JP2003150237A

JP2003150237A - 高温部品の遠隔監視システムおよび遠隔監視方法

Info

Publication number: JP2003150237A
Application number: JP2001346231A
Authority: JP
Inventors: Jinichiro Goto; 仁一郎後藤; Takeshi Ishida; 武司石田; Toru Horie; 堀江　　徹; Hiroshi Haruyama; 博司春山; Naoyuki Nagabuchi; 尚之永渕; Yasushi Hayasaka; 靖早坂
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-11-12
Filing date: 2001-11-12
Publication date: 2003-05-23
Anticipated expiration: 2021-11-12
Also published as: JP4067811B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度な遠隔監視を行うことができる高温部品
の遠隔監視システムおよび遠隔監視方法を提供する。【解決手段】監視対象となる設備または機器を構成す
る部品の運転時の状態を検知するセンサ１０ａ〜１０ｈ
と、前記設備または機器の運転状態を監視する運転監視
装置１１と、前記センサ１０ａ〜１０ｈおよび前記運転
監視装置１１からの情報に基づいて前記部品の損傷状態
を遠隔診断する知識ベース１８および損傷に関するデー
タベース１７を含む解析サーバ１６とを有する高温部品
の遠隔監視システムにおいて、前記部品に対して遠隔地
におかれた解析サーバ１６は前記部品および損傷モード
毎に検索可能なフォールトツリー解析を診断結果に基づ
いて必要に応じて実行し、前記部品の損傷に関する要因
を監視する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発電設備などの高温
部品を有する設備や機器を遠隔監視する遠隔監視システ
ムおよび遠隔監視方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービンを用いた設備、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
数万点にも及んでいる。これら発電設備および熱供給設
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。

【０００３】従来、設備の健全性を維持し、安定した電
力および熱供給を行なうためには、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をとられて
いる。しかし、事後保全では、設備の運転を予期しない
ときに停止させる必要があり、定常的な安定した運転を
継続的に実行するという点において問題がある。そこ
で、昨今では、設備の構成機器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、即ち事前対策を行うような方向に
進んでいる。

【０００４】このようなプラントの予防保全支援や予防
保全方法の最適化を行うプラントの管理装置および管理
方法としては、例えば、ＦＴＡ（Fault Tree Analysis
−故障の木解析）を利用した（１）特開平８−７７２１１号公報（２）特開平９−３０５２１８号公報（３）特開平７−７８０２２号公報等に開示された発明が公知である。

【０００５】このうち（１）には、確率データに基づい
て損失の期待値を算出するプラントの保全支援装置が開
示され、（２）には、ＦＴＡを利用して機器の信頼度、
重要度を計算し、さらに保全コストを考慮し予防保全計
画を最適化する方法及び装置が開示され、（３）には、
各構造部材の劣化、損傷に寄与する運転パラメータに基
づいて損傷パラメータの確率分布を予測する構造部品の
損傷予測方法が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来技術の中で、前記
（１）のようにＦＴＡを利用して確率データに基づいて
損傷の期待値を算出し保全支援を行う方法や、前記
（２）のようにＦＴＡを利用して確率データに基づいて
損傷の期待値を算出し、予防保全の最適化を行う手法
は、過去の実績データからなるＦＴＡを用いるために、
実機の状態を比較的良く反映した箇所の特定はできるも
のの、現在の各構成機器、部品の損傷や状態、過去の例
にみられない損傷などを診断することが困難であった。
また、前記（３）のように各構造部材の劣化、損傷に寄
与する運転パラメータに基づいて構造部品の損傷パラメ
ータの確率分布を予測する方法は、確率による評価手法
であり、必ずしも現在のプラントの損傷状態を示してい
るとは限らなかった。さらにこれまでＦＴＡとセンサ信
号を用いた損傷診断方法を組み合わせた遠隔監視システ
ムおよび遠隔監視方法は見受けられておらず、また、実
施されていない。

【０００７】本発明は、このような従来技術の実情に鑑
みてなされたもので、その第１の目的は、高精度な遠隔
監視を行うことができる高温部品の遠隔監視システムお
よび遠隔監視方法を提供することにある。

【０００８】また、第２の目的は、定期点検の点検支援
や損傷診断時の対応支援を行うことができる高温部品の
遠隔監視システムを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、第１の手段は、監視対象となる設備または機器を構
成する部品の運転時の状態を検知する検知手段と、前記
設備または機器の運転状態を監視する監視手段と、前記
検知手段および前記監視手段からの情報に基づいて前記
部品の損傷状態を遠隔診断する診断手段とを有する高温
部品の遠隔監視システムにおいて、前記部品および損傷
モード毎に検索可能なフォールトツリー解析を行う解析
手段と、前記診断手段の診断結果に基づいて前記解析手
段によりフォールトツリー解析を必要に応じて実行し、
前記部品の損傷に関する要因を監視する管理手段とを備
えていることを特徴とする。なお、診断手段および管理
手段は、監視対象となる設備または機器を構成する部品
から離れた個所に配置され、例えば通信手段を介して検
知手段から情報を受信し、所定の処理を実行する。ま
た、監視対象となる設備または機器は、同一の設置個所
に設けられている必要も単数である必要もなく、通信が
可能であれば、複数の設備や機器がそれぞれ離れた位置
に設けられていてもよい。

