JP5461970B2

JP5461970B2 - 複合サイクル発電プラント

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Publication number: JP5461970B2
Application number: JP2009268824A
Authority: JP
Inventors: 学立石; 高裕森; 昌幸当房; 公一北口
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2014-04-02
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: JP2011111967A

Description

本発明は、複合サイクル発電プラントに係り、特に遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントに関する。

図８は、従来の複合サイクル発電プラントのシステム構成図である。
図８の複合サイクル発電プラントは一軸タイプであり、ガスタービン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１５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（ＧＴ）１の排ガス温度Ｔを計測する温度検出器（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（パワーロードアンバランス）を比較して負荷遮断発生を検知する遠方負荷遮断検出回路２５が設けられている。

以下、図９を参照して従来技術の遠方負荷遮断検出装置２５について具体的に説明する。まず、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の高圧タービン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、ガスタービン１の排ガス温度検出器６０からの測定温度Ｔ、またはガスタービン燃焼器７に供給される燃料の流量検出器６１からの流量信号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が得られる。

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（すなわち、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遠方負荷遮断検出装置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。

そこで本発明は、上述課題を解決するため、排熱回収ボイラの中圧ドラムおよび低圧ドラムから発生する蒸気により生成される出力分を蒸気タービン出力に反映させることにより、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遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントを得ることを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に係る発明は、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蒸気加減弁を通過した低圧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算出手段と、前記蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力算出手段と、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得るタービン出力算出手段と、前記発電機の発生する発電機出力を得る発電機出力検出手段と、前記タービン出力と前記発電機出力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遠方負荷遮断を検知して遠方負荷遮断信号を出力する遠方負荷遮断検出手段と、前記遠方負荷遮断検出手段の出力した前記遠方負荷遮断信号により前記蒸気タービンの蒸気加減弁に対し急速閉止指令を出力する弁制御装置と、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算出手段は、前記再熱蒸気加減弁よりも下流の第１の圧力検出位置およびこの第１の圧力検出位置よりも下流の第２の圧力検出位置でそれぞれ計測された第１の蒸気圧力および第２の蒸気圧力を加重平均して得た蒸気圧力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。

また、請求項２に係る発明は、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、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、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蒸気加減弁を通過した低圧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算出手段と、前記蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力算出手段と、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得るタービン出力算出手段と、前記第１および第２の発電機の出力を合計した発電機出力を得る発電機出力検出手段と、前記タービン出力と前記発電機出力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遠方負荷遮断を検知して遠方負荷遮断信号を出力する遠方負荷遮断検出手段と、前記遠方負荷遮断検出手段の出力した前記遠方負荷遮断信号により前記蒸気タービンの蒸気加減弁に対し急速閉止指令を出力する弁制御装置と、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算出手段は、前記再熱蒸気加減弁よりも下流の第１の圧力検出位置およびこの第１の圧力検出位置よりも下流の第２の圧力検出位置でそれぞれ計測された第１の蒸気圧力および第２の蒸気圧力を加重平均して得た蒸気圧力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。

本発明によれば、従来技術における高圧タービンの排気蒸気の圧力に替えて、再熱蒸気加減弁の下流に位置する中圧タービンに設置した第１の圧力検出信号３０ａおよび第２の圧力検出信号３２ａの２点により蒸気圧力を検出し、それらを加重平均して蒸気圧力信号５９ａを得るようにしたので、蒸気圧力信号５９ａと蒸気タービン出力４１とは相関関係があることから従来の高圧タービンの排気蒸気の圧力信号のみを検出する場合に比べて、さらに信頼性の高い複合サイクル発電プラントにおけるパワーロードアンバランス（遠方負荷遮断）発生の検出が可能である。

本発明の実施形態１に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図。実施形態１の遠方負荷遮断検出装置の一例を示す構成図。本発明の実施形態２に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図。実施形態２の遠方負荷遮断検出装置の一例を示す構成図。本発明の実施形態３に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図。実施形態３の遠方負荷遮断検出装置の一例を示す構成図。本発明の実施形態４に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図。従来の遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図。従来の遠方負荷遮断検出装置を示す図。

