JP5653786B2 - 異常検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、機器類に何らかの異常が発生したことを検出する装置に関する。

ガスタービン発電プラントや原子力発電プラント、あるいは化学プラントといった各種のプラントでは、プラントの運転中に異常の有無を監視する。例えば、特許文献１には、１以上の機械から作動データを収集するステップと、これらの作動データから例外的な異常スコアを計算するステップとを含む、標的機械の性能を表わす作動的指標（operational metric）が異常値を有するか否かを判定する方法が記載されている。また、特許文献１には、技術データ（例えば、作動センサデータ）について例外的異常スコア（ＥＡＳ）を計算することが記載されている。

特開２００９−０７５０８１号公報（００１０、００１３）

特許文献１に記載された技術は、作動センサデータから例外的異常スコアを計算するが、センサで直接データを得ることができない機器類の運転状態又はセンサで直接データを得ることが困難な機器類の運転状態については、異常の発生を検出することが困難である。本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ガスタービンが有する機器類のうちセンサによって計測が困難又は計測できない機器類の運転状態の異常を検出することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、ガスタービンの運転条件と、前記ガスタービンの運転状態を検出するセンサから出力されたセンサ出力値とから、前記ガスタービンの運転状態を示す第１の運転指標を、複数のタイミングで求める第１の推定部と、前記第１の推定部が推定した前記第１の運転指標の集合に基づき、前記ガスタービンの異常を検出するための第１の異常検出情報を求める異常情報演算部と、前記異常情報演算部が求めた前記異常検出情報と予め設定された所定の閾値とを比較して、前記ガスタービンの異常の有無を検出する異常検出部と、を含むことを特徴とする異常検出装置である。

この異常検出装置は、第１の運転指標を、ガスタービンの物理モデル等から所定のタイミングで推定して求め、得られた第１の運転指標の集合を統計処理して得られた異常検出情報に基づいて、ガスタービンの異常の有無を検出する。このように、この異常検出装置は、第１の運転指標を、ガスタービンの物理モデル等から求めるので、センサによる検出が困難又は検出できない機器類の運転状態であっても、異常を検出することができる。

本発明の望ましい態様として、前記第１の推定部は、前記第１の運転指標と、前記ガスタービンの運転条件及び前記ガスタービンの運転状態を検出するセンサ出力値との対応関係から、前記ガスタービンの定格運転時における前記第１の運転指標を求めることが好ましい。このように、第１の運転指標を定格運転時における値に変換することで、異なるタイミングで得られた第１の運転指標を定格運転時という同じ基準の下に評価することができる。

本発明の望ましい態様として、前記異常情報演算部が求めた前記異常検出情報と、前記異常検出部が検出した前記ガスタービンに異常が発生したことの情報とから、所定の期間における前記ガスタービンの異常の発生頻度を求める情報加工部を有することが好ましい。このようにすることで、ガスタービンに発生した異常が急性であるか、慢性であるか等の判定が可能となる。

本発明の望ましい態様として、前記第１の推定部が推定した前記第１の運転指標を用いて、前記第１の運転指標とは異なる前記ガスタービンの運転状態を示す第２の運転指標を、複数のタイミングで推定する第２の推定部を有し、前記異常情報演算部は、前記第２の推定部が求めた前記第２の運転指標の集合と、前記第２の運転指標に相当する前記ガスタービンの運転状態を検出するセンサから出力されたセンサ出力値とに基づき、前記ガスタービンの異常を検出するための第２の異常検出情報を求め、前記異常検出部は、前記異常情報演算部が求めた前記第２の異常検出情報と予め設定された所定の閾値とを比較して、前記ガスタービンの異常の有無を検出することが好ましい。このようにすることで、より多様な手法によるガスタービンの異常検出を実現できる。

