DE102016203672A1

DE102016203672A1 - condition monitoring

Info

Publication number: DE102016203672A1
Application number: DE102016203672.6A
Authority: DE
Inventors: Adriaan Hendrik Bredekamp; Thomas Schoch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer mechanische und elektrische Komponenten aufweisenden Anlage. Bei dem Verfahren zur Zustandsüberwachung (2) einer mechanische und elektrische Komponenten aufweisenden Anlage werden mechanische Zustandsgrößen (28) und elektrische Zustandsgrößen (28) an den Komponenten der Anlage gemessen und/oder für die Komponenten der Anlage ermittelt (6). Die Zustandsgrößen (28) werden unter Verwendung mehrerer verschiedener Diagnoseverfahren (4) ausgewertet (8), wobei die mehreren verschiedenen Diagnoseverfahren (4) zumindest ein erstes Diagnoseverfahren (14) auf Basis einer harmonischen Analyse einer von den Zustandsgrößen (28), ein zweites Diagnoseverfahren (16) auf Basis einer Verformungsanalyse einer von den Komponenten der Anlage und ein drittes Diagnoseverfahren (18) auf Basis einer Teilentladungsanalyse von einer von den Komponenten der Anlage umfassen. Aus Ergebnissen von zumindest zwei der mehreren verschiedenen Diagnoseverfahren (4) wird eine Zustandsbewertung für eine ausgewählte Komponente der Anlage ermittelt (10) und unter Verwendung der Zustandsbewertung der ausgewählten Komponente der Anlage wird die Anlage zustandsüberwacht (12).The invention relates to a method for condition monitoring of a system comprising mechanical and electrical components. In the method for condition monitoring (2) of a system comprising mechanical and electrical components, mechanical state variables (28) and electrical state variables (28) are measured at the components of the installation and / or determined for the components of the installation (6). The state variables (28) are evaluated (8) using a plurality of different diagnostic methods (4), the plurality of different diagnostic methods (4) comprising at least a first diagnostic method (14) based on a harmonic analysis of one of the state variables (28), a second diagnostic method (16) based on a deformation analysis of one of the components of the plant and a third diagnostic process (18) based on a partial discharge analysis of one of the components of the plant. From results of at least two of the several different diagnostic methods (4), a condition score is determined for a selected component of the plant (10), and using the condition score of the selected component of the plant, the plant is condition-monitored (12).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer mechanische und elektrische Komponenten aufweisenden Anlage. The invention relates to a method for condition monitoring of a system comprising mechanical and electrical components.

Eine Zustandsüberwachung, auch als „Condition Monitoring“ (CM) bezeichnet, basiert auf einer regelmäßigen oder permanenten Erfassung eines Anlagen- und/oder Maschinenzustands durch Messung und Analyse dortiger physikalischer, d.h. in der Regel mechanischer oder elektrischer/elektromagnetischer, (Zustands-)Größen, z.B. Schwingungen, (Dreh-)Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Ladungen, Spannungen und Temperaturen, und verfolgt die Ziele: Anlagen-/Maschinensicherheit und Anlagen-/Maschineneffizienz. Condition monitoring, also referred to as "condition monitoring" (CM), is based on a regular or permanent detection of a plant and / or machine condition by measuring and analyzing physical, i.e.. usually mechanical or electrical / electromagnetic, (state) quantities, e.g. Vibrations, (rotational) speeds, accelerations, charges, voltages and temperatures, and pursues the goals: plant / machine safety and plant / machine efficiency.

Die Zustandsüberwachung einer Anlage/Maschine setzt sich dabei aus mehreren Teilschritten, d.h. eine Zustandserfassung, einen Zustandsvergleich und eine Diagnose, zusammen. The condition monitoring of a plant / machine consists of several substeps, i. a state detection, a state comparison and a diagnosis together.

Die Zustandserfassung ist die Messung und gegebenenfalls Aufbereitung und/oder Vor- und Weiterverarbeitung (mittels entsprechender mathematischer Verfahren) von den physikalischen (Anlagen-/Maschinen-)Zustandsgrößen, die einen aktuellen Zustand der Anlage/Maschine (oder des in der Anlage oder auf der Maschine ablaufenden Prozesses) widerspiegeln („Istzustand“). The state detection is the measurement and optionally preparation and / or pre- and further processing (by means of appropriate mathematical methods) of the physical (plant / machine) state variables, a current state of the plant / machine (or in the plant or on the Machine running process) ("actual state").

Der Zustandsvergleich stellt einen Vergleich des Istzustandes mit einem vorgegebenen Referenzwert bei der Anlage/Maschine dar. Dieser Referenzwert kann sowohl ein einzuhaltender Sollwert als auch ein nicht zu überschreitender Grenzwert sein. Der Sollwert wird je nach untersuchter physikalischer Zustandsgröße entweder bei der Anlagen-/Maschinenabnahme ermittelt oder durch vorgegebene Größen festgelegt. Grenzwerte werden meist vom Hersteller oder Anwender der Anlage/Maschine empirisch ermittelt. The state comparison represents a comparison of the actual state with a predetermined reference value in the system / machine. This reference value can be both a setpoint value to be maintained and a limit value that is not to be exceeded. The setpoint is determined either according to the examined physical state variable at the plant / machine acceptance or determined by predefined quantities. Limit values are usually determined empirically by the manufacturer or user of the system / machine.

Zustandserfassung und Zustandsvergleich entsprechen im Wesentlichen einer Inspektion nach DIN 31051 . Condition detection and state comparison essentially correspond to an inspection according to DIN 31051 ,

Durch die Diagnose werden dann – anhand der Ergebnisse bzw. Resultate des Zustandsvergleichs – eventuell vorhandene Fehler bei der Anlage/Maschine (möglichst früh) lokalisiert und deren Ursache(n) ermittelt, um notwendige Instandhaltungsmaßnahmen für die Anlage/Maschine planen zu können. On the basis of the results or results of the state comparison, the diagnosis then locates possibly existing faults in the system / machine (as early as possible) and determines their cause (s) in order to plan necessary maintenance measures for the system / machine.

Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Zustandsüberwachungsverfahren/-systeme für Anlagen/Maschinen bekannt, welche – abhängig von ihrer jeweiligen spezifischen Ausgestaltung – unterschiedliche Diagnosen für die Anlage/Maschine bzw. dortige unterschiedliche Anlagen-/Maschinenkomponenten erstellen. In the prior art, a variety of condition monitoring procedures / systems for equipment / machines are known, which - depending on their specific design - create different diagnoses for the plant / machine or there different plant / machine components.

Aus „Partial discharge monitoring system for generators and other high voltage components (SIEMON HF 10-2)“, Siemens AG, Energy Sector, 2008 ist eine solche Zustandsüberwachung/ssystem für einen Generator (und andere Hochspannungskomponenten) eines Kraftwerks auf Basis einer Teilentladungsanalyse bekannt. Hier werden elektromagnetische Impulse am Generator (oder an den anderen Hochspannungskomponenten) gemessen, um Fehler/Schäden bei dortigen Isolierungssystemen zu erkennen. Out "Partial discharge monitoring system for generators and other high voltage components (SIEMON HF 10-2)", Siemens AG, Energy Sector, 2008 Such state monitoring / system for a generator (and other high voltage components) of a power plant based on a partial discharge analysis is known. Here, electromagnetic pulses are measured at the generator (or at the other high voltage components) to detect faults / defects in local insulation systems.

„Application of HFCT and UHF Sensors in On-Line Partial Discharge Measurements for Insulation Diagnosis of High Voltage Equipment”, Fernando Álvarez 1, Fernando Garnacho 2, Javier Ortego 3 and Miguel Ángel Sánchez-Urán, Sensors 2015, 15, 7360–7387 beschreibt ebenfalls eine solche Zustandsüberwachung einer Hochspannungskomponente auf Basis einer Teilentladungsanalyse. Fernando Álvarez 1, Fernando Garnacho 2, Javier Ortego 3 and Miguel Ángel Sánchez-Urán, Sensors 2015, 15, 7360-7387. "Application of HFCT and UHF Sensors in On-line Partial Discharge Measurements for Insulation Diagnosis of High Voltage Equipment" also describes such condition monitoring of a high voltage component based on a partial discharge analysis.

