JPH07280866A - 断線検出機能付き振動測定回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、振動検出器の断線により発生するバ
イアス電圧の交流的な変化を吸収し、振動出力突変を防
止することを目的とする。 【構成】振動検出器１１に断線検出電流を流し、振動検
出器１１に発生する出力電圧を積分器２１に入力して当
該積分器２１を飽和させることにより断線の有無を検出
する断線検出機能付き振動測定回路であり、振動検出器
１１が断線したときの出力電圧の交流的な動作を吸収可
能な周波数特性に設定された低周波カットフィルタ１
６，５０と、振動検出器１１の出力電圧と閾値とを比較
して振動検出器１１の出力電圧の交流的な変化を検出す
る比較手段３０と、交流的な変化が検出されたならば振
動検出器１１からの振動測定信号が低周波カットフィル
タ１６，５０を通過するように信号経路を切換える切換
手段３２，３３，３４とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タービン監視計器に係
り、特にタービン発電機等の被監視対象の振動を測定す
る振動検出器の断線を検出する断線検出回路を備えた振
動測定回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】タービン発電機は、蒸気でタービンを高
速回転させて、そのタービンに接続された発電機を回転
させる事により発電を行っている。タービンを定格回転
まで上昇させるには、先ず、ターニング（タービン車軸
の一時的な曲がり（偏心量）を小さくするためタービン
を低速で回転させるならし運転の事）を行ってから、各
軸受け台の振動監視を行いながら定格回転数まで回転を
上昇させる。

【０００３】タービン発電機の振動監視には、振動検出
器（例えば動電形検出器）と振動サーキットボードとを
組み合わせた振動測定回路が用いられている。この振動
測定回路は、振動検出器で測定した振動速度信号を振動
サーキットボードで変位比例信号に変換し、振動振幅に
比例した電気信号に変換して警報出力を発信させたりタ
ービンをトリップさせるための判断に使用している。

【０００４】この様にタービンの振動は、タービンの状
態を監視する上で重要な監視項目であることから、振動
検出器の異常は早期に発見する必要がある。そこで、現
在では振動検出器の断線を検出可能な断線検出機能付き
振動測定回路が開発されている。

【０００５】図３は、従来の断線検出機能付き振動測定
回路の構成例を示している。この振動測定回路は、振動
検出器１１と振動サーキットボード１２と断線検出回路
１３とから構成されている。振動サーキットボード１２
は、被監視対象の振動に応じて変化する振動検出器１１
の出力電圧をゲイン付きバッファ１４で増幅する。バッ
ファ１４で増幅した出力電圧はコンデンサ１５で直流成
分をカットし、地震波カットフィルタ１６を通過させた
後、整流回路１７で直流電圧に変換して振動信号として
出力する。

【０００６】一方、断線検出回路１３は、振動検出器１
１に抵抗１８を介して微少な一定電流（断線検出電流）
を流し、振動検出器１１に流れる電流の一部を直列接続
された抵抗１９，２０を介してコモンに流している。抵
抗２０の両端間に発生する電圧ｅ１を積分器２１の反転
端子に入力する。また、振動サーキットボード１２のゲ
イン付きバッファ１４の入力段に一端がコモンに接続さ
れた入力抵抗２２の他端を接続して入力抵抗２２の両端
間に電圧ｅ２を発生させている。この電圧ｅ２は、電圧
ｅ１の約２倍の電圧であり、バッファ２３を介して積分
器２１の非反転端子に入力している。積分器２１の出力
電圧は、ｅ２＞ｅ１の時はプラス電源電圧まで飽和す
る。この積分器２１の出力電圧を比較器２４の反転端子
に入力して比較器２４の出力をマイナス電源電圧まで飽
和させる。比較器２４の出力端子をＦＥＴスイッチ２５
のゲートにダイオード２６を逆方向に介して接続してい
る。ＦＥＴスイッチ２５のドレインを整流回路１７の出
力端子に接続し、ソースをコモンに接続している。

