(57)【要約】      （修正有）【課題】測温抵抗体（ＲＴＤ）を用いたステータ巻線の熱異常の診断システムを提供する。【解決手段】ステータ巻線内の少なくとも１つのセンサから長時間にわたりＲＴＤ読取り値を得る入力システム（１９）と、各ＲＴＤ読取り値を電機子電流に関して正規化する正規化システム（２０）と、１組の正規化されたＲＴＤ読取り値における傾向を分析して、ステータ巻線の熱挙動を示す分析システム（２４）とを含む、第１のシステム（１０）が提供される。ステータ巻線内の共通の軸方向位置にある複数のセンサから、１組のＲＴＤ読取り値を得る入力システム（１９）と、１組のＲＴＤ読取り値から、最大値と中間値との差値を計算する計算システム（２２）と、１組の差値の長時間にわたる傾向を分析して、ステータ巻線の熱挙動を示す分析システム（２４）とを含む、第２のシステムが提供される。【選択図】図１
2012093356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気機械（５６）の熱挙動を評価するシステム（１０）であって、
ステータ巻線内の少なくとも１つのセンサから長時間にわたり測温抵抗体（ＲＴＤ）（２８、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）読取り値を得る入力システム（１９）と、
各ＲＴＤ（２８、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）読取り値を電機子電流に関して正規化する正規化システム（２０）と、
１組の正規化されたＲＴＤ読取り値における傾向を分析して、前記ステータ巻線の熱挙動を示す分析システム（２４）と
を備える、システム（１０）。
【請求項２】
前記分析システム（２４）が、上昇傾向の検出に応答して異常を示す、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項３】
ＲＴＤ（２８、５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）読取り値が、基準線値（４０）を所定の量超えると、前記分析システム（２４）が上昇傾向を検出する、請求項２記載のシステム（１０）。
【請求項４】
前記ＲＴＤ（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）読取り値が、所定の時間量よりも長い間持続すると、前記分析システム（２４）が上昇傾向を検出する、請求項３記載のシステム（１０）。
【請求項５】
前記入力システム（１９）が、電機子電流、運転圧力、運転純度、および室温をさらに得る、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項６】
入力データが、安定した運転負荷の間、かつ予め規定された圧力範囲で、有効なセンサによって収集されることを保証するフィルタシステム（１９）をさらに備える、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項７】
前記正規化システム（２０）が、以下の式を用いてセンサｉの正規化されたＲＴＤ値Ｋｉを計算し、
【数１】
2012093356.tif 000004
式中、ΔＴｉはＲＴＤ温度と室温間の差、ρは前記ステータ巻線の抵抗率、Ｉaは電機子電流である、請求項１記載のシステム（１０）。
【請求項８】
電気機械（５６）の熱挙動を評価するシステム（１０）であって、
ステータ巻線内の共通の軸方向位置にある複数のセンサから、１組の測温抵抗体（ＲＴＤ）（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）読取り値を得る入力システムと、
前記１組のＲＴＤ（５４ａ、５４ｂ、５４ｃ）読取り値から、最大値と中間値との差値を計算する計算システム（２２）と、
１組の差値の長時間にわたる傾向を分析して、前記ステータ巻線の熱挙動を示す分析システム（２４）と
を備える、システム（１０）。
【請求項９】
前記分析システム（２４）が、上昇傾向の検出に応答して異常を示す、請求項８記載のシステム（１０）。
【請求項１０】
