JP2012251514A - 蒸気タービンシステムの保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明の課題は、Ｔ/Ｒ時、若しくは負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く状況であっても、高圧タービンの温度上昇を精度良く検知することのできる蒸気タービンシステムの保護装置を提供することである。
【解決手段】
本発明は、高圧タービン出口の高圧タービン排気圧力を測定する圧力計と、該圧力計で計測された高圧タービンの排気圧力と予め定められた高圧タービンの排気許容圧力を比較し、その結果に基づいてプラントの運転状況を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、Ｔ/Ｒが未完了で、かつ、前記高圧タービンの排気圧力が排気許容圧力以上になった場合、若しくは負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く状況で、かつ、前記高圧タービンの排気圧力が排気許容圧力以上となった場合には、プラントをトリップ、又はランバックさせることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は蒸気タービンシステムの保護装置に係り、特に、高圧タービンパイパス系を有する蒸気タービンプラントに好適な蒸気タービンシステムの保護装置に関する。

通常、高圧タービンバイパス系が存在する蒸気タービンプラントでは、蒸気タービンの起動時において、主蒸気加減弁を閉め、かつ、高圧タービンバイパス弁を開いた状態から主蒸気加減弁を開き、高圧タービンバイパス弁を閉める動作（以下、この動作をＴ/Ｒ(Ｔransfer Ｒeason)と言う）を行う場合がある。

この動作中、主蒸気加減弁と高圧タービンバイパス弁が同時に開いている間は、高圧タービンの出口後方に設置されている逆止弁後方の圧力が高くなるので、逆止弁と高圧タービンバイパス弁との間の蒸気圧力が、高圧タービン後の逆止弁と高圧タービンとの間の蒸気圧力と等しいか又は高くなり、高圧タービン後の逆止弁により高圧タービンから流出した蒸気がせき止められるため、高圧タービンの前後で蒸気が流れず、風損などにより高圧タービンが高温化することが予想される。

また、高圧タービンバイパス系が存在する蒸気タービンプラントでは、負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く場合がある。このとき、高圧タービンバイパス弁と主蒸気加減弁の両方が開いているので、高圧タービンバイパス系にも蒸気が流れるため、高圧タービン前後の差圧が通常の負荷運転時よりも少なくなり、風損などにより高圧タービンが高温化することが予想される。

従来から高圧タービンの高温化は、負荷運転から負荷が低下してなる無負荷運転時などに起こるとされ、高圧タービン前後の差圧や高圧タービンの排気温度により検知していた。

この種に関連する先行技術として、特許文献１がある。この特許文献１には、高圧タービンからの排気蒸気を再熱器で再熱して低圧タービンに供給する再熱蒸気発電プラントにおいて、負荷運転から負荷が急激に低下してなる無負荷運転時、高圧タービンの高圧翼段落の翼のかき回し損失による温度上昇を防ぐこと、即ち、負荷運転から負荷が急激に低下してなる無負荷運転時、高圧タービンの入り口と出口の差圧を検出し、差圧が所定値以下になればドレン弁を開にし、蒸気を抜くことで翼の温度上昇を防ぐ仕組みが記載されている。

特開平６−１８５３０６号公報

しかしながら、前者のＴ/Ｒを行う場合では、逆止弁が閉じているので、蒸気が流れないため、高圧タービン前後には差圧がなく、また、高圧タービンの排気温度による検知では、蒸気の流れがないので、高圧タービン内部の高温化について満足な精度の良い検出ができない。更に、後者の負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く場合、蒸気流量が少ないことから排気温度による検知では、精度の良い検知は期待できない。また、特許文献1では、これらの事象は全く考慮されていない。

本発明は上述の点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、Ｔ/Ｒ時、若しくは負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く状況であっても、高圧タービンの温度上昇を精度良く検知することのできる蒸気タービンシステムの保護装置を提供することにある。

