JPH059609B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は発電プラントの蒸気タービン・ガバナ
などの油圧式弁駆動装置の異常診断装置に係り、
とくに巡回が困難でかつ信頼性がきわめて重要な
原子力発電プラントの蒸気タービン・ガバナなど
に好適な油圧式弁駆動装置の異常診断装置に関す
る。

〔発明の背景〕

従来の油圧式弁駆動装置として、たとえば発電
プラントの蒸気タービン・ガバナは主蒸気止め弁
（MSV）、主蒸気制御弁（SCV）、中間阻止弁
（ISV）、中間制御弁（IV）などの多種の弁から
なり、かつ各種の弁がまた複数個の弁群を構成し
ている。従来これらの弁の油圧式弁駆動装置の異
常診断方法としては、これらの弁の動作状態を知
るため毎日またはある限られた日ごとに１個１個
の弁に対して弁開閉テストを行い、オペレータが
その状態を目視で監視することが行なわれてい
た。

しかしながら、このような従来の油圧式弁駆動
装置の異常診断方法は、オペレータの勘に頼つた
テストであつたため多大の労力と時間を要するほ
か、はつきりした異常が生じた場合には診断可能
であるがその兆候を未然に発見して対策すること
は不可能であつた。さらに、油圧系統の油もれや
油圧機器の損耗程度などを計装室で知ることは不
可能であり、とくに原子力発電プラントのように
放射能下にさらされる場合などには主要弁を高頻
度で巡回することは不可能であるため、油もれを
未然に予知する手法の開発が強く望まれていた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記の点にかんがみて、故障の
兆候を未然に予知できる能率的でかつ信頼性の高
い油圧式弁駆動装置の異常診断装置を提供するに
ある。

〔発明の概要〕

本発明は常時診断と定期診断の２つの診断機能
を組み合わせ、常時診断ではリークセンサによる
油圧系統の油もれなどの常時監視を行なう一方、
定期診断では圧力センサや変位センサを用いた機
器の損耗や作動状況などの弁開閉テストを行な
い、これらの組合せ判断により異常機器を早期か
つ正確に判別可能にした油圧式弁駆動装置の異常
診断装置である。

〔発明の実施例〕

以下に本発明の実施例を第１図ないし第７図に
より説明する。

まず第１図は本発明の対象とする油圧式弁駆動
装置の一例としてBWRを使用する原子力発電プ
ラント用蒸気タービンプラントの蒸気タービン・
ガバナを例示する概略全体構成図である。第１図
において、発電用原子炉BWRと高圧タービン
HPおよび低圧タービンLPと発電機GENからな
るプラントで、蒸気タービンの調速を行なうため
の蒸気タービン・ガバナは蒸気タービンへの蒸気
流量の制御または流路の開閉を行なうための主蒸
気止め弁MSV、主蒸気制御弁SCV、中間蒸気止
め弁ISV、中間制御弁IVなどからなり、かつそ
れぞれ図のように複数の弁群から構成されてい
る。なお、これらの弁本体のほかそれらに圧油を
供給する図示していない油圧系統とそれらの動き
を制御するコントロール・パツクなどの弁駆動装
置を備えている。

第２図は本発明の対象とする第１図の全部の制
御弁のうち代表的な操作弁の例として以下に説明
する主蒸気止め弁MSVの本発明による油圧式弁
駆動装置の異常診断装置の一実施例を示す部分構
成図である。第２図において、１は主蒸気止め弁
MSV本体の主蒸気の入口、２は同じく出口、３
はポペツト、４は弁座、５はポペツト３のステ
ム、６はばね、７は油圧シリンダ、８はデイスク
弁、９は弁座、１０はばね、１１は下部圧力室、
１２はダンプ室である。また１３は主蒸気止め弁
MSVの油圧式弁駆動装置のサーボ弁、１４はシ
ヤツトオフ弁、１５は急閉電磁弁、１６は圧油装
置である。さらに、１７，１８，１９は油圧式弁
駆動装置の異常診断装置の定期診断時の各接点、
２０は油圧シリンダ７のストロークＳの変位セン
サ、２１，２２は下部圧力室１１、ダンプ室１２
の各圧力P₁、P₂の圧力センサである。

