JP4877115B2 - Partial discharge position identification device for rotating electrical machines - Google Patents

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Description

この発明は、回転電機の稼動時に発生する部分放電に基づく電磁波を計測する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring an electromagnetic wave based on partial discharge generated during operation of a rotating electrical machine.

発電機や電動機などの回転電機の固定子巻線には、稼動時に高電圧が発生したりあるいは印加させたりしており、固定子巻線の絶縁層には電気的ストレスがかかっている。これが長期にわたると絶縁材料に亀裂や剥離などの劣化が生じ、固定子巻線から発生する部分放電の強度が大きく、量が増加する。この部分放電の強度および量を計測することにより絶縁の劣化状態を把握している。計測方法としては、部分放電に基づく電磁波をアンテナにより検出し、その信号を計測して解析する手段が、回転電機への取付けが容易であるという特徴から適用されてきている。   A high voltage is generated or applied to a stator winding of a rotating electric machine such as a generator or an electric motor during operation, and an electrical stress is applied to an insulating layer of the stator winding. If this is over a long period of time, the insulating material will be deteriorated, such as cracking or peeling, and the intensity of partial discharge generated from the stator winding will be large and the amount will increase. By measuring the intensity and amount of the partial discharge, the deterioration state of the insulation is grasped. As a measuring method, means for detecting an electromagnetic wave based on partial discharge with an antenna and measuring and analyzing the signal has been applied from the feature that it can be easily attached to a rotating electrical machine.

従来の回転電機の部分放電計測装置では、固定子巻線から発生する部分放電に基づく電磁波をアンテナで検出し、放電電磁波のうちマイクロ波帯域の成分を検出して放電電荷量を算出している。この放電電荷量をもとに異常判定回路にて異常判定が行われている。(例えば、特許文献1参照)。   In a conventional partial discharge measuring device for a rotating electrical machine, an electromagnetic wave based on a partial discharge generated from a stator winding is detected by an antenna, and a discharge band is calculated by detecting a component in the microwave band of the discharge electromagnetic wave. . Abnormality determination is performed by the abnormality determination circuit based on this discharge charge amount. (For example, refer to Patent Document 1).

特開平4−313074号公報 (請求項1)JP-A-4-313074 (Claim 1)

従来技術では、回転電機の固定子スロット内および固定子スロット外からの部分放電に基づく電磁波を検出することができるが、これらは混在しているため部分放電の発生源が固定子スロット内であるかあるいは固定子スロット外であるかを特定することは困難であった。このため、部分放電の発生場所を考慮することなく電磁波強度から絶縁劣化を評価することとなる。固定子スロット内で発生した部分放電に基づく電磁波は、固定子スロット内の固定子鉄心で囲まれた部分と固定子巻線との隙間を気中伝播してくるため一部の周波数帯域を除き減衰が大きくなる。従って、上述の絶縁劣化の評価では、低い精度の評価しか得られないという問題点があった。   In the prior art, it is possible to detect electromagnetic waves based on partial discharge from the stator slot of the rotating electrical machine and from outside the stator slot. However, since these are mixed, the source of partial discharge is in the stator slot. It was difficult to identify whether it was out of the stator slot. For this reason, the insulation deterioration is evaluated from the electromagnetic wave intensity without considering the place where the partial discharge occurs. Electromagnetic waves based on the partial discharge generated in the stator slot propagate in the air between the stator core in the stator slot and the stator winding, and therefore exclude some frequency bands. Attenuation increases. Therefore, in the above-described evaluation of insulation deterioration, there is a problem that only low accuracy evaluation can be obtained.

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたもので、固定子スロット内および固定子スロット外からの部分放電に基づく電磁波を検出し、この部分放電の発生源が固定子スロット内であるか固定子スロット外であるかを特定することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and detects electromagnetic waves based on partial discharges from the stator slot and from outside the stator slot, and the generation source of the partial discharge is within the stator slot. Or whether it is out of the stator slot.

この発明に係る回転電機の部分放電位置特定装置においては、回転電機の部分放電に基づく電磁波を検出し、周波数分析を行う。固定子スロットの寸法で決まる周波数帯域内の電磁波の強度と、この周波数帯域外の電磁波の強度を比較することで、検出した電磁波の発生源が固定子スロット内かあるいは固定子スロット外かを特定するものである。   In the partial discharge position specifying device for a rotating electrical machine according to the present invention, an electromagnetic wave based on the partial discharge of the rotating electrical machine is detected and frequency analysis is performed. By comparing the intensity of the electromagnetic wave within the frequency band determined by the dimensions of the stator slot with the intensity of the electromagnetic wave outside this frequency band, it is determined whether the detected electromagnetic wave source is inside the stator slot or outside the stator slot To do.

この発明は、部分放電に基づく電磁波の周波数分析により、発生した部分放電が固定子スロット内か固定子スロット外かを特定できるようにしたので、検出した電磁波の強度から得られる絶縁劣化の評価の精度を向上させることができる。   Since the present invention enables the frequency analysis of electromagnetic waves based on partial discharge to identify whether the generated partial discharge is inside or outside the stator slot, it is possible to evaluate the insulation deterioration obtained from the detected electromagnetic wave intensity. Accuracy can be improved.

実施の形態1.
図1はこの発明を実施するための実施の形態1における回転電機の端部断面図および部分放電位置特定装置のブロック図であり、回転電機は例として発電機を取り上げている。図2はこの発明を実施するための実施の形態1における固定子スロット及び固定子スロット内を伝播する電磁波の模式図である。図3はこの発明を実施するための実施の形態1における電磁波の周波数スペクトルである。図4はこの発明を実施するための実施の形態1における電磁波の強度の関係図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is an end cross-sectional view of a rotating electrical machine and a block diagram of a partial discharge position specifying device according to Embodiment 1 for carrying out the present invention. The rotating electrical machine takes a generator as an example. FIG. 2 is a schematic diagram of the stator slot and the electromagnetic wave propagating in the stator slot in the first embodiment for carrying out the present invention. FIG. 3 shows the frequency spectrum of the electromagnetic wave in the first embodiment for carrying out the present invention. FIG. 4 is a relationship diagram of the intensity of the electromagnetic wave in the first embodiment for carrying out the present invention.

