JP3810615B2 - タービンの遠隔制御方法及びシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所などに設置されるガスタービンの遠隔監視方法に関し、特にタービンの燃焼振動との共振による部品の破損を未然に防止することができる遠隔監視方法及びそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電所などで稼働するガスタービンは、コンプレッサから圧縮した空気とガス燃料が燃焼器に供給され、燃焼器での燃焼に伴う高温の燃焼ガスを利用してタービンを回転させる。タービンの回転軸の周りには、コンプレッサ用の動翼とタービン用の動翼とが設けられ、燃焼器から供給される高温燃焼ガスによりタービン用動翼が回転する。また、燃焼器では、メインの燃料が供給される燃料ノズルとパイロット燃料が供給されるパイロットノズルとが燃焼器内筒内に設けられ、圧縮機から吐出される空気と燃料とを混合して燃焼し、燃焼器尾筒からタービンに燃焼ガスを流出する。
【０００３】
近年におけるガスタービンは、環境問題に配慮して低NOx化が要請され、特に空気と予混合されていないパイロットノズルでは、希釈化燃料ガスが使用される。この希釈化ガスの使用は、燃焼器の不安定な燃焼を招来し、燃焼ガスの流体が脈動し燃焼振動が激しくなるという問題点を招くことが予想される。同様に、省エネに配慮して高温高効率化も要請されており、この場合は、より多くの燃料を燃焼させることから燃焼器の不安定な燃焼を増長することが予想される。
【０００４】
燃焼振動は、例えば、燃料と空気の配分比率（燃空比）や、パイロット比や、バイパス弁開度などを調整することにより、ある程度抑えることができる。従って、ガスタービンを設置した時の初期運転では、かかる燃焼振動を抑えた状態に調整することができる。しかし、前述の通り近年の低NOx化と高温高効率のガスタービンでは、ガスタービンが稼働を始めると、機器の劣化等の要因で燃焼振動が再開し、最悪燃焼器やタービンのボルトやナットなどの部品の固有振動数と共振し、部品の破損に至る可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンを備えた発電所などのプラントに対して、遠隔の監視センタで通信回線を利用してガスタービンの運転パラメータをモニタし、運転状態を監視することが提案されている。そこで、上記の燃焼振動の状態を遠隔の監視センタからモニタすることで燃焼振動があるレベルを超えないようにすることが考えられる。しかし、監視センタで燃焼振動の状態をモニタするためには、タービンの運転状態に比較して、より高い周波数を有する大量の振動データを通信回線を介して送信し、モニタしなければならない。
【０００６】
しかしながら、大量の燃焼振動データを送信するためには、例えば現在利用可能なデータ通信のうちＩＳＤＮなどの電話回線を回線交換方式により接続する通信形態しかない。しかし、かかる高速の通信形態は、高い通信コストを要求される。従って、海外に建設したプラント内のガスタービンを国内の監視センタから監視することは、極めてコスト高で実現することが困難になると予想される。その結果、現地に監視員を常駐することで、高温高効率で低NOx化のガスタービンのメンテナンスを行わざるを得ないであろう。
【０００７】
ただし、燃焼振動状態をモニタして部品の損傷に至るか否かを事前に検出するためには、比較的長い経験を必要とする特殊技能が必要であり、そのような熟練技術者の数には限りがある。従って、現実には現地に熟練技術者を常駐させることは困難であり、部品損傷により発電所がトリップしたあとで、技術者が現地に出向いて故障修理に当たることが予想される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、タービンの燃焼器の燃焼振動状態を遠隔の監視センタからモニタすることができる遠隔監視方法及びそれを利用したシステムを提供することにある。
【０００９】
更に、本発明の目的は、タービンの燃焼振動との共振による部品の破損を未然に防止することができる遠隔監視方法及びそれを利用したシステムを提供することにある。
【００１０】
更に、本発明の目的は、タービンのトリップの原因となる所定の状態を遠隔の監視センタからモニタすることができる遠隔監視方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、タービンが設定された発電所などのプラントに対して、プラント内及び遠隔地の監視センタからタービンの燃焼器の燃焼振動状態をモニタすることを特徴とする。
（１）即ち、第１の手段のタービンの遠隔監視方法は、燃焼器内の燃焼により発生する高温燃焼ガスを供給して回転させるタービンを、前記タービンが設置されたプラントと遠隔に位置する監視センタとで監視するタービンの遠隔監視方法において、プラント内では、リアルタイムで運転パラメータとリアルタイムで燃焼振動データとを取得し、前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから周波数スペクトラムとピーク値を求め、所定の臨界状態に近づいたことを異常状態として予兆する予兆検知装置は、過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータを記憶しておき、前記リアルタイムで取得した運転パラメータ及び前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値を、前記プラントからインターネットを介して常時前記監視センタに送信し、また、アラーム設定値と前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値とを比較して、同ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合は前記インターネットを介してアラームを前記監視センタに送信し、前記予兆検知装置により、前記リアルタイムで取得した運転パラメータと前記求められたピーク値との組合せが、前記記憶された過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、かかる相関関係を持つに至った場合にはアラームを前記インターネットを介して前記監視センタに送信し、前記監視センタでは、前記プラントからアラームが通報されたときに前記プラントに回線交換方式の通信回線を接続して前記プラントから前記周波数スペクトラムをリアルタイムで受信する、ことを特徴とする。
【００１２】
（２）また、第２の手段のタービンの遠隔監視方法は、上記第１の手段において、前記監視センタでは、データ解析装置により前記タービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の事故のデータパターンを蓄積し、前記予兆検知装置のアラーム設定値として反映させるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
（３）第３の手段のタービンの遠隔監視システムは、燃焼器内の燃焼により発生する高温燃焼ガスを供給して回転させるタービンが設置されたプラントと通信回線により接続され、前記プラントから遠隔に位置する監視センタを有するタービン監視システムにおいて、前記プラントは、リアルタイムで燃焼振動データ及び運転パラメータを取得して前記燃焼振動データから周波数スペクトラムとピーク値を求め、アラーム設定値と前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値とを比較して、同ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合はアラーム通報する燃焼振動解析装置と、過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータを記憶すると共に、前記リアルタイムで取得した運転パラメータと前記求められたピーク値との組合せが、前記記憶された過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、所定の臨界状態に近づいたことを異常状態として予兆しアラーム通報する予兆検知装置と、前記監視センタにインターネットを介して前記リアルタイムで取得した運転パラメータ及び前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値を常時前記監視センタに送信し、また、前記ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合のアラーム通報を送信するインターネットサーバとを有し、前記監視センタは、前記プラントからアラームが通報されたときに前記プラントに回線交換方式の通信回線を接続して前記プラントから前記周波数スペクトラムをリアルタイムで受信するものである、ことを特徴とする。
