特開2024-146957界磁巻線層間短絡監視装置および界磁巻線層間短絡監視方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024146957
(43)【公開日】2024-10-16
(54)【発明の名称】界磁巻線層間短絡監視装置および界磁巻線層間短絡監視方法
(51)【国際特許分類】
H02P 9/00 20060101AFI20241008BHJP
【ＦＩ】
H02P9/00 B
【審査請求】有
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023045718
(22)【出願日】2023-03-22
(11)【特許番号】
(45)【特許公報発行日】2024-10-07
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）「２０２０年度～２０２２年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「カーボンリサイクル・次世代火力発電等技術開発／次世代火力発電基盤技術開発／石炭火力の負荷変動対応技術開発／タービン発電設備次世代保守技術開発」」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】317015294
【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001092
【氏名又は名称】弁理士法人サクラ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】藤田 真史
(72)【発明者】
【氏名】加幡 安雄
(72)【発明者】
【氏名】平野 俊夫
(72)【発明者】
【氏名】郡司 雄一郎
(72)【発明者】
【氏名】小林 雅司
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 広唯
(72)【発明者】
【氏名】安藤 耕治
【テーマコード（参考）】
5H590
【Ｆターム（参考）】
5H590CA08
5H590CC12
5H590CE01
5H590HA01
5H590HA03
5H590HA05
5H590JA11
5H590KK01
5H590KK04
5H590KK06
(57)【要約】
【課題】発電所の運転・監視に際して、界磁巻線の層間短絡の有無を容易に把握可能とする。
【解決手段】実施形態によれば、界磁巻線層間短絡監視装置１００は、回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦに基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の界磁巻線抵抗値と複数の前記界磁巻線電流値をそれぞれ平均して算出された平均抵抗値および平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の平均値データを平均値データ群として、正常時および層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを、ヒューマンマシンインタフェース１５０を介して指定された条件に応じて生成する画像データ生成部１４０を備えることを特徴とする
【選択図】図１
【解決手段】実施形態によれば、界磁巻線層間短絡監視装置１００は、回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦに基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の界磁巻線抵抗値と複数の前記界磁巻線電流値をそれぞれ平均して算出された平均抵抗値および平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の平均値データを平均値データ群として、正常時および層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを、ヒューマンマシンインタフェース１５０を介して指定された条件に応じて生成する画像データ生成部１４０を備えることを特徴とする
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値および界磁巻線電圧値に基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の前記界磁巻線抵抗値が平均されて得られる平均抵抗値および複数の前記界磁巻線電流値が平均されて得られる平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の前記平均値データを、正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを生成する画像データ生成部を備えることを特徴とする界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項2】
前記画像データ生成部は、最新の前記平均値データおよびこれに遡る連続した所定の数の前記平均値データを平均値データ群として、前記画像データとしての最新実績画像データを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項3】
前記画像データ生成部は、選択された過去の期間についての前記平均値データを平均値データ群として、前記画像データとしての過去実績画像データを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項4】
前記画像データ生成部は、前記平均値データ群を、前記界磁巻線電流値の領域ごとに区分し、それぞれの区分における代表値を表示する前記過去実績画像データを生成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項5】
前記代表値は、前記界磁巻線電流値の領域における前記平均値データの最大値、平均値、中間値および最小値の少なくとも一つであることを特徴とする請求項４に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項6】
前記界磁巻線抵抗値は、前記回転電機の内部の冷却用ガスの温度、圧力および純度の少なくとも一つについての基準値に対する差分の影響を補正した値であることを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項7】
外部から指定された条件を受け入れるステップと、
画像データ生成部が、回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値および界磁巻線電圧値に基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の界磁巻線抵抗値が平均されて得られる平均抵抗値および複数の前記界磁巻線電流値が平均されて得られる平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の前記平均値データを、正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを生成するステップと、
を有することを特徴とする界磁巻線層間短絡監視方法。
画像データ生成部が、回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値および界磁巻線電圧値に基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の界磁巻線抵抗値が平均されて得られる平均抵抗値および複数の前記界磁巻線電流値が平均されて得られる平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の前記平均値データを、正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを生成するステップと、
を有することを特徴とする界磁巻線層間短絡監視方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、界磁巻線層間短絡監視装置および界磁巻線層間短絡監視方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発電プラントなどのプラント内に設置されるタービン発電機などの回転電機は、一般に、その回転子あるいは固定子内に、磁界を発生するために、互いに絶縁された複数の層状の導体からなる界磁巻線を有している。また、巻線型の電動機等も同様に界磁巻線を有している。
