JP2005147669A

JP2005147669A - 分散電源振動診断システム

Info

Publication number: JP2005147669A
Application number: JP2003380600A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yamaguchi; 和幸山口; Yukishi Takagi; 亨之高木; Kuniyoshi Tsubouchi; 邦良坪内; Susumu Nakano; 晋中野; Satoshi Momo; 聡百々
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2003-11-11
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2023-11-11
Also published as: JP4001099B2

Abstract

【課題】
分散電源の振動原因を、簡便にかつ高精度に推定する。
【解決手段】
分散電源振動診断システムは、分散電源１４を構成する機器の振動を計測して分散電源の異常を診断する。振動計測手段１は、機器の振動を計測する。振動計測手段が計測した計測信号を予め定めた基準値と比較して、判定手段９が振動異常を判定する。判定手段の判定結果に基づいて、試験運転条件決定手段１１が試験運転条件を自動的に決定する。決定された試験運転条件で分散電源を、自動運転手段１２が自動運転する。判定手段は運転条件を変化させたときの振動状態変化に基づいて振動異常を判定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気使用者の近くに分散して配置された分散電源の振動を診断する診断システムに関する。

従来の振動異常診断装置の例が、特許文献１に記載されている。この公報の特に図１に特徴的に示されるように、異常診断装置で、振動プロセス計測器が振動データを計測している。この振動プロセス計測器で計測した振動データに基づいて、振動異常検知用判定値記憶手段が振動異常の判定基準を記憶する。振動異常検知用判定値記憶手段に記憶した振動異常検知用判定値と振動プロセス計測器で計測した振動データを比較して、振動異常判定手段が振動異常を判定する。振動異常判定手段の判定結果を診断結果表示出力手段が表示する。また非特許文献１には、機器の振動を診断する方法が記載されている。この文献の表３に記載された振動徴候マトリックスを用いると、異常振動の原因を振動周波数や振動方向、振動部位、回転速度変化に伴う振幅の増減から特定できる。

特開平２００１−３２４３８０号公報

木村、山内、「振動徴候マトリックス」、ターボ機械、社団法人ターボ機械協会、１９８２年、第１０巻、第１０号、ｐ５０

上記特許文献１に記載の振動異常診断装置は、広く一般の機器を対象にしているので、マイクロタービンやガスエンジンを有する分散電源に適用するのには不十分であった。つまり、電力事業者や工場向けの大型発電設備とは異なり、分散電源の使用者は必ずしも運転や監視、保守、点検に十分な時間と経費と人員を費やすことができない。したがって、簡便な方法で分散電源を構成する各機器の出力を調整する自動運転システムと、機器の健全性を自動的に監視および点検し、機器に異常が生じていたら原因を自動的に判定して保守作業者に伝えるシステムが望まれている。

非特許文献１に記載された振動徴候マトリックスを用いると、確かに測定部位の振幅の増減から機器の異常振動の原因を特定できるが、機器の回転速度等の運転条件を変化させるためには保守作業者が必要であるとともに、運転条件の決定には熟練者の判断が必要である。さのため、振動原因を自動で特定するのには限界があった。

本発明は上記従来技術の不具合に鑑みなされたものでありその目的は、分散電源の振動原因を簡便にかつ高精度に推定することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴は、分散電源を構成する機器の振動を計測して分散電源の異常を診断する分散電源振動診断システムであって、機器の振動を計測する振動計測手段と、この振動計測手段が計測した計測信号を予め定めた基準値と比較して振動異常を判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に基づいて試験運転条件を自動的に決定する試験運転条件決定手段と、決定された試験運転条件で分散電源を自動運転する自動運転手段とを有し、前記判定手段は運転条件を変化させたときの振動状態変化に基づいて振動異常を判定するものである。

そしてこの特徴において、判定手段と試験運転条件決定手段とを有し、機器からは遠隔して配置した遠隔監視システムを有し、この遠隔監視システムと分散電源の機器との間でデータを転送するデータ転送手段を設けるようにしてもよく、機器に振動異常が発生したら表示する表示手段を遠隔監視システムに設けてもよい。

また、機器は回転体を有するガスタービンまたはガスエンジンであり、この回転体の位相基準信号を計測する位相基準信号計測手段と、計測手段が計測した信号から振動状態を計算する振動状態計算手段とを有し、この振動状態計算手段は、計測手段が計測した振動信号について、位相基準信号計測手段が計測した位相基準信号から求めた回転周波数の整数倍または回転周波数の整数分の１の周波数成分の振幅と、位相基準信号との位相差とを演算するものであることが好ましく、試験運転条件決定手段が決定する運転条件は、ガスタービンまたはガスエンジンの回転速度と出力と作動ガスの流量と燃料の流量と潤滑流体の流量と冷却流体の流量の少なくともいずれかであるのがよい。

本発明によれば、分散電源振動診断システムに試験運転条件決定手段及び自動運転手段を設けたので、分散電源を構成する各機器の運転条件を変化させて振動状態変化を計測することができる。これにより、定常状態の振動計測では特定できない振動原因を高精度にかつ簡便に特定できる。

