JP2018200179A - Partial discharge monitoring apparatus and partial discharge monitoring method for rotary electric machine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、回転電機の部分放電を監視する回転電機の部分放電監視装置及び部分放電監視方法に関する。 The present invention relates to a partial discharge monitoring device and a partial discharge monitoring method for a rotating electrical machine that monitor partial discharge of the rotating electrical machine.
高圧回転電機は、耐部分放電性を有するマイカ等の無機物を絶縁物に使用するために、稼働中の部分放電発生が許容されている機器である。しかし、運転年数経過により部分放電は、徐々に絶縁物を侵食していき、やがて機器故障(絶縁破壊)に至ることがある。そこで、稼働中の回転電機の部分放電発生レベルを検出し、故障前にメンテナンスや更新を促す部分放電監視技術が開発されてきた。 A high-voltage rotating electrical machine is a device that is allowed to generate partial discharge during operation because an inorganic material such as mica having partial discharge resistance is used as an insulator. However, the partial discharge gradually erodes the insulator with the passage of years of operation and may eventually lead to equipment failure (insulation breakdown). Accordingly, partial discharge monitoring technology has been developed that detects the level of occurrence of partial discharge in a rotating electric machine that is in operation and promotes maintenance and renewal before failure.
この部分放電監視技術には、回転電機を運転停止して測定する手法と運転中に測定する手法とがある。運転を停止して測定する手法は、外部電源を用いて静止中の回転電機に電圧を印加して出荷試験と同等の試験を行う。この手法は、設備を停止させるコストと絶縁試験を実施可能な外部電源車両を使用するコストが発生する。この方法に対して、低コストな手法として運転中に部分放電を測定する手法も開発されてきた(例えば、特許文献1及び2参照)。特許文献1及び2では、運転中の回転電機に電磁波や高周波電流を検出するセンサを取り付けて部分放電を検出する。
In this partial discharge monitoring technique, there are a method of measuring while rotating the rotating electric machine and a method of measuring during the operation. In the method of measuring after stopping operation, a test equivalent to the shipping test is performed by applying a voltage to a stationary rotating electrical machine using an external power source. This method generates the cost of stopping the equipment and the cost of using an externally powered vehicle that can perform an insulation test. In contrast to this method, a method of measuring partial discharge during operation has been developed as a low-cost method (see, for example,
特許文献1では、回転電機の部分放電を検出する部分放電検出用アンテナを備えた部分放電検出部によって検出された検出信号が入力される絶縁診断装置を備え、この絶縁診断装置は、入力された検出信号とデータベースに保有された部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係とを比較することにより、回転電機の絶縁劣化を判定するようにしている。この特許文献1では、回転電機フレーム外部に部分放電による電磁波が漏れだすことはほとんどないため、部分放電検出用アンテナは事前に回転電機内部へ取り付ける必要がある。
特許文献2では、固定子巻線に誘導的に結合する検出コイルを設け、この検出コイルから固定子巻線を伝播する固定子巻線で発生した部分放電に基づく高周波電流に応じた検出パルスを発生させ、この検出パルスを回転電機の外側に設けた劣化判定回路に伝送して回転電機の異常の有無を判定するようにしている。この特許文献2でも、検出コイルは、事前に回転電機内部へ取り付ける必要がある。
In
しかしながら、特許文献1及び2に記載された従来技術では、回転電機の固定子巻線で発生する部分放電に基づく高周波電流を検出コイルで検出したり、部分放電強度を部分放電検出用アンテナで直接検出したりしている。このため、高周波ノイズのない理想的な環境では部分放電を高精度で検出することが可能であるが、実環境では、回転電機の周囲に高周波のスイッチング等の高周波ノイズを発生する電源系統や周辺機器が配置されている場合が多く、高周波ノイズと部分放電による高周波信号との周波数帯が近く、両者の信号を弁別する技術が必要になる。フィルタ処理や信号処理といったノイズ除去手法は、部分放電信号まで減衰させてしまう可能性があり、業界標準となる手法は未だ確立されていない。
However, in the prior art described in
スイッチングノイズの影響を受けない手法として、非電気的な手法も検討されてきた。その手法とは、放電現象に伴う副次反応である光や分解生成物を検出する手法である。しかし、これらの手法では、回転電機内部を開放して目視可能な状態にして試験・評価する手法であり、運転中の回転電機の部分放電監視手法としては確立されていない。
回転電機以外の機器ではSF6ガス等の絶縁ガスを用いた密閉型静止機器で、部分放電による分解ガス濃度を検知する手法が実用化されている。しかし、回転電機のような大気空気循環させる高電圧機器に対しては、分解ガスによる部分放電監視手法は実用化されていない。
Non-electrical methods have also been studied as methods that are not affected by switching noise. The technique is a technique for detecting light and decomposition products, which are secondary reactions accompanying the discharge phenomenon. However, these methods are methods for testing and evaluating the inside of the rotating electrical machine by opening it to a visible state, and are not established as a partial discharge monitoring method for the rotating electrical machine during operation.
In devices other than rotating electrical machines, a method of detecting the decomposition gas concentration due to partial discharge has been put into practical use with a sealed stationary device using an insulating gas such as SF6 gas. However, a partial discharge monitoring method using cracked gas has not been put to practical use for high-voltage equipment that circulates atmospheric air such as rotating electrical machines.
