JP2008280860A - Gas turbine power generating apparatus and its starting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の排気ガスによって駆動されるガスタービン発電装置とその始動方法に関する。 The present invention relates to a gas turbine power generator driven by exhaust gas of an internal combustion engine and a start method thereof.
従来のガスタービン発電装置は例えば特許文献1に開示されており、図5を参照して説明する。
図5に示すように、従来のガスタービン発電装置はガスタービン2は遮断弁7を介して内燃機関1の排出する排気ガスにより駆動される。遮断弁6は遮断弁7の開閉動作と逆の動作をする。同期発電機3は減速ギヤ8を設けた回転軸を介してガスタービン2に結合されて駆動されると共に、励磁装置10より界磁電流を供給され、発生する電力を遮断器12を介して電力系統30へ供給する。電力系統30には遮断器14を介して負荷5が接続される。同期投入装置11は同期発電機3の電圧と電力系統30の電圧を監視し、遮断器12を操作して同期投入を行う。抵抗器20〜22はそれぞれ遮断器25〜27を介して同期発電機3へ接続され、電力が供給される。負荷変換装置24は入力電流を調整し、抵抗器23により消費する電力を調整する。
A conventional gas turbine power generator is disclosed in, for example,
As shown in FIG. 5, in the conventional gas turbine power generator, the
次に、このようなガスタービン発電装置における同期発電機3の始動方法を説明する。
遮断器25〜27を閉とし、抵抗器20〜22を同期発電機3へ接続した状態で励磁装置10により界磁電流を供給する。その後、遮断弁7を開くと遮断弁6を介してバイパスされていた排気ガスが遮断弁7を介してガスタービン2へ供給され、ガスタービン2及び同期発電機3が回転する。これにより発電機3は発電し、抵抗器20〜23へ電力を供給する。抵抗器20〜23での電力消費によりガスタービン2の軸に負荷トルクが発生し、この負荷トルクと排気ガスのエネルギーによるガスタービン2の加速トルクがつり合う回転数でガスタービン2および同期発電機3は回転する。ここで、抵抗器20〜22が同期発電機3に接続されている場合につり合う回転数を同期発電機3の定格回転数よりも十分低い回転数としておく。その後、抵抗器20〜22を一つづつ順に遮断することにより負荷トルクが減少し、同期発電機3の回転数が上昇する。
Next, the starting method of the
A field current is supplied by the
この同期発電機3の回転数が上昇する様子を図6に示す。同図のAの範囲は例えば抵抗器20〜22が同期発電機3に接続されている期間である。同図のBの範囲は例えば抵抗器20を遮断し、抵抗器21,22を同期発電機3に接続している期間であり、負荷トルクが減少するため同期発電機3の回転数は上昇する。さらに抵抗器21を遮断すると同期発電機3の回転数は定格回転数付近まで上昇する。次に、負荷変換装置24により抵抗器23に流れる電流を調整することで負荷トルクの微調整を行い、同期発電機3を定格回転数に調整する。その後、同期投入装置11により遮断器12を操作して同期発電機3を電力系統30へ接続し、負荷5へ電力を供給する。
図5に示すガスタービン発電装置の始動方法は、抵抗器20〜22と遮断器25〜27及び負荷変換装置24と抵抗器23によって同期発電機3及びガスタービン2の回転数を調整して始動する方法であるので、ガスタービン2の回転数上昇を抑制するために容量の大きな抵抗器が必要となり、コスト上昇、設置スペース拡大につながると共に、それらの制御が複雑になるという課題がある。また、このガスタービン発電装置では内燃機関の排気ガスのエネルギーを同期発電機3によって電力に変換して再利用することが課題とされているが、抵抗器での電力消費を利用しているため、一部再利用しないエネルギー消費が生じるという課題があった。
The starting method of the gas turbine power generator shown in FIG. 5 is started by adjusting the rotational speeds of the
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その課題はガスタービン発電装置の始動を少ない機器で且つ簡単な制御で行うと共に、排気ガスエネルギーの再利用を高めることが可能なガスタービン発電装置とその始動方法を提供することである。 The present invention has been made to solve such a problem, and the problem is that the gas turbine power generator can be started with a small amount of equipment and with simple control, and the reuse of exhaust gas energy can be enhanced. A gas turbine power generator and a starting method thereof are provided.
