JP2012513024A - 回転機械のシャフト信号をモニターする方法およびシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、回転機械のシャフトに関連付けられたシャフト信号をモニターする方法およびそのためのシステムに関する。当該方法は、該シャフトに関連付けられた電圧信号を受信することを有し、該シャフトに関連付けられた電流信号を受信することを有し、受信した電圧信号および電流信号から、該機械に関する電圧データおよび電流データを決定することを有し、決定された電圧データおよび電流データの少なくとも一部をユーザーに提示することを有し、少なくとも決定された電圧データの傾向を定めて、少なくとも、該機械に関連付けられた電圧データの傾向を決定することを有し、かつ、故障状態が生じているかどうかを該電圧データおよび該電流データから決定し、それに応じて、警告信号またはそれに応じた状態を生成することを有する。
【選択図】図１

Description

発明の背景
本発明は、回転機械(rotating machine)のシャフトに関連付けられたシャフト信号をモニター（監視）する方法およびそのためのシステムに関する。

大型発電機といったような、シャフトを有する回転機械には、それに関連した様々な物理現象がしばしばあり、該物理現象は例えば、発電機内の磁力、または、タービンブレード上での蒸気の静的摩擦(static rubbing)などである。これらの物理現象は、しばしば、発電機のシャフト上での電圧の発生、そしてまた、それに沿って流れる電流を生じさせる。この電圧および電流の情報は、発電機の状態に関連付けられたデータを含んでいることが理解されるであろう。例えば、発電機のロータ、ステータ、および、フレームに関連するデータである。従来、これらの電圧および電流は、電圧ブラシおよび電流ブラシ（これらは発電機のシャフトの近くに取り付けられ、発電機のシャフトと接触するように配置されている）から取得されている。

回転機械の状態を評価する方法は、オフラインでのみ適用できることがしばしばであり、オンラインの方法は、高価な永久的に取り付けられるハードウェア、および、単一の情報しか見ることができない高価な解釈用ハードウェアを必要とする。

これに関して、本発明の目的は、少なくとも、より効率的におよびより高い費用効果で発電機などの回転機械のシャフト上の信号を解析することによって、回転機械の状態を決定(determine、測定して定める）することである。

発明の要旨
本発明の第一の態様に従って、回転機械のシャフトに関連付けられたシャフト信号をモニターするための方法が提供され、当該方法は、
該シャフトに関連付けられた電圧信号を受信することを有し、
該シャフトに関連付けられた電流信号を受信することを有し、
受信した電圧信号および電流信号から、該機械に関する電圧データおよび電流データを決定することを有し、
決定された電圧データおよび電流データの少なくとも一部をユーザーに提示することを有し、
少なくとも決定された電圧データの傾向を定めて(trending)、少なくとも、該機械に関連付けられた電圧データの傾向を決定することを有し、かつ、
故障状態が生じているかどうかを該電圧データおよび該電流データから決定し、それに応じて、警告信号またはそれに応じた状態を生成することを有する。

当該方法は、同期信号を受信して、受信した電圧データおよび電流データを付勢波形(energizing waveform)と同期させることを有してもよい。

当該方法は、決定された電流データをの傾向を定めて、少なくとも、該機械に関連付けられた電流データの傾向を決定することを有してもよい。

当該方法は、
上記シャフトに連結された少なくとも電圧ブラシから電圧信号を受信すること、および、
上記シャフトに連結された少なくとも電流ブラシから電流信号を受信すること
を有してもよい。

好ましい例示的な実施形態では、当該方法はオンラインで実行されてもよい。

受信した電圧信号からの電圧データの決定は、受信した電圧信号のＤＣ平均電圧およびＲＭＳ電圧を決定することを有してもよい。

当該方法は、受信した電圧信号の高調波成分を解析することを有してもよい。

当該方法は、電圧信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を取得することを有してもよい。

当該方法は、受信した電圧信号に関連付けられたＦＦＴ表示を生成および解析することを有してもよく、該ＦＦＴ表示は、受信した電圧信号の高調波成分を示す情報を有する。

当該方法は、電圧信号の周波数領域(frequency domain)の表示(representation)を決定することを有してもよい。

受信した電流信号からの電流データの決定は、受信した電流信号のＤＣ平均電流およびＲＭＳ電流を決定することを有してもよい。

電流データの決定は、散布プロット(scatter plot)を生成または更新することを有してもよい。

前記散布プロットは、該シャフト上に存在する信号の位相分解されたピーク値を表示するものであってもよい。

当該方法は、
暫定的な散布プロットを生成すること、および、
生成された暫定的な散布プロットを組み合わせて、一つの時間領域のキャプチャー(capture)を表示する最終的な散布プロットを作成すること
を有してもよい。

当該方法は、シャフトの実際の電圧信号および電流信号の数値表示、シャフトの未加工の電圧波形および電流波形、電圧ブラシから受信した電圧信号に関連付けられた高調波成分の情報、電流ブラシから受信した電流信号の散布プロット表示、ならびに警告事象および関連する故障の診断情報のうちの一つまたは組み合わせの形態で、電圧データおよび／または電流データをユーザーに表示することを有してもよい。

