WO2008044263A1 - Rotary electric unit monitoring apparatus and method of monitoring rotary electric unit - Google Patents

Rotary electric unit monitoring apparatus and method of monitoring rotary electric unit Download PDF

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    • G01J5/00—Radiation pyrometry, e.g. infrared or optical thermometry
    • G01J2005/0077—Imaging

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for monitoring temperature in a casing of a rotating electrical machine covered with a casing that does not transmit light.
  • a method for monitoring an abnormality in the temperature of a coil of a rotating electrical machine such as an electric motor
  • a method of evaluating the temperature based on the resistance value of the coil is known.
  • a method of measuring temperature by installing a sensor such as a resistance thermometer antibody or a thermocouple in the vicinity of the coil is also known.
  • Patent Documents 1 to 3 are known as spectroscopic analysis methods.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 6-288922
  • Patent Document 2 JP-A-7-198612
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 8-201361
  • the average temperature of the entire coil can be evaluated, but a local temperature rise cannot be detected.
  • the local temperature can be detected, but the temperature measurement position is limited to a specific point. Therefore, this cannot be detected when the temperature becomes abnormally high at other positions.
  • the number of sensors is required, which increases the cost. There is.
  • the method of detecting a partial discharge signal by electrostatic coupling of a specific one phase of the stator or the method of detecting a pulsed current signal by a high-frequency current transformer has a large influence of external noise. Real-time monitoring is difficult.
  • the present invention has been made in view of the above-described background art, and an object thereof is to easily detect at least a temperature abnormality of a rotating electrical machine.
  • Another object of the present invention is to easily detect a partial discharge abnormality of a rotating electrical machine almost in real time. Another object of the present invention is to easily analyze the gas in the casing of the rotating electrical machine. Furthermore, another object of the present invention is to perform the above-described various state detections related to the rotating electrical machine with a single device.
  • a rotating electrical machine monitoring apparatus is a rotating electrical machine monitoring apparatus that monitors a rotating electrical machine covered with a casing that does not transmit light.
  • a monitoring window which is provided so as to pass through a part and which transmits light and does not transmit gas; and a radiant light which is disposed outside the monitoring window and which is generated inside the casing and passes through the monitoring window.
  • a camera that receives image data and generates image data, and an arithmetic device that processes the image data.
  • the arithmetic device uses, as reference image data, image data based on black body radiation in a reference state in the housing.
  • Reference image data storage means for storing, and temperature calculation means for determining the temperature in the housing by comparing the image data with the reference image data.
  • the rotating electrical machine monitoring method is a rotating electrical machine monitoring method for monitoring a rotating electrical machine covered with a casing that does not transmit light, and transmits light through a part of the casing and transmits gas.
  • a monitoring window that does not transmit light is provided, and a camera that generates image data by receiving radiation that is generated inside the casing and transmitted through the monitoring window is disposed outside the monitoring window, and the casing
  • the image data of the black body radiation in the reference state is stored as reference image data, and the temperature in the housing is obtained by comparing the image data with the reference image data.
  • At least an abnormality in the temperature of the rotating electrical machine can be easily detected. Further, by utilizing the present invention, it is possible to easily detect a partial discharge abnormality of a rotating electrical machine almost in real time, to easily analyze a gas in a casing of the rotating electrical machine, and to the rotating electrical machine.
  • the various states can be detected by one apparatus.
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a state in which an embodiment of a rotating electrical machine monitoring device according to the present invention is installed in a rotating electrical machine.
  • FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of an optical processing unit of the rotating electrical machine monitoring apparatus of FIG. 1 and its surroundings.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing image data and the like in the optical processing section of FIG. 2 and its surroundings.
  • FIG. 4 is an enlarged longitudinal sectional view showing an adhesion heater in the rotating electrical machine monitoring apparatus of FIG.
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of a two-dimensional distribution of incident light to the light processing unit in the case where the object to be heated (auxiliary material) is not heated by the rotating electrical machine monitoring apparatus of FIG.
  • FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between the wavelength and the number of electrons in an embodiment of the rotating electrical machine monitoring apparatus according to the present invention.
  • FIG. 7 is a graph showing an example of the relationship between the temperature and the difference between the number of electrons at that temperature and the number of electrons at the reference temperature in an embodiment of the rotating electrical machine monitoring apparatus according to the present invention.
  • FIG. 8 is a time chart showing an example of a measurement process when heating of the adhesion heater in the rotating electrical machine monitoring apparatus of FIG. 1 is interrupted.
  • FIG. 9 is a diagram showing an example of a two-dimensional distribution of incident light to the light processing section when the object to be heated is heated in the rotating electrical machine monitoring apparatus of FIG.
  • FIG. 10 is an example of a graph showing the relationship between the number of electrons and the wavelength due to light from the heated object in FIG.
  • FIG.11 Compare the data in Fig. 10 with the data specific to the reference temperature and show the relationship between the number of electrons and the wavelength. It is an example of the graph to show.
  • FIG. 12 is an example of a graph showing the relationship between the concentration and the number of electrons used to determine the gas concentration based on the data in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic longitudinal sectional view showing another example of the positional relationship among the monitoring window, the light processing unit, and the camera in the rotating electrical machine monitoring apparatus of FIG. 1.
  • FIG. 14 is a schematic longitudinal sectional view showing an example in which a protective cover is attached to the joint portion of the monitoring window, the light processing unit, and the camera in FIG.
