JPH11324723A

JPH11324723A - タービン起動方法，タービン起動装置及び発電プラント

Info

Publication number: JPH11324723A
Application number: JP12706398A
Authority: JP
Inventors: Masateru Imai; 正輝今井
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-11-26

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、タービン起動用又は回転機械
駆動用の電動機そのものの始動電流を所望値より低下す
ることにある。【解決手段】上記課題を解決するために、本発明は、起
動用電動機６１に機械的に連結されたポニーモータ５１
を始動して、前記ポニーモータの動力を利用して前記起
動用電動機を昇速し、その後前記起動用電動機へ駆動用
電流を供給し、その後前記起動用電動機とタービン１と
をトルクコンバータ７１を介して機械的に連結して、前
記タービンを回転させ、これにより前記タービンを起動
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動機を用いて機
械的にタービンを起動（回転開始から自立回転に至るま
で）するタービン起動方法，タービン起動装置及び発電
プラント、並びに電動機により駆動する回転機械を起動
（回転開始から定格回転に至るまで）する発電プラント
に係り、特に、火力発電所等の商業発電用として使用さ
れる大容量のガスタービンを起動するタービン起動方
法，タービン起動装置及び発電プラント、並びに給水ポ
ンプ，復水ポンプ，押込空気ファンを起動する発電プラ
ントに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のタービンの起動方法として、特開
昭55−114847号公報やIGTI−Vol.5,1990 ASME Cogen−T
urbor Book No.I00302-1990, “TORQUE CONVERTER USE
D ASGAS TURBINE STARTING DEVICE−STAGE OF DEVELOPM
ENT AND PARAMETERS”には、起動用電動機を起動してか
ら、トルクコンバータを介して起動用電動機の動力をタ
ービンロータに伝達し、ガスタービンを起動する方法が
記載されている。

【０００３】しかしながら、近年の火力発電所等の商業
発電用として使用されるガスタービン発電プラントは、
大容量化（高出力化）している。かかる大容量のガスタ
ービンを起動するには、その容量に見合った大容量（例
えば、火力発電所の定格運転時に要している所内電源容
量と同等から５倍以上の容量）の起動用電動機が必要と
なる。一方、起動用電動機として三相誘導電動機（例え
ば、かご形電動機等）を使用する場合、三相誘導電動機
の始動時（回転開始時）には定格電流の５〜７倍の電流
（始動電流）が流れる。よって、この起動用電動機の始
動電流が、殆どの発電所での所内電源設備（蓄電池，バ
ッテリー電源，送電線，遮断器等）の設計に大きく影響
し、その始動電流が大きい程、大容量の所内電源設備が
必要となる。

【０００４】起動用電動機の設計にあたり、起動用電動
機の始動電流を小さくすると、起動用電動機の停動トル
クが低くなるため、電圧変動や負荷トルク変動に弱くな
る。かかる点を考慮した従来の技術として、特開昭54−
62412号公報や特開平7−34903 号公報には、大型の起動
用電動機（スタータ）を複数個の電動機に分散して、そ
れら複数個の電動機を並列に配置し、一部の電動機を始
動してタービンを回転開始し、その後残りの電動機を始
動してタービンを定格回転数まで昇速するタービン起動
方法が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記特
開昭54−62412号公報や特開平7−34903 号公報に記載の
タービン起動方法では、先行始動した一部の電動機を運
転継続しながら、残りの電動機を始動していくため、全
電動機の定格電流の合計値（タービンを起動するに必要
な電動機の定格電流の合計値）に相当するまでその一部
の電動機の始動電流を低下させようとすると、５〜１０
台の電動機が必要となる。また、複数の電動機を機械的
に連結するための連結装置（歯車装置，連結ギヤ）も必
要となる。つまり、特開昭54−62412号公報や特開平7−
34903 号公報には、大型の起動用電動機そのものの始動
電流を低下させることは記載されていない。このよう
に、多数の電動機や連結装置が必要となると、タービン
起動装置が複雑となり、タービン起動に対する信頼性が
低下する。つまり、複数の電動機の一つが故障するとタ
ービンを起動できなくなったり、連結装置が故障すると
タービンを起動できなくなってしまう。

【０００６】本発明の目的は、タービン起動用又は回転
機械駆動用の電動機そのものの始動電流を所望値より低
下したタービン起動方法，タービン起動装置及び発電プ
ラントを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のタービン起動方法は、起動用電動機の昇速
に先立って、前記起動用電動機に機械的に連結されて前
記起動用電動機よりも小容量の電動機を始動し、前記小
容量の電動機の動力により前記起動用電動機を昇速し、
その後前記起動用電動機へ駆動用電流を供給開始し、そ
の後前記起動用電動機と前記タービンとを機械的に連結
し、前記タービンを回転させて前記タービンを起動す
る。

