绝缘性能、电流切断性能和可靠性都优良的高压SF6气体的气体绝缘设备得到普及。
封装在气体绝缘设备中的SF6气体虽显示出优良的绝缘性能，但却具有在不均匀电场中绝缘特性大幅度降低的特征。作为主要原因可列举各种内部异常，尤其是例如设备内混入了异物、在内部导体上形成了突起以及绝缘衬垫中的空隙等。当存在这些内部异常时，有可能在加上高电压时产生局部放电现象，或者当受到雷击等过电压时最终导至绝缘破坏。
因此，为了将绝缘破坏事故防患于未然，有效的方法之一是高灵敏度地检测可称为绝缘破坏前兆现象的局部放电，至今提出了利用电磁波、声、光、分解气体的检测方法的种种方案。其中，由于使用电磁波的从数百MHz到数GHz的频率范围的信号的方法不易受到噪音的干扰，因而，作为高灵敏度的局部放电的检测方法，正得到积极的研究开发。
这种电磁波的检测传感器如例如专利文献1—日本特许3299547号公报所述，可利用气体绝缘设备配置的传感器对局部放电的电磁波进行高灵敏度的检测。电磁波检测法可利用传感器检测出的信号在噪音少的从数百MHz到数GHz的频率范围内进行频率分析以确认是否存在局部放电信号。另外，如专利文献2—日本特开平10-170596号公报所述，不只是利用频率分析，还提出了根据与所施加的市电频率电压相位同步的相位图案来判断是否产生局部放电的方法。再有，如专利文献3—日本特开2000-224723号公报所述，还提出了将神经网络等的推断手法用于从所检测到的信号判断缺陷种类的方法。
另外，作为确定局部放电的发生位置的方法提出了根据到达二个检测传感器的时间差标定位置的方法，以及如专利文献4—日本特公平7-50147号公报所述，利用电磁波信号的衰减特性以推断气体绝缘设备内的局部放电的位置的方法。
再有，如专利文献5—日本特开平-49362号公报所述，提出了检测由绝缘异常、通电异常、混入微小异物产生的信号，利用专家系统根据与事先储存的信号的关系对异常进行综合诊断，将处理指导、寿命预测等作为结果予以显示的方法。具体的，有关异物长度的推断，提出了可以根据气体绝缘设备所施加的电压和放电电荷量的关系来推断异物长度的方法。但是，其后的研究结果表明，施加电压与放电电荷量特性与异物尺寸不相对应的情况居多。
至今的检测局部放电都是通过对所测定的局部放电大小的评价来评价对气体绝缘设备的绝缘的危险性。即，测定代表放电大小的放电电荷量，当测定到超过所设定的阈值(例如100pC)的放电电荷量时，则作为检测到了异常信号。
然而，在存在电极浮动等缺陷的情况下，存在即使产生数千pC以上的大信号，绝缘破坏的可能性往往也极低的情况。另外，就突起的缺陷而言，可以发现，即使发生同样的放电电荷量，因放电发生位置不同也有绝缘破坏的危险性大不相同的情况。
即，仅通过放电电荷量的评价不能说已对实际设备的危险状态进行了评价，有必要为气体绝缘设备的可靠性而正确地评价其危险状态。另外，由于局部放电产生的电磁波的频率成分及大小随气体绝缘设备的电路结构及金属容器的大小而变化，因而存在不能正确诊断的问题。
发明内容
本发明鉴于上述现有技术存在的问题，其目的在于提供一种能高灵敏度地检测局部放电、对绝缘异常的状态正确地进行诊断的气体绝缘设备的局部放电诊断方法及系统。
为了实现上述发明目的，本发明的气体绝缘设备的局部放电诊断方法是，在气体绝缘设备内检测由异物产生的局部放电信号并诊断气体绝缘设备异常状态的诊断方法中，其特征是使用根据所检测到的局部放电信号的信号强度、上述气体绝缘设备的结构尺寸导出的异物存在的位置的电场分布来推断缺陷尺寸。特别是在异物为突起的场合，其特征是上述电场分布使用电场强度及电场不均匀度。
或者，对所检测到的局部放电信号进行频率分析，根据由这种频率分析所得到的分析波形或与对气体绝缘设备所施加的频率同步的局部放电的电压相位分布(图案)来推断异物的缺陷种类；并根据多个上述局部放电信号来推断缺陷位置和信号强度；对每种所诊断的缺陷种类，使用上述信号强度和上述缺陷位置的电场分布来推断缺陷尺寸。再有，其特征是根据预先按照缺陷种类设定的，缺陷位置和导体表面电场与电场不均匀度的关系来求得上述缺陷位置的电场分布。
本发明的气体绝缘设备的局部放电诊断系统，其特征是，具有对来自设置在气体绝缘设备内的局部放电检测器的信号进行频率分析的频率分析部；根据由该频率分析结果得到的信号来进行缺陷种类判断的缺陷种类判断部；根据多个检测信号来进行缺陷位置的标定的位置标定部；根据由这些得到的缺陷种类、缺陷位置和由测定得到的信号强度及气体绝缘设备的结构来计算缺陷尺寸的缺陷尺寸运算部。
再者，其特征是具有根据缺陷尺寸和缺陷种类评价绝缘破坏的危险性的危险度评价部。
