제어 장치, 및 기동 방법

제어 장치, 및 기동 방법{CONTROLLING APPARATUS AND STARTING METHOD}

관련 출원에 대한 상호 참조

본원은 2013년 12월 26일에 출원된 일본 특허출원번호 제2013-270029호에 대한 우선권을 주장하며, 이것의 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 포함된다.

분야

본 실시형태는 제어 장치, 및 기동 방법에 관한 것이다.

가스 터빈 플랜트와 배열(排熱) 회수 보일러(HRSG : Heat Recovery Steam Generator)와 증기 터빈 플랜트를 조합시켜서 구성되는 컴바인드 사이클 발전 플랜트는 몇 가지 방식이 알려져 있다. 예를 들면, 가스 터빈 2대와 배열 회수 보일러 2대와 증기 터빈 1대를 조합시키는 컴바인드 사이클 발전 플랜트는 2-2-1(투 투 원) 방식이라 불린다. 이 2-2-1 방식에 있어서 한쪽의 가스 터빈과 발전기와 배열 회수 보일러를 포함하는 발전 플랜트는 제 1 유닛이라 불린다. 또한, 다른 쪽의 가스 터빈과 발전기와 배열 회수 보일러를 포함하는 발전 플랜트는 제 2 유닛이라 불린다.

제 1 유닛의 배열 회수 보일러가, 가스 터빈 배(排)가스의 열을 회수해서, 내장된 드럼으로부터 증기가 발생한다. 이 증기를 터빈 구동 증기로서 가감 밸브를 경유하여 증기 터빈에 공급함으로써 증기 터빈이 구동된다. 이때 가감 밸브에는, 예를 들면 소위 전압(前壓) 제어가 적용되어 있다. 이것은 전압(증기 가감 밸브 상류부의 주증기 압력)을 일정하게 유지하도록 증기 터빈에 유입되는 증기량을 제어하는 것에 의해, 배열 회수 보일러의 드럼 내 압력을 적절하게 유지하면서, 발생 증기량의 증감에 알맞도록 터빈 출력이 조정된다.

종래의 컴바인드 사이클 발전 플랜트에서는, 최초(선발(先發))에 제 1 유닛을 기동시켜, 제 1 유닛에서 발생하는 증기에 의해 증기 터빈을 기동시킨다. 그 후, 제 2 유닛을 기동시켜, 제 2 유닛에서 발생하는 증기를 터빈 구동 증기에 서서히 삽입해 간다. 삽입 증기를 조절하는 제 2 유닛의 터빈 바이패스 조절 밸브는, 몇 단계에 걸쳐서 밸브 개방도를 작게 하는 피드백 제어에 의해 제어된다.

제 2 유닛의 드럼과 가감 밸브 사이에 설치된 아이솔레이션 밸브가 개방된 후에도, 제 2 유닛의 터빈 바이패스 조절 밸브가 그때까지 행하고 있던 피드백 압력 제어를 계속했을 경우에 대하여 고찰한다. 그 경우, 이 증기계(蒸氣系)(즉 연결된 제 1 유닛과 제 2 유닛과 증기 터빈의 총체)는, 가감 밸브의 전압 제어와 제 2 유닛의 터빈 바이패스 조절 밸브의 압력 제어의 2계통의 압력 제어가 병렬해서 독립적으로 동작하게 된다. 이 때문에, 예를 들면 가감 밸브의 전압 제어로 제 2 드럼 내의 압력을 올렸을 경우에, 제 2 유닛의 터빈 바이패스 조절 밸브의 압력 제어에서는 반대로 드럼 내의 압력을 낮추는 일이 일어날 수 있다. 이와 같이, 이 양 밸브들의 사이에는 압력 제어의 간섭 문제가 있다.

이 간섭 문제가 있으므로, 아이솔레이션 밸브의 개방에 수반하여, 터빈 바이패스 조절 밸브는 피드백 압력 제어를 정지하고, 그 대신에 제어부의 제어 지령값을 밸브 폐쇄 지령값으로 해서 강제적으로 소정의 변화율로 감소시키는 제어 방식(이것은 예를 들면, 강제 폐쇄라 불림)으로 전환해서, 가감 밸브의 전압 제어만 1계통이 이 증기계를 압력 제어하도록 하여 간섭을 회피하는 것을 생각할 수 있다.

그러나, 그와 같이 회피했다고 해도, 터빈 바이패스 조절 밸브가 전폐(全閉)되기 전에 가감 밸브가 전개(全開)되었을 경우에, 가감 밸브의 전개 후에도 강제 폐쇄를 속행해서 증기의 삽입이 계속되면, 삽입 증기가 흡수되지 않아 증기 헤더부의 압력은 상승한다. 이 압력 상승은 가감 밸브가 전개되고나서 제 2 유닛의 터빈 바이패스 조절 밸브가 전폐될 때까지의 동안에서 계속된다. 이 동안의 증기 헤더부의 압력 상승은, 그것과 직결된 제 1 유닛의 드럼과 제 2 유닛의 드럼의 기내(器內) 압력도 무작위로 상승시키게 된다. 이것은 전압 제어가 그때까지 맡고 있던 제 1 유닛의 드럼과 제 2 유닛의 드럼 내의 압력을 적정하게 유지하는 기능이 상실된 것을 의미한다. 이 경우, 급준(急峻)한 압력 상승이 드럼 수위의 대폭적인 저하를 초래해서, 이 배열 회수 보일러들의 긴급 정지에 이를 수 있다. 이상과 같이 제 2 유닛의 터빈 바이패스 조절 밸브가 전폐되기 전에 가감 밸브가 전개되었을 경우는, 그 이후의 삽입 증기의 삽입에 의해, 제 1 유닛과 제 2 유닛의 운전의 안정성이 저하된다는 문제가 있다.

도 1은 본 실시형태에 따른 2-2-1 방식의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트와 제어 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도.
도 2는 본 실시형태에 따른 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 방법을 나타내는 기동 차트.
도 3은 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 제 2 변형예와 제어 장치(300b)의 구성을 나타내는 개략 구성도.
도 4는 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 제 3 변형예와 제어 장치(300b)의 구성을 나타내는 개략 구성도
도 5는 비교예에 따른 2-2-1의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 구성예.
도 6은 비교예에 따른 플랜트의 기동 차트.
도 7은 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐로 되기 전에, 가감 밸브(401)가 전개로 되는 경우의 기동 차트의 비교예

일 실시형태에 따르면, 제어 장치는, 발전기와, 당해 발전기에 접속된 가스 터빈과, 상기 가스 터빈의 배가스를 열회수해서 내장된 드럼으로부터 증기를 발생시키는 배열 회수 보일러를 구비하는 발전 플랜트를 복수 가지며, 선발 기동된 적어도 1대의 발전 플랜트의 발생 증기가 터빈 구동 증기로서 가감 밸브를 통과하여 증기 터빈에 공급되고, 후발(後發) 기동된 1대의 발전 플랜트의 발생 증기가, 당해 후발 기동된 발전 플랜트에 접속된 터빈 바이패스 조절 밸브의 개방도에 따라서 상기 터빈 구동 증기에 대한 삽입 증기로서 상기 가감 밸브의 상류부에 삽입되어 기동되는 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 제어 장치이다. 제어 장치는, 상기 터빈 바이패스 조절 밸브를 제어하는 제어부를 구비한다. 상기 제어부는, 상기 가감 밸브가 전개 상태로 되기 전에는, 미리 정해진 경시(經時) 변화로 상기 터빈 바이패스 조절 밸브를 폐쇄한다. 상기 제어부는, 상기 가감 밸브가 전개 상태로 되었을 경우, 상기 후발 기동된 발전 플랜트의 드럼의 압력에 의거하여, 상기 터빈 바이패스 조절 밸브를 제어한다.

(비교예에 따른 제어 장치)

본 실시형태에 따른 제어 장치에 대하여 설명하기 전에, 비교예에 따른 제어 장치에 대하여 설명함과 함께 본 실시형태의 과제를 설명한다.

도 5는 비교예에 따른 2-2-1의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 구성예이다. 가스 터빈 2대와 배열 회수 보일러 2대와 증기 터빈 1대를 조합시키기 때문에, 2-2-1(투 투 원) 방식으로 호칭된다.

