JP4286952B2 - 回転機巻線の部分放電測定方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば水力発電所等に設置されている発電機、同期電動機、誘導電動機もしくは直流電動機等の各種の回転機における巻線の絶縁劣化状態を、部分放電法を用いて測定,評価する回転機巻線の部分放電測定方法に関し、特に、回転機の運転中に部分放電を測定する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
同期電動機、誘導電動機や直流電動機等の各種回転機は回転子巻線及び固定子巻線を備えており、これらの巻線の絶縁状態は回転機の性能維持のための重要な要素である。
【0003】
このため、例えば、水力発電所の水車発電機用として用いられる同期機の固定子巻線にあっても、各種の方法で絶縁状態の測定が行われている。この種の測定は、一般的に、発電機の運転を停止させたうえで、巻線の絶縁層の部分放電等を測定することにより行われている。従来、この固定子巻線の部分放電の測定は、その固定子巻線に対し電荷を直接注入する方法が採られることが多かった。具体的には、まず、発電機の運転を停止させ、次に巻線の口出し部の絶縁を剥ぎ取り、その剥ぎ取った巻線に対し電荷を直接注入することにより行われていた(直接注入法)。
【0004】
また、上記の直接注入法の他に、発電機固定子のコイルを収容するスロット内部の温度測定用サーチコイルを用いた放電検出法も知られている。この方法は、スロット内に収容された巻線の過加熱を検知するためにスロット内の巻線間に配設されているサーチコイル型の温度センサが、たまたま巻線の部分放電を静電結合で検知し得る構成であることを利用して、部分放電を知見しようとするものである。
【0005】
しかし、直接注入法を実施するためには発電機の運転を停止させなければならず、発電機の運転中に実施することは不可能であるという不都合がある。一方、上記の温度測定用サーチコイルを用いる方法は、運転中においても測定が可能ではあるものの、放電の電荷量が不明であるため、放電特性を定量的に評価できないという不都合がある。
【0006】
そこで、運転中に放電特性を定量的に評価するために、特開平9−222456号公報には、予め固定子巻線の導体とサーチコイルとの間の静電容量Cを求めておき、既知のパルス電圧Vを注入することによって、校正電荷Q=C×Vを特定する電荷校正方法が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記電荷校正方法では、予め固定子巻線の導体とサーチコイルとの間の静電容量を求めておく必要があるが、当該静電容量の測定には多くの手間と時間がかかり、また、その測定を正確に行うことは困難であるのが実情である。
【0008】
また、図8に示すように、第1スロット206に設けられた第1サーチコイル204にパルス発生器201を接続し、第2スロット207に設けられた第2サーチコイル205に測定器202を接続した場合、第1サーチコイル204からの配線208と第2サーチコイル205からの配線209とは、中継端子203において互いに隣接することとなる。一般に、サーチコイルの配線は高周波に対する絶縁性能が低いため、パルス発生器201から出力されるパルス信号と測定器202に入力される検出信号とは、中継端子203でカップリングすることが多かった。つまり、中継端子203内でいわゆる高周波結合Aが生じやすかった。そのため、測定器202の測定の精度は不十分になりやすかった。
【0009】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、精度の高い電荷校正をより簡単な方法で実現し、回転機の運転中であっても定量的かつ正確に部分放電を測定することのできる部分放電測定方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、回転機の運転中に行う放電測定の結果を、回転機を停止して実施する定期点検時の放電測定結果と対比することにより、巻線の導体とセンサとの間の静電容量を特定することなく、電荷校正を行うこととした。
【0011】
具体的には、第1の発明は、回転機のステータ部のスロットの巻線近傍に設けられたセンサを測定器に接続し、上記回転機の定期点検時において、既知の電荷量を有するパルスを上記巻線に注入し、そのときの上記測定器の応答を検出信号として検出しておく一方、上記回転機の運転中において、上記センサに接続された上記測定器にパルス発生器を接続し、該パルス発生器からの出力パルスに対する上記測定器の検出信号が上記定期点検時に測定された検出信号と同一になるように、上記パルス発生器の出力パルスを調整し、上記回転機の運転中の部分放電測定時において、上記測定器で検出される検出信号と上記出力パルス調整後の検出信号とを対比し、その対比結果と上記既知の電荷量とを用いて放電電荷量を求めることとしたものである。
【0012】