下面，说明本发明的作用。在上述专利文献5中，记载了能根据气体绝缘设备的施加电压与放电电荷量的关系来推断异物的长度。但是，根据本发明的发明人的研究，放电大小，即放电电荷量与施加电压没有依赖关系，而依赖于异物存在场所的电场分布。即，为了正确地推断异物的长度，必须采用根据异物存在场所的电场分布的方法。总之，缺陷种类为突起的场合，使用可以有效地表现电场分布的、异物存在场所的电场强度和电场不均匀度。缺陷种类为沿衬垫表面附着的异物时，使用沿衬垫表面方向的电场强度。这样，就能算出正确的异物长度。
采用本发明的局部放电诊断方法，为了表现上述的电场分布，具有表示气体绝缘设备的构造及各场所的电场强度、电场不均匀度、沿衬垫表面方向的电场强度的构造数据库。除此以外，还具有用于判断缺陷种类的缺陷种类数据库，用于标定位置的电磁波传输衰减量等的标定数据库，用于计算缺陷尺寸的表示缺陷尺寸和放电大小的关系的缺陷尺寸数据库。进而，还具有危险度评价所必须的过电压破坏数据库、长时间破坏数据库，使用这些数据库则可高精度地诊断气体绝缘设备的状态。
另外，在对局部放电电磁波进行频率分析并计算信号强度时，受到所测定的频带及金属容器(罐)尺寸的影响。因此，换算为作为基准的频率和罐尺寸并计算信号强度。这样，由于能正确地推断异物尺寸，因而能正确地掌握气体绝缘设备的异常状态，可以进行高可靠性的维修。
本发明具有的明显效果是可以正确地实施对气体绝缘设备的绝缘异常状态的诊断，进而可以根据所得到的危险度来进行对维修的指导。即，可以从现在进行的那种定期检修的维修进一步发展到当检测到局部放电、危险级别达到一定值以上时才进行检修。因此，可以大幅度地减少维修费用。
图1是本发明的一个实施例的气体绝缘设备的局部放电诊断系统的结构图。
图2是局部放电(电磁波)的波形图。
图3是局部放电电磁波的频率分析的波形图。
图4是表示所检测到的二个局部放电信号的产生场所和信号强度的特性图。
图5是放电电荷量与信号强度的关系的特性图。
图6是使用了信号切换器的诊断系统的部分结构图。
图7是突起长度不同时的导体表面电场强度与信号强度的关系的特性图。
图8是突起长度不同时的电场不均匀度与信号强度的关系的特性图。
图9是突起长度不同时的导体表面电场强度—电场不均匀度—信号强度的特性图。
图10是缺陷尺寸的推断处理的流程图。
图11是突起的主体的结构数据库的结构图。
图12是突起的主体的位置标定数据库的结构图。
图13是突起的主体的缺陷尺寸数据库的结构图。
图14是雷击和交流过电压的破坏电压与缺陷尺寸的关系的特性图。
图15是产生雷击冲击电压的发生概率的分布图。
图16是产生断路器浪涌电压的发生概率的分布图。
图17是各种缺陷的因长时间施加电压引起的绝缘破坏电压的特性图。
图18是破坏可能性的计算处理的流程图。
图19是表示诊断结果的显示例子的说明图。
图20是表示对于危险度的指导例子的说明图。
图21是沿衬垫表面附着异物的异物长度不同的情况下的沿衬垫表面方向电场与信号强度的关系的特性图。
图22是游离异物的异物长度不同时的罐底面电场强度与信号强度的关系的特性图。
图23是沿衬垫表面附着异物的情况下的结构数据库的结构图。
图24是表示相对于各种缺陷的放电特征和指导例子的说明图。
图25是局部放电脉冲的频率特性图。
图26是根据所测定的频率特性来换算信号强度的模式图。
图27是根据所测定的频率特性来换算信号强度的另一个例子的模式图。
图28是表示噪音衰减时的频率标志的特性图。
图29是使用了神经网络的突起长度推断的模式图。
图30是气体绝缘开关装置和简要的局部放电诊断系统的结构图。
图31是表示从突起的局部放电的模式图。
图32是表示从沿衬垫表面附着异物的局部放电的模式图。
图33是气体绝缘开关装置和移动式局部放电诊断系统的结构图。
具体实施例方式
下面，参照附图详细说明本发明的实施例。
实施例1图30表示在气体绝缘开关装置中使用了本发明的结构图，表示了可进行经常监视的系统构成。气体绝缘开关装置是将断路开关55、断路器54、接地开关53、母线57、避雷器58、变流器52、变压器56容纳在具有接地电位的金属容器内，并将绝缘性能和断路性能优良的SF6气体封装其中的装置。
电力从架空电线或电力电缆通过绝缘套管51或电缆终端盒引入设备内，并对支撑在金属容器内部的衬垫上的母线57、断路器54、断路开关55供电。在电力引入处的绝缘套管51附近安装有用于抑制雷击等的过电压的避雷器58，还在适当的位置设有测定电压的变压器56和测定电流的变流器52。