또한, 편의상 2-2-1 방식의 2대 구성 중의 편측인 #1 가스 터빈(110)과 #1 발전기(116)와 #1 배열 회수 보일러(111)를 포함하는 발전 플랜트를 총칭해서 #1 유닛이라 부른다. 또한, 다른 쪽의 #2 가스 터빈(210)과 #2 발전기(216)와 #2 배열 회수 보일러(211)를 포함하는 발전 플랜트를 #2 유닛이라 부른다. 본 도면에서는 증기 터빈(402)과 발전기(403)가 도시되지만, 이들은 #1 유닛과 #2 유닛에 공통된 설비이며, #1 유닛이나 #2 유닛에 귀속되는 것은 아니다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제어 장치(310)는 제어부(220)를 구비한다. 제어부(220)는, 예를 들면 도시하지 않은 기억부에 기억된 소프트웨어를 실행시킴으로써, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다. 도 6은 비교예에 따른 플랜트의 기동 차트이다. 도 6에는 제어부(220)가 플랜트 기동에 따라 어떻게 작용하는지가 도시되어 있다.

다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 방법은, 최초(선발)에 #1 유닛을 기동시켜, 이것이 발생시키는 증기(이 #1 유닛으로부터의 발생 증기를 "터빈 구동 증기"라 부름)에 의해 증기 터빈(402)을 기동시키고 그 후에 #2 유닛을 기동시켜 이것이 발생시키는 증기(이 #2 유닛으로부터 발생하는 증기를 이후 "삽입 증기"라 부름)를 터빈 구동 증기에 서서히 삽입해 간다.

이것을 상세히 기술하면, 도 5에 있어서는 선발의 #1 가스 터빈(110)이 운전 중이며, #1 배열 회수 보일러(111)가 가스 터빈 배가스의 열을 회수하여 내장된 #1 드럼(113)에서 증기가 발생한다. 이 증기를 터빈 구동 증기로서 가감 밸브(401)를 경유하여 증기 터빈(402)에 공급해서 증기 터빈(402)을 구동시킨다. 이때 가감 밸브(401)에는 소위 전압 제어가 적용되어 있다.

이 전압 제어에서는, 전압(증기 가감 밸브 상류부의 주증기 압력)을 일정하게 유지하도록, 증기 터빈에 유입되는 증기량이 제어된다. 이것에 의해 보일러의 드럼 내 압력 등을 적절하게 유지하면서, 발생 증기량의 증감에 알맞도록 터빈 출력이 조정된다. 주로 발생 증기량을 신속히 제어할 수 없는(또는 어려운) 보일러를 사용하는 경우에 적용되며, 조속(調速) 장치와 조합시킨 것으로 하는 경우가 많다.

예를 들면, 도 5의 가감 밸브(401)의 전압 제어(제어 회로는 도시되지 않음)에서는, 증기 헤더부(505)의 증기 압력(가감 밸브(401)의 상류부의 압력, 즉 이것이 전압(前壓))을 7.0㎫로 일정하게 유지하도록 증기 터빈(402)에 유입되는 터빈 구동 증기량을 제어한다. 이것에 의해 #1 배열 회수 보일러(111)의 #1 드럼(113)의 압력을 7.0㎫(보다 정확하게는 배관 압력 손실분(ε)을 더한 7.0㎫+ε)로 유지하고 있다. 또한, 가감 밸브(401)를 제어하는 도시하지 않은 제어 회로는, 제어 장치(310) 외의 제어 장치가 구비하고 있어도 되고, 제어 장치(310)가 구비하고 있어도 된다.

또한, 도 5의 예에서는, #1 터빈 바이패스 조절 밸브(101)가 전폐되어 있는 상태이며, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 중간 개방도의 상태이고, #1 아이솔레이션 밸브(104) 및 #2 아이솔레이션 밸브(204)가 전개되어 있는 상태이며, 가감 밸브(401)가 중간 개방도인 상태이다. 또한, 본 명세서에 사용되고 있는 수치는 모두 설명의 편의를 배려한 일례이다.

한편, 후발의 #2 가스 터빈(210)과 #2 배열 회수 보일러(211)도 기동 중이지만, 기동 직후에서는 삽입 증기의 압력이나 온도가 불충분하여, 이것은 기동용의 삽입 증기로서는 적합하지 않다. 그 동안은 #2 아이솔레이션 밸브(204)(아이솔레이션 밸브란 예를 들면 전동 밸브에 의한 차단 밸브)를 전폐 상태로 하여, #2 유닛의 발생 증기는 증기 터빈(402)에 유입시키지 않고, 그 대신에 제어부(220)에 의해 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 개방되어, #2 드럼(213)으로부터의 발생 증기를 7.0㎫로 유지하도록 압력 제어하면서 도시되지 않은 복수기로 내보내도록 운전되고 있다.

#2 아이솔레이션 밸브(204)가 전폐되어 있는 기간은 이와 같이 운전된다. 한편, #2 가스 터빈(210)의 기동 후, 시간의 경위(經緯)와 함께 삽입 증기의 압력이나 온도가 증가·상승하여, 기동용으로서 적절한 값으로 되었을 때, #2 아이솔레이션 밸브(204)를 서서히 개방 조작하여 #2 유닛을 #1 유닛과 증기 터빈(402)에 "연결"해서 "삽입"이 개시된다.

도 6은 비교예에 따른 플랜트의 기동 차트이다. 도 6에는, #2 아이솔레이션 밸브(204)의 개방도의 시간 변화를 나타내는 파형(W11), #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 개방도를 나타내는 파형(W12), 가감 밸브(401)의 개방도를 나타내는 파형(W13), #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값(SV값(d))을 나타내는 파형(W14), 및 #2 드럼(213)의 기내 압력(삽입 증기의 압력)을 나타내는 파형(W15)이 나타나 있다.

도 6의 시각 t ₄ ∼t ₅ 의 파형(W12)이 나타내는 바와 같이, #2 아이솔레이션 밸브(204)의 개방 개시와 동시에 제어부(220)는 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 소정의 변화율로 폐쇄시켜서 시각 t ₅ 에 있어서 전폐로 한다.

이 작용에 의해 그때까지 복수기에 유입되어 있던 삽입 증기가 증기 헤더부(505)에 송기(送氣)되게 된다. 이 송기는 (미시적으로 말하면) 증기 헤더부(505)의 압력을 7.0㎫ 이상으로 상승시킨다. 전술한 가감 밸브(401)의 전압 제어는 이 증기 헤더부(505)의 압력 상승을 검지하여, 가감 밸브(401)의 개방도를 증가시켜, 환언하면 증기 터빈(402)이 삽입 증기를 흡수함으로써 압력을 강하시켜, 증기 헤더부(505)를 7.0㎫의 압력으로 되돌리도록 작용한다.

이와 같은 수순으로 #2 유닛으로부터의 삽입 증기가 터빈 구동 증기에 삽입되고, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐되었을 때(도 6의 시각 t=t ₅ ), #2 유닛으로부터의 삽입 증기는 전량이 터빈 구동 증기에 합류되어 증기 터빈(402)을 구동시킨다.

도 6에는 도시되어 있지 않지만, 그 후, #1 가스 터빈(110)과 #2 가스 터빈(210)은 정격 100% 출력을 향하여 부하 상승이 행해지고, 그것에 수반하는 #1/#2 유닛으로부터의 다량의 발생 증기는, 전술과 마찬가지의 전압 제어의 작용에 의해 가감 밸브(401)의 개방도를 증가시켜서, 최종적으로는 가감 밸브(401)가 전개된다.

(제어부(220)의 구성)

여기에서, 도 5의 제어부(220)의 구성에 대하여 설명한다. 도 5의 제어 장치(310)는 설명의 편의상, 일례로서 250밀리초의 샘플링 주기로 연산되는 디지털 연산 방식이 채용되어 있으며, 제어부(220)는 그 내부에 소프트웨어로서 프로그래밍되어 있는 것이다.

제어부(220)에 내장되는 PID 컨트롤러(221)의 작동 원리는, 설정값(SV값)과 프로세스값(PV값)을 입력해서, PV값이 SV값에 동등해지도록 피드백 제어에 의해 제어 지령값(MV값)을 산출하는 컨트롤러이다.

본 도면에 있어서, SV값(c)은 7.0㎫이며, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 #2 드럼(213)의 기내 압력을 7.0㎫로 유지하도록 압력 제어를 행한다. 또한, PV값(g)은 #2 드럼(213)의 출구 압력이며, 구체적으로는 센서(212)에 의해 계측되는 값이다. MV값(a)은 (후술하는 제어부(220)의 제어 지령값(k)을 경유해서) #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 개폐하는 신호로서 출력된다.

