JPH10197404A - ディーゼル発電機異常監視装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 重大な事故の兆候を早期に検出し、軽微なう
ちに適切な対策をとって影響を最小限に抑えられるよう
にする。 【解決手段】 ディーゼル発電機の各サブシステムに取
りつけられ、振動、温度、出力、周波数の状態量および
運転開始・停止を検出する検出装置と、検出装置で検出
した信号を取り込んでディーゼル発電機の状態を解析
し、解析したデータと標準データとを比較してディーゼ
ル発電機の状態を判断する演算装置と、演算装置がディ
ーゼル発電機の状態を異常と判断したとき警報を発する
警報装置と、演算装置で解析した結果を出力する出力装
置とを備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、種々の目的を持っ
たプラントに電源を供給するディーゼル発電機、非常用
ディーゼル発電機および種々の目的を持ったディーゼル
機関に係り、 原子力発電所、研究用原子炉施設、原子力関連施設
（原子燃料製造施設、廃棄物処理施設、放射性物質を取
り扱う施設等）における外部電源喪失時の電源供給や定
常時に電源を供給する施設 船舶用ディーゼル機関、船舶用ディーゼル発電機 化学プラントに使用するディーゼル機関、ディーゼル
発電機 その他、ディーゼル機関やディーゼル発電機を使用す
る施設 等に利用可能なディーゼル発電機異常監視装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】各種産
業用に使用されているディーゼル機関およびディーゼル
発電機（常用、非常用ディーゼルおよび常用、非常用デ
ィーゼル発電機）はプラントを維持するのに必要なシス
テムとして組み込まれ、このシステムは必要な時に正常
な機能を供給できるように確保しておく必要がある。従
来の非常用ディーゼル発電機の信頼性確保は定期検査や
定期的に実施する無負荷運転で発電機および機関が正常
であることを確認している。しかし、微妙な異常兆候を
検出し、プロセス計装または保守員の経験で機関の異常
を早期に発見することは極めて難しい。この兆候を早期
に検出し、故障が発生する前に保全する予防保全が発電
機の高信頼性を確保する上で重要である。

【０００３】本発明は、上記課題を解決するためのもの
で、重大な事故の兆候を早期に検出し、軽微なうちに適
切な対策をとって影響を最小限に抑えることが可能なデ
ィーゼル発電機異常監視装置を提供することを目的とす
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、ディーゼル発
電機の各サブシステムに取りつけられ、振動、温度、出
力、周波数の状態量および運転開始・停止を検出する検
出装置と、検出装置で検出した信号を取り込んでディー
ゼル発電機の状態を解析し、解析したデータと標準デー
タとを比較してディーゼル発電機の状態を判断する演算
装置と、演算装置がディーゼル発電機の状態を異常と判
断したとき警報を発する警報装置と、演算装置で解析し
た結果を出力する出力装置とを備えたことを特徴とす
る。

