特開 2019-173725 一軸コンバインドサイクルプラント、一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法および一軸コンバインドサイクルプラントの制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2019-173725(P2019-173725A)

(43)【公開日】2019年10月10日

(54)【発明の名称】一軸コンバインドサイクルプラント、一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法および一軸コンバインドサイクルプラントの制御装置

(51)【国際特許分類】

   F01D 21/02 20060101AFI20190913BHJP

   F01D 21/00 20060101ALI20190913BHJP

   F01D 25/00 20060101ALI20190913BHJP

   F02C 9/00 20060101ALI20190913BHJP

【ＦＩ】

   F01D21/02 B

   F01D21/00 X

   F01D21/00 W

   F01D25/00 V

   F02C9/00 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】11

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-65685(P2018-65685)

(22)【出願日】2018年3月29日

(71)【出願人】

【識別番号】514030104

【氏名又は名称】三菱日立パワーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】江崎 大輔

(72)【発明者】

【氏名】青木 勝裕

(72)【発明者】

【氏名】遠藤 洋二

(72)【発明者】

【氏名】井手口 潤也

(72)【発明者】

【氏名】金口 直矢

(72)【発明者】

【氏名】白岩 崇

【テーマコード（参考）】

3G071

【Ｆターム（参考）】

3G071AB04

3G071CA02

3G071CA08

3G071EA01

3G071FA02

3G071HA01

(57)【要約】

【課題】一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、回転数同期により蒸気タービンとガスタービンとを連結するクラッチを係合させることなく、蒸気タービンの過回転防止試験を行う。
【解決手段】一軸コンバインドサイクルプラントは、発電機と、ガスタービンと、ガスタービンの排熱を利用して駆動され、回転数がガスタービンの回転数と同期するとクラッチにより発電機に連結される蒸気タービンと、蒸気タービン過回転防止装置と、ガスタービン過回転防止装置と、制御装置とを備える。制御装置は、発電機を無負荷状態とし、ガスタービンの回転数Ｎｇを蒸気タービンの回転数Ｎｓより高く、かつ、ガスタービン上限回転数Ｎｇｌｉｍよりも低く維持させながら、蒸気タービン上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達するまで蒸気タービンの回転数Ｎｓを増加させ（時刻ｔ２〜ｔ４）、蒸気タービン過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発電機と、
前記発電機に連結されたガスタービンと、
前記ガスタービンの排熱を利用して駆動され、回転数が前記ガスタービンの回転数と同期するとクラッチにより前記発電機に連結される蒸気タービンと、
前記蒸気タービンの回転数が予め定められた蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービンの運転を停止させる蒸気タービン過回転防止装置と、
前記ガスタービンの回転数が予め定められたガスタービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの運転を停止させるガスタービン過回転防止装置と、
前記発電機を無負荷状態とし、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数より高くすることにより前記クラッチによる前記発電機と前記蒸気タービンとの連結がない状態で、前記ガスタービンの回転数を前記ガスタービン上限回転数よりも低く維持させながら、前記蒸気タービン上限回転数に到達するまで前記蒸気タービンの回転数を増加させ、前記蒸気タービン過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験する制御装置と
を備えることを特徴とする一軸コンバインドサイクルプラント。

【請求項2】

前記制御装置は、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの回転数が前記ガスタービン上限回転数に到達する前に、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数よりも高い所定回転数まで低下させることを特徴とする請求項１に記載の一軸コンバインドサイクルプラント。

【請求項3】

前記ガスタービン過回転防止装置は、前記制御装置により制御される電子制御式の装置であり、
前記制御装置は、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービン過回転防止装置により前記ガスタービンの運転を停止させる
ことを特徴とする請求項１に記載の一軸コンバインドサイクルプラント。

【請求項4】

前記制御装置は、前記ガスタービンを定格回転数で運転させながら前記蒸気タービンの駆動を開始させ、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数よりも低い予め定められた回転数以上になると、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数と同じ増加率で増加させることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の一軸コンバインドサイクルプラント。

【請求項5】

前記蒸気タービン過回転防止装置は、前記制御装置により制御される電子制御式の装置であり、
前記制御装置は、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービン過回転防止装置により前記蒸気タービンの運転を停止させる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の一軸コンバインドサイクルプラント。

