JP2021143926A - 絶縁劣化診断装置 - Google Patents
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Abstract
Description
絶縁劣化診断装置20は、ガス測定部21、診断部22、出力表示部23、ポンプP、バルブV1〜Vn及びパージバルブVpを備える。
スロット内の絶縁層表面に施されているコロナ放電防止層が剥離や消失するとスロット内で比較的大きな放電が起こると同時にオゾンが発生する。また、スロット端部の電界緩和層表面に導電性汚損物質が付着しても沿面放電などの異常放電が生じるとともにオゾンが発生する。したがって、オゾンの発生量は、コイルの異常判断に直接関わることの観点から必須なファクタとなる。
空気中の水分が部分放電によって電離するとアンモニアが生成される。このアンモニアはオゾンと共に結露水に溶解して亜硝酸イオンに変化した後、金属系構造物を腐食させる硝酸イオンへと変化していく。したがって、アンモニアの発生量は、金属系構造物の腐食状況を判断する観点から重要なファクタとなる。
乾燥状態で、かつオゾンが大量に発生していない状況下では放電により窒素と酸素とが電離し再結合することにより窒素酸化物が生成する。一般的には窒素酸化物は酸化反応の進行及び水分との反応により硝酸ガスが生成する。硝酸ガスは後述のように腐食等の弊害を生じさせる。したがって、窒素酸化物の発生量は、硝酸ガスの生成状況の指標となり、硝酸ガスに因る弊害を把握する観点から重要なファクタとなる。
固定子のコロナ放電防止層(例えば発電機10の固定子のスロット内の層)、電界緩和層(前記固定子のスロット外の層)に含まれるカーボンが部分放電によって酸化して二酸化炭素として放出される。そして、前記カーボンがなくなると、二酸化炭素の放出量が激減するが、コロナ放電防止層及び電界緩和層の抵抗率が増大して電界緩和の効果がなくなり、部分放電量も増大する。したがって、二酸化炭素の発生量は、コロナ放電防止層及び電界緩和層の劣化や消失状況を把握する観点から重要なファクタとなる。尚、部分放電によってレジン等の有機成分が酸化するが、カーボンの消失速度よりもはるかに遅い。
固定子コイルの表面で生じた部分放電により発電機10内の水蒸気(水)が電離する。また、部分放電によって水素、NOx、NH3の発生量が増える。水蒸気や水素は電離した窒素と再結合し、アンモニア(NH3だけでなくNとOHが結合したものも含む)が生成する。したがって、水蒸気量は上述のアンモニアに因る弊害を予測する観点から重要なファクタとなる。特に、密閉形において水蒸気量が初期よりも多くなった場合、外部からの湿気の混入や冷却水漏れなどの不具合が疑われる。
部分放電により水が電離し、さらに、この電離によりH原子同士が再結合して水素が生成する。発電機10の運転中の高温下で水素が生成すると例えば発電機10の固定子の金属組織に取り込まれ水素脆化を引き起こす引き金となる可能性が考えられる。したがって、水素の発生量は部分放電に因る弊害を把握する観点から重要なファクタとなる。
硝酸ガスは、窒素酸化物の酸化と水との反応により発生する。また、アンモニアとオゾンが水に溶け込んで生じた硝酸イオンの蒸発により硝酸ガスが発生する。いずれの場合も、発電機10の内部に硝酸ガスを充満させ、発電機10の固定子や回転子の金属成分を腐食させる。したがって、硝酸ガスの発生量は発電機10の性能を維持する観点から非常に重要なファクタとなる。
図1〜3を参照して絶縁劣化診断装置20の動作例について説明する。
初期時において、ガス測定部21は運転中の発電機10の各相からバルブV1〜Vnを介して順次導入したガスのオゾン、アンモニア、窒素酸化物、二酸化炭素、水蒸気、水素及び硝酸の濃度(ガス種の濃度)を測定する。
所定時期の所定時刻において、初期時のガス濃度測定過程と同様に図3のタイムチャートに基づくバルブV1〜Vn、パージバルブVp及びガス測定部21の動作により運転中の発電機10の各相におけるガス種の濃度が検出される。そして、この検出された前記濃度の測定値も、診断部22の記憶領域に保存される。
診断部22は、前記所定時期における前記ガス種の濃度の測定値と前記初期時の測定値との比較により発電機10の絶縁劣化を診断する。そして、この診断の結果に基づく警報を出力する。具体的には、例えば図4のように前記所定時期に検出された前記ガスの濃度の初期値に対する変化に基づき発電機10の絶縁劣化を診断する。すなわち、オゾン、アンモニア、二酸化炭素、水素ガスの発生量が初期値よりも増加する一方で窒素酸化物の発生量は減少していることを根拠に「コロナ防止層の剥離」や「熱劣化」が進行していると診断する。また、水蒸気量が発電機10の周囲環境よりも大きければ冷却水漏れや結露を生じていると診断する。さらに、この診断に基づく警報を出力する。
出力表示部23は、診断部22により得られた診断の結果や前記警報を出力表示させる。前記結果や警告は例えば絶縁劣化診断装置20のモニタやユーザの端末に出力される。前記診断の結果は、例えば、図4に示したように初期時から所定期間経過後のガス種のガス濃度が初期値と比較されたグラフの態様で出力表示される。また、前記警報は、例えば、「コロナ防止層の剥離が生じているおそれがあります。」や「熱劣化の進行しているおそれがあります。」等の絶縁劣化の具体的な進行状況を知らせる警報が出力表示される。
発電機10のモデルで検出された初期時と所定時期のガス種の濃度を対比したグラフを図4に示した。便宜上、劣化を模擬した固定子の単体コイルを用い、ガスセンサとしてガステック社製のガス検知管を用いた。尚、ガス検知管の場合、製品として保障される規定吸引回数では10ppbの濃度で検知できないので、規定吸引回数の2〜3倍の回数で吸引して測定した。したがって、ガス濃度10ppm付近の値は参考値となる。
20…絶縁劣化診断装置、21…ガス測定部、22…診断部、23…出力表示部、P…ポンプ、V1〜Vn…バルブ、Vp…パージバルブ
Claims (6)
- 高圧回転機の絶縁劣化診断装置であって、
前記高圧回転機から供されたガスの濃度を測定するガス測定部と、
前記ガスの濃度の初期値に対する変化に基づき前記高圧回転機の絶縁劣化の状況を診断する診断部と
を備えたことを特徴とする絶縁劣化診断装置。 - 前記高圧回転機は、多相型であり、
前記ガス測定部は、前記高圧回転機の各相から順次に供された複数種のガスの濃度を測定し、
前記診断部は、前記複数種のガスの濃度の初期値に対する変化に基づき前記絶縁劣化の状況を診断すること
を特徴とする請求項1に記載の絶縁劣化診断装置。 - 前記ガスは、オゾン、アンモニア、窒素酸化物、二酸化炭素、水蒸気、水素または硝酸のいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載の絶縁劣化診断装置。
- 前記診断部は、前記診断に基づく警報を出力すること
を特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の絶縁劣化診断装置。 - 前記ガスは、前記高圧回転機の固定子の対地電圧が最大のコイルから供されること
を特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の絶縁劣化診断装置。 - 高圧回転機の絶縁劣化診断方法であって、
前記高圧回転機から供されたガスの濃度を測定する過程と、
前記ガスの濃度の初期値に対する変化に基づき前記高圧回転機の絶縁劣化の状況を診断する過程と
を有することを特徴とする絶縁劣化診断方法。
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