(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する回転電機の異常検出装置であって、
上記回転電機のフレーム内に設置され、検出する中心周波数が１乃至３ＧＨｚの範囲にあり帯域幅１ＭＨｚの帯域で検出する平板型高周波アンテナを用いて放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、
上記放射電磁波検出手段からの検出信号に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、
信号処理結果を表示する表示手段と
を備えた回転電機の異常検出装置。
【請求項２】
回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する回転電機の異常検出装置であって、
上記回転電機のフレーム内に設置され、検出する中心周波数が１乃至３ＧＨｚの範囲にあり帯域幅１ＭＨｚの帯域で検出する平板型高周波アンテナを用いて放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、
回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波電流を検出する部分放電検出手段と、
上記放射電磁波検出手段の検出信号と上記部分放電検出手段の検出信号とに基づいて部分放電とノイズを識別して部分放電と識別した信号を出力するノイズ弁別手段と、
上記ノイズ弁別手段からの出力に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、
信号処理結果を表示する表示手段と
を備えた回転電機の異常検出装置。
【請求項３】
請求項２記載の回転電機の異常検出装置において、上記部分放射検出手段は、回転電機に電力を供給する駆動用引出し線に設置されることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【請求項４】
請求項２または３に記載の回転電機の異常検出装置において、上記ノイズ弁別手段は、上記放射電磁波検出手段からの信号と同期した上記部分放電検出手段からの信号のみを部分放電と識別すると共に同期していない信号をノイズと識別してノイズを除去した部分放電の信号を出力することを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の回転電機の異常検出装置において、上記部分放電検出手段は、結合コンデンサで構成されることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載の回転電機の異常検出装置において、上記放射電磁波検出手段は、検出周波数の帯域幅が狭帯域であることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれかに記載の回転電機の異常検出装置において、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴って発生する放射電磁波を検出することを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載の回転電機の異常検出装置において、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線の巻線端部に対向した位置のフレーム内側に１個以上設置されることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれかに記載の回転電機の異常検出装置において、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線の巻線端部から離れ、かつ固定子鉄心の軸方向に沿うフレーム内側に設置されることを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【請求項１０】
請求項１ないし８のいずれかに記載の回転電機の異常検出装置において、上記放射電磁波検出手段は、上記回転電機のフレームに開口部を設け、その開口部に設けた誘電体の窓を介して回転電機の外部に設置したことを特徴とする回転電機の異常検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、回転電機の異常検出装置に関するもので、特に、高圧回転機の停止中や運転中に発生する部分放電を検出する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、一般産業のプラント規模は大形化の一途をたどっており、これに伴って回転電機も大形化するとともにその設置数も増大している。従って、このような電気機器においては高い信頼性が要求されるので、保守点検を確実に行い、絶縁破壊などの突発事故を未然に防止する必要がある。
