(57)【要約】【課題】  回転電機内の温度上昇を精度高く検出できる回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法を提供する。【解決手段】  回転電機の温度監視システム（１００）は、回転電機（１０１）に設けられたコイル内温度センサおよび物理量センサの測定値を記憶するセンサデータ記憶装置（１０２）、センサデータ記憶装置に記憶された物理量センサの測定値を用いて回転電機の内部の温度を予測する機内温度予測装置（１０５）、機内温度予測装置で予測された回転電機の内部の温度に基づき、素線の温度とコイル内温度センサの測定温度との関係を算出する素線温度算出装置（１０６）、センサデータ記憶装置に記憶されたコイル内温度センサの測定値と、素線温度算出装置で算出された素線温度およびコイル内温度センサの測定温度の関係とから、素線の温度を予測する素線温度予測装置（１０３）を備える。【選択図】図１
2020072608.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機を構成するコイルに電流を通電する素線と、前記素線の周囲に設けられた絶縁層とを有するコイルと、
前記コイルの内部に設けられたコイル内温度センサと、
前記回転電機の内部に設けられ、前記回転電機の運転に関わる物理量を測定する物理量センサと、
前記コイル内温度センサおよび前記物理量センサの測定値を記憶するセンサデータ記憶装置と、
前記センサデータ記憶装置に記憶された前記物理量センサの測定値を用いて前記回転電機の内部の温度を予測する機内温度予測装置と、
前記機内温度予測装置で予測された前記回転電機の内部の温度に基づき、前記素線の温度と前記コイル内温度センサの測定温度との関係を算出する素線温度算出装置と、
前記センサデータ記憶装置に記憶された前記コイル内温度センサの測定値および前記素線温度算出装置で算出された前記素線の温度と前記コイル内温度センサの測定温度との関係から、前記素線の温度を予測する素線温度予測装置とを備えることを特徴とする回転電機の温度監視システム。
【請求項２】
前記コイル内温度センサの測定温度と前記素線温度予測装置で予測された前記素線の最高温度との関係を逐次表示する表示装置を備えることを特徴とする請求項１に記載の回転電機の温度監視システム。
【請求項３】
前記素線温度算出装置は、前記コイル内温度センサで測定された測定温度の経時変化を算出し、
前記素線温度予測装置は、前記経時変化に基づいて前記素線の温度の経時変化を予測することを特徴とする請求項１または２に記載の回転電機の温度監視システム。
【請求項４】
前記コイル内温度センサは、前記コイル内に複数個設けられており、
前記素線温度算出装置は、複数の前記コイル内温度センサごとに前記素線の温度と前記コイル内温度センサの測定温度との関係を算出し、
前記素線温度予測装置は、前記素線温度算出装置で算出された複数の前記コイル内温度センサの測定温度と前記素線の温度との関係から、前記素線の温度を予測し、前記コイル内での前記素線の温度の分布を予測することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視システム。
【請求項５】
前記コイル内温度センサは、前記コイルの中心から前記コイルの径方向に沿って前記コイルの端部に向かって複数個設置されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視システム。
【請求項６】
前記コイルは、前記素線と前記素線の周囲に設けられた絶縁層からなる複数個のコイル部材と、複数個の前記コイル部材の間に設けられた中間層とを有し、
前記コイル内温度センサは、前記中間層に設けられていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視システム。
【請求項７】
前記物理量は、前記コイルの電流値および前記回転電機の内部を流れる冷媒の温度の値を含むことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視システム。
【請求項８】