【００１０】第２の手段は、第１の手段において、前記
フォールトツリー解析は、予め解析する各項目の発生確
率を設定し、この設定された発生確率に基づいて行われ
ることを特徴とする。

【００１１】第３の手段は、第１の手段において、前記
管理手段が前記解析手段と前記診断手段を含む知識ベー
スを備えていることを特徴とする。なお、後述の実施形
態では、管理手段には機器管理装置１５が対応し、解析
手段および診断手段には解析サーバ１６が対応する。前
記知識ベースは、定期点検時、保守保全者あるいは運用
者によって必要に応じてシステムの内容、診断に関する
評価関数やその係数が更新される。

【００１２】第４の手段は、第１または第３の手段にお
いて、前記診断手段が機器運転中に部品毎の等価運転時
間を計算し、前記管理手段が計算された等価運転時間に
基づいて部品毎の損傷情報および／または余寿命情報を
出力することを特徴とする。等価運転時間には、クリー
プ損傷に関する等価運転時間Ｄ_ｃ−ＯＬと、熱疲労損傷
に関する等価運転時間Ｄ_ｆ−ＯＬと、オンライン等価運
転時間Ｌ_ＯＬとがあり、それぞれ後述の式（３）、式
（４）および式（５）によって算出される。

【００１３】第５の手段は、第４の手段において、前記
管理手段が対象部品毎に計算された等価運転時間が当該
対象部品について予め設定された時間以下になったとき
に前記解析手段による解析を実行することを特徴とす
る。前記予め設定された時間は、後述のステップＳ７に
おけるしきい値に対応し、例えば等価運転時間が管理時
間の５０〜８０％の範囲内で選択することが望ましい。

【００１４】第６の手段は、第５の手段において、前記
管理手段が前記計算された等価運転時間が当該対象部品
の少なくとも１つの要因について予め設定された時間以
下になったとき警報を出力することを特徴とする。この
場合も、前記予め設定された時間は、後述のステップＳ
７におけるしきい値に対応し、例えば等価運転時間が管
理時間の５０〜８０％の範囲内で選択することが望まし
い。

【００１５】第７の手段は、第５または第６の手段にお
いて、前記予め設定された時間が余寿命から導かれた時
間であることを特徴とする。このように余寿命から前記
しきい値を設定すると、管理時間を基準に設定した場合
よりも、より精度の高い保守、保全が可能となる。

【００１６】第８の手段は、第６の手段において、前記
管理手段が、複数の部品について前記警報が発報されて
いるときには、当該部品ごとに計算された総等価運転時
間に基づいて交換および／または検査の優先順位を設定
することを特徴とする。これにより、損傷の度合いが高
いと考えられるものから処理できるので、より安全な保
守、保全が可能となる。

【００１７】第９の手段は、第１、第３または第４の手
段において、前記管理手段が部品毎の総等価運転時間に
基づいて損傷部品種類を特定することを特徴とする。

【００１８】第１０の手段は、第９の手段において、前
記管理手段が損傷部品種類を特定した後、部品破損確率
および／または全体破損確率を算出することを特徴とす
る。

【００１９】第１１の手段は、第４の手段において、前
記管理手段が前記余寿命情報に基づいて最小余寿命と最
大余寿命を予測し、予測された余寿命から次の定期点検
時期の設定および／または交換部品の見積もりを行うこ
とを特徴とする。

【００２０】第１２の手段は、第４の手段において、前
記管理手段が前記部品毎の損傷情報と定期検査までの期
間から前記部品毎に前記定期検査までの損傷状態を予測
することを特徴とする。

【００２１】このように第５ないし第１２の手段によれ
ば、等価運転時間に基づいて部品の損傷の度合いを予測
して部品交換、検査などを実行するようにできるので、
定期点検の点検支援や損傷診断時の対応支援を行うこと
が可能となる。

【００２２】第１３の手段は、第１、第４、第６、第
８、第９、第１０、第１１または第１２の手段におい
て、前記管理手段からの出力結果を表示する表示手段を
備えていることを特徴とする。表示手段は、例えば、部
品の損傷に関する情報、余寿命に関する情報、警報の発
報、部品の交換および／または検査の優先順位に関する
情報、算出された部品破損確率および／または全体破損
確率に関する情報、予測された余寿命から次の定期点検
時期の設定および／または交換部品の見積もりに関する
情報、部品毎の損傷情報と定期検査までの期間から予測
した前記部品毎の前記定期検査までの損傷状態に関する
情報などを表示する。なお、表示はウェブ画面で行われ
る。

