ガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置
【課題】過速度防止機能の動作確認試験によるガスタービンへの負担を軽減すること。
【解決手段】負荷遮断試験に過速度防止手段の動作確認試験を組み込むこととした。通常運用時におけるトリップ回転数である第１閾値よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、負荷遮断試験中において、負荷遮断が実施されることによりガスタービン回転数が上昇し、第２閾値以上となったことがトリップ制御機能５０により検知されてトリップ信号が発生した場合に、該トリップ信号を所定の時間保持し、該所定の時間経過後に該トリップ信号を流量調整弁４２に出力する。
【解決手段】負荷遮断試験に過速度防止手段の動作確認試験を組み込むこととした。通常運用時におけるトリップ回転数である第１閾値よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、負荷遮断試験中において、負荷遮断が実施されることによりガスタービン回転数が上昇し、第２閾値以上となったことがトリップ制御機能５０により検知されてトリップ信号が発生した場合に、該トリップ信号を所定の時間保持し、該所定の時間経過後に該トリップ信号を流量調整弁４２に出力する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービン発電システムは、ガスタービン回転数が定格回転数よりも大きい値に設定されている所定のトリップ回転数を超えた場合に、流量調整弁を遮断して、強制的にガスタービンの運転を停止させる過速度防止機能を備えており、例えば、発電システムを新設したときや保守点検時などにおいて、過速度防止機能が正常に機能するかを確認する動作確認試験が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、過速度防止機能の動作確認試験は、ガスタービン回転数をトリップ回転数まで強制的に上昇させて、実際に過速度防止機能が作動するか否かを確認することで行われる。しかしながら、このような試験は、ガスタービンを過酷な運転状況に晒すものであり、実運用の安全のために試験回数を増やすと、ガスタービンの寿命が短くなってしまい、コストの増加、運用可能時間の短縮を誘発するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、過速度防止機能の動作確認試験によるガスタービンへの負担を軽減できるガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、負荷運転中に負荷遮断を強制的に発生させ、負荷遮断後のガスタービンの挙動を確認する負荷遮断試験に前記過速度防止手段の動作確認試験を組み込み、通常運用時におけるトリップ回転数である第１閾値よりも小さく、かつ、前記負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、前記負荷遮断試験中において、負荷遮断が実施されることによりガスタービン回転数が上昇し、前記第２閾値以上となったことが前記トリップ制御手段により検知されて前記トリップ信号が発生した場合に、該トリップ信号を所定の時間保持し、該所定の時間経過後に該トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力するガスタービンの信頼性評価試験方法を提供する。
【０００７】
本発明によれば、通常運転時に使用されるトリップ回転数よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設け、負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が第２閾値以上になることで発生されたトリップ信号を所定時間保持することとしている。これにより、トリップ信号が出力されたとしても、トリップ動作がすぐに行われることを防止することができる。この結果、負荷遮断試験を継続して行うことができ、負荷遮断による回転数ピーク値が許容最大回転数以内であることなどの負荷遮断試験における確認を行うことができる。また、所定時間経過後にトリップ信号をトリップ実行手段に出力することにより、実際にトリップを実行させることができる。これにより、負荷遮断試験が確認された後に、過速度防止機能の動作確認も確実に行うことができる。このように、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを同時に行うこととしたので、ガスタービン回転数が定格よりも上昇するという事象を１回に抑えることができる。この結果、ガスタービンへの負担が軽減され、ガスタービンの寿命を長期化させることが期待できる。
【０００８】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、前記負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が前記第１閾値に達した場合に、前記トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力することとしてもよい。
【０００９】
このように、負荷遮断試験中であっても、ガスタービン回転数が第１閾値に達した場合には、トリップ動作を実施することで、安全性を確保することができる。
【００１０】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、前記トリップ信号を保持する前記所定の時間は、前記負荷遮断試験において負荷が遮断されてからガスタービン回転数が静定するまでの期間よりも長く設定されていることが好ましい。
【００１１】
これにより、負荷遮断試験が途中で中断されることを防止でき、負荷遮断試験が確実に終了した後に、過速度防止機能の動作確認を行うことができる。
【００１２】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、低負荷時の負荷遮断試験中に前記過速度防止手段の動作確認試験を行うこととしてもよい。
【００１３】
低負荷時の負荷遮断試験は、高負荷時の負荷遮断試験に比べて、負荷遮断によるガスタービン回転数の上昇も少なく、また、ガスタービン回転数が静定するまでの時間も短い。したがって、低負荷時の負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを組み合わせることにより、ガスタービンへの負担を更に軽減でき、試験時間も短縮することができる。
【００１４】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、前記負荷遮断試験における負荷遮断は、前記ガスタービンを備える発電システム内の系統負荷との接続が維持されるように、発電所内の系統と発電所外部の系統とを接続する位置に設置された遮断器を遮断することにより行われることとしてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、負荷遮断を行っても、ガスタービンには発電所内の負荷が接続されている状態とすることができる。これにより、負荷遮断によるガスタービンの回転数上昇を抑制することができ、ガスタービンへの負担を軽減することができる。
【００１６】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、ガスタービン回転数を前記トリップ回転数まで強制的に上昇させ、前記トリップ回転数以上となることにより、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号が出力されたことを検知して前記過速度防止手段の正常動作を確認するとともに、前記トリップ信号が前記トリップ実行手段に出力されるのを遮断し、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除するガスタービンの信頼性評価試験方法を提供する。
【００１７】
本発明によれば、トリップ信号が出力されたことをもって過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。またトリップ信号を受信した場合には、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００１８】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、前記トリップ制御手段と前記トリップ実行手段との間に設けられたトリップ検知手段を備え、前記トリップ検知手段は、前記過速度防止手段の動作確認試験において、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号を受信して正常動作を確認するとともに、該トリップ信号をキャンセルし、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除させるガスタービンの信頼性評価試験装置を提供する。
【００１９】
本発明によれば、トリップ検知手段によりトリップ信号が受信されたことをもって過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。またトリップ信号を受信した場合には、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００２０】
上記ガスタービンの信頼性評価試験装置において、前記トリップ制御手段は、ガスタービン制御装置に設けられ、前記ガスタービン制御装置により前記ガスタービン回転数がトリップ回転数まで上昇制御されている間において、前記トリップ検知手段は、前記ガスタービン制御装置の内部変数を記憶し、前記トリップ信号を受信した場合に、前記トリップ信号を受信する直前における前記ガスタービン制御装置の内部変数を前記ガスタービン制御装置へ出力することとしてもよい。
【００２１】
このように、トリップ検知手段が、ガスタービン制御装置の内部変数を随時記憶しておき、トリップ信号を受信した場合には、トリップ信号を受信する直前におけるガスタービン制御装置の内部変数をガスタービン制御装置に戻すので、ガスタービン制御装置の状態を、トリップが発生する前の状態に速やかに戻すことができる。これにより、ガスタービン制御装置に、トリップ回転数まで上昇したガスタービン回転数を定格回転数まで低減させる制御を速やかに行わせることができる。
【００２２】
上記ガスタービンの信頼性評価試験装置において、前記トリップ制御手段は、ガスタービンを制御する第１ガスタービン制御装置に設けられ、前記第１ガスタービン制御装置に入力されるガスタービン回転数の情報が所定時間遅れて入力され、該入力情報を用いて前記第１ガスタービン制御装置と同じ処理を行う第２ガスタービン制御装置を設け、前記トリップ検知手段は、ガスタービンを制御する制御装置として、前記第１ガスタービン制御装置と前記第２ガスタービン制御装置とを切り換える手段を有し、前記トリップ検知手段は、前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、ガスタービンを制御する制御装置を前記第１ガスタービン制御装置から前記第２ガスタービン制御装置に切り換えることとしてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、トリップ信号を受信した場合には、第１ガスタービン制御装置から第２ガスタービン制御装置に切り換える。この場合において、第２ガスタービン制御装置には、ガスタービン回転数が第１ガスタービン制御装置よりも所定時間遅れて入力されているので、第２ガスタービン制御装置内では、トリップが検知されておらず、トリップ前のガスタービン回転数に基づいて所定の演算処理が行われていることとなる。従って、トリップが発生する前の内部変数を用いた制御を継続して行うことが可能となる。これにより、ガスタービン回転数を強制上昇させる処理からガスタービン回転数を定格回転数まで低下させる制御に速やかに移行することができる。