当該方法は、時間領域において低周波パルスの識別を行うこと、ならびに／あるいは、受信した電圧信号および／または電流信号に対して低周波高調波の解析を行うことを有してもよい。

当該方法は、高周波スペクトル解析を用いて該機械に関連付けられた問題を決定することを有してもよい。

当該方法は、ＲＭＳ平均の電圧および／または電流、ＤＣ平均の電圧および／または電流、信号の高調波、ならびに電圧信号および／または電流信号の散布プロットのうちの少なくとも一つまたは組み合わせを含む値を、データベース中に保存されている対応する警告値と比較することにより、故障状態が生じているかどうかを決定することを有してもよい。

該値と警告値との比較は、警告値の予め定められたレベルまたは閾値に対して該値を比較することを有してもよい。

当該方法は、
故障状態が生じる毎に記録を取ること、
その故障状態がデータベース中に定義されていない場合は、ユーザーに対してそれを報告または注意喚起すること、
特定の故障状態が二度目に生じたときに、その特定の故障状態の直前の発生から、定義されたホールドオフ時間が経過していれば、その故障状態を報告すること
を有してもよい。

本発明の第二の態様に従って、回転機械のシャフトに関連付けられたシャフト信号をモニターするためのシステムが提供され、当該システムは、
電圧受信モジュールを有し、該電圧受信モジュールは、該シャフトに連結された少なくとも電圧ブラシから電圧信号を受信するためのものであり、
電流受信モジュールを有し、該電流受信モジュールは、該シャフトに連結された少なくとも電流ブラシから電流信号を受信するためのものであり、
プロセッサを有し、該プロセッサは、受信した電圧信号および電流信号から、該機械に関する電圧データおよび電流データを決定するためのものであり、
データベースを有し、該データベースは、少なくとも決定された電圧データおよび電流データを保存することにより、少なくとも決定された電圧データの傾向を定めて、少なくとも、該機械に関連付けられた電圧データの傾向を決定するように構成されており、
ユーザーインターフェースを有し、該ユーザーインターフェースは、決定された電圧データおよび電流データの少なくとも一部をユーザーに提示するように構成されており、かつ、
警告モジュールを有し、該警告モジュールは、故障状態が生じているかどうかを該電圧情報および該電流情報から決定するように構成されており、該警告モジュールはさらに、故障の発生に応じて、警告信号またはそれに応じた状態を生成するように構成されている。

当該システムは、同期モジュールを有してもよく、該同期モジュールは、受信した電圧データおよび電流データを付勢波形(energising waveform)と同期させるものである。

当該システムは、データ更新モジュールを有してもよく、該データ更新モジュールは、データベース中のデータを更新するように構成されている。

該プロセッサは、受信した電圧信号についてＤＣ平均電圧およびＲＭＳ電圧を決定し、かつ、受信した電流信号についてＤＣ平均電流およびＲＭＳ電流を決定するように構成されていてもよい。

該プロセッサは、
電圧信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析を適用し、
電圧信号のＦＦＴ表示および高調波の傾向を生成し、該ＦＦＴ表示は、少なくとも、電圧信号の対応する高調波またはスペクトルを含み、かつ、
生成されたＦＦＴ表示を解析するように
構成されていてもよい。

該プロセッサはさらに、散布プロットを生成または更新するように構成されていてもよい。

該プロセッサは、ＥＭＩ（Electromagnetic Interference；電磁干渉）試験を用いて、該機械に関連付けられた問題を決定するように構成されていてもよい。

図１は、例示的な実施形態によるシステムの図式的なレベルブロック図を示す。 図２は、例示的な実施形態による方法のフロー図を示す。 図３は、時間領域(time domain)内の低周波パターンの一例を、グラフで表示した図である。 図４は、低周波高調波(harmonic)信号の一例を、グラフで表示した図である。 図５は、高周波スペクトル解析パターンの一例を、グラフで表示した図である。 図６は、付勢半波波形(energizing half waveforms)に対する、時間領域の高周波パターンの一例を、グラフで表示した図である。

好ましい実施形態の説明
以下の記載では、本開示の実施形態の完全な理解を提供するために、説明のために多くの具体的な詳細を示している。しかしながら、本開示がこれらの具体的な詳細を伴わずとも実施され得ることは当業者には明らかであろう。

図面の図１を参照すると、シャフト信号に基づいて回転機械の情報をモニターし、状態を測り定めるためのシステムが、全体として参照数字１０で示されている。当該システム１０は、新たなデータのモニタリングおよび記録（レコーディング）の両方、ならびに、既存の過去のデータセットの再生を提供する。一つの例示的な実施形態では、回転機械は発電機などを有する。

実例となる実施形態では、当該システム１０は、典型的に、３つのレベルの傾向を定めることを提供する。
ａ）２４時間保持される高解像度データ（典型的には２秒間隔）
ｂ）無期限に保持される中程度の解像度のデータ（間隔を設定可能 − 典型的には１５分）。例示的な実施形態では、当該システム１０は、約一年分相当のデータのみを扱うことができ、それより古いいかなるものも、手動で保管する必要がある。
ｃ）低解像度データ（典型的には２４時間間隔）

