JP4064735B2

JP4064735B2 - Gas turbine monitoring device

Info

Publication number: JP4064735B2
Application number: JP2002176666A
Authority: JP
Inventors: 真澄野村; 浩三外山
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-06-18
Filing date: 2002-06-18
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-06-18
Also published as: JP2004019566A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスタービンの運転状態に基づいてその燃焼状態を監視して必要に応じて異常を検出するガスタービンの監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なガスタービン発電プラントにて、ガスタービンは圧縮機と燃焼器とタービンと発電機とを有しており、圧縮機で高圧となった空気と、圧縮機で高圧となって熱交換器で高温となった燃料ガスとが燃焼器に送られて燃焼し、その排気ガスによりタービンを駆動して発電機を運転する。このようなガスタービン発電プラントでは、燃焼器での燃焼温度が１５００℃まで上昇し、内部で圧力変動が発生するため、局部応力が発生して亀裂が生じてしまうことがある。燃焼器に亀裂や破損が発生すると、燃焼器へ導入される空気量が計画からずれて燃焼異常が発生し、発電効率が低下してしまうという問題がある。
【０００３】
従来は、タービンの最終翼付近や排気室に温度検出器を複数設け、この各温度検出器の計測結果に基づいて燃焼器の燃焼異常を検知していた。しかし、プラント負荷や気象条件など種々のプラント運転条件により正常な温度範囲が異なることから、正常と異常とを判別するしきい値の設定が困難であり、誤判定が生じる虞がある。この場合、燃焼器の異常燃焼を正常と誤判定すると、燃焼器に亀裂等が生じたまま運転を継続することとなり、発電効率を低下させてしまうばかりでなく、場合によっては翼をも損傷させてしまうこととなる。
【０００４】
そこで、「ガスタービン燃焼監視装置」として、特開平07−318056号公報に開示されたものがある。この技術は、排気室に温度検出器を設け、この温度検出器により得られる排気ガス流に直交する平面内の温度分布から断面排気温度分布のパターンの特徴を求め、異常原因判定を行うようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した公報に開示された「ガスタービン燃焼監視装置」では、排気室に設けられた温度検出器により得られる温度分布から断面排気温度分布のパターンの特徴を求めている。そのため、一つの燃焼器に多数の温度検出器が必要となり、公報に記載された８つの燃焼器を有するガスタービンでは、大量の温度検出器が必要となり、設備コストが増加してしまうという問題がある。また、実際に、一つの燃焼器に多数の温度検出器を装着することは排気ガスの流動抵抗の面からも困難であり、現実的ではない。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、大量の温度検出器を不要として設備コストの上昇を抑制する一方でガスタービンの異常を早期に発見することで発電効率の低下や装置の損傷を防止したガスタービンの監視装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のガスタービンの監視装置は、高圧の燃料と空気を燃焼して生じた熱ガスによりタービンを駆動して発電するガスタービンにおいて、該ガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態の測定値を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態に影響の高い因子の測定値を検出する影響因子検出手段と、所定期間にわたって、前記因子の測定値に対する前記運転状態の測定値の発生頻度を求め、前記因子の測定値と前記運転状態の測定値との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を正常規範とし設定する正常規範設定手段と、前記運転状態検出手段が検出した現在における前記ガスタービンの運転状態の測定値を、前記正常規範を用いて異常であるかどうか評価する評価手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明のガスタービンの監視装置では、前記運転状態検出手段は、前記タービンの排気ガスの温度、圧力、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度の少なくともいずれか一つを検出することを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明のガスタービンの監視装置では、前記影響因子検出手段は、燃焼器バイパス弁の開度、圧縮機入口案内翼の開度、燃料流量、発電機出力、圧縮機出口温度、圧縮機出口圧力の少なくともいずれか一つを検出することを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のガスタービンの監視装置では、前記運転状態検出手段を複数備え、前記正常規範設定手段は、前記複数の運転状態検出手段が検出した運転状態の測定値から平均値を求め、前記平均値に対する各運転状態の測定値の偏差を求め、所定期間にわたって、前記因子の測定値に対する前記偏差の発生頻度を求め、前記因子の測定値と前記偏差との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を正常規範として設定し、前記評価手段は、前記複数の運転状態検出手段が検出した現在の運転状態の測定値から現在の前記偏差を求め、前記正常規範に対して現在の前記偏差を表示することを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明のガスタービンの監視装置では、更に、前記等高線における前記因子の任意の測定値での発生頻度分布に健全範囲を設定し、該健全範囲における現在の前記偏差の有無に応じて健全性を評価する健全性評価手段を備えたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明のガスタービンの監視装置では、前記正常規範設定手段は、過去の所定期間にわたる前記因子の測定値に対する前記運転状態の測定値の発生頻度を求め、前記因子の測定値と前記運転状態の測定値との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を正常規範データとして設定し、前記評価手段は、直前の所定期間にわたる前記因子の測定値に対する前記運転状態の測定値の発生頻度を求め、前記因子の測定値と前記運転状態の測定値との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を直前運転データとして設定し、前記正常規範データと該直前運転データとの分布を比較して健全性を評価する健全性評価手段を備えたことを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明のガスタービンの監視装置では、更に、前記健全性評価手段は、前記正常規範データの等高線における前記因子の任意の測定値での発生頻度分布と前記直前運転データの等高線における前記因子の前記任意の測定値での発生頻度分布との偏差を求め、該発生頻度分布間の偏差の大きさに応じて健全性を評価することを特徴としている。
【００１６】
請求項８の発明のガスタービンの監視装置では、前記運転状態検出手段と前記正常規範設定手段及び前記評価手段との間で各種データの送受信を行う通信手段を設けたことを特徴としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１８】
図１に本発明の第１実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図２に燃焼器バイパス弁の開度に対する排気ガスの温度偏差を表す等高線図、図３に本実施形態のガスタービン発電プラントの概略構成を示す。
【００１９】
本実施形態のガスタービン発電プラントにおいて、図３に示すように、ガスタービン１１は、圧縮機１２と燃焼器１３とタービン１４とを有しており、このタービン１４の同軸上に発電機１５が連結されている。この圧縮機１２には吸気通路１６が連結され、この吸気通路１６には吸入空気量を調整する入口案内翼１７が設けられると共に、この入口案内翼１７の開度を検出する開度センサ１８が設けられている。また、吸気通路１６には吸入空気の温度センサ１９、圧力センサ２０、流量センサ２１が設けられている。
【００２０】
また、圧縮機１２と燃焼器１３とは圧縮空気供給通路２２により連結され、この圧縮空気供給通路２２に圧縮空気の温度センサ２３、圧力センサ２４が設けられている。そして、燃焼器１３とタービン１４とは燃焼ガス通路２５により連結され、圧縮空気供給通路２２と燃焼ガス通路２５とは燃焼器１３を迂回するバイパス通路２６により連結され、このバイパス通路２６に燃焼器バイパス弁２７が設けられると共に、この燃焼器バイパス弁２７の開度を検出する開度センサ２８が設けられている。
【００２１】
燃料通路２９はメイン燃料通路３０とパイロット燃料通路３１に分岐され、それぞれ燃焼器１３に連結されており、メイン燃料通路３０及びパイロット燃料通路３１にはそれぞれ流量制御弁３２，３３が設けられている。そして、燃料通路２９には供給燃料の温度センサ３４が設けられ、メイン燃料通路３０及びパイロット燃料通路３１には供給燃料の圧力センサ３５，３６と流量センサ３７，３８が設けられている。
【００２２】
タービン１４には排気ガス通路３９が連結され、この排気ガス通路３９は図示しない浄化装置を介して煙突に連結されている。そして、排気ガス通路３９に排気ガスの温度センサ４０、ＮＯｘセンサ４１、ＣＯセンサ４２が設けられている。
【００２３】
本実施形態のガスタービンの監視装置は、上述したガスタービン１１を監視して異常燃焼を早期に検出するものであり、図１に示すように、監視装置５１は、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態としての排気ガス温度を検出する温度センサ（運転状態検出手段）４０と、この温度センサ４０が検出したガスタービン１１の排気ガス温度に影響の高い因子としての燃焼器バイパス弁２７の開度を検出する開度センサ（影響因子検出手段）２８などのプラントデータ５０が入力される。そして、この監視装置５１は、温度センサ４０が検出した排気ガス温度や開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度などを入力する入力手段５２と、入力手段５２が入力処理した各種データを保存するデータベース５３と、データベース５３に保存された各種データを用いて、具体的には、燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度に基づいてガスタービン１１の運転状態における正常規範を設定する正常規範設定手段５４と、正常規範設定手段５４が設定した正常規範に対して現在の排気ガス温度を評価する評価手段５５と、評価手段５５が評価した評価データを外部に出力する出力手段５６とを有している。
