JP2005248848A - Gas turbine diagnostic method and apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】 適用対象となるガスタービンの適切なモデル同定のもとで的確な診断が得られるようにしたガスタービン診断方法及び装置を提供すること。
【解決手段】 診断対象のガスタービン2からセンサ3で検出した運転状態情報9を診断用の運転状態情報10とモデル同定用の運転状態情報11に分け、この運転状態情報11に基づき、ガスタービン診断部6のモデル同定部7でガスタービン2の性能仕様を同定してモデル定数情報16を生成し、診断用の運転状態情報10を、性能診断部8によりモデル定数情報16と比較してガスタービン2の健全性を診断し、必要に応じて保守計画情報が生成できるようにしたもの。
ここで、モデル定数情報16の生成を或る期間に渡って行なっておくことにより、ガスタービン2の性能仕様が同定できるので、時系列的に与えられる診断用の運転状態情報10と時々刻々比較することにより、ガスタービン2の健全性が診断できることになる。
【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas turbine diagnosis method and apparatus capable of obtaining an accurate diagnosis based on appropriate model identification of a gas turbine to be applied.
Operation state information 9 detected by a sensor 3 from a gas turbine 2 to be diagnosed is divided into operation state information 10 for diagnosis and operation state information 11 for model identification. Based on the operation state information 11, the gas turbine The model identification unit 7 of the diagnosis unit 6 identifies the performance specifications of the gas turbine 2 to generate model constant information 16, and the operation state information 10 for diagnosis is compared with the model constant information 16 by the performance diagnosis unit 8 to obtain gas. Diagnosis of the soundness of the turbine 2, and maintenance plan information can be generated as needed.
Here, by generating the model constant information 16 over a certain period, the performance specifications of the gas turbine 2 can be identified, so that it is constantly compared with the operation state information 10 for diagnosis given in time series. By doing so, the soundness of the gas turbine 2 can be diagnosed.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、ガスタービンの機能診断のための方法と装置に係り、特に、発電用のガスタービンに好適な診断方法と装置に関する。 The present invention relates to a method and apparatus for function diagnosis of a gas turbine, and more particularly to a diagnosis method and apparatus suitable for a gas turbine for power generation.
近年、例えば工場など一般の生産設備や建築設備において省エネルギー化を請け負うESCO(Energy Service Company)と呼ばれる事業や、電力と蒸気などのエネルギーを顧客の工場に設置した設備で発生させ、顧客に販売するO&M(Operation & Maintenance)事業、更には顧客の設備の運転と保守を一括して請負う事業など、各種のエネルギーサービス事業が注目されている。 In recent years, for example, ESCO (Energy Service Company), which undertakes energy saving in general production facilities such as factories and building facilities, and energy such as electric power and steam are generated at facilities installed in customer factories and sold to customers Various energy service businesses, such as the O & M (Operation & Maintenance) business and the business that undertakes the operation and maintenance of customer facilities in a lump, are attracting attention.
ところで、このようなエネルギーサービス事業においては、コージェネレーションの見地から、ガスタービンを原動機とした発電設備が近年、注目されているが、このとき、ガスタービンは、劣化を伴う機械設備の代表的存在であり、しかも発電用として使用された場合は、電力確保の重要性の高さから、特に的確な保守(メンテナンス)が欠かせず、しかも、このことは、結果として上記した各種の事業において、その収益の向上にもつながっている。 By the way, in such an energy service business, from the viewpoint of cogeneration, power generation equipment using a gas turbine as a prime mover has attracted attention in recent years. At this time, the gas turbine is a representative of mechanical equipment with deterioration. And when used for power generation, due to the high importance of securing power, particularly accurate maintenance is indispensable, and as a result, in the various businesses mentioned above, This has led to an increase in profits.
そこで、従来技術では、ガスタービンの制御モデルを演算し、それを実際のガスタービンの運転情報と比較することにより、当該ガスタービンの性能を確認し異常を診断して、常に的確な保守が得られるようにしている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照。)。
上記従来技術は、適用対象となるガスタービンの性能が既知であることが条件になっている点に配慮がされておらず、適用対象が限定されたり、的確な保守が得られなくなってしまうという問題があった。 The above prior art does not take into consideration that the performance of the gas turbine to be applied is known, and the application target is limited or accurate maintenance cannot be obtained. There was a problem.
従来技術では、ガスタービンの制御モデルを演算しているが、このときの演算が適用対象となるガスタービンの性能に基づくものであり、従って、ガスタービンの性能が既知であることが条件になっている。 In the prior art, the control model of the gas turbine is calculated. The calculation at this time is based on the performance of the gas turbine to which the gas turbine is applied, and therefore the performance of the gas turbine must be known. ing.
しかるに、上記したESCO事業やO&M事業のようなエネルギーサービス事業においては、仕様詳細が不明な機器や、経年劣化して性能仕様状態が初期状態から変化していて分かりにくい機器を対象とする場合が多い。 However, in the energy service business such as the ESCO business and the O & M business described above, there are cases where the specification details are unknown or the equipment whose performance specification state has changed from the initial state due to aging and is difficult to understand. Many.
特に、ガスタービンについては、通常、メーカー(製造者)が、その仕様や性能などの情報(メーカー情報)を開示することは殆ど無く、しかもガスタービンの性能は、大気条件などの運転条件の変動によって値が変動したり、経年劣化や故障履歴、保守、部品交換などに伴って当初の設計値(仕様値)と異なる値に変化していることもある。 In particular, for gas turbines, manufacturers (manufacturers) usually rarely disclose information such as specifications and performance (manufacturer information), and the performance of gas turbines varies with operating conditions such as atmospheric conditions. Depending on the value, the value may fluctuate or may change to a value different from the original design value (specification value) due to aging, failure history, maintenance, parts replacement, and the like.
このようにガスタービンについてのメーカー情報が入手できず、不確定であった場合、従来技術では、経験値を用いたり、人手による試行錯誤により当該ガスタービンのモデル定数を調整したりする必要があり、このため膨大な保守記録を収集し探索して仕様情報を訂正したりしなくてはならないので、手間がかかり、且つ、それでも信頼に値するモデルが構築できるとは限らない。 In this way, if the manufacturer information about the gas turbine is not available and it is uncertain, in the prior art, it is necessary to use experience values or to adjust the model constant of the gas turbine by manual trial and error. For this reason, it is necessary to collect and search a large amount of maintenance records and correct specification information, which is troublesome and still does not always allow construction of a reliable model.
従って、従来技術では、適用対象が性能が既知であるガスタービンに限定され、そうでない場合には、信頼に値するモデルが構築できないので的確な保守が得られなくなってしまうという問題が生じてしまうのである。 Therefore, in the prior art, the target of application is limited to gas turbines whose performance is known, and otherwise, there is a problem that accurate maintenance cannot be obtained because a reliable model cannot be constructed. is there.
本発明の目的は、適用対象となるガスタービンの適切なモデル同定のもとで的確な診断が得られるようにしたガスタービン診断方法及び装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a gas turbine diagnosis method and apparatus capable of obtaining an accurate diagnosis based on an appropriate model identification of a gas turbine to be applied.
上記目的は、ガスタービンから検出した運転状態情報を、予め設定してある当該ガスタービンの性能仕様情報と比較し、比較結果に基づいて前記ガスタービンの健全性を診断するガスタービン診断方法において、前記ガスタービンから検出した運転状態情報に基づいて当該ガスタービンのモデル定数情報を同定し、当該モデル定数を前記性能仕様情報として前記ガスタービンの健全性を診断するようにして達成される。 In the gas turbine diagnosis method for comparing the operating state information detected from the gas turbine with the performance specification information of the gas turbine set in advance, and diagnosing the soundness of the gas turbine based on the comparison result, This is achieved by identifying model constant information of the gas turbine based on operating state information detected from the gas turbine, and diagnosing the soundness of the gas turbine using the model constant as the performance specification information.
