JPH0241261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は系統事故発生時に発電プラントを所内
単独運転に移行させ、事故復旧後は系統に再併入
させる発電プラントの運転・制御方法に関する。

〔発明の技術的背景〕

最近の火力発電プラントにおいては、送電系統
に事故があつた場合に事故が復旧するまでの間、
系統から分離し且つボイラを消火することなく、
発電機の負荷を所内負荷だけをもつた状態で運転
を継続する機能を備えたものが多くなつてきてい
る。これは、系統事故復旧後、直ちに発電プラン
トを系統に併入し、負荷上昇して電力の早期安定
供給をはかるためであり、一般にはこのような機
能をFCB（Fast Cut Back）と呼んでいる。この
FCB運転の実施によつて、系統の復旧を待つて
迅速な供給力の回復、発電プラント再起動にあた
つての運転操作の簡略化など電力供給信頼性の向
上に大きく寄与しているが、運転面、設備面で更
に改善が望まれているのが現状況である。

第１図はそのようなFCB運転を行う火力発電
プラントの従来例を示したもので、給水ポンプ１
によつて送り出される水は、高圧ヒータ２によつ
て加熱された後、節炭器３を経て高温高圧の水と
なつて蒸発器４へ送り込まれる。一方、燃料タン
ク５の燃料は燃料ポンプ６により、燃料調節弁７
を経て蒸発器４へ送られ、同時に、大気よりエア
フアン８によつて吸引され、エアヒータ９で加熱
されたのち、空気流量調節弁１０を経てやはり蒸
発器４へ送り込まれる空気と一緒になつて燃焼
し、高温高圧の水を蒸発させる。火炉における燃
焼状態は、燃料調節弁７、空気流量調節弁１０を
制御することにより安全状態が保たれる。この燃
料流量あるいは空気流量の制御は、図示せぬプラ
ント系括制御装置（以下、APCと言う）によつ
て行われる。蒸発器４で発生した蒸気は、過熱器
１１によつて過熱され、高圧タービン１２、中圧
タービン１３、低圧タービン１４を駆動し、ター
ビンに直結されている発電機１５を回して電気を
発生させる。タービンの排気となつた低温、低圧
の蒸気は復水器１６で凝縮されて水となり、復水
ポンプ１７により低圧ヒータ１８を経て給水ポン
プ１へ送られる。

APCはプラント全体を統括制御するもので、
プラント運転時、目標発電量（負荷）が与えられ
ることにより、発電機１５の負荷上昇／降下を制
御する。この場合、発電機１５の負荷は高圧ター
ビン１２に単位時間当りに流入する蒸気の流量に
よつてかわるが、この蒸気流量は高圧タービン１
２の入口にある蒸気加減弁によつてコントロール
される。APCはこの蒸気加減弁の開度を目標負
荷に対して調節・制御することによつて発電機１
５の負荷を制御することができる。また、APC
は前記蒸気加減弁を操作することにより変化する
蒸気流量に見合う分の給水流量燃料流量を変化さ
せ、蒸気圧力を然るべき値に制御する機能を有し
ている。即ち、タービンに流入する蒸気が増加す
れば、蒸発器４における蒸発量を増加させるため
に燃料投入量を増加させると共に、給水流量を増
加させる。また、燃料流量を増加させる場合に
は、火炉の燃焼を最適に保つため空気流量を増加
させなければならないが、この操作もAPCによ
つて行われる。

第２図は第１図の発電プラントにおける所内電
気系統をブロツク図的に示したものである。送電
系統２０と発電所内は開閉所のしや断器２１を介
してつながれている。発電機１５で発生する電力
は主変圧器２２、主しや断器２３、所内送電系統
側母線２４を経由して送電系統２０に送られる。
所内用電力は所内母線２５から供給されるが、こ
れは切換装置２６を介して発電プラント起動時は
しや断器２７、起動変圧器２８を経て所内送電系
統側母線２４から、また、プラント起動後は所内
変圧器２９を通して発電機１５から供給される。