【０００８】又は、上記目的を達成するために、本発明
のタービン起動装置は、タービンに連結された起動用電
動機を駆動して前記タービンを起動するものであって、
起動用電動機に直列に連結されて前記起動用電動機より
も小容量の電動機と、前記起動用電動機の始動に先立っ
て前記小容量の電動機を始動して前記起動用電動機を昇
速させる制御装置とを有する。

【０００９】又は、上記目的を達成するために、本発明
のタービン起動装置は、タービンに連結された流体伝動
装置と、前記流体伝動装置に連結された起動用電動機
と、前記起動用電動機へその駆動用電流を供給する電源
装置と、前記起動用電動機に機械的に連結されて、前記
起動用電動機を昇速する昇速装置とを有する。

【００１０】又は、上記目的を達成するために、本発明
のタービン起動装置は、タービンに連結された流体伝動
装置と、前記流体伝動装置に連結された起動用電動機
と、前記起動用電動機へその駆動用電流を供給する電源
装置と、前記起動用電動機に直列に連結されて前記起動
用電動機よりも小容量の電動機とを有する。さらに、前
記電源装置は、前記起動用電動機へその駆動用電流を供
給するに先立って前記小容量の電動機へその駆動用電流
を供給する。

【００１１】又は、上記目的を達成するために、本発明
のタービン起動装置は、タービンに連結された流体伝動
装置と、前記流体伝動装置に連結された起動用電動機
と、前記起動用電動機へその駆動用電流を供給する電源
装置と、前記起動用電動機に直列に連結されて前記起動
用電動機よりも小容量の電動機と、前記起動用電動機が
所定の回転速度又周波数に到達したことを検知し、前記
電源装置から前記起動用電動機へその駆動電流を供給開
始して前記起動用電動機を始動させる制御装置とを有す
る。

【００１２】又は、上記目的を達成するために、本発明
の発電プラントは、空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮
機で圧縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生
する燃焼器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆
動するタービンと、前記タービンに連結されて発電する
タービン発電機と、前記タービンを起動する起動用電動
機と、前記起動用電動機に機械的に連結されて、前記起
動用電動機を昇速する昇速装置とを有する。

【００１３】又は、上記目的を達成するために、本発明
の発電プラントは、蒸気を発生する蒸気発生装置と、前
記蒸気発生装置で発生した蒸気により駆動するタービン
と、前記タービンに連結されて発電するタービン発電機
と、前記蒸気発生装置へ供給する給水を昇圧するポンプ
と、前記ポンプを駆動する駆動用電動機と、前記駆動用
電動機に機械的に連結されて、前記起動用電動機を昇速
する昇速装置とを有する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１５】図１に、本発明のタービン起動装置の機械
構成図を示す。図２に、本発明のタービン起動方法のフ
ロー図を示す。図中、１は燃焼ガスにより駆動するター
ビン、６は機械動力を電力に変換するタービン発電機、
８はタービンロータ、９は制御装置、１１はトルクコン
バータへ供給する潤滑油を昇圧する潤滑油ポンプ、１５
はトルクコンバータへ供給する潤滑油を貯留する潤滑油
タンク、１８はトルクコンバータへ供給する潤滑油を冷
却する潤滑油冷却器、２１は潤滑油ポンプを駆動する潤
滑油ポンプ用電動機、２２は潤滑油ポンプ用電動機用開
閉器、５１は起動用電動機に機械的かつ直列に連結され
て起動用電動機を昇速するポニーモータ（起動用電動機
よりも小容量の電動機）、５２はポニーモータ用開閉
器、５５は小容量補機用所内電源母線、５６はポニーモ
ータへ供給する駆動用電流の周波数を変更する制止形周
波数電圧変換装置（以下、「ＡＶＡＦ」と称す。）、６
１はタービンを起動する起動用電動機、６２は起動用電
動機用開閉器、６５は大容量補機用所内電源母線、７１
はトルクコンバータ、７２はトルクコンバータ７１へ供
給する動作油の流量を調節する注入弁、７３はトルクコ
ンバータ７１から排出される動作油を遮断する排出弁、
８１はメタクラ、８２はタービン発電機で発生した電力
を遮断する遮断器、８３はタービン発電機で発生した電
力を変電所用に昇圧する主変圧器、８４はタービン発電
機で発生した電力を発電所の通常運転時に必要な所内電
力用に降圧する所内変圧器、８５は変電所からの電力を
発電所の運転を開始又は停止するときに必要な所内電力
用に降圧する共通変圧器を示す。

