JP2527751B2 - パワ−ロ−ドアンバランスリレ−の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、蒸気タービンを原動機とする発電プラント
において、負荷の急減によつてタービン及び発電機が過
速することを防止するために設けられているパワーロー
ドアンバランスリレーの制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

パワーロードアンバランスリレー（以下、PLUと略
す）は、原動機側の入力と発電機側の出力との差によつ
て生じる回転数の異常上昇を防止するために設けられ
る。

このPLUは、発電機出力電流によつて発電機側出力の
減少を検出し、この検出値に基づいて原動機側の入力を
減少させ、発電機の過速を抑制する。これにより、原子
力発電所ではスクラムが防止され、火力発電所では機械
的共振が防止される。

このPLUの制御に関する最新の技術としては、特開昭5
8−215933号が公知である。

上記の公知技術においては、発電機の入力と出力とに
大きなアンバランスが生じた時に回転数が異常に上昇し
ない様に対策が講じられており、特に受電端開放時には
好適なものであつたが、系統が弱い地域（送電線の静電
容量が小さく、該静電容量に比して発電機出力の比率が
大きい地域をいい、特に諸外国では本部に比して系統の
弱い地域が多い）での部分負荷遮断が生じた場合には、
従来のPLU動作条件が固定であつた為にタービンの回転
数が異常に上昇しない時であつてもPLUが動作して周波
数が降下しタービンがトリツプする様な誤動作の発生す
る虞れが大きい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、電流の実効値をもとに原動機側の入
力と発電機側の出力との電力差により生ずる発電機の速
度上昇を抑える為のものであり、発電機の入力と出力と
に大きなアンバランスが生じた時に回転数が異常上昇す
るのを防止している。

しかし、このPLU動作条件が、従来技術においては一
定（固定）設定であつた。

即ち、例えば「負荷率20％以上において、電流減衰率
が40％/10msecを越えた場合にPLUを作動させる」といつ
た形の制御方法が用いられていた。

上記の負荷率20％以上という設定は１例であつて、任
意に設定し得る。一般に10〜20％が用いられている。

また、前記の電流減衰率40％/10msec以上というPLU動
作条件も任意に設定し得る。一般に40％/10msecとされ
る例が多い。

而して、従来技術においては、上に述べたように、
「負荷率何％以上、電流減衰率何％10msec以上」といつ
た一定の規定値によつて制御され、上記の負荷率は一個
の値、電流減衰率も一個の値であつて、それぞれ複数の
規定値を設けて段階的に制御するということは行われて
いなかつた。

このような従来技術に係るPLU制御方法においては、
ある規定負荷以上で運転中に突然の全負荷遮断があつた
場合には極めて有効な方式であつた。しかし、部分負荷
遮断時には、必ずしもPLUが作動しなくても災害を生じ
ない場合でもPLUを作動させてしまい、その結果、ター
ビンを不必要にトリツプさせてしまう事がある。特に系
統が弱い諸外国では系統周波数を低下させ、系統環線内
ユニツト全体を「周波数低下トリツプ」に至らせてしま
い、系統環線内が全停してしまうという問題があつた。

この問題について、第２図を参照して更に詳しく説明
する。

PLUの動作セツトは、負荷遮断時のタービン最大速度
上昇の特性によつて決定される。

第２図は、タービン最大速度上昇率（以下、φmaxと
略す）と、タービン出力（％）との関係を示している。

図示のＣは非常調速機動作速度範囲であつて、これよ
りも低い速度上昇率Ａを設定し、これに相当するタービ
ン出力ｘ％を設定する。

このｘ％は設計的に任意に設定し得るが、この値を過
大に設定しておくとPLUの作動を必要とする場合にも該P
LUが作動しない場合を生じる。

一方、このｘ％を過小に設定しておくと、PLUが必要
以上に過敏に作動してしまう。PLUが動作したユニツト
は制御弁類を全閉としタービン出力を急激に絞り込む
為、系統が弱い地域では周波数が瞬時に低下し、ユニツ
トがトリツプしてしまう。

本発明は上述の事情に鑑みて為されたもので、蒸気タ
ービン発電プラントの負荷の状態に応じて、それぞれの
状態において必要な場合にはPLUを確実に作動させ、し
かも、それぞれの状態に応じて不必要なPLU作動を行わ
せないようにPLU制御方法を提供することを目的とす
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的を達成するために創作した本発明の方法に
ついて、先ず、その基本的原理を略述する。

