JP2012197750A - 発電プラントおよび発電プラント運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 より正確なパワーロードアンバランスの検出を行えるようにすること。
【解決手段】 ガスタービンの出力を算出するガスタービン出力演算手段４２と、蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力演算手段４０−１と、ガスタービン出力および蒸気タービン出力を加算してタービン出力を算出するタービン出力演算手段４４と、発電機の発生する発電機出力を求める発電機出力演算手段３４と、タービン出力と発電機出力との偏差を検出する出力偏差検出手段４６と、検出した偏差が予め設定されている規定値を超えるとパワーロードアンバランスを検出するパワーロードアンバランス検出手段４７〜５０と、パワーロードアンバランス検出手段４７〜５０の出力したパワーロードアンバランス信号により蒸気タービンの加減弁に対し急速閉止指令を出力する制御手段５２〜５４とを備え、蒸気タービン出力演算手段４０−１は、再熱器よりも下流の任意の１箇所で計測される蒸気圧力の累乗値に基づいて蒸気タービン出力を算出する。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、パワーロードアンバランス検出機能を備えた発電プラントおよび発電プラント運転方法に関する。

図８は、従来のパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図である。
図８の複合サイクル発電プラントは一軸型であり、ガスタービン（ＧＴ）１と、ガスタービン空気圧縮機（ＣＯＭＰ）２と、蒸気タービン３と、発電機４とを同一軸上に直結しており、これにガスタービン１の排ガスを回収して蒸気を発生させる排熱回収ボイラ（ＨＲＳＧ）５を設置して構成されている。

なお、前記ガスタービン空気圧縮機（ＣＯＭＰ）２は、吸気フィルタ６で浄化された空気を吸引して高圧高温の圧縮空気を得て燃焼器７に送り、この燃焼器７で、圧縮空気によって燃料を燃焼させ、燃焼ガスを前記ガスタービン１に導入するようになっている。
また、蒸気タービン３は高圧タービン（ＨＰ）３ａ、中圧タービン（ＩＰ）３ｂおよび低圧タービン（ＬＰ）３ｃから構成されている。

前記排熱回収ボイラ５は、例えば横長筒状のケーシング内に、排ガスの上流側から下流側に向かって、高圧第二過熱器８、再熱器９、高圧第一過熱器１０、中圧過熱器１１および低圧過熱器１２を配置し、さらに、ケーシング外に高圧蒸気ドラム（ＨＰ）１３、中圧蒸気ドラム（ＩＰ）１４、低圧蒸気ドラム（ＬＰ）１５を備えており、高圧蒸気ドラム１３で発生した蒸気は高圧第一過熱器１０および高圧第二過熱器８によって順次過熱されたのち、高圧主蒸気管１６に設置されている高圧主蒸気止め弁（図示せず）や高圧主蒸気加減弁１７を通って前記高圧タービン３ａに導入され、当該高圧タービン３ａを駆動する。

高圧タービン３ａで仕事を行った蒸気は、低圧再熱蒸気管１８によって排気され、中圧蒸気ドラム１４で発生して中圧過熱器１１で過熱された後の中圧蒸気と合流し、前記再熱器９に導かれて加熱され、高温再熱蒸気管１９に設置されている再熱蒸気加減弁２０を通って前記中圧タービン３ｂに導入され、当該中圧タービン３ｂを駆動する。

なお、中圧タービン３ｂには、低圧蒸気ドラム１５で発生したのち低圧過熱器１２で過熱された低圧蒸気が低圧主蒸気管２１の低圧主蒸気加減弁２２を経て途中段または排気側に導入され、中圧タービン３ｂ内で仕事を終えた蒸気と合流したのち、クロスオーバー管によって低圧タービン３ｃに導入され、当該低圧タービン３ｃを駆動する。
２３は復水器であり、低圧タービン３ｃで仕事を終えた蒸気を復水にする。２４は、復水ポンプであり、復水を前記排熱回収ボイラ５の低圧蒸気ドラム１５に給水する。

図８中、２９は前記低圧再熱蒸気管１８上に設けた蒸気圧力検出器（圧力センサ）である。３３は前記発電機４の出力回路に設置した発電機電流を検出するための変流器（ＣＴ）である。６０は前記ガスタービン１の排ガス温度Ｔを計測する排ガス温度検出器（温度センサ）であり、６１は前記ガスタービン燃焼器７に供給される燃料の流量Ｇを計測する燃料流量検出器（流量センサ）である。

上記のように構成された従来の複合サイクル発電プラントにおいて、発電機４から電力を供給している電力系統に事故が発生した場合、図示しない電力系統の保護継電システムは、機器保護のために遮断器を遮断して発電機４を電力系統から開放する。すると、この瞬間からガスタービン１および蒸気タービン３から成る一軸型タービンは、過出力状態となって過速するが、遮断器開放（負荷遮断発生）の検出により、蒸気タービンの回転数を制御する高圧主蒸気加減弁１７、再熱蒸気加減弁２０および低圧主蒸気加減弁２２を急速に閉止し、蒸気タービン３の過速を抑制する。

