JP2019011722A - コンバインドサイクルプラント及びコンバインドサイクルプラントの起動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンバインドサイクルプラント及びコンバインドサイクルプラントの起動方法において、コンバインドサイクルプラントの起動を確実に行うことで信頼性の向上を図る。【解決手段】ガスタービン１１と排熱回収ボイラ１２と蒸気タービン１３と発電機１４とターニング装置２８とサイリスタ起動装置２７と、制御装置６０を備え、制御装置６０は、ターニング装置２８の作動時にプラント起動指令信号が入力されると、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了した後、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させる。【選択図】図３

Description

本発明は、ガスタービンと排熱回収ボイラと蒸気タービンを備えるコンバインドサイクルプラント及びコンバインドサイクルプラントの起動方法に関するものである。

コンバインドサイクル発電は、まず、天然ガスなどを燃料としてガスタービンを駆動して１回目の発電を行い、次に、排熱回収ボイラがガスタービンの排ガスの熱により蒸気を生成し、この蒸気により蒸気タービンを駆動して２回目の発電を行うものである。コンバインドサイクルプラントは、このコンバインドサイクル発電を実行するための発電プラントである。コンバインドサイクルプラントでは、発電機として回転界磁形の同期発電機が採用されることが多い。

コンバインドサイクルプラントにて、ガスタービンの回転軸と蒸気タービンの回転軸を一直線に配置し、この回転軸に発電機を連結した一軸型コンバインドサイクルプラントがある。そして、この一軸型コンバインドサイクルプラントでは、発電機を起動用電動機として使用するサイリスタ起動装置が設けられている。コンバインドサイクルプラントは、停止時に高温状態にあることから、ターニング装置により回転軸を低速で回転させることで、ガスタービンや蒸気タービンが均一に冷却されるようにしている。そのため、コンバインドサイクルプラントを起動するとき、低速で回転している回転軸の回転速度を発電機により上昇させる。

回転軸を昇速するために、サイリスタ起動装置は、発電機の固定子巻線に交流電圧を印加する。これにより発生した磁場により、前もって励磁されている発電機の回転子が回転され、ここに連結されているガスタービン及び蒸気タービンの回転軸が加速される。このようなコンバインドサイクルプラントの起動方法としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。

特開平１０−１５３１０２号公報

サイリスタ起動装置を用いてコンバインドサイクルプラントを起動するとき、サイリスタ起動装置は回転軸の位相に対応した位相で発電機の固定子の巻線に交流電圧を印加する必要がある。そのため、サイリスタ起動装置により回転軸を昇速する前に、制御装置は回転軸の回転角度（位相）を検出する必要がある。その方法として、ターニング中に発電機の回転子を励磁し、回転子の低速回転により固定子の巻線に現れる電圧を発電端の電圧計で検出するものがあり、これを電子式位相検出と称する。

ところで、電子式位相検出において、回転軸の位相を検出するとき、回転軸を位相検出可能速度以上で回転させる必要がある。そのため、コンバインドサイクルプラントの起動時に、ターニング装置と回転軸との連結解除が早すぎると、回転軸の回転数が位相検出可能速度より低速となり、電子式位相検出による回転軸の位相の検出が困難となってしまう。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、コンバインドサイクルプラントの起動を確実に行うことで信頼性の向上を図るコンバインドサイクルプラント及びコンバインドサイクルプラントの起動方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明のコンバインドサイクルプラントは、圧縮機と燃焼器とタービンとを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記ガスタービンの回転軸と同軸上に設けられて前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記回転軸と同軸上に設けられる同期発電機と、前記回転軸に嵌脱自在に設けられて前記回転軸を予め設定された所定の低速回転数で回転させるターニング装置と、前記同期発電機の固定子に電圧を印加するサイリスタ起動装置と、少なくとも前記ターニング装置と前記サイリスタ起動装置とを制御する制御装置と、を備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、前記制御装置は、前記ターニング装置の作動時にプラント起動指令信号が入力されると、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了した後、前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させる、ことを特徴とするものである。

