(57)【要約】【課題】  電気機械の絶縁状態を高精度に診断できる、電気機械の診断方法および診断装置、並びにこれらが適用される回転電機を提供する。【解決手段】  電気機械の動作中に電気機械の対地漏れ電流を時間的に継続して計測し、対地漏れ電流が略一定である時の計測値、および対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む対地漏れ電流の計測値に基づいて、電気機械の絶縁劣化状態を判定する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械の絶縁状態を診断する電気機械の診断方法において、
前記電気機械の動作中に前記電気機械の対地漏れ電流を時間的に継続して計測し、
前記対地漏れ電流が略一定である時の計測値、および前記対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む前記対地漏れ電流の計測値に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項２】
請求項１に記載の電気機械の診断方法において、
前記対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値は、前記電気機械の出力が増大する時の計測値であることを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項３】
請求項１に記載の電気機械の診断方法において、
前記対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値の、前記対地漏れ電流が略一定である場合の計測値からの変動幅に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項４】
請求項１に記載の電気機械の診断方法において、
前記対地漏れ電流が略一定である場合の計測値に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項５】
請求項１に記載の電気機械の診断方法において、
前記対地漏れ電流の計測値と、前記電気機械の出力に関与するパラメータとの相関に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項６】
請求項５に記載の電気機械の診断方法において、
前記相関における、前記対地漏れ電流の最大値と最小値との差分に基づいて前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項７】
請求項５に記載の電気機械の診断方法において、
前記相関を表す直線の傾きに基づいて前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項８】
請求項５に記載の電気機械の診断方法において、
前記相関における、前記対地漏れ電流の最小値に基づいて前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項９】
請求項５に記載の電気機械の診断方法において、
前記相関において、前記対地漏れ電流が前記パラメータに対して略一定である領域における前記対地漏れ電流の値に基づいて前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断方法。
【請求項１０】
電気機械の絶縁状態を診断する電気機械の診断装置において、
前記電気機械の巻線に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサの信号に基づいて前記電気機械の対地漏れ電流を計測する電流計測部と、
前記電流計測部によって計測される前記対地漏れ電流の計測値を時間的に継続して記録するデータ記録部と、
前記データ記録部に記録される、前記対地漏れ電流が略一定である時の計測値、および前記対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む前記対地漏れ電流の計測値に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定するデータ処理部と、
を備えることを特徴とする電気機械の診断装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の電気機械の診断装置において、
前記データ処理部は、前記対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値の、前記対地漏れ電流が略一定である場合の計測値からの変動幅に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の電気機械の診断装置において、
前記データ処理部は、前記対地漏れ電流が略一定である場合の計測値に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断装置。
【請求項１３】
請求項１０に記載の電気機械の診断装置において、
前記データ記録部は、前記電気機械の出力に関与するパラメータを記録し、
