(57)【要約】【課題】ターニング駆動ギアをターニングロータギアに安全に嵌合させる。【解決手段】実施形態に係るターニング装置は、ターニングギア嵌合アクチュエータと、ターニング駆動モータと、回転速度検出装置と、回転速度検出器と、バックアップ回転速度検出装置と、バックアップ回転速度検出器と、タービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいて仮想回転速度を算出する仮想回転速度算出装置と、仮想回転速度検出器と、バックアップ回転速度検出器と仮想回転速度検出器の両方と前記回転速度検出器とが、タービンロータの回転停止状態もしくはターニング駆動ギアとターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出した場合にターニング運転を行うターニング制御装置と、を備える。【選択図】図１
2019157779.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービンロータに設けられたターニングロータギアにターニング駆動ギアを嵌合させるターニングギア嵌合アクチュエータと、
前記ターニングロータギアに嵌合した前記ターニング駆動ギアを回転駆動することにより前記タービンロータを回転させるターニング駆動モータと、
前記タービンロータの回転速度を検出する回転速度検出装置と、
検出された前記回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出する回転速度検出器と、
前記回転速度検出装置とは別に、前記タービンロータの回転速度をバックアップ回転速度として検出するバックアップ回転速度検出装置と、
検出された前記バックアップ回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出するバックアップ回転速度検出器と、
前記タービンロータを有するタービンへの駆動流体の注入を遮断してから経過した経過時間と前記タービンロータの回転速度との関係を示すタービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいて、前記タービンロータの回転速度を仮想回転速度として算出する仮想回転速度算出装置と、
算出された前記仮想回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出する仮想回転速度検出器と、
前記バックアップ回転速度検出器と前記仮想回転速度検出器の両方と前記回転速度検出器とが、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出した場合、前記ターニングギア嵌合アクチュエータを制御して前記ターニング駆動ギアを前記ターニングロータギアに嵌合させ、前記ターニング駆動モータを制御して前記タービンロータを回転駆動させてターニング運転を行うターニング制御装置と、
を備えるターニング装置。
【請求項２】
前記仮想回転速度算出装置は、
前記バックアップ回転速度検出装置が検出したバックアップ回転速度と、低回転速度領域にある予め定められた規定回転速度とを比較する比較器と、
バックアップ回転速度が前記規定回転速度以下の場合、前記タービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいて前記タービンロータの回転速度を仮想回転速度として算出する仮想回転速度算出器と、
を備える請求項１に記載のターニング装置。
【請求項３】
前記仮想回転速度算出器は、前記比較器がバックアップ回転速度を前記規定回転速度以下と判別したタイミングから計測した経過時間を、前記タービン固有の回転速度降下特性を表す関数に代入することにより仮想回転速度を算出する、
請求項２に記載のターニング装置。
【請求項４】
前記仮想回転速度検出器は、
前記比較器がバックアップ回転速度を前記規定回転速度以下と判別したタイミングから、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度に至るまでの、前記タービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づく前記タービン固有の時間を計測するタイマー装置を備え、
前記仮想回転速度検出器は、
前記タイマー装置が前記タービン固有の時間の計測を完了すると、前記タービンロータの回転速度が前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度に至ったと判断する、
請求項２に記載のターニング装置。
【請求項５】
タービンロータに設けられたターニングロータギアにターニング駆動ギアを嵌合させるターニングギア嵌合アクチュエータと、
前記ターニングロータギアに嵌合した前記ターニング駆動ギアを回転駆動することにより前記タービンロータを回転させるターニング駆動モータと、
前記タービンロータの回転速度を検出する回転速度検出装置と、
検出された前記回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出する回転速度検出器と、
前記回転速度検出装置とは別に、前記タービンロータの回転速度をバックアップ回転速度として検出するバックアップ回転速度検出装置と、
前記タービンロータを有するタービンへの駆動流体の注入を遮断してから経過した経過時間と前記タービンロータの回転速度との関係を示すタービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいて、前記タービンロータの回転速度を仮想回転速度として算出する仮想回転速度算出装置と、
算出された前記仮想回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることとを検出する仮想回転速度検出器と、
前記バックアップ回転速度検出装置が検出した前記バックアップ回転速度と、低回転速度領域にある予め定められた規定回転速度とを比較する比較器と、
前記バックアップ回転速度が前記規定回転速度以下の場合、前記回転速度検出器と前記仮想回転速度検出器とが、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出した場合に、前記ターニングギア嵌合アクチュエータを制御して前記ターニング駆動ギアを前記ターニングロータギアに嵌合させ、前記ターニング駆動モータを制御して前記タービンロータを回転駆動させてターニング運転を行うターニング制御装置と、
を備えるターニング装置。
【請求項６】
前記回転速度検出装置が検出した回転速度と前記仮想回転速度算出装置が算出した仮想回転速度との偏差、もしくは前記回転速度検出装置が検出した回転速度と前記バックアップ回転速度検出装置が検出したバックアップ回転速度との偏差が予め設定した閾値を超えた場合、前記回転速度検出装置、前記仮想回転速度算出装置もしくは前記バックアップ回転速度検出装置のいずれかが故障していると判断して警報を発する異常検出装置を備える、
請求項１から５のいずれか一項に記載のターニング装置。
【請求項７】
前記異常検出装置は、
前記バックアップ回転速度検出装置が検出したバックアップ回転速度が予め設定した規定回転速度以下の場合、前記回転速度検出装置が検出した回転速度と前記仮想回転速度算出装置が算出した仮想回転速度との偏差が予め設定した閾値を超えると、前記回転速度検出装置もしくは前記仮想回転速度算出装置のいずれかが故障していると判断して警報を発し、
前記バックアップ回転速度検出装置が検出したバックアップ回転速度が予め設定した規定回転速度よりも早い場合、前記回転速度検出装置が検出した回転速度と前記バックアップ回転速度検出装置が検出したバックアップ回転速度との偏差が予め設定した閾値を超えると、前記回転速度検出装置もしくは前記バックアップ回転速度検出装置のいずれかが故障していると判断して警報を発する、
請求項６に記載のターニング装置。
【請求項８】
前記異常検出装置は、前記偏差が予め設定した閾値を超えている時間が予め設定した時間よりも長く継続した場合に警報を発する、
請求項６または７に記載のターニング装置。
【請求項９】
前記異常検出装置は、
前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを、前記回転速度検出器もしくは前記仮想回転速度検出器のいずれか一方しか検知していない時間が予め設定した時間以上継続した場合、前記回転速度検出器と前記仮想回転速度算出装置のいずれかが故障していると判断して警報を発する、
請求項６から８のいずれか一項に記載のターニング装置。
【請求項１０】
前記異常検出装置は、
前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを、前記回転速度検出器もしくは前記バックアップ回転速度検出器のいずれか一方しか検知していない時間が予め設定した時間以上継続した場合、前記回転速度検出装置と前記バックアップ回転速度検出装置のいずれかが故障していると判断して警報を発する、
請求項６から８のいずれか一項に記載のターニング装置。
【請求項１１】
前記ターニング制御装置は、前記異常検出装置が故障を検出した場合、前記バックアップ回転速度検出器と前記仮想回転速度検出器の少なくともいずれか１つの出力と前記回転速度検出器の出力に基づいて前記ターニングギア嵌合アクチュエータを制御する自動制御モードから、前記バックアップ回転速度検出器と前記仮想回転速度検出器の少なくともいずれか１つの出力と前記回転速度検出器の出力と運転者の手動による入力に基づいて前記ターニングギア嵌合アクチュエータを制御する手動制御モードに切り替えてターニング運転を行う、
