(57)【要約】【課題】停止時に原動機が保持する回転エネルギーを電力エネルギーとして回収する。【解決手段】ガスタービン１０、発電機６、励磁変圧器１３、界磁遮断器７、給電される電力の周波数を変換するＳＦＣ３、ＳＷＧＲ１１とＳＦＣ変圧器２の間に設けたＣＢ−ＳＦＣ１、ＳＦＣと発電機の間に設けたＤＳ−ＳＦＣ４、発電機の発電電力を送出する発電変圧器１４および発電機と発電機変圧器の間に設けたＧＭＣＢ５で構成され、起動時は、界磁遮断器はオン、ＧＭＣＢはオフ、ＣＢ−ＳＦＣとＤＳ−ＳＦＣはオンに設定され、発電時は、界磁遮断器はオン、ＧＭＣＢはオン、ＣＢ−ＳＦＣとＤＳ−ＳＦＣはオフに設定される発電プラントにおいて、発電プラントの停止時は、界磁遮断器はオン、ＧＭＣＢはオフ、ＣＢ−ＳＦＣとＤＳ−ＳＦＣはオンに設定する。【選択図】図1
2013213468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原動機であるガスタービンと、前記ガスタービンに連結接続された発電機と、前記発電機の回転子に界磁電流を流すための励磁変圧器と、前記回転子と前記励磁変圧器の間に設けられた界磁遮断器と、ＳＷＧＲ（スイッチギア）あるいは前記発電機から給電される電力の周波数を変換する周波数コンバータであるＳＦＣ（静止型起動装置）と、前記ＳＷＧＲ（スイッチギア）と前記ＳＦＣ変圧器の間に設けたＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）と、前記ＳＦＣ（静止型起動装置）と前記発電機の間に設けたＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）と、前記発電機が発電する電力を外部に送出するための発電変圧器と、前記発電機と前記発電機変圧器の間に設けたＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）で構成され、発電プラントの起動時は、前記界磁遮断器はオン、前記ＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）はオフ、前記ＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）および前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオンに設定され、発電時は、前記界磁遮断器はオン、前記ＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）はオン、前記ＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）および前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定される発電プラントにおいて、
前記発電プラントの停止時は、前記界磁遮断器はオン、前記ＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）はオフ、前記ＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）および前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオンに設定することを特徴する発電プラントの原動機停止装置。
【請求項２】
前記ガスタービンに代えて蒸気タービンを配置し、前記発電プラントの起動時は、前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定されることを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの原動機停止装置。
【請求項３】
前記ガスタービンと直列に蒸気タービンを配置したことを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの原動機停止装置。
【請求項４】
前記ガスタービンに代えて発電用水車を配置し、前記発電プラントの起動時は、前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定されることを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの原動機停止装置。
【請求項５】
前記ガスタービンに代えて発電用風車を配置し、前記発電プラントの起動時は、前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定されることを特徴とする請求項１に記載の発電プラントの原動機停止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスタービン等を原動機とする発電プラントに係わり、さらに詳しくは、発電停止時に原動機が保持している回転エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる「発電プラントの原動機停止装置」に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、例えば、特開平１１−３０１０６号公報（特許文献１）に示された「ガスタービンプラントの静止型起動装置」の構成を示す図である。
特開平１１−３０１０６号公報には、「高圧電源ライン２００には、高圧側遮断器１５０、主変圧器１４０、発電機遮断器１００を通して複数のガスタービン／発電機１１０が接続され、遮断器４００、起動変圧器５００、遮断器６００、７００、変圧器８００、遮断器９００を通して共通電源設備３１０に給電され、この共通電源設備３１０より各ユニット電源設備３００へ給電される。また、ガスタービン昇速は、断路器１８０、遮断器１９０を閉じ、周波数コンバータ（ＳＦＣ）１７０を通して行い、ガスタービン停止中、起動中、起動昇速中、同期運転中、運転中のいずれにも、各ユニット電源設備３００に共通電源設備３１０を通し、給電することができる。従来の発電機遮断器に代え、遮断機能のない発電機断路器を用いるので、プラントのコストが低減される。」ことが記載されている。
【０００３】