上記事項により、定期点検時においては、ステータ部のスロットの巻線に既知の電荷量を有するパルスが注入され、スロットの巻線近傍に設けられたセンサに接続された測定器によって注入されたパルスが上記巻線の絶縁部の部分放電として検出される。これにより、電荷量に対する測定器の応答特性が把握される。次に、回転機の運転中においては、パルス発生器の出力パルスを調整し、測定器の応答が定期点検時の応答と同一になるような状態を再現する。そして、上記回転機の運転中の部分放電測定時において、上記巻線の絶縁部の部分放電を上記測定器で検出し、上記応答を基準として、当該検出信号を電荷量に換算して評価する。従って、巻線の導体とセンサとの間の静電容量を特定することなく、検出信号を電荷量として測定することが可能となる。また、パルス発生器の導線と測定器の導線との間の高周波結合の問題も解消する。
【0013】
第2の発明は、上記第1の発明において、センサとして、巻線の温度監視用としてスロットに予め付設されている測温用サーチコイルを利用することとしたものである。
【0014】
上記事項により、上記のセンサとして予めスロット内に付設されている測温用サーチコイルを用いるので、部分放電測定用としてセンサをスロット内に別個設ける必要がなく、既存設備を利用して簡易な準備で測定を行うことが可能となる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【0016】
本実施形態に係る部分放電測定の対象となる発電機は、固定されたステータ部1と、このステータ部1の中心部に図1の紙面に直交する方向の軸の回りに回転するロータ部2とを備えており、上記ステータ部1には、等角度に多数個のスロット3,3,…が設けられている。なお、図示の便宜上、図1では12個のスロット3,3,…のみを図示している。
【0017】
図2に示すように、各スロット3には上巻線4aと下巻線4bとからなる巻線4が設けられており、これらの巻線4a,4bはマイカ等の絶縁体5により囲まれている。
【0018】
各巻線4には、ガラステープやマイカテープを巻回した平角銅線が用いられる。なお、上記巻線4は上巻線4aと下巻線4bとに分かれた2層巻形態とされている。このような2層巻形態は、電機子巻線をスロット内へ収容する形態として広く用いられている。
【0019】
特定のスロット3には、上巻線4aと下巻線4bとの間に、温度測定用の抵抗を有するサーチコイル6が配置されている。このサーチコイル6は、本来、巻線4の異常な温度上昇を監視するために設置されているものであるが、本実施形態では部分放電信号を検出するためのセンサとしても用いられる。
【0020】
各サーチコイル6には、温度変化により抵抗値が変化する銅素子や白金素子を絶縁体で被覆した平板状のものを好適に用いることができる。その他、サーチコイル6として、熱電対式のものを用いることも可能である。
【0021】
各サーチコイル6は、上述のように、上巻線4aと下巻線4bとの間に埋込的に配置されているため、各サーチコイル6は巻線4の素線自体の各絶縁層及び絶縁体5を隔てて充電部に接することとなる。従って、各サーチコイル6と巻線4との間において、静電結合が可能となる。
【0022】
また、各サーチコイル6からは3本のリード線7が外部に引き出されている。なお、図2においては、リード線7を図示簡略化のために横方向に延出するように図示しているが、実際は紙面と垂直な方向に延出している。このリード線7の他端側は、通常は温度計測装置に接続されているのであるが、本実施形態では、任意のサーチコイル6のリード線7を部分放電信号検出用のリード線として用いる。
【0023】
ステータ部1には、特定スロット3,3,…のサーチコイル6のリード線7が接続された中継端子20が設けられている。
【0024】
−定期点検−
発電機の運転を停止させた状態で行う定期点検について説明する。図3に示すように、まず、診断車31の測定ケーブル32を、固定子の引出口に接続する。また、測定器25を中継端子20を介して所定のスロット3のサーチコイル6に接続する。そして、診断車31により既知の量の電荷を注入し、測定器25における注入電荷の応答を測定する。その結果、例えば、「10000pCの電荷量に対する応答が−42dB」等のように、電荷量と測定器25の応答との関係が特定される。
【0025】
このような測定を特定スロット毎に行い、予め定期点検時において、各スロット3の巻線4の絶縁部に関する注入電荷量と測定器25の応答との関係を求めておく。
【0026】
−発電機の運転中の部分放電測定−
図4及び図5に示すように、発電機の運転中に行う部分放電測定では、中継端子20を介して測定対象のスロット3のサーチコイル6を測定器25に接続すると共に、中継端子20を介してパルス発生器11を測定器25に接続する。なお、図示は省略するが、測定器25は、商用周波数を除去するためのハイパスフィルタ等を含んだ検出回路と、検出回路の出力を表示する表示器とを備えている。
【0027】
次に、測定器25の応答が上記定期点検時の応答と同一になるように、パルス発生器11の出力パルスを調整する。例えば、測定器25の応答が既知の応答(例えば−42dB)になるように、パルス発生器11の出力パルスを調整する。そして、測定器25の応答が既知の応答になった時点でパルス発生器11の調整を終了し、この時に測定器25で検出される応答を既知の電荷量(例えば、−42dBに相当する電荷量として、10000pC)に相当するものとみなす。