Aus „Economic analysis of condition monitoring systems for offshore wind turbine sub-systems“, Allan May, David McMillan, Sebastian Thöns , sind verschiedene Zustandsüberwachungen/Zustandsüberwachungssysteme für eine Windkraftanlage bekannt, wie eine Zustandsüberwachung eines Motors, eines Generators oder Lagers bei der Windkraftanlage auf Basis einer Schmiermittelanalyse, bei welcher elektromagnetische Eigenschaften des Schmiermittels ermittelt werden, eine Zustandsüberwachung eines Antriebsstrangs bei der Windkraftanlage auf Basis einer Vibrationsanalyse, bei welcher Beschleunigungen an rotierenden Teilen des Antriebsstrangs gemessen werden, und eine Zustandsüberwachung von Turbinenschaufeln der Windkraftanlage auf Basis einer Verformungsanalyse, bei welcher mittels optischer Systeme Deformationen der Turbinenschaufeln ermittelt werden. Out Allan May, David McMillan and Sebastian Thöns, "Economic analysis of condition monitoring systems for offshore wind turbine subsystems" , various condition monitoring / condition monitoring systems for a wind turbine are known, such as a condition monitoring of a motor, a generator or bearing in the wind turbine based on a lubricant analysis, in which electromagnetic properties of the lubricant are determined, a condition monitoring a powertrain in the wind turbine based on a vibration analysis, in which accelerations are measured on rotating parts of the drive train, and condition monitoring of turbine blades of the wind turbine on the basis of a deformation analysis in which deformations of the turbine blades are determined by means of optical systems.

Kommen bei einer Anlage/Maschine mehrere von solchen Zustandsüberwachungssystemen (gleichzeitig) zum Einsatz, so sind diese meist als singuläre Systeme, in der Regel ablaufend auf einzelnen Prozessoren mit entsprechender Hardware und Verschaltung, bei der Anlage/Maschine realisiert – und liefern einzelne/singuläre Diagnosen. If several of such condition monitoring systems (simultaneously) are used in a plant / machine, these are usually realized as singular systems, usually running on individual processors with corresponding hardware and interconnection, in the plant / machine - and deliver individual / singular diagnoses ,

Nachteilig daran ist, dass solche singulären Diagnosen einzelner Zustandsüberwachungen/-systeme zum Teil Fehler/Schäden bei den Anlagen/Maschinen nicht mit ausreichender Sicherheit und/oder Zuverlässigkeit diagnostizieren können (vgl. „Economic analysis of condition monitoring systems for offshore wind turbine sub-systems“, Table 1 ) sowie darüber hinaus auch einen hohen „Hardwareaufwand“ – und so entsprechend hohe Kosten – erfordern. The disadvantage of this is that such singular diagnoses of individual condition monitoring systems / systems can not in part diagnose faults / damage in the systems / machines with sufficient safety and / or reliability (cf. "Economic analysis of condition monitoring systems for offshore wind turbines sub-systems", Table 1 ) such as In addition, a high "hardware costs" - and thus correspondingly high costs - require.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Nachteile und Einschränkungen im Stand der Technik bei einer Zustandsüberwachung einer Anlage, wie einer Energieerzeugungsanlage, beispielsweise ein Kraftwerk, zu überwinden. The invention has for its object to overcome the disadvantages and limitations of the prior art in a condition monitoring of a plant, such as a power plant, such as a power plant.

Insbesondere soll die Zustandsüberwachung bei einer technischen Anlage, wie einer Energieerzeugungsanlage, beispielsweise ein Kraftwerk, zuverlässig sowie kostengünstig und einfach realisierbar sein. In particular, the condition monitoring in a technical system, such as a power generation plant, such as a power plant, should be reliable and inexpensive and easy to implement.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Zustandsüberwachung einer mechanische und elektrische Komponenten aufweisenden Anlage mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch gelöst. This object is achieved by a method for condition monitoring of a mechanical and electrical components having system having the features of the independent claim.

Bei diesem Verfahren werden mechanische Zustandsgrößen und elektrische Zustandsgrößen an den Komponenten der Anlage gemessen und/oder für die Komponenten der Anlage ermittelt. In this method, mechanical state variables and electrical state variables are measured on the components of the system and / or determined for the components of the system.

Hierbei kann unter Messen und/oder Ermitteln (der Zustandsgröße) verstanden werden, dass – bevorzugt unter Verwendung eines Sensors oder einer anderen Sensorik – (Sensor-)Signale (über die Zeit) erzeugt werden, welche (Zeit-)Signale – mit einer vorgebbaren Abtastrate – abgetastet werden kann, wodurch (auswertbare) Messwerte der Zustandsgröße über die Zeit, vereinfacht hier nur als „Zustandsgröße“ bezeichnet, erzeugt werden. In this context, measuring and / or determining (the state variable) can be understood to mean that (sensor) signals (over time) are generated, preferably with the aid of a sensor or another sensor system, which (time) signals are generated with a predefinable signal Sampling rate - can be sampled, whereby (evaluable) measured values of the state variable over time, simplified here simply referred to as "state variable" generated.

Zweckmäßig kann sein, dass zumindest zwei von den Zustandsgrößen mit unterschiedlichen Abtastraten, beispielsweise mit einer niedrigeren Abtastrate von 50kHz, 100kHz oder 150kHz und mit einer höheren Abtastrate von 100MHz, 200MHz oder 500MHz, gemessen und/oder ermittelt werden. It may be expedient that at least two of the state variables with different sampling rates, for example with a lower sampling rate of 50 kHz, 100 kHz or 150 kHz and with a higher sampling rate of 100 MHz, 200 MHz or 500 MHz, are measured and / or determined.

Entsprechend einer ausgewählten Abtastrate kann auch eine zugehörige Abtasttiefe („Samplingtiefe/Bittiefe“ bzw. „Samplingauflösung/Bitauflösung“) gewählt werden, beispielsweise eine 12/16 bit Auflösung bei einer 100/200/500MHz Abtastrate; eine 24/32 bit Auflösung bei einer 50/100/150kHz Abtastrate. Depending on a selected sampling rate, an associated sampling depth ("sampling depth / bit depth" or "sampling resolution / bit resolution") can also be selected, for example a 12/16 bit resolution at a 100/200/500 MHz sampling rate; a 24/32 bit resolution at a sampling rate of 50/100 / 150kHz.

Eine solche Anlage, für welche die Zustandsüberwachung unter Verwendung der mechanischen und elektrischen Zustandsgrößen durchgeführt wird, kann eine Energieerzeugungsanlage, beispielsweise ein Kraftwerk, insbesondere eine Turbinen-Generator-Anlage einer Energieerzeugungsanlage bzw. eines Kraftwerks, sein. Such a plant, for which the condition monitoring is performed using the mechanical and electrical state variables, may be a power generation plant, for example a power plant, in particular a turbine-generator plant of a power generation plant or a power plant.

Die mechanischen und elektrischen Komponenten der Anlage, wie der Energieerzeugungsanlage, beispielsweise des Kraftwerks, insbesondere der Turbinen-Generator-Anlage der Energieerzeugungsanlage bzw. des Kraftwerks, können eine Turbine, ein Generator, eine Welle, ein Rotor, ein Lager, eine Turbinenschaufel, ein Elektromotor, ein Umformer, ein Transformator, ein Gehäuse, eine Brennkammer und/oder eine Hochspannungskomponente sein. The mechanical and electrical components of the plant, such as the power plant, such as the power plant, in particular the turbine-generator plant of the power plant or the power plant, a turbine, a generator, a shaft, a rotor, a bearing, a turbine blade, a Electric motor, a converter, a transformer, a housing, a combustion chamber and / or a high voltage component.