【００２４】
本実施形態にて、ガスタービン１１の燃焼器１３は周方向に沿って複数設けられており、タービン１４の排気ガス通路３９に温度センサ４０が各燃焼器１３に対応してそれぞれ設けられている。正常規範設定手段５４は、この複数の温度センサ４０の計測値から平均温度を算出し、この平均温度からの各温度の偏差を算出すると共に、この温度偏差とガスタービン１１の燃焼状態とが最も明確となる燃焼器バイパス弁２７の開度との関係を所定期間にわたって対応して整理し、図２に示すように、ガスタービン１１の正常運転データ（正常規範）として等高線に表す。この場合、正常運転データを作成するための開度センサ２８及び温度センサ４０の測定値はデータベース５３に保存され、正常規範設定手段５４はデータベース５３に保存された現在の一定期間前から所定期間逆上ったその期間のデータを用いてこの正常運転データの等高線を作成しており、時間の経過に応じてこの正常運転データは最新のものに逐次修正されていく。
【００２５】
そして、評価手段５５は、正常規範設定手段５４が作成した正常運転データの等高線に、データベース５３から出力された現在の開度センサ２８の測定値（弁開度）に対する温度センサ４０の測定値（排気ガス温度）の偏差をプロットＰし、現在のガスタービン１１の運転状態の評価を表示する。出力手段５６はこの正常運転データの等高線に現在のガスタービン１１の運転状態（プロットＰ）の評価の表示データを図示しないディスプレイに表示したり、必要に応じてプリントする。
【００２６】
ここで、本実施形態のガスタービン発電プラントの作動について説明すると、図３に示すように、ガスタービン１１では、高圧となった燃料ガスが加熱されて燃焼器１３に供給されると共に、圧縮機１２で高圧となった空気が燃焼器１３に供給され、ここで燃焼して膨張してタービン１４を駆動することで発電機１５を運転する。
【００２７】
このガスタービン１１の運転中に、図１に示すように、温度センサ４０が検出した排気ガス温度や開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度などのプラントデータ５０が監視装置５１に入力し、入力手段５２は各種データをデータベース５３に入力処理して保存する。正常規範設定手段５４は複数の温度センサ４０が計測した排気ガス温度からその平均温度を算出し、所定期間内におけるこの平均温度に対する温度偏差を算出し、燃焼器バイパス弁２７の開度に対する温度偏差の発生頻度を図２に示すように等高線図としてガスタービン１１の正常運転データとして表示する。図２の例では、等高線図の内側は発生頻度が高く、外側ほど発生頻度が低い。評価手段５５は、この正常運転データの等高線に現在の排気ガスの温度偏差をプロットＰして評価し、出力手段５６がこの評価の表示データを表示する。
【００２８】
このように第１実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態としての排気ガス温度を検出すると共に、この排気ガス温度に影響の高い因子としての燃焼器バイパス弁２７の開度を検出し、複数の温度センサ４０が計測した排気ガス温度からその平均温度を算出し、所定期間にわたって平均温度に対する温度偏差を算出して燃焼器バイパス弁２７の開度に対する温度偏差の発生頻度をガスタービン１１の正常運転データとして等高線表示し、正常運転データの等高線に現在の排気ガスの温度偏差をプロットＰして評価している。
【００２９】
従って、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態として排気ガス温度を用い、この排気ガス温度に影響の高い因子として燃焼器バイパス弁２７の開度を用いたことで、この燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度を監視することで、現在のプラントの運転状態を正確に監視することができる。また、過去の所定期間にわたる排気ガス温度の蓄積データに基づいてガスタービン１１の正常運転データとして等高線（正常規範）を表示し、この正常運転データの等高線に現在の排気ガスの温度偏差を表示することで、現在のプラントの運転状態を早期に、且つ、明確に表示して異常を監視することができる。
【００３０】
図４に本発明の第２実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図５に排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフ、図６に本発明の第３実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図７に排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフ、図８に本発明の第４実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図９に排気ガス温度における測定値に対する予測値の散布を表すグラフ、図１０に本発明の第５実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成、図１１に排気ガス温度における正常異常領域を表すグラフ、図１２に本発明の第６実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３１】
第２実施形態において、図４に示すように、ガスタービンの監視装置６１は、第１実施形態のガスタービンの監視装置に健全性評価手段６２を追加したものである。この健全性評価手段６２は、評価手段５５が、正常運転データの等高線に現在の燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度の偏差をプロットＰした後、この現在のガスタービン１１の運転状態の健全性を評価するものである。そして、出力手段５６はこのガスタービン１１の運転状態の健全性を図示しないディスプレイに表示したり、プリントしたり、必要に応じて警報を発する。
【００３２】
即ち、評価手段５５は、図５に示すように、排気ガスの温度偏差の分布μ_Aを燃焼器バイパス弁２７の開度ごとに連続して有しており、健全性評価手段６２はこの温度偏差の分布μ_Aおける健全範囲を、例えば、全体の９５％と設定し、その前後を不健全範囲と設定する。そして、現在の燃焼器バイパス弁２７の開度に対する排気ガス温度の偏差が健全範囲にあれば、現在のガスタービン１１の運転状態を健全と判定し、不健全範囲にあれば、現在のガスタービン１１の運転状態を不健全と判定する。
【００３３】
このように第２実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、複数の温度センサ４０が計測した排気ガス温度からその平均温度を算出し、所定期間にわたって平均温度に対する温度偏差を算出して燃焼器バイパス弁２７の開度に対する温度偏差の発生頻度をガスタービン１１の正常運転データとして等高線表示し、これの温度偏差の分布μ_A に健全範囲を設定し、現在の排気ガスの温度偏差によりガスタービン１１の運転状態の健全及び不健全を判定している。
【００３４】
従って、過去の所定期間にわたる排気ガス温度の蓄積データに基づいてガスタービン１１の正常運転データとして等高線を表示し、温度偏差の分布μ_A に健全範囲を設定し、現在の排気ガスの温度偏差がこの分布μ_Aの健全範囲にあるかどうかにより現在のプラントの運転状態の健全及び不健全を早期に、且つ、確実に判定することができる。
【００３５】
第３実施形態において、図６に示すように、ガスタービンの監視装置７１は、２つのデータベース７２，７３及び温度偏差分布設定手段７４、正常規範設定手段７５を設定すると共に、評価手段７６と健全性評価手段７７を設定している。第１データベース７２は現在から一定期間前までの第１所定期間の各種データを保存し、第２データベース７３は、前述したデータベース５３と同様に、現在の一定期間前から所定期間逆上った第２所定期間の各種データを保存している。温度偏差分布設定手段７４は、第１データベース７２の蓄積データに基づいて、複数の温度センサ４０の直前の時系列データから、図７に示すように、ガスタービン１１の直前運転データとして等高線における分布μ_B を設定する。正常規範設定手段７５も、複数の温度センサ４０の過去の時系列データから、ガスタービン１１の正常運転データ（正常規範）として等高線における分布μ_A を設定する。
【００３６】
評価手段７６は、温度偏差分布設定手段７４が設定したガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Bと、正常規範設定手段７５が設定したガスタービン１１の正常運転データの分布μ_Aを表示し、健全性評価手段７７は、直前運転データの分布μ_Bと正常運転データの分布μ_Aとの偏差ｄが所定値以上であるか否かにより、ガスタービン１１の運転状態の健全あるいは不健全を判定し、ガスタービン１１の運転状態の健全性を評価するものである。ここで、直前運転データの分布μ_Bと正常運転データの分布μ_Aとの偏差ｄとは、それぞれの分布の平均値の差としてもよいし、中央値の差としても構わない。また、直前運転データの分布μ_Bと正常運転データの分布μ_Aから、よく知られている平均値の差の検討等の統計的検定手法により分布が異なることをもって、不健全と判定しても構わない。
【００３７】
このように第３実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、現在から一定期間前までの第１所定期間の排気ガス温度の直前の時系列データからガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Bを設定すると共に、一定期間前から所定期間逆上った第２所定期間の排気ガス温度の過去の時系列データからガスタービン１１の正常運転データ（正常規範）の分布μ_Aを設定し、この各温度偏差の分布μ_A、μ_Bを比較することによりガスタービン１１の運転状態の健全及び不健全を判定している。
【００３８】
従って、ガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Bと過去運転データ（正常規範）の分布μ_Aとを比較することで、ガスタービン１１の運転状態の健全及び不健全を高精度に判定することができる。
【００３９】
第４実施形態において、図８に示すように、ガスタービンの監視装置８１は、正常規範設定手段としての特性把握手段８２と評価手段８３とを設定している。特性把握手段８２は、開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度、開度センサ１８が検出した入口案内翼１７の開度、流量センサ３７，３８が検出した燃料流量をパラメータとして排気ガス温度の予測式（推定モデル）を算出するものであり、例えば、下記数式の係数を算出する。
Ｙ＝ａ₀＋ａ₁ｘ₁＋ａ₂ｘ₂＋ａ₃ｘ₃
ここで、Ｙは排気ガス温度の予測値、ｘ₁は燃焼器バイパス弁２７の開度、ｘ₂は入口案内翼１７の開度、ｘ₃は燃料流量、ａ₀、ａ₁、ａ₂、ａ₃は各係数である。各係数は、データベース５３に保存されているデータを用いて、例えば、最小二乗法により求めることができる。なお、ここでは予測式を線形の一次式としているが、これに限るものではなく、二次以上の高次の項や対数、指数などの項を含めてもよい。また、予測式の右辺にｘ₁、ｘ₂、ｘ₃の３つの変数を用いているが、他のセンサ信号を追加しても構わない。
【００４０】
評価手段８３は、図９に示すように、所定の燃焼器バイパス弁２７の開度、入口案内翼１７の開度、燃料流量に対する温度センサ４０の測定値（実測値）と、特性把握手段８２により得られた予測式により求められる排気ガス温度の予測値との関係を表す散布図に表し、現在のガスタービン１１の運転状態の評価を表示する。
