JP4105852B2 - Remote damage diagnosis system for power generation facilities - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電設備の遠隔損傷診断システムに係り、特に、発電設備を構成する各種機器の損傷状態を遠隔地において診断することができる発電設備の遠隔損傷診断システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、発電設備を構成する各種機器の損傷を診断する場合には、一定期間が経過する度毎に、または、一定回数の運転が実行された段階で各種機器の動作を停止させ、各種機器の部品の損傷状態を点検したり、各種機器の部品の損傷状態が決められた基準状態に達しているかを点検し、部品交換の時期に到達している部品があった場合、その部品について必要な補修や交換を行っている。
【0003】
また、発電設備を構成する各種機器の動作を一定期間毎または一定運転回数毎に停止させる代わりに、各種機器にそれぞれの機器の動作を監視するセンサを設け、それらのセンサから出力されるセンサ信号を常時を監視し、センサ信号がある基準範囲を逸脱した場合に限って各種機器の動作を停止させ、各種機器の部品の損傷状態を点検することも行われている。
【0004】
一方、近年におけるコンピュータ(計算機)やインターネットに代表される通信ネットワークの進歩普及に伴って、発電設備を構成する各種機器の損傷を診断する場合に、各種機器の運転状態を示す監視信号を通信ネットワークを通して遠隔地にある監視施設に送信し、監視施設において受信した監視信号に基づいて発電設備を構成する各種機器の劣化状態を診断するようにした診断システムが開発されており、その一例として、特開平11−3113号公報に開示された診断システムがある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開平11−3113号公報に開示された診断システムは、発電設備を構成する各種機器から得られた監視信号を通信ネットワークを用いて遠隔地にある監視施設に送信することにより、監視施設において受信した監視信号に基づいて各種機器の劣化状態を常時監視することができるものである。
【0006】
ところで、このような診断システムは、発電設備を構成する各種機器の劣化状態を診断するために、各種の監視信号の全てをインターネットや電話回線等の通信ネットワークを経由して遠隔地にある監視施設に送信するものであるため、通信ネットワークの負荷が大きく、通信ネットワークへの接続時間が長期化し、それによって通信コストが増加するという不都合な事態が生じるようになる。このような不都合な事態を回避するため、監視信号のサンプリング周波数を低下させ、それにより通信ネットワークの負荷を軽減させることが考えられるが、監視信号のサンプリング周波数を低下させると、監視信号による診断の精度が低下するようになる。特に、発電設備を構成する各種機器の中で、高信頼性が要求される熱流体の励振力に起因する機器の振動の評価を行うためには、数10kHzのオーダーのサンプリング周波数が必要となるが、このようなサンプリング周波数を有する監視信号は、そのデータ量が膨大となるので、それらデータの全てを通信ネットワークを通して遠隔地にある監視施設に送信することは、現実的であるということができない。
【0007】
本発明は、このような技術的背景に鑑みてなされたもので、その目的は、発電設備側で各種機器から取得した監視信号の一部を解析し、解析結果を通信ネットワークを通して遠隔地の監視施設側に送信するので、通信ネットワークの負荷が軽減し、診断の信頼性の確保が可能な発電設備の遠隔損傷診断システムを提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、発電施設と、発電施設に通信ネットワークを通して接続された監視施設とからなり、発電施設は、発電設備を構成する各種機器と、各種機器にそれぞれ結合され、各種機器の運転状態を個別に監視する複数のセンサと、複数のセンサから得られた監視信号を集約するセンサアンプと、集約した監視信号に基づいて各種機器の運転制御情報を形成する制御装置と、制御装置において運転制御情報の形成に用いられるサンプリング周波数よりも高いサンプリング周波数を用いて集約した監視信号の一部を周波数解析した周波数解析情報を形成する監視信号解析装置と、周波数解析情報と監視信号の一部とからなる第1診断情報を制御装置において運転制御情報の形成に用いられるサンプリング周波数よりも高いサンプリング周波数を用いて記録する記録装置と、少なくとも制御装置から受領した運転制御情報及び監視信号とからなる第2診断情報を内部メモリに保存する損傷診断装置とを備え、監視施設は通信ネットワークを通して損傷診断装置に接続される遠隔損傷診断装置を備え、遠隔損傷診断装置は、損傷診断装置から通信ネットワークを通して選択的に伝送供給される第1診断情報及び/または第2診断情報を用いて各種機器の損傷診断を行う手段を備える。
【0009】
前記手段によれば、発電設備を構成する各種機器のそれぞれに、各種機器の運転状態を個別に監視するセンサを結合し、それらのセンサから得られた監視信号を集約し、集約した監視信号を制御装置に供給して各種機器の運転制御情報を形成し、損傷診断装置の内部メモリには少なくともこの運転制御情報を含む第2診断情報を保存するようにし、また、別途設けた監視信号解析装置では集約した監視信号の一部を周波数解析して周波数解析情報を形成する際に、その周波数解析情報のサンプリング周波数を制御装置で形成される運転制御情報のサンプリング周波数よりも高い周波数を用いて形成し、得られた周波数解析情報を同じく別途設けた記録装置に記録するようにしたもので、損傷診断装置から通信ネットワークを通して遠隔損傷診断装置に伝送供給される情報は、通常内部メモリに保存されている第2診断情報だけが伝送供給されるが、必要に応じて、内部メモリに第1診断情報が保存されたとき、第1診断情報と第2診断情報とが伝送供給されるので、既知のこの種の損傷診断装置に比べて、通信ネットワークの負担を大幅に軽減することができ、かつ、第1診断情報と第2診断情報とを遠隔損傷診断装置に伝送供給することができるので、診断精度が低下することはなく、しかも、周波数解析情報のサンプリング周波数を制御装置で形成される運転制御情報のサンプリング周波数よりも高い周波数を用いて形成したことにより、周波数解析情報の解析精度を高くすることができ、第1診断情報を用いた遠隔損傷診断装置の診断精度を向上させることができる。
【0010】
この場合、前記手段における損傷診断装置は、第1診断情報が予設定値に達したとき、その第1診断情報を、記録装置から読み出して内部メモリに保存し、第2診断情報とともに遠隔損傷診断装置に伝送供給するものである。
【0011】