前記データ処理部は、前記対地漏れ電流の計測値と前記パラメータとの相関に基づいて、前記電気機械の絶縁劣化状態を判定することを特徴とする電気機械の診断装置。
【請求項１４】
請求項１０に記載の電気機械の診断装置において、
前記電流計測部によって計測される前記対地漏れ電流のデータを通信ネットワークに送出する通信部を備え、
前記データ記録部は、前記通信ネットワークを介して、前記通信部から送られる前記対地漏れ電流のデータを記録することを特徴とする電気機械の診断装置。
【請求項１５】
交流の相数分の巻線を有する回転電機において、
前記回転電機の絶縁状態を診断する診断装置を備え、
前記診断装置は、
前記回転電機の巻線に流れる電流を検出する電流センサと、
前記電流センサの信号に基づいて前記回転電機の対地漏れ電流を計測する電流計測部と、
前記電流計測部によって計測される前記対地漏れ電流の計測値を時間的に継続して記録するデータ記録部と、
前記データ記録部に記録される、前記対地漏れ電流が略一定である時の計測値、および前記対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む前記対地漏れ電流の計測値に基づいて、前記回転電機の絶縁劣化状態を判定するデータ処理部と、
を備えることを特徴とする回転電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電機や電動機などにおける絶縁状態を診断する電気機械の診断装置および診断方法、並びにこれらが適用される回転電機に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機や電動機のような電気機械の突発的な故障は、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たり、社会生活に大きな影響を与えたりする。また、東日本大震災以降、電力供給の余裕が少なく、発電所における発電機の突発的な故障は、経済的および社会的に大きな影響を与える。
【０００３】
電気機械の主たる故障原因は、軸受などに関する機械的原因、絶縁性などに関する電気的原因である。これらの原因の発生を構造的に抑えたり、電気機械を適切にメンテナンスしたりすることにより、突発的な故障を防止することができる。
【０００４】
近年、電気機械は、材料や装置構造における技術的進歩によって、信頼性と生産性のようにトレードオフの関係にある要件に対し、バランス良く設計され得る。しかし、周囲環境や稼働条件によっては、電気機器が故障する恐れがあるため、信頼性設計に加えて、高精度かつ簡易に故障原因の有無を診断できる診断技術の重要性が高まっている。
【０００５】
これに対し、特許文献１および特許文献２に記載の診断技術が知られている。
【０００６】
特許文献１に記載の診断技術では、インバータと負荷機器（電動機など）を接続する三相ケーブルにおける零相電流を計測し、計測した零相電流から抽出される３次高調波成分および３ｎ次高調波成分に基づいて、各相における絶縁抵抗値を演算する。
【０００７】
特許文献２に記載の診断技術では、三相モータの少なくとも二相の引き出し線にそれぞれ取り付けられる電流センサと、三相分の引き出し線に一括して取り付けられる電流センサとにより、複数の劣化要因に起因する電流振幅を検出可能にする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−１３０４４０号公報
【特許文献２】特開２０１５−２１５２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述の診断技術では、絶縁抵抗値の増減や変化率を指標として絶縁劣化を判定したり、健全時に取得されたデータとの相違を抽出して絶縁劣化を判定したりしているが、異常の判断基準や評価手段について、必ずしも十分には配慮されていない。このため、上述の診断技術では、電気機械の絶縁状態を高精度に検出することが難しい。
【００１０】
そこで、本発明は、電気機械の絶縁状態を高精度に診断できる、電気機械の診断方法および診断装置、並びにこれらが適用される回転電機を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明による電気機械の診断方法は、電気機械の絶縁状態を診断する方法であって、電気機械の動作中に電気機械の対地漏れ電流を時間的に継続して計測し、対地漏れ電流が略一定である時の計測値、および対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む対地漏れ電流の計測値に基づいて、電気機械の絶縁劣化状態を判定する。
【００１２】
上記課題を解決するために、本発明による電気機械の診断装置は、電気機械の絶縁状態を診断するものであって、電気機械の巻線に流れる電流を検出する電流センサと、電流センサの信号に基づいて電気機械の対地漏れ電流を計測する電流計測部と、電流計測部によって計測される対地漏れ電流の計測値を時間的に継続して記録するデータ記録部と、データ部に記録される、対地漏れ電流が略一定である時の計測値、および対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む対地漏れ電流の計測値に基づいて、電気機械の絶縁劣化状態を判定するデータ処理部と、を備える。
