JP2000292252A

JP2000292252A - 軸ねじれ振動監視保護装置

Info

Publication number: JP2000292252A
Application number: JP11213193A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Tanomura; 顕一田能村; Yasuhiro Noro; 康宏野呂; Yoshitaka Sakaki; 吉孝榊; Yoichi Kamimura; 洋市上村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1999-02-02
Filing date: 1999-07-28
Publication date: 2000-10-20
Anticipated expiration: 2019-07-28
Also published as: JP3281333B2

Abstract

(57)【要約】【課題】軸ねじれ振動にうなり成分があっても、軸ね
じれ共振を正確に検出する。【解決手段】発電機又はタービンの回転軸の回転数を
信号検出手段８１にて検出し、その検出信号から、発電
機の回転軸の各固有振動周波数の振動成分信号を軸ねじ
れ振動成分分離手段８２と分離し、分離した軸ねじれ振
動成分毎に、振動成分の信号の一周期中の正の極値と負
の極値の差を取り出して前処理手段８３にて処理し、そ
れらの値に基づいて、発電機の軸ねじれ振動の発生又は
傾向を演算し、軸ねじれ振動評価手段８４にて評価し、
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。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軸ねじれ振動を検
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。

【０００２】

【従来の技術】図１９は、タービン発電装置１の有効電
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。

【０００３】直流送電システム５は変換器用変圧器５１
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。

【０００４】次に、図１９に示すシステムの動作につい
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。

【０００５】この直流電力は直流送電線を介してサイリ
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。

【０００６】上述したように、タービン発電装置の有効
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。

【０００７】これは軸ねじれ共振現象（以下、ＳＳＲ：
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。

【０００８】つまり、直流送電システムを含む電気回路
（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。

【０００９】実際にＳＳＲが発生し問題となった例は、
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ＳｑｕａｒｅＢｕｔｔｅ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。

【００１０】その後の検討で、これは直流送電と発電機
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 - TURBINE-
GENERATOR TORSIONAL INTERACTION AT SQUARE BUTTE,
IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,
Vol.PAS-99,No.3, May/June 1980

【００１１】このような軸ねじれ共振現象の対策として
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。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかし、軸ねじれ共振
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。

【００１３】本発明は上記課題を解決するためになされ
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。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
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、タービン及びこのタービンに連結された発電
機からなるタービン発電装置において、前記発電機又は
タービン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から、発電機の回転軸の各
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と、前記軸ねじれ振動成分分離手
段の各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
理手段と、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、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から
構成されていることを特徴とする。

【００１５】その作用は、発電機又はタービンの回転軸
の回転数を検出し、その検出信号から、発電機の回転軸
の各固有振動周波数の振動成分信号を分離し、分離した
軸ねじれ振動成分毎に、振動成分信号の振幅を取り出
し、それらの値に基づいて、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。

【００１６】［請求項２］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじれ
振動の信号検出手段が発電機の回転軸の軸伝達トルクを
検出する手段であることを特徴としている。

【００１７】［請求項３］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじれ
振動の信号検出手段が発電機の出力有効電力を検出する
手段であることを特徴としている。

【００１８】［請求項４］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじれ
振動の信号検出手段が発電機の端子電圧の周波数成分を
検出する手段であることを特徴としている。

【００１９】［請求項５］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記発電機の
回転軸の各固有振動周波数の振動成分信号を分離する軸
ねじれ振動成分分離手段がバンドパスフィルターである
ことを特徴としている。

【００２０】［請求項６］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記発電機の
回転軸の各固有振動周波数の振動成分信号を分離する軸
ねじれ振動成分分離手段が軸系の回転数と有効電力出力
を入力とする軸ねじれ振動のオブザーバであることを特
徴としている。

【００２１】［請求項７］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじれ
振動信号前処理手段が、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一周期中の正
の極値と負の極値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を特徴としてい
る。

【００２２】［請求項８］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじれ
振動信号前処理手段が、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を特徴
としている。

【００２３】［請求項９］記載の発電機の軸ねじれ振動
監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじれ
振動信号前処理手段が、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を特徴としている。

【００２４】［請求項１０］記載の発電機の軸ねじれ振
動監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじ
れ振動評価手段が、軸ねじれ振動信号前処理手段の出力
信号を入力として、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
ことを特徴としている。

【００２５】［請求項１１］記載の発電機の軸ねじれ振
動監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじ
れ振動評価手段が、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
段であることを特徴としている。

【００２６】［請求項１２］記載の発電機の軸ねじれ振
動監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじ
れ振動評価手段が、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
手段であることを特徴としている。

【００２７】［請求項１３］記載の発電機の軸ねじれ振
動監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじ
れ振動評価手段が、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
あることを特徴としている。

