(57)【要約】  タービン速度プローブ診断システムが提供される。タービンは、速度プローブおよび速度読み取り回路を含む。速度リード線は、速度プローブと速度読み取り回路とを共に接続し、速度プローブから速度読み取り回路に速度信号を送信する。また、速度リード線に接続するための速度プローブ診断回路も提供される。速度読み取り回路が、速度プローブから速度信号を受信している通常動作中、速度プローブ診断回路を絶縁するための絶縁スイッチが設けられている。速度信号を受信していないときは、絶縁スイッチが閉成され、速度プローブ診断回路が速度プローブまたは速度リード線のテストを行う。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
タービン速度プローブ診断システムであって、
速度プローブおよび速度読み取り回路に接続された速度リード線と、
速度プローブ診断回路と、
前記速度リード線と前記速度プローブ診断回路との間に接続された第１の絶縁スイッチと、
を含み、
前記速度プローブは、前記タービンの通常動作中、速度信号を生成し、前記速度リード線を通して前記速度信号を前記速度読み取り回路に送信し、前記第１の絶縁スイッチは、通常動作中、前記速度プローブ診断回路が前記速度リード線から絶縁されるように開放されており、
前記速度読み取り回路によって速度信号が検出されないとき、前記第１の絶縁スイッチが閉成され、前記速度プローブ診断回路が、前記第１の絶縁スイッチを通して、電圧または接地を前記速度リード線に印加して、前記速度プローブまたは前記速度リード線の状態をテストする、
タービン速度プローブ診断システム。
【請求項２】
前記状態は、アクティブ速度プローブがハイレベル電圧信号を出力しているかどうかをテストすることを含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項３】
前記状態は、アクティブ速度プローブがローレベル電圧信号を出力しているかどうかをテストすることを含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項４】
前記状態は、パッシブプローブが接続されているかどうかをテストすることを含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項５】
前記状態は、前記速度ラインまたは前記速度プローブに障害があるかどうかをテストすることを含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項６】
前記状態は、前記速度ラインまたは前記速度プローブに開回路があるかどうかをテストすることを含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項７】
前記状態は、前記速度ラインまたは前記速度プローブに短絡があるかどうかをテストすることを含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項８】
前記システムが、前記速度プローブ診断回路内に診断スイッチをさらに含み、前記速度リード線および前記印加電圧または接地が、前記診断スイッチの一対の制御入力に接続され、前記診断スイッチの出力により前記状態が識別される、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項９】
前記診断スイッチがソリッドステートリレーである、請求項８記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１０】
前記システムが、２つの前記診断スイッチをさらに含み、前記速度リード線が、一方の診断スイッチの一対の制御入力のうちの１つに、他方の診断スイッチの一対の制御入力のうちの１つへの接続とは異なるタイミングで接続され、前記２つの診断スイッチの前記出力が比較されて、前記状態が識別される、請求項８記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１１】
前記システムが、前記速度プローブ診断回路内に構成スイッチをさらに含み、前記構成スイッチが、前記速度リード線を前記一方の診断スイッチに接続し、交互に前記速度リード線を前記他方の診断スイッチに接続する、請求項１０記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１２】
前記構成スイッチがソリッドステートリレーである、請求項１１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１３】
前記システムが、前記構成スイッチの制御入力に接続されたバイナリテストコマンドをさらに含む、請求項１１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１４】
異なる電圧または接地が、前記他方の診断スイッチの前記一対の制御入力と異なる、前記一方の診断スイッチの前記一対の制御入力に接続されている、請求項１０記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１５】
前記システムが、２つの前記第１の絶縁スイッチをさらに含み、前記速度プローブ診断回路が、前記第１の絶縁スイッチのうちの一方を通して、前記速度リード線に電圧を印加し、前記第１の絶縁スイッチのうちの他方を通して、異なるタイミングで、接地を印加し、前記速度プローブまたは前記速度リード線をテストする、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１６】
前記第１の絶縁スイッチがソリッドステートリレーである、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１７】
前記システムが、前記速度プローブ診断回路と前記速度読み取り回路との間に接続された第２の絶縁スイッチをさらに含み、前記第２の絶縁スイッチは、前記速度プローブ診断回路が前記速度プローブまたは前記速度リード線をテストするとき、前記速度読み取り回路を絶縁するために開放される、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１８】
