WO2021029104A1

WO2021029104A1 - 回転電機の診断システム及び診断方法

Info

Publication number: WO2021029104A1
Application number: PCT/JP2020/013029
Authority: WO
Inventors: 勇一郎吉武; 雄太伊藤
Original assignee: 株式会社日立製作所
Priority date: 2019-08-09
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2021-02-18
Also published as: JP7217682B2; JP2021028591A; TWI735253B; TW202107106A

Abstract

本発明は、磁性楔の、固定子または回転子のコアのスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出し、回転電機の異常を検出可能な、回転電機の診断システムと診断方法を提供する。本発明による回転電機の診断システム（１０）は、回転電機（１）のコイルに接続された往復ケーブル（５）に設置され、往復ケーブル（５）に流れる往復電流を計測する電流センサ（２）と、電流センサ（２）が計測した往復電流を入力し、往復電流から、コイルに流入する電流（Ｉ１）とコイルから流出する電流（Ｉ２）の差分である漏れ電流を求める診断装置（２０）とを備える。診断装置（２０）は、漏れ電流の波形から漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めたスペクトルが、回転電機（１）が正常な場合における漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、回転電機（１）が異常であると判断する。

Description

回転電機の診断システム及び診断方法

　本発明は、電動機、発電機、及び誘導機などの回転電機の診断システムと診断方法に関する。

　電動機、発電機、及び誘導機などの回転電機は、突発的な故障を起こすと、ユーザのシステム全体に対して想定外の稼動停止をもたらし、社会生活に大きな損失を与える恐れがあり得る。例えば、各種の生産工場において回転電機が予期せぬタイミングで停止すると、製作中の製品をすべて失い、発注先への納期が遅れる場合がある。また、発電所における突発的な発電機の停止は、経済的に大きな損失を生じうる。回転電機の故障原因のうち、軸受に関するものが３５％で絶縁に関するものが３５％であるという報告があり、これらの故障を発生前に未然に防ぐことは、回転電機の安定した稼働に大きく貢献する。

　近年、材料や装置構造における技術革新によって、回転電機を含めた電気機器は、機器の信頼性と製造容易性などのトレードオフとなる事象に対し、バランス良く設計されるようになってきた。しかし、周囲環境や稼働条件が過酷な場合において、電気機器が故障するケースも散見されるようになり、安価かつ高精度な診断技術を併用することの重要性が高くなっている。

　回転電機の従来の診断システムの例として、特許文献１には、三相給電電路の零相電流を計測し、計測した零相電流から抽出した高調波成分に基づいて、各相の給電電路の絶縁抵抗値を導出する絶縁劣化診断装置が記載されている。また、特許文献２には、回転電機の各相の引き出し線のそれぞれに取り付けられた電流センサと、全ての相の引き出し線に一括して取り付けられた電流センサを使用することによって、零相電流と固定子巻線の絶縁材を介して流れる漏れ電流を計測して、軸受の劣化と固定子巻線の絶縁の劣化を診断する劣化診断システムが記載されている。

特開２０１３－１３０４４０号公報特開２０１５－２１５２７５号公報

　回転電機は、固定子と回転子を備え、固定子と回転子のコアに設けられたスロット内にコイルが収納される。スロット内に配置されたコイルは、表面が絶縁層で覆われている。コイルがスロットから脱落するのを防ぐために、スロットの開口部に磁性楔が設置される。

　回転電機の事故の要因のうちで多くの割合を占めるのは、磁性楔がスロットから脱落したりスロットに対して緩くなったりすることによるコイルの破損である。磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みが生じると、磁性楔や磁性楔の破片が、スロット内に配置されたコイルを覆う絶縁層を破壊し、回転電機に絶縁破壊が起こって異常が生じ得る。

　特許文献１や特許文献２に記載されたような従来の診断システムでは、磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出できない。このため、従来は、主に目視により磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出しており、検出に必要な労力が大きく、見落としによる検出漏れがあると、コイルが破損して回転電機に絶縁破壊が起こる可能性があるという課題がある。このため、磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みという、回転電機の異常を検出できる診断システムが望まれている。