【００２３】第１４の手段は、高温部品の遠隔監視方法
において、監視対象となる設備または機器を構成する部
品の運転時の温度、圧力、負荷変動の少なくとも１つの
状態を検知する工程と、前記設備または機器の運転状態
を監視する工程と、前記検知した結果および前記監視し
た結果に基づいて部品毎の等価運転時間を計算して前記
部品の損傷状態を診断する工程と、前記診断された損傷
状態に基づいて前記部品および損傷モード毎に検索可能
なフォールトツリー解析を必要に応じて実行する工程
と、前記計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損
傷に関する要因を監視する工程とを備えていることを特
徴とする。

【００２４】第１５の手段は、第１４の手段において、
部品毎の総等価運転時間を計算する工程と、前記計算さ
れた総等価運転時間を部品毎に比較する工程と、前記部
品毎の総等価運転時間の比較結果に基づいて損傷部品種
類を特定する工程とをさらに備えていることを特徴とす
る。

【００２５】第１６の手段は、第１５の手段において、
前記損傷部品種類を特定した後、部品破損確率および／
または全体破損確率を算出する工程をさらに備えている
ことを特徴とする。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照し、本発明の実
施の形態について説明する。

【００２７】図１は本発明の実施形態に係る発電設備の
診断システムのシステム構成を示す図である。本実施形
態に係る診断システムは、発電設備としてガスタービン
を用いている。図１において、本診断システムは、発電
設備１および複数の発電プラント２３と、機器管理装置
１５と、これらを接続する通信回線１３とから基本的に
構成されている。

【００２８】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、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、発電設備１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の場合、排熱回収ボイラ
６、蒸気タービン７、蒸気タービンにより駆動される発
電機８、おおび復水器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１０ａ〜１０ｈが取り付けられている。
これらのセンサ１０ａ〜１０ｈはケーブル１０を介して
運転監視装置１１に接続され、センサ信号データは運転
監視装置１１で一旦処理または保管される。

【００２９】運転監視装置１１は、センサ信号データと
運転情報を、運転監視装置側通信機器１２、通信回線１
３、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。なお、運転監視装置側通信機器１２は運転
監視装置１１に、機器管理装置側通信機器１４は機器管
理装置１５にそれぞれ一体に構成することもできる。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、衛星回線などが含まれる。通信回線１
３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にはファイヤーウォールを接続す
る。

【００３０】図１においてガスタービン圧縮機２、燃焼
器３、タービン４その他の発電設備機器に取り付けられ
たセンサ１０ａ〜１０ｈ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。これのセンサ１０ａ〜１０ｈから得られたセンサ信
号データは前述のようにケーブル１０を介して運転監視
装置１１に送られる。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発電設備１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
いる方法でよい。この方法としては、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。
前記各部からなるガスタービン発電設備１が正常な状態
にあれば、センサ１０により選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。

【００３１】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１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側の通信装置１４を通じ
てセンサ１０ａ〜１０ｈから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
状況に応じて適宜変更できる。

【００３２】機器管理装置１５は単独または複数台の計
算機により構成されるが、この実施形態では、図１のよ
うに構成されている。すなわち、この実施形態では、機
器管理装置１５は、解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１
９、ＷＷＷブラウザ（ＰＣ）２０，２１とＬＡＮ２２で
構成される。ここでＷＷＷとは、ワールド・ワイド・ウ
ェブのことである。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１
８がある。解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷ
ブラウザ２０，２１、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に示した実施形態では、機器管理装置１５
は解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザ
を備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）２０，２１の
４台の計算機で構成しているが、ＬＡＮ２２に接続する
計算機の数は必要に応じて増減できる。また、それぞれ
の計算機のＬＡＮ２２への接続形態も任意で良い。解析
サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザを備え
たＰＣ２１，２２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することもできる。

【００３３】前記解析サーバ１６の損傷に関する知識ベ
ース１８内には、部品、損傷モードごとに検索可能なＦ
ＴＡシステムが設けられている。さらに、前記知識ベー
ス１８内には遠隔状態診断システムも設けられている。
なお、これらＦＴＡシステムと遠隔状態診断システムは
お互いにデータの交換が可能であれば、必ずしも損傷に
関する知識ベース１８内に設ける必要はなく、機器管理
装置１５内あるいは運転監視装置１１内に設けてもよ
い。

【００３４】図２は前記ＦＴＡのツリー構造を示す説明
図である。このＦＴＡは図２のようにあらかじめ作られ
る。この実施形態の場合、各部品に対して、現象名、主
要因、副要因１、副要因２を分析し、それぞれツリー構
造として示している。これらは過去の経験データや定検
時の記録に基づき作られ、さらに異常発生時や定検時な
どに随時更新される。なお、ＦＴＡの形式、項目は必ず
しもこれと同じでなくても良く、対象なる診断システム
の構成によって種々異なることはいうまでもない。

【００３５】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から送信されたセン
サ１０ａ〜１０ｈからの各種のセンサ信号データ、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。ガスタービン発電設備１からのセンサ１０ａ〜１
０ｈ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、処理が可能に設定することができ
る。これにより、例えば、研究部署では解析サーバ１６
内で解析されたデータに基づいて機器の診断結果の評価
を行い、保守保全（計画）部署では、解析サーバ１６内
で解析されたデータに基づいて対象とする機器の保守保
全計画を立案し、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可
能となる。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内の演算処理部はデー
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１０ａ〜１０ｈから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。
なお、これらの診断の診断対象は１つの発電設備１に限
ったことではなく、他の発電設備２３にも拡張すること
で可能であり、遠隔の地にある１つの機器管理装置１５
で複数の発電設備１，２３・・・を診断することができ
る。

