JPH10121908A - 発電設備のターニング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】ターニングの目的に応じて可変速化を可能と
し、同時にターニング中に機械的離脱を行うことなく、
回転数の保持と制御を可能にする。 【解決手段】ガスタービン１および発電機３を一軸に結
合した発電設備において、発電機３に可変周波数電源を
与えて電動機としてトルクを発生させるとともに、半導
体電力変換装置により構成し、軸の回転数制御を行う静
止型駆動装置１０を設け、この静止型駆動装置１０から
発電機３に可変周波数電源を与えて必要とする任意のタ
ーニング速度で軸を回転させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はガスタービン、蒸気
タービンまたはこれら両者を組み合わせたコンバインド
サイクルに適用される発電設備のターニング装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ガスタービン、蒸気タービンまたはこれ
ら両者を組み合わせたコンバインドサイクルを有する火
力発電設備には、通常モータ駆動のターニング装置が設
けられている。

【０００３】このターニング装置は、プラント停止中に
ロータを回転させず、そのまま放置しておくと、タービ
ン内部のガス（蒸気）温度が低下するのに伴い、タービ
ン車室内上下方向で温度差が生じ、熱伸びによりロータ
に曲がりが生じたり、あるいはロータ自重で、微少なロ
ータ曲がりが生じたりするのを防止するため、プラント
停止時にロータを回転させてロータに曲がりを生じない
ようにするものである。

【０００４】また、プラント起動前は、ロータなどの回
転部と静止部とが接触しているか否かを確認するため、
聴診棒による音のチェック（ラビングチェック）を行っ
ており、これにもターニング装置が使用される。この場
合、回転部と静止部とが接触していると、その接触部分
が破損することになるので、回転部を２〜３ｒｐｍの低
速にて回転させることが望ましい。

【０００５】一方、ロータの曲がりを防止するための回
転は、ロータ軸受の油膜形成を保持する観点から、３０
〜１００ｒｐｍ程度の高速回転であることが望ましい。

【０００６】以上２つの観点に基づいて、一般的に回転
部を数ｒｐｍで回転駆動する低速ターニング装置と、３
０〜１００ｒｐｍ程度で回転駆動する高速ターニング装
置とがある。この高速ターニング装置を前提として設計
すると、低速回転時での油膜切れの懸念がないので、軸
受設計での制約条件が少なくなり、軸受ジャッキオイル
ポンプを省略するなど軸受の簡素化が可能であるといっ
た優位性がある反面、前述したラビングチェック時に
は、ターニング装置を使用できない問題点があるため、
ロータのラビングチェックは手回しで行うのが通常であ
った。

【０００７】また、ガスタービンにおいては、ロータに
取り付けられている羽根の植込部にがたつきがあり、ロ
ータの回転数が概ね３０〜８０ｒｐｍ程度以上になる
と、遠心力により、そのがたつきがなくなるように設計
されている。

【０００８】これは、ガスタービンが１０００℃レベル
の高温に晒され、ロータの熱伸びと羽根の熱伸びとが異
なることから、当初から同一寸法に設定しておくと、高
温時に熱応力が発生してしまうからである。そのため、
低速ターニング装置では、羽根のがたつきにより、植込
部に磨耗が生じてしまうといった問題点が発生する。し
たがって、ガスタービンのターニングとしては、高速タ
ーニング装置に優位性がある。

【０００９】さらに、ガスタービンと排熱回収ボイラと
を備えたコンバインドサイクルにおけるターニングに
は、とりわけ次のような問題点がある。

【００１０】すなわち、ガスタービン排気は、排熱回収
ボイラから煙突に導かれ、停止中、排熱回収ボイラの温
度が低下しないようにするため、つまり次の起動時に排
熱回収ボイラの暖気を不要にするため、排熱回収ボイラ
出口にダンパを設置し、このダンパによりガスタービン
から排熱回収ボイラまでのガスを外気と遮断している。

【００１１】ここで、ガスタービンの起動時前、上記ダ
ンパを開くと、排熱回収ボイラの内部の暖まって軽くな
ったガスが煙突を通じて外部に流出しようとする力を生
じる。このとき、同時にガスタービン内では、吸気側か
ら圧縮機側へもガス（空気）の流れが生じて、圧縮機を
回転させることになる。すなわち、この時、軸の低速タ
ーニングを行っていたと仮定すると、ガスタービンの回
転軸側にトルクが発生して、ターニング装置が離脱する
ことになる。この場合、一度離脱したターニング装置
は、直ちに停止するように構成されているのが一般的で
ある。

【００１２】一方、上記ダンパが開いた際のガスの動き
は、過度的な現象であり、即座に外気と、排熱回収ボイ
ラ内部との圧力が釣り合って、流れは生じなくなるの
で、ガスタービンのトルクの発生はなくなり、回転数が
低下することになる。この際、ターニング装置が停止し
ていると、ターニングが連続して行えないという問題点
が生じる。

【００１３】これら低速ターニング装置と、高速ターニ
ング装置との２種類があるものの、１つの軸に、これら
２つのターニング装置を組み入れたものは、経済性およ
び切替えに伴う安全性を確保するため、ほとんど見受け
られない。

