(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、前記燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、
前記タービンの負荷変化中に、第１のバイアス値を出力するよう予め設定された第１のバイアス値出力手段と、
前記タービンの負荷が変化しない定常運転中に、第２のバイアス値を出力するよう予め設定された第２のバイアス値出力手段と、
前記タービン起動中に、前記タービンの回転速度の変化に応じた第３のバイアス値を出力する第３のバイアス値出力手段と、
前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記第３のバイアス値出力手段を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記第１または第２のバイアス値出力手段のいずれか一方を選択する選択手段と、
前記選択手段により選択されたバイアス値出力手段の出力と排ガス温度の許容偏差値とを加算して前記燃焼器を監視する監視手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。
【請求項２】
起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、
前記空気圧縮機の吐出空気温度を検出する吐出空気温度検出手段と、
前記排気ダクト内に複数配置され、前記排気ダクト内の各部位の排ガス温度を測定する排ガス温度測定手段と、
前記タービンの回転速度を検出し速度信号を出力するタービン速度検出手段と、  前記複数の排ガス温度検出器にて測定された排ガス温度の平均値または中間値を算出する排ガス温度平均値演算手段と、
前記排ガス温度平均値演算手段により算出された排ガス温度の平均値または中間値と、前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度とから、排ガス温度の許容偏差を演算する排ガス温度許容偏差演算手段と、
前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大と最小の排ガス温度の偏差を演算する排ガス温度偏差最大／最小演算手段と、
前記タービン速度検出手段から出力されたタービンの速度信号を基に、前記排ガス温度の許容偏差に対するバイアスを発生する排ガス温度許容偏差バイアス発生手段と、
前記タービンの負荷が変化するときに対応して予め所定の動的バイアス値が設定された動的バイアス設定手段と、
定常運転時、前記タービンの負荷が変化しないときに対応して予め所定の静的バイアス値が設定された静的バイアス設定手段と、
前記静的バイアス設定手段と前動的バイアス設定手段と前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段とが接続され、前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段の出力を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記静的または動的バイアス設定手段のいずれか一方を選択する選択手段と、
前記排ガス温度許容偏差演算手段により演算された排ガス温度許容偏差と、前記選択手段により選択された排ガス温度許容偏差バイアスとを加算する加算手段と、
前記加算手段により加算されて得られたバイアスを含む排ガス温度許容偏差の値と、前記排ガス温度偏差最大／最小演算手段により演算された最大／最小の温度偏差とを比較し、最大／最小の排ガス温度偏差の方が大きい場合、前記燃焼器の燃焼異常を報知するための警報指令を出力する警報指令出力手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。
【請求項３】
請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記起動スイッチがオンされ前記燃焼器が着火されたときに、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大値の排ガス温度を検出する排ガス温度最大値検出手段と、
前記排ガス温度最大値検出手段により検出された最大値の排ガス温度と予め設定されている正常時の値とを比較して排ガス温度の最大値が正常時よりも低くなってときに異常を示す信号を出力する排ガス温度レベル検出手段と、
前記排ガス温度レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段を具備したことを特徴とする燃焼監視装置。
【請求項４】
請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記排ガス温度平均値演算手段により、順次、算出される排ガス温度の平均値または中間値から排ガス温度の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも低くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する変化率検出手段と、
前記変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。
【請求項５】
請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記燃料流量指令信号の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも高くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する燃料流量指令変化率検出手段と、
前記燃料流量指令変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段と
