旋转电机的剩余寿命诊断方法以及旋转电机的剩余寿命诊断装置

摘要

旋转电机的剩余寿命诊断装置具备：数据获取部，获取与诊断对象即旋转电机相关的运行实际数据以及电气数据；指标值计算部，基于获取的数据计算第1指标值至第3指标值，并且通过使用MT法对电气数据的各个数据进行分析，来计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第4指标值；以及绝缘劣化推定部，通过使用第1指标值至第4指标值这4个指标值来推定旋转电机的剩余寿命，从而对旋转电机的剩余寿命进行诊断。

说明书

技术领域

本发明涉及通过推定包含绝缘体的马达(电动机)、发电机这样的旋转电机的残余耐电压值来诊断剩余寿命的装置以及方法。

背景技术

旋转电机中使用的绝缘物由于周围环境、电应力、机械应力等而经年劣化。为了将旋转电机的事故防患于未然、进行高效的维护以及制订旋转电机的适当的更新计划，需要推定旋转电机的绕组绝缘物的残余耐电压值的技术。

例如，在当前的风冷式涡轮发电机的维护对象设备中，作为1970年代后半期以前交付的绝缘类别的B类绝缘设备为主流。该B类绝缘设备的劣化诊断评价技术已经建立(例如参照非专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005-61901号公报

非专利文献

非专利文献1：《发电机绝缘的经年劣化》：日本电气工程师学会，绝缘材料研究会资料(资料编号EIM-87-103)，1987年11月17日

非专利文献2：《高电压发电机绝缘的经年变化》：三菱电机技术报告，Vol54，No.3，1980，p26～30

非专利文献3：《发电机线圈的第2电流急增点与交流击穿电压的关系》：日本电气工程师学会学报，81卷，872号，1961年5月，p808～816

发明内容

发明所要解决的技术课题

然而今后，绝缘更新的主要目标变为1970年代后半期以后交付的F类绝缘设备。因此，当务之急是建立与F类绝缘设备的绝缘劣化诊断相关的评价技术。

本发明是为了解决上述的技术课题而做出的，其目的在于得到还能够应对F类绝缘设备的绝缘劣化诊断的旋转电机的剩余寿命诊断装置以及旋转电机的剩余寿命诊断方法。

用于解决技术课题的技术方案

本发明的旋转电机的剩余寿命诊断方法为对包含绝缘体的旋转电机的剩余寿命进行诊断的旋转电机的剩余寿命诊断方法，具有如下步骤：获取步骤，获取诊断对象即旋转电机的运行时间、启动停止次数作为与旋转电机相关的运行实际数据，并且获取介电正切、电流急增电压值、电流增加率以及最大放电电荷量作为与旋转电机相关的电气数据；存储步骤，将最大放电电荷量与残余耐电压值的对应关系作为第1表格、将电流急增电压值与残余耐电压值的对应关系作为第2表格而预先存储于存储部；第1推定步骤，基于在获取步骤中获取的运行实际数据计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第1指标值；第2推定步骤，使用第1表格，根据在获取步骤中获取的最大放电电荷量计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第2指标值；第3推定步骤，使用第2表格，根据在获取步骤中获取的电流急增电压值计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第3指标值；第4推定步骤，通过使用MT法对在获取步骤中获取的电气数据的各个数据进行分析，来计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第4指标值；以及剩余寿命诊断步骤，通过使用第1指标值至第4指标值这4个指标值来推定旋转电机的剩余寿命，从而对旋转电机的剩余寿命进行诊断。

另外，本发明的旋转电机的剩余寿命诊断装置为对包含绝缘体的旋转电机的剩余寿命进行诊断的旋转电机的剩余寿命诊断装置，具备：数据获取部，获取诊断对象即旋转电机的运行时间、启动停止次数作为与旋转电机相关的运行实际数据，并且获取介电正切、电流急增电压值、电流增加率以及最大放电电荷量作为与旋转电机相关的电气数据；存储部，将最大放电电荷量与残余耐电压值的对应关系作为第1表格而预先存储，并且将电流急增电压值与残余耐电压值的对应关系作为第2表格而预先存储；指标值计算部，基于由数据获取部获取的运行实际数据计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第1指标值，使用第1表格，根据由数据获取部获取的最大放电电荷量计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第2指标值，使用第2表格，根据由数据获取部获取的电流急增电压值计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第3指标值，通过使用MT法对由数据获取部获取的电气数据的各个数据进行分析，来计算旋转电机的残余耐电压值的推定值作为第4指标值；以及绝缘劣化推定部，通过使用第1指标值至第4指标值这4个指标值来推定旋转电机的剩余寿命，从而对旋转电机的剩余寿命进行诊断。