従って、制御装置は、ターニング装置により回転軸が低速回転数で回転しているとき、プラント起動指令信号が入力されると、サイリスタ起動装置の作動準備が完了した後に回転軸からターニング装置を離脱させる。そのため、回転軸からターニング装置が離脱する前に、サイリスタ起動装置が電動発電機を作動させる準備を完了させることができ、コンバインドサイクルプラントの起動を確実に行うことで信頼性の向上を図ることができる。

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記同期発電機は、前記固定子の電圧を計測する電圧計を備え、前記制御装置は、前記コンバインドサイクルプラントの起動時に、前記ターニング装置により前記同期発電機の回転子を回転させつつ励磁して、前記固定子の電圧を前記電圧計により計測することで、前記回転軸の位相を検出することを特徴としている。

従って、制御装置は、前記コンバインドサイクルプラントの起動時に、同期発電機の回転子を回転させることで発生する固定子の電圧を電圧計により計測し、この固定子の電圧に基づいて回転軸の位相を検出するため、回転軸の位相を高精度に検出することができる。

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記制御装置は、前記回転軸の位相を検出した後に、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了したものと判断して前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させることを特徴としている。

従って、回転軸の位相を検出した後に、サイリスタ起動装置の作動準備が完了したものと判断し、ターニング装置を回転軸から離脱させることとなり、サイリスタ起動装置により電動発電機を確実に作動させることができる。

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記制御装置は、前記同期発電機の回転子を励磁した状態で前記回転軸が２／３回転した後に、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了したものと判断して前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させることを特徴としている。

従って、電動発電機の回転子が２／３回転すると、サイリスタ起動装置は、回転子と一体の回転軸の位相を検出することができることから、電動発電機の回転子を励磁した状態で回転軸が２／３回転してから、回転軸からターニング装置を離脱させることで、ガスタービンを確実に起動することができる。

本発明のコンバインドサイクルプラントでは、前記制御装置は、前記同期発電機の回転子を励磁した状態で予め設定された所定の待機時間が経過した後に、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了したものと判断して前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させることを特徴としている。

従って、回転軸からターニング装置を離脱させるタイミングを待機時間の経過により実施することで、制御の簡素化を図ることができる。

また、本発明のコンバインドサイクルプラントの起動方法は、圧縮機と燃焼器とタービンとを有するガスタービンと、前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、前記ガスタービンの回転軸と同軸上に設けられて前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、前記回転軸と同軸上に設けられる同期発電機と、前記回転軸に嵌脱自在に設けられて前記回転軸を予め設定された所定の低速回転数で回転させるターニング装置と、前記同期発電機の回転子に電圧を印加するサイリスタ起動装置と、を備えるコンバインドサイクルプラントの起動方法において、前記ターニング装置により前記回転軸を予め設定された所定の低速回転数で回転させる工程と、プラント起動指令信号が入力されたときに前記回転軸の位相を検出する工程と、前記回転軸の位相を検出した後に前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させる工程と、を有することを特徴とするものである。

従って、回転軸からターニング装置が離脱する前に、サイリスタ起動装置が電動発電機を作動させる準備を完了させることができ、コンバインドサイクルプラントの起動を確実に行うことで信頼性の向上を図ることができる。

本発明のコンバインドサイクルプラント及びコンバインドサイクルプラントの起動方法によれば、コンバインドサイクルプラントの起動を確実に行うことで信頼性の向上を図ることができる。

図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。 図２は、ターニング装置を表す概略構成図である。 図３は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの電気系統及び制御系統を表す概略図である。 図４は、コンバインドサイクルプラントの起動時におけるフローチャートである。 図５は、コンバインドサイクルプラントの起動時におけるタイムチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係るコンバインドサイクルプラント及びコンバインドサイクルプラントの起動方法の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントを表す概略構成図である。

本実施形態において、図１に示すように、コンバインドサイクルプラント１０は、ガスタービン１１と、排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）１２と、蒸気タービン１３と、発電機（同期発電機）１４とを備えている。このコンバインドサイクルプラント１０は、ガスタービン１１の回転軸と蒸気タービン１３の回転軸が一直線に配置され、この回転軸に発電機１４が連結された一軸型形式となっている。

