JP4761250B2 - 発電設備 - Google Patents

Description

本発明は、発電設備に係り、特に同期発電機の端子に接続された制動抵抗器の消費電力を調整して回転速度を制御するようにした発電設備に関する。

主として船舶に設置されており、内燃機関の排気ガスで駆動されるガスタービン発電設備の場合、ディーゼルエンジン等のガス源からガスタービンに供給する燃焼ガスの量は、制御弁等で制御されずにほぼ一定量である。

このため、船舶用ガスタービン発電設備の始動方法は、事業用ガスタービン発電設備の始動方法のように燃焼ガスを徐々に増加させて回転速度を漸増する方法とは異なり、あらかじめ発電機端子に制動抵抗器を接続した状態でガスタービンにほぼ一定量の排気ガスを供給して駆動するようにし、発電機から出力された電力を制動抵抗器で消費させ、このとき発電機軸に発生する負荷トルクと、発電機軸に供給されるガスタービンの加速トルクとが平衡する状態となるまで発電機の回転速度を加速させ、回転速度の上昇が止まった後、制動抵抗器の消費電力を漸減させて発電機の負荷トルクを減少させることによって、発電機回転速度を漸増させ、系統に併入するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

図１５は特許文献１に開示されている発明を具体的に示したガスタービン発電設備の構成図である。
図１５において、１は、ガスタービン３のガス源として機能するディーゼルエンジン等の内燃機関であり、ここで発生した燃焼ガスが排気ガスとなって排気通路２を介してガスタービン３に供給され、ガスタービン３を回転駆動する。排気通路２には排気ガスの供給または遮断を行う開閉弁４_−１および４_−２が設けられている。

開閉弁４_−１および４_−２は、開度が互いに逆方向に連動するように構成されており、開閉弁４_−１が「開」のときは開閉弁４_−２が「閉」となり、開閉弁４_−１が「閉」のときは開閉弁４_−２が「開」となる。

ガスタービン３の出力軸３_−１は減速用のギヤ５を介してブラシレス同期発電機６が連結されるようになっている。
ブラシレス同期発電機６は、同期発電機本体７と、交流励磁機（Ｅｘ）８と、この交流励磁機の回転電機子巻線８_−１から出力された交流電圧を整流して同期発電機本体７の界磁巻線７_−１に供給する回転整流器９とを備え、回転軸６_−１上に同期発電機本体７の界磁巻線７_−１と、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１と、回転整流器９とを固定して一体に回転するように構成されている。

そして、交流励磁機８の静止側に設置された界磁巻線８_−２に供給する界磁電流を調整することによって同期発電機本体７の電機子巻線７_−２端子から出力される端子電圧（以下、出力電圧という）Ｖｇを調整するように構成されている。

このように構成されたブラシレス同期発電機６における同期発電機本体７の出力端子は、発電機主回路母線１０および発電機遮断器２５を介して電力系統２７に接続される。そして、発電機主回路母線１０には同期発電機本体の出力の一部を自励用とするための各種機器および始動または制動用の各種機器が接続されている。

まず、発電機主回路母線１０には、同期発電機本体７を自励複巻同期発電機とするための機器として、リアクトル１１および変流器１２を接続する。また、自動電圧調整器（ＡＶＲ）１３に発電機の出力電圧Ｖｇを取り込むための機器として電圧検出変圧器１４を接続する。

リアクトル１１から出力された電流Ｉ_Ｒおよび変流器１２から出力されたＣＴ２次電流Ｉ_Ｃはベクトル合成されて自動電圧調整器（ＡＶＲ）１３に入力される。
この自動電圧調整器１３は、内部にスイッチング素子を備えており、このスイッチング素子によって、入力したベクトル合成後の電流を、設定電圧と発電機出力電圧との電圧偏差に応じて間欠的に短絡させ、電圧偏差に応じて大きさが調整された励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆを交流励磁機８の界磁巻線８_−２に供給するように構成されている（例えば、特許文献２参照）。

次に、発電機主回路母線１０にはブラシレス同期発電機６の始動および制動のために、各種のスイッチを介して複数個の制動抵抗器を接続している。制動抵抗器１６、１７および１８はそれぞれ電磁接触器等の機械的スイッチ２０、２１および２２を介して発電機主回路母線１０に接続され、また、制動抵抗器１９はサイリスタあるいはＩＧＢＴ等で構成された半導体スイッチ２３を介して発電機主回路母線１０に接続されている。

ここで、制動抵抗器１６、１７および１８の最大消費電力の合計値を同期発電機本体７の最大出力値よりもかなり大きく設計しておく。そして上記各種スイッチのうち、機械的スイッチ２０、２１および２３は電力制御装置２４によって直接開閉制御されるようになっており、制動抵抗器１９は、電力制御装置２４から半導体スイッチ１９を介して抵抗値を漸減または漸増できるように制御されるようになっている。いずれにしても、これらのスイッチは制動抵抗器で消費される電力を調整するために設けられている。２６は、発電機遮断器２５を電力系統２７に同期投入するための自動同期投入装置である。
一方、前記電力系統２７には、遮断器２８、２９を介してそれぞれ負荷３０、ディーゼル発電機（Ｄ／Ｇ）３１が接続されている。

次に、以上のように構成されたガスタービン発電設備の始動方法について説明する。
ガスタービン発電設備の始動前は発電機遮断器２５を「開」にし、ディーゼル発電設備３１は運転状態にあり遮断器２９、２８を介して負荷３０に電力を供給している。そして、電力制御装置２４は、機械的スイッチ２０、２１および２２を「閉」にして制動抵抗器１６、１７および１８をブラシレス同期発電機６の発電機主回路母線１０に接続した状態にしておく。

この状態で開閉弁４_−１を開き、開閉弁４_−２を閉じることにより、内燃機関１からの排気ガスは排気通路２および開閉弁４_−１を通して全てガスタービン３に供給され、ガスタービン３を回転駆動する。ガスタービン３は、出力軸３_−１および減速用ギヤ５を介してブラシレス同期発電機６の回転軸６_−１に回転エネルギーを伝達し、同期発電機本体７、交流励磁機８および回転整流器９の回転部を一体的に回転駆動する。