【００１３】
上記課題を解決するために、本発明による回転電機は、交流の相数分の巻線を有するものであって、回転電機の絶縁状態を診断する診断装置を備え、診断装置は、回転電機の巻線に流れる電流を検出する電流センサと、電流センサの信号に基づいて電気機械の対地漏れ電流を計測する電流計測部と、電流計測部によって計測される対地漏れ電流の計測値を時間的に継続して記録するデータ記録部と、データ部に記録される、対地漏れ電流が略一定である時の計測値、および対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む対地漏れ電流の計測値に基づいて、電気機械の絶縁劣化状態を判定するデータ処理部と、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高精度かつ簡易に電気機械の絶縁状態を診断できる。
【００１５】
上記した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例１である電気機械の故障診断装置の構成図である。
【図２】三相交流発電機の出力電流を検出する電流センサの一例を示す部分回路図である。
【図３】三相交流発電機の出力電流を検出する電流センサの一例を示す部分回路図である。
【図４】三相交流発電機の動作中に計測された対地漏れ電流の時間的変化の一例を示す図である。
【図５】回転電機の出力に関与するパラメータと、対地漏れ電流との関係の一例を示す相関図である。
【図６】回転電機の出力に関与するパラメータと、対地漏れ電流との関係の一例を示す相関図である。
【図７】実施例５である電気機械の故障診断装置の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、下記の実施例１〜５により、図面を用いながら説明する。各図において、参照番号が同一のものは同一の構成要件あるいは類似の機能を備えた構成要件を示している。
【００１８】
なお、実施例１〜５において、電気機械は発電機であるが、これらの実施例は、電動機をも含む回転電機に適用できる。
【実施例１】
【００１９】
図１は、本発明の実施例１である電気機械の故障診断装置の構成図である。
【００２０】
本実施例１における電気機械は、電力系統９に接続される三相交流発電機１である。以下に説明するように、本実施例１においては、三相交流発電機１の稼働中に漏れ電流を検出し、検出される漏れ電流に基づいて、三相交流発電機１の絶縁状態が計測システム８によって診断される。
【００２１】
診断対象である三相交流発電機１は、公知の構成、すなわち、固定子と、所定寸法の空隙を介して固定子と対向する回転子と、固定子および回転子が収納されるケースとを備える。固定子は、ケース内に固定される磁性体コア（図示せず）と、磁性体コアに巻装される三相巻線、すなわち図１におけるＵ相巻線１０ａ、Ｖ相巻線１０ｂおよびＷ相巻線１０ｃと、磁性体コアと三相巻線の間を電気的に絶縁する主絶縁層を有する。
【００２２】
三相巻線とケースとの間には、主絶縁層を誘電体とする静電容量が存在し、三相巻線に電圧が印加されると、この静電容量を介して漏れ電流が流れる。主絶縁層の劣化などにより三相巻線とケースの間の絶縁状態が変化すると、漏れ電流の大きさが変化する。このような漏れ電流を、本実施例１では、後述するように、図１に示す電流センサ２ａ，２ｂ，２ｃによって、各相について検出する。
【００２３】
三相交流発電機１には、三相交流発電機１が発生する電力を電力系統９に供給するために敷設されるケーブル３を三相交流発電機１に接続するために端子台４が取り付けられる。端子台４は、接続端子Ｕ，Ｘ，Ｖ，Ｙ，Ｗ，Ｚを備える。接続端子Ｕ，Ｘ，Ｖ，Ｙ，Ｗ，Ｚには、それぞれ、Ｕ相巻線１０ａの一端ｕ、Ｕ相巻線１０ａの他端ｘ、Ｖ相巻線１０ｂの一端ｖ、Ｖ相巻線１０ｂの他端ｙ、Ｗ相巻線１０ｃの一端ｗ、Ｗ相巻線１０ｃの他端ｚからの各引き出し線が電気的に接続される。
【００２４】
本実施例１では、Ｕ相巻線１０ａ、Ｖ相巻線１０ｂおよびＷ相巻線１０ｃは、端子台４において、Δ結線される。このため、端子台４において、接続端子Ｕ，Ｚが電気的に接続され、接続端子Ｖ，Ｘが電気的に接続され、接続端子Ｗ，Ｙが電気的に接続される。
【００２５】
電流センサ２ａ，２ｂ，２ｃを、端子台４から見て三相交流発電機１側に設置する。例えば、電流センサ２ａは、Ｕ相巻線１０ａの一端ｕからの引き出し線に流れる電流と、Ｕ相巻線１０ａの他端ｘからの引き出し線に流れる電流とを、一括して検出する。これらの引き出し線に流れる電流は往復電流であるから、電流センサ２ａは、この往復電流の差分、すなわちＵ相における漏れ電流を検出する。同様に、電流センサ２ｂおよび２ｃは、それぞれＶ相における漏れ電流およびＷ相における漏れ電流を検出する。
【００２６】
このような電流センサ２ａ，２ｂ，２ｃによって、Ｕ相巻線１０ａ、Ｖ相巻線１０ｂおよびＷ相巻線１０ｃに流れる電流から、各相の漏れ電流のみを検出できる。これにより、漏れ電流の検出精度が向上する。
【００２７】
なお、電流センサ２ａ，２ｂ，２ｃとしては、ＣＴ（Current Transformer）などが適用される。