当在这样的气体绝缘设备内部存在绝缘异常时，由于导致短路事故，因而防止短路事故成为重要的任务。特别是由于气体绝缘设备做成具有接地电位的金属容器，虽然做成具有从外部防止电击的安全结构，但由于是密闭结构故而有必要从外部监视内部的异常。
图30中，利用设置在金属容器内部的检测器5检测设备内部的异常信号，检测到的信号通过同轴电缆传输到配置在检测器附近的频率分析部(检测单元)11。由频率分析部11进行了频率分析的信号利用E/O变换器61变换成光信号，并利用光缆通过设置于监视室等的O/E变换器62连接在监视单元60上。监视单元60根据多个检测器检测到的信号信息进行局部放电发生场所的确定、缺陷种类的判断并对绝缘破坏的危险性进行评价。
图30是在处于经常监视的情况下，做成将检测单元配置在气体绝缘设备附近，将监视单元配置在监视室中的结构。虽然在功能上是相同的，但也可以做成将检测单元和监视单元布置在一起以便搬运的移动式装置使用。
图33表示使用了移动式局部放电诊断系统的结构图。在使用移动式局部放电诊断系统63时，利用电缆同时连接配置在气体绝缘设备内部的检测器的信号端子和移动式装置进行使用，且与配置在气体绝缘设备内部的各检测器连接并测定来自检测器的信号。另外，即使没有配置在气体绝缘设备内部，通过将外部检测用的检测器安装在衬垫或绝缘套筒等电磁波信号泄漏部分，也可以进行同样的测定。
图1表示在气体绝缘开关装置的母线部分中采用了本发明的结构图。本气体绝缘开关装置的诊断系统在气体绝缘设备内设有检测由异物产生的局部放电信号的多个检测器5，和对所检测到的局部放电信号进行频率分析的频率分析部11。另外，还设有根据由频率分析得到的分析波形或者与对气体绝缘设备所加的电压频率同步的局部放电的电压相位来推断异物的缺陷种类的缺陷判断部12，和根据多个检测器的局部放电信号推断缺陷位置和信号强度的位置标定部13。进而，还设有对所推断的每种缺陷使用信号强度和异物的缺陷位置的电场分布以推断缺陷尺寸的缺陷尺寸运算部14。下面，对各部分进行详细的说明。
在圆筒状的金属容器(罐)1中，利用绝缘衬垫等绝缘物来支撑高电压(中心)导体2，并将SF6气体等绝缘气体封装到金属容器1内。图1表示异物31是附着于高电压导体2上的“突起”的例子，从异物31的前端产生的局部放电辐射电磁波。
除图1所示的突起以外，还存在附着于衬垫上的沿衬垫表面附着的异物、在金属容器1内因静电势而自由运动的浮游异物、在衬垫内存在的空隙、衬垫与金属电极的剥离或衬垫裂纹、屏蔽罩与螺栓等金属物接触不良形成的浮动电极等。这些不同种类的缺陷产生与突起的场合同样的局部放电，且辐射源于那些局部放电的电磁波。所辐射的电磁波在金属容器内传输，并利用设置在金属容器的手操作孔部分3中的检测器5进行检测。
图2表示用检测器检测出的检测信号的波形。图2(a)是用图1的检测器5a检测出的波形，图2(b)是用检测器5b检测出的波形。SF6气体中所产生的局部放电的电流波形是前沿非常陡峭的1ns(纳秒)以下的脉冲波形，由此产生的电磁波信号也具有直到数GHz的高频区域。
利用电磁波的检测方法是检测其频率范围为数百MHz-数GHz的信号的方法，采用这种方法可以避免检测主要在数百MHz以下的频带所使用的称为广播波及通信波的影响很大的噪声信号，及在数百MHz以下发生的气体中的电晕放电。检测器(天线)5具有可检测这些数百MHz-数GHz的高频信号这样的检测特性，并检测以如图2所示的振动波形(横轴为时间，纵轴为电压)36的信号。
所检测出的信号通过同轴电缆等传输高频信号的高频电缆传输到频率分析部11。频率分析部11做成可利用频率滤波器、频率调制或超外差方式等进行不同频率信号强度分析的结构。另外，频率分析部11即使不用频率分析部的硬件，也可以用软件通过对图2的局部放电波形进行傅利叶变换以计算出不同频率的信号强度。
图3表示利用频率分析部检测出的信号波形。图3(a)、图3(b)是500MHz-1500MHz频带的信号强度的频率特性，是将图2(a)、图2(b)的信号分别进行频率分析的结果。另外，图3的虚线是在没有局部放电信号情况下的信号输出(背景噪声信号)，当出现了超过该背景噪声信号的信号时就可以认为发生了局部发电。
图3虽然是利用频率分析部计算出各频带的信号强度，但例如即使不是不同频率的信号强度，即使使用通过500MHz-1500MHz的带通滤波器所得到的信号强度，也可以得到同样的结果。另外，本实施例中所述的500MHz-1500MHz的频带不意味着对频率的限定，只要是在数MHz-数GHz的频率范围内都可以进行同样的处理。
再有，图1中虽具有与多个检测器分别对应的多个频率分析部，但也可以用一个频率分析部。图6表示用一个频率分析部的结构。如图所示，通过采用信号切换部41将来自多个检测器的信号进行切换就可以用一个频率分析部11来进行频率分析。