上記のような「ガスタービンプラントの静止型起動装置」が適用される従来の発電プラントシステムにおいては、ガスタービンを停止させる際は、ガスタービンへの燃料供給を遮断して、ガスタービンに直結するコンプレッサ部等の負荷により、ガスタービンを停止させている。
なお、上記特許文献１には、「発電停止時に、原動機であるガスタービンが保持している回転エネルギーを電気（電力）エネルギーに変換して回収する」ということについては、一切記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０１０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ガスタービン等の原動機は、停止前に保持している回転エネルギーを、直結されたコンプレーサー部等の負荷で発生する熱などのエネルギーに変換することによって停止していた。
そのため、「停止時に、原動機が保持していた回転エネルギーを電気エネルギーに変換して回収して有効活用する」ことはなかった。
すなわち、停止時に原動機が保持していた回転エネルギーは、有効活用されず、無駄に消費されていた。
また、原動機停止までの時間を短くすることもできなかった。
【０００６】
この発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、発電プラントの停止時に、原動機が保持している回転エネルギーを電力エネルギーとして有効に回収できるとともに、原動機が停止するまでの時間を短くすることができる「発電プラントの原動機停止装置」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】
【０００７】
この発明に係る発電プラントの原動機停止装置は、原動機であるガスタービンと、前記ガスタービンに連結接続された発電機と、前記発電機の回転子に界磁電流を流すための励磁変圧器と、前記回転子と前記励磁変圧器の間に設けられた界磁遮断器と、ＳＷＧＲ（スイッチギア）あるいは前記発電機から給電される電力の周波数を変換する周波数コンバータであるＳＦＣ（静止型起動装置）と、前記ＳＷＧＲ（スイッチギア）と前記ＳＦＣ変圧器の間に設けたＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）と、前記ＳＦＣ（静止型起動装置）と前記発電機の間に設けたＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）と、前記発電機が発電する電力を外部に送出するための発電機変圧器と、前記発電機と前記発電機変圧器の間に設けたＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）で構成され、発電プラントの起動時は、前記界磁遮断器はオン、前記ＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）はオフ、前記ＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）および前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオンに設定され、発電時は、前記界磁遮断器はオン、前記ＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）はオン、前記ＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）および前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定される発電プラントにおいて、
前記発電プラントの停止時は、前記界磁遮断器はオン、前記ＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）はオフ、前記ＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）および前記ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）はオンに設定するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、発電プラントの停止時に原動機（例えば、ガスタービン等）が保持している回転エネルギーを電力エネルギーとして有効に回収できるとともに、原動機が停止するまでの時間を短くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１における発電プラントの原動機停止装置の構成を示す概念図である。
【図２】実施の形態２における発電プラントの原動機停止装置の構成を示す概念図である。
【図３】実施の形態３における発電プラントの原動機停止装置の構成を示す概念図である。
【図４】実施の形態４における発電プラントの原動機停止装置の構成を示す概念図である。
【図５】実施の形態５における発電プラントの原動機停止装置の構成を示す概念図である。
【図６】従来のガスタービンプラントの静止型起動装置の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の一実施の形態例について、図面に基づいて説明する。
なお、各図間において、同一符号は同一あるいは相当のものであることを表す。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１における「発電プラントの原動機停止装置」の構成を示す概念図である。
図１において、１はＣＢ−ＳＦＣ（Circuit Breaker−Static Frequency Converter：
ＳＦＣ遮断器）、２はＳＦＣ変圧器、３はＳＦＣ（周波数コンバータである静止型起動装置）、４はＤＳ−ＳＦＣ（ Disconnect Switch−Static Frequency Converter：ＳＦＣ接続用断路器）、５はＧＭＣＢ（Generator Main Circuit Breaker：発電機主回路遮断器）、６は発電機、７は界磁遮断器、８はサイリスタ、９は発電機の回転子である。
また、１０はガスタービン（原動機）、１１はＳＷＧＲ（Switch Gear：スイッチギア