回転電機を構成するコイルに電流を通電する素線と、前記素線の周囲に設けられた絶縁層とを有するコイルの内部にコイル内温度センサを設けて温度を測定し、
前記回転電機の内部に物理量センサを設け、前記回転電機の運転に関わる物理量を測定し、
前記物理量センサの測定値を用いて前記回転電機の内部の温度を予測し、
予測された前記回転電機の内部の温度に基づき、前記素線の温度と前記コイル内温度センサの測定温度との関係を算出し、
前記コイル内温度センサの測定温度と、算出した前記素線の温度および前記コイル内温度センサの測定温度の関係とから、前記素線の温度を予測することを特徴とする回転電機の温度監視方法。
【請求項９】
前記コイル内温度センサの測定温度と予測した前記素線の最高温度との関係を逐次表示することを特徴とする請求項８に記載の回転電機の温度監視方法。
【請求項１０】
前記回転電機の内部の温度に基づき、前記素線の温度と前記コイル内温度センサの測定温度との関係を算出する際に、前記コイル内温度センサで測定された測定温度の経時変化を算出し、
前記経時変化に基づいて前記素線の温度の経時変化を予測することを特徴とする請求項８または９に記載の回転電機の温度監視方法。
【請求項１１】
前記コイル内温度センサは、前記コイル内に複数個設けられており、
複数の前記コイル内温度センサごとに前記素線の温度と前記コイル内温度センサの測定温度との関係を算出し、
算出された複数の前記素線の温度と前記コイル内温度センサの測定温度との関係から、前記素線の温度を予測し、前記コイル内での前記素線の温度の分布を予測することを特徴とする請求項８から１０のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視方法。
【請求項１２】
前記コイル内温度センサは、前記コイルの中心から前記コイルの径方向に沿って前記コイルの端部に向かって複数個設置されていることを特徴とする請求項８から１１のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視方法。
【請求項１３】
前記コイルは、前記素線と前記素線の周囲に設けられた絶縁層からなる複数個のコイル部材と、複数個の前記コイル部材の間に設けられた中間層とを有し、
前記コイル内温度センサは、前記中間層に設けられていることを特徴とする請求項８から１２のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視方法。
【請求項１４】
前記物理量は、前記コイルの電流値および前記回転電機の内部を流れる冷媒の温度の値を含むことを特徴とする請求項８から１３のいずれか１項に記載の回転電機の温度監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、タービン発電機等の回転電機では、ジュール損や鉄損等によってコイルや鉄心（コア）等が発熱し、機内の温度が上昇する。従来、この温度上昇を監視・制御し、回転電機の劣化の診断、防止および寿命の予測等が行われていた。また、回転電機として、固定子（ステータ）や回転子（ロータ）に通風流路を設け、当該通風流路に冷却媒体である空気や水素を循環させて、コイルや鉄心（コア）等を冷却する構造が知られている。
【０００３】
特許文献１には、固定子の複数のスロット内に固定子コイルを有し、固定子コイルが、固定子コイル内に設けられた複数の通路内を流れる冷媒によって冷却される、回転電気機械用の冷媒流量減少監視システムであって、複数の通路のうちの少なくとも１つの出口において冷媒の冷媒出口温度を測定し、各冷媒出口温度を示す信号を出力する出口温度センサと、少なくとも１つのスロットの長さに沿った位置で、および少なくとも１つのスロット内の固定子コイルの外側で前記少なくとも１つのスロット内の温度を測定し、少なくとも１つのスロット内の該温度を示す信号を出力するスロット温度センサと、複数の通路への入口で冷媒の冷媒入口温度を測定し、冷媒入口温度を示す信号を出力する入口温度センサと、少なくとも１つの冷媒通路温度、少なくとも１つのスロット温度、および冷媒入口温度に基づいて冷媒流量減少を示す警報を発生する冷媒流量減少監視装置とを備える冷媒流量減少監視システムが開示されている。
【０００４】