Ferner kann die zu messende und/oder zu ermittelnde mechanische Zustandsgröße eine (Dreh-)Geschwindigkeit, eine Beschleunigung, eine Verschiebung, eine Schwingung, eine Dehnung, eine Temperatur und/oder eine Spannung sein; die zu messende und/oder zu ermittelnde elektrische Zustandsgröße – hierbei sei (mit elektrischer Zustandsgröße) auch eine elektromagnetische Zustandsgröße mitumfasst – kann eine Ladung, eine Spannung, ein Strom, ein Druck, ein Schall/Schallfeld, ein elektrisches und/oder magnetisches Feld sein. Furthermore, the mechanical state quantity to be measured and / or to be determined may be a (rotational) speed, an acceleration, a displacement, a vibration, an expansion, a temperature and / or a voltage; the electrical state variable to be measured and / or to be determined - including an electromagnetic state variable (with electrical state variable) - may be a charge, a voltage, a current, a pressure, a sound / sound field, an electric and / or magnetic field ,

Die Zustandsgrößen werden dann bei dem Verfahren unter Verwendung mehrerer verschiedener Diagnoseverfahren ausgewertet. The state variables are then evaluated in the method using several different diagnostic methods.

Dabei kann unter einem Diagnoseverfahren, welches eine Zustandsgröße (oder gegebenenfalls auch mehrere Zustandsgrößen (gleichzeitig)) auswertet, jede Art von Verfahren verstanden werden, welches geeignet ist, einen Zustand (insbesondere einer Anlagenkomponente) festzustellen und/oder zu bestimmen. In this case, under a diagnostic method which evaluates a state variable (or possibly also a plurality of state variables (simultaneously)), any type of method is understood which is suitable for determining and / or determining a state (in particular of a plant component).

Unter Auswerten kann so insbesondere verstanden werden, dass eben eine solche Zustandsfeststellung bzw. Zustandsbestimmung erzeugt/generiert wird. By evaluating, it can be understood in particular that precisely such a state determination or state determination is generated / generated.

Darüber hinaus kann es zweckmäßig sein, dass dieses Auswerten auch unter Verwendung von statistischen und/oder neuronalen Verfahren, wie neuronalen Netzwerken oder Mustererkennungsverfahren, erfolgt. In addition, it may be expedient that this evaluation also takes place using statistical and / or neural methods, such as neural networks or pattern recognition methods.

Die mehreren verschiedenen Diagnoseverfahren sollen bei dem Verfahren zumindest ein erstes Diagnoseverfahren auf Basis einer harmonischen Analyse einer von den Zustandsgrößen, ein zweites Diagnoseverfahren auf Basis einer Verformungsanalyse einer von den Komponenten der Anlage und ein drittes Diagnoseverfahren auf Basis einer Teilentladungsanalyse von einer von den Komponenten der Anlage umfassen. The plurality of different diagnostic methods in the method are intended to include at least a first diagnostic method based on a harmonic analysis of one of the state variables, a second diagnostic method based on a deformation analysis of one of the components of the system, and a third diagnostic method based on a partial discharge analysis of one of the components of the device include.

Zweckmäßig kann es sein, dass bei der harmonischen Analyse der Zustandsgröße – bei dem ersten Diagnoseverfahren – eine Fourier Analyse/Transformation, insbesondere eine Diskrete Fourier Transformation bzw. DFT oder eine Schnelle Fourier Transformation bzw. FFT, der Zustandsgröße durchgeführt wird. Vereinfacht ausgedrückt, auf die – (nach Messung/Ermittlung) im Zeitbereich vorliegende – Zustandsgröße wird eine Fourier Transformation bzw. eine DFT oder ein FFT angewandt – und so diese in den Spektralbereich transformiert, wo die Auswertung derselben erfolgt. It may be expedient that in the harmonic analysis of the state variable-in the first diagnostic method-a Fourier analysis / transformation, in particular a discrete Fourier transformation or DFT or a fast Fourier transformation or FFT, the state variable is performed. In simple terms, the state variable (present in the time domain after measurement / determination) is subjected to a Fourier transformation or a DFT or an FFT, and the latter is transformed into the spectral range where the evaluation thereof takes place.

Beispielsweise können so (bei der harmonischen Analyse der Zustandsgröße) eine erste Harmonische und/oder höhere Harmonische und/oder ein quadratisches Mittel der Zustandsgröße ermittelt werden. Auch darauf aufbauende und abgeleitete Größen, wie statische Größen u.ä., können so für die Zustandsgröße ermittelt werden. For example, in this way (in the case of the harmonic analysis of the state variable) a first harmonic and / or higher harmonics and / or a quadratic mean of the state variable can be determined. It is also possible to determine variables that are based thereon and derived, such as static quantities and the like, for the state variable.

Aus Ergebnissen von zumindest zwei der mehreren verschiedenen Diagnoseverfahren, d.h., beispielsweise die festgestellten/bestimmten Zustände, wird eine („gemeinsame“) Zustandsbewertung für eine ausgewählte Komponente der Anlage ermittelt. From results from at least two of the several different diagnostic methods, i.e., for example, the determined / determined states, a ("common") state score is determined for a selected component of the plant.

Es ist zweckdienlich, wenn die mehreren verschiedenen Diagnoseverfahren – aus welchen dann die („gemeinsame“) Zustandsbewertung für die ausgewählte Komponente der Anlage ermittelt/erzeugt wird – mehrere erste, zweite und/oder dritte Diagnoseverfahren umfassen und/oder wenn aus Ergebnissen von mehr als zwei der mehreren verschiedenen Diagnoseverfahren die („gemeinsame“) Zustandsbewertung für die ausgewählte Komponente der Anlage ermittelt wird. It is useful if the plurality of different diagnostic methods - from which the ("common") condition score is determined / generated for the selected component of the plant - comprise multiple first, second and / or third diagnostic methods and / or if more than two of the several different diagnostic methods the ("common") state score for the selected component of the plant is determined.

Unter diesem Ermitteln der („gemeinsamen“) Zustandsbewertung für eine ausgewählte Komponente der Anlage aus den Ergebnissen von den zumindest zwei der mehreren verschiedenen Diagnoseverfahren kann dabei verstanden werden, dass diese Ergebnisse (zu der gemeinsamen Zustandsbewertung, beispielsweise als eine Gesamtbeurteilung, für die ausgewählte Komponente der Anlage) zusammengeführt und/oder kombiniert – und dabei gegebenenfalls gewichtet, gegeneinander abgewogen und/oder auf Plausibilität geprüft (, wobei dann auch eines von den Ergebnissen verworfen werden kann) – werden. By determining the ("common") state evaluation for a selected component of the plant from the results of the at least two of the several different diagnostic methods, it can be understood that these results (for the common state evaluation, for example as an overall assessment, for the selected component combined and / or combined - weighted if necessary, weighed against each other and / or checked for plausibility (in which case one of the results can also be discarded).

Ferner kann es zweckmäßig sein, auch Informationen aus den/über die Zustandsgrößen, wie Drücke, Temperaturen u.ä. und/oder deren Verläufe und/oder Trends, unmittelbar in die („gemeinsamen“) Zustandsbewertung einfließen zu lassen. Furthermore, it may be appropriate to also information from / about the state variables, such as pressures, temperatures, etc. and / or their courses and / or trends, to be incorporated directly into the ("common") state evaluation.

Auch kann es zweckmäßig sein, dass dieses Ermitteln der („gemeinsamen“) Zustandsbewertung unter Verwendung von statistischen und/oder neuronalen Verfahren, wie neuronalen Netzwerken oder Mustererkennungsverfahren, erfolgt. It may also be appropriate for this ("common") state evaluation to be determined using statistical and / or neural methods, such as neural networks or pattern recognition methods.

Unter Verwendung der Zustandsbewertung der ausgewählten Komponente der Anlage wird dann die Anlage zustandsüberwacht. Using the condition score of the selected component of the plant, the plant is then condition-monitored.

Hierbei kann es zweckmäßig sein, dass ein Alarm ausgegeben wird, wenn die Zustandsbewertung einem vorgegebenen Kriterium entspricht oder nicht entspricht und/oder wenn das Ergebnis von zumindest einem der – angewandten – Diagnoseverfahren einem vorgegebenen Kriterium entspricht oder nicht entspricht. In this case, it may be expedient that an alarm is output if the condition evaluation corresponds to a predetermined criterion or does not correspond and / or if the result of at least one of the - applied - diagnostic method corresponds to a predetermined criterion or not.