ガスタービン１１は、圧縮機２１と、燃焼器２２と、タービン２３とを有しており、圧縮機２１とタービン２３は、回転軸（ロータ）２４により一体回転可能に連結されている。圧縮機２１は、空気取り込みラインＬ１から取り込んだ空気を圧縮する。燃焼器２２は、圧縮機２１から圧縮空気供給ラインＬ２を通して供給された圧縮空気と、燃料ガス供給ラインＬ３から供給された燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン２３は、燃焼器２２から燃焼ガス供給ラインＬ４を通して供給された燃焼ガスにより回転駆動する。

排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１（タービン２３）から排ガス排出ラインＬ５を介して排出された排ガスの排熱によって蒸気を発生させるものである。排熱回収ボイラ１２は、図示しないが、熱交換器として、過熱器と蒸発器と節炭器とを有している。排熱回収ボイラ１２は、ガスタービン１１からの排ガスが内部を通過することで、過熱器、蒸発器、節炭器の順に熱回収を行うことで蒸気を生成する。そして、排熱回収ボイラ１２は、蒸気を生成した使用済の排ガスを排出する排ガス排出ラインＬ６を介して煙突（図示略）が連結されている。

蒸気タービン１３は、排熱回収ボイラ１２により生成された過熱蒸気により駆動するものである。蒸気タービン１３は、タービン２５を有しており、回転軸２６がガスタービン１１の回転軸２４と一直線状をなして連結されている。そして、排熱回収ボイラ１２の過熱器の過熱蒸気をタービン２５に供給する蒸気供給ラインＬ７が設けられると共に、タービン２５を駆動した使用済の蒸気を排熱回収ボイラ１２の再熱器に戻す蒸気回収ラインＬ８が設けられており、蒸気回収ラインＬ８に復水器２９が設けられている。復水器２９は、タービン２５から排出された蒸気を冷却水（例えば、海水）により冷却して復水とするものである。

発電機１４は、回転界磁形の同期発電機であって、回転軸２６の端部に設けられている。ガスタービン１１の回転軸２４と蒸気タービン１３の回転軸２６は、一体に設けられていてもよい。この発電機１４は、ガスタービン１１及び蒸気タービン１３が駆動し、回転軸２４，２６が回転することで、伝達される回転力により発電する。そして、発電機１４は、コンバインドサイクルプラント１０を起動するときの起動用電動機としても使用するものであり、サイリスタ起動装置２７が設けられている。また、コンバインドサイクルプラント１０は、ガスタービン１１と蒸気タービン１３との間の回転軸２４，２６にターニング装置２８が設けられている。

そのため、コンバインドサイクルプラント１０の稼働時、ガスタービン１１にて、圧縮機２１は空気を圧縮し、燃焼器２２は供給された圧縮空気と燃料ガスとを混合して燃焼する。タービン２３は燃焼器２２から供給された燃焼ガスにより回転駆動する。また、ガスタービン１１（タービン２３）から排出された排ガスは、排熱回収ボイラ１２に送られ、排熱回収ボイラ１２は蒸気を生成し、過熱蒸気が蒸気タービン１３に送られる。タービン２５は、この過熱蒸気により回転駆動する。発電機１４は、ガスタービン１１及び蒸気タービン１３により回転軸２４，２６が駆動回転することで発電を行う。

上述したターニング装置２８は、コンバインドサイクルプラント１０の停止時に、回転軸２４，２６を低速回転させることで、高温状態にあるガスタービン１１や蒸気タービン１３を均一に冷却するものである。図２は、ターニング装置を表す概略構成図である。

ターニング装置２８において、図２に示すように、ターニングモータ３１は、出力軸３２に駆動歯車３３が固定されている。回転軸２４，２６は、従動歯車３４が固定されている。揺動リンク３５は、一端部に第１連結歯車３６が回転自在に支持され、他端部に第２連結歯車３７が回転自在に支持されている。図２は、各歯車を模式的に記載したものであり、第１連結歯車３６と第２連結歯車３７とは、常時噛み合っている。また、第１連結歯車３６は、駆動歯車３３に常時噛み合い、第２連結歯車３７は、従動歯車３４に噛み合い及び離脱可能となっている。即ち、揺動リンク３５が揺動することで、第２連結歯車３７を従動歯車３４から離間させることができる。

