JPS60155996A

JPS60155996A - タ−ビン保護装置

Info

Publication number: JPS60155996A
Application number: JP59011053A
Authority: JP
Inventors: 卓士松本; 郡安　憲三; 米山　ちとせ
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-01-26
Filing date: 1984-01-26
Publication date: 1985-08-16

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
ビンを停止させたりする（以下タービントリップとする
）ことにより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第１図から第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
には同一符号を付す。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。

同図において例えば鉄筋コンクリート製のタービン発電
機基礎台１の上には、複数の（例えば４機の）タービン
２ａ、２ｂ、・・・２ｍが一列に設置され、その一端に
は発電機３が設置されている。タービン２８〜２ｍ及び
発電機３は共通タービン軸４を有しており、その軸受部
には振動又は変位を検出する軸振動検出器（軸変位針）
　５ａ、５ｂ、・・・５ｎが設けられている。

ここで第２図に第１図の軸振動検出器５ａにおける軸受
部の断面図を示す。同図において軸振動検出器５ａは軸
受６に固定され、タービン軸４の絶対変位量を検出する
。

第３図に従来装置の構成図を示す。同図において、軸振
動検出器５ａ〜５ｎ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８を介して、表示記録手段を構成する変
位量表示計９及び振動記録計１０に与えられ、この変位
量表示計９及び振動記録計ｌＯによって軸振動検出器５
ａ〜５ｎの出力は表示され記録される。前記軸振動信号
は低周波カットフィルタ８を介して振動リレー盤１１に
も与えられ、ここで変位量の大小が判断される。そして
、警報状態にあやかタービントリップをすべき状態にあ
るか等を判断し、警報装置１２及びタービントリップ装
置１３を作動させる。

ここで第４図に縦軸に感度をとり横軸に振動周波数をと
った第３図の低周波カットフィルタ８の特性図を示す。

同図に示す様に周波数が１３）１ｂ以上の軸振動信号は
全て通過させる（感度１００％）が、ｌ　３　）１．ｚ
以下では急激に感度が低下する。このため、１３Ｈｚ以
下の軸振動信号は低周波カットフィルタ８でさえぎられ
て（地震の振動周波数は２〜１０Ｈｚであることが多い
）変位量表示計９、振動記録計１０及び振動リレーｖ１
．１１にあまり達しなくなる。

次に第５図の信号流れの説明図を参照して第３図の構成
の動作を説明する。軸振動検出器５ａ〜５ｎで検出され
た軸振動信号はタービン監視盤７を介して低周波カット
フィルタ８によって信号変換及び１３Ｈｚ以下の低周波
成分が除去される。この１３Ｈｚ以下の低周波成分が除
去された軸振動信号は、変位量表示計９で変位量が表示
され振動記録計１０で振動が記録される。

次いで振動リレー盤１１で変位量の大小が判断され、あ
る１軸受の変位量が警報値に達したと判断された場合（
ブロック１４）には警報装置１２はＯＮ（ブロック１５
）になる。また、いずれの軸受でも警報値に達していな
いと判断された場合（ブロック１４）には警報装置１２
はＯＦＦ　（ブロック１６）のままである。ある１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
に達したと判断され（ブロック１７）かつ′他のいずれ
かの軸受の変位量が警報値に達したと判断された場合（
ブロック１４）においてタービントリップ信号を発生さ
せる。同様にある１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ップ値以上になった
場合（ブロック２０）にもタービントリップ信号は発生
される。なお、変化量がトリップ値及びバックアップト
リップ値に達しないときはタービントリップ装置１３は
作動しない（ブロック１８ａ、１８ｂ　）。そして、ト
リップ信号が発生された場合にはタービントリップ装置
１３が作動して（ブロック１９ａ、１９ｂ　）タービン
をトリップさせることができる。

上述の如〈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り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、軸振動検出器によりタービ
ン軸の異常振れ回りの絶対変位量として検出し、これに
基づいてタービンをトリップさせ、タービンを異常状態
から保護することができる。