図1において、1は回転電機の固定子であり、この固定子1は固定子鉄心2と固定子巻線3を有している。固定子巻線3のうち固定子鉄心2の外部に突き出している部分は固定子巻線端部4である。5は回転子であり、6は回転電機のフレームである。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a stator of a rotating electrical machine. The stator 1 has a stator core 2 and a stator winding 3. A portion of the stator winding 3 that protrudes outside the stator core 2 is a stator winding end 4. Reference numeral 5 denotes a rotor, and reference numeral 6 denotes a frame of the rotating electrical machine.

固定子鉄心2の端部と対向して、フレーム6の内壁には指向性、方向性を持つマイクロ波帯域のホーンアンテナ10を配設している。ホーンアンテナ10は1ないし複数設けることができ、固定子巻線3から放射される全ての電磁波を検出できるようにするために、ホーンアンテナ10の開口および固定子鉄心2の端部とホーンアンテナの距離にも影響されるが、円周方向に120度の間隔をあけて3個取り付けることが多い。ただし、必ずしも固定子巻線3から放射される全ての電磁波を検出する必要はない。このホーンアンテナ10は、フレーム6に付属する小ケース11の開口部を閉塞する金属蓋12の中央部を貫通するブッシング13を介して取り付けられている。   Opposing to the end of the stator core 2, a horn antenna 10 having a directivity and a directivity in a microwave band is disposed on the inner wall of the frame 6. One or a plurality of horn antennas 10 can be provided, and in order to detect all electromagnetic waves radiated from the stator winding 3, the opening of the horn antenna 10, the end of the stator core 2, and the horn antenna Although it is affected by the distance, three are often attached at intervals of 120 degrees in the circumferential direction. However, it is not always necessary to detect all electromagnetic waves radiated from the stator winding 3. The horn antenna 10 is attached via a bushing 13 that passes through a central portion of a metal lid 12 that closes an opening of a small case 11 attached to the frame 6.

ホーンアンテナ10に接続される測定ケーブル14は、前述のブッシング13を貫通して、部分放電発生位置特定装置20の電磁波取得手段21に接続される。部分放電発生位置特定装置20は、電磁波取得手段21、周波数分析手段22、放電位置特定手段23からなり、この放電位置特定手段23からはスロット外放電出力24およびスロット内放電出力25の外部出力を有している。このスロット外放電出力24、スロット内放電出力25は論理的に区別されているものであってもよく、例えば出力信号にフラグをつけて1箇所の出力から区別できる信号として出力するものであってもよい。   The measurement cable 14 connected to the horn antenna 10 passes through the bushing 13 described above and is connected to the electromagnetic wave acquisition means 21 of the partial discharge occurrence position specifying device 20. The partial discharge generation position specifying device 20 includes an electromagnetic wave acquiring means 21, a frequency analyzing means 22, and a discharge position specifying means 23. The discharge position specifying means 23 outputs external outputs of the out-slot discharge output 24 and the in-slot discharge output 25. Have. The out-slot discharge output 24 and the in-slot discharge output 25 may be logically distinguished. For example, the output signal is flagged and output as a signal that can be distinguished from one output. Also good.

次に動作について説明する。回転電機が稼動しているときには、固定子巻線3には電圧が発生あるいは印加されており、この固定子巻線3から部分放電が発生する。部分放電が発生するとこの部分放電に基づいて放電電磁波が発生しフレーム6内を伝播して、ホーンアンテナ10にて検出される。この検出された信号が測定ケーブル14を伝送されて、部分放電発生位置特定装置20の電磁波取得手段21で取得されアナログ/デジタル変換などが行われ、周波数分析手段22に渡されて、フーリエ変換などの方法により周波数スペクトル解析が行われる。周波数分析手段22の結果が放電位置特定手段23に渡され、この周波数スペクトル解析の結果を基にホーンアンテナ10にて検出した電磁波を固定子スロット外での部分放電に基づく電磁波か固定子スロット内での部分放電に基づく電磁波かの特定を行い、固定子スロット外での部分放電に基づく電磁波と特定した場合は電磁波取得手段21にて取得した電磁波の信号をスロット外放電出力24として出力し、固定子スロット内での部分放電に基づく電磁波と特定した場合は電磁波取得手段21にて取得した電磁波の信号をスロット内放電出力25として出力する。   Next, the operation will be described. When the rotating electrical machine is operating, a voltage is generated or applied to the stator winding 3, and a partial discharge is generated from the stator winding 3. When a partial discharge occurs, a discharge electromagnetic wave is generated based on this partial discharge, propagates through the frame 6 and is detected by the horn antenna 10. This detected signal is transmitted through the measurement cable 14, acquired by the electromagnetic wave acquisition means 21 of the partial discharge occurrence position specifying device 20, subjected to analog / digital conversion, etc., passed to the frequency analysis means 22, and subjected to Fourier transform, etc. Frequency spectrum analysis is performed by this method. The result of the frequency analysis means 22 is passed to the discharge position specifying means 23, and the electromagnetic wave detected by the horn antenna 10 based on the result of the frequency spectrum analysis is either the electromagnetic wave based on the partial discharge outside the stator slot or the stator slot. If the electromagnetic wave is identified based on the partial discharge at and is identified as the electromagnetic wave based on the partial discharge outside the stator slot, the electromagnetic wave signal obtained by the electromagnetic wave obtaining means 21 is output as the out-slot discharge output 24, When the electromagnetic wave based on the partial discharge in the stator slot is specified, the electromagnetic wave signal acquired by the electromagnetic wave acquiring means 21 is output as the in-slot discharge output 25.

図2は固定子鉄心2に設けられた固定子巻線3を収納する固定子スロット7の一部を示したものであり、伝播する電磁波を模式的に表している。この固定子スロット7の寸法を固定子スロット深さ30と固定子スロット幅31とする。固定子鉄心2には複数の固定子スロット7が存在するがこれら固定子スロット寸法である固定子スロット深さ30と固定子スロット幅31は、いずれの固定子スロット7でも同じ大きさである。   FIG. 2 shows a part of the stator slot 7 that accommodates the stator winding 3 provided in the stator core 2, and schematically shows the propagating electromagnetic wave. The dimensions of the stator slot 7 are a stator slot depth 30 and a stator slot width 31. The stator core 2 has a plurality of stator slots 7. The stator slot depth 30 and the stator slot width 31, which are dimensions of the stator slots, are the same in any of the stator slots 7.