このとき、前記モデル定数情報の同定のための演算処理が、前記ガスタービンの健全性を診断するための演算処理と共用されるようにしても、上記目的を達成させることができる。 At this time, even if the calculation process for identifying the model constant information is shared with the calculation process for diagnosing the soundness of the gas turbine, the above object can be achieved.
また、上記目的は、ガスタービンから検出した運転状態情報を、予め設定してある当該ガスタービンの性能仕様情報と比較し、比較結果に基づいて前記ガスタービンの健全性を診断するガスタービン診断装置において、前記ガスタービンから検出した運転状態情報に基づいてモデル定数情報を生成するモデル同定手段を設け、該モデル同定手段により生成されたモデル定数情報を前記ガスタービンの性能仕様情報として前記ガスタービンの健全性を診断するようにしても達成させる。 Further, the object is to compare the operating state information detected from the gas turbine with the performance specification information of the gas turbine set in advance, and to diagnose the soundness of the gas turbine based on the comparison result A model identification unit that generates model constant information based on the operating state information detected from the gas turbine, and the model constant information generated by the model identification unit is used as performance specification information of the gas turbine. This is achieved even if the health is diagnosed.
このとき、前記モデル同定手段と前記ガスタービンの健全性を診断するための演算処理手段が共通の演算部を備え、前記演算部が、モード切換えにより、前記モデル同定手段と前記演算処理手段に共用されるようにしえも、上記目的を達成させることができる。 At this time, the model identification means and the arithmetic processing means for diagnosing the soundness of the gas turbine have a common arithmetic unit, and the arithmetic unit is shared by the model identification means and the arithmetic processing means by mode switching. Even so, the above object can be achieved.
本発明によれば、自動的にモデル定数が同定されるので、人の経験や習熟度に左右されることなく、信頼性に優れたモデルが再現性良く同定でき、この結果、適切なモデル定数に基づいた的確な診断が省力化のもとで効率的に得ることができる。 According to the present invention, model constants are automatically identified, so that a model with excellent reliability can be identified with good reproducibility without being influenced by human experience and proficiency. Accurate diagnosis based on this can be obtained efficiently with labor saving.
また、本発明によれば、経年的に運転状態が変化した場合でも、モデル同定をやり直すことにより有効な診断が可能になるのみならず、経年劣化により初期性能状態から大きく性能が変化している設備についても高精度で確実な診断ができる。 In addition, according to the present invention, even when the operating state changes over time, not only can effective diagnosis be performed by re-determining the model, but the performance has greatly changed from the initial performance state due to deterioration over time. Equipment can be diagnosed with high accuracy and reliability.
以下、本発明によるガスタービン診断方法及び装置について、図示の実施の形態により詳細に説明する。 Hereinafter, a gas turbine diagnosis method and apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to embodiments shown in the drawings.
ここで、まず、本発明は、ガスタービン発電設備(以下、ガスタービンと記す)の運転条件に基づいて演算した予想性能と、実際のガスタービンの計測データから得られる性能とを比較することにより、性能の劣化度や異常を診断する方法と装置において、たとえ対象となるガスタービンの仕様情報が不明であっても、運転条件に応じた出力や効率などの予想性能が高精度に予測でき、性能劣化や異常を高い信頼性で実現できるようにしたものであり、このため本発明の一実施形態では、診断を実施する場合、図1に示すシステム構成で対応するようになっている。 Here, first, the present invention compares the predicted performance calculated based on the operating conditions of the gas turbine power generation facility (hereinafter referred to as gas turbine) with the performance obtained from the actual measurement data of the gas turbine. In the method and device for diagnosing performance degradation and abnormality, even if the specification information of the target gas turbine is unknown, the predicted performance such as output and efficiency according to the operating conditions can be predicted with high accuracy, Performance degradation and abnormality can be realized with high reliability. Therefore, in one embodiment of the present invention, when the diagnosis is performed, the system configuration shown in FIG. 1 is used.
ここで、この図1のシステムは、実機設備1と運転データ管理部4、それにガスタービン診断部6に大別されている。そして、まず実機設備1には、ガスタービン2と、このガスタービンに設置されている各種のセンサ3が備えられ、次に、運転データ管理部4には、ガスタービン2の運転状態情報11が格納されている運転記録データベース5が備えられている。
Here, the system of FIG. 1 is roughly divided into an
また、ガスタービン診断部6には、モデル同定部7と性能診断部8が備えられていて、まずモデル同定部7は、運転記録データベース5から供給される運転状態情報11に基づいて、モデル定数情報16を同定する働きをする。ここで、このモデル定数情報16は、ガスタービン2の仕様情報などからなり、ガスタービン2の運転条件に応じた性能を予想演算をするのに必要な情報のことである。
Further, the gas
次に、性能診断部8は、ガスタービン2の実際の日々の運転状態を表わす運転状態情報10とモデル定数情報16に基づいて、ガスタービン2の性能の劣化や異常を診断する働きをする。
Next, the performance diagnosing unit 8 functions to diagnose deterioration or abnormality of the performance of the gas turbine 2 based on the
このとき、ガスタービン2の実際の日々の運転状態を表わす運転状態情報は、ガスタービン2に備えられられている複数のセンサ3により検出され、運転状態情報9、10としてガスタービン2から出力されている。
At this time, the operation state information representing the actual daily operation state of the gas turbine 2 is detected by a plurality of
そして、このうち、まず運転状態情報9は、情報経路12、13を介して運転データ管理部4に伝達され、そこで運転状態の履歴として運転記録データベース5に蓄積され、他方、運転状態情報10は、情報経路12、14を介してモデル同定部7に伝達され、診断に使用されるようになっている。
Of these, first, the driving state information 9 is transmitted to the driving data management unit 4 via the
ここで、この実施形態の場合、モデル同定部7と性能診断部8は、図示のように独立した部分に区切られて存在するのではなく、実際には、後述するように、ガスタービン診断部6の中で同一の主要演算部を共有し、計算モードに応じた情報処理系統の切換によりモデル同定と診断の機能をそれぞれ実現する構造になっている。
Here, in the case of this embodiment, the model identification unit 7 and the performance diagnosis unit 8 are not divided into independent parts as shown in the figure, but actually, as will be described later, the gas
そして、このガスタービン診断部6においては、モデル同定と診断の各機能に対応して各々別の動作モードがあり、これをモード切換によって実現している。そこで、以下、一方の動作モードをモデル同定モード、他方の動作モードは診断モードと呼ぶ。
In the gas
まず、モデル同定モードのとき、モデル同定部7は、運転記録データベース5から複数の運転状態情報11を抽出し、抽出した複数の運転状態情報11に基づいてガスタービン2のモデル定数情報を同定し、モデル定数情報16として出力する。なお、このときのモデル同定部7の処理手順と内容の詳細については後述する。
First, in the model identification mode, the model identification unit 7 extracts a plurality of
ここで、このモデル同定部7が運転記録データベース5から抽出した運転状態情報11には、大分して運転条件に関わるものと性能状態に関わるものが含まれている。
Here, the
そして、一方の運転条件に関わる情報の代表的な項目には、ガスタービンの吸気温度、吸気圧力、湿度などの大気条件(以下、大気条件情報)と、ガスタービンの燃料入熱量、冷媒噴射量などのガスタービンへの熱と物質の入力状態条件(以下、入力条件情報)とがある。以下、これらをまとめて運転条件情報と呼ぶ。 Representative items of information related to one operating condition include atmospheric conditions such as the intake temperature, intake pressure, and humidity of the gas turbine (hereinafter referred to as atmospheric condition information), the fuel heat input amount of the gas turbine, and the refrigerant injection amount. There are heat input to the gas turbine and material input condition (hereinafter referred to as input condition information). Hereinafter, these are collectively referred to as operation condition information.
また、他方の性能状態に関わる情報の代表的な項目には、ガスタービンの発電電力量、排気温度、圧縮機吐出圧力がある。以下、これらの条件を総称して性能状態情報と呼ぶ。 Also, representative items of information relating to the other performance state include the amount of power generated by the gas turbine, the exhaust temperature, and the compressor discharge pressure. Hereinafter, these conditions are collectively referred to as performance state information.
