JPH0429600A - ガスタービン発電機の起動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明はガスタービン発電機の起動装置に関する。

（従来の技術） 一般に、ガスタービン発電機１０は第２図に示すように
ガスタービン１１、空気圧縮機１２および発電機１３が
機械的に連結され、ガスタービン１１の回転力により発
電機１３を回転させ、この発電機１３から電力を供給す
るものである。

空気圧縮機１２により圧縮された圧縮空気と燃焼供給装
置（図示せず）から供給された燃料が燃焼器１４で燃焼
させられ、この燃焼により得られた高温燃焼ガスがガス
タービン１１に送られる。

そして、その高温燃焼ガスをガスタービン１１内で彫版
させることにより回転駆動させる。

このガスタービン発電機１０では、燃焼器１４において
高温燃焼ガスを発生させるためには、空気圧縮機１２か
ら必要最小限の空気量を送り込まなければならない。そ
のため、ガスタービン１１の起動時には、空気圧縮機１
３を所定の速度で回転させる必要がある。

一方、ガスタービン１１は、起動時の低回転域では反抗
トルクがあるため、高温燃焼ガスの彫版だけではガスタ
ービン１１の自立回転ができず、これを何等かの方法で
回転させる必要がある。

そこで、この種のガスタービン発電機の起動には、通常
、発電機１３を電動機としてガスタービン１１と空気圧
縮機１３とを回転させる方法が採用されている。そのた
め、このガスタービン発電機１０には母線１５に変圧器
１６を介して交直変換器１７が接続されている。この交
直変換器１７はＳＣＲ等の制御整流素子１８ａ、１８ｂ
％リアクトル１９等より構成され、商用交流電源を可変
周波数の電力に変換させるものである。

この交直変換器１７の電力は遮断器２０を介して発電機
１３に送られ、発電機１３が電動機として駆動させられ
る。

この発電機１３には電機子巻線１３ａ、界磁巻線１３ｂ
等が設けられ、電機子巻線１３ａには交直変換器１７が
接続され、界磁巻線１３ｂには可変直流電源２１を有す
る励磁装置２２か接続されている。この界磁巻線１３ｂ
には励磁装置２２からの制御界磁電流が供給され、電機
子巻線１３ａが交直変換器１７からの可変周波数の電力
を受けると、その周波数、電力に応じて発電機１３が電
動機として低速から高速に回転させられ、ガスタービン
１１、空気圧縮機１２を回転させる。

このようにして、ガスタービン１１および空気圧縮機１
２が電動機により所定回転数Ｎ１に達するまで回転させ
られ、燃焼器１４が空気圧縮機１２から所定の圧縮空気
を受けるようになると、燃焼器１４が着火させられる。

このガスタービン１１の回転速度が上昇され定格回転速
度の６７％（Ｎ２）になると、ガスタービン１１は燃焼
ガスにより自立運転が行なわれるようになる。その結果
、可変交直変換器１７から発電機１３に供給する電力が
いらなくなる。

この発電機１３の回生時期は、ガスタービン１１の回転
速度により決まるので、この回転速度を速度検出器（図
示せず）により検出し、ガスタービン１１の回転速度が
この回転速度に達したら遮断器２０を開き交直変換器１
７からの電力の供給を遮断する。

この回転速度は通常定格回転速度の６７％で可能である
が、安全運転のため少し余裕をもって普通は定格回転速
度の７０％で行われている。

これらの運転特性を第３図により説明する。

すなわち、横軸をガスタービン等の回転速度Ｎ１縦軸を
トルクＴとすると、ガスタービン１１が発電機１３によ
り次第に加速され、反抗トルクτｇも次第に増大する。

速度Ｎ１で燃焼器１４が着火され、ガスタービン１１が
燃焼ガスを受けはしめると反抗トルクτｇも次第に減少
する。ガスタービン１１が速度Ｎ２になると自立運転が
可能となる。

