JPH0951696A - ガスタービン用起動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】稼動率の少ない設備を小規模にし、コスト低
減、ならびに省スペースによるレイアウトの簡素化を行
えるガスタービン用起動装置を得ることにある。 【課題解決手段】発電機１０に可変周波数電源を与えて
起動用電動機としてガスタービンを起動させるガスター
ビン用起動装置において、発電機しゃ断器または、負荷
開閉器を有するガスタービン発電設備の主変圧器低圧巻
線と負荷開閉器の間より主回路を分岐して設けられてい
る励磁変圧器を負荷時タップ切換器付３巻線変圧器と
し、２巻線の１つを励磁変圧器、残りの１つを静止形起
動装置の入力変圧器としたことを特徴としたガスタービ
ン用起動装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン発電設
備、またはガスタービンと蒸気タービンを組み合わせた
コンバインドサイクル発電設備の起動に用いるガスター
ビン用起動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種従来のガスタービン用起動装置の
一例として図６のように、主変しゃ断器１、主変圧器
２、励磁変圧器４Ａ、電動開閉器５、サイリスタ整流器
６、界磁しゃ断器７、静止形起動装置８、電動断路器
９、発電機（Ｇ）１０、界磁巻線１１、電動断路器１
２、母線１３ａとしゃ断器１３ｂ，１３ｃを有する起動
装置用所内配開装置（所内電源装置）１３、始動用励磁
変圧器１４、入力変圧器１５から構成されている。

【０００３】プラント起動時に発電機１０を可変速電動
機として使用するため、ガスタービン用起動装置では、
起動装置用所内配開装置１３からの交流電圧を入力用変
圧器１５により所定電圧に変成して可変周波数電源を構
成する静止形起動装置８に電源が供給される。

【０００４】静止形起動装置８より発生した交流電力が
電動断路器９を通して発電機１０に供給される。発電機
１０はターニング速度（数回転）からガスタービン自立
速度（定格速度の８０〜９０％）まで同期電動機として
回転上昇される。

【０００５】また、同期電動機として使用するために必
要な界磁電流は、所内配開装置１３からの交流電力は、
始動用（起動用）励磁変圧器１４、手動開閉器（Ａ）５
を通じてサイリスタ整流器６で直流に変換され、発電機
１０の界磁巻線１１に供給される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来のガス
タービン用起動装置においては、以下の問題点がある。 （１）所内配開装置１３、入力変圧器１５、静止形起動
装置８、始動用励磁変圧器１４、手動断路器（Ａ）５に
より構成されるガスタービン用起動装置は、構成が複雑
である。

【０００７】（２）（１）のシステムはプラント起動時
のみ使用で稼動率が低い割に設備が大型で設置スペース
が大きく、かつ設備費等が高い。 （３）（１）に示す全ての機器接続するためのケーブル
やバスダクトの現地工事が大変である。

【０００８】（４）ガスタービン起動時には、静止形起
動装置８はしゃ断器１３ｂ，１３ｃが閉じていて母線１
３ａに接続されているため、静止形起動装置８から所内
系統へ高調波が流出することがあり、この高調波によっ
て所内機器に悪影響が生ずる。

【０００９】このため本発明では、稼動率の少ない設備
を小規模にし、コスト低減、ならびに省スペースによる
レイアウトの簡素化が図れ、また所内系統への高調波流
出がなくなり、高調波による所内機器への悪影響を取り
除くことができるガスタービン用起動装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１に対応する発明は、電力系統の電圧を降圧
する主変圧器およびガスタービンの起動時開放する発電
機しゃ断器または負荷開閉器ならびに発電機を有するガ
スタービン発電設備と、前記主変圧器の低圧巻線と前記
発電機しゃ断器または負荷開閉器の間より主回路を分岐
して一次巻線が接続され、二次巻線を２つ有する負荷時
タップ切換器付三巻線変圧器と、この負荷時タップ切換
器付三巻線変圧器の二次巻線の１つを励磁巻線用とし、
この出力電力を整流して前記発電機の界磁巻線に直流を
供給する整流器と、この整流器と前記界磁巻線の間に接
続され、前記ガスタービン発電設備の起動完了後閉路す
る界磁開閉器と、前記負荷時タップ切換器付三巻線変圧
器の二次巻線の他の１つを起動装置用とし、前記発電機
と前記発電機しゃ断器または負荷開閉器の間に断路器を
介して接続され、前記電力系統からの電力を可変周波数
電力に変換し前記発電機に供給する静止形起動装置と、
この静止形起動装置と前記三巻線変圧器の起動装置用の
二次巻線の間に接続され、前記ガスタービン発電設備の
起動時閉路し、起動完了後開路する開閉器と、を具備し
たガスタービン用起動装置である。

