JPH114597A - 発電設備における静止形駆動装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電源系統への高調波の流出を低減させること。 【解決手段】ガスタービン１０および発電機１を一軸に
結合した回転軸を少なくとも一つ設けるとともに、発電
機１に電流を供給して発電機１を電動機運転させる静止
形駆動装置５ａ，５ｂを設置した発電設備の発電機出力
装置において、複数の静止形駆動装置５ａ，５ｂは、そ
れぞれ別の電源系統４ａ，４ｂから受電する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば火力発電所
などに適用され、ガスタービンおよび発電機を一軸に結
合した発電設備における静止形駆動装置の制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスタービンが通常運転してい
る状態から発電機事故によりロックアウトリレーが作動
して停止する過程は、上記ロックアウトリレーの作動後
に発電機の交流遮断器が開となり、タービントリップヘ
至る。

【０００３】その時、ガスタービンは、定格運転または
部分負荷運転から燃料の供給を急激に減少させて無負荷
運転に達するとともに、発電機が外部電力系統から解列
される。したがって、その後は、ガスタービンの回転数
が外部電力系統の周波数に依存することがなくなるた
め、ガスタービンは定格回転数を越えることがないよう
に、燃料の供給を十分に絞り回転数を低下させる必要が
ある。

【０００４】この停止過程において、ガスタービンの高
温部となる燃焼器，トランジションピース，第一段静翼
および第一段動翼は、急速に温度低下することになり、
例えば１３００℃級のガスタービンにおいて、第一段動
翼入口温度はベースロード時１３００℃であるが、無負
荷運転時は約７００℃から９００℃となり、解列から停
止に至る過程では、ほぼ大気温度に近い２０℃から５０
℃程度まで低下することになる。

【０００５】その結果、ガスタービンの高温部分は多大
な熱応力を受けることになり、この熱応力はガスタービ
ンの寿命を大きく低下させることになる。そのため、静
止形起動装置を起動させ、発電機を電動機として運転し
て軸の回転数を制御することで、ガスタービン入口ガス
温度の変化またはその変化率が所定値に収まるようにし
てガスタービンの高温部品の長寿命化を実現している。

【０００６】ここで、ガスタービンが停止する要因とし
ては以下のことが考えられる。すなわち、（１）発電計
画により発電を必要としなくなったことによる停止、
（２）発電機またはガスタービンの故障，トラブルによ
る停止、（３）発電機およびガスタービンは健全である
にも拘わらず、発電所内の発電機と送電系統とを電気回
路的に接続する機器（例えば変圧器など）の故障，事故
により、発電設備から送電不能になったことによる予期
しない停止、（４）発電機およびガスタービンは健全で
あるにも拘わらず、送電系統での機器故障トラブルまた
は落雷などの事故により発電設備から送電不能になった
ことによる予期しない停止がある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記（１）の停止要因
の場合には、予め発電設備の停止に関する情報があるた
め、静止形駆動装置を使用して停止させることができる
ものの、（２），（３）および（４）の停止要因の場合
は、何時発生するか判らないため静止形駆動装置を起動
することができなかった。

【０００８】上記（２）の停止要因の場合には、発電機
内部事故である場合、静止形駆動装置から電流を供給し
て発電機の電動機運転をさせることはできないので、静
止形駆動装置の起動を考える必要がない。また、ガスタ
ービン事故の場合にもガスタービンを静止形駆動装置を
用いて停止させる方法ではなく、緊急停止させるので静
止形駆動装置の起動を考える必要はない。

【０００９】上記（３），（４）の停止要因の場合に
は、ガスタービンも発電機も健全であるので、静止形駆
動装置を使用した停止方法で回転軸を停止することがで
きるにも拘わらず、そのようなインターロックを組み込
んでいない。

【００１０】一般に、発電機および電気設備には、機器
を保護するための保護継電装置が設けられており、この
保護継電装置の作動により電気の流れを遮断するのに適
した遮断器を開にするようにシステムが組まれているも
のの、非常停止時に静止形起動装置を起動させるインタ
ーロックは構成されていない。

【００１１】ところで、図７は従来の火力発電設備の構
成を示す回路図である。図７に示すように、発電機１は
主変圧器２ａおよび交流遮断器（５２Ｇ）３ａを介して
電源系統４に接続されている。また、静止形駆動装置５
ａ，５ｂは、それぞれ静止形駆動装置用変圧器２ｂ，２
ｃおよび交流遮断器３ｂ，３ｃを介して電源系統４に接
続されている。

