JPH01124007A - プラント運転状態評価方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、発電プラント等のプラントの運転状態評価方
法に係り、特に、プロセス量相互間に一定の因果関係の
あるプラントの、検出されたプロセス量の確かさを配慮
したプラント運転状態評価方法に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５６−８５５０６号公報に記載さ
れているように、こうあるべきだとのプロセス量基準値
（プラント負荷に基づいて設定される決められた関数）
と、実測プロセス量を比較し、その差異によりプロセス
検出量の異常を判定していた。

また、特開昭５９−１’５４３２０号公報には、プラン
トの動的モデルを設け、この動的モデルを使って予想プ
ロセス量を求め、これと実測プロセス量を比較し７てプ
ロセス検出量の異常を判定する例が記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術においては、プラントの運転方法が変った
り、プラントの特性が一時的に、あるいは経年的に変っ
てプラン１への状態に変化が生じた場合、あらかじめ設
定されたプラント負荷に基づくプロセス量基準値は、実
運転におけるその基準値と大きな偏差を生じ、このため
正常な運転が行われているにも拘らず、あらかじめ設定
されたプロセス量基準値と実測値の比較に基づいてプロ
セス量異常と判定することがある問題があった。また、
動的モデルを使って異常判定させるには、複雑なシミュ
レーションモデルを必要とし、装置が膨大となって経済
性に問題があった。

本発明の課題は、経済的で、かつプラン１への様様な運
転状態においても常に正しくプラントの運転状態を評価
するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の課題は、プロセス検出器群によりプロセス量を検
出しつつ、該プロセス量に基づいてプラントの運転状態
を評価するプラントの運転状態評価方法において、前記
プラントの構成によって特徴づけられる各プロセス量間
の相互因果関係により総合判断して検出されたプロセス
量の異常の有無を判定することを特徴とするプラント運
転状態評価方法により達成される。

また、プロセス検出器群によりプロセス量を検出しつつ
、該プロセス量に基づいてプラントの運転状態を評価す
るプラントの運転状態評価方法において、前記プラント
の構成によって特徴づけられる各プロセス量間の相互因
果関係により総合判断して検出されたプロセス量の異常
の有無を判定し、異常なプロセス量が検出されたとき、
正常予測値を求めて前記異常なプロセス量と置き換えて
プラントの運転状態を評価することを特徴とするプラン
ト運転状態評価方法により達成される。

〔作用〕

発電プラント等のプラントにおいては、蒸気、水、燃料
、電気、ガスなどの流体が流れており、これらが、プラ
ントを構成する機器で所定の働きをしてプラントの性能
を発揮している。したがってプラントのプロセス量はプ
ラントに流れているこれら流体の状態量であり、あるい
は機器のメタル温度などといった、機器そのものの状態
量である。

これらのプロセス量の間には、流体の流れの上流と下流
の間での一定の関係、プラントを構成している機器での
熱的あるいは化学的反応による特定の関係、プロセス量
の時間的変化はある定められた指標に基づいて変化する
という時間的変化の関係、プロセス量はプラント構成上
から限られた範囲内でしか変化しないというプロセス量
特性の関係、といった定まった関係がある。プロセス量
を検出しつつ、検出されたプロセス量に基づいて、この
ようなプロセス量間の因果関係が総合的に評価されるの
で、プロラス量に異常が発生した場合に、その異常プロ
セス量がその周辺のプロセス量に基づいて検出される。

