JP3895450B2

JP3895450B2 - Rotating electrical machine abnormality detection device

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Publication number: JP3895450B2
Application number: JP03512898A
Authority: JP
Inventors: ▲よし▼治兼田; 恵一伊藤; 崇夫釣本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2018-02-17
Also published as: JPH11231015A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の異常検出装置に関するもので、特に、高圧回転機の停止中や運転中に発生する部分放電を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般産業のプラント規模は大形化の一途をたどっており、これに伴って回転電機も大形化するとともにその設置数も増大している。従って、このような電気機器においては高い信頼性が要求されるので、保守点検を確実に行い、絶縁破壊などの突発事故を未然に防止する必要がある。
【０００３】
また、高度経済成長期に製造された多くの電気機器は、既に２５年以上経過したものが過半数を占めており、これらの長期稼働した電気機器では、突発事故の未然防止を目的として、運転中に連続監視する要求が非常に強くなって来ている。
【０００４】
さらに、平成８年度に電気事業法が改正され、規制緩和により自主保安への取り組みの強化とともに経営効率化を目指して、従来行っていた定期検査の間隔を１．５倍程度延ばす取り組みが行われている。このことから、従来以上に運転中の絶縁状態監視が重要になって来ており、その監視項目として絶縁性状を現す部分放電の連続監視技術が重要視されて来ている。回転電機では、固定子巻線の絶縁層に運転ストレスによって亀裂や剥離などの劣化が生じると、運転中の電圧により劣化部で部分放電が発生する。この部分放電を計測することにより絶縁の劣化状態を把握している。回転電機等の部分放電は一般にノイズの中に埋もれているため、部分放電信号とノイズを識別して部分放電のみを計測する必要がある。運転中のノイズが部分放電計測を困難にする最大の要因となっている。
【０００５】
部分放電とノイズを弁別して部分放電のみを計測する方法としては従来から多くの方法が用いられている。
例えば実開平５−３３６０８号公報には、図７に示すように、キュービクル１内にアンテナ２を設けると共に、キュービクル１内機器の接地線に電流変成器（以下、ＣＴと称す）１１を設けて部分放電を計測する装置が開示されている。
この装置では、絶縁異常による部分放電や外来ノイズによる電磁波をキュービクル１内に設けたアンテナ２で受信し、このアンテナ２の信号からキュービクル１内機器の接地線の高周波電流を外来ノイズとして測定し除去して部分放電のみを測定している。
【０００６】
また、実開平３−１９９７７号公報には、変圧器の部分放電測定において、部分放電の発生に伴って流れる接地線パルス電流を接地線につけたＣＴまたはロゴスキーコイルにて検出し、変圧器の外部に設置したノイズ測定用アンテナからの信号と同期している信号をノイズと判定し除去する部分放電検出装置が開示されている。
【０００７】
さらに、特開平１−１１６４６３号公報に示される回転電機の部分放電測定装置では、部分放電測定装置を運転中の回転電機の駆動用または出力用の引出線の所定位置に設け、且つ引出線を伝播する部分放電およびノイズの伝播波の電圧波、電流波を検出して極性を判別し、この判別した電圧波、電流波の極性の組み合わせから引出線上の伝播波の進行方向を判別して、部分放電とノイズを識別して部分放電のみを検出する構成の装置が開示されている。
【０００８】
また、電気学会技術報告II部第４０２号にはその他の種々の電力設備の運転中の絶縁診断方法や部分放電計測方法および装置が報告されている。しかし、回転電機の運転中部分放電計測におけるノイズ除去方法の記述はほとんど見当らない。
【０００９】
このような従来技術の代表例として、図６、図７にキュービクルを対象とした絶縁異常検出の例を示し、図６、図７に基づいてこの従来技術の構成と動作を説明する。
図６は上記実開平５−３３６０８号公報に示されたキュービクルの絶縁異常検出装置の構成図であり、また、図７は同キュービクルの絶縁異常検出装置の配置を示す図である。
図６において、５はアンテナ２で受信した信号を同調、増幅、検波する受信回路、６は判定ユニット、１１はキュービクルの接地線に取り付けた接地線ＣＴ、１２は接地線ＣＴ１１からの信号を同調、増幅、検波する受信回路、１３は遅延回路、１４は比較器、１５はゲートである。このキュービクルの絶縁異常検出装置は、図７に示すようにキュービクル１の接地線に接地線ＣＴ１１を取り付け、キュービクル１内にアンテナ２と処理装置３が配置されている。
【００１０】
以上のように構成された従来の絶縁異常検出装置についてその動作を説明する。キュービクル内機器の絶縁異常による部分放電に伴う電磁波や、高圧導体または接地線の導体を伝播してキュービクル１内に侵入した外来ノイズによる電磁波をアンテナ２で受信した場合、それを受信回路５により特定周波数で同調、増幅、検波を行う。この部分放電とノイズが混在した受信回路５の出力信号ｅ１がノイズ除去回路３ａの遅延回路１３と比較器１４に入力される。このとき、導体を伝播して来た外来ノイズは、接地線ＣＴ１１により検知され、受信回路１２により特定周波数で同調、増幅、検波される。その後、受信回路１２の出力信号ｅ２がノイズ除去回路３ａの比較器１４に入力される。ノイズ除去回路３ａにおいて、遅延回路１３では入力信号ｅ１を一定時間遅延させてゲート１５へ出力する。比較器１４では入力信号ｅ１，ｅ２が同期したとき、一定時間遅延した信号に対し外来ノイズが通過する時間幅だけゲート１５を閉じるよう制御する。この結果、ゲート１５を通過した信号ｅ３は外来ノイズが除去され部分放電のみとなり、判定ユニット６により上記信号ｅ３が設定値以上のとき絶縁異常の検出信号が送出される。
【００１１】
さらに、図８及び図９に変圧器を対象とした部分放電検出装置の例を示し、図８及び図９に基づいてこの従来技術の構成と動作を説明する。
図８は上記実開平３−１９９７７号公報に示された油入変圧器の現地診断を実施しているところの説明図であり、図９は上記実開平３−１９９７７号公報に示された部分放電検出装置のブロック図である。
図８において、２１は油入変圧器のタンク、２２は変圧器コイル、２３はブッシング、２４は変圧器タンク２１に取り付けられた接地端子、２５は接地端子２４と大地とを接続する接地線、２６はブッシング２３に接続される線路である。２８は接地線２５に装着したＣＴまたはロゴスキーコイル、２９は信号伝送用ケーブル、３４はノイズ測定用のアンテナ、３５は部分放電検出装置本体である。また、図９において、３０はフィルタ、３１は増幅回路、３６は同期信号判別回路、３２は信号処理回路、３３は表示回路を示す。
【００１２】
次に上記実開平３−１９９７７号公報に示された部分放電検出装置の作用について説明する。
変圧器コイル２２内部でコロナ放電が発生すると、高周波のパルス電流が接地線２５を通じて流れる。そこで、ＣＴまたはロゴスキーコイル２８を接地線２５につけて高周波のパルス電流を検出するが、この接地線２５には、上記コイル内部のコロナ放電による高周波パルス電流以外にも、ブッシング２３のコロナ放電による高周波電流や線路２６からのノイズが重畳している。このため、これらのノイズ測定用としてアンテナ３４で検出される信号と同期している信号を同期信号除去回路３６によりノイズと判定して除去し部分放電を計測する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、運転中の部分放電計測方法や計測装置では、部分放電とノイズを識別して除去することが最大の課題である。部分放電計測回路で部分放電の発生に伴う高周波電流を検出するが、検出した高周波電流の中には計測対象部位以外で発生した部分放電や外来ノイズが混在している。一般に、計測対象部位以外で発生する部分放電もノイズである。
【００１４】
従来技術のノイズの識別方法は、前述したように、実開平５−３３６０８号公報では、キュービクル内のアンテナで部分放電を検出し、キュービクル内機器接地線に流れる高周波電流をノイズとして検出して、同期したものを除去する方法である。一方、実開平３−１９９７７号公報では、変圧器接地線に流れる高周波パルス電流を部分放電として検出し、外部ノイズ検出用にアンテナを配置して、その同期信号を除去して部分放電を計測している。つまり、接地線に流れる高周波電流は実開平５−３３６０８号ではノイズであると主張し、実開平３−１９９７７号では部分放電であると主張している。また、アンテナで計測した信号も実開平５−３３６０８号では、部分放電であると主張し、他方ではノイズであると主張している。さらに、部分放電として検出する高周波パルス電流や電磁波の詳細数値の記述が無く抽象的に述べられているにすぎない。
このように、従来技術では運転中の部分放電を正確に計測することそのものが大きな課題である。また、従来技術では部分放電とノイズが混在した信号と、ノイズのみを検出した信号との同期性からノイズを識別して除去している。
【００１５】
この発明は上述した問題点を解消するためになされたもので、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波を検出して部分放電のみを計測する回転電機の異常検出装置を提供することを目的とするものである。また、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波と高周波電流を検出して部分放電とノイズを識別して部分放電のみを計測する回転電機の異常検出装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の異常検出装置は、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する回転電機の異常検出装置であって、上記回転電機のフレーム内に設置され、検出する中心周波数が１乃至３ＧＨｚの範囲にあり帯域幅１ＭＨｚの帯域で検出する平板型高周波アンテナを用いて放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、上記放射電磁波検出手段からの検出信号に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、信号処理結果を表示する表示手段とを備えたものである。
【００１７】
また、他の発明に係る回転電機の異常検出装置は、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する回転電機の異常検出装置であって、上記回転電機のフレーム内に設置され、検出する中心周波数が１乃至３ＧＨｚの範囲にあり帯域幅１ＭＨｚの帯域で検出する平板型高周波アンテナを用いて放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波電流を検出する部分放電検出手段と、上記放射電磁波検出手段の検出信号と上記部分放電検出手段の検出信号とに基づいて部分放電とノイズを識別して部分放電と識別した信号を出力するノイズ弁別手段と、上記ノイズ弁別手段からの出力に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、上記信号処理結果を表示する表示手段とを備えたものである。
