JPH0221210B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転電機の過熱検出装置に係り、特に
過熱発生点あるいはその近傍に塗布された有機絶
縁物の熱分解生成物を検出して回転電機の過熱を
間接的に検出する過熱検出装置に関する。

回転電機，特にタービン発電機は電力需要拡大
などの背景から、冷却及び絶縁技術を進歩させて
大容量化が推進されてきた。しかし、近年ベース
ロードは原子力発電にゆだね、中間負荷として火
力発電が主体となる傾向にある。これらの背景か
らタービン発電機においては頻ぱんな起動停止が
要求されるようになり、従来にも増してより確実
な運転が要求されることはもちろんのこと、運転
中の発電機の運転状態を監視し、異常発生時に初
期の段階でこれを検出し診断する異常監視装置が
要求されるようになつた。

従来からタービン発電機の事故要因は多々ある
が、特に機内に発生する過熱は固定子鉄心の溶断
事故につながつた実例があり、監視を必要とする
項目の一つに上げられる。

過熱検出装置としては、従来から過熱の起こり
やすいと考えられる磁束の集中しやすい固定子鉄
心端部に熱電対を装着し、温度監視をする方法が
試みられているが、この方法は固定子鉄心端部に
限り過熱発生を検出できるが、固定子巻線等での
過熱は検出することはできない。すなわち、機内
全域のどの部分で過熱が発生してもこれを検出で
きることが望まれる。

この要求に対して、特開昭56−83221号の過熱
検出装置が提案されている。この過熱検出装置
は、固定子鉄心、固定子巻線等が過熱するとこれ
らの部品に塗布されている有機絶縁材（ワニス
類）が熱分解して微粒子（0.001〜0.1μm）が発生
し、この微粒子が発電機内に循環している冷却ガ
ス中に拡散、浮遊するので、この冷却ガスの一部
を発電機外に抽出し、この冷却ガス中の微粒子濃
度を測定して過熱を検出するもので、冷却ガスが
機内のほぼ全域を循環しているから広範囲の部分
の局部的な過熱を検出するのに有効である。また
この過熱検出装置には微粒子濃度を時間積分し、
その積分値が予め定められた過熱基準積分値を越
えたとき過熱発生と判断する機能も付与されてい
る。すなわち、発電機内の例えば固定子鉄心端部
等に過熱が発生したとき、冷却ガス中に放出され
る有機絶縁材の熱分解による微粒子量は過熱面積
に比例して増加し、過熱検出装置はこの微粒子量
に比例した検出信号を出力するので、この検出信
号を監視していれば、過熱面積を検出できるはず
であるが、過熱検出装置から実際に出力される各
検出時点での検出信号（瞬時値）は、変動分が大
きく、安定した正確な値を示さない。したがつ
て、この検出信号を監視するだけでは過熱面積を
正確に検出することはできない。これに対して、
各検出時点で出力される検出信号を時間積分すれ
ば、これらの各検出信号の変動分が相殺され全体
として正確な値が得られるので、過熱面積を正確
に検出することができる。しかし、過熱の進展状
態は過熱発生要因や過熱発生場所によつて異な
り、過熱速度もこれらの過熱発生要因や過熱発生
場所、あるいは時間経過によつて種々変化する。
そこで、過熱の速度を把握できれば、より発電機
の運転制御が行ないやすくなると共に、発電機の
過熱による損傷を最小限に食い止めることが可能
となる。

本発明の目的は、過熱面積および過熱速度を検
出し、これらの両者によつて過熱診断することに
より、過熱の進展状態を適確に把握し得る回転電
機の過熱検出装置を提供するにある。

本発明者らはこの過熱速度を求めるため諸種の
実験を行なつた結果、絶縁材の熱分解によつて生
成する微粒子の生成速度は過熱速度と密接な相関
があり、微粒子生成速度を把握すれば過熱速度を
代表できることを見出した。

本発明の特徴は、この過熱速度を求めるため
に、検出器の信号を微分する微分器をさらに付加
した点にある。

以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に
説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る過熱検出装置
を備えたタービン発電機の概略構成図で、回転子
２，固定子３および熱交換器４等からなるタービ
ン発電機１には、その冷却ガス５の高圧側と低圧
側に跨がつて、抽気管６により過熱検出装置７が
接続されており、発電機１内の冷却ガス５の一部
を過熱検出装置７に循環導入して、冷却ガス５中
の微粒子濃度を連続的に計測監視できるようにな
つてる。なお、８，９は抽気管６に挿入されたバ
ルブである。