前記分析システム（２４）が、上昇差値が基準線値（４０）を所定の量超えると、前記上昇傾向を検出する、請求項９記載のシステム（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、発電機などの電気機械のステータ巻線の熱異常の診断に関し、より具体的には、測温抵抗体（ＲＴＤ）を用いたステータ巻線の熱異常の診断に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電機のステータ巻線の熱異常は、例えば、過剰な振動、不十分な冷却など、いくつかの理由で生じ得る。こうした異常の結果、巻線の絶縁不良が生じることがある。この絶縁不良によって、ある領域が過剰に加熱することになり得、ステータに地絡が生じる結果となる恐れがあり、こうした地絡は、対処するのにコストがかかる。ステータ地絡を早期段階で診断し、回避できないと、しばしば損傷が深刻化し、停止期間が長引くことになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７０２６８０２３号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の一態様では、電気機械の熱挙動を評価するシステムであって、ステータ巻線内の少なくとも１つのセンサから長時間にわたりＲＴＤ読取り値を得る入力システムと、各ＲＴＤ読取り値を電機子電流に関して正規化する正規化システムと、１組の正規化されたＲＴＤ読取り値における傾向を分析して、ステータ巻線の熱挙動を示す分析システムとを備える、システムが提供される。
【０００５】
本発明の別の態様では、電気機械の熱挙動を評価するシステムであって、ステータ巻線内の共通の軸方向位置にある複数のセンサから、１組の測温抵抗体（ＲＴＤ）読取り値を得る入力システムと、１組のＲＴＤ読取り値から、最大値と中間値との差値を計算する計算システムと、１組の差値の長時間にわたる傾向を分析して、ステータ巻線の熱挙動を示す分析システムとを備える、システムが提供される。
【０００６】
さらなる態様では、少なくとも１つのコンピュータ可読記憶媒体で実施されるプログラムコードを備えたコンピュータプログラムであって、実行すると、コンピュータシステムが、電気機械の熱挙動を評価する方法であって、ステータ巻線内の少なくとも１つのセンサから、長時間にわたり測温抵抗体（ＲＴＤ）読取り値を得るステップと、各ＲＴＤ読取り値を電機子電流に関して正規化するステップと、１組の正規化されたＲＴＤ読取り値における傾向を分析して、ステータ巻線の熱挙動を示すステップとを含む、方法を実施することが可能となる、コンピュータプログラムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施形態による診断システムを有するコンピュータシステムの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態による熱異常を評価する工程の概略ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態による熱異常の検出を示すグラフである。
【図４】本発明の第２の実施形態による熱異常を評価する工程の概略ブロック図である。
【図５】本発明の例示的な一実施形態による発電機の平面図である。
【図６】３つのＲＴＤが、共通の軸方向平面ＡＡ’沿って配置された、図５の発電機の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の様々な実施形態は、測温抵抗体（ＲＴＤ）を用いて、ステータ巻線の熱異常を評価し、診断することを対象とする。本発明の様々な実施形態の技術的効果には、熱異常を早期に識別する能力が含まれ、したがって、ステータワイヤの地絡に伴う、コストのかかる停止期間を回避することが可能となる。追加の技術的効果には、巻線の熱挙動を評価し、傾向を計り、予め規定された閾値を超えた場合に警告を与える能力が含まれる。
【０００９】
発電機などの電気機械では、電流が巻線を通過した結果として熱が発生する。こうした熱問題に対処するために、冷却機構が発電機に組み込まれ、発電機、特にステータ巻線の温度が、確実に許容限界を下回るように、ＲＴＤが一般に利用されている。
【００１０】
