JP2645103B2 - 地熱蒸気タービンバイパス制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は地熱蒸気タービンバイパス制御装置に係り、
特に蒸気タービンの非常停止事故が発生した場合におい
ても、駆動用蒸気の圧力変動を抑制し、他の蒸気タービ
ンの運転に及ぼす影響を低減した地熱蒸気タービンバイ
パス制御装置に関する。

（従来の技術） 従来の地熱蒸気タービンプラントの概略系統およびそ
のバイパス制御装置について、第５図および第６図を参
照して説明する。

第５図は地熱蒸気タービンプラントの概略構成を示す
系統図であり、タービンに供給する蒸気量を調整する加
減弁１と、蒸気タービン２の蒸気入口第１段の圧力を検
出する第１段圧力検出器３と、蒸気タービン２に直結さ
れた発電機４と、タービン２から排出された蒸気を冷却
水５によって冷却して復水６とする復水器７と、蒸気井
戸からの蒸気を直接復水器７に案内するバイパス管８
と、バイパス管８に介装され、バイパス蒸気量を調整す
るバイパス弁９と、バイパス管８における主蒸気の圧力
を検出する主蒸気圧力検出器10などから構成される。

蒸気井戸から採取された駆動用蒸気は、加減弁１で流
量を調整された後に蒸気タービン２に送給される。送給
された蒸気は蒸気タービン２に回転力を付与した後に、
自らは復水器７に案内され、ここで冷却水５と熱交換す
ることにより冷却されて復水６となって排出される。蒸
気タービン２の回転エネルギは、発電機４によって電気
エネルギーに変換される。

蒸気タービン２等に異常が発生した場合、加減弁１が
急閉されて蒸気タービン２が非常停止する。このとき蒸
気井戸からの蒸気を急激に減少させることは困難である
ため、バイパス弁９が開放され、蒸気はバイパス管８を
通り直接復水器７に導かれ、復水６として排出される。

一方第６図は従来のバイパス制御装置の構成を示すブ
ロック図であり、主蒸気検出器10は、蒸気井戸からの蒸
気圧力を検出する。主蒸気圧力検出器10からの検出信号
および圧力設定器11からの圧力設定信号は、比較器12で
比較され、その偏差信号が圧力調節器13に入力される。
比較器14には、圧力調節器13からの調節信号と、バイパ
ス弁開度検出器15からの実開度信号とが入力され、両信
号に偏差を生じた場合には、その偏差信号が調節器16に
出力される。調節器16は、比較器14からの偏差信号に対
応するバイパス弁操作信号をバイパス弁操作器17に出力
し、バイパス弁操作器17によってバイパス弁９の開度が
調節される。すなわちバイパス弁９の開度は、主蒸気圧
力と圧力設定値との偏差を解消するように制御されてい
る。

このようなバイパス制御装置を備える地熱蒸気タービ
ンプラントにおいて、何らかの原因で蒸気タービン２が
非常停止した場合、主蒸気の加減弁１が全閉し、蒸気タ
ービン２への蒸気流入が阻止されるため、蒸気井戸から
の蒸気圧力が徐々に上昇する。蒸気の圧力上昇は、主蒸
気圧力検出器10によって検出され、タービンバイパス制
御装置が動作し、前記手順に従ってバイパス弁９の開度
は、主蒸気圧力と圧力設定値との偏差を解消するように
調整される。従って蒸気井戸からの蒸気圧力は、設定値
に保持されるのである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら従来の地熱蒸気タービンバイパス制御装
置によれば、加減弁が急閉止した後に、蒸気井戸からの
蒸気圧力が上昇して初めて動作する機構のため、制御動
作の応答が遅く、過渡的に蒸気の圧力が大きく変動する
という問題点があった。

一方、蒸気タービンが非常停止した状態を検出して、
バイパス弁を急速に全開するように構成することも可能
である。しかしこの場合は蒸気の圧力が下がり過ぎて他
の蒸気タービンの運転操作に支障をきたす場合が多い。

