(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
監視対象となる設備または機器を構成する部品の運転時の状態を検知する検知手段と、
前記設備または機器の運転状態を監視する監視手段と、
前記検知手段および前記監視手段からの情報に基づいて前記部品の損傷状態を遠隔診断する診断手段と、
を有する高温部品の遠隔監視システムにおいて、
前記部品および損傷モード毎に検索可能なフォールトツリー解析を行う解析手段と、
前記診断手段によって計算される設計基準時のクリープ損傷率と温度変化によるクリープ損傷率との変化率及び設計基準時の熱疲労損傷率と温度変化による熱疲労損傷率との変化率によって表される等価運転時間に基づいた診断結果から前記解析手段によりフォールトツリー解析を必要に応じて実行し、前記部品の損傷に関する要因を監視する管理手段と、
を備えていることを特徴とする高温部品の遠隔監視システム。
【請求項２】
前記フォールトツリー解析は、予め解析する各項目の発生確率を設定し、この設定された発生確率に基づいて行われることを特徴とする請求項１記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項３】
前記管理手段は、前記解析手段と前記診断手段を含む知識ベースを備えていることを特徴とする請求項１記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項４】
前記診断手段は機器運転中に部品毎に前記等価運転時間を計算し、前記管理手段は計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損傷情報および／または余寿命情報を出力することを特徴とする請求項１または３記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項５】
前記管理手段は、前記対象部品毎に計算された等価運転時間が当該対象部品について予め設定された時間以下になったときに前記解析手段による解析を実行することを特徴とする請求項４記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項６】
前記管理手段は、前記計算された等価運転時間が当該対象部品の少なくとも１つの要因について予め設定された時間以下になったとき警報を出力することを特徴とする請求項４記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項７】
前記予め設定された時間が余寿命から導かれた時間であることを特徴とする請求項５または６記載の遠隔監視システム。
【請求項８】
前記管理手段は、前記警報が複数の部品について発報されているときには、当該部品ごとに計算された総等価運転時間に基づいて交換および／または検査の優先順位を設定することを特徴とする請求項６記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項９】
前記管理手段は、部品毎の総等価運転時間に基づいて損傷部品種類を特定することを特徴とする請求項１、３および４のいずれか１項に記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項１０】
前記管理手段は、損傷部品種類を特定した後、部品破損確率および／または全体破損確率を算出することを特徴とする請求項９記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項１１】
前記管理手段は、前記余寿命情報に基づいて最小余寿命と最大余寿命を予測し、予測された余寿命から次の定期点検時期の設定および／または交換部品の見積もりを行うことを特徴とする請求項４記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項１２】
前記管理手段は、前記部品毎の損傷情報と定期検査までの期間から前記部品毎に前記定期検査までの損傷状態を予測することを特徴とする請求項４記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項１３】
前記管理手段からの出力結果を表示する表示手段を備えていることを特徴とする請求項１、４、６、８、９、１０、１１および１２のいずれか１項に記載の高温部品の遠隔監視システム。
【請求項１４】
監視対象となる設備または機器を構成する部品の運転時の温度、圧力、負荷変動の少なくとも１つの状態を検知する工程と、
前記設備または機器の運転状態を監視する工程と、
前記検知した結果および前記監視した結果に基づいて設計基準時のクリープ損傷率と温度変化によるクリープ損傷率との変化率及び設計基準時の熱疲労損傷率と温度変化による熱疲労損傷率との変化率によって表される部品毎の等価運転時間を計算して前記部品の損傷状態を診断する工程と、
前記診断された損傷状態に基づいて前記部品および損傷モード毎に検索可能なフォールトツリー解析を必要に応じて実行する工程と、
前記計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損傷に関する要因を監視する工程と、
を備えた高温部品の遠隔監視方法。
【請求項１５】
部品毎の総等価運転時間を計算する工程と、
前記計算された総等価運転時間を部品毎に比較する工程と、
前記部品毎の総等価運転時間の比較結果に基づいて損傷部品種類を特定する工程と、
をさらに備えていることを特徴とする請求項１４記載の高温部品の遠隔監視方法。
【請求項１６】