【０００５】また、本発明は、前記演算装置は計測タス
ク、解析・監視タスクとモニタタスクのマルチタスク処
理手段および各タスクの共有メモリから構成され、前記
計測タスクは、ディーゼル発電機の運転・停止を判断す
る機能、検出装置からの信号を指定した時間毎に計測す
る機能、計測結果を共有メモリに格納する機能、及び計
測結果を解析・監視タスクへ実行要求する機能を備え、
前記解析・監視タスクは、解析の実行要求の有無を判断
する機能、計測結果と比較するための基準位置を計算す
る機能、計測結果を解析する機能、解析結果を共有メモ
リに格納する機能、解析結果を標準データと比較判断す
る機能、及び比較判断結果が異常であることを条件にモ
ニタタスクへ通信する機能を備え、前記モニタタスク
は、計測タスク起動処理、解析・監視タスク起動処理、
メイン画面表示処理、イベント発生判断機能、終了イベ
ントが発生したときの計測タスク停止処理、解析と監視
タスクの停止処理、共有メモリ開放処理をする機能、ト
レンドイベント発生したときのトレンド表示処理機能、
ファイルイベント発生したときのファイル管理処理機
能、印刷イベント発生時の印刷処理機能、ヘルプイベン
ト発生時のヘルプ表示処理機能、警報発生の判断と警報
発令機能、ディーゼル発電機の起動・停止の判断と起動
表示、停止表示機能とを備えたことを特徴とする。ま
た、本発明は、前記検出装置は、ディーゼル発電機の複
数のシリンダ頭部に設置してある複数の吸気弁および排
気弁が閉時に発生する振動を検出し、前記演算装置は、
検出した振動に基づいて振動の振幅増減、周波数特性、
吸排気弁の閉じタイミング角度を解析することを特徴と
する。また、本発明は、振動の最大振幅を検出して、そ
の検出角度をタイミング角度とすることを特徴とする。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。一般に、ディーゼル発電機監視装置は、振
動、温度、電圧、電流、電力、周波数の変動に着目し、
これらの状態量を連続的に監視することにより、異常兆
候を早期に検出するものである。本発明の異常監視装置
は、各検出器からの信号をオンラインで計測して信号処
理結果を表示し、警報を発する構造である。また、エン
ジン回転数、バルブ閉タイミング、振動レベル、排気温
度上昇、発電機出力についての信号解析結果を定められ
たアラームレベル（標準データ）と比較することで異常
の判断を行う機能を有し、そのデータの表示はリアルタ
イムあるいはハードディスクのデータファイルからもで
きるものである。

【０００７】まず、図１により非常用ディーゼル発電機
異常監視センサの配置について説明する。図１は、セン
サ配置を分かり易くするために非常用ディーゼル発電機
１を、ディーゼル機関本体１ａ、、フライホイール１
ｂ、過給機１ｃ，１ｄ、発電機軸受１ｅ、発電機本体１
ｆの各要素に分解して示したものである。

【０００８】ディーゼル機関本体１ａの側面の位置Ａに
は、２つの圧電型振動加速度計が設置され、ディーゼル
機関本体の振動状態を計測し、計測結果から微妙な異常
兆候を検出する。位置Ｂ（動部機構位置）には、２シリ
ンダに対して１つの圧電型振動加速度計が、反対面側も
含めて合計６個設置され、吸排気弁異常、タイミング計
測、動弁機構の異常検出、定期検査後の正常確認を行
う。位置Ｃ（排気弁位置）には、各シリンダー毎に排気
口に反対面も含めて熱電対が合計１２個設置され、シリ
ンダー内での燃焼状態の監視を行い、また、フライホイ
ール近傍には光電検出器が設置されて、基準となるシリ
ンダピストンの上死点パルスを検出し、各ピストンの基
準位置の計算に使用しており、また、発電機の回転数を
検出し、回転数の異常をも検出している。また、図示を
省略するが、接点を設置して接点の開閉信号により、デ
ィーゼル機関の運転／停止信号を生成している。

【０００９】過給機１ｃ，１ｄの位置Ｅ、Ｈにはそれぞ
れ圧電型振動加速度計が設置され、高速回転における振
動を検出して、アンバランス、軸受の損傷等の不具合を
検出し、位置Ｆ、Ｇにはそれぞれ３つの熱電対が設置さ
れて入口／出口排気温度を検出してタービンブレードの
動作条件を満足していることの監視を行っている。

【００１０】発電機軸受１ｅの位置Ｊ、発電機本体１ｆ
の位置Ｋには、それぞれ圧電型振動加速度計が設置さ
れ、発電機コイル軸受の異常振動を検出する。発電機本
体１ｆの位置Ｌ（例えば、コイル内部）には、３つの測
温抵抗体が設置され、発電機コイルにＢ種絶縁材が使用
されていることから、設計温度以内にあるか否かを監視
し、また、出力部にはシャント抵抗を接続して発電機の
周波数、電力、電圧、電流を監視している。

