JP2004019566A

JP2004019566A - ガスタービンの監視装置

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Publication number: JP2004019566A
Application number: JP2002176666A
Authority: JP
Inventors: Masumi Nomura; 野村　真澄; Kozo Toyama; 外山　浩三
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2004-01-22
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP4064735B2

Abstract

【課題】ガスタービンの監視装置において、大量の温度検出器を不要として設備コストの上昇を抑制する一方でガスタービンの異常を早期に発見することで発電効率の低下や装置の損傷を防止する。
【解決手段】ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態としての排気ガス温度を検出すると共に、この排気ガス温度に影響の高い因子としての燃焼器バイパス弁２７の開度を検出し、この排気ガス温度からその平均温度を算出し、所定期間にわたって平均温度に対する温度偏差を算出して燃焼器バイパス弁２７の開度に対する温度偏差をガスタービン１１の正常運転データとして等高線を表示し、正常運転データの等高線に現在の排気ガスの温度偏差をプロットＰして評価する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの運転状態に基づいてその燃焼状態を監視して必要に応じて異常を検出するガスタービンの監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なガスタービン発電プラントにて、ガスタービンは圧縮機と燃焼器とタービンと発電機とを有しており、圧縮機で高圧となった空気と、圧縮機で高圧となって熱交換器で高温となった燃料ガスとが燃焼器に送られて燃焼し、その排気ガスによりタービンを駆動して発電機を運転する。このようなガスタービン発電プラントでは、燃焼器での燃焼温度が１５００℃まで上昇し、内部で圧力変動が発生するため、局部応力が発生して亀裂が生じてしまうことがある。燃焼器に亀裂や破損が発生すると、燃焼器へ導入される空気量が計画からずれて燃焼異常が発生し、発電効率が低下してしまうという問題がある。
【０００３】
従来は、タービンの最終翼付近や排気室に温度検出器を複数設け、この各温度検出器の計測結果に基づいて燃焼器の燃焼異常を検知していた。しかし、プラント負荷や気象条件など種々のプラント運転条件により正常な温度範囲が異なることから、正常と異常とを判別するしきい値の設定が困難であり、誤判定が生じる虞がある。この場合、燃焼器の異常燃焼を正常と誤判定すると、燃焼器に亀裂等が生じたまま運転を継続することとなり、発電効率を低下させてしまうばかりでなく、場合によっては翼をも損傷させてしまうこととなる。
【０００４】
そこで、「ガスタービン燃焼監視装置」として、特開平０７−３１８０５６号公報に開示されたものがある。この技術は、排気室に温度検出器を設け、この温度検出器により得られる排気ガス流に直交する平面内の温度分布から断面排気温度分布のパターンの特徴を求め、異常原因判定を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した公報に開示された「ガスタービン燃焼監視装置」では、排気室に設けられた温度検出器により得られる温度分布から断面排気温度分布のパターンの特徴を求めている。そのため、一つの燃焼器に多数の温度検出器が必要となり、公報に記載された８つの燃焼器を有するガスタービンでは、大量の温度検出器が必要となり、設備コストが増加してしまうという問題がある。また、実際に、一つの燃焼器に多数の温度検出器を装着することは排気ガスの流動抵抗の面からも困難であり、現実的ではない。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、大量の温度検出器を不要として設備コストの上昇を抑制する一方でガスタービンの異常を早期に発見することで発電効率の低下や装置の損傷を防止したガスタービンの監視装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のガスタービンの監視装置は、高圧の燃料と空気を燃焼して生じた熱ガスによりタービンを駆動して発電するガスタービンにおいて、該ガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段が検出した前記ガスタービンの運転状態に影響の高い因子を検出する影響因子検出手段と、該影響因子検出手段が設定した因子に対する前記運転状態検出手段が検出した所定期間における前記ガスタービンの運転状態に基づいて正常規範を設定する正常規範設定手段と、該正常規範設定手段が設定した正常規範に対して前記運転状態検出手段が検出した現在における