JPS60128906A - タ−ビン保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は発電用プラントを構成するタービンを異常状態
から保護するタービン保護装置に関する。

〔発明の技術的背景〕

原子力発電プラント等のタービン保護系は、地震等によ
ってタービン軸の振動が正常値を越えた場合には、異常
状態の程度に応じて警報を発生させたり、自動的にター
ビンを停止させたシする（タービントリップ）ことにょ
ジタービンを保護する機能を有している。

従来のタービン保護装置を、添付図面の第１図乃至第５
図を参照して説明する。なお、以下の図面の説明におい
て、同一要素は同一符号で示しである。第１図は原子力
発電プラントのタービン近傍の正面図である。例えば鉄
筋コンクリート製のタービン発電機基礎台ｌの上には、
複数の（例えば１機の）タービン２ａ、Ｊｂ、・・・２
ｍが一列に設置され、その一端には発電機３が設置され
る。

ター　ヒフ　、２　ｍ　−２ｍ　、発電機３は共通のタ
ービン軸≠を有しておシ、その軸受部には振動（変位）
を検出する軸振動検出器（軸変位計）ｊａ、ｚｂ・・・
Ｊｎが設けられている。

第２図は第１図の軸振動検出器ｊ、における軸受部の断
面図である。軸振動検出器ｊａは軸受６に固定され、タ
ービン軸≠の絶対変位量を検出する。

第３図は従来装置の一例の構成図である。軸振動検出器
ｌｍ−Ｉｎの出力（軸振動信号）はタービン監視盤７で
信号変換された後に低周波カットフィルタｆｆａを介し
て、表示記録手段を構成する変位量表示計りａ１振動記
録計りｂに与えられ、ここで表示および記録される。軸
振動信号は低周°波カットフィルタｆａを介して振動リ
レー盤ｌノにも与えられ、ここで変位量の大小が判断さ
れる。

そして、警報状態にあるか、タービントリップなすべき
状態にあるか等を判断し、タイマ３Ｏを介して警報装置
／２、タービントリップ装置１３を作動させる。なおタ
イマはタービン保護動作を過渡状態ではなく安定状態で
制御するようにするためのもので、設定時間は通常は２
秒程度である。

回転数検出計１０ｍ、１０ｂはタービン軸の回転数を検
出しこれを回転リレー盤７Ｇに与える。回転リレー盤／
ｌはタービン軸参の回転数が設定値β（タービン軸の定
格回転数の値であシ、原子力発電プラントでは通常は３
０Ｈｘで毎分／！００回転、ＡＯＨｚで毎分／１００回
転である）より大きいか否か（俳人完了か否か）を判断
し、タイマ３Ｏを介してタービントリップ装置ｔ３ｙ制
御する。タービントリップ装置１３は手動タービントリ
ップスイッチｌＳヲ介シて手動操作できる。

第参図は第３図の低周波カットフィルタｔａの特性図で
、縦軸に感度をとシ横軸に振動周波数をとっている。図
示の如く周波数が／ｊＨｚ以上の軸振動信号は全て通過
させる（感度ｌｏｏｍ）が、ｈ比以下では急激に感度が
低下する。このため、／３１ｈ以下の軸振動信号は低周
波カットフィルタＩｈでさえぎられて（地震の振動周波
数は一〜１０ｋｋであることが多い）、変位量表示計り
ａ１振動記録計りｂおよび振動リレー盤／ｌにあまり達
しなくなる。

次に、第！図の信号流れの説明図を参照して第３図の構
成例の動作を説明する。軸振動検出“器ｊａ　”’−ｊ
　ｎで検出された軸振動信号は（ブロックｉｏｉ　）　
、信号変換および／、７Ｈｚ以下の低周波成分カットが
された後に（ブロックｉｏコ）、変位量表示計りａで変
位量が表示され振動記録計りｂで振動が記録される（ブ
ロック１０Ｊａ、　１０３ｂ　）。