一方、発電機１３の出力トルクτｍは、ガスタービン１
１が一定の加速比率で昇速されるため、反抗トルクτｇ
とは一定のトルク差をもったちのとなる。このトルク差
がガスタービン１１を回転させる加速エネルギーＥｇと
なる。この出力トルクτｍは自立運転可能な回転速度Ｎ
２ててｍｏと少なくなり、この回転速度Ｎ２を少し越え
た回転速度Ｎ３て零になる。この回転速度Ｎ３て遮断器
２０が解放され交直変換器１７から発電機１３に供給さ
れる電力が遮断される。

（発明か解決しようとする課題） 上述のように発電機に電力の供給遮断を行う遮断器の解
放操作は、ガスタービンが自立運転可能な回転速度を検
出器により検出し、ガスタービンがその回転速度になっ
たときに遮断される。しかし、ガスタービンの回転速度
と反抗トルクとは燃焼ガスにより得られる燃焼ガスの温
度により左右されるため、通常、この回転速度と反抗ト
ルクが変動し、ガスタービンの自立運転可能な回転速度
も変動する。そのため、設定回転速度により遮断器の解
放操作を行うようにしたものでは、ガスタービンにまだ
反抗トルクτｇが存在中に行われ、最悪の場合にはガス
タービンの回転を停止させたリすることがある。これを
回避するため、遮断器の解放操作は自立運転可能な回転
速度よりやや大きな値で行われ、電力の切り替え操作か
適切になされない等の問題があった。

本発明は、上記の問題を解決するためにガスタービンの
自立運転可能な回転速度を正確に捕らえ、交直変換器の
開閉操作を適格に行うようにしたガスタービン発電機の
起動装置を得るにある。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、ガスタービンに連結される空気圧縮機からの
圧縮空気と燃料とを燃焼させ、ガスタービンを駆動させ
るガスタービン発電機の起動装置であって、起動時にこ
の発電機の電機子巻線に電流を供給し、ガスタービンを
駆動させ所定の回転速度まで上昇させる交直変換器と、
前記発電機の電機子巻線の有効電力の方向を検出する電
力継電器と、この電力継電器が有効電力の極性の変化を
検出したとき前記交直変換器から発電機の電機子巻線へ
の電流供給を切離す遮断器を設けたものである。

（作　用） ガスタービンの起動時には発電機か交直変換器からの電
力を受けて電動機としてガスタービンを駆動する。この
ガスタービンが電動機により所定の速度にされ必要最小
限以上の空気量が確保できる状態で燃焼器か燃焼され、
その燃焼ガスかガスタービンに供給され、燃焼ガスによ
りガスタービンが回転される。このガスタービンが、さ
らに、高速になり自立可能な速度になると電動機はガス
タービンからの動力を受は発電機として運転され、その
電力が母線側に供給される。この電力の方向変化が電力
継電器により検出され、交直変換器の遮断器が遮断され
る。その後、電力遮断器が閉しられ発電機から母線に電
力が供給される。

（実施例） 以下、本発明のガスタービン発電機の起動装置の一実施
例を第１図について説明する。

この第１図におけるガスタービン発電機の起動装置３０
は基本的には第２図で説明した従来のガスタービン発電
機の起動装置１０とほぼ同様であるので同一部分は同一
符号を付し詳細な説明は省略する。

遮断器２０と発電機１３の電機子巻線との間のには電圧
変成器３２と電流変成器３３を介して電力継電器３４が
接続され、電機子巻線に流れる有効電力の方向が電力継
電器３４により検出される。

この電力継電器３４は電機子巻線に生しる電圧を電圧変
成器３２により検出し、電機子巻線に流れる電流を電流
変成器３３により検出し、この双方の値から交直変換器
１７から発電機１３に供給されている有効電力であるが
発電機１３がら母線側に流れる有効電力であるかを検出
し、発電機１３から母線側に流れる有効電力が検出され
ると、上記電力継電器３４からの信号によって遮断器２
０が解放されるようになる。