前記ガスタービンの運転状態を評価する評価手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明のガスタービンの監視装置では、前記評価手段は、前記正常規範に対する現在の前記ガスタービンの運転状態の健全性を評価する健全性評価手段を有することを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明のガスタービンの監視装置では、前記運転状態検出手段は、排気ガスの温度、圧力、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度の少なくともいずれか一つを検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明のガスタービンの監視装置では、前記影響因子検出手段は、燃焼器バイパス弁の開度、圧縮機入口案内翼の開度、燃料流量、発電機出力、圧縮機出口温度、圧縮機出口圧力の少なくともいずれか一つを検出することを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明のガスタービンの監視装置では、前記正常規範設定手段は、前記因子に対する前記ガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、前記因子に対する該発生頻度を等高線として整理して前記正常規範を設定し、前記評価手段は、該正常規範に現在の前記ガスタービンの運転状態を表示することを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明のガスタービンの監視装置では、前記評価手段は、前記等高線により表示した正常規範に正常領域を設定し、該正常領域における現在の前記ガスタービンの運転状態の有無に応じて健全性を評価することを特徴としている。
【００１３】
請求項７の発明のガスタービンの監視装置では、前記正常規範設定手段は、過去の所定期間にわたる前記因子に対する前記ガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、前記因子に対する該発生頻度を等高線として整理して正常規範データを設定し、前記評価手段は、直前の所定期間にわたる前記因子に対する前記ガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、前記因子に対する該発生頻度を等高線として整理して計測値データを設定し、前記正常規範データと該計測値データとの分布を比較して健全性を評価することを特徴としている。
【００１４】
請求項８の発明のガスタービンの監視装置では、前記正常規範設定手段は、前記影響因子検出手段が検出した因子に基づいて前記ガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態を推定するモデルを求め、前記評価手段は、該推定モデルによる推定値を求め、該推定値と前記運転状態検出手段が検出した現在における前記ガスタービンの運転状態の実測値とを散布図に表示して評価することを特徴としている。
【００１５】
請求項９の発明のガスタービンの監視装置では、前記評価手段は、該推定モデルの推定値と前記ガスタービンの運転状態の実測値との差を所定のしきい値と比較して健全性を評価することを特徴としている。
【００１６】
請求項１０の発明のガスタービンの監視装置では、前記運転状態検出手段と前記正常規範設定手段及び前記評価手段との間で各種データの送受信を行う通信手段を設けたことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１に本発明の第１実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図２に燃焼器バイパス弁の開度に対する排気ガスの温度偏差を表す等高線図、図３に本実施形態のガスタービン発電プラントの概略構成を示す。
【００１９】
本実施形態のガスタービン発電プラントにおいて、図３に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とを有しており、このタービン１４の同軸上に発電機１５が連結されている。この圧縮機１２には吸気通路１６が連結され、この吸気通路１６には吸入空気量を調整する入口案内翼１７が設けられると共に、この入口案内翼１７の開度を検出する開度センサ１８が設けられている。また、吸気通路１６には吸入空気の温度センサ１９、圧力センサ２０、流量センサ２１が設けられている。
【００２０】
また、圧縮機１２と燃焼器１３とは圧縮空気供給通路２２により連結され、この圧縮空気供給通路２２に圧縮空気の温度センサ２３、圧力センサ２４が設けられている。そして、燃焼器１３とタービン１４とは燃焼ガス通路２５により連結され、圧縮空気供給通路２２と燃焼ガス通路２５とは燃焼器１３を迂回するバイパス通路２６により連結され、このバイパス通路２６に燃焼器バイパス弁２７が設けられると共に、この燃焼器バイパス弁２７の開度を検出する開度センサ２８が設けられている。
【００２１】
