JP2003067038A

JP2003067038A - 運用保全情報提供システムおよび管理費用徴収方法

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Publication number: JP2003067038A
Application number: JP2001254747A
Authority: JP
Inventors: Jinichiro Goto; 仁一郎後藤; Takeshi Ishida; 武司石田; Hiroshi Haruyama; 博司春山; Naoyuki Nagabuchi; 尚之永渕; Toru Horie; 堀江　　徹; Yasushi Hayasaka; 靖早坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-07

Abstract

(57)【要約】【課題】発電設備の中で保守保全費用の掛かる部品の
状態診断および損傷診断をリアルタイムに行い、その情
報を運用者である顧客に知らせることができる汎用性と
拡張性のある運用保全情報提供システムを提供する。【解決手段】発電設備１と、この発電設備１と通信回
線１３を介して接続され、前記発電設備１から送られて
くる情報に基づいて当該発電設備１の各部の診断を含む
管理を行う機器管理装置１５とを備え、前記機器管理装
置１５は、前記発電設備１から送られてくる情報に基づ
いて前記発電設備の信頼性およびメンテナンス費用に係
る情報の少なくとも一方を算出し、算出した情報を定量
的に示される情報として前記発電設備１の運用者側の端
末に送信する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発電設備の運用保全
情報を管理装置側から発電設備の運用者側に提供する運
用保全情報提供システムおよびこの運用保全情報提供シ
ステムにおける管理費用徴収方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンを用いた発電設備、例えば
ガスタービン発電プラント、コンバインド発電プラント
（ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電プラ
ント）、コジェネレーション・プラント（ガスタービン
を用いて発電し、その際に生ずる排熱を温水や暖房用の
熱源などに利用するプラント）では、構成機器の総計が
数万点にも及ぶ。これら発電および熱供給設備の構成機
器は、経年的に劣化を生じ、故障に至る虞もある。従来
では、設備の構成機器の故障が発生してから補修をする
事後保全の方式がとられている。

【０００３】しかし、このような事後保全の方式では、
故障により設備を停止させざるを得ない状態になること
もあり、意図しない時期に停止させることによりいろい
ろな不都合が生じることがある。そこで、昨今では、発
電設備の現在の運転状態および損傷状態を把握し、余寿
命を予測して、計画的な点検と補修による予防保全、す
なわち事前対策の支援を実施することに注目が集まって
いる。

【０００４】近年では発電設備の部品管理装置およびプ
ラント設備管理プログラムにより、発電設備の部品管理
の適正化を図る技術がある。この技術では、プラントの
状況の判定手段として、等価運転時間を算出する方法が
用いられている。この方法によれば、現在状態に基づい
て装填される各々の機器または部品について起動停止回
数、運転負荷状態などを加味して等価運転時間が算出さ
れる。さらに次回定期点検までの予想運転時間までに予
め設定される各機器や部品の寿命時間あるいは点検・修
理時間となる機器または部品を判定する現在状況判定手
段により、機器または部品の交換、点検、修理、購入、
賃貸などのスケジュールが算出される。その一例として
特開平１０−１９６４０３号公報に記載の技術が公知で
ある。

【０００５】ガスタービン機器（発電設備、航空機用エ
ンジン）の遠隔診断装置およびそれに伴うサービス・プ
ロバイダ技術において、ガスタービンに取り付けられた
センサ情報から専用回線または無線を用いてガスタービ
ン機器の運転状態を遠隔監視し、機器に異常が見つかっ
た場合、あるいは機器運用者の希望に応じて設備のメン
テナンスを迅速に行なうサービス・プロバイダ技術があ
る。例えば、その一例がASME 2000-GT-314,presented a
t the International Gas Turbine & Aeroengine Congr
ess & Exhibition, May 8-11, 2000に記載されている。

【０００６】また、遠隔地での発電設備機器の劣化を診
断し、メンテナンス・コストを削減する方法に関して、
特開平１１−３１１３号公報に記載の技術が公知であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術の中で、
プラント設備診断方法のひとつとして挙げられている等
価運転時間管理方式は、各々の機器または部品について
の運転時間あるいは起動停止回数、運転負荷状態等を加
味してプラントの設備診断を行なっていることから、機
器または部品の寿命予測という点では比較的精度も高
い。しかしながら、診断に用いる情報は、予め入力され
るものであることから、診断結果は必ずしもプラントを
構成する機器の運転および損傷の状態をリアルタイムで
示してはいなかった。

【０００８】また、プラント設備診断方法により決定さ
れる部品の交換は次回の運転計画による累積予想寿命時
間が機器または部品の寿命時間を越えた場合に行われる
ことから、メンテナンス時期は一義的に決まってしま
い、プラント設備の運用者が以後のプラントの運転計画
および保守保全計画を自由に選択できるシステムとはな
っていなかった。さらに、プラント設備運転実績データ
と現在状態は自動入力ではなく表示入力手段を介して入
力される必要があり、運用者の手間を必要とした。

【０００９】以上のように、従来技術は主に発電設備の
構成機器および部品の効率的な管理および移送手段につ
いてを対象としたものであり、保守保全者のメリットは
大きいが、設備の運用者が受ける恩恵は必ずしも多くな
かった。

【００１０】一方、発電設備の遠隔監視技術については
前述の公知例をはじめ多くの技術が存在するが、これら
のシステムでは、個々の設備にのみ対応する専用のシス
テムであることから拡張性が低く、前記システムからの
情報を解読するには、専門的な知識が必要であり、設備
運用の非専門家の利用に際し、ユーザー・インターフェ
ースが悪かった。また、既存のシステムでは、遠隔監視
における通信手段に専用回線を用いた場合、通信速度は
速いが通信コストが非常に高くなり、インターネットを
用いた場合には通信コストは安いが通信速度が遅い点が
問題となっていた。

