JP2014235091A - Residual life diagnostic system and residual life diagnostic method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の絶縁診断技術に関し、特に、誘導電動機や発電機などのマイカ層をレジンにて固着した固定子コイルにおける絶縁の診断に有効な技術に関する。 The present invention relates to an insulation diagnosis technique for a rotating electrical machine, and more particularly to a technique effective for diagnosis of insulation in a stator coil in which a mica layer such as an induction motor or a generator is fixed with a resin.
回転電機の固定子コイルの絶縁システムでは、例えば最大部分放電電荷量や誘電正接に代表される特性の絶対値の経年変化を監視することで絶縁余寿命を推定することが知られている。ここで、最大部分放電電荷量とは、常規電圧での印加電圧1サイクルに1回程度の頻度で発生する部分放電電荷量の値である。 In an insulation system for a stator coil of a rotating electrical machine, it is known to estimate the remaining insulation life by monitoring the secular change of the absolute value of the characteristic represented by the maximum partial discharge charge amount and the dielectric loss tangent, for example. Here, the maximum partial discharge charge amount is a value of the partial discharge charge amount generated at a frequency of about once per cycle of the applied voltage at a normal voltage.
この種の絶縁余寿命の推定技術としては、運転中の電気機械の絶縁監視の方法が示されその評価指標として最大放電電荷量、総合電荷量、平均放電電流、および放電発生位相−電荷量−発生頻度特性などを用いることにより絶縁物内の異常を評価するものがある(例えば特許文献1参照)。 As an estimation technique of this type of remaining insulation life, a method for monitoring insulation of an electric machine during operation is shown, and the maximum discharge charge amount, total charge amount, average discharge current, and discharge generation phase-charge amount- There is one that evaluates an abnormality in an insulator by using an occurrence frequency characteristic or the like (see, for example, Patent Document 1).
絶縁システムの多様化に伴い、マイカをレジンで固着した固定子コイルの絶縁システムにおいて、欠陥が進展する際に、その進展方向をマイカが阻害し、進展方向が電界方向と必ずしも一致しないことがある。そのため、前述した絶縁余寿命の推定技術の診断指標の1つである最大部分放電電荷量と劣化進展の程度に相関が現れにくく、劣化の状態を精度よく評価することが困難となってしまうという問題がある。 With the diversification of insulation systems, in the stator coil insulation system in which mica is fixed with resin, when defects develop, the mica obstructs the direction of progress, and the direction of progress may not always match the direction of the electric field. . For this reason, it is difficult to correlate the maximum partial discharge charge amount, which is one of the diagnostic indicators of the above-described estimation technique of the remaining insulation life, and the degree of progress of deterioration, and it is difficult to accurately evaluate the state of deterioration. There's a problem.
本発明の目的は、マイカをレジンで固着した回転電機における余寿命を高精度に推定することのできる技術を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a technique capable of accurately estimating the remaining life in a rotating electrical machine in which mica is fixed with a resin.
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。 Of the inventions disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
すなわち、代表的なものの概要は、余寿命診断システム、および余寿命診断方法に適用され、以下のような特徴を有するものである。 That is, a typical outline is applied to a remaining life diagnosis system and a remaining life diagnosis method, and has the following characteristics.
余寿命診断システムは、測定部と、演算部と、評価部とを有する。測定部は、回転電機の固定子コイルに印加した印加電圧に対する部分放電電荷量の関係を取得する。演算部は、測定部が取得した部分放電電荷量と印加電圧との関係を演算処理する。評価部は、演算部による演算結果と予め設定した所定の部分放電電荷量における印加電界或いは印加電圧、誘電特性(Δ2)、または印加電界と誘電特性との組み合わせに基づいて、回転電機の絶縁破壊強度残存率を推定し、その推定結果に基づいて回転電機の余寿命を推定する。 The remaining life diagnosis system includes a measurement unit, a calculation unit, and an evaluation unit. A measurement part acquires the relationship of the partial discharge charge amount with respect to the applied voltage applied to the stator coil of the rotary electric machine. The calculation unit calculates the relationship between the partial discharge charge amount acquired by the measurement unit and the applied voltage. The evaluation unit determines the dielectric breakdown of the rotating electrical machine based on the calculation result of the calculation unit and the applied electric field or applied voltage, the dielectric characteristic (Δ2), or the combination of the applied electric field and the dielectric characteristic at a predetermined partial discharge charge amount set in advance. The residual strength rate is estimated, and the remaining life of the rotating electrical machine is estimated based on the estimation result.
また、余寿命診断方法は、回転電機の固定子コイルにおける電気的測定を行う測定部と、測定部が取得した測定結果を演算処理する演算部と、演算部による演算結果から、固定子コイルを評価する評価部とを有する余寿命診断システムによって固定子コイルの余寿命を診断する。 The remaining life diagnosis method includes a measuring unit that performs electrical measurement on a stator coil of a rotating electrical machine, an arithmetic unit that performs arithmetic processing on a measurement result obtained by the measuring unit, and a calculation result obtained by the arithmetic unit. The remaining life of the stator coil is diagnosed by a remaining life diagnosis system having an evaluation unit for evaluation.
この余寿命診断方法は、以下のステップを有する。 This remaining life diagnosis method includes the following steps.
測定部において、回転電機の固定子コイルに印加した印加電圧と印加電圧に対する部分放電電荷量とを測定し、その測定結果から印加電界と部分放電電荷量とを関連付けするステップである。 In the measurement unit, the applied voltage applied to the stator coil of the rotating electrical machine and the partial discharge charge amount with respect to the applied voltage are measured, and the applied electric field and the partial discharge charge amount are associated with each other based on the measurement result.
演算部において、測定部が取得した部分放電電荷量と印加電界との関係を演算処理するステップである。 In the calculation unit, the relationship between the partial discharge charge amount acquired by the measurement unit and the applied electric field is calculated.
評価部において、演算部による演算結果と予め設定した所定の部分放電電荷量の発生電界、誘電特性、または発生電界と誘電特性との組み合わせに基づいて、回転電機の絶縁破壊強度残存率を推定し、その推定結果に基づいて回転電機の余寿命を推定するステップである。 The evaluation unit estimates the dielectric breakdown strength remaining rate of the rotating electrical machine based on the calculation result of the calculation unit and the generated electric field, dielectric characteristics, or a combination of the generated electric field and dielectric characteristics of a predetermined partial discharge charge amount. This is a step of estimating the remaining life of the rotating electrical machine based on the estimation result.
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。 Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
回転電機の余寿命を高精度に推定することができる。 The remaining life of the rotating electrical machine can be estimated with high accuracy.
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。 In the following embodiments, when it is necessary for the sake of convenience, the description will be divided into a plurality of sections or embodiments. However, unless otherwise specified, they are not irrelevant to each other. There are some or all of the modifications, details, supplementary explanations, and the like.
また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。 Further, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including the number, numerical value, quantity, range, etc.), especially when clearly indicated and when clearly limited to a specific number in principle, etc. Except, it is not limited to the specific number, and may be more or less than the specific number.
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。 Further, in the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not necessarily indispensable unless otherwise specified and apparently essential in principle. Needless to say.
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components, etc., the shape of the component is substantially the case unless it is clearly specified and the case where it is clearly not apparent in principle. And the like are included. The same applies to the above numerical values and ranges.
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために平面図であってもハッチングを付す場合がある。 In all the drawings for explaining the embodiments, the same members are denoted by the same reference symbols in principle, and the repeated explanation thereof is omitted. In order to make the drawings easy to understand, even a plan view may be hatched.
(実施の形態1)
〈発明の概要〉
第1の概要は、測定部(電圧測定システム22、部分放電電荷量検出器23、コンピュータ24)、演算部(演算部30)、および評価部(評価部31)を有する余寿命診断システムである。
(Embodiment 1)
<Summary of invention>
The first outline is a remaining life diagnosis system having a measurement unit (voltage measurement system 22, partial discharge charge detector 23, computer 24), a calculation unit (calculation unit 30), and an evaluation unit (evaluation unit 31). .
測定部は、回転電機の固定子コイルに印加した印加電圧に対する部分放電電荷量の関係を取得する。演算部は、測定部が取得した部分放電電荷量と印加電圧との関係を演算処理する。 A measurement part acquires the relationship of the partial discharge charge amount with respect to the applied voltage applied to the stator coil of the rotary electric machine. The calculation unit calculates the relationship between the partial discharge charge amount acquired by the measurement unit and the applied voltage.
評価部は、演算部による演算結果と予め設定した所定の部分放電電荷量における印加電界、誘電特性(Δ2)、または印加電界と誘電特性との組み合わせに基づいて、回転電機の絶縁破壊強度残存率を推定し、その推定結果に基づいて回転電機の余寿命を推定する。 The evaluation unit is based on the calculation result of the calculation unit and the applied electric field, dielectric characteristic (Δ2), or a combination of the applied electric field and the dielectric characteristic at a predetermined partial discharge charge amount set in advance, or the dielectric breakdown strength remaining rate of the rotating electrical machine And the remaining life of the rotating electrical machine is estimated based on the estimation result.