【0003】
【0004】
回転子２は、回転子鉄心１０および界磁巻線２０を有する。回転子鉄心１０には、周方向に互いに間隔をおいて軸方向に延びた回転子ティース１２が形成されている。周方向に互いに隣接する２つの回転子ティース１２により軸方向に貫通する回転子スロット１１がそれぞれ形成されている。
【0005】
図１６に示すように、界磁巻線２０は、界磁巻線導体２１が、回転子ティース１２に巻回され、全体としてコイル状である。界磁巻線２０は、回転子スロット１１内の部分である回転子鉄心内部分２０ａと、回転子スロット１１外の部分である回転子鉄心外部分２０ｂ（図１６）を有する。互いに隣接する界磁巻線導体２１は、その間に設けられた層間絶縁２２により電気的に絶縁されており、互いに隣接する界磁巻線導体２１間に短絡電流が流れることが防止されている。回転子鉄心内部分２０ａが回転子スロット１１から径方向外側に突出しないように、回転子スロット１１内の径方向外側部分には楔２３が設けられている。
【0006】
層間絶縁の劣化もしくは損傷などの要因により、層間短絡と呼ばれる、界磁巻線導体２１間の短絡が発生すると、界磁巻線２０の有効な巻き数が減少するため、発生する磁界が減少するなど、回転電機１の性能低下を招く。そのため、層間短絡の早期の検知は、回転電機１が設置されている機械やプラント全体の性能維持の観点でも、重要な技術となっている。層間絶縁２２は、経年的な劣化に加え、運転状態の変化に伴う巻線の温度変化によっても、劣化が加速される場合もあり、部分負荷や力率が変動するような運用が多い回転電機１においては、層間短絡のリスクは高くなり、その早期検知は特に重要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【特許文献1】特開昭６３－０３１４４８
【特許文献2】特開２００９－３００２５０
【特許文献3】特開２０２１－２３０５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
図１７は、通常の状態における界磁巻線電流の時間的変化の例を示す概念的なグラフである。横軸は時間、縦軸は界磁巻線電流である。界磁巻線電流は、出力、力率に応じて必要な当該発電量の界磁を発生するための界磁巻線電流の調整により、変動する。変動の周期はたとえば、分オーダであり、さらに、その変動が、さらに長周期で変動する。この際の界磁巻線電流変化量ΔＩＦは、界磁巻線電流の値に対して例えば２％ないし３％程度である。
【0009】
一方、界磁巻線の巻き数が、たとえば１００であるとすると、互いに隣接する層間の短絡時には、界磁巻線の抵抗の減少分は１００分の１であり、これによる電流の変動値は、１％程度ということになる。すなわち、界磁巻線電流の値の変化のみから、層間短絡の有無を判断することは通常困難である。
【0010】
本発明の目的は、発電所の運転・監視に際して、界磁巻線の層間短絡の有無を容易に把握できる界磁巻線層間短絡監視装置および界磁巻線層間短絡監視方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上述の目的を達成するため、本実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置は、回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値および界磁巻線電圧値に基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の界磁巻線抵抗値が平均されて得られる平均抵抗値および複数の前記界磁巻線電流値が平均されて得られる平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の前記平均値データを、正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを生成する画像データ生成部を備えることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置の構成を示すブロック図である。
【図2】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視方法の手順を示すフロ―図である。
【図3】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩに表示させる操作画像の例を示す図である。
【図4】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩに表示させる最新実績画像の例を示す第１の画像である。
【図5】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩに表示させる最新実績画像の例を示す第２の画像である。
【図6】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩに表示させる最新実績画像の例を示す第３の画像である。
【図7】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩに表示させる過去実績表示条件の選択を行った過去実績画像の例を示す第１の画像である。
【図8】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置の過去データ選択部による過去実績表示条件の選択について示す説明図である。
【図9】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩに表示させる過去実績の表示条件の選択を行った過去実績画像の例を示す第２の画像である。
【図10】第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩに表示させる層間短絡状況画像の表示例である。
【図11】第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置の構成を示すブロック図である。
【図12】第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視方法の手順を示すフロ―図である。
【図13】第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置の界磁巻線抵抗補正部による補正を説明するグラフである。
【図14】第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置の界磁巻線抵抗補正部による補正の効果を説明するグラフである。
【図15】回転電機の一般的な回転子を示す概念的な部分斜視図である。
【図16】回転電機の一般的な界磁巻線を示す概念的な斜視図である。
【図17】通常の状態における界磁巻線電流の時間的変化の例を示す概念的なグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置およびこれを用いた界磁巻線層間短絡監視方法について説明する。ここで、互いに同一または類似の部分には、共通の符号を付して、重畳する説明は省略する。
【0014】
［第１の実施形態］
図１は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００の構成を示すブロック図である。
図１は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００の構成を示すブロック図である。
【0015】
界磁巻線層間短絡監視装置１００は、回転電機１の界磁巻線２０（図１５）の層間短絡を監視する。界磁巻線層間短絡監視装置１００は、入力部１１０、演算部１２０、記憶部１３０、画像データ生成部１４０、ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）１５０、および判定制御部１６０を有する。
【0016】