〔背景技術の問題点〕

しかし、地震時にタービン軸４及びタービン軸受６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
４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１１で判断され、あるい
は異常状態が変位量表示計９及び振動記録計１０で表示
され、自動的に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り変位量及び
地震により生じる軸９振れ回り変位量を加え声変位置を
考慮しても、タービン軸４とタービン軸受６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５
ａ・・・５ｎはその特性により通常運転時の軸の振れ回
り変位量及び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、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うからである。

そこで従来装置では、第４図に示すような特性の低周波
カットフィルタ８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４とタービン軸受６の相対変位がト
リップ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１軸受　□がトリップ値以
上になりかつ他のいずれかの軸受６が警報値以上になる
場合、あるいはある１軸受６がバックアップトリップ値
以上になる場合があり、この様な場合にはタービンはト
リップしてしまう。この様にタービン軸４とタービン軸
受６の相対変位がトリップ値に達しない様な規模の地震
のために、プラント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かった。

〔発明の目的〕

本発明は上記の従来技術の問題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うな比較的小規模な地震に対しては
、タービントリップスイッチを自動から手動に切り換え
ることで不必要なタービントリップを防ぎ、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、タービンを自動的にトリップさせることにより、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〕

本発明は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、この軸振動検出器に接続・された
タービン監視盤と、このタービン監視盤に接続され前記
軸信号の低周波成分のみを除去する低周波カットフィル
タと、この低周波カットフィルタを介して与えられる前
記軸振動信号に基づいて警報状態及びタービントリップ
状態の有無を判断する判断制御装置と、この判断制御装
置の出力に基づいて警報を発生させる警報装置と、原子
力発電所内に設けられ地震による振動成分を出力する地
震計と、この地圧計からの出力が設定された値の範囲内
の場合タービントリップ操作を手動に切り換え睡定され
た値の範囲を越えるとタービントリップ憬作を謔唸ミミ
４コ目＝＝桂＃界≠恭咋念自動で行なう地震判断制御装
置と、前記地震計から出力される振動成分を感知すると
前記タービン監視盤及び地震判断制御装置へ接続され地
震による振動成分を前記振動検出器より出力された軸振
動信号から除去す名地震用フィルタと、この地震用フィ
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
前記軸振動信号に基づいてり−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か
ら成ることを特徴とするタービン保護装置にある。

〔発明の実施例〕

以下第６図から第８図を参照して本発明の一実施例を説
明する。なお、従来例と同一要素には同一符号を付し説
明は省略する。ここで第６図に本発明の一実施例の構成
図を示す。同図において、軸振動検出器５ａ・・・５ｎ
はタービン監視盤７に接続され、このタービン監視盤７
は低周波カントフィルタ８を介して振動リレー盤１１に
接続されている。さらに振動リレー盤１３は警報装置１
２及びリレー付勢装置２１に接続され、このリレー付勢
装置２１によってリレー２２は動作させられる。

このリレー２２の動作によってタービントリップスイッ
チ２３は閉ざされ電源２４゛とタービントリップ装置１
３は電気的に接続される。又低周波カットフィルタ８は
表示記録手段を構成する変位量表示計９８及び振動記録
計１０ａにも接続されている。

