JPH0696994B2 - 燃焼タービンにおける負荷遮断検出方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般にガスタービン発
電プラントにおいて燃料流量を制御する制御システムに
関し、特に、下部線負荷遮断の状況下で燃料流量を制御
する技術に関するものである。本発明は、ガスタービン
発電プラントの分野において特に有用であり、そのよう
な設備に関連して説明されるが、本発明は、他の用途を
有したガスタービンもしくは燃焼タービンにも適用され
得るものである。

【０００２】

【従来の技術】特に発電プラントにおけるガスタービン
の運転において、リレー空圧形システムからアナログ形
電子制御に、ディジタル制御に、更に最近ではコンピュ
ータに基づいたソフトウエア制御におよぶ各種の制御シ
ステムが使用されてきた。米国特許第４,３０８,４６３
号明細書は、幾つかのその種の制御システムをリストア
ップしている。同米国特許は、特に、ガスタービン発電
プラントに使用するディジタルコンピュータに基づいた
制御システムを開示しており、また、後からこの明細書
で参照する関連特許の一つである。

【０００３】上記米国特許に続いて、本出願人により他
の制御システムがＲＯＷＥＲＬＯＧＩＣ及びＰＯＷＥＲ
ＬＯＧＩＣIIと云う名称で紹介されてきた。上記米国特
許と同様に、これ等の制御システムは、ガスタービン発
電プラントを制御するために使用される。しかし、その
種の制御システムは、主としてマイクロプロセッサに基
づいたコンピュータシステムであり、即ちタービン制御
システムはソフトウエアに具現化されている。ところ
が、従来の制御システムは、電気・電子ハードウェアに
具現化されていた。全負荷に到達後の燃料流量の制御を
含んだタービン発電機運転の全てのモードが制御され
る。全負荷の低下は、燃料流量制御に関連した興味ある
制御システム上の問題を提起する。

【０００４】負荷遮断が燃焼タービン発電機で生じる
と、最初の問題は、タービントリップ点より小さい値に
タービン過速度を制限するような仕方で燃料流量を制御
することである。もしタービン速度がタービントリップ
点を越せば、燃料流が止まってフレームアウトが生じ
る。もし、負荷遮断が、遮断器の補助接点の状態変化に
関連して容易に検出される状態である発電機の回路遮断
器の開放によって引き起こされれば、適当な処置が、従
来の燃焼タービン制御システムにとられタービンの速度
設定点を燃料流量の制御のための同期速度に保持する。
タービンは負荷の低下によって加速するので、実際のタ
ービン速度はタービン速度設定点より高くなり、制御シ
ステムによる燃料絞り弁の閉弁を結果的にもたらす。

【０００５】燃料の問題が、発電機の遮断器に基づいた
負荷遮断状態で燃料流量を制御する上で従来の処置に生
じ得る。この問題は、比例積分微分（ＰＩＤ）制御器を
使用することで自ずと解決する。ＰＩＤ制御器は、主と
して高ゲインの比例制御を行うので、実際のタービン速
度とタービン速度設定点との間の差が大きければ大きい
程、更に燃料の絞りを閉じることになる。もし速度差が
充分に大きければ、フレームアウトが起きる。従来の処
置は、そのようなフレームアウトが発電機の遮断器に基
づく負荷遮断状態において生じるのを防ぐように開発さ
れていた。残念ながら、ガスタービン／発電機設備にお
ける負荷遮断は、別の形、即ち下部線負荷遮断の形を有
している。下部線負荷遮断は、発電機遮断器に基づいた
負荷遮断程容易に検出されないので、タービン速度がタ
ービントリップ点を越すことで生じるフレームアウト状
況は大いに起こり得る。

【０００６】下部線負荷遮断が起きると、２つの大きな
事態が生じる。先ず、発電機遮断器は閉じたままとな
り、これは、従来の制御システムでは速度基準が、全タ
ービン負荷対同期速度と同じ速度に設定されたままの状
態とする。もし、同期速度、即ち電力網への発電機の連
結に必要とされる速度が３６００ＲＰＭで且つタービン
発電機が４％のドループガバナーを有している、即ち１
００％発電機出力が１０４％タービン速度に相当してい
るものと仮定すれば、全負荷に相当する速度は３７４４
ＲＰＭである。２番目に、速度基準が３７４４ＲＰＭに
留どまっている間、実際のタービン速度は負荷遮断の瞬
間に約３６００ＲＰＭまで低下する。これ等の事態の結
果、実際のタービン速度と速度基準との間の速度差を検
知する燃料絞り制御器は、燃料絞り弁を、実際のタービ
ン速度が速度基準、即ち３７４４ＲＰＭを越すまで開放
させる。そのような状況において、実際の速度はタービ
ン速度トリップ点を越す可能性がより高い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】従って、下部線負荷遮
断を検知してタービン速度基準をフレームアウト状態の
発生を最小にする値に維持するタービン発電機制御シス
テムもしくは装置の必要性が依然として存在している。

【０００８】ガスタービン発電プラントの運転について
ここで説明されていても、本発明は負荷遮断状態におけ
るガスタービンの燃料制御に対してより広い用途を有す
るものであることに注目されたい。

【０００９】本発明の目的は、燃焼タービンで駆動され
る発電機と、下部線負荷遮断の状況下で効率的に燃料流
量を制御する制御器とを有した発電プラントを提供する
ことにある。