この構成で、RWRで発生した主蒸気はMSVの
主蒸気の入口１から出口２へ流通可能で、弁座４
に対するポペツト３の位置を制御することにより
流路の開閉が行なわれる。なおこのポペツト３の
位置を制御するため、ポペツト３のステム５と弁
駆動用の油圧シリンダ７が直結されかつばね６に
より常に下側に押されていて、この油圧シリンダ
７の位置はばね６に対抗して圧力P₁の下部圧力
室１１に弁駆動装置のサーボ弁１３により圧油装
置１６からの圧油を給排して制御される。さらに
MSVの急閉指令がくると、この指令信号は急閉
電磁弁１５に与えられ、これによりダンプ室１２
の圧力P₂の圧油を抜くので、ばね１０で支持さ
れたデイスク弁８が下部圧力室１１の圧油の圧力
P₁により弁座９に対して下側に押される結果、
下部圧力室１１とダンプ室１２が連通して油圧シ
リンダ７は急閉動作となる。なおこのさいシヤツ
トオフ弁１４は急閉電磁弁１５の指令がきたとき
にある時定数でサーボ弁１３への圧油の流れをシ
ヤツトし、急閉電磁弁１５の指令がきれたときに
はある時定数でサーボ弁１３への圧油の流れを連
通せしめる役目をする。このような油圧式弁駆動
装置の異常診断装置の定期診断においては、定期
診断時の接点１７〜１８、油圧シリンダ７のスト
ロークＳの変位センサ２０のほか、下部圧力室１
１およびダンプ室１２の圧力P₁およびP₂を検出
する圧力センサ２１，２２の導入により、ストロ
ークＳ対時間ｔ特性などのほか圧力Ｐ（P₁、P₂）
対ストロークＳ特性をも求められ、これにより後
述するように油圧シリンダ７の動作が異常になつ
た場合のサーボ弁１３の異常のためかもしくは油
圧シリンダ１３に直結したステム５などのステイ
ツクなどによるのかの判別を行なうことが可能と
なる。

第３図は本発明による油圧式弁駆動装置の異常
診断装置の一実施例を示す異常診断フローチヤー
トである。第３図において、診断機能を常時診断
と定期診断の２つに分類し、常時診断ではテスト
スイツチをオフして少なくとも後述のようなリー
クセンサ群により弁本体と弁駆動装置とその油圧
系統などの油もれを常時監視し、かつ好ましくは
さらに常時監視項目として油圧系統の作動油の状
態を診断するため油中の金属粉の量とその粘度分
布を測定する公知手段によるフエログラフイを追
加して、プラント表示とリーク異常場所表示など
を行なう一方、定期診断ではテストスイツチがオ
ンした時にのみ定期的に接点１７〜１９と変位セ
ンサ２０と圧力センサ２１，２２などを用いた
MSVなどの弁駆動装置の開閉動作テストを好ま
しくは後述の徐閉、急閉、開準備動作、徐開など
のテストパターンについて行ない異常を診断し
て、その結果のテストデータを公知手段により表
示するものである。

第４図ａ，ｂは本発明による油圧式弁駆動装置
の異常診断装置の一実施例を示す常時診断の熱伝
導率の変化を利用したリークセンサの各斜視外観
図、回路構成図である。第４図ａにおいて、２３
はリークセンサ、２４はそのセラミツク基板、２
５，２６は薄い断熱材、２７は厚膜印刷されたＷ
（タングステン）導線、２８はリード線である。
この構成で、矢印で示される油もれ流体に対して
熱伝導率の急変によるＷ導線の抵抗変化を利用し
出力するものである。なお第４図ｂのように、抵
抗R_Wのリークセンサ２３と抵抗R₂、R₃、R₄によ
りホイートストン・ブリツジを構成し、トランジ
スタTrを介してリークセンサ２３に一定電流Ｉ
を常時流しておき、矢印で示される油もれ流体の
接触に対し熱伝導率の急変にともなう抵抗R_Wの
変化によるアンバランスの電圧を作動増幅器２９
を介し検出して油もれ流体のリークを検出するも
のである。なお、このリークセンサ２３は弁本体
と弁駆動装置もしくはコントロール・パツクとそ
れらの油圧系統などのリーク診断場所に設置され
る。