一方、送電系統の事故が、より遠方で発生した場合には、遠方であるが故に複合サイクル発電プラントを有する発電所で、事故発生系統の遮断器開放（遠方負荷遮断）を検出することが困難である。この問題を解消するためにタービン出力（パワー）４５と発電機出力（ロード）３５との偏差に基づいてパワーロードアンバランスを検出するパワーロードアンバランス検出回路２５が設けられている。

以下、図９を参照して、従来技術のパワーロードアンバランス検出回路２５について具体的に説明する。

タービン出力（パワー）４５は、次のようにして求められる。まず、蒸気タービン出力を算出するために圧力代表計測点として高圧タービン３ａの排気蒸気が流れる低温再熱蒸気管１８に設置した蒸気圧力検出器２９の高圧タービン排気蒸気圧力信号３０を蒸気タービン出力演算部４０に導入し演算によって蒸気タービン出力４１を求める。次に、排ガス温度検出器６０からガスタービン１の排ガスの測定温度Ｔを、または燃料流量検出器６１からガスタービン燃焼器７に供給される燃料の流量信号Ｇをガスタービン出力演算部４２に導入し演算によってガスタービン出力４３を求める。そして、これらを加算器４４で加算することによってタービン出力（パワー）４５が求められる。

一方、発電機出力（ロード）３５は、発電機４の端子に設けた変流器３３で計測した電流３３ａを発電機出力演算部３４に導入し演算によって求められる。

そして、減算器４６にてタービン出力（パワー）４５から発電機出力（ロード）３５を減算し、その偏差δを規定値以下検出コンパレータ４７に入力する。規定値以下検出コンパレータ４７は、入力された偏差δが予め定めてある規定値（例えば、４０％）を超えると論理値「１」なる出力信号をアンド回路４９の一方の入力端子に出力する。

一方、発電機出力変化率演算部３６は、前記発電機出力３５を入力して発電機出力変化率３７を求め、これを規定値以下検出コンパレータ３８に入力する。この規定値以下検出コンパレータ３８は、発電機出力変化率３７が予め定めてある規定値（例えば、−４０％／２０ｍｓｅｃ）以下の場合（即ち、発電機出力変化率３７の絶対値が規定値の絶対値以上である場合）、論理値「１」なる出力信号３９を前記アンド回路４９の他方の入力端子に出力する。

アンド回路４９は、タービン出力４５と発電機出力３５との偏差δが４０％を超えたという条件と、発電機出力変化率３７が−４０％／２０ｍｓｅｃ以下であるという条件とを同時に満たしたとき、パワーロードアンバランス発生を検出し、論理値「１」なる出力信号を、ＳＲフリップフロップ回路で構成されたホールド回路５０のセット端子Ｓに入力する。ホールド回路５０は、アンド回路４９の出力信号を一旦セット端子Ｓに入力すると、タービン出力４５と発電機出力３５との偏差δが規定値以下検出コンパレータ４７の検出レベル未満まで減少したことによりノット回路４８からリセット端子Ｒに規定値以下検出コンパレータ４７の反転信号が入力される迄の間、継続して出力信号５１を出力する。この出力信号は高圧主蒸気加減弁制御装置５２、再熱蒸気加減弁制御装置５３および低圧主蒸気加減弁制御装置５４に入力され、高圧主蒸気加減弁操作指令２６、再熱蒸気加減弁操作指令２７および低圧主蒸気加減弁操作指令２８を出力する。

なお、図９で示した従来の複合サイクル発電プラントのパワーロードアンバランス検出回路２５は、例えば、特許文献１に記載の負荷遮断時制御装置と同等の機能を有している。

特開２００２−２２７６１０号公報

前述したように従来の複合サイクル発電プラントにおいては、蒸気タービン出力４１を算出するための圧力代表計測点として、高圧タービン３ａの排気側の低温再熱蒸気管１８に設置した蒸気圧力検出器２９で計測される高圧タービン排気蒸気圧力信号３０を用いている。

しかしながら、実際には高圧タービン３ａで仕事をした蒸気は、中圧ドラム１４から発生した蒸気との合流後に再熱器９で過熱されて中圧タービン３ｂに導入されてここで仕事をし、さらに低圧ドラム１５から発生した蒸気と中圧タービン３ｂの途中段または排気側で合流した後に低圧タービン３ｃで仕事をする。

このように、高圧タービン３ａの排気側の蒸気圧力検出器２９で計測された高圧タービン排気蒸気圧力信号３０から算出される蒸気タービン出力４１は、中圧ドラム１４および低圧ドラム１５から発生する蒸気により生成される出力分を計上していないため、実出力を反映していない。このため、パワーロードアンバランス検出回路２５は、正確なパワーロードアンバランス検出を行っているとはいえない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、より正確なパワーロードアンバランスの検出を行えるようにした発電プラントおよび発電プラント運転方法を提供することを目的とする。