【００２４】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合に第１流量調整弁を所定開度まで絞るトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、前記第１流量調整弁と並列に第２流量調整弁を設け、前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力されて、前記第１流量調整弁が全閉状態とされた場合に、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるガスタービンの信頼性評価試験方法を提供する。
【００２５】
本発明によれば、トリップ信号により第１流量調整弁を実際に閉じさせるので、トリップ信号のみによって正常動作を判断する場合と比べて、より確実に過速度防止機能の正常動作を確認することができる。また、流量調整弁を二重に設け、第１流量調整弁が閉じられるのと略同じタイミングで第２流量調整弁を開くこととしたので、トリップ動作の前後でガスタービンへの燃料供給量を略一定に保つことが可能となる。これにより、トリップ動作によるガスタービンへの影響を低減することができ、長寿命化を図ることができる。更に、ガスタービン回転数が定格回転数に低下するまで、第２流量調整弁を所定のレートで絞っていくので、ハンチングなどを防止することができ、安定した状態でガスタービン回転数を速やかに低下させることができる。
【００２６】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合に、第１流量調整弁を所定開度まで絞る指示であるトリップ信号を出力する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、前記第１流量調整弁と並列に設けられた第２流量調整弁と、前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、前記第１流量調整弁を所定開度まで絞るとともに、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるトリップ検知手段とを具備するガスタービンの信頼性評価試験装置を提供する。
【００２７】
本発明によれば、トリップ信号により第１流量調整弁を実際に閉じさせるので、トリップ信号のみによって正常動作を判断する場合と比べて、より確実に過速度防止機能の正常動作を確認することができる。また、流量調整弁を二重に設け、第１流量調整弁が閉じられるのと略同じタイミングで第２流量調整弁を開くこととしたので、トリップ動作の前後でガスタービンへの燃料供給量を略一定に保つことが可能となる。これにより、トリップ動作によるガスタービンへの影響を低減することができ、長寿命化を図ることができる。更に、ガスタービン回転数が定格回転数に低下するまで、第２流量調整弁を所定のレートで絞っていくので、ハンチングなどを防止することができ、安定した状態でガスタービン回転数を速やかに低下させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、過速度防止機能の信頼性評価試験によるガスタービンへの負担を軽減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＧＴＣＣプラントの全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る過速度防止機能の動作確認試験方法の概念図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の手順を示したフローチャートである。
【図５】高負荷の負荷遮断試験によるガスタービン回転数の変化と低負荷の負荷遮断試験によるガスタービン回転数の変化とを比較して示した図である。
【図６】負荷遮断試験における負荷遮断の好ましい位置について説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
【図９】本発明の第３実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法について図１および図２を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るＧＴＣＣプラントの全体構成図である。ＧＴＣＣプラントは、ガスタービン１２、蒸気タービン１４、および発電機１６を備えている。
【００３１】
ガスタービン１２は、圧縮機２０、燃焼器２２、タービン２４、ガスタービン制御装置４４、圧力調整弁４０、流量調整弁４２などを主な構成として備えている。圧縮機２０は、回転軸２６により駆動されることで、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器２２は、圧縮機２０から車室２８へ導入された圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン２４は、燃焼器２２で発生した燃焼ガスによって回転駆動する。
【００３２】
車室２８と燃焼器２２との間にはバイパス管３０が設けられており、バイパス管３０は、タービン２４の出力変動により燃焼器２２内の空気が不足する状態になった場合に、燃焼器バイパス弁３２が開かれると車室２８内の空気を燃焼器２２内に導入する流路となる。また、圧縮機２０とタービン２４との間には、圧縮機２０からタービン２４へ冷却用の空気を導入させるための抽気管３４が設けられている。
【００３３】
蒸気タービン１４は、タービン２４の排ガスから熱回収して蒸気を発生させ、該蒸気によって回転駆動する。タービン２４、蒸気タービン１４、圧縮機２０、および発電機１６は、回転軸２６によって連結され、タービン２４および蒸気タービン１４に生じる回転動力は、回転軸２６によって圧縮機２０および発電機１６に伝達される。そして、発電機１６は、タービン２４および蒸気タービンの回転動力によって発電する。
【００３４】
また、燃焼器２２には、燃料を供給する燃料供給配管３６が接続されている。燃料供給配管３６には、圧力調整弁４０で流量調整弁４２前後の差圧が調整され、流量調整弁４２で流量が調整された燃料が供給される。燃焼器２２は、燃料供給配管３６から供給された燃料と圧縮空気とを混合させて燃焼させる。
【００３５】
ガスタービン制御装置４４は、ガスタービン１２の運転状態および温度状態に関する状態量などを入力信号として取得し、これらの入力信号に基づいて燃焼器２２に供給する燃料流量を制御する。例えば、ガスタービン制御装置４４は、ガスタービン回転数を入力情報として取得し、このガスタービン回転数が目標回転数に一致するように流量調整弁４２の弁開度を制御することにより、燃焼器２２へ送られる燃料量を調整する。
ガスタービン制御装置４４は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリ、補助記憶装置等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがメモリに読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述した燃料の流量調整などが行われる。
【００３６】
また、ガスタービン１２は、ガスタービン回転数が定格回転数よりも大きい値（例えば、定格の１０％増し）に設定されている所定のトリップ閾値を超えた場合に、強制的にガスタービンの運転を停止させる過速度防止機能（過速度防止手段）を備えている。この過速度防止機能は、例えば、ガスタービン制御装置４４に搭載されたトリップ制御機能（トリップ制御手段）５０（図２参照）と、トリップ動作を実行する流量調整弁（トリップ実行手段）４２とにより実現される。この場合、トリップ制御機能５０は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力し、流量調整弁４２は、このトリップ信号が入力された場合に全閉状態となり、燃焼器２２への燃料供給を瞬時に遮断して、タービン２４の回転を停止させる。また、上記トリップ制御機能については、ガスタービン制御装置４４のＣＰＵがトリップ制御プログラムを実行することにより実現されてもよいし、専用のハードウェアがガスタービン制御装置に搭載されることとしてもよい。
【００３７】
このようなＧＴＣＣにおいては、設備新設の際や保守点検時において、例えば、ガスタービン１２が備えている各種機能が正常に動作しているか否かを確認する信頼性評価試験が行われる。この信頼性評価試験では、上記過速度防止機能の動作確認試験が行われるとともに、その他の動作確認、例えば、負荷遮断試験などの各種試験が実施される。
ここで、負荷遮断試験は、例えば、負荷運転中に負荷遮断が生じた場合に、ガスタービン回転数が許容最大回転数（例えば、負荷運転時の定格回転数の１１０％）を超えないように調速装置が機能することを確認する試験である。
【００３８】
負荷遮断試験では、突然に負荷遮断用として設けられている遮断器が開放してガスタービン１２に接続されている負荷が遮断されるため、ガスタービン回転数が瞬時に上昇することになり、ガスタービンにかかる負担が大きい、回転数が定常よりも上昇するという点で過速度防止機能の動作確認試験と共通する。
【００３９】
そこで、本実施形態では、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験を同時に行うこととし、換言すると、負荷遮断試験に過速度防止機能の動作確認試験を組み込むこととし、２つの試験を効率的に行うことで、ガスタービン回転数が定格以上に上昇するという事象の発生頻度を減少させる。
【００４０】
以下、本実施形態におけるガスタービンの信頼性評価試験方法について図２から図４を参照して説明する。図２は過速度防止機能の動作確認試験における概念図、図３はガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフ、図４はガスタービンの信頼性評価試験方法の手順を示したフローチャートである。なお、負荷遮断試験は、例えば、高負荷時（定格負荷時）における負荷遮断試験、中負荷時（定格に対して７５％）における負荷遮断試験、低負荷時（定格に対して５０％）における負荷遮断試験などのように、各負荷レベルにおいてそれぞれ行われるが、以下の説明においては、高負荷時における負荷遮断試験を例示して説明する。
【００４１】
まず、図２に示すように、試験の準備段階として、通常運転時のトリップ回転数である第１閾値に加えて、第１閾値よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、所定の記憶手段に記憶させる。また、トリップ制御機能５０と流量調整弁４２との間にオンディレイタイマ５１を設置する。
【００４２】
次に、信頼性評価試験実行時においては、まず、ガスタービンが定格回転数で運転している状態において、負荷遮断用として設けられている遮断器を開放することにより、負荷遮断を発生させる（図３の時刻ｔ１、図４のステップＳＡ１）。これにより、図３に示すようにガスタービン回転数は瞬時に上昇する。そして、ガスタービン回転数が第２閾値を超えると（図３の時刻ｔ２）、トリップ制御機能がこれを検知し、燃料供給を遮断させるためのトリップ信号を出力する（図４のステップＳＡ２）。出力されたトリップ信号は、オンディレイタイマ５１に入力され、ここで所定時間保持される（図４のステップＳＡ３）。ここで、オンディレイタイマ５１の保持時間は、負荷遮断試験において負荷が遮断されてからガスタービン回転数が静定するまでの期間よりも長く設定されている。これにより、負荷遮断試験中にトリップが生じることを防止でき、負荷遮断によるガスタービン回転数の挙動などを確実に確認することができる。
【００４３】
また、図３に示すように、上述のようにトリップ信号が出力された後においても、引き続き負荷遮断の影響によりガスタービン回転数は上昇し続け、時刻ｔ３において、ピークに達した後、減速する。その後は、振動しながら所定時間後に静定する。
【００４４】
一方、オンディレイタイマ５１によって維持されていたトリップ信号は、所定時間後に、流量調整弁４２に出力される（図３の時刻ｔ４、図４のステップＳＡ４）。これにより、流量調整弁４２が全閉することで、燃焼器２２への燃料供給が遮断され、タービン２４が停止する。
【００４５】
このように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法によれば、通常運転時に使用されるトリップ回転数よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設け、負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が第２閾値以上になることで発生されたトリップを所定時間保持することとしている。これにより、トリップ制御機能５０からトリップ信号が出力されたとしても、トリップ動作がすぐに実行されることを防止することができる。
