JP2001317708A - 蒸気タービン設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 蒸気加減弁１０の開閉による給水ポンプター
ビン７への蒸気量の供給制御を応答性よくしかも安定し
て行う。 【解決手段】 偏差Ａに応じて遅れなく調整量S1により
蒸気加減弁１０が制御されて応答性よく給水ポンプター
ビン７を駆動する蒸気量を調整し、更に、給水ポンプタ
ービン７の実回転数Neを加味して蒸気加減弁１０が制御
されて目標値である蒸気流量Ｑに対し給水ポンプタービ
ン７に導入される蒸気量がＰＩ制御により調整され、蒸
気加減弁１０の開閉による給水ポンプタービン７への蒸
気量の供給制御を応答性よくしかも安定して行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、蒸気を駆動源とし
た給水ポンプタービンにより給水ポンプを駆動して蒸気
発生手段に給水を行う蒸気タービン設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】蒸気タービン設備としての、火力発電設
備や、原子力発電設備では、蒸気を駆動源とした給水ポ
ンプタービンにより給水ポンプを駆動して蒸気発生手段
（例えば、火力発電設備の場合ボイラ）に給水を行うよ
うになっている。給水ポンプタービンへの蒸気量の供給
は、蒸気加減弁を調整することで効率よい最適量に制御
されている。つまり、給水ポンプタービンのへの蒸気量
が最適に制御されることにより、回転数が制御されてボ
イラへの給水量が最適に制御される。ボイラへの給水制
御は、ボイラへの給水量とボイラからの蒸気流量とに基
づいてＰＩ制御により給水ポンプタービンの基準回転数
を設定し、基準回転数と給水ポンプタービンの実回転数
とに基づいてＰＩ制御により蒸気加減弁の操作量を設定
し、設定された操作量により蒸気加減弁を調整すること
により行われている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の蒸気タービン設
備における給水ポンプタービンの蒸気量の供給制御（給
水流量制御）は、蒸気量の偏差に基づいてＰＩ制御によ
り基準回転数を設定し、更に、回転数の偏差に基づいて
ＰＩ制御により蒸気加減弁の操作量を設定することによ
り実施されている。このため、ＰＩ制御を並列に実施す
ることになり、２次遅れが生じて制御が目標値に収れん
しにくく不安定になる虞があった。ゲインを小さくして
収れんしやすくした場合、応答性・追従性が悪くなり、
目標値に至る時間がかかってしまう問題が生じてしま
う。このように、従来の給水流量制御は、応答性と安定
性とを両立することが困難な状況であった。

【０００４】本発明は上記状況に鑑みてなされたもの
で、給水ポンプタービンへの蒸気量の供給制御が応答性
よくしかも安定して行える蒸気タービン設備を提供する
ことを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の蒸気タービン設備の構成は、蒸気発生手段で
発生した蒸気により駆動されて仕事を行う蒸気タービン
と、蒸気タービンの排気を回収して蒸気発生手段側に給
水を行う給水ポンプと、給水ポンプを駆動する給水ポン
プタービンと、給水ポンプタービンに駆動源となる蒸気
を供給する蒸気供給系と、蒸気供給系に設けられ給水ポ
ンプタービンへの蒸気の供給状態を制御する蒸気加減弁
と、蒸気加減弁の操作制御を行う操作制御手段とからな
り、操作制御手段には、蒸気発生手段への給水量及び蒸
気発生手段からの蒸気流量から蒸気加減弁の第１操作量
を設定する第１操作量設定手段と、蒸気発生手段への給
水量及び蒸気発生手段からの蒸気流量から給水ポンプタ
ービンの基準回転数を設定する基準回転数設定手段と、
基準回転数設定手段で設定された基準回転数及び給水ポ
ンプタービンの実回転数から蒸気加減弁の第２操作量を
設定する第２操作量設定手段と、第１操作量設定手段で
設定された第１操作量及び第２操作量設定手段で設定さ
れた第２操作量を統合して蒸気加減弁に操作指令を送る
操作指令出力手段とが備えられていることを特徴とす
る。

【０００６】

【発明の実施の形態】図１には本発明の一実施形態例に
係る蒸気タービン設備の概略系統、図２には操作制御手
段のブロック構成、図３には制御量の経時変化を表すグ
ラフを示してある。

【０００７】図１に示すように、蒸気タービン設備１
は、蒸気発生手段としてのボイラ２で発生した蒸気によ
り駆動される蒸気タービン３を備え、蒸気タービン３に
は発電機４が連結されている。蒸気タービン３の駆動に
より発電機４で発電が行われるようになっている。蒸気
タービン３の排気は復水器５で復水され、復水器５で復
水された水は図示しない脱気器等を通って給水ポンプ６
によりボイラ２に給水される。給水ポンプ６は給水ポン
プタービン７により駆動され、給水ポンプタービン７は
蒸気が供給されて駆動する。給水ポンプタービン７の駆
動により給水ポンプ６が所定回転数で駆動してボイラ２
に所定給水量で給水される。

