(57)【要約】【課題】  固定子コイルの絶縁劣化状態を精度よく評価できること。【解決手段】  本発明の回転電機の絶縁診断装置は、上記課題を解決するために、回転電機の固定子コイルに印加した電圧を測定する電圧測定システムと、前記印加した電圧に伴い前記固定子コイルの主絶縁層から発生する部分放電の部分放電電荷量を取得する部分放電電荷量検出器と、前記印加した電圧と部分放電電荷量特性を取得するコンピュータと、該コンピュータで得られた部分放電電荷量と印加電圧の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値と予め定めた設定値とに基づいて演算処理を行う演算部と、該演算部での演算結果を基に前記固定子コイルの絶縁劣化の評価を行う評価部とを備えていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の固定子コイルに印加した電圧を連続的に昇圧又は降圧或いは昇圧と降圧を組み合わせて得られた印加電圧に対する部分放電電荷量の関係を取得し、この取得した部分放電電荷量と印加電圧の関係を予め定めた設定値と比較する演算処理を行い、この演算処理した結果に基づき前記固定子コイルの絶縁劣化を診断することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項２】
回転電機の固定子コイルに印加した電圧を連続的に昇圧又は降圧或いは昇圧と降圧を組み合わせて得られた印加電圧に対する部分放電電荷量の関係を取得し、この取得した部分放電電荷量と印加電圧の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値と予め定めた設定値とを比較する演算処理を行い、この演算処理した結果に基づき前記固定子コイルの絶縁劣化を診断することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記固定子コイルの絶縁劣化の診断結果は、表示部に表示されることを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値からノイズを除去した信号が抽出されることを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項５】
請求項４に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記微分値に対して予め信号とするレベルの閾値を設定しておき、前記部分放電電荷量微分値が複数の点で前記予め設定したレベルの閾値を超えない場合はノイズとして処理することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記固定子コイルの絶縁劣化の評価に対して予め定めた指標を抽出し、この指標に基づいて前記固定子コイルの絶縁劣化レベルを判定することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項７】
請求項１に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
予め前記演算処理に用いる電圧増加幅を設定し、前記固定子コイルに印加した電圧を連続的に昇圧又は降圧或いは昇圧と降圧を組み合わせて得られた印加電圧に対する部分放電電荷量の関係を取得し、この取得した部分放電電荷量と印加電圧の関係を基に、前記予め設定した電圧増加幅に対する部分放電電荷量の増加量を導出し、その結果に基づいて前記固定子コイルの絶縁劣化を診断することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項８】
請求項２又は３に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記取得した印加電圧に対する部分放電電荷量の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値のうち、バックグラウンドレベルから部分放電電荷量微分値が増加する印加電圧の部分放電電荷量微分値が最大となる印加電圧（第１のピーク）と、前記部分放電電荷量微分値の上昇線と下降線で囲まれた電圧領域の前記第１のピーク値の半分の領域の幅（半値幅）に基づき、前記固定子コイルの絶縁劣化レベルを診断することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項９】
請求項８に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記第１のピークの微分値が最大となる印加電圧及び前記半値幅を、予め設定した印加電圧の設定値及び半値幅の設定値と比較し、前記印加電圧が設定値よりも低く、かつ、前記半値幅が設定値よりも小さい場合には警戒レベルと評価することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項１０】