【００２８】
ここで、本実施例１においては、公知の発電機と同様に、ケースが接地されているので、各相の漏れ電流は大地へ流出する。そこで、以下、このような漏れ電流を「対地漏れ電流」と称する（他の実施例においても同様）。
【００２９】
次に、本実施例１における絶縁状態の診断手段について説明する。
【００３０】
図１に示す計測システム８は、電流センサ２ａ，２ｂ，２ｃの出力信号から各相の対地漏れ電流を計測する電流計測部８１と、電流計測部８１によって計測される対地漏れ電流のデータを時系列で記録して蓄積するデータ記録部８２と、データ記録部８２に蓄積された対地漏れ電流などのデータに基づいて、三相交流発電機１の絶縁状態を診断するデータ処理部８３とを備える。なお、電流計測部８１は、電流センサの出力信号に応じて、データ処理部８３やデータ記録部８２の動作に適したデータ形式の対地漏れ電流データを作成する。
【００３１】
また、データ記録部８２は、三相交流発電機１の出力に関与するパラメータＰ（例えば、三相交流発電機１の出力電流の検出値）を時系列で記録する。本実施例１における計測システム８のデータ処理部８３は、データ記録部８２に蓄積された対地漏れ電流およびパラメータＰに基づいて、三相交流発電機１の絶縁状態を診断する。
【００３２】
電流計測部８１およびデータ記録部８２としては、これらの機能を併せ持つ、ハードディスク付きノート型パーソナルコンピュータ（データ処理部８３を兼ねてもよい）、データロガー、データ記録可能なオシロスコープなどが適用できる。
【００３３】
データ処理部８３としては、各種コンピュータなどが適用できる。なお、電流計測部８１とデータ記録部８２とデータ処理部８３のうち、電流計測部８１とデータ記録部８２のみを三相交流発電機１の近くに設置して、対地漏れ電流のデータが蓄積された後、データ処理部８３を接続して絶縁状態を診断してもよい。この場合、ＵＳＢオシロスコープなどの携帯容易な計測装置を、電流計測部８１およびデータ記録部８２として用いることが好ましい。
【００３４】
本実施例１では、計測システム８（図１）が、電流計測部８１とデータ記録部８２と、データ処理部８３とを備えるが、これらは別体（例えば、データロガーとパーソナルコンピュータ）であってもよいし、一体（例えば、大容量ハードディスク付きパーソナルコンピュータ）でもよい。電流計測部８１とデータ記録部８２が一体であり、データ処理部８３がこれらとは別体である場合、電流計測部８１およびデータ記録部８２を構成する計測装置（例えば、データロガー）を、三相交流発電機１に隣接して設置し、所定期間データを蓄積した後で、計測装置を、データ処理部８３を構成するコンピュータなどに接続して絶縁状態を診断してもよい。
【００３５】
なお、計測システム８は、所定期間蓄積されたデータに基づいて絶縁状態を判定してもよいし、対地漏れ電流データを蓄積するとともに、対地漏れ電流データを逐次取得しながら絶縁状態を判定してもよい。この場合、データ処理部８３は、電流計測部８１から、データ記録部８２を介さずに、対地漏れ電流データを取得してもよい。
【００３６】
また、データ処理部８３の診断結果をデータ記録部８２に記録してもよい。
【００３７】
本実施例１の診断装置は、診断時に診断対象の発電機に取り付けてもよいし、常設されてもよい。診断時に取り付ける場合、電流センサは容易に着脱可能なクランプ式ＣＴなどが好ましいが、電流センサのみを常設してもよい。
【００３８】
図２は、データ記録部８２に記録される三相交流発電機１の出力に関するパラメータＰ（図１）を三相交流発電機１の出力電流とする場合における、三相交流発電機１の出力電流を検出する電流センサの一例を示す部分回路図である。なお、本図は、図１における端子台４の近傍を示す。
【００３９】
本例においては、端子台４を電力系統９に接続するための３相分のケーブル３の内、接続端子ＵおよびＺに接続されるケーブル３、接続端子ＶおよびＸに接続されるケーブル３、並びに接続端子ＷおよびＺに接続されるケーブル３に、それぞれ、電流センサ５ａ、電流センサ５ｂおよび電流センサ５ｃが設けられる。したがって、電流センサ５ａ〜５ｃは、端子台４から見て、電力系統９側に設けられる。電流センサ５ａ、電流センサ５ｂおよび電流センサ５ｃは、それぞれ、三相交流発電機１の出力電流の内、Ｕ相出力電流ｉＵ、Ｖ相出力電流ｉＶおよびＷ相出力電流ｉＷを検出する。
【００４０】
なお、本例においては、電流センサ５ａ〜５ｃの出力信号に基づいて、電流計測部８１が三相交流発電機１の出力電流を計測する。
【００４１】
図３は、データ記録部８２に記録される三相交流発電機１の出力に関するパラメータＰ（図１）を三相交流発電機１の出力電流とする場合における、三相交流発電機１の出力電流を検出する電流センサの一例を示す部分回路図である。なお、本図は、図１における端子台４の近傍を示す。
【００４２】
本例においては、各相の巻線からの引き出し線ごとに電流センサが設けられ、各引き出し線に流れる電流が検出される。すなわち、図３に示すように、Ｕ相巻線１０ａの一端ｕ、Ｕ相巻線１０ａの他端ｘ、Ｖ相巻線１０ｂの一端ｖ、Ｖ相巻線１０ｂの他端ｙ、Ｗ相巻線１０ｃの一端ｗ、Ｗ相巻線１０ｃの他端ｚからの引き出し線に流れる各電流ｉｕ，ｉｘ，ｉｖ，ｉｙ，ｉｗおよびｉｚが、それぞれ電流センサ２ａ−１，２ａ−２，２ｂ−１，２ｂ−２，２ｃ−１，２ｃ−２によって検出される。