【００１４】
（４）第４の手段のタービンの遠隔監視システムは、上記第３の手段において、前記監視センタは、前記タービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の事故のデータパターンを蓄積し、前記予兆検知装置のアラーム設定値として反映させるようにしたデータ解析装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図１は、本実施の形態例におけるガスタービンの一例の構成図である。ガスタービンは、回転部分であるロータ３が軸受けを介してサポートされ、左側のコンプレッサ４で圧縮した空気と、中央部の燃焼器５に供給される燃料ガスとを混合して、燃焼器５内で燃焼させ、高温で膨張した燃焼ガスを右側のタービンに供給し、その推力によってタービン動翼を回転させる。従って、燃焼器５は、ロータの周囲に複数個設けられる。また、タービンの回転が、例えば発電機の動力として利用される。
【００１７】
図２は、燃焼器５の構成例を示す図である。燃焼器５は、空気と予混合されたメイン燃料と、予混合されないパイロット燃料とがそれぞれ供給されるメインノズル及びパイロットノズル１０と、メイン燃料と混合される圧縮空気がコンプレッサから供給される圧縮空気吐出口１４と、燃焼により火炎が発生する燃焼器内筒１１と、燃焼ガスをタービンに送り出す燃焼器外筒１２と、バイパス弁１３とを有する。
【００１８】
前述した通り、低NOx化の要請から、パイロットノズルの燃料ガスの希釈化を行う必要があり、それに伴い燃焼が不安定になり、燃焼器内での燃焼ガスが脈動し圧力変動による燃焼振動が発生することが予想される。また、一定の燃料に対する出力の比率を高める高効率化の要請から、メイン燃料量を増やす傾向にあり、低NOx化による燃焼振動を増長することが予想される。燃焼振動は、燃焼器の部品の固有振動数を含む周波数帯での振動を有し、その固有振動数の周波数帯域の振動レベルが一定の値を超えると、当該部品が破壊されることが予想され、そのような燃焼振動レベルに達する前に、低負荷運転に切り替える等の制御を行うことが望まれる。
【００１９】
従って、今後の低NOx化及び高効率化を目指すガスタービンは、この燃焼振動を常にモニタして、臨界状態に至ることがないように制御する必要がある。
【００２０】
また、ガスタービンは、ロータの高速回転に伴い軸振動が発生する場合がある。このような軸振動も常にモニタして臨界値を越えることがないように制御する必要がある。
【００２１】
但し、燃焼振動や軸振動を所定のデータをモニタして、臨界状態に達する前に予知するためには、長い経験を必要とする熟練した技術者が必要である。従って、今後の低NOx化及び高効率化を目指すガスタービンが設置されるプラントには、そのような技術者を常駐させる必要性が生じる。しかし、そのような技術者は数に限りがあり、従って、低NOx化及び高効率化ガスタービンの設置、普及の大きな障害になる。
【００２２】
図３は、本実施の形態例における遠隔監視方法を説明するための図である。図３には、ガスタービン２１が設置された遠隔のプラント２０と、プラントと通信回線１６，１８，１９を介して接続される監視センタ５０とが示される。プラント２０には、専用ネットワーク２２を介して、各種のコンピュータが接続される。プラント２０内には、プラント全体の制御を行う中央制御装置２４と、ガスタービン２１の各部温度、圧力、振動、各種制御信号、タービン出力（回転数）などの運転パラメータを取得し、所定の運転制御を行うタービン運転制御装置２６を有する。タービン運転制御装置２６や中央制御装置２４などが設置される中央操作室には、プラントオペレータ４８が常駐し、ガスタービンの運転制御を行う。
【００２３】
プラント２０内には、ガスタービン２１の燃焼器内に設置した圧力センサからのセンサ値Ｓ２８を取得し、燃焼振動の解析を行う燃焼振動解析装置２８と、その燃焼振動モニタ用の燃焼振動データを表示する燃焼振動監視画面３０とが設けられる。また、ロータの回転に伴う軸振動値Ｓ３２を取得し、軸振動の解析を行う軸振動解析装置３２が設けられる。更に、プラント内には、タービン運転制御装置２６が取得した運転パラメータや、燃焼振動解析装置２８や軸振動解析装置３２が取得した振動データを管理するデータ管理装置３４と、データファイル３６を有する。予兆検知装置３８は、後述する通り、燃焼振動解析装置２８により取得される燃焼振動データから自動的に燃焼振動の臨界状態の予兆を検知する装置である。
【００２４】
燃焼振動解析装置２８は、ガスタービン２１の燃焼器に取り付けた圧力センサからのセンサ値Ｓ２８をリアルタイムで取得する。センサ値はフィルタによりノイズが除去されたあと、Ａ／Ｄ変換される。そして、例えば２秒毎の燃焼振動データが、フーリエ変換されて振動レベルの周波数スペクトラムが求められる。また、更に、その周波数スペクトラムから得られる燃焼器やその周囲の部品の固有振動数に対する振動レベルについて、所定時間内のピーク値データも求められる。そして、上記の燃焼振動の周波数スペクトラムとピーク値データが、燃焼振動監視画面３０に表示される。
【００２５】
図４は、燃焼振動の周波数スペクトラムの一例を示す図である。横軸は周波数ｆを、縦軸は振動レベルを示し、図４の例では、４つの固有振動数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４が周波数帯域に含まれている。図４の燃焼振動データは、リアルタイムに求められるデータであり、時間の経過と共に高速に変化し、多くのデータ量を有する。
【００２６】
図５は、燃焼振動レベルのピーク値の一例を示す図である。横軸は燃焼器に設けられたセンサを、縦軸は所定期間内の振動レベルのピーク値を示す。図５の例は、例えば固有振動数ｆ１の帯域における１分間でのピーク値が示され、閾値レベルVthを越えるセンサ３が、臨界状態に達する前兆を有することを示す。このピーク値は、例えば１０秒毎に変化するデータであり、図４の周波数スペクトラムに比較するとより少ないデータ量である。
【００２７】
図６は、プラント内に設けられた燃焼振動監視画面の一例を示す図である。図６の例は、ガスタービンが２ユニットの場合であり、燃焼振動監視画面３０には、ユニットに共通の運転パラメータ（例えばプラント出力値など）を表示する領域７０と、ユニットＡ，Ｂの運転パラメータを表示する領域７２，７４と、ユニットＡ，Ｂの周波数スペクトラム表示領域７６，７８と、ユニットＡ，Ｂのピーク値表示領域８０，８２とを有する。
【００２８】
前述した通り、運転パラメータは、ガスタービン運転制御に利用されるデータであり、周波数スペクトラムはリアルタイムの燃焼振動データであり、ピーク値は所定の期間内の代表される燃焼振動データである。これらのデータが大画面の表示デバイスによって同時に表示され、運転オペレータ４８によりモニタされる。
【００２９】
従って、プラント内の運転オペレータ４８が熟練した技術を有する場合は、この監視画面をモニタすることにより、タービンの運転制御に加えて、燃焼振動の状態もモニタすることが可能である。例えば、プラント新設時に熟練技術者がこの監視画面をモニタしながら、燃焼振動レベルが最低レベルになるように運転制御の設定値などを設定することができる。しかし、プラントが稼働開始した後においても、この監視画面をモニタして燃焼振動が臨界状態に達することを予見するためには、高度な熟練技術者を常駐させる必要がある。
【００３０】