請求項２又は３に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記取得した印加電圧に対する部分放電電荷量の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値のうち、バックグラウンドレベルから部分放電電荷量微分値が増加する印加電圧の部分放電電荷量微分値が最大となる印加電圧（第１のピーク）と、該第１のピークよりも高い印加電圧で部分放電電荷量微分値が増加する電圧領域（第２のピーク）に基づき、前記固定子コイルの絶縁劣化レベルを診断することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記第１のピークと第２のピークが検出された場合には危険レベルと評価することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項１２】
請求項２又は３に記載の回転電機の絶縁診断方法において、
前記取得した印加電圧に対する部分放電電荷量の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値のうち、バックグラウンドレベルから部分放電電荷量微分値が増加する印加電圧の部分放電電荷量微分値が最大となる印加電圧（第１のピーク）と、該第１のピークよりも高い印加電圧で部分放電電荷量微分値が増加する電圧領域（第２のピーク）とを基に、前記第１のピークの部分放電電荷量微分値が最大となる印加電圧及び前記部分放電電荷量微分値の上昇線と下降線で囲まれた電圧領域の前記第１のピーク値の半分の領域の幅（半値幅）が、予め設定した印加電圧の設定値及び半値幅の設定値よりも大きく、かつ、前記第２のピークが検出されない場合には監視レベルと評価することを特徴とする回転電機の絶縁診断方法。
【請求項１３】
回転電機の固定子コイルに印加した電圧を測定する電圧測定システムと、前記印加した電圧に伴い前記固定子コイルの主絶縁層から発生する部分放電の部分放電電荷量を取得する部分放電電荷量検出器と、前記印加した電圧と部分放電電荷量特性を取得するコンピュータと、該コンピュータで得られた部分放電電荷量と印加電圧の関係を予め定めた設定値とに基づいて演算処理を行う演算部と、該演算部での演算結果を基に前記固定子コイルの絶縁劣化の評価を行う評価部とを備えていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
【請求項１４】
回転電機の固定子コイルに印加した電圧を測定する電圧測定システムと、前記印加した電圧に伴い前記固定子コイルの主絶縁層から発生する部分放電の部分放電電荷量を取得する部分放電電荷量検出器と、前記印加した電圧と部分放電電荷量特性を取得するコンピュータと、該コンピュータで得られた部分放電電荷量と印加電圧の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値と予め定めた設定値とに基づいて演算処理を行う演算部と、該演算部での演算結果を基に前記固定子コイルの絶縁劣化の評価を行う評価部とを備えていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
【請求項１５】
請求項１３又は１４に記載の回転電機の絶縁診断装置において、
前記評価部の評価結果を表示する表示部を更に備えていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
【請求項１６】
請求項１３又は１４に記載の回転電機の絶縁診断装置において、
前記演算部と評価部との間に、前記自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値からノイズを除去した信号を抽出するノイズ除去・信号抽出部を備えていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の回転電機の絶縁診断装置において、
前記評価部と表示部との間に、前記評価部による前記固定子コイルの絶縁劣化の評価に対して予め定めた指標を抽出し、この指標に基づいて前記固定子コイルの絶縁劣化レベルを判定するレベル判定部を備えていることを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は回転電機の絶縁診断方法及びその絶縁診断装置に係り、例えば、誘導電動機や発電機等のマイカ層をレジンで固着して構成される固定子コイルの絶縁診断に好適な回転電機の絶縁診断方法及びその絶縁診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の回転電機の固定子コイルの絶縁システムでは、最大部分放電電荷量（常規電圧での印加電圧１サイクルに１回程度の発生頻度で発生する部分放電電荷量の値）や誘電正接に代表される特性の絶対値の経年変化を監視することで、絶縁物の余寿命を推定することが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、運転中の電気機械の絶縁監視の方法が示され、その評価指標として最大放電電荷量、総合電荷量、平均放電電流、放電発生位相‐電荷量‐発生頻度特性を用いることにより、絶縁物内の異常を精度よく評価できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２０６２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来技術では、絶縁システムの多様化に伴い、マイカをレジンで固着した固定子コイルの絶縁システムにおいて、欠陥が進展する際に、その進展方向をマイカが阻害し、進展方向が電界方向と必ずしも一致しないことがあった。