【００１０】本発明の別の目的は、下部線負荷遮断を検
出するタービン制御装置を提供するにある。

【００１１】本発明の更に別の目的は、タービン速度と
発電機負荷とを監視することによって下部線負荷遮断を
検出することにある。

【００１２】本発明の他の目的は、下部線負荷遮断状態
の検出に関連して設定された速度基準信号に基づいた燃
料制御信号を発生することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】発明のこれ等の目的及び
その他の目的は、タービン速度を表す速度信号とタービ
ン負荷を表す負荷信号とが与えられて、燃焼タービンに
おける負荷遮断を検出する方法と装置によって達成され
る。本発明は、デルタ速度基準信号及びデルタ負荷基準
信号を発生する第１、第２基準手段と、速度信号及び負
荷信号の微分係数を決定する第１、第２微分手段と、速
度微分係数をデルタ速度基準信号に対して比較しまた負
荷微分係数をデルタ負荷基準信号に対して比較する第
１、第２比較手段と、２つの事態、即ち速度微分係数が
デルタ速度基準信号を越したのを第１比較手段が確定し
且つ負荷微分係数がデルタ負荷基準信号を越したのを第
２比較手段が確定した事態の発生を表示する表示器とを
含んでいる。実施例では、最大タービン速度基準信号が
与えられ、第３比較手段が該最大タービン速度基準信号
に対して速度信号を比較するようになっている。その実
施例では、第３事態、即ち速度信号が最大タービン速度
信号を越したのを第３比較手段が確定した事態と共に最
初の２つの事態が発生すると第２表示を表示器が行うよ
うになっている。本発明の好適な実施例では、速度信号
と負荷信号の変化率を監視し且つ速度信号と負荷信号の
変化率が所定の変化率限界を越した時の表示を発生する
ために第１及び第２レートモニタが設けられている。

【００１４】

【実施例】燃焼タービン発電機における下部線負荷遮断
の検出を行う新しい新規なシステムについてここで図１
に関連して説明する。本発明は、ソフトウェア又はハー
ドウェアのいずれかで具現化されるが、好適な実施例で
は、ここで説明される中央演算装置に収容されるソフト
ウェアに具現されている。しかし、本発明の特定のプロ
グラムを説明する前に、先ず、本発明に対する、即ちガ
スタービン駆動の発電プラントに対する運転環境につい
て全体的に説明する。本発明は、１基のガスタービンが
発電機の駆動のために使用されているガスタービン発電
プラント、特にピーク負荷の発電システムに関連して述
べるが、本発明は広範囲な用途を有しているものと理解
すべきである。

【００１５】図１には、燃焼タービン即ちガスタービン
１０４によって駆動されるＡＣ発電機１０２を含んだガ
スタービン発電プラント１００が図示されている。ここ
で説明される実施例では、ガスタービン１０４は、好ま
しくは、本出願人によって製造されたＷ５０１Ｄ５型で
ある。

【００１６】発電プラント１００の代表的な用途は、連
続的な発電が必要とされ且つガスタービン１０４からの
排熱が給水加熱やボイラーやエコノマイザーのような他
の目的に必要とされる場合である。発電プラント１００
は、冷却水の供給の必要性が無く、そのため輸送設備の
節約になる等のシステム必要条件が示しているような負
荷中心地、即ち人口中心地や製造現場に比較的接近して
配置されている。更に、発電プラント１００は、比較的
無人で遠隔箇所から自動的に運転される。

【００１７】吸入及び排気配管１１２，１１４にそれぞ
れ連結された吸入及び排気サイレンサ１０８，１１０を
使用することで発電プラント１００は、地域社会へより
受け入られ易くなっている。

【００１８】ここで説明される発電プラントの大きさの
評価を高めるために、一台の発電装置に制御ステーショ
ンを設ければ発電プラント１００の基台は約３.２ｍ(１
０６ｆｔ）の長さとしている。基台の長さは、主制御ス
テーションを設けるために参照数字１１６で表示されて
いるように増大される。主制御ステーションは、もし発
電プラント１００とグループ化される付加プラント装置
が共通した制御装置を有することになっていれば受け入
れられよう。本発明は多くの発電プラントの主制御設定
に使用され得るものであるが、簡便化のために本発明
は、単一タービン発電機だけに関連してここで説明され
る。

【００１９】マイクロプロセッサに基づいたコンピュー
タや他の制御システム回路は、キヤビネット１１８に収
容され、発電プラント１００の操作と制御を行う。好適
な実施例では、キヤビネット１１８は、本出願人によっ
て販売されている演算ファミリー（ＷＤＰＦ）装置を含
んでおり、２つの演算装置と技術者コンソールとロガー
とを含むことができる。そのような他の制御システム回
路は、各種の操作装置と状態センサとコンピュータ制御
システムを接続するために必要な適当な人力／出力（Ｉ
／Ｏ）回路を含む。制御キヤビネット１１８と関連した
オペレータのキヤビネット１２０は、振動モニタ、ＵＶ
フレーム検出器用電子回路、シンクロスコープ及び各種
の押しボタンスイッチを含む。プリンタ１２２と、異常
な発電システム状態を検出する防護リレーパネル１２４
とは、制御キヤビネット１１８に関連している。本発明
は、キヤビネット１１８に含まれたＷＤＰＦ装置におい
てその好適な形で具現化されよう。