【００１６】タービン１（Ｔｂ）とタービン発電機６
（Ｇ）とを、タービンロータ８により、機械的に直列に
連結する。また、タービンロータ８に、トルクコンバー
タ７１（ＴＣ）を連結する。つまり、トルクコンバータ
７１は、タービンロータ８を介して、タービン１に連結
されている。トルクコンバータ７１（ＴＣ）の位置は、
図１に示すようにタービン発電機６側のタービンロータ
の一端でもよいし、逆にタービン１側のタービンロータ
の一端でもよい。そして、トルクコンバータ７１に、起
動用電動機６１（ＳｔＭ）を機械的に直列に連結する。
起動用電動機６１としては、三相誘導電動機、特に、構
造が簡単で取扱も容易であるかご形電動機が好ましい。
また、起動用電動機６１に、ポニーモータ５１（ＰＭ）
を機械的に直列に連結する。尚、ポニーモータ５１の位
置は、トルクコンバータ７１と起動用電動機６１との間
でもよい。また、ポニーモータ５１の容量は、起動用電
動機６１の容量の数％程度でよい。

【００１７】起動用電動機６１には、起動用電動機用開
閉器６２を介して、大容量補機用所内電源母線６５を電
気的に接続する。また、ポニーモータ５１には、AVAF56
及びポニーモータ用開閉器５２を介して、小容量補機用
所内電源母線５５を電気的に接続する。そして、タービ
ン発電機６の起動前即ち遮断器８２が開状態の間は、タ
ービン発電機６を電源として使用できないため、変電所
（他系統）からの電流を、共通変圧器８５を介してメタ
クラに導入し、小容量補機用所内電源母線５５及び大容
量補機用所内電源母線６５に供給する。又は、蓄電池や
バッテリ電源からの電流を、メタクラに導入し、小容量
補機用所内電源母線５５及び大容量補機用所内電源母線
６５に供給してもよい。

【００１８】そして、制御装置９は、潤滑油ポンプ用電
動機用開閉器２２を開閉制御して潤滑油ポンプ用電動機
２１を始動・停止し、ポニーモータ用開閉器５２を開閉
制御してポニーモータ５１を始動・停止し、ポニーモー
タ５１又は／及び起動用電動機６１の回転数又は回転速
度又は周波数に基づいて起動用電動機用開閉器６２を開
閉制御して起動用電動機６１を始動・停止し、また、遮
断器８２を開閉制御してタービン発電機６で発生した電
力を出力する。また、制御装置９は、注入弁７２及び排
出弁７３を制御して、トルクコンバータ７１に供給する
動作油を調節し、また、AVAF56を制御してポニーモータ
５１へ供給する駆動用電流の周波数を変更する。

【００１９】以下、本発明のタービン起動方法を説明す
る。

【００２０】プラントの停止時（タービン１の回転静止
時、但しタービン１のターニング運転を含む）には、動
作油が排油された状態にてトルクコンバータ７１が停止
している。

【００２１】先ず、ポニーモータ５１を始動する。即
ち、ポニーモータ用開閉器５２を投入し、小容量補機用
所内電源母線５５からの電源を生かし、ポニーモータ５
１に駆動用電流を供給開始する。また、AVAF56により、
ポニーモータ５１へ供給する駆動用電流の周波数を変更
することにより、ポニーモータ５１の回転速度を変更す
る。そして、起動用電動機６１の始動に先立って、即ち
起動用電動機６１へ駆動用電流を未供給状態で、即ち起
動用電動機用開閉器６２を開状態のまま、ポニーモータ
５１の動力を利用して、起動用電動機６１を昇速する。

【００２２】次に、起動用電動機６１を始動する。即
ち、起動用電動機６１が所定の回転数又は所定の回転速
度又は所定の周波数（例えば、同期回転速度付近）に到
達した後に、起動用電動機用開閉器６２を投入し、起動
用電動機６１へ駆動用電流を供給してを起動用電動機６
１を始動する。この時、起動用電動機６１は、その始動
電流域を超えた無負荷に近い領域にて投入すると、発電
所等で多用されている直入れ方式の始動電流に比べ、大
幅に低い所望値の電流（例えば、起動用電動機６１の定
格電流よりも低い所望値の電流）しか流れず、所内電源
系統への影響が大幅に低減される。

【００２３】尚、一般的には、三相誘導電動機の励磁突
入は、同期回転速度より若干高い回転速度、即ちやや三
相誘導発電機運転側にて投入すると、特に始動電流が急
速に減衰する傾向がある。よって、起動用電動機６１
（起動用電動機６１とポニーモータ５１とが連結されて
回転しているのでポニーモータ５１でもよい。）が、同
期回転速度より若干高い回転速度になったときに、駆動
用電流を供給して始動するのが好ましい。また、これを
考慮してAVAF56の周波数変更制御をするとよい。また、
ポニーモータ５１と起動用電動機６１の双方を電源に接
続したままだと相互干渉の恐れがあるので、起動用電動
機６１の励磁突入電流が減衰した後に、ポニーモータ用
開閉器５２を開して、ポニーモータ５１への電流供給を
停止する方が好ましい。