【００４６】
この結果、負荷遮断試験を継続して行うことができ、負荷遮断による回転数ピーク値が許容最大回転数以内であること、静定までの時間が所定時間以内であることなどの負荷遮断試験における確認を確実に行うことができる。また、一連の負荷遮断による影響が薄れ、ガスタービン回転数が定格回転数で安定してきたときに、オンディレイタイマ５１によって保持されていたトリップ信号が流量調整弁４２に出力される。これにより、過速度防止機能の動作確認も確実に行うことができる。
【００４７】
このように、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを同時に行うこととしたので、ガスタービン回転数が定格よりも上昇するという事象を１回に抑制することができる。これにより、ガスタービンへの負担が軽減され、ガスタービンの寿命を長期化させることが期待できる。
【００４８】
なお、本実施形態では、定格負荷における負荷遮断試験において、過速度防止機能の動作確認試験を行うこととしたが、これに限られず、中負荷時、低負荷時の負荷遮断試験において過速度防止機能の動作確認試験を行うこととしてもよい。中負荷時、低負荷時の負荷遮断試験では、図５に示すように、負荷遮断後におけるガスタービン回転数上昇が高負荷時に比べて小さく、また、静定までの時間も短いため、ガスタービンへの負担をより一層軽減できるとともに、試験を早く終了させることができる。なお、この場合にも、トリップを発生させる第２閾値は、負荷遮断によるガスタービン回転数のピーク予測値よりも小さい値に設定することが必要となる。
【００４９】
また、上記負荷遮断試験において、図６に示すように、負荷の遮断は、ガスタービン１２を備える発電所内の系統負荷との接続が維持されるように、発電所内の系統と発電所外部の系統とを接続する位置に上記遮断器ＳＷ１を設置するとよい。これにより、負荷遮断を行っても、タービン２０には発電所内の系統負荷が接続されている状態となるので、負荷変化の落差が緩和され、ガスタービン回転数の上昇幅を抑えることが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態において、負荷遮断試験中にガスタービン回転数が通常運用時に使用されるトリップ回転数である第１閾値を超えたらトリップ動作をただちに実行するようにしてもよい。これにより、安全性を確保することができる。
また、このような場合は、負荷遮断試験は失敗してしまうが、トリップする燃料投入量を把握することができる。すなわち、負荷遮断が発生した場合、負荷遮断によるガスタービン回転数の上昇を抑制するために、流量調整弁の弁開度を急激に絞る制御が行われる。しかし、全閉してしまうと、失火してしまうため、失火が起きないぎりぎりの燃料量を把握し、その燃料量まで速やかに燃料を絞ることが望まれる。そこで、上述したように、負荷遮断試験中にトリップした場合には、燃料投入量と回転数との関係をデータとして取得することにより、負荷遮断の際の制御設定値を決定する際の指標を得ることとしてもよい。
【００５１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
上述の第１実施形態では、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを同時に行っていたが、本実施形態では、過速度防止機能の動作確認試験を単独で行うこととしている。以下、上記第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。また、図中、同一の参照符号が付されている構成については、同一の構成として取り扱う。
【００５２】
図７は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。図７に示すように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法では、ガスタービン制御装置４４と流量調整弁４２との間にトリップ検知部６０を設け、ガスタービン制御装置４４に搭載されているトリップ制御機能５０（図２参照）から出力されたトリップ信号がトリップ検知部６０に入力されるようになっている。
また、本実施形態における過速度防止機能の動作確認試験で用いられるトリップ回転数は、通常運転時に使用されるのと同じトリップ回転数、すなわち、第１閾値に設定されている。
【００５３】
トリップ検知部６０は、ガスタービン制御装置４４の静定時の内部変数のうち、弁開度の変化量など経時変化を示す変数を記憶する機能を有している。また、トリップ検知部６０は、トリップ信号が入力された場合には、過速度防止機能が正常に動作していると判定するとともに、ガスタービン制御装置４４に静定時の経時変化を示す変数を入力することで、入力されたトリップ信号をキャンセルし、入力端６１を介してガスタービン制御装置４４にガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令を出力する。
【００５４】
以下、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について図７および図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
まず、過速度防止機能の動作確認試験においては、入力端６１から入力される試験条件等に応じて、ガスタービン制御装置４４が流量調整弁４２に対して燃料供給を増加させる弁制御指令を出力することにより、ガスタービン回転数をトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させる（図８の時刻ｔ１からｔ２）。また、このとき、ガスタービン制御装置４４の内部変数はトリップ検知部６０に出力され、随時記憶される。
【００５５】
次に、ガスタービン回転数がトリップ回転数に達することで（図８の時刻ｔ２）、ガスタービン制御装置４４が備えるトリップ制御機能（図２参照）が作動してトリップ信号が出力されると、このトリップ信号は、トリップ検知部６０に入力される。トリップ検知部６０は、トリップ信号が入力されると、このことをもって過速度防止機能が正常に動作していると判定する。また、トリップ検知部６０は、このトリップ信号をキャンセルするとともに、ガスタービン制御装置４４に対してガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令および記憶していた内部変数を出力する。ここで出力される内部変数は、トリップ信号が出力される直前に記憶していた内部変数である。
【００５６】
ガスタービン制御装置４４は、ガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令を受信すると、トリップ検知部６０から取得した内部変数を用いて、ガスタービン回転数を定格回転数まで低下させる制御に切り換える。これにより、ガスタービン回転数は徐々に低下し、定格回転数で安定する（図８の時刻ｔ２からｔ３）。
【００５７】
このように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置によれば、ガスタービン回転数がトリップ回転数である第１閾値に達することによりガスタービン制御装置４４からトリップ信号が出力された場合に、このトリップ信号が出力されたことをもって、過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。またトリップ信号を受信した場合には、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
上記第２実施形態においては、トリップ検知部６０がガスタービン制御装置４４の内部変数を記憶することとしていたが、本実施形態においては、第２のガスタービン制御装置６４を設け、第２のガスタービン制御装置６４を用いることでガスタービン制御装置４４における内部変数の問題を上手く処理している。
以下、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置について説明する。
図９は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。本実施形態では、ガスタービン制御装置４４（以下「第１制御装置４４」という。）と並列に第２のガスタービン制御装置６４（以下「第２制御装置６４」という）を設置している。第２制御装置６４には、入力端６１からの信号が入力されるとともに、ガスタービン回転数などの各種状態量がバッファ６６を介して入力されるようになっている。すなわち、第２制御装置６４には、第１制御装置４４に入力されるガスタービン回転数などの各種状態量が所定時間遅れて入力されるようになっている。第２制御装置６４は、第１制御装置４４と同様の構成を有しており、よって、同じ入力情報に基づく流量調整弁４２への弁開度指令や内部変数は同じものとなる。つまり、第１制御装置４４における内部変数や流量調整弁への弁開度指令と全く同じ情報が、常に所定時間遅れて第２制御装置６４内で発生したり、出力されたりする。第１制御装置４４および第２制御装置６４から出力される弁開度指令信号やトリップ信号は、トリップ検知部６２に入力されるようになっている。なお、第２制御装置６４においては、過速度防止機能を備えていなくても良い。
トリップ検知部６２は、試験開始時からトリップ信号を受信するまでは、流量調整弁４２を制御する制御装置として第１制御装置４４を採用し、トリップ信号が入力されたときに、第１制御装置４４から第２制御装置６４に切り換える。
【００５９】
このような構成において、過速度防止機能の動作確認試験を行う際には、入力端６１から入力される試験条件の情報に基づいて、第１制御装置４２および第２制御装置６４から燃料量を増加させる弁開度指令が出力される。第１制御装置４４からの弁開度指令は、トリップ検知部６２を介して流量調整弁４２に与えられる。これにより、ガスタービン回転数はトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させられる。また、ガスタービン回転数の情報は、第１制御装置４４にフィードバックされるとともに、第２制御装置６４においてはバッファ６６で所定時間維持された後、フィードバックされる。
【００６０】
次に、ガスタービン回転数がトリップ回転数に達することで、第１制御装置４４のトリップ制御機能が作動してトリップ信号が出力されると、このトリップ信号は、トリップ検知部６２に入力される。トリップ検知部６２は、トリップ信号が入力されると、過速度防止機能が正常に動作していると判定する。また、トリップ検知部６２は、このトリップ信号をキャンセルするとともに、流量調整弁４２を制御する制御装置を第１制御装置４４から第２制御装置６４に切り換える。これにより、以降においては、第２制御装置６４から出力された弁制御指令が流量調整弁４２に与えられることとなる。
ここで、第２制御装置６４には、第１制御装置４４と所定の時間差をもってガスタービン回転数が入力されているため、第１制御装置４４においてトリップ回転数が検知された時点において、第２制御装置６４ではトリップ回転数を検知しておらず、トリップ回転数に達する前の回転数による内部変数が発生しているとともに、弁制御指令が出力されている。このため、制御装置を第２制御装置６４に切り換えることで、トリップが発生する前の内部変数を用いて流量調整弁４２の弁開度制御を行うことが可能となる。
また、トリップ検知部６２は、入力端６１を介して第１制御装置４４および第２制御装置６４に、ガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令を出力する。第１制御装置４４および第２制御装置６４は、当該指令を受信すると、燃料供給の増加指令を解除し、ガスタービン回転数を目標回転数である定格回転数に一致させる制御に切り換える。更に、トリップ検知部６２は、第１制御装置４４に対してトリップ信号を解除する信号を出力するとともに、第２制御装置６４の内部変数を出力する。これにより、第１制御装置４４の状態は、トリップ前の状態にリセットされる。第１制御装置４４の状態がトリップ前の状態にリセットされると、トリップ検知部６２は、流量調整弁４２の弁制御に採用する制御装置を第２制御装置６４から第１制御装置４４に切り換える。これにより、第１制御装置４４から出力される弁開度指令に基づいて流量調整弁４２が制御され、ガスタービン回転数が定格回転数まで徐々に低下させられる。
