JP3685367B2

JP3685367B2 - 回転電機の異常検出装置

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Publication number: JP3685367B2
Application number: JP14360599A
Authority: JP
Inventors: 吉治兼田; 崇夫釣本; 伸夫浦川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-05-24
Filing date: 1999-05-24
Publication date: 2005-08-17
Anticipated expiration: 2019-05-24
Also published as: CA2309411C; JP2000329833A; CN1141591C; AU3640100A; AU735048B2; ID26145A; US6452416B1; CA2309411A1; CN1274849A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部分放電を計測する装置に関するものであり、特に高圧回転機の停止中や運転中に部分放電を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般産業のプラントの規模は大形化の一途をたどっており、これに伴って回転電機も大形化するとともにその設置数も増大している。従って、このような電気機器においては高い信頼性が要求されるので、保守点検を確実に行い、絶縁破壊などの突発事故を未然に防止する必要がある。
【０００３】
また、高度経済成長期に製造された多くの電気機器は、既に２５年以上経過したものが過半数を占めており、これらの長期稼働した電気機器では、突発事故の未然防止を目的として、運転中に連続監視する要求が非常に強くなって来ている。
【０００４】
更に、平成８年度に電気事業法が改正され、規制緩和により自主保安への取り組みの強化とともに経営効率化を目指して、従来行っていた定期検査の間隔を１．５倍程度延ばす取り組みが行われている。このことから、従来以上に運転中の絶縁状態監視が重要になって来ており、その監視項目として絶縁性状を現す部分放電の連続監視技術が重要視されて来ている。回転電機では、固定子巻線の絶縁層に運転ストレスによって亀裂や剥離などの劣化が生じると、運転中の電圧により劣化部で部分放電が発生する。この部分放電を計測することにより絶縁の劣化状態を把握している。回転電機等の部分放電は一般にノイズの中に埋もれているため、部分放電信号とノイズを識別して部分放電のみを計測する必要がある。運転中のノイズが部分放電計測を困難にする最大の要因となっている。
【０００５】
部分放電とノイズを弁別して絶縁劣化したときの劣化部分の放電のみを計測する方法は、従来から多くの方法が行われている。
例えば、特開平３−１２５７４号公報には、回転電機の始動時の部分放電と定常運転時の部分放電をそれぞれ測定するとともに、両者の差を比較することが記載されている。また、回転電機の始動期間の部分放電の取り込みを指示し、この期間の部分放電量を測定し、この測定結果を保存し、その後、定常運転時の部分放電を測定し、上記保存された始動時の部分放電量と定常運転時の部分放電量の差を比較するようにした異常検出方法が開示されている。
【０００６】
更に、例えば、特開平１−１１６４６３号公報に示される回転電機の部分放電測定装置では、部分放電測定装置を運転中の回転電機の駆動用または出力用の引き出し線の所定位置に設け、且つ引出線を伝播する部分放電およびノイズの伝播波の電圧波、電流波を検出して極性を判別し、この判別した電圧波、電流波の極性の組み合わせから引き出し線上の伝播波の進行方向を判別して、部分放電とノイズを識別して部分放電のみを検出する構成の装置が明示されている。
【０００７】
また、絶縁の異常を検出する絶縁診断方法として、コンピュータを使った方法が従来から行われている。特開平３−２３８３７０号公報には、ガス絶縁機器の部分放電測定において、予め多数の部分放電波形パターンとその発生要因をニューラルネットワークに学習させておき、ガス絶縁機器から検出された部分放電波形のパターン化を行い、抽出した部分放電波形の特徴を前記ニューラルネットワークに入力して部分放電の発生要因を診断する部分放電診断方法が開示されている。
【０００８】
更に、特開平１−１９１０７１号公報には、回転電機の電源線路より抽出される放電に基く高周波電気量を、予め一定の放電量に対応する高周波電気量を減衰操作したときの操作量と減衰された出力との関係が確認された減衰手段を介して、検出手段での検出に最適なレベルまで減衰したのち測定するようにした回転電気の監視方法が開示されている。
【０００９】
また、電気学会技術報告二部第４０２号にはその他の種々の電力設備の運転中の絶縁診断方法や部分放電計測方法および装置が報告されている。
【００１０】
このような従来技術の代表例として、図７に回転電機を対象とした絶縁異常検出の例を示し、図７に基づいて、この従来技術の構成と動作を説明する。
図７は上記特開平３−１２５７４号公報に示された回転電機の異常検出方法の構成図である。図７において、１は３相電動機であり、この電動機１の固定子２の各相巻線Ｕ，Ｖ，Ｗに３相線路３が接続されている。この線路３には、高周波ロスの少ない固体コンデンサ４を結合コンデンサとして接続している。そして、固体コンデンサ４に、検出器５、切り替えスイッチ６、ノイズフィルタ７および部分放電測定部８を接続している。また、部分放電測定部８は、電動機１の始動時の部分放電および定常運転中の部分放電を測定するための部分放電測定部９、部分放電取り込み時間を制御する放電取り込み時間制御部１０および放電データを保存するための放電データ保存部１１より構成されている。
【００１１】
以上のように構成された従来の異常検出方法による劣化状態の判断方法について説明する。上記の構成において、電動機１の始動から定常運転に至るまでの時間と負荷電流との間に、図８に示す関係があるとしている。この関係からまず、符号１１で示す始動時に、固体コンデンサ４を介して部分放電測定部８により部分放電を測定する。この場合、始動時１１は図８から１２秒と短い時間であり（大形機の場合も３０秒）、放電取り込み時間制御部１０により始動期間の部分放電取り込みを指示して、この期間の部分放電を測定し、測定結果を放電データ保存部１１に保存することにより、始動時の部分放電量を確保する。
