JPH03100306A - 蒸気タービン性能診断装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は火力発電プラント、原子力発電プラント等に設
置される蒸気タービンの性能劣化を診断し、予防保全の
支援を行う蒸気タービン性能診断装置に関する。

（従来の技術） 火力発電プラント、原子力発電プラント等の巨大な発電
プラントシステムは、その所有者にとって重要な投資で
あり、また所有者にもたらす経済的利益は発電プラント
の各構成機器の運転時における性能によって変化する。

例えば、１００万キロワツトの発電機を駆動する蒸気、
タービンの１％の熱効率の差は、はぼ数十億円の価値に
相当するものと考えられている。そのため、発電プラン
トの構成機器の運転性能が最適なものとなるように維持
し、運用することが必要である。

そこで、従来火力発電プラント等の発電監視制御システ
ムでは、性能計算およびその管理機能を備えており、一
定条件の基でデジタル制御装置により収集されたプロセ
ス状態量、例えば流量、温度、圧力あるいは発電機出力
等に基づいて、送電端効率、発電端効率、ボイラ効率お
よびタービン効率等を計算し、その計算結果を基に各機
器の効率の長期変化傾向を定期的に発電所管理技術者が
チエツクすることによって性能管理を行っている。

一方、運転期間が長くなるにつれて各機器が劣化して運
転性能が低下する傾向にあるため、ある程度以上に劣化
の進んだ機器に対しては補修作業を行い、それによっで
ある程度以上の運転性能を常に発揮できるようにしてい
る。

（発明が解決しようとする課題） 蒸気タービンの性能評価により長期的な劣化の傾向を把
握し、蒸気タービンの予防保全を行うためには、劣化の
判定とともに変化の状態を判定することが不可欠である
。すなわち、劣化が同程度のものであっても、その変化
が徐々に進行したもの（以下漸次変化という）であるか
、またはある期間を境に急激に進行したもの（以下突変
変化という）であるかにより、蒸気タービン機器内部の
異常要因が異なる。例えば、蒸気タービンの内部効率の
うち、第１段内部効率が徐々に変化する漸次変化の段階
では、第１段ノズルのエロージョンかスケール付着が要
因と考えられる。漸次変化の場合は過去の定期点検時の
経緯を基に、比較的長期的な計画に沿った対策およびそ
の発生原因である水質管理等の処置を行う必要がある。

一方、突変変化の場合には、第１段ノズルの欠損、動翼
の損傷、異物のつまりあるいはバルブ類の異常等が考え
られ、早急な解放点検が必要となる。

ところで、従来の蒸気タービン性能管理方法では、性能
劣化判断の作業を主に人間系に頼っており、非常に手間
の係るものであった。特に、性能劣化の原因（要因）と
部位を同定するには、蒸気タービン設計専門家等の詳細
な分析作業を必要とするために時間が掛り、蒸気タービ
ンの運転管理や予防保全のための詳細点検や補修等の計
画立案に充分に利用できないという問題があった。

本発明は上記の事情を考慮してなされたもので、オンラ
インで自動的に蒸気タービンの性能劣化の原因、部位を
同定することができる蒸気タービン性能診断装置を提供
することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、蒸気タービンの運転中のプロセスデータに基
づいて、その蒸気タービンの性能診断を行うタービン性
能診断装置において、プラントの整定／不整定情報から
蒸気タービン性能診断の起動タイミングを判定する性能
診断起動判定手段と、プロセスデータから蒸気タービン
の各段落群ごとに内部効率を計算する内部効率計算手段
と、その内部効率を一定期間保存する内部効率記憶部と
、負荷に応じて予め設定した基準内部効率を記憶した基
準内部効率記憶部と、その基準内部効率から診断時の基
準効率を算出して上記内部効率記憶部からの内部効率と
の比較判断により効率変化を判定する内部効率変化判定
手段と、上記内部効率記憶部に記憶された過去の内部効
率の時系列データから内部効率の変化が漸次変化である
か突変変化であるかを判定する内部効率漸次・突変変化
判定手段と、上記内部効率変化判定手段による内部効率
変化判定結果および内部効率漸次・突変変化判定手段に
よる内部効率漸次・突変変化判定結果から蒸気タービン
の性能劣化要因を判定する性能劣化要因判定手段と、上
記内部効率変化判定結果、漸次・突変変化判定結果、性
能劣化要因判定結果を診断結果として記憶する診断結果
記憶部と、性能診断時の基準効率、実績効率、診断結果
情報を表示する表示手段とを具備したものである。