そこで、本発明は、上記特許文献1及び2に記載された従来技術の課題に着目してなされたものであり、回転電機の固定子巻線で発生する部分放電を高周波ノイズの影響を受けることなく高精度で検知することができる回転電機の部分放電監視装置及び部分放電監視方法を提供することを目的としている。
Therefore, the present invention has been made by paying attention to the problems of the prior art described in
上記目的を達成するために、本発明に係る回転電機の部分放電監視装置の一態様は、回転電機のコイルに流入する空気のオゾン濃度を検知する第1オゾン検知部と、コイルの周辺の空気又はコイルの周辺から流出する空気のオゾン濃度を検知する第2オゾン検知部と、第1オゾン検知部で検知した第1オゾン濃度と第2オゾン検知部で検知した第2オゾン濃度とを比較して部分放電発生状況を監視する部分放電監視部と、を備えている。 In order to achieve the above object, one aspect of a partial discharge monitoring device for a rotating electrical machine according to the present invention includes a first ozone detector that detects an ozone concentration of air flowing into a coil of the rotating electrical machine, and air around the coil. Alternatively, the second ozone detector that detects the ozone concentration of the air flowing out from the periphery of the coil is compared with the first ozone concentration detected by the first ozone detector and the second ozone concentration detected by the second ozone detector. And a partial discharge monitoring unit for monitoring the partial discharge occurrence status.
また、本発明に係る回転電機の部分放電監視方法の一態様は、回転電機のコイルに流入する空気のオゾン濃度を第1オゾン濃度として検知するステップと、コイルの周辺の空気又はコイルの周辺から流出する空気のオゾン濃度を第2オゾン濃度として検知するステップと、第1オゾン濃度と第2オゾン濃度とに基づいてオゾン濃度上昇量を算出し、算出したオゾン濃度上昇量に基づいて部分放電発生状況を監視するステップと、を備えている。 According to one aspect of the partial discharge monitoring method for a rotating electrical machine according to the present invention, the step of detecting the ozone concentration of the air flowing into the coil of the rotating electrical machine as the first ozone concentration and the air around the coil or the periphery of the coil. The step of detecting the ozone concentration of the flowing out air as the second ozone concentration, the ozone concentration increase amount is calculated based on the first ozone concentration and the second ozone concentration, and the partial discharge is generated based on the calculated ozone concentration increase amount. Monitoring the situation.
本発明の一態様によれば、コイルに流入する空気に含まれる部分放電によらないオゾン濃度と回転電機のコイルで発生する部分放電によって生成されるオゾン濃度とを検知することにより、高周波ノイズの影響を受けることなく、部分放電発生状況を正確に監視することができる。 According to one aspect of the present invention, by detecting the ozone concentration not caused by partial discharge contained in the air flowing into the coil and the ozone concentration generated by partial discharge generated by the coil of the rotating electrical machine, It is possible to accurately monitor the occurrence of partial discharge without being affected.
次に、図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。 Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the planar dimensions, the ratio of the thickness of each layer, and the like are different from the actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
また、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
まず、本発明の一の態様を表す回転電機の部分放電監視装置の第1の実施形態について図1を伴って説明する。
Further, the embodiment described below exemplifies an apparatus and a method for embodying the technical idea of the present invention, and the technical idea of the present invention is the material, shape, structure, The layout is not specified as follows. The technical idea of the present invention can be variously modified within the technical scope defined by the claims described in the claims.
First, a first embodiment of a partial discharge monitoring apparatus for a rotating electrical machine representing one aspect of the present invention will be described with reference to FIG.
まず、本発明を適用し得る回転電機について説明する。回転電機10は、全閉形の回転電機本体11と、この回転電機本体11の外周側を覆う外側フレーム31とで構成されている。
回転電機本体11は、密封フレーム12の両端に形成された端板部12a及び12bに軸受13a及び13bを介して回転自在に支持された回転軸14と、この回転軸14に固定された回転子鉄心15と、この回転子鉄心15に所定のギャップを介して対向し、密封フレーム12の内周面に固定された固定子鉄心16とで構成されている。
First, a rotating electrical machine to which the present invention can be applied will be described. The rotating
The rotating electrical machine
回転軸14には、軸受13aから突出する端部に循環ファン17が固定され、軸受13bから突出する端部にカップリング18が固定されている。
固定子鉄心16には、絶縁物19で絶縁された固定子コイル20が巻回されている。
固定子コイル20には、端子ボックス21を通じて三相ケーブル22から給電される。
外側フレーム31には、循環ファン17と対向する位置に吸気口32が形成されているとともに、軸受13bの上方側端部に排気口33が形成され、吸気口32と排気口33との間における固定子鉄心16の外周側に固定子鉄心16に接する冷却体34が配置されている。このため、回転電機10を回転駆動したときに、循環ファン17が回転し、この循環ファン17によって吸気口32から外気を吸気し、冷却体34を冷却した後に排気口33から排気される。
A circulating
A
The
The
そして、本実施形態では、外側フレーム31の内側における底部側に吸気口32から吸引される空気に触れるように第1オゾン検知部41を着脱可能に配置し、冷却体34の内周面側にも第1オゾン検知部42を配置する。これら第1オゾン検知部41及び42で、回転電機本体11の固定子コイル20を通過する前のオゾンガス濃度を検知する。