第２図は過熱検出装置７の検出部から検出され
る信号の代表例を示したもので、第２図中ベース
ラインV₀とは冷却ガス中に発電機１内部の機械
部分組立作業等の際に混入する室内粉じん等の粒
子に対する検出器の計測値を示すものである。こ
のベースラインV₀は発電機の機種や冷却ガスの
空間溶積等種々の要因によつて異なる。タービン
発電機１内にtoの時点で過熱が発生すると、第２
図に示すごとく、ベースラインV₀対して、顕著
な信号増加が現われることから過熱発生を判断す
ることができ、この信号の検出は過熱発生によつ
て発生点もしくは近傍の絶縁材の熱分解によつて
発生する微粒子を検出したことに外ならない。ま
た、第２図中、信号ａは例えば固定子鉄心端部に
過熱に発生した場合のように過熱が徐々に進展し
ていく例、信号ｂは例えば固定子巻線のコイル絶
縁層に過熱が発生した場合のように過熱発生と共
に過熱速度が大きく時間経過に従つて過熱速度が
小さくなつていく例、信号ｃは例えば固定子巻線
の各相亘り線に過熱が発生した場合のように過熱
発生初期には過熱速度が小さいがその後急速に過
熱が進展し過熱が急増する例をそれぞれ示す。

次に本発明に至つた実験データの代表例を第３
図および第４図に示す。第３図および第４図共に
固定子鉄心に塗布される代表的なフエノール樹脂
系有機絶縁材を鉄心と同材料の上に塗布したテス
トピースを加熱し、そのときの加熱速度（発電機
内の過熱速度を模擬、特性線Ｔ）と微粒子生成速
度（すなわち過熱検出器出力、特性線Ｖ）を定量
したもので、第３図は一定速度で加熱した場合
（20℃／min）、第４図は除々に加速して加熱した
場合の特性線である。この実験結果から加熱速度
と微粒子生成速度がよく一致していることを見出
した。従つて、過熱検出装置の出力パターンを監
視すれば過熱速度を把握することは一応可能であ
る。しかし、この出力パターンの監視のみでは、
過熱速度や過熱面積を数値として即座にかつ正確
に読みとることができない。これに対して、過熱
発生に伴つて過熱検出装置から出力される検出信
号を微分及び積分すれば、過熱速度や過熱面積が
即座にかつ正確に数値化して検出することができ
る。

第５図はこれをより詳細に説明するための図
で、過熱検出装置の出力パターンの一代表例であ
る。過熱検出装置の出力信号はベースラインV₀
より増加した時点で微分及び積分が実施される
が、仮にtoの時点で過熱が発生したとするとto〜
t₁の区間での出力信号の微分 dV／dt （V₁−V₀／t₁−t₀＝△Ｖ／△ｔ） 及び積分∫^t ₁ ^/t ₀Ｖが行なわれ、演算される。そし
て、この微分値は信号の傾斜（速度）、すなわち
過熱速度をあらわし、また積分値は前述したよう
に過熱による絶縁材の損傷面積を正確にあらわ
す。したがつて、検出されたこれらの過熱速度や
過熱面積より過熱の進展状態をより適確に把握す
ることができる。

次に本実施例の過熱検出装置の構成、機能につ
いて第６図を用いて詳細に説明する。

前記第１図のタービン発電機１内の冷却ガス５
は過熱検出装置７の検出器１０に導かれる。冷却
ガス内の微粒子濃度に比例した検出器１０からの
信号は瞬時値として記録計１１に順次記録され
る。なお、これらの記録された各瞬時値の変化状
態を示すものが前記出力パターンである。さら
に、検出器１０からの信号は積分器１２に導か
れ、前記第５図に示すごとく、ベースラインV₀
を超えたときからの信号のみが積分され、その値
S₂は任意の設定時間t₁，t₂，……tn毎に比較器１
４に入力される。１３は予め過熱監視対象となる
発電機に対して機内冷却ガス空間等を考慮して比
較基準値S₁を設定するための比較基準値設定器で
あり、この比較基準値S₁を前記実測積分値S₂が越
えると機内に過熱発生の兆候を知らせるために異
常表示ランプ１５が点灯する。この際、検出器１
０から出力される信号が検出器１０の誤動作によ
るものか、あるいは過熱信号によるものかを検証
するために、実測積分値S₂が比較基準値S₁を越え
ると同時に切換器４６が作動し、冷却ガスの抽気
系統に設けられている各電磁弁の開閉指令および
動作検証回路１７に対する動作指令が発せられ
て、通常の過熱監視状態では冷却ガスの一部が直
接検出器１０に導入されていたのを、冷却ガスの
一部がろ過器を介して検出器１０に導入されるよ
うに、前記各電磁弁が切換えられるとともに、動
作検証回路１７が動作し標準粒子発生器が駆動さ
れる。このため、ろ過器を通過して清浄になつた
冷却ガス中に標準粒子発生器から一定時間内に一
定量の標準模擬粒子が放出され、この標準模擬粒
子を含有する冷却ガスが検出器１０に導入されて
検出器１０の動作検証が行なわれる。すなわち、
前記標準模擬粒子による検出器１０からの信号の
積分値である検証用信号S₄が動作検証回路１７か
ら比較器１８に入力し、検証信号比較基準値設定
器１９からの比較基準値S₃と比較される。一定時
間内に一定量の標準模擬粒子を検出器１０に導入
したとき検出器１０からの信号の積分値、すなわ
ち検出用信号S₄が比較基準値S₃以上になるように
検出器１０の感度調整が予め行なわれているの
で、検証用信号S₄が比較基準値S₃を越えると検出
器１０は正常に動作していることになり、S₄＜S₃
の場合は検出器１０の動作不良の判断が信号処理
回路２０で実行される。動作不良と判断されると
即座に表示回路２４を介して表示器２５に検出器
１０動作不良の旨が表示される。検出器１０が正
常に動作しS₄＞S₃の場合のみ切換器１６の動作に
より冷却ガスの一部が直接検出器１０に導入され
る通常の過熱監視状態に復帰し、検出器１０から
の信号の積分値が比較器２１に入力され、その実
測積分値S₆が比較基準値設定器２２で予め設定さ
れた比較基準値S₅と比較されて実測積分値S₆が比
較基準値S₅を越えたとき、ブザー２３により過熱
による異常をオペレータに知らせ、同時に過熱発
生の旨が表示回路２４を介して表示器２５に表示
される。