【００１８】
また、上記部分放射検出手段は、回転電機に電力を供給する駆動用引出し線に設置されることを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記ノイズ弁別手段は、上記放射電磁波検出手段からの信号と同期した上記部分放電検出手段からの信号のみを部分放電と識別すると共に同期していない信号をノイズと識別してノイズを除去した部分放電の信号を出力することを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記部分放電検出手段は、結合コンデンサで構成されることを特徴とするものである。
【００２３】
また、上記放射電磁波検出手段は、検出周波数の帯域幅が狭帯域であることを特徴とするものである。
【００２４】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴って発生する放射電磁波を検出することを特徴とするものである。
【００２６】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線の巻線端部に対向した位置のフレーム内側に１個以上設置されることを特徴とするものである。
【００２７】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線の巻線端部から離れ、かつ固定子鉄心の軸方向に沿うフレーム内側に設置されることを特徴とするものである。
【００２８】
さらに、上記放射電磁波検出手段は、上記回転電機のフレームに開口部を設け、その開口部に設けた誘電体の窓を介して回転電機の外部に設置したことを特徴とするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図であり、また、図２は回転電機の縦断面図を示し、この発明の実施の形態１では、回転電機として高圧電動機での実施の形態を示す。
図１と図２において、回転電機５１は一般に固定子鉄心５２および上記固定子鉄心５２のスロット溝に挿入された固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、回転子５４からなり、これらは鋼鉄製のフレーム５５で閉鎖された中に収納されている。
【００３０】
上記固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、口出し線（駆動用引出し線とも言う）５６ａ，５６ｂ，５６ｃに接続され、回転電機５１に電力を供給する動力ケーブル（図示せず）に接続された構成となっている。異常検出装置５０は、放射電磁波検出手段６１と、信号ケーブル６２と、部分放電信号処理手段６３、表示手段６４とで構成されている。具体的には、図２に示す如く回転電機５１の上記フレーム５５内にはＧＨｚ帯の電磁波を検出する高周波アンテナで構成される放射電磁波検出手段６１が固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置のフレーム５５の内側に設けられ、その出力が信号ケーブル６２を介して部分放電信号処理手段６３に接続され、その出力が表示手段６４に接続された構成となっている。図には放射電磁波検出手段６１を１個設けたものを図示したが、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置の円周上あるいは図２のＡ側とＢ側に複数個設けることもできる。
【００３１】
次に、本実施の形態１による回転電機の異常検出装置の動作について、図１、図２を参照して説明する。
高圧回転機などの電気機器では、例えば固定子巻線５３の絶縁劣化や絶縁異常が生じると、運転中の高電圧課電により部分放電が発生する。この部分放電の発生に伴う電磁界によって、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃにはパルス性の高周波電流が誘起され口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを通ってライン側に流れる。部分放電は数ナノ秒の高速現象であり、放電発生に伴うパルス性の高周波電流は放電発生近傍では数ＧＨｚの周波数帯域を持っている。また、このとき、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの部分放電発生点から電磁波が放射される。この放射電磁波は数１０ＧＨｚ近傍までの高い周波数成分を持っている。この放射電磁波を、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置のフレーム５５の内側に設けた高周波アンテナで構成される放射電磁波検出手段６１を用いて中心周波数帯域が１〜３ＧＨｚの範囲にある電磁波を帯域幅１ＭＨｚの狭帯域で検出し、信号ケーブル６２を通って部分放電信号処理手段６３に伝送する。
【００３２】
上記部分放電信号処理手段６３では、電磁波強度の経時変化や電磁波強度頻度分布や電磁波発生の位相特性など、部分放電発生の特性処理を行い表示手段６４に伝送して表示するとともに、あらかじめ設定した基準値と比較して異常と判定した場合には警報表示を行う。
このように、実施の形態１では部分放電を電磁波強度として計測する。
【００３３】
さらに、指向性のよい放射電磁波検出手段６１を固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃに対向した位置の円周上あるいは図２のＡ側とＢ側に複数個設けると、複数の放射電磁波検出手段６１で検出した信号強度から、部分放電の発生位置を特定することができる。
【００３４】
ここで、特徴的なのは、電動機ではフレームの内部では部分放電以外にはＧＨｚ帯の放射電磁波の発生源が無いことである。回転電機５１の外部で発生した電磁波は鋼鉄製のフレーム５５で遮蔽されて回転電機５１の内部にはほとんど伝播しない。若干の電磁波が漏洩して侵入する場合でも、その強度は２桁以上も減衰し極めて小さくなる。また、外部ノイズによる高周波電流が口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを通って回転電機５１内部に伝播して来て電磁波を発生する場合には、高周波電流の減衰により周波数帯域は数十〜数百ＭＨｚ程度の低い値となる。したがって、１〜３ＧＨｚ帯の放射電磁波を帯域幅１ＭＨｚで検出すれば、その電磁波は回転電機５１の内部で発生した部分放電であると同定することができる。
【００３５】
また、この発明の検出周波数を１〜３ＧＨｚとしたのは、数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚでは、強度は小さいが稀に回転電機５１の外部からのノイズが機内で検出されることがあるためであり、３ＧＨｚを越えると、一般に部分放電による電磁波強度が小さくなるため検出精度が悪くなるためである。したがって、１ＧＨｚ未満の周波数帯域でも検出周波数を狭帯域とすることにより概括的には本特許の効果が得られるし、３ＧＨｚより高い周波数でも高感度のアンテナと増幅器を備えれば部分放電を検出できることは言うまでもない。また、検出感度（Ｓ／Ｎ）は検出帯域とその帯域幅で決まることは周知の通りであり、この発明では高感度を得るために帯域幅を１ＭＨｚとしたが、帯域幅を変えても検出できることは自明である。また、回転電機に異常が発生し大きな部分放電が発生した場合には３ＧＨｚより高い周波数帯域の信号強度も大きくなるので、異常信号のみを計測対象とする場合はこの範囲外で計測できることは言うまでもない。
【００３６】
実施の形態２．
次に、図３はこの発明の実施の形態２による回転電機の異常検出装置に係る放射電磁波検出手段６１の設置位置を示す回転電機５１の縦断面図である。
図３に示すように、この実施の形態２では、回転電機５１の構成は実施の形態１と同じである。異常検出装置５０は、放射電磁波検出手段６１と、信号ケーブル６２と、部分放電信号処理手段６３、表示手段６４とで構成されている。
【００３７】
図３に示す実施の形態２において、図２に示す実施の形態１と異なる点は、放射電磁波検出手段６１の設置位置を、固定子巻線５３の巻線端部から離れ、かつ固定子鉄心５２の軸方向に沿うフレーム内側位置に設けた点であり、その出力は信号ケーブル６２を介して部分放電信号処理手段６３、表示手段６４に接続された構成となっている。回転電機５１では固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの導体が高電圧になっており、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの絶縁表面は固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃが固定子鉄心５２からおおよそ５０〜１００ｍｍ外部に出た部分（この固定子鉄心から外部に出た部分を巻線端部と呼ぶ）は高電圧となる。したがって、高電圧となる固定子巻線５３の巻線端部から離れた箇所に放射電磁波検出手段６１を設置して部分放電を検出する構成となっている。
【００３８】
次に、本実施の形態２による回転電機の異常検出装置の動作について、図１及び図３を参照して説明する。
固定子巻線５３に絶縁異常が生じると、部分放電が発生し、部分放電発生点から電磁波が放射されることは前述の通りである。この放射電磁波は１０ＧＨｚ近傍までの高い周波数成分を持っており、金属の閉鎖空間では反射によって、放電発生点から直線的には隠れた箇所、例えば固定子巻線５３から見て固定子鉄心５２の裏側にも電磁波が伝播する。さらに、解放空間と比較して金属閉鎖空間では反射によって強く検出される特長がある。
【００３９】
図３に示す放射電磁波検出手段６１は、上記の特長を利用してフレームの閉鎖空間での反射により増幅された放射電磁波を計測するので電磁波発生源に対向していない位置でも十分に高感度計測ができる。放射電磁波検出手段６１で検出した信号は信号ケーブル６２を通って部分放電信号処理手段６３に伝送される。部分放電信号処理手段６３では電磁波強度の経時変化や電磁波強度頻度分布や電磁波発生の位相特性など、部分放電発生との特性処理を行い表示手段６４に伝送して表示するとともに、あらかじめ設定した基準値と比較して異常と判定した場合には警報表示を行う。
【００４０】
実施の形態３．
次に、図４はこの発明の実施の形態３による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図である。
図４に示す回転電機５１の構成は実施の形態１と同じである。回転電機５１に電力を供給する駆動用引出し線としての口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃには高圧ケーブル５７ａ，５７ｂ，５７ｃを介して結合コンデンサで構成される部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃが接続されている。部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃの出力は信号ケーブル５９ａ，５９ｂ，５９ｃを介してノイズ弁別手段６０に接続される。さらに、図２に示すごとく、回転電機５１のフレーム内にはＧＨｚ帯の高周波アンテナで構成される放射電磁波検出手段６１が固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置のフレーム５５の内側に設けられ、その出力が信号ケーブル６２を介してノイズ弁別手段６０に接続される。ノイズ弁別手段６０の出力は部分放電信号処理回路６３、表示手段６４に接続された構成となっている。