一方、回転電機本体11のフレーム12の内部には、固定子鉄心16から軸方向に突出する固定子コイル20の突出端の近くの底部側に第2オゾン検知部43及び44を着脱可能に配置する。これら第2オゾン検知部43及び44では、固定子コイル20の周辺のオゾンガス濃度を検知する。
In the present embodiment, the
On the other hand, the
ここで、第1オゾン検知部41及び42と第2オゾン検知部43及び44のそれぞれは、オゾンガスを吸収する材料であるゼオライトやシリカゲル等のオゾン吸収材を用いることができる。
また、本実施形態では、第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44のオゾン吸収量を測定して部分放電を監視する部分放電監視部51が設けられている。この部分放電監視部51は、第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44で検知したオゾン濃度を測定して部分放電を監視する。
Here, each of the
Moreover, in this embodiment, the partial
部分放電監視部51は、第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44のオゾン濃度を測定するオゾン濃度測定部52と、このオゾン濃度測定部52で測定したオゾン濃度に基づいて部分放電劣化を監視する放電劣化監視部53とで構成されている。
オゾン濃度測定部52は、回転電機10の所定周期の定期点検時に外部に取り出して回収し、回収した第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44を構成するオゾン吸収材を、窒素ガスで脱気して蓄積したオゾン濃度を測定し、測定結果を放電劣化監視部53に出力する。
The partial
The ozone
放電劣化監視部53は、例えばマイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成され、各オゾン検知部41〜44で検知したオゾン濃度に基づいて部分放電の進展性、進展加速性、寿命、余寿命の各判断を行う。
具体的には、放電劣化監視部53では、図2に示す放電劣化監視処理を実行する。この放電劣化監視処理は、先ず、ステップS1で、オゾン測定装置で測定した第1オゾン検知部41及び42で検知した第1オゾン濃度測定値OV11及びOV12を読み込むとともに、第2オゾン検知部43及び44で検知した第2オゾン濃度測定値OV21及びOV22を読み込んでからステップS2に移行する。
The discharge
Specifically, the discharge
このステップS2では、第1オゾン濃度測定値OV11及びOV12の平均値MOVを算出し、次いでステップS3に移行して、算出した平均値MOVを第2オゾン検知部43及び44のオゾン濃度測定値OV21及びOV22から個別に減算してオゾン濃度上昇量UOV21(n)(=OV21−MOV)及びUOV22(n)(=OV22−MOV)を算出してからステップS4に移行する。
In this step S2, the average value MOV of the first ozone concentration measurement values OV11 and OV12 is calculated, and then the process proceeds to step S3, where the calculated average value MOV is used as the ozone concentration measurement value OV21 of the
このステップS4では、下記(1)式及び(2)式に基づいて算出したオゾン濃度上昇量UOV21(n)及びUOV22(n)から前回算出したオゾン濃度上昇量UOV21(n-1)及びUOV22(n-1)を減算してオゾン濃度上昇変化量ΔUOV21及びΔUOV22を算出してからステップS5に移行する。
ΔUOV21=UOV21(n)−UOV21(n-1) ・・・(1)
ΔUOV22=UOV22(n)−UOV22(n-1) ・・・(2)
In this step S4, the ozone concentration increase amounts UOV21 (n-1) and UOV22 () previously calculated from the ozone concentration increase amounts UOV21 (n) and UOV22 (n) calculated based on the following equations (1) and (2). After subtracting n-1), the ozone concentration increase change amounts ΔUOV21 and ΔUOV22 are calculated, and then the process proceeds to step S5.
ΔUOV21 = UOV21 (n) −UOV21 (n−1) (1)
ΔUOV22 = UOV22 (n) −UOV22 (n−1) (2)
このステップS5では、算出したオゾン濃度上昇変化量ΔUOV21に基づいて回転電機本体11の前部側(軸受13a側)の部分放電の進展性を判定する。この部分放電の進展性の判定は、オゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が進展閾値ADs以上であるか否かによって判定し、ΔUOV21≧ADsであるときには、回転電機本体11の前部側で部分放電劣化が進展しているものと判断し、ステップS6に移行して、回転電機本体11の前部側で部分放電劣化が進展している状況にある旨を表示部54に表示してからステップS7に移行する。
In step S5, the progress of partial discharge on the front side (bearing 13a side) of the rotating electrical machine
このステップS7では、回転電機本体11の前部側における部分放電劣化の進展加速性を判定する。この進展加速性の判定は、オゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が進展閾値ADsより大きな値の進展加速閾値ADAs以上であるか否かを判定し、ΔUOV21≧ADAsであるときに、回転電機本体11の前部側の部分放電劣化が急速に進展したものと判断してステップS8に移行して、回転電機本体11の前部側で部分放電劣化が急速に進展している状況にある旨を表示部54に表示してからステップS9に移行する。
In step S7, the progress acceleration of partial discharge deterioration on the front side of the rotating electrical machine
また、ステップS5の判定結果がΔUOV21<ADsであるとき及びステップS7の判定結果がΔUOV21<ADAsであるときには直接ステップS9に移行する。
ステップS9では、算出したオゾン濃度上昇変化量ΔUOV22に基づいて回転電機本体11の後部側(軸受13b側)の部分放電の進展性を判定する。この部分放電の進展性の判定は、オゾン濃度上昇変化量ΔUOV22が進展閾値ADs以上であるか否かによって判定し、ΔUOV22≧ADsであるときには、回転電機本体11の前部側で部分放電劣化が進展しているものと判断し、ステップS10に移行して、回転電機本体11の後部側で部分放電劣化が進展している状況にある旨を表示部54に表示してからステップS11に移行する。
Further, when the determination result of step S5 is ΔUOV21 <ADs and when the determination result of step S7 is ΔUOV21 <ADAs, the process directly proceeds to step S9.
In step S9, the progress of partial discharge on the rear side (bearing 13b side) of the rotating electrical machine
このステップS11では、回転電機本体11の後部側における部分放電劣化の進展加速性を判定する。この進展加速性の判定は、オゾン濃度上昇変化量ΔUOV22が進展閾値ADsより大きな値の進展加速閾値ADAs以上であるか否かを判定し、ΔUOV22≧ADAsであるときに、回転電機本体11の後部側の部分放電劣化が急速に進展したものと判断してステップS12に移行して、回転電機本体11の前部側で部分放電劣化が急速に進展している状況にある旨を表示部54に表示してからステップS13に移行する。
In step S11, the progress acceleration of partial discharge deterioration on the rear side of the rotating electrical machine
また、ステップS9の判定結果がΔUOV22<ADsであるとき及びステップS11の判定結果がΔUOV22<ADAsであるときには直接ステップS13に移行する。
ステップS13では、回転電機本体11が機器寿命に達したか否かを判定する。この寿命判定は、オゾン濃度上昇量OUV21及びOUV22の何れかがオゾン上限濃度(寿命値)OVlimに達したか否かを判定し、OUV21≧OUVlim又はOUV22≧OUVlimであるときに、回転電機本体11が機器寿命に達したものと判断して、ステップS14に移行し、機器寿命に達した旨を表示部54に表示してから部分放電監視処理を終了する。
Further, when the determination result of step S9 is ΔUOV22 <ADs and when the determination result of step S11 is ΔUOV22 <ADAs, the process directly proceeds to step S13.