【００４１】
このように第４実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、ガスタービン１１の異常燃焼により最も影響の出る運転状態としての排気ガス温度を検出すると共に、この排気ガス温度に影響の高い因子としての燃焼器バイパス弁２７の開度、入口案内翼１７の開度、燃料流量から排気ガス温度を予測し、この排気ガス温度の測定値と予測値を比較することによりガスタービン１１の運転状態を正常及び異常を判定している。
【００４２】
従って、排気ガス温度に影響の高い因子として複数のパラメータから求めた予測値を正常運転データ（正常規範）として用いることで、ガスタービン１１の運転状態を高精度に表示して異常を監視することができる。
【００４３】
第５実施形態において、図１０に示すように、ガスタービンの監視装置９１は、第４実施形態のガスタービンの監視装置に健全性評価手段９２を追加したものである。この健全性評価手段９２は、図１１に示すように、特性把握手段８２が求めた排気ガス温度の予測式を用いて評価手段８３が求めた排気ガス温度の予測値と温度センサが計測した排気ガス温度の測定値とが一致する基準線Ｓに対して所定の幅をもって上側及び下側に領域線を設定し、この領域Ｈを正常領域と設定する。そして、排気ガス温度の予測値と測定値との関係がこの正常領域Ｈにあるか否かによりガスタービン１１の運転状態の正常あるいは異常を判定し、ガスタービン１１の運転状態の健全性を評価する。
【００４４】
このように第５実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、排気ガス温度の予測値と測定値とが一致する基準線Ｓに対して上下の領域線を設定し、正常領域Ｈと設定し、現在の排気ガス温度の予測値と測定値との関係がこの正常領域Ｈにあるか否かによりガスタービン１１の運転状態の正常及び異常を判定している。従って、現在のプラントの運転状態の正常及び異常を適正に判定することができる。
【００４５】
第６実施形態において、図１２に示すように、ガスタービンの監視装置101を、例えば、プラント設置現場から離間した事務所内に設け、ガスタービン発電プラントと通信経由で各種データの送信を行うことで、プラントの運転状態の監視を行うようにしている。即ち、プラント側の入力手段５２に送受信可能な通信手段102が接続されている。一方、ガスタービンの監視装置101は、前述した第３実施形態のガスタービンの監視装置７１とほぼ同様の構成であり、第１データベース７２及び評価手段７６に送受信可能な通信手段103が接続されている。
【００４６】
従って、温度センサ４０が検出した排気ガス温度や開度センサ２８が検出した燃焼器バイパス弁２７の開度などのプラントデータ５０を入力すると、入力手段５２は各種データを通信手段102，103を用いてガスタービンの監視装置101にプラントデータ５０を送信し、第１データベース７２に保存する。評価手段７６は、温度偏差分布設定手段７４が設定したガスタービン１１の直前運転データの分布μ_Bと、正常規範設定手段７５が設定したガスタービン１１の正常運転データの分布μ_Aを表示し、健全性評価手段７７は、直前運転データの分布μ_Bと正常運転データの分布μ_Aとの偏差ｄが所定値以上であるか否かにより、ガスタービン１１の運転状態の正常あるいは異常を判定し、ガスタービン１１の運転状態の健全性を評価する。そして、必要に応じて出力手段５６はガスタービン１１の運転状態（正常・異常）を通信手段102，103を用いてプラント側に送信する。
【００４７】
このように第６実施形態のガスタービンの監視装置にあっては、プラント設置現場とガスタービンの監視装置101を離間した場所に設置し、プラントデータ５０やガスタービン１１の運転状態を互いに送受信可能としている。従って、複数のガスタービン発電プラントを一つのガスタービンの監視装置101により集中して管理することができ、管理コストを低減することができる。
【００４８】
なお、上述した実施形態にて、運転状態検出手段をタービン１４の排気ガス温度を検出する温度センサ４０とし、この排気ガス温度、平均温度、温度偏差を運転状態として用いたが、これに限らず、排気ガスの圧力、平均圧力、圧力偏差やＮＯｘ濃度、平均ＮＯｘ濃度、ＮＯｘ濃度偏差などを用いてもよく、また、これらのうちの複数を用いて運転状態を推定してもよい。
【００４９】
また、影響因子検出手段を燃焼器バイパス弁の開度を検出する開度センサ２８としたが、これに限らず、圧縮機入口案内翼の開度を検出する開度センサ１８、燃料流量を計測する流量センサ３７，３８、発電機１５の発電機出力を測定する出力センサ、圧縮機１２の出口温度、出口圧力を計測する温度センサ２３、圧力センサなどを用いてもよく、これらを組み合わせてもよい。
【００５０】
更に、６つの実施形態を説明したが、データベース、正常規範設定手段、評価手段、健全性評価手段、通信手段等は、各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態を組み合わせて各手段を適用してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のガスタービンの監視装置によれば、ガスタービンの異常燃焼により影響の出る運転状態の測定値を検出する運転状態検出手段と、この運転状態に影響の高い因子の測定値を検出する影響因子検出手段と、所定期間にわたって、因子の測定値に対する運転状態の測定値の発生頻度を求め、因子の測定値と運転状態の測定値との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を正常規範として設定する正常規範設定手段と、運転状態検出手段が検出した現在におけるガスタービンの運転状態の測定値を、正常規範を用いて異常であるかどうか評価する評価手段とを設けたので、ガスタービンの異常燃焼により最も影響の出る運転状態の測定値を用い、この運転状態に影響の高い因子の測定値を用いたことで、大量の温度検出器を使用することなく現在のプラントの運転状態を正確に監視することができ、設備コストの上昇を抑制することができる一方で、ガスタービンの異常を早期に発見して発電効率の低下や装置の損傷を確実に防止することができる。
【００５３】
請求項２の発明のガスタービンの監視装置によれば、運転状態検出手段は、前記タービンの排気ガスの温度、圧力、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度の少なくともいずれか一つを検出するので、既存のセンサを用いて現在のプラントの運転状態を監視することができ、設備コストの上昇を抑制することができる。
【００５４】
請求項３の発明のガスタービンの監視装置によれば、影響因子検出手段は、燃焼器バイパス弁の開度、圧縮機入口案内翼の開度、燃料流量、発電機出力、圧縮機出口温度、圧縮機出口圧力の少なくともいずれか一つを検出するので、既存のセンサを用いて現在のプラントの運転状態を監視することができ、設備コストの上昇を抑制することができる。
【００５５】
請求項４の発明のガスタービンの監視装置によれば、運転状態検出手段を複数備え、正常規範設定手段は、複数の運転状態検出手段が検出した運転状態の測定値から平均値を求め、平均値に対する各運転状態の測定値の偏差を求め、所定期間にわたって、因子の測定値に対する偏差の発生頻度を求め、因子の測定値と偏差との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を正常規範として設定し、評価手段は、複数の運転状態検出手段が検出した現在の運転状態の測定値から現在の偏差を求め、正常規範に対して現在の偏差を表示するので、過去の所定期間にわたる運転状態蓄積データに基づいてガスタービンの正常運転データとして等高線を表示し、この正常運転データの等高線に現在の運転状態の測定値を表示することで、現在のプラントの運転状態を早期に、且つ、明確に表示して異常を監視することができる。
【００５６】
請求項５の発明のガスタービンの監視装置によれば、更に、等高線における因子の任意の測定値での発生頻度分布に健全範囲を設定し、健全範囲における現在の偏差の有無に応じて健全性を評価する健全性評価手段を備えたので、現在のプラントの運転状態の健全性を早期に、且つ、確実に判定することができる。
【００５７】
請求項６の発明のガスタービンの監視装置によれば、正常規範設定手段は、過去の所定期間にわたる因子の測定値に対する運転状態の測定値の発生頻度を求め、因子の測定値と運転状態の測定値との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を正常規範データとして設定し、評価手段は、直前の所定期間にわたる因子の測定値に対する運転状態の測定値の発生頻度を求め、因子の測定値と運転状態の測定値との関係を示すグラフに、同じ発生頻度同士を結んだ閉曲線からなる発生頻度の等高線を表示し、該等高線が囲む範囲を直前運転データとして設定し、正常規範データと直前運転データとの分布を比較して健全性を評価する健全性評価手段を備えたので、ガスタービン１１の直前運転データと過去運転データとを比較することで、ガスタービンの運転状態の健全性を高精度に判定することができる。
【００５８】
請求項７の発明のガスタービンの監視装置によれば、更に、前記健全性評価手段は、正常規範データの等高線における因子の任意の測定値での発生頻度分布と直前運転データの等高線における因子の該任意の測定値での発生頻度分布との偏差を求め、発生頻度分布間の偏差の大きさに応じて健全性を評価するので、ガスタービンの運転状態の健全性を高精度に判定することができる。
【００６０】
請求項８の発明のガスタービンの監視装置によれば、運転状態検出手段と正常規範設定手段及び評価手段との間で各種データの送受信を行う通信手段を設けたので、複数のガスタービン発電プラントを一つの監視装置により集中して管理することができ、管理コストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図２】燃焼器バイパス弁の開度に対する排気ガスの温度偏差を表す等高線図である。
【図３】本実施形態のガスタービン発電プラントの概略構成図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図５】排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフである。
【図６】本発明の第３実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図７】排気ガスの温度偏差の分布を表すグラフである。
【図８】本発明の第４実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図９】排気ガス温度における測定値に対する予測値の散布を表すグラフである。
【図１０】本発明の第５実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【図１１】排気ガス温度における正常異常領域を表すグラフである。
【図１２】本発明の第６実施形態に係るガスタービンの監視装置を表すブロック構成図である。
【符号の説明】
１１ガスタービン
１２圧縮機
１３燃焼器
１４タービン
１５発電機
１７入口案内翼
１８開度センサ
２３温度センサ
２６バイパス通路
２７燃焼器バイパス弁
２８開度センサ（影響因子検出手段）
３５，３６圧力センサ
４０温度センサ（運転状態検出手段）
４１ＮＯｘセンサ
５０プラントデータ