（作用） まず、性能診断起動判定手段によりプラントの整定／不
整定状態を判定し、蒸気タービンの内部効率計算精度が
最も良いプラント状態の時に蒸気タービンの性能診断を
行う。内部効率計算手段はプロセスデータから蒸気ター
ビンの各段落群ごとに内部効率を計算し、内部効率記憶
部に一定期間保存する。内部効率変化判定手段は基準内
部効率記憶部に記憶してあった基準内部効率から診断時
の基準効率を算出して内部効率記憶部からの内部効率と
の比較判断により効率変化を判定する。

内部効率漸次・突変変化判定手段は、内部効率記憶部に
記憶された過去の内部効率の時系列データから内部効率
の変化が漸次変化であるか突変変化であるかを判定する
。性能劣化要因判定手段は内部効率変化判定結果および
内部効率漸次・突変変化判定結果から蒸気タービンの性
能劣化要因を判定する。そして、性能診断時の基準効率
、実績効率、性能劣化要因判定結果の診断結果情報が表
示手段により表示される。

（実施例） 本発明に係る蒸気タービン性能診断装置の一実施例につ
いて火力発電プラントを例にとり添付図面を参照しつつ
説明する。

第１図に示すように、蒸気タービン性能診断装置１には
火力発電プラント２に備えられた蒸気タービンの性能診
断に必要なプロセスデータを一定周期Ｔで収集するプロ
セス値収集手段３が備えられ、このプロセス値収集手段
３により収集されたプロセスデータは第２図に示す態様
でプロセス値記憶部４に記憶される。収集されるプロセ
スデータの例としては、ボイラ入口給水量、主蒸気圧、
再熱蒸気圧力、復水器真空度、主蒸気温度、再熱蒸気温
度、発電機出力（負荷）等がある。

性能診断起動判定手段５は火力発電プラント２の整定を
プロセス値記憶部４に記憶された整定の指標となる負荷
、主蒸気／再熱蒸気温度データの時間に対する変化の変
動幅が予め設定した変動幅内にあるかどうかで判断し、
火力発電プラント２の整定／不整定情報から後述する内
部効率計算手段６、内部効率変化判定手段７、内部効率
漸次・突変変化判定手段８、性能劣化要因判定手段９の
各性能診断処理部を順次起動するタイミングを判定する
。性能診断処理部を起動するタイミングを判定する手順
は、第３図および第４図に示すように、火力発電プラン
ト２の負荷が一定に達した後、負荷変動幅がＡ分間予め
設定した範囲ΔＷ内にあるかどうかの負荷整定を確認し
、その負荷整定条件が満たされたら、次にその負荷整定
条件とともに主゛蒸気／再熱蒸気温度が８分間予め設定
した範囲Δτ内にあるかどうかの主蒸気／再熱蒸気温度
整定の確認を行う。次に負荷整定判定、主蒸気／再熱蒸
気温度整定判定を同時にかつ周期的に行い、負荷整定条
件および主蒸気／再熱蒸気温度整定条件のいずれかが整
定から不整定に移った時、性能診断処理部を起動する。

内部効率計算手段６は第２図に示すプロセス値記憶部４
の記憶内容、すなわち蒸気温度、圧力等から蒸気表によ
る蒸気タービン各部のエンタルピ等の算出を行って、各
蒸気タービン段落内部効率を次式に基づいて算出する。