前記損傷部品種類を特定した後、部品破損確率および／または全体破損確率を算出する工程をさらに備えていることを特徴とする請求項１５記載の高温部品の遠隔監視方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電設備などの高温部品を有する設備や機器を遠隔監視する遠隔監視システムおよび遠隔監視方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガスタービンを用いた設備、例えば、ガスタービン発電プラント、コンバインド発電プラント（ガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた発電プラント）、コジェネレーション・プラント（ガスタービンを用いて発電し、その際に生ずる排熱を温水や暖房用の熱源などに利用するプラント）では、構成機器の総計が数万点にも及んでいる。これら発電設備および熱供給設備の構成機器は、経年的に劣化を生じ、故障に至る虞もある。
【０００３】
従来、設備の健全性を維持し、安定した電力および熱供給を行なうためには、設備の構成機器の故障が発生してから補修をする事後保全の方式をとられている。しかし、事後保全では、設備の運転を予期しないときに停止させる必要があり、定常的な安定した運転を継続的に実行するという点において問題がある。そこで、昨今では、設備の構成機器の現在の運転状態および損傷状態を把握し、余寿命を予測して、計画的な点検と補修による予防保全、即ち事前対策を行うような方向に進んでいる。
【０００４】
このようなプラントの予防保全支援や予防保全方法の最適化を行うプラントの管理装置および管理方法としては、例えば、ＦＴＡ（Fault Tree Analysis−故障の木解析）を利用した
（１）特開平８−７７２１１号公報
（２）特開平９−３０５２１８号公報
（３）特開平７−７８０２２号公報
等に開示された発明が公知である。
【０００５】
このうち（１）には、確率データに基づいて損失の期待値を算出するプラントの保全支援装置が開示され、（２）には、ＦＴＡを利用して機器の信頼度、重要度を計算し、さらに保全コストを考慮し予防保全計画を最適化する方法及び装置が開示され、（３）には、各構造部材の劣化、損傷に寄与する運転パラメータに基づいて損傷パラメータの確率分布を予測する構造部品の損傷予測方法が開示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の中で、前記（１）のようにＦＴＡを利用して確率データに基づいて損傷の期待値を算出し保全支援を行う方法や、前記（２）のようにＦＴＡを利用して確率データに基づいて損傷の期待値を算出し、予防保全の最適化を行う手法は、過去の実績データからなるＦＴＡを用いるために、実機の状態を比較的良く反映した箇所の特定はできるものの、現在の各構成機器、部品の損傷や状態、過去の例にみられない損傷などを診断することが困難であった。また、前記（３）のように各構造部材の劣化、損傷に寄与する運転パラメータに基づいて構造部品の損傷パラメータの確率分布を予測する方法は、確率による評価手法であり、必ずしも現在のプラントの損傷状態を示しているとは限らなかった。さらにこれまでＦＴＡとセンサ信号を用いた損傷診断方法を組み合わせた遠隔監視システムおよび遠隔監視方法は見受けられておらず、また、実施されていない。
【０００７】
本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その第１の目的は、高精度な遠隔監視を行うことができる高温部品の遠隔監視システムおよび遠隔監視方法を提供することにある。
【０００８】
また、第２の目的は、定期点検の点検支援や損傷診断時の対応支援を行うことができる高温部品の遠隔監視システムを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、第１の手段は、監視対象となる設備または機器を構成する部品の運転時の状態を検知する検知手段と、前記設備または機器の運転状態を監視する監視手段と、前記検知手段および前記監視手段からの情報に基づいて前記部品の損傷状態を遠隔診断する診断手段とを有する高温部品の遠隔監視システムにおいて、前記部品および損傷モード毎に検索可能なフォールトツリー解析を行う解析手段と、前記診断手段によって計算される設計基準時のクリープ損傷率と温度変化によるクリープ損傷率との変化率及び設計基準時の熱疲労損傷率と温度変化による熱疲労損傷率との変化率によって表される等価運転時間に基づいた診断結果から前記解析手段によりフォールトツリー解析を必要に応じて実行し、前記部品の損傷に関する要因を監視する管理手段とを備えていることを特徴とする。なお、診断手段および管理手段は、監視対象となる設備または機器を構成する部品から離れた個所に配置され、例えば通信手段を介して検知手段から情報を受信し、所定の処理を実行する。また、監視対象となる設備または機器は、同一の設置個所に設けられている必要も単数である必要もなく、通信が可能であれば、複数の設備や機器がそれぞれ離れた位置に設けられていてもよい。
【００１０】
第２の手段は、第１の手段において、前記フォールトツリー解析は、予め解析する各項目の発生確率を設定し、この設定された発生確率に基づいて行われることを特徴とする。
【００１１】
第３の手段は、第１の手段において、前記管理手段が前記解析手段と前記診断手段を含む知識ベースを備えていることを特徴とする。なお、後述の実施形態では、管理手段には機器管理装置１５が対応し、解析手段および診断手段には解析サーバ１６が対応する。前記知識ベースは、定期点検時、保守保全者あるいは運用者によって必要に応じてシステムの内容、診断に関する評価関数やその係数が更新される。
【００１２】
第４の手段は、第１または第３の手段において、前記診断手段が機器運転中に部品毎の等価運転時間を計算し、前記管理手段が計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損傷情報および／または余寿命情報を出力することを特徴とする。等価運転時間には、クリープ損傷に関する等価運転時間Ｄｃ−ＯＬと、熱疲労損傷に関する等価運転時間Ｄｆ−ＯＬと、オンライン等価運転時間ＬＯＬとがあり、それぞれ後述の式（３）、式（４）および式（５）によって算出される。
【００１３】