そのため、従来の診断指標の１つである最大部分放電電荷量と劣化進展の程度に相関が現れにくく、固定子コイルの絶縁劣化の状態を精度よく評価することが難しいという問題があった。
【０００６】
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、固定子コイルの絶縁劣化状態を精度よく評価できる回転電機の絶縁診断方法及びその絶縁診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の回転電機の絶縁診断方法は、上記目的を達成するために、回転電機の固定子コイルに印加した電圧を連続的に昇圧又は降圧或いは昇圧と降圧を組み合わせて得られた印加電圧に対する部分放電電荷量の関係を取得し、この取得した部分放電電荷量と印加電圧の関係を予め定めた設定値と比較する演算処理を行い、この演算処理した結果に基づき前記固定子コイルの絶縁劣化を診断するか、
或いは、回転電機の固定子コイルに印加した電圧を連続的に昇圧又は降圧或いは昇圧と降圧を組み合わせて得られた印加電圧に対する部分放電電荷量の関係を取得し、この取得した部分放電電荷量と印加電圧の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値と予め定めた設定値とを比較する演算処理を行い、この演算処理した結果に基づき前記固定子コイルの絶縁劣化を診断することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明の回転電機の絶縁診断装置は、上記目的を達成するために、回転電機の固定子コイルに印加した電圧を測定する電圧測定システムと、前記印加した電圧に伴い前記固定子コイルの主絶縁層から発生する部分放電の部分放電電荷量を取得する部分放電電荷量検出器と、前記印加した電圧と部分放電電荷量特性を取得するコンピュータと、該コンピュータで得られた部分放電電荷量と印加電圧の関係を予め定めた設定値とに基づいて演算処理を行う演算部と、該演算部での演算結果を基に前記固定子コイルの絶縁劣化の評価を行う評価部とを備えているか、
或いは、回転電機の固定子コイルに印加した電圧を測定する電圧測定システムと、前記印加した電圧に伴い前記固定子コイルの主絶縁層から発生する部分放電の部分放電電荷量を取得する部分放電電荷量検出器と、前記印加した電圧と部分放電電荷量特性を取得するコンピュータと、該コンピュータで得られた部分放電電荷量と印加電圧の自然対数で表示した部分放電電荷量の印加電圧に対する部分放電電荷量微分値と予め定めた設定値とに基づいて演算処理を行う演算部と、該演算部での演算結果を基に前記固定子コイルの絶縁劣化の評価を行う評価部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、固定子コイルの絶縁劣化状態を精度よく評価できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明が適用される回転電機の例を示す断面図である。
【図２】図１の回転電機を構成する固定子コイルの一部を断面して示す部分斜視図である。
【図３】本発明の回転電機の絶縁診断装置の実施例１を示すブロック図である。
【図４】図３の絶縁診断装置による診断フローを示す図である。
【図５（ａ）】本発明の絶縁診断装置の演算方法に自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値を用いた場合の熱劣化の演算結果を示す特性図である。
【図５（ｂ）】本発明の絶縁診断装置の演算方法に自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値を用いた場合の機械的劣化の演算結果を示す特性図である。
【図６（ａ）】本発明の絶縁診断装置の演算方法に自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値を用いた場合の熱劣化の実測結果の一例を示す特性図である。
【図６（ｂ）】本発明の絶縁診断装置の演算方法に自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値を用いた場合の機械的劣化の実測結果の一例を示す特性図である。
【図７（ａ）】本発明が適用される固定子コイルにおける絶縁層の熱劣化後の模式図である。