发明效果

根据本发明，具备考虑基于MT法的推定结果而进行绝缘劣化诊断的结构。其结果是能够得到还能够应对F类绝缘设备的绝缘劣化诊断的旋转电机的剩余寿命诊断装置以及旋转电机的剩余寿命诊断方法。

附图说明

图1为本发明的实施方式1的发电机的剩余寿命诊断装置的结构图。

图2为用于说明由本发明的实施方式1的发电机的剩余寿命诊断装置进行的推定处理内容的图。

图3为示出由本发明的实施方式1的剩余寿命诊断装置执行的剩余寿命诊断方法的一系列处理的流程图。

附图标记

10：剩余寿命诊断装置；11：数据获取部；12：指标值计算部；13：绝缘劣化推定部；14：存储部。

具体实施方式

以下使用附图对本发明的旋转电机的剩余寿命诊断方法以及旋转电机的剩余寿命诊断装置的优选实施方式进行说明。此外在以下的说明中，以作为旋转电机之一的发电机为例进行说明。另外，以下的说明中使用的剩余寿命的意思是指作为诊断对象的发电机中的定子绕组的残余击穿电压值(BDV：Break Down Voltage)，为与将在后说明的残余耐电压值Vr(％)对应而推定的值。

实施方式1.

图1为本发明的实施方式1的发电机的剩余寿命诊断装置的结构图。本实施方式1的剩余寿命诊断装置10基于关于包含绝缘体的发电机而获取的各种数据，将绕组绝缘物的残余耐电压值推定为多个指标值，根据多个指标值的推定结果输出与剩余寿命相关的诊断结果。

具体而言，本实施方式1的剩余寿命诊断装置10构成为具备数据获取部11、指标值计算部12、绝缘劣化推定部13以及存储部14。

数据获取部11获取诊断对象即发电机的运行时间以及发电机的启动停止次数，作为发电机的运行实际数据。这些运行实际数据例如能够在定期检查时从客户处获取。

进而，数据获取部11获取以下4项作为诊断对象即发电机的电气数据。

Δtanδ：介电正切

Pi：电流急增电压值

ΔI：电流增加率

Qmax：最大放电电荷量

这些电气数据例如能够通过实施对诊断对象即发电机的绝缘测试来获取。

指标值计算部12通过基于由数据获取部11获取的运行实际数据以及电气数据计算以下4个指标值，从而将与诊断对象即发电机的绕组绝缘物相关的残余耐电压值的推定值计算为4个指标值。

第1指标值：基于发电机的运行时间以及发电机的启动停止次数计算的残余耐电压值的推定值。

第2指标值：根据Qmax与残余耐电压值的对应关系计算的残余耐电压值的推定值。

第3指标值：根据Pi与残余耐电压值的对应关系计算的残余耐电压值的推定值。

第4指标值：通过针对Δtanδ、Pi、ΔI、Qmax这4个项目进行使用MT法的分析而计算的残余耐电压值的推定值。

在此，第1指标值、第2指标值以及第3指标值是为了计算残余耐电压值而以往使用的方法。关于第1指标值的计算方法，在非专利文献1的图3中例示，关于第2指标值的计算方法，在非专利文献2的图5中例示。另外关于第3指标值的计算方法，在非专利文献3的图3中例示。

另一方面，第4指标值是为了推定残余耐电压值而新采用的方法。在计算第4指标值时使用的MT法是指马氏田口法(Mahalanobis-Taguchi method)。从2003年左右起，在三菱电机制的开关设备(switchgear)的绝缘剩余寿命诊断中采用了MT法(例如参照专利文献1)。于是建立了为了推定发电机的绕组绝缘物的残余耐电压值而应用该MT法的具体的方法，因此以下说明详情。

MT法为如下方法：在由多个参数构成的多维空间中，决定作为基准的点的坐标，通过计算该坐标与各数据的坐标的距离来实施劣化诊断或者模式识别。

作为发电机，将7台普通产品和在现场实际运转过的4台使用过的产品合计11台作为样本，应用MT法，选定用于推定与发电机的绕组绝缘物相关的残余耐电压值的适当的参数。结果得出如下结论：将Δtanδ1、Pi1、ΔI、Qmax1这4个项目的电气数据用作参数是合适的。

进而，绝缘劣化推定部13基于由指标值计算部12计算出的4个指标值，进行与剩余寿命相关的诊断处理，输出诊断结果。于是以下使用图2、图3以及表1～表5对由绝缘劣化推定部13执行的诊断处理进行详细说明。