【００２０】発電プラント１００の始動動力は、好適な
実施例ではＡＣモータ装置となっている始動エンジン１
２６によって与えられる。始動エンジン１２６は、補助
台板上に搭載されており、ガスタービン１０４の駆動軸
に始動歯車装置１２８を介して接続されている。初期の
始動期間中、ＡＣモータ装置１２６は、ガスタービンを
駆動するためにターニング装置１３０と始動歯車１３２
を介して作動する。タービン１０４が定格速度の約２０
％に到達すると、点火が起きる。ＡＣモータ装置１２６
は、タービン１０４が自立速度に到達するまで作動しつ
づける。もしタービンディスクのキャビィテイー温度が
過度に高くなっていれば、熱的に引き起こされる軸の湾
曲を回避するために、ＡＣモータ装置１２６は、より長
期間作動される。

【００２１】モータ制御センター１３４も、補助台板上
に搭載されており、それは、本発電プラント１００に関
連して各種の補助装置部品の操作を行うためのモータ始
動装置や他の装置を有している。モータ制御センター１
３４の電気遮断器は、好ましくは正面に搭載されてい
る。モータ制御センター１３４や補助台板上に搭載され
た他の装置に関連したセンサー即ち接触要素からの各種
の信号は、図１との関連でより充分に考慮されるように
制御システムで使用するために伝達される。

【００２２】プラントバッテリ１３５は、補助台板又は
厚板の一端に隣接して配置されている。図１に関連して
説明されるバッテリ充電器は、モータ制御センター１３
４に遮断器（図示せず）を介して連結される。バッテリ
１３５は、６０セル１２５ボルト定格の特別丈夫な制御
バッテリである。どんな場合も、バッテリ１３５は、発
電プラント１００の遮断に引き続いて１時間非常点灯や
補助モータ負荷に、コンピュータ供給電圧や他の制御電
力のために適切な電力を供給することができなければな
らない。

【００２３】発電プラント１００と共に使用しうる内部
電力システムは、全体的に図２に示されている。一度発
電プラント１００が運転に入ると、発電機１０２によっ
て発電された電力は、発電機遮断器１３６を介して電力
システムに、１３.８ ＫＶバス（電力網）１３７を介し
て主変圧器（図示せず）とライン遮断器１３８に送られ
る。発電プラント１００の補助電力は、内部電力システ
ムから補助遮断器１３９と補助電力４８０Ｖのバス１４
０とを介して得られるようになっている。発電機遮断器
１３６は、発電プラント１００用の同期防護分離装置と
しての働きをする。

【００２４】もし適当な４８０Ｖ電源が内部電力システ
ムで利用できなければ、補助電力変圧器１４１が図３に
示されているように用意される。分離スイッチ１４２
は、変圧器１４１と１３.８ＫＶ バス１３７との間に連
結されている。図３に示されているような構成は、いわ
ゆるブラック（black)プラント始動操作に備えている。
この構成で、補助電力は、どちらが作動されていても発
電機１０２又は内部電力システムのいずれかから供給さ
れるので、ガスタービン１０４はいつでも始動される。
ブラック始動、即ち停止システムでは、ガスタービン１
０４は、仮に発電プラント１００が連結されている外部
電力システムが発電機１０２から電力を受ける用意がで
きていなくても、いわゆる回転している待機電源として
利用できるようにいつでも始動される。更に、図２及び
図３に示す回路は、ガスタービン１０４を遮断せずにト
ラブルを起こしている外部電力システムから発電プラン
ト１００を分離されるようにする。電力システムの負荷
に最も近い遮断器は、負荷を低下させたり発電機１０２
をそれ自身の補機を回し且つ給電し続けさせるようにト
リップされよう。

【００２５】図３に示されている構成の付加的な長所
は、もし電力システムへの連結が脆弱であると、発電プ
ラント１００及び次の遮断器の間の永久的な欠陥に保護
を与える点である。そのような状況ではライン遮断器１
３８は、かかる欠陥の場合クリア遮断器となり、また補
助システムは、ガスタービン１０４の規則的な遮断がで
きるようにする発電機１０２によって活性化されたまま
になっているか又は待機して運転を続行したままとな
る。

【００２６】図３の構成は、システムの低電圧中又は減
衰周波数の状況でガスタービン１０４が始動するように
プログラムされていれば好ましい。そのような事態で
は、自動始動によってタービン１０４は昇速し、発電機
遮断器１３６を閉じ、補助負荷に電力を供給することが
できよう。タービン発電機は、次いで作動し、必要な時
に即座に利用可能となろう。図３の構成は、もし不足周
波数又は不足電圧信号がガスタービン１０４を本制御シ
ステムから分離するために使われるようになっていて
も、利用できる。

【００２７】開閉装置パッド１４３は、発電機遮断器１
３６を含み、１５ＫＶ開閉装置１４４，１４５，１４６
用に設けられている。補助電力変圧器１４１と分離スイ
ッチ１４２とは、もしそれ等が使用者によって使用のた
めに選択されれば開閉装置パッド１４３上に更に配置さ
れる。発電機励起システムに関連した励起開閉器１５０
は、更に開閉装置パッド１４３上に含まれている。以下
により詳細に説明されるように、キャビネット１１８の
Ｉ／Ｏ回路は、各種の開閉装置パッドに関連した或るセ
ンサー即ち接触要素から信号を受けるようになってい
る。

【００２８】圧力スイッチ及びゲージのキャビネット１
５２は、更に補助台板上に含まれている。キャビネット
１５２は、圧力スイッチ、ゲージ、調節器及びガスター
ビン運転に必要とされる他の諸要素を含んでいる。