【００１２】
次いで、符号１２で示す定常運転に移行される。この場合、定常運転は使用目的に応じて出力を変えて使用され、出力３０％運転は符号１２１、出力６０％運転は符号１２２、出力１００％運転は符号１２３で示すようになる。出力１００％運転１２３の状態で、固体コンデンサ４を介して部分放電測定部８により部分放電を測定する。そして、放電データ保存部１１に保存された始動時の部分放電量と定常運転時の部分放電量との差を比較し、この結果から電動機１の固定子２の巻線劣化を判断する。巻線劣化の判断は図８、図９に示す測定結果に基づく。図８は時間と負荷電流の関係を示し、図９は始動時と定常時の最大放電電荷量を示す。電動機１の巻線に絶縁劣化や固定力劣化が生じると、図９の特性１３１に示すように、始動時と定常運転時の最大放電電荷量の差が顕著に現われる結果となる。巻線に絶縁劣化や固定力劣化がない場合には、図９の特性１３２、１３３のように、始動時と定常運転時の最大放電電荷量の差がほとんど無い。このようにして巻線異常を判断する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
運転中の部分放電計測方法や計測装置では、部分放電とノイズを識別して除去することが最大の課題である。また、経済効率化から回転電機保守の低コスト化が大きく求められている。本発明の計測対象となる発電所等の高圧電動機は多数台が同時に運転されている。したがって、計測対象機以外の運転によるノイズが非常に多く、且つ計測対象機以外で発生する部分放電もノイズである。以上のように、多数台の回転電機を低コストに、且つ各回転電機に応じたノイズ除去条件でノイズを除去して部分放電を効率よく計測し、回転電機の異常監視を行うことが解決すべき課題である。
【００１４】
上述した従来技術の回転電機の異常検出方法は、特開平３−１２５７４号公報で示されたように、回転電機の始動時の部分放電と定常運転時の部分放電をそれぞれ測定し、両者の差を比較するようにしている。また回転電機の始動期間の部分放電の取り込みを指示し、この期間の部分放電量を測定し、この測定結果を保存し、その後定常運転時の部分放電を測定し、上記保存された始動時の部分放電量と定常運転時の部分放電量の差を比較するようにしている。しかしこの従来例では、ノイズ除去の具体的な方法は明示されていない。
【００１５】
ノイズ除去に関しては、特開平１−１１６４６３号公報に示される方法があるが、計測装置構成において信号を判別して計測し、得られた信号が部分放電としている。したがって、多数台の回転電機の多数の部分放電センサ信号のノイズ除去をするためには、計測装置構成が多大となり、低コストと相反する。
また、低コストの観点から特開平３−１２５７４号公報に記載された技術を見ると、この公報の図５に切り換えスイッチ７が示されているが、これに対する記述が全く無い。すなわち、ノイズ除去および低コストが考慮されていない。
【００１６】
また、多台数のノイズ除去や絶縁診断、絶縁監視には、計算機の使用が不可欠である。前述した特開平３−２３８３７０号公報には、ガス絶縁機器の部分放電測定において、それまで部分放電の知識が豊富なエキスパートによって行われて来た診断を、ニューラルネットワークを使用して、既知の部分放電波形だけでなく未知の部分放電波形に対しても診断が可能で、且つ自動化が可能な部分放電診断方法が述べられているが、多数台の回転電機をそれぞれのノイズ除去条件でノイズ除去し、データ管理する技術思想が無い。
【００１７】
本発明は上述した問題点を解消するためになされたもので、１個の部分放電計測手段を用いて、複数台の回転電機の各々に設けられた複数の部分放電検出手段の信号を任意に選択し、その信号から、各々のノイズ除去条件に応じたノイズ除去をソフトウエアを用いて行うことにより、複数台の回転電機の部分放電を精度良く検出することができる回転電機の異常検出装置を提供するものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明の一側面による回転電機の異常検出装置は、複数の部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、前記複数の部分放電検出手段の信号から任意の１つを選択する切換器と、前記選択された信号から部分放電に係わる信号を計測する部分放電計測手段と、前記切換器と前記部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、が備えられ、前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、前記コンピュータは、前記部分放電検出手段毎に対応するあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記部分放電検出手段からの信号を選択するように前記切換器を制御し、前記狭帯域検出回路の計測周波数を選択された信号に該当する前記部分放電検出手段に対応するあらかじめ定められている計測周波数に合わせることを特徴とするものである。
本発明の他の側面による回転電機の異常検出装置は、３つ以上の部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、前記３つ以上の部分放電検出手段の信号から任意の３つの信号を選択する切換器と、選択された３つの信号から部分放電に係わる３つの信号を計測する３つの部分放電計測手段と、前記切換器と前記３つの部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、が備えられ、各前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、それぞれ異なる前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、前記コンピュータは、前記部分放電検出手段毎に対応するあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記部分放電検出手段からの信号から３つを選択するように前記切換器を制御し、前記３つの部分放電計測手段の狭帯域検出回路の計測周波数をそれぞれ異なる前記選択された信号に該当する前記部分放電検出手段に対応する計測周波数に合わせることを特徴とするものである。