【００６１】
このように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置によれば、ガスタービン回転数がトリップ回転数である第１閾値に達することにより第１制御装置４４からトリップ信号が出力された場合に、このトリップ信号が出力されたことをもって、過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。
またトリップ信号を受信した場合には、第１制御装置４４から第２制御装置６４に切り換えるので、トリップが発生する前の内部変数を用いた流量調整弁４２の弁制御を継続して行うことができる。また、トリップ信号を受信した時点で、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００６２】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
図１０は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。図１０に示すように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法では、流量調整弁４２に対して並列に流量調整弁４２ａを設けている。また、上述した第２実施形態では、トリップ信号が流量調整弁４２にたどり着く前にトリップ信号をキャンセルさせていたが、本実施形態では、図１０に示すように、流量調整弁を二重に配置し、流量調整弁４２がトリップにより遮断された場合に、もう一方の流量調整弁４２ａを開くことにより、ガスタービンへの燃料が遮断されることを防止している。これにより、トリップによるガスタービンへの影響を低減している。
【００６３】
以下、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法について説明する。
まず、過速度防止機能の動作確認試験においては、入力端６１から入力される試験条件に基づいてガスタービン制御装置４４が流量調整弁４２に対して燃料供給を増加させる信号を出力することにより、ガスタービン回転数をトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させる（図１１の時刻ｔ１からｔ２）。このとき、流量調整弁４２ａは全閉状態とされており、また、ガスタービン制御装置４４の内部変数はトリップ検知部６８に出力され、随時記憶される。
【００６４】
次に、ガスタービン回転数がトリップ回転数に達することで（図１１の時刻ｔ２）、ガスタービン制御装置４４が備えるトリップ制御機能が作動してトリップ信号が出力されると、このトリップ信号は、トリップ検知部６８に入力される。トリップ検知部６８は、トリップ信号が入力されると、このトリップ信号を流量調整弁４２に出力する。また、このトリップ信号と略同じタイミングで、流量調整弁４２ａに対して所定のシーケンスに基づく弁開度指令を出力する。例えば、この弁開度指令は、流量調整弁４２ａの弁開度をトリップ信号が出力される直前の弁開度まで開き、その弁開度から、ガスタービン回転数が定格回転数に一致するまで、所定のレートで絞る信号とされる。
【００６５】
これにより、流量調整弁４２がトリップ信号を受けて瞬時に遮断させられる一方で、流量調整弁４２ａはトリップ信号が入力される直前における流量調整弁４２の開度と同じ開度まで開かれることとなる。これにより、ガスタービンにおける燃料流量の急激な変化を防止することができる。また、流量調整弁４２ａは、この状態から一定のレートで弁開度が閉じられるので、ハンチングを防ぎながらガスタービン回転数を定格回転数まで低下させることができる（図１１の時刻ｔ２からｔ３）。
【００６６】
ガスタービン回転数が定格回転数に落ち着いた後は、流量調整弁４２を所定のレートで開けるとともに、流量調整弁４２ａを同じレートで閉めることにより、流量調整弁４２による燃料流量調整を再開させる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置によれば、トリップ信号により流量調整弁４２を実際に閉じさせるので、トリップ信号のみによって正常動作を判断する第２実施形態や第３実施形態と比べて、より確実に過速度防止機能の正常動作を確認することができる。また、流量調整弁４２と並列に流量調整弁４２ａを設け、流量調整弁４２が閉じられるのと略同じタイミングで流量調整弁４２ａを開くこととしたので、トリップ動作の前後でガスタービンへの燃料供給量を略一定に保つことが可能となる。これにより、トリップ動作によるガスタービンへの影響を低減することができ、長寿命化を図ることができる。更に、ガスタービン回転数が定格回転数に低下するまで、流量調整弁４２ａを所定のレートで絞っていくので、ハンチングなどを防止することができ、安定した状態でガスタービン回転数を速やかに低下させることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１２ ガスタービン
２４ タービン
２２ 燃焼器
４２，４２ａ 流量調整弁
４４ ガスタービン制御装置（第１のガスタービン制御装置）
５０ トリップ制御機能
５１ オンディレイタイマ
６０，６２，６８ トリップ検知部
６１ 入力端
６４ 第２のガスタービン制御装置
６６ バッファ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、ガスタービン発電システムは、ガスタービン回転数が定格回転数よりも大きい値に設定されている所定のトリップ回転数を超えた場合に、流量調整弁を遮断して、強制的にガスタービンの運転を停止させる過速度防止機能を備えており、例えば、発電システムを新設したときや保守点検時などにおいて、過速度防止機能が正常に機能するかを確認する動作確認試験が行われる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１１１４３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
例えば、過速度防止機能の動作確認試験は、ガスタービン回転数をトリップ回転数まで強制的に上昇させて、実際に過速度防止機能が作動するか否かを確認することで行われる。しかしながら、このような試験は、ガスタービンを過酷な運転状況に晒すものであり、実運用の安全のために試験回数を増やすと、ガスタービンの寿命が短くなってしまい、コストの増加、運用可能時間の短縮を誘発するといった問題があった。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、過速度防止機能の動作確認試験によるガスタービンへの負担を軽減できるガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、負荷運転中に負荷遮断を強制的に発生させ、負荷遮断後のガスタービンの挙動を確認する負荷遮断試験に前記過速度防止手段の動作確認試験を組み込み、通常運用時におけるトリップ回転数である第１閾値よりも小さく、かつ、前記負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、前記負荷遮断試験中において、負荷遮断が実施されることによりガスタービン回転数が上昇し、前記第２閾値以上となったことが前記トリップ制御手段により検知されて前記トリップ信号が発生した場合に、該トリップ信号を所定の時間保持し、該所定の時間経過後に該トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力するガスタービンの信頼性評価試験方法を提供する。
【０００７】
本発明によれば、通常運転時に使用されるトリップ回転数よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設け、負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が第２閾値以上になることで発生されたトリップ信号を所定時間保持することとしている。これにより、トリップ信号が出力されたとしても、トリップ動作がすぐに行われることを防止することができる。この結果、負荷遮断試験を継続して行うことができ、負荷遮断による回転数ピーク値が許容最大回転数以内であることなどの負荷遮断試験における確認を行うことができる。また、所定時間経過後にトリップ信号をトリップ実行手段に出力することにより、実際にトリップを実行させることができる。これにより、負荷遮断試験が確認された後に、過速度防止機能の動作確認も確実に行うことができる。このように、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを同時に行うこととしたので、ガスタービン回転数が定格よりも上昇するという事象を１回に抑えることができる。この結果、ガスタービンへの負担が軽減され、ガスタービンの寿命を長期化させることが期待できる。
【０００８】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、前記負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が前記第１閾値に達した場合に、前記トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力することとしてもよい。
【０００９】
このように、負荷遮断試験中であっても、ガスタービン回転数が第１閾値に達した場合には、トリップ動作を実施することで、安全性を確保することができる。
【００１０】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、前記トリップ信号を保持する前記所定の時間は、前記負荷遮断試験において負荷が遮断されてからガスタービン回転数が静定するまでの期間よりも長く設定されていることが好ましい。
【００１１】
これにより、負荷遮断試験が途中で中断されることを防止でき、負荷遮断試験が確実に終了した後に、過速度防止機能の動作確認を行うことができる。
【００１２】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、低負荷時の負荷遮断試験中に前記過速度防止手段の動作確認試験を行うこととしてもよい。
【００１３】
低負荷時の負荷遮断試験は、高負荷時の負荷遮断試験に比べて、負荷遮断によるガスタービン回転数の上昇も少なく、また、ガスタービン回転数が静定するまでの時間も短い。したがって、低負荷時の負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを組み合わせることにより、ガスタービンへの負担を更に軽減でき、試験時間も短縮することができる。
【００１４】
上記ガスタービンの信頼性評価試験方法において、前記負荷遮断試験における負荷遮断は、前記ガスタービンを備える発電システム内の系統負荷との接続が維持されるように、発電所内の系統と発電所外部の系統とを接続する位置に設置された遮断器を遮断することにより行われることとしてもよい。
【００１５】
このような構成によれば、負荷遮断を行っても、ガスタービンには発電所内の負荷が接続されている状態とすることができる。これにより、負荷遮断によるガスタービンの回転数上昇を抑制することができ、ガスタービンへの負担を軽減することができる。
【００１６】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、ガスタービン回転数を前記トリップ回転数まで強制的に上昇させ、前記トリップ回転数以上となることにより、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号が出力されたことを検知して前記過速度防止手段の正常動作を確認するとともに、前記トリップ信号が前記トリップ実行手段に出力されるのを遮断し、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除するガスタービンの信頼性評価試験方法を提供する。
