JPH04232311A - 複合サイクル・タ―ビンの超過速度を予想及び制限する方法と装置 - Google Patents

複合サイクル・タ―ビンの超過速度を予想及び制限する方法と装置

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JPH04232311A
JPH04232311A JP3166164A JP16616491A JPH04232311A JP H04232311 A JPH04232311 A JP H04232311A JP 3166164 A JP3166164 A JP 3166164A JP 16616491 A JP16616491 A JP 16616491A JP H04232311 A JPH04232311 A JP H04232311A
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turbine
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power
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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】
【０００１】
【発明の背景】この発明は全般的に１本の軸上にガスタ
―ビン及び蒸気タ―ビンを持つ形式の複合サイクル・タ
―ビンの超過速度を予想及び制御する改良された装置と
方法に関する。更に具体的に云えば、この発明は、電気
負荷が消滅した場合の超過速度に対する防禦を含めて、
電気負荷格子網に同期した発電機を駆動する複合サイク
ル・タ―ビンで、過渡的な負荷状態の間の超過速度を制
限する改良された装置と方法に関する。この様な複合サ
イクル・タ―ビン、及び統一制御装置を用いてそれを起
動すると共に同期させる方法が、１９８９年１１月６日
に出願され、出願人に譲渡された係属中の米国特許出願
番号第４３１，８９２号に記載されている。
【０００２】ある大形複合サイクル発電所では、蒸気タ
―ビン及びガスタ―ビンが１本の軸にしっかりと結合さ
れて、１台の発電機を駆動する。回転する機械に対する
主なエネルギ入力源は、ガスタ―ビンの燃焼器で燃焼さ
せる燃料である。これは直ちにガスタ―ビンから送り出
される動力となって現れる。ガスタ―ビンからの排熱が
蒸気を発生する。この蒸気は、復熱蒸気発生器（ＨＲＳ
Ｇ）で発生されるものであるが、回転軸列に対する２次
的な動力入力源として、蒸気タ―ビンで利用される。ガ
スタ―ビンの排ガスからの熱が、タ―ビン制御弁で利用
し得る蒸気の形で動力入力源となって現れるまでには、
ある時間的な遅れがあるが、回転機械を正しく制御して
保護する為には、２つのエネルギ源の制御を統制しなけ
ればならない。
【０００３】電気格子網と同期した時、機械の速度は格
子網の周波数によって決定される。発電機を駆動する為
の燃料から発生される合計の機械的な動力の内、約２／
３がガスタ―ビンによって発生され、１／３が、ガスタ
―ビンの排気から回収した熱エネルギから蒸気タ―ビン
によって発生される。大抵の場合、ガスタ―ビンの排気
の熱によって発生される全部の蒸気が、蒸気タ―ビンの
中で膨張させられる。他の場合、若干の蒸気がプロセス
用に動力サイクルから抽出される。ガスタ―ビンの排気
によって発生される全部の蒸気を蒸気タ―ビンの中で膨
張させ、装置が同期している時、電気出力の定常状態の
制御は、もっぱらガスタ―ビンの燃料流量を制御するこ
とによって行なわれ、蒸気制御弁（１つ又は複数）は一
杯に開いた位置に保たれる。これに反して、同期してい
ない時、速度を制御する為に、ガスタ―ビンに対する燃
料流量、蒸気タ―ビンに対する蒸気流量又はその両方を
制御しなければならず、両者の間には必ずしも直接的な
関係がない。
【０００４】ガスタ―ビン及び蒸気タ―ビンは、制御装
置で発生される誤差信号に応答して、夫々燃料流量及び
蒸気流量を増減することによって速度（又は負荷）を制
御する。誤差信号は、運転状態の基準（所望の値）と運
転状態の実際に測定された値との間の差である。ガスタ
―ビン制御装置はこの様な誤差信号を幾つか利用して、
幾つかの燃料指令信号を発生し、それらが「最小値ゲ―
ト」に印加される。始動燃料スケジュ―ルによって発生
される最も小さい燃料指令信号が、温度又はその他の制
約によって一層小さい燃料指令信号がなければ、最小値
ゲ―トによって選択される。速度が調速機の設定点に近
付くと、速度誤差は最も小さい燃料指令信号を必要とし
、それが左右する信号になる。温度、速度及び加速度の
様な運転条件に従って、ガスタ―ビンを同時に制御する
多数の閉ル―プの拘束条件つきの開放ル―プ形プログラ
ム式始動制御を行なう統一ガスタ―ビン制御装置が、１
９７０年７月１４日にダニエル・ジョンソン及びア―ン
・ロフトに付与された米国特許第３，５２０，１３３号
に記載されている。一旦装置が定格速度になって同期し
た時、調速機の負荷設定点の設定値に従って、燃料流量
を制御することによって、負荷が制御される。