３つの傾向を定めるレベルのデータは、データベース中の３つの対応するデータファイル中に保存される（後述する）。

当該システム１０は、典型的に、当該システム１０によって実行されるべき機能タスクに対応した複数のコンポーネントまたはモジュールを有する。これに関して、本明細書の文脈において「モジュール」は、特定の機能、演算、処理または手続を達成するための、コード、計算上のもしくは実行可能な指示、データまたは計算オブジェクトの識別可能な部分を含むことが理解されるであろう。従って、モジュールはソフトウェアにおいて実装されている必要はなく、モジュールは、ソフトウェアにおいて、ハードウェアにおいて、またはソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにおいて実装されていてもよい。さらに、モジュールは必ずしも一つのデバイス中に統合されている必要はなく、複数のデバイスにわたっていてもよい。特に、当該システム１０は、電流受信モジュール１２、電圧受信モジュール１４、同期モジュール１５、警告モジュール１３、ユーザーインターフェース１８、更新モジュール２０およびデータベース１６を有する。

電流受信モジュール１２は、機械のシャフト（図示していない）に関連付けられた電流ブラシから電流信号を受信するように構成されており、一方、電圧受信モジュール１４は、機械のシャフトに関連付けられた電圧ブラシから電圧信号を受信するように構成されている。

当該システム１０は、受信した電圧信号および電流信号から機械に関する電圧データおよび電流データを決定するためのプロセッサ２４を有することが好ましい。

プロセッサ２４はまた、受信した電圧信号の高調波成分を解析するように構成されている。プロセッサ２４は、電圧信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を適用または取得するように構成されている。従って、プロセッサ２４は、電圧信号のＦＦＴ表示および高調波の傾向、電圧信号の高調波の周波数領域の表示、ならびに、より重要な高調波成分およびこれらの高調波の瞬間の値の表示を含む短期傾向の表示を生成するように構成されている。ＤＣ電圧およびＲＭＳ電圧に加えて、このデータは、典型的に、電圧データの一部分を形成することが理解されるであろう。ＦＦＴ表示は、典型的に、電圧信号の対応する高調波またはスペクトルであることに留意されたい。

電圧信号は、少なくとも１．５０ｋＨｚの周波数まで処理される。しかしながら、上限は１．５０ｋＨｚより高くてもよい。

プロセッサ２４はさらに、受信した電流信号について、ＤＣ平均電流およびＲＭＳ電流またはＲＭＳ平均電流を決定するように構成されている。プロセッサ２４はさらに、散布プロットを生成または更新するように構成されている（以下でより詳細に説明する）。散布プロットは、典型的に、位相分解した散布プロットである。これに関して、散布プロットは、シャフト上に存在するパルス事象の位相分解したピーク値を表示することに留意されたい。決定されたＤＣ平均電流およびＲＭＳ平均電流に加えて、電流データは、散布プロットまたはそれに関連付けられた情報を有してもよい。

当該システム１０は、同期モジュール１５がプロセッサ２４に十分な情報を提供することにより、電圧データおよび電流データが適切に位相分解され、かつ散布プロットが正しく作成されるように構成されている。

シャフトから受信した電圧信号および電流信号を調べるために、プロセッサ２４は、有利には、時間領域において低周波パルスの識別を実行するように構成されている。時間領域中の低周波パターンの例示的なイラストを図３に示している。プロセッサ２４は、時間領域中のパターンを解析し、かつ、少なくとも、ピーク／トラフ比、ピーク／平均比、ピークの周波数、ならびにピークの上昇および下降時間を特定または決定するように構成されている。

例示的な実施形態では、プロセッサ２４はまた、受信した電圧信号および／または電流信号に対して低周波高調波解析を実行するように構成されている。典型的な低周波高周波信号のイラストを図４に示している。低周波高調波解析は、特定の故障に関連付けられた高調波パターンを識別することにより個々の故障の場所を突き止めるために有利に使用される。以下に論じるように、故障のパターンはデータベース１６に保存されることが理解されるであろう。

例示的な実施形態では、プロセッサ２４はまた、高周波スペクトル解析を用いて、発電機に関連付けられた問題を決定するように構成されている。特に、プロセッサ２４は、ＥＭＩ（電磁干渉）試験を用いて、発電機に関連付けられた問題を決定するように構成されている。典型的な高周波スペクトル解析パターンのイラストを図５に示している。

プロセッサ２４はさらに、付勢半波波形(energizing half waveform)に対する高周波パターンの識別を用いて、少なくとも、発電機における故障を特定するように構成されていてもよい。従って、プロセッサ２４は、これを行うために、位相分解したパターンを利用してもよい。プロセッサ２４は、これを達成するために、同期モジュール１５の出力を必要とする。付勢半波波形に対する典型的な高周波パターンのイラストを図６に示している。

データベース１６は、決定された電圧および電流データを保存することにより、少なくとも決定された電圧データの傾向を定めて、少なくとも、発電機に関連付けられた電圧データの傾向を決定するように構成されていることに留意されたい。これらの傾向は、典型的に、データベース１５中の傾向記録に保存される。ＤＣ電流およびＲＭＳ電流もまた、データベース１６中で傾向を定められることに留意されたい。