【００１７】
本発明によれば、トリップ信号が出力されたことをもって過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。またトリップ信号を受信した場合には、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００１８】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、前記トリップ制御手段と前記トリップ実行手段との間に設けられたトリップ検知手段を備え、前記トリップ検知手段は、前記過速度防止手段の動作確認試験において、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号を受信して正常動作を確認するとともに、該トリップ信号をキャンセルし、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除させるガスタービンの信頼性評価試験装置を提供する。
【００１９】
本発明によれば、トリップ検知手段によりトリップ信号が受信されたことをもって過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。またトリップ信号を受信した場合には、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００２０】
上記ガスタービンの信頼性評価試験装置において、前記トリップ制御手段は、ガスタービン制御装置に設けられ、前記ガスタービン制御装置により前記ガスタービン回転数がトリップ回転数まで上昇制御されている間において、前記トリップ検知手段は、前記ガスタービン制御装置の内部変数を記憶し、前記トリップ信号を受信した場合に、前記トリップ信号を受信する直前における前記ガスタービン制御装置の内部変数を前記ガスタービン制御装置へ出力することとしてもよい。
【００２１】
このように、トリップ検知手段が、ガスタービン制御装置の内部変数を随時記憶しておき、トリップ信号を受信した場合には、トリップ信号を受信する直前におけるガスタービン制御装置の内部変数をガスタービン制御装置に戻すので、ガスタービン制御装置の状態を、トリップが発生する前の状態に速やかに戻すことができる。これにより、ガスタービン制御装置に、トリップ回転数まで上昇したガスタービン回転数を定格回転数まで低減させる制御を速やかに行わせることができる。
【００２２】
上記ガスタービンの信頼性評価試験装置において、前記トリップ制御手段は、ガスタービンを制御する第１ガスタービン制御装置に設けられ、前記第１ガスタービン制御装置に入力されるガスタービン回転数の情報が所定時間遅れて入力され、該入力情報を用いて前記第１ガスタービン制御装置と同じ処理を行う第２ガスタービン制御装置を設け、前記トリップ検知手段は、ガスタービンを制御する制御装置として、前記第１ガスタービン制御装置と前記第２ガスタービン制御装置とを切り換える手段を有し、前記トリップ検知手段は、前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、ガスタービンを制御する制御装置を前記第１ガスタービン制御装置から前記第２ガスタービン制御装置に切り換えることとしてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、トリップ信号を受信した場合には、第１ガスタービン制御装置から第２ガスタービン制御装置に切り換える。この場合において、第２ガスタービン制御装置には、ガスタービン回転数が第１ガスタービン制御装置よりも所定時間遅れて入力されているので、第２ガスタービン制御装置内では、トリップが検知されておらず、トリップ前のガスタービン回転数に基づいて所定の演算処理が行われていることとなる。従って、トリップが発生する前の内部変数を用いた制御を継続して行うことが可能となる。これにより、ガスタービン回転数を強制上昇させる処理からガスタービン回転数を定格回転数まで低下させる制御に速やかに移行することができる。
【００２４】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合に第１流量調整弁を所定開度まで絞るトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、前記第１流量調整弁と並列に第２流量調整弁を設け、前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力されて、前記第１流量調整弁が全閉状態とされた場合に、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるガスタービンの信頼性評価試験方法を提供する。
【００２５】
本発明によれば、トリップ信号により第１流量調整弁を実際に閉じさせるので、トリップ信号のみによって正常動作を判断する場合と比べて、より確実に過速度防止機能の正常動作を確認することができる。また、流量調整弁を二重に設け、第１流量調整弁が閉じられるのと略同じタイミングで第２流量調整弁を開くこととしたので、トリップ動作の前後でガスタービンへの燃料供給量を略一定に保つことが可能となる。これにより、トリップ動作によるガスタービンへの影響を低減することができ、長寿命化を図ることができる。更に、ガスタービン回転数が定格回転数に低下するまで、第２流量調整弁を所定のレートで絞っていくので、ハンチングなどを防止することができ、安定した状態でガスタービン回転数を速やかに低下させることができる。
【００２６】
本発明は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合に、第１流量調整弁を所定開度まで絞る指示であるトリップ信号を出力する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、前記第１流量調整弁と並列に設けられた第２流量調整弁と、前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、前記第１流量調整弁を所定開度まで絞るとともに、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるトリップ検知手段とを具備するガスタービンの信頼性評価試験装置を提供する。
【００２７】
本発明によれば、トリップ信号により第１流量調整弁を実際に閉じさせるので、トリップ信号のみによって正常動作を判断する場合と比べて、より確実に過速度防止機能の正常動作を確認することができる。また、流量調整弁を二重に設け、第１流量調整弁が閉じられるのと略同じタイミングで第２流量調整弁を開くこととしたので、トリップ動作の前後でガスタービンへの燃料供給量を略一定に保つことが可能となる。これにより、トリップ動作によるガスタービンへの影響を低減することができ、長寿命化を図ることができる。更に、ガスタービン回転数が定格回転数に低下するまで、第２流量調整弁を所定のレートで絞っていくので、ハンチングなどを防止することができ、安定した状態でガスタービン回転数を速やかに低下させることができる。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、過速度防止機能の信頼性評価試験によるガスタービンへの負担を軽減できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るＧＴＣＣプラントの全体構成図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る過速度防止機能の動作確認試験方法の概念図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
【図４】本発明の第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の手順を示したフローチャートである。
【図５】高負荷の負荷遮断試験によるガスタービン回転数の変化と低負荷の負荷遮断試験によるガスタービン回転数の変化とを比較して示した図である。
【図６】負荷遮断試験における負荷遮断の好ましい位置について説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
【図９】本発明の第３実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。
【図１０】本発明の第４実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。
【図１１】本発明の第４実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法について図１および図２を参照して説明する。
図１は、第１実施形態に係るＧＴＣＣプラントの全体構成図である。ＧＴＣＣプラントは、ガスタービン１２、蒸気タービン１４、および発電機１６を備えている。
【００３１】
ガスタービン１２は、圧縮機２０、燃焼器２２、タービン２４、ガスタービン制御装置４４、圧力調整弁４０、流量調整弁４２などを主な構成として備えている。圧縮機２０は、回転軸２６により駆動されることで、空気取込口から取り込まれた空気を圧縮して圧縮空気を生成する。燃焼器２２は、圧縮機２０から車室２８へ導入された圧縮空気に燃料を噴射して高温・高圧の燃焼ガスを発生させる。タービン２４は、燃焼器２２で発生した燃焼ガスによって回転駆動する。
【００３２】
車室２８と燃焼器２２との間にはバイパス管３０が設けられており、バイパス管３０は、タービン２４の出力変動により燃焼器２２内の空気が不足する状態になった場合に、燃焼器バイパス弁３２が開かれると車室２８内の空気を燃焼器２２内に導入する流路となる。また、圧縮機２０とタービン２４との間には、圧縮機２０からタービン２４へ冷却用の空気を導入させるための抽気管３４が設けられている。
【００３３】
蒸気タービン１４は、タービン２４の排ガスから熱回収して蒸気を発生させ、該蒸気によって回転駆動する。タービン２４、蒸気タービン１４、圧縮機２０、および発電機１６は、回転軸２６によって連結され、タービン２４および蒸気タービン１４に生じる回転動力は、回転軸２６によって圧縮機２０および発電機１６に伝達される。そして、発電機１６は、タービン２４および蒸気タービンの回転動力によって発電する。
【００３４】
また、燃焼器２２には、燃料を供給する燃料供給配管３６が接続されている。燃料供給配管３６には、圧力調整弁４０で流量調整弁４２前後の差圧が調整され、流量調整弁４２で流量が調整された燃料が供給される。燃焼器２２は、燃料供給配管３６から供給された燃料と圧縮空気とを混合させて燃焼させる。
【００３５】
ガスタービン制御装置４４は、ガスタービン１２の運転状態および温度状態に関する状態量などを入力信号として取得し、これらの入力信号に基づいて燃焼器２２に供給する燃料流量を制御する。例えば、ガスタービン制御装置４４は、ガスタービン回転数を入力情報として取得し、このガスタービン回転数が目標回転数に一致するように流量調整弁４２の弁開度を制御することにより、燃焼器２２へ送られる燃料量を調整する。
ガスタービン制御装置４４は、例えば、ＣＰＵ（中央演算装置）、メモリ、補助記憶装置等から構成されている。後述の各種機能を実現するための一連の処理の過程は、プログラムの形式で補助記憶装置に記憶されており、このプログラムをＣＰＵがメモリに読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、上述した燃料の流量調整などが行われる。
【００３６】
また、ガスタービン１２は、ガスタービン回転数が定格回転数よりも大きい値（例えば、定格の１０％増し）に設定されている所定のトリップ閾値を超えた場合に、強制的にガスタービンの運転を停止させる過速度防止機能（過速度防止手段）を備えている。この過速度防止機能は、例えば、ガスタービン制御装置４４に搭載されたトリップ制御機能（トリップ制御手段）５０（図２参照）と、トリップ動作を実行する流量調整弁（トリップ実行手段）４２とにより実現される。この場合、トリップ制御機能５０は、ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力し、流量調整弁４２は、このトリップ信号が入力された場合に全閉状態となり、燃焼器２２への燃料供給を瞬時に遮断して、タービン２４の回転を停止させる。また、上記トリップ制御機能については、ガスタービン制御装置４４のＣＰＵがトリップ制御プログラムを実行することにより実現されてもよいし、専用のハードウェアがガスタービン制御装置に搭載されることとしてもよい。