　本発明は、磁性楔の、固定子または回転子のコアのスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出し、回転電機の異常を検出可能な、回転電機の診断システムと診断方法を提供することを目的とする。

　本発明による回転電機の診断システムは、回転電機のコイルに接続された往復ケーブルに設置され、前記往復ケーブルに流れる往復電流を計測する電流センサと、前記電流センサが計測した前記往復電流を入力し、前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める診断装置とを備える。前記診断装置は、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する。

　本発明による回転電機の診断方法は、回転電機のコイルに接続された往復ケーブルに設置された電流センサで、前記往復ケーブルに流れる往復電流を計測する計測工程と、前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める漏れ電流取得工程と、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する診断工程とを備える。

　本発明によると、磁性楔の、固定子または回転子のコアのスロットからの脱落やスロットに対する緩みを検出し、回転電機の異常を検出可能な、回転電機の診断システムと診断方法を提供することができる。

本発明の実施例１による診断システムの構成を示す図。対地漏れ電流の時間変化の例を示す図。磁性楔が正常な場合における、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルの例を示す図。磁性楔が異常な場合における、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルの例を示す図。本発明の実施例２において、図２に示した対地漏れ電流の時間変化の例にて周波数分析を行う時間帯を示した図。本発明の実施例３による診断システムの構成を示す図。本発明の実施例１による診断システムと、診断システムが診断する回転電機を示すブロック図。回転電機の固定子の一部を示す図。複数条のケーブルからなる給電ケーブルが一対となって構成されている往復ケーブルに設置されている電流センサを示す図。

　回転電機では、固定子と回転子のコアに設けられたスロットに設置された磁性楔がスロットから脱落したりスロットに対して緩くなったりすると、回転電機から漏れる磁場が歪む。従って、回転電機から漏れる磁場の変歪を検出すると、絶縁事故の要因のうちで比率の多い磁性楔の脱落や緩みを検出できる。回転電機から漏れる磁場の変歪は、スロット内に配置されたコイルからコイルの表面を覆う絶縁層にのみ漏れ流れる電流（以下、「対地漏れ電流」と称する）の高調波成分に現れる。

　本発明では、回転電機のコイルの各相に繋がる往復ケーブルに流れる往復電流を１つの電流センサで計測し、往復電流の差分を求めることで、対地漏れ電流を計測する。往復ケーブルとは、回転電機のコイルに流入する電流とコイルから流出する電流が流れる一対のケーブルのことである。往復電流の差分とは、コイルに流入する電流とコイルから流出する電流の差分（往復ケーブルの一方に流れる電流と他方に流れる電流の差分）のことである。対地漏れ電流は、電流センサが計測した往復電流から、往復電流の差分として求められる。

　本発明では、計測した対地漏れ電流に対して周波数分析を実施することで、磁性楔の、コアのスロットからの脱落やスロットに対する緩みを効率良く高精度に検出する。

　本発明では、磁性楔のスロットからの脱落やスロットに対する緩みという回転電機の異常を検出可能であり、これらに起因するコイルの破損と回転電機の絶縁破壊の発生を防止できる。これにより、省メンテナンスを可能とする新たな診断手法を提供でき、回転電機の診断サービスをより高効率化できる。また、回転電機の絶縁特性と相関のある量として、回転電機から漏れる磁場の変歪の他に、回転電機の静電容量成分の変化を検出することができる。

　本発明による回転電機の診断システムと診断方法は、電動機、発電機、及び誘導機などの回転電機を診断することができる。特に、ガスタービン、鉄道、自動車、航空、及び風力発電機などに用いられる、負荷が変動する回転電機に有効である。

　以下、本発明の実施例による、回転電機の診断システム及び診断方法を、図面を用いて説明する。以下では、回転電機の固定子について診断を行う例を説明するが、本発明による、回転電機の診断システム及び診断方法は、回転子についても、固定子と同様に診断することができる。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。