#2 아이솔레이션 밸브(204)에는 개방도 검출기(214)가 설치되며, 본 밸브가 개방되었을 때에는 제어부(220)는 #2 아이솔레이션 밸브(204)의 개방도를 나타내는 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)가 "1"로 됨으로써 밸브 개방을 검지하도록 구성되어 있다. 여기에서, 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)는 0 또는 1의 값을 취하며, 0으로 밸브 폐쇄, 1로 밸브 개방을 나타낸다.

전환기(230)에는 PID 컨트롤러(221)의 MV값(a)과 밸브 폐쇄 지령값(b)의 두 신호가 입력되며, 그 출력인 제어 지령값(k)은 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)=0일 때 제어 지령값(k)으로서 MV값(a)을 선택하고, 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)=1일 때 제어 지령값(k)으로서 밸브 폐쇄 지령값(b)을 선택하도록 구성되어 있다. 이 밸브 폐쇄 지령값(b)은, Z ^-1 의 기호로 표시된 샘플링 지연기(232)와 감산기(233)의 작용에 의해 1샘플링 주기 전(250밀리초 전)의 제어 지령값(k)으로부터 ΔMV〔%〕를 감산한 값으로서 부여된다.

샘플링 지연기(232)는, 1샘플링 주기 전의 제어 지령값(k)을 출력하는 것이지만, 상세한 설명은 생략한다.

(제어부(220)의 작용)

계속해서, 도 5의 제어부(220)의 작용에 대하여 설명한다. 임의의 샘플링 주기(시각=0)에 있어서, #2 아이솔레이션 밸브(204)는 전폐(즉 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)=0)되어 있으며, 그때 전환기(230)에 의해 제어부(220)의 제어 지령값(k)은 PID 컨트롤러(221)의 MV값(a)이 선택되어 제어 지령값(k)=MV값(a)으로 된다. 즉 #2 아이솔레이션 밸브(204)가 전폐일 때에는 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 PID 컨트롤러(221)에 의한 피드백 압력 제어가 행해지고 있다.

다음의 샘플링 주기(시각=250밀리초)에서 #2 아이솔레이션 밸브(204)가 개방되었다(즉 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)=1)고 하면, 전환기(230)에 의해 제어 지령값(k)으로서 밸브 폐쇄 지령값(b)이 선택된다. 전술한 바와 같이 샘플링 지연기(232)와 감산기(233)의 작용에 의해 밸브 폐쇄 지령값(b)은 1샘플링 주기 전(시각=0)의 제어 지령값(k)으로부터 ΔMV〔%〕를 감산한 값으로 되므로, 시각=250밀리초에서의 제어 지령값(k)=MV값(a)-ΔMV로 된다. 이것에 의해 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 ΔMV〔%〕만큼 폐쇄된다.

그리고 다음의 샘플링 주기(시각=500밀리초)에서는 마찬가지로 제어 지령값(k)=MV값(a)-2×ΔMV로 되고, 그 다음의 샘플링 주기(시각=750밀리초)에서는 제어 지령값(k)=MV값(a)-3×ΔMV로 되고, 그 다음의 샘플링 주기(시각=1000밀리초)에서는 제어 지령값(k)=MV값(a)-4×ΔMV로 된다.

이와 같이 #2 아이솔레이션 밸브(204)가 개방된(즉 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)=1) 후에는, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 1초간, 즉 샘플링 주기 250밀리초의 4주기분으로, 4×ΔMV〔%〕의 일률적인 변화율로 밸브 폐쇄되어, 전폐될 때까지 이와 같이 밸브 폐쇄 조작된다.

여기에서, 도 5에 있어서의 압력 제어의 간섭 문제를 언급한다. 가령 상기 기동 방법의 수순에 있어서 #2 아이솔레이션 밸브(204)가 개방된 후에도, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 그때까지 행하고 있던 피드백 압력 제어를 계속했을 경우(제어 지령값(k)=MV값(a)을 계속했을 경우)에 대하여 고찰한다. 그 경우, 이 증기계(즉 연결된 #1 유닛과 #2 유닛과 증기 터빈의 총체)는, 가감 밸브(401)의 전압 제어와 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 제어의 2계통의 압력 제어가 병렬해서 독립하여 동작하게 된다.

이 때문에, 예를 들면 가감 밸브(401)의 전압 제어에서 드럼(213) 내의 압력을 올렸을 경우에, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 제어에서는 반대로 드럼(213) 내의 압력을 낮추는 일이 일어난다. 이와 같이, 이 양 밸브들의 사이에는 압력 제어의 간섭 문제가 일어난다.

이 간섭 문제가 있으므로, 비교예에서는, #2 아이솔레이션 밸브(204)의 개방에 수반하여 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 PID 컨트롤러(221)에 의한 피드백 압력 제어를 정지하고, 그 대신에 제어부(220)의 제어 지령값(k)을 밸브 폐쇄 지령값(b)으로 해서 강제적으로 소정의 변화율로 #2 터빈 바이패스 조정 밸브(201)의 개방도를 감소시키는 제어 방식(이것은 예를 들면, "강제 폐쇄"라 불림)으로 전환해서, 가감 밸브(401)의 전압 제어만 1계통이 이 증기계를 압력 제어하도록 해서 간섭을 회피하고 있다.

그러나, 가감 밸브(401)가 비교적 큰 개방도인 상태에서 #2 유닛의 삽입 증기가 삽입되면 도중에 가감 밸브(401)가 전개되어, 그 이후의 삽입 증기의 삽입이 곤란해진다는 문제가 있다. 도 7을 이용해서 이 삽입 증기의 삽입이 곤란해진다는 문제를 설명한다.

도 7은 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐로 되기 전에, 가감 밸브(401)가 전개로 되는 경우의 기동 차트의 비교예이다. 도 7에는, #2 아이솔레이션 밸브(204)의 개방도의 시간 변화를 나타내는 파형(W21), #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 개방도를 나타내는 파형(W22), 가감 밸브(401)의 개방도를 나타내는 파형(W23), #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값(SV값(d))을 나타내는 파형(W24), 및 #2 드럼(213)의 기내 압력(삽입 증기의 압력)을 나타내는 파형(W25)이 나타나 있다. 시각 t ₆ 에서 아이솔레이션 밸브(204)가 개방을 개시하여, 시각 t ₇ 에서 가감 밸브(401)가 전개되고, 시각 t ₈ 에서 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐된다.

일반적으로 핫 기동(hot starting)이나 베리 핫 기동(very-hot starting)이라 불리는 증기 터빈(402)의 부재 메탈 온도가 고온 상태로 보존되어 있는 정지로부터의 기동에서는, 그것과의 협조를 위하여 터빈 구동 증기의 온도를 높일 필요가 있다. 그때에는 #1 가스 터빈(110)의 출력을 비교적 높게 유지하여, 그 배가스 온도를 높게 하는 운전이 선택되는 결과, 터빈 구동 증기량이 다량으로 되며, 이것을 받아들이기 위해 가감 밸브(401)는 크게 개방된다.

이와 같이 전개 포지션까지의 여유가 작은 가감 밸브(401)에 대하여 #2 유닛으로부터의 삽입 증기가 삽입되면, 당초에는, 가감 밸브(401)가 전압 제어에 의하여 개방도를 증가시킨다. 이것에 의해, 전술한 바와 같이 증기 헤더부(505)에 송기된 삽입 증기가 흡수되어, 증기 헤더부(505)의 압력은 7.0㎫로 유지된다. 그러나, 이것을 계속하는 중에 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐에 이르기 전에 가감 밸브(401)가 전개된다.