【０００５】蒸気タ―ビンは蒸気が制御弁を介して取込
まれるや否や自己起動するが、回転子及び殻体内の温度
の均一化が出来る様にする必要がある為、蒸気タ―ビン
を起動して負荷を加える起動プログラムが開発されてい
る。「最小値ゲ―ト」を使うことによって加速度及び速
度の制御を組合せることが、１９６７年９月１２日にピ
―タ―ネルに付与された米国特許第３，３４０，８８３
号に記載されている。一旦蒸気タ―ビンが同期すると、
１９６３年７月１６日にＭ．Ａ．エッケンベルガ他に付
与された米国特許第３，０９７，４８８号に記載されて
いる様に、負荷設定点の設定値に従って制御弁を通る蒸
気流量を調節することによって、負荷が制御される。
【０００６】単軸複合サイクル発電所に対する統一制御
装置が提案されており、復熱蒸気発生器で燃料を補助的
に点火して、ガスタ―ビンと蒸気タ―ビンの間のプログ
ラム通りの負荷の分割を強制的に行なおうとする装置が
、１９７０年４月１４日にＦ．Ａ．アンダ―ウッドに付
与された米国特許第３，５０５，８１１号に記載されて
いる。然し、蒸気弁が一杯に開いた位置にとゞまる様に
装置を設計することによって、熱力学的な性能を改善す
ることが出来る。こうすることにより、蒸気タービンは
、蒸気弁の調節を必要とする様な小さな又は速度の遅い
変動に応答せずに、負荷範囲全体にわたり蒸気発生器の
合計の発生容量を受入れる。
【０００７】ガスタ―ビンの負荷が増加するにつれて、
排ガスと共により多くの熱エネルギがＨＲＳＧへ流れ、
そこで蒸気タ―ビンに対する蒸気流量を増加する。これ
が蒸気圧力を上昇させ、その為蒸気タ―ビンは何等制御
作用を伴わずにこの流れを吸収する。同様に、ガスタ―
ビンの負荷が減少すると、蒸気タ―ビンに対する蒸気流
量が減少する。従って、蒸気タ―ビンはガスタ―ビンの
負荷変化にある時間的な遅れを伴って追従する。その為
、負荷状態がゆっくりと変化する状態での単軸の複合サ
イクル発電所の通常の制御は、負荷の変化に伴って燃料
流量を増減することによって行なう。
【０００８】これによって定常状態又は変化がゆっくり
している負荷変化のもとでは、最適の熱力学的な性能が
得られるが、定常状態又は準定常状態の運転で擾乱が起
こることがある。定格速度より上では燃料流量及び蒸気
流量の両方の比例制御を行なうことが望ましい。定格速
度より高い軸速度の徐々の上昇により、ガスタ―ビンの
速度制御が燃料流量を減らし、従って速度上昇と共に比
例的に軸に対する動力を減少するが、過渡的な負荷変化
の間は、これが適切でないことがある。軸速度が予め設
定した値より低い限り、ＨＲＳＧからの蒸気流量が減少
するにつれて、蒸気タ―ビンだけが出力を減らすことに
よって応答するが、この予め設定した値より複合軸速度
が上昇した場合、速度上昇に比例する形で、蒸気弁が閉
じる様な装置を提供することが望ましい。こうすれば、
蒸気流量が最小の流量レベルに減少し、従って過大な超
過速度の原因を作るものとしての蒸気流量を締切る。
【０００９】一杯の電気負荷が突然に消滅した場合の様
な更に厳しい過渡的な状態では、燃料流量及び蒸気流量
の両方の上に述べた比例動作は、装置の速度上昇を、超
過速度の引外しを作動させない値、典型的には定格速度
の１１０％に制限する程、敏速に起らないことがある。 今日の化石燃料を燃やす蒸気タ―ビンは、動力−負荷不
平衡装置を使って、超過速度を超過速度引外しの設定値
より低い値に制御している。これによって、装置は負荷
を拒絶することになるが、同期速度又はそれに近い速度
で速度制御のもとに運転した状態にとゞまる。従って、
装置は、希望によっては、発電所の補助負荷を引続いて
伝えると共に、系統と直ちに再同期する状態にもなり得
る。この様な動力−負荷不平衡装置が１９６５年８月３
日にＭ．Ａ．エッケンベルガ他に付与された米国特許第
３，１９８，９５４号及び１９７１年８月２４日にドゥ
メロ他に付与された米国特許第３，６０１，６１７号に
記載されている。
【００１０】蒸気タ―ビン発電機に於ける従来の動力−
負荷不平衡装置は１つの動力入力しか使わない。１本の
軸上に蒸気タ―ビン及びガスタ―ビンの両方を持つ複合
サイクルでは、超過速度の予想はずっと複雑で困難であ
る。
【００１１】従って、この発明の１つの目的は、過渡的
な負荷擾乱の間、単軸複合サイクル・タ―ビンの超過速
度を制御及び防止する改良された方法を提供することで
ある。
【００１２】この発明の別の目的は、複合サイクル・タ
―ビンの超過速度を予想及び防止する改良された動力−
負荷不平衡制御装置を提供することである。
【００１３】この発明の別の目的は、過渡的な負荷状態
の間、蒸気タ―ビン及びガスタ―ビンの間の比例制御を
含めて、単軸複合サイクル発電所での超過速度を予想及
び防止する改良された統一制御装置を提供することであ
る。
【００１４】
【発明の要約】簡単に云うと、燃料流量制御弁を持つガ
スタ―ビン及び少なくとも１つの蒸気制御弁を持つ蒸気
タ―ビンが共に１本の軸上に設けられていて、ガスタ―
ビンによって加熱される復熱蒸気発生器が蒸気タ―ビン
制御弁に蒸気を供給する様に接続され、統一制御装置を
持っていて負荷を駆動する形式の複合サイクル・タ―ビ