同期発電機本体７の回転速度が上昇するとリアクトル１１、変流器１２から整流器１５を通して交流励磁機８の界磁巻線８_−２に界磁電流が供給され、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１が発電する。回転電機子巻線８_-１に発生した交流電圧は、回転整流器９で直流に変換され、同期発電機本体７の界磁巻線７_−１に界磁電流として供給される。これにより同期発電機本体７は発電し、発電機主回路母線１０、機械的スイッチ２０、２１および２２を通して制動抵抗器１６、１７および１８に電流を流し、電力を消費させる。

制動抵抗器１６、１７および１８での電力消費によりブラシレス同期発電機６の回転軸６_−１に負荷トルクが発生し、この負荷トルクとガスタービン３から減速用ギヤ５を介して受ける加速トルクがバランスする回転速度まで昇速し、バランスした状態で回転速度の上昇が止まり、ブラシレス同期発電機６すなわち、同期発電機本体７は一定速度で回転する。

前述したように、制動抵抗器１６、１７および１８の最大消費電力の合計値は同期発電機本体７の最大出力値よりもかなり大きく設計してあるので、制動抵抗器１６、１７および１８が発電機主回路母線１０に接続されているときは、ブラシレス同期発電機６は定格回転速度よりも十分低い回転速度で平衡する。

その後、電力制御装置２４が機械的スイッチ２０〜２２を１つずつ遮断して制動抵抗器１６〜１８を１つずつ発電機主回路母線１０から解列することにより、同期発電機本体７の負荷トルクを減少させ、ブラシレス同期発電機６の回転速度を上昇させる。

この様子を図１６に示す。図１６（Ａ）〜（Ｃ）におけるＴａの期間は、制動抵抗器１６、１７および１８が同期発電機本体７に接続され、制動抵抗器での消費電力が最大となっている期間であり、ブラシレス同期発電機６の回転速度は図１６（Ａ）の特性ａのように変化する。

同図のＴｂの期間は、例えば制動抵抗器１６を解列し、制動抵抗器１７および１８を同期発電機本体７に接続している期間である。この期間では同期発電機本体７の負荷トルクが減少するため、負荷トルクと加速トルクとがバランスする値までブラシレス同期発電機６の回転速度は上昇し、特性ｂのようになる。さらに、同図のＴｃの期間で示すように、機械的スイッチ２１を遮断して制動抵抗器１７を解列すると、同期発電機本体７の負荷トルクがガスタービン３よりギヤ５を介して受ける加速トルクより小さくなるので、ブラシレス同期発電機６の回転速度は定格回転速度より高くなり、特性ｃのようになる。

その後、電力制御装置２４から半導体スイッチ２３に電力指令を出力し、半導体スイッチ２３によって制動抵抗器１９に流れる電流を調整することで負荷トルクの微調整を行い、同図のＴｄの期間に示すように、ブラシレス同期発電機６の回転速度を定格回転速度に維持する。

次に、自動電圧調整器１３によるブラシレス同期発電機６の電圧制御の動作を図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）に示す。同図Ｔａ、Ｔｂの期間では、回転速度が低いため自動電圧調整器１３は電圧を制御することができず、同期発電機本体７の出力電圧Ｖｇは定格電圧に達しない。同図Ｔｃの期間では回転速度の上昇に伴い出力電圧Ｖｇが上昇するので、自動電圧調整器１３は励磁機界磁電流を減少させて出力電圧Ｖｇを定格電圧に維持する。

回転速度と出力電圧とが定格値に達した後（図１６のＴｄの期間以降）、同期投入装置２６により位相角が許容値に入ると遮断器２５を操作して同期発電機本体７を電力系統２７へ接続し、ブラシレス同期発電機６とディーゼル発電設備３１の両方で負荷３０へ電力を供給する。

以上のようにガスタービン発電設備を始動して電力系統２７と並列運転し、負荷３０に給電することができる。
特開平６−１０６９９号公報 特許第２９１３１７５号公報

以上述べた図１５に示す従来のガスタービン発電設備の場合、同期発電機本体７の出力電圧は、界磁電流を一定とした場合回転速度にほぼ比例するので、回転速度が低いときは内部誘起電圧も低くなって出力電圧は低下する。

また、自動電圧調整器１３はガスタービン３の回転速度が低下してブラシレス同期発電機６の出力電圧が低下すると、界磁電流を増加させて同期発電機本体７の出力電圧を定格電圧に維持するように機能する。

一方、ガスタービン発電設備の始動時は、図１６の期間ＴａおよびＴｂのように回転速度が遅い（低い）期間がある。回転速度が遅い（低い）場合、自動電圧調整器１３は、同期発電機本体７の出力電圧Ｖｇを定格値に維持しようとするために、図１６（Ｃ）で示すように励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆを増加させるように作用する。交流励磁機８の冷却を回転軸６_−１に設けた冷却ファンによって外気を取り込むようにした冷却方式の場合、回転速度が遅い状態では冷却ファンの風量が少ないため交流励磁機８の冷却能力が低くなり、温度上昇しやすくなる。この状態で図１６（Ｃ）の期間Ｔｂに示すように励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆを増加させると、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１が過熱し、焼損するおそれがある。

また、前述したガスタービン発電設備は、制動抵抗器１６、１７、１８、１９の消費電力を調整することによって同期発電機本体７の回転速度を制御するシステムであるが、自動電圧調整器１３が故障して交流励磁機８の界磁巻線８_−２に電流を供給できなくなった場合、同期発電機本体７は発電することができなくなる。この場合、同期発電機本体７に負荷トルクがかからなくなり、ガスタービン３に発生する加速トルクにより回転速度が上昇し、ガスタービン３およびブラシレス同期発電機６の回転速度が過速度耐量を超える可能性がある。

ガスタービン３の回転速度が上昇して過速度となったことを検出して、開閉弁４_−２を開き、開閉弁４_−１を閉じればガスタービン３を停止させることができるが、開閉弁４_−１、４_−２の作動には時間がかかるので、開閉弁４_−１が閉じる前にガスタービン３およびブラシレス同期発電機６は損傷に至るおそれがある。