ある実施形態によれば、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンにより構成される蒸気タービンと、前記蒸気タービンと同軸に配置されたガスタービンと、前記蒸気タービンおよび前記ガスタービンと同軸に配置された発電機と、前記ガスタービンの排ガスを回収して蒸気を発生させ、高圧ドラム、中圧ドラム、低圧ドラムおよび再熱器を有する排熱回収ボイラと、を備え、前記高圧ドラムで発生した蒸気を高圧主蒸気加減弁を経て前記高圧タービンに導入してこれを駆動し、当該高圧タービンの排気蒸気を前記中圧ドラムで発生した蒸気と合流後に前記再熱器に供給して加熱し、当該再熱器で再熱された蒸気を再熱蒸気加減弁を経て前記中圧タービンに導いて当該中圧タービンを駆動し、前記低圧ドラムで発生し低圧主蒸気加減弁を通過した蒸気を前記中圧タービンに導かれて仕事をした蒸気とともに前記低圧タービンに導いて当該低圧タービンを駆動するように構成し、前記ガスタービンの出力を算出するガスタービン出力演算手段と、前記蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力演算手段と、ガスタービン出力および蒸気タービン出力を加算してタービン出力を算出するタービン出力演算手段と、前記発電機の発生する発電機出力を求める発電機出力演算手段と、前記タービン出力と前記発電機出力との偏差を検出する出力偏差検出手段と、前記出力偏差検出手段にて検出した前記偏差が予め設定されている規定値を超えるとパワーロードアンバランスを検出するパワーロードアンバランス検出手段と、前記パワーロードアンバランス検出手段の出力したパワーロードアンバランス信号により前記蒸気タービンの加減弁に対し急速閉止指令を出力する制御手段と、をさらに備えた複合サイクル発電プラントにおいて、前記蒸気タービン出力演算手段は、前記再熱器よりも下流の任意の１箇所で計測される蒸気圧力の累乗値に基づいて蒸気タービン出力を算出することを特徴とする複合サイクル発電プラントが提供される。

本発明の実施形態１に係るパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図。 同実施形態１のパワーロードアンバランス検出回路の構成の一例を示す図。 高温再熱蒸気温度の変化時における蒸気タービン出力と再熱蒸気加減弁下流の蒸気圧力の変化率を示すグラフ。 高温再熱蒸気温度の変化時における蒸気タービン出力と再熱蒸気加減弁下流の蒸気圧力の累乗値の変化率を示すグラフ。 本発明の実施形態２に係るパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図。 本発明の実施形態３に係るパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図。 同実施形態３のパワーロードアンバランス検出回路の構成の一例を示す図。 従来のパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図。 従来のパワーロードアンバランス検出回路の構成の一例を示す図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。

［実施形態１］
図１は、本発明の実施形態１に係るパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図であり、図２は、同実施形態１のパワーロードアンバランス検出回路の構成の一例を示す図である。
図１中、前述の図８および図９で説明した要素と同一の要素には同一符号を付して説明する。

図１において、本実施形態１の複合サイクル発電プラントは、図８に示したシステム構成と同様に、ガスタービン１、圧縮機２、蒸気タービン３および発電機４の回転軸が一軸に結合されて一軸型コンバインドプラントを構成している。そして、ガスタービン１の排ガスは、排熱回収ボイラ５に導入されて順次、高圧第二過熱器８、再熱器９、高圧第一過熱器１０、中圧過熱器１１、低圧過熱器１２および図示しない各圧力の蒸発器等を流通する給水や蒸気と熱交換した後、煙突を経て大気中に放散されるようになっている。

高圧ドラム１３で発生した蒸気は、高圧第一過熱器１０および高圧第二過熱器８で過熱された後、高圧主蒸気管１６上の図示しない高圧主蒸気止め弁、高圧主蒸気加減弁１７を経て高圧タービン３ａに導入されてここで仕事を行う。仕事を行った高圧蒸気は低温再熱蒸気管１８から排気され、中圧過熱器１１からの蒸気と合流して再熱器９に導入される。この再熱器９で再熱された高温再熱蒸気は、高温再熱蒸気管１９を通り、再熱蒸気加減弁２０を介して中圧タービン３ｂに導入される。この中圧タービン３ｂで仕事を行った蒸気は、低圧ドラム１５から低圧過熱器１２、低圧主蒸気管２１および低圧主蒸気加減弁２２を介して導入される低圧蒸気と中圧タービンの途中段または排気側で合流した後に低圧タービン３ｃに導入されてここで仕事を行う。

このようにして、ガスタービン１と、高圧タービン３ａ、中圧タービン３ｂおよび低圧タービン３ｃからなる蒸気タービン３との駆動力によって発電機４が回転駆動され、電力を発生する。

