JPH0624415B2 - 発電機用温度監視装置 - Google Patents

発電機用温度監視装置

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JPH0624415B2
JPH0624415B2 JP61021097A JP2109786A JPH0624415B2 JP H0624415 B2 JPH0624415 B2 JP H0624415B2 JP 61021097 A JP61021097 A JP 61021097A JP 2109786 A JP2109786 A JP 2109786A JP H0624415 B2 JPH0624415 B2 JP H0624415B2
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average temperature
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ウイリアム・ジーン・クレイグ
フランクリン・ジヨセフ・マーフイー
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    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K9/00—Arrangements for cooling or ventilating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K3/00—Thermometers giving results other than momentary value of temperature
    • G01K3/02—Thermometers giving results other than momentary value of temperature giving means values; giving integrated values
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K1/00—Details of thermometers not specially adapted for particular types of thermometer
    • G01K1/02—Means for indicating or recording specially adapted for thermometers
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  • Testing And Monitoring For Control Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は発電機、特に水冷式固定コイルを有する発電機
に用いる温度監視装置に関わる。
蒸気タービンで駆動されるような発電機においては、正
常運転中に多量の熱が発生する。数百トンにも及ぶ発電
機があり、機械損失やI2R損失によって発生する熱をチ
ェックすることができなければ、たちまち発電機が完全
に故障するところとなる。
そこで、発電機筐体だけでなく、回転子及び固定子構造
内に冷却ガスを流動させる冷却システムで発電機の熱を
消散させる。固定子コイル自体にも冷却ガスを通すよう
に設計された発電機もあれば、例えば水のような冷却液
を固定子コイルに通して冷却するように設計された発電
機もある。水冷式の場合発電機の一端のマニホルドに水
を注入し、配管を介して固定コイル端へ流入させる。水
は反対側で固定子コイルから出て、出口マニホルドに至
る管によって回収され、処理され、冷却されたのち、再
循環させられる。固定子コイルを通過しながら水はそこ
で発生した熱を吸収する。
冷却水を連続的に監視して発電機を故障から保護するた
め、複数の温度センサを設ける。冷却水に温度上昇が認
められる場合、断線、または冷却水通路の部分的閉塞に
起因する冷却水流量の減少などのような問題を示唆する
ことがあり得る。
複数の薄板から成る発電機固定子の鉄心は鉄心の全長に
わたり等間隔で形成したスロットを含む。各スロットは
別々に巻かれた２つのコイル部分を収納できる深さを有
し、各コイル部分から出る水を熱電対のようなそれぞれ
の温度センサによって監視することによって温度指示値