次いで振動リレー盤／／で変化量の大小が判断され、あ
るｌ軸受の変位量が警報値に達したときには警報装置１
２がオンになる（ブロック１０４１．１０ｊ−）が、い
ずれの軸受でも警報値に達しないときには警報装置ｌコ
はオフのままである（ブロック１０１７゜１０６）。ま
た、あるｌ軸受の変位量が警報値より大きな値に設定さ
れたトリップ値以上になり（ブロック１Ｏ７）、かつ他
のいずれかの軸受の変位量が警報値以上にな９たとき（
ブロック１０≠）と、あるｌ軸受の変位量がトリップ値
より大きな値に設定されたバックアップトリ・ノブ値以
上になったとき（ブロック１０１ｒ）には、タービンの
併入が完了していないという条件の下で、タイマ３Ｏに
よシ設定された所定の時間（ブロック１０り）の後にト
リップ信号の有無が判定される（ブロック／１０　）。

なお、変化量がトリップ値、バックアップトリップ値に
達しないときはタービントリ・ノブ装置１３は作動しな
い（ブロック／／／♂、１ｌｌｂ）。そして、トリップ
信号が有る場合にはタービントリップ装置１３が作動し
てタービンがトリップさせられる（ブロック／／２）。

回転数検出計１０＊、１０ｂにより検出されたタービン
の回転数が設定値βを越えるとき（ブロック／／３ｍ、
／／３ｂ、／／≠）、すなわちタービンの俳人完了後は
、運転員は変位量表示計りａ１振動記録計りｂに示され
た変化量を見ながら、必要に応じて手動タービントリッ
プス゛イ・ツチ１３を操作しくブロック／７ｊ）、ター
ビンをトリップさせることができる。

上記の如〈従来装置によれば、通常の運転時（起動時、
停止時も含む）においてタービン軸に生じた異常振動（
通常運転時に何等かの原因によジタービン軸の振れ回り
変化量に異常が現れ、タービン軸と軸受との相対変位量
が設定値を越えること）を、軸振動検出器によジタービ
ン軸の異常振れ回りの絶対変□位量として検出し、これ
にもとづいて自動もしくは手動によってタービンをトリ
ップさせ、タービンを異常状態から保護することかで舞
る。　。

〔背景技術の問題点〕

しかし、地震時にタービン軸およびタービン軸受を含む
タービン発電機全体が変位する場合には、タービン軸自
身には異常が生じていない場合であっても、異常状態が
生じていると振動リレー盤で判断され、あるいは異常状
態が変位量表示計等で表示され、自動的あるいは手動に
よるタービントリップがなされる可能性がある。なぜな
らば、通常運転時の軸の振れ回シ変位量および地震によ
り生じる軸の振れ回シ変位量を加えた変位量を考慮して
も、タービン軸とタービン軸受の相対変位が設定値以下
におさまるにもかかわらず、振動検出器はその特性によ
り、通常運転時の軸の振れ回り変位量、地震により生じ
る軸の振れ回り変位量、振動検出器取付点における地震
変位量および建屋とタービン発電機基礎台の地震時の変
位量を加え合せたものを絶対変位量として検出してしま
５からである。

そこで従来装置では、第参図に示すような特性の低周波
フィルタを用いることによって、地震による影響を取り
除く工夫がなされている。しかしタービン軸とタービン
軸受の相対変位がトリ・ノブ値に達しないような小規模
の地震に対しても、その絶対変位量において、あるｌ軸
受がトリ・ノブ値以上になシかつ他のいずれかの軸受が
警報値以上になる場合、あるいはあるｌ軸受がノくツク
アップトリップ値以上になる場合があシ、とのよ５な場
合にはタービントリップしてしまう。このように、ター
ビン軸とタービン軸受の相対変位がトリップ値に達しな
いよプな規模の地震のために、ブランドが停止してしま
うことはプラントの稼動率の観点から好ましくない。

〔発明の目的〕

本発明は上記の従来技術の欠点を克服するためになされ
たもので、タービン軸とタービン軸受の相対変位がトリ
ップ値に達しないよプな、比較的小規模な地震に対して
はタービンをトリップさせることなく、かつ相対変位が
トリップ値に達するような比較的大規模な地震に対して
はタービンをトリップさせることによシ、プラントの稼
動率を低下させることなくタービンを異常状態から保護
することのできるタービン保護装置を提供することを目
的とする。