第５図は本発明による油圧式弁駆動装置の異常
診断装置の一実施例を示す定期診断の弁開閉テス
トパターン図である。第５図において、定期診断
の弁開閉テストパターンのモードを図のように徐
閉（MODE1）、急閉（MODE2）、（開準備動作）、
徐開（MODE3）の３つに分け、それぞれのモー
ドに対して正常な動作の場合の運転時間ｔ（油圧
シリンダ７のストローク時間ｔ）、操作圧力Ｐ（油
圧シリンダ７の下部圧力室１１の圧力P₁）、（ダ
ンプ室１２の圧力P₂）、弁ストロークＳ（油圧シ
リンダ７のストロークＳ）などを記憶手段に記憶
しておき、これらの正常パターンのデータと定期
診断ごとにえられるテストデータとを比較して、
その時間偏差Δt、圧力偏差ΔP、ストローク偏差
ΔSなどの偏差値がそれぞれ一定値（許容値、ス
レツシヨルド値）を越えるか否かを監視し、偏差
値が一定値以下の場合には正常と判定するが偏差
値が一定値以上の場合には異常と判定してアラー
ムを発するとともに、例えば時間偏差Δtと圧力
偏差ΔPとストローク偏差ΔSなどに対してビツ
ト・パターンを形成し、それぞれの偏差値が一定
値以下の正常の場合には対応するビツトを例えば
“０”とするが偏差値が一定値をこえた異常の場
合には対応するビツトを“１”としてテーブル表
示するのが好ましく、これにより下記のような異
常機器（異常場所）の判別などが可能となる。

第６図ａ，ｂは本発明による油圧式弁駆動装置
の異常診断装置の一実施例を示す定期診断の弁開
閉テストデータの異常判定結果をテーブル表示す
るビツト・パターン例図である。第６図は第５図
の弁開閉テストパターンの徐閉（MODE1）の場
合のビツト・パターン例で、第６図ａの時間偏差
Δt、圧力偏差ΔP、ストローク偏差ΔSのビツト・
パターンの対応するビツトが“１”、“０”、“１”
であつた場合には、圧力偏差ΔPは一定値（許容
値）以下であるが時間偏差Δtとストローク偏差
ΔSが一定値以上に大きくなつているので油圧系
統のサーボ弁１３の流量特性に異常が生じたこと
を示しているからサーボ弁１３の異常と判定し、
また第６図ｂの同じくビツト・パターンが“１”、
“１”、“１”となつた場合には、時間偏差Δtとス
トローク偏差ΔSに加えて圧力偏差ΔPも一定以上
に大きくなつているので油圧シリンダ７のシリン
ダ系がステイツクして動きが円滑でなくなつたこ
とを示しているからシリンダ系のステイツク兆候
と判断できる。このようにして弁開閉テストパタ
ーンの徐閉（MODE1）のビツト・パターン表か
らサーボ弁１３と油圧シリンダ７の系の異常を分
離して判別することが可能となる。

なお、第６図ａ，ｂと同様のビツト・パターン
表を弁開閉テストパターンの急閉（MODE2）な
どにも使用することにより、シヤツトオフ弁１
４、急閉電磁弁１５などの異常も分離して判別す
ることが可能となる。