このような構成にすれば、いずれかの機器が診断すべき状態になると、その機器から得られる第1診断情報が予設定値に達するので、その第1診断情報が損傷診断装置の内部メモリに保存されるとともに、その第1診断情報が遠隔損傷診断装置に伝送供給されるので、遠隔損傷診断装置においてその第1診断情報を用いた前記機器の診断を行うことができる。
【0012】
また、前記手段における損傷診断装置は、遠隔損傷診断装置から第1診断情報の取込み要請があったとき、その第1診断情報を、記録装置から読み出して内部メモリに保存し、第2診断情報とともに遠隔損傷診断装置に伝送供給するものである。
【0013】
このような構成にすれば、遠隔損傷診断装置側で診断したい機器が生じた場合、その機器から得られた第1診断情報の取込み要請を行うと、その第1診断情報が損傷診断装置の内部メモリに保存されるとともに、その第1診断情報が遠隔損傷診断装置に伝送供給されるので、遠隔損傷診断装置においてその第1診断情報を用いた前記機器の診断を行うことができる。
【0016】
また、前記手段における遠隔損傷診断装置は、監視信号解析装置で形成される周波数解析情報のサンプリング周波数を変更する入力インターフェイスを備えているものである。
【0017】
このような構成にすれば、遠隔損傷診断装置において、いずれかの機器の診断をしている際に、他の機器の診断に移行したい場合、その他の機器の診断を行う際に用いる周波数解析情報の必要解析精度が、前の機器の診断を行う際に用いる周波数解析情報の必要解析精度と異なっていても、入力インターフェイスを通して監視信号解析装置のサンプリング周波数を適宜変更することが可能になるので、監視信号の種別やその信号事象に則した解析精度を持つ周波数解析情報を得ることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
【0019】
図1は、本発明による発電設備の遠隔損傷診断システムの一つの実施の形態を示すもので、その要部構成を示すブロック図である。
【0020】
図1に示されるように、この実施の形態による発電設備の遠隔損傷診断システムは、発電設備1と、監視施設2と、通信ネットワーク3とを有している。そして、発電設備1は、圧縮機41 と燃焼器42 とタービン43 からなるガスタービン4と、ガスタービン4によって駆動される第1発電機5と、排熱回収ボイラ61 とタービン62 と復水器63 とからなる蒸気タービン6と、蒸気タービン6によって駆動される第2発電機7とを備えている。そして、発電設備1における主要な機器、すなわち圧縮機41 、燃焼器42 、タービン43 、第1発電機5、ボイラ61 、タービン62 、復水器63 には、それぞれ、その運転状態を監視、制御するために各部に各種のセンサ8が配置されている。この他に、発電設備1は、センサアンプ9と、制御装置10と、損傷診断装置11と、監視信号解析装置12と、記録装置13と、ファイヤウォール14とを備えている。また、監視施設2は、遠隔損傷診断装置15と、ファイヤウォール16とを備えている。さらに、通信ネットワーク3は、インターネット17からなっている。
【0021】
図2は、図1に図示された発電設備1に通常配置されるセンサ8、発電設備1の試運転時または特殊計測時に配置される各種のセンサ8の一覧を示す説明図である。
【0022】
図2において、左側に示された数字の(1)乃至(28)は、各所に配置したセンサ8から得られる監視情報の種別であり、左側に示された数字の(1)乃至(8)は、それぞれの監視情報から得られた運転情報の内容である。
【0023】
なお、図1には、主要な機器について、それぞれ1つのセンサ8を配置した例が図示されているが、実際には、図2に示されるように、主要な機器に1つまたはそれ以上の数のセンサ8を配置し、主要な機器の各部の監視情報を取得している。
【0024】
図1に示されるように、それぞれのセンサ8は、ケーブル(図番なし)を通してセンサアンプ9の入力端に結合される。このセンサアンプ9は、図2に図示された発電設備1に通常配置されるセンサ8や、発電設備1の試運転時または特殊計測時に配置される各種のセンサ8から得られる監視信号を集約するのに用いられる。センサアンプ9から出力された集約された監視信号は、一方が制御装置10に供給され、他方が監視信号解析装置12に供給される。
【0025】
このとき、制御装置10は、供給された監視信号に基づいて発電設備1を構成する各種機器別の運転制御情報を形成する。この運転制御情報の中には、発電設備1を構成するいずれかの機器の運転状況の異常や機器の損傷を表す監視信号を検出した場合、その機器の異常または損傷の発生を示す警報や、場合によっては発電設備1の運転を停止する制御情報が含まれている。
【0026】
また、監視信号解析装置12は、供給された監視信号の一部の監視信号に基づいて監視信号波形を周波数解析し、周波数解析情報を形成する。形成された周波数解析情報はそれに対応する一部の監視信号とともに第1診断情報として記録装置13に供給され、記録装置13に一時的に記録される。この記録装置13は、記録容量と記録データ量とで決まる時間間隔の監視信号波形とその周波数解析情報が記録されるもので、常時記録内容の上書きが行われている。この場合、監視信号解析装置12で行われる監視信号の解析は、主に周波数解析であるので、制御装置10において運転制御情報の形成に用いられるサンプリング周波数によりも高いサンプリング周波数を用いることが好ましく、それにより発電設備1を構成する各種機器の損傷診断を行う際の有益なデータを得ることができる。
【0027】
制御装置10の出力端はケーブルを介して損傷診断装置11の入力端に接続され、制御装置10から出力された運転制御情報はそれに対応する監視情報とともに第2診断情報として損傷診断装置11に供給される。このとき、損傷診断装置11は、内部メモリ(図示なし)を有し、供給された第2診断情報がこの内部メモリに保存される。また、損傷診断装置11は、送信タイミング時になると、内部メモリに保存されている第2診断情報を読み出し、読み出した第2診断情報をファイヤウォール14及びインターネット17を介して監視施設2に送信する。監視施設2は、第2診断情報がインターネット17を通して到来すると、第2診断情報がファイヤウォール16から遠隔損傷診断装置15に供給される。
【0028】
損傷診断装置11は、制御装置10から第2診断信号を受領して内部メモリに保存するだけでなく、場合によっては記録装置13に記録された第1診断信号を読み出し、読み出した第1診断信号を取り込んで内部メモリに保存する。このように、損傷診断装置11が記録装置13から第1診断信号の取り込みを行う場合の一つは、被診断機器の動作状態が安定化され、図2に図示された監視信号や運転情報が予め設定した値(予設定値)になったときや、予め設定した時間(予設定時間)が経過した場合等であり、他の一つは、遠隔損傷診断装置15からインターネット17を通して損傷診断装置11に第1診断情報の取込み要請があったときである。また、起動時、停止時及びトリップ時のような事象の発生時も取り込みを実施する。いずれの場合においても、損傷診断装置11は、記録装置13に記録された第1診断情報を取得し、取得した第1診断情報を内部メモリに保存するとともに、送信タイミングが到来したとき、内部メモリから第1診断情報を読み出し、読み出した第1診断情報をインターネット17を通して遠隔損傷診断装置15に送信する。
