(57)【要約】【課題】回転機器の固定子コイルの半導電層の劣化を監視することで回転機器の安定運転を持続させることができる固定子コイル劣化監視システムを提供する。【解決手段】ガス検知装置２１で検出したオゾンの濃度に基づいて固定子コイル１０の半導電層１４の浸食が進展する度合いを判定し、浸食が進展して半導電層が劣化していると判定したときには、固定子コイル１０の状態を報知するとともに、ガス検知装置で検出した窒素酸化物の濃度に基づいて半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、固定子コイルの寿命が近いという旨を報知する劣化監視部２３を備えている。【選択図】図５
2020139811.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機器の固定子コイルを構成する半導電層で発生するオゾンの濃度を測定するガス検知装置であって、
前記回転機器の内部雰囲気ガスを吸引するオゾン用吸引装置と、前記回転機器と前記オゾン用吸引装置との間に接続され、前記内部雰囲気ガスが通過することで当該内部雰囲気ガスに含まれているオゾンの濃度を検出するオゾン濃度検出部と、を備えていることを特徴とする回転機器のガス検知装置。
【請求項２】
前記オゾン濃度検出部は、密閉されたチューブ状の容器の中に薬剤が収納され、前記内部雰囲気ガスが通過することで前記オゾンと反応して変色し、前記薬剤の変色の度合いによってオゾン濃度を測定するオゾン検知管であることを特徴とする請求項１記載の回転機器のガス検知装置。
【請求項３】
回転機器の固定子コイルを構成する半導電層で発生する窒素酸化物の濃度を測定するガス検知装置であって、
前記回転機器の内部雰囲気ガスを吸引する窒素酸化物用吸引装置と、前記回転機器と前記窒素酸化物用吸引装置との間に接続され、前記内部雰囲気ガスが通過することで当該内部雰囲気ガスに含まれている窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物濃度検出部と、を備えていることを特徴とする回転機器のガス検知装置。
【請求項４】
前記窒素酸化物濃度検出部は、密閉されたチューブ状の容器の中に薬剤が収納され、前記内部雰囲気ガスが通過することで前記窒素酸化物と反応して変色し、前記薬剤の変色の度合いによって窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物検知管であることを特徴とする請求項３記載の回転機器のガス検知装置。
【請求項５】
回転機器の固定子コイルを構成する半導電層で発生するオゾン及び窒素酸化物の濃度を測定するガス検知装置であって、
前記回転機器の内部雰囲気ガスを吸引するオゾン用吸引装置と、前記回転機器と前記オゾン用吸引装置との間に接続され、前記内部雰囲気ガスが通過することで当該内部雰囲気ガスに含まれているオゾンの濃度を検出するオゾン濃度検出部と、
前記回転機器の前記内部雰囲気ガスを吸引する窒素酸化物用吸引装置と、前記回転機器と前記窒素酸化物用吸引装置との間に接続され、前記内部雰囲気ガスが通過することで当該内部雰囲気ガスに含まれている窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物濃度検出部と、を備えていることを特徴とする回転機器のガス検知装置。
【請求項６】
前記窒素酸化物濃度検出部と前記回転機器との間に、内部を通過する前記内部雰囲気ガスからオゾンを吸収するオゾン吸収フィルターが接続されていることを特徴とする請求項３から５の何れか１項に記載の回転機器のガス検知装置。
【請求項７】
回転機器の固定子コイルを構成する半導電層で発生するオゾンの濃度を測定するガス検知方法であって、
前記回転機器にオゾン濃度検出部を接続し、前記回転機器の内部雰囲気ガスを前記オゾン濃度検出部に通過させることで、前記オゾン濃度検出部が前記内部雰囲気ガスに含まれるオゾンの濃度を検出することを特徴とする回転機器のガス検知方法。
【請求項８】
回転機器の固定子コイルを構成する半導電層で発生する窒素酸化物の濃度を測定するガス検知方法であって、
前記回転機器に窒素酸化物濃度検出部を接続し、前記回転機器の内部雰囲気ガスを前記窒素酸化物濃度検出部に通過させることで、前記窒素酸化物濃度検出部が前記内部雰囲気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出することを特徴とする回転機器のガス検知方法。
【請求項９】
回転機器の固定子コイルを構成する半導電層で発生するオゾン及び窒素酸化物の濃度を測定するガス検知方法であって、
前記回転機器にオゾン濃度検出部を接続し、前記回転機器の内部雰囲気ガスを前記オゾン濃度検出部に通過させることで、前記オゾン濃度検出部が前記内部雰囲気ガスに含まれるオゾンの濃度を検出するとともに、
