JPH04296675A - 回転電機の異常検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は固定子巻線の絶縁劣化
による異常を精度よく検出して監視できる回転電機の異
常検出方法に関するものである。

【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
化すると共にその設置数も増大している。

【０００３】従って、このような回転電機にあっては高
い信頼性が特に要求されるので保守点検を確実に行い、
絶縁破壊等の突発事故を未然に防止する必要がある。

【０００４】従来、回転電機の絶縁劣化を判断する方法
として、例えば固定子については、回転電機の運転を停
止した後、巻線に高電圧を印加して電気的諸特性（絶縁
抵抗、交流電流、誘電体損失角、部分放電など）を測定
し、各部位の絶縁物の劣化度を推測する電気的方法が用
いられており、また、回転子については回転電機を分解
して回転子を取り出し、目視や打音により絶縁部位の機
械的損傷状態、巻線固定力の劣化状態を判断する機械的
な方法が用いられている。

【０００５】ところが、これら方法により劣化判定を行
うには、回転電機の運転の停止に止まらず線路接続の切
り離しを必要とし、さらに場合によっては、回転子の抜
取りなどの作業も必要とする。このため、このような一
連の方法により劣化判定を行うには、多大な時間、労力
、費用が必要となり、頻繁な劣化判定試験の実施が困難
な欠点があった。また、このような方法を実施するには
、準備に時間がかかることもあるので、劣化が急速に進
行するような場合には、十分に対処できない欠点もあっ
た。

【０００６】そこで、従来、このような不都合を除去す
る目的で、電気機器の絶縁巻線付近に金属導体を部分放
電検出用アンテナとして配置した電気機器の部分放電検
出装置が提案されている。

【０００７】図７は実開昭５５−５１７７５号公報に示
された従来の電気機器の部分放電検出装置を示す斜視説
明図、及び図８は同ブロック図である。図７において、
３０は固定子、３は固定子鉄心、３１は固定子巻線端部
、３２は部分放電検出用アンテナ線である。このアンテ
ナ線３２で部分放電パルス電流により発生する電磁波を
とらえて、アンテナ線３２からの出力を図８に示すよう
にリード線３３を介して検出回路３４へ導き、ここで取
り出された検出出力をハイパスフィルタ３５に通して常
規電圧周波数分を取り除き、さらに部分放電計数器３６
に入れて部分放電測定を行うものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】回転電機のような巻線
を持つ機器では放電に伴い固定子巻線を伝播する高周波
信号は固定子巻線のインダクタンスにより伝播とともに
著しく減衰する。この減衰の程度は高周波帯域ほど顕著
である。このため従来の部分放電検出装置においては、
機器全体の異常を検知しようとする場合には比較的減衰
が小さい５００ｋＨｚ程度以下の周波数帯域の信号を検
出している。また、回転電機では巻線形状が複雑なため
に高周波電流の伝播特性は明確には把握されておらず、
従来の方法では放電の発生位置を特定することは困難で
あった。従って、従来の部分放電検出装置では高周波信
号の減衰が原因で機器全体において放電を定量的に測定
することは困難であった。

【０００９】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、放電が発生した位置を検出する
ことにより異常の位置と程度を正確に検出できる回転電
機の異常検出方法を得ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明の回転電機の異
常検出方法は、固定子巻線を伝播する、その異常に伴い
発生する部分放電に基づく高周波信号と静電的または誘
導的に結合した導体からなる放電検出素子を回転電機の
複数の固定子スロットの内部に複数設け、上記放電検出
素子により出力される上記放電に基づく高周波信号を検
出し、検出される高周波信号のうちの固定子巻線中での
減衰が著しい１ＭＨｚ以上の成分により上記放電発生位
置を特定して各固定子スロットでの放電特性を測定し、
測定された上記放電特性とその経時変化及び異常時の放
電特性を比較し、判定基準を基に

【００１１】また、検出される高周波信号の１００ｋＨ
ｚ以上の成分の、検出波形、検出時刻の差、及び周波数
特性の少なくともいずれかを各放電検出素子間で比較す
ることにより放電発生位置を特定し、各固定子スロット
での放電特性を測定するようにしたものである。