图1的缺陷种类判断部12根据频率分析部11的频率分析波形的结果或者与施加在绝缘设备上的市电频率同步的局部放电的电压相位图案来进行缺陷种类的判断。
在前一种情况下，预先设定事先测定了的外部噪声的频带，当在该频带检测到信号的情况下，则判定为在气体绝缘设备外部产生的噪声信号。此外，在设备内部的局部放电信号的情况下，则可利用在多个频带中产生信号来确认有无内部局部放电。
在后一种情况下，局部放电的大小依赖于所施加的市电频率的瞬时电压来决定相位图。例如，缺陷种类为突起时，在所施加的交流电压的峰值附近产生信号。缺陷种类为沿衬垫表面的异物时，则具有相位从零点到峰值附近分布这样的相位图案。
利用这样的缺陷种类的特征图案，事先对各种缺陷种类的相位图案进行测定，将其作为教师数据记录在缺陷种类数据库中，使用图案匹配的方法将记录数据和所测定的相位图案进行比较，以推断最相近的缺陷种类。在上述的专利文献3中，作为根据所检测到的信号判断缺陷种类的图案匹配方法使用了利用神经网络推断的方法。
作为判断缺陷种类的方法，也可以通过采用选取相位图案的特征量进行图案识别的方法或者采用模糊系统及子波变换来判断缺陷种类。
图1的位置标定部13在用二个检测器5a、5b检测到信号的情况下，使用500MHz-1500MHz的信号强度的最大值，且使用距离及衬垫等结构物的衰减率来计算放电位置。由于产生局部放电的场所和检测局部放电的检测器5远离，因而，实际上信号从产生局部放电的场所起发生衰减后由检测器5予以检测。但是，由于信号衰减的斜度(梯度)是一定的，因而，通过对由检测器5检测到的信号进行反推算，则可确定产生局部放电的位置和在产生位置的局部放电的大小。
图4表示根据二个检测器的信号来评估产生局部放电的位置和在产生位置的局部放电的大小的机理。使用由检测器a检测到的信号的最大值Ha和由检测器b检测到的信号的最大值Hb。当从由检测器a检测到的Ha的信号强度起向检测器b引出考虑了信号衰减(梯度)的线，同样地对于检测器b也向检测器a引出考虑了信号衰减(梯度)的线时，其交点则表示信号发生位置。另外，表示其信号发生位置的交点的信号强度Hr则表示由于实际的放电而产生的放电部的信号强度。
即，由于所检测到的信号通过在金属容器内传输而衰减，因而，将由检测器5检测到的信号强度Ha、Hb以原状作为放电大小是错误的，通过求得在被标定位置的产生信号位置的信号强度Hr便可知道实际的放电大小。虽然提出了根据二个检测器的到达时间差标定位置的方法，但若仅使用该方法只能标定放电的产生位置，而不能知道放电的大小。通过在用到达时间差标定位置后考虑到标定位置和传输过程中产生的衰减，则可如图4所示计算放电大小(信号强度Hr)。
图4中虽仅处理了信号相对于距离的衰减，但由于在衬垫及断路开关、断路器、母线的分支等各种结构物中也存在特有的信号衰减，因而，可通过考虑这些信号衰减量来计算出局部放电的产生位置和局部放电的大小。
图5表示由频率分析部分析得到的信号强度和放电电荷量的关系。放电电荷量Q(pC)和信号强度X(dB)的关系，可用(1)式表示(C为常数)。
X＝20logQ+C(1)因此，放电的大小虽可以使用放电电荷量(pC)或由频率分析部11分析得到的信号强度X的任何一个，但如上所述，放电大小必须使用实际计算出的在放电产生位置的放电大小另外，图1虽是使用了二个检测器5a、5b的情况，但实际上也存在使用灵敏度不同的检测器的情况。例如，使用配置在罐内部的检测器和检测由衬垫泄漏的信号的检测器的情况。由于各个检测器的灵敏度不同，因而，不使用所检测到的原有的信号强度，而是在其上加上检测灵敏度的灵敏度差作为由检测器检测到的信号强度处理。
下面，对由图1所示的缺陷尺寸运算部推断异物长度的推断方法进行说明。在上述的专利文献5中，关于异物长度的推断，做成可以根据气体绝缘设备的施加电压和放电电荷量的关系来对异物的长度进行推断。然而，作为放电大小的放电电荷量并不依赖于施加电压，而依赖于存在异物的位置的电场分布。即，即使知道了放电电荷量和施加电压，只要不知道电场分布，也无法推断异物的长度。如果进行了推断，则计算得到的异物长度也是错误的。
图31表示从中心导体的突起产生的局部放电和电场分布的模式图。图31(a)和图31(b)是在相同直径的罐中，在中心导体2a、2b的直径不同的情况下具有相同长度的突起31a、31b的情况。虚线表示用于表示电场分布的等电位线，由图可知，由于电场分布不同，则局部放电71a、71b的大小大不相同。即，当表示电场分布的参数使用不当时，即便是如图所示的相同尺寸的缺陷31a、31b，局部放电的大小(放电电荷量)也大不相同。相反，即使已知放电大小(放电电荷量)，只要不知道电场分布，就不能推断出缺陷的尺寸。