本発明は、ガスタービンが有する機器類のうちセンサによって計測が困難又は計測できない機器類の運転状態の異常を検出することができる。

図１は、実施形態１に係る異常検出装置の構成例を示す模式図である。 図２は、実施形態１に係る異常検出装置の制御ブロック図である。 図３は、第１の運転指標と、ガスタービンのセンサ出力値との対応関係の一例を示す概念図である。 図４は、第１の運転指標と、ガスタービンの運転条件との対応関係の一例を示す概念図である。 図５は、第１の運転指標と、ガスタービンの運転条件及びガスタービンのセンサ出力値との対応関係の一例を示す概念図である。 図６は、第１の異常検出情報を求める手法の説明図である。 図７は、実施形態２に係る異常検出装置の構成例を示す模式図である。 図８は、実施形態２に係る異常検出装置の制御ブロック図である。 図９は、ガスタービンの異常の発生頻度を示す概念図である。 図１０は、実施形態３に係る異常検出装置の構成例を示す模式図である。 図１１は、実施形態３に係る異常検出装置の制御ブロック図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。本実施形態では、本発明をガスタービンの発電プラントの状態監視に適用した例を説明するが、本発明が適用できる対象はこれに限定されるものではない。例えば、原子力発電プラントや化学プラント等、計測が困難又は計測できないプラントの運転状態の異常を検出する必要のあるプラント全般に対して本発明は適用できる。

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る異常検出装置の構成例を示す模式図である。異常検出装置１０は、ガスタービン発電プラント１が有するガスタービン６の状態（特に運転中の状態）を監視して、ガスタービン６の異常を検出する。異常検出装置１０の監視対象であるガスタービン６は、ガスタービン発電プラント１の発電機５を駆動するための駆動源である。発電機５は、ガスタービン６によって駆動されて、電力を発生する。

ガスタービン６は、圧縮機２と、燃焼器３と、圧縮機２を回転させるタービン４とを含む。圧縮機２の吸気口から吸入された空気は圧縮機２で圧縮され、高温、高圧の空気となって燃焼器３へ導かれる。燃焼器３では、高温、高圧の空気に燃料が供給され、燃焼する。燃焼器３で燃焼した燃料は、高温、高圧の燃焼ガスとなってタービン４へ供給され、これを回転させる。ガスタービン６の出力軸、すなわちタービン４及び圧縮機２の回転軸は、発電機５に連結されている。このような構造により、ガスタービン６が運転されてタービン４が回転することによって得られる出力は発電機５に伝達される。このような構造により、ガスタービン６は発電機５を駆動して、発電機５に電力を発生させる。

本実施形態において、ガスタービン発電プラント１は、ガスタービン６で発電機５を駆動するが、ガスタービン６に加え、ガスタービン６の排熱で駆動される蒸気タービンで発電機５を駆動してもよい。すなわち、ガスタービン発電プラント１は、コンバインドサイクルのプラントであってもよい。

異常検出装置１０は、ガスタービン６の状態を監視する。なお、本実施形態において、異常検出装置１０は、１台のガスタービン６の状態を監視するが、複数台のガスタービン６の状態を監視してもよい。異常検出装置１０は、例えば、コンピュータであり、入出力部１１と、処理部１２と、記憶部１３とを備える。異常検出装置１０は、いわゆるパーソナルコンピュータを利用してもよいし、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリとを組み合わせてもよい。

ガスタービン６は、自身の運転状態を検出する手段（運転状態検出手段）として、複数のセンサ７を有している。センサ７の種類としては、例えば、ガスタービン６に供給される燃料の温度を検出する燃料温度センサ、圧縮機２の出口温度を検出する圧縮機出口温度センサ、タービン４が排出した排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ及びタービン４の回転速度を検出する回転速度センサ等がある。本実施形態では、２つのセンサ７を示しているが、センサ７の種類及び数は、ガスタービン６に応じて適宜変更される。一般に、１台のガスタービン６は、５０個〜６０個のセンサ７を有している。

センサ７の出力（センサ出力）は、異常検出装置１０の入出力部１１に入力される。センサ出力は、電気信号の形で異常検出装置１０の入出力部１１へ送られる。処理部１２は、入出力部１１からセンサ出力を取得し、センサ出力の値（センサ出力値）に基づき、ガスタービン６の異常を検出する。処理部１２は、例えば、ＣＰＵであり、記憶部１３上に存在するプログラム（コンピュータプログラム）と呼ぶ命令列を順に読み込み、解釈し、その結果に従ってデータを移動したり加工したりする。

なお、処理部１２は、専用のハードウェアによって実現されるものであってもよい。また、処理部１２の機能を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータが読み取り可能な記録媒体に記録し、この記録媒体に記録されたコンピュータプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより本実施形態に係るプラント状態監視方法の処理手順を実行してもよい。ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器などのハードウェアを含むものとする。

「コンピュータが読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭなどの可搬媒体、あるいはコンピュータシステムに内蔵されるハードディスクのような記録装置のことをいう。さらに、「コンピュータが読み取り可能な記録媒体」とは、インターネットや電話回線等の通信回線を介してコンピュータプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にコンピュータプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間コンピュータプログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記コンピュータプログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

