JP2012007924A - 回転電機の絶縁診断装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来装置においては、回転電機の停止中もしくは運転中の部分放電の特徴量から異常の兆候を検知するので、絶縁破壊の兆候を検知するのが困難であった。
【解決手段】回転電機２の部分放電を検出する部分放電検出部３によって検出された検出信号が入力される入力手段と、部分放電強度に対する絶縁破壊値について測定された統計的なデータを保有するデータベース１２と、上記入力手段に入力された上記検出信号を上記データベースに保有された部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係と比較することにより、上記回転電機の絶縁劣化を判定する判定手段１６とを備えるようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、高圧電動機などの回転電機の絶縁劣化を部分放電によって診断する回転電機の絶縁診断装置に関する。

高圧電動機の固定子巻線は、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、機器の絶縁状態の監視が重要である。従来の回転電機の部分放電診断装置として、過去に計測された複数の回転電機の絶縁試験結果を含むデータを保有しているデータベースと、部分放電検出部により検出され、波形処理部により波形処理された、現在進行中の部分放電計測結果をデータベースに保有されたデータと比較して部分放電信号の異常判定を行う際のベースとなるマップを生成するマッピング部と、マッピング部によりマッピングされたデータを予め設定された判定基準と照合して、回転電機の絶縁劣化の程度を判定する異常判定部、異常判定部による判定結果を出力する出力部を備えるようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−２６７７１２号公報（第１頁、図１）

上記のような従来の部分放電診断装置においては、回転電機運転中の部分放電強度と停止中の部分放電強度の相関関係によって運転中の部分放電強度から停止中の部分放電強度を推定し、その部分放電電荷量でもって絶縁劣化の程度を推定する。加えてデータベースに保有された部分放電強度のトレンドと比較して短期間に増加した場合、絶縁異常と推定するなど総合的な判断によって絶縁異常の兆候を検知する。精度の高い絶縁診断を可能にするというものの、上記回転電機運転中と停止中の部分放電強度の相関関係を用いて異常を判定する手法では、他の要素を加味する必要があり、精度を高めることに限界があり、絶縁破壊の兆候を精度高く検知することは困難であるという問題があった。

この発明は、かかる課題を解消するために鋭意研究を重ねた結果なされたものであり、絶縁破壊の限界を検知することができ、精度の高い絶縁診断を可能にする回転電機の絶縁診断装置を得ることを目的としている。

この発明に係る回転電機の絶縁診断装置は、回転電機の部分放電を検出する部分放電検出部によって検出された検出信号が入力される入力手段と、部分放電強度に対する絶縁破壊値について測定されたデータを保有するデータベースと、上記入力手段に入力された上記検出信号を上記データベースに保有された部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係と比較することにより、上記回転電機の絶縁劣化を判定する判定手段とを備えるようにしたものである。

この発明においては、絶縁劣化の診断に用いるデータベースに保存された部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係が負の相関を有するので、診断対象である回転電機の運転中における部分放電の計測結果を、該相関関係と比較するだけで回転電機の絶縁劣化の判定ができる。必ずしも他の要素を加味する必要がなく、精度の高い絶縁診断を行うことが容易となる。また、絶縁破壊の限界を検知することも可能となる。

本発明の実施の形態１に係る回転電機の絶縁診断装置のセットアップされた状態を示す構成図である。 図１に示された絶縁診断装置の主要ブロックの内容または機能の具体例を説明する図である。 オンライン部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係を示す図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る回転電機の絶縁診断装置のセットアップされた状態を示す構成図、図２は図１に示された絶縁診断装置の主要ブロックの内容または機能の具体例を説明する図、図３はオンライン部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係を示す図である。

図において、破線で囲む絶縁診断装置１は、診断対象となる回転電機である高圧電動機２に対する所定部に配設され、該高圧電動機２の部分放電を検知してその検知結果に応じた信号を出力する部分放電検出部３からの信号が入力される入力手段（図示省略）、入力された信号の内、所定の周波数帯域成分のみを取り出し、当該成分の強度をデジタル信号に変換して出力する波形処理部１１、対象機の高圧電動機２を含む高圧電動機の過去のオンライン部分放電強度等のデータを蓄積・保有しているデータベース１２、波形処理部１１から出力された部分放電信号とデータベース１２のデータとを比較することにより、現在進行中の部分放電信号の異常判定を行う際のベースとなるマップを生成するマッピング部１３、マッピング部１３によりマッピングされたデータを予め設定された判定基準と照合して、高圧電動機２の絶縁劣化の程度を判定する異常判定部１４、異常判定部１４による判定結果を出力する出力部１５などを備えている。