ンの超過速度を予想及び制御する改良された方法と装置
により、この発明が実施される。予め選ばれた軸速度よ
り低い所では、ガスタ―ビンの燃料指令信号だけが動力
を制御する。予め選ばれた軸速度より高い所では、蒸気
タ―ビンの速度信号が動力制御に参加する。電気負荷の
消滅と云う様な厳しい過渡的な負荷変化のもとでの超過
速度の予想が、動力−負荷不平衡によって行なわれる。 ガスタ―ビン動力及び蒸気タ―ビン動力応答信号が加算
され、ある比例倍率を加えた動力応答信号が負荷を予め
選ばれた量だけ越えた時、目立った超過速度が起る前に
、動力を減少する為の適切な措置が講じられる。
【００１５】この発明の要旨は特許請求の範囲に具体的
に且つ明確に記載してあるが、この発明の構成、作用及
びその他の目的並びに利点は、以下図面について述べる
所から最もよく理解されよう。
【００１６】
【好ましい実施例の説明】図面の図１について説明する
と、ガスタ―ビン２が蒸気タ―ビン４と縦続的に発電機
６の様な負荷に接続されている。ガスタ―ビン２からの
高温の排ガスが復熱蒸気発生器（ＨＲＳＧ）８を流れ、
これが蒸気タ―ビン４に蒸気を供給する。装置全体が統
一制御装置１０によって制御される。
【００１７】ガスタ―ビン２の要素はタ―ビン１２、空
気圧縮機１４、及び燃焼室１６であり、この燃焼室には
燃料止め弁１７及び燃料制御弁１８を介して燃料が供給
される。燃料圧力が燃料制御弁１８より手前の圧力セン
サ１９によって測定され、止め弁１７の変調により、速
度の関数として維持される。蒸気タ―ビン４は高圧（Ｈ
Ｐ）部分２０と低圧部分２２（中圧及び低圧組合せ部分
（ＩＰ−ＬＰ））で構成される。ＨＲＳＧ　　８からの
「１次」絞り蒸気が止め弁２４及び制御弁２６を通って
高圧蒸気タ―ビン部分２０の入口に入る。ＨＲＳＧ　　
８からの一層低い圧力レベルの「２次」蒸気の補助的な
流れが２次蒸気弁２８から取込まれ、タ―ビン部分２０
で膨張を終り、ＨＲＳＧ　　８の再熱部分３６に入る前
の蒸気と（２９の所で）一緒になる。蒸気が低圧部分２
２を通った後、それが復水器（ＣＯＮＤ）へ入る。これ
は示されていないが、普通のものである。復水が給水ポ
ンプ（図面に示してない）によってＨＲＳＧ　　８へ循
環させられる。
【００１８】復熱蒸気発生器８には高圧蒸気ドラム３０
及び低圧蒸気ドラム３２が付設されており、発電所毎に
その配置は変わっているが、蒸気発生用、過熱用、再熱
用及び給水加熱用の管のバンクを持っている。こゝに示
した構成は、高圧過熱部分３４、再熱部分３６、高圧蒸
気発生管３８、低圧過熱管４０及び低圧蒸気発生管４２
を持っている。
【００１９】制御装置１０は複合サイクル発電所の運転
状態を感知する手段を持っている。その中には、ガスタ
―ビン２、蒸気タ―ビン４及び発電機６を接続する１本
の回転軸４５に付設された歯車４６の速度に応答する速
度センサ４４がある。速度センサ４４は、速度信号を時
間に対して微分すればよいから、加速度感知装置として
も作用する。制御弁２６より手前の主蒸気圧力が蒸気圧
力センサ４７によって測定される。蒸気タ―ビンから供
給された動力入力を表わす測定が、ＩＰ−ＬＰタ―ビン
の入口に於ける再熱蒸気圧力を測定する別の蒸気圧力セ
ンサ４８を使って実施される。発電機の出力線の電流に
応答するセンサ５０を使って、発電機の負荷に応答する
測定が実施される。蒸気タ―ビンの金属温度が５２に示
す様な１つ又は更に多くのセンサによって測定される。 代表的な数のセンサしか図１に示してないが、実際には
ずっと多くが使われる。
【００２０】蒸気側路弁５４，５６と、補助の蒸気取入
弁６０を持つ補助の別個に点火される蒸気発生器５８と
が示されているが、実際には、ずっと多くの弁及び補助
装置が必要になることを承知されたい。補助の蒸気発生
器の代りに、取入弁６０に対する別の補助蒸気弁として
、別の複合サイクル・タ―ビンの復熱蒸気発生器を使う
ことが出来る。
【００２１】全ての蒸気取入弁２４，２６，２８，６０
は、統一制御装置１０からの信号に応答して、弁を位置
ぎめする為のアクチュエ―タを備えている。ガスタ―ビ
ン燃料弁１８が、燃料流量指令信号に応答して、ガスタ
―ビンに対する燃料流量を決定する。
【００２２】蒸気タ―ビンの各部分２０，２２の回転部
材が頑丈な（撓みのない）継手によってしっかりと結合
され、蒸気タ―ビン４が頑丈な継手によって発電機６に
しっかりと結合される。ガスタ―ビン２の回転部材が、
頑丈な継手によって蒸気タ―ビン４の回転部材にしっか
りと結合され、装置は「単軸」と呼ぶ縦続接続された全
ての軸に対する１個のスラスト軸受を備えている。この
為、回転部材が１本の軸４５に一緒に結合されており、
ガスタ―ビン及び蒸気タ―ビンが統一制御装置１０の制
御のもとに１個の装置として動作する。蒸気導管６２が
蒸気再熱部分３６の出口を低圧ＩＰ−ＬＰ蒸気タ―ビン
部分２２の入口と直結する。導管６２を流れる蒸気は、
高圧タ―ビン部分２０の出口からの膨張済み蒸気が点２
９で、低圧過熱管４０から補助蒸気弁２８を通る補助蒸
気と一緒になったものである。圧力レベルが１つのＨＲ
ＳＧを持つある発電所では、補助蒸気を発生したり、或