前記第１の絶縁スイッチの制御入力に接続されたバイナリテストコマンドをさらに含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項１９】
前記システムが、
２つの前記第１の絶縁スイッチと、
前記速度プローブ診断回路内の診断スイッチであって、前記速度リード線および前記印加電圧または接地が前記診断スイッチの一対の制御入力に接続され、前記診断スイッチの出力により前記状態が識別される、診断スイッチと、
２つの前記診断スイッチであって、前記速度リード線が、一方の診断スイッチの前記一対の制御入力のうちの１つに、他方の診断スイッチの一対の制御入力のうちの１つへの接続とは異なるタイミングで接続され、前記２つの診断スイッチの前記出力が比較されて、前記状態が識別される、２つの前記診断スイッチと、
をさらに含み、
前記２つの前記診断スイッチが、第１のソリッドステートリレーおよび第２のソリッドステートリレーであり、
第１の電圧、２つの前記第１の絶縁スイッチのうちの一方、および前記速度リード線が、前記第１のソリッドステートリレーの前記一対の制御入力に接続され、第２の電圧および第１の検出器が、前記第１のソリッドステートリレーの一対の出力に接続され、
接地、前記２つの前記第１の絶縁スイッチのうちの他方、および前記速度リード線が、前記第２のソリッドステートリレーの前記一対の制御入力に接続され、第３の電圧および第２の検出器が、前記第２のソリッドステートリレーの一対の出力に接続されている、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【請求項２０】
前記システムが、
前記速度プローブ診断回路内の診断スイッチであって、前記速度リード線および前記印加電圧または接地が前記診断スイッチの一対の制御入力に接続されて、前記診断スイッチの出力により前記状態が識別される、診断スイッチと、
２つの前記診断スイッチであって、前記速度リード線が、一方の診断スイッチの一対の制御入力のうちの１つに、他方の診断スイッチの一対の制御入力のうちの１つへの接続とは異なるタイミングで接続され、前記２つの診断スイッチの前記出力が比較されて、前記状態が識別され、２つの前記診断スイッチがソリッドステートリレーである、２つの前記診断スイッチと、
前記速度プローブ診断回路内の構成スイッチであって、前記構成スイッチが、前記速度リード線を前記一方の診断スイッチに接続し、交互に前記速度リード線を前記他方の診断スイッチに接続し、前記構成スイッチがソリッドステートリレーである、構成スイッチと、
２つのバイナリテストコマンドであって、前記２つのバイナリテストコマンドのうちの一方が、前記第１の絶縁スイッチの制御入力に接続され、前記２つのバイナリテストコマンドのうちの他方が、前記構成スイッチの制御入力に接続されている、２つのバイナリテストコマンドと、
をさらに含む、請求項１記載のタービン速度プローブ診断システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般にタービンに関し、より詳細には、タービンの状態の検出に関する。
【０００２】
発電所は、大型の蒸気タービンを用いて発電を行う。蒸気タービンにおいて、タービンの様々な状態を検出することは、蒸気タービンの効率的かつ安全な動作のために重要である。本明細書において開示する発明は、タービンの状態を検出するための新規かつ改良された方法を提供する。
【０００３】
本発明は、以下の説明を図面とともに読むことにより、より完全に理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】速度プローブ診断回路の一実施形態の概略図である。
【図２】速度プローブ診断回路の別の実施形態の概略図である。
【図３】速度プローブ診断回路の別の実施形態の概略図である。
【図４】速度プローブ診断回路の別の実施形態の概略図である。
【図５】速度超過保護部の構成画面の図である。
【図６】加速度保護部の構成画面の図である。
【図７】レートセンシティブ・パワーロード・アンバランス（rate-sensitive power load unbalance）保護部の構成画面の図である。
【図８】インターセプト弁閉鎖保護部の構成画面の図である。
【図９】早期弁作動部の構成画面の図である。
【図１０】トリップ予測部の構成画面の図である。
【図１１】負荷低下予測部の構成画面の図である。
【図１２】速度プローブ診断回路および速度読み取り回路の実施形態の概略図である。
【図１３】図１２の速度プローブ診断回路の概略図である。
【図１４】テストの第１のステップを示す図１３の速度プローブ診断回路の概略図である。
【図１５】テストの第２のステップを示す図１３の速度プローブ診断回路の概略図である。
【図１６】テストの第３のステップを示す図１３の速度プローブ診断回路の概略図である。
【０００５】
詳細な説明
タービン制御では、安全上の理由からタービンが回転しているかどうかを知る必要がある。タービンが真に静止しているのか、または速度プローブが欠落しているのかを知ることは重要である。好ましい実施形態の１つの態様は、速度プローブの電気的特性およびその適切な設置に依拠しており、速度プローブが適切に接続されているかどうかが判別される。
【０００６】
速度プローブ検出（または診断）回路の一実施形態を図１に示す。第１のケースでは、プローブが取り付けられていない状態を識別することができる。プローブが取り付けられていないとき、ＬＥＤをオンにする唯一の手段は、スイッチ１およびスイッチ２を作動させることである。他のすべてのケースは、ＬＥＤはオフの状況になる。他のすべてのケースでは、少なくとも１つのＬＥＤを点灯させる、少なくとも１つの他の組み合わせがある。モジュールは、すべての８つの組み合わせを循環し、２つのオンの状況の組み合わせ（アスタリスクおよび太字のテキストで強調されている）により、デジタルスイッチが検証される（図面に示されているＬＥＤは視覚的な表示のためのものであり、最終的な設計では必要ない）。