本実施形態において、ガスタービン６の異常を検出する方法（異常検出方法）は、予め用意されたコンピュータプログラムをパーソナルコンピュータやワークステーションなどのコンピュータで実行することによって実現できる。このコンピュータプログラムは、インターネット等の通信回線を介して配布することができる。また、このコンピュータプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって前記記録媒体から読み出されることによって実行されるようにしてもよい。

処理部１２は、第１の推定部１２ａと、異常情報演算部１２ｂと、異常検出部１２ｃとを有する。第１の推定部１２ａは、ガスタービン６の運転条件と、ガスタービン６の運転状態を検出するセンサ７から出力されたセンサ出力値とから、ガスタービン６の運転状態を示す第１の運転指標を、複数のタイミングで求める。異常情報演算部１２ｂは、第１の推定部１２ａが推定した第１の運転指標の集合に基づき、ガスタービン６の異常を検出するための第１の異常検出情報を求める。異常検出部１２ｃは、異常情報演算部１２ｂが求めた異常検出情報と予め設定された所定の閾値とを比較して、ガスタービン６の異常の有無を検出する。

異常検出装置１０の入出力部１１には、センサ７の他に、入出力手段であるコントロールパネル１４が接続される。コントロールパネル１４は、表示手段であるディスプレイ１４Ｄ及び異常検出装置１０に対する指令を入力する入力手段１４Ｃが設けられる。異常検出装置１０の記憶部１３は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性のメモリ、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性のメモリ、ハードディスク装置、光磁気ディスク装置、ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体、あるいはこれらを組み合わせて構成することができる。

記憶部１３には、本実施形態に係る異常検出方法を実現するためのコンピュータプログラム及びデータ等が格納されている。処理部１２は、これらのコンピュータプログラム及びデータ等を用いて、本実施形態に係る異常検出方法を実現する。なお、記憶部１３を異常検出装置１０の外部に設け、通信回線を介して異常検出装置１０が記憶部１３へアクセスできるようにしてもよい。次に、異常検出装置１０がガスタービン６の異常を検出する手法を説明する。

図２は、実施形態１に係る異常検出装置の制御ブロック図である。異常検出装置１０は、センサ７では検出が困難又は検出できないガスタービン６の運転状態を推定して求めることに有用である。これを実現するため、異常検出装置１０は、図２に示すように、センサ７によるセンサ出力値ｘと、ガスタービン６の運転条件ｙとを第１の推定部１２ａの入力値とする。第１の推定部１２ａは、センサ出力値ｘと運転条件ｙとから、ガスタービンの運転状態を示す第１の運転指標ａを複数のタイミングで求める。

センサ出力値は、ガスタービン６の運転状態を検出する。センサ出力値ｘとしては、ガスタービン６の発電量、ガスタービン６に供給される燃料の発熱量、流量、温度、ガスタービン６の圧縮機２の出口温度、出口圧力、吸気温度、ガスタービン６のタービン４の排ガス温度、回転速度、大気圧、燃空比、圧縮機２のＩＧＶ（Inlet Guide Vane：入口案内羽根）角度、空気バイパス弁開度、コンバインドサイクルである場合にはコンバインドサイクルでの発電量、蒸気タービンへの給水流量等である。運転条件ｙは、ガスタービン６に対する操作量、外気温度、外気圧力等である。

第１の運転指標ａは、センサ７では検出が困難又は検出できないガスタービン６の運転状態である。第１の運転指標ａは、例えば、ガスタービン６のタービン４の入口温度（タービン入口温度）がある。また、図１に示すガスタービン発電プラント１が一軸コンバインドサイクルプラントである場合、第１の運転指標ａは、一軸コンバインドサイクルプラントの構成要素である蒸気タービン及びガスタービン各々の発電量である。