以下図面を参照して本発明に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントについて説明する。

［実施形態１］
図１は発明の実施形態１に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図であり、図２は本実施形態１に適用した遠方負荷遮断検出装置の一例を示す図である。
図１中、前述の図８および図９で説明した部品や要素と同一の部品や要素には同一符号を付けて説明する。

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も、図８に示す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は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の高圧タービン３ａ排気側低温再熱蒸気管１８に替えて、中圧タービン３ｂの２箇所（第１の圧力検出点２９ａおよびこの第１の圧力検出点２９ａよりも下流側に位置する第２の圧力検出点３１ａ）にしたこと、さらにその２箇所で計測された蒸気圧力信号を入力処理する遠方負荷遮断検出装置の構成を一部変更したことである。

以下、遠方負荷遮断検出装置２５_-１の詳細について、図２を参照して説明する。
図２において、本実施形態１の遠方負荷遮断検出装置２５_-１に発電機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、ここで所定の演算式によって発電機出力（ロード）３５を求める。求められた発電機出力（ロード）３５を、後述する減算器４６に入力するとともに、発電機出力変化率演算部３６に導入して発電機出力変化率３７を求める。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に入力されて予め定められている規定値（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（すなわち、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。

一方、遠方負荷遮断検出装置２５_-１に前記第１の圧力検出点２９ａおよび第２の圧力検出点３１ａにそれぞれ設置された２つの蒸気圧力計測器２９ａ、３１ａ（便宜上、計測点とそこに設置される計測器とに同一符号を用いる）によってそれぞれ計測された第１圧力信号３０ａおよび第２圧力信号３２ａを導入する。

第１圧力信号３０ａは乗算器５７に入力されて重み係数（α）５５と乗算され、同様に第２の圧力検出点３１で検出された第２圧力信号３２ａは乗算器５８に入力されて重み係数（β）５６と乗算される。

そして、これら乗算器５７および５８の乗算結果（３０ａ×α）および（３２ａ×β）を加重平均回路５９に入力して加重平均{（３０ａ×α＋３２ａ×β）／（α＋β）}する。この加重平均により求められた圧力信号５９ａは、蒸気タービン出力４１と相関関係を有していることから、蒸気タービン３の出力の変化率と同じ変化率となるような圧力信号である。

尚、本実施形態１は中圧タービンの任意の第１の圧力検出点２９ａと第２の圧力検出点３１ａにて検出される第１圧力信号３０ａと第２圧力信号３２ａを加重平均するものであるが、加重平均に当たって用いる上述のαとβの具体的な値（比率）に関しては、選択した第１の圧力検出点２９ａと第２の圧力検出点３１ａの位置に基づき、タービンヒートバランス計算上、最適な、すなわち精度の高い比率を選ぶようにする。このようなαとβの比率については、シミュレーションなどによって得ることが可能である。
さらに、この加重平均化された圧力信号５９ａを蒸気タービン出力演算部４０に導入し、蒸気タービン出力４１を得る。

また、ガスタービン１からの排ガス温度Ｔまたはガスタービン燃焼器７に供給される燃料の流量Ｇのいずれか一方の信号をガスタービン出力演算部４２に導入してガスタービン出力４３を得、蒸気タービン出力４１とガスタービン出力４３とを加算器４４で加算してタービン出力（パワー）４５を得る。

そして減算器４６で、加算器４４で求められたタービン出力（パワー）４５から前記発電機出力（ロード）３５を減算して偏差δを求める。このタービン出力（パワー）４５と発電機出力（ロード）３５との偏差δは、規定値以下検出コンパレータ４７で規定値（例えば、４０％）と比較され、その規定値を超えると論理値「１」なる出力信号を前記アンド回路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（パワー）４５と発電機出力（ロード）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満たしたときに、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、ノット回路４８からリセット端子Ｒにリセット信号が入力される迄の間、継続して信号５１を出力する。リセット信号がノット回路４８から入力されるのは、タービン出力（パワー）４５と発電機出力（ロード）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ときである。