入力部１１０は、たとえば、ＤＣＳ（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｓｙｓｔｅｍ）などのプラント内制御装置２００から、界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦを受け入れて、界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦを、たとえば1分などの所定のサンプリング周期Δｔで取得する。なお、界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦは、それぞれ直接に図示しない界磁巻線電流検出器および界磁巻線電圧検出器から受け入れてもよい。
【0017】
演算部１２０は、界磁巻線抵抗算出部１２１、平均値算出部１２２、ノイズ除去部１２３、異常判定部１２４、過去データ選択部１２５、および代表値算出部１２６を有する。演算部１２０は、たとえばコンピュータ、あるいは、それぞれの機能を有する演算器の集合であってもよい。演算部１２０の各要素について以下に順次説明する。
【0018】
界磁巻線抵抗算出部１２１は、取得された界磁巻線電圧値ＶＦを界磁巻線電流値ＩＦで除することによって、界磁巻線抵抗値ＲＦを算出する。
【0019】
平均値算出部１２２は、たとえば1０分などの所定の時間間隔ΔＴで、取得された界磁巻線電圧値ＶＦおよび界磁巻線電流値ＩＦに基づいて算出された界磁巻線抵抗値ＲＦの平均値、および界磁巻線電流値ＩＦの平均値を算出する。所定の時間間隔ΔＴは、応答性と監視の見やすさを勘案して設定される。所定の時間間隔ΔＴは、デフォルト値として平均値算出部１２２が収納しているが、ＨＭＩ１５０が外部入力として受け入れることにより、指定、変更可能である。所定の時間間隔ΔＴにおけるデータ数Ｍは、ΔＴ／Δｔの値をたとえば四捨五入した整数である。たとえば、サンプリング周期Δｔが1分、所定の時間間隔ΔＴが1０分であれば、データ数Ｍは１０である。
【0020】
平均値算出部１２２は、所定の数Ｍ個の連続する界磁巻線の抵抗値ＲＦの平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）および電流値ＩＦの平均電流値ＩＦＡ（ｋ）をそれぞれ、次の式（１）および式（２）に基づいて算出する。ここで、所定の時間間隔に一貫番号を付した場合の番号、すなわち所定の時間間隔の順番である。
ＲＦＡ（ｋ）＝（ΣＲＦ（ｍ））／Ｍ …（１）
ＩＦＡ（ｋ）＝（ΣＩＦ（ｍ））／Ｍ …（２）
ＲＦＡ（ｋ）＝（ΣＲＦ（ｍ））／Ｍ …（１）
ＩＦＡ（ｋ）＝（ΣＩＦ（ｍ））／Ｍ …（２）
【0021】
ここで、ＲＦ（ｍ）およびＩＦ（ｍ）はそれぞれ、所定の時間間隔ΔＴにおけるｍ番目の界磁巻線抵抗値ＲＦ、および界磁巻線電流値ＩＦであり、Σは、ｍが１からＭまでの合計値を示す。以下、平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）とこれに対応する平均電流値ＩＦＡ（ｋ）の組合せデータを、平均値データと呼ぶこととする。また、連続する複数の平均値データを平均値データ群と呼ぶこととする。なお、所定の数Ｍは平均値算出部１２２に収納されているが、ＨＭＩ１５０からの入力により指定、変更が可能である。
【0022】
ノイズ除去部１２３は、取得された界磁巻線電流値ＩＦがノイズ的変動であった場合にその値を、処理対象のデータから除外する。
【0023】
具体的には、ＲＦ（ｎ）を判定対象とする場合、ノイズ除去部１２３は、ＲＦ（ｎ）およびＲＦ（ｎ＋１）について次の式（３）および式（４）が成立するか否かを確認する。
｜（ＲＦ（ｎ）－ＲＦＡ（ｎ０））／ＲＦＡ（ｎ０）｜＞η１ …（３）
｜（ＲＦ（ｎ＋１）－ＲＦＡ（ｎ０））／ＲＦＡ（ｎ０）｜＜η２ …（４）
｜（ＲＦ（ｎ）－ＲＦＡ（ｎ０））／ＲＦＡ（ｎ０）｜＞η１ …（３）
｜（ＲＦ（ｎ＋１）－ＲＦＡ（ｎ０））／ＲＦＡ（ｎ０）｜＜η２ …（４）
【0024】
ここで、ＲＦＡ（ｎ０）は、（ＲＦ（ｎ）の属するＭ個からなる（これから平均値が算出されることになる）グル－プの直前のグループの平均値である。また、η１およびη２は判定用の定数であり、ＨＭＩ１５０が外部入力（初期条件）として受け入れる。
【0025】
ＲＦ（ｎ）およびＲＦ（ｎ＋１）について式（３）および式（４）が成立する場合、ノイズ除去部１２３は、ＲＦ（ｎ）がノイズ的変動を有する値であると判断し、ＲＦ（ｎ）は、データから除外する。
【0026】
なお、ここでは、ＲＦ（ｎ）のみがノイズ的変動を有する値で、ＲＦ（ｎ＋１）は正常範囲の値である場合を例にとって示したが、たとえば、２回などの複数回連続してノイズ的変動を有する値であって、その後、正常範囲に復帰する場合に、この複数回連続してノイズ的変動を有する値をデータから除外することでもよい。回数の上限は、ＨＭＩ１５０が外部入力（初期条件）として受け入れることとすればよい。ここでは、ノイズ的変動を除去する方法の一例を述べたが、ノイズの除去がなされれば、これに限定されず、他の方法でもよい。
【0027】
異常判定部１２４は、界磁巻線２０の短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線（以下、「特性曲線」という）を用いて、平均電流値ＩＦＡに対する界磁巻線２０の平均抵抗値ＲＦＡを導出し、平均抵抗値ＲＦＡに関して、次の式（５）の条件が成立したら、異常と判定する。
ＲＦＳＮ－α＜ＲＦＡ＜ＲＦＳＮ＋α …（５）
ＲＦＳＮ－α＜ＲＦＡ＜ＲＦＳＮ＋α …（５）
【0028】
ここで、式（５）におけるＲＦＳＮはＮ個（Ｎ＝１～Ｎｍａｘ）の層間短絡時の界磁巻線抵抗値を示す。近傍幅αは、短絡時の状態を判定する幅であり、互いに短絡層数が１つ異なる短絡時の界磁巻線抵抗値同士の差の半分より小さく、かつ確実な判定に必要な幅を確保できる値とし、経験的に設定してもよい。また、最大の層間短絡数Ｎｍａｘ、および近傍幅αは、初期条件の一部であり、ＨＭＩ１５０が外部入力として受け入れる。
【0029】
過去データ選択部１２５は、ＨＭＩ１５０に表示させる実績値の表示の条件に基づいて複数の実績値から、表示するものを選択する。ここで、実績値の表示の条件は、ＨＭＩ１５０が外部から受け入れ可能である。表示の条件は、たとえば、所定の期間への限定である。期間の限定に対しては、過去データ選択部１２５は、界磁巻線抵抗算出値記憶部１３３に、それぞれが受け入れ時間とともに収納されている平均値データから、該当する受け入れ時間の平均値データを抽出する。また、限定として、さらに、たとえば、所定の期間についての全数の平均値データの表示ではなく、代表値算出部１２６により算出された代表値への限定等があってもよい。
【0030】
代表値算出部１２６は、過去データ選択部１２５により選択された期間すなわち時間範囲についてのデータ（平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）と平均電流値ＩＦＡ（ｋ）の組合せ）の全体からその代表値を算出する。具体的には、界磁巻線電流の全領域を複数の界磁巻線電流領域に区分し、区分されたそれぞれの電流領域ごとの代表値を算出する。ここで、代表値とは、たとえば、それぞれの電流領域の範囲のデータについての平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）の最大値、平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）の平均値および平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）の最小値である。ただし、代表値はこれに限定されず、たとえば、平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）の平均値に代えて平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）の中間値を用いてもよい。ここで、選択された時間範囲、界磁巻線電流領域への区分の仕方（たとえは区分領域についての一律な界磁巻線電流値の幅）は、表示条件のパラメータの一部としてＨＭＩ１５０が外部から受け入れる。
【0031】
画像データ生成部１４０は、演算部１２０、記憶部１３０、あるいは判定制御部１６０から受け入れた情報に基づいて、ＨＭＩ１５０を介して指定された条件に応じてＨＭＩ１５０に画像表示させるためのデータを生成する。画像データ生成部１４０は、たとえば、コンピュータを作動させるプログラムあるいはアプリケーションであり、演算部１２０が収納されるコンピュータシステムとは別のコンピュータに収納されているものであってもよい。