を具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。
【請求項６】
請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、
前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最低値の排ガス温度を検出する排ガス温度最低値検出手段と、
前記排ガス温度検出手段により検出された最低値の排ガス温度から前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度を差し引く減算手段と、
前記減算手段により減算されて得られた温度偏差と、予め設定されている正常時の値とを比較して温度偏差が正常時よりも小さくなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する温度偏差レベル検出手段と、
前記温度偏差レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴とするガスタービン燃焼監視装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば発電所などで利用されるガスタービン燃焼監視装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、ガスタービン発電機が設置されている発電所などでは、ガスタービン発電機の運転状態を監視するガスタービン燃焼監視装置が利用されてはいるものの、監視にむらがあり改善が望まれている。
【０００３】
図７に一般的なガスタービン発電機と従来のガスタービン燃焼監視装置を示す。  同図に示すように、ガスタービン発電機は、空気圧縮機１、燃焼器２、タービン３、燃料流量調整弁４、排気ダクト５、複数の温度検出器（排ガス温度センサ６、空気圧縮機吐出温度センサ７など）から構成されている。排ガス温度センサ６は、排気ダクト５内に複数が環状に点在するように取り付けられている。また空気圧縮機吐出温度センサ７は、空気圧縮機１内の圧縮空気吐出部付近に取り付けられている。
【０００４】
一方、ガスタービン燃焼監視装置は、上記ガスタービン発電機のそれぞれの温度検出器６、７によって検出および測定された各検出信号を基にガスタービン発電機の運転状態を監視するものである。
【０００５】
この種のガスタービン発電機の場合、大気中の空気を空気圧縮機１に流入し空気圧縮機１で圧縮して燃焼器２に吐出する。ここで燃料流量調整弁４で調節された燃料が燃焼器２の複数のノズルから吐出し、これに点火することにより、燃焼器２内で燃料が燃焼され、高温の燃焼ガスが発生しタービン３に供給される。
【０００６】
タービン３は、高温の燃焼ガスの圧力によって軸を中心に回転し、この軸上に配置された発電機を駆動して電力を発生する。タービン３を通過した燃焼ガスは、排気ダクト５を通って大気に放出される。
【０００７】
このようなガスタービン発電機を制御する上では、燃焼器２の状態を知ること、すなわち燃焼器２の燃焼状態を監視する必要があり、一番良い方法は、燃焼器２内における温度分布を把握することであるが、燃焼器２内の燃焼ガスの温度は、非常に高温（1000℃以上）であるため、燃焼器２内に直に温度センサを設置して燃焼ガスの温度を測定することはできない。
【０００８】
このため、一般的には、燃焼器２よりも下流、つまりタービン３で仕事をして低温になって排気される排気ガスの温度（ 500℃程度）を排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６で測定し、それぞれの検出信号をガスタービン燃焼監視装置に取り込み、その温度分布を求め、予め設定されている温度許容偏差値と比較することで、燃焼器２内の正常あるいは異常（燃焼器の損傷、失火など）の監視を行っている。
【０００９】
以下、従来のガスタービン燃焼監視装置を詳細に説明する。
【００１０】
複数の排ガス温度センサ６で測定された排ガス温度の検出信号は、ガスタービン燃焼監視装置の排ガス温度平均値演算器８に入力される。
【００１１】
排ガス温度平均値演算器８では、各排ガス温度の平均値が算出されて排ガス温度許容偏差演算器９に出力される。排ガス温度許容偏差演算器９には、この排ガス温度の平均値と、空気圧縮機吐出温度検出器７で検出された空気圧縮機１の吐出温度が入力されて、これらを基に関数演算がなされて、温度許容偏差が算出される。
【００１２】
ところで、排気ダクト５内の排ガス温度分布は、燃焼器２出口の温度分布及び冷却空気の混合などの影響によって一様でない温度分布となる。
【００１３】
特にガスタービンの運転が動的（起動、停止、負荷変化中など）であるときは、燃料流量指令信号Ｓ１１が変動しており、燃焼器２に投入される燃料流量Ｓ１２が一様でないことから、排ガス温度の最大と最小の偏差が大きくなる。このため温度許容偏差バイアスは、ガスタービン発電機の運転状態が動的であるときには、スイッチを動的温度許容偏差バイアス設定器１１に切り換えて、動的温度許容偏差バイアス設定器１１に予め設定されている温度許容偏差バイアスを加算器１３に入力し、排ガス温度許容偏差演算器９からの排ガス温度許容偏差信号Ｓ４と加算してバイアス許容温度偏差信号Ｓ２を大きくし閾値を広げている。
【００１４】
またガスタービン発電機の運転状態が静的であるとき、つまり定常運転に入ると、スイッチを静的温度許容偏差バイアス設定器１２側に切り換えて、温度許容偏差バイアスがほぼ 0℃となるような変化率を持たせている。
【００１５】
上記加算器１３で求められたバイアス許容温度偏差信号Ｓ２は判定器１４に入力され、判定器１４において、このバイアス許容温度偏差信号Ｓ２と排ガス温度偏差（最大−最低）演算器１０にて求められた排ガス温度偏差信号Ｓ１と比較されて、燃焼器２の燃焼状態が判定される。判定器１４は、Ｓ１＞Ｓ２であれば、燃焼器２の異常と判定し警報指令またはトリップ信号を出力する。