【００３６】図３は本実施形態に係る遠隔診断の処理手
順を示すフローチャートである。

【００３７】この処理では、処理が開始されると、ＦＴ
Ａシステム支援の基準となるしきい値を部品ごとにそれ
ぞれの管理基準（交換基準寿命）をもとに決める（ステ
ップＳ１、Ｓ２）。この管理基準は、例えばガスタービ
ンの燃焼器３では８０％、動翼では７０％とする。これ
らのしきい値はこれまでの定検データ等をもとに決めれ
ばよい。次いで、ステップＳ３で監視したい部品種類を
選択する。ステップＳ４で監視したい部品ナンバー（シ
リアルナンバー）を選択する。ステップＳ３およびステ
ップＳ４では監視可能なすべての部品を選択してもよ
い。これらの部品が選択されると、ステップＳ５で管理
基準に対する等価運転時間を計算する。等価運転時間の
計算方法に関しては図４を用いて後述する。次にステッ
プＳ４で選択した部品がステップＳ２で設定したしきい
値以上であるどうかを判断する（ステップＳ７）。この
判断で、しきい値以上であれば、ＦＴＡシステム支援モ
ードとなり（ステップＳ８）、ステップＳ４で選択した
部品の損傷に関する要因をＦＴＡシステムで監視する
（ステップＳ９）。監視とアラーム発令の仕方に関して
は、図６を参照して後述する。

【００３８】ステップＳ１０では、仮に損傷に関する要
因のうち、どれか１つでも該当するものがあれば、アラ
ームを鳴らす（出力する）。さらにステップＳ１１で他
の部品で同様のアラームが発生していなければ、ステッ
プＳ１４にスキップし、現在の損傷はステップＳ４で選
択した部品で発生している可能性が高いとして損傷部品
の種類を特定する。一方、ステップＳ１１で、他の部品
についてもアラームが発生していた場合には、ステップ
Ｓ１２において、アラームが発生している部品ごとの総
等価運転時間を計算し、ステップＳ１３において、それ
ぞれの部品ごとの総等価運転時間を比較し、ステップＳ
１４で前記比較結果に基づいて損傷部品を特定する。そ
して、損傷部品の種類が特定されると、その部品の破損
確率および全体の破損確率を算出する（ステップＳ１
５，Ｓ１６）。また、アラームが発生している部品ごと
に計算された総等価運転時間に基づいて交換や検査する
優先順位を緊急性を有するものから順に設定する。

【００３９】図４は前述のステップＳ５における等価運
転時間の計算方法を示すフローチャートである。同図に
おいて、符号４０１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４０２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４０１においてガスタービン発電設備の
各部の運転情報をセンサ１０ａ〜１０ｈから得る（ステ
ップＳ２１）。さらにセンサ信号データから高温部品の
境界条件を決定する。このとき予めセンサ信号データと
高温部品の境界条件を式１のように表しておく。

【００４０】

【数１】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。

【００４１】そして、ステップＳ２２で、設備診断者側
４０２では、下記に示した式２

【数２】の各高温部品の温度、応力、ひずみとの関係式と、前記
境界条件とから各高温部品の温度Ｔ_ｍ、応力σ_ｍ、ひず
みε_ｍを算出し（ステップＳ２２）、さらに、ステップ
Ｓ２２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Ｓ２３）。材料の損傷率の変化に関
しては、設計基準における損傷率をもとにあらかじめ作
成しておく。そして、ステップＳ２３で求めた損傷率の
変化と、ガスタービン側４０１から入力されるガスター
ビンの運転情報から（ステップＳ２４）、材料のクリー
プ損傷、熱疲労損傷を算出する（ステップＳ２５）。こ
の算出には、

【数３】および

【数４】を用いる。

【００４２】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Ｄ_ｃ−ＯＬを算出する場合
には式１〜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。

【００４３】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４を用いる。式４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_ｆｏ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４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。

【００４４】さらに、算出されたクリープ損傷、熱疲労
損傷に基づいて、

【数５】で示される式５を用いて等価運転時間Ｌ_ＯＬを算出する
（ステップＳ２６）。

【００４５】この結果はガスタービンの運用者側４０１
に損傷情報として提供される（ステップＳ２７）。ガス
タービンの運用者側４０１から運転計画情報を入力する
と（ステップＳ２８）、それに基づく余寿命を設備診断
者側４０２で算出する（ステップＳ２９）。そして、設
備診断者側４０２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４０１に提供する（ステップＳ
３０）。なお、このフローチャートでは、ステップＳ２
７で損傷情報を、また、ステップＳ３０で余寿命情報を
それぞれガスタービンの運用者側４０１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４０１に提供しなくとも設備診断者側４０２
でのサービスは可能である。

