JPH0510857A

JPH0510857A - 発電設備の寿命管理方法およびその装置

Info

Publication number: JPH0510857A
Application number: JP3166675A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Sakurai; 茂雄桜井; Masahiro Otaka; 正広大高; Satoshi Sugano; 智菅野; Eiji Saito; 英治斉藤; Kazuhito Koyama; 一仁小山; Ryoichi Kaneko; 了市金子
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-08
Filing date: 1991-07-08
Publication date: 1993-01-19

Abstract

(57)【要約】【目的】発電設備に対して、安定して高い稼働率で電力
を供給することができる寿命管理方法とその装置を提供
する。【構成】機器別サブシステム２とプラント別サブシステ
ム３と集中統合ホストシステム４を階層的に通信ネット
ワークで結び、寿命消費率を最小にするように運転方式
を選択して需要電力に対して供給を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数の機器によって構
成されるプラントの寿命管理を行うための方法及び装置
に係り、特に、熱併給発電システム設備やガスタービン
と蒸気タービンとを組合せたコンバイドシステムなどの
発電プラントの寿命管理に好適な方法及びその装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】発電プラントなどの大規模プラントで
は、使用している機器及び装置の数が数十から数万点に
も及ぶ。これらの装置・機器は、経年的に劣化を生じ故
障に至る恐れもある。このため、プラントの健全性を維
持していくには、装置や機器の故障が発生してから補修
をする事後保全の方式も採用されることがある。しか
し、計画的な点検と補修による予防保全が実施され、事
前に対策することが望ましい。この予防保全方式は、機
器の製造履歴や点検記録などの多数のデータをコンピュ
ータにより処理することにより、予防保全項目と実施時
期を示す特開昭60−205663号公報に記載の技術が公知で
ある。

【０００３】一方、寿命管理方法は、蒸気タービン等の
高温部材の寿命を支配する熱応力を管理するタービンの
起動方法などが特公昭58−25842 号が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、点検
項目とその実施時期については記録が速く、正確にでき
るが、プラント全体に対する寿命管理や、各機器の適正
な運転方法及び発電需給状態への対応方法などに対する
考慮がなされていない。

【０００５】プラント機器や装置の信頼性及び安定性を
保証するには、点検項目を多くし、点検頻度を大にする
ことが考えられる。しかし、経済性と稼働率等を考慮す
れば、不必要な点検，交換はできるだけ避ける方が望ま
しい。すなわち、プラントを構成する多数の機器，装置
を一律に点検するのは適当ではなく、個々のプラント，
機器及び装置について特性や運転履歴，故障履歴を考慮
しなければならない。このためには、プラント内の各機
器の寿命評価に基づいて各機器は適正な運転状態に制御
すべきであり、これには各機器の運転履歴の記録データ
や点検で得られる寿命診断結果データと今後の運転条件
などの多くのデータを必要とする。これらのデータによ
り各機器の状態を診断し、適正な運転方法が判断される
が、しかし、プラント全体として求められる需要に対し
て供給量を調節する必要もあり、プラントに多数の機器
がある場合には、適正運転を決定することは困難である
場合が多い。

【０００６】一般に、予防保全では、プラントの個々に
対して、あるいは機器の個々についての点検項目や実施
時期は一律に決定されることが多くあるいはプラント管
理技術者が、過去の機器経歴データや現状の稼働データ
を参考にして人為的判断で決定することが多い。また、
故障を未然に防止するために早期に該当部を交換したり
対策しても、適正な運転制御を実施しなければ、プラン
ト全体として稼働率を安定的に維持することは困難であ
る。すなわち、対策該当機器と他の機器との寿命消費率
の違いにより、該当部の対策後、他の機器が故障し、直
ちにまた変換，補修しなければならなくなることが多
い。

【０００７】従来の人為的な手段により多数のプラン
ト，機器及び装置を個別に検討して適正な判断を下すこ
とは、多大の労力と時間を要するのみではなくプラント
管理技術者に極めて高度な技術的知識と経験の蓄積が求
められる。