第１の運転指標ａがガスタービン６のタービン入口温度である場合、センサ出力値ｘは、ガスタービン６の発電量、ガスタービン６に供給される燃料の発熱量、流量、温度、ガスタービン６の圧縮機２の出口温度、出口圧力、吸気温度、ガスタービン６のタービン４の排ガス温度、回転速度、大気圧、燃空比、圧縮機２のＩＧＶ（Inlet Guide Vane：入口案内羽根）角度、空気バイパス弁開度等が用いられる。第１の運転指標ａが、一軸コンバインドサイクルプラントの蒸気タービン及びガスタービン各々の発電量である場合、センサ出力値ｘは、コンバインドサイクルでの発電量、ガスタービン６に供給される燃料の発熱量、流量、温度、ガスタービン６の圧縮機２の出口温度、出口圧力、吸気温度、ガスタービン６のタービン４の排ガス温度、回転速度、大気圧、燃空比、圧縮機２のＩＧＶ（Inlet Guide Vane：入口案内羽根）角度、空気バイパス弁開度、蒸気タービンへの給水流量等が用いられる。

センサ出力値ｘ及び運転条件ｙを取得した第１の推定部１２ａは、第１の運転指標（例えば、タービン入口温度）ａと、ガスタービン６の運転条件ｙ及びガスタービン６のセンサ出力値ｘとの対応関係から、ガスタービン６の定格運転時における第１の運転指標ａを求める。前記対応関係は、例えば、ガスタービン６の性能曲線を用いたり、ガスタービン６の物理モデルを用いたりすることができる。ガスタービン６の物理モデルは、例えば、ガスタービン６の熱サイクルに基づいて作成することができる。前記性能曲線及び前記物理モデルは、センサ出力値ｘ及び運転条件ｙが定格運転時の値から外れた場合に、第１の運転指標ａｃはどれだけ変化するかを知ることができる。

図３は、第１の運転指標と、ガスタービンのセンサ出力値との対応関係の一例を示す概念図である。図４は、第１の運転指標と、ガスタービンの運転条件との対応関係の一例を示す概念図である。図５は、第１の運転指標と、ガスタービンの運転条件及びガスタービンのセンサ出力値との対応関係の一例を示す概念図である。例えば、ガスタービン６の物理モデルから、図３の実線に示すような第１の運転指標ａと、センサ出力値ｘとの対応関係が得られ、図４の実線に示すような第１の運転指標ａと、運転条件ｙとの対応関係が得られたとする。図５は、第１の運転指標ａと、センサ出力値ｘ及び運転条件ｙとの対応関係を３次元座標で表している。

図３から図５の実線で示すＬＭは、第１の運転指標ａと、センサ出力値ｘ及び運転条件ｙとの対応関係を示している。ＬＭで示されるように、第１の運転指標ａは、センサ出力値ｘ及び運転条件ｙの関数となる。以下、ＬＭを運転指標推定関数という。運転指標推定関数ＬＭは、異常検出装置１０の記憶部１３に保存されている。

図３、図５のｘ（ｔ）は、時刻ｔにおけるセンサ出力値ｘであり、図４、図５のｙ（ｔ）は、時刻ｔにおける運転条件ｙである。図３、図５のｘｃは、ガスタービン６の定格運転時に対応するセンサ出力値ｘであり、図４、図５のｙｃは、ガスタービン６の定格運転時における運転条件ｙである。図３から図５のａ（ｔ）は、時刻ｔにおける第１の運転指標ａである。図３から図５のａｃ（ｔ）は、ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）における第１の運転指標ａ（ｔ）を、ガスタービン６の定格運転時での値に合わせ込んだ第１の運転指標である。

例えば、第１の運転指標ａとしてのタービン入口温度Ｔは、Ｐ^２／Ｇ^２のようになる。Ｐはタービン入口圧力、Ｇはタービン入口流量である。上式で、タービン入口圧力Ｐはガスタービン６により定まり、タービン入口流量Ｇは、圧縮器吐出空気量と燃料量との和になる。圧縮器吐出空気量は、圧縮器出口温度、圧縮器出口圧力、回転数、ＩＧＶ角度の関数となり、燃料量は、燃料流量の関数となる。ガスタービン６の発電機端出力あるいは熱効率の値は、吸気温度あるいは大気圧等の運転条件により変化する。これらの値の変化にともない、タービン入口温度Ｔの値も変化する。本実施形態においては、これらの運転条件が異なる値を、定格運転時の運転条件の値へと写像した値へと変換する。

時刻ｔ１におけるセンサ出力値ｘ（ｔ）と運転条件ｙ（ｔ）とを取得した第１の推定部１２ａは、記憶部１３から運転指標推定関数ＬＭを読み出す。そして、第１の推定部１２ａは、センサ出力値ｘ（ｔ）と運転条件ｙ（ｔ）とを、運転指標推定関数ＬＭを用いて定格運転時における値に写像して、第１の運転指標ａを定格運転時における値ａｃ（ｔ）に合わせ込む。第１の推定部１２ａは、この値を第１の運転指標ａとして出力する（ａ＝ａｃ（ｔ））。