【００１１】次に、このようなセンサー配置によるディ
ーゼル発電機の異常監視装置のハードウエア構成を説明
する。本発明の監視装置の基本構成は、図２に示すよう
に、例えば、非常用ディーゼル発電機１に設置した検出
装置（振動検出装置２、温度検出装置３、発電機出力検
出装置４、上死点検出装置５、回転検出装置６、運転停
止検出装置７）、信号収集装置８、演算装置１０、表示
装置１５、警報装置１６、プリンター装置１７から構成
され、それらは信号線９および１８〜２３、２４〜２５
を介して接続される。演算装置１０は表示装置１５、警
報装置１６、プリンター装置１７を制御する機能も有し
ている。

【００１２】非常用ディーゼル発電機１からの振動情
報、温度情報、発電機出力情報、シリンダー内ピストン
の上死点を検出したパルス、機関の回転情報であるプロ
セス量、ディーゼル発電機の機能・運転を判断する信号
を、アナログ量としてそれぞれ信号収集装置８で収集
し、ディジタル量に変換して収録し、ディジタル信号を
演算装置１０に入力する。これらの信号は演算装置１０
内の各タスクで演算処理され、その解析データは標準デ
ータと比較される。その比較結果は表示装置１５に表示
するとともに、その結果が標準データから外れた場合は
警報装置１６から警報を表示する。さらに、必要により
それらの結果はプリンター装置１７で任意に出力もでき
る。

【００１３】演算装置１０はデータ記憶機能を有し、プ
ロセス量等の信号の経年記録または標準データを記憶す
る。システムの起動は、非常用ディーゼル発電機１が起
動と同時に（起動信号は既設の監視盤に設置してあるデ
ィーゼル発電機起動時に動作するリレー接点から発
生）、運転・停止検出装置７が信号を検出し、演算装置
１０のモニタタスク１３がシステム全体を自動的に立ち
上げ、プロセス信号等の処理、解析等を開始する。非常
用ディーゼル発電機１の運転中は、連続的に監視を継続
し、非常用ディーゼル発電機１の停止を待って、運転・
停止検出装置７が停止を検出し、演算装置１０のモニタ
タスク１３はディーゼルの停止・起動監視状態で次回運
転時まで待機状態を保持する。

【００１４】次に本発明の異常監視装置のソフトウェア
構成を説明する。図２に示すように、演算装置１０は、
タイムシェアリングによるマルチタスク環境を提供して
いることから、異常監視システムを計測タスク１１、解
析と監視タスク１２およびモニタタスク１３の３つから
構成しており、それぞれのタスクからのデータへのアク
セスは、各タスクが参照できる共有メモリ１４を演算装
置１０の有するメモリ領域に確保し、このメモリに種々
の情報やデータを各タスクから書き込み、読み込みを実
行できるようになっている。したがって、計測タスク１
１において、計測機器のトラブル等により計測タスク１
１が異常となっても、解析およびモニタリング処理が影
響を受けないような構成である。

【００１５】次に各タスクについて説明する。図３は計
測タスク処理フローの概要を示す図である。計測タスク
１１は、信号収集装置８を介して各検出装置２〜７から
振動、温度、回転数、発電機出力を計測する機能と、デ
ィーゼル機関の起動信号を検出する機能、計測時間設定
機能、計測データを共有メモリにセットし、解析と監視
タスクに解析の実行要求する機能を有している。