５１，６１，７１，８１，９１，101 監視装置
５２入力手段
５３，７２，７３データベース
５４，７５正常規範設定手段
５５，８３評価手段
５９出力手段
６２，７７，９２健全性評価手段
７４温度偏差分布設定手段
８２特性把握手段（正常規範設定手段）
102 ，103 通信手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas turbine monitoring device that monitors a combustion state based on an operating state of a gas turbine and detects an abnormality as needed.
[0002]
[Prior art]
In a general gas turbine power plant, the gas turbine has a compressor, a combustor, a turbine, and a generator, and the air that has become high pressure in the compressor and the heat exchanger that has become high pressure in the compressor. The high-temperature fuel gas is sent to the combustor for combustion, and the turbine is driven by the exhaust gas to operate the generator. In such a gas turbine power plant, the combustion temperature in the combustor rises to 1500 ° C. and pressure fluctuations occur inside, so local stress may occur and cracks may occur. When a crack or breakage occurs in the combustor, there is a problem that the amount of air introduced into the combustor deviates from the plan and a combustion abnormality occurs, resulting in a decrease in power generation efficiency.
[0003]
Conventionally, a plurality of temperature detectors are provided in the vicinity of the last blade of the turbine or in the exhaust chamber, and combustion abnormality of the combustor is detected based on the measurement result of each temperature detector. However, since the normal temperature range varies depending on various plant operating conditions such as plant load and weather conditions, it is difficult to set a threshold value for distinguishing between normal and abnormal, and an erroneous determination may occur. In this case, if the abnormal combustion of the combustor is erroneously determined to be normal, the operation is continued with cracks in the combustor, which not only reduces the power generation efficiency but also damages the blades in some cases. Will end up.
[0004]
Therefore, there is a “gas turbine combustion monitoring device” disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-318056. In this technology, a temperature detector is provided in the exhaust chamber, the characteristics of the cross-sectional exhaust temperature distribution pattern are obtained from the temperature distribution in a plane orthogonal to the exhaust gas flow obtained by this temperature detector, and the cause of the abnormality is determined. ing.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the “gas turbine combustion monitoring device” disclosed in the above publication, the characteristics of the cross-sectional exhaust temperature distribution pattern are obtained from the temperature distribution obtained by the temperature detector provided in the exhaust chamber. Therefore, a large number of temperature detectors are required for one combustor, and the gas turbine having eight combustors described in the publication requires a large amount of temperature detectors, resulting in an increase in equipment cost. is there. In practice, it is difficult to mount a large number of temperature detectors in one combustor from the viewpoint of the flow resistance of exhaust gas, which is not practical.
[0006]
The present invention solves such a problem. A large amount of temperature detectors are not required, and an increase in equipment cost is suppressed. On the other hand, an abnormality in the gas turbine is detected at an early stage, thereby reducing the power generation efficiency and the apparatus. An object of the present invention is to provide a gas turbine monitoring device that prevents damage.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
  In order to achieve the above object, a gas turbine monitoring apparatus according to claim 1 is a gas turbine that generates electric power by driving a turbine with hot gas generated by burning high-pressure fuel and air. An operating state detecting means for detecting a measured value of an operating state affected by abnormal combustion, an influential factor detecting means for detecting a measured value of a factor having a high influence on the operating state, and a measured value of the factor over a predetermined period The frequency of occurrence of the measured value of the operating stateSeeking, Measured values of the factorsAnd a graph showing the relationship between the measured value of the operating state and a closed curve connecting the same occurrence frequencyFrequency of occurrenceofcontourIs displayed, and the range surrounded by the contour lines is displayed.Normal normageNormal norm setting means to set,in frontThe measured value of the current operating state of the gas turbine detected by the operating state detecting meansWhether it is abnormal using the normal normsAn evaluation means for evaluating is provided.
[0009]
  Claim2In the gas turbine monitoring device of the invention, the operating state detecting means includes:Of the turbineIt is characterized by detecting at least one of the temperature, pressure, NOx concentration, and CO concentration of the exhaust gas.
