JP2574779B2 - 給水加熱器の水位制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は発電プラントのドレン水位制御系統に係り、
特に、ドレンの排出先を二系統以上設けた機器のドレン
水位制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特公昭51-6316号及び特公昭53-47841
号公報に記載のように、水位調節計からの信号をドレン
水位レベルによつて自動開閉する方式、つまり、スピリ
ツトレンジコントロール方式が採用され、水位が常用レ
ベルよりもある値以上になつた時に、常用弁とは異なる
他の弁を開閉するようになつている。さらに、ポンプト
リツプ時などプラント運用上強制的なドレン切替が必要
な場合は、四方電磁弁、あるいは、三方電磁弁を二個用
い、ポンプ系統に設けられた水位調節弁を強制全閉する
と共に、低圧ライン系統に設けた水位調節弁をフイード
バツク水位制御信号により操作させる。しかし、これら
の装置は、一方の弁が強制的に閉止されたり、又は、水
位が上昇してはじめて他の弁が開く、つまり、水位変動
が起つてドレンの切替を行う方式となつているため、こ
のドレン切替時に水位を安定させることについて考慮さ
れていなかつた。

また、プラントの運用により、ドレンの排出先を脱気
器から低圧給水加熱器へ切替える堅型の給水加熱器のド
レン水位制御ではタービンの負荷変化が大きい程、この
ような従来方式ではドレン切替時の水位変動がより大き
なものとなつていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、ドレンの排出先を二系統以上もつ発
電プラント給水加熱器において、ドレン排出先を切替え
る時のドレン水位変動を防止するようにしたドレン水位
制御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ドレンの排出先を複数系統もつ発電プラ
ント給水加熱器のドレン水位制御装置に、タービン負荷
信号等に基づく弁切替操作指令により、水位検出信号に
基づくフィードバック制御信号をドレンの第一の排出先
への排出量を調節する第一の水位調節弁と、ドレンの第
二の排出先への排出量を調節する第二の水位調節弁とに
伝達する信号の分配割合を徐々に変化させてドレンの排
出先を切替えるドレン切替制御回路を設けることにより
達成される。

〔作用〕

本発明の水位制御装置のドレン切替制御回路は、ター
ビン負荷信号等に基づく弁切替操作指令により、水位検
出信号に基づくフイードバツク水位制御信号を第一の水
位調節弁と第二の水位調節弁とに伝達する信号の分配割
合を徐々に変化させるように動作する。それによつて、
ドレン切替中であつても、両方の水位調節弁は、常に、
水位制御状態にあるので、タービン負荷が変化し、ドレ
ン量が変動しても水位を安定にすることができ、かつ、
制御弁へ伝達される信号の分配割合を徐々に変化させて
ドレンの排出先を切替える方式であるから、一方の弁を
無制御の状態で強制的に操作することがないので、弁操
作が水位変動の原因とはならない。本方式では、水位変
動が全くない状態でもドレン切替が可能である。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第１図ないし第６図を用いて
説明する。

第１図は発電プラントの高圧給水加熱器のドレン水位
制御系統に本発明を適用したものである。高圧給水加熱
器１には流入ドレン配管４から流入するドレンと、ター
ビン２から抽気管３を経て流入する蒸気が高圧給水加熱
器１内で給水ポンプ５から送られる給水との熱交換によ
り凝縮して発生したドレンとの合流ドレンを排出するた
めの流出ドレン配管6,7が接続されている。この流出ド
レン配管６は高圧給水加熱器１より高位置にある脱気器
８にドレン水位調節弁９を介して接続され、流出ドレン
配管７は脱気器８よりは低圧の低圧給水加熱器10にドレ
ン水位調節弁11を介して接続されている。

このような装置において、高圧給水加熱器１には水位
検出器12が取付けられている。この水位検出器12は給水
加熱器１の現水位を検出してその検出信号13を出力す
る。また、抽気管３には圧力検出器14が取付けられ、圧
力検出信号15を出力する。なお、この圧力検出器14は必
ずしも抽気蒸気圧力を検出するものでなくともよく、タ
ービン負荷信号，高圧給水加熱器１の圧力などを検出す
るものとしてもよい。

各検出器12,14と、タービン負荷要求信号発振器16
と、FCB、又は、無負荷信号を伝達する緊急弁切替信号
送信器17とは、水位調節器20に接続され、この水位調節
器20は各検出器12,14からの検出信号13,15、タービン負
荷要求信号発振器16からの信号18及び緊急弁切替信号送
信器17からの信号19に基づき演算された最適な制御信号
21,22を水位調節弁9,11に出力する。