【表１】
2021523368.tif 000003
【０００７】
第２のケースでは、アクティブ速度プローブの状態を識別することができる。速度プローブが空隙上にあるとき、電圧は約２３Ｖである。速度プローブが金属上にあるとき、電圧は０Ｖ近傍である。下の表の強調された項目は、状態の存在を、「プローブが取り付けられていない状態」から区別するために使用することができる。
【表２】
2021523368.tif 000004
【０００８】
第３のケースでは、代替的なアクティブ速度プローブの状態を識別することができる。一部の速度プローブは、プローブが金属面近傍にあるときに２３Ｖを出力するが、他のプローブは、プローブが金属面近傍にあるときに０Ｖを出力する。速度プローブが金属面近傍にないとき、または速度ホイールの空隙上にあるときには逆が真となる。プローブが最初に金属面を検出するときプローブは２３Ｖを出力し、数秒後には約０Ｖに低下する。金属が取り除かれたときは逆が真となり、０Ｖ近傍から始まって、数秒後に２３Ｖになる。下の表は、ＬＥＤの「最初」と「後期」の２つの独立した項目を示す。「最初」の列は、プローブが最初に金属面または空隙を検出したときに観測される値を示す。「後期」の列は、プローブが長期状況に切り替わった後に観測される値を示す。プローブが状況を切り替えても、モジュールはプローブの存在を依然として検出することができる。下の表の強調された項目は、状態の存在を、「プローブが取り付けられていない状態」から区別するために使用することができる。
【表３】
2021523368.tif 000005
【０００９】
第４のケースでは、パッシブプローブの状態を識別することができる。動きがない場合、プローブは０Ｖ近傍の電圧を出力する。下の表の強調された項目は、状態の存在を、「プローブが取り付けられていない状態」から区別するために使用することができる。
【表４】
2021523368.tif 000006
【００１０】
第５のケースでは、圧電性プローブの状態を識別することができる。動きがない場合、プローブは０Ｖ近傍の電圧を出力する。下の表の強調された項目（シングルアスタリスク）は、状態の存在を、「プローブが取り付けられていない状態」から区別するために使用することができる。強調された他の項目（ダブルアスタリスク）により、状態の存在を、パッシブプローブから区別することができる。
【表５】
2021523368.tif 000007
【００１１】
第６のケースでは、代替的なパッシブプローブの状態を識別することができる。下の表の強調された項目は、状態の存在を、「プローブが取り付けられていない状態」から区別するために使用することができる。
【表６】
2021523368.tif 000008
【００１２】
第７のケースでは、別の代替的なパッシブプローブの状態を識別することができる。下の表の強調された項目は、状態の存在を、「プローブが取り付けられていない状態」から区別するために使用することができる。この代替形態では、ワイヤはどちらの手段でも接続することができる。
【表７】
2021523368.tif 000009
【００１３】
第８のケースでは、電力が印加されていない状態のアクティブ速度プローブを識別することができる。
【表８】
2021523368.tif 000010
【００１４】
アクティブ速度プローブのケースでは、電源線が取り付けられていない同じプローブを使用する２つの異なる状態がある（上記のダブルアスタリスクで強調された項目を参照）。プローブが給電されていて空隙上にあるときにはこのプローブは２３Ｖを出力するので、これらの状態はプローブが空隙の上にある場合に発生する。電源が取り除かれると、プローブはもはや２３Ｖを供給できなくなり、プローブが金属面上にある状態であるかのようにふるまう（０Ｖを出力する）。このケースでは、プローブの存在を検出することはできるが、金属面上にあり給電されているプローブと、空隙上にあり給電されていないプローブとを区別することはできない。
【００１５】
第９のケースでは、代替的な給電されていないアクティブ速度プローブの状態を識別することができる。一部の速度プローブは、プローブが金属面近傍にあるときに２３Ｖを出力するが、他のプローブは、プローブが金属面近傍にあるときに０Ｖを出力する。速度プローブが金属面近傍にないとき、または速度ホイールの空隙上にあるときには、逆が真となる。プローブが最初に金属面を検出するときプローブは２３Ｖを出力し、数秒後には約０Ｖに低下する。金属が取り除かれたときには逆が真となり、０Ｖ近傍から始まり、数秒後に２３Ｖになる。
【００１６】
このケースでは、プローブは電源を有さないので、２３Ｖを出力できず、したがって、電源を有するアクティブプローブのケースと同様に、プローブが電圧レベルを変化させることができない。先のケースと比較するために、「空隙」および「金属」の欄を下の表に示す。
【００１７】
下の表の強調された項目（単一アスタリスク）は、状態の存在を、「プローブが取り付けられていない状態」から区別するために使用することができる。
【表９】
2021523368.tif 000011
【００１８】
上の表には、同じプローブに電源を取り付けたケースとは異なる４つのケース（ダブルアスタリスクで強調されている）がある。電力のないアクティブ速度プローブのケースは、金属面上で停止した場合、電力のあるアクティブ速度プローブのケースとは区別できない。
【００１９】
図１の検出回路では、各状態の存在を検出するために、６つのプローブのバリエーションが可能である。しかし、アクティブプローブへの電源接続部の断線を検出することはできない。
【００２０】
速度プローブ検出回路の別の実施形態が図２に示されている。このバージョンの回路では、プローブ検出要素は、通常動作中、プローブから絶縁される。これは、先のバージョンと論理的に等価であるが、より単純である。このバージョンは、オペアンプを切り離すことなくモジュールが速度プローブの存在を検出できる場合に何が起こるかを判別するために、回路内にオペアンプを含む。これを行うことの利点として、信号経路の早い段階に速度テスト回路を配置することができ、プローブ検出テストでより多くの回路をカバーすることができる。