また、異常プロセス量が検出されたとき、その異常プロ
セス量が正常予測値に置き換えられ、置（Ｆ、） き換えられた値に基づいてプラントの運転状態評価が行
なわれる。

〔実施例〕

以下、本発明を火力発電プラントを例に説明する。

第６図は火力発電プラントの概要を示す図である。第６
図において、ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気管１８を
通って高圧タービン２に入り、ここで蒸気の熱エネルギ
ーの一部は発電機４を回すための回転機械エネルギーに
変換される。高圧タービン２で仕事をした蒸気は低温再
熱蒸気管１９を通り、再熱器１６で再び加熱され、高温
再熱蒸気管２０を通って再熱タービン３に導かれ、再び
仕事をする。再熱タービン３で仕事をした蒸気は排気と
して復水器５に入り、海水等の冷却水によって冷却され
て水に復する。この復水は復水ポンプ６によりポンプア
ップされ、復水熱交換器７、空気抽出器８およびグラン
ドコンデンサ９の各熱交換器を通って熱回収を行ない、
低圧粕水加熱器１０、脱気器１１で温度が上げられ、ボ
イラ給水ポンプ１２で昇圧された復水はボイラ給水とし
て高圧給水加熱器１３でさらに昇温され、主給水管２１
を通ってボイラ１に給水される。高圧給水加熱器１３、
脱気器１１および低圧給水加熱器１０はいずれもタービ
ンの油気で加熱される。またボイラ１においては燃料調
節弁」７でコントロールされた燃料が燃料バーナ１４を
通り火炉内で燃焼する。給水はこの燃焼による輻射熱を
受けて蒸気となり、過熱器１５で過熱されタービンに送
られる。このようなプラントにおいて、プラントが正常
な状態で運転されている場合の各部の状態量の例を示し
たのが第７図である。第７図は５００ＭＷを発電してい
るプラントの正常な運転状態を示したもので、ボイラ、
タービン、補機等の各部における温度、圧力、流量が示
されている。ここで示されている状態量は容易に計測で
きるプロセス量である。

第７図において、各プロセス量には次のような特性関係
があることがわかる。

（１）プロセス量の流れには必らず上流と下流の関係が
ある。すなわち、流量は上流から下流側に等流量で流れ
、圧力は上流側が大きくて下流側に低く、温度も途中に
熱交換器がなければ下流側は上流側以上にはならないな
どの関係である。

（２）タービンや熱交換器まわりのプロセスは、その機
器特性に基づく熱力学的関係が成立する。

例えば、機器内部が飽和状態であれば、機器内部の圧力
、温度のプロセス量は飽和関係にあるとか、熱交換器で
の加熱量と被加熱量は等価であるとか、タービンの抽気
段圧力はそこを通過する蒸気量と比例関係にあるなどで
ある。

（３）プラントのプロセス量はプラントの運転にともな
って時間的変化をするが、その変化は発電機出力の変化
と同一変化するもの、主蒸気圧力の変化にともなって変
化するものなど、必らずある指標にしたがって追従変化
している。

（４）プラントのプロセス量は、プラントの構成上から
限られた範囲内でしか変化しない。

（５）上記（１）〜（４）に含まれない特殊な動きをす
るプロセス量があっても、その動きには特定の関係式が
必らずある。

以上（１）〜（５）の関係を組み合わせ、総合的に評価
することによってプロセス量検出の異常を判定するのが
本発明のポイントである。

次に、本発明の実施例を第１〜５図により説明する。

第１図は、プラントのプロセス量をプロセス信号処理部
１００で入力し、工学単位に変換した入力信号をプロセ
スの流体力学的関係診断部１０１、プロセスの熱力学的
関係診断部１０２、プロセスの時間的関係診断部１０３
、プロセス信号の特性診断部１０４、およびプロセスの
特殊関係診断部１０５のそれぞれに入力し、これらの診
断部で診断された情報に基づき、プロセス状態総合診断
部１０６で相関関係（相互因果関係）を総合診断し、プ
ロセス量の正常、異常を判定する装置の機能構成を示し
ている。なお、プラントのプロセスの構成、あるいは異
常判定を行なうプロセス量の範囲が限定されている場合
には、前記診断部１０１゜１０２．１０３，１０４，１
０５のすべてが必要というのでなく、これら診断部のい
くつかを組み合わせしてもよい。

第１図の診断部１０１，１０２，１０３，１０４゜の機
能を持ってプロセス状態を総合診断し、プロセス量の異
常を判定する例として、第２図に示す高圧タービンまわ
りのプロセス状態の評価方法について以下詳細に説明す
る。