さて、系統事故により発電プラントが系統から
切離れる時は主しや断器２３が開となるが、この
場合、発電機１５の出力は瞬間的に起動変圧器２
８のもつ所内負荷まで低下する。APCはこの状
態を検知して、必要目標負荷に応じて燃料、空
気、給水などボイラ入力の急速な絞り込みを行つ
て所内単独運転に移行することになる。この絞り
込み動作は相互の協調をとりつつ急速に行うが失
敗した場合にはプラントのもつボイラ保護インタ
ロツクが動作し、ボイラ、タービンをトリツプさ
せ、プラントとして危険な状態に陥ることを回避
する。この一連の動作を第３図に示す。

先ず、１のステツプで系統事故が発生すると、
発電機負荷を所内負荷へ絞り込む動作が開始され
る。系統の事故が発電所内に波及することを防ぐ
ための送電線保護リレーの動作、主変しや断器開
の動作が発生すると共に、負荷急減に対してはタ
ービンの蒸気加減弁を急開し、高圧タービンへ流
入する蒸気量を抑える。また、中圧タービンへ供
給される蒸気は、中圧タービン入口の再熱蒸気阻
止弁（RSV）、中間阻止弁（ICV）を閉すること
によつてしや断され、タービンの速度上昇を抑え
るよう動作する。更に、ステツプ３では負荷急減
に伴つてボイラ入口を絞り込み、負荷に見合う発
生蒸気量となるようAPCが働く。火炉の燃焼に
関しては、蒸気量を小なくし且つボイラの圧力上
昇を抑えるため、燃料の投入量を減少させる。燃
料投入量減に伴いバーナ油圧が低下するため、バ
ーナを消火していき必要なバーナ本数のみをを残
す。また、燃料減により空気流量過剰となること
を防ぐため、空気の供給を絞り込む。以上の動作
によつて急減した発電機負荷（所内負荷のみ）に
対応した蒸気圧力を保持すると共に、火炉内の安
定燃焼が維持される。しかし、急激な過渡変化に
よつて上述のような制御動作では蒸気圧力制御が
追従できない場合は、圧力上昇を抑えるためボイ
ラ圧力逃し弁を危急的に操作する。一方、ボイラ
へ供給する給水については、やはり急減した発電
機負荷に見合う量迄絞り込む。ボイラへ水を供給
する給水ポンプは、一般の火力発電プラントで
は、モータ駆動の給水ペンプ（以下、Ｍ−BFP
と言う）１台とタービン駆動の給水ポンプ（以
下、Ｔ−BFPと言う）２台とを備え、通常の負
荷運転中においては２台のＴ−BFPで給水する。
Ｔ−BFPは一般には蒸気源として自プラントの
発生蒸気を使うので、プラントの起動時にはＭ−
BFPで給水する。Ｍ−BFPとＴ−BFPの切換え
は、通常発電機負荷20％前後で行つているが、
FCB発生時には発電機負荷は所内負荷のみ（定
格の５％程度）となるためＴ−BFPを停止し、
Ｍ−BFPを起動する操作を行い、最小の給水流
量を確保するように操作される。ステツプ３の動
作が正常に行われ、ステツプ４におけるボイラ保
護インタロツク動作を働かせる必要がない場合に
は、FCB成功として所内単独運転を続行し、系
統事故回復を待つ待機の状態（ステツプ５）に入
る。ステツプ４において、FCB発生時の制御動
作（ステツプ３）が不調に終り、再熱器（RH）
保護のために必要な量まで燃料を絞り込めなかつ
た場合、バーナ油圧を規定値以下まで下げること
ができなかつた場合、燃料量と空気量のバランス
がとれず安定燃焼を確保できなかつた場合、ボイ
ラの空焚きを防止するための最小給水流量を確保
できなかつた場合、そして更に、給水の絞り込
み、燃料の絞り込みが充分に行われなかつた結果
としてタービンへ供給される蒸気圧力が規定値を
越える迄に昇圧してしまつた場合等の状態になつ
た場合、FCB失敗としてボイラ、タービンをト
リツプし、プラントを停止した状態で系統事故の
回復を待つ。系統事故の回復が成ると、ステツプ
６でプラントの再起動に入る。FCBが成功して
所内単独運転で待機していた場合には、再起動操
作として、主変しや断器を投入し、系統への再併
入、負荷上昇を行う。一方、FCBが失敗した場
合は、再起動操作としてボイラの炉心パージから
始まつて給水ポンプの起動、ボイラの点火、ター
ビン起動、発電機の励磁等の一連のプラント立上
げ操作を事故発生後のプラント起動として再併入
操作の前に行う必要がある。