【００２１】
図２の検出回路の１つの欠点としては、プローブが取り付けられていない場合でも常にＧＮＤへの経路があることである。
【００２２】
速度プローブ検出回路の別の実施形態が図３に示されている。当該バージョンの速度プローブ検出回路が好ましい。
【００２３】
第１のケースでは、プローブが取り付けられていない状態を識別することができる。
【表１０】
2021523368.tif 000012
【００２４】
第２のケースでは、パッシブプローブの状態を識別することができる。
【表１１】
2021523368.tif 000013
【００２５】
第３のケースでは、金属上にあるアクティブプローブの状態を識別することができる。
【表１２】
2021523368.tif 000014
【００２６】
第４のケースでは、空隙上にあるアクティブプローブの状態を識別することができる。
【表１３】
2021523368.tif 000015
【００２７】
バージョン２の結論
図３の検出回路では、スイッチのうちの１つだけが閉成されているときに、ＬＥＤが点灯する場合、速度プローブが取り付けられていると判別できる。
【００２８】
システムによって読み込まれる実際の信号は、ＬＥＤが「ＯＮ」のとき「０」、ＬＥＤが「ＯＦＦ」のとき「１」になることに留意されたい。これは、アイソレータがオンになるときにＬＥＤが点灯するためである。システムボード内でアイソレータがオンになるとき、信号は接地される。システム回路図を図４に示す。
【００２９】
説明している実施形態の主な用途および使用は、主に発電用蒸気タービンの速度制御および速度超過保護を含む。モジュールがもはや速度信号を検出しなくなったとき、タービンシャフトが回転を停止したのか、または速度プローブが切り離されたのかを判別する必要がある。さらに、本発明は、アクティブ、パッシブ、または渦電流速度プローブなどの異なる種類の速度プローブのプローブ障害を検出することができる。
【００３０】
停止しているロータを正確に判別できないと、軽微から重度にわたる範囲の装置への損傷や人身事故の原因となりうる。１つの状態では、ロータがまだ動いている間に装置に係合される可能性があり、別の状態では、ロータが速度超過となり、非常に危険な状況を生じる可能性がある。
【００３１】
説明している実施形態によって克服される課題は、ロータが動きを停止したときに、速度信号が０Ｖを出力するかまたはプローブの切り離しに類似して見える他の電圧を出力する可能性があるという事実に関係する。さらに、異なる種類の速度センサが、速度の喪失に対して異なって反応するので、説明している実施形態により、異なる種類のセンサ間で速度の喪失を区別することができる。
【００３２】
一部の従来のモジュールは、速度プローブの喪失と静止したロータとの違いを正確に判別していなかった。他のモジュールは、プローブの喪失を検出することができるが、一種類のセンサでしか機能しない。説明している実施形態は、センサの喪失を検出することができるだけでなく、様々なセンサに対してこれを行うことができる。
【００３３】
説明している実施形態の利点は、ロータが動いているか停止しているかを判別することを含む。別の利点は、様々なプローブ間での違いを区別することである。
【００３４】
モジュールがもはや速度信号を検出しなくなったとき、信号の喪失の原因が、シャフトがもはや回転しなくなったことによるものか、または速度センサの障害によるものかを判別する必要がある。障害は、開回路、または短絡による可能性がある。速度がゼロである原因を判別するために、モジュールは幾つかのソリッドステートリレー（ＳＳＲ）を作動させて、回路に電圧を印加する。ＳＳＲが作動されると、オプトカプラのＬＥＤをトリガする回路に電圧が印加される。どのＳＳＲが設定されるか、およびオプトカプラの状況に応じて、モジュールは速度センサの状況を判別することができる。異なるセンサの種類は異なって応答するので、回路の設計により、モジュールはセンサの種類にかかわらずセンサ状況を判別することができる。好ましい実施形態は、異なる種類の速度センサの速度がゼロである状態の原因を判別する課題を克服する。
【００３５】
好ましい実施形態の別の態様では、システムモジュールは、危険な状態のケースで即座にアクションをとることができる、様々な高度な検出および保護アルゴリズムが予めプログラムされている。これらのアルゴリズムは、ほとんどのタービン型式および製造メーカの保護要件に対処するように設計されている。これらの機能は、柔軟性を最大にするために、個別に有効または無効にすることができる。以下に記載されるアルゴリズムは、タービントリップ部、速度超過保護部、加速度保護部、レートセンシティブ・パワーロード・アンバランス部、インターセプト弁閉鎖部、早期弁作動部、トリップ予測部、負荷低下予測部を含む。
【００３６】
タービントリップアルゴリズムは、タービンの回転速度が設定値（通常は定格速度の１１０％）を超えるとき、トリップリレーを始動して弁を閉鎖する。目的は、機械が危険な速度に達する前にこれをトリップ（シャットダウン）させることである。ＴＲＩＰアクションは、タービンがもはや「リセット」されず、機械的なトリップシステムをトリップさせるという点で「タービントリップ」と考えられる。一度設定すると、タービン速度が、ＯＳＰヒステリシスパラメータによって構成されたトリップ設定値のパーセンテージに低下するまで、ＴＲＩＰ出力はオンのままである。速度超過トリップに加えて、システムモジュールは、トリップ機能を作動させるためのトリップスイッチ入力として構成可能な５つのデジタル入力を有する。トリップスイッチは、ユーザが定義した速度を超えて動作しているときのみトリップを始動するように構成することができる。
【００３７】