【００１１】そこで、本発明の第１の目的は、発電設備
の中で保守保全費用の掛かる部品の状態診断および損傷
診断をリアルタイムに行い、その情報を運用者である顧
客に知らせることができる汎用性と拡張性のある運用保
全情報提供システムを提供することにある。

【００１２】また、本発明の第２の目的は、前記運用保
全情報提供システムを採用した発電設備の運用者が保守
保全などの管理費用を削減できる管理費用徴収方法を提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記第１の目的を達成す
るため、第１の手段は、発電設備と、この発電設備と通
信手段を介して接続され、前記発電設備から送られてく
る情報に基づいて当該発電設備の各部の診断を含む管理
を行う管理装置とを備え、前記管理装置は、前記情報に
基づいて前記発電設備の信頼性およびメンテナンス費用
に係る情報の少なくとも一方を算出することを特徴とす
る。

【００１４】この場合、前記算出された情報は、前記発
電設備の運用者側の端末に定量的に示される情報として
送信する。前記発電設備の信頼性に係る情報は、前記発
電設備の運転状態、損傷状態および余寿命状態の１つを
含み、また、前記発電設備のメンテナンス費用に係る情
報は、保守保全予定費用を含む。また、前記算出され、
送信される情報は、前記発電設備の運用者が前記発電設
備の信頼性とメンテナンス費用に係る情報を参考にして
運転計画および保守保全計画を策定するに足る情報であ
ることが望ましい。

【００１５】前記第２の目的を達成するため、第２の手
段は、前記第１の手段に係る運用保全情報提供システム
における管理費用の徴収方法において、前記管理装置を
使用する保守保全者は、前記発電設備の各部の診断を含
む管理の対価を徴収する際、前記発電設備の運用者側の
端末から当該発電設備の補修および部品交換の発注が前
記発電設備および部品の予定寿命とならないうちに行わ
れた場合、前記発電設備の運用者から徴収する保守保全
費用を割り引くことを特徴とする。

【００１６】また、第３の手段は、前記第１の手段に係
る運用保全情報提供システムにおける管理費用の徴収方
法において、前記管理装置を使用する保守保全者は、前
記発電設備の各部の診断を含む管理の対価を徴収する
際、前記発電設備の運用者の管理対象設備の数に応じて
前記発電設備の運用者から徴収する保守保全費用を割り
引くことを特徴とする。なお、前記発電設備の運用者の
端末は、インターネットなどの公衆通信回線網を介して
前記管理装置と接続されるようにするとよい。

【００１７】さらに具体的には、前記目的を達成するた
めに、本発明では、発電設備の管理装置側から発電設備
の状態損傷、寿命診断結果の全てもしくは一部を発電設
備の運用者に提供するシステムとする。これにより、運
用者は発電設備の診断結果を入手した時点から、発電設
備の運転計画および保守保全計画を自由に選択でき、あ
るいは自由に設定できる。

【００１８】また、発電設備の運用者が、発電設備の運
転計画および保守保全計画にあたり、設備の補修および
部品交換を設備および部品の予定寿命以前に例えばＷＷ
Ｗブラウザを用いて管理装置側に発注を行なった場合、
管理装置を使用する保守保全者は運用者の保守保全費用
を割り引き、また、発電設備の運用者が所有する複数の
発電設備の補修および部品交換について、管理者側と複
数の契約を行った場合、発電設備の運用者が負担する保
守保全費用を割り引くなどのサービスを提供する。

【００１９】なお、発電設備の信頼性およびメンテナン
ス費用に係る情報の少なくとも一方を算出し、発電設備
の運用者側の端末に送信される定量的な情報は、発電設
備の運転状態を監視するために発電設備にセンサを取り
付け、センサ運転監視装置を通じて計測した温度、圧
力、負荷変動、その他の情報を用いて、設計基準に対す
る材料の損傷率の変化を算出し、さらに発電設備の運転
時間、起動停止回数、負荷変動回数、その他の運転情報
と、発電設備の定期検査の情報と、材料の損傷率の変化
から熱疲労損傷、クリープ損傷、その他の損傷に基づく
等価運転時間を発電設備の運転中にリアルタイムで算出
される。これにより、発電設備の運用者が立案した運転
計画に基づく発電設備の余寿命を管理装置側で診断する
ことができる。

【００２０】また、センサおよび運転監視装置を通じて
得られた情報を発電設備の構成機器の情報として遠隔地
に転送する通信手段を設ける。さらに通信手段を通じて
得られた発電設備の運転中の情報を処理および保存し、
処理結果を運転監視装置に送信する管理装置をＷＷＷブ
ラウザまたはＷＷＷサーバを用いたクライアント・サー
バ・システムとして構成する。管理装置には、発電設備
を構成する機器の状態監視、損傷および寿命診断を行う
ために解析サーバを設け、解析サーバ内には損傷に関す
る知識ベースおよびデータベースを設置する。このよう
にして、運転監視装置からセンサを用いてリアルタイム
で得られた発電設備の情報と、遠隔診断時点までの発電
設備の運転状況および定期検査情報と、知識ベース内に
ある損傷診断アルゴリズムとを用いて、管理装置側で発
電設備の診断を行なうことが可能になる。

【００２１】したがって、前記手段によれば、発電設備
の運用者は現在運転中の発電設備の情報や運転コストを
容易に知ることができ、その結果、発電設備の運用者は
運転計画および保守保全計画策定に関する自由度を高め
ることができる。

【００２２】また、発電設備の運用者は設備の総運用コ
スト削減を図ることができ、設備の保守保全者の迅速な
メンテナンスサービス実行が可能になることから、設備
運用の信頼性の向上を図ることができる。

【００２３】また、設備の保守保全者も補修部品の計画
生産が可能になり、メンテナンスサービスを予め計画す
ることができる。これにより、設備の保守保全者も安定
した収益を得ることができる。