第１の運転指標ａがタービン入口温度Ｔである場合、タービン入口温度Ｔは、タービン入口部の熱エネルギーとタービン６の仕事、排ガス熱量、損失等との釣り合い、圧縮比と修正流量との圧縮器２の特性等の複数の式から推定することができる。このように、タービン入口温度Ｔが複数のパラメータの関数となる場合、タービン入口温度Ｔを前記複数のパラメータのうち例えば１つ（例えば、吸気温度）以外のパラメータを定格運転時における値とする。このようにすると、タービン入口温度Ｔは、前記複数のパラメータのうち例えば１つ（この例では吸気温度）との関数で表すことができる。

このように、第１の運転指標ａ（＝ａｃ（ｔ））を定格運転時における値に変換することで、異なるタイミングで得られた第１の運転指標ａ（＝ａｃ（ｔ））を定格運転時という同じ基準の下に評価することができる。また、異常検出装置１０は、推定のための物理モデル等により、センサによる検出が困難又は検出できない機器類の運転状態を推定し、異常の有無を判定することが可能となる。また、定格運転時における値に変換しない場合、運転条件の近い値を選択し、それぞれの条件に合った比較対象との比較により異常を判定することになる。しかし、異常検出装置１０は、センサ出力値ｘ（ｔ）と運転条件ｙ（ｔ）とを定格運転時の値に変換するので、異常の検出にあたってセンサ出力値ｘ（ｔ）を選択する必要がないという利点がある。また、比較対象の値は１つ（定格運転時における比較対象値）でよいという利点がある。

本実施形態において、第１の推定部１２ａは、第１の運転指標ａｃ（ｔ）を複数のタイミングで求める。例えば、第１の推定部１２ａは、所定の間隔（例えば、１０秒間隔）でセンサ出力値ｘ（ｔ）及び運転条件ｙ（ｔ）を取得して、第１の運転指標ａｃ（ｔ）を求める。そして、異常情報演算部１２ｂは、所定の時間Ｔ内に求められた複数の第１の運転指標ａｃ（ｔ）の集合Ａ｛ａｃ（ｔ１）、ａｃ（ｔ２）、・・・ａｃ（ｔｎ）｝に基づき、ガスタービン６の異常を検出するための第１の異常検出情報Ｇ１を求める（ｔ１、ｔ２等は、第１の推定部１２ａがセンサ出力値ｘ及び運転条件ｙを取得して第１の運転指標ａｃを求める時刻、ｎは集合Ａに含まれるデータの数）。このため、異常情報演算部１２ｂは、第１の運転指標ａｃ（ｔ）を異常情報演算部１２ｂに出力する。本実施形態において、第１の推定部１２ａは、第１の運転指標ａｃ（ｔ）を一つ求める毎に異常情報演算部１２ｂに出力してもよいし、複数の第１の運転指標ａｃ（ｔ）の集合Ａを異常情報演算部１２ｂに出力してもよい。

図６は、第１の異常検出情報を求める手法の説明図である。異常情報演算部１２ｂは、第１の運転指標ａｃ（ｔ）の集合Ａ｛ａｃ（ｔ１）、ａｃ（ｔ２）、・・・ａｃ（ｔｎ）｝を入力として、統計的手法により第１の異常検出情報Ｇ１を求める。本実施形態において、第１の異常検出情報Ｇ１は、式（１）によって求める。ｍは自然数、σは式（２）から求められる集合Ａの標準偏差、μは集合Ａの平均値、ａｃはガスタービン６の定格運転時に対応する第１の運転指標ａである。ｍの値は、異常を検出する際の目的等に応じて任意に設定することができる。式（２）のｎは、上述したように、集合Ａに含まれるデータの数である。
Ｇ１＝ｍ×σ−｜μ−ａｃ｜・・・（１）
σ＝√｛１／（ｎ−１）×Σ（ａｃ（ｔｉ）−μ）^２｝、［ｉ＝１〜ｎ］・・・（２）