【００２９】具体的には図示していないが、発電プラン
ト１００は、更に、タービン高圧冷却系と潤滑油冷却の
ための放熱型油対空気クーラとを使用していると理解す
べきである。そのような装置は、どんな公知の構造のも
のでもよい。

【００３０】ブラシレスの励磁機１５４を含め、発電機
１０２が図４により詳細に示されている。励磁機１５４
と発電機１０２の回転要素は、一対の軸受１５８，１６
０によって支持されている。在来の発電機振動発信器１
６２，１６４がプラント制御システムのための入力デー
タを発生させる目的で軸受１５８，１６０に接続されて
いる。二次抵抗器（図示せず）を備えた接地配電変圧器
が、発電機の中立部を接地するために設けられている。

【００３１】固定子コイルに埋設された抵抗温度検出器
（ＲＴＤ）１８１Ａ〜Ｆが、図４に示すように、空気吸
入及び排出温度と軸受オイルドレン温度を計測するため
に装備されている。温度センサーと振動発信器１６２，
１６４からの信号は制御システム、即ちキャビネット１
１８に伝達される。

【００３２】励磁機１５４の運転において、永久磁場部
材１６５は、電圧調節器(図示せず)を介して静止ＡＣ励
磁機の界磁１６８に接続されたパイロット励磁機の電機
子１６６に電圧を誘導するために回転される。これによ
って電圧は、励磁機の回転要素上に形成されたＡＣ励磁
機電機子１７２に誘起され、それは、発電機１０２の回
転する界磁コイル１７６を励起するためにダイオードホ
イール１７４上にヒューズを備えたダイオード間に印加
される。発電機電圧は発電プラント１００が同期される
と発電機遮断器１３６を介して電力システムに電流を供
給する静止電機子コイル１７８にまたライン上に誘発さ
れる。変圧器１８０は、励磁機の界磁１６８の励磁レベ
ルを調節器１７０が制御するためにフィードバック信号
を供給する。変圧器１８０からの信号は、更に発電機メ
ガワット信号やキャビネット１１８へ供給される制御信
号としても使用される。本発明に関連して、発電機メガ
ワット信号は、タービン１０４上の発電機負荷の表示と
して使用される。

【００３３】一般に、励磁機１５４は、ブラシやスリッ
プリング、発電機界磁への外部接続を使用せずに作動す
る。これによって、ブラシの摩耗、カーボンのダスト、
ブラシの保守の必要性及びブラシの取り替えが無くされ
る。

【００３４】好適な実施例では、励磁機の全部品は発電
機１０２によって支持される。発電機のロータは、発電
機軸から励磁機のロータを取り外す必要無しに装備され
たり引き抜かれる。

【００３５】発電プラント１００を制御するのに使用さ
れる制御システムを考えてみる。発電プラント１００
は、統合されたタービン発電機用のコンピュータに基づ
いた制御システムの制御下で運転される。プラント制御
システムは、図１の発電プラント１００に含まれる制御
キャビネット１１８に配置された諸要素や圧力スイッチ
及びゲージのキャビネット１５２や他の諸要素を有して
いる。制御システムは、中央集約されたシステム統合ユ
ニットを特徴としている。かくして、図１に示されてい
る制御キャビネット１１８は、全体の速度／負荷制御ユ
ニットや、自動プラントシーケンスユニットや、システ
ムのモニタユニットを収容している。プラントのオペレ
ータに対する更なる利点として、この好適な実施例で
は、タービンと発電機の運転機能は、制御システムによ
って与えられる統合されたタービン発電機プラントの制
御に従って一つのオペレータパネル上に包含されてい
る。

【００３６】自動制御下では、発電プラント１００は、
局域内のオペレータ制御で運転されるか、又は遠隔の監
視制御によって無人で運転される。更に、発電プラント
１００は、リセット状態から始動され、一般的な場合タ
ービン修理の間隔時間を延ばすために、好ましくは通常
の固定時間期間において同期速度まで正確且つ効果的な
制御下に加速され、手動又は自動で電力システムと同期
され、好適なランプ制御の下で予め選定可能な一定の負
荷レベル又は温度限界制御の負荷レベルまで負荷がかけ
られるようになっており、これでより優れた発電プラン
ト管理が行われる。

【００３７】始動シーケンスは、一般にガスタービン１
０４を低速度から加速するように始動エンジンを始動さ
せ且つ運転し、ターニング装置を停止し、約２０％の定
格速度で燃焼システムで燃料に点火し、ガスタービンを
約６０％の定格速度に加速し且つ始動エンジンを停止
し、ガスタービン１０４を同期速度に加速し、発電機遮
断器１３６を閉じた後電力を負荷させる工程を含んでい
る。運転停止中、燃料流は止められ、ガスタービン１０
４は惰性減速する。ターニング装置は、冷却期間中ター
ビンの回転要素を駆動するために始動される。

【００３８】図５に示された制御ループ装置３０２は、
制御システムに具現化され且つ本発明の広範囲の他の用
途に適用可能な好適な一般の制御ループを表している。
この制御システムの運転の防護、手順、より詳細化され
た制御機能や他の側面について、引き続いてここでより
充分に説明する。図面において、米国ＳＡＭＡ（科学装
置製造者協会：Scientific Apparatus Makers Associat
ion)の標準機能符号が使用されている。

