JPH03160119A - 燃焼タービンの燃料流量制御方法及び装置、並びに発電プラント - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 免旦曵見贋 本発明は一般に、燃焼タービンもしくはガスタービンに
関し、特に発電機用遮断器の閉成時点において最小負荷
からベース負荷を経て負荷上昇する際に、燃焼タービン
発電プラントにおける燃料の流量を制御するための制御
システムの分野に関するものである．本発明は特に、ガ
スタービン発電プラントの分野で利用することができ、
本明細書においてもこの種の設備と関連して説明するが
、他の用途を有するガスタービンにも適用可能である． 魚』レと４旦 ガスタービン発電プラントは、いわゆるベース負荷、中
間範囲負荷及びピーク負荷の電力系統における用途で用
いられている．ベース負荷又は中間範囲負荷の用途に対
しては、通常、複合サイクルプラントが用いられるが、
発電機駆動用として単一のガスタービンを用いる発電プ
ラントは、比較的低コストであるという理由から、ピー
ク負荷用途に極めて高い有用性を有する． ガスタービンの運転、特に発電プラントで用いられるガ
スタービンの運転においては、リレー空気圧型制御方式
から、アナログ型電子制御、デイジタル制御、そして更
に最近ではコンピュータをベースとするソフトウエア制
御にいたるまで種々の種類の制御方式が採用されている
．米国特許第４，３０８，４６３号明細書には、この種
の幾つかの従来方式が開示されている．また、上記米国
特許には、ガスタービン発電機プラントと共に使用する
ためのディジタルコンピュータ利用スの制御方式が開示
されている．上記米国特許第４，３０８，４６３号明細
書に記述されている制御方式は、本発明による制御方式
の先駆であるということができる．尚、上記米国特許は
、本明細書において引用する特許明細書ファミリの内の
１つである． 上記米国特許に続いて、本出願人により、商品名“パワ
ーロジック（ＰＯ阿ＥＲＬＯＧＩＣ）″及び゛パワーロ
ジックＩＩ（ＰＯ４ＥＲＬＯＧＩＣ　ＩＩ）”として他
の制御方式が導入されている．上記米国特許記載のもの
と同様に、これ等の制御方式は、ガスタービン発電プラ
ントを制御するために用いられる．しかし、このような
制御方式は、主として、マイクロプロセッサをベースと
するコンピュータ方式、即ち、制御方式がソフトウエア
の形態で実現されているものである．これに対して従来
の制御方式は、電気及び電子的ハードウエアとして実現
されていた．“バワーロジック（ＰＯＩｆＥＲＬＯＧＩ
Ｃ）″及び“パワーロジックＩＩ（ＰＯＷＥＲＬＯＧＩ
Ｃ　ＩＩ）”の制御方式の基をなしている運転もしくは
操作上の理念は、オペレータが、単一のボタンを押すだ
けで、タービン発電機を、いわゆる始動もしくは起動可
能状態から全出力状態にまで設定することを可能にする
ことにある．発電機用遮断器の閉戒時点における燃料流
量の制御からベース負荷の達戒にいたるまで全てのター
ビン一発電機運転モードを制御可能にすることである． 本発明は、上記゛バワーロジックＩＩ（ＰＯＨＥＲＬＯ
ＧＩＣＩＩ）”制御方式の改良である。上述した従来の
燃焼タービン一発電機制御方式においては、発電機用遮
断器の閉戒時点からベース負荷にいたるまで燃料の流量
は、予め設定された割合でタービン速度設定基準を増す
ことにより達成されていた．このような制御方式では、
比例積分微分（ＰＩＤ）コントローラに正の誤差が生じ
、それによりタービン出力が増加し、発電機負荷の増加
を招来する．発電機負荷は、最小発電機負荷が検出され
るまで、即ちキロワット限界に達するまで増加する．し
かし、残念にも、総合システム応答時間が原因で、燃料
制御は最小負荷設定点をオーバーシュートする、即ち行
き過ぎる傾向がある．その結果、発電機負荷を所定の最
小負荷に維持するためにはオペレータの関与を必要とし
ていた．このような理由から、、オペレータの関１を必
要とせず自動的に、発電機負荷を予め設定された最小レ
ベルに維持するタービン一発電機制御方式に対する必要
性が依然として存在する。

ガスタービン発電プラント及びパワー口ジック１１（Ｐ
ＯＷＥＲＬＯＧＩＣ　Ｉ１）制御方式の動作を本明細書
において概括的に説明するが、本発明は、特に、ガスタ
ービンにおける燃料の制御に関心を持つものであり、更
に特定的には、発電機用遮断器の閉或時点における燃料
流量の制御の改良にあることを理解されたい． 楚朋ｌ口透要 本発明の１つの目的は、燃焼タービンで駆動される発電
機を有する発電プラント及び発電機用遮断器の閉成時点
で燃料流量を効率的に制御するためのコントローラを提
供することにある．本発明の他の目的は、発電機用遮断
器の閉成時点で燃ｆ４流量を制御するタービン制御方式
を提供することにある． 本発明の更に他の目的は、発電機用遮断器の閉戒時点で
燃斜制御信号を発生することにある．また、本発明の更
に他の目的は、発電機用遮断器の閉或時点で燃料制御信
号を発生ずることにある． 本発明の上述の目的及び他の目的は、速度基準信号が与
えられ且つ実際の速度信号が与えられて燃焼タービンに
おける燃料の流量を制御ための方法及び装置によって達
戒される．この方法及び装置は、図面に示し、追って説
明するように、制御信号に応答し燃料の流量を調整する
ための燃料流量調整器と、実際の速度信号と速度基準信
号との間の差を表す制御信号を発生するためのコントロ
ーラと、上記制御信号の発生前に、ドルーブを考慮ずる
ために上記速度基準信号を変更するための第１の調節手
段と、上記制御信号を発生する前に速度誤差を考慮する
ために速度基準信号を変更するための第２の調節手段と
を含む。本発明において用いられるように特定的に意図
した負荷状態は、発電機用遮断器の閉成点である． 本発明の上述の目的及び他の目的並びに利点は、添付図
面を参照しての以下の詳細な説明から一層明瞭になるで
あろう． ｔ　　　の一　ｔ 第１３図を参照し、発電機用遮断器の閉成時点における
ガスタービン発電機内の燃料流量を制御するための新規
なシステムについて説明する。本発明は、ソフトウエア
でもハードウエアでも実現することができるが、好適な
実施例においては、以下に述べるように、中央処理装置
内に格納されているソフトウエアとして実現される．し
がし、本発明の特定のプログラムについて述べる前に、
本発明の動作環境、即ちガスタービン発電プラントに関
し全体的に説明しておく。本発明は、単一のガスタービ
ンが発電機駆動装置として用いられるガスタービン発電
プラント、持に、ピーク負荷電力系統と関連して説明す
るが、本発明は広い範囲に亙る用途を有するものである
ことを理解されたい 第１図を参照すると、燃焼もしくはガスタービン１０４
によって駆動される＾Ｃ発電機１０２を含むガスタービ
ン発電プラント１００が示してある。この実施例におい
ては、ガスタービン１０４は、本出願人により製作され
ている“’Ｗ　　５０１Ｄ５”型のタービンとするのが
有利である． 発電プラント１００の典型的使用例は、連続した発電が
望まれ、且つ、ガスタービン１０４がらの廃熱が、給水
の加熱、ボイラ又はエコノマイザのような他の目的に使
用することが望まれる場合である．発電プラント１００
は、設備投資費用が比較的低いという利点に加えて、冷
却水の供給が必要とされない等の要件がら明らがなよう
に、負荷集中場所、即ち、人口集中場所或は生産工業地
帯に比較的近接して配設することができ、それにより、
送電設備費用の節減が可能であるという利点も有する．
更に、発電プラント１００は、保守人員を比較的に少な
くし、遠隔場所から自動的に運転することが可能である
． 地域社会に発電プラント１００が受け入れられる可能性
は、それぞれ、吸込及び排気導管系１１２及び１１４に
連結された吸込側及び排出側の消音装置１０Ｂ及び１１
０を使用することにより高められる．始動が高速である
こと及び待機（スタンバイ）費用が低いことが、この発
電プラント１００に特徴的である付加的な運転上の利点
である． 発電プラント１００は、剛なフレーム式組立鋼製建屋の
形態にある囲い楕造（図示せず）を備えることができる
．この形式の建屋は、屋根及び壁が組立式のパネルによ
り覆われた剛な楕造用鋼フレームから構成されるのが典
型的である．屋根及び壁構造は、所要時に完全な分解を
可能にしつつ、熱損失及び雑音の浸透を最小にするよう
に設計される． ここに述べる発電プラントの大きさに関して理解を得る
