JPS585682A - 回転電機の回転子巻線異常検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は回転電機の（至）転子巻ｙｅＩ１４常検出装置
に係り、特に大容量のタルビン発電機の回転子巻線の菓
常金検出するのに好適な異常検出装置に関する。

第１図〜第５図により従来の回転電機の回転子巻線異常
検出装置の一タリを説明する。第１図は典型的な大答貫
発区機の一部分の縦断側面図で、固定子１は通風ダクト
ｌＡが形成さ扛るように積層さ扛た固定子鉄心ＩＢと固
定子巻線（発電巻線）ＩＣ’ｒ有する。固定子ｌ内には
略円筒状の空間が形成さＣ１この空間日に、回転子２が
空隙３金介して回転自在に配置される。回転子２は胴部
２Ａと端部２Ｂに分けらＣ１胴部２Ａの外周には軸方向
に巻線溝２Ｃが形成され、この巻線溝２Ｃに挿入さｎた
回転子巻線（界磁巻線）２Ｄが楔２Ｅによって保持さｎ
ている。回転予巻＃２Ｄは巻線溝２Ｃ内に５〜１２層に
巻装され、層間は電気的な絶縁処理がなさｎている。筐
た回転予巻ｄＪ２Ｄの端部外周は保持＠２Ｆで被わ扛て
いる。

このような発電機において、回転予巻ｄ２Ｄのノー間絶
縁が巻線の熱膨張や機械的衝撃によって破壊さｎ重合隣
接する巻線導体間が短絡すると起磁力が変化し、回転子
２のＮ極側とＳ極側の起磁力アンバランスなどの磁気的
アンバランスが発生し、その結−ｉｌ、回転子２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
縁破壊の拡大などが生じて発電機が運転手ｉヒに至る危
険がりシ、従って回転子巻線２Ｄの層間短絡を速やかに
検出して必要な処置ケする必要がめる。

次にこのような回転予巻＃２Ｄの層間短絡を検出する構
出装置について説明する。第２図（ａ）は−転字２の胴
部２Ｎを軸と直角方向に切断した場合の外周部分の展開
図で、４Ａは主磁束、４Ｂは各回転子巻線２Ｄｅ取巻く
ように発生する漏洩磁束を示す。サーチコイル等の磁束
検出素子５は漏洩磁束４Ｂに応動するように空隙３中に
静止状態に保持される。第２図（ｂ）は磁束検出素子５
に作用する漏洩磁束４８に示し、第２図（Ｃ）は磁束検
出素子５から得られる誘起醒圧（脈動信号）波形６を示
す。ところで、漏洩磁束４Ｂの大きさは回転子巻線２Ｄ
に流詐る電流の大きさと導体数（巻紛層数）の積、すな
わちアンペアターンに関係する。アンペアターンが小さ
いと漏洩磁束４Ｂも小さくなり、アンペアターンが大き
いと漏洩磁束４Ｂも大きくなる。従って回転予巻＃！２
Ｄにｌ−間短絡が発生するとアンペアターンが減少し漏
洩磁束４Ｂも減少するから、漏洩磁束４Ｂの減少を検出
することにより層間短絡を検出することができる。回転
予巻＃２Ｄが漣全であれば漏洩磁束４Ｂは第２凶（ｂ）
に冥姻で示すような脈動波形となり、磁束演出素子５か
ら得ちれる脈動信号波形６も第２図（Ｃ）に実−で示す
ような脈動波形となる。そしてもしある巻線溝２Ｃの回
転子巻線２Ｄの一部のＩ＃間に絶縁破壊が発生するとア
ンペアターンが減少するのでその回転子巻線２Ｄに対応
する漏洩磁束４Ｂが破臆のように減少し、こ【に応動し
て脈動信号波形６も破線のように減少する。ところでタ
ービン発成様のような回転゛底桟ではＮ憾とＳ極で磁束
量は等しくその符号が反対でめるから、磁束逆出素子５
から得ら扛る脈動信号波形６はＮ極とＳ極では対称とな
る。従って磁束検出素子５から得らｎる第２図（Ｃ）の
ような脈動信号波形６において、回転子２のＮ極側の回
転子巻線２Ｄによる漏洩磁束４Ｂによって傅らｒた脈動
信号波形６（ＰＩ）とこの（ロ）転子巻ｆＩＭ２１）と
電気角でＩ８０度ずｆした位置にめるＳ極側の回転予巻
＠２０による漏洩磁束４Ｂによって得ちれた脈動信号波
形６（Ｑｌ　）の波高値を比較し、両者間に差かめる場
合には波高値が小さい方の脈動信号６に対応したＬｇ１
転子巻線２Ｄに層間短絡が発生していると考えることが
できる。

このため従来は磁束検出素子５から得らｆＬる脈動信号
波形６をオシロスコープに表示して観察したりあるいは
写真に撮って目視で比較していた。

しかしこのような方法は非能率的で時間がかかり緊急の
場合には対処することができなかった。そこでこのよう
な脈動信号波形６の比較を自動処理　　□する装置が考
えらｎている。