　本発明の実施例１による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。

　図７は、本発明の実施例１による診断システム１０と、診断システム１０が診断する回転電機１を示すブロック図である。回転電機１は、電力系統９に接続されている。診断システム１０は、回転電機１に接続している往復ケーブル５に接続可能である。また、回転電機１は、負荷となる装置５０に接続されている。

　図８は、回転電機１の固定子３０の一部を示す図である。固定子３０は、空隙を挟んで回転子４０に対向し、固定子コア３１と固定子コイル３２を備える。固定子コア３１には、スロット３３が設けられている。固定子コイル３２は、スロット３３に収納され、表面が絶縁層３４で覆われている。スロット３３の開口部には、磁性楔３５が設置されている。磁性楔３５がスロット３３から脱落したりスロット３３に対して緩くなったりすると、磁性楔３５や磁性楔３５の破片が固定子コイル３２を覆う絶縁層３４を破壊し、固定子コイル３２の破損や回転電機１の絶縁破壊という回転電機１の異常が起こり得る。

　図１は、本実施例による診断システム１０の構成を示す図であり、診断システム１０と回転電機１と電力系統９を含めた全体回路を示している。本実施例では、回転電機１は、固定子コイル３２の三相がΔ結線で結線されている。また、回転電機１は、電力系統９に給電ケーブル３で接続されている。給電ケーブル３は、端子箱の端子台４にて分岐し、往復ケーブル５として回転電機１に結線される。往復ケーブル５は、一対の給電ケーブル３で構成されており、回転電機１の固定子コイル３２の１つの相ごとに接続する。

　診断システム１０は、電流センサ２と計測装置８と診断装置２０を備える。なお、計測装置８と診断装置２０は、１つの装置（例えば、コンピュータ）で構成しても、複数の装置で構成してもよい。

　電流センサ２は、回転電機１の固定子コイル３２の各相に接続された往復ケーブル５に、相ごとに設置され、端子台４と回転電機１との間に位置する。電流センサ２は、回転電機１の固定子コイル３２の各相に対して１つ、合計３つ設けられる。１つの電流センサ２は、往復ケーブル５を構成する一対の給電ケーブル３に設置され、往復ケーブル５に流れる往復電流（固定子コイル３２に流入する電流と固定子コイル３２から流出する電流）を計測する。

　計測装置８は、電流センサ２に接続されており、通信機器と記憶媒体の少なくとも一方を備える。通信機器は、無線通信または有線通信によって、電流センサ２が計測した往復電流を診断装置２０に送信する。記憶媒体は、電流センサ２が計測した往復電流を記憶する。記憶媒体は、計測装置８に対して着脱可能でもよい。また、計測装置８は、診断装置２０に対して着脱可能でもよい。計測装置８は、例えば、ハードディスク付きパソコンとデータロガーや、記憶装置を備えＵＳＢ接続が可能なオシロスコープなどで構成することができる。

　診断装置２０は、電流センサ２が計測した往復電流を計測装置８から入力する。診断装置２０は、計測装置８の通信機器から送信された往復電流を受信したり、往復電流を記憶した計測装置８の記憶媒体が接続されたりすることで、計測装置８から往復電流を入力する。診断装置２０は、入力した往復電流から、対地漏れ電流（固定子コイル３２から固定子コイル３２の表面を覆う絶縁層３４にのみ漏れ流れる電流）を求める。

　本実施例による診断システム１０では、回転電機１の固定子コイル３２の各相に繋がる往復ケーブル５に電流センサ２が設置され、回転電機１の固定子コイル３２の各相に流れる往復電流を１つの電流センサ２で計測し、診断装置２０が往復電流の差分を求めることで、回転電機１の固定子コイル３２の各相における対地漏れ電流を高精度に計測する。対地漏れ電流Ｉは、固定子コイル３２から固定子コイル３２の表面を覆う絶縁層３４にのみ漏れ流れる電流のことであり、回転電機１の固定子コイル３２に流入する電流Ｉ１の値から、固定子コイル３２から流出する電流Ｉ２の値を引いて往復電流の差分を求めることで、得ることができる（Ｉ＝Ｉ１－Ｉ２）。