【００４１】
次に、本実施の形態３による回転電機の異常検出装置の動作について、図４及び図２を参照して説明する。
固定子巻線５３の絶縁劣化や絶縁異常が生じると、部分放電が発生し、部分放電発生点から電磁波が放射されることは前述の通りである。また、部分放電の発生に伴って固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃに誘導される高周波電流は、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃから口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを通り動力ケーブル（図示せず）へと伝播する。このパルス性の高周波電流を口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに接続された部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃで検出する。検出した出力はノイズ弁別手段６０に伝送される。このとき、検出信号にはライン側から動力線に誘起される各種のノイズも同様に検出される。つまり、部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃには口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを流れる部分放電信号とノイズが検出される。
【００４２】
また、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの絶縁劣化による部分放電の発生に伴う放射電磁波を前述したのと同様の放射電磁波検出手段６１で検出し、信号ケーブル６２を通ってノイズ弁別手段６０に伝送する。ノイズ弁別手段６０では、放射電磁波検出手段６１からの信号と同期した部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃからの信号のみが部分放電と識別される。同期していない信号はノイズと識別して、部分放電のみを放電信号処理手段６３に伝送する。部分放電信号処理手段６３では、最大放電電荷量の経時変化や放電発生頻度分布や放電発生位相特性などの放電特性処理を行い表示手段６４に伝送して表示するとともに、あらかじめ設定した基準値と比較して異常を判定し警報表示を行う。
このように、実施の形態３では、部分放電の発生に伴う高周波電流を放電電荷量として計測する。
【００４３】
実施の形態４
次に、図５はこの発明の実施の形態４による回転電機の異常検出装置に係る放射電磁波検出手段６１の回転電機５１への取り付け状態を示す図である。
この実施の形態４では、図５に示すように、回転電機５１の固定子巻線５３の巻線端部に対向した位置のフレーム５５に開口部６６を設け、その開口部６６に誘電体窓６５を取り付ける。そして、その誘電体窓６５に密着して放射電磁波検出手段６１を取り付ける。誘電体窓６５はガラスやガラスエポシキ板等の機械的強度を有する誘電帯材料で構成されている。放射電磁波検出手段６１は平板型の高周波アンテナである。放射電磁波検出手段６１の外部はシールド６７で覆われている。放射電磁波検出手段６１からの出力は信号ケーブル６２を介して部分放電信号処理手段６３と、表示手段６４に接続された構成となっている。
【００４４】
次に、本実施の形態４による回転電機の異常検出装置の動作について、図５を参照して説明する。
固定子巻線５３の絶縁劣化や絶縁異常が生じると、部分放電が発生し、部分放電発生点から電磁波が放射されることは前述の通りである。この放射電磁波は１０ＧＨｚ近傍までの高い周波数成分を持っており、金属の閉鎖空間では反射によって強く検出されることも前述の通りである。ここで、金属閉鎖空間の一部が開口されていると、その開口部６６から外部に向かって電磁波が放射される。この開口部６６に放射電磁波検出手段６１を密着設置して放射電磁波を検出する。一般に、回転電機５１は運転によって温度が上昇するので、その冷却効率向上のために密閉して冷却用ガス（一般には空気）を通風する構造となっている。
【００４５】
本実施の形態４では、フレーム５５の開口部６６を誘電体窓６５を使って密閉している。電磁波は誘電体を透過するので、回転電機５１の外部に設けた放射電磁波検出手段６１で固定子巻線５３で発生する部分放電を検出できる。このとき、開口部６６と放射電磁波検出手段６１の外形寸法を等しく、あるいは放射電磁波検出手段６１を大きくし、且つ誘電体窓６５に密着させることで、外部から放射電磁波検出手段６１へ侵入するノイズを防止する。さらに、放射電磁波検出手段６１をシールド６７で覆うことによって外部からのノイズが遮断される。検出した部分放電信号の処理や部分放電検出手段５８からの信号のノイズ除去への動作は前述の通りである。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の回転電機の異常検出装置によれば、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、上記放射電磁波検出手段からの検出信号に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、上記信号処理結果を表示する表示手段とを備えたので、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波を検出して部分放電のみを計測することができる。
【００４７】
また、他の発明の回転電機の異常検出装置によれば、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波電流を検出する部分放電検出手段と、上記放射電磁波検出手段の検出信号と上記部分放電検出手段の検出信号とに基づいて部分放電とノイズを識別してノイズを除去した部分放電と識別された信号を出力するノイズ弁別手段と、上記ノイズ弁別手段からの出力に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、上記信号処理結果を表示する表示手段とを備えたので、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波と高周波電流を検出して部分放電とノイズを識別して部分放電のみを計測することができる。
【００４８】
また、上記部分放射検出手段を、回転電機に電力を供給する駆動用引出し線に設置することにより、部分放電の発生に伴う高周波電流を確実に検出することができる。
【００４９】
また、上記ノイズ弁別手段は、上記放射電磁波検出手段からの信号と同期した上記部分放電検出手段からの信号のみを部分放電と識別すると共に同期していない信号をノイズと識別してノイズを除去した部分放電の信号を出力するようにしたので、両検出信号の関係から部分放電とノイズを弁別して部分放電のみを精度良く検出できる効果がある。
【００５０】
また、上記部分放電検出手段を、結合コンデンサで構成することにより、比較的安価に検出手段を構成することができる効果がある。
【００５１】
また、上記放射電磁波検出手段を、ＧＨｚ帯の電磁波を検出する高周波アンテナで構成することにより、比較的安価にノイズが少ない周波数帯域での信号検出手段を構成することができる効果がある。
【００５２】
また、上記放射電磁波検出手段は、中心周波数帯域が１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲にある電磁波を検出することにより、発生した部分放電を確実に検出できる効果がある。
【００５３】
また、上記放射電磁波検出手段は、検出周波数の帯域幅を狭帯域とすることにより、ノイズ帯域を除外する効果があり、部分放電の検出精度を向上させる効果がある。
【００５４】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴って発生する放射電磁波を検出するようにしたので、固定子巻線に絶縁異常が生じたときに発生する部分放電に伴う放射電磁波を検出することができ、部分放電による電磁波強度を精度良く検出することができる。
【００５５】
また、上記放射電磁波検出手段を、回転電機のフレーム内側に設置して、部分放電に伴う放射電磁波をフレーム内部で検出するので、部分放電による電磁波強度を精度良く検出することができると共に、部分放電のみを運転状態で精度よく検出できると共に、回転電機のフレームの内部で部分放電発生に伴う放射電磁波を精度よく計測することができるので、回転電機の固定子巻線が正常な状態のときに運転状態でわずかに発生する放射電磁波と、固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴う放射電磁波を区別して計測できる効果がある。
【００５６】
また、上記放射電磁波検出手段を、回転電機の固定子巻線の巻線端部に対向した位置のフレーム内側に複数設置することにより、部分放電を確実に検出するとともに、発生位置を特定することができる効果がある。
【００５７】
また、上記放射電磁波検出手段を、回転電機の固定子巻線の巻線端部から離れ、かつ固定子鉄心の軸方向に沿うフレーム内側に設置することにより、回転電機の固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴って発生する放射電磁波が回転電機のフレームの閉鎖空間での反射により増幅された放射電磁波となり、この放射電磁波を検出することで、高感度で部分放電を計測できると共に、高電圧部からの距離を十分に確保することができ、機器の信頼性が向上する効果がある。
【００５８】
さらに、上記放射電磁波検出手段を、上記回転電機のフレームに開口部を設け、その開口部に設けた誘電体の窓を介して回転電機の外部に設置することにより、放射電磁波検出手段の設置や保守が容易となる効果がある。特に回転電機の運転を止めずに保守ができると言う大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１および２による回転電機の異常検出装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による回転電機の異常検出装置の放射電磁波検出手段の設置位置を示す回転電機の縦断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２による回転電機の異常検出装置の放射電磁波検出手段の設置位置を示す回転電機の縦断面図である。
【図４】この発明の実施の形態３による回転電機の異常検出装置の構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４による回転電機の異常検出装置の放射電磁波検出手段の構成と設置位置を示す回転電機の縦断面図である。
【図６】従来のキュービクルの絶縁異常検出装置の構成図である。
【図７】従来のキュービクルの絶縁異常検出装置の構成図である。
【図８】従来の変圧器を対象とした部分放電検出装置の構成図である。
【図９】従来の変圧器を対象とした部分放電検出装置のブロック図である。
【符号の説明】