また、前記複数の部分放電検出手段は、前記回転電機のフレーム内部に設置した複数の第１部分放電検出手段より構成されることを特徴とするものである。
さらに、前記複数の部分放電検出手段は、前記回転電機の高圧給電線に設置した複数の第２部分放電検出手段より構成されることを特徴とするものである。
本発明の更に他の側面による回転電機の異常検出装置は、複数台の回転電機のフレーム内部に設置された複数の第１部分放電検出手段および複数台の回転電機の高圧給電線に設置された複数の第２部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、前記複数の第１部分放電検出手段および前記複数の第２部分放電検出手段の信号から任意の１つの信号を選択する切換器と、選択された１つの信号から部分放電に係わる信号を計測する１つの部分放電計測手段と、前記切換器と前記部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、を備えられ、前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、前記コンピュータは、各前記第１部分放電検出手段および前記第２の部分放電検出手段にあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記切換器を制御して前記第１の部分放電検出手段または前記第２の部分放電検出手段からの信号を選択し、前記狭帯域検出回路の計測周波数を選択された信号に該当する前記第１部分放電検出手段または前記第２部分放電検出手段に対応する計測周波数に合わせることを特徴とするものである。
また、前記部分放電計測手段は、信号の伝播特性を考慮した第１の狭帯域検出回路と第２の狭帯域検出回路とから構成され、前記第１の狭帯域信号と前記第２の狭帯域信号との比較から部分放電を識別して計測することを特徴とするものである。
さらに、前記第１の狭帯域検出回路と前記第２の狭帯域検出回路の検出帯域は５〜５０ＭＨｚであり、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との比較は信号強度比較であることを特徴とするものである。
また、前記回転電機のフレーム内部に設置した前記複数の第１部分放電検出手段はアンテナであり、前記部分放電計測手段を構成する第１の狭帯域検出回路と第２の狭帯域検出回路で検出する電磁波の中心周波数が３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲にあり、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との比較は信号強度比較であることを特徴とするものである。
さらに、前記回転電機の高圧給電線に設置した複数の第２部分放電検出手段は結合コンデンサと検出素子であることを特徴とするものである。
さらにまた、予めプロブラミングされた内容に従って、前記各部分放電検出手段を任意に選定し、前記各部分放電検出手段ごとに設定された計測周波数帯域で部分放電を計測し、各部分放電検出手段ごとに第１の狭帯域検出回路からの信号と第２の狭帯域検出回路からの信号との比較から部分放電を識別してノイズを除去し、絶縁診断判定し、各部分放電計測部位ごとにデータ管理することを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
【００２０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図である。この実施の形態１では、本発明を回転電機として高電圧の電動機１に適用した場合を例に挙げて説明する。図１において、電動機１では、一般にフレーム５２内の固定子鉄心（図示せず）のスロット溝に固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃが挿入されており、口出し線５４を介してフレーム５２の外部に設置された端子箱５５の中に導かれ、高圧給電線５６に接続されている。発電所などでは、この高圧給電線５６に、他の電動機（図示せず）など複数の電動機１が並列に接続されて運転されている。
【００２１】
異常検出装置５０は、第１部分放電検出手段６０又は第２部分放電検出手段７０と、切換器７５と、部分放電計測手段８０と、コンピュータ９０と、制御手段９５とから構成されている。以下、これらの構成要素のそれぞれについて詳細に説明する。
第１部分放電検出手段６０は、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃに隣接して設けられた部分放電センサ６１ａ、６１ｂ、６１ｃと、それらの部分放電センサ６１ａ、６１ｂ、６１ｃからフレーム５２の内部に配線されたセンサリード線６２と、そのセンサリード線２０に接続されてフレーム５２の外部に設けた信号ケーブルａ６３ａと、検出部６４ａと、その検出部６４ａからの信号を切換器７５に伝送する信号ケーブルｂ６７とで構成されている。検出部６４ａはコンデンサ６５ａと検出素子６６ａとで構成され、信号ケーブルａ６３ａは、コンデンサ６５ａに接続され、さらにコンデンサ６５ａから検出素子６６ａに接続されて接地されている。信号ケーブルｂ６７は、結合コンデンサ６５ａの検出素子６６ａ側から切換器７５の接点回路７６に接続されている。
【００２２】
第２部分放電検出手段７０は、端子箱５５の内部で口出し線５４に接続された検出部６４ｂと、その検出部６４ｂからの信号を切換器７５に導く信号ケーブル７２とから構成されている。検出部６４ｂはコンデンサ６５ｂと検出素子６６ｂで構成され、口出し線５４に接続されたコンデンサ６５ｂは、検出素子６６ｂに接続されて接地されている。信号ケーブル７２は、結合コンデンサ６５ｂの検出素子６６ｂ側から切換器７５の接点回路７６に接続されている。第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０とは、いずれか一方を備えていれば、本願の目的を達成できる。勿論、両方を備えていてもよい。