請求項６から１０のいずれか一項に記載のターニング装置。
【請求項１２】
前記バックアップ回転速度検出装置は、前記回転速度検出器としてタービン速度制御用電磁速度ピックアップセンサーを備える、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のターニング装置。
【請求項１３】
前記バックアップ回転速度検出装置は、前記回転速度検出器としてタービン振動監視用キーフェイザーセンサーを備える、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のターニング装置。
【請求項１４】
前記バックアップ回転速度検出装置は、前記回転速度検出器としてタービントリップ後の発電機残留電圧の周波数を検出する周波数センサーを備える、
請求項１から１１のいずれか一項に記載のターニング装置。
【請求項１５】
タービンロータの回転速度を検出する回転速度検出工程と、
検出された前記回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくはターニング駆動ギアとターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出する回転速度検出工程と、
前記回転速度検出工程に使用した前記タービンロータの回転速度を検出する装置とは別の装置を使用して、前記タービンロータの回転速度をバックアップ回転速度として検出するバックアップ回転速度検出工程と、
検出された前記バックアップ回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出するバックアップ回転速度検出工程と、
前期タービンロータを有するタービンへの駆動流体の注入を遮断してから経過した経過時間と前記タービンロータの回転速度との関係を示すタービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいて、前記タービンロータの回転速度を仮想回転速度として算出する仮想回転速度算出工程と、
算出された前記仮想回転速度に基づいて、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出する仮想回転速度検出工程と、
前記バックアップ回転速度検出工程と前記仮想回転速度検出工程の両工程と前記回転速度検出工程において、前記タービンロータの回転停止状態もしくは前記ターニング駆動ギアと前記ターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出した場合、ターニング駆動ギアをターニングロータギアに嵌合させ、前記ターニングロータギアを回転させることにより前記タービンロータを回転駆動させてターニング運転を行うターニング制御工程と、
を含むターニング装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターニング装置およびターニング装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発電用タービンには、タービンロータを外部からのモータ駆動等により回転させるターニング装置が一般に設けられている。例えば、蒸気タービンのタービンロータは、通常運転中は、主蒸気弁を経由して送られてくる蒸気の駆動力により定格回転速度で連続回転している。タービンの回転を停止する目的で主蒸気弁を完全に閉鎖し、タービンへの駆動蒸気を遮断する一連の動作をタービントリップという。タービントリップを行うと、タービンロータの回転速度は低下して無回転に至る。
【０００３】
大型のタービンの自重は重い。無回転の状態におけるタービンの回転軸に対して上側部分には、重力によってタービンの回転軸側に変形する力が働く。また、無回転の状態におけるタービンの回転軸に対して下側部分には、重力によってタービンの下方に変形する力が働く。また、蒸気によってタービンの温度は上昇している。温度が上昇していると、タービンの変形はさらに加速される。したがって、タービンの無回転状態が長時間（例えば、５分以上）継続すると、タービンの温度と自重によって、運転に支障を生じるほどタービンが変形する。この変形を防止するためには、タービンを停止してから次にタービンを起動するまでの間、タービンロータを低速で回転させておく必要がある。ターニング装置は、この目的で設けられている。
【０００４】
ターニング装置は、タービンロータに直結したターニングロータギアに、ターニング駆動モータに結合しているターニング駆動ギアを嵌合させ、ターニング駆動モータの駆動力でタービンロータを回転させている。ターニング駆動モータの回転速度は遅いので、ターニング駆動モータの許容回転速度よりもタービンロータの回転速度が早い状態でターニング駆動ギアをターニングロータギアに嵌合させると、ターニング装置に関連する機器の損傷を招くことになる。これを防止するために、タービンロータの回転速度を計測し、タービンロータの回転速度が許容回転速度まで低下してから、ターニング駆動ギアをターニングロータギアに嵌合させている。
【０００５】
しかし、タービンロータの回転速度の計測装置が故障すると、正しい嵌合制御を行うことができない。そこで、回転速度の計測装置を２台設けることにより信頼度を向上させることも考えられる。しかし、タービンロータに２台目の計測装置を設けることは、装置が大きくなり、製造コストが高くなる要因となる。また、既存のタービンロータを改造して２台目の計測装置をタービンロータに追加することは困難な場合が多い。
【０００６】
そこで、２台目の計測装置をタービンロータに追加しないで、タービンを制御するために設置されている既存のセンサーで取得可能な発電用タービンの状態を示す主蒸気圧力や弁開口度等のプロセス量を使用して、間接的にタービンロータの回転速度を推定し、２台目の計測装置の代用としている装置もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１７０４９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記のプロセス量からタービンロータの回転速度を推定した場合、推定誤差が大きいという問題がある。この推定誤差が大きい領域でターニング駆動ギアをターニングロータギアに嵌合させる場合、ターニング装置に関連する機器の損傷を招く恐れが高い。
【０００９】
本発明は、上述の事情の下になされたもので、ターニング駆動ギアをターニングロータギアに安全に嵌合させることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本実施形態に係るターニング装置は、タービンロータに設けられたターニングロータギアにターニング駆動ギアを嵌合させるターニングギア嵌合アクチュエータと、ターニングロータギアに嵌合したターニング駆動ギアを回転駆動することによりタービンロータを回転させるターニング駆動モータとを備える。また、タービンロータの回転速度を検出する回転速度検出装置と、検出された回転速度に基づいて、タービンロータの回転停止状態もしくはターニング駆動ギアとターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出する回転速度検出器とを備える。また、回転速度検出装置とは別に、タービンロータの回転速度をバックアップ回転速度として検出するバックアップ回転速度検出装置と、検出されたバックアップ回転速度に基づいて、タービンロータの回転停止状態もしくはターニング駆動ギアとターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出するバックアップ回転速度検出器と、タービンロータを有するタービンへの駆動流体の注入を遮断してから経過した経過時間とタービンロータの回転速度との関係を示すタービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいて、タービンロータの回転速度を仮想回転速度として算出する仮想回転速度算出装置と、算出された仮想回転速度に基づいて、タービンロータの回転停止状態もしくはターニング駆動ギアとターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出する仮想回転速度検出器とを備える。また、バックアップ回転速度検出器と仮想回転速度検出器の両方と回転速度検出器とが、タービンロータの回転停止状態もしくはターニング駆動ギアとターニングロータギアとの嵌合が可能な回転速度であることを検出した場合、ターニングギア嵌合アクチュエータを制御して前記ターニング駆動ギアをターニングロータギアに嵌合させ、ターニング駆動モータを制御してタービンロータを回転駆動させてターニング運転を行うターニング制御装置と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】第１の実施形態に係るターニング装置の構成図である。
【図２】回転速度検出装置３で検出した回転速度とバックアップ回転速度検出装置で検出したバックアップ回転速度との差について説明するための図である。
【図３】タービン固有の回転速度降下特性について説明するための図である。
【図４】第１の実施形態に係るターニング装置の不正嵌合防止装置の構成図である。
【図５】第１の実施形態に係るターニング装置の操作パネルの構成図である。
【図６】第１の実施形態に係るターニング装置の異常検出装置の構成図である。
【図７】第１の実施形態に係るターニング装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図８】変形例６に係るターニング装置の不正嵌合防止装置の構成図である。
