(57)【要約】【課題】巻線のゆるみの診断に要する費用の大幅な削減、その巻線のゆるみの程度を定量的に把握できることなどの実現を図ること。【解決手段】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、その発生頻度とをそれぞれ求め、その結果に基づきＮｑｎ値を演算する。さらに、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びに、その負荷に対応するＮｑｎ値を上記のように求める。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。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いて、巻線のゆるみの有無を判定する。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流回転機が有する巻線のゆるみを診断する交流回転機の巻線のゆるみの診断方法であって、
前記交流回転機が回転中にその巻線で発生する部分放電の大きさとその発生頻度とをそれぞれ検出し、この両検出結果から部分放電情報を求め、
前記交流回転機の負荷または出力を変化させ、この変化させるたびにその負荷または出力の値に対応する前記部分放電情報を求め、
その変化させた負荷または出力とこれに対応する前記部分放電情報との間の相関を求め、この求めた相関に基づいて前記交流回転機の巻線のゆるみを診断するようにしたことを特徴とする交流回転機の巻線のゆるみの診断方法。
【請求項２】
交流回転機が有する巻線のゆるみを診断する交流回転機の巻線のゆるみの診断方法であって、
巻線のゆるみが既知の交流回転機が回転中にその巻線で発生する部分放電の大きさとその発生頻度とをそれぞれ検出し、この両検出結果から部分放電情報を求め、
前記交流回転機の負荷または出力を変化させ、この変化させるたびにその負荷または出力の値に対応する前記部分放電情報を求め、
その変化させた負荷または出力とこれに対応する前記部分放電情報との間の相関を予め求める処理を行い、
この相関を求める処理を、巻線のゆるみが既知であってそれが異なる複数の交流回転機について予め行っておき、
交流回転機の巻線のゆるみを診断する場合には、診断対象の交流回転機が回転中にその巻線で発生する部分放電の大きさとその発生頻度とをそれぞれ検出し、この検出結果から部分放電情報を求め、
前記交流回転機の負荷または出力を変化させ、この変化させるたびにその負荷または出力の値に対応する前記部分放電情報を求め、
その変化させた負荷または出力とこれに対応する前記部分放電情報との間の相関を求め、この求めた相関と前記予め求めてある相関とに基づいて、診断対象の交流回転機の巻線のゆるみの程度を推定するようにしたことを特徴とする交流回転機の巻線のゆるみの診断方法。
【請求項３】
前記部分放電情報は、交流回転機の巻線で発生する部分放電電圧に基づいて部分放電電圧の度数分布を求め、その各度数と、前記部分放電電圧の最大値をその度数に応じて分割した分割値との積を求め、その積の総和であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交流回転機の巻線のゆるみの診断方法。
【請求項４】
前記部分放電情報は、交流回転機の巻線で発生する部分放電電圧に基づいて部分放電電圧の度数分布を求め、その度数が所定値以上の部分放電電圧のうちの最大のものであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の交流回転機の巻線のゆるみの診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流発電機や交流電動機などの交流回転機について、その巻線のゆるみを診断する、交流回転機の巻線のゆるみの診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、交流発電機や交流電動機の有する巻線のゆるみを診断する方法としては、例えば交流電動機の動作を停止してロータ（回転子）を引き抜き、その回転子に巻線を固定する楔を金槌で叩き、そのときの打音で楔のゆるみを判定する方法が一般的に知られている（特許第２５１８４０５号公報参照）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の方法では、交流発電機や交流電動機が大型の場合、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という不都合がある。
【０００４】
また、工事期間中は、その交流発電機や交流電動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、打音検査、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のロータ引き抜き工事を行い、打音検査で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。
【０００５】
さらにまた、打音検査は、熟練した技術者の経験と勘に頼る部分が大きく、その検査結果がまちまちとなって、検査の品質にばらつきが発生するというおそれがある。
そこで、本発明は、上記の点に鑑み、巻線のゆるみの診断に要する費用を大幅に削減できることや、その巻線のゆるみの程度を定量的に把握できることなどを実現できるようにした交流回転機の巻線のゆるみの診断方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し、本発明の目的を達成するために、請求項１〜請求項４に記載の各発明は、以下のように構成した。
すなわち、請求項１に記載の発明は、交流回転機が有する巻線のゆるみを診断する交流回転機の巻線のゆるみの診断方法であって、前記交流回転機が回転中にその巻線で発生する部分放電の大きさとその発生頻度とをそれぞれ検出し、この両検出結果から部分放電情報を求め、前記交流回転機の負荷または出力を変化させ、この変化させるたびにその負荷または出力の値に対応する前記部分放電情報を求め、その変化させた負荷または出力とこれに対応する前記部分放電情報との間の相関を求め、この求めた相関に基づいて前記交流回転機の巻線のゆるみを診断するようにしたことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、交流回転機が有する巻線のゆるみを診断する交流回転機の巻線のゆるみの診断方法であって、巻線のゆるみが既知の交流回転機が回転中にその巻線で発生する部分放電の大きさとその発生頻度とをそれぞれ検出し、この両検出結果から部分放電情報を求め、前記交流回転機の負荷または出力を変化させ、この変化させるたびにその負荷または出力の値に対応する前記部分放電情報を求め、その変化させた負荷または出力とこれに対応する前記部分放電情報との間の相関を予め求める処理を行い、この相関を求める処理を、巻線のゆるみが既知であってそれが異なる複数の交流回転機について予め行っておき、交流回転機の巻線のゆるみを診断する場合には、診断対象の交流回転機が回転中にその巻線で発生する部分放電の大きさとその発生頻度とをそれぞれ検出し、この検出結果から部分放電情報を求め、前記交流回転機の負荷または出力を変化させ、この変化させるたびにその負荷または出力の値に対応する前記部分放電情報を求め、その変化させた負荷または出力とこれに対応する前記部分放電情報との間の相関を求め、この求めた相関と前記予め求めてある相関とに基づいて、診断対象の交流回転機の巻線のゆるみの程度を推定するようにしたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の交流回転機の巻線のゆるみの診断方法において、前記部分放電情報は、交流回転機の巻線で発生する部分放電電圧に基づいて部分放電電圧の度数分布を求め、その各度数と、前記部分放電電圧の最大値をその度数に応じて分割した分割値との積を求め、その積の総和であることを特徴とするものである。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の交流回転機の巻線のゆるみの診断方法において、前記部分放電情報は、交流回転機の巻線で発生する部分放電電圧に基づいて部分放電電圧の度数分布を求め、その度数が所定値以上の部分放電電圧のうちの最大のものであることを特徴とするものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明を完成するに至った背景について、以下に説明する。
交流電動機や交流発電機など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。
【００１１】