【０００３】
また、高度経済成長期に製造された多くの電気機器は、既に２５年以上経過したものが過半数を占めており、これらの長期稼働した電気機器では、突発事故の未然防止を目的として、運転中に連続監視する要求が非常に強くなって来ている。
【０００４】
さらに、平成８年度に電気事業法が改正され、規制緩和により自主保安への取り組みの強化とともに経営効率化を目指して、従来行っていた定期検査の間隔を１．５倍程度延ばす取り組みが行われている。このことから、従来以上に運転中の絶縁状態監視が重要になって来ており、その監視項目として絶縁性状を現す部分放電の連続監視技術が重要視されて来ている。回転電機では、固定子巻線の絶縁層に運転ストレスによって亀裂や剥離などの劣化が生じると、運転中の電圧により劣化部で部分放電が発生する。この部分放電を計測することにより絶縁の劣化状態を把握している。回転電機等の部分放電は一般にノイズの中に埋もれているため、部分放電信号とノイズを識別して部分放電のみを計測する必要がある。運転中のノイズが部分放電計測を困難にする最大の要因となっている。
【０００５】
部分放電とノイズを弁別して部分放電のみを計測する方法としては従来から多くの方法が用いられている。
例えば実開平５−３３６０８号公報には、図７に示すように、キュービクル１内にアンテナ２を設けると共に、キュービクル１内機器の接地線に電流変成器（以下、ＣＴと称す）１１を設けて部分放電を計測する装置が開示されている。
この装置では、絶縁異常による部分放電や外来ノイズによる電磁波をキュービクル１内に設けたアンテナ２で受信し、このアンテナ２の信号からキュービクル１内機器の接地線の高周波電流を外来ノイズとして測定し除去して部分放電のみを測定している。
【０００６】
また、実開平３−１９９７７号公報には、変圧器の部分放電測定において、部分放電の発生に伴って流れる接地線パルス電流を接地線につけたＣＴまたはロゴスキーコイルにて検出し、変圧器の外部に設置したノイズ測定用アンテナからの信号と同期している信号をノイズと判定し除去する部分放電検出装置が開示されている。
【０００７】
さらに、特開平１−１１６４６３号公報に示される回転電機の部分放電測定装置では、部分放電測定装置を運転中の回転電機の駆動用または出力用の引出線の所定位置に設け、且つ引出線を伝播する部分放電およびノイズの伝播波の電圧波、電流波を検出して極性を判別し、この判別した電圧波、電流波の極性の組み合わせから引出線上の伝播波の進行方向を判別して、部分放電とノイズを識別して部分放電のみを検出する構成の装置が開示されている。
【０００８】
また、電気学会技術報告II部第４０２号にはその他の種々の電力設備の運転中の絶縁診断方法や部分放電計測方法および装置が報告されている。しかし、回転電機の運転中部分放電計測におけるノイズ除去方法の記述はほとんど見当らない。
【０００９】
このような従来技術の代表例として、図６、図７にキュービクルを対象とした絶縁異常検出の例を示し、図６、図７に基づいてこの従来技術の構成と動作を説明する。
図６は上記実開平５−３３６０８号公報に示されたキュービクルの絶縁異常検出装置の構成図であり、また、図７は同キュービクルの絶縁異常検出装置の配置を示す図である。
図６において、５はアンテナ２で受信した信号を同調、増幅、検波する受信回路、６は判定ユニット、１１はキュービクルの接地線に取り付けた接地線ＣＴ、１２は接地線ＣＴ１１からの信号を同調、増幅、検波する受信回路、１３は遅延回路、１４は比較器、１５はゲートである。このキュービクルの絶縁異常検出装置は、図７に示すようにキュービクル１の接地線に接地線ＣＴ１１を取り付け、キュービクル１内にアンテナ２と処理装置３が配置されている。
【００１０】
以上のように構成された従来の絶縁異常検出装置についてその動作を説明する。キュービクル内機器の絶縁異常による部分放電に伴う電磁波や、高圧導体または接地線の導体を伝播してキュービクル１内に侵入した外来ノイズによる電磁波をアンテナ２で受信した場合、それを受信回路５により特定周波数で同調、増幅、検波を行う。この部分放電とノイズが混在した受信回路５の出力信号ｅ１がノイズ除去回路３ａの遅延回路１３と比較器１４に入力される。このとき、導体を伝播して来た外来ノイズは、接地線ＣＴ１１により検知され、受信回路１２により特定周波数で同調、増幅、検波される。その後、受信回路１２の出力信号ｅ２がノイズ除去回路３ａの比較器１４に入力される。ノイズ除去回路３ａにおいて、遅延回路１３では入力信号ｅ１を一定時間遅延させてゲート１５へ出力する。比較器１４では入力信号ｅ１，ｅ２が同期したとき、一定時間遅延した信号に対し外来ノイズが通過する時間幅だけゲート１５を閉じるよう制御する。この結果、ゲート１５を通過した信号ｅ３は外来ノイズが除去され部分放電のみとなり、判定ユニット６により上記信号ｅ３が設定値以上のとき絶縁異常の検出信号が送出される。
