JP2613225B2 - タービン保護装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、タービン入口主蒸気温度に制限値を有する
タービン保護装置に係り、特に該制限値かタービンの運
転状態（負荷、回転数、入口主蒸気圧力等）に応じて変
化するタービンの保護装置に関する。

〔従来の技術〕

火力発電プラントを例としてその一般的な系統を第１
図に示す。第１図に於いて１はボイラであり、２は高圧
タービン、３は再燃器、４は中・低圧タービン、５は発
電機である。１のボイラで発生した過熱蒸気を２の高圧
タービンに導き、ここで膨張した蒸気を３の再熱器に通
して適当な温度に再熱し４の中、定温タービンでさらに
膨張させる。これらの２の高圧タービン、４の中・低圧
タービンからなるタービンの仕事が５の発電機の出力と
なる。

タービンに導かれた蒸気は、排圧までの断熱膨張の過
程で圧力、温度が降下し過熱度が低下して行くが、一般
にタービンの蒸気が排気点で飽和蒸気に至り、飽和蒸気
の湿り度が大きくなるとタービン効率が悪くなるばかり
でなく、タービン羽根の侵食、メタル急冷等の問題をも
たらすためタービンの運転に対しては許容湿り限界値が
設けられている。

ボイラ不調によりタービン入口主蒸気温度降下が起る
とタービン内の蒸気は過熱度が下がり飽和蒸気となり、
湿り度が大きくなることから、従来蒸気圧力をボイラ出
口にて一定とする定圧運転プラントでは、タービン入口
主蒸気温度が規定値以下で警報或いはタービントリツプ
を行なつたり、但し、この場合警報、トリツプ制限値は
定圧運転ベースで固定設定で与えられることになるが、
定圧運転プラントの場合でも、起動時に於いては、後述
する変圧運転と同様タービン入口主蒸気圧力はタービン
起動時圧力から通常運転時圧力まで変化することから、
この過程、すなわち起動警報、トリツプ回路は除外して
いる。

又、同様にFCB運転等の特殊運転に於いても前記で与
えられた制限値はタービンが許容する温度に対しては余
裕がありすぎ、一方では特殊運転では主蒸気温度が振れ
やすく、余裕がないということで警報、トリツプ回路を
除外している。即ち起動時とかFCB時等の特殊運転は主
蒸気温度が一番乱れやすい時であるが、保護回路を除外
している。ボイラ不調時は圧力も低下するとの考えで入
口蒸気圧力調整装置と称してタービン入口圧力が規定値
以下に下がるに応じてタービンの蒸気加減弁を閉め込み
蒸気圧力を回復させる（圧力を下げることで過熱度の低
下を抑制する）装置が備えられていた。（この場合も停
止時通常運転時は良いが、起動時は変圧運転となること
から本装置を除外している。） 一方、最近では低負荷時の熱効率を改善する目的で発
電機出力に応じてボイラ圧力を変える変圧運転が採用さ
れているが、この変圧運転プラントに於いては起動停止
時のみでなく通常運転中の負荷増減に対しても主蒸気圧
力を変えて運用する性格上、（定圧運転プラントの場合
は起動時のみ変圧となる）定圧運転に使用されてきたよ
うな主蒸気温度低下警報、トリツプ方式あるいは入口蒸
気圧力調整装置は全く使えない。したがつて、蒸気の湿
り度は圧力と温度により決まることを考え、変圧運転プ
ラント用として、従来、タービン入口主蒸気圧力の関数
として主蒸気温度制限値を与える方法が考案されてい
る。

ただこの場合も保護範囲は負荷運転中のみとし起動時
除外しているのが通例である。特開昭54−137507に定圧
運転、変圧運転プラント用として主蒸気温度を計測し、
一定時間内での実温度降下量を計算してあらかじめ決め
た許容温度降下量と比較の上タービントリツプ又は警報
出力するというものがある。しかし、タービンの主蒸気
温度低下に対する問題として、温度降下量も熱応力発生
によるタービン寿命消費という点で問題にはなるが、こ
れはくり返し寿命であり一回の降下でトリツプさせるほ
どの問題にはならない。むしろ温度低下に対する問題
は、高圧タービンの排気温度湿り温度となりメタル急
冷、羽根の侵食発生を起こす等が問題となる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術は、主蒸気圧力の変化に対して改善され
たものになつているが、同じ主蒸気圧力であつても蒸気
流量が異なる場合、通常変圧運転プラントの場合でもタ
ービン起動から並列して発電機出力が28〜30％位までは
低い圧力で一定圧力運転として居り、その後定格圧力に
向かつて変圧を開始する。したがつて、このような場合
では、同じ主蒸気圧力であつても蒸気流量が異なること
になる。

又、FCB時のような特殊運転に於いても圧力は変わら
ずむしろ上がり気味で発電機出力のみが現状の運転出力
より所内負荷相当の３〜７％出力に急減することから、
この場合も同じ主蒸気圧力で蒸気流量が異なるというケ
ースとなる。即ち各時点での発電機出力の違いによりタ
ービン内部効率が異なるので高圧タービン入口から高圧
タービン最終段に至った飽和蒸気の湿り度が異なること
から、最適警報或いはトリツプ制限値が与えられないと
いう欠点がある。（一般的にボイラは低負荷程温度制御
が難しいのに対して、タービンにとつて低負荷であまり
にも余裕の取りすぎに設定となりミストリツプ警報を起
こしやすい。）すなわち、許容湿り限界値で警報或いは
トリツプを行なうことが好ましく、この限界値に至らな
い時の不必要なトリツプを避けるためには主蒸気圧力の
みで主蒸気温度制限値を設定するのは不十分な場合があ
つた。

