JPS6114731B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転電機の固定子鉄心過熱検出装置に
係り、特に固定子鉄心温度以外の運転条件をも加
味して固定子鉄心の異常過熱を検出する過熱検出
装置に関する。

一般に回転電機の固定子鉄心は、薄鉄板を積層
し、これを固定子鉄心押え板を介して締付ボルト
により固定子枠に締付固定することによつて構成
されている。ところで近年、タービン発電機等の
大形回転電機は、絶縁・冷却技術等の進歩により
大容量化の傾向が強くなると同時に、信頼性の向
上が強く要求されている。

特に回転電機の骨格となる固定子鉄心は、界磁
巻線起磁力や電機子巻線起磁力の増加に伴ない、
鉄心内の磁束密度が飽和状態に近づき、損失の発
生密度も大きく、鉄心焼損あるいは隣接する電機
子巻線の絶縁破壊等を起す可能性が非常に大きく
なつている。このため鉄心の温度を監視すること
によつて、前述の事故を未然に防止する方法や装
置が種々提案されている。

第１図は、一般に用いられている固定子鉄心温
度監視装置の概略ブロツク図の１例を示したもの
である。

固定子鉄心の温度検出装置１からの信号は変換
器２を用いて、適当なアナログ量あるいはデジタ
ル量に変換される。そして、比較制御器３におい
て基準設定器４の信号と比較され、基準値を越え
た場合は監視装置５に表示される。そして監視装
置５において機械の運転条件に対応した制御信号
が総合監視制御装置６に伝送される。一般に、基
準設定器４の設定値は、鉄心温度上昇に対する警
報発生レベルや、限界温度レベル等複数個の基準
値が設定され、それぞれ警報表示、負荷低減ある
いは運転停止信号が発生するようになつている。

ところで、このような従来方式では、固定子鉄
心の温度上昇が一定レベルより大きくならないと
警報等の制御信号を伝送しない。

第２図は、実際の回転電機の負荷状態と固定子
鉄心歯部温度Ttと固定子鉄心背部温度Tsを、タ
ービン発電機の場合を例にとつて示したものであ
る。第２図から明らかなように、発電機出力MW
が変化した場合や、発電機出力MWが一定でも無
効電力MVARの変化した場合に、固定子鉄心温
度が大きく変動している。

固定子鉄心は前述のように薄鉄板の上に絶縁表
面処理を施したものを多数枚積層して形成されて
いるため、鉄心の温度変化の繰返しによつて、薄
鉄板の絶縁表面処理が破られ薄鉄板間に層間短絡
を起こし局部的に温度上昇が大きくなり、これに
よつてさらに表面処理の破壊が拡大され過熱部分
が増大し、ついには隣接する電機子巻線の絶縁破
壊や鉄心焼損等の重大事故に発展する可能性が非
常に大きい。

ところで、従来方式においては、鉄心の温度が
一定レベル以上にならないと警報等の制御信号を
出さないため、第２図に示した設定値Ｉ以下の温
度変化であれば、鉄心温度の変化に対応した信号
は得られない。また第２図にＴ_t1で示すように、
薄鉄板の層間短絡等が発生し、同一の負荷条件で
鉄心温度が高くなつた場合でも、設定値Ｉ以下の
温度の場合は、これらの状態変化に対応した信号
を得ることができない。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、固定子鉄心の異常過熱の有無を適格にかつ早
期に検出し、回転電機の運転に対する信頼性を大
幅に向上することのできる回転電機の固定子鉄心
過熱検出装置を提供するにある。

この目的を達成するため、本発明は、固定子鉄
心の温度、その温度変化、運転条件（磁束量、出
力状態、固定子と回転子の幅方向の相対位置、冷
却条件など）およびその変化から固定子鉄心温度
の評価設定値を求め、この評価設定値と固定子鉄
心の温度変化を比較して、固定子鉄心の異常過熱
の有無を判定するようにしたことを特徴とする。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

第３図は、本発明の実施例の慨略ブロツク図を
示したものである。

固定子鉄心温度および運転条件等に対応した信
号は、検出器７によつて検出され、アナログ量あ
るいはデジタル量に変換される変換器２に伝送回
路１０を通して伝送される。変換器２で変換され
た信号の一方は、記憶演算器８に伝送され基礎デ
ータとして集積され、必要に応じて表示信号、制
御信号が監視装置５に伝送される。変換器２から
のもう一方の信号は、測定数値の変化量を算定す
る変化量算定器９に伝送され種々の測定値の変化
量が算定される。変化量算定器９からの信号は、
比較制御器３と、記憶演算器８に伝送され、記憶
演算器８内で、種々の変化量および変換器２から
送られた信号を用いて、比較制御器３で比較する
ための設定値が計算される。計算された設定値は
伝送回路１０ａを通して比較制御器３に伝送さ
れ、種々の比較判定がなされ、その結果が伝送回
路１０ｂ，１０ｃを通してそれぞれ記憶演算器８
および監視装置５に伝送され、必要な制御信号が
総合監視制御装置６に伝送される。

