(57)【要約】【課題】必要最小限の合理的な保守管理を実施し得る交流回転機の保全方法を提供する。【解決手段】交流回転機から発生する放電の状態を、交流回転機が回転中に交流回転機の巻線で発生する各位相毎の部分放電電圧に基づき監視し、この監視結果から異常とみなされる放電を検出する。そして、その検出された異常とみなされる放電の位置を、交流回転機が回転中に部分放電にともなう紫外線または音響を検出することで特定して補修が必要な位置を見極める。【選択図】図１
2006098270.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機から発生する放電の状態を前記交流回転機が回転中に監視し、この監視結果から異常とみなされる放電を検出する異常放電検出工程と、当該異常とみなされる放電の位置を特定する放電位置特定工程と、を備えることを特徴とする交流回転機の保全方法。
【請求項２】
前記異常放電検出工程は、前記交流回転機の巻線で発生する各位相毎の部分放電電圧に基づき監視、および前記異常とみなされる放電を検出することを特徴とする請求項１に記載の交流回転機の保全方法。
【請求項３】
前記放電位置特定工程は、部分放電にともなう紫外線または音響を検出することで部分放電の位置を特定することを特徴とする請求項１または２に記載の交流回転機の保全方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流回転機の保全方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電動機や交流発電機等の交流回転機は、定期保全を基本とした保全方法であった。すなわち、これまでに行われてきた交流回転機の保全方法は、ＴＢＭ（Ｔime  Ｂased  Ｍaintenance）と言われており、例えば図１６に示すように、運転時間を管理し（工程Ｓ１０）、ある一定の年月が経過したら所定の項目のメンテナンスを実施していた（工程Ｓ２０〜３０）。そして、例えば工程Ｓ２０に示すように、開放点検においては交流回転機の一部を解体して作業を実施する項目もあり、そのための費用や作業のための停電が必要であった（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２５１８４０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、交流回転機が大型の場合、例えば開放点検においてロータを引き抜くためには大がかりな工事が必要となる。特に、巻線を水素で冷却するような大型の交流発電機の場合には、水素の抜き取りや再封入などの作業が必要となり、工事費用が多額になる。また、工事期間中は、交流回転機は運転の停止を余儀なくされ、しかも、ロータの引き抜き、再組み立てなどの各作業に必要とする期間は、小型のもので数日、大型機では数１０日というように長時間になるという不具合がある。さらに、上記のように大がかりなロータ引き抜き工事を行い、点検の結果、問題がないと判定された場合には、工事そのものが無駄になるというような不都合がある。
【０００４】
そのため、信頼性を保ちつつ、コスト削減による設備保全不足の防止を図るには、機器が現在どのような状態にあるかという情報を基にその機器の状態に適合するメンテナンスを施していくというＣＢＭ（Ｃondition  Ｂased  Ｍaintenance）の導入が不可欠である。ここで、ＣＢＭは、機器の状態を把握し、その情報に基づいて必要最小限の合理的な保守管理を実施するものである。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、必要最小限の合理的な保守管理を実施し得る交流回転機の保全方法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】
【０００５】
上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、交流回転機の保全方法であって、交流回転機から発生する放電の状態を前記交流回転機が回転中に監視し、この監視結果から異常とみなされる放電を検出する異常放電検出工程と、当該異常とみなされる放電の位置を特定する放電位置特定工程と、を備えることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の交流回転機の保全方法であって、前記異常放電検出工程は、前記交流回転機の巻線で発生する各位相毎の部分放電電圧に基づき監視、および前記異常とみなされる放電を検出することを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の交流回転機の保全方法であって、前記放電位置特定工程は、部分放電にともなう紫外線または音響を検出することで部分放電の位置を特定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、無停電で交流回転機の状態を把握し、その情報に基づいて保全時期を適切に判断できるとともに、保全が必要と見られる場所を予め無停電の状態で決めてからメンテナンス作業に取りかかることが可能であり、必要最小限の合理的な保守管理を実施するというＣＢＭによるメンテナンスが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。