【００１６】
ところで、ガスタービン発電機の燃焼器２は、発電中、内部の圧力および温度が極めて高い状態にあるため、燃焼器２に不具合が起こった場合、それを気付かずに見過ごすと、発電機として重大な障害にまで発展することがある。
【００１７】
燃焼器２内に起こる比較的小さな不具合としては、燃焼器２内の一部のノズルの未着火および失火などの燃焼器異常であり、このような不具合はタービンの起動過程に多く発生する。
【００１８】
しかしながら、従来のガスタービン燃焼監視装置は、起動時に閾値を広げている都合上、ガスタービン発電機が定常運転状態に入ってから燃焼器２の燃焼状態を監視するように動的と静的との二つのバイアス設定器１１、１２を設定しているだけであり、燃焼器２内に不具合が起こる可能性の多い時期、タービン起動時に不具合が的確に検出できない。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】
このように上述した従来のガスタービン燃焼監視装置では、タービンが動的運転状態（起動中や負荷変化中）のときは、各温度検出器で検出される温度偏差値の変動が激しいことから、温度許容偏差信号Ｓ４に過大な温度許容偏差バイアス信号Ｓ３を加えて閾値を広げており、燃焼器に異常が発生してもそれを的確に検出できず、検出できるは、ガスタービンが静的運転状態になってから、つまりタービンの回転数または負荷が安定してからであり、場合によっては発電に支障を来たす恐れがあるという問題があった。
【００２０】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、ガスタービン発電機を起動してから静的運転状態に至までの燃焼器の燃焼状態を的確に監視することにより、燃焼異常を早期に発見し、不具合を未然に防止することのできるガスタービン燃焼監視装置を提供することを目的としている。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、前記燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、前記タービンの負荷変化中に、第１のバイアス値を出力するよう予め設定された第１のバイアス値出力手段と、前記タービンの負荷が変化しない定常運転中に、第２のバイアス値を出力するよう予め設定された第２のバイアス値出力手段と、前記タービン起動中に、前記タービンの回転速度の変化に応じた第３のバイアス値を出力する第３のバイアス値出力手段と、前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記第３のバイアス値出力手段を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記第１または第２のバイアス値出力手段のいずれか一方を選択する選択手段と、前記選択手段により選択されたバイアス値出力手段の出力と排ガス温度の許容偏差値とを加算して前記燃焼器を監視する監視手段とを具備したことを特徴とを具備している。
【００２２】
この請求項１記載の発明では、選択手段が、起動スイッチに連動して燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間は選択手段が第３のバイアス値出力手段を選択し、定常運転に入ると、負荷状態に応じて第１または第２のバイアス値出力手段のいずれか一方を選択する。
【００２３】
したがって、ガスタービン発電機を起動してから静的運転状態に至までに、適正なバイアスを加えて燃焼器の燃焼状態を的確に監視できるようになり、燃焼異常を早期に発見し、不具合を未然に防止することができる。
【００２４】
請求項２記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、起動スイッチがオンされたことで大気中の空気を空気圧縮機で圧縮し燃焼器に吐出すると共に、燃料流量指令によって燃料を燃料流量調整弁から前記燃焼器に供給し、前記燃焼器内で燃料を燃焼させて得た燃焼ガスでタービンを回転させ、燃焼ガスは排気ダクトを通じて排気するガスタービン発電機を監視するガスタービン燃焼監視装置において、前記空気圧縮機の吐出空気温度を検出する吐出空気温度検出手段と、前記排気ダクト内に複数配置され、前記排気ダクト内の各部位の排ガス温度を測定する排ガス温度測定手段と、前記タービンの回転速度を検出し速度信号を出力するタービン速度検出手段と、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された排ガス温度の平均値または中間値を算出する排ガス温度平均値演算手段と、前記排ガス温度平均値演算手段により算出された排ガス温度の平均値または中間値と、前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度とから、排ガス温度の許容偏差を演算する排ガス温度許容偏差演算手段と、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大と最小の排ガス温度の偏差を演算する排ガス温度偏差最大／最小演算手段と、前記タービン速度検出手段から出力されたタービンの速度信号を基に、前記排ガス温度の許容偏差に対するバイアスを発生する排ガス温度許容偏差バイアス発生手段と、前記タービンの負荷が変化するときに対応して予め所定の動的バイアス値が設定された動的バイアス設定手段と、定常運転時、前記タービンの負荷が変化しないときに対応して予め所定の静的バイアス値が設定された静的バイアス設定手段と、前記静的バイアス設定手段と前記動的バイアス設定手段と前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段とが接続され、前記起動スイッチに連動して前記燃焼器の燃焼開始から定常運転に至るまでの間、前記排ガス温度許容偏差バイアス発生手段の出力を選択すると共に、定常運転に入ると、負荷状態に応じて前記静的または動的バイアス設定手段のいずれか一方を選択する選択手段と、前記排ガス温度許容偏差演算手段により演算された排ガス温度許容偏差と、前記選択手段により選択された排ガス温度許容偏差バイアスとを加算する加算手段と、前記加算手段により加算されて得られたバイアスを含む排ガス温度許容偏差の値と、前記排ガス温度偏差最大／最小演算手段により演算された最大／最小の温度偏差とを比較し、最大／最小の排ガス温度偏差の方が大きい場合、前記燃焼器の燃焼異常を報知するための警報指令を出力する警報指令出力手段とを具備したことを特徴としている。