根据以上见解，本发明使用作为放电大小的放电电荷量和存在异物的位置的电场分布来计算出异物(突起)的长度。缺陷尺寸运算部14使用由缺陷种类判断部12得到的缺陷种类和由位置标定部13得到的缺陷位置及缺陷产生源的放电大小(信号强度)计算出缺陷尺寸(缺陷的大小，异物的长度)。
具体的是，根据由位置标定部求得的异物存在位置的结构图进行电场分析，计算出电场强度或不均匀度。另外，在装入系统中的情况下，则预先进行电场分析，将各种位置的分析结果作为数据库装入系统中。
图7表示在电场不均匀度一定的情况下，异物长度(突起长度)不同时的中心导体表面的电场强度和信号强度的关系。中心导体表面电场强度表示在突起存在位置的电场强度，在突起位于罐一侧的情况下，表示突起位于罐底面上的电场强度。在此，由于电场不均匀度是一定的，因而，只要知道突起存在的电场强度和局部放电的信号强度(放电电荷量)就可以推断突起长度。例如，在中心导体表面电场强度为Ea2、信号强度为Xa2的情况下，可以推断突起长度为L2。
然而，图7是表示突起存在的部分的电场不均匀度为一定的情况，当电场不均匀度不同时，则突起长度的值也不同。电场不均匀度是用平均电场去除该场所的电场的最大值所得到的值并用(2)式表示，形状越是复杂则电场不均匀度越大。
电场不均匀度＝最大电场/平均电场 (2)图8表示在电场强度一定的情况下异物长度不同时的电场不均匀度和信号强度的关系。如图中所表明的，只要突起存在的电场强度是一定的，则可根据电场不均匀度和信号强度的关系推断突起长度。即，电场不均匀度为ξb3、信号强度为Xb3时，突起长度可推断为L3。
但是，图7是电场不均匀度为一定的情况，图8为导体表面电场强度为一定的情况，实际上当导体表面电场强度和电场不均匀度两者都不知道时，无法推断突起长度。
图9表示突起长度不同情况下的导体表面电场强度和电场不均匀度及信号强度的关系。图示的曲面表示与突起长度L1、L2、L3对应的特性。通过使用该特性，由于知道了由放电源产生的信号强度和突起存在的导体表面电场强度和电场不均匀度，便可推断突起长度。
图10是表示缺陷种类为突起这种情况的缺陷尺寸的推断顺序的流程图。该图是缺陷种类判断部12的判断结果为突起时的流程图。当判断为突起时，则从突起用的结构数据库(结构DB)24取出标定位置的导体表面电场强度E和电场不均匀度ξ。
图11表示结构数据库的数据结构。图中表示的是气体绝缘开关装置的断路器部分的例子，罐直径大的部分1b是断路器，两侧的部分1a、1c是母线的情况。结构DB24通过在数据库24中具有各位置的导体表面电场强度Ea和电场不均匀度ξa，从而可以根据位置标定取出所必须的导体表面电场强度和电场不均匀度。
图12表示标定数据库(标定DB)的数据结构。放电源产生的信号强度可通过使用标定DB23计算出。当位置标定处已知时，根据标定DB23的各位置的来自检测器的衰减量(例如来自检测器a的衰减量Ga1)，便可求得该位置的局部放电的信号强度(Hr1)。
根据这样得到的突起的缺陷种类、标定位置的导体表面电场和电场不均匀度及局部放电的信号强度可以推断缺陷尺寸。虽然从标定位置考虑不是单值地决定，但就安全方面(危险度高的方面)而言，为了推断缺陷尺寸，根据可作为标定位置的导体表面电场和电场不均匀度计算缺陷尺寸的值采用其最大值。
具体的是，如图10的流程图所示，描述了表示在导体表面电场强度—电场不均匀度—信号强度特性(图9)中所测定的信号强度和推断为存在缺陷位置的电场强度和电场不均匀度的位置的测定点。如果所描述的测定点位于存在有突起长度的曲面(突起长度面)上，则推断为与该突起长度面对应的突起长度。在测定点不位于存在的突起长度面上时，就选择存在于该测定点的上下的二个突起长度的曲面(突起长度面)，将所描述的测定点内插(例如线性内插)于所选择的两个突起长度面之间，重新推断能存在测定点的突起长度面。这样，便可以正确地推断出突起长度。
缺陷尺寸数据库是将图9的特性予以数据库化(缺陷尺寸DB25)的结果，图13表示缺陷尺寸DB的结构。即，对于一个缺陷长度L，具有相应的导体表面电场强度E—电场不均匀度ξ—信号强度X的数值数据，基于此制作出图9的曲面。利用这样的缺陷尺寸DB25则能有效地求得突起长度。
这样，根据本实施例，在气体绝缘设备内，在检测由异物产生的局部放电信号以诊断气体绝缘设备的异常状态时，使用根据所检测到的局部放电信号的信号强度、上述气体绝缘设备的结构尺寸导出的缺陷位置的电场强度及电场不均匀度便可推断缺陷尺寸。