【0029】
遠隔損傷診断装置15は、第1診断情報が供給されると、表示部に周波数解析情報や対応する監視信号波形等を表示し、その表示内容を見ることにより、該当する機器の運転状況の診断を行う。
【0030】
ところで、図2に図示した例は、、監視信号解析装置12に供給される監視信号として、ガスタービン4を用いた場合の監視信号の例を示すものである。ガスタービン4においては、排ガス温度、タービン43 のホイールスペース温度、圧縮機41 の吐出空気温度及び吐出空気圧力、燃焼器42 の保炎器の温度、燃焼器42 の燃料流量、入口空気温度、入口空気圧力回転数、軸受振動、軸振動、軸受メタル温度等をそれぞれ検出するために複数のセンサ8が配置される。また、ガスタービン4の試運転時や特殊計測時には、圧縮機41 の各段落の圧力、空気温度、圧力変動、燃焼器42 の燃焼ガス圧力変動、温度変動、圧縮機41 の翼歪み、圧縮機42 の翼温度、タービン翼歪み、タービン翼温度、燃焼器42 の歪み、燃焼器42 の温度、ケーシング温度、ケーシング歪み、ケーシング変位、ケーシング変位等をそれぞれ検出するために同じく複数のセンサ8が配置される。監視信号は、これらのセンサ8のいずれのセンサ8から得られたものであってもよい。
【0031】
次に、図3は、図1に図示されたガスタービン4に各種のセンサ8を配置した際の構成例を示す要部構成図であり、図4は、図3に図示されたセンサ8とセンスアンプ9との接続状態の一例を示す要部構成図である。
【0032】
図3及び図4において、図1に示された構成要素と同じ構成要素については同じ符号を付けている。
【0033】
図3に示されるように、圧縮機41 は、静翼18がダブテイルを介してケーシング19に嵌合され、動翼20がダブテイルを介してロータ21に嵌合されている。複数の圧力センサ22は、それぞれケーシング19に穿孔した穴に取り付けられ、圧縮機41 の静翼位置の変動圧力を測定している。一般に、圧縮機41 の静翼18は、起動時の低回転数領域において旋回失速と呼ばれる圧力変動が発生し、定格運転時に比べて高い流体励振を受けることになる。このため、ケーシング19に複数の圧力センサ22を配置し、旋回失速時の圧力変動に伴う損傷の発生を正確に評価することが重要になる。
【0034】
また、図4に示されるように、ケーシング19に圧力センサ22を配置するとともに、圧縮機41 の静翼18に歪みゲージ23を貼着し、静翼18の振動による静翼歪みの検出を行うようにしてもよい。このとき、圧力センサ22から得られた監視信号と歪みゲージ23から得られた監視信号は、ともにセンサアンプ9を介して監視信号解析装置12に供給される。監視信号解析装置12は、供給された監視信号を予め設定した数10kHzオーダのサンプリング周波数で周波数解析し、得られた周波数解析情報を監視信号とともに記録装置13に一時的に記録される。
【0035】
次いで、図5(a)、(b)は、図3に図示のセンサ8によって検出された監視信号における時間対変動圧力波形の一例を示す特性図であって、(a)は周期的に変動圧力が発生している信号波形を示す例であり、(b)は変動圧力が殆ど発生していない信号波形を示す例である。
【0036】
図5(a)、(b)において、横軸は時間であり、縦軸は変動圧力である。
【0037】
また、図6は、図5に図示の特性図で得られた変動圧力波形を周波数解析して得られた変動圧力スペクトルを示す特性図であって、後側のスペクトルが図5(a)に対応し、前側スペクトルが図5(b)に対応するものである。
【0038】
図6において、横方向がHzで表した周波数、奥行き方向が%で表した圧縮機41 のロータ21の正規化回転数、高さ方向が変動圧力振幅である。
【0039】
圧縮機41 の静翼18にセンサ8を配置した場合には、センサ8から図5(a)または図5(b)に示すような変動圧力波形を有する監視信号が得られ、この変動圧力波形を有する監視信号が記録装置13に記録される。また、この変動圧力波形を有する監視信号は、監視信号解析装置12において周波数解析され、図6に示すような変動圧力スペクトルを有する周波数解析情報が形成され、この変動圧力スペクトルを有する周波数解析情報も記録装置13に記録される。
【0040】
損傷診断装置11は、前述のように第1診断信号の取り込みを行う場合が生じると、記録装置13に記録されている変動圧力波形と変動圧力スペクトルとからなる第1診断信号を取り込む。圧縮機41 の静翼18にセンサ8を配置した場合において、第1診断信号の取り込みを行う場合は、旋回失速がタービンの起動時に発生することから、タービンの回転数を取り込みのトリガにすることが考えられる。そして、損傷診断装置11は、タービンの回転数が上昇し、定格回転数に達したとき、記録装置13に記録されている変動圧力波形と変動圧力スペクトルとからなる第1診断信号の取り込みを行えばよい。
【0041】
この場合においても、損傷診断装置11は、取り込んだ第1診断信号を内部メモリに保存するとともに、送信タイミング時になると、損傷診断装置11をインターネット17を通して遠隔損傷診断装置15に結合し、第1診断信号を内部メモリから読み出した後、ファイヤーウォール14、インターネット17、ファイヤーウォール16を通して遠隔損傷診断装置15に送信する。
【0042】
遠隔損傷診断装置15は、第1診断信号を受領すると、表示部に変動圧力波形や変動圧力スペクトルを表示させ、その表示内容に基づいて圧縮機41 の損傷診断を行う。
【0043】
ここで、図7は、圧縮機41 の損傷診断時に、有限要素法解析モデルに荷重条件として変動圧力スペクトルを加えたときの解析モデルの状態の一例を示す解析図である。
【0044】
また、図8は、図7における解析結果によって得られた応力スペクトルの一例を示す特性図である。図8において、横軸は正規化周波数(f/fn)であり、縦軸は応力である。
【0045】
さらに、図9は、図8に示された応力スペクトルを合成することにより、圧縮機41 の静翼18の振動応力の時刻歴波形の一例を示す特性図である。図9において、横軸は時間、縦軸は応力である。
【0046】
このようにして得られた振動応力の時刻歴波形は、静翼18の形成材料の疲労強度データとともに、修正マイナー則等の損傷則を用いて、起動当たりの静翼18の疲労損傷率Dfの算出に利用することができる。そして、この起動当たりの静翼18の疲労損傷率Dfは、積算することにより静翼18の累積損傷率の評価に利用され、その結果に基づき静翼18の交換計画を立案することができる。
【0047】