〔発明の概要〕

上記の目的を実現するため本発明は、低周波カットフィ
ルタに比べて感度が良く、かつよシ高い周波数成分まで
信号をカットする地震用フィルタと、これらフィルタを
切換えるフィルタ切換スイッチ等とを設け、地震計の出
力が所定値以上になったとき（比較的大規模な地震のと
き）には地震用フィルタに切換えて軸振動検出器の出力
から地震の影響を取り除くことにより、不必要なタービ
ントリップを起してしまうことがないようにしたタービ
ン保護装置を提供するものである。

〔発明の実施例〕

以下、添付図面の第１図および第６図乃至第を図を参照
して本発明の一実施例を説明する。第を図は同実施例の
構成図である。地震によるタービンプラントの振動を検
出するため、第１図に示す如くタービン発電機基礎台／
には２組を個の地震計２０　ａ　＝２０　ｄ　、　：１
０　ｗ　−２０ｚが設けられる。そして、地震計２０ｍ
、；１０ｂのいずれかの出力が設定値αを越え、かつ地
震計２０ａ、コｏｄのいずれかの出方が設定値αを越え
るときと、地震計２０　ｗ　＝　、２０　ｚについて同
様の関係が成立するときに、地震用振動リレー盤ｊ／を
介してリレーｎが作動させられる。このよ５に地震計を
複数個設け、それぞれをＡＮＤ。

ＯＲ論理でつないだのは、一部の地震計の誤動作によっ
て保護装置が誤動作しないよ５にするためである。

リレーＵはフィルタ切換スイッチ力の接点を切シ換え、
タービン監視盤７の出力側を低周波カットフィルタざａ
もしくは地震用フィルタざｂに接続する。地震用フィル
タｒｂは低周波カットフィルタＩｒａに比べて感度が良
く、かつよυ高周波成分までカットするもので、第７図
にその特性を示す。第７図から明らかなように、地震用
フィルタｒｂは周波数ＪＨ３以下の低周波成分を通過さ
せない。地震用フィルタｒｂを通過した軸振動信号は変
位量表示計りＣ１振動記録計りｄで表示、記録され、ま
た振動リレー盤ｌ／に与えられて大小判断がなされる。

回転数検出計１０ａ、１０ｂのいずれかの出力が設定値
βを越えると（ＯＲ論理）、回転リレー盤７μを介して
リレーユμ、刀が作動させられる。リレーＪが作動する
と俳人切換スイッチコロが切シ換シ、タービン軸の回転
数が設定値βを越えると俳人完了ランプ２７が点灯する
。また、リレー３が作動するとタイマ切換スイッチコが
切υ換り、タービン軸の回転数が設定値β以下のときは
タイマ３０ｈが選択され、設定値βを越えるとタイマ３
０ｂが選択される。ここで、タイマ３０ｍの設定時間を
ｉａ、タイマ３０ｂの設定時間なｔｂとするとｔＩｌ＜
ｔｂの関係が成立する（例えばｔＢ　＝　２　ｓｅｃ　
、　ｔｂ＝　／２０　ｓｅｃ　）。

ｔ８を短く設定するのは、過渡的変化、雑音等によって
トリップ装置が誤作動しないようにするためには長い時
間は必要ないからであり、ｔｂを長く設定するのは地震
の主振動が終るまで自動的にタービントリップしないよ
うにするためである。

タイマ３０ｍ、３０ｂの他端はリレー２９に共通接続さ
れており、リレー２９は自動タービントリップスイッチ
３ノを切シ換えるように構成されている。自動タービン
トリップスイッチ３／が切り換るとタービントリップ装
置１３が作動し、タービンがトリップする。また、手動
タービントリップスイッチ、３２によってもタービント
リップ装置１３を作動させることができる。

次に第１図の信号流れの説明図を参照して、第６図に示
す実施例の動作を以下のダつの場合に分けて説明する。

第１はタービンの起動時、停止時に地震が発生せず、あ
るいは比較的小規模な地震のみが発生した場合であり、
第２はタービンの起動時、停止時に比較的大規模な地震
が発生した場合であり、第３はタービンの併入時に地震
が発生せず、あるいは比較的小規模な地震のみが発生し
た場合であシ、第≠はタービンの併入時に比較的大規模
な地震が発生した場合である。