図１は本発明に係る交流回転機の保全方法の手順を説明するフローチャートである。
同図に示すように、この交流回転機の保全方法では、まず、交流回転機から発生する放電（部分放電）の状態を監視する（工程Ｓ１）。そして、保全を要するような異常とみなされる部分放電が検出されたか否かを判断する（工程Ｓ２）。次いで、工程Ｓ２で異常とみなされる部分放電が検出されたら、その検出された異常とみなされる放電の位置を特定することで補修が必要な部位を見極める（工程Ｓ３〜工程Ｓ４）ものである。そして、工程Ｓ４にて、検出された異常とみなされる放電の位置を特定した後は、各種の点検、補修、試験等を実施（工程Ｓ２０〜工程Ｓ３０）してから、補修状況の確認（工程Ｓ４０）を実施する。なお、各種の点検、補修、試験等の実施（工程Ｓ２０〜工程Ｓ３０）内容は、従来の保全方法と同様であるため、詳しい説明は省略する。ここで、上記異常放電検出工程には、同図の工程Ｓ１〜工程Ｓ２が対応する。また、上記放電位置特定工程には、工程Ｓ３〜工程Ｓ４が対応する。
【０００８】
次に、上記異常放電検出工程について詳しく説明する。
まず、異常放電検出工程にて適用される異常放電検出装置について、図２を参照して説明する。
この異常放電検出装置は、図２に示すように、結合回路１Ａ〜１Ｃと、ＰＤＡ（Ｐartial  Ｄischarge  Ａnalyzer）装置２と、パーソナルコンピュータ３とを、少なくとも備えている。
【０００９】
結合回路１Ａ〜１Ｃは、診断対象となる３相の交流電動機や交流発電機などの交流回転機（この例では交流電動機４）と、ＰＤＡ装置２との間を電気的に接続する回路であり、例えばコンデンサＣ１と抵抗Ｒ１とからなる。コンデンサＣ１は、その一端が例えば交流電動機４の電源端子に接続され、その他端がＰＤＡ装置２の入力端子５に接続されるようになっている。抵抗Ｒ１は、その一端がＰＤＡ装置２の入力端子５に接続され、その他端が接地されるようになっている。
【００１０】
ＰＤＡ装置２は、図２に示すように、フィルタ回路６Ａ〜６Ｃと、中央演算装置（ＣＰＵ）７とを備えている。
フィルタ回路６Ａ〜６Ｃは、結合回路１を介して供給される交流電動機４の電源端子の電圧中から商用周波数の成分を取り出すローパスフィルタ（ＬＰＦ）８と、その電圧中から部分放電電圧の成分を取り出すハイパスフィルタ（ＨＰＦ）９とからなる。ここで、ローパスフィルタ８のカットオフ周波数は、例えば１００〔Ｈｚ〕であり、ハイパスフィルタ９のカットオフ周波数は、例えば１００〔ＭＨｚ〕である。
【００１１】
中央演算装置７は、ハイパスフィルタ９で抽出された交流電動機４の商用周波数の各位相毎の部分放電電圧の大きさと、その部分放電電圧の発生頻度とをそれぞれ求める。ここで、中央演算装置７が求めた上記の部分放電電圧とその発生頻度の一例を示すと、図３に示すようになる。
また、中央演算装置７は、例えば図３に示すように求めた部分放電電圧とその発生頻度（度数）に基づき、次の（１）式によりＮｑｎ（Ｎormalized  Ｑuantity  Ｎumber）値を算出する。
【００１２】
【数１】
2006098270.tif 000003
【００１３】
ここで、（１）式中において、Ｖpdvidは、図３に示すように部分放電電圧を度数の個数に応じて分割した電圧値である。また、Ｐｉは、図３に示すように発生頻度（度数）の値である。
パーソナルコンピュータ３は、交流電動機４の巻線に対して鉄心の電位の方が大きくなるタイミングで生じる部分放電のＮｑｎ値と、交流電動機４の負荷（または温度）とのデータを、対（ペア）にしてデータベース化して保存するようになっている。
【００１４】
また、パーソナルコンピュータ３は、交流電動機４の負荷をＸ軸に、Ｎｑｎ値をＹ軸に散布図を作成し、負荷とＮｑｎ値の相関係数を算出するようになっている。さらに、パーソナルコンピュータ３は、その算出した相関係数に基づき、診断対象の交流電動機４の巻線のゆるみの有無を、後述のように判定（診断）するようになっている。
【００１５】
ところで、交流電動機や交流発電機などの交流回転機を長時間運転すると、ロータに巻線を固定する楔や絶縁体の経年劣化により巻線がゆるみ、絶縁体と鉄心との間に空隙が生じる。また、制作上の不良によって巻線にゆるみが生じている場合もある。その空隙の大きさが大きくなり、空隙の電位傾斜（Ｖ／ｍ）が空気の絶縁破壊電圧を超えると、その空隙の内部で放電が生じる。これが、一般に部分放電といわれている。巻線にゆるみが生じると、鉄心の内部で巻線が容易に移動するようになるため、巻線に加わる負荷や巻線の温度変化によって空隙の大きさが変化し、放電の大きさにも変化が現れる。そこで、発明者は、巻線のゆるみ（楔のゆるみ）が既知の交流電動機または交流発電機について、その負荷または出力を徐々に変化させ、それを変化させるたびに部分放電の大きさ（Ｎｑｎ値）を求める実験を行い、図４〜図７に示すような実験結果を得た。
【００１６】