また、図4に図示されるように、静翼18に歪みゲージ23を貼り付け、歪みゲージ23から得られた監視信号を監視信号解析装置12において周波数解析し、得られた周波数解析情報を記録装置13に記録する場合は、変動圧力波形を有する監視信号を用いる代わりに、歪みゲージ23から得られた監視信号を用いて静翼18の疲労損傷率を算出するようにしてもよい。
【0048】
これまでの説明においては、静翼18の疲労損傷を診断評価する場合であったが、静翼18の疲労損傷を診断に加えて、圧縮機41 の動翼20やタービン翼の疲労損傷の診断評価を行ったり、ガスタービン4の燃焼器42 の燃焼振動による摩耗や疲労損傷評価を行ったりすることができる。
【0049】
この他に、圧縮機41 のロータ21の軸振動による疲労損傷評価を行うこともできる。この疲労損傷評価を行うときは、センサ8として、図2に図示された軸受振動(12)を検知するセンサ8や軸振動(13)を検知するセンサ8を利用し、それらのセンサ8から得られた監視信号を監視信号解析装置12に供給し、そこで周波数解析する。
【0050】
図10は、軸振動を表す監視信号を監視信号解析装置12で周波数解析したときに得られた軸振動のウォータフローの一例を示す特性図である。図10において、横方向はHzで表した周波数、縦方向はRPMで表したロータ21の回転数、、高さ方向はμmで表した振動振幅である。
【0051】
このようにして得られた軸振動のウォータフローは、振動振幅がピークになる周波数からロータ21の損傷診断評価や異常診断評価に利用することができる。
【0052】
なお、圧縮機41 の静翼18及び動翼20の損傷診断を行う場合に、旋回失速時の静翼18の振動は、その振動数が100Hz程度であるのに対して、動翼20の通過周波数に基づく動翼20の振動は、その振動数が数kHz程度である。このため、動翼20の通過周波数による動翼20の振動による損傷診断評価を行う場合には、旋回失速時の静翼18の振動による損傷診断評価を行う場合に比べて、監視信号解析装置12のサンプリング周波数を高くする必要がある。
【0053】
このため、図1に図示の遠隔損傷診断装置15には、監視信号解析装置12のサンプリング周波数を変更する入力インターフェイス(図1に図示なし)を設けている。この入力インターフェイスは、監視信号解析装置12で監視信号を周波数解析する際に用いているサンプリング周波数を遠隔損傷診断装置15側において変更することができるものである。
【0054】
遠隔損傷診断装置15において、圧縮機41 の静翼18から得られた監視信号に基づいて得られた第1診断情報を表示部に表示させ、圧縮機41 の静翼18の損傷診断評価を行っている場合、その損傷診断評価が終了し、圧縮機41 の動翼20から得られた監視信号に基づいて得られた第1診断情報を表示部に表示させ、圧縮機41 の動翼20の損傷診断評価を行う場合に、この入力インターフェイスを通して監視信号解析装置12のサンプリング周波数を高くするような変更処理を行えば、常時、第1診断情報をその情報内容に適した精度にした状態で損傷診断評価を行うことができる。
【0055】
前記の実施の形態においては、通信ネットワークとしてインターネット17を用いた例を挙げて説明したが、本発明による通信ネットワークはインターネット17である場合に限られるものではなく、インターネット17に類似の他の通信ネットワークを用いてもよいことは勿論である。
【0056】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、発電設備を構成する各種機器のそれぞれに、各種機器の運転状態を個別に監視するセンサを結合し、それらのセンサから得られた監視信号を集約し、集約した監視信号を制御装置に供給して各種機器の運転制御情報を形成し、損傷診断装置の内部メモリには少なくともこの運転制御情報を含む第2診断情報を保存するようにし、また、別途設けた監視信号解析装置では集約した監視信号の一部を周波数解析して周波数解析情報を形成する際に、その周波数解析情報のサンプリング周波数を制御装置で形成される運転制御情報のサンプリング周波数よりも高い周波数を用いて形成し、得られた周波数解析情報を同じく別途設けた記録装置に記録するようにしたもので、損傷診断装置から通信ネットワークを通して遠隔損傷診断装置に伝送供給される情報は、通常内部メモリに保存されている第2診断情報だけが伝送供給されるが、必要に応じて、内部メモリに第1診断情報が保存されたとき、第1診断情報と第2診断情報とが伝送供給されるので、既知のこの種の損傷診断装置に比べて、通信ネットワークの負担を大幅に軽減することができ、かつ、第1診断情報と第2診断情報とを遠隔損傷診断装置に伝送供給することができるので、診断精度が低下することはなく、しかも、周波数解析情報のサンプリング周波数を制御装置で形成される運転制御情報のサンプリング周波数よりも高い周波数を用いて形成したことにより、周波数解析情報の解析精度を高くすることができ、第1診断情報を用いた遠隔損傷診断装置の診断精度を向上させることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による発電設備の遠隔損傷診断装置の一つの実施の形態を示すもので、その要部構成を示すブロック図である。
【図2】図1に図示された発電設備に通常配置されるセンサ、発電設備の試運転時または特殊計測時に配置される各種のセンサの一覧を示す説明図である。
【図3】図1に図示されたガスタービンに各種のセンサを配置した際の構成例を示す要部構成図である。
【図4】図3に図示されたセンサとセンスアンプとの接続状態の一例を示す要部構成図である。
【図5】図3に図示のセンサによって検出された監視信号における時間対変動圧力波形の一例を示す特性図である。
【図6】図5に図示の特性図で得られた変動圧力波形を周波数解析して得られた変動圧力スペクトルを示す特性図である。
【図7】圧縮機の損傷診断時に、有限要素法解析モデルに荷重条件として変動圧力スペクトルを加えたときの解析モデルの状態の一例を示す解析図である。
【図8】図7における解析結果によって得られた応力スペクトルの一例を示す特性図である。
【図9】図8に示された応力スペクトルを合成することにより、圧縮機の静翼の振動応力の時刻歴波形の一例を示す特性図である。
【図10】軸振動を表す監視信号を監視信号解析装置で周波数解析したときに得られた軸振動のウォータフローの一例を示す特性図である。
【符号の説明】
1 発電設備
2 監視施設
3 通信ネットワーク
4 ガスタービン
41 圧縮機
42 燃焼器
43 タービン
5 第1発電機
6 蒸気タービン
61 排熱回収ボイラ
62 タービン
63 復水器
7 第2発電機
8 センサ
9 センサアンプ
10 制御装置
11 損傷診断装置
12 監視信号解析装置
13 記録装置
14 ファイヤウォール
15 遠隔損傷診断装置
16 ファイヤウォール
17 インターネット
18 静翼
19 ケーシング