【００３９】制御ループ装置３０２は、ガスタービン発
電プラント１００を運転するのに使用する演算制御ルー
プのブロック配列から構成されている。制御原理の多く
の局面がハード又はソフトの形で具現化されるので、ハ
ードウェアとソフトウェアのエレメント間では何んら図
５に示されていない。

【００４０】一般に、速度必要条件を満足させるために
必要とされる燃料需要の表示を決定するためにフィード
フォワード特性が好適に使用される。タービン速度、大
気温度及び圧力を含む計測されたプロセス変量や、制御
された負荷変量又はプラント発電量（メガワット）や、
燃焼室圧力や、タービン排気温度は、装置の設計限界を
越さないように燃料必要量を制限し、較正し又は制御す
るために使用される。フィードフォワード速度の燃料需
要特性、始動ランプ限界の燃料需要及び最大排気及び温
度限界の燃料需要は、より正確で効率的で利用可能な信
頼性の高いガスタービン装置の運転を達成するために、
ガスタービンの非線形特性に従って非線形となっている
ことが好ましい。制御ループ装置３０２は、サイクル温
度、ガスタービン装置速度、始動中の加速率、負荷率及
びコンプレッサのサージング余裕を維持する能力を有し
ている。

【００４１】制御ループ装置３０２における燃料需要
は、タービンのガス又は液体燃料弁２６３，２７４に位
置制御を与える。更に、制御ループ装置３０２は、ガス
及び液体燃料の同時燃焼に備えることができ、また、必
要な時に一方の燃料から他方の燃料への無衝撃の自動切
り替えに備えることもできる。異なった燃料間の無衝撃
の切り替えとそれに関連したプラント運転については、
既知であり且つ米国特許第３,９１９,６２３号明細書に
開示されている。

【００４２】図５に示されている複数の制御ループ機能
の組み合わせにおいて、低燃料需要選択器３１６が、各
制御ループによって発生される各種の燃料制限表示から
選択することによって燃料需要を制限するために採用さ
れている。これ等の燃料制限の表示は、速度制御器３１
２、始動ランプ制御器３０５、最大瞬間負荷制限器３０
６、最大排気温度制御器３０７及び最大メガワット制御
器３０８によってそれぞれ発生される。

【００４３】始動中で点火後、始動ランプ制御器３０５
は、タービン１０４を約８０％の定格速度に加速するた
めに閉鎖ループの燃料需要にこたえる。８０％速度から
上昇して同期状態の間にわたり、速度制御器３１２は、
同期中一定の加速度と所望の速度を維持するようにター
ビン１０４を制御する。

【００４４】発電機１０２の同期後、タービン速度は、
もし発電システムが大型であれば、発電システム周波数
によって調節される。結果的に、同期速度後、制御器３
１２は、発電機１０２のメガワット（ＭＷ）出力を傾斜
させるためにいずれかの公知技術によって速度基準発生
器（第３基準手段）３０４で発生される速度基準信号に
勾配をつけることで燃料流量を調節する。図６及び図７
に関連してより具体的に説明するように、本発明は、下
部線負荷遮断が検出されて燃料流量を調節する状況で速
度基準を操作するようになっている。

【００４５】好適な実施例では、タービン速度は、通常
の運転中、比例・積分・微分（ＰＩＤ）制御器３１２に
よって制御される。発電機１０２のメガワット出力を表
したメガワットフィードバック信号は、例えば変圧器１
８０によって発生された信号を介して、公知技術によっ
てＭＷセンサー(第２基準手段)３０９で発生され、スイ
ッチ３１０に与えられる。スイッチ３１０は、発電機遮
断器制御器３１１が発電機遮断器の閉鎖を示している時
はいつでも、制御器３１２の負の入力部にメガワットフ
ィードバック信号を与える。タービン速度を表す信号
は、いずれかの公知技術によって速度センサー（第１基
準手段）３１４によって発生され且つ制御器３１２のも
う一つ別の負の入力部に与えられる。速度基準信号は制
御器３１２の正の入力部に与えられる。

【００４６】制御器３１２はその入力部に合計して零に
なるように要求するので、また速度センサー３１４から
の速度信号は同期時に基本的に一定なため、速度基準信
号は、制御器３１２の出力が負荷をピックアップするた
めに速度基準信号の立上がり傾斜を表すようにメガワッ
ト信号によって釣合がとられる。

【００４７】タービン負荷、即ち発電機のメガワット出
力が増加されるに従って、制御ループの始動ランプ制御
器３０５，最大瞬間負荷制限器３０６、最大排気温度制
御器３０７，最大ＭＷ制御器３０８は、もし最大制限条
件のいずれかが越されると低燃料需要選択器３１６を介
して燃料流量の制御を行うことができる。これは、排気
温度がメガワット出力の増大と共に増大するに従って実
際に起きる。最大排気温度制御器３０７は、結局最大許
容温度までタービン１０４への燃料流量を制御する。

【００４８】低い大気温度では、最大メガワット制御器
３０８は、最大排気温度制御器３０７が効力を発揮する
以前に低く選択されることになる。

【００４９】低い燃料需要選択器３１６の出力で、燃料
需要表示は二重燃料制御器３１７に印加され、同二重燃
料制御器において燃料需要信号が処理され、ガス始動弁
２６１及びガス絞り弁２６３に送るガス燃料需要信号、
又はオイル絞り弁２７４及びバイパスオイル調節弁２７
０に送る液体燃料需要信号、又はガスとオイルの両方の
弁に送るガス燃料需要信号及び液体燃料需要信号の組み
合わせを発生する。