上記の第１の場合（タービンが起動、停止時で比較的大
規模地震はない場合）には、回転数検出計１０ｍ、Ｉｏ
ｂの出力は設定値βに達しない（ブロック２θｏ、　２
ｏｔ　）ので、設定時間の短いタイ−１３０島が作動す
る（ブロックコＱコａ）。また、地震計：ｗａ〜２０　
ｄ　、　：ｌＩ：）　ｖｒ〜２０ｚの出力は設定値αに
達しないのでリレーｎは作動せず（一部の地震計が誤動
作しても第６図の如（ＡＮＤ、ＯＲの論理が形成されて
いるので、リレーｎの誤動作を招くことはない）、低周
波カットフィルタｒａが選択されている（ブロック２０
３ｍ、２０３ｂ、コＱグ島、コＯ≠ｂ、２０１ｍ）。こ
のため、軸振動検出器ｔａ＋＋ｊｎによシ検出された軸
振動信号（プロックコ０６）は、タービン監視盤７で信
号変換された後に低周波カットフィルタｔ１を介して変
位量表示計Ｐａ１振動記録計りｂに与えられ、ここで表
示および記録がなされる（ブロック、２０７　ａ　、コ
０７ｂ）と同時に、振動リレー盤７ノに与えられて大小
判断がなされる。

軸振動検出器！　ａ　−ｊ　ｎで検出された軸受の変位
量の５ち、あるｌ軸受の変位量が警報値を越えると酉は
警報装置／コはオンになシ、いずれの軸受の変位量も警
報値を越えないときは、警報装置ｌコはオフになる（ブ
ロック２０１．２０りｍ、２０９ｂ”）。

あるｌ軸受の変位量が警報値以上のトリップ値を越え、
かつ他のいずれかの軸受の変位量が警報値を越えるとき
は、タイマ３０ｍの設定時間ｔ、の後にトリップ信号の
有無が判断される（ブロック２０コ８、コ１０，２／／
）が、そうでないときは自動タービントリップスイッチ
３１はオフのままである（ブロック、２１０　、２／２
　）。また、あるｌ軸受の変位量がトリップ値以上のバ
ックアップトリップ値を越えるときも、設定時間ｔ、の
後にトリップ信号の有無が判断され（ブロック２０２　
ｍ　、コ／Ｊ、コｔｉ）、そうでないときは自動タービ
ントリップスイッチ３／はオフのままにされる（ブロッ
ク２／３．コｌコ）。

設定時間ｔ、の後にトリップ信号が有るときは自動ター
ビントリップスイッチ３／がオンになり（ブロックコ／
／、２／弘）、タービントリップ装置１３カ作動する（
ブロック２ｔｊ）。トリップ信号が無いときは自動ター
ビントリップスイッチ３ノはオフのままである（ブロッ
ク２ノグ、　２／コ）。

前記の第２の場合（タービンは起動、停止時で比較的大
規模な地震がある場合）には、上記第１の場合と同様に
回転数検出計１０ｍ、１０ｂの出力は設定値βに達しな
い（ブロック、２００　、λｉ７／）ので、設定時間ｔ
、の短いタイマ３０ｍが作動する（ブロック２Ｏコｓ）
ｏ他方、地震計Ｘ）　ｓ　−７２０ｄ　、　２０　ｖｒ
　〜２０２の出力は設定値αに達するのでリレーｎが作
動し、地震用フィルタｒｂが選択される（ブロック２０
３ｍ、２０３ｂ、２０１１ｍ、２０４１ｂ、２０１ｂ　
）。こ。

のため、軸振動信号（ブロック２Ｏ６）は地震用フィル
タｒｂによって低周波成分（＃Ｈｚ以下）がカットされ
た後、変位量表示および振動記録がなされる（ブロック
２０７ａ、　２０７ｔ１　）と同時に、振動リレー盤１
／に与えられて大小判断される。

変位量の大小の判定は、上記の第１の場合と同様に、第
を図のプ’Ｑ　−／　ｐ　２０Ｆ　、　２１０　、２／
ｊ等に従ってなされる。このとき、振動リレー盤ｌ／に
与えられる変位量（軸振動信号）からは、地震の主要成
分が地震用フィルタｒｂによってカットされているので
、相対変位がトリップすべき状態にないにもかかわらず
、タービントリップ装置１３が作動してしま５ことはな
くなる。