ホールド回路５０の出力信号５１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にそれぞれ入力され、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を出力し、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の開度を絞りタービンの過速を抑制する。

本実施形態１は、以上のように蒸気タービン出力と相関関係にある第１の蒸気圧力信号３０ａおよび第２の蒸気圧力信号３２ａにそれぞれ適宜な重み係数（α）５５、（β）５６を乗じて加重平均して求めた圧力信号５９ａから蒸気タービン出力４１をより正確に演算するようにしたので、この蒸気タービン出力４１は、実際の蒸気タービン出力の変化率と同じ変化率となり、タービン実出力との間の偏差δが少ない出力信号５１を出力することができる。この結果、パワーロードアンバランス発生時に最適な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を出力することができる。

したがって、例え中圧ドラム１４及び低圧ドラム１５から発生する蒸気流量が増減し、第１圧力信号３０ａの変化率と前記第２圧力信号３２ａの変化率のうち、一方が大きく他方が小さくなったとしても、第１の蒸気圧力信号３０ａおよび第２の蒸気圧力信号３２ａにそれぞれ適宜な重み係数（α）５５、（β）５６を乗じて加重平均して圧力信号５９ａを求めこれによって蒸気タービン出力４１を演算するようにしたので、正確なパワーロードアンバランスの検出ができる。

以上述べたように、本実施形態１によれば、従来技術における高圧タービンの排気蒸気の圧力に替えて、再熱蒸気加減弁の下流に位置する中圧タービンに設置した第１の圧力検出信号３０ａおよび第２の圧力検出信号３２ａの２点により蒸気圧力を検出し、それらを加重平均して蒸気圧力信号５９ａを得るようにしたので、蒸気圧力信号５９ａと蒸気タービン出力４１とは相関関係があることから従来の高圧タービンの排気蒸気の圧力信号のみを検出する場合に比べて、さらに信頼性の高い複合サイクル発電プラントにおけるパワーロードアンバランス（遠方負荷遮断）発生の検出が可能となる。

なお、本実施形態はガスタービン、圧縮機、蒸気タービンおよび発電機が一軸に結合された一軸型の複合サイクル発電プラントを例にとって説明したが、本パワーロードアンバランス検出方法はガスタービンおよび圧縮機と蒸気タービンが別軸に設置され、それぞれに発電機を備えたことを特徴とする複合サイクル発電プラントにも適用可能である。

［実施形態２］
図３は、本実施形態２に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図であり、図４は本実施形態２の遠方負荷遮断検出装置の一例を示す図である。なお、実施形態１の図１、２の構成部分と同一部分には同一符号を付し、重複する説明は適宜省略する。

先ず、図３では、実施形態１の第１の圧力検出位置２９ａに替えて、再熱蒸気加減弁２０の下流に位置する中圧蒸気タービン３ｂ入口の再熱蒸気リード管（再熱蒸気加減弁２０から蒸気を中圧タービン３ｂに導く配管）１９Ｌ上に圧力検出点２９ｂを設け、また、実施形態１の第２の圧力検出点３１ａに替えて、低圧蒸気供給系統の低圧加減弁２２の下流である低圧蒸気リード管（低圧主蒸気加減弁２２から蒸気を低圧タービン３ｃに導く配管）２１Ｌ上に圧力検出点３１ｂを設けることにより、それぞれの圧力検出点での圧力信号３０ｂ、３２ｂを使用することとしている。これら以外については実施形態１の図１、２の構成と同様である。

次に、本実施形態２の遠方負荷遮断検出装置２５_-２の詳細について、図４を参照して説明する。
図４において、本実施形態２の遠方負荷遮断検出装置２５_-２は、第１の圧力検出位置２９ｂにおける第１の蒸気圧力を検知する第１圧力信号３０ｂと、前記第２の圧力検出位置３１ｂにおける第２の蒸気圧力を検知する第２圧力信号３２ｂとを導入する。
第１圧力信号３０ｂは乗算器５７に入力されて重み係数（α）５５と乗算され、同様に第２圧力信号３２ａは乗算器５８に入力されて重み係数（β）５６と乗算される。