固定子スロット7の内部にある固定子巻線3で発生した部分放電に基づく電磁波は、固定子鉄心2および固定子巻線3を電磁波がほとんど伝播しないため、固定子スロット7の内部で固定子鉄心2と固定子巻線3の隙間を伝播する。32は固定子スロット深さ30方向の隙間から伝播してくる電磁波を、33は固定子スロット幅31方向の隙間から伝播してくる電磁波を示している。これらの電磁波32、33は、固定子スロット深さ30、固定子スロット幅31の寸法から導かれる周波数の電磁波を伝播させやすく、この周波数帯域の電磁波が固定子鉄心2の外部に伝播されたときはあまり減衰していない状態となる。固定子スロット深さ30あるいは固定子スロット幅31の寸法から導かれる周波数以外の周波数の電磁波は固定子スロット7内を伝播しにくく固定子鉄心2の外部に伝播したときには減衰されていることとなる。   The electromagnetic wave based on the partial discharge generated in the stator winding 3 inside the stator slot 7 hardly propagates through the stator core 2 and the stator winding 3, so that the stator is inside the stator slot 7. It propagates through the gap between the iron core 2 and the stator winding 3. Reference numeral 32 denotes an electromagnetic wave propagating from a gap in the direction of the stator slot depth 30, and 33 denotes an electromagnetic wave propagating from a gap in the direction of the stator slot width 31. These electromagnetic waves 32 and 33 easily propagate electromagnetic waves having a frequency derived from the dimensions of the stator slot depth 30 and the stator slot width 31, and when the electromagnetic waves in this frequency band are propagated outside the stator core 2. Is not so attenuated. Electromagnetic waves having frequencies other than those derived from the dimensions of the stator slot depth 30 or the stator slot width 31 are difficult to propagate in the stator slot 7 and are attenuated when propagated to the outside of the stator core 2. .

ここで、前述の固定子スロット深さ30あるいは固定子スロット幅31の寸法から導かれる周波数は、以下のように求めることができる。   Here, the frequency derived from the dimension of the stator slot depth 30 or the stator slot width 31 described above can be obtained as follows.

固定子スロットの深さ寸法は個々の回転電機に固有の値であり、実測や設計図などから知ることができる。この深さ寸法を例えば200mmとすると、以下の関係式で表される。   The depth dimension of the stator slot is a value unique to each rotating electric machine, and can be known from actual measurements and design drawings. If this depth dimension is 200 mm, for example, it is expressed by the following relational expression.

L(固定子スロット深さ:200mm)=λ(波長)/[2・√ε(比誘電率)] L (stator slot depth: 200 mm) = λ (wavelength) / [2 · √ε r (relative permittivity)]

よって、固定子スロットの深さにより導かれる電磁波の周波数は、以下のように決まる。なお、電磁波速度c≒3.0×10、ε≒1としている。 Therefore, the frequency of the electromagnetic wave guided by the depth of the stator slot is determined as follows. Note that the electromagnetic wave velocity c≈3.0 × 10 8 and ε r ≈1.

f(周波数)=c(電磁波速度)/λ
=c/(2・√ε・L)
≒0.75GHz
f (frequency) = c (electromagnetic wave velocity) / λ
= C / (2 · √ε r · L)
≒ 0.75GHz

同様に、固定子スロットの幅寸法も、同様の計算により求められる。幅寸法を例えば50mmとすると、f(周波数)≒5.0GHzとなる。このようにして求められた周波数の電磁波が固定子スロット7内を伝播しやすいこととなる。   Similarly, the width dimension of the stator slot can be obtained by the same calculation. For example, when the width dimension is 50 mm, f (frequency) ≈5.0 GHz. Thus, the electromagnetic wave having the frequency determined in this way easily propagates in the stator slot 7.

図3は部分放電発生位置特定装置20の周波数分析手段22にてスペクトル解析した周波数スペクトルであり、横軸は周波数を、縦軸は検出した電磁波の信号強度(電磁波の強度)を示している。前述の固定子スロット7の内部で発生した部分放電に基づく電磁波を周波数分析手段22にてスペクトル解析すると、固定子スロット深さ30および固定子スロットの幅31で決まる周波数にピークをもつ周波数分析結果が得られる。すなわち、図3の51で示す固定子スロット内の放電電磁波の周波数スペクトルのグラフのようになる。また、固定子スロット7の外部で発生した部分放電に基づく電磁波をスペクトル解析すると、特定の周波数にピークを有しない周波数分析結果となり、図3の50で示す固定子スロット外の放電電磁波の周波数スペクトルのグラフのようになる。   FIG. 3 shows a frequency spectrum obtained by spectrum analysis by the frequency analysis means 22 of the partial discharge generation position specifying device 20, where the horizontal axis indicates the frequency and the vertical axis indicates the detected electromagnetic wave signal intensity (electromagnetic wave intensity). When the frequency analysis means 22 performs spectrum analysis on the electromagnetic wave based on the partial discharge generated in the stator slot 7 described above, the frequency analysis result has a peak at a frequency determined by the stator slot depth 30 and the stator slot width 31. Is obtained. That is, it becomes like the graph of the frequency spectrum of the discharge electromagnetic wave in the stator slot shown by 51 in FIG. Further, when the spectrum analysis of the electromagnetic wave based on the partial discharge generated outside the stator slot 7 is performed, a frequency analysis result having no peak at a specific frequency is obtained, and the frequency spectrum of the discharge electromagnetic wave outside the stator slot indicated by 50 in FIG. It looks like the graph of

ここで、固定子スロットの寸法で決まる周波数領域の外部にある周波数をf、固定子スロットの寸法で決まる周波数をfとする。前述の例では、f=0.75GHzあるいはf=5.0GHzとなる。固定子スロット外の放電電磁波の周波数スペクトル50および固定子スロット内の放電電磁波の周波数スペクトル51の周波数fおよびfにおける電磁波の強度をそれぞれa、b、c、dとする。 Here, a frequency outside the frequency region determined by the dimension of the stator slot is f 1 , and a frequency determined by the dimension of the stator slot is f 2 . In the above example, f 2 = 0.75 GHz or f 2 = 5.0 GHz. The electromagnetic wave intensities at frequencies f 1 and f 2 of the frequency spectrum 50 of the discharge electromagnetic wave outside the stator slot and the frequency spectrum 51 of the discharge electromagnetic wave inside the stator slot are a, b, c, and d, respectively.

