JPH05284692A - 回転電機のコイル温度監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】回転電機の全運転領域において良好な精度と信
頼性をもってコイル温度の監視を可能とし、しかも経済
性に優れたものとなし得る。 【構成】電流検出センサ20により検出された回転電機の
コイル電流または負荷電流を監視サンプリング時間毎に
取込んでコイル電流または負荷電流の平均値を第１の演
算器21により求め、その平均値をもとに第２の演算器21
によりコイル飽和温度上昇値を求め、またコイル測温セ
ンサ17および冷却空気測温センサ18により検出されたコ
イル温度、冷却空気温度をもとに第３の演算器23により
コイル温度上昇値とその変化率を求め、さらに第２およ
び第３の演算器22,23 の出力信号に基づいて第４および
第５の演算器24,25 により所定の推定温度上昇値とコイ
ル時定数に基づき逐次監視レベルを設定し、次期監視時
における予想温度上昇とその変化率と実状とを比較器2
6,28 で比較して異常の有無を判定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転電機のコイル温度監
視装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、回転電機の例えば固定子コイルの
温度監視を行う温度監視装置としては、図７または図８
に示すような構成のものがある。

【０００３】図７に示すコイル温度監視装置は、コイル
近傍に取付けられた測温センサ１からの検出信号を比較
器２に与え、この比較器２によりその温度の絶対値が予
め設定された設定値を越えたことを判断すると、異常信
号を表示器３に入力して異常を表示するものである。こ
の場合、測温センサ１で検出されたコイル温度および比
較器２での比較結果は、記録器４にそれぞれ記録される
ようになっている。

【０００４】また、図７と同一部分には同一符号を付し
て示す図８に示すコイル温度監視装置は、冷却水温検出
センサ５，負荷量検出センサ６によりそれぞれ検出され
た冷却水温と、負荷量とを演算器７にそれぞれ与え、こ
の演算器７により予想発生損失と予め定められた冷却水
および冷却空気との相関式、並びにコイル温度計算式よ
りコイル温度の設定値を求め、この設定値を比較器２に
与えて測温センサ１により検出された固定子コイルの実
温度と比較し、この実温度が設定値を越えたときに異常
と判断してその旨を表示器３に表示するものである。こ
の場合、測温センサ１で検出されたコイル温度、冷却水
温検出センサ５で検出された冷却水温、負荷量検出セン
サ６で検出された負荷量、演算器７での演算結果および
比較器２での比較結果は、記録器４にそれぞれ記録され
るようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前者の図７に
示すコイル温度監視装置では、固定子コイルの上限温度
しか監視できないため、低負荷時の異常に対しては検知
することができず、しかもコイルの熱時定数が大きいこ
とから時間遅れの影響が顕著となり、異常を検出するま
でに時間がかかり、早期の異常検知ができないという問
題があった。

【０００６】また、後者の図８に示すコイル温度監視装
置は、変動要素のコイルの一次冷却媒体である冷却空気
と、二次冷却媒体である冷却水とに着目して検出要素を
増加しているので、検出および監視精度の向上を図るこ
とができる。しかし、このような構成のコイル温度監視
装置においては、コイル温度監視の早期性の観点から見
ると、異常を判断するためのパラメータ数の増加に伴っ
てセンサ演算要素や比較判別要素等を増加することで装
置の高度化を図っているが、その割りには現実に期待さ
れるような早期検知ができず、しかも監視装置が大きく
なるにしたがって相対的に高価になり、その上センサ類
の保守、信頼性維持の手間の増加、装置全体のスペース
ファクタの低下を招くという難点があった。本発明は、
回転電機の全運転領域において良好な精度、信頼性を有
し、しかも経済性に優れた回転電機のコイル温度監視装
置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、空気冷却設備を有する回転電機のコイル温
度および前記空気冷却設備の基準冷却空気温度を検出す
るコイルおよび冷却空気測温センサと、前記回転電機の
入力電流または負荷電流を検出する電流検出センサと、
この電流検出センサにより検出された電流が監視サンプ
リング時間で時系列毎に入力されサンプリング時間内の
等価平均電流を求める第１の演算手段と、この第１の演
算手段より得られる等価平均電流の出力信号を変数とし
てコイル飽和温度上昇値を求める第２の演算手段と、前
記コイル測温センサにより検出されたコイル温度から前
記冷却空気測温センサにより検出された冷却空気温度を
減算してコイル温度上昇値を求める第３の演算手段と、
前記第２の演算手段より得られるコイル飽和温度上昇値
および前記第３の演算手段より得られるコイル温度上昇
値に基づき次期監視サンプリング時の予想温度上昇値お
よびその変化率をコイルの熱時定数に基づく時間遅れ要
素にて推移する予想温度上昇計算式にて求め、これを前
監視サンプリング時点での微分値として出力する第４の
演算手段と、前記第３の演算器より得られるコイル温度
上昇値からその温度上昇の時間変化率を求める第５の演
算手段と、前記第４および第５の演算手段よりそれぞれ
得られる出力信号をもとに決定される所定の設定値との
大小を比較して異常の有無を判別する比較手段と、この
比較手段で判別された各出力信号から異常の内容または
異常要因を表示する表示手段とを備えたものである。