【００５０】制御ループ装置３０２は、一般に、余りに
も高い負荷率や、負荷過渡状態中の余りに大きい速度逸
脱や、発電機遮断器の閉鎖時の余りも高い速度や、過負
荷を起こしかねない余りにも多い燃料流量や、あらゆる
運転モードで燃焼失火を起こしかねない余りにも少ない
燃料流量や、コンプレッサのサージや、タービン吸気、
排気及びブレードの過度の高温を含むファクターに対し
てガスタービン装置を保護する。更に、制御ループ装置
３０２は、システムの安定性、過渡応答性及び調節能力
に対して米国ＮＥＭＡ(電機製造者協会：National Elec
trical Manufa-cturers Association)の出版物『ガスタ
ービンのガバナー』ＳＭ３２−１９６０に述べられた全
ての必要条件を満足している。図６及び図７に示されて
いる本発明の実施例によって強化されているように、制
御ループ装置３０２は、更に、下部線負荷遮断状態にお
いてガスタービンの効率的運転を促進する。

【００５１】下部線負荷遮断、即ち発電機遮断器１３６
が閉じられたままの間の負荷遮断を検出する装置と方法
は、図６及び図７に一層具体的に示されている。前に示
したように、本発明の方法と装置は、好ましくは、キャ
ビネット１１８（図１）内に収容されたプログラムに具
現されている。一般に、本発明は、発電機遮断器１３６
が閉じられているにもかかわらず下部線負荷遮断状態を
検出する働きをし且つタービン加速度が制御されるまで
速度基準信号を適当なレベルに固定する働きをする。

【００５２】図６に示すように、速度センサー３１４
（図５）で発生されたタービン速度信号は、第１微分係
数発生器（第１微分手段）４１０に与えられる。発生器
４１０は、速度微分係数を定義する速度信号の微分係数
を決定する。好適な実施例では、そのような速度微分係
数は、時間に対する速度信号の微分係数を反映してい
る。速度微分係数は、その後、速度微分係数の大きさを
予め選定されたデルタ速度基準の大きさに対して比較す
る比較器（第１比較手段）４１２に与えられる。もし、
速度微分係数の大きさが予め選定されたデルタ速度基準
の大きさよりも大きければ、速度微分係数はその後に比
較器４１４に与えられる。比較器４１４は、速度微分係
数の符号が正かどうかを決定する。もし速度微分係数の
符号が正であれば、ロジック・ハイ（論理高）信号はＡ
ＮＤゲート４１６に与えられる。他の全ての時、比較器
４１４の出力は、低いままとなっている。

【００５３】速度信号の処理もしくは演算と同時に、タ
ービン負荷を表す負荷信号は、第２微分係数発生器（第
２微分手段）４１８に与えられる。好適な実施例では、
この負荷信号は、発電機１０２にかかる負荷を表してお
り、ＭＷセンサー３０９によって与えられている。好適
な実施例では、この負荷信号は、微分係数発生器４１８
に印加するに先立ってデジタル信号に変換されている。
発生器４１８は、好適な実施例では時間に関して負荷信
号の微分係数を決定する。負荷信号の微分係数は、負荷
微分係数を定義する。負荷微分係数は、その後に比較器
(第２比較手段)４２０に与えられる。比較器４２０は、
負荷微分係数の大きさを予め選定されたデルタ負荷基準
の大きさに対して比較する。もし負荷微分係数の大きさ
が予め選定されたされたデルタ負荷基準の大きさを選せ
ば、負荷微分係数は、比較器４２２に与えられる。比較
器４２２は、負荷微分係数の符号が正か負かのいずれか
を決める。もし負荷微分係数の符号が負であれば、比較
器４２２の出力は、ＡＮＤゲート（表示手段）４１６に
与えられるロジック・ハイ（論理高）となっている。Ａ
ＮＤゲート４１６の全入力部にロジック・ハイ信号を受
けると、その出力は、セット／リセットのフリップフロ
ップ（ラッチ）４２４の設定入力部に接続されるロジッ
ク・ハイになる。フリップフロップ４２４の『Ｑ』出力
は、単安定（ワンショット）マルチバイブレータ４２６
を可働化する。マルチバイブレータ４２６の出力は、速
度基準発生器３０４へ与えられる。好適な実施例では、
マルチバイブレータ４２６からのロジック・ハイ信号
は、速度基準信号を３６００ｒｐｍを表すように設定す
る働きをする。

【００５４】上述の記載から分かるように、ＡＮＤゲー
ト４１６からのロジック・ハイ出力は、所定の割合を越
えて増大するタービン速度と所定の割合を越えて低減す
る発電機負荷を表している。Ｗ５０１Ｄ５型の燃焼ター
ビン発電機である好適な好適な実施例では、予め選定さ
れたデルタ速度基準は１００ｒｐｍ／秒にほぼ等しくな
っており、予め選定されたデルタ負荷基準は−２００メ
ガワット／秒にほぼ等しくなっている。図から分かる、
タービン速度が同期速度、即ち３６００ｒｐｍに到達す
ると、リセット信号が中央演算処理装置によって与えら
れる。