本発明の蒸気タービンシステムの保護装置は、上記目的を達成するために、蒸気で回転することにより発電機を駆動して発電を行う高圧タービンと、該高圧タービンの蒸気の流れをＯＮ/ＯＦＦする主蒸気止め弁と、前記高圧タービンの負荷を制御する主蒸気加減弁と、前記高圧タービンの出口後方に配置された逆止弁と、前記高圧タービンをバイパスする高圧タービンバイパス系統と、該高圧タービンバイパス系統の開閉を行う高圧タービンバイパス弁と、蒸気を加熱する再熱器と、前記高圧タービンの後方に設置され、前記再熱器からの再熱蒸気が流れて仕事をする中圧タービン及び低圧タービンとを備えた蒸気タービンプラントであって、高圧タービン出口の高圧タービン排気圧力を測定する圧力計と、該圧力計で計測された高圧タービンの排気圧力と予め定められた高圧タービンの排気許容圧力を比較し、その結果に基づいてプラントの運転状況を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、Ｔ/Ｒが未完了で、かつ、前記高圧タービンの排気圧力が排気許容圧力以上になった場合には、プラントをトリップ、又はランバックさせることを特徴とする。

本発明によれば、Ｔ/Ｒ時、若しくは負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く状況であっても、高圧タービンの温度上昇を精度良く検知することのできる蒸気タービンシステムの保護装置を得ることができる。

本発明の蒸気タービンシステムの保護装置の一実施例を示す系統図である。 本発明の蒸気タービンシステムの保護装置におけるＴ/Ｒ時の高圧タービン排気温度を検知するためのロジックを説明するための図である。 本発明の蒸気タービンシステムの保護装置における負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く場合の高圧タービン排気温度を検知するためのロジックを説明するための図である。

以下、本発明の蒸気タービンシステムの保護装置の一実施例を、図面を用いて説明する。

図１に本発明の蒸気タービンシステムの保護装置の一実施例である高圧タービンバイパス系統を有する蒸気タービンプラントの概略図を示す。

該図に示す如く、本実施例の高圧タービンバイパス系統を有する蒸気タービンプラントは、蒸気で回転することにより発電機を駆動して発電を行う高圧タービン１と、高圧タービン１の蒸気の流れをＯＮ/ＯＦＦする主蒸気止め弁４と、高圧タービン１の負荷を弁の開度で制御する主蒸気加減弁５と、高圧タービン１の出口の高圧タービン排気圧力を測定する圧力計１４と、高圧タービン１の出口後方の系統に配置された逆止弁１１と、高圧タービン１をバイパスする高圧タービンバイパス系統１６と、高圧タービンバイパス系統１６の開閉を行う高圧タービンバイパス弁８と、蒸気を加熱する再熱器１２と、高圧タービン１の後方に設置され、再熱器１２からの再熱蒸気が流れて仕事をする中圧タービン２及び低圧タービン３と、圧力計１４で計測した高圧タービン１の排気圧力と予め定められた高圧タービン１の排気許容圧力を比較し、その結果に基づきプラントの運転状況を制御する制御装置１８とから概略構成される。

尚、６は再熱蒸気止め弁、７は再熱蒸気加減弁、９は低圧タービンバイパス弁、１０はベンチレータ弁、１３はコンデンサーである。

ところで、タービンプラントの起動時、主蒸気加減弁５を閉め高圧タービンバイパス弁８を開いたまま蒸気を流し、中圧タービン２及び低圧タービン３を暖気する起動方法がある。

この起動方法では、高圧タービン１の後に配置された逆止弁１１により、高圧タービン１には蒸気は流入しない。しかも、この状態から高圧タービン１に蒸気を流入させるため、主蒸気加減弁５を開き高圧タービンバイパス弁８を閉める動作を行う。このとき、高圧タービン１から高圧タービン１後の逆止弁１１までの間の蒸気圧が、高圧タービン１後の逆止弁１１後の蒸気圧力よりも高くなるまで、逆止弁１１により高圧タービン１を通る蒸気が一時的にせき止められ、風損などにより高圧タービン１が高温化する可能性がある。若しくは、逆止弁１１が何らかの事象又は故障により開かず、逆止弁１１により高圧タービン１を通る蒸気がせき止められ、風損などにより高圧タービン１が高温化する可能性がある。

しかし、本実施例では、圧力計１４で高圧タービン１の排気圧力を検出し、この検出値と別途算出して定められた高圧タービン１の排気許容圧力を制御装置１８で比較し、図２に示すロジック、即ち、Ｔ/Ｒが未完了で、かつ、高圧タービン１の排気圧力が高圧タービン１の排気許容圧力より大きい（超過している）ことによって、高圧タービン１の温度の許容値超過の有無を判定することで、高圧タービン１の温度上昇を精度良く検知することができる。