図4は周波数fでの電磁波の強度を横軸、周波数fでの電磁波の強度を縦軸としてプロットしたグラフである。図4に示すように、固定子スロット外の放電電磁波は、図3における周波数fでの電磁波の強度とfでの電磁波の強度の比であるb/aを傾きとし原点を通る直線の付近である固定子スロット外の放電電磁波の分布52にプロットされる。また、固定子スロット内の放電電磁波は、図3における周波数fでの電磁波の強度とfでの電磁波の強度の比であるd/cを傾きとし原点を通る直線の付近である固定子スロット内の放電電磁波の分布53にプロットされる。 FIG. 4 is a graph in which the intensity of the electromagnetic wave at the frequency f 1 is plotted on the horizontal axis and the intensity of the electromagnetic wave at the frequency f 2 is plotted on the vertical axis. As shown in FIG. 4, the discharge electromagnetic wave outside the stator slot is a straight line passing through the origin with an inclination of b / a, which is the ratio of the electromagnetic wave intensity at frequency f 1 and the electromagnetic wave intensity at f 2 in FIG. Plotted in the distribution 52 of the discharge electromagnetic wave outside the stator slot which is in the vicinity. Further, the discharge electromagnetic wave in the stator slot is a stator in the vicinity of a straight line passing through the origin with an inclination of d / c which is a ratio of the intensity of the electromagnetic wave at the frequency f 1 and the intensity of the electromagnetic wave at f 2 in FIG. Plotted in the distribution 53 of the discharge electromagnetic wave in the slot.

この理由は以下の通りである。固定子スロット外で発生した部分放電に基づく電磁波であれば、部分放電発生点からアンテナまでの伝播経路は固定子巻線端部の気中伝播であるので、ランダムに発生する各部分放電の強度は異なっていても、固定子スロット外で発生する放電電磁波の周波数スペクトル50の周波数fと周波数fの電磁波の強度の比はほぼ一定であり、その強度のみが部分放電の強度の大小によって変化するためである。同様に、固定子スロット内で発生した部分放電に基づく電磁波であれば、部分放電発生点からアンテナまでの伝播経路は固定子スロット内の隙間の気中伝播であるので、周波数fの電磁波の強度は減衰され周波数fの電磁波の強度はあまり減衰しないので、ランダムに発生する各部分放電の強度は異なっていても、固定子スロット内で発生する放電電磁波の周波数スペクトル51の周波数fと周波数fの電磁波の強度の比はほぼ一定であり、その強度のみが部分放電の強度の大小によって変化するためである。 The reason is as follows. If the electromagnetic wave is based on a partial discharge generated outside the stator slot, the propagation path from the partial discharge occurrence point to the antenna is the air propagation at the end of the stator winding, so the intensity of each partial discharge generated randomly Are different from each other, the ratio of the intensity of the electromagnetic wave having the frequency f 1 and the frequency f 2 of the frequency spectrum 50 of the discharge electromagnetic wave generated outside the stator slot is substantially constant, and only the intensity depends on the intensity of the partial discharge. Because it changes. Similarly, if the electromagnetic wave based on the generated partial discharge in a stator slot, since the propagation path from the partial discharge generation point to the antenna is in air-gap in the stator slots propagation, the frequency f 1 electromagnetic waves Since the intensity is attenuated and the intensity of the electromagnetic wave having the frequency f 2 is not so attenuated, the frequency f 1 of the frequency spectrum 51 of the discharge electromagnetic wave generated in the stator slot is different even if the intensity of each partial discharge generated randomly is different. This is because the ratio of the intensity of the electromagnetic wave having the frequency f 2 is substantially constant, and only the intensity changes depending on the intensity of the partial discharge.

このように、ホーンアンテナのようなマイクロ波アンテナで部分放電に基づく電磁波を検出し、これを周波数分析することにより、固定子スロット内で発生した放電電磁波と固定子スロット外で発生した放電電磁波とを区別することができ、部分放電の発生位置が固定子スロット内であるか或いは固定子スロット外であるかを特定することが可能となる。これにより、絶縁劣化箇所の特定に要する検査時間が短縮され、コスト低減につながる。また、固定子スロット内外の絶縁劣化を別々に評価できることで、回転電機全体の絶縁劣化レベルの判定精度も向上する。   In this way, by detecting electromagnetic waves based on partial discharge with a microwave antenna such as a horn antenna and performing frequency analysis on this, discharge electromagnetic waves generated inside the stator slot and discharge electromagnetic waves generated outside the stator slot Thus, it is possible to specify whether the partial discharge is generated in the stator slot or outside the stator slot. As a result, the inspection time required to identify the insulation deterioration location is shortened, leading to cost reduction. In addition, since the insulation deterioration inside and outside the stator slot can be evaluated separately, the determination accuracy of the insulation deterioration level of the entire rotating electrical machine can be improved.

実施の形態2.
なお、実施の形態1では、ホーンアンテナ10で検出する電磁波の周波数帯域を特に指定していないが、ホーンアンテナ10を固定子スロットの深さで決まる周波数を含む帯域の電磁波を検出できるようにしてもよい。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the frequency band of the electromagnetic wave detected by the horn antenna 10 is not particularly specified, but the horn antenna 10 can detect an electromagnetic wave in a band including a frequency determined by the depth of the stator slot. Also good.