を得る。
熱電対を監視する方法としては、スロット内の上部コイ
ルから成るグループとスロット内の下部コイルから成る
グループとの２つの別々のグループを形成するのが普通
である。各グループにおける温度センサ指示値の高低差
を別々に計算し、最高、最低指示値間の温度差が所定値
以上ならオペレータに警告指示を与え、オペレータはこ
れに答えて発電機を停止させればよい。
４８本のスロットを有する固定子では固定子コイル温度
センサは９６個となる。９６個のセンサは指示値を定期
的にオペレータが記録し、高低差を計算するのは多大の
期間を要する煩雑な仕事である。従ってもっと新しいシ
ステムは温度センサを周期的に走査し、指示値をマイク
ロコンピュータに入力する手段を含み、マイクロコンピ
ュータに高低差計算を行なわせる。温度センサは全部が
全く同じではなく、全く同様に設置されるわけではない
から、正常動作時でも、特に発電機の負荷レベルが高い
場合には高低指示値間に大きい差が現われる可能性があ
る。また、後述するように、誤動作中の温度センサがそ
れまでの正常な指示値に比較して異常に高い値を示すこ
とがあるが、コイル・グループ間の高低差を利用する場
合、このような状態は検知されないままとなる。
本発明の目的は流入水の温度、水の流量及び発電機負荷
状態に関係なく、異常高温に達した固定子コイルを早期
に検知できる発電機用温度監視装置を提供することにあ
る。
この目的を達成するため、本発明は、固定子コイルが複
数部分に分割され、冷却水が前記コイルを通過して共通
マニホルドに放出される発電機の温度監視装置におい
て、前記コイル部分のそれぞれから放出される冷却水の
温度を示す出力信号を発生する複数の温度センサと、発
電機の動作条件に応じて変化する平均温度指示を得るた
め前記温度センサ信号のすべてを結合する手段と、前記
平均温度指示が第１の所定値を取るとまずそれぞれの前
記出力に関する補正率を、また前記平均温度指示がその
他の所定値を取るとそれぞれに対応する複数のその他の
補正率を発生し記憶する手段と、前記発電機のオンライ
ン動作中、前記温度センサ出力信号を周期的にサンプリ
ングし、それぞれの平均温度指示を求める手段と、サン
プリング周期中に得られた前記平均温度指示及び前記記
憶された補正率に応答して、それぞれの前記センサ出力
に関して適正な補正率を求める手段と、前記サンプリン
グの結果、Ｒが相対温度指示値、Ｔが特定センサによる
温度指示、ＣＦが前記特定センサに関する前記適正な補
正率、ＡＶＧが前記サンプリング周期の前記平均温度指
示であるとして、関係式 に基づいて、それぞれの前記センサ出力に関して前記相
対温度指示値を発生させる手段と、前記センサのそれぞ
れの相対温度指示値を表示する手段とから成ることを特
徴とする発電機用温度監視装置を提供する。
各センサの補正率が平均温度値と特定センサ値に差に等
価になるように、複数の異なる平均温度値のそれぞれに
ついて各センサ出力ごとに複数の補正率を発生させ、記
憶させるという初期値設定を行なう。発電機の正常オン
ライン動作中、センサ信号を周期的にサンプリングする
ことにより、サンプリング周期における平均温度指示値
を求める。サンプリング周期中に得られた平均温度指示
値、及び記憶されている補正率に応答して、特定平均温
度状態における特定センサに関して記憶されている補正
率に等しい適正補正率、または２つの記憶値間の補間に
基づく修正補正率をセンサ出力ごとに提供する手段を設
ける。次いで、現時センサ値に適正補正率を加算し、こ
れを平均温度指示値で除算することにより、各センサの
相対温度指示値を求める。この値に１００を乗ずること
により百分率指示値を形成し、これをオペレータ用に表
示する。それぞれの百分率表示値を第１及び第２アラー
ム限界値と比較することにより、アラーム限界値のいず
れか一方を超えている場合、これをオペレータに指示す
ることができる。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明
する。
第１図の発電機１０は固定子巻線またはコイルを挿入す
るための複数のスロットを有する固定子１４で囲まれた
（一部を図示した）回転子１２を含む。簡略化のため、
４つの部分１６〜１９だけを図示してある。コイル部分
は固定子鉄心を起点とし、各コイル部分は１つの固定子
スロットの下部に配置され、別のスロットの上部に配置
された上半コイルと接続する下半コイルから成る。導入