第５の手段は、第４の手段において、前記管理手段が対象部品毎に計算された等価運転時間が当該対象部品について予め設定された時間以下になったときに前記解析手段による解析を実行することを特徴とする。前記予め設定された時間は、後述のステップＳ７におけるしきい値に対応し、例えば等価運転時間が管理時間の５０〜８０％の範囲内で選択することが望ましい。
【００１４】
第６の手段は、第５の手段において、前記管理手段が前記計算された等価運転時間が当該対象部品の少なくとも１つの要因について予め設定された時間以下になったとき警報を出力することを特徴とする。この場合も、前記予め設定された時間は、後述のステップＳ７におけるしきい値に対応し、例えば等価運転時間が管理時間の５０〜８０％の範囲内で選択することが望ましい。
【００１５】
第７の手段は、第５または第６の手段において、前記予め設定された時間が余寿命から導かれた時間であることを特徴とする。このように余寿命から前記しきい値を設定すると、管理時間を基準に設定した場合よりも、より精度の高い保守、保全が可能となる。
【００１６】
第８の手段は、第６の手段において、前記管理手段が、複数の部品について前記警報が発報されているときには、当該部品ごとに計算された総等価運転時間に基づいて交換および／または検査の優先順位を設定することを特徴とする。これにより、損傷の度合いが高いと考えられるものから処理できるので、より安全な保守、保全が可能となる。
【００１７】
第９の手段は、第１、第３または第４の手段において、前記管理手段が部品毎の総等価運転時間に基づいて損傷部品種類を特定することを特徴とする。
【００１８】
第１０の手段は、第９の手段において、前記管理手段が損傷部品種類を特定した後、部品破損確率および／または全体破損確率を算出することを特徴とする。
【００１９】
第１１の手段は、第４の手段において、前記管理手段が前記余寿命情報に基づいて最小余寿命と最大余寿命を予測し、予測された余寿命から次の定期点検時期の設定および／または交換部品の見積もりを行うことを特徴とする。
【００２０】
第１２の手段は、第４の手段において、前記管理手段が前記部品毎の損傷情報と定期検査までの期間から前記部品毎に前記定期検査までの損傷状態を予測することを特徴とする。
【００２１】
このように第５ないし第１２の手段によれば、等価運転時間に基づいて部品の損傷の度合いを予測して部品交換、検査などを実行するようにできるので、定期点検の点検支援や損傷診断時の対応支援を行うことが可能となる。
【００２２】
第１３の手段は、第１、第４、第６、第８、第９、第１０、第１１または第１２の手段において、前記管理手段からの出力結果を表示する表示手段を備えていることを特徴とする。表示手段は、例えば、部品の損傷に関する情報、余寿命に関する情報、警報の発報、部品の交換および／または検査の優先順位に関する情報、算出された部品破損確率および／または全体破損確率に関する情報、予測された余寿命から次の定期点検時期の設定および／または交換部品の見積もりに関する情報、部品毎の損傷情報と定期検査までの期間から予測した前記部品毎の前記定期検査までの損傷状態に関する情報などを表示する。なお、表示はウェブ画面で行われる。
【００２３】
第１４の手段は、高温部品の遠隔監視方法において、監視対象となる設備または機器を構成する部品の運転時の温度、圧力、負荷変動の少なくとも１つの状態を検知する工程と、前記設備または機器の運転状態を監視する工程と、前記検知した結果および前記監視した結果に基づいて設計基準時のクリープ損傷率と温度変化によるクリープ損傷率との変化率及び設計基準時の熱疲労損傷率と温度変化による熱疲労損傷率との変化率によって表される部品毎の等価運転時間を計算して前記部品の損傷状態を診断する工程と、前記診断された損傷状態に基づいて前記部品および損傷モード毎に検索可能なフォールトツリー解析を必要に応じて実行する工程と、前記計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損傷に関する要因を監視する工程とを備えていることを特徴とする。
【００２４】
第１５の手段は、第１４の手段において、部品毎の総等価運転時間を計算する工程と、前記計算された総等価運転時間を部品毎に比較する工程と、前記部品毎の総等価運転時間の比較結果に基づいて損傷部品種類を特定する工程とをさらに備えていることを特徴とする。
【００２５】
第１６の手段は、第１５の手段において、前記損傷部品種類を特定した後、部品破損確率および／または全体破損確率を算出する工程をさらに備えていることを特徴とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態について説明する。
【００２７】
図１は本発明の実施形態に係る発電設備の診断システムのシステム構成を示す図である。本実施形態に係る診断システムは、発電設備としてガスタービンを用いている。図１において、本診断システムは、発電設備１および複数の発電プラント２３と、機器管理装置１５と、これらを接続する通信回線１３とから基本的に構成されている。
【００２８】
発電設備１は、ガスタービン圧縮機２、燃焼器３、およびタービン４から構成されるガスタービンと、ガスタービンにより駆動される発電機５などから構成される。さらに、発電設備１がガスタービンを主機としたコンバインド発電プラントの場合、排熱回収ボイラ６、蒸気タービン７、蒸気タービンにより駆動される発電機８、おおび復水器９などが付加される。これらの主要機器、すなわち、圧縮機２、燃焼器３、タービン４、発電機５，８、排熱回収ボイラ６、蒸気タービン７、復水器９やその他の構成機器にはその状態を監視するために各種のセンサ１０ａ〜１０ｈが取り付けられている。これらのセンサ１０ａ〜１０ｈはケーブル１０を介して運転監視装置１１に接続され、センサ信号データは運転監視装置１１で一旦処理または保管される。
【００２９】