【００１４】図１４は機械式ターニング装置を備えた火
力発電プラントの一例としてガスタービンおよび発電機
で構成される一軸型コンバインドサイクルプラントの軸
の構成例を示す。

【００１５】図１４に示すように、ガスタービン１、圧
縮機２、および発電機３の回転軸が一軸に結合されてお
り、ガスタービン１の駆動力によつて発電機３が回転駆
動して電力を発生させる。この軸のターニング装置４
は、圧縮機２と発電機３との間にターニングギア５を介
してターニングモータ６が設けられており、軸のターニ
ング時はターニングモータ６によりある一定速度で軸を
回転させる。

【００１６】そして、発電機３は遮断器７ａを介して母
線８に接続される一方、この母線８からは遮断器７ｂ、
入力変圧器９を介して静止形駆動装置１０に接続され、
この静止形駆動装置１０が交流リアクトル１１、断路器
１２を介して発電機回路に接続されている。ここで、静
止形駆動装置１０は、回転軸をターニング速度から定格
速度まで立ち上げる場合に発電機３に電力を供給し発電
機３をモータとして運転させる。

【００１７】図１５（Ａ），（Ｂ）は従来のタ−ニング
装置の構造を示す概略正面図，概略平面図である。

【００１８】図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、従来
のターニング装置４は、ガスタービンまたは蒸気タービ
ンのロータ軸１３の近傍に、ターニングギアとしての駆
動用ギア１４、離脱機構を備えたギアトレイン１５、お
よびターニングモータ６がそれぞれ設置されており、ロ
ータ軸１３にロータ外周ギア１６が固定されている。こ
こで、ターニングモータ６におけるの回転数は、ギアト
レイン１５によって必要な回転数まで減速され、駆動用
ギア１４を介してロータ外周ギア１６へ回転駆動力が伝
達される。このとき、ロータ軸１３の回転数は、２〜３
ｒｐｍである。

【００１９】また、ギアトレイン１５と駆動用ギア１４
との間には、離脱装置１７が配設され、この離脱装置１
７はターニングモータ６からロータ軸１３にトルクが伝
達されるときのみ、駆動用ギア１４とロータ外周ギア１
６とを噛合させるように構成されている。

【００２０】すなわち、離脱装置１７は歯車とラチェッ
トとの組み合わせから構成され、ロータ軸１３が起動し
て原動機内を作動流体が流れると、ロータ軸１３自身が
自立して、機械機構により駆動用ギア１４がロータ外周
ギア１５によって自動的に跳ね上げられ、離脱すること
になる。

【００２１】この離脱装置１７は、安全対策上極めて重
要なものであり、ロータ側が突然回転上昇を開始したと
しても、タ−ニング装置４とロータとの間で、無理な力
がかからない構造になっている。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
火力発電設備における従来のターニング装置４は、ター
ニングの目的に応じて回転数を変えることが望ましいに
も拘らず、低速定回転のみしか行うことができない。ま
た、従来のターニング装置４は、駆動用ギア１４とロー
タ外周ギア１６との噛合・離脱方式であるため、タービ
ンのロータ軸１３がトルクを有すると、自動的に離脱
し、ターニング失敗となる不具合があった。そして、機
械的な離脱装置１７により安全性が確保されている一
方、その構造から可変速機能を有することが困難となっ
ている。

【００２３】本発明は上述した事情を考慮してなされた
もので、ターニングの目的に応じて可変速化を可能と
し、同時にターニング中に機械的離脱を行うことなく、
回転数の保持と制御を可能にした発電設備のターニング
装置を提供することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、本発明の請求項１は、ガスタービンおよび発電
機を一軸に結合した発電設備において、前記発電機に可
変周波数電源を与えて電動機としてトルクを発生させる
とともに、半導体電力変換装置により構成し、軸の回転
数制御を行う静止型駆動装置を設け、この静止型駆動装
置から前記発電機に可変周波数電源を与えて必要とする
任意のターニング速度で軸を回転させることを特徴とす
る。

【００２５】請求項２は、請求項１記載のガスタービン
および発電機を一軸に結合した発電設備を複数軸設ける
ととともに、各軸にそれぞれ静止型駆動装置を設け、こ
れら静止型駆動装置の少なくとも２台を接続組合せ可能
に構成したことを特徴とする。

【００２６】請求項３は、請求項１または２記載のガス
タービンおよび発電機を一軸に結合した発電設備を複数
軸設けるととともに、各軸にそれぞれ静止型駆動装置を
設け、これらの静止型駆動装置は、一軸を起動可能な容
量を有する静止型起動装置と、要求される任意の回転数
のターニング運転を可能とする電流型または電圧型イン
バータとを備えたことを特徴とする。

【００２７】請求項４は、請求項１記載のガスタービン
および発電機を一軸に結合した発電設備を複数軸設ける
ととともに、各軸にギアを介してターニングモータを結
合し、各軸の回転数制御を行う静止型駆動装置を設けた
ことを特徴とする。

【００２８】請求項５は、ガスタービンおよび発電機を
一軸に結合した発電設備において、軸にギアを介してタ
ーニングモータを結合し、このターニングモータを要求
される任意の回転数とする電源を供給する可変周波数可
変電圧駆動装置を設けたことを特徴とする。