特許文献２には、固定子コイルの内部に設けられた冷却媒体通路に冷却媒体を流すことによって固定子コイルを冷却すると共に、冷却媒体通路の出口における冷却媒体の温度を測定することにより冷却媒体の温度を監視する回転電機の冷却媒体温度監視方式において、冷却媒体通路の出口における冷却媒体温度を固定子コイルごとに測定し、この測定した２以上の温度についてそれぞれ温度差を求め、この温度差と、予め求められた正常な運転状態における標準的な温度差との差を求め、これら温度差間の差が、予め設定された警報値を越えた場合に警報を発生するようにしたことを特徴とする回転電機の冷却媒体温度監視方式が開示されている。
【０００５】
特許文献３には、車両に搭載される回転電機のコイル温度を検出する温度検出手段と、予め測定された回転電機の所定温度での推定寿命を記憶する記憶手段と、回転電機の使用に伴う温度検出手段が検出するコイル温度のデータを取得し、推定寿命の所定温度に対応する使用時間をアレニウス則に基いて積算し、推定寿命に対する劣化状態を判断する演算手段とを備えたことを特徴とする車載回転電機の劣化診断装置が開示されている。
【０００６】
特許文献４には、コア内周面に並設されたスロットに固定子コイルが組み込まれてなる固定子を有する回転電気機械において、少なくとも一つの固定子コイルのスロットの外部に位置するコイルエンド部の絶縁層表面に、温度により特性の変化する感温部材及び該感温部材と外部光源との間で光を伝達する光ファイバを含む光ファイバ温度センサを取り付けたことを特徴とする回転電気機械が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２２３８６６号公報
【特許文献２】特開平６−３１５２４７号公報
【特許文献３】特開２０１４−２５７５３号公報
【特許文献４】特開２００１−０９１６０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上述した特許文献は、コイル内で最も温度が高くなる素線の温度を予測するものではなく、コイルを構成する絶縁層の劣化を正確に検出できるものではなかった。
【０００９】
本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、回転電機内の温度上昇を精度高く検出し、製品信頼性確保をより高度化できる回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための本発明の回転電機の温度監視システムの一態様は、回転電機を構成するコイルに電流を通電する素線と、素線の周囲に設けられた絶縁層とを有するコイルと、コイルの内部に設けられたコイル内温度センサと、回転電機の内部に設けられ、回転電機の運転に関わる物理量を測定する物理量センサと、コイル内温度センサおよび物理量センサの測定値を記憶するセンサデータ記憶装置と、センサデータ記憶装置に記憶された物理量センサの測定値を用いて回転電機の内部の温度を予測する機内温度予測装置と、機内温度予測装置で予測された回転電機の内部の温度に基づき、素線の温度とコイル内温度センサの測定温度との関係を算出する素線温度算出装置と、センサデータ記憶装置に記憶されたコイル内温度センサの測定値および素線温度算出装置で算出された素線温度とコイル内温度センサの測定温度との関係から、素線の温度を予測する素線温度予測装置とを備える。
【００１１】
また、上記目的を達成するための本発明の回転電機の監視方法の一態様は、回転電機を構成するコイルに電流を通電する素線と、素線の周囲に設けられた絶縁層とを有するコイルの内部にコイル内温度センサを設けて温度を測定し、回転電機の内部に物理量センサを設け、回転電機の運転に関わる物理量を測定し、物理量センサの測定値を用いて回転電機の内部の温度を予測し、予測された回転電機の内部の温度に基づき、素線の温度とコイル内温度センサの測定温度との関係を算出し、コイル内温度センサの測定温度と、算出した素線温度およびコイル内温度センサの測定温度の関係とから、素線の温度を予測する。
【００１２】
