JP2674263B2 - 再熱式蒸気タービンの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、火力発電プラント等に使用される再熱式蒸
気タービンの制御方法、特にタービンの起動時の制御方
法に関する。

【従来の技術】

再熱式蒸気タービンはボイラからの高温の主蒸気が供
給される高圧タービンと、この高圧タービンで膨張して
仕事をして低温になった排気蒸気を再熱器に導き、この
再熱器で再熱された高温の蒸気が供給される中圧タービ
ンと、この中圧タービンからの排気蒸気が導かれ高真空
まで膨張して仕事をする低圧タービンとから構成され、
低圧タービンには復水器が接続される。 このような再熱式蒸気タービンは第５図に示す系統を
有するものが知られており、図に基づいてこのタービン
の制御方法について説明する。 第５図において、ボイラ10を出た主蒸気は、主蒸気管
１、主蒸気止め弁14を経て再熱器11に入り、再熱された
後、高温再熱蒸気管３、再熱蒸気止め弁17およびインタ
セプト弁18を経て、中圧タービン19および低圧タービン
20に入り、膨張して仕事をした後、復水器22に流入す
る。 一方、起動時にボイラの運転を容易にするため、およ
び電力系統の事故の際にも、そのユニットだけで単独運
転を継続することを可能とするように、タービン・バイ
パス装置を設置する場合が多い。すなわち、第５図にお
いて起動時はボイラから発生した主蒸気は、高圧タービ
ンバイパス弁12で減圧減温された後、再熱器11と高温再
熱蒸気管３を通り、さらに低圧バイパス管５、低圧バイ
パス弁23にて減圧減温された後、復水器22に流入する。
この際、タービンは未だ再熱蒸気を殆ど呑み込まない状
態であるところの無負荷若しくは低負荷では、再熱器圧
力および再熱蒸気管圧力は、低圧バイパス弁23によって
10kg/cm²前後の一定値に制御される。 タービン負荷が上昇してくると、再熱器11を出た再熱
蒸気は再熱蒸気止め弁17およびインタセプト弁18を経
て、多量に中圧タービン19および低圧タービン20に流入
するようになるので、低圧バイパス弁23を通過する蒸気
量は次第に減少して、やがてゼロになり低圧バイパス弁
23は全閉する。ここで、第６図に示すように低圧バイパ
ス弁23の圧力制御設定値25（無次元で表示）を中圧ター
ビン入口圧力26（無次元で表示）よりも同一タービン出
力（無次元で表示）に対して若干高くなるように与えて
おけば、負荷遮断またはタービントリップのようにター
ビン出力が急減した場合には、直ちに低圧バイパス弁23
が開いて、再熱器11からの再熱蒸気を呑み込んでくれ
る。 このように、低圧バイパス装置のあるプラントでは、
蒸気タービンの制御弁すなわち蒸気加減弁とインタセプ
ト弁とは、低圧バイパス装置のことを無視して勝手な開
度を取らせることは、不適当であり、それぞれの開度が
相互に一定の関係を保ちながら変化するように、一つの
ガバナから一括して制御するところの、いわゆる「連動
制御」方式とする必要がある。そうしないと、低圧バイ
パス弁により、再熱蒸気管系の圧力を一定に保つことが
困難になるからである。 「連動制御」方式におけるガバナの主要構成を第７図
および第８図に、前段演算部からの流量制御信号と蒸気
加減弁およびインタセプト弁の開度指令値との相互関係
の一例を第９図に示す。 第７図において蒸気タービンの回転速度27、負荷とし
ての発電機出力28、蒸気タービンの蒸気圧力29の信号が
ガバナ30に入力され、蒸気加減弁14とインタセプト弁18
の開度が制御される。ガバナ30は回転速度27、発電機出
力28、蒸気圧力29とが入力されて流量制御信号を出力す
る前段演算部31と、この前段演算部31からの流量制御信
号に応じて蒸気流量が流れるように弁開度指令信号を出
力する弁開度指令演算部35と、この弁開度指令演算部35
からの出力信号により蒸気加減弁14とインタセプト弁18
との開度をフィードバック制御する蒸気加減弁用開度調
節部37とインタセプト弁用開度調節部39とから構成され
ている。 弁開度指令演算部35は第８図に示すように前段演算部
31からの流量制御信号32が蒸気加減弁特性設定部41と加
算器36を介してインタセプト弁特性設定部43とに入力さ
れ、蒸気加減弁特性設定部41からは蒸気加減弁開度指令
値42を出力し、一方インタセプト弁開度特性設定部43か
らは加算器36にて流量制御信号32とバイアス回路40から
のバイアス値と加算して、蒸気加減弁14の開き初めから
遅れてインタセプト弁18が開き始めるようにするインタ
セプト弁開度指令値44を出力する。 このようにして蒸気加減弁14とインタセプト弁18と
は、第９図に示すようにその開き始めがずらされ、すな
わちバイアス値48の分だけバイアスされてそれぞれ蒸気
加減弁の開度特性46とインタセプト弁の開度特性47とに
従って連動して制御される。 なお、「連動制御」方式は低圧バイパス装置を持たな
い再熱式タービン・ユニットにおいても採用可能であ
り、そうした実施例もある。 「連動制御」方式の再熱式蒸気タービンでは、蒸気加
減弁とインタセプト弁の開度が、相互に一定の関係に保
たれているので、高圧タービンを流れる蒸気流量と、中
圧タービンおよび低圧タービンを流れる蒸気流量は、あ
る定まった相互関係を保っている。 しかしながら、この二つの蒸気流量の相互関係を一定
のままにしておくと、硬直的で融通性に乏しく、支障が
生じる場合がある。例えば、タービン本体が熱い状態か
ら起動する場合（ホットスタートという）とか、全負荷
運転中に突然発電機が無負荷になったような場合には、
タービン本体は充分に熱い状態（ベリーホット状態とい
う）にあるので、もし高圧タービンに流れる蒸気流量が
著しく少ないようであれば内部効率が低下し、高圧ター
ビンの排気温度が過度に上昇し危険な状態になる。この
ような不都合を避けるためには、高圧タービンに多い目
の蒸気流量を流して排気温度の上昇を制御する必要があ
る。これを目的として高圧タービンの排気温度および排
気圧力、出力、蒸気流量、高圧部車室圧力などを検出し
て、これ等が通常の限界を越えているか否かを、限界値
信号発生器を経由して判別し、ガバナの調整状態の設定
変更を自動的に行う方法が知られいる（特公昭62−8603
号公報参照）。 上記のような場合でも、一般的に中圧タービン／低圧
タービンについては、その部分の冷却に必要な最小限の
蒸気流量が確保されれば充分であるので、高圧タービン
の排気温度異常上昇の防止の点では問題がないように、
基準的な高圧タービン蒸気流量と中圧タービン／低圧タ
ービン蒸気流量の比率関係としては、ベリーホットの暖
機状態を前提として決めておくのが一般的な方法であ
る。

