JP2523493B2

JP2523493B2 - タ―ビンバイパス系統

Info

Publication number: JP2523493B2
Application number: JP61100962A
Authority: JP
Inventors: 辰雄今泉
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-05-02
Filing date: 1986-05-02
Publication date: 1996-08-07
Anticipated expiration: 2011-08-07
Also published as: JPS62258106A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は蒸気タービンに導かれる蒸気を分岐して復水
器に導くタービンバイパス系統に係り、特に、減温器に
冷却水を導く配管に設けられた注水弁の開度制御に好適
な減温制御装置に関する。

〔従来の技術〕

発電プラント、特に、火力発電プラントや、ガスター
ビンと蒸気タービンとを有する複合サイクルプラント
（以下、単に複合サイクルプラントと言う）において
は、蒸気発生装置であるボイラと蒸気タービンとのマッ
チングを図るため、タービンバイパス系統を設置する場
合が多い。タービンバイパス系統はボイラで発生した蒸
気をタービンに導入できない場合、その余剰蒸気（発生
蒸気の一部又は全量）を直接復水器にバイパスさせる機
能を有する。タービンバイパス系統にはバイパス蒸気量
を制御するタービンバイパス弁と復水器への流入蒸気の
温度を下げるための減温器が設置される。一般的には復
水器の受入条件として、蒸気を飽和点近くまで減温する
よう要求される場合が多い。この減温の制御方法には各
種の方法があるが、主なものは、（１）減温後の蒸気温
度を一定に保つように注水量を制御する方法、（２）減
温後の蒸気温度は制御せず単に蒸気温度を規定値以下に
下げるため注水弁をON-OFF操作する方法、（３）減温後
の蒸気温度を一定値には制御しないができるだけこれに
近い状態とするためタービンバイパス弁前側の蒸気圧力
・温度及び弁開度等の信号により注水弁を予め定めた演
算（制御）手段により制御する方法等がある。

尚、上記のうち、タービンバイパス弁開度信号により
注水弁の開度制御を行うものとしては、実開昭60-15200
4号に記載されたものが知られている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前記（１）の制御方法は一般に減温後の蒸気温度を検
出し、制御目標値との偏差より制御演算して注水弁開度
を制御する方式がとられるが、タービンバイパス弁が急
開した場合には注水が遅れる現象があり、これに対処す
るため、制御装置にタービンバイパス弁の開度信号をと
り込み、これに対応して注水弁を所定開度まで強制的に
開く手段を追加する方法が試みられている。しかし、こ
のタービンバイパス弁開度に基く注水弁の強制開は蒸気
タービンが全負荷をとつている時トリツプし全量バイパ
ス運転に移行する場合を想定してその弁開度（注水弁の
強制開開度）を決めていたため、蒸気タービン負荷が低
い時点でのタービントリツプ時及びプラント起動停止時
等におけるタービンバイパス運転時等には注水量が過度
になる問題点を有していた。減温器に過度の注水がなさ
れると余剰水はドレンとなつて復水器に注入し、エロー
ジヨン発生の要因ともなり好ましくない。

本発明は上記の点に鑑みなされたもので、その目的と
するところは、制御装置への入力信号を増大せず、プラ
ントの運用に応じた注水弁の開度制御を行うことのでき
る減温制御装置を設けた安全で信頼性の高いタービンバ
イパス系統の提供にある。

〔問題点を解決するための手段〕

タービンバイパス系統が運転されるのは主にプラント
起動・停止時と蒸気タービンの負荷遮断時である。ター
ビンバイパス弁前側の蒸気条件（圧力・温度）はプラン
ト起動時と負荷運転中では大巾に差異があり、起動時は
圧力も低く温度も低い。このため、同一タービンバイパ
ス弁開度における必要注水量は負荷遮断時に比べ起動時
は1/5〜1/2程度に低下する。起動時必要注水量が低下す
る原因の１つは蒸気温度が低い事によるが、蒸気圧力の
低下によりタービンバイパス弁部の差圧が低下し、相対
的にタービンバイパス弁の弁開度が増加する事にも起因
している。この現象は変圧プラントで部分負荷時蒸気圧
力を低下させた場合にも生ずる。