地震によるタービンプラントの振動を検出するため、タ
ービン発電機周辺には２個１組にして地震計２５ａ〜２
５ｚが設置されている。この２個１組の地震計２５ａ、
２５ｂのいずれかの出力が設定値αを越え、かつ地震計
２５ｃ、２５’ｄのいずれかの出力か設定値αを越える
ときと、他の場所に設置されている地震計２５’ｗ〜２
５ｚ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２６を介して切換用リレー付勢装置２７が作動
させられる。このように地震計を複数個設け、それぞれ
をＡＮＤ及び０几論理回路でつないだのは、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うにする
ためである。前記切換用リレー付勢装置２７は作動する
と接続しているリレー２８．２９を動作させる。このリ
レー２９が動作すると、地震用フィルタスイッチ３０を
閉じさせ、タービン監視盤７の出力側を地震用フィルタ
３１に接続させる。この地震用フィルタ３１は前記低周
波カットフィルタ８に比べて感度が良く、かつより高周
波までカットするもので、第７図はその特性を示す。こ
こで第７図は第６図の地震用フィルタ３１の特性図で縦
軸に感度をとり横軸に振動周波数をとっている。同図に
示す様に地震用フィルタ３１は周波数２５Ｈｚ以下の低
周波成分をほとんど通過させない。この地震用フィルタ
３１を通過した軸振動信号は変位量表示計９ｂ及び振動
記録計１０ｂで表示、記録される。

前記リレー２８が前記切換用リレー付勢装置２７によっ
て動作すると、手動切換スイッチ３２は手動切換信号ア
ラーム３３側に切り換えられ、電源３４と手動切換信号
アラーム３３が電気的に接続軌さ娑る。

前記地震計２５ａ〜２５ｚからの出力は、前記地震用振
動リレー盤２６を介して自動操作用リレー付勢装置３５
にも伝達され、この地震計２５ａ〜２５ｚからの出力が
伝達されるとこの自動操作用リレー付勢装置３５はリレ
ー３６を動作させる。そしてこのリレー３６は地震用自
動タービントリップ装置ッ’Ｐ３７を閉じさせ電源３８
とタービントリップ装置１３を接続させる。この地震用
自動タービントリップスイッチ３７と手動タービントリ
ップスイッチ３９はＡＮＤ論理回路で接続され、相方の
スイッチ３７．３９が相方共閉じられることによってタ
ービントリップ装置１３は動作する。

次に第８図の信号流れの説明甲を参照して第６図の本発
明の一実施例を示す構成例の動作を説明する。タービン
発電機周辺に設けられた地震計２５ａ・−・２５ｚの計
測値は、地震用振動リレー盤２６によって変位量の大小
が判定され、２個１組で設置された地震計２５ａ及び２
５ｂの計測値が設定値αに満たない場合、又は地震計２
５ｃ及び２５ｄの計測値が設定値αに満たない場合（ブ
ロック４０）、及び他の場所に２個１組で設置された地
震計２５Ｗ。

２５ｘ、２５ｙ、２５ｚについても同様に設定値αに満
たない状態が生じている場合（ブロック４１）において
、地震が起こらない通常時又は地震が起きてもその地震
の規模が設定値αに満たないような小規模の地震である
と判断される。この場合において、タービン軸受部及び
発電機軸受部に設置された複数個の軸振動検出器５ａ・
・・５ｎにより検出された軸変位量はタービン監視盤７
で信号変換され、一方は低周波カットフィルタ８を通し
て変位量表示計９３及び振動記録計１０ａに各軸受６毎
連続的に表示及び記録がなされる。

タービン監視盤７で信号変換されたもう一方の軸変位量
は、振動リレー盤１１に大刀され変位量の大小が判断さ
れる。ここで大小を判断することによってタービントリ
ップ装置１３のＯＮ又はＯＦＦ　（ブロック４４．４８
）が判断される。ある１軸受６の変位量が警報値以上に
達した場合（ブロック４２）、通常時ＯＦＦ状態になっ
ている（ブロック４３ａ）警報装置１４が作動しくブロ
ック４３ｂ　）　、タービン軸受６又は発電機３に異常
の生じたことを運転員に知らせる。更に、ある１軸受６
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
以上に達しくブロック４５）、かつ他のいずれかの軸受
６の変位量が警報値以上に達した場合（プしツク４２，
４６）、あるいはある１軸受６の変位量が警報値及びト
リップ値とは別に設定されたバックアップトリップ値以
上に達する場合（ブロック４６）はリレー付勢装置２１
はリレー２２を付勢する。このリレー２２が付勢色しる
ことによってタービントリンブスインテ２３が閉じられ
、電源２４とタービントリップ装置１３は電気的に接続
され中動的にタービン２ａ・・・２ｎをトリップする様
になっている（ブロック４８）。