【図９】変形例７に係るターニング装置の不正嵌合防止装置の構成図である。
【図１０】変形例８に係るターニング装置の不正嵌合防止装置の構成図である。
【図１１】変形例８に係るターニング装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（第１の実施形態）
本実施形態に係るターニング装置１００について、図１を参照して説明する。ターニング装置１００は、図１に示すように、ターニング駆動装置１、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出装置８、仮想回転速度算出装置７、不正嵌合防止装置４、操作パネル９、ターニング制御装置１０、異常検出装置６を備える。
【００１３】
ターニング駆動装置１は、ターニング駆動モータ１ａ、ターニング駆動ギア１ｂ、ターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃ、ターニングロータギア１ｄを備える。ターニング駆動ギア１ｂは、ターニング駆動モータ１ａの回転軸と同軸に形成されている。ターニング駆動モータ１ａは、ターニング駆動ギア１ｂを回転させる。ターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃは、ターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合状態もしくは非嵌合状態にする。ターニングロータギア１ｄは、タービンロータ２と同軸に形成されている。ターニング駆動モータ１ａは、ターニングロータギア１ｄと嵌合したターニング駆動ギア１ｂを回転させることにより、タービンロータ２を回転させる。ターニング駆動装置１は、後述するターニング制御装置１０から受信したターニング駆動装置制御指令１００２に従ってターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃを制御し、ターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させ、タービンロータ２を回転させる。
【００１４】
回転速度検出装置３は、タービンロータ２の回転速度を検出する。そのために、回転速度検出装置３は、回転速度検出用センサー３ａ、パルス信号変換器３ｂ、速度検出用歯車３ｃを備える。速度検出用歯車３ｃは、円形状の歯車である。速度検出用歯車３ｃは、タービンロータ２に直結されており、タービンロータ２の回転に応じて回転する。速度検出用歯車３ｃの外形は凹凸状に形成されている。回転速度検出用センサー３ａは、例えば、渦電流を検出することにより、回転速度検出用センサー３ａ自身と速度検出用歯車３ｃとの距離を検出するセンサーである。回転速度検出用センサー３ａの直前に速度検出用歯車３ｃの凹部が位置する場合、速度検出用歯車３ｃと回転速度検出用センサー３ａとの距離は離れる。また、回転速度検出用センサー３ａの直前に速度検出用歯車３ｃの凸部が位置する場合、速度検出用歯車３ｃと回転速度検出用センサー３ａとの距離は接近する。回転速度検出用センサー３ａは、例えば、回転速度検出用センサー３ａの直前に凸部が位置した場合、回転速度パルス信号３０１を出力する。
【００１５】
パルス信号変換器３ｂは、回転速度検出用センサー３ａが単位時間内に出力したパルスの数をカウントすることによりタービンロータ２の回転速度を計測する。パルス信号変換器３ｂは、タービンロータ２に直結された速度検出用歯車３ｃの単位時間当たりの回転数をカウントしているので、タービンロータ２の回転速度を正確に計測することができる。パルス信号変換器３ｂは、タービンロータ２の回転速度を計算する単位時間を１分、１０分、１時間と長くするほど、タービンロータ２の回転速度をより正確に計測することができる。
【００１６】
バックアップ回転速度検出装置８は、回転速度検出装置３とは別の装置で計測されたタービンの状態を示すプロセス量を使用して、タービンロータ２の回転速度をバックアップ回転速度として間接的に検出する装置である。プロセス量を計測するセンサーとしては、タービン速度制御用電磁速度ピックアップセンサー、タービン振動監視用キーフェイザーセンサー、タービントリップ後の発電機残留電圧の周波数を検出する周波数センサー、主蒸気圧力を検出する圧力センサー等を使用する。これらのプロセス量を計測するセンサーは、タービンを制御するために設置されている既存のセンサーである。本実施形態では、これらの既存のセンサーをバックアップ回転速度検出器８ａとして使用する。
【００１７】
バックアップ回転速度算出器８ｂは、バックアップ回転速度検出器８ａが検出したプロセス量に基づいてタービンロータ２の回転速度を算出する。具体的には、バックアップ回転速度算出器８ｂは、プロセス量とタービンロータ２の回転速度との関係を表す関数を備え、バックアップ回転速度検出器８ａが出力するバックアップ速度要素プロセス信号８０１が示すプロセス量をその関数に代入することにより、タービンロータ２の回転速度を算出する。なお、バックアップ回転速度算出器８ｂが、プロセス量とタービンロータ２の回転速度とを対応付けるテーブルを備え、バックアップ回転速度検出器８ａが出力するバックアップ速度要素プロセス信号８０１が示すプロセス量に基づいて、テーブル引きでタービンロータ２の回転速度を算出するようにしてもよい。
【００１８】
しかし、これらのプロセス量から算出したタービンロータ２の回転速度の検出精度は低い。図２を参照して具体例を説明する。横軸は時間であり、縦軸はタービンロータ２の回転速度である。一点鎖線は、回転速度検出装置３で計測したタービンロータ２の回転速度を表すグラフである。実線は、バックアップ回転速度検出装置８がプロセス量に基づいて検出したタービンロータ２の回転速度を表すグラフである。タービントリップした時刻をｔ０とする。図２に示すように、タービントリップしてから時間が経過するにしたがって、２つの曲線の差は大きくなっていく。特に回転速度が規定回転速度である閾値α以下になると、２つの曲線の差は著しく大きくなる。回転速度検出装置３で計測したタービンロータ２の回転速度とバックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度との差が、許容値以上となる回転速度を規定回転速度と定義する。タービンロータ２に直結した速度検出用歯車３ｃの回転数をカウントしているので、回転速度検出装置３で検出したタービンロータ２の回転速度の検出誤差は極めて小さい。したがって、２つの曲線の差は、バックアップ回転速度検出装置８の検出誤差と言える。
【００１９】
ターニング駆動ギア１ｂをターニングロータギア１ｄに嵌合させることが可能な回転速度の閾値をＡとする。図２に示すように、閾値Ａが示す回転速度は、閾値αが示す回転速度より小さい。図２に示す場合、バックアップ回転速度検出装置８がタービンロータ２の回転速度が閾値Ａ以下になったと判断しても、タービンロータ２の真の回転速度は閾値Ａより大きい。したがって、バックアップ回転速度検出装置８が検出したタービンロータ２の回転速度に基づいてターニング駆動ギア１ｂをターニングロータギア１ｄに嵌合させると、ターニング装置を損傷する恐れが高い。つまり、回転速度検出装置３をバックアップしてタービンロータ２の回転速度を検出するためには、バックアップ回転速度検出装置８だけでは不十分である。
【００２０】
仮想回転速度算出装置７は、タービンへの駆動流体の注入を遮断してから経過した経過時間とタービンロータ２の回転速度との関係を示すタービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいて、タービンロータ２の回転速度を仮想回転速度として算出する。この仮想回転速度は、バックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度の検出誤差を補完するために使用する。
【００２１】
仮想回転速度算出装置７は、比較演算器７ａと仮想回転速度算出器７ｂを備える。比較演算器７ａは、バックアップ回転速度検出装置８が出力するバックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値α以下になったか否かを判別する。なお、閾値αには、バックアップ回転速度検出装置８の検出誤差が許容値以内となる回転速度を設定する。
【００２２】
また、比較演算器７ａは、バックアップ回転速度が閾値α以下になったことを示す切替信号７０２を出力する。ここでは、バックアップ回転速度が閾値α以下になった場合、比較演算器７ａは、切替信号７０２＝１（ハイレベル）を出力することとする。また、バックアップ回転速度が閾値αより大きくなった場合、比較演算器７ａは、切替信号７０２＝０（ローレベル）を出力することとする。
【００２３】
仮想回転速度算出器７ｂは、タービントリップ後の、タービン固有の回転速度降下特性に基づいて、タービンロータ２の回転速度を仮想回転速度として算出する。仮想回転速度算出器７ｂは、タービン固有の回転速度降下特性を表す関数を記憶している。
【００２４】
タービントリップ後に回転速度が閾値α以下に低下した後のタービンロータ２の回転速度は、タービン固有の回転速度降下特性に基づいて低下していき、最終的には停止する。この回転速度降下特性は、タービンの形状や重量等により決まる特性である。
【００２５】
