JPS6127977B2 - - Google Patents

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JPS6127977B2
JPS6127977B2 JP9697779A JP9697779A JPS6127977B2 JP S6127977 B2 JPS6127977 B2 JP S6127977B2 JP 9697779 A JP9697779 A JP 9697779A JP 9697779 A JP9697779 A JP 9697779A JP S6127977 B2 JPS6127977 B2 JP S6127977B2
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JP
Japan
Prior art keywords
brush
voltage
brushes
synchronous machine
abnormal
Prior art date
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Expired
Application number
JP9697779A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5622531A (en
Inventor
Shigeru Yoshida
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Publication of JPS5622531A publication Critical patent/JPS5622531A/en
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  • Protection Of Generators And Motors (AREA)
  • Motor Or Generator Current Collectors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、発電機、調相機もしくは電動機とし
て使用される同期機の、界磁電流供給のために用
いられるコレクターリングとブラシの間の集電作
用の監視に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to the monitoring of the current collection action between a collector ring and brushes used for the field current supply of a synchronous machine used as a generator, a phase changer or an electric motor.

第1図に示すように、同期機1の回転部である
界磁巻線11への励磁電流の供給は、回転軸1a
上に配設したコレクターリング12にブラシ13
を接触させて行なわれる。
As shown in FIG. 1, the excitation current is supplied to the field winding 11, which is the rotating part of the synchronous machine 1, through the rotating shaft 1a.
A brush 13 is attached to the collector ring 12 arranged above.
This is done by making contact with the

大容量の同期機ではブラシとして天然黒鉛と
種々の成分とを結合した物質から作られており、
摩擦効果が低く、自己潤滑性が良好である。ブラ
シ13には、ピグテール線13aが取り付けら
れ、またその先端には接続用端子13bが設けら
れている。ブラシは、ブラシホルダーに取付けら
れたバネにより、半径方向に圧力が加えられてい
る。ブラシホルダーは、鋼製のブスリングに、ブ
ラシとコレクターリングの接触角を調節し得るよ
うにして固定されている。ブスリングは、各極相
互間及び各極と対地の間を絶縁するように取付け
られている。
In large-capacity synchronous machines, brushes are made from a material that combines natural graphite and various components.
Low friction effect and good self-lubricating properties. A pigtail wire 13a is attached to the brush 13, and a connecting terminal 13b is provided at the tip of the pigtail wire 13a. Pressure is applied to the brush in the radial direction by a spring attached to the brush holder. The brush holder is fixed to a steel bus ring in such a way that the contact angle between the brush and the collector ring can be adjusted. The bus ring is installed so as to insulate each pole from each other and between each pole and ground.

同期機の回転子は、高速で回転しており、この
ブラシの部分には、(イ)ブラシの圧力の不足によ
り、ブラシの接触が不完全になること、(ロ)環境雰
囲気にじんあい、腐蝕性ガスが混入し、これによ
りブラシが異常に摩耗し、カーボンダストを生
じ、接触抵抗が不安定になること、(ハ)複数のブラ
シの一部の破損により、残されたブラシの電流密
度が増大すること等の原因により、ブラシとコレ
クターリングの間にスパークやアーク等の火花が
発生し、これによりブラシが過熱される。さら
に、これらの現象が進行すると、ブラシの赤熱が
起こる。そして、ブラシホルダや接続リードの赤
熱破損も引き起こされる。さらに、ブラシとコレ
クターの間に連続アークが生じ(即ち、フラツシ
オーバが生じ)これが再びブラシの破損の原因と
なるというような悪循環が起こる。さらに、コレ
クターリングの欠損事故が誘引されることもあ
る。従つて、ブラシまわりの保守は重要なもので
ある。
The rotor of a synchronous machine rotates at high speed, and the brushes are susceptible to (a) incomplete brush contact due to lack of brush pressure, and (b) dust and corrosion in the environmental atmosphere. (3) If some of the brushes are damaged, the current density of the remaining brushes will be reduced. Due to the increase in the amount of heat generated, sparks such as sparks and arcs are generated between the brush and the collector ring, which causes the brush to overheat. Furthermore, as these phenomena progress, the brush becomes red hot. This also causes red heat damage to the brush holder and connection leads. Furthermore, a vicious cycle occurs in which continuous arcing occurs between the brush and the collector (i.e., flashover occurs), which again causes damage to the brush. Furthermore, accidents involving loss of the collector ring may be induced. Therefore, maintenance around brushes is important.