エアシリンダ３８は、軸方向に移動自在な駆動ロッド３９を有している。揺動レバー４０は、支持軸４１により揺動自在に支持され、一端部に駆動ロッド３９の先端部が連結され、他端部に連結リンク４２を介して揺動リンク３５の中間部が連結されている。また、エアシリンダ３８は、内部にピストン４３が移動自在に支持され、このピストン４３に駆動ロッド３９の基端部が連結されている。そして、エアシリンダ３８は、ピストン４３に区画された各部屋４４ａ，４４ｂにエア給排ポート４５ａ，４５ｂが設けられ、各エア給排ポート４５ａ，４５ｂにそれぞれエア給排ラインＬ１１，Ｌ１２が連結されている。

そのため、エアをエア給排ラインＬ１１から部屋４４ａに供給すると、ピストン４３が一方方向（図２にて、左方）に移動する。すると、ピストン４３と共に駆動ロッド３９が同方向に移動し、揺動レバー４０が支持軸４１を中心に一方方向（図２にて、反時計回り方向）に回動し、揺動リンク３５により第２連結歯車３７と従動歯車３４が噛み合う。この状態で、ターニングモータ３１を駆動すると、出力軸３２に固定された駆動歯車３３が駆動回転し、回転力が第１連結歯車３６及び第２連結歯車３７を介して従動歯車３４に伝達され、回転軸２４，２６をターニングすることができる。一方、エアをエア給排ラインＬ１２から部屋４４ｂに供給すると、ピストン４３が他方方向（図２にて、右方）に移動する。すると、ピストン４３と共に駆動ロッド３９が同方向に移動し、揺動レバー４０が支持軸４１を中心に他方方向（図２にて、時計回り方向）に回動し、揺動リンク３５により第２連結歯車３７が従動歯車３４から離脱する。すると、ターニングモータ３１の駆動力（回転力）が回転軸２４，２６に伝達されず、ターニングが終了する。

サイリスタ起動装置２７は、発電機１４を起動用電動機として利用することで、コンバインドサイクルプラント１０を起動するものである。サイリスタ起動装置２７は、発電機１４の固定子側巻線に交流電圧を印加する。これにより発生した磁場により、前もって励磁されている発電機１４の回転子が回転させられ、ここに連結されているガスタービン１１及び蒸気タービン１３の回転軸が加速される。図３は、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの電気系統及び制御系統を表す概略図である。

図３に示すように、発電機１４は、主電力供給ラインＬ２１を介して電力供給系統に接続されている。主電力供給ラインＬ２１は、主遮断器５１と主変圧器５２が設けられている。主電力供給ラインＬ２１は、発電機１４と主変圧器５２との間に分岐電力供給ラインＬ２２が設けられ、発電機１４の回転子側巻線１４ａに接続されている。分岐電力供給ラインＬ２２は、励磁変圧器５３と励磁遮断器５４が設けられている。また、起動用電力供給ラインＬ２３は、電力供給系統に接続されると共に、分岐電力供給ラインＬ２２における回転子側巻線１４ａと励磁遮断器５４との間に接続されている。起動用電力供給ラインＬ２３は、副遮断器５５と副変圧器５６と起動用励磁変圧器５７と界磁遮断器５８が設けられている。

サイリスタ起動装置２７は、主電力供給ラインＬ２１における主変圧器５２と分岐電力供給ラインＬ２２の接続部の間に接続されると共に、起動用電力供給ラインＬ２３における副変圧器５６と起動用励磁変圧器５７の間に接続されている。また、主電力供給ラインＬ２１は、固定子側巻線の電圧（固定子側巻線電圧）を計測する電圧計５９が設けられている。制御装置６０は、サイリスタ起動装置２７，ターニング装置２８と各遮断器５１，５４，５５，５８に接続され、これらを制御可能である。制御装置６０は、操作装置６１と電圧計５９が接続されており、操作装置６１からの指令信号と電圧計５９からの固定子側巻線電圧によりサイリスタ起動装置２７及びターニング装置２８を制御する。