異常情報演算部１２ｂは、第１の異常検出情報Ｇ１を求めたら、これを異常検出部１２ｃに出力する。異常検出部１２ｃは、第１の異常検出情報Ｇ１と予め設定された所定の閾値（異常検出閾値）Ｇｃとを比較して、ガスタービン６の異常の有無を検出する。そして、異常検出部１２ｃは、異常の有無を示す信号（異常判定信号）Ｊを出力して記憶部１３に保存したり、異常判定信号Ｊを図１に示すコントロールパネル１４に出力したりする。異常判定信号Ｊを取得したコントロールパネル１４は、ガスタービン６に異常が発生したことを、例えば、ディスプレイ１４Ｄに表示する。

所定の閾値Ｇｃは、ガスタービン６の過去の運転から得られた情報又はガスタービン６と類似のガスタービンの運転から得られた情報に基づき予め求められ、異常検出装置１０の記憶部１３に保存される。異常検出部１２ｃは、ガスタービン６の異常の有無を検出する場合、記憶部１３から異常検出閾値Ｇｃを読み出し、第１の異常検出情報Ｇ１と比較する。その結果、Ｇｃ≦Ｇ１であればガスタービン６に異常が発生しているとして、異常検出部１２ｃは、異常発生信号Ｊ（ｆ）を異常判定信号Ｊとして出力する。また、Ｇｃ＞Ｇ１であればガスタービン６に異常は発生していないとして、異常検出部１２ｃは、正常運転信号Ｊ（ｃ）を異常判定信号Ｊとして出力する。

上述したように、異常検出装置１０は、ガスタービン６の運転状態を示す第１の運転指標ａ（＝ａｃ（ｔ））を、ガスタービン６の物理モデル等から所定のタイミングで推定して求め、得られた第１の運転指標ａの集合を統計処理して得られた統計値（異常検出情報）に基づいて、ガスタービン６の異常の有無を検出する。このように、異常検出装置１０は、第１の運転指標ａを、ガスタービン６の物理モデル等から求めるので、センサ７による検出が困難又は検出できない第１の運転指標であっても、異常を検出することができる。本実施形態の構成は、以下の実施形態に対しても適宜適用することができ、本実施形態と同様の構成を有するものは、本実施形態と同様の作用、効果を奏する。

（実施形態２）
図７は、実施形態２に係る異常検出装置の構成例を示す模式図である。図８は、実施形態２に係る異常検出装置の制御ブロック図である。図９は、ガスタービンの異常の発生頻度を示す概念図である。実施形態２の異常検出装置１０Ａは、実施形態１の異常検出装置１０に加え、異常情報演算部１２ｂが求めた異常検出情報と、異常検出部１２ｃが検出したガスタービン６に異常が発生したことの情報（異常判定信号）とから、所定の期間におけるガスタービン６の異常の発生頻度を求める情報加工部１２ｄを有する点が異なる。次に、異常検出装置１０Ａについて、より詳細に説明する。

図８に示すように、異常情報演算部１２ｂは、第１の推定部１２ａが求めた第１の運転指標ａ（＝ａｃ（ｔ））を取得し、第１の運転指標ａｃ（ｔ）の集合Ａに基づいて異常検出情報Ｇ１を求める。そして、異常情報演算部１２ｂは、求めた異常検出情報Ｇ１を、異常検出部１２ｃと情報加工部１２ｄとに出力する。異常検出情報Ｇ１を取得した異常検出部１２ｃは、異常判定信号Ｊを情報加工部１２ｄへ出力する。

情報加工部１２ｄは、異常検出情報Ｇ１と、異常判定信号Ｊとから、所定の期間におけるガスタービン６の異常の発生頻度を求める。例えば、情報加工部１２ｄは、異常検出情報Ｇ１と、異常判定信号とから、秒、分、時間のような所定の時間幅で、ガスタービン６の異常の発生頻度、すなわち、異常発生信号Ｊ（ｆ）の発生頻度、あるいは異常検出閾値Ｇｃ以上になった第１の異常検出情報Ｇ１（図９のＦ）の平均値等を計算する。情報加工部１２ｄは、これらの計算値と、記憶部１３に保存された、予め求められた閾値とを比較することにより、ガスタービン６に発生した異常の種類（急性であるか、慢性であるか等）を判定する。例えば、異常検出情報Ｇ１が異常検出閾値Ｇｃを超えた回数、頻度、超えていくパターン等によってガスタービン６に発生した異常の種類を判定することができる。

このように、本実施形態は、ガスタービン６に発生した異常が急性であるか、慢性であるか等の判定が可能となる。本実施形態の構成は、以下の実施形態に対しても適宜適用することができ、本実施形態と同様の構成を有するものは、本実施形態と同様の作用、効果を奏する。