固定子スロットの深さ寸法は、回転電機の大きさなどにより異なる値となるが、ある程度の範囲内に収まる。この範囲を例えば150から300mmの範囲と仮定すると、固定子スロット内で発生した部分放電に基づく電磁波の中で、固定子スロット内を伝播し固定子スロット外に放射される電磁波の波長は、電磁波が伝播するための空間である固定子スロット深さの寸法によって決まり、実施の形態1での算出方法により、以下の範囲内となる。   The depth dimension of the stator slot varies depending on the size of the rotating electrical machine and the like, but falls within a certain range. Assuming that this range is, for example, a range of 150 to 300 mm, among the electromagnetic waves based on the partial discharge generated in the stator slot, the wavelength of the electromagnetic wave propagating through the stator slot and radiating out of the stator slot is Is determined by the dimension of the stator slot depth, which is a space for propagating, and falls within the following range according to the calculation method in the first embodiment.

f(周波数)≒0.5〜1.0GHz     f (frequency) ≈ 0.5 to 1.0 GHz

このとき、例えば、実施の形態1の例と同じく、固定子スロット深さ寸法が200mmであれば、f=0.75GHzとなり、f=0.5GHzのような値を設定し、個々の放電の周波数スペクトル分析結果におけるf=0.5GHzでの電磁波の強度を横軸に、f=0.75GHzでの電磁波の強度を縦軸にして、図4に示すグラフのようにプロットし、その分布に基づき放電発生位置を特定することになる。なお、上記例や図4のグラフでは、f<fとなっているが、f>fとなるfを定めてもよく、例えばf=1.0GHzとしてもよい。 At this time, for example, as in the example of the first embodiment, if the stator slot depth dimension is 200 mm, f 2 = 0.75 GHz, and a value such as f 1 = 0.5 GHz is set. In the frequency spectrum analysis result of the discharge, the intensity of the electromagnetic wave at f 1 = 0.5 GHz is plotted on the horizontal axis and the intensity of the electromagnetic wave at f 2 = 0.75 GHz is plotted on the vertical axis as shown in the graph shown in FIG. Then, the discharge occurrence position is specified based on the distribution. In the graph of the example and FIG. 4, <but has a f 2, f 1> f 1 f 2 become may define a f 1, for example it may be f 1 = 1.0 GHz.

このように、上記の周波数範囲0.5GHzから1.0GHzを固定子スロットの深さで決まる周波数を含む帯域として、ホーンアンテナをこの固定子スロットの深さで決まる周波数を含む帯域の電磁波を検出できるようにすることにより、放電発生位置の特定が可能となり、検出する周波数範囲を狭くすることができるため安価なアンテナを適用することができ、コスト低減につながる。   Thus, the above-mentioned frequency range of 0.5 GHz to 1.0 GHz is set as a band including a frequency determined by the depth of the stator slot, and the horn antenna detects an electromagnetic wave in a band including the frequency determined by the depth of the stator slot. By making it possible, it is possible to specify the position where the discharge occurs, and the frequency range to be detected can be narrowed, so that an inexpensive antenna can be applied, leading to cost reduction.

実施の形態3.
なお、実施の形態2では、ホーンアンテナ10の周波数帯域を固定子スロットの深さで決まる周波数を含む帯域を検出できることを特徴としたが、ホーンアンテナ10を固定子スロットの幅で決まる周波数を含む帯域の電磁波を検出できるようにしてもよい
Embodiment 3 FIG.
Although the second embodiment is characterized in that the frequency band of the horn antenna 10 can be detected including a frequency band determined by the depth of the stator slot, the horn antenna 10 includes a frequency band determined by the width of the stator slot. It may be possible to detect electromagnetic waves in the band

固定子スロットの幅寸法は、回転電機の大きさなどにより異なる値となるが、ある程度の範囲内に収まる。この範囲を例えば20から100mmの範囲と仮定すると、固定子スロット内で発生した部分放電に基づく電磁波の中で、固定子スロット内を伝播し固定子スロット外に放射される電磁波の波長は、電磁波が伝播するための空間である固定子スロット幅の寸法によって決まり、実施の形態1で求めた方法により、以下の通りとなる。   The width of the stator slot varies depending on the size of the rotating electrical machine and the like, but falls within a certain range. Assuming that this range is, for example, a range of 20 to 100 mm, among the electromagnetic waves based on the partial discharge generated in the stator slot, the wavelength of the electromagnetic wave propagating in the stator slot and radiating out of the stator slot is This is determined by the dimension of the stator slot width, which is a space for propagating, and is as follows according to the method obtained in the first embodiment.

f(周波数)≒1.5〜7.5GHz     f (frequency) ≈ 1.5 to 7.5 GHz

このとき、例えば、実施の形態1の例と同じく、固定子スロット幅寸法が50mmであれば、f=5.0GHzとなり、f=7.0GHzのような値を設定し、個々の放電の周波数スペクトル分析結果におけるf=7.0GHzでの電磁波の強度を横軸に、f=5.0GHzでの電磁波の強度を縦軸にして、図4に示すグラフのようにプロットし、その分布に基づき放電発生位置を特定することになる。なお、上記例ではf>fであり、図4のグラフではf<fとなっているが、fは上記周波数範囲内であってfと異なる値であればよい。 At this time, for example, as in the example of the first embodiment, if the stator slot width dimension is 50 mm, f 2 = 5.0 GHz, and a value such as f 1 = 7.0 GHz is set, and each discharge In the frequency spectrum analysis result of the above, the intensity of the electromagnetic wave at f 1 = 7.0 GHz is plotted on the horizontal axis, and the intensity of the electromagnetic wave at f 2 = 5.0 GHz is plotted on the vertical axis as shown in the graph shown in FIG. The discharge generation position is specified based on the distribution. In the above example, f 1 > f 2 and f 1 <f 2 in the graph of FIG. 4, but f 1 may be any value that is within the frequency range and different from f 2 .