第７図は本発明による油圧式弁駆動装置の異常
診断装置の一実施例を示すハードウエア構成のブ
ロツク図である。第７図において、３０は油圧式
弁え駆動装置の診断対象機器側、３１はその異常
診断装置の計装室（中央操作室）側を示し、３２
は弁駆動装置（コントロール・パツク）、３３は
機器側の弁本体と弁駆動装置（コントロール・パ
ツク）とその油圧系統の常時診断の油もれ診断場
所に設置される油もれ流体の接触による熱伝導率
の変化を利用した素子などによる常時監視用のリ
ークセンサ（およびその増幅器）、３４は常時診
断の作動油の状態を診断するために機器側に設置
され油中の金属粉の量とその粘度分布を測定する
フエログラフイ、３５はリークセンサ３３および
フエログラフイ３４からのデータ信号をまとめる
機器側の信号伝送装置、３６はその信号伝送装置
３５からのデータ信号を計装室側に伝送する伝送
路（たとえば光フアイバ）である。また３７は異
常診断装置の計装室側の定期診断を行なうための
弁開閉テスト盤、３８は伝送路（光フアイバ）３
４のデータ信号および弁駆動装置３２からの時間
（ストローク時間ｔ）、圧力（シリンダ室圧力Ｐ）、
変位（ストロークＳ）などのアナログ信号を受信
するとともにテスト盤３７からのテストスイツチ
信号、電磁弁信号などを入力する計装室側に信号
変換装置、３９は情報処理を行なうマイクロコン
プユータ、４０は画像表示や音声応答などを行な
う出力表示装置、４１，４２は信号線、４３は伝
送路、４４，４５はループ伝送路である。

この構成で、第３図の異常診断のフローチヤー
トのように、計装室側のテスト盤３７の弁開閉テ
ストスイツチがオフしているときの常時診断で
は、機器側の常時監視用のリークセンサ（および
増幅器）３３とフエログラフイ３４などからのデ
ータ信号を機器側の信号伝送装置３５にまとめ、
伝送路（光フアイバ）３６を介して計装室側に送
出する。すると計装室側の信号変換装置３８はこ
れらのデータ信号を受信してループ伝送路４４を
介しマイクロコンプユータ３９に送り、マイクロ
コンプユータ３９でデータ処理を行ない、その結
果のプラント表示、リーク異常場所表示などをル
ープ伝送路４５を介して出力表示装置４０に
CRT画像表示または音声応答せしめる。またテ
スト盤３７のテストスイツチがオンしたときの定
期診断では、弁駆動装置３２がテスト盤３７から
の制御信号を信号線４１を介し受信して起動し、
例えば変開閉テストパターンの徐閉（MODE1）、
急閉（MODE2）、開準備動作、徐開（MODE3）
などの弁開閉テストを行ない、定期診断時の接点
１７〜１９、圧力センサ２１，２２、変位センサ
２０などからの弁（油圧シリンダ）のストローク
時間ｔ、油圧シリンダ圧力室の圧力Ｐ、弁（油圧
シリンダ）のストロークＳなどのアナログ信号を
信号線４２を介して計装室側に送出する。すると
計装室側の信号変換装置３８はテスト盤３７から
伝送路４３を介してテストスイツチ信号と急閉時
の電磁弁信号となどを受けていて、上記アナログ
信号を受信するとこれを信号変換してマイクロコ
ンプユータ３９に送り、マイクロコンプユータ３
９でデータの演算処理を行ない、内蔵するメモリ
内に記憶している正常パターンのデータとこのテ
ストデータとを比較して、その時間偏差Δt、圧
力偏差ΔP、ストローク偏差などの偏差値がそれ
ぞれ一定値（許容値、スレツシヨールド値）を越
えるか否かを判断し、偏差値が一定値以下の場合
には正常と判定するが偏差値が一定値以上の場合
には異常と判定して出力表示装置４０により例え
ばアラームを発するとともに、時間偏差Δtと圧
力偏差ΔPとストローク偏差ΔSなどに対するビツ
ト・パターンを作成して、それぞれの偏差値が一
定値以下の場合には対応のビツトを“０”とする
が偏差値が一定値以上の場合には対応のビツトを
“１”とし、このビツト・パターンを出力表示装
置４０にビツト・パターン表示せしめるなどし
て、その診断結果をCRT画像表示もしくは音声
応答せしめ、これにより異常機器（異常場所）を
分離して確認することができる。