そのため、ターニング装置２８により発電機１４が低速回転している状態で、制御装置６０は、操作装置６１から起動指令信号が入力されると、副遮断器５５と界磁遮断器５８を閉止する。すると、発電機１４は、回転子側巻線１４ａに界磁電流が印加され、発電機１４の回転子から発生する磁束が固定子側巻線と鎖交し、三相の電圧波形が固定子側巻線に誘起される。制御装置６０は、電圧計５９から固定子側巻線の電圧出力波形の位相が入力され、この電圧出力波形により回転軸２４，２６の回転位相を検出する。制御装置６０は、回転軸２４，２６の回転位相を検出すると、サイリスタ起動装置２７を起動する。サイリスタ起動装置２７は、得られた回転子の位相情報に基づいて、適切な位相で発電機１４の固定子側巻線に電圧を印加する。すると、発電機１４の固定子側巻線により発生した磁場で、既に励磁されている回転子が回転させられる。発電機１４は、固定子側巻線に印加する電圧の周波数を上げることにより、回転軸２４，２６の回転数を上昇させる。

ところで、上述したコンバインドサイクルプラント１０にて、回転軸２４，２６がターニング装置２８により低速で回転しているとき、操作装置６１から制御装置６０にプラント起動指令信号が入力されると、制御装置６０は、サイリスタ起動装置２７を用いてガスタービン１１を起動する。即ち、サイリスタ起動装置２７により発電機１４を起動し、低速で回転している回転軸２４，２６の回転速度を上昇させる。このとき、ターニング装置２８が回転軸２４，２６に対して嵌合状態にあることから、回転軸２４，２６の回転数を上昇させるにあたり、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させる必要がある。一方で、発電機１４は、固定子側巻線の電圧を用いた電子式位相検出を行うことから、回転軸２４，２６の位相を検出するとき、回転軸２４，２６を位相検出可能速度以上で回転させる必要がある。そのため、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させるタイミングが早すぎると、回転軸２４，２６の回転数が位相検出可能速度より低速となり、制御装置６０が回転軸２４，２６の位相を検出することができず、ガスタービン１１の起動が困難となる。

そこで、本実施形態では、ターニング装置２８の作動時にプラント起動指令信号が入力すると、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了した後、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させるようにしている。ここで、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了するとは、サイリスタ起動装置２７により発電機１４の固定子側巻線に電圧を印加するために必要な界磁遮断器５８の投入が完了し、且つ、下記のいずれかの条件が満たされた状態をいう。
（ａ）回転軸２４，２６の位相の検出が完了した。
（ｂ）発電機１４を励磁した状態で回転軸２４，２６が所定の角度以上回転した。
（ｃ）発電機１４を励磁した状態で所定の待機時間が経過した。

より具体的には、電子式位相検出により回転軸２４，２６、つまり、発電機１４の回転子の回転位相を検出するには、回転軸２４，２６が所定の回転数（例えば、３ｒｐｍ）以上で回転し、且つ、発電機１４の回転子側巻線１４ａに界磁電流を印加してから、例えば、２４０度（２／３回転）以上回転する必要がある。そのため、発電機１４の回転子側巻線１４ａに界磁電流を印加して回転軸２４，２６が少なくとも２／３回転、望ましくは、１回転した後、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させる。

また、制御の簡素化を図ることを考慮し、プラント起動指令信号が入力してから予め設定された所定の待機時間の経過後、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させることが望ましい。この場合、事前に実験などを行い、プラント起動指令信号が入力してからサイリスタ起動装置２７の作動準備が完了するまでの時間を求めておき、この時間を待ち時間とすればよい。具体的に、制御装置６０が回転軸２４，２６の位相を検出するまでの時間、制御遅れなどを考慮し、サイリスタ起動装置２７が発電機１４の回転子側巻線１４ａに界磁電流を印加して回転軸２４，２６が少なくとも２／３回転、望ましくは、１回転するまでの時間を待ち時間とすることが望ましい。

変形例として、プラント起動指令信号が制御装置６０に入力された時刻に代えて、回転子側巻線１４ａへの電圧の印加を開始した時刻や、回転子側巻線１４ａの電流が所定値まで上昇した時刻を待機時間の起点としてもよい。これらの変形例においても、制御装置６０は、回転子を励磁した状態で予め設定された所定の待機時間が経過した後に、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させる。