５０異常検出装置、５１回転電機、５２固定子鉄心、５３固定子巻線、５４回転子、５５フレーム、５６口出し線、６１放射電磁波検出手段、６１信号ケーブル、６３部分放電信号処理手段、６４表示手段、６５誘電体窓、６６開口部、６７シールド。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine, and more particularly to an apparatus for detecting a partial discharge that occurs while a high-pressure rotating machine is stopped or operating.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the scale of general industrial plants has been increasing, and along with this, the size of rotating electrical machines has increased and the number of installations has also increased. Therefore, since high reliability is required in such an electric device, it is necessary to perform maintenance and inspections and prevent sudden accidents such as dielectric breakdown.
[0003]
In addition, many electrical devices manufactured during the period of high economic growth account for the majority of those that have been in operation for over 25 years. These long-running electrical devices are in operation to prevent sudden accidents. The demand for continuous monitoring has become very strong.
[0004]
Furthermore, the Electricity Business Law was revised in 1996, and efforts were made to extend the regular inspection interval by about 1.5 times with the aim of strengthening voluntary safety efforts and improving management efficiency through deregulation. ing. For this reason, monitoring of the insulation state during operation has become more important than before, and continuous monitoring technology of partial discharge that exhibits insulation properties has been regarded as important as the monitoring item. In a rotating electrical machine, when the insulation layer of the stator windings deteriorates due to operation stress, such as cracks or peeling, partial discharge occurs at the deteriorated part due to the voltage during operation. By measuring this partial discharge, the deterioration state of the insulation is grasped. Since the partial discharge of a rotating electrical machine or the like is generally buried in noise, it is necessary to distinguish only the partial discharge from the partial discharge signal and noise. Noise during operation is the biggest factor that makes partial discharge measurement difficult.
[0005]
Conventionally, many methods are used as a method of measuring only partial discharge by discriminating partial discharge from noise.
For example, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-33608, as shown in FIG. 7, an antenna 2 is provided in the cubicle 1, and a current transformer (hereinafter referred to as CT) 11 is provided on the ground wire of the equipment in the cubicle 1. An apparatus for measuring partial discharge is disclosed.
In this device, partial discharge due to insulation abnormality and electromagnetic waves due to external noise are received by the antenna 2 provided in the cubicle 1, and the high-frequency current of the ground wire of the equipment in the cubicle 1 is measured as external noise from the signal of the antenna 2 and removed. And only partial discharge is measured.
[0006]
In Japanese Utility Model Publication No. 3-199177, in the partial discharge measurement of a transformer, the ground line pulse current that flows along with the occurrence of the partial discharge is detected by CT or a Rogowski coil attached to the ground line. There is disclosed a partial discharge detection apparatus that determines and removes a signal synchronized with a signal from an external noise measurement antenna as noise.
[0007]
Furthermore, in the partial discharge measuring device for a rotating electrical machine disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-116463, the partial discharge measuring device is provided at a predetermined position of the lead wire for driving or outputting the rotating electrical machine during operation, and the lead wire is provided. Determine the polarity by detecting the voltage wave and current wave of the propagating partial discharge and noise propagation wave, determine the traveling direction of the propagation wave on the leader line from the combination of the polarity of the determined voltage wave and current wave, An apparatus configured to detect only partial discharge by discriminating partial discharge from noise is disclosed.
[0008]
In addition, the Institute of Electrical Engineers of Japan Technical Report Part No. 402 reports insulation diagnosis methods and partial discharge measurement methods and devices during operation of various other power facilities. However, there are few descriptions of noise removal methods in partial discharge measurement during operation of rotating electrical machines.
[0009]
As a representative example of such a prior art, FIGS. 6 and 7 show an example of insulation abnormality detection for a cubicle, and the configuration and operation of this prior art will be described based on FIGS.
FIG. 6 is a block diagram of the cubicle insulation abnormality detection device disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-33608, and FIG. 7 is a diagram showing the arrangement of the cubicle insulation abnormality detection device.
