JP2006138687A

JP2006138687A - 回転機の部分放電遠隔監視装置

Info

Publication number: JP2006138687A
Application number: JP2004327253A
Authority: JP
Inventors: Kichiji Kaneda; 吉治兼田; Chiharu Kawase; 千春河瀬; Shigeo Kitamura; 重雄北村
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-11-11
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2006-06-01

Abstract

【課題】回転機の部分放電遠隔監視装置による部分放電の監視コストを低減することを目的とする。
【解決手段】発電機（回転機）１内の放電箇所を検出するための部分放電センサと、部分放電センサにより計測を行う部分放電計測回路４及び部分放電センサで検出された部分放電信号を保存するメモリ５を備え検出された部分放電信号を出力する部分放電検出手段３と、回転機１の運転の有無を検出し、回転機１が運転されていることを検出したときのみ部分放電検出手段３を動作させる起動装置１５を備えた運転検出手段１３と、部分放電検出手段３から出力されたデータをネットワーク通信網９を介して監視手段１１へ出力する通信手段６とを備えたものとする。
【選択図】図１

Description

この発明は、回転機の固定子巻線の部分放電遠隔監視において、監視装置を遠隔操作する回転機の部分放電遠隔監視装置に関するものである。

回転機の固定子巻線は、運転中のストレスによって絶縁劣化が発生する。この絶縁劣化を放置すると、最終的に絶縁破壊事故に至る。絶縁破壊事故を未然に防止するために、固定子巻線で発生する部分放電を運転中に検出して絶縁診断する技術や装置が開発され適用されている。ＩＴ（ＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）の進歩により、高性能で安価なコンピュータや高速で安価な通信ネットワークなどが利用可能となっており、これらを利用した回転機の部分放電遠隔監視システムも開発されつつある。これらの部分放電遠隔監視システムでは、部分放電センサにより部分放電パルスを計測して、計測した部分放電パルスを公衆通信回線により中央監視装置に伝送する。中央監視装置では、部分放電パルスから部分放電強度を計算し、部分放電強度の大きさや変化速度から部分放電強度の監視レベルを決定し、監視レベルが高い場合は監視周期を短くして監視を行う（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−２７１２３４号公報（第２頁、図１）

上記特許文献１に記載されたような従来の回転機の部分放電遠隔監視装置では、監視装置を常時運転する必要があった。このため、起動停止を繰り返す回転機では、回転機が停止しているときも監視装置を運転しなければならないという問題があった。

この発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、回転機が運転されているときのみ部分放電を検出するようにして、回転機の部分放電遠隔監視装置による部分放電の監視コストを低減することを目的とする。

この発明に係る回転機の部分放電遠隔監視装置は、回転機内の放電箇所を検出する部分放電センサと、
上記部分放電センサにより計測を行う部分放電計測回路及び上記部分放電センサで検出された部分放電信号を保存するメモリを備え上記検出された部分放電信号を出力する部分放電検出手段と、
上記回転機の運転状態を検出し、上記回転機が運転されていることを検出したときのみ上記部分放電検出手段を動作させる運転検出手段と、
上記部分放電検出手段から出力されたデータをネットワーク通信網を介して監視手段へ出力する通信手段と、
を備えたものである。

この発明に係る回転機の部分放電遠隔監視装置によれば、回転電機の運転と連動して回転電機の運転時のみ遠隔監視できるので、低コストで監視できる効果がある。

実施の形態１．
図１及び図２は、この発明の実施の形態１による回転機の部分放電遠隔監視装置の構成図である。発電機（回転機）１に、発電機１内の放電箇所を検出する部分放電センサ（図示せず）が設置され、部分放電センサで検出した部分放電信号は部分放電センサケーブル２を経由して部分放電検出手段３に入力される。部分放電検出手段３へ入力されたデータは通信手段６を用い、ネットワーク通信網９を介して監視センタ１０内の監視手段１１へ出力される。部分放電検出手段３は部分放電センサによる計測を行う部分放電計測回路４と計測されたデータを保存するメモリ５で構成され、通信手段６はＣＰＵ７と通信モジュール８で構成される。