一方、検出器１０からの信号を積分する前述し
た構成、機能に加え、検出器１０からの信号は微
分器２６に入力する。微分器２６では単位時間に
変化する信号を微分して信号の傾斜（速度）を演
算し、単位時間毎に比較器２７に入力させる。こ
の実測微分値S₈は比較基準設定器２８で予め設定
された比較基準微分値S₇と比較され、S₈＞S₇の場
合にのみ表示回路２４を介して表示器２５に表示
される。この実測微分値は過熱速度を表現するこ
とから、この微分値を表示器２５で監視すること
により過熱の進展状態をオペレータが判断できる
ので、過熱の進展が遅いときには発電機の負荷を
低減した状態で運転して過熱がそれ以上進展しな
いようにしたり、過熱が急速に進展しているとき
には発電機の運転を停止して過熱により損傷した
部分を修理したりすることができる。

なお、発電機内に過熱が発生した兆候を知り、
検出器１０の動作検証を行なうためには、過熱に
よる損傷の量、すなわち過熱面積をあらわす実測
積分値S₂を比較基準値S₁と比較し、さらに標準模
擬粒子による検出器１０からの信号の積分値であ
る検証用信号S₄を比較基準値S₃と比較する必要が
あり、そのため積分器１２測に比較器１４，１８
をそれぞれ設けているが、微分器２６側は検出器
１０からの信号の増加速度、すなわち過熱速度を
検出する役割りを果たす系統であるため、過熱発
生の兆候を知つたり、検出器１０の動作検証を行
なうには不向きであり、そのため微分器２６側に
は前記比較器１４，１８に相当するような比較器
は設けていない。また、過熱による損傷の程度は
過熱面積で判定しているため、過熱における異常
を知らせるブザー２３は過熱面積を検出する積分
器１２側に設けるだけで十分であり、そのため過
熱速度を検出する微分器２６側にはブザー２３に
相当するようなブザーは設けていない。。

また、過熱基準積分値としては、過熱による絶
縁材の損傷面積が100cm²に及ぶと機械にダメージ
を与えるために、この面積以下の80cm²の絶縁材の
損傷時に過熱を検出するとした場合、機内の冷却
ガスの循環容積によつて絶縁材の熱分解粒子の濃
度は異なるから、冷却ガスの循環容積及び粉じん
（組立て時に混入するもの）等をパラメータとし
て設定する。このようにすれば、誤まつた過熱判
定をすることが避けられる。

以上説明したように、本発明によれば、微粒子
濃度を検出する検出器からの検出信号を積分する
積分器のほかに、さらに前記検出信号を微分する
微粉器を設けて機内で発生する過熱による焼損面
積と過熱速度を検出し、これらの両者によつて過
熱診断するので、過熱の進展状態を適確に把握
し、過熱の進展状態に適合した良好な運転制御を
行ない得とともに、過熱による損傷を最小限に食
い止めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る過熱検出装置
を備えたタービン発電機の概略構成図、第２図は
検出器からの出力信号の代表例を示す特性図、第
３図および第４図は加熱速度と検出器信号の出力
パターンの関係を示す特性図、第５図は検出器信
号の微分、積分を説明するための説明図、第６図
は本発明の一実施例に係る過熱検出装置のブロツ
ク図である。 １０……検出器、１２……積分器、１３，２
２，２８……比較基準値設定器、１４，２１，２
７……比較器、１５……異常表示ランプ、２３…
…警告ブザー、２５……表示器、２６……微分
器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高温にさらされると熱分解して微粒子を生成
   する絶縁材で被覆された部分を有するガス冷却式
   回転電機と、この回転電機の冷却ガス中の微粒子
   濃度を検出する検出器とを備えたものにおいて、
   前記検出器からの検出信号を積分する積分器と、
   この積分器からの実測積分値と予め設定された過
   熱基準積分値を比較する比較器と、前記実測積分
   値が前記過熱基準積分値を越えたときこれを表示
   する表示器と、前記検出器からの検出信号を微分
   する微分器と、この微分器からの実測微分値と予
   め設定された過熱基準微分値を比較する比較器
   と、前記実測微分値が前記過熱基準微分値を越え
   たときこれを表示する表示器とを設けたことを特
   徴とする回転電機の過熱検出装置。