運転監視装置１１は、センサ信号データと運転情報を、運転監視装置側通信機器１２、通信回線１３、機器管理装置側通信機器１４を通じて機器管理装置１５に送る。なお、運転監視装置側通信機器１２は運転監視装置１１に、機器管理装置側通信機器１４は機器管理装置１５にそれぞれ一体に構成することもできる。通信回線１３としては公衆電話回線などの専用回線、インターネット回線、衛星回線などが含まれる。通信回線１３にインターネット回線を用いた場合、データのセキュリティを考慮し、運転監視装置側通信機器１２、機器管理装置側通信機器１４にはファイヤーウォールを接続する。
【００３０】
図１においてガスタービン圧縮機２、燃焼器３、タービン４その他の発電設備機器に取り付けられたセンサ１０ａ〜１０ｈは、発電設備の構成機器の情報、例えば、温度、圧力、振動といった情報を計測する。これのセンサ１０ａ〜１０ｈから得られたセンサ信号データは前述のようにケーブル１０を介して運転監視装置１１に送られる。運転監視装置１１は、運転中のガスタービン発電設備１が正常な状態にあるか否かを常に判定する。運転中のガスタービン発電設備１の正常と異常の判定は、通常運転中のガスタービンの異常判定に用いる方法でよい。この方法としては、例えば、排ガスの温度、振動の許容値を基準とする異常判定法を用いる。前記各部からなるガスタービン発電設備１が正常な状態にあれば、センサ１０により選られた情報や運転情報は運転監視装置１１に接続されたデータ保管装置に格納され、さらにその一部のデータは１回／１日程度の頻度で機器管理装置１５に送信される。
【００３１】
特に、ガスタービン機器の中で、重要な機器の損傷に大きく関わる情報（温度および圧力）は、運転監視装置１１から機器管理装置１５に１回／１秒の頻度で送信される。ガスタービン発電設備１が何らかの異常な状態にある場合、発電設備１側の通信装置１２、通信回線１３および機器管理装置側の通信装置１４を通じてセンサ１０ａ〜１０ｈから得られた全てのデータは機器管理装置１５に１回／１秒程度の頻度で送信される。なお、これらのデータ転送頻度は必ずしもここで挙げた頻度である必要はなく、ガスタービン機器の情報送信の重要性、緊急性、経済性、通信回線の安定性、その他の状況に応じて適宜変更できる。
【００３２】
機器管理装置１５は単独または複数台の計算機により構成されるが、この実施形態では、図１のように構成されている。すなわち、この実施形態では、機器管理装置１５は、解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザ（ＰＣ）２０，２１とＬＡＮ２２で構成される。ここでＷＷＷとは、ワールド・ワイド・ウェブのことである。またＬＡＮとはローカル・エリア・ネットワークのことである。解析サーバ１６内には損傷に関するデータベース１７と損傷に関する知識ベース１８がある。解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザ２０，２１、ＬＡＮ２２により構成される機器管理装置１５はクライアント・サーバシステムを形成している。図１に示した実施形態では、機器管理装置１５は解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザを備えたＰＣ（パーソナルコンピュータ）２０，２１の４台の計算機で構成しているが、ＬＡＮ２２に接続する計算機の数は必要に応じて増減できる。また、それぞれの計算機のＬＡＮ２２への接続形態も任意で良い。解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザを備えたＰＣ２１，２２の設置場所は一個所にする必要はなく、例えば研究部署、保守保全（計画）部署、設計部署などに分散して設置することもできる。
【００３３】
前記解析サーバ１６の損傷に関する知識ベース１８内には、部品、損傷モードごとに検索可能なＦＴＡシステムが設けられている。さらに、前記知識ベース１８内には遠隔状態診断システムも設けられている。なお、これらＦＴＡシステムと遠隔状態診断システムはお互いにデータの交換が可能であれば、必ずしも損傷に関する知識ベース１８内に設ける必要はなく、機器管理装置１５内あるいは運転監視装置１１内に設けてもよい。
【００３４】
図２は前記ＦＴＡのツリー構造を示す説明図である。このＦＴＡは図２のようにあらかじめ作られる。この実施形態の場合、各部品に対して、現象名、主要因、副要因１、副要因２を分析し、それぞれツリー構造として示している。これらは過去の経験データや定検時の記録に基づき作られ、さらに異常発生時や定検時などに随時更新される。なお、ＦＴＡの形式、項目は必ずしもこれと同じでなくても良く、対象なる診断システムの構成によって種々異なることはいうまでもない。
【００３５】
ガスタービン発電設備１の状態の正常、異常にかかわらず、運転監視装置１１から送信されたセンサ１０ａ〜１０ｈからの各種のセンサ信号データ、運転情報は機器管理装置１５内にある解析サーバ１６に送られ、解析サーバ１６内にあるデータベース１７に保管される。ガスタービン発電設備１からのセンサ１０ａ〜１０ｈの情報および運転情報および解析サーバ１６内で解析、処理された各種の情報は、機器管理装置１５内の計算機で閲覧、検索、処理が可能に設定することができる。これにより、例えば、研究部署では解析サーバ１６内で解析されたデータに基づいて機器の診断結果の評価を行い、保守保全（計画）部署では、解析サーバ１６内で解析されたデータに基づいて対象とする機器の保守保全計画を立案し、設計部署では、解析サーバ１６内で解析されたデータを機器の設計開発支援に用いることが可能となる。解析サーバ１６は運転監視装置１１からの情報を受け取ると、解析サーバ１６内の演算処理部はデータベース１７にアクセスし、機器の現在までの運転情報を呼び出す。また、解析サーバ１６は、現在の運転情報とセンサ１０ａ〜１０ｈからの情報を用いてガスタービン発電設備１を構成する機器の損傷と寿命診断を行う。なお、これらの診断の診断対象は１つの発電設備１に限ったことではなく、他の発電設備２３にも拡張することで可能であり、遠隔の地にある１つの機器管理装置１５で複数の発電設備１，２３・・・を診断することができる。