【００２８】［請求項１４］記載の発電機の軸ねじれ振
動監視保護装置は、［請求項１］において、前記軸ねじ
れ振動信号前処理手段の出力信号及び前記発電機の運用
状態を示す外部信号を入力とし、軸ねじれ振動の発生信
号（イベント記録起動信号）、軸ねじれ共振振動発生信
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。

【００２９】その作用は、軸ねじれ振動信号前処理手段
の出力信号及び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）、軸ねじれ共振振動発生信号、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。

【００３０】［請求項１５］記載の発電機の軸ねじれ振
動監視保護装置は、タービン及びこのタービンに連結さ
れた発電機からなるタービン発電装置において、前記発
電機又はタービン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。

【００３１】［請求項１６］記載の発電機の軸ねじれ振
動監視保護装置は、［請求項１５］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。

【００３２】

【発明の実施の形態】（第１の実施の形態）図１は本発
明の第１の実施の形態の軸ねじれ振動監視保護装置の構
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。

【００３３】図２は第１の実施の形態の信号検出手段の
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。

【００３４】図３は第１の実施の形態の軸ねじれ振動成
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。

【００３５】図４は第１の実施の形態の軸ねじれ振動信
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。

【００３６】図５は第１モード成分信号前処理回路８３
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。

【００３７】図６は第１の実施の形態の軸ねじれ振動評
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。

【００３８】図７は第１モード発散判定回路８４１の構
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。

【００３９】次に第１の実施の形態の作用について説明
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。

【００４０】軸ねじれ振動成分分離手段８２は信号検出
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。

【００４１】軸ねじれ振動信号前処理手段８３は、図８
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。

【００４２】次に、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（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））。

【００４３】連続増加回数カウント回路８４１ｃは今回
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））。

【００４４】夫々のモード成分毎に発散あるいは異常の
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。

【００４５】なお、対象とする発電機に隣接する発電機
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。

【００４６】本実施の形態によれば、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。

【００４７】なお、上記説明では信号レベル比較回路８
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。

【００４８】（第２の実施の形態）第２の実施の形態で
は、上記信号検出手段が、発電機の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。

【００４９】（第３の実施の形態）第３の実施の形態で
は、上記信号検出手段が、発電機の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。

【００５０】（第４の実施の形態）第４の実施の形態で
は、上記信号検出手段が、発電機の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。

【００５１】（第５の実施の形態）第５の実施の形態で
は、上記軸ねじれ振動成分分離手段が、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。

【００５２】（第６の実施の形態）第６の実施の形態で
は、上記軸ねじれ振動成分分離手段が、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。

【００５３】（第７の実施の形態）第７の実施の形態で
は、上記軸ねじれ振動信号前処理手段が、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。

【００５４】図１１は第７の実施の形態の軸ねじれ振動
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。

【００５５】次に作用について説明する。軸ねじれ振動
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。

【００５６】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。

【００５７】演算回路８３１ｄで算出した一周期の正負
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。

【００５８】（第８の実施の形態）第８の実施の形態で
は、上記軸ねじれ振動信号前処理手段が、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。

【００５９】図１２は第８の実施の形態の軸ねじれ振動
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。

【００６０】次に作用について説明する。軸ねじれ振動
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。

【００６１】（第９の実施の形態）第９の実施の形態で
は、上記軸ねじれ振動信号前処理手段が、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。

【００６２】（第１０の実施の形態）第１０の実施の形
態では、上記軸ねじれ振動評価手段が、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。

【００６３】図１３は第１０の実施の形態の軸ねじれ振
動評価手段を構成する第１モード発散判定回路８４１の
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。

【００６４】次に作用について説明する。軸ねじれ振動
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。

【００６５】軸ねじれ振動信号前処理手段８３の出力信
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。

【００６６】比較回路８４１ｑでは、今回検出した信号
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。

【００６７】（第１１の実施の形態）第１１の実施の形
態では、上記軸ねじれ振動評価手段が、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。

【００６８】図１４は第１１の実施の形態の軸ねじれ振
動評価手段を構成する第１モード発散判定回路８４１の
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。

【００６９】次に作用について説明する。軸ねじれ振動
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。

【００７０】軸ねじれ振動信号前処理手段８３の出力信
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。

【００７１】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。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。

【００７２】本実施の形態によれば、軸ねじれ振動の振
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。

【００７３】（第１２の実施の形態）第１２の実施の形
態では、上記軸ねじれ振動評価手段が、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。

【００７４】図１５は第１２の実施の形態の軸ねじれ振
動評価手段を構成する第１モード発散判定回路８４１の
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。

【００７５】次に作用について説明する。軸ねじれ振動
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。

【００７６】軸ねじれ振動信号前処理手段８３の出力信
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。

【００７７】信号積分回路２０１では入力信号を積分し
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。

【００７８】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。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。

