JPH0332028B2

JPH0332028B2 -

Info

Publication number: JPH0332028B2
Application number: JP16038579A
Authority: JP
Inventors: Toshio Saito; Motoya Ito; Noryoshi Takahashi; Masanori Sato
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1979-12-12
Filing date: 1979-12-12
Publication date: 1991-05-09
Also published as: US4377784A; JPS5683223A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は回転電機の回転子巻線の異常検出装置
に係り、特に大容量のタービン発電機の回転子巻
線異常検出装置に関するものである。

一般に大容量の発電機の構造は第１図に示す如
く、特に薄鉄板を積層した固定子１２と空隙１４
を介して対向的に配置された回転子１６から構成
されている。回転子１６は大きく胴部１８と端部
２０に分けられ、胴部１８には軸方向に設けられ
た溝に回転子巻線２２が挿入され、楔２４により
上から押圧されている。また回転子巻線２２は通
常５〜７層に分けて巻装した各々の層間は電気的
な絶縁がなされている。一方端部２０は保持環２
６で被われている。

ところで回転子巻線２２の層間絶縁がこの巻線
の熱伸びや機械的衝撃を受けて破壊され巻線が短
絡すると、回転子１６のＮ極側とＳ極側の起磁力
アンバランスを始めとして磁気的不平衡が生じ、
この結果回転子１６に異常振動が発生する。この
ため、発電機の軸受破損や巻線の絶縁破壊等発電
機に悪影響が及び、ついには運転不能に至る危険
がある。従つて、回転子巻線２２の層間短絡を速
やかに検出し、必要な処置を講じなければならな
い。

そこで、回転子巻線の層間短絡を検出する公知
な方法について以下述べる。

第２図は、第１図の径方向断面における磁束の
流れを模式的に示しているものである。

磁束には大きく分けて２種類のものがある。１
つは図中実線で示す主磁束２８で、他方は破線で
示す回転子巻線２２を取巻くように通る漏れ磁束
３０である。この漏れ磁束３０を捕える目的で、
例えば第１図の空隙１４中に静止したサーチコイ
ル等の磁束検出素子を設置し、回転する回転子巻
線２２に電流が流れた場合に発生する漏れ磁束が
捕えられる。

この漏れ磁束の大きさは第３図に示されてい
る。但し、図中縦軸は磁束の強さ、横軸は回転子
の外周位置を示している。

磁束が取巻く回転子巻線導体を流れる電流と導
体本数との積、即ちアンペア回数と密接な関係に
ある。アンペア回数が小さいと漏れ磁束も小さく
なり、逆に、アンペア回数が大きくなるとそれに
伴い漏れ磁束も大きくなる。

従つて、回転子巻線に層間短絡が生じるとその
巻線の作るアンペア回数が減り、結局漏れ磁束も
減少する。つまり、漏れ磁束の減少を知れば回転
子巻線の層間短絡事故を知ることができる。

漏れ磁束検出用のサーチコイルには第４図に示
すように漏れ磁束に対応した脈動波形の誘起電圧
が発生する。但し図中、縦軸は電圧の強さを示
し、横軸は回転子の外周位置を示している。

回転子巻線が健全であれば実線で示すような脈
動波形となる。そしてもしも、ある回転子巻線で
層間絶縁が発生すると、図中点線で示したように
脈動波形の波高値が小さくなる。

なお、一般にタービン発電機のような２極の回
転電機では、Ｎ極側とＳ極側で磁束の大きさは等
しく符号が反対となり、漏れ磁束検出用のサーチ
コイルの誘起電圧は対称性を有することになる。

従つて、サーチコイルの誘起電圧波形のＮ極側
とＳ極側の対応する脈動波形の波高値を比較し、
大きさに差が有るか否かを調べ、もしも有意差が
認められる場合には、波高値の小さい方の回転子
巻線に層間短絡が発生していることを知ることが
できる。

そこで従来は、磁束検出用の素子からの信号波
形を写真に撮り、人がそれを見て、遂一Ｎ極側と
Ｓ極側の対応する点どうしの比較を行ない、層間
短絡の有無を調べていた。これでは手数と時間が
かかり非能率であり緊急の場合に対処することが
難しくなる。

