JPH045404A - 複合発電プラントとその過速防止方法及び装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明はガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた複
合発電プラントに係り、特に、過速を防止するに好適な
過速防止装置を備える複合発電プラントに関する。

［従来の技術］ 第３図は、複合発電プラントの系統図である。

この複合発電プラントは、ガスタービン１と空気圧縮機
２と蒸気タービン３と発電機４とが一軸に連結されてお
り、燃焼器５において燃焼された燃料は高温ガスとなり
ガスタービン１つまり軸全体を回転駆動する。燃焼に必
要な空気は空気圧縮機より供給され、また、要求出力等
に応じて燃料量が燃料流量調節弁６により制御される。

熱エネルギが回転エネルギに変換された後の排ガスは排
熱回収用ボイラ７に送られ、ここで給水との熱交換を行
い、蒸気を発生する。この蒸気は、蒸気タービン３に供
給されて蒸気タービン３を回転駆動する。前記給水は、
復水器８から復水ポンプ９により排熱回収用ボイラ７へ
送水され、低圧ドラム１０にて発生した蒸気は低圧蒸気
加減弁１１を介して蒸気タービン３の低圧段へ、高圧ド
ラム１２にて発生した蒸気は高圧蒸気加減弁１３を介し
て蒸気タービン４の高圧段へ夫々駆動用蒸気として供給
される。

このようにして得られたガスタービン１及び蒸気タービ
ン３の回転エネルギは１発電機４により電気エネルギに
変換され、所望の電力が得られる。

尚、１４．１５は高圧タービンバイパス弁、低圧タービ
ンバイパス弁である。

この複合発電プラントにおいて、発電機４の出力制御あ
るいは周波数（速度）制御は、燃料調節弁６と蒸気加減
弁１１．１３は開度制御により行われる。これに対し、
タービンバイパス弁１４．１５はプラント起動時にバイ
パス経路を形成するために用いられ、或いは、蒸気圧力
が異常に高くなったとき（通常は規定圧力の１０％程度
高）にプラント保護のために開放される。

ガスタービン１や蒸気タービン３等の回転体の保護を考
えた場合、最も考慮しなければならない点は過速防止で
ある。このため、従来から、第４図に示す保安装置が複
合発電プラントに設置されている。この保安装置は、法
律で設置が義務付けられているもので、回転体の速度（
回転数）が所定値以上になった時点で駆動力源となるガ
スタービン燃料及び蒸気タービン供給蒸気を遮断するよ
うに機能する。第４図の例では、蒸気タービンの回転数
が定格回転数の１１０％以上となり或いはガスタービン
の回転数が定格回転数の１１１％以上となったときに、
第３図の蒸気遮断弁１６．１７や蒸気加減弁１１．１３
、燃料遮断弁１８や燃料調節弁６を全開にする。

尚、従来技術に関連するものとして、例えば特開昭５７
−８３８２１号がある。

［発明が解決しようとする課題］ 第３図で説明した複合発電プラントは、ガスタ−ビン１
と蒸気タービン３により１つの発電機４を駆動する形式
のものであり、一般に一軸型と呼ばれる。これに対し、
複数のガスタービン排ガスにより一台のタービン発電機
を爵動する形式のものを多軸型という。このいずれの形
式の複合発電プラントであっても、総発電出力に対する
ガスタービン出力と蒸気タービン出力の貢献比率は、通
常、３対７或いは４対６程度である。このため、電力系
統の周波数を安定化させる目的で、或いは発電機出力制
御の目的で、燃料調節弁６のみを制御したときは、総発
電出力の３，４割しか緊急の出力・周波数制御に貢献で
きないことになる。燃料量を制御すれば、ガスタービン
排ガス量が変化し、排熱回収用ボイラ７の発生蒸気量が
変化し、この結果として蒸気タービン出力も変化するこ
とになるが、このプロセスでの発電機出力・周波数の応
動には数分以上の遅れ時間があり、出力・周波数制御を
緊急に行う場合には十分な効果が得られない。緊急の出
力・周波数制御に１０割貢献させるためには、蒸気加減
弁１１．１３も出力・周波数制御信号により操作する必
要がある。このため、上記の公知例では、出力・周波数
制御信号により燃料調節弁６の他に蒸気加減弁１３も操
作している。