In FIG. 6, 5 is a receiving circuit that tunes, amplifies, and detects a signal received by the antenna 2, 6 is a determination unit, 11 is a ground line CT attached to the ground line of the cubicle, and 12 is a signal tuned from the ground line CT11. , A receiving circuit for amplifying and detecting, 13 a delay circuit, 14 a comparator, and 15 a gate. In this cubicle insulation abnormality detection device, as shown in FIG. 7, a ground wire CT <b> 11 is attached to the ground wire of the cubicle 1, and an antenna 2 and a processing device 3 are arranged in the cubicle 1.
[0010]
The operation of the conventional insulation abnormality detection apparatus configured as described above will be described. When the antenna 2 receives an electromagnetic wave due to partial discharge due to insulation abnormality of the equipment in the cubicle or an external noise that has propagated through the high-voltage conductor or the conductor of the ground wire and entered the cubicle 1, it is identified by the receiving circuit 5. Performs tuning, amplification, and detection by frequency. The output signal e1 of the receiving circuit 5 in which the partial discharge and noise are mixed is input to the delay circuit 13 and the comparator 14 of the noise removing circuit 3a. At this time, the external noise that has propagated through the conductor is detected by the ground line CT11, and is tuned, amplified, and detected by the receiving circuit 12 at a specific frequency. Thereafter, the output signal e2 of the reception circuit 12 is input to the comparator 14 of the noise removal circuit 3a. In the noise removal circuit 3a, the delay circuit 13 delays the input signal e1 for a predetermined time and outputs it to the gate 15. When the input signals e1 and e2 are synchronized, the comparator 14 performs control so that the gate 15 is closed for a time width through which external noise passes with respect to the signal delayed for a predetermined time. As a result, the signal e3 that has passed through the gate 15 is only subjected to partial discharge with the removal of external noise. When the signal e3 is equal to or higher than the set value, the determination unit 6 sends an insulation abnormality detection signal.
[0011]
Further, FIG. 8 and FIG. 9 show an example of a partial discharge detection device for a transformer, and the configuration and operation of this prior art will be described based on FIG. 8 and FIG.
FIG. 8 is an explanatory view of the field diagnosis of the oil-filled transformer disclosed in the Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-199977, and FIG. 9 is a portion shown in the Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-199977. It is a block diagram of a discharge detection apparatus.
In FIG. 8, 21 is an oil-filled transformer tank, 22 is a transformer coil, 23 is a bushing, 24 is a ground terminal attached to the transformer tank 21, 25 is a ground wire connecting the ground terminal 24 and the ground, A line 26 is connected to the bushing 23. Reference numeral 28 denotes a CT or Rogowski coil attached to the ground wire 25, 29 denotes a signal transmission cable, 34 denotes a noise measurement antenna, and 35 denotes a partial discharge detector main body. In FIG. 9, 30 is a filter, 31 is an amplifier circuit, 36 is a synchronization signal discriminating circuit, 32 is a signal processing circuit, and 33 is a display circuit.
[0012]
Next, the operation of the partial discharge detector disclosed in the Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-19977 will be described.
When a corona discharge occurs inside the transformer coil 22, a high-frequency pulse current flows through the ground line 25. Therefore, a CT or Rogowski coil 28 is attached to the ground line 25 to detect a high-frequency pulse current. The ground line 25 is not limited to the high-frequency pulse current caused by the corona discharge inside the coil, but is also caused by the corona discharge of the bushing 23. High frequency current and noise from the line 26 are superimposed. For this reason, the signal synchronized with the signal detected by the antenna 34 for noise measurement is determined as noise by the synchronization signal removal circuit 36 and removed, and the partial discharge is measured.
[0013]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the partial discharge measuring method and measuring apparatus during operation, the biggest problem is to identify and remove the partial discharge and noise. The high-frequency current associated with the occurrence of the partial discharge is detected by the partial-discharge measurement circuit. The detected high-frequency current includes a partial discharge generated outside the measurement target site and external noise. In general, partial discharges that occur outside the measurement target region are also noise.
[0014]
As described above, the prior art noise identification method disclosed in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-33608 detects partial discharge with an antenna in a cubicle, detects high-frequency current flowing in the equipment ground line in the cubicle as noise, It is a method of removing what is synchronized. On the other hand, in Japanese Utility Model Publication No. Hei 3-199177, a high-frequency pulse current flowing in a transformer ground line is detected as a partial discharge, an antenna is arranged for detecting external noise, the synchronous signal is removed, and the partial discharge is measured. ing. That is, the high-frequency current flowing through the ground line is claimed to be noise in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-33608, and is claimed to be partial discharge in Japanese Utility Model Laid-Open No. 3-19977. Further, the signal measured by the antenna is also claimed to be partial discharge in Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-33608, and on the other hand, it is claimed to be noise. Furthermore, there is no description of high-frequency pulse currents detected as partial discharges and detailed numerical values of electromagnetic waves, and they are only described abstractly.
Thus, in the prior art, accurately measuring the partial discharge during operation is a big problem. In the prior art, noise is identified and removed from the synchronism between a signal in which partial discharge and noise are mixed and a signal in which only noise is detected.
[0015]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and detects an abnormality in a rotating electrical machine that detects only a partial discharge by detecting a radiated electromagnetic wave in a high frequency band due to a partial discharge that occurs due to an abnormality in the rotating electrical machine. Is intended to provide. Also provided is an abnormality detection device for a rotating electrical machine that detects only a partial discharge by detecting a radiated electromagnetic wave and a high-frequency current in a high-frequency band due to a partial discharge generated due to the abnormality of the rotating electrical machine, and discriminating between the partial discharge and noise. It is intended.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
An abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to the present invention is an abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine that detects radiated electromagnetic waves due to partial discharge that occurs in association with the abnormality of the rotating electrical machine, and is installed in the frame of the rotating electrical machine. The center frequency is within the range of 1 to 3 GHz. Detects with a bandwidth of 1 MHz Radiated electromagnetic wave detecting means for detecting radiated electromagnetic waves using a flat plate type high frequency antenna; partial discharge signal processing means for performing signal processing for obtaining discharge characteristics of partial discharge based on a detection signal from the radiated electromagnetic wave detecting means; and signal processing Display means for displaying the result.
[0017]
An abnormality detection device for a rotating electrical machine according to another invention is an abnormality detection device for a rotating electrical machine that detects radiated electromagnetic waves due to partial discharge that occurs in association with the abnormality of the rotating electrical machine, and is installed in the frame of the rotating electrical machine. The center frequency to be detected is in the range of 1 to 3 GHz. Detects with a bandwidth of 1 MHz A radiated electromagnetic wave detecting means for detecting a radiated electromagnetic wave using a flat plate type high frequency antenna, a partial discharge detecting means for detecting a high frequency current due to a partial discharge generated due to an abnormality of the rotating electrical machine, and a detection signal of the radiated electromagnetic wave detecting means Noise discrimination means for identifying a partial discharge and noise based on the detection signal of the partial discharge detection means and outputting a signal identified as partial discharge, and discharge characteristics of the partial discharge based on the output from the noise discrimination means It comprises partial discharge signal processing means for performing the required signal processing and display means for displaying the signal processing results.
[0018]
Further, the partial radiation detecting means is installed in a driving lead wire for supplying electric power to the rotating electrical machine.
[0019]
Further, the noise discriminating means discriminates only the signal from the partial discharge detecting means synchronized with the signal from the radiated electromagnetic wave detecting means as partial discharge and discriminates the non-synchronized signal as noise to remove the noise. A partial discharge signal is output.
[0020]
Further, the partial discharge detecting means is constituted by a coupling capacitor.
[0023]
The radiated electromagnetic wave detecting means is characterized in that the detection frequency bandwidth is narrow.
[0024]
The radiated electromagnetic wave detecting means detects a radiated electromagnetic wave generated with a partial discharge generated when an abnormality occurs in the stator winding of the rotating electrical machine.
[0026]
One or more radiated electromagnetic wave detecting means are installed inside the frame at a position facing the winding end of the stator winding of the rotating electrical machine.