이와 같이 가감 밸브(401)가 전개되면 그 이상의 개방도 증가를 할 수 없다. 이 때문에, 가령 도 7에 나타내는 바와 같이 가감 밸브(401)의 전개 후에도 #2 터빈 바이패스 조정 밸브(201)의 강제 폐쇄를 속행해서 증기의 삽입이 계속되면, 삽입 증기가 흡수되지 않아 증기 헤더부(505)의 압력은 상승한다. 이 압력 상승은 가감 밸브(401)가 전개되고나서 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐될 때까지의 동안 계속된다. 이 동안의 증기 헤더부(505)의 압력 상승은, 그것과 직결된 #1 드럼(113)과 #2 드럼(213)의 기내 압력도 무작위로 상승시키게 된다. 이것은 전압 제어가 그때까지 맡고 있던 #1 드럼(113)과 #2 드럼(213) 내의 압력을 적정하게 유지하는 기능이 상실된 것을 의미한다. 최악의 케이스에서는 급준한 압력 상승이 드럼 수위의 대폭적인 저하를 초래해서, 이 배열 회수 보일러(111, 211)들의 긴급 정지에 이른다. 이상과 같이 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐되기 전에 가감 밸브(401)가 전개되었을 경우에는, 그 이후의 삽입 증기의 삽입에 의해, #1 유닛과 #2 유닛의 안정 운전에 지장을 초래한다는 본 실시형태의 제 1 과제가 있다.

또한, 본 실시형태가 해결하는 제 2 과제에 대하여 설명한다. 제 2 과제는 마찬가지로 가감 밸브(401)의 전개에 관한 문제이다. 도 5는 2-2-1의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 구성예이지만, 예를 들면 #2 유닛의 고장 시에는 #1 유닛과 증기 터빈(402)만, 즉 1-1-1의 구성으로 운용하여 발전 수요에 대응하는 케이스가 있다. 그리고 #2 유닛의 고장 수리가 이루어진 후에 #2 유닛을 기동시켜 2-2-1의 컴바인드 사이클 발전 플랜트로서의 운전이 행해진다. 이 케이스는 전술한 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 방법에 있어서 선발의 #1 유닛의 기동으로부터 극단적으로 긴 시간 경과한 후에 후발의 #2 유닛의 기동을 개시하는 배리에이션(variation)으로 간주할 수 있다. 그 한편, 상이점으로서는 1-1-1의 운전 상태인채로 상용 운전으로서의 경제성이 추급(追及)되므로 #1 유닛은 정격 100% 출력의 운용이 이루어지는 결과, #1 유닛으로부터 다량의 터빈 구동 증기가 발생해서 가감 밸브(401)가 전개된다. 이 상태에서 #2 유닛을 기동시켜 삽입 증기의 삽입을 행하려고 해도, 전술한 이유와 마찬가지로 이 삽입에는 곤란을 수반한다.

종래에서는 이것을 회피하기 위하여 정격 100% 출력의 운전이 이루어지고 있는 #1 유닛을 고의로 출력 강하하여, #1 유닛의 터빈 구동 증기량을 저감시킴으로써 가감 밸브(401)를 전개 상태로부터 중간 개방도까지 개방도 저하시키고나서 #2 유닛의 삽입 증기의 삽입을 행하는 것이 행해지고 있다. 그러나 절박한 전력 수요에 대응하기 위해 정격 출력 운전되고 있는 발전 플랜트를 일시적이라고는 해도 부분 부하까지 출력 강하하는 것은 큰 과제로 되어 왔다.

이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다. 도 1은 본 실시형태에 있어서의 2-2-1 방식의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트와 제어 장치의 구성을 나타내는 개략 구성도이다.

도 1의 2-2-1 방식의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 구성은, 도 5의 2-2-1 방식의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 구성과 비교해서, 개방도 검출기(405)가 추가된 것으로 되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 설명의 간소화를 위해 2-2-1 방식의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트를 예로 설명한다. 또한, 2-2-1 방식뿐만 아니라 가스 터빈 3대와 배열 회수 보일러 3대와 증기 터빈 1대를 조합시키는 3-3-1 방식에의 적용도 가능하다. 또한 3대 이상의 N대의 가스 터빈과 배열 회수 보일러로 구성되는 NN-1에도 적용이 가능하다.

개방도 검출기(405)는 가감 밸브(401)에 설치되어 가감 밸브(401)의 개방도를 검출한다. 개방도 검출기(405)는, 가감 밸브(401)가 전개되었을 때에는 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)를 1로 하고, 가감 밸브(401)가 전개되어 있지 않을 때에는 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)를 0으로 한다. 개방도 검출기(405)는 이 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)를 제어 장치(300)에 공급한다.

제어 장치(300)는 제어부(620)를 구비한다. 제어부(620)는, 본 실시형태에 따른 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어하는 압력 제어 회로이다. 제어부(620)는, 가감 밸브(401)가 전개 상태인지의 여부에 따라서 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 폐쇄하는 제어 방식을 전환한다. 제어부(620)는, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되기 전에는, 미리 정해진 경시 변화(예를 들면, 소정의 변화율)로 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 폐쇄한다.

그 일례로서, 제어부(620)는, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되기 전에는, 소정의 밸브 폐쇄율로 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 폐쇄한다. 구체적으로는 예를 들면, 제어부(620)는, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되기 전에는, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 밸브 개방도를 지령하는 제어 지령값을 상기 소정의 밸브 폐쇄율로 저감시키고, 이 저감시킨 제어 지령값이 나타내는 밸브 개방도로 되도록 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다.

한편, 제어부(620)는, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되었을 경우, 후발 기동된 발전 플랜트의 #2 드럼(213)의 압력에 의거하여, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다. 보다 상세하게는, 제어부(620)는, #2 드럼(213)의 압력이 소정의 변화율로 상승하도록 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다. 그 일례로서, 제어부(620)는, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값을 상기 소정의 변화율로 증가시켜, 이 증가시킨 압력 설정값으로 #2 드럼(213)의 압력이 되도록 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다.

또한, 센서(212)의 위치는 도 1의 위치에 한하지 않으며, #2 드럼(213) 내부여도 되고, #2 드럼(213)의 출구에서부터 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201) 또는 #2 아이솔레이션 밸브까지 사이의 어떠한 위치여도 된다. 즉, 드럼의 압력은, #2 드럼(213) 내부의 압력, 또는 #2 드럼(213)의 출구에서부터 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201) 또는 #2 아이솔레이션 밸브까지의 사이의 어느 한 위치의 압력이다.

가감 밸브(401)가 전개 상태로 되었을 경우에 있어서의 제어부(620)의 구체적 처리의 일례에 대하여 설명한다. 제어부(620)는, 센서(212)가 검지한 압력을 취득한다. 그리고, 제어부(620)는, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값을 상기 소정의 변화율로 증가시키고, 취득한 압력과 이 증가시킨 압력 설정값의 차분에 의거하여, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다. 이것에 의해, #2 드럼(213)의 압력이 압력 설정값으로 되도록 변화하므로, 제어부(620)는 #2 드럼(213)의 압력을 소정의 변화율로 상승시킬 수 있다.

도 5의 제어 장치(310)와 마찬가지로 제어 장치(300)는, 일례로서 250밀리초의 샘플링 주기로 연산되는 디지털 연산 방식이 채용되어 있고, 제어부(620)는 그 내부에 소프트웨어로서 프로그래밍되어 있다. 또한, 도 1에 있어서 도 5와 같은 구성과 기능을 갖는 구성 요소는, 도 5와 같은 번호를 채용하고 그 설명은 생략한다.

제어 장치(300)는, 샘플링 지연기(232), 감산기(233), 전환기(610), 샘플링 지연기(611), 가산기(612), NOT 게이트(613), AND 게이트(615), PID 컨트롤러(621), 감산기(622), 및 전환기(630)를 구비한다. 이와 같이, 도 1의 제어 장치(300)는, 도 5의 제어 장치(310)와 비교해서, 전환기(230)가 전환기(630)로 변경되고, 감산기(222)가 감산기(622)로 변경되고, PID 컨트롤러(221)가 PID 컨트롤러(621)로 변경되고, 전환기(610), 샘플링 지연기(611), 가산기(612), NOT 게이트(613), 및 AND 게이트(615)가 추가된 것으로 되어 있다.

제어부(620)가 구비하는 PID 컨트롤러(621)의 동작은, PID 컨트롤러(221)에 준하지만, PID 컨트롤러(221)의 설정값인 SV값(c)이 7.0㎫의 고정값뿐이었던 것에 반하여 PID 컨트롤러(621)의 그것은 전환기(610)의 작용에 따라 선택되는 설정값인 SV값(d)이 사용되는 점이 상이하다.