燃料通路２９はメイン燃料通路３０とパイロット燃料通路３１に分岐され、それぞれ燃焼器１３に連結されており、メイン燃料通路３０及びパイロット燃料通路３１にはそれぞれ流量制御弁３２，３３が設けられている。そして、燃料通路２９には供給燃料の温度センサ３４が設けられ、メイン燃料通路３０及びパイロット燃料通路３１には供給燃料の圧力センサ３５，３６と流量センサ３７，３８が設けられている。
【００２２】
タービン１４には排気ガス通路３９が連結され、この排気ガス通路３９は図示しない浄化装置を介して煙突に連結されている。そして、排気ガス通路３９に排気ガスの温度センサ４０、ＮＯｘセンサ４１、ＣＯセンサ４２が設けられている。
【００２３】
本実施形態のガスタービンの監視装置は、上述したガスタービン１１を監視して異常燃焼を早期に検出するものであり、図１に示すように、監視装置５１は、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態としての排気ガス温度を検出する温度センサ（運転状態検出手段）４０と、この温度センサ４０が検出したガスタービン１１の排気ガス温度に影響の高い因子としての燃焼器バイパス弁２７の開度を検出する開度センサ（影響因子検出手段）２８などのプラントデータ５０が入力される。そして、この監視装置５１は、温度センサ４０が検出した排気ガス温度や開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度などを入力する入力手段５２と、入力手段５２が入力処理した各種データを保存するデータベース５３と、データベース５３に保存された各種データを用いて、具体的には、燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度に基づいてガスタービン１１の運転状態における正常規範を設定する正常規範設定手段５４と、正常規範設定手段５４が設定した正常規範に対して現在の排気ガス温度を評価する評価手段５５と、評価手段５５が評価した評価データを外部に出力する出力手段５６とを有している。
【００２４】
本実施形態にて、ガスタービン１１の燃焼器１３は周方向に沿って複数設けられており、タービン１４の排気ガス通路３９に温度センサ４０が各燃焼器１３に対応してそれぞれ設けられている。正常規範設定手段５４は、この複数の温度センサ４０の計測値から平均温度を算出し、この平均温度からの各温度の偏差を算出すると共に、この温度偏差とガスタービン１１の燃焼状態とが最も明確となる燃焼器バイパス弁２７の開度との関係を所定期間にわたって対応して整理し、図２に示すように、ガスタービン１１の正常運転データ（正常規範）として等高線に表す。この場合、正常運転データを作成するための開度センサ２８及び温度センサ４０の測定値はデータベース５３に保存され、正常規範設定手段５４はデータベース５３に保存された現在の一定期間前から所定期間逆上ったその期間のデータを用いてこの正常運転データの等高線を作成しており、時間の経過に応じてこの正常運転データは最新のものに逐次修正されていく。
【００２５】
そして、評価手段５５は、正常規範設定手段５４が作成した正常運転データの等高線に、データベース５３から出力された現在の開度センサ２８の測定値（弁開度）に対する温度センサ４０の測定値（排気ガス温度）の偏差をプロットＰし、現在のガスタービン１１の運転状態の評価を表示する。出力手段５６はこの正常運転データの等高線に現在のガスタービン１１の運転状態（プロットＰ）の評価の表示データを図示しないディスプレイに表示したり、必要に応じてプリントする。
【００２６】
ここで、本実施形態のガスタービン発電プラントの作動について説明すると、図３に示すように、ガスタービン１１では、高圧となった燃料ガスが加熱されて燃焼器１３に供給されると共に、圧縮機１２で高圧となった空気が燃焼器１３に供給され、ここで燃焼して膨張してタービン１４を駆動することで発電機１５を運転する。
【００２７】
このガスタービン１１の運転中に、図１に示すように、温度センサ４０が検出した排気ガス温度や開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度などのプラントデータ５０が監視装置５１に入力し、入力手段５２は各種データをデータベース５３に入力処理して保存する。正常規範設定手段５４は複数の温度センサ４０が計測した排気ガス温度からその平均温度を算出し、所定期間内におけるこの平均温度に対する温度偏差を算出し、燃焼器バイパス弁２７の開度に対する温度偏差の発生頻度を図２に示すように等高線図としてガスタービン１１の正常運転データとして表示する。図２の例では、等高線図の内側は発生頻度が高く、外側ほど発生頻度が低い。評価手段５５は、この正常運転データの等高線に現在の排気ガスの温度偏差をプロットＰして評価し、出力手段５６がこの評価の表示データを表示する。
【００２８】
このように第１実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態としての排気ガス温度を検出すると共に、この排気ガス温度に影響の高い因子としての燃焼器バイパス弁２７の開度を検出し、複数の温度センサ４０が計測した排気ガス温度からその平均温度を算出し、所定期間にわたって平均温度に対する温度偏差を算出して燃焼器バイパス弁２７の開度に対する温度偏差の発生頻度をガスタービン１１の正常運転データとして等高線表示し、正常運転データの等高線に現在の排気ガスの温度偏差をプロットＰして評価している。