图2为用于说明由本发明的实施方式1的发电机的剩余寿命诊断装置进行的诊断处理内容的图。具体而言，图2示出与发电机的定子线圈相关的绝缘劣化特性，4个指标值的计算结果在图2中示出。纵轴为诊断对象即发电机的残余耐电压值Vr，将发电机的初始平均耐电压值设为100(％)来进行百分比显示。另外横轴为发电机的累积运行时间ΣT(Hr)。

图2中示出表示抗浪涌电压保护极限的直线L1和表示安全运行极限的直线L2。在此，抗浪涌电压保护极限是指浪涌保护装置为了保护系统免受由雷电等产生的异常电压的影响而工作的电压。发电机电路的绝缘配合是以发电机线圈绝缘具有(2E+3)kV的介电强度为基础而设计的，这相当于初始平均耐电压值的约40％。在此，符号E表示额定电压。

另外，安全运行极限相当于为了保护发电机免于系统事故而所需的最低残余耐电压值。该值相当于发电机线圈绝缘具有(1.5E)kV的介电强度的情况，相当于初始平均耐电压值的约26.4％(11kV的情况)。

根据与和直线L1及直线L2对应的残余耐电压值的大小关系的比较结果，残余耐电压值Vr(％)的推定值如表1所示能够分成A、B、C这3个类别。

[表1]

表1：类别的分类例

在计算出的残余耐电压值Vr(％)包含于类别A中的情况下，意味着残余耐电压值Vr(％)为抗浪涌电压保护极限以上。另外，在计算出的残余耐电压值Vr(％)包含于类别B中的情况下，意味着残余耐电压值Vr(％)小于抗浪涌电压保护极限、但为安全运行极限以上。而且，在计算出的残余耐电压值Vr(％)包含于类别C中的情况下，意味着残余耐电压值Vr(％)小于安全运行极限。

因此，一般认为针对类别A～C，进行如表2的分数划分。

[表2]

表2：类别的分数划分的例子

通过按照根据残余耐电压值Vr(％)的计算结果而分类出的类别来分配该如表2的分数，能够定量地评价如下情形：分数越高则绝缘更新的紧急度越低，反之分数越低则绝缘更新的紧急度越高。

在图2中，判断剩余寿命的时间点的累积运行时间ΣT为：

T1＝21.0×10

在累积运行时间T1，绘制有由指标值计算部12计算出的4个指标值。具体的数值在将在后说明的表5中示出。

另外，在短于T1的累积运行时间T2，绘制有由指标值计算部12计算出的3个指标值。另外，在短于T2的累积运行时间T3，绘制有由指标值计算部12计算出的1个指标值。由指标值计算部12计算出的指标值能够存储于存储部14。

在各个累积运行时间T1、T2、T3，根据基于发电机的运行时间以及发电机的启动停止次数计算出的第1指标值，得到作为99.9％可靠性下限值的运行实际劣化特性。在图2中，运行实际劣化特性被示出为向右下降的直线。

示出运行实际劣化特性的直线与示出抗浪涌电压保护极限的直线L1的交点处的累积运行时间T4为：

T4＝19.7×10

考虑如下情况：在累积运行时间T1，通过指标值计算部12将4个指标值具体计算为如以下(1)～(4)的值。

第1指标值＝37.5％ (1)

第2指标值＝35.8％ (2)

第3指标值＝23.6％ (3)

第4指标值＝30.0％ (4)

在该情况下，绝缘劣化推定部13能够通过参照表1所示的类别的分类和表2所示的各分数划分，来确定与4个指标值对应的类别和分数。而且，绝缘劣化推定部13能够计算与4个指标值对应的分数的总分P。

然后，绝缘劣化推定部13能够根据总分P的大小来对诊断对象即发电机的绝缘更新的必要性进行分级。作为一例，绝缘劣化推定部13能够通过使用预先设定出的X分、Y分、Z分作为对总分P进行分级的3个阈值，来依照表3而分为4个等级。

[表3]

表3：分级的具体例

例如，在设定为

X＝31(分)

Y＝26(分)

Z＝12(分)

的情况下，绝缘劣化推定部13能够根据总分P的大小，依照表4对绝缘更新的必要性进行分级。

[表4]