【００２４】そして、タービン１を起動する。即ち、排
出弁７３を全開状態にした後、注入弁７２を制御し、潤
滑油タンク１５に貯留する潤滑油を潤滑油ポンプ１１に
て昇圧して、動作油としてトルクコンバータ７１を供給
し、起動用電動機６１の動力を、タービン１（又はター
ビンロータ８又はタービン発電機６）へ伝動し、タービ
ン１を回転開始する。その動作油の供給量を増加させる
ことにより、タービン１の回転数を上昇させる。即ち、
タービン１の回転速度を、起動用電動機６１の回転速度
に近づける。

【００２５】その後、タービン１が定格回転速度（例え
ば、３０００rpm又は３６００rpm又は５１００rpm又は
７２００rpm又は１１０００rpm ）に到達した後に、燃
焼器に着火して、燃焼ガスを発生し、その燃焼ガスによ
りタービン１を駆動する。燃焼器の着火の後、注入弁７
２を全閉状態にすると共に、排出弁７３を全開状態にし
て、トルクコンバータ７１内の動作油を排油し、タービ
ン１と起動用電動機６１（及びポニーモータ５１）と
を、機械的に分離する。これと共に、潤滑油ポンプ用電
動機用開閉器２２を開いて、潤滑油ポンプ用電動機用開
閉器２２を停止し、ポニーモータ用開閉器５２を開いて
ポニーモータ５１を停止し、起動用電動機用開閉器６２
を開いて起動用電動機６１を停止する。一方、タービン
１が所定時間燃焼ガスにより回転して暖気運転が終了す
ると、遮断器８２を閉じてタービン発電機６を併入し、
主変圧器８３を介して、変電所へ電力を出力する。

【００２６】尚、ポンプ羽根車とタービン羽根車と固定
の案内羽根（ステータ）とを組み合わせて成るトルクコ
ンバータ７１の代わりに、ポンプ羽根車とタービン羽根
車とを組み合わせて成る流体継手を用いてもよい。トル
クコンバータと流体継手とを総称して「流体伝動装置」
という。

【００２７】また、ポニーモータ５１の代わりに、燃料
により駆動するエンジンでもよい。特に、発電所では、
送電系統事故等で送受電が不可能となり、発電所の交流
電源がすべて喪失したときに備えて、非常用ディーゼル
発電機や非常用ガスタービン発電機を備えていることが
多い。そこで、非常用ディーゼルエンジンや非常用ガス
タービンエンジンのロータを、流体伝動装置を介して、
場合によっては自動変速装置を組み合わせて、起動用電
動機６１に機械的に直列に連結してもよい。そして、タ
ービン起動時に、その非常用ディーゼルエンジンや非常
用ガスタービンエンジンを駆動して、起動用電動機６１
を昇速するとよい。ポニーモータとエンジンを総称して
「昇速装置」という。

【００２８】上記本発明の実施の形態によれば、起動用
電動機６１にポニーモータ５１を直結し、先ずポニーモ
ータ５１を始動して、ポニーモータ５１の動力により起
動用電動機６１を回転上昇し、起動用電動機６１が所定
の回転数又は所定の回転速度又は所定の周波数に到達し
た後に、起動用電動機６１へ電流を供給開始して、起動
用電動機６１を始動するため、起動用電動機６１の停動
トルク（最大トルク）を低下させることなく、起動用電
動機６１そのものの始動電流を低下し、所内電源に対す
る影響を低減するという効果を奏する。そして、これに
より、所内電源の遮断器の遮断電流を低減し、また、電
源変圧器のインピーダンスの選択可能範囲を拡大するこ
とが可能となる。

【００２９】また、多数（３以上）の電動機を必要とし
ないため、故障要因が少なくタービン起動に対する信頼
性を維持できる。また、ポニーモータ５１が故障して
も、起動用電動機６１のみでタービン１を起動するとい
う運用も可能であるため、タービン起動に対する信頼性
を維持できる。

【００３０】また、始動電流による発熱処理等を考慮し
た起動用電動機６１の設計が不要となり、更なる高効率
設計あるいは経済設計ができるという効果を奏する。つ
まり、電動機の始動電流の上限が緩和され、負荷トルク
に対し余裕のある電動機設計が可能となり、電圧変動等
外乱に対して強い電動機システムが実現するという効果
を奏する。

【００３１】また、プラントの運転に実害が無くても、
起動用電動機６１のような大容量電動機の始動時には、
その過大な始動電流により、大きな所内電圧降下を引き
起こし、起動用電動機６１の始動完了直前まで、所内照
明が暗くなったり、所内蛍光灯がフリッカ現象を発生さ
せたり、所内空調設備等の音が変化したりするという現
象を防止できるという効果を奏する。