以下、図面を用いて本発明の一実施例を説明する。図１は、本発明に係る分散電源振動診断システムの一実施例のブロック図である。分散電源システムでは、複数のマイクロタービンやガスエンジン等の発電機器を有する分散電源が、各地に分散して配置される。これらの分散して配置された電源１４の１個に着目したのが図１であり、発電機器はマイクロガスタービンである。マイクロガスタービンには、振動計測手段１が取り付けられており、分散電源１４の振動を計測して振動信号を発生する。振動計測手段１は、例えば渦電流式変位計である。振動計測手段１の計測信号は、分散電源１４が備える振動信号取込手段２に送信される。

マイクロガスタービンのロータのキー溝に対向して、位相基準信号を計測する渦電流式変位計が計測手段３として取り付けられている。この計測手段が計測したロータの回転位相基準から位相基準信号を作成し、位相基準信号取り込み手段４に出力する。振動信号取込手段２が取り込んだ振動信号と位相基準信号取込手段４が取り込んだ位相基準信号とは、データ転送手段５に入力され、データ転送手段５から分散電源１４から遠隔の場所に設けた遠隔監視システム１３に転送される。データ転送手段５には、電話回線やインターネット回線、携帯電話回線などを使用する。

遠隔監視システム１３では、取り込んだ振動信号と位相基準信号とに基づいて、振動状態計算手段６がマイクロガスタービンの振動状態を計算し、計算した結果を振動状態記憶手段７に記憶する。振動状態計算手段６が計算する振動状態は、振動振幅や周波数スペクトル、位相基準信号の回転数成分、振動の回転数成分、回転数の整数倍成分、回転数の整数分の１成分との位相差等である。

遠隔監視システム１３が有する振動異常判定条件記憶手段８には、マイクロタービンの運転が正常か異常かを判断するために、振動振幅や周波数スペクトル、位相基準信号の回転数成分、振動の回転数成分、回転数の整数倍成分、回転数の整数分の１成分との位相差等の振動状態の基礎データが記憶されている。これらの振動状態に関するデータを、振動計測手段１が計測したデータと振動異常判定手段９が比較し、振動原因を推定する。

マイクロガスタービンで発生した振動が、正常か異常かの判定に用いる判定条件の例を図２に示す。ガスタービンの運転で発生した振動が異常か否かを判定するために、アンバランス等の振動原因と、振動周波数等の振動状態との関係を求め、その発生確率を表化する。回転系における質量の不釣合いであるアンバランス、組み立てのための許容公差等に起因するガタによる非線形振動、軸受に用いる潤滑油で発生する不安定振動のオイルホイップ、その他の振動原因について、発生確率の和を計算する。この和が大きいものほど振動原因である可能性が高い。例えば定格運転では、回転速度成分が基準値から顕著に変化していれば、その振動原因はほぼ確実にロータのアンバランスに起因するものと判断する。同様に、１／２回転速度成分が増大していれば、ガタによる非線形振動と判断し、固有振動数成分が増大していれば、軸受のオイルホイップに起因するものと判断する。振動異常判定手段９が推定した振動原因は、振動異常表示手段１０に表示される。

この図２に示した定常運転時の振動異常の判定表だけを用いて異常判定をしようとすると、発生確率が大きい振動原因が複数あって、振動原因を完全に特定することができない場合がある。例えば、固有振動数が５０Ｈｚであるロータが回転速度１００ｓ^−１で回転しているときに、振動計測手段１が計測したロータ振動中の５０Ｈｚ成分が大きくなったとする。この場合、振動数成分が増大するとともに、回転速度の１／２の周波数成分も増大しているので、ガタによる非線型振動とすべり軸受におけるオイルホイップが発生している確率は、ほぼ同程度である。非線形振動とオイルホイップとを振動原因に推定する。

振動異常を判定するのに用いる過渡運転時の振動異常判定条件の他の例を、図３に示す。回転速度を低下させたときの判定条件である。運転条件が変化したのに伴い、振動状態も変化する。運転回転速度が低下しても、その運転回転速度の成分が顕著であれば、アンバランスやガタによる非線形速度が振動の原因である確率が高い。運転回転速度を低下させても、振動の特定周波数成分(周波数一定)が顕著であれば、振動の原因をオイルホイップと判断する。

回転速度を変化させると、振動の原因が強調されることが図２および図３から知られるので、遠隔監視装置１３に試験運転条件決定手段１１を設ける。それとともに、分散電源１４に、この試験運転条件決定手段１１の指令に基づいて分散電源１４を運転する自動運転手段１２を設ける。試験運転条件決定手段１１の指令は、データ転送手段５を介して自動運転手段１２に送られる。試験運転条件決定手段１１は、想定される振動原因から図３の判定条件表を用いて、振動原因の特定に適合した試験モードを決定する。５０Ｈｚ成分が大きい振動では、回転速度を自動的に所定幅だけ変化させて試験運転する。なお、潤滑油の流量を発電運転に支障無い量だけ変化させるのであれば、発電運転中に試験運転することもできる。回転速度を大幅に変化させる必要があって発電運転に支障が生じるときは、電力消費量の小さい夜間などに試験運転する。

