JP3281333B2 - 軸ねじれ振動監視保護装置 - Google Patents
軸ねじれ振動監視保護装置Info
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Description
出するタービン発電機の軸ねじれ振動監視保護装置に関
する。
力を直流送電システム5を介して相手交流系6へ送電す
る場合の構成図を示している。この図において、タービ
ン発電装置1はタービン2及び発電機3と両者を繋ぐ回
転軸から構成されており、発電機3の電気出力が変圧器
4を介して直流送電システム5に供給されるようになっ
ている。
と54、サイリスタ素子を利用したサイリスタ変換器5
2と53及び変換器制御装置55とサイリスタ変換器5
2と53を繋ぐ直流送電線で構成されており、変換器用
変圧器51からの交流有効電力が、サイリスタ変換器5
2,直流送電線,サイリスタ変換器53,変換器用変圧
器54を順に介して相手交流系6に供給されるようにな
っている。なお、7は他の交流電源装置のタービン発電
装置である。一般に、タービン発電装置は単独で使用さ
れることはなく、複数のタービン発電装置の並列運転に
より需要家に対する電力供給が行なわれている。
て説明する。タービン発電装置1はタービン2の機械出
力を発電機3により電気出力に変換し、これを変圧器4
を介して直流送電システム5に供給する。直流送電シス
テム5に供給された交流電力は、まず、変換器用変圧器
51を介してサイリスタ変換器52に送られ、交流電力
から直流電力へ変換される。
スタ変換器53へ送電され、直流電力から交流電力へ変
換される。そして、その交流電力は変換器用変圧器54
を介して相手交流系6へ供給される。変換器制御装置5
5はサイリスタ変換器52からサイリスタ変換器53へ
流れる直流電流や直流電力と交流の電気情報を取り込ん
でサイリスタの点弧位相を決定し、サイリスタ変換器の
制御を行なっている。
電力出力を直流送電システムを介して送電しようとする
場合、直流送電システムが受け取る有効電力の変動周波
数と、タービン発電機の軸系のねじれ振動の周波数とが
近いと、両者の間に共振現象が発生して軸ねじれ振動が
時間とともに拡大していく現象がある。
Subsynchronous Resonanceと称す)と呼ばれている。こ
の現象が発生するとタービン発電機の軸の寿命が消費さ
れ、短くなる可能性がある。この現象はタービン発電装
置のタービン軸系と直流送電システムの変換器制御装置
の点弧角制御ループの一部が、系統条件によっては正帰
還結合となるために発生する。
(電気系)と発電機タービン軸系(機械系)の相互作用
による共振現象である。これは、電源周波数(50Hz
又は60Hz)よりも低い、発電機のタービン軸系の固
有振動数(5Hz〜40Hz)で共振するため、低周波
数共振現象とも呼ばれる。
1977年10月、ミネソタ州と北ダコタ州を750k
mの直流送電線で結ぶSquare Butte直流送
電システム(500MW,±250kV)のフィールド
試験で、北ダコタ側の変換所に近接するMILTON
YOUNG発電所の2号発電機のタービン軸固有振動モ
ード(11.5Hz)の周波数成分が進展する現象が観
測された例である。
軸系との相互作用で発生する現象であることが判明し、
その対策を直流送電システムの変換器制御装置に施し現
在に至っている。この実例については下記の文献にあ
る。[1] M.Bahman et al:EXPERIENCE WITH HVDC - TURB
INE-GENERATOR TORSIONAL INTERACTION AT SQUARE BUTT
E, IEEE Transactions on Power Apparatus and Syste
ms, Vol.PAS-99,No.3, May/June 1980
は、上述した直流送電側の対策とは別に発電機側でも対
策装置が提案されている。図20は従来技術の軸ねじれ
共振検出装置の構成図である。タービン発電機の回転子
の回転数を検出する回路10と、回転数に含まれる軸ね
じれ振動成分を分離する回路11と、この軸ねじれ振動
成分の振幅値の傾き、即ち、単位時間あたりの振幅の極
値の増加を検出する回路12,13と、この傾きがある
閾値を越したことを判定する回路14とで構成され、タ
ービン発電機の回転子の回転数を検出し、この回転数信