ために、発電プラント１００の基礎は、制御部を単一の
プラントユニットについて設けた場合、約１０６ｆｔ（
３２．３０８８輪）長であることを述べておく．この基
礎の長さは、主制御部用として、参照数字１１６で示す
ように増加し得る．主制御部は、発電プラント１００と
集合的に組み合わせられる付加的なプラントユニットに
対し共通の制御を行おうとする場合に必要とされるであ
ろう．本発明は、多数の発電プラントに対するマスター
制御の設定において利用することが可能であるが、説明
の簡便上、本明細書においては、本発明は単一のタービ
ン発電機のみと関連して説明することにする．キャビネ
ット１１８内のマイクロプロセッサをベースとするコン
ビエータ及び他の制御回路系が発電プラント１００の運
転及び制御を行う．好適な実施例においては、キャビネ
ット１１８は、本出願人により販売されている”ＷＤＰ
Ｆ”設備を備え、２つの分配処理装置、技術者用コンソ
ール及び自動記録器（ロガー）を備えることができる．
このような他の制御回路系は、通例として、コンピュー
タ制御系を種々の運転設備及び状態センサに接続するの
に必要とされる適当な入／出力（Ｉ／Ｏ）回路を含む．
制御用キャビネット１１８と関連して設けられているオ
ペレータ用キャビネット１２０は、振動モニタ、ＵＶ（
紫外線〉火炎検出器用の電子装置、シンクロスコープ（
同期検定器）、種々の押鉗スイッチ、産業用コンピュー
タ及び電気機械的計数器並びにタイマを収納している．
自動送／受信プリンタ１２２及び異常な電力系統状態を
検知するための保護リレーパネル１２４が制御キャビネ
ット１１８と関連して設けられている． 発電プラント１００のための始動動力は、好適な実施例
においてはＡＣ電動機とすることができる始動機関１２
６により与えられる．始動機関１２６は、補助床板に取
り付けられていて、始動装置ユニット１２８を介しガス
タービン１０４の駆動軸に連結されている．初期始動期
間中、＾Ｃｔ動機１２６は、回転装置１３０及び始動用
歯車減速装置１３２を介してガスタービンを駆動する．
ガスタービン１０４が定格速度の約２０％に達した時に
、点火が行われる．＾Ｃ電動機１２６は、タービン１０
４が持続速度に達するまで動作し続ける．タービンディ
スクのキャビイテイー温度が過度である場合には、熱的
に誘起される軸の反りを回避するために、ＡＣ電動機１
２６を更に長い期間に互って動作することができる．電
動機制御盤１３４も上記補助床板上に取り付けられてい
て、電動機スタータ（始動装置）及び発電プラント１０
０と関連の種々の補助設備要素の動作に関与する装置を
含む．電動機制御盤１３４のための電気的遮断器は前部
に取り付けるのが好ましい．電動機制御盤１３４及び補
助床板上に取り付けられている他の装置と関連のセンサ
或は接触要素からの種々の信号は、追って第１１図と関
連して詳細に考察する制御システムで使用するために該
制御システムに伝送される． プラント蓄電池１３５は補助床板もしくはスキッドの一
端部に隣接して配設される．第１１図と関連して説明す
る蓄電池充電装置は、遮断器（図示せず〉を介して電動
機制御盤１３４に接続される．蓄電池１３５は、例えば
１２５ボルト定格で６０個のセルからなる“ＥＨＧＳ−
１７　　ＥＸＩＤＥ”のような酷使に耐える任意の制御
用蓄電池とすることができる．いずれにせよ、蓄電池１
３５は、非常時照明、補助電動機負荷、＾Ｃコンピュー
タ供給電圧用に充適な電力及び他の制御用電力を、発電
プラント１００の運転停止後１時間に亙り供給すること
が可能であるべきである． 発電プラント１００と共に使用するための１つの可能な
内部電力系統が第２図に概略的に示してある．発電プラ
ント１００が一旦運転に入ると、発電Ｒ１０２によって
発生される電力は、発電機用遮断器１３６を介して電力
系統に伝送され、１３．８ＫＶの母線１３７を介して主
変或器〈図示せず）及び断流器１３８を通る。発電プラ
ント１００の補助電力は、補助遮断器１３９及び補助電
力用の４８０ボルトの母線１４０を介して内部電力系統
から得られる．発電機用遮断器１３６は、発電プラント
１００のための同期及び保護断路装置としての働きをす
る． 適当な４８０ボルト電源が内部電力系統で利用できない
場合には、第３図に示すように、補助電力変戒器１４１
を設けることができる．この変或器もしくは変圧器１４
１と変電所の１３．８ＫＶ母線１３７との間には断路器
１４２が接続される．第３図に示してあるような配列も
しくは楕或は、いわゆるプラントの自力起動運転のため
に設けることができる。この横成を用いれば、補助電力
を、付勢されている発電機１０２或は内部電力系統から
供給することができるので、ガスタービン１０４を任意
の時点で起動することが可能である．自力起動方式、即
ちデッドシステム（ｄｅａｄ　　ｓｙｓｔｅｍ）におい
ては、ガスタービン１０４は、発電プラント１００が接
続されている外部電力系統が発電ｆｉｌ０２から電力を
受けることができない場合でも、ガスタービン１０４を
、いわゆる瞬動予備電源として利用可能なように任意時
点に起動することができる．更に、第２図及び第３図に
示してある回路によれば、故障時に、ガスタービン１０
４を運転停止することなく、発電プラント１００を外部
電力系統から切り離すことが可能である．電力系統負荷
に最も近接して設けられている遮断器をトリップして負
荷を引き外し、発電機１０２を運転し続けて、それ自身
の補助装置に給電を行わせることが可能である． 第３図に示してある方式の付加的な利点は、発電プラン
ト１００と、電力系統の次の遮断器との間において電力
系統への接続が持続的な故障を受け易い場合に保護を与
えることができる点にある．このような状況において、
上記のような故障が生じた場合には、断流器１３８が故
障を除去するための遮断器となり、他方、補助系統は、
ガスタービン１０４の秩序だった運転停止或は待機状態
での連続運転を許容するため発電機１０２により付勢さ
れた状態に留どまるであろう． 第３図のｉｔは、ガスタービン１０４が、システムの低
電圧状況もしくは減衰周波数状況中に起動するようにプ
ログラムされている場合に有利である．このような事象
が生じている間、自動起動でガスタービン１０４は増還
され、発電機用遮断器１３６は閉戒され、補助負荷に電
力が供給される．その場合、タービン・発電機ユニット
は、運転し続け、必要に応じ直ちに使用可能にすること
ができる．また、不足周波数或は不足電圧信号を用いて
ガスタービン１０４を系統から分離したい場合にも、第
３図の楕成を利用することができる。

開閉装置バッド１４３が、発電機用遮断器１３６を含め
、１５Ｋｖノ開閉装置１４４、１４５及び１４６に対し
て設けられている．補助電力変成器１４１及び断路器１
４２も、ユーザにより使用すべく選択された場合に開閉
装置バッド１４３上に配置される．発電機励磁系と関連
する励磁開閉装Ｗ１５０も開閉装置バッド１４３上に設
けられる．追って詳細に説明するように、キャビネット
１１８の入／出力回路は、各種開閉装置パッド・デバイ
スと関連する或る種のセンサ或は接触要素からの信号を
受け入れる。

圧力スイッチ／計器キャビネッ１〜１５２も補助床板上
に設けられている。このキャビネット１５２は、圧力ス
イッチ、計器類（ゲージ）、調整器その他ガスタービン
運転に必要とされる種々の要素を格納している。

特に図示しないが、発電プラント１００は、夕一ビン高
圧冷却系及び潤滑オイル冷却用の放熱型空気・オイルク
ーラ（油冷却器〉をも具備しているものと理解されたい
． 第４図には、ブラシレス励磁機１５４を含む発電機１０
２が詳細に示してある．発電機１０２及び励磁機１５４
の回転要素は、一対の軸受１５８及び１８０により支持
されている．プラント制御系に対する入力データを発生
する目的で、軸受１５８及び１６０には、慣用の発電機
振動トランスジューサ（変換器〉１６２及び１６４が接
続されている．二次側抵抗器〈図示せず〉を備えた接地
用配電変圧器が発電機の中性点を接地するために設けら
れている． 固定子巻線内に埋設されている抵抗温度検出器（ＲＴＤ
）１８１ａ〜１８１Ｆが、第４図に示すように、空気吸
込及び排出温度並びに軸受潤滑油ドレン温度を測定する
ために設けられている．温度センサ及び振動変換器１６
２，１６４からの信号は制御系、即ちキャビネット１１
８に送られる． 励磁機１５４が動作すると、永久磁石界磁部材１６５が
回転して、電圧調整器（図示せず）を介し固定の＾Ｃ励