前記回転機器に窒素酸化物濃度検出部を接続し、前記回転機器の内部雰囲気ガスを前記窒素酸化物濃度検出部に通過させることで、前記窒素酸化物濃度検出部が前記内部雰囲気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出することを特徴とする回転機器のガス検知方法。
【請求項１０】
前記窒素酸化物濃度検出部と前記回転機器との間に、内部を通過する前記内部雰囲気ガスからオゾンを吸収するオゾン吸収フィルターが接続されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の回転機器のガス検知方法。
【請求項１１】
請求項１又は２の何れかの回転機器のガス検知装置と、
前記ガス検知装置で検出したオゾンの濃度に基づいて前記半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、浸食が進展して前記半導電層が劣化していると判定したときには、前記固定子コイルの状態を報知する劣化監視部と、を備えていることを特徴とする回転機器における固定子コイル劣化監視システム。
【請求項１２】
請求項３又は４の何れかの回転機器のガス検知装置と、
前記ガス検知装置で検出した窒素酸化物の濃度に基づいて前記半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、前記固定子コイルの寿命が近いという旨を報知する劣化監視部と、を備えていることを特徴とする回転機器における固定子コイル劣化監視システム。
【請求項１３】
請求項５又は６の何れかの回転機器のガス検知装置と、
前記ガス検知装置で検出したオゾンの濃度に基づいて前記半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、浸食が進展して前記半導電層が劣化していると判定したときには、前記固定子コイルの状態を報知するとともに、前記ガス検知装置で検出した窒素酸化物の濃度に基づいて前記半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、前記固定子コイルの寿命が近いという旨を報知する劣化監視部と、を備えていることを特徴とする回転機器における固定子コイル劣化監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高圧回転機器など回転機器の固定子コイルの半導電層の劣化を監視する際に使用する回転機器のガス検知装置、ガス検知方法及び固定子コイル劣化監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
高圧回転機器など回転機器の固定子コイルは、絶縁被膜が施された導線を複数本束ねた素線コイルと、素線コイルをマイカテープなどで巻回して設けた絶縁層と、半導電層と、を備え、固定子鉄心のスロットに収容されて結線されており、これらは熱硬化性樹脂によって含浸、硬化されている。
固定子コイルは、運転中に電気的、熱的、機械的ストレスを受けるので、絶縁層と半導電層は経年劣化を引き起こしやすい。
【０００３】
固定子コイルの絶縁層の劣化は、絶縁層中の微小なボイドにおいて発生する部分放電によって経年的に浸食されていき、やがて機器故障（絶縁破壊）に至ることがある。そこで、稼働中の回転機器の部分放電の発生レベルを検出し、故障前にメンテナンスや更新を促す部分放電監視技術が開発されてきた（例えば、特許文献１及び２）。
特許文献１は、回転機器の内部雰囲気ガスのうち、一酸化炭素、二酸化窒素、オゾンの濃度を測定し、測定結果を分析することで、回転子コイルの絶縁層の劣化を探知し、回転機器の予防保全を行う技術である。
【０００４】
特許文献２は、部分放電電荷量とオゾンの発生濃度の関係から、オゾンを測定することで、高周波ノイズの影響を受けることなく回転機器のコイルで発生する部分放電の発生状況を検知し、回転子コイルの絶縁層の劣化を監視する方法である。
一方、固定子コイルの半導電層は、絶縁層と半導電層の間の微小なボイドにおいて発生する部分放電によって劣化する。半導電層が劣化すると、部分放電が発生し、半導電層の劣化が促進される。ここで、固定子コイルの絶縁層及び半導電層を含む全体で部分放電が発生するが、本願では、半導電層の劣化に伴って固定子コイル表面で発生する放電を「表面放電」と称する。
【０００５】
半導電層で発生する表面放電により劣化が促進されると、その際にオゾン（Ｏ３）、窒素酸化物（ＮＯ，ＮＯ２）といった腐食性ガスが発生し、腐食性ガスと空気中の水分とが結びついて硝酸が生成される。これにより、回転機器の金属構造部品の錆や腐食による強度低下を招き、二次的な故障を引き起こし、回転機器の安定した運転に支障をきたすおそれがある。
半導電層の劣化は表面放電を伴うため、従来から行われている部分放電試験によって劣化の傾向を探ることは可能であるが、絶縁層中で発生する部分放電のほうが支配的な場合には、半導電層の劣化を判別することは困難である。
【０００６】