以上述べた課題は、ガスタービン以外の原動機を適用した場合やブラシレス同期発電機以外のブラシ付きの同期発電機を適用した場合にも言えることである。
そこで、本発明は上述した課題に鑑みてなされたもので、原動機の始動時に同期発電機の回転速度が低い状態が継続しても励磁機の界磁電流が過大とならないようにするとともに、自動電圧調整器の故障時には自動電圧調整器以外の定励磁電源から一定の励磁機界磁電流を供給することにより、同期発電機に電圧を出力させ、原動機および同期発電機を保護することができる発電設備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に、請求項１に係る発電設備の発明は、内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、前記原動機によって駆動される同期発電機と、前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、を備えた発電設備において、前記同期発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記検出された出力電圧および回転速度を入力し、前記同期発電機の始動時には前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側に接続し、前記回転速度検出手段から得られた回転速度値が予定回転速度範囲にあることが所定時間継続する場合、前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側から前記定励磁電源側に切替え、その後前記同期発電機の出力電圧が定格電圧まで上昇した場合前記切替スイッチを再び前記自動電圧調整器側に切替える第１の励磁電源切替手段と、を設けたことを特徴とする。

また、請求項２に係る発電設備の発明は、請求項１記載の発電設備において、前記予定回転速度範囲は、同期発電機定格回転速度のほぼ５０％乃至９５％の範囲であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発電設備は、内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、前記原動機によって駆動される同期発電機と、前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、を備えた発電設備において、前記自動電圧調整器により調整された界磁電流を検出して界磁電流検出値を出力する界磁電流検出手段と、前記同期発電機の始動時には前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側に接続し、前記同期発電機の始動後前記界磁電流検出手段により検出された界磁電流が自動電圧調整器の故障を判断できる所定値以下の場合、前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側から前記定励磁電源側に切替える第２の励磁電源切替手段と、を設けたことを特徴とする。

また、請求項４に係る発電設備は、内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、前記原動機によって駆動される同期発電機と、前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、を備えた発電設備において、前記自動電圧調整器により調整された界磁電流を検出して界磁電流検出値を出力する界磁電流検出手段と、前記同期発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記界磁電流検出値、前記回転速度検出値および同期機の出力電圧を入力し、前記回転速度検出値が所定回転速度範囲内にあることが所定時間継続すると前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替え、発電機出力電圧が定格電圧以上の場合、前記切替スイッチを前記定励磁電源から前記自動電圧調整器側に切替え、前記回転速度検出値が所定回転速度範囲内であることが所定時間継続した状態で前記界磁電流検出値が自動電圧調整器の故障を判断できる所定界磁電流値以下の場合、前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替える第３の励磁電源切替手段と、を設けたことを特徴とする。

さらに、請求項５に係る発電設備は、請求項４記載の発電設備において、前記第３の励磁電源切替手段の代わりに、界磁電流検出値が、予め前記ブラシレス同期発電機の回転速度検出値に対応して設定された界磁電流許容値を超えたときに前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替える第４の励磁電源切替手段を設けたことを特徴とする。

さらに、請求項６に係る発電設備は、内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、前記原動機によって駆動される同期発電機と、前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、を備えた発電設備において、前記自動電圧調整器により調整された界磁電流を検出して界磁電流検出値を出力する界磁電流検出手段と、前記励磁機の温度を検出する温度センサと、前記界磁電流検出値、発電機出力電圧値および励磁機の温度検出値を入力し、該温度検出値が所定温度より上昇した場合に前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替える第５の励磁電源切替手段と、を設けたことを特徴とする。

さらに、請求項７に係る発電設備は、請求項１乃至６記載の発電設備において、前記同期発電機は、発電機界磁巻線、励磁機電機子巻線および整流器を回転軸上に固定して一体的に回転する形態のブラシレス同期発電機であることを特徴とする。

本発明の発電設備によれば、同期発電機の励磁機に過励磁のおそれがある場合、別系統の定励磁電源に切替えて一定の励磁機界磁電流を供給することにより、励磁機が過励磁にならないように界磁電流を低い値にするので、同期発電機の始動時に励磁機の過熱を防止することができる。

また、自動電圧調整器が故障した場合にも、自動電圧調整器以外の別系統の定励磁電源から一定の励磁機界磁電流を供給することにより、同期発電機に電圧を出力させ、同期発電機に負荷をかけることができるので、原動機および同期発電機の過速度を防止することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、各図において、共通する部品には同一符号若しくは関連符号を付けることにより、重複する説明を適宜省略する。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態によるガスタービン発電設備の構成図、図２は本実施形態における始動時の動作を説明するための特性図、図３は励磁電源切替手段３４Ａの機能を説明するための流れ図である。

（構成）
本実施形態が、図１５で示した従来の発電設備と異なる点は、ブラシレス同期発電機６の回転部分の回転速度を検出し、検出された回転速度が予定時間経過しても予定の回転速度以下の場合、別系統の定励磁電源から界磁電流を供給して、同期発電機本体の過励磁を防止するようにした点にある。

以下、図１を参照して本実施形態の構成を具体的に説明する。
ブラシレス同期発電機６の回転部分すなわち、回転軸６_−１、発電機界磁巻線７_−１、回転整流器９あるいは交流励磁機回転電機子８_−１のいずれかの回転部分に近接して回転速度検出センサ３２を設け、この回転速度検出センサ３２の出力信号を回転速度検出器３３に入力してブラシレス同期発電機６（または、同期発電機本体７）の回転速度を検出する。この回転速度検出器３３で検出された回転速度信号は、後述する励磁電源切替手段３４Ａに入力される。

３５は、リアクトル１１および変流器１２で構成した自励複巻励磁用電源とは別系統の定励磁電源であり、電力系統２７の交流電圧を整流する整流器３６と、整流器３６の出力を電圧に変換する抵抗器３７とから構成されている。

３８は前記励磁電源切替手段３４Ａによって切替えられる切替スイッチであり、ガスタービン発電設備の始動開始前の初期状態では励磁機界磁巻線８_−２を自動電圧調整器１３側に接続し、励磁電源切替手段３４Ａが動作した場合は励磁機界磁巻線８_−２を定励磁電源３５側に切替接続するように構成されている。

この励磁電源切替手段３４Ａは、ブラシレス同期発電機６の回転速度検出値Ｎを入力し、この回転速度検出値Ｎと第１の予定回転速度値（例えば、定格回転速度の５０％等と設定した回転速度値）Ｎ_０とを比較し、Ｎ≧Ｎ_０である場合には過励磁保護用の時間カウントを開始し、カウント開始後予め設定した所定時間（例えば過励磁の目安とされる２秒程度の時間）Ｔ_１経過しても回転速度が第２の予定回転速度（例えば、定格回転速度の９５％等の設定値）Ｎ_１に達しない場合、切替スイッチ３８を切替て励磁機界磁巻線８_−２を定励磁電源３５の抵抗器３７に接続する。