電流受信モジュール１２中の獲得ユニットは、電流ブラシからのパルスを処理するように構成されている。獲得ユニットは、１５０ｋＨｚ〜２５０ＭＨｚの周波数応答を有する。

ユーザーインターフェース１８は、典型的にＧＵＩを有し、該ＧＵＩは、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、またはＰＤＡなどのモニターを通じてユーザーに表示可能なものである。従って、ユーザーインターフェース１８は、ユーザーからのデータを受信し、そしてまた、決定された電圧データおよび電流データの少なくとも一部をユーザーに提示するように構成されている。従って、ユーザーインターフェース１８は、シャフトの実際の電圧信号および電流信号の数値表示、生のシャフト電圧波形および電流波形、電圧ブラシから受信した電圧信号に関連付けられた高調波成分の情報、電流ブラシから受信した電流信号の散布プロット表示、ならびに警告事象および関連する故障の診断情報の形態で、電圧データおよび／または電流データをユーザーに表示するように構成されている（後述する）。ユーザーインターフェース１８によって表示される発電機に関する情報またはデータの大部分は、プロセッサ２４によって生成されることが理解されるであろう。

当該システム１０は、データ更新モジュール２０を有し、データ更新モジュール２０は、データベース１６中のデータを更新するように構成されている。このデータは、電流データおよび電圧データ、傾向のデータもしくは記録、または上述した任意のデータであってもよい。しかしながら、傾向データは、以前の電圧データおよび電流データから解釈されてもよいことに留意されたい。例示的な実施形態では、データ更新モジュール２０は、データベース中に保存されている特定の構成ファイルを更新するように構成されている。

例示的な実施形態では、ユーザーインターフェース１８は、発電機の指標となる情報の入力をユーザーに促し、それにより発電機を特定するように構成されている。従って、ユーザーインターフェース１８は、発電機もしくは発電所の名称、ユニット番号、または接地の構成などを含む情報の入力をユーザーに促すように構成されていてもよい。

当該システム１０は、モニタリングされている特定の発電機に関するあらゆる既存の過去の電圧データおよび／または電流データの傾向についてデータベース１６を検索するように構成されている。当該システム１０は、好都合には、格納されているあらゆる過去の傾向をデータベース１６から取り出し、ユーザーインターフェース１８を通じてそれをユーザーに提示するように構成されている。特定の例示的な実施形態では、ユーザーインターフェース１８は、読み取り専用の形式でユーザーに情報を提示する。

当該システム１０は、直近のキャプチャーについてのタイムスタンプを取得するように構成されている。

プロセッサ２４は、入力に応じて、適当な振幅スケーリング係数(amplitude scaling factors)を適用して、少なくとも受信した電圧信号に対するトランスデューサ係数(transducer factors)を相殺するように構成されていてもよい。その後、対応する電圧の時間領域の波形をユーザーインターフェース１８を通じてユーザーに提示してもよい。

説明を容易にするために、例示的な実施形態では、プロセッサ２４によって傾向を定められる（そしてデータベース１６中に保存される）値（５０Ｈｚの機械について）は、以下の通りである。
・電流ブラシＲＭＳ
・電流ブラシＤＣ
・電圧ブラシＲＭＳ
・電圧ブラシＤＣ
・電圧ブラシ２５Ｈｚ
・電圧ブラシ５０Ｈｚ
・電圧ブラシ１００Ｈｚ
・電圧ブラシ１５０Ｈｚ
・電圧ブラシ２００Ｈｚ
・電圧ブラシ２５０Ｈｚ
・電圧ブラシ３００Ｈｚ
・電圧ブラシ３５０Ｈｚ
・電圧ブラシ４００Ｈｚ
・電圧ブラシ４５０Ｈｚ
・電圧ブラシ５００Ｈｚ
・電圧ブラシ５５０Ｈｚ
・電圧ブラシ６００Ｈｚ
・電圧ブラシ６５０Ｈｚ
・電圧ブラシ７００Ｈｚ
・電圧ブラシ７５０Ｈｚ
・電圧ブラシ８００Ｈｚ
・電圧ブラシ８５０Ｈｚ
・電圧ブラシ９００Ｈｚ
・電圧ブラシ９５０Ｈｚ
・電圧ブラシ１０００Ｈｚ

５０Ｈｚ以外の周波数で作動する機械のためには、これらの値は適宜スケーリングされることに留意されたい。

上掲の電流ブラシおよび電圧ブラシは、それぞれ電流ブラシおよび電圧ブラシから受信される電流信号および電圧信号に関する。

上記のように、プロセッサ２４は、典型的に時間領域の波形または信号である電流信号を解析するように構成されている。そのため、プロセッサ２４は、電流信号にスケーリングを適用して変換係数を相殺し、かつ、対応する散布プロットを生成し、それをユーザーインターフェース１８を通じてユーザーに表示するように構成されている。更新モジュール２０は、データベース１６中の散布プロットの記録を更新するように構成されている。

