JP2850917B2

JP2850917B2 - 回転機械の異常診断方法

Info

Publication number: JP2850917B2
Application number: JP2080030A
Authority: JP
Inventors: 俊博野田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1999-01-27
Anticipated expiration: 2014-01-27
Also published as: JPH03277939A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えば発電用タービンや発電機等の回転機
械の異常を診断する方法に関する。

（従来の技術）火力発電所には、数百トンもの大重量のロータが高速
度で回転する主タービン・発電機をはじめ、数多くの回
転機械が設置され、また幅広い温度や圧力レベルに応じ
た多数の熱交換器類、および各種の油圧機器や制御機器
類が設置されている。

このような回転機械において、特に高速度の回転機械
では、運転中に発生する異常の多くは振動現象の変化と
して現れることが多く、また急激に進展して重大なトラ
ブルに発展する危険性があるところから、詳細な運転監
視装置と、異常時の保護・制御装置を備えている。

特に近年では、電力需要の多様化から、頻繁な起動・
停止、急激な負荷変動等の多用な運用が求められ、機器
設備の異常の徴候を早期に検知し、原因を分析して運用
制限などの状態を速やかに修復できることが、より強く
要請されるようになってきた。

このため、回転機械の異常診断装置や設備診断装置が
種々提案されており、例えば、回転機械の軸振動診断に
関しては、特開昭61−128128号「回転体の異常診断装
置」等がある。

第７図は、従来の振動診断装置を、火力発電回転機械
の主タービン・発電機ユニットへ適用した例を示してい
る。

同図において、主タービン・発電機ユニット１の高・
中圧タービン２、低圧タービン3a,3bおよび発電機４の
各ロータを支える軸受部5a〜5nには、軸振動を検出する
振動検出器6a〜6nが取付けられている。また、ユニット
１内にはロータの回転数を検出する回転計７、各軸受部
5a〜5nでの振動位相角を検出するための基準となるパル
スを発信する位相角基準パルス発信器８および発電機出
力（負荷）や蒸気温度、軸受温度等の回転機械の運転状
態を検出する各種センサー群９が設置されている。

回転計７および各種センサー群９からの信号は回転機
械の運転操作を監視・制御する制御用計算機10に送ら
れ、また振動検出器6a〜6nおよび位相角基準パルス発信
器８からの信号は振動監視装置11を介して制御用計算機
10に送られて運転員の操作制御を支援する。

すなわち振動監視装置11では、各軸受部5a〜5nにおけ
る振動状態を判断し、規定の信号レベル以上であると判
定すると、警報信号またはタービントリップ信号を制御
用計算機10へ伝達する。また、振動検出器6a〜6nからの
振動信号と、各種センサー群９からの信号はアナログ式
記録計12にも送られ、連続的に記録される。

回転機械異常診断装置13は、異常検知処理部14と、状
態判断処理部15と、診断処理部16と、表示処理部17と、
データ保存処理部18とから構成されており、振動監視装
置11からの信号は異常検知処理部14に導かれる。

異常検知処理部14は、異常現象の徴候を振動の振幅値、
振幅増加率、周波数成分、あるいは位相変化等の傾向か
ら検出し、異常徴候と判定した場合には、原因の診断を
開始するため、検知情報を診断処理部16へ伝送する。

一方、振動情報以外の運転状態情報、例えば主タービ
ン・発電機の回転数や負荷率等の情報は制御用計算機10
を介して状態判断処理部15に入力される。この状態判断
処理部15の出力は、異常検知処理部14に送られ、異常検
知時の情報として使用されると共に、診断処理部16へ送
られ原因診断の際の回転機械情報として使用され、また
表示処理部17へ送られて監視状況および診断結果を表示
する。

診断処理部16は、基本マトリックスを内蔵している。
この基本マトリックスには多くの種類・内容のものがあ
るが、例えば第８図は回転体における振動原因と現象の
因果関係を示す基本マトリックスの一部を例示してお
り、また第９図は性能劣化診断に関する基本マトリック
スを例示している。