【００３２】本発明のタービン起動装置は、タービン１
のターニング運転（タービンロータ８の偏心防止を目的
として、プラントの停止過程中又は停止中に行う運転を
いう。）にも適用可能である。そこで、本発明のタービ
ン起動装置をターニング運転に適用したときのターニン
グ運転方法を説明する。図３に、本発明のターニング運
転方法のフロー図を示す。尚、ターニング運転装置の機
械構成は、図１に示すタービン起動装置と同様とする。

【００３３】通常、トルクコンバータ７１は、動作油が
排油された状態にて停止しているが、ターニング運転開
始にあたり、トルクコンバータ７１に動作油を充填して
おく。即ち、タービンロータ８（又はタービン１）とポ
ニーモータ５１とを機械的に連結しておく。

【００３４】そして、ポニーモータ用開閉器５２を投入
し、小容量補機用所内電源母線５５からの電力を生か
し、ポニーモータ５１に電流を供給開始する。そして、
AVAF56によりポニーモータ５１へ供給する電流の周波数
を変更し、ポニーモータ５１を昇速する。ポニーモータ
５１の昇速に伴い、タービン１も昇速し、タービン１の
回転速度がタービンロータ８の軸受の静止摩擦域以上又
は超えた後に、タービン１が運転継続可能な回転速度範
囲（好ましくは、５rpm〜６rpm程度）になるように、か
つ、AVAF56の入力電流が小さくなるようにAVAF56を制御
し、ターニング運転を行う。尚、起動用電動機用開閉器
６２を開状態にし、起動用電動機６１を停止しておく方
が好ましい。

【００３５】本発明のタービン起動装置をターニング運
転に適用すれば、動作油の充填量を多くしてトルクコン
バータ７１の結合状態を密にしたまま、又は動作油の充
填量を変化させてトルクコンバータ７１の結合度を変化
させて、AVAF56付きのポニーモータ５１により、タービ
ンロータ８の軸受の静止摩擦域よりやや高い回転数にタ
ービン１の回転速度を調節することにより、トルクコン
バータ７１の結合効率を高めた状態にて、AVAF56の入力
電力を小さくしたターニング運転を行うことができ、タ
ーニング運転に要する電力を低減するという効果を奏す
る。また、AVAF56を使用することにより、主機（タービ
ン１，タービン発電機６等）等の保守時にターニング回
転速度の制御が可能となることから、保守操作性が向上
する。また、トルクコンバータ７１と起動用電動機６１
との間にポニーモータ５１を配置し、さらに、起動用電
動機６１とポニーモータ５１との間にクラッチを配置
し、ターニング運転中に、そのクラッチを全開状態にし
て、起動用電動機６１とポニーモータ５１とを機械的に
分離すれば、起動用電動機６１の回転抵抗がなくなるた
め、ポニーモータ５１を駆動する電力をさらに低減する
ことが可能である。

【００３６】次に、かご形電動機の一般的特性と始動電
流の上限制約によるトルク不足、及び本発明を適用した
ときのトルク特性強化を、図４〜図６を参照して説明す
る。図４〜図６に、かご形電動機の特性図を示す。図
中、横軸を回転速度、縦軸をトルクあるいは電流とす
る。

【００３７】図４に示すように、負荷トルクは、ゼロ回
転速度付近で軸受の静止摩擦域のトルクにより大きな値
を示すが、回転速度上昇に伴い動摩擦域に移行し、一旦
急激に低下し、さらに回転上昇に伴い増加する傾向にあ
る。尚、ゼロ回転速度付近の軸受の静止摩擦域のトルク
を、特に「BREAKAWAY トルク」と称す。一方、電動機の
出力トルクは、始動トルクから停動トルク（最大トル
ク）までの間増加傾向にあるが、停動トルクを超えて１
００％回転速度（定格回転速度）付近にて急激に低下
し、ほぼゼロに近づく。また、電動機の電機子電流は、
ゼロ回転速度から停動トルク付近の回転速度に至るま
で、過大な（定格電流の５〜７倍）始動電流域となり、
１００％回転速度付近にて急激に低下し、ほぼゼロに近
づく。

【００３８】本発明では、大容量の起動用電動機６１を
小容量のポニーモータ５１にて回転速度上昇させ、１０
０％回転速度付近、即ち同期回転速度付近にて起動用電
動機６１に電源投入することにより、過大な始動電流域
を回避して、起動用電動機６１の始動を完了させること
ができる。尚、一般的に同期回転速度より、やや高い回
転速度にて、起動用電動機６１を電源投入すると、電源
側のショックが少ない。また、一般的に、誘導電動機
は、大容量になるほど、定格回転速度時の滑りも小さく
なり、定格効率が高くなる。よって、１００％回転速度
（滑りがゼロ）付近の特性は、大容量の起動用電動機で
あるほど急峻となるので、同期回転速度よりやや高い回
転速度にて電源投入するのが好ましい。