【００２４】また、従来運転情報とメンテナンス情報の
みで算出していた等価運転時間に、センサ（温度）情報
を加えることができるので、運転中に迅速（リアルタイ
ム）かつ正確な損傷・寿命診断が可能になる。

【００２５】また、遠隔地においてガスタービン発電設
備の運転状態中の監視が可能となり、同時にガスタービ
ン発電設備の運転中に得られる情報を用いて、様々な解
析を行なうことができる。このことから、リアルタイム
でガスタービン発電設備の状態診断および損傷診断が可
能になり、発電設備の問題発生に迅速に対処できる。さ
らにＷＷＷブラウザを用いたシステムであることから、
システムの操作に際し汎用性を持たせることができる。
このことから、非専門家であってもこのシステムを容易
に扱うことができる。また、管理装置側、すなわち保守
保全者側で複数の発電設備を追加することも容易であ
り、拡張性の高いシステムを構築することができる。

【００２６】さらに、損傷に関する知識ベースを用いた
損傷・寿命診断であることから、従来技術や知識の有効
活用をすることができ、結果として、最適な損傷の診断
や保守保全方法を選択することが可能となる。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照しながら説明する。

【００２８】図１は本発明の実施形態に係る運用保全情
報提供システムのシステム構成を示す図である。この実
施形態は、ガスタービンを用いた発電設備の一例であ
る。この実施形態に係る発電システムは、発電設備１、
機器管理装置１５、前記発電設備１の各部の状態を監視
する運転監視装置１１、および前記運転監視装置１１と
前記機器管理装置１５を通信可能に接続する通信手段
（１２，１３，１４）から基本的に構成されている。

【００２９】発電設備１は、ガスタービン圧縮機２、燃
焼器３およびタービン４から構成されるガスタービン
と、このガスタービンにより駆動される発電機５などか
ら構成される。さらに、本実施形態では、発電設備がガ
スタービンを主機としたコンバインド発電プラントなの
で、排熱回収ボイラ６、蒸気タービン７、蒸気タービン
７により駆動される発電機８、および復水器９などが付
加される。これらの主要機器、すなわち、圧縮機２、燃
焼器３、タービン４、発電機５，８、排熱回収ボイラ
６、蒸気タービン７、復水器９やその他の構成機器には
その状態を監視するために各種のセンサ１０が取り付け
られている。これらのセンサ１０はケーブルにより運転
監視装置１１に接続され、センサ情報は一旦運転監視装
置１１で処理または保管される。運転監視装置１１は、
センサ情報と運転情報を通信手段、すなわち、運転監視
装置側通信機器１２、通信回線１３、機器管理装置側通
信機器１４を通じて機器管理装置１５に送る。運転監視
装置１１と運転監視装置側通信機器１２、機器管理装置
１５と機器管理装置側通信機器１４は一体化されていて
もよい。通信回線１３としては公衆電話回線などの専用
回線、インターネット回線、衛星回線などが使用され
る。通信回線１３にインターネット回線を用いた場合、
データのセキュリティを考慮し、運転監視装置側通信機
器１２、機器管理装置側通信機器１４にはインターネッ
ト用ファイヤーウォールを接続する。

【００３０】図１において発電設備機器に取り付けられ
たセンサ１０は、発電設備の構成機器の情報、例えば、
温度、圧力、振動といった情報を計測するために使用さ
れる。センサ１０から得られた各センサ情報は運転監視
装置１１に送られ、運転監視装置１１は、運転中のガス
タービン発電設備１が正常な状態にあるか否かを常に判
定する。運転中のガスタービンの正常と異常の判定は、
通常運転中のガスタービンの異常判定に用いる方法で良
い。例えば、排ガスの温度、振動の許容値を基準とする
異常判定法を用いることができる。ガスタービン機器１
が正常な状態にあれば、センサ１０により得られた情報
や運転情報は運転監視装置１１に接続されたデータ保管
装置に格納され、さらにその一部のデータは１回／１日
程度の頻度で機器管理装置１５に送信される。特に、ガ
スタービン機器の中で、重要な機器の損傷に大きく関わ
る情報（温度および圧力）は、運転監視装置１１から機
器管理装置１５に１回／１秒の頻度で送信される。ガス
タービン発電設備が何らかの異常な状態にある場合、発
電設備１側の通信装置１２、通信回線１３および機器管
理装置１５側の通信装置１４を通じてセンサ１０により
得られた全てのデータは機器管理装置１５に１回／１秒
程度の頻度で送信される。なお、これらのデータ転送頻
度は必ずしもここで挙げた頻度である必要はなく、ガス
タービン機器の情報送信の重要性、緊急性、経済性、通
信回線の安定性、その他の状況に応じて変更しても良
い。

【００３１】機器管理装置１５は複数台の計算機により
構成されるが、ここでは一例として図１を挙げる。機器
管理装置１５は、解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、
ＷＷＷブラウザ２０、２１とＬＡＮ２２で構成される。
ここでＷＷＷとは、ワールド・ワイド・ウエブのことで
ある。またＬＡＮとはローカル・エリア・ネットワーク
のことである。解析サーバ１６内には損傷に関するデー
タベース１７と損傷に関する知識ベース１８がある。解
析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザ２
０、２１およびＬＡＮ２２により構成される機器管理装
置１５はクライアント・サーバシステムを形成してい
る。図１では、機器管理装置１５は解析サーバ１６、Ｗ
ＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザ２０、２１の４台の計
算機で構成しているが、ＬＡＮに接続する計算機の数は
必要に応じて増減して良い。また、それぞれの計算機の
ＬＡＮへの接続形態も任意である。解析サーバ１６、Ｗ
ＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザ２０、２１の設置場所
は一個所にする必要はなく、例えば研究部署、保守保全
（計画）部署、設計部署などに分散して設置してもよ
い。