【００２９】請求項６は、ガスタービンおよび発電機を
一軸に結合した発電設備を複数軸設けるととともに、各
軸にそれぞれ静止型駆動装置を設け、これらの静止型駆
動装置は強制転流型整流素子を使用した半導体電力変換
装置により構成され、前記静止型駆動装置を並列に接続
して少なくとも２台を同時に使用する際、必要となる交
流リアクトルを分割配置したことを特徴とする。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。

【００３１】図１は本発明に係る発電設備のターニング
装置の第１実施形態を示す構成図である。この実施形態
では、発電プラントとして火力発電プラントに適用した
例を示し、火力発電プラントの一例として、ガスタービ
ンおよび発電機で構成される一軸型コンバインドサイク
ルプラントの軸の構成例を示している。なお、従来の構
成と同一または対応する部分には図１４および図１５と
同一の符号を用いて説明する。

【００３２】図１に示すように、発電機３は遮断器７ａ
を介して母線８に接続される一方、この母線８からは遮
断器７ｂ、必要な容量を入力するための入力変圧器９を
介して静止形駆動装置１０に接続され、この静止型駆動
装置５は、交流を直流または直流を交流に変換する場合
に必要とするインピーダンスを与える交流リアクトル１
１、断路器１２を介して発電機回路に接続されている。

【００３３】ここで、静止型駆動装置１０は半導体電力
変換装置により構成され、この半導体電力変換装置はサ
イリスタをブリッジ接続した逆変換器などが使用され
る。また、遮断器７ａは発電機３が発電した電力を母線
８側に送電する場合に閉じる一方、遮断器７ｂおよび断
路器１２は発電機３の発電時に開となり、起動時に閉じ
る。

【００３４】さらに、発電機３は位置および回転検出器
１８に接続され、この位置および回転検出器１８は発電
機３のロータの位相の位置を検出し、つまり発電機３の
回転磁界の作る点弧タイミングを検出し、回転数信号を
出力する。そして、位置および回転検出器１８は回転数
制御器１９に接続され、この回転数制御器１９は回転数
検出器１８からの回転数信号を制御信号に変換し、この
制御信号を静止形駆動装置１０にサイリスタゲート信号
として与える。

【００３５】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００３６】発電機３の位置および回転検出器１８から
の信号は、回転数制御変換器１９に加えられ、この制御
変換器１９は位置および回転数検出器１８からの回転数
信号を制御信号に変換するもので、その制御信号は静止
形駆動装置１０にサイリスタゲート信号として与えら
れ、発電機３に任意の周波数の交流電圧を与え、発電機
３が電動機運転としてトルクを発生することで回転軸を
回転させる。

【００３７】これにより、発電機３に与える周波数を制
御して上昇または降下させて任意のターニング速度で回
転軸を回転させることができる。この駆動電力は母線８
から遮断器７ｂ、入力変圧器９を介して得られる。以上
の構成でターニング運転は遮断器７ｂおよび断路器１２
を閉じ、遮断器７ａを開いた状態で実施する。

【００３８】このように本実施形態によれば、火力発電
設備の軸のタ−ニングおよび起動を実施する手段として
静止型駆動装置１０を使用することで、可変周波数電源
を発電機３に与え、この発電機３を電動機運転させ、必
要とする任意の回転数でターニングを可能とし、かつ機
械式ターニングギアおよび自動離脱装置を不要にするこ
とができる。その結果、構造を簡素化することができ
る。加えて、従来のような起動に使用する静止型駆動装
置を準備するだけで、ターニング運転が可能となり、設
備の追加が不要になる。

【００３９】すなわち、タ−ニング装置を半導体電力変
換装置で構成する静止型駆動装置１０とすることによ
り、機械式ターニングギアでは実現できない要求される
任意の回転速度でのターニングを実現することができ、
ターニング運転中に回転軸のトルク変動が生じた場合で
も回転軸が自動離脱することなく、一定のターニング速
度を維持することができる。そのため、プラント起動時
に起動渋滞指令により停止することがない。

【００４０】次に、ガスタービン、発電機および静止型
駆動装置から構成される軸が複数軸で構成されている発
電設備を説明する。以下、説明を簡単にするため、軸起
動時に必要なトルクの１／２程度の出力を有する静止型
駆動装置を５０％ＳＦＣ、静止型駆動装置単独で軸を起
動できるだけの容量を有するものを１００％ＳＦＣと称
呼することにする。

【００４１】図２は本発明に係る発電設備のターニング
装置の第２実施形態を示す回路図であり、この実施形態
は発電所が３軸のガスタービンを有する火力発電設備で
構成され、ターニングに要する最大のトルクが５０％Ｓ
ＦＣ１台相当の場合を示している。

【００４２】図２に示すように、５０％ＳＦＣ（変換
器）２０ａ，２０ｂ，２０ｃの３台は、それぞれ遮断器
２１および入力変圧器２２を介して商用周波数の電源に
接続され、その出力側がそれぞれ順に交流リアクトル２
３ａ，２３ｂ，２３ｃ、断路器（または遮断器）２４
ａ，２４ｂ，２４ｃ、交流リアクトル２３ｄ，２３ｅ，
２３ｆ、および断路器２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介して
発電機３ａ，３ｂ，３ｃに接続されている。