なお、排気温度については、タービンが複数段の場合、任意の段の出口温度であっても良い。以下で排気温度と記す場合も同様である。また、圧縮機吐出圧力については、圧縮機又はタービンの出口圧力と入口圧力の比を示す圧力比であってもよい。以下で圧力比と記す場合も同様である。 In addition, about the exhaust temperature, when the turbine has a plurality of stages, it may be an outlet temperature of an arbitrary stage. The same applies to the case where the exhaust temperature is described below. Further, the compressor discharge pressure may be a pressure ratio indicating a ratio between the outlet pressure and the inlet pressure of the compressor or the turbine. The same applies to the pressure ratio described below.
次に、モデル同定部7が出力するモデル定数情報16とは、一義的には、ガスタービンの圧縮機効率、タービン効率、燃焼温度、機械的・熱的損失エネルギー量などの情報であり、従って、これらは、ガスタービンの設計仕様又は性能因子そのもので、具体的には、例えば、圧縮機仕様情報、タービン仕様情報、及び、燃焼器仕様情報などである。
Next, the model
ここで、圧縮機仕様情報は、圧縮機の吸気流量及び、圧縮機の効率、又は大気条件情報と吸気流量情報を組み合わせて空力計算することにより圧縮機効率が算出可能な圧縮機の物理的形状の情報である。 Here, the compressor specification information is the physical shape of the compressor in which the compressor efficiency can be calculated by calculating aerodynamics by combining the intake air flow rate of the compressor and the efficiency of the compressor, or the atmospheric condition information and the intake air flow rate information. Information.
そして、この圧縮機の物理的形状の情報とは、具体的には、例えば圧縮機の段数、代表径、各段の動翼・静翼の寸法径や形状、空気の通過経路の寸法・形状、空気と翼で形成される速度三角形の設計値の少なくとも1つを含むものである。 The information on the physical shape of the compressor specifically includes, for example, the number of compressor stages, the representative diameter, the size diameter and shape of the moving blades and stationary blades of each stage, and the size and shape of the air passage. , Including at least one design value of a velocity triangle formed by air and wings.
次に、タービン仕様情報は、タービン効率又は、タービン流入ガスの温度・圧力・比熱の情報と組み合わせて空力計算することによりタービン効率が算出可能なタービンの物理的形状の情報であり、具体的には、例えばタービンの段数、代表径、各段の動翼・静翼の寸法径や形状、燃焼ガスの通過経路の寸法・形状、空気と翼で形成される速度三角形の設計値、冷却空気流量の設計値の少なくとも1つを含むものである。 Next, the turbine specification information is information on the physical shape of the turbine in which the turbine efficiency can be calculated by calculating the aerodynamics in combination with the turbine efficiency or the information on the temperature, pressure and specific heat of the turbine inflow gas. For example, the number of turbine stages, representative diameter, size and shape of the moving blades and stationary blades of each stage, the size and shape of the passage path of the combustion gas, the design value of the speed triangle formed by air and blades, the cooling air flow rate Including at least one of the design values.
そして、燃焼器仕様情報は、燃焼器の燃焼効率及び燃焼温度、冷媒噴射量等の情報である。 The combustor specification information is information such as the combustion efficiency and combustion temperature of the combustor and the refrigerant injection amount.
しかし、上記したように、通常、メーカー(製造者)がこれら全ての情報(メーカー情報)を開示することは殆ど無く、しかも、これらの性能因子には、大気条件などの運転条件の変動によって値が変動したり、経年劣化や保守・部品交換等に伴って当初の設計値と異なる値に変化していることもある。 However, as mentioned above, manufacturers (manufacturers) usually rarely disclose all these information (manufacturer information), and these performance factors have values due to fluctuations in operating conditions such as atmospheric conditions. May change, or may change to a value different from the original design value due to aging deterioration, maintenance, parts replacement, or the like.
従って、これらの性能因子を、ガスタービンの性能予想のための演算の入力情報として使用することを想定した場合、一定値に固定された仕様値として扱うよりも、運転条件や経年劣化などの機器状態の変化に応じた値の変化の関数関係を含むものとして扱う方が、性能予測演算の精度を高くすることができる。 Therefore, when it is assumed that these performance factors are used as input information for calculation for gas turbine performance prediction, rather than treating it as a specification value fixed to a fixed value, equipment such as operating conditions and deterioration over time. It is possible to increase the accuracy of the performance prediction calculation by treating it as including the functional relationship of the value change according to the state change.
そこで、このため、以下の説明では、これらの性能因子の情報を、前述のような関数関係の係数などの定数情報を含む意味で、モデル定数情報16と呼ぶことにする。
Therefore, in the following description, the information on these performance factors will be referred to as model
なお、前記の情報経路12、13、14は、具体的には有線又は無線の情報通信回線、或いは同一装置内の情報処理プロセスにおける情報の受け渡しを指すものであり、従って、以下の例においても、情報経路とは、特に断りのない限り、同様の一般的な通信回線手段を指すものとする。
Note that the
次に、診断モードでは、モデル定数情報16と、ガスタービン2の運転に伴う日々の時系列の運転状態を表している運転状態情報10に基づいて、性能診断部8によりガスタービン2の性能劣化や異常が診断される。
Next, in the diagnosis mode, the performance diagnosis unit 8 performs performance degradation of the gas turbine 2 based on the model
ここで、このモデル定数情報16の生成は、後で図3により説明ように、或る期間に渡って行なっておくことにより、ガスタービン2の性能仕様が同定できるので、このモデル定数情報16と、時系列的に与えられる運転状態情報10とに基づいて、性能診断部8で時々刻々の性能状態の解析をすることにより、ガスタービン2の健全性が診断できることになる。
Here, since the generation of the model
このとき、詳細は後で説明するが、性能診断部8は、始め運転状態情報10を、運転条件に関する情報(仮に10Aとする)と性能状態に関する情報(同じく10Bとする)に分離し、まず運転条件に関する情報10Aとモデル定数情報16とに基づいてガスタービン2の性能を予測演算し、次いで、この予測演算した結果を性能状態に関する情報10Bと対比し、比較することによりガスタービン2の性能の劣化の程度や異常の有無、それに劣化や異常に対する予兆の有無などを診断するようになっている。
At this time, as will be described in detail later, the performance diagnosis unit 8 first separates the operating
ここで、このような本発明の実施形態に係る診断方法と装置は、特に上記した省エネルギー化のためのESCO事業やO&M事業のようなエネルギーサービス事業において有効である。何故なら、このような事業では、これも上記したように、特に仕様詳細が不明な機器や、経年劣化の結果、性能仕様状態が初期状態から変化していて分かりにくい機器を対象とする場合が多いからである。 Here, the diagnostic method and apparatus according to the embodiment of the present invention are particularly effective in the energy service business such as the ESCO business and the O & M business for energy saving described above. This is because, in this kind of business, as mentioned above, there are cases where the specification details are particularly unknown, or equipment whose performance specifications have changed from the initial state as a result of aging and are difficult to understand. Because there are many.
このようにガスタービンについてのメーカー情報が入手できず不確定であった場合、従来技術では、上記したように、経験値を用いたり、人手による試行錯誤によりモデル定数を調整したり、膨大な保守記録を収集・探索して仕様情報を訂正したりしなくてはならないので、手間がかかり、且つ信頼性にたるモデルが構築できなかった。 As described above, when the manufacturer information about the gas turbine is not available and it is uncertain, as described above, it is necessary to use experience values, adjust model constants by manual trial and error, and perform extensive maintenance. Since it was necessary to collect and search records and correct specification information, it was time consuming and could not build a reliable model.
これに対して、本発明の実施形態によれば、モデル定数が自動的に同定されるので、高精度で信頼性の高い診断が省力化され、短時間で効率的に診断が可能になる上、モデル定数の同定が自動化されるので、人の経験や習熟度に左右されず、再現性と信頼性に優れたモデル同定が可能になる。 In contrast, according to the embodiment of the present invention, model constants are automatically identified, so that highly accurate and reliable diagnosis can be saved, and diagnosis can be performed efficiently in a short time. Since the identification of model constants is automated, model identification with excellent reproducibility and reliability is possible regardless of human experience and proficiency.