以上述べたように、本実施例によれば、設定値
が種々の検出値、およびそれらの変化量に対応し
て決定されるため、機械の運転条件に対応した固
定子鉄心の異常の有無を適格に且つ早期に発見す
ることができる。従つて、これに対応して、運転
条件の変更、負荷状態の調整等の制御を適格に行
なうことができ、機械の運転に対する信頼性を著
しく向上させることができる。

第４図は、タービン発電機を対象とした本発明
の実施例を具体的に示したものである。

タービン発電機は、固定子鉄心１１、電機子巻
線１２、固定子枠１３、回転子１４、出力を機外
へ取り出すブツシング１５、出力電流等の値を検
出する変流器１６および機内に封入された水素ガ
スを冷却するための冷却器１７等から成つてい
る。

タービン発電機内には、固定子鉄心温度を検出
する感温素子を中心に、種々の運転条件（発電機
出力電圧、電流、励磁電流、回転数、力率等）、
冷却条件（水素ガスの温度、流速等）、機械的条
件（固定子と回転子の相対位置、振動等）、電磁
気的条件（各部の磁束分布等）を測定する素子が
取付けられており、特に、冷却条件、固定子鉄心
温度、電磁気的条件は最高値を計測する必要があ
るので、適宜の個所に複数個の素子が用いられて
いる。測定データの取込みは収集制御器１８を通
して行なわれ、各変換器２ａ〜２ｅに伝達され
る。変換器２ａ〜２ｅは、それぞれの検出素子に
対応したものが用いられ、検出値にこれに応じた
信号に変換する。この場合変換器２ａは前記運転
条件を検出するために用いられ、変換器２ｂは前
記固定子鉄心温度を検出するために用いられ、
又、変換器２ｃ，２ｄ，２ｅはそれぞれ前記冷却
条件、前記機械的条件、前記電磁気的条件を検出
するために用いられる。

変換器２からの信号は、伝送回路１０ｂを通し
て記憶演算器８に伝送されると共に、変化量算定
器９に伝送され前述の各種測定値の変化量が算定
される。これらの信号は、伝送回路１０ａ，１０
ｃを通して、表示装置１９および記憶演算器８に
伝送される。ここで、変化量の算定は、毎回の変
換器の出力データを記憶し今回の変換器の出力デ
ータとの偏差を求めることにより算定されるが、
特定の時刻、運転条件、冷却条件等を基準として
偏差を求める場合もある。

固定子鉄心温度に対応した信号は、伝送回路１
０ｄを通して比較制御器３に伝送され、比較制御
器３ａに入る。この場合、比較制御器３ａに入力
されるのは変化量算定器９で算定された温度の変
化量である。比較制御器３ａでは、鉄心温度の変
化の有無が判定され、無の場合は伝送回路を通し
て表示装置１９に信号が送られ、次のデータの収
集指令が伝送回路１０ｅを通して収集制御器１８
に伝送される。

温度変化有の場合は、伝送回路１０ｆを通し
て、予測計算開始指令が記憶演算器８に伝送され
運転条件に対応した設定値の計算が開始される。
予測計算とは、変換器２ａ，２ｃ，２ｄ，２ｅか
ら記憶演算器８に取り込まれている運転条件、冷
却条件、機械的条件、電磁気的条件に基づいて鉄
心の温度を推定することである。即ち、鉄心温度
は上記の各条件により定まるが、鉄心の熱容量が
大きいため、当該鉄心がそれらの条件に対応した
温度になるまでには時間的なずれが生じる。した
がつて、実際に鉄心温度が上記の各条件に対応し
た温度に達する前に、その温度の推定計算を行う
ものであり、これを予測計算と称する。