【００３６】
図３は本実施形態に係る遠隔診断の処理手順を示すフローチャートである。
【００３７】
この処理では、処理が開始されると、ＦＴＡシステム支援の基準となるしきい値を部品ごとにそれぞれの管理基準（交換基準寿命）をもとに決める（ステップＳ１、Ｓ２）。この管理基準は、例えばガスタービンの燃焼器３では８０％、動翼では７０％とする。これらのしきい値はこれまでの定検データ等をもとに決めればよい。次いで、ステップＳ３で監視したい部品種類を選択する。ステップＳ４で監視したい部品ナンバー（シリアルナンバー）を選択する。ステップＳ３およびステップＳ４では監視可能なすべての部品を選択してもよい。これらの部品が選択されると、ステップＳ５で管理基準に対する等価運転時間を計算する。等価運転時間の計算方法に関しては図４を用いて後述する。次にステップＳ４で選択した部品がステップＳ２で設定したしきい値以上であるどうかを判断する（ステップＳ７）。この判断で、しきい値以上であれば、ＦＴＡシステム支援モードとなり（ステップＳ８）、ステップＳ４で選択した部品の損傷に関する要因をＦＴＡシステムで監視する（ステップＳ９）。監視とアラーム発令の仕方に関しては、図６を参照して後述する。
【００３８】
ステップＳ１０では、仮に損傷に関する要因のうち、どれか１つでも該当するものがあれば、アラームを鳴らす（出力する）。さらにステップＳ１１で他の部品で同様のアラームが発生していなければ、ステップＳ１４にスキップし、現在の損傷はステップＳ４で選択した部品で発生している可能性が高いとして損傷部品の種類を特定する。一方、ステップＳ１１で、他の部品についてもアラームが発生していた場合には、ステップＳ１２において、アラームが発生している部品ごとの総等価運転時間を計算し、ステップＳ１３において、それぞれの部品ごとの総等価運転時間を比較し、ステップＳ１４で前記比較結果に基づいて損傷部品を特定する。そして、損傷部品の種類が特定されると、その部品の破損確率および全体の破損確率を算出する（ステップＳ１５，Ｓ１６）。また、アラームが発生している部品ごとに計算された総等価運転時間に基づいて交換や検査する優先順位を緊急性を有するものから順に設定する。
【００３９】
図４は前述のステップＳ５における等価運転時間の計算方法を示すフローチャートである。同図において、符号４０１が診断を行うガスタービンもしくはガスタービンの運用者側、符号４０２が設備診断者側の処理をそれぞれ示している。この処理手順では、まず、ガスタービン側４０１においてガスタービン発電設備の各部の運転情報をセンサ１０ａ〜１０ｈから得る（ステップＳ２１）。さらにセンサ信号データから高温部品の境界条件を決定する。このとき予めセンサ信号データと高温部品の境界条件を式１のように表しておく。
【００４０】
【数１】
0004067811.tif 000002
対象高温部品の温度Ｔｍを決定するにあたり、ガスタービンの構成機器に取り付けられたいくつかのセンサ情報（温度）を基に対象高温部品の熱境界条件を推定する。熱境界条件は対象高温部品の周辺ガス温度Ｔａと対象高温部品の冷却ガス温度Ｔｂとなる。これらの温度とセンサ情報（温度Ｔα、Ｔβ）との関係式を予め式１のように作成する。なお、ここで示す関係式では対象高温部品の熱境界条件がセンサ情報の１次関数として表されているが、それ以外の関数形でも良く、用いるセンサ情報をさらに増やしても良い。
【００４１】
そして、ステップＳ２２で、設備診断者側４０２では、下記に示した式２
【数２】
0004067811.tif 000003
の各高温部品の温度、応力、ひずみとの関係式と、前記境界条件とから各高温部品の温度Ｔｍ、応力σｍ、ひずみεｍを算出し（ステップＳ２２）、さらに、ステップＳ２２で算出された情報に基づいて材料の損傷率の変化を求める（ステップＳ２３）。材料の損傷率の変化に関しては、設計基準における損傷率をもとにあらかじめ作成しておく。そして、ステップＳ２３で求めた損傷率の変化と、ガスタービン側４０１から入力されるガスタービンの運転情報から（ステップＳ２４）、材料のクリープ損傷、熱疲労損傷を算出する（ステップＳ２５）。この算出には、
【数３】
0004067811.tif 000004
および
【数４】
0004067811.tif 000005
を用いる。
【００４２】
ガスタービンに取り付けられたセンサ情報（温度Ｔα、Ｔβ）と運転情報とから構成機器のクリープ損傷に関する等価運転時間Ｄｃ−ＯＬを算出する場合には式１〜式３を用いる。式３ではオンライン等価運転時間ＬＯＬのうちクリープ損傷に支配される部分は運転時間Ｈｉと設計基準時のクリープ損傷率Ｄｃ０と温度変化によるクリープ損傷率Ｄｃの変化率によって表される。
【００４３】
ガスタービンに取り付けられたセンサ情報（温度Ｔα、Ｔβ）と運転情報から構成機器の熱疲労損傷に関する等価運転時間Ｄｆ−ＯＬを算出する場合には式４を用いる。式４ではオンライン等価運転時間ＬＯＬのうち熱疲労損傷に支配される部分は、設計基準時の熱疲労損傷率Ｄｆｏと温度変化による熱疲労損傷率Ｄｆの変化率によって表される。式４中、３つの項はそれぞれ、起動停止に関する熱疲労、運転中の巨視的な負荷変動に関する熱疲労、トリップ停止時の熱疲労を表す項である。熱疲労損傷の評価に際して、必ずしもこれらすべての項を用いる必要はなく、別の項を付加してもよい。
【００４４】
さらに、算出されたクリープ損傷、熱疲労損傷に基づいて、
【数５】
0004067811.tif 000006
で示される式５を用いて等価運転時間ＬＯＬを算出する（ステップＳ２６）。
【００４５】
この結果はガスタービンの運用者側４０１に損傷情報として提供される（ステップＳ２７）。ガスタービンの運用者側４０１から運転計画情報を入力すると（ステップＳ２８）、それに基づく余寿命を設備診断者側４０２で算出する（ステップＳ２９）。そして、設備診断者側４０２では、算出した余寿命に関する情報をガスタービンの運用者側４０１に提供する（ステップＳ３０）。なお、このフローチャートでは、ステップＳ２７で損傷情報を、また、ステップＳ３０で余寿命情報をそれぞれガスタービンの運用者側４０１に提供しているが、必ずしも前記損傷情報や余寿命情報をガスタービンの運用者側４０１に提供しなくとも設備診断者側４０２でのサービスは可能である。