第2の概要は、余寿命診断システム(余寿命診断システム26)による余寿命診断方法である。余寿命診断システムは、回転電機の固定子コイルにおける電気的測定を行う測定部(電圧測定システム22、部分放電電荷量検出器23、コンピュータ24)、測定部が取得した測定結果を演算処理する演算部(演算部30)、および演算部による演算結果から、固定子コイルを評価する評価部を有する。 The second outline is a remaining life diagnosis method using a remaining life diagnosis system (remaining life diagnosis system 26). The remaining life diagnosis system includes a measurement unit (voltage measurement system 22, partial discharge charge amount detector 23, computer 24) that performs electrical measurement on a stator coil of a rotating electrical machine, and an arithmetic unit that performs processing on the measurement results obtained by the measurement unit. Unit (arithmetic unit 30) and an evaluation unit for evaluating the stator coil from the calculation result by the calculation unit.
この余寿命診断方法は、以下のステップを有する。 This remaining life diagnosis method includes the following steps.
測定部において、回転電機の固定子コイルに印加した印加電圧と印加電圧に対する部分放電電荷量とを測定し、その測定結果から印加電界と部分放電電荷量とを関連付けする。 In the measurement unit, the applied voltage applied to the stator coil of the rotating electrical machine and the partial discharge charge amount with respect to the applied voltage are measured, and the applied electric field and the partial discharge charge amount are associated from the measurement result.
演算部において、測定部が取得した部分放電電荷量と印加電界との関係を演算処理する。 In the calculation unit, the relationship between the partial discharge charge amount acquired by the measurement unit and the applied electric field is calculated.
評価部において、演算部による演算結果と予め設定した所定の部分放電電荷量の発生電界、誘電特性、または発生電界と誘電特性との組み合わせに基づいて、回転電機の絶縁破壊強度残存率を推定し、その推定結果に基づいて回転電機の余寿命を推定する。 The evaluation unit estimates the dielectric breakdown strength remaining rate of the rotating electrical machine based on the calculation result of the calculation unit and the generated electric field, dielectric characteristics, or a combination of the generated electric field and dielectric characteristics of a predetermined partial discharge charge amount. Based on the estimation result, the remaining life of the rotating electrical machine is estimated.
以下、上記した概要に基づいて、実施の形態を詳細に説明する。 Hereinafter, the embodiment will be described in detail based on the above-described outline.
まず、回転電機1の構造について簡単に述べる。 First, the structure of the rotating electrical machine 1 will be briefly described.
図1は、回転電機の構成の一例を示す説明図である。 FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating an example of a configuration of a rotating electrical machine.
回転電機1は、図1に示すように、回転子2、および固定子3から概略構成される。固定子3は、図2に示すように、固定子鉄心4、鉄心スロット5、および固定子コイル6を有している。
As shown in FIG. 1, the rotating electrical machine 1 is generally composed of a
固定子コイル6は、上コイル6a、および底コイル6bから構成されている。この固定子コイル6には、該固定子コイル6を鉄心スロット5に固定する楔7が設けられている。また、上コイル6aと底コイル6bとの間には、スペースを確保するための絶縁部材スペーサ8が配置されている。なお、固定子コイル6は、固定子鉄心4の外部で電気的に接続される。
The
固定子コイル6は、素線固めコイル9により構成されている。素線固めコイル9は、素線絶縁10を施した数本の素線9aを整列し、該素線9aを束ね絶縁詰め物11を施して一体化した構成からなる。素線固めコイル9の周囲には、ガラスクロスなどを裏打ち材としたマイカテープを所定回数巻回した主絶縁層12が形成されている。
The
固定子コイル6は、例えば含浸槽にてエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を主絶縁層12に加圧含浸し、その後、熱硬化性樹脂を加熱硬化させたものや、予めエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含んだ半硬化状態のプリプレグマイカテープを熱プレスし形成したものがある。前記に代表される処理工程により、ボイドに代表される欠陥の少ない絶縁特性の良好な主絶縁層12を備えた固定子コイル6を得ることができる。
The
主絶縁層12は、マイカテープ層と熱硬化性樹脂が完全に充填されていることが望まれるが、発電機用のコイルには、ボイドや剥離といった欠陥がある程度存在する。内部にボイドや剥離が存在する絶縁層に部分放電開始電圧以上の電圧が加わるとボイドや剥離といった微小欠陥部で部分放電が発生する。
The main insulating
絶縁層内に初期から存在していた微小欠陥に加え、主に熱的、および機械的ストレスにより新たに微小欠陥が形成される。長期間の運転により熱的/機械的/電気的/その他のストレスが加わると、これらが進展していくので、絶縁破壊電圧や機械強度が低下していくことが知られている。 In addition to the micro defects existing from the beginning in the insulating layer, micro defects are newly formed mainly by thermal and mechanical stresses. It is known that when a thermal / mechanical / electrical / other stress is applied due to a long-term operation, the stress develops and the breakdown voltage and mechanical strength decrease.
図3は、本実施の形態1による印加電圧に対する部分放電電荷量特性の取得処理の一例を示すフローチャートである。 FIG. 3 is a flowchart showing an example of the process of acquiring the partial discharge charge amount characteristic with respect to the applied voltage according to the first embodiment.
図3に示す測定フローチャートでは、測定対象に対して印加電圧である交流電圧を印加した後に(ステップS101)、交流電圧を昇圧し(ステップS102)、部分放電電荷量を測定する(ステップS103)。これらの処理を繰り返し(ステップS104)、測定終了条件の電圧に到達した後に印加電圧に対する部分放電電荷量特性を取得する(ステップS105)。 In the measurement flowchart shown in FIG. 3, after an AC voltage, which is an applied voltage, is applied to the measurement target (Step S101), the AC voltage is boosted (Step S102), and the partial discharge charge amount is measured (Step S103). These processes are repeated (step S104), and the partial discharge charge amount characteristic with respect to the applied voltage is acquired after reaching the voltage of the measurement end condition (step S105).
図4は、本実施の形態1による余寿命診断システムにおける構成の一例を示すブロック図である。 FIG. 4 is a block diagram showing an example of a configuration in the remaining life diagnosis system according to the first embodiment.
余寿命診断システム26は、図4に示すように、電圧測定システム22、部分放電電荷量検出器23、コンピュータ24、表示部25、接続端子29、演算部30、および評価部31を有する。
As shown in FIG. 4, the remaining
電圧測定システム22は、図1の固定子コイル6に印加した電圧である印加電圧を測定する。部分放電電荷量検出器23は、電圧印加に伴い、図2の主絶縁層12から発生する部分放電の部分放電電荷量を取得する。
The voltage measurement system 22 measures an applied voltage that is a voltage applied to the
接続端子29、電圧測定システム22、および部分放電電荷量検出器23には、高電圧電源21が接続されている。接続端子29は、図1の回転電機1の固定子コイル6に高電圧電源21から供給される交流電圧を印加する端子である。
A high
コンピュータ24は、印加電圧と部分放電電荷量特性を取得する。表示部25は、評価部31の評価結果などを表示する。演算部30は、コンピュータ24が取得した特性に対して演算処理を行う。評価部31は、演算部30による演算結果に基づいて絶縁劣化の評価を行う。
The
また、評価部31は、劣化レベル評価部33、絶縁破壊強度残存率推定部34、および余寿命推定部35を有する。劣化レベル評価部33は、演算部30にて得られた演算結果に基づいて劣化レベルの評価を行う。
The
絶縁破壊強度残存率推定部34は、劣化レベル評価部33による劣化レベルの評価に基づいて、絶縁破壊強度残存率の推定を行う。なお、ここで絶縁破壊強度残存率とは、製作当初における新品の固定子コイル6の絶縁破壊強度に対する経年時(劣化後)の絶縁破壊強度の割合を指す。余寿命推定部35は、絶縁破壊強度残存率推定部34による絶縁破壊強度残存率に基づいて、余寿命を推定する。
The dielectric breakdown strength residual
図4では、コンピュータ24、演算部30、および評価部31がそれぞれ異なるハードウェア構成となっているが、例えばコンピュータ24に、演算部30、および評価部31の機能を持たせる構成としてもよい。
In FIG. 4, the
続いて、余寿命診断システム26における具体的な診断例について説明する。
Next, a specific diagnosis example in the remaining
図5は、図4の余寿命診断システムにおける具体的な診断例を示すフローチャートである。 FIG. 5 is a flowchart showing a specific diagnosis example in the remaining life diagnosis system of FIG.