ここで、図４は、交流発電機の場合であって、楔のゆるみ率が２０．３％の場合である。図５は、交流発電機の場合であって、楔のゆるみ率が５０％の場合である。図６は、交流電動機の場合であって、楔のゆるみ率が６０％の場合である。図７は、交流発電機の場合であって、楔のゆるみ率が０％（新品）の場合である。さらに、この実験結果から相関係数Ｒを求めると、以下のような結果が得られた。すなわち、図４の場合はＲ２＝０．２８３１、図５の場合はＲ２＝０．３９９５、図６の場合はＲ２＝０．７９８９、図７の場合はＲ２＝０．０１０８である。
【００１７】
以上の結果を検討した結果、巻線にゆるみが生じた交流電動機または交流発電機とゆるみが生じていない交流電動機または交流発電機とでは、その相関係数に違いがあることがわかる。すなわち、巻線のゆるみが顕著な交流電動機または交流発電機は、負荷または出力の大きさの変化と部分放電の変化に強い相関が現れ（例えば図６参照）、逆に、巻線のゆるみのない交流電動機または交流発電機においては、負荷または出力の大きさの変化と部分放電の変化には相関が認められない（例えば図７参照）。
そこで、上記の知見に基づいて上記異常放電検出装置を使用して、本発明の交流回転機の保全方法での異常放電検出工程を実施するものである。
【００１８】
次に、上記のように構成される異常放電検出装置を使用して行う、本発明の保全方法における異常放電検出工程についてより詳しく説明する。
ここで、上記の異常放電検出装置による保全方法は、交流電動機と交流発電機の双方に適用できるが、以下の説明では交流電動機４に適用した場合について説明する。
この実施形態の保全方法では、交流電動機の巻線のゆるみ（楔のゆるみ）を診断して部分放電の変化を監視するために、交流電動機の巻線のゆるみ率が既知であって、そのゆるみ率が異なる複数の交流電動機について、その負荷の変化とそれに対応するＮｑｎ値との相関係数を予め求めておき、その巻線のゆるみとその相関係数の関係を関連づけたグラフなどを、例えば図８に示すように予め用意しておく必要がある。以下に、その用意のための作業について説明する。
【００１９】
まず、巻線の固定に使用する楔のゆるみ率が既知の交流電動機を、複数台用意する。次に、その交流電動機の各電源端子に、図２に示す異常放電検出装置の結合回路１Ａ〜１Ｃの一端を接続し、その後、交流電動機を回転して所定の負荷状態とする。この負荷が一定の下で、異常放電検出装置の各部は以下のような処理を行う。
フィルタ回路６Ａ〜６Ｃは、交流電動機の各電源端子の各電圧中からローパスフィルタ８により商用周波数の成分を取り出し、その各電圧中からハイパスフィルタ９により部分放電電圧の成分を取り出し、この取り出し各成分を中央演算装置７に供給する。
【００２０】
中央演算装置７は、ハイパスフィルタ９で抽出された交流電動機の商用周波数の各位相毎の部分放電電圧の大きさと、その発生頻度とを所定時間にわたってそれぞれ求める。さらに、中央演算装置７は、その求めた結果に基づき、上記の（１）式によりＮｑｎ値を演算し、この演算結果をパーソナルコンピュータ３に伝送する。
その後、交流電流機の負荷を徐々に変化させ、この負荷を変化させるびに、その負荷に対応するＮｑｎ値を上記のように求め、この求めたＮｑｎ値をパーソナルコンピュータ３に通知する。
さらに、パーソナルコンピュータ３は、その負荷の変化のデータと、これに対応するＮｑｎのデータにより例えば図６に示すような散布図を作成し、この散布図に基づいて負荷とＮｑｎ値の相関係数を算出する。
【００２１】
以上のような処理により、楔のゆるみ率が既知の交流電動機について、負荷とＮｑｎ値の相関係数を算出する。そして、楔のゆるみ率が既知の残りの交流電動機についても、上記の交流電動機と同様に、その負荷とＮｑｎ値の相関係数を算出する。
このように、楔のゆるみ率が既知の複数の交流電動機について、その負荷とＮｐｎ値の相関係数を求め、その相関係数と楔のゆるみ率との関係を表すと、例えば図８に示すような結果が得られ、これをパーソナルコンピュータ３に予め記憶（登録）させておく。
【００２２】
次に、以上のような作業を前提に、図２の異常放電検出装置で、診断対象である交流電動機４での部分放電を交流回転機が回転中に監視、および異常とみなされる部分放電を検出する方法について説明する。
この場合には、その交流電動機４の各電源端子に、図２の異常放電検出装置の結合回路１Ａ〜１Ｃの一端を接続すると、図２に示すようになる。その後、交流電動機４を回転して所定の負荷状態とする。この負荷が一定の下で、異常放電検出装置の各部は以下のような処理を行う。
フィルタ回路６Ａ〜６Ｃは、交流電動機４の各電源端子の各電圧中からローパスフィルタ８により商用周波数の成分を取り出し、その各電圧中からハイパスフィルタ９により部分放電電圧の成分を取り出し、取り出した各成分を中央演算装置７に供給する。
【００２３】
中央演算装置７は、ハイパスフィルタ９で抽出された交流電動機４の商用周波数の各位相毎の部分放電電圧の大きさと、その部分放電電圧の発生頻度とを所定時間にわたってそれぞれ求める。さらに、中央演算装置７は、その求めた結果に基づき、上記の（１）式によりＮｑｎ値を演算し、この演算結果をパーソナルコンピュータ３に伝送する。