【００３２】ガスタービン発電設備１の状態の正常、異
常にかかわらず、運転監視装置１１から送信された各種
のセンサ情報、運転情報は機器管理装置１５内にある解
析サーバ１６に送られ、解析サーバ１６内にあるデータ
ベース１７に保管される。ガスタービン機器１からのセ
ンサ１０の情報および運転情報および解析サーバ１６内
で解析、処理された各種の情報は、機器管理装置１５内
の計算機で閲覧、検索、処理が可能とすることができ
る。例えば、研究部所では解析サーバ１６内で解析され
たデータを元に、機器の診断結果の評価を行うことがで
きる。さらに保守保全（計画）部署では、解析サーバ１
６内で解析されたデータを元に、対象とする機器の保守
保全計画を立案することができる。さらに設計部署で
は、解析サーバ１６内で解析されたデータを、機器の設
計開発支援に用いることができる。

【００３３】解析サーバ１６は運転監視装置１１からの
情報を受け取ると、解析サーバ１６内の演算処理部がデ
ータベース１７にアクセスし、機器の現在までの運転情
報を呼び出す。また、解析サーバ１６は、現在の運転情
報とセンサ１０の情報を用いてガスタービン発電設備１
を構成する機器の損傷と寿命診断を行う。本実施形態で
は図１に示すように発電設備の診断対象は１つの設備に
限ったことではなく、他の発電設備２３にも拡張可能で
ある。

【００３４】次に本実施形態に係る発電設備の運用保全
情報提供システムにおける運用保全情報の提供方法に関
して図を用いて説明する。

【００３５】図２はガスタービン損傷診断結果のウエブ
画面２００の出力例を示す図である。画面内には機器
名、機器コード、運転開始日（運用者名）などの情報２
０１が表示される。図に示すように、現在の損傷率ＬＯ
Ｌ２０２１と現在に至るまでの損傷率の変化過程がグラ
フ２０２２で中央の表示部２０２に表示され、これによ
り機器の寿命の予測値と予測範囲が定量的に分かるよう
になっている。この後、さらに寿命の診断を行うため
に、図２の画面では、寿命を算出する際に用いる運転モ
ード２０３が選択できる。ここでは、代表的なＷＳＳ（一週間の運転）ＤＳＳ（一日の運転）ベースロード非常用／ピークロード用ユーザ定義モードマニュアル定義モードなどがウエブ画面２００上で選択可能である。運用者
は、これらのモードを選択する（ウエブ画面上でクリッ
クする）ことによって機器の寿命の評価を行うことがで
きる。

【００３６】ユーザ定義モードでは、ユーザが希望の運
転モードを登録しておく。さらにマニュアルモードで
は、その都度、様々な運転モードを入力し、それに応じ
た寿命予測を行うことができる。さらに、画面内のボタ
ンをクリックすることで保守保全サービスセンタ２０４
への連絡も可能となっている。なお画面の内容は、ガス
タービン発電設備の現在の損傷状態を示す情報と運用者
の運転計画を入力可能な画面内容であれば、必ずしも上
記に記述した内容である必要はない。なお画面の内容
は、ガスタービン発電設備の運用者、保守保全者ともに
閲覧可能である。

【００３７】図３にガスタービン寿命診断のウエブ画面
３００の出力例を示す。図３では図２で選択した運転モ
ード２０３に従い算出された寿命ＲＬの最大値ＲＬ
_ｍａｘと最小値ＲＬ_ｍｉｎの予想値がグラフ３０２１と
数字３０１１の両方で示される。すなわち、グラフ３０
２１は画面中央部の表示部３０２に、数字はその下の表
示部３０１にそれぞれ表示される。さらに図３の画面で
は、設備の運転中止補修部品の注文設備に運転の継続見積りの請求サービスセンタとの相談などがウエブ画面３００上で選択できる。

【００３８】画面の内容は、ガスタービン発電設備にお
ける現在の余寿命の表示とそれに基づく設備運用者の運
転計画が入力できるものであれば、必ずしも上記に記述
した内容である必要はない。なお画面の内容は、ガスタ
ービン発電設備の運用者、保守保全者ともに閲覧可能で
ある。

【００３９】図４に部品別損傷診断および寿命診断のウ
エブ画面４００の出力例を示す。図４では、対象となる
設備の表示４０１と、前記設備の各部品とその損傷率と
の関係を示す表４０２が表示される。この表４０２で
は、縦方向に部品管理コードが割り当てられ、横方向に
は個々の部品の情報、例えば、部品名称、前回交換日、
次回交換予定日、現在の損傷率、予測残寿命、その他の
特記事項などが記入される。

【００４０】さらに該当する部品名を選択する（ウエブ
画面上でクリックする）ことで、損傷情報の詳細や損傷
の画像を見ることができる。なお、画面の内容は、ガス
タービン発電設備の運用者、保守保全者ともに閲覧可能
でも良いし、保守保全者のみが閲覧可能にしても良い。

【００４１】図５に機器管理装置側のＷＷＷサーバ／ブ
ラウザの画面出力例を示す。この画面５００では、保守
保全者が関係する全ての発電設備に関する情報が閲覧可
能である。この例では、現在運転中の設備５０１、現在
停止中の設備５０２、計画中の設備などである。これに
より対象機器の管理・閲覧が可能である。例えば、機器
ごとの情報としては対象機器の管理コード、顧客名、機
種名、運転開始日、現在の状況、次回メンテナンス予
定、その他の情報である。さらに、ここの機器ごとに部
品情報を呼び出すことが可能である。また、同画面５０
０には、損傷診断５０３、寿命診断（余寿命評価）５０
４、過去の損傷事例の検索５０５、補修部品の状況５０
６すなわち補修部品の在庫、補修部品の製造状況などを
選択項目が表示され、当該選択項目を選択することによ
り管理・閲覧できる。これらのことは、該当する項目を
ウエブ画面５００上でクリックすることによりサイトが
移動し、実行される。なお、この画面の内容は、機器の
保守保全者以外の第三者に開示はしない。