このため、半導電層の劣化の評価は、回転機器の運転を停止させ、回転子を引き抜き、固定子コイルを目視によって点検する方法が主である。半導電層の劣化を点検するためには、回転機器のフレームの取り外し、回転子を引き抜き、固定子コイルが目視で点検可能な状態とする必要がある。しかし、高圧回転機器は、発電所や工場における主要機器であり、運転停止による半導電層の劣化の評価は、工場の操業において望ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２０１２−５０３４６３号公報
【特許文献２】特開２０１８−２００１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述した特許文献１及び２の技術は、回転機器の回転子コイルの絶縁体の劣化や部分放電を監視するものであり、目視点検以外の方法で固定子コイルの半導電層の劣化を評価する手法は、未だ確立されていない。
このため、固定子コイルの半導電層の劣化を監視することは、回転機器の安定運転において重要であり、従来の目視点検のように回転機器を停止させることなく回転機器が運転した状態（オンライン）で、固定子コイルの半導電層の劣化を評価する手法が必要である。
そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、回転機器の固定子コイルの半導電層の劣化を監視することで回転機器の安定運転を持続させることができる回転機器のガス検知装置、ガス検知方法及び固定子コイル劣化監視システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転機器のガス検知装置は、回転機器の固定子コイルを構成する半導電層の劣化による表面放電によって発生するオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）の濃度を測定するガス検知装置であって、回転機器の内部雰囲気ガスを吸引する吸引装置と、回転機器と吸引装置との間に接続され、内部雰囲気ガスが通過することで内部雰囲気ガスに含まれているオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）の濃度を検出するオゾン濃度検出部と、を備えている。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る回転機器のガス検知方法は、回転機器の固定子コイルを構成する半導電層の劣化による表面放電によって発生するオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）の濃度を測定するガス検知方法であって、回転機器にオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）濃度検出部を接続し、回転機器の内部雰囲気ガスをオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）濃度検出部に通過させることで、オゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）濃度検出部が内部雰囲気ガスに含まれるオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）の濃度を検出するようにした。
【００１１】
さらに、本発明の一態様に係る回転機器における固定子コイル劣化監視システムは、上述した回転機器のガス検知装置と、ガス検知装置で検出したオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）の濃度に基づいて半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、浸食が進展して半導電層が劣化していると判定したときには、固定子コイルの状態を報知する劣化監視部と、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る回転機器のガス検知装置、ガス検知方法及び固定子コイル劣化監視システムによれば、回転機器の固定子コイルの半導電層の劣化を監視することで回転機器の安定運転を持続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明で使用される回転機器を示す概略構成図である。
【図２】図１のII−II線矢視図であり、回転機器における固定子鉄心のスロットに収容された固定子コイルを示す図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の固定子コイル劣化監視システムの構成を示す図である。
【図４】固定子コイル劣化監視システムの濃度測定部の構成を示す図である。
【図５】固定子コイル劣化監視システムの劣化監視部が行う劣化監視処理を示すフローチャートである。
【図６】固定子コイルの半導電層が表面放電の発生により浸食が進展する度合い（浸食面積の変化）と、半導電層の浸食度合いにより変化するオゾン濃度との関係を示すグラフである。