In step S13, it is determined whether or not the rotating electrical machine
ステップS13の判定結果が、OUV21<OUVlim又はOUV22<OUVlimであるときにステップS15に移行して、オゾン濃度上昇変化量ΔOUV21及びΔOUV22の何れか大きい方のオゾン濃度上昇量の変化に基づいて余寿命年数を算出する。この余寿命年数は、今回までのオゾン上昇量の履歴情報から時間変化近似曲線を作成し、作成した時間変換近似曲線と前述したオゾン上限濃度OVlimとの交点までの使用可能年数を余寿命年数として算出し、次いでステップS16に移行して、算出した余寿命年数の内最小又は最小に近い余寿命年数を表示部54に表示してから部分放電監視処理を終了する。
When the determination result in step S13 is OUV21 <OUVlim or OUV22 <OUVlim, the process proceeds to step S15, where the remaining life is based on the change in the ozone concentration increase, whichever is greater of the ozone concentration increase change ΔOUV21 or ΔOUV22. Calculate the number of years. For this remaining life, create a time change approximate curve from the historical information on the amount of ozone rise up to this time, and use the usable life until the intersection of the created time conversion approximate curve and the aforementioned ozone upper limit concentration OVlim as the remaining life years Then, the process proceeds to step S16, and the partial life monitoring process is terminated after displaying the minimum or near remaining life years in the calculated remaining life years on the
次に、第1の実施形態の動作を説明する。
前述した構成を有する高圧回転電機で許容される部分放電電荷量は、使用される絶縁材料や絶縁構造により各社で基準が異なる。標準的な基準としては、正常レベルは3,000pC以下、要監視レベルは、3,000〜3,0000pC、危険レベルは、3,0000pC以上と定義されている。大気中で部分放電が発生すると、外部電界により加速された電子が酸素分子O2と衝突し、2つの酸素原子Oに解離させる。この酸素原子Oと酸素分子O2とが結合して、オゾンO3が生成される。このような関係から、部分放電電荷量とオゾン生成量には強い相関性が期待できる。
Next, the operation of the first embodiment will be described.
The standard of the partial discharge charge allowed in the high-voltage rotating electrical machine having the above-described configuration varies depending on the insulating material and the insulating structure used. As standard standards, the normal level is defined as 3,000 pC or less, the monitoring level required is defined as 3,000 to 3,000 pC, and the danger level is defined as 3,0000 pC or more. When partial discharge occurs in the atmosphere, electrons accelerated by an external electric field collide with oxygen molecules O 2 and dissociate into two oxygen atoms O. The oxygen atoms O and oxygen molecules O 2 are combined to generate ozone O 3 . From such a relationship, a strong correlation can be expected between the partial discharge charge amount and the ozone generation amount.
自然に発生するオゾン濃度としては文献「東京環境データ2001東京の環境2003」によると屋外環境の平均濃度で27ppdになる。作業環境としてのオゾン濃度は、国内での一般環境基準で60ppd以下と定められているが、日時や測定環境によって大きく変動する。
部分放電発生によるオゾン濃度としては、「平成26年電気学会全国大会、論文No.6_262、タイトル「空気中での部分放電によるオゾン濃度の測定」(以下、文献2と称す)で針・平板電極系の部分放電によるオゾン発生濃度が報告されている。0.125m3の空間で部分放電電荷量2,000pCを安定して発生させると、オゾン濃度は最大値で25ppd、安定値で17ppdとなっている。部分放電を停止させると、オゾン濃度は約10分経過で半減し、約30分経過で外部環境とおなじ6ppdにまで低下する、部分放電監視の検出下限を3,000pCとした場合には、部分放電によるオゾンガス濃度は自然発生のオゾンガス濃度と判別困難なレベルである。
According to the document “Tokyo environmental data 2001 Tokyo environment 2003”, the naturally occurring ozone concentration is 27 ppd as the average concentration in the outdoor environment. The ozone concentration as a working environment is determined to be 60 ppd or less by the general environmental standards in Japan, but varies greatly depending on the date and measurement environment.
As for the ozone concentration due to the occurrence of partial discharge, the needle and plate electrode in “2014 Electrotechnical National Convention, Paper No. 6_262, Title“ Measurement of ozone concentration by partial discharge in air ”(hereinafter referred to as Reference 2). The ozone generation concentration due to partial discharge of the system has been reported. When a partial discharge charge amount of 2,000 pC is stably generated in a space of 0.125 m 3 , the ozone concentration is 25 ppd at the maximum value and 17 ppd at the stable value. When the partial discharge is stopped, the ozone concentration is halved in about 10 minutes, and it is reduced to 6ppd, which is the same as the external environment after about 30 minutes. The ozone gas concentration by discharge is at a level that is difficult to distinguish from the naturally occurring ozone gas concentration.