ここで、コンバインドサイクルプラント１０の起動方法について詳細に説明する。図４は、コンバインドサイクルプラントの起動時におけるフローチャートである。

本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動方法は、ターニング装置２８により回転軸２４，２６を予め設定された所定の低速回転数で回転させる工程と、プラント起動指令信号が入力されたときに回転軸２４，２６の位相を検出する工程と、回転軸２４，２６の位相を検出した後に回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させる工程とを有する。

具体的に説明すると、図１及び図４に示すように、ステップＳ１１にて、制御装置６０は、ガスタービン１１と蒸気タービン１３がターニング作動中であるかどうかを判定する。ここで、ターニング作動中でないと判定（Ｎｏ）されると、何もしないでこのルーチンを抜ける。一方、ターニング作動中であると判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１２にて、制御装置６０は、操作装置６１からプラント（ガスタービン）起動指令信号が入力したかどうかを判定する。ここで、プラント（ガスタービン）起動指令信号が入力していないと判定（Ｎｏ）されると、何もしないでこのルーチンを抜ける。

一方、プラント（ガスタービン）起動指令信号が入力したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１３にて、界磁遮断器５８を閉止（ＯＮ）する。即ち、図３及び図４に示すように、制御装置６０は、起動指令信号が入力されて界磁遮断器５８を閉止する。すると、ステップＳ１４にて、発電機１４は、回転子側巻線１４ａに界磁電流が印加され、回転子側巻線１４ａを流れる電流が増加する。回転子はターニング装置２８により低速回転しているため、回転子から発生する磁束が固定子側巻線と鎖交して固定子側巻線の電圧が変動する。電圧計５９は、固定子側巻線の電圧を計測し、制御装置６０は、入力した固定子側巻線の電圧の変動により回転軸２４，２６の位相を検出することができる。

ステップＳ１５にて、制御装置６０は、回転軸２４，２６の位相を検出したかどうかを判定する。この場合、例えば、制御装置６０は、プラント起動指令信号が入力し、発電機１４の回転子側巻線１４ａに界磁電流が印加されてから所定の待機時間ｔａが経過したかどうかを判定する。ここで、発電機１４の回転側巻線に界磁電流が印加されてから所定の待機時間ｔａが経過するまで（Ｎｏ）処理を継続する。そして、発電機１４の回転子側巻線１４ａに界磁電流が印加されてから所定の待機時間ｔａが経過したと判定（Ｙｅｓ）されると、ステップＳ１６にて、制御装置６０は、サイリスタ起動装置２７を起動し、ステップＳ１６で検出された位相に基づく適切な位相で発電機１４の固定子側巻線に電圧を印加する。そして、ステップＳ１７にて、ターニング装置２８のエア給排ラインＬ１１から部屋４４ａへのエア供給を停止（ＯＦＦ）する。すると、回転軸２４，２６が加速するのと相まって、第２連結歯車３７と従動歯車３４の嵌合が外れ、ターニング装置２８が離脱する。その後、ガスタービン１１が自らの燃焼エネルギーで自立して回転できるようになると、サイリスタ起動装置２７を停止する。

上述した本実施形態のコンバインドサイクルプラント１０の起動時における各状態量の変動について説明する。図５は、コンバインドサイクルプラントの起動時におけるタイムチャートである。

図３及び図５に示すように、ガスタービン１１と蒸気タービン１３がターニング作動中であるとき、時間ｔ１にて、操作装置６１から制御装置６０にプラント（ガスタービン）起動指令信号が入力（ＯＮ）すると、所定の制御遅れをもって、時間ｔ２にて、制御装置６０は、界磁遮断器５８を閉止（ＯＮ）する。すると、発電機１４は、回転子側巻線１４ａに界磁電流が印加される。すると、制御装置６０は、回転軸２４，２６の位相を検出することができる。時間ｔ３にて、制御装置６０は、回転軸２４，２６の位相を検出すると、サイリスタ起動装置２７を起動（ＯＮ）して発電機１４の固定子側巻線に電圧を印加すると共に、ターニング装置２８のエア給排ラインＬ１１から部屋４４ａへのエア供給を停止（ＯＦＦ）する。この場合、制御装置６０は、回転軸２４，２６の位相を検出した位相検出信号が入力してから、または、プラント起動指令信号が入力してから、または、発電機１４の回転子側巻線１４ａに界磁電流が印加されてから、それぞれ所定の待機時間ｔａが経過したかどうかを判定することで、ターニング装置２８の離脱のタイミングを決定してもよい。すると、ガスタービン１１が自らの燃焼エネルギーで自立して回転できるようになり、回転軸２４，２６のロータ回転数が上昇していき、サイリスタ起動装置２７を停止する。