速度超過保護（ＯＳＰ）アルゴリズムは、タービンの回転速度が設定値（通常は定格速度の１０３％）を超えるとき、リレーを始動して弁を閉鎖する。目的は、トリップ設定値に達する前にタービンの制御を達成することである。速度超過保護を作動させるために、システムは、速度入力の読み取り値とタービン定格速度パラメータとを比較する。速度が作動レベル（通常は１０３％）を超えるときは常に、インターセプト値（ＩＶ）および制御弁（ＣＶ）は、タービン速度がＯＳＰヒステリシスパラメータで構成された速度超過設定値のパーセンテージに低下するまで閉鎖される。作動状況は、通電または非通電の出力のいずれかに構成することができる。速度超過保護部の構成画面を図５に示す。
【００３８】
加速度保護アルゴリズムは、タービンの回転加速度を計算し、リレーを始動して、タービンが速度超過状態に達する前にタービンを制御しようと試みる。加速度保護を作動させるために、システムは、速度入力読み取り値、加速度閾値パラメータ、速度入力加速度読み取り値、および加速度設定値パラメータを比較する。タービン速度が加速度閾値を超え、加速度値が加速度設定値を超えるときは常に、加速度が設定値を下回り、最小パルス持続時間に達するまで、ＩＶおよびＣＶが閉鎖される。作動の状況は、通電または非通電の出力のいずれかをもたらすように構成することができる。加速度保護部の構成画面を図６に示す。
【００３９】
レートセンシティブ・パワーロード・アンバランス保護部の機能は、負荷の除去中、制御弁とインターセプト弁との急閉を作動させる。アルゴリズムは、パーセント低温再熱圧力値からパーセント発電機電流値を差し引くことで、機械的負荷と電気的負荷とを比較する。出力は、次の２つの状態が発生したときに作動される。すなわち、これらの値の差が特定の設定値（典型的には４０％）を超えるとき、および発電機電流が定格負荷／３５ミリ秒（この値は調整可能である）の速度で減少するときである。電力の代わりに電流が使用され、負荷損失と安定した自己クリア故障（self-clearing fault）とが区別される。これは、故障状態では作動が行われないことを意味する。レートセンシティブ・パワーロード・アンバランス機能では２つの出力が形成される。第１の出力は、インターセプト弁を１秒間（この値は調整可能）閉鎖することを意図するパルスであり、第２の出力は、機械的負荷と電気的負荷との差が作動設定値をクリアするまでラッチされる。ラッチされた出力は、制御弁の閉鎖を意図している。作動の状況は、通電または非通電の出力のいずれかに構成することができる。レートセンシティブ・パワーロード・アンバランス保護部の構成画面を図７に示す。
【００４０】
インターセプト弁閉鎖部の機能は、機械的負荷と電気的負荷とを比較することで、部分的な負荷損失を検出する。この値は、定格中間排気圧力（ＩＰ）の割合から定格発電機メガワットの割合を差し引くことで計算される。この出力は、差が特定の設定値（通常は４０％）を超えるときは常に作動される。当該機能により、インターセプト弁が１秒間（この値は調整可能）閉鎖される。保護機能は、２つの電力信号（機械的および電気的）が特定の期間、互いに１０％以内にあるときのみ再び作動される。作動状況は、通電または非通電の出力のいずれかに構成することができる。インターセプト弁閉鎖保護部の構成画面を図８に示す。
【００４１】
早期弁作動部の機能は、電気システムの故障が検出されると作動される。これは機械動力出力を低下させ、過度な機械角度（machine angle）による同期喪失を防ぐ。アルゴリズムは、定格低温再熱圧力値の割合から定格発電機メガワット値の割合を差し引くことで、機械的負荷と電気的負荷とを比較する。出力は、次の２つの状態が発生したときに作動される。すなわち、２つの値の差が同期喪失なしでの発電機のワースト・フォルト能力レベル（worst-fault capability level）（デフォルト値は７０％）を超えたとき、および発電機メガワットも定格負荷／１００ミリ秒（この値は調整可能）の速度で減少したときである。この機能のパルス出力は、インターセプト弁を１秒間（この値は調整可能）閉鎖することが意図される。作動状況は、通電または非通電出力のいずれかに構成することができる。早期弁作動部の構成画面を図９に示す。
【００４２】
トリップ予測機能は、負荷喪失状態中のピーク速度が定格速度の１２０％を超えうる大型タービンにのみ適用可能である。トリップ予測アルゴリズムは、タービン速度を負荷に依存する基準信号と比較する。この基準を超えるときは常に、トリップ予測部が作動され、ＭＳＶおよびＲＨＳＶを瞬間的に閉鎖する。作動状況は、通電または非通電の出力のいずれかに構成することができる。トリップ予測部の構成画面を図１０に示す。
【００４３】
負荷低下予測部（ＬＤＡ）の状態を判別するために、システムはタービンの機械的負荷および発電機ブレーカーの状況を監視する。機械的負荷が最小負荷設定値（デフォルト値は３０％）を超え、発電機ブレーカーが開放されている場合、タービンが速度超過になる可能性が高い状態が存在する。その結果、ＬＤＡ保護が作動され、制御弁およびインターセプト弁が閉鎖される。当該機能は、タービン速度が定格速度の１０３％を下回っている限り、ブレーカーが開放された後５秒後にリセットされる。作動状況は、通電または非通電出力のいずれかに構成することができる。負荷低下予測部の構成画面を図１１に示す。
【００４４】
リレーを始動することは、その通常の動作状況に応じて、リレーの通電または非通電に関係しうることに留意されたい。
【００４５】
好ましい実施形態の主な用途は、一般に、発電所の大型蒸気タービンである。各タービン製造メーカは、速度超過保護および他の種類の故障のためのタービンを保護する異なる手法を有する。さらに、これらは、多くの場合、機械保護のために使用される異なる出力に加えて、潜在的に危険な状況を判別するために使用される異なる一組のセンサ入力を必要とする。なお、安全対策を必要とする他の小型機は、危険な状態に対する保護のためにこのデバイスを使用することができる。
【００４６】