更に、この実施形態によれば、経年的に運転状態が変化した場合でも、モデル同定をやり直すことにより有効な診断が可能になるのみならず、経年劣化、補修、部品交換、定期点検、オーバーホール、故障履歴などにより初期性能状態から大きく性能が変化している設備についても高精度で確実な診断ができる。 Furthermore, according to this embodiment, even when the operating state changes over time, not only effective diagnosis can be performed by re-determining the model, but also aging, repair, parts replacement, periodic inspection, overhaul, Highly accurate and reliable diagnosis is possible even for equipment whose performance has changed greatly from the initial performance state due to failure history.
次に、上記実施形態におけるガスタービン診断部6の構成と処理手順について、図2により説明する。
Next, the configuration and processing procedure of the gas
ここで、この図2に示したガスタービン診断部6は、演算部分を共用し、前述したモデル同定モードと診断モードの各々の処理に切換えて使用することができるようにしたもので、このときのモデル同定モードと診断モードの切換えは、モード入力部21に対するオペレータからのモード指示情報により与えられるようになっているものである。
Here, the gas
このため、このガスタービン診断部6は、モード指示情報が与えられるモード入力部21と、各モードに共用される主要演算部(演算値対実機値対比情報生成部)31、該主要演算部31に対する入力情報をモード指示情報に応じて生成させるための情報処理分岐を行うモード判定部22、それに主要演算部31の演算結果である出力情報をモード指示情報に応じて処理するための情報処理分岐を行うモード判定部33を備えている。
Therefore, the gas
そして、以下、このガスタービン診断部6による処理手順について、モデル同定モードの場合と診断モードの場合に分けて順次説明する。
In the following, the processing procedure by the gas
<モデル同定モードの場合>
いま、ここで、オペレータからモデル同定モードを示すモード指示情報がモード入力部21に与えられたとする。そうすると、モード判定部22は、運転条件情報抽出部23に向う情報処理経路を選択し、モード判定部33は、モデル定数情報探索部34に向う情報処理経路を選択する。
<In model identification mode>
Here, it is assumed that mode instruction information indicating the model identification mode is given to the
そこで、運転条件情報抽出部23は、記運転記録データベース5(図1)から情報経路15を介して、複数運転条件下での代表的な運転状態情報11を取り込む。このときの複数運転条件下での代表的な運転状態情報11とは、例えば、前述した大気条件について、吸気温度が0℃、15℃、30℃の場合の代表的な運転状態情報のことであるが、これに限る必要は無い。なお、ここで運転状態情報の具体的項目は前述した通りである。
Therefore, the driving condition
次に、モデル定数情報初期値生成部27では、運転状態情報抽出部23で処理した運転状態情報のうちのガスタービンの発電出力情報の代表的情報に基づいて、このときの発電出力に最も近い発電出力のガスタービンのモデル定数情報28をモデル定数情報データベース37から抽出する。
Next, the model constant information initial value generation unit 27 is closest to the power generation output at this time based on the representative information of the power generation output information of the gas turbine among the operation state information processed by the operation state
そして、このモデル定数情報28は、モデル定数情報28自身の妥当性が、この後の情報処理により検証され、必要に応じて修正される処理が繰り返されることにより、妥当性が高まるよう収束計算処理されるための初期値として与えられるものである。
Then, the model
ここで、このモデル定数情報データベース37は、対象ガスタービン2とは異なる別機種や、同型でも製品番号の異なる設備などモデル定数情報が一部でも異なるものについて、定格発電出力情報とモデル定数情報を対比させて格納し、データベースとしたものである。
Here, the model
なお、このモデル定数情報データベース37は、発電出力情報からモデル定数情報を出力することができるものであれば、例えば、発電出力情報とモデル定数情報の関係を関数関係で保有しており、発電出力情報の入力からモデル定数情報を出力するようなモデル定数情報推定手段などの形態であってもよい。
If the model
次に、演算入力部30では、運転状態情報抽出部23から出力された運転状態情報11と、モデル定数情報初期値生成部27から出力されたモデル定数情報28の初期値を受け入れ、これらを次の主要演算部31に対する入力情報とする。
Next, the
そこで、主要演算部31は、複数運転条件下でのガスタービン2の予想性能を演算し、演算結果情報を、運転状態情報11に含まれる実機の実際の性能情報と対比させるための情報として生成する。
Therefore, the
このときの主要演算部31による演算結果情報の生成手順の詳細は、図3に示す通りであり、ここで、まず、情報分離工程52は、演算入力部30にある複数運転条件における運転状態情報11を取込み、前述した運転条件に関わる情報と性能状態に関わる情報に分離させ、前者は後続の性能演算工程56における性能予測演算用の運転状態情報53として、後者は性能予測演算結果の検証用情報54として、夫々仕分けされる。
The details of the generation procedure of the calculation result information by the
そして、まず、性能予測演算入力用の運転条件情報53は、モデル定数情報初期値28と合わせて性能演算工程56に供給され、ここで、これらの入力情報53、28に基づいてガスタービン2の性能予測演算を実行し、実機の性能情報の検証用情報54と対比させるための情報、つまり演算結果情報57を生成する。
First, the operating
ここでの演算は、通常のガスタービンサイクルにおける熱力学的計算と流体力学的計算の少なくとも一方によるものであれば良く、演算結果として得られる情報には、少なくともガスタービンによる発電電力とガスタービン圧縮機の吐出圧力(以下、圧縮機吐出圧力と記す)、ガスタービンの排気温度を含むものとする。 The calculation here may be based on at least one of thermodynamic calculation and hydrodynamic calculation in a normal gas turbine cycle, and information obtained as a calculation result includes at least power generated by the gas turbine and gas turbine compression. It includes the discharge pressure of the compressor (hereinafter referred to as compressor discharge pressure) and the exhaust temperature of the gas turbine.