診断処理部16は、これらの基本マトリックスを利用
し、異常検知情報と回転機械情報に基づいて異常の原因
を推定する。

診断処理部16の出力は表示処理部17へ送られ、運転員
や操作員への直接の支援およびガイド情報として利用さ
れる。また、保存が必要なデータはデータ保存処理部18
に導かれ、履歴データとして保存される。これらの履歴
データには、正常状態を示す基準値と過去の異常時の記
録が含まれており、必要に応じて異常検知処理部14や診
断処理部16に入力されて使用される。

（発明が解決しようとする課題）回転機械の軸振動や回転機械の性能劣化診断など、回
転機械のオンラインの信号やデータを使用して診断を行
うためには、リアルタイム性が要求され、特に急激な異
常現象の進展の可能性のある軸振動現象については、回
転機械の運転状態および異常状態に応じた判定が必要と
なる。

しかしながら従来の異常診断装置においては、異常検
知処理部14による監視機能の段階では異常レベルの認識
が行なわれても、原因診断の基本マトリックスの段階で
は、異常徴候の要因が欠落した徴候段階の判断指針とな
っている。

このため、異常徴候が低レベルの段階でも、あるいは
現象が進行した段階でも、診断処理基準が変わらず、例
えば重大な異常徴候を軽微な振動原因であると誤認する
恐れがある。

このような危険性を回避するため、複数の基本マトリ
ックスを使用する方法も考えられるが、判定基準の選択
等、処理が複雑になり、診断のリアルタイム性が損なわ
れる恐れが生じ、また診断装置用計算機の処理能力を大
幅に増加させる必要がある。

（発明の目的）本発明は従来技術における上述のごとき欠点を解決す
べくなされたもので、異常現象の時系列変化に適した診
断アルゴリズムを使用することにより、リアルタイム性
と、運転員へのマンマシン性に優れた回転機械の異常診
断方法を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段）本発明の回転機械の異常診断方法は、回転機械から得
られた各種データに基づいて、回転機械の運転状態を表
す運転情報テーブルと、異常検知項目毎の異常のレベル
を表す異常検知情報テーブルとを作成するとともに、異
常の徴候とその原因との関係を表す異常徴候マトリック
スに、前記運転情報テーブルおよび前記異常検知情報テ
ーブルの内容を反映させた基本マトリックスを作成し、
次いで、異常検知項目と異常レベルとの結びつきの強さ
を表す倍率マトリックスと前記異常検知情報テーブルと
に基づき、前記基本マトリックスの各要素に異常レベル
に応じて重み付けした診断マトリックスを作成し、さら
に、前記診断マトリックスに基づいて前記回転機械に生
じた異常の原因を診断することを特徴とする。

（作用）本発明の回転機械の異常診断方法によれば、回転機械
の運転状態を表す運転情報テーブルと、異常検知項目毎
の異常のレベルを表す異常検知情報テーブルと、異常検
知項目と異常レベルとの結びつきの強さを表す倍率マト
リックスとを用いることにより、異常診断を行う診断マ
トリックスの各要素の重み付けを、異常のレベルに応じ
て動的に変化させることができる。

このため、運転状況や異常レベルが変化したときに、
その状況に応じた診断を行うことができる。

したがって、本発明によれば、異常の進行に応じた診
断が可能となり、回転機械運転員へのタイムリーな情報
を提供して、回転機械の安全運転と信頼性の向上に大き
く寄与することができる。

（実施例）以下、本発明を回転機械の振動診断に適用した実施例
につき説明する。

なお、以下の説明では、第７図におけると同一部分に
は同一の符号を付し、それらの説明は必要ある場合を除
いて省略する。

第１図において、異常診断装置20は異常検知処理部14
と、状態判断処理部21と、診断マトリックス処理部22
と、診断処理部23と、表示処理部17と、データ保存処理
部18とから構成されている。