【0032】
画像データ生成部１４０は、後述する操作画像１４５および層間短絡状況画像１４６の各画像データを生成し、かつ、それぞれの目的に対応して、特性曲線画像データ生成部１４１、最新実績画像データ生成部１４２、および過去実績画像データ生成部１４３を有する。
【0033】
特性曲線画像データ生成部１４１は、ＨＭＩ１５０による抵抗曲線の表示のための、画像データを生成する。
【0034】
最新実績画像データ生成部１４２は、平均値算出部１２２により式（１）および式（２）に基づいて算出された平均値データ（界磁巻線の平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）および平均電流値ＩＦＡ（ｋ）の組み合わせ）の最新のＦ個からなる平均値データ群をＨＭＩ１５０に表示させるための最新実績画像データを生成する。表示される最新の平均値データ群の数Ｆは、最新実績画像データ生成部１４２がデフォルト値として収納しているが、ＨＭＩ１５０が外部入力として受け入れることにより、指定、変更可能である。
【0035】
ＨＭＩ１５０には、この１つの平均値データが１つのポイントとして表示される。また、ＨＭＩ１５０には、常にＦ個のポイントが表示されるように、最新のポイントの追加とともに最も古いポイントの表示を消去する。また、表示される各ポイントは、特性曲線が表示された画像上にオーバプロットされる。すなわち、特性曲線とともに平均値データ群が表示される最新実績画像データが生成される。この、特性曲線に最新実績画像データがオーバプロットされた画面が、デフォルト画面となる。
【0036】
過去実績画像データ生成部１４３は、過去データ選択部１２５により選択された表示対象の過去の平均値データについて、代表値算出部１２６により算出された代表値をＨＭＩ１５０に表示させるための過去実績画像データを生成する。表示されるポイントは、特性曲線が表示された画像上にオーバプロットされる。あるいは、最新実績画像にオーバプロットされる。
【0037】
次に記憶部１３０について説明する。記憶部１３０は、入力部１１０で獲得した測定値すなわち界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦ、演算部１２０により算出された界磁巻線抵抗値ＲＦ等の演算値、ＨＭＩ１５０が外部から受け入れた表示条件等を記憶、保存する。
【0038】
記憶部１３０は、初期条件記憶部１３１、測定値記憶部１３２、界磁巻線抵抗算出値記憶部１３３、界磁巻線抵抗特性記憶部１３４、および過去実績表示条件記憶部１３６を有する。
【0039】
初期条件記憶部１３１は、ＨＭＩ１５０が外部入力として受け入れたデータを記憶する。初期条件としては、演算部１２０の演算に必要なパラメータ等、および最新実績の表示条件等がある。
【0040】
測定値記憶部１３２は、入力部１１０が取得した界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦを記憶、保存する。
【0041】
界磁巻線抵抗算出値記憶部１３３は、界磁巻線抵抗算出部１２１により算出された界磁巻線抵抗値ＲＦとこれに対応する界磁巻線電流値ＩＦとの組み合わせを、それらを受け入れた時間とともに順次、記憶、保存する。
【0042】
界磁巻線抵抗特性記憶部１３４は、ＨＭＩ１５０が外部入力として受け入れた正常時および層間短絡時の界磁巻線抵抗値の界磁巻線電流値への依存特性を収納、保存する。この場合、依存特性は、特性式の形式でもよいし、テーブルデータでもよい。また、ＨＭＩ１５０が外部入力として、依存特性の修正データを受け入れた場合は、その修正データも収納、保存する。
【0043】
過去実績表示条件記憶部１３６は、ＨＭＩ１５０が、その表示の条件として外部から受け入れた表示用パラメータを記憶、保存する。表示用パラメータについては、順次、後述する。
【0044】
ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）１５０は、表示部分と外部入力の受け入れ部分とを備えた、監視員等との対話型の装置である。ＨＭＩ１５０は、表示用の画面とともに、たとえば、画面に直接入力可能なタッチパネルであってもよい。あるいは、ＵＳＢなどの記憶装置の内容を読み込み可能なポート等、あるいは伝送装置等の受け入れ部分を有してもよい。ＨＭＩ１５０の表示内容、および外部入力の受け入れ内容の詳細については、後に、図２を参照しながら説明する。
【0045】
判定制御部１６０は、界磁巻線層間短絡監視装置１００内の各要素の動作の進行を制御する。また、判定制御部１６０は、それぞれの動作の進行に判定が必要な場合に、判定を行う。判定に必要な条件、判定値等は、あらかじめ判定制御部１６０内に保存されてもよいし、ＨＭＩ１５０が外部から受け入れてもよい。
【0046】
図２は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視方法の手順を示すフロ―図である。
【0047】
まず、入力部１１０が、界磁巻線電流値ＩＦをプラント内制御装置２００から取得（ステップＳ１１）し、界磁巻線電圧値ＶＦをプラント内制御装置２００から取得する（ステップＳ１２）。測定値記憶部１３２は、取得された界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦを収納、記憶する。
【0048】
界磁巻線抵抗算出部１２１は、界磁巻線電圧値ＶＦを界磁巻線電流値ＩＦで除することにより界磁巻線抵抗値ＲＦを算出する（ステップＳ２２）。
【0049】
なお、界磁巻線抵抗算出部１２１のこの演算に先立って、判定制御部１６０が、界磁巻線電流値ＩＦが次の式（６）の条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ２１）。判定制御部１６０が条件を満たすと判定した場合（ステップＳ２１ ＹＥＳ）のみ、ステップＳ２２に進み、判定制御部１６０が条件を満たすと判定しなかった場合（ステップＳ２１ ＮＯ）は、ステップＳ１１に戻り次の界磁巻線電流値ＩＦの取得を行う。
ＩＦｍｉｎ＜ＩＦ＜ＩＦｍａｘ …（６）
ＩＦｍｉｎ＜ＩＦ＜ＩＦｍａｘ …（６）
【0050】
ここで、ＨＭＩ１５０は、判定用の条件値であるＩＦｍｉｎおよびＩＦｍａｘを外部入力として取得する。これらの条件値は、界磁巻線電流値ＩＦの通常の変動範囲に対して十分な余裕をもって設定される。
【0051】
次に、ノイズ除去部１２３は、ステップＳ２２で算出された界磁巻線抵抗値ＲＦについてノイズ的変動データ除去を行う（ステップＳ２３）。すなわち、ノイズ除去部１２３は、界磁巻線抵抗値ＲＦについてノイズ的変動を有する値であるか否かを判定し、該当する場合は、これをデータから除外する。
【0052】
次に、界磁巻線抵抗算出値記憶部１３３が、算出された界磁巻線抵抗値ＲＦとそれに対応する界磁巻線電流値ＩＦとの組み合わせデータを受け入れた時間とともに、順次収納、保存する（ステップＳ２４）。
【0053】
次に、判定制御部１６０は、前回の平均値算出（後述するステップＳ２６）の後の新たな界磁巻線抵抗値ＲＦのデータが、Ｍ個蓄積されたか否かを判定する（ステップＳ２５）。判定制御部１６０がＭ個蓄積されたと判定しなかった場合（ステップＳ２５ ＮＯ）には、ステップＳ１１およびステップＳ１２に戻り、さらに新たなデータを受け入れる。
【0054】
判定制御部１６０がＭ個蓄積されたと判定した場合（ステップＳ２５ ＹＥＳ）には、平均値算出部１２２が、新たなＭ個の界磁巻線抵抗値ＲＦおよび界磁巻線電流値ＩＦを用いて、前述の式（１）および式（２）によりこれらの平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）および平均電流値ＩＦＡ（ｋ）を算出する（ステップＳ２６）。算出された平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）および平均電流値ＩＦＡ（ｋ）は、受け入れ時間の平均値とともに平均値記憶部１３５に順次収納、保存される。
【0055】
次に、異常判定部１２４が、界磁巻線２０の層間短絡時の特性曲線上での、平均電流値ＩＦＡ（ｋ）に対応する界磁巻線抵抗値ＲＦＳを導出する（ステップＳ２７）。なお、層間短絡時の特性曲線が複数ある場合は、全ての特性曲線について、Ｎ個（Ｎ＝１～Ｎｍａｘ）の層間短絡時の界磁巻線抵抗値ＲＦＳを導出する