磁機界磁１６８に接続されているパイロット励磁機の電
機子１６６に電圧を誘起する．このようにして、励磁機
の回転要素に形戒されている八〇励磁ＩＳ電機子１７２
に電圧が誘起されて、ダイオード・ホイール（ｄｉｏｄ
ｅ　ｗｈｅｅｌＨ７４上にヒューズと共に取り付けられ
ているダイオードを介し、発ｔ機１０２の回転界磁要素
１７６を付勢するように印加される．発電機電圧は固定
電機子巻線１７８に誘起され、それにより、発電プラン
ト１００が同期状態にあり線路に接続されている場合に
は、電流が発電機用遮断器１３６を介して電力系統に供
給される．変或器１８０は、励磁機界磁１６８の励磁レ
ベルを制御するために調整器１７０に対しフィードバッ
ク信号（帰還信号）を供給する．また、変戒器１８０が
らの信号は、発電機メガワット信号（出力信号〉として
用いられ、Ｍ御信号としてキャビネット１１８に供給さ
れる．本発明と関連し、この発電機メガヮット信号はガ
スタービン１０４における負荷を表す表示信号として用
いられる． 一般に、励磁機１５４はブラシ、スリップリング及び発
電機界磁に対する外部接続を用いることなく動作する．
従って、ブラシの摩耗、炭素ダスト、ブラシの保守の必
要性及びブラシの交換の必要性は排除される． 発ｔ機界磁１７６を励磁するのに要求される全ての電力
は、励磁機一発電機系統から供給される．唯一の外部電
気接続は、固定ＡＣ励磁機界磁１６８と励磁開閉装置１
５０との間にある（第１図参照）．好適な実施例におい
て、励磁機の全ての部分は、発電機１０２により支持さ
れている．発電機のロータは、発電機軸から励磁機回転
子を取り外す必要なく設置したり取り出したりすること
ができる．ブラシレス励磁系調整器１７０は、ブラシレ
ス励磁機界磁１６８の励磁レベルの決定に際して、周波
数に関係なく、三相の電圧の平均を取るように応動する
．調整器１７０が切り離されている場合には、電動機運
転ベース調整加減抵抗器１７１は、キャビネット１１８
からのコンピュータ出力信号により設定される．加減抵
抗器の出力は、加算回路１７３を介してサイリスタゲー
ト制御部１７５に印加される３調整器１７０が機能して
いる場合には、電動機運転ベース調整加減抵抗器は、予
め設定されたベース励磁位置に設定され、電動機運転電
圧基準調整加減抵抗器１７７が、発電機電圧微制御を行
うようにコンピュータで調節される． 誤差検出器１７９が、加算回路１７３に誤差出力信号を
印加する．この誤差出力信号は、電圧基準加減抵抗器１
７７に印加されるコンピュータ出力基準と、変戒器１８
０からの発電機電圧帰還信号との間における差を表す．
加算回路１７３は誤差信号とベース加減抵抗器信号とを
加算して出力を発生し、この出力はゲート制御部１７５
に供給される．誤差検出器１７９においては、基準電圧
は、温度補償用ツェナーダイオードを使用することによ
り実質的に一定に保持される．ゲート制御部１７５にお
いては、固体サイリスタ点弧回路が用いられており、サ
イリスタ或はシリコン制御整流器１８０に供給される電
圧に対しＯ゜から１８０゜に亙って可変であるゲートパ
ルスを発生する． シリコン制御整流器１８０は、正及び負の励磁機界磁用
電圧を供給するインバータ・ブリッジ形態（図示せず〉
に接続されている．しかし、励磁機界磁電流は反転する
ことはできない．従って、調整器１７０は、ゲート制御
回路１７５からの出力レベルで各サイクル毎にシリコン
制御整流器１８０が導通になるサイクル角もしくは点弧
角産制御することによって励磁機界磁１６８における界
磁レベル、従って、発電機電圧を制御する． 次に第５図を参照するに，好適な実施例においては、本
出願人の゛’Ｗ　　５０１０５“型ガスタービンである
ガスタービン１０４は、　図示のように、３６００ｒｐ
ｍの定格速度を有する単サイクル型のタービンである．
図から明らかなように、タービン１０４は、２軸受・１
軸横造を有し、低温端側駆動、軸方向排気型式のもので
ある．′Ｐ過された入口もしくは吸込み空気は、入口導
管系１工２から、フランジ接続された吸込みマニホルド
１８３を介して多段軸流圧縮＠１８５に流入する．特に
、起動中サージを阻止するため、吸込側案内羽根アセン
ブリ１８２は、圧縮機の入口を横切って支持されている
羽根を備えている．ガス流に対し案内羽根が配置される
角度は、　全て均一であり、吸込側案内羽根アセンブリ
１８２の羽根に結合されている空気圧作動位置付けリン
グ（図示せず）により制御される．圧縮８ｌ１８５には
，水平面に沿い、基部半休とカバー半体とに分割されて
いるケーシング１８４が設けられている．圧縮機ケーシ
ング１８４を含むタービン・ケーシング楕造は、軸受１
８８及び１８９を介してタービン回転機素、即ちタービ
ン軸に対する支持を行う．第４図と関連して述べたもの
に類似の振動１・ランスジューサもしくは変換器（第１
１図参照）が、ガスタービン軸受１８８及び１８９に対
して設けられている．圧縮機ロータ楕造１８６は、任意
周知の仕方でタービン軸に固着されている．また、圧縮
機ケーシング１８４は、空気流路に沿い相続く固定羽根
列の形態で固定羽根もしくは翼１９０を支持している．
更に、ケーシング１８４は、空気流が圧縮される際に該
空気流を閉じ込めておくための圧力容器としての働きを
する．起動中のサージを阻止するために、公知の技術に
従い、中間圧縮機段から弁制御下で抽気が行われる．圧
縮機吸込み空気は、圧縮機１８５内の段を通り環状に流
れる．ディスク１９４によりロータ楕造１８６に取り付
けられている羽根もしくは翼１９２は、企図せる用途に
適するように空気動力学的及び構造上の立脚点から適切
に設定されている．圧縮機入口及び出口空気温度は、適
当に支持されている熱電対（第１１図参照）によって測
定される．次に燃焼系について考察する．加圧された圧
縮機出口空気は、ガスタービン１０４の長手方向軸線を
中心にケーシング１８４の部分２００内に円錐状に取り
付けられた合計１６個の環状多筒形燃焼器１９８を含む
燃焼系１９６に導かれる．燃焼器筒圧力は、圧縮機一燃
焼器流路に結合されて信号をキャビネット１１８及び圧
力スイッチ／計器キャビネット１５２に供給する適当な
センサ（第１１図参照）により検出される． 燃焼器１９８は、第６図に示すように、点火の目的で、
内筒２０２により渡り接続されている．コンピュータで
作動されるシーゲンス化された点火系２０４は、４つの
燃焼器１９８からなる各燃焼器群と関連して設けられた
点火装置２０６及び２０８を備えている．各群において
、燃焼器１９８は直列に交差接続され、そして２つの群
は、参照数字２１０で示すように、一端においてのみ交
差接続されている．コンピュータで発生される作動もし
くは可能化信号については追って説明する． 一般に、点火系２０４は、容量放電型イグナイタと、点
火装置２０６及び２０８の一部分を形成する各点火プラ
グに対する配線を含む。点火プラグは点火装置２０６及
び２０８内で往復動可能なシステムに取り付けられてお
り、それにより、点火プラグは、点火を行った後に、燃
焼領域から撤去すことができるようになっている。

一対の紫外線（ＵＶ）火炎検出器２１２及び２１４が１
４個の燃焼器からなるバスケット１９８内における点火
及び燃焼の連続的存在を検証もしくは確認するために、
各群における端燃焼器の各々と関連して設けられている
．このように、火炎検知能力に冗長性を持たせることは
、火炎検出器の高温環境を考えた場合に特に望ましいこ
とである． 一般に、ＵＶ火炎検出器は、通常の燃焼器火炎により変
動する大きさで発生されるが燃焼器バスケット環境の他
の楕戒要素によってはそれほどの大きさでは発生されな
い１９００〜２９００人の範囲内の波長を有する紫外線
放射に応答する．火炎が存在する場合には、検出器パル
スが発生され、積分され且つ増幅されて火炎リレー（継
電器）を作動する．紫外線放射は、ガス電圧ブレイクダ
ウンもしくは絶縁破壊を発生し、それによりパルス列が
生ずる．パルス列が或る時間遅延量を越える場合には、
火炎モニタは、火炎リレーを作動する以前に該時間遅延
量を加算する． 第７図には、各燃焼器１９３の圧縮機側端部に取り付け
られている二重燃料ノズル２１６の前面部が示してある
．二重ノズル２１８の中心部には、オイルノズル２１８
が配設されており、該ノズルを取り巻いて円周方向に霧
化空気ノズル２２０が配設されている．霧化空気ノズル
２２０の周囲には外側ガスノズル２２が配置されていて
