JPS5895959A - 回転電機の回転子巻線異常診断装置 - 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】 本発明は大容量タービン発電機等の様な回転電機の回転
子巻線異常診断装置に係り、特に回転千巻機の層間短絡
を検出するに好適な異常診断装置に関する。

一般に大容量のタービン発電機はＳ＃１図に示して対向
配置された回転子３から構成されている。

前記固定子１は通風ダクト５を有する積層固宇子鉄心４
に固定子巻線、つまり電機子巻線６を巻装することによ
って構成され、また前記（ロ）転子３は軸部７と一体に
形成された創部、つまり回転子鉄心８に回転子巻線、つ
まり互に層間絶縁された５〜１０層の導体からなる界磁
巻線９を巻装することによって構成されており、回転千
巻！ＩＪ９は楔１０でス田ツ）内に保持されるとともに
、保持ｆ！Ｉ４１１でその端部が覆われている。

ところで、回転子巻線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、一般
に２極のタービン発電機では回転子のＮ極側と８極偶の
起磁力アシバランスを始めとして磁気的不平衡が生じ、
この結果異常振動が発生する。異常振動が発生ずると、
発電機の軸受破損や巻線の絶縁物破壊など発電機に悪影
響が生じ、ついには運転不能に到る虞れがある。そのた
め、回転子巻線の層間短絡を速やかに検出し、必要な処
置を取らねばならない。

この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。

１１１１１図において、回転子を輪切りにする面、っま
り径方向断面を展開した面における磁束の流れを模式的
に示したのが９２図（勾である。磁束は大きく２種類に
分けられ、一方は図中実線で示す主磁束１２で、他力は
破線で示す回転子巻線を取り巻くように通る漏れ磁Ｊ１
１３である。この漏れ磁束１３を捕える目的で例えば、
空−中に静止したサーチフィルなどの磁束検出素子１４
を設置する。

そして、回転する回転千巻ｉｌ＋１９に電流が流れた場
合に発生する漏れ磁束１３をつかまえる。

９２図（ｂ）はこの漏れ磁束の波形を示すが、その大き
さは、漏れ磁束が取り巻く回転子巻線導体を流れる電流
と導体本数との檀、すなわちアンペア同数と密接な関係
にあり、アンペア回数が小さく１、′ なると漏れｄ東は小さくなり、逆にアンペア回数その巻
線の作るアンペア回数が減り、結局漏れ磁束量も減少す
る。

一方、漏れ磁束検出用のサーチコイル１４に番ゴ、１１
１１１図（ｅ）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。回転子巻線が健全であれば
、例えば実線１５で示すような脈動波形となる。しかし
、もしも、ある回転子巻線で層間短絡が発生して、その
部分の漏れ磁束が１１１１２ｂ！Ｊ（ｂ）の破線で示す
如く小さくなると、＃１２図（Ｃ）の破ｍ　１６で示す
如く、その巻線に対応した脈動波形の波鳥値が小さくな
る。一般に、タービン発電機のような回転電機は、Ｎ極
側と８極備で磁気的性質として磁束などは大きさが等し
く符号が反対となり、漏れ磁束や磁束検出用サーチコイ
ルの誘起電圧も同じ対称性を有している。

以上のことから、サーチコイ↑の誘起電圧波形において
、Ｎ極側と８極偶の対応する脈苧波形の転千巻腓に層間
短絡が発生していると分る。

そのため、従来は磁束検出用素子からの信号波形を写真
に撮り、人が逐−Ｎ極側と８極側の対応する点どうしの
比較をし、層間短絡の有無を調べていたが、これでは手
数と時間がかかり、非能率で緊急の場合に対処するのが
難かしい。

また最近、時代の要請で、タービン発電機の回転千巻梅
の層間短絡の有無を常時オン−ラインで監視することが
望まれており、以下に述べるような自動診断装置が考え
られている。

第３図は自動診断装置の概略ブロック図である。

図において、１７は回転１！機とそれに取り付けられた
磁束検出用素子からなる１ｆ電機部で、磁束検出用素子
で検出された脈動波形信号に信号線１８を通して判定装
置１９に送られる。判定装置１９は大きく分けて処理装
置［２０と監視装置２２で構成され、処理装置２０では
信号波形の各波の波高値をとらえたり、タービン発電機
に異常があるか否かの異常診断処理がなされる。もしも
、タービン発電機に異常があるとの判定が出た場合、信
号に伝送され、そこで信号が処理される。