【図７（ｂ）】本発明が適用される固定子コイルにおける絶縁層の機械的劣化後の模式図である。
【図８】本発明の実施例１の絶縁診断装置における診断フローを示す図である。
【図９】本発明の実施例２の診断フローを示す図である。
【図１０】本発明の回転電機の絶縁診断装置の実施例３を示すブロック図である。
【図１１】図１０の絶縁診断装置による診断フローを示す図である。
【図１２】本発明の回転電機の絶縁診断装置の実施例４を示すブロック図である。
【図１３】図１２の絶縁診断装置による診断フローを示す図である。
【図１４】本発明の実施例５の診断フローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図示した実施例に基づいて本発明の回転電機の絶縁診断方法及びその診断装置を説明する。尚、符号は、各図において同一構成部品には同符号を使用する。
【００１２】
先ず、本発明の実施例を説明する前に、回転電機の構造について、図１及び図を用いて簡単に説明する。
【００１３】
図１には、本発明が適用される回転電機の例を示す。該図に示す如く、回転電機１は、回転子２と固定子３とから概略構成されている。この固定子３は、図２に示すように、固定子鉄心４と鉄心スロット５と固定子コイル６からなり、固定子コイル６は上コイル６ａ、底コイル６ｂから構成されており、固定子コイル６を鉄心スロット５に固定するために楔７、上底コイルの間のスペースを確保するために、絶縁部材スペーサ８が配置されている。尚、固定子コイル６は、固定子鉄心４の外部で電気的に接続される。
【００１４】
前記固定子コイル６は、図２に示す如く、素線絶縁１０を施した数本の素線９ａが整列され、この素線９ａを束ね絶縁詰め物１１を施し一体化した素線固めコイル９により構成されており、素線固めコイル９の周囲には、ガラスクロスなどを裏打ち材としたマイカテープを所定回数巻回し主絶縁層１２が形成されている。
【００１５】
また、記固定子コイル６は、例えば、含浸槽にてエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を主絶縁層１２に加圧含浸し、その後、熱硬化性樹脂を加熱硬化させたものや、予めエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を含んだ半硬化状態のプリプレグマイカテープを熱プレスして形成したものがある。
【００１６】
上述の代表される処理工程により、ボイドに代表される欠陥の少ない絶縁特性の良好な主絶縁層１２を備えた固定子コイル６を得ることができる。
【実施例１】
【００１７】
上述した主絶縁層１２は、マイカテープ層と熱硬化性樹脂が完全に充填されていることが望まれるが、発電機用のコイルには、ボイドや剥離といった欠陥がある程度存在する。内部にボイドや剥離が存在する絶縁層に、部分放電開始電圧以上の電圧が加わるとボイドや剥離といった微小欠陥部で部分放電が発生する。
【００１８】
絶縁層内に初期から存在していた微小欠陥に加え、主に熱的及び機械的ストレスにより新たに微小欠陥が形成される。長期間の運転により熱的、機械的、電気的、その他のストレスが加わると、これらが進展していくので、絶縁破壊電圧や機械強度が低下していくことが知られている。
【００１９】
図３に、本発明の回転電機の絶縁診断装置の実施例１を、図４に、その絶縁診断装置による印加電圧に対する部分放電電荷量特性の演算結果を基にした診断フローを示す。
【００２０】
図３に示す本実施例の絶縁診断装置２６は、固定子コイル６に印加した電圧を測定する電圧測定システム２２と、固定子コイル６への電圧印加に伴い主絶縁層１２から発生する部分放電の部分放電電荷量を取得する部分放電電荷量検出器２３と、印加電圧と部分放電電荷量特性を取得するコンピュータ２４と、コンピュータ２４で得られた特性に対して演算処理を行う演算部３０と、演算結果を基に絶縁劣化の評価を行う評価部３１と、上記評価部３１の評価結果を表示する表示部２５とを備えて構成されている。尚、コンピュータ２４、演算部３０、評価部３１、表示部２５の機能が一体となっていても良い。
【００２１】
上述した本実施例の絶縁診断装置２６による絶縁診断方法の具体例を、図３及び図４を用いて説明する。
【００２２】
診断対象である回転電機１の固定子コイル６（尚、診断対象は、回転電機１から抜き取った固定子コイル６を一本の状態とすることも可能である。）に対して高電圧電源２１から接続端子２９を介して交流電圧を印加（ステップＳ１）し、交流電圧を昇圧または降圧する（ステップＳ２）。その時、固定子コイル６に印加した電圧と部分放電電荷量を、絶縁診断装置２６内の電圧測定システム２２及び部分放電電荷量検出器２３で測定する（ステップＳ３）。その後、測定終了条件か否かを判断（ステップＳ４）し、測定終了条件でなければステップＳ２に戻り電圧を昇圧または降圧し、その時の部分放電電荷量を測定する（ステップＳ３）。
【００２３】