　図２は、対地漏れ電流の時間変化の例を示す図であり、対地漏れ電流を計測した実験結果を基に作成した図である。図２の横軸は時間を示し、縦軸は対地漏れ電流の大きさ（振幅）を示す。

　図２に示すように、対地漏れ電流の時間変化には、対地漏れ電流がほぼ一定の値を取る時間帯と、対地漏れ電流が増大する時間帯が存在する。すなわち、対地漏れ電流は、変動して間欠的に増大する。対地漏れ電流は、回転電機１の出力が小さい低出力領域で、ほぼ一定の安定した値を取る。この一定の値は、対地漏れ電流の最小値である。対地漏れ電流の増大は、回転電機１の負荷に変動があり、回転電機１の出力が低出力領域から高出力領域に遷移して大きくなる際に発生する。

　図２に示すように、回転電機１の低出力領域で現れる安定した対地漏れ電流の値（振幅の値）を、基準値１２と称し、基準値１２に対する対地漏れ電流の増加量を変動値１１と称する。基準値１２は、対地漏れ電流の最小値とすることができる。

　診断装置２０は、求めた対地漏れ電流に対し、任意の時間帯について周波数分析を実施し、磁性楔３５の、固定子コア３１のスロット３３からの脱落やスロット３３に対する緩みを検出する。診断装置２０は、対地漏れ電流の波形を周波数領域のスペクトルに変換することで、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求める。

　図３は、磁性楔３５が正常な場合、すなわち、磁性楔３５が、固定子コア３１のスロット３３から脱落したりスロット３３に対して緩んだりしていない場合における、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルの例を示す図であり、対地漏れ電流を計測した実験結果を基に作成した図である。図３の横軸は周波数を示し、縦軸は対地漏れ電流（対数を取った値）を示す。磁性楔３５が正常な回転電機１とは、例えば、製造後で運転開始前の回転電機や、補修後で運転開始前の回転電機である。

　図３に示すように、磁性楔３５が正常な回転電機１では、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、最も大きなピークとして基本波成分のピーク２１が検出され、その次に大きなピークとしてスロット高調波（スロット３３の存在に起因する高調波）によるピーク２２が検出される。

　図４は、磁性楔３５が異常な場合、すなわち、磁性楔３５が、固定子コア３１のスロット３３から脱落したりスロット３３に対して緩んだりした場合における、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルの例を示す図であり、対地漏れ電流を計測した実験結果を基に作成した図である。図４の横軸は周波数を示し、縦軸は対地漏れ電流（対数を取った値）を示す。

　図４に示すように、磁性楔３５が異常な回転電機１では、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、基本波成分のピーク２１とスロット高調波によるピーク２２の他に、磁性楔３５が正常な回転電機１のスペクトルには存在しない、異常を示すピーク２３が検出される。この異常を示すピーク２３は、磁性楔３５の脱落や緩みによって回転電機１から漏れる磁場の変歪に起因する。このピーク２３は、磁性楔３５の異常状態の初期においては、スロット高調波によるピーク２２よりも振幅が小さい傾向にある。しかし、磁性楔３５が異常な回転電機１では、磁性楔３５が正常な回転電機１では存在しないピーク２３が、明確に出現する。

　従って、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルが、回転電機１が正常な場合、すなわち磁性楔３５が正常な場合における対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、磁性楔３５が異常であると判断することができる。具体的には、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、磁性楔３５が正常な場合のスペクトルには存在しないピーク（但し、ノイズレベルより大きいピーク）が検出されたら、磁性楔３５が異常であると判断することができる。

