JP2011182523A - 水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置、水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】水素冷却タービン発電機の高効率化を図る。
【解決手段】水素冷却タービン発電機３０の水素ガス圧力制御装置４５は、水素ガス温度制御装置６２からの開度指令Ｘが水素ガス温度調整弁６１の所定の上限開度を上回るか否かを判定する判定部と、当該開度指令Ｘが上限開度を下回る場合、大気圧より高い第１圧力設定値に応じた開度指令Ｙ２を水素ガス圧力調整弁４４に向けて出力し、開度指令Ｙ２が上限開度を上回る場合、当該第１圧力設定値より低く且つ大気圧より高い第２圧力設定値に応じた開度指令Ｙ２を水素ガス圧力調整弁６１に向けて出力する開度指令部と、を有する。
【選択図】図２

Description

本発明は、水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置、水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御システムに関する。

タービン発電機の回転子巻線の抵抗損失を抑える冷却方式の一つに冷却媒体に水素ガスを用いた水素冷却方式がある。水素冷却方式は、空気冷却方式等のその他の冷却方式と対比して、熱伝導率に優れ冷却効果が高いことや、空気等に比べて密度が小さいために風損が抑えられる等の利点がある。しかし、水素ガスは、空気や酸素等の助燃性気体と混合すると爆発や可燃するという欠点があるため、機内に封入された水素を大気圧より高圧力にすることで機内への助燃性気体の侵入を防ぐ運用としている。

機内水素ガス圧力は、大気圧よりも高い一定の圧力設定値で運用されるが、機内水素ガス温度の変化によって変化する。例えば、機内水素ガス温度は、特許文献１に示すように、水素ガス冷却器へ流入する冷却水量を調節する水素ガス温度調整弁の開度制御に基づいて温度設定値に維持されるべきところ、発電機解列時には機内水素ガス温度が低下し、発電機並列時には機内水素ガス温度が上昇する。従って、機内水素ガス圧力は、ボイルシャルル等の法則に従えば、発電機解列の際や発電機並列の際に機内水素ガス温度変化に伴って機内水素ガス圧力が上昇する。

そこで、発電機解列の際や発電機並列の際に機内水素ガス圧力が急上昇する現象を抑えるために、特許文献２には、機内水素ガス温度及び機内水素ガス圧力の検出結果に基づいて、発電機解列時には機内水素ガス重量を一定とする水素ガス圧力制御弁の制御を行い、発電機並列時には機内水素ガス圧力を一定にする水素ガス圧力制御弁の制御を行うような技術が開示されている。

特開平３−１２８６３９号公報 特開平１０−３０４６２２号公報

ところで、水素ガス温度調整弁の開度がその制御特性上で制御限界となる上限開度（例えば、９０％）を超える場合、機内水素ガス温度の調整の精度が悪化したり調整自体が不可能となる虞がある。このため、水素ガス温度調節弁の開度の運用条件は上限開度以下とされている。従って、大気温度の変化等に起因して、水素ガス温度調整弁の上限開度を超える機内水素ガス温度の上昇が生じる場合、機内水素ガス温度を温度設定値に維持する制御が適切に行われず、ひいては、機内水素ガス圧力を一定の圧力設定値に維持する制御の方も適切に行われない虞があった。また、これに伴い、機内水素ガス圧力の上昇により水素冷却タービン発電機の回転子が回転する毎に発生する風損が増大する虞があった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、水素ガス温度制御弁の制御が有効に機能しない場合に機内水素ガス圧力を減圧することで、水素冷却タービン発電機の高効率化を図った水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置、水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御システムを提供することである。