号から発電機の軸ねじれ振動毎に成分を分離し、この軸
ねじれ振動成分の振幅値の傾きを検出し、これがある閾
値を越したことで振動発散を判定して、軸ねじれ共振を
検出する発電機の軸ねじれ共振監視装置が知られてい
る。
検出を振動成分の振幅の傾きがある閾値を超えたことを
もって軸ねじれ振動の発散を検出する方法では、振幅の
大きさには材料強度上の上限があるが振幅の傾きに物理
的な制限が有るわけではないため、その傾きの閾値を定
めるのが困難である。又、対象とする発電所に複数台の
タービン発電装置がある場合には、検出される軸ねじれ
振動信号にうなりが生ずるため、その場合には、傾きだ
けでは正確な判断ができない可能性が高い。
たものであり、整定が容易で、かつ、軸ねじれ振動信号
にうなり成分があっても正確に軸ねじれ振動の評価がで
き、軸ねじれ共振の検出ができる軸ねじれ振動監視保護
装置を提供することを目的としている。
めに、[請求項1]記載の発電機の軸ねじれ振動監視保
護装置は、タービン又はこのタービンに連結された発電
機の回転軸の回転数を検出する信号検出手段と、前記信
号検出手段の出力信号をもとに当該信号の振幅を検出す
る手段と、前記検出した振幅の傾きを検出する手段と、
前記検出した振幅及び振幅の傾きから将来の振幅を予測
する手段と、前記予測した振幅値が所定の閾値に達した
ことを判定する手段とから構成されていることを特徴と
する。
監視保護装置は、[請求項1]において、軸ねじれ振動
信号の振幅の傾きを検出する手段が、前記振幅の傾きの
1次微分及び2次微分を検出する手段で構成されること
を特徴としている。
護装置の構成図である。同図において、既に説明した図
19と同一の機能の要素には同一符号を付してその説明
を省略する。図1において、軸ねじれ振動監視保護装置
8は、発電機又はタービン又は回転軸に取り付けた歯車
と電磁ピックアップの出力などから回転数を検出する信
号検出手段81、信号検出手段81の出力信号から発電
機軸系の各固有振動周波数の振動成分信号を分離して出
力する軸ねじれ振動成分分離手段82、軸ねじれ振動成
分分離手段82の出力信号である軸系の固有振動周波数
の振動成分信号を入力として、軸ねじれ振動信号の振幅
を取り出す軸ねじれ振動信号前処理手段83、軸ねじれ
振動信号前処理手段83の出力信号を入力とし、前記発
電機の軸ねじれ振動の発生又は傾向を演算し、軸ねじれ
振動が異常又は発散傾向である場合には異常判定信号を
出力する軸ねじれ振動評価手段84から構成される。
構成図である。信号検出手段81は定格回転数から回転
数の偏差を検出する回転数偏差検出回路811で構成さ
れる。回転数偏差検出回路811は検出点数だけ用意さ
れる。
分分離手段82の構成図である。軸ねじれ振動成分分離
手段82は、タービン発電機軸系がm個の固有振動周波
数を持つ場合には、入力信号からそれぞれの固有振動周
波数成分を分離・抽出して増幅する第1モード成分増幅
回路821,第2モード成分増幅回路822,…,第m
モード成分増幅回路82mから構成される。
号前処理手段の構成図である。軸ねじれ振動信号前処理
手段83は、軸ねじれ振動成分分離手段82で分離され
た軸ねじれ振動モード成分を入力信号として、夫々のモ
ード成分について軸ねじれ振動の発散あるいは異常判定
をする前の演算処理を行う第1モード成分信号前処理回
路831,第2モード成分信号前処理回路832,…,
第mモード成分信号前処理回路83mから構成される。
1の構成図である。第1モード成分信号前処理回路83
1は、第1モード成分の振動ピーク値を検出するピーク
値検出回路831aと振動ボトム値を検出するボトム値
検出回路831b,第1モード成分の一周期だけ信号を
保持する1周期信号保持回路831c及び演算回路83
1dから構成される。他のモード成分の信号前処理回路
も対象とする振動モードが異なるだけで第1モード成分
信号前処理回路と同一の構成である。
価手段の構成図である。軸ねじれ振動評価手段84は、
軸ねじれ振動信号前処理手段83の出力信号を入力とし
て軸ねじれ振動モード成分毎に発散や異常を判別する第
1モード発散判定回路841,第2モード発散判定回路
842,…,第mモード発散判定回路84m及び論理和
回路84nから構成される。
成図である。第1モード発散判定回路841は信号サン