【００３７】
このようなＧＴＣＣにおいては、設備新設の際や保守点検時において、例えば、ガスタービン１２が備えている各種機能が正常に動作しているか否かを確認する信頼性評価試験が行われる。この信頼性評価試験では、上記過速度防止機能の動作確認試験が行われるとともに、その他の動作確認、例えば、負荷遮断試験などの各種試験が実施される。
ここで、負荷遮断試験は、例えば、負荷運転中に負荷遮断が生じた場合に、ガスタービン回転数が許容最大回転数（例えば、負荷運転時の定格回転数の１１０％）を超えないように調速装置が機能することを確認する試験である。
【００３８】
負荷遮断試験では、突然に負荷遮断用として設けられている遮断器が開放してガスタービン１２に接続されている負荷が遮断されるため、ガスタービン回転数が瞬時に上昇することになり、ガスタービンにかかる負担が大きい、回転数が定常よりも上昇するという点で過速度防止機能の動作確認試験と共通する。
【００３９】
そこで、本実施形態では、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験を同時に行うこととし、換言すると、負荷遮断試験に過速度防止機能の動作確認試験を組み込むこととし、２つの試験を効率的に行うことで、ガスタービン回転数が定格以上に上昇するという事象の発生頻度を減少させる。
【００４０】
以下、本実施形態におけるガスタービンの信頼性評価試験方法について図２から図４を参照して説明する。図２は過速度防止機能の動作確認試験における概念図、図３はガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフ、図４はガスタービンの信頼性評価試験方法の手順を示したフローチャートである。なお、負荷遮断試験は、例えば、高負荷時（定格負荷時）における負荷遮断試験、中負荷時（定格に対して７５％）における負荷遮断試験、低負荷時（定格に対して５０％）における負荷遮断試験などのように、各負荷レベルにおいてそれぞれ行われるが、以下の説明においては、高負荷時における負荷遮断試験を例示して説明する。
【００４１】
まず、図２に示すように、試験の準備段階として、通常運転時のトリップ回転数である第１閾値に加えて、第１閾値よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、所定の記憶手段に記憶させる。また、トリップ制御機能５０と流量調整弁４２との間にオンディレイタイマ５１を設置する。
【００４２】
次に、信頼性評価試験実行時においては、まず、ガスタービンが定格回転数で運転している状態において、負荷遮断用として設けられている遮断器を開放することにより、負荷遮断を発生させる（図３の時刻ｔ１、図４のステップＳＡ１）。これにより、図３に示すようにガスタービン回転数は瞬時に上昇する。そして、ガスタービン回転数が第２閾値を超えると（図３の時刻ｔ２）、トリップ制御機能がこれを検知し、燃料供給を遮断させるためのトリップ信号を出力する（図４のステップＳＡ２）。出力されたトリップ信号は、オンディレイタイマ５１に入力され、ここで所定時間保持される（図４のステップＳＡ３）。ここで、オンディレイタイマ５１の保持時間は、負荷遮断試験において負荷が遮断されてからガスタービン回転数が静定するまでの期間よりも長く設定されている。これにより、負荷遮断試験中にトリップが生じることを防止でき、負荷遮断によるガスタービン回転数の挙動などを確実に確認することができる。
【００４３】
また、図３に示すように、上述のようにトリップ信号が出力された後においても、引き続き負荷遮断の影響によりガスタービン回転数は上昇し続け、時刻ｔ３において、ピークに達した後、減速する。その後は、振動しながら所定時間後に静定する。
【００４４】
一方、オンディレイタイマ５１によって維持されていたトリップ信号は、所定時間後に、流量調整弁４２に出力される（図３の時刻ｔ４、図４のステップＳＡ４）。これにより、流量調整弁４２が全閉することで、燃焼器２２への燃料供給が遮断され、タービン２４が停止する。
【００４５】
このように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法によれば、通常運転時に使用されるトリップ回転数よりも小さく、かつ、負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設け、負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が第２閾値以上になることで発生されたトリップを所定時間保持することとしている。これにより、トリップ制御機能５０からトリップ信号が出力されたとしても、トリップ動作がすぐに実行されることを防止することができる。
【００４６】
この結果、負荷遮断試験を継続して行うことができ、負荷遮断による回転数ピーク値が許容最大回転数以内であること、静定までの時間が所定時間以内であることなどの負荷遮断試験における確認を確実に行うことができる。また、一連の負荷遮断による影響が薄れ、ガスタービン回転数が定格回転数で安定してきたときに、オンディレイタイマ５１によって保持されていたトリップ信号が流量調整弁４２に出力される。これにより、過速度防止機能の動作確認も確実に行うことができる。
【００４７】
このように、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを同時に行うこととしたので、ガスタービン回転数が定格よりも上昇するという事象を１回に抑制することができる。これにより、ガスタービンへの負担が軽減され、ガスタービンの寿命を長期化させることが期待できる。
【００４８】
なお、本実施形態では、定格負荷における負荷遮断試験において、過速度防止機能の動作確認試験を行うこととしたが、これに限られず、中負荷時、低負荷時の負荷遮断試験において過速度防止機能の動作確認試験を行うこととしてもよい。中負荷時、低負荷時の負荷遮断試験では、図５に示すように、負荷遮断後におけるガスタービン回転数上昇が高負荷時に比べて小さく、また、静定までの時間も短いため、ガスタービンへの負担をより一層軽減できるとともに、試験を早く終了させることができる。なお、この場合にも、トリップを発生させる第２閾値は、負荷遮断によるガスタービン回転数のピーク予測値よりも小さい値に設定することが必要となる。
【００４９】
また、上記負荷遮断試験において、図６に示すように、負荷の遮断は、ガスタービン１２を備える発電所内の系統負荷との接続が維持されるように、発電所内の系統と発電所外部の系統とを接続する位置に上記遮断器ＳＷ１を設置するとよい。これにより、負荷遮断を行っても、タービン２０には発電所内の系統負荷が接続されている状態となるので、負荷変化の落差が緩和され、ガスタービン回転数の上昇幅を抑えることが可能となる。
【００５０】
また、本実施形態において、負荷遮断試験中にガスタービン回転数が通常運用時に使用されるトリップ回転数である第１閾値を超えたらトリップ動作をただちに実行するようにしてもよい。これにより、安全性を確保することができる。
また、このような場合は、負荷遮断試験は失敗してしまうが、トリップする燃料投入量を把握することができる。すなわち、負荷遮断が発生した場合、負荷遮断によるガスタービン回転数の上昇を抑制するために、流量調整弁の弁開度を急激に絞る制御が行われる。しかし、全閉してしまうと、失火してしまうため、失火が起きないぎりぎりの燃料量を把握し、その燃料量まで速やかに燃料を絞ることが望まれる。そこで、上述したように、負荷遮断試験中にトリップした場合には、燃料投入量と回転数との関係をデータとして取得することにより、負荷遮断の際の制御設定値を決定する際の指標を得ることとしてもよい。
【００５１】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
上述の第１実施形態では、負荷遮断試験と過速度防止機能の動作確認試験とを同時に行っていたが、本実施形態では、過速度防止機能の動作確認試験を単独で行うこととしている。以下、上記第１実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法と共通する点については説明を省略し、異なる点について主に説明する。また、図中、同一の参照符号が付されている構成については、同一の構成として取り扱う。
【００５２】
図７は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。図７に示すように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法では、ガスタービン制御装置４４と流量調整弁４２との間にトリップ検知部６０を設け、ガスタービン制御装置４４に搭載されているトリップ制御機能５０（図２参照）から出力されたトリップ信号がトリップ検知部６０に入力されるようになっている。
また、本実施形態における過速度防止機能の動作確認試験で用いられるトリップ回転数は、通常運転時に使用されるのと同じトリップ回転数、すなわち、第１閾値に設定されている。
【００５３】
トリップ検知部６０は、ガスタービン制御装置４４の静定時の内部変数のうち、弁開度の変化量など経時変化を示す変数を記憶する機能を有している。また、トリップ検知部６０は、トリップ信号が入力された場合には、過速度防止機能が正常に動作していると判定するとともに、ガスタービン制御装置４４に静定時の経時変化を示す変数を入力することで、入力されたトリップ信号をキャンセルし、入力端６１を介してガスタービン制御装置４４にガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令を出力する。
【００５４】
以下、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について図７および図８を参照して説明する。図８は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法におけるガスタービン回転数と時間との関係の一例を示したグラフである。
まず、過速度防止機能の動作確認試験においては、入力端６１から入力される試験条件等に応じて、ガスタービン制御装置４４が流量調整弁４２に対して燃料供給を増加させる弁制御指令を出力することにより、ガスタービン回転数をトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させる（図８の時刻ｔ１からｔ２）。また、このとき、ガスタービン制御装置４４の内部変数はトリップ検知部６０に出力され、随時記憶される。
【００５５】
次に、ガスタービン回転数がトリップ回転数に達することで（図８の時刻ｔ２）、ガスタービン制御装置４４が備えるトリップ制御機能（図２参照）が作動してトリップ信号が出力されると、このトリップ信号は、トリップ検知部６０に入力される。トリップ検知部６０は、トリップ信号が入力されると、このことをもって過速度防止機能が正常に動作していると判定する。また、トリップ検知部６０は、このトリップ信号をキャンセルするとともに、ガスタービン制御装置４４に対してガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令および記憶していた内部変数を出力する。ここで出力される内部変数は、トリップ信号が出力される直前に記憶していた内部変数である。
【００５６】
ガスタービン制御装置４４は、ガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令を受信すると、トリップ検知部６０から取得した内部変数を用いて、ガスタービン回転数を定格回転数まで低下させる制御に切り換える。これにより、ガスタービン回転数は徐々に低下し、定格回転数で安定する（図８の時刻ｔ２からｔ３）。
【００５７】
このように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置によれば、ガスタービン回転数がトリップ回転数である第１閾値に達することによりガスタービン制御装置４４からトリップ信号が出力された場合に、このトリップ信号が出力されたことをもって、過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。またトリップ信号を受信した場合には、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００５８】
〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
上記第２実施形態においては、トリップ検知部６０がガスタービン制御装置４４の内部変数を記憶することとしていたが、本実施形態においては、第２のガスタービン制御装置６４を設け、第２のガスタービン制御装置６４を用いることでガスタービン制御装置４４における内部変数の問題を上手く処理している。
以下、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置について説明する。
図９は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。本実施形態では、ガスタービン制御装置４４（以下「第１制御装置４４」という。）と並列に第２のガスタービン制御装置６４（以下「第２制御装置６４」という）を設置している。第２制御装置６４には、入力端６１からの信号が入力されるとともに、ガスタービン回転数などの各種状態量がバッファ６６を介して入力されるようになっている。すなわち、第２制御装置６４には、第１制御装置４４に入力されるガスタービン回転数などの各種状態量が所定時間遅れて入力されるようになっている。第２制御装置６４は、第１制御装置４４と同様の構成を有しており、よって、同じ入力情報に基づく流量調整弁４２への弁開度指令や内部変数は同じものとなる。つまり、第１制御装置４４における内部変数や流量調整弁への弁開度指令と全く同じ情報が、常に所定時間遅れて第２制御装置６４内で発生したり、出力されたりする。第１制御装置４４および第２制御装置６４から出力される弁開度指令信号やトリップ信号は、トリップ検知部６２に入力されるようになっている。なお、第２制御装置６４においては、過速度防止機能を備えていなくても良い。
トリップ検知部６２は、試験開始時からトリップ信号を受信するまでは、流量調整弁４２を制御する制御装置として第１制御装置４４を採用し、トリップ信号が入力されたときに、第１制御装置４４から第２制御装置６４に切り換える。
【００５９】
このような構成において、過速度防止機能の動作確認試験を行う際には、入力端６１から入力される試験条件の情報に基づいて、第１制御装置４２および第２制御装置６４から燃料量を増加させる弁開度指令が出力される。第１制御装置４４からの弁開度指令は、トリップ検知部６２を介して流量調整弁４２に与えられる。これにより、ガスタービン回転数はトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させられる。また、ガスタービン回転数の情報は、第１制御装置４４にフィードバックされるとともに、第２制御装置６４においてはバッファ６６で所定時間維持された後、フィードバックされる。
【００６０】
次に、ガスタービン回転数がトリップ回転数に達することで、第１制御装置４４のトリップ制御機能が作動してトリップ信号が出力されると、このトリップ信号は、トリップ検知部６２に入力される。トリップ検知部６２は、トリップ信号が入力されると、過速度防止機能が正常に動作していると判定する。また、トリップ検知部６２は、このトリップ信号をキャンセルするとともに、流量調整弁４２を制御する制御装置を第１制御装置４４から第２制御装置６４に切り換える。これにより、以降においては、第２制御装置６４から出力された弁制御指令が流量調整弁４２に与えられることとなる。
ここで、第２制御装置６４には、第１制御装置４４と所定の時間差をもってガスタービン回転数が入力されているため、第１制御装置４４においてトリップ回転数が検知された時点において、第２制御装置６４ではトリップ回転数を検知しておらず、トリップ回転数に達する前の回転数による内部変数が発生しているとともに、弁制御指令が出力されている。このため、制御装置を第２制御装置６４に切り換えることで、トリップが発生する前の内部変数を用いて流量調整弁４２の弁開度制御を行うことが可能となる。
また、トリップ検知部６２は、入力端６１を介して第１制御装置４４および第２制御装置６４に、ガスタービン回転数の強制上昇を解除する指令を出力する。第１制御装置４４および第２制御装置６４は、当該指令を受信すると、燃料供給の増加指令を解除し、ガスタービン回転数を目標回転数である定格回転数に一致させる制御に切り換える。更に、トリップ検知部６２は、第１制御装置４４に対してトリップ信号を解除する信号を出力するとともに、第２制御装置６４の内部変数を出力する。これにより、第１制御装置４４の状態は、トリップ前の状態にリセットされる。第１制御装置４４の状態がトリップ前の状態にリセットされると、トリップ検知部６２は、流量調整弁４２の弁制御に採用する制御装置を第２制御装置６４から第１制御装置４４に切り換える。これにより、第１制御装置４４から出力される弁開度指令に基づいて流量調整弁４２が制御され、ガスタービン回転数が定格回転数まで徐々に低下させられる。
【００６１】
このように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置によれば、ガスタービン回転数がトリップ回転数である第１閾値に達することにより第１制御装置４４からトリップ信号が出力された場合に、このトリップ信号が出力されたことをもって、過速度防止機能の正常動作を確認するので、実際にトリップを発生させることがない。これにより、トリップの影響によるガスタービンの負担を防止でき、ガスタービンの長寿命化を図ることができる。
またトリップ信号を受信した場合には、第１制御装置４４から第２制御装置６４に切り換えるので、トリップが発生する前の内部変数を用いた流量調整弁４２の弁制御を継続して行うことができる。また、トリップ信号を受信した時点で、ガスタービン回転数の強制上昇を解除するので、ガスタービン回転数を速やかに定格回転数まで低下させることが可能となる。
【００６２】
〔第４実施形態〕
次に、本発明の第４実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法およびその装置について説明する。
図１０は、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法の概念図である。図１０に示すように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法では、流量調整弁４２に対して並列に流量調整弁４２ａを設けている。また、上述した第２実施形態では、トリップ信号が流量調整弁４２にたどり着く前にトリップ信号をキャンセルさせていたが、本実施形態では、図１０に示すように、流量調整弁を二重に配置し、流量調整弁４２がトリップにより遮断された場合に、もう一方の流量調整弁４２ａを開くことにより、ガスタービンへの燃料が遮断されることを防止している。これにより、トリップによるガスタービンへの影響を低減している。
【００６３】
以下、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価方法について説明する。
まず、過速度防止機能の動作確認試験においては、入力端６１から入力される試験条件に基づいてガスタービン制御装置４４が流量調整弁４２に対して燃料供給を増加させる信号を出力することにより、ガスタービン回転数をトリップ回転数に達するまで強制的に上昇させる（図１１の時刻ｔ１からｔ２）。このとき、流量調整弁４２ａは全閉状態とされており、また、ガスタービン制御装置４４の内部変数はトリップ検知部６８に出力され、随時記憶される。
【００６４】
次に、ガスタービン回転数がトリップ回転数に達することで（図１１の時刻ｔ２）、ガスタービン制御装置４４が備えるトリップ制御機能が作動してトリップ信号が出力されると、このトリップ信号は、トリップ検知部６８に入力される。トリップ検知部６８は、トリップ信号が入力されると、このトリップ信号を流量調整弁４２に出力する。また、このトリップ信号と略同じタイミングで、流量調整弁４２ａに対して所定のシーケンスに基づく弁開度指令を出力する。例えば、この弁開度指令は、流量調整弁４２ａの弁開度をトリップ信号が出力される直前の弁開度まで開き、その弁開度から、ガスタービン回転数が定格回転数に一致するまで、所定のレートで絞る信号とされる。
【００６５】
これにより、流量調整弁４２がトリップ信号を受けて瞬時に遮断させられる一方で、流量調整弁４２ａはトリップ信号が入力される直前における流量調整弁４２の開度と同じ開度まで開かれることとなる。これにより、ガスタービンにおける燃料流量の急激な変化を防止することができる。また、流量調整弁４２ａは、この状態から一定のレートで弁開度が閉じられるので、ハンチングを防ぎながらガスタービン回転数を定格回転数まで低下させることができる（図１１の時刻ｔ２からｔ３）。
【００６６】
ガスタービン回転数が定格回転数に落ち着いた後は、流量調整弁４２を所定のレートで開けるとともに、流量調整弁４２ａを同じレートで閉めることにより、流量調整弁４２による燃料流量調整を再開させる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態に係るガスタービンの信頼性評価試験方法およびその装置によれば、トリップ信号により流量調整弁４２を実際に閉じさせるので、トリップ信号のみによって正常動作を判断する第２実施形態や第３実施形態と比べて、より確実に過速度防止機能の正常動作を確認することができる。また、流量調整弁４２と並列に流量調整弁４２ａを設け、流量調整弁４２が閉じられるのと略同じタイミングで流量調整弁４２ａを開くこととしたので、トリップ動作の前後でガスタービンへの燃料供給量を略一定に保つことが可能となる。これにより、トリップ動作によるガスタービンへの影響を低減することができ、長寿命化を図ることができる。更に、ガスタービン回転数が定格回転数に低下するまで、流量調整弁４２ａを所定のレートで絞っていくので、ハンチングなどを防止することができ、安定した状態でガスタービン回転数を速やかに低下させることができる。
【符号の説明】
【００６８】
１２ ガスタービン
２４ タービン
２２ 燃焼器
４２，４２ａ 流量調整弁
４４ ガスタービン制御装置（第１のガスタービン制御装置）
５０ トリップ制御機能
５１ オンディレイタイマ
６０，６２，６８ トリップ検知部
６１ 入力端
６４ 第２のガスタービン制御装置
６６ バッファ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
負荷運転中に負荷遮断を強制的に発生させ、負荷遮断後のガスタービンの挙動を確認する負荷遮断試験に前記過速度防止手段の動作確認試験を組み込み、
通常運用時におけるトリップ回転数である第１閾値よりも小さく、かつ、前記負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、
前記負荷遮断試験中において、負荷遮断が実施されることによりガスタービン回転数が上昇し、前記第２閾値以上となったことが前記トリップ制御手段により検知されて前記トリップ信号が発生した場合に、該トリップ信号を所定の時間保持し、該所定の時間経過後に該トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力するガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項２】
前記負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が前記第１閾値に達した場合に、前記トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力する請求項１に記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項３】
前記トリップ信号を保持する前記所定の時間は、前記負荷遮断試験において負荷が遮断されてからガスタービン回転数が静定するまでの期間よりも長く設定されている請求項１または請求項２に記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項４】