従来、この種の故障を、初期的な段階で検知す
るため、ブラシ部のアークを光学的に検知する方
法が知られている。この方法は、小規模の同期機
においては、効果が期待できる。しかし、大容量
の同期機では、設置されたブラシの個数も多く、
コレクターリングの径も長さも寸法が大きいの
で、光学的な検知装置を接触部の近くに、かつ全
部のブラシの範囲をカバーさせるように取付ける
ことは困難である。さらに、ブラシのアークの見
えない部分は、本質的に検出できないという不具
合もある。
Conventionally, in order to detect this type of failure at an early stage, a method of optically detecting arcs in the brush portion has been known. This method can be expected to be effective in small-scale synchronous machines. However, in large-capacity synchronous machines, the number of installed brushes is large,
Due to the large diameter and length of the collector ring, it is difficult to mount an optical sensing device close to the contacts and to cover the entire brush area. A further disadvantage is that the invisible portion of the brush arc is essentially undetectable.

本発明は、同期機の運転中に連続的にコレクタ
ーリングとブラシの間のスパーク−アーク現象の
発生を監視検出し、警報を発しまたは同期機のト
リツプを行なわせる。効果的なブラシ監視システ
ムを提供することを目的とする。
The present invention continuously monitors and detects the occurrence of spark-arc phenomena between the collector ring and the brushes during operation of the synchronous machine, and issues an alarm or causes the synchronous machine to trip. Aims to provide an effective brush monitoring system.

以下、本発明に係る監視装置を同期発電機に組
込んだ場合について、第2図を参照して説明す
る。励磁装置2より、コレクターリング12及び
ブラシ13を介して界磁巻線11に界磁電流が供
給される。この励磁装置2の出力電圧は、固定子
端子14における発生電圧Vgを電圧設定器7で
設定した値に保つように調整される。上記のよう
な対象システムに対し、本発明によれば、励磁装
置2の出力電圧、即ちコレクター電圧を検出点2
2で検出し、これを異常電圧検出器3の入力と
し、電圧検出器3の出力34を受けるように接続
した比較回路4でブラシのアーク現象を解析し、
この解析結果に基いて警報装置5を動作させる。
Hereinafter, a case where the monitoring device according to the present invention is incorporated into a synchronous generator will be described with reference to FIG. 2. A field current is supplied from the excitation device 2 to the field winding 11 via the collector ring 12 and the brush 13 . The output voltage of the excitation device 2 is adjusted so that the voltage Vg generated at the stator terminal 14 is maintained at the value set by the voltage setting device 7. According to the present invention, for the target system as described above, the output voltage of the excitation device 2, that is, the collector voltage is detected at the detection point 2.
2, this is input to the abnormal voltage detector 3, and the comparison circuit 4 connected to receive the output 34 of the voltage detector 3 analyzes the brush arc phenomenon.
The alarm device 5 is operated based on this analysis result.

上記の内容のシステムに、さらに期待値発生器
6を付加し、負荷の大きさ(例えば変流器16に
より検出された固定子電流)等をこの期待発生器
6の入力とし、この入力に見合つた期待値33を
電圧検出器3の補助入力とし、ブラシアーク現象
検出のバツクアツプを図つている。
An expected value generator 6 is further added to the system with the above contents, and the magnitude of the load (for example, the stator current detected by the current transformer 16) is input to this expected value generator 6. The expected value 33 thus obtained is used as an auxiliary input to the voltage detector 3 to back up brush arc phenomenon detection.

以下、本発明の特徴をなす各装置の機能につい
て詳細に述べる。
Hereinafter, the functions of each device that characterize the present invention will be described in detail.

コレクターリング12とブラシ13の間にスパ
ークが発生すると、検出点22におけるコレクタ
ーリング電圧Vcは急峻な波形で振動する。この
波形は第3図a,b、のように励磁制御における
制御電圧波形よりもきわめて急峻で時定数が小さ
なものであることが種々の観測から判明してい
る。そこで、異常電圧検出器3は、コレクタ電圧
Vcを入力として、その波形の立上り(第3図
a)または立下り(第3図b)が急峻でそれらの
時定数t1、t2が予め定められた限界値よりも小さ
いとき、および電圧の大きさの変化量が予め定め
られた限界値を越えたときに、これを検出する。
このようにして、コレクター電圧Vcに含まれる
ブラシのアークまたはスパーク等による電圧の急
峻な変化を検知する。これらの検出感度のレベル
(限界値)は時定数設定器31および変化量設定
器32により設定される。
When a spark occurs between the collector ring 12 and the brush 13, the collector ring voltage Vc at the detection point 22 oscillates with a steep waveform. It has been found from various observations that this waveform is much steeper and has a smaller time constant than the control voltage waveform in excitation control as shown in FIGS. 3a and 3b. Therefore, the abnormal voltage detector 3 detects the collector voltage
When Vc is input and the waveform has a steep rise (Fig. 3a) or fall (Fig. 3b) and their time constants t 1 and t 2 are smaller than predetermined limit values, and the voltage This is detected when the amount of change in the magnitude of exceeds a predetermined limit value.
In this way, a sudden change in voltage due to a brush arc or spark included in the collector voltage Vc is detected. These detection sensitivity levels (limit values) are set by a time constant setter 31 and a change amount setter 32.

