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公開番号2021069277
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210430
出願番号2021000513
出願日20210105
発明の名称プラント
出願人株式会社東芝,東芝エネルギーシステムズ株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H02P 9/00 20060101AFI20210402BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】回転電機の固定子の異常を早期に検出する。
【解決手段】実施形態におけるプラントは、駆動機と、界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、前記駆動機に駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる回転電機と、前記回転電機が前記電力系統から切り離されて電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に前記界磁コイルを界磁する界磁制御手段と、前記定格電圧無電流状態の前記駆動機の出力値および前記回転電機の回転数の少なくともいずれかに基づいて、前記固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を有する。
【選択図】 図1
特許請求の範囲【請求項1】
蒸気タービンと、
界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、前記蒸気タービンに駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる発電機と、
前記発電機が前記電力系統から切り離され、前記発電機の回転数が一定となるよう制御された状態で、電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に前記界磁コイルを界磁する界磁制御手段と、
前記蒸気タービンの蒸気流量、蒸気温度、および蒸気圧力をそれぞれ入力する第1の入力手段と、
前記蒸気タービンからの蒸気を導入する復水器の真空度を入力する第2の入力手段と、
前記第1および第2の入力手段により入力された結果を用いて前記蒸気タービンの出力値を演算する演算手段と、
前記蒸気タービンの出力正常値が記憶される記憶装置と、
この蒸気タービンの出力正常値と、前記演算手段からの前記蒸気タービンの出力値との比較結果に基づいて、前記固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を備えるプラント。
続きを表示(約 740 文字)【請求項2】
蒸気タービンと、
界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、前記蒸気タービンに駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる発電機と、
前記発電機が前記電力系統から切り離され、前記発電機の回転数が一定となるよう制御された状態で、電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に前記界磁コイルを界磁する界磁制御手段と、
前記蒸気タービンと前記発電機の回転子とを接続する軸上の軸トルクを計測し入力する入力手段と、
この入力された軸トルクに基づいて前記蒸気タービンの出力値を演算する演算手段と、
前記蒸気タービンの出力正常値が記憶される記憶装置と、
この蒸気タービンの出力正常値と、前記演算手段からの前記蒸気タービンの出力値との比較結果に基づいて、前記固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を備えるプラント。
【請求項3】
蒸気タービンと、
界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、前記蒸気タービンに駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる発電機と、
前記発電機が前記電力系統から切り離され、前記蒸気タービンによる駆動を停止した状態で、電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に前記界磁コイルを界磁する界磁制御手段と、
前記蒸気タービンを停止してから所定時間内における前記回転子の回転数の時間降下率を入力する入力手段と、
前記回転子の回転数の時間降下率の正常値が記憶される記憶装置と、
この正常値と、前記入力された前記回転子の回転数の時間降下率との比較結果に基づいて、前記固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を備えるプラント。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、プラントに関する。
続きを表示(約 7,500 文字)【背景技術】
【0002】
一般に、発電機において、固定子の異常、例えば、固定子の積層鉄心の異常(層間の短絡による短絡ループ形成)または固定子の電機子コイルの異常(素線間の短絡による短絡ループ形成)が生じた場合、ループ電流による発熱により電気損失が増加したり過熱が発生したりすることで、固定子の損傷が拡大する場合がある。
【0003】
発電機固定子の積層鉄心の異常、または発電機固定子の電機子コイルの異常を検出する従来の方法として、外観検査またはEL-CID(Electromagnetic Core Imperfection Detector)等があるが、異常を検出できるタイミングが発電機の製造時および定期点検時に限定され、発電機の起動・停止時ないし運転期間中の異常の早期検出は困難である。