そこで、タービン発電機の層間短絡の有無を常
時オンラインで監視することが要望されている。

そのためには、上記の人が行なつていた層間短
絡の有無を自動的に処理する装置を考案すること
ができるが、これに対しては以下のような欠点が
ある。

一般に２極のタービン発電機では、その回転子
は36000rpmというような高速回転をする。この
ため、磁束検出用サーチコイルの出力脈動波形の
波高値の時間間隔は非常に短かくなる。例えば、
タービン発電機の磁極部のなす角が約60度で、回
転子巻線保持用の溝の数が３２の場合、磁束検出
用サーチコイルの脈動波形波高値の時間間隔は約
350μsである。更に脈動波形は第４図に示したよ
うに鋸歯状をしていて、波形の波高値期間は非常
に短かい。従つて、サーチコイルの出力端に接続
され、異常の有無を検出する自動処理装置に脈動
波形の波高値の正確な値を入力することは非常に
困難であるという欠点を生じる。

更に、タービン発電機は同期機であるため、回
転数はほぼ一定している。しかし、若干の回転数
変動はあるため、脈動波形の波高値も一定の時間
毎に正確に繰り返されるとは言えない。そのた
め、一定間隔毎に波高値を自動処理装置中に取込
む方式では、波高値からずれた小さな値を入力し
て異常の有無の判定を行ない、その結果誤つた判
定を下す欠点がある。

本発明の目的は、回転子巻線の層間短絡等の異
常を自動的且つ、迅速正確に検出して表示する回
転電機の回転子巻線異常検出装置を提供するにあ
る。

本発明により上記の目的は、回転電機の固定子
内部に空隙を介して設置され回転子巻線が巻装さ
れた回転子表面の近傍に設けられた磁束検出用素
子と、該磁束検出用素子からの信号である脈動波
形の波高値を検出して所定期間保持した後これを
解除する波高値保持器と、波高値の過去の値を貯
えておく記録器と、波高値保持器が出力する保持
した波高値と記録器に貯えられた過去の波高値の
対称関係にある波高値同志を順次比較する比較判
断器と、この比較判断器で異常の有無を判断し異
常の箇所や程度を知らせる信号が入力される監視
装置とを備えた回転電機の回転子巻線異常検出装
置により達成される。

以下、本発明に係る回転電機の回転機巻線異常
検出装置の実施例を図面に従つて詳説する。但
し、各図において、第１〜２図と同様あるいは同
一構成部分は同一符号を用いて示してある。

第５図は、本発明の第１の実施例である回転子
巻線異常検出装置の概略構成を示すブロツク図で
ある。

回転電機の回転子巻線の漏れ磁束を検出する検
出装置３２により検出された漏れ磁束の脈動波形
信号を信号線３４を通して処理装置３６に入力す
る。この処理装置３６では、脈動波形信号の波高
値の対称位置を比較して回転子巻線の層間短絡等
の異常有無を判定する。もし異常があれば信号線
３８を通して異常を知らせる信号が監視装置４０
に入力される。監視装置４０は入力された信号に
基づいて異常の有無を表示したりあるいは警報を
発する。

第６図は、第５図の詳細を示すブロツク図であ
る。

検出装置３２では固定子１２と回転子１６の空
隙１４に回転子表面に近接して磁束検出用素子４
２（サーチコイル等）が設けられている。この磁
束検出用素子４２により検出された回転子巻線の
漏れ磁束の脈動波形信号は信号線４４を通して処
理装置３６を構成する増幅器４６に入力される。
この増幅器４６は入力された脈動波形信号を適当
な大きさに増幅したものを出力し、信号線４８を
通して波高値保持器５０に入力される。この波高
値保持器５０では入力された脈動波形信号の正と
負の各波高値を検出してそれを保持する。この保
持された各波高値は波高値保持器５０の出力側か
ら信号線５２を通して比較判断器５４へ入力され
る。また比較判断器５４と波高値保持器５０は信
号線５６によつて接続され、この信号線５６によ
り比較判断器５４へ波高値保持器５０から保持し
ている波高値を入力するように命ずる入力開始信
号が伝送される。この入力開始信号に基づいて、
波高値保持器５０から出力される波高値を順次比
較判断器５４は信号線５２を通して入力する。ま
た波高値保持器５０では波高値を比較判断器５４
へ入力するのに十分な時間波高値を保持し、次の
脈動波高値が来る前に保持を自動的に解除する。