いずれにしろ、地熱蒸気タービンプラントにおいて
は、単一の蒸気井戸から採取した蒸気を、複数の蒸気タ
ービンに分配して運転される場合が多い。そのため安定
した運転状態を確保するためには、蒸気井戸から採取す
る蒸気の圧力変動は極力抑制する必要がある。１台の蒸
気タービンが非常停止することによって蒸気の圧力変動
が起こり、他の蒸気タービンの運転状態が不安定になる
場合が多いからである。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので
あり、蒸気タービンの非常停止に伴う蒸気圧力の変動を
可及的に抑制し、常に安定した状態で運転を行うことが
できる地熱蒸気タービンバイパス制御装置を提供するこ
とを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は蒸気タービンに供
給する地熱蒸気流量を調整する加減弁と、蒸気タービン
の非常停止時に地熱蒸気を直接復水器に案内するバイパ
ス弁とを備えた地熱蒸気タービンバイパス制御装置にお
いて、蒸気タービンの非常停止直前における蒸気流量ま
たは加減弁開度を記憶する記憶回路と、記憶回路の出力
に対応し、非常停止直前における蒸気流量と等しいバイ
パス蒸気流量を与えるバイパス弁開度指令信号を出力す
る関数発生器とを備え、非常停止時に上記バイパス弁開
度指令信号によりバイパス弁を急開する一方、バイパス
弁が急開された後において、バイパス弁開度指令信号を
徐々に減少させて通常のバイパス制御に移行させるバイ
パス弁急開回路を設けたことを特徴とする。

（作用） 上記構成に係る地熱蒸気タービンバイパス制御装置に
よれば、蒸気タービンが何らかの原因で非常停止した場
合、非常停止直前における蒸気流量または加減弁開度を
記憶した記憶回路から蒸気流量信号または加減弁開度信
号が関数発生器に出力される。関数発生器はこの出力信
号に対応して、非常停止直前における蒸気流量または加
減弁開度に対応する蒸気流量と等しいバイパス蒸気流量
を与えるバイパス弁開度信号を出力する。そしてバイパ
ス弁は、非常停止時に蒸気タービンを流れる蒸気量に対
応する開度に急開される。またバイパス弁急開後は、徐
々に通常のバイパス制御に移行し、蒸気の大きな圧力変
動を生じることがない。

従って非常停止からの時間遅れもなく、蒸気井戸から
の蒸気の圧力変動を迅速かつ効果的に抑制することがで
きる。そのため常に安定した状態で蒸気タービンを運転
することができる。

（実施例） 次に本発明の一実施例について、添付図面を参照して
説明する。第１図は本発明に係る地熱蒸気タービンバイ
パス制御装置の第１実施例を示したブロック図である。
なお第５図および第６図に示す従来例と同一要素には同
一符号を付してその説明は省略する。

第１図に示す地熱蒸気タービンバイパス制御装置は、
蒸気タービンに供給する地熱蒸気流量を調整する加減弁
と、蒸気タービンの非常停止時に地熱蒸気を直接復水器
に案内するバイパス弁９とを備えた地熱蒸気タービンバ
イパス制御装置において、蒸気タービンの非常停止直前
におけるタービン蒸気流量を規制するタービン第１段圧
力を記憶する記憶回路としての積分器18と、積分器18の
出力に対応し、非常停止直前における蒸気流量と等しい
バイパス蒸気流量を与えるバイパス弁開度指令信号19を
出力する関数発生器20とを備え、非常停止時に上記バイ
パス弁開度指令信号19によりバイパス弁９を急開するバ
イパス弁急開回路21を設けて構成される。

また上記バイパス弁急開回路21は、第１段圧力検出器
３からの圧力信号と積分器18からの出力信号とを比較す
る比較器22と、タービン非常停止検出器23の検出信号に
より動作し、蒸気タービン運転時に閉、停止時に開とな
る開閉器24と、バイパス弁開度指令信号19および調節器
16からの出力信号のうち、いずれか高値信号をバイパス
弁操作器17に出力する高値選択器25と、積分器18の信号
を減じる負の値を出力する信号発生器26と、バイパス弁
開度検出器15からの信号およびバイパス弁開度指令信号
19を比較する比較検出器27と、比較検出器27からの偏差
信号が＋のとき閉動作し、−のとき開動作する開閉器28
とを備える。