）、１２はＮＧＲ（Neutral Ground Resistance：中性点接地抵抗）、１３は励磁変圧器
である。
なお、ＳＦＣ３（周波数コンバータである静止型起動装置）と発電機６は、電気的に接続されており、発電機６とガスタービン１０は、機械的に接続されている。
【００１１】
次に、図１に基づいて、起動時、発電時および停止時の動作について説明する。
起動時の動作について説明する。
発電プラントの起動に際しては、まず、界磁遮断器７をオンとすることにより、発電機６の回転子９には発電機６の励磁電源である励磁変圧器１３から電圧が給電され、サイリスタ８により調整された界磁電流が回転子９に印加される。
これにより、発電機６は発電を開始する。
また、発電プラントの起動に際しては、ＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）はオフ、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオンとしている。
原動機であるガスタービン１０の起動時には、各遮断器あるいは断路器を上記の状態（すなわち、オンまたはオフの状態）に設定することにより、ＳＷＧＲ１１（スイッチギア）から給電される電力を、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）を介してＳＦＣ変圧器２に給電し、周波数コンバータである静止型起動装置３で周波数を変換し、ＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）を介して発電機６の固定子に供給する。
【００１２】
次に、発電時の動作について説明する。
発電開始時は、前述したように、まず、界磁遮断器７をオンとすることによって、発電機６の回転子９には発電機６の励磁電源である励磁変圧器１３から電圧が給電され、サイリスタ８により調整された界磁電流が回転子９に印加され、発電機６は発電開始する。
発電が開始すると、ＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）はオンとし、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオフとする。
これにより、発電機６は同期電動機として作用し、周波数コンパータであるＳＦＣ３（静止型起動装置）で設定された周波数に従って回転する。
発電機６がＳＦＣ３（静止型起動装置）で設定された周波数に従って回転開始した後は、ガスタービン１０は、発電機６の回転に伴って外部から供給される燃料によって回転を開始する。
ガスタービン１０と発電機６は連結接続されているので、ガスタービン１０の回転によって発電機６が発電し、発電機６が発電した電力は、オン状態となっているＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）を介して発電機変圧器１４から取り出される。
【００１３】
次に、発電プラントの停止時の動作について説明する。
本実施の形態では、ガスタービン停止時に、起動時の回路構成を逆に活用することによって、停止時にガスタービン１０（原動機）が保持している回転エネルギーを電力エネルギーとして回収するとともに、ガスタービン１０（原動機）が停止するまでの時間を短くするものである。
発電プラントの停止に際しては、界磁遮断器７はオン、ＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）はオフ、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオンとしている。
停止前は、ガスタービン１０および発電機６の回転子９は、商用周波数に同期した速度で回転しており、それぞれ回転エネルギーを保持している。
【００１４】
ガスタービン１０の停止後は、ガスタービン１０への燃料供給を行わないため、回転速度は徐々に低下するが、発電機６の回転子９に界磁電流を印加し続けることで、発電機６は同期発電機となる。
停止時は、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオン状態であるので、ＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）を介してＳＦＣ３（
静止型起動装置）に電力が供給される。
そして、ＳＦＣ３（静止型起動装置）は、ＳＦＣ変圧器２側の周波数を商用周波数となるように周波数変換制御を行い、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）を介してＳＷＧＲ１１（スイッチギア）に起動時とは逆に送電する。
これにより、ガスタービン１０および発電機６が保持していた回転エネルギーを電気エネルギーの形で効率良く回収することができるとともに、ガスタービン１０の負荷も増えるので、ガスタービン１０の回転が停止するまでの時間も短縮できる。
なお、ＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）によるＳＦＣ３（静止型起動装置）と発電機６およびガスタービン１０（原動機）の切り離しは、ＳＦＣ３（静止型起動装置）が周波数変換できなくなるまで周波数が低下した時に切り離しを行う。
【００１５】
以上説明したように、本実施の形態による発電プラントの原動機停止装置は、原動機であるガスタービン１０と、ガスタービン１０に連結接続された発電機６と、発電機６の回転子９に界磁電流を流すための励磁変圧器１３と、回転子９と励磁変圧器１３の間に設けられた界磁遮断器７と、ＳＷＧＲ１１（スイッチギア）あるいは発電機６から給電される電力の周波数を変換する周波数コンバータであるＳＦＣ３（静止型起動装置）と、ＳＷＧＲ１１（スイッチギア）とＳＦＣ変圧器２の間に設けたＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）と、ＳＦＣ３（静止型起動装置）と発電機６の間に設けたＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）と、発電機６が発電する電力を外部に送出するための発電機変圧器１４と、発電機６と発電機変圧器１４の間に設けたＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）で構成されており、発電プラントの起動時は、界磁遮断器７はオン、ＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）はオフ、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオンに設定され、発電時は、界磁遮断器７はオン、ＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）はオン、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定される発電プラントにおいて、
