(57)【要約】【課題】発電機運転力率の変動に追従させて冷却用の水素ガス圧力を調整することにより風損を低減して効率的な運転を実現することができる水素冷却発電機システムを提供する。【解決手段】水素冷却発電機１と、冷却用の水素ガスを供給する水素ガスボンベ２と、水素ボンベ２と水素冷却発電機１の内部との間を連通する管路３とを有する水素冷却発電機システムにおいて、管路３の途中に配設されて水素冷却発電機１の内部に供給する水素ガスの圧力を調整する圧力調整弁４と、水素冷却発電機１の出力に基づきその力率を検出する力率検出器５と、水素ガスの圧力が、力率検出器５が検出する力率に基づいて予め定めておいた圧力になるように圧力調整弁４を制御する制御装置６とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素冷却発電機と、この水素冷却発電機に冷却用の水素ガスを供給する水素ガスボンベと、前記水素冷却発電機の内部にその界磁乃至固定子を冷却するための水素ガスを供給するよう前記水素ボンベと前記水素冷却発電機の内部との間を連通する管路とを有する水素冷却発電機システムにおいて、
前記管路の途中に配設されて前記水素冷却発電機内部に供給する水素ガスの圧力を調整する圧力調整弁と、
前記水素冷却発電機の出力に基づきその力率を検出する力率検出手段と、
前記水素ガスの圧力が、前記力率検出手段が検出する力率に基づいて予め定めておいた圧力になるように前記圧力調整弁を制御する制御手段とを有することを特徴とする水素冷却発電機システム。
【請求項２】
請求項１に記載する水素冷却発電機システムにおいて、
さらに前記水素冷却発電機の出力を検出する出力検出手段を有する一方、前記制御手段は、前記力率と前記出力とに基づいて予め定めておいた圧力になるように前記圧力調整弁を制御するように構成したものであることを特徴とする水素冷却発電機システム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載する水素冷却発電機システムにおいて、
前記力率検出手段は、前記水素冷却発電機の出力を取り出す母線の有効電力を検出する有効電力計及び無効電力を検出する無効電力計の検出結果を利用して所定の力率を演算するものであることを特徴とする水素冷却発電機システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素冷却発電機システムに関し、特に当該システムにおける水素冷却発電機の出力の力率に対応させて冷却用水素ガスの圧力を調整する場合に適用して有用なものである。
【背景技術】
【０００２】
界磁や固定子に大きな電流が流れるタービン発電機において機器の冷却は重要である。特に、事業用火力乃至原子力発電プラントで用いられる大容量のタービン発電機においては冷却効果を高めるため、通常機器内に水素を封入して冷媒としている。かかる水素冷却方式は、熱伝導に優れており冷却効果が高い、密度が小さいため風損が小さい、絶縁力が高い、発電機の構成材料を酸化・劣化させない等の種々の特長を有している。
【０００３】
水素冷却方式を採用する水素冷却発電機システムを含むタービン発電機の運転においては、皮相電力（ＶＡ）で決まる固定子電流を機器所定の制限値以内に収める必要がある。しかし、負荷の力率が低い場合、下記の要因によっても制約を受ける。
１）  遅れ力率（誘導負荷）では、力率が低下するにしたがって同じ出力でも界磁電流を強める必要があるため、界磁巻線の電流制限により出力は制限を受ける。
２）  進み力率（容量性負荷）では、同じ出力でも界磁電流を弱めることとなるが、固定子端部への磁束集中による過熱や同期化力の減少による乱調や脱調（同期はずれ）を防止するため、出力は制限を受ける。
【０００４】
そこで、実際のタービン発電機では上記を考慮したものが容量特性曲線として定められており、運転において必ず考慮すべき重要な事項である。
【０００５】
ここで、タービン発電機として水素冷却発電機を用いた従来技術に係る水素冷却発電機システムにおいては、冷却用の水素ガスの圧力は、発電機定格運転力率０．９ｐｆに基づき決定されており、常時０．４１ＭＰａの封入圧力で運転されている。
【０００６】
このように、水素冷却発電機の定格運転力率は０．９ｐｆであるが、実際の運転力率は系統の状況により時時刻刻変動しており、ほとんど０．９ｐｆ以上で運転されている。
【０００７】
そこで、発電機運転力率の低い夏場を除く時期については水素ガスの供給系統の圧力調整弁を手動で調整して０．３８ＭＰａで運転している。
【０００８】
なお、水素冷却を行う発電機を開示する公知文献として特許文献１がある。
【０００９】
【特許文献１】特表２０００−５０３１９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述の従来技術においては夏場とそれ以外との２期に単純に分けて水素ガスの圧力を調整している。したがって、発電機の運転力率に合致した合理的な水素ガス圧での運転とはなっていなかった。
【００１１】
本発明は、上記従来技術に鑑み、発電機運転力率の変動に追従させて冷却用の水素ガス圧力を調整することにより風損を低減して効率的な運転を実現することができる水素冷却発電機システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、