又、起動時即ち無負荷運転中は全く保護がないという
ものも勿論大きな欠点である。

本発明の目的は、定圧運転、変圧運転を問わず、FCB
等を行なう特殊運転プラントに対しても起動、停止、通
常運転の全域に渡つて、湿り域での運転を防止すること
のできるタービン保護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、タービンが負荷運転中か無負荷運転中か
を判別する信号、即ち発電機出力か発電機しや断器の接
点（並列又は解列）と発電機出力、タービン回転数およ
びタービン主蒸気圧力を取り込み次の様にすることで達
成される。

即ち、第２図はタービン入口主蒸気圧力をパラメータ
としてタービン回転数と主蒸気温度低下制限値の関係を
示した図、同様に主蒸気圧力をパラメータとして発電機
出力と主蒸気温度低下制限値の関係を示した図（実線）
であるが、これはタービンの許容湿り限界値に適度の余
裕を取り作図した警報又はトリツプの制限値であり、こ
の図をそのまま演算する装置を設置するか、又は上記制
限値カーブを直線等にして簡素化した装置を設置するか
で達成される。

尚、第２図中タービン回転数、発電機出力とタービン
入口主蒸気圧力の関係図は参考までに示した図で電圧運
転プラントの一般的な主蒸気の変圧特性である。

〔作用〕

第２図でもつて、起動時及びFCB時の主蒸気温度低下
制限値の与え方について説明する。（通常運転時は省略
する。） まず起動時は85Kでタービンを起動することから、回
転数の上昇に対して85Kの主蒸気温度低下制限カーブ上
を推移する。（一般的に昇速過程は圧力が変化すること
がないので、85Kのカーブ一本でも良いが、タービンと
しては規定の過熱度が得られていれば他の圧力でも起動
することが出来るので他の圧力も考慮することが好まし
い。） 回転数が定格回転数に達すると、発電機を系統と同期
して並列するが、負荷運転中となる30％発電機出力まで
は主蒸気圧力が85Kであることから85Kの主蒸気制限カー
ブ上を推移する。出力が30％を越えると圧力が定格の24
6Kに向つて変圧運転となることから、温度制限カーブは
点線の如く推移し、出力が95％になると変圧運転を終了
して、246Kとなることからこの点より246Kの温度制限カ
ーブ上を推移することとなる。

次にFCBの場合は、仮に主蒸気圧力190K、発電機出力
約75％で運転していたとすれば、FCBと共に３〜７％出
力まで出力が急減することから温度制限値はＡからＡ′
に自動的に変更することになる。こうすることによつ
て、FCBの時は通常運転時に比べて主蒸気温度が落ちや
すいが、制限値を自動的に下げることによりミストリツ
プ、警報を防止することが出来る。

〔実施例〕

以下本発明の一実施例を第３図により説明する。ま
ず、６の主蒸気圧力検出器にてタービン入口主蒸気圧力
を、７の発電機出力検出器にて発電機出力をそれぞれ検
出し、その出力を８の温度低下演算器に入力する。ター
ビン負荷運転中には、タービン入口主蒸気圧力とタービ
ン負荷としての発電機出力とから、演算器８にて、警報
又はタービントリツプの温度制限値としてのタービン入
口主蒸気温度を演算する。また、無負荷運転中には、タ
ービン入口主蒸気圧力と９のタービン回転数検出器にて
検出されたタービン回転数（速度）とを用いて10の温度
低下演算器にて、警報又はタービントリップの温度制限
値としてのタービン入口主蒸気温度を演算する。

そして、演算器８の出力と演算器10の出力とを、切り
換え器11にて切り換えて使用する。11の切り換え器で
は、発電機遮断機の入り切りにより切る換え、タービン
運転中の主蒸気温度が低下した場合の温度制限値を得
る。

一方、12の主蒸気温度検出器にてタービン入口主蒸気
温度を実測し、その実測値を13の信号変換器に入力し
て、レンジマッチングを計り、14の減算器にて前記温度
制限値との偏差を計算する。

最後に、15のモンターリレーにて、前記実測値がター
ビンが許容する前記温度制限値を下まわったことを検知
した場合、警報又はタービントリップを行う信号を出力
する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、定圧運転、変圧運転プラントを問わ
ず、しかも運転状態によらず主蒸気温度低下制限値を自
動設定することができるので、タービンの湿り域での運
転を避けるためのより厳密な保護装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、火力発電プラントの一般的な系統を示す図、
第２図は主蒸気温度低下制限値と変圧運転プラントの一
般的な主蒸気圧力変圧特性を示す図、第３図は本発明の
一実施例を示す主蒸気温度低下タービン保護装置の制御
ブロツク図である。 １……ボイラ、２……高圧タービン、３……再熱器、４
……中・低圧タービン、５……発電機、６……主蒸気圧
力検出器、７……発電機出力検出器、８……負荷運転中
の温度低下演算器、９……タービン回転数検出器、10…
…無負荷運転中の温度低下演算器、11……切替器、12…
…主蒸器温度検出器、13……信号変換器、14……演算
器、15……モニターリレー。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】タービン入口主蒸気温度が、タービンが許
   容する温度制限値以下になった場合、警報又はタービン
   トリップを行うタービン保護装置において、 前記警報又はタービントリップの温度制御値を、タービ
   ン負荷運転中は、タービン負荷とタービン入口主蒸気圧
   力とから与え、タービン無負荷運転中は、タービン回転
   数とタービン入口主蒸気圧力とから与えることを特徴と
   したタービン保護装置。