第７図は波高値保持器５０に入力される前の漏
れ磁束の脈動波形信号を示しており、第８図は波
高値保持器５０の出力脈動波形信号を示してい
る。出力信号の波高値を一定期間保持しているた
め、波形頂部（波高値）が平担となり、次段の比
較判断器５４への入力が容易となり、波高値を正
確に捉えることができる。

第６図にもどつて、比較判断器５４では波高値
保持器５０から伝送される波高値を順次入力す
る。一方比較判断器５４は信号線５８により記録
器６０と接続され、記録器６０に貯えられた過去
の波高値が比較判断器５４へ伝送される。このた
め、比較判断器５４は遂次入力される現在の波高
値と過去の波高値の対称位置を順次比較し、その
差がある設定レベルを越えているか否かを検出
し、それに基づいて回転子巻線の異常の有無を判
定する。もし異常と判定した場合には、信号線６
２，６４を通して監視装置に異常発生箇所を知ら
せる信号を伝送する。

監視装置４０は、信号線６２が接続される警報
ランプやブザーを有する警報器６６と信号線６４
が接続される異常の発生場所や異常の程度を表示
する表示盤６８とから構成されている。これら警
報器６６及び表示盤６８は比較判断器５４からの
異常信号を受信すると警報を発生し、あるいは異
常の表示を行なう。なお監視装置４０では、他に
設けられた音響や振動等から異常を検出する異常
検出処理装置等からの信号をも含めて、総合的に
処理、判断し、種々の異常に対処できるように構
成されても良い。

本実施例によれば、磁束検出素子４２からの漏
れ磁束の脈動波形の波高値を一旦波高値保持器５
０によつて保持し、その保持された波高値を比較
判断器５４の処理能力に合わせて入力するため、
波高値の比較を正確に行なうことができるため、
回転子巻線の異常を迅速且つ正確に自動的に行な
う効果がある。

また処理が自動化されているため、オフライン
での検査のみならずオンラインの異常の有無を常
時監視できる効果がある。

比較判断器５４の異常判断基準は、一定の時間
内に、予め決められた回数以上の異常が特定の場
所で発生していることを検出した時のみ、異常と
判定するようになつているため、雑音による誤判
断を防止する効果があり、短時間に正確な異常発
見をする効果がある。

第９図は本発明に係る回転電機の回転子巻線異
常検出装置の第２の実施例を示すものである。但
し第１の実施例と同様あるいは同一構成部分は同
一符号を用いて示してある。

検出装置３２と監視装置４０の両ブロツクにつ
いては第１の実施例と同一である。本実施例の異
なる所は、処理装置３６の波高値保持器５０と比
較判断器５４との間に信号線７０を新たに設けた
点にある。この信号線７０を通して比較判断器５
４から波高値保持器５０に波高値保持を解除する
解除信号を伝送する。

本実施例によれば、波高値保持器５０の波高値
保持解除を別に比較判断器５４から行なうことが
できるため、波高値保持器５０の誤動作を防ぎ確
実に脈動波形を比較判断器５４に入力する効果が
あるため装置全体の信頼性が第１の実施例と比べ
て一層向上する効果がある。他の効果は第１の実
施例の効果と同様である。

なお、信号線７０を新設せず信号線５６を使用
して、解除信号と入力開始信号の両者を伝送する
共用としても良い。

第１０図は本発明に係る回転電機の回転子巻線
異常検出装置の第３の実施例を示すものである。

本実施例と第１、第２の実施例との異なる点
は、処理装置３６を構成する波高値保持器５０に
ある。即ち、波高値保持器５０が波形符号反転回
路７２と単一符号波高値保持回路７４とが信号線
７６により接続されたものから構成されている点
と波形符号反転回転７２と比較判断器５４との間
に信号線７８が設けられている点にある。

波形符号反転回路７２は、信号線７８を通して
比較判断器５４から送られてくる制御信号によつ
て電気角で180度毎に入力される脈動波形の符号
を反転する。第１１図は波形符号反転回路７２に
入力させる脈動波形を示しているが、図中符号７
６で示される波形の符号を反転して信号線７８を
通して単一符号波高値保持器７４に送る。第１２
図はこの単一符号波高値保持器７４から出力され
る脈動波形で単一符号の波高値のみが保持されて
いる。