本発明の実施形態は、ＲＴＤを利用して、巻線の熱挙動を評価し、熱異常を早期に識別する。各ＲＴＤが監視する温度は、一般に、各ＲＴＤを通過する電流の量、巻線の抵抗率、および室温に比例する。ＲＴＤデータ内の傾向を分析することによって、異常を識別することができる。
【００１１】
図１は、ＲＴＤ値２８、および他の運転データ３０に基づいて、ステータ巻線の異常を検出する２つの可能な手法を実施する診断システム１８を有するコンピュータシステム１０を示す。診断システム１８によって実現される第１の手法は、ＲＴＤ値２８を対応する室温で電流および抵抗率に関して正規化する正規化システム２０を使用する。第２の手法は、軸方向に配置された１組のＲＴＤについて、最大値と中間値との差を求める計算システム２２を使用する。いずれの手法、または両手法とも、診断システム１８内に含まれ、かつ／または診断システム１８内で使用することができることが理解されよう。診断システム１８は、ＲＴＤ値２８および運転データ３０を得、フィルタリングする入力／フィルタリングシステム１９と、長時間にわたり傾向を評価し、熱分析３２を供給する傾向分析システム２４と、巻線異常が検出された場合に警告３４を発行する警告システム２６とをさらに含む。これら２つの手法について、以下でさらに詳細に説明する。
【００１２】
第１の手法では、ＲＴＤ値の変動を、対応する室温で電流および抵抗率に関して正規化する。一般に、正規化とは、データに対する変数の影響を打ち消すために、複数組のデータを、１つまたは複数の共通変数によって除算することを指し、したがって、データ組の根底にある特性を比較することが可能となる。したがって、この正規化により、異なる尺度上のデータを、共通の尺度上とすることによって、それらのデータを比較することが可能となる。正規化すると、ＲＴＤ値の上昇によって、一貫した運転条件下（すなわち、一定の運転圧力および冷却剤特性）で運転している電気機械で、一定の出力が得られることになる。したがって、正規化されたＲＴＤ値の傾向を用いて、巻線の熱挙動が示される。例えば、上昇（すなわち右上がり（ｐｏｓｉｔｉｖｅ））傾向は、巻線の異常を示す。上昇傾向が、予め規定された時間（例えば１０時間）で、設定可能なパラメータを超えると（例えば１５％の上昇）、警告を発することができる。
【００１３】
図２は、この第１の手法の流れ図を示す。Ｓ１で、入力／フィルタリングシステム１９が、ステータ巻線内の様々な位置にあるセンサｉから、ＲＴＤ温度Ｔｉを読み取る。さらに、入力／フィルタリングシステム１９によって、ユニット内の既知のセンサを用いて電機子電流Ｉa、運転圧力、運転純度（ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｐｕｒｉｔｙ）、および冷却ガス温度／室温が読み取られる。Ｓ２で、データ点をフィルタリングして、安定した運転負荷（例えば１５分間で負荷＞ＸＸ％）、圧力＋／−２ｐｓｉｇ、および読取り値が有効と考えられるように保証する。Ｓ３で、正規化システム２０によって、以下の式に従い、異なる位置、例えば、タービン端部（ｉ＝１）、圧縮機端部（ｉ＝２）、および中心（ｉ＝３）における正規化されたＲＴＤ値Ｋｉを計算する。
【００１４】
【数１】
2012093356.tif 000003
式中、ΔＴｉはＲＴＤ温度と室温との差、ρは巻線の抵抗率、Ｉaは電機子電流である。
【００１５】
次に、Ｓ４で、傾向分析システム２４によって、Ｋｉが、基準線値に対して所定のパーセントよりも多く変動したか判定を行う。正規化された温度の基準線値は、例えば、温度上昇の１ヶ月平均として計算することができる。顕著な変動が検出されない場合、すなわちＳ４で「いいえ」の場合、異常が示されないので、どのような行為も取られない。変動が検出された場合、Ｓ５で、傾向分析システムによって、Ｋｉの変動が、ある所定の時間量よりも長い間持続するか判定を行う。変動が持続しない、すなわちＳ５で「いいえ」の場合、どのような行為も取られない。「はい」の場合、Ｓ６で異常が示され、警告システム２６によって、熱異常情報警告３４が発せられる。
【００１６】
図３は、正規化された巻線温度に関する例示的な傾向分析を示す。この例では、基準線値４０、ならびに閾値限界４２が確立されている。正規化されたＲＴＤ値４４が、長時間にわたり追跡されており、時間Ｔ１で、この正規化ＲＴＤ値４４は、基準値４０から逸脱し始めている。Ｔ２で、正規化ＲＴＤ値４４は閾値限界４２と交差し、異常が存在し得ることを示している。