前記タービン発電機周辺に設けられた地震計２５ａ又は
２５ｂの測定値が地震用振動リレー盤２６によって設定
値α以上に達したと判定され、かつ地震計２０ｃ又は２
０ｄの測定値が設定値α以上に達したと判定された場合
（ブロック４ｏ）、あるいは他の場所に設置された地震
計２５ｗ、２５ｘ、２５ｙ、２５ｚの測定値についても
同様に設定値α以上に達したと判定された場合（ブロッ
ク４１）、切換用リレー付勢装置２７はす°シー２９を
付勢させる。このリレー２９が付勢されることによって
地震用フィルタスイッチ３０が閉じられ（ブロック４９
）、軸振動検出器５ａ・・・５ｎによって検出された軸
振動信号は地震により生ずる変位量を削除する地震用フ
ィルタ３１を介して、タービン軸４の変位量を変位量表
示計９ｂ及び振動記録計ｉｏｂによって連続的に表示及
び記録がなされる。

地震用振動リレー盤２６によって、地震計２５ａ・・・
２５ｚの測定値が上述の様に設定値α以上だと判定され
た場合、切換リレー付勢装置２７はリレー２９を伺勢さ
せると同時にリレー２８も付勢させる。このリレー２８
が付勢されると電源３４を介して通常は自動側に切換え
であるターピントシップの手動切換スイッチ３２が作動
され、タービントリップ操作が自動から手動へ切り換え
られる（ブロック４９）。更にこの手動切換スイッチ３
２は、手動切換信号アラーム３３を作動させ（ブロック
５０）、タービントリップ操作が自動から手動に切り換
わったことを運転員に知らせる。この運転員は、低周波
カットフィルタ８を通した変位量表示計９ａ及び振動記
録計１０ａ又は地震用フィルタ３１を通した変位量表示
計９ｂ及び振動記録計１０ｂによる表示を参考にしなが
ら、必要に応じて手動タービントリップスイッチ３９を
閉じさせる（ブロック５１）。この手動タービントリッ
プスイッチ３９によってタービントリップ装置１３が作
動して、タービン２ａ・・・２ｎをトリップする様にな
っている（ブロック４８）。また、地震用振動リレー盤
２６によって、地震計２５ａ又は２５ｂの測定値が設定
値αより大きな値に設定された設定値β以上に達したと
判定されかつ地震計２５ｃ又［認テの測定値が設定値β
以上に達したと判定された場合（ブロック５２）、ある
いは他の場所に設置された地震計２５ｗ、２５ｘ、２５
ｙ、２５ｚの測定値についても同様に設定値β以上に達
したと判定された場合（ブロック５３）において、大規
模の地震が発生したと判断される。この場合において、
自動操作用リレー付勢装置３５はリレー３６を付勢し、
電源３８及び地層用自動タービントリップスイッチ３７
を介してタービントリップ装置１３を作動させ（ブロッ
ク５４）、自動的にタービンをトリップするよう（ブロ
ック４８）になっている。

本発明のタービン保護装置は以上の様に構成されている
ため、地震などによってタービン設備全体が揺れ、ター
ビン軸４とタービン軸受６の相対変位がタービントリッ
プ値に達しない様な小規模の地震にもかかわらず、その
絶対変位がタービントリップ値に達するような場合でも
タービントリップスイッチが自動から手動に切換えられ
、地震による振動成分をカットする地震用フィルタ３１
を通して作動する変位量表示計９ｂ及び振動記録計１０
ｂによる表示を用いて、運転員の適切な判断のもとに不
必要なタービントリップを防ぐことができる。更には、
ター１ン軸４とタービン軸受６の相対変位がトリップ値
に達する様な大規模な地震の際には、自動的に地震用自
動タービントリップスイッチ３７が作動することによっ
て、確実にタービンをトリップすることができ、プラン
トの稼動率を大巾に向上させるとともに地震時の安全性
を向上させることができる。