【００１６】例えば、監視対象の非常用ディーゼル発電
機１は、主に商用電源喪失時と週間点検時に起動され、
通常は停止しているため、計測タスク１１は信号収集装
置８を介して運転・停止検出装置７のディーゼル機関の
起動信号を検出し（ステップ３４）、計測時間になると
（ステップ３５）、振動計測（ステップ３０）、温度計
測（ステップ３１）、回転検出（ステップ３２）、発電
機出力検出（ステップ３３）を順次実行する。計測時間
を、例えば６０秒に設定すると、機関起動後６０秒毎に
上記計測が実行される。なお、計測時間は、例えば、１
秒単位で任意に設定が可能である。各検出装置２〜７で
計測したデータは信号収集装置８に一時的に格納され
て、信号収集装置８から通信ケーブル９にて演算装置１
０の共有メモリ１１にデータを格納し、その後、解析と
監視タスク１２を実行するための処理要求を共有メモリ
１４にセットする（ステップ３６）。これらを終了した
後、次の計測を実行するタイマーイベントが発生するま
で計測タスク１１は待機状態となる。

【００１７】図４は解析と監視タスク処理フローの概要
を示す図である。解析と監視タスク１２は、常時計測タ
スク１１からの計算実行要求の有無を検知する機能を有
し、実行要求があれば計測タスク１１にて計測した結果
からシリンダ上死点の基準位置、弁の閉じタイミング、
弁以外の振動、温度、発電機出力および回転のそれぞれ
のデータを解析し、比較計算して、その結果異常があれ
ばモニタタスク１３へ異常内容を渡す機能を有してい
る。

【００１８】例えば、計測タスク１１からの実行要求の
有無を判断し（ステップ４０）、要求有りの場合はシリ
ンダ上死点から基準位置を計算する（ステップ４１）。
これは、基準位置が計測開始位置からどれだけの位置に
あるかを計算により抽出するものである。次いで、ステ
ップ４２の処理を実行する。ステップ４２では、吸気
弁、排気弁の閉じタイミング、振動レベル、周波数解析
を行い、それを共有メモリに格納する。吸気弁、排気弁
の閉じタイミングの解析方法は、振動波形を絶対値処理
し、その波形をスムージング処理した後、バルブを閉じ
た時の振動ピークを検出した位置が基準位置からどれだ
け離れた位置に検出できたか、また、これが正規の閉じ
位置からどれだけずれているかを計算するものである。

【００１９】次にステップ４３の処理を実行する。ステ
ップ４３では、ステップ４１、ステップ４２で計算した
弁の閉じタイミングの比較計算をする。なお、振動レベ
ル、周波数分析結果の比較は予めメモリに書き込んでお
いた標準データと比較する。比較した結果、吸気弁、排
気弁の閉じタイミング、振動レベル、周波数に異常があ
ると判断すれば、異常警報を発令する（ステップ４
４）。例えば、閉じタイミングが１５°ずれた場合、振
動レベルが標準の３倍になったとき異常と判断する。な
お、振動レベル、周波数分析データの標準値は、例え
ば、実績より決定した値を使用する。

【００２０】次いで、ステップ４５の処理を実行する。
ステップ４５では、吸気弁、排気弁以外に、ディーゼル
機関本体と発電機の振動データから振動レベル、周波数
解析を行い共有メモリに格納する。

【００２１】次にステップ４６の処理を実行する。ステ
ップ４６では、ステップ４５で計算した結果と、予めメ
モリに書き込んでおいた標準データとを比較し、ディー
ゼル機関本体と発電機の振動レベル、周波数に異常があ
ると判断すれば、異常警報を発令する（ステップ４
７）。

【００２２】次にステップ４８の処理を実行する。ステ
ップ４８では、温度データから得られる温度レベルを共
有メモリに格納する。次にステップ４９の処理を実行す
る。ステップ４９では、ステップ４８で計算した結果
と、予めメモリに書き込んでおいた標準データとを比較
し、温度が標準値に対して所定バンド内に入ってない場
合に異常と判断して異常警報を発令する（ステップ５
０）。

