| 【発明の名称】 |
交流回転機のオンライン絶縁診断方法及び装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】末長 清佳
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| 【要約】 |
【課題】交流電動機等の交流回転機が有する巻線の絶縁劣化を運転状態で正確に診断できるようにする。
【解決手段】運転中の３相の交流発電機に発生する部分放電を検出して巻線の絶縁性を診断する交流回転機のオンライン絶縁診断装置において、前記交流回転機に流れるｒ、ｓ、ｔの各相の電流を検出する検出部１０Ａ〜１０Ｃと、検出された各電流信号から基本波成分を減衰させるＨＰＦ１２Ａ〜１２Ｃと、各ＨＰＦを通過した電流信号をデジタル化するＡ／Ｄ変換部１４と、任意の２つの電流信号のうち一方を１２０°シフトさせ、位相を合せた後に両信号間で減算する処理部１８と、減算結果がどちらの相に発生した部分放電であるかの極性を判別する処理部２０と、判別結果を２相の組合せで表示する表示装置２２とを備えている。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】運転中のｎ相の交流回転機に発生する部分放電を検出して巻線の絶縁性を診断する交流回転機のオンライン絶縁診断方法において、検出された対象電流信号に直近の検出電流信号を、（３６０／ｎ）度シフトさせて両電流信号の位相を合わせ、シフト後の検出電流信号と前記対象電流信号との間で減算を行ない、減算後の信号から部分放電信号を抽出することを特徴とする交流回転機のオンライン絶縁診断方法。
【請求項２】請求項１において、前記ｎが、少なくとも１及び３を含む正整数であることを特徴とする交流回転機のオンライン絶縁診断方法及び装置。
【請求項３】運転中のｎ相の交流回転機に発生する部分放電を検出して巻線の絶縁性を診断する交流回転機のオンライン絶縁診断装置において、前記交流回転機に流れる電流を検出する検出手段と、検出された対象電流信号に直近の検出電流信号を、（３６０／ｎ）度シフトさせて両電流信号の位相を合わせるシフト手段と、シフト後の検出電流信号と前記対象電流信号との間で減算を行なう減算手段と、減算後の信号から部分放電信号を抽出して表示する表示手段と、を備えていることを特徴とする交流回転機のオンライン絶縁診断装置。
【請求項４】請求項３において、前記検出手段により検出された電流信号の基本波成分を減衰させる高域通過フィルタと、該フィルタを通過した信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換手段と、変換後の電流信号を蓄積する記憶手段とを備えているとともに、前記シフト手段が、該記憶手段にデジタル化して蓄積された前記直近の検出電流信号のメモリアドレスを、（３６０／ｎ）度分だけシフトする機能を有していることを特徴とする交流回転機のオンライン絶縁診断装置。
【請求項５】請求項３において、前記ｎが、少なくとも１及び３を含む正整数であることを特徴とする交流回転機のオンライン絶縁診断装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、交流回転機の絶縁診断方法及び装置、特に稼働中の交流電動機や交流発電機等の交流回転機について、その巻線の絶縁劣化を運転中に検出する際に適用して好適な、交流回転機のオンライン絶縁診断方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】交流電動機を停止した状態で巻線の絶縁劣化を検出する方法としては、電動機に試験電圧を課電して、その際に生じる部分放電電荷量を測定する方法や、巻線の静電容量及び損失角（tanσ）の量から劣化度を判定する方法がある。
【０００３】従来、電動機の巻線の絶縁劣化を診断する最も有効な方法は、このように電動機を停止した状態で試験電圧を課電した際の部分放電電荷量を測定して、その電荷量の大きさから劣化度を判定する方法である。
【０００４】ところが、この方法では、電動機を停止した状態でしか絶縁劣化の診断ができないため、長期間連続運転するプラントの電動機では、診断周期が適切にとれない場合が生じる。
【０００５】又、この方法は、巻線と大地間の絶縁劣化の判定は可能であるが、巻線と巻線の間には試験電圧が課電されないため、たとえ巻線間に絶縁劣化が生じていたとしても、その正確な判定ができないという欠点をもっている。但し、電動機の停止状態でも、電動機工場のような場所において、特別な試験電源装置を用いれば巻線間の絶縁診断も可能であるが、現場で行う試験としてはコスト上からも現実的とは言えない。
【０００６】更に、電動機を停止した状態での診断は、例えば温度上昇や振動等の電気的、機械的ストレスが実運転状態と異なるため、正確な診断を行うことができない。
【０００７】従って、巻線の絶縁劣化の程度を正確に判定するためには、電動機が運転状態にあるときに診断を行うことが望ましい。
【０００８】そこで、稼働中の交流電動機の界磁巻線の絶縁劣化を検知することも行われており、このようなオンライン検出技術としては、絶縁劣化で生じるコロナ放電に起因する高周波電流を結合コンデンサで検出する方法や、接地線に流入する高周波電流を高周波ＣＴ（Current Transformer:電流変成器）で検出する方法が考案されている。又、コロナ放電を検出して絶縁性を監視する装置としては、例えば実公昭５９−４２９４に提案されているものがある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、既に考案されている前記オンライン診断（検出）技術で、高周波電流を結合コンデンサで検出する方法や、接地線に流入する高周波電流を高周波ＣＴで検出する方法では、電源に存在する高調波ノイズが、常時部分放電信号に重畳しているため、正確な部分放電検出が困難であるという問題がある。