異常検知処理部14は、振動監視装置11を介して送られ
る振動信号（アナログ信号）を分析し異常現象の徴候を
検出する。

状態判断処理部21は制御用計算機10等からの回転機械
情報（デジタル信号）を分析し、その結果を異常検知処
理部14、表示処理部17および診断マトリックス処理部22
へ出力する。

診断マトリックス処理部22は、異常検知情報と回転機
械情報とから異常レベルを加味した診断マトリックスを
作成する。

また、診断処理部23は、診断マトリックスに基づいて
振動原因を判断し、その出力は表示処理部17へ送られ、
運転員や操作員への直接の支援およびガイド情報として
利用される。また、保存が必要なデータはデータ保存処
理部18に導かれ、履歴データとして保存される。

第２図は異常診断装置に導入された信号の流れを示す
もので、回転機械データは状態判断処理部21へ導かれ、
回転数および運転負荷毎の領域判定21aが行われ、異常
判定のしきい値設定21bを実施する。また、診断に必要
な回転機械データは診断マトリックス処理部22へも送ら
れる。

異常検知処理部14では振動データを判定する。この判
定に際しては、振動データの振幅や増加率のみでなく、
周波数分析やベクトル解析などの処理を異常検知14aと
して実行し、先に設定されたしきい値を基準にして、異
常の有無の検知14bを行う。この場合、データ保存処理
部18に保存されている過去の履歴データが比較用として
使用される。

以上の処理によって異常の徴候が検知されないNoの場
合は、運転領域判定21aに戻るループを繰り返し、周期
的にデータの分析を行う。一方、異常の徴候が検知され
たYESの場合には、データを次の診断マトリックス処理
部22へ送る。

診断マトリックス処理部22では、送られてきたデータ
に基づいて検知情報テーブルの作成22aを行う。この検
知情報テーブルには、運転域と操作モードおよび異常の
発生位置の各情報を組み合わせた第３図Ａに示す運転情
報テーブル22bと、異常検知項目毎の異常のレベルを表
した第３図Ｂに示す異常検知情報テーブル22cが含まれ
る。

次に、診断マトリックス処理部22では、運転情報テー
ブル22bおよび異常検知情報テーブル22cと異常徴候マト
リックス22dとから、第５図に示したように基本マトリ
ックス22eを作成する。

すなわち、異常徴候マトリックス22dは、第４図A,B,C
に示したように、異常が発生する運転領域や異常の検知
条件等の異常の徴候と、その原因との関係を表したもの
で、機械の特性に応じて予め定められている。

そして、第３図Ａの運転情報テーブル22bと、第３図
Ｂの異常検知情報テーブル22cとに記載されたデータと
異常徴候マトリックス22dの合致する部分を抽出したも
のが基本マトリックス22eである。

なお、第５図に示した基本マトリックス22eにおいて
は、編集されたマトリックスを○△◎等の記号で示した
が、これらを予め定めたように点数化して基本点数を作
る。

続いて、診断マトリックス処理部22では、異常検知情
報テーブル22cに記載された異常のレベルと、第３図に
例示した倍率マトリックスに記載されたデータとが合致
する部分により掛け合せる倍率を定める。そして、基本
マトリックス22eの検知条件の各行に倍率を掛け合わせ
て点数化したものを診断マトリックス22gに作成する。

その後、診断処理部23では、上述のように作成された
診断マトリックス22gに基づいて異常原因の診断を行
う。この場合、例えば診断マトリックス22gの各要素の
点数を加算し、各原因毎の点数値の総点数に対する割合
いから可能性の有無と高さを判断する。

上記において、倍率マトリックス22fは、異常原因の
判定項目間で従属的な関係にある項目を判定しようとす
る場合、特に効果的に作用する。即ち、例えば振動振幅
値とベクトル変化量を使ってラビング現象との因果関係
を表す場合、基本となる基本マトリックスでは振幅値の
変化にもベクトル変化量にも強い因果関係を与えること
になるが、この条件は振幅値が大きな場合にはベクトル
変化量に当然現れる筈であり、振幅値の異常レベルによ
りベクトル変化量の異常検知が大きな割合いとなるよう
に倍率を定める。逆に、振幅値が大きな場合、ベクトル
変化量で異常検知がなければ、より強くラビング現象の
可能性を下げ、他の原因項目の可能性を高めることがで
きる。