【請求項6】

発電機と、前記発電機に連結されたガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して駆動され、回転数が前記ガスタービンの回転数と同期するとクラッチにより前記発電機に連結される蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転数が予め定められた蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービンの運転を停止させる蒸気タービン過回転防止装置と、前記ガスタービンの回転数が予め定められたガスタービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの運転を停止させるガスタービン過回転防止装置とを備えた一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法であって、
前記発電機を無負荷状態とし、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数より高くすることにより前記クラッチによる前記発電機と前記蒸気タービンとの連結がない状態で、前記ガスタービンの回転数を前記ガスタービン上限回転数よりも低く維持させながら、前記蒸気タービン上限回転数に到達するまで前記蒸気タービンの回転数を増加させ、前記蒸気タービン過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験することを特徴とする一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法。

【請求項7】

前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの回転数が前記ガスタービン上限回転数に到達する前に、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数よりも高い所定回転数まで低下させることを特徴とする請求項６に記載の一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法。

【請求項8】

前記ガスタービン過回転防止装置は、電子制御式の装置であり、
前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービン過回転防止装置により前記ガスタービンの運転を停止させる
ことを特徴とする請求項６に記載の一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法。

【請求項9】

前記ガスタービンを定格回転数で運転させながら前記蒸気タービンの駆動を開始させ、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数よりも低い予め定められた回転数以上になると、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数と同じ増加率で増加させることを特徴とする請求項６から請求項８のいずれか一項に記載の一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法。

【請求項10】

前記蒸気タービン過回転防止装置は、電子制御式の装置であり、
前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービン過回転防止装置により前記蒸気タービンの運転を停止させる
ことを特徴とする請求項６から請求項９のいずれか一項に記載の一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法。

【請求項11】

発電機と、前記発電機に連結されたガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して駆動され、回転数が前記ガスタービンの回転数と同期するとクラッチにより前記発電機に連結される蒸気タービンとを備えた一軸コンバインドサイクルプラントの制御装置であって、
前記蒸気タービンの回転数が予め定められた蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービンの運転を停止させる蒸気タービン過回転防止装置と、
前記ガスタービンの回転数が予め定められたガスタービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの運転を停止させるガスタービン過回転防止装置と、
を備え、
前記発電機を無負荷状態とし、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数より高くすることにより前記クラッチによる前記発電機と前記蒸気タービンとの連結がない状態で、前記ガスタービンの回転数を前記ガスタービン上限回転数よりも低く維持させながら、前記蒸気タービン上限回転数に到達するまで前記蒸気タービンの回転数を増加させ、前記蒸気タービン過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験することを特徴とする一軸コンバインドサイクルプラントの制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、一軸コンバインドサイクルプラント、一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法および一軸コンバインドサイクルプラントの制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、一軸コンバインドサイクルプラントについての技術が知られている。例えば、特許文献１には、一軸コンバインドサイクルプラントの過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験するための方法が開示されている。この一軸コンバインドサイクルプラントでは、蒸気タービンの出力軸が発電機に連結され、ガスタービンの出力軸が連結器（クラッチ）を介して発電機に連結されている。そして、ガスタービンおよび蒸気タービンを通常の作動回転速度と等しいテスト回転速度で作動させた状態で、発電機に連結された負荷を切り離してガスタービンおよび蒸気タービンの回転数を増加させ、蒸気タービンおよびガスタービンそれぞれの過回転防止装置が作動するか否かを試験している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６１８５１６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、一軸コンバインドサイクルプラントとしては、ガスタービンの出力軸を発電機に連結し、蒸気タービンの出力軸を発電機にＳＳＳ（Ｓｙｎｃｈｒｏ Ｓｅｌｆ Ｓｈｉｆｔｉｎｇ）クラッチを介して連結する場合がある。ＳＳＳクラッチは、連結する軸同士の回転数が同期したときに係合するクラッチである。このような構成の一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンの過回転防止試験を行う際、高速回転時にＳＳＳクラッチが係合してしまうと、ＳＳＳクラッチが損傷する可能性がある。

【0005】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、回転数同期により蒸気タービンと発電機およびガスタービンとを連結するクラッチを係合させることなく、蒸気タービンの過回転防止試験を行うことを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発電機と、前記発電機に連結されたガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して駆動され、回転数が前記ガスタービンの回転数と同期するとクラッチにより前記発電機に連結される蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転数が予め定められた蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービンの運転を停止させる蒸気タービン過回転防止装置と、前記ガスタービンの回転数が予め定められたガスタービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの運転を停止させるガスタービン過回転防止装置と、前記発電機を無負荷状態とし、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数より高くすることにより前記クラッチによる前記発電機と前記蒸気タービンとの連結がない状態で、前記ガスタービンの回転数を前記ガスタービン上限回転数よりも低く維持させながら、前記蒸気タービン上限回転数に到達するまで前記蒸気タービンの回転数を増加させ、前記蒸気タービン過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験する制御装置とを備えることを特徴とする。