以上のように本実施例によれば、発電プラント
の蒸気タービン・ガバナなどの油圧式弁駆動装置
の異常診断において、常時診断と定期診断の２つ
の診断機能を組み合わせ、常時診断ではリークセ
ンサによる油もれとフエログラフイによる作動油
状態の常時監視を行なう一方、定期診断では圧力
センサや変位センサを用いた機器の損耗や作動状
況などの弁開閉テストパターンなどによる弁開閉
テストを行ない、これらの組合せ判断により構成
機器の機能確認および異常機器（異常場所）の早
期かつ正確な分離判別などのオンラインによる診
断が可能となり、発電プラントとくに原子力発電
プラントの蒸気タービンガバナなどにおいては異
常の早期発見により事故の予知や予防ができ発電
プラントの信頼性向上がはかれるなどの効果がえ
られる。

〔発明の効果〕

以上の説明のように本発明によれば、油圧式弁
駆動装置の異常診断が能率的かつ正確に行なうこ
とができ、機器の事故を未然に防止可能にするな
どの効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象とする油圧式弁駆動装置
を例示する原子力発電プラントの蒸気タービン・
ガバナの概略全体構成図、第２図は本発明による
油圧式弁駆動装置の異常診断装置の一実施例を示
す部分構成図である。第３図は同じく異常診断フ
ローチヤート、第４図ａ，ｂは同じくリークセン
サの各斜視外観図、回路構成図、第５図は同じく
弁開閉テストパターン図、第６図ａ，ｂは同じく
弁開閉テスト結果の各ビツト・パターン例図、第
７図は同じくハードウエア構成ブロツク図であ
る。 １……主蒸気止め弁（MSV）の主蒸気入口、
２……出口、３……ポペツト、４……弁座、５…
…ステム、６……ばね、７……油圧シリンダ、８
……デイスク弁、９……弁座、１０……ばね、１
１……下部圧力室、１２……ダンプ室、１３……
弁駆動装置のサーボ弁、１４……シヤツトオフ
弁、１５……電磁弁、１６……油圧装置、１７，
１８，１９……定期診断時の接点、２０……変位
センサ、２１，２２……圧力センサ、２３……リ
ークセンサ、２４……セラミツク基板、２５，２
６……断熱材、２７…厚膜印刷Ｗ線、２８……リ
ード線、２９……差動増幅器、３０……機器
（側）、３１……計装室（側）、３２……弁駆動装
置、３３……リークセンサ、３４……フエログラ
フイ、３５……信号伝送装置、３６……伝送路
（光フアイバ）、３７……弁開閉テスト盤、３８…
…信号変換装置、３９……マイクロコンプユー
タ、４０……出力表示装置、４１，４２……信号
線、４３……伝送路、４４，４５……ループ伝送
路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 流体の流量を制御するかまたは流路を開閉す
   る弁を駆動する油圧式弁駆動装置の異常診断を常
   時行なう常時診断手断と定期的に行なう定期診断
   手段とを有し、常時診断手段は少なくとも弁駆動
   装置の有する油圧系統の油もれをリークセンサに
   より常時監視する手段を備え、かつ定期診断手段
   は弁の開閉テストを定期的に行ないそのデータか
   ら弁および弁駆動装置の異常を診断する手段から
   なる油圧式弁駆動装置の異常診断装置。 ２ 上記リークセンサは油もれによる熱伝導率の
   変化にともなう電気抵抗の変化を利用した素子か
   らなる特許請求の範囲第１項記載の油圧式弁駆動
   装置の異常診断装置。 ３ 上記常時診断手段は弁駆動装置の作動油中の
   金属粉の量とその粘度分布を測定するフエログラ
   フイにより作動油の状態を診断する手段を付加し