【発明が解決しようとする課題】

上記のように、高圧タービンと中圧タービン／低圧タ
ービンとに流れる上記流量の基準的な調整状態、すなわ
ちベリーホットな暖機状態を前提として、中圧タービン
／低圧タービンに流れる蒸気流量を少なくしてあるよう
なガバナの設定状態のままでは、特に冷たい暖機状態か
ら起動するコールドスタートでは、中圧タービンのウオ
ーミングが不充分にしか行われず、なかなか暖まらない
ため、長い起動時間を要することになる。これは、中圧
タービンは、寸法が大きい上に、高温の再熱蒸気を処理
する責務を負うので、ウオーミングが最も困難な部類に
属するからである。 これに対して、自動的に設定変更を行う従来の方法で
は、中圧タービンのウオーミングは考慮の対象外であっ
たので、これに対して適切に対処できない憾みがあっ
た。 本発明の課題は、タービンの起動時に、タービンの暖
機の状態に応じて蒸気加減弁と連動制御されるインタセ
プト弁を適切な開度特性により開にすることにより起動
時間を短くすることのできる再熱式蒸気タービンの制御
方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するため、本発明によれば、ボイラ
からの蒸気が蒸気加減弁によりその蒸気量を制御して供
給される高圧タービンと、このタービンからの排気蒸気
が再熱器に導かれ、この再熱器からの蒸気がインタセプ
ト弁によりその蒸気量を制御して供給される中圧タービ
ンと低圧タービンを備え、蒸気加減弁とインタセプト弁
のとを連動して制御する流量制御信号により、タービン
のベリーホットの暖機状態時を基準に決めたインタセプ
ト弁の開き始めを蒸気加減弁の開き始めよりずらすため
の基準バイアス値を有する開度特性に従ってインタセプ
ト弁を蒸気加減弁に連動して制御する再熱式蒸気タービ
ンの制御方法において、ベリーホット状態以外の暖機状
態においてタービンを起動する際に、そのときのタービ
ンの暖機状態に応じて予め求められた前記基準バイアス
値より小さいバイアス値で開き始める開度特性に従って
インタセプト弁を開にしてタービンを定格回転速度より
低い所定のタービン回転速度まで上昇させ、それ以後は
インタセプト弁の開度を前記ベリーホット時の開度特性
に従って制御するようにするものとする。