上記課題を解決するために請求項1に記載の発明は、内燃機関の排出する排気ガスによって駆動されるガスタービンと、前記ガスタービンと減速ギヤを介して回転軸が結合された同期発電機と、前記同期発電機に界磁電流を供給する励磁装置から成るガスタービン発電装置において、前記ガスタービンへの排気ガスを遮断する第1の遮断弁と、前記第1の遮断弁の開閉動作と逆動作をし、前記ガスタービンへの排気ガスの流れをバイパスする第2の遮断弁と、回転軸が前記同期発電機と同軸に結合され且つ第1の遮断器を介して電力系統と接続された誘導機と、前記同期発電機の出力電圧と電力系統の電圧を監視し,第1の遮断器を介して同期投入する同期投入装置とを備えることを特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention described in
請求項2に記載の発明は、請求項1記載のガスタービン発電装置において、前記同期発電機が前記減速ギヤとクラッチを介して前記ガスタービンに結合されることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the gas turbine power generator according to the first aspect, the synchronous generator is coupled to the gas turbine via the reduction gear and a clutch.
請求項3に記載の発明は、請求項1記載のガスタービン発電装置において、前記誘導機を電力系統と接続した後、前記励磁装置から前記同期発電機に界磁電流を供給することにより前記同期発電機の出力電圧を起動し、その後、前記同期投入装置を作動させて前記同期発電機を電力系統へ同期投入し、次に、前記誘導機を電力系統から切り離してから前記第1の遮断弁を開とすることで負荷へ電力を供給することを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the gas turbine power generation device according to the first aspect, after the induction machine is connected to a power system, a field current is supplied from the exciter to the synchronous generator to thereby generate the synchronization. The output voltage of the generator is activated, and then the synchronous input device is operated to synchronously input the synchronous generator into the power system. Next, the induction machine is disconnected from the power system and then the first shut-off valve It is characterized in that power is supplied to the load by opening.
請求項4に記載の発明は、請求項2記載のガスタービン発電装置において、前記誘導機を電力系統と接続してから、前記励磁装置から前記同期発電機に界磁電流を供給することにより前記同期発電機の出力電圧を起動し、その後、前記同期投入装置を作動させて前記同期発電機を電力系統へ同期投入し、次に、前記誘導機を電力系統から切り離してからクラッチにより前記ガスタービンを前記減速ギヤを介して前記同期発電機と結合し、その後、前記第1の遮断弁を開とすることで負荷へ電力を供給することを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the gas turbine power generator according to the second aspect, the induction machine is connected to a power system, and then the field current is supplied from the exciter to the synchronous generator. The output voltage of the synchronous generator is activated, and then the synchronous input device is operated to synchronously input the synchronous generator into the power system. Next, the induction machine is disconnected from the power system, and then the gas turbine is separated by a clutch. Is connected to the synchronous generator via the reduction gear, and then the first shutoff valve is opened to supply power to the load.
本発明によれば、少ない機器構成で同期発電機の始動が行えるため、コストや設置スペースを抑制し、且つ簡単な制御で内燃機関の排気ガスによるガスタービン発電装置を実現することができる。また、抵抗器の電力消費によるガスタービンの回転数制御を行わないため、排気ガスエネルギーの再利用を高めることが可能となる。 According to the present invention, since the synchronous generator can be started with a small device configuration, a cost and installation space can be suppressed, and a gas turbine power generator using exhaust gas from an internal combustion engine can be realized with simple control. Further, since the rotational speed control of the gas turbine is not performed by the power consumption of the resistor, it is possible to increase the reuse of the exhaust gas energy.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
図1は本発明の第1の実施形態のガスタービン発電装置の構成図である。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of a gas turbine power generator according to a first embodiment of the present invention.