上記課題を解決するための主たる本発明は、水素冷却タービン発電機と、前記水素冷却タービン発電機内の水素ガスを冷却する冷却水量を調整する水素ガス温度調整弁と、前記水素冷却タービン発電機内の水素ガス温度を検出する水素ガス温度検出器と、前記水素ガス温度検出器により検出された水素ガス温度と温度設定値との偏差に応じた第１開度指令を前記水素ガス温度調整弁に向けて出力する水素ガス温度制御装置と、前記水素冷却タービン発電機内に供給される水素ガス圧力を調整する水素ガス圧力調整弁と、を有した発電系統における水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、前記第１開度指令が前記水素ガス温度調整弁の所定の上限開度を上回るか否かを判定する判定部と、前記第１開度指令が前記上限開度を下回る場合、大気圧より高い第１圧力設定値に応じた第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力し、前記第１開度指令が前記上限開度を上回る場合、当該第１圧力設定値より低く且つ大気圧より高い第２圧力設定値に応じた当該第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力する開度指令部と、を有することを特徴とする。

また、上記の水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、前記第２圧力設定値は、前記水素冷却タービン発電機において調整可能な無効電力に応じた水素ガス圧力であること、としてもよい。

また、上記の水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、前記第２圧力設定値は、前記水素冷却タービン発電機の出力有効電力に裕度を与えて得られる有効電力と、水素ガス圧力と前記水素冷却タービン発電機の設備容量である皮相電力との第１の対応づけと、により得られる、水素ガス圧力と前記水素冷却タービン発電機の無効電力との第２の対応づけを参照して、前記水素冷却タービン発電機において調整可能な無効電力に対応づけられる水素ガス圧力として求められること、としてもよい。

また、上記の水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、前記第２開度指令が切り替わる場合、前記水素冷却タービン発電機内の水素ガス圧力が閾値以下となる場合に警報を出力する情報処理装置に向けて、切り替えられた前記第２開度指令の前記第１圧力設定値又は前記第２圧力設定値に応じた当該閾値の変更指令を出力する閾値設定部を有すること、としてもよい。

また、上記課題を解決するための主たるその他の本発明は、水素冷却タービン発電機の内部を冷却する水素ガスの圧力を制御する水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御システムであって、前記水素冷却タービン発電機内の水素ガスを冷却する冷却水量を調整する水素ガス温度調整弁と、前記水素冷却タービン発電機内の水素ガス温度を検出する水素ガス温度検出器と、前記水素ガス温度検出器により検出された水素ガス温度と温度設定値との偏差に応じた第１開度指令を前記水素ガス温度調整弁に向けて出力する水素ガス温度制御装置と、前記水素冷却タービン発電機内に供給される水素ガス圧力を調整する水素ガス圧力調整弁と、前記第１開度指令が前記水素ガス温度調整弁の所定の上限開度を下回る場合、大気圧より高い第１圧力設定値に応じた第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力し、前記第１開度指令が当該上限開度を上回る場合、当該第１圧力設定値より低く且つ大気圧より高い第２圧力設定値に応じた当該第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力する水素ガス圧力制御装置と、を有することを特徴とする。

本発明に示されるとおり、水素ガス温度制御弁の制御が有効に機能しない場合に機内水素ガス圧力を減圧することで、水素冷却タービン発電機の高効率化を図った水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置、水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御システムを提供することができる。

本発明の実施の形態に係るクロスコンパウンド形蒸気タービン発電設備の構成を示した図である。 本発明の実施の形態に係る水素冷却タービン発電機の各媒体の供給系統を示した図である 本発明の実施の形態に係る水素ガス圧力制御装置の動作を示すフローチャートである。 図４（ａ）は、水素ガス圧力毎に出力可能な設備容量に基づき求められたプライマリー発電機及びセカンダリー発電機の力率を纏めた表であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した表をグラフ化した図である。 図５（ａ）は、水素ガス圧力毎に求められたプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の無効電力を纏めた表であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した表をグラフ化した図である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態を説明する。