【００４６】
なお、前記式１、式２、式３、式４及び式５は等価運転時間を求めるための一つの例であり、これらの形に限定されるわけではない。
【００４７】
図５は本実施形態に係る発電設備１の診断システムに適用可能なセンサ信号データ、運転情報、メンテナンス情報を示す図である。
【００４８】
センサ信号データとしては、排ガス温度ａ１、ホイールスペース温度ａ２、吐出空気温度ａ３、吐出空気圧力ａ４、燃焼器保炎器温度ａ５、燃料流量ａ６、入口空気温度ａ７、入口空気圧力ａ８、入口空気湿度ａ９、入口可変翼角度ａ１０、回転数ａ１１、軸受振動ａ１２、軸振動ａ１３、軸受メタル温度ａ１４、圧縮機各段圧力ａ１５、圧縮機各段の空気温度ａ１６、圧縮機各段の圧力変動ａ１７、吸い込み空気のＮａセンサａ１８、圧縮機翼ひずみａ１９、圧縮機翼温度ａ２０、タービン翼ひずみａ２１、タービン翼温度ａ２２、燃焼器ひずみａ２３、燃焼器温度ａ２４、ケーシング温度ａ２５、ケーシングひずみａ２６、ケーシング加速度ａ２７、ケーシング変位ａ２８、排ガス成分ａ２９、燃料成分ａ３０がある。運転情報としては起動停止回数ｂ１、燃焼時間ｂ２、トリップ回数ｂ３、負荷変動回数ｂ４、発電出力ｂ５、発電効率ｂ６、圧縮機効率ｂ７がある。メンテナンス情報としてはき裂長さｃ１、き裂数ｃ２、減肉重量ｃ３、減肉体積ｃ４、減肉面積ｃ５、減肉数ｃ６、コーティング剥離面積ｃ７、コーティング剥離数ｃ８、腐食面積ｃ９、腐食数ｃ１０、定期検査日ｃ１１、定期検査回数ｃ１２、圧縮機水洗浄回数ｃ１３、圧縮機水洗浄日ｃ１４、圧縮機水洗浄水ｐＨｃ１５などがある。これらの情報はガスタービンの損傷状態の変化により何らかの影響を受ける情報であるが、高温部品の状態診断に際し必ずしもこれらのデータや情報を全て用いる必要はなく、主要なデータや情報を選択して用いれば良い。またこの他のデータや情報を用いても良い。
【００４９】
図６は本手法を用いて行った状態診断（損傷診断）および寿命予測を示す図である。同図では、損傷診断および寿命予測をグラフによって示している。図において、横軸が機器の実運転時間、縦軸が本実施形態におけるオンライン等価運転時間ＬＯＬである。式５で示されるオンライン等価運転時間ＬＯＬをプロットすると、図の例では、直線状に示された管理基準となる等価運転時間を表す直線とは異なる曲線となり、この曲線がオンライン損傷診断結果を示している。本実施形態に係る等価運転時間を考慮した遠隔診断によれば、図に示すように、現在の損傷診断結果がリアルタイムで示され、さらに最小残（余）寿命、最大残（余）寿命などを含め、図中の斜線部に示すように、寿命の予測値と予測範囲が定量的に示される。なお、この定量的に示された寿命の予測値と予測範囲に基づいて定期検査時期の設定や費用の見積もりが精度良く行える。これらの定期検査時期の設定や費用の見積もりは解析サーバ１６、ＷＷＷサーバ１９、ＷＷＷブラウザ２０，２１を備えたＰＣなどの表示装置（ディスプレイ）に表示され、設備診断者、保守保全者あるいは運用者側のサーバやＰＣで確認できる。
【００５０】
本実施形態における遠隔監視システムでアラームを発令する場合には、例えば以下のように処理される。
【００５１】
仮に運転中の燃焼器のＦＴＡシステム監視を行う等価運転時間のしきい値を管理基準の８０％とする。現在運転中の燃焼器３の等価運転時間をリアルタイムで計算し、８０％を越えた場合、ＦＴＡシステム監視によって定量的に示された寿命の予測値と予測範囲を示すグラフが呼び出される。その中で、他のモニタ項目である主要因や副要因のうち、どれか１つでも該当するものがあれば、それに該当する現象を運用者や保守保全者に知らせるようにアラームを発令（警報を発報）する。例えば、前述の図２のＦＴＡのツリー構造を示す図において、現在運転中に図７の部品名と損傷モード（現象名）と要因を階層構造（ツリー構造）で示すように副要因１の「燃料量大」７０１という要因が該当すれば、燃焼器３のクラック７０２の可能性を運用者や保守保全者に知らせる。仮にいくつかのモニタ項目で同時に該当する項目がある場合には、それぞれの副要因に対する発生確率をあらかじめ決めておけば、最も発生確率の高い現象が容易に分かる。
【００５２】
図８はオンライン損傷診断結果を示すウェブ画面８００の出力例を示す図である。同図に示すようにウェブ画面８００にはＦＴＡ表示画面であることの表示８０１と、機器名、機器コード、運転開始日、運用者名などの情報８０２が表示され、また、前記表示８０２の下方には、現在の損傷率ＬＯＬ８０３１と現在に至るまでの等価運転時間の変化過程がグラフ８０３２で画面８０１中央の表示部８０３に示され、機器の寿命の予測値と予測範囲が定量的に表示される。この後、さらに寿命の診断を行うために、図８の画面では、寿命を算出する際に用いる運転モード８０４が選択できる。ここでは、代表的な
▲１▼  ＷＳＳ（一週間の運転）
▲２▼  ＤＳＳ（一日の運転）
▲３▼  ベースロード
▲４▼  非常用／ピークロード用
▲５▼  ユーザ定義モード
▲６▼  マニュアル定義モード
などが表示画面８０１上で選択可能である。運用者は、これらのモードを選択する（ウェブ画面８００上でクリックする）ことによって機器の寿命の評価を行うことができる。
【００５３】
なお、前記ユーザ定義モードでは、ユーザが希望の運転モードを登録しておき、マニュアル定義モードでは、その都度、様々な運転モードを入力し、それに応じた寿命予測を行うことができるようにしたものである。さらに、画面８０１内のボタンをクリックすることによってで保守保全サービスセンタ８０５への連絡も可能となっている。なお画面の内容は、ガスタービン発電設備の現在の損傷状態を示す情報と運用者の運転計画を入力可能な画面内容であれば、必ずしも図８に示すような内容である必要はない。なお画面８０１の内容は、ガスタービン発電設備の運用者、保守保全者ともに閲覧可能である。