【００４２】このように各ウエブ画面２００，３００，
４００，５００で示したサービスを行うための設備の診
断方法について以下説明する。

【００４３】図６は発電設備損傷診断および寿命診断の
全体の処理手順を示すフローチャートである。同図にお
いて、符号６０１が診断を行うガスタービンもしくはガ
スタービンの運用者側、符号６０２が設備診断者側の処
理をそれぞれ示している。この処理手順では、まず、ガ
スタービン側６０１においてガスタービン機器１の運転
情報をセンサ１０を用いて得る（ステップＳ１）。これ
に基づいて、設備診断者側６０２では、予め作成してお
いた関係式を用いて各高温部品の温度、応力、ひずみを
算出し（ステップＳ２）、さらに、ステップＳ２で算出
された情報に基づいて材料の損傷率の変化を求める（ス
テップＳ３）。そして、ステップＳ３で求めた損傷率の
変化と、ガスタービン側６０１から入力されるガスター
ビンの運転情報から（ステップＳ４）、材料のクリープ
損傷、熱疲労損傷を算出する（ステップＳ５）。さら
に、算出されたクリープ損傷、熱疲労損傷に基づいて等
価運転時間を算出する（ステップＳ６）。この結果はガ
スタービンの運用者側６０１に損傷の情報として提供さ
れ（ステップＳ７）、ガスタービンの運用者側６０１か
ら運転計画情報を入力すると（ステップＳ８）、それに
基づく余寿命を設備診断者側６０２で算出する（ステッ
プＳ９）。そして、設備診断者側６０２では、算出した
余寿命に関する情報をガスタービンの運用者側６０１に
提供する（ステップＳ１０）。なお、このフローチャー
トでは、ステップＳ７で損傷情報を、また、ステップＳ
１０で余寿命情報をそれぞれガスタービンの運用者側６
０１に提供しているが、必ずしも前記損傷情報や余寿命
情報をガスタービンの運用者側６０１に提供しなくとも
設備診断者側６０２でのサービスは可能である。

【００４４】図７は各部品毎の損傷診断および寿命診断
の処理手順を示すフローチャートである。この実施形態
では、センサ１０からの情報を用いて高温部品の損傷・
寿命診断を行うにあたり、あらかじめステップＳ１０
１、Ｓ１０２、Ｓ１０３の準備処理を行う。これらの準
備処理では、まず、図８に示す材料の温度変化ΔＴと損
傷率Ｄとの関係を示すマスター曲線を作成する（ステッ
プＳ１０１）。本図ではグラフの横軸を温度Ｔ、縦軸を
損傷率Ｄとする。設計基準温度Ｔ_ｍに関する損傷率Ｄの
変化を関数で表し、設計基準温度Ｔ_ｍからの変化に応じ
て損傷率Ｄが変わる。温度変化ΔＴと損傷率Ｄとの関係
を示すマスター曲線は、材料ごと、対象高温部品の部位
ごとにそれぞれ熱疲労損傷とクリープ損傷に関して作成
する。なお、別の損傷モードの評価を行う場合には、別
の損傷モードに関する図を作成しておけばよい。

【００４５】次いで、ステップＳ１０２でセンサ情報と
対象高温部品の熱境界条件の関係式を作成する。この関
係式は、

【数１】で示されるもので、対象高温部品の温度Ｔ_ｍを決定する
にあたり、ガスタービンの構成機器に取り付けられたい
くつかのセンサ情報（温度）を基に対象高温部品の熱境
界条件を推定する。熱境界条件は対象高温部品の周辺ガ
ス温度Ｔ_ａと対象高温部品の冷却ガス温度Ｔ_ｂとなる。
これらの温度とセンサ情報（温度Ｔ_α、Ｔ _β）との関係
式を予め式１のように作成する。なお、ここで示す関係
式では対象高温部品の熱境界条件がセンサ情報の１次関
数として表されているが、それ以外の関数形でも良く、
用いるセンサ情報をさらに増やしても良い。

【００４６】さらに、ステップＳ１０３で、有限要素法
解析により前述の推定された熱境界条件から対象高温部
品の温度を解析し、損傷の大きい箇所を特定しておく。
このようにしてステップＳ１０１からステップＳ１０３
によって、センサ情報と温度Ｔｍの関係式を作成したの
で、以後は有限要素法解析を行わず、クリープ損傷Ｄｃ
と熱疲労損傷Ｄｆを算出することができる。これらの関
係式は損傷に関する情報として、前記知識ベース１８に
保存される（ステップＳ１０４）。

【００４７】このようにして準備段階が終了すると、も
しくは並行して、まず、診断対象となる部品を選択し
（ステップＳ１０５）、ガスタービンの運用者側６０１
はガスタービン発電設備１の運転計画ＰＬを決定し、入
力操作を行う（ステップＳ１０６）。このデータは解析
サーバ１６に送られ、解析サーバ１６は知識ベース１８
からオンライン損傷診断に用いる係数Ａ、Ｂ、Ｃ、基準
損傷率Ｄ_ｃ０、Ｄ_ｆ０のデータを読み込む（ステップＳ
１０７）。次いで、ガスタービン発電設備１からのセン
サ情報（ステップＳ１０９）および運転状況、ここで
は、運転回数ｉ、起動回数ｊ、負荷変化回数ｋ、トリッ
プ回数ｌ、実運転時間Ｈ、温度Ｔ_ｎｍが、解析サーバ１
６に読み込まれる。

【００４８】ここで図９を参照してクリープ損傷Ｄ
_ｃ−ＯＬにおける実運転時間Ｈ_ｉと熱疲労損傷Ｄ
_ｆ−ＯＬにおける負荷変動回数の算出方法に関して述べ
る。図９は実運転時間と温度変動を計測した計測結果を
示す図である。クリープ損傷はある温度にあった時間に
依存するので、ガスタービンの運転中にある任意の温度
に実際にあった時間をクリープ損傷の実時間とする。こ
れは設計温度でもその他の温度でも良い。一方、熱疲労
損傷Ｄ_ｆ−ＯＬに関する負荷変動は、起動停止に関する
比較的大きな温度変動、運転中の負荷変動により生ずる
温度変動、ガスタービンのトリップによる温度変動ごと
にその回数を計測する。さらにそれ以外の負荷変動を考
慮しても良い。