以上の基本的機能のほか、追加機能として、第
3図のグラフに波形cとして示すように通常レベ
ルdに対して、連続的に異常なレベルの電圧が維
持されるときこれを検知する。即ち、期待レベル
33(第3図h)に対し、電圧波形のレベルが異
常にかけ離れた(第3図f)状態になつたとき、
これを検出して、出力35を比較装置に与える。
In addition to the above basic functions, an additional function is to detect when a voltage is continuously maintained at an abnormal level with respect to the normal level d, as shown as waveform c in the graph of FIG. That is, when the level of the voltage waveform becomes abnormally different from the expected level 33 (Fig. 3 h) (Fig. 3 f),
This is detected and the output 35 is provided to the comparator.

尚、波形cの中にも通常、立上りの急な部分g
や波形cの異常レベルの部分に発生する急峻な波
形eは、前に述べた基本的機能により検知され
る。
In addition, there is usually a part g with a steep rise in the waveform c.
The steep waveform e that occurs in the abnormal level portion of the waveform c is detected by the basic function described above.

電圧検出器3の出力34及び35はアナログ信
号とすることもできるし、またデイジタル信号と
することもできる。
The outputs 34 and 35 of the voltage detector 3 can be analog signals or digital signals.

比較装置4は、電圧検出器3の出力34が発生
される回数または頻度を計り、その値が所定値を
越えたときに、警報装置5へ出力信号を出す。
The comparator 4 measures the number or frequency at which the output 34 of the voltage detector 3 is generated, and outputs an output signal to the alarm device 5 when the value exceeds a predetermined value.

異常電圧波形a,b,g,eが1回出るだけで
警報装置5に出力を出すようにすることもある
が、通常は異常電圧の発生が偶発的なものである
に過ぎない場合には、警報装置を動作させないた
め、頻度を計り頻度が一定値(例えば5分間に3
回)以上のときに限つて警報装置5に出力を与え
る。
In some cases, an output is output to the alarm device 5 when the abnormal voltage waveforms a, b, g, and e appear only once, but normally, when the occurrence of abnormal voltage is only an accidental occurrence, , in order to not activate the alarm device, the frequency is measured and the frequency is set to a constant value (for example, 3 times in 5 minutes).
An output is given to the alarm device 5 only in the above cases.

比較装置4はまた、電圧検出器3の出力35が
発生される回数または頻度を計り、その値が所定
値を越えたときにも、同様に警報装置5へ出力信
号を出す。出力信号35に対する所定値は、通常
発生回数1とされる。異常なレベルが継続されれ
ば、それだけで異常な状態になつていると判定す
るに十分だからである。
The comparator 4 also measures the number or frequency with which the output 35 of the voltage detector 3 is generated, and similarly issues an output signal to the alarm device 5 when the value exceeds a predetermined value. The predetermined value for the output signal 35 is normally the number of occurrences of one. This is because if the abnormal level continues, that alone is sufficient to determine that the condition is abnormal.

期待値発生器6は次のような機能を有する。同
期機が必要とする界磁電流Ifは、端子電圧、電機
子電流、力率により決まるが、例えば次のような
推定式によつて求められる。
The expected value generator 6 has the following functions. The field current If required by the synchronous machine is determined by the terminal voltage, armature current, and power factor, and can be obtained, for example, by the following estimation formula.

If=√ f12 f2+2f1 f2
……(1) 但し、If1、If2は発電機に固有の定数、 cosφは力率 kはφにより決まる定数である。
If=√ 2 f1 + 2 2 f2 +2 f1 f2
...(1) However, I f1 and I f2 are constants specific to the generator, cosφ is the power factor, and k is a constant determined by φ.

次に界磁電圧Vfは次式により求められる。 Next, the field voltage V f is determined by the following equation.

f=Rff ………(2) 但し、Rfは界磁巻線抵抗である。 V f =R f I f (2) However, R f is the field winding resistance.