【００１１】
さらに、図８及び図９に変圧器を対象とした部分放電検出装置の例を示し、図８及び図９に基づいてこの従来技術の構成と動作を説明する。
図８は上記実開平３−１９９７７号公報に示された油入変圧器の現地診断を実施しているところの説明図であり、図９は上記実開平３−１９９７７号公報に示された部分放電検出装置のブロック図である。
図８において、２１は油入変圧器のタンク、２２は変圧器コイル、２３はブッシング、２４は変圧器タンク２１に取り付けられた接地端子、２５は接地端子２４と大地とを接続する接地線、２６はブッシング２３に接続される線路である。２８は接地線２５に装着したＣＴまたはロゴスキーコイル、２９は信号伝送用ケーブル、３４はノイズ測定用のアンテナ、３５は部分放電検出装置本体である。また、図９において、３０はフィルタ、３１は増幅回路、３６は同期信号判別回路、３２は信号処理回路、３３は表示回路を示す。
【００１２】
次に上記実開平３−１９９７７号公報に示された部分放電検出装置の作用について説明する。
変圧器コイル２２内部でコロナ放電が発生すると、高周波のパルス電流が接地線２５を通じて流れる。そこで、ＣＴまたはロゴスキーコイル２８を接地線２５につけて高周波のパルス電流を検出するが、この接地線２５には、上記コイル内部のコロナ放電による高周波パルス電流以外にも、ブッシング２３のコロナ放電による高周波電流や線路２６からのノイズが重畳している。このため、これらのノイズ測定用としてアンテナ３４で検出される信号と同期している信号を同期信号除去回路３６によりノイズと判定して除去し部分放電を計測する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
以上述べたように、運転中の部分放電計測方法や計測装置では、部分放電とノイズを識別して除去することが最大の課題である。部分放電計測回路で部分放電の発生に伴う高周波電流を検出するが、検出した高周波電流の中には計測対象部位以外で発生した部分放電や外来ノイズが混在している。一般に、計測対象部位以外で発生する部分放電もノイズである。
【００１４】
従来技術のノイズの識別方法は、前述したように、実開平５−３３６０８号公報では、キュービクル内のアンテナで部分放電を検出し、キュービクル内機器接地線に流れる高周波電流をノイズとして検出して、同期したものを除去する方法である。一方、実開平３−１９９７７号公報では、変圧器接地線に流れる高周波パルス電流を部分放電として検出し、外部ノイズ検出用にアンテナを配置して、その同期信号を除去して部分放電を計測している。つまり、接地線に流れる高周波電流は実開平５−３３６０８号ではノイズであると主張し、実開平３−１９９７７号では部分放電であると主張している。また、アンテナで計測した信号も実開平５−３３６０８号では、部分放電であると主張し、他方ではノイズであると主張している。さらに、部分放電として検出する高周波パルス電流や電磁波の詳細数値の記述が無く抽象的に述べられているにすぎない。
このように、従来技術では運転中の部分放電を正確に計測することそのものが大きな課題である。また、従来技術では部分放電とノイズが混在した信号と、ノイズのみを検出した信号との同期性からノイズを識別して除去している。
【００１５】
この発明は上述した問題点を解消するためになされたもので、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波を検出して部分放電のみを計測する回転電機の異常検出装置を提供することを目的とするものである。また、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波と高周波電流を検出して部分放電とノイズを識別して部分放電のみを計測する回転電機の異常検出装置を提供することを目的とするものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る回転電機の異常検出装置は、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する回転電機の異常検出装置であって、上記回転電機のフレーム内に設置され、検出する中心周波数が１乃至３ＧＨｚの範囲にあり帯域幅１ＭＨｚの帯域で検出する平板型高周波アンテナを用いて放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、上記放射電磁波検出手段からの検出信号に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、信号処理結果を表示する表示手段とを備えたものである。
【００１７】