【０００７】このような振動測定回路において、振動検
出器１１に断線が発生すると、振動サーキットボード１
２の入力は抵抗２２で短絡される事になり、積分器２１
の非反転端子電圧が反転端子電圧ｅ１より小さくなる。
その結果、積分器２１の出力がマイナス電源電圧まで飽
和していく。積分器２１の出力がマイナス電源電圧まで
飽和していくと、比較器２４の出力はプラス電源電圧ま
で飽和し、ダイオード２６がＯＦＦとなり、ＦＥＴスイ
ッチ２５のゲート電圧が０Ｖとなる。その結果、ＦＥＴ
スイッチ２５がＯＮして振動信号となる出力電圧が強制
的に０Ｖに落とされ、振動検出器１１が断線状態である
ことが外部へ知らされる。

【０００８】しかしながら、上述した断線検出機能付き
振動測定回路には、以下のような不具合があった。振動
検出器１１の出力電圧に歪が発生したときに、バッファ
２３の出力がマイナス電圧になる事があり、それに伴い
積分器２１の非反転端子電圧が反転端子電圧より低い電
位になることがある。積分器２１の非反転端子電圧が、
反転端子電圧より低くなると積分器２１はマイナス電源
電圧まで飽和するので，比較器２４の出力はプラス電源
電圧まで飽和し、その結果としてＦＥＴスイッチ２５が
ＯＮとなり出力電圧を強制的に０Ｖにする。従って、実
際には振動検出器１１が断線していないにも拘らず、あ
たかも断線したかのような信号が外部へ出力されること
になる。

【０００９】また、振動検出器１１が断線したときの断
線検出を安定化させるために抵抗２０の両端電圧ｅ１を
大きくした場合、入力抵抗２２の両端に発生する直流電
圧ｅ２を抵抗２０の両端に発生する電圧の２倍の電圧に
設定しているため、振動信号は入力抵抗２２の両端に発
生する電圧ｅ２に重畳した信号となってゲイン付きバッ
ファ１４に入力される。このような設定下において、振
動検出器１１が断線すると、入力抵抗２２の両端電圧ｅ
２が喪失して入力抵抗２２の両端電圧が０Ｖになる。こ
の際、入力抵抗２２の両端電圧が振動検出器１１が正常
なときの電圧（ある一定バイアス電圧）より断線したと
きの電圧（０Ｖ）へ変化するときの挙動は交流信号の挙
動と同等の動きとなるため、外部に発信される振動信号
が突変する欠点があった。

【００１０】また、振動サーキットボード１２には、地
震が発生したときに振動検出器１１が地震に応答して出
力が突変するのを防止するため、地震波カットフィルタ
１６を設けている。この地震波カットフィルタ１６は、
発電機並列後に動作させており、発電機並列までは地震
波カットフィルタ１６は非動作状態である。このため動
作前に振動検出器１１に断線が発生した場合は、入力抵
抗２２の両端に発生しているバイアス電圧ｅ２の交流的
な変化で振動出力が突変する欠点があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように、従来の断
線検出機能付き振動測定回路は、振動検出器の出力信号
に歪が発生した場合に、誤って振動サーキットボードの
振動信号をＯＶに落とし断線したと誤判定する可能性が
あった。また、積分器の反転端子電圧を安定させるため
に入力抵抗２２の両端電圧を大きくした場合、又は地震
波カットフィルタの投入前に断線が発生した場合に、断
線時に振動信号が突変するという問題があった。

【００１２】本発明は、以上のような実情に鑑みてなさ
れたもので、振動検出器が断線した場合に入力抵抗の両
端に発生している電圧が０Ｖになるときのバイアス電圧
の変化を、ゲイン付きバッファが振動信号として捕らえ
出力に突変が発生する事を防止した振動測定回路を提供
することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために以下のような手段を講じた。請求項１に対
応する本発明は、被監視対象の振動を検出する振動検出
器に断線検出電流を流し、前記振動検出器に発生する出
力電圧を積分器に入力して当該積分器を正側又は負側に
飽和させることにより前記振動検出器の断線を外部に知
らせる断線検出機能付き振動測定回路において、前記振
動検出器が断線したときの出力電圧の交流的な動作を吸
収可能な周波数特性に設定された低周波カットフィルタ
と、前記振動検出器の出力電圧と閾値とを比較して前記
振動検出器の出力電圧の交流的な変化を検出する比較手
段と、前記比較手段で前記出力電圧の交流的な変化が検
出されたならば前記振動検出器からの振動測定信号が前
記低周波カットフィルタを通過するように信号経路を切
換える切換手段とを具備する構成とした。