まず、余寿命診断が開始されて高電圧電源21が動作すると、交流電圧は徐々に昇圧する。診断対象である図1の回転電機1の固定子コイル6には、接続端子29を介して高電圧電源21の交流電圧が印加される。なお、測定対象である固定子コイル6は、回転電機1から抜き取った1本の固定子コイル6の状態とすることも可能である。
First, when the remaining life diagnosis is started and the high
電圧測定システム22は、ある電圧レベル毎に固定子コイル6に印加されている印加電圧レベルを測定し、部分放電電荷量検出器23は、ある印加電圧レベル毎における部分放電電荷量を測定する。
The voltage measurement system 22 measures the applied voltage level applied to the
これを繰り返し、所定の電圧まで電圧測定システム22、および部分放電電荷量検出器23が印加電圧と部分放電電荷量とを取得すると(ステップS201)、取得した印加電圧、および部分放電電荷量は、コンピュータ24に出力される。
When this is repeated and the voltage measurement system 22 and the partial discharge charge amount detector 23 acquire the applied voltage and the partial discharge charge amount up to a predetermined voltage (step S201), the acquired applied voltage and the partial discharge charge amount are: The data is output to the
コンピュータ24は、受け取った印加電圧と部分放電電荷量との関連付けを行い、印加電圧に対する部分放電電荷量特性を取得する。なお、取得した印加電圧をそのまま用いて評価を行ってもよいが、コンピュータ24にて取得した印加電圧を試料の絶縁層の厚みで割り印加電界とすると、規格化した値として異なる絶縁層厚さのコイルに対して評価が可能となるため、ここでは、この印加電界−部分放電電荷量特性を用いて説明する。
The
一般に部分放電電荷量は、例えば電流や電磁波の検出を用いたものが知られている。一例としては、特開平3−99286の図4などに記載されている構成が挙げられる。上記方法で得られた印加電界に対する部分放電電荷量特性に対して、演算部30は演算処理を行う(ステップS202)。
In general, a partial discharge charge amount using, for example, detection of current or electromagnetic wave is known. As an example, the configuration described in FIG. 4 of JP-A-3-99286 can be cited. The
その後、演算部30にて得られた演算結果に基づき、評価部31の劣化レベル評価部33が劣化レベルの評価を行う(ステップS203)。そして、絶縁破壊強度残存率推定部34は、劣化レベル評価部33によって得られた劣化レベルの評価を基に絶縁破壊強度残存率の推定を行う(ステップS204)。
Thereafter, based on the calculation result obtained by the
続いて、余寿命推定部35は、劣化レベル評価部33によって得られた絶縁破壊強度残存率の推定結果に基づいて余寿命を推定する(ステップS205)。この推定結果は、例えば表示部25などに表示される。
Subsequently, the remaining
なお、本実施の形態では、0V/mm程度から予め設定された電圧レベルまで交流電圧を昇圧させながら測定しているが、その他にも、予め設定された電圧レベルから交流電圧を降圧させながらの測定、あるいは昇圧と降圧とを組み合わせて測定したデータに基づいて診診断するようにしてもよい。 In the present embodiment, measurement is performed while increasing the AC voltage from about 0 V / mm to a preset voltage level, but in addition, the AC voltage is reduced from the preset voltage level. Diagnosis may be made based on measurement or data measured by combining pressure increase and pressure decrease.
図6は、演算部30における演算方法に自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電界に対する微分値を用いた場合の結果の一例を示す模式図である。図7は、部分放電電荷量の印加電界に対する微分値を用いた場合の実測結果の一例を示す模式図である。
FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of a result in the case where the differential value with respect to the applied electric field of the partial discharge charge amount displayed in the natural logarithm is used for the calculation method in the
図6(a)は、熱劣化の演算結果を示しており、図6(b)は、機械的劣化の演算結果を示している。また、図7(a)が、熱劣化の実測結果を示しており、図7(b)は、機械的劣化の実測結果を示している。 FIG. 6A shows the calculation result of thermal degradation, and FIG. 6B shows the calculation result of mechanical degradation. FIG. 7A shows an actual measurement result of thermal degradation, and FIG. 7B shows an actual measurement result of mechanical degradation.
図6(a)では、印加電界を0V/mm程度から所定の電界まで上昇させた際に、バックグラウンドレベルから有意な差を持って微分値が急増して最大値となった後に、急減する電界領域(以下、第1のピーク27という)と微分値がバックグラウンドレベルでほぼ一定となる電界領域からなっている。ここで、バックグラウンドレベルとは、印加電圧の増加に対して部分放電電荷量が印加電圧0kVと見做せるレベルの値から増加がなく,ほぼ一定で推移する領域のことである。 In FIG. 6A, when the applied electric field is increased from about 0 V / mm to a predetermined electric field, the differential value rapidly increases with a significant difference from the background level, and then rapidly decreases. An electric field region (hereinafter referred to as a first peak 27) and an electric field region in which the differential value is substantially constant at the background level. Here, the background level is a region where the partial discharge charge amount does not increase from the value at which the applied voltage can be regarded as 0 kV with respect to the increase of the applied voltage, and changes almost constant.
この第1のピーク27の微分値が最大となる印加電界E1を予め設定した印加電界に対する設定値Eと比較すると、印加電界E1は、設定値Eよりも低くなっている。このように演算処理を加えることで、測定者に依らない評価が可能となる。
When the applied electric field E1 at which the differential value of the
この図6(a)に示した測定方法と演算処理によって得られた傾向は、図7(a)に示す熱劣化を与えた場合の実測結果の一例と同様の傾向であり、これは、図8(a)の模式図に示すように、主絶縁層12を形成するマイカテープの沿層方向の剥離やボイドが発生、進展しているためであり、熱劣化が進む程、これら剥離やボイドの発生進展の程度が大きくなる傾向を示す。このため、熱劣化により機械的強度が低下し、振動や電磁力、および遠心力などにより絶縁層に亀裂が生じやすくなる。
The tendency obtained by the measurement method and the calculation process shown in FIG. 6A is the same tendency as the example of the actual measurement result when the thermal deterioration shown in FIG. 7A is given. As shown in the schematic diagram of FIG. 8 (a), the mica tape forming the main insulating
図7(a)の例では、絶縁層の貫層方向に亀裂などの欠陥が形成されやすい状態になっていることを意味しており、診断期間の短縮などの対策を行う必要が有ると考えられるため、例えば第2のレベルである警戒レベルと評価することができる。 In the example of FIG. 7A, this means that defects such as cracks are easily formed in the penetration direction of the insulating layer, and it is considered necessary to take measures such as shortening the diagnosis period. Therefore, for example, it can be evaluated as a warning level which is the second level.
図6(b)では、印加電界を0V/mm程度から所定の電界まで上昇させた際に、微分値の第1のピーク27よりも高い電界領域において、微分値の第2のピーク28が現れており、印加電界に対して微分値は2つのピークが存在している。このように2つのピークが検出された場合は、機械的劣化が加わっていると推定できる。
In FIG. 6B, when the applied electric field is increased from about 0 V / mm to a predetermined electric field, the
図6(b)に示す測定方法と演算処理によって得られた傾向は、図7(b)に示す機械的劣化を与えた場合の実測結果の一例と同様である。この傾向は、図8(b)に示す模式図のように絶縁層の貫層方向に進展する微小な亀裂や亀裂を介した剥離やボイドといった欠陥が結合し進展していることによるためである。 The tendency obtained by the measurement method and the calculation process shown in FIG. 6B is the same as the example of the actual measurement result when the mechanical deterioration shown in FIG. 7B is given. This tendency is due to the fact that, as shown in the schematic diagram of FIG. 8B, the microcracks that progress in the penetration direction of the insulating layer and the defects such as peeling and voids through the cracks are combined and progress. .
絶縁層の貫層方向に進展する欠陥は、絶縁層にとっては致命的な欠陥であり、絶縁破壊電圧に代表される絶縁性能の大幅な低下を引き起こす可能性が高く、例えば第1のレベルである危険レベルと評価することができる。これにより、測定者に依らない評価が可能となる。 The defect that develops in the penetration direction of the insulating layer is a fatal defect for the insulating layer, and is likely to cause a significant decrease in the insulating performance represented by the breakdown voltage, for example, at the first level. It can be evaluated as a danger level. Thereby, evaluation independent of the measurer becomes possible.