また、他の発明に係る回転電機の異常検出装置は、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する回転電機の異常検出装置であって、上記回転電機のフレーム内に設置され、検出する中心周波数が１乃至３ＧＨｚの範囲にあり帯域幅１ＭＨｚの帯域で検出する平板型高周波アンテナを用いて放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波電流を検出する部分放電検出手段と、上記放射電磁波検出手段の検出信号と上記部分放電検出手段の検出信号とに基づいて部分放電とノイズを識別して部分放電と識別した信号を出力するノイズ弁別手段と、上記ノイズ弁別手段からの出力に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、上記信号処理結果を表示する表示手段とを備えたものである。
【００１８】
また、上記部分放射検出手段は、回転電機に電力を供給する駆動用引出し線に設置されることを特徴とするものである。
【００１９】
また、上記ノイズ弁別手段は、上記放射電磁波検出手段からの信号と同期した上記部分放電検出手段からの信号のみを部分放電と識別すると共に同期していない信号をノイズと識別してノイズを除去した部分放電の信号を出力することを特徴とするものである。
【００２０】
また、上記部分放電検出手段は、結合コンデンサで構成されることを特徴とするものである。
【００２３】
また、上記放射電磁波検出手段は、検出周波数の帯域幅が狭帯域であることを特徴とするものである。
【００２４】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴って発生する放射電磁波を検出することを特徴とするものである。
【００２６】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線の巻線端部に対向した位置のフレーム内側に１個以上設置されることを特徴とするものである。
【００２７】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線の巻線端部から離れ、かつ固定子鉄心の軸方向に沿うフレーム内側に設置されることを特徴とするものである。
【００２８】
さらに、上記放射電磁波検出手段は、上記回転電機のフレームに開口部を設け、その開口部に設けた誘電体の窓を介して回転電機の外部に設置したことを特徴とするものである。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について添付図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図であり、また、図２は回転電機の縦断面図を示し、この発明の実施の形態１では、回転電機として高圧電動機での実施の形態を示す。
図１と図２において、回転電機５１は一般に固定子鉄心５２および上記固定子鉄心５２のスロット溝に挿入された固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃと、回転子５４からなり、これらは鋼鉄製のフレーム５５で閉鎖された中に収納されている。
【００３０】
上記固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃは、口出し線（駆動用引出し線とも言う）５６ａ，５６ｂ，５６ｃに接続され、回転電機５１に電力を供給する動力ケーブル（図示せず）に接続された構成となっている。異常検出装置５０は、放射電磁波検出手段６１と、信号ケーブル６２と、部分放電信号処理手段６３、表示手段６４とで構成されている。具体的には、図２に示す如く回転電機５１の上記フレーム５５内にはＧＨｚ帯の電磁波を検出する高周波アンテナで構成される放射電磁波検出手段６１が固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置のフレーム５５の内側に設けられ、その出力が信号ケーブル６２を介して部分放電信号処理手段６３に接続され、その出力が表示手段６４に接続された構成となっている。図には放射電磁波検出手段６１を１個設けたものを図示したが、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置の円周上あるいは図２のＡ側とＢ側に複数個設けることもできる。
【００３１】
次に、本実施の形態１による回転電機の異常検出装置の動作について、図１、図２を参照して説明する。