【００１４】

【作用】本発明は、以上のような手段を講じたことによ
り次のような作用を奏する。請求項１に対応する本発明
によれば、振動検出器の出力電圧と閾値とが比較手段で
比較される。この比較手段にて振動検出器の出力電圧が
交流変化したことが検出されると、振動検出器から出力
される振動信号の信号経路が低周波カットフィルタを通
過する信号経路に切換手段にて切り換えられる。この結
果、振動検出器の出力電圧に対応した振動信号の交流的
な変化が低周波カットフィルタで吸収される。従って、
断線により振動検出器の出力電圧が交流的に変化した場
合であっても、振動出力が突変するのを防止できる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１には本発明の一実施例に係る断線検出機能付き振動測
定回路の構成が示されている。なお、前述した図３に示
す振動測定回路と同一機能の部分には同一符号を付して
いる。

【００１６】本実施例の断線検出機能付き振動測定回路
は、バッファ２３の出力端子を非反転端子に閾値が設定
されたコンパレータ３０の反転端子に接続し、コンパレ
ータ３０の出力端子をダイオードＤ１を順方向に介して
ＯＲ回路３１の入力端子に接続している。ＯＲ回路３１
の出力端子にトランジスタスイッチ３２のゲートを接続
している。このトランジスタスイッチ３２はコレクタに
一定電圧が抵抗を介して印加され、エミッタが直接コモ
ンに接続されている。

【００１７】ここで、地震波カットフィルタ２６の出力
端と整流回路１７の入力端との間を接続している信号経
路には、外部からの信号によって該信号経路を切断／接
続するアナログスイッチ３３が設けられている。また、
バッファ１４の出力段であって地震波カットフィルタ２
６の前段には、バッファ１４の出力電圧を変位に比例し
た振動信号に変換する積分回路３５が設けられている。
この積分回路３５の出力端子と整流回路１７との間に
は、地震波カットフィルタ２６及びアナログスイッチ３
３をバイパスする信号経路が設けられており、その信号
経路上にアナログスイッチ３４が設けられている。

【００１８】上記トランジスタスイッチ３２のコレクタ
は反転回路３６の入力端子に接続され、反転回路３６の
出力端子がアナログスイッチ３３および他の反転回路３
７の入力端子に接続されている。そして反転回路３７の
出力端子がバイパス側の信号経路のアナログスイッチ３
４に接続されている。

【００１９】また、タービ発電機の条件接点３８がトラ
ンジスタスイッチ３９のゲートに接続され、条件接点３
８がＯＮした場合にトランジスタスイッチ３９がＯＦＦ
するようにしている。トランジスタスイッチ３９のコレ
クタには所定電圧が印加され、エミッタを抵抗を介して
コモンに接続している。トランジスタスイッチ３９のエ
ミッタは反転回路４０を介してＯＲ回路３１に接続され
ている。

【００２０】次に、以上のように構成された本実施例の
動作について説明する。振動検出器１１には振動サーキ
ットボード４１から強制的に抵抗１８を介して微少な断
線検出電流が与えられており、振動検出器１１は被監視
対象であるタービン発電機のタービン軸受け台の振動に
応じた電圧を発生する。振動検出器１１の出力電圧はゲ
イン付きバッファ１４で増幅され後、コンデンサ１５で
直流成分がカットされ、さらに積分回路３５でタービン
軸受け台の変位に比例した振動信号に変換される。ここ
で、発電機並列前でタービンが定格回転数に至るまで
は、タービン発電機の条件接点３８はＯＦＦしているも
のとする。従って、積分回路３５から出力された振動信
号は地震波カットフィルタ１６をバイパスした信号経路
を経て整流回路１７に入力し直流電圧に変換される。