このように、本実施例によれば、異常検知情報テーブ
ルと倍率マトリックスとに基づいて、異常のレベルに応
じた重みを持つ診断マトリックスを得ることができるか
ら、異常の徴候が発生した初期の段階では、他の原因項
目との区別がつき難い状態であったものが、異常のレベ
ルが高くなると、その情報を得て他の原因との差別化が
明確になされ、強い可能性で診断結果を得ることができ
る。

なお、異常徴候マトリックスにおける「重み」と倍率
マトリックスの「係数」とはマトリックスの点数を変え
る意味で内容は一致している。ただし、異常徴候マトリ
ックスの「重み」に異常のレベルにより変化する倍率マ
トリックスの「係数」を掛け合わせて評価点数を変える
ことから、異なる用語を用いた。

（発明の効果）上述のように、本発明の回転機械の異常診断方法によ
れば、異常検知条件だけでなく、異常のレベル、運転状
況および各原因間での条件により異常診断を行う診断マ
トリックスの各要素の重み付けを動的に変化させること
ができる。

このため、運転状況、異常レベルが変化したときに、
その状況に応じた診断を簡単に行うことができる。

この際、基本となる因果関係の基本マトリックスは比
較的簡単な小さなマトリックスにまとめることが可能で
あり、計算機の判断速度だけでなく、診断のための知識
ベースの構築を簡単に行なえる等の副次的効果がある。

また、本発明によれば、オンラインで、しかもリアル
タイムで異常を早期発見することができ、異常の進行に
応じた診断が可能となり、回転機械運転員へのタイムリ
ーな情報を提供することにより、回転機械の安全運転と
信頼性の向上に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を回転機械の振動診断に適用した例を示
すブロック図、第２図は本発明の実施例の作動を説明す
るフローチャート、第３図A,B,Cは本発明の実施例にお
ける運転情報テーブル、異常検知情報テーブル、および
倍率マトリックスをそれぞれ例示する説明図、第４図は
本発明の実施例における異常徴候マトリックスを例示す
る説明図、第５図は本発明の実施例における基本マトリ
ックスの作成を例示する説明図、第６図は本発明の実施
例における診断マトリックスを例示する説明図、第７図
は従来のプラント異常診断装置を例示するブロック図、
第８図は回転体における振動原因と現象の因果関係を現
す異常徴候マトリックスの一部を例示する説明図、第９
図は性能劣化診断に関する異常徴候マトリックスを例示
する説明図である。１……主タービン・発電機ユニット、２……高・中圧タ
ービン、3a,3b……低圧タービン、４……発電機、5a〜5
n……軸受部、6a〜6n……振動検出器、７……回転計、
８……位相角基準パルス発信器、９……各種センサー
群、10……制御用計算機、11……振動監視装置、12……
アナログ式記録計、13……異常診断装置、14……異常検
知処理部、15……状態判断処理部、16……診断処理部、
17……表示処理部、18……データ保存処理部、20……異
常診断装置、21……状態判断処理部、22……診断マトリ
ックス処理部、23……診断処理部。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転機械から得られた各種データに基づい
て、回転機械の運転状態を表す運転情報テーブルと、異
常検知項目毎の異常のレベルを表す異常検知情報テーブ
ルとを作成するとともに、異常の徴候とその原因との関係を表す異常徴候マトリッ
クスに、前記運転情報テーブルおよび前記異常検知情報
テーブルの内容を反映させた基本マトリックスを作成
し、次いで、異常検知項目と異常レベルとの結びつきの強さ
を表す倍率マトリックスと前記異常検知情報テーブルと
に基づき、前記基本マトリックスの各要素に異常レベル
に応じて重み付けした診断マトリックスを作成し、さらに、前記診断マトリックスに基づいて前記回転機械
に生じた異常の原因を診断することを特徴とする回転機
械の異常診断方法。