好ましい実施形態によって克服される課題は、ユーザが自身の装置の保護システムを構成するために使用できるような単一のデバイスを提供することである。従来のデバイスは、特定のタービンの種類または特定の用途に限定されていた。このため、特定のシステムでは利用できない可能性がある特定の保護デバイスの注文をユーザに要求することとなっていた。さらに、追加または代替の保護方法を提供するような柔軟性が制限されることになる。
【００４７】
図示かつ説明されているように、各機能のパラメータを調整できるようにすることで、異なるタービンのための異なる保護要件と制御とを、単一のツールで満たすことができる。また、異なるタービンが、全く異なるアルゴリズムまたは他の制御構成を必要とする場合、有効／無効オプションを使用して、特定のタービンに使用する機能を選択することができる。
【００４８】
好ましい実施形態の利点は、任意のタービンシステムに単一のデバイスを使用すること、柔軟な構成、テュフ（ＴＵｅＶ）によって認定されたＳＩＬ−３、様々な入力センサデバイスの提供、および様々な出力オプションの提供を含む。
【００４９】
好ましいデバイスは、すべての保護アルゴリズムをモジュールに内蔵しているので、任意のシステムで常に利用可能である。各保護方法は、システム構成に使用されるパラメータリストを有する。さらに、各方法は、ユーザが、ある状態のもとで機能を許可または禁止することを可能にする有効／無効オプションを有する。さらに、ユーザは、危険な状況からの回復または装置の完全なシャットダウンを行う保護デバイスを作動させることができるかまたは停止することができる、異なる出力リレーオプションを選択できる。
【００５０】
速度プローブ検出（または診断）回路、特に図１２〜図１６を、再度参照すると、通常動作では、速度読み取り回路は、速度プローブからのＡＣ信号を受け取り、周波数を提供する。速度プローブからのＡＣ信号がある場合、プローブが動作していることが認識される。課題は、速度プローブからの信号がないときに存在する。次に、速度プローブが、切り離されている／短絡しているか、または速度が実際にゼロであるかを判別する必要がある。
【００５１】
速度プローブ検出回路は、ＦＥＴ（すなわち、ソリッドステートリレー（ＳＳＲ））を使用して、速度読み取り回路をフィールド（すなわち、速度プローブ）から絶縁し、次に、フィールドの速度プローブ端子に電圧を加える。検出回路およびファームウェアは連携して動作し、速度プローブの有無を検出する。
【００５２】
速度プローブは、アクティブとパッシブとの２つのクラスに分けることができる。パッシブ速度プローブは、電圧が印加されたとき、抵抗のように見える。パッシブプローブに電圧が印加されると、電流が流れるはずである。この電流の流れを用いて、結果ＦＥＴをオンにすることができる。
【００５３】
アクティブプローブは、「ハイレベル」電圧（通常は約２２Ｖ〜２４Ｖ）または「ローレベル」電圧（通常は１Ｖ未満）のいずれかを駆動する。ＦＥＴを使用して、速度プローブ端子に電圧を加え、結果ＦＥＴに流れる電流の有無に基づいて、結果を読み取ることができる。
【００５４】
図１２に示すように、速度プローブ検出回路は、より大きな速度回路の一部でありうる。速度プローブ検出をより容易に理解するために、速度読み取り回路（速度プローブ検出過程中に電気的に絶縁されている）および過渡電圧抑制器は、図１３〜図１６から取り除かれている。したがって、速度プローブ検出（または診断）回路の一実施形態が、図１３に示されている。速度プローブは、左側に抵抗または電圧（０Ｖまたは２４Ｖ）のいずれかとして示されている。
【００５５】
テストのステップ１では、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ２＿ＣＭＤを「１」に設定し、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ１＿ＣＭＤを「０」に設定する。これは、２４Ｖを出力しているアクティブ速度プローブを検出するように設計されている。Ｋ３の７ピンと８ピンとが接続され、Ｋ１の５ピンと６ピンとが接続される。回路内でアクティブプローブが使用されている場合は、Ｊ４の１−２ピンが接続される必要があることに留意されたい。これを図１４に示す。
【００５６】
信号ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ２＿ＲＥＳの読み取りが「０」の場合、ＭＴＵ＿ＳＰＤ＋で２４Ｖが検出されたことを意味する。この時点で速度プローブの検出テストは終了する。つまり、このケースでは、ＭＴＵ＿ＳＰＤ＋に２４Ｖが存在し、２４ＶはＫ３の８ピンおよび７ピンを通って、Ｋ１の６ピンと５ピンとに至る。電圧が存在する場合、２４Ｖは抵抗回路網（Ｕ６９のダイオードを通る電流を制限するように設計されている）を通る。電圧がある場合、Ｕ６９のダイオードがオンになり、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ２＿ＲＥＳを「０」に駆動する。電圧がない場合、診断テストはステップ２に進む。
【００５７】
ステップ２およびステップ３の結果を合わせて、速度プローブ検出テストの結果を判別する。ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ１＿ＲＥＳのみが、ステップ３でのさらなる使用のために保持されることに留意されたい。
【００５８】
テストのステップ２では、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ２＿ＣＭＤを「０」に設定し、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ１＿ＣＭＤを「１」に設定する。これにより、速度プローブＭＴＵ＿ＳＰＤ＋は、Ｋ３の８ピンと７ピンとを通って接続される。パッシブプローブが取り付けられている場合、Ｊ４の２−３ピンが接続され、これによりＫ３の６ピンと５ピンとが接続されることに留意されたい。Ｋ３の６ピンと５ピンとが接続されると、次にＵ７０の２ピンがＭＴＵ  ＳＰＤ＋に接続される。Ｕ７０の２ピンが１２Ｖ未満の場合、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ１＿ＲＥＳは「０」に駆動され、そうでない場合は「１」になる。Ｊ４がアクティブプローブ用に設定されている場合、次にＫ３の６ピンと５ピンとは開放される（ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ２＿ＣＭＤ＝０のためであり、これはＪ４の１ピンがフローティングであることを意味する）。これを図１５に示す。