そして、これら乗算器５７および５８の乗算結果（３０ｂ×α）および（３２ｂ×β）を加重平均回路５９に入力して加重平均{（３０ｂ×α＋３２ｂ×β）／（α＋β）}する。本実施形態２においても、加重平均により求められた圧力信号５９ａは、蒸気タービン出力４１と相関関係を有していることから、蒸気タービン３の出力の変化率と同じ変化率となるような圧力信号であり、蒸気タービン出力演算部４０に導入されて、蒸気タービン出力４１を得る。
これ以降の動作は上述した実施形態１の場合と同じなので、説明を省略する。

以上述べたように、本実施形態２によれば、従来技術における高圧タービンの排気蒸気の圧力に代わってこれら第１の圧力検出信号３０ｂおよび第２の圧力検出信号３２ｂの２点から圧力信号はそれぞれが蒸気タービン出力と相関関係があることから、従来の高圧タービンの排気蒸気の圧力信号のみを検出する場合に比べて、さらに信頼性の高い複合サイクル発電プラントにおけるパワーロードアンバランス（遠方負荷遮断）発生の検出が可能となる。

また、本実施形態２は、第１の蒸気圧力検出点２９ｂおよび第２の蒸気圧力検出点３１ｂがそれぞれ再熱蒸気リード管と低圧蒸気リード管への取付けとなっていることから、前記実施形態１に比べて、蒸気圧力計測器の保守・点検時に検出器を取り扱い易いという特長を有する。

［実施形態３］
図５は、実施形態３に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図であり、図６は本実施形態３の遠方負荷遮断検出装置の一例を示す図である。

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を一軸上に並べた方式ではなく、図５で示すように、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、ガスタービン１側の軸に発電機４ｂを設置するように構成された複合サイクル発電プラントであり、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にそれぞれ他缶から高圧主蒸気、高温再熱蒸気および低圧主蒸気を供給されるようにしている。

さらに、各発電機４ａ、４ｂの出力側にそれぞれ変流器３３ _１、３３ _２を設け、各変流器で計測した発電機電流３３_１ａ、３３_２ａを３３ａに替えて遠方負荷遮断検出装置２５-３に入力するようにした点において、実施形態１の図１と異なるが、その他の構成は、実施形態１の図１と同様である。

図６において、遠方負荷遮断検出装置２５-３は、変流器３３ _１、３３ _２で検出した発電機電流３３１ａ、３３２ａを導入して加算部６２で加算し、その加算結果を発電機出力演算部３４に入力して発電機出力３５を演算するように構成されている。
図６のその他の構成は、図２の構成と同じなので説明を省略する。

本実施形態３においても遠方負荷遮断検出装置２５_-３に蒸気タービン出力と相関関係にある２箇所の蒸気圧力検出点から圧力検出信号を導入して加重平均して蒸気圧力を求めるとともに、ガスタービン側軸、蒸気タービン側軸にそれぞれ設置された各発電機の出力電流を導入して加算するようにしたので、前述した実施形態１または実施形態２と同様に、従来の高圧タービンの排気蒸気の圧力信号のみを検出する場合に比べて、さらに信頼性の高い複合サイクル発電プラントにおけるパワーロードアンバランス（遠方負荷遮断）発生の検出が可能となる。

［実施形態４］
図７は、実施形態４に係る遠方負荷遮断検出装置を備えた複合サイクル発電プラントのシステム構成図である。なお、本実施形態４の遠方負荷遮断検出装置は、実施形態１の遠方負荷遮断検出装置と同じなので図示を省略する。

本実施形態４は、図７で示すように高圧蒸気タービン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により、ガスタービンの高温部（例えば、動翼や静翼）を冷却するようにした複合サイクル発電プラントシステムである。