【００４６】なお、前記式１、式２、式３、式４及び式
５は等価運転時間を求めるための一つの例であり、これ
らの形に限定されるわけではない。

【００４７】図５は本実施形態に係る発電設備１の診断
システムに適用可能なセンサ信号データ、運転情報、メ
ンテナンス情報を示す図である。

【００４８】センサ信号データとしては、排ガス温度ａ
１、ホイールスペース温度ａ２、吐出空気温度ａ３、吐
出空気圧力ａ４、燃焼器保炎器温度ａ５、燃料流量ａ
６、入口空気温度ａ７、入口空気圧力ａ８、入口空気湿
度ａ９、入口可変翼角度ａ１０、回転数ａ１１、軸受振
動ａ１２、軸振動ａ１３、軸受メタル温度ａ１４、圧縮
機各段圧力ａ１５、圧縮機各段の空気温度ａ１６、圧縮
機各段の圧力変動ａ１７、吸い込み空気のＮａセンサａ
１８、圧縮機翼ひずみａ１９、圧縮機翼温度ａ２０、タ
ービン翼ひずみａ２１、タービン翼温度ａ２２、燃焼器
ひずみａ２３、燃焼器温度ａ２４、ケーシング温度ａ２
５、ケーシングひずみａ２６、ケーシング加速度ａ２
７、ケーシング変位ａ２８、排ガス成分ａ２９、燃料成
分ａ３０がある。運転情報としては起動停止回数ｂ１、
燃焼時間ｂ２、トリップ回数ｂ３、負荷変動回数ｂ４、
発電出力ｂ５、発電効率ｂ６、圧縮機効率ｂ７がある。
メンテナンス情報としてはき裂長さｃ１、き裂数ｃ２、
減肉重量ｃ３、減肉体積ｃ４、減肉面積ｃ５、減肉数ｃ
６、コーティング剥離面積ｃ７、コーティング剥離数ｃ
８、腐食面積ｃ９、腐食数ｃ１０、定期検査日ｃ１１、
定期検査回数ｃ１２、圧縮機水洗浄回数ｃ１３、圧縮機
水洗浄日ｃ１４、圧縮機水洗浄水ｐＨｃ１５などがあ
る。これらの情報はガスタービンの損傷状態の変化によ
り何らかの影響を受ける情報であるが、高温部品の状態
診断に際し必ずしもこれらのデータや情報を全て用いる
必要はなく、主要なデータや情報を選択して用いれば良
い。またこの他のデータや情報を用いても良い。

【００４９】図６は本手法を用いて行った状態診断（損
傷診断）および寿命予測を示す図である。同図では、損
傷診断および寿命予測をグラフによって示している。図
において、横軸が機器の実運転時間、縦軸が本実施形態
におけるオンライン等価運転時間Ｌ_ＯＬである。式５で
示されるオンライン等価運転時間Ｌ_ＯＬをプロットする
と、図の例では、直線状に示された管理基準となる等価
運転時間を表す直線とは異なる曲線となり、この曲線が
オンライン損傷診断結果を示している。本実施形態に係
る等価運転時間を考慮した遠隔診断によれば、図に示す
ように、現在の損傷診断結果がリアルタイムで示され、
さらに最小残（余）寿命、最大残（余）寿命などを含
め、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。なお、この定量的に示された寿
命の予測値と予測範囲に基づいて定期検査時期の設定や
費用の見積もりが精度良く行える。これらの定期検査時
期の設定や費用の見積もりは解析サーバ１６、ＷＷＷサ
ーバ１９、ＷＷＷブラウザ２０，２１を備えたＰＣなど
の表示装置（ディスプレイ）に表示され、設備診断者、
保守保全者あるいは運用者側のサーバやＰＣで確認でき
る。

【００５０】本実施形態における遠隔監視システムでア
ラームを発令する場合には、例えば以下のように処理さ
れる。

【００５１】仮に運転中の燃焼器のＦＴＡシステム監視
を行う等価運転時間のしきい値を管理基準の８０％とす
る。現在運転中の燃焼器３の等価運転時間をリアルタイ
ムで計算し、８０％を越えた場合、ＦＴＡシステム監視
によって定量的に示された寿命の予測値と予測範囲を示
すグラフが呼び出される。その中で、他のモニタ項目で
ある主要因や副要因のうち、どれか１つでも該当するも
のがあれば、それに該当する現象を運用者や保守保全者
に知らせるようにアラームを発令（警報を発報）する。
例えば、前述の図２のＦＴＡのツリー構造を示す図にお
いて、現在運転中に図７の部品名と損傷モード（現象
名）と要因を階層構造（ツリー構造）で示すように副要
因１の「燃料量大」７０１という要因が該当すれば、燃
焼器３のクラック７０２の可能性を運用者や保守保全者
に知らせる。仮にいくつかのモニタ項目で同時に該当す
る項目がある場合には、それぞれの副要因に対する発生
確率をあらかじめ決めておけば、最も発生確率の高い現
象が容易に分かる。