【０００８】

【作用】このような構成の回転電機のコイル温度監視装
置にあっては、コイル温度、冷却空気温度を検出し、監
視サンプリング時間毎に取込まれるコイル電流または負
荷電流に応じて所定の推定温度上昇計算式とコイル時定
数に基づき逐次監視レベルを設定し、次期監視時におけ
る予想温度上昇およびその変化率と実状とを比較して異
常の有無を判定するようにしているので、監視インター
バルを適正化することにより状況に即した温度監視を常
時行うことができる。

【０００９】また、コイルの推定飽和温度上昇値を求め
る際、コイル電流または負荷電流を変数とする簡潔且つ
実用的な近似式とし、しかも冷却空気温度をベースとし
たコイル温度上昇値およびその変化率を監視項目として
いるので、冷却水温の変動による影響や監視パラメータ
の多元化に伴う繁雑さを最小限に止めることができると
共に、コイル温度上昇の過渡状態（例えば冷却時から温
度上昇する際）等の異常を早期に探知することができ
る。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１１】図１は本発明が適用される回転電機の構成
例を示す断面図である。図１において、１１は固定子枠
で、この固定子枠１１の内周面に固定子鉄心１２が取付
けられ、この固定子鉄心１２のスロット部には固定子コ
イル１３が収納されている。また、固定子鉄心１２の内
側には回転子１４がギャップを介して設けられ、図示し
ない軸受により回転自在に支承されている。さらに、固
定子枠１１の外周面には空気冷却器１５が配設されると
共に、固定子枠１１全体を覆うように風道１６が設けら
れ、全閉内空冷式の通風系を形成している。

【００１２】一方、１７は固定子コイル１３近傍に取付
けられた固定子コイル用抵抗温度計からなるコイル測温
センサ、１８は空気冷却器１５の出口（冷気側）部に設
けられた冷却空気用抵抗温度計からなる冷却空気測温セ
ンサ、１９は固定子側の電力給電端子部２０に設けら
れ、固定子コイル１３に流れる電流値を検出する変流器
からなる電流検出センサである。

【００１３】また、図２は上記構成の回転電機のコイル
温度を監視する温度監視装置のブロック回路図である。
図２において、２１は電流検出センサ１９により検出さ
れたコイル電流が監視サンプリング時間Δｔで時系列毎
に入力され、サンプリング時間Δｔ内の測定数に応じた
平均電流値Ｉavを演算する第１の演算器、２２はこの第
１の演算器２１で求められた平均電流値Ｉavを変数と
し、定数項＋定数×二次項で表現した近似式によりコイ
ルの飽和温度上昇値θsmを演算する第２の演算器であ
る。

【００１４】２３はコイル測温センサ１７により検出さ
れたコイル温度θcmと冷却空気測温センサ１８により検
出された冷却空気温度θamが入力され、これらの減算に
よりコイル温度上昇値Δθcmを求める第３の演算器、２
４は第２の演算器２２より得られる飽和温度上昇値θsm
と第３の演算器２３で求められたコイル温度上昇値Δθ
cmが入力され、これらに基づき次期監視サンプリング時
の冷却空気予想温度上昇Δθamおよび同時間変化率Δθ
am／Δt を、コイル熱時定数Ｔs に基づく時間遅れ要素
にて推移する予想温度上昇計算式にて求め、これを同式
の前監視サンプリング時点での微分値として出力する第
４の演算器である。２５は第３の演算器２３で求められ
たコイル温度上昇値Δθcmが入力され、同温度上昇の時
間変化率Δθcm／Δt を演算する第５の演算器である。