このようなガスタービンの性能演算結果情報57と検証用情報54の対比は、図3のループ始端51からループ終端61までの間で、運転条件情報53の数だけ、つまり圧縮機吐出圧力、排気温度、発電電力の各運転情報の条件数に応じて繰り返され、それら条件数全体での前記性能評価情報の対比結果が演算・実機対比情報59として蓄積情報データベース60の格納領域に格納され、全条件にわたる計算が終了後、演算・実機対比情報63として、結果出力工程62から演算出力部32に出力されることになる。
The comparison between the gas turbine performance calculation result information 57 and the
ここで、図2の説明に戻り、以上のようにして演算出力部32に出力された演算・実機対比情報63は、現在の処理モードがモデル同定モードであることから、モード判定部33からモデル定数情報探索部(仕様探索部)34に受け渡される。なお、このモデル定数情報探索部34は仕様探索部と呼ばれることもある。
Returning to the description of FIG. 2, the calculation / actual
モデル定数情報探索部34では、図4に示すように、受け渡された演算・実機対比情報63から圧縮機吐出圧力、排気温度、発電電力の順序で、前記対比結果の誤差が小さくなるように、それぞれを調整するためのモデル定数の値を修正した情報、すなわち圧縮機吐出圧力の演算結果と実機の誤差を小さくするための修正モデル定数情報74と、排気温度の演算結果と実機の誤差を小さくするための修正モデル定数情報77、それに発電電力の演算結果と実機の誤差を小さくするための修正モデル定数情報80からなる修正情報35を生成する。
As shown in FIG. 4, the model constant
このとき、各修正モデル定数情報の具体的な修正手順と修正項目は、次の通りである。まず圧縮機吐出圧力評価判定工程72と圧縮機吐出圧力のモデル定数情報修正工程73のループにより、圧力比又は圧縮機出口圧力については、計算プログラムの予測値と実機値の誤差が予め決めた一定範囲以下になるように、圧縮機の効率又は、圧縮機から抽気されてタービンの冷却に用いられる冷却空気流量の割合又は、圧縮機の吸気流量、或いは前記圧縮機仕様情報のうち少なくとも1つの数値の大きさを変化させることで、圧縮機吐出圧力の修正モデル定数情報74が生成される。
At this time, the specific correction procedure and correction items of each correction model constant information are as follows. First, by the loop of the compressor discharge pressure
次に、排気温度評価判定工程75と排気温度のモデル定数情報修正工程76のループにより、タービン排気温度については、計算プログラムの予測値と実機値の誤差が予め決めた一定範囲以下になるように、タービンの形状又は、寸法、仕事効率、前記冷却空気による冷却の効果、或いは前記タービン仕様情報のうち少なくとも1つの数値の大きさを変化させることで、排気温度の修正モデル定数情報77が生成される。
Next, by the loop of the exhaust temperature
最後に、発電電力評価判定工程78と発電電力のモデル定数情報修正工程79のループにより、発電出力については、計算プログラムの予測値と実機値の誤差が予め決めた一定範囲以下になるように、発電機及びタービンの機械損失、燃焼器或いは更にタービンでの放熱損失、或いは前記燃焼器仕様情報のうち少なくとも1つの数値の大きさを変化させることによって、発電電力の修正モデル定数情報80が生成されることになる。
Finally, by the loop of the generated power
この修正情報35は再度、演算入力部30(図2)に入力され、主要演算部31の演算による対比情報生成と評価を繰り返し、誤差が最小になるようにする収束計算が実行される。
The
そして、収束計算が終了したとき、つまり発電電力評価判定78で結果がOKとなったときのモデル定数情報は、確定したモデル定数情報16としてモデル定数情報データベース37に格納され、ここでモデル同定モードによる処理を終了する。また、このとき、併せて外部にもモデル定数情報を出力させる。
Then, when the convergence calculation is completed, that is, when the result is OK in the generated
<診断モードの場合>
次に、オペレータから診断モードを示すモード指示情報がモード入力部21に与えられたとすると、モード判定部22は、時系列運転状態情報取得部25に向かう情報処理経路を選択する。
<Diagnosis mode>
Next, assuming that mode instruction information indicating a diagnosis mode is given from the operator to the
そこで、時系列運転状態情報取得部25は、実機時系列データ10の取込み処理を実行し、実機運転状態情報26として演算入力部30に入力する。これは、実機設備1におけるガスタービン2の日々の運転状態情報を時系列データとして順次取り込む処理のことを示す。
Therefore, the time-series operation state
なお、この処理は必ずしもリアルタイムである必要はなく、ガスタービン2の一定期間中の運転状態情報の時系列データであればよく、例えば、運転データ管理部4(図1)に備えられた運転記録データベース5から過去の一定期間中の運転状態情報を取得するものであってもよい。
Note that this processing does not necessarily have to be real-time, and may be time-series data of operation state information during a certain period of the gas turbine 2, for example, operation records provided in the operation data management unit 4 (FIG. 1). Operation state information during a certain past period may be acquired from the
また、このとき、モデル定数取得部29は、モデル定数情報データベース37から、モデル同定モードで得られた確定モデル定数情報16を取込み、同じく演算入力部30に入力する。
At this time, the model
このようにして取得された実機運転状態情報26と確定モデル定数情報16は、演算入力部30を経て主要演算部31に入力されて処理される。そこで以下、その具体的手順について、図3を用いて説明する。
The actual machine operating
まず、演算入力部30は、実機運転状態情報26と確定モデル定数情報16を受け入れ、これらを次の主要演算部31に対する入力情報とする。
First, the
次に、主要演算部31は、実機運転状態情報26に含まれるガスタービンの運転条件(前記運転条件情報)に対応するガスタービン2の予想性能を演算し、演算結果を、実機運転状態情報26に含まれる実際の性能情報(前記性能状態情報)と対比させるための情報として生成する。
Next, the
このときの主要演算部31による演算結果情報の生成手順は、まず、情報分離工程52は、演算入力部30にある実機運転状態情報26を取込み、前述した運転条件情報と性能状態情報に分離させ、前者は後続の性能演算工程56における性能予測演算用の運転状態情報53として、後者は性能予測演算結果と対比して性能の劣化度合を検証するための検証用情報54として、夫々仕分けする。なお、検証用情報54は実機の性能状態を表すものであることから、実機値と呼ぶことがある。
The generation procedure of the calculation result information by the
そして、まず、性能予測演算入力用の運転状態情報53は、確定モデル定数情報16と合わせて性能演算工程56に供給され、ここで、これらの入力情報53、16に基づいてガスタービン2の性能予測演算を実行し、前記の検証用の実機性能情報54と対比させるための情報、つまり演算結果情報57を生成する。
First, the
ここでの演算は、通常のガスタービンサイクルにおける熱力学的計算と流体力学的計算の少なくとも一方によるものであれば良く、演算結果として得られる情報には、少なくともガスタービンによる発電電力とガスタービンの圧縮機吐出圧力、ガスタービンの排気温度を含むものとする。 The calculation here may be based on at least one of thermodynamic calculation and hydrodynamic calculation in a normal gas turbine cycle, and information obtained as a calculation result includes at least the power generated by the gas turbine and the gas turbine. It includes compressor discharge pressure and gas turbine exhaust temperature.
このようなガスタービンの性能演算結果情報57と検証用の実機性能情報54の対比は、図3のループ始端51からループ終端61までの間で、実機運転状態情報26の取得期間中に渡って、或いは該情報26が取得済みの場合は該情報26の対象期間に応じて繰り返され、この期間中の前記性能情報の対比結果が演算・実機対比情報59として蓄積情報データベース60の格納領域に格納され、全期間にわたる計算が終了後、結果出力工程62から演算・実機対比情報63として演算出力部32に出力されることになる。
Such a comparison between the performance calculation result information 57 of the gas turbine and the actual
すなわち、診断モードのとき、主要演算部31は、一定のモデル定数条件下で実機の時系列の運転条件情報を入力してガスタービンの性能状態を予測演算し、この演算による性能状態の予測値を、実際の実機の性能状態情報と対比した演算・実機対比情報63を出力する。
That is, in the diagnosis mode, the
ここで、図2の説明に戻り、以上のようにして演算出力部32に出力された演算・実機対比情報63は、現在の処理モードが診断モードであることから、モード判定部33から傾向診断部36に受け渡される。
Here, returning to the description of FIG. 2, the calculation / actual
そこで、傾向診断部36は、演算・実機対比情報63に示されるガスタービンの性能状態の予測値と実機値の対比情報に基づいて性能劣化や異常の有無・予兆等を診断する。
Therefore, the
この診断は、図5に示すように、演算・実機対比情報63が傾向分析工程92に入力され、傾向分析工程92で、予測値と実機値の比較及びその時間経過にともなう傾向の変化の情報として以下に述べるような手順で解析されることによって、劣化・異常の評価情報93として出力される。
In this diagnosis, as shown in FIG. 5, the calculation / actual
ここでの、性能演算による予測値と実機値の比較情報と、性能劣化や異常の有無・予兆等の診断の関係は、例えば以下に列挙するようなものとなる。 Here, the relationship between the comparison information between the predicted value and the actual machine value by the performance calculation and the diagnosis of the presence / absence / prediction of the performance deterioration or abnormality is as follows, for example.
・発電電力の実機値が予測値よりも低い場合や継続的な低下傾向
が見られる場合 → ガスタービン全体としての出力性能が低
下している。
・ When the actual value of the generated power is lower than the predicted value or when there is a continuous downward trend → The output performance of the gas turbine as a whole is decreasing.
・圧縮機吸気流量の実機値が予測値よりも低い場合や継続的な低
下傾向が見られる場合 → ガスタービンの中でも特に圧縮機
の吸気能力が低下している。
• When the actual compressor intake flow rate is lower than the expected value or when there is a continuous downward trend → The compressor intake capacity is particularly low among gas turbines.