第２図に示すように、水位調節器20は、タービン負荷
要求信号発振器16からの信号18と圧力検出器14からの圧
力検出信号15とを入力し発電プラントの運用状態を把握
し、最適なドレン切替指令信号31を出力するドレン切替
指令信号演算器30と、このドレン切替指令信号31と緊急
弁切替信号送信器17からの信号19とを入力し水位調節弁
９及び11に伝達する制御信号の分配割合を演算出力する
弁操作信号分配割合演算器32と、ドレン水位検出器12か
らの水位検出信号13を入力し、水位設定値との偏差信号
35,36を出力する偏差信号演算器33,34と、この偏差信号
35に基づいて水位調節弁9,11を開閉制御する制御信号38
を出力する比例，積分演算器39と、偏差信号36に基づい
て水位調節弁11を操作する弁操作信号44へ高位選択器43
を介して制御信号41を出力する比例，微分演算器40と、
弁操作信号分配割合演算器32からの信号42と比例，積分
演算器39からの制御信号38とを入力し水位調節弁９へ伝
達される弁操作信号45と水位調節弁11へ伝達される弁操
作信号46とをプラントの運用に応じて最適値に出力制御
する弁操作信号演算器47と、弁操作信号分配割合演算器
32からの信号42を入力し比例，積分演算器39の比例ゲイ
ン及び積分時間を各水位調節弁の制御状態に応じて最適
値にするための関数発生器48,49とにより構成されてい
る。

また、第３図に示すように、弁操作信号演算器47は、
弁操作信号分配割合演算器32からの信号42と比例，積分
演算器39からの信号38とを掛け算し水位調節弁９への弁
操作信号45を出力する掛け算器51と、演算器32からの信
号42を反転させる信号反転器52と、この信号反転器52か
らの信号53と比例，積分演算器39からの信号38とを掛け
算し、水位調節弁11への弁操作信号46を出力する掛け算
器55と、回路上の信号を削除したり、手動操作介入を行
つたりする手動介入回路56,57,58と、信号の上・下限を
決定する上・下限リミツタ59,60と、弁操作信号45を手
動操作するための自動、手動切替器61と、弁操作信号45
と46とを加算し比例，積分演算器39へ積分値リミツター
信号63としてフイードバツクする加算器62とにより構成
されている。

さらに、第４図に示すように、ドレン切替指令信号演
算器30は、圧力検出器14からの信号15を入力し、低位切
替信号70を発振する比較器71と、低位切替信号70をリセ
ツトする比較器72及びフリツプフロツプ回路73と、高位
切替信号74を発振する比較器75と、高位切替信号74をリ
セツトする比較器76及びフリツプフロツプ回路77と、タ
ービン負荷要求信号発振器16からの信号18を入力しター
ビン負荷が上昇中である信号80を出力するための変化率
演算器81、掛け算器82、比較器83及びフリツプフロツプ
回路84と、掛け算器82からの信号を入力し、タービン負
荷が降下中である信号85を出力するための信号反転器8
6、比較器87（ａ）,87（ｂ）、及びフリツプフロツプ回
路88と、低位切替信号70、高位切替信号74、負荷上昇信
号80及び負荷降下信号85をそれぞれ入力し、ドレン切替
指令指令信号演算器30にドレン切替指令信号31を出力す
るための、AND回路89,90、OR回路91,92、及びフリツプ
フロツプ回路93とにより構成されている。

このように構成された本発明のドレン水位制御装置を
用いると、プラントの負荷を上昇させ、水位調節弁11
（以下Ｘ弁と呼ぶ）が制御中でかつ、水位調節弁９（以
下Ｎ弁と呼ぶ）が全閉の状態からＸ弁からＮ弁へ制御中
の弁を切替える操作をする場合、つまり、ドレンの排出
先が低圧給水加熱器10から脱気器８へ切替わる場合、ド
レン切替指令信号演算器30によりＸ弁制御からＮ弁制御
へ切替える信号、つまり、Ｘ→Ｎ切替信号を発振した時
点から弁操作信号分配割合演算器32から0.0→1.0の信号
をなめらかな上昇曲線又は直線に沿つて弁操作信号演算
器47へ伝達出力する。そうすると、比例，積分演算器39
からの弁制御信号38がＸ弁11へ伝達される信号46の分配
割合が100％から０％へなめらかに減少すると共に、Ｎ
弁９へ伝達される信号45の分配割合が０％から100％へ
増加する。すなわち、Ｘ弁11が全閉しＮ弁９が水位制御
状態になり、ドレンの排出先が低圧給水加熱器10から脱
気器８へ切替わる。