【００２９】
従って、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態として排気ガス温度を用い、この排気ガス温度に影響の高い因子として燃焼器バイパス弁２７の開度を用いたことで、この燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度を監視することで、現在のプラントの運転状態を正確に監視することができる。また、過去の所定期間にわたる排気ガス温度の蓄積データに基づいてガスタービン１１の正常運転データとして等高線（正常規範）を表示し、この正常運転データの等高線に現在の排気ガスの温度偏差を表示することで、現在のプラントの運転状態を早期に、且つ、明確に表示して異常を監視することができる。
【００３０】
図４に本発明の第２実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図５に排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフ、図６に本発明の第３実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図７に排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフ、図８に本発明の第４実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図９に排気ガス温度における測定値に対する予測値の散布を表すグラフ、図１０に本発明の第５実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図１１に排気ガス温度における正常異常領域を表すグラフ、図１２に本発明の第６実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３１】
第２実施形態において、図４に示すように、ガスタービンの監視装置６１は、第１実施形態のガスタービンの監視装置に健全性評価手段６２を追加したものである。この健全性評価手段６２は、評価手段５５が、正常運転データの等高線に現在の燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度の偏差をプロットＰした後、この現在のガスタービン１１の運転状態の正常あるいは異常を判定し、ガスタービン１１の運転状態の健全性を評価するものである。そして、出力手段５６はこのガスタービン１１の運転状態の健全性を図示しないディスプレイに表示したり、プリントしたり、必要に応じて警報を発する。
【００３２】
即ち、評価手段５５は、図５に示すように、排気ガスの温度偏差の分布μ_Ａを燃焼器バイパス弁２７の開度ごとに連続して有しており、健全性評価手段６２はこの温度偏差の分布μ_Ａおける正常範囲を、例えば、全体の９５％と設定し、その前後を異常範囲と設定する。そして、現在の燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度の偏差が正常範囲にあれば、現在のガスタービン１１の運転状態を正常と判定し、異常範囲にあれば、現在のガスタービン１１の運転状態を異常を判定する。
【００３３】
このように第２実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、複数の温度センサ４０が計測した排気ガス温度からその平均温度を算出し、所定期間にわたって平均温度に対する温度偏差を算出して燃焼器バイパス弁２７の開度に対する温度偏差の発生頻度をガスタービン１１の正常運転データとして等高線表示し、これを温度偏差の分布μ_Ａとして正常範囲を設定し、現在の排気ガスの温度偏差によりガスタービン１１の運転状態を正常及び異常を判定している。
【００３４】
従って、過去の所定期間にわたる排気ガス温度の蓄積データに基づいてガスタービン１１の正常運転データとして等高線を表示し、温度偏差の分布μ_Ａとして正常範囲を設定し、現在の排気ガスの温度偏差がこの分布μ_Ａの正常範囲にあるかどうかにより現在のプラントの運転状態の正常及び異常を早期に、且つ、確実に判定することができる。
【００３５】
第３実施形態において、図６に示すように、ガスタービンの監視装置７１は、２つのデータベース７２，７３及び温度偏差分布設定手段７４、正常規範設定手段７５を設定すると共に、評価手段７６と健全性評価手段７７を設定している。第１データベース７２は現在から一定期間前までの第１所定期間の各種データを保存し、第２データベース７３は、前述したデータベース５３と同様に、現在の一定期間前から所定期間逆上った第２所定期間の各種データを保存している。温度偏差分布設定手段７４は、第１データベース７２の蓄積データに基づいて、前述した正常規範設定手段５４と同様に、複数の温度センサ４０の直前の時系列データから、図７に示すように、ガスタービン１１の直前運転データを等高線の分布μ_Ｂとして設定する。正常規範設定手段７５も、正常規範設定手段５４と同様に、複数の温度センサ４０の過去の時系列データから、ガスタービン１１の正常運転データ（正常規範）を等高線の分布μ_Ａとして設定する。