ｔＩ／４３図は、例えば＃１４図のように具体的に構成
されているｏ＃１４図において、磁束検出用素子１４、
例えばサーチコイルが回転子３０表面近くに設置され、
回転子巻線を流れる電流によってこの表面近くに発生す
る磁束、例えば漏れ磁束などをこの磁束検出用素子１４
を用いて検出する。この漏れ磁束の電磁誘導作用によっ
て磁束検出用素子１４に発生する脈動波形信号が信号線
１８を通して、判定装置１９中の処理装置２０へ伝送さ
れる。そして１信号はまず、増幅９２３で適当な大きさ
となり、信号線２４を通して波高値保持器２５へ伝送さ
れ、比較判断器２６へ信号線２７・を通して伝送される
。波高値保持器２ｓは比較判断器２６が波高値信号を入
力するのに十分な時間波島値を保持し−１さらに次の脈
動波高値が来る前に保持を自動的に解除する構成となっ
ており、比較判断器２６が液高値の入力を開始してよい
という入力開始信号を信号線２７−ｂを通し【波高値保
持器２５に出力したとき、比較判断器２６に波高値信号
を信号線２７ａを通して伝送する。

比較判Ｗ＃器２６では、波高値保持器２５で保持された
波高値ｔｉｌ１期分順次入力してそのデータを信号ｍ２
９ａを通して記録器２８に貯わえておき、他方でけ逐次
、信号線２９　ｂ　ｔｅｌシて記録−２８から対称部の
波高値データを入力して対称部分同志の波高値データを
比較し、その大きい方の波高値に対する両者の差、つま
り相対差が例えば１０−というような設定レベルを越え
たかどうかチェックをする。そして、設定レベルを越え
た場合には異常有りと判定し、信号１１２１８．２１ｂ
を通して監視装置２２へ異常の程度や異常発生個所を知
らせる信号を伝送する。

藍視、装亀２２は、信号線２１８により伝送される信号
で作動する善報ランプやブザーなどからなる善報１１３
０と異常の発生場所や異常の程度を信号−２１ｂの信号
で表示する表示盤３１から構成されている。

この自動診断装置によれば１タ一ビン発電機などにおけ
る回転子巻線の層間短絡の有無を自動的に判定すること
ができる。しかし、この例も含めて一般に自動診断装置
には次のような欠点があった〇 タービン発電機の回転子を気体または献体で冷却する場
合、これらの冷媒が回転子を一様に冷却しないときには
、回転子表面の熱分布が一様でなくなり、回転子胴部で
、よく冷えている所は熱膨張が小さく、逆に冷却の悪い
箇所は熱膨張が大きくなって、結局、回転子に曲りが生
ずる・この場合には、回転子巻線に層間短絡が無くても
回転子の振動が発生し、回転子表面と磁束検出用素子と
の間隔は回転に伴って変動するので、磁束検出用素子に
誘起する脈動波形信号も変動し、この変動波形信号をも
とに診断をすると、誤った判定をする危険性があった。

會た、磁束検出用素子は囲転子褒面近（に設置されてい
るので、漏洩磁束の脈動信号を処理装置の所まで伝える
ために、信号線を設置するが、一般にタービン発電機の
回転子やｉｉｌ宕子封子付近磁場であるため、信号線に
雑音が誘起する可能性があった。例えば、ｗ４ｓ図に示
すように波高値Ｐ、のＦｆｒに雑音３２がのって、比較
すべき波高値Ｑｔより大きくなると、小さい方の波高値
Ｑ！に対応したスロツ内巻線に層間短絡有りと判定して
しまう危険性があった。

さらに、前述の如く気体冷却のタービン発電機には、固
定子鉄心や回転子を冷却するために、冷却気体が通る固
定子通風ダクトがある。先端部に磁束検出用素子を固宕
した棒状グリープを、通風ダクトに沿って内径ＩＩ＆：
空陣中回転子表面付近まで挿入し、表面近くの漏れ磁束
を検出する場合には、グローブが冷却気体にあおられて
、振動が生じ、磁束検出用素子と回転子表面との距離の
変動に伴って、磁束検出用素子に誘起する脈動波形信号
が弯勧しａｒ＃の危険性があった。