本実施形態１が従来技術と異なる点は、蒸気タービン出力４１を算出するための蒸気圧力の代表計測点を、図８のように高圧タービン３ａの排気側低温再熱蒸気管１８上に設けるのではなく、再熱器９よりも下流の任意の１箇所に設けた（図１の例では、再熱蒸気加減弁２０よりも下流にある高温再熱蒸気管１９上の任意の１箇所に、蒸気圧力を計測する蒸気圧力検出器２９を設けた）こと、さらには計測された蒸気圧力の信号を入力処理するパワーロードアンバランス検出回路２５−１の回路構成を一部変えた（図２の例では、計測された蒸気圧力の値の累乗演算を行う累乗演算部５５を更に設けた）ことなどにある。

以下、パワーロードアンバランス検出回路２５−１の詳細について、図２を参照して説明する。

図２のパワーロードアンバランス検出回路２５−１において、変流器３３で計測した電流３３ａは、パワーロードアンバランス検出回路２５−１の発電機出力演算部３４に導入され、所定の演算式により発電機出力（ロード）３５が求められる。求められた発電機出力（ロード）３５は、後述する減算器４６に入力されるとともに、発電機出力変化率演算部３６に導入されて発電機出力変化率３７が求められる。求められた発電機出力変化率３７は、規定値以下検出コンパレータ３８に入力され、予め定められた規定値（例えば、−４０％／２０ｍｓｅｃ）と比較される。規定値以下検出コンパレータ３８は、発電機出力変化率３７が規定値以下の場合（即ち、発電機出力変化率３７の絶対値が規定値の絶対値以上である場合）、論理値「１」なる出力信号３９をアンド回路４９の一方の入力端子に出力する。

また、蒸気圧力検出器２９によって計測された高温再熱蒸気圧力信号３０は、累乗演算部５５に導入される。高温再熱蒸気圧力信号３０の値は、累乗演算部５５の内部で予め設定されている累乗係数αで累乗され、これにより累乗圧力信号５５ａが得られる。ここで、高温再熱蒸気圧力信号３０の値をｘ、累乗圧力信号５５ａの値をｙとすると、ｙ＝ｘ^αと表現することができる。累乗圧力信号５５ａの値（即ち、高温再熱蒸気圧力信号３０の値を累乗係数αで累乗した値）は、高温再熱蒸気温度が変化する場合においても、蒸気タービンの実出力に精度良く比例する関係にある。

累乗係数αの設定に際しては、実際に適用する複合サイクル発電プラントのヒートバランスに基づいて、累乗圧力信号５５ａの値（即ち、高温再熱蒸気圧力信号３０の値を累乗係数αで累乗した値）の変化率が蒸気タービン出力の値の変化率に最も精度良く比例する関係を成立せしめるような最適値を選定するようにする。なお、累乗係数αの最適値は、圧力検出位置によって異なる。

累乗係数αの最適値は、例えばコンピュータによるシミュレーションを実施することにより求めることができる。例えば、上記ヒートバランスに基づき、高温再熱蒸気温度の変化時における「蒸気タービン出力の変化率」と「高温再熱蒸気圧力値を累乗した値の変化率」との関係をグラフ上にて関数で表現する。ここで、例えば累乗係数αを変えて関数を変化させることにより、双方の変化率が最も精度良く比例する関係を成立せしめる位置を見出し、そのときの累乗係数αの値を選定する。図３のグラフは、累乗係数αが「０」のとき（即ち、累乗演算が行われない場合）に、理想的な比例関係（破線）からかけ離れた関係（実線）が形成される例を示している。一方、図４のグラフは、累乗係数αが「１．８」のときに、理想的な比例関係（破線）に最も近い関係（実線）が形成される例を示している。本実施形態では、当該「１．８」を累乗係数αの最適値とみなして累乗演算部５５に設定している。

累乗演算部５５から出力される累乗圧力信号５５ａは、蒸気タービン出力演算部４０−１に導入される。蒸気タービン出力演算部４０−１の設定器４０ａには、比例関係のプロポーション（傾き）を決定するゲインＰが予め設定されている。ゲインＰと累乗圧力信号５５ａの値とが乗算器４０ｂにより乗算され、これにより蒸気タービン出力４１の値が得られる。即ち、累乗圧力信号５５ａの値をｙ、蒸気タービン出力４１をｙ´とすると、ｙ´＝Ｐ・ｙと表現することができる。こうして算出される蒸気タービン出力４１の値は、蒸気タービンの実出力の値に略一致する。

なお、図２では、累乗演算部５５を蒸気タービン出力演算部４１−１の外側に設ける場合が例示されているが、当該累乗演算部５５を蒸気タービン出力演算部４１−１の内部に設けるようにしてもよい。

上記説明以外のパワーロードアンバランス検出回路２５−１内の構成および作用は、従来技術と同様であるため、重複する説明を省略する。

本実施形態１によれば、高温再熱蒸気圧力信号３０の値を累乗係数αで累乗して求めた累乗圧力信号５５ａの値から蒸気タービン出力４１を演算するようにしているので、高温再熱蒸気温度が増減しても蒸気タービン出力４１を良好な精度で算出することができる。よって遠方負荷遮断の発生時には的確にパワーロードアンバランス検出を精度良く行うことができるため、遠方負荷遮断発生に伴うガスタービン１および蒸気タービン３から成る一軸型タービンの過速を抑制するように蒸気タービンの回転数を制御する高圧主蒸気加減弁１７、再熱蒸気加減弁２０および低圧主蒸気加減弁２２を急速に閉止し、またこのとき同時に、ガスタービン１の出力を保炎が可能である最低出力まで急減させて過速を抑制することができる。