【００４３】
本例において、電流計測部８１は、各相の巻線の両端からの２本の引き出し線に流れる電流の差分を演算することにより対地漏れ電流を計測する。すなわち、電流計測部８１は、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相における対地漏れ電流を、それぞれ、電流センサ２ａ−１，２ａ−２による電流検出値ｉｕ，ｉｘの差分、電流センサ２ｂ−１，２ｂ−２による電流検出値ｉｖ，ｉｙの差分、および電流センサ２ｃ−１，２ｃ−２による電流検出値ｉｗ，ｉｚの差分によって計測する。
【００４４】
電流計測部８１は、三相交流発電機１のＵ相出力電流を、電流センサ２ａ−１，２ｃ−２による電流検出値ｉｕ，ｉｚに基づいて計測する。また、電流計測部８１は、三相交流発電機１のＶ相出力電流を、電流センサ２ａ−２，２ｂ−１による電流検出値ｉｘ，ｉｖに基づいて計測し、三相交流発電機１のＷ相出力電流を、電流センサ２ｂ−２，２ｃ−１による電流検出値ｉｙ，ｉｗに基づいて計測する。
【００４５】
本例では、引き出し線と端子台４の接続端子Ｕ，Ｘ，Ｖ，Ｙ，Ｗ，Ｚとの接続状態や、引き出し線の敷設状態による電流センサの取り付け個所の制約が小さくなる。
【００４６】
以下、本実施例１における、電気機械の絶縁劣化の判定手段について説明する。
【００４７】
図４は、三相交流発電機の動作中に計測された対地漏れ電流の時間的変化の一例を示す図である。
【００４８】
図４に示すように、対地漏れ電流は間欠的に増大している。本発明者の検討によれば、回転電機の動作が低出力領域から高出力領域に遷移して出力が増大する際に、対地漏れ電流が急に増大する。これは、本発明者の検討によれば、高出力領域において絶縁層に加わる機械力(振動や電磁加振動)が大きくなることが影響している。
【００４９】
ここで、図４に示すように、低出力領域における、比較的変動が少ない対地漏れ電流の値、すなわち実質変動が無い時の対地漏れ電流の振幅を「基準値」と称し、基準値からの増加分を「変動幅」と称する。
【００５０】
本発明者の検討によれば、絶縁劣化が進んでいる回転電機では、初期状態よりも対地漏れ電流の変動幅が大きい傾向がみられる。これは、本発明者の検討によれば、絶縁劣化が進むほど、対地漏れ電流に対する、絶縁層に加わる機械力の影響が、大きくなるためである。
【００５１】
したがって、三相交流発電機の初期状態および経年状態において対地漏れ電流の変動幅を計測することにより、絶縁劣化の度合いを定量的に判定することができる。
【００５２】
そこで本実施例１においては、データ記録部８２（図１）が、電流計測部８１（図１）による対地漏れ電流の計測値を時間的に継続して記録する。そして、データ処理部８３（図１）は、データ記録部８２が記録する計測値、すなわち、図４に示すように、対地漏れ電流が略一定である時の計測値（基準値）、および対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む対地漏れ電流の計測値に基づいて、三相交流発電機１の絶縁劣化状態を判定する。
【００５３】
本実施例１において、データ処理部８３は、対地漏れ電流の計測値から、上述の変動幅を算出し、予め計測されて計測システム８に設定される、初期状態における変動幅と比較し、比較結果に基づいて三相交流発電機１の絶縁劣化状態（絶縁劣化の進行程度など）を判定する。また、データ処理部８３は、算出された変動幅が許容値を越えたか否かを判定し、許容値を越えたら、三相交流発電機１の絶縁状態が異常であると判定してもよい。なお、変動幅の許容値は、予め計測システム８において設定されたり、初期状態における変動幅と所定の許容増加割合とからデータ処理部８３によって算出されたりする。
【００５４】
なお、データ処理部８３は、データ記録部８２に記録される対地漏れ電流の計測値の内、データ記録部８２に記録されるパラメータＰ（図１：例えば、出力電流）の値が、予め設定された値以上であり、高出力動作を示している場合に、対応する、すなわちパラメータＰと同時点で記録された対地漏れ電流の計測値の変動幅を算出して、算出した変動幅に基づいて三相交流発電機１の絶縁状態を判定してもよい。これにより、確実に、三相交流発電機１の絶縁状態を判定することができる。
【００５５】
本実施例１によれば、上述のように、三相交流発電機の動作中に対地漏れ電流を時間的に継続して計測し、対地漏れ電流が略一定である時の計測値（基準値）、および対地漏れ電流が間欠的に増大する時の計測値を含む対地漏れ電流の計測値に基づいて、三相交流発電機の絶縁劣化状態を判定するので、高精度かつ簡易に三相交流発電機の絶縁状態を診断できる。また、三相交流発電機の出力が増大する時の対地漏れ電流の計測値の変動幅、すなわち基準値からの増分に基づいて、三相交流発電機の絶縁状態を診断するので、三相交流発電機の絶縁劣化状態を確実に判定することができる。
【００５６】
なお、本実施例１の絶縁状態の診断手段は、三相交流発電機に限らず、三相交流電動機などの回転電機に適用できる（後述の各実施例も同様）。
【実施例２】
【００５７】