（実施形態３）
図１０は、実施形態３に係る異常検出装置の構成例を示す模式図である。図１１は、実施形態３に係る異常検出装置の制御ブロック図である。実施形態３の異常検出装置１０Ｂは、実施形態１の異常検出装置１０に加え、第１の推定部１２ａが推定した第１の運転指標ａ（＝ａｃ（ｔ））を用いて、第１の運転指標ａとは異なるガスタービン６の運転状態を示す第２の運転指標ｑを、複数のタイミングで推定する第２の推定部１２ｅを有する。そして、異常検出装置１０Ｂが有する異常情報演算部１２ｂは、第２の推定部１２ｅが求めた第２の運転指標ｑの集合と、第２の運転指標ｑに相当するガスタービン６の運転状態を検出するセンサ７から出力されたセンサ出力値ｘｑとに基づき、ガスタービン６の異常を検出するための第２の異常検出情報Ｇ２を求める。また、異常検出装置１０Ｂが有する異常検出部１２ｃは、異常情報演算部１２ｂが求めた第２の異常検出情報Ｇ２と予め設定された所定の閾値Ｇ２ｃとを比較して、ガスタービン６の異常の有無を検出する。

第１の推定部１２ａは、センサ出力値ｘ及び運転条件ｙを入力として、実施形態１で説明した手法により、第１の運転指標ａ（＝ａｃ（ｔ））を求め、これを第２の推定部１２ｅに出力する。第２の推定部１２ｅは、第１の運転指標ａ（＝ａｃ（ｔ））を用いて、第１の運転指標ａとは異なるガスタービン６の運転状態を示す第２の運転指標ｑを求める。第２の推定部１２ｅは、第１の推定部１２ａと同様の手法により、第２の運転指標ｑを求める。本実施形態において、第２の推定部１２ｅは、第１の運転指標ａのみを入力とし、運転条件ｙは入力としないので、第２の運転指標ｑと第１の運転指標ａとの対応関係から、第２の運転指標ｑが求められる。なお、本実施形態において、第２の推定部１２ｅは、第１の運転指標ａに加え、運転条件ｙ又はセンサ出力値ｘ等を入力として、第２の運転指標ｑを求めてもよい。第２の推定部１２ｅは、求めた第２の運転指標ｑを、異常情報演算部１２ｂへ出力する。

異常情報演算部１２ｂは、第２の運転指標ｑの集合と、センサ出力値ｘｑとに基づき、ガスタービン６の異常を検出するための第２の異常検出情報Ｇ２を求める。上述したように、このセンサ出力値ｘｑは、第２の運転指標ｑに相当するガスタービン６の運転状態を検出するセンサ７から出力された値である。センサ出力値ｘｑは、第１の推定部１２ａが第１の運転指標ａを求めるときに用いなかったものを用いてもよい。

異常情報演算部１２ｂは、例えば、複数のタイミングで取得したセンサ出力値ｘｑの集合を統計処理して得られた当該集合の平均値と、複数のタイミングで求められた第２の運転指標ｑの集合を統計処理して得られた当該集合の平均値との差（平均値差分）を求める。そして、異常情報演算部１２ｂは、得られた前記平均値差分を第２の異常検出情報Ｇ２として異常検出部１２ｃに出力する。なお、第２の異常検出情報Ｇ２は、上述した手法以外の手法で求めてもよい。例えば、異常情報演算部１２ｂは、センサ出力値ｘｑの集合及び第２の運転指標ｑの集合を統計処理して得られた標準偏差、最大値、最小値等を用いて第２の異常検出情報Ｇ２を求めてもよい。

異常検出部１２ｃは、第２の異常検出情報Ｇ２と、予め設定され、記憶部１３に保存されている所定の閾値Ｇ２ｃとを比較して、ガスタービン６の異常の有無を検出する。その結果、Ｇ２ｃ≦Ｇ２であればガスタービン６、より具体的には、第２の異常検出情報Ｇ２に関係する部分に異常が発生しているとして、異常検出部１２ｃは、異常発生信号Ｊ（ｆ）を異常判定信号Ｊとして出力する。また、Ｇ２ｃ＞Ｇ２であればガスタービン６に異常は発生していないとして、異常検出部１２ｃは、正常運転信号Ｊ（ｃ）を異常判定信号Ｊとして出力する。所定の閾値Ｇ２ｃは、ガスタービン６の過去の運転から得られた情報又はガスタービン６と類似のガスタービンの運転から得られた情報に基づき予め求められ、異常検出装置１０の記憶部１３に保存される。