【００１２】このように複数の静止形駆動装置５ａ，５
ｂを同一の発電設備に有する場合、それらの電源電力は
同一の電源系統４から供給されているため、電源系統４
への高調波の流出が問題となる。

【００１３】その高調波を抑制する手段としては、通常
より大きなパーセントインピーダンスを有する静止形駆
動装置用変圧器を必要としている。すなわち、静止形駆
動装置用変圧器２ｂ，２ｃのパーセントインピーダンス
を標準より高い値で設計を行う必要があった。

【００１４】一方、発電機事故による非常停止時の要因
としては、図８に示すように系統事故と、発電機外部事
故（外部系統の事故および発電機内部事故要因を除く発
電所所内主回路事故）と、発電機内部事故（発電機，励
磁装置，静止形駆動装置の事故）とがあり、これらを一
括してオア回路６で論理和をとり、発電機事故のロック
アウトリレーを作動させて発電機の交流遮断器（５２
Ｇ）３ａを開とし、ガスタービントリップへ至る。

【００１５】また、発電機外部事故と発電機内部事故の
場合は、オア回路７で論理和をとり、発電機１の界磁側
に設けられた直流遮断器（４１Ｅ）を開とする。

【００１６】したがって、系統事故と、発電機外部事故
と、発電機内部事故とを一括して発電機事故のロックア
ウトリレーを作動させて発電機の交流遮断器（５２Ｇ）
３ａを開としているため、発電機１が健全であるにも拘
わらず、静止形駆動装置を運転しないことで、ロックア
ウトリレーの作動時は、急激に軸の回転数を低下させ、
結果としてガスタービンの寿命低下を招く要因となって
いる。

【００１７】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、電源系統への高調波の流出を低減させる発電設
備における静止形駆動装置の制御装置を提供することを
目的とする。

【００１８】また、本発明の他の目的とするところは、
ガスタービンの停止過程時のガスタービン高温部品の長
寿命化を図り、信頼性を向上させた発電設備における静
止形駆動装置の制御装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、ガスタービンおよび発電
機を一軸に結合した回転軸を少なくとも一つ設けるとと
もに、前記発電機に電流を供給して前記発電機を電動機
運転させる静止形駆動装置を複数設置した発電設備にお
ける静止形駆動装置の制御装置において、前記複数の静
止形駆動装置は、それぞれ別の電源系統から受電するこ
とを特徴とする。

【００２０】請求項２は、ガスタービンおよび発電機を
一軸に結合した回転軸を少なくとも一つ設けるととも
に、前記発電機に電流を供給して前記発電機を電動機運
転させる静止形駆動装置を設置した発電設備における静
止形駆動装置の制御装置において、非常停止時に前記静
止形駆動装置の起動可否を判断する起動可否判定手段を
設け、起動可能な場合は前記静止形駆動装置を起動する
ことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００２２】図１は本発明に係る発電設備における静止
形駆動装置の制御装置の第１実施形態を示す回路図であ
る。なお、従来の構成と同一または対応する部分には図
７と同一の符号を用いて説明する。この第１実施形態で
は、火力発電設備へ適用した例を示しており、発電機１
台に対して２台の静止形駆動装置を有する設備としてい
る。

【００２３】図１に示すように、ガスタービン１０、圧
縮機１１および発電機１の回転軸が一軸に結合されてお
り、ガスタービン１０の駆動力によって発電機１が回転
駆動して電力を発生させる。

【００２４】この発電機１は、主変圧器２ａおよび交流
遮断器３ａを介して電源系統４ａに接続され、発電機１
と同一の電源系統４ａには交流遮断器３ｂおよび静止形
駆動装置用変圧器２ｂを介して静止形駆動装置５ａが接
続され、電源系統４ａから交流遮断器３ｂおよび静止形
駆動装置用変圧器２ｂを介して静止形駆動装置５ａに電
源電力を供給している。

【００２５】一方、電源系統４ａと別系統の電源系統４
ｂには、交流遮断器３ｃおよび静止形駆動装置用変圧器
２ｃを介して静止形駆動装置５ｂが接続され、電源系統
４ｂから交流遮断器３ｃおよび静止形駆動装置用変圧器
２ｃを介して静止形駆動装置５ｂに電源電力を供給して
いる。

