JP2009270477A - タービン制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービン低回転速度を回転速度パルス信号の間隔を計測して速度検出する際に、確実で高精度の低回転速度検出方式を実現する。
【解決手段】タービン低回転速度をパルス信号間隔を計測して算出する際に、検出器から入力された回転速度信号から周期信号を発生する周期信号発生手段と、前記周期信号を計測する第一周期信号測定手段および第二周期信号測定手段と、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段の出力を加算して低回転速度出力信号を連続的に出力する加算手段により、冗長性のある高精度の検出を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タービン回転速度を検出器のパルス信号間隔で計測し、タービンの低回転速度を検出する低回転速度検出回路を備えたタービン制御装置に関する。

蒸気タービン等を停止させる場合において、急速な冷却によるタービンシャフト、ブレードの変形等のダメージを避けるために、数rpm程度の低速回転制御を行いタービンを徐冷する。このときのタービン低回転速度検出については検出信号のばらつきが大きく測定が困難なため種々の方式が提案されている。特許文献１には、大型蒸気タービンの低速回転検出にタービン軸端の歯車を感知装置で検出し、検出信号間隔をカウンタ（フリップフロップ）でカウントし、回転数が低下してカウンタが所定値を越えた際に論理出力１を出力し、タービン軸を再駆動する構成が開示されている。

また、特許文献２には水力発電所の水車等において、回転軸の低回転時の回転数を確実に検出可能とする構成として、軸回転数の入力パルスを分周し基準パルスと比較して、所定時間内に所定パルス入力がない時にリレー回路信号を出力し、水車の回転を制御する構成が開示されている。

特開昭４６−５１９８号公報 特開昭５９−１７４７１４号公報

上述した従来のタービン回転速度の計測方式は、歯車検出信号のオンパルスの間隔を単一のカウンタでカウントしているため、測定精度の信頼性および回路の冗長性に欠けるという問題があった。

本発明は、タービンの回転を検出する検出器と、前記検出器から出力される検出信号間隔を計測して速度検出を行う低回転速度検出回路を有し、タービンの低回転速度での回転を制御するタービン制御装置において、前記低回転速度検出回路は、前記検出器から入力された回転速度信号から周期信号を発生する周期信号発生手段と、前記周期信号を計測する第一周期信号測定手段および第二周期信号測定手段と、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段に交互に周期信号を供給する周期測定切替手段と、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段の出力を加算して低回転速度出力信号を連続的に出力する加算手段を有することを特徴とする。

また、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段は、所定のサンプリング周期毎に積算を行って回転速度信号間隔の測定を行う積分手段と、前記積分手段の積分値を比較する比較手段であって、所定の低回転速度周期に対応する積分値を越えない基準値を有する比較手段を設けたことを特徴とする。

また、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段は、回転速度信号の１周期にわたって積分した前記積分手段の積分値を、次の１周期の間保持する保持手段を有することを特徴とする。

さらに、前記低回転速度検出回路と並列に前記比較手段と異なる基準値を有する比較手段を設け、該比較手段の出力を前記低回転速度検出回路の出力に加算して出力し、低回転速度出力信号の検出精度を向上したことを特徴とする。

本発明によれば、タービン回転速度の検出において、パルス信号によるタービン回転の低回転速度を確実かつ高精度に検出可能で、かつ冗長性を備えた低回転速度検出回路を有するタービン制御装置を実現することができる。

以下に本発明実施例を図面について説明する。

図１に再熱型の蒸気タービンの系統図を示す。蒸気タービンＴにおいて、ボイラ１で発生した蒸気は主蒸気管２に導かれ、加減弁３を通って高圧タービン４でトルクを発生させる。この高圧タービン４から出た蒸気は再びボイラ１に戻り、再加熱器５で再び加熱される。再加熱された蒸気は再蒸気管６に導かれ、インターセプト弁７を通り、低圧タービン８でトルクを発生させる。高圧タービン４及びこの低圧タービン８は発電機９において電力を発生する。低圧タービン８から出た蒸気はコンデンサ１０で凝結され、水となり、復水ポンプ１１、低圧ヒータ１２、吸水ポンプ１３、高圧ヒータ１４を通り、再びボイラ１に送られる。ボイラ１に送られた水は火炉水壁１５で加熱され、蒸気を発生する。発生した蒸気はドラム１６から過熱器１７でさらに過熱され、ボイラ１から送り出される。

タービン制御装置２００は、タービンに直結した歯車Ｇの回転を検出する電磁検出器５５から、ON／OFFパルスの形で入力されるタービン回転速度信号２０を取り込み、加減弁開度指令１８、及びインターセプト弁開度指令１９を算出し、加減弁３、インターセプト弁７の弁開度を調節することで、高圧タービン４、及び低圧タービン８を制御する。また、タービン回転速度信号２０から、蒸気タービンＴの低回転速度の検出を行う。