〔背景技術の問題点〕

以上、従来の火力発電プラントにおける系統事
故発生時のFCB運転について述べたが、この
FCB運転には、次のような問題がある。

(a) 高負荷運転からのFCBは、燃料絞り込み遅
れにより、再熱器保護インタロツクが作動して
FCB失敗し、ユニツトトリツプに至る場合が
ある。

(b) 所内単独運転時間が長くなる上、蒸気温度が
変化し、タービンロータの熱応力が大きくな
る。

(c) 給水流量を急激に減少するため制御が困難と
なり、給水流量低により、プラントトリツプに
至る場合がある。

(d) 事故後の復旧は社会的影響を考慮すると迅速
に行われなければならないので、特にFCB失
敗時には復旧操作などが必要となり、短時間に
再発電するために運転員に負坦がかかる。

〔発明の目的〕

本発明は、系統事故発生時において、確実に所
内単独運転に移行できると共に、事故復旧後、迅
速且つ容易に系統へ再併入できる発電プラントの
運転・制御方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

このため、本発明は発電プラントを複数の発電
ユニツトで構成する。この発電ユニツトは圧縮
機、ガスタービン、発電機、スチームタービンの
各軸を互いに連結し、燃焼機から発生するガスで
ガスタービンを回転させ、その排熱を利用してス
チームタービンを回転させて発電を行う発電ユニ
ツトである。そして各発電ユニツトの各発電機か
ら発生する電力は共通の主変圧器、主しや断機を
経由して電力系統へ送電し、その電力系統に事故
が発生した場合は、前記主しや断機開放後、前記
発電ユニツトのうち、所内負荷に見合う値の電力
を発生するための発電ユニツトを残して他の発電
ユニツトはトリツプさせ、残りの発電ユニツトで
所内単独運転に移行させるようにしたことを特徴
とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明を第４図および第５図に示す実施
例を参照して説明する。

第４図は本発明の一実施例に係る発電プラント
の所内電気系統図を示したものである。図中、第
２図と同一符号は同一又は相当部分を示し、第２
図と異なる点は発電プラントをｎ台の発電ユニツ
トで構成し、各発電ユニツトの発電機４０を各発
電ユニツト毎にもつ変圧機４１、しや断機４２を
経由し、主変圧機２２および所内変圧機２９に接
続した点である。

第５図はその発電ユニツトのシステム構成例を
示したもので、これは圧縮機５０、ガスタービン
５１、発電機４０、スチームタービン５２の各軸
を互いに連結し、燃焼器５３から発生するガスで
ガスタービン５１を回転させると同時に、その排
熱を利用してガスタービン排熱回収ボイラ５４で
復水器５５からの水を蒸気に変え、その蒸気でス
チームタービン５２を回転させ、発電機４０より
電力を発生させるシステムである。