いは再熱器３６に入る蒸気に加えられることがない。こ
の発明は、何れも蒸気タ―ビンに取込まれる３種類の異
なる圧力で蒸気が発生される様な複合サイクル発電所に
も使える。
【００２３】図２には、図１の統一制御装置１０がブロ
ック図で示されている。この図で鎖線６３より上方にあ
る上側部分が、制御装置の内のガスタ―ビン部分を構成
し、その結果ガスタ―ビン燃料流量制御弁（図１の１８
）に対する燃料流量指令信号の形で出力信号６４を発生
する。ガスタ―ビンに対する燃料流量をこの信号によっ
て制御する手段は、この発明にとって重要ではない。
【００２４】図２で鎖線６３より下側にある部分は、制
御装置の蒸気タ―ビン部分を示しており、所望の弁位置
を表わす蒸気流量指令信号６６が蒸気弁に対して出され
る。開閉計画に従ってこの信号によって多数の蒸気弁が
制御されてもよく、こう云う弁の数はこの発明にとって
重要ではない。これが図１に示す高圧タ―ビンに通ずる
１個の制御弁２６によって表わされており、これを単に
「制御弁」と呼ぶ。
【００２５】実際の軸速度を表わす速度信号６８（図１
のセンサ４４）、主蒸気圧力信号７０（図１のセンサ４
７）、蒸気タ―ビンの殻体金属温度７２（図１のセンサ
５２）、及び動力−負荷不平衡入力信号７４（図４のラ
ッチ１６２から出る）の様な複合サイクル発電所の多数
の動作パラメ―タが制御装置に入力される。この他の予
め選ばれた又は可変の設定点又は基準信号が、装置起動
プログラム７６、装置負荷プログラム７８及び蒸気タ―
ビン起動プログラム８０と記したディジタル・コンピュ
―タのプログラムによって発生される。
【００２６】蒸気タ―ビン起動プログラム８０の１つの
出力が蒸気制御弁設定点発生器８２に供給され、これは
、蒸気制御弁を０％（閉）及び１００％（開）の間で可
変に位置ぎめする為の制御弁設定点信号８４を発生する
様に作用する。蒸気タ―ビン起動プログラム８０からの
２番目の出力が、所望の蒸気タ―ビン速度を表わす選択
可能な速度基準信号８６である。蒸気タ―ビン速度基準
８６を使って、タ―ビン起動サイクルに使われる種々の
中間速度に対して軸速度を制御することが出来る。
【００２７】同様に、装置負荷プログラム７８の１つの
出力が、ガスタ―ビン調速機設定点発生器８８に送られ
る。設定点発生器８８から出る１つの出力が、定格速度
の９５％と１０７％の間になる様に選ばれた所望の軸速
度を表わす速度基準信号９０である。
【００２８】装置起動プログラム７６からの出力が、蒸
気タ―ビン起動プログラムに供給される時間計画出力値
９２、ガスタ―ビンの始動に必要なある制限作用を行な
う様に設計された始動燃料計画信号９４、蒸気タ―ビン
加速度基準信号９６及びガスタ―ビン加速度基準信号９
８を含む。
【００２９】ガスタ―ビン燃料流量の幾つかの要求値が
、ガスタ―ビン加速度制御装置１００、ガスタ―ビン速
度制御装置１０２、ガスタ―ビン排気温度制御装置１０
４、及び１つのブロック１０６で代表したこの他の多数
のいろいろな制御装置によって選ばれる。この様な制御
作用をする装置からの出力は、ガスタ―ビン燃料流量の
大幅に変化する値を要求することがある。それらが、始
動燃料計画信号９４と共に、最小値ゲ―ト１０８に供給
される。最小値ゲ―トは、この様に印加された入力信号
の内、ガスタ―ビン燃料流量制御信号が最も小さくなる
様な１つだけを選ぶ。これは、ジョンソン及びロフトに
付与された前に引用した米国特許第３，５２０，１３３
号に記載されている通りである。最小値ゲ―トは、最も
小さいアナログ入力信号を選ぶ電子式アナログ装置であ
ってよい。逆に、幾つかの制御ブロック７６，１００，
１０２，１０４，１０６のディジタル出力を表わすディ
ジタル値を連続的に検査して、周知のアルゴリズムによ
って最も小さいディジタル数を選択するコンピュ―タ・
プログラムのサブル―チンであってもよい。
【００３０】燃料流量が最小値より下がると、ガスタ―
ビンに於ける燃焼を維持することが出来ないから、設定
可能な最小燃料流量制御装置１１０が、ガスタ―ビンの
最小値ゲ―ト１０８からの入力と共に、ガスタ―ビン最
大値ゲ―ト装置（又はアルゴリズム）１１２に出力を供
給する。ガスタ―ビン最大値ゲ―ト１１２からの出力が
燃料指令信号６４である。
【００３１】次に制御装置の蒸気タ―ビン部分について
説明すると、蒸気タ―ビン加速度制御装置１１４、蒸気
タ―ビン速度制御装置１１６及び蒸気タ―ビン制御弁設
定点発生器８２が、何れも所望の制御弁位置を表わす別
々の入力信号を蒸気タ―ビン最小値ゲ―ト１１８に供給
する。最小値ゲ―ト１１８が、こうして印加された入力
信号の内、蒸気制御弁の開きが最も小さい位置になる様
な１つだけを選択する。ガスタ―ビン最小燃料制御装置
と同様に、蒸気タ―ビン制御装置は、制御弁に最小の蒸
気流量が得られる様に保証する蒸気タ―ビン最小流量制
御装置１２０を含む。最小蒸気流量は、ガスタ―ビン燃
料制御装置によって定格速度で運転されている時、並び
に補助蒸気からＨＲＳＧからの蒸気への切換えの間、蒸
気タ―ビンを冷却するのに役立つ。
【００３２】蒸気タ―ビン最小値ゲ―ト１１８及び最小