必要注水量が同一タービンバイパス弁開度に対し、起
動時と負荷遮断時大巾に異る事に対処するため、タービ
ンバイパス弁開度信号に応じて、注水弁を強制的に開く
開度を複数回に分割して開き、過度の注水をさけるよう
にしたものである。例えば、100％負荷遮断時、タービ
ンバイパス弁が90％開の時注水弁が80％開必要なのに対
し、起動時には同一タービンバイパス弁開度（90％開）
に対し、注水弁必要開度は20％であると仮定する。この
場合、通常のタービンバイパス運転時には起動用の注水
弁開度を強制開し、負荷遮断時タービンバイパス弁が急
開した時にはタービンバイパス弁が開き始めた後、短時
間内に減温器後の蒸気温度が急上昇する現象を利用し
て、ロジツクより負荷遮断信号を作り、この信号によ
り、負荷遮断時の注水必要増分（タービンバイパス弁90
％の時には、残り60％（＝80％−20％））を加算するよ
うにする。

ここに、本発明は、蒸気タービンに導かれる蒸気を分
岐して復水器に導くと共に、前記復水器に導かれる蒸気
温度を低下させる減温器とタービンバイパス弁とを有す
る第１の配管と、前記減温器に冷却水を導くと共に、前
記冷却水の流量を調整する注水弁を有する第２の配管
と、前記タービンバイパス弁の開度信号を発生させるタ
ービンバイパス弁制御装置と、前記減温器を通過後の蒸
気温度と設定値との偏差に基づいて前記注水弁の開度信
号を発生させる減温制御装置とを有するタービンバイパ
ス系統において、前記減温制御装置は、前記タービンバ
イパス弁開度信号に基づいてプラント運転時の前記注水
弁の先行開度信号を発生させる第１の演算器と、前記タ
ービンバイパス弁開度信号に基づいてプラント負荷遮断
時の前記注水弁の先行開度信号を発生させる第２の演算
器と、前記タービンバイパス弁開度信号と前記偏差とに
基づいて負荷遮断信号を発生させる信号発生器とを有す
ると共に、前記負荷遮断信号が得られない場合には、前
記プラント運転時の前記注水弁の先行開度信号を前記注
水弁に与え、前記負荷遮断信号が得られた場合には、少
なくとも前記プラント負荷遮断時の前記注水弁の先行開
度信号を前記注水弁に与えるものであり、これにより上
記目的を達成するものである。

〔作用〕タービンバイパス減温制御に対し減温器後流の蒸気温
度を一定に制御するためのフイードバツク制御を構成
し、タービンバイパス弁急開時の注水遅れを補償するた
め、タービンバイパス弁開度に応じ注水弁を強制的に開
く先行制御を付加したものにおいて、注水弁の先行制御
による弁開分も複数回に分割する手段を採用したことに
より、プラント起動時には注水量を適切に抑えるので過
度の注水が流入するのを防止でき、かつ負荷遮断時には
先行制御分としての注水弁開度増を行うので注水遅れを
防止できる。また、本発明によれば負荷遮断信号をター
ビンバイパス弁が開き始めてから短時間内に減温器後流
の蒸気温度が上昇する現象により、制御装置内のロジツ
クにより作り出しているため、外部よりの信号として入
力する必要はなく、設備費の増加を防止している。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を図面によつて説明する。第６
図はタービンバイパス系統を有する火力発電プラントの
構成を示す系統図である。本発明は火力発電プラントの
他、複合サイクルプラントにも適用されるが、ここでは
火力発電プラントを例にとつて説明する。