各散布プロットは、ある期間にわたって集められ、重ね合わせられた時間領域の結果のグラフでの表示であることが理解されるであろう。散布プロットは三次元であり、水平軸は、２０ミリ秒間の幹線(mains)の波形の期間を表す。垂直軸は信号の振幅を表す。イメージ強度(image intensity)の軸は、類似の事象の回数を表す。典型的に、散布プロットは、時間領域の波形の振幅レベルを表す多くのドットから構成される。各ドットの色は、そのような発生の回数を表す。

当該システム１０によって取得される各時間領域のキャプチャーは、プロセッサ２４によって解析され、同期モジュール１５に対して照合されて、例えば１ビットの強度の解像度を有する暫定的な散布プロットが作成される。次に、多く（典型的には２４０個）のこれらの暫定的な散布プロットが組み合わされて、最終的な散布プロットが作成され、それがユーザーインターフェース１８によって表示される。この最終的な散布プロットは、８ビットの強度の解像度を有する。暫定的な散布プロットは、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）の原理でローカルメモリに保存されるため、最終的な散布プロットは常に、最新の結果を含む。

当該システム１０によって取得される各時間領域の電流ブラシの波形は、下記のようにプロセッサ２４によって処理されて、暫定的な散布プロットが作成される。この波形中に表示されるミリ秒の最初の数は、抽出された一つの付勢波形のサイクルの継続期間に対応する。このデータは、散布プロット上で利用可能であるよりも高い水平解像度を有する。そのため、時間領域の波形上のいくつかの点が、散布プロットの単一の「時間スライス」で表される。

散布プロットの一つの時間スライス、および、それに位置している時間領域のキャプチャー中の対応する点のサブセットを考慮すれば、散布プロットの時間スライスは、多くの垂直分割を含んでいる。それらの分割のそれぞれについて、時間領域の波形のサブセットがその振幅において点を有しない場合には値０がプロセッサ２４によって与えられ、時間領域の波形のサブセットがその振幅において1つ以上の点を有する場合には値１が与えられる。

暫定的な散布プロットの各時間スライスについてこれが繰り返される。その結果は、一つの時間領域のキャプチャーのみを表示する散布プロットである。各位置において、暫定的な散布プロットは最小値０、最大値１を有する。

実例となる実施形態では、当該システム１０は、データのキャプチャーまたは受信の日付が変わっているかどうかをモニタリングし、変わっている場合には、データベース１６中にデータを記録するための新たなファイル構造を作成する。ファイルセットの大きさを管理可能なものに保つために、これは、典型的に、２４時間毎に行われる。従って、プロセッサ２４は、データベース１６中の高解像度の傾向の記録のサイズを管理するように構成されている。

更新モジュール２０は、最新のＤＣ、ＲＭＳおよび電圧ブラシの高調波の値を、高解像度の傾向のファイルに追加するように構成されている。

中程度の解像度の傾向データのファイルへの入力が為される毎に、データの全セット（電圧ブラシの時間領域および高調波の形跡（harmonic traces)）、それに加えて電流ブラシの散乱(scatter)）がデータベース１６中に記録されることに留意されたい。

そのような記録事象は、例えば以下の時に生じ得る。
ａ）中程度の解像度のデータのために定められた記録間隔に達した時。
ｂ）以下に概説するように、報告すべき故障が生じた時。

データのキャプチャーの日付が翌日に続く場合、プロセッサ２４は、ＲＭＳ、ＤＣおよび電圧ブラシの高調波の値についてデルタ値を計算する。

警告モジュール１３は、典型的に、故障状態が生じているかどうかを電圧および電流の情報から決定するように構成されており、警告モジュール１３はさらに、故障の発生に応じて、警告信号またはそれに応じた状態を生成するように構成されている。例示的な実施形態では、警告モジュール１３は、ＲＭＣ、ＤＣおよび電圧ブラシの高調波のレベルを、例えばデータベース１６中の警告構成ファイル中に保存されている対応する警告レベルもしくは閾値に対して比較するように構成されている。最近の警告事象が、その警告のあり得る原因の示唆と共に、ユーザーインターフェース１８を通じてユーザーに表示されることに留意されたい。

好ましい例示的な実施形態では、警告構成ファイルは、既知の故障状態のルックアップテーブルの形態であるか、またはそれを含み、既知の故障状態は、特定の状態が故障状態であるかどうかを決定するために、高調波成分の観点から定義されている。警告モジュール１３は、ルックアップテーブル中に保存されているパターンとの高調波パターンの識別を利用して故障を識別してもよい。

新たな故障状態は、有利には、データベース１６中の故障テーブル中に保存され得る。適用できる場合、プロセッサ２４はまた、デルタ値を、対応する警告レベルまたは閾値と比較する。