【０００８】本発明の目的は、格別の熟練や多大の労力
を要せず、かつ人為的なミスを無くし、個々のプラント
の構成機器の経歴，状態を勘案し、それぞれの寿命予測
に基づきプラントの稼働率を安定的に維持し、運転を制
御する方法であるプラントの寿命管理方法とその装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、複数のプラントに対してそれぞれ構成
されている多数の機器類をグループ分けし、各グループ
毎に寿命診断結果データを入力し、それを記憶する機能
を備えた機器別サブシステムを設ける。この複数の機器
別サブシステムを統合した各プラント毎にプラント別サ
ブシステム、及び、プラント別サブシステムを統合した
集中統合ホストシステムを設ける。

【００１０】集中統合ホストシステムによりプラント別
サブシステムからの供給電力や寿命消費率などの情報に
基づいてプラント毎の供給電力を決定する。また、各プ
ラント別サブシステムでは、機器別サブシステムからの
供給電力，稼働率及び寿命消費率などに関する情報に基
づいて各機器の運転方式を決定する。

【００１１】上記の方法を実施するための本発明の装置
は、プラントの構成機器の寿命を診断して余寿命を推定
する機能をもった機器別サブシステムを設け、かつ、上
記機器別サブシステムの出力情報を制御し、該当プラン
トの運転方式を決定する機能を備えたプラント別サブシ
ステムを設ける。さらに、各プラント別サブシステムと
これを統合するホストシステムを電話回線等の通信手段
によって接続し、この通信手段を用いて各種データのや
り取りを行ない、各プラントの運転状態を調節し供給電
力を需要電力に合せる制御をする集中統合ホストシステ
ムを設ける。

【００１２】

【作用】上記の構成よりなる発電プラントの寿命管理装
置は、機器別サブシステムにおいて機器別の稼働履歴の
データに基づいて寿命診断を実施し、その結果をまとめ
てプラント別サブシステムで各プラント全体としての寿
命診断と運転方法の計画を作成し、その結果をプラント
集中統合ホストシステムで各プラントの経歴や運転状態
を考慮に入れ、各プラントの運転条件を決定し、稼働
率，各プラントの寿命消費率を最適に維持するようにす
る。

【００１３】本発明を実施する際に、電力発生装置と蓄
電装置を備えることにより、需要電力の変動に対して最
適な供給がさらに有効に実施でき、寿命の管理を容易に
実施することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。図１は、本発明の一実施例のブロック図である。
図２は、プラントサブシステムの処理内容を表わした本
発明の一実施例のシステム処理フロー図である。

【００１５】図１において、プラント内の発電装置１の
各機器の稼働状態及び寿命消費率は、機器別サブシステ
ム２にデータ収集，記録され、かつ、解析されてそれぞ
れの機器の状態が示される。それぞれの機器別サブシス
テム２でデータ収集，記録，解析された情報は、プラン
トサブシステム３に集められて、プラント内に存在する
各々の機器の運転状態及び寿命消費率などの機器状態が
把握できるようになっている。

【００１６】上記の各機器に対する状態のデータは、デ
ィジタル値に変換されて通信回線７を通して集中統合ホ
ストシステム４に送られる。集中統合ホストシステム４
は、汎用または大型専用コンピュータであって通信回線
７と接続する手段であるモデムを備えており、また、複
数プラントの初期状態情報ファイル，評価ファイル，顧
客情報ファイル，運転情報ファイルであるプラント情報
総合ファイルが備えられている。