図３に戻り、本実施の形態例では、プラント２０から遠隔に位置する監視センタ５０で、燃焼振動状態をモニタすることができる。その為に、監視センタ５０は、燃焼振動データを通信回線を介して受信する。通信回線としては、高速で且つ大量のデータ送信には不向きであるが、通信コストが比較的低い低速通信モード、例えばインターネット１６と、通信コストは高いが、高速で且つ大量のデータを高精度に送信することができる高速通信モード、例えばＩＳＤＮなどの電話回線１８とを併用する。インターネット１６は、インターネットサーバ間が常時接続され、データをパケット通信する通信モードである。それに対して、ＩＳＤＮ１８は、通信するときに送信側と受信側で通信回線を確立する回線交換方式である。高速通信モードとして、ＩＳＤＮによるデータ通信が利用できない場合は、INMARSAT（国際移動衛星通信機構）などの衛星通信１７によっても実現可能である。
【００３１】
上記２つの通信回線の性質を考慮して、タービンの運転パラメータと共に燃焼振動データのうちピーク値データが、インターネット１６を介して、常時監視センタ５０に送信される。その為に、プラント２０内には、インターネットサーバ４０と、送信すべき燃焼振動データ（ピーク値データ）と運転パラメータとが格納されるファイル４２と、中継装置（ルータ）４４とが設けられる。また、監視センタ５０内には、同様のインターネットサーバであり受信データを保存するサーバ５４と、中継装置（ルータ）５２とが設けられる。具体的には、監視センタ５０側のサーバ５４が、遠隔地のプラント内のサーバ４０にアクセスして、運転パラメータと燃焼振動データ（ピーク値データ）とを受信する。
【００３２】
インターネットにより常時取得される運転パラメータと、燃焼振動データ（ピーク値データ）とが、監視センタ内の通常監視画面表示装置５８に表示される。この表示画面例が、図７に示される。図７の例は、図６のプラント内の燃焼振動監視画面３０における、ユニット共通パラメータ表示７０と、ユニットＡ，Ｂの運転パラメータ表示７２，７４と、ユニットＡ，Ｂのピーク値表示８０，８２とが表示される。これらの表示は、インターネット１６を介して常時受信する運転パラメータデータと、燃焼振動データのうち所定時間内の代表値データとに基づいて行われる。
【００３３】
監視センタ５０は、複数の遠隔プラント２０から、インターネットを介して上記のデータを受信し、通常監視画面表示装置５８に図７の如き画面を表示する。そして、監視センタ５０に常駐する熟練技術者６４によって、各プラントの燃焼振動がモニタされる。ピーク値表示は、所定時間内における固有振動数帯域のピーク値を表示するものであるので、リアルタイムの周波数スペクトラムのように燃焼振動状態を詳細にモニタすることはできないが、熟練技術者６４によれば何らかの異常状態になる予兆を検知するには十分である。そして、熟練技術者６４が、かかる予兆を検知すると、中継装置５３により、ＩＳＤＮ回線１８をプラント２０との間で接続して、プラント２０からリアルタイムの周波数スペクトラムのデータを取得する。この周波数スペクトラムのデータは、解析画面表示装置６０に表示され、熟練技術者６４により現地プラントと同レベルで燃焼振動がモニタされる。
【００３４】
そして、燃焼振動が所定の臨界状態に達することが予見されると、例えば電話回線１９を介して、電話またはファックスにより、現地プラントの運転オペレータにガスタービンの出力を低下させるよう指示を送る。そして、燃焼振動が通常状態に戻ると、ＩＳＤＮ１８によりリアルタイムの周波数スペクトラムの受信を停止し、インターネット１６によるピーク値データの受信だけに戻す。
【００３５】
このように、監視センタ５０は、通常状態では、低速だが通信コストが低いインターネット１６を介して、比較的データ量が少ない燃焼振動のピーク値データを受信し、熟練技術者６４にモニタさせる。また、異常状態の予兆が検知されると、通信コストは高いが、大量のデータを高速に送信できるＩＳＤＮ１８を介して、比較的データ量が多い燃焼振動の周波数スペクトラムを受信し、熟練技術者６４に詳細にモニタさせる。
【００３６】
図８は、第１の実施の形態例におけるデータの流れを示す図である。まず、左側の現地プラント２０では、ガスタービン２１の複数の燃焼器の燃焼器内筒や外筒に設けた圧力センサ２９からの圧力値が、フィルタ８６でノイズ除去され、Ａ／Ｄ変換器８８でデジタル値に変換される。燃焼振動に伴う圧力変動は、高い周波数で変動するので、それに応じた高い周波数のサンプリングが必要である。
【００３７】
デジタルデータに変換されたセンサ圧力値Ｓ２８は、燃焼振動解析装置２８内で周波数スペクトラムデータとピーク値データに加工され、燃焼振動監視画面３０に表示されると共に、中央制御装置２４にて燃焼振動データが解析される。
【００３８】
図９は、燃焼振動解析装置と中央制御装置の動作フローチャート図である。図８での動作が図９に示される。最初に、圧力センサ値について高周波サンプリングされたＡ／Ｄ変換データが入力される（Ｓ１００）。このＡ／Ｄ変換データが、フーリエ変換される（Ｓ１０２）。フーリエ変換の対象データは、例えば２秒ごとのリアルタイムの圧力値である。フーリエ変換は、例えば、高い周波数帯と低い周波数帯に分けて行うこともできる。これにより広い周波数帯域における振動レベルのスペクトラムを生成することができる。更に、周波数スペクトラムのうち、燃焼器の部品の固有振動数の帯域毎に振動レベルのピーク値を算出する（Ｓ１０４）。従って、このピーク値はリアルタイム（２秒毎）のデータである。
【００３９】
帯域毎に設定されたアラーム設定値（閾値Ｖｔｈ）と算出したピーク値とを比較し（Ｓ１０６）、ピーク値がアラーム設定値を超える場合は、アラーム通報をプラント内及び監視センタに行う（Ｓ１１０）。監視センタへのアラーム通報は、インターネットを利用した通信により行うことができる。
【００４０】
通常状態では、監視センタからＩＳＤＮ回線接続は行われず、プラント内の燃焼振動解析装置２８は、燃焼振動監視画面３０に、図６の如く周波数スペクトラムとピーク値とを表示し（Ｓ１１４）、中央制御装置２４は、例えば１分間の期間における帯域毎のピーク値を保持し（Ｓ１１６）、インターネットサーバ４０のファイル装置４２に記憶する。タービン運転制御装置２６が取得した運転パラメータも、ファイル装置４２に記憶される。そして、インターネットサーバ４０は、監視センタ５０のサーバ５４からのデータ取得要求に応答して、ファイル装置４２内に記憶したピーク値と運転パラメータとを、インターネット１６を介して監視センタ５０内のサーバ５４に送信する。
【００４１】
インターネットによるデータ送信は種々の方法が考えられるが、帯域毎のピーク値データは、上記例では１分間に１回変更されるので、その送信も１分間に一回で良い。或いは、複数個の燃焼器についてのピーク値データを、１分間の周期内で複数回に分けて送ることもできる。システムの最適化に対応して送信態様が決定される。
【００４２】
図８に戻り、監視センタ５０は、インターネットを経由してピーク値データと運転パラメータを受信し、通常監視画面表示装置５８に、図７の如く表示する。この通常監視画面が、監視センタ内の熟練技術者６４により常時モニタされる。監視センタ５０では、燃焼器の燃焼振動について、１分毎のピーク値表示をモニタしながら、適宜必要に応じてＩＳＤＮ回線１８をプラントに接続し、リアルタイムの周波数スペクトラムのデータを要求する。この場合は、熟練技術者６４がピーク値の変化から、燃焼振動が異常状態に至る兆候を予見した場合などに該当する。或いは、プラントからのアラーム通報に応答して、ＩＳＤＮ回線１８をプラントに接続し、リアルタイムの周波数スペクトラムのデータを要求する。これにより、解析画面表示装置６０に図６の如き表示が行われ、技術者６４はより詳細な燃焼振動のモニタを行うことができる。
【００４３】
図９に戻り、工程Ｓ１１２に示される通り、プラント２０内の中央制御装置２４は、監視センタ５０からＩＳＤＮ回線１８により接続され、要求されると、周波数スペクトラムデータがリアルタイムで監視センタ５０に返信される（Ｓ１２０）。
【００４４】
監視センタ５０において、熟練技術者６４は、燃焼振動の周波数スペクトラムをリアルタイムでモニタし、臨界状態になる予兆を検知したら、例えば電話やファックス６２を介して、プラント２０内のオペレータ４８と連絡を取り、ガスタービンの負荷を下げる運転を指示する。これにより、プラント内のガスタービン２１が、燃焼振動により燃焼器内の部品が破壊されてトリップ状態になることを未然に防ぐことができる。
【００４５】