図３にタービンロータ２固有の回転速度降下特性を表す関数の例を実線で示す。バックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度を一点鎖線で示す。回転速度が閾値α以下の領域が、タービンロータ２の回転速度が固有の回転速度降下特性に従う領域である。タービンロータ２固有の回転速度降下特性を表す関数は、予め実験で計測したデータに基づいて最小二乗法等により作成しておく。仮想回転速度算出装置７は、作成された関数を記憶している。図３に示すように、この関数は、回転速度が閾値α以上の領域では「α」を表している。また、この関数は、回転速度が閾値αよりも遅い領域では、回転速度検出装置３で検出したタービンロータ２の回転速度のグラフと一致している。
【００２６】
仮想回転速度算出器７ｂは、バックアップ回転速度検出装置８が出力するバックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値α以下になった図３に示す時刻ｔ１からの経過時間ｔを図３に実線で示すタービンロータ２の回転速度降下特性を表す関数に代入することにより、タービンロータ２の仮想回転速度を算出する。時刻ｔ１からの経過時間ｔは、図示しないタイマー装置で計測する。
【００２７】
図１に戻り、不正嵌合防止装置４は、バックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度と仮想回転速度算出装置７が算出した仮想回転速度の両方の回転速度と、回転速度検出装置３が検出した回転速度とが、タービンロータ２の回転停止状態もしくはターニング駆動ギア１ｂの嵌合が可能な回転数であることを検出した場合に、ターニング投入許可信号４０３＝１（ハイレベル）を出力する。そのために、不正嵌合防止装置４は、ゼロ回転速度検出器４ｂ、仮想ゼロ回転速度検出器４ｃ、バックアップゼロ回転速度検出器４ｄ、不正嵌合防止回路４ａを備える。以降は、図４を参照しながら説明する。ここでは、不正嵌合防止装置４が、ゼロ回転速度検出器４ｂ、仮想ゼロ回転速度検出器４ｃ、バックアップゼロ回転速度検出器４ｄの全ての検出器が、タービンロータ２の回転停止状態もしくはターニング駆動ギア１ｂの嵌合が可能な回転数であることを検知した場合に、ターニング投入許可信号４０３＝１（ハイレベル）を出力する場合について説明する。
【００２８】
ゼロ回転速度検出器４ｂは、パルス信号変換器３ｂから回転速度プロセス信号３０２を受信し、回転速度プロセス信号３０２が示す回転速度が予め設定された閾値Ｂ以下になったか否かを判別する。ゼロ回転速度検出器４ｂは、回転速度プロセス信号３０２が示す回転速度が予め設定された閾値Ｂ以下になった場合、ゼロ回転速度成立信号４０１＝１（ハイレベル）を不正嵌合防止回路４ａに送信する。
【００２９】
仮想ゼロ回転速度検出器４ｃは、仮想回転速度算出装置７から仮想回転速度プロセス信号７０１を受信し、仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度が予め設定された閾値Ａ以下になったか否かを検出する。仮想ゼロ回転速度検出器４ｃは、仮想回転速度が予め設定された閾値Ａ以下になった場合、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１（ハイレベル）を不正嵌合防止回路４ａに送信する。
【００３０】
バックアップゼロ回転速度検出器４ｄは、バックアップ回転速度検出装置８からバックアップ回転速度プロセス信号８０２を受信し、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が予め設定された閾値Ｃ以下になったか否かを検出する。バックアップゼロ回転速度検出器４ｄは、バックアップ回転速度が予め設定された閾値Ｃ以下になった場合、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝１（ハイレベル）を不正嵌合防止回路４ａに送信する。
【００３１】
不正嵌合防止回路４ａは、図４に示すようにＡＮＤ演算器４ａａとＡＮＤ演算器４ａｂを含んで構成されている。不正嵌合防止回路４ａは、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値Ｃ以下であり、仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度が閾値Ａ以下であり、回転速度プロセス信号３０２が示す回転族度が閾値Ｂ以下である場合、ターニング投入許可信号４０３＝１（ハイレベル）をターニング制御装置１０へ出力する。
【００３２】
閾値Ａ，Ｂ，Ｃの値は、Ａ＝Ｂ＝Ｃとしてもよい。例えば、Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝２ｒｐｍのように設定する。また、使用するプロセス信号の特性に応じて、Ａ，Ｂ，Ｃの値を異なる値に設定してもよい。図３に示す回転速度降下特性の場合、Ａ＝Ｃとすると、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１であれば、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝１となる。このような冗長構成を有している理由は、仮想回転速度算出装置７もしくは仮想ゼロ回転速度検出器４ｃの故障により、誤って仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１が出力された場合でも、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝０となる回転速度の領域においては、誤ってターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとの嵌合制御がされないようにするためである。
【００３３】
図１に戻り、操作パネル９は、ターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとの嵌合制御を、自動制御モードもしくは運転員による手動制御モードに設定する機能を有する。操作パネル９の機能構成を図５を参照して説明する。
【００３４】
操作パネル９のセレクタ９ａは、運転者によるタッチパネル等からの操作によって、自動制御モードもしくは手動制御モードの設定がなされる。手動制御モードが設定された場合、セレクタ９ａは、入力Ｂを選択する。ＯＲ演算器９ｂの一の入力は「０」に設定されている。ＯＲ演算器９ｂの他の入力は運転者がターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる指令を入力すると「１」が設定される。この構成により、操作パネル９は、手動制御モード時には、運転者が嵌合指令を入力するまではターニング操作指令信号９０１＝０（ローレベル）を出力している。
【００３５】
また、操作パネル９のセレクタ９ａは、自動制御モード時が設定された場合、入力Ａを選択する。セレクタ９ｃは、後述する異常検出装置６が出力する異常検出信号６０１によって切り替えられる。異常検出装置６が故障を検出していない異常検出信号６０１＝０の場合、セレクタ９ｃは入力Ａを選択する。入力Ａは「１」に設定されているので、操作パネル９は、ターニング操作指令信号９０１＝１（ハイレベル）を出力する。一方、異常検出装置６が故障を検出している異常検出信号６０１＝１の場合、セレクタ９ｃは入力Ｂを選択する。入力ＢはＯＲ演算器９ｂの出力に接続されている。したがって、操作パネル９は、手動制御モードに切り替えられる。
【００３６】
図１に戻って、ターニング制御装置１０は、ターニング投入許可信号４０３とターニング操作指令信号９０１とに基づいて、ターニング駆動装置を制御する。ターニング制御装置１０は、ＡＮＤ演算器１０ａとターニング制御回路１０ｂとを備える。ＡＮＤ演算器１０ａは、ターニング投入許可信号４０３＝１（ハイレベル）の場合で、自動制御モード（ターニング操作指令信号９０１＝１）の場合、ターニング投入指令１００１＝１（ハイレベル）を出力する。ＡＮＤ演算器１０ａは、ターニング投入許可信号４０３＝１（ハイレベル）で、ターニング操作指令信号９０１＝０の場合、ターニング投入指令１００１＝０（ローレベル）を出力する。
【００３７】
ターニング制御回路１０ｂは、ターニング投入指令１００１に基づいてターニング駆動装置１にターニング駆動装置制御指令１００２を出力する。ターニング駆動装置制御指令１００２＝１を受信したターニング駆動装置１は、ターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃを駆動して、ターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる。
【００３８】
また、ターニング制御回路１０ｂは、ターニング駆動装置１からターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとの嵌合状態等を示すターニング駆動装置フィードバック信号１００３を受信し、ターニング駆動装置制御指令１００２に反する状態である場合、異常表示器６ｂにアラームを表示する。
【００３９】
信号切替器１２は、切替信号７０２に基づいて、異常検出装置６に供給する信号を切り替える。具体的には、信号切替器１２は、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値αよりも早い場合（切替信号７０２＝０の場合）、バックアップ回転速度プロセス信号８０２を異常検出装置６に供給する。また、信号切替器１２は、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値α以下の場合（切替信号７０２＝１の場合）、仮想回転速度プロセス信号７０１を異常検出装置６に供給する。
【００４０】