しかるに、本発明者等の検討によると、蒸気圧力制御機
能を備えない上記の如き発電プラントでは、出力・周波
数制御信号により蒸気加減弁を操作したとしても、蒸気
タービンは電力系統の出力・周波数制御に十分に貢献で
きないことが判明した。

蒸気タービンに流入する蒸気量Ｆは、蒸気加減弁の前後
の圧力Ｐ１．Ｐ２の差と弁開度Ａとの積で定まり、発電
出力は蒸気量に比例するというように一般に理解されて
いるが、殆どの発電プラントの蒸気加減弁は、臨界状態
で使用されているために、蒸気加減弁の前圧Ｐ１と弁開
度Ａとの積で蒸気量が定まる。この関係は夫々次式（Ｌ
Ｌ　（２）で表される。

Ｆ＝Ａ・　（Ｐ□−ｐ　’−）　　　　　　　　・・・
（１）Ｆ＝Ａ−Ｐｌ　　　　　　　　　　　・・・（２
）第３図に示した複合発電プラントでの蒸気流量Ｆは（
２）式で求まり、且つ、蒸気加減弁の前圧Ｐ工が一定に
制御されるわけではないので、出力・周波数制御信号の
印加に対して次の様に応動する。

例えば、電力系統の電力供給過多により周波数が高くな
った場合、発電出力を低減して周波数を下げるべく蒸気
加減弁を絞ったとしても、前圧Ｐ工が上昇してしまい、
この結果、希望通りに蒸気流量Ｆを減少させることがで
きない。逆に、蒸気流量Ｆを増大させて周波数を回復さ
せるために蒸気加減弁を開いたときは、前圧Ｐユが低下
してしまい、蒸気流量Ｆを思い通りに増大させるとかで
きない。

これに対し、前圧Ｐ工が一定に保持されていれば、蒸気
加減弁の開度と蒸気流量Ｆとは比例的に増減し、良好な
制御を行い得ることになる。出力・周波数制御信号によ
り蒸気加減弁を制御するとき、同信号に連動してタービ
ンバイパス弁を逆方向に開閉することで、蒸気加減弁を
開閉したときの蒸気圧力の変動を抑制することができる
。従って、これにより十分な出力・周波数調整機能を発
揮することができ、特に系統単独発生時等の急激な出力
変化にも対応することが可能となる。

系統単独等が発生したときの系統需要の急激な低下に対
し、発電出力を絞り込もうという動作に多少の遅れが生
しることは、ある程度はやむを得ず、従って、系統単独
等が発生した場合の過速はある程度しかたのないものと
いえる。この過速の程度が大きくなれば、第４図に示す
保安装置が動作することになる。特に、系統需要が著し
く低下し、ガスタービン燃料がガスタービンの安定燃焼
上の最低負荷に相当する量まで絞り込まれたうえ、蒸気
加減弁も全閉している状態では、これ以上の駆動力抑制
が不可（調速能力無し）となり、この時点での需給アン
バランスが過速を増大せしめ、保安装置による回転体の
過速防止が必要となる。

しかし、保安装置による過速防止が図られるとはいえ、
明らかに過速状態に入ることが分かつている状況のもと
で、保安装置が動作するまで過速を静観していることは
、安全上好ましくない。換言すれば、調速能力が無くな
りそれでも過速しているということは、調速装置の故障
と路間−であリ、これを放置しておくことは、安全上問
題である。

本発明の目的は、従来の保安装置のみに頼るよりもより
安全な運転を可能にする複合発電プラントとその過速防
止方法及び装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記目的は、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該
ガスタービンの排熱により発生させた蒸気で駆動される
蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービ
ンの機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを
備える複合発電プラントにおいて、前記蒸気タービンへ
の供給蒸気が遮断された状態のもとで前記ガスタービン
への供給燃料の絞り込みが安定燃焼限度以下になったと
き該ガスタービンへの燃料供給を遮断することで、達成
される。