Dem Verfahren liegt die Überlegung zugrunde, dass singuläre bzw. einzelne Diagnoseverfahren für jeweils einzelne Komponenten einer Anlage unzureichend zuverlässige Ergebnisse für die jeweiligen Anlagenkomponenten liefern, d.h., zum Teil Fehler/Schäden bei Komponenten der Anlage nicht mit ausreichender Sicherheit und/oder Zuverlässigkeit diagnostizieren. The method is based on the consideration that singular or individual diagnostic methods for each individual component of a system provide insufficiently reliable results for the respective system components, that is, in part fail to diagnose errors / damage in components of the system with sufficient safety and / or reliability.

Ausgehend davon, sieht so das Verfahren einen integrativen Ansatz vor, nach welchem mehrere Diagnoseverfahren, welche einzeln ihre Ergebnisse evaluieren bzw. deren Ergebnisse (integrativ) – zu einer gemeinsamen Diagnose, d.h. der gemeinsamen Zustandsbewertung, für eine bestimmte/ausgewählte Komponente der Anlage – zusammengeführt werden. Based on this, the method provides an integrative approach, according to which several diagnostic methods, which individually evaluate their results or their results (integrative) - to a common diagnosis, i. the common condition assessment, for a given / selected component of the installation.

Dabei trifft das Verfahren eine gezielte Auswahl unter möglichen Diagnoseverfahren, d.h., zumindest ein solches auf Basis einer harmonischen Analyse (1), ein solches auf Basis einer Verformungsanalyse (2) und ein solches auf Basis einer Teilentladungsanalyse (3), und kombiniert diese (bzw. deren Ergebnisse), d.h. zumindest zwei von diesen, bei ihrem integrativen Ansatz. The method makes a targeted selection among possible diagnostic methods, ie, at least one based on a harmonic analysis (1), one based on a deformation analysis (2) and one based on a partial discharge analysis (3), and combines these (or their results), ie at least two of these, in their integrative approach.

Damit, d.h., insbesondere durch die verfahrensgemäße Zusammenstellung der verfahrensgemäßen Diagnoseverfahren und die verfahrensgemäße Auswahl aus diesen, erreicht das Verfahren, dass eine Zustandsbewertung für eine Komponente einer Anlage mit hoher Zuverlässigkeit und Sicherheit getroffen werden kann. Thus, that is, in particular, by the method of assembling the method according to the method of the present invention and the selection according to the method thereof, the method achieves that a condition evaluation for a component of a plant can be made with high reliability and safety.

Dieser verfahrensgemäße integrative Ansatz bietet darüber hinaus auch noch die Möglichkeit, das Verfahren auf einer gemeinsamen Plattform, d.h. einem gemeinsamen Prozessor, ablaufen zu lassen, was den „Hardwareaufwand“ – und so entsprechend Kosten – minimiert. This integrative approach according to the invention also offers the possibility of running the method on a common platform, i. a common processor, which minimizes the "hardware cost" - and thus costs.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Preferred developments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass zumindest eine von den unter Verwendung der mehrerer verschiedenen Diagnoseverfahren ausgewerteten Zustandsgrößen, insbesondere die Zustandsgröße, auf welche das erste Diagnoseverfahren angewandt wird, getriggert, insbesondere unter Verwendung einer Drehgeschwindigkeit getriggert, ist. According to a preferred embodiment, it is provided that at least one of the using of several different Diagnostic method evaluated state variables, in particular the state quantity to which the first diagnostic method is applied, triggered, in particular using a rotational speed triggered is.

Anders ausgedrückt, das erste und/oder zweite und/oder dritte Diagnoseverfahren wird auf ein getriggertes Signal, insbesondere auf ein getriggertes Signal, dessen Triggersystem/-signal eine Drehgeschwindigkeit ist, oder auf ein nicht getriggertes Signal angewandt. In other words, the first and / or second and / or third diagnostic method is applied to a triggered signal, in particular to a triggered signal whose trigger system / signal is a rotational speed, or to a non-triggered signal.

Auch kann vorgesehen sein, dass eine für das Messen und/oder Ermitteln der Zustandsgröße vorgesehene Abtastrate in Abhängigkeit des auf diese Zustandsgröße anzuwendenden Diagnoseverfahrens gewählt wird. So erfordern beispielsweise Diagnoseverfahren auf Basis einer Verformungsanalyse und auf Basis einer Teilentladungsanalyse höhere Abtastraten, beispielsweise 500MHz, bei ihren jeweiligen Zustandsgrößen, als beispielsweise solche auf Basis einer harmonischen Analyse, beispielsweise hier 100kHz. It can also be provided that a sampling rate provided for measuring and / or determining the state variable is selected as a function of the diagnostic method to be used for this state variable. Thus, for example, diagnostic methods based on a deformation analysis and based on a partial discharge analysis require higher sampling rates, for example 500 MHz, for their respective state variables than, for example, those based on a harmonic analysis, for example 100 kHz.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das erste Diagnoseverfahren eine Schwingungs- und/oder Vibrationsanalyse, insbesondere für einen Rotor, ein Gehäuse, einen Wickelkopf („End Winding Vibration (Analysis)“), eine Welle („Torsional Vibration (Analysis)“) oder ein Lager der Anlage, umfasst. Furthermore, it can be provided that the first diagnostic method, a vibration and / or vibration analysis, in particular for a rotor, a housing, a winding head ("End Winding Vibration (Analysis)"), a wave ("Torsional Vibration (Analysis)") or a warehouse of the facility, includes.

Das erste Diagnoseverfahren kann auch eine Luftspaltanalyse, unter Verwendung derer ein Luftspalt zwischen einem Rotor und einem Stator der Anlage überwacht wird, oder eine Magnetfeldanalyse („Flux Probe“) für einen Generator der Anlage umfassen. The first diagnostic method may also include air gap analysis, using which an air gap between a rotor and a stator of the plant is monitored, or a flux probe for a generator of the plant.

Bei einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass das erste Diagnoseverfahren eine „Balance of Plant“ Analyse, eine Motorstromanalyse, eine Kavitationserkennung, eine Getriebeüberwachung oder eine Verbrennungsanalyse eines Verbrennungsprozesses, insbesondere in einer Brennkammer der Anlage, umfasst. In a further preferred development, it is provided that the first diagnostic method comprises a balance of plant analysis, a motor current analysis, a cavitation detection, a transmission monitoring or a combustion analysis of a combustion process, in particular in a combustion chamber of the plant.

Ferner kann auch bevorzugt vorgesehen sein, dass die Komponente der Anlage, für welche das zweite Diagnoseverfahren durchgeführt wird, eine Turbinenschaufel ist, deren Verformung und/oder deren Abstand zu einem die Turbinenschaufel aufnehmenden Gehäuse unter Verwendung des zweiten Diagnoseverfahrens ermittelt wird („blade tip clearance“ Analyse, „tip timing“ Analyse. Furthermore, it may also be preferred for the component of the installation, for which the second diagnostic method is carried out, to be a turbine blade whose deformation and / or distance to a housing accommodating the turbine blade is determined using the second diagnostic method (blade tip clearance "Analysis," tip timing "analysis.

Nach einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass bei der Teilentladungsanalyse ein elektromagnetischer Impuls bei der Komponente der Anlage, insbesondere in einem vorgebbaren Frequenzband, beispielsweise 20–500 MHz, gemessen und/oder ermittelt wird. According to a further preferred embodiment, it is provided that in the partial discharge analysis, an electromagnetic pulse in the component of the system, in particular in a predetermined frequency band, for example, 20-500 MHz, measured and / or determined.

Nach einer bevorzugten Weiterbildung ist auch vorgesehen, dass eine oder mehrere von den Zustandsgrößen in Echtzeit gemessen und/oder ermittelt wird bzw. werden. Auch die Auswertung der Zustandsgrößen kann in Echtzeit erfolgen. According to a preferred embodiment, it is also provided that one or more of the state variables is measured and / or determined in real time. The evaluation of the state variables can also be done in real time.