【図７】回転機器の運転時間の経過とともに、回転機器の内部で発生するオゾン、窒素酸化物の濃度の変化を示したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、図面を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す第１実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。
【００１５】
［回転機器の構成］
図１は、本発明に係る第１実施形態で使用される回転機器１を示すものである。
回転機器１は、機器本体２と、この機器本体２の外周を覆っている機器フレーム３と、を備えている。
機器本体２は、回転子４と、固定子５とで構成されている。
回転子４は、機器フレーム３の両端に形成された端板３ａ及び３ｂに軸受（不図示）を介して回転自在に支持されている回転軸６と、回転軸６に固定された回転子コイル７と、を備えている。
固定子５は、回転子コイル５の外周に所定のギャップを介して対向している円筒形状の固定子鉄心８と、固定子鉄心８の内周面に形成された複数のスロット９に収容された固定子コイル１０と、を備えている。
図２は、固定子鉄心８のスロット９に収容された固定子コイル１０を示す図である。この固定子コイル１０は、絶縁被膜が施された導線１１を複数本束ねた素線コイル１２と、素線コイル１２の外周をマイカテープなどで巻回して設けた絶縁層１３と、絶縁層の周囲に熱硬化性樹脂を含浸、硬化して設けた半導電層１４と、を備えている。これらは、楔１５でスロット９内部に収容されて結線されているとともに、熱硬化性樹脂によって含浸、硬化されている。
固定子コイル１０には、三相ケーブル（不図示）から給電される。
【００１６】
［回転機器の固定子コイル劣化監視システム］
図３は、第１実施形態の回転機器１の固定子コイル劣化監視システム２０を示すものである。
固定子コイル劣化監視システム２０は、半導電層１４の劣化による表面放電によって発生したオゾン（Ｏ３）、窒素酸化物（ＮＯ，ＮＯ２）の濃度を測定する濃度測定部２１と、濃度測定部２１で測定したオゾン、窒素酸化物の測定データを記録する測定データ記録部２２と、測定データ記録部２２で記録した測定データに基づいて固定子コイル１０の劣化監視を行う劣化監視部２３と、劣化監視部２３において回転機器１の監視レベルを表示する表示部２４と、を備えている。
濃度測定部２１は、図４に示すように、第１気体吸引装置２５及び第２気体吸引装置２６と、第１気体吸引装置２５と回転機器１との間に接続した窒素酸化物検知管２７と、窒素酸化物検知管２７及び回転機器１との間に接続したオゾン吸収フィルター２８と、第２気体吸引装置２６及び回転機器１との間に接続したオゾン検知管２９と、を備えている。
【００１７】
オゾン検知管２９は、密閉されたチューブ状の容器の中に、オゾンガスと反応して変色する薬剤が収納されており、回転機器１の内部雰囲気ガスに含まれているオゾンと反応して変色し、その変色の度合いによってオゾンの濃度を測定する。
窒素酸化物検知管２７は、密閉されたチューブ状の容器の中に、窒素酸化物と反応して変色する薬剤が収納されており、回転機器１の内部雰囲気ガスに含まれている窒素酸化物と反応して変色し、その変色の度合いによって窒素酸化物の濃度を測定する。
オゾン吸収フィルター２８は、密閉されたチューブ状の容器の中に、鉄、あるいはアルミなどのオゾンを吸収または分解する性質をもった材料が収納されている。
【００１８】
次に、濃度測定部２１の動作について説明する。
第１気体吸引装置２５を駆動すると回転機器１の内部雰囲気ガスが吸引され、オゾン吸収フィルター２８、窒素酸化物検知管２７を通過し、これらを通過したガスが第１気体吸引装置２５から外部に排出される。この際、オゾン吸収フィルター２８を通過した内部雰囲気ガスからオゾンが吸収され、窒素酸化物（ＮＯ，ＮＯ２）を含んだ内部雰囲気ガスだけが窒素酸化物検知管２７を通過し、窒素酸化物検知管２７の変色の度合いによって窒素酸化物の濃度が測定される。
【００１９】
また、第２気体吸引装置２６を駆動すると回転機器１の内部雰囲気ガスが吸引され、オゾン検知管２９を通過し、オゾン検知管２９を通過したガスは第２気体吸引装置２６から外部に排出される。この際、オゾン検知管２９の変色の度合いによってオゾンの濃度が測定される。
オゾン吸収フィルター２８に収納されている鉄、あるいはアルミは、回転機器１の内部雰囲気ガスの通過を妨げず、かつ、回転機器１の内部雰囲気ガスが十分に接触するようにするため、大きさ２〜５mmの球状またはペレット状、あるいは一辺が５mm〜１０mm程度の鱗片状であることが望ましい。オゾン吸収フィルター２８の全長は、１００ mmから２００ mm程度であり、回転機器の内部雰囲気ガスに含まれているオゾン濃度が高い場合は、全長を長くすることで、より高いオゾンの吸収あるいは分解効果が得られる。
【００２０】
そして、濃度測定部２１のオゾン検知管２９で測定したオゾンの濃度（オゾン濃度測定値）ＯＣと、窒素酸化物検知管２７で測定した窒素酸化物の濃度（窒素酸化物濃度測定値）ＮＣは、測定データ記録部２２に記録される。