このようにしたガスタービン発電機の起動装置３０ては
発電機１３が交直変換器１７から可変電力を受けて電動
機として運転され、ガスタービン１１、空気圧縮機１２
が回転される。このガスタービン１１の回転速度かＮ１
になると燃焼器］４か燃焼させられ、自立運転可能な回
転速度Ｎ２まて加速される。

この速度Ｎ２になると、ガスタービン１１は燃焼器１４
の燃焼ガスにより自立運転可能になるので、発電機１３
からガスタービン１１に与えられる機械力がいらなくな
る。そのため、交直変換器１７から発電機１３に供給さ
れる電力が零となる。

さらにガスタービン１１か加速され速度がＮ３に近くな
ると、ガスタービン１１の機械力が発電機１３に与えら
れ発電機１３から母線側に有効電力を供給を行うように
なる。この電力はガスタビン１１の速度により定まる。

これらの有効電力の変化すなわち交直変換器１７から発
電機１３に対する有効電力の供給と、発電機１３から母
線側に有効電力を供給とが電力継電器３４により検出さ
れ、電力が零すなわち自立運転可能な回転速度Ｎ２にな
るとき遮断器２゜が解放させられる。この遮断器２ｏの
解放後、電圧、位相等を調整を行ってがら電力遮断器２
３が閉しられ、発電機１３から母線１５に電力か供給さ
れる。

したかって、この電力継電器３４を採用すると、ガスタ
ービン１１の反抗トルクが零になる状態が正確に検出さ
れるとともにこの状態で遮断器２０の開閉かできるから
交直変換器１７の切り替えを円滑に行うことができる。

なお、本発明ガスタービン発電機の起動装置は、複数の
ガスタービン発電機から構成され自立運転速度が各自異
なるコンバインドサイクルの起動に特に有効である。こ
の場合、１つの電力継電器を各ガスタービン発電機毎に
切り替えて使用するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

本発明ガスタービン発電機の起動装置は、発電機を電動
機としてガスタービンを回転駆動し、ガスタービンが所
定の回転速度に達したら電動機を発電機にしたものにお
いて、発電機に供給される有効電力と発電機から発生す
る有効電力とを電力継電器により検出し、この検出の変
化により可変交直変換器から発電機に供給される有効電
力を遮断するようにしたから、ガスタービンの自立運転
速度を確実に検知することができ、電力の切り替えを円
滑に行うことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ガスタービン発電機の起動装置のブロッ
ク線図、第２図は従来のガスタービン発電機の起動装置
のブロック線図、第３図は一般に使用されているガスタ
ービン発電機の起動特性を示す説明図である。 １０．３０・・・ガスタービン発電機の起動装置、１１
・・・ガスタービン、１２・・・空気圧縮機、１３・・
・発電機、１４・・・燃焼器、１５・・・母線、１６・
・・変圧器、１７・・・交直変換器、１８ａ、１８ｂ・
・・制御整流素子、１９・・・リアクトル、２０・・・
遮断器、２１・・・可変電源、２２・・・励磁装置、２
３・・・電力用遮断器、３２・・電圧変成器、３３・・
・電流変成器、３４・・・電力継電器。 出願人代理人　　佐　　藤　　−雄

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ガスタービンに連結される空気圧縮機からの圧縮空気と
   燃料とを燃焼させ、ガスタービンを駆動させるガスター
   ビン発電機の起動装置であって、起動時にこの発電機の
   電機子巻線に電流を供給し、ガスタービンを駆動させ所
   定の回転速度まで上昇させる交直変換器と、前記発電機
   の電機子巻線の有効電力の方向を検出する電力継電器と
   、この電力継電器が有効電力の極性の変化を検出したと
   き前記交直変換器から発電機の電機子巻線への電流供給
   を切離す遮断器とを具備することを特徴とするガスター
   ビン発電機の起動装置。