Auch kann zweckmäßig sein, dass eine oder mehrere von den Zustandsgrößen vor ihrer Auswertung vorverarbeitet, insbesondere gefiltert (beispielsweise mittels entsprechender (Band-)Filter) und/oder verstärkt (beispielsweise mittels entsprechender Verstärker), wird oder werden, um so – gegebenenfalls – die jeweilige Zustandsgröße in einen vorgebbaren (Werte-)Bereich zu bringen. It may also be expedient for one or more of the state variables to be preprocessed before their evaluation, in particular filtered (for example by means of corresponding (band) filters) and / or amplified (for example by means of corresponding amplifiers), or will be so as to-if appropriate-the to bring the respective state variable into a predefinable (value) range.

Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unteransprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergegeben sind. Diese Merkmale wird der Fachmann jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. The previously given description of advantageous embodiments of the invention contains numerous features, which are given in the individual subclaims partially summarized in several. However, those skilled in the art will conveniently consider these features individually and summarize them to meaningful further combinations.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung von einem oder mehreren Ausführungsbeispielen, das bzw. die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert wird bzw. werden. The above-described characteristics, features, and advantages of this invention, as well as the manner in which they will be achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of one or more embodiments, further illustrated in connection with the figures will or will be.

Die Erfindung ist jedoch nicht auf die in dem bzw. den Ausführungsbeispielen angegebene Kombination von Merkmalen beschränkt, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. So können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit isoliert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung eingebracht werden. However, the invention is not limited to the combination of features specified in the exemplary embodiments, not even with regard to functional features. For this purpose, suitable features of each embodiment can also be considered explicitly isolated, removed from one exemplary embodiment, introduced into another exemplary embodiment for its supplementation.

Gleiche Teile/Bauteile, Komponenten, Objekte u.ä. sind durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren gekennzeichnet. Identical parts / components, components, objects, etc. are indicated by like reference numerals in the figures.

Es zeigt: It shows:

FIG schematisch eine integrierte Zustandsüberwachung (CM) bei einem Kraftwerk. Schematically shows an integrated condition monitoring (CM) at a power plant.

Integrierte Zustandsüberwachung (Condition Monitoring/CM) durch mehrere Diagnoseverfahren (FIG) Integrated condition monitoring (CM) through several diagnostic procedures (FIG)

FIG zeigt – schematisch – eine integrierte Zustandsüberwachung 2 bzw. ein integriertes Condition Monitoring (CM) 2 für ein Kraftwerk mittels mehrerer verschiedener Diagnoseverfahren 4. FIG shows - schematically - an integrated condition monitoring 2 or an integrated condition Monitoring (CM) 2 for a power plant by means of several different diagnostic methods 4 ,

(Nicht näher dargestellte) Komponenten eines solchen Kraftwerks sind, beispielsweise im Fall eines üblichen Dampfkraftwerks, u.a. eine Turbine mit einer Brennkammer, einem Rotor und Turbinenschaufeln, ein Generator mit einer mittels mehreren Lagern gelagerten Welle, einem Läufer und einem Stator, ein Getriebe mit einem Getriebegehäuse sowie weiteren Gehäusen/-teilen und Anbauteilen. (Not shown) components of such a power plant are, for example in the case of a conventional steam power plant, u.a. a turbine with a combustion chamber, a rotor and turbine blades, a generator with a shaft supported by a plurality of bearings, a rotor and a stator, a transmission with a gear housing and other housings / parts and attachments.

Gefahren und überwacht wird ein solches Kraftwerk – in der Regel von einer Leitwarte aus – mittels einer Leittechnik. Bei dieser Leittechnik werden üblicherweise sämtliche in dem Kraftwerk anfallende Informationen, wie beispielsweise durch Sensoren (an den Komponenten) gemessene/ermittelte Messwerte, Prozess- und/oder Zustandsgrößen/-daten 28, in der Leitwarte, d.h. an dortigen Anzeigesystemen, angezeigt und dort in einem leittechnischen Zentralrechner – als die zentrale Kontroll-/Steuer/-Regeleinheit des Kraftwerks – nach einem zentralen Kontroll-/Steuer/-Regelplan verarbeitet. Betriebszustände einzelner Kraftwerkskomponenten werden so dort angezeigt, ausgewertet, kontrolliert, gesteuert und/oder geregelt. Über Steuerorgane kann dort von einem Leitstandsfahrer (Operateur) – meist über Benutzerschnittstellen (HMI) – in den Betriebsablauf des Kraftwerks eingegriffen – und dadurch das Kraftwerk gefahren – werden. Such a power plant is dangers and is monitored - usually from a control room - by means of a control system. In this control technology usually all information obtained in the power plant, such as by sensors (on the components) measured / determined measured values, process and / or state variables / data 28 , in the control room, ie on local display systems, displayed and processed there in a control center computer - as the central control / control unit of the power plant - according to a central control / control / regulation plan. Operating states of individual power plant components are thus displayed, evaluated, controlled, controlled and / or regulated there. About control organs can there by a control room operator (operator) - intervened in the operation of the power plant - usually via user interfaces (HMI) - and thereby driven the power plant - be.

FIG zeigt nun eine schematische Übersicht über eine integrierte Zustandsüberwachung 2 bzw. ein integriertes Condition Monitoring (CM) 2 für ein Kraftwerk mittels mehrerer bzw. einer Vielzahl von verschiedenen Diagnoseverfahren 4, wie sie im Rahmen dieser Leittechnik eines Kraftwerks – zur (Zustands-)Überwachung des Kraftwerks – ein-/umgesetzt werden kann. FIG. 1 shows a schematic overview of an integrated condition monitoring 2 or an integrated Condition Monitoring (CM) 2 for a power plant by means of several or a plurality of different diagnostic methods 4 how it can be implemented / implemented within the framework of this control system of a power plant - for (state-) monitoring of the power plant.

Der linke Teil (A) der FIG verdeutlicht die Signalgenerierung bzw. Datenerhebung 6 an den Komponenten des Kraftwerks (mittels entsprechender Sensoren), welche Signale/Daten dann als – gemessene/ermittelte – Zustandsgrößen 28 des Kraftwerks bzw. deren Komponenten bzw. als Input bzw. Eingangssignale/-daten für die verschiedenen Diagnoseverfahren 4 – so schematisch dargestellt im zentralen Teil (B) der FIG – an diese weitergeleitet und dort durch diese ausgewertet werden 8. Deren Ergebnisse werden dann – wie im rechten Teil (C) der FIG gezeigt – zu verschiedenen Zustandsbewertungen für bestimmte Komponenten des Kraftwerks zusammengeführt 10, unter Verwendung deren dann das Kraftwerk zustandsüberwacht werden kann 12. The left part (A) of the FIG illustrates the signal generation or data collection 6 at the components of the power plant (by means of appropriate sensors), which signals / data then as - measured / determined - state variables 28 of the power plant or its components or as input or input signals / data for the various diagnostic methods 4 - Shown schematically in the central part (B) of FIG - forwarded to this and evaluated there by them 8th , Their results are then - as shown in the right part (C) of FIG - merged into different state ratings for certain components of the power plant 10 , using which then the power plant can be state-monitored 12 ,

Wie im linken Teil (A) der FIG verdeutlicht ist, erfolgt die Signalgenerierung bzw. Datenerhebung 6 mittels zwei Arten von I/O Modulen 30, 32, 34, nämlich ein Modultyp 1 32, welcher ein durch einen Sensor generiertes Sensorsignal mit einer Abtastrate von 500MHz bei einer Abtastauflösung von 12 bit abtastet, und ein Modultyp 2 34, welcher ein Sensorsignal mit einer Abtastrate von 100 kHz bei einer Abtastauflösung von 24 bit abtastet. Hierdurch kann unterschiedlichen Anforderungen, welche die verschiedenen Diagnoseverfahren 4 an ihren jeweiligen, erforderlichen (Daten-)Input stellen, gerecht getan werden. As illustrated in the left part (A) of the FIG, the signal generation or data collection takes place 6 using two types of I / O modules 30 . 32 . 34 namely a module type 1 32 which samples a sensor signal generated by a sensor at a sampling rate of 500 MHz at a sampling resolution of 12 bits, and a module type 2 34 which samples a sensor signal at a sampling rate of 100 kHz at a sampling resolution of 24 bits. This can result in different requirements, which the different diagnostic methods 4 at their respective, required (data) input.