계속해서, 전환기(630)에 대하여 설명한다. 전환기(630)에는 PID 컨트롤러(621)의 MV값(j)과 밸브 폐쇄 지령값(b)의 두 신호가 입력된다. 전환기(630)는, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)가 0일 때에, PID 컨트롤러(621)의 출력과 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 전기적으로 접속한다. 한편, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)가 1일 때에, 전환기(630)는, 감산기(233)의 출력과 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 전기적으로 접속한다. 이것에 의해, 전환기(630)는, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)=0일 때, 제어부(620)의 제어 지령값(w)으로서 MV값(j)을 출력한다. 한편, 전환기(630)는, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)=1일 때, 제어 지령값(w)으로서 밸브 폐쇄 지령값(b)을 출력한다.

밸브 폐쇄 지령값(b)은 도 5의 밸브 폐쇄 지령값(b)과 같으며, 설명은 생략한다.

본 실시형태에서는, 전환기(610)에는 7.0㎫의 고정 설정값(e)과 후술하는 가변 설정값(f)의 두 신호가 입력된다. 전환기(610)는, 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)=0(가감 밸브(401)가 전개가 아님)일 때 출력인 SV값(d)으로서 고정 설정값(e)(7.0㎫)을 선택한다. 한편, 전환기(610)는, 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)=1(가감 밸브(401)가 전개)일 때 SV값(d)으로서 가변 설정값(f)을 선택하도록 전환한다.

이 가변 설정값(f)은, Z ^-1 의 기호로 표시되는 샘플링 지연기(611)와 가산기(612)의 작용에 의해, 1샘플링 주기 전(250밀리초 전)의 SV값(d)에 ΔSV〔㎫〕를 가산한 값으로서 부여된다. 그 작용을 시계열에 따라 구체적으로 설명한다.

임의의 샘플링 주기(시각=0)에 있어서, 가감 밸브(401)는 전압 제어에 의해 중간 개방도인 상태이며(가감 밸브 전개 플래그 신호(u)=0), 그때 PID 컨트롤러(621)의 SV값(d)은 전환기(610)에 의해 고정 설정값(e)인 7.0㎫가 선택되어 있다.

다음의 샘플링 주기(시각=250밀리초)에서 가감 밸브(401)가 전개되었다(가감 밸브 전개 플래그 신호(u)=1)고 하면, 전환기(610)에 의해 PID 컨트롤러(621)의 SV값(d)은 가변 설정값(f)이 선택된다. 가변 설정값(f)은 샘플링 지연기(611)와 가산기(612)의 작용에 의해 1샘플링 주기 전(시각=0)의 SV값(d)인 7.0㎫와 ΔSV를 가산한 값으로 되므로, 가변 설정값(f)=7.0㎫+ΔSV로 된다. 이것에 의해 PID 컨트롤러(621)의 SV값(d)은 7.0㎫로부터 7.0㎫+ΔSV로 상승한다.

여기에서, 가감 밸브(401)가 전개인지의 여부를 나타내는 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)는 분기되어 NOT 게이트(613)에도 입력되며, NOT 게이트(613)는 그 부정인 신호(v)를 출력한다. AND 게이트(615)에는 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)와 신호(v)의 두 신호가 입력되고, 아이솔레이션 밸브 개방도 신호(m)와 신호(v)의 양쪽이 1일 때(즉 #2 아이솔레이션 밸브(204)가 개방되고, 가감 밸브(401)가 전개가 아닐 때)에 AND 게이트(615)는 출력 신호(p)를 1로 하고, 그 이외일 때에는 AND 게이트(615)는 출력 신호(p)를 0으로 한다.

이때, 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)=1이므로, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)=0으로 되므로, PID 컨트롤러(621)의 제어 지령값인 MV값(j)이 제어부(620)의 제어 지령값(w)으로서, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)에 공급된다. 그리고, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는, #2 드럼(213)의 기내 압력을(즉 삽입 증기의 압력을) 7.0㎫+ΔSV로 상승시키도록 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 밸브 개방도를 저감시킨다.

그리고 다음의 샘플링 주기(시각=500밀리초)에서는, 마찬가지로 SV값(d)=가변 설정값(f)=7.0㎫+2×ΔSV로 되고, PID 컨트롤러(621)의 MV값(j)이 7.0㎫+2×ΔSV로 된다. 따라서, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는, 삽입 증기의 압력을 7.0㎫+2×ΔSV로 상승시키도록 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 밸브 개방도를 더 저감시킨다.

그리고 다음의 샘플링 주기(시각=750밀리초)에서는 SV값(d)=7.0㎫+3×ΔSV로 되고, 그 다음의 샘플링 주기(시각=1000밀리초)에서는 SV값(d)=7.0㎫+4×ΔSV로 된다.

이와 같이 해서 가감 밸브(401)가 전개된 후에는, PID 컨트롤러(621)의 SV값(d)은 1초간, 즉 샘플링 주기 250밀리초의 4주기분으로, 4×ΔSV〔㎫〕의 변화율로 상승한다. 그리고, 그것에 따라서 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 폐쇄 조작되며, 삽입 증기압(즉 #2 드럼(213)의 기내 압력)도 마찬가지로 4×ΔSV〔㎫〕/초의 변화율로 상승한다. 이 작용에 의해 복수기에 흐르고 있던 삽입 증기는 증기 헤더부(505)에 송기된다.

(본 실시형태에 따른 기동 방법)

도 2는 본 실시형태에 따른 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동 방법을 나타내는 기동 차트이다. 제어부(620)가 동 발전 플랜트의 기동 방법 전체에 어떻게 작용하는지를 나타낸 것이다. 도 2에는, #2 아이솔레이션 밸브(204)의 개방도의 시간 변화를 나타내는 파형(W1), #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 개방도를 나타내는 파형(W2), 가감 밸브(401)의 개방도를 나타내는 파형(W3), #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값(SV값(d))을 나타내는 파형(W4), 및 #2 드럼(213)의 기내 압력(삽입 증기의 압력)을 나타내는 파형(W5)이 나타나 있다.

도 2의 초기 상태도 도 6의 기동 차트와 마찬가지로, 선발 #1 유닛이 기동되고, 이것이 생성시키는 터빈 구동 증기로 증기 터빈(402)이 구동되며, 가감 밸브(401)에는 전압 제어가 적용되어 증기 헤더부(505)는 7.0㎫로 유지되어 있다. 단 가감 밸브(401)의 개방도는 최초에 도 6보다 큰 개방도로 개방되어 있는 점이 상이하다.

이때, #2 아이솔레이션 밸브(204)가 전폐되어 있으므로, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)=0이며, 또한 가감 밸브(401)는 개방되어 있지만 전개는 아니기 때문에 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)=0이다. 따라서, 후발의 #2 유닛에 대해서는, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 7.0㎫의 SV값(d)에 의한 피드백 압력 제어가 이루어져, 삽입 증기는 7.0㎫의 압력으로 유지되어 있다.

#2 가스 터빈(210)의 기동 후, 시간의 경위와 함께 삽입 증기의 압력이나 온도가 증가·상승하여, 기동용으로서 적절한 값으로 되었을 때, #2 아이솔레이션 밸브(204)를 서서히 개방 조작하여 #2 유닛을 #1 유닛과 증기 터빈(402)에 「연결」해서 「삽입」이 개시된다.

#2 아이솔레이션 밸브(204)의 개방이 개시되면, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)가 1로 되어, 제어부(620)의 제어 지령값(w)은 밸브 폐쇄 지령값(b)으로 전환된다. 이것에 의해, 제어부(620)는, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 소정의 변화율(4×ΔMV%/초)로 폐쇄하는 강제 폐쇄를 행한다. 이 결과, 그때까지 복수기에 유입되어 있던 #2 유닛으로부터의 삽입 증기는, 증기 헤더부(505)에 송기되게 되며, 이 송기는 (미시적으로 말하면) 증기 헤더부(505)의 압력을 7.0㎫ 이상으로 상승시킨다.

가감 밸브(401)의 전압 제어는 이 증기 헤더부(505)의 압력 상승을 검지하여, 가감 밸브(401)의 개방도를 증가시켜서, 환언하면 삽입 증기는 증기 터빈(402)이 흡수함으로써 압력을 강하시켜, 증기 헤더부(505)를 7.0㎫의 압력으로 되돌리도록 작용한다. 이와 같은 수순으로 #2 유닛으로부터의 삽입 증기는 터빈 구동 증기에 「삽입」된다. 이상까지의 기동 방법·수순은 비교예에 따른 기동 방법과 같다.