【００４９】算出した温度Ｔ_ｍ、応力σ_ｍ、ひずみε_ｍ
に基づき、クリープ損傷、熱疲労損傷解析を行う。クリ
ープ損傷と熱疲労損傷の算出には、

【数２】

【数３】に示される式２と式３を用いる。

【００５０】ガスタービンに取り付けられたセンサ情報
（温度Ｔ_α、Ｔ_β）と運転情報とから構成機器のクリー
プ損傷に関する等価運転時間Ｄｃ−ＯＬを算出する場合
には式２を用いる。式２ではオンライン等価運転時間Ｌ
_ＯＬのうちクリープ損傷に支配される部分は運転時間Ｈ
_ｉと設計基準時のクリープ損傷率Ｄ_ｃ０と温度変化によ
るクリープ損傷率Ｄ_ｃの変化率によって表される。

【００５１】ガスタービンに取り付けられたセンサ情報
（温度Ｔ_α、Ｔ_β）と運転情報から構成機器の熱疲労損
傷に関する等価運転時間Ｄ_ｆ−ＯＬを算出する場合には
式３を用いる。式３ではオンライン等価運転時間Ｌ_ＯＬ
のうち熱疲労損傷に支配される部分は、設計基準時の熱
疲労損傷率Ｄ_ｆ−ＯＬと温度変化による熱疲労損傷率Ｄ
_ｆの変化率によって表される。式３中、３つの項はそれ
ぞれ、起動停止に関する熱疲労、運転中の巨視的な負荷
変動に関する熱疲労、トリップ停止時の熱疲労を表す項
である。熱疲労損傷の評価に際して、必ずしもこれらす
べての項を用いる必要はなく、別の項を付加してもよ
い。

【００５２】これらの情報を用いて、ステップＳ１１０
においてオンライン等価運転時間Ｌ _ＯＬが、

【数４】式４により算出される。

【００５３】ガスタービンに取り付けられたセンサ情報
（温度Ｔ_α、Ｔ_β）と運転情報から構成機器の等価運転
時間Ｌ_ＯＬを算出する場合には、前記式４を用いる。こ
こでは、構成機器の等価運転時間Ｌ_ＯＬは式２に示すク
リープ損傷Ｄ_ｃ−ＯＬと式３に示す熱疲労損傷Ｄ
_ｆ−ＯＬの線形和で表されるものとする。これらの式は
知識ベース１８から読み込む。

【００５４】そして、前記算出された現在の等価運転時
間が既に対象部品の交換寿命を過ぎていないかどうか判
断する（ステップＳ１１１）。算出されたオンライン等
価運転時間ＬＯＬが個々の機器の管理基準（交換基準）
Ｌｓｔより小さい場合、残寿命ＲＬの計算を行い（ステ
ップＳ１１２）、算出されたオンライン等価運転時間Ｌ
ＯＬがその部品の管理基準Ｌｓｔより大きい場合には、
残寿命ＲＬの計算は行わず、ステップＳ１１３に進む。
このとき、残寿命ＲＬの計算にはこれまでのデータの回帰分析による方法設計基準の運転パターンを基準とした方法評価時点の変化率（微分値）による方法がある。なお、これ以外の残寿命の予測方法でも良い。

【００５５】前記ステップＳ１１３では、前記−の
方法を用いて最大予測寿命ＲＬ_ｍａ _ｘと最小予測寿命Ｒ
Ｌ_ｍｉｎとを算出する。算出結果はステップＳ１１４で
表示される。また、知識ベース１８に、オンライン損傷
診断に用いる係数Ａ、Ｂ、Ｃ、基準損傷率Ｄ_ｃ０、Ｄ
_ｆ０のデータが書き込まれる（ステップＳ１１５，Ｓ１
１９）。

【００５６】図１０はステップＳ１１３で算出され、ス
テップＳ１１４で表示されるオンライン損傷診断および
寿命予測を示す図であり、損傷診断および寿命予測をグ
ラフとして示している。図は横軸が機器の実運転時間、
縦軸がオンライン等価運転時間であり、図３に示すよう
なウエブ画面として表示される。本実施形態に係る遠隔
診断システムによれば、図１０に示すように、現在の損
傷診断結果がリアルタイムで示され、さらに図中の斜線
部に示すように、寿命の予測値と予測範囲が定量的に示
される。

【００５７】機器管理装置１５により診断されたオンラ
イン等価運転時間ＬＯＬの結果および予測寿命ＲＬ
_ｍａｘおよびＲＬ_ｍｉｎの結果は、機器管理装置１５内
の全てのＷＷＷサーバまたはＷＷＷブラウザで閲覧でき
るほか、ガスタービン発電設備１の運転監視装置１１で
も閲覧が可能である。これにより、保守保全者はガスタ
ービン発電設備１の運転状態をいち早く知ることができ
る。一方、運用者６０１は運転監視装置１１のＷＷＷブ
ラウザ機能を用いて、現在のガスタービン発電設備１と
構成する機器の寿命を知ることができる。また、運用者
６０１はこの損傷診断および寿命予測に基づいてガスタ
ービン機器の運転方法および保守保全計画の検討並びに
立案を行なうことができる。

【００５８】そこで、運用者６０１や保守保全者はオン
ライン等価運転時間ＬＯＬの結果、予測寿命ＲＬ_ｍａｘ
およびＲＬ_ｍｉｎの結果を見て、機器の運転の継続を行
うかどうかを入力する（ステップＳ１１５，Ｓ１１
６）。運転を継続する場合は、運転計画Ｒを入力し、ス
テップＳ１１７で運転を終了すると判断した場合には設
備の運転を停止する（ステップＳ１１８）。一方、運転
を継続する場合には再びステップＳ１０６に戻って以降
の処理を繰り返し、全ての処理が終了した時点で処理を
終える（ステップＳ１２０）。