このため、第1の実施形態では、第1オゾン検知部41,42で、回転電機本体11の固定子コイル20を通過する前のオゾンガスを吸収し、第2オゾン検知部43,44で固定子コイル20の周辺のオゾンガスを吸収する。このとき、第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44を底部側に配置することにより、空気より重いオゾンガスを確実に吸収することができる。
Therefore, in the first embodiment, the
これら第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44を、回転電機10の所定周期の定期点検時に外部に取り出して回収し、回収した第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44を構成するオゾン吸収材を、オゾン濃度測定部52にセットして、窒素ガスで脱気することにより、蓄積したオゾン濃度の測定値である第1オゾン濃度測定値OV11,OV12及び第2オゾン濃度測定値OV21,OV22を求める。
The
今、所定周期の定期点検毎に測定した第1オゾン濃度測定値OV11及びOV12の平均値MOVと第2オゾン濃度測定値OV21とが、例えば1年毎の定期点検で、図3に示すように、変化するものとする。
この場合、時点t1〜t3では、放電劣化監視部53で算出される第2オゾン濃度測定値OV21から平均値MOVを減算したオゾン濃度上昇量UOV21(n)の変化が殆どなく、図2の放電劣化監視処理で、ステップS4からステップS5、ステップS9、ステップS13をへてステップS15に移行し、図4に示すように、時間変化近似曲線L1を算出するが、この場合には時間変化近似曲線L1が時間軸と略平行となることから余寿命年数を算出することができず、予想される余寿命年数を表示部54に表示する。
Now, the average value MOV of the first ozone concentration measurement values OV11 and OV12 and the second ozone concentration measurement value OV21 measured at regular inspections of a predetermined cycle are, for example, regular inspections every year, as shown in FIG. , Change.
In this case, at time points t1 to t3, there is almost no change in the ozone concentration increase amount UOV21 (n) obtained by subtracting the average value MOV from the second ozone concentration measurement value OV21 calculated by the discharge
その後、時点t4で、オゾン濃度上昇量UOV21が増加し、オゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が進展閾値ADs以上となると、回転電機本体11の前部側で部分放電劣化が進展している旨が表示部54に表示される(ステップS6)。このときのオゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が進展加速閾値ADAs未満であるので、進展加速状況ではないと判断される。
Thereafter, at time t4, when the ozone concentration increase amount UOV21 increases and the ozone concentration increase change amount ΔUOV21 is equal to or greater than the progress threshold value ADs, it is indicated that the partial discharge deterioration has progressed on the front side of the rotating electrical machine
この時点t4では、オゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が進展閾値ADs以上となるので、図4に示すように、時間変化近似曲線L1の傾きが大きくなり、この時間変化近似曲線L1とオゾン濃度上限濃度UOVlimとの交点Pが生じることになり、時点t4から交点Pまでの年数を余寿命年数Xとして算出し(ステップS15)、算出した余寿命年数Xを表示部54に表示する(ステップS16)。 At this time point t4, the ozone concentration increase change amount ΔUOV21 becomes equal to or greater than the progress threshold value ADs, so that the slope of the time change approximate curve L1 increases as shown in FIG. And the number of years from the time point t4 to the intersection P is calculated as the remaining life years X (step S15), and the calculated remaining life years X are displayed on the display unit 54 (step S16).
その後、時点t5〜t9ではオゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が進展閾値ADs以上となるが進展加速閾値ADAs未満となっており、表示部54には部分放電劣化が進展している状況である旨が表示される。
また、余寿命年数としては、時点t5以降でオゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が時点t4でのオゾン濃度上昇変化量ΔUOV21より小さくなることにより、余寿命年数Xが長く算出されることになるが、過去の履歴から一番少ない余寿命年数Xmin又は誤差を考慮して二番目又は三番目に少ない余寿命年数を余寿命年数Xとして表示部54に表示する。
Thereafter, at time points t5 to t9, the ozone concentration increase change amount ΔUOV21 is equal to or greater than the progress threshold value ADs but is less than the progress acceleration threshold value ADAs, and the
In addition, as the remaining life years, the remaining life years X are calculated longer because the ozone concentration increase change amount ΔUOV21 becomes smaller than the ozone concentration increase change amount ΔUOV21 at time point t4 after the time point t5. From the history, the least remaining life years Xmin or the second or third remaining life years in consideration of the error are displayed on the
その後、時点t10で劣化がより進展して、オゾン濃度上昇変化量ΔUOV21が進展加速閾値ADAs以上となると、部分放電劣化が進展を加速させる状態であると判断し(ステップS7)、回転電機本体11の部分放電劣化が進展加速状態となった旨を表示部54に表示する(ステップS8)。
このときのオゾン濃度上昇量UOV21が、図4に示すように、オゾン濃度上限値OVlimを超えると、機器寿命に達したものと判断し(ステップS13)、回転電機本体11が機器寿命に達した旨を表示部54に表示して回転電機本体11の新しい回転電機本体に更新することを促す(ステップS14)。
Thereafter, when the deterioration further progresses at time t10 and the ozone concentration increase change amount ΔUOV21 becomes equal to or greater than the progress acceleration threshold ADAs, it is determined that the partial discharge deterioration is in a state of accelerating the progress (step S7). Is displayed on the display unit 54 (step S8).
