JP2008002893A - タービン発電機固定子コイルの余寿命評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】タービン発電機固定子コイルの絶縁破壊電圧νをワイブル分布で表し、このワイブル分布の形状母数mおよび尺度母数ηを前記タービン発電機の起動回数xと運転時間yの関数とし、前記固定子コイルの絶縁耐力θを前記固定子コイルの絶縁破壊電圧νのワイブル分布から求め、求めた固定子コイルの絶縁耐力θにより前記固定子コイルの余寿命を評価することを特徴とするタービン発電機固定子コイルの余寿命評価方法。
【選択図】図1
Description
この場合、0年、5年、12年および15年の運転時間と固定子コイルの絶縁破壊電圧との間の線形近似線を求め、この線形近似線にほぼ平行している前記絶縁破壊電圧の平均値−3σ(σは前記絶縁破壊電圧の標準偏差である。)を求め、求めた前記絶縁破壊電圧の平均値−3σと必要な絶縁破壊電圧とから「固定子コイルの余寿命評価」をしている。
そこで、本願発明の課題は、タービン発電機固定子コイルの余寿命評価の精度を従来よりも高くすることである。
請求項1記載の発明により、タービン発電機固定子コイルの絶縁耐力が前記タービン発電機の起動回数と運転時間の関数となる2母数ワイブルパラメータ(形状母数および尺度母数)で表現されるので、タービン発電機の運転履歴の経過につれてタービン発電機固定子コイルの絶縁耐力が低下し、その際絶縁耐力の低下の速度がタービン発電機の運転履歴の経過につれて増加する現象を正確に表すことができる。
F(ν)=1−exp{−(ν/η)m} (1)
とし、前記固定子コイルのコイル総本数をnとし、前記絶縁破壊電圧νの最低値を絶縁耐力θとし、
とし、
前記形状母数mおよび尺度母数ηを前記タービン発電機の起動回数および運転時間の一次関数とすることを特徴とするタービン発電機固定子コイルの余寿命評価方法である。なお、lnは自然対数である。
請求項2記載の発明により、絶縁耐力θを形状母数mおよび尺度母数ηにより上記式(1)、式(2)および式(3)を用いて正確に表すことができる。さらに、ワイブルパラメータ(形状母数mおよび尺度母数η)の精度が高く、前記形状母数mおよび尺度母数ηを前記タービン発電機の起動回数および運転時間の一次関数とするため、起動回数および運転時間により決まる運転履歴の経過につれて絶縁耐力が速度を増しながら低下する現象を精度よく表現できる。また、起動回数、運転時間および固定子コイルの総本数nを与えることによって、簡単な代数計算で絶縁耐力θを求めることができる。
さらに、請求項2記載の発明によれば、請求項1記載の発明の効果とともに、タービン発電機固定子コイルの余寿命を精度よく推定することができる。
図1は、本願発明に係るタービン発電機固定子コイルの余寿命評価方法を簡単に示し、図2は前記固定子コイルの絶縁耐力と運転時間および起動回数との関係を示している。
F(ν)=1−exp{−(ν/η)m} (1)
とし、前記絶縁破壊電圧νの最低値を絶縁耐力θとし、前記固定子コイルのコイル総本数をnとし、前記絶縁耐力θを
である。ここで、上記式(1)、式(2)および式(3)が2母数(m、η)で表される絶縁耐力θのワイブル確率を示している。
sの関数形は、ここでは、次に示すように、タービン発電機の起動回数xと運転時間yの重相関関数になっているものとする。この妥当性は後述する計算例のとおり、相関係数rの値、つまり相関度合いと検定(F検定)によって確認済みである。
すなわち、タービン発電機固定子コイルの絶縁耐力θが前記タービン発電機の起動回数xと運転時間yの関数となる2母数ワイブルパラメータ(形状母数mおよび尺度母数η)で表現されるので、図1に示すθの曲線W.M.(2母数ワイブルモデル)のように、タービン発電機の運転履歴λ(運転履歴λは起動回数xと運転時間yにより決まる。)の経過につれてタービン発電機固定子コイルの絶縁耐力θが低下し、その際絶縁耐力θの低下の速度がタービン発電機の運転履歴λの経過につれて増加する現象を正確に表すことができる。
なお、図1において、「θの前記曲線W.M.」と「θの直線回帰線L.M.」とが対比できるように示されている。固定子コイルの絶縁耐力θの管理値M.P.は(2E+1kV)である。なお、Eはタービン発電機の定格電圧である。
前記L.M.とW.M.との間の絶縁耐力θの管理値M.P.に到達する運転履歴λの差がλdとなる。すなわち、W.M.がL.M.よりもλdだけ早く管理値M.P.まで低下する。そして、前記W.M.が前記M.P.に達するまでの運転履歴がタービン発電機固定子コイルの寿命となる。
xからの影響をyに換算し、これをyeとおくと
さらに、
となる。以上の式(6)がyeに対するθの変化を、また式(7)がθの変化率の変化を表している。なお、当然、θおよびdθ(ye)/dyeの変化の状況については上記3次元の変化の場合と同様のことがいえる。
エポキシレジン系(絶縁材)リジット型(コイルエンド支持方式)タービン発電機の8台の絶縁破壊試験の結果から得られた絶縁破壊電圧のデータからθ(x,y)を求める。これらのタービン発電機の仕様は、定格容量が170〜442(MVA)、定格電圧が12〜22(KV)、nが96〜144(本)、xが340〜1,714(回)、yが100,801〜192,045(時間)の間に分布している。
x=0でy=0のときのθ(x,y)をθの初期値とし、この初期値を1(P.U.;Per Unit)とした場合のパラメータは次の値となる。
mについては、
ηについては
となる。m、ηのrは、それぞれ0.94,0.97となって極めて高い相関をもち、また危険率を5(%)とした場合のF検定の結果はm、ηとも有意性をもつという結果となった。これらのことからパラメータの信頼性は十分に高いといえる。
なお、表1において、Genはタービン発電機を示す。以上の結果から、本発明のの固定子コイルの余寿命の評価方法の表現力はあるといえる。
なお、ここでは、相関が極めて高いため信頼区間を設定しなかった。しかし、結果を安全サイドに考える場合には、信頼下限値(Lower Confidence Level;L.C.D.)を求める必要があるが、その場合はトーマン(Tohman)らの方法によればよい。
このように、タービン発電機固定子コイルの精度の高い余寿命評価を行うことができるため、固定子コイルの巻替を適切な時期に行うことができる。その結果、絶縁破壊事故という重大な事故の発生の確実な防止と巻替に伴う不要な支出を防ぎ、安全性と経済性を確保できる。特に、絶縁破壊が地絡から短絡に移行した場合は、タービン発電機の損壊や人身事故に至る可能性もあるが、巻替時期を的確に把握できるため、これらを回避できる。
θ 固定子コイルの絶縁耐力
m 形状母数
η 尺度母数
n 固定子コイルの総本数
x 起動回数
y 運転時間
Claims (2)
- タービン発電機固定子コイルの絶縁破壊電圧をワイブル分布で表し、
このワイブル分布の形状母数および尺度母数を前記タービン発電機の起動回数と運転時間の関数とし、
前記固定子コイルの絶縁耐力を前記固定子コイルの絶縁破壊電圧のワイブル分布から求め、
求めた固定子コイルの絶縁耐力により前記固定子コイルの余寿命を評価することを特徴とするタービン発電機固定子コイルの余寿命評価方法。
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