＜＜＜クロスコンパウンド型蒸気タービン発電設備の構成＞＞＞
図１は、本発明の実施の形態に係るクロスコンパウンド形蒸気タービン発電設備の構成を示した図である。

クロスコンパウンド形蒸気タービン発電設備１は、高圧タービン２と低圧タービン３を組み合わせたプライマリータービン４と、このプライマリータービン４に接続されるプライマリー発電機（Ｐ機）５と、中圧タービン６と低圧タービン７とを組み合わせたセカンダリータービン８と、このセカンダリータービン８に接続されるセカンダリー発電機（Ｓ機）９とから構成される。尚、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９は、水素冷却方式を採用した水素冷却タービン発電機である。

クロスコンパウンド形蒸気タービン発電設備１の蒸気の流れは次の通りである。即ち、ボイラ１０で発生した主蒸気は、主蒸気止め弁１１、主蒸気加減弁１２を経路上に設けた主蒸気管１３を介して高圧タービン２に供給される。高圧タービン２を駆動した後の主蒸気は、低温再熱管１４を介してボイラ１０にフィードバックされ再加熱される。再加熱後の再熱蒸気は、再熱蒸気止め弁１５、インターセプト弁１６を経路上に設けた再熱管１７を介して低圧タービン３に供給される。低圧タービン３を駆動した後の再熱蒸気は、セカンダリータービン８を駆動した後、復水器１８、給水ポンプ１９を介してボイラ１０に供給される。尚、ボイラ１０の主蒸気出口と主蒸気止め弁１１との間の主蒸気管１３が途中で分岐しており、その分岐先は主蒸気逃がし弁２０を介してセカンダリータービン８に至る。

タービン制御装置２１は、プライマリータービン４及びセカンダリータービン６の二軸同期機能、調速機能、オーバーライド機能を具備した制御装置である。

二軸同期機能は、クロスコンパウンド形蒸気タービン発電設備１の起動時に、セカンダリータービン８の回転数Ｎ２をプライマリータービン４の同期速度Ｎ１と一致させる機能である。具体的には、昇速過程より主蒸気逃がし弁２０を開いてセカンダリータービン８に供給される蒸気量を増加させ、セカンダリータービン８の回転数Ｎ２がプライマリータービン４の同期速度Ｎ１になったとき、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９に初期励磁を印加することで、二軸同期を完了させる機能である。

調速機能は、プライマリータービン４及びセカンダリータービン６の速度を同期速度Ｎ１に維持する機能である。具体的には、二軸同期完了後、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９は１台の発電機として取り扱い可能となり、プライマリータービン４及びセカンダリータービン８の出力は、１台のタービン出力として主蒸気加減弁１２で制御可能となる。そこで、主蒸気加減弁１２の開度を制御することで、プライマリータービン４及びセカンダリータービン６の速度を同期速度Ｎ１に維持する制御を行う機能である。

オーバーライド機能は、発電機脱調や負荷脱落等に起因して発生した系統擾乱が与える影響を抑制するための制御を行う機能である。具体的には、発電機出力が系統擾乱により所定出力範囲（定格出力±裕度）を逸脱する場合、主蒸気加減弁１２の開度指令に基づき発電機出力を所定出力範囲内に維持する制御よりも優先して、主蒸気加減弁１２の開度指令に基づき主蒸気圧力を所定圧力範囲に収束させる制御を行う。

＜＜＜水素冷却タービン発電機の各媒体の供給系統＞＞＞
図２は、水素冷却タービン発電機の各媒体（密封油、水素ガス、炭酸ガス、冷却水）供給系統を示した図である。尚、図２に示した水素冷却タービン発電機３０は、図１に示したプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９を表している。

水素冷却タービン発電機３０の軸構造は横軸型であり、水素冷却タービン発電機３０の外形を形成する円筒状の固定子枠３１の内部（機内）には、回転子軸３３が貫通した回転子３２が収納される。回転子軸３３のうち同軸方向の一方の側の回転子軸３３ａは軸受装置３４ａを介してタービン軸（不図示）と同軸状に接続され、他方の側の回転子軸３３ｂは軸受装置３４ｂを介して励磁機軸（不図示）と同軸状に接続される。