【００３９】図５は、所内電源系統よりの制限のために
起動用電動機の始動電流が上限制約をうけ、ややトルク
不足気味となっている電動機の特性例を示している。例
えば、他の大容量電動機の始動等により、電圧低下した
場合等である。

【００４０】比較的大きな電圧変動があった場合、図５
に示すように、負荷トルクが、電動機の停動トルクを超
えるため電動機の電機子電流が大きな始動電流域に、運
転点が移ってしまう。電動機自身の大きな電機子電流の
ために、大きな電圧降下が継続し、運転点が定格電圧付
近の運転点に戻らず、始動電流に近い大きな電流が流れ
続く。この過大電流の継続により電動機が損傷する。

【００４１】これに対し、図６は、本発明により始動電
流の上限制約を緩和し、始動電流を大きめに設計するこ
とにより、トルク特性を強化した、電動機の特性図を示
している。図５と同等程度の電圧低下が発生しても、負
荷トルクが停動トルクを超えることなく、やや高い電流
で運転され電圧低下原因が無くなれば、元の運転点に戻
り、安定した運転継続が可能となる。

【００４２】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。

【００４３】図７に、本発明のタービン起動装置の機械
構成図を示す。図１に示したタービン起動装置に対し、
極数切換器５７を追加し、ポニーモータを極数変換可能
なものとした。

【００４４】タービン起動装置をターニング装置として
使用する場合、BREAKAWAY トルクよりも大きな所要出力
を必要とすると考えられる。そこで、ポニーモータ５１
を極数切り換え可能なものとし、タービン起動時に対し
てターニング運転時の極数を多くし、小さい定格容量の
ポニーモータ５１で低回転速度時（ターニング回転速度
時）に大きなトルクを発生させるようにすれば、タービ
ン起動用に使用する小型のポニーモータ５１でも、十分
ターニング運転に適用することが可能となる。また、本
発明の技術思想は、タービンの起動のみならず、電動機
駆動の補機にも適用可能である。そこで、本発明の技術
思想を電動機により駆動するポンプ（例えば、給水ポン
プや復水ポンプ等）又は電動機により駆動するファン
（例えば、押込空気ファン等）に適用した例を示す。

【００４５】図８に、本発明のポンプ起動装置の機械構
成図を示す。図８中、３１は流体を昇圧する電動機駆動
のポンプ、６３はポンプを駆動する駆動用電動機を示
す。即ち、本実施の形態は、図７に示したタービン，発
電機等の発電プラントの主機をポンプ，ファン等の補機
に置き換えた例である。

【００４６】本実施の形態は、ポンプ３１に対し、トル
クコンバータ７１を介して、駆動用電動機６３及びポニ
ーモータ５１が機械的に直列に連結する。本実施の形態
においても、上記実施の形態と同様の効果を奏する。

【００４７】次に、図１，図７及び図８に示した本発明
の実施の形態において、既設設備に対し、ポニーモータ
を追説した例を説明する。

【００４８】起動用電動機６１の始動の都度、大きな電
圧降下により、照明が暗くなったり、蛍光灯のフリッカ
現象が発生したり、あるいは、空調設備等の補機の異音
が発生する場合がある。また、更に大きな電圧降下を発
生させないため、あるいは、図５に示したような起動用
電動機の過電流トリップを避けるために、起動用電動機
の始動制限・トルクコンバータの運転制限等のインター
ロックを設け、プラントの運用制限につながっている場
合もある。本発明によれば、電圧降下およびインターロ
ック制限の緩和が可能となる。本発明の追加改造は、ポ
ニーモータの追設だけでよく、比較的容易である。但
し、起動用電動機のトルク特性改善にあたっては、同電
動機のロータ改造、場合によっては、電機子改造が必要
である。

【００４９】小容量補機用所内電源母線５５は、一般的
には発電所内のコントロールセンタ母線であり、ポニー
モータ用開閉器５２はコントロールセンタの予備ユニッ
トを使用出来る場合が多いと考えられる。例えば、２極
７０００ｋＷ程度という特に大きな起動用電動機の場合
でも、ポニーモータの定格出力は、３７〜５５ｋＷ程度
でよく、汎用の電動機の範囲であり、同様にポニーモー
タ用のＡＶＡＦあるいは、極数切り換え器も汎用の容量
の範囲である。また、配置的にも追加設置が容易であ
る。例えば、ポニーモータ５１は、起動用電動機の軸に
直結し、元々ある起動装置の余地を利用でき、ポニーモ
ータ用のAVAF56あるいは、極数切換器５７は、壁掛けタ
イプ等を適用し、適当な場所に設置可能である。つま
り、本発明によれば、起動用電動機を複数個並列に配置
した場合に比較して、設置面積を小さくすることができ
る。

