JP2633543B2

JP2633543B2 - タービン回転数速度制御装置

Info

Publication number: JP2633543B2
Application number: JP1526087A
Authority: JP
Inventors: 義之土田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-01-27
Filing date: 1987-01-27
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JPS63186904A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、異常検生時にタービンを保護することので
きるタービン回転数速度制御装置に関する。

（従来の技術）従来のタービン回転数速度制御装置の構成を第４図に
示す。

ボイラ１からの主蒸気は、主蒸気配管２を通って主蒸
気制御バイパス弁３あるいは主蒸気流量制御弁４を介し
て、発電機５に直結されたタービン６に送られる。ター
ビン６に送られた主蒸気は復水となって腹水器７に送ら
れ、給水ポンプ８を介して再びボイラ１へ送られる。

一方、主蒸気流量を制御する主蒸気制御バイパス弁３
はバイパス弁モータ９により駆動される。バイパス弁モ
ータ９は中央制御盤に設置された操作スイッチ群の中の
増操作スイッチ10、減操作スイッチ11、および選択スイ
ッチ12を操作することにより電源ラインP₁より電力を供
給される。

また、主蒸気制御バイパス弁３の弁開度は弁動作の変
位量を検出する差動トランス13を介して開度計14にその
割合が表示される。タービン６の回転数は回転数検出器
15により検出されて、回転数計16に表示される。

以上の構成で、タービン昇速制御中のラブチェックを
行なうときは、選択スイッチ12を増操作スイッチ10側に
選択したのち、増操作スイッチ10をONする。増操作スイ
ッチ10をONすると、バイパス弁モータ９が作動し、ター
ビン６への主蒸気流量を制御する主蒸気制御バイパス弁
３が急速に開く。主蒸気制御バイパス弁３が急速に開く
と、タービン６の回転数が急速に上昇する。タービン６
の回転数がある一定回転数に到達した後、選択スイッチ
12を減操作スイッチ11側に選択したのち、減操作スイッ
チ11をONする。減操作スイッチ11をONすると、今度は、
逆にバイパス弁モータ９が主蒸気制御バイパス弁３を急
速に閉じる。主蒸気制御バイパス弁３が閉じるとタービ
ン６への主蒸気が遮断する。これにより、タービン６の
回転数が徐々に低下する。この間、聴音棒で人間の耳に
よる聴音、あるいはタービン６の回転音を測定する計測
器により、タービン６の羽根とそのケーシングが接触し
ているかどうかを確認する。接触していなければ正常と
判断し、次のタービン回転数速度制御の制御項目を継続
して行なうことができる。このラブチェックはタービン
回転数を正常に上昇させるための重要なチェック項目と
なっている。

さて、一般にラブチェック時を含むタービン起動時や
併入時などにおけるタービン回転数速度制御の方式に
は、開ループ制御方式と閉ループ制御方式とがある。

前者は、主蒸気制御バイパス弁３の開度を差動トラン
ス13を介して開度計14により確認し、またタービン６の
回転数を回転数検出器15を介して回転数計16により確認
しながら、手動にて、直接、増操作スイッチ10、減操作
スイッチ11および選択スイッチ12を操作し、主蒸気制御
バイパス弁３を調節し、主蒸気流量を制御するものであ
る。

後者は、目標回転数設定器により、タービン６の目標
回転数を決めて、目標回転数と回転数検出器15を介して
回転数計16により検出した実際のタービン６の回転数と
の偏差をとり、タービン６の回転数を所定の速度まで変
化させるものである。このとき特に、目標回転数設定器
に加えて、タービン６の回転数の変化により加速度を検
出し、これを目標加速度に合わせる目標加速度設定器を
用いる制御が行なわれる。

（発明が解決しようとする問題点）しかしながら、タービン回転数速度制御のうち、特に
初昇速制御においては、第５図のような開ループ制御方
式のラブチェックの動作特性にも見られるように、時刻
T₁で増操作スイッチ10をONして操作を開始すると、主蒸
気制御バイパス弁３の一定の遊びを経過したのち、時刻
T₂より弁が開きはじめ、タービン６の回転数が除々に増
加する。

ところが、タービン６の回転数が目標とする回転数ま
で上昇しない時刻T₃で主蒸気制御バイパス弁３の増操作
スイッチ10がONのまま、電源ラインP₁の遮断あるいは回
転数検出器15からの入力信号異常によりタービン回転数
速度制御装置が除外されると、主蒸気制御バイパス弁３
はそのときの弁開度位置に停止してしまう。このため、
タービン６の回転数は、図中破線で示すように、主蒸気
制御バイパス弁３の停止した弁開度相当まで急上昇す
る。