前記第３の場合（タービンが併入時に比較的大規模な地
震がない場合）には、回転数検出計１０ａ。

１０ｂの出力は設定値βに達する（ブロックａＯＯ。

２０／　）ので、設定時間ｔｂの長いタイマ３０ｂが作
動しくブロック２０２ｂ）、併入切換スイッチ易がオン
になって併入完了ランプ２７が点灯する（プロッり２２
ｉ　、　Ｊｊ、２　）。他方、上記第７の場合と同様に
地震計２０　ｍ　＝２０　ｄ　、　２０　ｗ　−２０ｚ
の出力は設定値αに達しないので、リレーｎは動作せず
低周波カットフィルタＩｓが選択されたままである。こ
のため、軸振動信号（ブロック、２ｏｂ　）は低周波力
・ノドフィルタざａによって低周波成分が除去された後
に、変位量表示および振動記録がなされる（ブロック、
２０７ａ、　２０７ｂ　）と同時に、振動リレー盤ツノ
に与えられて大小判断される。

変位量の大小の判定は、上記第７１第２の場合と同様に
、第ｇ図のブロック２０１．２１０．２１３等に従って
なされる。そして、タイマ３０ｂで設定された時間ｔｂ
の後にトリップ信号があるか否かを判定し、あるときは
自動タービントリップスイッチ３／をオンにしてタービ
ンをトリップさせる（ブロック２０２１）　、　２／／
　、　２１２　）。

ところで、タイマ３０ｂで設定される比較的長い時間ｔ
ｂ（例えば１２０秒間）のあいだは、自動的にタービン
トリップをさせる機能は停止させられている。従って、
運転員は変位量表示計り轟および振動記録計りｂを見な
がら、手動タービントリップスイッチ３コを操作するこ
とによジタービントリップさせることになる（ブロック
Ｊ／Ａ、　２ｔｒ　）。

前記第≠の場合（タービンが俳人時に比較的大規模な地
震−が発生した場合）には、上記第３の場合と同様に設
定時間ｔｂの長いタイマ３０ｂが作動しくブロック２ｏ
２ｂ　）　、俳人完了ランプ、２７が点灯する（ブロッ
ク２２２）。他方、上記第２の場合と同様に地震計：Ｚ
ｏ　ｍ　−：１０　ｄ　％２０　ｗ　−２０ｚの出力は
設定値αに達するので、リレー工が動作して地震用フィ
ルタｒｂが選択される（ブロック２０３　ａ　、λＯ３
ｂ、コＯグ１１．−〇≠ｂ、コｏｒｂ）。このため、地
震用フィルタｔｂによって低周波成分（例えば３■ｚ以
下）のカットされた変位量が表示、記録される（ブロッ
クコ０７ｃ、、２θ７ｄ）。また、地震用フィルタ♂ｂ
を通った変位量の大小が振動リレー盤７ノで判断される
。

変位量の大小の判断は、上記第１〜第３の場合と同様に
、第を図のブロック２０１．．２１０．２７．３等に従
ってなされる。そして、タイマ３０ｂの設定時間ｔｂの
後にトリップ信号の有無が判定される（ブロック２０２
ｂ、＋２／））。

このように、タービンの俳人時には比較的大規模な地震
が発生しても、タイマ３０ｂで設定された時間ｔｂが経
過するまでは自動的にタービントリップブすることはな
いので、運転員は変位量表示計りｃ１振動記録計２ｄ等
を見ながらタービントリップすべきか否かを判断し、手
動タービントリップスイッチ３２を操作する（ブロック
、ｚｉ６）。

〔発明の効果〕

上記の如く本発明によれば、低周波カットフィルタに比
べて感度が良く、かつより高い周波数成分筐で信号をカ
ットする地震用フィルタと、これらフィルタを切換える
フィルタ切換スイッチ醇とを設け、比較的大規模な地震
のときには地震用フィルタに切換えて、軸振動検出器の
出力（変位量）から地震の影響を取シ除くことにより、
タービン軸と軸受の相対変位量がトリップ値に達しない
場合にはタービンをトリップさせることがないようにし
たので、プラントの稼動率をいたずらに低下させること
のないタービン保線装置を得ることができる。