【００２３】次にステップ５１の処理を実行する。ステ
ップ５１では、計測した発電機出力から電圧、電流、電
力データのレベルを計算し共有メモリに格納する。次に
ステップ５２の処理を実行する。ステップ５２では、ス
テップ５１で計算した結果と予めメモリに書き込んでお
いた標準データとを比較し、発電機出力電圧、電流、周
波数、電力が異常であると判断すれば異常警報を発令す
る（ステップ５３）。

【００２４】次に、ステップ５４の処理を実行する。ス
テップ５４では、回転データから得られた回転数を共有
メモリに格納する。次に、ステップ５５の処理を実行す
る。ステップ５５では、ステップ５４で計算した結果と
予めメモリに書き込んでおいた標準データとを比較し、
回転数が異常であると判断すれば異常警報を発令する
（ステップ５６）。なお、警報発令した内容は、これを
格納する専用データファイルを自動的に作成する。

【００２５】図５はモニタタスク処理フローの概要を示
す図である。モニタタスク１３は、計測タスク起動処
理、解析と監視タスク起動処理、メイン画面表示処理、
イベント（表示装置１５のメイン画面中の各メニューを
選択したときに発生するイベント）の発生を判断する機
能、終了イベントが発生した場合の計算機タスク停止処
理、解析と監視タスク停止処理、共有メモリ開放処理の
後の処理停止を行う。トレンドイベント発生ではトレン
ド表示処理をファイルイベント発生ではファイル管理処
理を、印刷イベント発生では印刷管理処理を、ヘルプイ
ベント発生ではヘルプ表示処理を行う。イベント発生が
ない場合は異常発生の有無を判断し、異常発生が有りの
場合警報発令を行う。さらに、ディーゼル発電機の起動
・停止の判断をし、起動であれば起動表示を行い、停止
であれば停止表示を行う機能を有する。

【００２６】例えば、スタートでプログラムを立ち上げ
て、計測タスク起動処理（ステップ７０）、解析と監視
タスク起動処理（ステップ７１）、メイン画面表示処理
（ステップ７２）の後、無限ループでイベント発生を判
断し（ステップ７３）、イベント発生が無い場合、解析
と監視タスク１２により発生した異常警報発令（ステッ
プ４４，４７，５０，５３，５６）があるか無いかチェ
ックし（ステップ８６）、異常警報発令があればそれを
表示し（ステップ８７）、異常警報発令が無ければディ
ーゼルの起動または停止処理を判断し（ステップ８
８）、起動表示（ステップ８９）、または停止表示（ス
テップ９０）を行う。

【００２７】ステップ７３において、イベント発生があ
ると、それが終了イベントの場合（ステップ７４）、計
算タスク停止処理（ステップ７５）と、解析と監視タス
ク停止処理（ステップ７６）、共有メモリ開放処理（ス
テップ７７）を終了後プログラムの終了処理（ステップ
９１）を行う。

【００２８】また、トレンドイベントが発生した場合
（ステップ７８）は、振動、温度、発電機出力の解析結
果表示を行い、必要により印刷を行う。

【００２９】また、ファイルイベントが発生した場合
（ステップ８０）、任意のデータファイル処理、データ
のバックアップ処理、その他データファイルの削除処理
等のファイル管理処理（ステップ８１）を行う。

【００３０】印刷イベントが発生した場合（ステップ８
２）は、温度、振動情報の詳細データまたは定期発行物
の印刷を行う。

【００３１】ヘルプイベントが発生した場合（ステップ
８４）は、画面の操作方法等を表示するヘルプ表示処理
を実行する（ステップ８５）。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、以下のよ
うな多大な効果を達成することが可能となる。 軽微な故障兆候、つまり潜在故障を早期に対応するこ
とで機能故障を未然に防止でき、したがって、ディーゼ
ル機関または発電機を正常な状態に維持でき、設備をよ
り高い信頼性で保つことができる。 潜在故障がより初期段階で発見することが可能とな
り、緊急補修対応か定期検査時の対応かの判断や、処置
方法、故障アイテムの同定等補修方法や補修計画のマネ
ージメントがしやすく、資金や人的資源を計画的かつ有
効に投入することができ、保守の経済効果を上げること
ができる。