【００５２】図８はオンライン損傷診断結果を示すウェ
ブ画面８００の出力例を示す図である。同図に示すよう
にウェブ画面８００にはＦＴＡ表示画面であることの表
示８０１と、機器名、機器コード、運転開始日、運用者
名などの情報８０２が表示され、また、前記表示８０２
の下方には、現在の損傷率Ｌ_ＯＬ８０３１と現在に至る
までの等価運転時間の変化過程がグラフ８０３２で画面
８０１中央の表示部８０３に示され、機器の寿命の予測
値と予測範囲が定量的に表示される。この後、さらに寿
命の診断を行うために、図８の画面では、寿命を算出す
る際に用いる運転モード８０４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表示画面８０１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（ウェブ画面８００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。

【００５３】なお、前記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き、マニュアル定義モ
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ようにしたもので
ある。さらに、画面８０１内のボタンをクリックするこ
とによってで保守保全サービスセンタ８０５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、必ずしも図８に示すよ
うな内容である必要はない。なお画面８０１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。

【００５４】図９はオンライン寿命診断のウェブ画面９
００の出力例を示す図である。図９では図８で選択した
運転モード８０４に従い算出された寿命の最大値と最小
値の予想値がグラフ９０３１と数字９０４１の両方示さ
れる。すなわち、グラフ９０３１は画面９００中央の表
示部９０３に、数字はその下の表示部９０４にそれぞれ
表示される。また、前記表示部９０３の上方には、オン
ライン余寿命表示画面であることの表示９０１と、機器
名、機器コード、運転開始日、運用者名などの情報８０
２も表示される。さらに図９の画面９０１では、設備の
運転について、運転中止補修部品の注文運転の継続見積りの請求サービスセンタとの相談などの指示項目９０５が表示され、これらの指示項目９
０５をウェブ画面９０１上で選択することができる。

【００５５】なお、画面９０１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ようなものであれば、
必ずしも図９に示すような内容である必要はない。ま
た、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。また、表示部９０３に
表示されたグラフでは、ｔ−ｔ_２が最小残寿命ｔ_ｍｉｎ
を、ｔ−ｔ_１が最大残寿命ｔ_ｍａｘを示す。

【００５６】図１０はＦＴＡ支援損傷診断のウェブ画面
１０００の出力例を示す図である。この画面では、図７
で示したようなＦＴＡ１００１を画面中央の表示部１０
０３に表示するだけでなく、現在等価運転時間の多い部
品の損傷モードに関連する項目を他の画面から割り込み
表示する。さらに、過去データから該当する損傷が発生
する確率を計算し、現在の損傷の可能性を数値で示す
（図１０における「０１」、「０２」、「０３」の表示
１００５）。この画面から、さらに詳細なＦＴＡ診断の
選択や等価運転時間の計算を行うことができる。なお、
前記表示部１００３の上方には、他のウェブ画面８０
０，９００と同様にＦＴＡ表示画面であることの表示１
００１と、機器名、機器コード、運転開始日、運用者名
などの情報１００２も表示される。また、等価運転時間
１００６、損傷診断（ＦＴＡ支援）１００７の表示部分
を選択すれば、それぞれ図６に示した等価運転時間を示
す画面、後述の図１１に示す損傷診断（ＦＴＡ支援）を
示す画面が表示され、サービスセンタ１００８の表示部
分を選択すればサービスセンタに接続される。

【００５７】図１１は部品別損傷診断のウェブ画面１１
００の出力例を示す図である。図１１では、画面中央の
表示部１１０３に対象となる設備の各部品と検査交換優
先順位との関係を示す表１１０４が表示される。この表
１１０４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、該当アラームの発生有無、その他の特記事項などが
記入される。さらに該当する部品名を選択すれば（ウェ
ブ画面上でクリックする）、損傷情報の詳細や損傷の画
像を見ることができる。さらに項目ごとにソートするこ
とが可能である。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。また、前
記表示部１１０３の上方には、損傷診断（ＦＴＡ支援）
表示画面であることの表示１１０１と、機器名、機器コ
ード、運転開始日、運用者名などの情報１１０２も表示
される。また、等価運転時間１１０５、ＦＴＡ１１０６
の表示部分を選択すれば、それぞれ図６に示した等価運
転時間を示す画面、図６に示したＦＴＡを示す画面が表
示され、サービスセンタ１１０７の表示部分を選択すれ
ばサービスセンタに接続される。

【００５８】図１２は設備運転情報のウェブ画面１２０
０の出力例を示す図である。図１２の画面では、保守保
全者が関係するすべての発電設備に関する情報が閲覧可
能である。例えば、現在運転中の設備１２０３、現在停
止中の設備１２０４、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、個々の機器ごとに部
品情報を呼び出すことも可能である。また、この画面１
２００を用いて損傷診断、寿命診断（余寿命評価）、過
去の損傷事例の検索、補修部品の在庫、補修部品の製造
状況などを管理・閲覧できる。これらのことは、該当す
る損傷診断表示１２０５、寿命診断（余寿命評価）表示
１２０６、過去の損傷事例の検索１２０７、補修部品の
在庫１２０８の各項目を選択する（ウェブ画面上でクリ
ックする）ことによってサイトが移動し実行される。な
お、この画面１２００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。