[0010]
  Claim3In the gas turbine monitoring apparatus according to the invention, the influence factor detecting means includes the opening degree of the combustor bypass valve, the opening degree of the compressor inlet guide blade, the fuel flow rate, the generator output, the compressor outlet temperature, and the compressor outlet pressure. It is characterized by detecting at least one of the following.
[0011]
  In the gas turbine monitoring device of the invention of claim 4, the gas turbine monitoring device comprises a plurality of the operation state detection means, the normal norm setting means obtains an average value from the measured values of the operation state detected by the plurality of operation state detection means, Find the deviation of the measured value of each operating state from the average value, over a predetermined periodThe frequency of occurrence of the deviation with respect to the measured value of the factor is obtained, and a graph showing the relationship between the measured value of the factor and the deviation displays contour lines of the frequency of occurrence composed of closed curves connecting the same frequency of occurrence, The range enclosed by the contour lines is the normal normAnd the evaluation meansObtaining the current deviation from the measured value of the current operating state detected by the plurality of operating state detection means,Normal normAgainst said current deviationIs displayed.
[0012]
  In the gas turbine monitoring apparatus according to the fifth aspect of the present invention, the factor of the contour line is further increased.AnySet a healthy range in the frequency distribution of the measured values ofCurrent deviationIt is characterized by having a soundness evaluation means for evaluating soundness according to the presence or absence of.
[0013]
  In the gas turbine monitoring apparatus according to the sixth aspect of the invention, the normal standard setting means determines the frequency of occurrence of the measured value of the operating state with respect to the measured value of the factor over a predetermined period in the past.Seeking, Measured values of the factorsAnd a graph showing the relationship between the measured value of the operating state and a closed curve connecting the same occurrence frequencyFrequency of occurrenceofcontourIs displayed, and the range surrounded by the contour lines is displayed.Normal normative dataAsThe evaluation means sets the frequency of occurrence of the measurement value of the operating state with respect to the measurement value of the factor over a predetermined period immediately before.Seeking, Measured values of the factorsAnd a graph showing the relationship between the measured value of the operating state and a closed curve connecting the same occurrence frequencyFrequency of occurrenceofcontourIs displayed, and the range surrounded by the contour lines is displayed.Previous operation dataAsIt is characterized by comprising a soundness evaluation means for setting and evaluating the soundness by comparing the distribution of the normal normative data and the immediately preceding operation data.
[0014]
  In the gas turbine monitoring apparatus according to the seventh aspect of the present invention, the soundness evaluation means further includes the factor in the contour line of the normal normative data.AnyOccurrence frequency distribution in the measured value of the above and the factor in the contour line of the previous operation dataAnyA deviation from the occurrence frequency distribution in the measured value is obtained, and the soundness is evaluated according to the magnitude of the deviation between the occurrence frequency distributions.
[0016]
  Claim8In the gas turbine monitoring apparatus according to the invention, communication means for transmitting and receiving various data between the operating state detecting means, the normal reference setting means, and the evaluation means is provided.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0018]
FIG. 1 is a block diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a contour map showing the temperature deviation of the exhaust gas with respect to the opening of the combustor bypass valve, and FIG. 1 shows a schematic configuration of a gas turbine power plant.
[0019]
In the gas turbine power plant of the present embodiment, as shown in FIG. 3, the gas turbine 11 includes a compressor 12, a combustor 13, and a turbine 14, and the generator 15 is coaxially connected to the turbine 14. It is connected. An intake passage 16 is connected to the compressor 12, and an inlet guide vane 17 for adjusting the intake air amount is provided in the intake passage 16, and an opening degree sensor 18 for detecting the opening degree of the inlet guide vane 17 is provided. Is provided. The intake passage 16 is provided with an intake air temperature sensor 19, a pressure sensor 20, and a flow rate sensor 21.
[0020]
The compressor 12 and the combustor 13 are connected by a compressed air supply passage 22, and a compressed air temperature sensor 23 and a pressure sensor 24 are provided in the compressed air supply passage 22. The combustor 13 and the turbine 14 are connected by a combustion gas passage 25, and the compressed air supply passage 22 and the combustion gas passage 25 are connected by a bypass passage 26 that bypasses the combustor 13, and the combustor is connected to the bypass passage 26. A bypass valve 27 is provided, and an opening degree sensor 28 for detecting the opening degree of the combustor bypass valve 27 is provided.
[0021]
The fuel passage 29 is branched into a main fuel passage 30 and a pilot fuel passage 31 and is connected to the combustor 13. The main fuel passage 30 and the pilot fuel passage 31 are provided with flow control valves 32 and 33, respectively. . The fuel passage 29 is provided with a supply fuel temperature sensor 34, and the main fuel passage 30 and the pilot fuel passage 31 are provided with supply fuel pressure sensors 35, 36 and flow rate sensors 37, 38.
[0022]
An exhaust gas passage 39 is connected to the turbine 14, and the exhaust gas passage 39 is connected to a chimney through a purification device (not shown). An exhaust gas temperature sensor 40, a NOx sensor 41, and a CO sensor 42 are provided in the exhaust gas passage 39.
[0023]
The gas turbine monitoring apparatus according to the present embodiment monitors the above-described gas turbine 11 to detect abnormal combustion at an early stage. As shown in FIG. 1, the monitoring apparatus 51 detects abnormal combustion of the gas turbine 11. A temperature sensor (operating state detecting means) 40 that detects the exhaust gas temperature as the operating state that has the greatest influence, and a combustor bypass valve as a factor that has a high influence on the exhaust gas temperature of the gas turbine 11 detected by the temperature sensor 40 Plant data 50 such as an opening degree sensor (influence factor detecting means) 28 for detecting the opening degree of 27 is input. The monitoring device 51 includes an input means 52 for inputting the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 40, the opening degree of the combustor bypass valve 27 detected by the opening degree sensor 28, and the various types of input processing performed by the input means 52. Using the database 53 for storing data and various data stored in the database 53, specifically, the normal norm in the operating state of the gas turbine 11 based on the exhaust gas temperature with respect to the opening degree of the combustor bypass valve 27 is determined. A normal norm setting unit 54 to be set, an evaluation unit 55 for evaluating the current exhaust gas temperature with respect to the normal norm set by the normal norm setting unit 54, and an output unit for outputting the evaluation data evaluated by the evaluation unit 55 to the outside 56.
[0024]
In the present embodiment, a plurality of combustors 13 of the gas turbine 11 are provided along the circumferential direction, and temperature sensors 40 are provided in the exhaust gas passages 39 of the turbine 14 corresponding to the respective combustors 13. . The normal norm setting means 54 calculates the average temperature from the measured values of the plurality of temperature sensors 40, calculates the deviation of each temperature from the average temperature, and the temperature deviation and the combustion state of the gas turbine 11 are the most. The relationship with the opening degree of the combustor bypass valve 27 that becomes clear is arranged correspondingly over a predetermined period, and is represented by contour lines as normal operation data (normal norm) of the gas turbine 11 as shown in FIG. In this case, the measured values of the opening sensor 28 and the temperature sensor 40 for creating normal operation data are stored in the database 53, and the normal norm setting means 54 reverses the predetermined period from the current fixed period stored in the database 53. The contours of the normal operation data are created using the data of the period that has been increased, and the normal operation data is sequentially corrected to the latest as time elapses.
[0025]
Then, the evaluation means 55 measures the measured value of the temperature sensor 40 relative to the measured value (valve opening degree) of the current opening sensor 28 output from the database 53 on the contour line of the normal operation data created by the normal norm setting means 54. The deviation P of the exhaust gas temperature) is plotted P, and an evaluation of the current operating state of the gas turbine 11 is displayed. The output means 56 displays the display data of the evaluation of the current operation state (plot P) of the gas turbine 11 on the contour line of the normal operation data on a display (not shown) or prints it as necessary.
[0026]
Here, the operation of the gas turbine power plant according to the present embodiment will be described. As shown in FIG. 3, in the gas turbine 11, the high-pressure fuel gas is heated and supplied to the combustor 13. The air that has become high pressure in 12 is supplied to the combustor 13, where it burns and expands to drive the turbine 14 to drive the generator 15.