【0007】

この構成により、ガスタービンの回転数をガスタービン上限回転数よりも低く維持させることで、ガスタービン過回転防止装置が作動しないようにして、ガスタービンの回転数が蒸気タービンの回転数よりも低くなることを防ぐことができる。その結果、常にガスタービンの回転数を蒸気タービンの回転数より高く維持させて、クラッチを係合させることなく、蒸気タービン上限回転数に到達するまで蒸気タービンの回転数を増加させることができる。したがって、一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンと発電機およびガスタービンとを連結するクラッチを係合させることなく、蒸気タービンの過回転防止試験を行うことができる。

【0008】

また、前記制御装置は、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの回転数が前記ガスタービン上限回転数に到達する前に、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数よりも高い所定回転数まで低下させることが好ましい。

【0009】

この構成により、蒸気タービン過回転防止装置が作動された後、ガスタービン過回転防止装置が作動しないようにすることができる。その結果、ガスタービン過回転防止装置の作動によってガスタービンの回転数が急減し、蒸気タービンの回転数より低くなってクラッチが係合することを防ぐことができる。

【0010】

また、前記ガスタービン過回転防止装置は、前記制御装置により制御される電子制御式の装置であり、前記制御装置は、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービン過回転防止装置により前記ガスタービンの運転を停止させることが好ましい。

【0011】

この構成により、蒸気タービン過回転防止装置の正常性の試験と連続して、ガスタービン過回転防止装置の正常性の試験を行うことができる。

【0012】

また、前記制御装置は、前記ガスタービンを定格回転数で運転させながら前記蒸気タービンの駆動を開始させ、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数よりも低い予め定められた回転数以上になると、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数と同じ増加率で増加させることが好ましい。

【0013】

この構成により、ガスタービンを定格回転数で運転させることで、ガスタービンの無負荷時での最高温の排熱を利用できるため、蒸気タービンの通気条件を満たす蒸気を速やかに発生させて蒸気タービンを駆動開始させ、かつ、蒸気タービンの回転数を速やかに増加させることができる。また、蒸気タービンの回転数が予め定められた回転数以上になると、ガスタービンの回転数を蒸気タービンの回転数と同じ増加率で増加させることで、ガスタービンの回転数を蒸気タービンの回転数よりも高く維持させ、これによりガスタービン過回転防止装置が作動することを防止することができる。

【0014】

また、前記蒸気タービン過回転防止装置は、前記制御装置により制御される電子制御式の装置であり、前記制御装置は、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービン過回転防止装置により前記蒸気タービンの運転を停止させることが好ましい。

【0015】

この構成により、電子制御式の蒸気タービン過回転防止装置について、正常に作動するか否かを試験することができる。

【0016】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発電機と、前記発電機に連結されたガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して駆動され、回転数が前記ガスタービンの回転数と同期するとクラッチにより前記発電機に連結される蒸気タービンと、前記蒸気タービンの回転数が予め定められた蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービンの運転を停止させる蒸気タービン過回転防止装置と、前記ガスタービンの回転数が予め定められたガスタービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの運転を停止させるガスタービン過回転防止装置とを備えた一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法であって、前記発電機を無負荷状態とし、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数より高くすることにより前記クラッチによる前記発電機と前記蒸気タービンとの連結がない状態で、前記ガスタービンの回転数を前記ガスタービン上限回転数よりも低く維持させながら、前記蒸気タービン上限回転数に到達するまで前記蒸気タービンの回転数を増加させ、前記蒸気タービン過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験することを特徴とする。

【0017】

この構成により、ガスタービンの回転数をガスタービン上限回転数よりも低く維持させることで、ガスタービン過回転防止装置が作動しないようにして、ガスタービンの回転数が蒸気タービンの回転数よりも低くなることを防ぐことができる。その結果、常にガスタービンの回転数を蒸気タービンの回転数より高く維持させて、クラッチを係合させることなく、蒸気タービン上限回転数に到達するまで蒸気タービンの回転数を増加させることができる。したがって、一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンと発電機およびガスタービンとを連結するクラッチを係合させることなく、蒸気タービンの過回転防止試験を行うことができる。

【0018】

また、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの回転数が前記ガスタービン上限回転数に到達する前に、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数よりも高い所定回転数まで低下させることが好ましい。