、燃料ノズル２１６の組立体を完成している． 第８図の断面図に示してあるように、燃料オイルその他
の液体燃料は、導管２２４を介してオイルノズル２１８
に流入し、他方、霧化空気は孔２２８を介してマニホル
ド２２６に流入する．ガス状の燃料は、入口管２３０及
びマニホルド／複ノズル装置２３２を流れた後にノズル
２２２を介して放出される．導管２２４及び２３０を流
れる燃料流量の調整もしくは制御に関しては追って説明
する． タービン燃焼プロセスにおいては、一般に、液体又はガ
ス燃料或は液化ガス燃料を用いることができる．低ＢＴ
Ｕ含量を有する高炉用ガスから、天然ガス、ブタン或は
プロパンのような高ＢＴｔｌ含量のガスに亙る種々のガ
ス燃料を燃焼することができる．しかし、現在の厳しい
環境規制から考えて、燃料は、天然ガス、＃２留出ガス
，及び一体ガス化複合サイクル発電プラントで発生され
る石炭誘導低ＢＴυガスに限定されると考えられる．燃
料ガス中の凝縮可能な液体がノズル２１６に達するのを
阻止するために、燃料供給管路は、適当なトラップ及び
ヒータを用いることができる．塵含有量の最大値は、過
剰の付着及び侵食を阻止するために標準立方ｆｔ当たり
０．０１粒に設定される．更に、Ｈ２Ｓの形態にある燃
料ガス硫黄分を、５％（モルパーセント）より大きくな
い値に制限することにより腐食は最小限度に抑えられる
．液体燃料に関して述べると、燃料の粘性は、適切な霧
化を保証するためにノズルにおいてＩＯＯＳＳυ以下に
しなければならない。殆どの留出物は、この要件を満た
す．しかし、殆どの原油及び他の燃料は、粘性仕様が満
たされている場合でも、化学的仕様を満たすために付加
的な処理を必要とする．羽根への過度の付着を阻止する
ために、液体燃料灰分はバナジウム、ナトリウム、カル
シウム及び硫黄を含む腐食性成分の最大値について制限
される． 圧縮機出口空気流の一部分は、各燃焼器１９８において
燃料と結合し、点火後燃焼し、圧縮機出口空気の残量は
、燃焼生戒物と結合して燃焼器１９８を経て多段反動型
タービン２３４（第５図〉に流入する．燃焼器のケーシ
ング部分２００は、垂直のケーシング継手２３８を介し
てタービンケーシング２３６に連結されている。圧縮機
１８５とタービン２３４との間には高圧空気或はオイル
シールは必要とされない．次に、第５図に示してあるタ
ービン１０４のトルク発生部分について考察する．トル
ク部分もしくはタービン部分２３４には、４つの反動段
が設けられており、これ等の反動段を介し、複流燃焼シ
ステムガス流が環状の流れパターンで導かれて、加熱さ
れ加圧されたガスの運動エネルギーを、圧縮機１８５及
び発電機１０２を駆動するためのタービン回転に変換す
る．タービンのロー夕は、通しボルトにより短軸に取り
付けられた４個のディスク羽根組立体２４０、２４２、
２４４及び２４５により形成されている．ディスクのキ
ャビイテイー内には、温度検知熟電対（第ｌ１図）が支
持されていて、制御系に対しキャビイテイー温度信号を
供給する． 高温合金ロータ羽根もしくは動翼２４６はディスクに取
り付けられていてロータ組立体を形成する．個々の羽根
の根元は、圧縮機１８５の出口がら抽気されて任意適当
な仕方で冷却系を通流した空気により冷却される．従っ
て、羽根の根元は、回転羽根２４６に対しヒートシンク
（熱放出部）としての働きをする．冷却空気はまた、各
タービンディスク上を流れて、ユニットの運転負荷範囲
に亙り比較的一定の低金属温度を保証する． タービンのロータ楕造のための２つの支持軸受１８８及
び１８９は、いわゆるテイルテイングパッド軸受とする
のが好ましい．軸受のハウジングはケーシング楕造に対
し外付けされており、それにより、上記構造の入口側及
び出口側端部を介しての適宜な接近可能性を与えている
．タービン支持構造全体は、軸整列を乱すことなく、自
由な膨張及び収縮を可能にする． タービン２３４に対する圧力閉込め容器としての働きに
加えて、タービンケーシング２３６は、回転羽根列と交
互する固定羽根列を形或する固定羽根２４８を支持する
．ガス流は、排出導管系１１４に取り付けられたフラン
ジ付き排気マニホールド２５０を介して実質的に大気圧
でタービン２３４から吐き出される． 発電機及びガスタービン振動変換器もしくはトランスジ
ューサ（第１１図）は、例えばベントリー・ネバダ（Ｂ
６ｎｔｌｙ−Ｎｅｖａｄａ）振動監視システムのような
制御系に入力するための振動モニタに基本振動信号を供
給するような慣用の速度トランスジューサとすることが
できる．適当なタービン一発電機軸位置に、一対の慣用
の速度検出器（第１２図）が支持されている．速度検出
器によって発生される信号は、発電プラント運転を決定
する上で制御系において用いられる． 多数の熟電対が、ガスタービン軸受オイルドレンと関連
して設けられている．更に、特に発電プラント起動期間
中、制御系で用いるため、羽根もしくは翼の高速応答温
度指示を与える目的で、羽根流路用の熱電対が任意の公
知の仕方で、排気マニホルド２５０の内周部に支持され
ている．排気温度検出器が、主として、発電プラント１
００の負荷運転中、制御系で使用する平均排気温度を測
定する目的で、排気導管系１１４内に配置されている．
ガスタービン１０４用の適当な高速応答型の遮蔽された
熱電対は、別個の厚壁の案内により支持された薄壁の高
合金すえ込み外装もしくはウエル（筒）を有する突き固
められたアルミナ絶縁を使用する熱電対である．上述の
熱電対及び他の温度検出器の有意味性については第１１
図を参照して後述する．次に、タービン１０４の燃料系
統について考察する．第９図を参照するに、燃料系２５
１（燃料流量調節手段〉が、制御燃料弁動作下でガスノ
ズル２２２にガス燃料を供給するために設けられている
．ガスは、ガス源からダイアフラム作動圧力調整弁２５
４に伝達される．米国標準規格（＾ｍｅｒｉｃａｎ　Ｓ
ｔｎｄａｒｄ）Ｃ３７．２−１９５６に規定されている
ように、適当と考えられる場合には、ＩＥＥＥ開閉装置
番号が一般に用いられることを註記しておく． 始動弁２５６は、３６００ＲＰＭまでのタービン速度に
おけるノズル２２２のガス燃料流量を決定する．弁２５
６は、コンピュータ発生制御信号に応答して、空気圧ア
クチュエータ（作動装置）２６１により空気圧で１４１
カツ＊ｒＩｊ＆ＩＩＪｚ』＾？．ｋｒ，ｂ／Ｆ％ｌｅｔ
１４１４ゲ１！ｍ口［マ々！．エータ２６１が全閉位置
となって弁２５６は部分的に開弁される。圧力調整弁２
５７は、一定の圧力を与えるものであり、従って点火時
にも、燃焼バスケット内で反復的にガスの点火を行うた
め一定のガス流量を与える。

弁２５７及び２５６の最大流量範囲に達すると弁２５８
が開弁して、最大負荷出力の燃焼タービンに対するガス
流量を制御する． 空気圧で作動されるトリップ弁２６０は、タービン過速
度が１１０％定格速度のような所定レベルに達すると、
機械的作動を受けてガス燃料流を停止する．空気圧で作
動される逃し弁２６２は、捕捉されたガスが、空気圧作
動隔離弁２６４のオン／オフ状態で、トリップ弁２６０
から大気に排出されるのを許容する．弁２６２及び２６
４は、通常は双方共に閉じている。隔離弁の燃料制御作
用は、圧力スイッチ／計器キャビネット１５２（第ｌ図
及び第１１図参照）を介して印加される電子制御信号に
よって開始される． 岸ｔ７箪１０団を着昭す＾Ｌご　湊仕猷封俳始築２６６
（燃料流量調節手段）は、モータ駆動主燃料ボンブ２６
８のポンプ作用により、任意適当な燃料源から液体燃料
流を１４個のノズル２１８（その内８個だけを示すに留
とめた〉に供給する．ボンブ吐出圧力は、制御系で用い
るために検出器２６７によって検知される．バイパス弁
２７１は、電気空気圧変換器２７０及びブースタリレ−
２７２により空気圧で作動されて、戻り管路に対する液
体燃料バイパス流量を決定し、それにより液体燃料吐出
圧力を調整する．コンピュータで発生される制御信号は
、ポンプの吐出圧制御を行い、特に、タービン始動中、
ポンプ吐出立上り圧力制御を行う．絞り弁２７２（燃料
流量調節手段）は、吐出圧力調整弁２７０での立上り圧
力制御作用中、最小位置に保持される．圧力スイッチ２
７１は、ボンブ２６８が吸込流を加圧したか否かを指示
する． 圧力の立上り後、空気圧作動絞り弁２７２は、空気圧ア
クチュエータ２７４及びブースタリレー２７６によって
定められるノズル２１８に対する液体燃料流量を制御す
るように位置決めされる．コンビュー夕で発生される制