[0027]
During operation of the gas turbine 11, as shown in FIG. 1, plant data 50 such as the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 40 and the opening degree of the combustor bypass valve 27 detected by the opening degree sensor 28 is monitored by a monitoring device 51. The input means 52 inputs various data to the database 53 and stores them. The normal norm setting means 54 calculates an average temperature from the exhaust gas temperatures measured by the plurality of temperature sensors 40, calculates a temperature deviation with respect to the average temperature within a predetermined period, and a temperature deviation with respect to the opening degree of the combustor bypass valve 27. 2 is displayed as normal operation data of the gas turbine 11 as a contour map as shown in FIG. In the example of FIG. 2, the frequency of occurrence is higher on the inside of the contour map, and the frequency of occurrence is lower on the outside. The evaluation means 55 evaluates the current exhaust gas temperature deviation by plotting P on the contour line of the normal operation data, and the output means 56 displays the display data of this evaluation.
[0028]
As described above, in the gas turbine monitoring apparatus according to the first embodiment, the exhaust gas temperature as the operating state most affected by the abnormal combustion of the gas turbine 11 is detected, and the factor that has a high influence on the exhaust gas temperature is detected. And detecting an opening degree of the combustor bypass valve 27, calculating an average temperature from exhaust gas temperatures measured by the plurality of temperature sensors 40, calculating a temperature deviation with respect to the average temperature over a predetermined period, and calculating the temperature deviation. The frequency deviation occurrence frequency with respect to the opening of the gas turbine 11 is displayed as a contour line as normal operation data of the gas turbine 11, and the current temperature deviation of the exhaust gas is plotted P and evaluated on the contour line of the normal operation data.
[0029]
Therefore, the exhaust gas temperature is used as the operating state that is most affected by the abnormal combustion of the gas turbine 11, and the opening degree of the combustor bypass valve 27 is used as a factor that has a high influence on the exhaust gas temperature. By monitoring the exhaust gas temperature with respect to the opening degree of the valve 27, the current operation state of the plant can be accurately monitored. Further, contour lines (normal norms) are displayed as normal operation data of the gas turbine 11 based on the accumulated exhaust gas temperature data over a predetermined period in the past, and the current exhaust gas temperature deviation is displayed on the contour lines of the normal operation data. Thus, it is possible to monitor the abnormality by displaying the current operation state of the plant early and clearly.
[0030]
FIG. 4 is a block diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to the second embodiment of the present invention, FIG. 5 is a graph showing the distribution of temperature deviation of exhaust gas, and FIG. 6 is a gas turbine according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a graph showing the distribution of the temperature deviation of the exhaust gas, FIG. 8 is a block configuration showing the gas turbine monitoring apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 9 is the exhaust gas temperature. FIG. 10 is a block diagram showing a gas turbine monitoring device according to the fifth embodiment of the present invention, FIG. 11 is a graph showing normal / abnormal regions in exhaust gas temperature, and FIG. The block configuration showing the monitoring apparatus of the gas turbine which concerns on 6th Embodiment of this invention is shown. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the member which has the same function as what was demonstrated in embodiment mentioned above, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[0031]
  In the second embodiment, as shown in FIG. 4, a gas turbine monitoring device 61 is obtained by adding a soundness evaluation means 62 to the gas turbine monitoring device of the first embodiment. The soundness evaluation means 62 is configured such that the evaluation means 55 plots the deviation of the exhaust gas temperature with respect to the current opening degree of the combustor bypass valve 27 on the contour line of the normal operation data, and then the current operation state of the gas turbine 11.No healthIt evaluates integrity. The output means 56 displays the soundness of the operating state of the gas turbine 11 on a display (not shown), prints it, and issues an alarm as necessary.
[0032]
  That is, as shown in FIG. 5, the evaluation means 55 distributes the temperature deviation distribution μ of the exhaust gas._AFor each opening degree of the combustor bypass valve 27, and the soundness evaluation means 62 has a distribution μ of this temperature deviation._ACanSoundFor example, set the range to 95% of the whole,UnhealthySet with range. The deviation of the exhaust gas temperature with respect to the current opening of the combustor bypass valve 27 isSoundIf it is within the range, the current operating state of the gas turbine 11SoundAndUnhealthyIf it is within the range, the current operating state of the gas turbine 11Unhealthy andjudge.
[0033]
  As described above, in the gas turbine monitoring apparatus according to the second embodiment, the average temperature is calculated from the exhaust gas temperatures measured by the plurality of temperature sensors 40, and the temperature deviation with respect to the average temperature is calculated over a predetermined period of time. The frequency of occurrence of temperature deviation with respect to the opening of the bypass valve 27 is displayed as contour lines as normal operation data of the gas turbineofTemperature deviation distribution μ_A To be healthyThe range is set and the operation state of the gas turbine 11 is determined by the current temperature deviation of the exhaust gas.Healthyas well asUnhealthyIs judged.
[0034]
  Accordingly, contour lines are displayed as normal operation data of the gas turbine 11 based on the accumulated data of the exhaust gas temperature over a predetermined period in the past, and the temperature deviation distribution μ_A To be healthySet the range, and the current exhaust gas temperature deviation_AofSoundDepending on whether it is within range or not.Soundas well asUnhealthyCan be determined early and reliably.
[0035]
  In the third embodiment, as shown in FIG. 6, the gas turbine monitoring device 71 sets two databases 72 and 73, a temperature deviation distribution setting means 74, a normal standard setting means 75, and an evaluation means 76 and a sound condition. Sex evaluation means 77 is set. The first database 72 stores various types of data for a first predetermined period from the present to a certain period before, and the second database 73 is the same as the database 53 described above, and the first database 72 is a reverse of a predetermined period from the current certain period. 2. Various data for a predetermined period are stored. The temperature deviation distribution setting means 74 is based on the accumulated data in the first database 72., DoubleFrom the time-series data immediately before the number of temperature sensors 40, as shown in FIG.AscontourInDistribution μ_B TheSet. Normal norm setting means 75, DoubleThe normal operation data (normal norm) of the gas turbine 11 from the past time series data of the number of temperature sensors 40AscontourInDistribution μ_A TheSet.
[0036]
  The evaluation means 76 is a distribution μ of the immediately preceding operation data of the gas turbine 11 set by the temperature deviation distribution setting means 74._BAnd the normal operation data distribution μ of the gas turbine 11 set by the normal standard setting means 75_AAnd the soundness evaluation means 77 displays the distribution μ of the previous driving data._BAnd normal operation data distribution μ_ADepending on whether or not the deviation d is greater than or equal to a predetermined value, the operating state of the gas turbine 11SoundOrUnhealthyThe soundness of the operating state of the gas turbine 11 is evaluated. Here, the distribution of the previous operation data μ_BAnd normal operation data distribution μ_AThe deviation d may be the difference between the average values of the respective distributions or the difference between the medians. Also, the distribution of the last driving data μ_BAnd normal operation data distribution μ_AFrom the fact that the distribution is different due to the well-known statistical test methods such as examination of the difference of mean values,UnhealthyIt may be determined.
[0037]
  As described above, in the gas turbine monitoring apparatus according to the third embodiment, the distribution μ of the immediately preceding operation data of the gas turbine 11 from the time series data immediately before the exhaust gas temperature in the first predetermined period from the present to a certain period before._BAnd the distribution μ of the normal operation data (normal norm) of the gas turbine 11 from the past time-series data of the exhaust gas temperature in the second predetermined period which is reversed for a predetermined period from a certain period of time._ASet the distribution of each temperature deviation μ_A, Μ_BAre compared, the operating state of the gas turbine 11Healthyas well asUnhealthyIs judged.
[0038]
  Therefore, the distribution μ of the immediately preceding operation data of the gas turbine 11_BAnd past operating data (normal norm) distribution μ_AAnd the operational state of the gas turbine 11Soundas well asUnhealthyCan be determined with high accuracy.
[0039]
In the fourth embodiment, as shown in FIG. 8, the gas turbine monitoring device 81 sets a characteristic grasping means 82 and an evaluation means 83 as normal norm setting means. The characteristic grasping means 82 uses the opening degree of the combustor bypass valve 27 detected by the opening degree sensor 28, the opening degree of the inlet guide vane 17 detected by the opening degree sensor 18, and the fuel flow rate detected by the flow rate sensors 37, 38 as parameters. An exhaust gas temperature prediction formula (estimated model) is calculated. For example, the coefficient of the following formula is calculated.