【0019】

この構成により、蒸気タービン過回転防止装置が作動された後、ガスタービン過回転防止装置が作動しないようにすることができる。その結果、ガスタービン過回転防止装置の作動によってガスタービンの回転数が急減し、蒸気タービンの回転数より低くなってクラッチが係合することを防ぐことができる。

【0020】

また、前記ガスタービン過回転防止装置は、電子制御式の装置であり、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービン過回転防止装置により前記ガスタービンの運転を停止させることが好ましい。

【0021】

この構成により、蒸気タービン過回転防止装置の正常性の試験と連続して、ガスタービン過回転防止装置の正常性の試験を行うことができる。

【0022】

また、前記ガスタービンを定格回転数で運転させながら前記蒸気タービンの駆動を開始させ、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数よりも低い予め定められた回転数以上になると、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数と同じ増加率で増加させることが好ましい。

【0023】

この構成により、ガスタービンを定格回転数で運転させることで、ガスタービンの無負荷時での最高温の排熱を利用できるため、蒸気タービンの通気条件を満たす蒸気を速やかに発生させて蒸気タービンを駆動開始させ、かつ、蒸気タービンの回転数を速やかに増加させることができる。また、蒸気タービンの回転数が予め定められた回転数以上になると、ガスタービンの回転数を蒸気タービンの回転数と同じ増加率で増加させることで、ガスタービンの回転数を蒸気タービンの回転数よりも高く維持させ、これによりガスタービン過回転防止装置が作動することを防止することができる。

【0024】

また、前記蒸気タービン過回転防止装置は、電子制御式の装置であり、前記蒸気タービンの回転数が前記蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービン過回転防止装置により前記蒸気タービンの運転を停止させることが好ましい。

【0025】

この構成により、電子制御式の蒸気タービン過回転防止装置について、正常に作動するか否かを試験することができる。

【0026】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、発電機と、前記発電機に連結されたガスタービンと、前記ガスタービンの排熱を利用して駆動され、回転数が前記ガスタービンの回転数と同期するとクラッチにより前記発電機に連結される蒸気タービンとを備えた一軸コンバインドサイクルプラントの制御装置であって、前記蒸気タービンの回転数が予め定められた蒸気タービン上限回転数に到達すると、前記蒸気タービンの運転を停止させる蒸気タービン過回転防止装置と、前記ガスタービンの回転数が予め定められたガスタービン上限回転数に到達すると、前記ガスタービンの運転を停止させるガスタービン過回転防止装置と、を備え、前記発電機を無負荷状態とし、前記ガスタービンの回転数を前記蒸気タービンの回転数より高くすることにより前記クラッチによる前記発電機と前記蒸気タービンとの連結がない状態で、前記ガスタービンの回転数を前記ガスタービン上限回転数よりも低く維持させながら、前記蒸気タービン上限回転数に到達するまで前記蒸気タービンの回転数を増加させ、前記蒸気タービン過回転防止装置が正常に作動するか否かを試験することを特徴とする。

【0027】

この構成により、ガスタービンの回転数をガスタービン上限回転数よりも低く維持させることで、ガスタービン過回転防止装置が作動しないようにして、ガスタービンの回転数が蒸気タービンの回転数よりも低くなることを防ぐことができる。その結果、常にガスタービンの回転数を蒸気タービンの回転数より高く維持させて、クラッチを係合させることなく、蒸気タービン上限回転数に到達するまで蒸気タービンの回転数を増加させることができる。したがって、一軸コンバインドサイクルプラントにおいて、蒸気タービンと発電機およびガスタービンとを連結するクラッチを係合させることなく、蒸気タービンの過回転防止試験を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】図１は、実施形態にかかる一軸コンバインドサイクルプラントの概略を示す構成図である。

【図2】図２は、試験運転制御の実行中におけるガスタービンおよび蒸気タービンの回転数の時間変化を示す説明図である。

【図3】図３は、変形例にかかる試験運転制御の実行中におけるガスタービンおよび蒸気タービンの回転数の時間変化を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0029】

以下に、本発明にかかる一軸コンバインドサイクルプラント、一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法および一軸コンバインドサイクルプラントの制御装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。

【0030】

図１は、実施形態にかかる一軸コンバインドサイクルプラントの概略を示す構成図である。一軸コンバインドサイクルプラント１００は、図示するように、負荷１０と、発電機１１と、ガスタービン１２と、蒸気タービン１３と、クラッチ１４と、制御装置１５と、蒸気タービン過回転防止装置（以下、「ＳＴ過回転防止装置」と称する。）１６と、ガスタービン過回転防止装置（以下、「ＧＴ過回転防止装置」と称する。）１７とを備える。なお、制御装置１５、ＳＴ過回転防止装置１６およびＧＴ過回転防止装置１７は、発電機１１、ガスタービン１２、蒸気タービン１３およびクラッチ１４を備える一軸コンバインドサイクルプラントの試験運転を行うための装置を構成してもよい。