【００２６】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００２７】本実施形態では、複数の静止形起動装置５
ａ，５ｂの電源電力をそれぞれ別の電源系統４ａ，４ｂ
から受電することにより、静止形駆動装置５ａ，５ｂか
ら発生する高調波成分の電源系統への流出を、２つの電
源系統４ａ，４ｂへ分流することができる。これによ
り、一つの電源系統当たりの高調波の流出成分を５０％
に低減させることが可能となる。

【００２８】つまり、本実施形態では、一つの電源系統
当たりの高調波の流出成分を５０％に低減することがで
きるが、これは逆に言うと一つの電源系統当たりに流出
可能な高調波成分を従来の回路構成例に比べ、２倍見込
めることを示している。

【００２９】したがって、電源系統に流出可能な高調波
を多く見込めることにより、静止形駆動装置用変圧器２
ｂ，２ｃのパーセントインピーダンスを低減させること
が可能となる。これより、静止形駆動装置用変圧器２
ｂ，２ｃの標準設計の採用が可能となる。

【００３０】図２は本発明に係る発電設備における静止
形駆動装置の制御装置の第１実施形態の変形例を示す回
路図である。なお、前記第１実施形態と同一の部分には
同一の符号を付して説明する。この変形例は、前記第１
実施形態と同様に発電機１台に対して２台の静止形駆動
装置を有する設備としている。

【００３１】図２に示すように、静止形駆動装置の制御
装置は、発電機１が主変圧器２ａおよび交流遮断器３ａ
を介して電源系統４ａに接続され、主変圧器２ａと発電
機１との間から静止形駆動装置用変圧器２ｂを介して静
止形駆動装置５ａに電源電力を供給している回路と、そ
れとは別系統の電源系統４ｂから交流遮断器３ｃおよび
静止形駆動装置用変圧器２ｃを介して静止形駆動装置５
ｂに電源電力を供給している回路とから構成されてい
る。

【００３２】この変形例によっても、静止形駆動装置５
ａ，５ｂから発生する高調波成分の電源系統への流出を
２つの電源系統４ａ，４ｂへ分流することができ、前記
第１実施形態と同様の効果が得られる。

【００３３】なお、前記第１実施形態および変形例で
は、一軸形の場合について説明したが、多軸の場合にお
いても同等の効果を得ることができる。また、前記第１
実施形態および変形例では、ガスタービン１０および発
電機１の回転軸が一軸に結合されたシンプルサイクルの
場合について説明したが、ガスタービン１０、蒸気ター
ビンおよび発電機１の回転軸が一軸に結合されたコンバ
インドサイクルの場合においても同等の効果を得ること
ができる。

【００３４】図３は本発明に係る発電設備における静止
形駆動装置の制御装置の第２実施形態を示す回路図であ
る。なお、前記第１実施形態と同一または対応する部分
には同一の符号を付して説明する。また、図３ではガス
タービン１０および圧縮機１１が省略されているが、発
電機１とガスタービン１０および圧縮機１１の回転軸が
一軸に結合されている構成は、前記第１実施形態と同様
である。

【００３５】本実施形態では、静止形駆動装置５の電源
電力を発電設備の回転軸と別の系統から供給する回路構
成としている。図３に示すように、発電機１は主変圧器
２ａおよび交流遮断器３ａを介して電源系統４ｂに接続
されているとともに、断路器（または遮断器）１２を介
して静止形駆動装置５と接続されており、この静止形駆
動装置５は交流遮断器３ｂを介して別の電源系統４ａに
接続されている。

【００３６】また、本実施形態では、発電機内部事故を
判定するために発電機内部事故保護装置１３が設けられ
ており、この保護装置１３に、発電機１と主変圧器２ａ
とを接続する接続線に設けた計器用変流器１４ａから電
流情報を、計器用変成器１５ａから電圧情報をそれぞれ
入力し、その動作信号を、非常停止時に静止形駆動装置
５を起動させるか否かを判断する起動可否判定手段とし
ての起動指令装置１６に入力する。