【００５４】
図９はオンライン寿命診断のウェブ画面９００の出力例を示す図である。図９では図８で選択した運転モード８０４に従い算出された寿命の最大値と最小値の予想値がグラフ９０３１と数字９０４１の両方示される。すなわち、グラフ９０３１は画面９００中央の表示部９０３に、数字はその下の表示部９０４にそれぞれ表示される。また、前記表示部９０３の上方には、オンライン余寿命表示画面であることの表示９０１と、機器名、機器コード、運転開始日、運用者名などの情報８０２も表示される。さらに図９の画面９０１では、設備の運転について、▲１▼  運転中止
▲２▼  補修部品の注文
▲３▼  運転の継続
▲４▼  見積りの請求
▲５▼  サービスセンタとの相談
などの指示項目９０５が表示され、これらの指示項目９０５をウェブ画面９０１上で選択することができる。
【００５５】
なお、画面９０１の内容は、ガスタービン発電設備における現在の余寿命の表示とそれに基づく設備運用者の運転計画が入力できるようなものであれば、必ずしも図９に示すような内容である必要はない。また、画面の内容は、ガスタービン発電設備の運用者、保守保全者ともに閲覧可能である。また、表示部９０３に表示されたグラフでは、ｔ−ｔ２が最小残寿命ｔｍｉｎを、ｔ−ｔ１が最大残寿命ｔｍａｘを示す。
【００５６】
図１０はＦＴＡ支援損傷診断のウェブ画面１０００の出力例を示す図である。この画面では、図７で示したようなＦＴＡ１００１を画面中央の表示部１００３に表示するだけでなく、現在等価運転時間の多い部品の損傷モードに関連する項目を他の画面から割り込み表示する。さらに、過去データから該当する損傷が発生する確率を計算し、現在の損傷の可能性を数値で示す（図１０における「０１」、「０２」、「０３」の表示１００５）。この画面から、さらに詳細なＦＴＡ診断の選択や等価運転時間の計算を行うことができる。なお、前記表示部１００３の上方には、他のウェブ画面８００，９００と同様にＦＴＡ表示画面であることの表示１００１と、機器名、機器コード、運転開始日、運用者名などの情報１００２も表示される。また、等価運転時間１００６、損傷診断（ＦＴＡ支援）１００７の表示部分を選択すれば、それぞれ図６に示した等価運転時間を示す画面、後述の図１１に示す損傷診断（ＦＴＡ支援）を示す画面が表示され、サービスセンタ１００８の表示部分を選択すればサービスセンタに接続される。
【００５７】
図１１は部品別損傷診断のウェブ画面１１００の出力例を示す図である。図１１では、画面中央の表示部１１０３に対象となる設備の各部品と検査交換優先順位との関係を示す表１１０４が表示される。この表１１０４では、縦方向に部品管理コードが割り当てられ、横方向には個々の部品の情報、例えば、部品名称、前回交換日、次回交換予定日、現在の損傷率、予測残寿命、該当アラームの発生有無、その他の特記事項などが記入される。さらに該当する部品名を選択すれば（ウェブ画面上でクリックする）、損傷情報の詳細や損傷の画像を見ることができる。さらに項目ごとにソートすることが可能である。なお、画面の内容は、ガスタービン発電設備の運用者、保守保全者ともに閲覧可能でも良いし、保守保全者のみが閲覧可能にしても良い。また、前記表示部１１０３の上方には、損傷診断（ＦＴＡ支援）表示画面であることの表示１１０１と、機器名、機器コード、運転開始日、運用者名などの情報１１０２も表示される。また、等価運転時間１１０５、ＦＴＡ１１０６の表示部分を選択すれば、それぞれ図６に示した等価運転時間を示す画面、図６に示したＦＴＡを示す画面が表示され、サービスセンタ１１０７の表示部分を選択すればサービスセンタに接続される。
【００５８】
図１２は設備運転情報のウェブ画面１２００の出力例を示す図である。図１２の画面では、保守保全者が関係するすべての発電設備に関する情報が閲覧可能である。例えば、現在運転中の設備１２０３、現在停止中の設備１２０４、計画中の設備などである。これにより対象機器の管理・閲覧が可能である。例えば、機器ごとの情報としては対象機器の管理コード、顧客名、機種名、運転開始日、現在の状況、次回メンテナンス予定、その他の情報である。さらに、個々の機器ごとに部品情報を呼び出すことも可能である。また、この画面１２００を用いて損傷診断、寿命診断（余寿命評価）、過去の損傷事例の検索、補修部品の在庫、補修部品の製造状況などを管理・閲覧できる。これらのことは、該当する損傷診断表示１２０５、寿命診断（余寿命評価）表示１２０６、過去の損傷事例の検索１２０７、補修部品の在庫１２０８の各項目を選択する（ウェブ画面上でクリックする）ことによってサイトが移動し実行される。なお、この画面１２００の内容は、機器の保守保全者以外の第三者に開示はしない。
【００５９】
また、前記表示部１２０３の上方には、設備運転情報の表示画面であることの表示１１０１と、機器名、機器コード、運転開始日、運用者名などの情報１２０２も表示される。
【００６０】
以上のように、本実施形態では、運用者や保守保全者は、ＦＴＡシステムと等価運転時間を用いた遠隔状態診断により機器の運転状態や損傷の診断、寿命の予測を高精度で行うことができる。
【００６１】
運用者側は運転計画および保守保全計画を選択できる余地があるので、保守保全コストの削減、ガスタービン発電設備１の信頼性の向上、機器運用の自由度を高めることができる。
【００６２】
一方、保守保全者は、機器管理装置１１を用いて、ガスタービン発電設備１の損傷状態および寿命の予測値をリアルタイムで知ることができる。さらに、運転監視装置７に入力されたガスタービン発電設備１の運用者の保守保全希望をいち早く知ることができる。これらのことから、保守保全者は運用者からの保守保全の要求にすばやく応じることができる。
【００６３】
