JP5889386B2 - ガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置 - Google Patents
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Description
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、ガスタービン回転数を前記トリップ回転数まで強制的に上昇させ、前記トリップ回転数以上となることにより、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号が出力されたことを検知して前記過速度防止手段の正常動作を確認するとともに、前記トリップ信号が前記トリップ実行手段に出力されるのを遮断し、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除するガスタービンの信頼性評価試験方法を提供する。
以下、本発明の第1実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法について図1および図2を参照して説明する。
図1は、第1実施形態に係るGTCCプラントの全体構成図である。GTCCプラントは、ガスタービン12、蒸気タービン14、および発電機16を備えている。
ガスタービン制御装置44は、例えば、CPU(中央演算装置)、メモリ、補助記憶装置等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されており、このプログラムをCPUがメモリに読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述した燃料の流量調整などが行われる。
ここで、負荷遮断試験は、例えば、負荷運転中に負荷遮断が生じた場合に、ガスタービン回転数が許容最大回転数(例えば、負荷運転時の定格回転数の110%)を超えないように調速装置が機能することを確認する試験である。
また、このような場合は、負荷遮断試験は失敗してしまうが、トリップする燃料投入量を把握することができる。すなわち、負荷遮断が発生した場合、負荷遮断によるガスタービン回転数の上昇を抑制するために、流量調整弁の弁開度を急激に絞る制御が行われる。しかし、全閉してしまうと、失火してしまうため、失火が起きないぎりぎりの燃料量を把握し、その燃料量まで速やかに燃料を絞ることが望まれる。そこで、上述したように、負荷遮断試験中にトリップした場合には、燃料投入量と回転数との関係をデータとして取得することにより、負荷遮断の際の制御設定値を決定する際の指標を得ることとしてもよい。
次に、本発明の第2実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
上述の第1実施形態では、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを同時に行っていたが、本実施形態では、過速度防止機能の動作確認試験を単独で行うこととしている。以下、上記第1実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。また、図中、同一の参照符号が付されている構成については、同一の構成として取り扱う。
また、本実施形態における過速度防止機能の動作確認試験で用いられるトリップ回転数は、通常運転時に使用されるのと同じトリップ回転数、すなわち、第1閾値に設定されている。
まず、過速度防止機能の動作確認試験においては、入力端61から入力される試験条件等に応じて、ガスタービン制御装置44が流量調整弁42に対して燃料供給を増加させる弁制御指令を出力することにより、ガスタービン回転数をトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させる(図8の時刻t1からt2)。また、このとき、ガスタービン制御装置44の内部変数はトリップ検知部60に出力され、随時記憶される。
次に、本発明の第3実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
上記第2実施形態においては、トリップ検知部60がガスタービン制御装置44の内部変数を記憶することとしていたが、本実施形態においては、第2のガスタービン制御装置64を設け、第2のガスタービン制御装置64を用いることでガスタービン制御装置44における内部変数の問題を上手く処理している。
以下、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置について説明する。
図9は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。本実施形態では、ガスタービン制御装置44(以下「第1制御装置44」という。)と並列に第2のガスタービン制御装置64(以下「第2制御装置64」という)を設置している。第2制御装置64には、入力端61からの信号が入力されるとともに、ガスタービン回転数などの各種状態量がバッファ66を介して入力されるようになっている。すなわち、第2制御装置64には、第1制御装置44に入力されるガスタービン回転数などの各種状態量が所定時間遅れて入力されるようになっている。第2制御装置64は、第1制御装置44と同様の構成を有しており、よって、同じ入力情報に基づく流量調整弁42への弁開度指令や内部変数は同じものとなる。つまり、第1制御装置44における内部変数や流量調整弁への弁開度指令と全く同じ情報が、常に所定時間遅れて第2制御装置64内で発生したり、出力されたりする。第1制御装置44および第2制御装置64から出力される弁開度指令信号やトリップ信号は、トリップ検知部62に入力されるようになっている。なお、第2制御装置64においては、過速度防止機能を備えていなくても良い。
トリップ検知部62は、試験開始時からトリップ信号を受信するまでは、流量調整弁42を制御する制御装置として第1制御装置44を採用し、トリップ信号が入力されたときに、第1制御装置44から第2制御装置64に切り換える。
ここで、第2制御装置64には、第1制御装置44と所定の時間差をもってガスタービン回転数が入力されているため、第1制御装置44においてトリップ回転数が検知された時点において、第2制御装置64ではトリップ回転数を検知しておらず、トリップ回転数に達する前の回転数による内部変数が発生しているとともに、弁制御指令が出力されている。このため、制御装置を第2制御装置64に切り換えることで、トリップが発生する前の内部変数を用いて流量調整弁42の弁開度制御を行うことが可能となる。
また、トリップ検知部62は、入力端61を介して第1制御装置44および第2制御装置64に、ガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令を出力する。第1制御装置44および第2制御装置64は、当該指令を受信すると、燃料供給の増加指令を解除し、ガスタービン回転数を目標回転数である定格回転数に一致させる制御に切り換える。更に、トリップ検知部62は、第1制御装置44に対してトリップ信号を解除する信号を出力するとともに、第2制御装置64の内部変数を出力する。これにより、第1制御装置44の状態は、トリップ前の状態にリセットされる。第1制御装置44の状態がトリップ前の状態にリセットされると、トリップ検知部62は、流量調整弁42の弁制御に採用する制御装置を第2制御装置64から第1制御装置44に切り換える。これにより、第1制御装置44から出力される弁開度指令に基づいて流量調整弁42が制御され、ガスタービン回転数が定格回転数まで徐々に低下させられる。
