(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高圧タービンと高圧空気圧縮機と発電機を同軸に備え、また入口ガイドベーンを有した低圧タービンと低圧空気圧縮機を別の同軸に備え、ボイラからの燃焼ガスを高温弁を介して前記高圧タービン及び低圧タービンに順次導くガス流路を備え、空気を前記低圧空気圧縮機及び高圧空気圧縮機に順次導いてボイラに供給する空気流路を備え、該空気流路における高圧空気圧縮機の出口と前記ガス流路における高温弁の出口との間にバイパス流路を備え、高圧空気圧縮機出口の空気をボイラに導くかバイパス流路に導くかを切替える切換弁を備え、発電機負荷遮断時に前記高温弁を閉鎖すると共に、前記高圧空気圧縮機出口の空気をバイパス流路に循環させるように前記切換弁を切替えるトリップ制御器を備えたガスタービン発電設備のタービン速度制御装置であって、発電機負荷遮断時に開度絞り込み指令を低圧タービンの入口ガイドベーンに出す絞り込み指令制御器を備えたことを特徴とするガスタービン発電設備のタービン速度制御装置。
【請求項２】
高圧タービン、低圧タービン、高圧空気圧縮機、低圧空気圧縮機及び発電機を同軸に備え、ボイラからの燃焼ガスを高温弁を介して前記高圧タービン及び低圧タービンに順次導くガス流路を備え、空気を前記低圧空気圧縮機及び高圧空気圧縮機に順次導いてボイラに供給する空気流路を備え、該空気流路における高圧空気圧縮機の出口と前記ガス流路における高温弁の出口との間にバイパス流路を備え、高圧空気圧縮機出口の空気をボイラに導くかバイパス流路に導くかを切替える切換弁を備え、発電機負荷遮断時に前記高温弁を閉鎖すると共に、前記高圧空気圧縮機出口の空気をバイパス流路に循環させるように前記切換弁を切替えるトリップ制御器を備えたガスタービン発電機設備のタービン速度制御装置であって、前記低圧タービンのガス出口に絞り弁を配設し、且つ発電機負荷遮断時に前記絞り弁に絞り込み指令を出すガス流量指令制御器を備えたことを特徴とするガスタービン発電設備のタービン速度制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明はガスタービン発電設備のタービン速度制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図４は従来のガスタービン発電設備の一例を示したもので、高圧タービン１と高圧空気圧縮機２と発電機３を同一の軸４に備え、また入口ガイドベーン５を有した低圧タービン６と低圧空気圧縮機７を別の同一の軸８に備え、ボイラ９からの燃焼ガスを、高温弁（インターセプト弁）１０を介して前記高圧タービン１、及び低圧タービン６に順次導いて煙突１１に排出するようにしたガス流路１２を備え、また空気を、前記低圧空気圧縮機７、空気冷却器１３、及び高圧空気圧縮機２に順次導いてボイラ９に供給するようにした空気流路１４を備えている。
【０００３】
通常、高圧タービン１、高圧空気圧縮機２及び発電機３からなる高速回転部１５に対して、低圧タービン６及び低圧空気圧縮機７からなる低速回転部１６の回転数は、導入される燃焼ガスの温度及び圧力が低くなっていることから小さくなっており、また低圧タービン６は、その入口に備えられた入口ガイドベーン５の開度を制御信号２３によって変更することにより、低圧空気圧縮機７の回転数を変えて、低圧空気圧縮機７から取入れて圧縮しボイラ９に供給する空気の流量を調整するようになっている。
【０００４】
前記空気流路１４における高圧空気圧縮機２の出口と前記ガス流路１２における高温弁１０の出口との間にバイパス流路１７を備え、且つ前記空気流路１４とバイパス流路１７の接続部に、空気をボイラ９に導くか又はガス流路１２の高温弁１０の出口に導くかを切替える切換弁（三方弁）１８を備えている。
【０００５】
また、前記発電機３には、遮断器１９を介して電力系統２０が接続されており、前記遮断器１９は電力系統２０の事故、或いは発電機３の電気事故等が発生した場合に、保護リレー回路による遮断指令２１によって発電機負荷を遮断（ＯＦＦ）するようになっている。
【０００６】