警告構成ファイルまたはルックアップテーブルは、比較すべき各鍵(key)となる値（典型的には、決定された電圧データおよび電流データの少なくとも特定の要素）について、「橙色」および「赤色」の閾値レベルを含む。各鍵となる値は、それらに対して比較され、例えば、緑色、橙色または赤色として評価される。橙色または赤色である鍵となる値は、一緒にグループ化されて、リストを形成する。このリストは、データベース１６中に保存されている既知の故障の定義リストに対して比較される。目下のリストがいずれかの故障定義リストまたはその中のエントリーに一致する場合、故障のあり得る原因のリストがデータベース１６から取得され、ユーザーに提示される。目下のリストがデータベース１６中に含まれていない場合、「未知の故障」という結果がユーザーに返される。

好ましい例示的な実施形態は、故障が生じる毎に、その故障の発生の回数の記録が取られるという細分性(refinement)を特徴とする。それが新たな故障である場合、ユーザーに報告または注意喚起される。二度目に同じ故障が生じたときに、直前の発生から、定義されたホールドオフ時間が経過している場合にのみそれが報告される。同じ故障が生じる毎に、その故障のためのホールドオフ時間は動的に調整される。そのため、短い時間枠で生じる重複する故障は報告されない。特定の故障が持続する場合、そのホールドオフ時間は２４時間の限度まで増加する。その故障がその後停止すれば、そのホールドオフ時間は、デフォルトに戻るように徐々に減少する。

報告された警告が生じたとき、それは更新モジュール２０によって警告ログファイルに入力され、かつ、メインの中程度の解像度の傾向ファイルにエントリーされる。データの全セット（電圧ブラシの時間領域および高調波の形跡、それに加えて電流ブラシの散乱）もまたデータベース１６中に記録される。これは、定期的な設定された間隔の記録に加えての、データログへの付加的なエントリーを構成する。

記録されるべき警告が生じた場合、または予定されている記録間隔に達した場合、更新モジュール２０は、最新の散布プロット、電圧ブラシの時間領域の波形およびスペクトルを含む最新のデータをデータベース１６に保存するように構成されている。

多くの故障が、上述の高調波パターンの識別に基づいて識別可能であり得る。発電機について、それらの故障は、例えば、ロータのたるみ、ロータの磁気的非対称、ロータ保護装置の問題、ステータの磁気回路内の問題、機械内部からの任意の大きなスパーク、セグメント化されたパンチングの使用、ステータの積層におけるジョイント、ロータの偏心、ステータコアの分裂、ロータコアの分裂、ステータのたるみ、透過度が異なるステータセグメントの使用、コアの非対称なスタッキング、不均一な間隔で配置された軸冷却用ダクト、タービンにおける蒸気の問題、ベアリングからのスパーク、漂遊磁束の不均衡、ロータの接地の故障、または励磁機の問題などである。

当該システム１０は、目下のデータのライブのキャプチャーおよび表示、あるいは以前にキャプチャーしたデータの再生および表示のいずれかを可能にするように構成されていてもよい。

本発明をこれより図２を参照して使用について説明する。図２に示す例示的な方法のフロー図を図１を参照して説明するが、該例示的な方法は、（示していない）他のシステムについても同様に適用可能であり得ることを理解するべきである。

図２では、例示的な実施形態による方法のフロー図は全体として参照数字３０によって示されている。

方法３０は、ブロック３２において、電圧受信モジュール１４により、シャフトに連結された電圧ブラシから電圧信号を受信することを有する。

同様に、方法３０は、ブロック３４において、電流受信モジュール１２により、シャフトに連結された電流ブラシから電流信号を受信することを有する。該方法のブロック３２のステップとブロック３４のステップとは同時に起こってもよいし、あるいは並列的に起こってもよいことが理解されるであろう。

電圧信号および電流信号を受信したら、方法３０は、ブロック３６において、プロセッサ２４により、上述したようにして、受信した電圧信号および電流信号から、モニタリングしている発電機に関する電圧データおよび電流データを決定することを有する。従って、方法３０はまた、このデータを同期モジュール１５の出力に対して照合することを有する。これは、同期信号を受信して、受信した電圧データおよび電流データを付勢波形と同期させることを有してもよい。

方法３０はまた、上述したようにして、ＤＣおよびＲＭＳの電圧および電流を決定することを有する。方法３０はまた、上述したようにして、電圧信号に対してＦＦＴを実行すること、および、電流信号について散布プロットを生成または処理することを有する。

方法３０はその後、ブロック３８において、決定された電圧データおよび電流データの少なくとも一部を、ユーザーインターフェース１８を通じてユーザーに提示することを有する。ユーザーは、当該システム１０により提示された情報から、機械（発電機）の状態を評価できることに留意されたい。

方法３０はまた、ブロック４０において、少なくとも決定された電圧データの傾向を定めて、少なくとも、機械に関連付けられた電圧データの傾向を決定することを有する。方法３０は、典型的に、データベース１６中の決定された電圧データと電流データの両方の傾向を定めることを有する。ユーザーは、任意には、データベース１６からの傾向付け情報もしくはデータを、ユーザーインターフェース１８を通じて取得できる。