  • FIG. 15 is a schematic longitudinal sectional view showing an example in which a protective cover different from that shown in FIG. 14 is attached to the joint portion of the monitoring window, the light processing unit, and the camera shown in FIG.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing an example of connection between a camera and an arithmetic unit in a modification of the rotating electrical machine monitoring apparatus of FIG. 1.
  • Adhesion heater (auxiliary material heating device)
  • FIG. 1 is a schematic longitudinal sectional view showing a state in which the rotating electrical machine monitoring device is installed in the rotating electrical machine.
  • 2 is a block diagram showing the configuration of the optical processing unit of the rotating electrical machine monitoring device and its periphery
  • FIG. 3 is an explanatory diagram showing image data and the like in the optical processing unit and its periphery
  • FIG. 4 is the rotating electrical machine. It is an enlarged vertical sectional view showing an auxiliary material heating device (attachment heater) in the monitoring device.
  • the rotating electrical machine is, for example, an electric motor, and a stator 2 is disposed in a housing (frame) 1.
  • the casing 1 is made of, for example, steel and covers the entire stator 2 so that outside light does not enter the interior.
  • An opening is provided in the casing 1 at a position near the end 4 of the stator 2, and a monitoring window 5 is attached so as to close the opening.
  • the monitoring window 5 has a structure that transmits light and does not transmit gas, and can withstand an explosion in the case 1.
  • An optical processing unit 6 is attached to the outside of the monitoring window 5, and information obtained by the optical processing unit 6 is input to the camera 7 to generate image data.
  • the signal from the camera 7 is configured to be sent to the processing unit 9 through the cable 8 for processing.
  • the light processing unit 6 includes a photomultiplier tube 10 that increases the received photoelectrons, and the first optical path 20 and the second optical path through which the light exits the photomultiplier tube 10. And an optical distributor 11 that distributes the optical path 21 and the third optical path 22.
  • the light processing unit 6 includes a first condenser 12 and a second condenser 13 for condensing the light in the first optical path 20 and the second optical path 21, respectively, and the first condenser
  • the first spectroscope 14 and the second spectroscope 15 are provided for separating the light that has passed through the condenser 12 and the second condenser 13 according to their wavelengths.
  • the light emitted from the first spectroscope 14 and the second spectroscope 15 is imaged by the first spectroscopic image camera 7a and the second spectroscopic image camera 7b, respectively.
  • the light distributed from the light distributor 11 to the third optical path 22 is imaged by the 2D image camera 7c.
  • these cameras 7a, 7b, and 7c are collectively displayed as one camera 7.
  • the optical distributor 11 is for decomposing each photoelectron, and includes a first partial mirror (a first mirror) 23 and a second partial mirror 24.
  • the first partial mirror 23 is translucent over the entire surface, and a part (not necessarily half) of the incident light is transmitted to become the light to the third optical path 22.
  • the light that has not passed through the first partial mirror 23 is reflected by the first partial mirror 23 and is incident on the second partial mirror 24.
  • the second partial mirror 24 has an opening 24 a at the center thereof, and the central light passing through the opening 24 a passes through the second optical path 21.
  • the light incident on the peripheral portion of the second partial mirror 24 does not pass through the opening 24 a, is reflected by the second partial mirror 24, and travels along the first optical path 20.
  • the rotating electrical machine monitoring device further includes an adhesion heater 25.
  • Adhesive mouth The heater 25 is attached through the housing 1 near the monitoring window 5.
  • the adhesion heater 25 includes an electric heater 26 that is inserted and arranged in the housing 1, a heater power source 27 that sends electric power to the electric heater 26, and electric heating.
  • the object to be heated 28 is a metal material such as copper or aluminum.
  • the heated object 28 is arranged at a position where the camera 7 takes a picture through the monitoring window 5.
  • the intensity of radiation (electromagnetic wave) emitted from an object is a function of the surface temperature of the object. Therefore, by measuring the intensity of light emitted from each point on the object surface and comparing this with the intensity of light emitted from the same point at the reference temperature, the current temperature at that point can be estimated.
  • the light here includes not only visible light but also electromagnetic waves such as infrared rays and ultraviolet rays.
  • the temperature of each part is measured and the partial discharge abnormality is detected based on the principle of operation.
  • a portion that emits a strong electromagnetic wave and is considered to be high temperature for example, a portion surrounded by an ellipse B, is located at the high temperature position based on the strength of the electromagnetic wave. Find the temperature.
  • the light in the first optical path 20 in FIG. 3 is collected by the first condenser 12 and the spectrum by wavelength is performed by the first spectrometer 14 to select one or more appropriate wavelengths. And it is preferable to compare with the case of reference temperature with the electromagnetic wave component of the same wavelength.
  • the wavelength distribution curve 33 of the number of electrons due to radiation at a reference temperature for example, 20 ° C
  • the number of electrons due to radiation at the temperature (N ° C) in the measurement state A wavelength distribution 34 can be obtained.
  • N> 20 as shown in Fig. 6, the wavelength distribution 34 of the number of electrons due to radiation at the temperature in the measured state is the wavelength distribution curve 33 of the number of electrons due to radiation at the reference temperature (20 ° C).
  • the number of electrons is larger than
  • the difference between both electrons at a certain wavelength L1 is F1
  • the difference between both electrons at another wavelength L2 is F2.