【0056】
次に、異常判定部１２４は、平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）について、前述の式（５）の条件の成立の有無を判定する（ステップＳ２８）。すなわち、当該データ（平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）および平均電流値ＩＦＡ（ｋ））が短絡時の特性曲線の近傍に存在するか否かを判定する。
ＲＦＳＮ－α＜ＲＦＡ＜ＲＦＳＮ＋α …（５）
ＲＦＳＮ－α＜ＲＦＡ＜ＲＦＳＮ＋α …（５）
【0057】
異常判定部１２４が式（５）の条件が成立しないと判定（ステップＳ２８ ＮＯ）した場合は、ステップＳ１１～ステップＳ１５に戻り新たなデータの受け入れを繰り返す。
【0058】
異常判定部１２４が式（５）の条件が成立すると判定（ステップＳ２８ ＹＥＳ）した場合は、異常判定部１２４は、どの短絡層数の特性曲線の近傍にあるかの情報を含めて、異常程度の判定を行う（ステップＳ２９）。また、異常判定部１２４は、異常程度の判定結果を画像データ生成部１４０に出力する。画像データ生成部１４０は、後述する最新実績画像データ生成部１４２または過去実績画像データ生成部１４３が生成する画像データにこの異常程度の判定情報の表示を組み込んだ画像データを生成し（ステップＳ４３）、ＨＭＩ１５０が表示する（ステップＳ４４）。
【0059】
以上が、異常判定に至る情報の処理の流れである。次に、界磁巻線層間短絡監視方法のうち、画像データ生成部１４０およびＨＭＩ１５０に係る情報の処理の流れおよび作用を説明する。
【0060】
まず、画像データ生成部１４０が、操作画像表示用データを作成する（ステップＳ３１）。ＨＭＩ１５０が、操作画像表示用データに基づいて、操作画像を表示する（ステップＳ３２）。
【0061】
図３は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００のＨＭＩ１５０に表示させる操作画像１４５の例を示す図である。ＨＭＩ１５０は、後述する最新実績画像あるいは過去実績画像に並べて、操作画像１４５を常時表示する。
操作画像１４５は、初期条件に関するアイコン、過去データに関するアイコン、およびと特性曲線データに関するアイコンを表示している。
初期条件に関するものとしては、電流平均値算出用個数アイコン１４５ａ、ノイズ判定用設定値アイコン１４５ｂ、異常判定用設定値アイコン１４５ｃ、最新データ表示数アイコン１４５ｄがある。
操作画像１４５は、初期条件に関するアイコン、過去データに関するアイコン、およびと特性曲線データに関するアイコンを表示している。
初期条件に関するものとしては、電流平均値算出用個数アイコン１４５ａ、ノイズ判定用設定値アイコン１４５ｂ、異常判定用設定値アイコン１４５ｃ、最新データ表示数アイコン１４５ｄがある。
【0062】
電流平均値算出用個数アイコン１４５ａは式（１）および（２）の所定の数Ｍに関するものである。ノイズ判定用設定値アイコン１４５ｂは式（３）のη１および式（４）のη２に関するものである。異常判定用設定値アイコン１４５ｃは式（５）のαに関するものである。最新データ表示数アイコン１４５ｄは画像に表示する点数Ｆに関するものである。
【0063】
過去データに関するアイコンとしては、過去データアイコン１４５ｅ、表示対象時間アイコン１４５ｆ、電流領域区分アイコン１４５ｇ、代表値の選択アイコン１４５ｈ、特性曲線データアイコン１４５ｋがある。
【0064】
過去データアイコン１４５ｅをタッチすると、過去データの表示に関する処理が開始され、過去実績データが表示される。表示対象時間アイコン１４５ｆは、過去データ選択部１２５が過去実績データ群から選択すべき時間幅、すなわち何時から何時までのものを表示するかの指定に関するものである。電流領域区分アイコン１４５ｇは、代表値算出部１２６が代表値を算出する際のそれぞれの電流領域の範囲、たとえば、区分した電流の幅などに関するものである。代表値の選択アイコン１４５ｈは、代表値算出部１２６が代表値を算出する際の代表値を何にするかに関するものである。
【0065】
特性曲線データアイコン１４５ｋは、界磁巻線２０の正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線の作成用のデータの外部入力に関するものである。たとえば、特性曲線データアイコン１４５ｋにタッチすると、特性データを画面で読み込むか、あるいは、ＵＳＢ等により読み込むかの選択肢が表示される。
【0066】
以上説明したそれぞれのアイコンについては、必要に応じて、選択候補を表示するプルダウン機能が付加されている。また、さらに、直接入力も可能である。
【0067】
図３では、操作入力のアイコンが、最新実績画像あるいは過去実績画像とは別の操作画面としてまとまっている場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、それぞれのアイコンが、最新実績画像あるいは過去実績画像内に表示されている場合でもよい。また、一つのアイコンが複数個所に表示されていてもよい。
【0068】
図３では、それぞれの操作項目が、アイコンとして設けられている場合を例にとって示したが、これに限定されない。たとえば、それぞれが、タッチパネル方式ではなく、押しボタンなどの個別の操作部分であってもよい。
【0069】
表示された画面に従って、ＨＭＩ１５０は、外部入力としての初期条件および特性曲線データを受け入れる（ステップＳ３３）。なお、初期画面としては、操作画面、および後述する特性図上の最新実績データ群の表示としてよいが、これに限定されない。
【0070】
初期条件としては、平均値算出時の式（１）、（２）に用いる個数Ｍの値、式（３）、（４）によるノイズ除去に用いる判定用の定数η１およびη２、式（５）により界磁巻線電流値ＩＦの値を判定する際の近傍幅α、式（６）による判定用の条件値ＩＦｍｉｎおよびＩＦｍａｘを含む演算部１２０の演算に必要なデータ、および例えば画像に表示する点数Ｆを含む最新実績の表示条件がある。初期条件記憶部１３１は、読み込まれた初期条件を収納、保存する。
【0071】
特性曲線データは、正常時および層間短絡時の界磁巻線抵抗値の界磁巻線電流値への依存特性であり、たとえば、２次関数などの関数で規定してもよいし、テーブルの形でもよい。界磁巻線抵抗特性記憶部１３４は、特性曲線データを収納、保存する。
【0072】
演算部１２０は、演算内容に応じて、初期条件記憶部１３１あるいは界磁巻線抵抗特性記憶部１３４から必要なデータを読み出す。
【0073】
次に、特性曲線画像データ生成部１４１が、ＨＭＩ１５０により受け入れられた特性曲線を規定するデータを用いて、特性曲線画像データを生成する（ステップＳ３４）。
【0074】
次に、ＨＭＩ１５０は、生成された特性曲線画像データに基づいて、特性曲線の画像を表示する（ステップＳ３５）。
【0075】
次に、最新実績画像データ生成部１４２は、最新実績画像データの生成を行う（ステップＳ３６）。具体的には、初期条件記憶部１３１に記憶された表示条件に基づいて、平均値記憶部１３５に収納された平均値データ（平均抵抗値ＲＦＡ（ｋ）および平均電流値ＩＦＡ（ｋ））を用いて、最新実績画像データの生成を行う。この際、画像に表示される最新データの点数Ｆが与えられているので、最も古いデータは削除され、代わりに現在値が追加されるように、画像データが更新される。ＨＭＩ１５０は、最新実績画像データ生成部１４２によって生成された画像データに基づいて最新実績画像を表示する（ステップＳ３７）。
【0076】
図４は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００のＨＭＩ１５０に表示させる最新実績画像の例を示す第１の最新実績画像１４２ａである。
【0077】
第１の最新実績画像１４２ａ内のグラフの横軸の界磁巻線電流（Ａ）で表示しているのは、界磁巻線電流値である。また、縦軸の界磁巻線抵抗値（Ω）で表示しているのは、界磁巻線抵抗値である。
【0078】
第１の最新実績画像１４２ａに表示されている曲線は、界磁巻線抵抗対電流特性曲線（以下「特性曲線」）であり、界磁巻線抵抗値の高い順に、曲線Ａ０は界磁巻線２０（図１６）の健全時、曲線Ａ１ないしＡ５はそれぞれ、界磁巻線２０の１層ないし５層短絡時、Ａ１０は界磁巻線２０の１０層短絡時の特性曲線を示す。この特性曲線は、特性曲線画像データ生成部１４１で生成された画像データに基づいて表示される。なお、図４では、６層ないし９層短絡時の特性曲線が示されていないが、表示してもよい。また、何層短絡時までの曲線を表示するかは、ＨＭＩ１５０への入力により設定可能である。
