JPH0454227A

JPH0454227A - ガスタービン始動方法

Info

Publication number: JPH0454227A
Application number: JP16458790A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Sukegawa; 助川　正義
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-02-21

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明はガスタービン発電所又は複合発電所のガスター
ビン始動方法に関する。

（従来の技術）ガスタービン発電および複合発電は、「電気工学ポケッ
トブック（第４版）５９７頁、編者電気学会、昭和６２
年７月２５日、オーム社発行」に記載がある。これによ
れば、「ガスタービン発電は燃料と圧縮機で圧縮した空
気の一部を混合し、燃焼室で燃焼させて生じた１３５０
〜１４００℃の高温燃焼ガスを、残りの圧縮空気で約１
０００℃に冷却して、直接ガスタービンを回転させるも
ので、タービンに連結した発電機によって発電する。ガ
スタービンは始動性がよく、負荷変化に対する応答が速
いなどの長所がある反面、燃料が良質なものに限られる
こと、熱効率は３０％程度と低く、これまでピーク負荷
用・非常用電源として利用されている。ガスタービン入
口ガス温度１１００℃の発電用ガスタービンで出力最大
のものは１２ＭＷである。

近年、ガスタービン発電装置からの高温排気をボイラに
導いて、熱回収を行い、発生した蒸気で。

さらに蒸気タービンを回転させて発電する複合発電方式
が実用化され、普及しつつある。」とある。

以下、従来例をガスタービン発電所について説明するが
、複合発電所についても同様である。

ガスタービンを始動するには、まず始動用電動機、蒸気
タービン、あるいは発電電動機などでこれらに直結した
圧縮機を回して燃焼器に送風し、ある風量に達したとき
、燃焼器に燃料を送ると同時に点火器にスパークを飛ば
せて着火する。燃焼器から出る高圧ガスはガスタービン
で膨張し、パワーを発生するので、着火ののちは始動装
置とガスタービンの両方で圧縮機を加速する。圧縮機を
駆動するパワーのうち、始動装置のパワーとガスタービ
ンのパワーの割合は低速回転のうちは始動装置から供給
されるパワーの方が大きいが、回転が高まるにつれて、
圧縮機の風量、風圧が高まるので、ガスタービンパワー
の方が大きくなり、ついにはガスタービン出力のみで圧
縮機を駆動できるようになる。

この状態になれば、始動用電動機を切り離すが、あるい
は発電電動機への供給電源を遮断しても回転を維持する
ことができ自立運転に入る。

近年、サイリスタ始動装置を備え、発電機を電動機とし
て使用する発電電動機始動方式は装置が静止形であるた
め、保守が容易で信頼性が高く、また加速、減速、一定
速度運転が任意に行なえるなどの運用性に優れている等
の利点があることから、ガスタービン始動装置として適
用される傾向にある。

第３図は従来のガスタービン始動装置としてサイリスタ
始動装置（８）を備えた発電電動機を適用する場合の系
統図の一例を示したものである。

図示しない所内電源設備から商用周波の交流電源を入カ
ドランスを介してサイリスタ始動装置（８）に供給し、
ここで可変周波数の交流に変換して、発電電動機（１）
を始動し、発電電動機（１）に直結したガスタービン（
３）を始動するものである。

開閉装置（７）はガスタービン始動時に閉路し、ガスタ
ービンが自立運転にはいった後はサイリスタ始動装置（
８）の運転を停止し、開閉装置（７）を開路する。

（発明が解決しようとする課題）このサイリスタ始動装置（８）は無整流子電動機システ
ムの変換装置とも呼ばれ、変換装置は交流式に比べ経済
的に安価である直流式が多く採用されている。

この直流式サイリスタ始動装置を使用してガスタービン
を始動する時、発電電動機（１）の電機子巻線に第４図
に示す方形波電流を流す。（第４図は６パルス変換装置
の場合を示す）この方形波電流には次式で表わされる高
調波電流成分が含まれる。