【作 用】

ベリーホットのタービンの基準暖機状態では、インタ
セプト弁の開き始めを蒸気加減弁の開き始めよりずらす
ための基準バイアス値をも持たせたインタセプト弁の開
度特性と蒸気加減弁の開度特性とに従って両弁が連動制
御されてタービンの起動および運転が行われるが、ター
ビン起動時にはタービンの暖機の状態がベリーホット以
外の、例えばコールドあるいはウォーム状態にある時
は、タービンの暖機の状態を考慮して予め暖機の状態に
応じて求められた前記の基準バイアス値より小さい暖機
の状態に応じたバイアス値で開き始めるインタセプト弁
の開度特性により蒸気加減弁とインタセプト弁とを連動
して開にしてボイラからの蒸気をタービンに供給してタ
ービンの起動を行う。そしてタービンの回転速度が所定
の速度になったときにインタセプト弁の開度特性をベリ
ーホット時の開度特性に従うように変更する。 このようにすることにより、暖機し難い中圧タービン
が充分に暖機され、この暖機状態以降はベリーホット時
の開度特性に従ってインタセプト弁と蒸気加減弁とが連
動制御されてタービンが定格回転速度に到達する。 なお、インタセプト弁の開度特性の変更を所定の回転
速度で行うのは、回転速度が定格値よりも遥に低いうち
に開度特性の変更を完了するようにすれば、遠心力がま
だ大きくならないうちに、熱応力が最も危険な値に達す
る段階を通過することができて好都合なためである。こ
のようにして、起動時間をなるべく短く保ち、しかも、
タービン本体に生じる応力を低く保つことも同時に可能
となる。