【００７９】本実施の形態によれば、軸ねじれ振動の振
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。

【００８０】（第１３の実施の形態）第１３の実施の形
態では、上記軸ねじれ振動評価手段が、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。

【００８１】図１６は第１３の実施の形態の軸ねじれ振
動評価手段を構成する第１モード発散判定回路８４１の
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。

【００８２】次に作用について説明する。軸ねじれ振動
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。

【００８３】軸ねじれ振動信号前処理手段８３の出力信
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。

【００８４】逆に入力信号が現在保持している最大値以
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。

【００８５】最大値リセット用タイマ回路２０４は最大
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。

【００８６】最大値保持更新回路２０３の出力信号Ｍ１
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。

【００８７】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。

【００８８】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。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。

【００８９】本実施の形態によれば、軸ねじれ振動の振
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。

【００９０】（第１４の実施の形態）第１４の実施の形
態では、上記軸ねじれ振動評価手段が、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。

【００９１】図１７は第１４の実施の形態の軸ねじれ振
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。

【００９２】次に作用について説明する。軸ねじれ振動
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。

【００９３】イベント記録起動判定部３００は、第１モ
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。

【００９４】第１モード振幅異常判定部３０１ａと第１
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。

【００９５】論理積回路３０６は、論理和回路３０５の
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。

【００９６】本実施の形態によれば、複数の軸ねじれ振
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。

【００９７】（第１５の実施の形態）図１８は第１５の
実施の形態を示す構成図である。図１８において、図２
０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。

【００９８】その結果、軸ねじれ共振の発生を早期に検
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。

【００９９】次に作用について説明すると、タービン発
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。

【０１００】（第１６の実施の形態）本実施の形態にお
ける全体構成は図１８と同じである。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。

【０１０１】上記したように検出した１次微分に予測す
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。

【０１０２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
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。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態の軸ねじれ振動監視
保護装置の全体構成図。