周波数　ｆｌ＝（６ｎ±１）ｆｏ大きさ　基本波の１／（６ｎ±１）ここで　ｎ　＝１．２，３．・・・ｆ、＝基本波（運転）周波数この電機子巻線に流れる高調波電流により誘起された電
流は回転子表面を流れる。第５図はタービン発電機の回
転子構造と高調波電流により誘起された電流の流れを示
したもので、磁極部を流れる電流はクロススロット（１
２）近傍でクロススロット端に集中する。また、楔（１
３）を流れる電流は楔終端部でティース（１４）に移行
し、鉄心端部でそのほとんどがダンパリング（１６）ま
たはエンドリング（１７）に移行し、円周方向に流れる
。これらの回転子表面を流れる電流により発生する損失
（特に電流集中部で損失は大きい）は回転子の各部に温
度上昇をもたらす。

高調波電流に対する回転子の耐量は回転子構成部材の熱
的耐力で制限されるが、タービン発電機の単機容量の増
加は主として冷却技術の進歩によるところが大きく、こ
れにより回転子の熱容量が減少する傾向となり、高調波
耐量は厳しくなる。

このため、必要に応じてダンパ方式の強化等による高調
波耐量の向上案が行なわれるが−ガスタービン始動初期
の低速度域では冷却能力が低下し温度上昇は一層厳しい
ものとなる。

また低速度域においては楔（１１）ダンパバー（１５）
等に充分な遠心力が働かず、楔（１３）とティース（１
４）、またはダンパバー（１５）と楔（１３）等の接触
不良による局部過熱やピッチング（放電痕）の発生する
恐れがある。

本発明は以上のような点にかんがみなされたもので、そ
の目的とするところは始動時に、回転子の局部過熱やピ
ッチングが発生しないようにするガスタービン始動方法
を提供することにある。

〔発明の構成〕

（ｍ１題を解決するための手段）上記目的を達成するため、本発明の第１の手段としては
、発電電動機を同期電動機として使用し、サイリスタ始
動装置の他に軸系に初期始動時に低速で始動する油圧式
のターニング装置を設ける。

また、第２の手段としては発電電動機を同期電動機とし
て使用し、この同期電動機に専用の高調波成分の少ない
可変周波数の電源装置を備え、周波数″ゼロ”から同期
始動させる。

（作　用）第１の手段によれば、ガスタービン始動時。

まず軸系に設置した油圧式のターニング装置を使用して
加速し、サイリスタ始動装置を使用しても回転子に問題
のない速度に達した後、サイリスタ始動装置を生かして
ガスタービンが自立する速度まで加速する。

このようにすれば、サイリスタ始動装置の低速度域にお
ける高調波電流による回転子の過熱やピッチングの発生
するおそれはなくなる。

第２の手段によれば、ガスタービン始動時は電源装置の
運転周波数を゛′ゼロ″から徐々に上げて同期始動をし
ても、電源装置の高調波成分が少ないから安全に始動で
き、従来のサイリスタ始動装置が発電電動機を同期電動
機として始動する際の。

低速度時の高調波耐量の問題から採用できない場合に極
めて有効である。

（実施例）実施例１以下１本発明の第１の実施例について第１図を参照して
説明する。尚、従来例の第３図にも同一部分には同一符
号を付しておくから、従来例の理解に参照されたい。

第１図において、（１）は発電電動機であって、励磁機
（２）で励磁される。そして始動時は同期電動機として
ガスタービン（３）を駆動するものである。（４）は発
電機主回路であって、発電機運転時においては主変圧器
（５）、遮断器（６）を介して図示しない電力系統に接
続する。発電機主回路（４）には、開閉装置（７）を介
してサイリスタ始動装置（８）を接続する。（９）は油
圧発生装置であって、油圧調整弁（１０）を介して、ガ
スタービン（３）と発電電動機（１）の軸系に設けた油
圧式ターニング装置（１１）を駆動させるようにする。

