JP2633601B2 - 蒸気タービンプラント運転制御装置 - Google Patents

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、蒸気タービンプラント運転制御装置に係
り、特に湿り蒸気から水分を分離加熱する湿分分離加熱
器を有する蒸気タービンプラントの運転制御装置に関す
る。

（従来の技術） 一般に、沸騰水形原子炉或は加圧水形原子炉等を有す
る原子力発電プラントにおいては、原子炉で発生する蒸
気は飽和蒸気または若干の湿り蒸気である。この蒸気は
発電用蒸気タービン中で膨脹する過程で蒸気中の湿分が
増加するが、この湿分はタービンの熱効率およびタービ
ンプラントの構成材料の侵食の観点から好ましいもので
はなく、従来種々の方法によって、この除去が図られて
いる。

その方法の一つとしては、高圧タービンで熱膨脹して
湿り度が高くなった高圧タービン排気蒸気を、高圧ター
ビンと低圧タービンとを連結する導管の途中に設けられ
た湿分分離器および加熱器からなる湿分分離加熱器によ
り水分を除去し加熱する方法がある。

ところで、一般に上記加熱器の段数としては、プラン
ト熱効率と経済性の観点から二段加熱方式が採用されて
いる。そして、第一加熱器の加熱蒸気としては高圧ター
ビンの途中から抽気した蒸気を用い、第二段加熱器の加
熱蒸気としては主蒸気が用いられている。

しかして、高圧タービンで熱膨脹した蒸気（サイクル
蒸気）は一般に12〜13％の湿り度を有する湿蒸気とな
り、導管により湿分分離器に導かれ、ここで蒸気中の水
分が除去されて約１〜２％の湿り蒸気となる。その後第
一段加熱器に導かれ、高圧タービンの途中から抽気され
た加熱蒸気により約30℃過熱された蒸気となり、更に第
二段加熱器に導かれて主蒸気により加熱されて約70℃過
熱された過熱蒸気となる。そしてこの過熱蒸気は導管を
経て低圧タービンに導かれ熱膨脹する。

（発明が解決しようとする問題点） ところが、このように湿分分離加熱器を有する蒸気タ
ービン発電プラントにおいては、加熱器が停止している
場合すなわち加熱蒸気が加熱器を流れていない場合に
は、低圧タービンに入る蒸気の状態値が定常運転時と比
較して大きく変る。つまり、第二段加熱器のみが停止し
た場合には、低圧タービンに入る蒸気の圧力が定常運転
時に比較して約90％の圧力となり、第一段と第二段の加
熱器が両方とも停止した場合には約80％の圧力となる。

このことは、加熱器の作動停止により低圧タービン入
口圧力が低下し、これによって導管を通して連通してい
る高圧タービン排気圧力が低下することによる。

第５図は、原子力タービンプラントの蒸気の熱膨脹線
図であって、横軸にエントロピ、縦軸にエンタルピをと
り蒸気の状態値を示したものである。この熱膨脹線図か
らもわかるように、高圧タービンの排気圧力が低下する
と、高圧タービン内でのエンタルピ差が増加するため、
必然的に高圧タービンでの出力が増加することになる。
このことは蒸気の熱膨脹と出力の関係が次式で表わせる
ことからもわかる。

出力 ＝（単位換算係数）×（蒸気量）×（エンタルピ差） このように、プラント定格負荷運転中に加熱器が停止
すると、上述のように高圧タービン内でのエンタルピ差
が増加する方向であり、蒸気量も加熱蒸気量が加熱器停
止により増加する方向になるため、高圧タービンにおけ
る出力が定格時の出力より大幅に増加する。

しかして、この場合高圧タービンの羽根には過大な力
が加わることになる。

この高圧タービンの羽根に過大な力が加わるようなこ
とを防止するためには、加熱器停止の条件を設計条件と
して高圧タービン羽根等を設計しておくことも考えられ
るが、この加熱器停止の条件を考えて設計することは機
器の設計からは過大な方向となり不経済となる。このよ
うなことから、従来のプラントにおいては、加熱器停止
に対する対策は格別行なわれていないのが実情であっ
た。

このように，加熱器を有する原子力タービンプラント
の加熱器停止運転が低圧タービンの入口圧力の大幅な低
下となり、高圧タービン羽根の過負荷を招き、高圧ター
ビンの信頼性を低下させる恐れがあることに鑑み、本発
明は、加熱器が停止した場合、原子力タービンプラント
の出力を制限するように制御することにより、プラント
を安全に運転させることができる蒸気タービンプラント
運転制御装置を得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分
分離器及び加熱器とからなる湿分分離加熱器を設けた蒸
気タービンプラントの運転制御装置において、上記湿分
分離加熱器における加熱器の作動停止を検出する加熱器
作動停止検出器と、上記高圧タービン及び低圧タービン
により駆動される発電機の出力を検出する出力検出装置
と、上記加熱器作動停止検出器及び出力検出装置からの
検出信号が入力され、上記加熱器の作動状態及び発電機
の出力に対応してプラントの出力を制限する出力制御信
号が出力される加熱器制御装置とを有することを特徴と
するものである。