第1のピーク27の微分値が最大となる印加電界E1が設定した値よりも大きく、第2のピーク28が存在しない場合は絶縁層に加わっている熱や機械力による劣化は小さく現時点では問題ないことを示している。このため、定期的な診断を継続して実施すればよいと考えられ、例えば第3のレベルである監視レベルと評価することができる。
When the applied electric field E1 at which the differential value of the
以上の評価に基づいて、劣化レベル評価部33は、評価処理を実行する。
Based on the above evaluation, the deterioration
図9は、図4の余寿命診断システム26に設けられた劣化レベル評価部33による評価処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 9 is a flowchart showing an example of evaluation processing by the deterioration
まず、劣化レベル評価部33は、演算部30による印加電界に対する部分放電電荷量に基づいて(ステップS301)、図6の第1のピーク27、および第2のピーク28が検出されるか否かを判定する(ステップS302)。
First, the deterioration
ステップS302の処理において、第1のピーク27、および第2のピーク28のいずれもが検出された際には、詳細な診断が必要な危険レベルと判定する(ステップS303)。
When both the
また、ステップS302の処理において、第1のピーク27のみの検出の際には、該第1のピーク27の微分値が最大となる図6に示す印加電界E1が予め設定された設定値E以下であるか否かを判定する(ステップS304)。
In the process of step S302, when only the
印加電界E1が設定値Eよりも小さい場合には、診断期間の短縮などの対策が必要である警戒レベルと判定し(ステップS305)、印加電界E1が設定値E以上の場合には、現状問題なしであり、定期的な監視を継続する監視レベルと判定する(ステップS306)。 When the applied electric field E1 is smaller than the set value E, it is determined as a warning level that requires countermeasures such as shortening of the diagnosis period (step S305). It is determined that there is no monitoring level at which periodic monitoring is continued (step S306).
図10は、図4の余寿命診断システム26に設けられた絶縁破壊強度残存率推定部34による残存率推定処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart showing an example of a remaining rate estimation process by the dielectric breakdown strength remaining
絶縁破壊強度残存率推定部34は、上述した劣化レベル評価部33にて劣化レベルを評価した後に、予め蓄積した基礎データに基づいて絶縁破壊強度残存率を推定する。
The dielectric breakdown strength residual
劣化レベル評価部33の判定(ステップS401)が危険レベルと判定した場合(ステップS402)、絶縁破壊強度残存率推定部34は、所定の部分放電電荷量の発生電界Eimと絶縁破壊強度残存率との関係から絶縁破壊強度残存率を推定する(ステップS403)。
When the determination (step S401) of the deterioration
図11は、危険レベルと評価した固定子コイルの部分放電電荷量の発生電界Eimと絶縁破壊強度残存率との関係を示す説明図である。部分放電電荷量の発生電界Eimを評価指標とすると、図11に示すように、絶縁破壊強度残存率と相関があることが分かっている。なお、発生電界Eimとして、第1のピーク27の微分値が最大となる印加電界E1を用いてもよい。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the relationship between the generated electric field Eim of the partial discharge charge amount of the stator coil evaluated as the dangerous level and the dielectric breakdown strength remaining rate. If the generated electric field Eim of the partial discharge charge amount is used as an evaluation index, it is known that there is a correlation with the dielectric breakdown strength remaining rate as shown in FIG. As the generated electric field Eim, an applied electric field E1 that maximizes the differential value of the
また、発生電界Eimを決定する電界は、演算結果の第2のピーク28を検出し、バックグラウンドレベルまで低下した電界、すなわち図6(b)、および図7(b)に示す印加電界E4よりも低い電界とする。
Further, the electric field that determines the generated electric field Eim is the electric field that is detected to the
一方、劣化レベル評価部33が警戒レベル、または監視レベルと判定した場合(ステップS402)、絶縁破壊強度残存率推定部34は、電界Eit、および誘電特性のΔ2と絶縁破壊強度残存率との関係から絶縁破壊強度残存率を推定する(ステップS404)。
On the other hand, when the deterioration
図12は、監視レベル、あるいは警戒レベルと評価した固定子コイルの電界Eitと絶縁破壊強度残存率との関係を示す説明図である。図13は、監視レベル、あるいは警戒レベルと評価した固定子コイルのΔ2と絶縁破壊強度残存率との関係を示す説明図である。 FIG. 12 is an explanatory diagram showing the relationship between the electric field Eit of the stator coil evaluated as the monitoring level or the warning level and the dielectric breakdown strength remaining rate. FIG. 13 is an explanatory diagram showing the relationship between Δ2 of the stator coil evaluated as the monitoring level or the warning level and the dielectric breakdown strength remaining rate.
なお、電界Eitは、所定の部分放電電荷量が発生する電界であり、Δ2は、固定子コイル6に2kVの電圧を印加した際の誘電正接と定格電圧を印加した際の誘電正接との差である。
The electric field Eit is an electric field in which a predetermined partial discharge charge amount is generated, and Δ2 is a difference between a dielectric loss tangent when a voltage of 2 kV is applied to the
警戒レベル、または監視レベルと評価した場合、部分放電電荷量が発生する電界Eitを評価指標とすると、図12に示すように、絶縁破壊強度残存率と相関があることが分かっている。また、2kV印加時の誘電正接と定格電圧の誘電正接の差であるΔ2を評価指標とすると、図13に示すように、絶縁破壊強度残存率と相関があることが分かっている。 Assuming that the evaluation level is the warning level or the monitoring level and the electric field Eit at which the partial discharge charge amount is generated is used as an evaluation index, it is known that there is a correlation with the dielectric breakdown strength remaining rate as shown in FIG. Further, when Δ2 which is the difference between the dielectric loss tangent when 2 kV is applied and the dielectric loss tangent of the rated voltage is used as an evaluation index, it is known that there is a correlation with the dielectric breakdown strength remaining rate as shown in FIG.
なお、電界Eitとして、第1のピーク27の微分値が最大となる印加電界E1を用いてもよい。さらに、電界Eitを決定する電界は、第1のピーク27を検出し、バックグラウンドレベルまで低下した電界よりも低い電界、すなわち図6(a)、および図7(a)に示す電界E3よりも低い電界とする。
As the electric field Eit, an applied electric field E1 that maximizes the differential value of the
絶縁破壊強度残存率推定部34は、図11〜図13に示した評価指標と絶縁破壊強度残存率の関係を予め基礎データとして蓄積しておき、診断対象で実測された評価指標を基に絶縁破壊強度残存率を推定する(ステップS405)。
The dielectric breakdown strength remaining
具体的には、劣化レベル評価部33が危険レベルと評価した場合、図11に示す評価指標と絶縁破壊強度残存率の関係から絶縁破壊強度残存率を推定する。また、劣化レベル評価部33が警戒レベル、あるいは監視レベルと評価した場合には、図12、および図13に示す評価指標と絶縁破壊強度残存率の関係から絶縁破壊強度残存率を推定する。
Specifically, when the deterioration
絶縁破壊強度残存率を推定する際は、複数の評価指標各々で評価し、その中の最低の推定値を用いる、あるいは回帰分析などの多変量解析により複数の評価指標を組み合わせた推定方法を基に推定してもよい。 When estimating the dielectric breakdown strength residual rate, an evaluation method is used that evaluates each of a plurality of evaluation indexes, uses the lowest estimated value, or combines multiple evaluation indexes by multivariate analysis such as regression analysis. May be estimated.
なお、推定値は、95%信頼区間などの統計処理を行うと個体差などのバラツキを考慮した信頼性の高い診断が可能となる。また、上記統計処理を行った結果のうち、その下限値を評価に用いると機器の最も厳しい条件での評価が可能となり未然事故防止に有効となる。 Note that the estimated value can be diagnosed with high reliability in consideration of variations such as individual differences when statistical processing such as a 95% confidence interval is performed. Moreover, if the lower limit value is used for evaluation among the results of the statistical processing, it is possible to evaluate the device under the strictest conditions, which is effective for preventing accidents.
続いて、余寿命推定部35は、固定子コイル6における余寿命を推定する(ステップS406)。
Subsequently, the remaining
ここで、余寿命推定部35による余寿命の推定技術について説明する。
Here, the remaining life estimation technique by the remaining
図14は、図4の余寿命診断システムに設けられた余寿命推定部による余寿命の推定の一例を示す説明図である。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing an example of remaining life estimation by the remaining life estimation unit provided in the remaining life diagnosis system of FIG.
余寿命推定部35は、上記のように推定した絶縁破壊強度残存率に基づいて、余寿命を推定する。図14において、横軸は年数であり、縦軸は絶縁破壊強度残存率を示している。この図14のグラフに対して、上述のように推定された絶縁破壊強度残存率の95%信頼下限値をプロットする。
The remaining
そして、推定された絶縁破壊強度残存率の95%信頼下限値と初期値である100%とを結び、その線を外挿し、予め設定した寿命管理値の絶縁破壊強度残存率との交点と現在の年数差を余寿命として評価する。なお、初期値を絶縁破壊強度が100%に対する95%信頼下限値を基に評価を行うと製作時のバラツキを考慮した評価が可能となる。 Then, the 95% confidence lower limit value of the estimated dielectric strength remaining rate is connected to the initial value of 100%, the line is extrapolated, and the intersection of the preset life management value with the dielectric strength remaining rate and the current value The difference in years is evaluated as the remaining life. If the initial value is evaluated based on the lower limit of 95% with respect to the dielectric breakdown strength of 100%, it is possible to evaluate in consideration of variations at the time of manufacture.