【００２５】
この請求項２の発明では、ガスタービン起動時の温度許容偏差バイアス値を固定値とはせずに、ガスタービン速度を検出しその検出信号を基に関数演算して得た温度許容偏差バイアスと、排ガス温度許容偏差演算手段により演算された温度許容偏差とを加算したバイアス許容温度偏差と、排ガス温度偏差最大／最小演算手段により演算された最大／最小の温度偏差とを比較し異常を検出する。
【００２６】
すなわち、ガスタービン起動中に、ガスタービン速度に応じて排ガス温度許容偏差バイアスが変化し、燃焼器の燃焼状態が監視されるので、ガスタービン起動中の燃焼器の燃焼異常、例えば失火、損傷などを早期に、しかも的確に検出できる。
【００２７】
請求項３記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記起動スイッチがオンされ前記燃焼器が着火されたときに、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最大値の排ガス温度を検出する排ガス温度最大値検出手段と、前記排ガス温度最大値検出手段により検出された最大値の排ガス温度と予め設定されている正常時の値とを比較して排ガス温度の最大値が正常時よりも低くなってときに異常を示す信号を出力する排ガス温度レベル検出手段と、前記排ガス温度レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段を具備したことを特徴としている。
【００２８】
この請求項３記載の発明の場合、ガスタービン着火時に未着火の燃焼器があった場合、着火時の排ガス温度上昇の最大値が正常時に比べて低い値となるため、着火時の排ガス温度上昇の最大値が低いことを検出して異常を示す信号を判定手段へ出力する。判定手段では、異常を示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００２９】
すなわち、排ガス温度上昇の最大値のレベル検出結果と警報指令との２つの判定条件から燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火時の燃焼器の未着火などが早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３０】
請求項４記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記排ガス温度平均値演算手段により、順次、算出される排ガス温度の平均値または中間値から排ガス温度の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも低くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する変化率検出手段と、前記変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴としている。
【００３１】
この請求項４記載の発明では、ガスタービン着火から暖機移行時に、燃料流量を絞り込むために燃焼器が失火する場合がある。このとき、排ガス温度の上昇率が正常時に比べて低い値となるため、ガスタービン着火から暖機モード移行時の排ガス温度上昇率が低いことを検出する。そして、この排ガス温度上昇率が低いことを示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００３２】
すなわち、ガスタービン着火から暖機移行時の排ガス温度上昇率の変化率検出結果と、ガスタービン起動中の警報指令との２つの判定条件から燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火から暖機移行時の燃焼器失火が早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３３】
請求項５記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記燃料流量指令信号の変化率を算出し、算出した変化率が予め設定されている正常時の値よりも高くなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する燃料流量指令変化率検出手段と、前記燃料流量指令変化率検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴としている。
【００３４】
この請求項５記載の発明では、ガスタービン速度制御中に燃焼器が失火した場合に、予め設定されている回転速度上昇率または目標速度を維持するために燃料流量指令が一時的に増加するため、ガスタービン速度制御中において燃料流量指令が急増したことを検出する。そして燃料流量指令変化率が急増したことを示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００３５】