【００５９】また、前記表示部１２０３の上方には、設
備運転情報の表示画面であることの表示１１０１と、機
器名、機器コード、運転開始日、運用者名などの情報１
２０２も表示される。

【００６０】以上のように、本実施形態では、運用者や
保守保全者は、ＦＴＡシステムと等価運転時間を用いた
遠隔状態診断により機器の運転状態や損傷の診断、寿命
の予測を高精度で行うことができる。

【００６１】運用者側は運転計画および保守保全計画を
選択できる余地があるので、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
度を高めることができる。

【００６２】一方、保守保全者は、機器管理装置１１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】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。本発明が対象と
するのはガスタービン発電設備に限ったことではなく、
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・プラントにも適用可能である。

【００６４】また、機器運転中に部品毎の等価運転時間
を計算し、計算された等価運転時間に基づいて部品毎の
損傷情報および／または余寿命情報を出力するので、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、検出手段からの情報、例えば温度
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。

【００６５】また、部品毎の総等価運転時間に基づいて
損傷部品種類を特定するので、故障（損傷）箇所の特定
が容易になる。

【００６６】また、部品ごとに計算された総等価運転時
間に基づいて交換および／または検査の優先順位を設定
するので、通常の点検（定検）時の対象範囲、順番を決
めやすくなり、効率的かつ経済的なな保守保全作業が可
能なる。

【００６７】また、余寿命情報に基づいて最小余寿命と
最大余寿命を予測し、予測された余寿命から次の定期点
検時期の設定および／または交換部品の見積もりを行う
ので、必要に応じて定期点検を設定することが可能にな
り、無駄を最小限に抑えることができる。また、保守保
全作業計画の立案が容易となり経済的に処理することが
可能になる。

【００６８】また、計算された等価運転時間が当該対象
部品の少なくとも１つの要因について予め設定された時
間以下になったとき警報を出力するので、迅速にトラブ
ル対策を講じることが可能になる。

【００６９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、検知手
段および監視手段からの情報に基づいて部品の損傷状態
を遠隔診断する診断手段と、前記部品および損傷モード
毎に検索可能なフォールトツリー解析を行う解析手段
と、前記診断手段の診断結果に基づいて前記解析手段に
よりフォールトツリー解析を必要に応じて実行し、前記
部品の損傷に関する要因を監視する管理手段とを備えて
いるので、高精度の損傷診断が可能な高温部品の遠隔監
視システムを提供することができる。

【００７０】また、本発明によれば、監視対象となる設
備または機器を構成する部品の運転時の温度、圧力、負
荷変動の少なくとも１つの状態を検知し、前記設備また
は機器の運転状態を監視し、前記検知した結果および前
記監視した結果に基づいて部品毎の等価運転時間を計算
して前記部品の損傷状態を診断し、前記診断された損傷
状態に基づいて前記部品および損傷モード毎に検索可能
なフォールトツリー解析を必要に応じて実行すし、前記
計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損傷に関す
る要因を監視するので、高精度の損傷診断が可能な高温
部品の遠隔監視方法を提供することができる。

【００７１】さらに、本発明によれば、表示手段に部品
の損傷に関する情報、余寿命に関する情報、警報の発
報、部品の交換および／または検査の優先順位に関する
情報、算出された部品破損確率および／または全体破損
確率に関する情報、予測された余寿命から次の定期点検
時期の設定および／または交換部品の見積もりに関する
情報、部品毎の損傷情報と定期検査までの期間から予測
した部品毎の定期検査までの損傷状態に関する情報など
を表示させるので、定期点検の点検支援や損傷診断時の
対応支援が可能な高温部品の遠隔監視システムを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る遠隔診断システムのシ
ステム構成を示すブロック図である。

【図２】本発明の実施形態で使用されるＦＴＡ構造を示
す説明図である。

【図３】本発明の実施形態に係る遠隔診断の処理手順を
示すフローチャートである。

【図４】本発明の実施形態において計算される等価運転
時間の計算手順を示すフローチャートである。

【図５】本発明の実施形態における遠隔状態診断に適用
されるセンサ信号データ、運転情報およびメンテナンス
情報の一例を示す図である。

【図６】等価運転時間に基づいて行われるオンライン損
傷診断および寿命予測の一例を示す図である。

【図７】本発明の実施形態における損傷モード（現象
名）を具体的に示したＦＴＡ構造を示す説明図である。

【図８】本発明の実施形態におけるオンライン損傷診断
のウェブ画面の出力例を示す図である。

【図９】本発明の実施形態におけるオンライン余寿命診
断のウェブ画面の出力例を示す図である。

【図１０】本発明の実施形態におけるＦＴＡ支援損傷診
断のウェブ画面の出力例を示す図である。

【図１１】本発明の実施形態におけるＦＴＡ支援損傷診
断（部品別リスト）のウェブ画面の出力例を示す図であ
る。

【図１２】本発明の実施形態における設備運転情報のウ
ェブ画面の出力例を示す図である。

【符号の説明】

１（ガスタービン）発電設備２圧縮機３燃焼器４タービン５発電機（ガスタービン駆動）６排熱回収ボイラ７蒸気タービン８発電機（蒸気タービン駆動）９復水器１０ａ〜１０ｈ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２０，２１ＷＷＷブラウザ２２ＬＡＮ２３発電プラント８００，９００，１０００，１１００，１２００ウェ
ブ画面８０３，９０３，１００３，１１００３表示部