【0031】

負荷１０は、発電機１１に電気的に切り離し可能に連結されている。発電機１１は、ガスタービン１２の出力軸１２ａおよび蒸気タービン１３の出力軸１３ａに一軸で連結されている。発電機１１は、ガスタービン１２および蒸気タービン１３の駆動により発電され、負荷１０へと電力を供給する。

【0032】

ガスタービン１２は、圧縮機１２１と、燃焼器１２２と、タービン１２３とを備える。ガスタービン１２は、圧縮機１２１により圧縮された空気と、燃料供給弁１２４を介して供給される燃料とを混合して燃焼器１２２で燃焼させ、発生した燃焼ガスによりタービン１２３を駆動して出力軸１２ａを回転させる。燃料供給弁１２４を含むガスタービン１２の各構成要素は、制御装置１５により制御される。

【0033】

蒸気タービン１３は、ガスタービン１２からの排熱を用いて過熱蒸気を生成する図示しないボイラ装置からの過熱蒸気により駆動され、それにより出力軸１３ａが回転する。蒸気タービン１３へと供給される過熱蒸気の供給量は、蒸気供給弁１３１により調整される。蒸気供給弁１３１を含む蒸気タービン１３の各構成要素は、制御装置１５により制御される。

【0034】

クラッチ１４は、蒸気タービン１３の出力軸１３ａと発電機１１との間に設けられる。クラッチ１４は、蒸気タービン１３の出力軸１３ａの回転数Ｎｓと、ガスタービン１２の出力軸１２ａの回転数Ｎｇとが同期したときに係合する。クラッチ１４は、いわゆるＳＳＳクラッチである。クラッチ１４は、回転数Ｎｓが回転数Ｎｇ以上であるとき、出力軸１３ａと発電機１１とを連結し、回転数Ｎｓが回転数Ｎｇよりも低いとき、出力軸１３ａと発電機１１との連結を解除する。なお、クラッチ１４は構造上、製造のバラツキから、「同期」する回転数には誤差が含まれる。したがって、クラッチ１４は、回転数Ｎｓが例えば２９９５ｒｐｍ以上であり、回転数Ｎｇが３０００ｒｐｍであるときに同期して、出力軸１３ａと発電機１１とが連結することも有り得る。また、回転数Ｎｓが例えば３００４ｒｐｍで回転数Ｎｇが３０００ｒｐｍでは、出力軸１３ａと発電機１１とは連結せず、回転数Ｎｓが例えば３００５ｒｐｍ以上であるときに同期して、出力軸１３ａと発電機１１とが連結することも有り得る。

【0035】

制御装置１５は、一軸コンバインドサイクルプラント１００に含まれる各構成要素を制御する。制御装置１５は、燃料供給弁１２４を含むガスタービン１２の各構成要素を制御し、ガスタービン１２の運転を制御する。制御装置１５は、蒸気供給弁１３１を含む蒸気タービン１３の各構成要素を制御し、蒸気タービン１３の運転を制御する。また、制御装置１５は、負荷１０と発電機１１との電気的な連結および連結の解除の切替を制御する。また、制御装置１５は、ガスタービン１２の排熱を利用して過熱蒸気を生成する図示しないボイラの運転および生成した過熱蒸気を蒸気タービン１３へと供給するための各種装置、弁などを制御する。また、制御装置１５は、ＳＴ過回転防止装置１６およびＧＴ過回転防止装置１７が正常に作動するか否かを試験する試験運転制御を有する。試験運転制御の詳細については、後述する。

【0036】

ＳＴ過回転防止装置１６は、本実施形態では、電子制御式の装置であり、制御装置１５に一部が含まれている。ＳＴ過回転防止装置１６は、図１に示すように、回転数検出センサ１６１と、制御部１６２とを含む。回転数検出センサ１６１は、回転数Ｎｓを検出するセンサである。回転数検出センサ１６１は、制御部１６２に一つずつ接続されている。なお、回転数検出センサ１６１は、一つの制御部１６２に対して複数設けられてもよい。