（作用）
次に、図１乃至図３を参照してガスタービン発電設備の始動時の動作を説明する。
ガスタービン発電設備の始動前は従来の技術の場合と同様に、遮断器２５を「開」にし、ディーゼル発電設備３１を運転状態にしてその出力電力を遮断器２９、２８を介して負荷３０に供給している。そして、スイッチ２０〜２２は「閉」にして制動抵抗器１６〜１８をブラシレス同期発電機６の発電機主回路母線１０に接続した状態にしておく。

本実施形態では、これに加えて、自励複巻励磁電源側の整流器１５から出力される励磁機界磁電流は切替スイッチ３８を介してブラシレス同期発電機６の励磁機界磁巻線８_−２に供給されるようにしておく。

この状態で開閉弁４_−１を開き、開閉弁４_−２を閉じることにより、内燃機関１からの排気ガスは排気通路２および開閉弁４_−１を通して全てガスタービン３に供給される。ガスタービン３は、出力軸３_−１および減速用ギヤ５を介してブラシレス同期発電機６の回転軸６_−１に回転エネルギーを伝達し、ブラシレス同期発電機６の回転部を一体的に回転駆動する。

ガスタービン発電設備の始動後、回転速度検出センサ３２はブラシレス同期発電機６の回転速度に比例した周波数のパルスを出力し、回転速度検出器３３に入力する。回転速度検出器３３は入力したパルスからブラシレス同期発電機６の回転速度検出値Ｎを検出し、出力する。

励磁電源切替手段３４Ａは回転速度検出器３３からの回転速度検出値Ｎを入力し、この回転速度検出値Ｎと第１の予定回転速度Ｎ_０（前述したように、定格回転速度の５０％の値）を比較する。そして、回転速度検出値ＮがＮ_０に到達し、Ｎ≧Ｎ_０の判定条件が成立した場合には図２のｉの時点より時間のカウントを開始する。

自動電圧調整器１３はブラシレス同期発電機６の同期発電機本体７の出力電圧Ｖｇを設定値まで上げるように、励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆを増加させるように働くので、ブラシレス同期発電機６の回転速度の低い状態が長く続くと、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１は過励磁状態になる。

そこで本実施形態では、図２（Ａ）で示すように、回転速度検出値ＮがＮ_０（定格回転速度の５０％値）に到達したｉの時点より時間のカウントを開始してから予め設定した過励磁の目安とされる予定時間Ｔ_１となるiiの時点になったとき、回転速度ＮがまだＮ_１（定格回転速度の９５％値）に到達していない場合には、直ちに図２（Ｃ）のように、励磁電源切替手段３４Ａが動作して切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替え、定励磁電源３５と励磁機界磁巻線８_−２とを接続する。

切替スイッチ３８を定励磁電源３５側に切り替えると、電力系統２７−整流器３６−抵抗器３７−切替スイッチ３８を通して一定の直流電圧が交流励磁機８の界磁巻線８_−２に供給される。

このときの励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆは、整流器３６の出力する直流電圧をＶｄ、抵抗器３７の抵抗値をＲｄ、励磁機界磁巻線８_−２の抵抗値をＲｆとすると、
Ｉ_ｅｆ＝Ｖｄ／（Ｒｄ＋Ｒｆ） …（１）
となり、電力系統２７の電圧がほぼ一定値であるので、ほぼ一定の電流値となる。

なお、Ｒｄの値は、ブラシレス同期発電機６が定格回転速度で定格負荷をとるときの励磁機界磁電流（定格界磁電流）よりもＩ_ｅｆが小さい値となるように定める。
これによって、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１が過熱によって損傷するのを防止することができる。

その後、ブラシレス同期発電機６の回転速度が上昇すれば、図２（Ｂ）のiiiの時点で示すように、同期発電機本体７の出力電圧Ｖｇが上昇する。励磁電源切替手段３４Ａは検出用変圧器１４により同期発電機本体７の出力電圧Ｖｇを入力し、出力電圧Ｖｇがivの時点で同期発電機本体７の定格電圧まで上昇すれば、励磁電源切替手段３４Ａは再び切替スイッチ３８を定励磁電源３５側から自動電圧調整器１３側に切り替え、その後は自動電圧調整器１３により励磁機界磁電流を調節する。すなわち、図２（Ｃ）に示すように、ivの時点で切替スイッチ３８を切り替えて自動電圧調整器１３により励磁機界磁電流を調節することで、ブラシレス同期発電機６の出力電圧を定格値に制御することができる。その後は回転速度の上昇に伴い励磁機界磁電流は減少するので、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１は過励磁になることはなく、同期発電機本体７の出力電圧は定格電圧に制御される（図２（Ｂ）のｖ参照）。

次に、図３の流れ図を参照して、励磁電源切替手段３４Ａの機能を詳しく説明する。
ガスタービン発電設備の始動開始によりガスタービン３およびブラシレス同期発電機６の回転部が一体的に回転駆動すると、回転速度検出センサ３２を介して回転速度検出器３３で回転速度Ｎが検出される。

ステップＳ１−１において、回転速度ＮがＮ_０（定格回転速度の５０％の回転速度）以上であるか否か（Ｎ≧Ｎ_０？）を判定し、回転速度ＮがＮ_０未満（Ｎｏ）の場合、スタートに戻り、回転速度Ｎを入力する都度判定を繰り返す。

回転速度ＮがＮ_０（定格回転速度の５０％の回転速度）以上（Ｙｅｓ）の場合、ステップＳ１−２で時刻Ｔのカウントを開始する。ステップＳ１−３でカウントアップしていき、ステップＳ１−４の判定式（Ｔ＜Ｔ_１？）で判定を行う。経過時間Ｔが予定時間Ｔ_１（２秒程度）よりも短い場合（Ｙｅｓ）、次のステップＳ１−５で回転速度Ｎが第２の予定回転速度Ｎ_１（定格回転速度の９５％値）以上か否か（Ｎ≧Ｎ_１？）を判定する。この判定式Ｎ≧Ｎ_１が成立しない場合（Ｎｏ）、ステップＳ１−３に戻って時間Ｔのカウントアップを行う。そして、ステップＳ１−４の判定式が成立（Ｙｅｓ）し、ステップＳ１−５の判定式が不成立の場合は、時間Ｔのカウントアップを継続する。