【００１７】
図４は、軸方向に共通に配置された任意のＲＴＤ組について、最大ＲＴＤ値と中間ＲＴＤ値との差である差値を利用した第２の手法の流れ図を示す。例えば、図５および６は、発電機５６の平面図、およびＡＡ’に沿った断面図を表す。この例では、３つのＲＴＤ５４ａ、５４ｂ、５４ｃが、共通の軸方向平面ＡＡ’に沿って配置されている。これらのＲＴＤ５４の最大値と中間値との差について、電気機械の電流の特定の範囲で傾向を計る。巻線に何らかの異常がある場合、この傾向は右上がりの斜線を有することになる。例えば、上昇傾向が、予め規定された時間量（例えば１０時間）で、予め規定された閾値（例えば１０℃）を超える場合、警告を発行することができる。ここでは、３つのＲＴＤ５４ａ、５４ｂ、５４ｃを使用していることに留意されたい。しかし、任意の個数（すなわち２個以上）のＲＴＤを利用することができることが理解されよう。
【００１８】
図４を再度参照すると、例示的なアルゴリズムが示されている。Ｓ１１で、入力／フィルタリングシステム１９が、共通の軸方向位置、例えば平面にある少なくとも２つのＲＴＤについて、ＲＴＤ温度Ｔｉを読み取る。さらに、電機子電流Ｉa、運転圧力、および運転純度もやはり、システム１９によって適切なセンサから読み取る。Ｓ１２で、システム１９によって、安定した運転負荷（例えば１５分間で負荷＞ＸＸ％）、圧力＋／−２ｐｓｉｇ、およびセンサ有効性が得られるようにデータ点をフィルタリングする。Ｓ１３で、計算システム２２によって、共通の軸方向平面に沿ったＲＴＤ値の最大値と中間値との差として、差値Ｋｉを計算する。次に、Ｓ１４で、傾向分析システムによって、Ｋｉが所定の温度よりも高いか判定を行う。Ｓ１４で「いいえ」の場合、いかなる行為も取られない。「はい」の場合、Ｓ１５で、Ｓ１４で検出された変動が、所定の時間量よりも長い間持続するか判定が行われる。Ｓ１５で「いいえ」の場合、いかなる行為も取られない。「はい」の場合、Ｓ１６で、警告システム２６によって、熱挙動情報警告を発することができる。
【００１９】
両手法とも、入力／フィルタリングシステム２９によって行われる入力、およびフィルタリングは、単一の機能として、または別個の機能として実施することができる。したがって、入力およびフィルタリングは、単一の機能として示されているが、別々に行うこともできることが理解されよう。フィルタリング工程のうちの１つには、ＲＴＤセンサの有効性を確認するステップが含まれ得る。この確認は、例えば、以下によって行うことができる。
（１）ＲＴＤセンサが、最大許容限界（例えば１５０℃）を超える温度を示しているか確認する。
（２）ＲＴＤセンサが、発電機の標準運転の間、室温よりも低い温度を示しているか確認する。
（３）ＲＴＤ値が平坦か（例えば、標準偏差が非常に低いか）確認する。
（４）ＲＴＤセンサが、所与の任意の電流について、設定可能な限界を超えた変動値を示しているか（または標準偏差が高いか）確認する。
（５）ＲＴＤセンサが、機械の停止中、相当の時間量の間、右上がりの傾向を示しているか、または右下がり（ｎｅｇａｔｉｖｅ）の傾向を示しているか確認する。
（６）任意の軸方向位置／空間に配置された１組のＲＴＤが、所与の電流に関して、設定可能な限界よりも高い温度を示しているか確認する。
【００２０】
本発明の様々な実施形態では、本明細書に記載のシステムおよび方法の態様は、完全にハードウェアの実施形態、完全にソフトウェアの実施形態、またはハードウェア要素およびソフトウェア要素の両方を含んだ実施形態の形で実施することができる。一実施形態では、処理機能は、ソフトウェアで実施することができ、ソフトウェアには、それだけに限られるものではないが、ファームウェア、常駐ソフトウェア、マイクロコードなどが含まれる。
【００２１】