一方、これとは逆にプラントの負荷を降下させＮ弁制
御中、Ｘ弁全閉の状態からＮ弁全閉、Ｘ弁制御中に切替
える場合、ドレン切替指令信号演算器30によりＮ→Ｘ切
替信号が発振された時点から直線、又は、なめらかな曲
線に沿つて1.0→0.0の信号を弁操作信号演算器４へ伝達
し、制御信号38がＮ弁11へ伝達される信号46の分配割合
を100％から０％へなめらかに減少させると共に、Ｘ弁
９へ伝達される信号45の分配割合を０％から100％へ増
加させて、Ｎ弁９を全閉し、Ｘ弁11を水平制御状態にす
る。

このように、ドレン切替中であつても両方の水位調節
弁9,11は、常に、水位制御状態にあるので、タービン負
荷が変化、若しくは、給水加熱器１へ流入するドレン量
が急変動しても水位を安定にすることができる。また、
本方式が、制御弁へ伝達される信号を強制的に変化させ
ドレン切替を行う従来方式とは異つて、水位検出信号に
基づくフイードバツク制御信号の信号分配割合を徐々に
変化させて、ドレンの排出先を切換える方式であるか
ら、弁操作が水位変動に与える外乱とはならない。しか
も、水位変化が全くない状態でも、ドレン切替が可能で
ある。

さらに、本制御装置は、第２図に示すように、ドレン
切替時に、関数発生器48,49により、比例積分演算器39
の比例ゲイン（Ｐ）及び積分時間（Ｉ）をプラント運用
に応じて最適化することができるので、さらに、水位を
安定させられる。特に、両水位調節弁9,11が同時に作動
する時は、弁流量ゲインが高くなるのでこのように比例
ゲインや積分時間をプラント運用に応じて制御すること
は水位を安定させる上で大きな効果を奏する。また、Ｘ
弁11への弁操作信号44へは高位選択器43を介して水位検
出信号13に基づく比例微分制御信号41が伝達されるよう
になつているので、偏差信号演算器34での水位設定レベ
ル信号（図示せず）を偏差信号演算器33での水位設定レ
ベル信号（図示せず）よりも高めに設定し、Ｎ弁による
ドレンの排出能力が不足した場合や突変的に水位が上昇
した場合に、バツクアツプ水位制御系として作動しター
ビンへのウオータインダクシヨン防止ができる。

第４図に示すように、本発明のドレン切替指令信号演
算器30は、Ｘ弁→Ｎ弁切替信号である低位切替信号70を
発振するための比較器71の値をそれをリセツトするため
の比較器72の値よりも低めに設定することにより、この
切替動作にヒステリシス特性を持たせ、ドレン切替時の
誤動作を防止している。同様に、Ｎ弁→Ｘ弁切替信号で
ある高位切替信号74を発振するための比較器75の値をそ
れをリセツトするための比較器76の値よりも低めに設定
することにより、高位切替時の誤動作を防止している。
また、変化率演算器81や比較器83,87等を用いタービン
負荷要求信号発振器16からの信号18により負荷上昇中で
あるか負荷降下中であるかを判別しているので採器の特
性やドレン、又は、流入蒸気量変動の影響を受けない。
従つて、ドレン切替負荷（ドレンを切替える時のタービ
ン負荷）近傍でAFC運転などが行なわれても、採器の誤
動作によりドレン切替が行なわれることがない。

本発明の弁操作信号演算器47及び弁操作信号分配割合
演算器32は、第５図に示す機器構成によつても達成でき
る。つまり、この弁操作信号演算器100はドレン切替指
令信号演算器30からの弁切替信号31と比例積分演算器39
からの制御信号38とを入力し、Ｎ弁９へ伝達される弁操
作信号45とＸ弁へ伝達される弁操作信号46とを、弁操作
信号増加減量演算器103と、演算器103からの信号104を
制御信号38から減算する加算器105と、加算器からの出
力信号105を制御信号38から減算する減算器106とにより
構成される回路により演算出力する弁操作信号演算機能
と、比較器109,110と、AND回路111,112と、スイツチ11
3,114と、加算器115,116とにより構成される回路により
ドレン切替指令信号演算器30からのＸ弁制御指令信号10
1及びＮ弁制御指令信号102と加算器105及び減算器106か
らの出力信号107及び108とを入力し、ドレン切替中でな
く、かつ制御中以外の水位調節弁を確実に全閉させる信
号117,118をそれぞれの水位調節弁へ伝達させる弁全閉
機能とを備えている。この全閉信号117,118は設定器11
9,120によつて任意の信号に設定できるので空気作動弁
の全閉時のドレンの洩漏を防止することができ、ドレン
切替が開始される直後には設定器121,122によつて弁作
動空気圧力が全閉開度と一致するようにリセツトウイン
ドアツプさせることができるので、弁開き始めの時間遅
れをなくし、ドレン切替をスムーズに行なわせることが
できる。