切換器７５は、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０からの信号をコンピュータ９０からの指令に基いて任意に選択するもので、多数の接点回路７６から構成されている。
【００２３】
部分放電計測手段８０は、増幅・減衰器８１、第１のフィルタ回路８２、第２のフィルタ回路８３、ピークホールド回路８４、アナログ／デジタル変換器８５とから構成されいる。第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３は、中心周波数と帯域幅を変えることができる構成となっている。コンピュータ９０は各部分放電検出手段毎の、計測条件、ノイズ除去条件、異常判定基準、計測結果表示の方法、切換器７５や部分放電計測手段８０の制御、などを行うソフトウエア（図示せず）と、制御や計測を行う制御手段９５とで構成される。
【００２４】
次に、本実施の形態１による回転電機の異常検出装置の動作について、図１を参照して説明する。
【００２５】
高圧回転機などの電気機器では、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの絶縁劣化や絶縁異常が生じると運転中の高電圧荷電により固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃで部分放電が発生する。この部分放電の発生に伴って、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃにはパルス性の高周波電流が誘起され、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃを伝播して口出し線５４ａ，５４ｂ，５４ｃを通って高圧給電線に流れる。この過程で、第１部分放電検出手段６０や第２部分放電検出手段７０に部分放電が検出される。部分放電は数ナノ秒の高速現象であり、放電発生に伴うパルス性の高周波電流は、放電発生近傍では、数ＧＨｚまでの周波数帯域を持っている。しかし、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃを伝播し第１部分放電検出手段６０や第２部分放電検出手段７０に達する過程で減衰が生じる。減衰は電動機１の構造や固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの構造によって異なるが、高周波信号は減衰が大きく、周波数が低いものほど減衰が小さい。部分放電センサ６１や検出のための結合コンデンサ６５ｂによって異なるが、図１の実施の形態では、数ＭＨｚから数十ＭＨｚの範囲の信号を検出するように設計されている。
【００２６】
一方、電動機１の運転中には、前述したように、パルス性のノイズが多数発生しており、このノイズは主に高圧給電線５６を通って電動機１に侵入して固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃに伝播する。この過程で、第１部分放電検出手段６０や第２部分放電検出手段７０にノイズが検出される。
【００２７】
部分放電やノイズを含めて検出された信号は、部分放電計測手段８０に伝送される。部分放電計測手段８０では、増幅・減衰器８１で検出に最適な信号レベルに調整して、第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３に分岐して入力される。第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３はそれぞれ異なる周波数の狭帯域バンドパスフィルタである。
【００２８】
部分放電とノイズでは、その周波数特性が異なる特徴を持っていることが研究の結果明らかになっている。この周波数特性は、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０でもそれぞれ異なる。また、第１部分放電検出手段６０の各部分放電センサによっても最適検出周波数は異なる。したがって、各電動機１の各第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０ごとに、第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３の計測周波数が異なる。これらの、それぞれの検出手段ごとの最適計測周波数が予めコンピュータ９０に登録されている。
【００２９】
ここで、コンピュータから切換器７５を制御して選択した部分放電センサに最適な計測周波数を、予め登録した中から選択して計測するようにコンピュータ９０にプログラミングされている。実施例の検出Ｎｏと検出手段と検出周波数との組み合わせは、表１に示す通りである。今、Ａ電動機の第２部分放電検出手段を用いてＶ相の部分放電を検出する場合には、検出Ｎｏ，５を選択すると切換器７５でこのセンサが選択され、コンピュータ９０からの制御によって第１のフィルタの検出周波数が１４ＭＨｚ、第２のフィルタの検出周波数が２０ＭＨｚに設定されて計測される。この最適な第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３の計測周波数は対象とする電動機１によって異なるので、最初に本願装置を設置する時に調整して登録される。
【００３０】
第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３を通過した狭帯域信号は、それぞれピークホールド回路８４で信号のピークが検出され、アナログ／デジタル変換器８５でデジタル変換されてコンピュータ９０に格納される。コンピュータ９０では、ノイズ除去ソフトウエアにより部分放電とノイズの識別を行い、ノイズを除去して部分放電が測定結果として格納される。測定結果は予め登録された異常判定基準と比較され、その判定結果を表示する。更に、本願装置による計測は数年におよぶ経年変化を把握するためにも使用するので、各電動機の各センサごとに長期にデータを収集管理して、対象電動機の経年変化特性を表示する。このためのデータ管理を行う。
このように、コンピュータ９０では本願装置の切換器制御、信号レベル制御、周波数設定制御、デジタルデータ取り込みなどの計測・制御、ノイズ除去、判定、異常診断、計測データの管理、結果表示などを行う。