이하, 이 #2 유닛으로부터의 삽입 증기가 연속해서 삽입되는 과정에 있어서, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐에 이르기 전에 가감 밸브(401)가 전개되었을 경우에, 발전 플랜트를 안정적으로 운전하는 제 2 과제에 대한 본 실시형태의 대처 방법을 설명한다.

가감 밸브(401)가 전개되면, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)=0으로 되어 제어부(620)의 제어 지령값(w)은 MV값(j)으로 전환되고, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 다시 PID 컨트롤러(621)에 의하여 피드백 압력 제어된다. 그 설정값인 SV값(d)에 관하여, 가감 밸브 전개 플래그 신호(u)=1이므로 전환기(610)에 의해 SV값(d)은 가변 설정값(f)으로 전환된다. 그 때문에, 도 2의 시각 t ₂ ∼t ₃ 의 파형(W4)으로 나타내는 바와 같이, 전술한 바와 같이 SV값(d)은 소정의 변화율(4×ΔSV〔㎫〕/초)을 수반해서 상승해 간다.

이 결과, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 삽입 증기의 압력을 4×ΔSV〔㎫〕/초의 변화율로 상승시키도록 해서 폐쇄되며, 삽입 증기는 증기 헤더부(505)에 송기된다. 덧붙여서 이때의 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 밸브 폐쇄 레이트는 도 2의 t ₂ ∼t ₃ 의 파형(W2)으로 도시되는 바와 같이 일률적인 램프(ramp) 형상이 아니다.

도 2의 시각 t ₂ ∼t ₃ 의 파형(W5)으로 나타내는 바와 같이, 이와 같이 해서 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐될 때까지, 삽입 증기(및 증기 헤더부(505)의 압력과 #1 드럼(113)의 기내 압력과 #2 드럼(213)의 기내 압력)는 4×ΔSV〔㎫〕/초의 변화율을 유지하여 압력 상승하면서 터빈 구동 증기에 「삽입」된다.

#2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐되었을 때, 삽입 증기는 전량이 터빈 구동 증기에 합류되어 증기 터빈(402)을 구동시킨다. 그 후, #1 가스 터빈(110)과 #2 가스 터빈(210)은 정격 100% 출력을 향하여 부하 상승이 행해진다.

(ΔSV의 선정)

본 실시형태에 있어서, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값을 상승시킬 때의 소정의 변화율(4×ΔSV〔㎫〕/초)은, 그것에 의한 #1 드럼(113)과 #2 드럼(213)의 기내 압력 상승이 드럼 내의 수위 변동을 야기하지 않는 적절한 값으로 설정되어도 된다.

이 「수위 변동을 야기하지 않는 적절한 값」을 선정하는 방법의 일례로서 슬라이딩 프레셔 영역(sliding pressure region)에서의 운전 실적에 따라서 선정하는 어프로치를 이하에 설명한다. 일반적으로 증기 터빈(402)의 부재 메탈 온도가 저온 상태로 보존되어 있는 상태에서 기동하는 콜드 기동에서는, 도 6의 기동 차트에 나타내는 바와 같이, #2 유닛으로부터의 삽입 증기가 「삽입」되는 과정에서 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐되기 전에 가감 밸브(401)는 전개되지 않는다.

즉, 콜드 기동에서는, 전술한 바와 같이, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값을 소정의 변화율로 상승시킬 필요는 없다. 그리고 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 전폐되어 삽입 증기의 전량이 터빈 구동 증기에 합류한 후, #1 가스 터빈(110)과 #2 가스 터빈(210)의 출력 상승이 행해지고, 그것에 수반하는 #1/#2 유닛으로부터의 다량의 발생 증기를 받아서, 전압 제어는 가감 밸브(401)의 개방도를 증가시키며, #1 가스 터빈(110)과 #2 가스 터빈(210)이 정격 100% 출력에 도달하기 전에 가감 밸브(401)가 전개된다.

이 가감 밸브(401)가 전개된 이후에도, #1 가스 터빈(110)과 #2 가스 터빈(210)은 정격 100% 출력을 향하여 출력 상승이 계속해서 행해진다. 그것에 수반하는 #1/#2 유닛으로부터의 발생 증기에 대해서는, 가감 밸브(401)는 전개되어 있기 때문에 증기 헤더부(505)의 압력(및 이것에 직결되는 #1 드럼(113)과 #2 드럼(213)의 기내 압력)이 상승한다. 이와 같은 압력 상승을 수반하면서 운전되는 영역은 슬라이딩 프레셔 영역이라 불리고 있다. 일반적으로 슬라이딩 프레셔 영역에서 발생하는 드럼의 기내 압력 상승 레이트는 비교적 완만하며, 이 완만한 압력 변화 레이트 하에서 드럼 수위 변동이 야기되지 않는다.

작금의 최신 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 슬라이딩 프레셔 영역에서의 드럼의 기내 압력 상승 레이트는, 예를 들면 0.2㎫/분 내지 0.5㎫/분 정도이며, 가스 터빈이나 배열 회수 보일러의 특성·설계 조건에 따라 다양하다.

예를 들면, 본 실시형태를 적용하는 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 시운전에 있어서 콜드 기동을 행한 결과, 슬라이딩 프레셔 영역에서의 기내 압력 상승 레이트가 0.36㎫/분이라는 실적 데이터가 얻어졌다고 한다. 0.36㎫/분=0.006㎫/초이므로, 『0.006㎫/초=4×ΔSV〔㎫〕/초』를 풀이하여, ΔSV=0.00015〔㎫〕가 소프트웨어 내의 파라미터(정수)로 설정된다. 이와 같이, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 압력 설정값을 상승시킬 때의 소정의 변화율은, 증기 헤더부(505)의 압력 상승 및 이것에 직결되는 #1 드럼(113)과 #2 드럼(213)의 압력 상승을 수반하면서 운전되는 슬라이딩 프레셔 영역 운전에 있어서의 #2 드럼(213)의 압력값에 따라서 설정되어도 된다. 이것에 의해, 드럼 수위 변동을 야기하지 않는 적절한 값을 선정하는 것이 가능하다.

드럼 수위 변동의 메커니즘은 증발기 내의 기포(보이드)가 압력 상승에 의해 짓눌려, 기내의 체적이 격감하는 소위 슈링킹 현상(shrinking phenomenon)에 기인하는 것이다. 일반적으로 수위 변동을 야기하지 않는 적절한 값을 탁상 계산이나 시뮬레이션 해석에 의해 산출하는 것은, 배열 회수 보일러의 설계 조건이나 운전 조건 등, 다양한 요소가 관계되므로 매우 곤란하다. 그러나, 슬라이딩 프레셔 영역의 운전에 착안하면 확실하고 적절한 값을 구하는 것이 가능하다.

(본 실시형태의 효과)

계속해서, 본 실시형태의 효과에 대하여 설명한다. 본 실시형태에 있어서의 제어부(620)는, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되기 전에는, 미리 정해진 경시 변화(예를 들면, 소정의 변화율)로 터빈 바이패스 조절 밸브를 폐쇄한다. 한편, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되었을 경우, 제어부(620)는, 후발 기동된 발전 플랜트의 #2 드럼(213)의 압력에 의거하여, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다.

가감 밸브(401)가 전개로 된 후에는, 그때까지 행해진 전압 제어가 기능 정지의 상태로 된다. 그 때문에, 제어부(620)가, 드럼(213)의 압력에 의거하여, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어해도, 위에서 지적한 가감 밸브(401)와 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 2계통의 압력 제어가 병렬하지 않아, 압력 제어의 간섭이 일어나지 않도록 할 수 있다. 또한, 드럼(213)의 압력에 의거하여, 터빈 바이패스 조절 밸브를 제어함으로써, 드럼(213)의 수위 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 터빈 바이패스 조절 밸브가 전폐되기 전에 가감 밸브(401)가 전개된 후에도, #1 유닛과 #2 유닛의 안정 운전을 확보하면서 삽입 증기의 삽입을 행할 수 있다.

제어부(620)는, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되기 전에는, 소정의 밸브 폐쇄율로 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 폐쇄한다. 한편, 가감 밸브(401)가 전개 상태로 되었을 경우, 제어부(620)는, 후발 기동된 발전 플랜트의 #2 드럼(213)의 압력이 소정의 변화율로 상승하도록 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 제어한다.