また、発電機の運転期間中では、上記のループ電流によって発生する過熱温度を、発電機固定子の積層鉄心端または電機子コイルに設置される温度計によって検知できる可能性はある。しかし、温度計が設置される限られた範囲でしか異常を検出できない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2008−245412号公報
特開平11−160171号公報
特開平5−195720号公報
特開平7−274573号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
これまで、発電機の起動・停止時では、発電機固定子の積層鉄心および発電機固定子の電機子コイルの異常を早期に検出する最適な方法はなく、発電機の運転中に損傷が拡大し、電機子コイルの地絡事故などが発生するまで検出できない課題があった。
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、回転電機の固定子の異常を早期に検出することが可能なプラントを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
実施形態におけるプラントは、蒸気タービンと、界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、前記蒸気タービンに駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる発電機と、前記発電機が前記電力系統から切り離され、前記発電機の回転数が一定となるよう制御された状態で、電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に前記界磁コイルを界磁する界磁制御手段と、前記蒸気タービンの蒸気流量、蒸気温度、および蒸気圧力をそれぞれ入力する第1の入力手段と、前記蒸気タービンからの蒸気を導入する復水器の真空度を入力する第2の入力手段と、前記第1および第2の入力手段により入力された結果を用いて前記蒸気タービンの出力値を演算する演算手段と、前記蒸気タービンの出力正常値が記憶される記憶装置と、この蒸気タービンの出力正常値と、前記演算手段からの前記蒸気タービンの出力値との比較結果に基づいて、前記固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を有する。
【0008】
実施形態におけるプラントは、蒸気タービンと、界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、前記蒸気タービンに駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる発電機と、前記発電機が前記電力系統から切り離され、前記発電機の回転数が一定となるよう制御された状態で、電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に前記界磁コイルを界磁する界磁制御手段と、前記蒸気タービンと前記発電機の回転子とを接続する軸上の軸トルクを計測し入力する入力手段と、この入力された軸トルクに基づいて前記蒸気タービンの出力値を演算する演算手段と、前記蒸気タービンの出力正常値が記憶される記憶装置と、この蒸気タービンの出力正常値と、前記演算手段からの前記蒸気タービンの出力値との比較結果に基づいて、前記固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を有する。
実施形態におけるプラントは、蒸気タービンと、界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、前記蒸気タービンに駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる発電機と、前記発電機が前記電力系統から切り離され、前記蒸気タービンによる駆動を停止した状態で、電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に前記界磁コイルを界磁する界磁制御手段と、前記蒸気タービンを停止してから所定時間内における前記回転子の回転数の時間降下率を入力する入力手段と、前記回転子の回転数の時間降下率の正常値が記憶される記憶装置と、この正常値と、前記入力された前記回転子の回転数の時間降下率との比較結果に基づいて、前記固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を有する。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、回転電機の固定子の異常を早期に検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
第1の実施形態におけるプラントの構成を模式的に示す図。
第1の実施形態における判定手段の機能構成例を示すブロック図。
第1の実施形態における判定手段による動作の手順の一例を示すフローチャート。
第2の実施形態における判定手段の機能構成例を示すブロック図。
第2の実施形態における判定手段による動作の手順の一例を示すフローチャート。
第3の実施形態におけるプラントの構成を模式的に示す図。
第3の実施形態における判定手段の機能構成例を示すブロック図。
第3の実施形態における判定手段による動作の手順の一例を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、実施形態について図面を用いて説明する。