図１０は、第２の実施の形態例におけるデータの流れを説明する図である。図１１は、予兆検知装置３８の動作フローチャート図である。第１の実施の形態例では、監視センタ内の技術者が、燃焼振動のピーク値表示をモニタして、異常状態の兆候が予見されたら、ＩＳＤＮ回線により燃焼振動の周波数スペクトラムを受信して、より詳細な監視を行う。それに対して、第２の実施の形態例では、プラント内に予兆検知装置３８を設け、燃焼振動が臨界状態に達する予兆を検知し、プラント内で低負荷運転を指示する警報を発したり、タービン運転制御装置２６に自動的に出力低下運転を行わせたりする。
【００４６】
第２の実施の形態例でも、監視センタは、通常時は、インターネット１６を介して運転パラメータと燃焼振動のピーク値データとを受信し、異常状態の予兆が検知されたりそれ以外の何らかの理由で詳細モニタが必要となった時は、ＩＳＤＮ回線を介して燃焼振動の周波数スペクトラムデータをリアルタイムで受信する。それに加えて、第２の実施の形態例では、予兆検知装置３８が、燃焼振動のピーク値データと運転パラメータとの組み合わせが、燃焼振動が異常状態または臨界状態に達する場合の組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、かかる相関関係を検知したら、アラームを通報して、低負荷運転への切り替えを誘導したり、或いは自動でタービン運転制御装置２６に低負荷運転への切り替えを指示する。そして、上記のアラーム通報と低負荷運転への切り替わり情報は、インターネット１６または接続されていればＩＳＤＮ回線１８を介して、監視センタ５０にも通信される。
【００４７】
図１１は、予兆検知装置３８の動作フローチャート図である。予兆検知装置は、データ管理装置３４のファイル装置３６内の燃焼振動の帯域毎の振動レベルピーク値を入力し（Ｓ１３０）、同時にその時の運転パラメータも入力する（Ｓ１３２）。ピーク値は、前述の通り、リアルタイムに取得した周波数スペクトラムから得られる固有振動数の帯域毎の１分間の最大値である。燃焼振動が異常状態または臨界状態に達する時のピーク値は、運転パラメータに依存して異なる。従って、ピーク値データと運転パラメータとの組み合わせをチェックする必要がある。
【００４８】
予兆検知装置３８は、過去に燃焼器の燃焼振動が異常状態や臨界状態に達した時の運転パラメータとピーク値データとの組み合わせデータを記憶する。そして、その記憶データと入力したピーク値と運転パラメータの組み合わせデータとの相関関数が演算される（Ｓ１３４）。演算された相関係数がアラーム値よりも大きい場合、即ち、過去の異常状態や臨界状態の組み合わせデータに類似または近似することが検出されると（Ｓ１３６）、アラームが表示され、プラント内のオペレータ４８に低負荷運転への切り替えが指令される（Ｓ１３８，Ｓ１４０）。或いは、予兆検知装置３８が自動的にタービン運転制御装置２６に低負荷運転への切り替えを指令してもよい。
【００４９】
第２の実施の形態例では、監視センタでの燃焼振動のモニタリングに加えて、コンピュータを利用して、現在のピーク値データと燃焼パラメータとの組み合わせデータが、過去の異常時のデータと近似するか否かをチェックしているので、第１の実施の形態例以上に、燃焼振動によるトリップの発生確率を抑えることができる。
【００５０】
図１０には、第２の実施の形態例の変形例が示される。この例では、監視センタ５０内にデータ解析装置５６Ａを設け、ガスタービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の過去のデータをファイル装置５６Ｂ内に記録する。そして、過去の事故のデータパターンをデータ解析装置５６Ａにより解析させて、将来の事故再発防止に利用する。特に、監視センタからプラントに対して、低負荷運転への切り替えを指示するに至った運転パラメータ及び燃焼振動のピーク値と周波数スペクトラムデータが記録され、解析される。このようにして蓄積されたデータと分析結果が、プラント２０の予兆検知装置に設定値データに反映されたりする。
【００５１】
上記本実施の形態例では、ガスタービンについて説明したが、ガス以外の燃料によるタービンにも適用できる。また、監視センタでは燃焼振動についてモニタしたが、例えばタービンのロータの軸振動について、リアルタイムデータをＩＳＤＮ回線で、所定の期間内の代表データをインターネットで送信することでも、同様に通信コストを抑えた遠隔モニタリングが可能になる。
【００５２】
以上、本発明の保護範囲は、上記の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、プラント内に設置されたタービンの燃焼振動状況を、遠隔にある監視センタから、通信コストを抑えて有効にモニタリングすることができる。従って、低NOx化されたタービンであっても、燃焼振動が臨界状態に至ってトリップすることを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例におけるガスタービンの一例の構成図である。
【図２】燃焼器５の構成例を示す図である。
【図３】本実施の形態例における遠隔監視方法を説明するための図である。
【図４】燃焼振動の周波数スペクトラムの一例を示す図である。
【図５】燃焼振動レベルのピーク値の一例を示す図である。
【図６】プラント内に設けられた燃焼振動監視画面の一例を示す図である。
【図７】監視センタ内の通常監視画面の一例を示す図である。
【図８】第１の実施の形態例におけるデータの流れを説明する図である。
【図９】燃焼振動解析装置と中央制御装置の動作フローチャート図である。
【図１０】第２の実施の形態例におけるデータの流れを説明する図である。
【図１１】予兆検知装置３８の動作フローチャート図である。
【符号の説明】
１６ インターネット、第１の通信モード、低速通信モード
１８ ＩＳＤＮ回線、第２の通信モード、高速通信モード
２０ プラント
２１ ガスタービン
２６ タービン運転制御装置
２８ 燃焼振動解析装置
４０ インターネットサーバ
５０ 監視センタ
５４ サーバ
５８ 通常監視画面表示装置
６０ 解析画面表示装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電所などに設置されるガスタービンの遠隔監視方法に関し、特にタービンの燃焼振動との共振による部品の破損を未然に防止することができる遠隔監視方法及びそのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電所などで稼働するガスタービンは、コンプレッサから圧縮した空気とガス燃料が燃焼器に供給され、燃焼器での燃焼に伴う高温の燃焼ガスを利用してタービンを回転させる。タービンの回転軸の周りには、コンプレッサ用の動翼とタービン用の動翼とが設けられ、燃焼器から供給される高温燃焼ガスによりタービン用動翼が回転する。また、燃焼器では、メインの燃料が供給される燃料ノズルとパイロット燃料が供給されるパイロットノズルとが燃焼器内筒内に設けられ、圧縮機から吐出される空気と燃料とを混合して燃焼し、燃焼器尾筒からタービンに燃焼ガスを流出する。
【０００３】
近年におけるガスタービンは、環境問題に配慮して低NOx化が要請され、特に空気と予混合されていないパイロットノズルでは、希釈化燃料ガスが使用される。この希釈化ガスの使用は、燃焼器の不安定な燃焼を招来し、燃焼ガスの流体が脈動し燃焼振動が激しくなるという問題点を招くことが予想される。同様に、省エネに配慮して高温高効率化も要請されており、この場合は、より多くの燃料を燃焼させることから燃焼器の不安定な燃焼を増長することが予想される。
【０００４】
燃焼振動は、例えば、燃料と空気の配分比率（燃空比）や、パイロット比や、バイパス弁開度などを調整することにより、ある程度抑えることができる。従って、ガスタービンを設置した時の初期運転では、かかる燃焼振動を抑えた状態に調整することができる。しかし、前述の通り近年の低NOx化と高温高効率のガスタービンでは、ガスタービンが稼働を始めると、機器の劣化等の要因で燃焼振動が再開し、最悪燃焼器やタービンのボルトやナットなどの部品の固有振動数と共振し、部品の破損に至る可能性がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ガスタービンを備えた発電所などのプラントに対して、遠隔の監視センタで通信回線を利用してガスタービンの運転パラメータをモニタし、運転状態を監視することが提案されている。そこで、上記の燃焼振動の状態を遠隔の監視センタからモニタすることで燃焼振動があるレベルを超えないようにすることが考えられる。しかし、監視センタで燃焼振動の状態をモニタするためには、タービンの運転状態に比較して、より高い周波数を有する大量の振動データを通信回線を介して送信し、モニタしなければならない。