ここで、第５図のエンタルピ・エントロピ線図に示すよ
うに、ＨＡはノズル入口温度Ｔ１、圧力Ｐ１から羽根出
口圧力Ｐ２までの断熱熱落差、ＨＵはノズル入口蒸気温
度Ｔ１、圧力Ｐ１状態と羽根出口蒸気温度Ｔ２、圧力Ｐ
２状態でのエンタルピ差である。内部効率は蒸気タービ
ンの第１段落から第ｎ段落まで求め、計算結果は第６図
に示すような態様で、診断年月時分データ、診断時発電
機負荷とともに内部効率記憶部１０に記憶する。

基準内部効率記憶部１１には負荷に応じて予め設定した
基準内部効率が記憶されている。内部効率変化判定手段
７は第７図に示すような各段落の基準内部効率記憶部１
１の記憶内容に基づき、性能診断時の発電機出力に対応
した各段落の性能診断時基準効率を基準内部効率記憶部
１１内の基準内部効率から補間により算出するとともに
、内部効率記憶部１０に記憶されている性能診断時の各
蒸気タービン段落内部実績効率と、算出した各段落の性
能診断時基準効率との差に基づいて、各段落の実績効率
偏差を算出する。さらに、基準内部効率記憶部１１の記
憶内容に基づき、性能診断時の発電機出力に対応した各
段落の診断時基準偏差を線形補間により算出する。そし
て、対象としている段落の実績効率偏差が診断時基準偏
差より大きくなっている時、その段落の内部効率が低下
していると判断し、その判定結果を第８図に示すような
態様で診断結果記憶部１２に記憶する。すなわち、診断
結果記憶部１２において、内部効率変化情報を内部効率
が低下していると判定した時は「１」とし、変化がない
と判定した時は「０」とする。

内部効率漸次・突変変化判定手段８は内部効率記憶部１
０内に記憶された過去の内部効率の時系列データから蒸
気タービン内部効率の漸次・突変変化を判定するもので
ある。内部効率の突変変化は、性能診断時の段落内部効
率が内部効率記憶部１０内に記憶されている性能診断時
から過去一定期間の内部効率データの平均値並びにバラ
ツキ度から求められる突変判定基準値を越えることで判
定する。同様に漸次変化の判定は内部効率記憶部１０内
に記憶された内部効率データによる予測値（最小二乗法
による外挿値）が性能診断を開始する時点での初期デー
タで定められる判定基準値を越えることで判定する。

すなわち、突変の判定は第９図に示すように、過去の一
定期間（第９図では１力月間）のデータを使用し最小二
乗法等を用いて外挿した今回データの予測値ＡＯ８−と
、データのバラツキ度等により定めた突変判定基準裕度
ＤＡＯで定義される範囲を、今回算出したデータＡが越
えたか否かで判定する。この基準裕度は標準偏差等によ
り算出し、次の条件となる。

Ａ−ＡＯ８＝　　≧ＤＡＯ ここで、内部効率が突変と判定された時は、第８図に示
す診断結果記憶部１２内の内部効率突変変化情報を「１
」とし、突変変化がないと判定した時は「０」とする。

一方、漸次変化の判定は第１０図に示すように、過去一
定期間のデータを基に外挿して求めた今回データの予測
値ＡＯ８−と突変判定基準裕度ＤＡＯで定義される範囲
内に今回のデータがあり、かつ今回のデータを含めて求
めた診断対象値ＡＯ３が劣化診断を始める際に定義した
初期値ＡＯ並びに初期段階の一定範囲（第１０図では１
ケ月）のデータで定めた変化有無の判定基準裕度ＤＡＩ
で定めた範囲外になった時に漸次変化と判定する。

すなわち、ｌ　Ａ−ＡＯ８”　１＜ＤＡＯかつ、 ＡＯ−ＡＯ８≧ＤＡＩ ここで、内部効率が漸次変化と判定された時は、第８図
に示す診断結果記憶部１２内の内部効率漸次変化情報を
「１」とし、漸次変化がないと判定した時は「０」とす
る。

性能劣化要因判定手段９は、内部効率変化判定結果およ
び内部効率の漸次・突変変化判定結果、すなわち診断結
果記憶部１２内の内部効率変化情報、内部効率漸次変化
情報、内部効率突変変化情報から蒸気タービンの性能劣
化要因を判定する。