蒸気発生装置であるボイラ１によつて蒸気が発生さ
れ、主塞止弁２及び加減弁３を介して高圧タービン４に
送られ、蒸気のもつエネルギーを回転エネルギーに変換
し仕事をする。高圧タービン４を出た蒸気は高圧排気逆
止弁５を介して、再びボイラ１に送り戻されて再加熱さ
れる。この再熱蒸気は再熱蒸気管６に設置された再熱蒸
気弁７を介して中圧タービン８、低圧タービン９に順次
送られ仕事をする。仕事を終えた蒸気は復水器10で冷却
して凝縮させ、復水を得る。復水は復水ポンプ11で昇圧
され、給水加熱器，脱気器，給水ポンプ（図示省略）等
を介してボイラ１に送られる。

ボイラ１の発生蒸気は高圧タービンバイパス弁12を介
して、高圧排気逆止弁５の下流側にバイパスすることが
できるように高圧タービンバイパス系統が設けられてい
る。この高圧タービンバイパス弁12は蒸気変換弁が採用
されることが多く、注水弁13を介して減温用水を弁部に
とり込み、高圧タービンで仕事を終えた蒸気と同等の温
度まで減温する。この系統を一般に高圧タービンバイパ
ス系統と呼んでいる。

また、ボイラ１で再熱された蒸気は再熱蒸気管６より
分岐して中圧タービン８及び低圧タービン９をバイパス
して直接復水器１に導入することができるように低圧タ
ービンバイパス系統（本発明では、蒸気発生装置よりの
蒸気を直接復水器に導入するタービンバイパス系統を発
明の対象としているので、この低圧タービンバイパス系
統を単にタービンバイパス系統と呼んでいる）が設置さ
れている。この系統には蒸気量を加減するためのタービ
ンバイパス弁14とその蒸気を減温するための減温器15が
直列に設置されている。また復水器１の内部には、エネ
ルギーダンパ16を設け、バイパス蒸気が復水器内の他の
構造物を損傷しないようにしている。減温器15には復水
ホンプ11の吐出側より復水を抽出して注水弁17を介して
減温用冷却水を導入するようになつている。

タービンバイパス弁14は再熱蒸気管６の系統の圧力を
圧力検出器21で検出し、タービンバイパス弁制御装置22
を介して制御される。タービンバイパス弁制御装置22は
プラント起動時のボイラとタービンの蒸気条件のマツチ
ング、通常運転時の過大圧力防止、蒸気タービントリツ
プ時の緊急開等各種の機能をもつものが設置される場合
が多い。

タービンバイパス系統の減温制御は減温器15の後流側
の温度を温度検出器23にて検出し、タービンバイパス減
温制御装置24を介して、注水弁17を制御する方式がとら
れている。尚、タービンバイパス弁14急開時の注水遅れ
を補償するため、タービンバイパス弁制御装置22の出力
信号をタービンバイパス減温制御装置24の入力信号とし
てとり込んでいる。

第１図は第６図のタービンバイパス減温制御装置24の
制御ロジツクを示す系統図であり、本発明の一実施例を
示す。

温度検出器23（第６図）で検出した減温後蒸気温度を
減算器31にとり込み、制御設定値をセツトした信号発生
器（SG）32よりの値より減算し設定値に対する温度偏差
Teを求める。これを制御演算器（PID）33に送り、比
例，積分，微分の制御動作演算を行い、注水弁17への開
度指令信号を出力する。これによつて注水弁17の弁開度
が調節され、注水量が増減し、減温器の後流での蒸気温
度が変化する。この制御ループはフイードバツク制御を
構成しているが、タービンバイパス弁14が急開した時に
は減温器後流で温度検出した後、所定の制御演算により
注水弁17を開くため、注水遅れを生ずる問題がある。こ
のため、タービンバイパス弁開度信号（第６図の場合は
タービンバイパス制御装置22よりのタービンバイパス弁
14への開度指令信号を入力しているが、タービンバイパ
ス弁14に弁開度発信器を取付け、実弁開度信号を入力す
る場合もある）を入力し、タービンバイパス弁開度に応
じた必要注水弁開度を先行的に開く手段がとられてい
る。