　診断装置２０は、正常な回転電機１（すなわち、磁性楔３５が正常な回転電機１）について対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルを記憶しておく。そして、診断装置２０は、求めた対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルと、正常な回転電機１についての対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルとを比較し、求めた対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに、正常な回転電機１についての対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルには存在しないピークを検出したら、回転電機１が異常である、すなわち、磁性楔３５が、固定子コア３１のスロット３３から脱落したりスロット３３に対して緩んだりしており異常であると判断する。

　電流センサ２は、回転電機１の固定子コイル３２の各相に接続する往復ケーブル５に、次のように設置することもできる。

　回転電機１の固定子コイル３２の１つの相に接続する往復ケーブル５は、一対の給電ケーブル３で構成されている。往復ケーブル５を構成する一対の給電ケーブル３のそれぞれは、複数条のケーブルで構成することができる。すなわち、往復ケーブル５は、複数条のケーブルからなる給電ケーブル３が一対となって構成されてもよい。

　図９は、往復ケーブル５が、複数条のケーブルからなる給電ケーブル３が一対となって構成されており、この往復ケーブル５に設置されている電流センサ２を示す図である。図９には、一例として、一対の給電ケーブル３の一方が２本のケーブル３ａ、３ｂで構成されており、他方が２本のケーブル３ｃ、３ｄで構成されている往復ケーブル５を示している。給電ケーブル３は、３本以上のケーブルで構成することもできる。

　往復ケーブル５が、一対の、複数条のケーブルからなる給電ケーブル３、すなわち、ケーブル３ａ、３ｂからなる給電ケーブル３とケーブル３ｃ、３ｄからなる給電ケーブル３で構成されている場合には、電流センサ２は、給電ケーブル３を構成する複数条のケーブル３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄのうち一部のケーブルに設置することができる。図９には、一例として、電流センサ２が、一方の給電ケーブル３のケーブル３ｂと他方の給電ケーブル３のケーブル３ｃに設置された構成を示している。

　このように、電流センサ２を、複数条のケーブルのうちの一部のケーブルに設置することで、往復ケーブル５が太くても、往復ケーブル５と電流センサ２の大きさに応じて、電流センサ２を設置できる。

　本実施例による診断システム１０では、計測した対地漏れ電流に対して周波数分析を実施することで、磁性楔３５の異常、すなわち、磁性楔３５の、固定子コア３１のスロット３３からの脱落やスロット３３に対する緩みを効率良く高精度に検出することができ、回転電機１の異常を検出可能であり、固定子コイル３２の破損と回転電機１の絶縁破壊の発生を防止できる。

　本発明の実施例２による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。以下では、本実施例について、実施例１と異なる点を主に説明する。

　発明者らは、負荷変動を有する回転電機においては、実施例１で図２を用いて説明したように、対地漏れ電流が変動することを見出した。対地漏れ電流が変動すると、対地漏れ電流の高調波成分に機械的な振動に起因する成分が含まれるため、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルにおいて、回転電機から漏れる磁場の変歪に起因するピークのみを検出することが難しい。

　そこで、本実施例では、診断装置２０は、磁性楔３５の異常以外に対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルに影響を与える要因を取り除くため、求めた対地漏れ電流に対し、対地漏れ電流がほぼ一定の値である時間帯について周波数分析を実施する。

　図５は、図２に示した対地漏れ電流の時間変化の例において、周波数分析を行う時間帯を示した図である。診断装置２０は、求めた対地漏れ電流の大きさが、変動値１１を含まず、予め定めた範囲内に収まっている時間帯１３を抽出する。対地漏れ電流の大きさのこの範囲は、基準値１２を含み、対地漏れ電流がほぼ基準値１２であるとみなせるように上限と下限を任意に定めることができる。診断装置２０は、対地漏れ電流の大きさがこの範囲内に収まっていれば、対地漏れ電流がほぼ一定の値（基準値１２）であると判断する。

　そして、診断装置２０は、抽出した時間帯１３のみについて、対地漏れ電流の周波数分析を実施し、対地漏れ電流の波形を周波数領域のスペクトルに変換する。すなわち、診断装置２０は、対地漏れ電流が、ほぼ基準値１２であり変動が小さくＳＮ比が高い時間帯１３のみを対象として、対地漏れ電流の周波数分析を行う。