【００１１】請求項１に対応する発明によれば、発電機
の励磁用変圧器として負荷時タップ切換器付三巻線変圧
器を設置し、二次巻線をそれぞれ励磁巻線用と、起動装
置用とすることにより、励磁電圧の異なる始動用励磁変
圧器を削除でき、かつ３巻線とすることで静止形起動装
置の入力変圧器の単独設置が不要となり、ガスタービン
用起動装置を簡素化できる。

【００１２】前記目的を達成するため、請求項２に対応
する発明は、前記負荷時タップ切換器付三巻線励磁変圧
器、静止形起動装置、前記整流器、前記界磁開閉器、前
記開閉器、前記断路器を含め同一容器内に収納した請求
項１記載のガスタービン用起動装置である。

【００１３】請求項２に対応する発明によれば、請求項
１の作用に加えて、屋外設置も可能になり、現地据付工
程の短縮化が可能になる。前記目的を達成するため、請
求項３に対応する発明は、タービン発電機の起動時、発
電所非常用所内配開装置から切り離される起動装置用所
内配開装置に非常用発電機開閉器を介して非常用発電機
を接続し、前記起動装置用所内配開装置に前記非常用発
電機の電力を可変周波数電力に変換する静止形起動装置
を接続し、この静止形起動装置に開閉器を介してタービ
ン発電機を接続し、このタービン発電機の起動時前記非
常用発電機により得られる電力を、前記非常用発電機開
閉器、開閉器を閉路した状態で前記静止形起動装置に供
給し、ここで得られる可変周波数電力により前記タービ
ン発電機を起動するようにしたガスタービン用起動装置
である。

【００１４】請求項３に対応する発明によれば、静止形
起動装置への入力電源を各プラントに必ず設置される非
常用発電機から供給することとし、起動装置運転中は非
常用所内配開装置からは切り離すようにしたので、所内
系統への高調波の流出がなくなり、高調波による所内機
器への悪影響を取り除くことができる。

【００１５】前記目的を達成するため、請求項４に対応
する発明は、発電所非常用所内配開装置から切り離され
た起動装置用所内配開装置に、静止形起動装置用発電機
を接続し、前記起動装置用所内配開装置に静止形起動装
置用開閉器を介して可変周波数電力に変換する静止形起
動装置を接続し、この静止形起動装置に開閉器を介して
タービン発電機を接続し、このタービン発電機の起動時
前記静止形起動装置用発電機により得られる電力を、前
記静止形起動装置用開閉器、開閉器を閉路した状態で前
記静止形起動装置に供給し、ここで得られる可変周波数
電力により前記タービン発電機を起動するようにしたガ
スタービン用起動装置である。請求項４に対応する発明
によれば、静止形起動装置用発電機を設置することによ
り、系統への高調波流出を防止することができ、入力変
圧器が不要になる。

【００１６】

【発明の実施の形態】

＜第１の実施の形態＞ （構成）図１に示すように、主変しゃ断器１、主変圧器
２、負荷開閉器３、負荷時タップ切換器付三巻線変圧器
４、電動開閉器（Ａ）５、サイリスタ整流器６、界磁し
ゃ断器７、静止形起動装置８、電動断路器９、発電機
（Ｇ）１０、界磁巻線１１から構成されている。

【００１７】励磁変圧器４としては、負荷時タップ切換
器付三巻線変圧器を使用し、この二次巻線のうちの一つ
を励磁巻線用とし、サイリスタ整流器６、界磁しゃ断器
７を介して界磁巻線１１に接続し、二次巻線のうちの残
り一つを起動装置用とし、手動開閉器５を介して順変換
器と逆変換器を有する静止形起動装置８に接続し、静止
形起動装置８の出力側を電動断路器９を介して発電機１
０と負荷開閉器３の接続点に接続し、負荷開閉器３の他
端を主変圧器２、主変しゃ断器１を介して交流系統母線
３０に接続してある。