筐だ、相対変位量が太きいと思われる場合には、手動も
しくはタイマの設定時間後に自動でタービントリップで
きるようにすることで、タービンを異常状態から保護す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は原子力発電プラントのタービン近傍の正面図、
第一図は第１図の軸受部の断面図、第３図は従来装置の
一例の構成図、第グ図は第３図の低周波カットフィルタ
の特性図、第３図は第３図の構成例の動作の説明図、第
６図は本発明の一実施例の構成図、第７図は第６図の地
震用フィルタの特性図、第１図は第を図の実施例の動作
の説明図である。 ｌ・・・タービン発電機基礎台、２ａ−コｍ・・・ター
ビン、３・・・発電機、　グ・・・タービン軸、ｔ・・
・軸受、２２．２ＩＩ、　８．　Ｊ・・・リレー、　Ｊ
・・・フィルタ切換スイッチ、　ｎ・・・併入切換スイ
ッチ、３・・・タイマ切換スイッチ、３１・・・自動タ
ービントリップスイッチ、３ａ・・・手動タービントリ
ップスイッチ。 出願人代理人　猪　股　清

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ４　タービン軸の振動を検出して軸振動信号を出力する
   軸振動検出器と、 前記軸振動信号の低周波成分のみをカットする地震用フ
   ィルタと、 前記軸振動信号の更に低周波成分のみをカットする低周
   波カットフィルタと、 プラン）Ｋ設けられた地震計の出力が所定値以上のとき
   は前記軸振動検出器の出力側に前記地震用フィルタを接
   続し、所定値以下のときは前記低周波カットフィルタを
   接続するフィルタ切換スイッチと、 前記地震用フィルタもしくは低周波カットフィルタを介
   して与えられる前記軸振動信号にもとづいて警報状態、
   タービントリップ状態の有無を判断する判断制御手段と
   、 該判断制御手段の出力にもとづいて警報を発生させる警
   報装置と、 前記判断制御手段の出力にもとづいてタービンをトリッ
   プさせるタービントリップ装置とを備え、タービンを異
   常状態から保護するタービン保護装置。 λ　タービン軸の振動を検出して軸振動信号を出力する
   軸振動検出器と、 前記軸振動信号の低周波成分のみをカットする地震用フ
   ィルタと、 前記軸振動信号の更に低周波成分のみをカットする低周
   波カットフィルタと、 プラントに設けられた地震計の出力が所定値以上のとき
   は前記軸振動検出器の出力側に前記地震用フィル・りを
   接続し、所定値以下のときは前記低周波カットフィルタ
   を接続するフィルタ切換スイッチと、 前記地震用フィルタもしくは低周波カットフィルタを介
   して与えられる前記軸振動信号にもとづいて警報状態、
   タービントリップ状態の有無を判断する判断制御手段と
   、 該判断制御手段の出力にもとづいて警報を発生させる警
   報装置と、 前記地震用フィルタもしくは低周波カットフィルタを介
   して与えられる前記軸振動信号にもとづいてタービン軸
   の変位量を表示すると共に、タービン軸の振動を記録す
   る表示記録手段と、タービン軸の回転数が所一定値以上
   のときは一定時間幅の手動操作期間を設定するタイマと
   、前記手動操作期間外は少なくとも前記判断制御手段の
   出力にもとづいてタービンをトリップさせることができ
   、前記手動操作期間内は手動操作入力のみにもとづいて
   タービンをトリップさせることができるようにしたター
   ビントリップ装置とを備え、タービンを異常状態から保
   護するタービン保護装置。 ジ　タイマは、タービン軸の回転数が所定値以上のとき
   は一定時間幅の手動操作期間を設定し、所定値以下のと
   きはよシ短い時間幅の手動操作期間を設定するようにし
   た特許請求の範囲第２項記載のタービン保護装置。 穀表示記録手段は、タービン軸の回転数が併入状態の値
   に達したときに点灯する俳人完了ランプを有する特許請
   求の範囲第２項もしくは第３項に記載のタービン保護装
   置。