本実施例は以上のように構成されているため、
単一符号の波高値のみを保持する単一符号波高値
保持回路７４は、正・負両波高値を保持する波高
値保持回路に比べて回路構成がほぼ半分となり安
価である。また波形符号反転回路７２は波高値保
持回路に比べて簡単で安価である。従つて、本実
施例では、第１、第２の実施例の回路に比較して
部品点数が少なく構成が簡単となるため、特に、
安価で信頼性が向上する効果が得られる。

他の効果は第１の実施例と同様である。

以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば検出素子からの脈動波形を波高値保持器により
一旦保持してから比較判断器へ入力する構成とす
ることにより、回転子巻線の層間短絡等の異常を
自動的且つ、迅速正確に検出して表示する回転電
機の回転子巻線異常検出装置を提供することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図はタービン発電機の概略を示す縦断面
図、第２図は回転子巻線部を示す模式図、第３図
は回転子巻線の漏れ磁束の脈動波形を示す線図、
第４図は漏れ磁束検出用サーチコイルに誘起され
た漏れ磁束に対応した脈動電圧波形を示す線図、
第５図は本発明の第１の実施例である回転電機の
回転子巻線異常検出装置の概略ブロツク図、第６
図は本発明の第１の実施例である回転電機の回転
子巻線異常検出装置の詳細ブロツク図、第７図は
波高値保持器に入力される脈動波形を示す線図、
第８図は波高値保持器から出力される脈動波形を
示す線図、第９図は本発明の第２の実施例である
回転電機の回転子巻線異常検出装置のブロツク
図、第１０図は本発明の第３の実施例である回転
電機の回転子巻線異常検出装置を示すブロツク
図、第１１図は波形符号反転回路に入力される脈
動波形を示す線図、第１２図は単一符号波高値保
持回路から出力される脈動波形を示す線図であ
る。１２……固定子、１４……空隙、１６……回転
子、１８……胴部、２０……端部、２２……回転
子巻線、２４……楔、２６……保持環、２８……
主磁束、３０……漏れ磁束、３２……検出装置、
３４，３８，４４，４８，５２，５６，５８，６
２，６４，７０，７６，７８……信号線、３６…
…処理装置、４０……監視装置、４２……磁束検
出用素子、４６……増幅器、５０……波高値保持
器、５４……比較判断器、６０……記録器、６６
……警報器、６８……表示盤、７２……波形符号
反転回路、７４……単一符号波高値保持回路。

Claims

【特許請求の範囲】１回転電機の固定子内部に空〓を介して設置さ
れ回転子巻線が巻装された回転子表面の近傍に設
けられた磁束検出用素子と、該磁束検出用素子か
らの信号である脈動波形の波高値を検出して所定
期間保持した後これを解除する波高値保持器と、
波高値の過去の値を貯えておく記録器と、波高値
保持器が出力する保持した波高値と記録器に貯え
られた過去の波高値の対称関係にある波高値同志
を順次比較する比較判断器と、この比較判断器で
異常の有無を判断し異常の箇所や程度を知らせる
信号が入力される監視装置とを備えた回転電機の
回転子巻線異常検出装置。２前記波高値保持器が脈動波形の正と負の波高
値を保持し、前記比較判断器は入力された脈動波
形波高値と記録器に貯えられた過去の波高値の対
称位置関係にあり符号が反対の波高値とを順次比
較することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の回転電機の回転子巻線異常検出装置。３波高値保持器が脈動波形の波高値を検出して
一定の期間保持すると共に、比較判断器へ波高値
を入力するよう支持する信号を発し、その後自動
的に波高値保持を解除し、次の波高値を探索保持
することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
の回転電機の回転子巻線異常検出装置。４波高値保持器が脈動波形の波高値を検出して
ある期間保持すると共に、比較判断器へ波高値を
入力するように支持する信号を発し、その後、比
較判断器からメモリ採り込み確認後解除信号を波
高値保持器へ送り、この解除信号によつて波高値
の保持を解除することを特徴とする特許請求の範
囲第１項記載の回転電機の回転子巻線異常検出装
置。５波高値保持器に波形符号反転回路を付設し、
この波形符号反転回路は比較判断器からの指令に
基づいて磁束検出用素子から入力される脈動波形
を電気角で180度位相毎に符号を反転し、しかる
後波形保持器によつて単一符号の波形値のみを検
出しある期間保持し、次段の比較判断器へ伝送す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
回転電機の回転子巻線異常検出装置。