20 動翼
21 ロータ
22 圧力センサ
23 歪みセンサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a remote damage diagnosis system for a power generation facility, and more particularly to a remote damage diagnosis system for a power generation facility capable of diagnosing a damage state of various devices constituting the power generation facility in a remote place.
[0002]
[Prior art]
In general, when diagnosing damage to various devices that constitute a power generation facility, the operation of each device is stopped every time a certain period of time elapses or after a certain number of operations have been performed. Check the damage status of parts, check whether the damage status of parts of various devices has reached the determined standard condition, and if there is a part that has reached the time of parts replacement, it is necessary for that part. Repairs and replacements are performed.
[0003]
In addition, instead of stopping the operation of the various devices constituting the power generation facility at regular intervals or every fixed number of operations, sensors for monitoring the operation of the various devices are provided in the various devices, and sensor signals output from these sensors The operation of various devices is stopped only when the sensor signal deviates from a certain reference range, and the damaged state of the components of the various devices is also inspected.
[0004]
On the other hand, when a communication network represented by computers (computers) and the Internet has progressed and spread in recent years, when diagnosing damage of various devices constituting a power generation facility, a monitoring signal indicating an operation state of each device is transmitted to the communication network. A diagnostic system has been developed that diagnoses the deterioration state of various devices that make up the power generation equipment based on the monitoring signal received at the remote facility through the remote monitoring facility. There is a diagnostic system disclosed in Kaihei 11-3113.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
The diagnostic system disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-3113 uses a communication network to transmit monitoring signals obtained from various devices constituting a power generation facility to a remote monitoring facility. Based on the received monitoring signal, the deterioration state of various devices can be constantly monitored.
[0006]
By the way, in order to diagnose the deterioration state of various devices constituting the power generation equipment, such a diagnostic system is used to monitor all the various monitoring signals via a communication network such as the Internet or a telephone line. Therefore, the load on the communication network is large, and the connection time to the communication network is prolonged, thereby causing an inconvenient situation that the communication cost increases. In order to avoid such an inconvenient situation, it is conceivable to