流量制御装置１２０からの信号が蒸気タ―ビン最大値ゲ
―ト１２２に印加される。最大値ゲ―ト１２２からの出
力６６が蒸気制御弁の位置を設定する。
【００３３】次にガスタ―ビン及び蒸気タ―ビンの速度
及び加速度の制御の詳細及びその相互関係を説明する。 ガスタ―ビン２及び蒸気タ―ビン４が１本の軸上にある
から、実際の速度信号と云う言葉は、ガスタ―ビン又は
蒸気タ―ビンの何れもの実際の速度を表わす量である。 然し、それらの設定点又は基準信号は別々に選択的に可
変である。
【００３４】ガスタ―ビン速度制御装置１０２からの１
つの要請燃料信号が、加算装置１２４で、ガスタ―ビン
速度基準信号９０を実際のタ―ビン速度信号６８と加算
して速度誤差信号を求めることによって得られる。ガス
タ―ビン加速度制御装置１００から要請される別の燃料
信号が、ガスタ―ビン加速度基準信号９８を速度信号６
８の時間に対する微分又は変化率と比較して、加速度誤
差信号を作ることによって得られる。
【００３５】同様に、蒸気タ―ビン速度制御装置１１６
から要請される１つの蒸気弁位置信号が、加算装置１２
６で実際のタ―ビン速度６８を蒸気タ―ビン速度基準８
６と加算して、速度誤差信号を作ることによって得られ
る。要請される別の蒸気弁位置が、蒸気タ―ビン加速度
制御装置１１４で、加速度基準信号９６をタ―ビン速度
６８の時間に対する微分又は変化率と比較して、加速度
誤差信号を求めることによって得られる。上に述べた様
に夫々の制御装置で、微分した速度信号を求めると共に
最小値ゲ―トで比較することは、アナログ電子装置によ
って行なうことが出来るが、これは前に引用した米国特
許第３，５２０，１３３号及び同第３，３４０，８８３
号に記載されている。この代りに、加算及びゲ―ト作用
は、ディジタル・コンピュ―タ・プログラムで実施する
ことにより、周知の方法で行なってもよい。
【００３６】蒸気タ―ビンに対する速度制御装置１１６
の機能的な作用を例示する為、図３ａは機能的なブロッ
ク図を示しており、速度変化に伴う出力（蒸気タ―ビン
制御弁の位置）をグラフで示している。選ばれた蒸気タ
―ビン速度基準８６、今の場合は定格速度の１０５％が
、加算装置１２６で実際の速度信号６８と比較される。 蒸気タ―ビン速度制御装置１１６（図２参照）は、エッ
ケンベルガの米国特許第３，０９７，４８８号に記載さ
れている様に、速度誤差（速度基準と実際の速度の間の
差）に速度調整の逆数である利得を乗算することにより
、論理ブロック１２８で表わした速度調整（速度変化に
伴う弁位置の変化）を選択する手段を含む。更に速度制
御装置１１６は、ブロック１３０の関数発生器で示す様
に、出力信号の最小及び最大の変化を制限する手段を含
む。
【００３７】図３ｂは、特定の設定値に於ける蒸気タ―
ビン速度制御装置１１６及びガスタ―ビン速度制御装置
の速度調整特性を示す複合のグラフである。横軸は、定
格速度の百分率で表わした、蒸気タ―ビン及びガスタ―
ビンの両方のタ―ビン回転子速度を示す。左手の縦軸は
、何れも定格速度に於ける一杯の流量及び動力の百分率
で表わした蒸気タ―ビンの動力及び蒸気流量を示す様な
倍率になっている。右手の縦軸はガスタ―ビンを表わし
、動力は一杯の動力の百分率で表わしてあり、燃料流量
は、やはり百分率で表わした表示ガスタ―ビン動力に対
応する様に変更した目盛で示してある。無負荷で定格速
度の時にガスタ―ビンを維持する為には最小燃料流量が
必要であるから、右手の２つの目盛の原点は対応しない
。
【００３８】蒸気タ―ビン制御装置の作用が図３ｂの線
１３２によって示されている。蒸気タ―ビンの設定点が
１０５％で速度調整が２％である時の装置の速度変化に
より、蒸気タ―ビン弁は、定格速度の１０３％の時の全
開位置（１００％の蒸気流量）から定格速度の１０５％
の時の全閉位置へ移動する。蒸気流量のこの変化に対応
して、蒸気タ―ビンの動力出力に対する寄与は１００％
から０％まで変化する。
【００３９】同じグラフで、線１３４は速度設定点を定
格速度の１０５％にするが、速度調整を５％にした時の
、回転子速度の関数としての燃料流量及びガスタ―ビン
動力の変化を示す。燃料流量及びガスタ―ビン動力が右
手の縦軸に示されており、０％のガスタ―ビン動力が２
３％の燃料流量に対応する。ガスタ―ビン速度制御装置
の調整は一層大幅である為、ガスタ―ビンの燃料流量は
、定格速度の１００％の時の１００％の流量から定格速
度の１０５％に於ける最小値（２３％）の燃料流量まで
変化する。
【００４０】２つの線１３２，１３４は、蒸気タ―ビン
速度制御装置１１６及びガスタ―ビン速度制御装置１０
２の複合作用による超過速度の制御を示している。ガス
タ―ビン速度制御装置単独では、定格速度の１００％及
び１０３％の間の速度が制御され、蒸気制御弁は全開位
置にとゞまる。定格速度の１０３％及び１０５％の間で
は、蒸気弁が全開位置から全閉位置へ移動し、蒸気流量
及び蒸気タ―ビン動力を１００％から０％まで減少する
。燃料流量が同時に減少し続け、ガスタ―ビン動力の減
少を続ける。従って、中位の過渡的な負荷状態では、蒸
気弁が閉じるのと燃料流量の減少との組合せにより、蒸
気タ―ビンの動力に対する寄与を取去ることにより、定