図２は、本発明によるタービンの低回転速度検出回路を示す。低回転速度検出回路２０１は前記タービン制御装置２００の一部を構成する。図２において歯車Ｇに対向する電磁検出器５５からＯＮ／ＯＦＦパルス信号の形で出力されたタービン回転速度信号２０を検出回路２０１に入力し、タービン回転速度が一定の値以下であることを検出した場合に作動を開始し、低回転速度検出信号４０をＯＮとして出力する。検出信号４０を用いて、例えば図示しない駆動装置により歯車Ｇを駆動してタービンＴを低回転駆動し、タービンＴの急速な停止によるシャフト、ブレードの変形等の熱的ダメージを防止する。

次に低回転速度検出回路２０１の詳細について説明する。図２において、周期信号発生手段はワンショットタイマ２３からなり、タービン回転速度信号２０のＯＮパルスを入力すると一定時間Tsの間ＯＮ信号を出力した後、次にＯＮパルスが入力されるまでＯＦＦ信号を出力する。

周期測定切替手段はＳ端子とＲ端子を持つフリップフロップ２４から構成され、Ｓ端子（セット端子）にON信号が入力されるとＲ端子（リセット端子）にON信号が入力されるまでＯＮ信号を出力し、その他の場合はＯＦＦ信号を出力する。

第一周期信号測定手段は、切替スイッチ２５、積分器２６、保持スイッチ２７、比較器２８を有する。また第二周期信号測定手段は切替スイッチ２９、積分器３０、保持スイッチ３１、比較器３２を有する。切替スイッチ２５、２９はｃ端子に入力された信号がＯＮの場合はａ端子に入力された信号[１]を出力し、ｃ端子に入力された信号がＯＦＦの場合はｂ端子に入力された信号[０]を出力する。積分手段としての積分器２６、３０はｃ端子に入力された信号がＯＮの場合はａ端子に入力された信号を適当なサンプリング周期毎に積分演算して出力する。ｃ端子に入力された信号がＯＦＦの場合は[０]を出力する。

保持手段としての保持スイッチ２７、３１はｃ端子に入力された信号がＯＮの場合はＯＮ信号を入力する直前のａ端子の入力値を保持して出力し、ｃ端子に入力された信号がＯＦＦ信号の場合はａ端子の入力値をそのまま出力する。比較手段としての比較器２８、３２は入力値と任意に設定された基準値Ｋとを比較し、入力値がＫよりも大きい場合にＯＮ信号を出力する。

また、４１は論理積、４２、４３は論理否定を表す論理素子である。論理積４１はワンショットタイマ２３とフリップフロップ２４の出力をフリップフロップ２４のリセット端子に入力する。論理否定４２は、フリップフロップ２４の出力を反転して保持スイッチ２７に入力する。論理否定４３は、フリップフロップ２４の出力を反転して、切替スイッチ２９、積分器３０に入力する。５０は論理和を表す論理素子であり、比較手段２８及び３２の出力を加算する加算手段として用いられる。

次に、低回転速度検出回路２０１の動作について説明する。図３は、タービン回転速度信号２０が入力されたときの低回転速度検出回路２０１の回路動作を示すタイムチャートである。図３において、タービン回転速度信号の周期をTaとする。時刻Ｔ１でタービン回転速度信号２０のＯＮパルスが入力されると、ワンショットタイマ２３は周期Ｔｓの間ＯＮ信号を出力し、その後ＯＦＦ信号を出力する。フリップフロップ２４はワンショットタイマ２３からのＯＮ信号を入力してＯＮ信号を出力する。

論理積４１はワンショットタイマ２３とフリップフロップ２４の論理積を出力する。時刻Ｔ１の時、その演算順序から、ワンショットタイマ２３の出力はＯＮ、フリップフロップ２４の出力はＯＦＦである。時刻Ｔ１からＴｓ経過後はワンショットタイマ２３の出力はＯＦＦ、フリップフロップ２４の出力はＯＮであるため、論理積４１は、次にワンショットタイマ２３がＯＮを出力する時刻Ｔ３まで、ＯＦＦを持続して出力する。従ってフリップフロップ２４もＲ端子の入力がＯＦＦであるため、Ｔ３まではＯＮを持続して出力する。本実施例のサンプリング周期はＴｓとしている。

フリップフロップ２４のＯＮ信号が持続している間、切替スイッチ２５は[１]を出力し、積分器２６はサンプリング周期Ｔｓ毎に[１]を積分演算して出力する。保持スイッチ２７はC端子の入力が論理否定４２の作用によりＯＦＦとなるため、入力値をそのまま出力する。比較器２８は入力値が基準値Ｋ以上であることを検出した後、ＯＮ信号を出力する。

時刻Ｔ３でタービン回転速度信号２０のＯＮパルスが再び入力されると、ワンショットタイマ２３はＴｓの間ＯＮ信号を出力し、論理積４１の作用によりフリップフロップ２４はＲ端子にＯＮ信号が入力されるので、ＯＦＦ信号を出力する。それにより切替スイッチ２５は出力を[０]に切替え、積分器２６も[０]を出力する。

