JP6432890B2 - 監視装置、対象装置の監視方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
本発明の目的は、監視員の経験によらずに異常の発生要因を精度よく推定することができる監視装置、対象装置の監視方法、およびプログラムを提供することにある。
前記取得部が取得した前記計測値に基づいて対象装置に生じ得るM種類の事象それぞれの発生の尤度を算出することによりM個の尤度を得る尤度算出部と、前記M種類の事象それぞれと、前記対象装置のN種類の異常の発生要因とを関連付けたテーブルを記憶するテーブル記憶部と、前記M個の尤度を要素とする事象ベクトルと前記テーブルの値を要素とする行列とを用いた計算によって得られるN個の要素を有する要因ベクトルに基づいて前記発生要因を推定する推定部とを備える。
以下、図面を参照しながら第1の実施形態について詳しく説明する。
第1の実施形態に係る監視装置100は、ガスタービンTの異常の有無を監視し、異常の発生要因を特定する。ガスタービンTは対象装置の一例である。
図1は、対象装置の一例であるガスタービンの模式図である。
ガスタービンTは、圧縮機T1、燃焼器T2、タービンT3、ロータT5、抽気管T4、および発電機T6を備える。圧縮機T1、タービンT3、および発電機T6は、ロータT5に接合され、ロータT5の軸回りに回転する。圧縮機T1は、回転により空気取込口から空気を取り込み、取り込んだ空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器T2は、圧縮機T1が生成した圧縮空気に燃料を噴射することにより、高温かつ高圧の燃焼ガスを発生させる。また燃焼器T2には、燃焼器T2の冷却のために冷却蒸気が吹き付けられる。タービンT3は、燃焼器T2が発生させた燃焼ガスの熱エネルギーをロータT5の回転エネルギーに変換して駆動力を発生させる。抽気管T4は、その一端が圧縮機T1に接続され、その他端がタービンT3に接続される。抽気管T4は、圧縮機T1が生成する圧縮空気の一部を抽気し、抽気した圧縮空気(冷却空気)をタービンT3に供給することで、タービンT3を冷却する。発電機T6は、ロータT5の回転エネルギーを電気エネルギーに変換する。
監視装置100の構成について説明する。図2は、第1の実施形態に係る監視装置の構成を示す概略ブロック図である。
監視装置100は、取得部101、特性値算出部102、補正部103、単位空間記憶部104、距離算出部105、異常判定部106、SN比算出部107、尤度算出部108、テーブル記憶部109、推定部110、出力部111を備える。
取得部101は、ガスタービンTに設けられたセンサが取得したセンサ値、およびガスタービンTの制御信号の値(指令値)を取得する。なお、取得部101が取得するセンサ値には、上述の通り、少なくともガスタービンTに入力される空気および燃料(入力流体)の温度およびガスタービンTから出力される排気(出力流体)の温度を含む。センサ値は、ガスタービンTの計測値の一例である。
特性値算出部102は、取得部101が取得したセンサ値に基づいて、ガスタービンTの特性を示す特性値を算出する。特性値の例としては、熱効率、圧縮機効率、燃焼効率、タービン効率、圧縮機動力、タービン出力、ガスタービン空気流量、ガスタービン排気流量、圧縮機圧力比、タービンT3の入口燃焼ガス温度が挙げられる。例えば、特性値算出部102は、等エントロピ変化における圧縮機出口エンタルピと圧縮機入口エンタルピの差を、実際の圧縮機出口エンタルピと圧縮機入口エンタルピの差で除算することで、圧縮機効率(特性値)を算出する。エンタルピは、センサ値である温度および圧力を用いて算出される。特性値は、ガスタービンTの計測値の一例である。なお、特性値算出部102が算出する特性値には、上述の通り、少なくともガスタービンTに入力される空気の流量およびガスタービンTから出力される排気の流量を含む。
具体的には、ガスタービンT全体の熱平衡は、以下の式(1)により表される。圧縮機T1の熱平衡は、以下の式(2)により表される。燃焼器T2の熱平衡は、以下の式(3)により表される。タービンT3の熱平衡は、以下の式(4)により表される。以下の式(1)−式(4)において、左辺は入熱量を示し、右辺は出熱量を示す。