また、診断前後の運転状況などにより劣化進展程度が異なることも考えられるので、経年的なデータをトレンド管理しながら、その都度、余寿命推定の直線を補正することによって精度の高い診断結果を提供することができる。 In addition, since the degree of deterioration may vary depending on the operating conditions before and after the diagnosis, it is possible to provide highly accurate diagnosis results by correcting the remaining life estimation line each time while managing trend data over time. can do.
以上により、最大部分放電電荷量に代表される特性の絶対値には現れにくかった微小な欠陥の形成、進展による劣化現象を、自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電界に対する微分値を基に評価可能とし、各々の劣化現象に対して予め蓄積した絶縁破壊強度残存率と評価指標の基礎データを基に推定することができる。 Based on the above, based on the differential value of the partial discharge charge amount with respect to the applied electric field expressed in natural logarithm, the phenomenon of deterioration due to the formation and development of minute defects that were difficult to appear in the absolute value of the characteristic represented by the maximum partial discharge charge amount. And can be estimated based on the basic data of the dielectric breakdown strength remaining rate and the evaluation index accumulated in advance for each deterioration phenomenon.
そして、その推定結果に基づいて、信頼性の高い絶縁余寿命を推定可能な絶縁診断技術を提供することができる。 And the insulation diagnostic technique which can estimate the insulation remaining life with high reliability based on the estimation result can be provided.
(実施の形態2)
本実施の形態2では、より精度の高い絶縁余寿命を推定する絶縁診断技術について説明する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, an insulation diagnosis technique for estimating a more accurate insulation remaining life will be described.
図15は、本実施の形態2による印加電圧に対する部分放電電荷量特性の取得処理の一例を示すフローチャートである。 FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of acquisition processing of partial discharge charge amount characteristics with respect to an applied voltage according to the second embodiment.
余寿命診断システム26における構成は、前記実施の形態1の図4と同様であり、電圧測定システム22、部分放電電荷量検出器23、コンピュータ24、表示部25、接続端子29、演算部30、および評価部31を有する。
The configuration in the remaining
前記実施の形態1と異なるところは、高電圧電源21であり、該高電圧電源21は、例えばコンピュータ24によって、ある時間毎、例えば1秒当たりの昇圧速度、または降圧速度が制御される機能を有している点である。
A difference from the first embodiment is a high-
まず、コンピュータ24に、測定終了電圧V、1秒間当りの昇圧速度v、または降圧速度v、電圧測定システム22によって印加電圧を測定する時間間隔Δt1、および部分放電電荷量検出器23によって部分放電電荷量を測定する時間間隔Δt2をそれぞれ設定する(ステップS601)。
First, the
続いて、コンピュータ24は、高電圧電源21に制御信号を出力し、測定対象に対して印加電圧である交流電圧を印加させる(ステップS602)。続いて、コンピュータ24は、高電圧電源21に制御信号を出力し、ステップS601の処理において設定した1秒間当りの昇圧速度vまたは降圧速度vにて交流電圧を昇圧させ(ステップS603)、電圧測定システム22によって印加電圧を測定させ、部分放電電荷量検出器23によって部分放電電荷量を測定させる(ステップS604)。
Subsequently, the
ここで、コンピュータ24、電圧測定システム22、および部分放電電荷量検出器23は、例えばGPIB(General Purpose Interface Bus)などによって接続されており、同期がとれている状態となっている。
Here, the
電圧測定システム22による印加電圧の測定間隔は、ステップS601の処理において設定した時間間隔Δt1毎であり、部分放電電荷量検出器23による部分放電電荷量測定の間隔は、ステップS601の処理において設定した時間間隔Δt2毎である。 The measurement interval of the applied voltage by the voltage measurement system 22 is every time interval Δt1 set in the process of step S601, and the interval of the partial discharge charge amount measurement by the partial discharge charge amount detector 23 is set in the process of step S601. Every time interval Δt2.
このように、コンピュータ24が、電圧測定システム22、および部分放電電荷量検出器23に同期した指令を出すことにより印加電圧に対する部分放電電荷量特性を自動で収録する。電圧測定システム22によって測定された印加電圧、および部分放電電荷量検出器23によって測定された部分放電電荷量は、例えばコンピュータ24が有するメモリなどに格納される(ステップS605)。
As described above, the
なお、測定する部分放電電荷量の発生頻度は任意で設定してもよい。一例としては、商用周波数が50Hzの場合、発生頻度レベルを50パルス/秒、商用周波数が60Hzの場合には、60パルス/秒、すなわち印加電圧1サイクルに1回以上の発生頻度の信号を部分放電電荷量として取得するとノイズを効果的に除去することができる。 The frequency of occurrence of the partial discharge charge to be measured may be set arbitrarily. As an example, when the commercial frequency is 50 Hz, the frequency of occurrence is 50 pulses / second, and when the commercial frequency is 60 Hz, the signal having the frequency of occurrence of one or more times per one cycle of the applied voltage is 60 pulses / second. When it is acquired as the discharge charge amount, noise can be effectively removed.
また、時間間隔Δt1,Δt2は、0.5秒程度、測定終了電圧Vは、0.1kV/秒程度とすると、データ数と評価精度のバランスを適切に保てることを確認している。 In addition, when the time intervals Δt1 and Δt2 are about 0.5 seconds and the measurement end voltage V is about 0.1 kV / second, it has been confirmed that the balance between the number of data and the evaluation accuracy can be appropriately maintained.
ステップS603〜S605の処理を繰り返して測定終了電圧Vまでの測定が終了すると(ステップS606)、演算部30は、コンピュータ24に記憶されている印加電圧と部分放電電荷量の関係に基づいて演算処理を行い、印加電圧に対する部分放電電荷量特性を取得する(ステップS607)。
When the processing up to the measurement end voltage V is completed by repeating the processing of steps S603 to S605 (step S606), the
なお、前記実施の形態1に記載のように取得した印加電圧の値を絶縁層の厚みで割り、印加電界として評価を行うようにしてもよい。また、印加電界に対する部分放電電荷量特性を表示部25により表示してもよい。さらに、取得したデータは、随時表示部25に表示してもよい。
Note that the value of the applied voltage acquired as described in the first embodiment may be divided by the thickness of the insulating layer and evaluated as an applied electric field. Further, the partial discharge charge amount characteristic with respect to the applied electric field may be displayed on the
演算部30は、自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電界に対する微分値を導出する。なお、微分値は、任意の点数の印加電界と自然対数表示にした部分放電電荷量から導出してもよい。一例として、印加電界と対数表示した部分放電電荷量は、それぞれ10点程度のデータを基に微分値を導出すると、精度よく評価することができる。
The
その後、得られた演算結果に基づいて、評価部31にて、前記実施の形態1の図9、図10、および図14などに記載の方法に基づいて、劣化レベルを評価し、絶縁破壊強度残存率、および余寿命を推定して結果を表示部25に表示する。なお、ここでも、コンピュータ24に演算部30、および評価部31の機能を持たせる構成としてもよい。
Thereafter, based on the obtained calculation result, the
以上により、より詳細に、印加電界と部分放電電荷量のデータを収録することが可能となり、より信頼性の高い絶縁診断を実現することができる。 As described above, the data of the applied electric field and the partial discharge charge amount can be recorded in more detail, and a more reliable insulation diagnosis can be realized.
(実施の形態3)
本実施の形態3では、前記実施の形態1,2に記載した診断技術に、別の評価指標を加えて絶縁破壊強度残存率を推定する絶縁診断技術について説明する。
(Embodiment 3)
In the present third embodiment, an insulation diagnosis technique for estimating the residual dielectric breakdown strength rate by adding another evaluation index to the diagnosis techniques described in the first and second embodiments will be described.
劣化レベル評価部33は、前記実施の形態1の図9に示すフローチャートに従って、劣化レベルを判定した後、絶縁破壊強度残存率推定部34が、予め蓄積した絶縁破壊強度残存率と評価指標の関係から絶縁破壊強度を推定する。
The degradation
なお、余寿命診断システム26における構成は、前記実施の形態1の図4と同様であるので、説明は省略する。
In addition, since the structure in the remaining
図16は、本実施の形態3による残存率推定処理の一例を示すフローチャートである。図17は、危険レベルと評価した固定子コイルの部分放電電荷量Qimと絶縁破壊強度残存率の関係を示す説明図であり、図18は、監視レベル、あるいは警戒レベルと評価した固定子コイルの部分放電電荷量Qitと絶縁破壊強度残存率の関係を示す説明図である。 FIG. 16 is a flowchart illustrating an example of the remaining rate estimation process according to the third embodiment. FIG. 17 is an explanatory diagram showing the relationship between the partial discharge charge amount Qim of the stator coil evaluated as the dangerous level and the dielectric breakdown strength remaining rate, and FIG. 18 shows the relationship of the stator coil evaluated as the monitoring level or the warning level. It is explanatory drawing which shows the relationship between the partial discharge charge amount Qit and dielectric breakdown strength residual rate.