冷却水が入口マニホルド２０に供給されると、マニホル
ド２０は配管２４を介して各コイル部分に水を配分す
る。各コイル部分を通過した水は対応の配管２８を介し
て出口マニホルド２６に送られ、ここから再循環のため
水が処理され、冷却される。
発電機は破線矢印で示すように熱交換器３０を通って循
環する例えば水素のようなガス流によって補足冷却さ
れ、このため冷却ガスは回転子及び固定子鉄心内の開口
部に供給される。
第２図は固定子鉄心１４のスロット４２内に配置された
下半コイル４０及び上半コイル４１から成る２つのコイ
ル部分を示し、各コイルは素線と呼ばれる複数の絶縁導
線を含み、一部は中実素線４４、残りは中空素線４５で
あり、中空素線は固定子鉄心の全長にわたって冷却水を
通過させるのに利用される。
各半コイルの素線はスペーサ部材５０によって分離され
た連携の絶縁層４８、４９によっても囲まれており、コ
イルはくさび５４及びリップルばね５５によって固定さ
れている。
第３図はそれぞれが第２図に示すような型式の複数の下
半コイル６０及び複数の上半コイル６１の端部を示す。
コイルの中空素線を流動する水はコイル端のヘッダに集
まり、ここから放出管２８を介して出口マニホルド７６
に送られる。なお、実際には出口マニホルド２６は３６
０°にわたって発電機内部を囲み、図面では８つの半コ
イルを示してあるが、典型的な発電機は４８個のスロッ
トを、従って、合計９６個の半コイルを含むことができ
る。
本発明では、従来型装置の場合と同様に各放出管ごとに
１個づつ温度センサを設けることによって管２８で放出
される水の温度指示値を得る。この温度指示値を得る１
つの方式を第４図に示したが、この方式では出口マニホ
ルド２６の一部にニップル部分６６を固定し、これに放
出管２８を接続する。熱電対のような温度センサをニッ
プル６６に配設し、絶縁体７０で囲む。熱電対リード７
２を他の９５個の熱電対からのリードと共に、熱電対を
読み取ることのできる発電機のの外側の位置と電気的に
接続する。
従来型モニター作業の一例を下載の表１に示したが、簡
略化のため、温度センサを９６個ではなくS1〜S10とし
た。
欄（２）は誤動作前における典型的なセンサ値であり、
従来型方式では最高・最低温度指示値間の差を求めるこ
とにより、所定限界値を超えていないことを確認する。
表１に示す例では、センサS1が高い指示値36.2℃を、セ
ンサS5が低い指示値30.2℃を提供し、差ΔＴは６℃であ
り、これはアラーム限界値、例えば、８℃より低い。
欄（３）はコイル閉塞のような誤動作中のセンサ値を示
す。誤動作の結果、それまで30.2℃という低い値を示し
ていたセンサS5が5.2℃だけ上昇して35.4℃という新し
い値、即ち、異常な状態を示す。このような指示値の変
化に伴ってセンサS3の低い値31.1と前記高い値36.2℃と
の差が５℃となる。
従って、誤動作の結果、センサ指示値の１つが異常な急
上昇を示す。しかし、従来型の方式では、高低指示値の
差がアラーム限界値以下であるだけでなく、誤動作前の
差よりも低いから、誤動作の発生は検知されない。本発
明の温度モニター装置は温度センサの１つまたは２つ以
上における異常な上昇を検知するから、オペレータが補
正を行なうことができるようにアラーム状態をオペレー
タに伝達することができる。
本発明の特徴の１つとして、出口マニホルドに至る放出
管それぞれにおける放出水の温度値を得るため、公知装
置の場合同様に複数の温度センサを設ける。センサと走
査し、平均温度値を得るための回路手段を設ける。各セ
ンサ値を初期値設定プロセス中の平均と比較することに
より、すべてのセンサの平均温度値ＡＶＧから個々のセ
ンサ温度値Ｔを差し引いた値に等しい補正率ＣＦを求め
る。
これを示すのが次式(1)である。
CF＝AVG−Ｔ (1) 従って、センサの個数がｎなら、特定の平均温度ごとに
ｎ通りの補正率が発生する。
全センサについて補正率を求める基準となる別の初期平
均温度値を得るため、例えば負荷を増大させることによ
って発電機システムの動作条件を変化させる。このプロ
セスで一連の初期平均温度を選択し、選択したそれぞれ
の初期平均的温度ごとに各センサの補正率を計算する。
発電機を駆動するタービンがオンライン状態である間発
電機負荷レベルを徐々に増大させることによって初期平
均温度を徐々に高めることができる。負荷レベルが一定
なら、他のパラメータ、例えばコイルを通過する冷却水