If the ozone concentration increase amount UOV21 at this time exceeds the ozone concentration upper limit value OVlim as shown in FIG. 4, it is determined that the device life has been reached (step S13), and the rotating electrical machine
また、第1の実施形態では、回転電機本体11の前部側及び後部側のオゾン濃度をオゾン濃度測定値OV21及びOV22として測定しているので、測定結果の一例を図5に示す。この図5の測定結果から、時点t1では例えば回転電機本体11の後部側のオゾン濃度測定値OV22が前部側のオゾン濃度測定値OV21より大きな値となっていることから、回転電機本体11の後部側での部分放電劣化が顕著であることを把握することができる。その後、時点t4〜t9では、時点t1と同様に回転電機本体11の後部側での部分放電劣化が顕著であることを把握することができ、部分放電劣化の進展度は回転電機本体11の前部及び後部で略同じであると判断することができる。
In the first embodiment, the ozone concentration on the front side and the rear side of the rotating electrical machine
しかしながら、時点t10では、回転電機本体11の前部側のオゾン濃度上昇量UOV21が後部側のオゾン濃度上昇量UOV22より大きくなり、回転電機本体11の前部側の部分放電劣化が顕著になり、進展度も回転電機本体11の前部側か顕著なったことを把握することができる。
このように、上記第1の実施形態によると、回転電機本体11の内部のオゾン濃度を検知することにより、部分放電劣化を監視するので、周囲の高周波ノイズの影響を受けることなく部分放電劣化を正確に監視することができる。
However, at time t10, the ozone concentration increase amount UOV21 on the front side of the rotating
As described above, according to the first embodiment, since the partial discharge deterioration is monitored by detecting the ozone concentration inside the rotating
しかも、第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44としてオゾン吸収材を適用し、このオゾン吸収材を定期点検毎に回収して、吸収したオゾン濃度を測定するので、部分放電により生成されたオゾン濃度を正確に測定することができる。
さらに、オゾン吸収材は、電気回路や精密構造を必要としないので、振動による故障するおそれがなく、長期の使用に十分耐えることができる。そのうえ、オゾン吸収材によって回転電機本体11内のオゾンガスを吸収するので、回転電機本体11内のオゾン濃度を低減させて、オゾンガスによる絶縁物やシールゴム材の劣化を抑制することができる効果がある。
Moreover, since the ozone absorber is applied as the
Furthermore, since the ozone absorbing material does not require an electric circuit or a precision structure, there is no risk of failure due to vibration and it can sufficiently withstand long-term use. In addition, since the ozone gas in the rotating electrical machine
そして、部分放電監視部51で、定期点検毎の第1オゾン検知部41,42で検知した第1オゾン濃度の平均値と第2オゾン検知部43,44で検知した第2オゾン濃度とからオゾン濃度上昇量を算出することができ、このオゾン濃度上昇量が設定値以上となると部分放電劣化が生じ始めていると判定することができる。
その後、オゾン濃度上昇量が前回値に対して増加すると部分放電劣化が進展している劣化進展過程にあるものと判断することができ、前回のオゾン濃度上昇量に比較してオゾン濃度上昇量の増加量が大きくなったときに部分放電劣化の進展が加速状態にあると判断することができる。
Then, the partial
After that, when the ozone concentration increase amount increases from the previous value, it can be determined that the partial discharge deterioration is progressing, and the ozone concentration increase amount is compared with the previous ozone concentration increase amount. When the increase amount becomes large, it can be determined that the progress of partial discharge deterioration is in an accelerated state.
また、オゾン濃度上昇量が予め設定したオゾン濃度上限値に達したか否かを判断することにより、回転電機本体が寿命に到達して使用不可状態となったか否かを判断することができる。
さらに、オゾン濃度上昇量の時間変化近似曲線(劣化予測曲線)L1を作成し、この時間変化近似曲線(劣化予測曲線)L1とオゾン濃度上限値OVlimとの交点から余寿命年数Xを推定することができる。
Further, by determining whether or not the ozone concentration increase amount has reached a preset ozone concentration upper limit value, it is possible to determine whether or not the rotating electrical machine body has reached the end of its life and has become unusable.
Further, a time change approximate curve (deterioration prediction curve) L1 of the ozone concentration increase amount is created, and the remaining life years X are estimated from the intersection of this time change approximation curve (deterioration prediction curve) L1 and the ozone concentration upper limit value OVlim. Can do.
なお、上記第1の実施形態では、部分放電監視部51で、オゾン濃度に基づいて固定子コイル20の部分放電劣化を監視する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、部分放電監視部51で、前述したオゾン濃度上昇量UVO21及びUVO22から部分放電電荷量を推定するようにしてもよい。
すなわち、部分放電電荷量の推定は、各種部分放電モードにおける放電電荷量と部分放電を含む密閉空間のオゾン濃度上昇量の相関データを取得し、オゾン濃度上昇度から部分放電電荷量を算出する。
In the first embodiment, the case where the partial
That is, the partial discharge charge amount is estimated by acquiring correlation data between the discharge charge amount in various partial discharge modes and the ozone concentration increase amount in the sealed space including the partial discharge, and calculating the partial discharge charge amount from the degree of ozone concentration increase.
前述した文献2の実験結果では、空間体積0.125m3で部分放電電荷量2,000pCが安定して発生すると、平均オゾン濃度が11ppd上昇している。部分放電電荷量とオゾン生成量が比例関係にあると仮定して、部分放電電荷量∝オゾン生成量=(オゾン濃度変化)/(空間体積)と考える。
この実験結果からは、
部分放電電荷量〔pC〕=0.044×オゾン濃度上昇量〔ppd〕÷体積〔m3〕
という関係式が得られる。
According to the experimental result of
From this experimental result,
Partial discharge charge [pC] = 0.044 × ozone concentration increase [ppd] ÷ volume [m 3 ]
Is obtained.