御信号が、絞り弁２７２に対する変換器位置制御作用を
決定する．この動作中、バイパス弁２７０は動作し続け
て燃料吐出圧力を一定に保持する。

ガス燃料系２５１におけると同様に、機械的に作動され
空気圧で操作される過速度トリップ弁２７８がタービン
の過速度発生時に液体燃料流を停止する．液体燃料流路
には適当な枦過器２８０が設けられており、ガス燃料系
２５１におけると同様に、電気的に付勢されて空気圧で
作動される隔離弁２８２が、液体マニホルド２８３に対
する液体燃料流のオン／オフ制御を行う． １４個（８個のみ図示〉の容積式ボンプ２８４がそれぞ
れ、ノズル２１８に至る個々の液体燃料流路に配置され
ている．ボンプ２８４は、単一の軸に取り付けられてい
て、マニホルド２８３からのオイルの流れにより駆動さ
れ、実質的に等しいノズル燃料流量を発生する．逆止弁
２８６は、ノズル２１８からの逆流を阻止する． 次に、発電プラント１００の制御で用いられる制御系に
ついて考察する．発電プラント１００は、第１１図に略
示してある一体化タービン・発電機用コンピュータベー
スの制御系３００の制御下で運転される．プラント制御
系３００は、制御キャビネ・ント１１８、圧力スイッチ
／計器キャビネット１５２内に配置されている要素及び
第１図の発電プラント１００に含まれる他の要素を含む
．複数の発電プラントを運転する場合には、制御系３０
０は更に、追加のプラント運転に必要とされる付加回路
を備える．制御系３００は、集中化システムパッケージ
を特徴とする．従って、第１図に示してある制御キャビ
ネット１１８は、速度／負荷制御パッケージ全体、自動
プラントシーケンスパッケージ、及びシステム監視用パ
ッケージを収容している． プラントのオペレータにとって更に有利な点として、好
適な実施例においては、タービン及び発電機運転機能は
、制御系３００により提供される一体化タービン・発電
機プラント制御と整合するように単一のオペレータ用パ
ネル上に具現される．制御系３００は、自動的に、高い
信頼性で且つ効率的にシーケンス化された起動一停止プ
ラント運転、プラント保護のための監視及び警報機能並
びにプラントの起動、稼働運転及び停止中、正確に高い
信頼性で効率的に行われる速度／負荷制御を実行する． 自動制御下で、発電プラント１００は、局所的に、オペ
レータ制御下で運転することもできるし、オペレータを
伴うことなく遠隔監視制御により運転することも可能で
ある．更に、発電プラント１００は、一般的事例におい
て、タービン修理間隔を長くするために、休止状態から
起動されて、好ましくは通常の固定の期間内に同期速度
まで、正確且つ効率的な制御下で加速され、手動操作或
は自動的に送電系と同期化され、そして好適な立上り制
御下で、予め選択可能な一定或は温度制限される制御負
荷レベルに負荷されて、それにより一層良好な発電プラ
ント管理を達成する． 発電プラント１００の起動に当たっては、制御系３００
は先ず、オペレータ操作スイッチ、温度測定装置、圧力
切換スイッチ及び他のセンサ装置によつて発生される或
る種の状態情報を必要とする．発電プラントの総合的状
態が満足すべきものであることが一旦判定されると、発
電プラントの起動がプログラミングされたコンピュータ
制御下で開始される．発電プラントの諸装置は、発電に
対する発電プラントの利用度を高めるために可能な場合
には、常に並列に始動される．プログラム制御下で、１
つのシーケンスステップの完了で一般に、運転停止警報
状態が発生しない限り、次のシーケンスステップが開始
される．発電プラントの利用度は更に、点火失敗を考慮
して、多重に点火を行うことを可能にするような起動も
しくは始動のシーケンス化により更に高められる． 起動シーケンスには、一般にガスタービン１０４を低速
度状態から加速するように始動機関を起動し運転するこ
と、回転装置を停止すること、約２０２６定格速度で燃
焼系統において燃料を点火すること、ガスタービンを約
６０％定格速度にまで加速し始動機関を停止すること、
ガスタービン１０４を同期速度にまで加速すること、及
び発電機用遮断器１３６の閉成後に負荷を投入すること
等が含まれる．運転停止中は、燃料流は停止され、ガス
タービン１０４は減速され慣性停止する．クーリングオ
フ期間中は、回転装置を始動してタービン回転要素を駆
動する． 第１２図に示してある制御ループ楕造３０２は、制御系
３００（第１１図）に具現される好適な汎用制御ループ
を代表的に表すものであって、本発明の多種多様な他の
用途にも適用可能である。制御系の保護、シーケンス化
、より詳細な制御機能及び他の側面は追って詳細に考察
する．尚、図面にはＳＡＭ八標準機能記号が用いられて
いる． 制御ルーブ楕造３０２は、ガスタービン発電プラント１
００の運転に用いられるプロセス制御ループのブロック
の配列からなる．尚、第１２図において、ハードウエア
とソフトウエア要素との間の区別は行われていない。と
言うのは、本発明による制御概念の多くの様相は、ハー
ド形態でも或はソフト形態でも実現可能であるからでる
． 一般に、速度要件を満足するのに必要とされる燃料需要
表示を決定するのに、並列前送り方式を採用するのが有
利である．タービン速度、周囲温度及び圧力、可変制御
負荷、或はプラント出力、燃焼器同温度並びにタービン
排気温度を含む特定プロセス変数を用いて、装置設計限
界が越えられないように、燃料需要を制限したり較正し
たり或は制御する．前送り速度燃刺需要、起動立上り限
界燃料需要及び最大配置温度限界燃料需要の特徴は、よ
り正確で効率が良く、利用度が高くしかも信頼性の良い
ガスタービン装置の運転を達戒するために、ガスタービ
ンの非線形特性に従い非線形とするのが有利である．制
御ループ構造３０２は、サイクル温度、ガスタービン装
置速度、起動中の加速度、負荷率及び圧縮機サージ裕度
を維持する能力を有する． 制御ループ構造３０２における燃料需要で、ガスタービ
ン或は液体燃料弁２５６、２５８及び２７２に対する位
置制御が行われる．更に、この制御ループ構造３０２は
、ガス及び液体燃料の同時燃焼を制御することができ、
且つ必要に応じ一方の燃料から他方の燃料への自動的な
円滑切り換えを行うことができる．異なった燃料及びそ
れに関連する発電プラントの運転間の円滑なプラント切
り換えという課題は、既知であり、米国特許第３，９１
９，６２３号明細書に開示されている．尚、この米国特
許明細書の内容は参考までに本明細書において援用する
．第１２図に示してある複数の制御ループ機能の組み合
わせにおいては、各制御ループによって発生される各種
燃料限界もしくは制限信号を選択することにより燃料需
要を制限するのに低燃料需要セレクタ（選択器）３１６
が用いられている。これ等の制限信号は、それぞれ、速
度制御部３０３、起動立上り制御部３０５、最大排気温
度制御部３０６、最大出力制御部３０７及び最大瞬時負
荷投入制限器３０８により発生される． 起動中及び点火後、起動立上り制御部３０５は、タービ
ン１０４を近似的に８０％定格速度まで加速するために
閉ループで燃料需要信号を発生する．８０％定格速度か
ら同期に至るまで、速度制御部３０３は、一定の加速度
及び同期中の所望の速度を維持するようにタービン１０
４を制御する．発電機１０２の同期後、タービン速度は
、電力系統が大規模である場合には、電力系統の周波数
により制御される．その結果、同期後、速度制御部３０
３は、発電機１０２のメガワット出力を立上らせるため
に、任意の周知の技術で、速度基準発生回路３０４で発
生される速度基準信号を立上がらせることにより燃料流
量を調整する．追って第１３図を参照し詳細に説明する
本発明によれば、燃料流量を調整するのに速度基準が速
度制御部３０３内で利用される． 好適な実施例においては、速度制御部３０３は、比例積
分微分（ＰＩＤ）コントローラ３１２を備える．発電機
１０２のメガワット出力を表すメガワット帰還信号は、
任意公知の技術によりメガワット出力センサ３０９で発
生されてスイッチ３１０に与えられる．スイッチ３１０
は、発電機用遮断器制御部３１１がその閉成を指示して
いる時には常に、メガワットもしくは出力帰還信号をコ
ントローラ３１２の負の入力端に与える．タービン速度
を表す信号は、任意周知の技術を用いて速度センサ３１
４により発生されて、コントローラ３１２の別の負の入
力端に供給される．コントローラ３１２の正の入力端に
は負の基準信号が与えられる． コントローラ３１２は、その入力を加算した場合に零と