  • F1 and F2 will be positive if the measured temperature is higher than the reference temperature.
  • the relationship between the difference F1 in the number of electrons at the wavelength L1 and the difference between the measurement temperature and the reference temperature can be drawn, for example, as shown by the solid line 35 in FIG.
  • the relationship between the difference in the number of electrons F2 at the wavelength L2 and the difference between the measured temperature and the reference temperature can be drawn as a dotted line 36 in FIG. 7, for example.
  • the difference in the number of electrons at the reference temperature (20 ° C) is naturally zero.
  • the number of electrons due to radiation can be measured at a reference temperature and a plurality of separately measured temperatures, and FIG. 6 and FIG. 7 can be created and stored. Then, by measuring the number of electrons when measuring the actual rotating electrical machine, the related force in FIG. 7 can be estimated.
  • the temperature can be estimated based on the number of electrons for one wavelength, but the temperature can be estimated based on the data for a plurality of wavelengths, and the results can be compared to compare the results. Can increase the sex. For example, the measurement accuracy can be improved by averaging a plurality of temperatures estimated based on these data.
  • the adhesion heater 25 is used in combination with other parts of the rotating electrical machine monitoring device such as the light processing unit 6 and the camera 7 to determine the occurrence of gas abnormality and the concentration of the gas in the casing 1 of the rotating electrical machine. is there.
  • the heated body (auxiliary material) 28 is attached to the electric heater 26 inserted in the housing 1, and the heated power supply 27 is turned on and off to repeatedly heat and cool the heated body 28. . While the body to be heated 28 is allowed to cool, the gas in the housing 1 adheres to the surface of the body 28 to be heated, and the surface material that has adhered to the surface of the body 28 to be heated by the subsequent heating is the gas. Turn into. By measuring the electromagnetic wave emitted at this time, the gas component and concentration in the housing 1 can be detected.
  • FIG. 8 is a time chart showing an example of a measurement process when heating of the adhesion heater 25 is interrupted. As shown in this figure, the object to be heated 28 is repeatedly heated and allowed to cool in a cycle of 10 minutes consisting of, for example, heating for 5 minutes and cooling for 5 minutes. Collection is performed.
  • FIG. 9 shows an example of a photoelectron image 71 input to the light processing unit 6 when the measurement is “ON” in FIG.
  • the electromagnetic wave emission part corresponding to the heat generation at the end 4 of the stator 2 of the rotating electrical machine including the part surrounded by the ellipse B) and the electromagnetic wave emission part due to abnormal discharge (enclosed by the ellipse A) (Part) is the same as Fig. 5.
  • the electromagnetic wave emission part appears in the part surrounded by the ellipse C. This portion corresponds to the emission of electromagnetic waves corresponding to the heat generated by the heated object 28.
  • FIG. 10 is an example of a graph showing the relationship between the wavelength and the number of electrons for the data of electromagnetic waves emitted from part C of FIG. 9, ie, the heated object 28.
  • This distribution curve is composed of a gentle distribution curve portion 40 similar to the distribution curve in FIG. 6 and a specific sudden rise force S portion 41 at several power wavelengths.
  • the gentle distribution curve portion 40 is a distribution curve according to temperature, as in FIG.
  • the sudden rising portion 41 is due to radiation corresponding to the substance that is attached to the surface of the heated body 28 and heated and the surface force is also released.
  • the wavelength of this specific sharp rising portion 41 (natural peak wavelength) varies depending on the type of gas. So this rising By examining the wavelength of portion 41, the type of gas can be determined.
  • FIG. 11 is an example of a graph showing the relationship between the number of electrons and the wavelength by comparing the data in FIG. 10 with data specific to the reference temperature.
  • the intrinsic number of electrons Dl, D2, and D3 for each wavelength Ql, Q2, and Q3.
  • By measuring the number of electrons due to electromagnetic wave generation in an actual rotating electrical machine and comparing this with the calibration curve it can be converted to a gas concentration corresponding to a specific wavelength.
  • the electric heater 26 and the heated object 28 are separated from each other.
  • the electric heater 26 and the heated object 28 are connected to each other by using the heated object 28 itself as an electric resistor. It may be the same.
  • an alarm may be issued when a temperature abnormality of a rotating electrical machine, a discharge abnormality, a gas abnormality in a casing, or the like is detected.
  • FIG. 13 shows a modification of the structure in which the optical processing unit 6 of the rotating electrical machine monitoring apparatus shown in FIG. 1 is attached to the monitoring window 5.
  • the light processing unit 6 is attached to the monitoring window 5 in an oblique direction.
  • the mounting tool 50 is attached to the housing 1 or the monitoring window 5 so that the light of the mounting portion does not leak out.
  • a junction protective cover 51 is further arranged so as to cover the junction between the monitoring window 5 and the light processing unit 6 and the junction between the light processing unit 6 and the camera 7.
  • FIG. 15 shows a modification of the structure of FIG.
  • FIG. 16 shows an example in which the signal path between the camera 7 and the arithmetic unit 9 is different from those shown in FIGS.
  • the transmitter 60 is disposed on the camera 7 side
  • the receiver 61 is disposed on the arithmetic device 9 side
  • the transmission path 62 connects the transmitter 60 and the receiver 61.
  • the transmission path 62 may be wireless.