異常検出装置６は、回転速度検出装置３が検出した回転速度と仮想回転速度算出装置７が算出した仮想回転速度との偏差、もしくは回転速度検出装置３が検出した回転速度とバックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度との偏差が予め設定した閾値Ｆを超えた場合、回転速度検出装置３、仮想回転速度算出装置７もしくはバックアップ回転速度検出装置８のいずれかが故障していると判断して警報を発する。異常検出装置６は、図６に示すように、回転速度比較器６ａ、異常表示器６ｂを備える。
【００４１】
回転速度比較器６ａは、偏差演算器６ａａ、絶対値演算器６ａｂ、比較演算器６ａｃを備える。偏差演算器６ａａは、回転速度検出装置３が検出した回転速度プロセス信号３０２が示す回転速度から、バックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度もしくは仮想回転速度算出装置７が算出した仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度を引く演算処理を行う。絶対値演算器６ａｂは、偏差演算器６ａａが演算した引き算結果の絶対値を演算する。比較演算器６ａｃは、絶対値演算器６ａｂが演算した絶対値を予め設定されている閾値Ｆと比較する。そして、比較演算器６ａｃは、引き算結果の絶対値が予め設定されている閾値Ｆよりも大きい場合、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出装置８もしくは仮想回転速度算出装置７のいずれかに故障があると判断する。比較演算器６ａｃは、故障があると判断した場合、異常検出信号６０１＝１（ハイレベル）を異常表示器６ｂおよび操作パネル９に送信する。
【００４２】
異常表示器６ｂは、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示ユニットを有している。異常表示器６ｂは、比較演算器６ａｃから異常検出信号６０１＝１（ハイレベル）を受信すると、故障が検出されたことを表示する。
【００４３】
次に、上述のように構成されるターニング装置１００の動作について、図面を参照しながら説明する。また、以下の説明は、運転者が自動制御モードを選択しており、図５に示すセレクタ９ａが入力Ａを選択している場合について説明する。また、不正嵌合防止装置４の閾値が、Ａ＝Ｂ＝Ｃに設定されている場合について説明する。最初に、異常検出装置６が、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出装置８、仮想回転速度算出装置７の故障を検出していない場合について説明する。
【００４４】
（通常運転時）
タービンロータ２は、通常運転時には例えば３０００ｒｐｍの回転速度で運転されている。通常運転時には、ターニング駆動装置１のターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとは嵌合していない状態である。回転速度検出装置３は、タービンロータ２の回転速度を検出し、検出した回転速度を回転速度プロセス信号３０２としてゼロ回転速度検出器４ｂに送信する。ゼロ回転速度検出器４ｂの閾値Ｂは、ターニング駆動ギア１ｂをターニングロータギア１ｄに嵌合させることが可能な回転速度（例えば、２ｒｐｍ）に設定されている。ゼロ回転速度検出器４ｂは、回転速度プロセス信号３０２が示す回転速度が閾値Ｂより大きいので、ゼロ回転速度成立信号４０１＝０（ローレベル）を出力する。
【００４５】
一方、バックアップ回転速度検出装置８は、バックアップ速度要素プロセス信号８０１に基づいてバックアップ回転速度プロセス信号８０２を出力する。バックアップゼロ回転速度検出器４ｄの閾値Ｃは、ターニング駆動ギア１ｂをターニングロータギア１ｄに嵌合させることが可能な回転速度（例えば、２ｒｐｍ）に設定されている。通常運転時は、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度は閾値Ｃより大きいので、バックアップゼロ回転速度検出器４ｄは、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝０（ローレベル）を出力する。また、通常運転時は、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度は閾値αより大きいので、比較演算器７ａは、切替信号７０２＝０（ローレベル）を出力する。仮想回転速度算出器７ｂは、図３に示すように、仮想回転速度プロセス信号７０１として「α」を出力する。図３に示すように、閾値Ａ＜閾値αであるので、仮想ゼロ回転速度検出器４ｃは、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝０（ローレベル）を出力する。
【００４６】
不正嵌合防止回路４ａは、ゼロ回転速度成立信号４０１＝０（ローレベル）、ゼロ回転速度成立信号４０１＝０（ローレベル）、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝（ローレベル）であるので、ターニング投入許可信号４０３＝０（ローレベル）を出力する。
【００４７】
操作パネル９は、自動制御モードであり異常検出装置６が故障を検出していないので、ターニング操作指令信号９０１＝１（ハイレベル）を出力している。ターニング制御装置１０は、ターニング投入許可信号４０３＝０（ローレベル）に基づいて、ターニング駆動装置制御指令１００２＝０（ローレベル）を出力する。
【００４８】
ターニング駆動装置制御指令１００２＝０（ローレベル）を受信したターニング駆動装置１は、ターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとが嵌合していない状態を維持する。
【００４９】
（タービントリップ時の動作）
次に、タービントリップ時の動作について説明する。タービントリップが始まるとタービンロータ２の回転速度は次第に低下していく。タービンロータ２の回転速度が閾値α未満になると、仮想回転速度算出装置７の比較演算器７ａは、切替信号７０２＝１（ハイレベル）を出力する。切替信号７０２＝１（ハイレベル）を受信した信号切替器１２は、仮想回転速度プロセス信号７０１を異常検出装置６に出力するように回路を切り替える。
【００５０】
仮想回転速度算出器７ｂは、図３に実線で示すタービン固有の回転速度降下特性を表す関数に、比較演算器７ａが切替信号７０２を０から１に切り替えた時刻ｔ１からの経過時間ｔを代入し、仮想回転速度を算出する。図３に示すように、時刻ｔ１からしばらくの期間は、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度は閾値Ａ（ここでは、Ｃ＝Ａ）より大きく、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝０である。また、この回転速度領域では、仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度は閾値Ａより大きく、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝０である。したがって、ターニング投入許可信号４０３＝０のままである。
【００５１】
さらにタービンロータ２の回転速度が低下すると、図３に示すように、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値Ａ（ここでは、Ｃ＝Ａ）以下となり、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝１となる。この回転速度領域では、仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度は閾値Ａより大きい。したがって、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝１であっても仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝０であるので、ターニング投入許可信号４０３＝０のままである。つまり、仮に回転速度検出装置３もしくはゼロ回転速度検出器４ｂが故障した場合でも、誤ってターニング投入指令１００１が「１」に設定されることはない。
【００５２】
さらに、タービンロータ２の回転速度が低下すると、回転速度検出装置３から受信した回転速度プロセス信号３０２が示す回転速度が閾値Ｂ（例えば、２ｒｐｍ）以下になる。そして、ゼロ回転速度検出器４ｂは、ゼロ回転速度成立信号４０１＝１（ハイレベル）を出力する。バックアップゼロ回転速度検出器４ｄは、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値Ｃ（例えば、２ｒｐｍ）以下であるので、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝１（ハイレベル）を出力したままである。仮想ゼロ回転速度検出器４ｃは、仮想回転速度算出装置７から受信した仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度が閾値Ａ（例えば、２ｒｐｍ）以下になると、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１（ハイレベル）を出力する。不正嵌合防止回路４ａは、ゼロ回転速度成立信号４０１＝１（ハイレベル）、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝１（ハイレベル）、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１（ハイレベル）の条件が揃うので、ターニング投入許可信号４０３＝１（ハイレベル）を出力する。