前記目的は、PLUの動作設定を低負荷域と高負荷域で
可変とすることにより達成される。即ち、ある設定負荷
（PLUが動作しなくても負荷遮断時に非常調速機が動作
しない負荷率）以下の低負荷域では前記従来技術と同様
の設定とし、上記設定負荷以上の高負荷においては、系
統内の地落や外乱による系統周波数の突変における部分
負荷遮断時には、極力、PLUが動作しない様な高い値の
電流変化率設定に動作設定点を変換してPLUが動作しな
い様にする必要がある。又、ここで高負荷域で全負荷遮
断があつた場合には、回転数の異常上昇を防止する為に
PLUが動作するのは、言までもない。従つて、ある規定
負荷を境界としてPLUの動作設定を変換（切り換え）
し、部分負荷遮断によるPLUの不必要な動作を防止す
る。

上に述べた原理に基づいて、これを実用面に適用する
ための具体的構成として、本発明に係るPLU制御方法
は、蒸気タービン発電プラントが一定の負荷率ｘ％以上
の状態で負荷の急減が生じたときに作動するパワーロー
ドアンバランスリレーの制御方法において、負荷率ｘ％
〜100％の範囲を複数の区間に区分するとともに、各区
間ごとにパワーロードアンバランスリレーを作動せしめ
る条件である負荷の急減率を定め、かつ、上記複数区間
ごとに定めた急減率の中で、高負荷側の区間でのパワー
ロードアンバランスリレー作動条件である負荷急減率
は、低負荷側の区間でのパワーロードアンバランスリレ
ーの作動条件である負荷急減率よりも大きい値とするも
のである。

〔作用〕

上記の構成によれば、PLUの作動範囲であるところの
「負荷ｘ％〜100％」を更に複数区域に区画して、それ
ぞれの区域についてPLUの作動条件である負荷減小率を
定めるので、従来方法の制御が１段形であるのに比して
多段階に、負荷状態に応じて適正な段階的制御が出来
る。

本発明の実施の態様の一つとして、上記の多段形の制
御の段階数を無限に大きくして考えると、実質的には無
段階の制御も可能である。本発明において複数の区間と
は無限大の区間を含む概念である。

（第２図参照）実際技術面においては、系統周波数が
何らかの外乱（他ユニツトのトリツプ，系統送電線への
雷落等）により変更した時に部分負荷遮断が生じ、Δｘ
％相当の偏差が生じた場合には、発電機側である程度相
当の負荷（第３図に示したｘ′％負荷）を受け持つてい
る為に回転数が異常上昇する危険性は無い。第２図のカ
ーブが鋸歯状を呈しているのは、PLU以外の制御装置が
働くからである。

第２図において、タービン出力ｘ％を設定して、０〜
ｘ％はPLUが全く動作しない範囲とする。ｘ〜Ｘ％はPLU
が動作する場合のある範囲である。上記のPLU動作範囲
を例えば２つの区域に区画し、 ｘ〜Ｘ％の相対的に低負荷側では、PLUの作動条件で
ある負荷減小率を小さく（鋭敏に作動するように）設定
し、 一方、Ｘ〜100％の相対的に高負荷側ではPLUの作動条
件である負荷減小率を大きく（鈍感に作動するように）
設定すると、Ｘ〜100％負荷時においては、系統内の地
落や外乱による系統周波数の突変で部分負荷遮断を生じ
ても、PLUは不必要な作動をしない。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。従
来のPLUは、ある発電機出力（負荷）以上で電流減衰率
がある規定値（概ね40％/10msec）以上になつた場合に
動作しており、この規定値は一定（固定）であつた。

しかし、本実施例では前述した様に部分負荷遮断時の
PLU不必要動作によるユニツトの誤トリツプを防止する
為、ある負荷Ｘ％を境界条件として複数のPLU動作設定
（PLUが作動する条件）を設ける。本例においてｘ％＝1
5％,X％＝50％である。

PLUの動作範囲は、負荷ｘ％から全負荷（定格負荷）
までであるが、この動作範囲内で、負荷ｘ％からＸ％ま
でのPLU動作設定をＡ％/secとし、負荷Ｘ％以上ではPLU
動作設定をＢ％/secとする。

これらの設定値の変換は発電機出力（負荷）により切
り換えを実施し、この設定変換負荷はＸ％負荷となる。
（即ち、Ｘ％負荷を境界としてPLU作動条件の％/secを
A,Bに切り換える）。ここで、PLUの動作設定は従来、即
ちＡ％/secとなるが、概ね40％/10msecの電流減衰率と
なつている。従つてＢ％/secはこのＡ％/secよりも高い
減衰率とする。本発明を実施する場合、このＢ％/secを
概ね60％/10msec程度とすると好結果を得る場合が多い
と考えられる。しかし、これらの設定値はA,Bは、各プ
ラントの最大速度上昇率（φ_max）の特性により若干相
違はある。又、本第１図中の設定値A,Bの関係は第２図
中に記載のタービン出力（発電機出力）図表に示したA,
Bと対応している。