次に、本発明の実施例２である電気機械の故障診断装置について、図５を用いて説明する。
【００５８】
本実施例２の装置構成は、実施例１（図１）と同様である。また、本実施例２における電流計測部８１およびデータ記録部８２の動作も、実施例１と同様である。
【００５９】
以下、実施例１と異なる点、主に絶縁劣化の判定手段について説明する。
【００６０】
図５は、回転電機の出力に関与するパラメータと、対地漏れ電流との関係の一例を示す相関図である。なお、本相関図は、本発明者による一検討結果である。ここで、回転電機の出力に関与するパラメータは、負荷電流、出力電流、発電量、風速（風力発電機の場合）などである。
【００６１】
図５において、縦軸が対地漏れ電流を表し、横軸が出力に関与するパラメータを表す。ただし、図５における回転電機の出力に関与するパラメータおよび対地漏れ電流の値は、回転電機の動作中における対地漏れ電流および出力に関与するパラメータの各計測値を、比較的短い所定時間幅（図５の場合は１分間）ごとに平均した平均値である。
【００６２】
図５に示すように、出力に関与するパラメータの所定範囲において、対地漏れ電流は、出力に関与するパラメータに比例し、一次関数的に変化する。ここで、パラメータの所定範囲は、実施例１について前述した、低出力領域から高出力領域にわたる動作領域に対応する（後述する実施例３も同様）。出力に関するパラメータと対地漏れ電流との相関関係を示す直線の傾きは、経年状態のように絶縁劣化が有る回転電機では、初期状態のように絶縁劣化が無い回転電機よりも大きくなる。したがって、図４中における、対地漏れ電流の最大値と最小値の差分、すなわち対地漏れ電流の変動幅は、絶縁劣化が有る回転電機では、絶縁劣化が無い回転電機よりも大きくなる。
【００６３】
このように、回転電機の動作中における対地漏れ電流および出力に関与するパラメータの計測値から、対地漏れ電流および出力に関与するパラメータの相関関係を取得し、取得された相関関係に基づいて回転電機の絶縁劣化状態を定量的に判定することができる。
【００６４】
そこで、本実施例２において、計測システム８（図１）が備えるデータ処理部８３は、データ記録部８２に記録された、パラメータＰ（例えば、出力電流）および対地漏れ電流の計測値から、上述のような相関関係を求める。
【００６５】
計測システム８には、三相交流発電機１の初期状態における対地漏れ電流および出力に関与するパラメータの相関関係が予め設定され、データ処理部８３は、初期状態における相関関係と、経年状態における相関関係とを比較し、相関関係を示す直線の傾きや変動幅に基づいて、絶縁劣化状態を判定する。また、計測システム８には許容される直線の傾きや変動幅の閾値を予め設定され、求めた相関関係における直線の傾きや変動幅が閾値を超えた場合に、絶縁状態が異常であると判定してもよい。
【００６６】
本実施例２によれば、実施例１と同様に、高精度かつ簡易に三相交流発電機の絶縁状態を診断できるとともに、三相交流発電機の絶縁劣化状態を確実に判定することができる。
【実施例３】
【００６７】
次に、本発明の実施例３である電気機械の故障診断装置について、図６を用いて説明する。
【００６８】
本実施例３の装置構成は、実施例１（図１）と同様である。また、本実施例３における電流計測部８１およびデータ記録部８２の動作も、実施例１と同様である。
【００６９】
以下、実施例１と異なる点、主に絶縁劣化の判定手段について説明する。
【００７０】
図６は、回転電機の出力に関与するパラメータと、対地漏れ電流との関係の一例を示す相関図である。なお、本相関図は、本発明者による一検討結果である。ここで、回転電機の出力に関与するパラメータは、負荷電流、出力電流、発電量、風速（風力発電機の場合）などである。
【００７１】
図６において、縦軸が対地漏れ電流を表し、横軸が出力に関与するパラメータを表す。ただし、図６における回転電機の出力に関与するパラメータおよび対地漏れ電流の値は、回転電機の動作中における対地漏れ電流および出力に関与するパラメータの各計測値を、図５の例よりも長い所定時間幅（図６の場合は１０分間）ごとに平均した平均値である。
【００７２】
図６に示すように、出力に関するパラメータの所定範囲において、対地漏れ電流は、出力が比較的小さな領域では、出力に関与するパラメータに比例し、一次関数的に変化する。出力に関するパラメータと対地漏れ電流との相関関係を示す直線の傾きは、緩やかであり、対地漏れ電流は略一定値である。
【００７３】
また、図６に示すように、出力に関与するパラメータの所定範囲において、対地漏れ電流は、出力が比較的大きな領域では、出力に関与するパラメータに比例し、一次関数的に変化する。出力に関するパラメータと対地漏れ電流との相関関係を示す直線の傾きは、低出力領域よりも大きく、対地漏れ電流は大きく変化する。
【００７４】
出力が比較的大きな領域では、出力に関するパラメータと対地漏れ電流との相関関係を示す直線の傾きは、経年状態のように絶縁劣化が有る回転電機では、初期状態のように絶縁劣化が無い回転電機よりも大きくなる。したがって、図６中における、対地漏れ電流の最大値と最小値（＝低出力領域における一定値）の差分、すなわち対地漏れ電流の変動幅は、絶縁劣化が有る回転電機では、絶縁劣化が無い回転電機よりも大きくなる。