【００４３】また、断路器（または遮断器）２４ａ，２
４ｂ，２４ｃと交流リアクトル２３ａ，２３ｂ，２３ｃ
との間は、それぞれ分岐され、断路器２６ａ，２６ｂ，
２６ｃ，２６ｄを介して出力変圧器２７ａ，２７ｂに接
続され、この出力変圧器２７ａ，２７ｂの出力側が断路
器（または遮断器）２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ、
交流リアクトル２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ、および断路器
２５ａ，２５ｂ，２５ｃを介して発電機３ａ，３ｂ，３
ｃにそれぞれ接続されている。

【００４４】さらに、断路器（または遮断器）２４ａ，
２４ｂ，２４ｃと、交流リアクトル２３ｄ，２４ｅ，２
４ｆとの間はそれぞれ分岐され、切替用遮断器２９ａ，
２９ｂがそれぞれ接続されている。

【００４５】次に、本実施形態の作用を説明する。

【００４６】今、第１のガスタービンをまず起動させる
には、５０％ＳＦＣ２０ａおよび５０％ＳＦＣ２０ｂの
２台組み合わせることにより軸を起動し、５０％ＳＦＣ
２０ｃで第２のガスタービンのターニングを行う。

【００４７】軸起動は、５０％ＳＦＣ２０ａ，２０ｂ２
台を出力変圧器２７ａを介して２倍の電圧にすることに
より、軸の起動に必要な回転力の１００％を発電機３
ａ，３ｂに供給することができる。このように断路器２
６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄを設けることにより、１
軸の起動が完了すると断路器２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，
２６ｄを開閉することにより、起動させたい２軸目以降
を任意に選択することができる。

【００４８】なお、出力変圧器２７ａ，２７ｂは、発電
機３ａなどの高調波耐量に従い最適な電圧および電流に
選定することができる。すなわち、図２において、５０
％ＳＦＣ２０ａ，２０ｂ，２０ｃのいずれか１台のみを
出力変圧器２７ａまたは２７ｂに接続し、発電機電圧を
出力変圧器２７ａ，２７ｂを介さない場合より高くする
ことより、発電機３ａ，３ｂまたは３ｃへの流入電流を
小さくすることができ、回転子側への高調波分を含んだ
誘導電流を低減できるような運転とすることもできる。

【００４９】このように本実施形態によれば、火力発電
設備の軸のターニングおよび起動を実施する際に、複数
の静止型起動装置を使用することで、ターニングおよび
起動に必要なトルクを電動機運転する発電機３ａ，３ｂ
または３ｃに与えることで、任意の回転数でターニング
を可能とし、かつ機械式ターニングギアおよび自動離脱
装置を不要にすることができる。

【００５０】したがって、複数の静止型駆動装置の組み
合わせで１軸を起動する容量を持たせることにより、軸
の起動の自由度を確保しつつ経済的なものとすることが
できる。

【００５１】また、複数の静止型駆動装置を設けたこと
により、１台が故障した場合でもそのバックアップが可
能となり、信頼性を高めることができる。

【００５２】図３は本発明に係る発電設備のターニング
装置の第２実施形態の変形例を示す回路図であり、６相
整流回路をカスケードに接続して、５０％出力と１００
％出力の切替えを可能にした実施形態を示す。なお、前
記第２実施形態と同一または対応する部分には同一の符
号を用いて説明する。

【００５３】図３に示すように、軸停止時など５０％Ｓ
ＦＣの出力しか必要のない場合は、２つの５０％ＳＦＣ
（以下、変換器ともいう）２０ａ，２０ｂ間の接続を切
り、断路器２４ａ，２４ｂ，２４ｃを閉とし、断路器２
８ａ，２８ｂ，２８ｃを開として発電機３ａなどに交流
リアクトル２３ｄ，２３ｅまたは２３ｆを介して断路器
２５ａなどで選択される発電機３ａなどに可変電源を供
給して、起動を行うことができる。

【００５４】また、前述の軸起動時の場合、変換器２０
ａ，２０ｂ間を接続し、断路器２４ａ，２４ｂ，２４ｃ
を開とし、断路器３０を閉とし、起動したい軸側の断路
器２８ａ，２８ｂまたは２８ｃを閉とし、起動したい発
電機の断路器２５ａなどを閉とすれば１００％出力を起
動したい軸の同期電動機と運転する発電機３ａなどに変
換器２０ａ，２０ｂの出力を供給することができる。

【００５５】図４は図３において５０％ＳＦＣ（変換
器）２０ａ，２０ｂ，２０ｃである６相整流回路をカス
ケード接続する場合の接続例を三線結線図で示し、起動
時および停止時の切替えを詳細に説明する。

【００５６】図４に示すように、６組の整流素子３１で
ブリッジを構成し、それぞれのブリッジに出力端子を設
けておく。この２組のブリッジをカスケードに接続し、
直流側に断路器３２および切替用断路器３３を設け、そ
の間に１００％出力端子を設けて、５０％でも１００％
でも出力を切替可能にしておく。

【００５７】軸のターニング時に５０％ＳＦＣ出力だけ
を必要とする場合には、断路器３２を閉とし、また断路
器３３をＡ側に接続しておけば、６相整流器を個別に使
用することができる。