このように、上記の周波数範囲1.5GHzから7.5GHzを固定子スロットの幅で決まる周波数を含む帯域として、ホーンアンテナをこの固定子スロットの幅で決まる周波数を含む帯域の電磁波を検出できるようにすることにより、放電発生位置の特定が可能となり、検出する周波数範囲を狭くすることができるため安価なアンテナを適用することができることになり、コスト低減につながる。また、実施の形態2にて適用する固定子スロットの深さで決まる周波数を含む帯域の電磁波を検出するアンテナと併用することにより、検出精度を向上させることも可能である。   Thus, the above-mentioned frequency range of 1.5 GHz to 7.5 GHz is set as a band including a frequency determined by the width of the stator slot, and the horn antenna can detect an electromagnetic wave in a band including the frequency determined by the width of the stator slot. By doing so, it becomes possible to specify the position where the discharge occurs, and the frequency range to be detected can be narrowed, so that an inexpensive antenna can be applied, leading to cost reduction. In addition, the detection accuracy can be improved by using together with an antenna that detects an electromagnetic wave in a band including a frequency determined by the depth of the stator slot applied in the second embodiment.

実施の形態4.
なお、実施の形態2ではホーンアンテナ10の周波数帯域を固定子スロットの深さで決まる周波数を含む帯域を検出できることを特徴とし、実施の形態3ではホーンアンテナ10の周波数帯域を固定子スロットの幅で決まる周波数を含む帯域を検出できることを特徴としたが、この実施の形態4では、ホーンアンテナ10の周波数帯域を固定子スロットの深さで決まる周波数を含む帯域と幅で決まる周波数を含む帯域の両者を検出できるようにしてもよい。すなわち、実施の形態2より固定子スロット深さ寸法が150mmから300mmで、対応する周波数範囲が0.5GHzから1.0GHzであり、実施の形態3より固定子スロット幅寸法が20mmから100mmで、対応する周波数範囲が1.5GHzから7.5GHzあれば、実施の形態4でのホーンアンテナ10の周波数帯域は0.5GHzから7.5GHzとする。
Embodiment 4 FIG.
The second embodiment is characterized in that the frequency band of the horn antenna 10 can be detected including the frequency determined by the depth of the stator slot. In the third embodiment, the frequency band of the horn antenna 10 is determined as the width of the stator slot. In the fourth embodiment, the frequency band of the horn antenna 10 is divided into a band including a frequency determined by the depth of the stator slot and a band including a frequency determined by the width. You may enable it to detect both. That is, the stator slot depth dimension is 150 mm to 300 mm from the second embodiment, the corresponding frequency range is 0.5 GHz to 1.0 GHz, and the stator slot width dimension is 20 mm to 100 mm from the third embodiment. If the corresponding frequency range is 1.5 GHz to 7.5 GHz, the frequency band of the horn antenna 10 in the fourth embodiment is 0.5 GHz to 7.5 GHz.

固定子スロット内から放射される部分放電に基づく電磁波は、固定子スロット深さで決まる周波数と固定子スロット幅で決まる周波数の2種類が考えられるが、どちらの電磁波の強度が大きいかは回転電機の個体差による。このため、回転電機によっては固定子スロット深さで決まる周波数の電磁波がほとんど検出されず、固定子スロット幅で決まる周波数の電磁波が検出されるものや、その逆で固定子スロット深さで決まる周波数の電磁波が検出されて固定子スロット幅で決まる周波数の電磁波がほとんど検出されないものもある。   There are two types of electromagnetic waves based on the partial discharge radiated from the stator slot, the frequency determined by the stator slot depth and the frequency determined by the stator slot width. Due to individual differences. For this reason, depending on the rotating electrical machine, an electromagnetic wave having a frequency determined by the stator slot depth is hardly detected, and an electromagnetic wave having a frequency determined by the stator slot width is detected, or vice versa, a frequency determined by the stator slot depth. Some electromagnetic waves with a frequency determined by the stator slot width are hardly detected.

このため、固定子スロットの深さで決まる周波数と、固定子スロットの幅で決まる周波数の2つの周波数領域を合わせた範囲の放電電磁波を検出することにより、より確実に固定子スロット内から放射される放電電磁波を検出し、電磁波の強度を評価することができる。   For this reason, by detecting the discharge electromagnetic wave in the range that combines the two frequency regions, the frequency determined by the depth of the stator slot and the frequency determined by the width of the stator slot, it is more reliably radiated from within the stator slot. Discharge electromagnetic waves can be detected and the intensity of the electromagnetic waves can be evaluated.

実施の形態5.
なお、実施の形態1ないし4では、アンテナにホーンアンテナ10を適用していたが、図5に示すように、アンテナに平板アンテナ26、27を適用することもできる。平板アンテナはホーンアンテナと比較して計測できる周波数帯域が狭いため、固定子スロット深さ30あるいは固定子スロット幅31の寸法から決まる周波数fを中心とした狭帯域の電磁波を検出できる平板アンテナ26と、固定子スロット深さ30あるいは固定子スロット幅31の寸法から決まる周波数帯域以外の帯域fを中心とした狭帯域の電磁波を検出できる平板アンテナ27を適用する。さらに、電磁波取得手段21で取得する際には、平板アンテナ26あるいは27で検出できる狭帯域の周波数帯域だけを取得できるように、バンドパスフィルタなどで周辺周波数帯域の電磁波をカットし、その後アナログ/デジタル変換して電磁波の強度を取得する。この取得した電磁波の強度を、放電位置特定手段23に渡す。なお、電磁波取得については、実施の形態1と同様に電磁波を取得して周波数解析を行う方法も適用できる。
Embodiment 5 FIG.
In the first to fourth embodiments, the horn antenna 10 is applied to the antenna. However, as shown in FIG. 5, flat antennas 26 and 27 may be applied to the antenna. Since the flat antenna has a narrower frequency band that can be measured compared to the horn antenna, the flat antenna 26 can detect electromagnetic waves in a narrow band centered on the frequency f 2 determined from the dimensions of the stator slot depth 30 or the stator slot width 31. Then, the flat plate antenna 27 capable of detecting an electromagnetic wave in a narrow band centered on the band f 1 other than the frequency band determined from the dimension of the stator slot depth 30 or the stator slot width 31 is applied. Furthermore, when acquiring with the electromagnetic wave acquisition means 21, the electromagnetic waves in the peripheral frequency band are cut with a band pass filter or the like so that only the narrow frequency band that can be detected with the flat plate antenna 26 or 27 can be acquired. The intensity of electromagnetic waves is obtained by digital conversion. The acquired electromagnetic wave intensity is passed to the discharge position specifying means 23. As for the electromagnetic wave acquisition, a method of acquiring an electromagnetic wave and performing frequency analysis similarly to the first embodiment can be applied.