これを繰り返し、所定の電圧まで印加電圧と部分放電電荷量を取得し、測定終了条件であれば（ステップＳ４）、コンピュータ２４にて取得した印加電圧と部分放電電荷量の関連付け（ある印加電圧のときの部分放電電荷量を取得）を行い、印加電圧に対する部分放電電荷量特性を取得する（ステップＳ５）。尚、部分放電電荷量の取得は、例えば、電流や電磁波の検出を用いたものが知られている（一例としては、特開平３−９９２８６号公報の第４図に記載されている構成が挙げられる）。
【００２４】
上記方法で得られた印加電圧に対する部分放電電荷量特性に対して、絶縁診断装置２６内の演算部３０にて、取得した特性に対して演算処理を行う（ステップＳ６）。その後、得られた演算結果に基づき評価部３１にて絶縁劣化の診断を行う（ステップＳ７）。上記方法で得られた診断結果を絶縁診断装置２６内の表示部２５に表示する。
【００２５】
尚、本実施例では昇圧または降圧時のデータを基に説明しているが、昇圧と降圧を組み合わせた場合のデータを基に診断しても良い。
【００２６】
図５（ａ）、（ｂ）には、一例として演算方法に自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値を用いた場合の結果を示す。
【００２７】
図５（ａ）では、印加電圧を０Ｖから所定の電圧まで上昇させた際に、バックグラウンドレベルから有意な差を持って微分値（部分放電電荷量）が急増し、最大値となった後に、急減する電圧領域（以下、第１のピーク２７という）と、微分値がバックグラウンドレベルでほぼ一定となる電圧領域からなっている。
【００２８】
この第１のピーク２７の微分値が最大となる印加電圧Ｖ１と、部分放電電荷量微分値の上昇線と下降線で囲まれた電圧領域の第１のピーク２７の半分の領域の幅（以下、半値幅という）Ｈ１を、予め設定した印加電圧に対する設定値Ｖと半値幅に対する設定値Ｈを比較すると、印加電圧Ｖ１は設定値Ｖよりも低く、半値幅Ｈ１は設定値Ｈよりも小さくなっている。
【００２９】
このように演算処理を加えることで、測定者に依らず定量的な評価が可能となる。前記測定方法と演算処理によって得られた傾向（図５（ａ））は、図６（ａ）に示す熱劣化を与えた場合の実測結果の一例と同様の傾向を示す。
【００３０】
これは図７（ａ）に示すように、マイカテープ１３の沿層方向（矢印Ｐ）の剥離或いはボイド１４が発生、進展しているためであり、熱劣化が進む程、剥離或いはボイド１４の発生、進展の程度が大きくなる傾向を示すため、熱劣化により機械的強度が低下し、振動や電磁力、遠心力などにより絶縁層に亀裂が生じやすくなる。
【００３１】
図６（ａ）の例は、絶縁層の貫層方向（矢印Ｒ）に亀裂などの欠陥が形成されやすい状態になっていることを意味しており、診断期間の短縮などの対策を行う必要が有ると考えられるため、例えば警戒レベルと評価できる。
【００３２】
図５（ｂ）では、印加電圧を０Ｖから所定の電圧まで上昇させた際に、部分放電電荷量微分値の第１のピーク２７よりも高い電圧領域で、部分放電電荷量微分値の第２のピーク２８が現れており、印加電圧に対して部分放電電荷量微分値は、２つのピーク（第１のピーク２７と第２のピーク２８）が存在している。
【００３３】
このように２つの部分放電電荷量微分値のピークが検出された場合は、機械的劣化が加わっていると推定できる。これによれば、測定者に依らずに定量的な評価が可能となる。
【００３４】
上述した測定方法と演算処理によって得られた傾向（図５（ｂ））は、図６（ｂ）に示す機械的劣化を与えた場合の実測結果の一例と同様である。この傾向は、図７（ｂ）のように、絶縁層の貫層方向に進展する微小な亀裂１５や亀裂１５を介して剥離或いはボイド１４といった欠陥が結合し進展していることによるためである。
【００３５】
この絶縁層の貫層方向に進展する欠陥は、絶縁層にとっては致命的な欠陥であり、絶縁破壊電圧に代表される絶縁性能の大幅な低下を引き起こす可能性が高く、例えば、危険レベルと評価できる。
【００３６】
これらをまとめた絶縁劣化診断フローを図８に示す。
【００３７】
該図に示す如く、本実施例の絶縁劣化診断フローは、演算部３０での演算結果（ステップＳ１）からステップＳ２で第１のピーク２７と第２のピーク２８が検出されたかを判断し、第１のピーク２７と第２のピーク２８が検出された場合には、ステップＳ３で危険レベル（詳細な診断要）と評価し、ステップＳ２で第１のピーク２７と第２のピーク２８が検出されない場合には、ステップＳ４で第１のピーク２７の印加電圧Ｖ１及び半値幅Ｈ１が設定値以下の場合には、ステップＳ４で警戒レベル（診断期間短縮などの対策要)と評価し、ステップＳ４で第１のピーク２７の印加電圧Ｖ１及び半値幅Ｈ１が設定値以上の場合には、ステップＳ６で監視レベル（現状問題なし、定期的な監視継続）と評価するものである。
【００３８】
このように、本実施例の絶縁劣化診断は、第１のピーク２７の部分放電電荷量微分値が最大となる印加電圧Ｖ１と半値幅Ｈ１が予め設定した設定値（ＶとＨ）よりも大きく、第２のピークが存在しない場合は、絶縁層に加わっている熱や機械力による劣化は小さく現時点では問題ないことを示している。このため、定期的な診断を継続して実施すれば良いと考えられるため、上述の如く、例えば、監視レベルと評価する。