【実施例】

以下図面に基づいて本発明の実施例について説明す
る。第１図は本発明の実施例による再熱式蒸気タービン
の制御方法を適用したときの蒸気加減弁とインタセプト
弁との開度特性を、横軸にタービンに供給される蒸気流
量を制御する流量制御信号（無次元表示）、すなわち第
７図の前段演算部からの流量制御信号を、縦軸に蒸気加
減弁、インタセプト弁の開度指令値（無次元表示）、す
なわち第７図の弁開度指令演算部35からの開度指令値を
とって示している。図において、50は蒸気加減弁の開度
特性、51はベリーホット状態におけるインタセプト弁の
基準となる開度特性であり、前述のようにインタセプト
弁の開き始めは蒸気加減弁の開き始めよりずらすための
基準のバイアス値ａを有している。 52はタービンの暖機の状態がコールド状態のときのイ
ンタセプト弁の開度特性であり、バイアス値ｂを有し、
また53はタービンの暖機の状態がウォーム状態のときの
インタセプト弁の開度特性であり、バイアス値をｃを有
する。なお、バイアス値ａ、ｂ、ｃは第７図のバイアス
回路40により設定される。また、インタセプト弁のコー
ルド時、ウォーム時の開度特性52、53はベリーホット時
の開度特性51をバイアス値ｂ、ｃを持たせて平行移動し
たものである。 タービンの起動、運転は第１図の開度特性に従って蒸
気加減弁、インタセプト弁を流量制御信号による連動制
御により開閉して行われる。タービンの起動時には蒸気
加減弁が開度特性50に従って先ず開きはじめ、インタセ
プト弁はタービンの暖機の状態により予め求められた開
度特性、例えばコールド時には蒸気加減弁の開き始めよ
りバイアス値ｂだけずれて開き始める開度特性52に従っ
て開き、ボイラからの蒸気を蒸気加減弁およびインタセ
プト弁により蒸気流量を制御してタービンに供給し、タ
ービン車軸を回転させる。そしてタービンの回転速度が
定格回転速度より低い所定の回転速度に達したら、イン
タセプト弁の開度は第８図のバイアス回路40よりバイア
ス値を（ａ−ｂ）だけ変更してベリーホット時の開度特
性51に従うようにする。この変更操作以後、インタセプ
ト弁はベリーホット時のインタセプト弁の開度特性51に
従い、一方蒸気加減弁は開度特性50に従って開き、蒸気
タービンに供給されてタービンは定格回転速度に達した
ところで起動を終え、定常運転に入る。 なお、上記のインタセプト弁の開度特性の変更は第４
図に示す起動曲線54のヒートソーク運転終了後のＡ時間
からＢ時間の間で行われる。この場合、この変更は、タ
ービンの他の制御と干渉を起こさないように遅い変化率
で動作する開ループ制御により行われる。 このようにすることにより、タービンのコールド状態
からの起動時に暖機し難い中圧タービンを充分暖機する
ことができ、起動時間が短縮される。なおコールド状態
以外の状態例えばウォーム状態ではバイアス値ｃを有す
る開度特性53に従ってインタセプト弁を開にする等、タ
ービンの暖機の状態によりバイアス値を適宜定め、所定
回転速度で基準にしたベリーホット状態時の開度特性に
なるようにバイアス値を変更することにより前述と同じ
効果が得られる。 第２図は本発明の異なる実施例による再熱式蒸気ター
ビンの制御方法を適用する蒸気加減弁とインタセプト弁
との開度特性を示す図である。図において、ベリーホッ
ト状態時のインタセプト弁の開度特性51と蒸気加減弁の
開度特性50は第１図のものと同じであるが、コールド状
態時およびウォーム状態時のインタセプト弁の開度特性
は、インタセプト弁のベリーホット状態時の開き始めか
ら前述のようにバイアスされて開き始める傾斜したコー
ルド状態時の開度特性54、ウォーム状態時の開度特性55
にする。 上記の開度特性に従ってタービン起動時に蒸気加減弁
に連動して開になるインタセプト弁の開動作は、タービ
ンの暖機の状態により開度特性54または55に従って行わ
れ、所定のタービンの回転速度でベリーホット状態時の
インタセプト弁の開度特性51に変更するのは前述と同じ
ように行われる。 第３図は、第２図の蒸気加減弁とインタセプト弁との
開度特性を得るためのブロック回路図である。図におい
て、流量制御信号32は前述のように蒸気加減弁開度特性
設定部41に入力されて蒸気加減弁開度指令値42を出力す
ることと、バイアス回路40からのバイアス値と加算器36
で加算され、この加算結果がインタセプト弁開度特性設
定部43に入力されるのは同じであり、異なるのは、下記
のとおりである。 流量制御信号32は加算器37に入力される。加算器37で
インタセプト弁開度特性設定部43から出力する開度特性
と異なる開度特性を前述のようにタービンの暖機の状態
によりバイアスするバイアス値を出力する第２のバイア
ス回路45からのバイアス値と流量制御信号32とが加算さ
れる。そして加算器37からの出力信号が第２のインタセ
プト弁開度特性設定部46に入力され、この特性設定部46
から前述のようにバイアスされたタービンの暖機の状態
に応じた開度特性、例えば第２図に示す開度特性54、55
が出力される。この開度特性とインタセプト弁開度特性
設定部43から出力される開度特性とが高値選択ゲート47
に入力され、流量制御信号32に対応するインタセプト弁
開度特性設定部43と第２のインタセプト弁開度特性設定
部46とからの出力のうちの高値のものがインタセプト弁
の開度指令値44として出力され、インタセプト弁はこの
開度指令値44により開度が制御される。 従って、タービン起動時に、タービンの暖機の状態、
例えばコールド状態時において流量制御信号32により第
２のバイアス回路45でコールド状態に対応してバイアス
された第２のインタセプト弁開度特性設定部46から出力
される開度特性54が高値選択ゲート47により選択され、
インタセプト弁の開度はこの開度特性54に従って制御さ
れてタービンの回転速度が上昇する。そして前述のよう
にヒートソーク運転終了時に第２のバイアス回路45によ
りベリーホット状態時の開度特性51の方へバイアス値を
変更すれば高値選択ゲート47によりインタセプト弁開度
特性設定部43から出力される開度特性51に従ってインタ
セプト弁の開度は蒸気加減弁の開度と連動して制御さ
れ、さらに、回転速度を上昇させ、定格速度に至り、定
常運転に移る。なお、コールド状態時以外の暖機の状
態、例えば、ウォーム状態時は開度特性55（第２図参
照）に従って前述のように制御される。