【０００６】
しかしながら、大量の燃焼振動データを送信するためには、例えば現在利用可能なデータ通信のうちＩＳＤＮなどの電話回線を回線交換方式により接続する通信形態しかない。しかし、かかる高速の通信形態は、高い通信コストを要求される。従って、海外に建設したプラント内のガスタービンを国内の監視センタから監視することは、極めてコスト高で実現することが困難になると予想される。その結果、現地に監視員を常駐することで、高温高効率で低NOx化のガスタービンのメンテナンスを行わざるを得ないであろう。
【０００７】
ただし、燃焼振動状態をモニタして部品の損傷に至るか否かを事前に検出するためには、比較的長い経験を必要とする特殊技能が必要であり、そのような熟練技術者の数には限りがある。従って、現実には現地に熟練技術者を常駐させることは困難であり、部品損傷により発電所がトリップしたあとで、技術者が現地に出向いて故障修理に当たることが予想される。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、タービンの燃焼器の燃焼振動状態を遠隔の監視センタからモニタすることができる遠隔監視方法及びそれを利用したシステムを提供することにある。
【０００９】
更に、本発明の目的は、タービンの燃焼振動との共振による部品の破損を未然に防止することができる遠隔監視方法及びそれを利用したシステムを提供することにある。
【００１０】
更に、本発明の目的は、タービンのトリップの原因となる所定の状態を遠隔の監視センタからモニタすることができる遠隔監視方法を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の第１の側面は、タービンが設定された発電所などのプラントに対して、プラント内及び遠隔地の監視センタからタービンの燃焼器の燃焼振動状態をモニタすることを特徴とする。
（１）即ち、第１の手段のタービンの遠隔監視方法は、燃焼器内の燃焼により発生する高温燃焼ガスを供給して回転させるタービンを、前記タービンが設置されたプラントと遠隔に位置する監視センタとで監視するタービンの遠隔監視方法において、プラント内では、リアルタイムで運転パラメータとリアルタイムで燃焼振動データとを取得し、前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから周波数スペクトラムとピーク値を求め、所定の臨界状態に近づいたことを異常状態として予兆する予兆検知装置は、過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータを記憶しておき、前記リアルタイムで取得した運転パラメータ及び前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値を、前記プラントからインターネットを介して常時前記監視センタに送信し、また、アラーム設定値と前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値とを比較して、同ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合は前記インターネットを介してアラームを前記監視センタに送信し、前記予兆検知装置により、前記リアルタイムで取得した運転パラメータと前記求められたピーク値との組合せが、前記記憶された過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、かかる相関関係を持つに至った場合にはアラームを前記インターネットを介して前記監視センタに送信し、前記監視センタでは、前記プラントからアラームが通報されたときに前記プラントに回線交換方式の通信回線を接続して前記プラントから前記周波数スペクトラムをリアルタイムで受信する、ことを特徴とする。
【００１２】
（２）また、第２の手段のタービンの遠隔監視方法は、上記第１の手段において、前記監視センタでは、データ解析装置により前記タービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の事故のデータパターンを蓄積し、前記予兆検知装置のアラーム設定値として反映させるようにしたことを特徴とする。
【００１３】
（３）第３の手段のタービンの遠隔監視システムは、燃焼器内の燃焼により発生する高温燃焼ガスを供給して回転させるタービンが設置されたプラントと通信回線により接続され、前記プラントから遠隔に位置する監視センタを有するタービン監視システムにおいて、前記プラントは、リアルタイムで燃焼振動データ及び運転パラメータを取得して前記燃焼振動データから周波数スペクトラムとピーク値を求め、アラーム設定値と前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値とを比較して、同ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合はアラーム通報する燃焼振動解析装置と、過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータを記憶すると共に、前記リアルタイムで取得した運転パラメータと前記求められたピーク値との組合せが、前記記憶された過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、所定の臨界状態に近づいたことを異常状態として予兆しアラーム通報する予兆検知装置と、前記監視センタにインターネットを介して前記リアルタイムで取得した運転パラメータ及び前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値を常時前記監視センタに送信し、また、前記ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合のアラーム通報を送信するインターネットサーバとを有し、前記監視センタは、前記プラントからアラームが通報されたときに前記プラントに回線交換方式の通信回線を接続して前記プラントから前記周波数スペクトラムをリアルタイムで受信するものである、ことを特徴とする。
【００１４】
（４）第４の手段のタービンの遠隔監視システムは、上記第３の手段において、前記監視センタは、前記タービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の事故のデータパターンを蓄積し、前記予兆検知装置のアラーム設定値として反映させるようにしたデータ解析装置を備えたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１６】
図１は、本実施の形態例におけるガスタービンの一例の構成図である。ガスタービンは、回転部分であるロータ３が軸受けを介してサポートされ、左側のコンプレッサ４で圧縮した空気と、中央部の燃焼器５に供給される燃料ガスとを混合して、燃焼器５内で燃焼させ、高温で膨張した燃焼ガスを右側のタービンに供給し、その推力によってタービン動翼を回転させる。従って、燃焼器５は、ロータの周囲に複数個設けられる。また、タービンの回転が、例えば発電機の動力として利用される。
【００１７】
図２は、燃焼器５の構成例を示す図である。燃焼器５は、空気と予混合されたメイン燃料と、予混合されないパイロット燃料とがそれぞれ供給されるメインノズル及びパイロットノズル１０と、メイン燃料と混合される圧縮空気がコンプレッサから供給される圧縮空気吐出口１４と、燃焼により火炎が発生する燃焼器内筒１１と、燃焼ガスをタービンに送り出す燃焼器外筒１２と、バイパス弁１３とを有する。
【００１８】