上記構成の第１実施例において、蒸気タービンを流れ
る蒸気量は第１段圧力検出器３によって計測される。第
１段圧力検出器３からの圧力信号30は比較器22に入力さ
れる。比較器22には記憶回路としての積分器18からの積
分信号29も入力され、比較器22は上記圧力信号30と積分
信号29との偏差を算出し、その偏差信号は開閉器24を経
て積分器18に入力される。

ここで開閉器24は、タービン非常停止検出器23から停
止信号が出力された場合に開となり、その場合、比較器
22からの信号は積分器18に入力されない。反対にタービ
ンが正常に運転されており、タービン非常停止検出器23
から信号が出力されない場合に、開閉器24は閉となり、
比較器22からの信号は積分器18に入力される。

積分器18から出力される積分信号29は、関数発生器20
に入力される。関数発生器20は、蒸気タービンの第１段
圧力として、記憶された蒸気流量と同じバイパス蒸気流
量を与えるバイパス弁開度指令信号19を出力する。

この関数発生器18の出力特性は、第２図に示すよう
に、第１段蒸気圧力の変化に対して直線的に増減するバ
イパス弁開度を与える。

関数発生器20からのバイパス弁開度指令信号19は、バ
イパス弁９の調節器16からの調節信号とともに高値選択
器25に入力される。高値選択器25は、いずれか高値の信
号を制御信号31としてバイパス弁操作器17に出力する。

また関数発生器20からのバイパス弁開度指令信号19お
よびバイパス弁開度検出器15からの実際の開度信号は比
較検出器27に入力される。バイパス弁開度検出器15から
の信号出力が、関数発生器20からの、バイパス弁開度指
令信号19と同じか、それ以上になった場合に比較検出器
27から、信号が出力される。比較検出器27からの信号が
出力されると、開閉器28は閉となり、信号発生器26から
の信号が積分器18に入力される。この信号発生器26に
は、積分器18の出力信号を減じる負の値が設定されてい
る。比較検出器27からの出力信号は、積分器18の出力が
ゼロとなるまで継続的に出力される。

上記のような構成による第１実施例は次のように機能
する。蒸気タービンが正常に運転され、タービン非常停
止検出器23からの検出信号が出力されていない場合に
は、積分器18から出力される積分信号29は、タービンの
第１段圧力検出器３からの圧力信号30と一致するよう
に、比較器22からの偏差信号が積分器18に入力される。

一方蒸気タービンが故障等により非常停止し、タービ
ン非常停止検出器23から停止信号が出力された場合、開
閉器24が開放されるため、積分器18の出力信号29は、そ
の時点における出力値を保持し、変化しなくなる。すな
わち、蒸気タービンのタービン非常停止検出器23から信
号が出力された直前におけるタービン第１段圧力検出器
３の圧力に相当する蒸気量の信号が、積分器18に記憶さ
れ、積分信号29として出力される。積分器18から出力さ
れた積分信号29は、関数発生器20に入力され、関数発生
器20は、蒸気タービンの第１段圧力に相応するバイパス
弁開度指令信号19を高値選択器25に出力する。

一方調節器16からの信号は零となり、バイパス弁を閉
とする信号が高値選択器25に出力される。そのため、高
値選択器25では、関数発生器20からのバイパス弁開度指
令信号19が選択されて、バイパス弁操作器17へ出力され
る。

従って、蒸気タービンが故障し、タービン非常停止検
出器23から停止信号が出力された直前の蒸気タービン第
１段における蒸気の圧力、流量と等しくなるような開度
にバイパス弁９が急開される。

そしてバイパス弁９が急開された後、バイパス弁開度
検出器15からの検出信号が、関数発生器20からのバイパ
ス弁開度指令信号19と等しくなったとき、比較検出器27
からの信号が出力される。比較検出器27からの信号が出
力されると、開閉器28が閉動作することにより、信号発
生器26の信号が積分器18に入力される。そのため積分信
号29が減算されて、関数発生器20から高値選択器25に入
力されるバイパス弁開度指令信号19も減少する。