時間Ｔのカウントアップを継続していき、ステップＳ１−５の判定式が不成立（Ｎｏ）の状態で、ステップＳ１−４の判定式（Ｔ＜Ｔ_１？）が不成立となったとする。この状態は、ガスタービン発電設備の始動開始から過励磁の目安とされる２秒以上経過し、自動電圧調整器１３によって、交流励磁器８が過励磁状態になっていることを意味する。

この結果、励磁電源切替手段３４Ａは、ステップＳ１−６において切替スイッチ３８を動作させ、交流励磁器８の励磁電源を自動電圧調整器１３側から定電流電源３５側に切り替える。その後、ステップＳ１−７において発電機出力電圧Ｖｇが定格電圧以上か否か（Ｖｇ≧定格電圧？）判定する。ステップＳ１−７において発電機出力電圧Ｖｇが定格電圧以上（Ｙｅｓ）であれば、励磁電源切替手段３４Ａは、ステップＳ１−８において切替スイッチ３８を動作させ、励磁器８の励磁電源を定励磁電源３５側から再び自動電圧調整器１３側に切り替える。

なお、ステップＳ１−４で判定式（Ｔ＜Ｔ_１？）が成立している（Ｙｅｓ）状態で、次のステップステップＳ１−５の判定式（Ｎ≧Ｎ_１？）が成立（Ｙｅｓ）した場合は、ガスタービン発電設備の始動開始から２秒以内で回転速度ＮがＮ_１（定格回転速度の９５％）以上になり、過励磁には至らなかったので励磁電源切替手段３４Ａの切替動作は行われない。

以上説明したように、本実施形態によれば、ブラシレス同期発電機６、すなわち同期発電機本体７の回転速度が低い状態が過励磁の目安とされる予定時間Ｔ_１以上継続した場合、交流励磁機８の励磁電源を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切替えるようにしたので、ブラシレス同期発電機６の始動時において交流励磁機８の過熱およびこの過熱による機器の損傷を防止することができる。

（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の本実施形態によるガスタービン発電設備の構成図、図５は励磁電源切替手段３４Ｂの機能を説明するための流れ図である。

（構成）
本実施形態が、図１で示した第１の実施形態の構成と異なる点は、回転速度検出センサ３２および回転速度検出器３３を設置する代わりに、整流器１５を経て励磁機８の界磁巻線８_−２に流れる励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆを検出するための電流検出器４０を設けた点と、励磁電源切替手段３４Ａの代わりに励磁電源切替手段３４Ｂを設けた点にあり、他の部分は同一構成である。以下、第１の実施形態の構成と異なる点を重点的に説明する。

電流検出器４０は、整流器１５および切替スイッチ３８の間の電気回路に介挿されており、自動電圧調整器１３により調節されて交流励磁機８の界磁巻線８_−２に流れる励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆの大きさを検出し、励磁電源切替手段３４Ｂに出力する。

励磁電源切替手段３４Ｂは、電流検出器４０により入力した励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆが所定値（自動電圧調整器１３が故障と判断できる、同期発電機本体７が無負荷のときの励磁機界磁電流より十分小さい値）以下になると、切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替え、電力系統２７−整流器３６−抵抗器３７−切替スイッチ３８を通して交流励磁機８の界磁巻線８_−２に一定値の界磁電流を供給する。

本実施形態において、ブラシレス同期発電機６の始動後、自動電圧調整器１３の故障により、交流励磁機８の界磁巻線８_−２に界磁電流が供給できず、同期発電機本体７から電圧を出力できなくなって励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆが正常な値よりも小さくなっている場合、電流検出器４０の検出値を入力とする励磁電源切替手段３４Ｂがこれを検出して、切替スイッチ３８を定励磁電源３５側に切替え、励磁機界磁巻線８_−２に（１）式による一定値の直流電流を供給する。

（作用）
次に、図５の流れ図を参照して、励磁電源切替手段３４Ｂの機能を詳しく説明する。
図５において、ブラシレス同期発電機６の運転中、すなわち同期発電機本体７の運転中に、励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆの大きさが所定値よりも大きく、判定式（励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆ≦所定値）が不成立（Ｎｏ）のときは、励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆが入力されるたびに、ステップＳ２−１の判定を繰り返す。

しかし、ブラシレス同期発電機６の運転中に、ステップＳ２−１の判定式（励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆ≦所定値）が成立（Ｙｅｓ）すると、直ちにステップＳ２−２で切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替える。これにより、電力系統２７−整流器３６−抵抗器３７−切替スイッチ３８を通して交流励磁機８の界磁巻線８_−２に一定値の界磁電流が供給される。

この結果、ブラシレス同期発電機６の同期発電機本体７には回転速度と界磁電流に応じた電圧Ｖｇが発生し、発電機主回路母線１０に接続されている制動抵抗器１６〜１８で同期発電機本体７の出力電力を消費することによって同期発電機本体７に負荷がかかり、ブラシレス同期発電機６の回転部に制動がかかるので、開閉弁４_−１を直ぐに閉じなくても、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止することができる。
その後、開閉弁４_−２を開き、開閉弁４_−１を閉じてガスタービン３を停止させれば、安全にガスタービン発電設備を停止させることができる。

（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、自動電圧調整器１３の故障によって同期発電機本体７が電圧を出力できなくなった場合、電流検出器４０を介して励磁電源切替手段３４Ｂが交流励磁機８の励磁電源を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切替えて一定値の界磁電流を供給し、同期発電機本体７に電圧を出力させるようにしたので、制動抵抗器１６〜１８で電力を消費させて同期発電機本体７に負荷をかけることができ、その結果、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止することができる。

（第３の実施形態）
図６は、本発明の第３の本実施形態によるガスタービン発電設備の構成図、図７は励磁電源切替手段３４Ｃの機能を説明するための流れ図である。

（構成）
本実施形態は、図１で示した第１の実施形態の特徴と、図４で示した第２の実施形態の特徴とを併せて備えるようにしたものである。
すなわち、図６で示すように、回転速度検出センサ３２と回転速度検出器３３とを設置するとともに、整流器１５を経て交流励磁機８の界磁巻線８_−２に流れる界磁電流を検出する電流検出器４０を設け、さらに励磁電源切替手段３４Ａあるいは３４Ｂの代わりに励磁電源切替手段３４Ｃを備えたことに特徴がある。