（作 用） 高圧タービンと低圧タービンの間に設けられた加熱器
の作動が何らかの原因によって停止されると、加熱器作
動停止検出装置によってその作動停止が検出され、その
停止信号によってプラント制御装置が作動せしめられて
プラントの出力が制限され或はプラントの運転が停止さ
れ、高圧タービンの過負荷運転が回避される。

（実施例） 以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説
明する。

第１図は原子力発電プラントの概略系統図であって、
原子炉１で発生した高温、高圧の主蒸気は主蒸気ライン
２を介して高圧タービン３に導かれる。この主蒸気の状
態は一般に約70kg/cm²の飽和蒸気であって、この蒸気は
高圧タービン３で熱膨脹して仕事をした後、導管４を経
て湿分分離器５に流入し、そこで湿分を除去された後、
第一段加熱器６および第二段加熱器７に順次流入して加
熱され、約80℃過熱された蒸気となって低圧タービン８
に導入される。上記低圧タービン８に導入された蒸気は
そこで仕事を行ない、低圧タービン８に直結された発電
機９を駆動して発電する。また仕事を行った蒸気は復水
器10に流入して復水せしめられ、その復水は復水ポンプ
11、給水加熱器12a,12bを順次通って原子炉１に戻され
る。

上記湿分分離器５、第一段加熱器６、および第二段加
熱器７は一体構造の容器内に収容されるのが一般的な構
造で、湿分分離加熱器と総称されている。

ところで、上記第一段加熱器６の加熱蒸気としては高
圧タービン３の途中から抽気した蒸気が使用されるよう
にしてある。すなわち、上記高圧タービン３の途中段落
に一端が接続された第一段加熱蒸気ライン13が第一段加
熱器６に接続され、さらにその第一段加熱器６を経て給
水加熱器12bに接続されている。そして、上記第一段加
熱蒸気ライン13には第一段加熱器６の入口側に第一段加
熱蒸気止め弁14が設けられている。

また、主蒸気ライン２には第二段加熱蒸気ライン15が
分岐導出されており、この第二段加熱蒸気ライン15が第
二段加熱器７に接続され、さらにその第二段加熱器７を
経て給水加熱器12aに接続されている。そして、上記第
二段加熱蒸気ライン15には、第二段加熱蒸気止め弁16と
発電端出力約50％以下で第二段加熱蒸気圧力を制御する
第二段加熱蒸気制御弁17が設けられている。

しかして、タービンプラントの運転中においては、高
圧タービン３の途中段落から導出された蒸気が第一段加
熱蒸気止め弁14を経て第一段加熱器６に送られ、また主
蒸気ライン２から分岐導出された主蒸気の一部が第二段
加熱蒸気止め弁16および第二段加熱蒸気制御弁17を経て
第二段加熱器７に送られ、低圧タービン８へ蒸気の加熱
が行なわれる。

一方、第一段加熱蒸気止め弁14、第二段加熱蒸気止め
弁16、および第二段加熱蒸気制御弁17には、それぞれ各
弁の開閉を検出するリミットスイッチ域は弁開度計等の
検出器18,19,20が設けられており、また発電機９にはそ
の出力を検出する出力検出器21が設けられている。

上記弁の開閉を検出する検出器18,19,20および出力検
出器21の検出信号はそれぞれ加熱器制御装置22に入力さ
れ、ここで各加熱器6,7の運転状態が判別され、それぞ
れの運転条件に応じた指令信号がプラント制御装置23内
の出力制御器24に入力される。

第２図は、上記加熱器制御装置22のインタロック機構
の説明図であり、第一段加熱蒸気止め弁の閉信号が入力
され、かつ第二段加熱蒸気止め弁および第二段加熱蒸気
制御弁の開信号が入力された場合には、発電端出力が80
％となる信号が出力され、第一段加熱蒸気止め弁の閉信
号、第二段加熱蒸気止め弁あるいは第二段加熱蒸気制御
弁のいずれか一方の閉信号が入力され、発電端出力が80
％以上の場合には、発電端出力が80％となるような制御
信号が出力される。また、第一加熱蒸気止め弁の開信
号、および第二段加熱蒸気止め弁あるいは第二段加熱蒸
気制御弁のいずれか一方の閉信号が入力され、発電端出
力が90％以上の場合には、発電端出力が90％となるよう
な制御信号が出力される。しかして、これらの制御信号
がプラント制御装置23内の出力制御器24に入力され、こ
の出力制御器24から原子炉再循環制御装置等に出力低下
信号が入力されて、原子炉１の熱出力が低下せしめられ
る。したがって、タービンに流入する蒸気量が低下し、
発電機９の出力が低下せしめられる。