　本実施例では、機械的な振動（例えば、機械的劣化による振動）などに起因する変動を含まない対地漏れ電流について周波数分析を実施するので、対地漏れ電流の周波数領域のスペクトルにおいて、異常を示すピーク２３（磁性楔３５の脱落や緩みによって回転電機１から漏れる磁場の変歪に起因するピーク）を高精度に検出することができ、磁性楔３５の異常をより高精度で高感度に検出できる。

　本実施例による診断システム１０では、対地漏れ電流が変動値１１を含まずほぼ一定の値である時間帯１３について周波数分析を実施することで、磁性楔３５の異常をより高精度で高感度に検出することができ、回転電機１の異常を検出可能であり、固定子コイル３２の破損と回転電機１の絶縁破壊の発生を防止できる。

　本発明の実施例３による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。以下では、本実施例について、実施例１と異なる点を主に説明する。

　図６は、本実施例による診断システム１０の構成を示す図であり、図１と同様に、診断システム１０と回転電機１と電力系統９を含めた全体回路を示している。

　本実施例による診断システム１０は、計測装置８が無線通信機器７と大容量ストレージ６の少なくとも一方を備える。

　計測装置８が無線通信機器７を備えると、計測装置８は、電流センサ２が計測した往復電流などの計測データを、無線通信機器７による無線通信によってデータセンタに送信し、データセンタに保存する。また、無線通信機器７を備えた計測装置８は、診断装置２０が求めた対地漏れ電流を、無線通信によってデータセンタに送信することもできる。

　計測装置８が大容量ストレージ６を備えると、計測装置８は、計測データを大容量ストレージ６に保存する。また、大容量ストレージ６を備えた計測装置８は、診断装置２０が求めた対地漏れ電流を大容量ストレージ６に保存することもできる。

　本実施例による診断システム１０では、往復電流や対地漏れ電流を、往復ケーブル５を活線したまま連続的に計測できるため、蓄積するデータ量が膨大になる。このため、長期間にわたって連続的に計測する場合には、無線通信機器７によりデータを転送したり、大容量ストレージ６にデータを保存したりすると、データの保存に有効である。

　無線通信機器７によりデータをデータセンタに転送するときには、データの転送に不具合が生じることがある。また、大容量ストレージ６に長期的に連続してデータを蓄積すると、データの保存に不具合が生じることがある。このため、本実施例による診断システム１０は、状況に応じて無線通信機器７と大容量ストレージ６を使い分けるか、両者を併用するのが好ましい。

　本発明の実施例４による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。実施例１で図７を用いて説明したように、診断システム１０が診断する回転電機１は、負荷となる装置５０に接続されている。本実施例では、診断システム１０が診断可能な回転電機１であって、負荷変動が発生する装置５０に接続され負荷電流が変動する回転電機１について、その例を説明する。

　本実施例による診断システム１０が診断する回転電機１の例として、自動車用モータ、ガスタービン用発電機、風力用発電機、車両用回転電機、及び航空用モータなどが挙げられる。これら以外にも、診断システム１０は、発電量やモータの出力が変動する回転電機１の全般を診断することが可能である。

　本実施例による診断システム１０は、上述した回転電機１などを診断し、磁性楔３５の異常を効率良く高精度に検出することができ、回転電機１の異常を検出可能で、固定子コイル３２の破損と回転電機１の絶縁破壊の発生を防止できる。

　本発明の実施例５による、回転電機の診断システム及び診断方法について説明する。本実施例による診断システム１０は、回転電機１について、固定子コイル３２の絶縁層３４の熱劣化や吸湿劣化などの有無を検出することができる。