【００５９】
テストのステップ３では、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ２＿ＣＭＤが「１」に設定され、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ１＿ＣＭＤが「１」に設定される。これにより、Ｋ３の８ピンと７ピンとが接続され（ＭＴＵ  ＳＰＤ＋）、これがＫ１の６ピンおよび５ピンに接続される。また、ここで、Ｋ３の６ピンおよび５ピン（Ｕ７０の２ピン）が、Ｋ１の８ピンおよび７ピンを通ってＭＴＵ  ＳＰＤ＋に接続される。これを図１６に示す。
【００６０】
ここで、ステップ２とステップ３との結果を組み合わせることができる。ＳＷ１＿ＲＥＳとＳＷ２＿ＲＥＳとはステップ３の結果であり、一方、ステップ２のＳＷ１＿ＲＥＳはステップ２の結果である：
【表１４】
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【００６１】
パッシブプローブ状態（２６）において、ステップ２では、Ｕ７０の１２Ｖは、Ｋ３の６ピンと５ピンとを介して、Ｋ１の８ピンと７ピンとに接続され、Ｋ３の７ピンと８ピンとに戻る。したがって、パッシブプローブ（すなわち、０オーム超の抵抗）があるので、電流が流れ、ＳＰＤ＿ＰＴ＿ＳＷ１＿ＲＥＳは「０」になる。ステップ３では、両方のスイッチがオンであり、速度プローブとＵ６９の２ピンに接続された抵抗回路網とを通って電流が流れる。Ｕ６９およびＵ７０の両方のオプトカプラがオンになり、ＳＷ１＿ＲＥＳとＳＷ２＿ＲＥＳとは「０」になる。
【００６２】
開回路状態（２８，３０）において、ステップ２では、Ｕ７０からの１２ＶはＭＴＵ  ＳＰＤ＋信号に接続されているが、電流が流れず、ＳＷ１＿ＲＥＳ＝「１」となる。これは開放のサインでありうる。ステップ３では、両方のスイッチがオンであり、Ｕ６９およびＵ７０のダイオードを通って電流が流れるが、ステップ２ではＭＴＵ  ＳＰＤ＋を通って電流が流れないので、すべてがＵ６９に接続された抵抗回路網を通って流れ、ＳＷ１＿ＲＥＳ＝ＳＷ２＿ＲＥＳ＝「０」となる。
【００６３】
短絡状態（２８，３２）において、ステップ２では、ＭＴＵ  ＳＰＤ＋に取り付けられているとき、Ｕ７０のダイオードを通って電流が流れる。次に、ステップ３では、Ｕ７０を通って電流は流れるが、Ｕ６９を通って電流は流れない。
【００６４】
アクティブプローブ（ローレベル信号−ケース１）状態（２４）において、ステップ２では、Ｋ３の６ピンと５ピンとが開放されているため、Ｕ７０を通って電流が流れない。ステップ３では、Ｕ７０を通って電流が流れ（ＳＷ１＿ＲＥＳ＝「０」）、Ｕ６９を通って電流が流れない。これは、１２Ｖが、アクティブプローブのローレベル電圧を通る経路を有することを意味する。
【００６５】
障害の他の状態（２８）において、ステップ３では、Ｕ７０を通って電流が流れないが（ＳＷ１＿ＲＥＳ＝「１」）、Ｕ６９を通って電流が流れる（ＳＷ２＿ＲＥＳ＝「０」）。
【００６６】
アクティブプローブ（ローレベル信号−ケース２）状態（２４）において、ステップ３では、Ｕ６９またはＵ７０のいずれかを通って、オプトカプラをオンにするために十分な電流が流れない。これは、アクティブプローブがローレベル信号を出力しているが、０Ｖよりも高く、オプトカプラをオンにするのに十分な電圧降下が抵抗回路網の両端にないケースで発生することになる。
【００６７】
本明細書に記載した本発明は、上記のいずれかの特徴に加えて、以下の特徴のうちの１つまたは複数を有しうる。図を参照して、以下の特徴を示す。
【００６８】
タービン速度プローブ診断システムであって、速度プローブ１２および速度読み取り回路１４に接続された速度リード線１０と、速度プローブ診断回路１６と、速度リード線１０と速度プローブ診断回路１６との間に接続された第１の絶縁スイッチ１８と、を含み、速度プローブ１２は、タービンの通常動作中、速度信号を生成し、速度リード線１０を通して速度信号を速度読み取り回路１４に送信し、第１の絶縁スイッチ１８は、通常動作中、速度プローブ診断回路１６が速度リード線１０から絶縁されるように開放されており、速度読み取り回路１４によって速度信号が検出されないとき、第１の絶縁スイッチ１８が閉成され、速度プローブ診断回路１６が、第１の絶縁スイッチ１８を通して、電圧２０または接地２２を速度リード線１０に印加して、速度プローブ１２または速度リード線１０の状態をテストする、タービン速度プローブ診断システム。
【００６９】
状態は、アクティブ速度プローブがハイレベル電圧信号を出力しているかどうかをテストすること（２２）を含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００７０】
状態は、アクティブ速度プローブがローレベル電圧信号を出力しているかどうかをテストすること（２４）を含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００７１】
状態は、パッシブプローブが接続されているかどうかをテストすること（２６）を含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００７２】
状態は、速度ラインまたは速度プローブに障害があるかどうかをテストすること（２８）を含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００７３】
状態は、速度ラインまたは速度プローブに開回路があるかどうかをテストすること（３０）を含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００７４】