また、図２に示したように、発電機１の出力母線２０に変成器２１を設け、変成器２１の出力は運転検出回路１４および計装機器２２に入力される。運転検出手段１３は運転検出回路１４と起動装置１５で構成される。運転検出手段１３と通信手段６には電源ケーブル１７により商用電源１６の電力が供給される。また、商用電源１６は起動装置１５を介して電源ケーブル１８で部分放電検出手段３と接続される構成となっている。更に、通信手段６のＣＰＵ７は起動装置１５と制御ケーブル１９で接続されている。出力母線２０は発電機の場合は相分離母線とも呼ばれている。

このような構成において、発電機１が運転されたときに発生する発電電圧を変成器２１及び運転検出回路１４で検知して、運転している時のみ起動装置１５により部分放電検出手段３を動作させる。したがって、発電機１の運転開始に連動して、発電機１の部分放電を計測しインターネットを介して遠隔監視することができる。

本発明では発電電圧が１ｋＶとなった場合に運転開始と判定して運転検出手段１３により部分放電検出手段３が作動される。

発電機１は社会の消費電力との関係から運転と停止を繰り返す。発電機１の運転・停止は電力会社の給電指令所からの指令により運転するため、監視センタ１０から事前に運転・停止を把握することは困難であり、従来は、部分放電検出手段３は発電機１の停止中も遠隔監視が連続しており不経済であった。また、遠隔監視装置の長期連続運転は部分放電検出手段３の経年劣化への影響も大きい。本実施の形態１によれば、発電機１の運転中のみ部分放電検出手段３を運転するので経済的に監視ができる効果がある。

上記実施形態１では、変成器２１で発電電圧を検知する場合を説明したが、出力母線２０を流れる発電電流を検知しても同様の効果が得られる。発電電流が大きい場合には回転磁界が大きくなる。固定子巻線の固定に緩みがある場合は、前記回転磁界により固定子巻線に電磁振動が発生し絶縁劣化が進行する。更に、電磁振動により部分放電が大きくなる「バイブレーションスパーキング」現象が生じる。このように、部分放電強度が発電電流の増大とともに大きくなる場合は固定子巻線の緩みなどの絶縁劣化の進行が診断でき、診断精度が向上する。

実施の形態２．
この実施の形態２の構成は、上記実施の形態１と同様の構成（図１参照）である。この実施の形態２は、上記実施の形態１とは動作が異なる。この実施の形態２は監視手段１１でのデータ収集に関するものである。

図１を用いて、この実施の形態２の動作を説明する。図１において、監視手段１１からのデータ収集の方法は２通りある。１つの方法は定常的なデータ収集であり、回転機１の動作時に起動装置１１により部分放電検出手段３を動作させ、部分放電計測回路４により例えば１５分間隔で部分放電を自動計測してメモリ５に保存する。保存した部分放電データは監視データとして、例えば１日１回などのように、定期的に通信手段６により監視手段１１に送信される。２つめの方法は、監視手段１１からの要請により随意にメモリ５に保存された監視データを監視手段１１へ送信する。これら２通りの制御方法はＣＰＵ７で行う。更にＣＰＵ７は運転検出手段１３からの信号により発電機１の運転状態を監視している。

監視手段１１からの監視データ送信要求の時に発電機１が運転停止中であった場合は、ＣＰＵ７により起動装置１５を制御して部分放電検出手段３を起動し、メモリ５に保存した監視データを監視手段１１に送信する。

以上のように動作するので、発電機運転中には運転に同期して部分放電データを計測・保存し定期的に送信して遠隔監視ができ、低コストで監視できる。また、監視センタ１０から監視データを要求したときに発電機１が運転停止中であっても、それ以前に計測し保存したデータを監視センタ１０で収集できる効果がある。

なお、上記実施の形態２ではメモリ５を部分放電検出手段３に設ける場合を説明したが、通信手段６に設けても同様の効果が得られる。この場合は、発電機１の運転・停止に関係なく監視手段１１から監視データ送信要求をして監視データを得ることができる効果がある。