第２図は、高圧タービン２まわりのプロセス系統図を示
したものである。タービン入口蒸気（圧力Ｐｏ、温度Ｔ
ｏ）は加減弁２２を通って高圧タービン２に入り、膨張
する。膨張した蒸気は第１油気段で抽気され、油気蒸気
（圧力Ｐ１、温度Ｔ１）はＮＯ，ＩＨＰ　　ヒータ２３
でボイラ給水の加熱用として使われる。また高圧タービ
ン２の排気蒸気（圧力Ｐ２．温度Ｔｚ）はボイラ１に送
られ、再熱されるが、その一部の蒸気はＮＯ，２ＨＰ　
　ヒータ２４におけるボイラ給水の加熱用として抽気さ
れる。

ここで高圧タービン２内の蒸気の膨張の様子は第３図の
ように表わされ、高圧タービン内部効率ηＨＰを求める
ために必要なプロセス量は第２図にも示しているように
次の４点である。

（Ｉ）タービン入口蒸気圧力（Ｐｏ） （ＩＩ）タービン入口蒸気温度（Ｔ　ｏ　）（ＩＩＩ）
タービン排気圧力（ＰＫ） （ＩＶ）タービン排気温度（Ｔ２） 一方、タービン段落内部効率計算のためのこれらプロセ
ス量と強い因果関係をもつ高圧タービンまわりのプロセ
ス量には第４図に示しているように下記がある。

（１）ボイラ出口蒸気圧力（ＰＯＢ） （ｎ）ボイラ出口蒸気温度（ＴＯＢ） （ｍ）ＮＯ，ＩＨＰヒータ胴体圧力（ＰＩＨ）（ｍＶ）
ＮＯ，２ＨＰヒ一タ胴体圧力（ＰＫ）１）（Ｖ）再熱器
入口蒸気圧力（Ｐ２Ｒ） （ＶＩ）再熱器入口蒸気圧力（Ｔ２Ｒ）（■）加減弁開
度（Ｐｏｓ） （■）主蒸気流量（計算値）　　（Ｆｏｎ）（発電機出
力でもよい） （ＩＫ）タービン油気圧力（Ｐｌ） （Ｘ）タービン抽気温度（Ｔ１） 高圧タービン段落内部効率計算のためのプロセス量およ
びタービンまわりのこれらプロセス量には次のような関
係がある。

（ａ）上流、下流の関係 （イ）ＰＯＢとＰ。

（ロ）ＴＯＢとＴ。

（ハ）ＰｚとＰＩＨ （ニ）ＰＫとＰ２Ｈ，ＰＫとＰ２Ｒ （ホ）Ｔ２とＴ２Ｒ （ｂ）熱力学的関係 （イ）ＰＬとＰＫ （ロ）ＰｏとＴｏ、ＦｏＢとＰｏ５ （Ｑ）時間的変化の関係 （イ）ＦＯＲとＰｌは同一変化する。

（ロ）ＦＯＲとＰＫは同一変化する。

（ハ）ＰｚとＰＫは同一変化する。

（ニ）ＰｌとＰｔｏは同一変化する。

（ホ）ＰＫとＰ２Ｈは同一変化する。

（へ）ＰＫとＰ２Ｒは同一変化する。

（ト）温度は熱的変化として急激な変化はしない。

（ｄ）検出器誤差の特性 検出器はある程度の誤差をもっているが、このバラツキ
には一定の幅があり、急激に変化することはない。

まず、プロセスの流体力学的関係診断部１．０１での処
理に関係する（　ａ　、）項の上流、下流の関係におい
ては下記関係式が成り立つ。

ＰＯＢ：ＰＯ＋ΔＰＯ Ｐ１＝ＰＩＨ＋ΔＰｒＨ ＰＫ：Ｐ２ｏ＋ΔＰ２Ｈ ＰＫ：Ｐ２Ｒ十ΔＰ２Ｒ ここで、ΔＰａ、ΔＰＩＨ，ΔＰ２ＨツΔＰ２Ｒはそれ
ぞれのプロセスラインでの圧力降下分で、そこを流れる
流量の２乗に比例する。