プリング回路841a,信号レベル比較回路841b,
連続増加回数カウント回路841c,回数比較回路84
1d,検出周期設定器841e,レベル設定器841
f、回数設定器841gから構成される。他のモード成
分の信号前処理回路も対象とする振動モードが異なるだ
けで第1モード発散判定回路と同一の構成である。
する。信号検出手段81は発電機又はタービン又は回転
軸に取り付けた歯車と電磁ピックアップの出力信号を入
力とし、回転数偏差検出回路811にて、夫々の検出点
から得られた回転数の定格回転数からの偏差を求め出力
する。
手段81の出力信号を入力として、第1モード成分増幅
回路821,第2モード成分増幅回路822,…,第m
モード成分増幅回路82mにより、タービン発電機軸系
が持つm個の固有振動周波数毎に、振動モード成分を分
離・抽出して増幅して出力する。
に示すように軸ねじれ振動成分分離手段82の出力信号
である軸系の固有振動周波数の振動成分信号を入力とし
て、夫々の振動モード成分の一周期の正の極値をピーク
値検出回路831aで検出し、一周期の負の極値をボト
ム値検出回路831bで検出して、両者の出力の差を演
算回路831dで算出し出力する。
じれ振動信号前処理手段83の出力信号(図9(2))
を入力として、夫々の振動モード成分毎に、図9に示す
ように予め検出周期設定器841eで設定された検出周
期Tで、信号の大きさを信号サンプリング回路841a
でサンプリングし(図9(3))、その信号レベルと予
めレベル設定器841fで設定したレベル値Aとを信号
レベル比較回路841bにて比較し(図9(4))、信
号レベルがレベルA以上の場合にはその信号の大きさ
を、信号レベルがレベルA未満の場合には「0」を連続
増加回数カウント回路841cへ送る(図9(5))。
入力信号と前回入力信号とを比較して今回入力値が前回
入力値以下の場合にはカウンターの数値を零リセットし
て信号「0」を出力する。一方、今回入力値が前回入力
値を越えている場合にはカウンターを1カウントアップ
して、その結果を回数比較回路841dへ出力する(図
9(6))。回数比較回路841dは予め回数設定器8
41gで設定された回数と入力信号を比較して入力信号
の方が小さい場合には「0」を出力し、設定された回数
と入力信号が同じか、入力信号の方が大きい場合には、
連続的に振動成分が拡大していると判断して信号「1」
を出力する(図9(7))。
判定が行なわれ、それらの結果は全て論理和回路84n
に送られる。論理和回路84nでは、軸ねじれ振動モー
ド成分の1つでも発散あるいは異常である場合には「軸
ねじれ振動発散又は異常」の判定結果を出力する。
がある場合には、隣接発電機の軸系固有振動周波数と対
象とする発電機の軸系固有振動周波数との間のうなり現
象が発生するので、前記信号サンプリング回路841a
に与える検出周期Tはうなり周期Tuを設定する。
軸ねじれ振動の振動振幅の大きさを検出し、その増加傾
向を連続的に振幅が拡大することをもって軸ねじれ振動
の発散あるいは異常を判断することで、軸材料の強度に
密接に関係する軸ねじれ振動の振幅から装置の整定が容
易にでき、かつ、検出周期をうなり周期とすることで軸
ねじれ振動信号にうなり成分があっても正確に軸ねじれ
振動の評価ができ、軸ねじれ共振の検出ができる軸ねじ
れ振動監視保護装置を提供することができる。
41bから連続増加回数カウント回路841cへは、信
号レベルで受渡すこととしたが、これを信号レベル比較
回路841bは、今回入力値が前回入力値を超えている
場合にパルスを出力するようにし、連続増加回数カウン
ト回路841cは、このパルスが連続して何回来たかを
カウントするようにしても良い。
回転軸に貼り付けたストレインゲージなどで、軸系の機
械トルク信号を検出する手段であること以外は第1の実
施の形態と同じである。本実施の形態によれば、軸伝達
トルクの軸ねじれ振動成分は、軸の振動発散・減衰の傾
向をそのまま評価・判断できる計測量であり、又、軸の
寿命に直接関わる量であるのでより精度の良い判断が可
能となる。
出力端子で測定できる発電機電流と発電機端子電圧から
発電機の有効電力出力を検出する手段であること以外は
第1の実施の形態と同じである。本実施の形態によれ
ば、角速度計測手段や、軸ねじれ振動計測手段がとれな
いようなタービン発電機であっても、発電機の出力有効