【００１７】上記システム全体は、集中統合ホストシス
テム４によって制御され、予め設定されたスケジュール
に従って、順次、各プラントのプラントサブシステム３
と通信回線７，８，９等によって接続され、プラントの
状態を表すデータが、ホストシステム４に集中して送信
される。しかし、それぞれのプラントでは、プラントサ
ブシステム３によってプラント内の機器別サブシステム
２を制御することになり、また集中ホストシステム４と
も回線７によって相互通信することにより、他のプラン
ト情報も知り得るようになっている。さらに、それぞれ
の機器別サブシステム２についても、自立して制御可能
であり、プラントサブシステム３と相互に情報通信で
き、同一プラント内の機器別サブシステム２とも通信回
線５によって相互通信することができる。なお、通信回
線と共に電力等のエネルギも同一系統と電力ケーブルな
どの同じ系統で結ばれており電力も相互やり取りができ
る。プラントサブシステム３は、プラント内機器データ
を運転情報ファイルの所定位置に格納し、各機器の初期
情報ファイルを参照して各機器の設計，製造，検査デー
タを読みだし、運転データと共に寿命予測プログラムに
入力して、各機器ごとの寿命消費率を算出する。次にこ
の寿命消費率に基づいて各機器の運転方式がプラントサ
ブシステム３によって指示され、これに基づいて各機器
１は稼働される。

【００１８】ところで、寿命消費率に基づいて運転方式
が決定される例を図２を用いて次に述べる。集中統合ホ
ストシステム２３より供給電力の量が回線２４を通じて
要請されるとプラント２１では、発電機器１１から１ｎ
までの各機器に対応した機器別サブシステム３１〜３ｎ
の各機器の寿命消費率データに基づいて、一定の定常運
転用と負荷変動用に分けて各機器の運転方式がプラント
サブシステム２２より制御される。運転方式の決定の仕
方は、図３ないし図５によって説明される。すなわち、
図３に示すように寿命消費率をクリープ寿命消費率Ｄ_c
と疲労寿命消費率Ｄ_fに分けて考える。クリープ寿命消
費率Ｄ_cは高温で一定負荷を受けることによって蓄積さ
れる損傷によって決まるものであり、疲労寿命消費率Ｄ
_fは、起動停止の負荷変動によって生じる損傷に支配さ
れるものである。寿命消費率が１００％に達した機器
は、き裂が発生し、機器健全性が損なわれた時点に相当
する。一般に、機器の稼働条件から寿命評価は次式の様
に二つの損傷形態に対しそれぞれ線形的な和として考え
る。

【００１９】

【数１】Ｄ_c＋Ｄ_f≦１ …(1) 従って、寿命損傷率が図３に表される斜線内にあれ
ば、機器の健全性は保証されると考えられる。そこで、
機器の稼働状態を図３の斜線内に入るように設定される
ことが望ましい。また、起動時間を考えた場合には、一
回当りの起動時間に対して図４のように各寿命消費率と
の関係が得られる。従って、クリープと疲労の寿命消費
率を低くおさえた最適の起動時間ｔ₀は、ΔＤ_cとΔＤ_f
の和の最小値になる点Ｐ₀から求められる。ところで、
長時間使用した機器では、すでにクリープ損傷，疲労損
傷が累積しており、例えば、図５に示すように、一回起
動当りの損傷量がそれぞれΔＤ_F′からΔＤ_F曲線へ、Δ
Ｄ_C′からΔＤ_Cへと移行しており最適な起動時間は、
ｔ′時間のように長時間側へシフトする。従って、機器
の負荷履歴によって図４の適正起動時間が異なってく
る。図２に戻って示せば、プラントサブシステム２２で
は、機器別サブシステム３ｉから得られる各機器毎の負
荷履歴によって決まる運転方式を決定し、ホストシステ
ム２３から示された要求電力に見合う量を出力２５させ
るように各機器に指示することになる。

【００２０】一方、ホストシステムから示される需要電
力の変動に対しては、例えば、クリープ寿命消費率の少
ない機器は、１００％出力稼働する定常運転をさせ、定
常運転の機器台数を多くし、負荷変動を少なくさせる。
また、変動する需要量に対しては、疲労寿命消費率の少
ない機器によって供給するようにする。このようにし
て、プラント全体としての寿命消費率を最小に抑えなが
ら運転することにより、電力供給を行う。