[0027]
Further, the radiated electromagnetic wave detecting means is characterized in that it is installed on the inner side of the frame which is separated from the winding end of the stator winding of the rotating electrical machine and extends along the axial direction of the stator core.
[0028]
Further, the radiated electromagnetic wave detecting means is characterized in that an opening is provided in the frame of the rotating electrical machine and is installed outside the rotating electrical machine through a dielectric window provided in the opening.
[0029]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of an abnormality detection device for a rotating electrical machine according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the rotating electrical machine. In Embodiment 1 of the present invention, FIG. An embodiment in which a high-voltage electric motor is used as a rotating electric machine will be described.
1 and 2, the rotating electrical machine 51 generally comprises a stator core 52, stator windings 53a, 53b, 53c inserted into the slot grooves of the stator core 52, and a rotor 54, which are made of steel. It is housed in a closed frame 55.
[0030]
The stator windings 53a, 53b, and 53c are connected to lead wires (also called drive lead wires) 56a, 56b, and 56c, and connected to a power cable (not shown) that supplies power to the rotating electrical machine 51. It has a configuration. The abnormality detection device 50 includes a radiated electromagnetic wave detection means 61, a signal cable 62, a partial discharge signal processing means 63, and a display means 64. Specifically, as shown in FIG. 2, in the frame 55 of the rotating electrical machine 51, a radiated electromagnetic wave detecting means 61 composed of a high frequency antenna for detecting electromagnetic waves in the GHz band is wound around the stator windings 53a, 53b, 53c. Provided inside the frame 55 at a position facing the line end, the output is connected to the partial discharge signal processing means 63 via the signal cable 62, and the output is connected to the display means 64. . In the figure, one radiated electromagnetic wave detecting means 61 is shown. However, on the circumference facing the winding ends of the stator windings 53a, 53b, 53c or on the A side and B side in FIG. A plurality of them can be provided.
[0031]
Next, the operation of the rotating electrical machine abnormality detection apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
In an electrical device such as a high-voltage rotating machine, for example, when insulation deterioration or insulation abnormality occurs in the stator winding 53, partial discharge occurs due to high voltage application during operation. Due to the electromagnetic field accompanying the generation of the partial discharge, a pulsed high-frequency current is induced in the stator windings 53a, 53b and 53c and flows to the line side through the lead wires 56a, 56b and 56c. Partial discharge is a high-speed phenomenon of several nanoseconds, and a pulsed high-frequency current accompanying the occurrence of discharge has a frequency band of several GHz near the occurrence of discharge. At this time, electromagnetic waves are radiated from the partial discharge generation points of the stator windings 53a, 53b, and 53c. This radiated electromagnetic wave has a high frequency component up to around several tens of GHz. This radiated electromagnetic wave has a central frequency band of 1 using a radiated electromagnetic wave detection means 61 comprising a high frequency antenna provided inside the frame 55 at a position facing the winding ends of the stator windings 53a, 53b, 53c. An electromagnetic wave in a range of ˜3 GHz is detected in a narrow band with a bandwidth of 1 MHz, and transmitted to the partial discharge signal processing means 63 through the signal cable 62.
[0032]
In the partial discharge signal processing means 63, the partial discharge generation characteristic processing such as the time-dependent change of the electromagnetic wave intensity, the electromagnetic wave intensity frequency distribution, and the phase characteristic of the electromagnetic wave generation is performed and transmitted to the display means 64 and displayed. If it is determined that there is an abnormality compared to the value, an alarm is displayed.
Thus, in Embodiment 1, partial discharge is measured as electromagnetic wave intensity.
[0033]
Further, when a plurality of radiated electromagnetic wave detecting means 61 having good directivity are provided on the circumference facing the stator windings 53a, 53b and 53c, or on the A side and B side in FIG. From the signal intensity detected at 61, the generation position of the partial discharge can be specified.
[0034]
Here, what is characteristic is that in the motor, there is no source of radiation electromagnetic waves in the GHz band other than partial discharge inside the frame. Electromagnetic waves generated outside the rotating electrical machine 51 are shielded by the steel frame 55 and hardly propagate inside the rotating electrical machine 51. Even if some electromagnetic waves leak and enter, the intensity is attenuated by two orders of magnitude or more and becomes extremely small. In addition, when high frequency current due to external noise propagates through the lead wires 56a, 56b, and 56c to the inside of the rotating electrical machine 51 to generate electromagnetic waves, the frequency band is several tens to several hundreds of MHz due to attenuation of the high frequency current. A low value. Therefore, if a radiated electromagnetic wave in the 1 to 3 GHz band is detected with a bandwidth of 1 MHz, the electromagnetic wave can be identified as a partial discharge generated inside the rotating electrical machine 51.
[0035]
The reason why the detection frequency of the present invention is set to 1 to 3 GHz is that noise from the outside of the rotating electrical machine 51 is rarely detected in the machine at a few tens to several hundreds of MHz, although the intensity is small. Yes, when the frequency exceeds 3 GHz, the electromagnetic wave intensity due to partial discharge generally decreases, and the detection accuracy deteriorates. Therefore, the effect of this patent can be generally obtained by narrowing the detection frequency even in a frequency band below 1 GHz, and partial discharge can be detected by providing a highly sensitive antenna and amplifier even at a frequency higher than 3 GHz. Needless to say. As is well known, the detection sensitivity (S / N) is determined by the detection band and its bandwidth. In the present invention, the bandwidth is set to 1 MHz in order to obtain high sensitivity, but detection is possible even if the bandwidth is changed. It's obvious what you can do. In addition, when an abnormality occurs in the rotating electrical machine and a large partial discharge occurs, the signal intensity in a frequency band higher than 3 GHz also increases, so it goes without saying that measurement can be performed outside this range when only abnormal signals are measured. .
[0036]
Embodiment 2. FIG.
Next, FIG. 3 is a longitudinal sectional view of the rotating electrical machine 51 showing the installation position of the radiated electromagnetic wave detecting means 61 according to the abnormality detecting device of the rotating electrical machine according to Embodiment 2 of the present invention.
As shown in FIG. 3, in the second embodiment, the configuration of the rotating electrical machine 51 is the same as that of the first embodiment. The abnormality detection device 50 includes a radiated electromagnetic wave detection means 61, a signal cable 62, a partial discharge signal processing means 63, and a display means 64.
[0037]
The second embodiment shown in FIG. 3 is different from the first embodiment shown in FIG. 2 in that the installation position of the radiated electromagnetic wave detecting means 61 is away from the winding end of the stator winding 53 and the stator core. The output is connected to the partial discharge signal processing means 63 and the display means 64 via a signal cable 62. In the rotating electric machine 51, the conductors of the stator windings 53a, 53b, and 53c are at a high voltage, and the stator windings 53a, 53b, and 53c are arranged on the stator core 52 on the insulating surface of the stator windings 53a, 53b, and 53c. The portion that protrudes 50 to 100 mm from the outside (the portion that protrudes from the stator core to the outside is called the winding end) has a high voltage. Therefore, the configuration is such that the radiated electromagnetic wave detection means 61 is installed at a location distant from the winding end of the stator winding 53 that becomes a high voltage to detect the partial discharge.
[0038]
Next, the operation of the rotating electrical machine abnormality detection apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
As described above, when an insulation abnormality occurs in the stator winding 53, partial discharge occurs and electromagnetic waves are radiated from the partial discharge generation point. This radiated electromagnetic wave has a high frequency component up to the vicinity of 10 GHz, and is reflected in a metal closed space and linearly hidden from the discharge generation point, for example, the stator core 52 as viewed from the stator winding 53. Electromagnetic waves propagate to the back side. Furthermore, the metal closed space has a feature that it is strongly detected by reflection compared to the open space.