電力ならば電圧と電流の計測値から計算できる。
出力端子で測定できる発電機端子電圧から周波数を検出
する手段であること以外は第1の実施の形態と同じであ
る。本実施の形態によれば、端子電圧の周波数は、角速
度とほぼ同等と捉えることができるため、第3の実施の
形態と同様に、角速度計測手段や軸ねじれ振動計測手段
がとれないようなタービン発電機であっても、軸ねじれ
振動の監視ができる。
が、発電機の回転軸系の固有振動周波数を中心周波数と
するバンドパスフィルターであること以外は第1の実施
の形態と同じである。本実施の形態によれば、計測した
信号から簡単に軸ねじれ振動成分を抽出することができ
る。
が、図10に示す2次の振動系で構成される軸系モデル
に有効電力出力信号を入力して軸ねじれ振動を励振し、
回転数の推定信号と回転数の測定信号の誤差を増幅して
軸系モデルに入力するオブザーバーであること以外は第
1の実施の形態と同じである。本実施の形態によれば、
対象となるタービン発電機の軸系モデルに多少の差異が
あっても、軸系の回転数と有効電力から補正がかかるの
で、常に精度良く軸ねじれ振動成分の抽出ができる。
段が、前記軸ねじれ振動成分分離手段の出力信号を入力
して、軸ねじれ振動信号の一周期中の正の極値と負の極
値の差の大きさを連続して取り出し、直前の検出値との
差を積算する手段であること以外は第1の実施の形態と
同じである。
信号前処理手段を構成する第1モード成分信号前処理回
路831の構成図である。又、他のモード成分の信号前
処理回路も対象とする振動モード成分が異なるだけで同
一の構成となる。図11において、第1モード成分信号
前処理回路821はピーク値検出回路831a,ボトム
値検出回路831b,演算回路831dと831i,1
周期前値保持回路831h及び積分回路831jから構
成される。
成分分離手段82までの作用は、既に説明した第1〜第
6の実施の形態のいずれかと同様である。第7の実施の
形態の特徴である軸ねじれ振動信号前処理手段を構成す
る第1モード成分信号前処理回路831の作用を以下に
説明する。
である軸系の固有振動周波数の第1モード成分信号を入
力として、第1モード成分の一周期の正の極値をピーク
値検出回路831aで検出し、一周期の負の極値をボト
ム値検出回路831bで検出して、両者の出力の差を演
算回路831dで算出する。
極値の差は、更に1周期前値保持回路831hで保持さ
れている一周期前の正負極値の差と演算回路831iに
て差分が取られて積分回路831jへ送られる。積分回
路831jでは入力信号を第1モード成分の一周期で積
分し、その結果を第1モード前処理済信号として出力す
る。以降の作用及び効果は第1の実施の形態と同様であ
る。又、本実施の形態によれば、振動成分の増加傾向・
減少傾向が連続的に評価できる。
段が、軸ねじれ振動成分分離手段の出力信号を入力とし
て、軸ねじれ振動信号を全波整流してローパスフィルタ
ーで平滑化する手段であること以外は第1の実施の形態
と同じである。
信号前処理手段を構成する第1モード成分信号前処理回
路831の構成図である。他のモード成分の信号前処理
回路も対象とする振動モード成分が異なるだけで同一の
構成となる。図12において、第1モード成分信号前処
理回路831は全波整流回路831k及びローパスフィ
ルター831lから構成される。
成分分離手段82までの作用は、第1〜第6の実施の形
態のいずれかと同様である。第8の実施の形態の特徴で
ある軸ねじれ振動信号前処理手段を構成する第1モード
成分信号前処理回路831の作用を以下に説明する。軸
ねじれ振動成分分離手段82の出力信号である軸系の固
有振動周波数の第1モード成分信号を入力として、第1
モード成分を全波整流回路831kにて全波整流信号と
し、ローパスフィルター831lにて全波整流信号の山
を平滑化し、その結果を第1モード前処理済信号として
出力する。以降の作用及び効果は第1の実施の形態と同
様である。本実施の形態によれば、簡単な回路で軸ねじ
れ振動信号前処理手段を構築できる。
段が、軸ねじれ振動成分分離手段の出力信号を入力とし
て、軸ねじれ振動信号の複数周期の実効値を計算する手
段であること以外は第1の実施の形態と同じである。
が、前記軸ねじれ振動信号前処理手段の出力信号を入力
として、予め設定した一定時間間隔で信号の大きさを取
り出し、複数点での現在値と前回値の大小関係で軸ねじ