そして、この判定に反応した場合、タービンプラントをトリップ（本実施例では、再熱器１２を止め、主蒸気止め弁４、再熱蒸気止め弁６を閉じること）、又はランバック（本実施例では、負荷を一時的に下げること）させることにより、高圧タービン１の高温化を防いでいる。

このように本実施例によれば、Ｔ/Ｒ時、高圧タービンの温度上昇を精度良く検知することができ、高圧タービンの高温化を防ぐことができるので、蒸気タービンシステムの保護が可能となる。

本実施例では、高圧タービン１の入口の高圧タービン流入蒸気圧力を測定する圧力計１５を設け、圧力計１４と１５で高圧タービン１の流入蒸気圧力と排気圧力を計測し、プラントの運転状況と組合わせるロジックを備えている以外は、実施例１と同一構成である。

本実施例では、Ｔ/Ｒ完了後の負荷運転中に何らかの事象若しくは故障により、高圧タービンバイパス弁８が開く状況を想定する。このとき、高圧タービン１前後の差圧が低下し、風損などにより高圧タービンが高温化する可能性がある。

しかし、本実施例では、圧力計１５で計測された流入蒸気圧力計測値から別途算出して定められた高圧タービン１の排気許容圧力と、圧力計１４で計測された高圧タービン１の排気圧力の計測値とを制御装置１８で比較し、図３に示すロジック、即ち、高圧タービン１の排気圧力が高圧タービン１の排気許容圧力より大きい（超過している）こと及びＴ/Ｒが完了していることによって、高圧タービン１の温度の許容値超過の有無を判定することで、高圧タービン１の温度上昇を精度良く検知することができる。

そして、この判定に反応した場合、タービンプラントをトリップ（本実施例では、再熱器１２を止め、主蒸気止め弁４、再熱蒸気止め弁６を閉じること）、又はランバック（本実施例では、負荷を一時的に下げること）させることにより、高圧タービン１の高温化を防いでいる。更に、本実施例では、Ｔ/Ｒが完了していることで警報を出すようにしている。

また、トリップ若しくはランバック前に、高圧タービン１の排気圧力が高圧タービン１の排気許容圧力近くまで増加していることを警告するため、高圧タービン１の排気圧力に余裕を取り警報を出すようにしている。この余裕を図３にαで示す。αの値は、プラント条件による検討又は実績、経験などのより決定する。

このような本実施例によれば、負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く状況であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明の蒸気タービンシステムの保護装置の実施例３について説明する。

本実施例では、実施例２に加え、高圧タービン１からコンデンサー１３へ向かうバイパス系統１７と、高圧タービン１からコンデンサー１３へ向かうバイパス系統１７を開閉するベンチレータ弁１０を備えた蒸気タービンプラントにおいて、Ｔ/Ｒ完了後の負荷運転中にランバックなどにより、主蒸気加減弁５が閉まり、高圧タービンバイパス弁８が開き、高圧タービン１の出口後方に設置された逆止弁１１が閉まる状況を想定する。若しくは、逆止弁１１が何らかの事象又は故障により閉まる状況を想定する。

このとき、故障などによりベンチレータ弁１０が開かない場合、高圧タービン１の内部に蒸気が残留するため、風損などにより高圧タービン１が高温化する可能性がある。

しかし、本実施例では、圧力計１５で計測された流入蒸気圧力計測値から別途算出して定められた高圧タービン１の排気許容圧力と、圧力計１４で計測された高圧タービン１の排気圧力の計測値とを制御装置１８で比較し、図３に示すロジック、即ち、Ｔ/Ｒが完了していること及び高圧タービン１の排気圧力が高圧タービン１の排気許容圧力より大きい（超過している）ことによって、高圧タービン１の温度の許容値超過の有無を判定することで、高圧タービン１の温度上昇を精度良く検知することができる。

そして、この判定に反応した場合、タービンプラントをトリップ（本実施例では、再熱器１２を止め、主蒸気止め弁４、再熱蒸気止め弁６を閉じること）、又はランバック（本実施例では、負荷を一時的に下げること）させることにより、高圧タービン１の高温化を防いでいる。更に、本実施例では、Ｔ/Ｒが完了していることで警報を出すようにしている。