その後、交流電流機４の負荷を徐々に変化させ、この負荷を変化させるたびに、その負荷に対応するＮｑｎ値を上記のように求め、この求めたＮｑｎ値をパーソナルコンピュータ３に通知することで部分放電を監視する（上記工程Ｓ１）。
【００２４】
パーソナルコンピュータ３は、その負荷の変化のデータと、これに対応するＮｑｎのデータに基づき散布図を作成し、この作成した散布図に基づいて負荷とＮｑｎ値の相関係数を算出する。パーソナルコンピュータ３は、その算出した相関係数により、例えば図８を参照して巻線のゆるみの有無を判定することで異常とみなされる部分放電を検出する（上記工程Ｓ２）。例えば、図８によれば、算出した相関係数が例えば０．６の場合には、楔のゆるみ率は５４％となり、楔のゆるみ率を定量的に評価することができる。
このようにして、部分放電の変化を無停電な状態で監視し、この監視結果から異常とみなされる部分放電を検出することができる。
【００２５】
次に、放電位置特定工程について詳しく説明する。
ところで、上記異常放電検出装置による異常放電検出工程は、絶縁劣化を無停電な状態で検出するには非常に有効な手段であるが、電気保全員がたとえば監視センターにおいて部分放電の診断結果が所定の値を超えたとの情報を入手した後、その現場に赴き放電の有無を確認しようとしたとき、放電がどの部位で生じているのか、またどのような様相で生じているのかを確認するためには、電源を停止してから確認せざるを得ない。すなわち、上記異常放電検出工程では、異常とみなされる部分放電の検出は可能であるものの放電の部位と様相を検出することができない。そこで、続く放電位置特定工程は、放電位置特定装置によって、放電の部位とその様相を光（紫外線）によって無停電で検出するものである。
【００２６】
ここで、まず、放電現象と紫外線について説明する。
放電現象は、電磁波や超音波のほかに紫外線の放出を伴うことが知られている。放電は電界の影響を受けて励起状態になった気体の原子が自由電子を放出しイオン化されることによって引き起こされる。この時、イオン化された原子が自由電子を受け取って励起状態から基底状態に戻る過程で光が放射される。
いま、電子の軌道がｎ＝ｉからｎ＝ｊに遷移した場合に放射される光の波長は次の式（２）で与えられる。
【００２７】
【数２】
2006098270.tif 000004
【００２８】
ただし、λ：放射される光の波長、ｍ：電子の運動質量、ｅ：電子の電荷（１．６０２×１０−１９Ｃ）、ε０：真空の誘電率（８．８５４×１０−１２Ｆ／ｍ）、ｈ：プランクの定数（６．６２４×１０−３４Ｊ・ｓｅｃ）、ｃ：光速（３×１０８ｍ／ｓｅｃ）
ここで、本願発明者は、各原子のイオン化電圧は、下記式（３）で与えられることに着目し、式（２）と式（３）からイオン化電圧が既知の気体の発光波長は下記式（４）で求めることができると考えた。
【００２９】
【数３】
2006098270.tif 000005
【００３０】
図９に式（４）で求めた代表的な気体の発光スペクトルを示す。同図から、放電で生じる光の波長は４００ｎｍ以下の紫外線領域に離散的に分布することがわかる。一方、紫外線はその波長によって４００ｎｍ〜３１５ｎｍがＵＶ−Ａ、３１５ｎｍ〜２８０ｎｍがＵＶ−Ｂ、２８０ｎｍ〜１００ｎｍがＵＶ−Ｃに分類される。
【００３１】
ところで、紫外線は、太陽及び高輝度ランプなどの人工照明から放射される、波長４００ｎｍ以下の短波長の電磁波であるが、特に地表に届く太陽光放射の場合は、図１０に示される発光分布のように、波長が短いほど太陽光放射中の専有割合が小さく、特に、ＵＶ−Ｃ領域の電磁波は大気中のオゾン層で吸収されるため地表にはほとんど到達しない。一方、部分放電による発光分布は、同図１０に示すようになっており、紫外線全域に亘って放射している。したがって、地表に届く太陽光放射には存在しない、ＵＶ−Ｃ領域の紫外線を検出することで、太陽光放射に影響を受けることなく、微弱な放電光でも太陽光に影響されず部分放電等の発生による被写体自体からの発光に伴う紫外線を検出することができる。
【００３２】
次に、放電位置特定工程に適用される放電位置特定装置の構造について説明する。図１１は、本装置の構成概要図である。
筒状のケース２１内には、対象３０側から、光路Ｌが同軸となるように、ＵＶフィルタ２２、ＵＶレンズ２３、ＵＶイメージインテンシファイア２４、ＵＶレンズ２３、ＵＶイメージインテンシファイア２４、ＵＶレンズ２３、及びビデオカメラ２５の順に配設されている。
上記各ＵＶイメージインテンシファイア２４は、微弱な紫外線像を検出・増倍してコントラストのついた像、つまり可視化した像に変換する装置である。なお、通常のＣＣＤカメラは紫外線に対する感度を持っていないため放電現象を撮像することはできない。
【００３３】