【００１５】また、２６は第４の演算器２４より得られ
るコイル温度上昇値の設定値Δθjmと前述のコイル温度
上昇値Δθcmとを比較して、異常と判別されると表示器
２７に警報の内容または要因の表示信号を出力する温度
上昇比較器、２８は第４の演算器２４より得られるコイ
ル予想温度上昇の時間変化率Δθamとコイル温度上昇の
時間変化率の設定値Δθjm／Δt とを比較し、コイル温
度上昇の時間変化率Δθcm／Δt に異常があると判別さ
れると、表示器２７に警報の内容または要因の表示信号
を出力する温度上昇時間変化率比較器である。一方、２
９は前述した各測定信号および各演算器２１〜２５で求
められた信号を信号伝達系統が分かるように記録する記
録器である。

【００１６】次に上記のように構成された回転電機のコ
イル温度監視装置の作用について述べる。今、監視サン
プリング時間（インターバル）、演算、判別時間をΔt
秒とし、各諸元を以下のように定めてあるものとする。
なお、記号のサフィックスmは計測の時間的順位を示す
ものである。 （イ）計測項目 （ａ）コイル測温センサ１７により計測されるコイル温
度θcm（℃） （ｂ）冷却空気測温センサ１８により計測される冷却空
気温度θam（℃） （ｃ）電流検出センサ１９により検出される電流値Ｉm
（Ａ） （ロ）演算内容

【００１７】（ａ）コイル測温センサ１７および冷却空
気測温センサ１８よりコイル温度測定信号および冷却空
気温度測定信号が第３の演算器２３に入力されると、こ
の第３の演算器２３では Δθcm＝θcm−θam（℃） によりコイル温度上昇値を求める。 （ｂ）電流検出センサ１９により検出されたコイル電流
が第１の演算器２１に入力されると、この第１の演算器
２１では Ｉav＝（Ｉ₁ ＋……＋Ｉ_m ）／Δt （Ａ） によりコイル電流の平均値を求める。但し、１回／Δt
秒のサンプリング値の平均値とする。 （ｃ）このコイル電流の平均値Ｉavが第２の演算器２２
に入力されると、この第２の演算器２２では Δθsm＝Ａ＋Ｂ×（Ｉav／Ｉr)² （℃） によりコイルの推定飽和温度上昇値を求める。

【００１８】ここで、Ｉr はベースとなる電流値で例え
ば定格値とし、Ａ，ＢはＩavをパラメータとしてコイル
の飽和温度上昇値を固定損による要素と通電損による要
素に分離し、飽和温度上昇の等価推定方法に準ずる式で
ある。これを図示すると図３のようになる。 （ｄ）第３の演算器２３よりコイル温度上昇値Δθcmが
第５の演算器２５に入力されると、この第５の演算器２
５では Δθcm／Δt ＝（Δθcm−Δθcm-1）／Δｔ

【００１９】により、コイル温度上昇の時間変化率を求
める。これを図示すると図４の通りであり、実線が連続
量として示したコイル実温度上昇で、破線が同温度上昇
の時間変化率を示す。

【００２０】（ｅ）第３の演算器２３で求められたコイ
ル温度上昇値Δθｃｍと第２の演算器２２で求められた
コイルの推定飽和温度上昇値θsmとが第４の演算器２４
に入力されると、この第４の演算器２４ではコイル予想
温度上昇値とコイル予想温度上昇値の時間変化率を次の
ようにして求める。即ち、図５に示すように周知の理論
として時定数Ｔを有するコイルの温度上昇θと時間ｔの
関係は、次式で示すことができる。 θ＝θ₀ （１−ｅ^-t/T）（℃） ここで、θ₀ は飽和温度を示す。コイルの熱時定数をＴ
_s として、この考えを導入するとΔt 秒後の予想温度上
昇値Δθ_amは Δθ_am／Δt ＝（ｄθ_am／ｄｔ）_t=0 ＝（Δθ_sm-1−Δθ_m-1 ）（１−ｅ^-t/T）＋Δθ_m-1 で求められ、これを連続量として図示すると図４の一点
鎖線の通りであり、ｍ番目の計測点でΔθ_amとなる。ま
た、コイル予想温度上昇の時間変化率は、 Δθ_am／Δt ＝（ｄθ_am／ｄｔ）_t=0 ＝（Δθ_sm-1−Δθ_m-1 ）／Ｔ_s で求められる。