試験運転中には、振動信号と位相基準信号とを、データ転送手段５が遠隔監視システム１３に転送する。そして、振動状態計算手段６が計算した振動状態を、振動状態記憶手段７に記憶する。振動状態記憶手段７に記憶した複数の運転条件に対する振動状態と、振動異常判定条件記憶手段８に記憶した振動状態から、振動異常判定手段９が振動原因を判定し、振動異常表示手段１０に結果を出力する。

図４に、本発明に係る分散電源振動診断システムの他の実施例を、ブロック図で示す。本実施例では、分散電源１４に振動状態計算手段６を設けている。データ転送手段５は、大容量の振動信号を転送する必要が無い。その結果、小容量の振動状態計算結果を転送すればよいので、データ転送に要する時間の減少もしくは転送能力を低減でき、通信コストを削減することができる。

図５に、本発明に係る分散電源振動診断システムのさらに他の実施例を、ブロック図で示す。本実施例は、上記各実施例とは振動の異常判定までを分散電源１４側で実行させる点が相違している。すなわち、分散電源１４は、さらに振動状態記憶手段７、振動異常判定条件記憶手段８、振動異常判定手段９、試験運転条件決定手段１１を有している。データ転送手段５は、振動異常判定結果だけを転送すればよい。転送に要する機器の構成を簡略化できるとともに、転送容量が大幅に低減するので、転送に要する費用を低減できる。

なお本実施例のように、分散電源１４に振動異常判定手段９、試験運転条件決定手段１１までの各手段を設けるとともに、遠隔監視システム１３側には振動状態計算手段６以降の各手段を設けてもよい。このようにすれば、普段のデータ転送量は極めて低下するとともに、異常時には遠隔監視システム１３から振動データを直接吸い上げることが可能になるため、保守性が向上する。

試験運転により変化させる運転条件には、回転速度のほかに、機器出力や作動流体流量、燃料流量、潤滑油流量、冷却流体流量の少なくともいずれかを用いることができる。これらの諸量を用いるときも、回転速度を用いたときと同様に図２や図３に示したような判定表を予め作成し、その判定表から導き出される運転モードにしたがってガスタービンやガスエンジンを運転することが望ましい。

本発明に係る分散電源振動診断システムの一実施例のブロック図である。定常運転時の振動異常判定条件を説明する図である。過渡運転時の振動異常判定条件を説明する図である。本発明に係る分散電源振動診断システムの他の実施例のブロック図である。本発明に係る分散電源振動診断システムのさらに他の実施例のブロック図である。

符号の説明

１…振動計測手段、２…振動信号取込手段、３…位相基準信号計測手段、４…位相基準信号取込手段、５…データ転送手段、６…振動状態計算手段、７…振動状態記憶手段、８…振動異常判定条件記憶手段、９…振動異常判定手段、１０…振動異常表示手段、１１…試験運転条件決定手段、１２…自動運転手段、１３…遠隔監視システム、１４…分散電源。

Claims

分散電源を構成する機器の振動を計測して分散電源の異常を診断する分散電源振動診断システムであって、機器の振動を計測する振動計測手段と、この振動計測手段が計測した計測信号を予め定めた基準値と比較して振動異常を判定する判定手段と、この判定手段の判定結果に基づいて試験運転条件を自動的に決定する試験運転条件決定手段と、決定された試験運転条件で分散電源を自動運転する自動運転手段とを有し、前記判定手段は運転条件を変化させたときの振動状態変化に基づいて振動異常を判定することを特徴とする分散電源振動診断システム。
前記判定手段と前記試験運転条件決定手段とを有し、前記機器からは遠隔して配置した遠隔監視システムを有し、この遠隔監視システムと分散電源の機器との間でデータを転送するデータ転送手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の分散電源振動診断システム。
前記機器に振動異常が発生したら表示する表示手段を前記遠隔監視システムに設けたことを特徴とする請求項２に記載の分散電源振動診断システム。
前記機器は回転体を有するガスタービンまたはガスエンジンであり、この回転体の位相基準信号を計測する位相基準信号計測手段と、前記計測手段が計測した信号から振動状態を計算する振動状態計算手段とを有し、この振動状態計算手段は、前記計測手段が計測した振動信号について、前記位相基準信号計測手段が計測した位相基準信号から求めた回転周波数の整数倍または回転周波数の整数分の１の周波数成分の振幅と、位相基準信号との位相差とを演算することを特徴とする請求項１に記載の分散電源振動診断システム。
前記試験運転条件決定手段が決定する運転条件は、ガスタービンまたはガスエンジンの回転速度と出力と作動ガスの流量と燃料の流量と潤滑流体の流量と冷却流体の流量の少なくともいずれかであることを特徴とする請求項４に記載の分散電源振動診断システム。