また、上記目的は、蒸気タービンへの供給蒸気が遮断さ
れた状態のもとで前記ガスタービンへの供給燃料の絞り
込みが安定燃焼限度以下になり且つ送電系統側に異常が
発生したとき該ガスタービンへの燃料供給を遮断するこ
とでも、達成される。

また、上記目的は、燃焼ガスで駆動されるガスタービン
と、該ガスタービンの排熱により発生させた蒸気で駆動
される蒸気タービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気
タービンの機械エネルギを電気エネルギに変換する発電
機と、前記ガスタービンまたは前記蒸気タービンの回転
速度が「定格速度十規定値」になったときにガスタービ
ンへの燃料供給及び蒸気タービンへの蒸気供給を遮断す
る保安装置とを備える複合発電プラントの過速防止装置
において、蒸気タービンへの蒸気供給が遮断された状態
で前記ガスタービンへの供給燃料の絞り込みが安定燃焼
限度以下になったとき前記保安装置が動作する前に該ガ
スタービンへの燃料供給を遮断することでも、達成され
る。

［作用］ 本発明では、蒸気タービンへの蒸気供給が遮断された状
態で且つ、ガスタービンの調速能力無しとなった場合、
つまり、明らかにガスタービンが過速していきそのまま
放っておくと保安装置が動作する状況となった場合、保
安装置が動作する前にガスタービンへの燃料供給を遮断
するので、より安全なプラント運転が可能となる。

口実施例コ 以下、本発明の好適な実施例を第１図及び第２図を参照
して説明する。

第１図は本発明の一実施例に係る複合発電プラントの設
けられる過速防止装置の制御構成図である。この複合発
電プラントに設けられる従来の保安装置は、蒸気タービ
ンの回転数が定格回転数の１１０％以上となり、或いは
、ガスタービンの回転数が定格回転数の１１１％以上に
なった場合、ガスタービンへの燃料供給を遮断すると共
に、蒸気タービンへの蒸気供給を遮断するようになって
いる。

この保安装置に対し、本実施例では、−点鎖線で囲む過
速防止装置を付加したことを特徴としている。つまり、
蒸気加減弁全開（蒸気遮断弁全閉でもよい）の条件が成
立し、且つ、ガスタービン或いは蒸気タービンの回転数
が定格回転数より規定値だけ高くなった場合に、ガスタ
ービンへの燃料供給を遮断するようにしている。この過
速防止装置は、保安装置の動作前に作動させる関係上、
前記規定値は、ガスタービンの定格回転数の１０％の値
より小さな値例えば定格回転数の５％の値としている。

ガスタービンへの燃料供給を遮断するには、燃料遮断弁
１８を全開にすると共に、燃料調節弁６も全開としても
よいが、従来の保安装置も別に設置しであるので、この
本実施例による過速防止装置では、燃料調節弁６のみを
全開とする。

回転体の速度制御は、ガスタービンの燃料調節弁の開度
制御と、蒸気タービンの蒸気加減弁の開度制御とで行う
が、前者の制御が直接的（燃料を絞れば、即、出力・速
度に効いてくる）なのに対し、後者の場合は排熱回収用
ボイラでの熱回収遅れがあり、この遅れをもって制御す
るため、補助的な色彩が濃い。従って、系統単独等が発
生したときに過速を防止するには、ガスタービンへの燃
料供給量制御を主体として行うが、燃料を絞りきれなく
なる状態（これ以上絞り込むと、ガスタービンの安定燃
焼上の最低負荷を割ってしまい、燃料量の調整可能領域
（燃料調節弁の弁開度調整可能領域）を逸脱してしまう
場合等）においては、蒸気加減弁も全開に制御される蓋
然性が高く、この場合には、事実上調速機能がなくなっ
たといえる（勿論、速度を上げる方向の調速制御は可能
である）。本実施例では、「蒸気加減弁が全開となった
」ことをもって調速不能と判定し、この時点において過
速している場合、つまり、定格回転数に対して例えば１
０５％の回転数となっている場合に、ガスタービンへの
燃料供給を遮断する。この実施例によれば、従来の保安
装置が動作する前に駆動源が断たれ、過速が防止される
。