次に、図３で示した固定子コイル劣化監視システム２０の劣化監視部２３は、濃度測定部２１で測定したオゾン濃度及び窒素酸化物に基づいて固定子コイル１０の半導電層１４の浸食進展性、寿命の各判断を行う。劣化監視部２３は、マイクロコンピュータ等の演算処理装置で構成される場合や、測定、データ処理の一部を作業員が手動で行う場合を含む。図２を参照して、劣化監視部２３が行う劣化監視処理について説明する。
【００２１】
［劣化監視部が行う劣化監視処理］
この劣化監視処理は、先ず、ステップＳＴ１で、測定データ記録部２２に記憶されているオゾン濃度測定値ＯＣと、窒素酸化物濃度測定値ＮＣを読み込んでからステップＳＴ２に移行する。
ステップＳＴ２では、窒素酸化物の濃度に基づいて固定子コイル１０の半導電層１４の浸食度合いを判定する。この判定では、窒素酸化物濃度測定値ＮＣが、即対応レベル閾値ＮＴＳ以上であるか否かによって判定する。そして、ＮＣ≧ＮＴＳであるときには、固定子コイル１０を交換しなければならないほど半導電層１４の浸食が進展していると判断し、ステップＳＴ３に移行して、「固定子コイルの交換が必要」の旨を表示部２４に表示してから劣化監視処理を終了する。一方、ステップＳＴ２においてＮＣ＜ＮＴＳであるときには、ステップＳＴ４に移行する。
【００２２】
ステップＳＴ４では、オゾンの濃度に基づいて固定子コイル１０の半導電層１４の浸食度合いを判定する。この判定では、オゾン濃度測定値ＯＣが、即対応レベル閾値ＯＴ３Ｓ以上であるか否かによって判定する。そして、ＯＣ≧ＯＴ３Ｓであるときには、固定子コイル１０を交換しなければならないほど半導電層１４の浸食が進展していると判断し、ステップＳＴ３に移行して、「固定子コイルの交換が必要」の旨を表示部２４に表示してから劣化監視処理を終了する。一方、ステップＳＴ４においてＯＣ＜ＯＴ３Ｓであるときには、ステップＳＴ５に移行する。
【００２３】
ステップＳＴ５も、オゾンの濃度に基づいて固定子コイル１０の半導電層１４の浸食度合いを判定する。この判定では、オゾン濃度測定値ＯＣが、警戒レベル閾値ＯＴ２Ｓ以上であるか否かによって判定する。ここで、警戒レベル閾値ＯＴ２Ｓは、即対応レベル閾値ＯＴ３Ｓより小さな値である。そして、ＯＣ≧ＯＴ２Ｓであるときには、半導電層１４の浸食が徐々に進展しているので固定子コイル１０の交換の検討が必要であると判断し、ステップＳＴ３に移行して、「警戒レベル（固定子コイル交換の検討が必要」の旨を表示部２４に表示してから劣化監視処理を終了する。一方、ステップＳＴ５においてＯＣ＜ＯＴ２Ｓであるときには、ステップＳＴ７に移行する。
【００２４】
ステップＳＴ７も、オゾンの濃度に基づいて固定子コイル１０の半導電層１４の浸食度合いを判定する。この判定では、オゾン濃度測定値ＯＣが、要監視レベル閾値ＯＴ１Ｓ以上であるか否かによって判定する。ここで、要監視レベル閾値ＯＴ１Ｓは、警戒レベル閾値ＯＴ２Ｓより小さな値である。そして、ＯＣ≧ＯＴ１Ｓであるときには、半導電層１４が浸食しているので固定子コイル１０の補修が必要と判断し、ステップＳＴ８に移行して、「要監視レベル（固定子コイル交換の補修検討が必要」の旨を表示部２４に表示してから劣化監視処理を終了する。一方、ステップＳＴ５においてＯＣ＜ＯＴ１Ｓであるときには、劣化監視処理を終了する。
【００２５】
次に、第１実施形態の回転機器の固定子コイル劣化監視システム２０の動作について、図３から図７を参照して説明する。
ここで、図６は、固定子コイル１０の半導電層１４が表面放電の発生により浸食が進展する度合い（浸食面積の変化）と、半導電層１４の浸食度合いにより変化するオゾン濃度との関係を実験値で示したものである。
本実施形態では、図６において半導電層１４の初期段階の浸食である浸食面積Ｓ１のときに発生するオゾン濃度を、前述した劣化監視部２３が行う劣化監視処理の要監視レベル閾値ＯＴ１Ｓとした。また、図５において、半導電層１４の中期段階の浸食である浸食面積Ｓ２（Ｓ２＞Ｓ１）のときに発生するオゾン濃度を、劣化監視処理の警戒レベル閾値ＯＴ２Ｓとした。さらに、また、図５において、半導電層１４が末期段階の浸食である浸食面積Ｓ３（Ｓ３＞Ｓ２）のときに発生するオゾン濃度を、劣化監視処理の即対応レベルＯＴ３Ｓとした。
【００２６】
固定子コイル劣化監視システム２０は、定期的に、濃度測定部２１を使用して回転機器１の内部雰囲気ガス中のオゾン、窒素酸化物の濃度測定を行う。この際、オゾン、窒素酸化物の採取位置は、濃度測定部２１のオゾン吸収フィルター２８、オゾン検知管２９を回転機器１の機器フレーム３を貫通するボルトの穴や給排気用の通気口部分など、内部雰囲気を直接採取できる箇所であれば、任意の場所を選択して良い。