タービンバイパス弁開度信号により第１段先行開信号
発生器（FG₁）41で第３図に示す注水弁先行開開度信号
を作る。これはプラント起動時に必要とする注水弁開度
を先行的に与えるものである。同様に第２段先行開信号
発生器（FG₂）42にて第４図に示す負荷遮断時注水弁先
行開増分の信号を作る。第５図（FG₁＋FG₂）は第３図
（FG₁）と第４図（FG₂）の合計出力を表わす図で、負荷
遮断時の注水弁先行開開度を示す。注水弁17の必要弁開
度はタービンバイパス弁14の流量特性（弁開度に対する
流量の増加特性）や流水弁17の流量特性またこれ等の弁
前後の運転圧力等システム運転条件により変化するが、
本図では簡単にタービンバイパス弁90％開の時、注水弁
80％開が必要とし、その他の弁開度に対してはこれに比
例するものとした。第４図（FG₂）は第５図（FG₁＋F
G₂）より第３図（FG₁）分を差引いたものとしてこれを
定めている。

一方、タービンバイパス弁開度信号と減算器31の出力
である温度偏差Teを入力して負荷遮断信号発生器43（詳
細は第２図により後述）にて負荷遮断信号を作りこれを
出力する。切替器（T₁）45は負荷遮断信号存在時には第
２段先行開信号発生器（FG₂）42の出力をとり込み、負
荷遮断信号不存時には０信号44をとり込んでこれを出力
する。加算器（Σ_１）46では第１段先行開信号発生器
（FG₁）41の出力と切替器（T₁）45よりの出力を加算し
て、これを出力する。これによつて、加算器（Σ_１）46
の出力は通常時には第１段先行開信号器（FG₁）41の出
力である第３図のプラント起動時の注水弁先行開開度信
号を出力し、負荷遮断時には第２段先行開信号発生器
（FG₂）42の出力である第４図の負荷遮断時注水弁先行
開増分を追加加算して出力し、負荷遮断時の必要注水弁
開度（第５図）を確保する。

加算器（Σ_１）46の出力は加算器（Σ_２）51に送ら
れ、制御演算器（PID）33の出力と加算される。加算器
（Σ_２）51の出力は手動操作時の操作信号53との切替器
（T₂）52を介して注水弁17への弁開指令信号として送ら
れる。尚、切替器（T₂）52の出力は制御演算器（PID）3
3にもタイバツクライン54にて接続し、手動操作時や負
荷遮断信号がリセツトし注水弁17への弁開指令信号が大
巾に変化しようとした時、急激な変化をやわらげバンプ
レスに移行させる機能をもたせている。また、弁開指令
信号が０〜100％の制御範囲を大巾に逸脱しないようリ
セツトワインドアツプ防止の機能も付加している。

第２図は第１図の負荷遮断信号発生器43の詳細を示す
ロジツク図である。

減温後の蒸気温度偏差Teを入力して、スイツチ61によ
り０℃以下（減温後蒸気温度が制御設定値以上）でONの
信号を作る。タービンバイパス弁開度信号を入力して、
スイツチ62により１％以上でONの信号を作る。この信号
を時限後OFF回路66（瞬時ONで時限後OFF）に送る。時限
後OFF回路66はタイマ63とNOT回路64とAND回路65で構成
される。スイツチ62の出力信号をタイマ63に送り20秒後
にONする信号を得る。この信号をNOT回路64を介して出
力するとスイツチ62ON後20秒間ONする信号を得る。スイ
ツチ62の出力信号とNOT回路64の出力信号をAND回路65を
介して出力するとスイツチ62ON（タービンバイパス弁
開）で瞬時ONし、20秒後にOFFする信号を得る。すなわ
ち、時限後OFF回路66の出力はタービンバイパス弁開度2
0秒間ONの出力を出す。この出力信号とスイツチ61の出
力信号をAND回路67に送る。AND回路67の出力信号がONと
なるのはタービンバイパス弁14が開き始めてから20秒以
内に減温後の蒸気温度がタービンバイパス減温制御の設
定温度に達する事を意味し、これによつて負荷遮断が発
生した事を判断する。AND回路67の出力信号ONを負荷遮
断信号として、ホールド回路71で信号保持する。ホール
ド回路71はOR回路68とワイプアウト回路69とワイプアウ
ト回路の出力信号をOR回路68に帰環させる信号帰環ライ
ン70にて構成される。一方、タービンバイパス弁開度信
号をスイツチ72に送り、０％以下でONする信号を作る。
ホールド回路71で信号保持した負荷遮断信号はスイツチ
72のON信号にてリセツトしワイプアウト回路69で信号を
OFF）する。すなわち、負荷遮断信号はタービンバイパ
ス弁14が全閉に復帰した時点でこれをリセツトする。