【００３６】
評価手段７６は、温度偏差分布設定手段７４が設定したガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Ｂと、正常規範設定手段７５が設定したガスタービン１１の正常運転データの分布μ_Ａを表示し、健全性評価手段７７は、直前運転データの分布μ_Ｂと正常運転データの分布μ_Ａとの偏差ｄが所定値以上であるか否かにより、ガスタービン１１の運転状態の正常あるいは異常を判定し、ガスタービン１１の運転状態の健全性を評価するものである。ここで、直前運転データの分布μ_Ｂと正常運転データの分布μ_Ａとの偏差ｄとは、それぞれの分布の平均値の差としてもよいし、中央値の差としても構わない。また、直前運転データの分布μ_Ｂと正常運転データの分布μ_Ａから、よく知られている平均値の差の検討等の統計的検定手法により分布が異なることをもって、異常と判定しても構わない。
【００３７】
このように第３実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、現在から一定期間前までの第１所定期間の排気ガス温度の直前の時系列データからガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Ｂを設定すると共に、一定期間前から所定期間逆上った第２所定期間の排気ガス温度の過去の時系列データからガスタービン１１の正常運転データ（正常規範）の分布μ_Ａを設定し、この各温度偏差の分布μ_Ａ、μ_Ｂを比較することによりガスタービン１１の運転状態を正常及び異常を判定している。
【００３８】
従って、ガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Ｂと過去運転データ（正常規範）の分布μ_Ａとを比較することで、ガスタービン１１の運転状態の正常及び異常を高精度に判定することができる。
【００３９】
第４実施形態において、図８に示すように、ガスタービンの監視装置８１は、正常規範設定手段としての特性把握手段８２と評価手段８３とを設定している。特性把握手段８２は、開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度、開度センサ１８が検出した入口案内翼１７の開度、流量センサ３７，３８が検出した燃料流量をパラメータとして排気ガス温度の予測式（推定モデル）を算出するものであり、例えば、下記数式の係数を算出する。
Ｙ＝ａ_０＋ａ_１ｘ_１＋ａ_２ｘ_２＋ａ_３ｘ_３
ここで、Ｙは排気ガス温度の予測値、ｘ_１は燃焼器バイパス弁２７の開度、ｘ_２は入口案内翼１７の開度、ｘ_３は燃料流量、ａ_０、ａ_１、ａ_２、ａ_３は各係数である。各係数は、データベース５３に保存されているデータを用いて、例えば、最小二乗法により求めることができる。なお、ここでは予測式を線形の一次式としているが、これに限るものではなく、二次以上の高次の項や対数、指数などの項を含めてもよい。また、予測式の右辺にｘ_１、ｘ_２、ｘ_３の３つの変数を用いているが、他のセンサ信号を追加しても構わない。
【００４０】
評価手段８３は、図９に示すように、所定の燃焼器バイパス弁２７の開度、入口案内翼１７の開度、燃料流量に対する温度センサ４０の測定値（実測値）と、特性把握手段８２により得られた予測式により求められる排気ガス温度の予測値との関係を表す散布図に表し、現在のガスタービン１１の運転状態の評価を表示する。
【００４１】
このように第４実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態としての排気ガス温度を検出すると共に、この排気ガス温度に影響の高い因子としての燃焼器バイパス弁２７の開度、入口案内翼１７の開度、燃料流量から排気ガス温度を予測し、この排気ガス温度の測定値と予測値を比較することによりガスタービン１１の運転状態を正常及び異常を判定している。
【００４２】
従って、排気ガス温度に影響の高い因子として複数のパラメータから求めた予測値を正常運転データ（正常規範）として用いることで、ガスタービン１１の運転状態を高精度に表示して異常を監視することができる。
【００４３】
第５実施形態において、図１０に示すように、ガスタービンの監視装置９１は、第４実施形態のガスタービンの監視装置に健全性評価手段９２を追加したものである。この健全性評価手段９２は、図１１に示すように、特性把握手段８２が求めた排気ガス温度の予測式を用いて評価手段８３が求めた排気ガス温度の予測値と温度センサが計測した排気ガス温度の測定値とが一致する基準線Ｓに対して所定の幅をもって上側及び下側に領域線を設定し、この領域Ｈを正常領域と設定する。そして、排気ガス温度の予測値と測定値との関係がこの正常領域Ｈにあるか否かによりガスタービン１１の運転状態の正常あるいは異常を判定し、ガスタービン１１の運転状態の健全性を評価する。