Auf diese Weise werden so – mittels der Sensoren an den Komponenten des Kraftwerks (nicht näher dargestellt), wie beispielsweise mechanische Sensoren (Manometer, Dehnungshebel, Federwaage, Hebelwaage, Thermometer), thermoelektrische Sensoren (Thermoelement), resistive Sensoren (Dehnungsmessstreifen (DMS), Hitzdraht, Halbleiter-DMS, Pt100), piezoelektrische Sensoren (Beschleunigungssensor), kapazitive Sensoren (Drucksensor, Regensensor), induktive Sensoren (Inklinometer, Kraftsensor, Wegaufnehmer), optische Sensoren (CCD-Sensor, Fotozelle) und magnetische Sensoren (Hall-Sensoren, Reed Kontakt) und mittels der I/O Module 30, 32, 34 – bestimmte Zustandsgrößen 28, wie (Dreh-)Geschwindigkeiten, Beschleunigungen, Verschiebungen, Schwingungen, Dehnungen, Temperaturen, Spannungen, Ladungen, Ströme, Drücke, Schall/Schallfelder, elektrische und magnetische Felder für die Kraftwerkskomponenten, ermittelt 6. In this way, by means of the sensors on the components of the power plant (not shown in detail), such as mechanical sensors (pressure gauge, expansion lever, spring balance, lever balance, thermometer), thermoelectric sensors (thermocouple), resistive sensors (strain gauges (strain gauges), Hot wire, semiconductor strain gauge, Pt100), piezoelectric sensors (acceleration sensor), capacitive sensors (pressure sensor, rain sensor), inductive sensors (inclinometer, force sensor, displacement sensor), optical sensors (CCD sensor, photocell) and magnetic sensors (Hall sensors, Reed contact) and by means of the I / O modules 30 . 32 . 34 - certain state variables 28 , such as (rotational) speeds, accelerations, displacements, vibrations, strains, temperatures, voltages, charges, currents, pressures, sound / sound fields, electric and magnetic fields for the power plant components, determined 6 ,

Wie im zentralen Teil (B) der FIG verdeutlicht ist, erfolgt dann die Auswertung 8 der Zustandsgrößen 28 bzw. der Sensorsignale/-daten durch eine Mehrzahl bzw. eine Vielzahl von verschiedenen Diagnoseverfahren 4, welche sich, wie FIG zeigt, in vier verschiedene Gruppierungen 14 bzw. 20, 14 bzw. 22, 16, 18 unterteilen lassen – und welche Diagnosen („Zustandsergebnisse“) für die Anlagenkomponenten stellen. As illustrated in the central part (B) of the FIG, the evaluation then takes place 8th the state variables 28 or the sensor signals / data by a plurality or a plurality of different diagnostic methods 4 , which, as FIG shows, in four different groupings 14 respectively. 20 . 14 respectively. 22 . 16 . 18 subdivide - and which diagnoses ("condition results") for the plant components.

„Getriggerte harmonische Analyse“ 4, 14, 20 "Triggered harmonic analysis" 4 . 14 . 20

Nach einer ersten Gruppe von Diagnoseverfahren („getriggerte harmonische Analyse“) 14 bzw. 20 erfolgt, wie FIG zeigt, die Auswertung 8 der Zustandsgrößen 28 bzw. der (unter Verwendung des Modultyps 1) generierten Signale bzw. Daten mittels einer harmonischen Analyse 14, wobei hier die durch die harmonische Analyse 14 ausgewerteten Signale bzw. Daten getriggerte Signale bzw. Daten sind. After a first group of diagnostic procedures ("triggered harmonic analysis") 14 respectively. 20 takes place, as FIG shows, the evaluation 8th the state variables 28 or the generated (using the module type 1) signals or data by means of a harmonic analysis 14 Here, by the harmonic analysis 14 evaluated signals or data triggered signals or data.

D.h., die für die „getriggerte harmonische Analyse“ 14 bzw. 20 verwendeten Zustandsgrößen 28 bzw. Signale/Daten, wie beispielsweise an den Komponenten gemessene Schwingungen, sind – in diesem Fall – mittels einer Rotationsgeschwindigkeit der Turbine und/oder des Generators des Kraftwerks getriggert („Rotations-getriggert“). That is, for the "triggered harmonic analysis" 14 respectively. 20 used state variables 28 or signals / data, such as vibrations measured at the components, are - in this case - triggered by means of a rotation speed of the turbine and / or the generator of the power plant ("rotation-triggered").

Die getriggerte harmonische Analyse 14 der – Rotations-getriggerten – Zustandsgrößen 28 bzw. Signale/Daten erfolgt dann mittels einer Diskreten Fourier Transformation bzw. DFT. Alternativ kann die harmonische Analyse 14 bei diesen Rotations-getriggerten Zustandsgrößen 28 auch mittels einer Schnellen Fourier Transformation bzw. FFT durchgeführt werden. The triggered harmonic analysis 14 the - rotation-triggered - state variables 28 or signals / data is then effected by means of a discrete Fourier transformation or DFT. Alternatively, the harmonic analysis 14 at these rotation-triggered state variables 28 also be carried out by means of a fast Fourier transformation or FFT.

Dadurch können so – bei der harmonischen Analyse 14 der Zustandsgrößen 28 – eine erste Harmonische und/oder höhere Harmonische und/oder ein quadratisches Mittel der Zustandsgröße – als über den Zustand der Anlagenkomponenten Aufschluss gebende Größen – ermittelt werden. Thus, in the harmonic analysis 14 the state variables 28 A first harmonic and / or higher harmonic and / or a quadratic mean of the state quantity are determined as quantities which give information about the state of the plant components.

Mittels dieser „getriggerten harmonischen Analyse“ 14, 20 erfolgt, wie hier FIG auch verdeutlicht, eine Schwingungs- und/oder Vibrationsanalyse des Rotors, des Gehäuses und Lager der Anlage 36, eine Vibrationsanalyse des Generatorwickelkopfes der Anlage („End Winding Vibration (Analysis)“) 38, eine Luftspaltanalyse (des Luftspaltes zwischen dem Generatorrotor und dem Generatorstator der Anlage) 40, eine Magnetfeldanalyse für den Generator der Anlage („Flux Probe“) 42 sowie eine Vibrationsanalyse der Turbinenwelle, bei welcher Bewegungen der Welle als Antwort auf externe Einflüsse, welche über den Generatorwickelkopf auf die Welle der Turbine (inkl. des Generators und der mechanischen Antriebseinheiten) übertragen werden, („Torsion“) 44 beobachtet bzw. analysiert werden, wobei die entsprechenden getriggerten Zustandsgrößen 28 den jeweiligen „getriggerten harmonischen Analysen“ dieser Diagnoseverfahren 14 unterzogen werden. By means of this "triggered harmonic analysis" 14 . 20 takes place, as also illustrated here, a vibration and / or vibration analysis of the rotor, the housing and bearings of the system 36 , a vibration analysis of the generator winding head of the plant ("End Winding Vibration (Analysis)") 38 , an air gap analysis (of the air gap between the generator rotor and the generator stator of the plant) 40 , a magnetic field analysis for the generator of the plant ("Flux Probe") 42 and a vibration analysis of the turbine shaft, in which movements of the shaft in response to external influences, which are transmitted via the generator winding head to the shaft of the turbine (including the generator and the mechanical drive units), ("torsion") 44 be observed or analyzed, with the corresponding triggered state variables 28 the respective "triggered harmonic analyzes" of these diagnostic methods 14 be subjected.