すなわち、ガスタービン速度制御中の燃料流量指令増加率の変化率検出結果と、ガスタービン起動中の警報指令との２つの判定条件から燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火から暖機移行時の燃焼器失火が早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３６】
請求項６記載の発明のガスタービン燃焼監視装置は、請求項２記載のガスタービン燃焼監視装置において、前記複数の排ガス温度検出器にて測定された中で最低値の排ガス温度を検出する排ガス温度最低値検出手段と、前記排ガス温度検出手段により検出された最低値の排ガス温度から前記吐出空気温度検出手段により検出された空気圧縮機の吐出空気温度を差し引く減算手段と、前記減算手段により減算されて得られた温度偏差と、予め設定されている正常時の値とを比較して温度偏差が正常時よりも小さくなったことが検出されたときに異常を示す信号を出力する温度偏差レベル検出手段と、前記温度偏差レベル検出手段から出力された信号と前記警報指令出力手段から出力された警報指令とに基づいて、前記燃焼器の燃焼状態を判定する判定手段とを具備したことを特徴としている。
【００３７】
この請求項６記載の発明では、ガスタービン起動中に燃焼器が失火した場合に、失火した燃焼器の下流に相当する排ガス温度が空気圧縮機吐出空気温度相当に低下するため、起動中の排ガス温度最低値と空気圧縮機吐出空気温度の偏差が小さくなったことを検出する。そしてこの温度偏差が小さくなったことを示す信号と警報指令との論理積をとった結果で異常を検出する。
【００３８】
すなわち、ガスタービン起動中の排ガス温度最低値と空気圧縮機吐出空気温度の偏差信号と警報指令とを基に燃焼器の異常を監視するので、ガスタービン着火から暖機移行時の燃焼器の失火が早期に検出でき、しかも警報の信頼性を向上することができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４０】
図１は本発明に係る第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図、図２はタービン速度／排ガス温度許容偏差バイアスの関係を示す図である。
【００４１】
図１において、１はガスタービン発電機の空気圧縮機であり、大気中より吸気ダクト１ａから流入した空気を圧縮する。２は燃焼器であり、供給された燃料を内部の複数のノズルから噴射して圧縮空気と混合して点火し燃焼させて高温（1000゜Ｃ以上）の燃焼ガスを発生する。３はタービンであり、燃焼器２で発生された高温の燃焼ガスによって駆動し回転軸３ａを回転させる。４は燃料流量調整弁であり、燃料流量指令Ｓ１１に基づき燃料の流量を調整し燃焼器２へ供給する。５は排気ダクトであり、タービン３を通過し仕事を終えた排気ガスを排出するものである。６は排ガス温度検出器（排ガス温度センサ）であり、排気ダクト５内に複数点在して例えば環状などに配置され、排気ダクト５内の比較的低温（500 ゜Ｃ程度）の各部位の温度を検出（測定）する。７は空気圧縮機吐出温度検出器（空気温度センサ）であり、空気圧縮機１から吐出する圧縮空気の温度を検出（測定）する。８は排ガス温度平均値演算器であり、排ガス温度センサ６で得られた各排ガス温度の平均値を算出する。９は排ガス温度許容偏差演算器であり、空気温度センサ７で得られた空気圧縮機１から吐出される圧縮空気の温度信号Ｓ２７を基に関数演算を行い排ガス温度の許容偏差信号Ｓ４を算出する。１０は排ガス温度（最大−最小）偏差演算器であり、複数の排ガス温度センサ６で得られた排ガス温度のうち最大と最小との偏差を算出し排ガス温度偏差信号Ｓ１を出力する。１１は第１のバイアス値出力手段としての動的温度許容偏差バイアス設定器であり、ガスタービンの運転状態が例えば定常運転時から負荷を変化させる際などの動的な状態（負荷変化中など）に対応する第１のバイアス値としての温度許容偏差バイアスが設定されており、そのときに応じた温度許容偏差バイアス値を出力する。１２は第２のバイアス値出力手段としての静的温度許容偏差バイアス設定器であり、ガスタービンの運転状態が過渡期を過ぎ、定常運転状態になったときなどの静的状態に対応する第２のバイアス値としての温度許容偏差バイアスが設定されており、そのときに応じた温度許容偏差バイアス値を出力する。１３は加算器であり、ガスタービンの運転状態に応じて出力された温度許容偏差信号Ｓ３と、排ガス温度許容偏差演算器９から出力された排ガス温度の許容偏差信号Ｓ４とを加算し、バイアス値を含む許容温度偏差信号（バイアス許容温度偏差信号）Ｓ２を出力する。１４は警報指令出力手段としての比較器であり、排ガス温度偏差（最大−最小）演算器１０から出力された排ガス温度偏差信号Ｓ１とバイアス許容温度偏差信号Ｓ２とを比較して、Ｓ１＞Ｓ２であれば、排ガス温度偏差「大」を示すロジック信号を出力する。２１はガスタービン速度検出器（GT速度センサ）であり、回転軸３ａ付近に配置され、タービン３の回転速度を検出してガスタービン速度検出信号（GT速度検出信号）Ｓ２１を出力する。２２は第１のバイアス値出力手段としての温度許容偏差バイアス発生器であり、GT速度検出信号Ｓ２１を基に関数演算を行い、第３のバイアス値としての所定の特性のバイアス値Ｓ３を出力する。この実施形態では、図２に示すように、バイアス値Ｓ３は、ガスタービン着火から極わずかな時間の暖機までは最大値となり、それから一���の傾斜で低くなる特定を有するものである。２３は切換スイッチであり、起動スイッチと連動して、ガスタービン起動時には温度許容偏差バイアス発生器２２側（GT起動中側）を選択し、定常運転に入ると、タービン３の負荷状態に応じて動的温度許容偏差バイアス設定器１１または静的温度許容偏差バイアス設定器１２のいずれか一方を選択する。
【００４２】
続いて、この第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置の動作を説明する。
【００４３】