【0079】
第１の最新実績画像１４２ａに関する以上の点については、以下の画像においても共通である。
【0080】
第１の最新実績画像１４２ａにおいては、白抜きの丸印で、最新データ群が、特性曲線にオーバプロットされるように表示されている。それぞれの丸印は、（ＩＦＡ（ｋ），ＲＦＡ（ｋ））の座標の点を示す。ここで、ｋは、最新を含めた連続したＦ個である。表示の数Ｆは、ＨＭＩ１５０が外部入力（初期条件）として受け入れた値である。
【0081】
第１の最新実績画像１４２ａにおいては、すべての点は、健全時の特性曲線Ａ０の近傍にあり、層間短絡は生じていない状態であることを示している。この場合を白抜きの丸印で表示している。
【0082】
図５は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００のＨＭＩ１５０に表示させる最新実績画像の例を示す第２の最新実績画像１４２ｂである。
【0083】
第２の最新実績画像１４２ｂにおいては、最新データ群として、白抜きの丸印と白抜きの三角が合計Ｆ個表示されている。ここで、白抜きの三角は、特性曲線Ａ１の近傍にあり、１層短絡時の状態であることを示している。なお、点の表示は、状態ごとの区別ができればよく、白抜きの丸印と白抜きの三角に代えて、他の記号で表示してもよいし、色別等で区別してもよい。
【0084】
図６は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００のＨＭＩ１５０に表示させる最新実績画像の例を示す第３の最新実績画像１４２ｃである。
【0085】
第３の最新実績画像１４２ｃにおいては、すべての点は、１層短絡時の特性曲線Ａ１の近傍にあり、過去のある時点以降、１層短絡の状態が継続していることを示している。この画面では、過去のいつ頃に１層短絡が発生したかは判断できない。
【0086】
次に、ＨＭＩ１５０が、過去実績表示条件を受け入れる（ステップＳ３８）。具体的には、監視員等は、図３に示した操作画像１４５に基づく操作画面の過去データアイコン１４５ｅを選択する。また、表示対象時間アイコン１４５ｆ、電流領域区分アイコン１４５ｇ、代表値の選択アイコン１４５ｈなどにより、表示条件を入力、あるいは表示変更条件を入力する。
【0087】
過去データアイコン１４５ｅが選択された場合は、ステップＳ３３において初期条件とともにＨＭＩ１５０に受け入れられた過去データに関する条件、あるいはステップＳ３８で修正された条件に基づいて過去データ選択部１２５が、過去データ群を選択する（ステップＳ３９）。さらに代表値算出部１２６が表示すべく代表値を算出する（ステップＳ４０）。
【0088】
次に、過去実績画像データ生成部１４３は、ＨＭＩ１５０に表示させる過去実績画面用の過去実績画像データを生成する（ステップＳ４１）。ＨＭＩ１５０は、これに基づいて過去実績画像を表示する（ステップＳ４２）。
【0089】
図７は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００のＨＭＩ１５０に表示させる過去実績表示条件の選択を行った過去実績画像の例を示す第１の過去実績画像１４３ａである。
【0090】
第１の過去実績画像１４３ａは、図６に示した１層短絡の状況において、過去のある期間を指定した場合の表示画面である。
【0091】
第１の過去実績画像１４３ａは、過去データ群が、図６に示した第３の最新実績画像１４２ｃにオーバプロットされるように表示されている。
【0092】
第１の過去実績画像１４３ａは、過去実績画像データ生成部１４３によって生成されたものである。表示されている過去データ群は、ＨＭＩ１５０が受け入れた条件に基づいて過去データ選択部１２５により選択されたものである。また、過去データ群のそれぞれについて、代表値算出部１２６により算出された代表値のみが表示されている。第１の過去実績画像１４３ａの場合は、代表値として、最大値、平均値および最小値が代表値として示されている。
【0093】
第１の過去実績画像１４３ａでは、過去データ群がいずれも特性曲線Ａ０の近傍に存在しており、正常時の期間のものとなっている。第１の過去実績画像１４３ａにおいては、最大値が白抜きの丸、平均値が二重丸、最小値が黒丸で示されている。
【0094】
図８は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００の過去データ選択部１２５による過去実績表示条件の選択について示す説明図である。
【0095】
図８では、白抜きの棒で示すように、界磁巻線２０が、時間ｔＳにおいて、健全状態から１層短絡状態に移行した場合を示している。
【0096】
先に説明した第１の最新実績画像１４２ａを取得した時間ｔ１は、界磁巻線２０が健全状態にある時間である。また、第２の最新実績画像１４２ｂを取得した時間ｔ２は、界磁巻線２０が健全状態から１層短絡状態に移行した直後の時間である。また、第３の最新実績画像１４２ｃを取得した時間ｔ３は、界磁巻線２０が１層短絡状態にある時間である。
【0097】
また、図７に示した第１の過去実績画像１４３ａは、界磁巻線２０が健全状態にある期間を選択した結果であり、健全な状態での過去データ群のもが表示されている。
【0098】
ここで、時間ｔＳを含む適切な時間帯を、ＨＭＩ１５０に入力すれば、次の図９に示すような第２の過去実績画像１４３ｂが得られる。
【0099】
図９は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００のＨＭＩ１５０に表示させる過去実績表示条件の選択を行った過去実績画像の例を示す第２の過去実績画像１４３ｂである。
【0100】
図９は、第２の過去実績画像１４３ｂについて、過去データ群として、特性曲線Ａ０の近傍に存在する点と、特性曲線Ａ1の近傍に存在する点の両者を表示している。
【0101】
ここで、過去データ群のうち、１層短絡後のデータについては、最大値、平均値および最小値を健全時と同様の符号で表示しているが、判別しやすいように別の符号や色別により区別してもよい。
【0102】
以上のように、本実施形態による界磁巻線層間短絡監視装置１００によれば、界磁巻線抵抗対電流特性曲線にオーバプロットした最新実績データ群を表示することにより、界磁巻線２０が健全なのか層間短絡が生じた状態なのを、表示画面から把握することができる。この際、データの処理の上でも、特異点的に変化したデータを除去し、また、平均値を用いることにより、安定した状態表示を維持することができる。
【0103】
また、過去データについて、期間を指定して選択することができるので、層間短絡が生じた等の界磁巻線２０の状態の変化の発生時点を、過去に遡って把握することができる。
【0104】
図１０は、第１の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置のＨＭＩ１５０に表示させる層間短絡状況画像１４６の表示例であり、画像データ生成部１４０により生成される。
【0105】
層間短絡状況画像１４６はグラフ形式であり、横軸は時間、縦軸は短絡総数Ｎである。ここで、短絡層数Ｎとは、層間短絡を生じている層間の総数をいうものとする。すなわち、たとえば、ｉ番目の層と（ｉ＋１）番目の層間に短絡が複数生じても、性能的な影響の違いは殆どないことから、短絡層数Ｎは１とカウントする。ｉ番目の層と（ｉ＋１）番目の層との層間短絡と、ｊ番目の層と（ｊ＋１）番目の層との層間短絡との両者が生じている場合は、短絡層数Ｎは２とカウントする（ただし、ｋはｊとは異なる数であるとする。）（ｊ＋１）とｋとが同じ層である、すなわち連続した層の層間短絡が生じた場合であってもよい。
【0106】
縦軸に平行で、ｋないし（ｋ＋３）と表示してある破線は、それぞれ、プラントの第ｋ回定期検査ないし第（ｋ＋３）回定期検査の、現状計画でのそれぞれの開始時期を示す。
【0107】
階段状の実線は、時間とともに短絡層数Ｎが１ずつ増加する状況を示す。図９などに示すように、層短絡時の特性曲線が、Ａ０，Ａ１、…のように複数表示されている場合は、図１０に示すように、短絡層数の増加の動向を目視により把握でき、以下のような効果がある、
【0108】