・圧縮機出口温度の実機値が予測値よりも高い場合や継続的にそ
の偏差が増加している場合 → ガスタービンの中でも特に圧
縮機の効率が低下している。
・ When the actual value of the compressor outlet temperature is higher than the predicted value or when the deviation continuously increases → Among the gas turbines, the efficiency of the compressor is particularly low.
・ガスタービン排気温度の実機値が予測値よりも高い場合や、継
続的にその偏差が増加している場合 → タービンの効率が低
下している。
・ When the actual gas turbine exhaust temperature is higher than the predicted value or when the deviation continuously increases → The efficiency of the turbine is decreasing.
・ガスタービン排気温度の実機値が予測値よりも低い場合や、継
続的にその偏差が減少している場合 → タービン翼の冷却口
が劣化し冷却空気流量が増加しているか、燃焼器が劣化して燃
焼効率が低下している。
・ When the actual value of the gas turbine exhaust temperature is lower than the predicted value, or when the deviation continuously decreases → The cooling port of the turbine blade has deteriorated and the cooling air flow rate has increased, or the combustor has Deteriorated and combustion efficiency is reduced.
・圧縮機吐出圧力の実機値が予測値よりも低い場合や、継続的に
その偏差が減少している場合 → 圧縮機又はタービンの少な
くとも一方の効率が低下している。
・ If the actual compressor discharge pressure value is lower than the predicted value or if the deviation continuously decreases → The efficiency of at least one of the compressor or turbine is decreasing.
更に傾向分析工程92では、以上のようにして得られた、ガスタービン全体としての性能劣化や、圧縮機やタービン、燃焼器などの部位の劣化に関する情報を総合して、ガスタービン全体の性能低下率と、その中での各部位別の性能低下要因と性能低下率を推定する。
Furthermore, in the
この推定方法としては、例えば、上述した各部位の性能低下率の推定内容(例:吸気流量の低下率、圧縮機効率の低下率、タービン効率の低下率、冷却空気流量の増加率、燃焼効率の低下率など)を、前述の確定モデル定数情報16に反映させ、該確定モデル情報16を、劣化を想定した内容に修正し(以下、修正モデル定数情報16)、この修正モデル定数情報16を、前述の実機運転状態情報26とあわせて主要演算部31に入力してガスタービン性能を演算し、前述の図3と同様の手順によって、演算結果と実機対比情報63を得、このときの該対比情報63におけるガスタービン性能の演算値と実機値が同等になるように、前記の各部位の性能低下率の推定内容の数値(以下、部位性能低下率)を変化させて調整する方法がある。
As this estimation method, for example, the estimated content of the performance reduction rate of each part described above (eg, intake air flow rate reduction rate, compressor efficiency reduction rate, turbine efficiency reduction rate, cooling air flow rate increase rate, combustion efficiency) And the like, and the corrected model
ここでの部位性能低下率の調整とは、圧縮機吐出圧力、タービン排気温度、発電電力の、各演算結果が実機値と同等になるように部位性能低下率を調整することである。 The adjustment of the site performance reduction rate here is to adjust the site performance reduction rate so that the calculation results of the compressor discharge pressure, the turbine exhaust temperature, and the generated power are equivalent to the actual machine values.
その調整方法としては、例えば、優先順位として、圧縮機吐出圧力、タービン排気温度、発電電力の順番に、演算結果と実測値の誤差が予め設定した目標値以下になるように、各部位の部位性能低下率の値を機械的に増減させて探索することを繰り返す方法があるが、これに限る必要はない。 As the adjustment method, for example, in order of priority, compressor discharge pressure, turbine exhaust temperature, and generated power, so that the error between the calculation result and the actual measurement value is equal to or less than a preset target value. There is a method of repeating the search by mechanically increasing / decreasing the value of the performance degradation rate, but it is not necessary to be limited to this.
例えば、全体の性能低下に対する各部位の寄与割合の組み合わせ、すなわち部位性能劣化率の組み合わせ(以下、劣化パターン)を予め複数種類用意しておき、該複数劣化パターンに応じた複数の修正モデル定数情報16を生成して、前述と同じように運転状態情報26とあわせて主演算部31に入力してガスタービンの性能を演算し、演算・実機対比情報63の演算結果と実測値を対比した誤差が最も小さくなる劣化パターンを選択してもよい。
For example, a plurality of combinations of contribution ratios of each part to the overall performance degradation, that is, a combination of part performance deterioration rates (hereinafter referred to as deterioration patterns) are prepared in advance, and a plurality of correction model constant information corresponding to the plurality of
この場合は、更に選択された最も誤差の小さいパターンの部位性能低下率を基準とし、これに、更に部位低下率の全部又は一部の数値に一定割合の値を乗算、または一定値を加算ないし減算して、少なくとも1つ以上の別の劣化パターンを新たに生成し、該劣化パターンに応じて前述と同様に修正モデル定数情報16を生成し、運転状態情報26とともに主要演算部31に入力してガスタービンの性能を演算し、演算・実機対比情報63の演算結果と実測値の誤差が更に最小となるパターンを選択し、この操作を、演算結果と実測の誤差が予め設定した所望の値以下になるまで繰り返すと更に効果的である。
In this case, the part performance deterioration rate of the pattern with the smallest error selected is used as a reference, and the whole or a part of the part deterioration rate is further multiplied by a certain ratio value, or a constant value is not added. By subtracting, at least one other deterioration pattern is newly generated, and the corrected model
或いはこれら方法に限らず、目的とする評価関数の値(この場合は誤差)が最小となるような複数変数の組み合わせを自動探索する公知の多変数最適化手法(例えば遺伝的アルゴリズムなど)を用いてもよいことはいうまでもない。 Alternatively, not limited to these methods, a known multivariable optimization method (such as a genetic algorithm) that automatically searches for a combination of multiple variables that minimizes the value of the target evaluation function (in this case, an error) is used. Needless to say, it may be.
この傾向分析工程92では、更に以上のようにして推定された、ガスタービンの全体及び部位毎の性能の劣化状況の情報に基づいて、今後の劣化の進行を予測する。
In the
劣化進行の予測方法としては、例えば、予め該工程92内に、ガスタービンの全体性能及び部位毎性能低下の経時的な進行を示す性能低下曲線を関数化したモデル情報を少なくとも1種類以上用意しておき、前述のようにして推定した、各時点でのガスタービン全体の性能低下率と各部位の性能低下率の経時変化を、この関数モデルに最小二乗法などの手法によりフィッテングして、ガスタービン全体の性能と各部位の性能の経時変化にともなう劣化の計算式を決定し、この計算式に将来の日時情報を入力することで、今後のガスタービン全体と各部位の性能の低下の進行を予測することができる。
As a method for predicting the deterioration progress, for example, at least one type of model information in which the performance deterioration curve indicating the progress of the overall performance of the gas turbine and the performance deterioration for each part over time is prepared in advance in the
以上の傾向分析については、本システムの運用において様々な局面での使用方法がある。その例としては、定期点検や保守・部品交換によって機器の性能特性が変化した場合や、突発的な異常や故障によってある時点を境に機器の性能特性が変化した場合などに、それ以後の性能傾向を評価するケースがあり、或いは過去の一定期間のデータを特定の目的で分析したい場合もある。 Regarding the above trend analysis, there are various usage methods in the operation of this system. For example, if the performance characteristics of the equipment change due to periodic inspections, maintenance, or parts replacement, or if the performance characteristics of the equipment change after a certain point due to sudden abnormalities or failures, etc. There are cases where trends are evaluated, or there is a case where data for a certain period in the past is analyzed for a specific purpose.
このように傾向分析を行う必要が生じるのは、単に日々の運転状態を監視するだけでなく、過去の任意の期間のデータ解析を含めて様々であり、これらに対応して効率的に劣化状況を診断するのは、従来の方法の場合、その都度データの取得からモデル定数の同定までに試行錯誤的に労力を要し、容易ではなかった。 The need for trend analysis in this way is not limited to simply monitoring daily operating conditions, but also includes data analysis for any period in the past. In the case of the conventional method, it has been difficult to diagnose the above-described method since it requires labor from trial to error until data is identified and the model constant is identified.