【００１８】負荷時タップ切換器は、ガスタービン起動
時にはタップを始動用位置にし、またガスタービン起動
完了時にはタップを通常運転位置にセットすることによ
り、該当する電圧となるように構成されている。

【００１９】（作用）以上のように構成された第１の実
施の形態の作用効果について説明する。すなわち、ガス
タービン用起動時は負荷開閉器３を開放して主変しゃ断
器１、主変圧器２、励磁変圧器４、電動開閉器５、静止
形起動装置８、電動断路器９を介し、発電機１０に電源
を供給する。

【００２０】この場合、励磁変圧器４の界磁巻線１１の
タップを始動用位置としサイリスタ整流器６、界磁しゃ
断器７を介して発電機１０の界磁巻線１１を励磁するこ
とにより発電機１０を同期電動機として加速する。

【００２１】そして、ガスタービン起動完了後は、静止
形起動装置８を停止させ電動開閉器５を開放、電動断路
器９を開放、サイリスタ整流器６を停止し、励磁変圧器
４の界磁回路巻線のタップを通常運転電圧位置としサイ
リスタ整流器６を再点弧することにより、発電機１０は
通常の同期発電機として運転に入ることになる。

【００２２】（効果）第１の実施の形態により、従来必
要としていた静止形起動装置用所内配開装置１３、入力
変圧器１５、起動用（始動用）励磁変圧器１４、電動開
閉器（Ｂ）１２と各機器間の接続ケーブルまたは密閉母
線が削除できるため、レイアウトが簡素化でき、システ
ム全体の設備費低減も可能とできる。

【００２３】＜第２の実施の形態＞図２に示すように、
同一容器１６ａ内に図１に示す負荷時タップ切換器付三
巻線変圧器４、サイリスタ整流器６、界磁しゃ断器７、
電動開閉器１２を収納すると共に、容器１６ａに主回路
母線接続座１７、励磁バスダクト座１８、ケーブル接続
座１９を取り付け、パッケージ形起動装置１６を構成し
たものである。

【００２４】このようにパッケージ形起動装置１６を構
成することにより、省スペース化が図れるので、建屋ス
ペースの狭い複合発電プラントには最適である。複合発
電プラントの場合、建屋スペースが狭いため主母線引廻
しも大変である。さらに、パッケージ形起動装置１６
は、図３に示すように屋外設置も可能となり現地据付工
程の短縮化も図れる。

【００２５】図３において、屋内に設置される発電機１
０はタービン発電機基礎台２１の上に載置固定され、発
電機１０には負荷開閉器３、主回路母線２０を介して屋
外側に設置されている主変圧器２に電気的に接続されて
いる。主回路母線２０の屋外側に分岐するようにパッケ
ージ形起動装置１６を介して所内変圧器２２が接続され
ている。

【００２６】＜第３の実施の形態＞ （構成）図４に示すように、起動装置用所内配開装置連
絡用しゃ断器２６を有する発電所非常用所内配開装置２
３から切り離された非常用発電機しゃ断器２７を有する
起動装置用所内配開装置１３に、図示しない始動用励磁
変圧器（始動用ＥｘＴｒ）を接続する。この起動装置用
所内配開装置１３は非常用所内配開装置２３と連絡し、
非常用発電機（Ｄ／Ｇ）２５から図１に示すようなガス
タービン起動装置に電源が供給されるようになってい
る。また、所内配開装置１３に図１と同様な構成の静止
形起動装置（ＬＣＩ）８と、電動断路器９を介して複数
（ここでは３個）の発電機（Ｇ１，Ｇ２，Ｇ３）１０を
起動できるようになっている。

【００２７】（作用）ガスタービン起動時は非常用所内
配開装置連絡用しゃ断器２６を開放し、非常用発電機２
５を起動する。非常用発電機２５の電圧確立後非常用発
電機用しゃ断器２７を投入し、起動装置用所内配開装置
１３を介し静止形起動装置８へ電源を供給し発電機１０
を起動させる。