本発明のより具体的な構成は、特許請求の範囲に記載される。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、回転電機内の温度上昇を精度高く検出し、製品信頼性確保をより高度化できる回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法を提供することができる。
【００１４】
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】
【００１５】
【図１】実施例１の回転電機の温度監視システムを示すブロック図である。
【図２】実施例１の温度監視システムで作成したセンサ部および素線の温度とコイル電流値の関係を示すグラフである。
【図３】実施例１の温度監視システムで作成した素線の最高温度とセンサ部温度の関係を示すグラフである。
【図４】絶縁層の熱伝導率の経時変化を示すグラフである。
【図５】実施例２の温度監視システムで作成したセンサ部および素線の温度とコイル電流値の関係を示すグラフである。
【図６】実施例２の温度監視システムで作成したセンサ部と素線の温度の経時変化の一例を示すグラフである。
【図７】固定子コイル１４の軸方向の温度分布を示すグラフである。
【図８】実施例３の温度センサの設置例を示す断面模式図である。
【図９】実施例３の温度監視システムで作成したセンサ部および素線の温度とコイル電流値の関係を示すグラフである。
【図１０】実施例４の温度監視システムで作成したセンサ部と素線の温度の経時変化の一例を示すグラフである。
【図１１】ラジアルフロー冷却方式回転子を備えたタービン発電機の概略構造の一部を示す断面図である。
【図１２】図１１の固定子コイルの断面の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
［従来の回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法］
本発明の回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法の説明に先立ち、従来の回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法について説明する。図１１はラジアルフロー冷却方式回転子を備えたタービン発電機の概略構造の一部を示す断面図である。
【００１７】
図１１において、タービン発電機３０は、固定子枠１と、固定子枠１内に収納された固定子２、固定子２と対向配置された回転子３、回転子３と一体に回転する回転子軸（シャフト）４を有する。固定子２の内周面と回転子３の外周面との間には、エアギャップ（間隙）１１が存在する。回転子３の通電導体として界磁コイル８が設けられ、固定子２の通電導体として固定子コイル１４が設けられている。固定子２は、電磁鋼板を軸方向に積層した固定子鉄心１２を有する。
【００１８】
固定子２内には、後述する冷却媒体６を固定子２内に導くための径方向通風路である固定子冷却ダクト１３が設けられている。固定子２内には、固定子冷却ダクト１３内を冷却媒体６が内径側から外径側に向かって通風する領域のフォワードゾーン１６、逆に外径側から内径側に向かって通風する領域のリバースゾーン１７が存在し、固定子枠１内には、これらのフォワードゾーン１６間やリバースゾーン１７間を連通させる通風管１８が設けられている。
【００１９】
回転子軸４の端部には、軸流ファン５が設置され、軸流ファン５によってタービン発電機の各部位に冷却媒体６が図１１中の矢印で示されるように送風される。サブスロット７は、冷却媒体６を回転子３内に導くための軸方向通風路である。ラジアル流路９は、サブスロット７からの冷却媒体を界磁コイル８に導くための径方向通風路である。回転子３の外表面には排気孔１０が設けられている。各部位の冷却によって昇温した冷却媒体６を冷却するための冷却器１５を有する。
【００２０】
このように構成されるタービン発電機３０では、回転子３が回転すると、軸流ファン５の押込み作用とラジアル流路９内の遠心力によるポンプ作用により、冷却媒体６がサブスロット７内に流入する。また、軸流ファン５からの冷却媒体６の一部は、エアギャップ１１および固定子コイル１４の端部へと流れる。サブスロット７内に流入した冷却媒体６は、回転子３の中央に向かって流れながら各ラジアル流路９に順次分岐され、各ラジアル流路９において界磁コイル８を冷却し、排気孔１０よりエアギャップ１１内に排出される。