しかし、本発明によれば、評価システム全体において、主要演算部を共用してモード切替可能な同定部と診断部を有し、かつ同定部の処理が前述の図4を用いて説明したように自動的に効率的かつ高精度に実行できるため、上記したような種種の解析目的に応じて、迅速かつ柔軟に、高精度に性能状態の劣化を診断することができる。 However, according to the present invention, the entire evaluation system has an identification unit and a diagnosis unit that can switch modes by sharing a main arithmetic unit, and the processing of the identification unit is as described with reference to FIG. Since it can be automatically and efficiently executed with high accuracy, it is possible to quickly and flexibly diagnose deterioration of the performance state with high accuracy according to the various analysis purposes as described above.
図2に戻り、続く保守計画立案部39は、現在の性能低下状況と今後の劣化予測を示す劣化・異常評価情報93を反映して、この劣化進行条件下での最適な保守計画を立案する。
Returning to FIG. 2, the subsequent maintenance
ここでの最適な保守計画とは、例えばコストの最小化が目的である場合、今後のガスタービンの性能劣化進行を考慮して、どの時期のどのような保守対策をすることが、保守に要する費用と、保守対策による性能回復により運用費用が低減する効果を勘案した総費用を最も小さくできるかを、保守対策の内容に応じた保守費用と性能回復効果の情報を格納した保守対策データベース38の情報に基づいて評価演算し、保守実施時期と保守内容を含む保守計画情報40として出力することである。
The optimal maintenance plan here is, for example, when the purpose is to minimize costs, and what kind of maintenance measures should be taken at what time in consideration of the progress of performance deterioration of gas turbines in the future. Whether the total cost considering the cost and the effect of reducing the operational cost due to the performance recovery due to the maintenance measure can be minimized, the
なお、ここではコストの最小化を例に挙げたが、最適化の目的はコストに限る必要はなく、例えば、燃料の消費量に燃料単位量当たりCO2 排出量(CO2 原単位)を乗じたCO2 排出量の一定期間中の累積値が最小になることを目的とするなど、任意の目的であってよい。 In this example, cost minimization has been taken as an example, but the purpose of optimization need not be limited to cost. For example, the amount of fuel consumed is multiplied by CO 2 emissions per unit of fuel (CO 2 basic unit). For example, the purpose may be to minimize the cumulative value of CO 2 emission during a certain period.
また、コストの最小化についても、上記した例では、保守費用と運用費用を足した総費用の最小化を前提に説明したが、実際の運用時の評価目的によっては、保守費用の最小化や、運用費用の最小化、或いはガスタービンの運用事業者の視点からみた当該事業者の累積負担費用の最小化であってもよく、上記の総費用の最小化に限らないことはいうまでもない。 In addition, cost minimization has been explained on the assumption that the total cost plus maintenance cost and operation cost is minimized in the above example, but depending on the evaluation purpose during actual operation, the maintenance cost may be minimized. Needless to say, it may be the minimization of the operating cost or the cumulative burden cost of the gas turbine operator from the viewpoint of the gas turbine operator, and is not limited to the above total cost minimization. .
なお、以降の説明においても、総費用最小化を例に説明するが、情報処理手順は基本的に総費用最小化の場合と同じであっても、評価目的はこれに限るものでない。 In the following description, the total cost minimization will be described as an example. However, even if the information processing procedure is basically the same as that for the total cost minimization, the evaluation purpose is not limited to this.
以下、この保守計画立案部39の処理の詳細を、図5を用いて説明する。
The details of the processing of the maintenance
まず、保守対策シナリオ生成処理工程94は、劣化・異常評価情報98に示される現在の劣化状態及び将来の劣化予想の状況下において、保守対策データベース38を参照して、先の劣化の診断結果情報(劣化異常評価情報98)に基づいて、0回以上の保守時期候補と、0個以上の保守対策内容候補を組み合わせて、劣化状況に対応する保守対策シナリオ96を少なくとも1事例、生成する。ここで保守実施時期0回とは、保守を実施せず現状のままにするシナリオのことを表わす。
First, the maintenance countermeasure scenario generation processing step 94 refers to the
また、保守対策データベース38は、保守内容と対応する保守費用、保守による性能回復等の情報が格納されており、具体的には、部位別の保守対策費用と保守実施時の部位性能の復帰度合の情報、定期点検の種類に応じた保守対策費用と全体性能及び或いは更に部位性能の復帰度合いの情報が格納されている。
In addition, the
これらの情報は、事例情報であったり、一定の標準設定値、或いはこれらをガスタービンの機種や容量、運転年数などに応じて関数化したものであったりする。 These pieces of information may be case information, certain standard set values, or a function of these according to the type, capacity, operation years, etc. of the gas turbine.
こうして各事例毎の保守対策シナリオ96が生成されたら、それぞれの保守対策シナリオ96に対して、まずライフサイクル収益演算処理工程98で保守対策シナリオ96を処理し、その結果を演算結果評価処理99で判定し、判定結果に応じて最適シナリオ更新処理100を実行する。
When the
そして、この処理をループ始端97からループ終端101までの間、保守対策シナリオ96の各事例毎に繰り返えした後、保守計画出力処理102を実行し、目的に応じた最適な保守計画情報40を出力するのである。
Then, this process is repeated for each case of the
すなわち、まずライフサイクル収益演算98では、保守対策シナリオ96に応じた、保守費用と性能回復による運転費用低減を含む総費用(保守費用と運転費用の和)を、運転期間中の任意の期間までの累積損益として演算(ライフサイクル損益計算)する。
That is, first, in the life
各保守対策シナリオ96に応じたライフサイクル損益の演算結果の情報は、情報格納手段103に蓄積されると共に、後続の演算結果評価工程99と最適シナリオ更新工程100で処理される。
Information on the calculation result of the life cycle profit / loss corresponding to each
演算結果評価工程99は、保守シナリオがライフサイクル損益演算される毎に、該損益(コスト)の演算結果がそれまでに演算された損益(コスト)の最小値よりも低いかどうかを大小比較し、該演算結果のコストがそれまでの最小値よりも小さい場合は、最適シナリオ更新工程100に進む(なお、ここで、1番目の保守シナリオの場合は比較対象がないため、当該シナリオの損益が最小とみなす)。
The calculation
最適シナリオ更新工程100は、保守対策シナリオに応じたライフサイクル損益の評価の繰返し処理中において、その時点で最も最適なシナリオがどれであるか(コスト最小化が目的の場合はコストが最小のシナリオ)を示す最適シナリオ情報を保持しており、前段の演算結果評価工程99の結果に応じて最適シナリオ情報を更新処理する。
The optimal
このような処理を全シナリオに対してループ端97、101の間で繰り返すことによって、結果的に、ライフサイクル損益が最小コストとなる保守シナリオが決定され、その保守時期と保守内容が保守計画提案情報40として出力される。
By repeating such processing between the loop ends 97 and 101 for all scenarios, a maintenance scenario in which life cycle profit / loss is the minimum cost is determined as a result, and the maintenance timing and maintenance content are proposed as a maintenance plan.
以上のようにして劣化要因と保守対策時の効果の定量評価結果に基づいて、最適な保守対策計画が算定できることになる。 As described above, an optimal maintenance plan can be calculated based on the quantitative evaluation result of the deterioration factor and the effect at the time of maintenance.
以上の保守計画立案については、本システムの運用においては、様々な局面での使用方法がある。その例としては、ガスタービンが概ね正常に運転を継続している場合に、次の定期点検時期の保守内容の繰り延べの可能性をガスタービンの部位ごとに予測評価する場合や、或いは逆にガスタービンの運転状態が急速に劣化している場合に、その劣化因子を推定し、ガスタービンプラントの休止可能な日程の制約条件を勘案した可及的速やかに、いつ、どのような保守を実施するのがよいかを対策評価する場合がある。 Regarding the above maintenance planning, there are various usage methods in the operation of this system. For example, when the gas turbine continues to operate normally, the possibility of deferring the maintenance contents at the next periodic inspection time is predicted for each part of the gas turbine, or conversely, When the operating condition of the turbine is rapidly deteriorated, the deterioration factor is estimated, and what kind of maintenance is carried out as soon as possible in consideration of the constraints of the schedule that can shut down the gas turbine plant. There are cases where measures are evaluated to determine whether it is good.