表4：基于总分P的分级的具体例

在得到(1)～(4)所示的4个指标值的情况下，绝缘劣化推定部13执行依照表1的类别划分、依照表2的分数分配以及依照表4的分级。

例如，(1)所示的第1指标值、(2)所示的第2指标值以及(4)所示的第4指标值分别依照表1被分类为类别B、依照表2被分配7分。另外，(3)所示的第3指标值依照表1被分类为类别C，依照表2被分配1分。因此，4个指标值的总分P为22分，依照表4被分级为等级3。

整理这样的处理内容的话成为表5所示，绝缘劣化推定部13能够将累积运行时间T1下的等级确定为等级3。

[表5]

表5：具体的诊断例

此外，表1～表4的内容作为表格数据而预先存储于存储部14。

接下来，使用流程图对由之前的图1所示的剩余寿命诊断装置10执行的剩余寿命诊断方法的流程进行具体说明。图3为示出由本发明的实施方式1的剩余寿命诊断装置10执行的剩余寿命诊断方法的一系列处理的流程图。

在步骤S301，数据获取部11获取诊断对象即发电机的运行时间以及发电机的启动停止次数，作为发电机的运行实际数据。而且，数据获取部11获取以下4项作为诊断对象即发电机的电气数据：

Δtanδ：介电正切

Pi：电流急增电压值

ΔI：电流增加率

Qmax：最大放电电荷量

接下来，在步骤S302，指标值计算部12基于在步骤S301获取的数据，计算上述的第1指标值、第2指标值以及第3指标值。

进而，在步骤S303，指标值计算部12计算上述的第4指标值。

接下来，在步骤S304，绝缘劣化推定部13基于在步骤S302、S303计算出的4个指标值以及存储于存储部14的与表1相当的表格信息，针对4个指标值的各个指标值确定对应的类别。

接下来，在步骤S305，绝缘劣化推定部13基于在步骤S304中确定出的各类别以及储存于存储部14的与表2相当的表格信息，在分配了与各类别对应的分数之后，计算总分P。

接下来，在步骤S306，绝缘劣化推定部13基于在步骤S305计算出的总分P以及存储于存储部14的与表3或表4相当的表格信息，确定与总分P对应的等级，推定诊断对象即发电机的剩余寿命。

然后最后在步骤S307，绝缘劣化推定部13输出步骤S306的推定内容作为诊断结果，结束一系列处理。

如上所述，根据实施方式1，具备如下结构：利用以往的方法以及MT法，将残余耐电压值推定为多个指标值，根据多个指标值各自的大小，确定绝缘更新的必要性等级，诊断剩余寿命。

通过具备这样的结构，能够得到还能够应对F类绝缘设备的绝缘劣化诊断的发电机的剩余寿命诊断装置以及发电机的剩余寿命诊断方法。其结果是能够将发电机的事故防患于未然，进行高效的维护以及制订适当的更新计划。

尤其是，当计算第4指标值时使用MT法。因此，即使在能够获取的电气数据的样本数量少的情况下，也能够确保较好的诊断精度。其结果是通过使用利用MT法得到的残余耐电压值的推定值，能够提高剩余寿命的诊断精度。

此外，在上述的实施方式1中示出的表1～表4的结构仅为一例，也能够通过采用其它结构来得到同样效果。

关于类别，对将示出抗浪涌电压保护极限的直线L1和示出安全运行极限的直线L2用作阈值而分类为A、B、C这3类的情况进行了说明。然而还能够进一步细化而分类为4个以上的类别。

而且，关于类别的分类，不需要对4个指标值使用共同的阈值。关于4个指标值，也能够使用独立的阈值，分类为独立的数量的类别。

另外，关于针对类别的分数的分配，也不需要针对4个指标值进行共同的分配。例如，也能够对各个指标值的每个指标值独立地准备与表2相当的表格信息，对各个指标值的每个指标值独立地分配分数。

另外，关于分级，对使用表3或表4分类为4级的情况进行了说明。然而也能够进一步细化而分类为5个以上的等级。

如开头说明的那样，诊断对象即发电机中使用的绝缘物由于周围环境、电应力、机械应力等而经年劣化。因此，根据周围环境等条件，通过适当地设定类别数量、分数分配、等级数量，能够根据设置场所而更高精度地进行劣化诊断。

此外，在本实施方式1中，作为旋转电机对发电机进行了说明，但也能够应用于作为发电机以外的旋转电机的电动机(马达)、发电电动机。即使在将本实施方式1所记载的剩余寿命诊断应用于电动机、发电电动机的情况下，也能够仅电流流动的方向改变，而通过同样的方法与发电机的情况同样地进行F类绝缘设备的绝缘劣化诊断。另外，关于电动机、发电机，不论是同步型还是感应型都能够通过同样的方法来进行绝缘劣化诊断。