格速度の１０３％及び１０５％の間で動力入力が急速に
減少する。
【００４１】要約すれば、定格速度の１００％から１０
３％まで、燃料流量が減少し、定格速度の１０３％から
１０５％まで、燃料流量は更に減少するが、この時蒸気
弁が同時に閉じられる。これらの値は例に過ぎず、複合
サイクル・タ―ビン及び制御装置の種類に応じて変わり
得る。
【００４２】図４にブロック図で示す動力−負荷不平衡
装置が、統一制御装置１０のプログラムに取入れられて
いて、電気負荷の急速な減少に続く超過速度を予想する
と共に制限する。この装置は入力として３つの信号を受
取る。１つは発電機の瞬時電気負荷を表わすセンサ５０
からの発電機電流信号１４０であり、２番目は蒸気タ―
ビンによって発生された瞬時の機械的な動力を表わす圧
力センサ４８からの蒸気タ―ビン再熱圧力信号１４２で
あり、３番目はガスタ―ビン燃料指令信号６４（図２参
照）から得られる実際のガスタ―ビン動力信号１４４で
ある。
【００４３】ガスタ―ビンに対する実際の燃料流量は、
弁の流れ面積とガス制御弁１８の弁入口圧力との積に比
例する。これは、弁ののど部に於ける流れが音速であり
、従って下流側の圧力に無関係であるからである。ガス
タ―ビン制御弁の入口圧力が、ガスタ―ビン速度のはっ
きりした関数として保たれ、発電機が線路に入っていて
、負荷を通し、従って負荷の排除による超過速度の惧れ
がある場合は、１００％に極く近い。制御弁の入口圧力
は一定であり、弁の面積対揚程が直線的であり、揚程が
燃料指令信号６４に正比例するから、実際の燃料流量は
燃料指令信号６４に正比例する。
【００４４】ガスタ―ビンの機械的な動力は、周囲温度
の普通の範囲では、燃料流量の直線的な関数に極く近い
。この関係は次の様になっている。
【００４５】動力＝１．３（燃料流量−２３）こゝで動
力及び燃料流量は％で表わし、「２３」は全速／無負荷
燃料流量を表わす。
【００４６】例えば、燃料流量が１００％であれば、ガ
スタ―ビンの動力＝１．３（１００−２３）＝大体実際
の動力の１００％である。燃料流量が７０％であれば、
動力＝１．３（７０−２３）＝実際の動力の６１％であ
る。この計算が適当な関数発生器により、又は図４のブ
ロック１４９で示すアルゴリズムによって行なわれ、ガ
スタ―ビンの瞬時実動力を表わす信号１４４となる。
【００４７】電力出力信号１４０及び２つの動力入力測
定値は、全て異なる次元の量であるから、それらを夫々
正規化して無次元の数にし、それが定格状態でなる値の
百分率を表わす様にする。例えば、実際のタ―ビン段圧
力信号１４２をタ―ビン段の定格圧力で除し、実際の燃
料流量信号１４４（それから最少燃料を差引く）を全負
荷の定格燃料流量（それから最小燃料を差引く）に対す
る燃料流量信号で除すと云う様にする。第２に、２つの
機械的な動力信号１４２，１４４の場合、定格状態に於
ける蒸気タ―ビン及びガスタ―ビンの相対的な動力入力
に対する寄与を反映する別の倍率を夫々乗ずる。例えば
、蒸気タ―ビンの動力入力は重みを１／３にし、ガスタ
―ビンの動力入力の重みは２／３にすることが出来る。 この倍率をかける動作が、電力信号１４０に対してはブ
ロック１４６、蒸気タ―ビン段圧力信号１４２に対して
はブロック１４８、ガスタ―ビン動力信号１４４に対し
てはブロック１５０で示されている。
【００４８】１例として、発電機の負荷に対するブロッ
ク１４６は、次の計算を行なうアルゴリズム又は回路を
用いる。
【００４９】 こうして定格発電機電流に対して発電機の線路で感知さ
れた実際の電流によって表わした、定格発電機負荷に対
する瞬時発電機負荷を表わす無次元の数を求める。　　
蒸気タ―ビンの入力動力に対するブロック１４８は、下
記の計算を行なうアルゴリズム又は回路を用いている。
【００５０】 この後こうして得られた２次元の結果に定数ＫＳＴを倍
率としてかける。この定数は、ガスタ―ビン及び蒸気タ
―ビンの両方の定格負荷に於ける複合サイクル・タ―ビ
ンに対する蒸気タ―ビンの機械的な動力の寄与の端数を
表わす。
【００５１】ガスタ―ビンの入力動力に対するブロック
１４９は下記の計算を行なうアルゴリズム又は回路を用
いる。
【００５２】 こゝで実際の燃料流量が信号６４であり、ゼロ負荷流量
は、発電機の出力がなく、蒸気タ―ビンにだけ冷却蒸気
を用いる時、ガスタ―ビンを全速で運転する状態に保つ
のに必要な燃料流量である。無次元の数にブロック１５
０で定数ＫＧＴを倍率としてかける。この定数は、ガス
タ―ビン及び蒸気タ―ビンの両方の定格負荷に於ける複
合サイクルに対してガスタ―ビンが持つ機械的な動力へ
の寄与の端数を表わす。
【００５３】ブロック１４８及び１５０からの倍率をか
けた２つの動力入力を１５２で次に示す様に加算する。
【００５４】 　　２つの動力入力信号及び負荷信号が加算装置又は比
較器１５２で代数加算される。加算装置１５２からの出
力は、タ―ビンによって発生される動力と発電機の電力
出力との間の差の目安であり、下側の論理枝路にある比
較器１５４に供給され、これは蒸気タ―ビン及びガスタ
―ビンの合計の動力と、発電機の電力出力との不釣合い
が選ばれた閾値、今の場合は０．４／単位又は４０％よ