【００５８】また、軸を起動するときに１００％ＳＦＣ
出力を必要とする場合には、断路器３２を開とし、断路
器３３をＢ側に接続することにより、２つの６相整流器
をカスケードに接続する。入力側（コンバータ）も出力
側（インバータ）も同様の結線により、起動装置の容量
を２倍にすることができる。

【００５９】図５は本発明に係る発電設備のターニング
装置の第３実施形態を示す回路図である。なお、前記第
１実施形態と同一または対応する部分には同一の符号を
用いて説明する。以下の各実施形態も同様である。

【００６０】この実施形態では、静止型駆動装置として
電流型インバータまたは電圧型インバータが使用されて
おり、ガスタービン１、圧縮機２および発電機３からな
る回転体と静止型駆動装置１０とから構成された１回路
と、ガスタービン１、圧縮機２および発電機３からなる
回転体と電流型インバータ（または電圧型インバータ）
３５とから構成された２回路とで構成されている。この
ように軸を複数で構成する場合、前記第２実施形態で示
した複数軸と同様の構成とする。なお、図５において符
号７は遮断器である。

【００６１】このように本実施形態によれば、１台の静
止型駆動装置１０だけに軸を起動できる容量を持たせ、
他のターニング用の静止型駆動装置には汎用の半導体電
力変換装置として電流型インバータ（または電圧型イン
バータ）３５を採用することにより、運用性を維持しつ
つ、経済的なものとすることができる。したがって、タ
ーニング用と起動用に分けることにより、設備コストを
削減することができる。

【００６２】また、本実施形態によれば、静止型駆動装
置として電流型インバータ（または電圧型インバータ）
３５を使用を使用したことにより、汎用品を用いること
ができる。

【００６３】図６は本発明に係る発電設備のターニング
装置の第４実施形態を示す構成図である。この実施形態
は、ガスタービン１、圧縮機２および発電機３からなる
回転体に従来通り機械式のターニング装置４が各軸に設
置されるとともに、静止型駆動装置１０が複数軸（３
軸）に１台設置されている。

【００６４】そして、機械式のターニング装置４の定格
回転速度以外の回転数でターニングを行う場合、あるい
は機械式のターニング装置４の故障時に静止型駆動装置
１０を該当する発電機３に接続し、前記第１実施形態と
同様に発電機３を電動機運転させることにより、軸のタ
ーニングを実施する。

【００６５】このように本実施形態によれば、要求され
る任意のターニング速度で軸の回転を確保することが可
能となり、また軸のターニング装置として機械式のター
ニング装置４のバックアップを持つことができるので、
ターニング装置としての信頼性が向上する。そして、静
止型駆動装置１０は、起動用静止型駆動装置で代用する
ことができるため、静止型起動装置１０で起動する発電
設備では新たな設備を追加をする必要がなくなる。

【００６６】また、本実施形態によれば、静止型駆動装
置１０のみで軸のターニングを行う場合に比べ、軸起動
時の軸の静止トルクを機械式のターニング装置４で賄う
ことができるので、静止型駆動装置１０の台数を削減す
ることができるとともに、軸の静止トルクを考慮する必
要がないことから、静止型駆動装置１０の容量を低減さ
せることができる。

【００６７】図７は本発明に係る発電設備のターニング
装置の第５実施形態を示す構成図である。この実施形態
では、静止型駆動装置を設けずに機械式のターニング装
置４に可変電圧可変周波数装置４０から電力を供給し、
要求される任意の周波数でターニングを実施している。

【００６８】図７に示すように、ガスタービン１、圧縮
機２および発電機３が一軸で構成されており、従来通り
ターニングギア５を介してターニングモータ６が軸に結
合している。本実施形態は、このターニングモータ６の
電力を可変電圧可変周波数装置４０から供給することに
より、ターニングモータ６を任意の回転速度に調整す
る。なお、図７において符号７は遮断器である。

【００６９】すなわち、速度設定指令装置４１には、要
求される目標速度の速度信号と、軸に取り付けられた速
度検出器４２の実速度のから求められる速度指令とが入
力され、これら速度信号と速度指令とを併せて可変電圧
可変周波数装置の４０の出力が決まり、目標とする一定
速度で軸を回転させることができる。

【００７０】図８および図９は本発明の各実施形態が適
用可能な発電設備のターニング装置を示す構成図であ
る。図８ではガスタービン１がギア４３を介して発電機
３と結合した回転軸に構成されており、図９はガスター
ビン１、圧縮機２、蒸気タービン４４および発電機３が
一軸で結合された一軸型コンバインドサイクル発電設備
を示している。そして、図８および図９において、軸を
複数軸で構成すれば、前記第２実施形態と同様の効果を
得ることができる。

【００７１】図１０は本発明に係る発電設備のターニン
グ装置の第６実施形態を示す構成図であり、強制転流型
整流素子を使用した半導体電力変換装置により構成され
る静止型駆動装置を少なくとも２台同時に並行運転する
場合を示している。なお、図１０において、図２の符号
からａ〜ｆを取り除いた符号は図２と同一の部分を示し
ている。

