(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速回転機能及び低速回転機能を備えたクロスコンパウンド型タ−ビン発電機のタ−ニング二軸同期制御方法において、プライマリ発電機及びセカンダリ発電機の軸位相を検出する複数の軸位相検出手段と、これらの軸位相検出手段の出力を入力とする制御手段とにより、前記発電機のタ−ニング回転数を変化させて軸位相差が検出可能な最小値に成った時に低速回転側を高速回転に切替え、その後で軸位相差が許容値に到達したことにより、双方の発電機の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を同時に閉せしめることを特徴とするタ−ニング二軸同期制御方法。
【請求項２】
軸位相差が検出可能な最小値に成った時に低速回転側を高速回転に切替え、その後で軸位相差が許容値に到達したこと及び前記軸位相差が検出可能な最小値に成った時を起点にして一定時間経過したこととで双方の発電機の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を同時に閉せしめることを特徴とする請求項１に記載のタ−ニング二軸同期制御方法。
【請求項３】
プライマリ発電機及びセカンダリ発電機を双方共に高速回転せしめ、軸位相差が許容値に到達すると任意の時間を経過した後に双方の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を閉せしめることを特徴とする請求項１又は２に記載のタ−ニング二軸同期制御方法。
【請求項４】
プライマリ発電機及びセカンダリ発電機の双方が共に高速回転にて軸位相差が許容値に到達した時、一定の時間内のみ双方の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を閉せしめることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載のタ−ニング二軸同期制御方法。
【請求項５】
プライマリ発電機及びセカンダリ発電機の一方を高速に、他方を低速に回転せしめ、軸位相差が許容値以内に成り、かつその後で検出可能な最小値以下又は以上に成った時に低速側を高速に切替ることを特徴とする請求項１に記載のタ−ニング二軸同期制御方法。
【請求項６】
軸位相検出手段の出力の異常診断を行い、異常を検知した時は制御を中止すると共に警報を発することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一項に記載のタ−ニング二軸同期制御方法。
【請求項７】
タ−ニングモ−タの電源電圧及び電源周波数が規定範囲を外れている場合は制御を中止すると共に警報を発することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載のに記載のタ−ニング二軸同期制御方法。
【請求項８】
高速回転機能及び低速回転機能を備えたクロスコンパウンド型タ−ビン発電機におけるプライマリ発電機及びセカンダリ発電機の軸位相を検出する複数の軸位相検出手段と、前記プライマリ発電機及びセカンダリ発電機の一方を高速に他方を低速に回転せしめるとともに、軸位相差が許容値以内になり、かつその後で検出可能な最小値以下又は以上に成った時に低速側を高速に切替る回転切替え手段と、前記回転数切替え手段により低速側を高速に切り換えた後、軸位相差が許容値に到達したことにより双方の発電機の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を同時に閉せしめる制御手段とを有することを特徴とするタ−ニング二軸同期制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はクロスコンパウンド型タ−ビン発電機のタ−ニング二軸同期制御方法及びタ−ニング二軸同期制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から使用されているクロスコンパウンド型タ−ビン発電機のタ−ニング二軸同期システムの構成例を示す図６に示す。同図において、クロスコンパウンド型タ−ビン発電機は、高圧タ−ビン１１に軸直結するプライマリ発電機（以降、ｐｒｉ機と称す）１２と、低圧タ−ビン２１に軸直結するセカンダリ発電機（以降、ｓｅｃ機と称す）２２とを有し、ｐｒｉ機１２、ｓｅｃ機２２は各々のタ−ニングギア１３，２３を介して各々のタ−ニングモ−タ１４，２４に軸接続出来る様になっている。なお、これらのタ−ニングモ−タ１４，２４は切替操作により低速回転及び高速回転の２通りの回転速度で運転できる機能を備えており、一例として具体例を示すと、ｐｒｉ機１２を高速時は５．５６ｒｐｍ、低速時は１．８３ｒｐｍで、またｓｅｃ機２２を高速時は５．９１ｒｐｍ、低速時は１．９５ｒｐｍで回転させている。