高圧回転機などの電気機器では、例えば固定子巻線５３の絶縁劣化や絶縁異常が生じると、運転中の高電圧課電により部分放電が発生する。この部分放電の発生に伴う電磁界によって、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃにはパルス性の高周波電流が誘起され口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを通ってライン側に流れる。部分放電は数ナノ秒の高速現象であり、放電発生に伴うパルス性の高周波電流は放電発生近傍では数ＧＨｚの周波数帯域を持っている。また、このとき、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの部分放電発生点から電磁波が放射される。この放射電磁波は数１０ＧＨｚ近傍までの高い周波数成分を持っている。この放射電磁波を、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置のフレーム５５の内側に設けた高周波アンテナで構成される放射電磁波検出手段６１を用いて中心周波数帯域が１〜３ＧＨｚの範囲にある電磁波を帯域幅１ＭＨｚの狭帯域で検出し、信号ケーブル６２を通って部分放電信号処理手段６３に伝送する。
【００３２】
上記部分放電信号処理手段６３では、電磁波強度の経時変化や電磁波強度頻度分布や電磁波発生の位相特性など、部分放電発生の特性処理を行い表示手段６４に伝送して表示するとともに、あらかじめ設定した基準値と比較して異常と判定した場合には警報表示を行う。
このように、実施の形態１では部分放電を電磁波強度として計測する。
【００３３】
さらに、指向性のよい放射電磁波検出手段６１を固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃに対向した位置の円周上あるいは図２のＡ側とＢ側に複数個設けると、複数の放射電磁波検出手段６１で検出した信号強度から、部分放電の発生位置を特定することができる。
【００３４】
ここで、特徴的なのは、電動機ではフレームの内部では部分放電以外にはＧＨｚ帯の放射電磁波の発生源が無いことである。回転電機５１の外部で発生した電磁波は鋼鉄製のフレーム５５で遮蔽されて回転電機５１の内部にはほとんど伝播しない。若干の電磁波が漏洩して侵入する場合でも、その強度は２桁以上も減衰し極めて小さくなる。また、外部ノイズによる高周波電流が口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを通って回転電機５１内部に伝播して来て電磁波を発生する場合には、高周波電流の減衰により周波数帯域は数十〜数百ＭＨｚ程度の低い値となる。したがって、１〜３ＧＨｚ帯の放射電磁波を帯域幅１ＭＨｚで検出すれば、その電磁波は回転電機５１の内部で発生した部分放電であると同定することができる。
【００３５】
また、この発明の検出周波数を１〜３ＧＨｚとしたのは、数十ＭＨｚ〜数百ＭＨｚでは、強度は小さいが稀に回転電機５１の外部からのノイズが機内で検出されることがあるためであり、３ＧＨｚを越えると、一般に部分放電による電磁波強度が小さくなるため検出精度が悪くなるためである。したがって、１ＧＨｚ未満の周波数帯域でも検出周波数を狭帯域とすることにより概括的には本特許の効果が得られるし、３ＧＨｚより高い周波数でも高感度のアンテナと増幅器を備えれば部分放電を検出できることは言うまでもない。また、検出感度（Ｓ／Ｎ）は検出帯域とその帯域幅で決まることは周知の通りであり、この発明では高感度を得るために帯域幅を１ＭＨｚとしたが、帯域幅を変えても検出できることは自明である。また、回転電機に異常が発生し大きな部分放電が発生した場合には３ＧＨｚより高い周波数帯域の信号強度も大きくなるので、異常信号のみを計測対象とする場合はこの範囲外で計測できることは言うまでもない。
【００３６】
実施の形態２．
次に、図３はこの発明の実施の形態２による回転電機の異常検出装置に係る放射電磁波検出手段６１の設置位置を示す回転電機５１の縦断面図である。
図３に示すように、この実施の形態２では、回転電機５１の構成は実施の形態１と同じである。異常検出装置５０は、放射電磁波検出手段６１と、信号ケーブル６２と、部分放電信号処理手段６３、表示手段６４とで構成されている。
【００３７】
図３に示す実施の形態２において、図２に示す実施の形態１と異なる点は、放射電磁波検出手段６１の設置位置を、固定子巻線５３の巻線端部から離れ、かつ固定子鉄心５２の軸方向に沿うフレーム内側位置に設けた点であり、その出力は信号ケーブル６２を介して部分放電信号処理手段６３、表示手段６４に接続された構成となっている。回転電機５１では固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの導体が高電圧になっており、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの絶縁表面は固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃが固定子鉄心５２からおおよそ５０〜１００ｍｍ外部に出た部分（この固定子鉄心から外部に出た部分を巻線端部と呼ぶ）は高電圧となる。したがって、高電圧となる固定子巻線５３の巻線端部から離れた箇所に放射電磁波検出手段６１を設置して部分放電を検出する構成となっている。