また、本実施形態１によれば、蒸気タービン出力演算部４１−１は、従来と同様にシンプルな乗算手段のみで所望の蒸気タービン出力４１を得る構成としているため、複雑な演算処理や設定処理を行う要素（関数発生器等）を新たに設ける必要がない。

なお、図１の例ではパワーロードアンバランス検出のための蒸気圧力として、高温再熱蒸気圧力を使用し、高温再熱蒸気圧力の代表計測点として再熱蒸気加減弁２０の下流に設置した蒸気圧力検出器２９により高温再熱蒸気圧力信号３０を得るようにした。これは、圧力検出器の現実的な設置方法やその保守・点検等の実際的な側面を考えると、再熱蒸気加減弁２０から高圧蒸気タービン３ａまでのリード管に蒸気圧力検出器２９を設置した方が当該検出器２９を取り扱いやすいためである。但し、累乗圧力信号５５ａと蒸気タービンの実出力との間に比例関係の相関を与える蒸気圧力は、再熱蒸気加減弁２０の下流に限らず、高温再熱蒸気管１９を含む再熱器９の下流の任意の位置で得られるため、蒸気圧力検出器２９は再熱器９の下流のどの位置に設置してもよい。例えば中圧タービン３ｂの途中段落の圧力においても蒸気タービン出力４１と累乗圧力信号５５ａの比例関係は成立する（例えば後述する実施形態３では、中圧タービン３ｂの途中段落に圧力検出位置を設けた例を示している）。中圧タービン３ｂの途中段落より更に下流の圧力検出位置になると、蒸気タービン出力４１と累乗圧力信号５５ａは次第に精度の高い比例関係を形成することが難しくなるものの、従来よりもパワーロードアンバランス検出の精度を高めることができる。

［実施形態２］
図５は、本発明の実施形態２に係るパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図である。なお、本実施形態２のパワーロードアンバランス検出回路の構成は、図２に示した実施形態１のパワーロードアンバランス検出回路２５−１と同じであるため、その図示および説明を省略する。

本実施形態２の複合サイクル発電プラントにおいては、高効率化のため、高圧タービン３ａの排気蒸気が流れる低温再熱蒸気系統に、前記ガスタービンの高温部を冷却するための冷却蒸気系統が分岐して備えられる。即ち、図５に示すように高圧タービン３ａの排気側の低温再熱蒸気管１８から分岐した冷却蒸気系統６３によってガスタービンの高温部（例えば、動翼や静翼）を冷却するように構成された蒸気冷却ガスタービンが形成されている。

このような構成においては、ガスタービンの高温部を冷却した多量の蒸気が、著しく高温に加熱された状態で低温再熱蒸気管１８に再流入し、実施形態１で示した複合サイクル発電プラントよりも更に著しく高温再熱蒸気温度が大きく変動する。そのため、従来技術のパワーロードアンバランス検出方法では、もはやパワーロードアンバランス検出を精度良く行うことが不可能となる。これに対し、本実施形態２によれば、蒸気圧力検出器２９が、冷却蒸気系統６３内のガスタービン用の冷却ユニット（図示せず）よりも下流に設置されているため、前述した累乗演算の手法などを用いて蒸気タービン出力４１と累乗圧力信号５５ａとの比例関係を成立させることができ、パワーロードアンバランス検出を精度良く行うことができる。

［実施形態３］
図６は、本発明の実施形態３に係るパワーロードアンバランス検出回路を備えた複合サイクル発電プラントの構成の一例を示す図であり、図７は、同実施形態３のパワーロードアンバランス検出回路の構成の一例を示す図である。なお、実施形態１の図１、図２の構成と共通する部分には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

本実施形態３は、前述した実施形態１，２のようにガスタービン１、蒸気タービン３および発電機４を一軸上に並べた一軸型の複合サイクル発電プラントではなく、多軸型の複合サイクル発電プラントを示す。

図６に示されるように、多軸型の複合サイクル発電プラントでは、高圧蒸気タービン３ａ、中圧蒸気タービン３ｂおよび低圧蒸気タービン３ｃで構成される蒸気タービン３と、ガスタービン１および空気圧縮機２とをそれぞれ異なる軸に設置し、蒸気タービン３側の軸に発電機４ａを設置し、ガスタービン１側の軸に発電機４ｂを設置している。