【００２８】ガスタービン起動完了後は静止形起動装置
８を停止し、電動断路器９を開放する。その後非常用発
電機用しゃ断器２７を開放し、非常用発電機２５を停止
させる。

【００２９】（効果）第３の実施の形態によれば、ガス
タービン起動時は静止形起動装置８の電源が系統側と切
り離されるため、発電所から系統側へ高調波が流出して
しまうことが無く質の高い電源を供給することができ
る。

【００３０】また、静止形起動装置８の出力端を電動断
路器９の投入により他の発電機用主回路母線に接続する
ことにより、ガスタービン用起動装置から他のガスター
ビン発電機も起動させることが可能となる。

【００３１】但し、軸起動中に他軸で非常用電源が必要
な時は、軸起動を中止し、所内系統を救援する。 ＜第４の実施の形態＞ （構成）図５に示すように、起動装置用しゃ断器２９、
始動用励磁変圧器しゃ断器３０、ユニット連絡用しゃ断
器３１を有する起動装置用所内配開装置１３に、静止形
起動装置用発電機（ＤＧ）２８を接続する。起動装置用
所内配開装置１３の始動用励磁変圧器しゃ断器３０に、
図示しない始動用励磁変圧器（始動用ＥｘＴｒ）を接続
し、起動装置用しゃ断器２９に図１と同様な構成の静止
形起動装置８を接続する。静止形起動装置８には、複数
（ここでは３個）の電動断路器９をそれぞれ介してガス
タービン発電機１０を起動できるように構成する。さら
に起動装置用所内配開装置１３のユニット連絡用しゃ断
器３１は、所内配開装置連絡用しゃ断器３３を有するユ
ニット用所内配開装置３２と連絡する。

【００３２】（作用）以上のように構成された第４の実
施の形態において、ガスタービン発電機１０を起動する
には、ユニット連絡用しゃ断器３１を切とし、起動装置
用発電機２８を起動する。その後、始動用励磁変圧器し
ゃ断器３０、起動装置用しゃ断器２９、電動断路器９を
投入し、ガスタービン発電機１０を起動する。

【００３３】ガスタービン発電機１０の起動完了後は静
止形起動装置８を停止し、電動断路器９、静止形起動装
置用しゃ断器２９、始動用励磁変圧器しゃ断器３０を開
放する。その後ユニット連絡用しゃ断器３１を投入し、
静止形起動装置用発電機２８からユニット用所内配開装
置３２へ電源を供給し、ガスタービン発電機１０の所内
負担率を低減させる。

【００３４】（効果）第４の実施の形態によれば、停電
時（ブラックアウト）スタートが可能となるとともにガ
スタービン起動時には静止形起動装置８と系統が切り離
されるため、高調波の流出を防ぐことができる。また、
ガスタービン発電機１０の起動終了後は静止形起動装置
用発電機２８からユニット用所内配開装置３２へ電源を
供給するため、ガスタービン発電機１０の所内負担率を
低減することができる。

【００３５】＜変形例＞本発明は、以上述べた実施の形
態に限定されず、以下のように変形してもよい。例えば
図１の負荷開閉器３の代りに起動装置の起動時に開放す
る発電機しゃ断器としたり、サイリタ整流器６をダイオ
ード整流器にしてもよく、電動断路器９を手動断路器の
ごとき開閉器としたり、手動断路器５を電動断路器のご
とき開閉器としてもよい。また以上述べた実施の形態に
よれば、設置スペースの削減が図れることにより多軸形
コンバインドサイクルへの適用も可能となる。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、稼動率の少ない設備を
小規模にし、コスト低減、ならびに省スペースによるレ
イアウトの簡素化が図れ、また所内系統への高調波流出
がなくなり、高調波による所内機器への悪影響を取り除
くことができるガスタービン用起動装置を提供すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガスタービン用起動装置の第１の実施
の形態の構成図。