濃度測定部２１の第１気体吸引装置２５を駆動すると、回転機器１の内部雰囲気ガスが吸引され、オゾン吸収フィルター２８、窒素酸化物検知管２７を通過する。オゾン吸収フィルター２８を通過した内部雰囲気ガスからオゾンが吸収されるので、窒素酸化物を含んだ内部雰囲気ガスだけが窒素酸化物検知管２７を通過し、窒素酸化物検知管２７は、高精度に窒素酸化物の濃度を測定する。また、第２気体吸引装置２６を駆動すると回転機器１の内部雰囲気ガスが吸引されてオゾン検知管２９を通過し、オゾン検知管２９がオゾンの濃度を測定する。
【００２７】
図７は、回転機器１の運転時間の経過とともに、回転機器１の内部で発生するオゾン、窒素酸化物の濃度の変化を示したものである。
回転機器１の固定子コイル１０の絶縁層１３の劣化では、微小なボイド内で部分放電が発生し、劣化が進行すると微小ボイドの大きさや数が増え、部分放電の強度や発生量が増加する。絶縁層１３の微小なボイド内で発生する部分放電は、固定子コイル１０を形成しているマイカテープや熱硬化性樹脂によって閉じられているため、部分放電によって生成されたオゾンや窒素酸化物といったガスは、回転機器１の内部雰囲気に漏れ出すことはない。
【００２８】
これに対して、半導電層１４の劣化では、表面放電によって半導電層１４が浸食され消失する。浸食され消失した半導電層放電の劣化が進行すると、浸食され消失した半導電層の表面積が増加し、表面放電の発生量が増加する。固定子コイル１０の表面には、冷却風が流れており、冷却風は回転機器１の内部を循環する。このため、半導電層１４の劣化による表面放電によって発生したオゾンや窒素酸化物は、冷却風に乗って回転機器１の内部雰囲気中を循環する。
【００２９】
図７に示すように、回転機器１の運転時間の増大により半導電層１４が浸食していくと、オゾンは徐々に発生して濃度が増大していく。しかし、窒素酸化物は、半導電層１４が末期段階の浸食で発生して濃度が急激に増大する。
図７において、回転機器１の運転時間の初期では、固定子コイル１０の半導電層１４では表面放電が発生せず、浸食が進展していない。
そして、回転機器１の運転時間が増大し、固定子コイル１０の半導電層１４で表面放電が発生して初期段階の浸食が進展する。このとき、定期的な濃度測定部２１のオゾン、窒素酸化物の濃度測定に基づいて、劣化監視部２３は、オゾン濃度ＯＣが要監視レベル閾値ＯＴ１Ｓ以上であると判断すると、固定子コイル１０の交換の補修検討が必要として表示部２４において「要監視レベル」を表示する（ステップＳＴ７、ステップＳＴ８）。
【００３０】
また、回転機器１の運転時間がさらに増大し、半導電層１４の表面放電の発生で中期段階の浸食が進展する。このとき、劣化監視部２３は、オゾン濃度ＯＣが警戒レベル閾値ＯＴ２Ｓ以上であると判断すると、固定子コイル１０の交換の検討が必要として表示部２４において「警戒レベル」を表示する（ステップＳＴ５、ステップＳＴ６）。
そして、回転機器１の運転時間がさらに増大し、半導電層１４が末期段階の浸食になると、劣化監視部２３は、オゾン濃度ＯＣが即対応レベル閾値ＯＴ３Ｓ以上であると判断すると、固定子コイル１０の交換が必要として表示部２４において「即対応レベル」を表示する（ステップＳＴ４、ステップＳＴ３）。
ここで、半導電層１４が末期段階の浸食になると、劣化監視部２３は、窒素酸化物濃度ＮＣが即対応レベル閾値ＮＴＳ以上であると判断すると、固定子コイル１０の交換が必要として表示部２４において「即対応レベル」を表示する（ステップＳＴ２、ステップＳＴ３）。
【００３１】
［第１実施形態の効果］
次に、第１実施形態の回転機器の固定子コイル劣化監視システム２０の効果について説明する。
先ず、固定子コイル劣化監視システム２０を構成する濃度測定部２１の効果について説明する。
濃度測定部２１は、回転機器１の内部雰囲気ガスを第１気体吸引装置２５及び第２気体吸引装置２６の吸引動作で、窒素酸化物検知管２７及びオゾン検知管２９に通過させ、それらの変色の度合いで濃度を測定しているので、測定の簡便化を図ることができる。
そして、回転機器１の内部雰囲気ガスが窒素酸化物検知管２７を通過する前には、オゾン吸収フィルター２８がオゾンを吸収しているので、オゾンの影響で窒素酸化物検知管２７内部が脱色してしまうなどの問題が発生せず、内部雰囲気ガスから窒素酸化物濃度を正確に測定することができる。
【００３２】
そして、オゾン吸収フィルター２８に収納されている鉄、あるいはアルミは、大きさ２〜５mmの球状またはペレット状、あるいは一辺が５mm〜１０mm程度の鱗片状に形成されているので、オゾン吸収フィルター２８中の内部雰囲気ガスの通過を妨げず、内部雰囲気ガスが十分に接触するようにするので、高いオゾンの吸収、分解効果が期待できる。
次に、固定子コイル劣化監視システム２０を構成する劣化監視部２３が行う劣化監視処理の効果について説明する。
【００３３】