PLUの動作設定を変換するシステム構成とすること
で、負荷ｘ％からＸ％までの間でＡ％/sec（本例におい
ては40％/10msec）以上の電流変化率に相当する部分負
荷遮断が発生した場合は、PLUが動作し、制御弁類が全
閉し、ある時間制御弁類が全閉したことを確認し、ター
ビンの回転数上昇が異常にならない様、制御弁で回転数
制御を実施する。この区間（ｘ％〜Ｘ％）におけるPLU
の作動は従来例と同様である。一方、負荷遮断前の発電
機出力がＸ％以上であつた場合には、電流変化率がＢ％
/sec（本例に於いては60％/10msec）以上になつた時の
みPLUが動作するシステム構成とする。ここで負荷Ｘ％
以上で、電流変化率がＡ％/sec、相当（即ち、Ｂ％/sec
以下）であつた場合には、発電機側がある程度の負荷と
取つている為に、タービン回転数が異常上昇する危険性
はない。従つて、負荷Ｘ％以上では、Ａ％/secの電流変
化率ではPLUを作動させず、Ｂ％/sec以上の電流変化率
をもつて、PLUを動作させる。

第４図に高負荷域における全負荷遮断時と部分負荷遮
断時のタービン回転数上昇特性を示す。

本図からも解る様に、PLU機構は、タービン回転数が
異常上昇しない様に制御弁類が完全に全閉するまで動作
する。従つて、従来例のシステムは、全負荷遮断時には
好適な方式であつたが、部分負荷時には、発電機がある
負荷を取つている為、タービン回転数の上昇率は極めて
小さく、制御弁が急激に開しても、回転数が降下してし
まい、ユニツトは“周波数低下”により、トリツプして
しまう。この部分負荷遮断の失敗によつて、その系統環
線内にあるユニツト全体のトリツプを防ぐ為には、本発
明の如く、高負荷域にあける、部分負荷遮断時にはPLU
を動作させることなく、本来、制御装置が有している回
転数制御の調定率に従つてタービンの回転数制御を行な
い、不必要なユニツトトリツプを防止することが必要で
ある。

従つて高負荷（Ｘ％負荷以上）では周波数低下トリツ
プからのユニツトを保護する為に、部分負荷遮断時（Ｂ
％/secの電流変化率以下）にはPLUを動作させないこと
が重要であり、このことにより安定した系統運用が可能
となる。

〔発明の効果〕

諸外周の様に、系統が弱い地域においては、他ユニツ
トの停止，系統単線の地絡（落雷等）による系統周波数
突変時に発生した部分負荷遮断運転が起こり易い。

本発明によれば、ユニツトが高負荷運転時に上記の様
にサイクル変化の突変が起き、部分負荷遮断が発生して
も、サイクル変動によるユニツトトリツプの危険性が回
避できる為、系統運用が安定化されることにより信頼性
が極めて向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例におけるPLU制御を示す概略
ブロツク図、第２図は負荷遮断時のタービン出力と最大
速度上昇率（φ_max）との関係を示す図表、第３図も第
２図と同内容の補足説明図表、第４図は、PLU動作時の
全負荷遮断と部分負荷遮断時の特性図を示す図表であ
る。 １……蒸気加減弁（CVD）開度特性、２……インターセ
プト弁（ICV）開示特性、３……回転数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池田 啓 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (72)発明者 柳田 貞雄 茨城県日立市大みか町５丁目２番１号 株式会社日立製作所大みか工場内

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気タービン発電プラントが一定の負荷率
   ｘ％以上の状態で負荷の急減が生じたときに作動するパ
   ワーロードアンバランスリレーの制御方法において、負
   荷率ｘ％〜100％の範囲を複数の区間に区分するととも
   に、各区間ごとにパワーロードアンバランスリレーを作
   動せしめる条件である負荷の急減率を定め、かつ、上記
   複数区間ごとに定めた急減率の中で、高負荷側の区間で
   のパワーロードアンバランスリレー作動条件である負荷
   急減率は、低負荷側の区間でのパワーロードアンバラン
   スリレーの作動条件である負荷急減率よりも大きい値と
   することを特徴とするパワーロードアンバランスリレー
   の制御方法。
2. 【請求項２】前記のパワーロードアンバランスリレーの
   作動条件である負荷急減率として、発電機出力電流の減
   少率を用いることを特徴とする特許請求の範囲第１項に
   記載したパワーロードアンバランスリレーの制御方法。