【０００８】給水ポンプタービン７には駆動源としての
高圧蒸気を供給する蒸気供給系としての高圧蒸気ライン
８及び低圧蒸気を供給する低圧蒸気ライン９が接続され
ている。高圧蒸気ライン８及び低圧蒸気ライン９には蒸
気加減弁１０がそれぞれ設けられ、蒸気加減弁１０の開
閉制御により給水ポンプタービン７に導入される蒸気量
が調整されて給水ポンプ６の回転数が制御される。つま
り、蒸気加減弁１０の開閉制御により給水ポンプ６の回
転数が制御されてボイラ２への給水量が調整される。

【０００９】蒸気加減弁１０は、操作制御手段１１から
の指令により開閉される。操作制御手段１１には、給水
ポンプタービン７の実回転数Ne、ボイラ２への給水量Ｐ
及びボイラ２からの蒸気流量Ｑが入力され、操作制御手
段１１では、入力情報に基づいて蒸気加減弁１０の開閉
操作量（給水ポンプタービン７に導入される蒸気量）が
設定される。これにより、給水ポンプ６の回転数が制御
されてボイラ２への給水量が所望量に調整される。

【００１０】図２に基づいて操作制御手段１１を説明す
る。

【００１１】図に示すように、操作制御手段１１には第
１演算手段２１が備えられ、第１演算手段２１では、ボ
イラ２への給水量Ｐ及びボイラ２からの蒸気流量Ｑが入
力され、給水量Ｐと蒸気流量Ｑの偏差Ａが演算される。
偏差Ａは基準回転数設定手段としての第１ＰＩコントロ
ーラ２２に入力され、第１ＰＩコントローラ２２では偏
差Ａに基づいて給水ポンプタービン７の基準回転数Ne1
がＰＩ制御により設定される。第１ＰＩコントローラ２
２で設定された基準回転数Ne1 は第２演算手段２３に入
力され、また、第２演算手段２３には給水ポンプタービ
ン７の実回転数Neが入力されて偏差Ｂが演算される。偏
差Ｂは第２操作量設定手段としての第２ＰＩコントロー
ラ２４に入力され、第２ＰＩコントローラ２４では偏差
Ｂに基づいて蒸気加減弁１０の第２操作量S2が設定され
る。

【００１２】一方、第１演算手段２１で演算された給水
量Ｐと蒸気流量Ｑの偏差Ａは、第１操作量設定手段とし
ての変換手段３１に入力され、変換手段３１では偏差Ａ
に応じた蒸気加減弁１０の操作調整量がマップ等により
導出される。導出された操作調整量は比例定数が乗じら
れて第１操作量（調整量）S1とされる。変換手段３１に
おける偏差Ａの幅ａ及び比例定数（ゲイン）は、給水量
の安定性及び応答性を適正にする状態に設定されてい
る。

【００１３】第２操作量S2と調整量S1は操作指令手段と
しての加算出力部３２で加算（統合）され、蒸気加減弁
１０に操作指令が出力される。これにより、ボイラ２へ
の給水量Ｐ及びボイラ２からの蒸気流量Ｑ、給水ポンプ
タービン７の実回転数Neに基づいて蒸気加減弁１０が開
閉制御され、給水ポンプタービン７に導入される蒸気量
が調整される。つまり、ボイラ２への給水量Ｐ及びボイ
ラ２からの蒸気流量Ｑに基づいて調整量S1が設定されて
蒸気加減弁１０に操作指令が出力される。即ち、目標値
である蒸気流量Ｑに対し給水ポンプタービン７に導入さ
れる蒸気量（蒸気加減弁１０の制御量：給水量Ｐ）を２
次遅れなく応答性よく第１演算手段２１で設定すると共
に、給水ポンプタービン７の実回転数Neを加味して目標
値である蒸気流量Ｑに対し給水ポンプタービン７に導入
される蒸気量を第２ＰＩコントローラ２４で設定してい
る。

【００１４】上述した操作制御手段１１では、給水ポン
プタービン７の実回転数Neを加味して目標値である蒸気
流量Ｑに対し給水ポンプタービン７に導入される蒸気量
（蒸気加減弁１０の制御量：給水量Ｐ）を第２操作量S2
として第２ＰＩコントローラ２４で設定する一方、制御
値であるボイラ２への給水量Ｐと目標値であるボイラ２
からの蒸気流量Ｑとの偏差Ａに応じて遅れなく（振動的
不安定要素なく）調整量S1を設定している。

【００１５】このため、偏差Ａに応じて遅れなく調整量
S1により蒸気加減弁１０が制御されて応答性よく蒸気量
を調整することができ、更に、給水ポンプタービン７の
実回転数Neを加味して蒸気加減弁１０が制御されて目標
値である蒸気流量Ｑに対し給水ポンプタービン７に導入
される蒸気量がＰＩ制御により調整される。従って、蒸
気加減弁１０の開閉による給水ポンプタービン７への蒸
気量の供給制御を応答性よくしかも安定して行うことが
でき、応答性と安定性を両立させることが可能になる。
このため、ボイラ２への給水量を効率よく調整すること
ができる。