【００３８】
次に、本実施の形態２による回転電機の異常検出装置の動作について、図１及び図３を参照して説明する。
固定子巻線５３に絶縁異常が生じると、部分放電が発生し、部分放電発生点から電磁波が放射されることは前述の通りである。この放射電磁波は１０ＧＨｚ近傍までの高い周波数成分を持っており、金属の閉鎖空間では反射によって、放電発生点から直線的には隠れた箇所、例えば固定子巻線５３から見て固定子鉄心５２の裏側にも電磁波が伝播する。さらに、解放空間と比較して金属閉鎖空間では反射によって強く検出される特長がある。
【００３９】
図３に示す放射電磁波検出手段６１は、上記の特長を利用してフレームの閉鎖空間での反射により増幅された放射電磁波を計測するので電磁波発生源に対向していない位置でも十分に高感度計測ができる。放射電磁波検出手段６１で検出した信号は信号ケーブル６２を通って部分放電信号処理手段６３に伝送される。部分放電信号処理手段６３では電磁波強度の経時変化や電磁波強度頻度分布や電磁波発生の位相特性など、部分放電発生との特性処理を行い表示手段６４に伝送して表示するとともに、あらかじめ設定した基準値と比較して異常と判定した場合には警報表示を行う。
【００４０】
実施の形態３．
次に、図４はこの発明の実施の形態３による回転電機の異常検出装置の概略構成を示す構成図である。
図４に示す回転電機５１の構成は実施の形態１と同じである。回転電機５１に電力を供給する駆動用引出し線としての口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃには高圧ケーブル５７ａ，５７ｂ，５７ｃを介して結合コンデンサで構成される部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃが接続されている。部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃの出力は信号ケーブル５９ａ，５９ｂ，５９ｃを介してノイズ弁別手段６０に接続される。さらに、図２に示すごとく、回転電機５１のフレーム内にはＧＨｚ帯の高周波アンテナで構成される放射電磁波検出手段６１が固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの巻線端部に対向した位置のフレーム５５の内側に設けられ、その出力が信号ケーブル６２を介してノイズ弁別手段６０に接続される。ノイズ弁別手段６０の出力は部分放電信号処理回路６３、表示手段６４に接続された構成となっている。
【００４１】
次に、本実施の形態３による回転電機の異常検出装置の動作について、図４及び図２を参照して説明する。
固定子巻線５３の絶縁劣化や絶縁異常が生じると、部分放電が発生し、部分放電発生点から電磁波が放射されることは前述の通りである。また、部分放電の発生に伴って固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃに誘導される高周波電流は、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃから口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを通り動力ケーブル（図示せず）へと伝播する。このパルス性の高周波電流を口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃに接続された部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃで検出する。検出した出力はノイズ弁別手段６０に伝送される。このとき、検出信号にはライン側から動力線に誘起される各種のノイズも同様に検出される。つまり、部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃには口出し線５６ａ，５６ｂ，５６ｃを流れる部分放電信号とノイズが検出される。
【００４２】
また、固定子巻線５３ａ，５３ｂ，５３ｃの絶縁劣化による部分放電の発生に伴う放射電磁波を前述したのと同様の放射電磁波検出手段６１で検出し、信号ケーブル６２を通ってノイズ弁別手段６０に伝送する。ノイズ弁別手段６０では、放射電磁波検出手段６１からの信号と同期した部分放電検出手段５８ａ，５８ｂ，５８ｃからの信号のみが部分放電と識別される。同期していない信号はノイズと識別して、部分放電のみを放電信号処理手段６３に伝送する。部分放電信号処理手段６３では、最大放電電荷量の経時変化や放電発生頻度分布や放電発生位相特性などの放電特性処理を行い表示手段６４に伝送して表示するとともに、あらかじめ設定した基準値と比較して異常を判定し警報表示を行う。