流量や流入冷却水温度を変化させることによって初期平
均温度を変化させることができる。こうして、初期設定
プロセスで、複数の異なる平均温度のそれぞれについて
個々のセンサごとに補正率が求められる。センサがｎ
個、初期平均温度の選択がｍ通りなら、ｎ×ｍ通りの補
正率が得られ、以後のオンライン・モニターに利用する
ため記憶される。
オンライン温度モニター中に、それぞれのセンサごとに
関係式 に基づいて相対温度指示値Ｒを求める。ただし、Ｔは特
定センサ温度指示値、ＣＦは補正率、ＡＶＧは特定オン
ライン条件下の現時平均値である。比較し易いように、
この値に１００を乗じて次式(2)のように平均コイル温
度百分率値を得る。
オンライン・モニター中に平均温度がすでに選択された
初期平均温度±偏差δ℃に等しい場合、この初期平均温
度と連携する記憶された補正率を式（２）において利用
すればよい。もし現時平均温度がこの条件に合致しない
場合には、簡単な補間プロセスによって補正率を発生さ
せることができる。
従来の高低方式と比較するため、表２の欄（２）は表１
の従来例に示したものと全く同じ１０個のセンサに対応
する温度を含む。
１０通りの指示値の平均温度は33.7℃である。式（１）
に従って求められた各センサ指示値の補正率を欄(3)に
示した。従って、初期値設定中に補正率を実測温度に加
算すれば、平均値に等しい補正値が得られ、式（２）に
従って平均温度値で除算し、１００を乗ずれば、欄(5)
に示すように各センサについて平均コイル温度の百分率
が得られる。
下表３において、欄（１）、（２）及び（３）は表２の
欄（１）（２）及び（５）を転載して誤動作前の正常な
状態を表わし、欄（４）及び（５）は誤動作中の値を示
す。
この例では、誤動作中にセンサS5の出力値が5.2℃の上
昇を示し、この上昇で平均値が33.7℃から34.2℃まで0.
5℃だけ変化している。0.5℃が偏差δ°以下であり、初
期平均値33.7℃について計算した補正率をそのまま利用
できるとする。この場合、表２、欄(3)の補正率を現時
平均値34.2℃及び表３、欄(4)の実測温度値と共に利用
することにより、式（２）に従って、表３、欄(5)に示
すような平均コイル温度百分率を算出することができ
る。センサS5による5.2℃の上昇で、残りのセンサに関
連の平均コイル温度百分率が100％から98.5％に低下す
るのに対し、センサS5の値は100％から113.7％に増加す
るから、このセンサを識別し、従ってこれと関連の誤動
作半コイルを識別することができる。
例として１０個のセンサについて説明するが、実際の発
電機は４８個のスロットを備え、従って、９６個のセン
サを必要とする場合が多く、この場合、１つのセンサに
5.2℃の上昇があっても平均値の変化は極めて小さく、
残りのセンサの平均コイル温度百分率は例の場合よりも
100％値に近くになる。
第５Ａ図は本発明の初期値設定プロセスを説明するため
のブロックダイヤグラムである。走査ユニット８０はｎ
個の温度センサS1〜Snを走査し、すべてのセンサ出力の
平均に相当する単一の温度値を算出する平均値演算回路
８２に対して出力信号を送る。選択回路８４により、オ
ペレータは複数の異なる温度平均値を選んでセンサ補正
率を計算することができる。第１の温度平均を選択し、
回路８２によって計算された平均温度が回路８４によっ
て選択された温度平均と等しくなるように負荷を調節す
るなどして発電機を作動させる。両平均値が等しいこと
を比較回路８６が判定すると、演算回路８８はライン９
０に現われる平均値信号及びライン９１に現われる個々
のセンサ信号に応答して、第１の選択温度平均値に関
し、式(1)に従ってｎ個の異なる補正率を計算すること
ができる。計算結果及び平均値は以後の使用に備えて記
憶装置９４に入力される。
オペレータは次に温度平均値を選択し、上記プロセスを
繰返せばよい。初期値設定プロセス中、オペレータはｍ
通りの異なる温度平均値を選択するから、合計ｎ×ｍ通
りの補正率がこれと関連の平均値と共に記憶されること
になる。
温度センサの分解能が例えば0.1℃であれば、温度平均
値は1/10°の増分で選択され、増分ごとにｎ通りの補正
率が計算される。このような演算を行なうとすれば膨大
な記憶量が必要であるが、実際には不要である。簡単な
補間法を利用することにより、選択すべき温度平均値の
数を大幅に減らすことができる。例えば、運転中の典型
的な温度平均値は０〜70℃であり、この範囲を１０個の