回転機器１の運転時間が増大して半導電層１４の初期段階の浸食が進展すると、劣化監視部２３は、オゾン濃度ＯＣが要監視レベル閾値ＯＴ１Ｓ以上であると判断し、固定子コイル１０の交換の補修検討が必要として表示部２４において「要監視レベル」を表示する。また、回転機器１の運転時間がさらに増大し、半導電層１４の中期段階の浸食が進展すると、劣化監視部２３は、オゾン濃度ＯＣが警戒レベル閾値ＯＴ２Ｓ以上であると判断し、固定子コイル１０の交換の検討が必要として表示部２４において「警戒レベル」を表示する。そして、回転機器１の運転時間がさらに増大し、半導電層１４が末期段階の浸食になると、劣化監視部２３は、オゾン濃度ＯＣが即対応レベル閾値ＯＴ３Ｓ以上であると判断し、固定子コイル１０の交換が必要として表示部２４において「即対応レベル」を表示する。さらに、半導電層１４が末期段階の浸食になると、劣化監視部２３は、窒素酸化物濃度ＮＣが即対応レベル閾値ＮＴＳ以上であると判断すると、固定子コイル１０の交換が必要として表示部２４において「即対応レベル」を表示する。
【００３４】
したがって、第１実施形態の固定子コイル劣化監視システム２０は、従来の目視点検のように回転機器１を停止させることなく半導電層１４の劣化を監視し続けることができるので、回転機器１の安定運転を持続することができる。
なお、第１実施形態の回転機器の固定子コイル劣化監視システム２０は、オゾン及び窒素酸化物の濃度を測定して固定子コイル１０の交換時期について監視しているが、オゾンの濃度のみを測定して固定子コイル１０を監視、或いは、窒素酸化物の濃度のみを測定して固定子コイル１０を監視しても、回転機器１を停止させることなく半導電層１４の劣化を監視し続けることができ、回転機器１の安定運転を持続することができる。
【００３５】
また、第１実施形態の濃度測定部２１において、回転機器１の内部雰囲気ガスが通過することで変色の度合いで濃度を測定するオゾン検知管２９を使用したが、オゾンモニター，赤外分光装置などを使用しても、同様の効果を奏することができる。
また、本発明に記載されている劣化監視部が、固定子コイルの寿命が近いという旨を報知するという動作は、第１実施形態の劣化監視部２３が行う劣化監視処理では、マイクロコンピュータ等の演算処理装置の表示部２４において「要監視レベル」、「警戒レベル」及び「即対応レベル」を表示するようにしたが、本発明の要旨がこれに限定されるものではない。例えば、作業員が、オゾン濃度測定値ＯＣ及び窒素酸化物濃度測定値ＮＣを目視で確認し、書面で半導電層１Ｎの浸食状況を報知する方法を行っても、同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００３６】
1  回転機器
２  機器本体
３  機器フレーム
４  回転子
５  固定子
６  回転軸
７  回転子コイル
８  固定子鉄心
９  スロット
１０  固定子コイル
１１  導線
１２  素線コイル
１３  絶縁層
１４  半導電層
１５  楔
２０  固定子コイル劣化監視システム
２１  濃度測定部（ガス検知装置）
２２  測定データ記録部
２３  劣化監視部
２４  表示部
２５  第１気体吸引装置（窒素酸化物用吸引装置）
２６  第２気体吸引装置（オゾン用吸引装置）
２７  窒素酸化物検知管
２８  オゾン吸収フィルター
２９  オゾン検知管
【図１】
2020139811.tif 000003
【図２】
2020139811.tif 000004
【図３】
2020139811.tif 000005
【図４】
2020139811.tif 000006
【図５】
2020139811.tif 000007
【図６】
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【図７】
2020139811.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年5月28日(2019.5.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転機器の固定子コイルから発生する窒素酸化物の濃度を測定するガス検知装置であって、
前記回転機器の内部雰囲気ガスを吸引する窒素酸化物用吸引装置と、前記回転機器と前記窒素酸化物用吸引装置との間に接続され、前記内部雰囲気ガスが通過することで当該内部雰囲気ガスに含まれている窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物濃度検出部と、を備えているとともに、
前記窒素酸化物濃度検出部と前記回転機器との間に、内部を通過する前記内部雰囲気ガスからオゾンを吸収するオゾン吸収フィルターが接続されていることを特徴とする回転機器のガス検知装置。
【請求項２】
前記ガス検知装置は、前記固定子コイルから発生するオゾン及び前記窒素酸化物の濃度を測定する装置であって、
前記回転機器の内部雰囲気ガスを吸引するオゾン用吸引装置と、前記回転機器と前記オゾン用吸引装置との間に接続され、前記内部雰囲気ガスが通過することで当該内部雰囲気ガスに含まれているオゾンの濃度を検出するオゾン濃度検出部と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１記載の回転機器のガス検知装置。
【請求項３】