密封油供給系統が、軸受装置３４ａ、３４ｂと密封油ポンプ３７ａ、３７ｂとそれらを接続する排油管とにより構成される。軸受装置３４ａは、回転子軸３３ａ上に、回転子軸３３ａのタービン軸側に向かう同軸方向に沿って、軸封部３５ａと、軸受部３６ａとを有する。軸封部３５ａは、軸受装置３４ａと軸受装置３４ａを貫通する回転軸３３ａとの間隙を塞ぐものである。また、軸封部３５ａは、密封油ポンプ３７ａから排油管を介して密封油が供給され、機内の水素ガスを密封する。軸受部３６ａは、軸受装置３４ａを貫通する回転軸３３ａが貫通されてその回転子軸３３ａを軸受する。軸受装置３４ｂは、軸受装置３４ａと同一の構成であるため、説明を省略する。

水素ガス供給系統が、水素ガスボンベ４０と、水素ガス供給装置４１と、水素ガス供給弁４２と、水素ガス分配管４３と、それらを接続する配管とにより構成される。水素ガスボンベ４０は、複数備えられており、水素ガスを供給する際に少なくともいずれか一つが選択される。水素ガスボンベ４０に貯蔵される水素ガスは、水素ガス供給装置４１、水素ガス供給弁４２を介して機内の水素ガス分配管４３に供給され、水素ガス分配管４３により固定子枠３１の内部に充填される。水素ガスは、回転子３２の巻線の抵抗損失を抑えるための冷却媒体として用いられ、機内を循環して機内で発生した熱を吸収する。

水素ガス供給装置４１は、水素ガスボンベ４０から供給される水素ガスの流量制御により水素ガス圧力を調整する水素ガス圧力調整弁４４を具備する。また、水素ガス供給弁４２は、水素ガスを供給する際に全開（開度１００％）となり、水素ガスの供給を停止する際及び水素ガス供給装置４１において水素ガス圧力を調整する際に全閉（開度０％）とする。水素ガス圧力調整弁４４、水素ガス供給弁４１は、夫々水素ガス圧力制御装置４５からの開度指令Ｙ１、Ｙ２によって制御される。

水素ガス圧力制御装置４５は、プログラムを格納するメモリを具備したＣＰＵユニットと、入出力ユニットと、を有したＰＬＣ（Programmable Logic Controller）として構成される。水素ガス圧力制御装置４５は、ＣＰＵユニットのメモリに格納されたプログラムを実行することによって、水素ガス温度制御装置６２から出力される水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｘ、又は開度指令Ｘ及び固定子枠３１の周辺に設けられる温度検出器７２により検出された大気温度Ｔ２に基づいて、機内水素ガス圧力が第１圧力設定値又は当該第１圧力設定値よりも低い第２圧力設定値（但し、大気圧よりも高圧）となるように、水素ガス供給弁４１の開度指令Ｙ１、水素ガス圧力調整弁４４の開度指令Ｙ２（本願請求項に係る第２開度指令）を入出力ユニットを介して出力する。尚、水素ガス圧力制御装置４５の詳細な制御内容については後述する。

炭酸ガス供給系統が、炭酸ガスボンベ５０と、炭酸ガス供給装置５１と、炭酸ガス供給弁５２と、炭酸ガス分配管５３と、それらを接続する配管とにより構成される。炭酸ガスボンベ５０は、複数備えられており、炭酸ガスを供給する際に少なくともいずれか一つが選択される。炭酸ガスボンベ５０に貯蔵される炭酸ガスは、炭酸ガス供給装置５１、炭酸ガス供給弁５２を介して機内の炭酸ガス分配管５３に供給され、炭酸ガス分配管５３により固定子枠３１の内部に充填される。炭酸ガスは、水素ガスと混合しても爆発の危険性のない不活性ガスであり、タービン発電機の保守点検時や緊急時に機内の水素ガスを排出する必要がある場合、水素ガスと置換して機内に充填される。