ところで、一般に回転子巻線に層間短絡が生ずると、前
述の如く回転子の有効アンペア回数が減少するので、（
ロ）転子の作る磁束１、量が減り、結局この磁束によっ
て固定子巻線に誘起する電圧も減少する。普通、タービ
ン発電機には、自動電比調整器がついており、固定子巻
線端子電圧の減少に伴なって回転子電流を増大し、電圧
を一定に保つようになっている。したがって、層間短絡
が発生すると、回転子電流が増大する。そこで、固宇子
嵜圧、ｌｌ定子電流、力率が同じ過去（正常時）の同転
子電流値と現在の電流値を比較して、現在の電流値が増
大しているか否か判定し、層間短絡有無を診断する方法
も考え得る。しかし、この方法では、層間短絡が発生し
たことは分るが、回転子のどのスリット内巻線で起きた
のか不明であり、さらに、１箇所で起きたのか、それと
も複数御所で起きたのかも分らない。

本発明の目的は、回転予巻−の層間短絡の発生゛箇所や
程度を正確で確実にかつ速やかに判定することのできる
信頼性の高い一転電機の回転子巻線異常診断装置を提供
することにある。

この目的を達成するため、本発明は、固定子巻線の電圧
、電流および力率を検出する固定子電圧検出器、固定子
電流検出器および力率検出器と、回転子巻線の電流を検
出する同転子ＩＦ１流検比検出器前記固定子１１）Ｅ検
出器、ｍｓ子電流検出器および力率検出器の各検出信号
からこれらの各検出信号の値に対応する正常時における
回転子巻線の電流値を求める手段と、この手段で求めら
れた電流値と前記同転子電流検出器で検出された電流値
とを比較して回転子巻線の異常の有無を判定する第２の
判定装置とを設け、このＩ２の判定装置で異常有りと判
定したときのみ、磁束検出素子から得られる脈動波形信
号を入力して回転子巻線の層間短絡の有無を判定する第
１の判定装置による層間短絡有りの判定結果を有効とす
る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
。

ａＳ図は本発明の一実施例に係る回転子巻線異常診断装
置の全体構成を示すプロッタ図である。

この図において、回転電機部１７には磁束検出用素子１
４が設置されて、回転子３表面近くの漏洩磁束が検出さ
れる。この磁束検出用素子１４で検出−された磁束脈動
信号は信号線１Ｂを通して処理装置２０に送られ、ここ
で層間短絡の有無が判定される。そして層間短絡発生時
には、短絡発生箇所と程度を算宇し、信号線２１５を介
して一報信号を、信号線２１ｂを介して異常発生部所や
程度を示す信号を開閉器３３へ送る。同転１Ｌ機の回転
子電流は静止側から回転子巻線へ電流を送る回転子励磁
線３４Ｇ、３４ｂに設置された同転子電流検出器３５で
検出され、電流値は信号−３６を介して判定器３７に送
られる。一方、固定子電圧。

−電子電流、力率は、それぞれ固定子巻線に誘起した電
力を伝′える電力線３８８〜５ｓｂｋ：設置された固定
子電圧検出１ｉ１３９．固定子電圧検出器栃。

力率検出器４１で検出され、電圧値は信号１１４２を介
し、−電流値は信号−ゝ４３を介し、力率は信号線４４
を介して判定器３７に送られる。判定器３７は記録器４
５と比較制御器４６で構成され、信号線４″２，４３．
４４．３６の信号は記録器４５＆：入力する。紀４１１
４５は比較制御器４６から信号線４７を介して送られて
きた制御信号を受は取ると、固定子電流、電圧、力率１
回転子電流の値を記録する。こうして、回転電機が正常
な時の様々な条件（固定子電圧、を流、力率）に対応し
た回転子電流値を、記録器に記録する。ところで、正常
時の値を記録し終っている場合に、比較制御器４６から
信号１１４８を介して制御信号が記録器に入ると、紀＃
Ｉ！１４５は現在の固定子電圧検出器。

力率に対応した正常時の回転子電流値を信号線４９を介
して比較制御１ｉ４６に送る。比較制御１ｉ４６は、こ
の電流値と信号［１５０を介して回転子電流検出［１３
５から送られてきた現在の回転子電流値とを比較して、
髄が増大しているか否か調べる。