【００７５】
図５の例と同様に、回転電機の動作中における対地漏れ電流および出力に関与するパラメータの計測値から、対地漏れ電流および出力に関与するパラメータの相関関係を取得し、取得された相関関係に基づいて回転電機の絶縁劣化状態を定量的に判定することができる。
【００７６】
そこで、本実施例３において、計測システム８（図１）が備えるデータ処理部８３は、データ記録部８２に記録された、パラメータＰ（例えば、出力電流）および対地漏れ電流の計測値から、上述のような相関関係を求める。
【００７７】
実施例２と同様に、データ処理部８３は、初期状態における相関関係と、経年状態における相関関係とを比較し、相関関係を示す直線の傾きや変動幅に基づいて、絶縁劣化状態を判定する。また、実施例２と同様に、データ処理部８３は、求めた相関関係における直線の傾きや変動幅が閾値を超えた場合に、絶縁状態が異常であると判定してもよい。
【００７８】
本実施例２によれば、実施例１，２と同様に、高精度かつ簡易に三相交流発電機の絶縁状態を診断できるとともに、三相交流発電機の絶縁劣化状態を確実に判定することができる。
【実施例４】
【００７９】
次に、本発明の実施例４である電気機械の故障診断装置について、図４〜６を用いて説明する。
【００８０】
本実施例４の装置構成は、実施例１（図１）と同様である。また、本実施例４における電流計測部８１およびデータ記録部８２の動作も、実施例１と同様である。
【００８１】
以下、実施例１〜３と異なる点、主に絶縁劣化の判定手段について説明する。
【００８２】
本実施例４において、データ処理部８３（図１）は、図３に示すような対地漏れ電流の基準値、もしくは、図４および図５に示すような、出力に関与するパラメータの所定範囲における対地漏れ電流の最小値に基づいて、三相交流発電機の絶縁劣化の度合いを定量的に評価する。
【００８３】
ここで、本発明者の検討によれば、対地漏れ電流の基準値および最小値は、回転電機の静電容量と相関がある。なお、回転電機の静電容量は、磁性体コアと巻線の間を電気的に絶縁する絶縁層を誘電体として、巻線とケースの間に存在する。
【００８４】
本発明者の検討によれば、絶縁層において熱劣化やボイド発生などが進行すると、静電容量が初期状態よりも小さくなるとともに、対地漏れ電流の基準値および最小値は初期状態よりも小さくなる。また、絶縁層に吸湿劣化などが生じると、静電容量が初期状態よりも大きくなるとともに、対地漏れ電流の基準値および最小値は初期状態よりも大きくなる。
【００８５】
したがって、回転電機の動作中において対地漏れ電流を計測し、対地漏れ電流の基準値もしくは最低値を検出し、予め検出した初期状態における対地漏れ電流の基準値もしくは最小値と比較することにより、絶縁劣化の度合いを定量的に判定することができる。また、許容される対地漏れ電流の基準値もしくは最低値に上限値および下限値を予め設定して、上限値を超えたり、下限値を下回ったりしたら、絶縁状態が異常であると判定してもよい。
【００８６】
そこで、本実施例４において、計測システム８（図１）が備えるデータ処理部８３は、データ記録部８２に記録された、パラメータＰ（例えば、出力電流）および対地漏れ電流の計測値から、上述のような対地漏れ電流の基準値（図４）を抽出したり、上述のような相関関係（図５，６）における対地漏れ電流の最小値を抽出したりする。データ処理部８３は、抽出した基準値もしくは最小値を、予め計測システムにおいて設定される初期値（三相交流発電機の初期状態における基準値もしくは最小値）と比較し、比較結果に基づいて三相交流発電機の絶縁劣化の度合いを定量的に評価する。また、データ処理部８３は、予め計測システム８に設定される、許容される基準値もしくは最小値の閾値を超えたり下回ったりしたら、絶縁状態が異常であると判定してもよい。
【００８７】
なお、図６に示す相関関係においては、出力に関与するパラメータに対して、対地漏れ電流が緩やかに変化する領域における、対地漏れ電流の略一定値を最小値としてもよい。
【００８８】
本実施例４によれば、高精度かつ簡易に三相交流発電機の絶縁状態を診断できるとともに、三相交流発電機の絶縁劣化状態を確実に判定することができる。
【実施例５】
【００８９】
次に、本発明の実施例５である電気機械の故障診断装置について、図７を用いて説明する。なお、本実施例５においては、上述の実施例１〜４のいずれかにおける絶縁状態評価手段が適用される。
【００９０】
図７は、本発明の実施例５である電気機械の故障診断装置の構成を示す。以下、主に装置構成に関して、実施例１と異なる点について説明する。
【００９１】
図７に示すように、本実施例５における計測システム８は、電流計測部８１とデータ記録部８２とデータ処理部８３とに加えて、さらに、計測データを外部へ送信する通信部８４を備える。
【００９２】
三相交流発電機１の出力に関与するパラメータＰの計測データと、電流計測部８１が出力する対地漏れ電流の計測データとは、通信部８４によって、通信ネットワーク２００を介して、三相交流発電機１の設置場所とは地理的に離れた場所に位置するデータセンタサーバ１００に送信される。なお、通信ネットワーク２００は無線および有線のいずれでもよい。
【００９３】