前述した通り、低NOx化の要請から、パイロットノズルの燃料ガスの希釈化を行う必要があり、それに伴い燃焼が不安定になり、燃焼器内での燃焼ガスが脈動し圧力変動による燃焼振動が発生することが予想される。また、一定の燃料に対する出力の比率を高める高効率化の要請から、メイン燃料量を増やす傾向にあり、低NOx化による燃焼振動を増長することが予想される。燃焼振動は、燃焼器の部品の固有振動数を含む周波数帯での振動を有し、その固有振動数の周波数帯域の振動レベルが一定の値を超えると、当該部品が破壊されることが予想され、そのような燃焼振動レベルに達する前に、低負荷運転に切り替える等の制御を行うことが望まれる。
【００１９】
従って、今後の低NOx化及び高効率化を目指すガスタービンは、この燃焼振動を常にモニタして、臨界状態に至ることがないように制御する必要がある。
【００２０】
また、ガスタービンは、ロータの高速回転に伴い軸振動が発生する場合がある。このような軸振動も常にモニタして臨界値を越えることがないように制御する必要がある。
【００２１】
但し、燃焼振動や軸振動を所定のデータをモニタして、臨界状態に達する前に予知するためには、長い経験を必要とする熟練した技術者が必要である。従って、今後の低NOx化及び高効率化を目指すガスタービンが設置されるプラントには、そのような技術者を常駐させる必要性が生じる。しかし、そのような技術者は数に限りがあり、従って、低NOx化及び高効率化ガスタービンの設置、普及の大きな障害になる。
【００２２】
図３は、本実施の形態例における遠隔監視方法を説明するための図である。図３には、ガスタービン２１が設置された遠隔のプラント２０と、プラントと通信回線１６，１８，１９を介して接続される監視センタ５０とが示される。プラント２０には、専用ネットワーク２２を介して、各種のコンピュータが接続される。プラント２０内には、プラント全体の制御を行う中央制御装置２４と、ガスタービン２１の各部温度、圧力、振動、各種制御信号、タービン出力（回転数）などの運転パラメータを取得し、所定の運転制御を行うタービン運転制御装置２６を有する。タービン運転制御装置２６や中央制御装置２４などが設置される中央操作室には、プラントオペレータ４８が常駐し、ガスタービンの運転制御を行う。
【００２３】
プラント２０内には、ガスタービン２１の燃焼器内に設置した圧力センサからのセンサ値Ｓ２８を取得し、燃焼振動の解析を行う燃焼振動解析装置２８と、その燃焼振動モニタ用の燃焼振動データを表示する燃焼振動監視画面３０とが設けられる。また、ロータの回転に伴う軸振動値Ｓ３２を取得し、軸振動の解析を行う軸振動解析装置３２が設けられる。更に、プラント内には、タービン運転制御装置２６が取得した運転パラメータや、燃焼振動解析装置２８や軸振動解析装置３２が取得した振動データを管理するデータ管理装置３４と、データファイル３６を有する。予兆検知装置３８は、後述する通り、燃焼振動解析装置２８により取得される燃焼振動データから自動的に燃焼振動の臨界状態の予兆を検知する装置である。
【００２４】
燃焼振動解析装置２８は、ガスタービン２１の燃焼器に取り付けた圧力センサからのセンサ値Ｓ２８をリアルタイムで取得する。センサ値はフィルタによりノイズが除去されたあと、Ａ／Ｄ変換される。そして、例えば２秒毎の燃焼振動データが、フーリエ変換されて振動レベルの周波数スペクトラムが求められる。また、更に、その周波数スペクトラムから得られる燃焼器やその周囲の部品の固有振動数に対する振動レベルについて、所定時間内のピーク値データも求められる。そして、上記の燃焼振動の周波数スペクトラムとピーク値データが、燃焼振動監視画面３０に表示される。
【００２５】
図４は、燃焼振動の周波数スペクトラムの一例を示す図である。横軸は周波数ｆを、縦軸は振動レベルを示し、図４の例では、４つの固有振動数ｆ１，ｆ２，ｆ３，ｆ４が周波数帯域に含まれている。図４の燃焼振動データは、リアルタイムに求められるデータであり、時間の経過と共に高速に変化し、多くのデータ量を有する。
【００２６】
図５は、燃焼振動レベルのピーク値の一例を示す図である。横軸は燃焼器に設けられたセンサを、縦軸は所定期間内の振動レベルのピーク値を示す。図５の例は、例えば固有振動数ｆ１の帯域における１分間でのピーク値が示され、閾値レベルVthを越えるセンサ３が、臨界状態に達する前兆を有することを示す。このピーク値は、例えば１０秒毎に変化するデータであり、図４の周波数スペクトラムに比較するとより少ないデータ量である。
【００２７】
図６は、プラント内に設けられた燃焼振動監視画面の一例を示す図である。図６の例は、ガスタービンが２ユニットの場合であり、燃焼振動監視画面３０には、ユニットに共通の運転パラメータ（例えばプラント出力値など）を表示する領域７０と、ユニットＡ，Ｂの運転パラメータを表示する領域７２，７４と、ユニットＡ，Ｂの周波数スペクトラム表示領域７６，７８と、ユニットＡ，Ｂのピーク値表示領域８０，８２とを有する。
【００２８】
前述した通り、運転パラメータは、ガスタービン運転制御に利用されるデータであり、周波数スペクトラムはリアルタイムの燃焼振動データであり、ピーク値は所定の期間内の代表される燃焼振動データである。これらのデータが大画面の表示デバイスによって同時に表示され、運転オペレータ４８によりモニタされる。
【００２９】
従って、プラント内の運転オペレータ４８が熟練した技術を有する場合は、この監視画面をモニタすることにより、タービンの運転制御に加えて、燃焼振動の状態もモニタすることが可能である。例えば、プラント新設時に熟練技術者がこの監視画面をモニタしながら、燃焼振動レベルが最低レベルになるように運転制御の設定値などを設定することができる。しかし、プラントが稼働開始した後においても、この監視画面をモニタして燃焼振動が臨界状態に達することを予見するためには、高度な熟練技術者を常駐させる必要がある。
【００３０】
図３に戻り、本実施の形態例では、プラント２０から遠隔に位置する監視センタ５０で、燃焼振動状態をモニタすることができる。その為に、監視センタ５０は、燃焼振動データを通信回線を介して受信する。通信回線としては、高速で且つ大量のデータ送信には不向きであるが、通信コストが比較的低い低速通信モード、例えばインターネット１６と、通信コストは高いが、高速で且つ大量のデータを高精度に送信することができる高速通信モード、例えばＩＳＤＮなどの電話回線１８とを併用する。インターネット１６は、インターネットサーバ間が常時接続され、データをパケット通信する通信モードである。それに対して、ＩＳＤＮ１８は、通信するときに送信側と受信側で通信回線を確立する回線交換方式である。高速通信モードとして、ＩＳＤＮによるデータ通信が利用できない場合は、INMARSAT（国際移動衛星通信機構）などの衛星通信１７によっても実現可能である。
【００３１】
上記２つの通信回線の性質を考慮して、タービンの運転パラメータと共に燃焼振動データのうちピーク値データが、インターネット１６を介して、常時監視センタ５０に送信される。その為に、プラント２０内には、インターネットサーバ４０と、送信すべき燃焼振動データ（ピーク値データ）と運転パラメータとが格納されるファイル４２と、中継装置（ルータ）４４とが設けられる。また、監視センタ５０内には、同様のインターネットサーバであり受信データを保存するサーバ５４と、中継装置（ルータ）５２とが設けられる。具体的には、監視センタ５０側のサーバ５４が、遠隔地のプラント内のサーバ４０にアクセスして、運転パラメータと燃焼振動データ（ピーク値データ）とを受信する。
【００３２】
インターネットにより常時取得される運転パラメータと、燃焼振動データ（ピーク値データ）とが、監視センタ内の通常監視画面表示装置５８に表示される。この表示画面例が、図７に示される。図７の例は、図６のプラント内の燃焼振動監視画面３０における、ユニット共通パラメータ表示７０と、ユニットＡ，Ｂの運転パラメータ表示７２，７４と、ユニットＡ，Ｂのピーク値表示８０，８２とが表示される。これらの表示は、インターネット１６を介して常時受信する運転パラメータデータと、燃焼振動データのうち所定時間内の代表値データとに基づいて行われる。
【００３３】
監視センタ５０は、複数の遠隔プラント２０から、インターネットを介して上記のデータを受信し、通常監視画面表示装置５８に図７の如き画面を表示する。そして、監視センタ５０に常駐する熟練技術者６４によって、各プラントの燃焼振動がモニタされる。ピーク値表示は、所定時間内における固有振動数帯域のピーク値を表示するものであるので、リアルタイムの周波数スペクトラムのように燃焼振動状態を詳細にモニタすることはできないが、熟練技術者６４によれば何らかの異常状態になる予兆を検知するには十分である。そして、熟練技術者６４が、かかる予兆を検知すると、中継装置５３により、ＩＳＤＮ回線１８をプラント２０との間で接続して、プラント２０からリアルタイムの周波数スペクトラムのデータを取得する。この周波数スペクトラムのデータは、解析画面表示装置６０に表示され、熟練技術者６４により現地プラントと同レベルで燃焼振動がモニタされる。