【００３９】
以上のように、従来の最大部分放電電荷量に代表される特性の絶対値には現れにくかった微小な欠陥の形成や進展による劣化現象を、本実施例によれば自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値を基に評価可能となるため、測定者に依らず、微小な欠陥の連結に伴って生じる急速に絶縁破壊電圧に代表される絶縁性能が低下する劣化現象を捉えることが可能となり、絶縁余寿命を診断可能な絶縁診断技術を提供することができ、固定子コイルの絶縁劣化状態を精度よく評価できる効果が得られる。
【実施例２】
【００４０】
本実施例は、実施例１の図３に示した絶縁診断装置２６で、より詳細な絶縁診断を可能とする絶縁診断方法である。
【００４１】
図９に、本発明の回転電機の絶縁診断方法における診断フローの一例を示す。
【００４２】
該図に示す如く、ステップ１で測定終了電圧Ｖ、１秒間当りの昇圧または降圧速度ｖ、電圧及び部分放電電荷量のデータ測定間隔Δｔをコンピュータ２４に設定し、コンピュータ２４で、電圧測定システム２２と部分放電電荷量検出器２３に同期した指令を出すことにより、印加電圧に対する部分放電電荷量特性を自動的にコンピュータ２４で収録することができる。
【００４３】
尚、測定する部分放電電荷量の発生頻度を任意で設定しても良い。一例としては、商用周波数が５０Ｈｚの場合には、発生頻度レベルを５０パルス／秒、商用周波数が６０Ｈｚの場合には、６０パルス／秒、即ち、印加電圧１サイクルに１回以上の発生頻度の信号を部分放電電荷量として取得するとノイズが効果的に除去できる。また、電圧及び部分放電電荷量を測定する時間間隔Δｔは０.５秒程度、１秒間当りの昇圧または降圧速度ｖは０.１ｋＶ／秒程度とすると、データ数と評価精度のバランスが適切に保てることを確認している。
【００４４】
ステップＳ１で上記設定をした後、測定対象に交流電圧を印加し（ステップＳ２）、ステップＳ３で交流電圧をΔＶの条件で昇圧または降圧する。その際、印加電圧と部分放電電荷量のそれぞれの情報は、ＧＰＩＢ（General Purpose Interface Bus）などによって、三機器（電圧測定システム２２、部分放電測定システム２３、コンピュータ２４）間で同期が取れている。コンピュータ２４と電圧測定システム２２及び部分放電測定システム２３を用いて、コンピュータ２４から電圧測定システム２２と部分放電測定システム２３に対して指令を出し、電圧及び部分放電電荷量の測定データを前記設定したΔｔの測定間隔でそれぞれの情報を収録（ステップＳ４）し、コンピュータ２４内に逐次記憶される（ステップＳ５）。
【００４５】
次に、ステップＳ６で測定終了電圧か否かを判断し、測定終了電圧でない場合にはステップＳ３に戻りステップＳ６までのフローを繰り返す。ステップＳ６で測定が終了すると、コンピュータ２４内に記憶した測定した結果を基に印加電圧に対する部分放電電荷量特性を取得（ステップＳ７）し、印加電圧と部分放電電荷量の関係を基に演算部３０で演算処理を行う。なお、印加電圧に対する部分放電電荷量特性を表示しても良い。また、取得したデータは随時表示しても良い。
【００４６】
演算部３０では、自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値を取得する（ステップＳ８）。尚、微分値は、任意の点数の印加電圧と自然対数表示にした部分放電電荷量から導出しても良い。一例としては、印加電圧と対数表示した部分放電電荷量をそれぞれ１０点程度とすると、精度良く評価可能となる。
【００４７】
その後、得られた演算結果に基づき、評価部３１にて診断を行い、結果を表示部２５に表示する（ステップＳ９）。尚、コンピュータ２４、演算部３０、評価部３１、表示部２５の機能が一体となっていても良い。
【００４８】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、実施例１より詳細に、印加電圧と部分放電電荷量のデータを収録することが可能となり、より信頼性の高い絶縁診断方法を提供することができる。
【実施例３】
【００４９】
本実施例は、実施例１及び２で説明した絶縁診断装置及び絶縁診断方法において、ノイズを除去し、絶縁診断に有意な信号を抽出する機能を兼ね備えた回転電機の絶縁診断装置及び絶縁診断方法である。
【００５０】
図１０に、本実施例の絶縁診断装置の構成の一例を、図１１に、本実施例の絶縁診断方法における診断フローを示す。なお、本実施例中では、昇圧または降圧時のデータを基に説明しているが、昇圧と降圧を組み合わせたデータを基にしても良い。
【００５１】
図１０に示す本実施例の絶縁診断装置２６は、実施例１及び２の図３の構成の演算部３０と評価部３１の間に、ノイズ除去・信号抽出部３２を付加した構成となっている。即ち、実施例１及び２で説明した方法で得られた自然対数表示にした部分放電電荷量の印加電圧に対する微分値に対して、本実施例で付加したノイズ除去・信号抽出部３２にて、診断に有意な信号の抽出を行うものである。