上記した発電機負荷遮断時に、遮断指令２１を受けて前記高温弁１０を閉鎖すると共に、前記高圧空気圧縮機２出口の空気をバイパス流路１７を介してガス流路１２における高温弁１０の出口に循環させるよう前記切換弁１８を切替えるように指令するトリップ制御器２２を備えている。
【０００７】
更に、前記発電機負荷遮断時に、遮断指令２１を受けて、前記低圧タービン６の入口ガイドベーン５に発電機負荷遮断時直前の制御信号２３による開度を保持させておく指令を出すようにした開度固定制御器２４を備えるようにしている。
【０００８】
上記構成において、通常時は、ボイラ９からの高温ガス（８００〜８５０℃）は高温弁１０を備えたガス流路１２を介して高圧タービン１及び低圧タービン６に順次供給されてそれを回転することにより発電機３、高圧空気圧縮機２及び低圧空気圧縮機７を回転駆動し、これにより空気が低圧空気圧縮機７及び高圧空気圧縮機２に順次導かれて加圧され、燃焼用空気等としてボイラ９に供給されるようになっている。また、発電機３で発電された電気は、遮断器１９を介して電力系統２０に供給される。
【０００９】
この状態において電気的事故が発生し、保護リレー回路による遮断指令２１によって遮断器１９が遮断される発電機負荷遮断時は、前記トリップ制御器２２により高温弁１０が急速に全閉されて高圧タービン１の駆動エネルギーが遮断され、同時に高圧空気圧縮機２出口の空気がバイパス流路１７を介してガス流路１２における高温弁１０の出口に循環させるように切換弁１８が切替えられる。またこの時、開度固定制御器２４によって前記低圧タービン６に備えた入口ガイドベーン５の開度を、発電機負荷遮断時直前の開度に固定するように制御される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来のガスタービン発電設備のタービン速度制御装置においては、発電機負荷遮断時に、トリップ制御器２２によって高温弁１０を急速に全閉にするようにしているが、前記ガス流路１２は非常に大径であって高温弁１０が大型の構造を有しているために、全閉する際の動作速度が遅く、そのために高圧タービン１に導入される燃焼ガスがゆっくり絞り込まれることになり、しかも燃焼ガスが高温のためにガス流路１２及び高温弁１０が変形して全閉にしても大量の燃焼ガスがリークし、この高温の燃焼ガスがバイパス流路１７からの圧縮空気と混合されて高圧タービン１に供給され続けることになり、更にこのような高圧タービン１へのガスの供給が継続されることと、前記遮断器１９が開となって発電機３の負荷喪失により回転負荷が激減することによって、高圧タービン１、高圧空気圧縮機２及び発電機３からなる高速回転部１５の回転数が過渡的に上昇し、場合によっては高速回転部１５に過大な遠心力が作用する危険速度（定格負荷の１１１％）に達してしまう問題を有していた。
【００１１】
本発明は、このような発電機負荷遮断時に、タービン等の回転数が危険速度まで上昇するのを抑制して、装置の安全性を確保するようにしたガスタービン発電設備のタービン速度制御装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高圧タービンと高圧空気圧縮機と発電機を同軸に備え、また入口ガイドベーンを有した低圧タービンと低圧空気圧縮機を別の同軸に備え、ボイラからの燃焼ガスを高温弁を介して前記高圧タービン及び低圧タービンに順次導くガス流路を備え、空気を前記低圧空気圧縮機及び高圧空気圧縮機に順次導いてボイラに供給する空気流路を備え、該空気流路における高圧空気圧縮機の出口と前記ガス流路における高温弁の出口との間にバイパス流路を備え、高圧空気圧縮機出口の空気をボイラに導くかバイパス流路に導くかを切替える切換弁を備え、発電機負荷遮断時に前記高温弁を閉鎖すると共に、前記高圧空気圧縮機出口の空気をバイパス流路に循環させるように前記切換弁を切替えるトリップ制御器を備えたガスタービン発電設備のタービン速度制御装置であって、発電機負荷遮断時に開度絞り込み指令を低圧タービンの入口ガイドベーンに出す絞り込み指令制御器を備えたことを特徴とするガスタービン発電設備のタービン速度制御装置、及び、高圧タービン、低圧タービン、高圧空気圧縮機、低圧空気圧縮機及び発電機を同軸に備え、ボイラからの燃焼ガスを高温弁を介して前記高圧タービン及び低圧タービンに順次導くガス流路を備え、空気を前記低圧空気圧縮機及び高圧空気圧縮機に順次導いてボイラに供給する空気流路を備え、該空気流路における高圧空気圧縮機の出口と前記ガス流路における高温弁の出口との間にバイパス流路を備え、高圧空気圧縮機出口の空気をボイラに導くかバイパス流路に導くかを切替える切換弁を備え、発電機負荷遮断時に前記高温弁を閉鎖すると共に、前記高圧空気圧縮機出口の空気をバイパス流路に循環させるように前記切換弁を切替えるトリップ制御器を備えたガスタービン発電機設備のタービン速度制御装置であって、前記低圧タービンのガス出口に絞り弁を配設し、且つ発電機負荷遮断時に前記絞り弁に絞り込み指令を出すガス流量指令制御器を備えたことを特徴とするガスタービン発電設備のタービン速度制御装置、に係るものである。
【００１３】
【作用】
請求項１の発明では、発電機負荷遮断時に開度絞り込み指令を低圧タービンの入口ガイドベーンに出すようにした絞り込み指令制御器を備えているので、発電機負荷遮断時に入口ガイドベーンの開度を絞り込むことにより、低圧タービンの回転数を上昇させて低圧タービン側の仕事量を増加させ、これにより高圧タービンを流動する燃焼ガスの流量を抑制することによって高圧タービンの回転数を押えて、高圧タービンが危険速度になるのを防止する。
【００１４】
請求項２の発明では、低圧タービンのガス出口に絞り弁を配設し、発電機負荷遮断時に前記絞り弁に絞り込み指令を出すようにしたガス流量指令制御器を備えているので、発電機負荷遮断時に前記絞り弁を絞り込んで低圧タービンから吐出される燃焼ガスの流量を減少させることにより、各タービンを流動する燃焼ガスの流量を減少させ、これによりタービンの回転数を押えてタービンが危険速度になるのを防止する。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。
【００１６】
図１は、前記図４の従来のガスタービン発電設備に適用した請求項１の発明の一実施例を示したもので、高圧タービン１、高圧空気圧縮機２及び発電機３を同一の軸４に取付けた高速回転部１５と、入口ガイドベーン５を有した低圧タービン６及び低圧空気圧縮機７を別の同一の軸８に取付けた低速回転部１６を備え、ボイラ９からの燃焼ガスを高温弁１０を介して前記高圧タービン１、及び低圧タービン６に順次導くガス流路１２を備え、また空気を前記低圧空気圧縮機７、空気冷却器１３、及び高圧空気圧縮機２に順次導いてボイラ９に供給する空気流路１４を備える。更に、該空気流路１４における高圧空気圧縮機２の出口と前記ガス流路１２における高温弁１０の出口との間にバイパス流路１７を備え、且つ前記空気流路１４とバイパス流路１７の接続部に、空気をボイラ９に導くか又はガス流路１２の高温弁１０出口に導くかを切替える切換弁１８を備える。
【００１７】
また、発電機負荷遮断時に、前記高温弁１０を閉塞すると共に、前記高圧空気圧縮機２出口の空気をバイパス流路１７を介してガス流路１２における高温弁１０の出口に循環させるよう前記切換弁１８を切替る指令を行うトリップ制御器２２を備える。
【００１８】
上記構成において、前記低圧タービン６の入口ガイドベーン５に、発電機負荷遮断時に開度絞り込み指令２５を出すようにした絞り込み指令制御器２６を備える。
【００１９】
絞り込み指令制御器２６は、０％指令２７と、発電機負荷遮断時直前の制御信号２３による開度のα％を指令する開度絞り込み指令２５とを入力し、通常運転時は０％指令２７を選択し、発電機負荷遮断時には遮断指令２１により切替を行って前記α％の開度絞り込み指令２５を出力するようにした切替器２８を備えており、更に該切替器２８からの指令を前記制御信号２３から引算するようにした引算器２９を備えている。従って、上記絞り込み指令制御器２６では、発電機負荷遮断時に、該発電機負荷遮断時直前の入口ガイドベーン５の開度からα％の開度を差し引いた開度になるように入口ガイドベーン５の開度が絞り込み制御されるようになっている。
【００２０】