【図２】本発明の第１の実施の形態の信号検出手段の構
成図。

【図３】本発明の第１の実施の形態の軸ねじれ振動成分
分離手段の構成図。

【図４】本発明の第１の実施の形態の軸ねじれ振動信号
前処理手段の構成図。

【図５】本発明の第１の実施の形態の第１モード成分信
号前処理回路の構成図。

【図６】本発明の第１の実施の形態の軸ねじれ振動評価
手段の構成図。

【図７】本発明の第１の実施の形態の第１モード発散判
定回路の構成図。

【図８】本発明の第１の実施の形態の第１モード成分信
号前処理回路の作用を説明する信号波形の図。

【図９】本発明の第１の実施の形態の第１モード発散判
定回路の作用を説明する信号波形の図。

【図１０】本発明の第６の実施の形態の軸ねじれ振動成
分分離手段のオブザーバの構成図。

【図１１】本発明の第７の実施の形態の第１モード成分
信号前処理回路の構成図。

【図１２】本発明の第８の実施の形態の第１モード成分
信号前処理回路の構成図。

【図１３】本発明の第１０の実施の形態の第１モード発
散判定回路の構成図。

【図１４】本発明の第１１の実施の形態の第１モード発
散判定回路の構成図。

【図１５】本発明の第１２の実施の形態の第１モード発
散判定回路の構成図。

【図１６】本発明の第１３の実施の形態の第１モード発
散判定回路の構成図。

【図１７】本発明の第１４の実施の形態の軸ねじれ振動
評価手段の構成図。

【図１８】本発明の第１５，第１６の実施の形態を示す
構成図。

【図１９】従来技術の発電装置から直流送電を行なうシ
ステムの構成図。

【図２０】従来技術の軸ねじれ振動検出装置の構成図。

【符号の説明】

１タービン発電装置２タービン３発電機４変圧器５直流送電システム５１，５４変換器用変圧器５２，５３サイリスタ変換器５５変換器制御装置、６相手交流系７他の交流電源装置８軸ねじれ振動監視保護装置１０回転数検出回路１０′ 軸ねじれ信号検出回路１１軸ねじれ振動成分分離回路１２振動振幅検出回路１３振幅傾き検出回路１４傾きレベル判定回路１４′ 振幅レベル判定回路１５将来振幅予測回路８１信号検出手段８２軸ねじれ振動成分分離手段８３軸ねじれ振動信号前処理手段８４軸ねじれ振動評価手段８１１回転数偏差検出回路８２１第１モード成分増幅回路８２２第２モード増幅回路８２ｍ第ｍモード増幅回路８３１第１モード成分信号前処理回路８３２第２モード成分信号前処理回路８３ｍ第ｍモード成分信号前処理回路８３１ａピーク値検出回路８３１ｂボトム値検出回路８３１ｃ１周期信号保持回路８３１ｄ，８３１ｉ演算回路８３１ｆ１周期前値保持回路８３１ｊ積分回路８３１ｋ全波整流回路８３１ｌローパスフィルター８４１第１モード発散判定回路８４２第２モード発散判定回路８４ｍ第ｍモード発散判定回路８４ｎ論理和回路８４１ａ信号サンプリング回路８４１ｂ信号レベル比較回路８４１ｃ連続増加回数カウント回路８４１ｄ回数比較回路８４１ｅ検出周期設定器８４１ｆレベル設定器８４１ｇ回数設定器８４１ｑ比較回路８４１ｐ前値保持回路８４１ｒタイマ回路８４１ｓ，８４１ｔタイマ設定器２００信号変換回路２０１信号積分回路２０２信号最大値比較回路２０３最大値保持更新回路２０４最大値リセット用タイマ回路３００イベント記録起動判定部３０１ａ第１モード振幅異常判定部３０１ｂ第２モード振幅異常判定部３０２ａ第１モード軸疲労異常判定部３０２ｂ第２モード軸疲労異常判定部３０３ａ第１モード発散判定部３０３ｂ第２モード発散判定部３０４ａ，３０４ｂ，３０５論理和回路３０６論理積回路 ΔＰe 有効電力変化入力 Δωg 回転数変化入力 Δωge 回転数変化推定値 ωm1，ωm2，ωm3 軸ねじれ振動モードの固有角周
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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者榊吉孝東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内 (72)発明者上村洋市東京都港区芝浦一丁目１番１号株式会社東芝本社事務所内Ｆターム(参考） 2G064 AA12 AB10 AB11 BA02 BD12 CC03 CC41 CC46 CC54 DD29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】タービン及びこのタービンに連結された
発電機からなるタービン発電装置において、前記発電機
又はタービン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から、発電機の回転軸
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と、前記軸ねじれ振動成分分
離手段の各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
号前処理手段と、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、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
段を有する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監視保護装
置において、信号検出手段が前記発電機の回転軸の軸伝
達トルクを検出する手段であることを特徴とする軸ねじ
れ振動監視保護装置。
【請求項３】請求項１記載の軸ねじれ振動監視保護装
置において、信号検出手段が前記発電機の出力有効電力
を検出する手段であることを特徴とする軸ねじれ振動監
視保護装置。
【請求項４】請求項１記載の軸ねじれ振動監視保護装
置において、信号検出手段が前記発電機の端子電圧の周
波数成分を検出する手段であることを特徴とする軸ねじ
れ振動監視保護装置。
【請求項５】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視装
置において、軸ねじれ振動成分分離手段がバンドパスフ
ィルターであることを特徴とする軸ねじれ振動監視保護
装置。
【請求項６】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視装
置において、軸ねじれ振動成分分離手段が、軸系の回転
数と有効電力出力を入力とする軸ねじれ振動のオブザー
バであることを特徴とする軸ねじれ振動監視保護装置。
【請求項７】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視装
置において、軸ねじれ振動信号前処理手段が、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
動信号の一周期中の正の極値と負の極値の大きさを連続
して取り出し、直前の検出値との差を積算する手段であ
ることを特徴とする軸ねじれ振動監視保護装置。
【請求項８】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視装
置において、軸ねじれ振動信号前処理手段が、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
手段であることを特徴とする軸ねじれ振動監視保護装
置。
【請求項９】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視装
置において、軸ねじれ振動信号前処理手段が、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を
特徴とする軸ねじれ振動監視保護装置。
【請求項１０】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視
装置において、軸ねじれ振動評価手段が、軸ねじれ振動
信号前処理手段の出力信号を入力として、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を特徴とする軸ねじれ振動監
視保護装置。
【請求項１１】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視
装置において、軸ねじれ振動評価手段が、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を特徴とする軸ねじ
れ振動監視保護装置。
【請求項１２】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視
装置において、軸ねじれ振動評価手段が、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を特徴とする軸ね
じれ振動監視保護装置。
【請求項１３】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視
装置において、軸ねじれ振動評価手段が、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を特徴とする軸ねじれ振
動監視保護装置。
【請求項１４】請求項１記載の軸ねじれ振動保護監視
装置において、前記軸ねじれ振動信号前処理手段の出力
信号及び前記発電機の運用状態を示す外部信号を入力と
し、軸ねじれ振動の発生信号（イベント記録起動信
号）、軸ねじれ共振振動発生信号、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
組み合わせて出力することを特徴とする軸ねじれ振動監
視保護装置。
【請求項１５】タービン及びこのタービンに連結され
た発電機からなるタービン発電装置において、前記発電
機又はタービン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１６】請求項１５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。