【００３１】
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図である。発電所などの高圧電動機を運転している所では、複数台の電動機を同時に運転している場合が多い。そのような所では、１台の異常検出装置で複数台の電動機１の異常監視をする要求が強い。実施の形態２はそのような要求に応えるもので、複数の電動機１の異常を、１台の切換器ｂ７５ｂと部分放電計測手段８０とコンピュータ９０とで検出しようとするものである。
以下、図２を用いて実施の形態２の構成を説明する。電動機１の構成、第１部分放電検出手段６０、第２部分放電検出手段７０、部分放電計測手段８０、コンピュータ９０の構成は、実施の形態１と同じである。切換器ｂ７５ｂは複数の電動機１の各センサ信号が選択できるように、入力端子の数を多くしている。また、コンピュータ９０に組み込まれているソフトウエアは、複数台の部分放電計測手段８０を選択、計測、判定、表示、データ管理する仕様に対応したものとなっている。
【００３２】
次に、本実施の形態２による回転電機の異常検出装置の動作について、図２を参照して説明する。
試験員は最初に、測定対象電動機１、測定対象部分放電計測手段８０、測定対象部分放電センサを決定する。その決定に従ってコンピュータ９０にキーインすると、コンピュータ９０から制御手段９５を介して切換器ｂ７５ｂに指令が行き、該当する接点のみが閉じられ、測定対象のセンサ信号が部分放電計測手段８０に伝送される。部分放電計測手段８０の動作は実施の形態１と同じである。コンピュータ９０には、例えば表２に示すように、対象電動機、検出手段、部分放電センサ、第１、第２のフィルタ検出周波数の組み合わせに応じて、切換器ｂ７５ｂの接点選択、増幅・減衰器８１、第１、第２フィルタ回路の検出周波数の制御、ノイズ除去定数による信号識別とノイズ除去を行う計測制御・ノイズ除去ソフトウエアが組み込まれている。
複数台の電動機１を計測対象とするため、各部分放電センサごとの計測条件、ノイズ識別条件、データ管理条件は当然多くなる。これらに対応したソフトウエアとなっている。
コンピュータ９０では、ノイズ除去ソフトウエアにより部分放電とノイズの識別を行い、ノイズを除去して部分放電が測定結果として格納される。測定結果は予め登録された異常判定基準と比較され、その判定結果を表示する。更に、本装置による計測は数年に及ぶ経年変化を把握するためにも使用するので、各電動機の各センサごとに長期にデータを収集管理して、対象電動機の経年変化特性を表示する。このためのデータ管理を行う。
【００３３】
図２には、２台の電動機１の部分放電を計測する構成を示したが、電動機１が３台、４台と増えても、切換器７５ｂの端子数を増やすこと、およびソフトウエアの変更で対応することができることは自明である。
【００３４】
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図である。電動機１の固定子巻線５３の常時監視において、３相を同時に見ることができれば診断の精度が向上する。また、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０で検出した信号を比較することで、ノイズと部分放電の識別がより高度化される。本実施の形態３はこれらの要求に応えるものである。
図３を用いて、本実施の形態３の構成について説明する。図３において、電動機１、第１部分放電検出手段６０、第２部分放電検出手段７０は、前記実施の形態１の構成と同じである。本実施の形態３においても、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０の何れかを備えていればよい。切換器７５ｃは、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相に設けられた部分放電センサの信号を同時に計測できるような接点配置構成としている。部分放電計測手段８０はＵ相の部分放電を計測する部分放電計測手段８０ａ、Ｖ相の部分放電を計測する部分放電計測手段８０ｂ、Ｗ相の部分放電を計測する部分放電計測手段８０ｃの３つから構成される。それぞれの部分放電計測手段８０ａ，８０ｂ，８０ｃの構成は前記実施の形態１のものと同じ構成である。コンピュータ９０も実施の形態１と同じである。制御手段９５は、切換器７５ｃと部分放電計測手段８０ａ，８０ｂ，８０ｃとをコンピュータ９０から制御する。
【００３５】
次に、本実施の形態３による回転電機の異常検出装置の動作について、図３を参照して説明する。第１部分放電検出手段６０、および第２部分放電検出手段７０で部分放電パルスやノイズパルスを検出し、その検出信号が信号ケーブル６７で切換器７５ｃに伝送される。ここまでは実施の形態１と同じである。ここで、固定子巻線５３のある箇所で部分放電が発生すると、その部分放電の発生に伴う高周波信号は部分放電センサ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの何れにも検出される。このとき、信号の発生箇所によって、部分放電センサ６１ａ，６１ｂ，６１ｃそれぞれの検出強度が異なる。前記実施の形態１および２では、１つの部分放電センサからの信号を計測していたが、本実施の形態３では、第１部分放電検出手段６０の３つの部分放電センサ６１ａ，６１ｂ，６１ｃの信号を同時に検出する。部分放電計測手段８０では、Ｕ相の部分放電を部分放電検出手段８０ａを用いて、Ｖ相の部分放電を部分放電検出手段８０ｂを用いて、Ｗ相の部分放電を部分放電検出手段８０ｃを用いて計測し、コンピュータ９０に伝送する。すなわち、同一パルスを３つのセンサで検出してコンピュータ９０に記録する。コンピュータ９０では、実施の形態１で述べた部分放電とノイズの識別を行い、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の部分放電を同時に表示するとともに、各相ごとのトレンド管理や計測結果比較から、どの相が最も絶縁劣化が進んでいるか等を判定する。
【００３６】
同様にして、第２部分放電検出手段７０からの信号を計測するように切換器７５ｃの接点回路を接続して、Ｕ，Ｖ，Ｗ相の部分放電を計測することができる。第２部分放電検出手段７０を用いて部分放電を計測した後の処理は、第１部分放電検出手段６０を用いた場合と同じである。