このように第１実施例に係る地熱蒸気タービンバイパ
ス制御装置によれば、蒸気タービンが故障して停止した
場合、タービン非常停止検出器23からの停止信号が出力
された直前において、タービンを流れていた蒸気流量を
与える開度にバイパス弁９が急開される。したがって、
従来装置のような動作遅れを解消することができる。ま
たバイパス弁急開後は、徐々に従来のバイパス制御に移
行し、蒸気の大きな圧力変動を生じることがない。

そのため蒸気井戸からの蒸気の圧力変動を抑制するこ
とが可能となり、複数の蒸気タービンを並行して運転し
ている場合においても、一部の蒸気タービンの非常停止
による他の蒸気タービンへの影響を小さくすることが可
能となり、常に安定した運転を継続することができる。

次に本発明の第２実施例について、第３図を参照して
説明する。第３図に示す実施例は、蒸気タービンの非常
停止前の運転状態を加減弁開度で検出記憶し、その加減
弁開度におけるタービン蒸気流量と等しいバイパス蒸気
流量を与えるバイパス弁開度を与えるように構成したも
のである。

すなわちバイパス弁急開回路21aの比較器22に、加減
弁開度検出器32の検出信号を入力するように構成した点
を除いて、バイパス弁急開回路21aは、第１実施例に示
すバイパス弁急開回路21と同一の構成を有する。

ここで加減弁開度検出器32は、本来、加減弁制御装置
の一部であり、蒸気タービンの出力調整を行うために設
けられる。すなわち加減弁開度検出器32からの検出信号
と、加減弁設定器33からの設定信号は、比較器34で比較
され、その偏差信号は調節器35に入力される。調節器35
は比較器34からの偏差信号を解消する方向に加減弁開度
指令信号を加減弁操作器36に出力する。そのため加減弁
１の開度は、加減弁開度検出器32からの検出信号と加減
弁設定器33からの設定信号とが一致するように制御され
る。

第２実施例に係る地熱蒸気タービンバイパス制御装置
においても、加減弁開度を記憶する積分器18を設け、ま
た積分器18の出力に対応するバイパス弁開度指令信号19
を出力する関数発生器20を設け、蒸気タービンの非常停
止時にバイパス弁操作器17を直接操作し、バイパス弁を
急開するバイパス弁急開回路21aを設けているため、バ
イパス弁９は、第１実施例と同様な手順動作によって非
常停止直前の加減弁開度に対応するタービン蒸気流量と
等しいバイパス蒸気流量を与える開度に迅速に調整され
る。そのため蒸気井戸からの蒸気圧力の変動が抑制さ
れ、安定した運転を実施することができる。

次に本発明の第３実施例について、第４図を参照して
説明する。なお第１図、第３図に示す第１実施例および
第２実施例と同一要素には同一符号を付してその説明は
省略する。

第３実施例に係る地熱蒸気タービンバイパス制御装置
は、第１実施例における関数発生器20の出力であるバイ
パス弁開度指令信号19を主蒸気圧力値によって補正する
回路を負荷したものである。

ところで第２図に示す第１段蒸気圧力とその圧力に対
するバイパス弁開度との直線的な関係は、主蒸気圧力が
設計基準圧力と等しいときに成立するものである。しか
し実際には地熱蒸気の発生状況の変化等によって主蒸気
圧力と設計基準圧力とが一致せず、タービン停止前の蒸
気流量と停止後のバイパス蒸気流量とが大きく相違して
しまう場合がある。例えば主蒸気圧力が設計基準圧力よ
り高い場合は、バイパス弁９を流れる蒸気量はより多く
なり、一方設計基準圧力より低い場合は、バイパス蒸気
流量は低くなる。そのためバイパス弁９の開度制御の精
度が低下し、蒸気井戸からの蒸気の圧力変動が起こり易
くなり、タービンの運転が不安定になるおそれがある。

そこで第３実施例においては、第１実施例の構成に加
えて、主蒸気圧力検出器10からの検出信号を基準圧力設
定器37からの設定信号により除算する除算器38と、除算
器38からの出力信号によって、関数発生器20からのバイ
パス弁開度指令信号19と除算する除算器39を設けてバイ
パス弁急開回路21bを構成している。