【００２１】
固定子コイル１４の端部方向に流れた一部の冷却媒体６は、リバースゾーン１７間の通風管１８Ｂを通って各リバースゾーン１７内の固定子冷却ダクト１３に流入し、リバースゾーン１７内の固定子鉄心１２や固定子コイル１４を冷却した後、エアギャップ１１に排出され、回転子３を冷却した冷却媒体６と合流する。
【００２２】
エアギャップ１１で合流した冷却媒体６は、フォワードゾーン１６内の固定子冷却ダクト１３に流入し、フォワードゾーン１６内の固定子鉄心１２や固定子コイル１４を冷却し、フォワードゾーン１６間の通風管１８Ａを通って冷却器１５に流入する。各発熱部位の冷却によって昇温した冷却媒体６は、冷却器１５によって降温され、軸流ファン５に戻る一巡した流れを形成する。このように機内に冷却媒体６を通風させ、コイル等の発熱部位を冷却する。
【００２３】
次に、図１２を用いて、コイル温度の監視方法について説明する。ここでは、固定子コイル１４を例にして説明するが、界磁コイル８等の他のコイルについても同様である。図１２は固定子コイルの断面の模式図である。固定子コイル１４の断面（径方向−周方向断面）を示すものである。図１２に示すように、固定子コイル１４は、鉄心１２に設けられたコイル収納部（スロット）２３の中に、上コイル１４ａおよび下コイル（底コイル）１４ｂを有している。上コイル１４ａおよび下コイル１４ｂは、それぞれ、電流が通電する素線（導体）１９と、素線１９の周囲に設けられた絶縁層２０を有する。素線１９は、上コイル１４ａおよび下コイル１４ｂにおいて、それぞれ、複数段複数列配置されている。上コイル１４ａと下コイル１４ｂとの間には中間層２１が設けられ、中間層２１に温度計測用のコイル内温度センサ２２（例えば、測温抵抗体）が設けられている。
【００２４】
固定子コイル１４には、電気的な絶縁を確保する目的で、素線１９の外周部に絶縁層２０が設けられている。絶縁層２０は、長期運転下では劣化が進展し、絶縁性能が低下していき、絶縁破壊を招く恐れがある。そこで、従来、絶縁層２０の絶縁破壊によるタービン発電機の計画外停止を防ぐ目的で、コイル内温度センサ２２を用いて固定子コイル１４の温度の計測値から絶縁層２０の温度を算出し、温度の上昇を監視する方法が採用されていた。図１２では、上コイル１４ａと下コイル１４ｂの間の中間層２１にコイル内温度センサ２２を設置した例を示している。この場合、中間層２１の温度から、中間層に接する絶縁層２０の温度を間接的に測定することになる。運転初期に比べ、長期運転後にコイル内温度センサ２２の計測値が上昇した場合、絶縁層２０の劣化が進展していると判断する。設計段階で許容温度を決定し、それとの比較により絶縁層２０の健全性を判断する。
【００２５】
従来の温度監視方法として、固定子の構成部材でなく、周辺の冷却媒体６の温度変化を監視し、異常の有無を判断する方法も公知である。また、コイル内温度センサ２２でコイル表面の温度を計測し、絶縁層２０の劣化状態・寿命を推測する方法も公知である。
【００２６】
しかしながら、固定子コイル１４の温度は、冷却方法や通風構造によって軸方向（回転子軸４の長軸方向）に分布を有する。特に、図１１に示すような、冷却媒体がマルチ方向に流れるタイプでは、冷却媒体が一方向に流れるシングルタイプの構造よりも複雑な温度分布を有する。このため、絶縁層２０の劣化進展の状況も部位によって異なる。絶縁層２０の劣化は、高温環境下ほど進展が加速するため、固定子コイル１４の最高温度発生部位が、絶縁層２０の劣化に対して最も厳しくなる。このことを考慮して絶縁層２０の劣化状況や余寿命を診断しないと、劣化状況を過小、余寿命を過大に評価する恐れがあった。従来の温度監視方法には、この点を考慮したものではなかった。
【００２７】
そこで、本発明は、回転電機内の温度分布を考慮した上で、回転電機に設けたセンサ温度（測定値）から素線温度を予測することで、回転電機の温度監視を従来よりもより精度高く行うことが出来る回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法を提供する。以下、実施例に基づいて本発明について詳細に説明する。なお、各図において、同一構成部品には同符号を使用する。