ここで、例えば蒸気タービンの第１段落の効率低下要因
と内部効率変化、内部効率漸次変化、内部効率突変変化
との関連をまとめると、第１１図のようになる。したが
って、性能劣化要因判定手段９では診断結果記憶部１２
内の内部効率変化情報、内部効率漸次変化情報、内部効
率突変変化情報および第１１図に示す表を使用すること
によって、対象となる段落部の性能劣化要因を判定する
ことが可能となる。性能劣化要因判定手段９では表の成
立状態から、第１２図に示す診断結果記憶部１２の診断
結果情報の対応する劣化要因のフラグ情報を１とする。

診断結果表示手段１３は、内部効率記憶部１゜に記憶し
た段落内部効率データ、基準内部効率記憶部１１に記憶
した基準内部効率から算出した性能診断時の基準効率、
診断結果記憶部１２に記憶した診断結果情報から第１３
図に示すような診断結果を表示装置１４に表示する。第
１３図では右上にパーチャートで基準効率および実績効
率、右下に診断結果をメツセージで表示している。

次に作用について説明する。

上記実施例はオンラインで自動的にプラントの整定／不
整定状態を判定し、蒸気タービンの内部効率計算精度が
最も良いプラント状態の時に性能診断起動判定手段５に
より性能診断処理部を動作させる。そして、負荷に応じ
て設定された基準内部効率から性能診断時の基準効率を
求め、その基準効率と性能診断時に内部効率計算手段６
で計算した内部効率とを内部効率変化判定手段７で比較
し、内部効率が低下しているかどうかを判定する。

さらに、内部効率漸次・突変変化判定手段８により性能
診断時から過去一定期間の内部効率の時系列データから
その時の内部効率が漸次変化しているか、突変変化して
いるかを判定する。最後に、性能劣化要因判定手段９に
より内部効率変化判定結果および内部効率の漸次・突変
変化判定結果から蒸気タービンの性能劣化要因を判定す
る。性能診断時の基準効率、実績効率、性能劣化要因判
定結果の診断結果情報は診断結果表示手段１３により表
示装置１４に表示される。

このように上記実施例によれば、性能診断起動判定手段
５によりプラントの整定／不整定情報から蒸気タービン
性能診断処理部を起動するタイミングを判定するため、
蒸気タービンの性能診断を効率計算精度が最も良い時に
オンラインで実施することができる。また、内部効率計
算手段６により蒸気タービンの各段落群ごとに内部効率
を計算し、内部効率記憶部１０に一定期間保存するため
、内部効率の長期の変化状況の把握が可能となる。

そして、基準内部効率記憶部１１に負荷に応じて設定し
た基準内部効率を記憶しておき、内部効率変化判定手段
により基準内部効率から診断時の基準効率を算出すると
ともに、性能診断時の基準効率と内部効率との比較判断
から効率変化を判定したため、内部効率変化をオンライ
ンで自動的に判定することができる。さらに、内部効率
漸次・突変変化判定手段８により内部効率記憶部１０に
記憶した過去の内部効率の時系列データから内部効率の
漸次・突変変化を判定するため、内部効率の時間に対す
る変化状況を判定することができる。

また、内部効率変化判定手段７による内部効率変化判定
結果および内部効率漸次・突変変化判定手段８による内
部効率の漸次・突変変化判定結果から蒸気タービンの性
能劣化要因を性能劣化要因判定手段９により判定するた
め、オンラインで自動的に蒸気タービンの性能劣化要因
、部位の同定を行うことができる。そして、診断結果表
示手段１３により性能診断時の基準効率、実績効率、性
能劣化要因判定結果の診断結果情報を表示するため、蒸
気タービンの運転管理、予防保全のための詳細点検や補
修等の計画立案に必要な資料を提供することができる。