前記窒素酸化物濃度検出部は、密閉されたチューブ状の容器の中に薬剤が収納され、前記内部雰囲気ガスが通過することで前記窒素酸化物と反応して変色し、前記薬剤の変色の度合いによって窒素酸化物濃度を測定する窒素酸化物検知管であることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転機器のガス検知装置。
【請求項４】
前記オゾン濃度検出部は、密閉されたチューブ状の容器の中に薬剤が収納され、前記内部雰囲気ガスが通過することで前記オゾンと反応して変色し、前記薬剤の変色の度合いによってオゾン濃度を測定するオゾン検知管であることを特徴とする請求項２記載の回転機器のガス検知装置。
【請求項５】
回転機器の固定子コイルから発生するオゾン及び窒素酸化物の濃度を測定するガス検知方法であって、
前記回転機器にオゾン濃度検出部を接続し、前記回転機器の内部雰囲気ガスを前記オゾン濃度検出部に通過させることで、前記オゾン濃度検出部が前記内部雰囲気ガスに含まれるオゾンの濃度を検出し、
前記回転機器に窒素酸化物濃度検出部を接続し、前記回転機器の内部雰囲気ガスを前記窒素酸化物濃度検出部に通過させることで、前記窒素酸化物濃度検出部が前記内部雰囲気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出するとともに、
前記窒素酸化物濃度検出部と前記回転機器との間に、内部を通過する前記内部雰囲気ガスからオゾンを吸収するオゾン吸収フィルターが接続されていることを特徴とする回転機器のガス検知方法。
【請求項６】
請求項２記載の回転機器のガス検知装置と、
前記ガス検知装置で検出したオゾンの濃度に基づいて前記半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、浸食が進展して前記半導電層が劣化していると判定したときには、前記固定子コイルの状態を報知するとともに、前記ガス検知装置で検出した窒素酸化物の濃度に基づいて前記半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、前記固定子コイルの寿命が近いという旨を報知する劣化監視部と、を備えていることを特徴とする回転機器における固定子コイル劣化監視システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る回転機器のガス検知装置は、回転機器の固定子コイルから発生する窒素酸化物の濃度を測定するガス検知装置であって、回転機器の内部雰囲気ガスを吸引する窒素酸化物用吸引装置と、回転機器と窒素酸化物用吸引装置との間に接続され、内部雰囲気ガスが通過することで内部雰囲気ガスに含まれている窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物濃度検出部と、を備えているとともに、窒素酸化物濃度検出部と回転機器との間に、内部を通過する内部雰囲気ガスからオゾンを吸収するオゾン吸収フィルターが接続されている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
また、本発明の一態様に係る回転機器のガス検知方法は、回転機器の固定子コイルから発生するオゾン及び窒素酸化物の濃度を測定するガス検知方法であって、回転機器にオゾン濃度検出部を接続し、回転機器の内部雰囲気ガスをオゾン濃度検出部に通過させることで、オゾン濃度検出部が内部雰囲気ガスに含まれるオゾンの濃度を検出し、回転機器に窒素酸化物濃度検出部を接続し、回転機器の内部雰囲気ガスを窒素酸化物濃度検出部に通過させることで、窒素酸化物濃度検出部が内部雰囲気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出するとともに、窒素酸化物濃度検出部と回転機器との間に、内部を通過する前記内部雰囲気ガスからオゾンを吸収するオゾン吸収フィルターが接続されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
さらに、本発明の一態様に係る回転機器における固定子コイル劣化監視システムは、回転機器の内部雰囲気ガスを吸引する窒素酸化物用吸引装置と、回転機器と窒素酸化物用吸引装置との間に接続され、内部雰囲気ガスが通過することで内部雰囲気ガスに含まれている窒素酸化物の濃度を検出する窒素酸化物濃度検出部と、窒素酸化物濃度検出部と回転機器との間に接続され、内部を通過する内部雰囲気ガスからオゾンを吸収するオゾン吸収フィルターと、回転機器の内部雰囲気ガスを吸引するオゾン用吸引装置と、回転機器と前記オゾン用吸引装置との間に接続され、前記内部雰囲気ガスが通過することで当該内部雰囲気ガスに含まれているオゾンの濃度を検出するオゾン濃度検出部と、を備えたガス検知装置と、ガス検知装置で検出したオゾン（或いは窒素酸化物、或いはオゾン及び窒素酸化物）の濃度に基づいて半導電層の浸食が進展する度合いを判定し、浸食が進展して半導電層が劣化していると判定したときには、固定子コイルの状態を報知する劣化監視部と、を備えている。