【００７２】この実施形態は、火力発電設備の軸のター
ニングおよび起動を実施する手段として、複数台の静止
型駆動装置２０を並列に接続して使用する際に、静止型
駆動装置２０に強制転流型整流素子を使用する場合、必
要となる交流リアクトル（転流リアクトル）が分割配置
されている。つまり、交流リアクトル（固定）４５と交
流リアクトル（可変）４６とが分割して配置されてい
る。

【００７３】強制転流型整流素子により構成した負荷転
流型インバータを静止型駆動装置２０に使用する場合に
は、図１０に示すようにインバータの転流時に逆起電力
を確保するために発電機側にその転流リアクタンス相当
のリアクタンスを確保する必要があり、これを発電機３
の電機子のリアクタンス分と交流リアクタンスの和で構
成する。

【００７４】このように本実施形態によれば、必要とな
る交流リアクトル（転流リアクトル）が分割配置されて
いるので、強制転流型整流素子の転流失敗を防ぎ、かつ
静止型駆動装置２０の内部事故の際に外部から流入する
事故電流を抑制し、半導体素子の事故時に保護すること
ができる。

【００７５】ところで、図１０に示すように交流リアク
トル４５を静止型駆動装置２０と断路器２４との間に固
定値で設置すると、この静止型駆動装置２０を複数台同
時に並行運転する場合に問題を生じる。

【００７６】図１１（Ａ），（Ｂ）および図１２
（Ａ），（Ｂ）に強制転流型整流素子であるサイリスタ
素子の点弧前後の状況を示す。サイリスタ素子は１２０
度ピッチでパルス発生器で制御されたゲートパルス信号
により点弧するサイリスタをＵ→Ｚ→Ｖ→Ｘ→Ｗ→Ｙ→
Ｕの順番で点弧を繰り返すが、ここでサイリスタＵを点
弧する場合を例にとり点弧失敗の原理を説明する。

【００７７】サイリスタＵを点弧する直前は２組の逆変
換器（ａ），（ｂ）ともサイリスタＷおよびサイリスタ
Ｙが通電している。パルス発生器からサイリスタＵに点
弧パルスが点弧されるとき、逆変換器（ａ）と逆変換器
（ｂ）のそれぞれのサイリスタＵへの点弧タイミングが
ずれ、逆変換器（ａ）のサイリスタＵが先に点弧したと
する。

【００７８】その時、逆変換器（ａ）はある重なり時間
を経過してサイリスタＵとサイリスタＹが通電した状態
へと移行する。本来は逆変換器（ｂ）も逆変換器（ａ）
と同様に点弧サイリスタが移行しなければならないが、
図１２に示すように逆変換器（ａ）が移行したため逆変
換器（ｂ）のサイリスタＵの両端の電圧差がなくなり、
パルス発生器のゲート信号の発生回路にロックがかか
り、サイリスタＵは点弧できくなる。

【００７９】そこで、第５実施形態では図１０に示すよ
うに、点弧タイミングがずれた場合でもサイリスタのア
ノード−カソード間の電位差を確保するために交流リア
クトル（転流リアクトル）を切替母線と断路器間の１カ
所に設置せず、切替母線と逆変換器間にも分割配置する
ことにより、サイリスタのアノード−カソード間の電位
を保つ構造としている。

【００８０】ここで、静止型駆動装置を単独で発電機と
接続する例えばターニング運転時の場合と複数台を並列
に接続し、例えば軸起動時の場合のいずれについても必
要な転流リアクタンスを確保する必要があることから、
ここでは断路器と切替母線間に設置される交流リアクタ
ンス、または切替母線と逆変換器間に設置される交流リ
アクタンスのいずれか一方を可変リアクタンスとする。

【００８１】図１３は本発明に係る発電設備のターニン
グ装置の第７実施形態を示す構成図であり、多軸型のコ
ンバインドサイクル発電設備への適用例を示している。

【００８２】この実施形態では、２台のガスタービン１
ａ，１ｂと、これらの排熱で発生させた蒸気を利用した
１台の蒸気タービン４４からなるコンバインドサイクル
発電設備に適用している。

【００８３】この構成に加え、５０％容量のサイリスタ
起動装置（ＳＦＣ）により構成される静止型駆動装置１
０ａ，１０ｂ，１０ｃを３セット接続する。蒸気タービ
ン軸またはガスタービン軸のターニングを行う場合は、
３台の静止型駆動装置１０ａ，１０ｂ，１０ｃをそれぞ
れの軸の発電機５０，３ａ，３ｂに接続し、ターニング
を行う。

【００８４】そして、ガスタービン１ａ，１ｂの起動時
は、静止型駆動装置１０ｂ，１０ｃの２セットを起動し
ようとするガスタービン軸の発電機３ａ，３ｂに接続し
て軸起動を行う。

【００８５】すなわち、まずガスタービン１ａの軸を起
動するときには、静止型駆動装置１０ａ，１０ｂで起動
し、静止型駆動装置１０ｃでガスタービン１ｂの軸を起
動前のターニングをかけておく。

【００８６】次いで、ガスタービン１ａの軸が起動完了
した段階で、ガスタービン１ｂの軸を起動させるのであ
るが、この時には静止型駆動装置１０ｂと１０ｃにより
起動する。静止型駆動装置１０ａでは、発電機５０の蒸
気タービン軸の起動前ターニングを行い、ガスタービン
１ｂが起動完了し、ガスタービン１ａおよびガスタービ
ン１ｂの双方が充分な蒸気を発生させるに至った段階
で、発電機５０を起動させ、ターニングを離脱させる。
停止過程においては、静止型駆動装置１０ａ，１０ｂ，
１０ｃが１セットずつそれぞれの軸のターニングを担当
する。