炭酸ガス供給弁５２は、炭酸ガスを供給する際に全開（開度１００％）となり、炭酸ガスの供給を停止する際及び炭酸ガス供給装置５１において炭酸ガス圧力を調整する際に全閉（開度０％）とする。炭酸ガス供給弁５２は、不図示の炭酸ガス圧力制御装置らの開度指令によって制御される。

水素ガス冷却水供給系統は、固定子枠３１と一体的に設けられた水素ガス冷却器６０と、水素ガス温度調整弁６１と、それらを接続する配管とにより構成される。水素ガス冷却器６０は、機内の熱を吸収した水素ガスを冷却する熱交換器である。水素ガスが吸収した熱は、水素ガス冷却器６０内を循環する冷却水によって吸収され、機外に放出される。水素ガス温度調整弁６１は、水素ガス冷却器６０に向けて供給する冷却水の流量制御により機内水素ガス温度を調整する制御弁である。水素ガス温度調整弁６１は、水素ガス温度制御装置６２からの開度指令Ｘ（本願請求項に係る第１開度指令）によって制御される。

水素ガス温度制御装置６２は、プログラムを格納するメモリを具備したＣＰＵユニットと、入出力ユニットとを少なくとも有したＰＬＣとして構成される。尚、本願請求項に係る判定部、開度指令部、閾値設定部は、上記プログラムとして実現される。水素ガス温度制御装置６２は、ＣＰＵユニットのメモリに格納されたプログラムを実行することによって、固定子枠３１内に設けられる水素ガス温度検出器７１により検出された機内水素ガス温度Ｔ１と、機内水素ガス温度の温度設定値ＴＳとの偏差（Ｔ１−ＴＳ）がなくなるように、例えば、当該偏差を用いたＰＩＤ制御に基づいて、水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｘを入出力ユニットを介して出力する。但し、水素ガス温度調整弁６１の開度の運用条件は、その制御特性上の上限開度（例えば、９０％）以下である。

＜水素ガス圧力制御装置の動作＞
図３は、水素ガス圧力制御装置４５の動作を示すフローチャートである。
まず、水素ガス圧力制御装置４５は、０％の開度指令Ｙ１により、水素ガス供給弁４２を全閉させる（Ｓ３００）。
つぎに、水素ガス圧力制御装置４５は、水素冷却タービン発電機３０の通常運用時の第１圧力設定値（例えば０．３９ＭＰａ）に応じた開度指令Ｙ２により、水素ガス供給装置４１の水素ガス圧力調整弁４４を制御する（Ｓ３０１）。また、このとき、水素ガス圧力制御装置４５は、不図示の発電所中央監視室の計算機に向けて、大気圧より高い第１圧力設定値に応じた第１閾値（＜第１圧力設定値）を含んだ水素ガス圧力低警報の条件設定指令Ｚを出力する（Ｓ３０１）。これにより、発電所中央監視室の計算機は、機内水素ガス圧力が条件設定指令Ｚに含まれる第１閾値より低下した場合、水素ガス圧力低の警報を通知する。

つぎに、水素ガス圧力制御装置４５は、１００％の開度指令Ｙ１により、水素ガス供給弁４２を全開させる（Ｓ３０２）。これにより、第１圧力設定値が設定された水素ガスが機内に充填される。また、水素ガス温度制御装置６２による水素ガス温度調整弁６１の開度制御によって、機内水素ガス温度を温度設定値に維持する制御が行われる。

つぎに、水素ガス圧力制御装置４５は、水素ガス温度制御装置６２から水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｙ１が、水素ガス温度調整弁６１の上限開度（例えば９０％）を上回るか否かを判定する（Ｓ３０３）。水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｙ１が上限開度を下回る場合（Ｓ３０３：ＮＯ）、水素ガス圧力調整弁４４による圧力設定が第１圧力設定値よりも低く且つ大気圧（０．１０１３ＭＰａ）よりも高い第２圧力設定値（例えば０．３４ＭＰａ）であるか否かの判定を経て（Ｓ３０７）、Ｓ３０３に戻る。