【００５３】
操作パネル９は、自動制御モードであり、異常検出装置６が異常を検出していないので、ターニング操作指令信号９０１＝１（ハイレベル）を出力している。ターニング制御装置１０は、ターニング投入許可信号４０３＝１（ハイレベル）に基づいて、ターニング駆動装置制御指令１００２＝１（ハイレベル）を出力する。
【００５４】
ターニング駆動装置制御指令１００２＝１（ハイレベル）を受信したターニング駆動装置１は、ターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃを駆動してターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる。タービンロータ２は、ターニング駆動モータ１ａの駆動により回転するターニング駆動ギア１ｂ、ターニングロータギア１ｄの駆動力により回転する。
【００５５】
（故障がある場合の動作）
次に、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出装置８、仮想回転速度算出装置７のいずれかに故障がある場合について説明する。仮に回転速度検出装置３もしくはゼロ回転速度検出器４ｂがゼロ回転速度成立信号４０１＝１の状態で故障した場合について説明する。この場合においても、タービンロータ２の回転速度が閾値Ａより大きい回転速度領域では、バックアップ回転速度もしくは仮想回転速度のいずれかは閾値Ａより大きい回転速度である。したがって、ＡＮＤ演算器４ａｂの出力は「０」となり、ターニング投入許可信号４０３＝０となるので、ターニング投入指令１００１が「１」に設定されることはない。つまり、仮に回転速度検出装置３もしくはゼロ回転速度検出器４ｂが故障した場合でも、閾値Ａ以上の回転速度領域でターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる制御を行うことはない。
【００５６】
また、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出装置８、仮想回転速度算出装置７のいずれかに故障がある場合、回転速度検出装置３が検出する回転速度とバックアップ回転速度検出装置８が検出するバックアップ回転速度との差の絶対値、もしくは回転速度検出装置３が検出する回転速度と仮想回転速度算出装置７が算出する仮想回転速度との差の絶対値が閾値Ｆ以上になる。この場合、異常検出装置６は、異常検出信号６０１＝１（ハイレベル）を出力する。異常検出信号６０１＝１（ハイレベル）を受信した異常表示器６ｂは、故障があったことを表示する。
【００５７】
また、異常検出信号６０１＝１（ハイレベル）を受信した操作パネル９は、図５に示すセレクタ９ｃの入力Ｂを選択する。これにより、操作パネル９は、制御モードを自動制御モードから手動制御モードに切り替え、ターニング操作指令信号９０１＝０（ローレベル）を出力する。これにより、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出装置８、仮想回転速度算出装置７の故障により、ゼロ回転速度成立信号４０１＝１，仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１，バックアップゼロ回転速度成立信号４０４＝１の状態になった場合でも、ターニング投入指令１００１＝１（ハイレベル）が自動で出力されることを防止している。運転者は、タービンロータ２の状態を確認してから操作パネル９から手動で嵌合指令を入力することができるので、ターニング駆動ギアをターニングロータギアに安全に嵌合させることができる。
【００５８】
（変形例１）
上述した機能は、ハードウエアによる論理回路でも実現できるが、ソフトウエアでも実現することができる。例えば、ターニング駆動装置１、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出器８ａ以外をソフト処理で実現することもできる。このソフト処理は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶部、表示部、入力部を有するコンピュータを用いて実施することができる。コンピュータの表示部は、異常検出装置６の異常表示器６ｂの機能を発揮する。また、コンピュータの入力部は、操作パネル９のタッチパネルの機能を発揮する。
【００５９】
以下、上述した機能をソフトウエアで処理する場合について説明する。図７は、ターニング駆動装置１のターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる嵌合制御処理を示すフローチャートである。この嵌合制御処理は、ターニング装置１００の電源が投入されることにより開始される。
【００６０】
ＣＰＵは、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値Ｃ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１１）。バックアップ回転速度が閾値Ｃ以下でない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０の出力信号であるターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ１６）。
【００６１】
バックアップ回転速度が閾値Ｃ以下である場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度が閾値Ａ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１２）。具体的には、ＣＰＵは、図３に実線で示すタービンロータ２の回転速度降下特性を表す関数に、図３に示す時刻ｔ１からの経過時間ｔを代入することにより、仮想回転速度を算出する。仮想回転速度が閾値Ａ以下でない場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０の出力信号であるターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ１６）。
【００６２】
仮想回転速度が閾値Ａ以下である場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、回転速度プロセス信号３０２が示す回転速度が閾値Ｂ以下であるか否かを判別する（ステップＳ１３）。回転速度が閾値Ｂ以下でない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０の出力信号であるターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ１６）。
【００６３】
ＣＰＵは、回転速度が閾値Ｂ以下である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、ターニング投入許可信号４０３を「１」に設定する。次に、ＣＰＵは、制御モードが自動制御モード（ターニング操作指令信号９０１＝１）か否かを確認する（ステップＳ１４）。ターニング操作指令信号９０１＝０の場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、ターニング制御装置１０は、ターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ１６）。一方、ターニング操作指令信号９０１＝１の場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ターニング制御装置１０は、ターニング投入指令１００１を「１」に設定し、ターニング駆動装置制御指令１００２を「１」に設定する。
【００６４】
ターニング駆動装置制御指令１００２が「１」に設定されることにより、ターニング駆動装置１は、ターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃを駆動してターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる。タービンロータ２は、ターニング駆動モータ１ａの駆動により回転するターニング駆動ギア１ｂ、ターニングロータギア１ｄの駆動力により回転する。
【００６５】
変形例１に係るターニング装置１００のターニング駆動装置１、回転速度検出装置３およびバックアップ回転速度検出器８ａは、既存のタービン装置を構成する要素である。変形例１に係るターニング装置１００は、ターニング駆動装置１、回転速度検出装置３、バックアップ回転速度検出器８ａ以外をソフト処理で実現している。したがって、変形例１に係るターニング装置１００は、タービンロータ２に回転速度を監視する２台目の回転速度検出装置を追加することなく、タービンロータ２の回転速度の監視について２重の冗長構成（２重系）を構築することができる。また、規定回転速度（閾値α）以下の回転速度領域については、図３に実線で示すタービンロータ２固有の回転速度降下特性を表す関数を用いて仮想回転速度を算出する。これにより、タービンロータ２の低速回転領域においても、タービンロータ２の回転速度を正確に算出することができるので、ターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを高精度で嵌合制御することができる。
【００６６】