当該状態は、速度ラインまたは速度プローブに短絡があるかどうかをテストすること（３２）を含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００７５】
タービン速度プローブ診断システムが、速度プローブ診断回路１６内に診断スイッチ３４をさらに含み、速度リード線１０および印加電圧２０または接地２２が診断スイッチ３４の一対の制御入力３６に接続され、診断スイッチ３４の出力３８により状態が識別される、タービン速度プローブ診断システム。
【００７６】
診断スイッチ３４がソリッドステートリレー３４である、タービン速度プローブ診断システム。
【００７７】
タービン速度プローブ診断システムが、２つの診断スイッチ３４をさらに含み、速度リード線１０が、一方の診断スイッチ３４の一対の制御入力３６のうちの１つに、他方の診断スイッチ３４の一対の制御入力３６のうちの１つへの接続とは異なるタイミングで接続され、２つの診断スイッチ３４の出力３８が比較されて、状態が識別される、タービン速度プローブ診断システム。
【００７８】
タービン速度プローブ診断システムが、速度プローブ診断回路１６内に構成スイッチ４６をさらに含み、構成スイッチ４６が、速度リード線１０を一方の診断スイッチ３４に接続し、交互に速度リード線１０を他方の診断スイッチ３４に接続する、タービン速度プローブ診断システム。
【００７９】
構成スイッチ４６がソリッドステートリレー４６である、タービン速度プローブ診断システム。
【００８０】
タービン速度プローブ診断システムが、構成スイッチ４６の制御入力に接続されたバイナリテストコマンド４８をさらに含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００８１】
異なる電圧２０または接地２２が、他方の診断スイッチ３４の一対の制御入力３６と異なる、一方の診断スイッチ３４の一対の制御入力３６に接続されている、タービン速度プローブ診断システム。
【００８２】
タービン速度プローブ診断システムが、２つの第１の絶縁スイッチ１８をさらに含み、速度プローブ診断回路１６が、第１の絶縁スイッチ１８のうちの一方を通して、速度リード線１０に電圧２０を印加し、第１の絶縁スイッチ１８のうちの他方を通して、異なるタイミングで、接地２２を印加し、速度プローブ１２または速度リード線１０をテストする、タービン速度プローブ診断システム。
【００８３】
第１の絶縁スイッチ１８がソリッドステートリレー１８である、タービン速度プローブ診断システム。
【００８４】
タービン速度プローブ診断システムが、速度プローブ診断回路１６と速度読み取り回路１４との間に接続された第２の絶縁スイッチ４０をさらに含み、第２の絶縁スイッチ４０は、速度プローブ診断回路１６が速度プローブ１２または速度リード線１０をテストするとき、速度読み取り回路１４を絶縁するために開放される、タービン速度プローブ診断システム。
【００８５】
タービン速度プローブ診断システムが、第１の絶縁スイッチ１８の制御入力に接続されたバイナリテストコマンド４８をさらに含む、タービン速度プローブ診断システム。
【００８６】
タービン速度プローブ診断システムであって、当該システムが、２つの第１の絶縁スイッチ１８と、速度プローブ診断回路１６内の診断スイッチ３４であって、速度リード線１０および印加電圧２０または接地２２が診断スイッチ３４の一対の制御入力３６に接続され、診断スイッチ３４の出力３８により状態が識別される、診断スイッチ３４と、２つの診断スイッチ３４であって、速度リード線１０が、一方の診断スイッチ３４の一対の制御入力３６のうちの１つに、他方の診断スイッチ３４の一対の制御入力３６のうちの１つへの接続とは異なるタイミングで接続され、２つの診断スイッチ３４の出力３８が比較されて、状態が識別される、２つの診断スイッチ３４と、をさらに含み、２つの診断スイッチ３４が、第１のソリッドステートリレー３４および第２のソリッドステートリレー３４であり、第１の電圧２０、２つの第１の絶縁スイッチ１８のうちの一方、および速度リード線１０が、第１のソリッドステートリレー３４の一対の制御入力３６に接続され、第２の電圧４２および第１の検出器３８が、第１のソリッドステートリレー３４の一対の出力４４に接続され、接地２２、２つの第１の絶縁スイッチ１８のうちの他方、および速度リード線１０が、第２のソリッドステートリレー３４の一対の制御入力３６に接続され、第３の電圧４２および第２の検出器３８が、第２のソリッドステートリレー３４の一対の出力４４に接続されている、タービン速度プローブ診断システム。
【００８７】
本明細書に記載された好ましい実施形態は、所望であれば、非一時的コンピュータ可読媒体のコンピュータ化された方法として実施することができることが理解される。
【００８８】
本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれにより限定されるものではなく、本明細書に記載された発明から逸脱することなく修正可能であることを理解されたい。本明細書に記載された各実施形態は、１つの特徴のみを参照して、他の実施形態に関して記載されるすべての特徴を具体的に参照していないところもあるが、特定の特徴への参照がなされていない場合でも、本明細書に記載された特徴は、別段の記載がない限り互換性があることが認識されるべきである。また、上記利点は、必ずしも本発明の唯一の利点ではなく、本発明のすべての実施形態で説明した利点のすべての達成が必ずしも期待されないことも理解されたい。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲によって定義され、特許請求範囲の意味の範囲内にあるすべてのデバイスおよび方法は、文字通りにまたは同等性によってそこに包含されることが意図されている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【国際調査報告】
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