各ＵＶイメージインテンシファイア２４は、受光した光を電子に変換する受光面と、直径２５ｍｍ、厚さ０．４８ｍｍの薄いガラスの板にφ１２μｍの細い穴（チャンネル）を無数に加工し光電子を倍増するＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）と、倍増した電子を再度光に変換し後段に伝えるファイバプレートとを備えて構成されている。本実施形態では、各ＵＶイメージインテンシファイア２４の受光面に、紫外線に感度を持つＣｅ−Ｔｅを材料に選定した。Ｃｅ−Ｔｅ受光面は３２０ｎｍ以上の波長の光に対する感度が抑制され２５０ｎｍ付近に最大感度を有している。そして、ＭＣＰは微弱な放電光を考えて２段にすることで電子倍増率を１０６倍とした。ここで、各ＵＶイメージインテンシファイア２４は増幅率が高いため、僅かな光でも結像し本来観測したい放電光の弁別を阻害する。そこでＵＶイメージインテンシファイア２４の前段にＵＶ−Ｃ光のみを通過させるＵＶフィルタ２２を設置し、不要な光を遮断している。
【００３４】
ところで、通常、フィルタには、特定の波長帯を通過させる帯域通過フィルタと、特定の波長のみ通過させる狭帯域通過フィルタがある（例えば図９参照）が、上記ＵＶフィルタ２２には、波長２４０〜２８０ｎｍの範囲のＵＶ−Ｃ紫外線だけを通過させるフィルタが好適である。特に、本実施形態でのフィルタ選定では５種類の狭帯域通過フィルタにてラボ試験を行った結果、図１２に示す通り、２４９．７ｎｍを通過させる狭帯域通過フィルタが最もＳ／Ｎ比が良好で放電の可視化に適していた。なお、同図の例では画面中央下で放電が発生しているが、２６０ＢＰおよび２４９．７ＮＢ７以外のフィルタでは放電光と背景の太陽光との弁別が困難であることがわかる。
【００３５】
ここで、図１２に示す２４９．７ＮＢ７フィルタを通した画像は、図９を参照してわかる様に、主にＮｅ（ネオン）の輝線を観測していることになる。ネオンは窒素（大気中の容積比７８．０８８％）、酸素（同２０．９４９％）、アルゴン（同０．９３％）に次いで大気中の容積比が大きな気体（同１．８×１０−３％）であり、ＵＶ−Ｃ領域に輝線を持つ気体の中では最も容積比が大きい。そのため、Ｎｅ（ネオン）の輝線を観測すれば発光量が多いことから放電光を弁別する上で好ましい。さらに、本実施形態では、波長２４０〜２８０ｎｍの範囲に存在するＵＶ−Ｃ紫外線のうち、特に、この２４９．７ｎｍ、すなわちＮｅ（ネオン）の１または２以上の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタをＵＶフィルタ２２として採用している。そのため、このような狭帯域通過フィルタを採用することによって放電光と背景の太陽光との弁別をより確実なものとすることができる。
【００３６】
ここで、上記各ＵＶレンズ２３は、紫外線（特にＵＶ−Ｃに感度があることが好ましい）に感度を有するレンズである。ビデオカメラ２５は、画像取得手段を構成して連続してＵＶフィルタ２２を通過し且つ可視化された紫外線画像を取得して記録する録画媒体である。
そして、上記複数のＵＶレンズ２３及びＵＶイメージインテンシファイア２４は、可視化変換手段を構成する。部分放電によるＵＶ−Ｃ紫外線の放射が微弱であることに鑑み、本実施形態では、ＵＶレンズ２３及びＵＶイメージインテンシファイア２４を複数個、配設した場合を例示してある。
【００３７】
また、上記ケース２１の外側には、紫外線ランプ２６が取り付けられている。この紫外線ランプ２６は、対象３０に対し紫外線を照射する紫外線照射手段であって、例えば石英ガラスを用いた高輝度ＵＶランプなどの高輝度ランプ２６を使用すればよい。特に、上記ＵＶフィルタ２２を通過可能なＵＶ−Ｃ領域の波長の紫外線を主として放射可能な紫外線ランプが好ましい。なお、紫外線ランプ２６は、ケース２１に対し、照射方向が調整可能となっている。
【００３８】
その紫外線ランプ２６の前には開閉可能なシャッタ２７が取り付けられていて、そのシャッタ２７は、駆動モータや電磁石等からなるシャッタ用アクチュエータ２８によって開閉が行われる。
また、符号２９は、コントローラであって、不図示の作動スイッチがオンになると、紫外線ランプ２６を照射状態にすると共に上記シャッタ用アクチュエータ２８を通じて、上記シャッタ２７を所定時間間隔毎に開閉を繰り返させる。上記シャッタ２７の開閉速度は、特に拘らないが、たとえば開閉を１秒間隔で繰り返すように設定する。
【００３９】
次に、上記のように構成される放電位置特定装置を使用して行う、本発明の保全方法における放電位置特定工程についてより詳しく説明する。
いま、交流電動機４が回転中の状態において、ケース２１内に配置されたＵＶフィルタ２２等の光路Ｌを交流電動機４に向けると共に、紫外線ランプ２６の放射方向も同じ交流電動機４に向けた状態とし、不図示の作動スイッチをオンにする。すると、紫外線ランプ２６から交流電動機４に向けて紫外線が照射されるが、開閉を繰り返すシャッタ２７によって定期的に紫外線の照射が遮断される。この状態でビデオカメラ２５も録画状態とする。なお、ビデオも上記コントローラ２９で作動を制御するようにしておいても良い（上記工程Ｓ３）。
【００４０】
このように設定することで、紫外線を照射したことによる交流電動機４からの反射光と、紫外線を遮断したことによる交流電動機４で発光した光とが交互にＵＶフィルタ２２に向けて入射する。すると、当該ＵＶフィルタ２２を、紫外線ランプ２６による交流電動機４からの反射光と交流電動機４で発光した紫外線だけが交互に通過することで、地表に届いた太陽光による影響が除去される。
【００４１】