等しい増分（ｍ＝10）に分割すれば、７℃ごとに新しい
温度平均値が選択される。ただしこの値はあくまでも一
例に過ぎず、増分の数をもっと多くしても、少なくとも
誤動作コイルを識別するという装置の能力を損ねること
はない。
第５Ｂ図は初期値を設定し、すべての補正率を記憶した
のちの本発明装置のオンライン動作を説明するブロック
ダイヤグラムである。動作中、走査回路８０がすべての
センサの出力を温度平均値演算回路８２に送る。その結
果、特定オンライン状態に対応の温度平均値が得られ
る。回路８２からの平均値に応答して選択回路１００が
走査された各センサごとの適正補正率を選択する。もし
温度平均値が初期値設定の際に選択された温度平均値の
１つと等しければ、この平均値と連携の補正率を利用し
て、ライン１０４を介して平均値を、ライン１０５を介
して個々のセンサ値をも受信する回路１０２において平
均コイル温度百分率を計算する。
もし温度平均値が初期値設定の際に選択された値の１つ
の所定範囲内なら、同じ補正率を利用すればよい。もし
平均温度が前記所定範囲外なら、以下に触れる第６図に
示すように、公知の補間法に基き、回路１００が補正率
を計算する。
第６図では平均温度を横軸に、補正率を縦軸にそれぞれ
示してある。温度TA及びTCは補正率が計算された初期値
設定プロセスにおいて選択された２つの温度平均値を表
わし、第６図は１個のセンサに関する補正値を示したも
のである。平均温度TAにおけるこのセンサの補正率はCF
Cであり、平均温度TCにおけるこのセンサの補正率はCFC
である。今仮に、運転中の平均温度がTAとTCの間のTBで
あり、CFAまたはCFCを利用できる範囲からはみ出してい
るとする。温度TBに対応する未知の補正率をCFBとすれ
ば、相似三角形の関係式から下記のように表わされる。
従って、再び第５Ｂ図に戻って、選択回路１００はすで
に記憶されている値または右側の項がすべて既知である
式（３）に従って計算された値に基づき、各センサ値に
対応の適正補正を選択する。
必要に応じ、ライン１１０を介して個々の温度センサ信
号及び回路１０２による平均コイル温度百分率計算結果
を表示するため、表示装置１０８を設ける。表示に先立
って、所定値を超えていないかどうかを確認するため、
これらの値をチェックできる。このため、アラーム・チ
ェック回路１１２を設け、回路１０２から提供されるそ
れぞれの値を第１または警告発生限界値及び第２または
停止アラーム限界値と比較させる。いずれか一方の限界
値を超えている場合には特定値を点滅させるか、また
は、表示装置がカラー・モニターを含むならカラー変化
によってこのことを表示すればよい。最大最小警告発生
限界値は式（４）及び（５）に従って計算することがで
き、最大最小停止アラーム限界値は式（６）及び（７）
に従って計算することができる。
例えばＸ及びＹに対応の典型的なアラーム限界値は Ｘ＝3.0℃ Ｙ＝6.0℃ である。
回路８２によって計算された温度平均値を回路１１６に
よるアラーム・チェック後、表示装置１１０にも供給す
ることにより、特定の負荷、冷却水流量、及び流入水の
温度条件に対応の温度平均値が限界値入力１１７によっ
て指示される所定限界以内であるかどうかを確認するこ
とができる。
第５Ａ図及び第５Ｂ図では動作を機能ブロック別に図示
してあるが、初期値設定及びオンライン・モニターはデ
ジタル・コンピュータで行なうことができ、その場合、
公知のアナログ／デジタル変換回路が組込まれる。
【図面の簡単な説明】
第１図は発電機の簡単な断面図、第２図は発電機固定子
のスロットに配設された２つの半コイルを示す断面図、
第３図はマニホルドと固定子コイル部分との間の冷却水
通路を示す斜視図、第４図は温度センサの取り付けを示
す説明図、第５Ａ図及び５Ｂ図は本発明の実施例を説明
するためのブロックダイヤグラム、第６図は第５Ｂ図に
示す動作に現われ、かつ利用される曲線を示すグラフで
ある。 １０……発電機 １２……回転子 １４……固定子 １６、１７、１８、１９……コイル部分 ２０……入口マニホルド ２６……出口マニホルド ３０……熱交換器 ４０……下半コイル ４１……上半コイル ４２……スロット ４４……中実素線 ４５……中空素線 ６６……ニップル ６８……熱電対 ８０……走査回路 ８２……温度平均値演算回路 ８４、１００……選択回路 ８６……比較回路 ８８……演算回路 １０８……表示器 １１２〜１１６……アラーム・チェック