上記構成を有する第３実施例において、第１段圧力検
出器３およびバイパス弁開度検出器15からの検出信号に
基づいて関数発生器20がバイパス弁開度指令信号19を出
力するまでの回路の動作は第１実施例と全く同一であ
る。

また関数発生器20は、タービン第１段圧力として積分
器18に記憶された蒸気流量と、等しいバイパス蒸気流量
を与えるバイパス弁開度を第２図に示す相関グラフより
算出し、バイパス弁開度指令信号19として出力する。除
算器38は、主蒸気圧力検出器10によって検出された主蒸
気圧力を基準圧力設定器37により設定された基準圧力で
除算する。また除算器39は、関数発生器20からのバイパ
ス弁開度指令信号19を、前記除算器38からの出力信号に
よって除算する。除算器39からのバイパス弁開度指令補
正信号40は、バイパス弁の調節器16からの信号とともに
高値選択器25に入力される。高値選択器25は上記のいず
れか高値信号をバイパス弁操作器17に出力する。

一方除算器39からの、バイパス弁開度指令補正信号40
は、バイパス弁開度検出器15からの実際のバイパス弁開
度信号とともに比較検出器27に入力される。バイパス弁
開度検出器15からの開度信号が、除算器39からのバイパ
ス弁開度指令補正信号40と同等か、それ以上の値となっ
た場合に、比較検出器27から信号が出力される。比較検
出器27からの信号が出力されると開閉器28は閉となり、
信号発生器26からの信号が積分器18に入力される。信号
発生器26には、積分器18の信号を減じる負の値が設定さ
れている。比較検出器27からの信号は、積分器18の出力
がゼロとなるまで出力が継続する。

蒸気タービンが正常に運転されており、タービン非常
停止検出器23から停止信号が出力されていない場合、積
分器18から出力される信号が、タービンの第１段圧力検
出器３からの検出信号と一致するように、比較器22から
の偏差信号が積分器18に入力される。

蒸気タービンが故障等により非常停止し、タービン非
常停止検出器23から信号が出力されると、開閉器24が開
くため、積分器18の出力信号は、その停止直前の信号を
保持し、変化しなくなる。すなわちタービン非常停止検
出器23から停止信号が出力された直前におけるタービン
第１段圧力検出器３の圧力に対応する信号が積分器18に
記憶され、出力される。積分器18から出力された信号
は、関数発生器20に入力され、関数発生器20はバイパス
弁開度指令信号19を出力する。

次に、本実施例においては、関数発生器20から出力さ
れたバイパス弁開度指令信号19を、主蒸気圧力と設計基
準圧力との偏差の大小によって補正する。すなわち、除
算器38によって主蒸気圧力検出器16からの検出信号を、
基準圧力設定器37からの設定信号により除算し、さらに
除算器39によって関数発生器20からのバイパス弁開度指
令信号19を除算器38からの出力によって除算したバイパ
ス弁開度指令指令補正信号40を高値選択器25に出力す
る。

この補正操作により、主蒸気圧力が設計基準圧力より
大きく変化した場合においても、非常停止直前のタービ
ンの蒸気流量に相応するバイパス弁開度指令補正信号40
が、高値選択器25に高精度で入力される。

一方、調節器16からの出力信号は、通常ゼロとなって
おり、バイパス弁９を閉止する信号が出力される。その
ため高値選択器25においては、除算器39からの信号が選
択されてバイパス弁操作器17に出力される。従って、タ
ービン非常停止検出器23から停止検出信号が出力された
直前の蒸気タービン蒸気流量に対応するバイパス蒸気流
量を与えるようにバイパス弁９が直ちに所定開度に開弁
される。

バイパス弁が開弁後、バイパス弁開度検出器15からの
検出信号が、除算器39からのバイパス弁開度指令補正信
号40と等しくなったとき、比較検出器27からの信号によ
って開閉器28が閉となり、信号発生器26からの信号が積
分器18に入力される。そのため積分器18からの信号は低
減され、除算器39から高値選択器25に入力されるバイパ
ス弁開度指令補正信号40も減少する。こうしてバイパス
弁９が急開された後は、徐々に通常のバイパス制御に移
行する。