そのＵＶフィルタ２２を交互に通過してくる２種類の紫外像は、それぞれ２組のＵＶレンズ２３及びＵＶイメージインテンシファイア２４によって倍増及び強調されて可視化状態に変換されて、順番にビデオカメラ２５に撮像され記録される。図１３に、上記２種類の紫外線画像のイメージ図を示す。（ａ）は紫外線照射による対象の図を、（ｂ）は部分放電による対象の発光による図である。なお、実際には、（ｂ）の図において、部分放電部分Ａの部分だけが白くなった画像である。
【００４２】
そして、録画した画像を再生すると、部分放電が無い状態では、真っ暗な画像と、交流電動機４の白黒画像とが交互に映し出されるだけであるが、部分放電の発生している交流電動機４では、部分放電の発光部だけが白くなった紫外線画像と交流電動機４の白黒画像との２種類の画像が交互に映し出される。これによって、部分放電の有無が検出されると共に、部分放電の発光部だけが白くなった紫外線画像と交流電動機４の全体像とが交互に映し出されることで交流電動機４における部分放電の位置およびその様相を視認して、補修が必要な部位を見極めることができる（上記工程Ｓ４）。特に、再生速度などを調整して２種類の画像を交互に映し出すことで、一方の画像の残像と次に映し出した画像とが見た目で完全に重なって見えるようにすると、より容易に部分放電の位置が特定しやすくなる。なお、残像の見た目の重ね合わせの調整は、再生速度で調整する以外にも、例えば発光による紫外線画像の映像表示時間を長めにすることなどによっても可能である。
【００４３】
このとき、紫外線像として交流電動機４の画像を取得することで、交流電動機４自体の画像が自然と暗めに抑えられることから、部分放電の発光によって白くなっている画像と交互に映し出したときに発光による白くなっている部分が自然と強調される。
ここで、上記紫外線ランプ２６から積極的に照射を行うことなく、上記装置によって部分放電による発光の画像を取得すると共に、同期をとって別のカメラで交流電動機４の画像を撮影して、両方の画像を重ね合わせて放電位置を検出することも考えられる。しかし、交流電動機４の画像を撮像する別のカメラが必要になるばかりか、画像を受像する位置が異なることから、重ね合わせの処理が要求される。
【００４４】
これに対し、この放電位置特定装置では、撮像するカメラが１つだけで済み、しかも光路Ｌが同軸の位置で放電による画像と交流電動機４の画像との両方を取得するので、装置構成が簡易化する。また、この放電位置特定装置は、２つの画像を画像処理部で直接重ねるのではなく、交互に映し出し、例えば視覚の残像現象を利用して部分放電の位置を特定するので、画像処理部で２つの画像を重ねる処理も不要となる。
【００４５】
次に、この交流回転機の保全方法の作用・効果について説明する。
この実施形態の保全方法によれば、異常放電検出工程で、交流電動機などを回転中、つまり運転状態の下で、巻線のゆるみを判定し、その巻線のゆるみによって部分放電の状態を監視できるので、部分放電の状態が保全を要するような異常とみなされる放電であるか否かの診断を任意のタイミングにて行うことができる。さらに、部分放電（巻線のゆるみ）の程度を定量的に把握できるので、メンテナンスのタイミングを電動機などの状態に応じて最適なタイミングを選ぶことが可能となる。
【００４６】
そして、この実施形態の保全方法によれば、上記異常放電検出工程にて異常とみなされる放電を検出したら、放電位置特定工程で、放電位置特定装置によって交流回転機からの光（紫外線）によって放電の発生部位およびその様相を判別することができるので、開放型交流回転機であれば運転を停止させることなく異常とみなされる放電の発生部位を視覚で確認して、絶縁劣化に起因する放電を初期段階で検出し、事故の拡大を未然に防止する保全処置が可能となる。また、閉鎖型交流回転機の場合、開放点検時に、試験電圧を印加し、放電の発生部位を視覚で確認して、保全処置が可能となる。
【００４７】
以上説明したように、本発明に係る交流回転機の保全方法によれば、異常放電検出工程で、交流回転機が現在どのような状態にあるかを交流回転機から発生する放電の状態を交流回転機が回転中に監視する。そして、その異常放電検出工程で異常とみなされる放電が検出されたら、放電位置特定工程で、検出された異常とみなされる放電の位置を交流回転機が運転中または停止中に特定するものである。そのため、無停電で交流回転機の状態を把握し、その情報に基づいて保全時期を適切に判断できるとともに、保全が必要と見られる場所を予め無停電の状態で決めてからメンテナンス作業に取りかかることが可能であり、必要最小限の合理的な保守管理を実施するというメンテナンスが可能となる。したがって、交流回転機の巡視点検や、従来ＴＢＭで行なわれていた定期保全を基本とした定期点検の合理化、つまりＣＢＭによる保全が可能となり、また、機器の延命化支援等、総合的にコスト低減を計り得る交流回転機の保全方法を提供することができる。
【００４８】
なお、本発明に係る交流回転機の保全方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。