発電プラントの停止時は、界磁遮断器７はオン、ＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）はオフ、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオンに設定する。
【００１６】
本実施の形態では、停止時に、界磁遮断器７はオン、ＧＭＣＢ５（発電機主回路遮断器）はオフ、ＣＢ−ＳＦＣ１（ＳＦＣ遮断器）およびＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオンに設定することによって、ＳＦＣ３（静止型起動装置）を発電時とは逆に利用して、原動機であるガスタービン１０や発電機６の回転エネルギーを電力エネルギーとして有効に回収をすることが可能となる。
また、従来に比べて停止時のガスタービン１０の負荷も増えるので、ガスタービン１０の回転が停止するまでの時間も短縮できる。
【００１７】
実施の形態２．
図２は、実施の形態２における「発電プラントの原動機停止装置」の構成を示す概念図である。
図２に示すように、実施の形態２は、実施の形態１のガスタービン１０を蒸気タービン２０に置き換えたものである。
ただし、蒸気タービン２０の起動にはＳＦＣ３（静止型起動装置）は不要であるため、起動時は、ＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定する。
本実施の形態のように、ガスタービン１０に代えて蒸気タービン２０を用いた場合でも、発電プラント停止時の蒸気タービンの回転エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【００１８】
実施の形態３．
図３は、実施の形態３における「発電プラントの原動機停止装置」の構成を示す概念図
である。
図３に示すように、実施の形態３は、実施の形態１のガスタービン１０をガスタービンに直列に結合された蒸気タービン２０を加えて配置したものである。
発電プラント起動時には、ガスタービン単独の場合（すなわち、実施の形態１の場合）と同様に、ＳＦＣ３（静止型起動装置）静止型起動装置を使用する。
なお、図３では、発電機６とガスタービン１０の間に蒸気タービン２０を配置した場合の構成を示しているが、発電機６と蒸気タービン２０の間にガスタービン１０を配置した構成であってもよい。
このように、ガスタービン１０に直列に結合された蒸気タービン２０を加えた場合であっても、発電プラント停止時のガスタービン１０および蒸気タービン２０の回転エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【００１９】
実施の形態４．
図４は、実施の形態４における「発電プラントの原動機停止装置」の構成を示す概念図である。
図４に示すように、実施の形態４は、実施の形態１のガスタービン１０を発電用水車３０に置き換えたものである。
ただし、発電用水車３０の起動には、ＳＦＣ３（静止型起動装置）は不要であるため、起動時は、ＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定する。
このように、ガスタービン１０に代えて発電用水車３０を配置した場合でも、発電プラント停止時の発電用水車３０の回転エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【００２０】
実施の形態５．
図５は、実施の形態５における「発電プラントの原動機停止装置」の構成を示す概念図である。
図５に示すように、実施の形態４は、実施の形態１のガスタービン１０を発電用風車４０に置き換えたものである。
ただし、発電用風車４０の起動には、ＳＦＣ３（静止型起動装置）は不要であるため、起動時は、ＤＳ−ＳＦＣ４（ＳＦＣ接続用断路器）はオフに設定する。
このように、ガスタービン１０に代えて発電用風車４０を配置した場合でも、発電プラント停止時の発電用風車４０の回転エネルギーを電気エネルギーとして回収することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、原動機の停止時に、原動機の回転エネルギーを電気エネルギーとして有効に回収できる発電プラントの原動機停止措置の実現に有用である。
【符号の説明】
【００２２】
１  ＣＢ−ＳＦＣ（ＳＦＣ遮断器）    ２  ＳＦＣ変圧器
３  ＳＦＣ（静止型起動装置）        ４  ＤＳ−ＳＦＣ（ＳＦＣ接続用断路器）
５  ＧＭＣＢ（発電機主回路遮断器）  ６  発電機
７  界磁遮断器                      ８  サイリスタ
９  発電機の回転子                １０  ガスタービン（原動機）
１１  ＳＷＧＲ（スイッチギア）      １２  ＮＧＲ（中性点接地抵抗）
１３  励磁変圧器                    １４  発電機変圧器
１０  ガスタービン                  ２０  蒸気タービン
３０  発電用水車                    ４０  発電用風車
【図４】
2013213468.tif 000003
【図５】
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【図６】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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