フロントページの続き (72)発明者 フランクリン・ジヨセフ・マーフイー アメリカ合衆国、フロリダ州、オヴイード プリンストン・ドライブ 205 (56)参考文献 特開 昭61−88740（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−74405（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭57−89373（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭44−12871（ＪＰ，Ｙ１)

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】固定子コイルが複数部分に分割され、冷却
    水が前記コイルを通過して共通マニホルドに放出される
    発電機の温度監視装置において、前記コイル部分のそれ
    ぞれから放出される冷却水の温度を示す出力信号を発生
    する複数の温度センサと、発電機の動作条件に応じて変
    化する平均温度指示を得るため前記温度センサ信号のす
    べてを結合する手段と、前記平均温度指示が第１の所定
    値を取るとまずそれぞれの前記出力に関する補正率を、
    また前記平均温度指示がその他の所定値を取るとそれぞ
    れに対応する複数のその他の補正率を発生し記憶する手
    段と、前記発電機のオンライン動作中、前記温度センサ
    出力信号を周期的にサンプリングし、それぞれの平均温
    度指示を求める手段と、サンプリング周期中に得られた
    前記平均温度指示及び前記記憶された補正率に応答し
    て、それぞれの前記センサ出力に関して適正な補正率を
    求める手段と、前記サンプリングの結果、Ｒが相対温度
    指示値、Ｔが特定センサによる温度指示、CFが前記特定
    センサに関する前記適正な補正率、AVGが前記サンプリ
    ング周期の前記平均温度指示であるとして、関係式 に基づいて、それぞれの前記センサ出力に関して前記相
    対温度指示値を発生させる手段と、前記センサのそれぞ
    れの相対温度指示値を表示する手段とから成ることを特
    徴とする発電機用温度監視装置。
  2. 【請求項２】発生する相対温度指示値が平均コイル温度
    の百分率 であることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
    装置。
  3. 【請求項３】個々のセンサ出力信号も前記表示手段に表
    示されることを特徴とする特許請求の範囲第２項に記載
    の装置。
  4. 【請求項４】特定のオンライン平均温度指示が初期平均
    温度指示の所定範囲±δ°以内ならば前記オンライン平
    均温度指示に対する前記適正率が前記初期平均温度指示
    に関して記憶されている補正率と同じであることを特徴
    とする特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか
    に記載の装置。
  5. 【請求項５】TA及びTCが２つの初期平均温度指示、CFA
    及びCFCがTA及びTCに関してそれぞれ記憶されている補
    正率、TBがオンライン平均温度指示、CFBがTBのための
    適正補正率であるとして、関係式 に基づく補間値であることを特徴とする特許請求の範囲
    第４項に記載の装置。
  6. 【請求項６】それぞれ前記平均コイル温度百分率を平均
    温度に基づく複数の所定アラーム限界値と比較する手段
    を含むことを特徴とする特許請求の範囲第１項から第５
    項までのいずれかに記載の装置。
  7. 【請求項７】前記複数の所定アラーム限界値が最大及び
    最小の警告発生限界値を含むことを特徴とする特許請求
    の範囲第６項に記載の装置。
  8. 【請求項８】前記複数の所定アラーム限界値が最大及び
    最小の停止アラーム限界値を含むことを特徴とする特許
    請求の範囲第６項または第７項に記載の装置。
JP61021097A 1985-02-05 1986-01-31 発電機用温度監視装置 Expired - Lifetime JPH0624415B2 (ja)

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