【００２１】一方、振動検出器１１に与えた断線検出電
流の一部は抵抗１９，２０を通ってコモンに流れ、抵抗
２０の両端には直流電圧ｅ１が発生する。この直流電圧
ｅ１は抵抗４２を通り、積分器２１の反転端子に与えら
れる。また、入力抵抗２２の両端に発生したバイアス電
圧ｅ２は、抵抗４３とコンデンサ４４で高周波成分を除
去された後、積分器２１の非反転端子に与えられる。積
分器２１では反転端子と非反転端子の電圧の大きさによ
り、プラス電源電圧またはマイナス電源電圧の何れかの
電圧に飽和する。振動検出器１１が正常であれば、積分
器２１がプラス電源電圧に飽和しＦＥＴスイッチ２５が
ＯＦＦしたままの状態が維持される。

【００２２】また、入力抵抗２２の両端電圧ｅ２は抵抗
４３とコンデンサ４４で高周波成分が除去された後、バ
ッファ２３を介してコンパレータ３０へ入力され一定電
圧と比較される。コンパレータ３０は、振動検出器１１
が正常なときには、コンパレータ出力がマイナス電源電
圧まで飽和している。コンパレータ出力がマイナス電源
電圧に飽和している場合は、反転回路３６の出力がレベ
ル０となりアナログスイッチ３３がＯＦＦして地震波カ
ットフィルタ１６を経由する信号経路がＯＦＦされると
共に、反転回路３７の出力がレベル１となりアナログス
イッチ３４がＯＮして地震波カットフィルタ１６をバイ
パスする信号経路が選択される。

【００２３】従って、発電機並列前で、かつ断線が生じ
ていなければ、ＯＲ回路出力はレベル０となるので、バ
イパス側信号経路が選択され、積分回路３５から出力さ
れる振動信号は地震波カットフィルタ１６をバイパスし
て整流回路１７に入力する。よって、発電機並列前でタ
ービンが低速回転しているときでも正確な振動測定が可
能になる。

【００２４】振動検出器１１に断線が発生すると入力抵
抗２２の両端電圧が０Ｖとなるため、積分器２１がマイ
ナス電源電圧に飽和しコンパレータ２４が動作してＦＥ
Ｔスイッチ２５がＯＮする。その結果、整流回路１７か
ら出力される振動信号が強制的に０Ｖに落とされ、振動
検出器１１の断線が外部へ知らされる。

【００２５】また、振動検出器１１が断線して入力抵抗
２２の両端がある一定バイアス電圧から０Ｖになると、
コンパレータ３０の出力はプラス電源電圧まで飽和す
る。その結果、コンパレータ３０の出力でＯＲ回路３１
が動作しトランジスタスイッチ３２がＯＮする。トラン
ジスタスイッチ３２がＯＮされると、反転回路３６の出
力がレベル１となりアナログスイッチ３３がＯＮして地
震波カットフィルタ１６が選択状態となる。またアナロ
グスイッチ３４はＯＦＦされる。このスイッチングによ
り信号経路が切換えられて振動信号が地震波カットフィ
ルタ１６を通過して整流回路１７に入力する。振動信号
が地震波カットフィルタ１６を通過する際に低周波成分
がカットされる。

【００２６】このように本実施例によれば、振動検出器
１１が正常なときはコンパレータ３０の出力をマイナス
電源電圧まで飽和させて地震波カットフィルタ１６をＯ
ＵＴ状態にし、タービンが低回転で回転しているときで
も振動を正確に測定できるようにするとともに、振動検
出器１１が断線したときコンパレータ３０の出力をプラ
ス電源電圧まで飽和させてアナログスイッチ３３をＯ
Ｎ、アナログスイッチ３４をＯＦＦさせて地震波カット
フィルタ１６を選択状態にするようにしたので、振動検
出器１１が断線したときに発生するバイアス電圧の交流
的な変化を吸収する事ができ、振動出力突変を防止でき
る。