れ振動の発散又は減衰を判定する手段であること以外は
第1の実施の形態と同じである。
動評価手段を構成する第1モード発散判定回路841の
構成図である。他のモード成分の発散判定回路も対象と
する振動モード成分が異なるだけで同一の構成となる。
図13において、第1モード発散判定回路841は、信
号サンプリング回路841a,信号レベル比較回路84
1b,比較回路841q,前値保持回路841p,検出
周期設定器841e,レベル設定器841fから構成さ
れる。
信号前処理手段83までの作用は、第1〜第9の実施の
形態のいずれかと同様である。第10の実施の形態の特
徴である軸ねじれ振動評価手段を構成する第1モード発
散判定回路841の作用を以下に説明する。
号である軸系の固有振動周波数の第1モード前処理済信
号を入力として、予め検出周期設定器841eで設定さ
れた検出周期Tで、信号の大きさを信号サンプリング回
路841aでサンプリングし、その信号レベルを予めレ
ベル設定器841fで設定したレベル値Aと信号レベル
比較回路841bにて比較し、信号レベルがレベルA以
上の場合にはその信号の大きさを、信号レベルがレベル
A未満の場合には「0」を比較回路841q及び前値保
持回路841pへ送る。
と一検出周期前に検出され前値保持回路841pで保持
された信号を比較して、前回値よりも今回値の方が大き
い場合には軸ねじれ振動第1モードが拡大していると判
断して「1」の信号を出力する。その逆の場合には
「0」を出力する。以降の作用及び効果は第1の実施の
形態と同様である。又、本実施の形態によれば、前回値
と現在値の大小関係で振動成分の増加・減少を判断する
ので演算部が簡単になる。更に、複数点で上記比較をし
ているので、うねり現象があっても精度良く判断でき
る。
が、前記軸ねじれ振動信号前処理手段の出力信号を入力
として、その信号の大きさと予め設定したしきい値との
比較により軸ねじれ振動の異常を判断する手段であるこ
と以外は第1の実施の形態と同じである。
動評価手段を構成する第1モード発散判定回路841の
構成図である。又、他のモード成分の発散判定回路も対
象とする振動モード成分が異なるだけで同一の構成とな
る。図14において、第1モード発散判定回路841
は、信号レベル比較回路841b,レベル設定器841
f,タイマ回路841r,タイマ設定器841sから構
成される。
信号前処理手段83までの作用は、第1〜第9の実施の
形態のいずれかと同様である。第11の実施の形態の特
徴である軸ねじれ振動評価手段を構成する第1モード発
散判定回路841の作用を以下に説明する。
号である軸系の固有振動周波数の第1モード前処理済信
号を入力として、予めレベル設定器841fで設定した
レベル値Aと入力信号を信号レベル比較回路841bに
て比較し、信号レベルがレベルA以上の場合には「1」
が、信号レベルがレベルA未満の場合には「0」が信号
レベル比較回路841bから出力される。
Aの値は発電機やタービンの回転軸の材料強度などから
決定される。タイマ回路841rでは、「1」の入力信
号が、予めタイマ設定器841sで設定された整定時間
Td1の間以上続いた場合に、軸ねじれ振動第1モード
の振幅の大きさが異常継続していると判断して「1」の
信号を出力する。その逆の場合には「0」を出力する。
タイマ設定器841sで設定される整定時間Td1は発
電機やタービンの回転軸材料の寿命消費率などから決定
される。以降の作用は第1の実施の形態と同様である。
動振幅の大きさを検出し、その大きさをもって軸ねじれ
振動の異常を判断することで、軸材料の強度に密接に関
係する軸ねじれ振動の振幅から装置の整定が容易にで
き、軸ねじれ振動振幅の異常が検出ができる軸ねじれ振
動監視保護装置を提供することができる。又、軸ねじれ
振動振幅の大きさで判断しているので、うなり現象が発
生していても検出に支障はない。
が、軸ねじれ振動信号前処理手段の出力信号を入力とし
て、その信号の積算値と予め設定されたしきい値との比
較により軸ねじれ振動の異常を判断する手段であること
以外は第1の実施の形態と同じである。
動評価手段を構成する第1モード発散判定回路841の
構成図である。又、他のモード成分の発散判定回路も対
象とする振動モード成分が異なるだけで同一の構成とな
る。図15において、第1モード発散判定回路841