また、本実施の形態３では、１台の電動機の部分放電を計測する構成について説明したが、切換器７５ｃの接点回路を増やすことによって、複数台の電動機の部分放電を測定することが出来ることは言うまでもない。
【００３７】
実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図である。電動機１の運転中には、多数のノイズパルスが高圧給電線５６を通って電動機１に侵入することは実施の形態１で述べた。本実施の形態４はこのノイズを識別するために提供するものである。
図４を用いて、本実施の形態４の構成について説明する。図４において、電動機１、第１部分放電検出手段６０、第２部分放電検出手段７０は実施の形態１の構成と同じである。本実施の形態４では、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０の両方を備えている。切換器７５ｄの接点回路は、Ｕ相に設けられた第１部分放電検出手段６０の検出部６４ａと第２部分放電検出手段７０の検出部６４ｂとの信号をそれぞれ選択して部分放電計測手段８０に伝送する構成となっている。部分放電計測手段８０は、第１部分放電検出手段６０からの信号を検出する第１部分放電計測手段８０ａと、第２部分放電検出手段７０からの信号を検出する第２部分放電計測手段８０ｂとから構成される。第１部分放電計測手段８０ａと第２部分放電計測手段８０ｂの回路構成は、実施の形態１の部分放電計測手段８０と同じである。コンピュータ９０の基本的な構成も実施の形態１と同じである。制御手段９５を用いて、切換器７５ｄと第１、第２部分放電計測手段８０ａ，８０ｂとをコンピュータ９０から制御する。
【００３８】
次いで本実施の形態４の動作を説明する。コンピュータからＵ，Ｖ，Ｗのいずれかの相の検出指令が出されると、例えば今、Ｕ相の計測指令が出されると、制御手段９５を通じて切換器ｄ７５ｄでは、接点回路を、Ｕ相に設けられた第１部分放電検出手段６０の検出部６４ａと、Ｕ相に設けられた第２部分放電検出手段７０の検出部６４ｂの信号を検出するように設定される。また、部分放電計測手段８０では、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０ごとに、第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３の計測周波数が設定される。前述したように、電動機１の各第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出手段７０ごとに、第１のフィルタ回路８２と第２のフィルタ回路８３の計測周波数が異なる。これらの、それぞれの検出手段ごとの最適計測周波数が予めコンピュータ９０に登録されている。ここで、コンピュータから切換器７５ｄを制御して選択した部分放電センサに最適な計測周波数を、予め登録した中から選択して計測するようにコンピュータ９０にプログラミングされている。
【００３９】
Ｕ相固定子巻線５３ａのある箇所で部分放電が発生すると、その部分放電の発生に伴う高周波信号が、まずＵ相に設置した部分放電センサ６１ａに検出される。その後一定時間後に口出し線５４ａを伝播して結合コンデンサ６５ｂを介して信号が検出される。一方、ノイズの場合は、前述したように高圧給電線６５を経由して電動機１内に伝播して来る。したがって、まずＵ相口出し線に設けた結合コンデンサ６５ｂを介して信号が検出される。その後一定時間後にＵ相に設置した部分放電センサ６１ａに検出される。この２つのセンサで検出される時間差を用いて、部分放電とノイズを識別して部分放電のみを検出する。
同様にして、切換器７５ｄで信号接点を切り換えて、Ｖ相、Ｗ相の部分放電を計測する。また、本実施の形態４では、１台の電動機の部分放電を計測する構成について説明したが、切換器７５ｄの接点回路を増やすことによって、複数台の電動機の部分放電を測定することが出来ることは言うまでもない。
また、実施の形態４では、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出７０への到達時間差でノイズを識別する内容について述べたが、部分放電とノイズの伝播特性の差を利用して、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出７０で１００ナノ秒以内で検出される同一パルスの信号強度を比較してノイズを識別することもできる。この場合には、第１部分放電検出手段６０と第２部分放電検出７０の信号強度を比較して、第１部分放電検出手段６０の信号の方が大きければ回転電機１の固定子巻線５３で発生した部分放電であり、第２部分放電検出手段７０の信号の方が大きければ外部から侵入するノイズであると識別することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、異常検出装置は、複数の部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、前記複数の部分放電検出手段の信号から任意の１つを選択する切換器と、前記選択された信号から部分放電に係わる信号を計測する部分放電計測手段と、前記切換器と前記部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、が備えられ、前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、前記コンピュータは、前記部分放電検出手段毎に対応するあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記部分放電検出手段からの信号を選択するように前記切換器を制御し、前記狭帯域検出回路の計測周波数を選択された信号に該当する前記部分放電検出手段に対応するあらかじめ定められている計測周波数に合わせるので、小型、軽量で、可搬型の装置を安価に提供することができる効果がある。