„Nicht getriggerte harmonische Analyse“ 4, 14, 22 "Non-triggered harmonic analysis" 4 . 14 . 22

Nach einer zweiten Gruppe von Diagnoseverfahren („nicht getriggerte harmonische Analyse“) 14 bzw. 22 erfolgt die Auswertung der Zustandsgrößen 28 bzw. der (unter Verwendung des Modultyps 1) generierten Signale bzw. Daten ebenfalls mittels der harmonischen Analyse 14, wobei hier – im Unterschied zur ersten Gruppe – „un-/nicht getriggerte“ Signale und Daten verwendet bzw. mittels der diesbezüglichen Diagnoseverfahren 14 bzw. 22 ausgewertet werden 8. After a second group of diagnostic procedures ("non-triggered harmonic analysis") 14 respectively. 22 the evaluation of the state variables takes place 28 or the generated (using the module type 1) signals or data also by means of the harmonic analysis 14 , here - in contrast to the first group - "un / not triggered" signals and data used or by means of the relevant diagnostic methods 14 respectively. 22 be evaluated 8th ,

Die „nicht getriggerte harmonische Analyse“ 14 bzw. 22 der – in diesem Fall nicht getriggerten – Zustandsgrößen 28 bzw. Signale/Daten erfolgt, wie FIG verdeutlicht, durch eine Schnelle Fourier Transformation bzw. FFT, wobei hier dann weiter die erhaltenen Frequenzen in Frequenzbändern unterteilt werden und für die einzelnen Frequenzbänder jeweils das quadratische Mittel bestimmt wird. The "non-triggered harmonic analysis" 14 respectively. 22 the - not triggered in this case - state variables 28 or signals / data takes place, as FIG illustrates, by means of a fast Fourier transformation or FFT, whereby the received frequencies are further subdivided into frequency bands and the quadratic mean is determined for the individual frequency bands.

Mittels dieser „nicht getriggerten harmonischen Analyse“ 14, 22 erfolgt, wie hier FIG auch verdeutlicht, eine „Balance of Plant“ Analyse („BoP“) 46, eine Motorstromanalyse („Motor Current“) 48, eine Verbrennungsanalyse bzw. Flammenüberwachung des Verbrennungsprozesses in der Brennkammer der Anlage („CDMS“) 50 sowie eine Getriebeüberwachung („Gearboxes“) 52, wobei die entsprechenden – hier nicht getriggerten – Zustandsgrößen 28 den jeweiligen „nicht getriggerten harmonischen Analysen“ dieser Diagnoseverfahren 14, 22 unterzogen werden. By means of this "non-triggered harmonic analysis" 14 . 22 takes place, as illustrated here also, a "balance of plant" analysis ("BoP") 46 , a motor current analysis ("Motor Current") 48 , a combustion analysis or flame monitoring of the combustion process in the combustion chamber of the plant ("CDMS") 50 as well as a transmission monitoring ("Gearboxes") 52 , where the corresponding - not triggered - state variables 28 the respective "non-triggered harmonic analyzes" of these diagnostic methods 14 . 22 be subjected.

„Verformungsanalyse“ („Blade Sample Analysis“) 4, 16 "Blade Sample Analysis" 4 . 16

Nach einer dritten Gruppe von Diagnoseverfahren 4 bzw. 16 erfolgt die Überwachung bzw. Analyse der Turbinenschaufeln der Anlage. D.h, nach diesen dritten Diagnoseverfahren 4 bzw. 16 werden – hier ebenfalls wieder auf Basis (Rotations-)getriggerter (und in diesem Fall unter Verwendung des Modultyps 2 abgetasteter) Zustandsgrößen 28 – Verformungen der Turbinenschaufeln analysiert und überwacht 54 („Blade Tip Clearance“, „Tip Timing“ 54). Hierbei erfolgt auch eine Überwachung des Abstandes der Turbinenschaufeln zum Gehäuse. After a third group of diagnostic procedures 4 respectively. 16 the monitoring or analysis of the turbine blades of the plant takes place. That is, after these third diagnostic procedures 4 respectively. 16 - here again based on (rotation) triggered (and in this case using the module type 2 sampled) state variables 28 - Turbine blade deformation analyzed and monitored 54 ("Blade Tip Clearance", "Tip Timing" 54 ). In this case, there is also a monitoring of the distance of the turbine blades to the housing.

„Teilentladungsanalyse“ 4, 18 "Partial discharge analysis" 4 . 18

Eine vierte Gruppe von Diagnoseverfahren 4 bzw. 18 beinhaltet Teilentladungsanalysen am Generator der Anlage sowie von anderen Hochspannungskomponenten der Anlage. Bei diesen Diagnoseverfahren 4 bzw. 18 – auf Basis getriggerter und mit Modultyp 2 abgetasteter Zustandsgrößen 28 – werden an den Komponenten, d.h. am Generator und den anderen Hochspannungskomponenten, gemessene – elektromagnetische Impulse analysiert, um Fehler/Schäden bei dortigen Isolierungssystemen zu erkennen. A fourth group of diagnostic procedures 4 respectively. 18 includes partial discharge analyzes on the generator of the plant as well as other high-voltage components of the plant. In these diagnostic procedures 4 respectively. 18 - on the basis of triggered state variables sampled with module type 2 28 - are measured on the components, ie on the generator and the other high voltage components, measured - electromagnetic pulses to detect faults / damage in local insulation systems.

Wie FIG weiter auch verdeutlicht, werden dann Ergebnisse jeweils mehrerer Diagnoseverfahren 4, 14/20/22, 16, 18 zusammengeführt, um Zustandsbewertungen für eine jeweilige/bestimmte Komponente von den Komponenten der Anlage zu ermitteln 10. As FIG further clarifies, then results of each of several diagnostic methods 4 . 14 / 20 / 22 . 16 . 18 merged to determine condition evaluations for a particular component of the components of the plant 10 ,

Anders ausgedrückt, wo unterschiedliche Diagnoseverfahren 4 aus den vier Gruppen jeweils Ergebnisse bezüglich einer bestimmten Komponente der Anlage liefern, werden diese Ergebnisse dieser Diagnoseverfahren zu einer kombinierten Zustandsbewertung für diese bestimmte Komponente zusammengefahren 10. In other words, where different diagnostic methods 4 from the four groups, each provide results relating to a particular component of the plant, these results of these diagnostic methods are combined into a combined condition score for that particular component 10 ,

So können beispielsweise Ergebnisse der Vibrationsanalyse des Generatorwickelkopfes der Anlage („End Winding Vibration (Analysis)“) 38 mit solchen aus der Teilentladungsanalyse 56 zusammengeführt und miteinander abgeglichen werden, um zuverlässig abnormale Zustände des Generators, welche frühzeitig dortige Schäden erkennen lassen können, zu erkennen. For example, results of the vibration analysis of the generator winding head of the plant ("End Winding Vibration (Analysis)") 38 with those from the partial discharge analysis 56 merged and aligned with each other to reliably detect abnormal conditions of the generator, which can detect early local damage, to recognize.

Auch die Zusammenführung und der Abgleich von Ergebnissen aus der Schwingungs- und/oder Vibrationsanalyse 36 des Rotors der Anlage mit solchen aus der Verformungsanalyse 54 lassen zuverlässig abnormale Zustände von Turbinenschaufeln erkennen, wodurch frühzeitig dortige Schäden aufgedeckt werden können. Also, the combination and comparison of results from the vibration and / or vibration analysis 36 of the rotor of the plant with those of the deformation analysis 54 reliably detect abnormal conditions of turbine blades, allowing early detection of damage there.

Auch kann das Ergebnis der Vibrationsanalyse der Turbinenwelle („Torsion“) 44 einem „Cross-Check“ mit dem Ergebnis der Verformungsanalyse 54 unterzogen werden, um so abnormale Turbinenzustände und Schäden an der Turbine frühzeitig und sicher zu erkennen. Also, the result of the vibration analysis of the turbine shaft ("torsion") 44 a "cross-check" with the result of the deformation analysis 54 to detect abnormal turbine conditions and damage to the turbine early and safely.