これに加え、本実施形態３では、ガスタービン１、空気圧縮機２、発電機４ｂおよび排熱回収ボイラ５で構成される第１ユニットと同じ機器構成を有する第２ユニット（図示せず）が更に設けられている。第２ユニットの排熱回収ボイラ５の高圧主蒸気管１６、高温再熱蒸気管１９および低圧主蒸気管２１はそれぞれ第１ユニットの排熱回収ボイラ５の高圧主蒸気管１６、高温再熱蒸気管１９および低圧主蒸気管２１と接続されている。従って、それぞれの高圧主蒸気、高温再熱蒸気および低圧主蒸気は、全ユニット分が合流されて蒸気タービン３に供給される。なお、本実施形態では、多軸型の複合サイクル発電プラントが２つのユニットを有する場合の例を示しているが、３つ以上のユニットを有するように構成してもよい。

即ち、多軸型の複合サイクル発電プラントにおいて、各ユニットの高圧ドラム１３で発生した蒸気を全ユニット分で合流させて、これを高圧主蒸気加減弁１７を経て高圧タービン３ａに導入してこれを駆動し、当該高圧タービン３ａの排気蒸気を中圧ドラム１４で発生した蒸気と合流後に再熱器９に供給して加熱し、各ユニットの再熱器９で再熱された蒸気を全ユニット分で合流させて、これを再熱蒸気加減弁２０を経て中圧タービン３ｂに導いて当該中圧タービン３ｂを駆動し、各ユニットの低圧ドラム１５で発生した蒸気を全ユニット分で合流させて、これを低圧主蒸気加減弁２２を通過した蒸気を中圧タービンに導かれて仕事をした蒸気とともに低圧タービンに導いて当該低圧タービンを駆動するように構成する。

また、本実施形態３においては、第１ユニットの高温再熱蒸気管１９と第２ユニットの高温再熱蒸気管１９ａとが接続される位置よりも下流、即ち、第１ユニットの再熱器９から排出される蒸気と第２ユニットの再熱器９ａから排出される蒸気とが全て合流する位置よりも下流の任意の１箇所で蒸気圧力を計測し、その蒸気圧力の累乗値に基づいて蒸気タービン出力を算出するようにする。なお、図６では、中圧タービン３ｂの途中段落に、蒸気圧力を計測するための蒸気圧力検出器２９ａを設置した場合の例を示している。

そのほか、本実施形態３が実施形態１，２と異なる点は、図６に示されるように、パワーロードアンバランス検出回路２５−２に入力される発電機電流が、発電機４ａの発電機電流３３ａのみであり、発電機４ｂの発電機電流はパワーロードアンバランス検出回路２５−２には入力されないことである。これは、パワーロードアンバランス検出回路２５−２が蒸気タービン３の出力と発電機４ａの出力との間のパワーロードアンバランスを検出するためのものであり、また、蒸気タービン３が駆動するのは発電機４ａのみであり発電機４ｂは関係ないからである。なお、ガスタービン１の出力と発電機４ｂの出力との間のパワーロードアンバランスの検出は、図６には図示されていない別のパワーロードアンバランス検出回路により行われる。

さらに、本実施形態３が実施形態１，２と異なる点は、図７に示されるように、パワーロードアンバランス検出回路２５−２の内部において、前記と同じ理由によりガスタービン出力演算部４２を設けておらず、蒸気タービン出力演算部４１−１より算出された蒸気タービン出力（パワー）４１と発電機出力（ロード）３５との偏差δに基づいてパワーロードアンバランスを検出するようにしていることである。これ以外の部分については、図２のパワーロードアンバランス検出回路２５−１と同様となる。

本実施形態３によれば、複合サイクル発電プラントが多軸型である場合において、一軸型の複合サイクル発電プラントの場合と同様、高温再熱蒸気圧力信号３０の値を累乗係数αで累乗して求めた累乗圧力信号５５ａの値から蒸気タービン出力４１を演算するようにしているので、高温再熱蒸気温度が増減しても蒸気タービン出力４１を良好な精度で算出することができ、また、この蒸気タービン出力４１と発電機出力３５との偏差δに基づいてパワーロードアンバランスを検出するようにしているので、遠方負荷遮断の発生時には的確にパワーロードアンバランス検出を精度良く行うことができる。

［その他］
前述の実施形態１〜３ではガスタービンおよび排熱回収ボイラを用いる複合サイクル発電プラントを例にとって説明したが、通常のボイラを用いる一般的な発電プラントにも本発明が適用できることは明らかである。

例えば、高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンにより構成される蒸気タービンと、前記蒸気タービンと同軸に配置された発電機と、前記高圧タービン用の主蒸気を発生する過熱器および前記高圧タービンの排気蒸気を加熱する再熱器を有するボイラとを備え、前記過熱器からの主蒸気を主蒸気加減弁を経て前記高圧タービンに導入してこれを駆動し、当該高圧タービンの排気蒸気を前記再熱器に供給して加熱し、当該再熱器で再熱された蒸気を再熱蒸気加減弁を経て前記中圧タービンに導いてこれを駆動し、当該中圧タービンの排気蒸気を前記低圧タービンに導いてこれを駆動するように構成された火力発電プラントへの適用が可能である。