이것에 의해, 도 2의 파형(W5)에 나타내는 바와 같이, 드럼(213)의 기내 압력이 소정의 변화율로 상승하므로, 드럼(213)의 수위 변동을 억제할 수 있다. 이 때문에, 터빈 바이패스 조절 밸브가 전폐되기 전에 가감 밸브(401)가 전개된 후에도, #1 유닛과 #2 유닛의 안정 운전을 확보하면서 삽입 증기의 삽입을 행할 수 있다.

또한, 삽입 증기의 압력, 즉 #1 드럼(113)과 #2 드럼(213)의 기내 압력은 4×ΔSV〔㎫〕/초의 변화율로 압력 상승하면서 「삽입」이 행해진다. 이 변화율을 결정하는 것은, 제어부(620)가 실행하는 소프트웨어에 파라미터(정수)로서 부여하는 ΔSV이며, 그 값은 설계자가 임의로 선정할 수 있다.

본 실시형태에 따른 기동과, 비교예에 따른 도 7의 기동 차트에서 나타나는 기동을 비교한다. 만약, 도 7과 같이 가감 밸브(401)가 전개된 후에도 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)를 강제 폐쇄해서 삽입 증기를 삽입하는 기동 방법을 채택했을 경우, 다음의 두가지 문제를 나타낸다.

제 1 문제는, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 밸브 폐쇄 레이트는 4×ΔMV〔%〕/초의 일률적인 변화율이지만, 밸브를 일률적으로 폐쇄했다고 해서 #1 드럼(113)과 #2 드럼(213)의 기내 압력이 일률적으로 상승하는 것은 아니며, 드럼 기내 압력의 변화율은 무작위인 것이 된다. 최악의 케이스에서는 급준한 압력 상승이 드럼 수위의 대폭적인 저하를 초래해서, 배열 회수 보일러를 정지시키며, 가감 밸브(401)가 전개된 후에도 #1 유닛과 #2 유닛의 안정 운전을 확보할 수 없다.

제 2 문제는, 슬라이딩 프레셔 영역의 운전을 통하여 드럼 수위 변동을 야기하지 않는 적절한 압력 상승률이 0.36㎫/분인 것이 비록 판명되어도, #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 밸브 폐쇄 레이트를 몇 가지의 값으로 하면 이 0.36㎫/분의 압력 상승이 실현되는지의 평가 및 산출이 어렵다. 다양한 증기 압력, 온도, 유량의 조건 하에서의 산출은 사실상 불가능하다.

이에 반하여, 전술한 바와 같이, 본 실시형태에서는, 설계자가, 제어부(620)가 실행하는 소프트웨어 상의 ΔSV를 예를 들면 0.00015〔㎫〕로 설정 가능하다. 또한 이와 같이 설정함으로써, #1 드럼(113)과 #2 드럼(213)의 기내 압력 상승의 변화율을, 드럼 수위 변동을 야기하지 않는 0.36㎫/분으로 컨트롤할 수 있다. 이것에 의해, 전술한 제 2 문제는 해소된다. 또한, 드럼 수위 변동을 야기하지 않기 때문에, 터빈 바이패스 조절 밸브가 전폐되기 전에 가감 밸브(401)가 전개된 후에도, #1 유닛과 #2 유닛의 안정 운전을 확보하면서 삽입 증기의 삽입을 행할 수 있다. 이것에 의해, 전술한 제 1 문제도 해소된다.

또한, 본 실시형태의 제 3 효과는 제 2 과제에 대한 효과이다. 즉 1-1-1의 운전 상태인채로 가감 밸브(401)가 전개되어 있는 상태에서 #2 유닛의 삽입 증기의 삽입을 행할 경우에도, 본 실시형태는 적용이 가능하다. 이 케이스에서는 #2 아이솔레이션 밸브(204)가 개방되었을 때에 이미 가감 밸브(401)는 전개되어 있다. 이 때문에, AND 게이트(615)의 출력 신호(p)=0이기 때문에 강제 폐쇄에 의한 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 밸브 폐쇄 조작은 행해지지 않는다. #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)는 0.36㎫/분의 상승 레이트를 갖는 SV값(d)에 의한 피드백 압력 제어에 의해 삽입 증기를 삽입할 수 있다.

따라서, 종래와 같이 정격 100% 출력의 운전이 이루어지고 있는 #1 유닛을 출력 강하시키고나서 #2 유닛의 삽입을 행한다는 불편한 운용을 강요받지 않아, #1 유닛은 정격 100% 출력을 유지하면서 #2 유닛의 삽입 증기를 삽입할 수 있다.

(본 실시형태의 제 1 변형예)

상기 실시형태는 2대의 터빈 바이패스 밸브에 대한 적용이지만, 3대의 가스 터빈과 배열 회수 보일러(#1 유닛과 #2 유닛과 #3 유닛)로 구성되는 3-3-1의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트에 대해서도, 본 실시형태의 기동 수순은 적용할 수 있다.

예를 들면 #1 유닛과 #2 유닛이 연결된 상태에서, #3 유닛의 삽입 증기를 삽입할 때에, #3 터빈 바이패스 조절 밸브의 압력 제어 회로에는, 본 실시형태의 기동 수순의 적용이 가능하다. 여기에서, #1 유닛과 #2 유닛이 연결된 상태의 운전 상태는 양 유닛이 발생시키는 다량의 터빈 구동 증기가 가감 밸브에 공급되므로, 가감 밸브는 비교적 큰 개방도로 개방되거나, 또는 경우에 따라서 전개되는 경향이 강하다.

이 기동 수순을 반복하면 N(N은 자연수)대의 가스 터빈과 배열 회수 보일러로 구성되는 NN-1의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트에 대해서도 적용할 수 있는 것은 쉽게 이해된다.

(본 실시형태의 제 2 변형예)

도 3은 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 제 2 변형예와 제어 장치(300b)의 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 제 2 변형예에 따른 제어 장치(300b)는 제어부(620b)를 구비한다.

증기 터빈은, 고압 증기 터빈(제 1 증기 터빈)(902)과 저압 증기 터빈(제 2 증기 터빈)(903)이 동일한 차축(904)에 설치되어 함께 발전기(905)를 구동시킨다. 여기에서, 저압 증기 터빈(903)은 고압 증기 터빈(902)보다 저압이다. #1 고압 드럼(713)과 #2 고압 드럼(813)으로부터 생성되는 고압 증기는 고압 증기 헤더부(908)에 송기되어 가감 밸브(901)를 통과해서 고압 증기 터빈(902)을 구동시킨다.

본 변형예의 특징은 재열 증기를 사용하는 것에 있으며, 즉 고압 증기 터빈(902)을 구동시킨 증기는 배기되어, 저압 재열 헤더부(910)에 송기된다. 증기는, 저압 재열 헤더부(910)로부터 분기되어 #1 배열 회수 보일러(711)에 내장되는 #1 재열기(720)와 #2 배열 회수 보일러(811)에 내장되는 #2 재열기(820)에 유입된다. 이 유입된 증기는, #1 재열기(720)와 #2 재열기(820)에 의해 과열되어 고온 재열 증기로 된다. 고온 재열 증기는 고압 재열 증기 헤더부(911)에 송기되고, 인터셉트 밸브(912)를 경유해서 저압 증기 터빈(903)을 구동시킨다.

또한, 터빈 바이패스 조절 밸브의 계통 구성은 캐스케이드 바이패스라 불리는 방식이다. #1 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(701)와 #2 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(801)는, 각각 #1 재열기(720)의 입구부와 #2 재열기(820)의 입구부에 접속되어 있다. #1 재열기(720)의 출구부와 #2 재열기(820)의 출구부는, 각각 #1 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(723)와 #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(제 2 터빈 바이패스 조절 밸브)(823)에 접속되며, 도시하지 않은 복수기에 접속되어 있다.

본 변형예의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 기동은, 도 1의 구성예에 있어서의 기동 수순에 준거해서 #1 유닛을 선발 기동하여 고압 증기 터빈(902)과 저압 증기 터빈(903)을 구동시키고 있는 상태에서, 후발의 #2 유닛이 생성하는 삽입 증기를 「삽입」한다.

삽입 증기의 압력이나 온도가 불충분하여 기동용의 삽입 증기로서 사용할 수 없는 기동 직후는, #2 고압 아이솔레이션 밸브(804)와 #2 재열 아이솔레이션 밸브(822)의 양 밸브가 전폐되어 있다. 그 때문에, 삽입 증기는 #2 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(801), #2 재열기(820), #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)를 차례로 경유해서 복수기로 빠져나가도록 운전된다.