また、この発明によれば、異常検出装置は、３つ以上の部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、前記３つ以上の部分放電検出手段の信号から任意の３つの信号を選択する切換器と、選択された３つの信号から部分放電に係わる３つの信号を計測する３つの部分放電計測手段と、前記切換器と前記３つの部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、が備えられ、各前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、それぞれ異なる前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、前記コンピュータは、前記部分放電検出手段毎に対応するあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記部分放電検出手段からの信号から３つを選択するように前記切換器を制御し、前記３つの部分放電計測手段の狭帯域検出回路の計測周波数をそれぞれ異なる前記選択された信号に該当する前記部分放電検出手段に対応する計測周波数に合わせるので、小型、軽量で、可搬型の装置を安価に提供することができる上、３相の部分放電を計測できる効果がある。
さらに、この発明によれば、異常検出装置は、複数台の回転電機のフレーム内部に設置された複数の第１部分放電検出手段および複数台の回転電機の高圧給電線に設置された複数の第２部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、前記複数の第１部分放電検出手段および前記複数の第２部分放電検出手段の信号から任意の１つの信号を選択する切換器と、選択された１つの信号から部分放電に係わる信号を計測する１つの部分放電計測手段と、前記切換器と前記部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、を備えられ、前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、前記コンピュータは、各前記第１部分放電検出手段および前記第２の部分放電検出手段にあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記切換器を制御して前記第１の部分放電検出手段または前記第２の部分放電検出手段からの信号を選択し、前記狭帯域検出回路の計測周波数を選択された信号に該当する前記第１部分放電検出手段または前記第２部分放電検出手段に対応する計測周波数に合わせるので、小型、軽量で、可搬型の装置を安価に提供することができる効果がある。
さらにまた、この発明によれば、信号の伝播特性を考慮した第１の狭帯域検出回路と第２の狭帯域検出回路とから構成されるので、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との比較から部分放電とノイズを識別して、部分放電のみを精度よく計測することができる効果がある。
また、この発明によれば、第１の狭帯域検出回路と第２の狭帯域検出回路の検出帯域を５〜５０ＭＨｚとし、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との信号強度比較によって部分放電とノイズを識別するので、部分放電のみを精度よく計測することができる効果がある。
さらにまた、この発明によれば、回転電機のフレーム内部に設置した複数の部分放電検出手段としてアンテナを使用し、第１の狭帯域検出回路と第２の狭帯域検出回路で検出する電磁波の中心周波数を３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲とし、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との信号強度比較を行って部分放電とノイズを識別するので、部分放電のみを精度よく計測することができる効果がある。
また、この発明によれば、回転電機の駆動用引き出し線に設置した複数の部分放電検出手段を結合コンデンサと検出素子としたので、安価に部分放電検出手段を提供出来る効果がある。
さらに、この発明によれば、予めプロブラミングされた内容に従って、前記各部分放電検出手段を任意に選定し、前記各部分放電検出手段ごとに設定された計測周波数帯域で部分放電を計測し、各部分放電検出手段ごとに、第１の狭帯域信号と第２の狭帯域信号との比較から部分放電を識別してノイズ除去して、絶縁診断判定し、各部分放電計測部位ごとにデータ管理を行うので、省力化ができ低コストで異常監視ができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１による回転電機の異常検出装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態２による回転電機の異常検出装置の構成を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態３による回転電機の異常検出装置の構成を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態４による回転電機の異常検出装置の構成を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１による検出手段と検出周波数の組み合わせを示す表である。
【図６】本発明の実施の形態２による検出手段と検出周波数の組み合わせを示す表である。
【図７】従来の回転電機の異常検出装置の構成を示す図である。
【図８】従来の回転電機の異常検出装置の動作を説明する図である。
【図９】従来の回転電機の異常検出装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
１電動機、２固定子、３線路、４固体コンデンサ、５検出器、６切り替えスイッチ、７ノイズフィルタ、８部分放電測定部、９部分放電測定部、１０放電取り込み時間制御部、１１放電データ保存部、５０異常検出装置、５１ｂ電動機、５２フレーム、５３ａ固定子巻線、５３ｂ固定子巻線、５３ｃ固定子巻線、５４口出し線、５５端子箱、５６高圧給電線、６１ａ部分放電センサ、６１ｂ部分放電センサ、６１ｃ部分放電センサ、６２センサリード線、６３信号ケーブル、６４ａ検出部、６５コンデンサ、６６検出素子、６７信号ケーブル、７０第２部分放電検出手段、６４ｂ検出部、７２信号ケーブル、６５結合コンデンサ、６６ｂ検出素子、７５切換器、７５ｃ切換器、７５ｄ切換器、７６接点回路、８０部分放電計測手段、８１増幅・減衰器、８２第１のフィルタ回路、８３第２のフィルタ回路、８４ピークホールド回路、８５アナログ／デジタル変換器、９０コンピュータ、９５制御手段。