本実施形態において、例えば、ガスタービン６の燃焼器３のノズル詰りに発生した異常を検出する場合、第２の推定部１２ｅへの入力は、ガスタービン６の発電量になる。ガスタービン６の発電量は、第１の推定部１２ａによって求められ、第１の運転指標ａとして第２の推定部１２ｅへ入力される。第２の推定部１２ｅは、ＢＰＴ（Blade Pass Temperature：ガスタービン６のタービン４の最終段動翼出口ガス温度）を第２の運転指標ｑとして出力する。

異常情報演算部１２ｂは、複数のタイミングで取得したセンサ出力値ｘｑと、複数のタイミングで求められた第２の運転指標ｑとが入力される。このときのセンサ出力値ｘｑは、ＢＰＴを検出するセンサによって検出されたＢＰＴとする。異常情報演算部１２ｂは、センサ出力値ｘｑの集合を統計処理して得られた当該集合の平均値と、第２の運転指標ｑの集合を統計処理して得られた当該集合の平均値との差（平均値差分）を求める。そして、異常情報演算部１２ｂは、得られた前記平均値差分を第２の異常検出情報Ｇ２として異常検出部１２ｃに出力する。異常検出部１２ｃは、異常検出情報Ｇ２と、ＢＰＴについて予め求めた所定の閾値Ｇ２ｃとを比較し、ＢＰＴの異常を検出する。

本実施形態は、第１の運転指標ａを用いたり、第１の運転指標ａを求める際に用いなかったセンサ出力値ｘｑを用いたりすることにより、より多様な手法によるガスタービン６の異常検出を実現できる。

１ ガスタービン発電プラント
２ 圧縮機
３ 燃焼器
４ タービン
５ 発電機
６ ガスタービン
７ センサ
１０、１０Ａ、１０Ｂ 異常検出装置
１１ 入出力部
１２ 処理部
１２ａ 第１の推定部
１２ｂ 異常情報演算部
１２ｃ 異常検出部
１２ｄ 情報加工部
１２ｅ 第２の推定部
１３ 記憶部

Claims (4)

1. ガスタービンの運転条件及び前記ガスタービンの運転状態を検出するセンサから出力されたセンサ出力値と、前記ガスタービンの運転状態を示す第１の運転指標との対応関係が規定された運転指標推定関数が予め記憶された記憶部と、
   前記運転指標推定関数を用いて、前記ガスタービンの運転状態を検出するセンサ出力値及び前記ガスタービンの運転条件から定常運転時の特定の運転状態における第１の運転指標を、複数のタイミングで求める第１の推定部と、
   前記第１の推定部が推定した前記定常運転時の特定の運転状態における第１の運転指標の集合に基づき、前記ガスタービンの異常を検出するための第１の異常検出情報を求める異常情報演算部と、
   前記異常情報演算部が求めた前記異常検出情報と予め設定された所定の閾値とを比較して、前記ガスタービンの異常の有無を検出する異常検出部と、
   を含む異常検出装置。
2. 前記定常運転時の特定の運転状態は、定格運転時である請求項１に記載の異常検出装置。
3. 前記異常情報演算部が求めた前記異常検出情報と、前記異常検出部が検出した前記ガスタービンに異常が発生したことの情報とから、所定の期間における前記ガスタービンの異常の発生頻度を求める情報加工部を有する請求項１又は２に記載の異常検出装置。
4. 前記第１の推定部が推定した前記第１の運転指標を用いて、前記第１の運転指標とは異なる前記ガスタービンの運転状態を示す第２の運転指標を、複数のタイミングで推定する第２の推定部を有し、
   前記異常情報演算部は、前記第２の推定部が求めた前記第２の運転指標の集合と、前記第２の運転指標に相当する前記ガスタービンの運転状態を検出するセンサから出力されたセンサ出力値とに基づき、前記ガスタービンの異常を検出するための第２の異常検出情報を求め、
   前記異常検出部は、前記異常情報演算部が求めた前記第２の異常検出情報と予め設定された所定の閾値とを比較して、前記ガスタービンの異常の有無を検出する請求項１から３のいずれか１項に記載の異常検出装置。

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