なお、ここでいう設備の保守保全者とは、ガスタービン発電設備を設置した者、ガスタービン発電設備の受注者、設備管理装置を設置した者およびこれらの管理者、運用者、責任者などをいう。本発明が対象とするのはガスタービン発電設備に限ったことではなく、ガスタービンを用いたコンバインド発電プラント、コジェネレーション・プラントにも適用可能である。
【００６４】
また、機器運転中に部品毎の等価運転時間を計算し、計算された等価運転時間に基づいて部品毎の損傷情報および／または余寿命情報を出力するので、また、従来、運転情報とメンテナンス情報のみで算出していた等価運転時間に、検出手段からの情報、例えば温度情報を加えることができるので、運転中に迅速（リアルタイム）かつ正確な損傷・寿命診断が可能になる。
【００６５】
また、部品毎の総等価運転時間に基づいて損傷部品種類を特定するので、故障（損傷）箇所の特定が容易になる。
【００６６】
また、部品ごとに計算された総等価運転時間に基づいて交換および／または検査の優先順位を設定するので、通常の点検（定検）時の対象範囲、順番を決めやすくなり、効率的かつ経済的なな保守保全作業が可能なる。
【００６７】
また、余寿命情報に基づいて最小余寿命と最大余寿命を予測し、予測された余寿命から次の定期点検時期の設定および／または交換部品の見積もりを行うので、必要に応じて定期点検を設定することが可能になり、無駄を最小限に抑えることができる。また、保守保全作業計画の立案が容易となり経済的に処理することが可能になる。
【００６８】
また、計算された等価運転時間が当該対象部品の少なくとも１つの要因について予め設定された時間以下になったとき警報を出力するので、迅速にトラブル対策を講じることが可能になる。
【００６９】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、設計基準時のクリープ損傷率と温度変化によるクリープ損傷率との変化率及び設計基準時の熱疲労損傷率と温度変化による熱疲労損傷率との変化率によって表される等価運転時間に基づいて診断するので、高精度の損傷診断が可能な高温部品の遠隔監視システムおよび監視方法を提供することができる。
【００７１】
さらに、本発明によれば、表示手段に部品の損傷に関する情報、余寿命に関する情報、警報の発報、部品の交換および／または検査の優先順位に関する情報、算出された部品破損確率および／または全体破損確率に関する情報、予測された余寿命から次の定期点検時期の設定および／または交換部品の見積もりに関する情報、部品毎の損傷情報と定期検査までの期間から予測した部品毎の定期検査までの損傷状態に関する情報などを表示させるので、定期点検の点検支援や損傷診断時の対応支援が可能な高温部品の遠隔監視システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る遠隔診断システムのシステム構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態で使用されるＦＴＡ構造を示す説明図である。
【図３】本発明の実施形態に係る遠隔診断の処理手順を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施形態において計算される等価運転時間の計算手順を示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施形態における遠隔状態診断に適用されるセンサ信号データ、運転情報およびメンテナンス情報の一例を示す図である。
【図６】等価運転時間に基づいて行われるオンライン損傷診断および寿命予測の一例を示す図である。
【図７】本発明の実施形態における損傷モード（現象名）を具体的に示したＦＴＡ構造を示す説明図である。
【図８】本発明の実施形態におけるオンライン損傷診断のウェブ画面の出力例を示す図である。
【図９】本発明の実施形態におけるオンライン余寿命診断のウェブ画面の出力例を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態におけるＦＴＡ支援損傷診断のウェブ画面の出力例を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態におけるＦＴＡ支援損傷診断（部品別リスト）のウェブ画面の出力例を示す図である。
【図１２】本発明の実施形態における設備運転情報のウェブ画面の出力例を示す図である。
【符号の説明】
１  （ガスタービン）発電設備
２  圧縮機
３  燃焼器
４  タービン
５  発電機（ガスタービン駆動）
６  排熱回収ボイラ
７  蒸気タービン
８  発電機（蒸気タービン駆動）
９  復水器
１０ａ〜１０ｈ  センサ
１１  運転監視装置
１２  運転監視装置側通信装置
１３  通信回線
１４  機器管理装置側通信装置
１５  機器管理装置
１６  解析サーバ
１７  損傷に関するデータベース
１８  損傷に関する知識ベース
１９  ＷＷＷサーバ
２０，２１  ＷＷＷブラウザ
２２  ＬＡＮ
２３  発電プラント
８００，９００，１０００，１１００，１２００  ウェブ画面
８０３，９０３，１００３，１１００３  表示部
【図１】
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【図２】
0004067811.tif 000008
【図３】
0004067811.tif 000009
【図４】
0004067811.tif 000010
【図５】
0004067811.tif 000011
【図６】
0004067811.tif 000012
【図７】
0004067811.tif 000013
【図８】
0004067811.tif 000014
【図９】
0004067811.tif 000015
【図１０】
0004067811.tif 000016
【図１１】
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【図１２】
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