実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３による回転機の部分放電遠隔監視装置の構成図である。この実施の形態３は、運転検出手段として温度検出手段を用いるものである。発電機１の内部の固定子巻線に隣接設置した温度センサ（図示せず）の温度検出ケーブル２８を発電機１に設けた端子板２７から発電機１の外部に導出して運転検出手段１３の温度検出手段２９に接続する。その他の構成は上記実施の形態１と同じである。

次いで動作を説明する。発電機１の運転が開始されると発電機１は温度が上昇する。この温度上昇を温度検出手段２９で検出する。本発明では室温に対して１０℃上昇した場合に運転開始と判定して運転検出手段１３により部分放電検出手段３を作動する。部分放電計測とデータ転送、監視は上記実施の形態１と同じである。

以上のように構成したので、運転検出に際して高電圧に対して非接触で運転を検出できる効果がある。また、通常発電機１には温度測定素子が既に設けられているので、稼動中の老朽発電機に対して運転を止めることなく、本発明の遠隔監視装置を設置することができる効果がある。

更に、監視情報として温度と部分放電とを同時に監視し、発電機温度が高く且つ部分放電強度が大きい場合にはより危険であると判断する監視情報を得ることができる。

上記実施の形態３の温度検出センサでは固定子巻線の温度を計測する例について説明したが、温度センサで発電機冷却ガスの温度を計測するようにしても同様の効果が得られる。

また、上記実施の形態３では、温度が１０℃上昇した場合に運転開始と判定する例について説明したが、１０℃に限定されるものでなく、状況に応じて種々の温度を判定基準とすることができる。

実施の形態４．
図４は、この発明の実施の形態４による回転機の部分放電遠隔監視装置の構成図である。この実施の形態４は、運転検出手段１３として回転検出手段３２を用いるものである。発電機１の回転子３０のカップリング部にレーザーを用いた非接触の回転検出センサ３１を設ける。回転検出センサ３１は運転検出手段１３の回転検出手段３２に接続する。その他の構成は上記実施の形態１と同じである。

次いで動作を説明する。発電機１の運転が開始されると、回転子３０が回転する。回転子のカップリング部にはマーカー（図示せず）が設置されており、このマーカーの動きをレーザー光を用いた回転検出センサ３１で検出する。マーカーは回転子軸に１個設けられており１回転に１回がカウントされる。本発明では１０回転／秒以上を検出したとき運転開始と判定し、運転検出手段１３により部分放電検出手段３を作動する。部分放電計測とデータ転送、監視は上記実施の形態１と同じである。

以上のように構成したので、運転検出に際して高電圧に対して非接触で運転を検出できる効果がある。また、発電機１の運転では蒸気タービンなどの原動機により回転が与えられた後、２極機では３６００回／秒（６０Ｈｚ地区の場合）の回転の定格回転数に達してから発電が開始され、部分放電は発電が開始された後に発生する。この実施の形態４では１０回転／秒以上、すなわち発電前から計測を開始し、発電直後のデータを計測することができる効果がある。

上記実施の形態４では、１０回転／秒以上検出したときを運転開始と判定したがこれに限定されるものでない。また、レーザーを用いた非接触の回転検出センサを用いる例について説明したが、光学系を用いた回転計や接触型の回転計その他の回転検出装置を用いても同様の効果を奏する。

実施の形態５．
図５は、この発明の実施の形態５による回転機の部分放電遠隔監視装置の構成図である。この実施の形態５は、運転検出手段として振動検出手段４２を用いるものである。発電機１の軸受け４０に加速度計を用いた振動センサ４１を設ける。振動センサ４１は運転検出手段１３の振動検出手段４２に接続する。その他の構成は実施例１と同じである。

次いで動作を説明する。発電機１の運転が開始されると回転子３０が回転し振動が発生する。この振動を軸受けに設置した振動センサ４１で検出し、振動検出手段４２に伝送する。振動検出手段４２では、２ｍｍ／ｓ^２以上の加速度を検出したときに運転開始と判定し、運転検出手段１３により部分放電検出手段３を作動する。部分放電計測とデータ転送、監視は上記実施の形態１と同じである。