【００３７】これと同様に、発電機外部および送電系統
以外の事故（以下、これを発電機外部事故という。）を
判定するための発電機外部事故保護装置１７が設けら
れ、この保護装置１７に、計器用変流器１４ｂから電流
情報を、計器用変成器１５ａから電圧情報をそれぞれ入
力し、その動作信号を静止形駆動装置５の起動指令装置
１６に入力する。

【００３８】さらに、送電系統の事故を判別する系統保
護装置１８についても、計器用変流器１４ｃおよび計器
用変成器１５ｂの電流情報および電圧情報を入力して、
その動作信号を静止形駆動装置５の起動指令装置１６に
入力する。なお、図３において、符号１９は発電機１の
界磁側に設けられた直流遮断器（発電機界磁遮断器）で
ある。

【００３９】これらの保護装置動作指令によりガスター
ビン１０を停止するが、図４に示すようなロジックを用
いて静止形駆動装置５の起動可否を起動可否判定手段と
しての起動指令装置１６で判断する。

【００４０】つまり、図３においては発電機１と主変圧
器２ａとの間に電気回路を区分する遮断器または断路器
が設置されていないため、発電機外部事故時の場合は静
止形駆動装置５を使用して発電機１を電動機運転するこ
とができず、静止形駆動装置５を使用できるのは系統事
故時、すなわち系統保護装置１８が動作した場合のみで
ある。

【００４１】この場合、系統保護装置１８の動作信号
と、直流遮断器１９が閉となっているのを確認して交流
遮断器３ａの開を指令し、その開を確認してから交流遮
断器３ｂおよび断路器（または遮断器）１２の閉を指令
し、その閉を確認してから静止形駆動装置５を起動し、
発電機１を電動機運転する。

【００４２】すなわち、発電機外部事故と発電機内部事
故の場合は、オア回路７で論理和をとり、発電機１の界
磁側に設けられた直流遮断器（４１Ｅ）１９を開とす
る。同時に、これらの事故と系統事故が発生した場合
は、オア回路６で論理和をとり、発電機１の交流遮断器
３ａを開とし、ガスタービントリップへ至る。

【００４３】そして、交流遮断器３ａが開となり、系統
事故が発生した場合は、アンド回路２０で論理積をと
り、静止形駆動装置５の起動を指令する。次いで、この
静止形駆動装置５の起動指令と直流遮断器１９が閉とな
った場合は、アンド回路２１で論理積をとり、交流遮断
器３ｂおよび断路器（または遮断器）１２の閉を指令
し、その閉を確認してから静止形駆動装置５を起動させ
る。

【００４４】このように本実施形態によれば、静止形駆
動装置５の起動可否を起動指令装置１６で判断すること
により、発電機内部事故の場合以外については静止形駆
動装置５を起動して回転数の急激な降下を抑制し、ガス
タービン１０側で要求する回転数を制御することによ
り、ガスタービン１０の高温部品の熱応力を低減するこ
とができ、高温部品の長寿命化を実現することが可能と
なる。

【００４５】図５は本発明に係る発電設備における静止
形駆動装置の制御装置の第２実施形態の変形例を示す回
路図である。

【００４６】この変形例では、図５に示すように発電機
１と主変圧器２ａとの間に電気回路を区分する遮断器
（または断路器）１２ａが設置されている。この場合、
発電機内部事故と発電機外部事故を判断することによ
り、発電機内部事故の場合のみ遮断器（または断路器）
１２を開にすることで、発電機外部事故あるいは系統事
故の場合に静止形駆動装置５を使用した停止方法を実施
することができる。

【００４７】なお、保護装置などの構成は前記第２実施
形態と同様であり、静止形駆動装置５の起動指令装置１
６内の判定ロジックを図６に示すブロックのように変更
すればよい。

【００４８】すなわち、図６に示すように系統事故と発
電機外部事故の場合は、オア回路２２，２３で論理和を
とり、発電機１の交流遮断器３ａを開とし、ガスタービ
ントリップへ至る。

【００４９】また、発電機内部事故の場合は、直接発電
機１の交流遮断器３ａを開とするとともに、発電機１の
界磁側に設けられた直流遮断器１９を開とする。

【００５０】そして、符号２４はノット回路であり、交
流遮断器３ａが開となり、系統事故および発電機外部事
故が発生した場合は、アンド回路２０で論理積をとり、
静止形駆動装置５の起動を指令する。また、この静止形
駆動装置５の起動指令と直流遮断器１９が閉となった場
合は、アンド回路２１で論理積をとり、交流遮断器３ｂ
および断路器（または遮断器）１２の閉を指令し、その
閉を確認してから静止形駆動装置５を起動し、発電機１
を電動機運転する。