【００３３】ディーゼル発電機の監視データはデータ
ファイルできる機能もあることから、監視コンポーネン
トの経年変化を把握でき、それらの健全性を確認するこ
とができる。さらに、各コンポーネントに重みを変えた
保全が可能となり、保守の的確化と経済性が期待でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 非常用ディーゼル発電機異常監視センサの配
置の例を示す図である。

【図２】 ディーゼル発電機本発明の異常監視装置のハ
ードウエア構成を説明する図である。

【図３】 計測タスク処理フローの概要を示す図であ
る。

【図４】 解析と監視タスク処理フローの概要を示す図
である

【図５】 モニタタスク処理フローの概要を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…非常用ディーゼル発電機、２…振動検出装置、３…
温度検出装置、４…発電機出力検出装置、５…上死点検
出装置、６…回転検出装置、７…運転停止検出装置、８
…信号収集装置、９…信号線、１０…演算装置、１５…
表示装置、１６…警報装置、１７…プリンター装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根本伸一 茨城県東茨城郡大洗町成田町4002動力炉・ 核燃料開発事業団大洗工学センター原子力 システム株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼル発電機の各サブシステムに取
   りつけられ、振動、温度、出力、周波数の状態量および
   運転開始・停止を検出する検出装置と、 検出装置で検出した信号を取り込んでディーゼル発電機
   の状態を解析し、解析したデータと標準データとを比較
   してディーゼル発電機の状態を判断する演算装置と、 演算装置がディーゼル発電機の状態を異常と判断したと
   き警報を発する警報装置と、 演算装置で解析した結果を出力する出力装置とを備えた
   ディーゼル発電機異常監視装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の装置において、 前記演算装置は計測タスク、解析・監視タスクとモニタ
   タスクのマルチタスク処理手段および各タスクの共有メ
   モリから構成され、 前記計測タスクは、ディーゼル発電機の運転・停止を判
   断する機能、検出装置からの信号を指定した時間毎に計
   測する機能、計測結果を共有メモリに格納する機能、及
   び計測結果を解析・監視タスクへ実行要求する機能を備
   え、 前記解析・監視タスクは、解析の実行要求の有無を判断
   する機能、計測結果と比較するための基準位置を計算す
   る機能、計測結果を解析する機能、解析結果を共有メモ
   リに格納する機能、解析結果を標準データと比較判断す
   る機能、及び比較判断結果が異常であることを条件にモ
   ニタタスクへ通信する機能を備え、 前記モニタタスクは、計測タスク起動処理、解析・監視
   タスク起動処理、メイン画面表示処理、イベント発生判
   断機能、終了イベントが発生したときの計測タスク停止
   処理、解析・監視タスク停止処理、共有メモリ開放処理
   をする機能、トレンドイベント発生したときのトレンド
   表示処理機能、ファイルイベント発生したときのファイ
   ル管理処理機能、印刷イベント発生時の印刷処理機能、
   ヘルプイベント発生時のヘルプ表示処理機能、警報発生
   の判断と警報発令機能、ディーゼル発電機の起動・停止
   の判断と起動表示、停止表示機能とを備えたことを特徴
   とするディーゼル発電機異常監視装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の装置において、前記検出
   装置は、ディーゼル発電機の複数のシリンダ頭部に設置
   してある複数の吸気弁および排気弁が閉時に発生する振
   動を検出し、前記演算装置は、検出した振動に基づいて
   振動の振幅増減、周波数特性、吸排気弁の閉じタイミン
   グ角度を解析することを特徴とするディーゼル発電機異
   常監視装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、振動の最
   大振幅を検出して、その検出角度をタイミング角度とす
   ることを特徴とするディーゼル発電機異常監視装置。