このガスタービン燃焼監視装置の場合、ガスタービン発電機を起動する際、オペレータが起動スイッチをオンするが、この起動スイッチと連動して、切換スイッチ２３がGT起動中側に切換えられる共に、静的許容温度偏差バイアス設定器１２に接続されているスイッチがオフされる。
【００４４】
一方、起動スイッチがオンされたことで、燃焼器２が着火されて、燃焼ガスがタービン３へ供給されてタービン３が回転を始める。
【００４５】
すると、その回転軸３ａ付近に配置されたGT速度センサ２１からGT速度検出信号Ｓ２１が出力され、温度許容偏差バイアス発生器２２に入力される。この温度許容偏差バイアス発生器２２では、入力されたGT速度検出信号Ｓ２１の変化に応じて所定の関数式で演算を行い、得られた温度許容偏差バイアス値を、第３のバイアス信号として切換スイッチ２３へ出力する。切換スイッチ２３からは、第３のバイアス信号がそのまま温度許容偏差バイアス信号Ｓ３として加算器１３へ出力される。
【００４６】
加算器１３では、入力された温度許容偏差バイアス信号Ｓ３と、温度許容偏差演算器９からの信号（排ガス温度許容偏差信号）Ｓ４とが加算されてバイアス値を含む許容温度偏差信号Ｓ２とされて判定器１４へ出力される。
【００４７】
判定器１４では、このバイアス値を含む許容温度偏差信号Ｓ２と排ガス温度（最大−最小値）偏差演算器１０からの排ガス温度偏差信号Ｓ１とが比較されて、Ｓ１＞Ｓ２であれば、正常時よりも排ガス温度偏差が「大」であることを示すロジック出力（警報指令やトリップ信号）Ｄ１を出力し、燃焼器２の異常を例えば警報ベル、警報ランプおよび警報モニターなどの警報通知手段やトリップ回路などの非常停止手段などへ通知する。
【００４８】
一方、Ｓ１＞Ｓ２でなければ、判定器１４は監視を継続する。
【００４９】
そして、ガスタービン発電機の運転状態が静的運転状態、つまり定常運転に入ると、切換スイッチ２３が静的温度許容偏差バイアス設定器１２側に切り換えられて、静的温度許容偏差バイアス設定器１２からの出力信号で温度許容偏差バイアスＳ３がほぼ 0℃となるような変化率に戻される。
【００５０】
また定常運転に入ってからタービン３の負荷を変化させる場合は、切換スイッチ２３が動的温度許容偏差バイアス設定器１１側に切り換えられて、従来通りの監視動作となる。
【００５１】
上記各信号は、図２に示すような特性で表すことができる。
【００５２】
この図において、Ｓ３は温度許容偏差バイアス発生器２２から出力されるバイアス値、Ｓ１ａは正常燃焼時の排ガス温度偏差値、Ｓ１ｂは燃焼異常時の排ガス温度偏差値、Ｓ２は加算器１３で加算されたいずれかのバイアスを含む排ガス温度偏差値である。
【００５３】
この図２から、ガスタービン着火から暖機にかけては、燃焼器２の燃焼状態が不安定な状態になっているので、温度許容偏差バイアス設定器２２から出力されるバイアス信号Ｓ３は最大値に設定され、その後、タービン３の回転が徐々に上昇するに連れてバイアス信号Ｓ３は一定の傾斜で定格回転数に移行するまで小さくなり、定格回転数に移行すると、燃焼状態が安定してくるので、切換スイッチ２３が静的温度許容偏差バイアス設定器１２側に切り換えられて、静的温度許容偏差バイアス設定器１２からの出力が温度許容偏差バイアスＳ３となり、バイアスがほぼ 0℃となるような変化率に戻される。
【００５４】
このようにこの第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、従来の動的温度許容偏差バイアス設定器１１、静的温度許容偏差バイアス設定器１２の他に、タービン３の起動中にGT速度センサ２１によって検出されたGT速度検出信号Ｓ２１を基に関数演算を行って第３のバイアス信号を出力する温度許容偏差バイアス発生器２２を新たに加えたことで、ガスタービン着火時から定格回転数に至るまでに常に燃焼器２の燃焼状態が的確に監視され、燃焼異常が検出できるようになる。例えばガスタービン発電機着火時の燃焼器２の未着火、着火から暖機移行時の失火、暖機完了後の速度上昇時の失火など、それぞれの燃焼状態に応じて燃焼器２の燃焼異常を早期に発見でき、タービン３の損傷に至る事故を未然に防止することができる。
【００５５】
次に、本発明の第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。図３は本発明の第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００５６】
図３において、３１は排ガス温度最大値検出器であり、複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された中の最大値を検出する。３２は排ガス温度レべル検出器であり、予め正常時の排ガス温度の最大値が設定されており、入力された排ガス温度の最大値と正常時の値とを比較して、正常時に比べて低いことを検出して排ガス温度「低」を示すロジック信号Ｄ２を出力する。３３は判定手段としての論理積演算器であり、ロジック信号Ｄ２と第１実施形態で得られた警報指令Ｄ１とが入力され、互いの論理積をとってロジック信号（警報信号）Ｄ３を上記警報通知手段や非常停止手段などへ出力する。
【００５７】
この場合、ガスタービン着火時に、排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された複数の排ガス温度の検出信号Ｓ２５が排ガス温度最大値検出器３１に入力される。
【００５８】
排ガス温度最大値検出器３１では、複数の排ガス温度検出信号Ｓ２５の中で、温度上昇の最大値のものが検出され、排ガス温度レべル検出器３２に出力される。  排ガス温度レべル検出器３２では、入力された最大値の排ガス温度検出信号Ｓ２５と予め設定されている正常時の値とが比較されて、着火時の排ガス温度上昇の最大値が正常時の値に比べて低い場合、排ガス温度「低」を示すロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２は論理積演算器３３に入力される。