【0037】

制御部１６２は、本実施形態において、制御装置１５に２つ設けられている。各制御部１６２は、回転数検出センサ１６１の一つに接続されている。各制御部１６２は、接続された回転数検出センサ１６１から回転数Ｎｓを取得し、取得した回転数Ｎｓに基づいて、過回転防止制御を実行する。より詳細には、各制御部１６２は、回転数Ｎｓが予め定められた蒸気タービン上限回転数（以下、「ＳＴ上限回転数」と称する。）Ｎｓｌｉｍ以上となると、蒸気タービン１３の主要弁を遮断して、蒸気タービン１３の運転を停止させる。なお、蒸気タービン１３の主要弁は、蒸気供給弁１３１の他、一軸コンバインドサイクルプラント１００において蒸気タービン１３の運転停止に際して必要となる各種弁を指す。

【0038】

上述したように、制御部１６２は、２つ設けられている。ここでは、２つの制御部１６２を区別して、「第一制御部１６２ａ」、「第二制御部１６２ｂ」と称する。第二制御部１６２ｂは、第一制御部１６２ａに比べて、ＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍが高く設定されている。第二制御部１６２ｂは、第一制御部１６２ａによる過回転防止制御に不具合があった際のバックアップ機能として設けられる。

【0039】

ＧＴ過回転防止装置１７は、本実施形態では、電子制御式の装置であり、制御装置１５に一部が含まれている。ＧＴ過回転防止装置１７は、図１に示すように、回転数検出センサ１７１と、制御部１７２とを含む。回転数検出センサ１７１は、回転数Ｎｇを検出するセンサである。回転数検出センサ１７１は、制御部１７２に一つずつ接続されている。なお、回転数検出センサ１７１は、一つの制御部１７２に対して複数設けられてもよい。

【0040】

制御部１７２は、本実施形態において、制御装置１５に２つ設けられている。各制御部１７２は、回転数検出センサ１７１の一つに接続されている。各制御部１７２は、接続された回転数検出センサ１７１から回転数Ｎｇを取得し、取得した回転数Ｎｇに基づいて、過回転防止制御を実行する。より詳細には、各制御部１７２は、回転数Ｎｇが予め定められたガスタービン上限回転数（以下、「ＧＴ上限回転数」と称する。）Ｎｇｌｉｍ以上となると、ガスタービン１２の主要弁を遮断して、ガスタービン１２の運転を停止させる。なお、ガスタービン１２の主要弁は、燃料供給弁１２４の他、一軸コンバインドサイクルプラント１００においてガスタービン１２の運転停止に際して必要となる各種弁を指す。

【0041】

上述したように、制御部１７２は、２つ設けられている。ここでは、２つの制御部１７２を区別して、「第一制御部１７２ａ」、「第二制御部１７２ｂ」と称する。第二制御部１７２ｂは、第一制御部１７２ａに比べて、ＧＴ上限回転数Ｎｇｌｉｍが高く設定されている。第二制御部１７２ｂは、第一制御部１７２ａによる過回転防止制御に不具合があった際のバックアップ機能として設けられる。

【0042】

次に、実施形態にかかる一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法について説明する。上述したように、制御装置１５は、実施形態にかかる一軸コンバインドサイクルプラントの試験方法として、ＳＴ過回転防止装置１６が正常に作動するか否かを試験する試験運転制御を実行する。図２は、試験運転制御の実行中におけるガスタービンおよび蒸気タービンの回転数の時間変化を示す説明図である。図２において、実線が回転数Ｎｇを示し、破線が回転数Ｎｓを示す。

【0043】

制御装置１５は、図２に示すように、まず、ガスタービン１２の運転を開始させる。このとき、制御装置１５は、負荷１０と発電機１１との電気的な連結を解除し、発電機１１を無負荷状態とする。制御装置１５は、発電機１１を無負荷状態として、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを定格回転数Ｎｇ１となるまで（図２の時刻ｔ１）、増加させる。制御装置１５は、その後、ガスタービン１２が定格回転数Ｎｇ１で運転される状態を維持させる。また、制御装置１５は、ガスタービン１２の排熱を利用して図示しないボイラにより過熱蒸気を生成させる。

【0044】

制御装置１５は、蒸気タービン１３を駆動するために十分な過熱蒸気が図示しないボイラにより生成されると、蒸気タービン１３の運転を開始させる（図２の時刻ｔ２）。制御装置１５は、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓを予め定められた回転数Ｎｓ１に到達するまで、増加させる。予め定められた回転数Ｎｓ１は、ＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍよりも低い値として定められる。また、予め定められた回転数Ｎｓ１は、ガスタービン１２の定格回転数Ｎｇ１よりも例えば４０ｒｐｍ程度低い値として設定される。