【００５５】更に、速度信号が比較器４２８に与えられ
ることに注目されたい。比較器４２８は、若干同期速度
より高い予め選定された値に対してタービン速度を比較
する。好適な実施例では、この予め選定された値は、ほ
ぼ３６７２ｒｐｍに等しくなっている。もし、タービン
速度が、予め選定された値よりも大きければ、比較器４
２８によってロジック・ハイ信号がＡＮＤゲート４３０
に与えられる。ＡＮＤゲート４３０の他方の入力部は、
フリップフロップ４２４の『Ｑ』出力部に接続されてい
る。この構成から分かるように、一度下部線負荷遮断が
検出されると、ロジック・ハイ出力がフリップフロップ
４２４に現れる。タービン速度は、一般に同期速度より
も高い、即ち定格速度の１０４％即ち３７４４ｒｐｍと
なるので、ロジック・ハイ出力は、更に比較器４２８に
も現れ、次いで結果的にＡＮＤゲート４３０に現れるロ
ジック・ハイ出力となる。ＡＮＤゲート４３０から速度
基準発生器３０４にロジック・ハイ出力を与えること
で、実際の速度が比較器４２８によって使用される基準
速度の直ぐ下の値に戻るまで速度基準を同期速度より若
干低く設定している。好適な実施例では、ＡＮＤゲート
４３０からのロジック・ハイ出力は、速度基準を約３２
００ｒｐｍに設定する働きをする。一旦、実際の速度が
比較器４２８によって使用されるその値よりも低下する
と、ロジック・ロー（論理低）出力がＡＮＤゲート４３
０から現れ、マルチバイブレータ４２６からの残りのロ
ー・ハイ出力は、速度基準を同期速度即ち３６００ｒｐ
ｍに設定する働きをすることになる。

【００５６】本発明の特に好適な実施例は、図７に示さ
れている。図７に示すように、速度センサー３１４から
の速度信号は、第１レートモニタ４４０に与えられる。
レートモニタ４４０は、速度の変化率や、その変化が正
か負か、即ち増大するのか又は低減するのかをモニタす
る。そのレートモニタは、現在公知であり、ＷＤＰＦソ
フトウェアに具現化されており且つソフトウェアの設計
のための構築ブロックとして利用可能となっている。レ
ートモニタが公知であっても、本発明に関連して説明さ
れるようなその用途は公知ではない。レートモニタ４４
０からのロジック・ハイ出力は、速度が所定の速度変化
限界を越すように変化していることを示している。好適
な実施例では、速度変化限界は、比較器４１２，４１４
に関連して使用されるものと同一である。もしレートモ
ニタ４４０が速度変化限界を越えて速度が変化している
のを検出すれば、ロジック・ハイ出力はＡＮＤゲート
（表示手段もしくは信号発生器）４４２に与えられる。
負荷信号は、同負荷信号の変化率をモニタする第２レー
トモニタ４４４に与えられる。モニタ４４４は、負荷信
号の変化率が所定の負荷変化限界を越すとロジック・ハ
イ出力を発生する。好適な実施例では、所定の負荷変化
限界は、比較器４２０，４２２によって使用されるもの
と同一である。ロジック・ハイ信号が、ＡＮＤゲート４
４２への両方の入力部に現れると、ロジック・ハイ出力
は、セット／リセットフリップフロップ（ラッチ）４４
６のセット入力部に与えられる。

【００５７】速度信号は、更に、速度が所定の速度を越
しているかどうかを決める比較器４４８に与えられる。
比較器４４８によって使用される予め選定された速度
が、比較器４２８によって使用されるものと同一となっ
ている。もし速度が予め選定された速度を越していれ
ば、ロジック・ハイ出力は、ＡＮＤゲート４５０に与え
られる。フリップフロップ４４６の『Ｑ』出力は、更
に、ＡＮＤゲート４５０と単安定（ワンショット）マル
チバイブレータ４５２に接続されている。

【００５８】図６に関連して説明した運転と同様に、も
し負荷及び速度の大きさ及び符号が、所定の速度変化限
界及び所定の負荷変化限界の大きさ及び符号を越せば、
ロジック・ハイ出力は、フリップフロップ４４６に与え
られ、次いで、ＡＮＤゲート４５０とマルチバイブレー
タ４５２の入力部に与えられるロジック・ハイ信号が与
えられる。ＡＮＤゲート４３０と同様に、ＡＮＤゲート
４５０は、同期速度より若干小さい、即ち約３２００ｒ
ｐｍの値に速度基準を保持する。一旦、タービン速度が
比較器４４８により使用される値より低下すると、マル
チバイブレータ４５２は、速度基準を同期速度、即ち３
６００ｒｐｍに設定する働きをする。

【００５９】本発明は、特定の実施例を参照して説明し
たが、当業者は、上述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分かるであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の原理に従って作動するガスタービン発
電プラントの平面図。