なり同期状態においてセンサ３１４がらの速度信号が本
質的に一定となることが要求されるので、速度基準信号
とメガヮットもしくは出力信号とは、コントローラ３１
２の出力が、負荷を投入するための速度基準信号の立上
りを表すように平衡化される． タービン負荷、即ち発電機のメガヮット出力が増すと、
制御ループ３０５、３０６，　３０７及び３０８が、最
大臨界状態の何れかが越えられている場合に、低燃料需
要セレクタ３１６を介して燃料流量の制御を行うことが
できる．実際、このような事象は、発電機のメガワット
出力の増加に伴い排気温度が増加する際に生ずる．最大
排気温度制御部３０７は、究極的にタービン１０４に対
する燃料流量を最大許容温度に対応するように制御する
． 低い周囲温度においては、最大メガワット出力制御部３
０８は、最大温度制御部３０７が有効になる以前は、低
レベルを選択する． 低燃料需要セレクタ３１６から出力される燃料需要信号
は、二重燃料制御部３１７に印加され、この制御部にお
いて、燃料需要信号は、ガス起動用及び絞り弁に印加さ
れるガス燃料需要信号を発生するか或はオイル絞り弁及
び圧力バイパス弁に印加される液体燃料需要信号を発生
するか、或はガス及びオイル弁に共に印加されるガス及
び液体燃料需要信号の組み合わせを発生するように処理
される． 制御ループ構造３０２は一般に、ガスタービン装置を、
過度に高い負荷率、負荷過渡中の過度に高い速度変動、
過度に高い発電機用遮断器閉成速度、過負荷を招来し得
る過度に高い燃料流量、あらゆる定義された運転モード
中に燃料系統の燃焼停止を招来し得る過度に低い燃料流
量並びにタービンの過剰吸込／排気及び羽根の適温を含
む因子に対われている制御ルーブ３０２は、システムの
安定性及び過渡応答並びに調節能カに関するＨＥＭ八刊
行物“ガスタービン調速機（Ｇａｓ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　
Ｇｏｖｅｒｎｏｒｓ）″ＳＭ３２−１９８０に記載され
ている全ての要件を満たすものである． 次に、第１１図にブロック図で詳細に示してある制御系
３００に関して考察する．この制御系は、中央処理装置
もしくは中央プロセッサ３０４と、関連の入／出力イン
ターフェース装置とを含む汎用コンピュータシステムを
具備する． 更に詳細に述べると、コンピュータ３０４のためのイン
ターフェース装置は、種々のプラント及び設備状態のス
テイタスを表す接触その他類似の信号を走査する接触器
閉成人力装置３０６を備えている．状！ｌｉｙｉｔ＃点
もしくは接触器は、典型的には、種々の発電プラントの
デバイスと関連する所定状態を検知することが可能であ
る村勢回路（図示せず〉により作動される水銀湿潤型リ
レースイッチ（図示せず）の接点とすることができる．
スティタスーゲンプログラム、保護及び警報系の機能並
びにプログラミングされている監視及び記録におけるイ
ンターロック論理機能において使用される．また、コン
ピュータ３０４に対しては、慣用のアナログ入力装Ｗ３
２８の形態で入力インターフェースが設けられている．
該アナログ入力装置３２８は、各アナログチャンネル入
力毎に所定レートでガスタービン発電プラント１００か
らアナログ信号をサンプリングして、該信号サンプルを
コンピュータで処理するためにディジタル値に変換する
．更に、慣用のプリンタ３３０が設けられており、この
プリンタ３３０は例えば、参照数字３３２で示すように
、記録のための印字出力等の目的に使用される．コンピ
ュータ３０４には、慣用の接点閉成出力装置３０６の形
態で出力インターフェースが設けられる．アナログ出力
は、プログラム制御下で、接点閉戒出力装Ｗ３０６を介
して送出される。

第１図と関連して先に考察した発電プラントの蓄電池３
０５も第１１図に示してある．と言うのは、この蓄電池
３０５は、発電プラント１００において、コンビュータ
システム、制御系及び他の要素を動作するために必要と
される電源電圧を供給するからである．蓄電池の充電は
適当な充電装置３２０によって行われる． 接点閉戒入力装置３２６には、各種タービン、保護リレ
ー（継電器）、開閉装置、圧力スイッチ／計器キャビネ
ット及び始動期間接点から接続がなされている．更に、
電動機制御盤１３４に設けられているようなユーザが選
択した或る種の接点３２７Ｄ及び種々の接点もしくは接
触器３２７Ｃが接点閉成人力装置３２６に接続されてい
る． アナログ／ディジタル（＾／Ｄ）入力装置３２８には、
種々のプラントプロセスセンサ或は検出器からの出力が
印加される。尚、これ等のセンサもしくは検出器の多く
のものについては既に簡単に説明した。ガスタービン１
０４と関連して設けられているセンサにより種々のアナ
ログ信号が発生されて、コンピュータシステム３３４に
入力され、そこでこれ等のアナログ信号は種々の目的の
ために処理される．タービンセンサ３２９＾−Ｋは、多
数の翼流路熱電対、ディスクキャビイテイー熱電対、排
気マニホルド熱電対、軸受熱電対、圧縮機入口及び出口
側熱電対、その他ブロックで示した種々のセンサ、例え
ばオイル容器熱電対、軸受オイル熟電対及び主燃料入口
熱電対を含む． 燃焼器筒圧カセンサ並びに主速度センサ３１４及び支援
速度センサ３１５の出力信号もアナログ入力装置３２８
に供給される．タービン支持金属熱電対も上記種々のセ
ンサブロック３２９Ｋに含まれている．発電機１０２及
びプラント開閉装置と関連するセンサ３２９Ｌ−Ｒもコ
ンピュータ３３４に接続されている。

発電機温度センサは、固定子抵抗温度検出器、入口空気
熱電対、出口空気熱電対及び軸受ドレン熱電対を含む．
発電機１０２及びガスタービン１０４と関連して設けら
れている振動センサ１６２は，回転設備の振動を監視す
るオペレータ用コンソール１２０を介してアナログ入力
装置３２８に接続されている．第１１図に示してあるよ
うに、保護リレーキャビネット内に配設されている付加
的なセンサは、種々の母線、線路、発電機及び励磁機の
電気的状態を表す信号を発生する． 接点閉或出力によって作動される他の装置には、発電機
界磁遮断器１３９、発電機用遮断器１３６及び断流器１
３８がある。モータで作動される発ｔＩｌ用励磁機界磁
加減抵抗器１７１及び１７７並びに電動機制御センター
１３４及び圧力スイッチ／計器キャビネット１３２内の
種々の装置も、接点閉戒出力に応答して機能する。プリ
ンタ３３０は、中央処理装置３３４の特別な入／出力チ
ャンネルにおいて直接的に作動される． ベース負荷に達するまで発電機用遮断器１３６の閉戒点
で負荷を制御するための装置は、第１３図に更に詳細に
示してある．既に述べたように、この負荷制御装置は、
中央処理装置３３４に内蔵されているプログラムとして
実現するのが有利である．この負荷制御装置は、最小発
電機負荷を設定し、そして発電機用遮断器１３６が閉戒
される時の速度基準とタービン速度との間の誤差に対す
る敏感性を最小限度にする機能を果たす．一般に、発電
機用遮断器が閉成されると、本発明の実施例による装置
は、最小発電機負荷を設定するように燃料の流量を増加
する． 発電機用道断器の閉成とベース負荷の達成との間におけ
る通常の動作中は、発ｔｔｌａ負荷は本発明に従い、用
いられる速度基準によって制御される発電機用遮断器が
閉成されると、第１３図の負荷制御装置が付勢されて、
ベース負荷に達するまで実効的にドループ（ｄｒｏｏｐ
）ＥＰＩ速機制御を行う．ベース負荷に達すると、典型
的には、最大出口温度制御部３０７が燃料流量を制御す
る． ここで、ドル−１調速比とは発１Ｃ８！負荷に１００パ
ーセントの変化をもたらすタービン速度のバーセント変
化率である．ドルーブ調速比が４％に特定されているタ
ービンについて考察すると、このことは、速度基準にお
ける４％の変化が発電機負荷に１００％の変化をもたら
すこを意味する．ドルーブ（垂下）制御曲線が、発ｔｆ
ｉ負荷信号（メガワット）をデルタ速度信号に変換する
のに用いられる．説明の便宜上、ドルーブ制御曲線は、
０．ＯＯメガワットで−６　８ＰＭ、１５０メガワット
で１４４ＲＰＨの座標を有する直線であるとする．ドル
ープ制御曲線は、既知であり、使用される特定のタービ
ンに依存して変動し得る． 本発明においては、ドルーブ調速機制御を行う燃料流量
信号の発生は，ドループ制御曲線に関してデルタ速度値
を求めて、該デルタ速度値を速度基準から減算し、それ
により負荷調節された速度基準を発生することにより実