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Description

明 細 書
回転電機監視装置および回転電機監視方法
技術分野
[0001] この発明は、光を透過しない筐体で覆われた回転電機の筐体内の温度などを監視 する装置および方法に関する。
背景技術
[0002] 従来、電動機などの回転電機のコイルの温度の異常を監視する方法として、コイル の抵抗値によって温度を評価する方法が知られている。また、コイルの近傍に測温抵 抗体や熱電対などのセンサを設置して温度を測定する方法も知られている。
[0003] また、回転電機の固定子の絶縁状態の診断のために、固定子に生じている部分放 電パルスの大きさと頻度を評価することが行なわれている。このために、特定の 1相の 静電結合により部分放電信号を検知する方法と、パルス性電流の信号を高周波変 流器によって検知する方法が知られて 、る。
[0004] また、回転電機の筐体内のガスの異常発生を検知する方法として、筐体内のガスを 抽出してマクロ分析装置などにかけて分析する方法が知られている。
[0005] なお、分光分析方法として、特許文献 1〜3の文献が知られている。
特許文献 1：特開平 6 - 288922号公報
特許文献 2：特開平 7— 198612号公報
特許文献 3：特開平 8— 201361号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] コイルの抵抗値によって温度を評価する方法では、コイル全体の平均温度を評価 することはできるが、局所的な温度上昇を検出することができない。
[0007] また、コイルの近傍に測温抵抗体や熱電対などのセンサを設置して温度を測定す る方法によると、局所的な温度を検出できるが、温度測定位置が特定の点に限られ るので、それ以外の位置で異常高温になった場合にこれを検出できない。この温度 測定位置を増やすためにはその数のセンサが必要となり、コストがかさむという課題 がある。
[0008] また、固定子の特定の 1相の静電結合により部分放電信号を検知する方法や、パ ルス性電流の信号を高周波変流器によって検知する方法では、外部ノイズの影響が 大きぐリアルタイムの監視が困難である。
[0009] また、回転電機の筐体内のガスを抽出してマクロ分析装置などにかけて分析する方 法ではリアルタイムの監視が困難である。
[0010] さらに、従来の技術では、回転電機の温度、部分放電、筐体内のガス分析にはそ れぞれ別個のセンサが必要である。
[0011] この発明は、上記背景技術に鑑みてなされたものであって、その目的は、少なくとも 回転電機の温度の異常を簡単に検出することにある。
[0012] また、この発明の他の目的は、回転電機の部分放電異常をほぼリアルタイムで簡単 に検知することにある。さらに、この発明の他の目的は、回転電機の筐体内のガスの 分析を簡単に行なうことにある。さらに、この発明の他の目的は、回転電機に関する 上記種々の状態検出を一つの装置で行なうことにある。
課題を解決するための手段
[0013] 上記目的を達成するために、この発明に係る回転電機監視装置は、光を透過しな い筐体で覆われた回転電機を監視する回転電機監視装置であって、前記筐体の一 部を貫通するように設けられて、光を透過しガスを透過しない監視窓と、前記監視窓 の外側に配置されて、前記筐体の内側で発生して前記監視窓を透過する輻射光を 受光して画像データを生成するカメラと、前記画像データを処理する演算装置と、を 有し、前記演算装置は、前記筐体内の基準状態の黒体輻射による画像データを基 準画像データとして保存する基準画像データ保存手段と、前記画像データを前記基 準画像データと比較することによって前記筐体内の温度を求める温度演算手段と、 を有すること、を特徴とする。
[0014] また、この発明に係る回転電機監視方法は、光を透過しない筐体で覆われた回転 電機を監視する回転電機監視方法であって、前記筐体の一部で光を透過しガスを 透過しない監視窓を設け、前記筐体の内側で発生して前記監視窓を透過する輻射 光を受光して画像データを生成するカメラを前記監視窓の外側に配置し、前記筐体 の基準状態の黒体輻射による画像データを基準画像データとして保存し、前記画像 データを前記基準画像データと比較することによって前記筐体内の温度を求めること 、を特徴とする。
発明の効果
[0015] この発明によれば、少なくとも回転電機の温度の異常を簡単に検出することができ る。また、この発明を利用することによって、回転電機の部分放電異常をほぼリアルタ ィムで簡単に検知すること、回転電機の筐体内のガスの分析を簡単に行なうこと、そ して、回転電機に関する上記種々の状態検出を一つの装置で行なうことができる。 図面の簡単な説明
[0016] [図 1]本発明に係る回転電機監視装置の一実施形態を回転電機に設置した状態を 示す模式的縦断面図である。
[図 2]図 1の回転電機監視装置の光処理部およびその周辺の構成を示すブロック図 である。
[図 3]図 2の光処理部およびその周辺における画像データなどを示す説明図である。
[図 4]図 1の回転電機監視装置における付着加熱器を示す拡大縦断面図である。
[図 5]図 1の回転電機監視装置にぉ 、て被加熱体 (補助材)を加熱しな 、場合におけ る光処理部への入射光の 2次元分布の例を示す図である。