【００２７】また、本実施例によれば、振動検出器１１
が断線したとき地震波カットフィルタ１６を強制的に選
択状態にするため、振動検出器１１が断線したときの断
線検出を安定化させるために振動検出器１１に対し強制
的に与えている断線検出電流を大きくし抵抗２０の両端
に発生する比較電圧ｅ１を大きくしても、振動出力突変
を防止できる。

【００２８】また、断線時に発生するバイアス電圧の交
流的な変化を吸収する低周波カットフィルタとして地震
波カットフィルタを利用しているので既存設備の有効利
用を図ることができる。

【００２９】次に、本発明の他の実施例について説明す
る。図２は、本実施例に係る振動測定回路の構成図であ
る。本実施例は、前述した実施例において、地震波カッ
トフィルタの代わりにコンデンサ，抵抗及びオペアンプ
からなる低周波カットフィルタを備えた例である。な
お、低周波カットフィルタを除けば図１に示す振動測定
回路と同様の構成を有している。

【００３０】低周波カットフィルタ５０は、コンデンサ
５１〜５３を直列接続し、最後段に配置されたコンデン
サ５３にオペアンプ５７の正側入力端子を接続してい
る。コンデンサ５１とコンデンサ５２との接続点、コン
デンサ５２とコンデンサ５３との接続点、及びコンデン
サ５３とオペアンプ５７の正側入力端子との接続点を、
それぞれ抵抗５４〜５６を介してコモンに接続してい
る。

【００３１】ここで、コンデンサ容量比は、コンデンサ
５１の容量に対し、コンデンサ５２の容量は１／１０、
コンデンサ５３の容量は１／１００に設定している。ま
た、抵抗の定数比は、抵抗５４の定数に対し、抵抗５５
の定数は１０／１、抵抗５６の定数は１００／１に設定
する。

【００３２】このような本実施例によれば、低周波カッ
トフィルタ５０が前述した一実施例の地震波カットフィ
ルタと同様に動作し、振動検出器１１が断線したときに
発生するバイアス電圧の交流的な変化を吸収する事がで
き、振動出力突変を防止できる。本発明は上記実施例に
限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範
囲内で種々変形実施可能である。

【００３３】

【発明の効果】以上詳記したように本発明によれば、振
動検出器が断線した場合に入力抵抗の両端に発生してい
る電圧が０Ｖになるときのバイアス電圧の変化を、ゲイ
ン付きバッファが振動信号として捕らえ出力に突変が発
生する事を防止した振動測定回路を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る断線検出機能付き振動
測定回路の構成図である。

【図２】本発明の他の実施例に係る断線検出機能付き振
動測定回路の構成図である。

【図３】従来より在る断線検出機能付き振動測定回路の
構成図である。

【符号の説明】

１１…振動検出器、１４…ゲイン付きバッファ、１５…
コンデンサ、１６…地震波カットフィルタ、１７…整流
回路、１８，１９，２０，２２，４２，４３…抵抗、２
１…積分器、２２…入力抵抗、２３…バッファ、２４，
３０…コンパレータ、２５…ＦＥＴスイッチ、３１…Ｏ
Ｒ回路、３２，３９…トランジスタスイッチ、３３，３
４…アナログスイッチ、３５…積分回路、５０…低周波
カットフィルタ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被監視対象の振動を検出する振動検出器
   に断線検出電流を流し、前記振動検出器に発生する出力
   電圧を積分器に入力して当該積分器を正側又は負側に飽
   和させることにより前記振動検出器の断線を外部に知ら
   せる断線検出機能付き振動測定回路において、 前記振動検出器が断線したときの出力電圧の交流的な動
   作を吸収可能な周波数特性に設定された低周波カットフ
   ィルタと、前記振動検出器の出力電圧と閾値とを比較し
   て前記振動検出器の出力電圧の交流的な変化を検出する
   比較手段と、前記比較手段で前記出力電圧の交流的な変
   化が検出されたならば前記振動検出器からの振動信号が
   前記低周波カットフィルタを通過するように信号経路を
   切換える切換手段とを具備したことを特徴とする断線検
   出機能付き振動測定回路。