尚、前記設定値αとは、タービン軸４と軸受６の相対変
位が設定値以下にもかかわらず軸の絶対変位量によりタ
ービントリップに至る可能性のある規模の地震設定値を
示す。さらに、設定値βとはタービン軸４と軸受６の相
対変位が設定値を越えるような大きな規模の地震設定値
を示す。

〔発明の効果〕

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まで信号をカットする地
震用フィルタと、この地震用フィルタを地震感知後に接
続させる地震用フィルタスイッチとを設け、比較的小規
模な地震に対しては、タービントリップスイッチを自動
から手動に切り換えることにより、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様にし、更には比較的大規模
な地震に対してはタービンを自動的にトリップさせるこ
とにより、不必要なタービントリップを防ぎプラントの
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２図は第１図の軸受部の断面図、第３図は従来のター
ビン保護装置の構成図、第４図は第３図の低周波カット
フィルタの特性図、第５図は第３図の構成の動作説明図
、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８図は第６図の実施例の
動作説明図である。５ａ〜５ｎ・・・軸振動検出器　７・・・タービン監視
盤８・・・低周波カントフィルタ９ａ、９ｂ・・・変位量表示計１０ａ、１０ｂ・・・振動記録計　１１・・・振動リレ
ー盤１２・・・警報装置１３・・・タービントリップ装置２１・・・リレー付勢装置２２．２８，２９．３６　・・・リレー　２５ａ〜Ｚ・
・・地震計２６・・・地震用振動リレー盤２７・・・切換用リレー付勢装置３１・・・地震用フィルタ３３・・・手動切換信号アラーム３５・・・自動操作用リレー付勢装置代理人　弁理士　則　近　憲　佑（ほか１名）第４図第７図イ役動ＩＷ′ｌ濯秋Ｈｚノ（Ｈｚ　）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　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、この軸振動検出器に接続されたタ
ービン監視盤と、このタービン監視盤に接続され前記軸
信号の低周波成分のみを除去する低周波カットフィルタ
と、この低周波カントフィルタを介して与えられる前記
軸振動信号に基づいて警報状態及びタービントリップ状
態の有無を判断する判断制御装置と、この判断制御装置
の出力に基づいて警報を発生させる警報装置と、原子力
発電所内に設けられ地震による振動成分を出力する地震
計と、この地震計からの出力が設定された値の範囲内の
場合タービントリップ操作を手動に切り換え設定された
値の範囲を越えるとタービントリップ操作を自動で行な
う地震判断制御装置と、前記地震計から出力される振動
成分を感知すると前記タービン監視盤及び地震判断制御
装置に接続され地震による振動成分を前記振動検出器よ
り出力された軸振動信号から除去する地震用フィルタと
、この地震用フィルタと前記低周波カットフィルタとを
介して与えられる前記軸振動信号に基づいてタービン軸
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
表示記録手段とから成ることを特徴とするタービン保護
装置。
（２）判断制御装置は、低周波カットフィルタに接続さ
れた振動リレー盤と、この振動リレー盤に接続されたリ
レー付勢装置及び警報装置と、前記リレー付勢装置から
リレーを介して付勢されるタービントリップスイッチと
から成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
タービン保護装置。
（３）地震判断制御装置は、地震計に接続された地震用
振動リレー盤と、この地震用振動リレー盤に接続された
切換用リレー付勢装置と、この切換用リレー付勢装置に
よりリレーを介して付勢される手動切換スイッチと、こ
の手動切換スイッチに接続された手動切換信号アラーム
及び手動タービントリップスイッチと、前記地震用振動
リレー盤に接続された自動操作用リレー付勢装置と、こ
の自動操作用リレー付勢装置からリレーを介して付勢さ
れる地震用自動タービントリップスイッチとから成るこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のタービン保
護装置。