（作用）
励磁電源切替手段３４Ｃは、ガスタービン発電設備の始動時において、第１の実施形態の励磁電源切替手段３４Ａと同様にブラシレス同期発電機６の回転速度検出値Ｎを入力し、同期発電機本体７の回転速度が低い状態で所定時間Ｔ_１以上継続したときに切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替えるように動作する。
このことにより、第１の実施形態で説明した交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１の過熱による損傷を防止する効果が得られる。

また、ガスタービン発電設備の始動完了後は、励磁電源切替手段３４Ｃは、第２の実施形態の励磁電源切替手段３４Ｂと同様に電流検出器４０により励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆを入力し、励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆが所定値（自動電圧調整器１３を故障と判断できる、同期発電機本体７が無負荷のときの励磁機界磁電流より十分小さい値）以下になった場合にも、切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替えるように動作する。

切替スイッチ３８が定励磁電源３５側に切り替えられた後は、第２の実施形態で説明したとおり、同期発電機本体７に負荷がかかり、制動がかかるので、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止することができる。

図７は励磁電源切替手段３４Ｃの機能を詳しく説明する流れ図であって、ステップＳ３−１〜Ｓ３−８は、図３の流れ図のステップＳ１−１〜Ｓ１−８に対応し、ステップＳ３−９、Ｓ３−１０は、図５の流れ図のステップＳ２−１、Ｓ２−２に対応しているので、本図の説明は省略する。

（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、第１の実施形態で説明した交流励磁機８の過熱を防止する効果と、第２の実施形態で説明したブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止する効果の両方を奏することができる。

（第４の実施形態）
図８は、本発明の第４の本実施形態によるガスタービン発電設備の構成図、図９はブラシレス同期発電機の回転速度と励磁機界磁電流の許容値の関係を示す図、図１０は励磁電源切替手段３４Ｄの機能を説明するための流れ図である。

（構成）
本実施形態は、図６に示した第３の実施形態の一部を変更したものであって、第３の実施形態の構成と異なる点は、励磁電源切替手段３４Ｃの代わりに励磁電源切替手段３４Ｄを設けた点であり、他の部分は同一の構成である。

本実施形態による励磁電源切替手段３４Ｄは、２種類の切替機能を有するように構成されている。
励磁電源切替手段３４Ｄの第１の切替機能は、回転速度検出器３３から同期発電機本体７の回転速度検出値Ｎを入力し、図９に示したブラシレス同期発電機６、すなわち同期発電機本体７の回転速度と励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆの許容値の関係を示したグラフから励磁機界磁電流許容値を求め、電流検出器４０で検出された励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆが許容値より大きければ、切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替えるようにした点である。この第１の切替機能により、励磁機界磁巻線８_−２に一定値の界磁電流が供給され、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１の過励磁を防止することができる。

第２の切替機能は、電流検出器４０によって検出された励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆが、自動電圧調整器１３の故障と判断できる所定値（例えば、同期発電機本体７が無負荷のときの励磁機界磁電流より十分小さい値）以下になった場合に、切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替えるようにした点である。

切替スイッチ３８が定励磁電源３５側に切り替えられた後は、第２の実施形態で説明したとおり、交流励磁機８の界磁電巻線８_−２に一定値の界磁電流が供給されることによりブ同期発電機本体７に電圧が発生し、この電力が制動負荷で消費され、制動がかかるので、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止することができる。

（作用）
次に、図１０の流れ図を参照して、励磁電源切替手段３４Ｄの機能を詳しく説明する。
図１０において、ステップＳ４−１で図９のグラフから回転速度検出器３３より取り込んだ回転速度値Ｎに対する励磁器界磁電流Ｉ_ｅｆの許容値を求める。次に、このときに流れる励磁器界磁電流Ｉ_ｅｆがステップＳ４−１で求めた許容値を超えているか否かを判定する（ステップＳ４−２）。

ステップＳ４−２での判定結果がＹｅｓの場合、ステップＳ４−３で切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替える。これにより、電力系統２７−整流器３６−抵抗器３７−切替スイッチ３８を通して交流励磁機８の界磁巻線８_−２に一定値の界磁電流が供給されるので、交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１の過熱を防止することができる。

また、ステップＳ４−２での判定結果が（Ｎｏ）の場合、ステップＳ４−４でブラシレス同期発電機６が運転中であるという条件のもと、励磁器界磁電流Ｉ_ｅｆが所定値よりも小さいか否か（Ｉ_ｅｆ≦所定値？）を判定し、この判定式が成立する場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ４−３で切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替える。

これにより、電力系統２７−整流器３６−抵抗器３７−切替スイッチ３８を通して交流励磁機８の界磁巻線８_−２に一定値の界磁電流が供給されるので、同期発電機本体７には回転速度と界磁電流に応じた電圧Ｖｇが発生し、発電機主回路母線１０に接続されている制動抵抗器１６〜１８で同期発電機本体７の出力電力を消費することによって同期発電機本体７に負荷がかかり、ブラシレス同期発電機６の回転部に制動がかかるので、開閉弁４_−１をすぐに閉じなくても、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止することができる。

その後は、開閉弁４_−２を開き、開閉弁４_−１を閉じてガスタービン３を停止させれば、安全にガスタービン発電設備を停止させることができる。
なお、ステップＳ４−２およびＳ４−４で判定式が成立しないとき（Ｎｏ）は、ステップＳ４−１に戻るので、切替スイッチ３８が切替ることはない。

（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば第３の実施形態と同様に交流励磁機８の回転電機子巻線８_−１の過熱を防止する効果と、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止する効果を奏することができる。

（第５の実施形態）
図１１は、本発明の第５の本実施形態によるガスタービン発電設備の構成図、図１２は励磁電源切替手段３４Ｅの機能を説明するための流れ図である。

（構成）
本実施形態が図１に示した第１の実施形態の構成と異なる点は、回転速度検出センサ３２および回転速度検出器３３を設置する代わりに、交流励磁機８の温度を検出する温度センサ４１を設け、この温度センサ４１の温度検出値を、励磁電源切替手段３４Ａの代わりに設けた励磁電源切替手段３４Ｅに入力するようにしたものである。

（作用）
本実施形態の動作を説明する。
ガスタービン発電設備の始動時において、同期発電機本体７の回転速度が低い状態で所定時間以上継続すると、交流励磁機８の冷却能力が低いために温度が上昇する。