距離算出部105は、取得部101が取得したセンサ値および指令値、特性値算出部102が算出した特性値、ならびに補正部103が補正した補正計測値を諸元として、単位空間記憶部104が記憶する単位空間に基づいて、ガスタービンTの状態を示すマハラノビス距離を算出する。マハラノビス距離は、単位空間として表される基準の標本と新たに得られた標本との違いの大きさを表す尺度である。マハラノビス距離の算出方法については、後述する。
異常判定部106は、距離算出部105が算出したマハラノビス距離に基づいてガスタービンTに異常が生じているか否かを判定する。具体的には、異常判定部106は、マハラノビス距離が所定の閾値(例えば、3.5)以上である場合に、ガスタービンTに異常が生じていると判定する。閾値には、通常3以上の値が設定される。
尤度算出部108は、SN比算出部107が算出したSN比に基づいて、ガスタービンTに発生し得る複数の事象(性能劣化)それぞれの発生の尤度を算出する。事象の例としては、ガスタービン出力の低下、ガスタービン効率の低下、圧縮機効率の低下、タービン効率の低下、圧縮機入口空気量の低下、排気温度の上昇、圧縮機圧縮比の低下、燃焼効率の低下、タービン入口ガス温度の上昇、排気ガス圧力の上昇などが挙げられる。例えば、尤度算出部108は、各事象について、当該事象の発生の有無がSN比の増減を支配的に関与する状態量との関係を記憶しておき、各事象に関連付けられた状態量それぞれのSN比の加重和を算出することで、各事象の発生の尤度を算出する。
出力部111は、推定部110が推定した発生要因を尤度の順に出力する。出力の例としては、ディスプレイへの表示、外部へのデータの送信、シートへの印刷、音声出力などが挙げられる。
ここで、一般的なマハラノビス距離Dを計算するための計算式について説明する。
ガスタービンTの状態を表す複数の状態量(計測値、指令値)の項目の数をuとする。uは2以上の整数である。u項目の状態量をそれぞれX1〜Xuとする。監視装置100は、基準となるガスタービンTの運転状態(第1の実施形態では、新品状態のガスタービンTの運転開始時点または定期点検の完了後のガスタービンTの運転開始時点のうち直近の時点から2週間の運転状態)において、各項目の状態量X1〜Xuを、それぞれ合計v個(2以上)収集する。例えば、各項目の状態量を60個ずつ取得する場合、v=60となる。運転状態において収集された各項目のj個目の状態量X1〜Xuを、X1j〜Xujとする。jは1〜vまでのいずれかの値(整数)をとり、それぞれの状態量の個数がv個であることを意味する。つまり、監視装置100は、状態量X11〜Xuvを収集する。当該状態量X11〜Xuvは、単位空間記憶部104に記憶される。
監視装置100によるガスタービンの監視方法について説明する。図3は、第1の実施形態に係る監視装置の動作を示すフローチャートである。
監視装置100は、ガスタービンTの始動期間の間、ガスタービンTの状態量を収集して単位空間記憶部104に状態量の組み合わせを蓄積する。つまり、監視装置100は、取得部101が取得したガスタービンの指令値および補正部103が生成した補正計測値を、関連付けて単位空間記憶部104に記録する。監視装置100は、ガスタービンTの始動期間の経過後、所定の監視タイミング(例えば、1時間おきのタイミング)で、以下に示す監視動作を実行する。監視タイミングは、ガスタービンTの運転開始時点から所定の始動期間が経過した後の時点である始動後時点の一例である。
他方、マハラノビス距離が閾値以上である場合(ステップS5:YES)、異常判定部106は、ガスタービンTに異常が生じていると判定する。
このように、第1の実施形態によれば、監視装置100は、ガスタービンTに生じ得る複数の事象それぞれの発生の尤度を算出し、事象と異常の発生要因との関係を示すテーブルと当該尤度とに基づいて、異常の発生要因を推定する。これにより、監視装置100は、観測された事象に基づいて容易に異常の発生要因を出力することができる。