그 후, 삽입 증기가 필요한 압력이나 온도에 도달했을 때, 「삽입」이 개시된다. 고압 증기 터빈(902)에의 「삽입」은, #2 고압 아이솔레이션 밸브(804)를 개방함으로써 개시된다. 센서(812)는, #2 드럼(813)의 출구의 압력을 검출하여, 검출한 압력값을 나타내는 신호를 제어 장치(300b)의 제어부(620b)에 출력한다. 가감 밸브(901)와 #2 고압 터빈 바이패스 조절 밸브(801)의 기동과 제어는, 각각 가감 밸브와 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)의 그것과 같으며, 설명은 생략한다.

고압 증기 터빈(902)의 「삽입」과 동시 병행해서, 저압 증기 터빈(903)에의 「삽입」은 진행되며, 그것은 #2 재열 아이솔레이션 밸브(822)를 개방함으로써 개시된다.

여기에서, 센서(825)는, #2 재열기(820)의 출구의 압력을 검출하여, 검출한 압력값을 나타내는 신호를 제어 장치(300b)의 제어부(620b)에 출력한다. 제어부(620b)는, #2 재열기(820)의 출구의 재열 증기 압력을 소정의 압력값으로 유지하도록, #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)를 제어한다. 그것은 전술한 실시형태에 있어서 #2 터빈 바이패스 조절 밸브(201)가 #2 드럼(213)의 출구의 발생 증기를 소정의 압력값(7.0㎫)으로 유지하는 압력 제어와 유사한 구성이다.

또한, 도시하지 않은 제어 회로는, 고압 재열 증기 헤더부(911)의 고온 재열 증기 압력을 소정의 값으로 유지하도록, 인터셉트 밸브(912)의 전압 제어를 실행한다. 이 인터셉트 밸브(912)의 전압 제어에 의해, 저압 증기 터빈(903)에 유입되는 증기량이 제어된다.

그것은 가감 밸브(401)의 전압 제어가 증기 헤더부(505)의 증기 압력을 소정의 값(7.0㎫)으로 유지하도록 증기 터빈(402)에 유입되는 증기량을 제어하는 것과 유사하다.

따라서, 제어부(620b)는, 인터셉트 밸브(912)가 전개 상태로 되기 전에는, 저압 증기 터빈(903)에 「삽입」하기 위하여, #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)를 강제 폐쇄한다. 그때, 제어부(620b)는, 소정의 제 2 밸브 폐쇄율로 제 2의 #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브를 폐쇄한다. 구체적으로는 예를 들면, #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)의 밸브 개방도를 지령하는 제어 지령값을 소정의 제 2 밸브 폐쇄율로 저감시키고, 이 저감시킨 제어 지령값이 나타내는 밸브 개방도로 되도록 #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)를 제어한다.

그리고, 그 과정에서 인터셉트 밸브(912)가 전개된 후에는, 제어부(620b)는, 재열기(820)의 출구의 압력이 소정의 변화율로 상승하도록 #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브를 제어한다. 구체적으로는 예를 들면, 제어부(620b)는, PID 컨트롤러를 이용해서 #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)를 압력 제어하여, 이 압력 제어의 설정값(SV값)을 소정의 변화율로 상승시킨다.

이상, 제 2 변형예에 있어서의 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 증기 터빈이 고압 증기 터빈(902)과 고압 증기 터빈(902)보다 저압인 저압 증기 터빈(903)을 구비한다. 터빈 구동 증기는 가감 밸브(901)를 통과해서 고압 증기 터빈(902)을 구동시킨 후에 배기되어, 다시 배열 회수 보일러에 내장되는 재열기(820)에 의해 과열되어 재열 증기로 된다.

선발 기동된 적어도 1대의 발전 플랜트의 재열기(720)로부터 재열 증기는 모두 저압 터빈 구동 증기로서 인터셉트 밸브(912)를 통과하여 저압 증기 터빈(903)을 구동시키고, 후발 기동된 1대의 발전 플랜트의 재열기(820)로부터의 재열 증기는, 미리 정해진 압력 설정값으로 재열 증기의 압력을 유지하도록 개방된 제 2 터빈 바이패스 조절 밸브(823)를 통과해서 저압 증기 터빈(903) 이외로 송기된다. 제 2 변형예에 있어서의 컴바인드 사이클 발전 플랜트는, 이 상태에서 제 2 터빈 바이패스 조절 밸브(823)를 폐쇄함으로써 후발 기동의 재열 증기를 저압 터빈 구동 증기에 대한 삽입 증기로서 인터셉트 밸브(912)의 상류부에 삽입하여 기동시키는 것이다.

제어부(620b)는, 인터셉트 밸브(912)가 전개 상태로 되기 전에는, 소정의 밸브 폐쇄율로 제 2의 #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브를 폐쇄한다. 한편, 제어부(620b)는, 인터셉트 밸브(912)가 전개 상태로 되었을 경우, 재열기(820)의 출구의 압력이 소정의 변화율로 상승하도록 #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브를 제어한다.

(본 실시형태의 제 3 변형예)

계속해서, 도 4는 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 제 3 변형예와 제어 장치(300b)의 구성을 나타내는 개략 구성도이다. 도 4의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 구성은, 도 3의 다축형 컴바인드 사이클 발전 플랜트의 구성에 비하여, #1 제 2 드럼(724), #2 제 2 드럼(824)이 추가된 것으로 되어 있다. 도 4의 제어 장치(300b)의 구성은, 도 3의 제어 장치(300b)의 구성과 마찬가지이므로 그 설명을 생략한다.

#1 드럼(713)과 #2 드럼(813) 이외에 #1 배열 회수 보일러(711)와 #2 배열 회수 보일러(811)는 각각 #1 제 2 드럼(724), #2 제 2 드럼(824)을 갖고 있다. 이 #1 제 2 드럼(724)이 발생시키는 증기는 #1 재열기(720)의 입구부에 송기되도록 접속되어 있다. 또한, #2 제 2 드럼(824)이 발생시키는 증기는 #2 재열기(820)의 입구부에 송기되도록 접속되어 있다.

이 구성에서는, 재열 증기의 급준한 압력 상승이 #1 제 2 드럼(724), #2 제 2 드럼(824)의 수위의 대폭적인 변동을 야기할 우려가 있다. 그래서, #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)의 압력 제어의 설정값(SV값)을 상승시키는 제 2 변화율은, 그것에 의한 #1 제 2 드럼(724), #2 제 2 드럼(824)의 기내 압력 상승에 수반하는 #1 제 2 드럼(724), #2 제 2 드럼(824) 내의 수위 변동이 소정의 범위에 들어가도록 설정되어 있다.

또한, #2 저압 터빈 바이패스 조절 밸브(823)의 압력 제어의 설정값(SV값)을 상승시키는 제 2 변화율은, 고압 재열 증기 헤더부(911)의 압력 상승 및 #1 제 2 드럼(724) 또는 #2 제 2 드럼(824)의 압력 상승을 수반하면서 운전되는 슬라이딩 프레셔 영역 운전에 있어서의 #1 제 2 드럼(724) 또는 #2 제 2 드럼(824)의 압력값에 따라서 설정되어 있어도 된다.

또한, 전술한 설명에서는 압력 제어의 컨트롤러로서 가장 일반적인 PID 컨트롤러를 사용하는 예를 기재했지만, 마찬가지의 피드백 제어 기능을 갖는 것으로 LQR, GPC 등이 알려져 있으며, 본 발명은 이들과 동등한 기능을 갖는 컨트롤러를 사용해도 적용이 가능하다.

몇몇 실시형태들에 대해 설명하였지만, 이러한 실시형태들은 예시의 방법으로서만 제공된 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 의도되지 않는다. 실제에 있어서, 본 명세서에서 설명된 신규한 실시형태들은 다양한 다른 형태로 구현될 수도 있으며, 또한, 본 명세서에서 설명된 실시형태들의 형태에 있어서의 각종 생략, 대체 및 변경이 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 이루어질 수도 있다. 첨부된 청구범위 및 그 균등물은 본 발명의 범위 및 사상의 범위 내에 속하는 형태 또는 수정물을 포괄하는 것으로 의도된다.