【００５０】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。

【００５１】図９に、本発明のタービン起動装置の機械
構成図を示す。本実施の形態は、図７に示す実施の形態
の潤滑油ポンプ用電動機２１に対し、AVAF26を追加し、
潤滑油ポンプ１１の回転数制御を可能とした例である。

【００５２】潤滑油ポンプ用電動機２１にAVAF26を追加
することにより、トルクコンバータ７１への給油や静止
摩擦トルクを低減させる時等で潤滑油の供給流量や圧力
を大きくするのが望ましい場合に、制御装置９によりAV
AF26を制御し、AVAF26と潤滑油ポンプ用電動機２１の駆
動能力の許容範囲内にて、潤滑油ポンプ１１の回転数を
上昇させる。

【００５３】また、ターニング運転時でトルクコンバー
タ７１を最低必要動作油量としエネルギーの節約をした
方が望ましい場合に、制御装置９によりAVAF26を制御
し、最低必要動作油量に見合った回転数まで、潤滑油ポ
ンプ１１の回転数を下げる運用が可能となる。

【００５４】本実施の形態によれば、上記実施の形態の
効果に加えて、潤滑油ポンプ１１及びトルクコンバータ
７１の速やかな制御又はトルクコンバータ７１への給油
量の省エネルギーの更なる改善が図れるという効果を奏
する。

【００５５】次に、図１，図７，図８及び図９に示した
本発明の実施の形態におけるAVAF56の制御とポニーモー
タ５１の極数についての選択例を説明する。

【００５６】一般的に、汎用のＡＶＡＦと汎用のポニー
モータは、定格周波数の２倍程度の周波数まで運転が可
能である。よって、ポニーモータ５１とAVAF56を定格同
期速度の２倍より若干高い回転数まで制御するものとす
る。例えば、起動用電動機６１の極数が２極の場合、ポ
ニーモータ５１を４極とするのが好ましい。これは、同
一定格出力のポニーモータで比較すると、４極のポニー
モータは、２極のポニーモータに比較して、低速時（例
えば、周波数が６０Ｈｚならば、回転速度が１８００rp
m以下）の出力トルクを約２倍にできるためである。こ
れにより、低速から起動用電動機の同期回転速度より若
干高い回転速度までスムーズな制御が可能となる。

【００５７】次に、本発明の技術思想を火力発電所のガ
スタービンと蒸気タービンとを一軸で組み合わせた一軸
型コンバインドサイクル発電プラントに適用した例を説
明する。

【００５８】図１０，図１１に、本発明の発電プラント
の実施の形態の機械構成図を示す。図１０，図１１中、
２は空気（大気）を圧縮する圧縮機、３は圧縮空気を燃
料と混合して燃焼し燃焼ガスを発生する燃焼器、４はタ
ービン１から排出された燃焼排ガスを熱源として蒸気を
発生する排熱回収ボイラ、５は排熱回収ボイラ４で発生
した蒸気により駆動するタービン、７はタービン５から
排出された蒸気を凝縮して復水にする復水器、３１は排
熱回収ボイラ４へ供給する水を昇圧する給水ポンプを示
す。

【００５９】本実施の形態は、圧縮機２とタービン１と
タービン５とタービン発電機６とを、タービンロータ８
により一軸に連結する。また、給水ポンプ３１は、図８
に示す実施の形態と同様に、トルクコンバータ７１を介
して、駆動用電動機６３，ポニーモータ５１により駆動
される。そして、図１０に示す実施の形態では、図１に
示す実施の形態と同様に、タービン発電機６，トルクコ
ンバータ７１，起動用電動機６１，ポニーモータ５１を
順に配置する。一方、図１１に示す実施の形態では、圧
縮機２，トルクコンバータ７１，ポニーモータ５１，起
動用電動機６１を順に配置する。

【００６０】図１０，図１１に示す発電プラントの定格
出力（定格運転時のタービン発電機６の出力）を約２３
０ＭＷとすると、ガスタービン側の定格出力（タービン
５を除外した場合の発電出力）が約１５０ＭＷ、起動用
電動機６１の定格容量が約４５００ＫＷ（最大容量は約
７２００ＫＷ）となり、そして、このときのポニーモー
タ５１の容量は、起動用電動機６１の容量の約１％とす
る。

【００６１】尚、本発明の技術思想は、一軸型コンバイ
ンドサイクル発電プラントに限らず、ガスタービンを有
する発電プラント，大型のポンプや押込空気ファンを有
する汽力発電プラント及び原子力発電プラント等にも適
用可能である。

【００６２】

【発明の効果】本発明によれば、タービン起動用又は回
転機械駆動用の電動機そのものの始動電流を所望値より
低下するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のタービン起動装置の機械構成図。