【実施例１】
【００２８】
実施例１の回転電機の温度監視システムを、図１から図３を用いて説明する。なお、本実施例における回転電機自体の全体構成は、図１１に示した構成と同一なので、ここでの説明は省略する。
【００２９】
図１は実施例１の回転電機の温度監視システムを示すブロック図である。図１では回転電機１０１をタービン発電機とする。図１には示していないが、回転電機１０１の固定子コイルは図１２と同様に中間層２１を有し、中間層２１にコイル内温度センサ２２が設けられている。コイル内温度センサ２２は、磁場の影響を受けないセンサを用いることが好ましい。以下、コイル内に設けられた複数のコイル内温度センサを「センサ部（２２）」と称することがある。
【００３０】
図１に示すように、実施例１の回転電機の温度監視システム１００は、回転電機１０１と、回転電機のコイルの内部に設けられたコイル内温度センサと、回転電機１０１の内部に設けられ、回転電機１０１の運転に関わる物理量（コイル電流や冷媒ガス温度等）を測定する物理量センサを有する。さらに、上述したコイル内温度センサおよび物理量センサのセンサデータ（測定値）が格納されたセンサデータ記憶装置１０２と、センサデータ記憶装置１０２のセンサデータを用いて機内温度を詳細に予測する機内温度予測装置１０５と、機内温度予測装置１０５に基づき、素線温度とセンサ部の温度との関係を算出し、格納する素線温度算出装置１０６と、センサデータ記憶装置１０２に記憶されたコイル内温度センサの測定値およびと素線温度算出装置１０６に格納されたデータとの関係から、素線１９の温度を予測する素線温度予測装置１０３を有する。さらに、素線温度予測装置１０３の結果を表示する表示装置１０４を有していてもよい。各装置間は、有線または無線で通信してオンラインでデータのやり取りができるものであってもよいし、各装置間で通信機能を有しないオフラインのものであってもよい。
【００３１】
火力発電所等のサイトにおいては、回転電機１０１の運転状態を監視する目的で、コイル電流や冷媒ガス温度等の物理量を一定間隔の時間で取得している。本発明では、この運転状態を示す物理量のセンサデータを用いて、機内温度予測装置１０５により機内温度の詳細を予測する。機内温度予測装置１０５は、例えば、機内の通風や伝熱経路を詳細にモデル化した物理モデルによるシミュレーションである。本手法によれば、回転電機１０１の運転状態に合わせて、固定子コイル１４や界磁コイル８等の詳細な温度を把握することができる。機内温度予測装置１０５による各部の温度予測は、コイル電流や冷媒ガス温度等のセンサデータに対し、オンラインまたはオフラインの何れでも良い。
【００３２】
図２は実施例１の温度監視システムで作成したセンサ部および素線の温度とコイル電流値の関係を示すグラフである。図２において、マーカー（灰色丸印）がコイル内温度センサ２２による計測値、実線が物理モデルを用いた機内温度予測装置１０５によるコイル電流値に対するセンサ部温度の予測値、破線が機内温度予測装置１０５によるコイル電流値に対する素線１９の温度の予測値である。一般に、コイルの損失は、コイル電流増大により上昇し、ジュール損が支配的な場合、損失がコイル電流値の２乗に比例するため、コイル温度も２乗に比例して増大する。本発明の機内温度予測装置１０５によれば、コイル内温度センサ２２が設置してある部位の温度に加え、素線１９の温度も予測し、評価することができる。物理モデルによる予測精度は、コイル内温度センサ２２の値との比較により評価でき、その結果を用いて補正すれば、高精度に素線１９の温度を予測できる。また、図２に示すようなコイル電流値に対する素線１９の温度の挙動も予測でき、運転状態における素線１９の最高温度（定格出力温度黒色丸印）を予測することも可能となる。
【００３３】
従来は、高温になる素線１９にセンサを直接設置することができなかったため、機内の他の構成部材の温度から素線１９の温度を間接的に算出することしかできなかった。また、従来は、本実施例のように、機内の温度分布に基づいてセンサ温度を補正するものではなかった。このため、従来の構成では、素線１９の温度を高精度に予測することが困難であった。