上記を図に示したものが図6である。固定子スロット外の放電電磁波の周波数スペクトル50および固定子スロット内の放電電磁波の周波数スペクトル51は図6に点線で示しているように測定することができず、平板アンテナ26で検出した電磁波は周波数f挟む狭帯域のf2a−f2b間を計測することができる。また、平板アンテナ27で検出した電磁波は周波数fを挟む狭帯域のf1a−f1b間を計測できる。固定子スロット外の放電電磁波を検出した場合は、平板アンテナ27で取得できる電磁波の強度は周波数f1a−f1bの中での最高値であるaとなり、平板アンテナ26で取得できる電磁波の強度は周波数f2a−f2bの中での最高値であるbとなる。また、固定子スロット内の放電電磁波を検出した場合は、平板アンテナ27で取得できる電磁波の強度は周波数f1a−f1bの中での最高値であるcとなり、平板アンテナ26で取得できる電磁波の強度は周波数f2a−f2bの中での最高値であるdとなる。これら取得した電磁波の強度であるaないしcは、周波数fあるいはfにおける電磁波の強度と異なる可能性があるが、周波数帯域が狭いことと、対象となる周波数帯域内にピークを有しないため特に問題とならない。また、取得した電磁波の強度dは固定子スロットの寸法により決まる周波数fにピークをもつため、fにおける電磁波の強度とほぼ同じと考えてよい。 This is shown in FIG. The frequency spectrum 50 of the discharge electromagnetic wave outside the stator slot and the frequency spectrum 51 of the discharge electromagnetic wave inside the stator slot cannot be measured as shown by the dotted line in FIG. It is possible to measure between f 2a and f 2b in a narrow band sandwiched by f 2 . Further, the electromagnetic wave detected by the flat plate antenna 27 can be measured between a narrow band f 1a -f 1b across the frequency f 1 . When the discharge electromagnetic wave outside the stator slot is detected, the intensity of the electromagnetic wave that can be obtained by the flat antenna 27 is a which is the highest value in the frequency f 1a -f 1b , and the intensity of the electromagnetic wave that can be obtained by the flat antenna 26 is It becomes b which is the highest value in the frequency f 2a -f 2b . Further, when the discharge electromagnetic wave in the stator slot is detected, the intensity of the electromagnetic wave that can be obtained by the flat antenna 27 is c, which is the highest value in the frequency f 1a -f 1b , and the electromagnetic wave that can be obtained by the flat antenna 26. The intensity is d which is the highest value in the frequency f 2a -f 2b . These acquired electromagnetic wave intensities a to c may be different from the electromagnetic wave intensity at the frequency f 1 or f 2 , but because the frequency band is narrow and there is no peak in the target frequency band. There is no particular problem. Further, since the intensity d of the acquired electromagnetic wave has a peak at the frequency f 2 determined by the size of the stator slot, it may be considered to be almost the same as the intensity of the electromagnetic wave at f 2 .

ここで、固定子スロットの寸法で決まる周波数領域外の周波数f、固定子スロットの寸法領域内の周波数fのそれぞれの周波数における電磁波の強度a、b、c、dを、fを横軸、fを縦軸としてプロットすると、実施の形態1で示した図4とほぼ同じになる。 Here, the intensities of electromagnetic waves a, b, c, and d at frequencies f 1 outside the frequency region determined by the size of the stator slot and at frequency f 2 inside the size region of the stator slot, f 1 When the axis, f 2 , is plotted as the vertical axis, it is almost the same as FIG. 4 shown in the first embodiment.

このように、狭帯域の平板アンテナ2種類で部分放電に基づく電磁波を検出することにより、固定子スロット内で発生した放電電磁波と固定子スロット外で発生した放電電磁波とを区別することができ、放電の発生位置が固定子スロット内であるか或いは固定子スロット外であるかを特定することが可能となる。これにより、絶縁劣化箇所の特定に要する検査時間が短縮され、コスト低減につながる。また、平板アンテナのような狭帯域アンテナによる検出では、広帯域アンテナと比較してノイズの影響が少ないという利点がある。よって、平板アンテナを用いることで、ノイズの影響を少なくすることができ、より精度の高い評価が可能となる。また、バンドパスフィルタのようなより簡易なノイズ除去手段で電磁波取得手段を構成することができ、周波数分析手段が不要になり、コスト低減につながる。また、2つの異なる帯域のアンテナを用い、固定子巻線の固定子スロット内外での絶縁劣化を別々に評価できることで、回転電機全体の絶縁劣化レベルの判定精度も向上する。また、平板アンテナは厚さ方向の寸法など寸法を小さくすることができるため、回転電機内に占めるアンテナのスペースを小さく抑えることができ、設置性を向上させることができる。   Thus, by detecting electromagnetic waves based on partial discharge with two types of narrow-band flat antennas, it is possible to distinguish between discharge electromagnetic waves generated in the stator slot and discharge electromagnetic waves generated outside the stator slot, It is possible to specify whether the discharge generation position is inside the stator slot or outside the stator slot. As a result, the inspection time required to identify the insulation deterioration location is shortened, leading to cost reduction. In addition, detection by a narrowband antenna such as a flat plate antenna has an advantage that the influence of noise is less than that of a wideband antenna. Therefore, by using a flat plate antenna, it is possible to reduce the influence of noise, and it is possible to evaluate with higher accuracy. In addition, the electromagnetic wave acquisition unit can be configured with a simpler noise removal unit such as a band pass filter, which eliminates the need for the frequency analysis unit and leads to cost reduction. In addition, by using two different band antennas and separately evaluating the deterioration of the stator winding inside and outside the stator slot, the accuracy of determining the insulation deterioration level of the entire rotating electrical machine can be improved. In addition, since the flat antenna can be reduced in dimensions, such as the dimension in the thickness direction, the space of the antenna in the rotating electric machine can be suppressed to be small, and the installation property can be improved.