[図 6]本発明に係る回転電機監視装置の一実施形態における波長と電子数の関係 の例を示すグラフである。
[図 7]本発明に係る回転電機監視装置の一実施形態において、温度と、その温度に おける電子数と基準温度における電子数との差との関係の例を示すグラフである。
[図 8]図 1の回転電機監視装置における付着加熱器の加熱を断続する場合の測定ェ 程の例を示すタイムチャートである。
[図 9]図 1の回転電機監視装置において被加熱体を加熱した場合における光処理部 への入射光の 2次元分布の例を示す図である。
[図 10]図 9の被加熱体からの光による電子数と波長との関係を示すグラフの例である
[図 11]図 10のデータを基準温度の固有のデータと比較して電子数と波長との関係を 示すグラフの例である。
[図 12]図 11のデータに基づ 、てガス濃度を求めるために利用される濃度と電子数の 関係を示すグラフの例である。
[図 13]図 1の回転電機監視装置における監視窓と光処理部およびカメラの配置関係 の他の例を示す模式的縦断面図である。
[図 14]図 13の監視窓と光処理部およびカメラの接合部に保護カバーを取り付けた場 合の例を示す模式的縦断面図である。
[図 15]図 14の監視窓と光処理部およびカメラの接合部に図 14とは異なる保護カバ 一を取り付けた場合の例を示す模式的縦断面図である。
[図 16]図 1の回転電機監視装置の変形例におけるカメラと演算装置の接続例を示す 模式的構成図である。
符号の説明
1 筐体
2 固定子
4 端部
5 監視窓
6 光処理部
7 カメラ
7a 第 1の分光画像カメラ
7b 第 2の分光画像カメラ
7c 2D画像カメラ
8 ケーブル
9 演算装置
10 光電子増倍管
11 光分配器
12 第 1の集光器
13 第 2の集光器
14 第 1の分光器 15 第 2の分光器
20 第 1の光路
21 第 2の光路
22 第 3の光路
23 第 1の部分鏡
24 第 2の部分鏡
24a 開口
25 付着加熱器 (補助材加熱装置)
26 カロ熱
27 加熱器電源
28 被加熱体 (補助材）
29 表面温度センサ
30 表面温度測定器
50 取り付け具
51, 52, 53 接合部保護カバー
60 発信機
61 受信機
62 伝送路
70, 71 画像
発明を実施するための最良の形態
[0018] 以下に、図面を参照しながら、本発明に係る回転電機監視装置およびその監視方 法の一実施形態について説明する。
[0019] はじめに、図 1〜図 4を参照しながら、この実施形態の回転電機監視装置の構成を 説明する。ここで、図 1はこの回転電機監視装置を回転電機に設置した状態を示す 模式的縦断面図である。また図 2はこの回転電機監視装置の光処理部およびその周 辺の構成を示すブロック図、図 3はその光処理部およびその周辺における画像デー タなどを示す説明図、図 4はこの回転電機監視装置における補助材加熱装置 (付着 加熱器)を示す拡大縦断面図である。 [0020] 図 1において、回転電機はたとえば電動機であって、筐体 (フレーム） 1内に固定子 2が配置されている。筐体 1は、たとえば鋼製であって、固定子 2全体を覆っており、 外光が内部に入らな 、ようになって 、る。固定子 2の端部 4に近 、位置の筐体 1には 開口が設けられ、この開口を塞ぐように監視窓 5が取り付けられている。監視窓 5は光 を透過してガスは透過しな 、構造であって、筐体 1内部で爆発があった場合でもそれ に耐えうる構造になって 、る。
[0021] 監視窓 5の外側には光処理部 6が取り付けられ、この光処理部 6によって得られた 情報がカメラ 7に入力されて画像データが生成される。カメラ 7からの信号は、ケープ ル 8を通じて演算装置 9へ送られて処理されるように構成されて 、る。
[0022] 図 2および図 3に示すように、光処理部 6は、受光した光電子を増やす光電子増倍 管 10と、この光電子増倍管 10を出た光を第 1の光路 20、第 2の光路 21および第 3の 光路 22に分配する光分配器 11とを有する。また、光処理部 6は、第 1の光路 20およ び第 2の光路 21の光をそれぞれ集光する第 1の集光器 12および第 2の集光器 13と 、第 1の集光器 12および第 2の集光器 13を通った光をその波長によってそれぞれ分 光する第 1の分光器 14および第 2の分光器 15を有する。
[0023] 第 1の分光器 14および第 2の分光器 15を出た光はそれぞれ、第 1の分光画像カメ ラ 7aおよび第 2の分光画像カメラ 7bにて画像化される。また、光分配器 11から第 3の 光路 22に分配された光は 2D画像カメラ 7cにて画像ィ匕される。なお、図 1では、これ らのカメラ 7a、 7b、 7cをまとめて一つのカメラ 7として表示している。
[0024] 光分配器 11は各光電子を分解するものであって、第 1の部分鏡 (ノヽ一フミラー） 23 と第 2の部分鏡 24とを内蔵している。第 1の部分鏡 23はその全面にわたって半透明 であって、入射光の一部分 (半分とは限らない）が透過して第 3の光路 22への光とな る。第 1の部分鏡 23を透過しなカゝつた光は第 1の部分鏡 23で反射して第 2の部分鏡 24へ入射される。第 2の部分鏡 24はその中央に開口 24aがあり、この開口 24aを通り 抜けた中央の光は第 2の光路 21を通る。一方、第 2の部分鏡 24の周辺部に入射さ れた光は開口 24aを通らず、第 2の部分鏡 24で反射されて第 1の光路 20に沿って進 む。