【0028】
そして、このようにして求めた校正電荷に基づいて、各スロット3の巻線4の部分放電を電荷量に換算して測定する。例えば、図6に示すように、所定シーケンスの試験電圧(例えば0〜4.8kV)を印加したときに測定器25において−60dBの応答が得られたとする。このような場合には、上述したように−42dBに相当する電荷量が10000pCであることが特定されているため、−60dBという値が何pCに相当するかは、容易に計算することができる。従って、部分放電量を電荷量で評価することが可能となる。
【0029】
このように、本実施形態によれば、サーチコイル6と巻線4との間の静電結合などの評価及び測定を行うことなく、発電機の運転中に部分放電の電荷校正を行うことが可能となる。従って、発電機の運転中に、部分放電の測定を簡易かつ定量的に実行することができる。
【0030】
つまり、発電機の運転中の測定時に定期試験と同一の電荷校正を行ったことになるので、定期試験時の校正結果をそのまま利用することができ、定期試験の測定結果を直接対比することにより、電荷校正を簡易かつ正確に行うことができる。
【0031】
また、部分放電の測定時には、パルス発生器11と測定器25とを接続する回路構成を採用するため、中継端子20における高周波結合の問題は生じることはない。
【0032】
なお、参考までに、図7に示すように、定期点検時の測定器25の応答結果をメモリ等の所定の記憶手段28に記憶させておき、当該記憶手段28の記憶データを適宜参照しながら測定器25の応答に基づいて電荷校正を行うことも可能である。例えば、「10000pCの電荷を注入したときの測定器25の応答が−40dBである」等の定期点検時の情報を、関数やテーブルとして記憶手段28に記憶しておき、発電機の運転中の測定時に、パルス発生器11を用いることなく、測定器25の応答のみに基づいて、電荷校正を行うようにしてもよい。
【0033】
このように記憶手段28を用いることにより、パルス発生器11を省略して電荷校正を行うことが可能となり、部分放電測定をより簡易に実行することが可能となる。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、第1の発明によれば、ステータ部のスロットの巻線近傍に設けられたセンサと巻線との間の静電結合などの評価及び測定を行うことなく、回転機の運転中に部分放電の電荷校正を行うことが可能となる。また、回転機の運転時に定期試験と同様の電荷校正を行ったことになるので、定期試験時の校正結果をそのまま利用することができ、電荷校正を簡易かつ正確に行うことができる。従って、回転機の運転中に、部分放電を簡易かつ定量的に測定することが可能となる。また、部分放電の測定時に、パルス発生器と測定器とを接続する回路構成を採用するため、高周波結合の問題を回避することができる。
【0035】
第2の発明によれば、部分放電測定用のセンサを別個に設ける必要がなくなり、既存の設備をそのまま利用して簡易な準備で測定を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態の適用対象となる発電機の概略断面図である。
【図2】 スロットの拡大図である。
【図3】 定期点検時の放電測定の機器配置図である。
【図4】 発電機の運転時における放電測定の機器配置図である。
【図5】 発電機の運転時における放電測定の回路構成図である。
【図6】 電荷校正例を示す図である。
【図7】 発電機の運転時における放電測定の他の回路構成図である。
【図8】 従来の放電測定の回路構成図である。
【符号の説明】
1 ステータ部
2 ロータ部
3 スロット
4 巻線
5 絶縁体
6 サーチコイル
7 リード線
11 パルス発生器
20 中継端子
25 測定器
Claims (2)
- 回転機のステータ部のスロットの巻線近傍に設けられたセンサを測定器に接続し、
上記回転機の定期点検時において、既知の電荷量を有するパルスを上記巻線に注入し、そのときの上記測定器の応答を検出信号として検出しておく一方、
上記回転機の運転中において、上記センサに接続された上記測定器にパルス発生器を接続し、該パルス発生器からの出力パルスに対する上記測定器の検出信号が上記定期点検時に測定された検出信号と同一になるように、上記パルス発生器の出力パルスを調整し、
上記回転機の運転中の部分放電測定時において、上記測定器で検出される検出信号と上記出力パルス調整後の検出信号とを対比し、その対比結果と上記既知の電荷量とを用いて放電電荷量を求める
ことを特徴とする回転機巻線の部分放電測定方法。 - 請求項1に記載の回転機巻線の部分放電測定方法において、
センサとして、巻線の温度監視用としてスロットに予め付設されている測温用サーチコイルを利用する
ことを特徴とする回転機巻線の部分放電測定方法。
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