【０００３】
これらのタ−ビン発電機の電気回路は、ｐｒｉ機１２とｓｅｃ機２２の出力側を接続し、更にここから分岐して主変圧器１を通りて並列しゃ断器２に接続する出力回路と、ｐｒｉ器１２の界磁巻線１５よりプライマリ界磁しゃ断器（以降、ｐｒｉ界磁しゃ断器と称す）１６を介してプライマリ励磁機１７へ接続する励磁回路と、同様にｓｅｃ機の界磁巻線２５よりセカンダリ界磁しゃ断器（以降、ｓｅｃ界磁しゃ断器と称す）２６を介してセカンダリ励磁機２７へ接続する励磁回路とで構成されている。
【０００４】
また、軸位相検出用にｐｒｉ機１２、ｓｅｃ機２２双方のエンドの同一位相の位置にそれぞれ４０°毎に９個の軸位相検出器１８ａ〜１８ｉ、２８ａ〜２８ｉを設置し、それらの出力を制御手段３に入力する。軸位相検出器１８ａ〜１８ｉ、２８ａ〜２８ｉには近接スイッチを用いており、各々が１０°の検出感度を有している。制御手段３は軸位相検出器１８ａ〜１８ｉ、２８ａ〜２８ｉを監視し、ｐｒｉ機１２とｓｅｃ機２２の軸位相差が二軸同期可能な許容範囲に入った時にｐｒｉ界磁しゃ断器１６及びｓｅｃ界磁しゃ断器２６を同時に投入せしめる機能を有している。
【０００５】
図７は、従来より一般的に採用されているタ−ニング二軸同期制御方法のロジックフロ−チャ−トを示す。同図中、実線矢印は動作の流れを、破線矢印は状態の流れを示す。
【０００６】
起動指令３０によりｐｒｉタ−ニングモ−タ及びｓｅｃタ−ニングモ−タをそれぞれ低速起動１４ＬＳ、２４ＬＳさせる。次に、ｐｒｉタ−ニングギアを結合１３Ｊさせるとｐｒｉ機が１．８３ｒｐｍで低速回転１２ＬＲし、同様にｓｅｃタ−ニングギアを結合２３Ｊさせるとｓｅｃ機が１．９５ｒｐｍで低速回転２２ＬＲする。
【０００７】
その後、ｓｅｃ機２２とｐｒｉ機の軸位相差が１０°以内になると、９個ずつある軸位相検出機１８ａ〜１８ｉ、２８ａ〜２８ｉのいずれかにより同期点到達（θPS≦１０°）３１が検出される。これによりｐｒｉ界磁しゃ断器及びｓｅｃ界磁しゃ断器を同時に閉１６Ｃ、２６Ｃさせるとｐｒｉ機、ｓｅｃ機は双方共に界磁巻線１５、２５が励磁されて微小ではあるが出力運転状態となり、この時にｐｒｉタ−ニングギアが離脱１３Ｂして二軸同期完了３２となる。ｐｒｉタ−ニングギアが離脱するのは、ｐｒｉ機１２およびｓｅｃ機２２が出力運転状態になると同期化力によりｐｒｉ機の回転数がｓｅｃ機の回転数まで上昇するのでこれにより離脱１３Ｂするものである。なお、同期点到達３１は一旦成立すると速度差が小さいので、軸位検出器１８ａ〜１８ｉ、２８ａ〜２８ｉのいずれかの組み合せで検出することができる。
【０００８】
以上の二軸同期制御の所要時間は、制御開始時にｐｒｉ機１２、ｓｅｃ機２２の軸位相が同期成立寸前の場合はごく短時間で済むが、逆に本例の速度差では最大位相差（近接スイッチ感度が１０°であり、軸位相差を３５０°とし、制御の遅れ時間は微小なので考慮しないものとする）時の同期成立時間Ｔは
Ｔ＝（１／速度差）×（軸位相差／３６０°）×６０秒
＝（１／０．１２ｒｐｍ）×（３５０°／３６０°）×６０秒＝４８６秒
すなわち、８．１分必要になる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、従来の制御方法では、所要時間が最大約８分とかかりすぎて、プラントの起動時間が短縮できない一因になっている。また、制御開始時の軸位相差状況により、所要時間が数秒〜８分となり、バラツキが大きいため、プラントの起動スケジュ−ルにおいて支障を来している。
【００１０】
この問題はタ−ニング二軸同期方法を適用したクロスコンパウンド型タ−ビン発電機を導入している火力発電所において、自動化プラントへの設備更新の際の最大のペンディング事項となっているのが実情である。