励磁電源切替手段３４Ｅは温度センサ４１により交流励磁機８の温度検出値を入力する。交流励磁機８の温度検出値が所定の温度設定値（交流励磁機８の温度上昇許容値より低い値）以上に上昇すると、交流励磁機８を過熱から保護するために切替スイッチ３８を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切り替える。切替スイッチ３８の切り替えによって、電力系統２７−整流器３６−抵抗器３７−切替スイッチ３８を通して励磁機界磁巻線８_−２に一定値の界磁電流を供給する。

また、第１の実施形態と同様に、励磁電源切替手段３４Ｅは同期発電機本体７の出力電圧Ｖｇを入力し、Ｖｇが例えば定格に達すれば、以後は切替スイッチ３８を再び自動電圧調整器１３の側に切り替えて自動電圧調整器１３により電圧制御を行う。

次に、図１２の流れ図を参照して励磁電源切替手段３４Ｅの詳細について説明する。
ステップＳ５−１において、温度センサ４１により検出された交流励磁機８の温度検出値を入力し、温度検出値が許容値を超えたか否かを判定する。温度検出値が許容値を超えたと判定（Ｙｅｓ）されると、次のステップＳ５−２で切替スイッチ３８を定励磁電源３５側に切り替える。

次に、ステップＳ５−３で発電機出力電圧Ｖｇが定格電圧以上であるか否かを判定する。発電機出力電圧Ｖｇが定格電圧以上である場合（Ｙｅｓ）、ステップＳ５−４で切替スイッチ３８を定励磁電源３５側から再び自動電圧調整器１３側に切り替える。

（効果）
以上述べたように、本実施形態によれば、ガスタービン発電設備の始動時における交流励磁機８の過励磁による過熱を防止することができる。

（第６の実施形態）
図１３は、本発明の第６の本実施形態によるガスタービン発電設備の構成図である。
上述した第１乃至第５の実施形態の励磁方式は、自動電圧調整器１３、リアクトル１１および変流器１２からなる自励複巻方式であるが、本実施形態は他励方式を採用したものである。

図１３は、図４で示した第２の実施形態の一部を変更したもので、自励複巻方式を構成するリアクトル１１および変流器１２を撤去する代わりに、他励用電源としての直流励磁電源４２を設け、この直流励磁電源４２の正極（＋）を電流検出器４０、第１の切替スイッチ３８_−１を通して励磁機界磁巻線８_−２の一方の端子に接続し、また、直流励磁電源４２の負極（−）を自動電圧調整器１３に入力し、この自動電圧調整器１３の出力端子を第２の切替スイッチ３８_−２を通して励磁機界磁巻線８_−２の他方の端子に接続し、励磁機界磁巻線８_−２の両端子間にフリーホイールダイオード４３を接続したものである。また、定励磁電源３５側の整流器３６の正極側回路は抵抗器３７_-１を介して第１の切替スイッチ３８_−１に接続され、負極側回路は抵抗器３７_−２を介して第２の切替スイッチ３８_−２に接続されるようになっている。

本実施形態において、ブラシレス同期発電機６の始動後、自動電圧調整器１３の故障により、直流励磁電源４２から励磁機の界磁巻線８_−２に界磁電流が供給できず、同期発電機本体７が電圧を出力できなくなって励磁機界磁電流Ｉ_ｅｆが正常な値よりも小さくなっている場合、電流検出器４０の検出値を入力とする励磁電源切替手段３４Ｂがこれを検出して、切替スイッチ３８_−１、３８_−２を同時に定励磁電源３５側に切り替え、励磁機界磁巻線８_−２に定励磁電源３５にから一定の界磁電流を供給する。

この結果、ブラシレス同期発電機６の同期発電機本体７には回転速度と界磁電流に応じた電圧Ｖｇが発生し、発電機主回路母線１０に接続されている制動抵抗器１６〜１８で同期発電機本体７の出力電力を消費することによって同期発電機本体７に負荷がかかり、ブラシレス同期発電機６の回転部に制動がかかるので、開閉弁４_−１をすぐに閉じなくても、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止することができる。
その後は、開閉弁４_−２を開き、開閉弁４_−１を閉じてガスタービン３を停止させれば、安全にガスタービン発電設備を停止させることができる。

（効果）
以上説明したように、本実施形態によれば、自動電圧調整器１３の故障によって同期発電機本体７が電圧を出力できなくなった場合、交流励磁機８の励磁電源を自動電圧調整器１３側から定励磁電源３５側に切替えて一定の励磁機界磁電流を供給し、同期発電機本体７に電圧を出力させ、制動抵抗器１６〜１８で電力を消費することによって同期発電機本体７に負荷をかけることができるので、ブラシレス同期発電機６とガスタービン３の過速度を防止することができる。

（第７の実施形態）
図１４は、本発明の第７の本実施形態によるガスタービン発電設備の構成図である。
本実施形態は、図１３で示した第６の実施形態の一部を変更して分巻励磁方式を採用したものである。

すなわち、図１３の直流励磁電源４２に替えて、発電機主回路母線１０に励磁電源変圧器４４を接続し、この励磁電源変圧器４４の出力を整流器４５で整流して直流励磁電源とするものであり、その正極（＋）を電流検出器４０に接続し、負極（−）を自動電圧調整器１３に入力するように構成したものである。上記以外の点は図１３の場合と同じであるので説明を省略する。

（第８の実施形態）
以上述べた第１乃至第７の実施形態では、スイッチ２０〜２２を電磁接触器等の開閉動作（ＯＮ−ＯＦＦ動作）する機械的スイッチの例で説明したが、機械的スイッチに替えてサイリスタやＩＧＢＴ等の半導体スイッチを適用してもよい。さらに複数個の制動抵抗器１６〜１８を１個の制動抵抗器に置き換え、この１個の制動抵抗器の抵抗値を電力制御装置２４の指令によって段階的に短絡するようにして抵抗値を変更するようにしてもよい。
また、ブラシレス同期発電機６の代わりにブラシ付き同期発電機を適用しても、同様の発電設備が実現可能である。