第３図はこの自動処理装置の例で、磁束検出素子５から
得られる脈動信号を信号ａ７を介して判定装置８に入力
する。判定装置８ｖｉ処理装置９と＊親装置１０を有し
、処理装置９は脈動信号波形の波高値ケとらえて異常検
出処理を行ない、異常検出信号を信号線１１を弁して監
視装置１０に入力して必要な処置をする。

第４図はこのような自動処理装置を使用した回転電機の
回転子巻線異常検出装置のブロック図で、回転１ｄ１２
の（２）電子１の内周面に磁束検出素子（サーチコイル
）５が設けらｎ１回転子２の外周面の漏洩磁束に応じた
脈動信号が作ら扛る。この脈動信号は信号ａ７を弁して
判定装置８に人力さ扛、処理装置９の増幅器９Ａで増幅
１へ信号線９Ｂｅ介して波高値保持器９Ｃに入力さｎる
。この波高値保持器９Ｃは脈動信号の正と負の各波高値
ヲ慎出して保持し、信号ｄ９Ｄ’ｅ介して比較判断器９
Ｅへ各波高値を入力する。また波高値保持器９Ｃは比較
判断器９Ｅに対して谷波高値の入力を開始してよいとい
う入力開始信号を信号ｄ９Ｆを弁して入力すると共に比
較判断器９Ｅが波高値ケ入力するのに十分な期間波高値
を保持し、更に次の脈動信号がくる前に保持を自動的に
解除する。

比較判断器９Ｅは波高値保持器９ｃで保持される波高値
を順次入力し、あらかじめ記録器９Ｇに貯えられ現在入
力した波高値と対称位置の過去の波高値を信号線９Ｈを
介して順次入力し′、両波高値を比較してその差の程度
により層間短絡の異常を検出する。そして異常を検出し
た場合には構出信号が信号線１１Ａ、ＩＩＢを介して監
視装置１０に入力さ扛る。警報器１０Ａはランプやブザ
ーなどで異−常検出を報昶し、表示盤１０Ｂは異常発生
場所と異常の程度を表示する。

ところがタービン発電機の負荷運転時に磁束検出素子５
から得らｎる脈動信号波形６を観測すると、第５図に示
すように、回転子巻線２Ｄの周期の脈動信号波形６の電
圧Ｖに重畳して固定子巻線ＩＣを流ｎる電流が作る磁束
の影響によって磁極対局Ｊ３Ａ６基本波（低周波）成分
電圧ｖ１が現わｎる。このように基本波成分電圧Ｖ、が
重畳さ扛た脈動信号波形６の波高値を自動処理装置に入
力して異常の有無を検出・しようとすると、誤検出する
懸念がある。すなわち、回転子巻線２Ｄ、で層間絶縁短
絡が発生した場合に装置は脈動信号波形Ｐ４　、　Ｑ４
の波高値Ｖ２　、　Ｖｓ　ｋ比較することになり、回転
予巻ｄ２Ｄ、の漏洩磁束４Ｂによる波高値Ｖ、　、　Ｖ
、を比較した場合に比して差の割合が小さくなシ層間短
絡の程度を過少評価することになる。

従って本発明の目的は、固定子巻線に流ｎる負荷電流に
よる磁極対周期の低周波の基本波成分による誤検出がな
い回転電機の回転子巻線異常検出装置を提供するにるる
。

この目的を達成するため、本発明は、回転子巻線による
漏洩磁束を検出する磁束検出素子から得らｎる脈動信号
を低周波成分を除去する低周波除去器金倉して判定装置
に入力することにより、固定子巻線による磁束に対応す
る低周波成分を除去しその影＃金なくずようにしたこと
を特徴とする。

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６図は本発明になる回転電機の回転子巻線異常検出装
置のブロック図で、従来と同−構成部品には同一符号？
付してその詳細説明を一部省略する。回転心機１２の固
定子１に回転子２の外周面と対向するように設けた磁束
検出素子５の出力信号を判定装置８に伝達する信号ｒｆ
ｐ’ｔの途中に低周波除去器１３が介在さｎる。

一般にタービン発電機の場合、回転子２の形成さ扛る巻
線溝２Ｃは各憧当シ８〜１６個であり磁億部のなす角度
が電気的に６０°であると巻線溝２Ｃ（回転子巻線導体
）の配列周期は約１７．１゜〜８°となる。一方、基本
周波数の周期は３６０゜であるから、脈動成分の周波数
は基本周波数に対して約２１〜４５倍となる。また磁束
検出素子５から出力される脈動信号に重畳された低周波
成分は高調波成分を含んでいるがその大きさは高調波次
数が太きくなるにつｎて小さくなり、第１１次高調彼我
分は基本周波数成分の１０％以下となる。