まず、劣化レベル評価部33による評価結果において(ステップS701)、危険レベルと判定された場合(ステップS702)、絶縁破壊強度残存率推定部34は、前記実施の形態1の図11に示す評価指標と、図17に示す所定の電界で発生する部分放電電荷量Qimとを組み合わせて絶縁破壊強度残存率を推定する(ステップS703)。
First, in the evaluation result by the deterioration level evaluation unit 33 (step S701), when it is determined that the level is a danger level (step S702), the dielectric breakdown strength remaining
なお、部分放電電荷量Qimを決定する電界は、前記実施の形態1の部分放電電荷量の発生電界Eimと同様に、図6の第2のピーク28を検出し、バックグラウンドレベルまで低下した電界、すなわち図6(b)、および図7(b)に示す電界E4よりも低い電界とする。
It should be noted that the electric field that determines the partial discharge charge amount Qim is the electric field that has been detected to the background level by detecting the
一方、劣化レベル評価部33が警戒レベル、または監視レベルと評価した場合は、図12、および図13に示す評価指標に加えて、図18に示す所定の電界で発生する部分放電電荷量Qitを組み合わせて絶縁破壊強度残存率を推定する(ステップS704)。
On the other hand, when the deterioration
なお、 部分放電電荷量Qitを決定する電界は、図6の第1のピーク27を検出し、バックグラウンドレベルまで低下した電界よりも低い電界、すなわち図6(a)、および図7(a)に示す電界E3よりも低い電界とする。
The electric field that determines the partial discharge charge amount Qit is an electric field that is lower than the electric field that has been detected to the background level and detected to the
上記した評価指標と絶縁破壊強度残存率の関係を予め基礎データとして蓄積しておき、診断対象で実測された評価指標を基に、絶縁破壊強度残存率推定部34が前記実施の形態1の図10に示す処理を実行することによって絶縁破壊強度残存率を推定し(ステップS705)。その後、余寿命推定部35が、前記実施の形態1の図14に基づいて固定子コイル6における余寿命を推定する(ステップS706)。
The relationship between the evaluation index and the dielectric breakdown strength remaining rate is accumulated as basic data in advance, and based on the evaluation index actually measured on the diagnosis target, the dielectric breakdown strength remaining
以上により、複数の指標を組み合わせることによって、より高精度な絶縁診断を実現することができる。 As described above, a more accurate insulation diagnosis can be realized by combining a plurality of indexes.
(実施の形態4)
本実施の形態4では、診断に優位な信号を抽出することにより、より精度の高い絶縁診断を行う余寿命診断システム26について説明する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, a remaining
図19は、本実施の形態4による余寿命診断システム26の構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 19 is a block diagram showing an example of the configuration of the remaining
余寿命診断システム26は、図19に示すように、電圧測定システム22、部分放電電荷量検出器23、コンピュータ24、表示部25、接続端子29、演算部30、および評価部31からなる前記実施の形態1の図4と同様の構成に、新たに信号抽出部32が設けられた構成となっている。
As shown in FIG. 19, the remaining
他のモータなどの回転電機が動作している際に余寿命診断を行うと、該モータのノイズの影響を受けて測定データに誤差が生じてしまう恐れがある。そこで、信号抽出部32によって、診断に優位な信号を抽出する。
If the remaining life diagnosis is performed while a rotating electric machine such as another motor is operating, there is a possibility that an error may occur in measurement data due to the influence of noise of the motor. Therefore, the
図20は、図19の余寿命診断システムによる印加電圧に対する部分放電電荷量特性の取得処理の一例を示すフローチャートである。なお、図20においては、昇圧時のデータを基に説明しているが、降圧時のデータ、あるいは昇圧と降圧を組み合わせたデータを基にしてもよい。 FIG. 20 is a flowchart showing an example of acquisition processing of partial discharge charge amount characteristics with respect to applied voltage by the remaining life diagnosis system of FIG. In FIG. 20, the description is based on the data at the time of boosting, but it may be based on data at the time of step-down or a combination of data of step-up and step-down.
ここで、図20のステップS801〜S807の処理は、前記実施の形態1の図15におけるステップS601〜S607の処理と同様であるので説明は省略する。 Here, the processing of steps S801 to S807 in FIG. 20 is the same as the processing of steps S601 to S607 in FIG.
図20において、演算部30による印加電圧に対する部分放電電荷量特性の取得(ステップS807)が終了すると、信号抽出部32による信号抽出が行われる(ステップS808)。
In FIG. 20, when the acquisition of the partial discharge charge amount characteristic with respect to the applied voltage by the calculation unit 30 (step S807) ends, signal extraction by the
前記実施の形態1に記載したように自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電界に対する微分値に対して、信号抽出部32にて、診断に有意な信号の抽出が行われる。信号抽出の一例としては、印加電圧位相によるノイズの分離、微分値に対して予め信号とするレベルのしきい値を設定しておく、あるいは微分値が複数の点で事前に設定したレベルを超えない場合はノイズとして処理するといった技術などがある。
As described in the first embodiment, the
なお、ノイズ除去、信号抽出は、1つだけではなく複数を組み合わせることで、より効果的にノイズ除去、および信号抽出が可能である。そして、ノイズ除去、および信号抽出が行われた結果を基に、評価部31にて診断を行い、その結果を表示部25に表示する。なお、ここでも、コンピュータ24に演算部30、信号抽出部32、および評価部31、の機能を持たせる構成としてもよい。
Note that noise removal and signal extraction can be performed more effectively by combining not only one but a plurality of noise removal and signal extraction. Then, based on the result of noise removal and signal extraction, the
このように、信号抽出部32によってノイズ除去、および信号抽出され、診断に有意な信号に基づいて劣化レベルの判定、および余寿命の推定を行うことによって、信頼性の高い診断結果を得ることができる。
In this manner, noise removal and signal extraction are performed by the
(実施の形態5)
本実施の形態5は、演算部30による図6の演算方法として、所定の電圧増加に対する部分放電電荷量の増加量、あるいは所定の電圧減少に対する部分放電電荷量の減少量を用いるものである。そして、その結果に基づいて、絶縁余寿命を診断する。
(Embodiment 5)
In the fifth embodiment, as the calculation method of FIG. 6 by the
予め演算処理に用いる電圧増加幅を設定し、実施の形態1において得られた印加電界と部分放電電荷量の関係に基づいて、設定した電界増加幅に対する部分放電電荷量の増加量を導出し、その結果に基づき絶縁劣化を診断する。 A voltage increase width used for arithmetic processing is set in advance, and an increase amount of the partial discharge charge amount with respect to the set electric field increase width is derived based on the relationship between the applied electric field and the partial discharge charge amount obtained in the first embodiment. Based on the result, insulation deterioration is diagnosed.
これにより、劣化レベルを分類した結果を基に実施の形態1に記載の方法により絶縁余寿命の推定を行う。なお、電界、部分放電電荷量共に、降圧時、すなわち電圧減少幅に対する部分放電電荷量の減少量、昇圧と降圧を組み合わせた場合を基に診断してもよい。 Accordingly, the insulation remaining life is estimated by the method described in the first embodiment based on the result of classifying the deterioration level. Note that both the electric field and the partial discharge charge amount may be diagnosed at the time of step-down, that is, based on the combination of the decrease amount of the partial discharge charge amount with respect to the voltage decrease width and the step-up and step-down.
以上により、測定者に依存せず定量的に絶縁劣化の診断を行うことが可能となる。 As described above, it is possible to quantitatively diagnose insulation deterioration without depending on the measurer.
(実施の形態6)
本実施の形態6では、評価指標として所定の部分放電電荷量の発生電界Eim,Eitの代替として、誘電正接の電圧特性から誘電正接増加電界を用いて診断する技術について説明する。
(Embodiment 6)
In the sixth embodiment, a technique for diagnosing using a dielectric loss tangent increasing electric field from the voltage characteristic of dielectric loss tangent as an alternative to generated electric fields Eim and Eit of a predetermined partial discharge charge amount as an evaluation index will be described.
誘電正接は、部分放電に比べて電気的なノイズに対して強いことが知られている。そのため、近傍で電気的なノイズが発生するなどにより発生電界Eim,Eitが検出困難な場合は、その代替として誘電正接増加開始電界Etanδim,Etanδitを用いる。 It is known that the dielectric loss tangent is more resistant to electrical noise than the partial discharge. Therefore, when the generated electric fields Eim and Eit are difficult to detect due to the occurrence of electrical noise in the vicinity, the dielectric loss tangent increase starting electric fields Etanδim and Etanδit are used as an alternative.
誘電正接の増加開始点の導出には、図21に示す印加電界に対する誘電正接特性を基に導出を行う。導出には、図21のように低電界側の誘電正接特性と高電界側の誘電正接特性それぞれの近似直線の交点から導出するなどの方法を用いてもよい。 The derivation of the increase starting point of the dielectric loss tangent is performed based on the dielectric loss tangent characteristic with respect to the applied electric field shown in FIG. For the derivation, a method of deriving from the intersection of approximate lines of the dielectric loss tangent characteristic on the low electric field side and the dielectric loss tangent characteristic on the high electric field side as shown in FIG. 21 may be used.