【００３４】
回転電機では、設計段階で絶縁層２０の耐熱条件が設定されており、それを守らなければならない。絶縁層２０の劣化は、温度環境が厳しいほど進展が早いため、コイル最高温度の挙動を監視することが重要となる。本実施例によれば、運転状態に合わせた素線１９の最高温度を高精度に予測でき、制限温度に対する余裕度を評価できる。そのため、製品信頼性確保をより向上できる。
【００３５】
図３は実施例１の温度監視システムで作成した素線の最高温度とセンサ部温度の関係を示すグラフである。本実施例の機内温度予測装置１０５を用いれば、センサ部２２と素線１９の温度との関係を導出することができ、これをデータベース化することができる。コイル内温度センサ２２の温度の測定値と、素線温度算出装置１０６のデータを用いて、素線温度予測装置１０３により素線１９の最高温度を算出できる。本方法によれば、センサデータの取得毎に物理モデルを用いたシミュレーションを実施することなく、運転状態に合わせた素線１９の温度をリアルタイムで予測することもできる。得られた温度を表示装置１０４で表示し、制限温度と比較しながら、センサや素線１９の温度挙動を逐次監視でき、製品健全性が確保できる。これにより、絶縁層２０の劣化によるタービン発電機１０１の計画外停止の未然防止が可能となり、製品の信頼性およびユーザーに対するサービス性を向上することができる。
【００３６】
本実施例の温度監視システム１００は、絶縁層２０を介して素線１９を冷却するタイプ（間接冷却タイプ）に特に有効である。このタイプは、素線１９を水で冷却するタイプ（水冷タイプ）に比べて冷却性能が劣り、高温化しやすい傾向にあるためである。
【実施例２】
【００３７】
本実施例では、回転電機の経年劣化を評価する手法について説明する。図４は絶縁層の熱伝導率の経時変化を示すグラフである。絶縁層２０は、一般に、樹脂、ガラスクロスおよび雲母（マイカ）の混合材で構成される。絶縁層２０は、長期に亘ってある温度環境下で使用されると、樹脂の充填率が低下し、絶縁性能が低下する。これが絶縁劣化である。また、樹脂の充填率低下に伴い、絶縁層２０内に空隙が生じ、熱伝導率も低下する。絶縁層２０の熱伝導率低下は、回転電機１０１の冷却性能を低下させ、素線１９の温度にも影響を及ぼす。
【００３８】
図５は実施例２の温度監視システムで作成したセンサ部および素線の温度とコイル電流値の関係を示すグラフである。図５に示すように、回転電機１０１を運転し続ければ、前述した通り、絶縁層２０は劣化が進展して行く。そのため、運転ｔ１年後（例えば、ｔ１＝１年、５年または１０年）では、初期に比べてセンサ部２２や素線１９の温度も高温化する。運転初期の段階での物理モデルを用いた機内温度予測装置１０５によるセンサ部２２の予測温度に対し、ｔ１年後のコイル内温度センサ２２による測定値に乖離（図５中の矢印のように温度上昇）が生じた際は、絶縁層２０の劣化が進展し、熱伝導率が低下したと予想される。その場合、運転初期とｔ１年後の温度の差異を用いて、運転初期条件で算出した素線１９の温度特性を再補正する。これにより、絶縁層２０の熱的経年劣化に起因した熱伝導率の低下による素線１９の温度への影響を考慮できる。
【００３９】
図６は実施例２の温度監視システムで作成したセンサ部と素線の温度の経時変化の一例を示すグラフである。本実施例によれば、センサ部や素線１９の最高温度が、絶縁層２０の経年劣化により上昇する時間的な変化も予測できる。
【実施例３】
【００４０】
本実施例では、回転電機の各部位の劣化を評価する手法について説明する。図７は固定子コイル１４の軸方向の温度分布を示すグラフである。図７に示すように、センサ部２２や素線１９の温度は、通風構造に起因した冷却性能の違いから、軸方向に分布を有する場合がある。ここでは、端部が低く、中央に向かうほど高温となる例を示す。このように温度分布を有する場合、絶縁層２０は、部位によって温度環境が異なるため、劣化進展状況も異なる。図４に示した通り、環境温度が高いほど絶縁層２０の劣化進展が早く、より早期に熱伝導率も低下する。絶縁層２０の劣化により熱伝導率が低下すると、素線１９の温度は上昇し、さらに劣化を加速して行く。これは、温度環境が厳しい高温部ほど、より顕著になると予想される。