【００２１】ところで、図１に示すように、発電設備の
機器とプラント及びプラント間を通信手段でネットワー
クし、設備の状態を情報管理すると、図６の様に電力系
と情報通信網が出来る。電力系統と通信網とは、同一系
統となっている。Ａ，Ｂは、ある領域内をカバーする集
中統合ホストシステムである。ａ，ｂ，ｃは、プラント
別サブシステムα，β，γは機器別サブシステムとな
る。電力需給の面から言えばＡ域内における総需要量
は、各プラントａ，ｂ，ｃ…によって供給される総量と
バランスされるが、各プラントの製造履歴や寿命消費率
に基づいて適正に供給量と運転方式が集中ホストシステ
ムＡによって制御される。その方法は、先に示したプラ
ントサブシステムによる機器の運転方式制御と同様であ
る。例えば、Ａ領域でプラント６におけるβの発電機器
が故障して発電供給できなかった場合、同図に示す通信
網によってホストシステムＡで不足電力量が知らされ、
先に示した運転方式の原理に従ってＡ領域内の寿命消費
率の少ないプラントの機器が出力を上げ不足量を補うよ
うに指令がプラントサブシステムへ行くことになる。こ
のように、電力系統と通信網を同一にすることにより、
過不足電力量を迅速に制御することができ、安定した電
力需給が可能となる。

【００２２】ところで、大容量発電機器では、部材は肉
厚になるが急速な起動により過大な熱応力による疲労寿
命消費率が加速される恐れがあることは、長時間運転し
た老朽機器において、寿命消費率が過大に加速され、劣
化した部材にき裂が発生する恐れは大きくなる。この対
策には、図７に示すように発電機器４１と蓄電装置４２
を設け、負荷変動や起動時には蓄電装置４２から電力供
給し、老朽あるいは疲労寿命消費率の大きい機器での起
動時間を大きくとって寿命消費率を少なくして起動させ
る。このようにすることによって、老朽機器や疲労寿命
消費率の大きい機器をもつプラントでも急速な負荷変動
に対応する供給が可能となる。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、プラントを構成する機
器の装置の寿命を管理することができ、その結果に基づ
いて運転方式を決定するためプラントの稼働率を高く、
安定的に運転できるため、電力供給を安定的に維持する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】機器別サブシステム，プラントサブシステムと
の処理フローチャート。

【図３】寿命消費率から運転状態を決定する方法を示す
説明図。

【図４】寿命消費率から運転状態を決定する方法を示す
説明図。

【図５】寿命消費率から運転状態を決定する方法を示す
説明図。

【図６】本発明の全体ネットワークを示す説明図。

【図７】蓄電装置と発電機器を組み合せたシステムの説
明図。

【符号の説明】

１…発電機器、２…機器別サブシステム、３…プラント
別サブシステム、４…集中統合ホストシステム、５，
６，７…通信回線、４１…発電装置、４２…蓄電装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤英治茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者小山一仁茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者金子了市茨城県日立市幸町三丁目１番１号株式会社日立製作所日立工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電機器を複数個備えた発電設備におい
て、発電設備の構成発電機器の状態を監視する装置と構
成機器の稼働履歴から寿命消費率を算定する装置とこれ
ら装置を管理する機器別サブシステムとこれらのデータ
を通信回線で各構成機器の状態データを集めてプラント
全体の設備診断と運転方式を制御するプラント別サブシ
ステムを設け、さらにある領域内の電力需給を管理する
集中統合ホストシステムを設け電力需給の指令を通信回
線を通じてプラント及び機器の寿命消費率に基づいてプ
ラント運転方式を決定し制御することを特徴とする発電
設備の寿命管理装置。
【請求項２】請求項１において、寿命消費率に基づいて
運転方式を決定するに、クリープ寿命消費率と疲労寿命
消費率との線形和が起動一回当り最小になるように起動
時間を決定して運転するように管理する発電設備の寿命
管理方法。
【請求項３】請求項１において、機器別サブシステムに
は、蓄電装置と発電装置を一組とした発電機器が備えら
れ、起動時には蓄電装置から出力し、需要電力を補いそ
の後寿命消費率の適正な起動時間により起動した発電装
置により電力を供給する発電設備の寿命管理方法。
【請求項４】請求項１において、集中統合ホストシステ
ムは、プラントサブシステムの供給電力と需要電力とを
一致するように電力制御をプラント間の寿命消費率に基
づいて行う発電設備の寿命管理方法。