その場合、当該発電プラントに備えられるパワーロードアンバランス検出回路は、再熱器よりも下流の任意の１箇所で計測される蒸気圧力の累乗値に基づいて蒸気タービンのタービン出力を算出し、前記発電機の発生する発電機出力を求め、前記タービン出力と前記発電機出力との偏差を検出し、前記偏差が予め設定されている規定値を超える場合にパワーロードアンバランスを検出し、前記パワーロードアンバランスが検出された場合に前記蒸気タービンの加減弁に対し急速閉止指令を出力するように構成される。

一般の火力発電プラントにおいては、主な再熱蒸気温度の変動要因である中圧ドラム１４や実施形態２で説明したようなガスタービンの高温部を冷却するための冷却蒸気ユニット等がないため、高温再熱蒸気温度の変動程度は少ないものの、前述したように再熱器よりも下流で計測される蒸気圧力の圧力検出信号の値を累乗する手法などを適用することにより、再熱蒸気温度が増減しても、従来よりも蒸気タービン出力を精度良く算出することができ、遠方負荷遮断の発生時には的確にパワーロードアンバランス検出を行うことができる。

以上詳述したように、各実施形態によれば、より正確なパワーロードアンバランスの検出を行えるようにした発電プラントおよび発電プラント運転方法を提供することが可能となる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

１…ガスタービン、２…圧縮機、３…蒸気タービン、３ａ…高圧タービン、３ｂ…中圧タービン、３ｃ…低圧タービン、４…発電機、４ａ…蒸気タービン用発電機、４ｂ…ガスタービン用発電機、５…燃焼器、６…吸気フィルタ、７…排熱回収ボイラ、８…高圧第二過熱器、９…再熱器、１０…高圧第一過熱器、１１…中圧過熱器、１２…低圧過熱器、１３…高圧ドラム、１４…中圧ドラム、１５…低圧ドラム、１６…高圧主蒸気管、１７…高圧主蒸気加減弁、１８…低温再熱蒸気管、１９…高温再熱蒸気管、２０…再熱蒸気加減弁、２１…低圧主蒸気管、２２…低圧主蒸気加減弁、２３…復水器、２４…復水ポンプ、２５，２５−１，２５−２…パワーロードアンバランス検出回路、２６…高圧主蒸気加減弁操作指令、２７…再熱蒸気加減弁操作指令、２８…低圧主蒸気加減弁操作指令、２９，２９ａ…圧力検出点、３０…高温再熱器圧力信号、３３…変流器、３３ａ…電流信号、３４…発電機出力演算部、３５…発電機出力、３６…発電機出力変化率演算部、３７…発電機出力変化率、３８…規定値以下検出コンパレータ、３９…発電機出力変化率規定値以下検出、４０，４０−１…蒸気タービン出力演算部、４０ａ…設定器、４０ｂ…乗算器、４１…蒸気タービン出力、４２…ガスタービン出力演算部、４３…ガスタービン出力、４４…加算器、４５…タービン出力、４６…減算器、４７…規定値以下検出コンパレータ、４８…ノット回路、４９…アンド回路、５０…ホールド回路、５１…パワーロードアンバランス発生、５２…高圧主蒸気加減弁制御装置、５３…再熱蒸気加減弁制御装置、５４…低圧主蒸気加減弁制御装置、５５…累乗演算部、５５ａ…累乗圧力信号、６０…排気ガス温度検出器、６１…燃料流量検出器、６３…冷却蒸気系統。

Claims (6)