   た特許請求の範囲第１項記載の油圧式弁駆動装置
   の異常診断装置。 ４ 上記定期診断手段は弁駆動装置の有する油圧
   シリンダのストロークを測定する変位センサおよ
   び該油圧シリンダの圧力室の圧力を測定する圧力
   センサにより弁の開閉テストの油圧シリンダ圧力
   対ストローク特性およびストローク対時間特性を
   求め、これらのテストデータを正常データと比較
   して異常を診断する手段からなる特許請求の範囲
   第１項記載の油圧式弁駆動装置の異常診断装置。 ５ 上記定期診断手段は弁の開閉テストパターン
   の徐閉、急閉、徐開のそれぞれのモードに対する
   油圧シリンダストローク時間、シリンダ圧力、シ
   リンダストローク特性を求め、これらのテストデ
   ータを自体が記憶する正常データと比較し、それ
   ぞれのモードに対するストローク時間偏差値、圧
   力偏差値、ストローク偏差値が各許容値以下の場
   合には動作正常で許容値以上の場合には動作異常
   と判定して必要に応じ後者の場合にはアラームを
   発する手段を有する特許請求の範囲第４項記載の
   油圧式弁駆動装置の異常診断装置。 ６ 上記定期診断手段は上記ストローク時間偏差
   値、圧力偏差値、ストローク偏差値か各許容値以
   下（正常）の場合には対応するビツトを“０”と
   し許容値以上の（異常）の場合には“１”とする
   ビツト・パターンを形成してテーブル表示する手
   段を有する特許請求の範囲第５項記載の油圧式弁
   駆動装置の異常診断装置。 ７ 上記定期診断手段は上記徐閉モードの弁開閉
   テストにおける上記ストローク時間偏差値が許容
   値以上、圧力偏差値が許容値以下、ストローク偏
   差値が許容値以上の場合には弁駆動装置の有する
   サーボ弁と油圧シリンダ系のうちサーボ弁の異常
   と判定し、上記ストローク時間偏差値が許容値以
   上、圧力偏差値が許容値以上、ストローク偏差値
   が許容値以上の場合には油圧シリンダ系の異常
   （ステイツク兆候など）と判断する手段を有する
   特許請求の範囲第５項または第６項記載の油圧式
   弁駆動装置の異常診断装置。 ８ 上記定期診断手段は上記急閉モードの弁開閉
   テストにおける上記ストローク時間偏差値、圧力
   偏差値、ストローク偏差値が各許容値以下である
   か以上であるかに応じて弁駆動装置の有するシヤ
   ツトオフ弁と急閉電磁弁のそれぞれの正常か異常
   を分離して判定する手段を有する特許請求の範囲
   第５項または第６項記載の油圧式弁駆動装置の異
   常診断装置。 ９ 上記常時診断手段は上記リークセンサおよび
   フエログラフイなどを診断対象の弁および弁駆動
   装置側に設置するとともにそれらからのデータ信
   号を同側に設置の信号伝送装置より光フアイバな
   どの伝送路を介して異常診断装置側の有する信号
   変換装置に伝送する手段を有し、かつ上記定期診
   断手段は上記弁駆動装置へテスト制御信号を送る
   弁開閉テスト盤と弁駆動装置の上記変位センサお
   よび圧力センサなどからのアナログ信号を信号線
   を介して上記信号変換装置に入力する手段を有
   し、かつ上記データ信号およびアナログ信号は上
   記信号変換装置を介して所定の信号変換を行ない
   マイクロコンプユータに入力して異常診断を行な
   い、その結果を出力表示装置により画像表示また
   は音声応答を行なう手段を有する特許請求の範囲
   第１項ないし第８項記載の油圧式弁駆動装置の異
   常診断装置。