【００５９】
論理積演算器３３では、入力されたロジック信号Ｄ２と、第１実施形態で示した警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常がオペレータへ報知される。
【００６０】
このようにこの第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン着火時における排ガス温度の最大値と正常時の値を比較して排ガス温度の最大値が正常時の値に比べて低い場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけで不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００６１】
次に、本発明の第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。
図４は本発明の第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００６２】
図４において、４１は排ガス温度変化率検出器であり、排ガス温度平均値演算器８から順次入力される排ガス温度の平均値を示す信号Ｓ２３から、温度の変化率、この場合、起動時であるので温度上昇率を算出し、算出した排ガス温度上昇率と予め設定されている正常時の値とを比較して、排ガス温度上昇率が正常時に比べて低いことを検出して上昇率「低」を示すロジック信号Ｄ２を論理積演算器３３へ出力する。
【００６３】
この場合、ガスタービンが着火されると、排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された複数の排ガス温度の検出信号Ｓ２５が排ガス温度平均値演算器８に入力される。
【００６４】
排ガス温度平均値演算器８では、排ガス温度の平均値が算出されて、その信号（排ガス温度平均値信号）Ｓ２３がガスタービン着火から暖機移行時まで、順次排ガス温度変化率検出器４１に入力される。
【００６５】
排ガス温度変化率検出器４１では、ガスタービン着火から暖機移行時までの排ガス温度上昇率が算出される。そして算出された排ガス温度上昇率と予め設定されている正常時の排ガス温度上昇率の値とが比較される。ここで、例えば排ガス温度上昇率が正常時の値に比べて低い場合、排ガス温度変化率検出器４１からロジック信号Ｄ２が論理積演算器３３へ出力される。
【００６６】
論理積演算器３３では、入力されたロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常がオペレータへ報知される。  このようにこの第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン着火から暖機移行時までの排ガス温度の上昇率を算出し、正常時の値を比較して排ガス温度の上昇率が正常時の値に比べて低い場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけで不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００６７】
次に、本発明の第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。
図５は本発明の第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００６８】
図５において、５１は燃料流量指令変化率検出器であり、速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１が順次入力されてそれを基に燃料流量指令の増加率を算出し、算出した増加率の値と予め設定されている正常時の増加率の値と比較し、速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１の増加率が正常時の値に比べて高いことを検出してロジック信号Ｄ２を論理積演算器３３へ出力する。
【００６９】
この場合、ガスタービン速度制御中の燃料流量指令信号Ｓ１１が燃料流量指令変化率検出器５１に順次入力されると、燃料流量指令変化率検出器５１では、それを基に燃料流量指令Ｓ１１の増加率が算出される。そして、算出された増加率の値と予め設定されている正常時の増加率の値とが比較される。ここで、例えば速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１の増加率が正常時の値に比べて高い場合、ロジック信号Ｄ２が論理積演算器３３へ出力される。
【００７０】
論理積演算器３３では、速度制御中の燃料流量指令増加率高のロジック信号Ｄ２と排ガス温度偏差「大」を示す警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常が報知される。
【００７１】
このようにこの第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン速度制御中の燃料流量指令Ｓ１１の増加率と正常時の値を比較して燃料流量指令Ｓ１１の増加率が正常時の値に比べて高い場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけで不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００７２】
次に、本発明の第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置について説明する。
図６は本発明の第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図である。なおこの第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成は、第１実施形態の構成に新たな構成を追加したものであり、図中、図１の構成と同一の構成については同一の符号を付しその説明は省略する。