【００１２】

【作用】この発明における回転電機の異常検出方法の作
用について説明する。回転電機の固定子巻線の異常に伴
い発生した放電によって固定子巻線に誘導される高周波
信号を各固定子スロットの内部に配置した放電検出素子
により静電的または誘導的に検出する。この検出された
高周波信号のうちの１ＭＨｚ以上の成分により各放電発
生位置毎の放電特性を求める。さて、この１ＭＨｚ以上
の高周波帯域では固定子巻線中での減衰が極めて顕著で
、個々の放電に起因する高周波信号は最も近い放電検出
素子でしか検出されない。これにより放電の発生した位
置が自明となり、その位置を容易に特定することができ
る。従って放電特性を精度よく測定できる。さらに求め
た放電特性と記録されている過去の放電特性から放電特
性の経時変化を得ることができる。この結果と蓄積され
ている過去の異常時の特性に基づいて現在の異常の発生
している位置と異常の程度を判定できる。

【００１３】また、各放電検出素子からの高周波信号の
検出結果の固定子巻線中で高周波信号の減衰がやや少な
い１００ｋＨｚ以上の成分を用いて検出波形、検出時刻
の差、周波数特性のいづれか１つ以上を放電検出素子間
で比較することにより、放電が発生した位置を特定する
ことができる。位置の特定には高周波パルスの伝播に伴
う検出波形の減衰や変歪、検出時刻の遅れ、周波数スペ
クトルの低周波領域へのシフトの特性を利用する。これ
を基に放電発生位置毎の放電特性を演算するものである
。この場合、信号の減衰のやや少ない１００ｋＨｚ以上
からと広範囲の高周波信号をとっており、放電検出素子
が配設された固定子スロットだけでなく近接するスロッ
トで発生した高周波信号も検出することができるので、
放電検出素子を少なくできる。

【００１４】

【実施例】実施例１． 以下、この発明の一実施例を図１〜図３に基づいて説明
する。図１はこの発明の実施例１に係わる回転電機の異
常検出装置の構造を示す断面構成図、図２は図１の固定
子鉄心端部、固定子巻線横断面を示し放電検出素子設置
位置を示す説明図、図３は図１の異常検出器を示すブロ
ック図である。回転電機１は固定子フレーム２、固定子
鉄心３、固定子巻線４などからなる固定子と回転子５か
ら構成されている。固定子フレーム２に固定子鉄心３が
固定され、この鉄心の内周面には軸方向に等配に所定数
の固定子スロット６が設けられ、この部分に上下２本の
固定子巻線４が収納されウエッジ７により固定されてい
る。８は導体からなる放電検出素子であり、全ての固定
子スロット６の内部の上下２本の固定子巻線４の間に設
置されている。放電検出素子８はシールドを施したリー
ド線９に接続され、それ以外の導体とは絶縁されている
。リード線９は固定子フレーム２に付属する小ケース１
１の開口部を閉塞する金属蓋１２の中央部を貫通する気
密端子１３を介して異常検出器１０に接続されている。 各固定子スロット６に対応する全てのリード線９は等し
い長さを持っている。

【００１５】図３に示した異常検出器１０はリード線９
と直列に接続された検出回路１４、固定子巻線４中での
減衰が著しい１ＭＨｚ以上の周波数帯域を分離するフィ
ルタ回路１５、各固定子スロット６での放電特性を測定
する放電測定回路１７、測定した放電特性を記録する記
録装置１８、過去の異常時の放電特性を記録してある異
常時特性記録装置１９、記録装置１８と異常時特性記録
装置１９からの出力により異常を判定する異常判定回路
２０、異常判定回路２０で判定した結果を表示する判定
表示装置２１から構成されている。

【００１６】次に、この実施例の動作について説明する
。回転電機の運転中は固定子巻線４には高電圧が発生し
ている。そのため固定子巻線４の絶縁劣化などにより回
転電機の絶縁に異常が発生すると、放電が発生し、固定
子巻線３にパルス状の高周波信号が伝播する。固定子ス
ロット６の内部の上下の固定子巻線４の間に配置されて
いる放電検出素子８は固定子巻線３と静電的に結合して
おり、固定子巻線３に伝播する高周波信号により放電検
出素子８には高周波電圧が誘起される。この高周波電圧
はリード線９を伝播し検出回路１４に入力され高周波電
圧が検出される。この高周波電圧から正確かつ容易に放
電発生位置を特定でき、放電特性を精度よく演算するに
適した周波数帯域の成分を取り出すために、上記検出回
路１４の出力はフィルタ回路１５に接続されている。