り大きい場合、出力を発生する。上側の論理枝路では、
発電機電流に比例する信号を、論理ブロック１５６で示
す様に、時間に対して微分する。その式が複素数ラプラ
―ス変数「ｓ」で示してある。実際には、これはディジ
タル・コンピュ―タ・プログラムで適当なアルゴリズム
によって実施されるが、弁別回路で実施することも出来
る。負荷変化率が論理装置１５８に於ける比較を受ける
。この装置は、電力出力の時間的な変化率が選ばれた負
の割合、今の場合は−０．３５又は３５％未満の場合、
出力を発生する。２つの比較器１５４，１５８からの出
力が論理アンド１６０に供給され、これがラッチ１６２
に対する出力信号を発生する。ラッチの出力は、種々の
制御装置に、動力入力を減らすための速やかな措置をと
る様に知らせる。動力−負荷不平衡が閾値より小さくな
ったことを示す線１６３の信号によってラッチが解除さ
れるまで、ラッチ１６２の作用が維持される。
【００５５】運転 複合サイクル・タ―ビンが定速になった後、それを同期
させる。同期は、発電機６を電気出力格子網に接続する
ことであり、その後タ―ビンの速度が格子網の電気的な
周波数によって固定される。装置が同期した後、蒸気タ
―ビン弁の設定点を８４をゼロに減少し、蒸気タ―ビン
速度基準８６を最大値（即ち、定格の１０５％）に上昇
させ、その後、蒸気の供給は補助源５８からＨＲＳＧ　
　８へ切換える。切換えの前の蒸気流量指令は、依然と
して、蒸気タ―ビンの冷却作用を保つのに十分な様に、
蒸気タ―ビン最大値ゲ―ト１２２を通じて、蒸気タ―ビ
ン最小流量制御装置１２０によって決定される。
【００５６】蒸気圧力の測定によって決定された十分な
流量で、ＨＲＳＧからの蒸気が利用出来る様になった時
、蒸気タ―ビン起動プログラム８０によって指令が出さ
れ、それが蒸気弁設定点８４を自動的に上昇させる。 設定点を増加して、蒸気タ―ビンの金属温度、蒸気圧力
及び温度によって決定された取消作用をする拘束によっ
て定められる割合で、蒸気弁を全開する。この手順の終
りに、蒸気制御弁２６，２８は一杯に開き、蒸気弁２６
及び蒸気タ―ビン４は、蒸気タ―ビン４に流れが通過す
るのに必要な圧力で、ＨＲＳＧからの全部の蒸気を受取
り、タ―ビン４で蒸気が膨張して復水になり、その間軸
４５にエネルギを送出す。
【００５７】定常状態又は変化がゆっくりした負荷変化
の時の通常の負荷制御が、制御装置が燃料流量を増減す
ることによって行なわれる。これは図２に示すガスタ―
ビン制御装置により、図３ｂに示す調整特性１３４に従
って行なわれる。然し、過渡的な負荷状態により、図示
例で、速度（負荷）が定格速度の１０３％を越えて上昇
した場合、蒸気タ―ビン弁２６も図３ｂの調整特性１３
２に従って閉じ始める。従って、１０３％と１０５％の
間で、夫々図３ｂに示す曲線１３４，１３２で示す夫々
の調整特性に従って、統一制御装置によって燃料流量及
び蒸気流量の両方が減少させられる。
【００５８】改良された動力−負荷不平衡装置の動作は
次の通りである。蒸気タ―ビン及びガスタ―ビンの倍率
をかけた入力動力の和が、発電機の電気出力負荷を一定
量越えると、これは急速な速度上昇が差迫っていること
を示す。更に、負荷の変化率が負であって選ばれた値よ
り小さい場合、不平衡が負荷の変化又は振動によるもの
ではないことを示す。動力−負荷不平衡制御装置でこの
両方の条件が一致したことにより、弁アクチュエ―タ（
図面に示してない）に対する特別の急速閉じ入力装置を
通じて、タ―ビン蒸気制御弁２６を直ちに急速に閉じ始
めると共に、蒸気制御弁設定点８４及び燃料制御設定点
９４をゼロ位置に設定する。これによって、蒸気流量指
令信号は急速閉じ装置によって完全に取消され、ガスタ
―ビンに対する燃料流量を最小燃料流量に速やかに減少
させる。動力−負荷不平衡装置がラッチ１６２を通じて
自動的にリセットされ、ガス及び蒸気流量指令信号が再
び弁位置の制御を引継ぐ。然し、機械が再び同期し、装
置の起動について述べた様に負荷を受ける用意が出来る
まで、蒸気制御弁設定点８４はゼロのまゝでいる。
【００５９】以上この発明の好ましい実施例と考えられ
るものを説明したが、当業者にはこの他の変更が考えら
れよう。特許請求の範囲の記載は、この発明の範囲内に
含まれるこの様な全ての変更を包括するものであること
を承知されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】単軸複合サイクル装置の略図。
【図２】複合サイクル・タ―ビン統一制御装置の簡略ブ
ロック図。
【図３】図３ａは、典型的な蒸気タ―ビン速度制御装置
の簡略ブロック図。図３ｂは、回転子の速度の関数とし
て蒸気タ―ビン及びガスタ―ビンの出力の変化を示すグ
ラフ。
【図４】複合サイクル・タ―ビンに対する改良された動
力−負荷不平衡装置の簡単にした論理図。
【符号の説明】
２　　ガスタービン ４　　蒸気タービン ６　　発電機 ８　　復熱蒸気発生器 １０　　統一制御装置 １７，４８　　圧力センサ １８　　燃料制御弁 ２６，２８　　蒸気制御弁 ４５　　軸 ５０　　電流センサ １４８，１５０　　倍率回路 １５４，１５８　　比較回路