また、第1の実施形態に係る監視装置100は、各事象の発生の尤度を要素とする1行M列のベクトルと、テーブルの値を要素とするM行N列の行列との乗算を行うことで、異常の発生要因の尤度を要素とするN行1列のベクトルを得る。これにより、監視装置100は、簡易な計算により、異常の発生要因ごとの尤度を容易に特定することができる。なお、他の実施形態ではこれに限られない。例えば、他の実施形態に係る監視装置100は、各事象の発生の尤度を要素とする1行M列のベクトルと、テーブルの値を要素とするM行N列の行列の各行ベクトルとのコサイン類似度を算出することにより、異常の発生要因の尤度を要素とするN行1列のベクトルを得てもよい。なお、コサイン類似度は、ベクトルの内積(各事象の発生の尤度と当該事象の発生回数との加重和)を各ベクトルのノルムの積で除算した値である。例えば、他の実施形態に係る監視装置100は、行列計算によらず、異常の発生要因ごとに、各事象の発生の尤度と当該事象の発生回数との加重和を求めてもよい。
以下、図面を参照しながら第2の実施形態について詳しく説明する。図4は、第2の実施形態に係る監視装置の構成を示す概略ブロック図である。
第2の実施形態に係る監視装置100は、第1の実施形態の構成に加えて、事象抽出部112を備え、第1の実施形態と推定部110の動作が異なる。事象抽出部112は、ガスタービンTに生じ得る複数の事象から、尤度算出部108が算出した尤度が所定の閾値以上であるものを抽出する。推定部110は、テーブル記憶部109が記憶するテーブルにおいて、事象抽出部112が抽出した事象のうち、発生回数が1以上のものの数を計数する。推定部110は、複数の発生要因のうち計数された発生回数の数が相対的に多いものが、ガスタービンTの異常の発生要因であると推定する。具体的には、推定部110は、発生回数の数の降順に各発生要因をソートして、出力部111に出力する。
上記構成を有することで、監視装置100は、第1の実施形態よりさらに簡易な構成で、観測された事象に基づいて容易に異常の発生要因を出力することができる。
以下、図2を参照しながら第3の実施形態について詳しく説明する。
第3の実施形態に係る監視装置100は、第1の実施形態とテーブル記憶部109が記憶する情報が異なる。第3の実施形態に係るテーブル記憶部109は、各事象および各発生要因について、当該発生要因による異常が生じたときに当該事象が確認される確率を関連付けて記憶する。当該テーブルは、例えば、ガスタービンTの運用時に保守員によって生成されたFTAのデータ(FT)に基づいて生成することができる。FTは、トップ事象を最上位事象(ルート)とし、上位事象の要因となる下位事象をノードとする木構造である。各ノードには、当該ノードが示す下位事象によって当該ノードの直上のノードに係る上位事象が生じる確率が関連付けられる。当該FTのうち、各事象を示すノードに関連付けられた確率をテーブルに格納することで、テーブル記憶部109のテーブルを生成することができる。
このように、本実施形態によれば、第1の実施形態または第2の実施形態と比較してさらに精度よく、観測された事象に基づいて容易に異常の発生要因を出力することができる。
例えば、上述した実施形態に係る対象装置は、ガスタービンTであるが、他の実施形態では、これに限られない。例えば、他の実施形態に係る対象装置は、蒸気タービン、エンジン、または熱的な収支がある他の装置であってもよい。
コンピュータ900は、CPU901、主記憶装置902、補助記憶装置903、インタフェース904を備える。
上述の監視装置100は、コンピュータ900を備える。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式で補助記憶装置903に記憶されている。CPU901は、プログラムを補助記憶装置903から読み出して主記憶装置902に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU901は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域を主記憶装置902に確保する。
101 取得部
102 特性値算出部
103 補正部
104 単位空間記憶部
105 距離算出部
106 異常判定部
107 SN比算出部
108 尤度算出部
109 テーブル記憶部
110 推定部
111 出力部
112 劣化推定部
T ガスタービン
Claims (12)
- 対象装置の計測値を取得する取得部と、
前記取得部が取得した前記計測値に基づいて対象装置に生じ得るM種類の事象それぞれの発生の尤度を算出することによりM個の尤度を得る尤度算出部と、
前記M種類の事象それぞれと、前記対象装置のN種類の異常の発生要因とを関連付けたテーブルを記憶するテーブル記憶部と、