また、図２は上記絞り込み指令制御器２６の他の例を示すもので、通常運転時の入口ガイドベーン５の開度を制御するための制御信号２３と、入口ガイドベーン５の全開に対するβ％の開度絞り込み指令３０とを入力し、通常時は前記制御信号２３を入口ガイドベーン５に出力し、発電機負荷遮断時は遮断指令２１によって切替を行って前記開度絞り込み指令３０を入口ガイドベーン５に出力するようにした切替器３１を備えた絞り込み指令制御器３２としている。この絞り込み指令制御器３２では、発電機負荷遮断時、入口ガイドベーン５が、該入口ガイドベーン５の全開時の開度に対して設定されたβ％の開度になるように、直ちに絞り込み開度絞り込み指令３０によって制御される。前記開度絞り込み指令２５及び３０は、ガスタービン発電設備の負荷が最大の状態から前記発電機負荷遮断が起こった時に、タービン等の回転数が危険速度に達しないような値に設定する。
【００２１】
次に上記実施例の作用を説明する。
【００２２】
通常運転時は、ボイラ９からの高温ガスが高温弁１０を備えたガス流路１２を介して高圧タービン１及び低圧タービン６に順次供給されて高圧空気圧縮機２及び低圧空気圧縮機７を回転駆動し、これにより空気が空気流路１４により低圧空気圧縮機７及び高圧空気圧縮機２に順次導かれて加圧され、ボイラ９の燃焼用空気等としてボイラ９に供給される。
【００２３】
電気的な事故の発生による発電機負荷遮断時は、トリップ制御器２２によって高温弁１０が急速に全閉されて高圧タービン１の駆動エネルギーが遮断され、同時に切換弁１８が切替えられて高圧空気圧縮機２出口の空気がバイパス流路１７を介してガス流路１２における高温弁１０の出口に循環される。
【００２４】
この侭だと従来と同様に、高温弁１０が全閉作動する動作速度が遅いこと、及び高温の燃焼ガスがリークすることによって、高温の燃焼ガスが圧縮空気と混合されて低圧タービン６に供給され続け、しかも発電機３の負荷喪失により回転負荷が軽減されることによって、高速回転部１５の回転数が過渡的に上昇して危険速度を超える危険がある。
【００２５】
これに対して、図１に示した絞り込み指令制御器２６では、通常時は切替器２８によって０％指令２７を引算器２９に入力し、従って低圧タービン６の入口ガイドベーン５が制御信号２３によって制御されているが、前記発電機負荷遮断時には遮断指令２１によって切替器２８が切替えられてα％の開度絞り込み指令２５が選択されて引算器２９に入力されるようになっているので、発電機負荷遮断時には、該発電機負荷遮断時直前の入口ガイドベーン５の開度からα％の開度を差し引いた開度になるように入口ガイドベーン５の開度が絞り込まれるように制御される。
【００２６】
また、図２の絞り込み指令制御器３２では、通常時は制御信号２３を選択していた切替器３１が、発電機負荷遮断時は遮断指令２１によってβ％の開度絞り込み指令３０を選択するように切替えるようになっているので、発電機負荷遮断時には、入口ガイドベーン５の開度が、全開時の開度に対して予め設定されたβ％の開度に直ちになるように制御される。
【００２７】
上記したように、発電機負荷遮断時に開度絞り込み指令２５又は３０を低圧タービン６の入口ガイドベーン５に出すようにした絞り込み指令制御器２６，３２を備えているので、発電機負荷遮断時に、入口ガイドベーン５の開度が発電機負荷遮断時直前の入口ガイドベーン５の開度からα％の開度を差し引いた開度、又は、ガイドベーン５の全開時の開度に対して予め設定されたβ％の開度になるように絞り込むことによって、低圧タービン６の回転数を上昇させて低圧タービン６側の仕事量を増加させると同時に、高圧タービン１を流動する燃焼ガスの流量を抑制することによって高圧タービン１の回転数を抑え、高圧タービン１が危険速度になるのを防止する。
【００２８】
図３は請求項２の発明の一実施例を示したもので、高圧タービン１、低圧タービン６、高圧空気圧縮機２、低圧空気圧縮機７及び発電機３が同一の軸３３に備えられた構成のガスタービン発電設備において、ボイラ９からの燃焼ガスを高温弁１０を介して前記高圧タービン１及び低圧タービン６に順次導くガス流路１２を備えると共に、空気を前記低圧空気圧縮機７及び高圧空気圧縮機２に順次導いて加圧した後ボイラ９に供給する空気流路１４を備えている。更に、前記空気流路１４における高圧空気圧縮機２の出口と前記ガス流路１２における高温弁１０の出口との間にバイパス流路１７を備え、且つ前記空気流路１４とバイパス流路１７の接続部に、空気をボイラ９に導くか又はガス流路１２の高温弁１０出口に導くかを切替える切換弁１８を備える。