なお、マッピング部１３と異常判定部１４とは、高圧電動機２の部分放電計測結果をデータベース１２に保有されたデータと比較することにより高圧電動機２の絶縁劣化の程度を判定する判定手段１６を構成している。部分放電検出部３は部分放電検出用アンテナを用いて構成されている。データベース１２は絶縁診断に用いるデータ項目として、図２に例示するように、（１）対象機の過去のオンライン部分放電データ、（２）他の高圧電動機の絶縁破壊電圧値とオンライン部分放電強度の相関関係、等の統計的なデータ情報が記憶されている。なお、他の高圧電動機とは、対象機と同一機種の他の高圧電動機、及び絶縁構成や電圧が同様の複数の他の高圧電動機の一方または双方である。

また、出力部１５は、例えばディスプレイ、プリンタ、及び警報装置、外部記憶装置等のインターフェースなどを用いて構成されている。上記の他、データベース１２の管理等のための例えばマウス、キーボード、タッチパネルなどの入力装置、個々の機能や全体のステップを制御するＣＰＵ（中央処理装置）、プログラムを記憶するメモリ、及びＬＡＮインターフェースなどを備えているが、それらについては一般的なものを特別な制限なく利用できる部分であるので図示及び説明を省略する。

なお、出力部１５のデバイスとして例示したディスプレイ、プリンタ、警報装置、インターフェース等、マウス、キーボード、タッチパネルなどの入力装置、ＬＡＮインターフェースなどは、絶縁診断装置の例えば仕様、設置形態、必要性などに応じて適宜選択ないしは変更され、あるいは不要デバイス類は省略し得るものであることは当然である。また、絶縁診断や異常判定のため、例えばｔａｎδ、絶縁抵抗などの絶縁試験結果、回転電機の起動回数、運転時間などの履歴情報などをデータベース１２に蓄積させ、診断の補助情報として用い得るようにしても良い。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。高圧電動機２の運転中、部分放電が発生した場合は部分放電検出用アンテナからなる部分放電検出部３により検出される。検出された部分放電信号は絶縁診断装置１の入力手段に入力される。絶縁診断装置１の波形処理部１１では、入力信号のうち所定の周波数帯域成分の強度のみがデジタル信号に変換され、次段のマッピング部１３に渡される。

マッピング部１３では、データベース１２に記憶されている過去の試験結果と現在進行中の測定データとから異常判定を行うベースとなるマップを作成する。このマップとは、データベース１２の記憶データから、例えばその高圧電動機２の過去から現在に至る部分放電強度の経時変化である、いわゆるトレンドプロット（図２中のａ．トレンドプロット）や、高圧電動機２のオンライン部分放電強度と絶縁破壊試験から得られる絶縁破壊値との相関関係（図２中のｂ．相関関係）などを作成し得る加工データである。なお、ａ．トレンドプロットの横軸は高圧電動機２の累積運転時間、縦軸は部分放電強度であり、ｂ．相関関係の横軸は部分放電強度、縦軸は絶縁破壊値である。

次に、マッピング部１３においてマッピングされたデータは異常判定部１４において、予め設定された判定基準と照合され、その高圧電動機２の絶縁状態を判定する。以下、マッピングされた部分放電強度と絶縁破壊値との相関関係から絶縁診断を行う方法について説明する。

データベース１２には、機種が同一及び異なる多数の高圧電動機について測定された部分放電強度と絶縁破壊値の統計的なデータ情報が蓄積されている。該データ情報は、例えば図３に示すような散布図上の相関関係から、例えば最小二乗法によって、近似曲線Ａないしは部分放電強度と絶縁破壊値の２変数の関係式を生成し、あるいはディスプレイ上に表示し得るものである。

上記絶縁破壊値は、例えば高圧電動機の取替や固定子巻線の巻変え等、巻線の更新を図る際に、更新前の運転中に部分放電強度を測定すると共に、工場などに持ち帰って絶縁破壊試験を行い、絶縁破壊電圧を測定することによって得られる。このような部分放電強度と絶縁破壊値の測定を多数の高圧電動機で行い、データを蓄積することで、機種毎の相関関係が得られる。なお、機種数は特に限定されるものではなく、例えば１機種（種類）でも良い。

異常判定部１４では、データベース１２に保存されたデータ情報から図３に示す高圧電動機２に対応する機種のデータ情報を参照して近似曲線Ａを作成する。そして、近似曲線Ａに対して破線曲線で示す所定の安全率が加味された曲線Ｂが生成される。そして、縦軸の絶縁破壊値について、安全運転の下限値を例えば５０％としたとき、その５０％のラインと曲線Ｂとの交点に対応する部分放電強度が閾値Ｓとして設定される。

オンラインで測定された部分放電強度（ｄＢＶ）が閾値Ｓを下回っていれば正常と判断し、閾値Ｓより大きな部分放電強度（ｄＢＶ）が得られた場合に、絶縁破壊を起こす可能性が高いと判断して、何れの場合も結果を出力部１５に渡して図示省略しているディスプレイに表示し、あるいは警報装置を作動させる。なお、閾値Ｓは、上記安全率と上記絶縁破壊値（％）を予め設定しておくことで自動的に生成される。

なお、異常判定部１４の判定動作は上記のように、部分放電強度（ｄＢＶ）と絶縁破壊値との相関関係によって判定を行うモードの他に、高圧電動機２の運転中にデータベース１２に蓄積された該高圧電動機２自体の過去の部分放電強度の変化度合い、即ち図２に示すａ．トレンドプロットから得られるトレンド曲線の変化率などを加味して、総合的に絶縁診断するモードを設けるように構成しても良い。

例えば、部分放電強度（ｄＢＶ）が閾値Ｓ以下あるいは閾値Ｓに接近しているが、トレンドプロットの変化率が所定レベルを超えている場合には絶縁破壊を起こす可能性が高いと判断するなどのように構成しても良い。また、例えば「良好」、及び「危険」の他に、「要注意」のような中間の水準を追加し、あるいは劣化の程度を段階的に表示するようにしても良い。

上記のように、本発明の実施の形態１は、入力手段に入力された部分放電の検出信号をデータベース１２に保有された部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係と比較することにより、高圧電動機２の絶縁劣化を判定するようにしたものである。部分放電強度と絶縁破壊値とは図３に示すように負の相関関係があり、サンプルデータを所定数集めることで、近似曲線Ａの精度を容易に高めることができるので、閾値Ｓの精度を従来よりも高くすることが容易である。

このため、本発明によれば、絶縁破壊に対する精度の高い絶縁診断を行うことができる。また、測定された部分放電強度によって絶縁破壊の限界を検知することも可能となる。また、運転中の部分放電強度によって診断できるので、異常の兆候を早期に検知できると共に絶縁更新時期を最適化できる。

また、上記部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係を用いる判定に、高圧電動機２の運転中にデータベース１２に蓄積された該高圧電動機２自体の過去の部分放電強度の変化度合い、即ち図２に示すａ．トレンドプロットから得られるトレンド曲線の変化率を加味して判定を行うようにした場合には絶縁破壊に対する診断の精度を更に高めることができる。

ところで、上記実施の形態１では、回転電機として高圧電動機２を用いたが、これに限定されないことは言うまでもなく、例えば発電機などであっても適用することができる。

１ 絶縁診断装置、 ２ 高圧電動機（回転電機）、 ３ 部分放電検出部、 １１ 波形処理部、 １２ データベース、 １３ マッピング部、 １４ 異常判定部、 １５ 出力部、 １６ 判定手段。

Claims (3)

1. 回転電機の部分放電を検出する部分放電検出部によって検出された検出信号が入力される入力手段と、部分放電強度に対する絶縁破壊値について測定されたデータを保有するデータベースと、上記入力手段に入力された上記検出信号を上記データベースに保有された部分放電強度と絶縁破壊値の相関関係と比較することにより、上記回転電機の絶縁劣化を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする回転電機の絶縁診断装置。
2. 上記部分放電強度と上記絶縁破壊値の相関を示す近似曲線に対して所定レベルに設定された絶縁破壊値の閾値を上記回転電機の絶縁劣化を判定するときの基準としたことを特徴とする請求項１に記載の回転電機の絶縁診断装置。
3. 上記判定手段は、上記回転電機の運転時間に対する上記部分放電検出部によって検出された該回転電機の部分放電強度のトレンドを加味して上記回転電機の絶縁劣化を判定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の回転電機の絶縁診断装置。

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