[0025] 図 1に示すように、回転電機監視装置にはさらに、付着加熱器 25を有する。付着力口 熱器 25は、監視窓 5の近くで筐体 1を貫通して取り付けられている。
[0026] 図 4に示すように、付着加熱器 25は、筐体 1内に挿入されて配置された電気加熱 器 26と、この電気加熱器 26に電力を送る加熱器電源 27と、電気加熱器 26によって 加熱される被加熱体 (補助材) 28と、被加熱体 28の表面温度を測定するための表面 温度センサ 29と、表面温度センサ 29によって被加熱体 28の表面温度を測定する表 面温度測定器 30とを有する。被加熱体 28は、たとえば銅やアルミニウムの金属材料 である。図 1に示すように、被加熱体 28は、監視窓 5を通じてカメラ 7に撮影される位 置に配置されている。
[0027] 次に、上記構成の回転電機監視装置の作用について説明する。
[0028] はじめに、付着加熱器 25を動作させな 、場合にっ 、て説明する。この場合は、カロ 熱器電源 27をまったく入れない場合であって、上記構成のうちの付着加熱器 25がな V、場合であっても同様である。
[0029] 一般に、物体から放出される輻射光 (電磁波）の強度は、その物体の表面温度の関 数である。したがって、物体表面の各点から出る光の強度を測定し、これを、基準温 度における同じ点から出る光の強度と比較することにより、その点の現在の温度を推 定することができる。ここでいう光は、可視光のほか、赤外線や紫外線などの電磁波 を含む。
[0030] また、回転電機の固定子コイルの絶縁不良などによる部分放電がある場合には、こ の放電による電磁波が発生する。この原理により、回転電機監視装置の部分放電異 常を、発生する電磁波から検出することができる。
[0031] この実施形態では、カゝかる原理により、回転電機監視装置から放出される電磁波を 測定することによって、各部の温度を測定するとともに、部分放電異常を検出するも のである。
[0032] すなわち、回転電機の固定子 2の端部 4を軸方向から臨む向きで監視窓 5を通じて 黒体輻射の状況をカメラ 7で撮影すると、たとえば図 5のような画像 70が得られる。固 定子 2の端部 4の高温部からの輻射が強 、ので、その部分が特に強!、光を放射して おり、この画像から、回転電機のどの部分が高温になっているかがわかる。図 5の楕 円 Aで囲まれた部分は、他の固定子端部に比べて極端に強い電磁波が出ており、こ の部分での絶縁劣化によるコロナ放電が起こって 、る疑 、があることがわかる。このよ うな異常の判定は、正常時の画像データを保存しておいて、これと比較することによ つて容易に行なうことができる。この画像データ収集は、図 3に示す第 3の光路 22を 通じて行なわれる。
[0033] さらに、図 5の画像 70において強い電磁波を放射していて高温であると考えられる 部分、たとえば楕円 Bで囲まれた部分については、その電磁波の強さに基づいてそ の高温位置の温度を求める。この場合に、図 3の第 1の光路 20の光を第 1の集光器 1 2で集め、第 1の分光器 14で波長による分光を行ない、一つまたは複数の適当な波 長を選択して、同じ波長の電磁波成分で基準温度の場合と比較するのが好ましい。
[0034] すなわち、図 6に示すように、基準温度、たとえば 20°Cの場合の輻射による電子数 の波長分布曲線 33と、測定状態の温度 (N°C)の場合の輻射による電子数の波長分 布 34を得ることができる。 N> 20の場合は、図 6に示すように、測定状態の温度の場 合の輻射による電子数の波長分布 34の方が基準温度（20°C)の輻射による電子数 の波長分布曲線 33よりも電子数が大きくなる。ここで、ある波長 L1における両電子数 の差を F1とし、他の波長 L2における両電子数の差を F2とする。測定状態の温度が 基準状態の温度よりも高ければ F1および F2は正の値になる。
[0035] 次に、波長 L1における電子数の差 F1と、測定温度と基準温度の差の関係を、たと えば、図 7の実線 35のよう描くことができる。同様に、波長 L2における電子数の差 F2 と、測定温度と基準温度の差の関係を、たとえば、図 7の点線 36のよう描くことができ る。実線 35、点線 36ともに、基準温度（20°C)での電子数差は当然にゼロである。
[0036] 基準温度および別途測定された複数の温度において、輻射による電子数を測定し て、図 6および図 7をあら力じめ作成して保存しておくことができる。そして、実際の回 転電機の測定の際に、電子数を測定することにより、図 7の関係力 そのときの温度 を推定することができる。この場合に、一つの波長についての電子数に基づいて温 度を推定することもできるが、複数の波長についてのデータに基づいて温度を推定し 、これらの結果を比較することによって、データの信頼性を高めることができる。また、 たとえばこれらのデータに基づいて推定された複数の温度を平均することによって測 定精度を高めることができる。 [0037] 次に、上記構成の回転電機監視装置において、付着加熱器 (補助材加熱装置) 25 を動作させる場合の作用について説明する。付着加熱器 25は、光処理部 6やカメラ 7などの回転電機監視装置の他の部分と組み合わせて、回転電機の筐体 1内のガス の異常発生やそのガスの濃度を求めるためのものである。