【００２９】
また、発電機負荷遮断時に前記高温弁１０を閉塞すると共に、前記高圧空気圧縮機２出口の空気をバイパス流路１７を介してガス流路１２における高温弁１０の出口に循環させるよう前記切換弁１８を切替え制御するようにしたトリップ制御器２２を備える。
【００３０】
上記構成において、低圧タービン６のガス出口に絞り弁３４を配設し、発電機負荷遮断時に、遮断指令２１を受けて前記絞り弁３４に絞り込み指令３５を出すようにしたガス流量指令制御器３６を配設する。
【００３１】
上記図３の実施例では、発電機負荷遮断時に、遮断指令２１を受けたガス流量指令制御器３６が低圧タービン６のガス出口に設けた絞り弁３４に絞り込み指令３５を出して該絞り弁３４を絞り込むようにしているので、発電機負荷遮断時に前記絞り弁３４が絞り込まれることによって低圧タービン６から吐出される燃焼ガスの流量が減少され、よって各タービン１，６を流動する燃焼ガスの流量が減少されることにより、タービン１，６の回転数が押えられてタービン１，６が危険速度になるのが防止される。
【００３２】
【発明の効果】
請求項１の発明では、高圧タービンと高圧空気圧縮機と発電機を同軸に備え、入口ガイドベーンを有した低圧タービンと低圧空気圧縮機を別の同軸に備えた構成のガスタービン発電設備において、発電機負荷遮断時に開度絞り込み指令を低圧タービンの入口ガイドベーンに出すようにした絞り込み指令制御器を備えたので、発電機負荷遮断時に入口ガイドベーンの開度を絞り込むことによって、低圧タービンの回転数を上昇させて低圧タービン側の仕事量を増加させ、これにより高圧タービンを流動する燃焼ガスの流量を抑制して高圧タービンの回転数を押え、高圧タービンが危険速度になるのを防止することができる。
【００３３】
請求項２の発明では、高圧タービン、低圧タービン、高圧空気圧縮機、低圧空気圧縮機及び発電機が同一の軸に備えられた構成のガスタービン発電設備において、低圧タービンのガス出口に絞り弁を配設し、発電機負荷遮断時に前記絞り弁に絞り込み指令を出すようにしたガス流量指令制御器を備えたので、発電機負荷遮断時に前記絞り弁を絞り込んで低圧タービンから吐出される燃焼ガスの流量を減少させることにより、各タービンを流動する燃焼ガスの流量を減少させ、これによりタービンの回転数を押えてタービンが危険速度になるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１の発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】図１の絞り込み指令制御器の他の例を示すブロック図である。
【図３】請求項２の発明の一実施例を示すブロック図である。
【図４】従来のガスタービン発電設備のタービン速度制御装置の一例を示すブロック図である。
【符号の説明】
１        高圧タービン
２        高圧空気圧縮機
３        発電機
４        軸
５        入口ガイドベーン
６        低圧タービン
７        低圧空気圧縮機
８        軸
９        ボイラ
１０        高温弁
１２        ガス流路
１４        空気流路
１７        バイパス流路
１８        切換弁
２２        トリップ制御器
２５        開度絞り込み指令
２６        絞り込み指令制御器
３０        開度絞り込み指令
３２        絞り込み指令制御器
３３        軸
３４        絞り弁
３５        絞り込み指令
３６        ガス流量指令制御器
【図１】
0003608218.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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