【００８７】このような構成においては、起動容量的に
は、ガスタービン軸の１軸に対して１５０％の容量を持
つことになるので、静止型駆動装置の１台が故障したと
しても、プラント全ての起動時間は延びるものの、ガス
タービン軸および蒸気タービン軸を１台ずつ順次起動す
ることにより、プラント全ての起動が可能であり、より
信頼性の高いシステムを供給することができる。

【００８８】このように本実施形態によれば、ターニン
グ装置として軸直結の機器を特に設けることもなく、タ
ーニングに必要な回転数を如何なる値にも選択できるこ
とから、フレキシビリティに富みかつ信頼性および保守
性に優れたターニング装置を提供することができる。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の請求項１
によれば、ガスタービンおよび発電機を一軸に結合した
発電設備において、発電機に可変周波数電源を与えて電
動機としてトルクを発生させるとともに、半導体電力変
換装置により構成し、軸の回転数制御を行う静止型駆動
装置を設け、この静止型駆動装置から発電機に可変周波
数電源を与えて必要とする任意のターニング速度で軸を
回転させることにより、機械式ターニングギアでは実現
できない要求される任意の回転速度でのターニングを実
現することができ、ターニング運転中に回転軸のトルク
変動が生じた場合でも回転軸が自動離脱することなく、
一定のターニング速度を維持することができる。そし
て、回転軸が自動離脱しないため、プラント起動時に起
動渋滞指令により停止することがない。

【００９０】また、機械式ターニングギアおよび自動離
脱装置を不要にすることができる結果、構造を簡素化す
ることができる。加えて、従来のような起動に使用する
静止型駆動装置を準備するだけで、ターニング運転が可
能となり、設備の追加が不要になる。

【００９１】請求項２によれば、請求項１記載のガスタ
ービンおよび発電機を一軸に結合した発電設備を複数軸
設けるととともに、各軸にそれぞれ静止型駆動装置を設
け、これら静止型駆動装置の少なくとも２台を接続組合
せ可能に構成したことにより、発電設備の軸のターニン
グおよび起動を実施する際に、複数の静止型起動装置を
使用することで、ターニングおよび起動に必要なトルク
を電動機運転する発電機に与えることで、任意の回転数
でターニングを可能とし、かつ機械式ターニングギアお
よび自動離脱装置を不要にすることができる。したがっ
て、複数の静止型駆動装置の組み合わせで１軸を起動す
る容量を持たせることにより、軸の起動の自由度を確保
しつつ経済的なものとすることができる。

【００９２】また、少なくとも２台の静止型駆動装置を
設けたことにより、１台が故障した場合でもそのバック
アップが可能となり、信頼性を高めることができる。

【００９３】請求項３によれば、請求項１または２記載
のガスタービンおよび発電機を一軸に結合した発電設備
を複数軸設けるととともに、各軸にそれぞれ静止型駆動
装置を設け、これらの静止型駆動装置は、一軸を起動可
能な容量を有する静止型起動装置と、要求される任意の
回転数のターニング運転を可能とする電流型または電圧
型インバータとを備えたことにより、ターニング用と起
動用に分けることにより、設備コストを削減することが
できる。そして、電流型または電圧型インバータを使用
することにより、汎用品を利用することができる。

【００９４】請求項４によれば、請求項１記載のガスタ
ービンおよび発電機を一軸に結合した発電設備を複数軸
設けるととともに、各軸にギアを介してターニングモー
タを結合し、各軸の回転数制御を行う静止型駆動装置を
設けたことにより、要求される任意のターニング速度で
軸の回転を確保することが可能となり、また軸のターニ
ング装置として機械式のターニング装置のバックアップ
を持つことができるので、ターニング装置としての信頼
性が向上する。

【００９５】また、静止型駆動装置のみで軸のターニン
グを行う場合に比べ、軸起動時の軸の静止トルクを機械
式のターニング装置で賄うことができるので、静止型駆
動装置の台数を削減することができるとともに、軸の静
止トルクを考慮する必要がないことから、静止型駆動装
置の容量を低減させることができる。

【００９６】請求項５によれば、ガスタービンおよび発
電機を一軸に結合した発電設備において、軸にギアを介
してターニングモータを結合し、このターニングモータ
を要求される任意の回転数とする電源を供給する可変周
波数可変電圧駆動装置を設けたことにより、目標とする
一定速度で軸を回転させることができる。

【００９７】請求項６によれば、ガスタービンおよび発
電機を一軸に結合した発電設備を複数軸設けるとととも
に、各軸にそれぞれ静止型駆動装置を設け、これらの静
止型駆動装置は強制転流型整流素子を使用した半導体電
力変換装置により構成され、静止型駆動装置を並列に接
続して少なくとも２台を同時に使用する際、必要となる
交流リアクトルを分割配置したことにより、強制転流型
整流素子の転流失敗を防ぎ、かつ静止型駆動装置の内部
事故の際に外部から流入する事故電流を抑制し、半導体
素子の事故時に保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る発電設備のターニング装置の第１
実施形態を示す構成図。