データセンタサーバ１００はデータ記録部８２Ａを備えている。発電機側の計測システム８から受信した各計測データは、データ記録部８２Ａに記録されて蓄積される。これにより、三相交流発電機１の運転状態で計測される、膨大な量の計測データを、記録して蓄積することができる。なお、データセンタサーバ１００は、図示されない他の発電機を含む複数の発電機側から送信される計測データを受信してデータ記録部８２Ａに記録する。
【００９４】
通信部８４は、各計測データを、逐次、データセンタサーバ１００へ送信してもよいし、発電機側のデータ記録部８２に所定期間蓄積された計測データを、定期的に（例えば、データ蓄積期間とおなじ時間間隔で）、データセンタサーバ１００へ送信してもよい。
【００９５】
なお、データ処理部８３による絶縁状態の診断結果が、通信部８４によって、データセンタサーバ１００に送信されてもよい。
【００９６】
また、発電機側のデータ処理部８３が、逐次、絶縁状態の診断を実行し、絶縁状態が異常であると判定した場合、通信部８４が、通信ネットワーク２００を介して、データセンタサーバ１００に警報を発信してもよい。この場合、データ処理部８３が絶縁状態の異常を判定した時点において、通信部８４が、データ記録部８２に蓄積された計測データをデータセンタサーバ１００へ送信して、絶縁状態の詳細な分析に用いてもよい。
【００９７】
本実施例５では、データセンタサーバ１００が備えるデータ記録部８２Ａが主たるデータ記録部であり、発電機側の計測システム８が備えるデータ記録部８２はデータのバックアップ用である。なお、バックアップするデータ量やバックアップ期間を適宜設定することにより、発電機側の計測システム８が備えるデータ記録部８２のデータ記録容量を低減することができる。この場合、データ記録部８２のデータ記録容量は、データ記録部８２Ａにおける計測システム８からの計測データのデータ記録容量よりも小さくなる。なお、発電機側では、データ記録部８２を設けないことも可能である。
【００９８】
なお、三相交流発電機１の設置場所とは地理的に離れた場所に位置するデータ処理部８３Ａは、通信ネットワーク２００を介して、データ記録部８２Ａに蓄積される計測データを取得し、取得された計測データに基づいて、三相交流発電機１の絶縁状態を診断する。
【００９９】
データ処理部８３Ａは、データセンタサーバ１００に備えられてもよい。この場合、データ処理部８３Ａは、通信ネットワーク２００を介することなく、データ記録部８２Ａから計測データが取得される。また、発電機側の計測システム８が備えるデータ処理部８３が、通信ネットワーク２００を介して、データ記録部８２Ａに蓄積される計測データを取得し、取得された計測データに基づいて、三相交流発電機１の絶縁状態を診断してもよい。
【０１００】
このように、本実施例５によれば、計測システム８が、計測データを通信ネットワークへ送出する通信部８４を備えることにより、データセンタサーバ１００が有する大容量のデータ記録部８２Ａに計測データを記録することができる。したがって、膨大な量の計測データを蓄積して、絶縁状態の診断や詳細な分析に用いることができる。
【０１０１】
なお、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前述した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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置き換えをすることが可能である。
【０１０２】
例えば、上述の絶縁状態の診断手段は、発電機に限らず、電動機を含む各種の回転電機に適用できる。さらに、上述の絶縁状態の診断手段は、三相の電機子巻線を備えるリニア同期モータやリニア誘導モータにも適用できる。なお、電動機の場合、電力系統９に替えて、各種交流電源装置が適用されてもよい。また、電動機の場合、出力に関与するパラメータＰとして、例えば、負荷電流が用いられる。
【０１０３】
また、電気機械の交流相数は、３相に限らず複数相でもよい。
【０１０４】
また、絶縁状態の診断対象は、定格電圧７００Ｖ以下の回転電機としてもよい。この場合、部分放電劣化が生じ難いので、熱劣化や吸湿劣化などによる絶縁劣化を精度よく診断できる。
【０１０５】
また、診断に用いる静電容量の初期値は、既存のステータ巻線図面などから取得される設計情報を用いて算出してもよい。
【符号の説明】
【０１０６】
１…三相交流発電機
２ａ，２ｂ，２ｃ…電流センサ
２ａ−１，２ａ−２，２ｂ−１，２ｂ−２，２ｃ−１，２ｃ−２…電流センサ
３…ケーブル
４…端子台
８…計測システム
９…電力系統
１０ａ…Ｕ相巻線
１０ｂ…Ｖ相巻線
１０ｃ…Ｗ相巻線
８１…電流計測部
８２，８２Ａ…データ記録部
８３，８３Ａ…データ処理部
８４…通信部
１００…データセンタサーバ
２００…通信ネットワーク
【図１】
2020180906.tif 000003
【図２】
2020180906.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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