水素冷却発電機と、この水素冷却発電機に冷却用の水素ガスを供給する水素ガスボンベと、前記水素冷却発電機の内部にその界磁乃至固定子を冷却するための水素ガスを供給するよう前記水素ボンベと前記水素冷却発電機の内部との間を連通する管路とを有する水素冷却発電機システムにおいて、
前記管路の途中に配設されて前記水素冷却発電機内部に供給する水素ガスの圧力を調整する圧力調整弁と、
前記水素冷却発電機の出力に基づきその力率を検出する力率検出手段と、
前記水素ガスの圧力が、前記力率検出手段が検出する力率に基づいて予め定めておいた圧力になるように前記圧力調整弁を制御する制御手段とを有することを特徴とする水素冷却発電機システムにある。
【００１３】
本発明の第２の態様は、
上記第１の態様に記載する水素冷却発電機システムにおいて、
さらに前記水素冷却発電機の出力を検出する出力検出手段を有する一方、前記制御手段は、前記力率と前記出力とに基づいて予め定めておいた圧力になるように前記圧力調整弁を制御するように構成したものであることを特徴とする水素冷却発電機システムにある。
【００１４】
本発明の第３の態様は、
上記第１又は第２の態様に記載する水素冷却発電機システムにおいて、
前記力率検出手段は、前記水素冷却発電機の出力を取り出す母線の有効電力を検出する有効電力計及び無効電力を検出する無効電力計の検出結果を利用して所定の力率を演算するものであることを特徴とする水素冷却発電機システムにある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、発電機運転力率に基づき圧力調整弁を自動調整して冷却用水素のガス圧を適切に保持することができる。この結果、風損を可及的に低減した合理的な発電運転を行うことができるとともに、必要とされる水素ガス圧力を維持すれば良いので、水素ガスの無駄な消費も抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１７】
図１は本発明の実施の形態に係る水素冷却発電機システムを示すブロック構成図である。同図に示すように、本形態に係る水素冷却発電機システムは、水素冷却発電機１と、この水素冷却発電機１に冷却用の水素ガスを供給する水素ガスボンベ２と、水素冷却発電機１の内部にその界磁乃至固定子を冷却するための水素ガスを供給するよう水素冷却発電機１の内部と水素ガスボンベ２の間を連通する管路３とを有する。管路３の途中には、水素冷却発電機１の内部に供給する水素ガスの圧力を自動調整するための圧力調整弁４が配設されている。
【００１８】
力率検出器５は、水素冷却発電機１の出力に基づきその力率を検出するものである。具体的には、例えば水素冷却発電機１の出力を取り出す母線の有効電力を検出する有効電力計及び無効電力を検出する無効電力計の検出結果を利用して所定の力率を演算するものとして好適に構成し得る。ただ、これに限らず発電所構内の有効電圧及び無効電圧であれば、所定の精度の測定値が得られるので、これらのデータを有効に利用して演算することができる。
【００１９】
制御装置６は、前記水素ガスの圧力が、力率検出器５が検出する力率及び出力計７が検出する水素冷却発電機１の出力電力に基づいて予め定めておいた最適な圧力になるように圧力調整弁４の開度を自動的に調整する。ここで、出力計７が検出する出力電力とは、皮相電力（ＶＡ）に力率（ｐｆ）を乗じて得る有効電力（Ｗ）である。ここで、かかる出力電圧は必ずしも制御パラメータとする必要はない。単に力率（ｐｆ）に基づく水素ガスのガス圧調整でも所定の効果は得られる。ただ、出力電圧も加味した場合のほうが高精度の最適制御をなし得る点については論を俟たない。
【００２０】
図２は本形態における水素冷却発電機の出力、無効電力及び力率に対する水素ガス圧力の関係を示す特性図である。かかる特性図中、横軸が出力電力（ＭＷ）、縦軸が無効電力（ＭＶＡＲ）、太線が水素ガスの圧力（ｋｇ／ｃｍ２）、細線が力率（ｐｆ）をそれぞれ示している。
【００２１】
かかる特性図で表わされる各データが制御装置６にマップデータとして記憶してあり、制御装置６は力率検出器５及び出力計７の実測データに基づき水素ガス圧を決定するとともに、このガス圧になるように圧力調整弁４の開度を調整する。
【００２２】
かかる本形態においては、圧力調整弁４の開度が水素冷却発電機１の発電機力率及び出力に基づき最適な水素ガス圧力となるように調整される。したがって、水素冷却発電機１の内部には、その出力及び力率に応じた最適圧力の水素ガスが供給される。すなわち、無段階の連続調整により水素ガス圧が自動的に調整される。
【００２３】
この結果、風損を可及的に低減した合理的な発電運転を行うことができる。同時に、必要とされる水素ガス圧力を維持すれば良いので、水素ガスの無駄な消費も抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明は発電設備を用いて電力を供給する産業分野乃至その設備を製造・販売する産業分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係る水素冷却発電機システムを示すブロック構成図である。
【図２】図１に示す実施の形態における水素冷却発電機の出力、無効電力及び力率に対する水素ガス圧力の関係を示す特性図である。
【符号の説明】
【００２６】
１      水素冷却発電機
２      水素ガスボンベ
３      管路
４      圧力調整弁
５      力率検出器
６      制御装置
７      出力計
【図１】
2008263708.tif 000003
【図２】
2008263708.tif 000004