1. 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンにより構成される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンと同軸に配置されたガスタービンと、
   前記蒸気タービンおよび前記ガスタービンと同軸に配置された発電機と、
   前記ガスタービンの排ガスを回収して蒸気を発生させ、高圧ドラム、中圧ドラム、低圧ドラムおよび再熱器を有する排熱回収ボイラと、を備え、
   前記高圧ドラムで発生した蒸気を高圧主蒸気加減弁を経て前記高圧タービンに導入してこれを駆動し、当該高圧タービンの排気蒸気を前記中圧ドラムで発生した蒸気と合流後に前記再熱器に供給して加熱し、当該再熱器で再熱された蒸気を再熱蒸気加減弁を経て前記中圧タービンに導いて当該中圧タービンを駆動し、前記低圧ドラムで発生し低圧主蒸気加減弁を通過した蒸気を前記中圧タービンに導かれて仕事をした蒸気とともに前記低圧タービンに導いて当該低圧タービンを駆動するように構成し、
   前記ガスタービンの出力を算出するガスタービン出力演算手段と、
   前記蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力演算手段と、
   ガスタービン出力および蒸気タービン出力を加算してタービン出力を算出するタービン出力演算手段と、
   前記発電機の発生する発電機出力を求める発電機出力演算手段と、
   前記タービン出力と前記発電機出力との偏差を検出する出力偏差検出手段と、
   前記出力偏差検出手段にて検出した前記偏差が予め設定されている規定値を超えるとパワーロードアンバランスを検出するパワーロードアンバランス検出手段と、
   前記パワーロードアンバランス検出手段の出力したパワーロードアンバランス信号により前記蒸気タービンの加減弁に対し急速閉止指令を出力する制御手段と、をさらに備えた複合サイクル発電プラントにおいて、
   前記蒸気タービン出力演算手段は、前記再熱器よりも下流の任意の１箇所で計測される蒸気圧力の累乗値に基づいて蒸気タービン出力を算出することを特徴とする複合サイクル発電プラント。
2. 前記高圧タービンの排気蒸気が流れる低温再熱蒸気系統に、前記ガスタービンの高温部を冷却するための冷却蒸気系統が分岐して設けられることを特徴とする請求項１に記載の複合サイクル発電プラント。
3. 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンにより構成される蒸気タービンと、
   前記蒸気タービンと同軸に配置された第１の発電機と、
   少なくとも、前記蒸気タービンとは別の軸に配置されたガスタービンと、前記ガスタービンと同軸に配置された第２の発電機と、前記ガスタービンの排ガスを回収して蒸気を発生させ、高圧ドラム、中圧ドラム、低圧ドラムおよび再熱器を有する排熱回収ボイラと、から構成される１つのユニットを複数含む複数ユニットと、を備え、
   各ユニットの前記高圧ドラムで発生した蒸気を全ユニット分で合流させて、これを高圧主蒸気加減弁を経て前記高圧タービンに導入してこれを駆動し、当該高圧タービンの排気蒸気を前記中圧ドラムで発生した蒸気と合流後に前記再熱器に供給して加熱し、各ユニットの前記再熱器で再熱された蒸気を全ユニット分で合流させて、これを再熱蒸気加減弁を経て前記中圧タービンに導いて当該中圧タービンを駆動し、各ユニットの前記低圧ドラムで発生した蒸気を全ユニット分で合流させて、これを低圧主蒸気加減弁を通過した蒸気を前記中圧タービンに導かれて仕事をした蒸気とともに前記低圧タービンに導いて当該低圧タービンを駆動するように構成し、
   前記蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力演算手段と、
   前記第２の発電機の発生する発電機出力を求める発電機出力演算手段と、
   前記蒸気タービン出力と前記発電機出力との偏差を検出する出力偏差検出手段と、
   前記出力偏差検出手段にて検出した前記偏差が予め設定されている規定値を超えるとパワーロードアンバランスを検出するパワーロードアンバランス検出手段と、
   前記パワーロードアンバランス検出手段の出力したパワーロードアンバランス信号により前記蒸気タービンの加減弁に対し急速閉止指令を出力する制御手段と、をさらに備えた複合サイクル発電プラントにおいて、
   前記蒸気タービン出力演算手段は、各ユニットの前記再熱器から排出された蒸気が全て合流する位置よりも下流の任意の１箇所で計測される蒸気圧力の累乗値に基づいて蒸気タービン出力を算出することを特徴とする複合サイクル発電プラント。
4. 前記計測された蒸気圧力の値に所定値を累乗した値は、前記蒸気タービン出力と比例関係にあることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の複合サイクル発電プラント。
5. 前記計測された蒸気圧力の値を所定値により累乗して当該蒸気圧力の累乗値を得る累乗演算手段をさらに備え、
   前記蒸気タービン出力演算手段は、前記累乗演算手段により得られた蒸気圧力の累乗値に対して所定の値を乗算して蒸気タービン出力を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の複合サイクル発電プラント。
6. 高圧タービン、中圧タービンおよび低圧タービンにより構成される蒸気タービンと、前記蒸気タービンと同軸に配置された発電機と、前記高圧タービン用の主蒸気を発生する過熱器および少なくとも前記高圧タービンの排気蒸気を加熱する再熱器を有するボイラとを備え、前記過熱器からの主蒸気を主蒸気加減弁を経て前記高圧タービンに導入してこれを駆動し、少なくとも当該高圧タービンの排気蒸気を前記再熱器に供給して加熱し、少なくとも当該再熱器で再熱された蒸気を再熱蒸気加減弁を経て前記中圧タービンに導いてこれを駆動し、少なくとも当該中圧タービンの排気蒸気を前記低圧タービンに導いてこれを駆動するように構成された発電プラントに適用される発電プラント運転方法であって、
   タービン出力演算手段により、前記再熱器よりも下流の任意の１箇所で計測される蒸気圧力の累乗値に基づいて少なくとも前記蒸気タービンに基づくタービン出力を算出し、
   発電機出力演算手段により、前記発電機の発生する発電機出力を求め、
   出力偏差検出手段により、前記タービン出力と前記発電機出力との偏差を検出し、
   パワーロードアンバランス検出手段により、前記偏差が予め設定されている規定値を超える場合にパワーロードアンバランスを検出し、
   制御手段により、前記パワーロードアンバランスが検出された場合に前記蒸気タービンの加減弁に対し急速閉止指令を出力する
   ことを特徴とする発電プラント運転方法。

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