　本実施例による診断システム１０では、回転電機１の固定子コイル３２の静電容量成分を、対地漏れ電流から精度よく求めることができる。診断装置２０は、対地漏れ電流が固定子コイル３２の静電容量に比例するので、対地漏れ電流から固定子コイル３２の静電容量を求めることができる。従って、診断装置２０は、対地漏れ電流の変化から固定子コイル３２の静電容量の変化を求めることができ、固定子コイル３２の静電容量が減少したら固定子コイル３２の絶縁層３４が熱や吸湿により劣化したことなどを検出できる。

　このような熱劣化や吸湿劣化などの検出は、特に定格電圧が２ｋＶ以下の部分放電劣化が生じない回転電機１に対して有効である。

　本実施例による診断システム１０は、特に定格電圧が２ｋＶ以下の回転電機１に対し、磁性楔３５の異常と固定子コイル３２の熱劣化や吸湿劣化を効率良く高精度に検出することができ、回転電機１の異常を検出可能で、固定子コイル３２の破損と回転電機１の絶縁破壊の発生を防止できる。

　なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。

　１…回転電機、２…電流センサ、３…給電ケーブル、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ…給電ケーブルを構成するケーブル、４…端子台、５…往復ケーブル、６…大容量ストレージ、７…無線通信機器、８…計測装置、９…電力系統、１０…診断システム、１１…変動値、１２…基準値、１３…実施例２において対地漏れ電流の周波数分析を行う時間帯、２０…診断装置、２１…基本波成分のピーク、２２…スロット高調波によるピーク、２３…異常を示すピーク、３０…固定子、３１…固定子コア、３２…固定子コイル、３３…スロット、３４…絶縁層、３５…磁性楔、４０…回転子、５０…負荷となる装置。

Claims

　回転電機のコイルに接続された往復ケーブルに設置され、前記往復ケーブルに流れる往復電流を計測する電流センサと、
　前記電流センサが計測した前記往復電流を入力し、前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める診断装置と、
を備え、
　前記診断装置は、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する、
ことを特徴とする、回転電機の診断システム。
　前記診断装置は、求めた前記スペクトルに、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域の前記スペクトルには存在しないピークを検出したら、前記回転電機が異常であると判断する、
請求項１に記載の回転電機の診断システム。
　前記診断装置は、前記漏れ電流の大きさが予め定めた範囲内に収まっている時間帯のみについて、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域の前記スペクトルを求める、
請求項１に記載の回転電機の診断システム。
　前記往復ケーブルは、一対の給電ケーブルで構成されており、前記給電ケーブルは、複数条のケーブルで構成されており、
　前記電流センサは、前記給電ケーブルを構成する前記複数条のケーブルのうち、一部のケーブルに設置されている、
請求項１に記載の回転電機の診断システム。
　前記電流センサは、負荷が変動する前記回転電機の前記コイルに接続された前記往復ケーブルに設置されている、
請求項１に記載の回転電機の診断システム。
　前記電流センサは、定格電圧が２ｋＶ以下の前記回転電機の前記コイルに接続された前記往復ケーブルに設置されている、
請求項１に記載の回転電機の診断システム。
　回転電機のコイルに接続された往復ケーブルに設置された電流センサで、前記往復ケーブルに流れる往復電流を計測する計測工程と、
　前記往復電流から、前記コイルに流入する電流と前記コイルから流出する電流の差分である漏れ電流を求める漏れ電流取得工程と、
　前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルを求め、求めた前記スペクトルが、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域のスペクトルと異なっていれば、前記回転電機が異常であると判断する診断工程と、
を備えることを特徴とする、回転電機の診断方法。
　前記診断工程では、求めた前記スペクトルに、前記回転電機が正常な場合における前記漏れ電流の周波数領域の前記スペクトルには存在しないピークを検出したら、前記回転電機が異常であると判断する、
請求項７に記載の回転電機の診断方法。
　前記診断工程では、前記漏れ電流の大きさが予め定めた範囲内に収まっている時間帯のみについて、前記漏れ電流の波形から前記漏れ電流の周波数領域の前記スペクトルを求める、
請求項７に記載の回転電機の診断方法。