以上のように構成したので、運転検出に際して高電圧や回転子に対して非接触で運転を検出できる効果がある。このことは、最初に遠隔監視装置を発電機１に設置するときに発電機運転を停止することなく設置できる効果がある。また、発電機運転では最初に原動機により回転が与えられた発電前（加速度２ｍｍ／ｓ^２）から、発電直後のデータを計測することができる。

上記実施の形態５では、２ｍｍ／ｓ^２以上の加速度を検出したときに運転開始と判定したがこれに限定されるものでない。

また、上記実施の形態５では加速度計を用いた振動センサを用いる例について説明したが、レーザー変位計などの振動センサを用いて振動振幅を検出しても同様の効果が得られる。また、渦電流型変位センサなどの振動センサを用いても同様の効果が得られる。

また、振動センサ４１を軸受け４０に設置する例について説明したが、振動センサ４１の設置位置は発電機フレームや固定子鉄芯などの運転により振動が生じる場所であれば同様の効果が得られる。

この発明に係る回転機の部分放電遠隔監視装置によれば、発電機等の回転機を有するプラント等における回転機の部分放電を遠隔監視するのに有効に利用することができる。

本発明の実施の形態１による回転電機の遠隔監視装置を示す構成図である。本発明の実施の形態１による回転電機の遠隔監視装置を示す構成図である。本発明の実施の形態３による回転電機の遠隔監視装置を示す構成図である。本発明の実施の形態４による回転電機の遠隔監視装置を示す構成図である。本発明の実施の形態５による回転電機の遠隔監視装置を示す構成図である。

符号の説明

１発電機、２部分放電センサケーブル、３部分放電検出手段、
４部分放電検出回路、５メモリ、６通信手段、７ＣＰＵ、８通信モジュール、９ネットワーク通信網、１０監視センタ、１１監視手段、１２運転検出センサ、１３運転検出手段、１４運転検出回路、１５起動装置、１６商用電源、
１７，１８電源ケーブル、１９制御ケーブル、２０出力母線、２１変成器、
２２計装機器、２７端子板、２８温度検出ケーブル、２９温度検出手段、
３０回転子、３１回転検出センサ、３２回転検出手段、４０軸受け、
４１振動センサ、４２振動検出手段。

Claims

回転機内の放電箇所を検出する部分放電センサと、
上記部分放電センサにより計測を行う部分放電計測回路及び上記部分放電センサで検出された部分放電信号を保存するメモリを備え上記検出された部分放電信号を出力する部分放電検出手段と、
上記回転機の運転状態を検出し、上記回転機が運転されていることを検出したときのみ上記部分放電検出手段を動作させる運転検出手段と、
上記部分放電検出手段から出力されたデータをネットワーク通信網を介して監視手段へ出力する通信手段と、
を備えたことを特徴とする回転機の部分放電遠隔監視装置。
上記通信手段は上記運転検出手段を制御するＣＰＵを備え、上記部分放電検出手段から出力され上記メモリに保存されたデータを、上記ＣＰＵの制御により一定時間間隔または上記監視手段の要求に応じてネットワーク通信網を介して上記監視手段へ出力することを特徴とする請求項１記載の回転機の部分放電遠隔監視装置。
上記運転検出手段は、上記回転機の出力側に設けた変成器であり、上記変成器で上記回転機の運転により発生する電圧を検出することを特徴とする請求項１記載の回転機の部分放電遠隔監視装置。
上記運転検出手段は、上記回転電機の運転に伴う温度の上昇を検出する温度検出手段であることを特徴とする請求項１記載の回転電機の遠隔監視装置。
上記運転検出手段は、上記回転機の回転子の回転を検出する回転検出手段であることを特徴とする請求項１記載の回転機の部分放電遠隔監視装置。
上記運転検出手段は、上記回転機の運転に伴う振動を検出する振動検出手段であることを特徴とする請求項１記載の回転機の部分放電遠隔監視装置。