そして、増大している時には、信号線５１を介して比較
制御１ｉ１４６から開閉！＃３３へ層間短絡発生信号が
伝送される。開閉１９３３は、層間短絡発生信号を受信
すると、信号１１１２１ｇや２１ｂを介して送られてく
る警報信号や異常発生箇所、１Ｍ度信号を鳥監視装置２
２へ信号１１５２８や５２ｂを介して伝送する。監視装
置２２は信号Ｉｌｌ　５２　ａや５２ｂの信号を受ける
と警報を郷生したり、層間短絡線の起きたｍ所や程度の
表示を行なう。

本発明のこの実施例によれば、タービン発電機等におけ
る回転子巻線の層間短絡の有無を正確に且つ自動的に判
宙できる。タービン発電機等の回転電機の回転子巻線電
流値を、正オな時に自動的に固定子電圧、固定子電流、
力率に対応させて貯え、この記録しである過去の正常な
時の電流値と現在の回転子電流値とを比較し、儀が増大
している時だけ、処理装置で回転子表面近くの磁束信号
を感珊した診断結果を１視装置に伝え、ｌＩ＆常瞥報善
報したり、興常斃生箇所や程度を表示する・したがって
、磁束検出用素子から処理装置へ信号を伝える信号線に
重畳する雑音や、回転子の冷却不均一によって生ずる回
転子の振動に影響されずに、確実な診断ができる。

第７図は、本発明の他の実施例を示すものであり、第６
図とは判定器３７の構成が異なる。判定器３７は記憶器
ｓ３と比較器５４で構成され、記憶器Ｉｓ３には予め様
々な固定予電１．固定子電流、力率に対応した正常時の
回転子電流を記録しておく。そして、現在の固定子電圧
、電流、力率に対応した正常時の回転子電流値を信号線
５５を介して比較器５４に出力し、比較器５４は、この
値と、回転子電流検出器３１ｓで検出され信号＠３６を
介して伝送されて（る電流値とを比較する。検出された
電流値が正常時の値より大きい時は、正の信号を信号線
５１を介して開閉器３３に送り、開閉器３３は、信号線
５１の信号が正の時だけ、信号線２１Ｇや２１ｂの警報
信号や異常発生箇所、程度信号を、信号線６２ｇや５２
ｂに伝える。

判定器３〕を以上のように構成すると、回路構成が非常
に簡単となり、装置の価格も安くなる。

第８図は、判定器３７を演算器５６と比較器５４で構成
している。演算器５６は、信号＠４２，４３．４４を介
して固定子電圧、固定子電流、力率を入力すると、予め
記憶しである計算手順に従って自動的に正常時の回転子
電流値を計算し、求めた値を信号線５７を介して比較器
５４へ送る。比較１６５４は、この値と回転子電流検出
器３５で検出され信号＠３６を介して伝送されてくる電
流値とを比較し、検出された電流値が正常時の値より大
きい時は、正の信号を信号＠５１を介して開閉器３３に
送る。

゛判定器３７を以上のように構成すると、次の効果があ
る。一般に、記録器は様々な固定子電圧。

固定子電流および力率に対応した回転子電流の値を記録
するために大型となるが、それに比べて、演算器は小さ
くできるので装置全体を小型にでき、さらに、価格も安
くなる。

以上説明したように、゛本発明によれば、固定子巻線の
電圧、電流および力率を検出する固定子電圧検出器、固
定子電流検出器および力率検出器と、回転予巻−の電流
を検出する回転子電流検出器と、前記固定子電圧検出器
、固定子電流検出器および力率検出器の各検出信号から
これらの各検出信号の値に対応する正常時における回″
転子善纏の電流値を求める手段と、この手段で求められ
た電流値と前記回転子電流検出器で検出された電流値と
を比較して回転予巻−の異常の有無を判定する第２の判
定装置とを設け、この第２の判定装置で異常有りと判定
したときのみ、磁束検出素子から得られる脈動波形信号
を入力して回転子巻線の層間短絡の有無を判定する第１
の判定装置による層間短絡有りの判定結果を有効とする
よ５Ｋしたので、磁束検出用素子からの脈動波形信号を
伝えるり−ド縁に重畳する雑音や回転子の振動に影響さ
れることなく、回転子巻線の層関雉絡の発生箇所や種度
な正確で確実にかつ連衡かに検出でき、その緒来、回転
電機の信軸性を着しく高め得る。