【００４１】
図８は実施例３の温度センサの設置例を示す断面模式図である。図８は、固定子コイル１４の径−軸方向断面図で、コイル内温度センサ２２は、中間層２１の軸方向に複数個（２２ａ、２２ｂ…２２ｎ）配置されている。これにより、センサ部の軸方向温度を計測できる。運転初期では、どの部位においても絶縁層２０の熱伝導率は同じであるが、低温の端部に比べ、高温となる中央部では、絶縁層２０の劣化進展が早く、早期に熱伝導率が低下し、コイル温度が上昇する。
【００４２】
図９は実施例３の温度監視システムで作成したセンサ部および素線の温度とコイル電流値の関係を示すグラフである。図９では、センサごとにコイル温度とコイル電流値との関係をグラフ化している。本発明によれば、軸方向に温度センサを複数個配置することで、固定子コイルの各部位ごとに絶縁層２０の劣化進展の状況を把握することができる。また、物理モデルによる機内温度予測装置１０５を用いれば、固定子コイルの各部位毎の絶縁層２０の劣化進展の違いを考慮した素線１９の最高温度も高精度に予測できる。
【００４３】
本発明では、軸方向に複数の温度センサを配置する構造を示したが、予め、物理モデルによる機内温度予測装置１０５を用いて最高温度発生部位を特定し、最高温度発生部位を含むよう、軸方向に温度センサを複数個設置することもできる。この構造にすれば、温度センサの設置個所を必要最小限とし、絶縁層２０の劣化進展の早い部位の素線１９の最高温度を予測できる。
【実施例４】
【００４４】
図１０は実施例４の温度監視システムで作成したセンサ部と素線の温度の経時変化の一例を示すグラフである。本実施例は、実施例２および実施例３を合わせた構成を有している。すなわち、固定子コイル１４に複数のセンサを設け、各センサの温度に基づき、センサ部と素線温度の経時変化を予測するものである。本実施例によれば、温度が特に過酷なコイル中央部の素線の最高温度が制限温度に達する時点を予測することができる。このため、回転電機の信頼性を向上し、早期にメンテナンスの時期を計画することができる。
【００４５】
以上、説明した通り、本発明によれば、回転電機内の温度上昇を精度高く検出し、製品信頼性確保をより高度化できる回転電機の温度監視システムおよび温度監視方法を提供できることが示された。
【００４６】
なお、本発明は上記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、上記した実施例は本発明を分かり易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、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り、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、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１…固定子枠、２…固定子、３…回転子、４…回転子軸（シャフト）、５…軸流ファン、６…冷却媒体、７…サブスロット、８…界磁コイル、９…ラジアル流路、１０…排気孔、１１…エアギャップ（間隙）、１２…固定子鉄心、１３…固定子冷却ダクト、１４…固定子コイル、１４ａ…上コイル、１４ｂ…下コイル、１５…冷却器、１６…フォワードゾーン、１７…リバースゾーン、１８…通風管、１９…素線、２０…絶縁層、２１…中間層、２２…コイル内温度センサ、１００…実施例１の温度監視システム、１０１…回転電機、１０２…センサデータ記憶装置、１０３…素線温度予測装置、１０４…表示装置、１０５…機内温度予測装置、１０６…素線温度算出装置。
【図１】
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【図２】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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