なお、図７に示したフローチャートは一例であり、これに限定する必要はない。例えば、ステップＳ１１からステップＳ１３までの処理の順番を任意に変更してもよい。
【００６７】
（変形例２）
第１の実施形態の説明では、図３に示すタービン固有の回転速度低下特性を表す関数に、比較演算器７ａが切替信号７０２を０から１に切り替えた時刻ｔ１からの経過時間ｔを代入して仮想回転速度を算出し、仮想回転速度≦閾値Ａなることを監視する説明をした。しかし、この機能を実現させる構成を簡略化することもできる。比較演算器７ａが切替信号７０２を０から１に切り替えた時刻ｔ１からの仮想回転速度が閾値Ａ以下になるまでの時間Ｔ（＝ｔ２−ｔ１）は、図３に示すタービン固有の回転速度低下特性から予め求めることができる。この時間Ｔは、タービン固有の時間（固定値）である。したがって、仮想ゼロ回転速度検出器４ｃが、比較演算器７ａが切替信号７０２を０から１に切り替えた時刻ｔ１から時間Ｔを経過したタイミングで、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１を出力するようにしてもよい。この時間Ｔは、図示しないタイマー装置で計測する。この構成にすることにより、仮想回転速度算出器７ｂを削除することができる。
【００６８】
（変形例３）
第１の実施形態の説明では、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値α以下になった時刻ｔ１からの経過時間ｔを図３に実線で示すタービンロータ２の回転速度の回転速度降下特性を表す関数に代入することにより、タービンロータ２の仮想回転速度を算出する説明をした。別の算出方法としては、タービントリップした時刻ｔ０からの経過時間を図３に実線で示すタービンロータ２の回転速度の回転速度降下特性を表す関数に代入することにより、タービンロータ２の仮想回転速度を算出することもできる。タービントリップしたタイミングは、タービントリップを制御した制御装置から取得する。なお、タービントリップした時刻ｔ０から回転速度が閾値α以下になるまでの時間は、タービン固有の時間ではないので、運転状況によって変動する。したがって、変形例３に係る仮想回転速度算出装置７が算出する仮想回転速度は、第１の実施形態で説明した仮想回転速度算出装置７が算出する仮想回転速度に比べ、算出誤差が大きい。
【００６９】
（変形例４）
変形例２と変形例３で述べた技術を組み合わせることもできる。つまり、タービントリップの制御がなされた時刻ｔ０からタイマー装置を起動し、時刻ｔ０から時間Ｔ経過後に、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１を出力する。この構成にすることにより、比較演算器７ａと仮想回転速度算出器７ｂを削除でき、仮想回転速度算出装置７を図示しないタイマー装置のみで構成することができる。
【００７０】
（変形例５）
第１の実施形態の説明では、異常検出装置６が、回転速度検出装置３が検出した回転速度と、バックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度もしくは仮想回転速度算出装置７が算出した仮想回転速度との差が、閾値Ｆ以上である場合に異常を検出する説明をした。タービンは、タービンロータ２が停止してから所定時間（例えば、数分程度）経過した後に徐々に変形する。したがって、異常検出装置６は、回転速度検出装置３が検出した回転速度と、バックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度もしくは仮想回転速度算出装置７が算出した仮想回転速度との差が、閾値Ｆ以上になった状態が所定の時間（例えば、数分程度）継続した場合に異常を検出するようにしてもよい。また、ターニング制御装置１０は、ターニング投入指令１００１＝１の状態が所定時間（例えば、数分程度）継続した場合に、ターニング駆動装置制御指令１００２＝１を出力するようにしてもよい。
【００７１】
（変形例６）
第１の実施形態の説明では、異常検出装置６が検出した異常検出信号６０１を操作パネル９に入力し、故障検出時にはターニング装置１００を手動で動作させる説明をした。しかし、故障検出時の処理はこれに限定する必要はない。例えば、図８に示すように、異常検出信号６０１を不正嵌合防止回路４ａのＡＮＤ演算器４ａａに入力するようにしてもよい。このような構成にすることにより、故障検出時には、ターニング投入許可信号４０３＝１を出力しないようにできる。
【００７２】
（変形例７）
第１の実施形態の説明では、仮想ゼロ回転速度検出器４ｃとバックアップゼロ回転速度検出器４ｄとが冗長構成となっている場合について説明をした。つまり、故障がない場合には、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２＝１の場合、バックアップゼロ回転速度成立信号４０４は必ず「１」になる。図９に、冗長構成をとらない場合の例を示す。冗長構成を排除するために、図４に示すバックアップゼロ回転速度検出器４ｄ、ＡＮＤ演算器４ａｂを削除している。
【００７３】
（変形例８）
冗長構成をとらない他の例を図１０に示す。図１０に示す構成は、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値αより大きい領域では、仮想回転速度プロセス信号７０１よりもバックアップ回転速度プロセス信号８０２の方が精度が高いのでバックアップ回転速度プロセス信号８０２を選択している。また、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値α以下の領域では、バックアップ回転速度プロセス信号８０２よりも仮想回転速度プロセス信号７０１の方が精度が高いので仮想回転速度プロセス信号７０１を選択している。使用するプロセス信号によっては閾値Ａと閾値Ｃとを異ならせる必要があり、仮想ゼロ回転速度成立信号４０２とバックアップゼロ回転速度成立信号４０４のいずれかが「１」にならない場合も考えられる。このような場合、図１０に示す構成を採用することもできる。
【００７４】
変形例８に係るターニング装置１００の機能をソフトウエアで処理する場合について図面を参照して説明する。図１１は、ターニング駆動装置１のターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる嵌合制御処理を示すフローチャートである。この嵌合制御処理は、ターニング装置１００の電源が投入されることにより開始される。
【００７５】
ＣＰＵは、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値α以下か否かを監視する（ステップＳ３１）。バックアップ回転速度が閾値α以下でない場合（ステップＳ３１：Ｎｏ）、比較演算器７ａは、切替信号７０２＝０を出力する。ＣＰＵは、切替信号７０２＝０の場合、図１０に示すセレクタ４ａｆの入力Ａ側を選択し、バックアップ回転速度プロセス信号８０２を選択する（ステップＳ３２）。次に、ＣＰＵは、バックアップ回転速度プロセス信号８０２が示すバックアップ回転速度が閾値Ｃ以下か否かを判別する（ステップＳ３３）。バックアップ回転速度プロセス信号８０２が閾値Ｃ以下でない場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０が出力するターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ３９）。バックアップ回転速度プロセス信号８０２が閾値Ｃ以下である場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、処理をステップＳ３６に移行させる。
【００７６】
一方、バックアップ回転速度が閾値α以下である場合（ステップＳ３１：Ｙｅｓ）、比較演算器７ａは、切替信号７０２＝１を出力する。ＣＰＵは、切替信号７０２＝１の場合、図１０に示すセレクタ４ａｆの入力Ｂ側を選択し、仮想回転速度プロセス信号７０１を選択する（ステップＳ３４）。ＣＰＵは、図３に実線で示すタービンロータ２の回転速度降下特性を表す関数に、図３に示す時刻ｔ１からの経過時間ｔを代入することにより、仮想回転速度を算出する。
【００７７】
次に、ＣＰＵは、仮想回転速度プロセス信号７０１が示す仮想回転速度が閾値Ａ以下か否かを判別する（ステップＳ３５）。仮想回転速度が閾値Ａ以下でない場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０が出力するターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ３９）。仮想回転速度が閾値Ａ以下である場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、セレクタ４ａｆのＢ側入力は「１」になっているので、セレクタ４ａｆの出力は「１」である。ＣＰＵは、処理をステップＳ３６に移行させる。
【００７８】
次に、ＣＰＵは、回転速度プロセス信号３０２が示す回転速度が閾値Ｂ以下であるか否かを判別する（ステップＳ３６）。回転速度が閾値Ｂ以下でない場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０の出力信号であるターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ３９）。回転速度が閾値Ｂ以下である場合（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、ゼロ回転速度成立信号４０１＝１であり、セレクタ４ａｆの出力が「１」であるので、ＣＰＵは、ターニング投入許可信号４０３を「１」に設定する。