Claims

複数の部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、
前記複数の部分放電検出手段の信号から任意の１つを選択する切換器と、
前記選択された信号から部分放電に係わる信号を計測する部分放電計測手段と、
前記切換器と前記部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、
が備えられ、
前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、
前記コンピュータは、前記部分放電検出手段毎に対応するあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記部分放電検出手段からの信号を選択するように前記切換器を制御し、前記狭帯域検出回路の計測周波数を選択された信号に該当する前記部分放電検出手段に対応するあらかじめ定められている計測周波数に合わせることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
３つ以上の部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、
前記３つ以上の部分放電検出手段の信号から任意の３つの信号を選択する切換器と、
選択された３つの信号から部分放電に係わる３つの信号を計測する３つの部分放電計測手段と、
前記切換器と前記３つの部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、
が備えられ、
各前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、それぞれ異なる前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、
前記コンピュータは、前記部分放電検出手段毎に対応するあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記部分放電検出手段からの信号から３つを選択するように前記切換器を制御し、前記３つの部分放電計測手段の狭帯域検出回路の計測周波数をそれぞれ異なる前記選択された信号に該当する前記部分放電検出手段に対応する計測周波数に合わせることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
前記複数の部分放電検出手段は、前記回転電機のフレーム内部に設置した複数の第１部分放電検出手段より構成されることを特徴とする請求項１または２記載の回転電機の異常検出装置。
前記複数の部分放電検出手段は、前記回転電機の高圧給電線に設置した複数の第２部分放電検出手段より構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の回転電機の異常検出装置。
複数台の回転電機のフレーム内部に設置された複数の第１部分放電検出手段および複数台の回転電機の高圧給電線に設置された複数の第２部分放電検出手段において検出される信号から部分放電に係わる信号を計測する回転電機の異常検出装置において、
前記複数の第１部分放電検出手段および前記複数の第２部分放電検出手段の信号から任意の１つの信号を選択する切換器と、
選択された１つの信号から部分放電に係わる信号を計測する１つの部分放電計測手段と、
前記切換器と前記部分放電計測手段とを制御するコンピュータと、
を備えられ、
前記部分放電計測手段は、計測周波数が可変され、前記選択された信号をフィルタする狭帯域検出回路を具備し、
前記コンピュータは、各前記第１部分放電検出手段および前記第２の部分放電検出手段にあらかじめ定められている計測周波数を記憶し、前記切換器を制御して前記第１の部分放電検出手段または前記第２の部分放電検出手段からの信号を選択し、前記狭帯域検出回路の計測周波数を選択された信号に該当する前記第１部分放電検出手段または前記第２部分放電検出手段に対応する計測周波数に合わせることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
前記部分放電計測手段は信号の伝播特性を考慮した第１の狭帯域検出回路と第２の狭帯域検出回路とから構成され、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との比較から部分放電を識別して計測することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の回転電機の異常検出装置。
前記第１の狭帯域検出回路と前記第２の狭帯域検出回路の検出帯域は５〜５０ＭＨｚであり、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との比較は信号強度比較であることを特徴とする請求項６記載の回転電機の異常検出装置。
前記回転電機のフレーム内部に設置した前記複数の第１部分放電検出手段はアンテナであり、前記部分放電計測手段を構成する第１の狭帯域検出回路と第２の狭帯域検出回路で検出する電磁波の中心周波数が３００ＭＨｚ〜３ＧＨｚの範囲にあり、前記第１の狭帯域検出回路からの信号と前記第２の狭帯域検出回路からの信号との比較は信号強度比較であることを特徴とする請求項３乃至５の何れかに記載の回転電機の異常検出装置。
前記回転電機の高圧給電線に設置した前記複数の第２部分放電検出手段は結合コンデンサと検出素子であることを特徴とする請求項４乃至７の何れかに記載の回転電機の異常検出装置。
予めプロブラミングされた内容に従って、前記各部分放電検出手段を任意に選定し、前記各部分放電検出手段ごとに設定された計測周波数帯域で部分放電を計測し、各部分放電検出手段ごとに第１の狭帯域信号と第２の狭帯域信号との比較から部分放電を識別してノイズを除去し、絶縁診断判定し、各部分放電計測部位ごとにデータ管理することを特徴とする請求項１乃至９の何れかに記載の回転電機の異常検出装置。