この関係式を用いて、回転電機10の内部体積〔m3〕記とオゾン濃度上昇量〔ppd〕を求めることで、部分放電電荷量を推定することができる。このような実験データを高圧回転電機において取得することで、回転電機内部のオゾン濃度上昇量UOV21及びUOV22を測定して部分放電電荷量を監視することができる。
また、上記第1の実施形態では、回転電機本体11が全閉構造を有する場合について説明したが、回転電機本体11が開放形である場合には、回転電機本体11の内部空気が排出口から排出されるので、この排出口に第2オゾン検知部を配置して、回転電機本体11内のオゾン濃度を測定すればよい。
Using this relational expression, the partial discharge charge amount can be estimated by obtaining the internal volume [m 3 ] of the rotating
Moreover, in the said 1st Embodiment, although the case where the rotary electric machine
次に、本発明の第2の実施形態について図6を伴って説明する。
この第2の実施形態では、回転電機10の内部にオゾン検知部を常設することなく、オゾン検知を行うようにしたものである。
すなわち、第2の実施形態では、図6に示すように、第1の実施形態における第1オゾン検知部41,42及び第2オゾン検知部43,44が省略されている。これらに代えてオゾン濃度測定時に、外側フレーム31の吸気口32の外側及び排気口33の外側にそれぞれ電気的にオゾン濃度を測定可能な第1オゾン検知部となるオゾン検知管61及び62を配置する。同様に、回転電機本体11の内部と外部とを連通する端子ボックス21及びドレン口23にそれぞれ第2オゾン検知部となるオゾン検知管61及び62と同様のオゾン検知管63及び64を配置する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the second embodiment, ozone detection is performed without permanently installing an ozone detection unit in the rotating
That is, in the second embodiment, as shown in FIG. 6, the
オゾン検知管61〜64は、直径6mm程度のガラス状チューブで構成され、ガラス状チューブ内にオゾンに反応して変色する薬剤が封入されている。このガラス状チューブを吸引用シリンダの先端に取り付けて、周辺空気を一定量吸い込んでオゾン濃度を測定する。オゾン濃度値は変色した部分の目盛りを読み取ることにより、オゾン濃度を即座に測定できる。 The ozone detection tubes 61 to 64 are formed of a glass tube having a diameter of about 6 mm, and a drug that changes color in response to ozone is enclosed in the glass tube. The glass tube is attached to the tip of the suction cylinder, and a certain amount of ambient air is sucked to measure the ozone concentration. The ozone concentration value can be measured immediately by reading the scale of the discolored portion.
なお、オゾン検知管61〜64としては、測定部位の挿入口に挿入可能な大きさのセンササイズを有し、流速に影響されることなくオゾン濃度を測定可能で、且つ低濃度測定が可能なことが必要であり、さらに測定開始時に即座にオゾン濃度の測定可能な構成を有するものが好ましい。
そして、オゾン検知管61及び62で測定されるオゾン濃度測定値OV11及びOV12と、オゾン検知管63及び64で測定されるオゾン濃度測定値OV21及びOV22を第1の実施形態で前述した放電劣化監視部53に設けられたオゾン濃度入力部55から入力する。
The ozone detection tubes 61 to 64 have a sensor size that can be inserted into the insertion port of the measurement site, can measure ozone concentration without being affected by the flow velocity, and can measure low concentration. Further, it is preferable to have a configuration capable of measuring the ozone concentration immediately at the start of measurement.
Then, the ozone deterioration measured values OV11 and OV12 measured by the
この第2実施形態では、回転電機の部分放電を監視する一定周期毎に、オゾン検知管61〜64をそれぞれ回転電機本体11の外側フレーム31の吸気口32及び排気口33に配置することにより、オゾン検知管61及び62で回転電機10に流入される空気のオゾン濃度を測定し、オゾン検知管63及び64で回転電機本体11の内部のオゾン濃度を測定する。
In the second embodiment, the ozone detector tubes 61 to 64 are arranged at the
各オゾン検知管61、62、63及び64で測定された第1オゾン濃度測定値OV11、OV12、OV21及びOV22を放電劣化監視部53に入力することにより、前述した第1の実施形態と同様に、部分放電劣化を高周波ノイズの影響を受けることなく監視することができる。
この第2の実施形態では、回転電機本体11内にオゾン検知部を常時配置する必要がなく、部分放電劣化監視時に、所定部位にオゾン検知管61〜64を配置してオゾン濃度を測定するだけでよいので、測定の手間を前述した第1の実施形態に比較して軽減することができる。
By inputting the first ozone concentration measurement values OV11, OV12, OV21, and OV22 measured by the
In the second embodiment, there is no need to always arrange an ozone detector in the rotating electrical machine
なお、上記第2の実施形態では、回転電機本体11内のオゾン濃度を検知するオゾン検知管63及び64の挿入口として既存の端子ボックス21やドレン口23を使用する場合について説明したが、オゾン測定用の専用の測定口を設けるようにしてもよい。
また、上記第2の実施形態では、回転電機本体11が全閉構造を有する場合について説明したが、回転電機本体11が開放形である場合には、回転電機本体11の内部空気が排出口から排出されるので、この排出口に第2オゾン検知部としてのオゾン検知管を配置して、回転電機本体11内のオゾン濃度を測定すればよい。
In the second embodiment, the case where the existing
Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the case where the rotary electric machine
次に、本発明の第3の実施形態を図7について説明する。
この第3の実施形態では、回転電機本体11の内外のオゾン濃度を常時電気的に測定するようにしたものである。
すなわち、第3の実施形態では、図7に示すように、回転電機10の外側フレーム31の循環ファン17の外周に対向する底部及び冷却体34及び排気口33間に貫通孔71及び72を形成し、これら貫通孔71及び72内に第1オゾン検知部81及び82を配置する。同様に、回転電機本体11の固定子鉄心16の前後端部から突出する固定子コイル20の周辺位置に貫通孔73及び74を形成し、これら貫通孔73及び74内に第2オゾン検知部83及び84が配置されている。
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
In the third embodiment, the ozone concentration inside and outside the rotating electrical machine
That is, in the third embodiment, as shown in FIG. 7, through
各オゾン検知部81〜84のそれぞれは、貫通孔71〜74内に挿入されるオゾン測定用バルブ85と、このオゾン測定用バルブ85の回転電機10の外側に一端が取り付けられたエアーチューブ86と、このエアーチューブ86の他端に取り付けられた電子式オゾン濃度計87とで構成されている。各オゾン検知部81〜84では、オゾン濃度の測定時にオゾン測定用バルブ85から一定量のオゾンを含む空気をエアーチューブ86内に引き込み、引き込んだ空気のオゾン濃度を電子式オゾン濃度計87で測定する。電子式オゾン濃度計87は、測定したオゾン濃度をデジタル値で放電劣化監視部53に直接入力する。