[0039]
The radiated electromagnetic wave detection means 61 shown in FIG. 3 measures the radiated electromagnetic wave amplified by the reflection in the closed space of the frame using the above-mentioned features, so that it is sufficiently sensitive even at a position not facing the electromagnetic wave generation source. Can do. The signal detected by the radiated electromagnetic wave detection means 61 is transmitted to the partial discharge signal processing means 63 through the signal cable 62. The partial discharge signal processing means 63 performs characteristic processing with partial discharge generation, such as time-dependent changes in electromagnetic wave intensity, electromagnetic wave intensity frequency distribution, and phase characteristics of electromagnetic wave generation, and transmits them to the display means 64 for display, as well as preset reference values. If it is determined that there is an abnormality compared to, an alarm is displayed.
[0040]
Embodiment 3 FIG.
Next, FIG. 4 is a block diagram showing a schematic configuration of an abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to Embodiment 3 of the present invention.
The configuration of rotating electric machine 51 shown in FIG. 4 is the same as that of the first embodiment. Partial discharge detection means 58a, 58b, and 58c constituted by coupling capacitors are connected to lead wires 56a, 56b, and 56c as drive lead wires for supplying electric power to the rotating electrical machine 51 via high-voltage cables 57a, 57b, and 57c. Has been. The outputs of the partial discharge detection means 58a, 58b, 58c are connected to the noise discrimination means 60 via signal cables 59a, 59b, 59c. Further, as shown in FIG. 2, the radiated electromagnetic wave detection means 61 composed of a high frequency antenna in the GHz band is located in the frame of the rotating electrical machine 51 at a position facing the winding ends of the stator windings 53a, 53b, 53c. It is provided inside the frame 55 and its output is connected to the noise discriminating means 60 via the signal cable 62. The output of the noise discrimination means 60 is connected to the partial discharge signal processing circuit 63 and the display means 64.
[0041]
Next, the operation of the abnormality detection device for a rotating electrical machine according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
As described above, when insulation deterioration or insulation abnormality occurs in the stator winding 53, partial discharge occurs and electromagnetic waves are radiated from the partial discharge occurrence point. In addition, high-frequency currents induced in the stator windings 53a, 53b, and 53c due to the occurrence of partial discharge pass through the lead wires 56a, 56b, and 56c from the stator windings 53a, 53b, and 53c, and a power cable (not shown). Z). This pulsed high-frequency current is detected by partial discharge detection means 58a, 58b, 58c connected to the lead wires 56a, 56b, 56c. The detected output is transmitted to the noise discriminating means 60. At this time, various noises induced in the power line from the line side are similarly detected in the detection signal. That is, the partial discharge signals and noise flowing through the lead wires 56a, 56b, and 56c are detected by the partial discharge detection means 58a, 58b, and 58c.
[0042]
Further, the radiated electromagnetic wave accompanying the generation of the partial discharge due to the insulation deterioration of the stator windings 53a, 53b, 53c is detected by the radiated electromagnetic wave detecting means 61 similar to that described above, and passed through the signal cable 62 to the noise discriminating means 60. To transmit. In the noise discriminating means 60, only the signals from the partial discharge detection means 58a, 58b, 58c synchronized with the signal from the radiated electromagnetic wave detection means 61 are identified as partial discharges. The signal that is not synchronized is identified as noise, and only the partial discharge is transmitted to the discharge signal processing means 63. In the partial discharge signal processing means 63, discharge characteristic processing such as change over time in the maximum discharge charge amount, discharge frequency distribution and discharge generation phase characteristics is performed and transmitted to the display means 64 for display and compared with a preset reference value. Then, abnormality is judged and an alarm is displayed.
Thus, in Embodiment 3, the high-frequency current accompanying the occurrence of partial discharge is measured as the discharge charge amount.
[0043]
Embodiment 4
Next, FIG. 5 is a diagram showing a state in which the radiated electromagnetic wave detecting means 61 according to the rotating electric machine abnormality detecting device according to Embodiment 4 of the present invention is attached to the rotating electric machine 51. In FIG.
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 5, an opening 66 is provided in the frame 55 at a position facing the winding end of the stator winding 53 of the rotating electrical machine 51, and a dielectric window is formed in the opening 66. 65 is attached. The radiated electromagnetic wave detection means 61 is attached in close contact with the dielectric window 65. The dielectric window 65 is made of a dielectric band material having mechanical strength such as glass or a glass epoxy plate. The radiated electromagnetic wave detecting means 61 is a flat plate type high frequency antenna. The outside of the radiated electromagnetic wave detection means 61 is covered with a shield 67. The output from the radiated electromagnetic wave detection means 61 is connected to the partial discharge signal processing means 63 and the display means 64 via a signal cable 62.
[0044]
Next, the operation of the rotating electrical machine abnormality detection device according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG.
As described above, when insulation deterioration or insulation abnormality occurs in the stator winding 53, partial discharge occurs and electromagnetic waves are radiated from the partial discharge occurrence point. As described above, this radiated electromagnetic wave has a high frequency component up to about 10 GHz and is strongly detected by reflection in a metal closed space. Here, when a part of the metal closed space is opened, electromagnetic waves are radiated from the opening 66 toward the outside. The radiated electromagnetic wave detection means 61 is installed in close contact with the opening 66 to detect the radiated electromagnetic wave. In general, since the temperature of the rotating electrical machine 51 rises due to operation, the rotating electrical machine 51 is sealed to improve cooling efficiency and has a structure in which cooling gas (generally air) is ventilated.
[0045]
In the fourth embodiment, the opening 66 of the frame 55 is sealed using the dielectric window 65. Since the electromagnetic wave passes through the dielectric, the partial discharge generated in the stator winding 53 can be detected by the radiated electromagnetic wave detection means 61 provided outside the rotating electrical machine 51. At this time, the external dimensions of the opening 66 and the radiated electromagnetic wave detecting means 61 are equal, or the radiated electromagnetic wave detecting means 61 is enlarged and brought into close contact with the dielectric window 65, whereby noise entering the radiated electromagnetic wave detecting means 61 from the outside. To prevent. Furthermore, external noise is blocked by covering the radiated electromagnetic wave detection means 61 with a shield 67. The processing for the detected partial discharge signal and the operation for removing noise from the signal from the partial discharge detection means 58 are as described above.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, according to the abnormality detecting device for a rotating electrical machine of the present invention, a radiation electromagnetic wave detecting means for detecting a radiation electromagnetic wave due to a partial discharge generated in accordance with the abnormality of the rotating electrical machine, and a detection signal from the radiation electromagnetic wave detecting means. A partial discharge signal processing means for performing signal processing for obtaining the discharge characteristics of the partial discharge based on the above and a display means for displaying the signal processing result, so that a high frequency band due to partial discharge generated due to an abnormality in the rotating electrical machine is provided. Only partial discharge can be measured by detecting the radiated electromagnetic wave.
[0047]
In addition, according to the abnormality detecting device for a rotating electrical machine of another invention, a radiated electromagnetic wave detecting means for detecting a radiated electromagnetic wave due to a partial discharge generated due to the abnormality of the rotating electrical machine, and a partial discharge generated due to the abnormality of the rotating electrical machine. Based on the partial discharge detection means for detecting the high-frequency current by, and the detection signal of the radiated electromagnetic wave detection means and the detection signal of the partial discharge detection means, the partial discharge and the noise are identified and the partial discharge from which the noise is removed is identified. Noise discriminating means for outputting the signal, partial discharge signal processing means for performing signal processing for obtaining the discharge characteristics of the partial discharge based on the output from the noise discriminating means, and display means for displaying the signal processing result. Therefore, only the partial discharge is detected by detecting the radiated electromagnetic wave and the high frequency current in the high frequency band due to the partial discharge generated due to the abnormality of the rotating electrical machine, and distinguishing the partial discharge and noise. It can be measured.
[0048]
In addition, by installing the partial radiation detection means on a driving lead wire that supplies electric power to the rotating electrical machine, it is possible to reliably detect a high-frequency current associated with the occurrence of partial discharge.