例えば、上記実施形態では、異常放電検出工程で、交流電動機４の各位相毎の部分放電電圧の大きさと、その部分放電の発生頻度とを所定時間にわたってそれぞれ求め、その求めた結果に基づいて（１）式によりＮｑｎ値を演算するようにした。そして、交流電動機４の負荷を徐々に変化させ、この負荷を変化させるたびに、その負荷に対応するＮｑｎ値を上記のように求めるようにした。さらに、その負荷の変化のデータと、これに対応するＮｑｎのデータに基づき散布図を作成し、この作成した散布図に基づいて負荷とＮｑｎ値の相関係数を算出し、その算出した相関係数により、例えば図８を参照して巻線のゆるみの有無を判定するようにした。
【００４９】
しかし、本発明に係る交流回転機の保全方法は、上記のＮｑｎ値を、最大放電電圧値（Ｑｍａｘ）に代えるようにしても良い。
この場合には、交流電動機４の各位相毎の部分放電電圧の大きさと、その部分放電電圧の発生頻度とをそれぞれ求め、その求めた部分放電電圧の中から最大値をＱｍａｘとして取り出すことになる。しかし、部分放電電圧にはノイズが含まれるので、そのノイズの影響を考慮し、例えば１秒あたりの発生頻度が１０個以上の部分放電電圧のうちの最大のものを、Ｑｍａｘとするのが好ましい。
【００５０】
そして、交流電動機４の負荷を徐々に変化させ、この負荷を変化させるたびに、その負荷に対応するＱｍａｘを求める。さらに、その負荷の変化のデータと、これに対応するＱｍａｘのデータに基づき散布図を作成し、この作成した散布図に基づいて負荷とＱｍａｘの相関係数を算出し、その算出した相関係数により、異常とみなされる放電の有無を判定することになる。
【００５１】
また、例えば、上記実施形態では、放電位置特定工程での、放電位置特定装置にあっては、交互に取得した画像を残像現象で見た目重なって見えるように再生するとしているが、必ずしも残像現象を利用しなくても良い。ゆっくりコマ送り状に再生しても良い。部分放電による紫外線像は、容易に特定できるので、部分放電による紫外線像を検出したときに、その発光のおおよその位置を記憶しておき（図１３（ｂ）参照）、次に映される交流電動機４の画像（図１３（ａ）参照）での対応する位置を見ることで部分放電の位置が特定できる。もっとも、残像現象を利用して見た目で重なるように再生した方が視認が容易である。
【００５２】
また、上記実施形態では、放電位置特定装置にあっては、上記画像取得手段としてビデオカメラ２５を例示しているが、デジタルカメラなどであっても良い。デジタルカメラの場合には、シャッタ２７の開閉と同期をとって静止画の撮像を行って、紫外線照射により反射した紫外線像と、部分放電による発光した紫外線像（発光がなければ真っ暗な像）とを交互に取得するようにすればよい。
【００５３】
また、上記実施形態では、放電位置特定装置にあっては、画像取得手段としてカメラを例示して、撮影後に、部分放電の有無を確認する場合で説明しているが、これに限定されない。例えば、上記画像取得手段をディスプレーなどの表示装置とし、その場で、部分放電による紫外線像と交流電動機４からの反射による紫外線像との画像を交互に表示させて、その場で部分放電の有無及び、部分放電が発生している場合における放電位置の特定を行うようにしても良い。
【００５４】
また、画像処理によって、部分放電による紫外線像についてだけ色変換処理を行い、つまり白色部分を赤色などに変換して、部分放電部分を強調するようにしても良い。この場合には、交流電動機４からの反射による紫外線像は白黒画像であるので、部分放電の位置をさらに容易に視認することができる。
また、ケース２１と紫外線ランプとは別体であっても良い。
【００５５】
また、上記実施形態の例では、ＵＶフィルタ２２には、２４９．７ｎｍのＮｅ（ネオン）の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタを採用したが、これに限定されず、狭帯域通過フィルタは、波長２４０〜２８０ｎｍの範囲に存在するＵＶ−Ｃ紫外線のうち、他の波長のの１または２以上のＮｅ（ネオン）の輝線を通過させる狭帯域通過フィルタによって観測してもよい。
【００５６】
また、上記実施形態では、放電位置特定工程で、放電による光（紫外線）を検出することによって放電の位置を特定しているが、これに限定されず、例えば、放電による音響を検出することによって放電の位置を特定してもよい。
ここで、放電位置特定工程に用いられる放電位置特定装置の他の例として、放電による音響を検出することによって放電の位置を特定する例について以下詳しく説明する。
【００５７】
図１４は放電位置特定装置としての他の例の構成を示すブロック図であり、図１５はこの放電位置特定装置の各要素での出力波形を示す特性図である。
これらの図において、１１は放電による音響を検出する指向性の強い超音波マイクロホンなどの音響検出部で、その受音部が揺動自在とされる。１２は１段目のアンプ、１３は遮断周波数が例えば１０ｋＨｚの高域通過フィルタ、１４は２段目のアンプ、１５は整流器、１６は遮断周波数が例えば２００Ｈｚの低域通過フィルタ、１７はＡ／Ｄ変換器、１８は中央演算処理装置、１９はディスプレーである。２０はレーザダイオードによるポインタなどの音響方位検出部で、音響検出部１１の近傍に取り付けられて、放電による音響の方向を光などで指示することによって、放電音の発生部位を視覚で確認することができる。これらの機器は、可搬が容易な寸法に一体的に組み立てられ、電気保全員が現場に持ち運んで測定できるように構成される。