【００３４】
そして、燃焼振動が所定の臨界状態に達することが予見されると、例えば電話回線１９を介して、電話またはファックスにより、現地プラントの運転オペレータにガスタービンの出力を低下させるよう指示を送る。そして、燃焼振動が通常状態に戻ると、ＩＳＤＮ１８によりリアルタイムの周波数スペクトラムの受信を停止し、インターネット１６によるピーク値データの受信だけに戻す。
【００３５】
このように、監視センタ５０は、通常状態では、低速だが通信コストが低いインターネット１６を介して、比較的データ量が少ない燃焼振動のピーク値データを受信し、熟練技術者６４にモニタさせる。また、異常状態の予兆が検知されると、通信コストは高いが、大量のデータを高速に送信できるＩＳＤＮ１８を介して、比較的データ量が多い燃焼振動の周波数スペクトラムを受信し、熟練技術者６４に詳細にモニタさせる。
【００３６】
図８は、第１の実施の形態例におけるデータの流れを示す図である。まず、左側の現地プラント２０では、ガスタービン２１の複数の燃焼器の燃焼器内筒や外筒に設けた圧力センサ２９からの圧力値が、フィルタ８６でノイズ除去され、Ａ／Ｄ変換器８８でデジタル値に変換される。燃焼振動に伴う圧力変動は、高い周波数で変動するので、それに応じた高い周波数のサンプリングが必要である。
【００３７】
デジタルデータに変換されたセンサ圧力値Ｓ２８は、燃焼振動解析装置２８内で周波数スペクトラムデータとピーク値データに加工され、燃焼振動監視画面３０に表示されると共に、中央制御装置２４にて燃焼振動データが解析される。
【００３８】
図９は、燃焼振動解析装置と中央制御装置の動作フローチャート図である。図８での動作が図９に示される。最初に、圧力センサ値について高周波サンプリングされたＡ／Ｄ変換データが入力される（Ｓ１００）。このＡ／Ｄ変換データが、フーリエ変換される（Ｓ１０２）。フーリエ変換の対象データは、例えば２秒ごとのリアルタイムの圧力値である。フーリエ変換は、例えば、高い周波数帯と低い周波数帯に分けて行うこともできる。これにより広い周波数帯域における振動レベルのスペクトラムを生成することができる。更に、周波数スペクトラムのうち、燃焼器の部品の固有振動数の帯域毎に振動レベルのピーク値を算出する（Ｓ１０４）。従って、このピーク値はリアルタイム（２秒毎）のデータである。
【００３９】
帯域毎に設定されたアラーム設定値（閾値Ｖｔｈ）と算出したピーク値とを比較し（Ｓ１０６）、ピーク値がアラーム設定値を超える場合は、アラーム通報をプラント内及び監視センタに行う（Ｓ１１０）。監視センタへのアラーム通報は、インターネットを利用した通信により行うことができる。
【００４０】
通常状態では、監視センタからＩＳＤＮ回線接続は行われず、プラント内の燃焼振動解析装置２８は、燃焼振動監視画面３０に、図６の如く周波数スペクトラムとピーク値とを表示し（Ｓ１１４）、中央制御装置２４は、例えば１分間の期間における帯域毎のピーク値を保持し（Ｓ１１６）、インターネットサーバ４０のファイル装置４２に記憶する。タービン運転制御装置２６が取得した運転パラメータも、ファイル装置４２に記憶される。そして、インターネットサーバ４０は、監視センタ５０のサーバ５４からのデータ取得要求に応答して、ファイル装置４２内に記憶したピーク値と運転パラメータとを、インターネット１６を介して監視センタ５０内のサーバ５４に送信する。
【００４１】
インターネットによるデータ送信は種々の方法が考えられるが、帯域毎のピーク値データは、上記例では１分間に１回変更されるので、その送信も１分間に一回で良い。或いは、複数個の燃焼器についてのピーク値データを、１分間の周期内で複数回に分けて送ることもできる。システムの最適化に対応して送信態様が決定される。
【００４２】
図８に戻り、監視センタ５０は、インターネットを経由してピーク値データと運転パラメータを受信し、通常監視画面表示装置５８に、図７の如く表示する。この通常監視画面が、監視センタ内の熟練技術者６４により常時モニタされる。監視センタ５０では、燃焼器の燃焼振動について、１分毎のピーク値表示をモニタしながら、適宜必要に応じてＩＳＤＮ回線１８をプラントに接続し、リアルタイムの周波数スペクトラムのデータを要求する。この場合は、熟練技術者６４がピーク値の変化から、燃焼振動が異常状態に至る兆候を予見した場合などに該当する。或いは、プラントからのアラーム通報に応答して、ＩＳＤＮ回線１８をプラントに接続し、リアルタイムの周波数スペクトラムのデータを要求する。これにより、解析画面表示装置６０に図６の如き表示が行われ、技術者６４はより詳細な燃焼振動のモニタを行うことができる。
【００４３】
図９に戻り、工程Ｓ１１２に示される通り、プラント２０内の中央制御装置２４は、監視センタ５０からＩＳＤＮ回線１８により接続され、要求されると、周波数スペクトラムデータがリアルタイムで監視センタ５０に返信される（Ｓ１２０）。
【００４４】
監視センタ５０において、熟練技術者６４は、燃焼振動の周波数スペクトラムをリアルタイムでモニタし、臨界状態になる予兆を検知したら、例えば電話やファックス６２を介して、プラント２０内のオペレータ４８と連絡を取り、ガスタービンの負荷を下げる運転を指示する。これにより、プラント内のガスタービン２１が、燃焼振動により燃焼器内の部品が破壊されてトリップ状態になることを未然に防ぐことができる。
【００４５】
図１０は、第２の実施の形態例におけるデータの流れを説明する図である。図１１は、予兆検知装置３８の動作フローチャート図である。第１の実施の形態例では、監視センタ内の技術者が、燃焼振動のピーク値表示をモニタして、異常状態の兆候が予見されたら、ＩＳＤＮ回線により燃焼振動の周波数スペクトラムを受信して、より詳細な監視を行う。それに対して、第２の実施の形態例では、プラント内に予兆検知装置３８を設け、燃焼振動が臨界状態に達する予兆を検知し、プラント内で低負荷運転を指示する警報を発したり、タービン運転制御装置２６に自動的に出力低下運転を行わせたりする。
【００４６】
第２の実施の形態例でも、監視センタは、通常時は、インターネット１６を介して運転パラメータと燃焼振動のピーク値データとを受信し、異常状態の予兆が検知されたりそれ以外の何らかの理由で詳細モニタが必要となった時は、ＩＳＤＮ回線を介して燃焼振動の周波数スペクトラムデータをリアルタイムで受信する。それに加えて、第２の実施の形態例では、予兆検知装置３８が、燃焼振動のピーク値データと運転パラメータとの組み合わせが、燃焼振動が異常状態または臨界状態に達する場合の組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、かかる相関関係を検知したら、アラームを通報して、低負荷運転への切り替えを誘導したり、或いは自動でタービン運転制御装置２６に低負荷運転への切り替えを指示する。そして、上記のアラーム通報と低負荷運転への切り替わり情報は、インターネット１６または接続されていればＩＳＤＮ回線１８を介して、監視センタ５０にも通信される。
【００４７】
図１１は、予兆検知装置３８の動作フローチャート図である。予兆検知装置は、データ管理装置３４のファイル装置３６内の燃焼振動の帯域毎の振動レベルピーク値を入力し（Ｓ１３０）、同時にその時の運転パラメータも入力する（Ｓ１３２）。ピーク値は、前述の通り、リアルタイムに取得した周波数スペクトラムから得られる固有振動数の帯域毎の１分間の最大値である。燃焼振動が異常状態または臨界状態に達する時のピーク値は、運転パラメータに依存して異なる。従って、ピーク値データと運転パラメータとの組み合わせをチェックする必要がある。
【００４８】