は、入力される第1モード前処理済信号を軸材料強度や
寿命消費などを表す信号へ変換する信号変換回路20
0,信号積分回路201,信号レベル比較回路841
b,レベル設定器841f,タイマ回路841r,タイ
マ設定器841sから構成される。
信号前処理手段83までの作用は、第1〜第9の実施の
形態のいずれかと同様である。第12の実施の形態の特
徴である軸ねじれ振動評価手段を構成する第1モード発
散判定回路841の作用を以下に説明する。
号である軸系の固有振動周波数の第1モード前処理済信
号を入力として、信号変換回路200では、例えば、軸
材料の応力−繰り返し回数曲線(S−N曲線)を近似し
た関数で信号を変換して、その結果を信号積分回路20
1に送る。
て、その結果を信号レベル比較回路841bへ送る。信
号レベル比較回路841bでは、予めレベル設定器84
1fで設定したレベル値Aと入力信号とを比較し、信号
レベルがレベルA以上の場合には「1」が、信号レベル
がレベルA未満の場合には「0」が信号レベル比較回路
841bから出力される。
Aの値は発電機やタービンの回転軸の材料強度などから
決定される。タイマ回路841rでは、「1」の入力信
号が、予めタイマ設定器841sで設定された整定時間
Td2の間以上続いた場合に、軸ねじれ振動第1モード
の振幅の大きさが異常継続していると判断して「1」の
信号を出力する。その逆の場合には「0」を出力する。
タイマ設定器841sで設定される整定時間Td2は発
電機やタービンの回転軸材料の寿命消費率などから決定
される。以降の作用は第1の実施の形態と同様である。
動振幅の大きさを積算し、その数値が軸材料強度などか
ら決定されるレベルを越えたことをもって軸ねじれ振動
の発散あるいは異常を判断することで、軸材料の強度あ
るいは寿命消費に密接に関係する軸ねじれ振動の振幅か
ら装置の整定が容易にでき、又、軸ねじれ振動の振動振
幅の大きさを積算していることで、軸ねじれ振動信号に
うなり成分があっても正確に軸ねじれ振動の評価がで
き、軸ねじれ共振の検出ができる軸ねじれ振動監視保護
装置を提供することができる。
が、軸ねじれ振動信号前処理手段の出力信号を入力とし
て、その信号の最大値を記憶し、予め設定した一定時間
の間に前に記憶された最大値を越える信号が入力された
場合には最大値を順次更新していくことで、軸ねじれ振
動の発散又は減衰傾向を判定する手段であること以外は
第1の実施の形態と同じである。
動評価手段を構成する第1モード発散判定回路841の
構成図である。又、他のモード成分の発散判定回路も対
象とする振動モード成分が異なるだけで同一の構成とな
る。図16において、第1モード発散判定回路841
は、入力される第1モード前処理済信号の現在値と保持
している最大値を比較する信号最大値比較回路202,
検出した最大値を更新あるいは保持する最大値保持・更
新回路203,保持している最大値をリセットするため
の最大値リセット用タイマ回路204とそのタイマ設定
器841t、信号レベル比較回路841b,レベル設定
器841f,最終段のタイマ回路841rとそのタイマ
設定器841sから構成される。
信号前処理手段83までの作用は、第1〜第9の実施の
形態のいずれかと同様である。第13の実施の形態の特
徴である軸ねじれ振動評価手段を構成する第1モード発
散判定回路841の作用を以下に説明する。
号である軸系の固有振動周波数の第1モード前処理済信
号を入力として、信号最大値比較回路202では最大値
保持更新回路203で保持された最大値M1と入力信号
を比較して、入力信号が保持された最大値M1を越えて
いる場合には、現在保持している最大値を入力信号の値
に更新するように最大値保持更新回路203へ通知す
る。
下の場合には最大値をそのまま保持するように最大値保
持更新回路203へ通知する。最大値保持更新回路20
3は、信号最大値比較回路202の結果に従い最大値の
保持あるいは更新を行なうが、最大値リセット用タイマ
回路204からの出力信号が「1」の場合には、最大値
を「0」にリセットする。又、最大値が更新された場合
には、「1」の出力信号S1を最大値リセット用タイマ
回路へ送る。
値が保持されている継続時間をカウントする回路であ
る。時間カウントが、予めタイマ設定器841tで設定
された整定時間を越えた場合には、「1」の出力信号を
最大値保持更新回路203へ送る。又、最大値保持更新