好ましい例示的な実施形態では、方法３０は、ブロック４２において、電圧データおよび電流データから、故障状態が生じているかどうかを決定すること、および、警告モジュール１３により、上述したようにしてそれに応じた警告信号またはそれに応じた状態を生成することを有する。従って、例示的な実施形態では、方法３０は、ＲＭＳ、ＤＣおよび電圧ブラシの高調波のレベルを、データベース１６中に保存されている対応する警告レベルまたは閾値と比較することを有する。適用できる場合、方法３０は、デルタ値を、対応する警告レベルまたは閾値と比較することを有する。警告が生じた場合、あるいは予定された記録間隔に達した場合、該方法は、最新の決定された電流データおよび電圧データをデータベース１６に保存することを有し、該データは、とりわけ、電圧ブラシの時間領域および高調波の形跡、それに加えて電流ブラシの散乱、それに加えて中程度の解像度の傾向ファイル中のエントリーを有する。

例示的な実施形態では、再生モードのときに、該方法は、記録モードについて上述したやり方と同様にして、発電機の指標となる情報の入力をユーザーインターフェース１８を通じてユーザーに促すことを有する。

該方法は、上述したのと同様のやり方で、任意の既存の過去の傾向についてデータベース１６を検索することを有する。これもまた記録モードと同様に、該方法は、データベース１６から、任意の格納されている任意の過去の傾向を取得し、それをユーザーインターフェース１８を通じてユーザーに提示することを有する。

該方法は、読み取り専用の形式でユーザーに、関連性のある構成情報を提示することを有する。

該方法はまた、ファイルセット中の現在の再生位置に一致する時間領域の電圧ブラシの記録を、ユーザーインターフェース１８を通じてユーザーに提示することを有する。

該方法は、ファイルセット中の現在の再生位置に一致する電圧ブラシの高調波の記録をユーザーに提示することを有してもよい。

該方法は、ファイルセット中の現在の再生位置に一致する傾向ファイル中の位置からの電流および電圧のＲＭＳ値およびＤＣ値をユーザーに提示することを有してもよい。

該方法は、ファイルセット中の現在の再生位置に一致する散布プロットをユーザーに提示することを有してもよい。該方法はまた、ファイルセット中の現在の再生位置の直近の最も最近の警告事象（警告ログファイルからのもの）をユーザーに提示することを有してもよい。再生モードに対応するステップの少なくとも一部は、予め定められた間隔またはユーザーが選択可能な間隔で繰り返されてもよい。

該方法は、未加工の時間領域の波形を表示することを有してもよく、該波形は、記録の時点において、変換係数のスケーリングについて補正されたものである。

該方法は、電流および電圧のＲＭＳ成分とＤＣ成分の両方の平均値およびピーク値、ならびに最近の警告事象の要約を表示するフィールドを更新することを有してもよい。

該方法は、典型的には以下の成分を有する表示をユーザーに提示することを有してもよい。
ａ）電圧ブラシの波形の時間領域の表示
ｂ）電圧信号の高調波の周波数領域の表示
ｃ）電流ブラシからの信号の散布プロット
ｄ）より重要な高調波成分を表示する短期の傾向のウインドウ
ｅ）ｄ）の量の瞬間の値の表示

上述の発明は、回転機械のシャフト信号を解析することにより回転機械の状態のモニタリング情報を提供する、より簡便な方法を提供する。上述のシステムは、電圧ブラシからの個々の高調波の傾向を有利に表示することができる。

Claims (29)