１ｔｈｌの簡単な説明 ｗ１１図はタービン発電機の概略構成を示す１Ｎ部′＃
ｒ面図、第２図（α）〜（Ｃ）は回転子表面における磁
束の流れを示す模式図、回転子表面の漏れ磁束の脈動波
形図およびサーチコイルに発生する鱒起電圧の脈動波形
図、第３図および第４図は従来の回転子＠−異常診断装
置の概略ブロック図および詳細ブロック図、第５図はサ
ーチコイルに発生する鱒起鉦圧に雑音が重畳した場合の
脈動波形図、第６図ないし嬉８図は本発明の各実施例に
係る回転予巻−異常診＠装置のブロック図である。

１４・・・・・・磁束検出用素子、　２ｏ・・・・・・
処理装置（第１の判定装置）、　２２・・・・・・監視
装置、３３・・・・・・開閉器、　　３５・・・・・・
回転子電流検出器、３７・・・・・・判定器、　３９・
・・・・・固定子電圧検出器、４０・・・・・・固定子
電流検出器、　４１・・・・・・力率検出器、　４５・
・・・・・記録器、　４６・・・・・・比較制御器（第
２の判定装置）、　５３・・・・・・配憶器、５４・・
・・・・比較器（第２の判定装置）、５６・・・・・・
演算器。

Ｔ３　図 ／７　　ｌｌＪ　　／デ　２／　　２２１６図 丁７Ｚ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　固電子鉄心に固定子巻線を巻装してなる固定子と
   、このｍｓ子に空隙を介して対向配置されかつ回転子鉄
   心に回転子巻線を巻装してなる回転子と１この回転子の
   表面近傍に配設されかつ前記回転子巻線に流れる電流に
   よって回転子表面近傍に発生する磁束を検出する磁束検
   出素子と、この磁束検出素子から得られる脈動波形信号
   を入力して１転子巻−の階間短絡の有無を判定する鎖１
   の観弯装置とを備えたものにおいて、前記１ｊｉｆｆｌ
   子巻線の電圧、電流および力率を検出する固定子電流検
   出器、（２）電子電流検出器および力率検出器と、前記
   −転子巻線の電流を検出する回転子電流検出器と、前記
   固定子電圧検出器、固定子電流検出器および力率検出器
   の各検出信号からこれらの各検出信号の値に対応する正
   常時における回転子巻線の電流値を求める手段と、この
   手段で求められた電流値と前記回転子電流検出器で検出
   された電流値とを比較して回転子巻線の異常の有無を判
   定する第２の判定装置とを設け、この＃Ｉ２の判定装置
   で異常有りと判定したときのみ、前記＄１１１の判定装
   置による層聞短絡有りの判定結果を有効とするようにし
   たことを特徴とする回−転電機の回転子巻線異常診断装
   置。 ２、特許請求の範囲ｌｌ５１項において、前記回転子巻
   線電流値を求める手段は、正常時における前記固定子電
   圧検出器、固定子電流検出器および力率検出器からの各
   検出信号と前記回転子電流検出器か′らの検出信号を対
   応させて記録するとともに、前記固定子電流検出器、固
   定子電流検出器および力率検出器の現在の各検出信号を
   入力して予め記録されている前記正常時における各検出
   信号の対応関係から入力された前記各検出信号の値に対
   応する正常時における一転子轡線電流値を読み出す記−
   一からなることを特徴とする回転電機の闘転子巻線轡常
   ―断装置。 亀　特許請求の範Ｓ細１項において、前記回転子巻―電
   流値を求める手段は、−前記ＩＩＩｇ！子電圧検出器、
   面電子電流検出器および力率検出器の各検出信号を入力
   して予め配憶しておいた正常時における固定子巻線の電
   圧、電流および力率と回転子巻線の電流の対応関係から
   入力された前記各検出信号の値に対応する正常時におけ
   る回転子巻線電流値を読み出す記憶器からなることを特
   徴とする回転電機の回転千巻ｌ１Ｉｉ４常診断装置◎表
   　特許請求の範囲１１１項において、前記回転子巻線電
   流値を求める手段は、前記固定子電圧検出器−固定子電
   流検出器および力率検出器の各検出信号を人力してその
   各検出信号の値からこれらに対応する正常時における回
   転子巻線電流値を演算する演算器からなることを特徴と
   する回転電機の回転子巻線異常診断装置。