以下では発電プラント(単に、プラントと称することがある)の発電機固定子の異常の検出に適用する例について説明するが、電動機固定子を含む各種プラントの回転電機の固定子の異常の検出にも適用できる。
発電プラントの発電機固定子の積層鉄心または発電機固定子の電機子コイルに異常が発生した場合、異常により生じるループ電流により過熱が発生し、発電機固定子の損失が正常時より増加する。
そこで、本発明の実施形態では発電機回転子の駆動機(例えば蒸気タービン)の出力、または発電機回転子の回転数の時間降下率を監視することで、上記の損失の増加を検出する。発電機回転子は、界磁コイルを有し、駆動機により駆動される。各実施形態のプラントは、駆動機と、駆動機により駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられた回転電機と、回転電機の回転子の界磁コイルの界磁状態を制御する界磁制御手段と、回転電機の固定子の異常の有無を判定する判定手段と、を備える。界磁制御手段は、界磁コイルを、回転電機が電力系統から切り離されて電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態となるように界磁することができるように構成される。また、判定手段は、定格電圧無電流状態での駆動機の出力または回転電機(駆動機)の回転数に基づいて固定子の異常の有無を判定できるように構成される。
【0012】
発電機が電力系統と電気的に接続され、この発電機の電気出力が定格電圧かつ定格電流である時では、発電機固定子の異常による損失は、発電機の電気出力と比較して相対的に小さいため、駆動機の出力の変化から損失を検出することは困難である。
駆動機が発電機回転子を定格回転数で駆動するとき、この駆動機は発電機固定子の正常時の出力に加え、発電機固定子の異常により発生する損失分も出力する必要がある。このため、発電機回転子の回転数が定格回転数で一定となるように駆動する際、発電機固定子に異常がある場合には駆動機の出力が正常時より増加する。
そこで、後述する第1および第2の実施形態では、発電機が電力系統と切り離され、発電機の電気出力が定格電圧かつ無電流となる定格電圧無電流状態の場合について、この駆動機の出力に基づいて、発電機固定子の異常によって生じる損失の増加を検出することについて説明する。
【0013】
また、定格回転数で回転する発電機回転子の駆動を停止した状態で発電機回転子を界磁し続ける際に発電機固定子の損失が発生すると、発電機回転子の回転数の時間降下率は、発電機回転子の正常時と比較して高くなる。
そこで、後述する第3の実施形態では、発電機が電力系統と切り離されて発電機回転子の駆動機による駆動を停止した状態で、発電機回転子の界磁を一定時間継続することで定格電圧無電流状態とした時の発電機回転子の回転数の時間降下率に基づいて、発電機固定子の異常によって生じる損失の増加を検出することについて説明する。
【0014】
上記の各実施形態により、損傷が拡大する前に発電機固定子の積層鉄心または発電機固定子の電機子コイルの異常を早期に検出することが可能となる。
【0015】
(第1の実施形態)
次に、第1の実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態におけるプラントの構成を模式的に示す図である。
図1に示すように、第1の実施形態におけるプラントは、蒸気タービンなどの駆動機1、発電機2、界磁制御手段3、判定手段4を有する。
発電機2は、界磁コイルを含む回転子および固定子を有し、駆動機1に駆動されるとともに電力系統に接続可能に設けられる。
界磁制御手段3は、発電機2が電力系統から切り離されて電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態に界磁コイルを界磁する。
判定手段4は、定格電圧無電流状態の駆動機1の出力値に基づいて、固定子の異常の有無を判定する。
【0016】
図2は、第1の実施形態における判定手段の機能構成例を示すブロック図である。
図2に示すように、第1の実施形態における判定手段4は、入力部(蒸気タービン入力(圧力P1))41、入力部(蒸気タービン入力(温度T))42、入力部(蒸気タービン入力(蒸気流量(単位時間に流れる流量)Q))43、入力部(復水器真空度P2)44、演算装置45、比較器47、記憶装置(蒸気タービン出力正常値)48、警報出力部49を備える。
【0017】
入力部41〜44は、駆動機1の各種のパラメータの計測結果をそれぞれ入力する。詳しくは、入力部41は、図示しない圧力センサにより計測する、蒸気タービンの圧力の計測結果を入力する。入力部42は、図示しない温度センサにより計測する、蒸気タービンの温度の計測結果を入力する。入力部43は、図示しない流量センサにより計測する、蒸気タービンの蒸気流量の計測結果を入力する。入力部44は、真空度センサにより計測する、蒸気タービンからの蒸気を導入する復水器(図示せず)の真空度の計測結果を入力する。
【0018】
上記の入力部41〜44、演算装置45、比較器47、警報出力部49は、デジタル回路またはアナログ回路の構成を主体としたハードウェアで実現することが可能であり、また、ECU(Electronic Control Unit)に含まれるCPU(Central Processing Unit)およびメモリと、CPUによりメモリから読み出されて実行されるプログラムを主体としたソフトウェアとの組み合わせでも実現することが可能である。一般的に、ハードウェアで実現した場合には動作速度の点で有利で、ソフトウェアを用いて実現した場合には設計変更の点で有利であると言われている。
また、記憶装置48は、例えば不揮発性メモリなどの記憶装置として実現することができる。
【0019】
図3は、第1の実施形態における判定手段による動作の手順の一例を示すフローチャートである。