【図２】本発明のガスタービン用起動装置の第２の実施
の形態の要部のみを示す構成図。

【図３】図２のガスタービン用起動装置を実際に使用し
た例を示す構成図。

【図４】本発明のガスタービン用起動装置の第３の実施
の形態の構成図。

【図５】本発明のガスタービン用起動装置の第４の実施
の形態の構成図。

【図６】従来のガスタービン用起動装置の一例の構成
図。

【符号の説明】

１…主変しゃ断器 ２…主変圧器 ３…負荷開閉器 ４…励磁変圧器 ５…電動断路器（Ａ） ６…サイリスタ整流器 ７…界磁しゃ断器 ８…静止形起動装置 ＬＣＩ…ガスタービン用起動装置 ９…電動断路器 １０…発電機 １１…界磁巻線 １２…電動断路器（Ｂ） １３…所内配開装置 １４…始動用励磁変圧器 １５…入力変圧器 １６…容器 １７…主回路母線接続座（ＰＳＢ） １８…励磁バスダクト座 １９…ケーブル接続座 ２０…主回路母線 ２１…タービン発電機基礎台 ２２…所内変圧器 ２３…非常用所内配開装置 ２４…共通所内配開装置 ２５…非常用発電機 ２６…起動装置用連絡しゃ断器 ２７…非常用発電機しゃ断器 ２８…起動装置用発電機 ２９…静止形起動装置用しゃ断器 ３０…始動用励磁変圧器用しゃ断器 ３１…ユニット連絡用しゃ断器 ３２…ユニット用所内配開装置

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電力系統の電圧を降圧する主変圧器およ
   びガスタービンの起動時開放する発電機しゃ断器または
   負荷開閉器ならびに発電機を有するガスタービン発電設
   備と、 前記主変圧器の低圧巻線と前記発電機しゃ断器または負
   荷開閉器の間より主回路を分岐して一次巻線が接続さ
   れ、二次巻線を２つ有する負荷時タップ切換器付三巻線
   変圧器と、 この負荷時タップ切換器付三巻線変圧器の二次巻線の１
   つを励磁巻線用とし、この出力電力を整流して前記発電
   機の界磁巻線に直流を供給する整流器と、 この整流器と前記界磁巻線の間に接続され、前記ガスタ
   ービン発電設備の起動完了後閉路する界磁開閉器と、 前記負荷時タップ切換器付三巻線変圧器の二次巻線の他
   の１つを起動装置用とし、前記発電機と前記発電機しゃ
   断器または負荷開閉器の間に断路器を介して接続され、
   前記電力系統からの電力を可変周波数電力に変換し前記
   発電機に供給する静止形起動装置と、 この静止形起動装置と前記三巻線変圧器の起動装置用の
   二次巻線の間に接続され、前記ガスタービン発電設備の
   起動時閉路し、起動完了後開路する開閉器と、 を具備したことを特徴としたガスタービン用起動装置。
2. 【請求項２】 前記負荷時タップ切換器付三巻線励磁変
   圧器、静止形起動装置、前記整流器、前記界磁開閉器、
   前記開閉器、前記断路器を含め同一容器内に収納したこ
   とを特徴とした請求項１記載のガスタービン用起動装
   置。
3. 【請求項３】 タービン発電機の起動時、発電所非常用
   所内配開装置から切り離される起動装置用所内配開装置
   に非常用発電機開閉器を介して非常用発電機を接続し、
   前記起動装置用所内配開装置に前記非常用発電機の電力
   を可変周波数電力に変換する静止形起動装置を接続し、
   この静止形起動装置に開閉器を介してタービン発電機を
   接続し、このタービン発電機の起動時前記非常用発電機
   により得られる電力を、前記非常用発電機開閉器、開閉
   器を閉路した状態で前記静止形起動装置に供給し、ここ
   で得られる可変周波数電力により前記タービン発電機を
   起動するようにしたことを特徴とするガスタービン用起
   動装置。
4. 【請求項４】 発電所非常用所内配開装置から切り離さ
   れた起動装置用所内配開装置に、静止形起動装置用発電
   機を接続し、前記起動装置用所内配開装置に静止形起動
   装置用開閉器を介して可変周波数電力に変換する静止形
   起動装置を接続し、この静止形起動装置に開閉器を介し
   てタービン発電機を接続し、このタービン発電機の起動
   時前記静止形起動装置用発電機により得られる電力を、
   前記静止形起動装置用開閉器、開閉器を閉路した状態で
   前記静止形起動装置に供給し、ここで得られる可変周波
   数電力により前記タービン発電機を起動するようにした
   ことを特徴とするガスタービン用起動装置。