前記M個の尤度を要素とする事象ベクトルと前記テーブルの値を要素とする行列とを用いた計算によって得られるN個の要素を有する要因ベクトルに基づいて前記発生要因を推定する推定部と
を備える監視装置。 - 前記テーブルは、前記発生要因と、前記事象と、当該発生要因に係る異常が生じたときに当該事象が確認された回数とを関連付けたものであって、
前記推定部は、前記発生要因毎に、前記尤度と前記回数との加重和を算出し、当該加重和に基づいて前記発生要因を推定する
請求項1に記載の監視装置。 - 前記テーブルは、前記発生要因と、前記事象と、当該発生要因に係る異常が生じたときに当該事象が確認されたか否かを示す値とを関連付けたものであって、
前記推定部は、前記尤度が所定の閾値以上の前記事象であって、かつ前記行列において 事象が発生したことを示す値を有する前記要素の数に基づいて、前記発生要因を推定する
請求項1に記載の監視装置。 - 前記テーブルは、前記発生要因と、前記事象と、当該発生要因に係る異常が生じたときに当該事象が生じる確率とを関連付けたものであって、
前記推定部は、前記発生要因毎に、前記尤度と前記確率との加重和を算出し、当該加重和に基づいて前記発生要因を推定する
請求項1に記載の監視装置。 - 前記取得部が取得した前記計測値のSN比を算出するSN比算出部をさらに備え、
前記尤度算出部は、前記SN比算出部が算出した前記SN比に基づいて前記複数の事象それぞれの尤度を算出する
請求項1から請求項4の何れか1項に記載の監視装置。 - 前記計測値に基づいてマハラノビス距離を算出する距離算出部をさらに備え、
前記尤度算出部は、前記マハラノビス距離が所定値以上である場合に、前記複数の事象それぞれの尤度を算出する
請求項1から請求項5の何れか1項に記載の監視装置。 - 前記計測値に基づく熱平衡計算により、前記計測値を補正した補正計測値を得る補正部をさらに備え、
前記計測値は、少なくとも前記対象装置に入力される入力流体の温度および流量、ならびに前記対象装置から出力される出力流体の温度および流量を含み、
前記距離算出部は前記補正計測値を諸元として前記マハラノビス距離を算出する
請求項6に記載の監視装置。 - 監視装置が、対象装置の計測値を取得することと、
前記監視装置が、取得した計測値に基づいて対象装置に生じ得るM種類の事象それぞれの発生の尤度を算出することによりM個の尤度を得ることと、
前記監視装置が、前記M種類の事象それぞれと、前記対象装置のN種類の異常の発生要因とを関連付けたテーブルの値を要素とする行列と、前記M個の尤度を要素とする事象ベクトルと、を用いた計算によって得られるN個の要素を有する要因ベクトルに基づいて前記発生要因を推定することと
を含む対象装置の監視方法。 - 前記テーブルは、前記発生要因と、前記事象と、当該発生要因に係る異常が生じたときに当該事象が確認された回数とを関連付けたものであって、
前記監視装置は、前記発生要因毎に、前記尤度と前記回数との加重和を算出し、当該加重和に基づいて前記発生要因を推定する
請求項8に記載の対象装置の監視方法。 - 前記テーブルは、前記発生要因と、前記事象と、当該発生要因に係る異常が生じたときに当該事象が確認されたか否かを示す値とを関連付けたものであって、
前記監視装置は、前記尤度が所定の閾値以上の前記事象であって、かつ前記行列において事象が発生したことを示す値を有する前記要素の数に基づいて、前記発生要因を推定する
請求項8に記載の対象装置の監視方法。 - 前記テーブルは、前記発生要因と、前記事象と、当該発生要因に係る異常が生じたときに当該事象が生じる確率とを関連付けたものであって、
前記監視装置は、前記発生要因毎に、前記尤度と前記確率との加重和を算出し、当該加重和に基づいて前記発生要因を推定する
請求項8に記載の対象装置の監視方法。 - コンピュータに、
対象装置の計測値を取得することと、
取得した前記計測値に基づいて対象装置に生じ得るM種類の事象それぞれの発生の尤度を算出することによりM個の尤度を得ることと、
前記M種類の事象それぞれと、前記対象装置のN種類の異常の発生要因とを関連付けたテーブルの値を要素とする行列と、前記M個の尤度を要素とする事象ベクトルと、を用いた計算によって得られるN個の要素を有する要因ベクトルに基づいて前記発生要因を推定することと
を実行させるためのプログラム。
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