次に鉄心の温度信号は、比較制御器３ａから３
ｂに伝送され、あらかじめ設定されている鉄心温
度上昇の限界設定値と比較される。この場合、鉄
心の温度信号は変化量算定器９で算定された変化
量であつてもよいし、又、変換器２ｂの今回測定
データの信号であつてもよい。前者の場合、変化
の大きさを比較することになり、後者の場合は測
定データを比較することになる。記憶演算器８に
はこれらのいずれを採用するかにより、これに応
じた限界設定値が記憶されており、この設定値を
用い比較制御器３ｂにおいて比較が行なわれる。
限界設定値以上の場合（鉄心温度の絶対値が設定
値以上である場合、又はその変化量が設定値以上
の急激な変化を示した場合）は、伝送回路１０ｇ
を通して警報器２０に信号が送られ、監視装置５
から総合監視装置６に制御信号が送られる。限界
設定値以下の場合は、比較制御器３ｃにおいて、
温度の変化量と、記憶演算器８で前述の予測計算
により計算された運転条件に対応した設定値とが
比較される。

この比較の結果、鉄心温度の予測が可能か否か
が判定される。即ち、前述のように、鉄心温度は
各条件によりある程度予測が可能である。例え
ば、単純に考えて、発電機の負荷に応じて発電機
出力を50％から100％に増加させると、発電機電
流の増加により鉄心温度が増加するとともに、電
流の増加による電磁気的な条件も変化して鉄心温
度増加の原因となる。そして、温度増加の時間に
対する変化は上記各条件をものとにしてある程度
の推定が可能であり、これにより計算した値が前
記設定値である。ところが、鉄心温度の上昇が時
間経過に対して前記設定値と異なつた温度上昇に
なると、もはや上記各条件からの推定はできない
ことになり、この場合鉄心温度変化の予測はでき
ないと判断せざるを得ない。

比較制御器３ｃにおいて、予測不可能と判断さ
れた場合は異常現象が発生していると考え得るの
で、これに応じた処置を採る必要がある。そこ
で、伝送回路１０ｈを通して比較制御器３ｃから
比較器３ｅに鉄心温度の絶対値および変化量信号
が伝送され、これらの値は異常現象のデータとし
て記憶演算器８に蓄積されるとともに、異常の程
度や回数等が判定される。この場合、異常の程度
は、例えば鉄心温度の絶対値が予め設定されてい
る警報レベルに対してどの程度の値にあるかによ
り判定し、又は、発電機負荷の変化に対し鉄心温
度の変化量がどの程度のレベルにあるかにより判
定される。又、異常の回数は比較制御器３ｃの判
定結果に基づいて判定される。比較制御器３ｃか
らは、これらの判定に基づき、必要な場合には監
視装置５へこれら判定結果の信号を伝送し、監視
装置５ではこれら信号が設定値に対して余裕があ
るかないかを判断し、余裕がない場合には警報、
発電機停止等に関する信号を出力する。又、これ
らのデータは機械の経年変化等にも影響されるの
で、記憶演算器８の記憶装置に貯えられる。

比較制御器３ｃにおいて予測可能と判定された
場合、比較制御器３ｃは鉄心内の各温度検出素子
の検出値の変換信号又は変化量を比較制御器３ｄ
に伝送し、これにより比較制御器では前回計測の
鉄心内の温度分布形態と今回計測の温度分布形態
の変化の有無が比較検討される。温度分布形態に
変化がない場合、鉄心温度変化に異常なしとして
処理され、監視装置５に信号が伝送される。温度
分布形態に変化がある場合、異常温度変化とし
て、比較制御器３ｅに各検出素子の検出値の変換
信号又は変化量の信号が伝送される。これらの信
号に基づいて、比較制御器３ｅでは、温度変化予
測不能の判定の場合と同様の処理が行なわれる。

第５図は、第４図に示した記憶演算器８の概略
ブロツク図を示したものである。変換器２および
変化量算耐器９からの信号は、伝送回路１０ｂ，
１０ｃを通して記憶演算器８に伝送される。記憶
演算器８内では、それぞれ信号について演算器８
ａ〜８ｂによつて演算処理が行われる。

例えば演算器８ａによつて、運転特性曲線２１
が作成され、運転状況およびその変化量が算出さ
れる。そして演算器８ｄによつて演算処理された
空隙部の磁束Ｂ_gの変化と組合され、あらかじめ
設定されている力率P.Fに対する空隙部磁束Ｂ_g
曲線２２と比較して、空隙部の磁束量が検討され
他に条件変化がない場合は、演算器８ｆに、力
率、空隙磁束密度に対応する信号が送られ、あら
かじめ定められたプログラムにしたがつて鉄心の
温度が計算され、運転状態に対応した設定値が比
較制御器３に伝送される。