【００７３】
図６において、６１は排ガス温度最低値検出器であり、複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された中の最低値を検出する。６２は減算器であり、排ガス温度最低値検出器６１からの最低値の排ガス温度と、空気温度センサ７で得られた空気圧縮機１から吐出される圧縮空気の温度とを減算して互いの温度偏差を求め出力する。６３は温度偏差レべル検出器であり、予め正常時の温度偏差値が設定されており、減算器６２から入力された温度偏差の値と正常時の値とを比較して、正常時に比べて小さいことを検出して排ガス温度「小」を示すロジック信号Ｄ２を論理積演算器３３へ出力する。
【００７４】
この場合、ガスタービン着火時に、排気ダクト５内の複数の排ガス温度センサ６により検出（測定）された複数の排ガス温度の検出信号Ｓ２５が排ガス温度最低値検出器６１に入力される。
【００７５】
排ガス温度最低値検出器６１では、複数の排ガス温度検出信号Ｓ２５の中で、温度の最低値のものが検出されて減算器６２に出力される。減算器２７には、最低値の排ガス温度と、空気温度センサ７で検出された空気圧縮機吐出空気温度信号Ｓ２６が入力される。
【００７６】
減算器２７では、ガスタービン起動中の最低値の排ガス温度から、空気圧縮機１から吐出された空気温度が差し引かれて互いの温度偏差が算出され、算出された温度偏差信号Ｓ２８が温度偏差レべル検出器６３に入力される。
【００７７】
この温度偏差レべル検出器６３では、起動中の温度偏差と予め設定されている正常時の値とが比較される。ここで起動中の温度偏差が正常時に比べて小さい場合、温度偏差「小」を示すロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２は論理積演算器３３に入力される。
【００７８】
論理積演算器３３では、入力されたロジック信号Ｄ２と、第１実施形態で示した警報指令Ｄ１との論理積がとられて、例えば警報通知手段などへロジック信号（警報信号）Ｄ３を出力し、これにより警報通知手段によって燃焼器２の異常がオペレータへ報知される。
【００７９】
このようにこの第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置によれば、ガスタービン着火時における排ガス温度の最低値から、空気圧縮機１から吐出された空気温度を差し引き互いの温度偏差を求め、この温度偏差と正常時の値とを比較してガスタービン起動中の温度偏差が正常時の値に比べて小さい場合にロジック信号Ｄ２を出力し、このロジック信号Ｄ２と警報指令Ｄ１との論理積をとることで、実際の測定値が排ガス温度許容偏差値から外れただけて不用意に警報が発せられたり、トリップ信号で発電が停止することなくなり、警報の信頼性を向上することができる。
【００８０】
なお上記第２〜第５各実施形態では、警報指令Ｄ１とロジック信号Ｄ２との論理積をとって警報信号Ｄ３を出力したが、本発明は論理積演算器３３だけに限定されるものてはなく、ソフト的な判定手段であってもよい。
【００８１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、負荷変化中や定常運転中のときの他、起動中にタービンの回転速度の変化に応じてバイアス値を出力する第３のバイアス値出力手段（排ガス温度許容偏差バイアス発生手段）を設けたので、燃焼器を点火してからタービンが定格回転（静的運転状態）に至までの燃焼器の燃焼状態を的確に監視できるようになり、これによって燃焼異常を早期に発見できるようになり、不具合を未然に防止することができる。
【００８２】
また燃焼異常として出力される警報指令に対して、排ガス温度や燃料流量指令などのレベルや変化率などを加味することにより、警報の信頼性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図２】タービン速度／排ガス温度許容偏差バイアスの関係図。
【図３】本発明に係る第２実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図４】本発明に係る第３実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図５】本発明に係る第４実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図６】本発明に係る第５実施形態のガスタービン燃焼監視装置の構成を示す図。
【図７】従来のガスタービン燃焼監視装置を示す図。
【符号の説明】
１…空気圧縮機、２…燃焼器、３…タービン、４…燃料流量調節弁、５…排気ダクト、６…排ガス温度センサ、７…空気圧縮機吐出温度センサ、８…排ガス温度平均値演算器、９…許容温度偏差演算器、１０…排ガス温度（最大−最低）偏差演算器、１１…動的許容温度偏差バイアス設定器、１２…静的許容温度偏差バイアス設定器、１３…加算器、１４…判定器、２１…GT速度センサ、２２…温度許容偏差バイアス発生器、２３…切換スイッチ、３１…排ガス温度最大値検出器、３２…排ガス温度レベル検出器、３３…論理積演算器、４１…排ガス温度変化率検出器、５１…燃料流量指令変化率検出器、６１…排ガス温度最低値検出器、６２…減算器、６３…温度偏差レベル検出器。
【図１】
0003670382.tif 000002
【図２】
0003670382.tif 000003
【図３】
0003670382.tif 000004
【図４】
0003670382.tif 000005
【図５】
0003670382.tif 000006
【図６】
0003670382.tif 000007
【図７】
0003670382.tif 000008