【００５２】
ノイズ除去・信号の抽出の方法の一例としては、印加電圧位相によるノイズの分離、微分値に対して予め信号とするレベルの閾値を設定しておき、微分値が複数の点で事前に設定したレベルを超えない場合は、ノイズとして処理するといった方法などにより行う。
【００５３】
ノイズ除去・信号の抽出は、１つだけではなく複数を組み合わせることで、より効果的にノイズ除去・信号抽出が可能である。ノイズ除去・信号抽出が行われた結果を基に評価部３１にて診断を行い、その結果を表示部２５に表示する。尚、コンピュータ２４、演算部３０、ノイズ除去・信号抽出部３２、評価部３１、表示部２５の機能が一体となっていても良い。
【００５４】
図１１に、本実施例の絶縁診断装置２６を用いた絶縁診断方法における診断のフローを示す。
【００５５】
該図に示す本実施例の診断フローは、実施例２の図９で説明した診断フローのステップＳ８の後に、ステップ１０のノイズ除去・信号抽出の処理を加えた構成となっている。他のフローは、図９と同様である。
【００５６】
このような本実施例によれば、実施例２と同様な効果が得られることは勿論、ノイズを除去し、診断に対して有意な信号を抽出することが可能となり、信頼性の高い診断結果を提供できる。
【実施例４】
【００５７】
本実施例は、実施例１、２及び３で説明した絶縁診断装置及び絶縁診断方法において、危険レベルと判定された固定子コイル６に対して、図５（ｂ）に示す第２のピーク２８の微分値が最大となる印加電圧Ｖ２と、部分放電電荷量微分値の上昇線と下降線で囲まれた電圧領域の第２のピーク２８の半値幅Ｈ２を用いて、機械的劣化レベルを評価する絶縁診断方法及び絶縁診断装置である。
【００５８】
図１２に、本実施例の絶縁診断装置２６の構成の一例を示す。
【００５９】
該図に示す本実施例の絶縁診断装置２６は、実施例３の図１０の構成の評価部３１と表示部２５の間に、レベル判定部３３を加えた構成となっている。即ち、評価部３１で得られた第１のピーク２７及び第２のピーク２８に関して、レベル判定部３３では診断に対して予め設定した指標を抽出し、その指標を基に診断を行い、その結果を表示部２５に表示するようになっている。尚、コンピュータ２４、演算部３０、ノイズ除去・信号抽出部３２、評価部３１、レベル判定部３３、表示部２５の機能が一体となっていても良い。
【００６０】
図１３に、本実施例の絶縁診断装置２６を用いた絶縁診断方法における診断フローを示す。
【００６１】
通常、機械的劣化では、第２のピーク２８の微分値が最大となる印加電圧Ｖ２が機械力の増加に伴い低下する傾向を確認している。これは、絶縁層の貫層方向に進展する微小な亀裂や亀裂を介した剥離やボイドといった欠陥が結合し進展していることによるためである。
【００６２】
そのため、本実施例では、評価部３１で危険レベルと評価された場合は、レベル判定部３３にて、指標として第２のピーク２８の微分値が最大となる印加電圧Ｖ２と、第２のピーク２８の半値幅Ｈ２を抽出し、劣化レベルの判定を行うものである。
【００６３】
即ち、図１３に示す如く、本実施例の絶縁劣化診断フローは、演算部３０での演算結果（ステップＳ１）からステップＳ２で第１のピーク２７の微分値が最大となる印加電圧Ｖ１が設定値以下か否かを判断し、Ｖ１が設定値以下であれば第２のピーク２８の微分値が最大となる印加電圧Ｖ２と第２のピーク２８の半値幅Ｈ２を観測し（ステップ３）、Ｖ２とＨ２が観測されなければステップ４で警戒レベル（診断期間短縮などの対策要)と評価し、ステップＳ３でＶ２とＨ２が観測されるとステップＳ５で危険レベル（抜取り検査を含む詳細な診断要）と評価する。
【００６４】
次に、ステップＳ２で第１のピーク２７の微分値が最大となる印加電圧Ｖ１が設定値以下でなければステップＳ６で第１のピーク２７の半値幅Ｈ１が設定値以下か否かを判断し、Ｈ１が設定値以下であればステップＳ７でＶ２とＨ２を観測し、Ｖ２とＨ２が観測されなければステップ８で警戒レベル（診断期間短縮などの対策要)と評価し、ステップＳ７でＶ２とＨ２が観測されるとステップＳ９で危険レベル（抜取り検査を含む詳細な診断要）と評価する。
【００６５】
更に、ステップＳ６で第１のピーク２７の微分値が最大となる印加電圧Ｖ１が設定値以下でなければステップＳ１０で第２のピーク２８の微分値が最大となる印加電圧Ｖ２と第２のピーク２８の半値幅Ｈ２を観測し、Ｖ２とＨ２が観測されるとステップＳ１１で危険レベル（抜取り検査を含む詳細な診断要）と評価し、ステップＳ１０でＶ２とＨ２が観測されなければステップＳ１２で監視レベル（現状問題なし。定期的な監視継続）と評価する。
【００６６】
尚、本実施例では、１種類の指標による診断、複数の指標を組み合わせた診断の何れを行っても良い。
【００６７】
これらの指標を１種類または複数を組み合わせて診断することで、機械力に伴う絶縁層の貫層方向に進展する亀裂の形成・進展を評価することが可能となる。また、測定結果をコンピュータ２４に保存しておけば、経年的な変化を把握することができ、寿命限界の時期を推定することも可能となる。また、運転状況などに起因する劣化速度の異なる機器毎に応じた余寿命推定も可能となる。