このような目的に応じて保守計画立案を検討する場合、診断対象となるデータの期間の選択もおのずと異なることになる。このように単に日々の運転状態の監視からだけでなく、過去の任意の様々な期間のデータを対象に保守計画を立案しようとする場合、モデル定数の同定から、傾向の分析、保守計画の立案、という手順は、一連の切り離すことのできない工程である。 When considering a maintenance plan according to such a purpose, the selection of the period of data to be diagnosed is naturally different. In this way, when planning maintenance plans not only for daily operation status monitoring but also for data in various past periods, identification of model constants, trend analysis, maintenance planning Is a series of inseparable steps.
この点で、従来の方法は、保守計画立案が必要な都度にデータの取得からモデル定数の同定、傾向分析の解析、保守計画の立案までに試行錯誤的に労力を要し、容易ではなかったが、本発明では評価システム全体において、主要演算部を共用してモード切替可能な同定部と診断部を有し、かつ同定部の処理が前述の図4を用いて説明したように自動化され、かつ効率的に実行でき、更に診断工程においても、傾向分析から保守計画立案にいたる処理が迅速に実行されるため、上のような種種の保守計画検討目的に応じて、迅速かつ柔軟で、高精度な性能状態の劣化診断結果に立脚した、劣化状況に応じた適切な保守対策を立案することができる。 In this regard, the conventional method is not easy because it requires labor from trial and error from data acquisition to model constant identification, trend analysis analysis, and maintenance planning every time maintenance planning is required. However, in the present invention, the overall evaluation system has an identification unit and a diagnosis unit that can switch modes by sharing a main arithmetic unit, and the processing of the identification unit is automated as described with reference to FIG. In the diagnostic process, the process from trend analysis to maintenance plan planning is executed quickly, so that it can be executed quickly and flexibly according to the various maintenance plan consideration purposes. It is possible to devise appropriate maintenance measures according to the deterioration state based on the accurate deterioration diagnosis result of the performance state.
従って、以上の実施形態によれば、仕様が不明であっても、通常の運転データから簡単にモデル構築・調整ができ、仕様を推定するための特別な計器などを設置することなく、高精度なモデル同定が得られ、仕様不明のガスタービンでも信頼性の高い診断を行ない、更にその最適な保守計画を立案することができる。 Therefore, according to the above embodiment, even if the specification is unknown, the model can be easily constructed and adjusted from normal operation data, and high accuracy can be obtained without installing a special instrument for estimating the specification. Model identification can be obtained, a highly reliable diagnosis can be performed even for a gas turbine of unknown specifications, and an optimum maintenance plan can be drawn up.
また、以上に説明したように、この実施形態によれば、例えば圧縮機出口空気温度、排気温度、発電電力、燃焼入熱量など、診断対象となるガスタービンの周囲で10数点の計測を行うだけで、当該ガスタービンの内部状態が推定できるので、診断に必要な監視計器を減らしても高精度が維持できる。 Further, as described above, according to this embodiment, for example, measurement of 10 or more points around the gas turbine to be diagnosed, such as compressor outlet air temperature, exhaust temperature, generated power, combustion heat input, and the like. Thus, since the internal state of the gas turbine can be estimated, high accuracy can be maintained even if the number of monitoring instruments required for diagnosis is reduced.
そして、このように高精度が維持できることから、例えば診断対象となるガスタービンの運転状態が一定のときは監視データの送信頻度を抑え、変化が生じたときは頻度を増すなど、監視データの送信頻度を診断状態に応じて調整することができ、この結果、遠隔監視する場合の情報送信量を減らすことができる。 Since high accuracy can be maintained in this way, for example, the monitoring data transmission frequency is suppressed when the operation state of the gas turbine to be diagnosed is constant and the frequency is increased when a change occurs. The frequency can be adjusted according to the diagnosis state, and as a result, the amount of information transmitted when remotely monitoring can be reduced.
1:実機設備、
2:ガスタービン
3:センサ
4:運転データ管理部
5:運転記録データベース
6:ガスタービン診断部
7:モデル同定部
8:性能診断部
9:運転状態情報
10:運転状態情報
11:運転状態情報
12:情報回線
13:情報回線
14:情報回線
15:情報回線
16:確定モデル定数情報
21:モード入力部
22:モード判定部
23:運転条件データ抽出部
27:モデル定数情報初期値生成部
28:モデル定数情報
30:演算入力部
35:修正情報
37:モデル定数情報データベース
31:主要演算部(演算値対実機値対比情報生成部)
52:情報分離工程
52:性能予測演算入力用運転条件情報
53:能予測演算結果検証用情報
1: Actual equipment,
2: Gas turbine 3: Sensor 4: Operation data management unit 5: Operation record database 6: Gas turbine diagnosis unit 7: Model identification unit 8: Performance diagnosis unit 9: Operation state information 10: Operation state information 11: Operation state information 12 : Information line 13: Information line 14: Information line 15: Information line 16: Confirmed model constant information 21: Mode input unit 22: Mode determination unit 23: Operating condition data extraction unit 27: Model constant information initial value generation unit 28: Model Constant information 30: Calculation input unit 35: Correction information 37: Model constant information database 31: Main calculation unit (calculation value vs. actual machine value comparison information generation unit)
52: Information separation step 52: Operation condition information for performance prediction calculation input 53: Information for performance prediction calculation result verification
Claims (4)
前記ガスタービンから検出した運転状態情報に基づいて当該ガスタービンのモデル定数情報を同定し、当該モデル定数を前記性能仕様情報として前記ガスタービンの健全性を診断することを特徴とするガスタービン診断方法。 In the gas turbine diagnosis method for comparing the operating state information detected from the gas turbine with the performance specification information of the gas turbine set in advance and diagnosing the soundness of the gas turbine based on the comparison result,
A gas turbine diagnosis method characterized by identifying model constant information of the gas turbine based on operating state information detected from the gas turbine, and diagnosing the soundness of the gas turbine using the model constant as the performance specification information .
前記モデル定数情報の同定のための演算処理部が、前記ガスタービンの健全性を診断するための演算処理部と共用されることを特徴とするガスタービン診断方法。 The gas turbine diagnosis method according to claim 1,
A gas turbine diagnosis method characterized in that an arithmetic processing unit for identifying the model constant information is shared with an arithmetic processing unit for diagnosing the soundness of the gas turbine.
前記ガスタービンから検出した運転状態情報に基づいてモデル定数情報を生成するモデル同定手段を設け、
該モデル同定手段により生成されたモデル定数情報を前記ガスタービンの性能仕様情報として前記ガスタービンの健全性を診断することを特徴とするガスタービン診断装置。 In the gas turbine diagnostic device for comparing the operating state information detected from the gas turbine with the performance specification information of the gas turbine set in advance and diagnosing the soundness of the gas turbine based on the comparison result,
Provided with model identification means for generating model constant information based on the operating state information detected from the gas turbine,
A gas turbine diagnostic apparatus for diagnosing the soundness of the gas turbine using the model constant information generated by the model identification means as performance specification information of the gas turbine.
前記モデル同定手段と前記ガスタービンの健全性を診断するための演算処理手段が共通の演算部を備え、
前記演算部が、モード切換えにより、前記モデル同定手段と前記演算処理手段に共用されることを特徴とするガスタービン診断装置。
The gas turbine diagnostic device according to claim 1,
Computation processing means for diagnosing soundness of the model identification means and the gas turbine includes a common computation unit,
The gas turbine diagnosis apparatus according to claim 1, wherein the calculation unit is shared by the model identification unit and the calculation processing unit by mode switching.
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