【図２】本発明のタービン起動方法のフロー図。

【図３】本発明のターニング運転方法のフロー図。

【図４】かご形電動機の特性図。

【図５】かご形電動機の特性図。

【図６】かご形電動機の特性図。

【図７】本発明のタービン起動装置の機械構成図。

【図８】本発明のポンプ起動装置の機械構成図。

【図９】本発明のタービン起動装置の機械構成図。

【図１０】本発明の発電プラントの機械構成図。

【図１１】本発明の発電プラントの機械構成図。

【符号の説明】

１，５…タービン、２…圧縮機、３…燃焼器、４…排熱
回収ボイラ、６…タービン発電機、７…復水器、８…タ
ービンロータ、９…制御装置、１１…潤滑油ポンプ、１
５…潤滑油タンク、１８…潤滑油冷却器、２１…潤滑油
ポンプ用電動機、２２…潤滑油ポンプ用電動機用開閉
器、２６，５６…制止形周波数電圧変換装置、３１…ポ
ンプ、５１…ポニーモータ、５２…ポニーモータ用開閉
器、５５…小容量補機用所内電源母線、５７…極数切換
器、６１…起動用電動機、６２…起動用電動機用開閉
器、６３…駆動用電動機、６５…大容量補機用所内電源
母線、７１…トルクコンバータ、７２…注入弁、７３…
排出弁、８１…メタクラ、８２…遮断器、８３…主変圧
器、８４…所内変圧器、８５…共通変圧器。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】起動用電動機を昇速した後に、前記起動用
電動機とタービンとを機械的に連結し、前記タービンを
回転させて前記タービンを起動するタービン起動方法に
おいて、前記起動用電動機の昇速に先立って、前記起動用電動機
に機械的に連結されて前記起動用電動機よりも小容量の
電動機を始動し、前記小容量の電動機の動力により前記
起動用電動機を昇速し、その後前記起動用電動機へ駆動
用電流を供給開始し、その後前記起動用電動機と前記タ
ービンとを機械的に連結し、前記タービンを回転させて
前記タービンを起動することを特徴とするタービン起動
方法。
【請求項２】タービンに連結された起動用電動機を駆動
して前記タービンを起動するタービン起動装置におい
て、前記起動用電動機に直列に連結されて前記起動用電動機
よりも小容量の電動機と、前記起動用電動機の始動に先
立って前記小容量の電動機を始動して前記起動用電動機
を昇速させる制御装置とを有することを特徴とするター
ビン起動装置。
【請求項３】タービンに連結された流体伝動装置と、前
記流体伝動装置に連結された起動用電動機と、前記起動
用電動機へその駆動用電流を供給する電源装置とを有す
るタービン起動装置において、前記起動用電動機に機械的に連結されて、前記起動用電
動機を昇速する昇速装置を有することを特徴とするター
ビン起動装置。
【請求項４】タービンに連結された流体伝動装置と、前
記流体伝動装置に連結された起動用電動機と、前記起動
用電動機へその駆動用電流を供給する電源装置とを有す
るタービン起動装置において、前記起動用電動機に直列に連結されて前記起動用電動機
よりも小容量の電動機を有し、前記電源装置は、前記起
動用電動機へその駆動用電流を供給するに先立って前記
小容量の電動機へその駆動用電流を供給することを特徴
とするタービン起動装置。
【請求項５】タービンに連結された流体伝動装置と、前
記流体伝動装置に連結された起動用電動機と、前記起動
用電動機へその駆動用電流を供給する電源装置とを有す
るタービン起動装置において、前記起動用電動機に直列に連結されて前記起動用電動機
よりも小容量の電動機と、前記起動用電動機が所定の回
転速度又周波数に到達したことを検知し、前記電源装置
から前記起動用電動機へその駆動電流を供給開始して前
記起動用電動機を始動させる制御装置とを有することを
特徴とするタービン起動装置。
【請求項６】空気を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機で圧
縮された空気と燃料とを燃焼して燃焼ガスを発生する燃
焼器と、前記燃焼器で発生した燃焼ガスにより駆動する
タービンと、前記タービンに連結されて発電するタービ
ン発電機と、前記タービンを起動する起動用電動機とを
有する発電プラントにおいて、前記起動用電動機に機械的に連結されて、前記起動用電
動機を昇速する昇速装置を有することを特徴とする発電
プラント。
【請求項７】蒸気を発生する蒸気発生装置と、前記蒸気
発生装置で発生した蒸気により駆動するタービンと、前
記タービンに連結されて発電するタービン発電機と、前
記蒸気発生装置へ供給する給水を昇圧するポンプと、前
記ポンプを駆動する駆動用電動機とを有する発電プラン
トにおいて、前記駆動用電動機に機械的に連結されて、前記起動用電
動機を昇速する昇速装置を有することを特徴とする発電
プラント。