【００１１】
本発明は、このような点に着目し、タ−ニング二軸同期の所要時間の短縮と一定化を達成することを課題とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のタ−ニング二軸同期制御方法は、高速回転機能及び低速回転機能を備えたクロスコンパウンド型タ−ビン発電機のタ−ニング二軸同期制御方法において、プライマリ発電機及びセカンダリ発電機の軸位相を検出する複数の軸位相検出手段と、これらの軸位相検出手段の出力を入力とする制御手段とにより、前記発電機のタ−ニング回転数を変化させて軸位相差が検出可能な最小値に成った時に低速回転側を高速回転に切替え、その後で軸位相差が許容値に到達したことにより、双方の発電機の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を同時に閉せしめることを特徴とするものである。
【００１３】
プライマリ発電機を高速回転させ、セカンダリ発電機を低速回転させるとセカンダリ発電機の１回転以内に軸位相差が検出可能な最小値に達する。この時センンダリ発電機を高速回転させると、所定の時間経過後に同期点（軸位相差が検出可能な最小値）に到達する。同期点到達にて双方の界磁しゃ断器を同時に閉せしめると、二軸同期完了となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明においては、請求項２のように、軸位相差が検出可能な最小値になった時に低速回転側を高速回転に切替え、その後で軸位相差が許容値に到達したこと及び前記軸位相差が検出可能な最小値に成った時を起点にして一定時間経過したこととで双方の発電機の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を同時に閉せしめることができる。このように、低速側を高速に切替る軸位相差を速く検出することで請求項１の場合よりも短時間で二軸同期を行うことができる。また、発電機が規定のタ−ニング回転数で回転している時のみ界磁しゃ断器を閉せしめることを可能とし、タ−ニング二軸同期の信頼性を向上させることができる。
【００１５】
本発明においては、請求項３のように、ｐｒｉ機及びｓｅｃ機を双方共に高速回転せしめ、軸位相差が許容値に到達すると任意の時間を経過した後に双方の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を閉せしめるようにすることもできる。これにより、界磁しゃ断器を閉せしめる時の軸位相差を最小とすることができる。
【００１６】
本発明においては、請求項４に示すように、プライマリ発電機及びセカンダリ発電機の双方が共に高速回転にて軸位相差が許容値に到達した時、一定の時間内のみ双方の界磁しゃ断器又は界磁開閉器を閉せしめるようにすることもできる。これにより、軸位相差が許容値を超過した場合は二軸同期を中断することができ、信頼性が向上する。
【００１７】
本発明においては、請求項５に示すように、プライマリ発電機及びセカンダリ発電機の一方を高速に、他方を低速に回転せしめ、軸位相差が許容値以内に成り、かつその後で検出可能な最小値以下又は以上に成った時に低速側を高速に切替るようにしてもよい。
【００１８】
また、請求項６に示すように、軸位相検出手段の出力の異常診断を行い、異常を検知した時は制御を中止すると共に警報を発することもできる。あるいは請求項７に示すように、タ−ニングモ−タの電源電圧及び電源周波数が規定範囲を外れている場合は制御を中止すると共に警報を発するようにすることもできる。これらの方法を用いれば、機械の損傷を防止し、タ−ニング二軸同期制御の信頼性を更に向上させることができる。
【００１９】
【実施例】
次に、本発明の実施例を説明する。なお、本発明の実施例において、クロスコンパウンド型タ−ビン発電機のタ−ニング二軸同期システムの基本的構成は図６と同じであるので、それを参照して説明するものとし、また、図７におけると同一部分、同一動作および同一状態は同一の符号で説明する。
【００２０】