Y = a₀+ A₁x₁+ A₂x₂+ A_Threex_Three
Where Y is the predicted exhaust gas temperature and x₁Is the opening of the combustor bypass valve 27, x₂Is the opening of the inlet guide vane 17 and x_ThreeIs the fuel flow rate, a₀, A₁, A₂, A_ThreeIs each coefficient. Each coefficient can be obtained by, for example, the least square method using data stored in the database 53. Here, the prediction equation is a linear linear equation, but the present invention is not limited to this, and terms such as second-order or higher-order terms, logarithms, and exponents may be included. In addition, x on the right side of the prediction formula₁, X₂, X_ThreeThese three variables are used, but other sensor signals may be added.
[0040]
As shown in FIG. 9, the evaluation means 83 includes a predetermined opening degree of the combustor bypass valve 27, an opening degree of the inlet guide vane 17, a measured value (actual value) of the temperature sensor 40 with respect to the fuel flow rate, and a characteristic grasping means 82. The scatter diagram showing the relationship with the predicted value of the exhaust gas temperature obtained by the prediction formula obtained by the above, and the evaluation of the current operating state of the gas turbine 11 is displayed.
[0041]
As described above, in the gas turbine monitoring apparatus according to the fourth embodiment, the exhaust gas temperature as the operating state that is most affected by the abnormal combustion of the gas turbine 11 is detected, and the factor that has a high influence on the exhaust gas temperature is detected. The exhaust gas temperature is predicted from the opening degree of the combustor bypass valve 27, the opening degree of the inlet guide vane 17, and the fuel flow rate, and the measured state of the exhaust gas temperature is compared with the predicted value, thereby operating the gas turbine 11. The normal and abnormal are judged.
[0042]
Therefore, by using predicted values obtained from a plurality of parameters as factors having a high influence on the exhaust gas temperature as normal operation data (normal norms), the operation state of the gas turbine 11 can be displayed with high accuracy and monitored for abnormalities. Can do.
[0043]
In the fifth embodiment, as shown in FIG. 10, a gas turbine monitoring device 91 is obtained by adding a soundness evaluation unit 92 to the gas turbine monitoring device of the fourth embodiment. As shown in FIG. 11, the soundness evaluation means 92 uses the exhaust gas temperature prediction formula obtained by the characteristic grasping means 82 and the exhaust gas temperature predicted value obtained by the evaluation means 83 and the exhaust gas measured by the temperature sensor. A region line is set on the upper side and the lower side with a predetermined width with respect to the reference line S that matches the measured value of the gas temperature, and this region H is set as a normal region. Then, whether the operational state of the gas turbine 11 is normal or abnormal is determined based on whether the relationship between the predicted value of the exhaust gas temperature and the measured value is in the normal region H, and the soundness of the operational state of the gas turbine 11 is evaluated. To do.
[0044]
As described above, in the gas turbine monitoring apparatus according to the fifth embodiment, the upper and lower area lines are set with respect to the reference line S where the predicted value and the measured value of the exhaust gas temperature match, and the normal area H is set. Then, whether the operation state of the gas turbine 11 is normal or abnormal is determined based on whether or not the relationship between the predicted value and the measured value of the current exhaust gas temperature is in the normal region H. Therefore, normality and abnormality of the current plant operating state can be properly determined.
[0045]
In the sixth embodiment, as shown in FIG. 12, a gas turbine monitoring device 101 is provided in, for example, an office separated from the plant installation site, and various data are transmitted via communication with the gas turbine power plant. The operation state of the plant is monitored. That is, the communication means 102 capable of transmitting and receiving is connected to the input means 52 on the plant side. On the other hand, the gas turbine monitoring device 101 has substantially the same configuration as the gas turbine monitoring device 71 of the third embodiment described above, and a communication means 103 capable of transmitting and receiving is connected to the first database 72 and the evaluation means 76. Yes.
[0046]
Therefore, when the plant data 50 such as the exhaust gas temperature detected by the temperature sensor 40 and the opening of the combustor bypass valve 27 detected by the opening sensor 28 is input, the input means 52 uses the communication means 102 and 103 to transmit various data. The plant data 50 is transmitted to the gas turbine monitoring device 101 and stored in the first database 72. The evaluation means 76 is a distribution μ of the immediately preceding operation data of the gas turbine 11 set by the temperature deviation distribution setting means 74._BAnd the normal operation data distribution μ of the gas turbine 11 set by the normal standard setting means 75_AAnd the soundness evaluation means 77 displays the distribution μ of the previous driving data._BAnd normal operation data distribution μ_AWhether or not the operating state of the gas turbine 11 is normal or abnormal is determined based on whether or not the deviation d is greater than or equal to a predetermined value, and the soundness of the operating state of the gas turbine 11 is evaluated. If necessary, the output means 56 transmits the operating state (normal / abnormal) of the gas turbine 11 to the plant side using the communication means 102 and 103.
[0047]
As described above, in the gas turbine monitoring apparatus according to the sixth embodiment, the plant installation site and the gas turbine monitoring apparatus 101 are installed in a separated location, and the plant data 50 and the operating state of the gas turbine 11 can be transmitted and received with each other. It is said. Therefore, a plurality of gas turbine power plants can be centrally managed by one gas turbine monitoring device 101, and the management cost can be reduced.
[0048]
In the above-described embodiment, the operating state detection means is the temperature sensor 40 that detects the exhaust gas temperature of the turbine 14, and this exhaust gas temperature, average temperature, and temperature deviation are used as the operating state. The exhaust gas pressure, the average pressure, the pressure deviation, the NOx concentration, the average NOx concentration, the NOx concentration deviation, etc. may be used, and the operation state may be estimated using a plurality of them.
[0049]
Further, although the influence factor detecting means is the opening degree sensor 28 for detecting the opening degree of the combustor bypass valve, the opening degree sensor 18 for detecting the opening degree of the compressor inlet guide vane is not limited to this, and the fuel flow rate is measured. The flow sensors 37 and 38, the output sensor that measures the generator output of the generator 15, the outlet temperature of the compressor 12, the temperature sensor 23 that measures the outlet pressure, the pressure sensor, and the like may be used. Good.
[0050]
Further, although six embodiments have been described, the database, normal norm setting means, evaluation means, soundness evaluation means, communication means, etc. are not limited to each embodiment, and each means can be combined with each embodiment. May be applied.
[0051]
【The invention's effect】
  As described above in detail in the embodiment, according to the gas turbine monitoring apparatus of the first aspect of the present invention, the operating state detecting means for detecting the measured value of the operating state affected by the abnormal combustion of the gas turbine, Influencing factor detection means that detects measured values of factors that have a high influence on driving conditions, and the frequency of occurrence of measured values of driving conditions for measured values of factors over a predetermined periodSeeking, Factor measurementsAnd a graph showing the relationship between the measured value of the operating state and a closed curve connecting the same occurrence frequencyFrequency of occurrenceofcontourIs displayed, and the range surrounded by the contour lines is displayed.Normal normAsNormal norm setting means to set,luckThe measured value of the current operation state of the gas turbine detected by the rolling state detection meansWhether it is abnormal using normal normsSince there is an evaluation means for evaluation, a large number of temperature detectors are used by using measured values of operating conditions that are most affected by abnormal combustion of the gas turbine and using measured values of factors that have a high effect on the operating conditions. The current plant operating condition can be accurately monitored without using the system, and the increase in equipment costs can be suppressed. Damage can be reliably prevented.
[0053]
  Claim2According to the gas turbine monitoring device of the invention, the operating state detecting means isOf the turbineSince at least one of exhaust gas temperature, pressure, NOx concentration, and CO concentration is detected, it is possible to monitor the current plant operating state using existing sensors, and to suppress an increase in equipment costs. Can do.
[0054]
  Claim3According to the gas turbine monitoring apparatus of the present invention, the influence factor detecting means includes the opening of the combustor bypass valve, the opening of the compressor inlet guide vane, the fuel flow rate, the generator output, the compressor outlet temperature, and the compressor outlet. Since at least one of the pressures is detected, the current operation state of the plant can be monitored using an existing sensor, and an increase in equipment cost can be suppressed.