通常、たとえば発電機では、界磁が所定の値になるように制御されている。層間短絡が生じると、コイルのターン数が減少することになるため、界磁の強さを維持するために、ターン数が減少した分、界磁巻線電流を増加させることになる。増加した界磁巻線電流は、界磁巻線２０が健全な場合には不要だった電流であり、いわば無駄電流が生じている。また、界磁巻線電流の増加により、界磁巻線での銅損が増加し、冷却負荷も増加する。
【0109】
したがって、短絡層数Ｎが大きくなると、上述のように、無駄電流の発生、冷却負荷の増加をもたらすが、構造的にも、その分、電気絶縁部を含めて界磁巻線２０にとって運転条件が厳しい側に移行する。この傾向は、短絡層数Ｎが大きくなるほど大きくなる。したがって、短絡層数Ｎの時間に対する増加傾向は、短絡層数Ｎが大きくなるほど直線的ではなく、傾きが徐々に増加することになる。この結果、ある短絡層数Ｎになると、許容できずに界磁巻線２０を交換する必要があると判断せざるを得ない状況となる。
【0110】
たとえば、短絡層数ＮがＮ２となったら、上述のような理由で、界磁巻線２０を交換する必要があるとする。ここで、短絡層数Ｎ２は、発電機の製作者が提示してもよいし、発電機の所有者が製作者と相談して設定してもよい。
【0111】
界磁巻線２０の交換は、当然ながら、プラントが停止中の定期検査期間中に実施する必要がある。界磁巻線２０の交換は、交換用の界磁巻線２０の各要素および付属品を準備した上で実施する必要がある。また、界磁巻線２０の交換は、発電機ロータの引き抜きを要することから、定期検査中の工程の調整、タービン操作床等での分解品の配置上の調整などを要する。また、所有者（運転者）として、その予算を確保する必要がある。
【0112】
すなわち、短絡層数ＮがＮ２となることが判明してから、最初の定期検査でそれを実施することは、通常難しい。このため、たとえば、適当な短絡層数Ｎ１（Ｎ１＜Ｎ２）となった時点で、事前に、所有者（運転者）が認識する必要がある。
【0113】
計算上、短絡層数ＮがＮ２となる時期を予測することは難しいが、図１０の例に示すような層間短絡状況画像１４６によれば、ある程度、短絡層数ＮがＮ２となる時期を想定することが可能となり、適切な準備を行うことができる。
【0114】
以上のように、本実施形態による界磁巻線層間短絡監視装置１００によれば、界磁巻線２０の状態変化の発生時点を正確に把握することにより、界磁巻線２０の劣化の状況の動向を把握することができる。この結果、今後の各定期検査のいずれの時期に点検、交換などの処置を行うかについての見通しを確保できる。今後の見通しを確保することにより、予算措置をすべき時期も明確となり、しかるべき処置を確実に実施することが可能となる。
【0115】
［第２の実施形態］
図１１は、第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００ａの構成を示すブロック図である。
図１１は、第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００ａの構成を示すブロック図である。
【0116】
本実施形態は、第１の実施形態の変形である。界磁巻線層間短絡監視装置１００ａの演算部１２０ａは、界磁巻線抵抗補正部１２７をさらに有する。また、入力部１１０は、プラント内制御装置２００ａから、ガス温度Ｔｇ、ガス圧力Ｐｇ、およびガス純度Ｍｇの値を受け入れ、取得する。ここで、ガス温度Ｔｇ、ガス圧力Ｐｇ、およびガス純度Ｍｇは、回転電機１の機内に封入された水素などの冷却用ガスのそれぞれの状態値である。なお、入力部１１０は、それぞれの検出器（図示しない）からの出力を直接受け入れてもよい。なお、ＨＭＩ１５０が表示する画面については、第１の実施形態と同様である。
【0117】
界磁巻線抵抗補正部１２７は、入力部１１０により取得されたガス温度Ｔｇ、ガス圧力Ｐｇ、およびガス純度Ｍｇのそれぞれの値を用いて、界磁巻線抵抗算出部１２１によって算出された界磁巻線抵抗値ＲＦを補正し、新たな界磁巻線抵抗値ＲＦとする。
【0118】
補正は、ガス温度Ｔｇ、ガス圧力Ｐｇ、およびガス純度Ｍｇのそれぞれの基準値Ｔｇ０、Ｐｇ０、Ｍｇ０に対する差分に基づいて行う。この際、差分が大きすぎない場合は、１次式を用いてもよい。ここで、差分が大きすぎないとは、後述する層間短絡の状態との区別ができる程度の精度が確保できる範囲であることである。ここで、基準値は、初期条件記憶部１３１が記憶してもよいし、ＨＭＩ１５０が外部入力として受け入れてもよい。
【0119】
例えば、ガス温度Ｔｇの補正の場合、界磁巻線抵抗算出部１２１によって算出された界磁巻線抵抗値をＲＦ０とし、新たな界磁巻線抵抗値ＲＦとすると、界磁巻線抵抗補正部１２７は、次の式（７）により新たな界磁巻線抵抗値ＲＦを算出する。
ＲＦ＝[１＋βＴ・{Ｔｇ・Ｇ（Ｐｇ，Ｐｇ０，Ｍｇ，Ｍｇ０）－Ｔｇ０}]・ＲＦ０
…（７）
ＲＦ＝[１＋βＴ・{Ｔｇ・Ｇ（Ｐｇ，Ｐｇ０，Ｍｇ，Ｍｇ０）－Ｔｇ０}]・ＲＦ０
…（７）
【0120】
ここで、βＴは界磁巻線２０を構成する材料の温度係数である。βＴは、温度の単位を［℃］または［Ｋ］とし、ＲＦの単位を［Ω］とすれば、例えば巻線が銅の場合は、０．００３９３などの値が用いられるが、巻線材料や回転電機１の運転温度等の条件によって異なる値を用いてもよい。また、Ｇ（Ｐｇ，Ｐｇ０，Ｍｇ，Ｍｇ０）は、ガス圧力Ｐｇおよびガス純度Ｍｇならびにこれらの基準値Ｐｇ０およびＭｇ０の関数である。関数Ｇの値は、理論的には、ガスの比熱や粘性係数、流速等の条件によって決まるものであるが、実用的には、実運転データに基づいたフィッティング等によって定めることができる。
【0121】
なお、式（７）では、ガス温度Ｔｇ、ガス圧力Ｐｇ、およびガス純度Ｍｇの全ての影響を考慮したが、これらのうちの１つないし２つの組合せでもよい。なお、少なくとも、ガス温度Ｔｇが含まれていることが好ましい。
【0122】
記憶部１３０の界磁巻線抵抗算出値記憶部１３３ａは、補正され得られた新たな界磁巻線抵抗値ＲＦを収納、保存する。
【0123】
【0124】
まず、入力部１１０が、界磁巻線電流値ＩＦおよび界磁巻線電圧値ＶＦとともに、プラント内制御装置２００ａからの、ガス温度Ｔｇの取得（ステップＳ１３）、ガス圧力Ｐｇ、の取得（ステップＳ１４）、ガス純度Ｍｇの取得（ステップＳ１５）を行う。図１２にはガス温度やガス圧力、ガス純度に関して、「回転子周囲」あるいは「周囲」と例示しているが、例えば、ガスクーラ出口のように、回転子から離れた位置での測定値を用いてもよい。
【0125】
次に、界磁巻線抵抗補正部１２７は、ステップＳ２２において界磁巻線抵抗算出部１２１により算出された界磁巻線抵抗値ＲＦを、前述の式（７）を用いて補正する（ステップＳ２２ａ）。補正され得られた新たな界磁巻線抵抗値ＲＦは、ノイズ的変動データ除去（ステップＳ２３）の後に、界磁巻線抵抗算出値記憶部１３３ａにそれが受け入れた時間とともに収納、記憶される（ステップＳ２４）。その他の手順は、第１の実施形態と同様である。
【0126】
図１３は、第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００ａの界磁巻線抵抗補正部１２７による補正を説明するグラフである。
【0127】
図１３に示すグラフの横軸は界磁巻線電流値ＩＦ、縦軸は界磁巻線抵抗値ＲＦである。Ｐで示しているのは、それぞれの状態におけるグラフの座標における（界磁巻線電流値ＩＦ，界磁巻線抵抗値ＲＦ）である。
【0128】
いま、状態が最初にＰ０１の位置（界磁巻線電流値ＩＦ０）にあったとする。ここで、界磁巻線電流値がＩＦ０からＩＦ１に増加したとする。この場合、界磁巻線２０のジュール熱が増加し界磁巻線２０の温度が上昇するので、界磁巻線抵抗値が増加し、状態Ｐ０２に移行する。すなわち、Ｐ０１とＰ０２とは、電流値の変動のみによる状態の変化である。ただし、この間の回転電機１の機内の冷却用ガスの状態量は基準値で一定であるとする。このような組み合わせの集合により、特性曲線Ａ０（Ｔ０，Ｐ０，Ｍ０）が得られる。
【0129】
一方、回転電機１の機内の冷却用ガスの状態量が、ガス温度Ｔｇ０、ガス圧力Ｐｇ０、およびガス純度Ｍｇ０から、ガス温度Ｔｇ１、ガス圧力Ｐｇ１、およびガス純度Ｍｇ１に変化すると、状態は、Ｐ０２から移動し、たとえばＰｂ（Ｔｇ１，Ｐｇ１，Ｍｇ１）となる。Ｐｂ（Ｔｇ１，Ｐｇ１，Ｍｇ１）は、特性曲線Ａ０（Ｔ０，Ｐ０，Ｍ０）とは異なる特性曲線Ａ１（Ｔ１，Ｐ１，Ｍ１）上の点である。
【0130】