Each of the
この第2の実施形態によると、部分放電劣化の測定時にオゾン測定用バルブ85から一定量の空気を吸い込んでエアーチューブ86を介して電子式オゾン濃度計87に送ることにより、電子式オゾン濃度計87でオゾン濃度を測定し、第1オゾン濃度測定値OV11,OV12及び第2オゾン濃度測定値OV21,OV22を直接放電劣化監視部53に入力する。
According to the second embodiment, when measuring partial discharge deterioration, a certain amount of air is sucked from the
したがって、放電劣化監視部53で、図2に示す放電劣化監視処理を実行することにより、第1の実施形態と同様にオゾン測定値による部分放電劣化を監視することができる。
この第3の実施形態では、オゾン検知部81〜84を回転電機10に常設しているとともに、電子式オゾン濃度計87を有するので、オゾン濃度測定値を直接放電劣化監視部53に入力することができ、部分放電劣化の監視を自動的に行うことができる。このため、部分放電劣化の監視を一定周期で行ったり、所望の時期に行ったりすることができ、部分放電劣化の監視の自由度を向上させることができる。また、回転電機10の部分放電劣化の監視を遠隔地で行うこともでき、放電劣化監視部53に、複数の回転電機に設けたオゾン検知部を切換可能に接続することにより、一台の放電劣化監視部53で、複数の回転電機の部分放電劣化を遠隔監視することができる。
Therefore, by executing the discharge deterioration monitoring process shown in FIG. 2 in the discharge
In the third embodiment, the
なお、第3の実施形態でも、回転電機本体11が開放形である場合には、オゾン検知部を回転電機本体11の内部空気の排出経路に配置すればよい。
また、上記第1〜第3の実施形態では、回転電機本体11が全閉形である場合について説明したが、全閉形でも内部空気を循環させる循環経路を有する場合には、この循環経路にもオゾン検知部を設けることが好ましい。
In the third embodiment, when the rotating electrical machine
In the first to third embodiments, the case where the rotating electrical machine
さらに、上記第1〜第3の実施形態では、第1オゾン検知部を2個所に設けて平均値を算出する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第1オゾン検知部は外側フレームの吸気口32又は排気口33の近傍に1個所設けるようにしてもよい。また、第1オゾン検知部を複数設ける場合に、平均値ではなく最大のオゾン濃度測定値を採用するようにしてもよい。
Furthermore, in the first to third embodiments, the case where the first ozone detector is provided at two locations and the average value is calculated has been described. However, the present invention is not limited to this, and the first ozone detector is One location may be provided in the vicinity of the
10…回転電機、11…回転電機本体、14…回転軸、15…回転子鉄心、16…固定子鉄心、17…循環ファン、19…絶縁物、20…固定子コイル、31…外側フレーム、32…吸気口、33…排気口、34…冷却体、41,42…第1オゾン検知部、43,44…第2オゾン検知部、51…部分放電監視部、52…オゾン濃度測定部、53…放電劣化監視部、61〜64…オゾン検知管、81,82…第1オゾン検知部、83,84…第2オゾン検知部、85…オゾン測定用バルブ、86…エアーチューブ、87…電子式オゾン濃度計
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記コイルの周辺の空気又はコイルの周辺から流出する空気のオゾン濃度を検知する第2オゾン検知部と、
前記第1オゾン検知部で検知した第1オゾン濃度と前記第2オゾン検知部で検知した第2オゾン濃度との差値に基づいて部分放電発生状況を監視する部分放電監視部と、を備えた回転電機の部分放電監視装置。 A first ozone detector that detects the ozone concentration of the air flowing into the coil of the rotating electrical machine;
A second ozone detector for detecting the ozone concentration of the air around the coil or the air flowing out of the coil,
A partial discharge monitoring unit that monitors a partial discharge occurrence state based on a difference value between the first ozone concentration detected by the first ozone detection unit and the second ozone concentration detected by the second ozone detection unit. Partial discharge monitoring device for rotating electrical machines.
前記部分放電監視部は、前記第1オゾン検知部及び複数の前記第2オゾン検知部で検知したオゾン濃度の時間変化と、前記複数の第2オゾン検知部で検知したオゾン濃度の大小とから部分放電劣化の進展状況を判定する請求項1から4の何れか一項に記載の回転電機の部分放電監視装置。 A plurality of the second ozone detectors are arranged around the coil,
The partial discharge monitoring unit is a portion based on a temporal change in ozone concentration detected by the first ozone detection unit and the plurality of second ozone detection units, and a level of ozone concentration detected by the plurality of second ozone detection units. The partial discharge monitoring apparatus for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 4, wherein the progress of discharge deterioration is determined.
前記コイルの周辺の空気又はコイルの周辺から流出する空気のオゾン濃度を第2オゾン濃度として検知するステップと、
前記第1オゾン濃度と前記第2オゾン濃度とに基づいてオゾン濃度上昇量を算出し、算出したオゾン濃度上昇量に基づいて部分放電発生状況を監視するステップと、
を備えた回転電機の部分放電監視方法。 Detecting the ozone concentration of the air flowing into the coil of the rotating electrical machine as the first ozone concentration;
Detecting the ozone concentration of the air around the coil or the air flowing out of the coil as a second ozone concentration;
Calculating an ozone concentration increase amount based on the first ozone concentration and the second ozone concentration, and monitoring a partial discharge occurrence state based on the calculated ozone concentration increase amount;
The partial discharge monitoring method of the rotary electric machine provided with.
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