このように本実施形態のコンバインドサイクルプラントの制御装置にあっては、圧縮機２１と燃焼器２２とタービン２３とを有するガスタービン１１と、ガスタービン１１からの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラ１２と、ガスタービン１１の回転軸２４（２６）と同軸上に設けられて排熱回収ボイラ１２により生成された蒸気により駆動する蒸気タービン１３と、回転軸２４，２６と同軸上に設けられる発電機（同期発電機）１４と、回転軸２４，２６に嵌脱自在に設けられて回転軸２４，２６を予め設定された所定の低速回転数で回転させるターニング装置２８と、発電機１４を起動するサイリスタ起動装置２７と、ターニング装置２８とサイリスタ起動装置２７とを制御する制御装置６０とを備え、ターニング装置２８の作動時にプラント起動指令信号が入力されると、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了した後、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させている。

従って、制御装置６０は、ターニング装置２８により回転軸２４，２６が低速回転数で回転しているとき、プラント起動指令信号が入力すると、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了した後に回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させる。そのため、回転軸２４，２６からターニング装置２８が離脱する前に、サイリスタ起動装置２７が発電機１４を作動させる準備を完了させることができ、コンバインドサイクルプラント１０の起動を確実に行うことで信頼性の向上を図ることができる。

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、発電機１４は、固定子の電圧を計測する電圧計５９を備え、制御装置６０は、コンバインドサイクルプラントの起動時に、ターニング装置２８により発電機１４の回転子を回転させつつ励磁して、固定子の電圧を電圧計５９により計測することで、回転軸２４，２６の位相を検出する。従って、回転軸の位相を高精度に検出することができる。

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、制御装置６０は、回転軸２４，２６の位相を検出した後に、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了したものと判断して回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させている。従って、回転軸２４，２６の位相を検出した後に、ターニング装置２８を回転軸２４，２６から離脱させることとなり、サイリスタ起動装置２７により発電機１４を確実に作動させることができる。

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、制御装置６０は、回転子を励磁した状態で、回転軸２４，２６が２／３回転した後に、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了したものと判断して回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させている。従って、発電機１４の回転子が２／３回転すると、サイリスタ起動装置２７は、回転子と一体の回転軸２４，２６の位相を検出することができることから、発電機１４の回転子側巻線１４ａに界磁電流を印加して回転軸２４，２６が１回転してから、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させることで、ガスタービン１１を確実に起動することができる。

本実施形態のコンバインドサイクルプラントでは、制御装置６０は、発電機１４の回転子を励磁した状態で、予め設定された所定の待機時間ｔａが経過した後に、サイリスタ起動装置２７の作動準備が完了したものと判断して回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させている。従って、回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させるタイミングを待機時間ｔａの経過により実施することで、制御の簡素化を図ることができる。

また、本実施形態のコンバインドサイクルプラントの起動方法にあっては、ターニング装置２８により回転軸２４，２６を予め設定された所定の低速回転数で回転させる工程と、プラント起動指令信号が入力されたときに回転軸２４，２６の位相を検出する工程と、回転軸２４，２６の位相を検出した後に回転軸２４，２６からターニング装置２８を離脱させる工程とを有する。従って、回転軸２４，２６からターニング装置２８が離脱する前に、サイリスタ起動装置２７が発電機１４を作動させる準備を完了させることができ、コンバインドサイクルプラント１０の起動を確実に行うことで信頼性の向上を図ることができる。