回路203からの信号S1が「1」の場合には、最大値
が更新されたと判断して時間カウントを「0」リセット
し、再度カウントを始める。
は信号レベル比較回路841bへ送られる。信号レベル
比較回路841bでは、予めレベル設定器841fで設
定したレベル値Aと入力信号とを比較し、信号レベルが
レベルA以上の場合には「1」が、信号レベルがレベル
A未満の場合には「0」が信号レベル比較回路841b
から出力される。レベル設定器841fで設定されるレ
ベルAの値は発電機やタービンの回転軸の材料強度など
から決定される。
号が、予めタイマ設定器841sで設定された整定時間
Td2の間以上続いた場合に、軸ねじれ振動第1モード
の振幅の大きさが異常継続していると判断して「1」の
信号を出力する。その逆の場合には「0」を出力する。
間Td2は発電機やタービンの回転軸材料の寿命消費率
などから決定される。又、タイマ設定器841tで設定
されるカウント整定時間は、隣接する発電機と対象機の
軸系固有振動周波数の間のうなり周波数よりも長い時間
で設定する。以降の作用は第1の実施の形態と同様であ
る。
動振幅の最大値が現在保持している最大値を越えた場合
に順次最大値を更新し、その数値が軸材料強度などから
決定されるレベルを越えたことをもって軸ねじれ振動の
発散あるいは異常を判断することで、軸材料の強度ある
いは寿命消費に密接に関係する軸ねじれ振動の振幅から
装置の整定が容易にでき、又、軸ねじれ振動の振動振幅
の最大値更新周期をうなり周波数よりも長く設定するこ
とで、軸ねじれ振動信号にうなり成分があっても正確に
軸ねじれ振動の評価ができ、その結果、軸ねじれ共振の
検出ができる軸ねじれ振動監視保護装置を提供すること
ができる。
が、前記第10の実施の形態から第13の実施の形態の
複数の組み合わせで構成され、更に、前記発電機の運用
状態を示す外部信号を入力として、軸ねじれ振動の発生
信号(イベント記録起動信号)、警報信号又は前記発電
機を保護するためのトリップ信号のいずれかを任意の組
み合わせで出力することを特徴としている。
動評価手段の構成図である。同図は例として2つの軸ね
じれ振動モードを持つ発電機を対象としている。同図に
おいて、軸ねじれ振動評価手段84は、イベント記録起
動判定部300,第1モード振幅異常判定部301a,
第2モード振幅異常判定部301b、第1モード軸疲労
異常判定部302a,第2モード軸疲労異常判定部30
2b,第1モード発散判定部303a,第2モード発散
判定部303b,論理和回路304a,304b,30
5及び論理積回路306から構成される。
信号前処理手段83からの入力信号は、イベント記録起
動判定部300、第1モード振幅異常判定部301a,
第2モード振幅異常判定部301b,第1モード軸疲労
異常判定部302a,第2モード軸疲労異常判定部30
2b,第1モード発散判定部303a,第2モード発散
判定部303bの夫々に入力される。
ード成分及び第2モード成分の振幅が予め設定されたレ
ベルを越えた場合にイベント記録起動信号を出力する。
第1モード振幅異常判定部301aと第2モード振幅異
常判定部301bの作用は図14に示す請求項11の実
施の形態と同等の作用を有し、第1モード軸疲労異常判
定部302aと第2モード軸疲労異常判定部302bの
作用は図15に示す第12の実施の形態と同等の作用を
有し、第1モード発散判定部303aと第2モード発散
判定部303bの作用は図16に示す第13の実施の形
態と同等の作用を有する。
モード軸疲労異常判定部302aと第1モード発散判定
部303aの出力信号は論理和回路304aに入力さ
れ、その出力は第1モード判定結果として論理和回路3
05に送られる。同様に、第2モード振幅異常判定部3
01bと第2モード軸疲労異常判定部302bと第2モ
ード発散判定部303bの出力信号は論理和回路304
bに入力され、その出力は第2モード判定結果として論
理和回路305に送られる。
出力信号と発電機の運用状態を表す外部信号を入力とし
て、発電機が運転されている場合で、かつ、軸ねじれ振
動モードで振幅異常又は振動発散が発生している場合に
は、警報信号又は、発電機保護トリップ信号を出力す
る。
動の評価を行なうことで、軸ねじれ振動の異常あるいは
発散の検出精度を高めることができ、かつ、発電機の運