reduce the sampling frequency of the monitoring signal and thereby reduce the load on the communication network. However, if the sampling frequency of the monitoring signal is reduced, diagnosis by the monitoring signal is possible. Accuracy will decrease. In particular, a sampling frequency of the order of several tens of kHz is required in order to evaluate the vibration of the equipment caused by the excitation force of the thermal fluid that requires high reliability among various equipment constituting the power generation facility. However, since the monitoring signal having such a sampling frequency has an enormous amount of data, it cannot be said that it is practical to transmit all of the data to a remote monitoring facility through a communication network. .
[0007]
The present invention has been made in view of such a technical background, and an object of the present invention is to analyze a part of a monitoring signal acquired from various devices on the power generation facility side, and monitor the remote result through a communication network. It is to provide a remote damage diagnosis system for a power generation facility that can reduce the load on a communication network and ensure diagnosis reliability because it is transmitted to the facility side.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention comprises a power generation facility and a monitoring facility connected to the power generation facility through a communication network, and the power generation facility is coupled to various devices constituting the power generation facility and various devices. , A plurality of sensors for individually monitoring the operation state of various devices, a sensor amplifier for aggregating monitoring signals obtained from the plurality of sensors, and a control device for forming operation control information for the various devices based on the aggregated monitoring signals When,Using a sampling frequency higher than the sampling frequency used to form operation control information in the control deviceA monitoring signal analyzer for forming frequency analysis information obtained by frequency analysis of a part of the aggregated monitoring signal, and first diagnosis information including the frequency analysis information and a part of the monitoring signal.Using a sampling frequency higher than the sampling frequency used to form operation control information in the control deviceA recording device for recording, and a damage diagnosis device for storing in the internal memory at least second diagnosis information comprising operation control information and a monitoring signal received from the control device, and the monitoring facility is connected to the damage diagnosis device through a communication network. The remote damage diagnosis apparatus comprises a first diagnosis information and / or second diagnosis information selectively transmitted and supplied from the damage diagnosis apparatus through a communication network. Is provided.