このように、実施の形態３では、部分放電の発生に伴う高周波電流を放電電荷量として計測する。
【００４３】
実施の形態４
次に、図５はこの発明の実施の形態４による回転電機の異常検出装置に係る放射電磁波検出手段６１の回転電機５１への取り付け状態を示す図である。
この実施の形態４では、図５に示すように、回転電機５１の固定子巻線５３の巻線端部に対向した位置のフレーム５５に開口部６６を設け、その開口部６６に誘電体窓６５を取り付ける。そして、その誘電体窓６５に密着して放射電磁波検出手段６１を取り付ける。誘電体窓６５はガラスやガラスエポシキ板等の機械的強度を有する誘電帯材料で構成されている。放射電磁波検出手段６１は平板型の高周波アンテナである。放射電磁波検出手段６１の外部はシールド６７で覆われている。放射電磁波検出手段６１からの出力は信号ケーブル６２を介して部分放電信号処理手段６３と、表示手段６４に接続された構成となっている。
【００４４】
次に、本実施の形態４による回転電機の異常検出装置の動作について、図５を参照して説明する。
固定子巻線５３の絶縁劣化や絶縁異常が生じると、部分放電が発生し、部分放電発生点から電磁波が放射されることは前述の通りである。この放射電磁波は１０ＧＨｚ近傍までの高い周波数成分を持っており、金属の閉鎖空間では反射によって強く検出されることも前述の通りである。ここで、金属閉鎖空間の一部が開口されていると、その開口部６６から外部に向かって電磁波が放射される。この開口部６６に放射電磁波検出手段６１を密着設置して放射電磁波を検出する。一般に、回転電機５１は運転によって温度が上昇するので、その冷却効率向上のために密閉して冷却用ガス（一般には空気）を通風する構造となっている。
【００４５】
本実施の形態４では、フレーム５５の開口部６６を誘電体窓６５を使って密閉している。電磁波は誘電体を透過するので、回転電機５１の外部に設けた放射電磁波検出手段６１で固定子巻線５３で発生する部分放電を検出できる。このとき、開口部６６と放射電磁波検出手段６１の外形寸法を等しく、あるいは放射電磁波検出手段６１を大きくし、且つ誘電体窓６５に密着させることで、外部から放射電磁波検出手段６１へ侵入するノイズを防止する。さらに、放射電磁波検出手段６１をシールド６７で覆うことによって外部からのノイズが遮断される。検出した部分放電信号の処理や部分放電検出手段５８からの信号のノイズ除去への動作は前述の通りである。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の回転電機の異常検出装置によれば、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、上記放射電磁波検出手段からの検出信号に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、上記信号処理結果を表示する表示手段とを備えたので、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波を検出して部分放電のみを計測することができる。
【００４７】
また、他の発明の回転電機の異常検出装置によれば、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による放射電磁波を検出する放射電磁波検出手段と、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波電流を検出する部分放電検出手段と、上記放射電磁波検出手段の検出信号と上記部分放電検出手段の検出信号とに基づいて部分放電とノイズを識別してノイズを除去した部分放電と識別された信号を出力するノイズ弁別手段と、上記ノイズ弁別手段からの出力に基づいて部分放電の放電特性を求める信号処理を行う部分放電信号処理手段と、上記信号処理結果を表示する表示手段とを備えたので、回転電機の異常に伴って発生する部分放電による高周波帯域の放射電磁波と高周波電流を検出して部分放電とノイズを識別して部分放電のみを計測することができる。
【００４８】
また、上記部分放射検出手段を、回転電機に電力を供給する駆動用引出し線に設置することにより、部分放電の発生に伴う高周波電流を確実に検出することができる。
【００４９】
また、上記ノイズ弁別手段は、上記放射電磁波検出手段からの信号と同期した上記部分放電検出手段からの信号のみを部分放電と識別すると共に同期していない信号をノイズと識別してノイズを除去した部分放電の信号を出力するようにしたので、両検出信号の関係から部分放電とノイズを弁別して部分放電のみを精度良く検出できる効果がある。
【００５０】
また、上記部分放電検出手段を、結合コンデンサで構成することにより、比較的安価に検出手段を構成することができる効果がある。