【００６８】
このような本実施例によれば、実施例３と同様な効果が得られることは勿論、機械的劣化レベルを評価することが可能となるため、危険レベルを更に細分化した絶縁診断技術を提供することができる。
【実施例５】
【００６９】
本実施例は、実施例１で説明した図３の絶縁診断装置２６において、演算方法として所定の電圧増加または減少に対する部分放電電荷量の増加量或いは減少量を用い、その結果を基に絶縁劣化を診断する方法である。
【００７０】
図１４に、本実施例の回転電機の絶縁診断方法における診断フローの一例を示す。
【００７１】
診断対象である回転電機１の固定子コイル６に対して高電圧電源２１から接続端子２９を介して交流電圧を印加（ステップＳ１）し、交流電圧を昇圧または降圧する（ステップＳ２）。その時、固定子コイル６に印加した電圧と部分放電電荷量を、絶縁診断装置２６内の電圧測定システム２２及び部分放電電荷量検出器２３で測定する（ステップＳ３）。その後、測定終了条件か否かを判断（ステップＳ４）し、測定終了条件でなければステップＳ２に戻り交流電圧を昇圧または降圧し、その時の部分放電電荷量を測定する（ステップＳ３）。
【００７２】
これを繰り返し、所定の電圧まで印加電圧と部分放電電荷量を取得し、測定終了条件であれば（ステップＳ４）、コンピュータ２４にて取得した印加電圧と部分放電電荷量の関連付け（ある印加電圧のときの部分放電電荷量を取得）を行い、印加電圧に対する部分放電電荷量特性を取得する（ステップＳ５）。
【００７３】
上記方法で得られた印加電圧に対する部分放電電荷量特性に対して、予め演算処理に用いる電圧増加幅を設定し、実施例１記載の方法で得られた印加電圧と部分放電電荷量の関係を基に、設定した電圧増加幅に対する部分放電電荷量の増加量を導出（ステップＳ６）し、その後、得られた演算結果に基づき評価部３１にて絶縁劣化の診断を行う（ステップＳ７）。上記方法で得られた診断結果を絶縁診断装置２６内の表示部２５に表示する。
【００７４】
尚、本実施例の印加電圧及び部分放電電荷量に、昇圧と降圧を組み合わせた場合を基に診断しても良い。
【００７５】
このような本実施例によれば、実施例１と同様な効果が得られることは勿論、測定者に依存せず定量的に絶縁劣化の診断を行うことが可能な絶縁診断方法を提供することができる。
【００７６】
尚、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を置き換えることが可能であり、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、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】
【００７７】
１…回転電機、２…回転子、３…固定子、４…固定子鉄心、５…鉄心スロット、６…固定子コイル、６ａ…上コイル、６ｂ…底コイル、７…楔、８…絶縁部材スペーサ、９…素線固めコイル、９ａ…素線、１０…素線絶縁、１１…絶縁詰め物、１２…主絶縁層、１３…マイカテープ、１４…剥離或いはボイド、１５…亀裂、２１…高電圧電源、２２…電圧測定システム、２３…部分放電電荷量検出器、２４…コンピュータ、２５…表示部、２６…絶縁診断装置、２７…第１のピーク、２８…第２のピーク、２９…接続端子、３０…演算部、３１…評価部、３２…ノイズ除去・信号抽出部、３３…レベル判定部。
【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（ａ）】
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【図５（ｂ）】
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【図６（ａ）】
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【図６（ｂ）】
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【図７（ａ）】
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【図７（ｂ）】
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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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【図１３】
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【図１４】
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