[0038] 筐体 1内に挿入された電気加熱器 26に被加熱体 (補助材) 28を取り付け、加熱器 電源 27の電源を断続することによって、被加熱体 28の加熱と放冷を繰り返す。被カロ 熱体 28が放冷されている間に筐体 1内のガスが被加熱体 28の表面に付着し、その 後の加熱によって被加熱体 28の表面に付着していた表面物質がガス化する。このと きに放出される電磁波を測定することにより、この筐体 1内のガスの成分と濃度を検出 することができる。
[0039] 図 8は、付着加熱器 25の加熱を断続する場合の測定工程の例を示すタイムチヤ一 トである。この図に示すように、被加熱体 28は、たとえば 5分間の加熱と 5分間の放冷 とからなる 10分の周期で加熱と放冷が繰り返され、加熱されている間に光電子デー タの採取が行なわれる。
[0040] 図 9は、図 8の測定「オン」のときに光処理部 6に入力される光電子の画像 71の例を 示す。図 9で、回転電機の固定子 2の端部 4の発熱に対応する電磁波の放出部 (楕 円 Bで囲まれた部分を含む)や異常放電による電磁波の放出部 (楕円 Aで囲まれた 部分）については図 5と同様である。図 9ではさらに、楕円 Cで囲まれた部分での電磁 波の放出部が現れている。この部分は、被加熱体 28の発熱に対応する電磁波の放 出に対応している。
[0041] 図 10は、図 9の C部、すなわち被加熱体 28から発する電磁波のデータについて、 波長と電子数の関係を示すグラフの例である。この分布曲線は、図 6の分布曲線と同 様ななだらかな分布曲線部分 40と、いくつ力の波長における特異的な急激な立ち上 力 Sり部分 41とからなっている。なだらかな分布曲線部分 40は、図 6と同様に、温度に 応じた分布曲線になっている。
[0042] 一方、急激な立ち上がり部分 41は、被加熱体 28の表面に付着して加熱されて表 面力も放出された物質に応じた輻射による。この特異的な急激な立ち上がり部分 41 の波長（固有ピーク波長）は、ガスの種類によって異なる。したがって、この立ち上がり 部分 41の波長を調べることによって、ガスの種類を知ることができる。
[0043] さらに、この立ち上がり部分 41の立ち上がり高さを測定することにより、筐体 1内に おけるそのガス成分の濃度を求めることができる。このようすを図 11および図 12に示 す。
[0044] 図 11は図 10のデータを、基準温度の固有のデータと比較して電子数と波長との関 係を示すグラフの例である。この図の例では、三種類の波長 Ql、 Q2、 Q3で固有の 急激な電子数増加（立ち上がり）がある。このグラフと基準温度の固有のデータと比 較することによって、各波長 Ql、 Q2、 Q3の固有の増加電子数 Dl、 D2、 D3を測定 できる。各波長 Ql、 Q2、 Q3に対応するガスについてあらかじめ既知の多数種類の 濃度の場合の固有の増加電子数を測定して、図 12に示すような濃度対電子数の関 係 (校正曲線)を求めて、そのデータを保存しておく。実際の回転電機での電磁波発 生による電子数を測定し、これと校正曲線とを比較することにより、特定波長に対応 するガスの濃度に換算することができる。
[0045] 上記の構成例では、電気加熱器 26と被加熱体 28を別体としたが、被加熱体 28自 体を電気抵抗体とすることにより、電気加熱器 26と被加熱体 28を同一のものとしても よい。
[0046] 以上説明したようにして、回転電機の温度の異常、放電の異常発生や筐体内でガ スの異常発生などが検出された場合に、警報を発するようにしてもょ 、。
[0047] 図 13は、図 1に示した回転電機監視装置の光処理部 6を監視窓 5に取り付ける構 造の変形例を示す。この図の例では、監視窓 5に対して光処理部 6が斜めの向きに 取り付けられている。この場合、この取り付け部力も光が洩れて入らないように、取り 付け具 50が、筐体 1または監視窓 5に取り付けられている。図 14の例ではさらに、こ の監視窓 5と光処理部 6の接合部および光処理部 6とカメラ 7との接合部を覆うように 接合部保護カバー 51が配置されている。図 15は図 14の構造の変形例を示すもので 、監視窓 5と光処理部 6の接合部を覆う接合部保護カバー 52と、光処理部 6とカメラ 7 との接合部を覆う接合部保護カバー 53とを分離したものである。さらに他の変形例と して、接合部保護カバーに代えて、または、接合部保護カバーに加えて、パテ材で 隙間を埋めることや、あるいは、接合部を半田付けすることなども可能である。 図 16は、カメラ 7と演算装置 9との間の信号経路が、図 1や図 13に示す場合とは異 なる例を示す。この例では、カメラ 7側に発信機 60を配置し、演算装置 9側に受信機 61を配置して、発信機 60と受信機 61の間を伝送路 62で結んでいる。伝送路 62は 無線であってもよい。

Claims

請求の範囲
[1] 光を透過しない筐体で覆われた回転電機を監視する回転電機監視装置であって、 前記筐体の一部を貫通するように設けられて、光を透過しガスを透過しな 、監視窓 と、
前記監視窓の外側に配置されて、前記筐体の内側で発生して前記監視窓を透過 する輻射光を受光して画像データを生成するカメラと、
前記画像データを処理する演算装置と、
を有し、