[0055]
  According to the gas turbine monitoring apparatus of the fourth aspect of the present invention, the operating condition detecting means includes a plurality of operating condition detecting means, and the normal norm setting means obtains an average value from the measured values of the operating conditions detected by the operating condition detecting means, and calculates the average Find the deviation of the measured value of each operating state from the value, over a predetermined period, The occurrence frequency of the deviation from the measured value of the factor is obtained, and the graph showing the relationship between the measured value of the factor and the deviation displays the contour line of the occurrence frequency consisting of closed curves connecting the same occurrence frequency, and the range surrounded by the contour line As a normal normSet and evaluate meansFind the current deviation from the measured value of the current operating state detected by multiple operating state detection means,Normal normCurrent deviation againstBy displaying the contour line as the normal operation data of the gas turbine based on the accumulated operation state data over a predetermined period in the past, and displaying the measured value of the current operation state on the contour line of this normal operation data, The operation state of the plant can be displayed early and clearly, and the abnormality can be monitored.
[0056]
  According to the gas turbine monitoring apparatus of the fifth aspect of the present invention, the factor in the contour line is further increased.AnySet a healthy range for the frequency distribution of the measured values ofCurrent deviationSince the soundness evaluation means for evaluating soundness according to the presence / absence of the present is provided, the soundness of the current operation state of the plant can be determined early and reliably.
[0057]
  According to the gas turbine monitoring apparatus of the sixth aspect of the invention, the normal norm setting means determines the frequency of occurrence of the measurement value of the operating state with respect to the measurement value of the factor over a predetermined period in the past.Seeking, Factor measurementsAnd a graph showing the relationship between the measured value of the operating state and a closed curve connecting the same occurrence frequencyFrequency of occurrenceofcontourIs displayed, and the range surrounded by the contour lines is displayed.Normal normative dataAsThe evaluation means sets the frequency of occurrence of the measured value of the driving state relative to the measured value of the factor over the immediately preceding predetermined period.Seeking, Factor measurementsAnd a graph showing the relationship between the measured value of the operating state and a closed curve connecting the same occurrence frequencyFrequency of occurrenceofcontourIs displayed, and the range surrounded by the contour lines is displayed.Previous operation dataAsSince the soundness evaluation means for setting and comparing the distribution of the normal normative data and the immediately preceding operation data to evaluate the soundness is provided, by comparing the immediately preceding operation data of the gas turbine 11 and the past operation data, the gas The soundness of the operating state of the turbine can be determined with high accuracy.
[0058]
  According to the gas turbine monitoring apparatus of the seventh aspect of the present invention, the soundness evaluation means further includes a factor in a contour line of normal normative data.AnyOf the occurrence frequency distribution in the measured values and the factor in the contour line of the previous driving dataAnySince the deviation from the occurrence frequency distribution at the measured value is obtained and the soundness is evaluated according to the magnitude of the deviation between the occurrence frequency distributions, the soundness of the operating state of the gas turbine can be determined with high accuracy. .
[0060]
  Claim8According to the gas turbine monitoring apparatus of the present invention, since the communication means for transmitting and receiving various data is provided between the operating state detecting means, the normal norm setting means, and the evaluating means, a plurality of gas turbine power plants can be combined into one. Centralized management can be performed by the monitoring device, and management costs can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a contour diagram showing a temperature deviation of exhaust gas with respect to the opening of a combustor bypass valve.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a gas turbine power plant of the present embodiment.
FIG. 4 is a block diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a graph showing a distribution of temperature deviation of exhaust gas.
FIG. 6 is a block diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a temperature deviation distribution of exhaust gas.
FIG. 8 is a block diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing dispersion of predicted values with respect to measured values at exhaust gas temperature.
FIG. 10 is a block diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a graph showing a normal / abnormal region at an exhaust gas temperature.
FIG. 12 is a block configuration diagram showing a gas turbine monitoring apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
11 Gas turbine
12 Compressor
13 Combustor
14 Turbine
15 Generator
17 Entrance guide wing
18 Opening sensor
23 Temperature sensor
26 Bypass passage
27 Combustor bypass valve
28 Opening sensor (influencing factor detection means)
35, 36 Pressure sensor
40 Temperature sensor (operating state detection means)
41 NOx sensor
50 Plant data
51, 61, 71, 81, 91, 101 Monitoring device
52 Input means
53, 72, 73 database
54,75 Normal norm setting means
55,83 Evaluation means
59 Output means
62, 77, 92 Soundness evaluation means
74 Temperature deviation distribution setting means
82 Characteristics grasping means (normal norm setting means)
102, 103 Communication means

Claims

In a gas turbine that generates electricity by driving a turbine with hot gas generated by burning high-pressure fuel and air,
An operating state detecting means for detecting a measured value of an operating state affected by abnormal combustion of the gas turbine;
An influence factor detecting means for detecting a measured value of a factor having a high influence on the driving state;
Over a predetermined period, the occurrence frequency of the measurement value of the operating state with respect to the measurement value of the factor is obtained , and a closed curve connecting the same occurrence frequencies to a graph indicating the relationship between the measurement value of the factor and the measurement value of the operation state A normal norm setting means for displaying a contour line of the occurrence frequency consisting of , and setting a range surrounded by the contour line as a normal norm;
Before SL measurements of operating conditions of the gas turbine in operating condition detecting means currently detects, monitors the gas turbine, characterized in that it comprises an evaluation means for evaluating whether the abnormality by using the normal norms apparatus.

In claim 1,
The gas turbine monitoring device, wherein the operation state detecting means detects at least one of temperature, pressure, NOx concentration, and CO concentration of exhaust gas of the turbine.

In claim 1 or claim 2,
The influence factor detecting means detects at least one of the opening degree of the combustor bypass valve, the opening degree of the compressor inlet guide vane, the fuel flow rate, the generator output, the compressor outlet temperature, and the compressor outlet pressure. A gas turbine monitoring device.

In any one of claims 1 to 3,
A plurality of the operating state detection means,
The normal norm setting means obtains an average value from the measurement values of the operation state detected by the plurality of operation state detection means, obtains a deviation of the measurement value of each operation state from the average value, and over the predetermined period , The frequency of occurrence of the deviation with respect to the measured value is obtained, and a graph showing the relationship between the measured value of the factor and the deviation displays contour lines of the frequency of occurrence composed of closed curves connecting the same frequency of occurrence, and the range surrounded by the contour lines Is set as a normal norm ,
The evaluation means obtains the current deviation from the measured value of the current operation state detected by the plurality of operation state detection means, and displays the current deviation with respect to the normal norm . Monitoring device.

In claim 4,
Furthermore, said setting the healthy range frequency distribution at any measured value of the factor in the contour, with a health evaluation unit for evaluating the soundness according to the presence of the current of the deviation in該健entire range A gas turbine monitoring device.

In any one of claims 1 to 3,
The normal criterion setting means determines the frequency of occurrence of measured values of the operating conditions for the measurement of the factor over a predetermined past period, the graph showing the relationship between the measured value of the operating state and the measured value of said factor, Display the contour line of the frequency of occurrence consisting of closed curves connecting the same frequency of occurrence , set the range surrounded by the contour line as normal normative data,
The evaluation unit determines the frequency of occurrence of measured values of the operating conditions for the measurement of the factor over a predetermined period immediately before, the graph showing the relationship between the measured value of the operating state and the measured value of said factor, the same generation display contour of incidence consisting connecting it closed curve the frequency together, set the range in which the contour lines enclosing the immediately preceding operation data, to evaluate the soundness by comparing the distribution of the normal normative data and the straight before operation data A gas turbine monitoring apparatus comprising a soundness evaluation means.

In claim 6,
Furthermore, the health evaluation unit includes a frequency distribution in the arbitrary measured value of the factor and frequency distribution in the contour of the immediately preceding operating data at any of the measured values of the factors in the contour of the normal normative data The gas turbine monitoring device is characterized in that the deviation is calculated and the soundness is evaluated according to the magnitude of the deviation between the occurrence frequency distributions.

In any one of claims 1 to 7,
A gas turbine monitoring apparatus comprising: a communication unit that transmits and receives various data between the operating state detection unit, the normal reference setting unit, and the evaluation unit.