このように求められた界磁電圧Vfの値を期待
レベル33としてスパイク電圧検出器3に与え
る。
The value of the field voltage V f thus determined is given to the spike voltage detector 3 as the expected level 33 .

尚、正常運転時の界磁電圧の実際の値でこの推
定値のベース値を補正することもできる。
Note that the base value of this estimated value can also be corrected using the actual value of the field voltage during normal operation.

また、sinφ(=√1−())のおよそ
の値を予想しておけば、kも決まり、期待値発生
器の内容を簡略化することができる。
Furthermore, by predicting the approximate value of sinφ (=√1−() 2 ), k can also be determined, and the contents of the expected value generator can be simplified.

警報装置5は、比較装置4からの信号を受けて
警報または同期機のトリツプ信号を出する。
The alarm device 5 receives the signal from the comparator 4 and issues an alarm or a trip signal for the synchronous machine.

以上のように本発明によれば、ブラシの相互間
の電圧の急峻な変化を検出し、この検出結果に基
いてブラシに異常事態が発生したことを判定する
こととしているので、コレクターリングおよびブ
ラシまわりの損傷の要因を早期に検出することが
でき、同期機の破損を未然に防止する保護を図る
ことができる。
As described above, according to the present invention, a steep change in the voltage between the brushes is detected, and based on this detection result, it is determined that an abnormal situation has occurred in the brushes. Causes of damage in the surroundings can be detected early, and protection can be provided to prevent damage to the synchronous machine.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明一実施例の監視装置を適用し得
る同期発電機の概略図、第2図は本発明一実施例
の監視装置のブロツク線図、第3図はコレクター
リング相互間の電圧波形を示す線図である。 1……同期発電機、2……励磁装置、3……異
常電圧検出器、4……比較装置、5……警報装
置、6……期待値発生器、11……界磁巻線、1
2……界磁回路コレクターリング、13……界磁
回路ブラシ。
Fig. 1 is a schematic diagram of a synchronous generator to which a monitoring device according to an embodiment of the present invention can be applied, Fig. 2 is a block diagram of a monitoring device according to an embodiment of the present invention, and Fig. 3 is a voltage between collector rings. FIG. 3 is a diagram showing waveforms. 1... Synchronous generator, 2... Excitation device, 3... Abnormal voltage detector, 4... Comparison device, 5... Alarm device, 6... Expected value generator, 11... Field winding, 1
2...Field circuit collector ring, 13...Field circuit brush.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 同期機の界磁電流供給のために用いられるブ
ラシにおける異常の発生を監視する同期機のブラ
シ監視装置において、 同期機の電機子電流に基いてその時の界磁電圧
に相当するブラシ相互間電圧の期待値を発生する
期待値発生回路と、 ブラシ相互間の電圧の急峻な変化を検出すると
ともに、前記ブラシ相互間の電圧のレベルを前記
期待値と比較し、前記期待値を基準としたとき前
記ブラシ相互間の電圧のレベルが異常である状態
が続いたときこれを検出する異常電圧検出器と、 前記急峻な変化の発生の回数または頻度を計り
この値が所定値を超えたときにブラシに異常が発
生したものと判定し、かつ前記電圧のレベルの異
常が続いたことが検出されたときブラシに異常が
発生したものと判定する判定回路と を備えた同期機のブラシ監視装置。
[Claims] 1. A brush monitoring device for a synchronous machine that monitors the occurrence of an abnormality in a brush used for supplying field current to a synchronous machine, comprising: an expected value generation circuit that generates a corresponding expected value of the voltage between the brushes; an abnormal voltage detector that detects when the voltage level between the brushes continues to be abnormal when the voltage level between the brushes is taken as a reference; A synchronous machine comprising: a determination circuit that determines that an abnormality has occurred in the brush when the voltage exceeds the voltage level, and determines that an abnormality has occurred in the brush when it is detected that the abnormality in the voltage level continues. brush monitoring device.
JP9697779A 1979-07-30 1979-07-30 Brush arc monitor for synchronizer Granted JPS5622531A (en)

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JP9697779A JPS5622531A (en) 1979-07-30 1979-07-30 Brush arc monitor for synchronizer

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JP9697779A JPS5622531A (en) 1979-07-30 1979-07-30 Brush arc monitor for synchronizer

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JPS5622531A JPS5622531A (en) 1981-03-03
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8779928B2 (en) * 2012-05-03 2014-07-15 General Electric Company Systems and methods to detect generator collector flashover

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JPS5622531A (en) 1981-03-03

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