また、第６図に示すように、閉ループの制御の場合で
も、主蒸気制御バイパス弁３が時刻T₄で作動し、時刻T₅
で弁が開きはじめても、タービン６の慣性モーメントが
大きく、タービン６の回転数がなかなか上昇しない。従
って、設定された目標回転数と実際のタービン回転数の
偏差が除々に大きくなり、主蒸気制御バイパス弁３が図
のように先行して開いてしまう。

このため、開ループ制御の場合と同様、時刻T₅〜T₆の
ような低回転数領域で、特に、弁開度が最大となる時刻
T₆のような位置でタービン回転数速度制御装置等の異常
が発生し、主蒸気制御バイパス弁３が停止すると、ター
ビン６の回転数がその弁開度相当まで上昇し、タービン
６が損傷するという問題点があった。

そこで本発明は、タービン回転数速度制御装置等に異
常が発生してもタービンが過速度とならずタービンを安
全に保護することのできるタービン回転数速度制御装置
を提供することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）本発明は、制御装置の異常を検出するための検出手段
と、別電源からの電力をバイパス弁モータに供給して制
御弁を絞り込む手段を設けて、タービン回転数上昇中に
異常を検出したとき、主蒸気制御バイパス弁を強制的に
絞り込むようにしたものである。

（作用）これにより、制御装置が異常となったとき、タービン
に供給される主蒸気を低減することができ、タービンが
過速度となることがなくなり、タービンを安全に保護す
ることができる。

（実施例）本発明の一実施例によるタービン回転数速度制御装置
のシステム構成を第１図に示し、第４図と同一のものに
は同一符号を付し、説明は省略する。

ボイラ１からのボイラ主蒸気圧力ａ、差動トランス13
からの差動トランス変位量ｂ、（以下、これらa,bを主
蒸気系検出信号という）、各回転数検出器15A,15B,15C
からのタービン回転数c₁,c₂,c₃（以下、回転系検出信号
という）は自動速度制御装置17に入力される。

自動速度制御装置17は、各タービン回転数c₁,c₂,c₃を
入力して低値を優先出力する低値優先回路18と、タービ
ン６の回転数速度制御に必要な諸定数を設定するための
タービン制御装置設定器19と、ボイラ主蒸気圧力ａ、差
動トランス変位量ｂ、低値優先回路18からの低値信号ci
およびタービン制御装置設定器19からの設定信号ｄを入
力して必要な演算を行なったのちモータ駆動信号ｅを出
力するタービン速度制御演算装置20と、このタービン速
度制御演算装置20からのモータ駆動信号ｅを入力してバ
イパス弁モータ９を直接制御するモータ駆動装置21より
なる。

この自動速度制御装置17の出力段のモータ駆動装置21
からの操作信号ｅ′は選択スイッチ12に連動する選択ス
イッチ22を介してバイパス弁モータ９に出力される。

また、電源ラインP₁からの電力を供給する増操作スイ
ッチ10、減操作スイッチ11および選択スイッチ12とは並
列に、別の電源ラインP₂からの電力をバイパス弁モータ
９に供給する制御弁絞り込み用接点23が設けられてい
る。

一方、自動速度制御装置17内のタービン速度制御演算
装置20は、第２図のような機能の他にこのタービン速度
制御演算装置20に入力される各種信号や自動速度制御装
置17内の他の回路や図示しない電源等の監視を行う監視
機能をも備えている。

このようにタービン速度制御演算装置20が監視機能を
有していることについては、昭和43年にオーム社書店か
ら発行された火力発電便覧（竹内良市ほか３名による監
修）の第376頁に記載の第９・49図から周知である。特
に計算機の入力部には蒸気圧力、温度、回転数等の各種
信号が入力され、これら信号を用いて演算、監視等を行
い、出力部からバイパス弁電動機に制御指令が出力され
るとともにアナンシェータにも監視用に信号が出力され
ていることが解る。この監視用信号が後述する第３図の
制御異常検出信号に相当する。