本評価指標に関しても、実施の形態1と同様に予め基礎データとして絶縁破壊強度残存率との関係を取得しておき、発生電界Eim、または発生電界Eitを誘電正接増加開始電界Etanδim,Etanδitとそれぞれ置き換えて、実施の形態1と同様の処理によって診断を実施し、余寿命の推定を行う。 Also for this evaluation index, as in the first embodiment, the relationship with the dielectric breakdown strength remaining rate is acquired in advance as basic data, and the generated electric field Eim or the generated electric field Eit is changed to the dielectric loss tangent increase starting electric fields Etanδim and Etanδit, respectively. Instead, diagnosis is performed by the same processing as in the first embodiment, and the remaining life is estimated.
以上により、電気的なノイズが多い環境でも、精度の高い余寿命診断を提供することができる。 As described above, a highly accurate remaining life diagnosis can be provided even in an environment with a lot of electrical noise.
(実施の形態7)
本実施の形態7では、印加電界−部分放電電荷量特性、または自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電界に対する微分値をフィンガープリント法などによるパターン認識により、劣化レベルの評価を行い、その結果に基づき絶縁余寿命を求めるものである。
(Embodiment 7)
In the seventh embodiment, the degradation level is evaluated by pattern recognition using a fingerprint method or the like with respect to the applied electric field-partial discharge charge amount characteristic, or the differential value of the partial discharge charge amount expressed in natural logarithm with respect to the applied electric field. The remaining insulation life is obtained based on the result.
予め基礎データとして監視レベル、警戒レベル、および危険レベルの印加電界−部分放電電荷量特性、または自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電界に対する微分値のパターンをそれぞれ蓄積しておき、測定結果と蓄積したデータをフィンガープリント法などのパターン認識により評価する。 Preliminary data for the monitoring level, warning level, and dangerous level applied electric field-partial discharge charge amount characteristics, or the pattern of the differential value for the applied electric field of the partial discharge charge amount displayed in the natural logarithm, respectively, are stored, and the measurement results The accumulated data is evaluated by pattern recognition such as fingerprint method.
その評価結果に基づき、前記実施の形態1の技術によって絶縁余寿命の推定を行う。なお、印加電界−部分放電電荷量特性、および自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電界に対する微分値の両方を用いて評価を行うと信頼性の高い結果を得ることができるが、どちらか一方のみを用いて評価してもよい。 Based on the evaluation result, the remaining insulation life is estimated by the technique of the first embodiment. In addition, a highly reliable result can be obtained by evaluating both the applied electric field-partial discharge charge amount characteristics and the differential value of the partial discharge charge amount expressed in natural logarithm with respect to the applied electric field. You may evaluate using only one side.
以上により、測定者に依存せず定量的に劣化レベルの評価を行うことが可能な絶縁診断方法を提供することができる。 As described above, it is possible to provide an insulation diagnosis method capable of quantitatively evaluating the deterioration level without depending on the measurer.
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。 As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to above-described embodiment, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。 Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 回転電機
2 回転子
3 固定子
4 固定子鉄心
5 鉄心スロット
6 固定子コイル
6a 上コイル
6b 底コイル
7 楔
8 絶縁部材スペーサ
9 素線固めコイル
9a 素線
10 素線絶縁
11 絶縁詰め物
12 主絶縁層
21 高電圧電源
22 電圧測定システム
23 部分放電電荷量検出器
24 コンピュータ
25 表示部
26 余寿命診断システム
27 第1のピーク
28 第2のピーク
29 接続端子
30 演算部
31 評価部
32 信号抽出部
33 劣化レベル評価部
34 絶縁破壊強度残存率推定部
35 余寿命推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rotating
Claims (15)
前記測定部が取得した部分放電電荷量と印加電圧との関係を演算処理する演算部と、
前記演算部による演算結果と予め設定した部分放電電荷量における印加電界或いは印加電圧、誘電特性、または前記印加電界或いは印加電圧と前記誘電特性との組み合わせに基づいて、前記回転電機の絶縁破壊強度残存率を推定し、その推定結果に基づいて前記回転電機の余寿命を推定する評価部と、
を有する、余寿命診断システム。 A measurement unit for acquiring a relationship of a partial discharge charge amount to an applied voltage applied to a stator coil of a rotating electrical machine;
A calculation unit for calculating the relationship between the partial discharge charge amount acquired by the measurement unit and the applied voltage;
Based on the calculation result by the calculation unit and the applied electric field or applied voltage, dielectric characteristics, or the combination of the applied electric field or applied voltage and the dielectric characteristics at a predetermined partial discharge charge amount, the dielectric strength of the rotating electrical machine remains. An evaluation unit that estimates the rate and estimates the remaining life of the rotating electrical machine based on the estimation result;
Having a remaining life diagnosis system.
前記測定部は、
前記印加電圧をある周期毎に測定する電圧測定部と、
前記電圧測定部が測定した印加電圧に対応する前記固定子コイルの部分放電電荷量を測定する部分放電電荷量測定部と、
前記電圧測定部が測定した印加電圧、および前記部分放電電荷量測定部が測定した部分放電電荷量から、印加電界或いは印加電圧と部分放電電荷量とを関連付けする制御部と、
を有し、
前記演算部は、前記制御部が関連付けした部分放電電荷量を微分する、余寿命診断システム。 The remaining life diagnosis system according to claim 1,
The measuring unit is
A voltage measuring unit for measuring the applied voltage every certain period;
A partial discharge charge amount measurement unit for measuring a partial discharge charge amount of the stator coil corresponding to the applied voltage measured by the voltage measurement unit;
From the applied voltage measured by the voltage measurement unit and the partial discharge charge amount measured by the partial discharge charge amount measurement unit, a control unit associating the applied electric field or applied voltage with the partial discharge charge amount;
Have
The remaining life diagnosis system, wherein the calculation unit differentiates a partial discharge charge amount associated with the control unit.
前記評価部は、
前記演算部が演算した微分値に基づいて、前記固定子コイルの絶縁劣化レベルを判定する劣化レベル評価部と、
前記劣化レベル評価部の判定結果に基づいて、前記固定子コイルの絶縁破壊強度残存率を推定する絶縁破壊強度残存率推定部と、
前記絶縁破壊強度残存率推定部が推定した絶縁破壊強度残存率に基づいて、前記固定子コイルの余寿命を推定する余寿命推定部と、
を有する、余寿命診断システム。 The remaining life diagnosis system according to claim 2,
The evaluation unit is
A deterioration level evaluation unit that determines an insulation deterioration level of the stator coil based on the differential value calculated by the calculation unit;
Based on the determination result of the deterioration level evaluation unit, a dielectric breakdown strength residual rate estimation unit that estimates the dielectric breakdown strength residual rate of the stator coil,
Based on the dielectric breakdown strength remaining rate estimated by the dielectric breakdown strength remaining rate estimation unit, a remaining life estimation unit that estimates the remaining life of the stator coil;
Having a remaining life diagnosis system.
前記劣化レベル評価部は、前記演算部が演算した微分値において、前記微分値がしきい値よりも大きくなる期間であるピーク期間が2つあるか否かを判定し、2つの前記ピーク期間を有すると判定すると、前記固定子コイルの劣化レベルが大きい第1のレベルと判定し、前記ピーク期間が1つの場合、前記ピーク期間の最大の微分値における印加電界が設定値以下か否かを判定し、前記印加電界が設定値以下の場合、前記第1のレベルよりも小さい劣化レベルである第2のレベルと判定し、前記印加電界が設定値よりも大きい場合、前記固定子コイルの劣化レベルが問題ない状態である第3のレベルと判定する、余寿命診断システム。 The remaining life diagnosis system according to claim 3,
The deterioration level evaluation unit determines whether there are two peak periods in which the differential value is greater than a threshold value in the differential value calculated by the calculation unit, and determines the two peak periods. If it is determined that the stator coil has a first deterioration level of the stator coil is large, and if the peak period is one, it is determined whether the applied electric field in the maximum differential value of the peak period is equal to or less than a set value. When the applied electric field is equal to or lower than a set value, it is determined as a second level that is a deterioration level smaller than the first level. When the applied electric field is larger than the set value, the deterioration level of the stator coil Is a third level in which there is no problem in the remaining life diagnosis system.
前記絶縁破壊強度残存率推定部は、前記劣化レベル評価部が前記第1のレベルと判定すると、設定された前記部分放電電荷量の発生電界或いは電圧と絶縁破壊強度残存率との関係から絶縁破壊強度残存率を推定する、余寿命診断システム。 The remaining life diagnosis system according to claim 4,
The dielectric breakdown strength remaining rate estimation unit determines the dielectric breakdown based on the relationship between the generated electric field or voltage of the partial discharge charge amount and the dielectric breakdown strength remaining rate when the deterioration level evaluation unit determines that the first level. A remaining life diagnosis system that estimates the residual strength rate.