また、 ＴＯＢ：Ｔｏ＋ΔＴ。

Ｔ　２　＝　Ｔ　２Ｒ＋ΔＴ２Ｒ ここで、ΔＴ　ｏ　、ΔＴ２Ｒはそれぞれのプロセスラ
インでの温度降下分で、これは外気への放熱によるもの
であり、はぼ一定値である。

次にプロセスの熱力学的関係診断部１０２に関連する（
ｂ）項の熱力学的関係においては下記の関係式が成り立
つ。

Ｐｌ Ｐｏ５＝　ｆ　（Ｆｏｓ、　Ｐｏ、　Ｔｏ）次にプロセ
スの時間的診断部１０３に関連する（Ｑ）項の時間変化
の関係においては下記関係式％式％ ここで、ＮはサフィックスでＯＢ、０，１，２゜２Ｒを
示す。α、βは定数である。

プロセス信号の特性診断部１０４に関連する（ｄ）項の
検出器誤差の特性においては下記関係式が成り立つ。

ここで、ｒは定数で、プロセス量のＰＯＢ、　Ｐｔ。

・・・にそれぞれ個有の値となる。

以上述べた関係式により、圧力計で検出されたプロセス
量Ｐ２の状態評価をしたものを第５図に示した。

第５図において、プロセスの流体力学的関係診断部１０
１でのＰ２とＰ２Ｈ，Ｐ２とＰ２Ｒの関係が正常であれ
ばそれぞれの関係曲線の中の許容幅（斜線部、以下同じ
）内で変化しているが、Ｐ２とＰ２Ｈ，ＰＡＲのプロセ
ス量に異常値があれば、この関係式がくずれ、許容幅を
逸脱することになる。

同様にプロセスの熱力学的関係診断部１０２においては
、Ｐ２／ＰＬが一定許容幅にあるかがチエツクされ、ま
たプロセスの時間的関係診断部１０３では、Ｐ２の時間
的変化とＰｌｙ　Ｐ２Ｈ，Ｐ２Ｒの時間的変化の相関関
係がチエツクされ、さらにプロセス信号の特性診断部１
０４においては検出器としての動作を診断するためＰ２
の変化速度が許容値内であるかがチエツクされる。それ
ぞれの診断部においてチエツクされた結果、許容値を逸
脱するものがあれば、プロセス状態総合診断部へ異常信
号（異常でＯＮする信号）を伝送する。

プロセス状態総合診断部では、これらの診断部からの異
常信号が入力されると各信号の相関関係による判断ロジ
ック（各診断部からの異常が２つ以上発生したことでプ
ロセス量を異常と判定）によりプロセス量Ｐ２の異常の
有無を判定し、検出器異常の場合、信号２０１を出力す
ると同時に、正常予測値要求信号２０２を出力して正常
予測値を関係する関係式から求め（第５図においてはＰ
２／Ｐ１の関係式）、予測値Ｐ２’　　２０３としてプ
ロセス信号処理部へ入力し、Ｐ２をＰ２’におきかえて
プラントのプロセス量を評価することも行う。

第５図ではプロセス量Ｐ２の異常診断について示したが
、その他のプロセス量についても同様の方法で検出する
。

以上第５図に示したように、簡単なロジックにより、複
雑な動的シミュレーションモデルと同等の精度で容易に
プロセス量の状態量を評価することができる。

第５図では、第１図の特殊関係診断部１０５を持たない
例について述べているが、本発明の他の実施例として第
１図の特殊関係診断部１０５の機能をもった例について
以下に説明する。

第４図において、タービン入口蒸気圧力Ｐｏ。

温度Ｔｏと、タービン抽気圧力Ｐ１、温度Ｔ工およびタ
ービン排気圧力Ｐ２、温度Ｔ２との間には、タービンが
正常に機能しているときは蒸気の膨脂特性により、一定
の関係を保っているが、タービンが正常状態を逸脱した
ときには上記関係がくずれ、特殊な動きをする。この特
殊な動きに対しても次のような関係が成り立っている。