【００５９】図１１は、本実施形態に係る診断システム
で損傷診断および寿命診断を行う高温部品と、それらの
劣化損傷モード、さらにそれらの損傷診断および寿命診
断の際に用いるセンサ情報と運転情報の一例を示す図で
ある。損傷診断および寿命診断の対象となるのは燃焼器
ライナｄ１、燃焼器トランジションピースｄ２、タービ
ン静翼ｄ３、タービン動翼ｄ４である。燃焼器ライナｄ
１では、熱疲労ｅ１、クリープ変形ｅ２、酸化・腐食ｅ
３といった損傷が問題となる。燃焼器トランジションピ
ースｄ２では熱疲労ｅ４、クリープ変形ｅ５、タービン
静翼ｄ３では、熱疲労ｅ６、クリープ変形ｅ７、酸化・
腐食減肉ｅ８、タービン動翼ｄ４では、熱疲労ｅ９、ク
リープ変形ｅ１０、酸化・腐食減肉ｅ１１の劣化損傷モ
ードが問題となる。

【００６０】熱疲労損傷には部品の温度変化量とその回
数が関係するので、例えば燃焼器ライナｄ１の熱疲労損
傷ｅ１の診断に用いる運転情報・センサ情報としては、ｆ１：起動停止・負荷変動・トリップの回数ｆ２：排ガス温度ｆ３：吐出空気温度ｆ４：燃焼器保炎器温度がある。クリープ変形ｅ２による損傷には絶対温度とそ
の温度にあった時間が関係するので、損傷診断に用いる
運転情報・センサ情報としては、ｆ５：実運転時間ｆ６：排ガス温度ｆ７：吐出空気温度ｆ８：燃焼器保炎器温度がある。同様にして、他の高温部品、動翼、静翼に関し
ても損傷診断が可能であり、その際にはｆ１３からｆ４
０の運転情報・センサ情報を用いればよい。なお、運転
情報・センサ情報として必ずしもここに挙げたもの全て
を用いる必要はなく、さらに他の負荷変動に関する項を
付加しても良い。

【００６１】以上のように、本システムでは、運用者６
０１はＷＷＷブラウザの画面２００，３００，４００，
５００上で、機器の運転状態、損傷の診断結果、寿命の
予測値を知ることができ、さらに設備の運転、停止およ
び部品の注文等をＷＷＷブラウザの画面３００，５００
上で行うことができる。このことから、本実施形態によ
れば、ガスタービン発電設備１の運用者６０１は、運転
中の損傷状態および寿命の予測値を知ることができる。
さらに、運転計画および保守保全計画を選択できる余地
があることから、保守保全コストの削減、ガスタービン
発電設備１の信頼性の向上、機器運用の自由度の向上を
図ることが可能になる。

【００６２】一方、保守保全者は、機器管理装置１１内
のＷＷＷサーバまたはＷＷＷブラウザを用いて、ガスタ
ービン発電設備１の損傷状態および寿命の予測値をリア
ルタイムで知ることができる。さらに、運転監視装置７
に入力されたガスタービン発電設備１の運用者の保守保
全希望をいち早く知ることができる。これらのことか
ら、保守保全者は運用者６０１からの保守保全の要求に
すばやく応じることができる。

【００６３】ここで述べた遠隔監視システムは、ＷＷＷ
サーバやＷＷＷブラウザにより構成されていることか
ら、ガスタービン発電設備の運用者と保守保全者間、保
守保全者相互間の情報交換の時間が大幅に削減される。
このことから、保守保全者は次に述べるサービスを行う
ことが可能となる。

【００６４】まず、ガスタービン発電設備１の運用
者６０１が、予定されていた補修部品の交換の次期より
も早く補修部品の注文を行った場合、保守保全者は補修
部品費の一部を割引く。

【００６５】これにより、運用者６０１にとっては
補修部品の予測寿命よりも早くメンテナンスを行うこと
で、発電における信頼性の向上を図ることができる。
保守保全者側にとっては、保守部品の過剰な在庫を削
減することができ、このことから種々の費用削減の可能
性が広がる。

【００６６】さらに、運用者が増えた場合、保守保
全者にとってはクライアント・システムを増やすだけで
あるので、システム拡張を容易に行うことができる。こ
れらのことから、一運用者６０１が複数のガスタービン
発電設備１に遠隔診断システムを導入した場合、保守保
全者が保守費用を割り引くサービスが可能となる。以上
のサービスは、本実施形態に係る運用保全情報提供シス
テムを用いる事で達成されるものであり、運用者と保守
保全者の双方にメリットがある。

【００６７】以上述べたように、本実施形態によれば、
ガスタービン発電設備１の損傷状態および寿命の診断が
リアルタイムで可能となり、これらの情報を運用者６０
１および保守保全者がいち早く共有することが可能とな
る。このことから、保守保全計画の立案、決定および発
注などに時間が削減され、ガスタービン発電設備１の運
用コスト削減が可能となる。

【００６８】なお、ここでいう設備の保守保全者とは、
ガスタービン発電設備１を設置した者、ガスタービン発
電設備の受注者、設備管理装置を設置した者およびこれ
らの管理者、運用者、責任者などをいう。

【００６９】また、本実施形態では、ガスタービン発電
設備について説明しているが、本発明は、ガスタービン
を用いたコンバインド発電プラント、コジェネレーショ
ン・プラントにも適用することが可能である。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、管理装置
は、発電設備から送られてくる情報に基づいて発電設備
の信頼性およびメンテナンス費用に係る情報の少なくと
も一方を算出し、発電設備の運用者側の端末に定量的に
示される情報として送信するので、運用者は発電設備の
診断結果を入手した時点から、発電設備の運転計画およ
び保守保全計画を自由に選択あるいは設定でき、その結
果、発電設備の中で保守保全費用の掛かる部品の状態診
断および損傷診断をリアルタイムに行い、その情報を運
用者である顧客に知らせることができる汎用性と拡張性
の高い運用保全情報提供システムを提供することが可能
となる。