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　燃料流量制御弁によって燃料が供給さ
    れるガスタ―ビン、及び蒸気制御弁を持つ蒸気タ―ビン
    が１本の軸上に設けられていて、前記ガスタ―ビンによ
    って加熱される復熱蒸気発生器が前記蒸気制御弁に蒸気
    を供給する様に接続され、統一制御装置を持っていて発
    電機を駆動する形式の複合サイクル・タ―ビンの超過速
    度を予想及び制限する方法に於て、蒸気タ―ビンの一杯
    の定格動力出力に対して蒸気タ―ビンによって供給され
    る瞬時動力を表わす第１の動力入力信号を発生し、ガス
    タ―ビンの一杯の定格動力出力に対してガスタ―ビンに
    よって供給される瞬時動力を表わす第２の動力入力信号
    を発生し、発電機の一杯の定格負荷に対する発電機の実
    際の負荷を表わす負荷応答信号を発生し、前記第１及び
    第２の動力入力信号に比例倍数を適用して第１及び第２
    の倍率適用済み信号を発生し、前記第１及び第２の倍率
    適用済み信号を前記負荷応答信号と加算し、前記第１及
    び第２の倍率適用済み信号の和が前記負荷応答信号を予
    め選ばれた量だけ越えた時、蒸気制御弁の開口を減少す
    ると共に燃料流量制御弁を通る燃料流量を減少する工程
    を含む方法。
  2. 【請求項２】　　前記第１の動力入力信号が蒸気圧力に
    応答し、第２の動力入力信号がガスタ―ビンの燃料流量
    に応答し、第３の信号が発電機の電流に比例する請求項
    １記載の方法。
  3. 【請求項３】　　前記第１の動力入力信号が再熱蒸気圧
    力に比例する請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】　　前記第２の動力入力信号がガスタ―ビ
    ンの燃料流量から一定の最少燃料流量を差引いた値に比
    例する請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】　　前記燃料流量制御弁を用いて燃料流量
    を変えることにより、前記複合サイクル・タ―ビンを予
    め選ばれた超過速度より下になる様に制御し、前記燃料
    流量制御弁を用いて燃料流量を変えると同時に前記蒸気
    制御弁を用いて蒸気流量を変えることにより、過渡的な
    負荷状態のもとで前記複合サイクル・タ―ビンを前記予
    め選ばれた超過速度より高く制御する工程を含む請求項
    １記載の方法。
  6. 【請求項６】　　燃料流量制御弁によって燃料が供給さ
    れるガスタ―ビン、及び蒸気制御弁を持つ蒸気タ―ビン
    を１本の軸上に設け、前記ガスタ―ビンによって加熱さ
    れる復熱蒸気発生器が蒸気制御弁に蒸気を供給する様に
    接続され、統一制御装置を持っていて発電機を駆動する
    形式の複合サイクル・タ―ビンの超過速度を予想及び制
    限する装置に於て、蒸気タ―ビンの一杯の定格動力出力
    に対して蒸気タ―ビンによって供給される瞬時動力を表
    わす第１の動力入力信号を発生する手段と、ガスタ―ビ
    ンの一杯の定格出力動力に対してガスタ―ビンによって
    供給される瞬時動力を表わす第２の動力入力信号を発生
    する手段と、発電機の一杯の定格負荷に対する発電機の
    実際の電力出力を表わす負荷応答信号を発生する手段と
    、前記第１及び第２の動力入力信号に比例倍率を適用し
    て第１及び第２の倍率適用済み信号を発生する手段と、
    前記第１及び第２の倍率適用済み信号を負荷出力信号と
    加算する手段と、前記第１及び第２の倍率適用済み信号
    の和が前記負荷応答信号を予め選ばれた量だけ越えた時
    、蒸気制御弁の開口を減少すると共に燃料流量制御弁を
    通る燃料流量を減少する手段とを有する装置。
  7. 【請求項７】　　前記第１の動力入力信号が蒸気圧力に
    応答し、第２の動力入力信号がガスタ―ビンの燃料流量
    に応答し、第３の信号が発電機の電流に比例する請求項
    ６記載の装置。
  8. 【請求項８】　　前記第１の動力入力信号が再熱蒸気圧
    力に比例する請求項６記載の装置。
  9. 【請求項９】　　第２の動力入力信号がガスタ―ビンの
    燃料流量から一定の最少燃料流量を差引いた値に比例す
    る請求項６記載の装置。
  10. 【請求項１０】　　前記燃料流量制御弁を用いて燃料流
    量を変えることにより、複合サイクル・タ―ビンを予め
    選ばれた超過速度より低く制御する手段と、前記燃料流
    量制御弁を用いて燃料流量を変えると同時に蒸気制御弁
    を用いて蒸気流量を変えることにより、過渡的な負荷状
    態のもとで複合サイクル・タ―ビンを前記予め選ばれた
    超過速度より高く制御する手段とを有する請求項６記載
    の装置。
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