界磁巻線抵抗補正部１２７は、このような、Ｐｂ（Ｔｇ１，Ｐｇ１，Ｍｇ１）の状態を、基準状態Ｐｂ（Ｔｇ１，Ｐｇ１，Ｍｇ１）に戻すように補正し、基準状態における界磁巻線抵抗値ＲＦ２を算出するものである。
【0131】
図１４は、第２の実施形態に係る界磁巻線層間短絡監視装置１００ａの界磁巻線抵抗補正部１２７による補正の効果を説明するグラフである。図１４に示すグラフの横軸は界磁巻線電流値ＩＦ、縦軸は界磁巻線抵抗値ＲＦである。
【0132】
図１４で、Ａ０（Ｔ０，Ｐ０，Ｍ０）は基準状態の特性曲線、特性曲線Ｂ１（Ｔ１，Ｐ１，Ｍ１）、特性曲線Ｂ２（Ｔ２，Ｐ２，Ｍ２）は、基準状態とは異なる２つの状態の特性曲線である。また、Ａｓ（Ｔ０，Ｐ０，Ｍ０）は基準状態での１層短絡時の特性曲線である。
【0133】
今、回転電機１の機内のガスの状態値が変化して、最初に状態Ｐ１（Ｔ０，Ｐ０，Ｍ０）にあったものが、状態Ｐ２（Ｔ２，Ｐ２，Ｍ２）に、すなわち特性曲線Ｂ２（Ｔ２，Ｐ２，Ｍ２）に移行した場合を考える。図１４に示すように、特性曲線Ｂ２（Ｔ２，Ｐ２，Ｍ２）が１層短絡時の特性曲線Ａｓ（Ｔ０，Ｐ０，Ｍ０）に近い場合、前述の式（５）の判定の幅内に入り、１層短絡が発生したとの誤判断が生ずる可能性がある。
【0134】
本実施形態による界磁巻線層間短絡監視装置１００ａによれば、状態Ｐ２（Ｔ２，Ｐ２，Ｍ２）から、状態Ｐ１（Ｔ０，Ｐ０，Ｍ０）に戻すように補正をするので、１層短絡が発生したとの誤判断が生ずることがない。
【0135】
以上、説明した実施形態によれば、発電所の運転・監視に際して、界磁巻線の層間短絡の有無を容易に把握できる界磁巻線層間短絡監視装置および界磁巻線層間短絡監視方法を提供することが可能となる。
【0136】
［その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、界磁巻線が回転子側に設けられている場合を例にとって説明したが、これに限定されない。たとえば、固定子側に設けられている場合であってもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
以上、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。たとえば、実施形態では、界磁巻線が回転子側に設けられている場合を例にとって説明したが、これに限定されない。たとえば、固定子側に設けられている場合であってもよい。また、各実施形態の特徴を組み合わせてもよい。
【0137】
さらに、実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【0138】
１…回転電機、２…回転子、１０…回転子鉄心、１１…回転子スロット、１２…回転子ティース、２０…界磁巻線、２０ａ…回転子鉄心内部分、２０ｂ…回転子鉄心外部分、２１…界磁巻線導体、２２…層間絶縁、２３…楔、１００、１００ａ…界磁巻線層間短絡監視装置、１１０、１１０ａ…入力部、１２０…演算部、１２１…界磁巻線抵抗算出部、１２２…平均値算出部、１２３…ノイズ除去部、１２４…異常判定部、１２５…過去データ選択部、１２６…代表値算出部、１２７…界磁巻線抵抗補正部、１３０、１３０ａ…記憶部、１３１…初期条件記憶部、１３２…測定値記憶部、１３３…界磁巻線抵抗算出値記憶部、１３４…界磁巻線抵抗特性記憶部、１３５…平均値記憶部、１３６…過去実績表示条件記憶部、１４０…画像データ生成部、１４１…特性曲線画像データ生成部、１４２…最新実績画像データ生成部、１４２ａ…第１の最新実績画像、１４２ｂ…第２の最新実績画像、１４２ｃ…第３の最新実績画像、１４３…過去実績画像データ生成部、１４３ａ…第１の過去実績画像、１４３ｂ…第２の過去実績画像、１４５…操作画像、１４５ａ…電流平均値算出用個数アイコン、１４５ｂ…ノイズ判定用設定値アイコン、１４５ｃ…異常判定用設定値アイコン、１４５ｄ…最新データ表示数アイコン、１４５ｅ…過去データアイコン、１４５ｆ…表示対象時間アイコン、１４５ｇ…電流領域区分アイコン、１４５ｈ…代表値の選択アイコン、１４５ｋ…特性曲線データアイコン、１４６…層間短絡状況画像、１５０…ヒューマンマシンインタフェース（ＨＭＩ）、１６０…判定制御部、２００、２００ａ…プラントの制御装置
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【手続補正書】
【提出日】2024-05-14
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値および界磁巻線電圧値に基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の前記界磁巻線抵抗値が平均されて得られる平均抵抗値および複数の前記界磁巻線電流値が平均されて得られる平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の前記平均値データを、正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを生成する画像データ生成部を備えることを特徴とする界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項2】
前記画像データ生成部は、最新の前記平均値データおよびこれに遡る連続した所定の数の前記平均値データを平均値データ群として、前記画像データとしての最新実績画像データを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項3】
前記画像データ生成部は、選択された過去の期間についての前記平均値データを平均値データ群として、前記画像データとしての過去実績画像データを生成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
ことを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項4】
前記画像データ生成部は、前記平均値データ群を、前記界磁巻線電流値の領域ごとに区分し、区分されたそれぞれの前記領域における代表値を表示する前記過去実績画像データを生成する、
ことを特徴とする請求項３に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
ことを特徴とする請求項３に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項5】
前記代表値は、前記界磁巻線電流値の前記領域における前記平均値データの最大値、平均値、中間値および最小値の少なくとも一つであることを特徴とする請求項４に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項6】
前記界磁巻線抵抗値は、前記回転電機の内部の冷却用ガスの温度、圧力および純度の少なくとも一つについての基準値に対する差分の影響を補正した値であることを特徴とする請求項１に記載の界磁巻線層間短絡監視装置。
【請求項7】
外部から指定された条件を受け入れるステップと、
画像データ生成部が、回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値および界磁巻線電圧値に基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の前記界磁巻線抵抗値が平均されて得られる平均抵抗値および複数の前記界磁巻線電流値が平均されて得られる平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の前記平均値データを、正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを生成するステップと、
を有することを特徴とする界磁巻線層間短絡監視方法。
画像データ生成部が、回転電機における界磁巻線の界磁巻線電流値および界磁巻線電圧値に基づいて算出された界磁巻線抵抗値ならびにこれに対応する前記界磁巻線電流値について、所定の時間間隔で得られる複数の前記界磁巻線抵抗値が平均されて得られる平均抵抗値および複数の前記界磁巻線電流値が平均されて得られる平均電流値からなる平均値データに基づいて、所定の数の前記平均値データを、正常時および複数の層間短絡時の界磁巻線抵抗対電流特性曲線とともに表示させるための画像データを生成するステップと、
を有することを特徴とする界磁巻線層間短絡監視方法。