また、トリップ若しくはランバック前に、高圧タービン１の排気圧力が高圧タービン１の排気許容圧力近くまで増加していることを警告するため、高圧タービン１の排気圧力に余裕を取り警報を出すようにしている。この余裕を図３にαで示す。αの値は、プラント条件による検討又は実績、経験などにより決定する。

このような本実施例によれば、負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く状況であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明の蒸気タービンシステムの保護装置の実施例４について説明する。

本実施例では、実施例２に加え、Ｔ/Ｒ完了後の負荷運転中に、高圧タービンバイパス弁８を開いたまま長時間運転する状況を想定する。このとき、高圧タービン１前後の差圧が低下し、風損などにより高圧タービン１が高温化する可能性がある。

しかし、本実施例では、圧力計１５で計測された流入蒸気圧力計測値から別途算出して定められた高圧タービン１の排気許容圧力と、圧力計１４で計測された高圧タービン１の排気圧力の計測値とを制御装置１８で比較し、図３に示すロジック、即ち、高圧タービン１の排気圧力が高圧タービン１の排気許容圧力より大きい（超過している）こと及びＴ/Ｒが完了していることによって、高圧タービン１の温度の許容値超過の有無を判定することで、高圧タービン１の温度上昇を精度良く検知することができる。

そして、この判定に反応した場合、タービンプラントをトリップ（本実施例では、再熱器１２を止め、主蒸気止め弁４、再熱蒸気止め弁６を閉じること）、又はランバック（本実施例では、負荷を一時的に下げること）させることにより、高圧タービン１の高温化を防いでいる。更に、本実施例では、Ｔ/Ｒが完了していることで警報を出すようにしている。

また、トリップ若しくはランバック前に、高圧タービン１の排気圧力が高圧タービン１の排気許容圧力近くまで増加していることを警告するため、高圧タービン１の排気圧力に余裕を取り警報を出すようにしている。この余裕を図３にαで示す。αの値は、プラント条件による検討又は実績、経験などにより決定する。

このような本実施例によれば、負荷運転中に高圧タービンバイパス弁を開く状況であっても、実施例１と同様な効果を得ることができる。

尚、本発明は、上記した各実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。

例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、更には、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除或いは置換をすることが可能である。

１…高圧タービン、２…中圧タービン、３…低圧タービン、４…主蒸気止め弁、５…主蒸気加減弁、６…再熱蒸気止め弁、７…再熱蒸気加減弁、８…高圧タービンバイパス弁、９…低圧タービンバイパス弁、１０…ベンチレータ弁、１１…高圧タービン後の逆止弁、１２…再熱器、１３…コンデンサー、１４…圧力計（高圧タービン後蒸気圧力測定用）、１５…圧力計（高圧タービン前蒸気圧力測定用）、１６…高圧タービンバイパス系統、１７…高圧タービンからコンデンサーへ向かうバイパス系統、１８…制御装置。

Claims (4)