【００４４】
このように第５実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、排気ガス温度の予測値と測定値とが一致する基準線Ｓに対して上下の領域線を設定し、正常領域Ｈと設定し、現在の排気ガス温度の予測値と測定値との関係がこの正常領域Ｈにあるか否かによりガスタービン１１の運転状態の正常及び異常を判定している。従って、現在のプラントの運転状態の正常及び異常を適正に判定することができる。
【００４５】
第６実施形態において、図１２に示すように、ガスタービンの監視装置１０１を、例えば、プラント設置現場から離間した事務所内に設け、ガスタービン発電プラントと通信経由で各種データの送信を行うことで、プラントの運転状態の監視を行うようにしている。即ち、プラント側の入力手段５２に送受信可能な通信手段１０２が接続されている。一方、ガスタービンの監視装置１０１は、前述した第３実施形態のガスタービンの監視装置７１とほぼ同様の構成であり、第１データベース７２及び評価手段７６に送受信可能な通信手段１０３が接続されている。
【００４６】
従って、温度センサ４０が検出した排気ガス温度や開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度などのプラントデータ５０を入力すると、入力手段５２は各種データを通信手段１０２，１０３を用いてガスタービンの監視装置１０１にプラントデータ５０を送信し、第１データベース７２に保存する。評価手段７６は、温度偏差分布設定手段７４が設定したガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Ｂと、正常規範設定手段７５が設定したガスタービン１１の正常運転データの分布μ_Ａを表示し、健全性評価手段７７は、直前運転データの分布μ_Ｂと正常運転データの分布μ_Ａとの偏差ｄが所定値以上であるか否かにより、ガスタービン１１の運転状態の正常あるいは異常を判定し、ガスタービン１１の運転状態の健全性を評価する。そして、必要に応じて出力手段５６はガスタービン１１の運転状態（正常・異常）を通信手段１０２，１０３を用いてプラント側に送信する。
【００４７】
このように第６実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、プラント設置現場とガスタービンの監視装置１０１を離間した場所に設置し、プラントデータ５０やガスタービン１１の運転状態を互いに送受信可能としている。従って、複数のガスタービン発電プラントを一つのガスタービンの監視装置１０１により集中して管理することができ、管理コストを低減することができる。
【００４８】
なお、上述した実施形態にて、運転状態検出手段をタービン１４の排気ガス温度を検出する温度センサ４０とし、この排気ガス温度、平均温度、温度偏差を運転状態として用いたが、これに限らず、排気ガスの圧力、平均圧力、圧力偏差やＮＯｘ濃度、平均ＮＯｘ濃度、ＮＯｘ濃度偏差などを用いてもよく、また、これらのうちの複数を用いて運転状態を推定してもよい。
【００４９】
また、影響因子検出手段を燃焼器バイパス弁の開度を検出する開度センサ２８としたが、これに限らず、圧縮機入口案内翼の開度を検出する開度センサ１８、燃料流量を計測する流量センサ３７，３８、発電機１５の発電機出力を測定する出力センサ、圧縮機１２の出口温度、出口圧力を計測する温度センサ２３、圧力センサなどを用いてもよく、これらを組み合わせてもよい。
【００５０】
更に、６つの実施形態を説明したが、データベース、正常規範設定手段、評価手段、健全性評価手段、通信手段等は、各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態を組み合わせて各手段を適用してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のガスタービンの監視装置によれば、ガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態を検出する運転状態検出手段と、運転状態検出手段が検出したガスタービンの運転状態に影響の高い因子を検出する影響因子検出手段と、影響因子検出手段が設定した因子に対する運転状態検出手段が検出した所定期間におけるガスタービンの運転状態に基づいて正常規範を設定する正常規範設定手段と、正常規範設定手段が設定した正常規範に対して運転状態検出手段が検出した現在におけるガスタービンの運転状態を評価する評価手段とを設けたので、ガスタービンの異常燃焼により最も影響の出る運転状態を用い、この運転状態に影響の高い因子を用いたことで、大量の温度検出器を使用することなく現在のプラントの運転状態を正確に監視することができ、設備コストの上昇を抑制することができる一方で、ガスタービンの異常を早期に発見して発電効率の低下や装置の損傷を確実に防止することができる。
【００５２】
請求項２の発明のガスタービンの監視装置によれば、正常規範に対する現在のガスタービンの運転状態の健全性を評価する健全性評価手段を設けたので、現在のプラントの運転状態の正常及び異常を早期に、且つ、確実に判定することができる。