[0049]
Further, the noise discriminating means discriminates only the signal from the partial discharge detecting means synchronized with the signal from the radiated electromagnetic wave detecting means as partial discharge and discriminates the non-synchronized signal as noise to remove the noise. Since the partial discharge signal is output, there is an effect that only the partial discharge can be detected with high accuracy by discriminating the partial discharge and the noise from the relationship between the two detection signals.
[0050]
Further, by configuring the partial discharge detection means with a coupling capacitor, there is an effect that the detection means can be configured at a relatively low cost.
[0051]
In addition, by configuring the radiated electromagnetic wave detection means with a high frequency antenna that detects electromagnetic waves in the GHz band, there is an effect that a signal detection means in a frequency band with less noise can be configured relatively inexpensively.
[0052]
The radiated electromagnetic wave detecting means has an effect of reliably detecting the generated partial discharge by detecting an electromagnetic wave having a center frequency band in the range of 1 GHz to 3 GHz.
[0053]
Further, the radiated electromagnetic wave detecting means has an effect of excluding a noise band by making a detection frequency bandwidth narrow, and has an effect of improving the detection accuracy of partial discharge.
[0054]
In addition, since the radiated electromagnetic wave detecting means detects the radiated electromagnetic wave generated along with the partial discharge generated when an abnormality occurs in the stator winding of the rotating electrical machine, an insulation abnormality has occurred in the stator winding. It is possible to detect electromagnetic waves radiated due to partial discharges that are sometimes generated, and to accurately detect the electromagnetic wave intensity due to partial discharges.
[0055]
In addition, the radiated electromagnetic wave detection means is installed inside the frame of the rotating electrical machine, and the radiated electromagnetic wave accompanying the partial discharge is detected inside the frame, so that the electromagnetic wave intensity due to the partial discharge can be detected accurately and the partial discharge. Can be accurately detected in the operating state, and the radiated electromagnetic waves caused by the occurrence of partial discharge can be accurately measured inside the frame of the rotating electrical machine, so operation is possible when the stator winding of the rotating electrical machine is in a normal state. There is an effect that it is possible to distinguish and measure the radiated electromagnetic wave generated slightly in the state and the radiated electromagnetic wave accompanying the partial discharge generated when abnormality occurs in the stator winding.
[0056]
Further, by installing a plurality of the radiated electromagnetic wave detection means inside the frame at a position facing the winding end of the stator winding of the rotating electrical machine, the partial discharge can be reliably detected and the generation position can be specified. There is an effect that can.
[0057]
Further, the radiated electromagnetic wave detecting means is installed on the inner side of the frame along the axial direction of the stator iron core and away from the winding end of the stator winding of the rotating electric machine. The radiated electromagnetic wave generated with the partial discharge that occurs when the eruption occurs becomes a radiated electromagnetic wave amplified by reflection in the enclosed space of the frame of the rotating electrical machine. By detecting this radiated electromagnetic wave, the partial discharge can be measured with high sensitivity. At the same time, a sufficient distance from the high voltage portion can be secured, and the reliability of the device is improved.
[0058]
Further, the radiated electromagnetic wave detecting means is provided on the frame of the rotating electric machine by installing the radiated electromagnetic wave detecting means on the outside of the rotating electric machine through a dielectric window provided in the opening. There is an effect that maintenance becomes easy. In particular, there is a great effect that maintenance can be performed without stopping the operation of the rotating electrical machine.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of an abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to Embodiments 1 and 2 of the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view of the rotating electrical machine showing the installation position of the radiation electromagnetic wave detecting means of the rotating electrical machine abnormality detecting device according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 3 is a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine showing the installation position of a radiation electromagnetic wave detecting means of an abnormality detecting device for a rotating electrical machine according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 4 is a configuration diagram of a rotating electrical machine abnormality detection device according to Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a rotating electrical machine showing the configuration and installation position of a radiation electromagnetic wave detecting means of an abnormality detecting device for a rotating electrical machine according to Embodiment 4 of the present invention;
FIG. 6 is a configuration diagram of a conventional cubicle insulation abnormality detection device.
FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional cubicle insulation abnormality detection device.
FIG. 8 is a configuration diagram of a partial discharge detection device for a conventional transformer.
FIG. 9 is a block diagram of a partial discharge detector for a conventional transformer.
[Explanation of symbols]
50 Abnormality detection device, 51 Rotating electric machine, 52 Stator core, 53 Stator winding, 54 Rotor, 55 frame, 56 Lead wire, 61 Radiated electromagnetic wave detection means, 61 Signal cable, 63 Partial discharge signal processing means, 64 Display Means, 65 dielectric window, 66 opening, 67 shield.

Claims

An abnormality detection device for a rotating electrical machine that detects radiated electromagnetic waves due to partial discharge that occurs in association with an abnormality in the rotating electrical machine,
Is installed in the frame of the rotating electrical machine, the radiated electromagnetic wave detection means for detecting the radiated electromagnetic wave using a flat plate type high-frequency antenna center frequency to be detected to detect a band of range near Ri bandwidth 1MHz of 1 to 3 GHz,
Partial discharge signal processing means for performing signal processing for obtaining discharge characteristics of partial discharge based on a detection signal from the radiated electromagnetic wave detection means;
An abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine, comprising: display means for displaying a signal processing result.

An abnormality detection device for a rotating electrical machine that detects radiated electromagnetic waves due to partial discharge that occurs in association with an abnormality in the rotating electrical machine,
Is installed in the frame of the rotating electrical machine, the radiated electromagnetic wave detection means for detecting the radiated electromagnetic wave using a flat plate type high-frequency antenna center frequency to be detected to detect a band of range near Ri bandwidth 1MHz of 1 to 3 GHz,
A partial discharge detection means for detecting a high-frequency current due to a partial discharge generated in accordance with an abnormality of the rotating electrical machine;
Noise discrimination means for discriminating partial discharge and noise based on the detection signal of the radiated electromagnetic wave detection means and the detection signal of the partial discharge detection means and outputting a signal identified as partial discharge;
Partial discharge signal processing means for performing signal processing for obtaining discharge characteristics of partial discharge based on the output from the noise discrimination means;
An abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine, comprising: display means for displaying a signal processing result.

The abnormality detection device for a rotating electrical machine according to claim 2, wherein the partial radiation detection means is installed on a drive lead wire for supplying electric power to the rotating electrical machine.

4. The abnormality detection device for a rotating electrical machine according to claim 2, wherein the noise discriminating unit identifies only a signal from the partial discharge detection unit synchronized with a signal from the radiated electromagnetic wave detection unit as a partial discharge and synchronizes with the signal. An abnormality detection device for a rotating electrical machine, wherein a signal of partial discharge from which a signal that has not been identified is identified as noise and noise is removed is output.

5. The abnormality detection device for a rotating electrical machine according to claim 2, wherein the partial discharge detection means is composed of a coupling capacitor.

6. The abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine according to claim 1, wherein the electromagnetic wave detection means has a narrow detection frequency bandwidth.

The abnormality detection device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 6, wherein the radiated electromagnetic wave detection means detects a radiated electromagnetic wave generated with a partial discharge generated when an abnormality occurs in a stator winding of the rotating electrical machine. An abnormality detection device for a rotating electrical machine, wherein the abnormality detection device detects the abnormality.

The abnormality detection device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 7, wherein at least one of the radiated electromagnetic wave detection means is installed inside the frame at a position facing a winding end of a stator winding of the rotating electrical machine. An abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine, characterized in that:

The abnormality detection device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 8, wherein the radiated electromagnetic wave detection means is separated from a winding end of a stator winding of the rotating electrical machine and extends along the axial direction of the stator core. An abnormality detection apparatus for a rotating electrical machine, wherein the abnormality detection apparatus is installed inside a frame.

The abnormality detection device for a rotating electrical machine according to any one of claims 1 to 8, wherein the radiated electromagnetic wave detecting means is provided with an opening in a frame of the rotating electrical machine and through a dielectric window provided in the opening. An abnormality detection device for a rotating electrical machine, characterized by being installed outside the rotating electrical machine.