【図２】図１のガスタービン発電プラントの運転の際に
使用可能な電気システムの回路図。

【図３】図１のガスタービン発電プラントの運転の際に
使用可能な別の電気システムの回路図。

【図４】図１のガスタービン発電プラントに使用される
回転整流励磁器及び発電機の概略図。

【図５】図４のコンピュータ制御システムの運転に使用
される制御ループの概略図。

【図６】本発明に従って下部線負荷遮断を検出する別の
実施例の概略図。

【図７】本発明に従って下部線負荷遮断を検出する別の
実施例の概略図。

【符号の説明】

１００ 発電プラント １０２ 発電機 １０４ 燃焼タービン（ガスタービン） １３７ 電力網（バス） ３０４ 第３基準手段（速度基準発生器） ３０９ 第２基準手段（ＭＷセンサー） ３１２ 制御器 ３１４ 第１基準手段（速度センサー） ４１０ 第１微分手段（第１微分係数発生器） ４１２ 第１比較手段（比較器） ４１６ 信号発生器もしくは表示手段（ＡＮＤゲー
ト） ４１８ 第２微分手段（第２微分係数発生器） ４２０ 第２比較手段（比較器） ４４０ 第１レートモニタ ４４２ 表示手段（ＡＮＤゲート） ４４４ 第２レートモニタ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−160119（ＪＰ，Ａ) 特開 昭55−114854（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−167033（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タービン速度を表す速度信号とタービン
   負荷を表す負荷信号とが与えられて、燃焼タービンにお
   ける負荷遮断を検出する装置であって、デルタ速度基準
   信号を発生する第１基準手段と、デルタ負荷基準信号を
   発生する第２基準手段と、速度微分係数を定義するよう
   な前記速度信号の微分係数を決定するために前記速度信
   号を受信するように連結された第１微分手段と、負荷微
   分決定を定義するような前記負荷信号の微分係数を決定
   するために前記負荷信号を受信するように連結された第
   ２微分手段と、速度微分係数を前記デルタ速度基準信号
   に対して比較するために、前記速度微分係数と前記デル
   タ速度基準信号とを受信するように連結された第１比較
   手段と、負荷微分係数を前記デルタ負荷基準信号に対し
   て比較するために、前記速度微分係数と前記デルタ負荷
   基準信号とを受信するように連結された第２比較手段
   と、前記第１比較手段が、前記速度微分係数が前記デル
   タ速度基準信号を越したと確定した時と、前記第２比較
   手段が、前記負荷微分係数が前記デルタ負荷基準信号を
   越したと確定した時とを表示する表示手段と、を備える
   燃焼タービンにおける負荷遮断検出装置。
2. 【請求項２】 タービン速度を表す速度信号とタービン
   負荷を表す負荷信号とが与えられて、燃焼タービンにお
   ける負荷遮断を検出する装置であって、前記速度信号の
   変化率を監視し且つ該速度信号の変化率が所定の速度変
   化限界を越すと速度表示信号を発生するために前記速度
   信号を受信するように連結された第１レートモニタと、
   前記負荷信号の変化率を監視し且つ該負荷信号の変化率
   が所定の負荷変化限界を越すと負荷表示信号を発生する
   ために前記負荷信号を受信するように連結された第２レ
   ートモニタと、前記速度変化限界と前記負荷変化限界と
   が越されてしまったのを前記第１及び第２レートモニタ
   が表示している時を表示する表示手段と、を備える燃焼
   タービンにおける負荷遮断検出装置。
3. 【請求項３】 電力を発生して電力網に供給する発電プ
   ラントであって、燃料流量が制御信号に応答して調節さ
   れるようになっている、燃料の燃焼に反応して作動する
   燃焼タービンと、タービン軸が回転すると電力が発生さ
   れるように前記電力網に連結された発電機と、タービン
   速度を反映した速度信号を発生する第１基準手段と、前
   記発電機の負荷を反映した負荷信号を発生する第２基準
   手段と、前記速度信号と速度基準信号との間の差に関連
   した制御信号を発生する制御器と、前記速度基準信号を
   発生する第３基準手段とを備え、該第３基準手段が、前
   記速度信号の変化率を監視し且つ該速度信号の変化率が
   所定の速度変化限界を越すと速度表示信号を発生するた
   めに前記速度信号を受信するように連結された第１レー
   トモニタと、前記負荷信号の変化率を監視し且つ該負荷
   信号の変化率が所定の負荷変化限界を越すと負荷表示信
   号を発生するために前記負荷信号を受信するように連結
   された第２レートモニタと、前記第１及び第２レートモ
   ニタが前記速度変化限界と前記負荷限界とが越されてし
   まったのを表示している時同期速度を表している前記速
   度基準信号を発生する信号発生器と、を備える発電プラ
   ント。
4. 【請求項４】 タービン速度を表す速度信号とタービン
   負荷を表す負荷信号とが与えられて、燃焼タービンにお
   ける負荷遮断を検出する方法であって、デルタ速度基準
   信号を発生し、デルタ負荷基準信号を発生し、速度微分
   係数を定義するような前記速度信号の微分係数を決定
   し、負荷微分係数を定義するような前記負荷信号の微分
   係数を決定し、速度微分係数を前記デルタ速度基準信号
   に対して比較し、負荷微分係数を前記デルタ負荷基準信
   号に対して比較し、前記速度微分係数が前記デルタ速度
   基準信号を越す時と前記負荷微分係数が前記デルタ負荷
   基準信号を越す時を表示する、諸ステップからなる燃焼
   タービンにおける負荷遮断検出方法。
5. 【請求項５】 タービン速度を表す速度信号とタービン
   負荷を表す負荷信号とが与えられて、燃焼タービンにお
   ける負荷遮断を検出する方法であって、前記速度信号の
   変化率を監視し且つ該速度信号の変化率が所定の速度変
   化限界を越すと速度表示信号を発生し、前記負荷信号の
   変化率を監視し且つ該負荷信号の変化率が所定の負荷変
   化限界を越すと負荷表示信号を発生し、前記速度変化限
   界と前記負荷変化限界が越されてしまうと表示信号をだ
   す、諸ステップからなる燃焼タービンにおける負荷遮断
   検出方法。