A/D変換器24は、ボイラ１からのボイラ主蒸気圧力ａ
と差動トランス13からの差動トランス変位量ｂをアナロ
グ量からディジタル量に変換するものである。計算トル
ク演算回路25は、変換されたディジタル量を基にタービ
ントルクTq1を算出するものである。加速トルク変換回
路26および風損変換器27は、タービン制御装置設定器19
からの設定信号ｄのうちの目標加速度α_０を基に、それ
ぞれ加速トルクTq3および風損トルクTq3を算出するもの
である。また、低値優先回路18からの低値信号ciはA/D
変換器28によりアナログ量からディジタル量に変換され
る。さらに、図示せぬ変換回路により、タービン６の実
際の加速度αに変換される。加算器29は、前述した目標
加速度α_０とタービン６の実際の加速度αを入力し、加
速度偏差を算出するものである。この加算器29の算出し
た加速度偏差は回転数トルク演算回路30に入力される。
回転数トルク演算回路30は入力した加速度偏差よりター
ビン６の回転数トルクTq4を算出するものである。加算
器31は、計算トルク演算回路25からのタービントルクTq
1、加速トルク変換回路26からの加速トルクTq2、風損変
換器27からの風損トルクTq3、および回転数トルク演算
回路30からの回転数トルクTq4を入力し、総合的なター
ビン回転トルクの偏差量を算出するものである。D/A変
換器32は総合タービン回転トルク偏差量Tqをモータ駆動
信号ｅに変換するものである。

さらに、自動速度制御装置17内には、第３図に示すよ
うな、インターロック回路が内蔵されている。

このインターロック回路は、ラブチェック制御信号と
タービン初昇速制御条件を入力するOR33と、自己保持回
路34と、手動および除外条件を入力して一定時間後自己
保持回路34を解除するタイマ35と、自己保持回路34から
の出力と自動速度制御装置17等の異常を検出したとき、
タービン速度制御演算装置20より出力される制御異常検
出信号を入力して、共に入力されたとき制御装置異常信
号を出力するAND36よりなる。

この制御装置異常信号は、図示せぬ外部の補助リレー
へ出力され、第１図の制御弁絞り込み用接点（以下スイ
ッチとも呼ぶ）23をONさせるものである。

以上のような構成で、タービンの速度が低速度の領域
でラブチェックあるいはタービン初昇速制御を行なうと
きには、第３図に示したインターロック回路のラブチェ
ック制御信号あるいはタービン初昇速制御条件をONす
る。これにより、OR33はアクティブとなり、自己保持回
路34が自己保持されて、AND36の一方の入力端子がアク
ティブ状態となる。

この状態で、自動速度制御装置17によりラブチェック
あるいは初昇速制御を実施するときは、まず選択スイッ
チ22をONする。自動速度制御装置17内のタービン速度制
御演算装置20はボイラ１からのボイラ主蒸気圧力ａ、差
動トランス13からの差動トランス変位量ｂ、各回転数検
出器15A,15B,15Cからの回転数c₁,c₂,c₃を入力した低値
優先回路18からの低値信号ci、およびタービン制御装置
設定器19からの設定信号ｄを入力して、所定の演算を実
行したのち、モータ駆動信号ｅを出力する。モータ駆動
装置21はこれを操作信号ｅ′に変換して、選択スイッチ
22を介してバイパス弁モータ９を制御する。

このときのタービン速度制御演算装置20の制御内容
は、第２図に示したように、ボイラ主蒸気圧力ａと差動
トランス変位量ｂを基に計算トルク演算回路25によりタ
ービントルクTq1を求める。設定信号ｄのうちのタービ
ン６の目標加速度α_０を基に、加速トルク変換回路26に
より加速トルクTq2を、また風損変換器27により風損ト
ルクTq3を求める。次に、目標加速度α_０と、A/D変換器
28の次段の図示せぬ変換回路からのタービン６の実際の
加速度αとの偏差を加算器29により求め、この加速度偏
差を基に、回転数トルク演算回路30により回転数トルク
Tq4を求める。最後に、これら求めたタービントルクTq
1、加速トルクTq2、風損トルクTq3、回転数トリクTq4を
加算器31で加算し、総合タービン回転トルク偏差量Tqを
求め、D/A変換器32よりアナログ信号に変換し、モータ
駆動信号ｅを出力し、バイパス弁モータ９を制御してい
る。

さて、このような制御中に自動速度制御装置17自身あ
るいは検出器、電源等に異常が発生すると、タービン速
度制御演算装置20より制御異常検出信号が出力される。
これにより、第３図に示したインターロック回路のAND3
6のもう一方の入力端子がアクティブとなり、入力条件
が成立してAND36より制御装置異常信号が出力される。
制御装置異常信号は、図示せぬ外部の補助リレーを励磁
し、補助リレーは制御用絞り込み用接点23をONする。こ
れにより、電源ラインP₂の電力がバイパス弁モータ９に
供給され、主蒸気制御バイパス弁３を絞り込みタービン
６への主蒸気流量を低減し、タービン６が過速度となる
ことを抑制することができる。