第２図は、本発明の別実施例に係る過速防止装置の制御
構成図である。本実施例は、第１図の実施例の「調速能
力無しで過速している」という条件を更に確実に検知す
ることを目的とした実施例であり、蒸気加減弁全開検出
器やガスタービン過速検出器等の誤動作によるガスター
ビン燃料供給の誤遮断を防止するのに有効である。この
第２図の実施例では、第１図の実施例における条件に加
え以下の条件が全て成立したときガスタービンへの燃料
供給を遮断している。尚、保安装置の構成については第
１＠と同様である。

条件１ニガスタービンまたは蒸気タービンの速度上昇率
が所定値（例えば定格回転数の。。

３％／５ｅｅ）以上ある。過速しているとはいえ、過速
の上昇程度が小さいならば、保安装置を動作させるまで
には至らないと考えられるためである。

条件２：燃料調節弁６の弁開度が所定弁開度γ％（例え
ば４０，０％）以下となる。燃料調節弁の調整能力無し
つまり供給燃料の絞り込みが安定燃焼限度以下になり供
給燃料の絞り込みが調整可能領域を逸脱したことを確実
に検出するためである。

条件３：送電系統側に異常が発生していること。

「調ｍ能力無しで過速している現象ゴが系統単独等が発
生したことに起因しているのであれば、この条件３を付
加することで、より確実な過速防止となる。

本実施例では、第１図の実施例における２つの条件に加
え、条件１〜条件３を付加することで、「調整能力無し
で過速している」ことを確実に検出している。しかし、
この３つの条件のうち１つのみを第１図の実施例に追加
するだけでもよいことはいうまでもない。