【００２１】ここで、ｍ−１番目の計測点での微分値と
してこれを図示すると、図５の二点鎖線に示す通りであ
る。このように演算することにより、通常Δθ_am／Δt
≧Δθ_cm／Δt のレベルに調整できる。 （ハ）温度上昇比較器および温度上昇時間変化率比較器
での設定値と判別条件 （ａ）温度上昇比較器２６では、コイル温度設定値Δθ
_jmを Δθ_jm＝Δθ_am＋α＋……とし、Δθ_cm≧Δθ_jmで異常
と判断し、その警報内容または要因を表示器２７に表示
させる。（ｂ）温度上昇時間変化率比較器２８では、コ
イル温度上昇の設定値Δθ_jm／Δｔを Δθ_jm／Δｔ＝（Δθ_cm／Δｔ）＋β＋…… とし、Δθ_cm／Δｔ≧Δθ_jm／Δｔで異常と判断し、そ
の警報内容または要因を表示器２７に表示させる。以上
の計測、演算、比較判別による各データは信号伝達系統
が分かるように記録器２９に記録される。

【００２２】このように本実施例による回転電機のコイ
ル温度監視装置にあっては、従来のような一定の上限値
管理とは異なり、現実に推移するコイル温度に常時追従
して設定値が調整され、温度上昇の絶対値と同時間変化
率の両要素について判別するようにしたので、低負荷
（低入力）、温度上昇の過渡状態等に拘らず、全運転領
域において精度および感度の高いコイル温度の監視を行
うことができる。

【００２３】また、監視要素をコイル温度、冷却空気、
電流の必要最小限とし、監視項目をコイル温度上昇値と
することにより、冷却水変動の影響を実用上無視するこ
とができるので、経済性の面からも優れた温度監視がで
き、しかも監視装置のシステム化に伴い相対的に保守性
の向上を図ることができる。

【００２４】本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を変更しない範囲で種々変形して実施で
きるものである。例えば表示器２７に対して、異常判断
を連続ｎ回生じた時に警報を表示するカウンタ機能を持
たせることにより、異常判断の確実度をさらに高め、誤
診を防止することができる。

【００２５】また、コイル温度監視装置としては、図６
に示すように図２の構成に対して、固定子の各相に対応
する適宜の位置に設けられた複数個のコイル測温センサ
１７の計測値がそれぞれ入力され、各コイル測温センサ
１７の計測値を相や位置に関連して比較してバラツキδ
θ_c の大小を演算する第６の演算器２９と、この第６の
演算器２９で求められたバラツキδθ_c とある設定値δ
θ_jcとを比較し、δθ_c ≧δθ_jcとなったときに異常を
表示器２７に表示させるバラツキ温度比較器３０を追加
し、固定子コイル自体の異常を、通風、冷却系の異常と
併せて監視することができる。

【００２６】なお、上記各実施例では回転電機の固定子
コイルに流れる電流を電流検出センサ２０により検出す
る場合について述べたが、回転電機の負荷量を検出し、
この負荷量について前述したような演算を実行しても同
様の作用効果を得ることができるものである。

【００２７】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、回転
電機の全運転領域において良好な精度、信頼性を有し、
しかも経済性に優れた回転電機のコイル温度監視装置を
提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される回転電機の構成例を示す断
面図。

【図２】本発明による回転電機のコイル温度監視装置の
一実施例を示すブロック図。

【図３】同実施例において、電流とコイルの飽和温度上
昇の関係を示す特性図。

【図４】同じく時間経過とコイルの温度上昇の関係を表
す特性図。

【図５】周知の理論に基づく時間と温度上昇の過渡状態
における関係を示す特性図。

【図６】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図７】従来の回転電機のコイル温度監視装置の一例を
示すブロック図。