Ｐ　ｏ　）　Ｐ　１．　Ｔ　ｏ　＞　Ｔ　ｓＰｘ＞Ｐ２
ｅ　　Ｔ１＞ＴＫ すなわち、タービン油気、排気の条件は絶対にタービン
入口蒸気条件以上にはならないという事実である。

また、機器、配管類は決められた設計圧力、温度条件で
設計製作されており、この設計圧力、温度以上の運転は
絶対にあってはならないという運転条件がある。

ここで、サフィックスのＤは設計条件を示す。

また、タービン加減弁２２の開度Ｐｏｓが全閉のときは
ＰｌとＰ２は同一値を示す。

Ｐｌ：Ｐ２　（Ｐｏｓ＝Ｏのとき） また、高圧タービンからＨＰ上ヒータの抽気管には、逆
流防止用のチエツク弁があってＨＰ上ヒータらタービン
へは流体が逆流しないように考えているが、この逆流防
止用チエツク弁が誤動作したときには、 ＰＩＨ＜ＰＬ、（ＮＯ，ＩＨＰヒータ抽気ノチェック弁
故障時） Ｐ２Ｈ＜Ｐ２．（ＮＯ，２ＨＰヒータ油気のチエツク弁
故障時） となる場合もあり得る。

以上、タービンの運転が正常状態から逸脱し、特殊な条
件で運転された場合の関係を列挙したが、これらの関係
式は定性的なものやプランＩ−の連杆経験から得られた
ノーハウ、断片的なものが大半であり、いわゆる知識情
報に属するものである。

このような数式的なものだけではない知識情報に基づく
判断が特殊関係診断部１０５の機能である。

以上述べた知識情報をベースにした特殊関係診断部の機
能を第５図の評価ロジックに追加、組込み診断評価の判
断条件に供してやれば、プラント機器が正常状態にある
ことに限定せずとも、プラントのあらゆる運転状態に対
して正確にプロセス状態量を評価することができるよう
になり、−層の効果を発揮できる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、複雑なプラントシミュレーションモデ
ルを設けることなく、簡単な手法により、プラントのあ
らゆる運転に対して、またプラントの経年的変化や特性
変化（性能変化など）にも影響されずにプラントのプロ
セス量の異常が判定され、またプロセス量の検出が正常
に行われていない場合は、正常予測値を求めて正常でな
い検出値と置き換えてプラントの運転状態評価が行われ
るので、不正確なプロセス量に基づいて運転状態が評価
されることがなくなり、運転状態評価の信頼性向上の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の機能を示したブロック図で
あり、第２図はタービンまわりのプロセス量の名称を示
す系統図であり、第３図はタービン内部の蒸気膨脂の一
例を示す特性図であり、第４図はタービンまわりのプロ
セス量の名称を示す系統図であり、第５図は第１図に示
された実施例の機能の一部を示すブロック図であり、第
６図は火力発電プランＩ・の概要の一例を示す系統図で
あり、第７図は火力発電プラントのプロセス量の例を示
す系統図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、プロセス検出器群によりプロセス量を検出しつつ、
   該プロセス量に基づいてプラントの運転状態を評価する
   プラントの運転状態評価方法において、前記プラントの
   構成によつて特徴づけられる各プロセス量間の相互因果
   関係により総合判断して検出されたプロセス量の異常の
   有無を判定することを特徴とするプラント運転状態評価
   方法。 ２、プロセス検出器群によりプロセス量を検出しつつ、
   該プロセス量に基づいてプラントの運転状態を評価する
   プラントの運転状態評価方法において、前記プラントの
   構成によつて特徴づけられる各プロセス量間の相互因果
   関係により総合判断して検出されたプロセス量の異常の
   有無を判定し、異常なプロセス量が検出されたとき、正
   常予測値を求めて前記異常なプロセス量と置き換えてプ
   ラントの運転状態を評価することを特徴とするプラント
   運転状態評価方法。