尚、本発明は、−軸型の複合発電プラントに限らず、多
軸型の複合発電プラントにも同様に適用できることはい
うまでもない。

［発明の効果］ 本発明によれば、調速能力が無く且つ過速しており放っ
ておくと保安装置が動作してしまうような状況のもとで
、保安装置の動作前にガスタービンの駆動源を遮断する
ことができるので、プラント運転の安全性を高めること
が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る過速防止装置の制御構
成図、第２図は本発明の別実施例に係る過速防止装置の
制御構成図、第３図は一軸型の複合発電プラントの構成
図、第４図は保安装置の制御構成図である。 １・・ガスタービン、３・・・蒸気タービン、４・・発
電機、Ｓ・・・燃焼器、６・・・燃料調節弁、７・・・
排熱回収用ボイラ、１１・・・低圧蒸気加減弁、１３・
・・高圧蒸気加減弁、１６．１７・・・蒸気遮断弁、１
８・・燃料遮断弁。 代理人　弁理士　　秋　本　正　実 第 図 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを備える複
   合発電プラントにおいて、前記蒸気タービンへの供給蒸
   気が遮断された状態のもとで前記ガスタービンへの供給
   燃料の絞り込みが安定燃焼限度以下になったとき該ガス
   タービンへの燃料供給を遮断する過速防止装置を備える
   ことを特徴とする複合発電プラント。 ２、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを備える複
   合発電プラントにおいて、前記蒸気タービンへの供給蒸
   気が遮断された状態のもとで前記ガスタービンへの供給
   燃料の絞り込みが安定燃焼限度以下になり且つ送電系統
   側に異常が発生したとき該ガスタービンへの燃料供給を
   遮断する過速防止装置を備えることを特徴とする複合発
   電プラント。 ３、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを備える複
   合発電プラントにおいて、前記蒸気タービンへの供給蒸
   気が遮断された状態のもとで前記ガスタービンへの供給
   燃料の絞り込みが調整可能領域を逸脱したとき該ガスタ
   ービンへの燃料供給を遮断する過速防止装置を備えるこ
   とを特徴とする複合発電プラント。 ４、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを備える複
   合発電プラントにおいて、前記蒸気タービンへの供給蒸
   気が遮断された状態のもとで前記ガスタービンへの燃料
   の絞り込みが調整可能領域を逸脱し且つ送電系統側に異
   常が発生したとき該ガスタービンへの燃料供給を遮断す
   る過速防止装置を備えることを特徴とする複合発電プラ
   ント。 ５、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前記ガス
   タービンまたは前記蒸気タービンの回転速度が「定格速
   度＋ａ」になったときにガスタービンへの燃料供給及び
   蒸気タービンへの蒸気供給を遮断する保安装置とを備え
   る複合発電プラントにおいて、蒸気タービンへの蒸気供
   給が遮断された状態でガスタービンの回転数が「定格速
   度＋ｂ（ここで、０＜ｂ＜ａ）」になったとき該ガスタ
   ービンへの燃料供給を遮断する過速防止装置を備えるこ
   とを特徴とする複合発電プラント。 ６、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前記ガス
   タービンまたは前記蒸気タービンの回転速度が「定格速
   度＋ａ」になったときにガスタービンへの燃料供給及び
   蒸気タービンへの蒸気供給を遮断する保安装置とを備え
   る複合発電プラントにおいて、蒸気タービンへの蒸気供
   給が遮断された状態で送電系統側に異常が発生し且つガ
   スタービンの回転数が「定格速度＋ｂ（ここで、０＜ｂ
   ＜ａ）」になったとき該ガスタービンへの燃料供給を遮
   断する過速防止装置を備えることを特徴とする複合発電
   プラント。 ７、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前記ガス
   タービンまたは前記蒸気タービンの回転速度が「定格速
   度＋規定値」になったときにガスタービンへの燃料供給
   及び蒸気タービンへの蒸気供給を遮断する保安装置とを
   備える複合発電プラントにおいて、蒸気タービンへの蒸
   気供給が遮断された状態で前記ガスタービンへの供給燃
   料の絞り込みが安定燃焼限度以下になったとき前記保安
   装置が動作する前に該ガスタービンへの燃料供給を遮断
   する過速防止装置を備えることを特徴とする複合発電プ
   ラント。 ８、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを備える複
   合発電プラントの過速防止装置において、前記蒸気ター
   ビンへの供給蒸気が遮断された状態のもとで前記ガスタ
   ービンへの供給燃料の絞り込みが安定燃焼限度以下にな
   ったとき該ガスタービンへの燃料供給を遮断する手段を
   備えることを特徴とする過速防止装置。 ９、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスター
   ビンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気ター
   ビンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機械
   エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前記ガス
   タービンまたは前記蒸気タービンの回転速度が「定格速
   度＋規定値」になったときにガスタービンへの燃料供給
   及び蒸気タービンへの蒸気供給を遮断する保安装置とを
   備える複合発電プラントの過速防止装置において、蒸気
   タービンへの蒸気供給が遮断された状態で前記ガスター
   ビンへの供給燃料の絞り込みが安定燃焼限度以下になっ
   たとき前記保安装置が動作する前に該ガスタービンへの
   燃料供給を遮断する手段を備えることを特徴とする過速
   防止装置。 １０、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスタ
   ービンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気タ
   ービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機
   械エネルギを電気エネルギに変換する発電機とを備える
   複合発電プラントの過速防止方法において、少なくとも
   、前記蒸気タービンへの供給蒸気が遮断された状態のも
   とで前記ガスタービンへの供給燃料の絞り込みが安定燃
   焼限度以下になったとき該ガスタービンへの燃料供給を
   遮断することを特徴とする過速防止方法。 １１、燃焼ガスで駆動されるガスタービンと、該ガスタ
   ービンの排熱により発生させた蒸気で駆動される蒸気タ
   ービンと、前記ガスタービン及び前記蒸気タービンの機
   械エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前記ガ
   スタービンまたは前記蒸気タービンの回転速度が「定格
   速度＋規定値」になったときにガスタービンへの燃料供
   給及び蒸気タービンへの蒸気供給を遮断する保安装置と
   を備える複合発電プラントの過速防止装置において、蒸
   気タービンへの蒸気供給が遮断された状態で前記ガスタ
   ービンへの供給燃料の絞り込みが安定燃焼限度以下にな
   ったとき前記保安装置が動作する前に該ガスタービンへ
   の燃料供給を遮断することを特徴とする過速防止方法。