另外，通过利用神经网络学习图9所示的缺陷尺寸的数据库25也可以推断突起长度。图29表示由神经网络构成的突起长度计算机构。在输入层输入导体表面电场强度E、电场不均匀度ξ和信号强度X，通过将输出层作为突起长度L，没有进行上述的内插，也能从输出层导出突起长度。
在缺陷尺寸运算部14计算出突起长度的情况下，在危险度评价部16计算出破坏可能性。在评价危险度时，则评价以运行电压运行有多大的危险性，或者当出现过电压时有多大的危险性。对于过电压，可以列举断路器浪涌、雷电冲击、开关浪涌、单线短路时的瞬时过电压、断路器开关时的残余直流电压等。
图14表示雷电冲击和市电频率的破坏电压特性。在所推断的突起长度为L的情况下，雷电冲击的破坏电压为VLI，市电频率的破坏电压为VAC。就现行的运行电压(例如对于550KV的气体绝缘开关设备—GIS，对地电压为318KV)而言，可以以概率推测位于破坏电压的几％的位置；对于单线短路时的瞬时过电压的最大值(对于550KV的GIS，为476KV(＝318KV×1.5倍))可以以概率推测具有几％的危险性。
关于雷电冲击，当加上耐雷电脉冲电压(LIWV)的情况下(对于550KV的GIS，为1425KV)，可以计算出超过破坏电压VLI的几％，或者即使未超过也可以计算出处于破坏电压的几％的位置。
另外，不是以破坏电压的几％的位置来评价危险度，而可以使用所发生的过电压的发生概率分布以概率求出危险度。图15表示雷电冲击发生的概率，图16表示断路器浪涌的发生概率。
只要知道了该变电站的雷击发生次数及该气体绝缘设备的断路器的动作次数，通过对发生概况进行积分，就可以算出破坏可能性的概率。例如550KV变电站的雷击发生次数为10次/年，若利用缺陷尺寸运算部算出的L(mm)的雷电冲击电压为VLI(KV)，则图15中可以算出VLI(KV)以上的雷击发生概率为0.1％。结果，1年中破坏的可能性则为1％。这样，将各种过电压的破坏可能性合计起来就可以算出作为对过电压的破坏可能性。
另一方面，在评价运行电压中的破坏危险性时，运行时间与运行电压一样重要。图17表示长时间运行时的破坏电压与运行时间(长度时间V-t)特性。此处，作为不同的缺陷种类表示了空隙、沿衬垫表面附着异物及突起的情况，将施加时间(运行时间)为零时的破坏电压作为标准值Vo。图中的线则以(3)式表示。
V＝Vo×t-1/n(3)此处，Vo为t＝0时的破坏电压值，n为对于不同缺陷种类的固有常数，对于空隙其值取6-8，对于沿衬垫表面附着异物取20-50，对于突起取50-150。评估破坏可能性时，例如缺陷种类为空隙、运行电压为Va时，若设破坏电压值和运行电压之比为破坏可能性，则可算出t＝0时的破坏可能性为Va/Vo。t＝t1时的破坏可能性算出为Va/(Vo×t1-1/n)。另外，若使用图17也可以推断直到破坏的时间，缺陷种类为空隙、运行电压为Va的情况下，可以预测从开始运行在时间Ta后将达到绝缘破坏。
另外，对于缺陷为空隙及沿衬垫表面附着异物的情况，也有经过一定时间后相位图案变化的情况。即，通过判断如图17所示的长时间V-t特性中破坏可能性上升了的时刻和相位图案这两者的变化，则可作为更明确的危险度评价的判断基准。
图18是由危险度评价部进行破坏可能性评价的流程图。即，根据缺陷种类算出加上过电压时的破坏可能性(破坏概率)的同时，算出相对于以市电频率运行电压的运行时间的破坏可能性(破坏概率)，两者的合计则为总的破坏可能性(破坏概率)。
通过算出这样的破坏可能性，就可以设定并运用危险度评价的设定值。例如，作为设定值设定破坏可能性的合计为10％/年。在破坏可能性超过设定值之前，即使发生了局部放电，也不必停止运行、进行检修或修理，而可以进行有效的保养。另外，这个设定值对于考虑事故发生时的经济损失使其不超过保养费用和运行费用的总和以决定最佳值也是有效的。
在图1的诊断结果显示部18中，根据由危险度评价部16得到的破坏可能性，显示危险度的表示及保养指导。图19表示显示的例子。在这个例子中显示了缺陷种类、缺陷位置、放电大小以及危险度的表示和保养指导。在此，危险度级别是以5级表示的3级，且指导必须在一个月内进行检修，并继续进行趋向监视。
图20表示对危险度的指导例子。在危险度以5级表示时的各指导中，可以对气体绝缘设备进行保养。
如上所述，利用本实施例的气体绝缘设备的局部放电诊断系统，可以正确地实施对气体绝缘设备的绝缘异常的状态诊断，可以根据所得到的危险度进行对保养的指导。
实施例2实施例1对缺陷种类为突起的例子进行了说明。下面，对用不同的方法算出其它缺陷种类场合的缺陷尺寸进行说明。