【００５１】このように変形例によれば、発電機内部事
故の場合以外については静止形駆動装置５を起動するこ
とができるので、前記第２実施形態と同様にガスタービ
ン１０の高温部品の熱応力を低減することができ、高温
部品の長寿命化を実現することが可能となる。

【００５２】なお、前記第２実施形態および変形例で
は、一軸形の場合について説明したが、多軸の場合にお
いても同等の効果を得ることができる。また、前記第２
実施形態および変形例では、ガスタービン１０および発
電機１の回転軸が一軸に結合されたシンプルサイクルの
場合について説明したが、ガスタービン１０、蒸気ター
ビンおよび発電機１の回転軸が一軸に結合されたコンバ
インドサイクルの場合においても同等の効果を得ること
ができる。

【００５３】さらに、上記各実施形態では、本発明を火
力発電所に適用した場合について説明したが、これ以外
に原子力発電所にも適用することができる。

【００５４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、複数の静止形駆動装置は、それぞれ別の電源
系統から受電することにより、電源系統への高調波の流
入を同一電源系統からとる場合に比べ低減させることが
できる。その結果、静止形駆動装置用変圧器のパーセン
トインピーダンスを低減させることが可能となり、静止
形駆動装置用変圧器の標準設計の採用が可能となる。

【００５５】請求項２によれば、非常停止時に静止形駆
動装置の起動可否を判断する起動可否判定手段を設け、
起動可能な場合は静止形駆動装置を起動することによ
り、ガスタービンの高温部のガス温度の変化幅と変化率
を低く抑えることで、ガスタービンの高温部品の長寿命
化を実現することが可能になるとともに、信頼性を向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発電設備における静止形駆動装置
の制御装置の第１実施形態を示す回路図。

【図２】本発明に係る発電設備における静止形駆動装置
の制御装置の第１実施形態の変形例を示す回路図。

【図３】本発明に係る発電設備における静止形駆動装置
の制御装置の第２実施形態を示す回路図。

【図４】第２実施形態における保護装置の動作ロジック
を示す図。

【図５】本発明に係る発電設備における静止形駆動装置
の制御装置の第２実施形態の変形例を示す回路図。

【図６】第２実施形態の変形例における保護装置の動作
ロジックを示す図。

【図７】従来の火力発電設備の構成を示す回路図。

【図８】従来の火力発電設備の回路図に対する動作ロジ
ックを示す図。

【符号の説明】

１ 発電機 ２ａ 主変圧器 ２ｂ，２ｃ 静止形駆動装置用変圧器 ３ａ，３ｂ，３ｃ 交流遮断器 ４，４ａ，４ｂ 電源系統 ５，５ａ，５ｂ 静止形駆動装置 ６ オア回路 ７ オア回路 １０ ガスタービン １１ 圧縮機 １２，１２ａ 断路器（または遮断器） １３ 発電機内部事故保護装置 １４ａ，１４ｂ 計器用変流器 １５ａ，１５ｂ 計器用変成器 １６ 起動指令装置（起動可否判定手段） １７ 発電機外部事故保護装置 １８ 系統保護装置 １９ 直流遮断器 ２０，２１ アンド回路 ２２，２３ オア回路 ２４ ノット回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮坂 芳明 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した回転軸を少なくとも一つ設けるとともに、前記発電
   機に電力を供給して前記発電機を電動機運転させる静止
   形駆動装置を複数設置した発電設備における静止形駆動
   装置の制御装置において、前記複数の静止形駆動装置
   は、それぞれ別の電源系統から受電することを特徴とす
   る発電設備における静止形駆動装置の制御装置。
2. 【請求項２】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した回転軸を少なくとも一つ設けるとともに、前記発電
   機に電力を供給して前記発電機を電動機運転させる静止
   形駆動装置を設置した発電設備における静止形駆動装置
   の制御装置において、非常停止時に前記静止形駆動装置
   の起動可否を判断する起動可否判定手段を設け、その判
   断結果が起動可能な場合、前記静止形駆動装置を起動す
   ることを特徴とする発電設備における静止形駆動装置の
   制御装置。