【００５３】
請求項３の発明のガスタービンの監視装置によれば、運転状態検出手段は、排気ガスの温度、圧力、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度の少なくともいずれか一つを検出するので、既存のセンサを用いて現在のプラントの運転状態を監視することができ、設備コストの上昇を抑制することができる。
【００５４】
請求項４の発明のガスタービンの監視装置によれば、影響因子検出手段は、燃焼器バイパス弁の開度、圧縮機入口案内翼の開度、燃料流量、発電機出力、圧縮機出口温度、圧縮機出口圧力の少なくともいずれか一つを検出するので、既存のセンサを用いて現在のプラントの運転状態を監視することができ、設備コストの上昇を抑制することができる。
【００５５】
請求項５の発明のガスタービンの監視装置によれば、正常規範設定手段は、因子に対するガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、因子に対する発生頻度を等高線として整理して正常規範を設定し、評価手段は、正常規範に現在のガスタービンの運転状態を表示するので、過去の所定期間にわたる運転状態蓄積データに基づいてガスタービンの正常運転データとして等高線を表示し、この正常運転データの等高線に現在の運転状態を表示することで、現在のプラントの運転状態を早期に、且つ、明確に表示して異常を監視することができる。
【００５６】
請求項６の発明のガスタービンの監視装置によれば、評価手段は、等高線により表示した正常規範に正常領域を設定し、正常領域における現在のガスタービンの運転状態の有無に応じて健全性を評価するので、現在のプラントの運転状態の正常及び異常を早期に、且つ、確実に判定することができる。
【００５７】
請求項７の発明のガスタービンの監視装置によれば、正常規範設定手段は、過去の所定期間にわたる因子に対するガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、因子に対する発生頻度を等高線として整理して正常規範データを設定し、評価手段は、直前の所定期間にわたる因子に対するガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、因子に対する発生頻度を等高線として整理して計測値データを設定し、正常規範データと計測値データとの分布を比較して健全性を評価するので、ガスタービン１１の直前運転データと過去運転データとを比較することで、ガスタービンの運転状態の正常及び異常を高精度に判定することができる。
【００５８】
請求項８の発明のガスタービンの監視装置によれば、正常規範設定手段は、影響因子検出手段が設定した因子に基づいてガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態を推定するモデルを求め、評価手段は、推定モデルによる推定値を求め、この推定値と運転状態検出手段が検出した現在におけるガスタービンの運転状態の実測値とを散布図に表示して評価するので、運転状態に影響の高い因子から求めた推定モデルの推定値を正常規範として用い、この推定値と実測値とを散布図に表示して評価することとなり、ガスタービンの運転状態を高精度に表示して異常を監視することができる。
【００５９】
請求項９の発明のガスタービンの監視装置によれば、評価手段は、推定モデルの推定値とガスタービンの運転状態の実測値との差を所定のしきい値と比較して健全性を評価するので、ガスタービンの運転状態の正常及び異常を高精度に判定することができる。
【００６０】
請求項１０の発明のガスタービンの監視装置によれば、運転状態検出手段と正常規範設定手段及び評価手段との間で各種データの送受信を行う通信手段を設けたので、複数のガスタービン発電プラントを一つの監視装置により集中して管理することができ、管理コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図２】燃焼器バイパス弁の開度に対する排気ガスの温度偏差を表す等高線図である。
【図３】本実施形態のガスタービン発電プラントの概略構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図５】排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフである。
【図６】本発明の第３実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図７】排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフである。
【図８】本発明の第４実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図９】排気ガス温度における測定値に対する予測値の散布を表すグラフである。