【００１７】この高周波電圧には回転電機内部で発生す
る電磁雑音、この回転電機に接続されている他の機器か
ら侵入する電磁雑音、外部から侵入してくる電磁波など
の上記放電に起因しない成分も含まれている。また、上
記放電による高周波電圧には１ｋＨｚ〜１ＧＨｚの広帯
域の周波数成分が含まれているが、放電が発生した固定
子スロット６を特定するためには、その固定子スロット
６に設置された放電検出素子８が他の固定子スロット６
の内部で発生した高周波信号を検出しない方が望ましい
。従って、上記フィルタ回路１５の周波数帯域は固定子
巻線４の内部での高周波信号の減衰が著しい１ＭＨｚ以
上で雑音の少ない帯域を使用するのが良い。特に、放電
による信号強度が強い１ＧＨｚまでの帯域が望ましいと
考えられる。さらに高周波信号の固定子巻線中での伝播
特性は固定子巻線の形状に依存するため機器毎に周波数
帯域を決定することが好適である。これは一般的に放電
測定回路１７の内部で使用される増幅回路の周波数帯域
についても同様であり、またフィルタ回路１５とこの増
幅回路を併せて上記の帯域となるように構成しても同様
の動作となる。

【００１８】フィルタ回路１５の出力は放電測定回路１
７に入力され、各固定子スロット６での放電電荷量、商
用電圧に対する発生位相、発生頻度、スペクトルなどの
放電特性が測定される。放電測定回路１７で求めた放電
特性は記録装置１８で記録され、必要に応じて異常判定
回路２０に出力され放電特性の経時変化を求める。異常
判定回路２０は異常時特性記録装置１９に記録されてい
る過去の異常時の放電特性と異常判定基準に基づき、監
視している回転電機から得られた放電特性及びその経時
変化から異常の発生した固定子スロット６と異常の程度
を判定する。この判定結果は判定表示装置２１に出力さ
れ表示される。

【００１９】以上のように、全固定子スロットに放電検
出素子を設け、検出される高周波信号の固定子巻線４の
内部での減衰が著しい１ＭＨｚ以上で雑音の少ない周波
数帯域を使用することにより、放電発生位置（固定子ス
ロット）を容易に正確に特定でき、放電特性を精度よく
測定できる。而して異常の位置、程度を検知し、異常判
定を行える。

【００２０】実施例２． 尚、上記実施例では各固定子スロット６毎に検出回路１
４、フィルタ回路１５、放電特性測定回路１７を設置し
、同時に複数の固定子スロット６における高周波電圧を
測定することにより個々の放電現象の発生位置を求めた
が、回転電機における異常検出は個々の放電現象と比較
すると長時間かけて行なえば良いので、図４の実施例２
に係わる異常検出器のブロック図に示すように、切り替
えスイッチ２２をリード線９と検出回路１４の間に設置
し、各固定子スロットについて順次放電特性を測定して
も放電が発生している固定子スロットを検出することが
でき、同様の異常検出の機能がある。

【００２１】実施例３． 上記実施例では放電の発生した固定子スロットを特定す
るために、この固定子スロットの放電検出素子以外の放
電検出素子でその放電を検出しないように、固定子巻線
中での高周波信号の減衰が著しい１ＭＨｚ以上の周波数
帯域を用いたが、図５の実施例３に係わる異常検出器の
ブロック図に示すように、上記実施例より固定子巻線中
での信号の減衰がやや少ない１００ｋＨｚ以上の周波数
帯域を用いて複数の放電検出素子間で高周波電圧パルス
のピーク電圧を比較する比較回路１６を設け、放電パル
スの発生位置を特定するようにしてもよい。これにより
各放電発生位置毎の放電特性を精度よく求めることがで
き、上記実施例と同様の効果を奏する。

【００２２】尚、この実施例の周波数帯域では高周波信
号の減衰はやや少なく、いくつかの固定子スロットに渡
り信号が伝播するので、全ての固定子スロットに放電検
出素子を設置する必要はなく、設置する放電検出素子を
減らすことができ、装置の構成が簡単になる。例えば、
１００ｋＨｚ程度の低い周波数帯域まで放電発生位置の
検出に用いれば全固定子スロットの３割程度の電気的に
対称な位置に放電検出素子を設置すれば機器全体の放電
を検出でき、同様の効果がある。

【００２３】また、この実施例では放電発生位置を特定
するために高周波電圧のピーク電圧を用いたが、高周波
信号が固定子巻線中を伝播する時に必要な時間を利用し
て、比較回路１６において放電検出素子間での信号の検
出時刻の差を測定すれば、放電の発生位置を特定でき、
この実施例と同様の効果を奏する。さらに高周波信号の
ピーク電圧による放電発生位置の特定と検出時刻の差に
よる放電発生位置の特定を同時に用いることにより正確
な放電発生位置の特定ができる。