本実施形態４の場合も、実施形態１または実施形態２にて説明した２箇所の圧力検出点からの圧力検出信号はそれぞれが蒸気タービン出力と相関関係があることから、従来技術のように高圧タービンの排気蒸気の圧力信号のみを検出する場合に比べて、さらに信頼性の高い複合サイクル発電プラントにおけるパワーロードアンバランス（遠方負荷遮断）発生の検出が可能となる。

しかも、第１の蒸気圧力転２９ａおよび第２の蒸気圧力検出点３１ａは冷却蒸気系統６３内の図示しないガスタービンの冷却ユニットよりも主蒸気下流の中圧タービン３ｂ内にあるので、ガスタービン冷却ユニットによる影響を殆ど受けることはない。

１…ガスタービン、２…圧縮機、３…蒸気タービン、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、１９Ｌ…再熱蒸気リード管、２０…再熱蒸気加減弁、２１…低圧主蒸気管、２１Ｌ…低圧蒸気リード管、２２…低圧主蒸気加減弁、２３…復水器、２４…復水ポンプ、２５…遠方負荷遮断検出装置、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、２９ａ…第１の圧力検出点、２９ｂ…第１の圧力検出点、３０ａ…第１の圧力検出信号、３０ｂ…第１の圧力検出信号、３１ａ…第２の圧力検出点、３１ｂ…第２の圧力検出点、３２ａ…第２の圧力検出信号、３２ｂ…第２の圧力検出信号、３３…発電機電流、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…蒸気タービン出力演算部、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…重み、５６…重み、５７…乗算器、５８…乗算器、５９…加重平均回路、６０…排気ガス温度検出器、６１…燃料流量検出器、６２…加算器、６３…冷却蒸気系統。

Claims

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蒸気加減弁を通過した低圧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算出手段と、
前記蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力算出手段と、
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得るタービン出力算出手段と、
前記発電機の発生する発電機出力を得る発電機出力検出手段と、
前記タービン出力と前記発電機出力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遠方負荷遮断を検知して遠方負荷遮断信号を出力する遠方負荷遮断検出手段と、
前記遠方負荷遮断検出手段の出力した前記遠方負荷遮断信号により前記蒸気タービンの蒸気加減弁に対し急速閉止指令を出力する弁制御装置と、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算出手段は、前記再熱蒸気加減弁よりも下流の第１の圧力検出位置およびこの第１の圧力検出位置よりも下流の第２の圧力検出位置でそれぞれ計測された第１の蒸気圧力および第２の蒸気圧力を加重平均して得た蒸気圧力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。
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、
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、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蒸気加減弁を通過した低圧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算出手段と、
前記蒸気タービンの出力を算出する蒸気タービン出力算出手段と、
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得るタービン出力算出手段と、
前記第１および第２の発電機の出力を合計した発電機出力を得る発電機出力検出手段と、
前記タービン出力と前記発電機出力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遠方負荷遮断を検知して遠方負荷遮断信号を出力する遠方負荷遮断検出手段と、
前記遠方負荷遮断検出手段の出力した前記遠方負荷遮断信号により前記蒸気タービンの蒸気加減弁に対し急速閉止指令を出力する弁制御装置と、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算出手段は、前記再熱蒸気加減弁よりも下流の第１の圧力検出位置およびこの第１の圧力検出位置よりも下流の第２の圧力検出位置でそれぞれ計測された第１の蒸気圧力および第２の蒸気圧力を加重平均して得た蒸気圧力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。
前記第１の圧力検出位置は前記再熱蒸気加減弁の下流であり、かつ前記中圧タービンの上流に位置する再熱蒸気リード管に設けられ、前記第２の圧力検出位置は前記低圧蒸気加減弁の下流に位置する低圧蒸気リード管に設けられたことを特徴とする請求項１記載の複合サイクル発電プラント。
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乃至３のいずれかに記載の複合サイクル発電プラント。