さらに、処理機能は、コンピュータもしくは任意の命令実行システム（例えば処理ユニット）によって、またはそれらと共に使用するプログラムコードを供給する、コンピュータ使用可能、またはコンピュータ可読媒体からアクセスできるコンピュータプログラム製品の形を取ることができる。上記を説明する目的で、コンピュータ使用可能、またはコンピュータ可読媒体は、コンピュータ、命令実行システム、装置によって、またはそれらと共に使用するプログラムを含む、または記憶することができるいかなるコンピュータ可読記憶媒体でもよい。追加の実施形態を、コンピュータ、命令実行システム、装置、もしくはデバイスによって、またはそれらと共に使用するプログラムを通信、伝搬、または転送することができるコンピュータ可読伝送媒体（または伝搬媒体）で実施することができる。
【００２２】
コンピュータ可読媒体は、電子システム、磁気システム、光システム、電磁システム、赤外システム、または半導体システム（または装置、もしくはデバイス）でよい。コンピュータ可読媒体の例には、半導体または固体メモリ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、剛性磁気ディスク、および光ディスクが含まれる。光ディスクの現時点での例には、コンパクトディスク（読取り専用メモリ（ＣＤ−ＲＯＭ））、コンパクトディスク（読取り／書込み（ＣＤ−Ｒ／Ｗ））、およびデジタルビデオディスク（ＤＶＤ）が含まれる。
【００２３】
いずれにせよ、コンピュータシステム１０（図１）は、インストールされたプログラムコードを実行することが可能な１つまたは複数の汎用コンピューティング製品（例えば、コンピュータデバイス）を備えることができる。本明細書では、「プログラムコード」とは、情報処理能力を有するコンピューティングデバイスに、特定の機能を直接、あるいは（ａ）別の言語、コード、または記号への変換、（ｂ）異なる素材形態（ｍａｔｅｒｉａｌ  ｆｏｒｍ）への再生、および／または（ｃ）復元、の任意の組合せ後に実施させる任意の言語、コード、または記号の命令のいかなる集合も意味することが理解されよう。この点で、診断システム１８は、システムソフトウェアおよび／またはアプリケーションソフトウェアのいかなる組合せとしても実施することができる。いずれにせよ、コンピュータシステム１０の技術的効果は、ステータ巻線の熱異常を評価し、診断することである。
【００２４】
本明細書で使用する用語は、特定の実施形態を説明するためのものにすぎず、本開示を限定するものではない。本明細書では、単数形「１つの（ａ、ａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈において別段の明白な指示がない限り、その複数形も同様に含むものである。さらに、用語「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」および／または「含んでいる（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、本明細書では、記載された特徴、整数、ステップ、動作、要素、および／または構成要素の存在を明示するが、１つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、動作、要素、構成要素、および／またはそれらの群の存在または追加を排除するものではないことが理解されよう。
【００２５】
本開示を、特にその好ましい実施形態に関して示し、説明してきたが、変形形態、および改変形態が当業者には想起されることが理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、かかる改変形態および変更を、全て本開示の真の趣旨の範囲内に含まれるものとして対象とするものである。
【符号の説明】
【００２６】
１０  コンピュータシステム
１２  プロセッサ
１４  Ｉ／Ｏ
１８  診断システム
１９  入力／フィルタリングシステム
２０  正規化システム
２２  計算システム
２４  傾向分析システム
２６  警告システム
２８、４４  ＲＴＤ値
３０  運転データ
３２  熱分析
３４  警告
４０  基準線値
４２  閾値限界
５０  ロータ
５４ａ、５４ｂ、５４ｃ  ＲＴＤ
５６  発電機
【図１】
2012093356.tif 000005
【図２】
2012093356.tif 000006
【図３】
2012093356.tif 000007
【図４】
2012093356.tif 000008
【図５】
2012093356.tif 000009
【図６】
2012093356.tif 000010