第1の実施形態では、発電機2が電力系統と切り離された状態で発電機2が定格回転数などのあらかじめ定められた一定の回転数となるように駆動機1により制御され、かつ、発電機(回転電機)2の電気出力が定格電圧かつ無電流であることを前提条件とする。
【0020】
発電機2が電力系統から切り離された状態で一定の回転数となるように制御される状態は、例えば発電プラントの起動時などに蒸気タービンなどの駆動機1を一定の回転数となるように起動制御して電力系統に接続される直前(すなわち、系統併入前)などの状態である。
【0021】
第1の実施形態において、このように発電機2が一定の回転数となるように制御されてかつ電力系統と切り離された系統併入前の状態のときに、界磁制御手段3が界磁コイルを発電機(回転電機)2の電気出力が定格電圧かつ無電流である定格電圧無電流状態となるように制御する。
なお、界磁制御手段3が駆動機1の回転数を制御するように構成してもよく、また、駆動機1の回転数を制御する回転数制御装置の一部分として界磁制御手段3を設けても構わない。
判定手段4は、演算装置45と比較器47と警報出力部49を備える。
【0022】
界磁制御手段3による制御がなされると、判定手段4は、界磁制御手段3からの制御完了信号の入力などにより、条件が定格電圧無電流状態にあることを検知する。この条件において、判定手段4の演算装置45は、発電機回転子の駆動機1の出力の1種である蒸気タービン入力(圧力P1)の計測結果を入力部41から入力し(S11)、蒸気タービン入力(温度T)の計測結果を入力部42から入力し(S12)、蒸気タービン入力(蒸気流量Q)の計測結果を入力部43から入力し(S13)、復水器真空度P2の計測結果を入力部44から入力する(S14)。
演算装置45は、S11〜S14で入力した結果を用いて蒸気タービン出力値を演算する(S15)。
【0023】
比較器47は、記憶装置48から蒸気タービン出力正常値を読み出し、この蒸気タービン出力正常値と演算装置45からの蒸気タービン出力値とを比較することで、演算装置45からの蒸気タービン出力値が蒸気タービン出力正常値と差異がある(演算装置45からの蒸気タービン出力値が蒸気タービン出力正常値より大きい)か否かを判定する(S16)。
【0024】
演算装置45からの蒸気タービン出力値と蒸気タービン出力正常値とに差異がある、またはこの差異が一定値以上である場合(S16のYES)、比較器47は、発電機固定子の積層鉄心または発電機固定子の電機子コイルに異常があることを判定・検出し、この旨を示す信号を警報出力部49に出力する。
警報出力部49は、この信号を受けると、発電機固定子の積層鉄心または発電機固定子の電機子コイルに異常があることを示す警報(例えば音声)を出力する(S17)。
【0025】
以上説明したように、第1の実施形態では、発電機が電力系統と切り離され、電気出力が定格電圧かつ無電流である条件において、発電機回転子の駆動機の出力に基づいて蒸気タービン出力値を演算し、この蒸気タービン出力値と蒸気タービン出力正常値との比較に基づいて、発電機固定子の積層鉄心または発電機固定子の電機子コイルに異常があることを判定・検出することができ、発電機固定子の異常の判定が可能となる。
よって、発電機の固定子の損傷が拡大する前に高感度で発電機固定子の異常を検出することができる。つまり、固定子の異常を早期に判定・検出することができる。
【0026】
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。以降の実施形態における、第1の実施形態と同一の部分には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
図4は、第2の実施形態における判定手段の機能構成例を示すブロック図である。
図4に示すように、第2の実施形態における判定手段4は、入力部(軸トルクTr)50、演算装置45a、比較器47、記憶装置(蒸気タービン出力正常値)48、警報出力部49を備える。
【0027】
入力部50は、図示しないひずみゲージによる、蒸気タービンと発電機回転子を接続する軸の軸トルクTrの計測結果を入力する。ひずみゲージは、駆動機1と発電機回転子とを接続する軸上に設置され、軸トルクTrを計測する。
【0028】
第1の実施形態と同様に、第2の実施形態における入力部50、演算装置45a、比較器47、警報出力部49は、上記で説明したハードウェアでもソフトウェアでも実現することが可能である。
【0029】
図5は、第2の実施形態における判定手段による動作の手順の一例を示すフローチャートである。
第1の実施形態と同じく、第2の実施形態では、発電機2が電力系統と切り離された状態で発電機2が定格回転数などのあらかじめ定められた一定の回転数となるように駆動機1により制御され、かつ、発電機(回転電機)2の電気出力が定格電圧かつ無電流であることを前提条件とする。
界磁制御手段3による制御がなされると、判定手段4は、界磁制御手段3からの制御完了信号の入力などにより、条件が定格電圧無電流状態にあることを検知する。この条件において、判定手段4の演算装置45aは、軸トルクTrの計測結果を入力部50から入力する(S21)。
演算装置45aは、S21で入力した結果を用いて蒸気タービン出力値を演算する(S22)。
【0030】
比較器47は、記憶装置48から蒸気タービン出力正常値を読み出し、この蒸気タービン出力正常値と演算装置45aからの蒸気タービン出力値とを比較することで、演算装置45aからの蒸気タービン出力値が蒸気タービン出力正常値と差異がある(演算装置45aからの蒸気タービン出力値が蒸気タービン出力正常値より大きい)か否かを判定する(S23)。
(【0031】以降は省略されています)

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