【００１６】図３に実線で示すように、上述した操作制
御手段１１により蒸気加減弁１０の開閉制御を実施する
ことにより、制御量が目標値に短時間で２次遅れがほと
んど生じない状態で追従し、制御が応答性よくしかも安
定して目標値に収れんする。これに対し、調整量S1を用
いない従来の制御の場合、応答性をよくする状態にゲイ
ン等を設定すると、図３に点線で示すように、２次遅れ
が生じるために制御量が大きく振れて不安定な制御とな
る。また、安定性をよくする目的でゲイン等を小さく設
定すると、図３に一点鎖線で示すように、制御量がいつ
までも目標値に収れんせずに応答性が非常に悪くなって
しまう。

【００１７】高圧蒸気ライン８の蒸気加減弁１０及び低
圧蒸気ライン９の蒸気加減弁１０は同調して制御され、
例えば、要求開度に対してそれぞれの分担開度等がマッ
プ等により予め設定されており、操作制御手段１１から
の指令に応じてそれぞれの蒸気加減弁１０の開閉が適宜
制御されるようになっている。尚、蒸気ラインは１つで
もよい。また、上述した実施形態例は、ボイラ２を備え
た火力発電設備を想定して説明したが、蒸気タービン設
備としては、給水ポンプタービン７により給水ポンプ６
を駆動して給水量を制御する発電設備、例えば、原子力
発電設備に適用することも可能であり、この場合、図１
中のボイラ２に代えて蒸気発生器が適用される。

【００１８】

【発明の効果】本発明の蒸気タービン設備の構成は、蒸
気発生手段で発生した蒸気により駆動されて仕事を行う
蒸気タービンと、蒸気タービンの排気を回収して蒸気発
生手段側に給水を行う給水ポンプと、給水ポンプを駆動
する給水ポンプタービンと、給水ポンプタービンに駆動
源となる蒸気を供給する蒸気供給系と、蒸気供給系に設
けられ給水ポンプタービンへの蒸気の供給状態を制御す
る蒸気加減弁と、蒸気加減弁の操作制御を行う操作制御
手段とからなり、操作制御手段には、蒸気発生手段への
給水量及び蒸気発生手段からの蒸気流量から蒸気加減弁
の第１操作量を設定する第１操作量設定手段と、蒸気発
生手段への給水量及び蒸気発生手段からの蒸気流量から
給水ポンプタービンの基準回転数を設定する基準回転数
設定手段と、基準回転数設定手段で設定された基準回転
数及び給水ポンプタービンの実回転数から蒸気加減弁の
第２操作量を設定する第２操作量設定手段と、第１操作
量設定手段で設定された第１操作量及び第２操作量設定
手段で設定された第２操作量を統合して蒸気加減弁に操
作指令を送る操作指令出力手段とが備えられているの
で、蒸気加減弁の開閉による給水ポンプタービンへの蒸
気量の供給制御を応答性よくしかも安定して行うことが
できる。この結果、目標量となる蒸気発生手段からの蒸
気流量に対し制御値である蒸気発生手段への給水量を安
定して追従させることが可能になり、蒸気発生手段への
給水量を効率よく調整することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態例に係る蒸気タービン設備
の概略系統図。

【図２】操作制御手段のブロック構成図。

【図３】制御量の経時変化を表すグラフ。

【符号の説明】

１ 蒸気タービン設備 ２ ボイラ ３ 蒸気タービン ４ 発電機 ５ 復水器 ６ 給水ポンプ ７ 給水ポンプタービン ８ 高圧蒸気ライン ９ 低圧蒸気ライン １０ 蒸気加減弁 １１ 操作制御手段 ２１ 第１演算手段 ２２ 第１ＰＩコントローラ ２３ 第２演算手段 ２４ 第２ＰＩコントローラ ３１ 変換手段 ３２ 加算出力部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 蒸気発生手段で発生した蒸気により駆動
   されて仕事を行う蒸気タービンと、蒸気タービンの排気
   を回収して蒸気発生手段側に給水を行う給水ポンプと、
   給水ポンプを駆動する給水ポンプタービンと、給水ポン
   プタービンに駆動源となる蒸気を供給する蒸気供給系
   と、蒸気供給系に設けられ給水ポンプタービンへの蒸気
   の供給状態を制御する蒸気加減弁と、蒸気加減弁の操作
   制御を行う操作制御手段とからなり、 操作制御手段には、 蒸気発生手段への給水量及び蒸気発生手段からの蒸気流
   量から蒸気加減弁の第１操作量を設定する第１操作量設
   定手段と、蒸気発生手段への給水量及び蒸気発生手段か
   らの蒸気流量から給水ポンプタービンの基準回転数を設
   定する基準回転数設定手段と、基準回転数設定手段で設
   定された基準回転数及び給水ポンプタービンの実回転数
   から蒸気加減弁の第２操作量を設定する第２操作量設定
   手段と、第１操作量設定手段で設定された第１操作量及
   び第２操作量設定手段で設定された第２操作量を統合し
   て蒸気加減弁に操作指令を送る操作指令出力手段とが備
   えられていることを特徴とする蒸気タービン設備。