1. 回転機械のシャフトに関連付けられたシャフト信号をモニターするための方法であって、当該方法は、
   該シャフトに関連付けられた電圧信号を受信することを有し、
   該シャフトに関連付けられた電流信号を受信することを有し、
   受信した電圧信号および電流信号から、前記機械に関する電圧データおよび電流データを決定することを有し、
   決定された電圧データおよび電流データの少なくとも一部をユーザーに提示することを有し、
   少なくとも決定された電圧データの傾向を定めて、少なくとも、該機械に関連付けられた電圧データの傾向を決定することを有し、かつ、
   故障状態が生じているかどうかを該電圧データおよび該電流データから決定し、それに応じて、警告信号またはそれに応じた状態を生成することを有する、
   前記方法。
2. 当該方法が、同期信号を受信して、受信した電圧データおよび電流データを付勢波形と同期させることを有する、請求項１記載の方法。
3. 当該方法が、決定された電流データの傾向を定めて、少なくとも、該機械に関連付けられた電流データの傾向を決定することを有する、請求項１または２記載の方法。
4. 当該方法が、
   上記シャフトに連結された少なくとも電圧ブラシから電圧信号を受信すること、および、
   上記シャフトに連結された少なくとも電流ブラシから電流信号を受信すること
   を有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
5. 当該方法がオンラインで実行される、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
6. 受信した電圧信号からの電圧データの決定が、受信した電圧信号のＤＣ平均電圧およびＲＭＳ電圧を決定することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
7. 当該方法が、受信した電圧信号の高調波成分を解析することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
8. 当該方法が、電圧信号の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を取得することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
9. 当該方法が、受信した電圧信号に関連付けられたＦＦＴ表示を生成および解析することを有し、該ＦＦＴ表示が、受信した電圧信号の高調波成分を示す情報を有する、請求項７または８記載の方法。
10. 当該方法が、電圧信号の周波数領域の表示を決定することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
11. 受信した電流信号からの電流データの決定が、受信した電流信号のＤＣ平均電流およびＲＭＳ電流を決定することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
12. 電流データの決定が、散布プロットを生成または更新することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
13. 散布プロットが、該シャフト上に存在する信号の位相分解されたピーク値を表示するものである、請求項１２記載の方法。
14. 当該方法が、
    暫定的な散布プロットを生成すること、および、
    生成された暫定的な散布プロットを組み合わせて、一つの時間領域のキャプチャーを表示する最終的な散布プロットを作成すること
    を有する、請求項１２または１３記載の方法。
15. 当該方法が、シャフトの実際の電圧信号および電流信号の数値表示、シャフトの生の電圧波形および電流波形、電圧ブラシから受信した電圧信号に関連付けられた高調波成分の情報、電流ブラシから受信した電流信号の散布プロット表示、ならびに警告事象および関連する故障の診断情報のうちの一つまたは組み合わせの形態で、電圧データおよび／または電流データをユーザーに表示することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
16. 当該方法が、時間領域において低周波パルスの識別を行うこと、ならびに／あるいは、受信した電圧信号および／または電流信号に対して低周波高調波の解析を行うことを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
17. 当該方法が、高周波スペクトル解析を用いて該機械に関連付けられた問題を決定することを有する、先行する請求項のいずれか１項記載の方法。
18. 当該方法が、ＲＭＳの電圧および／または電流、ＤＣ平均の電圧および／または電流、信号の高調波、ならびに電圧信号および／または電流信号の散布プロットのうちの少なくとも一つまたは組み合わせを含む値を、データベース中に保存されている対応する警告値と比較することにより、故障状態が生じているかどうかを決定することを有する、請求項６〜１７のいずれか１項記載の方法。
19. 該値と警告値との比較が、警告値の予め定められたレベルまたは閾値に対して該値を比較することを有する、請求項１８記載の方法。
20. 当該方法が、
    故障状態が生じる毎に記録を取ること、
    その故障状態がデータベース中に定義されていない場合は、ユーザーに対してそれを報告または注意喚起すること、
    特定の故障状態が二度目に生じたときに、その特定の故障状態の直前の発生から、定義されたホールドオフ時間が経過していれば、その故障状態を報告すること
    を有する、請求項１８または１９記載の方法。
21. 回転機械のシャフトに関連付けられたシャフト信号をモニターするためのシステムであって、当該システムは、
    電圧受信モジュールを有し、該電圧受信モジュールは、該シャフトに連結された少なくとも電圧ブラシから電圧信号を受信するためのものであり、
    電流受信モジュールを有し、該電流受信モジュールは、該シャフトに連結された少なくとも電流ブラシから電流信号を受信するためのものであり、
    プロセッサを有し、該プロセッサは、受信した電圧信号および電流信号から、該機械に関する電圧データおよび電流データを決定するためのものであり、
    データベースを有し、該データベースは、少なくとも決定された電圧データおよび電流データを保存することにより、少なくとも決定された電圧データの傾向を定めて、少なくとも、該機械に関連付けられた電圧データの傾向を決定するように構成されており、
    ユーザーインターフェースを有し、該ユーザーインターフェースは、決定された電圧データおよび電流データの少なくとも一部をユーザーに提示するように構成されており、かつ、
    警告モジュールを有し、該警告モジュールは、故障状態が生じているかどうかを該電圧情報および該電流情報から決定するように構成されており、該警告モジュールはさらに、故障の発生に応じて、警告信号またはそれに応じた状態を生成するように構成されている、
    前記システム。
22. 当該システムが、同期モジュールを有し、該同期モジュールは、受信した電圧データおよび電流データを付勢波形と同期させるものである、請求項２１記載のシステム。
23. 当該システムが、データ更新モジュールを有し、該データ更新モジュールは、データベース中のデータを更新するように構成されている、請求項２１または２２記載のシステム。
24. 該プロセッサが、受信した電圧信号についてＤＣ平均電圧およびＲＭＳ電圧を決定し、かつ、受信した電流信号についてＤＣ平均電流およびＲＭＳ電流を決定するように構成されている、請求項２１〜２３のいずれか１項記載のシステム。
25. 該プロセッサが、
    電圧信号に対して高速フーリエ変換（ＦＦＴ）解析を適用し、
    電圧信号のＦＦＴ表示および高調波の傾向を生成し、該ＦＦＴ表示は、少なくとも、電圧信号の対応する高調波またはスペクトルを含み、かつ、
    生成されたＦＦＴ表示を解析するように
    構成されている、請求項２１〜２４のいずれか１項記載のシステム。
26. 該プロセッサはさらに、散布プロットを生成または更新するように構成されている、請求項２１〜２５のいずれか１項記載のシステム。
27. 該プロセッサは、ＥＭＩ（電磁干渉）試験を用いて、該機械に関連付けられた問題を決定するように構成されている、請求項２１〜２６のいずれか１項記載のシステム。
28. 添付の図面を参照して明細書に実質的に記載されている方法。
29. 添付の図面を参照して明細書に実質的に記載されているシステム。

Images