【0045】

蒸気タービン１３の回転数Ｎｓが予め定められた回転数Ｎｓ１に到達すると（図２の時刻ｔ３）、制御装置１５は、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを蒸気タービン１３の回転数Ｎｓと同じ増加率で増加させる。それにより、回転数Ｎｇと回転数Ｎｓとが同じ差を保ったまま、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓが、第一制御部１６２ａにおけるＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍまで増加する（図２の時刻ｔ４）。その結果、第一制御部１６２ａによる過回転防止制御が正常に実行されれば、蒸気タービン１３の運転停止処理が行われ、図２に示すように、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓが低下する。なお、制御装置１５は、図２に示すように、回転数Ｎｇおよび回転数Ｎｓを同じ増加率で増加させる際、回転数ＮｓとＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍとの差が所定値以下となると、回転数Ｎｇおよび回転数Ｎｓの増加率を減少させる。これにより、過回転防止制御の実行により回転数Ｎｓが急激に変化しすぎないようにすることができ、過回転防止制御で制御される回転数Ｎｓを正しく見極めることができる。また、回転数ＮｓがＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに近づいていないときには、回転数Ｎｇおよび回転数Ｎｓを早期に上昇させることができる。

【0046】

また、制御装置１５は、蒸気タービン１３の回転数ＮｓがＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達すると（図２の時刻ｔ４）、ガスタービン１２の回転数ＮｇがＧＴ上限回転数Ｎｇｌｉｍに到達する前に、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを所定回転数まで低下させる（図２の時刻ｔ５）。本実施形態において、所定回転数は、定格回転数Ｎｇ１である。なお、所定回転数は、定格回転数Ｎｇ１以外の回転数であってもよい。また、制御装置１５は、ガスタービン１２の回転数Ｎｇが蒸気タービン１３の回転数Ｎｓより低くならないレートで、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを定格回転数Ｎｇ１まで低下させる。その結果、ＧＴ過回転防止装置１７が作動することがないため、ガスタービン１２の回転数Ｎｇが低下することがなく、ガスタービン１２の回転数Ｎｇと蒸気タービン１３の回転数Ｎｓとの同期によりクラッチ１４が係合することがない。

【0047】

この試験運転制御の実行により、第一制御部１６２ａによる過回転防止制御が正常に実行されるか否かを試験することができる。本実施形態では、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓが十分に低下したことを確認すると、試験運転制御を終了させる。また、試験運転制御を終了後においては、ユーザーの選択により、一軸コンバインドサイクルプラント１００の通常運転に移行してもよいし、一軸コンバインドサイクルプラント１００を運転停止させてもよいし、ＧＴ過回転防止装置１７について単独の作動試験を行ってもよい。

【0048】

以上説明したように、実施形態にかかる一軸コンバインドサイクルプラント１００および一軸コンバインドサイクルプラント１００の試験方法は、ガスタービン１１の回転数ＮｇをＧＴ上限回転数Ｎｇｌｉｍよりも低く維持させることで、ＧＴ過回転防止装置１７が作動しないようにして、ガスタービン１２の回転数Ｎｇが蒸気タービン１３の回転数Ｎｓよりも低くなることを防ぐことができる。その結果、常にガスタービン１２の回転数を蒸気タービン１３の回転数より高く維持させて、クラッチ１４を係合させることなく、ＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達するまで蒸気タービン１３の回転数を増加させることができる。したがって、一軸コンバインドサイクルプラント１００において、蒸気タービン１３と発電機１１およびガスタービン１２とを連結するクラッチ１４を係合させることなく、蒸気タービン１３の過回転防止試験を行うことができる。

【0049】

また、制御装置１５は、蒸気タービン１３の回転数ＮｓがＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達すると、ガスタービン１２の回転数ＮｇがＧＴ上限回転数Ｎｇｌｉｍに到達する前に、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを蒸気タービン１３の回転数Ｎｓよりも高い所定回転数（定格回転数Ｎｇ１）まで低下させる。

【0050】

この構成により、ＳＴ過回転防止装置１６が作動された後（図２の時刻ｔ４以降）、ＧＴ過回転防止装置１７が作動しないようにすることができる。その結果、ＧＴ過回転防止装置１７の作動によってガスタービン１２の回転数Ｎｇが急減し、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓより低くなってクラッチ１４が係合することを防ぐことが可能となる。

【0051】

また、制御装置１５は、ガスタービン１２を定格回転数Ｎｇ１で運転させながら蒸気タービン１３の駆動を開始させ、蒸気タービン１３の回転数ＮｓがＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍよりも低い予め定められた回転数Ｎｓ１以上になると、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを蒸気タービン１３の回転数Ｎｓと同じ増加率で増加させる。