保持スイッチ２７は論理否定４２の作用によりフリップフロップ２４からのＯＦＦ出力がＯＮに変わるため、C端子の入力がONからＯＦＦに変わる直前の入力値を保持し、出力する。 比較器２８は保持スイッチ２７の動作により入力値が変わらず基準値Ｋ以上であることから、ＯＮ信号を持続して出力する。

第二周期信号測定手段の切替スイッチ２９、積分器３０、保持スイッチ３１、及び比較器３２は、フリップフロップ２４の出力と論理否定４３の作用により、時刻Ｔ３以降タービン回転速度信号２０がＴ１〜Ｔ３間と比較して変化しない場合、前記Ｔ１からＴ３における切替スイッチ２５、積分器２６、保持スイッチ２７、比較器２８と同様にＴ３からＴ５までの間、動作する。上記第一周期信号測定手段と第二信号測定手段により、低回転速度検出信号４０が加算されて連続的に出力される。

比較器２８がＯＮ信号を出力した後、タービン回転速度信号２０に変化がなければ、比較器３２の出力がＯＮになり、論理和５０により低回転速度検出信号４０はＯＮ信号を継続して出力する。タービン回転速度信号２０の周期Taが若干ばらついた場合でも、周期Taが基準値Ｋで決まる比較器２８出力より大きい限り、タービンの回転が所定の低回転速度内にあると判断する。比較が積分器からのアナログ値と基準値の比較でなされるため、回路の冗長性が高く、安定した制御が可能となる。

つぎに検出される回転速度に関連する比較器２８、及び３２の基準値Ｋの決定方法について説明する。ここで以下のように規定すると、タービン回転速度信号周期Ｔａは式（１）で表される。
Ｔａ：タービン回転速度信号周期(s)
Ｔｓ：サンプリング周期(s)
Ｎ：歯車の歯数
Ｒ：タービン回転数（rpm）
Ｋ：基準値

一方

であるから、設定されるKの最大値は次のように求められる。

式（３）でＲ＝１、Ｎ＝６０とすると

図４は、低回転速度検出回路に比較器３５を追加した低回転速度検出回路の別の実施例を示す。すなわち、タービン回転速度信号２０は、低回転速度検出回路２０２に入力されるとともに、分岐されて比較器３５に入力する。比較器３５は実施例１の比較器２８，３２の基準値Ｋと異なる基準値Ｋ'を設定する。比較器３５の出力を論理積回路５１により低回転速度検出回路２０２の内部回路出力に加算して出力する。これにより異なるサンプリング周期Ｔｓ'を用いてＴａを測定することにより、冗長性が高く、ダブルチェックによる確実で高精度の測定が可能となる。

本発明実施例の発電機の再加熱タービンの系統図である。 本発明の実施例１によるタービンの低回転速度検出回路である。 実施例１のパルス信号計測のタイムチャートである。 本発明の実施例２のタービンの低回転速度検出回路である。

符号の説明

２０：タービン回転速度信号
２３：ワンショットタイマ
２４：フリップフロップ
２５：切替スイッチ
２６：積分器
２７：保持スイッチ
２８：比較器
２９：切替スイッチ
３０：積分器
３１：保持スイッチ
３２：比較器
３５：比較器
４０：低回転速度検出信号
５０：論理和
５５：電磁検出器
２００：タービン制御装置
２０１：低回転速度検出回路
２０２：低回転速度検出回路
T：タービン
G：歯車

Claims (4)

1. タービンの回転を検出する検出器と、前記検出器から出力される検出信号間隔を計測して速度検出を行う低回転速度検出回路を有し、タービンの低回転速度での回転を制御するタービン制御装置において、
   前記低回転速度検出回路は、前記検出器から入力された回転速度信号から周期信号を発生する周期信号発生手段と、前記周期信号を計測する第一周期信号測定手段および第二周期信号測定手段と、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段に交互に周期信号を供給する周期測定切替手段と、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段の出力を加算して低回転速度出力信号を連続的に出力する加算手段を有することを特徴とするタービン制御装置。
2. 請求項１に記載されたタービン制御装置において、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段は、所定のサンプリング周期毎に積算を行って回転速度信号間隔の測定を行う積分手段と、前記積分手段の積分値を比較する比較手段であって所定の低回転速度周期に対応する積分値を越えない基準値を有する比較手段を設けたことを特徴とするタービン制御装置。
3. 請求項２に記載されたタービン制御装置において、前記第一周期信号測定手段及び第二周期信号測定手段は、回転速度信号の１周期にわたって積分した前記積分手段の積分値を次の１周期の間保持する保持手段を有することを特徴とするタービン制御装置。
4. 請求項２または３に記載されたタービン制御装置において、前記低回転速度検出回路と並列に前記比較手段と異なる基準値を有する比較手段を設け、該比較手段の出力を前記低回転速度検出回路の出力に加算して出力し、低回転速度出力信号の検出精度を向上したことを特徴とするタービン制御装置。

Images