このように、第５図に示す発電ユニツトをｎ台
用い、各発電ユニツトの発電機４０を第４図に示
すように一括して所内送電系統側母線２４に接続
し、一つの発電プラントを構成する。そして、そ
の所内送電系統母線２４に事故が発生した場合
は、電力系統への電力供給は不能となり、すなわ
ち、電力供給することは不必要であるから、発電
プラント全体の出力を少なくしなければならな
い。そこで、たとえば、１台を残して他はトリツ
プさせ、その１台の発電出力を調節して所内負荷
分の負荷電力だけを出すようにする。例えば今、
発電プラントの定格容量を1000MWとし、発電ユ
ニツト８台で構成されているとすれば、定格負荷
運転時、各発電ユニツトが分坦する定格電力は
125MWとなり、結局各発電ユニツトの最大容量
は125MWあればよいことになる。このプラント
を定格1000MWで運転中、系統に事故が発生し、
所内単独運転へ移行する場合には、先ず主しや断
器２３を開として系統から分離し、且つ８台の発
電ユニツトのうち７台はトリツプさせる。一方、
所内負荷は、通常発電プラント定格容量の５％程
度であり、50MWになるので、残る１台を
125MWから50MW迄負荷急激に追従させ、系統
事故の復旧まで所内負荷をもたすようにする。負
荷急激に対しては、第５図の燃焼器５３で発生す
る燃焼ガスのガスタービン５１への流入量を絞り
込む。そのために、ガスタービン入口のガス制御
弁をFCB発生で一気に絞り込み、またそれに応
じて、圧縮機５０から燃焼５３に供給する空気流
量の絞り込み操作を行う。燃焼ガスの絞り込みに
対し、燃焼器５３の圧力を規定値以上にしないよ
うにするため燃料も絞り込み、安定した燃焼状態
を維持させる。このように、FCB発生時、１台
の発電ユニツトで必要な所内負荷を維持するため
に、目標負荷を急速に下げて発電機出力を追従さ
せるためにはガスタービンの燃料流量を急速に絞
り込み、また必要であれば蒸気タービン側は一旦
蒸気加減弁を全閉にしてタービンの出力を減少さ
せる。

この場合、所内負荷は前述したように50MWで
あり、これは１台の発電ユニツトから見れば40％
に相当する。また所内負荷が125MWをこえる場
合は、２台の発電ユニツトを残し、それぞれに所
内負荷を分担させる。

従つて、FCB発生時の燃焼ガス、燃料、空気
流量の絞り込みは、従来の火力発電プラントの場
合は100％から５％への絞り込みだつたのに対し、
本実施例の発電プラントの場合は100％から40％
の絞り込みで済み、絞り込みスパンが大巾に狭く
なる。また、このときの操作は従来の火力発電プ
ラントに比べて単純で他のプロセス量との協調も
少なく、ガス、燃料、空気の追従性も良くFCB
成功の確率が極めて高くなる。

また、従来火力プラントにおいては制御対象と
して蒸気（流量、圧力）、燃料、空気、給水と多
岐に亘り、且つ給水の絞り込み時の給水流量の追
従性が特に悪く、従つて急激な給水減撹作時の給
水流量のアンダシユートがFCB失敗の最大要因
であつたが、本実施例の発電プラントでは燃焼ガ
ス（流量、圧力）、燃焼、空気のみで従来の給水
に相当するフアクターが無く制御が容易となる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、系統事故発生
時、発電プラントを確実に所内単独運転に移行さ
せることができると共に、これにより事故復旧後
の系統への再併入も迅速かつ簡単に行うことがで
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来タイプの火力発電プラントのシス
テム構成図、第２図は従来タイプの火力発電プラ
ントの所内電気系統図、第３図は従来タイプの火
力発電プラントのFCB運転説明図、第４図は本
発明の一実施例に係わる発電プラントの所内電気
系統図、第５図はその発電ユニツトの１つを示す
ブロツク図である。 ２０……送電系統、２１，２７，４２……しや
断器、２２……主変圧器、主しや断器、２４……
所内送電系統側母線、２５……所内母線、２６…
…切換装置、２８……起動変圧器、２９……所内
変圧器、４０……発電器、４１……変圧器、５０
……圧縮機、５１……ガスタービン、５２……ス
チームタービン、５３……燃焼器、５１……ガス
タービン排熱回収ボイラ、５５……復水器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 圧縮機、ガスタービン、発電機、スチームタ
   ービンの各軸を互いに連結し、燃焼器から発生す
   るガスでガスタービンを回転させる一方、その排
   熱を利用してスチームタービンを回転させるよう
   にした発電プラントを複数台設けて成る発電プラ
   ントの前記各発電ユニツトの発電機から発生する
   電力は共通の主変圧器、主しや断器を経由して電
   力系統へ送電するようにしたものにあつて、前記
   電力系統への電力供給が不要になつた場合は、前
   記主しや断器開放後、前記発電ユニツトのうち所
   内負荷に見合う発電出力を出すに必要なものだけ
   残して他はトリツプさせ、これによつて発電プラ
   ントを所内単独運転に移行させるようにしたこと
   を特徴とする発電プラントの運転・制御方法。