このように第３実施例に係る地熱蒸気タービンバイパ
ス制御装置においても、蒸気タービンが非常停止した直
前における蒸気タービン蒸気流量に等しいバイパス蒸気
流量を与える開度にバイパス弁が急開されるため、従来
装置のような動作遅れによる蒸気圧力の変動が少なく、
常に安定した運転を継続することができる。

特に第３実施例では、タービン第１段圧力とバイパス
弁開度とから算出したバイパス弁開度指令信号19を、さ
らに主蒸気圧力と設計圧力とによって補正しているた
め、主蒸気圧力の変動があった場合においても、より精
度の高いバイパス制御を行うことが可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明の通り、本発明に係る地熱蒸気タービンバイ
パス制御装置によれば、蒸気タービンが何らかの原因で
非常停止した場合、非常停止直前における蒸気流量また
は加減弁開度を記憶した記憶回路から蒸気流量信号また
は加減弁開度信号が関数発生器に出力される。関数発生
器はこの出力信号に対応して、非常停止直前における蒸
気流量または加減弁開度に対応する蒸気流量と等しいバ
イパス蒸気流量を与えるバイパス弁開度信号を出力す
る。そしてバイパス弁は、非常停止時に蒸気タービンを
流れる蒸気量に対応する開度に急開される。またバイパ
ス弁急開後は、徐々に通常のバイパス制御に移行し、蒸
気の大きな圧力変動を生じることがない。

従って非常停止からの時間遅れもなく、蒸気井戸から
の蒸気の圧力変動を迅速かつ効果的に抑制することがで
きる。そのため常に安定した状態で蒸気タービンを運転
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すブロック図、第２図
は本発明において使用する関数発生器の出力特性を示す
グラフ、第３図は本発明の第２実施例を示すブロック
図、第４図は本発明の第３実施例を示すブロック図、第
５図は従来の地熱蒸気タービンプラントの概略構成を示
す系統図、第６図は従来のバイパス制御装置の構成を示
すブロック図である。 １……加減弁、２……蒸気タービン、３……第１段圧力
検出器、４……発電機、５……冷却水、６……復水、７
……復水器、８……バイパス管、９……バイパス弁、10
……主蒸気圧力検出器、11……圧力設定器、12……比較
器、13……圧力調節器、14……比較器、15……バイパス
弁開度検出器、16……調節器、17……バイパス弁操作
器、18……積分器（記憶回路）、19……バイパス弁開度
指令信号、20……関数発生器、21,21a,21b……バイパス
弁急開回路、22……比較器、23……タービン非常停止検
出器、24……開閉器、25……高値選択器、26……信号発
生器、27……比較検出器、28……開閉器、29……積分信
号、30……圧力信号、31……制御信号、32……加減弁開
度検出器、33……加減弁設定器、34……比較器、35……
調節器、36……加減弁操作器、37……基準圧力設定器、
38……除算器、39……除算器、40……バイパス弁開度指
令補正信号。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広田 正樹 神奈川県川崎市幸区堀川町66番２ 東芝 エンジニアリング株式会社内 (56)参考文献 特開 昭57−59008（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−173509（ＪＰ，Ａ) 特公 昭62−42128（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】蒸気タービンに供給する地熱蒸気流量を調
   整する加減弁と、蒸気タービンの非常停止時に地熱蒸気
   を直接復水器に案内するバイパス弁とを備えた地熱蒸気
   タービンバイパス制御装置において、蒸気タービンの非
   常停止直前における蒸気流量または加減弁開度を記憶す
   る記憶回路と、記憶回路の出力に対応し、非常停止直前
   における蒸気流量と等しいバイパス蒸気流量を与えるバ
   イパス弁開度指令信号を出力する関数発生器とを備え、
   非常停止時に上記バイパス弁開度指令信号によりバイパ
   ス弁を急開する一方、バイパス弁が急開された後におい
   て、バイパス弁開度指令信号を徐々に減少させて通常の
   バイパス制御に移行させるバイパス弁急開回路を設けた
   ことを特徴とする地熱蒸気タービンバイパス制御装置。