すなわち、一般に高圧タービンと低圧タービンとの間
に２段の加熱器を介装したものにおいて、例えば第一段
加熱器のみが作動停止した場合には、第一段加熱器にお
けるサイクル蒸気の加熱がなくなるので、第二段加熱器
においてはサイクル蒸気の加熱蒸気との温度差がその設
計値より大幅に大きくなる。したがって、第二段加熱器
における安全性が損なわれる可能性があるので、この場
合には第二段加熱器の作動が停止され、それと同時にプ
ラントの出力が所定％に制限される。

また、第二段加熱器のみが作動停止した場合には、第
二段加熱器におけるサイクル蒸気の加熱がなくなるだけ
であるので、プラントの出力を所定％に低下させるだけ
で、高圧タービン羽根の過負荷等を防止することがで
き、さらに両加熱器が作動停止した場合には加熱器がな
い場合と同じであるので、プラント出力をさらに小さい
所定出力に制限することによって上記高圧タービン羽根
の過負荷等の発生を防止でき、プラントの安全な運転継
続を行なうことができる。

なお、上記実施例においては出力の制限値として約80
％と約90％としたが、この数値は代表的なものであり、
適宜変更することは可能である。

第３図は、本発明の他の実施例を示す図であり、第一
段加熱蒸気ライン13および第二段加熱蒸気ライン15に、
それぞれ加熱蒸気の流量を検出する流量計25,26が設け
られており、この両流量計25,26からの流量信号が加熱
器制御装置22に入力せしめられている。しかして、各流
量計25,26の流量信号が０となることによって各段の加
熱器6,7の作動停止が判断され、これによって第１実施
例と同様に作用する。

また、第４図は本発明のさらに他の実施例を示す図で
あって、第一段加熱蒸気ライン13および第二段加熱蒸気
ライン15にはそれぞれ加熱蒸気の圧力を検出する圧力計
27,28が設けられており、両圧力計27,28の検出信号が加
熱器制御装置22に入力せしめられている。

しかして、この実施例においても加熱蒸気の異常な圧
力低下によって各加熱器の作動停止を検出することがで
き、前記両実施例と同様な作用を行なう。

なお、上記各実施例においては２段の加熱器を有する
ものについて説明したが、２段以外の加熱器を有するも
のにも適用できる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては高圧タービン
と低圧タービンとの間に設けられた湿分分離加熱器の加
熱器の作動停止を検出し、その状態によってプラントの
出力を制御するようにしたので、加熱器の作動停止に伴
う高圧タービンの過負荷運転を回避することができ、プ
ラントの安全運転を行なうことができ、プラントの設計
を経済的なものとすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の蒸気タービンプラント運転制御装置の
系統図、第２図は本発明における加熱器制御装置のイン
タロック機構の説明図、第３図および第４図はそれぞれ
本発明の他の実施例を示す系統図、第５図はタービンサ
イクル内の蒸気熱膨脹を示す図である。 １……原子炉、３……高圧タービン、６……第一段加熱
器、７……第二段加熱器、13……第一段加熱蒸気ライ
ン、14……第一段加熱蒸気止め弁、15……第二段加熱蒸
気ライン、16……第二段加熱蒸気止め弁、17……第二段
加熱蒸気制御弁、18,19,20……検出器、22……加熱器制
御装置、23……プラント制御装置、24……出力制御器、
25,26……流量計、27,28……圧力計。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧タービンと低圧タービンとの間に湿分
   分離器及び加熱器とからなる湿分分離加熱器を設けた蒸
   気タービンプラントの運転制御装置において、上記湿分
   分離加熱器における加熱器の作動停止を検出する加熱器
   作動停止検出器と、上記高圧タービン及び低圧タービン
   により駆動される発電機の出力を検出する出力検出装置
   と、上記加熱器作動停止検出器及び出力検出装置からの
   検出信号が入力され、上記加熱器の作動状態及び発電機
   の出力に対応してプラントの出力を制限する出力制御信
   号が出力される加熱器制御装置とを有することを特徴と
   する、蒸気タービンプラント運転制御装置。