続いて、このインターロック回路を除外したり、ある
いはタービン回転数を手動にて操作するときは、選択ス
イッチ22をOFFする。次に、第３図に示した手動および
除外条件をONする。タイマ35は、制御弁絞り込みを行な
う時間を考慮した一定時間後、自己保持回路34を解除し
てAND36の出力をOFFし、制御弁絞り込み用接点23をOFF
する。これにより、電源ラインP₂からバイパス弁モータ
９への電力が遮断され、増操作スイッチ10、減操作スイ
ッチ12による手動操作に切り換えることができる。

このように、手動操作に一且切り換えたのちは、再び
次のタービン回転数速度制御の制御項目に速やかに移行
することができる。

以上のように本実施例によれば、タービン回転数速度
制御の、特に、ラブチェックあるいは初昇速制御中に制
御装置に異常が発生しても、タービンへの主蒸気流量を
絞ることができ、タービンの過速度状態をなくすことが
できる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、タービン昇速制御にお
けるラブチェック制御またはタービン初昇速制御、ター
ビン昇速制御等のタービン回転数制御を行なうに当り、
制御装置自身の異常発生時や外部からのアナログ入力、
ディジタル入力の異常によりタービン回転数制御の異常
発生時に起るタービン回転数制御の暴走を速やかに判断
して最適制御を行なうことができ、タービン本体の保護
と共に、プラントシステムの安定を維持することのでき
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるタービン回転数速度制
御装置のシステム構成図、第２図は第１図のタービン速
度制御演算装置の内部構成図、第３酸は異常検出時のイ
ンターロック回路説明図、第４図は従来のタービン回転
数速度制御装置のシステム構成図、第５図は開ループ制
御の場合の主蒸気制御バイパス弁とタービン回転数の動
作説明図、第６図は閉ループ制御の場合の主蒸気制御バ
イパス弁とタービン回転数の動作説明図である。１……ボイラ、２……主蒸気配管、３……主蒸気制御バ
イパス弁、４……主蒸気流量制御弁、５……発電機、６
……タービン、７……復水器、８……給水ポンプ、９…
…バイパス弁モータ、10……増操作スイッチ、11……減
操作スイッチ、12,22……選択スイッチ、13……差動ト
ランス、14……開度計、15,15A,15B,15C……回転数検出
器、16……回転数計、17……自動速度制御装置、18……
低値優先回路、19……タービン制御装置設定器、20……
タービン速度制御演算装置、21……モータ駆動装置、23
……制御弁絞り込み用接点、24,28……A/D変換器、25…
…計算トルク演算回路、26……加速トルク変換回路、27
……風損変換器、29,31……加算器、30……回転数トル
ク演算回路、32……D/A変換器、33……OR、34……自己
保持回路、35……タイマ、36……AND。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ボイラ、タービン間を連通する主蒸気配管
に設けられた制御弁の弁開度を決定するバイパス弁モー
タを自動速度制御装置から出力される操作信号で操作す
ることにより、ボイラからタービンへ送られる主蒸気流
量を調整してタービンの回転数を制御するタービン回転
数速度制御装置において、前記自動速度制御装置は速度設定信号および回転系や主
蒸気系から検出された各種検出信号を取り込んで必要な
演算を行うことにより得られた操作信号を出力するよう
に構成され、前記バイパス弁モータは回転数増指令または回転数減指
令に対応してそれぞれ閉路する増操作スイッチまたは減
操作スイッチを介して制御電源から電力の供給を受ける
ように構成され、かつ前記自動速度制御装置からの操作
信号に基づいて前記主蒸気制御バイパス弁を制御するよ
うに構成され、低速度領域におけるラブチェック制御信号等のタービン
回転数制御信号が存在する状態で、前記自動速度制御装
置の異常検出機能によって出力される制御異常検出信号
を受けたことを条件に制御装置異常信号を発生し、制御
弁絞り込み用スイッチを閉路させるインターロック回路
を設け、前記制御弁絞り込み用スイッチは前記制御電源とは別系
統として用意されている別電源と前記バイパス弁モータ
間に接続され、この制御弁絞り込み用スイッチの閉路に
より前記バイパス弁モータを駆動して主蒸気制御バイパ
ス弁を絞り込むことを特徴とするタービン回転数速度制
御装置。