またトリップ信号を受信した場合には、第1制御装置44から第2制御装置64に切り換えるので、トリップが発生する前の内部変数を用いた流量調整弁42の弁制御を継続して行うことができる。また、トリップ信号を受信した時点で、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
次に、本発明の第4実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
図10は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。図10に示すように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法では、流量調整弁42に対して並列に流量調整弁42aを設けている。また、上述した第2実施形態では、トリップ信号が流量調整弁42にたどり着く前にトリップ信号をキャンセルさせていたが、本実施形態では、図10に示すように、流量調整弁を二重に配置し、流量調整弁42がトリップにより遮断された場合に、もう一方の流量調整弁42aを開くことにより、ガスタービンへの燃料が遮断されることを防止している。これにより、トリップによるガスタービンへの影響を低減している。
まず、過速度防止機能の動作確認試験においては、入力端61から入力される試験条件に基づいてガスタービン制御装置44が流量調整弁42に対して燃料供給を増加させる信号を出力することにより、ガスタービン回転数をトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させる(図11の時刻t1からt2)。このとき、流量調整弁42aは全閉状態とされており、また、ガスタービン制御装置44の内部変数はトリップ検知部68に出力され、随時記憶される。
24 タービン
22 燃焼器
42,42a 流量調整弁
44 ガスタービン制御装置(第1のガスタービン制御装置)
50 トリップ制御機能
51 オンディレイタイマ
60,62,68 トリップ検知部
61 入力端
64 第2のガスタービン制御装置
66 バッファ
Claims (6)
- ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
ガスタービン回転数を前記トリップ回転数まで強制的に上昇させ、
前記トリップ回転数以上となることにより、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号が出力されたことを検知して前記過速度防止手段の正常動作を確認するとともに、前記トリップ信号が前記トリップ実行手段に出力されるのを遮断し、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除するガスタービンの信頼性評価試験方法。 - ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、
前記トリップ制御手段と前記トリップ実行手段との間に設けられたトリップ検知手段を備え、
前記トリップ検知手段は、前記ガスタービン回転数を前記トリップ回転数まで強制的に上昇させる前記過速度防止手段の動作確認試験において、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号を受信して正常動作を確認するとともに、該トリップ信号をキャンセルし、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除させるガスタービンの信頼性評価試験装置。 - 前記トリップ制御手段は、ガスタービン制御装置に設けられ、
前記ガスタービン制御装置により前記ガスタービン回転数がトリップ回転数まで上昇制御されている間において、前記トリップ検知手段は、前記ガスタービン制御装置の内部変数を記憶し、前記トリップ信号を受信した場合に、前記トリップ信号を受信する直前における前記ガスタービン制御装置の内部変数を前記ガスタービン制御装置へ出力する請求項2に記載のガスタービンの信頼性評価試験装置。 - 前記トリップ制御手段は、ガスタービンを制御する第1ガスタービン制御装置に設けられ、
前記第1ガスタービン制御装置に入力されるガスタービン回転数の情報が所定時間遅れて入力され、該入力情報を用いて前記第1ガスタービン制御装置と同じ処理を行う第2ガスタービン制御装置を設け、
前記トリップ検知手段は、ガスタービンを制御する制御装置として、前記第1ガスタービン制御装置と前記第2ガスタービン制御装置とを切り換える手段を有し、
前記トリップ検知手段は、前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、ガスタービンを制御する制御装置を前記第1ガスタービン制御装置から前記第2ガスタービン制御装置に切り換える請求項2に記載のガスタービンの信頼性評価試験装置。 - ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合に第1流量調整弁を所定開度まで絞るトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
前記第1流量調整弁と並列に第2流量調整弁を設け、
前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第1流量調整弁を開状態とするとともに、前記第2流量調整弁を全閉状態とし、
前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力されて、前記第1流量調整弁が全閉状態とされた場合に、該第1流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第2流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第2流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるガスタービンの信頼性評価試験方法。 - ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合に、第1流量調整弁を所定開度まで絞る指示であるトリップ信号を出力する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、
前記第1流量調整弁と並列に設けられた第2流量調整弁と、
前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第1流量調整弁を開状態とするとともに、前記第2流量調整弁を全閉状態とし、前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、前記第1流量調整弁を所定開度まで絞るとともに、該第1流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第2流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第2流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるトリップ検知手段と
を具備するガスタービンの信頼性評価試験装置。
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