〔発明の効果〕

本発明は、プラントの整定／不整定情報から蒸気タービ
ン性能診断の起動タイミングを判定する性能診断起動判
定手段と、プロセスデータから蒸気タービンの各段落群
ごとに内部効率を計算する内部効率計算手段と、その内
部効率を一定期間保存する内部効率記憶部と、負荷に応
じて予め設定した基準内部効率を記憶した基準内部効率
記憶部と、その基準内部効率から診断時の基準効率を算
出して上記内部効率記憶部からの内部効率との比較判断
により効率変化を判定する内部効率変化判定手段と、上
記内部効率記憶部に記憶された過去の内部効率の時系列
データから内部効率の変化が漸次変化であるか突変変化
であるかを判定する内部効率漸次・突変変化判定手段と
、上記内部効率変化判定手段による内部効率変化判定結
果および内部効率漸次・突変変化判定手段による内部効
率漸次・突変変化判定結果から蒸気タービンの性能劣化
要因を判定する性能劣化要因判定手段と、上記内部効率
変化判定結果、漸次・突変変化判定結果、性能劣化要因
判定結果を診断結果として記憶する診断結果記憶部と、
性能診断時の基準効率、実績効率、診断結果情報を表示
する表示手段とを具備したから、オンラインで自動的に
蒸気タービンの性能劣化の原因、部位を同定することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック構成図、第２
図は上記実施例におけるプロセス値記憶部を示す図、第
３図は上記実施例における性能診断処理部を起動するタ
イミングを説明するための図、第４図は上記実施例にお
ける性能診断起動判定手段における処理手順を示すフロ
ー図、第５図は上記実施例における内部効率計算手段の
内部効率の計算を説明するための図、第６図は上記実施
例における内部効率記憶部を示す図、第７図は上記実施
例における基準内部効率記憶部を示す図、第８図は上記
実施例における診断結果記憶部を示す図、第９図は上記
実施例における内部効率漸次・突変変化判定手段の内部
効率突変変化の判定を説明するための図、第１０図は上
記実施例における内部効率漸次・突変変化判定手段の内
部効率漸次変化の判定を説明するための図、第１１図は
上記実施例における第１段落内部効率低下判定表を示す
図、第１２図は上記実施例における診断結果情報の一例
を示す図、第１３図は上記実施例における診断結果の表
示の一例を示す図である。 １・・・蒸気タービン性能診断装置、２・・・火力発電
プラント、３・・・プロセス値収集手段、４・・・プロ
セス値記憶部、訃・・性能診断起動判定手段、６・・・
内部効率計算手段、７・・・内部効率変化判定手段、８
・・・内部効率漸次・突変変化判定手段、９・・・性能
劣化要因判定手段、１０・・・内部効率記憶部、１１・
・・基準内部効率記憶部、１２・・・診断結果記憶部、
１３・・・診断結果表示手段、１４・・・表示装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸気タービンの運転中のプロセスデータに基づいて、そ
   の蒸気タービンの性能診断を行うタービン性能診断装置
   において、プラントの整定／不整定情報から蒸気タービ
   ン性能診断の起動タイミングを判定する性能診断起動判
   定手段と、プロセスデータから蒸気タービンの各段落群
   ごとに内部効率を計算する内部効率計算手段と、その内
   部効率を一定期間保存する内部効率記憶部と、負荷に応
   じて予め設定した基準内部効率を記憶した基準内部効率
   記憶部と、その基準内部効率から診断時の基準効率を算
   出して上記内部効率記憶部からの内部効率との比較判断
   により効率変化を判定する内部効率変化判定手段と、上
   記内部効率記憶部に記憶された過去の内部効率の時系列
   データから内部効率の変化が漸次変化であるか突変変化
   であるかを判定する内部効率漸次・突変変化判定手段と
   、上記内部効率変化判定手段による内部効率変化判定結
   果および内部効率漸次・突変変化判定手段による内部効
   率漸次・突変変化判定結果から蒸気タービンの性能劣化
   要因を判定する性能劣化要因判定手段と、上記内部効率
   変化判定結果、漸次・突変変化判定結果、性能劣化要因
   判定結果を診断結果として記憶する診断結果記憶部と、
   性能診断時の基準効率、実績効率、診断結果情報を表示
   する表示手段とを具備したことを特徴とする蒸気タービ
   ン性能診断装置。