実施の形態6.
なお、実施の形態1ないし5では、アンテナの位置を特に指定していなかったが、ホーンアンテナ10、あるいは平板アンテナ26、27を固定子鉄心2に設けられた固定子スロット7に対向する位置に配設することもできる。
Embodiment 6 FIG.
In the first to fifth embodiments, the position of the antenna is not particularly specified, but the horn antenna 10 or the flat antennas 26 and 27 are placed at positions facing the stator slot 7 provided in the stator core 2. It can also be arranged.

アンテナは電磁波の検出対象とする固定子スロット7に対向する位置に配設し、そのアンテナから検出した電磁波の周波数における強度を固定子スロットの寸法により決まる周波数における電磁波の強度と固定子スロットの寸法により決まる周波数帯域外の周波数における電磁波の強度と比較することにより、放電発生位置が固定子スロット内であるか、固定子スロット外であるかを特定することができる。   The antenna is disposed at a position opposite to the stator slot 7 to be detected by the electromagnetic wave, and the strength of the electromagnetic wave detected from the antenna is determined at the frequency determined by the size of the stator slot and the size of the stator slot. By comparing with the intensity of the electromagnetic wave at a frequency outside the frequency band determined by the above, it is possible to specify whether the discharge generation position is inside the stator slot or outside the stator slot.

これにより、固定子巻線の固定子スロット内で発生した部分放電に基づく電磁波をより検出しやすくなり、絶縁劣化レベルの判定精度が向上する。   This makes it easier to detect electromagnetic waves based on the partial discharge generated in the stator slot of the stator winding, and improves the determination accuracy of the insulation deterioration level.

実施の形態7.
なお、実施の形態6では、アンテナを配設する位置を固定子スロット7に対向する位置としたが、高圧ラインの固定子スロット7に対向する位置に配設することもできる。回転電機では、固定子巻線3が複数の固定子スロット7に巻線されているが、このうち外部の母線につながるライン、すなわち電動機であれば電源に接続されるラインであり、発電機であれば出力部につながるラインが、高圧ラインとなる。部分放電が発生しやすいのは高圧ラインの固定子巻線3であり、この高圧ラインの固定子巻線3を収納している固定子スロット7に対向する位置にアンテナを配設する。
Embodiment 7 FIG.
In the sixth embodiment, the antenna is disposed at a position facing the stator slot 7, but may be disposed at a position facing the stator slot 7 of the high-voltage line. In a rotating electrical machine, the stator winding 3 is wound around a plurality of stator slots 7, of which a line connected to an external bus, that is, a line connected to a power source in the case of an electric motor, If there is, the line connected to the output section becomes a high-pressure line. The partial winding is likely to occur in the stator winding 3 of the high-voltage line, and the antenna is disposed at a position facing the stator slot 7 that houses the stator winding 3 of the high-voltage line.

これにより、固定子巻線の固定子スロット内で発生した部分放電に基づく電磁波をより検出しやすくなり、絶縁劣化レベルの判定精度が向上する。   This makes it easier to detect electromagnetic waves based on the partial discharge generated in the stator slot of the stator winding, and improves the determination accuracy of the insulation deterioration level.

この発明の実施の形態1を示す回転電機の端部断面図および部分放電位置特定装置のブロック図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an end cross-sectional view of a rotating electrical machine and a block diagram of a partial discharge position specifying device showing Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1を示す固定子スロット及びスロット内部を伝播する電磁波の模式図である。It is a schematic diagram of the electromagnetic wave which propagates the stator slot and slot inside which shows Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1を示す電磁波の周波数スペクトルである。It is the frequency spectrum of the electromagnetic wave which shows Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1を示す電磁波の強度の関係図である。It is a related figure of the intensity of electromagnetic waves which shows Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態5を示す回転電機の端部断面図および部分放電位置特定装置のブロック図である。It is an end sectional view of a rotary electric machine and a block diagram of a partial discharge position specifying device showing Embodiment 5 of the present invention. この発明の実施の形態5を示す電磁波の周波数スペクトルである。It is the frequency spectrum of the electromagnetic wave which shows Embodiment 5 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 固定子
2 固定子鉄心
3 固定子巻線
7 固定子スロット
10 ホーンアンテナ
20 部分放電発生位置特定装置
21 周波数分析手段
23 放電位置特定手段
24 固定子スロット外放電出力
25 固定子スロット内放電出力
26 平板アンテナ
27 平板アンテナ
30 固定子スロット深さ
31 固定子スロット幅
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stator 2 Stator iron core 3 Stator winding 7 Stator slot 10 Horn antenna 20 Partial discharge generation position specifying device 21 Frequency analysis means 23 Discharge position specifying means 24 Discharge output outside stator slots 25 Discharge output in stator slots 26 Flat antenna 27 Flat antenna 30 Stator slot depth 31 Stator slot width

Claims (1)

固定子鉄心の固定子スロットに巻線される固定子巻線から発生する部分放電に基づく電磁波を検出するアンテナと、
該アンテナの出力を周波数分析し周波数ごとの信号強度を出力する周波数分析手段と、
前記固定子スロットの寸法により導かれる周波数における信号強度と、前記固定子スロットの寸法により導かれる周波数以外の周波数における信号強度との比により、固定子スロット内放電と固定子スロット外放電に識別する放電位置特定手段とを備え
前記周波数分析手段で対象とする周波数の帯域が、前記固定子スロットの深さ寸法により導かれるピークの周波数および幅寸法により導かれるピークの周波数を含む帯域であることを特徴とする回転電機の部分放電位置特定装置。
An antenna for detecting electromagnetic waves based on partial discharge generated from a stator winding wound around a stator slot of a stator core;
A frequency analysis means for frequency-analyzing the output of the antenna and outputting a signal intensity for each frequency;
Distinguishing between in-stator slot discharge and out-of-stator slot discharge is based on the ratio of the signal strength at the frequency derived from the dimensions of the stator slot and the signal intensity at a frequency other than the frequency derived from the dimensions of the stator slot. A discharge position specifying means ,
The rotating electrical machine part , wherein the frequency band targeted by the frequency analyzing means is a band including a peak frequency derived from a depth dimension of the stator slot and a peak frequency derived from a width dimension. Discharge location device.
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