低負荷時の負荷遮断試験中に前記過速度防止手段の動作確認試験を行う請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項５】
前記負荷遮断試験における負荷遮断は、前記ガスタービンを備える発電所内の系統負荷との接続が維持されるように、発電所内の系統と発電所外部の系統とを接続する位置に設置された遮断器を遮断することにより行われる請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項６】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
ガスタービン回転数を前記トリップ回転数まで強制的に上昇させ、
前記トリップ回転数以上となることにより、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号が出力されたことを検知して前記過速度防止手段の正常動作を確認するとともに、前記トリップ信号が前記トリップ実行手段に出力されるのを遮断し、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除するガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項７】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、
前記トリップ制御手段と前記トリップ実行手段との間に設けられたトリップ検知手段を備え、
前記トリップ検知手段は、前記過速度防止手段の動作確認試験において、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号を受信して正常動作を確認するとともに、該トリップ信号をキャンセルし、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除させるガスタービンの信頼性評価試験装置。
【請求項８】
前記トリップ制御手段は、ガスタービン制御装置に設けられ、
前記ガスタービン制御装置により前記ガスタービン回転数がトリップ回転数まで上昇制御されている間において、前記トリップ検知手段は、前記ガスタービン制御装置の内部変数を記憶し、前記トリップ信号を受信した場合に、前記トリップ信号を受信する直前における前記ガスタービン制御装置の内部変数を前記ガスタービン制御装置へ出力する請求項７に記載のガスタービン信頼性評価試験装置。
【請求項９】
前記トリップ制御手段は、ガスタービンを制御する第１ガスタービン制御装置に設けられ、
前記第１ガスタービン制御装置に入力されるガスタービン回転数の情報が所定時間遅れて入力され、該入力情報を用いて前記第１ガスタービン制御装置と同じ処理を行う第２ガスタービン制御装置を設け、
前記トリップ検知手段は、ガスタービンを制御する制御装置として、前記第１ガスタービン制御装置と前記第２ガスタービン制御装置とを切り換える手段を有し、
前記トリップ検知手段は、前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、ガスタービンを制御する制御装置を前記第１ガスタービン制御装置から前記第２ガスタービン制御装置に切り換える請求項７に記載のガスタービン信頼性評価試験装置。
【請求項１０】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合に第１流量調整弁を所定開度まで絞るトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
前記第１流量調整弁と並列に第２流量調整弁を設け、
前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、
前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力されて、前記第１流量調整弁が全閉状態とされた場合に、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項１１】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合に、第１流量調整弁を所定開度まで絞る指示であるトリップ信号を出力する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、
前記第１流量調整弁と並列に設けられた第２流量調整弁と、
前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、前記第１流量調整弁を所定開度まで絞るとともに、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるトリップ検知手段と
を具備するガスタービンの信頼性評価試験装置。
【請求項１】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
負荷運転中に負荷遮断を強制的に発生させ、負荷遮断後のガスタービンの挙動を確認する負荷遮断試験に前記過速度防止手段の動作確認試験を組み込み、
通常運用時におけるトリップ回転数である第１閾値よりも小さく、かつ、前記負荷遮断試験における許容最大回転数よりも小さい第２閾値を試験用のトリップ回転数として設定し、
前記負荷遮断試験中において、負荷遮断が実施されることによりガスタービン回転数が上昇し、前記第２閾値以上となったことが前記トリップ制御手段により検知されて前記トリップ信号が発生した場合に、該トリップ信号を所定の時間保持し、該所定の時間経過後に該トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力するガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項２】
前記負荷遮断試験中において、ガスタービン回転数が前記第１閾値に達した場合に、前記トリップ信号を前記トリップ実行手段に出力する請求項１に記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項３】
前記トリップ信号を保持する前記所定の時間は、前記負荷遮断試験において負荷が遮断されてからガスタービン回転数が静定するまでの期間よりも長く設定されている請求項１または請求項２に記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項４】
低負荷時の負荷遮断試験中に前記過速度防止手段の動作確認試験を行う請求項１から請求項３のいずれかに記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項５】
前記負荷遮断試験における負荷遮断は、前記ガスタービンを備える発電所内の系統負荷との接続が維持されるように、発電所内の系統と発電所外部の系統とを接続する位置に設置された遮断器を遮断することにより行われる請求項１から請求項４のいずれかに記載のガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項６】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
ガスタービン回転数を前記トリップ回転数まで強制的に上昇させ、
前記トリップ回転数以上となることにより、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号が出力されたことを検知して前記過速度防止手段の正常動作を確認するとともに、前記トリップ信号が前記トリップ実行手段に出力されるのを遮断し、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除するガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項７】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合にトリップ動作を実行するトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、
前記トリップ制御手段と前記トリップ実行手段との間に設けられたトリップ検知手段を備え、
前記トリップ検知手段は、前記過速度防止手段の動作確認試験において、前記トリップ制御手段から前記トリップ信号が出力された場合に、該トリップ信号を受信して正常動作を確認するとともに、該トリップ信号をキャンセルし、かつ、前記ガスタービン回転数の強制上昇を解除させるガスタービンの信頼性評価試験装置。
【請求項８】
前記トリップ制御手段は、ガスタービン制御装置に設けられ、
前記ガスタービン制御装置により前記ガスタービン回転数がトリップ回転数まで上昇制御されている間において、前記トリップ検知手段は、前記ガスタービン制御装置の内部変数を記憶し、前記トリップ信号を受信した場合に、前記トリップ信号を受信する直前における前記ガスタービン制御装置の内部変数を前記ガスタービン制御装置へ出力する請求項７に記載のガスタービン信頼性評価試験装置。
【請求項９】
前記トリップ制御手段は、ガスタービンを制御する第１ガスタービン制御装置に設けられ、
前記第１ガスタービン制御装置に入力されるガスタービン回転数の情報が所定時間遅れて入力され、該入力情報を用いて前記第１ガスタービン制御装置と同じ処理を行う第２ガスタービン制御装置を設け、
前記トリップ検知手段は、ガスタービンを制御する制御装置として、前記第１ガスタービン制御装置と前記第２ガスタービン制御装置とを切り換える手段を有し、
前記トリップ検知手段は、前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、ガスタービンを制御する制御装置を前記第１ガスタービン制御装置から前記第２ガスタービン制御装置に切り換える請求項７に記載のガスタービン信頼性評価試験装置。
【請求項１０】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合にトリップ信号を出力するトリップ制御手段と、前記トリップ信号が入力された場合に第１流量調整弁を所定開度まで絞るトリップ実行手段とを有する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験方法であって、
前記第１流量調整弁と並列に第２流量調整弁を設け、
前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、
前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力されて、前記第１流量調整弁が全閉状態とされた場合に、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるガスタービンの信頼性評価試験方法。
【請求項１１】
ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となったことを検知した場合に、第１流量調整弁を所定開度まで絞る指示であるトリップ信号を出力する過速度防止手段を備えるガスタービンの信頼性評価試験装置であって、
前記第１流量調整弁と並列に設けられた第２流量調整弁と、
前記過速度防止手段の動作確認試験においては、前記第１流量調整弁を開状態とするとともに、前記第２流量調整弁を全閉状態とし、前記ガスタービン回転数がトリップ回転数以上となることにより前記トリップ制御手段からトリップ信号が出力された場合に、前記第１流量調整弁を所定開度まで絞るとともに、該第１流量調整弁の弁制御と略同じ制御タイミングで前記第２流量調整弁を所定の開度まで開き、その後、前記第２流量調整弁を予め設定されている所定のシーケンスに基づいて制御することにより、ガスタービン回転数を徐々に低下させるトリップ検知手段と
を具備するガスタービンの信頼性評価試験装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−１４５０３４（Ｐ２０１２−１４５０３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３７５９（Ｐ２０１１−３７５９）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【Ｆターム（参考）】
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