一方、大気温度の上昇や発電機の解列又は並列の際に起因して機内水素ガス温度が急激に上昇し、水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｙ１が上限開度を上回る場合（Ｓ３０３：ＹＥＳ）、水素ガス圧力制御装置４５は、０％の開度指令Ｙ１により水素ガス供給弁４２を全閉させた後（Ｓ３０４）、第２圧力設定値に応じた開度指令Ｙ２により水素ガス供給装置４１の水素ガス圧力調整弁４４を制御する（Ｓ３０５）。また、このとき、水素ガス圧力制御装置４５は、不図示の発電所中央監視室の計算機に向けて、第２圧力設定値に応じた第２閾値（＜第１閾値）を含んだ水素ガス圧力低警報の条件設定指令Ｚを出力する（Ｓ３０５）。これにより、発電所中央監視室の計算機は、機内水素ガス圧力が条件設定指令Ｚに含まれる第２閾値より低下した場合、水素ガス圧力低の警報を通知することになる。

つぎに、水素ガス圧力制御装置４５は、１００％の開度指令Ｙ１により水素ガス供給弁４２を全開させ（Ｓ３０６）、Ｓ３００に戻る。これにより、第２圧力設定値が設定された水素ガスが機内に充填される。その後、機内水素ガス温度が低下し、水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｙ１が上限開度を下回る場合（Ｓ３０３：ＮＯ）、水素ガス圧力制御装置４５は、機内水素ガス圧力を第２圧力設定値から第１圧力設定値に戻すように、水素ガス圧力調整弁４４の開度制御を行う（Ｓ３０７：ＹＥＳ）。

上記のとおり、水素ガス温度制御装置６２は、大気温度の変化等により機内水素ガス温度が急激に上昇し、水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｘが上限開度を上回る場合、水素ガス圧力調整弁４４の開度指令Ｙ２に基づき、機内水素ガス圧力を通常運用時の第１圧力設定値から第２圧力設定値に減圧する制御を行う。

つまり、水素ガス温度調整弁６１の開度指令Ｘが上限開度を上回る場合、機内水素ガス温度制御装置６２による機内水素ガス温度の制御自体が有効に機能しなくなるため、この場合には、機内水素ガス圧力を減圧させる運用とした。この結果、機内水素ガス圧力の低下に伴い、水素冷却タービン発電機３０の回転子３２が回転する度に発生する風損を低減することが可能となり、水素冷却タービン発電機３０の総合的な高効率化を図ることができる。また、機内水素ガス圧力の低下に伴い、機内水素ガス温度が自然に低下するため、水素ガス温度制御装置６２による有効な機内水素ガス温度制御の再開が可能となる。

尚、Ｓ３０３の判定の際に、温度検出器７２により検出された大気温度Ｔ２が所定温度を超えるか否かの条件を追加してもよい。これにより、通常運用時の第１圧力設定値から第２圧力設定値に減圧すべき時期をより確実に把握することが可能となる。

＜第２圧力設定値の具体例＞
水素ガス圧力制御装置４５によって設定可能な通常時の第１圧力設定値よりも低い第２圧力設定値は、水素冷却タービン発電機３０として調整可能な無効電力上限値に基づいて決定する。以下、図４、図５を用いて、第２圧力設定値の具体例を説明する。尚、図４（ａ）は、水素ガス圧力とプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の設備容量との対応づけ（本願請求項に係る第１の対応づけ）に基づき求められた水素ガス圧力とプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の力率との対応づけを纏めた表であり、図４（ｂ）は、図４（ａ）に示した表をグラフ化した図である。また、図５（ａ）は、水素ガス圧力とプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の無効電力との対応づけ（本願請求項に係る第２の対応づけ）を纏めた表であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した表をグラフ化した図である。

プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９は、出力有効電力１０００ＭＷで通常運転される場合とする。タービン制御装置２１の系統擾乱時のオーバーライド機能による主蒸気量の増加量は約８０Ｔ／Ｈであり、この増加量を負荷として換算すると２３ＭＷ（定格１０００ＭＷの３％程度）である。従って、系統擾乱を考慮に入れたプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の必要出力（出力有効電力）は、出力有効電力１０００ＭＷに３％の裕度（瞬動予備力）を加えると、次式のとおり、１０３０ＭＷである。
１０００ＭＷ×１．０３＝１０３０ＭＷ ・・・式（１）
プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の力率（皮相電力における有効電力の割合）は、タービン制御装置２１の系統擾乱時のオーバーライド機能を実行した際のセカンダリー発電機９の負荷容量ＭＶＡ（皮相電力）の実績値に基づいて、遅れ力率０．９４以上となる。従って、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の最低力率は０．９４（遅れ）である。

プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の無効電力は、実運用上、最大３００ＭＶａｒまで調整可能である。尚、無効電力３００ＭＶａｒの場合、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の総設備容量（皮相電力）は１０７２．８ＭＶＡ（＝√１，０３０^２＋３００^２）となる。プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の系統擾乱を考慮に入れた必要出力（出力有効電力）１０３０ＭＷは、皮相電力に換算すると１０７３ＭＶＡ（＝１０３０ＭＷ÷力率０．９６）であるため、無効電力３００ＭＶａｒの場合には設備容量的に殆ど余裕が無いことが分かる。このため、無効電力上限値を３００ＭＶａｒよりも低い２８０ＭＶａｒとした。無効電力上限値２８０ＭＶａｒの場合、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の総設備容量（皮相電力）は１０６７．４ＭＶＡ（＝√１，０３０^２＋２８０^２）となる。

ところで、図４（ａ）、（ｂ）に示されるように、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の総設備容量（皮相電力）は、水素ガス圧力に比例して定められる。また、所定のＰ／Ｓ機按分により総設備容量を按分することでプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の各負荷容量（皮相電力）が定められる。尚、Ｐ／Ｓ機按分としては、プライマリー発電機５が５８．１％、セカンダリー発電機９が４１．９％としている。さらに、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の発電機必要出力（有効電力）と総設備容量（皮相電力）とに基づいて、水素ガス圧力毎の力率を次式により求める。
力率 ＝ 発電機必要出力（有効電力）／総設備容量（皮相電力） ・・・式（２）
図４（ｂ）を参照すると、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の最低力率０．９４（遅れ）に対応した水素ガス圧力は、０．３６ＭＰａであることが分かる。つまり、第２圧力設定値は、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の最低力率０．９４（遅れ）に対応づけられる水素ガス圧力０．３６Ｍｐａ以下とすればよいことが分かる。

つぎに、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、水素ガス圧力毎のプライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の無効率、さらには無効電力を求める。尚、無効率、無効電力は、夫々次式により求められる。
無効率 ＝ √（１−力率^２） ・・・式（３）
無効電力 ＝ 総設備容量×無効率 ・・・式（４）
図５（ｂ）を参照すると、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の無効電力上限値２８０ＭＶａｒに対応した水素ガス圧力は、略０．３４ＭＰａであることが分かる。このように、無効電力上限値２８０ＭＶａｒに基づいて第２圧力設定値を０．３４ＭＰａに決定したことで、プライマリー発電機５及びセカンダリー発電機９の実運用に即した最大限の減圧運転が可能となる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、上記実施の形態は本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく変更、改良され得るとともに、本発明にはその等価物も含まれる。