次にこの実施例１の作用を説明する。

発電電動機（１）の低速域においては、油圧式タニング
装置（１１）を駆動して、発電電動機（１）、ガスター
ビン（３）等の軸系を始動し、回転速度“ゼロ”から所
定の速度迄上昇させて油圧の供給を止める。前記所定の
速度とは、発電電動機（１）を同期電動機とし、開閉装
置（７）を閉路し、サイリスク始動装置（８）から方形
波の電流を供給して始動を継続しても、高調波電流によ
る回転子耐量が問題とならない速度である。そして、サ
イリスタ始動によりガスタービン（３）が自立運転に入
った後は、開閉装［（７）を開路してサイリスタ始動を
止め１発電電動機（１）を発電機として運転する。

上記のようにすれば、サイリスタ始動時の高調波電流に
よる回転子の過熱やピッチングの問題を心配する必要が
なくなる。

実施例２次に第２の実施例について、第２図を参照して説明する
。この実施例２は、前記した実施例１の油圧発生装置（
９）と、油圧調整弁（１０）と油圧式ターニング装置を
除去し、サイリスタ始動装置（８）を高調波の少ない可
変周波数の電源装置（８ａ）に変えたもので、他は実施
例１の通りである。

この始動方法の場合、発電電動機（１）−を同期電動機
とし、電源装置（８ａ）から電機子に正弦波か、又は少
なくとも正弦波に近い電流が供給されるので、サイリス
タ始動方式で問題となる高調波電流が少なく、発電電動
機（１）の高調波耐量を全く心配する必要がない。

尚、上記実施例２では、ガスタービン（３）設備１台に
ついて電源装置Ｉ　（８ａ）が１台の例を示したが、ガ
スタービン（３）設備が複数台の場合、これらに電源装
置（８ａ）を共用させることができる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の請求項１に対応する方法
は、サイリスク始動装置を用いてガスタービンを始動す
るに当たり、まず油圧式ターニング装置にて、サイリス
タ始動しても回転子耐量が問題にならない速度まで加速
した後、サイリスタ始動装置を使用するので、サイリス
タ始動時の回転子耐量の問題がなくなるガスタービン始
動方法となる。

また、請求項２に対応する方法はガスタービンに直結し
た発電電動機を同期電動機として使用し、電源装置から
電機子に正弦波か、又は少なくとも正弦波に近い電流が
供給されるので、サイリスタ始動方式で問題となる高調
波電流が少なく、発電電動機の高調波耐量を全く心配す
る必要がないガスタービン始動方法となる。またガスタ
ービン設備が複数台の場合、これらに電源装置を使用さ
せることができ、経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のガスタービン始動方法の第１の実施例
に使用する装置を示す系統図、第２図は第２の実施例に
使用する装置を示す系統図、第３図は従来例に使用する
装置を示す系統図、第４図は第１の実施例又は従来例に
使用するサイリスタ始動装置の出力電流を示す波形図、
第５図は第３図に示す装置の発電電動機の回転子構造と
誘起電流の流れを示す要部破断斜視図である。１・・・発電電動機、３・・・ガスタービン、８・・・
サイリスタ始動装置、８ａ・・・電源装置、１１・・・
油圧式ターニング装置。代理人　弁理士　大　胡　典　夫第２図第１図第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガスタービン発電所又は複合発電所の始動時同期
電動機として使用する発電電動機のガスタービン始動方
法において、油圧式ターニング装置とサイリスタ始動装
置を備え、ガスタービン始動時、低速度領域を油圧式タ
ーニング装置にて昇速し、高速度領域を前記発電電動機
を同期電動機としてサイリスタ始動装置にて昇速するこ
とを特徴とするガスタービン始動方法。
（２）ガスタービン発電所又は複合発電所の始動時同期
電動機として使用する発電電動機のガスタービン始動方
法において、前記発電電動機を同期電動機とし、この同
期電動機専用の高調波の少ない可変周波数の電源装置を
備え、低周波から同期始動させることを特徴とするガス
タービン始動方法。