【００７９】
次に、ＣＰＵは、制御モードが自動制御モード（ターニング操作指令信号９０１＝１）か否かを判別する（ステップＳ３７）。ターニング操作指令信号９０１＝０の場合（ステップＳ３７：Ｎｏ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０の出力信号であるターニング投入指令１００１を「０」に設定する（ステップＳ３９）。一方、ターニング操作指令信号９０１＝１の場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、ＣＰＵは、ターニング制御装置１０の出力信号であるターニング投入指令１００１を「１」に設定する。ターニング投入指令１００１が「１」に設定されることにより、ターニング駆動装置１は、ターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃを駆動してターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとを嵌合させる。タービンロータ２は、ターニング駆動モータ１ａの駆動により回転するターニング駆動ギア１ｂ、ターニングロータギア１ｄの駆動力により回転する。
【００８０】
以上に説明したように、本実施形態に係るターニング装置１００は、バックアップ回転速度検出器８ａとして、タービン速度制御用電磁速度ピックアップセンサー、タービン振動監視用キーフェイザーセンサー、タービントリップ後の発電機残留電圧の周波数を検出する周波数センサー、主蒸気圧力の圧力センサー等の、タービンを制御するために設置されている既存のセンサーを用いる。これにより、タービンロータ２の回転速度をバックアップして監視する機能を設けた場合でも、装置の製造コストを低減することができる。
【００８１】
また、本実施形態に係るターニング装置１００は、バックアップ回転速度が閾値α以下である低回転速度領域については、タービン固有の回転速度降下特性を表す関数に基づいてタービンロータ２の回転速度を計算する。これにより、タービンロータ２の低回転速度領域における回転速度の検出精度を向上することができる。
【００８２】
また、本実施形態に係るターニング装置１００は、バックアップゼロ回転速度検出器４ｄと仮想ゼロ回転速度検出器４ｃの少なくともいずれか１つとゼロ回転速度検出器４ｂとが、タービンロータ２の回転停止状態もしくはターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとの嵌合が可能な回転速度であることを検出した場合に、ターニングギア嵌合アクチュエータ１ｃを制御してターニング駆動ギア１ｂをターニングロータギア１ｄに嵌合させ、ターニング駆動モータ１ａを制御してタービンロータ２を回転駆動させてターニング運転を行うターニング制御装置１０を備える。これにより、仮に回転速度検出装置３もしくはゼロ回転速度検出器４ｂが故障した場合でも、誤ってターニング投入指令１００１が「１」に設定されることはない。
【００８３】
また、本実施形態に係るターニング装置１００は、回転速度検出装置３が検出した回転速度と仮想回転速度算出装置７が算出した仮想回転速度との偏差、もしくは回転速度検出装置３が検出した回転速度とバックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度との偏差が予め設定した閾値Ｆを超えた場合、回転速度検出装置３、仮想回転速度算出装置７もしくはバックアップ回転速度検出装置８のいずれかが故障していると判断して警報を発する異常検出装置６を備える。これにより、回転速度検出装置３、仮想回転速度算出装置７もしくはバックアップ回転速度検出装置８の故障もしくは回転速度の測定精度の劣化を運転者に知らせることができる。
【００８４】
また、本実施形態に係るターニング装置１００は、異常検出装置６が回転速度検出装置３、仮想回転速度算出装置７もしくはバックアップ回転速度検出装置８のいずれかの故障を検出した場合、操作パネル９を自動制御モードから手動制御モードに切り替える。これにより、検出装置が故障した場合においても、誤ったターニング制御の発生を防止することができ、ターニング駆動ギアをターニングロータギアに安全に嵌合させることができる。
【００８５】
なお、上記の説明では、異常検出装置６が、回転速度検出装置３が検出した回転速度と仮想回転速度算出装置７が算出した仮想回転速度との偏差、もしくは回転速度検出装置３が検出した回転速度とバックアップ回転速度検出装置８が検出したバックアップ回転速度との偏差が予め設定した閾値を超えた場合、回転速度検出装置３、仮想回転速度算出装置７もしくはバックアップ回転速度検出装置８のいずれかが故障していると判断して警報を発する場合について説明した。しかし、警告を警報する条件をこれに限定する必要はない。例えば、異常検出装置６は、ゼロ回転速度検出器４ｂと仮想ゼロ回転速度検出器４ｃとの両方が、タービンロータ２の回転停止状態もしくはターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとの嵌合が可能な回転速度であることを同時に検知していない時間が予め設定した時間以上継続した場合、ゼロ回転速度検出器４ｂと仮想ゼロ回転速度検出器４ｃのいずれかが故障していることを警告するようにしてもよい。また、異常検出装置６は、ゼロ回転速度検出器４ｂとバックアップゼロ回転速度検出器４ｄとの両方が、タービンロータ２の回転停止状態もしくはターニング駆動ギア１ｂとターニングロータギア１ｄとの嵌合が可能な回転速度であることを同時に検知していない時間が予め設定した時間以上継続した場合、ゼロ回転速度検出器４ｂとバックアップゼロ回転速度検出器４ｄのいずれかが故障していることを警告するようにしてもよい。
【００８６】
また、上記の説明では、回転速度検出装置３を備えるメイン系と、バックアップ回転速度検出装置８と仮想回転速度算出装置７を備えるバックアップ系によって、タービンロータ２の回転速度の監視について２重の冗長構成（２重系）を構築する場合について説明をした。例えば、バックアップ回転速度検出器８ａとして、既存のセンザーであるタービン速度制御用電磁速度ピックアップセンサーとタービン振動監視用キーフェイザーセンサーの２種類のセンサーを用いることにより、タービンロータ２の回転速度の監視について３重の冗長構成（３重系）を構築することもできる。さらに、バックアップ回転速度検出器８ａとして、タービントリップ後の発電機残留電圧の周波数を検出する周波数センサーを追加することにより、タービンロータ２の回転速度の監視について４重の冗長構成（４重系）を構築することもできる。このような冗長構成を構築することにより、検出装置が故障した場合における誤ったターニング制御の発生確率をさらに低減させることができる。
【００８７】
また、上記の説明では、仮想回転速度算出装置７が、タービン固有の回転速度降下特性を表す関数として図３に実線で示す関数を使用する説明をした。しかし、閾値αより大きい回転速度領域については、関数を図３に一点鎖線で示すような曲線としてもよい。上述したように、この領域の特性は、ターニング装置の制御に影響しないからである。
【００８８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００８９】
１…ターニング駆動装置
１ａ…ターニング駆動モータ
１ｂ…ターニング駆動ギア
１ｃ…ターニングギア嵌合アクチュエータ
１ｄ…ターニングロータギア
２…タービンロータ
３…回転速度検出装置
３ａ…回転速度検出用センサー
３ｂ…パルス信号変換器
３ｃ…速度検出用歯車
３０１…回転速度パルス信号
３０２…回転速度プロセス信号
４…不正嵌合防止装置
４ａ…不正嵌合防止回路
４ａａ…ＡＮＤ演算器
４ａｂ…ＡＮＤ演算器
４ａｆ…セレクタ
４ｂ…ゼロ回転速度検出器
４ｃ…仮想ゼロ回転速度検出器
４ｄ…バックアップゼロ回転速度検出器
４０１…ゼロ回転速度成立信号
４０２…仮想ゼロ回転速度成立信号
４０３…ターニング投入許可信号
４０４…バックアップゼロ回転速度成立信号
６…異常検出装置
６ａ…回転速度比較器
６ａａ…偏差演算器
６ａｂ…絶対値演算器
６ａｃ…比較演算器
６ｂ…異常表示器
６０１…異常検出信号
７…仮想回転速度算出装置
７ａ…比較演算器
７ｂ…仮想回転速度算出器
７０１…仮想回転速度プロセス信号
７０２…切替信号
８…バックアップ回転速度検出装置
８ａ…バックアップ回転速度検出器
８ｂ…バックアップ回転速度算出器
８０１…バックアップ速度要素プロセス信号
８０２…バックアップ回転速度プロセス信号
９…操作パネル
９０１…ターニング操作指令信号
１０…ターニング制御装置
１０ａ…ＡＮＤ演算器
１０ｂ…ターニング制御回路
１００…ターニング装置
１００１…ターニング投入指令
１００２…ターニング駆動装置制御指令
１００３…ターニング駆動装置フィードバック信号
１２…信号切替器
【図１】
2019157779.tif 000003
【図２】
2019157779.tif 000004
【図３】
2019157779.tif 000005
【図４】
2019157779.tif 000006
【図５】
2019157779.tif 000007
【図６】
2019157779.tif 000008
【図７】
2019157779.tif 000009
【図８】
2019157779.tif 000010
【図９】
2019157779.tif 000011
【図１０】
2019157779.tif 000012
【図１１】
2019157779.tif 000013