３０ 水素冷却タービン発電機
３１ 固定子枠
３２ 回転子
３３、３３ａ、３３ｂ 回転子軸
３４ａ、３４ｂ 軸受装置
３５ａ、３５ｂ 軸封部
３６ａ、３６ｂ 軸受部
３７ａ、３７ｂ 密封油ポンプ
４０ 水素ガスボンベ
４１ 水素ガス供給装置
４２ 水素ガス供給弁
４３ 水素ガス分配管
４４ 水素ガス圧力調整弁
４５ 水素ガス圧力制御装置
５０ 炭酸ガスボンベ
５１ 炭酸ガス供給装置
５２ 炭酸ガス供給弁
５３ 炭酸ガス分配管
６０ 水素ガス冷却器
６１ 水素ガス温度調整弁
７１ 水素ガス温度検出器
７２ 温度検出器

Claims (5)

1. 水素冷却タービン発電機と、
   前記水素冷却タービン発電機内の水素ガスを冷却する冷却水量を調整する水素ガス温度調整弁と、
   前記水素冷却タービン発電機内の水素ガス温度を検出する水素ガス温度検出器と、
   前記水素ガス温度検出器により検出された水素ガス温度と温度設定値との偏差に応じた第１開度指令を前記水素ガス温度調整弁に向けて出力する水素ガス温度制御装置と、
   前記水素冷却タービン発電機内に供給される水素ガス圧力を調整する水素ガス圧力調整弁と、
   を有した発電系統における水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、
   前記第１開度指令が前記水素ガス温度調整弁の所定の上限開度を上回るか否かを判定する判定部と、
   前記第１開度指令が前記上限開度を下回る場合、大気圧より高い第１圧力設定値に応じた第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力し、前記第１開度指令が前記上限開度を上回る場合、当該第１圧力設定値より低く且つ大気圧より高い第２圧力設定値に応じた当該第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力する開度指令部と、
   を有することを特徴とする水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置。
2. 請求項１に記載の水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、
   前記第２圧力設定値は、前記水素冷却タービン発電機において調整可能な無効電力に応じた水素ガス圧力であること、
   を特徴とする水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置。
3. 請求項２に記載の水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、
   前記第２圧力設定値は、
   前記水素冷却タービン発電機の出力有効電力に裕度を与えて得られる有効電力と、水素ガス圧力と前記水素冷却タービン発電機の設備容量である皮相電力との第１の対応づけと、により得られる、水素ガス圧力と前記水素冷却タービン発電機の無効電力との第２の対応づけを参照して、前記水素冷却タービン発電機において調整可能な無効電力に対応づけられる水素ガス圧力として求められること、
   を特徴とする水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置。
4. 請求項１乃至３のいずれか１項に記載の水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置であって、
   前記第２開度指令が切り替わる場合、前記水素冷却タービン発電機内の水素ガス圧力が閾値以下となる場合に警報を出力する情報処理装置に向けて、切り替えられた前記第２開度指令の前記第１圧力設定値又は前記第２圧力設定値に応じた当該閾値の変更指令を出力する閾値設定部を有すること、
   を特徴とする水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御装置。
5. 水素冷却タービン発電機の内部を冷却する水素ガスの圧力を制御する水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御システムであって、
   前記水素冷却タービン発電機内の水素ガスを冷却する冷却水量を調整する水素ガス温度調整弁と、
   前記水素冷却タービン発電機内の水素ガス温度を検出する水素ガス温度検出器と、
   前記水素ガス温度検出器により検出された水素ガス温度と温度設定値との偏差に応じた第１開度指令を前記水素ガス温度調整弁に向けて出力する水素ガス温度制御装置と、
   前記水素冷却タービン発電機内に供給される水素ガス圧力を調整する水素ガス圧力調整弁と、
   前記第１開度指令が前記水素ガス温度調整弁の所定の上限開度を下回る場合、大気圧より高い第１圧力設定値に応じた第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力し、前記第１開度指令が当該上限開度を上回る場合、当該第１圧力設定値より低く且つ大気圧より高い第２圧力設定値に応じた当該第２開度指令を前記水素ガス圧力調整弁に向けて出力する水素ガス圧力制御装置と、
   を有することを特徴とする水素冷却タービン発電機の水素ガス圧力制御システム。

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