図１は本発明の請求項１に対応する実施例のロジックフロ−チャ−トである。同１および図６において、起動指令４０によりｐｒｉタ−ニングモ−タ１４を高速起動１４ＨＳさせ、ｐｒｉタ−ニングギア１３を結合１３Ｊさせるとｐｒｉ機１２が５．５６ｒｐｍで高速回転１２ＲＨする。同様にｓｅｃターニングモ−タ２４を低速起動２４ＬＳさせ、ｓｅｃタ−ニングギア２３を結合２３Ｊさせるとｓｅｃ機２２が１．９５ｒｐｍで低速回転２２ＬＲし、ｓｅｃ機２２が１回転（約３１秒）以内に軸位相差（θPS＝４０°）４１が成立する（この例では、９個の軸位相検出器が設けられているので、３６０°÷９＝４０°が軸位相差の許容値として設定される。）。これによりｓｅｃタ−ニングモ−タ２４を高速起動２４ＨＳに切替えてｓｅｃ機２２が５．９１ｒｐｍで高速回転２２ＨＲすると、ｐｒｉ機１２とｓｅｃ機２２の速度差が０．３５ｒｐｍとなり約１５秒［（１／０．３５ｒｐｍ）×（３０°／３６０°）×６０秒］後に、同期点到達（θPS≦１０°）４２が成立する。
【００２１】
つまり前記の如く一方を高速回転、もう一方を低速回転として軸位相差を追い込み検出可能な最小軸位相差になった時点で低速回転側を高速回転にすることで同期点到達時間を最も短縮させることが出来る。
【００２２】
同期点到達（θPS≦１０°）４２にて双方の界磁しゃ断器１６，２６を同時に閉１６Ｃ，２６Ｃせしめると、その結果ｐｒｉタ−ニングギア１３が離脱１３Ｂし、二軸同期完了４３となる。なお、同期点到達４２は速度差が小さいので到達しさえすれば軸位相検出器１８ａ〜１８ｉと２８ａ〜２８ｉのいずれかの組み合わせで検出できる。
【００２３】
以上の如く本実施例によれば、従来の最大所要時間約８分を約４６秒［３１秒＋１５秒＋制御の遅れ時間（仮に１秒とする）］と大幅に短縮できると共にバラツキも解消できる。なお、一方が高速回転、もう一方が低速回転の状態では、速度差が過大なため二軸同期は成功しない。
【００２４】
図２は本発明の請求項２に対応する実施例を示すロジックフロチャ−トである。同図において、図１と異なるのは、軸位相差（θPS＝４０°）４１が成立すると、この信号をオンデレイタイマ４４を通してＡＮＤ回路４５の一方の入力端子に導き、ＡＮＤ回路４５の他方の入力端子には、双方共に高速回転後の同期点到達（θPS≦１０°）４２からの入力信号を入力させ、このＡＮＤ条件の成立をもって双方の界磁しゃ断器を閉１６Ｃ，２６Ｃせしめる部分である。オンデレイタイマ４４の設定値は軸位相差（θPS＝４０°）４１が成立した後に同期点到達（θPS≦１０°）４２する迄の所要時間１５秒［（１／０．３５ｒｐｍ）×（３０°／３６０°）×６０秒］に設定する。つまりオンデレイタイマ４４を設けることにより、ｓｅｃ機２２及びｐｒｉ機１２が規定回転数で正常回転している場合にのみ二軸同期が行えることになる。従って、一方の発電機の回転数に異常が発生している場合は二軸同期が行えないので非同期投入による機器の損傷を防止することが出来る。
【００２５】
図３は本発明の請求項３に対応する実施例を示すロジックフロ−チャ−トである。図１と異なるのは、双方共に高速回転後の同期点到達（θPS≦１０°）４２の代わりに、同期状態判定４６とその後段に出力遅延装置４７を設けた部分である。同期状態判定４６はｓｅｃ機２２とｐｒｉ機１２との軸位相差θPSが４°〜１°または５°〜９°の範囲内にあるか否かを判定し、判定結果により各々の出力を出力遅延装置４７に入力する。出力遅延装置４７は軸位相差θPSに応じてそれぞれ違った時限を経て双方の界磁しゃ断器１６，２６を閉せしめる出力を出せるようになっている。この時限の設定は１°の時は０、４８秒［（１／０．３５ｒｐｍ）×（１°／３６０°）×６０秒］、同様に２°＝０．９５秒、３°＝１．４３秒、４°＝１．９０秒、５°〜９°＝瞬時とする。つまり二軸同期の軸位相差は１０°であるが、０°で行うべく軸位相差PSθによって双方の界磁しゃ断器を閉１６ｃ，２６ｃせしめるタイミングを調整するものである。以上の如くこの実施例によれば二軸同期時の軸位相差を最小にすることができる。
【００２６】
図４は本発明の請求項４に対応する実施例を示すロジックフロ−チャ−トである。同図において図１と異なるのは、双方共に高速回転後の同期到達（θPS≦１０°）４２の出力側にオンデレイタイマ４８とＮＯＴ回路４９を接続し、このＮＯＴ回路４９の出力と同期点到達（θPS≦１０°）４２の出力をＡＮＤ回路５０に導き、このＡＮＤ条件の成立により、双方の界磁しゃ断器を閉１６ｃ，２６ｃせしめる部分である。つまり双方の界磁しゃ断器１６，２６を閉せしめる信号をワンショット信号にするということである。