前記絶縁破壊強度残存率推定部は、前記劣化レベル評価部が前記第2のレベル、または前記第3のレベルのいずれかと判定すると、設定された前記部分放電電荷量の発生電圧或いは電界、または誘電特性のいずれかと絶縁破壊強度残存率との関係から絶縁破壊強度残存率を推定する、余寿命診断システム。 The remaining life diagnosis system according to claim 4,
The dielectric breakdown strength remaining rate estimation unit, when the degradation level evaluation unit determines that the second level or the third level, the set generation voltage or electric field of the partial discharge charge amount, or dielectric A remaining life diagnosis system that estimates the dielectric strength remaining rate from the relationship between any of the characteristics and the dielectric strength remaining rate.
前記測定部において、回転電機の固定子コイルに印加した印加電圧と前記印加電圧に対する部分放電電荷量とを測定し、その測定結果から印加電界と部分放電電荷量とを関連付けするステップと、
前記演算部において、前記測定部が取得した部分放電電荷量と印加電界との関係を演算処理するステップと、
前記評価部において、前記演算部による演算結果と予め設定した部分放電電荷量の発生電界、誘電特性、または前記発生電界と前記誘電特性との組み合わせに基づいて、前記回転電機の絶縁破壊強度残存率を推定し、その推定結果に基づいて前記回転電機の余寿命を推定するステップと、
を有する、余寿命診断方法。 A measurement unit that performs electrical measurement in a stator coil of a rotating electrical machine, a calculation unit that performs arithmetic processing on a measurement result acquired by the measurement unit, and an evaluation unit that evaluates the stator coil from the calculation result by the calculation unit; , A remaining life diagnosis method by a remaining life diagnosis system comprising:
Measuring the applied voltage applied to the stator coil of the rotating electrical machine and the partial discharge charge amount with respect to the applied voltage in the measurement unit, and associating the applied electric field with the partial discharge charge amount from the measurement result;
In the calculation unit, a step of calculating the relationship between the partial discharge charge amount acquired by the measurement unit and the applied electric field;
In the evaluation unit, based on a calculation result of the calculation unit and a generated electric field, dielectric characteristics of a partial discharge charge amount set in advance, or a combination of the generated electric field and the dielectric characteristics, a dielectric breakdown strength residual rate of the rotating electrical machine Estimating the remaining life of the rotating electrical machine based on the estimation result;
A remaining life diagnosis method.
前記部分放電電荷量の関係を取得するステップは、
前記印加電圧をある周期毎に測定するステップと、
測定した前記印加電圧に対応する前記固定子コイルの部分放電電荷量を測定するステップと、
測定した前記印加電圧と前記部分放電電荷量とに基づいて、前記印加電界と前記部分放電電荷量とを関連付けするステップと、
を有し、
前記演算処理するステップは、前記関連付けされた部分放電電荷量を微分する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 7,
The step of acquiring the relationship of the partial discharge charge amount,
Measuring the applied voltage every certain period;
Measuring a partial discharge charge amount of the stator coil corresponding to the measured applied voltage;
Associating the applied electric field with the partial discharge charge based on the measured applied voltage and the partial discharge charge;
Have
The calculation step includes differentiating the associated partial discharge charge amount, the remaining life diagnosis method.
前記回転電機の余寿命を推定するステップは、
前記演算部が演算した微分値に基づいて、前記固定子コイルの絶縁劣化レベルを判定するステップと、
前記絶縁劣化レベルの判定結果に基づいて、前記固定子コイルの絶縁破壊強度残存率を推定するステップと、
推定した前記絶縁破壊強度残存率に基づいて、前記固定子コイルの余寿命を推定するステップと、
を有する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 8,
Estimating the remaining life of the rotating electrical machine,
Determining an insulation deterioration level of the stator coil based on a differential value calculated by the calculation unit;
Estimating a dielectric breakdown strength remaining rate of the stator coil based on the determination result of the insulation deterioration level;
Estimating the remaining life of the stator coil based on the estimated dielectric breakdown strength remaining rate;
A remaining life diagnosis method.
前記絶縁劣化レベルを判定するステップは、
前記演算部が演算した微分値において、前記微分値がしきい値よりも大きくなる期間であるピークが2つあるか否かを判定するステップと、
2つの前記ピークを有すると判定した際に、前記固定子コイルの劣化レベルが大きい第1のレベルと判定し、前記ピークが1つと判定した際に、前記ピークの最大の微分値における印加電界が設定値以下か否かを判定し、前記印加電界が設定値以下の場合、前記第1のレベルよりも小さい劣化レベルである第2のレベルと判定し、前記印加電界が設定値よりも大きい場合、前記固定子コイルの劣化レベルが問題ない状態である第3のレベルと判定するステップと、
を有する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 9,
The step of determining the insulation deterioration level includes:
In the differential value calculated by the calculation unit, determining whether there are two peaks that are periods during which the differential value is greater than a threshold value;
When it is determined that the peak has two peaks, the first coil is determined to have a large deterioration level. When the peak is determined to be one, the applied electric field at the maximum differential value of the peak is When it is determined whether the applied electric field is equal to or less than a set value, it is determined that the applied electric field is greater than the set value. Determining a third level in which the deterioration level of the stator coil is not a problem;
A remaining life diagnosis method.
前記絶縁破壊強度残存率を推定するステップは、前記第1のレベルと判定した際に、設定された前記部分放電電荷量の発生電界或いは発生電圧と絶縁破壊強度残存率との関係から絶縁破壊強度残存率を推定する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 10,
In the step of estimating the dielectric breakdown strength remaining rate, the dielectric breakdown strength is determined from the relationship between the set electric field or voltage generated for the partial discharge charge amount and the dielectric breakdown strength residual rate when it is determined to be the first level. A remaining life diagnosis method that estimates the remaining rate.
前記絶縁破壊強度残存率を推定するステップは、前記第2のレベル、または前記第3のレベルのいずれかと判定した際に、設定された前記部分放電電荷量の発生電界或いは発生電圧、または誘電特性のいずれかと絶縁破壊強度残存率との関係から絶縁破壊強度残存率を推定する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 10,
The step of estimating the dielectric breakdown strength remaining rate includes determining the generated electric field or generated voltage of the partial discharge charge amount, or the dielectric characteristics when it is determined that the second level or the third level. A remaining life diagnosis method that estimates the dielectric breakdown strength residual rate from the relationship between any of the above and the dielectric breakdown strength residual rate.
前記絶縁破壊強度残存率を推定するステップは、設定された前記部分放電電荷量の発生電界或いは発生電圧に加えて、設定された印加電界で発生する部分放電電荷量を用いて絶縁破壊強度残存率を推定する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 10,
The step of estimating the dielectric breakdown strength remaining rate is performed by using the partial discharge charge amount generated in the set applied electric field in addition to the set generated electric field or generated voltage of the partial discharge charge amount. Estimating the remaining life diagnosis method.
前記絶縁破壊強度残存率を推定するステップは、前記第2のレベル、または前記第3のレベルのいずれかと判定した際に、設定された前記部分放電電荷量の発生電界或いは発生電圧、所定の印加電界にて発生する部分放電電荷量、または誘電特性の少なくとも1つに基づいて、絶縁破壊強度残存率を推定する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 10,
The step of estimating the dielectric breakdown strength residual rate is a predetermined application of a generated electric field or generated voltage of the partial discharge charge amount set when it is determined as either the second level or the third level. A remaining life diagnosis method for estimating a residual strength of dielectric breakdown strength based on at least one of a partial discharge charge amount generated in an electric field or a dielectric property.
前記固定子コイルの余寿命を推定するステップは、初期の絶縁破壊強度残存率を100%、あるいは製作のバラツキを考慮した際の下限値とし、推定した前記絶縁破壊強度残存率を個体差によるバラツキを考慮した際の下限値とし、初期の前記絶縁破壊強度残存率と推定した前記絶縁破壊強度残存率を結んだ直線を外挿した際に、寿命管理値の絶縁破壊強度残存率との交点となる点を寿命に到達する点として余寿命を推定する、余寿命診断方法。 The remaining life diagnosis method according to claim 10,
In the step of estimating the remaining life of the stator coil, the initial dielectric breakdown strength remaining rate is set to 100% or a lower limit value in consideration of manufacturing variations, and the estimated dielectric breakdown strength remaining rate is varied due to individual differences. When the extraordinary line connecting the estimated dielectric breakdown strength residual rate and the estimated dielectric breakdown strength residual rate is extrapolated, the intersection of the life management value with the dielectric breakdown strength residual rate and A remaining life diagnosis method that estimates the remaining life as a point that reaches the lifetime.
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