前記演算装置は、前記筐体内の基準状態の黒体輻射による画像データを基準画 像データとして保存する基準画像データ保存手段と、前記画像データを前記基準画 像データと比較することによって前記筐体内の温度を求める温度演算手段と、を有 すること、
を特徴とする回転電機監視装置。
[2] 前記監視窓を透過した輻射光を電子に変えて増倍させて前記カメラに送る光電子 増倍管をさらに有すること、を特徴とする請求項 1に記載の回転電機監視装置。
[3] 前記監視窓を透過した輻射光を波長によって分光する分光器をさらに有し、
前記温度演算手段は、少なくとも一つの特定の波長の光について、前記画像デー タを前記基準画像データと比較することによって前記筐体内の温度を求めるものであ ること、
を特徴とする請求項 1に記載の回転電機監視装置。
[4] 前記温度演算手段は、少なくとも二つの特定の波長の光について、前記画像デー タを前記基準画像データと比較することによって前記筐体内の温度を求め、それによ つて求められた温度の平均を求める手段を含むこと、を特徴とする請求項 3に記載の 回転電機監視装置。
[5] 前記演算装置は、前記画像データを前記基準画像データと比較することによって、 前記筐体内の異常電磁波の発生およびその発生位置を判定する手段をさらに含む こと、を特徴とする請求項 1に記載の回転電機監視装置。
[6] 前記監視窓を通して前記カメラで監視できる位置の前記筐体内に配置された被カロ 熱体と、
前記被加熱体を加熱する加熱器と、
前記被加熱体の温度を測定する温度計と、
をさらに有し、
前記演算装置は、前記被加熱体を前記加熱器で加熱することによって前記被加熱 体に付着していた物質を気化させたときに前記カメラで得られた前記画像データの 波長分布と前記基準画像データの波長分布とを比べることにより、固有ピーク波長を 抽出する固有ピーク波長抽出手段をさらに含むこと、
を特徴とする請求項 1に記載の回転電機監視装置。
[7] 前記演算装置は、前記固有ピーク波長に基づいて前記筐体内のガス成分を判定 する手段を含むこと、を特徴とする請求項 6に記載の回転電機監視装置。
[8] 前記演算装置は、前記画像データの前記固有ピーク波長における輻射光の強度 に基づいて前記筐体内の特定のガス成分の濃度を求める手段をさらに含むこと、を 特徴とする請求項 7に記載の回転電機監視装置。
[9] 前記カメラと演算装置はケーブルによって接続されていることを特徴とする請求項 1 に記載の回転電機監視装置。
[10] 前記カメラには前記画像データを送信する発信機が取り付けられ、前記演算装置 には前記カメラから送信された前記画像データを受信する受信機が取り付けられて
V、ること、を特徴とする請求項 1に記載の回転電機監視装置。
[11] 前記監視窓と前記カメラの間で外部から光が入るのを抑制するための保護カバー をさらに有すること、を特徴とする請求項 1に記載の回転電機監視装置。
[12] 前記演算装置は、前記画像データが前記基準画像データと比較して所定の幅を 超えて相違する場合に警報を発する警報装置をさらに有すること、を特徴とする請求 項 1に記載の回転電機監視装置。
[13] 光を透過しない筐体で覆われた回転電機を監視する回転電機監視方法であって、 前記筐体の一部で光を透過しガスを透過しない監視窓を設け、
前記筐体の内側で発生して前記監視窓を透過する輻射光を受光して画像データ を生成するカメラを前記監視窓の外側に配置し、 前記筐体の基準状態の黒体輻射による画像データを基準画像データとして保存し 前記画像データを前記基準画像データと比較することによって前記筐体内の温度 を求めること、
を特徴とする回転電機監視方法。
[14] 前記監視窓を透過した輻射光を光電子増倍管によって電子に変えて増倍させて前 記カメラに送ること、を特徴とする請求項 13に記載の回転電機監視方法。
[15] 前記監視窓を透過した輻射光を波長によって分光し、
少なくとも一つの特定の波長の光にっ 、て、前記画像データを前記基準画像デー タと比較することによって前記筐体内の温度を求めること、
を特徴とする請求項 13に記載の回転電機監視方法。
[16] 少なくとも二つの特定の波長の光について、前記画像データを前記基準画像デー タと比較することによって前記筐体内の温度を求め、それによつて求められた温度の 平均を求めること、を特徴とする請求項 15に記載の回転電機監視方法。
[17] 前記画像データを前記基準画像データと比較することによって、前記筐体内の異 常電磁波の発生およびその発生位置を判定すること、を特徴とする請求項 13に記載 の回転電機監視方法。
[18] 前記筐体内で前記監視窓を通して前記カメラで監視できる位置に被加熱体を配置 し、
前記被加熱体を断続的に加熱し、
前記被加熱体の温度を測定し、
前記被加熱体を加熱することによって前記被加熱体に付着していた物質を気化さ せたときに前記カメラで得られた前記画像データの波長分布と前記基準画像データ の波長分布とを比べることにより、固有ピーク波長を抽出し、
前記固有ピーク波長に基づいて前記筐体内のガス成分を判定すること、 を特徴とする請求項 13に記載の回転電機監視方法。
[19] 前記画像データの前記固有ピーク波長における輻射光の強度に基づいて前記筐 体内の特定のガス成分の濃度を求めること、を特徴とする請求項 18に記載の回転電 機監視方法。
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