また、弁操作信号演算器30は、比較器109により弁全
閉状態（信号123）を感知し、制御信号38をそのまま演
算器30の出力信号104として加算器105へ伝達するのでド
レン切替を確実なものとし演算誤差のない回路を実現で
きる。

第６図は本発明を給水加熱器のドレンポンプアツプ系
統に適用した場合の一実施例を示したものである。高圧
第二給水加熱器130には流入ドレン配管131から流入する
ドレンと、タービン２から抽気管132を経て流入する蒸
気が高圧第二給水加熱器130内で給水ポンプ５から高圧
第一給水加熱器140を経て送られる給水との熱交換によ
り凝縮して発生したドレンとの合流ドレンを排出するた
めの流出ドレン配管133が接続されている。この流出ド
レン配管133には高圧第二給水加熱器のドレン水位を検
出し水位制御信号を発振する水位調節器134からの弁操
作信号135により自動開閉する水位調節弁136が設けられ
ている。

高圧第一給水加熱器140にはタービン２から抽気管141
を経て流入する蒸気が給水ポンプ５から送られる給水と
の熱交換により凝縮して発生したドレンを排出するため
のドレン配管142が接続されている。ドレン配管142から
流入するドレンと水位調節弁136を介して流入するドレ
ンとの合流ドレンを溜めるドレンタンク143にはドレン
タンク143と高圧第一給水加熱器140とを接続する均圧管
144と、このドレンタンク143内のドレンを排出するため
の流出ドレン配管145,146が接続されている。この流出
ドレン配管145はドレンポンプ147及びドレン水位調節弁
９を介して給水ポンプ５の上流側給水配管148に接続さ
れ、流出ドレン配管146はドレン水位調節弁11を介して
低圧給水加熱器10へそれぞれ接続されている。

このようなドレンポンプアツプ系統において、ドレン
タンク143には水位検出器12が取付けられ、現水位を検
出してその検出信号13を出力する。また、抽気管141に
は圧力検出器14が取り付けられ、圧力検出信号を出力す
る。

各検出器12,14と、タービン負荷要求信号発振器16
と、ポンプ147のドリツプ信号を発振するポンプトリツ
プ信号発振器149とは水位調節器20に接続され、この水
位調節器20は各検出器12,14からの検出信号13,15、ター
ビン負荷要求信号発振器16からの信号18及びポンプトリ
ツプ信号発振器149からの信号150に基づき演算された最
適な制御信号21,22を水位調節弁9,11に出力するもので
ある。

このようなドレンポンプアツプ系統でも本発明の水位
制御装置は全く同じ機能をもち、ドレンポンプを停止す
る前にドレン切替を行うことにより、ドレンタンクの水
位を安定させた状態でドレン切替及びドレンポンプ停止
を行うことができる。すなわち、ポンプ停止動作が水位
制御上の外乱とはならないプラント運用が可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ドレンの排出先を切替えるドレン切
替時のドレン水位変動を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の給水加熱器のドレン水位制
御装置の系統図、第２図は第１図に示す同装置の水位調
節器の構成を示すブロツク線図、第３図，第４図は第２
図に示す水位調節器の各演算器の構成を示すブロツク線
図、第５図は他の実施例の弁操作信号演算器の構成を示
すブロツク線図、第６図は本発明の他の実施例のドレン
ポンプアツプ系統のドレンタンク水位制御装置の系統図
である。 １……給水加熱器、２……タービン、３……抽気管、6,
7……ドレン排出配管、9,11……水位調節弁、８……脱
気器、10……低圧給水加熱器。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ドレンの排出先を複数系統もつ発電プラン
   ト給水加熱器のドレン水位制御装置において、タービン
   負荷信号等に基づく弁切替操作指令により、水位検出信
   号に基づくフィードバック制御信号をドレンの第一の排
   出先への排出量を調節する第一の水位調節弁と、ドレン
   の第二の排出先への排出量を調節する第二の水位調節弁
   とに伝達する信号の分配割合を徐々に変化させてドレン
   の排出先を切替えるドレン切替制御回路を設けたことを
   特徴とする給水加熱器の水位制御装置。
2. 【請求項２】前記タービン負荷指令信号に基づく前記弁
   切替操作指令により、前記水位検出信号に基づく前記フ
   ィードバック制御信号を演算出力する比例積分演算器の
   比例ゲイン及び積分ゲインを前記水位調節弁の運用に合
   わせて任意に調節する演算器を設けたことを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の給水加熱器の水位制御装
   置。
3. 【請求項３】ドレン切替指令信号を前記タービン負荷信
   号と負荷信号変化率信号とにより演算出力する手段を設
   けたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の給水
   加熱器の水位制御装置。