現される．例えば、発電機用遮断器１３６が閉成される
と、発電機負荷は零となり、ドループ比は−６　ＲＰＭ
である．この値を速度基準から減算すると、その結果が
、速度基準を６ＲＰＮだけ越える制御設定点となる．そ
れにより、６８ＰＭ制御信号が発生されて，燃料流量が
増加される．しかし、速度基準信号も誤差について補償
しなければならない． 発ｔｉ用遮断器１３６が閉成されると、速度基準と実際
のタービン速度との間には、通常、誤差が生ずる．この
誤差は、速度基準から実際のタービン速度を減算し、該
誤差を負荷調節された速度基準に加算することによって
考慮もしくは補償される．速度基準と実際のタービン速
度との間の差の決定は任意適当な仕方で行うことができ
る．誤差信号に関して補償を行った後に、得られた制御
信号は低レベルセレクタ３１６に印加される．発電機用
遮断器１３６は閉成されているので、タービン速度は、
グリッド周波数（ｇｒｉｄ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）から
変動し得ない．従って、燃料流量が増加すると発電機負
荷が増加する．第１３図の制御回路を用いた場合、該制
御回路の出力が減少するに伴い発電機負荷は増加し続け
る．燃料流量制御信号は、最小発電機負荷、即ち、６メ
ガワットで零に減少する． 前に述べたように、低レベルセレクタ３１６に供給され
る燃料流量制御信号は、ＰＩＤ（比例積分微分〉コント
ローラ４２０によって発生される．このＰＩＤコントロ
ーラ４２０の出力は、実際のタービン速度信号と、ドル
ープ及び速度誤差に関して調節された速度基準信号を表
す限界信号との間の差を表す．第１１図に示してある速
度センサ３１４によって発生されるタービン速度信号は
、コントローラ４２０の負もしくは帰還（フィードバッ
ク）入力端に直接供給される。限界信号は、コントロー
ラ４２０の正の入力端に供給される． 限界信号は、速度基準信号を゛差動ブロック４２２及び
差動ブロック４２４の正の入力端に供給することによっ
て発生される．ここで、速度基準信号は、公知の技術に
より中央処理装１３３４により発生されることを想起さ
れたい．差動ブロック４２２の負の入力はＴ形ブロック
４２６により供給される．当業者には明らかなように、
いわゆるＴ形ブロックは、３つの入力と２つの出力を有
する機能スイッチデバイスである．Ｔ形ブロックに対す
る入力の１つ、即ち制御入力は、論理“Ｈ”又は論理“
Ｌ”レベルのいずれかを有するディジタル形の信号であ
る．制御入力が論理“Ｈ”である時には、Ｔ形ブロック
に対する非制御入力の内の１つが出力に発生される．制
御入力が論理“Ｌ”レベルである時には、Ｔ形ブロック
の出力端には他の非ｌＭ＃入力が現れる． Ｔ形ブロック４２６と関連して、制御入力は、接点閉成
出力装置３１６が発電機用遮断器閉成指令を発生する時
に該装置３１６によって発生される．この時点において
は、Ｔ形ブロック４２６に対する制御入力は論理”Ｈ”
レベルになる．他の全ての時点においては、Ｔ形ブロッ
ク４２６に対する入力は論理”　Ｌ　”レベルである．
Ｔ形ブロック４２６に供給される１つの入力は、既述の
デルタ速度基準信号を発生する基準ブロック４２８によ
って発生される．ここで、デルタ速度信号は、ドループ
制御曲線の関数であることを想起されたい．この入力は
、制御信号が論理“Ｈ”レベルである時、即ち発電機用
遮断器が閉戒されている時にＴ形ブロック４２６の出力
端に現れる。Ｔ形ブロック４２６の他の入力は、定数の
基準信号である．この定数基準信号は、発電機用遮断器
が開である時にタービン速度が速度基準値に追従するよ
うに零の値を取る．このような情況においては、コント
ローラ４２０の出力は、速度基準と実際のタービン速度
との間の差を反映している． 差動ブロック４２２の出力は、差動ブロック４３２の正
の入力端に供給される．該差動ブロック４２２の出力は
、負荷に対して調節された速度基準を表す信号である．
差動ブロック４３２に対する負の入力は、一次的には、
Ｔ形ブロック４３４の出力である．差動ブロック４３２
の入力側とＴ形ブロック４３４の出力開との間に介在す
るＴ形ブロック４３６は、約１サイクルの間、Ｔ形ブロ
ック４３４の出力を保持する謂わゆる“トラップ”回路
として構成されている．上記の１サイクル中、遅延回路
４４２は、Ｔ形ブロック４３６の制御入力を論理“Ｌ”
レベルに維持し、従って、上記Ｔ形ブロック４３６の出
力は、Ｔ形ブロック４３４の出力となり、一方、該Ｔ形
ブロック４３４の出力は差動ブロック４２４の出力であ
る．サイクルの終了の直前に、遅延ブロック４４２は、
Ｔ形ブロック４３６の制御入力を論理“Ｈ”レベルにす
る．この時点で、Ｔ形ブロック４３６の出力はその入力
となる．即ち、該Ｔ形ブロック４３６人力は、トラップ
もしくは捕捉されることになる．上記ｌサイクル中、Ｔ
形ブロック４３６の出力は実効的に差動ブロック４２４
の出力であるので、Ｔ形ブロック４３６は、Ｔ形ブロッ
ク４３６の制御入力が論理”Ｌ”レベルとなるまでその
値を差動ブロック４３２の入力に供給し続ける。Ｔ形ブ
ロック４３６の制御入力が論理”　Ｌ　”となるのは、
発電機用遮断器１３６が開かれる時である。言い換える
ならば、一旦時間遅延ブロック４４２によりＴ形ブロッ
ク４３６に対する制御入力が論理“Ｈ”レベルになると
、差動ブロック４３２に対する負の入力は、実質的に、
発電機用遮断器１３６が閉或される時点における速度基
準値と実際のタービン速度との間の差となる． Ｔ形ブロック４３４に対する制御信号は、いわゆるワン
ショット回路もしくはブロック４３８によって発生され
る。このワンショット回路４３８は、公知の単安定マル
チバイブレータ（均等物を含む）或はそのソフトウエア
のいずれから楕戒することも可能であることは理解され
るであろう．発電機用遮断器信号が論理“Ｌ”と論理”
Ｈ”レベルとの間で遷移すると、ワンショット回路４３
８は、所定期間、論理”Ｈ”信号（論理高レベル信号）
を発生する．このような論理“Ｈ”信号は、Ｔ形ブロッ
ク４３４の制御入力として用いられる．Ｔ形ブロック４
３４の制御入力が論理“Ｌ”信号（論埋低レベル信号〉
である時には、基準ブロック４４０の出力がＴ形ブロッ
ク４３４の出力となる。発電機用遮断器が開かれると、
基準ブロック４４０の出力は零となり、従ってタービン
速度は速度基準の値に追従することになる．Ｔ形ブロッ
ク４３４に対する制御入力が論理“Ｈ”レベルである時
には、差動ブロック４２４の出力がＴ形ブロック４３４
の出力となる．差動ブロック４２４は、速度基準信号と
実際のタービン速度との間の差を表す出力信号を発生す
る． 発電機用遮断器の閉或以前の動作では、ワンショット回
路４３８及びＴ形ブロック４２６の制御入力端に供給さ
れる信号は、論理”Ｌ”レベルである．一方、差動ブロ
ック４３２に対する負の入カは、零に等しい基準ブロッ
ク４４０の出カである．差動ブロック４４２の負の入力
端に供給される信号も零であるので、速度基準信号には
変化は生じない。従って、差動ブロック４３２の出力も
速度基準信号を表すことになる． 発電機用遮断器１３６が閉成されると、Ｔブロック４２
６の制御入力は、論理“Ｈ”レベルとなる．その結果、
差動ブロック４２２の負の入力端に供給される信号は、
発電機負荷（メガワットで表されるに等価のデルタ速度
として表されるドループＩｉＩＪａｔ曲線となる．この
関数は、零メガワットで、即ち発電機用遮断器１３６の
閉成時点では、−６８ＰＨの値を有するので、差動ブロ
ック４２２の出力端に現れる信号は、速度基準値と関数
ブロック４２８の出力との間の代数差、即ち速度基準−
（−６）となる．言い換えるならば、差動ブロック４２
２の出力は、速度基準に最小負荷に等価のＲＰｌ４を加
えたものに等しい． また、発ｔ機用遮断器１３６が閉戒されると、ワンショ
ット回路４３８の出力は、所定の期間、論理“Ｈ”レベ
ルとなり、Ｔ形ブロック４３４及び４３８と相俟って、
差動ブロック４２４の出力を、実質的に遮断器の閉或時
に、Ｔ形ブロック４３６の出力として“捕捉もしくはト
ラップ”せしめる．ワンショット回路４３８及び時間遅
延回路４４２のためのタイミング値は、システム安定化
が行われるように選択される．この安定化は、周知のよ
うに、タービン速度の制御を現時点で行っているグリッ
ド周波数から生ずる．実際のタイミング値は、タービン
制御システムで使用するべく選択された特定の設備もし