[0009]
According to the above means, sensors for individually monitoring the operating state of various devices are combined with each of the various devices constituting the power generation facility, the monitoring signals obtained from those sensors are aggregated, and the aggregated monitoring signals are The operation control information of various devices is formed by supplying to the control device, and at least the second diagnosis information including the operation control information is stored in the internal memory of the damage diagnosis device, and the monitor signal analysis device provided separately Then, frequency analysis is performed on a part of the collected monitoring signals to form frequency analysis informationWhen the frequency analysis information sampling frequency was obtained by using a higher frequency than the operation control information sampling frequency formed by the control device,The frequency analysis information is recorded in a separate recording device, and the information transmitted from the damage diagnosis device to the remote damage diagnosis device through the communication network is usually the second diagnosis information stored in the internal memory. However, if necessary, the first diagnosis information and the second diagnosis information are transmitted when the first diagnosis information is stored in the internal memory. Compared with the device, the burden on the communication network can be greatly reduced, and the first diagnosis information and the second diagnosis information can be transmitted and supplied to the remote damage diagnosis device, resulting in a decrease in diagnosis accuracy. FlowerIn addition, since the sampling frequency of the frequency analysis information is formed using a frequency higher than the sampling frequency of the operation control information formed by the control device, the analysis accuracy of the frequency analysis information can be increased. The diagnostic accuracy of the remote damage diagnostic apparatus using diagnostic information can be improved.
[0010]
In this case, when the first diagnosis information reaches a preset value, the damage diagnosis apparatus in the means reads the first diagnosis information from the recording device and stores it in the internal memory, and remote damage diagnosis together with the second diagnosis information. The transmission is supplied to the apparatus.
[0011]
With such a configuration, when any device enters a state to be diagnosed, the first diagnosis information obtained from the device reaches a preset value, so that the first diagnosis information is stored in the internal memory of the damage diagnosis apparatus. Since the first diagnosis information is stored and transmitted to the remote damage diagnosis apparatus, the remote damage diagnosis apparatus can diagnose the device using the first diagnosis information.
[0012]
Further, the damage diagnosis apparatus in the above means reads out the first diagnosis information from the recording device and stores it in the internal memory when the remote diagnosis diagnosis apparatus takes in the first diagnosis information, and stores it together with the second diagnosis information. It is transmitted and supplied to the remote damage diagnosis device.
[0013]
With such a configuration, when a device desired to be diagnosed on the remote damage diagnosis apparatus side is generated, when the first diagnosis information obtained from the apparatus is requested, the first diagnosis information is stored in the damage diagnosis apparatus. Since the first diagnosis information is stored in the memory and transmitted to the remote damage diagnosis apparatus, the remote damage diagnosis apparatus can diagnose the device using the first diagnosis information.
[0016]
Further, the remote damage diagnosis apparatus in the above means is provided with an input interface for changing the sampling frequency of the frequency analysis information formed by the monitoring signal analysis apparatus.
[0017]
With such a configuration, in the remote damage diagnosis apparatus, when any device is being diagnosed, if it is desired to shift to the diagnosis of another device, the frequency analysis information used when diagnosing the other device is used. Even if the required analysis accuracy is different from the required analysis accuracy of the frequency analysis information used when diagnosing the previous device, it is possible to change the sampling frequency of the monitoring signal analyzer appropriately through the input interface, It is possible to obtain frequency analysis information having analysis accuracy in accordance with the type of monitoring signal and the signal event.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
FIG. 1 is a block diagram showing an essential configuration of an embodiment of a remote damage diagnosis system for power generation equipment according to the present invention.
[0020]
As shown in FIG. 1, the remote damage diagnosis system for a power generation facility according to this embodiment includes a power generation facility 1, a monitoring facility 2, and a
[0021]
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a list of
[0022]
In FIG. 2, the numbers (1) to (28) shown on the left are the types of monitoring information obtained from the
[0023]
Although FIG. 1 shows an example in which one
[0024]
As shown in FIG. 1, each
[0025]
At this time, the
[0026]
In addition, the
[0027]
The output end of the
[0028]
The damage
[0029]
When the first diagnosis information is supplied, the remote
[0030]
By the way, the example illustrated in FIG. 2 shows an example of a monitoring signal when the
[0031]
Next, FIG. 3 is a main part configuration diagram showing a configuration example when
[0032]
3 and 4, the same reference numerals are given to the same components as those shown in FIG.