【図１０】本発明の第５実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図１１】排気ガス温度における正常異常領域を表すグラフである。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【符号の説明】
１１　ガスタービン
１２　圧縮機
１３　燃焼器
１４　タービン
１５　発電機
１７　入口案内翼
１８　開度センサ
２３　温度センサ
２６　バイパス通路
２７　燃焼器バイパス弁
２８　開度センサ（影響因子検出手段）
３５，３６　圧力センサ
４０　温度センサ（運転状態検出手段）
４１　ＮＯｘセンサ
５０　プラントデータ
５１，６１，７１，８１，９１，１０１　　監視装置
５２　入力手段
５３，７２，７３　データベース
５４，７５　正常規範設定手段
５５，８３　評価手段
５９　出力手段
６２，７７，９２　健全性評価手段
７４　温度偏差分布設定手段
８２　特性把握手段（正常規範設定手段）
１０２　，１０３　　通信手段

Claims

高圧の燃料と空気を燃焼して生じた熱ガスによりタービンを駆動して発電するガスタービンにおいて、該ガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態を検出する運転状態検出手段と、該運転状態検出手段が検出した前記ガスタービンの運転状態に影響の高い因子を検出する影響因子検出手段と、該影響因子検出手段が検出した因子に対する前記運転状態検出手段が検出した所定期間における前記ガスタービンの運転状態に基づいて正常規範を設定する正常規範設定手段と、該正常規範設定手段が設定した正常規範に対して前記運転状態検出手段が検出した現在における前記ガスタービンの運転状態を評価する評価手段とを具えたことを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項１において、前記評価手段は、前記正常規範に対する現在の前記ガスタービンの運転状態の健全性を評価する健全性評価手段を有することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項１において、前記運転状態検出手段は、排気ガスの温度、圧力、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度の少なくともいずれか一つを検出することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項１において、前記影響因子検出手段は、燃焼器バイパス弁の開度、圧縮機入口案内翼の開度、燃料流量、発電機出力、圧縮機出口温度、圧縮機出口圧力の少なくともいずれか一つを検出することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項１において、前記正常規範設定手段は、前記因子に対する前記ガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、前記因子に対する該発生頻度を等高線として整理して前記正常規範を設定し、前記評価手段は、該正常規範に現在の前記ガスタービンの運転状態を表示することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項５において、前記評価手段は、前記等高線により表示した正常規範に正常領域を設定し、該正常領域における現在の前記ガスタービンの運転状態の有無に応じて健全性を評価することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項５において、前記正常規範設定手段は、過去の所定期間にわたる前記因子に対する前記ガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、前記因子に対する該発生頻度を等高線として整理して正常規範データを設定し、前記評価手段は、直前の所定期間にわたる前記因子に対する前記ガスタービンの種々の運転状態の発生頻度を算出し、前記因子に対する該発生頻度を等高線として整理して計測値データを設定し、前記正常規範データと該計測値データとの分布を比較して健全性を評価することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項１において、前記正常規範設定手段は、前記影響因子検出手段が検出した因子に基づいて前記ガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態を推定するモデルを求め、前記評価手段は、該推定モデルによる推定値を求め、該推定値と前記運転状態検出手段が検出した現在における前記ガスタービンの運転状態の実測値とを散布図に表示して評価することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項８において、前記評価手段は、該推定モデルの推定値と前記ガスタービンの運転状態の実測値との差を所定のしきい値と比較して健全性を評価することを特徴とするガスタービンの監視装置。
請求項１において、前記運転状態検出手段と前記正常規範設定手段及び前記評価手段との間で各種データの送受信を行う通信手段を設けたことを特徴とするガスタービンの監視装置。