【図８】従来の回転電機のコイル温度監視装置の他の例
を示すブロック図。

【符号の説明】

１１……固定子枠、１２……固定子鉄心、１３……固定
子コイル、１４……回転子、１５……空気冷却器、１６
……風道、１７……コイル測温センサ、１８……冷却空
気測温センサ、１９……電流検出センサ、２０……電力
需給端子、２１〜２５……第１〜第５の演算器、２６…
…温度上昇比較器、２７……表示器、２８……温度上昇
時間変化率比較器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空気冷却設備を有する回転電機のコイル
   温度および前記空気冷却設備の基準冷却空気温度を検出
   するコイルおよび冷却空気測温センサと、前記回転電機
   の入力電流または負荷電流を検出する電流検出センサ
   と、この電流検出センサにより検出された電流が監視サ
   ンプリング時間で時系列毎に入力されサンプリング時間
   内の等価平均電流を求める第１の演算手段と、この第１
   の演算手段より得られる等価平均電流の出力信号を変数
   としてコイル飽和温度上昇値を求める第２の演算手段
   と、前記コイル測温センサにより検出されたコイル温度
   から前記冷却空気測温センサにより検出された冷却空気
   温度を減算してコイル温度上昇値を求める第３の演算手
   段と、前記第２の演算手段より得られるコイル飽和温度
   上昇値および前記第３の演算手段より得られるコイル温
   度上昇値に基づき次期監視サンプリング時の予想温度上
   昇値およびその変化率をコイルの熱時定数に基づく時間
   遅れ要素にて推移する予想温度上昇計算式にて求め、こ
   れを前監視サンプリング時点での微分値として出力する
   第４の演算手段と、前記第３の演算器より得られるコイ
   ル温度上昇値からその温度上昇の時間変化率を求める第
   ５の演算手段と、前記第４および第５の演算手段よりそ
   れぞれ得られる出力信号をもとに決定される所定の設定
   値との大小を比較して異常の有無を判別する比較手段
   と、この比較手段で判別された各出力信号から異常の内
   容または異常要因を表示する表示手段とを備えたことを
   特徴とする回転電機のコイル温度監視装置。
2. 【請求項２】 空気冷却設備を有する回転電機の相別ま
   たは異なる位置に設けられた複数個のコイル温度センサ
   と、前記空気冷却設備の基準冷却空気温度を検出する冷
   却空気測温センサと、前記回転電機の入力電流または負
   荷電流を検出する電流検出センサと、この電流検出セン
   サにより検出された電流が監視サンプリング時間で時系
   列毎に入力されサンプリング時間内の等価平均電流を求
   める第１の演算手段と、この第１の演算手段より得られ
   る等価平均電流の出力信号を変数としてコイル飽和温度
   上昇値を求める第２の演算手段と、前記コイル測温セン
   サにより検出されたコイル温度から前記冷却空気測温セ
   ンサにより検出された冷却空気温度を減算してコイル温
   度上昇値を求める第３の演算手段と、前記第２の演算手
   段より得られるコイル飽和温度上昇値および前記第３の
   演算手段より得られるコイル温度上昇値に基づき次期監
   視サンプリング時の予想温度上昇値およびその変化率を
   コイルの熱時定数に基づく時間遅れ要素にて推移する予
   想温度上昇計算式にて求め、これを前監視サンプリング
   時点での微分値として出力する第４の演算手段と、前記
   第３の演算器より得られるコイル温度上昇値からその温
   度上昇の時間変化率を求める第５の演算手段と、前記各
   コイル測温センサの出力信号をコイル相別または位置に
   関連させて相互に減算し、温度のバラツキを出力する第
   ６の演算手段と、前記第４および第５の演算手段よりそ
   れぞれ得られる出力信号をもとに決定される所定の設定
   値との大小を比較して異常の有無を判別する第１の比較
   手段と、前記第６の演算手段の出力信号を予め定められ
   た設定値と大小比較し、異常の判別する第２の比較手段
   と、これら第１および第２の比較手段で判別された各出
   力信号から異常の内容または異常要因を表示する表示手
   段とを備えたことを特徴とする回転電機のコイル温度監
   視装置。