【００５８】
次に、この他の例のように構成された放電位置特定装置の動作について説明する。
この他の例の放電位置特定装置は、交流回転機の保全方法での放電位置特定工程で、まず、レーザポインタ等の音響方位検出部２０を用いて放電音の発生方向をポイント指示することで確認して、その方向に音響検出部１１を交流回転機に向けて、図１０（ａ）に示すような波形の放電音を採取する。この音響検出部１１で採取された放電音は、まず、１段目のアンプ１２で図１０（ｂ）に示すような波形に増幅され、高域通過フィルタ１３を通過してノイズが除去される。ノイズ除去された後、２段目のアンプ１４で再度増幅される。このときの信号を図１０（ｃ）に示す。ここで、高域通過フィルタ１３でのノイズ除去の機能について説明すると、通常、放電で生じる音響は１０ｋＨｚ以上の高い周波数で広い周波数帯域にわたって存在するが、一般の変電設備の環境音は大半が１０ｋＨｚ以下の周波数成分であるため、高域通過フィルタ１３で容易に放電音だけ抽出することができるのである。
【００５９】
そして、ノイズ除去後の信号を整流器１５で図１０（ｄ）のような波形に整流してから低域通過フィルタ１６によって包絡線検波し、図１０（ｅ）に示すような放電音の強弱成分を抽出する。さらに、この放電音の強弱成分のアナログ信号をＡ／Ｄ変換器１７でデジタル信号に変換して中央演算処理装置１８に導く。ここで、Ａ／Ｄ変換器１７を用いて包絡線検波した後のアナログ信号をデジタル信号に変換するのは、包絡線検波前の信号は超音波領域（４０ｋＨｚ程度）まで広域の信号になるのに対し、包絡線検波した後の信号は電源電圧の周波数の数倍（２００Ｈｚ程度）であり、サンプリングレートを低く設定でき、中央演算処理装置１８の負荷を軽減できるためである。さらに、中央演算処理装置１８では、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理により信号の周波数成分をスペクトル表示するとともに、信号の位相の転移の有無を視覚で確認できる信号波形の表示を行うことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明に係る交流回転機の保全方法の手順を説明するフローチャートである。
【図２】本発明方法の実施形態に適用される異常放電検出装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図３】検出される部分放電電圧とその発生頻度（度数）の一例を示す図である。
【図４】楔のゆるみ率が既知の交流発電機において、その出力とＮｑｎとの関係を示す図である。
【図５】楔のゆるみ率が既知の交流発電機において、その出力とＮｑｎとの関係を示す図である。
【図６】楔のゆるみ率が既知の交流電動機において、その負荷とＮｑｎとの関係を示す図である。
【図７】新品の交流発電機において、その出力とＮｑｎとの関係を示す図である。
【図８】負荷−Ｎｑｎ値の相関係数と楔のゆるみ率との一例を示す図である。
【図９】代表的な気体の発光スペクトルを示す説明図である。
【図１０】発光分布を説明する図である。
【図１１】本発明方法の実施形態に適用される放電位置特定装置の構成概要図である。
【図１２】フィルタ選定のためのラボ試験の結果を説明する図である。
【図１３】２種類の紫外線像のイメージを説明する図である。
【図１４】放電位置特定装置の他の構成を示すブロック図である。
【図１５】他の構成例による放電位置特定装置の各要素での出力波形を示す特性図である。
【図１６】従来の交流回転機の保全方法の手順を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００６１】
１Ａ〜１Ｃ  結合回路
２  ＰＤＡ装置
３  パーソナルコンピュータ
４  交流電動機
６Ａ〜６Ｃ  フィルタ回路
７  中央演算装置
１１  音響検出部
１２  １段目のアンプ
１３  高域通過フィルタ
１４  ２段目のアンプ
１５  整流器
１６  低域通過フィルタ
１７  Ａ／Ｄ変換器
１８  中央演算処理装置
１９  ディスプレー
２０  音響方位検出部
２１  ケース
２２  ＵＶフィルタ
２３  ＵＶレンズ
２４  イメージインテンシファイア
２５  ビデオカメラ
２６  紫外線ランプ
２７  シャッタ
２８  アクチュエータ
２９  コントローラ
３０  対象
Ｌ  光路
【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１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2006098270.tif 000018
【図１６】
2006098270.tif 000019
【図１０】
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【図１２】
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