なお、上述した実施形態では、ターニング装置２８の作動をエアシリンダ３８の各部屋４４ａ，４４ｂへのエアの供給により実施したが、この構成に限定されるものではない。例えば、ターニング装置２８の作動をエアシリンダ３８の部屋４４ａへのエアの供給により行い、ターニング装置２８の作動停止（回転軸２４，２６からの離脱）をエアシリンダ３８の部屋４４ａからのエアの排出により行ってもよい。また、エアシリンダ３８に代えて、油圧シリンダや駆動モータなどを適用してもよい。

１０ コンバインドサイクルプラント
１１ ガスタービン
１２ 排熱回収ボイラ
１３ 蒸気タービン
１４ 発電機（同期発電機）
１４ａ 回転子側巻線（励磁巻線）
２１ 圧縮機
２２ 燃焼器
２３ タービン
２４，２６ 回転軸
２５ タービン
２７ サイリスタ起動装置
２８ ターニング装置
３１ ターニングモータ
３３ 駆動歯車
３４ 従動歯車
３５ 揺動リンク
３６ 第１連結歯車
３７ 第２連結歯車
３８ エアシリンダ
４０ 揺動レバー
４２ 連結リンク
５１ 主遮断器
５２ 主変圧器
５３ 励磁変圧器
５４ 励磁遮断器
５７ 起動用励磁変圧器
５８ 界磁遮断器
５９ 電圧計
６０ 制御装置
６１ 操作装置

Claims (6)

1. 圧縮機と燃焼器とタービンとを有するガスタービンと、
   前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
   前記ガスタービンの回転軸と同軸上に設けられて前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
   前記回転軸と同軸上に設けられる同期発電機と、
   前記回転軸に嵌脱自在に設けられて前記回転軸を予め設定された所定の低速回転数で回転させるターニング装置と、
   前記同期発電機の固定子に電圧を印加するサイリスタ起動装置と、
   少なくとも前記ターニング装置と前記サイリスタ起動装置とを制御する制御装置と、
   を備えるコンバインドサイクルプラントにおいて、
   前記制御装置は、前記ターニング装置の作動時にプラント起動指令信号が入力されると、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了した後、前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させる、
   ことを特徴とするコンバインドサイクルプラント。
2. 前記同期発電機は、前記固定子の電圧を計測する電圧計を備え、前記制御装置は、前記コンバインドサイクルプラントの起動時に、前記ターニング装置により前記同期発電機の回転子を回転させつつ励磁して、前記固定子の電圧を前記電圧計により計測することで、前記回転軸の位相を検出することを特徴とする請求項１に記載のコンバインドサイクルプラント。
3. 前記制御装置は、前記回転軸の位相を検出した後に、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了したものと判断して前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させることを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクルプラント。
4. 前記制御装置は、前記同期発電機の回転子を励磁した状態で前記回転軸が２／３回転した後に、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了したものと判断して前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させることを特徴とする請求項２に記載のコンバインドサイクルプラント。
5. 前記制御装置は、前記同期発電機の回転子を励磁した状態で予め設定された所定の待機時間が経過した後に、前記サイリスタ起動装置の作動準備が完了したものと判断して前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のコンバインドサイクルプラント。
6. 圧縮機と燃焼器とタービンとを有するガスタービンと、
   前記ガスタービンからの排ガスの排熱により蒸気を生成する排熱回収ボイラと、
   前記ガスタービンの回転軸と同軸上に設けられて前記排熱回収ボイラにより生成された蒸気により駆動する蒸気タービンと、
   前記回転軸と同軸上に設けられる同期発電機と、
   前記回転軸に嵌脱自在に設けられて前記回転軸を予め設定された所定の低速回転数で回転させるターニング装置と、
   前記同期発電機の回転子に電圧を印加するサイリスタ起動装置と、
   を備えるコンバインドサイクルプラントの起動方法において、
   前記ターニング装置により前記回転軸を予め設定された所定の低速回転数で回転させる工程と、
   プラント起動指令信号が入力されたときに前記回転軸の位相を検出する工程と、
   前記回転軸の位相を検出した後に前記回転軸から前記ターニング装置を離脱させる工程と、
   を有することを特徴とするコンバインドサイクルプラントの起動方法。

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