【００２７】
この場合、オンデレイタイマ４８の設定値は軸位相差許容値１０°に到達してから外れる迄の時間４．８秒［（１／０．３５ｒｐｍ）×（１０°／３６０°）×６０秒］に設定する。万一、同期点到達（θPS≦１０°）４２の信号に短絡などの異常が起こると、軸位相差許容値以外で二軸同期する心配があるが、この問題を解消することが出来る。
【００２８】
図５は本発明の請求項５に対応する実施例を示すロジックフローチャートである。同図において図１と異なるのは、ｓｅｃ機が低速回転２２ＬＲでｐｒｉ機との軸位相差θPSが一旦、同期点到達（θPS≦１０°）５１に到った後、ｓｅｃ機との軸位相差（θ≦３２０°）［ＰｒｉとＳｅｃの関係が４０°になったことを示す。軸位相検出器は９個である。］５２にて、ｓｅｃ機を高速回転２２ＨＲにせしめる部分である。図１〜図４の実施例では軸位相差（θPS＝４０°）４１の検出に約３１秒を要するが、本実施例によればｐｒｉ機１回転（１１秒）以内で検出できる。つまり起動指令が出力された時に同期点到達（θ≦１０°）５１が成立中、又は成立寸前だった場合は１１秒＋α（数秒以内）で二軸同期できる。一旦、同期点到達（θPS≦１０°）５１を確認するのは、制御開始時に軸位相差（θPS≦３２０°）５２と軸位相差（θPS≦１０°）４２が同時に成立し、非同期状態で二軸同期が行われる心配があるからである。
【００２９】
次に、請求項６及び請求項７につき説明する。請求項６は、図６における軸位相差検出器１８ａ〜１８ｉ，２８ａ〜２８ｉの異常診断を行うものである。異常診断は個々の軸位相検出器１８ａ〜１８ｉ，２８ａ〜２８ｉが発電機１回転で１０°の時間だけ動作するか及び順次正常の時間を経て動作するかを監視するものである。これにより異常を検出した場合は二軸同期制御方法を中止すると共に警報を発してオペレータに異常の発生を知らしめるものである。また、請求項７においては、ｐｒｉ機１２及びｓｅｃ機２２が規定回転数で回転するにはターニングモータ１４，２４が規定回転数で回転する必要があるので、これらのターニングモータ１４，２４が健全であるということを電源電圧、電源周波数を監視し、異常がある場合は二軸同期制御方法を中止すると共に警報を発してオペレータに異常の発生を知らせるものである。これらの方法によれば、機械の損傷を防止し、タ−ニング二軸同期制御の信頼性を更に向上させることができる。
【００３０】
【発明の効果】
上述のように、従来方式のターニング二軸同期制御方法及び制御装置では所要時間が即時〜８分と長時間で、しかもばらつきが大きかったが、本発明はこれ等の問題を確実に解消し、所要時間を短縮すると共に、バラツキを低減させることができる。また、二軸同期の信頼度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１に対応する実施例のロジックフローチャート。
【図２】本発明の請求項２に対応する実施例のロジックフローチャート。
【図３】本発明の請求項３に対応する実施例のロジックフローチャート。
【図４】本発明の請求項４に対応する実施例のロジックフローチャート。
【図５】本発明の請求項５に対応する実施例のロジックフローチャート。
【図６】ターニング二軸同期制御方法のシステム構成を示すブロック図。
【図７】従来のターニング二軸同期制御方法のロジックフローチャート。
【符号の説明】
１…主変圧器    ２…並列しゃ断器    ３…制御手段    １１…高圧タービン    １２…プライマリ発電機（ｐｒｉ機）    １３，２３…ターニングギア  １４，２４…ターニングモータ    １５，２５…界磁巻線    １６，２６…界磁しゃ断器    １７，２７…励磁機    １８ａ〜１８ｉ，２８ａ〜２８ｉ…軸位相検出器    ２１…セカンダリ発電機（ｓｅｃ機）    ２２…低圧タービン
４８…オンデレイタイマ
【図１】
0003648345.tif 000002
【図２】
0003648345.tif 000003
【図３】
0003648345.tif 000004
【図４】
0003648345.tif 000005
【図５】
0003648345.tif 000006
【図６】
0003648345.tif 000007
【図７】
0003648345.tif 000008