【発明の効果】

以上の説明から明らかように、本発明によれば、ター
ビンの起動時にタービンの暖機の状態に応じてインタセ
プト弁の開き始めを決めるバイアス値を、ベリーホット
状態時の開き始めを決める基準バイアス値より小さい予
め求められたバイアス値に変更した開度特性に従ってイ
ンタセプト弁を蒸気加減弁と連動して開にしてタービン
内に流れる蒸気によりタービン車軸を昇速し、所定の回
転速度になったら、ベリーホット状態時のインタセプト
弁の基準の開度特性に従ってインタセプト弁の開度を制
御するようにしたことにより、中圧タービンの温度が低
い場合にはここに流れる蒸気流量を多くすることがで
き、この中圧タービンのウォーミングが充分行われ、起
動時間の短縮をはかることができる。また、その過程
が、まだ回転速度の低い中で完了し、以後は高圧タービ
ン通過蒸気流量を多くするので、通常懸念されるような
高圧タービンの排気温度の異常上昇を避けることができ
る。 また、運転員はタービンの起動前のタービン本体の温
度からタービンの暖機の状態を判断して、取るべきイン
タセプト弁の開度特性は選べばよいので、従来の自動式
の場合と同様に操作が簡単であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による再熱式蒸気タービンの制
御方法における蒸気加減弁とインタセプト弁の開度特性
を示す図、第２図は本発明の異なる実施例による再熱式
蒸気タービンの制御方法における蒸気加減弁とインタセ
プト弁の開度特性を示す図、第３図は第２図の開度特性
を与える再熱式蒸気タービンの制御ブロック回路図、第
４図は第１図、第２図における再熱式蒸気タービンのタ
ービン車軸の回転速度を示す図、第５図は再熱式蒸気タ
ービンの系統図、第６図は第５図の再熱式蒸気タービン
の系統における低圧バイパス弁の設定圧力を示す図、第
７図は第５図の再熱式蒸気タービンにおける制御ブロッ
ク回路図、第８図は第７図の弁開度指令演算部のブロッ
ク回路図、第９図は第５図の再熱式蒸気タービンの蒸気
加減弁とインタセプト弁との開度特性を示す図である。 10:ボイラ、11:再熱器、14:蒸気加減弁、15:高圧タービ
ン、18:インタセプト弁、19:中圧タービン、20:低圧タ
ービン。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ボイラからの蒸気が蒸気加減弁によりその
   蒸気量を制御して供給される高圧タービンと、このター
   ビンからの排気蒸気が再熱器に導かれ、この再熱器から
   の蒸気がインタセプト弁によりその蒸気量を制御して供
   給される中圧タービンと低圧タービンを備え、蒸気加減
   弁とインタセプト弁のとを連動して制御する流量制御信
   号により、タービンのベリーホットの暖機状態時を基準
   に決めたインタセプト弁の開き始めを蒸気加減弁の開き
   始めよりずらすための基準バイアス値を有する開度特性
   に従ってインタセプト弁を蒸気加減弁に連動して制御す
   る再熱式蒸気タービンの制御方法において、ベリーホッ
   ト状態以外の暖機状態においてタービンを起動する際
   に、そのときのタービンの暖機状態に応じて予め求めら
   れた前記基準バイアス値より小さいバイアス値で開き始
   める開度特性に従ってインタセプト弁を開にしてタービ
   ンを定格回転速度より低い所定のタービン回転速度まで
   上昇させ、それ以後はインタセプト弁の開度を前記ベリ
   ーホット時の開度特性に従って制御するようにすること
   を特徴とする再熱式蒸気タービンの制御方法。