【００１０】特に、製鉄プラントにおいては、ＶＶＶＦ（Variable Voltage Variable Frequency）やサイクロコンバータ等を用いて正確な回転数制御を行っているため、電源には多くの高調波が重畳しており、検出信号から微弱な部分放電信号だけを抽出することは極めて困難である。
【００１１】又、他に、絶縁劣化に起因するコロナ放電音（超音波）をマイクロフォンで捕らえる方法もあるが、電動機の強磁界下においてはマイクロフォンが電磁誘導を受けるため、微小な超音波を捉らえることが困難で、実用化には至っていない。
【００１２】本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、交流電動機や交流発生機等の交流回転機が有する巻線の絶縁劣化を運転状態で正確に診断することができる交流回転機の絶縁診断方法及び装置を提供することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、運転中のｎ相の交流回転機に発生する部分放電を検出して巻線の絶縁性を診断する交流回転機のオンライン絶縁診断方法において、検出された対象電流信号に直近の検出電流信号を、（３６０／ｎ）度シフトさせて両電流信号の位相を合わせ、シフト後の検出電流信号と前記対象電流信号との間で減算を行ない、減算後の信号から部分放電信号を抽出することにより、前記課題を解決したものである。
【００１４】本発明は、又、運転中のｎ相の交流回転機に発生する部分放電を検出して巻線の絶縁性を診断する交流回転機のオンライン絶縁診断装置において、前記交流回転機に流れる電流を検出する検出手段と、検出された対象電流信号に直近の検出電流信号を、（３６０／ｎ）度シフトさせて両電流信号の位相を合わせるシフト手段と、シフト後の検出電流信号と前記対象電流信号との間で減算を行なう減算手段と、減算後の信号から部分放電信号を抽出して表示する表示手段と、を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。
【００１５】即ち、本発明においては、運転中のｎ相の交流回転機の電流を検出し、検出された対象電流信号に直近の検出電流信号を、（３６０／ｎ）度シフトさせて両電流信号の位相を合せた後に、該両電流信号間で減算を行なうようにしたので、高調波ノイズのみを除去することができるため、減算結果から部分放電に起因する電流信号（部分放電信号）を確実に抽出することができる。
【００１６】なお、直近の検出電流信号は、ｎ＝１の単相交流の場合は、前記対象電流信号から１サイクル（３６０°度）後又は前の同じ電流信号であり、ｎ＝２以上の場合は、前記対象電流から（３６０／ｎ）度後又は前の隣接相の検出電流信号である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】図１は、本発明に係る一実施形態の絶縁診断装置の概略構成を示すブロック図である。
【００１９】本実施形態の絶縁診断装置は、３相交流電動機（交流回転機）に適用されるもので、電動機Ｍのｒ、ｓ、ｔの各相の巻線に流れる電流信号を検出する検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃと、検出された各相の電流信号からそれぞれ基本波成分を減衰させるための高域通過フィルタ（ＨＰＦ）１２Ａ、１２Ｂ、１２Ｃと、これらＨＰＦ１２Ａ〜１２Ｃを通過した各信号をデジタル信号に変換すると共に、図示しないバッファメモリに各デジタル信号を蓄積するＡ／Ｄ変換部１４と、蓄積された任意の２相分の信号のうち一方を１２０度シフトするシフト部１６と、シフトされた方の信号を他方の信号から減算して高調波成分を除去する減算処理部１８と、減算後の信号（減算結果）の極性を元の信号の極性と比較して、減算結果がどちらの信号に属しているか、その極性を判別する極性判別処理部２０と、該判別処理部２０により極性が判定された部分放電を発生相に対応させて表示する放電量表示装置２２とを備えている。
【００２０】本実施形態では、前記検出部１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃにより検出する電流信号は、前記Ａ／Ｄ変換部１４によるＡ／Ｄ変換の分解能を上げるため、図示しないＣＴ（電流変成器）の２次回路から分岐するか、又は分割型ＣＴで取り出している。
【００２１】又、前記減算処理部１８で減算処理する前に行うシフト部１６によるシフト処理は、Ａ／Ｄ変換部１４でデジタル化した信号を前記バッファメモリに蓄積した後、片方の入力信号を位相差の１２０度（３６０度／３）に相当するメモリアドレス分（＝Ｆs／６０／３，Ｆs：サンプリング周波数）だけシフトすることに当たる。
【００２２】本実施形態において、減算処理する入力信号の組合せは、ｒ相とｔ相、ｒ相とｓ相、ｓ相とｔ相のいずれであってもよいが、便宜上、ここではｒ相とｓ相の組合せの場合を中心に詳述する。
【００２３】まず、本発明者が鋭意検討した結果知見して得たシフト減算法について説明する。