作为气体绝缘设备的典型的缺陷种类有附着于衬垫上的异物。这是在图30中用于支撑中心导体的衬垫上混入了附着的金属异物的情况。
图32表示附着于衬垫上的沿衬垫表面附着异物的例子。在有沿衬垫6的表面附着异物31的情况下，则利用配置在气体绝缘设备内部的检测器检测所产生的局部放电71的电磁波。如图所示，从沿衬垫6的表面附着异物31的端部产生局部放电71。
所产生的局部放电71的放电沿着衬垫的表面进行。即，在评价从沿衬垫表面附着异物31产生的局部放电71的信号强度(放电电荷量)时，必须考虑沿衬垫表面方向的电场分布。
图21表示使沿衬垫表面附着异物的异物长度变化时的沿衬垫表面电场成分和信号强度的特性。在沿衬垫表面附着异物31的情况下，如图所示，由于决定了沿衬垫表面方向电场和信号强度的关系，因而，可根据例如沿衬垫表面的最大电场强度En和局部放电的信号强度Xn推测出异物长度是L3和L4中间的异物长度。在推测出异物长度后，则可与实施例1同样地算出破坏可能性。
图23表示结构DB的一个例子。如图所示，对于位于气体绝缘设备中的各衬垫4a-4d，通过具有作为结构DB24的沿衬垫表面的最大电场强度的数据，可以很容易地进行尺寸评价。
图22表示浮游异物场合的罐底面电场强度和信号强度的特性。在罐内存在因静电场而自由运动的异物(浮游异物)。浮游异物的情况由异物长度决定了罐底面电场强度和信号强度的关系。如图22所示，罐底面电场强度为Em、局部放电的信号强度为Xm的情况下，可以推断异物长度为L3。
除上述以外的缺陷种类的情况下，不必一定要推断缺陷尺寸。图24表示其它缺陷种类的局部放电特性的特征和保养指导。这些缺陷是设备性能的恶化，如果检测出来，多为需要经常监视或定期监视的情况。
实施例3在实施例1和实施例2中推断缺陷尺寸时，通过对所检测到的信号进行频率分析，使用500MHz-1500MHz频带的信号强度的最大值(图3)，从而算出实际的放电大小。然而，并未考虑500MHz-1500MHz频带中被检测出的频率。如上所述，由于局部放电脉冲前沿时间为ns(纳秒)极为陡峭，具有直到高频带的信号成分。
图25表示局部放电信号的频率特性。500MHz-1500MHz的频率特性具有低频段大小的强度。该曲线对频率f的关系如(4)式表示(C为常数)。
Y＝-20×log(f)+C (4)即，由于频带不同，即使是同样的放电，其信号强度也改变。因而，为了进行高精度的诊断，即使对所检测到的频率也必须考虑。例如，为了考虑所使用的频带，将其换算成例如500MHz的信号强度来计算放电的信号强度。
图26和图27表示频率分析波形的换算方法，虚线表示频率特性35。由于图26的例子是在从500MHz到1500MHz的整个范围内都检测到信号，因此，500MHz-1500MHz的峰值Ha和换算成500MHz的值Ha’没有多大差别。
另一方面，图27的例子中，由于低频带的信号比高频带小，Ha和Ha’的差异较大，因而，为了进行正确的诊断，必须换算成Ha’使用。这是因为，金属容器内的电磁波在传输时由于内部的设备和金属容器的结构，低频带的信号的衰减比通常传输的衰减量更大。但是，由于高频带可以认为是通常的传输，所以通过利用(4)式将高频带的峰值换算成500MHz的信号强度，则可用于高精度的诊断。在此，虽是以500MHz的频率为基准叙述的，但作为基准的频率不必特别限定为500MHz。
另外，当存在噪声信号时，必须预先测定噪声所产生的频带，未检测到该频带或者即使检测到也不必在软件中考虑。
图28是表示产生了噪声的频带的频率分析波形。噪声是以斜线部分表示的部分，该部分作为禁区而不予考虑。如上所述，当换算为500MHz的信号强度时，如图所示，将噪声的禁区36除外算出换算值。
进而，详细推断缺陷尺寸时，必须考虑气体绝缘设备的金属容器的大小(罐尺寸)对频率特性的影响。由于金属容器的大小随着气体绝缘设备的电压高低而变化，因而，即使在相同条件的情况下，若将罐尺寸增大，则放电的信号强度也变化。罐尺寸和放电的信号强度X的关系当设罐半径为r时，可以用(5)式表示。
X∝1/r (5)但是，(5)式对于突起、沿衬垫表面附着异物及空隙之类放电与金属容器及高电压导体无关系的缺陷是成立的，而对于浮游异物及浮动电极之类异物和金属容器间等的电极间的放电则不成立。
缺陷种类判断部12判断的结果当缺陷种类为突起、沿衬垫表面附着异物及空隙时，可采用(5)或将罐尺寸变换成基准罐的尺寸。然后，在缺陷尺寸运算部14中推断缺陷尺寸时，对于由位置标定部算出的信号强度(放电大小)再变换成根据(5)式的关系确定的基准尺寸的信号强度后使用。
权利要求