1. 蒸気で回転することにより発電機を駆動して発電を行う高圧タービンと、該高圧タービンの蒸気の流れをＯＮ/ＯＦＦする主蒸気止め弁と、前記高圧タービンの負荷を制御する主蒸気加減弁と、前記高圧タービンの出口後方に配置された逆止弁と、前記高圧タービンをバイパスする高圧タービンバイパス系統と、該高圧タービンバイパス系統の開閉を行う高圧タービンバイパス弁と、蒸気を加熱する再熱器と、前記高圧タービンの後方に設置され、前記再熱器からの再熱蒸気が流れて仕事をする中圧タービン及び低圧タービンとを備えた蒸気タービンプラントであって、
   前記高圧タービン出口の高圧タービン排気圧力を測定する圧力計と、該圧力計で計測された前記高圧タービンの排気圧力と予め定められた前記高圧タービンの排気許容圧力を比較し、その結果に基づいてプラントの運転状況を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、Ｔ/Ｒが未完了で、かつ、前記高圧タービンの排気圧力が排気許容圧力以上になった場合には、プラントをトリップ、又はランバックさせることを特徴とする蒸気タービンプラントの保護装置。
2. 蒸気で回転することにより発電機を駆動して発電を行う高圧タービンと、該高圧タービンの蒸気の流れをＯＮ/ＯＦＦする主蒸気止め弁と、前記高圧タービンの負荷を制御する主蒸気加減弁と、前記高圧タービンの出口後方に配置された逆止弁と、前記高圧タービンをバイパスする高圧タービンバイパス系統と、該高圧タービンバイパス系統の開閉を行う高圧タービンバイパス弁と、蒸気を加熱する再熱器と、前記高圧タービンの後方に設置され、前記再熱器からの再熱蒸気が流れて仕事をする中圧タービン及び低圧タービンとを備えた蒸気タービンプラントであって、
   前記高圧タービン出口の高圧タービン排気圧力を測定する圧力計と、前記高圧タービン入口の流入蒸気圧力を測定する圧力計と、該圧力計で計測された前記蒸気タービン入口の流入蒸気圧力から計算して求められた前記高圧タービンの排気許容圧力と前記圧力計で計測された前記高圧タービンの排気圧力を比較し、その結果に基づいてプラントの運転状況を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、負荷運転中に前記高圧タービンバイパス弁が開き、かつ、前記高圧タービンの排気圧力が排気許容圧力以上になった場合には、プラントをトリップ、又はランバックさせることを特徴とする蒸気タービンプラントの保護装置。
3. 蒸気で回転することにより発電機を駆動して発電を行う高圧タービンと、該高圧タービンの蒸気の流れをＯＮ/ＯＦＦする主蒸気止め弁と、前記高圧タービンの負荷を制御する主蒸気加減弁と、前記高圧タービンの出口後方に配置された逆止弁と、前記高圧タービンをバイパスする高圧タービンバイパス系統と、該高圧タービンバイパス系統の開閉を行う高圧タービンバイパス弁と、前記高圧タービンからコンデンサーへ向かうバイパス系統と、前記高圧タービンからコンデンサーへ向かうバイパス系統を開閉するベンチレータ弁と、蒸気を加熱する再熱器と、前記高圧タービンの後方に設置され、前記再熱器からの再熱蒸気が流れて仕事をする中圧タービン及び低圧タービンとを備えた蒸気タービンプラントであって、
   前記高圧タービン出口の高圧タービン排気圧力を測定する圧力計と、前記高圧タービン入口の流入蒸気圧力を測定する圧力計と、該圧力計で計測された前記蒸気タービン入口の流入蒸気圧力から計算して求められた前記高圧タービンの排気許容圧力と前記圧力計で計測された前記高圧タービンの排気圧力を比較し、その結果に基づいてプラントの運転状況を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、負荷運転時から前記主蒸気加減弁が閉まり、かつ、前記高圧タービンバイパス弁が開き、しかも、前記高圧タービンの排気圧力が排気許容圧力以上になった場合には、プラントをトリップ、又はランバックさせることを特徴とする蒸気タービンプラントの保護装置。
4. 蒸気で回転することにより発電機を駆動して発電を行う高圧タービンと、該高圧タービンの蒸気の流れをＯＮ/ＯＦＦする主蒸気止め弁と、前記高圧タービンの負荷を制御する主蒸気加減弁と、前記高圧タービンの出口後方に配置された逆止弁と、前記高圧タービンをバイパスする高圧タービンバイパス系統と、該高圧タービンバイパス系統の開閉を行う高圧タービンバイパス弁と、蒸気を加熱する再熱器と、前記高圧タービンの後方に設置され、前記再熱器からの再熱蒸気が流れて仕事をする中圧タービン及び低圧タービンとを備えた蒸気タービンプラントであって、
   前記高圧タービン出口の高圧タービン排気圧力を測定する圧力計と、前記高圧タービン入口の流入蒸気圧力を測定する圧力計と、該圧力計で計測された前記蒸気タービン入口の流入蒸気圧力から計算して求められた前記高圧タービンの排気許容圧力と前記圧力計で計測された前記高圧タービンの排気圧力を比較し、その結果に基づいてプラントの運転状況を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、負荷運転中に前記高圧タービンバイパス弁が開いたままある一定時間運転し、かつ、前記高圧タービンの排気圧力が排気許容圧力以上になった場合には、プラントをトリップ、又はランバックさせることを特徴とする蒸気タービンプラントの保護装置。

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