【００５１】
また、上記放射電磁波検出手段を、ＧＨｚ帯の電磁波を検出する高周波アンテナで構成することにより、比較的安価にノイズが少ない周波数帯域での信号検出手段を構成することができる効果がある。
【００５２】
また、上記放射電磁波検出手段は、中心周波数帯域が１ＧＨｚ〜３ＧＨｚの範囲にある電磁波を検出することにより、発生した部分放電を確実に検出できる効果がある。
【００５３】
また、上記放射電磁波検出手段は、検出周波数の帯域幅を狭帯域とすることにより、ノイズ帯域を除外する効果があり、部分放電の検出精度を向上させる効果がある。
【００５４】
また、上記放射電磁波検出手段は、回転電機の固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴って発生する放射電磁波を検出するようにしたので、固定子巻線に絶縁異常が生じたときに発生する部分放電に伴う放射電磁波を検出することができ、部分放電による電磁波強度を精度良く検出することができる。
【００５５】
また、上記放射電磁波検出手段を、回転電機のフレーム内側に設置して、部分放電に伴う放射電磁波をフレーム内部で検出するので、部分放電による電磁波強度を精度良く検出することができると共に、部分放電のみを運転状態で精度よく検出できると共に、回転電機のフレームの内部で部分放電発生に伴う放射電磁波を精度よく計測することができるので、回転電機の固定子巻線が正常な状態のときに運転状態でわずかに発生する放射電磁波と、固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴う放射電磁波を区別して計測できる効果がある。
【００５６】
また、上記放射電磁波検出手段を、回転電機の固定子巻線の巻線端部に対向した位置のフレーム内側に複数設置することにより、部分放電を確実に検出するとともに、発生位置を特定することができる効果がある。
【００５７】
また、上記放射電磁波検出手段を、回転電機の固定子巻線の巻線端部から離れ、かつ固定子鉄心の軸方向に沿うフレーム内側に設置することにより、回転電機の固定子巻線に異常が発生した時に生じる部分放電に伴って発生する放射電磁波が回転電機のフレームの閉鎖空間での反射により増幅された放射電磁波となり、この放射電磁波を検出することで、高感度で部分放電を計測できると共に、高電圧部からの距離を十分に確保することができ、機器の信頼性が向上する効果がある。
【００５８】
さらに、上記放射電磁波検出手段を、上記回転電機のフレームに開口部を設け、その開口部に設けた誘電体の窓を介して回転電機の外部に設置することにより、放射電磁波検出手段の設置や保守が容易となる効果がある。特に回転電機の運転を止めずに保守ができると言う大きな効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１および２による回転電機の異常検出装置の構成図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による回転電機の異常検出装置の放射電磁波検出手段の設置位置を示す回転電機の縦断面図である。
【図３】  この発明の実施の形態２による回転電機の異常検出装置の放射電磁波検出手段の設置位置を示す回転電機の縦断面図である。
【図４】  この発明の実施の形態３による回転電機の異常検出装置の構成図である。
【図５】  この発明の実施の形態４による回転電機の異常検出装置の放射電磁波検出手段の構成と設置位置を示す回転電機の縦断面図である。
【図６】  従来のキュービクルの絶縁異常検出装置の構成図である。
【図７】  従来のキュービクルの絶縁異常検出装置の構成図である。
【図８】  従来の変圧器を対象とした部分放電検出装置の構成図である。
【図９】  従来の変圧器を対象とした部分放電検出装置のブロック図である。
【符号の説明】
５０  異常検出装置、５１  回転電機、５２  固定子鉄心、５３  固定子巻線、５４  回転子、５５  フレーム、５６  口出し線、６１  放射電磁波検出手段、６１  信号ケーブル、６３  部分放電信号処理手段、６４  表示手段、６５  誘電体窓、６６  開口部、６７  シールド。
【図１】
0003895450.tif 000002
【図２】
0003895450.tif 000003
【図３】
0003895450.tif 000004
【図４】
0003895450.tif 000005
【図５】
0003895450.tif 000006
【図６】
0003895450.tif 000007
【図７】
0003895450.tif 000008
【図８】
0003895450.tif 000009
【図９】
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