【００７１】また、本発明によれば、管理装置を使用す
る保守保全者は、発電設備の各部の診断を含む管理の対
価を徴収する際、発電設備の運用者の管理対象設備の数
に応じて発電設備の運用者から徴収する保守保全費用を
割り引き、また、前記徴収の際、発電設備の運用者の管
理対象設備の数に応じて発電設備の運用者から徴収する
保守保全費用を割り引くようにしているので、運用保全
情報提供システムを採用した発電設備の運用者が保守保
全などの管理費用を削減できる管理費用徴収方法を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る運用保全情報提供シ
ステムのシステム構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態に係る運用保全情報提供シス
テムにおけるガスタービン損傷診断結果のウエブ画面の
出力例を示す図である。

【図３】本発明の実施形態に係る運用保全情報提供シス
テムにおけるガスタービン寿命診断のウエブ画面の出力
例を示す図である。

【図４】本発明の実施形態に係る運用保全情報提供シス
テムにおける部品別損傷診断および寿命診断のウエブ画
面の出力例を示す図である。

【図５】本発明の実施形態に係る運用保全情報提供シス
テムにおける機器管理側ＷＷＷサーバ／ブラウザの画面
の出力例を示す図である。

【図６】本発明の実施形態に係る運用保全情報提供シス
テムにおける発電設備損傷診断および寿命診断の全体の
処理手順を示すフローチャートである。

【図７】本発明の実施形態に係る運用保全情報提供シス
テムにおける各部品毎の損傷診断および寿命診断の処理
手順を示すフローチャートである。

【図８】図７のステップＳ１０１〜１０３で求められる
材料の温度変化ΔＴと損傷率Ｄとの関係を示すマスター
曲線を示す図である。

【図９】クリープ損傷における実運転時間と温度変動の
計測結果を示す図である。

【図１０】ステップＳ１１３で算出され、ステップＳ１
１４で表示されるオンライン損傷診断および寿命予測を
示す図である。

【図１１】本実施形態における発電施設の損傷診断およ
び寿命診断を行う高温部品と、それらの劣化損傷モー
ド、さらにそれらの損傷診断および寿命診断の際に用い
るセンサ情報と運転情報の一例を示す図である。

【符号の説明】

１ガスタービン発電設備１０センサ１１運転監視装置１２運転監視装置側通信装置１３通信回線（専用回線、インターネット回線、衛星
回線）１４機器管理装置側通信装置１５機器管理装置１６解析サーバ１７損傷に関するデータベース１８損傷に関する知識ベース１９ＷＷＷサーバ２０ＷＷＷブラウザ２１ＷＷＷブラウザ２２ＬＡＮ２３発電設備

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ０６Ｆ 17/60 １３８Ｇ０６Ｆ 17/60 １３８ (72)発明者春山博司茨城県日立市大みか町七丁目１番１号株式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者永渕尚之茨城県日立市大みか町七丁目２番１号株式会社日立製作所電力・電機開発研究所内 (72)発明者堀江徹茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所火力・水力事業部内 (72)発明者早坂靖茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内Ｆターム(参考） 5H223 AA02 BB01 CC08 DD07 EE06 FF02 FF08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電設備と、この発電設備と通信手段を介して接続され、前記発電設
備から送られてくる情報に基づいて当該発電設備の各部
の診断を含む管理を行う管理装置と、を備え、前記管理装置は、前記発電設備から送られてくる情報に
基づいて前記発電設備の信頼性およびメンテナンス費用
に係る情報の少なくとも一方を算出することを特徴とす
る運用保全情報提供システム。
【請求項２】前記管理装置は、算出した情報を定量的
に示される情報として前記発電設備の運用者側の端末に
送信することを特徴とする請求項１記載の運用保全情報
提供システム。
【請求項３】前記算出される情報は、前記発電設備の
運用者が前記発電設備の信頼性とメンテナンス費用に係
る情報を参考にして運転計画および保守保全計画を策定
するに足る情報であることを特徴とする請求項１または
２記載の運用保全情報提供システム。
【請求項４】前記発電設備の信頼性に係る情報が、前
記発電設備の運転状態、損傷状態および余寿命状態の１
つを含んでいることを特徴とする請求項１記載の運用保
全情報提供システム。
【請求項５】前記発電設備のメンテナンス費用に係る
情報が、保守保全予定費用を含んでいることを特徴とす
る請求項１記載の運用保全情報提供システム。
【請求項６】請求項１ないし５のいずれか１項に記載
の運用保全情報提供システムにおける管理費用の徴収方
法において、前記管理装置を使用する保守保全者は、前記発電設備の
各部の診断を含む管理の対価を徴収する際、前記発電設
備の運用者側の端末から当該発電設備の補修および部品
交換の発注が前記発電設備および部品の予定寿命となら
ないうちに行われた場合、前記発電設備の運用者から徴
収する保守保全費用を割り引くことを特徴とする管理費
用徴収方法。
【請求項７】請求項１ないし５のいずれか１項に記載
の運用保全情報提供システムにおける管理費用の徴収方
法において、前記管理装置を使用する保守保全者は、前記発電設備の
各部の診断を含む管理の対価を徴収する際、前記発電設
備の運用者の管理対象設備の数に応じて前記発電設備の
運用者から徴収する保守保全費用を割り引くことを特徴
とする管理費用徴収方法。
【請求項８】前記発電設備の運用者の端末は、公衆通
信回線網を介して前記管理装置と接続されていることを
特徴とする請求項６または７記載の管理費用徴収方法。