【図２】本発明に係る発電設備のターニング装置の第２
実施形態を示す回路図。

【図３】本発明に係る発電設備のターニング装置の第２
実施形態の変形例を示す回路図。

【図４】図３のカスケード接続回路を三線結線図で示す
回路図。

【図５】本発明に係る発電設備のターニング装置の第３
実施形態を示す回路図。

【図６】本発明に係る発電設備のターニング装置の第４
実施形態を示す構成図。

【図７】本発明に係る発電設備のターニング装置の第５
実施形態を示す構成図。

【図８】本発明の各実施形態が適用可能な発電設備のタ
ーニング装置を示す構成図。

【図９】本発明の各実施形態が適用可能な他の発電設備
のターニング装置を示す構成図。

【図１０】本発明に係る発電設備のターニング装置の第
６実施形態を示す構成図。

【図１１】（Ａ），（Ｂ）は交流リアクトルを分割配置
していない場合の強制転流型整流素子を用いたサイリス
タ素子の点弧直前の状況を示す回路図，タイミングチャ
ート。

【図１２】（Ａ），（Ｂ）は交流リアクトルを分割配置
していない場合の強制転流型整流素子を用いたサイリス
タ素子の点弧直後の状況を示す回路図，タイミングチャ
ート。

【図１３】本発明に係る発電設備のターニング装置の第
７実施形態を示す構成図。

【図１４】機械式ターニング装置を備えた従来の一軸型
コンバインドサイクルを示す構成図。

【図１５】従来のターニング装置の構造を示す概略正面
図，概略平面図。

【符号の説明】

１ ガスタービン ２ 圧縮機 ３ 発電機 ４ ターニング装置 ５ ターニングギア ６ ターニングモータ ７ａ，７ｂ 遮断器 ８ 母線 ９ 入力変圧器 １０ 静止形駆動装置 １１ 交流リアクトル １２ 断路器 １８ 位置および回転検出器 １９ 回転数制御器 ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ ５０％ＳＦＣ（変換器） ２１ 遮断器 ２２ 入力変圧器 ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅ，２３ｆ 交
流リアクトル ２４ａ，２４ｂ，２４ｃ 断路器 ２５ａ，２５ｂ，２５ｃ 断路器 ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ，２６ｄ 断路器 ２７ａ，２７ｂ 出力変圧器 ２８ａ，２８ｂ，２８ｃ，２８ｄ 断路器 ２９ａ，２９ｂ 切替用遮断器 ３０ 断路器 ３１ 整流素子 ３２ 断路器 ３３ 切替用断路器 ３５ 電流型インバータ（または電圧型インバータ） ４０ 可変電圧可変周波数装置 ４１ 速度設定指令装置 ４２ 速度検出器 ４３ ギア ４４ 蒸気タービン ４５ 交流リアクトル（固定） ４６ 交流リアクトル（可変）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前沢 重男 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内 (72)発明者 鳥飼 高行 東京都港区芝浦一丁目１番１号 株式会社 東芝本社事務所内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した発電設備において、前記発電機に可変周波数電源を
   与えて電動機としてトルクを発生させるとともに、半導
   体電力変換装置により構成し、軸の回転数制御を行う静
   止型駆動装置を設け、この静止型駆動装置から前記発電
   機に可変周波数電源を与えて必要とする任意のターニン
   グ速度で軸を回転させることを特徴とする発電設備のタ
   ーニング装置。
2. 【請求項２】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した発電設備を複数軸設けるととともに、各軸にそれぞ
   れ静止型駆動装置を設け、これら静止型駆動装置の少な
   くとも２台を接続組合せ可能に構成したことを特徴とす
   る請求項１記載の発電設備のターニング装置。
3. 【請求項３】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した発電設備を複数軸設けるととともに、各軸にそれぞ
   れ静止型駆動装置を設け、これらの静止型駆動装置は、
   一軸を起動可能な容量を有する静止型起動装置と、要求
   される任意の回転数のターニング運転を可能とする電流
   型または電圧型インバータとを備えたことを特徴とする
   請求項１または２記載の発電設備のターニング装置。
4. 【請求項４】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した発電設備を複数軸設けるととともに、各軸にギアを
   介してターニングモータを結合し、各軸の回転数制御を
   行う静止型駆動装置を設けたことを特徴とする請求項１
   記載の発電設備のターニング装置。
5. 【請求項５】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した発電設備において、軸にギアを介してターニングモ
   ータを結合し、このターニングモータを要求される任意
   の回転数とする電源を供給する可変周波数可変電圧駆動
   装置を設けたことを特徴とする発電設備のターニング装
   置。
6. 【請求項６】 ガスタービンおよび発電機を一軸に結合
   した発電設備を複数軸設けるととともに、各軸にそれぞ
   れ静止型駆動装置を設け、これらの静止型駆動装置は強
   制転流型整流素子を使用した半導体電力変換装置により
   構成され、前記静止型駆動装置を並列に接続して少なく
   とも２台を同時に使用する際、必要となる交流リアクト
   ルを分割配置したことを特徴とする発電設備のターニン
   グ装置。