Wie FIG dann auch verdeutlicht, wird unter Verwendung dieser kombinierten Zustandsbewertungen für die Komponenten der Anlage die Anlage zustandsüberwacht 12. As FIG then makes clear, the system is state-monitored using these combined state ratings for the components of the plant 12 ,

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bzw. die bevorzugten Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment (s), the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

2 2: integrierte Zustandsüberwachung, integriertes Condition Monitoring (CM)integrated condition monitoring, integrated condition monitoring (CM)
4 4: Diagnoseverfahren diagnostic procedures
6 6: Messung/Ermittlung von mechanischen und elektrischen Zustandsgrößen, Signalgenerierung/DatenerhebungMeasurement / determination of mechanical and electrical state variables, signal generation / data collection
8 8th: Auswertung der Zustandsgrößen unter Verwendung mehrerer verschiedener DiagnoseverfahrenEvaluation of the state variables using several different diagnostic methods
10 10: Ermittlung einer Zustandsbewertung Determination of a condition assessment
12 12: Zustandsüberwachung unter Verwendung der ermittelten ZustandsbewertungCondition monitoring using the determined condition evaluation
14 14: erstes Diagnoseverfahren auf Basis einer harmonischen Analyse, harmonische Analysefirst diagnostic procedure based on a harmonic analysis, harmonic analysis
16 16: zweites Diagnoseverfahren auf Basis einer Verformungsanalyse, Verformungsanalysesecond diagnostic method based on a deformation analysis, deformation analysis
18 18: drittes Diagnoseverfahren auf Basis einer Teilentladungsanalyse, Teilentladungsanalysethird diagnostic method based on a partial discharge analysis, partial discharge analysis
20 20: getriggerte harmonische Analyse triggered harmonic analysis
22 22: nicht getriggerte harmonische Analyse non-triggered harmonic analysis
24 24: Vorverarbeitung, Filterung Preprocessing, filtering
26 26: Alarmierung alarming
28 28: (elektrische/mechanische) Zustandsgröße (electrical / mechanical) state variable
30 30: I/O Module I / O modules
32 32: Modultyp 1 Module type 1
34 34: Modultyp 2 Module type 2
36 36: Schwingungs- und/oder Vibrationsanalyse Vibration and / or vibration analysis
38 38: Vibrationsanalyse, „End Winding Vibration (Analysis)“Vibration Analysis, "End Winding Vibration (Analysis)"
40 40: Luftspaltanalyse („Air Gap“) Air gap analysis ("Air Gap")
42 42: Magnetfeldanalyse („Flux Probe“) Magnetic field analysis ("Flux Probe")
44 44: Vibrationsanalyse („Torsion“) Vibration analysis ("torsion")
46 46: „Balance of Plant“ Analyse („BoP“) Balance of Plant Analysis ("BoP")
48 48: Motorstromanalyse („Motor Current“) Motor Current Analysis ("Motor Current")
50 50: Verbrennungsanalyse, Flammenüberwachung („CDMS“) Combustion analysis, flame monitoring ("CDMS")
52 52: Getriebeüberwachung („Gearbox“) Transmission monitoring ("Gearbox")
54 54: Verformungsanalyse, „Blade Tip Clearance”, „Tip Timing”, („Triggered Blade Count“)Deformation analysis, "Blade Tip Clearance", "Tip Timing", ("Triggered Blade Count")
56 56: Teilentladungsanalyse („Partial Discharge Sample Analysis“)Partial Discharge Sample Analysis
A A: linker Teil, Signalgenerierung/Datenerhebung von (gemessenen/ermittelten Zustandsgrößen)left part, signal generation / data acquisition of (measured / determined state variables)
B B: zentraler Teil, Diagnoseverfahren central part, diagnostic procedure
C C: rechter Teil, Zustandsbewertung, Zustandsüberwachung right part, condition assessment, condition monitoring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

DIN 31051 [0006]
"Partial discharge monitoring system for generators and other high voltage components (SIEMON HF 10-2)", Siemens AG, Energy Sector, 2008 [0009]
Fernando Álvarez 1, Fernando Garnacho 2, Javier Ortego 3 and Miguel Ángel Sánchez-Urán, Sensors 2015, 15, 7360-7387 [ Application of HFCT and UHF Sensors in On-line Partial Discharge Measurements for Insulation Diagnosis of High Voltage Equipment ] 0010]
Allan May, David McMillan, Sebastian Thons [0011] "Economic analysis of condition monitoring systems for offshore wind turbine subsystems".
"Economic analysis of condition monitoring systems for offshore wind turbine subsystems", Table 1 [0013]

Claims

Condition monitoring procedure ( 2 ) a mechanical and electrical components having plant, in which - mechanical state variables and electrical state variables ( 28 ) are measured on the components of the installation and / or determined for the components of the installation ( 6 ), - the state variables ( 28 ) using several different diagnostic methods ( 4 ) be evaluated ( 8th ), the several different diagnostic methods ( 4 ) at least - a first diagnostic method ( 14 ) based on a harmonic analysis of one of the state variables ( 28 ), - a second diagnostic procedure ( 16 ) based on a deformation analysis of one of the components of the plant and - a third diagnostic process ( 18 ) based on a partial discharge analysis of one of the components of the plant, - results of at least two of the several different diagnostic methods ( 4 ) a condition evaluation is determined for a selected component of the installation ( 10 ) and - using the condition evaluation of the selected component of the system, the system is condition-monitored ( 12 ).

Procedure ( 2 ) According to at least one of the preceding claims, characterized in that the plant is a power generation plant, in particular a turbine-generator system, and / or the components of the system, a turbine, a generator, a shaft, a rotor, a bearing, a turbine blade , an electric motor, a converter, a transformer, a housing, a combustion chamber and / or a high voltage component are.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that one of the mechanical state variables ( 28 ) is at least one (rotational) speed, an acceleration, a displacement, a vibration, an elongation, a temperature and / or a voltage and / or one of the electrical / electromagnetic state variables ( 28 ) is a charge, a voltage, a current, a pressure, a sound / sound field, an electric and / or magnetic field.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the harmonic analysis ( 14 ) of the state variable ( 28 ) comprises a DFT or an FFT of the state variable.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the several different diagnostic methods ( 4 ) several first ( 14 ), second ( 16 ) and / or third ( 18 ) Diagnostic method ( 4 ).

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least one of the ones using the several different diagnostic methods ( 4 ) evaluated state variables ( 28 ), in particular the state variable ( 28 ) to which the first diagnostic procedure ( 14 ), triggered, in particular triggered using a rotational speed, is ( 20 ).

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first diagnostic method ( 14 . 20 ) a vibration and / or vibration analysis ( 36 ), in particular for a rotor, a housing, an end windings vibration (Analysis) "( 38 ), a wave ("Torsional Vibration (Analysis)") ( 44 ) or a warehouse of the facility.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first diagnostic method ( 14 . 20 ) an air gap analysis ( 40 ), using which an air gap between a rotor and a stator of the plant is monitored, or a magnetic field analysis ("Flux Probe", 42 ) for a generator of the plant.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the harmonic analysis ( 14 ) of the state quantity a first harmonic and / or higher harmonic and / or a quadratic mean of the state variable is / are determined.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first diagnostic method ( 14 . 22 ) a balance of plant analysis ( 46 ), a motor current analysis ( 48 ), cavitation detection, transmission monitoring ( 52 ) or a combustion analysis ( 50 ) of a combustion process, in particular in a combustion chamber of the plant comprises.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the component of the plant for which the second diagnostic method ( 16 ), a turbine blade whose deformation and / or distance to a turbine blade receiving housing is determined using the second diagnostic method.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the partial discharge analysis ( 18 ) 56 ) an electromagnetic pulse in the component of the system, in particular in a predetermined frequency band, measured and / or determined.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that one or more of the state variables are measured and / or determined in real time ( 6 ) is or will be and / or that the evaluation ( 8th ) of the state variables takes place in real time.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least two of the state variables ( 28 ) measured at different sampling rates and / or determined ( 6 ) and / or that one or more of the state variables ( 28 ) before their evaluation ( 8th ) preprocessed ( 24 ), in particular filtered, will or will.

Procedure ( 2 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that an alarm is issued ( 26 ), if the condition evaluation corresponds to a predetermined criterion or does not correspond and / or if the result of at least one of the diagnostic methods corresponds to a predetermined criterion or not.