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という知見を得た。
【００１２】
この知見に基づき、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。なお、Ｎｑｎ（Ｎｏｒｍａｌｉｚｅｄ　Ｑｕａｎｔｉｔｙ　Ｎｕｍｂｅｒ）　値については、後述する。
【００１３】
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。
【００１４】
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５の場合はＲ２　＝０．０１０８である。
以上の結果を検討した結果、発明者は、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を見い出した。
【００１５】
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かった（例えば図７参照）。
【００１６】
そこで、本発明の実施形態の交流回転機の巻線のゆるみの診断方法は、上記の知見に基づいて具体化したものである。
次に、この実施形態の診断方法に適用される診断装置について、図１を参照して説明する。
この診断装置は、図１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。
【００１７】
結合回路１Ａ〜１Ｃは、３相の交流電動機４などの診断対象と、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。
【００１８】
ＰＤＡ装置２は、図１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〔Ｍｚ〕である。
【００１９】
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２に示すようになる。
また、中央演算装置７は、例えば図２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値を算出する。
【００２０】
【数１】
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【００２１】
ここで、（１）式中において、Ｖｐｄｖｉｄ　は、図２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２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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、上記のように構成される診断装置を使用して行うようにした、本発明の実施形態の診断方法について説明する。
ここで、上記の診断装置による診断方法は、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に適用した場合について説明する。
この実施形態の診断方法では、交流電動機の巻線のゆるみ（楔のゆるみ）を診断するために、そ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３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。
【００２４】
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１に示す診断装置の結合回路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、診断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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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３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。
【００２８】
次に、以上のような作業を前提に、図１の診断装置で、診断対象である交流電動機４の巻線のゆるみを診断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１の診断装置の結合回路１Ａ〜１Ｃの一端を接続すると、図１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、診断装置の各部は以下のような処理を行う。
【００２９】
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、この取り出し各成分を中央演算装置７に供給する。
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。
【００３０】
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。
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３を参照して巻線のゆるみの有無を判定する。図３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。
【００３１】
以上説明したように、この実施形態の診断方法によれば、従来のようにロータの引き抜きという大がかりな工事（作業）をすることなく巻線のゆるみを判定できるので、その工事に要する費用が削減され、大幅なコストダウンを実現することができる。
また、この実施形態の診断方法では、交流電動機などを運転状態の下で、巻線のゆるみが判定できるようにしたので、その診断を任意のタイミングに行うことができる。
【００３２】
さらに、この実施形態の診断方法では、巻線のゆるみの程度を定量的に把握できるので、巻線を固定する楔の打ち替え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。
さらにまた、この実施形態の診断方法では、熟練した技術者の勘と経験にたよることなく巻線のゆるみを判定できるので、診断の品質が均一化される。
【００３３】
なお、上記の実施形態では、交流電動機４の各位相毎の部分放電の大きさと、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３を参照して巻線のゆるみの有無を判定するようにした。
【００３４】
しかし、本発明では、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。
【００３５】
そして、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Ｑｍａｘ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、巻線のゆるみの有無を判定することになる。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のようにロータの引き抜きという大がかりな工事をすることなく巻線のゆるみを判定できるので、その工事に要する費用が削減され、大幅なコストダウンを実現することができる。
また、本発明では、交流電動機などを運転状態の下で、巻線のゆるみが判定できるようにしたので、その診断を任意のタイミングに行うことができる。
【００３７】
さらに、本発明では、巻線のゆるみを程度を定量的に把握可能であるので、例えば巻線を固定する楔の打ち替え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。
さらにまた、本発明では、熟練した技術者の勘と経験にたよることなく巻線のゆるみを判定できるので、診断の品質が均一化される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法の実施形態に適用される診断装置の構成の一例を示すブロック図である。
【図２】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３】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。
【符号の説明】
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
【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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