くは装置に依存して変動する．Ｔ形ブロック４３６の出
力に“捕捉された”値は、発電機用遮断器が閉成した直
後における速度基準と実際のタービン速度との間の差で
ある． 最終的に得られる効果として、ＰＩＤコントローラ４２
０に対する正の入力が、発電機用遮断器を閉戒した直後
、実際のタービン速度を上回る最小負荷に等価なＲＰＨ
（毎分回転数）である値に代数的に変更された速度基準
値となる．その結果、ＰＩＤコントローラ入力に生ずる
正の誤差は、ＰＩＤコントローラ出力を更に負にし、そ
れにより低レベルが選択されて燃刺流量は増加する．発
電機用遮断器の閉戒で燃料流量が増加するに伴い、ター
ビン速度は一定に留とまるが発電機負荷は増加する．関
数発生器４２８の出力は、発電機負荷に直接関連がある
ので、この出力は、負荷の増加に伴い零に向かいＰＩＤ
コントローラ４２０を平衡化する．この関数の零点もし
くはＸ軸は最小負荷点を表す．好適な実施例においては
、デルタ速度が零ＲＰＭである場合、最小負荷は６メガ
ワットである． 最小負荷が設定されると、負荷制御は、速度基準値を変
えることにより達成される．速度基準値を増すと、初期
においては、ＰＩＤコントローラ４２０の入力に正の誤
差が現れる．この誤差は、コントローラ４２０の出力を
増加せしめ、それにより燃料流量を増加する．燃料流量
のこの増加は発電機負荷の増加をもたらす．発電機負荷
の増加は、関数発生器４２８の出力を増加させ、それに
より、発電機負荷が増加しても、コントローラ４２０に
対する入力を平衡化する、即ち無効にする． 下記の例について考察されたい． 例１一発電機用遮断器閉戒前 Ｔ形ブロック４２６の出力＝零 差動ブロック４２２の出力＝速度基準 Ｔ形ブロック４３６の出力＝零 差動ブロック４３２の出力一速度基準 速度基準が実際のタービン速度に等しい場合には、コン
トローラ４２０の出力は零となる点に注意されたい． 例２一発電機用遮断器の閉成時：速度基準＝３５９８で
実際タービン速度＝　３６０１ Ｔ形ブロック４２６の出力＝−ｅ　ＲＰＭ差動ブロック
４２２の出力．［３５９８−（−８）］・３６０４Ｔ形
ブロック４３６の出力＝３５９８−３６０１・−３差動
ブロック４３２の出力・３６０４−（−３）・３６０７
コントローラ４２０の出力＝３６０７−３６０１・６発
電機用遮断器の閉成時には、コントローラ４２０はドル
ープ制御に等しい低レベル選択信号を発生する点に注意
されたい． 例３−６８Ｍに等しい発電機負荷においてＴ形ブロック
４２６の出力・Ｏ　ＲＰＭ差動ブロック４２２の出力＝
３５９８ Ｔ形ブロック４３６の出力・３５９８−３８０１＝−３
差動ブロック４３２の出力＝３５９８−　（−３）＝３
６０１コントローラ４２０の出力＝３６０１−３６０１
・０６８Ｈに等しい発電機負荷においては、コントロー
ラ４２０の出力は零である点に注意されたい６ 本発明の制御によれば、また、最小負荷からペース負荷
状態に至るまで燃料流量が制御されることを想起された
い．この期間中の制御は、一次的に、中央処理装置で発
生される速度基準値を変えることにより達戒される．下
記の例を考察されたい 例４一最小負荷においては、速度基準は３６２０に増加
される． Ｔ形ブロック４２６の出力＝Ｏ　ＲＰＭ差動ブロック４
２２の出力＝３６２０ Ｔ形ブロック４３６の出力・−３ 差動ブロック４３２の出力＝３６２０−　（−３）＝３
６２３コントローラ４２０の出力・３６２３−３６０１
・２２　ＲＰＭ速度基準が増加する時点においてはター
ビンは最小負荷にあるのでＴ形ブロック４２６出力は零
に留どまり、しかもＴ形ブロック４３６の出力は−３に
捕捉される点に注意されたい． コントローラの出力は、２２ＲＰＮの速度変化を生ぜし
ぬるために燃料流量を増加する．しがし、タービン速度
は変化しないので、即ち、遮断器閉或時におけるタービ
ン速度はグリッド周波数によって制御されているので負
荷は増加する．例５一負荷が２８Ｈに達し、速度基準は
例４の値と同じ値に留とまる． Ｔ形ブロック４２６の出力＝２２　ＲＰＭ　（ドループ
曲線の値） 差動ブロック４２２の出力・３８２０−２２二３５９８
Ｔ形ブロック４３６の出力・３５９８−３６０１・−３
差動ブロック４３２の出力＝３５９８−　（−３）・３
６０１コントローラ４２０の出力＝３６０１−３６０１
＝０例４において速度基準を変えることにより、燃料流
量が増加し、その結果、負荷が増加する．負荷が２８Ｍ
ｌｌＩに達っすると、燃料流量の変化は、零に減少する
．速度基準を反復的に変えることにより、本発明は、発
電機用遮断器閉戒とベース負荷との間で負荷に対し燃料
流量を制御するのに利用することができる． 以上、本発明を特定の実施例と関連して説明し図示した
が、当業者には、ここに開示した本発明の原理から逸脱
することなく変更及び変形が可能であることが認識され
るであろう．

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の原理に従って運転されるように配列
されたガスタービン発電プラントの平面項面図、第２図
及び第３図は、第１図のガスタービン発電プラントの運
転において使用することができる電気系統図、第４図は
、第１図のガスタービン発電プラントで用いられる回転
整流型励磁機及び発電機の簡略図、第５図は、第ｌ図の
発電プラントで用いられる産業用ガスタービンの正面一
部断面図、第６図〜第８図は、第５図のガスタービンで
用いられる燃料ノズル及びその部品を示す図、第９図及
び第１０図は、第５図のガスタービンと共に用いられる
ガス燃料及び液体燃料供給系統の概略図、第１１図は、
第１図のガスタービン発電プラントを運転するのに用い
られるディジタルコンビュータ制御システムのブロック
図、第１２図は、第１１図のコンピュータ制御システム
の動作において用いることができる制御ループの簡略図
、第１３図は、本発明の最大瞬時負荷投入限界もしくは
制限信号を発生するための制御ループの簡略図である． １００・・・発電プラント １０２・・・発電機 １０４・・・燃焼（ガス）タービン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）速度基準信号が与えられ且つ実際の速度信号が与え
   られて、燃焼タービンの燃料流量を制御する方法であっ
   て、 制御信号に応答して前記燃焼タービンにおける燃料流量
   を調整し、 前記実際の速度信号と前記速度基準信号との間の差を表
   す制御信号を発生し、該制御信号を燃料流量調節手段に
   供給し、 前記制御信号の発生前にドループを考慮するために前記
   速度基準信号を変更し、 前記制御信号の発生前に速度誤差を考慮するために前記
   速度基準信号を変更する、 諸ステップを含む燃焼タービンの燃料流量制御方法。 ２）速度基準信号が与えられ且つ実際の速度信号が与え
   られて、燃焼タービンにおける燃料流量を制御するため
   の装置であって、 制御信号に応答し前記燃焼タービンにおける燃料の流量
   を調整するための燃料流量調節手段と、前記実際の速度
   信号と前記速度基準信号との間における差を表す制御信
   号を発生して該制御信号を前記燃料流量調節手段に供給
   するコントローラ手段と、 前記制御信号を発生する前にドループを考慮するために
   前記速度基準信号を変更するための第１の調節手段と、 前記制御信号を発生する前に速度誤差を考慮するために
   前記速度基準信号を変更するための第２の調節手段と、 を含む燃焼タービンの燃料流量制御装置。 ３）発電プラントにおいて、 軸を有する燃焼タービンであって、該燃焼タービンにお
   ける燃料の燃焼に応答して前記軸を回転するように動作
   すると共に、制御信号に応答して前記燃料の流量を調整
   するための燃料流量調節手段を有する前記燃焼タービン
   と、 前記軸が回転する時に電力を発生するように前記軸に連
   結された発電機と、 速度基準信号及び実際速度信号を発生するための第１の
   基準手段と、 前記実際速度信号と前記速度基準信号との間の差を表す
   制御信号を発生して該制御信号を前記燃料流量調節手段
   に与えるコントローラ手段と、前記制御信号を発生する
   前に、ドループを考慮するために前記速度基準信号を変
   更するための第１の調節手段と、 前記制御信号を発生する前に、速度誤差を考慮するため
   に前記速度基準信号を変更するための第２の調節手段と
   、 を含む発電プラント。