同図に示すように、本実施形態のガスタービン発電装置が図5の従来のガスタービン発電装置と相違する構成は、抵抗器20〜23、負荷変換装置24および遮断器25〜27の代りに誘導機4と遮断器13を設けた点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
As shown in the figure, the configuration in which the gas turbine power generator of this embodiment is different from the conventional gas turbine power generator of FIG. 5 is replaced with
図1に示すように、本実施形態のガスタービン発電装置は、誘導機4と同期発電機3とは同軸に両回転子が結合されており、誘導機4は遮断器13を介して電力系統30に接続され、電動機として作用する。
As shown in FIG. 1, in the gas turbine power generator according to the present embodiment, the
次に、本実施形態のガスタービン発電装置の同期発電機の始動方法を図1及び図2を参照して説明する。 Next, the starting method of the synchronous generator of the gas turbine power generator of this embodiment is demonstrated with reference to FIG.1 and FIG.2.
まず、遮断弁6を開、遮断弁7を閉とし、ガスタービンの回転を停止状態とする。次に、遮断器13を閉とし、誘導機4を電力系統30の電圧で駆動する。誘導機4は電動機として作用し、同期発電機3の回転を加速する。誘導機4の作用により、同期発電機3の回転数は定格回転数に近い回転数へ上昇する(図2のA)。その後、励磁装置10により同期発電機4に界磁電流を供給し、発電機の出力電圧を起動する(図2のB)。次に、同期投入装置11により遮断器12を操作して同期発電機3を電力系統30に接続する(図2のC)。次に、遮断器13を開として誘導機4を電力系統30から切り離す(図2のD)。その後、遮断弁7を開として排気ガスをガスタービン2に導入することにより、排気ガスのエネルギーをガスタービン2及び同期発電機3を介して電力系統30に供給する(図2のE)。なお、図2の(1)の期間の誘導機4のすべり周波数は、当該期間の発電機の周波数が同期投入装置11の周波数判定値以内となるように選定する。
First, the shutoff valve 6 is opened, the
上述したように、本実施形態によると、少ない機器で且つ排気ガスエネルギーを効率よく再利用しながら同期発電機3を始動することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
図3は本発明の第2の実施形態のガスタービン発電装置の構成図である。
同図に示すように、本実施形態のガスタービン発電装置が図1の第1の実施形態と相違する構成は、クラッチ9を設けた点であり、その他の構成は同一であるので、同一構成部分には同一符号を付して重複説明は省略する。
FIG. 3 is a configuration diagram of a gas turbine power generator according to a second embodiment of the present invention.
As shown in the figure, the gas turbine power generator of this embodiment is different from the first embodiment of FIG. 1 in that a
本実施形態のガスタービン発電装置において設けたクラッチ9は、減速ギヤ8と共に同期発電機3の回転軸を結合する役割を有している。
The
次に、本実施形態のガスタービン発電装置の同期発電機3の始動方法を図3及び図4を参照して説明する。
Next, a method of starting the
図4において、停止状態ではクラッチ9を切り、減速ギヤ8と同期発電機3の結合を切り離す。その後の手順は、遮断器13を開として誘導機4を電力系統30から切り離す(図4のD)までは既に説明した図1の第1の実施形態に示すガスタービン発電装置の同期発電機3の始動方法と同じであるため、その説明を省略する。
In FIG. 4, in the stop state, the
次に、遮断器13を開とした後、クラッチ9を入り(図4のF)とし、減速ギヤ8と同期発電機3の回転軸を結合させる。その後、遮断弁7を開(図4のE)として排気ガスの流量をガスタービンに導入することにより、排気ガスのエネルギーをガスタービン2及び同期発電機3を介して電力系統30に供給する。なお、図4の(1)の期間の誘導機4のすべり周波数は、当該期間の発電機の周波数が同期投入装置11による同期投入が可能な範囲となるように選定する。
Next, after the
上述したように、本実施形態によると、図1の第1の実施形態に比べて誘導機4が駆動する機器が同期発電機3のみとなるため、誘導機4にはより小容量の機種を用いることが可能となり、より効率よく同期発電機3を始動することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
1…内燃機関、2…ガスタービン、3…同期発電機、4…誘導機、5…負荷、6,7…遮断弁、8…減速ギヤ、9…クラッチ、10…励磁装置、11…同期投入装置、12〜14…遮断器、20〜23…抵抗器、24…負荷変換装置、25〜27…遮断器、30…電力系統。
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