【００２４】図２（Ａ）に示すように、前記図１と同様の３相交流電動機Ｍに流れるｒ、ｓ、ｔの各相の電流を検出すると、これらは、電源に含まれる高調波の影響で、同図（Ｂ）に示すように、滑らかな正弦波とはならない。従って、電動機内部の部分放電を、図３（Ａ）にイメージを示すように、３相の合成電流に相当する零相電流で検出しようとしても、同図（Ｂ）に示すように高調波ノイズが大きく重畳していて０Ａにならないことから、部分放電を正確に捉らえることができない。
【００２５】そこで、高調波ノイズと部分放電の性質の違いを利用して、高調波ノイズだけを除去するために、本出願人が考案したのがシフト減算法である。
【００２６】このシフト減算法の原理は、「高調波はＶＶＶＦ等人為的な操作によって生じるもので、短時間の中では発生サイクルに周期性をもっており、又異相間において発生パターンはほぼ等しいが、部分放電は偶発的な発生形態を示すため、発生パターンに周期性をもっておらず、又異相間で発生パターンが異なる。」という性質の違いを利用したもので、３相交流で高調波の繰り返しサイクルとなる１２０度（単相の場合は３６０度）だけサンプリング信号をシフトして減算し、高調波成分を打ち消そうというのがシフト減算法である。
【００２７】このシフト減算法について、同じく３相交流の場合を例に詳細に説明する。ｒ相の電流が図４（Ａ）に示す観測波形で検出されたとすると、この電流は同図（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）にそれぞれ示した基本波、高調波、部分放電が重なり合ってできた波形で形成されている。一方、図５（Ａ）に示す観測波形で得られるｓ相の電流も、同様に（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）にそれぞれ示した基本波、高調波、部分放電が重なり合ってできた波形で形成され、上記ｒ相との間に１２０度の位相差をもっている。
【００２８】従って、ｓ相の電流信号を１２０度シフトすると、その波形はｒ相に相似した波形になり、シフトした状態でｒ相の電流信号から減算すると、図６（Ａ）、（Ｂ）にそれぞれ減算する側をマイナスの信号として基本波、高調波を示したように、これらはいずれも打ち消し合い、残った差分信号波形は同図（Ｃ）に示したｒ相とｓ相の部分放電の成分となる。
【００２９】以上のように、シフト減算法を用いることによって高調波ノイズを打ち消し、部分放電だけを抽出することが可能となる。従って、前記図１に示した本実施形態の絶縁診断装置によれば、図７に正常状態の場合を、図８に異常状態の場合を、それぞれ観測されたｓ相の電流信号と共に示したように、部分放電の信号を正確に検出することができ、これらを前記放電量表示装置２２に表示することができる。なお、図中ＣＨ１はｓ相の、ＣＨ２は部分放電の各電流信号である。
【００３０】以上詳述したように、本実施形態によれば、交流電動機の巻線の絶縁が劣化したときに生じる部分放電を、電動機が運転状態のまま高調波ノイズを分離して連続して検出することができるため、これまで困難であったオンライン診断が可能となった。
【００３１】又、これまで停止状態の試験でもできなかった巻線間の絶縁劣化をもオンラインで診断することが可能となった。
【００３２】以上、本発明について具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態に示したものに限られるものでなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３３】例えば、前記実施形態では３相交流の場合について説明したが、これに限定されず、単相交流であっても、３相以外であってもよい。単相交流の場合は、位相の代わりに自らの相の電流を３６０度シフトして減算することで、同様の効果を得ることができる。又、３相交流の場合、ある特定の相の電流を３６０度シフトして減算することで、その相に関する放電を検出できるし、零相回路であれば３６０度シフトして減算することで、内部の部分放電を検出できる。
【００３４】又、前記実施形態では、交流電動機について説明したが、本発明は交流発電機にも同様に適用できることは言うまでもない。
【００３５】
【発明の効果】以上説明したとおり、本発明によれば、交流電動機や交流発電機等の交流回転機が有する巻線の絶縁劣化を運転状態で正確に診断することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００１２５８
【氏名又は名称】川崎製鉄株式会社
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| 【出願日】 |
平成１１年６月２９日（１９９９．６．２９） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００８０４５８
【弁理士】
【氏名又は名称】高矢 諭 （外２名）
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| 【公開番号】 |
特開２００１−１３２２５（Ｐ２００１−１３２２５Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１月１９日（２００１．１．１９） |
| 【出願番号】 |
特願平１１−１８４４０８ |
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