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 ５０２Ｇ０６Ｆ 17/60 ５０２ (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 CC08 DD03 DD07 DD09 EE23 EE28 FF06 FF08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】監視対象となる設備または機器を構成す
る部品の運転時の状態を検知する検知手段と、前記設備または機器の運転状態を監視する監視手段と、前記検知手段および前記監視手段からの情報に基づいて
前記部品の損傷状態を遠隔診断する診断手段と、を有す
る高温部品の遠隔監視システムにおいて、前記部品および損傷モード毎に検索可能なフォールトツ
リー解析を行う解析手段と、前記診断手段の診断結果に基づいて前記解析手段により
フォールトツリー解析を必要に応じて実行し、前記部品
の損傷に関する要因を監視する管理手段と、を備えてい
ることを特徴とする高温部品の遠隔監視システム。
【請求項２】前記フォールトツリー解析は、予め解析
する各項目の発生確率を設定し、この設定された発生確
率に基づいて行われることを特徴とする請求項１記載の
高温部品の遠隔監視システム。
【請求項３】前記管理手段は、前記解析手段と前記診
断手段を含む知識ベースを備えていることを特徴とする
請求項１記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項４】前記診断手段は機器運転中に部品毎の等
価運転時間を計算し、前記管理手段は計算された等価運
転時間に基づいて部品毎の損傷情報および／または余寿
命情報を出力することを特徴とする請求項１または３記
載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項５】前記管理手段は、対象部品毎に計算され
た等価運転時間が当該対象部品について予め設定された
時間以下になったときに前記解析手段による解析を実行
することを特徴とする請求項４記載の高温部品の遠隔監
視システム。
【請求項６】前記管理手段は、前記計算された等価運
転時間が当該対象部品の少なくとも１つの要因について
予め設定された時間以下になったとき警報を出力するこ
とを特徴とする請求項４記載の高温部品の遠隔監視シス
テム。
【請求項７】前記予め設定された時間が余寿命から導
かれた時間であることを特徴とする請求項５または６記
載の遠隔監視システム。
【請求項８】前記管理手段は、前記警報が複数の部品
について発報されているときには、当該部品ごとに計算
された総等価運転時間に基づいて交換および／または検
査の優先順位を設定することを特徴とする請求項６記載
の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項９】前記管理手段は、部品毎の総等価運転時
間に基づいて損傷部品種類を特定することを特徴とする
請求項１、３および４のいずれか１項に記載の高温部品
の遠隔監視システム。
【請求項１０】前記管理手段は、損傷部品種類を特定
した後、部品破損確率および／または全体破損確率を算
出することを特徴とする請求項９記載の高温部品の遠隔
監視システム。
【請求項１１】前記管理手段は、前記余寿命情報に基
づいて最小余寿命と最大余寿命を予測し、予測された余
寿命から次の定期点検時期の設定および／または交換部
品の見積もりを行うことを特徴とする請求項４記載の高
温部品の遠隔監視システム。
【請求項１２】前記管理手段は、前記部品毎の損傷情
報と定期検査までの期間から前記部品毎に前記定期検査
までの損傷状態を予測することを特徴とする請求項４記
載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項１３】前記管理手段からの出力結果を表示す
る表示手段を備えていることを特徴とする請求項１、
４、６、８、９、１０、１１および１２のいずれか１項
に記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項１４】監視対象となる設備または機器を構成
する部品の運転時の温度、圧力、負荷変動の少なくとも
１つの状態を検知する工程と、前記設備または機器の運転状態を監視する工程と、前記検知した結果および前記監視した結果に基づいて部
品毎の等価運転時間を計算して前記部品の損傷状態を診
断する工程と、前記診断された損傷状態に基づいて前記部品および損傷
モード毎に検索可能なフォールトツリー解析を必要に応
じて実行する工程と、前記計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損傷に
関する要因を監視する工程と、を備えた高温部品の遠隔
監視方法。
【請求項１５】部品毎の総等価運転時間を計算する工
程と、前記計算された総等価運転時間を部品毎に比較する工程
と、前記部品毎の総等価運転時間の比較結果に基づいて損傷
部品種類を特定する工程と、をさらに備えていることを
特徴とする請求項１４記載の高温部品の遠隔監視方法。
【請求項１６】前記損傷部品種類を特定した後、部品
破損確率および／または全体破損確率を算出する工程を
さらに備えていることを特徴とする請求項１５記載の高
温部品の遠隔監視方法。