【0052】

この構成により、ガスタービン１２を定格回転数Ｎｇ１で運転させることで、ガスタービン１２の無負荷時での最高温の排熱を利用できるため、蒸気タービン１３の通気条件を満たす蒸気を速やかに発生させて蒸気タービン１３を駆動開始させ、かつ、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓを速やかに増加させることができる。また、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓが予め定められた回転数Ｎｓ１以上になると、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを蒸気タービン１３の回転数Ｎｓと同じ増加率で増加させることで、ガスタービン１２の回転数Ｎｇを蒸気タービン１３の回転数Ｎｓよりも高く維持させ、これによりガスタービン過回転防止装置が作動することを防止することができる。

【0053】

また、ＳＴ過回転防止装置１６は、制御装置１５により制御される電子制御式の装置であり、制御装置１５は、蒸気タービン１３の回転数ＮｓがＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達すると、ＳＴ過回転防止装置１６により蒸気タービン１３の運転を停止させる。

【0054】

この構成により、電子制御式のＳＴ過回転防止装置１６について、正常に作動するか否かを試験することができる。

【0055】

本実施形態では、ＳＴ過回転防止装置１６およびＧＴ過回転防止装置１７を制御装置１５により制御される電子制御式の装置とした。ただし、ＳＴ過回転防止装置１６は、回転数ＮｓがＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達したときに、蒸気タービン１３の主要弁を自動的に閉鎖する機械式の装置であってもよい。また、ＧＴ過回転防止装置１７は、回転数ＮｇがＧＴ上限回転数Ｎｇｌｉｍに到達したときに、ガスタービン１２の主要弁を自動的に閉鎖する機械式の装置であってもよい。

【0056】

また、本実施形態では、第一制御部１６２ａによるＳＴ過回転防止装置１６の作動の正常性を試験するものとしたが、第二制御部１６２ｂによるＳＴ過回転防止装置１６の作動の正常性を試験してもよい。すなわち、第一制御部１６２ａによる過回転防止制御を実行させず、図２の時刻ｔ４において、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓが第二制御部１６２ｂにおけるＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達するまで、回転数Ｎｓを増加させてもよい。

【0057】

図３は、実施形態の変形例にかかる試験運転制御の実行中におけるガスタービンおよび蒸気タービンの回転数の時間変化を示す説明図である。図３において、蒸気タービン１３およびＳＴ過回転防止装置１６の制御内容、並びに、時刻ｔ３までにおけるガスタービン１２の制御内容は、図２に示したものと同様であるため、説明を省略する。

【0058】

制御装置１５は、変形例にかかる試験運転制御として、蒸気タービン１３の回転数ＮｓがＳＴ上限回転数Ｎｓｌｉｍに到達すると（図３の時刻ｔ４）、ＧＴ過回転防止装置１７を作動させてガスタービン１２の運転を停止させる。これにより、図３に示すように、ガスタービン１２の回転数Ｎｇは、蒸気タービン１３の回転数Ｎｓと同様に低下することになる。この構成により、ＳＴ過回転防止装置１６の正常性の試験と連続して、ＧＴ過回転防止装置１７の正常性の試験を行うことができる。なお、この場合、少なくともＧＴ過回転防止装置１７は、制御装置１５により制御される電子制御式の装置であることが必要である。

【符号の説明】

【0059】

１０ 負荷
１１ 発電機
１２ ガスタービン
１２ａ 出力軸
１２１ 圧縮機
１２２ 燃焼器
１２３ タービン
１２４ 燃料供給弁
１３ 蒸気タービン
１３ａ 出力軸
１３１ 蒸気供給弁
１４ クラッチ
１５ 制御装置
１６ 蒸気タービン過回転防止装置（ＳＴ過回転防止装置）
１６１ 回転数検出センサ
１６２ 制御部
１６２ａ 第一制御部
１６２ｂ 第二制御部
１７ ガスタービン過回転防止装置（ＧＴ過回転防止装置）
１７１ 回転数検出センサ
１７２ 制御部
１７２ａ 第一制御部
１７２ｂ 第二制御部
１００ 一軸コンバインドサイクルプラント
Ｎｇ，Ｎｓ，Ｎｓ１ 回転数
Ｎｇ１ 定格回転数
Ｎｇｌｉｍ ガスタービン上限回転数（ＧＴ上限回転数）
Ｎｓｌｉｍ 蒸気タービン上限回転数（ＳＴ上限回転数）

【図1】

【図2】

【図3】