[0033]
As shown in FIG. 3, the
[0034]
As shown in FIG. 4, the
[0035]
Next, FIGS. 5A and 5B are characteristic diagrams showing an example of a time-varying pressure waveform in the monitoring signal detected by the
[0036]
5A and 5B, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents fluctuating pressure.
[0037]
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a fluctuation pressure spectrum obtained by frequency analysis of the fluctuation pressure waveform obtained in the characteristic diagram shown in FIG. 5. The rear spectrum is shown in FIG. Correspondingly, the front spectrum corresponds to FIG.
[0038]
In FIG. 6, the
[0039]
[0040]
When there is a case where the damage
[0041]
Even in this case, the
[0042]
Upon receiving the first diagnostic signal, the remote damage
[0043]
Here, FIG. 7 shows the
[0044]
FIG. 8 is a characteristic diagram showing an example of a stress spectrum obtained from the analysis result in FIG. In FIG. 8, the horizontal axis represents normalized frequency (f / fn), and the vertical axis represents stress.
[0045]
Further, FIG. 9 shows the
[0046]
The time history waveform of the vibration stress obtained in this way is used to calculate the fatigue damage rate Df of the
[0047]
Further, as shown in FIG. 4, a
[0048]
In the description so far, the fatigue damage of the
[0049]
In addition to this, the
[0050]
FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of a water flow of the shaft vibration obtained when the monitoring signal representing the shaft vibration is subjected to frequency analysis by the
[0051]
The shaft vibration water flow obtained in this way can be used for damage diagnosis evaluation and abnormality diagnosis evaluation of the
[0052]
[0053]
For this reason, the remote
[0054]
In the remote
[0055]
In the above-described embodiment, the example in which the
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a sensor for individually monitoring the operating state of various devices is combined with each of the various devices constituting the power generation facility, and the monitoring signals obtained from those sensors are aggregated, The aggregated monitoring signal is supplied to the control device to form operation control information for various devices, and at least the second diagnosis information including the operation control information is stored in the internal memory of the damage diagnosis device. The monitoring signal analyzer generates frequency analysis information by frequency analysis of a part of the collected monitoring signals.When the frequency analysis information sampling frequency was obtained by using a higher frequency than the operation control information sampling frequency formed by the control device,The frequency analysis information is recorded in a separate recording device, and the information transmitted from the damage diagnosis device to the remote damage diagnosis device through the communication network is usually the second diagnosis information stored in the internal memory. However, if necessary, the first diagnosis information and the second diagnosis information are transmitted when the first diagnosis information is stored in the internal memory. Compared with the device, the burden on the communication network can be greatly reduced, and the first diagnosis information and the second diagnosis information can be transmitted and supplied to the remote damage diagnosis device, resulting in a decrease in diagnosis accuracy. FlowerIn addition, since the sampling frequency of the frequency analysis information is formed using a frequency higher than the sampling frequency of the operation control information formed by the control device, the analysis accuracy of the frequency analysis information can be increased. The diagnostic accuracy of the remote damage diagnostic device using diagnostic information can be improved.There is an effect.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing an essential configuration of an embodiment of a remote damage diagnosis apparatus for a power generation facility according to the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a list of sensors that are normally arranged in the power generation facility shown in FIG. 1 and various sensors that are arranged during a trial operation or special measurement of the power generation facility.
3 is a main part configuration diagram showing a configuration example when various sensors are arranged in the gas turbine shown in FIG. 1; FIG.
4 is a main part configuration diagram illustrating an example of a connection state between a sensor and a sense amplifier illustrated in FIG. 3; FIG.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing an example of a time-varying pressure waveform in the monitoring signal detected by the sensor shown in FIG. 3;
6 is a characteristic diagram showing a fluctuating pressure spectrum obtained by frequency analysis of the fluctuating pressure waveform obtained from the characteristic diagram shown in FIG. 5. FIG.
FIG. 7 is an analysis diagram showing an example of a state of an analysis model when a fluctuating pressure spectrum is added as a load condition to the finite element method analysis model at the time of compressor damage diagnosis.
8 is a characteristic diagram showing an example of a stress spectrum obtained from the analysis result in FIG.
FIG. 9 is a characteristic diagram showing an example of a time history waveform of vibration stress of a stationary blade of a compressor by synthesizing the stress spectrum shown in FIG.
FIG. 10 is a characteristic diagram showing an example of a water flow of shaft vibration obtained when a monitoring signal representing shaft vibration is subjected to frequency analysis by a monitoring signal analyzer.
[Explanation of symbols]
1 Power generation facilities
2 monitoring facilities
3 Communication network
4 Gas turbine
41 Compressor
42 Combustor
4Three Turbine
5 First generator
6 Steam turbine
61 Waste heat recovery boiler
62 Turbine
6Three Condenser
7 Second generator
8 Sensor
9 Sensor amplifier
10 Control device
11 Damage diagnosis device
12 Monitoring signal analyzer
13 Recording device
14 Firewall
15 Remote damage diagnosis device
16 Firewall
17 Internet
18 stator vane
19 Casing
20 moving blades
21 Rotor
22 Pressure sensor
23 Strain sensor
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