従って前記低周波除去器１３の同波数特性は固定子巻線
ＩＣが作る磁束の影響で磁束検出素子５がら出力さ扛る
脈動信号に重畳さ扛る低同波成分の基本周波数〜第１１
次高調波底分の範囲の成分を除去するように構成する。

このようにすれば、磁束検出素子５から出力される脈動
信号６に第７図（ａ）のように低同波成分ｖＩ　が重畳
しても低周波除去器１３によってこの低周波成分Ｖ、の
殆んどを除去して判定装置８には第７図（ｂ）のように
回転予巻−２Ｄの漏洩磁束による脈動成分のみの信号６
を入力できる。

脈動信号６は増幅６９Ａで適正な大きさにｖＩ４整さ扛
た後に波高値保持器９Ｃへ伝送される。波高値保持器９
Ｃは脈動波の正と負の各波高値を検出保持し、こｎ’を
比較判断器９Ｅへ伝送すると共に入力開始信号を比較判
断器９Ｅへ与える。脈動信号６は第７図（ｂ）のように
前半周期領域６Ａと後半周期領域６Ｂに分け、比較判断
器９Ｅは、入力開始信号に基づいて前半周期の１つの波
高値を入力する母に信号ｄ９ｎ１　を介してこれを記録
器９Ｇに記録して前半周期領域の各波高値を記録する。

そして後半８期領域では波高値を入力する毎に記録器９
Ｇから対称位置の波高値を信号線９Ｈ。

を介して続出し、両者の大きさを比較して異常の有無を
判断し、従来と同様に出力する。

以上のように本発明によれば、磁束検出素子から出力さ
れる脈動信号に重畳さ扛た低周波成分は低周波除去器に
よって除去されるので、判定装置は固定子巻線電流によ
って磁束検出素子の出力が歪んでも回転子巻線の異常検
出を誤ることがなく、従って回転電機を通常の運転状態
に維持したままでも負荷電流に影響さｎることなく回転
子巻線の異常を正確に検出できるので、その対応処置も
早くでき回転電機の信頼性を高め得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は大容量発を機の縦断側面図、第２図（ａ）〜（
ｌは回転子巻線層間短絡検出原理説明図、第３図は゛自
動処理装置のブロック図、第４図は従来の回転電機の回
転子巻線異常検出装置のブロック図、第５図は磁束検出
素子の出力信号波形図、第６図は本発明の一実施例を示
す回転電機の回転子巻線異常検出装置のブロック図、第
７図（ａ）、’（ｂ）は動作波形図である。 １・・・同定子、ｌＢ・・・固定子鉄心、ＩＣ・・・固
定子巻線、２・・・回転子、２Ｃ：・・・巻線溝、２Ｄ
・・・回転子巻線、５・・・磁束検出装置、８・・・判
定装置、１３・・・低粘歳 ｒ　　　　　　　葛１　口 ２Ａ　　　　　　　　　　ノｄ −ノ 第　３Ｑ 第　４０

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、固定子巻線を有する固定子鉄心と、この固定子鉄心
   円に形成さｎた略円筒状空間内に配置されその外周面に
   設けられた溝に保持さｎた回転予巻−を有する回転子と
   、この回転子の外周面に近接して静止状態に保持さｎる
   磁束検出素子と、この磁束演出素子から得られる前記各
   回転子巻線の電流による脈動磁束に応じた脈動信号波形
   により前記各回転子巻線の異常の有無を判定する判定装
   置とを備えた回転電機の回転子巻線異常検出装置におい
   て、前記磁束検出素子と判定装置の間に前記磁束検出素
   子から出力さｎる脈動信号に含まれる低周波成分を除去
   する低闇波除去器を設けたことを特徴とする回転電機の
   回転子巻線異常検出装ｖＩＬｃ２、特許請求の範囲第１
   項において、前記低−波除去器は、前記固定子巻線のｔ
   流によって発生する磁束に応動して磁束検出素子から出
   力される脈動信号に重畳される低周波成分の基本周波成
   分〜第１１次高調波底分を除去する周波数特性を有する
   ことを特徴とする回転′＋を機のＩａ１転子巻−異常検
   出装置。 ３、％許請求の範囲第１項において、前記判定装置は、
   入力される脈動信号の波高値を検出して所定時間保持し
   その後保持ｔＳ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、前記波高値保持器に保持され
   た波高値と前記記録器に貯えらｎた波高値とを比較し両
   波高値の差により回転子巻線の異常の有無を判定する比
   較判断器　′と、この比較判断器の出力に基づいて異常
   状態を報知する監視装置とを備えたことを特徴とする回
   転電機の回転子巻線異常検出装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記監視装置は、
   異常発生時に警報を発する警報器と異常の、　　程度と
   場ＦＩ′ｒを衣示する懺示盤とを備えたこと全特徴とす
   る回転−１機の回転子巻線異常検出装置。