用状態を表す外部信号を評価結果の使用/不使用に利用
することで、軸ねじれ共振などの異常現象が発生しない
運用条件における軸ねじれ振動監視保護装置の不要動作
を防止することができ、信頼性を高めることができる。
8において、図20と同一機能部分については同一符号
を付して説明を省略する。本実施の形態では軸ねじれ振
動が軸系の寿命に影響する閾値に達するのを予測するよ
うにしたものである。
出し、軸に対して損傷を与えないようにしたものであ
り、そのために付加したものは将来振幅予測回路15で
ある。そしてその他の構成は図20と同様である。
電機軸系の軸ねじれ振動信号から軸ねじれ振動を分離
し、その振幅を検出し、更に振幅の傾きを検出し、ここ
で検出した振幅と検出した振幅の傾きとから将来の振幅
を予測して、その予測振幅が軸に損傷を与える閾値に達
したことをもって軸ねじれ共振現象を検出する。本実施
の形態によれば、軸ねじれ振動が軸系の寿命に影響する
閾値に達するのを予測して、軸ねじれ共振の発生を早期
に検出するため、軸に損傷を与えることがない。
しかし本実施の形態の特徴点は、軸ねじれ振動信号の振
幅の傾きを検出する手段として、振幅の傾きの1次微分
及び2次微分を検出するようにしたものであり、それ以
外は図18と同様である。
る将来までの時間をかけたものに、検出した現在の振幅
に加えることで、将来の振幅を1次近似で予測する。
又、上記の予測に、検出した2次微分に予測する将来ま
での時間を2回かけて2で割ったものを加えることで、
将来の振幅を2次近似で予測する。本実施の形態によれ
ば、2次近似で将来の振幅を予測するので、予測精度が
向上する。
一定の検出周期で軸ねじれ振動の振動振幅の大きさを検
出し、その増加傾向を連続的に振幅が拡大することをも
って軸ねじれ振動の発散あるいは異常を判断すること
で、軸材料の強度に密接に関係する軸ねじれ振動の振幅
から装置の整定が容易にでき、かつ、検出周期をうなり
周期とすることで軸ねじれ振動信号にうなり成分があっ
ても正確に軸ねじれ振動の評価ができ、軸ねじれ共振の
検出ができる軸ねじれ振動監視保護装置を提供すること
ができる。
保護装置の全体構成図。
成図。
分離手段の構成図。
前処理手段の構成図。
号前処理回路の構成図。
手段の構成図。
定回路の構成図。
号前処理回路の作用を説明する信号波形の図。
定回路の作用を説明する信号波形の図。
分分離手段のオブザーバの構成図。
信号前処理回路の構成図。
信号前処理回路の構成図。
散判定回路の構成図。
散判定回路の構成図。
散判定回路の構成図。
散判定回路の構成図。
評価手段の構成図。
構成図。
ステムの構成図。
波数 Z1,Z2,Z3 軸ねじれ振動モードの軸固有ダ
ンピング G1,G2,G3 検出点におけるΔωの軸ねじれ
振動モードのΔP応答倍率 Kf オブザーバフィードバックゲイン
Claims (2)
- 【請求項1】 タービン又はこのタービンに連結された
発電機の回転軸の回転数を検出する信号検出手段と、前
記信号検出手段の出力信号をもとに当該信号の振幅を検
出する手段と、前記検出した振幅の傾きを検出する手段
と、前記検出した振幅及び振幅の傾きから将来の振幅を
予測する手段と、前記予測した振幅値が所定の閾値に達
したことを判定する手段とを備えたことを特徴とする軸
ねじれ振動監視保護装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の軸ねじれ振動保護監視装
置において、軸ねじれ振動信号の振幅の傾きを検出する
手段が、前記振幅の傾きの1次微分及び2次微分を検出
する手段で構成されることを特徴とする軸ねじれ振動監
視保護装置。
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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Cited By (1)
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-
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山口博章,「関西電力株式会社総研報告」,第155−159頁 |
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