1.一种气体绝缘设备的局部放电诊断方法，在气体绝缘设备内检测由异物产生的局部放电信号并诊断气体绝缘设备异常状态的诊断方法中，其特征在于使用根据所检测到的局部放电信号的信号强度、上述气体绝缘设备的结构尺寸导出的异物存在的位置的电场分布来推断缺陷尺寸。
2.根据权利要求1所述的气体绝缘设备的局部放电诊断方法，其特征在于上述异物存在位置的电场分布，当异物为突起时，其为导体表面电场强度；当异物为沿衬垫表面附着的异物时，其为沿衬垫表面方向的电场成分的电场强度；当异物为浮游异物时，其为罐底面电场的电场强度。
3.根据权利要求1所述的气体绝缘设备的局部放电诊断方法，其特征在于当上述异物为突起时，上述异物存在位置的电场分布使用电场强度及电场不均匀度。
4.根据权利要求1所述的气体绝缘设备的局部放电诊断方法，其特征在于利用所检测的多个局部放电信号标定缺陷位置，使用该缺陷位置和上述局部放电信号的检测器之间的信号衰减量，算出上述异物位置的作为放电大小的信号强度。
5.一种气体绝缘设备的局部放电诊断方法，在气体绝缘设备内检测由异物产生的局部放电信号并诊断气体绝缘设备异常状态的诊断方法中，其特征在于对所检测到的局部放电信号进行频率分析，根据由这种频率分析所得到的分析波形或与对气体绝缘设备所施加的频率同步的局部放电的电压相位分布来推断异物的缺陷种类；并根据多个上述局部放电信号来推断缺陷位置和信号强度；对每种所诊断的缺陷种类，使用上述信号强度和上述缺陷位置的电场分布来推断缺陷尺寸。
6.根据权利要求5所述的气体绝缘设备的局部放电诊断方法，其特征在于将上述分析波形中的频率成分的最大值换算成预定的基准频率的信号强度并作为局部放电信号的信号强度。
7.根据权利要求5或6所述的气体绝缘设备的局部放电诊断方法，其特征在于根据预先按照缺陷种类确定的缺陷位置和导体表面电场强度及电场不均匀度的关系求得上述缺陷位置的电场分布。
8.根据权利要求1或5所述的气体绝缘设备的局部放电诊断方法，其特征在于根据所推断的缺陷尺寸和所设想的雷电冲击、断路器浪涌、开关浪涌及单线短路故障时的过电压的大小及其产生概率算出破坏概率，并将所有这些的合计作为气体绝缘设备的破坏概率算出破坏的危险度。
9.根据权利要求1或5所述的气体绝缘设备的局部放电诊断方法，其特征在于根据所推断的缺陷种类和缺陷尺寸在长时间运行时的绝缘破坏特性，推断破坏的危险度和破坏时间。
10.一种气体绝缘设备的局部放电诊断系统，在气体绝缘设备内设置了检测由异物产生的局部放电信号的多个检测器的气体绝缘设备的局部放电诊断系统中，其特征在于，具有对所检测到的局部放电信号进行频率分析的频率分析部；根据由该频率分析得到的分析波形或与对气体绝缘设备所施加的频率同步的局部放电的电压相位来推断异物的缺陷种类的缺陷种类判断部；根据多个检测器的上述局部放电信号来推断缺陷位置和信号强度的位置标定部；对每个所推断的缺陷种类，使用上述信号强度和上述缺陷位置的电场分布以推断缺陷尺寸的缺陷尺寸运算部。
11.根据权利要求10所述的气体绝缘设备的局部放电诊断系统，其特征在于，具有根据由上述缺陷尺寸运算部所推断的缺陷尺寸来求出危险度的危险度评价部，和显示这些危险度的诊断结果及保养指导的诊断结果显示部。
12.根据权利要求10所述的气体绝缘设备的局部放电诊断系统，其特征在于在上述缺陷种类判断部判断异物为突起或沿衬垫表面附着异物的情况下，将上述气体绝缘设备的金属容器的尺寸换算成预定的基准尺寸，进而换算成上述局部放电信号的信号强度。
全文摘要
本发明的气体绝缘设备的局部放电诊断系统，在气体绝缘设备内设有检测由异物产生的局部放电信号的多个检测器(5)和对所检测到的局部放电信号进行频率分析的频率分析部(11)。还设有根据该分析波形或与对气体绝缘设备所施加的频率同步的局部放电的电压相位推断异物的缺陷种类的缺陷种类判断部(12)，和根据多个局部放电信号推断缺陷位置和信号强度的位置标定部(13)。进而，还设有对每种缺陷种类，使用信号强度和缺陷位置处的电场分布(结构DB24)推断缺陷尺寸的缺陷尺寸运算部(14)。异物为导体上的突起时，使用表示电场分布的突起部分的电场强度和电场不均匀度，异物为沿衬垫表面附着异物时，使用沿衬垫表面方向的电场强度。另外，根据缺陷种类和缺陷尺寸进行评价绝缘破坏危险性的危险度评价，诊断由所产生的局部放电对气体绝缘设备的绝缘异常的危险度。
文档编号G01R31/00GK1790041SQ20051013193
公开日2006年6月21日 申请日期2005年12月15日 优先权日2004年12月16日
发明者加藤达朗, 森山智广, 远藤奎将 申请人:日本Ae帕瓦株式会社