【００２４】実施例４． 実施例３では放電発生位置を特定するために高周波電圧
のピーク電圧や検出時刻の差を用いたが図６の実施例４
に係わる異常検出器のブロック図に示すように各放電検
出素子に２つの通過帯域の異なる高帯域フィルタ回路２
３、低帯域フィルタ回路２４を設け、２つの帯域間での
固定子巻線中の高周波電圧パルスの減衰特性の違いを用
いて、この２つの帯域でのピーク電圧の比を各固定子ス
ロット間で比較することによっても同様の効果が期待で
きる。この実施例では、高周波信号の固定子巻線中の伝
播に伴い周波数スペクトルが低周波領域へシフトする特
性を利用している。

【００２５】尚、上記実施例においては放電検出素子８
は固定子巻線４と静電的に結合しているが放電検出素子
８を固定子巻線４と誘導的に結合するように構成する、
例えばコイル形状として検出回路１４でコイル状の放電
検出素子に流れる高周波電流を測定しても同様の効果を
奏する。

【００２６】また、上記実施例においては異常検出器１
０を固定子スロット６の外部に設置したが、検出回路１
４、フィルタ回路１５など異常検出器１０の一部を小型
に集積し、固定子スロット６の内部に設置しても同様の
効果を奏する。

【００２７】さらに上記実施例においては放電検出素子
８を固定子スロット６の内部の上下の固定子巻線４の間
に設置したが、ウエッジ７と固定子巻線４の上部との間
、固定子スロット６の底部と固定子巻線４の下部との間
、固定子巻線４の側面と固定子スロット６との間など固
定子スロット６の内部で固定子巻線４に隣接する位置に
放電検出素子８を設置しても同様の機能が期待できる。

【００２８】また、実施例１、２では全ての固定子スロ
ット６内に放電検出素子８を設置する場合について説明
したが、運転時に放電がほとんど発生しない中性点付近
では放電検出素子８の数を減らしても同様の効果があり
、逆に同一の固定子スロット６に複数の放電検出素子８
を配置すればさらに高精度で放電発生位置の特定が可能
になる。

【００２９】

【発明の効果】以上のように、この発明の回転電機の異
常検出方法は、回転電機の複数の固定子スロットの内部
に放電検出素子を複数設け、放電検出素子により出力さ
れる上記固定子巻線の異常に伴う放電に基づく高周波信
号を検出し、検出される高周波信号のうちの固定子巻線
中での減衰が著しい１ＭＨｚ以上の成分により、また検
出される高周波信号の１００ｋＨｚ以上の成分の、検出
波形、検出時刻の差、及び周波数特性の少なくともいず
れかを各放電検出素子間で比較することにより、上記放
電発生位置を特定して放電特性を測定し、測定された上
記放電特性とその経時変化及び異常時の放電特性とから
異常を判定すようにしたもので、異常の位置と程度を精
度よく検出できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例１に係わる回転電機異常検出
装置を示す断面構成図である。

【図２】この発明の実施例１に係わる放電検出素子設置
位置を説明する図である。

【図３】この発明の実施例１に係わる異常検出器のブロ
ック図である。

【図４】この発明の実施例２に係わる異常検出器のブロ
ック図である。

【図５】この発明の実施例３に係わる異常検出器のブロ
ック図である。

【図６】この発明の実施例４に係わる異常検出器のブロ
ック図である。

【図７】従来の電気機器の部分放電検出装置を示す斜視
説明図である。

【図８】従来の電気機器の部分放電検出装置のブロック
図である。

【符号の説明】

１　　回転電機 ３　　固定子鉄心 ４　　固定子巻線 ６　　固定子スロット ８　　放電検出素子 １０　　異常検出器 １４　　検出回路 １５　　フィルタ回路 １６　　比較回路 １７　　放電測定回路 １８　　記録装置 １９　　異常時特性記録装置 ２０　　異常判定回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　回転電機の複数の固定子スロットの内
   部に固定子巻線の異常に伴い発生する部分放電を検出す
   る導体からなる放電検出素子を複数設け、上記放電検出
   素子により出力される上記放電に基づく高周波信号を検
   出し、検出される高周波信号のうちの固定子巻線中での
   減衰が著しい１ＭＨｚ以上の成分により上記放電発生位
   置を特定して各固定子スロットでの放電特性を測定し、
   測定された上記放電特性とその経時変化及び異常時の放
   電特性とから異常を判定するようにした回転電機の異常
   検出方法。
2. 【請求項２】　　検出される高周波信号の１００ｋＨｚ
   以上の成分の、検出波形、検出時刻の差、及び周波数特
   性の少なくともいずれかを各放電検出素子間で比較する
   ことにより放電発生位置を特定し、放電特性を測定する
   ようにした請求項１記載の回転電機の異常検出方法。