本発明の第１の実施形態に係るガスタービン発電設備を示す構成図。 本発明の第１の実施形態に係るガスタービン発電設備の動作を示す特性図。 第１の励磁電源切替手段の動作を説明する流れ図。 本発明の第２の実施形態に係るガスタービン発電設備を示す構成図。 第２の励磁電源切替手段の動作を説明する流れ図。 本発明の第３の実施形態に係るガスタービン発電設備を示す構成図。 第３の励磁電源切替手段の動作を説明する流れ図。 本発明の第４の実施形態に係るガスタービン発電設備を示す構成図。 本発明の第４の実施形態におけるブラシレス同期発電機の回転速度と励磁機界磁電流の許容値の関係を示す図。 第４の励磁電源切替手段の動作を説明する流れ図。 本発明の第５の実施形態に係るガスタービン発電設備を示す構成図。 第５の励磁電源切替手段の動作を説明する流れ図。 本発明の第６の実施形態に係るガスタービン発電設備を示す構成図。 本発明の第７の実施形態に係るガスタービン発電設備を示す構成図。 従来のガスタービン発電設備を示す構成図。 従来のガスタービン発電設備の動作特性図。

符号の説明

１…内燃機関、２…排気通路、３…ガスタービン、４…開閉弁、５…ギヤ、６…ブラシレス同期発電機、７…同期発電機本体、７_−１…発電機界磁巻線、７_−２…発電機電機子巻線、８…交流励磁機、８_−１…励磁機回転電機子巻線、８_−２…励磁機界磁巻線、９…回転整流器、１０…発電機主回路母線、１１…リアクトル、１２…変流器、１３…自動電圧調整器、１４…電圧検出変圧器、１５…整流器、１６、１７、１８、１９…制動抵抗器、２０、２１、２２…機械的スイッチ、２３…半導体スイッチ、２４…電力制御装置、２５…遮断器、２６…同期投入装置、２７…電力系統、２８、２９…遮断器、３０…負荷、３１…ディーゼル発電設備、３２…回転速度検出センサ、３３…回転速度検出器、３４Ａ、３４Ｂ、３４Ｃ、３４Ｄ、３４Ｅ…励磁電源切替手段、３５…定励磁電源、３６…整流器、３７…抵抗器、３８…切替スイッチ、４０…電流検出器、４１…温度センサ、４２…直流励磁電源、４３…ダイオード、４４…励磁電源変圧器、４５…整流器。

Claims (7)

1. 内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、
   前記原動機によって駆動される同期発電機と、
   前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、
   前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、
   前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、
   前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、
   前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、
   を備えた発電設備において、
   前記同期発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記同期発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記検出された出力電圧および回転速度を入力し、前記同期発電機の始動時には前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側に接続し、前記回転速度検出手段から得られた回転速度値が予定回転速度範囲にあることが所定時間継続する場合、前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側から前記定励磁電源側に切替え、その後前記同期発電機の出力電圧が定格電圧まで上昇した場合前記切替スイッチを再び前記自動電圧調整器側に切替える第１の励磁電源切替手段と、
   を設けたことを特徴とする発電設備。
2. 前記予定回転速度範囲は、同期発電機定格回転速度のほぼ５０％乃至９５％の範囲であることを特徴とする請求項１記載の発電設備。
3. 内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、
   前記原動機によって駆動される同期発電機と、
   前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、
   前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、
   前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、
   前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、
   前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、
   を備えた発電設備において、
   前記自動電圧調整器により調整された界磁電流を検出して界磁電流検出値を出力する界磁電流検出手段と、
   前記同期発電機の始動時には前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側に接続し、前記同期発電機の始動後前記界磁電流検出手段により検出された界磁電流が自動電圧調整器の故障を判断できる所定値以下の場合、前記切替スイッチを前記自動電圧調整器側から前記定励磁電源側に切替える第２の励磁電源切替手段と、
   を設けたことを特徴とする発電設備。
4. 内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、
   前記原動機によって駆動される同期発電機と、
   前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、
   前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、
   前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、
   前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、
   前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、
   を備えた発電設備において、
   前記自動電圧調整器により調整された界磁電流を検出して界磁電流検出値を出力する界磁電流検出手段と、
   前記同期発電機の回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記界磁電流検出値、前記回転速度検出値および同期機の出力電圧を入力し、前記回転速度検出値が所定回転速度範囲内にあることが所定時間継続すると前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替え、発電機出力電圧が定格電圧以上の場合、前記切替スイッチを前記定励磁電源から前記自動電圧調整器側に切替え、前記回転速度検出値が所定回転速度範囲内であることが所定時間継続した状態で前記界磁電流検出値が自動電圧調整器の故障を判断できる所定界磁電流値以下の場合、前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替える第３の励磁電源切替手段と、
   を設けたことを特徴とする発電設備。
5. 前記第３の励磁電源切替手段の代わりに、界磁電流検出値が、予め前記ブラシレス同期発電機の回転速度検出値に対応して設定された界磁電流許容値を超えたときに前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替える第４の励磁電源切替手段を設けたことを特徴とする請求項４記載の発電設備。
6. 内燃機関の排出する排気ガスによって駆動される原動機と、
   前記原動機によって駆動される同期発電機と、
   前記同期発電機の出力電圧が所望の値となるように当該同期発電機の界磁巻線に流れる界磁電流を調整する自動電圧調整器と、
   前記同期発電機の出力端子にスイッチを介して接続された制動抵抗器と、
   前記スイッチを制御して制動抵抗器における消費電力を制御することにより、同期発電機の負荷トルクと前記原動機の加速トルクとが平衡する回転速度になるまで同期発電機の回転速度を昇速させる電力制御装置と、
   前記同期発電機の界磁巻線にほぼ一定の界磁電流を供給する定励磁電源と、
   前記自動電圧調整器側あるいは前記定励磁電源側のいずれかに接続されて前記同期発電機の界磁巻線に界磁電流を供給する切替スイッチと、
   を備えた発電設備において、
   前記自動電圧調整器により調整された界磁電流を検出して界磁電流検出値を出力する界磁電流検出手段と、
   前記励磁機の温度を検出する温度センサと、
   前記界磁電流検出値、発電機出力電圧値および励磁機の温度検出値を入力し、該温度検出値が所定温度より上昇した場合に前記切替スイッチを前記自動電圧調整器から前記定励磁電源に切り替える第５の励磁電源切替手段と、
   を設けたことを特徴とする発電設備。
7. 前記同期発電機は、発電機界磁巻線、励磁機電機子巻線および整流器を回転軸上に固定して一体的に回転する形態のブラシレス同期発電機であることを特徴とする請求項１乃至６記載の発電設備。

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