〔発明の効果〕

本発明によれば、タービンバイパス弁開度信号に基づ
いてプラント運転時の注水弁の先行開度信号を発生させ
る第１の演算器と、タービンバイパス弁開度信号に基づ
いてプラント負荷遮断時の注水弁の先行開度信号を発生
させる第２の演算器と、タービンバイパス弁開度信号と
減温器を通過後の蒸気温度と設定値との偏差とに基づい
て負荷遮断信号を発生させる信号発生器とを有し、負荷
遮断信号が得られない場合には、プラント運転時の注水
弁の先行開度信号を注水弁に与え、負荷遮断信号が得ら
れた場合には、少なくともプラント負荷遮断時の注水弁
の先行開度信号を注水弁に与える減温制御装置を有する
タービンバイパス系統を提供することができるので、常
にプラントの運用に応じた注水弁の開度制御が行える。
すなわち、プラントの起動時には注水量を適切に抑える
ので過度の注水が流入するのを防止でき、かつ負荷遮断
時には先行制御分としての注水弁開度増を行うので注水
遅れを防止できるので、タービンバイパス系統の運転が
より安全にできるようになり、信頼性を向上することが
できる。

また、本発明によれば、減温装置に入力される信号
が、タービンバイパス弁開度信号と減温器を通過後の蒸
気温度であり、かつタービンバイパス弁開度信号と減温
器を通過後の蒸気温度と設定値との偏差とに基づいて負
荷遮断信号を発生させるので、従来の制御装置と比べて
入力される信号が減少され、かつ負荷遮断信号を外部か
ら入力することがなくなり制御系をシンプルにすること
ができるので設備費を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すタービンバイパス減温
制御装置の制御ロジツクを示す系統図、第２図は負荷遮
断信号発生器の詳細を示すロジツク図、第３図，第４
図，第５図は注水弁先行開を２段階で与えた場合の弁開
特性図、第６図はタービンバイパス系統を有する火力発
電プラントの構成を示す系統図である。１……ボイラ、４……高圧タービン、８……中圧タービ
ン、９……低圧タービン、10……復水器、15……減温
器、23……温度検出器、31……減算器、32……信号発生
器（SG）、45……切替器、46……加算器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】蒸気タービンに導かれる蒸気を分岐して復
水器に導くと共に、前記復水器に導かれる蒸気温度を低
下させる減温器とタービンバイパス弁とを有する第１の
配管と、前記減温器に冷却水を導くと共に、前記冷却水
の流量を調整する注水弁を有する第２の配管と、前記タ
ービンバイパス弁の開度信号を発生させるタービンバイ
パス弁制御装置と、前記減温器を通過後の蒸気温度と設
定値との偏差に基づいて前記注水弁の開度信号を発生さ
せる減温制御装置とを有するタービンバイパス系統にお
いて、前記減温制御装置は、前記タービンバイパス弁開度信号
に基づいてプラント運転時の前記注水弁の先行開度信号
を発生させる第１の演算器と、前記タービンバイパス弁
開度信号に基づいてプラント負荷遮断時の前記注水弁の
先行開度信号を発生させる第２の演算器と、前記タービ
ンバイパス弁開度信号と前記偏差とに基づいて負荷遮断
信号を発生させる信号発生器とを有すると共に、前記負荷遮断信号が得られない場合には、前記プラント
運転時の前記注水弁の先行開度信号を前記注水弁に与
え、前記負荷遮断信号が得られた場合には、少なくとも前記
プラント負荷遮断時の前記注水弁の先行開度信号を前記
注水弁に与えることを特徴とするタービンバイパス系
統。