この他に、負荷条件の変化に伴つて回転子と固
定子の軸方向の相対位置が変化した場合等には、
演算器８ｅによつて処理された回転子と固定子の
鉄心端部における相対位置の変化量δ_Rと、演算
器８ｄによる鉄心端部の磁束密度Beおよび演算
器８ａによつて得られた力率の変化等を用いて、
あらかじめ設定されている鉄心端部磁束曲線２３
と比較し、前述の様に、演算器８ｆにおいて鉄心
の温度が計算され、設定値が演算器３に伝送され
る。

以上述べたように、本実施例によれば、設定値
や種々の検出値およびその変化量に対応して決定
され、これをもとにして、固定子鉄心温度の変化
を予測設定し、この設定値と固定子鉄心温度の実
際の変化量とを比較して評価判定が行われるた
め、実際の温度変化が予測を外れるものであるか
否か、即ち固定子鉄心に過熱等の異常現象が発生
しているか否かを直ちに、かつ、容易に把握する
ことができ、したがつて、単に温度検出素子の検
出値を固定された設定値と比較するだけの従来の
装置に比較し、機械の運転条件に対応した固定子
鉄心の異常の有無を適格に且つ早期に発見するこ
とができる。

なお、第４図および第５図の実施例において
は、比較制御器、変化量算定器、記憶演算器の数
および組合せを限定して示したが、本発明はこれ
にとどまらず、数および組合せ等を変えても同様
な効果を得ることができる。

以上のように本発明によれば、固定子鉄心の異
常過熱の有無を判定するための評価設定値が、
種々の検出値およびその変化量に対応して決定さ
れ、これと実際の温度変化量とを比較して評価判
定されるため、回転電機の運転条件に対応した固
定子鉄心の異常過熱の有無を適格にかつ早期に検
出することができ、回転電機の運転に対する信頼
性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来における固定子鉄心温度監視装置
の概略ブロツク図、第２図は固定子鉄心温度の変
化と発電機容量の関係を示す特性図、第３図は本
発明の基本的実施例に係る固定子鉄心温度監視装
置の概略ブロツク図、第４図は本発明の具体的実
施例に係る固定子鉄心温度監視装置のブロツク
図、第５図は第４図に示した記憶演算器の概略ブ
ロツク図である。 ２……変換器、３……比較制御器、５……監視
装置、７……検出器、８……記憶演算器、９……
変化量算定器、１８……収集制御器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定子と回転子からなる回転電機と、前記固
   定子の鉄心温度を検出する温度検出装置とを備
   え、この温度検出装置で検出された固定子鉄心温
   度に基づいて固定子鉄心の過熱の有無を判定する
   ものにおいて、固定子鉄心温度とは別の前記回転
   電機の運転条件を検出する運転条件検出装置と、
   前記温度検出装置で検出された固定子鉄心温度と
   前記運転条件検出装置で検出された運転条件の変
   化量を算定する変化量算定装置と、前記温度検出
   装置で検出された固定子鉄心温度、前記運転条件
   検出装置で検出された運転条件、前記変化量算定
   装置で算定された固定子鉄心温度および運転条件
   の変化量から固定子鉄心温度の評価設定値を求め
   る演算装置と、この演算装置で求められた評価設
   定値と前記変化量算定装置で算定された固定子鉄
   心温度の変化量を比較して、固定子鉄心の過熱の
   有無を判定する比較判定装置を設けたことを特徴
   とする回転電機の固定子鉄心過熱検出装置。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記運転条
   件は、回転電機の磁束量であることを特徴とする
   回転電機の固定子鉄心過熱装置。 ３ 特許請求の範囲第２項において、前記運転条
   件として、さらに回転電機の冷却条件を付加した
   ことを特徴とする回転電機の固定子鉄心過熱検出
   装置。 ４ 特許請求の範囲第１項において、前記運転条
   件は、回転電機の出力状態であることを特徴とす
   る回転電機の固定子鉄心過熱検出装置。 ５ 特許請求の範囲第４項において、前記運転条
   件として、さらに回転電機の冷却条件を付加した
   ことを特徴とする回転電機の固定子鉄心過熱検出
   装置。 ６ 特許請求の範囲第１項において、前記運転条
   件は、固定子と回転子の軸方向の相対位置である
   ことを特徴とする回転電機の固定子鉄心過熱検出
   装置。 ７ 特許請求の範囲第６項において、前記運転条
   件として、さらに回転電機の冷却条件を付加した
   ことを特徴とする回転電機の固定子鉄心過熱検出
   装置。