予兆検知装置３８は、過去に燃焼器の燃焼振動が異常状態や臨界状態に達した時の運転パラメータとピーク値データとの組み合わせデータを記憶する。そして、その記憶データと入力したピーク値と運転パラメータの組み合わせデータとの相関関数が演算される（Ｓ１３４）。演算された相関係数がアラーム値よりも大きい場合、即ち、過去の異常状態や臨界状態の組み合わせデータに類似または近似することが検出されると（Ｓ１３６）、アラームが表示され、プラント内のオペレータ４８に低負荷運転への切り替えが指令される（Ｓ１３８，Ｓ１４０）。或いは、予兆検知装置３８が自動的にタービン運転制御装置２６に低負荷運転への切り替えを指令してもよい。
【００４９】
第２の実施の形態例では、監視センタでの燃焼振動のモニタリングに加えて、コンピュータを利用して、現在のピーク値データと燃焼パラメータとの組み合わせデータが、過去の異常時のデータと近似するか否かをチェックしているので、第１の実施の形態例以上に、燃焼振動によるトリップの発生確率を抑えることができる。
【００５０】
図１０には、第２の実施の形態例の変形例が示される。この例では、監視センタ５０内にデータ解析装置５６Ａを設け、ガスタービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の過去のデータをファイル装置５６Ｂ内に記録する。そして、過去の事故のデータパターンをデータ解析装置５６Ａにより解析させて、将来の事故再発防止に利用する。特に、監視センタからプラントに対して、低負荷運転への切り替えを指示するに至った運転パラメータ及び燃焼振動のピーク値と周波数スペクトラムデータが記録され、解析される。このようにして蓄積されたデータと分析結果が、プラント２０の予兆検知装置に設定値データに反映されたりする。
【００５１】
上記本実施の形態例では、ガスタービンについて説明したが、ガス以外の燃料によるタービンにも適用できる。また、監視センタでは燃焼振動についてモニタしたが、例えばタービンのロータの軸振動について、リアルタイムデータをＩＳＤＮ回線で、所定の期間内の代表データをインターネットで送信することでも、同様に通信コストを抑えた遠隔モニタリングが可能になる。
【００５２】
以上、本発明の保護範囲は、上記の実施の形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。
【００５３】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、プラント内に設置されたタービンの燃焼振動状況を、遠隔にある監視センタから、通信コストを抑えて有効にモニタリングすることができる。従って、低NOx化されたタービンであっても、燃焼振動が臨界状態に至ってトリップすることを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態例におけるガスタービンの一例の構成図である。
【図２】燃焼器５の構成例を示す図である。
【図３】本実施の形態例における遠隔監視方法を説明するための図である。
【図４】燃焼振動の周波数スペクトラムの一例を示す図である。
【図５】燃焼振動レベルのピーク値の一例を示す図である。
【図６】プラント内に設けられた燃焼振動監視画面の一例を示す図である。
【図７】監視センタ内の通常監視画面の一例を示す図である。
【図８】第１の実施の形態例におけるデータの流れを説明する図である。
【図９】燃焼振動解析装置と中央制御装置の動作フローチャート図である。
【図１０】第２の実施の形態例におけるデータの流れを説明する図である。
【図１１】予兆検知装置３８の動作フローチャート図である。
【符号の説明】
１６ インターネット、第１の通信モード、低速通信モード
１８ ＩＳＤＮ回線、第２の通信モード、高速通信モード
２０ プラント
２１ ガスタービン
２６ タービン運転制御装置
２８ 燃焼振動解析装置
４０ インターネットサーバ
５０ 監視センタ
５４ サーバ
５８ 通常監視画面表示装置
６０ 解析画面表示装置
Claims (4)
- 燃焼器内の燃焼により発生する高温燃焼ガスを供給して回転させるタービンを、前記タービンが設置されたプラントと遠隔に位置する監視センタとで監視するタービンの遠隔監視方法において、
プラント内では、
リアルタイムで運転パラメータとリアルタイムで燃焼振動データとを取得し、
前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから周波数スペクトラムとピーク値を求め、
所定の臨界状態に近づいたことを異常状態として予兆する予兆検知装置は、過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータを記憶しておき、
前記リアルタイムで取得した運転パラメータ及び前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値を、前記プラントからインターネットを介して常時前記監視センタに送信し、
また、アラーム設定値と前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値とを比較して、同ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合は前記インターネットを介してアラームを前記監視センタに送信し、
前記予兆検知装置により、前記リアルタイムで取得した運転パラメータと前記求められたピーク値との組合せが、前記記憶された過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、
かかる相関関係を持つに至った場合にはアラームを前記インターネットを介して前記監視センタに送信し、
前記監視センタでは、
前記プラントからアラームが通報されたときに前記プラントに回線交換方式の通信回線を接続して前記プラントから前記周波数スペクトラムをリアルタイムで受信する、
ことを特徴とするタービンの遠隔監視方法。 - 前記監視センタでは、データ解析装置により前記タービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の事故のデータパターンを蓄積し、前記予兆検知装置のアラーム設定値として反映させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のタービンの遠隔監視方法。
- 燃焼器内の燃焼により発生する高温燃焼ガスを供給して回転させるタービンが設置されたプラントと通信回線により接続され、前記プラントから遠隔に位置する監視センタを有するタービン監視システムにおいて、
前記プラントは、
リアルタイムで燃焼振動データ及び運転パラメータを取得して前記燃焼振動データから周波数スペクトラムとピーク値を求め、アラーム設定値と前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値とを比較して、同ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合はアラーム通報する燃焼振動解析装置と、
過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータを記憶すると共に、前記リアルタイムで取得した運転パラメータと前記求められたピーク値との組合せが、前記記憶された過去の燃焼振動が異常状態又は臨界状態に達した時の過去の運転パラメータと過去のピーク値との組み合わせデータと一定の相関関係を持つに至ったか否かをチェックし、所定の臨界状態に近づいたことを異常状態として予兆しアラーム通報する予兆検知装置と、
前記監視センタにインターネットを介して前記リアルタイムで取得した運転パラメータ及び前記リアルタイムで取得した燃焼振動データから求められたピーク値を常時前記監視センタに送信し、また、前記ピーク値が前記アラーム設定値を超える場合のアラーム通報を送信するインターネットサーバとを有し、
前記監視センタは、
前記プラントからアラームが通報されたときに前記プラントに回線交換方式の通信回線を接続して前記プラントから前記周波数スペクトラムをリアルタイムで受信するものである、
ことを特徴とするタービンの遠隔監視システム。 - 前記監視センタは、前記タービンが異常状態や臨界状態、或いはトリップに至った時の事故のデータパターンを蓄積し、前記予兆検知装置のアラーム設定値として反映させるようにしたデータ解析装置を備えたことを特徴とする請求項３に記載のタービンの遠隔監視システム。
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